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Die Erfindung betrifft eine Montiereinrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus der Praxis ist es beim Flugzeugbau bekannt, Stringer manuell an flexiblen Flächenstrukturen, insbesondere an flexiblen Häuten von Flugzeugteilen zu montieren.
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Die
EP 2 388 194 A2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatisierten Montieren von Stringern an solchen flexiblen Werkstücken. Der Stringer wird hierbei an seinen Enden von jeweils einem Roboter mit einem Greifwerkzeug gefasst, wobei zum Fügen des Stringers zuerst ein Stringerende an das flexible Werkstück angedrückt und durch Schweißen oder Kleben gefügt wird, wobei das andere Stringerende noch in Abstand zum Werkstück gehalten wird. Anschließend bewegt der erste Roboter ein Fügewerkzeug entlang des Stringers, wobei die bisher distanzierten Stringerbereiche abgesenkt und der Stringer in einer Anwälzbewegung nach und nach mit dem flexiblen Werkstück in Kontakt gebracht wird. Das erste Greifwerkzeug wird zu diesem Zweck eigenständig mit einer Halterung an einem Werkstückhalter fixiert.
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Die
US 2006/0218780 A1 befasst sich mit einer robotergestützten Nietmaschine zum Annieten von gebogenen Spanten an ein schalenförmiges Bauteil. Hierbei sind zwei Werkstücke miteinander zu vernieten, wobei der eine Endeffektor des Roboters als Gegenlager oder Abstützung beim Bohren und Senken dient.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Montiertechnik weiter zu verbessern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Die beanspruchte Montiertechnik mit der Montiereinrichtung und dem Montierverfahren hat Vorteile gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich Positioniergenauigkeit, Prozesssicherheit und Qualität. Auch die Flexibilität der Montiertechnik wird verbessert.
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Das längliche Bauteil, insbesondere ein Stringer, kann besser und genauer gegenüber dem flexiblen Werkstück, insbesondere einer Flächenstruktur oder eines Skins, positioniert und ausgerichtet werden. Aus dieser vorher ausgerichteten Position kann die Handhabungseinrichtung das Bauteil exakt und ohne positionsverfälschende äußere Einflüsse an das Werkstück zustellen und mit diesem in Kontakt bringen. Diese Kontaktierung kann an mehreren Bauteilstellen gleichzeitig erfolgen. Bevorzugt findet eine Kontaktierung über die gesamte Bauteillänge oder zumindest über einen überwiegenden Teil der Bauteillänge gleichzeitig statt.
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Mit der erfindungsgemäßen Montiertechnik kann das Fügen, vorzugsweise ein stoffliches Fügen durch Kleben, Schweißen oder dgl. des Bauteils am Werkstück in der eingenommenen Kontaktstellung des Bauteils am Werkstück erfolgen. Der Fügeprozess kann an mehreren Stellen über die Bauteilelänge verteilt gleichzeitig stattfinden. Dies verkürzt und verbessert den Fügeprozess. Außerdem ist die beanspruchte Montiertechnik auch für sehr lange Bauteile möglich, wobei sich der Qualitätsvorsprung der Erfindung hier besonders stark auswirkt.
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Der Fügeprozess kann in unterschiedlicher Weise und mit einer unterschiedlichen Ausbildung der Fügeeinrichtung durchgeführt werden. In den verschiedenen Varianten ist jeweils ein Fügewerkzeug getrennt von der Handlingeinrichtung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Handlingeinrichtung das Bauteil während des Fügevorgangs in der aufgenommenen Greifstellung halten kann. Dies sichert die Fügeposition am Werkstück und hat prozesstechnische Vorteile gegenüber der
EP 2 388 194 A2 , bei der die Handlingeinrichtung auch das Fügewerkzeug führt.
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In einer Variante kann eine separate und von der Handlingeinrichtung getrennt agierende Fügeeinrichtung vorgesehen sein. Dies ist vorteilhaft, um an mehreren Bauteilstellen und insbesondere über die gesamte Bauteillänge gleichzeitig zu fügen. Der Einsatz von einem und bevorzugt mehreren Fügerobotern ist hierfür besonders günstig. Ein Fügen kann stellenweise erfolgen, was insbesondere vorteilhaft ist, wenn an Bauteil und/oder Werkstück hierfür mehrere über die Bauteillänge distanziert angeordnete und speziell vorbereitete Fügestellen vorhanden sind. Im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik ist es nicht erforderlich, dass der Fügebereich sich durchgehend über die gesamte Bauteillänge erstreckt, wobei die beanspruchte Montiertechnik dies andererseits aber auch nicht ausschließt. Die vorrichtungstechnische und gegebenenfalls auch prozesstechnische Trennung von Handling- und Positioniervorgang einerseits und Fügevorgang andererseits bietet unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten für den Fügeprozess, insbesondere für das erwähnte stoffliche Fügen.
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In der anderen Variante kann die Handlingeinrichtung Bestandteil der Fügeeinrichtung sein, wobei die Handlingeinrichtung auch einen Prozessschritt beim Fügen durchführt. Durch ein separates Fügewerkzeug kann das Bauteil und/oder das Werkstück für den anschließenden Fügevorgang vorbereitet werden, in dem es z. B. erhitzt oder mit einem Klebe- oder Bindemittel beschichtet wird. Die Handlingeinrichtung bewirkt dann beim Zustellen und Andrücken des Bauteils am Werkstück den weiteren Fügeschritt. Das Andrücken kann ebenfalls an mehreren Bauteilstellen gleichzeitig geschehen und kann mit einer einstellbaren und steuerbaren Kraft erfolgen. Ein solches Andrücken kann auch bei der vorgenannten ersten Variante der vorrichtungs- und prozesstechnischen Trennung von Positionier- und Fügevorgang vorteilhaft sein und kann den Fügeprozess unterstützen.
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Bevorzugt wird ein stoffliches Fügen und gegenseitiges Verbinden von Bauteil und Werkstück, insbesondere ein Schweißen oder Kleben. Hierbei wird vorzugsweise Wärme der oder den Fügestellen vor oder während des Fügekontakts zugeführt. Das getrennt von der Handlingeinrichtung angeordnete Fügewerkzeug weist hierfür bevorzugt ein Heizwerkzeug auf, dass stationär oder mobil sein kann und dass die wärme im Anlagekontakt oder berührungsfrei auf das Bauteil überträgt.
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Ein Heizwerkzeug kann dabei in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform mit einer Bauteilzuführung kombiniert werden, was den Bau- und Steueraufwand minimiert. Dies ist eine besonders kostengünstige und wirtschaftliche Variante der Montiertechnik.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1: eine erste Variante einer Montiereinrichtung mit getrennter Handling- und Fügeeinrichtung in einer Seitenansicht,
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2 und 3: perspektivische Ansichten von Handlingeinrichtungen mit einem oder mehreren Handlingrobotern,
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4: eine abgebrochene Darstellung der Positionierung einer Handlingeinrichtung und eines Bauteils an einem Werkstück,
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5 bis 7: verschiedene Detailansichten eines Handlingrobotors und eines Handlingwerkzeugs für unterschiedliche Bauteilformen,
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8 und 9: eine erste Variante eines Fügeroboters und eines Fügewerkzeugs in Alleinstellung und in Relation zu einer Handlingeinrichtung,
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10 und 11: eine Variation der Fügeeinrichtung von 8 und 9 und
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12: eine Variante der Montiereinrichtung mit einer anderen Fügeeinrichtung in einer Seitenansicht.
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Die Erfindung betrifft eine Montiereinrichtung (2) und ein Montierverfahren für Bauteile (4) an Werkstücken (3). Die Erfindung betrifft außerdem eine Montierstation (1) mit mindestens einer solchen Montiereinrichtung (2) in einer Fertigungsanlage.
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1 bis 12 zeigen verschiedene Varianten einer Montiereinrichtung (2) und einer Montierstation (1). Die Montiereinrichtung (2) weist in den Varianten jeweils eine Handlingeinrichtung (7) und eine Fügeeinrichtung (8) auf. Zusätzlich können eine Bauteilzuführung (6) und ein Werkstückträger (5) vorhanden sein. In allen Varianten kann die Montiereinrichtung (2) außerdem eine Sensoreinrichtung (9) aufweisen. Die nachfolgend erläuterten Varianten unterscheiden sich vornehmlich in der Ausgestaltung der Fügeeinrichtung (8) und des Fügeprozesses.
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Die Montiereinrichtung (2) dient in den verschiedenen Ausführungsbeispielen zum passgenauen Montieren von versteifenden, länglichen Bauteilen (4) an flexiblen Werkstücken (3).
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Die Bauteile (4) sind in den gezeigten Varianten jeweils Stringer. Diese sind als lang gestreckte Profile ausgebildet, die z. B. im Querschnitt eine Omega-Form gemäß 6 oder eine T-Form gemäß 7 aufweisen. Die Bauteile (4) oder Stringer können eine gerade Erstreckung haben. Die Profile besitzen Flanschflächen zum Montieren, die über die Bauteillänge durchgehend oder stellenweise verteilt mit gegenseitigem axialen Abstand angeordnet sein können. Die Bauteile (4), insbesondere Stringer, können aus geeigneten Werkstoffen, z. B. Metall oder Kunststoff oder Verbundwerkstoffen bestehen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen kommen Bauteile (4) bzw. Stringer aus schmelzfähigen Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen zum Einsatz.
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Das flexible Werkstück (3) ist bevorzugt eine flexible Flächenstruktur, die im Flugzeugbau, im Fahrzeugbau oder in anderen Bereichen eingesetzt werden kann. Es kann z. B. die Haut (sog. Skin) oder einen Bestandteil der Haut eines Flugzeugteils, z. B. des Flugzeugrumpfes, eines Flügels oder dgl. bilden.
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Das Werkstück (3) hat z. B. eine dünnwandige und mehrlagige Ausbildung und ist als Verbundteil, insbesondere als CFK-Teil ausbebildet. Die Werkstücklagen können eine durch Fasern oder dgl. verstärkte Struktur haben und mit einem flüssigen oder pastösen Bindemittel getränkt sein, über das die Werkstücklagen in einem Aushärteprozess oder dgl. dann auch miteinander innig verbunden werden. Das Bindemittel kann insbesondere ein warmaushärtendes Kunstharz sein.
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Das Werkstück (3) hat vorzugsweise eine Schalenform und wird für den Montiervorgang von einem Werkstückträger (5) gehalten, geformt und abgestützt. Der Werkstückträger (5) kann Bestandteil der Montiereinrichtung (2) sein und zu deren Lieferumfang gehören. Der Werkstückträger (5) weist eine schalenförmige Werkstückaufnahme (11) auf, welche die Form des Werkstücks (3) bestimmt. Die Werkstückaufnahme (11) ist vorzugsweise konkav ausgebildet und weist gemäß 1 und 12 mit ihrer Öffnung nach oben. Die Schalenform der Werkstückaufnahme (11) und des Werkstücks (3) kann gerundet sein. Die Innen- und Außenseite des Werkstücks (3) können glattflächig sein.
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Das Werkstück (3) kann gemäß 1 und 12 in seiner Längserstreckung entlang der gezeigten x-Achse im Raum eine gleichbleibende Gestalt haben. Das flexible Werkstück (3) kann in der Ausgangslage eine ebene und mattenartige Formgebung haben, wobei es die für den Endzustand gewünschte Schalenform in der Werkstückaufnahme (11) erhält.
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Der Werkstückträger (5) kann ein stationäres oder instationäres Gestell (10), z. B. das gezeigte Untergestell mit der darauf angeordneten Werkstückaufnahme (11) aufweisen. Ein instationäres Gestell (10), insbesondere ein Untergestell, kann von einem einachsig oder mehrachsig beweglichen Fördermittel durch die verschiedenen Stationen einer Fertigungsanlage bewegt werden.
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Gemäß 1 und 12 werden ein oder mehrere längliche Bauteile (4), insbesondere Stringer, an der breiten Oberfläche, insbesondere der Innenfläche, des Werkstücks (3) montiert. Die Bauteile (4) erstrecken sich dabei entlang der Längsachse des Werkstücks (3) bzw. der x-Achse.
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Für ein oder mehrere Bauteile (4) kann eine in 1 und 12 dargestellte Bauteilzuführung (6) vorgesehen sein, die z. B. seitlich neben dem Werkstückträger (5) angeordnet ist. Die Bauteilzuführung (6) weist ein stationäres oder instationäres Magazin (12) für mehrere Bauteile (4) und ein Zuführgerät (13) auf. Das Zuführgerät (13) entnimmt einen oder mehrere Bauteile (4) aus dem Magazin (12) und bringt sie in eine übergabegerechte Stellung gegenüber der Handlingeinrichtung (7). Das Zuführgerät (13) kann z. B. als Hubgreifer ausgebildet sein, der die Bauteile (4) von dem unteren Magazin (12) zu einer höheren Bereitstellungsposition über dem Werkstückträger (5) bringt.
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Beim Montiervorgang werden die ein oder mehreren Bauteile (4) jeweils gegenüber dem bereitgehaltenen Werkstück (3) positioniert und ausgerichtet sowie anschließend gefügt. Der Fügeprozess ist vorzugsweise ein stoffliches Fügen, insbesondere ein Kleben oder Schweißen. In der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform wird beim Fügeprozess Wärme in das Bauteil (4) und/oder das Werkstück (3) eingebracht. Alternativ kann auch kalt gefügt werden, wobei ein Klebstoff oder ein anderes geeignetes Haft- oder Bindemittel eingesetzt wird.
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Bei der gezeigten Montiereinrichtung (2) und dem Montierverfahren ist die Handlingeinrichtung (7) derart ausgebildet und gesteuert, dass sie das Bauteil (4) vor dem Fügen positioniert und zum Werkstück (3) ausrichtet. Das Bauteil (4) kann dabei ggf. in eine parallele bzw. äquidistante Lage bzw. Ausrichtung zum benachbarten Werkstück (3) gebracht werden. Anschließend stellt die Handlingeinrichtung (7) das Bauteil (4) an das Werkstück (3) zu und bringt es dabei an mehreren über die Bauteillänge distanzierten Bauteilstellen gleichzeitig mit dem Werkstück (3) in Kontakt. Dieser gleichzeitige Berührungskontakt kann insbesondere an den Endbereichen des Bauteils (4) erfolgen. Er kann kann sich über die gesamte Bauteillänge und die entsprechend bedeckte Oberfläche des Werkstücks (3) erstrecken.
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Die Handlingeinrichtung (7) stellt bevorzugt das gesamte Bauteil (4) mit einem einzigen Zustellhub an das Werkstück (3) zu und stellt dabei an allen fügerelevanten Stellen den Berührungskontakt her.
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4 zeigt diese Positionierung. Das lang gestreckte und bevorzugt profilartige Bauteil (4) wird von der Handlingeinrichtung (7) mit geringem Abstand über der zugehörigen Oberfläche des flexiblen Werkstücks (3) gehalten und dabei parallel bzw. äquidistant zu dieser Oberfläche ausgerichtet. Das Bauteil (4) erstreckt sich dabei in Längsrichtung des Werkstücks (3) bzw. in der x-Achse.
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Aus dieser Position wird das Bauteil (4) dann von der Handlingeinrichtung (7) an das Werkstück (3) zugestellt und mit dessen Oberfläche in Kontakt gebracht. Die vorerwähnten Flanschbereiche des Bauteils (4) liegen dabei auf der Werkstückoberfläche auf. In dieser Kontaktstellung kann anschließend der Fügeprozess stattfinden. 1 bis 11 geben hierfür zwei Varianten wieder. In der dritten Variante von 12 kann das Kontaktieren bereits Bestandteil des Fügeprozesses sein.
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Die Handlingeinrichtung (7) kann in allen Ausführungsbeispielen derart ausgebildet und gesteuert sein, dass sie zum Fügen das Bauteil (4) an das Werkstück (3) andrückt, was vorzugsweise mit einer gesteuerten Kraft geschieht.
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Aus der in 4 gezeigten parallelen Position und Ausrichtung wird beim anschließenden Zustellen das Bauteil (4) an mehreren über seine Bauteillänge distanzierten Bauteilstellen gleichzeitig mit dem Werkstück (3) in Kontakt gebracht und kann dabei auch in der genannten Weise an diesen Kontaktstellen angedrückt werden.
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In den gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Handlingeinrichtung (7) einen Handlingroboter (14) mit einem Greifwerkzeug (15) auf, der das Bauteil (4) an mehreren axial distanzierten Stellen greift. Dies ist für die vorgenannte Positionierung und bevorzugte Parallelausrichtung günstig.
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Gemäß 1 und 2 kann ein einzelner Handlingroboter (14) mit einem einzelnen Greifwerkzeug (15) vorgesehen sein. 3 zeigt eine Variante, in der die Handlingeinrichtung (7) mehrere Roboter (14) mit Greifwerkzeugen (15) aufweist. Die Handlingroboter (14) können z. B. in einer Reihe angeordnet sein, wobei sich die Reihe parallel und längs der Hauptachsen des Bauteils (4) und des Werkstücks (3) sowie längs der x-Achse im Raum erstreckt.
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Die ein oder mehreren zu montierenden Bauteile (4) können eine kleinere oder größere Länge haben. Mit einem Greifwerkzeug (15) kann gemäß 2 ein einzelnes Bauteil (4) gegriffen werden. Das Greifwerkzeug (15) reicht über die gesamte oder zumindest über einen sehr großen Teil der Bauteillänge. In der Variante von 3 greifen mehrere Handlingroboter (14) mit ihren Greifwerkzeugen (15) gemeinsam ein sehr langes Bauteil (4) greifen. Ferner sind Zwischenkonfigurationen möglich, indem z. B. eine Gruppe von zwei oder mehr Handlingrobotern (14) gemeinsam ein längeres Bauteil (4) greift und mehrere dieser Gruppen in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind. Es ist ferner möglich, einzelne Handlingroboter (14 und Gruppen von Handlingsrobotern (14) vorzusehen. In Abwandlung von 3 können auch die mehreren Handlingroboter (14) in der Reihe jeweils ein einzelnes Bauteil (14) greifen.
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Das Greifwerkzeug (15) kann gemäß 4 einen länglichen Träger (17) mit mehreren daran angeordneten Greifelementen (16) aufweisen, die in Trägerlängsrichtung verteilt in einer Reihe und mit gegenseitiger Distanz angeordnet sind. Die Greifelemente (16) greifen gemeinsam das Bauteil (4). Es ist auch möglich, dass die Greifelemente (16) mehrere Bauteile (4) greifen. In den verschiedenen Varianten greifen jedoch jeweils mindestens zwei Greifelemente (16) an einem Bauteil (4) an.
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Die Greifelemente (16) können in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Wie 5 bis 7 verdeutlichen, sind die Greifelemente (16) z. B. als Sauggreifer ausgebildet, die das Bauteil (4) in definierter Lage greifen und halten. Hierfür können die Sauggreifer (16) jeweils mehrere in 6 und 7 dargestellte Saugköpfe aufweisen, die an mehreren Flanschstellen mit gegenseitigem Abstand angreifen. Der Sauggreifer (16) kann ferner eine entsprechend der Bauteilkontur geformte Kulisse oder Bauteilaufnahme für die Lagedefinition des gegriffenen Bauteils (4) aufweisen. Das Greifelement (16), insbesondere ein Sauggreifer, kann auf das zu greifende Bauteil (4) adaptiert sein. Er kann alternativ multifunktional und auf mehrere unterschiedlich geformte Bauteile (4) adaptiert sein, wie dies in 6 und 7 mit dem Omega-förmigen und dem T-förmigen Bauteil (4) bzw. Profil dargestellt ist.
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Die Handlingeinrichtung (7), insbesondere der oder die Handlingroboter (14) mit ihrem Greifwerkzeug (15), haben eine exakt eingemessene und kalibrierte Position gegenüber dem Werkstückträger (5) und/oder gegenüber dem Werkstück (3). Das Einmessen und Kalibrieren kann an hierfür vorgesehenen Bezugspunkten am Werkstückträger (5) und/oder am Werkstück (3) erfolgen.
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Die Montiereinrichtung (2), insbesondere die Handlingeinrichtung (7), hat außerdem die vorerwähnte Sensoreinrichtung (9). Diese kann ein oder mehrere Sensoren (23, 24, 25) aufweisen. Diese können berührungslos oder mit Kontakt sensieren.
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Die Handlingeinrichtung (7) kann das Bauteil (4) an der Kontakt- und Fügestelle an das Werkstück (3) andrücken. Dies kann mit einer von der Handlingeinrichtung (7) ausgeübten einstellbaren bzw. steuerbaren und ggf. auch regelbaren Kraft erfolgen. Hierfür kann ein Belastungen aufnehmender Sensor (23) im Kraftfluss angeordnet sein. Ein solcher Sensor (23) kann z. B. ein Kraft- oder Momentensensor oder ein Kombination hiervon sein. Der Sensor (23) kann z. B. gemäß 4 zwischen dem Handlingroboter (14) und dem Greifwerkzeug (15) angeordnet sein.
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4 verdeutlicht außerdem die Anordnung eines Sensors (24) für die Detektion einer relevanten Stelle am Werkstück (3), z. B. des Stirnrands. Der Sensor (24) kann ggf. auch die zugehörige Lage einer Stelle des Werkstückträgers (5), z. B. des stirnseitigen Rands der Werkstückaufnahme (11), detektieren. Der Sensor (24) kann z. B. ein berührungsloser Sensor, insbesondere ein kantentastender Sensor sein, der am Rand des Greifwerkzeugs (15), z. B. an einem Stirnende des Trägers (17) angeordnet ist. Ein solcher Sensor (25) kann z. B. als Lasersensor ausgebildet sein. Alternativ sind andere geeignete Sensorausbildungen, z. B. als Abstandsensor, möglich.
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Um die Greiflage des Bauteils (4) im Greifwerkzeug (15) zu erfassen, können ein oder mehrere Sensoren (25) an ein oder mehreren Greifelementen (16) angeordnet sein. 6 und 7 zeigen hierfür verschiedene Ausführungen. Einer oder mehrere Sensoren (25) können am Korpus des Greifelements (16), z. B. des Sauggreifers, angeordnet sein und die Lage von ein oder mehreren Bezugspunkten am aufgenommen Bauteil (4) relativ zu einer Bezugsstelle am Greifelement (16) detektieren. Hierfür können der oder die Sensoren (25) z. B. als Abstandssensoren ausgebildet sein, die optisch per Laserstrahl oder auf andere Weise, z. B. induktiv oder kapazitiv, den Abstand zum Bauteil (4) messen. Der oder die Sensoren (25) können starr oder verstellbar am Greifelement (16) angeordnet sein. Eine verstellbare Anordnung ermöglicht die Anpassung an unterschiedliche Bauteilformen. Alternativ kann eine Mehrfachanordnung von unterschiedlich adaptierten Sensoren (25) vorhanden sein.
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Mit der Sensoreinrichtung (9) kann die absolut genau eingemessene Handlingeinrichtung (7) an die Ist-Lage und die Ist-Ausrichtung des Werkstücks (3) und des gegriffenen Bauteils (4) adaptiert und bei Abweichungen nachgeführt werden. Hierüber ist eine exakte Positionierung, Ausrichtung und Zustellung des Bauteils (4) an das Werkstück (3) möglich.
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Die Fügeeinrichtung (8) ist in den Varianten von 1 bis 9, 10 und 11 sowie 12 unterschiedlich ausgebildet. In allen Varianten ist ein Fügewerkzeug (19) getrennt von der Handlingeinrichtung (7) angeordnet. Die Handlingeinrichtung (7) kann in den Fügeprozess teilweise einbezogen sein. Vorzugsweise führt die Handlingeinrichtung (7) den Fügeprozess jedoch nicht vollständig durch.
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In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 11 sind die Fügeeinrichtung (8) und die Handlingeinrichtung (7) vorrichtungsmäßig getrennt. In diesen Varianten ist eine eigenständige und separat von der Handlingeinrichtung (7) angeordnete Fügeeinrichtung (8) vorhanden, die den Fügeprozess eigenständig an dem Bauteil (4) durchführt, welches dabei von der Handlingeinrichtung (7) in der Fügestellung am Werkstück (3) gehalten und ggf. mit steuerbarer- oder regelbarer Kraft angedrückt wird.
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In den Varianten von 1 bis 11 weist die Fügeeinrichtung (8) jeweils einen oder mehrere Fügeroboter (18) auf, die jeweils ein Fügewerkzeug (19) halten und führen. 8, 9 und 10, 11 zeigen dabei unterschiedliche Ausführungsformen des Fügewerkzeugs (19). In diesen Ausführungsbeispielen ist das Fügewerkzeug (19) instationär.
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Wie 1 verdeutlicht, können beidseits einer zentralen Handlingeinrichtung Fügeroboter (18) einzeln oder in Reihenanordnung (ähnlich zu 3) angeordnet sein. In 1 sind die Handling- und Fügeroboter (14, 18) hängend an einem die Arbeitsstelle überspannenden Protal (26) angeordnet. Alternativ können die Roboter (14, 18) auch an einem seitlichen Gestell oder flurgebunden am Boden oder auf Sockeln angeordnet sein.
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In der Variante von 8 und 9 weist das Fügewerkzeug (19) ein Heizwerkzeug (20) auf, welches als Kontaktheizung ausgebildet ist und gemäß 9 in die Freiräume zwischen den Greifelementen (16) eingeführt und dort gegen das Bauteil angedrückt werden kann. Die Kontaktheizung (20) weist z. B. einen länglichen Träger mit einem endseitigen an die Bauteilkontur angepassten und z. B. gabelförmigen Heizelement auf. Die Kontaktheizung (20) führt Wärme an den beaufschlagten Kontaktstellen dem Bauteil (4) und dem Werkstück (3) zu. Durch diese Wärmezufuhr können die Kontakt- und Fügestellen zwischen Bauteil (4) zum stofflichen Fügen aufgeschmolzen werden. Alternativ kann ein hier ggf. eingebrachtes Klebe- oder Bindemittel durch die Wärmezufuhr ausgehärtet werden. Daneben sind andere Fügeprozesse mit Wärmezufuhr möglich.
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In der Variante von 10 und 11 weist das Fügewerkzeug (19) ein Heizwerkzeug (21) auf, welches als Remoteheizung ausgebildet ist und berührungslos sowie aus der Distanz Wärme an das Bauteil (4) überträgt. Die Wärmeübertragung kann durch Strahlung, insbesondere Wärmestrahlung, oder auf andere Weise, z. B. durch elektromagnetische Wechselfelder oder dgl. erfolgen. Die Auswirkungen der eingebrachten Wärme für den Fügeprozess können die gleichen wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel von 8 und 9 sein.
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In der Variante von 12 ist das Fügewerkzeug (19) stationär und z. B. seitlich neben der Werkstückaufnahme (5) angeordnet. Das Fügewerkzeug (19) kann an einer Aktivierungseinrichtung (22) angeordnet sein, welche ein hier bereit gestelltes Bauteil (4) für den nächsten Fügeschritt vorbereitet. Diese Vorbereitung kann durch Wärmezufuhr, Auftrag eines Klebe- oder Bindemittels oder auf andere Weise erfolgen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Fügewerkzeug (19) ein Heizwerkzeug (21) auf, welches z. B. als Remoteheizung mit kontaktloser Wärmeübertragung ausgebildet ist. Alternativ kann auch eine Kontaktheizung eingesetzt werden. Die Ausbildung kann gleich oder ähnlich wie in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen von 8 bis 11 sein.
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Bei dieser Variante von 12 kann die Handlingeinrichtung (7) in den Fügeprozesse eingebunden sein. Sie übernimmt das vom stationären Fügewerkzeug (19) vorbereitete Bauteil (4) und transportiert es zu der vorgesehenen Fügestelle am Werkstück (3), wo die vorbeschriebenen Positionier-, Ausricht- und Zustellvorgänge durchgeführt werden. Die Handlingeinrichtung (7) kann auch das Bauteil (4) gegen das Werkstück (3) mit steuerbarer- oder regelbarer Kraft andrücken, wobei zwischen den Teilen (4, 3) dann die Fügeverbindung hergestellt wird. Die Handlingeinrichtung (7) kann hierfür in der vorbeschriebenen Weise ausgebildet sein und einen oder mehrere Handlingroboter (14) mit ein oder mehreren Greifwerkzeugen (15) aufweisen.
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In der Variante von 12 kann auf zusätzliche Fügeroboter (18) verzichtet werden. Ferner kann das Fügewerkzeug (19) bzw. die Aktivierungseinrichtung (22) mit der eingangsbeschriebenen Bauteilzuführung (6) kombiniert werden. Das Zuführgerät (13) kann das aufgenommene Bauteil (4) gegenüber dem Fügewerkzeug (19) bzw. Heizwerkzeug (21) positionieren und anschließend in eine übergabegerechte Stellung bringen, in der die Handlingeinrichtung (7) das Bauteil (4) prozesssicher aufnehmen kann.
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Die Handling- und Fügeroboter (14, 18) in den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich um programmierbare Industrieroboter, die mehrere translatorische und/oder rotatorische Achsen aufweisen. Vorzugsweise kommen Gelenkarmroboter, alternativ Linearroboter, zum Einsatz, die mehrere miteinander gelenkig verbundene und mit Achsantrieben versehene Glieder aufweisen. Das vordere Endglied (28) ist als einachsige oder mehrachsige Roboterhand (28) ausgebildet und kann mit dem Greifwerkzeug (15) bzw. dem Fügewerkzeug (19) direkt oder unter Zwischenschaltung des vorgenannten Sensors (23) verbunden werden. Ferner kann eine Wechselkupplung zwischengeschaltet werden. Die Werkzeuge (15, 19) weisen einen geeigneten Anschluss zur festen oder lösbaren Verbindung mit dem jeweiligen Roboter (14, 18) auf. Das hintere Endglied des Roboters (14, 18) ist z. B. als Basis (27) ausgebildet, die in den gezeichneten Ausführungsbeispielen mit dem Portal (26) oder einem dortigen Sockel verbunden ist.
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Der oder die Roboter (14, 18) können außerdem eine oder mehrere Zusatzachsen aufweisen. Dies kann z. B. eine Fahrachse in Längsrichtung des Bauteils (4) und des Werkstücks (3) sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Zusatzachse in Querrichtung oder gegebenenfalls in Umfangsrichtung des schalenförmigen Werkstücks (3) vorhanden sein. Die erwähnten Zusatzachsen können den Arbeitsbereich des oder der Roboter (14, 18) vergrößern.
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Die Handlingeinrichtung (7) und die Fügeeinrichtung (8) können mit einer geeigneten Steuerung verbunden sein oder eine solche aufweisen. Dies kann z. B. eine Robotersteuerung oder eine übergeordnete Steuerung sein. Hierüber werden die Handling- und Fügeeinrichtung (7, 8) in der vorbeschriebenen Weise nach vorgegebenen Programmen gesteuert.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Einzelmerkmale der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten beliebig miteinander kombiniert oder auch ausgetauscht werden.
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Die Handlingeinrichtung (7) und/oder die Fügeeinrichtung (8) können statt der gezeigten Roboter (14, 18) andere einachsige oder mehrachsig bewegliche Aktoren aufweisen. Ferner kann das Fügewerkzeug (19) in anderer Weise ausgebildet sein und auf andere Fügeprozesse adaptiert sein. Die Ausbildung des Werkstückträgers (5) und auch die Lage des Werkstücks (3) können variieren. Die Montiereinrichtung (2) und das Montierverfahren können außerdem in anderen technischen Bereichen eingesetzt und adaptiert werden. Dies kann z. B. der Bau von Fahrzeugkarosserien oder Fahrzeugaufbauten, insbesondere Lkw-Aufbauten sein.
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Das Bauteil (4) und das Werkstück (3) können eine andere Form haben und aus anderen Werkstoffen bestehen. In den gezeigten Ausführungsformen wird das Bauteil (4) mit seinen axial durchgehenden Fügeflanschen mit der Kontaktheizung (20) punkt- oder abschnittsweise mit dem Werkstück (3) gefügt und verbunden. Alternativ kann die Kontaktheizung (20) für eine axial durchgehende Fügeverbindung sorgen und kann hierfür z. B. auf einem freien Flanschbereich des Bauteils (4) entlang bewegt werden. Ferner ist es möglich, am Bauteil (4) und/oder am Werkstück (3) spezielle, vorbereitete Fügestellen, z. B. lokale Plattformen, auszubilden und dort gezielt zu fügen.
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In weiterer Abwandlung kann eine Fügeeinrichtung (8) ein Fügewerkzeug, z. B. ein Heizwerkzeug, auf das bereit gestellte Werkstück (3) richten und die dort vorgesehene Fügestelle entsprechend präparieren. Dies kann z. B. durch einen Wärmeeintrag und/oder den Auftrag eines Klebe- oder Bindemittels oder auf ander Weise erfolgen. Dies kann alternativ oder zusätzlich zu der Aktivierungseinrichtung (22) erfolgen. Für die Fügevorbereitung des Werkstücks (3) können ein oder mehrere Fügeroboter (18) der vorbeschriebenen Art oder sonstige Aktoren eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Montierstation
- 2
- Montiereinrichtung
- 3
- Werkstück, Flächenstruktur, Skin
- 4
- Bauteil, Stringer
- 5
- Werkstückträger
- 6
- Bauteilzuführung
- 7
- Handlingeinrichtung
- 8
- Fügeeinrichtung
- 9
- Sensoreinrichtung
- 10
- Gestell, Untergestell
- 11
- Werkstückaufnahme
- 12
- Magazin
- 13
- Zuführgerät
- 14
- Handlingroboter
- 15
- Greifwerkzeug
- 16
- Greifelement, Sauggreifer
- 17
- Träger, Tragleiste
- 18
- Fügeroboter
- 19
- Fügewerkzeug
- 20
- Heizwerkzeug, Kontaktheizung
- 21
- Heizwerkzeug, Remoteheizung
- 22
- Aktivierungseinrichtung, Heizeinrichtung
- 23
- Sensor belastungsaufnehmend
- 24
- Sensor für Positionierung
- 25
- Sensor für Bauteil
- 26
- Portal
- 27
- Basis
- 28
- Hand, Roboterhand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2388194 A2 [0003, 0009]
- US 2006/0218780 A1 [0004]
