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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren sowie ein System zum Bearbeiten oder Behandeln eines Bauteils
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Vorliegend geht es insbesondere um ein Verfahren bzw. um ein System im Bereich der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) für den Einsatz in teil- oder vollautomatisierten Prozessen, beispielsweise in der Automobilproduktion. Diese kommen zunehmend in der Serienfertigung zum Einsatz. Ein großer Vorteil besteht in diesem Zusammenhang darin, dass Mensch und Roboter hierbei direkt zusammen arbeiten und sich Aufgaben teilen können. Durch den hohen erforderlichen Technikeinsatz sind derartige Systeme bzw. Verfahren allerdings sehr kostenintensiv. Wenn es beispielsweise darum geht, Arbeiten an einem Bauteil durchzuführen, muss der Roboter genau wissen, wo das entsprechende Bauteil steht bzw. positioniert ist. Hierfür werden beispielswiese Kamerasysteme eingesetzt, wie in der
WO 2015/117594 beschrieben, welche allerdings mit einem entsprechenden Investitionsaufwand verbunden sind.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. ein System zum Bearbeiten oder Behandeln eines Bauteils anzugeben, welche die bekannten Systeme und Verfahren weiterbilden und insbesondere den Investitionsaufwand verringern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Bearbeiten oder Behandeln eines Bauteils die Schritte:
- - Bereitstellen eines Roboters, welcher ein Anschlagelement umfasst;
- - Automatisches Antasten des Bauteils mit dem Anschlagelement derart, dass eine Position des Bauteils ermittelt werden kann;
- - Durchführen von Arbeitsschritten an dem Bauteil mit dem Roboter auf Basis der ermittelten Position.
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Vorteilhafterweise ist also kein aufwendiges Kamerasystem oder dergleichen nötig, um eine Position eines Bauteils erkennen bzw. bestimmen zu können. Mit Vorteil handelt es sich bei dem Roboter um einen MRK-fähigen Roboter bzw. einen entsprechend ausgebildeten Roboter, insbesondere um einen Mehrachs-, beispielsweise einen Sechs- oder Siebenachs-, Roboterarm. Dieser umfasst gemäß einer Ausführungsform einen Endeffektor, an welchem das Anschlagelement für die taktile Lage- bzw. Positionserkennung des Bauteils angeordnet ist. Zweckmäßigerweise erfolgt also die Positions- bzw. Lagebestimmung des Bauteils direkt durch den Roboter bzw. den Roboterarm und nicht durch den Einsatz sowie die Verwendung weiterer Messtechnik.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Bereitstellen bzw. Positionieren des Bauteils über ein Transportsystem, insbesondere über ein fahrerloses Transportsystem.
Zweckmäßigerweise ist das Transportsystem ausgelegt, das Bauteil quasi vorzupositionieren. Zweckmäßigerweise ist die Vorposition dem Roboter bekannt. Dies ermöglicht ein besonders schnelles und effektives Antasten, da der Roboter in den Bereich der Vorposition fahren kann, welche beispielsweise eine Positionstoleranz von +/- 5 mm in xy-Richtung (wobei die z-Achse die Hochachse ist) und +/- 5° in der Rotationsachse aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors. In der Fertigung wird dieses gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch einen automatisierten Transportwagen an die Fertigungsstation transportiert, wo es an einer vorbestimmten Stelle positioniert wird. Die Positionstoleranz beträgt, wie oben erwähnt, beispielsweise +/- 5 mm in der xy-Richtung und in der Rotationsachse +/- 5°. Um eine gezielte Weiterbearbeitung bzw. -Behandlung durchführen zu können, muss dann eine exakte Lage des Kurbelgehäuses bestimmt werden, wobei dies zweckmäßigerweise direkt durch den Roboter erfolgt, welcher automatisch das Bauteil mittels des Anschlagelements antastet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Anschlagelement eine erste und eine zweite Anschlagfläche auf. Bevorzugt umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Antasten des Bauteils an einer Messstelle durch Anfahren des Bauteils entlang einer ersten Richtung bis die erste Anschlagfläche am Bauteil anliegt und Verfahren des Anschlagelements entlang einer zweiten Richtung, bis die zweite Anschlagfläche am Bauteil bzw. an der Messstelle anliegt.
Mit Vorteil stehen die erste und die zweite Richtung senkrecht aufeinander bzw. zueinander. In der Folge ergibt sich ein sehr robuster und effektiver Lageerkennungs-Vorgang bzw. Antast-Vorgang, welcher insbesondere auch softwaretechnisch gut umzusetzen ist. Für eine erste Vororientierung reicht die Vorpositionierung des Bauteils, wobei dann die genaue Position des Bauteils über das Antasten an der Messstelle erfolgt. Liegen sozusagen sowohl die erste als auch die zweite Anschlagfläche an der Messstelle an, ist die Zielposition erreicht, welche zur Lageerkennung des Bauteils verwendet werden kann. Zweckmäßigerweise orientiert sich der Roboter beim Anfahren entlang der ersten Richtung an einer geeigneten Fläche des Bauteils, im Falle des Kurbelgehäuses beispielsweise an der Dichtfläche des Kurbelgehäuses zum Zylinderkopf oder an der Ölwannendichtfläche. Mit Vorteil liegt die erste Richtung parallel zu der Fläche. Entsprechend steht die zweite Richtung zweckmäßigerweise senkrecht zur der Fläche. Hierbei kommt der Vorteil zum Tragen, dass der Roboter bevorzugterweise Bauteildaten kennt, mit anderen Worten also weiß, wie das zu bearbeitenden Bauteil „aussieht“.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Antasten an einer Vielzahl von Messstellen.
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Bevorzugterweise erfolgt das Antasten an drei oder zumindest drei Messstellen, welche derart am Bauteil verteilt sind, dass eine Lageerkennung, insbesondere eine Lageerkennung im Raum, des entsprechenden Bauteils durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Positionieren der Messstelle (oder mehrerer) an einer Bauteilkante oder an Bauteilkanten.
Im Falle eines Kurbelgehäuses liegen mit Vorteil zwei Messstellen stirnseitig, beispielsweise an der Getriebeseite oder an einer Längsseite des Kurbelgehäuses, während zumindest eine Messstelle vorzugsweise seitlich am Kurbelgehäuse bzw. an der Getriebeseite positioniert ist. Dabei liegen alle drei Messstellen zweckmäßigerweise derart, dass jeweils eine Anschlagfläche an der Zylinderkopf-Dichtfläche oder an der Ölwannendichtfläche anliegt.
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Zweckmäßigerweise weiß der Roboter, wie bereits angedeutet, um welches Bauteil bzw. auch um welchen Typ es sich handelt, sodass auf Basis dieser Informationen das automatische Anfahren erfolgen kann. Mit anderen Worten weiß der Roboter in etwa, wo das Bauteil liegt bzw. wie es beschaffen ist. Die exakte Lageerkennung erfolgt dann über das Antasten an den entsprechend verteilten Messstellen. Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren also den Schritt des Übermittelns von Bauteildaten an den Roboter, wobei die Bauteildaten umfassen können: (Bauteil-)Typ, Geometriedaten, Lage des Bauteils an der Vorposition, Bearbeitungsstatus etc.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Arbeitsschritt ein Auslesen von Bauteilinformationen. Zweckmäßigerweise ist der Roboter ausgelegt, Baueilinformationen zu erfassen, sei es optisch und/oder taktil. Zweckmäßigerweise umfasst der Roboter beispielsweise eine Scan-Einheit, welche ausgelegt ist, Bauteilinformationen, beispielsweise in Form von 1D-, 2D-, oder 3D-Codes zu erfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Arbeitsschritt ein Abfahren des Bauteils zum bereichsweisen Bearbeiten oder Behandeln des Bauteils. Dadurch dass der Roboter die Lage des Bauteils erkennt und dadurch, dass der Roboter weiß, um welchen Typ es sich handelt, kann er vollständig automatisch verschiedenste Arbeitsschritte an dem Bauteil durchführen.
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Wie bereits angedeutet, ist das Bauteil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors. Zweckmäßigerweise umfassen die Arbeitsschritte:
- - Scannen von DMC-Codes, welche an Lagerschalen des Kurbelgehäuses aufgebracht sind, mit dem Roboter;
- - Beölen der Lagerschalen mit dem Roboter.
Mit der Information zur Lage des Bauteils im Raum werden die exakten Positionen des Roboterarmes für die weiteren Arbeitsschritte, beispielsweise das Auslesen von Bauteilinformationen oder die Beölung berechnet. Zweckmäßigerweise werden die Codes der Lagerschalen im Kurbelgehäuse (DMC-Codes) gescannt. Ist der gescannte Code von der übergeordneten Steuerung als i. O. gewertet, werden nachfolgend die Lagerschalen im Kurbelgehäuse beölt. Abhängig vom Typ des Kurbelgehäuses weiß der Roboter, wie viele Lagerschalen bzw. Schmierstellen vorhanden sind. Das Verfahren ist dabei äußerst flexibel. Gemäß einer Ausführungsform können beispielsweise zunächst alle DMC-Codes gescannt werden, um dann anschließend alle Lagerschalen zu beölen. Alternativ ist es aber auch möglich, zunächst eine Lagerschale zu scannen, diese dann zu beölen, um dann zur nächsten Lagerschale weiterzugehen etc.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Einlegen einer Kurbelwelle in eine Lagergasse des Kurbelgehäuses;
- - Beölen der Hauptlager der Kurbelwelle mit dem Rotor.
Das Einlegen der Kurbelwelle kann sowohl über den Roboter als auch händisch erfolgen. Dies kann insbesondere von Größe und Gewicht der Kurbelwelle abhängig gemacht werden. Zweckmäßigerweise erfolgt das Beölen der Hauptlager der Kurbelwelle wieder mit dem Roboter. Hierzu ist mit Vorteil kein erneutes Antasten notwendig, da der Roboter die Geometrie der Kurbelwelle kennt und weiß, wo die Schmierstellen liegen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Manuelles Teachen des Roboters, wobei hierzu mit Vorteil eine Teach-Hilfe, beispielsweise in Form eines Lasers, vorgesehen ist.
Diese Teach-Hilfe dient der Unterstützung bei der Ersteinrichtung am Werkstück. Dabei kann bei der Einrichtung des Roboters auf eine andere Bauteilgeometrie durch einen Arbeiter überprüft werden, ob die Position, beispielsweise einer Öldüse zum Aufbringen des Öls, korrekt ist, ohne tatsächlich Öl zu verwenden.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Roboter eine Beölungsvorrichtung, welche wiederum bevorzugt eine Mengendosiereinheit umfasst, um nur die benötigte Ölmenge aufzubringen. Über einen Nachtropfschutz wird zudem ein Schutz vor Verunreinigungen am Bauteil durch Ölverschleppung sichergestellt. Mit Vorteil umfasst die Beölungsvorrichtung zudem eine Flusskontrolle. Damit wird der Ölfluss überwacht.
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Die Erfindung richtet sich auch auf ein System zum Bearbeiten oder Behandeln eines Bauteils, umfassend einen Roboter, wobei der Roboter ein Anschlagelement aufweist, welches zur taktilen Lageerkennung eines Bauteils ausgelegt ist, und wobei das Anschlagelement zumindest eine erste und eine zweite Anschlagfläche aufweist, welche in einem Winkel zueinander stehen. Der Winkel liegt gemäß verschiedener Ausführungsformen z. B. in einem Bereich von etwa 70 bis 110°, bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 100°.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlagelement als L-förmiger Winkel ausgebildet oder als solcher geformt. Der vorgenannte Winkel beträgt bei dieser Ausführungsform bevorzugt etwa 90°. Dieser L-förmige Winkel kann mit Vorteil beispielsweise an einer Baueilkante angelegt werden.
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Zweckmäßigerweise kann so ein Gehäuserand, beispielsweise eines Kurbelgehäuses, an drei verschiedenen Punkten erfasst werden, worüber dann durch den Roboter bzw. die entsprechende Steuerung, die Lage des Bauteils im Raum eindeutig bestimmbar ist. Mit dieser Information zur Lage im Raum kann mit Vorteil eine exakte Positionierung des Roboterarms für die weiteren Arbeitsschritte erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Roboter Mittel zum Aufbringen eines fluiden Mediums. Insbesondere umfasst der Roboter eine Beölungsvorrichtung, welche beispielsweise am Endeffektor des Roboters bzw. des Roboterarms angeordnet ist. Daneben können am Endeffektor auch noch weitere Werkzeuge bzw. Hilfsmittel vorgesehen sein, beispielsweise ein Anordnungsbereich, welcher ausgelegt ist, externe Messmittel anzubringen, wie beispielsweise Öl-Indektionspapiere oder Glaskapillare, welche ermöglichen, zu überprüfen, dass tatsächlich eine geforderte Ölmenge aufgebracht wurde bzw. ein einzuölender Bereich tatsächlich beölt wurde.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Roboter auch eine Leseeinheit, insbesondere einen Scanner bzw. eine Scaneinheit auf, welche ausgelegt ist, Codes, beispielsweise 1D-, 2D-, wie beispielsweise DMC-Codes, oder 3D-Codes, auszulesen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das System ein mobiles Transportsystem, welches zur Anordnung und zum Transport eines Bauteils ausgelegt ist und wobei eine Kommunikationsverbindung vorgesehen ist, welche einen Informationsaustausch zwischen dem mobilen Transportsystem und dem Roboter bzw. einer Steuerung des Roboters, bereitstellt. Zweckmäßigerweise ist das mobile Transportsystem ein fahrerloses Transportsystem, welches mit dem Roboter im Datenaustausch steht, worüber beispielsweise Bauteildaten, wie etwa Typ oder eine Vorpositionierung des Bauteils, an den Roboter übertragen werden können.
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Das Verfahren sowie das System ermöglichen, den Prozessschritt des Beölens von Lagerschalen/Kurbelwellen in der Serienfertigung äußerst präzise und flexibel zu gestalten. Durch die Verwendung von MRK-Systemen wird der hohe Platzbedarf reduziert, da einerseits der zum Einlegen der Kurbelwelle vorhandene Mitarbeiter am selben Arbeitsplatz ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen, wie einen Schutzzaun, tätig sein kann und andererseits der große Platzbedarf der Verschiebeschlitten wegfällt. Im Vergleich zu bestehenden Systemen ist das Verfahren flexibel in Bezug auf Geometrieänderungen am Werkstück und auch für unterschiedliche Motorbaureihen einsetzbar. Außerdem wird aufgrund der verbauten Sensorik mit absolut konstanter Menge beölt und eine Bauteilverunreinigung vermieden.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend für das System gelten, bzw. umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Verfahrens bzw. eines Systems mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine Draufsicht sowie eine Schnittansicht eines schematisch dargestellten Kurbelgehäuses zum Verdeutlichen einer Ausführungsform eines Verfahrensablaufs;
- 2: die aus der 1 bekannten Ansichten des Kurbelgehäuses sowie eine schematische Darstellung einer Kurbelwelle zur weiteren Verdeutlichung des Verfahrensablaufs.
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1 zeigt schematisch ein Bauteil 10 bzw. ein Kurbelgehäuse 40, welches eine Lagergasse 42 aufweist, welche sich entlang einer Längsachse L erstreckt. Die Lagergasse 42 wird durch eine Vielzahl von Lagerschalen 44 gebildet, welche (bereits) in das Kurbelgehäuse eingelegt sind. Die Lagerschalen 44 sind mit Codes, beispielsweise mit DMC-Codes, versehen, welche mit dem Bezugszeichen 30 skizziert sind. Zu erkennen ist, dass an einer stirnseitigen Bauteilkante des Kurbelgehäuses 40 zwei Messstellen 12 vorgesehen sind, wobei eine weitere dritte Messstelle 12 an einer Längsseite des Kurbelgehäuses 40 angeordnet ist. Zweckmäßigerweise kann nach Antasten dieser Messstellen 12 eine exakte Positionierung bzw. Lage des Bauteils, insbesondere des Kurbelgehäuses 40, im Raum über einen Roboter erkannt werden. Hierzu weist der Roboter zweckmäßigerweise einen Endeffektor 20 auf, welcher ein Anschlagelement 22 umfasst, welches bevorzugt L-förmig ausgebildet ist und sowohl eine erste Anschlagfläche 23, als auch eine zweite Anschlagfläche 24 aufweist. Diese stehen, aufgrund der L-Form, zweckmäßigerweise senkrecht zueinander und sind in idealer Weise dazu konfiguriert, an einer Bauteilkante angelegt zu werden. In der hier dargestellten Ausführungsform wird die zweite Anschlagfläche 24 beispielsweise an die Ölwannendichtfläche des Kurbelgehäuses 40 angelegt.
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2 zeigt nun die im Wesentlichen aus 1 bekannten Ansichten eines Kurbelgehäuses 40, einmal in einer Draufsicht (links) und einmal in einer Schnittdarstellung (rechts). Mit den Bezugszeichen 60 sind mehrere Schmierstellen bezeichnet. Mit der Information zur Lage im Raum können die exakten Positionen des Roboters bzw. des Roboterarmes für die Beölung berechnet werden. Mit Vorteil kann der Roboter automatisch die Schmierstellen 60 anfahren und diese dosiert beölen, wobei der Roboter hierzu mit Vorteil eine Mengendosiereinheit aufweist, sowie einen Nachtropfschutz, um Verunreinigungen am Bauteil durch Ölverschleppung zu unterbinden. Nach Durchführen der Beölung an den Lagerschalen 44 erfolgt, beispielsweise händisch oder mit dem Roboter, ein Einlegen einer Kurbelwelle 50, welche Hauptlager 52 und Pleuellager 54 (nur jeweils ein Lager ist mit einem Bezugszeichen versehen) aufweist. Im Anschluss an das Einlegen erfolgt mit Vorteil ein Beölen an den Hauptlagern 52 oder auch an den Pleuellagern 54, wobei dies individuell vorgegeben werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bauteil
- 12
- Messstelle
- 20
- Endeffektor
- 22
- Anschlagelement
- 23
- erste Anschlagfläche
- 24
- zweite Anschlagfläche
- 30
- DMC-Code
- 40
- Kurbelgehäuse
- 42
- Lagergasse
- 44
- Lagerschale
- 50
- Kurbelwelle
- 52
- Hauptlager
- 54
- Pleuellager
- 60
- Schmierstelle
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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