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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 sein müssen. So kann es beispielsweise erforderlich sein, dass ein Blechteil oder eine Stahlplatte, eine Unterbaugruppe oder eine Baugruppe genau lokalisiert und am 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 geändert 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 also ein Bedarf an einem neuen und verbesserten System und Verfahren zum Montieren einer Komponente, insbesondere um eine Komponente mit einem fixiervorrichtungslosen Komponentenmontagesystem zu montieren.
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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 Vielzahl von Teilkomponenten, um eine fertige Komponente zu bilden, das Greifen einer ersten Teilkomponente mit einem ersten End-Of-Arm-Werkzeug, wobei das erste End-Of-Arm-Werkzeug an einem ersten Roboterarm befestigt ist, und das Greifen einer zweiten Teilkomponente mit einem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug, wobei das zweite End-Of-Arm-Werkzeug an einem zweiten Roboterarm befestigt ist. Bewegen des ersten und des zweiten End-Of-Arm-Werkzeugs, um die erste Teilkomponente relativ zu der zweiten Teilkomponente in einer Vormontageposition zu positionieren, und dann Bewegen des ersten und des zweiten End-Of-Arm-Werkzeugs, um Schnittstellenflächen der ersten und der zweiten Teilkomponente miteinander in Eingriff zu bringen. Verwenden einer Kamera, um die Schnittstellenflächen an der ersten und der zweiten Teilkomponente visuell zu lokalisieren und Bestimmen eines Versatzes zwischen der Vormontageposition und einer erforderlichen Montageposition. Bewegen des ersten und des zweiten End-Of-Arm-Werkzeugs, um die Schnittstellenflächen der ersten und der zweiten Teilkomponente miteinander in Eingriff zu bringen, und Bewegen der ersten und der zweiten Teilkomponente in die gewünschte Montageposition. Messen von Drehmomentkräften und Querkräften, die von dem ersten und dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug auf die erste und die zweite Teilkomponente aufgebracht werden, mit Sensoren, die an dem ersten und dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug montiert sind, und Ermitteln, wann sich die erste und die zweite Teilkomponente in der erforderlichen Montageposition befinden, basierend auf den Drehmomentkräften und Querkräften. Abtasten der ersten und der zweiten Teilkomponente zum Lokalisieren von Montagebezugspunkten mit einer berührungslosen Messvorrichtung, und Vergleichen der Position der ersten und der zweiten Teilkomponente mit der gewünschten Montageposition.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ferner, nach dem Vergleichen der Position der ersten und der zweiten Teilkomponente mit der erforderlichen Montageposition, das Bilden einer Verbindung zwischen der ersten Teilkomponente und der zweiten Teilkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, um dadurch die fertige Komponente zu montieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner, nach dem Bilden einer Verbindung zwischen der ersten Teilkomponente und der zweiten Teilkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, um dadurch die fertige Komponente zusammenzubauen; Abtasten der fertigen Komponente, um die Geometrie zu verifizieren.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ferner, nach dem Abtasten der ersten und der zweiten Teilkomponente und dem Lokalisieren von Montagebezugspunkten mit einer berührungslosen Messvorrichtung, und dem Vergleichen der Position der ersten und der zweiten Teilkomponente mit der gewünschten Montageposition, das Bewegen der ersten und der zweiten Teilkomponente in die gewünschte Montageposition innerhalb festgelegter Toleranzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner, nach dem Abtasten der ersten und der zweiten Teilkomponente und dem Lokalisieren von Montagebezugspunkten mit einer berührungslosen Messvorrichtung und dem Vergleichen der Position der ersten und der zweiten Teilkomponente mit der gewünschten Montageposition, das Bewegen der ersten und der zweiten Teilkomponente in eine Position zum Ausgleich der thermischen Verformung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner, nach dem Abtasten der fertigen Komponente, um die Geometrie zu verifizieren, das Bewegen des ersten und des zweiten Roboterarms und das plastische Verformen der fertigen Komponente, falls die fertiggestellte Komponente nicht die richtige Geometrie aufweist und die Geometrie angepasst werden muss.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Lokalisieren der Schnittstellenflächen auf der ersten und der zweiten Teilkomponente ferner das Verwenden einer festen Kamera, um die Schnittstellenflächen auf der ersten und der zweiten Teilkomponente visuell zu lokalisieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Lokalisieren der Schnittstellenflächen auf der ersten und der zweiten Teilkomponente ferner das Bewegen einer Kamera, die auf einem Inspektionsroboterarm montiert ist, in eine Inspektionsposition und das Verwenden der Kamera, um die Schnittstellenflächen auf der ersten und der zweiten Teilkomponente visuell zu lokalisieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Greifen einer dritten Teilkomponente mit einem dritten End-Of-Arm-Werkzeug, wobei das dritte End-Of-Arm-Werkzeug an einem dritten Roboterarm befestigt ist. Bewegen des dritten End-Of-Arm-Werkzeugs, um die dritte Teilkomponente in Bezug auf die erste und die zweite Teilkomponente in einer Vormontageposition zu positionieren. Verwenden einer Kamera, um die Schnittstellenflächen auf der dritten Teilkomponente visuell zu lokalisieren und Schätzen eines Versatzes zwischen der Vormontageposition und einer erforderlichen Montageposition. Bewegen des dritten End-Of-Arm-Werkzeugs, um die Schnittstellenflächen der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente miteinander in Eingriff zu bringen. Bewegen der dritten Teilkomponente in die erforderliche Montageposition, Messen von Drehmomentkräften und Querkräften, die von dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug auf die dritte Teilkomponente übertragen werden, mit Sensoren, die an dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug montiert sind, und Ermitteln, wann sich die dritte Teilkomponente in der gewünschten Montageposition befindet, basierend auf den Drehmomentkräften und Querkräften. Abtasten der dritten Teilkomponente und Lokalisieren von Montagebezugspunkten mit einer berührungslosen Messvorrichtung und Vergleichen der Position der dritten Teilkomponente mit der gewünschten Montageposition.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner nach dem Vergleichen der Position der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente mit der erforderlichen Montageposition: Bilden einer Verbindung zwischen der ersten Teilkomponente und der zweiten Teilkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, und das Bilden einer Verbindung zwischen der zweiten Teilkomponente und der dritten Teilkomponente mit einem Fügewerkzeug, das an einem Fügeroboterarm befestigt ist, um dadurch die fertige Komponente zu montieren.
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Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein fixiervorrichtungsloses Komponentenmontagesystem einen ersten Roboterarm mit einem ersten darauf montierten End-Of-Arm-Werkzeug, das angepasst ist, eine erste Teilkomponente zu greifen, einen zweiten Roboterarm mit einem zweiten darauf montierten End-Of-Arm-Werkzeug, das angepasst ist, um eine zweite Teilkomponente zu greifen, und eine Systemsteuerung, die angepasst ist, um den ersten und den zweiten Roboterarm und das erste und das zweite End-Of-Arm-Werkzeug zu steuern, um die erste und die zweite Teilkomponente relativ zueinander zu positionieren. Eine Inspektionskamera ist in Kommunikation mit der Systemsteuerung und angepasst, um Schnittstellenflächen an der ersten und der zweiten Teilkomponente visuell zu lokalisieren, wobei die Systemsteuerung einen Versatz zwischen einer Vormontageposition und einer erforderlichen Montageposition bestimmt. Sensoren sind an dem ersten und dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug montiert und angepasst, um Drehmomentkräfte und Querkräfte zu messen, die von dem ersten und dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug auf die erste und die zweite Teilkomponente aufgebracht werden, während das erste und das zweite End-Of-Arm-Werkzeug die erste und die zweite Teilkomponente in die gewünschte Montageposition bewegen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das fixiervorrichtungslose Komponentenmontagesystem ferner einen Fügeroboterarm mit einem darauf montierten Fügewerkzeug, wobei die Systemsteuerung den Fügeroboterarm steuert, um das Fügewerkzeug in Eingriff mit der ersten und der zweiten Teilkomponente zu bringen und die erste und die zweite Teilkomponente miteinander zu verbinden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist das Fügewerkzeug ein Schweißwerkzeug, das angepasst ist, um die erste Teilkomponente mit der zweiten Teilkomponente zu verschweißen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind der erste und der zweite Roboterarm angepasst, um von der Systemsteuerung entweder basierend auf einer Positionssteuerungen gesteuert zu werden, wobei die Position des ersten und des zweiten Roboterarms basierend auf der dreidimensionalen Position des Roboterarms innerhalb eines gegebenen Raums gesteuert wird, oder basierend auf einer Kraftsteuerung gesteuert zu werden, wobei die Position des ersten und des zweiten Roboterarms basierend auf den Kräften, wie durch den ersten und den zweiten Kraftmesser gemessen, gesteuert wird, die von dem ersten und dem zweiten Roboterarm auf das erste und das zweite End-Of-Arm-Werkzeug aufgebracht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Inspektionskamera an einer festen Position montiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Inspektionskamera auf einem Inspektionsroboterarm montiert, wobei der Inspektionsroboterarm angepasst ist, um die Inspektionskamera in eine Inspektionsposition zu bewegen, um die Schnittstellenflächen an der ersten und der zweiten Teilkomponente visuell zu lokalisieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das fixiervorrichtungslose Komponentenmontagesystem ferner einen dritten Roboterarm, auf dem ein drittes End-Of-Arm-Werkzeug montiert und zum Greifen einer dritten Teilkomponente ausgelegt ist. Wobei die Systemsteuerung ferner angepasst ist, um den dritten Roboterarm und das dritte End-Of-Arm-Werkzeug zu steuern, um die dritte Teilkomponente in Bezug auf die erste und die zweite Teilkomponente zu positionieren, wobei die Inspektionskamera ferner angepasst ist, um Schnittstellenflächen auf der dritten Teilkomponente visuell zu lokalisieren, und wobei die Systemsteuerung einen Versatz zwischen einer Vormontageposition und einer erforderlichen Montageposition bestimmt, und wobei Sensoren auf dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug montiert und angepasst sind, um Drehmomentkräfte und Querkräfte zu messen, die von dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug auf die dritte Teilkomponente aufgebracht werden, während das dritte End-Of-Arm-Werkzeug die dritte Teilkomponente in die gewünschte Montageposition bewegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das fixiervorrichtungslose Komponentenmontagesystem ferner einen Fügeroboterarm mit einem darauf montierten Fügewerkzeug, wobei die Systemsteuerung den Fügeroboterarm steuert, um das Fügewerkzeug in Eingriff mit der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente zu bringen und die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente miteinander zu verbinden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Systemsteuerung angepasst, um das erste, das zweite und das dritte End-Of-Arm-Werkzeug in die erforderliche Montageposition zu bewegen, basierend auf den Drehmomentkräften und Querkräften, die von den Sensoren an dem ersten, dem zweiten und dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug im Vergleich zu Referenzkraftzielen gemessen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind der erste und der zweite Roboterarm angepasst, um Kräfte auf die erste und die zweite Teilkomponente auszuüben, um die erste und die zweite Teilkomponente vor dem Verbinden der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente auf eine Position zum Ausgleich der thermischen Verformung umzuformen, und um Kräfte auf die erste und die zweite Teilkomponente auszuüben, um das fertige Teil plastisch zu verformen, nachdem die erste und die zweite Teilkomponente verbunden wurden.
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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 zu Zwecken 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 beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht des fixiervorrichtungslosen Komponentenmontagesystems gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Montieren einer Komponente gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und ist nicht dazu beabsichtigt, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein fixiervorrichtungsloses 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 und einen dritten Roboterarm 20 mit einem darauf montierten dritten End-Of-Arm-Werkzeug 22. Das erste End-Of-Arm-Werkzeug 14 ist angepasst, um eine erste Teilkomponente 24 zu greifen und die erste Teilkomponente 24 während des Montageprozesses zu halten. Das zweite End-Of-Arm-Werkzeug 18 ist angepasst, um eine zweite Teilkomponente 26 zu greifen und die zweite Teilkomponente 26 während des Montageprozesses zu halten. Das dritte End-Of-Arm-Werkzeug 22 ist angepasst, um eine dritte Teilkomponente 28 zu greifen und die dritte Teilkomponente 28 während des Montageprozesses zu halten.
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Die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 können als ein nicht einschränkendes Beispiel eine Platte sein, die als Heckklappe oder Hebetür für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Alternativ können die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 eine Flugzeugrumpfplatte, eine Türverkleidung für ein Verbrauchsgerät, eine Armlehne für einen Stuhl oder eine andere Teilkomponente sein, die so konfiguriert ist, dass sie mit einer anderen Teilkomponente verbunden oder befestigt werden kann. Die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 können aus jedem geeigneten Material, wie Metall, Kunststoff, Verbundwerkstoff und dergleichen, gebildet sein. Die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28, wie in der exemplarischen Ausführungsform von 1 dargestellt, sind Fahrzeugrahmenkomponenten für ein Automobil.
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Der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 können ein programmierbarer mechanischer Arm sein, der Hand-, Handgelenk-, Ellbogen- und Schulterabschnitte (nicht dargestellt) beinhalten kann und der durch Pneumatik und/oder Elektronik ferngesteuert sein kann. Der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 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, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 ein sechsachsiger Knickarmroboter sein.
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Eine Systemsteuerung 30 ist angepasst, um den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarme 12, 16, 20 und das erste, das zweite und das dritte End-Of-Arm-Werkzeug 14, 18, 22 zu steuern. Die Systemsteuerung 30 ist eine nicht verallgemeinerte, elektronische Steuervorrichtung 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-/Ausgangsports. 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 Systemsteuerung 30 bewegt den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarm 12, 16, 20 und betätigt das erste, das zweite und das dritte End-Of-Arm-Werkzeug 14, 18, 22, um das erste, das zweite und das dritte End-Of-Arm-Werkzeug 14, 18, 22 in eine Position zu bringen, um die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 zu greifen und das erste, das zweite und das dritte End-Of-Arm-Werkzeuge 14, 18, 22 in Position zu bringen, um die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 relativ zueinander richtig zu positionieren. Die Bewegung des ersten, des zweiten und des dritten Roboterarms 12, 16, 20 durch die Systemsteuerung 30 basiert auf ausführbarem Code, der im Speicher gespeichert oder der Systemsteuerung 30 zur Verfügung gestellt wird.
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Das fixiervorrichtungslose Komponentenmontagesystem 10 beinhaltet mindestens eine Inspektionskamera 32. Die Inspektionskamera lokalisiert Schnittstellenflächen 34, Bezugspunkte und Identifizierungsmerkmale an der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 visuell. Die Inspektionskamera 32 kommuniziert mit der Systemsteuerung 30. Die Systemsteuerung 30 verwendet Informationen von der Inspektionskamera, um die Position der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 relativ zueinander zu bestimmen und den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarm 12, 16, 20 zu steuern, um die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 während des Montageprozesses angemessen zu bewegen. Die Inspektionskamera 32 kann an einer stationären Position innerhalb des Systems montiert sein. Alternativ kann die Inspektionskamera 32 an einem Inspektionsroboterarm montiert sein, wobei die Systemsteuerung 30 die Inspektionskamera 32 zu verschiedenen Positionen relativ zu der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 bewegt.
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Ein erstes Kraftmessgerät 36 ist an dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14 montiert und ist angepasst, um Drehmomentkräfte und Querkräfte zu messen, die von dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14 auf die erste Teilkomponente 24 aufgebracht werden. Ein zweites Kraftmessgerät 38 ist an dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug 18 montiert und ist angepasst, um Drehmomentkräften und Querkräften zu messen, die von dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug 18 auf die zweite Teilkomponente 26 aufgebracht werden. Ein drittes Kraftmessgerät 40 ist an dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug 22 montiert und ist angepasst, um Drehmomentkräften und Querkräften zu messen, die von dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug 22 auf die dritte Teilkomponente 28 übertragen werden.
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Der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 sind angepasst, um von der Systemsteuerung 30 entweder basierend auf einer Positionssteuerung oder basierend auf einer Kraftsteuerung gesteuert zu werden. Wenn die Systemsteuerung 30 eine Positionssteuerung verwendet, werden der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 basierend auf der dreidimensionalen Position des ersten, des zweiten und des dritten Roboterarme 12, 16, 20 innerhalb des Arbeitsraums des Komponentenmontagesystem 10 gesteuert. Beim Verwenden der Positionssteuerung werden der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 gesteuert, um sie in einer bestimmten Position zu halten. Wenn die Systemsteuerung 30 eine Kraftsteuerung verwendet, werden der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 basierend auf der Kraftrückmeldung gesteuert, die von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kraftmessgerät 36, 38, 40 gemessen wird.
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Wenn die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 vormontiert sind, senden das erste, das zweite und das dritte Kraftmessgerät 36, 38, 40 eine Rückmeldung an die Systemsteuerung 30. Die Systemsteuerung 30 verwendet Informationen von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kraftmessgerät 36, 38, 40, um zu bestimmen, wann die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 ordnungsgemäß vormontiert sind. In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform greifen die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 durch Slip-Fit-Eingriff (Lossitz) ineinander. Teile der zweiten Teilkomponente 26 gleiten in einem Slip Fit-Eingriff in Aufnahmeabschnitte 42 der ersten und der dritten Teilkomponente 24, 28. Während die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in Eingriff gebracht werden, werden die Reibungskräfte des Slip-Fit-Eingriffs mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kraftmessgerät 36, 38, 40 gemessen. Die Systemsteuerung 30 verwendet die Kraftsteuerung und Informationen von dem ersten, den zweiten und dem dritten Kraftmessgeräte 36, 38, 40, um den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarm 12, 16, 20 zu bewegen und die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in Split-Fit-Eingriff miteinander zu zwingen, bis die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28, basierend auf den Kraftmessungen, vollständig eingerastet sind.
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Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, eine Vorspannung in die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 einzuleiten, um der erwarteten thermischen Verformung während dem Schweißen entgegenzuwirken. Das Schweißen der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 wird eine thermische Ausdehnung und Verformung der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 erzeugen. Um dem entgegenzuwirken, können der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 vor zusätzliche Drehmomentkräfte und Querkräfte auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 ausüben, bevor das Schweißen beginnt. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, vor dem Schweißen eine Vorspannung oder Biegung in die vormontierte erste, zweite und dritte Teilkomponente 24, 26, 28 einzuleiten. Eine Biegung ohne plastische Verformung wird zu einer Vorspannung im fertigen Bauteil führen. Wenn die Schweißnaht abgeschlossen ist und das fertige Bauteil entfernt wird, wird das fertige Bauteil vorhersehbar auf die neu gebildete Schweißnaht zwischen den ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 reagieren.
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Während des Schweißprozesses kann die Systemsteuerung 30 verwendet werden, um die auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 wirkenden Drehmomentkräfte und Querkräfte zu variieren. Auf diese Weise können die auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 aufgebrachten Kräfte als Reaktion auf die thermische Ausdehnung, die thermische Verformung oder andere Reaktionen auf den Schweißprozess während des Schweißprozesses sorgfältig gesteuert werden. Letztendlich ermöglicht die Steuerung der Position der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 relativ zueinander und die Steuerung der Kräfte, die auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 aufgebracht werden, während die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 miteinander verschweißt werden, dass die endgültige Form und die Materialeigenschaften des fertigen Bauteils gesteuert werden.
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Ein Fügeroboterarm 44 beinhaltet ein darauf montiertes Fügewerkzeug 46. Das Fügewerkzeug 44 ist zum Verbinden der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 angepasst. Der Fügeroboterarm 44 wird von der Systemsteuerung 30 gesteuert, um das Fügewerkzeug 46 mit der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 in Eingriff zu bringen. Der Fügeroboterarm 44 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 44 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 30 ein sechsachsiger Knickarmroboter sein.
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Es sollte verstanden werden, dass das Fügewerkzeug 46 jede Art von Fügewerkzeug sein kann, das zum Fügen von Teilkomponenten unterschiedlicher Werkstoffe und Eigenschaften geeignet ist. In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist das Fügewerkzeug 46 ein Schweißwerkzeug, das angepasst ist, um eine Schweißverbindung der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 herzustellen. Darüber hinaus können mehrere Fügeroboterarme 44 verwendet sein. In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das fixiervorrichtungslose Komponentenmontagesystem drei im Wesentlichen identische Fügeroboterarme 44 mit darauf montierten Fügewerkzeugen 46, um die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente an verschiedenen Stellen zu verbinden.
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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 fertigen Komponente mit dem Komponentenmontagesystem 10 beinhaltet das Greifen 52 der ersten Teilkomponente 24 mit dem ersten End-Of-Arm-Werkzeug 14, das Greifen 52 der zweiten Teilkomponente 26 mit dem zweiten End-Of-Arm-Werkzeug 18 und das Greifen 52 der dritten Teilkomponente 28 mit dem dritten End-Of-Arm-Werkzeug 22. Nach dem Greifen 52 der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 bewegen 54 der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 das erste, das zweite und das dritte End-Of-Arm-Werkzeug 14, 18, 22 in eine Vormontageposition. In der Vormontageposition befinden sich die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in unmittelbarer Nähe zueinander, sind aber nicht miteinander in Eingriff gebracht worden.
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Nachdem die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in die Vormontageposition gebracht wurden, lokalisiert 56 die Inspektionskamera 32 die Schnittstellenflächen 34 auf der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 visuell. Die Inspektionskamera 32 kommuniziert mit der Systemsteuerung 30. Die Systemsteuerung 30 verwendet die Position der Schnittstellenflächen 34, um einen Versatz zwischen der Vormontageposition und der erforderlichen Montageposition zu schätzen 58. Diese Schätzung ermöglicht es der Systemsteuerung 30, die Bewegung zu bestimmen, die erforderlich ist, um die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 weiter in Eingriff zu bringen.
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Nach dem Schätzen des Versatzes knickt die Systemsteuerung den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarm 12, 16, 20 ab, um das erste und das zweite End-Of-Arm-Werkzeug 14, 18, 22 zu bewegen 60, um die Schnittstellenflächen 34 der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 in Eingriff zu bringen. Wenn die Schnittstellenoberflächen 34 der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 in Eingriff gebracht sind, senden das erste, das zweite und das dritte Kraftmessgerät 36, 38, 40 eine Rückmeldung an die Systemsteuerung 30. Die Systemsteuerung 30 bewegt 62 die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in Richtung der erforderlichen Montageposition. Während die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente in Richtung der erforderlichen Montageposition bewegt werden, messen das erste, das zweite und das dritte Kraftmessgerät 36, 38, 40 64 Drehmomentkräfte und Querkräfte, die auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 aufgebracht werden. Die Systemsteuerung 30 verwendet Informationen des ersten, des zweiten und des dritten Kraftmessgeräts 36, 38, 40, um zu bestimmen, wann die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 an der erforderlichen Montageposition richtig positioniert sind.
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In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform greifen die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 durch Slip-Fit-Eingriff ineinander ein. Teile der zweiten Teilkomponente 26 gleiten in einem Slip Fit-Eingriff in Aufnahmeabschnitte 42 der ersten und der dritten Teilkomponente 24, 28. Während die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in Eingriff gebracht werden, werden die Reibungskräfte des Slip-Fit-Eingriffs mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Kraftmessgerät 36, 38, 40 gemessen. Die Systemsteuerung 30 verwendet die Kraftsteuerung und Informationen des ersten, des zweiten und des dritten Kraftmessgeräts 36, 38, 40, um den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarm 12, 16, 20 zu bewegen und die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in Split-Fit-Eingriff miteinander zu bringen, bis die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 basierend auf den Kraftmessungen vollständig eingerastet sind.
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Wenn die Systemsteuerung 30 bestimmt, dass die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 ordentlich in der erforderlichen Montageposition positioniert sind, tastet 66 die Inspektionskamera 32 die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 ab, um die Montagebezugspunkte auf der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 visuell zu lokalisieren. Die Systemsteuerung 30 wird Informationen von der Inspektionskamera 32 verwenden, um die erfasste Position der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 mit der erforderlichen Montageposition zu vergleichen 68 und zu verifizieren, dass die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 innerhalb akzeptabler Toleranzen an der erforderlichen Montageposition positioniert sind.
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Wenn die Systemsteuerung 30 bestimmt, dass die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 nicht ordentlich an der erforderlichen Montageposition positioniert sind, werden der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 eine Anpassung vornehmen und bewegen 70 die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 innerhalb der festgelegten Toleranzen in die gewünschte Montageposition.
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Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, eine Vorspannung in die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 einzubringen, um der erwarteten thermischen Verformung während dem Schweißen entgegenzuwirken. Das Schweißen der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 wird eine thermische Ausdehnung und Verformung der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 erzeugen. Um dem entgegenzuwirken, können der erste, der zweite und der dritte Roboterarm 12, 16, 20 zusätzliche Drehmomentkräfte und Querkräfte auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 ausüben, bevor das Schweißen beginnt, und die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in eine thermische Position zum Ausgleich der thermischen Verformung bringen. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, vor dem Schweißen eine Vorspannung oder Biegung in die vormontierte erste, zweite und dritte Teilkomponente 24, 26, 28 einzuleiten. Eine Biegung ohne plastische Verformung wird eine Vorspannung in dem fertigen Bauteil induzieren. Wenn die Schweißnaht fertiggestellt ist und das fertige Bauteil entfernt wird, wird das fertige Bauteil in einer vorhersehbaren Weise auf die neu gebildete Schweißnaht zwischen der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 reagieren.
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Nachdem die Systemsteuerung 30 die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 in die erforderliche Montageposition, oder möglicherweise in die Position zum Ausgleich der thermischen Verformung, bewegt hat, wird zwischen der ersten Teilkomponente 24 und der zweiten Teilkomponente 26 mit dem am Fügeroboterarm 44 befestigten Fügewerkzeug 46 eine Verbindung gebildet 74. Zusätzlich wird eine Verbindung zwischen der zweiten Teilkomponente 26 und der dritten Teilkomponente 28 mit dem am Fügeroboterarm 44 befestigten Fügewerkzeug 46 gebildet 74.
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Es sollte verstanden werden, dass das Fügewerkzeug 46 jede Art von Fügewerkzeug sein kann, das zum Fügen von Teilkomponenten unterschiedlicher Werkstoffe und Eigenschaften geeignet ist. In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist das Fügewerkzeug 46 ein Schweißwerkzeug, das angepasst ist, um eine Schweißverbindung der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 herzustellen. Darüber hinaus können mehrere Fügearme 44 verwendet sein. In der in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das fixiervorrichtungslose Komponentenmontagesystem drei im Wesentlichen identische Fügeroboterarme 44 mit darauf montierten Fügewerkzeugen 46, um die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente an verschiedenen Stellen zu verbinden.
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Während des Schweißens 74 der ersten, der zweiten und der dritten Teilkomponente 24, 26, 28 kann die Systemsteuerung 30 die Menge der auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 ausgeübten Kräfte durch jeden des ersten, des zweiten und des dritten Roboterarms 12, 16, 20 während dem Bilden 74 der Verbindung variieren.
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Nachdem die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 miteinander verschweißt sind, tastet 76 die Inspektionskamera die fertiggestellte Komponente ab, um die endgültige Geometrie der fertiggestellten Komponente zu verifizieren. Vor dem Abtasten 76 wird die Systemsteuerung dem ersten, dem zweiten und dem dritten Roboterarm 12, 16, 20 erlauben, alle Kräfte zu entfernen, die auf die erste, die zweite und die dritte Teilkomponente 24, 26, 28 aufgebracht sind. Die Systemsteuerung 30 wird verifizieren, dass die fertiggestellte Komponente die richtige Geometrie hat. Falls die Geometrie der fertiggestellten Komponente angepasst werden muss, kann die Systemsteuerung 30 den ersten, den zweiten und den dritten Roboterarm 12, 16, 20 knicken, um Kräfte auf die fertiggestellte Komponente zu erzeugen, um das Fertigteil plastisch zu verformen 78.
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Ein Komponentenmontagesystem 10 der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Teilkomponenten können ohne das Verwenden einer speziellen Vorrichtung montiert werden. Darüber hinaus können die Teilkomponenten 16, 22 durch äußere Kräfte vor und während des Schweißprozesses 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 Komponenten aufzunehmen und die Eigenschaften der darin gebildeten Komponenten zu variieren.
