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Es wird ein Verfahren zum Messen eines in einer Spanneinrichtung angeordneten Werkstücks angegeben. Bei dem Werkstück handelt es sich vorzugsweise um ein Karosseriebauteil.
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Im Stand der Technik sind Spannvorrichtungen zum Positionieren von Fahrzeugblechen im Karosseriebau bekannt. Für ein genaues Zusammenfügen verschiedener Blechteile zu einer Autokarosserie ist es beispielsweise erforderlich, diese beim Schweißvorgang exakt zu fixieren. Dies geschieht durch Spannmittel bzw. Spannstellen, in denen diese Fahrzeugbleche durch Druck- und Auflagestücke maßhaltig in ihre Sollposition gebracht werden sollen.
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In der Druckschrift
EP 0 828 586 B1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Einspannen von Bauteilen, bei denen es sich insbesondere um Karosseriebleche handeln kann, beschrieben. Die Bleche werden dabei zwischen einer Auflage und einem Druckstück eingespannt.
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Um eine maßliche Korrektur der Spann- und Auflageelemente zu ermöglichen, wird durch manuellen Austausch von Shimsen oder Abstimmplatten die Position der Spann- und/oder Auflageelemente in x-, y- und z-Richtung verändert. Die von den Spann- und/oder Auflageelementen aufgespannten Werkstücke werden nach der Bearbeitung in einem Messraum vermessen. Weichen die Ist-Daten der Werkstücke von den Soll-Daten ab, wird die Position der Spann- und/oder Auflageelemente manuell, durch Korrektur des Shimsmaßes, in Abhängigkeit der gemessenen Abweichung verändert. Dieses Konstruktionsprinzip ist mechanisch sehr aufwändig und bedarf sowohl im Vorrichtungsbau als auch für die Stellmaßnahmen an den Spann- und/ oder Auflageelementen erheblichen zeitlichen Aufwand.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 005 534 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Position von verstellbaren Spann- und Auflageelementen zur Aufnahme von unterschiedlich ausgebildeten Werkstücken, bei welchem die Spann- und Auflageelemente mittels einer Stelleinrichtung in eine durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorgegebene Position bewegt werden, wobei anschließend oder zeitgleich die Ist-Daten der Spann- und Auflageelemente mittels einer optischen Messeinrichtung erfasst und in einer Auswerteeinrichtung mit hinterlegten Soll-Daten verglichen werden und ein aus diesem Vergleich resultierender und berechneter Korrekturwert an die Steuer- oder Regeleinrichtung übermittelt wird, welche die Stelleinrichtung derart ansteuert, dass die Spann- und Auflageelemente entsprechend dem übermittelten Korrekturwert verstellt werden. Hierdurch ist es möglich, die Einstellung der Spann- und Auflageelemente beispielsweise nach einem Typ- bzw. Variantenwechsel des zu bearbeitenden Werkzeuges automatisiert zu überprüfen und entsprechend anzupassen. Die Spann- und Auflageelemente werden dabei von einer einzigen externen Stelleinrichtung, welche als ein mit einem Greifer ausgerüsteter Roboter ausgebildet ist, verstellt. Weiterhin können nach einer Bearbeitung des Werkstücks Ist-Daten des bearbeiteten Werkstückes mittels der optischen Messeinrichtung erfasst werden.
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Ziel der Druckschrift
DE 10 2007 005 534 A1 beschriebenen technischen Lösung ist es, im Vergleich zu den zeit- und arbeitsaufwändigen manuellen Verfahren eine Zeiteinsparung bei der Einstellung der Spann- und/oder Auflageelemente nach der Entnahme des bearbeiteten Werkstückes zu erreichen.
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Nach dem Pressen bzw. Umformen von Werkstücken bzw. Karosseriebauteilen in einer oder mehreren Pressen einer Pressenstraße weisen die Werkstücke oftmals geringe Abweichungen zu den geforderten Soll-Maßen auf, beispielsweise aufgrund des Aufsprungverhaltens der Bleche nach einem Öffnen der Werkzeuge oder aufgrund von Toleranzen, die z.B. durch unterschiedliche Materialchargen zustande kommen können.
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Nachteilig bei den im Stand der Technik bekannten Lösungen ist, dass Werkstücke mit festgestellten Abweichungen zu einem Soll-Maß nicht korrigiert werden können.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist es eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Verfahren zum Messen eines in einer Spanneinrichtung angeordneten Werkstücks anzugeben, durch Abweichungen vom Soll-Maß eines Werkstück ermittelt und korrigiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.
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Bei dem hier beschriebenen Verfahren zum Messen eines in einer Spanneinrichtung angeordneten Werkstücks wird ein Werkstück in einer Spanneinrichtung, welche eine Mehrzahl von Spannstellen aufweist, angeordnet. Bei dem Werkstück kann es sich insbesondere um ein Blechbauteil, beispielsweise um ein umgeformtes Metallblech, wie z.B. ein Karosseriebauteil, handeln. Die Spannstellen der Spanneinrichtung weisen jeweils eine Stelleinheit auf, durch welche eine Position der jeweiligen Spannstelle verändert werden kann. Das Anordnen des Werkstücks in der Spanneinrichtung kann beispielsweise durch eine oder mehrere Bauteilaufnahmen, wie z.B. ein oder mehrere Bolzen bzw. Stifte der Spanneinrichtung, welche dazu ausgebildet sind, in dafür vorgesehene Öffnungen im Werkstück zu ragen, erfolgen.
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Vorzugsweise weist jede Spannstelle zumindest zwei einander zugeordnete Spannmittel bzw. Druck- und/oder Auflageelemente auf, zwischen denen das Werkstück fixiert werden kann. Mit anderen Worten sind die Spannmittel der Spannstellen zum Aufbringen einer Spann- und/oder Haltekraft auf das Werkstück ausgebildet. Beispielsweise kann jede Spannstelle zumindest ein als Bauteilauflage ausgebildetes erstes Spannmittel und zumindest ein als Gegenspanner ausgebildetes zweites Spannmittel aufweisen, wobei das zweite Spannmittel beweglich relativ zum ersten Spannmittel bzw. zur Bauteilauflage ausgebildet ist. Ein Schließen der jeweiligen Spannstelle zum Fixieren eines Werkstücks kann durch das Bewegen bzw. Zufahren des zweiten Spannmittels relativ zum ersten Spannmittel erfolgen, wobei das Bewegen elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder manuell erfolgen kann.
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Die Stelleinheiten, durch welche die Positionen der Spannstellen gezielt verändert werden können, weisen beispielsweise jeweils einen Stellmotor, wie z.B. einen Elektromotor, auf. Durch die Veränderung einer Position einer Spannstelle bzw. ein Bewegen der Spannstelle in eine vorgegebene Position, werden vorzugsweise die zumindest zwei einander zugeordneten Spannmittel bzw. alle Spannmittel der jeweiligen Spannstelle, also beispielsweise Druck- und/oder Auflageelemente der Spannstelle, verstellt bzw. bezüglich ihrer Position im Raum verändert. Die Stelleinheiten können beispielsweise dazu ausgebildet sein, ein Trägerelement, an welchem die Spannmittel einer Spannstelle befestigt sind, zu verfahren bzw. gezielt zu bewegen.
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Bei dem Verfahren erfolgt weiterhin ein berührungsloses Messen des in der Spanneinrichtung angeordneten Werkstücks durch eine Messeinrichtung in einem ungespannten und/oder gespannten Zustand. Mit dem Begriff „ungespannter Zustand“ soll ein Zustand bezeichnet werden, bei dem sämtliche Spannstellen der Spanneinrichtung geöffnet sind. Mit dem Begriff „gespannter Zustand“ sollen gegen ein Zustand bezeichnet werden, bei dem zumindest ein Teil der Spannstellen und/oder alle Spannstellen der Spanneinrichtung geschlossen sind, sodass eine Spann- und/oder Haltekraft auf das in der Spanneinrichtung angeordnete Werkstück aufgebracht wird. Bei der Messeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine optische Messeinrichtung handeln, die z.B. eine oder mehrere Kameras aufweisen kann. Beispielsweise kann die Messeinrichtung eine Kamera aufweisen, welche sämtliche Spannstellen der Spanneinrichtung und/oder das gesamte in der Spanneinrichtung angeordnete Werkstück erfassen kann. Weiterhin kann die Messeinrichtung z.B. eine Mehrzahl von Kameras aufweisen, beispielsweise eine Kamera je Spannstelle.
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Durch das berührungslose Messen des Werkstücks werden Ist-Daten des Werkstücks, insbesondere bezüglich der exakten Geometrie des Werkstücks, erhalten. Diese Ist-Daten werden mit hinterlegten Soll-Daten, die beispielsweise CAD-Daten sind oder auf CAD-Daten basieren, verglichen.
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Im Falle einer Abweichung zwischen den Ist-Daten und Soll-Daten des Werkstücks wird ein Korrekturwert, beispielsweise von der Auswerteeinrichtung oder einer weiteren Recheneinrichtung, berechnet und an eine Steuer- und Regeleinrichtung übermittelt. Die Steuer- und Regeleinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die einzelnen Spannstellen zu steuern, wobei dadurch die Position der jeweiligen Spannstellen exakt eingestellt werden kann.
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Weiterhin wird bei dem Verfahren zumindest ein Teil der Stelleinheiten durch die Steuer- und Regeleinrichtung angesteuert, sodass die entsprechenden Spannstellen entsprechend dem übermittelten Korrekturwert verstellt werden bzw. bezüglich ihrer jeweiligen Position verändert werden. Das Werkstück ist dabei während des Ansteuerns und/oder Verstellens der Stelleinheiten in der Spanneinrichtung angeordnet.
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Dadurch, dass die einzelnen Spannstellen durch eine jeweilige Stelleinheit verstellt bzw. bezüglich ihrer Position gezielt geändert werden können, ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem ein Greifer zum Verstellen der Spann- und Auflageelemente die sie einzeln nacheinander greifen muss erhebliche Vorteile, insbesondere bezüglich des benötigten Zeitaufwands.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Werkstück während des Ansteuerns und/oder Verstellens der Stelleinheiten in einem zumindest teilweise gespannten Zustand ist. Weiterhin können die Positionen der entsprechenden Spannstellen durch das verstellen der Stelleinheiten derart verändert werden, dass sich eine Vorspannung des in der Spanneinrichtung angeordneten und fixierten Werkstücks und/oder dessen Geometrie ändert. Beispielsweise kann das Werkstück durch das Verstellen der Stelleinheiten und das Verändern der Positionen der entsprechenden Spannstellen plastisch verformt werden. Dadurch kann ein Werkstück, dessen Ist-Maße bzw. Ist-Geometrie von den Soll-Maßen bzw. der Soll-Geometrie abweichen, derart korrigiert werden, dass das Werkstück anschließend die gewünschten Soll-Maße bzw. die gewünschte Soll-Geometrie aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt jeweils zumindest ein berührungsloses Messen des Werkstücks durch die Messeinrichtung im ungespannten Zustand und im gespannten Zustand. Weiterhin kann jeweils zumindest ein berührungsloses Messen des Werkstücks in einem gespannten Zustand vor einem Verstellen der Stelleinheiten bzw. vor einem Verändern einer Position der Spannstellen und in einem gespannten Zustand nach einem Verstellen der Stelleinheiten bzw. nach einem Verändern einer Position der Spannstellen erfolgen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Werkstück durch ein Fügevorgang mit einem weiteren Werkstück verbunden. Dies kann insbesondere nach einer Übereinstimmung der Ist-Daten des Werkstücks mit den Soll-Daten erfolgen. Anschließend kann nach dem Fügevorgang ein weiteres berührungsloses Messen der gefügten Werkstücke durch die Messeinrichtung erfolgen, wobei insbesondere wieder ein Abgleich der Ist-Daten der gefügten Werkstücke mit den Soll-Daten erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung stationär angeordnet. Beispielsweise kann die Messeinrichtung stationär bezüglich einer Fügeeinrichtung zum Fügen der Werkstücke, wie z.B. einer Schweißstation, angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung und/oder sind die einzelnen Kameras der Messeinrichtung an einem Manipulator oder mehreren Manipulatoren befestigt. Dadurch kann vorteilhafterweise die Messeinrichtung bzw. können die einzelnen Kameras der Messeinrichtung in Abhängigkeit des in der Spanneinrichtung angeordneten Werkstücks bzw. in Abhängigkeit der Größe und/oder Form des Werkstücks optimal angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Spanneinrichtung und das Werkstück jeweils durch fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF, auch als AGV bzw. „Automated Guided Vehicles“ bezeichnet) zu einer Position bewegt, an welcher das Werkstück in der Spanneinrichtung angeordnet wird. Beispielsweise kann die Spanneinrichtung durch ein erstes fahrerloses Transportfahrzeug bewegt werden und das Werkstück kann durch ein zweites fahrerloses Transportfahrzeug bewegt werden, beispielsweise zu einer Fügestation bzw. Fügeeinrichtung. Durch die fahrerlosen Transportfahrzeuge sind die Spanneinrichtung und das Werkstück selbsttätig räumlich verlagerbar.
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Die fahrerlosen Transportfahrzeuge können auf Rädern, auf Schienen, auf Luftkissen, und/oder in anderer geeigneter Weise verlagerbar sein. Weiterhin können die fahrerlosen Transportfahrzeuge beispielsweise Einrichtungen zur Standortbestimmung und Lageerfassung, wie z.B. durch GPS („Global Positioning System“) aufweisen.
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Weiterhin können die fahrerlosen Transportfahrzeuge jeweils eine Steuereinheit zum Steuern der fahrerlosen Transportfahrzeuge, beispielsweise in Bezug auf das Bewegen zu einem Bauteilaufnahmeort und/oder zu einem Bestimmungsort, ausgebildet sein. Die Steuereinheit der fahrerlosen Transportfahrzeuge kann beispielsweise mit einer übergeordneten Leitsteuerung kommunizieren.
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Das Werkstück kann durch eine Handlingseinrichtung, wie z.B. durch ein Mehrachsroboter, von dem fahrerlosen Transportfahrzeuge entnommen und in der Spanneinrichtung angeordnet werden. Während des berührungslosen Messens und/oder während eines nachfolgenden Bearbeitungs- bzw. Fügevorgangs kann die Spanneinrichtung weiterhin auf dem fahrerlosen Transportfahrzeug angeordnet sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Messeinrichtung auf dem fahrerlosen Transportfahrzeug, auf welchem die Spanneinrichtung angeordnet ist, angeordnet ist.
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Das weitere Werkstück, welches dazu vorgesehen ist mit dem Werkstück gefügt werden, kann ebenfalls durch ein fahrerloses Transportfahrzeug zur Position, an welcher der Bearbeitungs- bzw. Fügevorgang erfolgt, bewegt werden, und dort von der Handlingseinrichtung vom fahrerlosen Transportfahrzeuge entnommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Spanneinrichtung durch eine Adaptervorrichtung, wie z.B. eine Adapterplatte, auf dem fahrerlosen Transportfahrzeug befestigt. Vorzugsweise ist die Adapterplatte derart ausgebildet, dass neben der Spanneinrichtung auch weitere bzw. andere Spanneinrichtungen, beispielsweise solche, die für andere Werkstücke bzw. Karosseriebauteile ausgebildet sind, durch die Adapterplatte auf dem fahrerlosen Transportfahrzeug angeordnet bzw. befestigt werden können.
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Durch das hier beschriebene Verfahren kann erreicht werden, dass Einzelbauteile mit Streubreite keinen bzw. nur einen sehr geringen Einfluss auf einen Zusammenbau haben. Dadurch kann eine 100% i.O. („in Ordnung“) Fertigung und eine 100% Online-Messung und Dokumentation erfolgen. Weiterhin wird ein Verkauf von „Schadteilen“ vermieden, wodurch die Qualität gesteigert und die Kosten verringert werden können. Weiterhin kann der Einstellung von Fernbauteile verringert werden.
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Darüber hinaus zeichnet sich das Verfahren durch den Bedienkomfort und eine gute Reaktionsmöglichkeit auf Nachbarbauteile aus. Verschiedenste Vorhaltemaße je Zusammenbau in Serie sowie Prototypenbau sind kostenneutral möglich. Messzellen sind nicht mehr erforderlich. Auch der Nacharbeitsaufwand wird verringert. Ebenso wird eine hohe Flexibilität derivatsspezifisch, stückzahlspezifisch und materialspezifisch erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0828586 B1 [0003]
- DE 102007005534 A1 [0005, 0006]