DE102017206621B4

DE102017206621B4 - Vorrichtung zur Prüfung robotergestützter Laseranwendungen in der Fertigung und Laserbearbeitungsstation

Info

Publication number: DE102017206621B4
Application number: DE102017206621.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Schönberger; Stephan Morgott
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: DE102017206621A1

Abstract

Vorrichtung (100) zur Prüfung robotergestützter Laseranwendungen in der Fertigung, mit einem im Arbeitsbereich eines Roboters (200) anzuordnenden stationären Ständer (10), an dem ein oder mehrere Module (20, 30, 40) zur Prüfung des Roboters (200) und/oder einer vom Roboter (200) getragenen Lasereinrichtung (220) befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10) vorgegebene Schnittstellen (13, 14, 15) zur lösbaren Befestigung der zur Prüfung benötigten Module (20, 30, 40) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung robotergestützter Laseranwendungen in der Fertigung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Laserbearbeitungsstation mit einer solchen Vorrichtung.
Robotergestützte Laseranwendungen betreffender Art werden in der automatisierten Teilefertigung bzw. -produktion, z. B. in der automatisierten Fertigung bzw. Produktion von Kraftfahrzeugen und Kraftfahrzeugkomponenten (hierzu zählt auch die Karosserie), eingesetzt, insbesondere zum Verschweißen und Verlöten von Werkstücken sowie auch zum Trennen bzw. Schneiden, Wärmebehandeln, Gravieren, Beschriften und dergleichen.
Sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im späteren Betrieb, insbesondere Serienbetrieb, müssen die Roboter und die Lasereinrichtungen geprüft, eingestellt, justiert und gegebenenfalls nachgestellt bzw. nachjustiert werden. Hierfür werden bislang einzeln angefertigte Vorrichtungen verwendet, an denen Messeinrichtungen und/oder Werkstücke zur Durchführung von Probeläufen (z. B. Probeschweißungen) befestigt werden können.
Die DE 20 2010 000 107 U1 beschreibt eine Serviceeinrichtung für elektrische Schweißvorrichtungen mit einer elektrischen Widerstands-Punktschweißzange. Wie 1 verdeutlicht, kann ein Sensor (31) an einem stationären Ständer (45) im Arbeitsbereich eines Manipulators bzw. Roboters (11) angeordnet sein und mit der Schweißzange (9) kontaktiert werden. Die Serviceeinrichtung (2) kann weitere Zusatzeinrichtungen aufweisen, die ggf. auch am Ständer (45) angeordnet sind.
Die DE 203 04 869 U1 beschreibt eine Prüf- und Einstellvorrichtung für Funktionsteile von robotergeführten Vorrichtungen, insbesondere Greifeinrichtungen. Wie z. B. in der 4 gezeigt, ist die Prüf- und Einstellvorrichtung (1) stationär im Arbeitsbereich des Roboters (3) angeordnet und weist ein oder mehrere formschlüssige Aufnahmen (10, 11, 12) zur genauen Positionierung und zumindest temporären Fixierung von ein oder mehreren Funktionsteilen (5, 6, 7) der Greifeinrichtung (2) auf. Die Aufnahmen (10, 11, 12) sind gemeinsam an einem säulenartigen Träger oder Ständer (9) angeordnet und haben eine bekannte Position und Orientierung.
Mit der Erfindung soll wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermieden oder zumindest verringert werden.
Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird gelöst durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsstation, insbesondere in einer Fertigungslinie für Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 10. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung robotergestützter Laseranwendungen weist einen im Arbeitsbereich eines Roboters anzuordnenden stationären Ständer auf, an dem ein oder mehrere Module bzw. Komponenten zur Prüfung des Roboters und/oder einer vom Roboter getragenen Lasereinrichtung befestigbar sind, wobei der Ständer vorgegebene, insbesondere konstruktiv bzw. baulich vorgegebene, Schnittstellen (d. h. Anschluss- bzw. Verbindungsstellen) zur lösbaren Befestigung der zur Prüfung benötigten Module aufweist.
Bevorzugt ist jede der Schnittstellen am Ständer (Ständerschnittstelle) derart ausgebildet, dass jeweils nur ein bestimmtes Modul mit einer komplementären Schnittstelle (Modulschnittstelle) daran befestigt werden kann.
Der Roboter ist ein Industrieroboter und insbesondere ein Gelenkarmroboter. Die Lasereinrichtung ist am Roboter, insbesondere am Roboterarm, befestigt, d. h. robotergestützt, und kann in bekannter Weise vom Roboter bewegt werden. Die Lasereinrichtung ist insbesondere ein sogenannter Laserkopf für Laserschweiß-, Laserlöt- und/oder Laserschneidanwendungen.
Die am Ständer angeordneten und insbesondere mit unveränderbarer Position angeordneten Schnittstellen ermöglichen den Anbau der zur Prüfung des Roboters und/oder der Lasereinrichtung benötigten Module, wobei nur die Module an den dafür vorgesehenen Schnittstellen befestigt werden können, die für eine einzelne Prüfaufgabe oder wiederkehrende Prüfaufgaben benötigt werden. Die Module können, falls diese nicht mehr gebraucht werden, auch wieder entfernt bzw. abgebaut werden. Die Module sind mit komplementären Schnittstellen ausgebildet.
Der Ständer und die daran befestigbaren Module bilden gewissermaßen einen Baukasten bzw. ein Baukastensystem, mit dem eine Vorrichtung zur Prüfung robotergestützter Laseranwendungen individuell aufgebaut, umgebaut und gegebenenfalls wieder abgebaut werden kann. Gegenüber den bislang im Stand der Technik verwendeten Einzelkonstruktionen ergeben sich zahlreiche Vorteile, wie z. B.:

- ein leichterer Abstimmungsaufwand;
- im Wesentlichen kein Konstruktionsaufwand;
- eine vereinfachte Beschaffungs- und Aufbaulogistik;
- verringerte Wartungs- und Reparaturaufwände;
- geringere Kosten;
- eine hohe Flexibilität aufgrund der vergleichsweise einfachen Umbaumöglichkeit, womit insbesondere die Möglichkeit zur kurzfristigen Erweiterung (Ausbau) und/oder Reduzierung (Rückbau) gemeint ist; und
- die Möglichkeit zur Vereinheitlichung bzw. Standardisierung aller Teile und Komponenten, wodurch die einfache und schnelle Bereitstellung sowie der übergreifende Austausch von Teilen und Komponenten zwischen mehreren Vorrichtungen möglich ist.

Bevorzugt sind die Schnittstellen (oder zumindest eine der Schnittstellen) sowohl zur mechanischen Anbindung als auch zur elektrischen Anbindung der Module ausgebildet. Gleiches gilt für die Modulschnittstellen. Der Ständer ist bevorzugt hohl ausgebildet und kann einen im Inneren bzw. in seinem Hohlraum angeordneten und zu den Schnittstellen führenden Kabelbaum aufweisen.
Der Ständer kann in seiner (axialen) Länge veränderbar sein. Der Ständer ist insbesondere teleskopierbar ausgebildet. Ein Kabelbaum im Inneren des Ständers ist insbesondere so ausgebildet, dass sich dieser an Längenveränderungen des Ständers anpassen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wenigstens ein Messmodul umfassen, das am Ständer an einer dafür vorgesehenen Schnittstelle befestigt ist. Das Messmodul kann z. B. wenigstens eine Messeinrichtung zur Messung der Laserleistung und/oder wenigstens eine Messeinrichtung zur TCP-Messung (Tool Center Point) aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner wenigstens ein Werkstückhalterungsmodul zur Befestigung von Werkstücken für Probe- bzw. Testdurchläufe und/oder wenigstens ein Drahtabschneidermodul zur Abtrennung von Lotdrähten und dergleichen aufweisen, die ebenfalls an dafür vorgesehenen Schnittstellen befestigt sind. Das Drahtabschneidermodul ist nur erforderlich für Laseranwendungen mit Zusatzdraht, bspw. Laserlöten. Das Drahtabschneidermodul ist insbesondere nicht erforderlich für das Laser-Remote-Schweißen oder Laserschneiden.
Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsstation, die bevorzugt Teil einer Fertigungslinie für Kraftfahrzeuge ist, umfasst:

- wenigstens einen Roboter bzw. Manipulator, insbesondere einen Gelenkarmroboter;
- eine am Roboter befestigte bzw. vom Roboter getragene Lasereinrichtung; und
- eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die stationär im Arbeitsbereich des Roboters angeordnet ist, wobei die Vorrichtung auch so ausgebildet und angeordnet sein kann, dass diese als zentrale Prüfvorrichtung für mehrere Roboter mit Lasereinrichtungen fungieren kann.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt den Ständer einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und daran befestigbare Module.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die im Arbeitsbereich eines Roboters mit einer Lasereinrichtung angeordnet ist.

1 zeigt einen zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörenden Träger bzw. Ständer 10, der ein teleskopierbares Rohr 11 aufweist (siehe Pfeil T), welches auf einer Bodenplatte 12 befestigt ist. Der Ständer 10 weist mehrere Schnittstellen 13, 14 und 15 auf, die für die optionale lösbare Befestigung eines Messmoduls 20 mit einer Messeinrichtung 25, eines Werkstückhalterungsmoduls 30 und eines Drahtabschneidermoduls 40 (bspw. für das Laserlöten mit Zusatzdraht) sowie gegebenenfalls weiterer Module vorgesehen sind.
Die Module 20, 30 und 40 werden je nach Bedarf an den Schnittellen 13, 14 und 15 mechanisch befestigt, wozu diese mit Anschlussflanschen ausgebildet sind, und gegebenenfalls auch elektrisch kontaktiert. Die Ständerschnittstellen 13, 14 und 15 können somit Befestigungs- und Anschlusspunkte bzw. -stellen sein. Die Module 20, 30 und 40 sind mit komplementären Modulschnittstellen ausgebildet. Im Inneren des Rohrs 11 befindet sich ein Kabelbaum, der die Ständerschnittstellen 13, 14 und 15 mit wenigstens einem Bodenkabel 17 oder dergleichen verbindet. Die Verkabelung kann aber auch außen am Ständer 10 entlang geführt sein.
Durch Kombination der Module 20, 30 und 40 sowie gegebenenfalls weiterer Module kann für nahezu jede Laseranwendung in der Fertigung bzw. Produktion individuell eine Vorrichtung zu deren Prüfung zusammengestellt und aufgebaut werden, die dann alle benötigten Komponenten aufweist.
2 zeigt solch eine Vorrichtung 100 zur Prüfung einer robotergestützten Laseranwendung bei der alle in 1 gezeigten Module 20, 30 und 40 am Ständer 10 befestigt sind. Die Vorrichtung 100 ist stationär im Arbeitsbereich eines Gelenkarmroboters 200 angeordnet. Am Gelenkarm 210 des Roboters 200 ist eine Lasereinrichtung 220, bspw. ein Laserschweißkopf, befestigt bzw. gehaltert.
Zur Durchführung einer Messung wird die Lasereinrichtung 220 zum Messmodul 20 der Vorrichtung 100 verfahren. Zur Durchführung eines Probedurchlaufs, wie bspw. einer Probeschweißung an wenigstens einem im Werkstückhalterungsmodul 30 aufgenommenen Werkstück, wird die Lasereinrichtung 220 dorthin verfahren.

Claims

Vorrichtung (100) zur Prüfung robotergestützter Laseranwendungen in der Fertigung, mit einem im Arbeitsbereich eines Roboters (200) anzuordnenden stationären Ständer (10), an dem ein oder mehrere Module (20, 30, 40) zur Prüfung des Roboters (200) und/oder einer vom Roboter (200) getragenen Lasereinrichtung (220) befestigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10) vorgegebene Schnittstellen (13, 14, 15) zur lösbaren Befestigung der zur Prüfung benötigten Module (20, 30, 40) aufweist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schnittstelle (13, 14, 15) derart ausgebildet, dass daran nur ein bestimmtes Modul (20, 30, 40) mit einer komplementären Modulschnittstelle befestigbar ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen (13, 14, 15) sowohl zur mechanischen als auch zur elektrischen Anbindung der Module (20, 30, 40) ausgebildet sind.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10) hohl ausgebildet ist und sich im Inneren ein Kabelbaum befindet.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer (10) teleskopierbar (T) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Messmodul (20).
Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (20) eine Messeinrichtung (25) zur Messung der Laserleistung und/oder eine Messeinrichtung (25) zur Tool-Center-Point-Messung aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Werkstückhalterungsmodul (30).
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Drahtabschneidermodul (40).
Laserbearbeitungsstation, umfassend: - einen Roboter (200); - eine am Roboter (200) befestigte Lasereinrichtung (220); und - eine Vorrichtung (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche zur Prüfung des Roboters (200) und/oder der Lasereinrichtung (220), wobei die Vorrichtung (100) stationär im Arbeitsbereich des Roboters (200) angeordnet ist.