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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinrichtung und eine Fertigungsanlage mit den Merkmalen im Oberbegriff der selbstständigen Ansprüche.
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Aus der Praxis ist es bekannt und üblich, Bördelfalze oder sog. Falznähte an Karosseriebauteilen mit einer schützenden Abdichtung zu versehen. Dies ist vor allem an sog. Anbauteilen wichtig, bei denen die Falznähte beim fertigen Fahrzeug im Sichtbereich liegen. Derartige Anbauteile sind z. B. Türen und Klappen, wie Kofferraumdeckel und Motorhaube, aber auch Schiebedächer etc., bei denen die Falznähte in Schließstellung verdeckt und in Öffnungsstellung sichtbar sind. Diese Anbauteile werden bereits im Fertigungsprozess nach dem Bördeln oder Falzen mit der Abdichtung versehen. Dies geschieht vor der Montage der Anbauteile mittels Schwenklagern oder dergleichen an der Karosserie. Dies birgt die Gefahr einer Schädigung der Abdichtung bei den nachfolgenden Handhabungs- und Montagevorgängen. Außerdem erfolgt das Abdichten vor der Grundierung der Karosserie- bzw. der Korrosionsschutzbehandlung. Hierdurch ist kein optimaler Korrosionsschutz an der Falznaht gegeben, was insbesondere mit Hinblick auf die Spaltkorrosion im Biege- und Falzbereich kritisch sein kann. Das frühe Aufbringen der Abdichtung im Fertigungsprozess des Anbauteils bedingt ferner die zusätzliche Anordnung einer Heizeinrichtung, z. B. eines Ofens oder induktiven Gelieranlage, um das Dichtmittel und den im Falzbereich ggf. eingebrachten Klebstoff thermisch zu behandeln und vorzugelieren.
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Die
DE 199 38 328 A1 befasst sich mit dem offenen Auftrag von Klebstoffraupen auf ein loses Karosseriebauteil, wobei das Karosseriebauteil von einem Roboter an einer stationär angeordneten Auftragvorrichtung vorbeibewegt wird. An der Auftragvorrichtung sind ein Abstandssensor und eine Nachführeinrichtung zum Regeln des Düsenabstands gegenüber dem vorbeibewegten Bauteil angeordnet. Die Kinematik kann auch umgekehrt sein. Eine Vermessung des Bauteils ist nicht vorgesehen.
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Aus der
DE 101 06 433 A1 ist es bekannt, eine Fahrzeugtüre in einen Türkörper mit einem Innenblech und in ein separates Außenblech zu unterteilen und getrennt zu lackieren sowie nacheinander an der Karosserie zu montieren. Das Außenblech wird mittels einer Klebeverbindung auf dem zuvor im Türausschnitt montierten Türkörper angebracht. Zur exakten Außenblechmontage ist ein stationäres Kamerasystem vorhanden, mit dem etwaige Überstände und die Größe und Gleichmäßigkeit der Randspalte kontrolliert werden.
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Die
DE 100 48 749 A1 zeigt einen Kleberoboter, der mit einer Auftragsdüse einen Klebestreifen auf einem losen Werkstück appliziert, wobei die Lage und Qualität des aufgebrachten Klebestreifens von einer nachgeordneten und mitgeführten Kamera kontrolliert wird.
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Die
WO 01/00370 A1 befasst sich mit einem Messroboter und dessen Kalibrierung.
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Aus der
WO 2006/035259 A1 ,
DE 32 44 053 A1 und
DE 10 2006 050 114 A1 sind Lackierroboter bekannt, die mit einer Sprühdüse Rohkarosserien mit montierten Seitentüren lackieren, wobei mittels einer vom Roboter mitgeführten und ggf. eigenständig angetriebenen Öffnungseinrichtung die Fahrzeugtüre geöffnet und ggf. in einer vorgegebenen Stellung gehalten werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Abdichtungstechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den selbstständigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Abdichttechnik hat den Vorteil, dass die Abdichtung erst zu einem späten Zeitpunkt im Fertigungsprozess des Fahrzeugs und insbesondere nach erfolgter Montage der beweglichen Anbauteile an der Fahrzeugkarosserie erfolgen kann. In diesem Stadium ist die Beschädigungsgefahr für die Abdichtung wesentlich verringert, was der optischen Qualität der Abdichtung zugute kommt. In den vorhergehenden Prozessabläufen muss auch nicht mehr die bisher erforderliche Handhabungssorgfalt aufgewendet werden.
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Ein weiterer Vorteil ist der mögliche Entfall der bislang erforderlichen Heizeinrichtung zum Vorgelieren der Abdichtung. Hierfür kann die ohnehin für die Lackaushärtung vorhandene Heizeinrichtung verwendet werden. Die Abdichtung kann insbesondere nach der Grundierung appliziert werden, was zu einem verbesserten Korrosionsschutz verhilft.
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Für einen späten Abdichtungsauftrag ist es günstig, schnell und ohne Beheizung aushärtende Klebstoffe, z. B. Zweikomponentenkleber, zu verwenden. Diese sind gegen Auswaschungen im Tauchbad bei der Grundierung und ggf. auch bei der Decklackierung resistent.
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Die Abdichtung kann andererseits auch in einem besonders späten Prozessstadium nach der Decklackierung und vor der Endmontage aufgetragen werden. Bei Einsatz eines geeigneten Dichtmittels kann auf eine anschließende Wärmebehandlung verzichtet werden. Das Dichtmittel kann farblos oder beliebig eingefärbt sein. Am Ende des Fertigungsprozesses kann beim Auftrag auch besonders auf Designgesichtspunkte geachtet werden, z. B. durch einen sehr dünnen Auftrag, ein manuelles Nachwischen oder dgl. In diesen späten Prozessstadien herrscht eine relativ reine und nur wenig schadstoffbelastete Atmosphäre, so dass die optischen Qualitäten der Abdichtung bis zur Fertigstellung des Fahrzeugs nicht mehr beeinträchtigt werden.
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Auch bei einem Dichtmittelauftrag in einem weiter vorn gelegenen Prozessstadium, z. B. unmittelbar nach der Montage der Anbauteile, ist eine Schutzfunktion bereits gegeben. Die Falznähte liegen üblicherweise an der zum Karosserieinnenraum weisenden Seite der Anbauteile und sind dort in Schließstellung der Anbauteile geschützt untergebracht und werden von anderen Karosserieteilen abgedeckt.
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Die Applikation der Abdichtung an bereits montierten Anbauteilen schränkt die Zugänglichkeit der Falznähte und der Applikationsstellen für das Dichtmittel ein. Die Falznähte weisen außerdem in der Regel zur Fahrzeuginnenseite und sind in Schließstellung der Anbauteile von außen nicht sichtbar. Der Dichtmittelauftrag kann daher in der Regel nicht mit Sichtkontakt kontrolliert werden. Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung eine Auftragsvorrichtung vor, die einen solchen verdeckten Auftrag mit hoher Präzision erlaubt und auch eine Zugangsmöglichkeit durch schmale Spalte an Anlenkstellen der Anbauteile, insbesondere an der mit den Gelenken versehenen Bauteilkante, bietet. Hierfür schlägt die Erfindung ein besonders geeignetes Auftraggerät vor. Zur Sicherung der exakten Positionierung des Auftragegeräts ist eine genaue Vermessung des Anbauteils in der für den Dichtmittelauftrag vorgesehenen und ggf. geöffneten Arbeitsstellung gegeben. In dieser Arbeitsstellung wird das Anbauteil auch fixiert, so dass nach Auswertung des Messergebnisses das Auftraggerät mit höchster Präzision geführt und das Dichtmittel auch an verdeckten Falzstellen mit hoher Genauigkeit und Qualität appliziert werden kann.
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Zur Sicherung der Präzision und Qualität ist es günstig, eine Prüfeinrichtung und eine Reinigungsvorrichtung für das Auftrageorgan, z. B. eine Düse für ein pastöses oder flüssiges Dichtmittel, im Arbeitsbereich der Auftragsvorrichtung vorzusehen. Hierüber können etwaige Beschädigungen und dementsprechende Verlagerungen des Tool-Center-Point (TCP) frühzeitig erkannt und bei der Bahnführung der Auftragvorrichtung berücksichtigt werden. Außerdem werden störende Verunreinigungen rechtzeitig erkannt und entfernt.
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Für den Ablauf des Abdichtungsprozesses ist es günstig, die Fahrzeugkarosserie in der Bearbeitungsposition global zu vermessen. Nach diesem Messergebnis können ggf. vorhandene Öffnungs- und Halteeinrichtungen für das Anbauteil genau gesteuert werden. Ferner ist eine Vorpositionierung der Auftragvorrichtung und der mitgeführten Vermessungseinrichtung möglich. Dies spart Zeit und erhöht die Messgenauigkeit.
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Bei einer Fahrzeugkarosserie mit mehreren Anbauteilen ist es günstig, zunächst alle Anbauteile in eine vorgegebene und ggf. geöffnete Arbeitsstellung zu bringen, und in dieser Stellung zu fixieren sowie anschließend lokal mit der von der Auftragvorrichtung mitgeführten Vermessungseinrichtung zu vermessen. Anschließend wird an allen Anbauteilen das Dichtmittel aufgetragen, was vorzugsweise ohne Anpressdruck und insoweit berührungslos geschieht. Unerwünschte Krafteinwirkungen auf die Anbauteile und die Fahrzeugkarosserie sowie damit einhergehende mögliche Positionsänderungen der Fahrzeugkarosserie und der Anbauteile werden vermieden. Aus dem gleichen Grund werden erst nach Abschluss aller Dichtmittelaufträge die Anbauteile wieder freigegeben und ggf. in die Schließposition bewegt.
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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 und 2: eine Bearbeitungsstation mit einer Auftragvorrichtung zum Applizieren eines Dichtmittels an beweglichen und an einer Fahrzeugkarosserie montierten Anbauteilen in perspektivischer Ansicht und in Seitenansicht,
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3: eine Abdichtvorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie in Arbeitsstellung in perspektivischer Ansicht,
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4: eine vergrößerte Detaildarstellung der Anordnung von 3,
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5: eine schematische Ansicht eines Falzes mit einer Abdichtung,
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6 und 7: eine Auftragvorrichtung mit einem an einer Roboterhand aufgebrachten Auftraggerät und einer mitgeführten Vermessungseinrichtung in verschiedenen perspektivischen Ansichten,
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8 und 9: perspektivische Darstellungen des Auftraggeräts und der Vermessungseinrichtung mit verschiedenen Ankuppelstellungen in perspektivischer Ansicht,
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10 und 11: perspektivische Funktionsdarstellungen der Vermessungseinrichtung am Auftraggerät,
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12: eine kombinierte Prüf- und Reinigungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
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13: eine Halteeinrichtung für Anbauteile in perspektivischer Ansicht,
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14: ein Werkzeug für eine Öffnungseinrichtung für Anbauteile in perspektivischer Ansicht und
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15 bis 17: schematische Darstellungen einer Fertigungsanlage mit unterschiedlichen Positionierungen der Bearbeitungsstation von 1 und 2.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrag eines Dichtmittels (8) an einem Falz (7) eines Anbauteils (4) einer Fahrzeugkarosserie (3). Ferner befasst sich die Erfindung mit einer Auftragvorrichtung (11) für das Dichtmittel (8) sowie einer Bearbeitungseinrichtung mit der Auftragvorrichtung (11) und weiteren Komponenten und ferner eine Fertigungsanlage (1).
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Die Fahrzeugkarosserie (3) kann für beliebige Fahrzeuge vorgesehen sein. In der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um Landfahrzeuge, insbesondere Pkws oder Lkws. Alternativ kann die Fahrzeugkarosserie (3) für beliebige andere Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge vorgesehen sein und eine entsprechend andere Formgebung aufweisen. Die Fahrzeugkarosserie (3) besteht aus beliebigen Materialien, insbesondere Metall, Kunststoff oder Verbundwerkstoffen. Die Fahrzeugkarosserie (3) weist ein oder mehrere Anbauteile (4) auf. Dies sind Bauteile, die an Öffnungen der Fahrzeugkarosserie (3) beweglich montiert werden, z. B. Fahrzeugtüren, Kofferraumdeckel, Motorhaube oder dergleichen. Die Anbauteile (4) können ebenfalls aus beliebigen Werkstoffen, insbesondere Metall, bestehen.
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Die Anbauteile (4) sind mehrlagig aufgebaut und weisen ein oder mehrere Falze (7) oder Falznähte auf, die sich in der Regel in der Nähe von Bauteilkanten oder -rändern (5) befinden und an diesen entlang erstrecken. Dies können Außenränder oder Innenränder von Bauteilöffnungen sein. 5 zeigt beispielhaft einen solchen Falz (7) an einem Blechbauteil. Ein Außenblech und ein Innenblech sind zumindest bereichsweise plan aufeinander gelegt, wobei das längere Außenblech einen Flansch aufweist, der über das Innenblech gebogen und gefalzt wird. Im Rand- und Kontaktbereich der Bleche kann ein Klebstoff eingebracht sein. Hierbei kann es sich um einen schnell aushärtenden Kleber, insbesondere einen Zweikomponentenkleber, handeln, der dank der schnellen Aushärtung bei nachfolgenden Prozessen, insbesondere einer Korrosionsschutzbehandlung, nicht beeinträchtigt und insbesondere nicht ausgewaschen wird. Der Kleber ist durch eine enge Schraffur gekennzeichnet. Am Ende des umgebogenen Flansches und der hier gebildeten stufenartigen Übergangsstelle zum Innenblech ist eine schützende Abdichtung (8) außenseitig aufgebracht. Sie besteht aus einem geeigneten Dichtmittel mit beliebiger Materialzusammensetzung und Konsistenz. Vorzugsweise handelt es sich um ein flüssiges oder pastöses Dichtmittel (8), welches von einer schematisch angedeuteten Düse (26) in einem Sprühauftrag oder Extrudierauftrag auf die Übergangsstelle aufgebracht werden kann. Der Auftrag erfolgt weitgehend kraftlos und ohne Berührung der Düse (26) mit dem Falz (7). Das Dichtmittel (8) wird entlang einer Bauteilkante (5) vorzugsweise kontinuierlich und ohne Absetzen aufgetragen. Nur in den Eckbereichen oder an einem anderen Übergang zu einer anderen Bauteilkante (5) und einer dortigen Falznaht (7) wird der Auftrag ggf. abgesetzt, wobei der nächste Auftrag mit Überlappung beginnt. Scharfe Eckbereiche können auch mit einer ausschwingenden Schleife und einem entsprechend gesteuerten Austrag überfahren werden. Das Dichtmittel (8) wird im wesentlichen kontinuierlich gefördert und aufgetragen, wobei der Ausfluss gesteuert und dosiert werden kann. An scharfen Eckbereichen ist die vorerwähnte kurzzeitige Unterbrechung des Auftrags für die Umorientierung der Düse (26) möglich.
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Alternativ kann ein beliebiges anderes Dichtmittel (8) eingesetzt werden, welches eine festere Form aufweist und z. B. ein biegeelastischer Dichtstreifen ist. Das Dichtmittel (8) kann ferner mehrlagig sein.
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Zum Anbringen des Dichtmittels (8) ist eine Auftragvorrichtung (11) vorgesehen, die in 3 bis 9 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben ist. Die Auftragvorrichtung (11) kann Bestandteil einer Bearbeitungseinrichtung (9), insbesondere einer Abdichteinrichtung sein, welche außer ein oder mehreren Auftragvorrichtungen (11) weitere Komponenten enthalten kann. Dies kann z. B. eine Vermessungseinrichtung (10), eine Reinigungsvorrichtung (12), eine Prüfeinrichtung (13), eine Öffnungseinrichtung (14) und eine Halteeinrichtung (15) sein. Teile hiervon sind in 12 bis 14 beispielhaft dargestellt.
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Die Bearbeitungseinrichtung (9) kann wiederum Bestandteil von mindestens einer Bearbeitungsstation (2), insbesondere einer sog. Abdichtstation, sein. Die Abdichtstation (2) kann ihrerseits Teil einer Fertigungsanlage (1) für ein Fahrzeug sein. 15 bis 17 verdeutlichen verschiedene Anlagekonfigurationen anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Pkw-Fertigung.
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Der Auftrag des Dichtmittels (8) erfolgt an einem Anbauteil (4) nach dessen Montage an der Fahrzeugkarosserie (3) mittels ein oder mehreren Gelenken, Führungen oder dergleichen. Diese bereits montierte Bauteillage wird als Montagestellung bezeichnet. Zum Dichtmittelauftrag kann das Anbauteil (4) bei unzureichender Zugänglichkeit einer Falznaht (7) geöffnet werden, was innerhalb der Bearbeitungsstation (2) geschehen kann und von der vorerwähnten Öffnungseinrichtung (14) durchgeführt wird.
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Die abzudichten Falze (7) befinden sich im gezeigten Ausführungsbeispiel an der zum Fahrzeuginnenraum weisenden Seite der Anbauteile (4) und sind u. U. aus Platzgründen erst nach deren öffnen zugänglich. Das Anbauteil (4) kann z. B. sehr dicht an den umgebenden Randbereich der Karosserieöffnung anschließen. Hierbei wird das Anbauteil (4), beispielsweise die in 3 und 4 gezeigte Fahrzeugtüre, nur teilweise geöffnet, wobei an der Anlenkseite der Fahrzeugtüre und der dortigen Bauteilkante (5) ein schmaler Spalt (6) zum benachbarten Karosseriebereich entsteht. Durch diesen Spalt (6) ist der verdeckte Falz (7) von der Rückseite her für die Auftragvorrichtung (11) zugänglich. Die anderen Falznähte (7) sind in der Öffnungsstellung ebenfalls erreichbar.
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1 und 2 zeigt eine einzelne Abdichtstation (2) mit einer Abdichteinrichtung (9) in perspektivischer Ansicht und in Seitenansicht. Die Abdichtstation (2) ist in der Fertigungsreihenfolge hinter einer Montagestation (54) angeordnet, in der die Anbauteile (4) an die Fahrzeugkarosserie (3) beweglich montiert werden. Die Montagestation (54) ist der Übersicht halber nicht dargestellt. Alternativ können mehrere Abdichtstationen (2) hintereinander angeordnet sein, in denen z. B. aus Taktzeitgründen unterschiedliche Anbauteile (4), z. B. Kofferraumdeckel und Hecktüren einerseits und Motorhaube und Fronttüren andererseits, bearbeitet werden.
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15 bis 17 verdeutlichen den vorerwähnten Anlagenaufbau. Die Fertigungsanlage (1) weist ein oder mehrere Rohbaustationen (53) auf, in denen die Fahrzeugkarosserie (3) und die Anbauteile (4) getrennt gefertigt werden. An den Rohbau (53) schließen im Fertigungsfluss ein oder mehrere Montagestationen (54) an, in denen die Anbauteile (4) beweglich an der Fahrzeugkarosserie (3) montiert werden. Ein oder mehrere Abdichtstationen (2) schließen sich an die Montage der Anbauteile (4) unmittelbar oder mit Abstand an. 15 bis 17 zeigen hierfür unterschiedliche Konfigurationen.
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Die Fertigungsanlage (1) weist ferner ein oder mehrere Stationen (55) für die Anbringung eines Korrosionsschutzes auf. Dies könne sogenannte Grundierstationen (55) sein, in denen z. B. die Fahrzeugkarosserie (3) mit den Anbauteilen (4) in ein Tauchbad gebracht wird. Bei Einsatz korrosionsgeschützter Materialien, z. B. feuerverzinkter Bleche, kann auf eine Grundierstation (55) ggf. verzichtet werden.
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Die Fertigungsanlage (1) weist ferner im Anschluss an die Grundierung ein oder mehrere Stationen zum Aufbringen eines Decklacks auf. Dieser kann mehrlagig sein und eine entsprechende Stationszahl erfordern. Am Ende der Fertigungsanlage (1) sind ein oder mehrere Stationen (57) für die Endmontage vorgesehen.
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In der Variante von 15 schließt die Abdichtstation (2) für den Dichtmittelauftrag unmittelbar an die letzte Montagestation (54) an. 16 zeigt eine Variante, bei der nach der Montage die Grundierung erfolgt und die Abdichtstation (2) sich an die letzte Grundierstation (55) anschließt. Wenn eine Grundierung entfällt, ist die Abdichtstation (2) zwischen der letzten Montagestation (54) und der ersten Decklackstation (56) angeordnet.
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In der dritten Variante von 17 werden nach der Montage die Grundierung und der Decklack aufgebracht, wobei sich die Abdichtstation (2) an eine, z. B. die letzte Decklackstation (56) anschließt. Hierauf folgen dann die ein oder mehreren Endmontagestationen (57).
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Die Fahrzeugkarosserie (3) wird mit einer geeigneten Fördereinrichtung und ggf. einem Karosserieträger, z. B. einer Palette oder einem Skid, durch die Stationen (2, 53 bis 57), transportiert und mit geeigneten Mitteln innerhalb der Stationen in die gewünschte Bearbeitungsposition gebracht. Der Transport kann taktweise erfolgen. Die Fahrzeugkarosserie (3) kann in den Stationen gehalten und ggf. gespannt werden. In der Abdichtstation (2) ist dies möglich, aber nicht nötig. Die Fahrzeugkarosserie (3) kann lose auf ihrem Träger oder direkt auf der Fördereinrichtung aufliegen oder in einer beliebigen sonstigen Weise gehalten werden.
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Die Fahrzeugkarosserie (3) kann in die Abdichtstation (2) mit geschlossenen oder bereits geöffneten Anbauteilen (4) gebracht werden. Das nachfolgend erläuterte Ausführungsbeispiel geht von einer Schließstellung aus.
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1 und 2 zeigen die Abdichtstation (2) mit der eingebrachten und in der definierten Bearbeitungsposition befindlichen Fahrzeugkarosserie (3) mit geschlossenen Anbauteilen (4). In dieser Position wird die Fahrzeugkarosserie (3) zunächst mit einer z. B. stationären Vermessungseinrichtung (10) in ihrer Lage und Ausrichtung vermessen. Dies ist eine Globalvermessung oder Grobvermessung, bei der die Ist-Lage der Fahrzeugkarosserie (3) und der Anbauteile (4) festgestellt wird. Die Vermessungseinrichtung (10) kann auf optischer Basis arbeiten und ein oder mehrere Sensoren oder Kamerasysteme mit einer Bildauswertung aufweisen. Ansonsten sind beliebige andere Messtechniken und konstruktive Ausgestaltungen der Vermessungseinrichtung (10) möglich. In der gezeigten Ausführungsform ist die Vermessungseinrichtung (10) stationär. Sie kann alternativ beweglich sein und von ein oder mehreren Messrobotern gebildet werden.
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Bei der gezeigten Ausführungsform mit geschlossenen Anbauteilen (4) sind ein oder mehrere Öffnungseinrichtungen (14) in der Abdichtstation (2) angeordnet. Dies können z. B. ein oder mehrere mehrachsige Manipulatoren (17) mit geeigneten Öffnungswerkzeugen sein. In 14 ist hierfür ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Manipulatoren (17) sind z. B. Gelenkarmroboter mit sechs oder mehr rotatorischen Achsen. Alternativ können die Manipulatoren (17) und eine andere Achskonfiguration mit rotatorischen und/oder translatorischen Achsen haben. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Manipulator (17) auch eine mehrachsige Manipulatorhand (19). Dies ist z. B. eine Roboterhand mit zwei oder drei rotatorischen Achsen IV, V und VI. Die letzte Handachse VI bildet die Abtriebsachse (22) und weist ein bewegliches Abtriebsorgan (22), z. B. einen drehbaren Abtriebsflansch, auf.
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Das in 14 gezeigte Öffnungswerkzeug besteht z. B. aus einem Gestell (48) in einer schlanken Stangenform, welches am oberen Ende einen Anschluss zur direkten oder mittelbaren Verbindung mit der Manipulatorhand (19) aufweist. Ggf. kann hier eine Wechselkupplung für eine lösbare Werkzeugverbindung angeordnet sein. Am oberen Ende befindet sich außerdem eine Abschaltsicherung (49). Am unteren Gestellende ist ein geeigneter Mitnehmer (52) für einen vorzugsweise formschlüssigen Eingriff an einer geeigneten Stelle des Anbauteils (4) angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist ein Türöffner dargestellt, bei dem der Mitnehmer (52) als Keil ausgebildet ist, der in den Fensterspalt einer Fahrzeugtüre (4) gesteckt werden kann.
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Der Mitnehmer (52) ist über einen Toleranzausgleich (51) mit dem Gestell (48) verbunden und kann begrenzt Ausweichbewegungen ausführen. Dies kann z. B. eine gefederte Vertikalbewegung und auch eine beschränkte Drehbewegung sein, um unterschiedliche Schwenkradien beim öffnen eines gelenkig angebundenen Anbauteils (4) auszugleichen. Das Werkzeug weist ferner eine Bauteilabfrage (50) mit einer geeigneten Sensorik auf, mit der festgestellt werden kann, ob das robotergeführte Werkzeug das Anbauteil (4) getroffen hat oder nicht. Hierbei wird z. B. ein am vertikal gefederten Mitnehmer (52) befindlicher Kontaktgeber mit einer Sensorik abgefragt.
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In der Abdichtstation (2) sind ferner ein oder mehrere Halteeinrichtungen (15) angeordnet, welche die ggf. geöffneten Anbauteile (4) in der Arbeits- und Öffnungsstellung festhalten. Wenn die Fahrzeugkarosserie (3) mit geöffneten Anbauteilen (4) ankommt, kann auf die Öffnungseinrichtung (14) verzichtet werden, wobei die Halteeinrichtung (15) eine entsprechend erhöhte Beweglichkeit aufweist, um das zugeordnete Anbauteil (14) in der Ist-Lage zu erfassen. Eine Öffnungseinrichtung (14) ist auch entbehrlich, wenn das Anbauteil (14) in Schließstellung bearbeitet werden kann.
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13 zeigt eine bespielhafte Ausführungsform einer Halteeinrichtung (15), die ein flurgebundenes Gestell (44) mit einem beweglichen Haltekopf (45) aufweist, der ein Klemmkissen oder ein beliebig anderes geeignetes Fixierorgan zum Fassen und Festhalten des Anbauteils (4) aufweist. Der Haltekopf (45) ist am Gestell (44) beweglich geführt, z. B. in der Art eines Schlittens, und ist mit einer geeigneten Zustellvorrichtung (46), z. B. einem Zylinder, verbunden. Die Halteeinrichtung (15) kann ein oder mehrere Bauteilabfragen (47) aufweisen, um den Eingriff des Haltekopfs (45) mit dem Anbauteil (4) zu detektieren und sicherzustellen.
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Nach dem ggf. öffnen und Fixieren der Anbauteile (4) erfolgt der Dichtmittelauftrag durch die Auftragvorrichtung (11). Hierbei sind bevorzugt alle Anbauteile (4) geöffnet und in ihrer Öffnungsstellung fixiert. Auch die Fahrzeugkarosserie (3) kann mit einer geeigneten Einrichtung fixiert sein. Durch diese Positionsfestlegung können die Fahrzeugkarosserie (3) und die Anbauteile (4) sich für den nachfolgenden Vermessungs- und Auftragvorgang nicht mehr bewegen, so dass eine optimale Präzision gegeben ist. Hierbei ergibt sich in der Regel auch die kürzeste Prozesszeit. Alternativ können die Anbauteile (4) nacheinander einzeln geöffnet, fixiert und anschließend mit der Abdichtung (8) versehen werden, wobei während des Dichtmittelauftrags zur Vermeidung von Positionsänderungen keine Öffnungen und Fixierungen stattfinden.
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3 und 4 verdeutlichen eine Auftragvorrichtung (11). Die Auftragvorrichtung (11) ist mehrachsig beweglich und ist für einen Dichtmittelauftrag an einer montierten und geöffneten Anbauteil (4) vorgesehen und ausgelegt. Von der Auftragvorrichtung (11) wird eine Vermessungseinrichtung (30) mitgeführt.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen besteht die Auftragvorrichtung (11) aus einem mehrachsigen Manipulator (16) der vorgenannten Art, der bevorzugt als Gelenkarmroboter mit mindestens sechs rotatorischen Achsen und mit einer bevorzugt dreiachsigen Roboterhand (19) ausgebildet ist.
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Wie 1 und 2 verdeutlichen, kann der Roboter (17) auf einer Transporteinrichtung (18) angeordnet sein, welche ein oder mehrere Zusatzachsen bietet und ein Verfahren des Roboters (16) entlang der Fahrzeugkarosserie (3) in Längs- und/oder Querrichtung ermöglicht. In der gezeigten Ausführungsform ist die Transporteinrichtung (18) als Lineareinheit mit einem geschlossenen Führungssystem mit Rollenumlaufschuh sowie einem Kabelschlepp ausgebildet und weist eine begehbare Abdeckung auf. Alternativ kann der Manipulator oder Roboter (16) stationär und flurgebunden oder portalgebunden angeordnet sein.
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Der Manipulator (16) trägt an seiner Manipulatorhand (19) ein Auftraggerät (23) für das Dichtmittel (8) und auch die Vermessungseinrichtung (30). 6 bis 11 verdeutlichen diese Ausführung und zeigen auch die nachfolgend erläuterten Achsgeometrien.
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Das Auftraggerät (23) besitzt einen Korpus (24), der mittels einer Momentenstütze (29) oder dgl. drehfest mit dem Gehäuse (20) der Manipulatorhand (19) verbunden ist. Hierdurch folgt der Korpus (24) den Handbewegungen um die orthogonalen Achsen IV und V. Am Korpus (24) sind außenseitig ein oder mehrere Leitungsanschlüsse (28) angeordnet. Diese dienen zur Leitungsverbindung mit einer Dichtmittelversorgung (nicht dargestellt). Ferner können über die Leitungsanschlüsse (28) andere Betriebsmittel, z. B. Leistungs- und Signalströme, Druckluft, Kühlflüssigkeit oder dergleichen zugeführt werden. Über diese Betriebsmittel kann auch eine ggf. im Auftragegerät (23) angeordnete Heizeinrichtung für das Dichtmittel (8) mit Energie versorgt und gesteuert werden.
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Das Auftraggerät (23) besitzt ferner einen Auftragkopf (25) mit ein oder mehreren Auftragorganen (26) für das Dichtmittel (8). Der Auftragkopf (25) ist im Korpus (24) beweglich, insbesondere um die Abtriebsachse (22) drehbar gelagert. Für die Dichtmitteleinspeisung ist eine entsprechende drehgängige Leitungsdurchführung vorhanden. Der Auftragkopf (25) ist rückseitig mit dem Abtriebsflansch (21) der Manipulatorhand (19) verbunden und kann über die Roboterachse VI bzw. die Abtriebsachse (22) relativ zum Korpus (24) gedreht werden. Hierdurch können die ein oder mehreren Auftragorgane (26) über die sechs Roboterachsen beliebig im Raum positioniert und orientiert werden.
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In der gezeigten Ausführungsform für ein pastöses oder flüssiges Dichtmittel (8) sind die Auftragorgane (26) als Düsen ausgebildet, wobei der Auftragkopf (25) ein Düsenkopf ist, von dem aus die Düsen (26) gespeist werden. Der erforderliche Speisdruck wird durch Pumpen in der Dichtmittelversorgung oder ggf. auch im Auftraggerät (23) sichergestellt. Am Düsenkopf (25) können mehrere Düsen (26) an unterschiedlichen Seiten und mit unterschiedlicher Düsenausbildung angeordnet sein. Die Düsen (26) weisen jeweils ein vom Düsenkopf (25) abstehendes Düsenrohr (27) auf. Das Düsenrohr (27) kann für die in 3 und 4 gezeigte Spaltsituation eine auf die Spaltbreite (6) abgestimmte Dicke und außerdem eine gebogene Form aufweisen, so dass es durch den Spalt (6) eingeführt und entlang des Spaltverlaufs bewegt werden kann, wobei die Düsenmündung in geeigneter Weise gegenüber dem Falz (7) positioniert und orientiert werden kann. Für eine vorzugsweise stetige Auftragsbewegung entlang des ggf. räumlich gekrümmten Verlauf des Spalts (6) und der Falznaht (7) kann der Manipulator (16) entsprechende mehrachsige Arm- und Handbewegungen ausführen. Hierfür ist ein Gelenkarmroboter besonders geeignet. Über die siebte Fahrachse kann eine Unterstützung erfolgen. Alternativ kann die siebte Achse für das schnelle Umpositionieren des Roboters (16) zur anderen Bauteilkante (5) bzw. Falznaht (7) benutzt werden.
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Die andere Düse (26) kann für die anderen, leicht erreichbaren Falznähte (7) an der Unterseite und der den Türgelenken gegenüberliegenden Rückseite der Fahrzeugtüre (4) einfacher ausgebildet sein und ein gerades Düsenrohr (27) aufweisen. Dieses kann auch eine kürzere Länge als das vorbeschriebene Düsenrohr (26) für den Dichtmittelauftrag durch den Spalt (6) aufweisen. 6 und 7 verdeutlichen die unterschiedlichen Rohrgestaltungen.
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Durch die eigenständige Drehbarkeit des Düsenkopfes (25) und der Düsen (26) ist eine schnelle und behinderungsfreie Umorientierung der Düsen (26) möglich. Der Korpus (24) mit den Leitungsanschlüssen (28) und den angebundenen Versorgungsleitungen braucht diesen Bewegungen nicht zu folgen und kann eine eingeschränkte Kinematik haben, die mit ein oder zwei Achsen weniger auskommt.
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Die am Auftraggerät (23) angebundene und mitgeführte Vermessungseinrichtung (30) hat den Vorteil, dass sie auf das gleiche Flanschkoordinatensystem zurückgreift, auf das sich auch der TCP am vorderen Ende des oder der Düsen (26) bezieht. Hierdurch wird die Messgenauigkeit erhöht.
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Die Vermessungseinrichtung (30) weist einen Messkopf (31) mit einem einstellbaren Gestell (35) auf und kann mit einem Drehlager (36) um die Abtriebsachse (22) drehbar am Auftraggerät (23), insbesondere am Korpus (24), gelagert sein. Das Gestell (35) kann ein oder mehrere, z. B. zwei steuerbare Kupplungen (37, 38) aufweisen, die je nach Betätigung eine Kopplung zur Momentenstütze (29) bzw. dem Handgehäuse (20) oder zum Auftragkopf (25) erlauben. Hierdurch kann die Vermessungseinrichtung (30) eine prozessgünstige Kinematik erhalten. Für die anfängliche Vermessung des Anbauteils (4) kann eine Kopplung mit dem Auftragkopf (25) und der Abtriebsachse (22) bestehen, so dass alle Roboterachsen für die Vermessung zur Verfügung stehen, die entsprechend genau ausgeführt werden kann. Die Vermessungseinrichtung (30) kann hierbei durch Handachsenbewegungen und ggf. auch Bewegungen der Roboterarmachsen entlang der auftragsrelevanten Bezugspunkte des Anbauteils (4), z. B entlang der Bauteilkanten (5) bewegt werden und diese abtasten. Aus dem Messergebnis wird die exakte Form, Lage und Orientierung des Anbauteils (4) und der verdeckt liegenden und üblicherweise auf die Bauteilkanten (5) bezogenen Falznähte (7) ermittelt. Die Flanschbreite am Falz (7) ist bekannt, wobei der Falzvorgang in der Geometrie genau ist und eine definierte Bauteil- oder Bördelkante (5) ergibt. Hieraus kann die Lage des Flanschendes und der Übergangsstelle für die Positionierung des Dichtmittels (8) ausreichend genau berechnet werden.
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8 zeigt die Kupplung (38) zur Verbindung mit der Abtriebsachse (22). In 9 ist die andere Kupplung (37) dargestellt, die an der Momentenstütze (29) angreift. Durch eine Drehung des Auftragkopfes (25) kann das Gestell (35) in eine entsprechende Drehstellung gebracht werden, wobei die Kupplung (38) gelöst und die Kupplung (37) betätigt wird. Die Vermessungseinrichtung (30) kann dann die gleiche eingeschränkte Kinematik wie der Korpus (24) haben. Diese Kupplungstellung ist während des Dichtmittelauftrags vorgesehen und begünstigt ebenfalls die ungehinderte Orientierung der Auftragorgane (26). Die an der Vermessungseinrichtung (30) angeschlossenen Leitungen (nicht dargestellt) brauchen beim Dichtmittelauftrag nur eingeschränkt oder gar nicht bewegt zu werden.
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Der Messkopf (31) zur Durchführung der Vermessungen kann beliebig ausgebildet sein und mit beliebigen Messverfahren arbeiten. In der gezeigten Ausführungsform von 10 und 11 kommt eine berührungsfreie optische Vermessung zum Einsatz, wobei der Messkopf (31) ein Gehäuse mit z. B. zwei Strahlquellen (33) und einem daneben angeordneten Sensor (32) aufweist. Die eine Strahlquelle (33) emittiert mehrere parallele Messstrahlen (34) zum Anbauteil (4) für die Erfassung einer stufenförmigen Bauteilkontur oder Bauteilkante (5). In der gezeigten Ausführungsform ist eine Lichtquelle (33) vorgesehen, die mehrere parallele Lichtstreifen (34) emittiert. Die an der Bauteilkante (5) auftretenden Knickstellen der Lichtspuren werden optisch erfasst lagemäßig vermessen. Sie ergeben in der Verbindung den Kantenverlauf.
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Die andere Strahl- oder Lichtquelle (33) emittiert gemäß 11 ein dichtes Bündel von Lichtstrahlen (34) zur Flächenausleuchten und zur optischen Erfassung und Vermessung der Ränder von Bohrungen oder anderen Öffnungen.
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Der Sensor (32) ist als 3D-Sensor zur räumlichen Vermessung der Stufen oder Bauteilkanten (5) oder Bohrungsränder anhand der sichtbaren Lichtstreifen (34) oder Lichtbündel ausgebildet und weist z. B. eine Bildauswertung mit einem Lichtschnitt- und/oder Graubild-Verfahren auf.
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Alternativ sind Kamerasysteme mit Bilderfassung und -auswertung möglich. Auch andere Messtechniken mit kapazitiven oder induktiven Kantentastern und Abstandsmessern sowie auch kontaktgebundene Messtechniken sind möglich.
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Im Arbeitsbereich der Auftragvorrichtung (11) und insbesondere des Manipulators (16) sind die eingangs erwähnten Reinigungsvorrichtung (12) und die Prüfeinrichtung (13) für die Auftragorgane (26) angeordnet. Diese Einrichtungen können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. 12 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel für eine kombinierte Vorrichtung mit einem gemeinsamen säulenartigen Gestell (39), an dessen Oberseite die Prüfeinrichtung (13) angeordnet ist. Sie besteht aus zwei oder mehr Lichtschranken (40), die im Winkel zueinander ausgerichtet sind und nicht auf einer gemeinsamen Achse fluchten. Sie können auf einem schwenkbaren Untergestell angebracht sein und dienen zur Kontrolle der Lage des TCP und der Form des Auftragorgans (26). Der Manipulator (16) bewegt das Auftragorgan (26) mit dem frontseitigen TCP in einer vorprogrammierten Lage durch die Lichtschranken (40), wobei deren Ansprechverhalten in Abhängigkeit von der Roboterposition erfasst wird. Der Manipulator (16) führt hierbei mehrere Kontrollbewegungen in unterschiedlichen Lagen und Orientierungen aus. Eine Düsenverformung und eine Veränderung der TCP-Lage werden durch ein Ansprechen einer Lichtschranke (40) in einer nicht vorgesehenen Roboterposition detektiert. Durch entsprechende Nachführbewegungen des Roboters (16) kann der neue TCP durch die in verschiedenen Raumorientierungen sich erstreckenden Lichtschranken (40) bei Abweichungen neu eingemessen werden.
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Die Reinigungsvorrichtung (12) weist ein oder mehrere Sprühdüsen für ein Reinigungsfluid, z. B. Luftdüsen mit Hochdruck, auf, die etwaige Verunreinigungen vom Auftragorgan (26) ablösen und über ein umgebendes stützendes Gehäuse in einen darunter liegenden Auffangbehälter (43) fallen lassen. Ferner kann an der Seite eine gebogene Spritzwand (42) angeordnet sein, gegen die vom Auftraggerät (23) zu Testzwecken ein Dichtmittelstrahl mit vorgegebenem Druck ausgespritzt werden kann, wobei eine Messung der Austrittsmenge und Dosierung stattfindet. Hierüber lassen sich etwaige Verstopfungen oder sonstige Behinderungen im Dichtmittelfluss feststellen. Die Reinigungsvorrichtung (12) kann durch Berührungstaster, Lichtschranken oder dergleichen vom Roboter (16) gesteuert werden.
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Die Abdichteinrichtung (9) bzw. die Abdichtstation (2) können ferner eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung (nicht dargestellt) des Dichtmittelauftrags aufweisen. Dies kann z. B. ein Tisch im Arbeitsbereich des Manipulators (16) sein, auf dessen glatten Oberseite die Auftragvorrichtung (11) das Dichtmittel (8) in verschiedenen Testmustern gesteuert abgibt. Ein Werker oder eine geeignete automatische Erfassungsvorrichtung kann die Testmuster überprüfen und etwaige Auftragfehler feststellen. Ferner kann der Tisch auch eine integrierte TCP-Kontrolle in geeigneter Ausführung aufweisen.
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Die Auftragvorrichtung (11) und die Abdichteinrichtung (9) mit den verschiedenen Komponenten können ein oder mehrere geeignete Steuerungen aufweisen. Hierbei kann auch eine Stationssteuerung vorhanden sein. Die Auftraggeräte (23) und die Dichtmittelversorgungen werden bevorzugt von der Robotersteuerung des zugehörigen Roboters (16) gesteuert. Hieran können auch die Prüf- und Reinigungsvorrichtung (12, 13) angeschlossen sein. Die verschiedenen Manipulatoren (16, 17) sind in ihrer Steuerung untereinander vernetzt und in ihren Funktionen aufeinander abgestimmt.
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In Ergänzung der gezeigten Ausführungsformen ist außerdem eine nachträgliche Qualitätskontrolle der Abdichtungen (8) möglich. Dies kann z. B. mit einer separaten Prüfeinrichtung geschehen. Alternativ kann die vorhandene Vermessungseinrichtung (30) mit einer geeigneten Bilderfassung und -auswertung herangezogen werden. Für die Qualitätsprüfung können die Anbauteile (4) noch weiter geöffnet werden.
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In einer nicht dargestellten Variante können Anbauteile (4) ohne vorheriges Öffnen in ihrer Schließstellung an der Fahrzeugkarosserie (3) mit einem Dichtmittel (8) versehen werden. Dies ist z. B. bei Fahrerhaustüren von Lkws möglich, bei denen der umlaufende Spalt (6) für den Durchtritt eines entsprechend geformten Auftragorgans (26) ausreichend groß ist. Auch der Freiraum hinter der Bauteilkante (5) hat eine genügende Größe. In einem solchen Fall eines Dichtmittelauftrags bei geschlossenem Anbauteil (4) kann eine Fixierung des Anbauteils (4) in der Schließ- und Bearbeitungsstellung mit einer entsprechend geeigneten Halteeinrichtung (15), z. B. einem Druckstempel, erfolgen. Die Fixierung kann auch bauseits durch eine Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie (3) gegeben sein.
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In einer anderen nicht dargestellten Variante können mehrere Bearbeitungsstationen (2) oder Bearbeitungseinrichtungen (9) der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Art in Transferrichtung hintereinander angeordnet sein, wobei in den Stationen (2) verschiedene Anbauteile mit einer Abdichtung (8) versehen werden. Eine solche Mehrfachanordnung kann erforderlich sein, wenn die verfügbare Taktzeit für die Bearbeitung aller Anbauteile (4) in einer einzigen Abdichtstation (2) bzw. Abdichteinrichtung (9) nicht ausreicht. In den aufeinander folgenden Stationen (2) bzw. Abdichteinrichtungen (9) werden die vorbeschriebenen Vorgänge mit unterschiedlichen Gruppen von Anbauteilen (4) oder einzelnen Anbauteilen (4) durchgeführt.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können einzelne Komponenten der Bearbeitungseinrichtung oder Abdichteinrichtung (9) weggelassen oder ausgetauscht werden. Auch die Stationsreihenfolge in der Fertigungsanlage (1) kann geändert werden. Ferner sind andere konstruktive Ausgestaltungen der Komponenten der Abdichteinrichtung (9) und insbesondere der Auftragvorrichtung (11) möglich. Anstelle von mehrachsigen Manipulatoren (16, 17) können andere geeignete Bewegungseinheiten eingesetzt werden. Auf ein Öffnen und Schließen der Anbauteile (4) in der Abdichtstation (2) kann verzichtet werden. Auch die Global- oder Grobvermessung der Fahrzeugkarosserie (3) ist entbehrlich, wenn eine hinreichend genaue Karosseriepositionierung auf andere Weise, z. B. durch eine Spanneinrichtung oder dergleichen sichergestellt sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungsanlage
- 2
- Bearbeitungsstation, Abdichtstation
- 3
- Fahrzeugkarosserie
- 4
- Anbauteil, Türe, Klappe
- 5
- Bauteilkante
- 6
- Spalt
- 7
- Falz, Falznaht
- 8
- Abdichtung, Dichtmittel
- 9
- Bearbeitungseinrichtung, Abdichteinrichtung
- 10
- Vermessungseinrichtung global
- 11
- Auftragvorrichtung
- 12
- Reinigungsvorrichtung
- 13
- Prüfeinrichtung für Düse
- 14
- Öffnungseinrichtung für Anbauteil
- 15
- Halteeinrichtung für Anbauteil
- 16
- Manipulator, Roboter
- 17
- Manipulator, Roboter
- 18
- Transporteinrichtung, Lineareinheit
- 19
- Manipulatorhand, Roboterhand
- 20
- Handgehäuse
- 21
- Abtriebsorgan, Abtriebsflansch
- 22
- Abtriebsachse, Handachse VI
- 23
- Auftraggerät
- 24
- Korpus
- 25
- Auftragkopf, Düsenkopf
- 26
- Auftragorgan, Düse
- 27
- Düsenrohr
- 28
- Leitungsanschluss
- 29
- Momentenstütze
- 30
- Vermessungseinrichtung beweglich
- 31
- Messkopf
- 32
- Sensor
- 33
- Strahlquelle, Lichtquelle
- 34
- Messstrahl, Lichtstreifen
- 35
- Gestell
- 36
- Drehlager
- 37
- Kupplung zu Momentenstütze
- 38
- Kupplung zu Auftragkopf
- 39
- Gestell
- 40
- Lichtschranke
- 41
- Sprühdüse, Luftdüse
- 42
- Spritzwand
- 43
- Auffangbehälter
- 44
- Gestell Anbauteilhalter
- 45
- Haltekopf
- 46
- Zustellvorrichtung
- 47
- Bauteilabfrage
- 48
- Gestell Anbauteilöffner
- 49
- Abschaltsicherung
- 50
- Bauteilabfrage
- 51
- Toleranzausgleich
- 52
- Mitnehmer, Keil
- 53
- Rohbaustation
- 54
- Montagestation
- 55
- Grundierungsstation
- 56
- Decklackstation
- 57
- Endmontagestation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19938328 A1 [0003]
- DE 10106433 A1 [0004]
- DE 10048749 A1 [0005]
- WO 01/00370 A1 [0006]
- WO 2006/035259 A1 [0007]
- DE 3244053 A1 [0007]
- DE 102006050114 A1 [0007]
