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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 62/005,553, die am 30. Mai 2014 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hier vollständig mit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum Lokalisieren von Fahrzeugkomponenten relativ zueinander.
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HINTERGRUND
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Fahrzeugkarosserien bestehen aus einer Vielzahl von Strukturkomponenten, die zur korrekten Funktion und aus ästhetischen Gründen mit ausreichender Genauigkeit zueinander zusammengebaut werden müssen. Die Karosserie umfasst viele Teilanordnungen, die jeweils eine Anzahl von Teilkomponenten aufweisen. Typischerweise werden dedizierte Halterungen konstruiert, um jede Teilkomponente relativ zu einer oder mehreren Teilkomponenten, mit denen sie zusammengebaut werden soll, zu präsentieren und zu positionieren. Zur Konstruktion und Fertigung benötigen diese Halterungen eine vergrößerte Vorlaufzeit und erhebliche Kapitalinvestitionen, bevor sie zum Zusammenbauen der Karosseriekomponenten verwendet werden können. Beliebige Veränderungen an Teilkomponententeilen können eine neue Halterung oder eine erhebliche Veränderung an existierenden Halterungen, sofern machbar, erfordern. Zudem belegen die Halterungen eine große Menge an Bodenraum.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist nützlich, Fahrzeugkomponenten zusammenzubauen, ohne Halterungen zu verwenden. Zu diesem Zweck beschreibt die vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Lokalisieren einer ersten Fahrzeugkomponente relativ zu einer zweiten Fahrzeugkomponente unabhängig von der Absolutposition entweder der ersten Fahrzeugkomponente oder der zweiten Fahrzeugkomponente und ohne dass die Verwendung von Hardwareelementen zur präzisen Lokalisierung (z. B. Lokalisierungsstiften) in einer Halterung benötigt wird. Die erste Fahrzeugkomponente enthält einen ersten Komponentenkörper und definiert mindestens ein Formmerkmal, das an dem ersten Komponentenkörper angeordnet ist. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff ”Formmerkmal” eine physikalische, konkrete Struktur (oder eine Repräsentation derselben) in einer Komponente, etwa einer Fahrzeugkomponente, die spezielle geometrische und/oder topographische Eigenschaften aufweist. Als Beispiele ohne Einschränkung können die Formmerkmale Löcher, vorstehende Ansätze, dreieckige Strukturen, Ecken, Nuten, Ränder oder eine Kombination daraus sein. Da die Formmerkmale in den Komponenten verwendet werden, um zwei oder mehr Teile relativ zueinander zu lokalisieren, können die Formmerkmale alternativ als ”Lokalisierungsmerkmale” bezeichnet werden. Da die Formmerkmale relativ zu dem Rest des Teils außerdem eine eindeutige Geometrie aufweisen können, können die Formmerkmale alternativ als geometrische Merkmale bezeichnet werden. Die zweite Fahrzeugkomponente enthält einen zweiten Komponentenkörper und definiert mindestens ein Formmerkmal an dem zweiten Komponentenkörper. In einer Ausführungsform verwendet das Verfahren einen Roboterarm und eine Kamera, die mit dem Roboterarm gekoppelt ist, und es umfasst die folgenden Schritte, dass: (a) der Roboterarm zu einer ersten Position derart bewegt wird, dass das Formmerkmal der ersten Fahrzeugkomponente in einem Blickfeld der Kamera liegt; (b) ein Bild des Formmerkmals der ersten Fahrzeugkomponente unter Verwendung der Kamera aufgenommen wird, um das Formmerkmal der ersten Fahrzeugkomponente relativ zu dem ersten Komponentenkörper zu lokalisieren; (c) der Roboterarm zu einer zweiten Position derart bewegt wird, dass das Formmerkmal der zweiten Fahrzeugkomponente im Blickfeld der Kamera liegt; (d) ein Bild des Formmerkmals der zweiten Fahrzeugkomponente unter Verwendung der Kamera aufgenommen wird, um das Formmerkmal der zweiten Fahrzeugkomponente relativ zu dem zweiten Komponentenkörper zu lokalisieren; (e) die zweite Fahrzeugkomponente unter Verwendung eines Werkzeugs am Armende (EOAT-Werkzeug, EOAT von end-of-arm-tool) an dem Roboterarm aufgenommen wird; und (f) der Roboterarm zusammen mit der zweiten Fahrzeugkomponente zu der ersten Fahrzeugkomponente hin bewegt wird, um das Formmerkmal der ersten Fahrzeugkomponente auf das Formmerkmal der zweiten Fahrzeugkomponente im Wesentlichen auszurichten, um die zweite Fahrzeugkomponente in einer vorbestimmten Position relativ zu der ersten Fahrzeugkomponente unabhängig von einer Absolutposition der ersten Fahrzeugkomponente zu lokalisieren. Durch das Verwenden des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann die erste Fahrzeugkomponente in eine vorbestimmte Position relativ zu der zweiten Fahrzeugkomponente platziert werden, ohne Lokalisierungsstifte und dedizierte Halterungen für die Fahrzeugkomponente zu verwenden. Die erste Fahrzeugkomponente wird auf einer Teilestütze oder auf einem EOAT platziert, die bzw. das von einem zweiten Roboter gehalten wird.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem ein System zum Lokalisieren der ersten Fahrzeugkomponente relativ zu der zweiten Fahrzeugkomponente. Das System umfasst den Roboterarm und die Kamera, die vorstehend erwähnt wurden. Zudem umfasst das System ein Steuerungsmodul, das programmiert ist, um dem Roboterarm und der Kamera zu befehlen, die Schritte des vorstehend beschriebenen Verfahrens auszuführen. Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem eine Fertigungsanordnung, welche das System, die erste Fahrzeugkomponente und die zweite Fahrzeugkomponente umfasst, die vorstehend beschrieben sind.
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Die Kameras können außerdem mit einem Greifer des Roboterarms gekoppelt sein. In dieser Ausführungsform können die Kameras ein Bild der ersten und zweiten Fahrzeugkomponente gleichzeitig aufnehmen, um die Lokalisierungs-Formmerkmale von sowohl der ersten als auch der zweiten Fahrzeugkomponente zu lokalisieren.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Lehren auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist eine schematische Seitenansicht eines Systems zum Zusammenbauen von Fahrzeugkomponenten;
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1B ist eine schematische Seitenansicht eines Systems zum Zusammenbauen von Fahrzeugkomponenten in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Fahrzeugkomponente, die mehrere Formmerkmale definiert;
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3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Fahrzeugkomponente, die mehrere Formmerkmale definiert;
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4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Lokalisieren von Fahrzeugkomponenten relativ zueinander;
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5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Roboterarms in einer ersten Position relativ zu der ersten Fahrzeugkomponente;
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6 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Roboterarms in einer zweiten Position relativ zu der zweiten Fahrzeugkomponente;
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7 ist eine schematische perspektivische Ansicht der zweiten Fahrzeugkomponente, die an der ersten Fahrzeugkomponente derart platziert ist, dass die Formmerkmale der ersten Fahrzeugkomponente im Wesentlichen auf die Formmerkmale der zweiten Fahrzeugkomponente ausgerichtet sind;
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8 ist eine schematische Frontansicht der ersten und zweiten Fahrzeugkomponente, wobei die erste Fahrzeugkomponente von der zweiten Fahrzeugkomponente um eine vorbestimmte Abstandsdistanz beabstandet ist;
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9 ist eine schematische Frontansicht der ersten und zweiten Fahrzeugkomponente, wobei ein Formmerkmal der ersten Fahrzeugkomponente relativ zu dem Formmerkmal der zweiten Fahrzeugkomponente versetzt ist;
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10 ist eine schematische Seitenansicht eines Greifers eines Roboterarms, der eine zweite Fahrzeugkomponente hält, die gerade auf einer ersten Fahrzeugkomponente platziert werden soll;
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11 ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 10 gezeigten Greifers, der die zweite Fahrzeugkomponente hält;
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12 ist eine schematische Draufsicht auf eine zweite Fahrzeugkomponente, die über einer ersten Fahrzeugkomponente platziert ist, und die zeigt, dass die Lokalisierungs-Formmerkmale der zweiten Fahrzeugkomponente größer als die Lokalisierungs-Formmerkmale der ersten Fahrzeugkomponente sind; und
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13 ist eine schematische Seitenansicht der in 12 gezeigten Fahrzeugkomponenten, die zeigt, dass die Lokalisierungs-Formmerkmale der zweiten Fahrzeugkomponente größer als die Lokalisierungs-Formmerkmale der ersten Fahrzeugkomponente sind.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleichen Bezugszeichen gleiche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, veranschaulicht 1A auf schematische Weise einen gelenkigen Roboterarm 10, der auf einer Basis 21 montiert ist. Der gelenkige Roboterarm 10 umfasst einen Armkörper 13 und ein Werkzeug 15 am Armende (EOAT-Werkzeug), das mit einem freien Ende 17 des Armkörpers 13 gekoppelt ist. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff ”EOAT” ein Werkzeug, das an einem Ende des Roboterarms 10 angeordnet ist, das in der Lage ist, Arbeit an einem Werkstück auszuführen. Das EOAT 15 kann an dem freien Ende 17 des Armkörpers 13 direkt befestigt sein. In der dargestellten Ausführungsform kann das EOAT 15 ein Werkstück, etwa eine Fahrzeugkomponente, aufnehmen und absetzen. Abgesehen vom Festhalten des Werkstücks kann das EOAT 15 andere Funktionen ausführen, etwa Bohren und Schweißen.
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Der Roboterarm 10 ist Teil eines Systems 12 zum Zusammenbauen von Fahrzeugkomponenten. Das System 12 enthält ferner ein Steuerungsmodul 5 in Kommunikation mit dem Roboterarm 10. Die Begriffe ”Steuerungsmodul”, ”Steuerung”, ”Controller”, ”Steuerungseinheit”, ”Prozessor” und ähnliche Begriffe bedeuten eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die eine oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführen, kombinatorische Logikschaltungen, sequentielle Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. ”Software”, ”Firmware”, ”Programme”, ”Anweisungen”, ”Routinen”, ”Code”, ”Algorithmen” und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen enthalten. Das Steuerungsmodul 5 ist speziell programmiert, um die Schritte des Verfahrens 300 (4) auszuführen. In der vorliegenden Offenbarung umfasst das Steuerungsmodul 5 mindestens einen Prozessor und mindestens einen zugehörigen Arbeitsspeicher, und es kann Daten von dem Roboterarm 10 empfangen. Das Steuerungsmodul 5 kann den Roboterarm 10 steuern, um das EOAT 15 an einer vorbestimmten Stelle und mit einer vorbestimmten Konfiguration zu platzieren. Beispielsweise kann das Steuerungsmodul 5 dem EOAT 15 befehlen, sich zwischen einer Aufnahmeposition und einer Absetzposition zu bewegen. In der Aufnahmeposition kann das EOAT 15 ein Werkstück aufnehmen und in der Absetzposition kann das EOAT 15 das Werkstück absetzen. Wie vorstehend erörtert wurde, kann sich das EOAT 15 auf der Grundlage von Befehlen, die es von dem Steuerungsmodul 5 empfängt, zwischen der Aufnahmeposition und der Absetzposition bewegen.
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Außerdem kann das Steuerungsmodul 5 die Bewegung des Roboterarms 10 steuern. Der Roboterarm 10 kann sich linear und rotatorisch bewegen, um die Position des EOAT 15 innerhalb eines räumlichen dreidimensionalen Koordinatensystems 200 zu verändern. Das räumliche dreidimensionale Koordinatensystem 200 weist einen Ursprungspunkt A auf, der mit Bezug auf den Roboterarm 10 definiert ist, und es enthält eine x-Achse (Xr), eine y-Achse (Yr) und eine z-Achse (Zr). Das Steuerungsmodul 5 kann Daten mit Bezug auf das räumliche dreidimensionale Koordinatensystem 200 speichern, um die Bewegung des Roboterarms 10 zu steuern.
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Das System 12 enthält zusätzlich mindestens eine 2D- oder 3D-Kamera 14 in Kommunikation mit dem Steuerungsmodul 5. Die Kamera 14 kann 2D- oder 3D-Bilder in einem Blickfeld F aufnehmen. Außerdem kann die Kamera 14 eine 2D- oder 3D-Kamera sein und sie definiert eine optische Achse O, die sich entlang des Blickfelds F erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Blickfeld F symmetrisch entlang der optischen Achse O. Darüber hinaus steht die Kamera 14 in Kommunikation mit dem Steuerungsmodul 5 und kann daher Eingabesignale und Daten (z. B. Bilder) an das Steuerungsmodul 5 senden. Das Steuerungsmodul 5 kann die Eingabesignale und die Daten (z. B. die Bilder) von der Kamera 14 empfangen, um Merkmale eines Werkstücks zu identifizieren und zu lokalisieren. In der dargestellten Ausführungsform ist die Kamera 14 mit dem EOAT 15 direkt gekoppelt. Jedoch kann die Kamera 14 mit einem anderen Teil des Robotersystems 10 oder einem anderen Teil des Systems 12 gekoppelt sein. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass das System 12 mehr als eine Kamera 14 enthalten kann. Das System 12 enthält entweder eine Teilestütze S zum Abstützen der ersten Fahrzeugkomponente 16 (z. B. eines Karosserieblechs) oder einen zweiten Roboter 10A mit einem EOAT 15A zum Halten des ersten Teils, wie in 1B gezeigt ist. Das System 12 kann außerdem ein (nicht gezeigtes) Beleuchtungssystem für die Kameras 14 enthalten. Der Roboter 10 kann einen Kraftsensor 19 in der Nähe des Greifers 36 enthalten, um die Kraft in verschiedene Richtungen Fy, Fx, usw. zu überwachen, wenn die zweite Fahrzeugkomponente 26 auf die erste Fahrzeugkomponente 16 platziert wird. Die erste Fahrzeugkomponente 16 ist auf einer Teilestütze S oder auf dem EOAT 15A, welches von einem zweiten Roboter 10A gehalten wird, platziert.
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2 veranschaulicht auf schematische Weise eine erste Fahrzeugkomponente 16. Die erste Fahrzeugkomponente 16 kann ein Karosserieblech sein und sie enthält einen Körper 18 der ersten Komponente und mindestens ein Formmerkmal 20, das an dem Körper 18 der ersten Komponente angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das Formmerkmal 20 ein Loch, das sich durch den Körper 18 der ersten Komponente hindurch erstreckt. Die Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 können als die ersten Formmerkmale bezeichnet werden. In der dargestellten Ausführungsform definiert die erste Fahrzeugkomponente 16 mehrere Formmerkmale 20 an dem Körper 18 der ersten Komponente.
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Der Körper 18 der ersten Komponente enthält eine erste im Wesentlichen ebene Passoberfläche 22, die sich entlang einer ersten Ebene 24 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform sind alle Formmerkmale 20 Löcher, die sich durch das erste im Wesentlichen ebene Blech 22 hindurch erstrecken und entlang der ersten Ebene 24 angeordnet sind. Es ist nützlich, alle Formmerkmale 20 entlang der ersten Ebene 24 zu platzieren, um die Kamera 14 beim Lokalisieren der Formmerkmale 20 zu unterstützen.
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3 veranschaulicht auf schematische Weise eine zweite Fahrzeugkomponente 26, die zur Kopplung mit der ersten Fahrzeugkomponente 16 konfiguriert, geformt und dimensioniert ist. Die zweite Fahrzeugkomponente 26 kann ein Halteelement sein und sie enthält einen Körper 28 der zweiten Komponente und mindestens ein Formmerkmal 30, das an dem Körper 28 der zweiten Komponente angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das Formmerkmal 30 ein Loch, das sich durch den Körper 28 der zweiten Komponente hindurch erstreckt. Die zweite Fahrzeugkomponente 26 kann mehrere Formmerkmale 30 an dem Körper 28 der zweiten Komponente definieren.
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Der Körper 28 der zweiten Komponente enthält eine zweite im Wesentlichen ebene Passoberfläche 32, die sich entlang einer zweiten Ebene 34 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform sind alle Formmerkmale 30 Löcher, die sich durch die zweite im Wesentlichen ebene Passoberfläche 32 hindurch erstrecken und entlang der zweiten Ebene 34 angeordnet sind. Es ist nützlich, alle Formmerkmale 30 entlang der zweiten Ebene 34 zu platzieren, um die Kamera 14 beim Lokalisieren der Formmerkmale 30 zu unterstützen. Da die Formmerkmale 20, 30 dem System 12 helfen, die erste Fahrzeugkomponente 16 relativ zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26 zu lokalisieren, können die Formmerkmale 20, 30 als Lokalisierungsmerkmale bezeichnet werden. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass die Formmerkmale 20, 30 durch andere geometrische Merkmale ersetzt oder ergänzt werden können, die von der Kamera 14 identifiziert werden können. Als Beispiele ohne Einschränkung können diese geometrischen Merkmale Löcher, die eine andere Form als kreisförmig aufweisen (z. B. rechteckig, elliptisch, sternförmig, Nuten, Linien usw.), Ausnehmungen oder Vorsprünge sein. Folglich können die Bezugszeichen, welche die Formmerkmale 20, 30 bezeichnen, zusätzlich oder alternativ geometrische Merkmale bezeichnen, die von der Kamera 14 detektiert werden können. Die Kamera 14, der Roboterarm 10, die erste Fahrzeugkomponente 16 und die zweite Fahrzeugkomponente 26 werden gemeinsam als Fertigungsanordnung 11 (5 und 6) bezeichnet.
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4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Lokalisieren der ersten und zweiten Fahrzeugkomponente 16, 26 relativ zueinander unabhängig von der Absolutposition der ersten Fahrzeugkomponente 16 und/oder der zweiten Fahrzeugkomponente 26. Die Absolutposition der ersten Fahrzeugkomponente 16 und/oder der zweiten Fahrzeugkomponente 26 kann bzw. können relativ zu dem räumlichen dreidimensionalen Koordinatensystem 200 definiert sein. Das Verfahren 300 beginnt mit Schritt 302, der umfasst, dass der Roboterarm 10 zu einer ersten Position bewegt wird, wie in 5 gezeigt ist, in welcher die Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 im Blickfeld F (1A) der Kamera 14 liegen. Dabei kann das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10 befehlen, sich zu der ersten Fahrzeugkomponente 16 hin zu bewegen, bis die Kamera 14 in der Lage ist, ein Bild der Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 aufzunehmen. Beispielsweise kann der Roboterarm 10 in Schritt 302 zu der ersten Fahrzeugkomponente 16 hin bewegt werden, bis das Steuerungsmodul 5 feststellt, dass die Kamera 14 in einer Position (d. h. der ersten Position) lokalisiert ist, in welcher ihre optische Achse O (1A) im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten im Wesentlichen ebenen Passoberfläche 22 und der ersten Ebene 24 ist. Das Platzieren der optischen Achse O (1A) im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten im Wesentlichen ebenen Passoberfläche 22 und der ersten Ebene 24 erleichtert die akkurate Identifikation der Formmerkmale 20 mit der Kamera 14. Sobald der Roboterarm 10 die erste Position erreicht (5), befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10, die Bewegung zu stoppen. In Ansprechen auf diesen Befehl stoppt der Roboterarm 10 und bleibt stationär relativ zu der ersten Fahrzeugkomponente 16. Dann fährt das Verfahren 300 mit Schritt 304 fort.
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Schritt 304 umfasst, dass mindestens ein Bild der ersten Fahrzeugkomponente 16 unter Verwendung der Kamera 14 aufgenommen wird, um die Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 relativ zu dem Körper 18 der ersten Komponente zu lokalisieren. In Schritt 304 kann das Steuerungsmodul 5 der Kamera 14 befehlen, ein Bild der ersten Fahrzeugkomponente 16 aufzunehmen, sobald der Roboterarm 10 die erste Position (5) erreicht hat. Die Kamera 14 nimmt das Bild der ersten Fahrzeugkomponente 16 in Ansprechen auf den Befehl von dem Steuerungsmodul 5 auf und sendet das Bild der ersten Fahrzeugkomponente 16 an das Steuerungsmodul 5. Das Steuerungsmodul 5 empfängt dann das Bild von der Kamera 14 und ermittelt den Aufenthaltsort der Formmerkmale 20 mit Bezug auf den Körper 18 der ersten Komponente. Dann kann das Verfahren 300 zu Schritt 306 weitergehen.
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Schritt 306 umfasst, dass der Roboterarm 10 zu einer zweiten Position bewegt wird, wie in 6 gezeigt ist, in welcher die Formmerkmale 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 in dem Blickfeld F (1A) der Kamera 14 liegen. Dabei kann das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10 befehlen, sich zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26 hin zu bewegen, bis die Kamera 14 in der Lage ist, ein Bild der Formmerkmale 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 aufzunehmen. Beispielsweise kann der Roboterarm 10 in Schritt 306 zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26 hin bewegt werden, bis das Steuerungsmodul 5 feststellt, dass die Kamera 14 in einer Position (d. h. der zweiten Position) lokalisiert ist, in welcher ihre optische Achse O (1A) im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten im Wesentlichen ebenen Passoberfläche 32 ist. Das Platzieren der optischen Achse O (1A) im Wesentlichen rechtwinklig zu der zweiten im Wesentlichen ebenen Passoberfläche 32 erleichtert eine akkurate Identifikation der Formmerkmale 30 mit der Kamera 14. Sobald der Roboterarm 10 die zweite Position (6) erreicht, befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10, die Bewegung zu stoppen. In Ansprechen auf diesen Befehl stoppt der Roboterarm 10 und bleibt stationär relativ zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26. Dann fährt das Verfahren 300 mit Schritt 308 fort.
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Schritt 308 umfasst, dass mindestens ein Bild der zweiten Fahrzeugkomponente 26 unter Verwendung der Kamera 14 aufgenommen wird, um die Formmerkmale 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 relativ zu dem Körper 28 der zweiten Komponente zu lokalisieren. In Schritt 308 kann das Steuerungsmodul 5 der Kamera 14 befehlen, ein Bild der zweiten Fahrzeugkomponente 26 aufzunehmen, sobald der Roboterarm 10 die zweite Position (6) erreicht hat. Die Kamera 14 nimmt das Bild der zweiten Fahrzeugkomponente 26 in Ansprechen auf den Befehl von dem Steuerungsmodul 5 auf und sendet das Bild der zweiten Fahrzeugkomponente 26 an das Steuerungsmodul 5. Das Steuerungsmodul 5 empfängt dann das Bild von der Kamera 14 und ermittelt den Aufenthaltsort der Formmerkmale 30 mit Bezug auf den Körper 28 der zweiten Komponente. Die Schritte 306 und 308 können vor oder nach dem Ausführen der Schritte 302 und 304 ausgeführt werden. Nach dem Ausführen der Schritte 302, 304, 306 und 308 geht das Verfahren 300 zu Schritt 310 weiter.
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Schritt 310 umfasst, dass die zweite Fahrzeugkomponente 26 unter Verwendung des EOAT 15 des Roboterarms 10 aufgenommen wird. Dazu kann das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10 befehlen, sich zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26 hin zu bewegen, während das EOAT 15 leer ist (ohne ein Teil). Sobald sich das EOAT 15 benachbart zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26 befindet, befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem EOAT 15 des Roboterarms 10, die zweite Fahrzeugkomponente 26 aufzunehmen. Alternativ kann Schritt 310 umfassen, dass die erste Fahrzeugkomponente 16 unter Verwendung des EOAT 15 des Roboterarms 10 aufgenommen wird. Als nächstes fährt das Verfahren 300 mit Schritt 312 fort. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff ”aufnehmen”. einer Komponente, etwa einer Fahrzeugkomponente, dass diese Komponente ergriffen wird, und er kann zusätzlich umfassen, dass die Komponente angehoben wird.
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Schritt 312 umfasst, dass die zweite Fahrzeugkomponente 26, die gerade von dem EOAT 15 gehalten wird, bewegt wird, um die zweite Fahrzeugkomponente 26 an der ersten Fahrzeugkomponente 16 derart zu platzieren, dass jedes Formmerkmal 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 im Wesentlichen auf ein jeweiliges Formmerkmal 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 ausgerichtet ist, wie in
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7 gezeigt ist. Um den Roboterarm 10 zu bewegen, befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10, sich zu der ersten Fahrzeugkomponente 16 hin zu bewegen. Bei diesem kritischen Augenblick ist die erste Fahrzeugkomponente 16 relativ zu dem Roboterarm 10 stationär und sie kann durch eine beliebige geeignete Struktur, etwa eine Teilestütze S, ein EOAT 15A eines zweiten Roboters 10A, oder einen Tisch abgestützt werden, die in der Lage ist, zu verhindern, dass sich die erste Fahrzeugkomponente 16 während des Montageprozesses verschiebt. Außerdem befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10, mit der Bewegung fortzufahren, bis jedes Formmerkmal 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 auf ein jeweiliges Formmerkmal 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 im Wesentlichen ausgerichtet ist. Das Steuerungsmodul 5 kann das Endziel der zweiten Fahrzeugkomponente 26 (d. h. die vorbestimmte Position) zumindest teilweise auf der Grundlage der aufgenommenen Bilder der Formmerkmale 20, 30 der ersten bzw. zweiten Fahrzeugkomponente 16, 26 bestimmen. Mit anderen Worten kann das Steuerungsmodul 5, weil es bereits den Aufenthaltsort der Formmerkmale 20, 30 der ersten bzw. zweiten Fahrzeugkomponente 16, 26 bestimmt hat, dem Roboterarm 10 befehlen, die zweite Fahrzeugkomponente 26 zu einer Position zu bewegen, in welcher die Formmerkmale 20 auf die Formmerkmale 30 im Wesentlichen ausgerichtet sind. Sobald jedes Formmerkmal 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 auf jedes Formmerkmal 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 im Wesentlichen ausgerichtet ist, befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem Roboterarm 10, die Bewegung zu stoppen. In Ansprechen darauf stoppt der Roboterarm 10 die Bewegung. Im Schritt 312 kann das Steuerungsmodul 5 das Endziel der zweiten Fahrzeugkomponente 26 in Echtzeit oder vor dem Einleiten von Schritt 312 bestimmen. Nachdem der Roboterarm 10 die Bewegung gestoppt hat, befiehlt das Steuerungsmodul 5 dem EOAT 15, die zweite Fahrzeugkomponente 26 zu platzieren. Nach dem Lokalisieren der ersten Fahrzeugkomponente 16 mit Bezug auf die zweite Fahrzeugkomponente 26 in einer vorbestimmten Position können die erste und zweite Fahrzeugkomponente 16, 26 miteinander verschweißt oder unter Verwendung eines beliebigen anderen geeigneten Prozesses zusammengefügt werden.
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Um die Qualität der Schweißverbindung zu verbessern, kann es mit Bezug auf 8 nützlich sein, die erste Fahrzeugkomponente 16 von der zweiten Fahrzeugkomponente 26 um eine vorbestimmte Abstandsdistanz D getrennt zu halten. Die vorbestimmte Abstandsdistanz D hängt von den Materialien der ersten Fahrzeugkomponente 16 und der zweiten Fahrzeugkomponente 26 ab. Da die erste und zweite Fahrzeugkomponente 16, 26 um die vorbestimmte Abstandsdistanz D voneinander beabstandet sind, wird zwischen der ersten und zweiten Fahrzeugkomponente 16, 26 ein Spalt G definiert. Folglich kann das Steuerungsmodul 5 programmiert sein, um dem Roboterarm 10 zu befehlen, sich zu der zweiten Fahrzeugkomponente 26 hin zu bewegen, bis die erste Fahrzeugkomponente 16 von der zweiten Fahrzeugkomponente 26 um die vorbestimmte Abstandsdistanz D beabstandet ist. Diese Position kann durch einen Vergleich der X-, Y-, Z-Koordinaten der Lokalisierungs-Formmerkmale 20, 30 in jedem der zwei Komponententeile 16, 26 bestimmt werden. Alternativ kann die Abstandsdistanz D erreicht werden, indem ein Kraftsensor 19 im Roboterarm 10 verwendet wird. Die Fahrzeugkomponenten 16, 26 werden zusammengebracht, bis die Kontaktkraft durch den Kraftsensor 19 detektiert wird. Dann kann der Roboter 10 die zweite Fahrzeugkomponente 26 um die vorbestimmte Abstandsdistanz D von der ersten Fahrzeugkomponente 16 wegbewegen. In Ansprechen darauf bewegt sich der Roboterarm 10 zusammen mit der zweiten Fahrzeugkomponente 26 zu der ersten Fahrzeugkomponente 16 hin, bis die zweite Fahrzeugkomponente 26 von der ersten Fahrzeugkomponente 16 um die vorbestimmte Abstandsdistanz D beabstandet ist.
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Mit Bezug auf 9 kann das Steuerungsmodul 5 programmiert sein, um die zweite Fahrzeugkomponente 26 relativ zu der ersten Fahrzeugkomponente 16 so zu positionieren, dass mindestens eines der Formmerkmale 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 relativ zu dem einen der Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 entlang der ersten Ebene 24 oder entlang der zweiten Ebene 34 versetzt ist. Daher kann eine Mittelachse H1 von einem Formmerkmal 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 relativ zu einer Mittelachse H2 von einem Formmerkmal 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 um eine Versatzdistanz F versetzt sein. Wenn das Steuerungsmodul 5 programmiert ist, um das Endziel der zweiten Fahrzeugkomponente 26 in Echtzeit zu bestimmen, dann kann der Roboterarm 10 gesteuert werden, um die zweite Fahrzeugkomponente 26 derart zu platzieren, dass die Formmerkmale 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 zu den Formmerkmalen 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 um die vorbestimmte Versatzdistanz A versetzt sind. Die vorbestimmte Versatzdistanz A ist Null, wenn die Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 zu den Formmerkmalen 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 nicht versetzt sind.
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Mit Bezug auf 10 und 11 kann das EOAT 15 des Roboterarms 10 als Greifer 36 konfiguriert sein, der an dem Armkörper 13 durch eine Montageplatte 38 montiert ist. Der Armkörper 13 kann sich um eine Körperachse B in eine Drehrichtung R (oder in die entgegengesetzte Drehrichtung) drehen. Das Drehen des Armkörpers 13 bewirkt, dass sich der Greifer 36 ebenfalls dreht. Der Greifer 36 enthält eine Basis 39 und ein oder mehrere Greifelemente 40, die in der Lage sind, die erste Fahrzeugkomponente 16 oder die zweite Fahrzeugkomponente 26 zu halten. Die Greifelemente 40 können die zweite Fahrzeugkomponente 26 (oder die erste Fahrzeugkomponente 16) ergreifen und festhalten. Als Beispiele ohne Einschränkung können die Greifelemente 40 mechanische Finger, Saugnäpfe, Magnete oder andere Elemente sein, die geeignet sind, um die zweite Fahrzeugkomponente 26 (oder die erste Fahrzeugkomponente 16) festzuhalten.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Greifer 36 so gezeigt, dass er die zweite Komponente 26 festhält. Die Kameras 14 sind mit dem Greifer 36 zwischen den Fingern 40 gekoppelt. Wie in 10 gezeigt ist, kann die zweite Fahrzeugkomponente 26 auf die erste Fahrzeugkomponente 16 ausgerichtet werden, während die erste Fahrzeugkomponente 16 auf einer ungenauen Teilestütze S ruht oder von einem zweiten Roboter 10A mit einem Werkzeug 15A am Armende gehalten wird. Die Teilestütze S muss die erste Komponente 16 nicht präzise positionieren, aber sie muss verhindern, dass sich die erste Fahrzeugkomponente 16 bewegt oder verschiebt, während die zweite Fahrzeugkomponente 26 auf die erste Fahrzeugkomponente 16 ausgerichtet wird.
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Eine oder mehrere 2D- oder 3D-Kameras 14 sind in der Basis 39 des Greifers 36 so montiert, dass sie über eine gute Sichtlinie verfügen, um gleichzeitig durch die Lokalisierungs-Formmerkmale 30 der zweiten Fahrzeugkomponente 26 hindurch und in die Lokalisierungs-Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 hinein und durch diese hindurch zu blicken. Mit anderen Worten können die Kameras 14 in dem Greifer 36 so montiert sein, dass es mehr direkte Sichtlinien von der Kamera 14 zu den Lokalisierungs-Formmerkmalen 20, 30 der ersten Fahrzeugkomponente 16 bzw. der zweiten Fahrzeugkomponente 26 gibt. Dies würde ermöglichen, dass die Kameras 14 die Lokalisierungs-Formmerkmale 20, 30 in der ersten Fahrzeugkomponente 10 und der zweiten Fahrzeugkomponente 20 gleichzeitig sehen. Obwohl die 10 und 11 eine oder mehrere Kameras 14 zeigen, die mit dem Greifer 36 gekoppelt sind, sind genügend Kameras 14 enthalten, um sicherzustellen, dass die Lokalisierungs-Formmerkmale 20, 30 im Blick von mindestens einer Kamera 14 liegen, und dass die Lokalisierungs-Formmerkmale 20, 30 mit einer geeigneten Auflösung (d. h. Pixelgröße) betrachtet werden, um Genauigkeit sicherzustellen. Optional kann ein Beleuchtungssystem (z. B. eine LED-Beleuchtung) in dem Greifer 36 enthalten sein, um eine Beleuchtung zur verbesserten Betrachtung der Lokalisierungs-Formmerkmale 20, 30 bereitzustellen. Außerdem kann ein Beleuchtungssystem hinter der ersten Fahrzeugkomponente 16 enthalten sein, um die Lokalisierungs-Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 zur verbesserten Sehleistung zu beleuchten.
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Wie in 12 und 13 gezeigt ist, sind die Lokalisierungs-Formmerkmale 20 in der ersten Fahrzeugkomponente 16 kleiner als die Formmerkmale 30 in der zweiten [engl.: first] Fahrzeugkomponente. Dies ermöglicht, dass die Ränder der Formmerkmale 20, 30 der ersten und zweiten Fahrzeugkomponente 16, 26 gleichzeitig gesehen werden können, wenn die erste und zweite Fahrzeugkomponente 16, 26 aufeinander ausgerichtet sind. Unter Verwendung dieses Ansatzes kann eine Fehlausrichtung der Lokalisierungs-Formmerkmale 20, 30 leicht festgestellt werden. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass die Kameras 14 nicht unbedingt auf dem Greifer 36 montiert sein müssen, wenn dieser allgemeine Ansatz verwendet wird. Dieser Ansatz kann mit Kameras 14 bewerkstelligt werden, die unter der ersten Fahrzeugkomponente 16 montiert sind und zuerst durch die Lokalisierungs-Formmerkmale 20 der ersten Fahrzeugkomponente 16 hindurchblicken und dann in die Lokalisierungs-Formmerkmale 30 in der zweiten Fahrzeugkomponente 26 hinein und durch diese hindurch. In diesem Fall müssten die Lokalisierungs-Formmerkmale 30 in der zweiten Fahrzeugkomponente 26 kleiner als die Lokalisierungs-Formmerkmale 20 in der ersten Fahrzeugkomponente 16 sein.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Lehren im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Offenbarung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Lehren im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.
