DE102014002722A1

DE102014002722A1 - Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils an einer Fahrzeugkarosserie in einer Montagestation und Handhabungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102014002722A1
Application number: DE102014002722.8A
Authority: DE
Inventors: Judith Apold; Harald Schenk; Pierre Neumann; Markus Decker; Norbert Elkmann; Maik Poggendorf; Thomas Stürze
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03

Abstract

Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils 5 an einer Fahrzeugkarosserie 6 in einer Montagestation 7, mit einer Handhabungsvorrichtung 1, die eine Robotereinrichtung 2, eine Greifereinrichtung 3 zum Greifen des Fahrzeugteils 5 und eine Endpositioniereinrichtung 4 zum Endpositionieren des Fahrzeugteils 5 an der Fahrzeugkarosserie 6 umfasst, wobei die Greifereinrichtung 3 und die Endpositioniereinrichtung 4 auf die Robotereinrichtung 2 aufgesetzt sind, wobei die Handhabungsvorrichtung 1 das Fahrzeugteil 5 mit der Greifereinrichtung 3 in einer Übergabeposition Ü übernimmt und das Fahrzeugteil 5 mit der Endpositioniereinrichtung 4 in einer Vormontageposition V zur Endpositionierung E und zur Montage durch einen Werker 13 vorpositioniert, wobei die Handhabungsvorrichtung 1 eine Überwachungseinrichtung 10 zur Überwachung einer Sicherheitszone 11 an der Vormontageposition V umfasst, wobei die Robotereinrichtung 2 bei aktivierter Sicherheitszone 11 und bei einem Betreten durch den Werker 13 in einen gesicherten Zustand Z gesetzt wird, wobei die Sicherheitszone 11 während der Überführung des Fahrzeugteils 5 von der Übergabeposition Ü in die Vormontageposition V aktiv gesetzt wird und wobei die Robotereinrichtung 2 beim Halten des Fahrzeugteils 5 in der Vormontageposition V in einen gesicherten Zustand Z gesetzt wird.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils an einer Fahrzeugkarosserie in einer Montagestation. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Handhabungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Hintergrund:
Bei der Montage eines Fahrzeugteils an einer Fahrzeugkarosserie wird das zu montierende Fahrzeugteil üblicherweise von einer Übergabeposition, in der das Fahrzeugteil zur Übergabe bereitgestellt ist, zu einer Vormontageposition befördert, aus der heraus das Fahrzeugteil an der Fahrzeugkarosserie montiert wird. Bekannt ist, dass das Fahrzeugteil manuell von einem Werker in der Übergabeposition übernommen und zur Vormontageposition getragen bzw. mit einem Handhabungsgerät von einem Montagemitarbeiter transportiert wird, um es daraufhin an der Fahrzeugkarosserie zu montieren.
Beschreibung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils an einer Fahrzeugkarosserie bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
Es wird ein Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils an einer Fahrzeugkarosserie in einer Montagestation vorgeschlagen. Zum Beispiel ist das Karosserieteil als eine Fahrzeug- oder Kofferraumtür ausgebildet. Alternativ kann das Fahrzeugteil als ein Fahrzeuganbauteil, zum Beispiel als ein Sitz, eine Sitzbank, eine Fahrzeuginnenausstattung oder als ein Motorblock ausgebildet sein. Insbesondere weist das Fahrzeugteil ein Gewicht von mehr als 15 kg auf.
Beispielsweise ist die Fahrzeugkarosserie als eine Karosserie eines Pkws oder Lkws ausgebildet. Hierbei kann die Fahrzeugkarosserie bereits einen Fahrzeugboden, ein Fahrzeugdach und/oder eine Innenausstattung aufweisen. Im Speziellen wird aus der Fahrzeugkarosserie innerhalb einer Produktionslinie der Montagestation ein Fahrzeug fertig gestellt, das für den Straßenverkehr einsatzfähig ist. Bevorzugt wird die Fahrzeugkarosserie auf einem ersten Transport- und/oder Förderband, über einen ersten Automaten und/oder ersten Roboter der Produktionslinie in die Montagestation befördert. Die Beförderung der Fahrzeugkarosserie erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform stetig, ohne Unterbrechung und/oder ohne Anzuhalten in eine Verfahrrichtung. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die Produktionslinie zur Montage des Fahrzeugteils stoppt und dann wieder anfährt.
Im Rahmen des Verfahrens wird eine Handhabungsvorrichtung eingesetzt, die eine Robotereinrichtung, eine Greifereinrichtung und eine Endpositioniereinrichtung umfasst. Die Greifereinrichtung ist zum Greifen und optional ergänzend zum Aufnehmen und/oder Halten des Fahrzeugteils ausgebildet. Die Endpositioniereinrichtung ist zur Endpositionierung des Fahrzeugteils an der Fahrzeugkarosserie ausgebildet. Insbesondere unterstützt die Endpositioniereinrichtung einen Werker bei der Endpositionierung, Feinjustierung und/oder Montage des Fahrzeugteils an der Fahrzeugkarosserie. Die Greifereinrichtung und die Endpositioniereinrichtung sind vorzugsweise gemeinsam als ein Werkzeug auf die Robotereinrichtung aufgesetzt. Somit können die Greifereinrichtung und die Endpositioniereinrichtung von der Robotereinrichtung bewegt und/oder geführt werden.
Bevorzugt umfasst die Robotereinrichtung eine Sicherungseinrichtung, die erkennt, wenn sich während der aktiven Handhabungsphase ein Hindernis, insbesondere eine Person im Aktionsbereich der Robotereinrichtung befindet oder dort auftaucht. In einem solchen Fall versetzt die Sicherungseinrichtung die Robotereinrichtung schnellstmöglich in einen sicheren Zustand (z. B. Stillstand) bzw. sorgt dafür, dass dieser sichere Zustand nicht verlassen werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Handhabungsvorrichtung eine Steuereinrichtung, die signaltechnisch mit der Sicherungseinrichtung verbunden ist.
Vorzugsweise bewegt die Robotereinrichtung die Endpositioniereinrichtung und die Greifereinrichtung zu einer Übergabeposition, in der das Fahrzeugteil zur Übergabe an die Greifereinrichtung bereitgestellt wird. Vorzugsweise ist die Übergabeposition benachbart zu einem zweiten Transport- und/oder Förderband, zweiten Automaten und/oder zweiten Roboter der Produktionslinie der Montagestation angeordnet. Besonders bevorzugt ist, dass sich das zweite Transport- und/oder Förderband, der zweite Automat und/oder der zweite Roboter, über das/den das Fahrzeugteil bereitgestellt wird, stetig in die Verfahrrichtung weiterbewegt, insbesondere nicht anhält oder stoppt. Bevorzugt ist hierbei, dass eine Geschwindigkeit, insbesondere Taktung der Bereitstellung der Fahrzeugkarosserie und des Fahrzeugteils aufeinander abgestimmt ist. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Produktionslinie, insbesondere das erste und zweite Transport- und/oder Förderband und/oder der erste und zweite Automat und/oder Roboter zur Montage des Fahrzeugteils stoppen und nach der Montage wieder anfahren.
In der Übergabeposition übernimmt die Handhabungsvorrichtung das Fahrzeugteil mit der Greifeinrichtung. Hierfür greift die Greifereinrichtung das Fahrzeugteil und/oder nimmt es zum weiteren Transport auf. Die Robotereinrichtung bewegt die Greifereinrichtung mit dem gegriffenen Fahrzeugteil in eine Vormontageposition. Diese ist z. B. benachbart zu dem ersten Transport- und/oder Förderband, zu dem ersten Automaten oder ersten Roboter angeordnet, das/der die Fahrzeugkarosserie innerhalb die Montagestation befördert. In der Vormontageposition wird das Fahrzeugteil mit der Endpositioniereinrichtung zur Endpositionierung, zur Montage und optional ergänzend zur Feinjustierung durch einen Werker vorpositioniert.
Die Handhabungsvorrichtung umfasst eine Überwachungseinrichtung, die zur Überwachung einer Sicherheitszone an der Vormontageposition ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Sicherheitszone ein räumlich begrenzter Bereich, welcher insbesondere die Montagestelle zwischen dem Fahrzeugteil und der Fahrzeugkarosserie umfasst. Vorzugsweise ist die Handhabungsvorrichtung mit der Steuereinrichtung signaltechnisch verbunden.
Die Überwachungseinrichtung umfasst z. B. eine Barriere, z. B. einen Zaun oder Zaunabschnitt. Alternativ oder optional ergänzend umfasst die Überwachungseinrichtung eine optische und/oder eine mechanisch arbeitende Sensoreinrichtung. Die optische Sensorseinrichtung kann insbesondere als ein Laserscanner ausgebildet sein. Die mechanisch arbeitende Sensorseinrichtung ist zum Beispiel als ein Bodenbelag realisiert, der ein auf ihm befindliches Objekt. z. B. den Werker detektieren und in diesem Fall ein elektrisches Signal abgeben kann im Folgenden als Trittmatte bezeichnet.
Bei aktivierter Sicherheitszone und bei einem Betreten der Sicherheitszone durch den Werker wird die Robotereinrichtung in einen gesicherten Zustand gesetzt. Insbesondere übermittelt die Überwachungseinrichtung ein Signal an die Steuereinrichtung, wenn sich der Werker der Sicherheitszone nähert oder in diese eintritt. Daraufhin steuert die Steuereinrichtung das Setzen der Robotereinrichtung in den gesicherten Zustand an. Beispielsweise ist die Robotereinrichtung im gesicherten Zustand in einer Bewegungsgeschwindigkeit reduziert oder sicherheitsabgeschaltet. Die Sicherheitsabschaltung kann zum Beispiel durch eine Stromlossetzung der Robotereinrichtung erfolgen. Möglich im Rahmen der Erfindung ist auch, dass die Robotereinrichtung im gesicherten Zustand bremsgesperrt und/oder unbewegbar ist.
Bevorzugt ist die Handhabungsvorrichtung, im Speziellen die Robotereinrichtung, innerhalb der Sicherheitszone angeordnet. Während der Überführung des Fahrzeugteils von der Übergabeposition in die Vormontageposition ist die Sicherheitszone, insbesondere an der Vormontageposition, aktiv gesetzt. Vorzugsweise bewegt die Robotereinrichtung die Endpositioniereinrichtung und die Greifereinrichtung mit dem aufgenommenen Fahrzeugteil innerhalb der aktiven Sicherheitszone in die Vormontageposition.
In einem bevorzugten Verfahrensschritt der Erfindung hält die Greifereinrichtung das Fahrzeugteil in der Vormontageposition. Beispielsweise ist das Fahrzeugteil in der Vormontageposition beabstandet zu der in der Produktionslinie beförderten Fahrzeugkarosserie angeordnet. Bevorzugt ist die Vormontageposition als eine relative Vormontageposition in Bezug auf die stetig bewegte Fahrzeugkarosserie ausgebildet. Insbesondere führt die Robotereinrichtung eine synchronisierte Bewegung mindestens einer seiner Achsen mit der stetig weiterlaufenden Produktionslinie aus. Insbesondere führt die Robotereinrichtung die synchronisierte Bewegung mindestens einer seiner Achsen mit dem zweiten Transport- und/oder Förderband, dem zweiten Automaten und/oder zweiten Roboter aus, um das darauf oder dadurch transportierte Fahrzeugteil gegenüber der Fahrzeugkarosserie relativ in der Vormontageposition zu positionieren. Dadurch kann eine stetige relative Positionierung des Fahrzeugteils zur Fahrzeugkarosserie gewährleistet werden und die Taktung der Produktionslinie eingehalten werden. Wenn die Produktionslinie zur Montage des Fahrzeugteils stoppt, steht die Robotereinrichtung in der Vormontageposition ebenfalls still, insbesondere bewegt sie sich nicht in die Verfahrensrichtung fort. In diesem Fall ist die Vormontageposition als eine statische Vormontageposition ausgebildet.
Beim Halten des Fahrzeugteils in der Vormontageposition ist die Robotereinrichtung in den gesicherten Zustand gesetzt. Insbesondere ist die Robotereinrichtung in den gesicherten Zustand gesetzt, wenn sie die Greifereinrichtung zusammen mit dem aufgenommenen Fahrzeugteil und der Endpositioniereinrichtung in die Vormontageposition überführt hat bzw. diese dort positioniert hat. Besonders bevorzugt ist, dass der gesicherte Zustand beim Halten des Fahrzeugteils in der Vormontageposition durch eine reduzierte Bewegungsgeschwindigkeit der Robotereinrichtung umgesetzt wird. Optional ergänzend umfasst der gesicherte Zustand ein vollständiges Stoppen, eine Bewegungssperre, Abbremsen und/oder eine Stromlossetzung der Robotereinrichtung, insbesondere, wenn sich der Werker dieser in der Vormontageposition nähert. Insbesondere kommt hierbei die Sicherungseinrichtung in der Ausbildung als Trittmatte zum Einsatz. Hierbei erfasst die Sicherungseinrichtung das Vorliegen oder Auftauchen eines Hindernisses im Arbeitsbereich der Robotereinrichtung und übermittelt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung.
Vorzugsweise erfolgt das Setzen der Robotereinrichtung in den gesicherten Zustand unabhängig von einer Annäherung und/oder einem Betreten der Sicherheitszone durch den Werker, wenn sich die Robotereinrichtung in der Vormontageposition befindet. Insbesondere erfolgt das Setzen der Robotereinrichtung in den gesicherten Zustand unabhängig von einem Einwirken der Überwachungseinrichtung und/oder der Sicherheitszone. Alternativ ist es möglich, dass die Robotereinrichtung aufgrund der Annäherung und/oder des Betretens der Sicherheitszone durch den Werker in den gesicherten Zustand gesetzt wird.
Es ist von Vorteil, dass der Werker durch das erfindungsgemäße Verfahren und die im Rahmen des Verfahrens eingesetzte Handhabungsvorrichtung bei der Montage des Fahrzeugteils an der Fahrzeugkarosserie entlastet wird. In vorteilhafter Weise wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Übernahme und der Transport von der Übergabeposition zur Vormontageposition automatisiert erfolgt. In einem bislang üblichen Montage-Verfahren führt der Werker das Fahrzeugteil, das oftmals ein Gewicht von mehr als 15 kg aufweist, unter Zuhilfenahme eines Handhabungsgerätes. Jedoch muss er es durch Körperkraft bewegen, insbesondere manuell führen, zur Vormontageposition transportieren und dort positionieren. Durch die Automatisierung kann eine körperliche Anstrengung und Belastung des Werkers während des Montageverfahrens des Fahrzeugteils deutlich reduziert werden. Insbesondere werden durch das erfindungsgemäße Verfahren verbesserte ergonomische Arbeitsbedingungen geschaffen, unter denen der Werker seine Arbeitsleistung erbringen kann. Somit kann in vorteilhafter Weise auf ältere Werker Rücksicht genommen und diese ebenfalls in der Montagestation beschäftigt werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass aufgrund der automatisierten Aufnahme, Beförderung und Bereitstellung des Fahrzeugteils Arbeitszeit eingespart werden kann. So kann eine nicht wertschöpfende Arbeitszeit reduziert werden, da der Werker während des Einsatzes der Handhabungsvorrichtung andere Tätigkeiten erledigen kann. Insbesondere ist der Werker durch den Transport des Fahrzeugteils nicht mehr zeitlich blockiert. Zudem kann das Verfahren für zukünftige Anpassungen oder Änderungen innerhalb der Montagestation flexibilisiert werden. Hierbei kann der Verfahrensablauf flexibler gestaltet werden, wodurch neue Fahrzeugteile, Fahrzeuge oder Layout-Änderungen innerhalb der Montagestation schneller und kostengünstiger umsetzbar sind.
Im Rahmen des Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Greifereinrichtung das Fahrzeugteil im montierten Zustand, insbesondere nachdem der Werker das Fahrzeugteil an der Fahrzeugkarosserie montiert hat, freigibt. In einem weiteren möglichen Schritt des Verfahrens fährt die Handhabungsvorrichtung bei und/oder nach der Freigabe des Fahrzeugteils durch die Greifereinrichtung wieder an. Optional ergänzend setzt die Steuereinrichtung die Sicherheitszone bei und/oder nach der Freigabe des Fahrzeugteils wieder aktiv. In diesem Fall muss sich der Werker außerhalb der Sicherheitszone aufhalten, wenn die Handhabungsvorrichtung wieder anfährt.
In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt bewegt sich die Robotereinrichtung mit der Endpositioniereinrichtung und mit der Greifereinrichtung bei und/oder nach der Freigabe des Fahrzeugteils und/oder bei und/oder nach dem Anfahren der Handhabungsvorrichtung von der Vormontageposition zurück in die Übergabeposition. Hierbei bewegt sie sich bevorzugt innerhalb der aktiven Sicherheitszone.
Wenn die Robotereinrichtung die Übergabeposition erneut erreicht hat, greift die Greifereinrichtung dort ein weiteres Fahrzeugteil. Dieses wird in einem nachfolgenden optionalen Verfahrensschritt wieder zur Vormontageposition bewegt und dort zur Endpositionierung und Montage durch den Werker gehalten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung nach der bisherigen Beschreibung und/oder nach den Ansprüchen 1 bis 3. Die Handhabungsvorrichtung umfasst die Robotereinrichtung, die Greifereinrichtung, die Endpositioniereinrichtung, die Überwachungseinrichtung und die Steuereinrichtung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Robotereinrichtung als ein Knick- und/oder Gelenkarmroboter ausgebildet. Insbesondere ist die Robotereinrichtung zwei- oder dreidimensional beweglich ausgebildet. Eine Kinematik der Robotereinrichtung ist bevorzugt aus mehreren gelenkig miteinander verbundenen Armgliedern aufgebaut. Dadurch können Werkzeuge, hier insbesondere die Greifereinrichtung und die Endpositioniereinrichtung, befestigt, bewegt und richtungsgeführt werden. Ein Vorteil von Knick- oder Gelenkarmrobotern ist, dass sie eine besonders hohe Beweglichkeit aufweisen. Somit kann eine hohe Anzahl an Bewegungen in unterschiedlichste Richtungen ausgeführt werden.
Eine bevorzugte Umsetzung der Erfindung sieht vor, dass die Greifereinrichtung über und durch die Endpositioniereinrichtung an der Robotereinrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist die Greifereinrichtung bewegbar an der Robotereinrichtung angeordnet. Im Speziellen ist die Greifereinrichtung bewegungsflexibel an und durch die Endpositioniereinrichtung auf der Robotereinrichtung gelagert. Besonders bevorzugt ist, dass die Endpositioniereinrichtung das Fahrzeugteil relativ zur Fahrzeugkarosserie und relativ zur Robotereinrichtung bewegen kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der Werker die Endpositionierung, Montage und optional ergänzend die Feinjustierung des Fahrzeugteils an der Fahrzeugkarosserie ungehindert vornehmen kann.
In einer bevorzugten Umsetzung der Erfindung ist die Endpositioniereinrichtung als eine passive, fremdenergiefreie und/oder manuell zu bewegende Einrichtung zur Endpositionierung des Fahrzeugteils ausgebildet. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Endpositioniereinrichtung als eine aktive, fremdenergiegestützte und/oder elektrisch zu bewegende Einrichtung zur Endpositionierung des Fahrzeugteils ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Endpositioniereinrichtung in dieser Umsetzung steuerungstechnisch unabhängig von der Robotereinrichtung ausgebildet und/oder angeordnet, da die Robotereinrichtung in der Vormontageposition in den gesicherten Zustand versetzt ist und der Werker die Endpositioniereinrichtung bei der Endpositionierung und Montage zu dessen Unterstützung einsetzt. Somit muss die Endpositioniereinrichtung auch im gesicherten Zustand der Robotereinrichtung funktionsfähig und aktiv gesetzt sein. Insbesondere ermöglicht die Endpositioniereinrichtung eine Verschiebung des Fahrzeugteils in mindestens zwei, vorzugsweise drei Translationsfreiheitsgrade um mindestens 3 cm und/oder eine Schwenkung um mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3 unabhängige Schwenkachsen um mindestens 5 Grad.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Überwachungseinrichtung eine Barriere, zum Beispiel einen Zaun oder Zaunabschnitt. Alternativ oder optional ergänzend umfasst die Überwachungseinrichtung eine optische Bewegungserkennung, zum Beispiel einen Laserscanner. Möglich ist auch, dass die Überwachungseinrichtung eine mechanisch arbeitende Sensoreinrichtung, zum Beispiel in der Ausgestaltung als eine Trittmatte oder Sicherheitszelle, umfasst.
Insbesondere ist die Sicherheitszone zumindest teil- und/oder abschnittsweise durch die Überwachungseinrichtung definiert und/oder örtlich begrenzt, wobei die Überwachungseinrichtung die Sicherheitszone überwacht. Durch die Funktion der Sicherheitszone und der Überwachungseinrichtung kann sich der Werker der Handhabungsvorrichtung, insbesondere der Robotereinrichtung nähern, ohne Gefahr zu laufen, durch eine ungewollte Bewegung derselben verletzt zu werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
1 eine Draufsicht von oben auf eine Montagestation, in der ein Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils an einer Fahrzeugkarosserie mit einer Handhabungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei sich eine Robotereinrichtung der Handhabungsvorrichtung in einer Übergabeposition befindet;
2 die Montagestation aus 1, wobei sich die Robotereinrichtung in einer Vormontageposition befindet;
3 die Montagestation aus 2, wobei sich die Robotereinrichtung in der Vormontageposition in einem gesicherten Zustand befindet und wobei das Fahrzeugteil bis zu einer Montage des Fahrzeugteils an der Fahrzeugkarosserie durch eine Greifereinrichtung der Handhabungsvorrichtung gehalten wird;
4 die Montagestation aus 3, wobei sich das Fahrzeugteil im montierten Zustand befindet und wobei die Greifereinrichtung das montierte Fahrzeugteil freigibt;
5 die Montagestation aus 4, wobei die Handhabungsvorrichtung aufgrund der Freigabe des Fahrzeugteils wieder anfährt, um ein weiteres Fahrzeugteil in der Übergabeposition aufzunehmen.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Draufsicht von oben auf eine Montagestation 7. In der Montagestation 7 wird ein Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils 5 an einer Fahrzeugkarosserie 6 durchgeführt. Beispielsweise ist das Fahrzeugteil 5 als eine Fahrzeugtür eines Pkws oder Lkws und die Fahrzeugkarosserie entsprechend als eine Karosserie eines Pkws oder Lkws ausgebildet.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Handhabungsvorrichtung 1 verwendet. Die Handhabungsvorrichtung 1 umfasst eine Steuereinrichtung 12 zur Ansteuerung des Verfahrens. Des Weiteren umfasst die Handhabungsvorrichtung 1 eine Robotereinrichtung 2, die als ein Knick- und/oder Gelenkarmroboter ausgebildet ist. Als Knick- und/oder Gelenkarmroboter kann die Robotereinrichtung 2 Schwenk- und/oder Rotationsbewegungen innerhalb mindestens zweiter Freiheitsgrade ausführen.
Die Handhabungsvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Greifereinrichtung 3 und eine Endpositioniereinrichtung 4. Diese sind auf die Robotereinrichtung 2 als Werkzeug aufgesetzt. Über und durch die Endpositioniereinrichtung 4 ist die Greifereinrichtung 3 an der Robotereinrichtung 2 bewegbar angeordnet.
Die Robotereinrichtung 2 umfasst eine Sicherungseinrichtung 14 in Ausbildung einer mechanisch arbeitenden Sensoreinrichtung.. Diese ist z. B. als eine Trittmatte, die den Arbeitsbereich der Robotereinrichtung 2 bedeckt, ausgebildet. Die Sicherungseinrichtung 14 ist signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 12 verbunden.
Die Greifereinrichtung 3 ist zum Greifen und/oder Halten des Fahrzeugteils 5 ausgebildet. Die Endpositioniereinrichtung 4 ist zur Endpositionierung des Fahrzeugteils 5 an der Fahrzeugkarosserie 6 ausgebildet. Hierfür ist die Endpositioniereinrichtung 4 als eine passive, fremdenergiefreie und/oder manuell zu bewegende Einrichtung zur Endpositionierung des Fahrzeugteils 5 an der Fahrzeugkarosserie 6 ausgebildet. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Endpositioniereinrichtung 4 als eine aktive, fremdenergiegestützte und/oder elektrisch zu bewegende Einrichtung ausgebildet, wobei sie steuerungstechnisch unabhängig von der Robotereinrichtung 2 betätigbar ist.
Im Rahmen des Verfahrens gemäß 1 wird das Fahrzeugteil 5 zu einer Übergabeposition Ü befördert. Dies erfolgt z. B. auf einem Förderband 8, insbesondere auf einem Überkopf-Förderband, das beabstandet von einem Boden der Montagestation 7 angeordnet ist. Die Übergabeposition Ü ist benachbart zum Förderband 8 angeordnet.
Gegenüberliegend dem Förderband 8 ist ein Transportband 9 angeordnet, auf dem die Fahrzeugkarosserie 6 in die Montagestation 7 transportiert wird. Das Förderband 8 und das Transportband 9 bewegen sich innerhalb der Montagestation 7 und während der Montage des Fahrzeugteils 5 stetig in eine Verfahrrichtung X fort. Insbesondere sind sie in ihrer Förder- und/oder Transportgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Förderband 8 und/oder das Transportband 9 zur Montage des Fahrzeugteils 5 stoppen und nach der Montage wieder anfahren. Montage Die Handhabungsvorrichtung 1 ist zwischen dem Förderband 8 und dem Transportband 9 in einer Sicherheitszone 11 angeordnet. Die Sicherheitszone 11 erstreckt sich zwischen dem Förderband 8 und dem Transportband 9.
Gemäß 1 greift die Greifereinrichtung 3 das Fahrzeugteil 5 in der Übernahmeposition Ü und nimmt es vom Förderband 8 auf. Anschließend bewegt die Robotereinrichtung 2 die Greifereinrichtung 3 mit dem Fahrzeugteil 5 und mit der Endpositioniereinrichtung 4 innerhalb der Sicherheitszone 11 von der Übernahmeposition Ü zu einer Vormontageposition V (siehe 2). In der Vormontageposition V stellt die Greifereinrichtung 3 das Fahrzeugteil 5 zur Endpositionierung, Montage und optional ergänzend zur Feinjustierung an der Fahrzeugkarosserie 6 bereit. Das Fahrzeugteil 5 wird von der Greifereinrichtung 3 beabstandet zur Fahrzeugkarosserie 6 gehalten, wenn sich die Robotereinrichtung 2 in der Vormontageposition V befindet. Die Vormontageposition V ist beabstandet zum Transportband 9 angeordnet, auf dem die zu bestückende Fahrzeugkarosserie 6 stetig weitertransportiert wird. Bei der Vormontageposition V handelt es sich um eine relative Vormontageposition, da die Robotereinrichtung 2 das von der Greifereinrichtung 3 gehaltene Fahrzeugteil 5 relativ zu der sich auf dem Transportband 9 in Verfahrrichtung X bewegenden Fahrzeugkarosserie 6 positioniert. Insbesondere bewegt die Robotereinrichtung 2 und/oder die Greifereinrichtung 3 das Fahrzeugteil 5 in der gleichen Transportgeschwindigkeit in Verfahrrichtung X, mit der die Fahrzeugkarosserie 6 auf dem Transportband 9 transportiert wird.
Im alternativen Ausführungsbeispiel, in dem das Förderband 8 und das Transportband 9 zur Montage des Fahrzeugteils 5 stoppen und danach wieder anfahren, ist die Vormontageposition V als eine statische Vormontageposition ausgebildet. Insbesondere bewegt sich die Robotereinrichtung 2 in diesem Fall nicht in die Verfahrrichtung X fort.
Die Handhabungsvorrichtung 1 umfasst eine Überwachungseinrichtung 10, die zur Überwachung der Sicherheitszone 11 ausgebildet ist. Optional ergänzend definiert die Überwachungseinrichtung 10 die Sicherheitszone 11 und/oder legt ihre räumliche Ausdehnung fest. Hierfür ist die Überwachungseinrichtung 10 als eine Barriere, insbesondere als ein Zaun oder Zaunabschnitt, als eine optische Sensoreinrichtung, z. B. als ein Laser Scanner oder alternativ als eine Trittmatte ausgebildet.
Wenn die Sicherheitszone 11, wie in 1 und 2 gezeigt, aktiviert ist, wird die Robotereinrichtung 2 bei einer Annäherung und/oder bei einem Betreten der Sicherheitszone 11 durch einen Werker 13 in einen gesicherten Zustand Z (siehe 3; 4) gesetzt. Insbesondere übermittelt die Überwachungseinrichtung 10 eine Annäherung des Werkers 13 an die Sicherheitszone 11 und/oder das Betreten des Werkers 13 der Sicherheitszone 11 signaltechnisch an die Steuereinrichtung 12. Diese steuert daraufhin das Setzen der Robotereinrichtung 2 in den gesicherten Zustand Z an.
Im gesicherten Zustand Z ist die Robotereinrichtung 2 in einer Bewegungsgeschwindigkeit reduziert. Alternativ ist die Robotereinrichtung 2 stromlos gesetzt, bremsgesperrt und/oder bewegungsunfähig gesetzt. Somit kann eine ungewollte Kollision des Werkers 13 mit der sich bewegenden Robotereinrichtung 2, insbesondere innerhalb der Sicherheitszone 11, vermieden und Verletzungen ausgeschlossen werden.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, bewegt die Robotereinrichtung 2 die Endpositioniereinrichtung 4 und die Greifereinrichtung 2 zusammen mit dem aufgenommenen Fahrzeugteil 5 zur Vormontageposition V. Während der Überführung des Fahrzeugteils 5 von der Übergabeposition Ü in die Vormontageposition V ist die Sicherheitszone 11 aktiv gesetzt.
2 zeigt, dass die Robotereinrichtung 2 die Greifereinrichtung 3 zusammen mit dem Fahrzeugteil 5 und mit der Endpositioniereinrichtung 4 in die Vormontageposition V überführt hat. Insbesondere ist das von der Greifereinrichtung 3 gehaltene Fahrzeugteil 5 in der Vormontageposition V angeordnet und somit zur Endpositionierung und Montage an der Fahrzeugkarosserie 6 durch den Werker 13 bereitgestellt.
Da die Robotereinrichtung 2 die Vormontageposition V erreicht hat, wird diese wie in 3 gezeigt, automatisch in den gesicherten Zustand Z gesetzt. Hierbei steuert die Steuereinrichtung 12 das Setzen der Robotereinrichtung 2 in den gesicherten Zustand Z an, wenn die Robotereinrichtung 2 das Fahrzeugteil 5 mit der Greifereinrichtung 3 in der Vormontageposition V hält. Insbesondere erfolgt das Setzen der Robotereinrichtung 2 in den gesicherten Zustand Z in der Vormontageposition V unabhängig von einer Annäherung und/oder einem Betreten der Sicherheitszone 11 durch den Werker 13. Im Speziellen erfolgt das Setzten der Robotereinrichtung 2 in den gesicherten Zustand Z unabhängig von einer Einwirkung der Überwachungseinrichtung 10.
Der gesicherte Zustand Z der Robotereinrichtung 2 beim Halten des Fahrzeugteils 5 in der Vormontageposition V wird in erster Linie durch eine reduzierte Bewegungsgeschwindigkeit der Robotereinrichtung 2 umgesetzt. Optional ergänzend umfasst der gesicherte Zustand Z ein vollständiges Stoppen, eine Bewegungssperre, ein vollständiges Abbremsen und/oder eine Stromlossetzung der Robotereinrichtung 2, wenn sich der Werker dieser beim Halten des Fahrzeugteils 5 in der Vormontageposition V zu stark annähert Insbesondere übermittelt die Sicherungseinrichtung 14 in der Ausbildung als eine mechanisch arbeitende Trittmatte der Robotereinrichtung 2 ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 12, die die Robotereinrichtung 2 vollständig abbremst, stoppt, in der Bewegung sperrt und/oder stromlos setzt. Das Erkennen einer Kollision der Robotereinrichtung 2 mit einem Hindernis, insbesondere auch mit dem Werker kann auch z. B. über eine Kraft-Momenten Sensorik in den Roboterachsen gewährleistet werden.
Gemäß 3 hält die Greifereinrichtung 3 das Fahrzeugteil 5 in der Vormontageposition V. Die Robotereinrichtung 2 ist in den gesicherten Zustand Z gesetzt und die Sicherheitszone 11 ist deaktiviert. Der Werker 13 hat sich der Vormontageposition V genähert und befindet sich in unmittelbarer Nähe des Fahrzeugteils 5, das dort von der Greifereinrichtung 3 gehalten wird. Zur Endpositionierung und Montage bewegt der Werker 13 das Fahrzeugteil 5 von der Vormontageposition V in Richtung der Fahrzeugkarosserie 6, wobei er hierbei von der Endpositioniereinrichtung 4 unterstützt wird.
Wie in 4 gezeigt, endpositioniert der Werker 13 das Fahrzeugteil 5 und montiert es an die Fahrzeugkarosserie 6. Damit wird das Fahrzeugteil 5 in einen montierten Zustand M überführt. Die Robotereinrichtung 2 befindet sich im gesicherten Zustand. Die Sicherheitszone 11 ist deaktiviert.
Die auf die Robotereinrichtung 2 aufgesetzte Endpositioniereinrichtung 4 unterstützt den Werker 13 bei der Endpositionierung, Montage und optional ergänzend bei der Feinjustierung. Aufgrund der beweglichen Anordnung der Greifeinrichtung 3 über und an der Endpositioniereinrichtung 4 ist die Greifereinrichtung 3 ausreichend bewegungsflexibel, sodass der Werker 13 das von der Greifereirichtung 3 gehaltene Fahrzeugteil 5 über die Endpositioniereinrichtung 4 relativ zur Fahrzeugkarosserie 6 und relativ zur Robotereinrichtung 2 bewegen kann. Zum Beispiel kann das Fahrzeugteil 5 linear zwischen der Fahrzeugkarosserie 6 und der Robotereinrichtung 2 bewegt und/oder geschwenkt werden. Im montierten Zustand M, insbesondere wenn der Werker 13 das Fahrzeugteil 5 montiert hat und dies z. B. durch Betätigung eines Schalters oder Tasters gemeldet hat, gibt die Greifereinrichtung 3 das Fahrzeugteil 5 frei.
5 zeigt das von der Greifereinrichtung 3 freigegebene Fahrzeugteil 5 im montierten Zustand M an der Fahrzeugkarosserie 6. Diese wird vom Transportband 9 weiter durch die Montagestation 7 transportiert. Der Werker 13 hat die Vormontageposition V und die Sicherheitszone 11 verlassen. Die Sicherheitszone 11 ist aktiviert.
Aufgrund der Freigabe des Fahrzeugteils 5 durch die Greifereinrichtung 3 fährt die Handhabungsvorrichtung 1 wieder an. Die Robotereinrichtung 2 bewegt die Greifereinrichtung 3 und die Endpositioniereinrichtung 4 durch die aktive Sicherheitszone 11 zurück zur Übergabeposition Ü. In einem nächsten Schritt greift die Greifereinrichtung 3 ein weiteres Fahrzeugteil 5 vom Förderband 8, damit es über die Robotereinrichtung 2 zur Bereitstellung in die Vormontageposition V überführt werden kann.
Während vorstehend mindestens ein Ausführungsbeispiel detailliert offenbart wurde, ist es anzuerkennen, dass eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Variationen existieren. Es ist ebenfalls anzuerkennen, dass das mindestens eine Ausführungsbeispiel nur beispielhaften Charakter hat und keine Begrenzung des Schutzumfangs, der Anwendungsgebiete oder der Konfiguration darstellt. Vielmehr soll die vorliegende Offenbarung einen angenehmen Fahrplan zur Umsetzung mindestens eines Ausführungsbeispiels sein. Somit sollte es anzuerkennen sein, dass verschiedene Variationen der Funktion oder der Anordnung der Elemente des mindestens einen Ausführungsbeispiels umgesetzt werden können, ohne den Umfang zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtmäßigen Äquivalente vorgegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Handhabungsvorrichtung
2: Robotereinrichtung
3: Greifeinrichtung
4: Endpositioniereinrichtung
5: Fahrzeugteil
6: Fahrzeugkarosserie
7: Montagestation
8: Förderband
9: Transportband
10: Überwachungseinrichtung
11: Sicherheitszone
12: Steuereinrichtung
13: Werker
M: montierter Zustand
Ü: Übernahmeposition
V: Vormontageposition
X: Verfahrrichtung
Z: gesicherter Zustand

Claims

Verfahren zur Montage eines Fahrzeugteils (5) an einer Fahrzeugkarosserie (6) in einer Montagestation (7), mit einer Handhabungsvorrichtung (1), die eine Robotereinrichtung (2), eine Greifereinrichtung (3) zum Greifen des Fahrzeugteils (5) und eine Endpositioniereinrichtung (4) zum Endpositionieren des Fahrzeugteils (5) an der Fahrzeugkarosserie (6) umfasst, wobei die Greifereinrichtung (3) und die Endpositioniereinrichtung (4) auf die Robotereinrichtung (2) aufgesetzt sind, wobei die Handhabungsvorrichtung (1) das Fahrzeugteil (5) mit der Greifereinrichtung (3) in einer Übergabeposition (Ü) übernimmt und das Fahrzeugteil (5) mit der Endpositioniereinrichtung (4) in einer Vormontageposition (V) zur Endpositionierung (E) und zur Montage durch einen Werker (13) vorpositioniert, wobei die Handhabungsvorrichtung (1) eine Überwachungseinrichtung (10) zur Überwachung einer Sicherheitszone (11) an der Vormontageposition (V) umfasst, wobei die Robotereinrichtung (2) bei aktivierter Sicherheitszone (11) und bei einem Betreten durch den Werker (13) in einen gesicherten Zustand (Z) gesetzt wird, wobei die Sicherheitszone (11) während der Überführung des Fahrzeugteils (5) von der Übergabeposition (Ü) in die Vormontageposition (V) aktiv gesetzt wird und wobei die Robotereinrichtung (2) beim Halten des Fahrzeugteils (5) in der Vormontageposition (V) in einen gesicherten Zustand (Z) gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Greifereinrichtung (3) das Fahrzeugteil (5) in der Vormontageposition (V) hält und das Fahrzeugteil (5) im montierten Zustand (M) freigibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei und/oder nach der Freigabe des Fahrzeugteils (5) der gesicherte Zustand (Z) aufgehoben wird, die Sicherheitszone (11) wieder aktiv gesetzt wird und die Handhabungsvorrichtung (1) wieder anfährt.
Handhabungsvorrichtung (1) mit der Robotereinrichtung (2), der Greifereinrichtung (3), mit der Endpositioniereinrichtung (4) und der Überwachungseinrichtung (10) sowie mit einer Steuereinrichtung (12) zur Ansteuerung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Handhabungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Robotereinrichtung (2) als ein Knickarmroboter ausgebildet ist.
Handhabungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifereinrichtung (3) über und durch die Endpositioniereinrichtung (4) an der Robotereinrichtung (2) bewegbar angeordnet ist.
Handhabungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpositioniereinrichtung (4) das Fahrzeugteil (5) relativ zur Fahrzeugkarosserie (6) und zur Robotereinrichtung (2) bewegen kann.
Handhabungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpositioniereinrichtung (4) als eine passive, fremdenergiefreie und/oder manuell zu bewegende Einrichtung zur Endpositionierung des Fahrzeugteils (5) ausgebildet ist.
Handhabungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpositioniereinrichtung (4) als eine aktive, fremdenergiegestützte und/oder elektrisch zu bewegende Einrichtung zur Endpositionierung des Fahrzeugteils (5) ausgebildet ist, welche steuerungstechnisch unabhängig von der Robotereinrichtung (2) betätigbar ist.
Handhabungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 9, wobei die Überwachungseinrichtung eine Barriere umfasst.
Handhabungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche Anspruch 4 bis 10, wobei die Überwachungseinrichtung (10) eine optische und/oder mechanisch arbeitende Sensoreinrichtung umfasst.