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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils.
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US 5,783,008 A beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbetten von Leitern in eine Struktur mit einer damit verbundenen Signalverteilungsfunktion, wie z. B. ein Fahrzeug-Armaturenbrett. Die Vorrichtung umfasst ein Einbettungswerkzeug, das im dreidimensionalen Raum positioniert werden kann, um Leiter in nicht ebene Oberflächen einzubetten.
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Insbesondere wird dazu ein 6-Achsroboter verwendet. An der sechsten Achse ist ein Drahtlegekopf angeordnet, mittels dessen der Draht nach einer vorgegebenen Kontur in eine Oberfläche eines Werkteils eingebettet wird. Der Drahtlegekopf muss dabei immer orthogonal zur Oberfläche stehen, was ein relativ komplexes Bewegungsbild zur Folge hat. Dies führt unter anderem zu einer eingeschränkten Performance.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Vorrichtung zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils weist einen Roboterarm auf, an dem ein Verlegekopf angeordnet ist, der zur Verlegung des Drahts mittels Ultraschall ausgebildet ist, wobei der Roboterarm mindestens sechs oder genau sechs Achsen aufweist, durch die der Verlegekopf positionierbar ist, so dass der Verlegekopf beim Verlegen des Drahts orthogonal zur Oberfläche des Werkteils positioniert ist, wobei die Vorrichtung ferner eine Spannvorrichtung zum Einspannen des Werkteils aufweist, wobei mindestens eine weitere Achse, beispielsweise zwei weitere Achsen, vorgesehen ist/sind, um eine Position des Werkteils gegenüber dem Verlegekopf zu verändern.
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Die sechs Achsen des Roboterarms sind so konfiguriert, dass der Verlegekopf in sechs Freiheitsgraden bewegt werden kann, so dass der Verlegekopf dreidimensionale Strukturen, beispielsweise konkave oder konvexe Flächen, abfahren kann. Eine Anpresskraft des Verlegekopfes kann vom Roboterarm oder einer Steuerung der Vorrichtung oder des Roboterarms geregelt werden. Beispielsweise kann zur Messung der Anpresskraft eine Kraftmessdose vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich ist der Drahtlegekopf dazu konfiguriert, die Anpresskraft innerhalb des Drahtlegekopfes zu regeln. Die Steuerung kann konfiguriert sein, die Anpresskraft, Verlegegeschwindigkeit und die Ultraschallenergie abschnittsweise zu regeln. Im Verlauf einer Bahnkurve werden diese Parameter beispielsweise den Untergrundbedingungen und Konturverläufen angepasst. Die zu verlegenden Drähte können unterschiedliche Dicken aufweisen, beispielsweise 40µm bis 250µm, und aus verschiedenen Materialien bestehen. Ferner können unterschiedliche Drahtmaterialien und/oder -durchmesser auf unterschiedlichen Werkteilen, beispielsweise Folien oder Spritzgussteilen, verlegt werden. Die zu verlegenden Drähte können beispielsweise der Beheizung einer Fläche des Werkteils dienen, das beispielsweise Teil einer Karosserie (beispielsweise ein Stoßfänger) oder ein Designelement (beispielsweise ein Fahrzeugtyp-Emblem) oder Funktionselement (beispielsweise ein Radom) sein kann. Die Kontaktierung der Drähte kann über verschiedene Technologien erfolgen, beispielsweise Löten oder Thermokompressionsschweißen.
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Der Verlegekopf kann außerdem zum Drahtschneiden und/oder zur Drahtbruchüberwachung konfiguriert sein.
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In einer Ausführungsform ist die mindestens eine weitere Achse zur Linearverschiebung oder Rotation des Werkteils konfiguriert. Eine Kombination von Linear- und Rotationsachse kann ebenfalls vorteilhaft sein. In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei weiteren Achsen zur Linearverschiebung und/oder Rotation des Werkteils konfiguriert.
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In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Steuerung auf, die zur Synchronisierung von Bewegungen der sechs Achsen des Roboterarms mit der mindestens einen weiteren Achse, insbesondere den mindestens zwei weiteren Achsen konfiguriert ist.
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In einer Ausführungsform weisen die zwei weiteren Achsen eine siebte Achse und eine achte Achse auf, die als Teil der Spannvorrichtung so ausgebildet sind, dass das Werkteil um die siebte Achse rotierbar und um die achte Achse kippbar ist.
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In einer Ausführungsform weisen die mindestens zwei weiteren Achsen zwei lineare Achsen auf, die zur Positionierung eines Schlittens als Teil der Spannvorrichtung in einer X-Richtung und einer dazu orthogonalen Y-Richtung konfiguriert sind. Dabei können die X-Richtung und die Y-Richtung eine Grundebene aufspannen, die beispielsweise horizontal ausgerichtet sein kann.
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In einer Ausführungsform weisen die mindestens zwei weiteren Achsen eine lineare Achse und eine Drehachse als Teil der Spannvorrichtung auf.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, eine gegenläufige Bewegung des Werkteils relativ zum Verlegekopf auszuführen.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Ultraschall-Leistung anzupassen oder fallweise komplett abzuschalten, um einen guten Kantenübergang ohne Drahtbruch zu ermöglichen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht das Verlegen von Draht in oder auf Bauteilen mit besonders komplexen Oberflächen. Dabei kann der Draht auf konvexen, konkaven und abgewinkelten Oberflächen gelegt werden. Insbesondere ist auch das Verlegen von Draht um 90° abgewinkelte Oberflächen und Kanten herum möglich. Erfindungsgemäß wird ein Roboterarm mit mindestens sechs oder genau sechs Achsen verwendet, um jede notwendige Position erreichen zu können, wenn das Werkteil fest eingespannt ist. Zusätzlich zu den sechs Achsen des Roboterarms ist mindestens eine weitere Achse, beispielsweise mindestens zwei weitere Achsen, zur Positionierung des Werkteils in der Aufspannung während des Ultraschall-Drahtlegens vorgesehen. Die Aufnahme des Werkteils befindet sich insbesondere auf einem Schlitten, der entweder durch zwei Achsen in X-Richtung und Y-Richtung positioniert werden kann, oder eine lineare Achse und eine Drehachse aufweist. Damit können für den Roboterarm unzugängliche Stellen während des Drahtlegevorgangs so positioniert werden, dass alle notwendigen Punkte der Oberfläche erreichbar sind. Der Vorteil ist, dass das Werkteil mit nur einer Aufspannung komplett bearbeitet werden kann. Außerdem kann der Draht ohne Unterbrechung, das heißt ohne zusätzliche Kontaktstelle, verlegt werden. Durch eine gegenläufige Bewegung des Werkteils können bei konkaven Geometrien auch schmalere Bauteile mit Draht belegt werden. Bei Bedarf können auch weitere Achsen in das System eingebunden werden, um beispielsweise y-x-Bewegungen mit Dreh- und Kippbewegungen zu kombinieren. Die Anpassung der Ultraschall-Leistung oder das komplette Abschalten des Ultraschalls ermöglicht einen guten Kantenübergang ohne Drahtbruch. Durch die höhere resultierende Bahngeschwindigkeit dieser Achsanordnung kann der Draht auch schneller verlegt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils,
- 2 eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus 1,
- 3 eine schematische Ansicht einer weiteren Vorrichtung zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils,
- 4 eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus 3, und
- 5 eine weitere schematische Ansicht der Vorrichtung aus 3 und 4.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils 2. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Roboterarm 3, an dem ein Verlegekopf 4 angeordnet ist, der zur Verlegung des Drahts mittels Ultraschall ausgebildet ist. Der Roboterarm 3 weist mindestens sechs Achsen A1 bis A6 auf, durch die der Verlegekopf 4 positionierbar ist, so dass der Verlegekopf 4 beim Verlegen des Drahts orthogonal zur Oberfläche des Werkteils 2 positioniert ist. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Spannvorrichtung 5 zum Einspannen des Werkteils 2.
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2 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung 1 aus 2, wobei der Verlegekopf 4 durch Verstellen zumindest einer der Achsen A1 bis A6 in einer veränderten Position ist.
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3 ist eine schematische Detailansicht einer Vorrichtung 1 zum Verlegen eines Drahts in oder auf einer Oberfläche eines Werkteils 2. Die Vorrichtung 1 kann weitgehend wie in den 1 und 2 gezeigt ausgebildet sein, enthält jedoch zusätzliche Merkmale. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Roboterarm 3, an dem ein Verlegekopf 4 angeordnet ist, der zur Verlegung des Drahts mittels Ultraschall ausgebildet ist. Der Roboterarm 3 weist mindestens sechs Achsen A1 bis A6 auf, durch die der Verlegekopf 4 positionierbar ist, so dass der Verlegekopf 4 beim Verlegen des Drahts orthogonal zur Oberfläche des Werkteils 2 positioniert ist. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Spannvorrichtung 5 zum Einspannen des Werkteils 2. Zusätzlich zu den sechs Achsen A1 bis A6 des Roboterarms 3 ist mindestens eine weitere Achse A7, A8, beispielsweise mindestens zwei weitere Achsen A7, A8, insbesondere zur Linearverschiebung und/oder Rotation, vorgesehen, um das Werkteil 2 in seiner Position gegenüber dem Verlegekopf 4 verändern und somit zur Verlegung des Drahts vorteilhaft positionieren zu können. Eine Steuerung der Vorrichtung 1 ist dabei zur Synchronisierung der Bewegungen der sechs Achsen A1 bis A6 des Roboterarms 3 mit der mindestens einen weiteren Achse A7, A8 konfiguriert. Beispielsweise können die zwei weiteren Achsen A7, A8 als Teil der Spannvorrichtung 5 so ausgebildet sein, dass das Werkteil 2 um eine siebte Achse A7 rotierbar und um eine achte Achse A8 kippbar ist. In 3 ist das Werkteil 2 im Vergleich zu 1 mit Hilfe der achten Achse A8 aus einer horizontalen Lage heraus in eine geneigte Lage gekippt.
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In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich die Spannvorrichtung 5 des Werkteils 2 auf einem Schlitten befindet, der entweder durch zwei lineare Achsen A7, A8 in X-Richtung und Y-Richtung positioniert werden kann, oder eine lineare Achse A7 und eine Drehachse A8 aufweist. Damit können für den Roboterarm 3 unzugängliche Stellen während des Drahtlegevorgangs so positioniert werden, dass alle notwendigen Punkte der Oberfläche erreichbar sind. Zusätzlich können auch weitere Achsen A9, A10 bis An (nicht dargestellt) in die Vorrichtung 1 eingebunden werden, um beispielsweise y-x- Bewegungen der Spannvorrichtung 5 mit Dreh- und Kippbewegungen zu kombinieren.
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Die Steuerung der Vorrichtung 1 kann dazu konfiguriert sein, eine gegenläufige Bewegung des Werkteils 2 relativ zum Verlegekopf 4 auszuführen, um bei konkaven Geometrien auch schmalere Werkteile 2 mit Draht belegen zu können. Die Steuerung kann ferner dazu konfiguriert sein, die Ultraschall-Leistung anzupassen oder fallweise komplett abzuschalten, um einen guten Kantenübergang ohne Drahtbruch zu ermöglichen. Bei einem Kantenübergang kann sich die TCP-Geschwindigkeit (TCP - tool center point, Werkzeugmittelpunkt) reduzieren, da sich viele Achsen bewegen und/oder umorientieren müssen, um sicherzustellen, dass der Verlegekopf 4 orthogonal zur Oberfläche bleibt. In diesem Fall müssen Prozessparameter angepasst werden, um sicherzustellen, dass der Draht eingebettet wird ohne zu reißen oder die Materialoberfläche zu schädigen. Durch die höhere resultierende Bahngeschwindigkeit dieser Achsanordnung kann der Draht auch schneller verlegt werden. Durch die gegenläufige Bewegung und/oder die optimierte Zustellung des Bauteils ist es möglich, dass die Achsen A1 bis An des Roboters sich weniger umorientieren müssen und somit die Bahngeschwindigkeit höher gehalten werden kann.
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4 ist eine schematische Detailansicht der Vorrichtung 1 aus 3, wobei das Werkteil 2 um die siebte Achse A7 weiter rotiert wurde.
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5 ist eine schematische Detailansicht der Vorrichtung 1 aus 3 und 4, wobei das Werkteil 2 um die achte Achse A8 in eine horizontale Lage gekippt wurde.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Werkteil
- 3
- Roboterarm
- 4
- Verlegekopf
- 5
- Spannvorrichtung
- A1 bis An
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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