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Die
Erfindung betrifft eine Handlingvorrichtung zum mehrachsigen Handhaben
und Führen
von Werkstücken
mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine
solche Handlingvorrichtung ist aus der Praxis bekannt. Sie besteht
aus einem einzelnen Manipulator, z.B. einem mehrachsigen Gelenkarmroboter,
der eine Greifeinrichtung mit einem daran gehaltenen Bauteil trägt und führt. Der
Einsatzbereich ist auf relativ kleine und leichtgewichtige Werkstücke beschränkt.
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Die
DE 101 27 743 A1 befasst
sich mit einer mehrachsigen Positioniervorrichtung zum Halten eines
Werkstücks,
welches von einem anderen Roboter mittels eines mitgeführten Schweißwerkzeugs
geschweißt
wird. Das Werkstück
wird nur von der einen Positioniervorrichtung gehalten.
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Aus
der
DE 298 06 823
U1 ist es bekannt, in Framingstationen die einzelnen Spannrahmen
mit längs
verfahrbaren Schlitten und darauf angeordneten drehbaren Lenkern
zu transportieren und an die zu spannende Fahrzeugkarosserie zuzustellen.
Die Fahrzeugkarosserie wird auf einem Förderer zugeführt und
in einer vorgegebenen Stellung spanngerecht positioniert.
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Die
US 4,894,901 A offenbart
einen mehrachsig beweglichen Werkstückhalter, der eine ähnliche
Achsgeometrie wie ein Roboter hat und blockierbare Gelenke aufweist.
Der Werkstückhalter
ist passiv und besitzt keine Achsantriebe. Der Werkstückhalter
wird von einem zweiten Roboter in die gewünschte Halteposition bewegt
und dann wieder losgelassen, wobei die Achsgelenke des Werkstückhalters
in der gefundenen Position blockiert werden.
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Aus
der
EP 1 329 280 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen, Löten oder Schneiden von Werkstücken mittels
zweier Roboter bekannt. Der eine Roboter führt das Werkstück und der
zweite das Werkzeug.
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Die
WO00/71292 A1 lehrt eine Trageinrichtung für ein Werkstück, die
am einen Ende von einem einzigen Roboter geführt und gehandhabt wird, wobei
das andere Ende der Trageinrichtung über eine Kugel an einem stationären Ständer abgestützt wird. Mittels
eines weiteren Roboters, der ein Bearbeitungswerkzeug führt, kann
das auf der Trageinrichtung gespannte Werkstück bearbeitet werden.
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Die
Erfindung hat die Aufgabe, eine Handlingvorrichtung aufzuzeigen,
die auch für
größere und
schwergewichtige Werkstücke,
insbesondere Karosseriebaugruppen, geeignet ist.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Mit
der beanspruchten Handlingvorrichtung ist es möglich, große und schwergewichtige Werkstücke, insbesondere
Karosseriebaugruppen, mittels einer Trageinrichtung zu handhaben
und während
des Bearbeitungsprozesses relativ zu ein oder mehreren Bearbeitungsvorrichtungen
zu bewegen. Hierbei kann das Werkstück in verschiedene prozessgünstige Lagen
und Orientierungen gebracht werden. Beim Schmelzschweißen, z.B.
Schutzgasschweißen,
kann das Werkstück
derart gehalten und geführt
werden, dass sich an der Schweißstelle
eine sog. Wannenlage ergibt, die ein Abfließen der Schmelze verhindert. Ähnliche
Vorteile ergeben sich bei anderen Bearbeitungsprozessen, z.B. dem
Kleben oder Abdichten. Das Werkstück kann auch auf den Kopf gestellt
werden, wodurch seine Unterseite eine prozessgüns tige Lage erhält. Das
pastöse
Klebemittel oder Dichtmittel kann von oben her aufgebracht und am
Abfließen
gehindert werden.
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Die
Trageinrichtung hat den Vorteil, dass sie das Werkstück von unerwünschten
Belastungen und Verformungen freihält. Wenn z.B. einer der Manipulatoren
eine Störung
hat und stehen bleibt, vergehen bis zur Reaktion des oder der anderen
Manipulatoren eine gewisse Reaktionszeit. Die dabei auftretenden Kräfte und
Bewegungen werden von der Trageinrichtung aufgenommen.
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Die
mehrachsig beweglichen Manipulatoren, vorzugsweise in Form von mehrachsigen
Gelenkarmrobotern, haben den Vorteil, dass sie gemeinsam die Trageinrichtung
und das Werkstück
auf verschiedensten Bahnen und mit unterschiedlichsten Lagen und
Orientierungen bewegen und handhaben können. Die Manipulatoren bewegen
sich dabei in einer entsprechend gegenseitig abgestimmten Weise und
werden hierzu vorzugsweise von einer gemeinsamen Steuerung oder
von mehreren gekoppelten Steuerungen beaufschlagt. Über Andockstellen
an der Trageinrichtung können
die Trag- und Führungskräfte eingeleitet
werden. An diesem Stellen kann auch eine Zuführung von Betriebsmitteln,
z.B. Druckluft, Leistungs- und Signalströmen, Kühlmittel etc. von außen zur
Trageinrichtung und ggf. weiter zum Werkstück erfolgen. Insbesondere lassen
sich hierüber
zusätzliche
Aktoren an der Trageinrichtung mit Energie versorgen und steuern.
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Für die Ausbildung
der Trageinrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Gestaltung
als Tragrahmen nimmt besonders gut die von außen im Störungsfall oder auch während des
Prozessbetriebs eingeleiteten Kräfte
und Bewegungen auf und hält das
Werkstück
weitgehend belastungsfrei. Aus Gewichtsgründen und wegen der Traglast
der Manipulatoren empfiehlt sich eine Leichtbauweise. Wenn besonders
hohe Werkstückgewichte
zu handhaben sind, können
alterna tiv auch Tragbalken, ggf. in Mehrfachanordnung und in Verbindung
mit mehr als zwei Manipulatoren eingesetzt werden.
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Die
beanspruchte Handlingvorrichtung hat den Vorteil, dass die Werkstücke immer
in Vorzugslage bearbeitet werden können. Ferner können in
der Bearbeitungsstation der Bearbeitungsbereich und der Aufnahme-
bzw. der Förderbereich
räumlich
voneinander getrennt werden, was Vorteile bezüglich der Verschmutzungssituation
im Bearbeitungsbereich mit sich bringt. Hiervon wird allenfalls
die Trageinrichtung, nicht aber die andere Fördertechnik belastet. Bezüglich der
Verschmutzungsgefahr ist es ferner günstig, dass die Bearbeitungs-
und Robotertechnik wegen des verbesserten Handlings nicht mehr unter dem
Werkstück
plaziert werden muss. Dies ist z.B. zum Schweißen, Kleben oder Beschichten
von Karosseriebodengruppen von Vorteil. Durch das verbesserte Handling
können
die Unterbodenpartien von oben her bearbeitet werden, so dass keine Schweiß- oder
Materialspritzer mehr auf die Bearbeitungsvorrichtungen regnen.
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Günstig ist
es ferner, dass durch die Trageinrichtung bei einem Nothalt das
Werkstück
und insbesondere eine Karosserie, leicht aus der Tragvorrichtung
ausgehoben und geborgen werden kann. Der Bearbeitungsprozess kann
dadurch in einer anderen Bearbeitungsstation ohne wesentliche Verzögerung weiter
gehen. Günstig
ist es auch, dass der Arbeitsbereich der Manipulatoren beim Handling
unabhängig
von der Werkstücklänge bzw.
Karosserielänge
ist. Hierzu ist es günstig,
wenn die Tragvorrichtung ein für
alle Werkstücktypen
ausreichend großes
Maß hat.
Das Handling wird außerdem
erleichtert, wenn bei den in der Regel länglichen Werkstücken oder Karosserien
die Andockstellen an den Schmalseiten der Trageinrichtung angeordnet
sind.
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Die
beanspruchte Handlingtechnik hat ferner den Vorteil, dass sie eine
gute Zugänglichkeit
der Bearbeitungsstation und auch des Bearbeitungs- und Aufnahmebereiches
zu Programmierzwecken bietet. Die in Bearbeitungsstationen bisher üblichen
Bühnen sind
entbehrlich. Die Handlingtechnik sorgt ferner für eine höhere Inbetriebnahme- und Wartungsfreundlichkeit.
Auch die Flexibilität
wird verbessert, weil durch die Manipulatoren, insbesondere in Form
von mehrachsigen Gelenkarmrobotern, eine freie Programmierbarkeit
der Handlingbewegungen gegeben ist.
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Die
Trageinrichtung bietet durch die Tragarme die Möglichkeit, das Werkstück sehr
sicher und positionsgenau zu halten. Hierfür ist es günstig, wenn die Tragarme mit
entsprechend gestalteten Aufnehmern an speziellen Bezugspunkten
des Werkstücks, z.B.
den Masterholes einer Karosserie, angreifen. Diese Bezugsstellen
haben häufig
eine mechanische Verstärkung
und erlauben die Aufnahme und Abstützung des Karosseriegewichts.
Durch entsprechend gestaltete Aufnehmer ist hier auch eine nach
allen Richtungen formschlüssige
Aufnahme und Halterung der Karosserie möglich; was für Überkopfbewegungen
und auch räumliche
Schwenkbewegungen der Trageinrichtung mitsamt der Karosserie von
Vorteil ist. Ein umlaufender Tragrahmen mit einem freien Innenraum
hat hierbei den Vorteil, dass die Unterseite des Werkstücks für Bearbeitungsprozesse
zum größten Teil
frei zugänglich
ist.
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Die
Trageinrichtung kann durch eine bewegliche Anordnung der Tragarme
flexibilisiert werden und auf unterschiedliche Werkstücke bei
Bedarf angepasst werden. Mittels einer Stelleinrichtung mit externen
oder internen Stellantrieben können
die Tragarme dank ihrer Verstellbarkeit in ein oder mehreren Achsen,
z.B. mittels entsprechender Schlitten, in die gewünschte Position
gebracht werden. In dieser Stellung lassen sie sich mit einer Blockiereinrichtung
verriegeln. Die Blockiereinrichtung kann eine Notfallsteuerung aufweisen,
mit der im Falle eines Nothalts und bei Ausfall der Energieversorgung
die Blockiereinrichtung automatisch den Zugriff löst und die
Tragarme in ihren Stellachsen freigibt. Das Werkstück kann
dann frei schwimmend an der Trageinrichtung gehalten werden, was
in den Fällen
eines Nothalts zur Werkstückentlastung
von Vorteil ist.
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Die
Anordnung einer Positioniereinrichtung mit einem Positionsaufnehmer
hat zum einen den Vorteil, dass die Fördertechnik für das Werkstück relativ
ungenau sein kann, so dass Positionstoleranzen kompensiert und das
Werkstück
von der Trageinrichtung lagegenau aufgenommen werden kann. Hierbei kann
wahlweise die Trageinrichtung relativ zum Werkstück oder das Werkstück relativ
zur Trageinrichtung ausgerichtet werden. Über den Positionsaufnehmer
ist außerdem
eine Ermittlung des Werkstücktyps
und vor allem der Lage der zur Aufnahme vorgesehenen Bezugspunkte
am Werkstück
möglich.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Bearbeitungsstation und eine aus mehreren Bearbeitungsstationen
bestehende Fertigungsanlage. Durch die Handlingtechnik innerhalb
der Bearbeitungsstation kann die andere stationsgebundene Fördertechnik
und auch die Fördertechnik
innerhalb der Fertigungsanlage verbessert werden. Durch mehrere
parallele Förderlinien
mit Querverbindungen ist eine Entkoppelung der Bearbeitungsstationen
und der Fertigungsanlage vom Bearbeitungstakt möglich. Die einzelnen Bearbeitungsstationen
können
mit den Werkstücken
selektiv angefahren werden, wobei Überholstrecken und Ausweichstrecken
vorhanden sind. Die Reihenfolge der Werkstücke kann sich dadurch innerhalb
der Fertigungsanlage und des Bearbeitungsfortschritts ändern. Innerhalb
der Bearbeitungsstationen können
die Bearbeitungsprozesse dadurch beliebig lange und stationsweise
unterschiedlich lange Zeiten dauern. Dies optimiert die Flexibilität der Fertigungsanlage,
in der verschiedenste Werkstücktypen,
insbesondere Karosserietypen, gefahren werden können.
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In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1:
eine Draufsicht auf eine Handlingvorrichtung in einer Bearbeitungsstation,
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2:
eine Stirnansicht der Handlingvorrichtung gemäß Pfeil II von 1,
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3:
eine perspektivische Ansicht der Bearbeitungsstation von 1 und 2,
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4 bis 6:
drei geklappte Ansichten einer rahmenförmigen Trageinrichtung,
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7 und 8:
perspektivische Ansichten der Trageinrichtung von 4 bis 6,
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9:
eine abgebrochene Detailansicht der Aufnahmestelle des Werkstücks an der
Trageinrichtung,
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10:
eine Draufsicht auf eine rahmenförmige
Trageinrichtung mit zwei Antriebsvarianten,
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11:
eine Variante der Trageinrichtung mit Tragbalken in Draufsicht,
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12:
eine Detailansicht der Aufnahmestelle an einem Masterhole und
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13:
eine schematische Ansicht einer Fertigungsanlage.
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Die
Erfindung betrifft eine Handlingvorrichtung zum mehrachsigen Handhaben
und Führen
von Werkstücken
(9) in einer Bearbeitungsstation (2). Die Erfindung
betrifft darüber
hinaus die Gestaltung dieser Bearbeitungsstation (2) und
ferner eine aus mehreren Bearbeitungsstationen (2) bestehende
Fertigungsanlage (1), wie sie beispielsweise in 13 dargestellt
ist.
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Die
Werkstücke
(9) können
von beliebiger Art und Größe sein.
Sie können
aus beliebig vielen Teilen bestehen. In der bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich um Karosseriebaugruppen von Fahrzeugen. Dies können komplette
Rohkarosserien sein, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind.
Alternativ können
es einzelne Karosseriebaugruppen, z.B. eine Bodengruppe, eine Seitenwandgruppe
oder dergleichen sein.
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In
den Bearbeitungsstationen (2) werden die Werkstücke (9)
ein oder mehreren beliebig ausgebildeten Bearbeitungsprozessen unterworfen.
Dies können
z.B. Fügeprozesse
unterschiedlicher Art wie Schweißen, Kleben, Clinchen oder
dergleichen sein. Auch Beschichtungsprozesse wie Nahtabdichten, Versiegeln,
Lackieren oder dergleichen sind möglich. In der Bearbeitungsstation
(2) sind zumindest ein Bearbeitungsbereich (14)
und ein Aufnahmebereich (13) für das Werkstück (9)
vorhanden, die räumlich getrennt
und z.B. nebeneinander angeordnet sind. Alternativ können sie übereinander
angeordnet sein. Die nachfolgend erläuterte Handlingvorrichtung
(12) bedient beide Bereiche (13,14).
Mit der Handlingvorrichtung (12) wird das Werkstück (9)
zwischen den Bereichen (13,14) hin- und hertransportiert
und außerdem
zumindest im Bearbeitungsbereich (14) in der prozessgünstigen
Weise mit mehrachsigen Bewegungen gehandhabt und geführt. Diese
Handhabung kann während
des oder der Bearbeitungsprozesse stattfinden. Im Aufnahmebereich
(13) wird das Werkstück (9)
aufgenommen und nach der Bearbeitung wieder abgegeben. Die beiden
Bereiche (13,14) sind in der Praxis eng benachbart.
In 1 bis 3 sind sie aus Gründen der Übersichtlichkeit
mit größerem gegenseitigen
Abstand dargestellt.
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Der
Aufnahmebereich (13) kann an eine separate Übergabestelle
(6) einer Fördereinrichtung
(3) angeschlossen sein. Von der Übergabestelle (6)
können
die vorzugsweise auf Förderelementen
(8), z.B. sog. Skids, gehaltenen Werkstücke (9) von der Fördereinrichtung
(3) ausgeschleust und zum Aufnahmebereich (13)
mittels eine Zwischenförderers
(7) gebracht werden. Diese Gestaltung wird nachfolgend im
einzelnen erläutert.
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Die
Handlingvorrichtung (12) besteht aus mehreren mehrachsig
beweglichen Manipulatoren (15,16), die gemeinsam
eine Trageinrichtung (17) in aufeinander abgestimmten Bewegungen
handhaben und führen.
Auf der Trageinrichtung (17) kann das Werkstück (9)
angeordnet werden, wobei die Anordnung je nach Handlingkinematik
ein loses Aufsetzen und Abstützen
oder ein nach allen Richtungen formschlüssiges Halten und Führen sein
kann.
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Die
Manipulatoren (15,16) können in beliebig geeigneter
Weise ausgebildet sein. Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um mehrachsige Gelenkarmroboter, die z.B. sechs
rotatorische Achsen haben. Darüber
hinaus können
die Roboter Zusatzachsen, z.B. Fahrachsen, besitzen. Die Manipulatoren
(15,16) können
ansonsten z.B. als Linearroboter mit drei translatorischen Achsen
ausgestaltet sein. Zur Erzielung der abgestimmten Bewegungen haben
die Manipulatoren (15,16) vorzugsweise eine gemeinsame
Steuerung (nicht dargestellt) oder alternativ gekoppelte Steuerungen.
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Die
Manipulatoren (15,16) greifen an der Trageinrichtung
(17) über
geeignete Andockstellen (23) an, die an mindestens zwei
verschiedenen Seiten der Trageinrichtung (17) angeordnet
sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Andockstellen (23) an den Schmalseiten der Trageinrichtung
(17) und einander gegenüber
liegend angeordnet. Die Andockstellen (23) sind einerseits
mechanische Verbindungsstellen zwischen dem Manipulatoranschluss, z.B.
einer Roboterhand, und der Trageinrichtung (17). Über die
Andockstellen (23) können
außerdem Betriebsmittelverbindungen
geschaffen werden. Die Andockstellen (23) können in
beliebig geeigneter konstruktiver Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt
es sich um Wechselkupplungen, die ein Lösen der Trageinrichtung (17)
von den Manipulatoren (15,16) und ggf. einen Austausch
gegen eine andere Trageinrichtung (17) ermöglichen.
Hierfür
kann in der Bearbeitungsstation (2) ein Magazin (nicht
dargestellt) für
verschiedene Trageinrichtungen (17) vorhanden sein.
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In
der in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform
greifen die Manipulatoren (15,16) die Trageinrichtung
(17) mit dem darauf befindlichen und gehaltenen Werkstück (9)
an den beiden Stirnseiten und nehmen durch entsprechend in gegenseitiger Abstimmung
gesteuerte Manipulatorbewegungen das im Aufnahmebereich (13)
und ggf. auch auf dem Skid (8) befindliche Werkstücke (9)
mit der Trageinrichtung (17) auf und bewegen es in den
Bearbeitungsbereich (14). Während des Bearbeitungsprozesses
bewegen die Manipulatoren (15,16) die Trageinrichtung
(17) und das Werkstück
(9) in prozessgünstiger
Weise. Ggf. wird das Werkstück
(9) hierbei auch gekippt oder auf den Kopf gestellt. Zu
diesen Zwecken ist es in entsprechend formschlüssiger Weise an der Trageinrichtung
(17) gehalten. Nach der Bearbeitung bringt die Handlingvorrichtung
(12) das Werkstück
(9) wieder zurück
in den Aufnahmebereich (13) und setzt es auf dem dort ggf. wartenden Skid
(8) wieder ab.
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Die
Trageinrichtung (17) ist in der gezeigten Ausführungsform
von 1 bis 10 als Tragrahmen (18)
ausgebildet. Der Tragrahmen (18) ist vorzugsweise verwindungssteif
ausgebildet und besitzt ein umlaufendes und das Werkstück (9)
außenseitig umgebendes
Rahmengestell (19), welches einen innenliegenden Freiraum
(20) aufweist. In diesen Freiraum (20) wird das
Werkstück
(9) aufgenommen. Der Tragrahmen (18) hat eine
im wesentliche rechteckige Form und besitzt an den beiden Schmalseiten
jeweils mittig eine Andockstelle (23).
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11 zeigt
eine Variante, in der die Trageinrichtung (17) aus ein
oder mehreren Tragbalken (21,22) besteht, die
jeweils stirnseitig eine Andockstelle (23) für einen
Manipulator (15,16) haben. In dieser Ausführungsform
sind z.B. vier Manipulatoren (15,16) vorhanden
und bewegen gemeinsam und in gegenseitig abgestimmten Bewegungen
die beiden Tragbalken (21,22) mit dem darauf gehaltenen
Werkstück
(9). Die Tragbalken (21,22) können ggf.
untereinander querverbunden sein. Wenn z.B. Roboter (15,16)
mit einer Traglast von jeweils 500kg, eingesetzt werden, können in
der in 11 gezeigten Ausführungsform
die Trageinrichtung und das Werkstück (9) zusammen ein
Gewicht von 2000kg haben. In der Variante von 1 bis 10 mit
zwei Robotern (15,16) kann das Gewicht 1000kg
betragen.
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Für maximale
Nutzlasten ist die Trageinrichtung (17) in Leichtbauweise
ausgeführt.
Hierfür
bestehen der Tragrahmen (18) oder die Tragbalken (21,22)
vorzugsweise aus Leichtwerkstoffen, z.B. Carbonfaserwerkstoffen,
Glasfaser verstärkten Kunststoffen
oder dgl.
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Die
Trageinrichtung (17) besitzt in den verschiedenen Varianten
jeweils mehrere Tragelemente (24) zur Aufnahme des Werkstücks (9),
die in beliebiger Art ausgestaltet und in beliebiger Zahl vorhanden sein
können.
Die Tragelemente (24) sind in den gezeigten Ausführungsformen
z.B. als Tragarme ausgebildet. Die Tragarme (24) besitzen
eine gebogene Form und sind vorzugsweise an der Unterseite der Trageinrichtung
(17) angeordnet. Sie ragen dadurch seitlich in den Freiraum
(20) des Tragrahmens (18) oder ragen seitlich
von den Tragbalken (21,22) weg. Die Tragarme (24)
tragen vorzugsweise am freien Ende mindestens einen Aufnehmer (25),
der an einen Bezugspunkt (10) des Werkstücks (9)
angepasst ist. Der Bezugspunkt (10) des Werkstücks befindet sich
vorzugsweise an dessen Unterseite und ist z.B. ein im Unterboden
angebrachtes Masterhole. 6, 9 und 12 verdeutlichen
diese Anordnung. 9 zeigt hierbei eine abgebrochene
perspektivische Unteransicht des Seitenschwellers. Im Falle eines
Masterholes ist der Aufnehmer (25) als vorstehender und
insbesondere hochragender Dorn oder Stift ausgebildet und greift
formschlüssig
von unten in das Masterhole.
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Alternativ
können
Masterholes seitlich am Werkstück
(9) angebracht sein, wobei die Tragarme (24) und
die Aufnehmer (25) eine entsprechend angepasste andere
Anordnung und Ausrichtung haben. Im weiterer Abwandlung ist es möglich, dass
der Bezugspunkt (10) ein Vorsprung ist. Der hierzu komplementäre Aufnehmer
(25) ist dann ein Ring oder ein anderes Teil mit einer
Aufnahmeöffnung
für den
Vorsprung.
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Wenn
das Werkstück
(9) mit einer begrenzten Kinematik in lagestabiler Ausrichtung
bewegt wird und stets mit ruhendem Schwerpunkt auf der Trageinrichtung
(17) gehalten ist, können
die Aufnehmer (25) die Form von einfachen und im wesentlichen
geraden Stiften oder Dornen haben. Zur Verbesserung des Eingriffs
am Masterhole kann eine Kegelform vorhanden sein.
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12 zeigt
eine andere Gestaltung des Aufnehmers (25), der in diesem
Fall ein Halteelement (26) zum formschlüssigen Hintergreifen des Bezugspunktes
(10) am Werkstück
(9) und eine zugehörige Zusatzkinematik
aufweist. Dies kann z.B. eine seitlich vorstehende Klemmnase sein,
die mit einer aus zwei Blechen (42,43) verstärkten Unterlage
am Masterhole (10) in Kontakt kommt und diese formschlüssig hintergreift.
Am Masterhole (10) ist in der Karosserie z.B. eine Kapsel
vorhanden, die das Masterhole (10) überdeckt und einen Freiraum
(44) zum Eintauchen des Halteelements (26) bietet.
Auf der anderen Seite des Masterholes (42) kann ein dünneres Karosserieblech
(42) vorhanden sein. Mit dieser Gestaltung des Aufnehmers
(25) kann das Werkstück
(9) über
die verschiedenen Tragarme (24) nach allen Richtungen hin
formschlüssig
gehalten und geführt werden,
wobei auch Kipplagen und Überkopf-Stellungen
möglich
sind.
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Die
Trageinrichtung (17) kann ferner ein oder mehrere Haltevorrichtungen
(41) für
Werkstückteile aufweisen.
Dies können
z.B. innenseitig am Tragrahmen (18) oder an den Tragbalken
(21,22) angebrachte bewegliche Schließzylinder
sein, die gegen das Werkstück
(9) drücken. 6 zeigt
z.B. eine solche Anordnung in der unteren Bildhälfte. Mit diesen Haltevorrichtungen
(41), die vorzugsweise rund um die Werkstückkontur
verteilt angeordnet sind, kann eine seitliche Klemm- oder Haltekraft
auf das Werkstück (9)
und dessen Teile ausgeübt
werden. Hierdurch können
außerdem
Toleranzen zwischen Aufnehmern (25) und Bezugspunkten (10)
aufgenommen werden. Ferner können
die Haltevorrichtungen (41) bewegliche Teile am Werkstück (9),
z.B. Motorhaube oder Kofferraumdeckel, an einer Karosserie sichern
und festhalten. Mittels der nach unten ragenden Tragarme (24)
kann die Karosserie versenkt in der Trageinrichtung (17)
gehalten werden, so dass die Haltevorrichtungen (41) in der
richtigen Höhenlage
angreifen können.
Die Haltevorrichtungen (41) sind beweglich und haben eine
entsprechende Betriebmittelversorgung, die gemäß 10 über die
Andockstellen (23) und entsprechende Leitungen (35)
in oder an der Trageinrichtung (17) hergestellt wird.
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Die
Tragarme (24) können
starr oder beweglich an der Trageinrichtung (17) angeordnet
sein. Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zumindest
ein Teil der Tragarme (24) beweglich angeordnet und besitzen
ein oder mehrere Stellachsen (32,33). Die Tragarme
(24) lassen sich dabei in der gewünschten Stellung mittels einer
Blockiereinrichtung (34) arretieren.
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Wie 4 bis 10 verdeutlichen,
wird die ein- oder mehrachsige Verstellbarkeit der Tragarme (24)
z.B. über
Stellschlitten (30,31) mit ein oder mehreren linearen
Stellachsen (32,33) bewirkt. Der Stellschlitten
(30) ist z.B. ein an der Unterseite der Trageinrichtung
(17) angebrachter und an der Seitenwand abgestützter Kreuzschlitten.
Der am abtriebseitigen Schlittenelement angeordnete und dort ein-
oder mehrfach vorhandene Tragarm (24) kann hierdurch in
der Stellachse (33) in Längsrichtung der Trageinrichtung
(17) verstellt werden. Mittels der Stellachse (32)
ist eine Querverstellung möglich,
wobei der Tragarm (24) mehr oder weniger tief in den Freiraum (20)
ragt. Der Schlitten (31) ist ein Einfachschlitten, der
z.B. nur die eine quer gerichtete Stellachse (32) besitzt.
In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform
können
alternativ oder zusätzlich
rotatorische Stellachsen vorhanden sein. Auch kann eine größere Zahl
von Stellachsen geboten werden.
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Die
Blockiereinrichtung (34) ist von außen steuerbar und lässt sich
im Notfall lösen.
Sie wirkt auf die Stellachsen (32,33) und die
zugehörigen
Schlittenkomponenten. Sie besteht z.B. aus einem pneumatischen Klemmzylinder,
der in 9 schematisch angedeutet ist. Der Klemmzylinder
ist mit einer Druckmittelleitung (35) verbunden, die über den
zugehörigen
Manipulator (15,16) angeschlossen ist und von
einer entsprechenden Druckmittelquelle unter Anschluss an die Manipulatorsteuerung
gespeist wird. Im Falle eines Notfalls fällt der Druck im Druckmittel
ab, wobei der gelüftete
Klemmzylinder unter der Wirkung einer Gegenfeder gelöst wird
und die zugehörige
Schlittenkomponente freigibt. Der Stellschlitten (30,31)
lässt sich
dadurch frei bewegen, so dass das Werkstück (9) schwimmend
in der Trageinrichtung (17) gehalten ist. Mit einer entsprechenden Notfallabschaltung
können
auch die vorerwähnten Haltevorrichtungen
(41) ausgerüstet
sein. Bei einem Nothalt und Stillstand der Bearbeitungsanlage (2) können auch
die Aufnehmer (25) von den Bezugspunkten (10)
gelöst
werden, so dass das Werkstück (9)
aus der Trageinrichtung (17) entnommen und z.B. mit einem
Kran geborgen werden kann.
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Die
Handlingvorrichtung (12) bzw. die Bearbeitungsstation (2)
besitzen ferner eine Positioniereinrichtung (27) für die gegenseitige
Positionierung von Werkstück
(9) und Trageinrichtung (17). Die Positioniereinrichtung
(27) besitzt hierfür
einen Positionsaufnehmer (28) zur Aufnahme der Werkstückposition.
Dies kann z.B. das in 2 gezeigte und im Aufnahmebereich
(13) unterhalb des Werkstücks (9) angeordnete
Kamerasystem sein, mit dem die Werkstückunterseite in ihrer Lage
und Orientierung aufgenommen und gemessen wird. Hierbei kann auch
die Lage der Bezugspunkte (10) festgestellt und vermessen
werden. Alternativ kann der Positionsaufnehmer (28) in
beliebig anderer geeigneter Weise ausgebildet sein und z.B. aus
mechanischen Aufnehmern oder sonstigen Detektoren oder Sensoren
mit Bauteilkontakt oder berührungsloser
Wirkung bestehen.
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Um
das Werkstück
(9) und die Trageinrichtung (17) in die zur Aufnahme
erforderliche Relativlage zu bringen, ist eine Stelleinrichtung
(29) vorhanden, die mit dem Positionsaufnehmer (28)
verbunden ist und von diesem die Lage- und Orientierungsinformationen
zum Werkstück
(9) erhält.
In der gezeigten Ausführungsform
wird die Trageinrichtung (17) mit ihren Tragarmen (24)
an das Werkstück
(9) angepasst, wobei die Stelleinrichtung (29)
zur Positionsverstellung der Tragarme (24) dient. Alternativ
kann die Stelleinrichtung auf die Karosserie (9) einwirken
und diese relativ zur Trageinrichtung (17) ausrichten und
in Aufnahmeposition bringen.
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Die
gezeigte Tragarmverstellung hat den Vorteil, dass hierüber auch
eine Anpassung der Tragarme (24) an unterschiedliche Werkstücktypen
und insbesondere unterschiedliche Karosserietypen möglich ist.
Hierdurch lassen sich mit der gleichen Trageinrichtung (17)
z.B. unterschiedlich lange Bodengruppen mit entsprechend unterschiedlich
positionierten Bezugspunkten (10) aufnehmen. Eventuell nicht
benötigte
Tragarme (24) können
entfernt oder wegbewegt, z.B. abgeklappt, werden.
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Die
Stelleinrichtung (29) kann wahlweise einen extern angeordneten
Stellantrieb (36) oder einen intern an der Trageinrichtung
(17) angeordneten Stellantrieb (37) für ein oder
mehrere Tragarme (24) aufweisen. 1 bis 9 zeigen
die Variante mit dem externen und stationären Stellantrieb (36). 10 zeigt
an einem Tragrahmen (18) beide Varianten, wobei in der
oberen Bildhälfte
ein interner Stellantrieb (37) dargestellt ist.
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Wie 1 bis 3 verdeutlichen,
ist am Aufnahmebereich (13) eine Stützeinrichtung (45)
vorhanden, die zwei stirnseitige und in Werkstücklängsrichtung beabstandete Ständer aufweist,
auf denen das Werkstück
(9) direkt oder mit seinem Skid (8) abgesetzt
werden kann. Die Trageinrichtung (17) ist dabei zuvor am
Aufnahmebereich (13) in abgesenkter Stellung positioniert
worden und befindet sich unterhalb des Werkstücks (9). Hierfür ist ein
Abstand (46) zwischen der Stützeinrichtung (45)
und der Übergabestelle
(6) bzw. der dortigen Fördereinrichtung
(3) vorhanden, durch den der dortige Teil der Trageinrichtung
(17) eintauchen kann.
-
Die
Trageinrichtung (17) wird soweit abgesenkt, dass ihre Tragarme
(24) mit dem externen Stellantrieb (36) in Kontakt
treten. Dieser besteht z.B. aus mehreren Antriebseinheiten (38,39),
die über entsprechende
Mitnehmer (40) formschlüssig
an den Tragarmen (24) angreifen und diese bei gelösten Blockiereinrichtungen
(34) in die gemäß Positionsaufnehmer
(28) benötigte
Position bringen. Die Antriebseinheiten (38,39)
können
z.B. Kreuzschlitten sein, mit denen die Stellschlitten (30,31)
entlang ihrer Stellachsen (32,33) bewegt und verstellt
werden. Etwaige Drehlagenfehler der Karosserie (9) über die
Hochachse werden durch eine entsprechende Drehbewegung der Trageinrichtung
(17) aufgenommen. Die ebenfalls an den Positionsaufnehmer
(28) und dessen Auswerteeinheit angeschlossenen Manipulatoren
(15,16) bewegen hierzu die Trageinrichtung (17) entsprechend
dem Aufnahmebereich (13).
-
Der
externe Stellantrieb (36) entlastet die Trageinrichtung
(17) gewichtsmäßig. Die
entsprechenden Antriebs- und Steuereinheiten können stationär und in
entsprechender Zahl und Position angeordnet sein. Bei der in 10 im
oberen Bildteil dargestellten Variante des internen Stellantriebs
(37) befinden sich die Antriebseinheiten (38,39)
an den Stellschlitten (30,31) und den Stellachsen
(32,33). Bei dieser Ausführungsform ist die Blockiereinrichtung
in die Antriebseinheiten (38,39) integriert, so
dass bei einem Nothalt ebenfalls die Stellachsen (32,33)
freigegeben werden können.
Die Antriebseinheiten (38,39) sind über Leitungen
(35) in oder an der Trageinrichtung (17) mit den
Andockstellen (23) und weiter mit einer externen Betriebsmittel-
und Signalversorgung verbunden. Die externen und internen Stellantriebe
(36,37) können
mit der vorerwähnten
gemeinsamen Steuerung der Manipulatoren (15,16) verbunden
sein, die vorzugsweise auch die Steuerung und Auswerteeinrichtung
des Positionsaufnehmers (28) integriert oder angebunden
ist. Die Antriebseinheiten (38,39) können in
beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein und z.B. als pneumatische oder
hydraulische Antriebe, elektromotorische Antriebe oder dgl. gestaltet
sein.
-
13 zeigt
eine Fertigungsanlage (1), in der entlang einer Fördereinrichtung
(3) mehrere Bearbeitungsstationen (2) in Reihe
angeordnet sind. Die Fördereinrichtung
(3) kann eine gerade oder beliebig gebogene Form haben.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist es ein Schienenförderer
für bewegliche
Förderelemente
(8), insbesondere Skids. Die Skids werden an der Übergabestelle
(6) der einzelnen Bearbeitungsstationen (2) mittels
der vorerwähnten
Zwischenförderer
(7) in den Aufnahmebereich (13) verfrachtet. Die
Zwischenförderer
(7) können hierfür z.B. als
Querförderer
und insbesondere als Teleskopförderer
ausgebildet sein, die den vorerwähnten
Abstand (46) zur der Stützeinrichtung
(45) und Übergabestelle
(6) temporär
für den
Fördervorgang überbrücken und
dann wieder für
die Hebe- und Senkbewegung der Trageinrichtung (17) freigeben. Wenn
der Skid (8) sich im Aufnahmebereich (13) befindet,
ist die Übergabestelle
(6) frei, so dass der nächste
Skid (8) die Bearbeitungsstation (2) passieren
kann.
-
Die
Fördereinrichtung
(3) kann in der einfachsten Form eine einfache Förderlinie
haben. In der gezeigten Variante sind jedoch für die Stationsreihe zwei oder
mehr Förderlinien
(4,5) vorhanden, die vorzugsweise parallel laufen
und durch Querverbindungen (47) gekoppelt sind.
-
Über die
Querverbindungen können
Ausweichstrecken oder Überholstrecken
geschaffen werden. Eine gerade blockierte Übergabestelle (6) kann
dadurch von anderen Förderelementen
(8) und Werkstücken
(9) umfahren werden. Durch diese Fördertechnik können alle
Bearbeitungsstationen (2) selektiv und auf direktem Wege
angefahren werden. Die Bearbeitungsprozesse in den einzelnen Bearbeitungsstationen
(2) können
außerdem
unterschiedliche Taktzeiten haben, wobei die Fördertechnik von den Taktzeiten
losgelöst
ist. Durch diese Entkopplung können
die Bearbeitungsstationen (2) maximal ausgelastet werden.
Außerdem
betreffen Störungen nur
die einzelne Bearbeitungsstation (2) und führen nicht
zu einem Stillstand der gesamten Fertigungsanlage. Bei Ausfall einer
Bearbeitungsstation (2) können andere Stationen (2)
deren Bearbeitungsprozesse übernehmen.
Hierfür
sind die Bearbeitungsstationen (2) entsprechend maschinell
und gerätetechnisch
ausgerüstet
und besitzen entsprechend umschaltbare Steuerprogramme.
-
13 zeigt
außerdem
die Variante, dass zwei Straßen
von jeweils mehreren in Reihe hintereinander angeordneten Bearbeitungsstationen
(2) vorhanden sind. Hierdurch kann auf kürzestem Raum
und mit einer hoch flexiblen Fördertechnik
eine sehr komplexe Bearbeitung des Werkstücks (9) und insbesondere
von Karosseriebaugruppen, erfolgen.
-
Abwandlungen
der gezeigten Ausführungsformen
sind in verschiedener Weise möglich.
Dies betrifft zum einen die Zahl und Anordnung sowie auch Ausbildung
der Manipulatoren (15,16). Ferner kann die Trageinrichtung
(17) über
die dargestellten Varianten hinaus abgewandelt werden. Die Trageinrichtung
(17) kann z.B. andere Tragelemente an Stelle der gezeigten
Tragarme (24) aufweisen und an anderen Stellen des Werkstücks, z.B.
dem Dachbereich einer Rohkarosserie, angreifen. Ggf. können zwei oder
mehr Manipulatoren (15,16) über Eck an einer Trageinrichtung
gemeinsam angreifen und diese handhaben und führen. Die Manipulatoren (15,16) sind
in den gezeigten Ausführungsformen
stehend angeordnet. Sie können
alternativ hängend
an einem Portal oder an einer Wand angeordnet sein. Variabel ist
außerdem
die Fördertechnik.
Der Aufnahmebereich (13) kann z.B. in die Fördereinrichtung
(3) integriert werden, wodurch die Übergabestelle (6)
und der Zwischenförderer
(7) entfallen. Konstruktive Änderungen sind bei der Positioniereinrichtung
(27) und deren Komponenten, insbesondere bei der Stelleinrichtung
(29) und den Stellantrieben (36,37) möglich.
-
- 1
- Fertigungsanlage
- 2
- Bearbeitungsstation
- 3
- Fördereinrichtung
- 4
- Förderlinie
- 5
- Förderlinie
- 6
- Übergabestelle
- 7
- Zwischenförderer,
Querförderer
- 8
- Förderelement,
Skid
- 9
- Werkstück, Baugruppe,
Karosseriebaugruppe
- 10
- Bezugspunkt,
Masterhole
- 11
- Bearbeitungsvorrichtung
- 12
- Handlingvorrichtung
- 13
- Aufnahmebereich
- 14
- Bearbeitungsbereich
- 15
- Manipulator,
Roboter
- 16
- Manipulator,
Roboter
- 17
- Trageinrichtung
- 18
- Tragrahmen
- 19
- Rahmengestell
- 20
- Freiraum
- 21
- Tragbalken
- 22
- Tragbalken
- 23
- Andockstelle
- 24
- Tragelement,
Tragarm
- 25
- Aufnehmer,
Dorn, Stift
- 26
- Halteelement,
Haltenase
- 27
- Positioniereinrichtung
- 28
- Positionsaufnehmer,
Kamerasystem
- 29
- Stelleinrichtung
- 30
- Stellschlitten,
Kreuzschlitten
- 31
- Stellschlitten,
Einachsschlitten
- 32
- Stellachse
- 33
- Stellachse
- 34
- lösbare Blockiereinrichtung,
pneumatische Klemmung
- 35
- Leitung,
Druckluftleitung, Steuerleitung
- 36
- Stellantrieb
extern
- 37
- Stellantrieb
intern
- 38
- Antriebseinheit
- 39
- Antriebseinheit
- 40
- Mitnehmer
- 41
- Haltevorrichtung
- 42
- Karosserieblech
- 43
- Karosserieblech
- 44
- Hohlraum
- 45
- Stützeinrichtung
- 46
- Abstand,
Freiraum
- 47
- Querverbindung