DE19911088A1

DE19911088A1 - Manuell geführtes Montagesystem

Info

Publication number: DE19911088A1
Application number: DE19911088A
Authority: DE
Inventors: Christoph Keller; Erik Mueller; Matthias Brod
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Montagemittel zur Mikromontage und/oder Bearbeiten von feinwerktechnischen, mikromechanischen, elektromechanischen, mikroelektromechanischen, mikrotechnischen, mikrosystemtechnischen, optischen oder mikrooptischen Bauelementen und dergleichen. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Montagemittel besitzt eine Gerätebasis (1), eine daran angeordnete Führung (2) die in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich ist, sowie einen mittels der Führung beweglichen Montagekopf (4) ist ein Montagewerkzeug (6) vorgesehen, mit dem Bauteile gefügt oder bearbeitet werden können. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Montagemittel eine Einrichtung zur Betätigung des Montagewerkzeuges, sowie ein Betätigungsorgan (7) zur Bewegung des Montagekopfes (4) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Montage mittel zur manuell geführten Montage mechanischer, elektromechanischer und/oder optischer Bauelemente. Derartige Montagemittel werden insbesondere zum Posi tionieren, Fügen und/oder Bearbeiten fein werktechnischer, mikromechanischer, elektromechani scher, mikroelektromechanischer, mikrotechnischer, mikrosystemtechnischer, optischer, mikrooptischer Bauelemente und dergleichen eingesetzt.

Nach dem Stand der Technik werden mechanische Bautei le mit Gewichten unter 1 Milligramm bis zu wenigen Gramm, sogenannte mikromechanische Bauteile, entweder manuell mit Füge- und Handhabungshilfsmitteln, wie Werkzeugen (z. B. Pinzetten und Lupen) oder auf voll automatischen Anlagen, sog. Montageautomaten oder Robotersystemen montiert. Bei der manuellen Montage werden dabei Hilfsmittel, wie beispielsweise Mikros kop, Lupe, Pinzette, Vakuumgreifwerkzeuge (Vakuumpi pette, Saugpipette), Adhäsionsgreifer, Dosierpistolen und Dosierspritzen, Elektrohandschrauber und mechani sche Manipulatoren eingesetzt. Die manuelle Montage erfolgt dabei insbesondere bei Kleinserien und Proto typen von mikrotechnischen und miniaturisierten Pro dukten. Manipulatoren nach dem Storchschnabelprinzip oder auf der Basis von mit Mikrometerschrauben ausge rüsteten Verstelleinheiten (Mikromanipulatoren), die als Schlitten- oder Federführung ausgebildet sind, sind bereits bekannt. Auch sind Master-Slave-Manipu latorsysteme bekannt.

Alle diese Systeme eignen sich jedoch nicht für die Durchführung von Montagearbeiten bei der Prototypen herstellung und in der Kleinserie. Denn die manuelle Montage ist nicht ausreichend leistungsfähig zur Her stellung von Kleinserien und die Qualitätssicherheit, Prozeßsicherheit und Ausbringung sind bei der manuel len Montage nur gering. Denn bei der manuellen Monta ge fehlt jegliche Führung des Bauteils während des Fügevorganges, so daß die Gefahr von Beschädigungen an den Bauteilen besteht.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die manu elle Mikromontage folgende Nachteile aufweist:

Die manuelle Führung des Bauteils bietet oft keine ausreichende Präzision, so daß die montierten Geräte Qualitätsschwankungen infolge von Ermüdung, Tremor (Zittern) und anderer, nicht kompensierbarer Einflüs se durch den Werker unterliegen. Die für das Fügen benötigten Kräfte sind weiterhin nicht kontrollier- und protokollierbar und können durch die Hand- oder Greifkraft des Werker leicht überschritten werden. Weiterhin sind viele Greif- und Handhabungsvorgänge für einen Werkzeugwechsel notwendig, so daß das manu elle Montieren sehr Zeit- und damit auch kostenauf wendig ist. Weiterhin wird ein hoher Platzbedarf für die Ablage der einzelnen Montagehilfsmittel benötigt. Daher konnten sich insgesamt die bekannten Feinstell tische und Manipulatoren aufgrund ihrer umständlichen Bedienung und ihres kleinen Arbeitsraumes nicht im industriellen Einsatz für Montageaufgaben etablieren.

Demgegenüber sind vollautomatische Montageanlagen mit einem hohen Kapitaleinsatz verbunden und daher nur für große Stückzahlen wirtschaftlich. Bedingt durch die Ausrichtung des Automaten- bzw. Zellenkonzeptes auf eine einzelne Montageaufgabe ist die Stückzahl-, Varianten- und Umrüstflexibilität dieser vollautoma tischen Lösung gering.

Manipulatoren nach dem Storchschnabelprinzip wiederum haben den Nachteil, daß nicht nur die Wege unter setzt, sondern gleichzeitig auch die Kräfte des Be dieners übersetzt werden, was leicht zu einer Schädi gung von Montageobjekt oder Fügewerkzeug führen kann. Die Handhabung von Verstelleinheiten ist für Montage zwecke zu umständlich und zu langsam, die Integration der Bedienung des Fügewerkzeuges ist hier ebenfalls nicht gelöst. Bei beiden Prinzipien ist der Arbeits raum gering und beim Storchschnabel-Prinzip prinzip bedingt nicht wesentlich erweiterbar. Verstelleinhei ten erzielen demgegenüber bei manueller Verstellung nur geringe Geschwindigkeiten, so daß insbesondere Teile-Bereitstellungseinrichtungen nicht in angemes sener Zeit erreicht werden können.

Die bekannten Master-Slave-Manipulator-Systeme weisen ebenfalls nur einen kleinen Arbeitsraum auf. Sie ver ursachen hohe Kosten und sind nur eingeschränkt zu verlässig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Montagemittel zur Verfügung zu stellen, mit dem Mon tagen, insbesondere Mikromontagen und/oder Präzi sionsmontagen schnell, flexibel, kostengünstig und einfach handhabbar durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Montagemittel nach An spruch 1 sowie die Verwendung des Montagemittels nach Anspruch 30 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Montagemittels und der erfindungs gemäßen Verwendungen werden in den abhängigen Ansprü chen gegeben.

Das erfindungsgemäße Montagemittel weist eine Geräte basis auf, an der über eine Führung ein Montagekopf in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich befestigt ist. An dem Montagekopf ist ein Montagewerkzeug, bei spielsweise ein Greifer, Schrauber, Laser oder ähn liches starr oder auch flexibel bzw. nachgiebig an geordnet. Das Montagewerkzeug kann mit einer Einrich tung zu seiner Betätigung betätigt werden und zu gleich kann der Montagekopf mit einem entsprechenden Betätigungsorgan in seinem zumindest einen Freiheits grad bewegt, verschoben oder rotiert oder derglei chen, werden. Die Einrichtung zur Betätigung des Montagewerkzeuges und das Betätigungsorgan zur Bewe gung des Montagekopfes können auch als eine Einheit zur gleichzeitigen gemeinsamen Betätigung des Monta gewerkzeuges und zur Bewegung des Montagekopfes aus gebildet sein. Damit steht ein manuell zu bewegendes und positionierendes, geführtes Manipulatorsystem für die Anwendung in der Montage feintechnischer Geräte der Mikromontage und Präzisionsmontage zur Verfügung. Gegenüber der manuellen Montage von mikro- bzw. mi kroelektromechanischen Systemen wird die Produktivi tät und Qualität der Montage bzw. des montierten Ge rätes erhöht. Das erfindungsgemäße Montagemittel weist gegenüber herkömmlichen Manipulatoren eine grö ßere Reichweite, größeren Arbeitsraum und eine höhere erzielbare Geschwindigkeit der Bewegung auf und ist damit eine schnellere, flexiblere und handhabungs technisch bessere Alternative. Gegenüber vollautoma tischen Systemen ist das erfindungsgemäße Montagemit tel insbesondere bei kleinen und mittleren Losgrößen und der damit verbundenen hohen Umrüsthäufigkeit die flexiblere, kostengünstigere Alternative. Das erfin dungsgemäße Montagemittel ist im Vergleich zu sog. Einzweck-Vollautomaten oder Robotern auch flexibler, da die spezifisch menschlichen Fähigkeiten bei der Bereitstellung und Montage der Teile durch einen Be diener genutzt werden.

Durch die vorteilhaften Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Montagemittels kann eine Qualitätssiche rung bei der Montage der Produkte durchgeführt wer den, indem Fügeparameter wie Kraft, Drehmoment, Win kel, Position, Zeitdauer und dergleichen bei der Mon tage überwacht werden. Weiterhin kann die Positionie rung und die Montage der Einzelteile selbst überwacht und beispielsweise die korrekte Füge- oder Bereit stellungsposition an den Bediener zurückgemeldet wer den. Eine derartige Rückmeldung geschieht vorzugswei se durch die Fixierung der Freiheitsgrade des Monta gemittels in der jeweiligen korrekten Lage. Weiterhin kann die Montage verbessert werden, indem die Führung gedämpft wird, um dadurch beispielsweise das unver meidliche geringfügige Zittern der Hand des bedienen den Werkers zu reduzieren.

Die Rückmeldung kann auch durch optische, akustische, taktile (Vibrationen) und dergleichen Meldeeinrich tungen an den Bediener erfolgen. Dadurch werden Be schädigungen am Fügeobjekt vermieden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen bestehen in der Rückmeldung der Lage des nächsten Fügeteils in der Teile-Bereitstellung an den Bediener bzw. das Monta gemittel, in der Integration der benötigten Werkzeuge am Montagekopf, in einem entsprechenden Wechselsystem (z. B. Schnellwechselsysteme wie Revolver) für die einzelnen Werkzeuge und durch eine kompakte Bereit stellungseinrichtung für die zu montierenden Fügetei le, wodurch insgesamt die Greif- und Wechselzeiten beim Werkzeugwechsel, lange Handhabungswege und der gleichen, vermieden werden.

Insgesamt ergibt sich eine hohe Zeitersparnis durch bessere Positionierung der Fügeteile, eine definierte Lage der Teile im Fügewerkzeug, die Möglichkeit zur geordneten Teilebereitstellung, eine Benutzerführung durch das System sowie durch Schnellwechseleinrich tung für Werkzeuge oder Teile-Bereitstellungs-Ein richtungen. Dies führt weiterhin zu Qualitätssteige rungen durch die Möglichkeit der Werker-Überwachung, durch geführte Fügebewegungen, durch Rückkopplung von Füge-Parametern an das Montagesystem und an den Wer ker sowie durch eine gezielte Benutzerführung. Ins besondere wird eine Datenintegration für die Dokumen tation der manuellen Montagevorgänge und damit eine Qualitätskontrolle möglich.

Das erfindungsgemäße Montagemittel kann insbesondere vorteilhafterweise die weiteren folgenden Elemente aufweisen:
ein mit der Gerätebasis verbundenes Aufnahme- und Fördermittel für die Montageobjekte, Montagemittel und Teile-Bereitstellungseinrichtung einschließlich der Vorrichtung zur Aufnahme und Erleichterung des Wechsels der vorgenannten Mittel und Einrichtungen;
Einrichtungen zur Bewegung des Basisteils bzw. Werk stücks in einem oder mehreren Freiheitsgraden, die entweder durch den Werker bedient, durch einen Auto matismus gesteuert oder unter dem Einfluß der Fügepa rameter ihre Bewegungen ausführen. Diese Einrichtun gen können vorteilhafterweise mit der Gerätebasis verbunden sein;
Einrichtungen zum Koppeln und Entkoppeln verschiede ner Werkzeuge an dem Manipulatorkopf (Werkzeugwech selsystem);
Einrichtungen um mehrere, zugleich am Manipulatorkopf befestigte Werkzeuge nacheinander in Arbeitsposition zu bringen (z. B. Werkzeugrevolver);
Einrichtungen zur Rückführung von Informationen über den Fügevorgang auf die Sinne des Werkers, insbeson dere eine (verstärkte) Kraftrückkopplung vom Fügevor gang auf das Betätigungsorgan, eine Anzeige und Vi sualisierung von Kräften, Position, Schraubenanzugs momenten und dergleichen für den Werker, Audibilisie rung (Hörbarmachung) von Kontakt, Fügegeräusch oder anderen Parametern, Einrichtungen zur Anzeige der Fügeposition, Einrichtungen zur taktilen Hinführung des Werkers auf die Fügeposition und zur Haltung der Fügeposition sowie Einrichtungen zum Hinweis des Wer kers auf das nächste zu fügende Teil (z. B. eine Leuchtdiode am Bereitstellungsort des nächsten zu fügenden Teils). Die Einrichtungen zur taktilen Hin führung des Werkers auf die Fügeposition und zur Hal tung der Fügeposition können beispielsweise so ausge führt werden, daß das Betätigungsorgan auf den Werker eine geringe Kraft in Richtung der angestrebten Füge position ausübt und bei Erreichen der Fügeposition in diese "einrastet", d. h. dem Werker vermittelt, daß er diese Position halten soll, indem jede Bewegung des Betätigungsorgans aus dieser Position heraus einen erhöhten Kraftaufwand durch den Werker erfordert;
Einrichtungen zur gegenseitigen Vermessung der Lage von Teilen, insbesondere der gegenseitigen Lage von Fügeteil und Basisteil sowie zur Rückkopplung dieser Meßergebnisse, wie oben bereits beschrieben;
Einrichtungen zur Untersetzung der Bewegung des Hand griffs gegenüber der Fügebewegung (Feinpositionie rung) sowie Einrichtungen zur Blockierung dieser un tersetzten Bewegung und/oder der Ausschaltung der Untersetzung;
Einrichtungen zur Herstellung oder Aufhebung der Kopplung zwischen dem Montagewerkzeug und dem zuge ordneten Betätigungsorgan bzw. zur Blockade oder Freigabe von Freiheitsgraden der Führung des Montage mittels in Abhängigkeit von der Position des Montage werkzeugs (z. B. um zu verhindern, daß falsche Bautei le aufgenommen oder Bauteile an falscher Stelle mon tiert werden) oder durch den Einfluß des Werkers, ein Programm oder dergleichen;
Einrichtungen zur Auslösung bestimmter Vorgänge in Abhängigkeit von der Position des Manipulatorkopfes und/oder eines Programmes, z. B. das Auslösen einer Schraubertätigkeit bei Erreichen der vorgegebenen Fügeposition;
Systeme für die Teile-Bereitstellung wie z. B. SMIF- Handler (standard mechanical interface), Palettensy steme und dergleichen, die beispielsweise in den Ma nipulatorkopf integriert oder mit der Gerätebasis verbunden werden können als Teilemagazin oder bei spielsweise in Form von Blisterpackungen;
Antriebe für die teilauomatisierte Durchführung von Arbeitsgängen wie beispielsweise Kraft-Weg-kontrol liertes Fügen, Positionieren, Dosieren von beispiels weise Klebern und dergleichen;
eine elektronische Datenverarbeitung zur Qualitäts überwachung, Betriebsdatenerfassung oder Informa tionsbereitsstellung, beispielsweise zur Überprüfung ob das richtige Teil gefügt wurde, ob sämtliche Füge parameter in Ordnung sind, oder zur Information wel ches Teil als nächstes zu fügen ist;
Schnellwechseleinrichtungen für Werkzeuge, Werkzeug magazine, Teile-Bereitstellung und dergleichen;
Einrichtungen zum Vereinzeln, Wenden, Positionieren und Orientieren von Teilen;
starre oder beweglich gelagerte Hand-, Arm- und Fuß stützen, wie beispielsweise eine Handauflage, die der Bewegung der den Manipulatorkopf führenden Hand des Werkers selbst folgt. Bei derartigen beweglichen Hand-, Arm- und Fußstützen können vorteilhafterweise Einrichtungen zur Blockade oder Freigabe von Frei heitsgraden der Stütze in Abhängigkeit von der Monta gekopf- oder Stützenposition bzw. abhängig vom Wer ker, einem Programm oder dergleichen vorgesehen wer den;
Einrichtungen zur Dämpfung der Bewegungen des Monta gemittels zur Dämpfung des auch bei gesunden Personen in geringem Maße vorhandenen Zitterns der Hand des Werkers;
Einrichtungen zur nachgiebigen Aufhängung des Füge werkzeugs oder des Basisteils;
Einrichtungen zur eigenständigen Bewegung des Füge werkzeugs, beispielsweise in das Fügewerkzeug inte grierte Antriebe (z. B. zum Fügen mit Vibrationsunter stützung);
Einrichtungen zur Lageerkennung und Vermessung von Teilen wie beispielsweise Videokameras oder Mikrosko pe;
Einrichtungen zur Zuordnung der Teile-Bereitstel lungseinheiten zu Basisteilen.

Im folgenden werden einige vorteilhafte Ausführungs beispiele des erfindungsgemäßen Montagemittels gege ben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Montagemittels;

Fig. 2 einen Teil eines erfindungsgemäßen Montagemit tels;

Fig. 3 einen Montagekopf eines Montagemittels;

Fig. 4 die Steuerung eines Montagemittels;

Fig. 5 die Steuerung und Einrichtung zur Festlegung der Position eines Montagemittels;

Fig. 6 einen Montagekopf eines Montagemittels;

Fig. 7 eine Einrichtung zum Sperren und Freigeben jedes Freiheitsgrades der Führung des Montagekopfes;

Fig. 8 einen Montagekopf eines Montagemittels;

Fig. 9 eine Handstütze eines Montagemittels; und

Fig. 10 eine Einrichtung zum Dämpfen der Bewegung des Montagekopfes eines Montagemittels.

Fig. 1 zeigt ein Montagemittel mit einer Gerätebasis 1, an der eine Führung 2 für einen Manipulatorarm 3 angeordnet ist. Am Ende des Manipulatorarmes 3 ist ein Manipulatorkopf 4 befestigt, der in einer Führung 5 beweglich ist. An dem Manipulatorkopf 4 ist ein Montagewerkzeug 6, beispielsweise ein Schrauber oder eine Vakuumpipette befestigt. Der Manipulatorkopf 4 kann mit einem Handgriff 7 als Betätigungsorgan längs des Freiheitsgrades der Führungen 5, 2 bewegt werden. Mit dem Werkzeug 6 kann folglich der Bediener einzel ne Füge-Bauteile aus einer in das Basisteil 1 des Montagemittels integrierten Teile-Bereitstellung 9 entnehmen und auf Montageobjekte 8 befestigen. Die Montageobjekte 8 werden an dem Montagekopf 4 mittels einer Verkettungseinrichtung 10 vorbeigeführt. Die Führung 2 des Manipulatorarms 3 ermöglicht eine Bewe gung in kartesischen x- und y-Koordinaten und die Führung 5 des Montagekopfes ermöglicht die Bewegung des Montagekopfes in z-Richtung. Das Montagewerkzeug 6 ist hier ein Schrauber oder eine Vakuumpipette, mit der auch empfindliche Bauteile aufgenommen werden können. Dabei wird mittels der Einrichtung zur Betä tigung des Montagewerkzeuges, hier beispielsweise einem nicht dargestellten Fußschalter, der Unterdruck der Saugpipette zugeschaltet oder abgeschaltet bzw. der Schrauber in Drehung versetzt werden. Alternativ bietet sich auch ein Adhäsionsgreifer am Manipulator kopf 4 an. Mit diesem beispielhaften Montagemittel können beispielsweise die folgenden Aufgaben durch geführt werden:
Fügen kleiner Spulen in Ringnuten von Ferritkernen,
Fügen von Planetenrädern in das Hohlrad von Kleinst planetengetrieben bei vormontiertem Planetenträger,
präzise positioniertes Einlegen von Glasfasern in Führungsnuten oder
präzise positioniertes Aufkleben von Dehnmeßstreifen auf Wägezellen.

Alle diese Anwendungen zeichnen sich durch hohe An forderung an Genauigkeit, Präzision und Ruhe der Fü gebewegung aus. Weiterhin sind die verarbeiteten Bau teile besonders berührungsempfindlich, was bei rein manueller Montage hohe Ausschußraten zur Folge hätte.

Mit dem erfindungsgemäßen Montagemittel werden Posi tioniergenauigkeiten unterhalb 10 µm erzielt, wobei ein Arbeitsraum von wenigen cm³ bis dm³ zur Verfügung steht. Die Handhabungsgewichte der Bauteile können von unter einem Milligramm bis zu einigen Gramm rei chen, wobei die Abmessungen der zu fügenden Bauteile üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegen. Ein derartiges Montagemittel zur manuell geführten Monta ge für mechanische, elektromechanische und/oder opti sche Bauelemente und dergleichen, steht bisher nicht zur Verfügung.

Insbesondere können bei diesem Montagemittel als Mon tagewerkzeug 6 auch beispielhaft die folgenden Werk zeuge eingesetzt werden:
Mikroskop, Lupe, Pinzette, Vakuumgreifwerkzeuge wie Vakuumpipette oder Saugpipette, Adhäsionsgreifer wie oben beschrieben, Dosierpistolen und Dosierspritzen, Elektroschrauber, mechanische Greifer (z. B. Backen- oder Zangengreifer).

Fig. 2 zeigt einen Montagekopf 4, der mit einer Füh rung 5 verbunden ist. Der Montagekopf 4 befindet sich oberhalb eines Tisches 11, der seinerseits mit der Gerätebasis verbunden ist. Auf dem Tisch 11 ist ein Basisteil 8 mittels einer kardanischen Aufhängung 13 befestigt, wobei das Basisteil 8 über einen Tischarm 12 gedreht und verschoben werden kann. Damit ist es möglich, das Basisteil 8 zusätzlich zu dem Montage kopf 4 in Relation zueinander zu positionieren. Prin zipiell ist festzustellen, daß derartige Funktionali täten aus dem Montagekopf auch in die Halterung des Basisteils auf der Gerätebasis verlagert werden kön nen. Bei dieser in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform kann zusätzlich auch die zweite Hand des Werkers zum Montagevorgang beitragen.

Fig. 3 zeigt einen weiteren Montagekopf 4, der an einer Führung 5 befestigt ist. Der Montagekopf 4 weist einen Werkzeugrevolver 14 auf, an dem mehrere Werkzeuge 6 befestigt sind. Mittels des Werkzeugre volvers können die Werkzeuge 6 rasch untereinander ausgewechselt werden, um sie nacheinander in Arbeits position zu bringen.

Fig. 4 zeigt in den Teilfiguren A und B jeweils einen Montagekopf 4, an dem ein Werkzeug 6, hier ein Grei fer, befestigt ist. Weiterhin sind jeweils Einrich tungen 15-20 zur Rückführung von Informationen über den Fügevorgang auf die Sinne des Werkers bzw. eine verstärkte Kraftrückkopplung vom Fügevorgang auf das Betätigungsorgan vorgesehen. Hierzu ist eine Trennung des Betätigungsorgans 7 vom Fügewerkzeug 6 notwendig. Die Fügekräfte werden mittels Kraftsensoren 16 aufge nommen und nach Verstärkung durch einen Verstärker 17 mittels eines Servomotors 15 auf das Betätigungsorgan 7 zurückgekoppelt. Die Bewegung des Betätigungsorgans 7, die von dem Werker ausgelöst wird, wird ebenfalls über einen Kraftsensor 16' aufgenommen und nach Ver stärkung über einen Verstärker 17' und ein Servomotor 15' in eine Bewegung des Montagekopfes 4 umgesetzt.

In Fig. 4B werden die Parameter des Fügevorgangs, wie beispielsweise Position, Kraft und dergleichen, über entsprechende Meßeinrichtungen 18 aufgenommen und nach Verstärkung über einen Verstärker 17 und eine Signalumwandlungseinrichtung 19 über Anzeigeinstru mente 20 wie Lampen, Bildschirme und dergleichen dem Werker sichtbar gemacht. Dies ermöglicht eine On line-Qualitätskontrolle durch den Werker (Werker- Selbstkontrolle).

Fig. 5A zeigt ebenfalls einen Montagekopf 4 mit einem Werkzeug 6 sowie einer Einrichtung 17, 21-23 zur Au dibilisierung (Hörbarmachung) von Kontakt, Fügege räusch und dergleichen. An dem Montagekopf 4 ist ein Körperschallmikrophon 21 angeordnet, dessen Signal ausgang über einen Verstärker 17 und einen Filter 22 auf einen Lautsprecher 23 gegeben wird. Damit werden die am Montagemittel auftretenden Schwingungen bei spielsweise durch Kontakt zwischen Basisteil und Fü geteil, beim Fügen oder dergleichen, aufgezeichnet und von dem Lautsprecher wiedergegeben. Es können auch weitere Parameter als akustische Signale deut lich gemacht werden, indem z. B. in den Lautsprecher ein in der Höhe veränderlicher Ton für die Fügekraft oder ein "Piep" bei Erreichen der Fügeposition einge koppelt wird.

In Fig. 5B ist ebenfalls ein Montagekopf 4 mit einem Werkzeug 6 dargestellt, der an einer Führung 3 ge führt wird. Die Position des Montagekopfes 4 wird über einen Sensor 16, der die Position in x- und y- Richtung der Führung 3 erfaßt, ermittelt und als Ko ordinatensignal 24 ausgegeben. Das Koordinatensignal 24 wird in einer Vergleichseinheit 25 für Koordinaten mit Soll-Position der x- und y-Koordinaten, die in einem Speicher 26 gespeichert sind, verglichen und anschließend über eine Anzeige 20 dem Werker zur Kenntnis gebracht. Die Anzeige 20 kann beispielsweise vier Leuchtpfeile oder Leuchtbänder aufweisen, die unmittelbar den Weg zur nächsten Fügeposition anwei sen.

In Fig. 5C ist eine Einrichtung zur taktilen Hinfüh rung des Werkers auf die Fügeposition und zur Haltung der Fügeposition dargestellt. Es wird wiederum die Ist-Position mit einem Sensor 16 an der Führung 3 erfaßt und als Ausgabesignal 24 an einen Verstärker 17 gegeben. Der Verstärker 17 verstärkt dieses Si gnal, das anschließend in einer Vergleichseinheit 25 für Koordinaten mit den Soll-Koordinaten, die in dem Speicher 26 gespeichert sind, verglichen werden. Das daraus resultierende Abweichungs- bzw. Stellsignal wird auf einen Servomotor 15 gegeben, der über ein Reibrad eine Kraft in Richtung der Soll-Position aus übt bzw. die Bewegung des Werkers auf die Sollposi tion hin erleichtern und weg von der Sollposition erschwert. Anschaulich gesprochen "führt" das Monta gesystem den Werker auf die Fügeposition hin. In gleicher Weise kann bei Erreichen der Fügeposition beim Abweichen von der Fügeposition, eine Rückstell kraft über den Servomotor in Richtung der Fügeposi tion ausgeübt werden und dadurch der Werker veranlaßt werden, die Fügeposition genau einzuhalten.

Fig. 6 zeigt einen Montagekopf 4 mit einem Werkzeug 6 sowie einem Handgriff 7 als Betätigungsorgan zur Be wegung des Montagekopfes. Der Montagekopf 4 weist weiterhin ein Federgetriebe 28 auf, das die Bewegung des Handgriffs 7 gegenüber der Fügebewegung zur Fein positionierung untersetzt. Diese Untersetzung ist auch in den beiden verkleinerten Ausschnittszeichnun gen der Fig. 6 dargestellt.

Es sind aber auch Anordnungen denkbar, bei denen das Betätigungsorgan 7, d. h. ein Handgriff, ein Pedal, eine Beißplatte oder dergleichen, vom Montagekopf 4 abgesetzt sind und der Antrieb des Kopfes über eine "Übertragungsmimik" erfolgt. Auch in diesem Fall ist eine Änderung der Übersetzung dieser "Übertragungs mimik" möglich. Idealerweise wird bei allen Ausfüh rungsformen eine weitere Einrichtung vorgesehen, um die Untersetzung der Bewegung zu unterbinden, sofern eine derartige Untersetzung nicht gewünscht ist, wie beispielsweise beim großräumigen Transport des Füge teils aus dem Magazin in die Nähe des Basisteils.

Fig. 7 zeigt wiederum einen Montagekopf 4 an einer Führung 3. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Aufhe bung und Herstellung der Kopplung zwischen Montage mittel und dem zugeordneten Betätigungsorgan bzw. zur Blockade oder Freigabe von Freiheitsgraden des Monta gekopfes in Abhängigkeit von der Montagekopfposition, sowie durch den Einfluß des Werkers, ein Programm oder andere Mittel vorgesehen. In Fig. 7 ist daher eine Einrichtung zum Sperren des Freiheitsgrades in z-Richtung (senkrecht) innerhalb bestimmter Bereiche in x-Richtung (waagrecht) vorgesehen. Fig. 7 zeigt unterhalb des Montagekopfes 4 einen Teilebereitstel lungsbereich 9 sowie einen Bereich 51, in dem das Basisteil angeordnet ist. Folglich werden zwischen den Bereichen 9 und 51 nur Bewegungen benötigt, die den Montagekopf 4 aus dem Bereich 9 in den Bereich 51 überführen. Zwischen den Bereichen 9 und 51 ist der Freiheitsgrad in z-Richtung des Montagekopfes 4 durch einen Nocken 52 blockiert. Dazu ist an der Führung 3 eine mit dem Montagekopf 4 verbundene Führungsrolle 29 angeordnet, die sich nur außerhalb eines durch den Nocken 52 festgelegten Sperrbereiches frei auch in z- Richtung bewegen kann. Bewegungen in z-Richtung in nerhalb des Sperrbereiches 52 sind nicht möglich wäh rend die Führungsrolle 29 den Sperrbereich längs des Nockens 52 in x-Richtung überwinden kann. Der Sperr bereich 52 entspricht dabei jedoch sämtlichen erfor derlichen und zu ermöglichenden Bewegungsbereichen des Montagekopfes 4, um Fügeteile innerhalb des Be reiches 9 aufzunehmen und innerhalb des Bereiches 51 zu fügen.

Fig. 8 zeigt einen weiteren Montagekopf 4 mit einem Werkzeug 6 und einem Handgriff 5, mit dem das Werk zeug 6 auf und ab bewegt werden kann. In dem Montage kopf 4 ist eine Verkettungseinrichtung 10 für Füge teile 8 integriert. Damit entfällt der Weg zur Auf nahme des Fügeteils aus der Bereitstellungseinrich tung.

Fig. 9A zeigt einen Montagekopf 4 an einer Führung 3. Dieser Montagekopf ist mit einer Handauflage 31 für den Werker versehen. Diese Handauflage wird ihrer seits auf Führungsschienen 32 und 32a geführt.

Fig. 9B zeigt die Anordnung der Fig. 9A längs des Schnittes A-A. Die Handauflage 31 ist zum einen auf der Führungsschiene 32a gelagert und umgreift ande rerseits mit einem Arm 36 und einem Stift 35 die Füh rungsschiene 32. Der Stift 35 ist dabei am äußersten Ende des Umgriffs nach oben ragend angeordnet. Die Führungsschiene 32 besitzt eine auf ihrer von der Führungsschiene 32a abgewandten, d. h. nach außen ge richteten Fläche nach außen vorspringende Zahnstange 34, deren Zahnung nach unten eingerichtet ist und in die von unten der Stift 35 einrastbar ist. Weiterhin ist die Handauflage 31 mittels einer Feder 33 auf der Oberseite der Führungsschiene 32 gelagert. In Normal stellung wird die Handauflage 31 von der Feder 33 nach oben gedrückt, so daß der Stift 35 in die Zahn stange 34 einrastet und dadurch die Handauflage fi xiert. Wird die Handauflage 31 vom Werker nach unten gedrückt, so rastet der Stift 35 aus der Zahnstange 34 aus und die Handauflage 31 kann von dem Werker längs der Schienen 32, 32a bewegt werden.

Fig. 9C zeigt die Zahnstange 34, in die der Stift 35 eingerastet ist.

In Fig. 9 ist eine bewegliche Auflage dargestellt, die mit einer Einrichtung zu deren Fixierung, d. h. zur Blockade der Freiheitsgrade der Handauflage, kom biniert ist. Dadurch ist es möglich, daß der Werker die Handauflage 31 und damit den Montagekopf 4 nach Erreichen der Fügeposition und vor Betätigen des Werkzeuges feststellt und dadurch eine präzise Fügung des Bauteils in das Basisteil gewährleistet werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Führung 3 für einen hier nicht dargestellten Montagekopf, die auf Lagern 30 gelagert ist. Die Führungsschiene ist mit einem Mittel 37-40 zur Dämpfung der Bewegung des Montagekopfes versehen. Dazu ist die Führung 3 über eine Stange 37 mit einem Kolben 40 verbunden. Dieser Kolben 40 ist innerhalb eines ölgefüllten Zylinders 39 verschieblich angeord net und teilt den Kolben 40 in zwei Kompartimente 41, 42. Der Kolben 40 besitzt eine Öffnung 38, durch die das Öl von einem Kompartiment 41 bzw. 42 des Zylin ders 39 zum anderen Kompartiment 42 bzw. 41 fließen kann. Wird die Führung 3 in ihrer Längsrichtung ver schoben, so muß weiterhin eine Kraft aufgewendet wer den, um den Kolben gegen den Widerstand des viskosen Öls in dem Zylinder 39 zu verschieben. Dadurch ergibt sich eine Dämpfung der Bewegung der Führung 3.

In weiteren Beispielen, die nicht durch Figuren dar gestellt sind, werden Einrichtungen zur nachgiebigen Aufhängung des Fügewerkzeugs oder des Basisteils vor gesehen. Dies sind im einfachsten Fall Federn, die die vom Fügewerkzeug aufbringbare z-Kraft begrenzen. Die Nachgiebigkeit kann auch in x-y-Richtung einen Toleranzausgleich bewirken. Solche Einrichtungen kön nen sowohl im Fügewerkzeug oder auch in der Aufnahme für das Basisteil integriert sein.

Weiterhin können Einrichtungen zur eigenständigen Bewegung des Fügewerkzeugs vorgesehen werden, bei spielsweise integrierte Antriebe. Dadurch läßt sich beispielsweise das Fügen durch Vibrationen, die durch die integrierten Antriebe erzeugt werden, unterstüt zen. Dabei schwingt das zu fügende Teil in mehreren Freiheitsgraden, so daß auf diese Art ein passiver Toleranzausgleich stattfindet. Dies ist insbesondere bei Fügeaufgaben mit Mehrstellenkontakt (Getriebe) und eng tolerierten Bolzen-Loch-Paarungen sinnvoll.

Claims

1. Montagemittel zur manuell geführten Montage me chanischer, elektromechanischer und/oder opti scher Bauelemente (Fügeteile) mit einem Basis teil mit einem Montagekopf (4), der mittels ei ner auf einer Gerätebasis (1) angeordneten Füh rung (3) in mindestens einem Freiheitsgrad be weglich ist, einem am Montagekopf (4) angeord neten Montagewerkzeug (6), einer Einrichtung zur Betätigung des Montagewerkzeuges sowie einem Betätigungsorgan (7) zur Bewegung des Montage kopfes.

2. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagekopf über einen Arm an der Führung befestigt ist.

3. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Montagewerkzeug eine Klebstoffdosiereinheit, ein Schrauber oder ein Greifer ist.

4. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan zur Bewegung des Montage kopfes mit dem Montagekopf verbunden ist.

5. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gerätebasis ein Aufnahme- und/oder För dermittel für die zu montierenden Objekte ange ordnet ist.

6. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gerätebasis mindestens eine Vorrichtung zur Aufnahme von und/oder zur Erleichterung des Wechsels von Montagewerkzeug angeordnet ist.

7. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Montagekopf ein Werkzeugwechselsystem zum Aufnehmen und Abgeben, beispielsweise zum Kop peln und Entkoppeln, verschiedener Montagewerk zeuge, angeordnet ist.

8. Montagemittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeugwechsel system ein Schnellwechselsystem, beispielsweise ein Werkzeugrevolver, ist.

9. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zur Aufnahme von Informatio nen über den Montagevorgang, beispielsweise über auftretende Kräfte, Positionen der Bauelemente etc., Fügeposition, Schraubenanzugsmomente oder dergleichen, aufweist.

10. Montagemittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zur Rückführung der Informationen zur Bedienper son aufweist.

11. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zum Hinweis auf das nächste zu fügende Teil, beispielsweise eine Leuchtdio de, aufweist.

12. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Einrichtung zur Erkennung und/oder zur Vermessung der relativen Lage von Bauelement und Fügeteil aufweist.

13. Montagemittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erkennung und/oder zur Vermessung der relativen Lage Videokameras, Mikroskope, Meßtaster und/ oder Lasertriangulationssensoren aufweist.

14. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Betätigungsorgan und dem Montage kopf eine Einrichtung zur Untersetzung der Bewe gung des Betätigungsorgans angeordnet ist.

15. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung zur Blockierung der Einrich tung zur Untersetzung, der einzelnen Freiheits grade des Montagekopfes und/oder der Kopplung zwischen Montagekopf und dem Betätigungsorgan aufweist.

16. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Montagekopf eine Vorrichtung zur Bereit stellung der Fügeteile, beispielsweise ein Tei lemagazin, integriert ist.

17. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Antriebsmittel zum teilautomatisierten oder automatisierten Betrieb aufweist.

18. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Microcomputer zur Qualitätsüberwachung, Betriebsdatenerfassung und/oder Informationsbe reitsstellung aufweist.

19. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Hand-, Arm- und/oder Fußstütze aufweist.

20. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hand-, Arm- und/oder Fußstütze in mindestens einem Freiheitsgrad beweglich ist.

21. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung zur Blockade und/oder Frei gabe der Freiheitsgrade der Hand-, Arm- und/oder Fußstütze aufweist.

22. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Betätigungsorgan und dem Werkzeug mechanische Dämpfungselemente angeordnet sind.

23. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gerätebasis und dem Werkzeug eine nachgiebige Aufhängung für das Werkzeug angeord net ist.

24. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung eine kartesische Kinematik aufweist.

25. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zur Auslösung bestimmter Vor gänge in Abhängigkeit von der Position des Mon tagekopfes aufweist.

26. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zum Vereinzeln, Wenden, Posi tionieren und/oder Orientieren von Bauelementen aufweist.

27. Montagemittel nach mindestens einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gerätebasis eine Auflage für das Fügeteil angeordnet ist.

28. Montagemittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage für das Fügeteil beweglich ist.

29. Montagemittel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Auflage für das Fügeteil eine Betätigungsvorrichtung zur Bewegung der Auflage für das Fügeteil verbunden ist.

30. Verwendung eines Montagemittels nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche zum Positio nieren, Fügen und/oder Bearbeiten feinwerktech nischer, mikromechanischer, elektromechanischer, mikroelektromechanischer, mikrotechnischer, mi krosystemtechnischer, optischer, mikrooptischer Bauelemente und dergleichen.

31. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch in der Montage feinwerktechnischer Geräte, der Mi kromontage und/oder Präzisionsmontage.