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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren eines Stopfens in eine Öffnung eines Bauteils, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 005 798 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei diesem Verfahren wird der Stopfen mittels eines Roboters an einer Fügestelle des Bauteils in die Öffnung montiert.
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Mittels eines solchen Stopfens kann die beispielsweise als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung verschlossen werden. Derartige zu verschließende Öffnungen kommen beispielsweise bei Kraftwagenkarosserien vor, wobei die Öffnungen für eine Hohlraumkonservierung der Karosserien benötigt werden. Über eine solche Öffnung kann beispielsweise ein Hohlraum eines Karosserieteils mit einem Konservierungsmittel versehen werden. Nach dem Versehen des Hohlraums mit dem Konservierungsmittel wird die Öffnung verschlossen, so dass kein Konservierungsmittel aus der Öffnung austreten kann und/oder dass keine Objekte wie beispielsweise Schmutz oder Feuchtigkeit in den Hohlraum eindringen können. Derartige Öffnungen, welche auch als „Löcher” oder „Karosserielöcher” bezeichnet werden, kommen insbesondere in einem Bodenbereich der Karosserie vor. Aus dem Serienfahrzeugbau ist es darüber hinaus bekannt, die Montage von Stopfen in Öffnungen manuell durchzuführen.
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Die
DE 10 2007 063 099 A1 offenbart einen Roboter zum Durchführen wenigstens eines Arbeitsschritts, wobei der Roboter eine integrierte Sensorik aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Stopfenmontage realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Stopfenmontage realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einem ersten Schritt des Verfahrens der Stopfen an einer Aufnahmestelle durch den Roboter aufgenommen wird, wobei der Stopfen vom Roboter angesaugt und ansaugend am Roboter gehalten wird. Mit anderen Worten wird auf einer ersten Seite des Stopfens im Vergleich zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Stopfens ein Unterdruck oder ein Vakuum erzeugt, mittels welchem der Stopfen gegen den Roboter, insbesondere ein Aufnahmeelement des Roboters, gesaugt beziehungsweise angesaugt und am Aufnahmeelement gehalten wird.
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Das Aufnahmeelement weist beispielsweise eine Aufnahme auf, in welcher der Stopfen zumindest teilweise aufgenommen wird. Beispielsweise ist eine Innenkontur der Aufnahme an eine Außenkontur des Stopfens angepasst, so dass unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem in der Aufnahme angeordneten Stopfen und dem Aufnahmeelement vermieden werden können.
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Der Roboter ist vorzugsweise als Leichtbauroboter ausgebildet. Unter einem solchen Leichtbauroboter (LBR) ist ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, oder Regelung, insbesondere Kraftregelung, aufweist. Bei einem solchen Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um einen kraftsensitiven Roboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung von Prozessen und vorliegend der Stopfenmontage ermöglicht.
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Der Roboter weist eine in den Roboter integrierte Sensorik mit wenigstens einem integrierten Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensor, mittels welchem eine Kraft und/oder ein Drehmoment, die beziehungsweise das an einer jeweiligen Bewegungsachse des Roboters wirkt, sowie ein Weg, den der Roboter oder zumindest eine Achse des Roboters beim Durchführen der Montage des Stopfens zurücklegt, gemessen werden kann. Mit anderen Worten können die integrierten Sensoren der Sensorik verwendet werden, um Wege, Kräfte und Drehmomente entlang jeweiliger Bewegungsachsen des Roboters zu erfassen.
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Für eine im Rahmen des Verfahrens etwaig durchzuführende Kraft- und Wegmessung kann somit die als integrierte Kraft- und Wegsensorik ausgebildete Sensorik des Roboters verwendet, so dass bezogen auf den Roboter externen Sensoren nicht vorgesehen und nicht erforderlich sind.
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Da der Stopfen durch den Unterdruck beziehungsweise das Vakuum am Roboter gehalten wird, kann eine besonders schonende und einfache Handhabung des Stopfens realisiert werden. Darüber hinaus kann der Stopfen zeit- und kostengünstig vom Roboter aufgenommen und an diesem gehalten werden. Dadurch kann eine besonders einfache und zumindest nahezu unbegrenzte Aufnahme und Abgabe von Bauteilen beziehungsweise Stopfen realisiert werden. Darüber hinaus kann das Verfahren besonders kostengünstig durchgeführt werden.
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Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird der Stopfen zu einer Fügestelle des Bauteils mittels des Roboters bewegt, wobei das Erreichen der Fügestelle mittels einer Kraftmessung erfasst wird, die mittels der in den Roboter integrierten Sensorik durchgeführt wird. Im Rahmen des Auffindens der Fügestelle wird der Stopfen beispielsweise mittels des Roboters in Stützanlage mit dem Bauteil gehalten beziehungsweise gegen das Bauteil gedrückt. Hierdurch wirkt auf den Stopfen eine Reaktionskraft, welche durch die Kraftmessung mittels des Roboters, das heißt mittels der integrierten Sensorik, erfasst werden kann. Erreicht der Stopfen die Fügestelle, so verändert eine die auf den Stopfen wirkende Reaktionskraft charakterisierende und mittels der Kraftmessung erfasste Messgröße ihren Wert im Vergleich zu einer von der Fügestelle unterschiedlichen Stelle des Bauteils, gegen die der Stopfen im Rahmen des Auffindens der Fügestelle und vor dem Erreichen der Fügestelle mittels des Roboters gedrückt wird beziehungsweise wurde. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, das Erreichen der Fügestelle zu erfassen.
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Ist die Fügestelle erreicht, so wird der Stopfen mittels des Roboters in die Öffnung an der Fügestelle montiert. Ist der Stopfen montiert, so wird die Erzeugung des Unterdrucks, das heißt das Ansaugen des Stopfens an den Roboter beendet, so dass der Stopfen vom Roboter gelöst werden und mittels des Roboters ein weiterer Stopfen aufgenommen und montiert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine besonders zeit- und kostengünstige Automatisierung einer Stopfenmontage, so dass unergonomische und üblicherweise durch menschliche Arbeiter durchzuführende Überkopfarbeiten vermieden werden können. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Nutzung von Pufferstrecken für das automatisierte Fügen des Stopfens, so dass Montagebänder eingespart werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht auf ein Aufnahmeelement eines als Leichtbauroboter ausgebildeten Roboters, mittels welchem eine Montage eines Stopfens in eine Öffnung eines Bauteils eines Kraftwagens automatisch durchgeführt wird;
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2 ausschnittsweise eine schematische und Seitenansicht auf das Aufnahmeelement zum Halten des Stopfens am Roboter;
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3 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Seitenansicht auf das Bauteil und das Aufnahmeelement, über welches der Stopfen an einer Fügestelle des Bauteils montiert wird;
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Seitenansicht auf das Bauteil und das Aufnahmeelement, mittels welchem der Stopfen in die Öffnung eingedrückt wird;
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5 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Seitenansicht auf das Aufnahmeelement; und
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6 ausschnittsweise eine schematische Explosionsansicht des Aufnahmeelements.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Aufnahmeelement eines Roboters, welcher als Leichtbauroboter ausgebildet ist. Der Leichtbauroboterweist eine integrierte Sensorik auf, mittels welcher auf den Roboter wirkende Kräfte und somit Drehmomente erfassbar sind. Darüber hinaus können mittels der integrierten Sensorik Wege erfasst werden, die der Roboter beziehungsweise wenigstens ein Roboterarm des Roboters beim Durchführen wenigstens eines Arbeitsschritts zurücklegt, erfasst werden können. Dies bedeutet, dass mittels der integrierten Sensorik eine Kraft- und Wegmessung durchgeführt werden kann.
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Der Roboter weist eine in 1 nicht erkennbare feste Basis auf, welche an einem Boden 12 befestigt ist. Der Roboter weist eine Mehrzahl von Roboterarmen auf, welche gelenkig miteinander verbunden sind. Dadurch können die Roboterarme um jeweilige Schwenkachsen relativ zueinander verschwenkt und/oder entlang jeweiliger Bewegungsachsen translatorisch relativ zueinander bewegt werden. Diese Roboterarme werden üblicherweise auch als „Achsen” bezeichnet. Die Roboterarme sind gelenkig mit der Basis verbunden und relativ zur Basis bewegbar.
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An dem bezogen auf die Basis letzten der Roboterarme ist ein Endeffektor in Form des Aufnahmeelements 10 befestigt. Das Aufnahmeelement 10 kann mittels der Roboterarme entlang beziehungsweise um die Bewegungsachsen des Roboters im Raum bewegt werden. Dabei ist es möglich, auf das Aufnahmeelement 10 und somit über das Aufnahmeelement 10 auf den Roboter beziehungsweise die Roboterarme wirkende Kräfte und Drehmomente mittels der integrierten Sensorik zu erfassen. Darüber hinaus ist es mittels der integrierten Sensorik möglich, im Rahmen einer Wegmessung einen Weg beziehungsweise eine Strecke, die das Aufnahmeelement 10 mittels der Roboterarme bewegt wird, zu erfassen. Dadurch kann beispielsweise das Aufnahmeelement 10 besonders präzise an vorgebbaren Stellen positioniert werden. Die gemessen Kraft kann in Bezug zu dem gemessenen Weg gesetzt werden, so dass dadurch eine Kraft-/Wegmessung realisierbar ist.
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Der Roboter wird zur Automatisierung einer Montage eines aus 1 erkennbaren Stopfens 14 verwendet. Mittels des Stopfens 14 wird eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 15 eines aus 2 bis 4 ausschnittsweise erkennbaren Bauteils 16 verschlossen. Das Bauteil 16 ist beispielsweise ein Karosseriebauteil eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, wobei der Stopfen 14 mittels des Roboters in die Öffnung 15 montiert wird. Dadurch kann die Öffnung 15 fluidisch verschlossen werden.
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Aus 1, 5 und 6 ist erkennbar, dass das Aufnahmeelement 10 ein Basisteil 20 aufweist, über das das Aufnahmeelement 10 am Endeffektor befestigt beziehungsweise zu befestigen ist. Darüber hinaus umfasst das Aufnahmeelement 10 ein Halteteil 18. Das Halteteil 18 über eine Feder 30 des Aufnahmeelements 10 am Basisteil 20 abgestützt. Das Basisteil 20 wird auch als „Saug- und Fügestößel” bezeichnet, da am Basisteil 20 ein Luftanschluss 34 vorgesehen ist. Das Halteteil 18 ist über ein Befestigungselement 32 am Basisteil 20 gehalten und gelagert und ist translatorisch relativ zum Basisteil 20 verschiebbar. Mit anderen Worten ist das Halteteil 18 über das Befestigungselement 32, am Basisteil 20 geführt gehalten wird.
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Bei einem aus 1 erkennbaren ersten Schritt wird der Stopfen 14 an einer Aufnahmestelle durch den Roboter aufgenommen, wobei der Stopfen 14 vom Roboter über das Halteteil 18 angesaugt und ansaugend am Roboter, insbesondere am Halteteil 18, gehalten wird. Aus 5 ist erkennbar, dass das Halteteil 18 eine Ansaugöffnung 28 aufweist, über welche der Stopfen 14 angesaugt und am Halteteil 18 gehalten wird. Mit anderen Worten wird auf einer dem Halteteil 18 zugewandten ersten Seite des Stopfens 14 über den Luftanschluss 34 und die Ansaugöffnung 28 im Vergleich zu einer dem Halteteil 18 abgewandten zweite Seite des Stopfens 14 ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt, mittels welchem der Stopfen 14 angesaugt und am Halteteil 18 gehalten wird.
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Wie besonders gut aus 5 erkennbar ist, weist das Halteteil 18 eine Aufnahme 36 auf, in welcher der Stopfen 14 zumindest teilweise angeordnet wird. Der Stopfen 14 ist aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, gebildet und somit elastisch verformbar. Ferner weist der Stopfen 14 eine Dichtlippe 24.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich einer Innenkontur der Aufnahme 36 als mit zumindest einem Teilbereich einer Außenkontur des Stopfens 14 korrespondierende Gegenkontur ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Innenkontur der Aufnahme 36 an die Außenkontur des Stopfens 14 angepasst, so dass unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem in der Aufnahme 36 angeordneten Stopfen 14 und dem Halteteil 18 vermieden werden können.
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Im an das Halteteil 18 angesaugten Zustand ist der Stopfen 14 am Roboter angeordnet, so dass der Stopfen 14 durch Bewegen des Aufnahmeelements 10 im Raum mit dem Aufnahmeelement 10 mitbewegt werden kann.
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Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Stopfen 14 von der Aufnahmestelle weg zu einer Fügestelle 26 des Bauteils 16 zu bewegen, wobei das Erreichen der Fügestelle 26 mittels einer Kraftmessung erfasst wird, welche mittels der in den Roboter integrierten Sensorik durchgeführt wird. Ist die Fügestelle 26 erreicht, so kann der Stopfen 14 in die Öffnung 15 mittels des Roboters montiert werden.
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Nach dem Aufnehmen des Stopfens 14 fährt der Roboter zunächst an das Bauteil 16, so dass der Stopfen 14 in Richtung des Bauteils 16 bewegt wird. Dabei verfährt der Roboter mit definierter Kraft, bis er das Bauteil 16 erreicht. Das Erreichen des Bauteils 16 kann über eine Kraftmessung erfolgen, welche mittels der in den Roboter integrierten Sensorik durchgeführt wird. Dabei wird der Stopfen 14 in eine Position bewegt, welche als Referenzwert gespeichert wird. Mit anderen Worten ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Stopfen 14 mittels des Roboters zunächst von der Aufnahmestelle in eine Zwischenposition 22 bewegt wird, in welcher sich der Stopfen 14 in Stützanlage mit dem Bauteil 16 befindet. Diese Zwischenposition 22 unterscheidet sich dabei von der Aufnahmestelle und von der Fügestelle 26. Das Erreichen der Zwischenposition 22 wird mittels der in den Roboter integrierten Sensorik erfasst, wobei wenigstens ein mittels der in den Roboter integrierten Sensorik erfasster und die Zwischenposition 22 charakterisierender Wert einer Messgröße als Referenzwert gespeichert wird. Mit anderen Worten ist der erfasste Wert der Referenzwert. Die Messgröße ist beispielsweise eine Kraft, welche über den Stopfen 14 auf den Roboter wirkt und daraus resultiert, dass der Stopfen 14 mittels des Roboters unter Halten des Stopfens 14 in der Zwischenposition 22 gegen das Bauteil 16 gedrückt wird.
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Anschließend fährt der Roboter die Fügestelle 26 mit einer Toleranz ungefähr an. Hierbei werden dem Roboter Kräfte aufgeschaltet, welche durch zwei orthogonal zueinander im Raum verlaufende Richtungen aufgespannt wird. Diese Richtungen werden vorliegend als x- und y-Richtungen bezeichnet, wobei die x- und die y-Richtung x-y-eine Ebene aufspannen, in der zumindest ein Teilbereich des Bauteils 16 liegt. Durch Aufschalten der in dieser x-y-Ebene wirkenden Kräfte wird der Stopfen 14 mittels des Roboters in der y-x-Ebene von der Zwischenposition 22 in Richtung der Fügestelle bewegt. Durch auftretende Kräfte ermittelt der Roboter exakt die Position der Fügestelle in der x-y-Ebene. Der Roboter erkennt durch eine Differenz zum Referenzwert, bei dem der Stopfen 14 auf dem Bauteil 16 ohne Loch aufliegt, dass sich der Stopfen 14 innerhalb der Öffnung 15 beziehungsweise in Überdeckung mit der Öffnung 15 befindet.
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Mit anderen Worten wird der Stopfen 14 mittels des Roboters von der Zwischenposition 22 an die Fügestelle 26 bewegt, wobei das Erreichen der Fügestelle 26 mittels der Kraftmessung derart erfasst wird, dass die Messgröße bei Erreichen der Fügestelle 26 einen vom Referenzwert unterschiedlichen Wert aufweist. Befindet sich nämlich der Stopfen 14 in Überdeckung mit der Öffnung 15, so kann der Stopfen 14 einer vom Roboter auf den Stopfen 14 wirkenden Kraftbeaufschlagung, mittels welcher der Stopfen 14 in der Zwischenposition 22 gegen das Bauteil 16 gedrückt wird, ausweichen beziehungsweise nachgeben und sich zumindest ein Stück in die Öffnung 15 bewegen, wenn die Fügestelle 26 erreicht ist. Die Messgröße kann somit eine auf den Stopfen 14 wirkende und vom Roboter aufgebrachte Kraft oder ein Weg sein. Die Änderung der Messgröße beim Erreichen der Fügestelle 26 im Vergleich zur Zwischenposition 22 wird erfasst, so dass dadurch auf das Erreichen der Fügestelle 26 rückgeschlossen werden kann.
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Ist die Fügestelle 26 erreicht, so wird über das Aufnahmeelement 10 auf den Stopfen 14 eine Fügekraft vom Roboter aufgebracht, wobei die Fügekraft in eine senkrecht zur x-Richtung und senkrecht zur y-Richtung wirkende und als „z-Richtung” bezeichnete Richtung verläuft. Mittels dieser in z-Richtung verlaufenden Fügekraft wird der Stopfen 14 in die Öffnung 15 eingedrückt, bis der Stopfen 14 einen vorgegebenen Fügeweg zurückgelegt hat. Die eigentliche Fügekraft wird so lange aufgeschaltet beziehungsweise auf den Stopfen 14 aufgebracht, bis der Stopfen 14 seine programmierte Fügetiefe erreicht hat. Das Erreichen der Fügetiefe durch den Fügeweg des Stopfens 14 kann beispielsweise mittels der in den Roboter integrierten Sensorik, insbesondere durch eine Kraftmessung erfasst werden.
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Da – wie zuvor erwähnt – das Halteteil 18 relativ zum Basisteil 20 translatorisch verschiebbar ist, werden – wie anhand eines Vergleichs von 3 mit 4 erkennbar ist – das Basisteil 20 und das Halteteil 18 unter Komprimieren der Feder 30 zusammengeschoben, wodurch ein Voreilen des Basisteils 20 in Bezug zum Halteteil 18 erreicht wird.
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Das anhand von 1 bis 6 veranschaulichte Verfahren ermöglicht eine besonders kostengünstige Automatisierung einer Stopfenmontage, da der Stopfen 14 einfach und schonend gehandhabt werden kann. Insgesamt ist erkennbar, dass die interne Kraftsensorik die zum Fügen des Stopfens 14 sowie zum Auffinden der Öffnung 15 verwendet wird. Auf diese Weise wird ein automatisiertes Fügen von Stopfen 14 mit geringem apparativem und messtechnischem Aufwand erreicht, Überkopfarbeit sowie das Fügen in schlecht erreichbaren Positionen wird vermieden sowie Montagezeiten und Fördertechnik reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005798 A1 [0002]
- DE 102007063099 A1 [0004]
