DE102016111521A1

DE102016111521A1 - Vorrichtung zum Herstellen eines Kabelbaums

Info

Publication number: DE102016111521A1
Application number: DE102016111521.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Ecker; Andreas Neumayer; Michael Mayer; Manfred Asbeck
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: DE102016111521B4

Abstract

Die vorliegende Anmeldung offenbart eine Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Kabelbaums, mit
– einer Baubrettaufnahme (18) zur Aufnahme eines Baubretts (4); und
– einem Bearbeitungsautomat (40) mit wenigstens einem Roboterarm (22),
wobei die Baubrettaufnahme (18) an einem Gestell (10) derart vorgesehen ist, dass das Baubrett (4) in einer definierten Lage bezüglich des Gestells (10) fixiert oder fixierbar ist, und wobei der Bearbeitungsautomat (40) an dem Gestell (10) montiert oder montierbar ist, und der Bearbeitungsautomat (40) und die Baubrettaufnahme (18) in einer definierten Lage zueinander derart positioniert oder positionierbar sind, dass ein Ende des wenigstens einen Roboterarms (22) jeden oder im Wesentlichen jeden Punkt in zumindest einem Teilbereich auf einer Oberfläche des Baubretts (4) wiederholbar erreicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kabelbaums, der beispielsweise in einem Bordnetz eines Fahrzeugs verwendet werden kann.
Stand der Technik
Ein Kabelbaum sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung sind beispielsweise aus der DE 10 2007 022 764 B3 bekannt. Ein Kabelbaum kann im Prinzip als eine Zusammenfassung von einzelnen Leitungen zu Bündeln verstanden werden. Über diese Leitungen werden in einem damit ausgerüsteten Fahrzeug Signale und/oder elektrische Energie übertragen. Ein solcher Kabelbaum kann verschiedene Abzweigungen, beispielsweise in Form von Kreuzungen von einzelnen Leitungen, und Steckverbinder zum Anbinden des Kabelbaums in einem Fahrzeug umfassen. Stellen- oder abschnittsweise werden die einzelnen Leitungen durch beispielsweise Gewebebänder, Schellen, Kabelbinder oder Schläuche zu einem Kabelstrang zusammengefasst. Häufig sind diese Kabelbäume kundenspezifisch konfiguriert, so dass eine Vielzahl unterschiedlicher Kabelbaumvarianten zu fertigen ist.
Üblicherweise erfolgt die Herstellung oder Fertigung eines solchen Kabelbaums auf einem horizontal angeordneten Baubrett. Auf diesem Baubrett werden eine Mehrzahl von aufrecht stehenden Auflagegabeln angeordnet, wobei die einzelnen Leitungen auf ihrem Weg vom Start- zum Zielsteckverbinder in die Auflagegabeln eingehängt werden, um sie darin zu einem Kabelstrang zusammenzufassen. Jede Leitung des Kabelbaums wird dabei manuell, das heißt von Hand, in üblicherweise bis zu zwanzig oder mehr Auflagegabeln eingelegt. Es ist bekannt, dass Halteteile an einzelnen Stationen eines Baubretts bereitgestellt und die Halteteile manuell angebracht werden. Um die Halteteile immer an derselben Stelle anzubringen, sind auf den Baubrettern Haltevorrichtungen erforderlich, welche die Halteteile aufnehmen. Eine Station bringt die Halteteile auf, eine weitere montiert sie und eine dritte Station prüft diese.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die manuelle Herstellung eines Kabelbaums an einem Baubrett vereinfacht und unterstützt.
Die Aufgabe wird wenigstens in Teilaspekten durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kabelbaums bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Baubrettaufnahme zur Aufnahme und/oder vorzugsweise lagegenauen Positionierung eines Baubretts; und einen Bearbeitungsautomat mit wenigstens einem Roboterarm auf. Die Baubrettaufnahme ist an einem Gestell derart vorgesehen, dass das Baubrett in einer definierten Lage bezüglich des Gestells fixiert oder fixierbar ist. Der Bearbeitungsautomat ist an dem Gestell montiert oder montierbar. Der Bearbeitungsautomat und die Baubrettaufnahme sind in einer definierten Lage zueinander derart positioniert oder positionierbar, dass ein Ende des wenigstens einen Roboterarms jeden oder im Wesentlichen jeden Punkt in zumindest einem Teilbereich auf einer Oberfläche des Baubretts wiederholbar erreicht.
Mit einer solchen Vorrichtung ist es möglich, dass der Roboterarm nicht nur eine einzelne Station des Baubretts zur Bereitstellung von Teilen anfährt, sondern wiederholbar eine beliebige Position direkt auf der Oberfläche des Baubretts selbst. In Ausführungsformen kann es auch möglich sein, dass der Roboterarm wiederholbar eine Position direkt auf der Oberfläche des Baubretts erreichen kann, um eine Person bei der Herstellung des Kabelbaums zu unterstützen, wenn sich die Person an dem Baubrett befindet. Grundsätzlich kann ein Roboterarm ausreichend sein. Wenn mehr als ein Roboterarm, insbesondere zwei Roboterarme vorgesehen sind, können die Roboterarme Teilaufgaben wie Teilebereitstellung und Bearbeitung aufteilen und können sowohl eine Automatisierung der Teilebereitstellung und Montage als auch eine Unterstützung einer Person bei halbautomatischer Fertigung vorteilhaft verwirklicht werden. Auf diese Weise kann die manuelle Herstellung eines Kabelbaums nicht nur vereinfacht und unterstützt werden, sondern die Herstellung des Kabelbaums kann möglichst weitgehend automatisiert werden, wobei gleichzeitig eine kooperative Fertigung zwischen dem Bearbeiter und dem Bearbeitungsautomat ermöglicht wird.
In Ausführungsformen kann der wenigstens eine Roboterarm oberhalb des Baubretts angeordnet sein. Wenn der Roboterarm oberhalb des Baubretts angeordnet ist, kann die für die Montage besonders intensiv genutzte obere Oberfläche des Baubretts erreichen. Ein besonders effizientes Bewegungsbild ergibt sich zudem, wenn der wenigstens eine Roboterarm hängend angeordnet ist.
In Ausführungsformen kann das Gestell wenigstens einen Portalbogen umfassen. Unter einem Portalbogen kann ein Tragbauteil mit zwei Säulen und einem die oberen Enden der Säulen verbindenden Querträger verstanden werden; in der Regel, aber nicht zwingend, sind die Säulen und Querträger gerade bzw. linear, also ungebogen, ausgeführt. Es sind Automaten mit einem einzigen Portalbogen denkbar, der beispielsweise auf einem Maschinenbett verfahrbar ist. Besonders bevorzugt sind zwei Portalbögen, zwischen denen eine xy-Einheit zum Verfahren des wenigstens einen Roboterarms aufgespannt ist. Portalautomaten haben sich als effiziente Bauform für robotische Bearbeitungsanlagen erwiesen.
In Ausführungsformen kann in die Baubrettaufnahme ein H- oder U-förmiges Baubrett aufgenommen oder aufnehmbar sein. Derartige Baubretter weisen wenigstens eine Ausnehmung in ihrer Fläche auf, sodass die Oberfläche des Baubretts für einen Werker auch von innen her zugänglich ist, was auch die Bearbeitung erleichtert und ein ergonomisches Arbeiten ermöglicht.
In Ausführungsformen kann der Bearbeitungsautomat an dem Gestell derart montiert oder montierbar sein, dass der Bearbeitungsautomat eine an einer definierten Position an dem Baubrett sich befindende Person bei der Herstellung des Kabelbaums unterstützen kann, ohne eine Erreichbarkeit des Baubretts durch die Person zu beeinträchtigen, wenn der Bearbeitungsautomat die Person bei der Herstellung des Kabelbaums unterstützt. So ist eine kollaborierende Arbeitsweise zwischen dem Bearbeitungsautomat und einem Werker möglich, wobei sich der Werker sich im Bereich des Baubretts aufhält.
In Ausführungsformen kann der Bearbeitungsautomat wenigstens zwei Roboterarme umfassen, die in wenigstens einer Richtung gemeinsam oder individuell linear bewegbar sind. Dementsprechend kann der Bearbeitungsautomat in Ausführungsformen eine wenigstens einachsige Verfahrvorrichtung zum Bewegen des wenigstens einen Roboterarms umfassen. Vorzugsweise sind die Roboterarme in zwei Achsenrichtungen gemeinsam oder individuell linear bewegbar; dies kann beispielsweise durch eine zweiachsige Verfahreinrichtung, etwa eine xy-Lineareinheit, verwirklicht werden, wobei beide Roboterarme auf einer Linearachsenführung in deren Achsenrichtung gemeinsam (etwa auf einer gemeinsamen Basis) oder individuell (etwa auf jeweiligen Verfahreinheiten) linear bewegbar sind und die Linearachsenführung mit beiden Roboterarmen in einer Richtung quer dazu bewegbar ist. Grundsätzlich ist auch eine Hubvorrichtung für die gesamte xy-Lineareinheit denkbar. Weiter sind individuelle xy-Einheiten für jeden Roboterarm denkbar. Auf diese Weise können beliebige Positionen bezüglich der Baubrettoberfläche leicht angefahren werden.
In Ausführungsformen kann der Bearbeitungsautomat den wenigstens einen Roboterarm derart umfassen, dass er zum Greifen und/oder Positionieren von Teilen an dem Baubrett ausgebildet ist und dem ein Teilemagazin zugeordnet ist. Das Teilemagazin kann vorzugsweise an einem Sockel des Roboterarms angeordnet sein. Die Teile können aus der Gruppe, welche

– Kabelbaumabschnitte,
– Kabelbaumeinzelteilen, Etikettenträger,
– Befestigungselemente,
– Bündelungselemente,
– Schrumpfelemente,
– Halteteile,
– Clips und
– Gehäuse

In Ausführungsformen kann der Bearbeitungsautomat den wenigstens einen Roboterarm derart umfassen, dass er zur Handhabung wenigstens eines Werkzeugs ausgebildet ist. Das wenigstens eine Werkzeug kann vorzugsweise aus der Gruppe, welche

– ein Schraubwerkzeug,
– eine Wickelmaschine,
– eine Kabelbinderzange,
– ein Abbindergerät,
– ein Bündelgerät,
– ein Bandagiergerät,
– einen Staubsauger,
– eine Kamera,
– eine Ultraschallzange,
– ein Heißluftgebläse,
– eine Nietzange,
– eine Crimpzange und
– eine Lötvorrichtung aufweist,

In Ausführungsformen kann die Vorrichtung weiter eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Bewegungsraums des wenigstens einen Roboterarms umfassen. Die Überwachungsvorrichtung kann eine oder mehrere Laserabtasteinheiten zur Abtastung des Bewegungsraums des wenigstens einen Roboterarms umfassen. Eine solche Überwachungsvorrichtung kann beträchtlich zur Sicherheit beitragen. Beispielsweise ist bei Überwachung des Bewegungsraums keine Schutzabtrennung erforderlich.
In Ausführungsformen kann die Vorrichtung weiter eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Roboterarme umfassen. Dabei kann die Steuerungsvorrichtung zum koordinierten Bewegen der Roboterarme in mehreren oder allen Richtungen und zum Zusammenarbeiten der Roboterarme miteinander und/oder mit zumindest einer Person ausgebildet sein. Die Steuerungsvorrichtung kann z.B. eine Recheneinheit, ein Mikrocontroller oder ähnliches sein.
In Ausführungsformen kann die Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein, Überwachungssignale von einer Überwachungsvorrichtung zu empfangen und zu verarbeiten, um das Vorhandensein von Personen und/oder Gegenständen innerhalb eines Bewegungsraums des wenigstens einen Roboterarms zu erkennen, und Bewegungen der Roboterarme auf der Grundlage eines erkannten Vorhandenseins von Personen und/oder Gegenständen zu steuern und eine Kollision mit Personen und/oder Gegenständen zu verhindern. Die Überwachungsvorrichtung kann gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildet sein.
In Ausführungsformen kann die Steuerungsvorrichtung zum Lernen von Abläufen ausgebildet sein. Die Abläufe können insbesondere aus der Gruppe, welche Bewegungs-, Handhabungs-, Bearbeitungs- und Montageabläufe aufweist, ausgewählt sein. Das Lernen kann in Weiterbildungen das Anfahren einer Lernposition und das anschließende Führenlassen zu einer Endposition hinsichtlich wenigstens eines Freiheitsgrads umfassen.
In Ausführungsformen kann der wenigstens eine Roboterarm zum Fassen und Positionieren von Leitungen ausgebildet sein. Dabei kann die Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein, Bewegungen des wenigstens einen Roboterarms beim Positionieren Leitung zu steuern. In Weiterbildungen kann die Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein, Bewegungen des wenigstens einen Roboterarms beim Positionieren der Leitung kraftsensitiv zu steuern. Die kraftsensitive Steuerung ermöglicht es, die Leitungen ohne unzulässige Zug- und/oder Knick- bzw. Biegebelastungen zu positionieren und zu befestigen.
In Ausführungsformen kann die Vorrichtung weiter wenigstens eine Kamera zur Abtastung des Baubretts umfassen. Dabei kann die Steuerungsvorrichtung ausgebildet sein, Bildsignale von der wenigstens einen Kamera zu empfangen und zu verarbeiten, um eine Position von Markern auf dem Baubrett zu erkennen, aus der Position der Marker auf dem Baubrett eine Lage des Baubretts in der Vorrichtung sowie eine Abweichung von einer Soll-Lage zu ermitteln und die Abweichung von der Soll-Lage bei der Steuerung der Bewegungen des wenigstens einen Roboterarms zumindest teilweise zu kompensieren.
In Ausführungsformen kann die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, Bildsignale von der Kamera zu empfangen und zu verarbeiten, um anhand eines Baumodells des Kabelbaums eine vorgegebene montierte Anordnung von Teilen auf dem Baubrett zu prüfen und einen Hinweis auszugeben, wenn ein Teil fehlerhaft montiert ist oder fehlt oder überzählig ist. Damit kann auch eine automatisierte oder halbautomatische Fertigungsüberwachung verwirklicht werden.
Kurze Figurenbeschreibung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den nachfolgend aufgeführten Figuren, sofern nicht anders angegeben, auf eine maßstabs- oder proportionsgetreue Darstellung verzichtet. In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
1 zeigt einen Grundaufbau einer Vorrichtung zur Herstellung eines Kabelbaums nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
2 zeigt eine Anordnung eines Kamerasystems an der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht; und
3 zeigt eine Anordnung zur Sicherheitsüberwachung an der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
1 zeigt einen Grundaufbau einer Vorrichtung 2 zur Herstellung eines Kabelbaums nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
Die Herstellung des Kabelbaums (nicht näher dargestellt) erfolgt unter Zuhilfenahme eines waagerecht in der Vorrichtung 2 angeordneten Baubretts 4. Das Baubrett 4 weist zwei Einschnitte 6 auf, welche das Herantreten und den Aufenthalt durch eine Person 8 ermöglichen. Mit anderen Worten, das Baubrett 4 weist ein H-förmiges Layout auf. Die Erfindung ist nicht auf die H-Form beschränkt; in Abwandlungen kann nur ein Einschnitt 6 vorgesehen sein, sodass das Baubrett 4 ein U-förmiges Layout aufweist, oder mehr Einschnitte oder kein Einschnitt oder eine ganz beliebige Form.
Die Vorrichtung 2 weist ein Gestell 10 mit zwei Portalbögen 12 auf. Jeder Torbogen weist zwei Säulen 14 und einen Querträger 16 auf. Das Gestell 10 definiert ein lokales kartesisches Koordinatensystem, dessen z-Achse vertikal nach unten (zu einem Hallenboden, auf welchem das Gestell steht) weist, dessen x-Achse sich entlang eines Querträgers 16 der Torbögen 12 erstreckt und dessen y-Achse sich von einem zum anderen Torbogen 12 erstreckt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei der Ursprung des lokalen Koordinatensystems in einer äußeren oberen Ecke eines der Portalbögen 12 definiert; selbstverständlich kann der Ursprung aber beliebig festgelegt sein.
Eine Baubrettaufnahme 18 ist an dem Gestell 10 vorgesehen, um das Baubrett in einer definierten Lage bezüglich des Gestells 10 aufzunehmen und zu fixieren. Die Baubrettaufnahme 14 weist beispielsweise Auflageelemente und Feststellelemente (nicht näher dargestellt) auf, die an den Säulen 14 der Torbögen 12 angebracht sind. Positionsmarker 20, die an wenigstens zwei Stellen auf dem Baubrett 2 angebracht sind, erleichtern die Positionierung des Baubretts an dem Gestell 10.
Zwei Roboterarme 22 (Mehrgelenkarme) sind in hängender Position oberhalb des Baubretts 2 an dem Gestell 10 angebracht. Die Roboterarme 22 sind mittels einer xy-Lineareinheit 24 in Richtung der zwei Achsen x und y linear bewegbar. Die xy-Lineareinheit 24 weist zwei erste, feststehende (x-)Linearführungen 26, die entlang den Querträgern 16 der Portalbögen 12 sich in Richtung der x-Achse erstreckend fest angeordnet sind, jeweilige erste (x-)Laufwagen 28, die an einer der x-Linearführungen 26 laufen und synchron verfahrbar sind, eine zweite, bewegliche (y-)Linearführung 30, die an den x-Laufwagen 28 befestigt ist und sich zwischen diesen in Richtung der y-Achse erstreckt, und einen zweiten (y-)Laufwagen 32, der an der y-Linearführung 30 läuft und verfahrbar ist. Jeweilige Basen 34 der Roboterarme 22 sind an dem y-Laufwagen 32 montiert, wobei die Roboterarme 22 in ihrer jeweiligen Basis 34 um eine Drehachse drehbar aufgenommen sind. Jeder Roboterarm 22 weist eine Werkzeugaufnahme 36 an seinem distalen Ende auf. Die Werkzeugaufnahmen 36 sind zur Aufnahme verschiedener Werkzeuge (nicht näher dargestellt) ausgebildet. Ein Werkzeug kann beispielsweise ein Greifer für Bauteile oder ein bestimmtes Montage- oder Bearbeitungswerkzeug sein. Der y-Laufwagen 32 dient auch als Aufnahme für ein Magazin 38, welches Werkzeuge und/oder Bauteile aufnehmen kann. Die x-Linearführungen 26 mit x-Laufwagen 28 können auch als x-Verfahreinheit bezeichnet werden, und die y-Linearführung 30 mit y-Laufwagen 32 kann auch als y-Verfahreinheit bezeichnet werden, die xy-Lineareinheit 24 insgesamt auch als zweiachsige Verfahrvorrichtung. Die xy-Lineareinheit 24 einschließlich der Roboterarme 22 kann auch als Bearbeitungsautomat 40 bezeichnet werden. Die Verfahreinheiten und die Roboterarme weisen in an sich bekannter Weise Verfahr- bzw. Stellmotoren als Antriebselemente auf, um die Laufwägen 28, 32 an ihren Linearführungen 26, 30 zu verfahren bzw. die Achsen und Gelenke der Gelenkarme 22 sowie allfällige Werkzeuge zu betätigen. Es sind jedoch auch andere Antriebselemente, etwa magnetischer, hydraulischer oder pneumatischer Art denkbar, letzteres insbesondere bei Greifvorrichtungen. Die x-Laufwägen 28 werden dabei synchron angesteuert, um jeweils gleiche Verfahrwege sicherzustellen. Die Laufwägen 28, 30 können beispielsweise als Rollenwägen oder Gleitwägen (Schlitten) oder Kassetten ausgeführt sein. Der Antrieb kann beispielsweise als Ritzel/Zahnstangensystem oder als Spindel/Wendelmuffensystem ausgestaltet sein.
Wie in 1 gezeigt, sind die Roboterarme 22 kopfüber an der xy-Lineareinheit 24 gegenüber dem Baubrett 4 in einer Höhe abgehängt, dass die Roboterarme 22 eine Oberfläche des Baubretts 4 erreichen. Somit ist der Bearbeitungsautomat 40 an dem Gestell 10 montiert. Der Bearbeitungsautomat 40 und die Baubrettaufnahme 14 sind in einer definierten Lage zueinander derart positioniert, dass die distalen Enden der Roboterarme 22 mit den Werkzeugaufnahmen 36 jeden oder im Wesentlichen jeden Punkt in zumindest einem Teilbereich auf der Oberfläche des Baubretts 4 wiederholbar erreichen.
Zur Steuerung des Bearbeitungsautomaten 40 ist eine Steuerungsvorrichtung (nicht näher dargestellt) vorgesehen. Die Steuerungsvorrichtung ist zum koordinierten Bewegen der Roboterarme in mehreren oder allen Richtungen und zum Zusammenarbeiten der Roboterarme miteinander und/oder mit zumindest einer Person ausgebildet. Hierzu steuert die Steuerungsvorrichtung Antriebselemente der xy-Lineareinheit 24 (d.h., von den x-Verfahreinheiten und der y-Verfahreinheit) und der Rotationsachsen und Gelenke der Roboterarme 22 auf der Grundlage eines vorgegebenen Steuerungsprogramms an und empfängt zum Ist-/Soll-Abgleich beispielsweise Sensorsignale von Weggebern der xy-Lineareinheit 24 (d.h., von den x-Verfahreinheiten und der y-Verfahreinheit) und von Drehgebern von Rotationsachsen und Gelenken der Roboterarme 22. Auch Ereignisse und/oder Zustände wie Werkzeugwechsel und -betätigung, Kraft- oder Momentenwerte sowie die Entnahme von Bauteilen aus dem Magazin 38 können sensiert/erfasst und durch die Steuerungsvorrichtung ausgelöst und überwacht werden.
Mit der Vorrichtung 2 können die Roboterarme 22 unter der Steuerung der Steuereinheit sowohl einzelne Station des Baubretts zur Bereitstellung von Teilen als auch wiederholbar eine Position direkt auf der Oberfläche des Baubretts 4 selbst anfahren. In halbautomatisierter Fertigung kann der Bearbeitungsautomat 40 mit den zwei Roboterarmen 22 so die Person 8 bei der Herstellung des Kabelbaums unterstützen, wenn sich die Person 8 an dem Baubrett 4 befindet. Gleichzeitig können auch eine Automatisierung der Teilebereitstellung und Montage verwirklicht werden.
Die Steuerungsvorrichtung kann eine Anlernbetriebsart zum Lernen von Abläufen wie etwa verschiedenen Bewegungs-, Handhabungs-, Bearbeitungs- und Montageabläufen unter manueller Führung aufweisen. Dabei wird zunächst eine Lernposition angefahren und dann bestimmte Funktionen bzw. Freiheitsgrade weich geschaltet, sodass die Roboterarme und/oder Werkzeuge manuell zu bestimmten Endpositionen geführt werden können. So können schwer erreichbare Positionen wirksam angelernt werden. Zu diesem Zweck können auch Handgriffe an Werkzeugen angeordnet sein.
Werkzeuge können zum Fassen und Positionieren von Leitungen ausgebildet sein. Entsprechend kann die Steuerungsvorrichtung eine Betriebsart aufweisen, um Bewegungen des Roboterarms 22 beim Positionieren der Leitung zu steuern. Diese Betriebsart kann auch vorsehen, dass Bewegungen des Roboterarms 22 beim Positionieren der Leitung kraftsensitiv gesteuert werden.
2 zeigt eine Anordnung eines Kamerasystems an der Vorrichtung 2 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Die Vorrichtung 2 dieses Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 aufgebaut bzw. eine Erweiterung desselben, sodass auf die diesbezügliche Beschreibung vollumfänglich Bezug genommen wird.
Gemäß der Darstellung in 2 kann das Baubrett 3 einen translatorischen Versatz 42 in xy-Ebene wie auch einen Winkelversatz 44 um die z-Achse gegenüber dem Gestell 10 aufweisen. Ein solcher Versatz 42, 44 kann bei automatisierter oder halbautomatischer Fertigung durch den Bearbeitungsautomat 40 störend sein, da die Steuerungsvorrichtung (nicht näher dargestellt), welche ein Steuerprogramm für den Bearbeitungsautomat 40 ausführt, keinen zuverlässigen geometrischen Bezugspunkt hat.
Zur Kompensation der Versätze 42, 44 ist ein Kamerasystem mit zwei Kameras 46 vorgesehen, die oberhalb des Baubretts 4 angeordnet sind und deren Blickrichtungen 48 zu dem Baubrett 4 hin weisen. Die Steuerungsvorrichtung empfängt Bildsignale der Kameras 46 und wertet diese aus, um die Positionsmarker 20, die auf dem Baubrett 4 vorgesehen sind, zu erkennen. Aus der Kenntnis der Positionen der Positionsmarker 20 kann die Steuerungsvorrichtung die Versätze 42, 44 berechnen und so einen zuverlässigen Bezugspunkt für die Steuerung des Bearbeitungsautomat 40 bereitstellen.
Das Kamerasystem kann auch zur Überprüfung eines richtigen Zusammenbaus des Kabelbaums auf dem Baubrett 4 verwendet werden. Zu diesem Zweck können Soll-Vergleichsbilder zu jedem Fertigungsschritt hinterlegt werden und kann das Steuerprogramm die Soll-Montagebilder mit von den Kameras 46 gelieferten Bildern vergleichen, um zu erkennen, ob der Fertigungsschritt richtig oder fehlerhaft durchgeführt wurde. Auch vor einem Fertigungsschritt kann ein Vergleich durchgeführt werden, um zu erkennen, ob die Voraussetzungen für den geplanten Fertigungsschritt gegeben sind; dies kann insbesondere bei halbautomatischer, unterstützter Fertigung vorteilhaft sein, wenn die Person 8 vorbereitende Schritte an dem halbfertigen Kabelbaum oder an dem Baubrett 4 vorzunehmen hat. Im Fehlerfall wird ein Hinweis ausgegeben und die weitere Bearbeitung angehalten, damit die Person 8 die notwendigen Korrekturen durchführen und quittieren kann.
3 zeigt eine Anordnung zur Sicherheitsüberwachung an der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Die Vorrichtung 2 dieses Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 aufgebaut bzw. eine Erweiterung desselben, sodass auf die diesbezügliche Beschreibung vollumfänglich Bezug genommen wird.
Gemäß der Darstellung in 3 hält sich die Person 8 innerhalb des Einschnitts 6 des Baubretts 4 auf. Um Kollisionen der Roboterarme 22 mit der Person 8 zu vermeiden, kann ein Sicherheitsprogramm der Steuerungsvorrichtung vorsehen, dass die Roboterarme 22 einen Bereich oberhalb der Einschnitte 6 grundsätzlich meiden. Allerdings kann sich die Person 8 über das Baubrett 8 neigen, sodass auf die beschriebene Weise Kollisionen und entsprechende Verletzungsrisiken nicht gänzlich ausgeschlossen werden können.
Um derartige Situationen zu vermeiden, ist ein Sicherheitsüberwachungssystem mit vier Laserscannern 50 vorgesehen, die an den Säulen 12 des Gestells 10 angebracht sind und den Bewegungsraum der Roboterarme 22 gemeinsam vollständig abdecken. Die Steuerungsvorrichtung empfängt Überwachungssignale von den Laserscannern 50 und wertet diese aus, um zu erkennen, ob sich eine Person wie etwa die Person 8 oder ein unerwartetes Hindernis in einem Bewegungsweg eines der Roboterarme 22 befindet.
Mit diesem Sicherheitskonzept kann der Platz innerhalb der Roboterzelle auch für manuelle Tätigkeiten betriebssicher genutzt werden, und es können auch manuelle Arbeiten in Kooperation mit dem Bearbeitungsautomaten durchgeführt werden. Die Laserscanner bilden eine Überwachungsvorrichtung im Sinne der Erfindung.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es beträchtlich vereinfacht, unfertige Leitungssätze weiter zu komplettieren, Halteteile wie Clips, Kabelbinder etc. anzubringen und den Werker bei den Arbeiten zu unterstützen. Durch die Roboterunterstützung können Bauteile sehr genau angebracht und schwierige Arbeiten erleichtert werden. Die Anlage kann leicht an zukünftige Baubretter angepasst werden, indem beispielsweise die Baubrettaufnahme 18 ausgetauscht wird und das Steuerungsprogramm mit Soll-Referenzpositionen der Positionsmarker 20 versehen wird. Die Einzelfunktionen können leicht für eine Zusammenarbeit Mensch/Roboter integriert werden. Alle Aufgaben und Fahrwege können vorab in einem Steuerungsprogramm hinterlegt und/oder angelernt werden und anhand der Kameras 46 und Laserscanner 50 überwacht werden. Mittels der Roboterarme 22, die auf dem Gestell 10 kopfüber über dem Baubrett 4 montiert sind, können alle benötigten Positionen auf dem Baubrett 4 von jedem der Roboterarme erreicht werden und Teile zugeführt und/oder montiert werden. Teile können wiederholgenau an immer den gleichen Positionen zugeführt und montiert werden. Dabei können gefährliche Geräte mit Quetschgefahr oder Verbrennungsgefahr vorzugsweise von Bearbeitungsautomat bedient werden. Bei geeigneter Auslegung der Werkzeuge, Halteteile, Bauteile und Steuerungsprogramme kann die Fertigung eines Kabelbaums an ein und derselben Station vollständig oder weitgehend durchgeführt werden, sodass eine Vielzahl von Stationen nicht erforderlich ist.
Die zwei Roboterarme 22 sind kopfüber an dem Achsenportal (Gestell 10) so montiert, dass sie kollaborierend arbeiten können. Das Magazin 38 ist so aufgebaut, dass einer der Roboterarme 22 Zugriff auf verschiedene Halteteile, Befestigungselemente und Bauteile hat und der andere Roboterarm 22 Zugriff auf verschiedene Werkzeuge wie etwa eine Wickelmaschine, eine automatische Kabelbinderzange, ein Abbindergerät, eine Ultraschallzange oder eine Crimpzange hat. Sobald ein Baubrett 4 in die Montageposition an der Baubrettaufnahme 18 gefahren wird, beginnt der Arbeitsvorgang, der nachstehend in Stichpunkten in Form eines Arbeitsverfahrens notiert ist:

– Verriegeln des Baubretts 4 an der Baubrettaufnahme 18;
– Prüfen der Position des Baubretts 4 anhand der Positionsmarker 20 auf dem Baubrett 4 mittels der Kameras 46 und Erkennen eines eventuellen Versatzes 42, 44;
– Aufnehmen eines Halteteils und Verbringen an eine vorgegebene Position, Halten durch einen Roboterarm 22 und Anbringen eines Befestigungsmittels wie etwa eines Abbinders zur Fixierung durch den andere Roboterarm 22;
– Kollaborierendes Betreiben des Bearbeitungsautomaten durch koordiniertes Ansteuern aller Achsen und Gelenke zur Kooperation mit Werkern;
– Überwachen des Arbeitsraums durch Laserscanner 50;
– Anlernen von Positionen durch nichteindeutiges Anfahren einer Lernposition und dann Führenlassen durch einen Werker bis zur Endposition;
– Verlegen von Leitungen unter Überwachung des mechanischen Widerstands.

Als Roboterarme 22 können beispielsweise, aber nicht nur, solche des Herstellers ABB verwendet werden, als Laserscanner beispielsweise, aber nicht nur, solche des Herstellers Sick; Spezifikationen hierzu sind beim Hersteller erhältlich und sind im Wege der Bezugnahme in die Offenbarung dieser Anmeldung vollumfänglich aufgenommen. Ansteuerungsprograme der ABB-Roboterarme weisen auch bereits Routinen auf, die für eine voll koordinierte Zusammenarbeit von bis zu vier Robotern und/oder externen Achsen ("MultiMove"), eine kraftsensitive Steuerung ("ForceControl"), für ein "weiches" Anfahren von Position ("SoftMove") und für eine Überwachung von Bewegungswegen ("SafeMove") vorbereitet sind.
Die unter Bezug auf die dargestellte Ausführungsform beschriebenen Merkmale der Erfindung, wie beispielsweise die Anordnung des Roboterarms oberhalb des Baubretts, können auch bei anderen Ausführungsformen der Erfindung vorhanden sein, wie beispielsweise der Anordnung des Roboterarms seitlich des Baubretts, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet.
Bezugszeichenliste

2: Vorrichtung
4: Baubrett
6: Einschnitt
8: Person
10: Gestell
12: Portalbogen
14: Säule
16: Traverse
18: Baubrettaufnahme
20: Positionsmarker
22: Roboterarm
24: xy-Lineareinheit
26: x-Linearführung
28: x-Laufwagen
30: y-Linearführung
32: y-Laufwagen
34: Basis
36: Werkzeugaufnahme
38: Magazin
40: Bearbeitungsautomat
42: xy-Versatz
44: Winkelversatz
46: Kamera
48: Blickrichtung
50: Laserscanner

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007022764 B3 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur Herstellung eines Kabelbaums, mit – einer Baubrettaufnahme (18) zur Positionierung eines Baubretts (4); und – einem Bearbeitungsautomat (40) mit wenigstens einem Roboterarm (22), wobei die Baubrettaufnahme (18) an einem Gestell (10) derart vorgesehen ist, dass das Baubrett (4) in einer definierten Lage bezüglich des Gestells (10) fixiert oder fixierbar ist, und wobei der Bearbeitungsautomat (40) an dem Gestell (10) montiert oder montierbar ist, und der Bearbeitungsautomat (40) und die Baubrettaufnahme (18) in einer definierten Lage zueinander derart positioniert oder positionierbar sind, dass ein Ende des wenigstens einen Roboterarms (22) jeden oder im Wesentlichen jeden Punkt in zumindest einem Teilbereich auf einer Oberfläche des Baubretts (4) wiederholbar erreicht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Roboterarm (22) oberhalb des Baubretts (4) hängend angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei das Gestell (10) wenigstens einen Portalbogen umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei in die Baubrettaufnahme (18) ein H- oder U-förmiges Baubrett (4) aufgenommen oder aufnehmbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsautomat (40) wenigstens zwei Roboterarme (22) umfasst, die in wenigstens einer Richtung gemeinsam oder individuell linear bewegbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsautomat (40) zum Bewegen des wenigstens einen Roboterarms (22) eine wenigstens einachsige Verfahrvorrichtung (24) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsautomat (40) den wenigstens einen Roboterarm (22) derart umfasst, dass er zum Greifen und/oder Positionieren von Teilen an dem Baubrett (4) ausgebildet ist, wobei dem wenigstens einen Roboterarm (22) ein Teilemagazin (38) zugeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bearbeitungsautomat (40) den wenigstens einen Roboterarm (22) derart umfasst, dass er zur Handhabung wenigstens eines Werkzeugs ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Überwachungsvorrichtung (50) zur Überwachung eines Bewegungsraums des wenigstens einen Roboterarms (22).
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Roboterarme (22), wobei die Steuerungsvorrichtung zum koordinierten Bewegen der Roboterarme (22) in mehreren Richtungen und zum Zusammenarbeiten der Roboterarme (22) miteinander und/oder mit zumindest einer Person (8) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, Überwachungssignale der Überwachungsvorrichtung zu empfangen und zu verarbeiten, um das Vorhandensein von Personen (8) und/oder Gegenständen innerhalb eines Bewegungsraums des wenigstens einen Roboterarms (22) zu erkennen, und Bewegungen der Roboterarme (22) auf der Grundlage eines erkannten Vorhandenseins von Personen und/oder Gegenständen zu steuern und eine Kollision mit Personen und/oder Gegenständen zu verhindern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerungsvorrichtung zum Lernen von Abläufen ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der wenigstens eine Roboterarms (22) zum Fassen und Positionieren von Leitungen ausgebildet ist, und wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, Bewegungen des wenigstens einen Roboterarms (22) beim Positionieren der Leitung zu steuern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiter umfassend wenigstens eine Kamera (46) zur Abtastung des Baubretts (4), wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, Bildsignale von der wenigstens einen Kamera (46) zu empfangen und zu verarbeiten, um eine Position von Markern (20) auf dem Baubrett (4) zu erkennen, aus der Position der Marker (20) auf dem Baubrett (4) eine Lage des Baubretts (4) in der Vorrichtung (1) sowie eine Abweichung von einer Soll-Lage zu ermitteln und die Abweichung von der Soll-Lage bei der Steuerung der Bewegungen des wenigstens einen Roboterarms (22) zumindest teilweise zu kompensieren.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, Bildsignale von der Kamera (46) zu empfangen und zu verarbeiten, um anhand eines Baumodells des Kabelbaums eine vorgegebene montierte Anordnung von Teilen auf dem Baubrett (4) zu prüfen und einen Hinweis auszugeben, wenn ein Teil fehlerhaft montiert ist oder fehlt oder überzählig ist.