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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Richten eines
mittels einer Aufnahme vorübergehend
aufgespannten Bauelementes, insbesondere einer Schweißbaugruppe.
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Das
genannte Bauelement bzw. die Schweißbaugruppe besteht aus einer
Vielzahl von vorkonfektionierten und miteinander verschweißten Blechbauteilen.
Ein typisches Beispiel für
ein solches Bauelement ist ein Cockpit-Querträger, welcher ein mehrfach gebogenes
Trägerrohr
aufweist, an das zwischen zehn und zwanzig Befestigungselemente angeschweißt werden.
Nach dem Schweißen
werden die Querträger
in einer Aufnahme einer Messmaschine angeordnet und die einzelnen
Positionen der Befestigungselemente werden an etwa fünfzig Messpunkten überprüft.
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Durch
das Verschweißen
der Befestigungselemente mit dem Trägerrohr entstehen Spannungen, welche
zu einem nicht kontrollierbaren Verzug des Bauelementes bzw. des
Cockpit-Querträgers und
der Befestigungselemente führen.
Durch diesen Verzug müssen
annähernd
alle gefertigten Querträger
gerichtet werden.
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Zum
Richten werden die verzogenen Querträger in einer Aufnahme einer
Richtvorrichtung angeordnet. Über
Passdorne wird die Position der einzelnen Befestigungselemente überprüft. Entspricht die
Position und/oder Orientierung der Befestigungselemente nicht den
Soll-Werten, werden
diese manuell nachgebogen, mittels Hammerschlägen gerichtet und teilwei se
mittels Hebeln, beispielsweise Brecheisen, in die Soll-Position
oder -Orientierung überführt.
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Der
Erfolg und die Dauer des Richtvorgangs beruht insbesondere auf der
Erfahrung der durchführenden
Mitarbeiter. Dabei kann ein Richtvorgang je nach zu richtendem Bauelement
bis zu mehrere Minuten andauern. Je nach Fertigungsstückzahl werden
pro Schicht bis zu fünf
Mitarbeiter eingesetzt. Hierdurch stellt der Richtvorgang einen
wesentlichen Kostenfaktor in der Fertigung der Querträger dar. Weiterhin
ist durch die Handarbeit eine gleich bleibende Qualität nur sehr
schwer zu realisieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen durch welche das Messen und Richten von Bauelementen wesentlich
vereinfacht wird. Insbesondere soll eine gleich bleibende Qualität der Bauelemente
gewährleistet
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Vorrichtung gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist also
eine Vorrichtung zum Messen und Richten eines mittels einer Aufnahme
vorübergehend
aufgespannten Bauelementes, insbesondere einer Schweißbaugruppe,
vorgesehen, mit einem feststehenden ersten Rahmengestell und einem
relativ zum ersten Rahmengestell beweglichen zweiten Rahmengestell,
wobei das erste Rahmengestell und das zweite Rahmengestell über zumindest
sechs unabhängig
voneinander in ihrer Länge
verstellbare Streben miteinander verbunden sind und das zweite Rahmengestell
eine Trägervorrichtung
mit einer Messeinrichtung und einem Richtwerkzeug aufweist. Durch
die Ausbildung der Vorrichtung als Hexapode wird entgegen eines
Vorurteils der Fachwelt erstmals eine Möglichkeit geschaffen das Messen
und Richten mittels einer einzigen Vorrichtung durchzuführen. Durch
die sechs in ihrer Länge verstellbaren
Streben können
translatorische und rotatorische Bewegungen der Trägervorrichtung
bzw. des Richtwerkzeuges und der Messeinrichtung erzeugt werden.
Dadurch werden sechs Freiheitsgrade erreicht. Jede Position der
Trägervorrichtung
entspricht einer definierten Kombination der sechs "Streben". Durch simultane
Steuerung aller sechs Streben ergeben sich beliebige räumliche
Bewegungsabläufe der
Trägervorrichtung
bzw. der Messeinrichtung und des Richtwerkzeuges. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
können
einerseits große
Kräfte
für das Richten
des Bauelementes zur Verfügung
gestellt werden und andererseits ist mittels der Vorrichtung eine
sehr präzise
Ansteuerung der Trägervorrichtung möglich, welche
insbesondere für
das Messen des Bauelementes erforderlich ist. Weiterhin zeichnet sich
die Vorrichtung durch sehr schnelle Bewegungen, eine hohe Steifigkeit
und ein gutes Schwingungsverhalten aus. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein automatisches Messen und Richten von Bauelementen ermöglicht.
Dabei können
auch die Be- bzw. Entladevorgänge
der Aufnahme mit den Bauelementen durch die Vorrichtung selbst erfolgen.
Die sehr zeit- und
kostenaufwändigen
manuellen Tätigkeiten
nach dem Stand der Technik können
weitestgehend vermieden werden, wodurch ein Prozess mit einer hohen
Wiederholungsgenauigkeit gewährleistet
und ein Produkt mit gleich bleibender Qualität zur Verfügung gestellt werden kann.
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Dabei
erweist es sich als besonders praxisnah, dass die Aufnahme zur schwenkbeweglichen
Fixierung des Bauelementes ausgeführt ist. Hierdurch wird eine
verbesserte Zugänglichkeit
zu dem zu richtenden Bauelement bzw. zu den angeschweißten Befestigungselementen
erreicht. Beispielsweise kann eine Spanneinrichtung derart in der
Aufnahme gelagert sein, dass das mittels der Spanneinrichtung aufgespannte
Bauelement um eine Längsachse
gedreht werden kann.
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Eine
weitere besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung
wird auch dadurch geschaffen, dass mittels der Messeinrichtung die
räumliche
Position und/oder Orientierung von einzelnen Messpunkten ermittelbar
ist. Hierdurch kann der durch das Schweißen verursachte Verzug in dem Bauelement
und Fehlstellungen der einzelnen Befestigungselemente untereinander
ermittelt werden.
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Dieser
Erfindungsgedanke lässt
sich dadurch ergänzen,
dass die Messeinrichtung zumindest einen Messfühler aufweist. Durch die berührende Messung
mittels eines Messfühlers
wird ein besonders prozesssicheres Messverfahren zur Überprüfung der
Messpunkte zur Verfügung
gestellt.
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In
einer abgewandelten ebenfalls vorteilhaften Ausführungsform weist die Messeinrichtung
zumindest ein berührungslos
messendes, insbesondere optisches Messmittel auf. Eine berührungslose Messung,
beispielsweise eine optische Mustererkennung, hat den Vorteil einer
schnellen Messwertermittlung und verkürzt das gesamte Mess- und Richtverfahren
des Bauelementes erheblich.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht
darin, dass das Richtwerkzeug auswechselbar an der Trägervorrichtung
fixiert ist. Die für
das Richten erforderlichen Richtwerkzeuge und/oder Greifer können hierdurch
an die jeweilige Geometrie des zu richtenden Bauelementes bzw. der
geschweißten
Befestigungselemente variabel angepasst werden.
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Als
besonders praxisnah hat es sich dabei erwiesen, dass der Trägervorrichtung
eine Speichereinheit für
mehrere Richtwerkzeuge zugeordnet ist. Hierdurch können Rüstzeiten
zur Anpassung der Vorrichtung an die Geometrie des Bauelementes
erheblich reduziert werden.
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Eine
andere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung wird
durch eine Auswerte- und Steuereinheit geschaffen, welche die ermittelte räumliche
Position und/oder Orientierung der Messpunkte speichert, mit vorgegebenen
Soll-Werten vergleicht und aus einer ermittelten Abweichung Korrekturwerte
für das
Richten des Bauelementes ermittelt. Hierdurch wird eine Möglichkeit
geschaffen, den gesamten Mess- und Richtvorgang inklusive Be- und Entladevorgang
automatisiert mittels einer einzigen Vorrichtung durchzuführen. Mittels
der ermittelten Korrekturwerte erfolgt das Richten des Bauelementes
durch die Greifer und Richtwerkzeuge der Vorrichtung, welche die
Befestigungselemente in die Soll-Position oder -Orientierung drücken. Hierbei
beinhaltet der Korrekturwert zusätzlich
zur Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-Wert auch einen Ausgleichswert
für das
elastische Verhalten des Bauelementes oder der Befestigungselemente.
Beim Richten wird die Soll-Position also überfahren, um nach dem Zurückfedern
die gewünschte
Soll-Position zu erreichen. Der Ausgleichswert stellt das Maß der Rückfederung
und Elastizität
dar, ist abhängig
von der individuellen Geometrie, den Schweißnähten und dem Material und muss
für die
jeweilige Richtstrategie individuell ermittelt werden. Zum Erlernen
der individuellen Richtstrategie für jedes einzelne Befestigungselement
kommt ein System zum Einsatz, welches mittels einer Software aus
der Erfahrung der bereits ausgeführten
Richtvorgänge
die Richtung und den Kraft- /Wegaufwand
ermittelt und hierdurch mit zunehmend weniger Iterationen die einzelnen
Befestigungselemente ausrichtet. Dabei beruht die Software auf einem
neuronalen Netzwerk und der Fuzzy-Logic Methode.
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Die
Erfindung lässt
verschiedene Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Diese
zeigt in
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1 eine erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Messen und Richten eines Bauelementes in einer Seitenansicht;
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2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum
Messen und Richten eines Bauelementes 2 in einer Seitenansicht.
Das Bauelement 2 ist als Cockpit-Querträger ausgebildet und besteht
aus einem mehrfach gebogenen Trägerrohr 3 und
einer Vielzahl angeschweißter
Befestigungselemente 4. Das Bauelement 2 ist in
einer Aufnahme 5 schwenkbeweglich aufgespannt und fixiert.
Ein feststehendes erstes Rahmengestell 6 ist über sechs
in ihrer Länge unabhängig voneinander
verstellbare Streben 7 mit einem zweiten Rahmengestell 8 verbunden.
Beide Rahmengestelle 6, 8 weisen eine dreieckige
Struktur auf, wobei jeder Eckpunkt 9 eines jeweiligen Rahmengestells 6, 8 über zwei
Streben 7 mit zwei Eckpunkten 9 des jeweils anderen
Rahmengestells 6, 8 verbunden ist. Hierdurch ist
das zweite Rahmengestell 8 relativ zum ersten Rahmengestell 6 beweglich ausgebildet.
Zur Verstellung der Länge
weist jede der Streben 7 einen eigenen Antrieb 10 auf.
Die Aufnahme 5 mit dem aufgespannten Bauelement 2 ist
in einem von den beiden Rahmengestellen 6, 8 und
den sechs Streben 7 begrenzten Arbeitsraum 11 angeordnet.
Ebenenfalls in dem Arbeitsraum 11 ist eine Trägervorrichtung 12 mit
einer Messeinrichtung 13 und einem Richtwerkzeug 14 angeordnet,
wobei die Trägervorrichtung 12 über mehrere
Stangen 15 mit dem zweiten Rahmengestell 8 verbunden
ist.
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Zum
Messen und Richten der bereits geschweißten Bauelemente 2 werden
diese manuell oder mittels eines Roboters in die Aufnahme 5 der Vorrichtung 1 eingelegt
und durch eine in der Figur nicht dargestellte Spannvorrichtung
fixiert. Die Be- und Entladung der Aufnahme 5 kann auch
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 selbst
erfolgen. Hierzu weist die Trägervorrichtung 12 ein
ebenfalls nicht dargestelltes, entsprechend ausgebildetes Greifelement
auf, welches das Bauelement 2 aufnimmt und in die Aufnahme 5 einlegt
bzw. der Aufnahme 5 nach dem Richtvorgang wieder entnommen wird.
Um die Zugänglichkeit
des Richtwerkzeugs 14 und der Messeinrichtung 13 zu
dem Bauelement 2 bzw. zu den angeschweißten Befestigungselementen 4 zu
gewährleisten,
ist das Bauelement 2 um eine Längsachse drehbar in der Aufnahme 5 gelagert.
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Anschließend wird
mittels der Messeinrichtung 13 die räumliche Position von einzelnen
Messpunkten des Bauelementes 2 ermittelt. Diese Ermittlung
erfolgt entweder durch Berühren
mittel eines Messfühlers
oder durch ein berührungslos
messendes Messmittel, beispielsweise durch eine optische Mustererkennung.
Die derart ermittelten Messwerte werden in einer der Vorrichtung 1 zugeordneten
Auswerte- und Steuereinheit abgespeichert und mit den hinterlegten
Sollpositionen der Messpunkte verglichen. Eine Software ermittelt
dann aus der Abweichung zwischen Soll-Position und Ist-Position
der einzelnen Messpunkte entsprechende räumliche Korrekturwerte für den anschließend folgenden Richtvorgang
des Bauelementes 2.
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Auf
Basis der zuvor ermittelten Korrekturwerte erfolgt dann das Richten
des Bauelementes 2. Hierzu werden die Befestigungselemente 4 durch das
Richtwerkzeug 14 und/oder entsprechend geformte Greifelemente
in die Sollposition gebogen und gedrückt. Aufgrund der Elastizität der einzelnen
Befestigungselemente 4, welche von der Geometrie, den Schweißnähten und
dem Material anhängig
ist, wird die eigentliche Soll-Position überfahren, um dann nach dem
Zurückfedern
die gewünschte Soll-Position
zu erreichen.
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Das
derart gerichtete Bauelement 2 wird im Anschluss mit dem
gleichen Messverfahren erneut kontrolliert. Wenn die räumliche
Position der Messpunkte nunmehr der Soll-Position entspricht, wird das
Bauelement 2 einem weiterführenden Fertigungsprozess zugeführt. Sollte
immer noch eine Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position
ermittelt werden, wird der Richtvorgang wiederholt, bis die erforderlichen
Soll-Positionen der Befestigungselemente 4 erreicht sind.
Die ermittelten Messwerte werden in einem Protokoll festgehalten.
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2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in
einer Seitenansicht. Die über
mehrere Stangen 15 mit dem beweglichen Rahmengestell 8 verbundene
Trägervorrichtung 12 weist
hierbei zwei Richtwerkzeuge 14 und eine als Arbeitsoptik ausgebildete
Messeinrichtung 13 auf. Das Rahmengestell 8 mit
der Trägervorrichtung 12,
sowie den Richtwerkzeugen 14 und der Messeinrichtung 13 ist relativ
zum ersten Rahmengestell 6 beweglich ausgebildet. Das in
der 2 nicht dargestellte
Bauelement 2 ist in der Aufnahme 5 um eine Drehachse 16 drehbar
gelagert und weist einen Rotationsbereich 17 auf. Weiterhin
ist dem Bauelement 2 bzw. der Aufnahme 5 eine
Vielzahl von weiteren Messeinrichtungen 18 zugeordnet.
Diese als Messoptiken ausgebildeten Messeinrichtungen 18 sind
an einem gemeinsamen Optikträger 19 fixiert
bzw. werden von diesem aufgenommen. Die Messeinrichtungen 18 bzw.
der Optikträger 19 sind
in dem Arbeitsraum 11 der Vorrichtung 1 angeordnet.
Durch diese Anordnung wird die Vorrichtung 1 in zwei Bereiche 20, 21 unterteilt und
zwar in einen ersten Bereich 20 unterhalb einer Trennebene 22 für die optische
Messung und einen zweiten Bereich 21 oberhalb der Trennebene 22 für die Richtoperationen.