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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein fixiervorrichtungsloses Komponentenmontagesystem und auf ein Verfahren zum Montieren einer Komponente.
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Ein Fertigungssystem bewegt, transformiert oder arbeitet typischerweise mit Teilen, Unterbaugruppen und/oder Baugruppen, die für Fertigungs- und Montagearbeiten genau lokalisiert und fixiert werden müssen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, dass ein Blechteil oder eine Stahlplatte, eine Unterbaugruppe oder eine Baugruppe genau lokalisiert und an ihrem Ort gehalten wird, um Montage-, Schweiß- und Inspektionsarbeiten in einem Fahrzeugmontagewerk oder entlang einer Montagelinie für Gegenstände wie Haushaltsgeräte, Flugzeuge, Möbel und Elektronik durchzuführen. Zu diesem Zweck werden in der Regel Teilefixiervorrichtungen verwendet.
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Teilefixiervorrichtungen beinhalten typischerweise eine Vielzahl von fixierten Stiften, die konfiguriert sind, um in eine Vielzahl von Fixierlöchern zu passen, die durch ein Teil definiert sind, und eine oder mehrere Klemmen, die konfiguriert sind, um das Teil an seinem Platz zu halten. Teilefixiervorrichtungen sind im Allgemeinen nur für eine bestimmte Teilegröße und/oder -form verwendbar und müssen in der Regel modifiziert oder umgebaut werden, um ein unterschiedlich großes und/oder geformtes Teil zu lokalisieren und zu halten. Verschiedene Teilefixiervorrichtungen sind typischerweise für die große Vielfalt an Teilen und die große Vielfalt an Montage- und Fertigungsvorgängen in einem Fertigungswerk nötig. Während die heutigen Systeme ihren Zweck erfüllen, besteht Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Montieren einer Komponente, insbesondere, um eine Komponente mit einem fixiervorrichtungslosen Komponentenmontagesystem zu montieren, bei dem die Roboter miteinander kommunizieren, um die relative Position von Komponenten zueinander zu bestimmen.
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Die
DE 10 2016 116 404 A1 offenbart ein System, das die relative Stellung oder die relative Position und Stellung zwischen einem ersten Objekt und einem zweiten Objekt berechnet. Diese Druckschrift sieht ein Objektstellungsberechnungssystem vor, enthaltend ein erstes Objekt und ein zweites Objekt, die an drei Kontaktpunkten kontaktierbar sind, eine Antriebseinheit, die das erste Objekt und das zweite Objekt miteinander in Kontakt bringt, eine Kraftmesseinheit, die eine Kraft misst, welche zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wirkt, und eine Objektstellungsberechnungseinheit, die die relative Stellung oder die relative Position und Stellung zwischen dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt berechnet, auf der Grundlage der Kraft, die durch die Kraftmesseinheit gemessen ist, wenn das erste Objekt und das zweite Objekt an den drei Kontaktpunkten miteinander in Kontakt kommen.
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Die
DE 10 2016 114 863 A1 offenbart ein Verfahren zur Zusammensetzung einer Komponente. Das Verfahren beinhaltet das Ergreifen einer ersten Teilkomponente mit einem ersten Greifelement, sowie das Ergreifen einer zweiten Teilkomponente mit einem zweiten Greifelement. Das erste Werkzeug ist an einem ersten Roboterarm befestigt, wobei die erste Teilkomponente eine erste Vielzahl von Führungsbohrungen definiert. Das zweite Werkzeug ist an einem zweiten Roboterarm befestigt, wobei die zweite Teilkomponente eine zweite Vielzahl von Führungsbohrungen definiert. Nach dem Ergreifen beinhaltet das Verfahren die Ausrichtung von mindestens einer der ersten Führungsbohrungen neben einer der zweiten Führungsbohrungen, um eine Ausgangsposition der zweiten Teilkomponente gegenüber der ersten Teilkomponente einzustellen, ohne dabei die erste und zweite Teilkomponente freizugeben. Im Anschluss an die Ausrichtung beinhaltet das Verfahren die Herstellung einer Verbindung zwischen der ersten und zweiten Teilkomponente mit einem an einem Roboterverbindungsarm befestigten Verbindungswerkzeug, um dadurch die Komponente zusammenzusetzen. Ein Bauteilmontagesystem ist ebenfalls offenbart.
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Die
DE 10 2012 112 025 B4 offenbart ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer Kinematik. Das Verfahren umfasst dabei das Positionieren einer ersten Kinematik zur Interaktion mit einem Objekt und das Positionieren einer zweiten Kinematik in einer Sichtlinie zu der ersten Kinematik. Ferner umfasst das Verfahren das Bestimmen einer relativen Position der ersten Kinematik zu der zweiten Kinematik basierend auf Strahlung. Zudem umfasst das Verfahren nach dem Positionieren der ersten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt und dem Positionieren der zweiten Kinematik in Sichtlinie zur ersten Kinematik, das Positionieren der zweiten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt, das Positionieren der ersten Kinematik in Sichtlinie zu der zweiten Kinematik, und das Bestimmen einer relativen Position der zweiten Kinematik zu der ersten Kinematik, wobei das Positionieren der ersten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt ein Bewegen der ersten Kinematik entlang dem Objekt umfasst, wobei eine Position der zweiten Kinematik während des Bewegens der ersten Kinematik zumindest zeitweise stationär bleibt.
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Die
DE 10 2004 049 332 A1 beschreibt ein Verfahren zum automatischen Positionieren mindestens zweier Bauteile mittels einer Mehrzahl an Industrierobotern, wobei ein erster Positionierroboter ein erstes Bauteil in eine erste Fügestellung positioniert und ein zweiter Positionierroboter ein zweites Bauteil in eine zweite Fügestellung positioniert. Hierbei ist vorgesehen, dass während der Positionierung des zweiten Bauteils mittels einer Sensoreinheit der wenigstens zeitweise variierende Abstand des zweiten Bauteils zu dem ersten Bauteil ermittelt wird und dass mittels einer Regeleinheit, die mit der Sensoreinheit und mit mindestens einem Positionierroboter verbunden ist, eine fügegenaue Positionierung der Bauteile zueinander in eine jeweilige Fügestellung erfolgt durch geregeltes Positionieren mindestens eines Positionierroboters.
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Die
DE 10 2004 021 388 A1 offenbart ein Positionier- und Bearbeitungssystem zum Positionieren und Bearbeiten mindestens eines Bauteils und ein dazu geeignetes Verfahren. Das Positionier- und Bearbeitungssystem enthält eine Positioniervorrichtung zur lagedefinierten Positionierung eines oder mehrerer Bauteile und mindestens einen Bearbeitungsroboter zur automatisierten Bearbeitung des Bauteils. Hierbei ist vorgesehen, dass die Positioniervorrichtung mindestens einen Positionierroboter aufweist, wobei der Bearbeitungsroboter und der Positionierroboter jeweils mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung versehen sidn und miteinander in kooperierender Wirkverbindung stehen.
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Die
EP 2 227 356 B1 offenbart ein Verfahren und ein System zum hochpräzisen Positionieren mindestens eines Objekts in eine Endlage im Raum. Ein Objekt wird von dem Industrieroboter innerhalb einer Greiftoleranz gegriffen und gehalten. Eine die Greiftoleranz korrigierende Abgleichgrösse wird für den Industrieroboter bestimmt. Das Objekt wird hochpräzise in eine Endlage verstellt durch die sich bis zum Erreichen der Endlage in einer vorgegebenen Toleranz wiederholenden Schritte: Aufnehmen von Bildaufnahmen durch Aufnahmeeinrichtungen. Bestimmen der aktuellen Lage des Objekts im Raum-Koordinatensystem aus den Positionen der Aufnahmeeinrichtungen, den durch Winkelmesseinheiten erfassten Winkelausrichtungen von Kameras der Aufnahmeeinrichtungen, den Bildaufnahmen und der Kenntnis von Merkmalen auf dem Objekt. Berechnen der Lagedifferenz zwischen der aktuellen Lage des Objekts und der Endlage. Berechnen einer neuen Sollstellung des Industrieroboters unter Berücksichtigung der Abgleichgrösse aus der aktuellen Stellung des Industrieroboters und einer mit der Lagedifferenz verknüpften Größe. Verstellen des Industrieroboters in die neue Sollstellung.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Montieren einer Sekundärkomponente zu einer Primärkomponente das Greifen einer Primärkomponente mit einem ersten End-Of-Arm-Werkzeug, wobei das erste End-Of-Arm-Werkzeug an einem ersten Roboterarm befestigt ist, und das Greifen einer Sekundärkomponente mit einem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug, wobei das zweite End-Of-Arm-Werkzeug an einem zweiten Roboterarm befestigt ist. Visuelles Inspizieren der Primärkomponente mit einer Kamera, die an dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug montiert ist, und Lokalisieren mindestens eines Bezugsmerkmals auf der Primärkomponente. Vergleichen der Position des mindestens einen Bezugsmerkmals der Primärkomponente, wie von der Kamera gemessen, mit einem Referenzkoordinatensystem, das in einer zweiten Steuerung gespeichert ist, wobei die zweite Steuerung angepasst ist, um Bewegungen des zweiten Roboterarms und des zweiten End-Of-Arm-Werkzeugs zu steuern. Berechnen eines Offsets zwischen der, wie von der Kamera gemessenen, Position des mindestens einen Bezugsmerkmals der Primärkomponente und dem Referenzkoordinatensystem. Registrieren der Offset-Informationen in der zweiten Steuerung und Senden der in der zweiten Steuerung gespeicherten Offset-Informationen an eine erste Steuerung über eine Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur; wobei die erste Steuerung angepasst ist, um Bewegungen des ersten Roboterarms und des ersten End-Of-Arm-Werkzeugs zu steuern. Erzeugen eines Koordinatensystems in der ersten Steuerung basierend auf den von der zweiten Steuerung empfangenen Offset-Informationen und Bewegen der Primärkomponente in eine Schnittstellenposition, wobei Schnittstellenflächen auf der Primärkomponente an einer geeigneten Position und Ausrichtung für die daran anzubringende Sekundärkomponente präsentiert werden. Senden des erzeugten Koordinatensystems, einschließlich der Position des mindestens einen Bezugsmerkmals nach dem Verschieben der Primärkomponente, von der ersten Steuerung zu der zweiten Steuerung, Verwenden des erzeugten Koordinatensystems und der Position des mindestens einen Bezugsmerkmals, um die Position der Schnittstellenfläche für die Sekundärkomponente auf der Primärkomponente relativ zu dem mindestens einen Bezugsmerkmal basierend auf dem erzeugten Koordinatensystem zu identifizieren, und Bewegen des zweiten End-Of-Arm-Werkzeugs, um die Sekundärkomponente in Eingriff mit den Schnittstellenflächen der Primärkomponente zu bringen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Bilden einer Verbindung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bilden einer Verbindung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, ferner das Verschweißen der Sekundärkomponente mit der Primärkomponente mit einem Schweißwerkzeug, das an dem Fügeroboterarm befestigt ist, umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner gleichzeitig mit dem Bewegen des zweiten End-Of-Arm-Werkzeugs, um die Sekundärkomponente in Eingriff mit den Schnittstellenflächen der Primärkomponente zu bringen, das Überwachen von Kräften, die durch ein Kraftmessgerät gemessen werden, das an dem zweiten Roboterarm montiert ist, wobei das Kraftmessgerät angepasst ist, um Kräfte zu messen, die durch den zweiten Roboterarm und das zweite End-Of-Arm-Werkzeug auf die Sekundärkomponente aufgebracht werden, um zu bestimmen, wann ein Kontakt zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente besteht, und um die Kraft zu messen, mit der die Sekundärkomponente in Kontakt mit der Primärkomponente gehalten wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner gleichzeitig mit dem Bilden einer Verbindung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, das kontinuierliche Überwachen von Kräften, die von dem an dem zweiten Roboterarm montierten Kraftmessgerät gemessen werden, und das Variieren der Position zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente, um einen vorbestimmten Kraftplan zu erfüllen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner gleichzeitig mit dem Bilden einer Verbindung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, das kontinuierliche Überwachen von Kräften, die durch das Kraftmessgerät gemessen werden, das an dem zweiten Roboterarm montiert ist, um thermische Verformung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente zu erfassen, und das Variieren der Position und der Kraft, die zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente aufgebracht wird, als Reaktion auf die thermische Verformung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bewegen der Primärkomponente in eine Schnittstellenposition, wobei die Schnittstellenflächen auf der Primärkomponente an einer geeigneten Position und Ausrichtung für die daran zu befestigende Sekundärkomponente präsentiert werden ferner das Bewegen des ersten Roboterarms und des ersten End-Of-Arm-Werkzeugs und gleichzeitig das Bewegen der Primärkomponente in Bezug auf das erste Ende des End-Of-Arm-Werkzeugs, um die Primärkomponente in eine Schnittstellenposition zu bewegen, wobei die Schnittstellenflächen auf der Primärkomponente an einer geeigneten Position und Ausrichtung für die daran anzubringende Sekundärkomponente präsentiert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Bewegen der Primärkomponente in Bezug auf das erste Ende des Arm-Werkzeugs ferner das Betätigen eines Schwenkzapfens, der auf dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug montiert ist, wobei der Schwenkzapfen die Primärkomponente innerhalb des ersten End-Of-Arm-Werkzeugs trägt und mit einem einzigen Freiheitsgrad beweglich ist, um die Primärkomponente in Bezug auf das erste End-Of-Arm-Werkzeug zu drehen.
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Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Komponentenmontagesystem ein erstes End-Of-Arm-Werkzeug, das auf einem ersten Roboterarm montiert ist, wobei das erste End-Of-Arm-Werkzeug zum Greifen einer Primärkomponente angepasst ist, und ein zweites End-Of-Arm-Werkzeug, das auf einem zweiten Roboterarm montiert ist, wobei das zweite End-Of-Arm-Werkzeug zum Greifen einer Sekundärkomponente angepasst ist. Eine berührungslose Inspektionsvorrichtung ist angepasst, um die Primärkomponente visuell zu inspizieren und Bezugsmerkmale auf der Primärkomponente zu lokalisieren. Eine erste Steuerung ist angepasst, um Bewegungen des ersten Roboterarms zu steuern, und eine zweite Steuerung ist angepasst, um Bewegungen des zweiten Roboterarms zu steuern und die Position der Bezugsmerkmale der Primärkomponente, wie von der Kamera gemessen, mit einem Referenzkoordinatensystem zu vergleichen, das in einer zweiten Steuerung gespeichert ist, wobei die zweite Steuerung ferner angepasst ist, um einen Offset zwischen der Position der Bezugsmerkmale der Primärkomponente, wie von der Kamera gemessen, und dem Referenzkoordinatensystem zu berechnen und die Offset-Informationen in der zweiten Steuerung zu registrieren. Eine Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur verbindet die erste Steuerung und die zweite Steuerung miteinander, wobei die zweite Steuerung die Offset-Informationen an die erste Steuerung über die Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur sendet, und die erste Steuerung angepasst ist, um ein Koordinatensystem basierend auf den von der zweiten Steuerung empfangenen Offset-Informationen zu erzeugen und die Primärkomponente in eine Schnittstellenposition zu bewegen, wobei Schnittstellenflächen auf der Primärkomponente an einer geeigneten Position und Orientierung für die daran anzubringende Sekundärkomponente präsentiert werden. Ein Kraftmessgerät ist auf dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug montiert, wobei das Kraftmessgerät angepasst ist, um Reaktionskräfte in den Grenzflächen zu messen, wenn ein Kontakt zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente besteht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Komponentenmontagesystem ferner ein Fügewerkzeug, das auf einem Fügeroboterarm montiert ist, wobei das Fügewerkzeug angepasst ist, um eine Verbindung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente zu bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Fügewerkzeug ein Schweißwerkzeug, das angepasst ist, um die Sekundärkomponente mit der Primärkomponente zu verschweißen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die zweite Steuerung angepasst, um die zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente gemessene Reaktionskraft basierend auf einem vorbestimmten Kraftplan zu variieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die zweite Steuerung angepasst, um die zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente gemessene Reaktionskraft als Reaktion auf thermische Verformung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente zu variieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Komponentenmontagesystem ferner einen Schwenkzapfen, der an dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug montiert ist, wobei der Schwenkzapfen angepasst ist, um die Primärkomponente an dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug zu tragen, und um eine Achse drehbar ist, so dass sich die Primärkomponente relativ zu dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug drehen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Komponentenmontagesystem ferner einen Aktuator, der an dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug montiert ist, der angepasst ist, um den Schwenkzapfen in Bezug auf das erste End-Of-Arm-Werkzeug zu drehen, und einen an dem Schwenkzapfen angebrachten Encoder, der angepasst ist, um die Winkellage des Schwenkzapfens in Bezug auf das erste End-Of-Arm-Werkzeug zu messen, wobei der Aktuator und der Encoder mit der ersten Steuerung in Verbindung stehen und die erste Steuerung die Drehung des Schwenkzapfens in Verbindung mit dem Steuern der Bewegung des ersten Roboterarms steuert, wenn das Primärteil in die Schnittstellenposition bewegt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind der erste und der zweite Roboterarm sechsachsige Knickarmroboter.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin enthaltenen Beschreibung ersichtlich werden. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die konkreten Beispiele nur zum Zwecke der Veranschaulichung beabsichtigt sind, und nicht dazu, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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Die hierin beschriebenen Figuren dienen nur Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu beabsichtig, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht des Komponentenmontagesystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Montieren einer Sekundärkomponente an eine Primärkomponente gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Komponentenmontagesystem der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen bei 10 dargestellt. Das Komponentenmontagesystem 10 umfasst einen ersten Roboterarm 12 mit einem darauf montierten ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14, einen zweiten Roboterarm 16 mit einem darauf montierten zweiten End-Of-Arm-Werkzeug 18. Das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14 ist angepasst, um eine Primärkomponente 20 zu greifen und die Primärkomponente 20 während des Montageprozesses zu halten. Das zweite End-Of-Arm-Werkzeug 18 ist angepasst, um eine Sekundärkomponente 22 zu greifen und die Sekundärkomponente 22 während des Montageprozesses zu halten.
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Die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 können als nicht einschränkendes Beispiel eine Platte sein, die als Heckklappe oder Hebetür für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Alternativ können die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 eine Flugzeugrumpfplatte, eine Türverkleidung für ein Verbrauchsgerät, eine Armlehne für einen Stuhl oder eine andere Teilkomponente sein, die konfiguriert ist, um mit einer anderen Teilkomponente verbunden oder befestigt werden kann. Die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 können aus jedem geeigneten Material, wie Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoff und dergleichen, gebildet sein. Die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22, wie in der exemplarischen Ausführungsform von 1 dargestellt, sind Fahrzeugrahmenkomponenten für ein Automobil. Spezieller ist die Primärkomponente 20 ein Fahrzeugrahmen und die Sekundärkomponente 22 eine Teilkomponente, wie beispielsweise eine Halterung, die an der Primärkomponente 20 befestigt ist.
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Der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 können ein programmierbarer mechanischer Arm sein, können Hand-, Handgelenk-, Ellbogen- und Schulterabschnitte (nicht dargestellt) beinhalten und können durch Pneumatik und/oder Elektronik ferngesteuert sein. Die erste und der zweite Roboterarm 12, 16 können als nicht einschränkende Beispiele ein sechsachsiger Knickarmroboter, ein kartesischer Roboterarm, ein sphärischer oder polarer Roboterarm, ein selektiver Compliance-Montage-Roboterarm und dergleichen sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel können der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 ein sechsachsiger Knickarmroboter sein.
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Das Komponentenmontagesystem 10 beinhaltet eine Kamera 24, die an dem zweiten Roboterarm 16 montiert ist. Die Kamera 24 inspiziert die Primärkomponente 20 visuell und lokalisiert Bezugsmerkmale 26 auf der Primärkomponente 20.
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Eine erste Steuerung 28 ist zum Steuern von Bewegungen des ersten Roboterarms 12 angepasst und eine zweite Steuerung 30 ist zum Steuern von Bewegungen des zweiten Roboterarms 16 angepasst. Die erste und die zweite Systemsteuerung 28, 30 sind nicht verallgemeinerte, elektronische Steuervorrichtungen mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor, einem Speicher oder einem nicht flüchtigen, computerlesbaren Medium, das zum Speichern von Daten wie Steuerlogik, Softwareanwendungen, Anweisungen, Computercode, Daten, Nachschlagetabellen usw. verwendet wird, und einem Sender-Empfänger oder Ein-/Ausgabeports. Computerlesbares Medium umfasst jede Art von Medium, auf das mit einem Computer zugegriffen werden kann, wie z.B. Nur-Lese-Speicher (Englisch: Read-Only Memory, ROM), Direktzugriff-Speicher (Englisch: Random Access Memory, RAM), ein Festplattenlaufwerk, eine Compact Disc (CD), eine digitale Video-Disc (DVD) oder jede andere Art von Speicher. Ein „nicht-flüchtiges“ computerlesbares Medium schließt drahtgebundene, drahtlose, optische oder andere Kommunikationsverbindungen aus, die vorübergehende elektrische oder andere Signale transportieren. Ein nichtflüchtiges, computerlesbares Medium beinhaltet Medien, auf denen Daten dauerhaft gespeichert werden können, und Medien, auf denen Daten gespeichert und später überschrieben werden können, wie beispielsweise eine wiederbeschreibbare optische Platte oder eine löschbare Speichervorrichtung. Computercode beinhaltet jede Art von Programmcode, einschließlich Quellcode, Objektcode und ausführbarem Code.
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Die zweite Steuerung 30 ist ferner angepasst, um die Position der Bezugsmerkmale 26 der Primärkomponente 20, wie von der Kamera 24 gemessen, mit einem in der zweiten Steuerung 30 gespeicherten Referenzkoordinatensystem zu vergleichen. Das Koordinatensystem ist ein virtueller dreidimensionaler Positionsraum, in welchem die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 montiert sind. Das Referenzkoordinatensystem liefert dreidimensionale Standortinformationen für eine Referenzposition der Primärkomponente 20 innerhalb des Koordinatensystems.
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Die Inspektionskamera 24 kommuniziert mit der zweiten Steuerung 30. Die zweite Steuerung 30 verwendet Informationen von der Inspektionskamera 24, um die Position der Primärkomponente zu bestimmen. Die zweite Steuerung 30 ist auch angepasst, um einen Offset zwischen der Position der Bezugsmerkmale 26, wie von der Kamera 24 gemessenen, der Primärkomponente 20 und dem Referenzkoordinatensystem zu berechnen und die Offset-Information in der zweiten Steuerung 30 zu speichern. Die Inspektionskamera 24 kann an einer festen Position montiert sein, oder alternativ kann die Inspektionskamera 24 an dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug 18 montiert sein.
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Die erste Steuerung 28 bewegt den ersten Roboterarm 12 und betätigt das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14, um die Position der Primärkomponente 20 zu steuern. Die zweite Steuerung 30 bewegt den zweiten Roboterarm 16 und betätigt das zweite End-Of-Arm-Werkzeug 18, um die Position der Sekundärkomponente 22 zu steuern. Die Bewegung des ersten und des zweiten Roboterarms 12, 16 durch die erste und die zweite Steuerung 28, 30 basiert auf ausführbarem Code, der im Speicher gespeichert oder den Steuerungen 28, 30 bereitgestellt wird. Eine Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur 32 verbindet die erste Steuerung 28 und die zweite Steuerung 30 miteinander. Die Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur 32 ermöglicht es dem ersten und dem zweiten Roboterarm 12, 16 miteinander zu kommunizieren und Informationen auszutauschen, die die erste und die zweite Steuerung 28, 30 verwenden, um die Bewegung der Primärkomponente und die Sekundärkomponente20, 22 zu koordinieren. Die zweite Steuerung 30 sendet die Offset-Informationen über die Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur 32 an die erste Steuerung 28.
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Ein Schwenkzapfen 42 ist am ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14 montiert. Der Schwenkzapfen 42 ist angepasst, um die Primärkomponente 20 an dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14 zu tragen und ist um eine Achse drehbar, um der Primärkomponente 20 zu ermöglichen, sich relativ zu dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14 zu drehen. Ein Aktuator 44 ist auf dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14 montiert. Der Aktuator 44 dreht den Schwenkzapfen 42 und die Primärkomponente 20, die auf dem Schwenkzapfen 42 getragen wird, in Bezug auf das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14. Ein Encoder 46 ist an dem Schwenkzapfen 42 befestigt und misst die Winkellage des Schwenkzapfens 42 in Bezug auf das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14. Der Aktuator 44 und der Encoder 46 stehen in Verbindung mit der ersten Steuerung 28. Die erste Steuerung 28 steuert die Drehung des Schwenkzapfens 42 in Verbindung mit dem Steuern der Bewegung des ersten Roboterarms 12, wenn das Primärteil 20 in die Schnittstellenposition bewegt wird.
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Ein Kraftmessgerät 36 ist an dem zweiten Roboterarm 16 montiert und ist angepasst, um Kräfte zu messen, die der zweite Roboterarm 16 auf die Sekundärkomponente 22 ausübt. Die zweite Steuerung 30 überwacht die von dem Kraftmessgerät 36 gemessenen Kräfte, während die Sekundärkomponente 22 mit der Primärkomponente 20 in Eingriff gebracht wird, um zu bestimmen, wann die zweite Komponente 22 die Primärkomponente 20 berührt. Sobald die Primärkomponente 20 und die Sekundärkomponente 22 in Kontakt sind, überwacht die zweite Steuerung 30 weiterhin die von dem Kraftmessgerät 36 gemessenen Kräfte und damit die zwischen der Primär- und Sekundärkomponente 28, 30 ausgeübte Kraft.
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Der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 sind angepasst, um von der ersten und der zweiten Steuerung 28, 30 gesteuert zu werden, entweder basierend auf einer Positionssteuerung oder auf einer Kraftsteuerung. Wenn die Systemsteuerungen 28, 30 Positionssteuerung verwenden, werden der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 basierend auf der dreidimensionalen Position des ersten und zweiten Roboterarms 12, 16 innerhalb des Arbeitsraums des Komponentenmontagesystems 10 gesteuert. Beim Verwenden der Positionssteuerung werden der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 gesteuert, um sie in einer bestimmten Position zu halten. Wenn die Systemsteuerungen 28, 30 Kraftsteuerung verwenden, werden der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 basierend auf der von dem Kraftmessgerät 36 gemessenen Kraftrückmeldung gesteuert.
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Die erste und die zweite Steuerung 28, 30 können durch Verwenden einer Kraftsteuerung gesteuert werden, wobei, sobald die Primärkomponente 20 und die Sekundärkomponente 22 in Kontakt sind, die erste und die zweite Steuerung 28, 30 eine Rückmeldung von dem Kraftmessgerät 36 verwenden werden, um den Kontakt zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 mit einer vorbestimmten Kraft aufrechtzuerhalten. Die erste und die zweite Steuerung 28, 30 können die gemessene Kraft zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 auch basierend auf einem vorgegebenen Kraftplan variieren.
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Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, eine Vorspannung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 einzuleiten, um der erwarteten thermischen Verformung während des Schweißens entgegenzuwirken oder um auf während des Schweißens erkannte thermische Verformung zu reagieren. Das Schweißen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 wird eine thermische Ausdehnung und Verformung der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 erzeugen. Um dem entgegenzuwirken, können der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 zusätzliche Kräfte zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 ausüben, bevor das Schweißen beginnt. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, vor dem Schweißen eine Vorspannung oder Biegung in die vormontierte Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 einzuleiten. Eine Biegung ohne plastische Verformung wird eine Vorspannung in dem fertigen Bauteil induzieren. Wenn die Schweißnaht abgeschlossen ist, werden die Ausrichtung und Position der Sekundärkomponente 22 auf der Primärkomponente 20 in vorhersehbarer Weise auf die neu gebildete Schweißnaht zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 reagieren.
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Ein Fügeroboterarm 38 beinhaltet ein darauf montiertes Fügewerkzeug 40. Das Fügewerkzeug 40 ist angepasst, um die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 zusammenzufügen. Der Fügeroboterarm 38 wird gesteuert, um das Fügewerkzeug 40 in Eingriff mit der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 zu bringen. Der Fügeroboterarm 38 kann ein programmierbarer mechanischer Arm sein, kann Hand-, Handgelenk-, Ellbogen- und Schulterabschnitte (nicht dargestellt) beinhalten und kann durch Pneumatik und/oder Elektronik ferngesteuert sein. Der Fügeroboterarm 38 kann als nicht einschränkende Beispiele ein sechsachsiger Knickarmroboter, ein kartesischer Roboterarm, ein sphärischer oder polarer Roboterarm, ein selektiver Compliance-Montage-Roboterarm und dergleichen sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Fügeroboterarm 38 ein sechsachsiger Knickarmroboter sein.
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Es sollte verstanden werden, dass das Fügewerkzeug 40 jede Art von Fügewerkzeug sein kann, das zum Fügen von Teilkomponenten unterschiedlicher Werkstoffe und Eigenschaften geeignet ist. In der in 1 exemplarisch dargestellten Ausführungsform ist das Fügewerkzeug 40 ein Schweißwerkzeug, das angepasst ist, um eine Schweißverbindung der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 herzustellen.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Verfahren zum Montieren einer Komponente im Allgemeinen bei 50 dargestellt. Ein Verfahren zum Montieren einer Primärkomponente 20 und einer Sekundärkomponente 22 mit dem Komponentenmontagesystem 10 beinhaltet das Greifen 52 der Primärkomponente 20 mit dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14, das Greifen 54 der Sekundärkomponente 22 mit dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug 18. Nach dem Greifen 52 der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 werden die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 innerhalb des Arbeitsbereichs des Komponentenmontagesystems 10 relativ zueinander positioniert.
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Die Position der Primärkomponente 20 wird durch visuelles Inspizieren der Primärkomponente 20 mit der Kamera 24, die an dem zweiten Roboterarm 16 montiert ist, bestimmt. Die Kamera 24 lokalisiert 58 Bezugsmerkmale 26 auf der Primärkomponente 20. Die zweite Steuerung 30 vergleicht 60 die Position der Bezugsmerkmale 26 auf der Primärkomponente 20 mit einem Referenzkoordinatensystem, das sich im Speicher der zweiten Steuerung 30 befindet.
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Nach dem Vergleichen 60 der tatsächlichen Position der Primärkomponente 20 mit dem Referenzkoordinatensystem, berechnet 62 die zweite Steuerung 30 einen Offset zwischen der Position, wie von der Kamera 24 gemessen, der Bezugsmerkmale 26 der Primärkomponente 20 und dem Referenzkoordinatensystem. Der Offset wird dann in der zweiten Steuerung 30 registriert 64 und über die Roboter-zu-Roboter-Kommunikationsarchitektur an die erste Steuerung 28 gesendet 66.
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Die erste Steuerung 28 nimmt die Offset-Informationen von der zweiten Steuerung 30 und erzeugt 68 ein Koordinatensystem und bewegt 70 die Primärkomponente 20 in eine Schnittstellenposition. Der erste Roboterarm 12 bewegt das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14 und der Schwenkzapfen 42 bewegt die Primärkomponente 20 in Bezug auf das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14, um die Primärkomponente in die Schnittstellenposition zu bewegen. An der Schnittstellenposition werden die Schnittstellenflächen 34 auf der Primärkomponente 20 an einer geeigneten Position und Ausrichtung für die daran zu befestigende Sekundärkomponente 22 dargestellt.
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Nachdem die Primärkomponente 20 bewegt wurde, sendet die erste Steuerung 28 das neu erzeugte Koordinatensystem und die Position der Bezugspunkte 26 an die zweite Steuerung 30. Die zweite Steuerung 30 verwendet die Informationen der neuen Position der Primärkomponente 20, um die Sekundärkomponente 22 zu bewegen 78 und die Sekundärkomponente 22 in Eingriff mit der Primärkomponente 20 zu bringen.
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Gleichzeitig, während der zweite Roboterarm 16 und das zweite End-Of-Arm-Werkzeug 18 die Sekundärkomponente 22 in Eingriff mit den Schnittstellenflächen 34 der Primärkomponente 20 bringen, überwacht 84 die zweite Steuerung 30 Kräfte, die von dem an dem zweiten Roboterarm 16 montierten Kraftmessgerät 36 gemessen werden. Durch das Überwachen 84 der von dem Kraftmessgerät 36 gemessenen Kräfte kann die zweite Steuerung 30 genau erkennen, wann die Sekundärkomponente 22 in Kontakt mit der Primärkomponente 20 kommt.
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Nachdem die Primärkomponente und die Sekundärkomponente20, 22 miteinander in Kontakt gebracht wurden, bildet 86 das am Fügeroboterarm 38 montierte Fügewerkzeug 40 eine Verbindung zwischen den Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22. Es kann wünschenswert sein, eine Vorspannung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 einzuleiten, um der erwarteten thermischen Verformung während dem Schweißen entgegenzuwirken. Das Schweißen der Sekundärkomponente 22 an die Primärkomponente 20 wird eine thermische Ausdehnung und Verformung der Primärkomponente und der Sekundärkomponente 20, 22 erzeugen. Um dem entgegenzuwirken, können der erste und der zweite Roboterarm 12, 16 zusätzliche Kräfte auf die Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 ausüben, bevor das Schweißen beginnt. Als nicht einschränkendes Beispiel kann es wünschenswert sein, vor dem Schweißen eine Vorspannung oder Biegung in die Sekundärkomponente 22 einzuleiten. Eine Biegung ohne plastische Verformung wird eine Vorspannung induzieren. Wenn die Schweißnaht fertiggestellt ist, wird die geschweißte Sekundärkomponente vorhersehbar auf die neu gebildete Schweißnaht zu der Primärkomponente 20 reagieren.
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Gleichzeitig, während die Verbindung zwischen der Primärkomponente und der Sekundärkomponente gebildet 86 wird, werden die Kräfte zwischen der Primärkomponente und die Sekundärkomponente 20, 22 kontinuierlich überwacht 88 und durch die zweite Steuerung 30 variiert 90. Die zwischen der Primärkomponente 20 und der Sekundärkomponente 22 gemessene Kraft kann basierend auf einem vorgegebenen Kraftverlauf variiert werden. Alternativ kann die zwischen der Primärkomponente 20 und der Sekundärkomponente 22 gemessene Kraft als Reaktion auf thermische Verformung, die während dem Fügen zwischen der Primärkomponente 20 und der Sekundärkomponente 22 erfasst wird, variiert werden.
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Der vorstehend beschriebene Prozess kann für eine beliebige Anzahl von Sekundärkomponenten 22 oder für mehrere verschiedene Teilkomponenten 22 wiederholt werden, um eine Primärkomponente 20 zu erzeugen, an der eine Vielzahl von verschiedenen Teilkomponenten 22 befestigt sind.
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Ein Komponentenmontagesystem 10 der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Komponenten können ohne das Verwenden einer speziellen Fixiervorrichtung montiert werden. Darüber hinaus können Komponenten vor und während des Schweißprozesses durch äußere Kräfte beeinflusst werden, um vorhersehbare thermische Verformungen und Materialeigenschaften zu erzeugen. Schließlich kann das Komponentenmontagesystem 10 der vorliegenden Offenbarung wie oben beschrieben operieren und ist flexibel, um verschiedene Arten von Sekundärkomponenten aufzunehmen und die Eigenschaften der darin gebildeten Komponenten zu variieren.
