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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fertigungsmodul mit einem kollaborativen Roboter. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Fertigungslinie mit mindestens zwei solcher Fertigungsmodule.
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Stand der Technik
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Insbesondere in der Massenproduktion werden Industrieroboter zur Werkstückfertigung eingesetzt. Die Industrieroboter umfassen einen Manipulator, der über eine Steuerung gesteuert wird. Für den Menschen stellen derartige herkömmliche Industrieroboter eine Gefahr dar, da eine Kollision mit dem Manipulator tödliche Folgen haben kann. Demnach ist es gängige Praxis, den Bewegungsraum von Mensch und Industrieroboter durch das Vorsehen von Schutzeinrichtungen, beispielsweise Schutzgittern und Lichtschranken, zu trennen. Die Schutzeinrichtungen werden dabei häufig an das Bewegungsmuster des Manipulators und damit an die von dem Roboter auszuführende Aufgabe angepasst.
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Durch den Einsatz von kollaborativen Robotern, die auch als Cobots bekannt sind, kann auf das Vorsehen solcher Schutzeinrichtungen verzichtet werden. Cobots verfügen über Sensoren, über die eine Kollision mit oder zumindest eine Verletzung von dem Menschen unterbunden werden kann. Solch ein Cobot ist beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2013 212 887 A1 .
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Mehrere Industrieroboter können zum Ausbilden einer Fertigungslinie hintereinander vorgesehen werden. Die Fertigungslinie besteht aus mehreren Stationen, die durch Materialflusssysteme nach dem Linienprinzip miteinander verbunden sind. Die einzelnen Roboter sowie die Materialflusssysteme werden dabei über eine zentrale Steuerung, meist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS-Steuerung), miteinander vernetzt. Über die SPS-Steuerung kann beispielsweise ein Bearbeitungsbeginn in einer Bearbeitungsstation eingeleitet werden, sobald von einer in der Linie vorangehenden Station ein Bearbeitungsende gemeldet wird. Die zentrale SPS-Steuerung ist damit Träger der Linienintelligenz und für die Koordination der einzelnen Einrichtungen untereinander verantwortlich.
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Die Auslegung von Fertigungslinien mit Industrierobotern wird heutzutage starr auf ein Produkt zugeschnitten. Werden herkömmliche Industrieroboter verwendet, werden die Schutzeinrichtungen der einzelnen Stationen an das entsprechende Bewegungsmuster des Manipulators angepasst. Ebenso wird die zentrale SPS-Steuerung für die Fertigung des spezifischen Produkts programmiert.
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Damit sind herkömmliche Roboter-Fertigungslinien unflexibel, da eine Änderungen des zu fertigenden Produkts und/oder ein Produktwechsel in aufwendigen Umbauten der Fertigungslinie resultiert.
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Darstellung der Erfindung
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Es war demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fertigungsmodul mit einem Roboter bereitzustellen, das eine einfache und kosteneffiziente Umrüstung auf ein abgeändertes Produkt ermöglicht.
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Das Fertigungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück ausgebildet. Das Fertigungsmodul kann ferner ausgebildet sein, mehrere Bearbeitungsschritte an dem Werkstück auszuführen. Ein Fertigungsmodul stellt eine für sich abgeschlossene Einheit zum Bearbeiten eines Werkstücks dar. Bei dem Bearbeitungsschritt kann es sich um einen Montageschritt handeln, bei dem auf dem Werkstück ein oder mehrere Bauteile montiert werden. Ebenso kann das Werkstück im Rahmen des Bearbeitungsschritts mit einem Werkzeug, beispielsweise einem Fräswerkzeug, Drehwerkzeug und/oder einem anderen Werkzeug, bearbeitet werden. Das Werkstück kann aus einem beliebigen Material, beispielsweise aus Metall, Holz und/oder Kunststoff, ausgebildet sein. Bei dem Werkstück kann es sich um ein einzelnes Element und/oder um eine Elementgruppe handeln, die aus mehreren einzelnen Elementen aufgebaut ist.
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Das Fertigungsmodul ist ausgestaltet, um mit mindestens einem weiteren Fertigungsmodul zu einer Fertigungslinie zusammengeführt zu werden. Insbesondere weist das Fertigungsmodul damit eine geometrische Ausbildung auf, die ein derartiges Zusammenführen mit einem weiteren Fertigungsmodul so ermöglicht, dass ein Werkstück von dem einen zu dem anderen Modul übergeben werden kann. Unter einem Zusammenführen kann dabei insbesondere lediglich ein räumliches Zusammenführen und damit kein sonstiges, beispielsweise elektrisches, Koppeln der Module verstanden werden. Die zusammenzuführenden Fertigungsmodule können die gleiche Grundstruktur, beispielsweise die gleiche Werkstückauflage, die gleiche Fördereinrichtung, den gleichen kollaborativen Roboter und die gleiche Steuereinrichtung, jedoch unterschiedliche Peripherieeinrichtungen aufweisen. Die zusammenzuführenden Fertigungsmodule können baugleiche Fertigungsmodule sein. Dabei ist es denkbar, dass die Module verschiedene Längsabmessungen, d.h. Abmessungen in Richtung der Förderrichtung des Werkstücks aufweisen.
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Das Fertigungsmodul umfasst eine Werkstückauflage zum Aufnehmen eines Werkstücks. Unter einer Werkstückauflage wird eine Einrichtung zum Tragen des Werkstücks verstanden. Die Werkstückauflage kann aus einem oder verschiedenen Bauteilen ausgebildet sein, die jeweils unterschiedlich ausgestaltet sein können. Beispielsweise kann die Werkstückauflage eine ebene Fläche, eine Schiene und/oder ein Förderband umfassen. Die Werkstückauflage umfasst einen Werkstückeingang und einen Werkstückausgang. Über den Werkstückeingang kann das Werkstück dem Fertigungsmodul von einem benachbarten Fertigungsmodul übergeben werden. Über den Werkstückausgang kann dasselbe Werkstück, an dem beispielsweise der Bearbeitungsschritt ausgeführt wurde, von dem Fertigungsmodul an ein weiteres Fertigungsmodul übergeben werden.
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Das Fertigungsmodul umfasst ferner eine Fördereinrichtung zum Fördern des Werkstücks von dem Werkstückeingang zu einem Arbeitsplatz und von dem Arbeitsplatz zu dem Werkstückausgang. Die Fördereinrichtung ist ausgestaltet, um das Werkstück durch das Fertigungsmodul hindurch zu bewegen. Die Fördereinrichtung kann Teil der Werkstückauflage oder getrennt von dieser vorgesehen sein. Der Arbeitsplatz ist ein Bereich des Fertigungsmoduls, an welchem der Bearbeitungsschritt ausgeführt wird. Insbesondere handelt es sich bei der Fördereinrichtung um eine automatische Einrichtung mit einem Antrieb zum Antreiben der Förderbewegung, sodass kein manuelles Fördern erforderlich ist.
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Darüber hinaus umfasst das Fertigungsmodul einen kollaborativen Roboter. Wie eingangs ausgeführt, handelt es sich bei einem kollaborativen Roboter um einen Roboter, der neben Menschen arbeiten kann und nicht mit Schutzeinrichtungen von diesen getrennt werden muss. Hierzu kann der Roboter beispielsweise Sensorik zur Kollisionsvermeidung aufweisen und/oder lediglich Bewegungen mit eingeschränkter Dynamik und Kraft ausführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein beliebiger kollaborativer Roboter in dem Fertigungsmodul vorhersehbar. Der Roboter muss jedoch geeignet und eingerichtet sein, den Bearbeitungsschritt des Fertigungsmoduls an dem Werkstück auszuführen. Dabei ist der Cobot in dem Fertigungsmodul derart angeordnet, dass der Bearbeitungsschritt an dem Arbeitsplatz ausgeführt werden kann. Ferner kann das Fertigungsmodul so ausgestaltet sein, dass der Werkstückeingang und der Werkstückausgang im Arbeitsraum des Roboters liegen. Unter dem Arbeitsraum des Roboters wird die Summe aller durch den Effektor erreichbaren Punkte bezeichnet. So kann mittels des kollaborativen Roboters ein Werkstück am Werkstückeingang übernommen und über den Werkstückausgang übergeben werden. Das Fertigungsmodul kann mehrere kollaborative Roboter umfassen. In dieser Ausführungsform können der Werkstückeingang und der Werkstückausgang in einem Arbeitsraum liegen, der durch die mehreren kollaborativen Roboter aufgespannt wird.
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Ferner umfasst das Fertigungsmodul eine Steuereinrichtung. Bei der Steuereinrichtung handelt es sich insbesondere um eine elektronische Steuereinrichtung, die einen oder mehrere Mikrocontroller aufweisen kann. Die Steuereinrichtung kann eine Schnittstelle zum Aufspielen von Software aufweisen. Insbesondere kann über die Schnittstelle Software für unterschiedliche Bearbeitungsschritte des Moduls aufgespielt werden. Soll ein Modul von einem ersten Bearbeitungsschritt auf einen zweiten Bearbeitungsschritt umgerüstet werden, kann beispielsweise über die Schnittstelle eine neue Software für den zweiten Bearbeitungsschritt aufgespielt werden. Die Steuereinrichtung kann ein einziges oder mehrere Steuermodule aufweisen, die jeweils einen oder mehrere Mikrocontroller umfassen können. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Steuerungsmodul für Peripheriegeräte und ein hiervon getrenntes Steuerungsmodul für den kollaborativen Roboter aufweisen. Die Fördereinrichtung, eine Sensoreinrichtung zur Lageerfassung des Werkstücks, eine Sensoreinrichtung zur Zustandserfassung des Werkstücks, eine Heizplatte, eine Presse und/oder weitere Einrichtungen können Peripheriegeräte darstellen. Die Sensoreinrichtung zur Lageerfassung kann einen optischen Sensor, beispielsweise einen Lichtsensor aufweisen. Die Sensoreinrichtung zur Zustandserfassung kann einen Temperatursensor aufweisen. Ferner kann beispielsweise mittels eines Peripheriegeräts das Werkstück vermessen werden.
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Darüber hinaus kann das Fertigungsmodul einen Werkzeugwechsler aufweisen, der eine Vielzahl von Werkzeugen für unterschiedliche Bearbeitungsschritte des Fertigungsmoduls tragen kann. Das Fertigungsmodul kann so ausgestaltet und eingerichtet sein, dass die Werkzeuge mit dem kollaborativen Roboter aus dem Werkzeugwechsler entnommen und in diesem abgelegt werden können.
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Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Fördereinrichtung und den kollaborativen Roboter unabhängig von Informationen außerhalb des Fertigungsmoduls so zu steuern, dass die Fördereinrichtung das Werkstück vom Werkstückeingang zum Arbeitsplatz fördert, der kollaborative Roboter den Bearbeitungsschritt am Werkstück am Arbeitsplatz ausführt, und die Fördereinrichtung das bearbeitete Werkstück anschließend vom Arbeitsplatz zum Werkstückausgang fördert. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um diese Schritte vollständig unabhängig von Informationen außerhalb des Fertigungsmoduls auszuführen. Insbesondere handelt es sich bei den Informationen von außerhalb des Fertigungsmoduls um Daten, die mit Einrichtungen generiert werden, die nicht Teil des Fertigungsmoduls und/oder diesem nicht zugewiesen sind. Bei den Informationen von außerhalb des Fertigungsmoduls kann es sich um während der Laufzeit, also im Betrieb, erzeugte Informationen handeln. Auf der Steuereinrichtung können Informationen hinterlegt sein, die vor Betrieb außerhalb des Fertigungsmoduls generiert und auf diese aufgespielt wurden.
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Unter einer Einrichtung der Steuereinrichtung für eine bestimmte Funktion wird erfindungsgemäß die spezifische Herrichtung, insbesondere Programmierung, der Steuereinrichtung für die bestimmte Funktion verstanden. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um alle beziehungsweise sämtliche Komponenten des Fertigungsmoduls zu steuern. Insbesondere muss die Steuereinrichtung mit benachbarten Fertigungsmodulen und/oder sonstigen Einrichtungen nicht vernetzt werden, um den Bearbeitungsschritt an dem Werkstück ausführen zu können. Die Steuereinrichtung kann räumlich in das Fertigungsmodul integriert, an diesem angebracht und/oder benachbart zu diesem vorgesehen sein.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein vollkommen dezentrales Fertigungsmodul mit einem kollaborativen Roboter bereit, das selbst Träger seiner Intelligenz ist und nicht mit anderen Modulen einer Fertigungslinie kommunizieren und/oder in ein übergeordnetes Leitsystem eingebunden werden muss. Durch die vorliegende Erfindung wird demnach ein Modul bereitgestellt, mit welchem das vollständige Potential kollaborativer Robotik in der Werkstückbearbeitung ausgeschöpft werden kann. Der modulare und einfache Aufbau eines des Fertigungsmoduls ermöglicht ferner die Wiederverwendung für eine andere Problemstellung nachdem beispielsweise ein Produkt nicht mehr produziert wird. Ein erfindungsgemäßes Modul kann mit minimalem Aufwand für eine neue Problemstellung umgerüstet werden.
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Kollaborative Roboter sind hochflexibel einsetzbar. Sie sind meist leicht umprogrammierbar, weisen geringe Rüstzeiten auf und erfordern keine aufwendigen Anpassungen von Schutzeinrichtungen beziehungsweise Einhausungen bei sich verändernden Bewegungsmusters. Aus diesem Grund sind kollaborative Roboter grundsätzlich auch für die Fertigung kleinerer bis mittlerer Stückzahlen interessant, bei denen der Einsatz herkömmlicher Industrieroboter unwirtschaftlich ist. Erfordert der Einsatz von Cobots in der Werkstückbearbeitung jedoch aufwendige und kostenintensive Anpassungen in der Fertigungsperipherie, beispielsweise in den Materialflusssystemen und/oder in der Vernetzung einzelner Stationen, kann dies dazu führen, dass eine Automatisierung trotz Cobot-Einsatz dennoch unwirtschaftlich ist.
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Durch die dezentrale Ausgestaltung des Fertigungsmoduls der vorliegenden Erfindung wird eine hochflexible Fertigungsperipherie bereitgestellt, die schnell und kosteneffizient an sich verändernde Bearbeitungsvorgänge angepasst werden kann. Soll beispielsweise ein weiteres Fertigungsmodul in eine bestehende Linie integriert werden, kann ein Fertigungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung neben der Linie dezentral auf seine Aufgabe vorbereitet und anschließend in die Linie eingegliedert werden. Aufgrund des dezentralen Charakters des Fertigungsmoduls sind keinerlei komplizierte Umprogrammierungen einer Linien-SPS-Steuerung und/oder sonstige aufwendigen Vernetzungen des neuen Moduls mit der bestehenden Linie erforderlich. Fertigungslinien können mit den Fertigungsmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung leicht aufgebaut, abgeändert und/oder ergänzt werden. Der einfache und dezentrale Aufbau des Fertigungsmoduls führt in Verbindung mit dem kollaborativen Roboter zu dem überraschenden synergetischen Effekt, dass Roboter-Fertigungslinien einfach, kosteneffizient und hochvariabel realisiert werden können. Die Werkstückbearbeitung mit Robotern ist mit Fertigungsmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung demnach auch für kleinere und mittlere Stückzahlen rentabel.
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Das Fertigungsmodul kann eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Werkstückübergabe an das Modul aufweisen. Die Erfassungseinrichtung kann am Werkstückeingang vorgesehen sein. Mittels solch einer im Modul integrierten Erfassungseinrichtung kann durch das Modul einfach erkannt werden, wenn ein Werkstück diesem zugeführt wird. Damit ist ein dezentraler und autarker Betrieb des Moduls auch bei variierenden Taktzeiten leicht möglich. Die Erfassungseinrichtung kann eine Lichtschranke, eine Kamera und/oder eine sonstige Erfassungseinrichtung aufweisen. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung eingerichtet sein, um neben dem reinen Erfassen eines Werkstücks auch den Typ des zugeführten Werkstücks zu detektieren. Hierfür kann beispielsweise ein Barcode-, QR-Code- und/oder RFID-Scanner vorgesehen sein, um einen auf dem Werkstück und/oder einem Werkstückträger vorgesehenen Barcode, QR-Code und/oder RFID-Code, welcher Informationen über den Werkstücktyp enthält, zu erfassen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die Fördereinrichtung und/oder den Roboter in Abhängig des erfassten Werkstücktyps zu steuern. Beispielsweise kann der durch den Cobot auszuführende Bearbeitungsschritt abhängig von dem mit der Erfassungseinrichtung erfassten Werkstücktyp sein.
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Die Fördereinrichtung kann einen kollaborativen Roboter zum Fördern des Werkstücks aufweisen. Dabei kann das Fertigungsmodul lediglich einen kollaborativen Roboter aufweisen, der sowohl als Fördereinrichtung fungiert als auch dem Ausführen des Bearbeitungsschritts an dem Werkstück dient. So kann ein besonders einfaches und kompaktes Fertigungsmodul bereitgestellt werden. Denkbar ist jedoch auch, dass ein Cobot zum Fördern des Werkstücks und ein weiterer Cobot zur Bearbeitung des Werkstücks vorgesehen ist.
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Die Fördereinrichtung kann einen vom kollaborativen Roboter getrennten Förderantrieb zum Fördern des Werkstücks aufweisen. Beispielsweise kann der Förderantrieb zum Antreiben eines Endlosumlaufelements, wie eines Förderbands, und/oder eines Schlittens auf einer Schienenführung vorgesehen sein. Durch das Vorsehen eines separaten Antriebs kann die Flexibilität des Fertigungsmoduls erhöht werden. Hierdurch wird eine Optimierung des Betriebs und damit eine Erhöhung des Durchsatzes ermöglicht.
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Die Werkstückauflage kann eine Förderstrecke aufweisen, die sich vom Werkstückeingang zum Werkstückausgang erstreckt, entlang welcher das Werkstück durch die Fördereinrichtung gefördert werden kann. So ist ein einfacher und schneller Werkstücktransport durch die Einrichtung möglich. Die Förderstrecke kann beispielsweise eine oder mehrere Schienen, beispielsweise ein Schienenpaar, aufweisen, entlang welcher das Werkstück vom Werkstückeingang zum Werkstückausgang verschoben werden kann. Die Förderstrecke kann auch ein Förderband aufweisen.
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Ferner kann das Fertigungsmodul einen Werkstückträger zum Tragen des Werkstücks aufweisen. Das Werkstück kann auf dem Werkstückträger befestigt sein. Die Fördereinrichtung kann zum Fördern des Werkstückträgers ausgebildet sein. Ferner kann das Fertigungsmodul derart ausgebildet sein, dass das Werkstück bearbeitet werden kann, während es auf dem Werkstückträger montiert ist. Der Werkstückträger dient dem Schutz und der leichten Handhabung des Werkstücks.
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Der Arbeitsplatz, an welchem der Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, kann neben der Förderstrecke angeordnet sein. So ist eine Entkopplung von Werkstückförderung und Werkstückbearbeitung möglich, was wiederum einen erhöhten Durchsatz ermöglicht. Ferner kann das Fertigungsmodul eine Aushebeeinrichtung zum Ausheben des Werkstückträgers, der das Werkstück trägt, aus der Förderstrecke aufweisen. Durch das Ausheben des Werkstückträgers kann das Werkstück örtlich fixiert werden. In der Aushebeeinrichtung kann das Werkstück durch den kollaborativen Roboter bearbeitet werden. Die Aushebeeinrichtung kann dabei die durch die Bearbeitung auf das Werkstück aufgebrachten Kräfte aufnehmen. Der Arbeitsplatz kann damit in der Aushebeeinrichtung und/oder auf der Förderstrecke angeordnet sein. Die Aushebeeinrichtung ist insbesondere eine automatische Aushebeeinrichtung. Die Aushebeeinrichtung kann beispielsweise auch durch einen kollaborativen Roboter realisiert werden. Alternativ kann das Werkstück beispielsweise aus dem Werkstückträger durch den kollaborativen Roboter entnommen und zu einem Arbeitsplatz auf der Werkstückauflage neben der Förderstrecke überführt werden, um dieses hier zu bearbeiten. Ferner kann das Fertigungsmodul eine Arretierungseinrichtung zum Arretieren des Werkstücks am Arbeitsplatz aufweisen. Durch die Arretierung kann das Werkstück am Arbeitsplatz leicht bearbeitet werden, da die Arretierung durch die Bearbeitung auf das Werkstück aufgebrachte Kräfte aufnehmen kann. Mittels der Arretierungseinrichtung kann das Werkstück am Arbeitsplatz örtlich fixiert werden. Die Steuereinrichtung kann ferner eingerichtet sein, um die Aushebeeinrichtung und/oder die Arretierungseinrichtung unabhängig von Informationen außerhalb des Moduls zu steuern. Die Arretierungseinrichtung kann darüber hinaus zum Arretieren des Werkstückträgers ausgebildet sein.
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Das Fertigungsmodul kann ferner als Tischmodul ausgebildet sein. Die Werkstückaufnahme und/oder die Fördereinrichtung können im Rahmen dieser Ausführungsform auf einem Gestellt vorgesehen sein. Der kollaborative Roboter kann hingegen auf einem Roboterträger neben dem Gestell angeordnet sein. Der Roboterträger kann relativ zum Gestell verschiebbar vorgesehen sein. So kann ein besonders einfaches und kostengünstiges Fertigungsmodul bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus kann das Fertigungsmodul eine Roboterschnittstelle aufweisen, die es ermöglicht, den Roboter selektiv aus dem Modul zu entfernen und hinzuzufügen. Mit dieser Ausgestaltung kann die Variabilität des Fertigungsmoduls erhöht werden. Beispielsweise kann das Modul sowohl mit einem Cobot als auch manuell durch einen menschlichen Arbeiter bedient werden, wenn der Roboter aus der Schnittstelle entfernt wurde.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Fertigungslinie zum Bearbeiten eines Werkstücks. Die Fertigungslinie umfasst mindestens zwei Fertigungsmodule gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Fertigungsmodule sind so angeordnet, dass ein Werkstück vom Werkstückausgang des ersten Fertigungsmoduls an den Werkstückeingang des zweiten Fertigungsmoduls übergeben werden kann. Insbesondere sind die Fertigungsmodule eingerichtet, zwei unterschiedliche Bearbeitungsschritte an dem Werkstück auszuführen. Die zwei Fertigungsmodule sind nicht miteinander vernetzt. Insbesondere können die Fertigungsmodule somit ihre jeweiligen Bearbeitungsschritte vollkommen autark ausführen, ohne dass Informationen zwischen den Modulen ausgetauscht werden. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem Fertigungsmodul verwiesen.
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Das erste Fertigungsmodul der Fertigungslinie kann dabei eingerichtet sein, um den ersten Bearbeitungsschritt durch den kollaborativen Roboter auszuführen. Das zweite Fertigungsmodul kann ferner eingerichtet sein, um den zweiten Bearbeitungsschritt durch einen Menschen auszuführen. Folglich kann das zweite Fertigungsmodul so hergerichtet sein, dass kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist. Im Rahmen dieser Fertigungslinie können Mensch und Roboter Seite an Seite miteinander arbeiten.
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Ferner umfasst die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Fertigungsmodul nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst das Fördern des Werkstücks vom Werkstückeingang zum Arbeitsplatz des Fertigungsmoduls mit der Fördereinrichtung, das Bearbeiten des Werkstücks am Arbeitsplatz mit dem kollaborativen Roboter, und das Fördern des Werkstücks vom Arbeitsplatz zum Werkstückausgang mit der Fördereinrichtung. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem Fertigungsmodul verwiesen.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Automatisieren einer Fertigungslinie mit Fertigungsmodulen gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines ersten Fertigungsmoduls in der Fertigungslinie, bei dem kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, sodass ein manuelles Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück durch einen Menschen ermöglicht wird. In einem weiteren Schritt wird ein zweites Fertigungsmodul, das nicht in die Fertigungslinie integriert ist, bei dem ein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, bereitgestellt. Das zweite Fertigungsmodul wird in einem weiteren Schritt eingerichtet, um den Bearbeitungsschritt, der zuvor manuell in dem ersten Fertigungsmodul ausgeführt wurde, mit dem kollaborativen Roboter auszuführen. Dieser Einrichtungsschritt kann beispielsweise das Programmieren des Fertigungsmoduls für den entsprechenden Bearbeitungsschritt umfassen. Schlussendlich umfasst das Verfahren das Austauschen des ersten Fertigungsmoduls in der Fertigungslinie durch das zweite Fertigungsmodul. Aufgrund des dezentralen und modularen Charakters der Fertigungsmodule der vorliegenden Erfindung wird damit eine sukzessive Automatisierung der Fertigungslinie ermöglicht. Ebenso ist es denkbar, ein Fertigungsmodul in einer Fertigungslinie, in dem ein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, durch ein manuelles Fertigungsmodul, in dem kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, auszutauschen. So kann beispielsweise bei Ausfall des Roboters ein Stillstand der Linie vermieden werden. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem Fertigungsmodul verwiesen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt ein Fertigungsmodul zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Fertigungslinie zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt ein Fertigungsmodul 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fertigungsmodul 1 ist vorliegend als Tischmodul ausgebildet. Das Tischmodul 1 umfasst ein Gestell 2, eine Arbeitsfläche 3 sowie eine Förderstrecke 4. Die Arbeitsfläche 3 und die Förderstrecke 4 werden durch das Gestell 2 getragen. Das Gestell 2 kann aus Aluminiumprofilen ausgebildet sein. Darüber hinaus umfasst das Tischmodul 1 dieser Ausführungsform einen ersten Roboterträger 5, auf dem ein erster kollaborativer Roboter 6 vorgesehen ist, und einen zweiten Roboterträger 7, auf dem ein zweiter kollaborativer Roboter 8 vorgesehen ist. Die Roboterträger 6, 7 können aus Aluminiumprofilen ausgebildet sein.
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Die Förderstrecke 4 erstreckt sich von einem Werkstückeingang 9 des Tischmoduls 1 zu einem Werkstückausgang 10. Über den Werkstückeingang 9 ist ein Werkstück W dem Tischmodul 1 von einem vorangehenden Tischmodul zuführbar. Über den Werkstückausgang 10 kann das Werkstück W dem Werkstückeingang eines benachbarten, baugleichen Tischmoduls zugeführt werden. Die Förderstrecke 4 erstreckt sich in dieser Ausführungsform entlang einer Geraden. Die Förderstrecke 4 weist zwei parallel zueinander angeordnete Förderschienen 11 und 12 auf, entlang welcher ein Werkstückträger 13 verschoben werden kann. Auf dem Werkstückträger 13 kann das Werkstück W montiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann es sich bei dem Werkstück W um eine mechanische Komponente und/oder eine elektrische Komponente handeln.
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Die Arbeitsfläche 3 ist in dieser Ausführungsform neben der Förderstrecke 4 angeordnet. Bei der Arbeitsfläche 3 kann es sich um eine ebene Fläche handeln, die sich benachbart zur Förderstecke 4 vom Werkstückeingang 9 zum Werkstückausgang 10 erstreckt. Die Arbeitsfläche 3 kann so ausgebildet sein, dass das Werkstück W auf dieser abgelegt werden kann, um das Werkstück W mit einem der kollaborativen Roboter 6, 8 zu bearbeiten. Der erste Roboterträger 5 mit dem darauf vorgesehenen ersten kollaborativen Roboter 6 ist benachbart zur Arbeitsfläche 3 auf mittiger Höhe derselben angeordnet. Der zweite Roboterträger 7 mit dem darauf vorgesehenen zweiten kollaborativen Roboter 8 ist benachbart zur Förderstrecke 4 auf Höhe des Werkstückeingangs 9 angeordnet.
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Die Roboterträger 5, 7 sind in dieser Ausführungsform beweglich vorgesehen, sodass diese an unterschiedlichen Positionen entlang des Tischmoduls 1 angeordnet werden können. Ebenso können sie vollständig aus dem Tischmodul 1 entfernt werden. Ferner weisen die Roboterträger 5, 7 eine nicht gezeigte Schnittstelle auf, die es ermöglicht, jeden der Roboter 6, 8 selektiv aus dem Tischmodul 1 zu entfernen oder hinzuzufügen.
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Darüber hinaus umfasst das Tischmodul 1 eine Steuereinrichtung 14, die zum Steuern von beiden kollaborativen Roboters 6, 8 eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung 14 ist räumlich in das Tischmodul 1 integriert und vorliegend am Gestell 2 montiert. Die Steuereinrichtung 14 ist mit einer Erfassungseinrichtung 15 verbunden, die am Werkstückeingang 9 vorgesehen ist. Über die Erfassungseinrichtung 15 ist eine Werkstückübergabe an das Tischmodul 1 erfassbar.
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Die Steuereinrichtung 14 ist eingerichtet, um eine Werkstückübergabe an das Tischmodul 1 über die Erfassungseinrichtung 15 zu erfassen und den ersten kollaborativen Roboter 8 anschließend so zu steuern, dass dieser den Werkstückträger 13 mit dem darauf montierten Werkstück W vom Werkstückeingang 9 zu einem Arbeitsplatz 16 auf der Arbeitsfläche 3 fördert. Vor der Bearbeitung kann der Werkstückträger 13 mit dem darauf vorgesehenen Werkstück W durch eine Aushebeeinrichtung 17 aus der Förderstrecke 4 ausgehoben werden. Die Aushebeeinrichtung 17 ist zwischen den Förderschienen 11, 12 vorgesehen und dient dem örtlichen Fixieren des Werkstückträgers 13. Das Werkstück W kann auf dem ausgehobenen Werkstückträger 13 mit einem der kollaborativen Roboter 6, 8 bearbeitet werden. Alternativ kann das Werkstück W durch einen der kollaborativen Roboter 6, 8 zum Arbeitsplatz 16 neben der Förderstrecke 4 befördert werden. Hier kann das Werkstück W durch eine Arretierungseinrichtung 18 örtlich fixiert und anschließend mit dem zweiten kollaborativen Roboter 6 bearbeitet werden. Ist die Bearbeitung beendet, wird das bearbeitete Werkstück W erneut auf dem Werkstückträger 13 auf der Förderstrecke 4 abgelegt und durch den ersten und/oder zweiten kollaborativen Roboter 6, 8 zum Werkstückausgang 10 befördert.
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Im Ergebnis handelt es sich bei dem Tischmodul 1 folglich um ein vollkommen dezentrales Modul, welches zur Ausführung seines Bearbeitungsschritts nicht mit benachbarten Modulen kommunizieren und mit diesen vernetzt werden muss.
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Wie schematisch in 2 gezeigt, können mehrere der Tischmodule aus 1 zu einer Fertigungslinie 20 zusammengeführt werden. Die Fertigungslinie 20 umfasst in dieser Ausführungsform insgesamt drei Tischmodule 1.1, 1.2 und 1.3, wobei das erste 1.1 und dritte Modul 1.3 jeweils wie in 1 gezeigt eingerichtet sind. Das erste 1.1 und das dritte Modul 1.3 weisen demnach ebenfalls eine nicht gezeigte Erfassungseinrichtung 15.1 beziehungsweise 15.3 am Werkstückeingang und zwei kollaborative Roboter 6.1 und 8.1 beziehungsweise 6.3 und 8.3 auf. Die Erfassungseinrichtungen 15.1 beziehungsweise 15.3 sowie die kollaborativen Roboter 6.1 und 8.1 beziehungsweise 6.3 und 8.3 sind mit einer Steuereinrichtung 14.1 beziehungsweise 14.3 des jeweiligen Moduls verbunden. Demnach sind die Module 1.1, 1.3 jeweils eingerichtet, um vollständig autark und automatisch bestimmte Bearbeitungsschritte an einem Werkstück W auszuführen, ohne dass eine Kommunikation oder Vernetzung mit benachbarten Modulen erforderlich ist. Das zweite Modul 1.2 ist ebenfalls wie in 1 gezeigt ausgebildet, weist jedoch keine Roboterträger, keine kollaborativen Roboter und keine Erfassungseinrichtung auf. Das zweite Modul 1.2 ermöglicht demnach das manuelle Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück W durch eine nicht gezeigte menschliche Arbeitskraft.
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Die einzelnen Tischmodule 1.1, 1.2 und 1.3 sind hintereinander derart aufgebaut, dass der Werkstückausgang des ersten Tischmoduls 1.1 an den Werkstückeingang des zweiten Tischmoduls 1.2 und der Werkstückausgang des zweiten Tischmoduls 1.2 an den Werkstückeingang des dritten Tischmoduls 1.3 unmittelbar angrenzt. Über die aneinander angrenzenden Förderstrecken der einzelnen Tischmodule 1.1, 1.2 und 1.3 ist ein Werkstück W demnach durch die gesamte Fertigungslinie 20 beförderbar. Eine Vernetzung der einzelnen Module untereinander findet jedoch nicht statt.
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Soll nun der Bearbeitungsschritt des zweiten Tischmoduls 1.2 automatisiert werden, wird ein von der Fertigungslinie 20 örtlich getrenntes Tischmodul, das in 2 nicht gezeigt ist, auf den durch das zweite Modul durchzuführenden Bearbeitungsschritt vorbereitet. Genauer gesagt wird ein Tischmodul 1 wie es in 1 abgebildet ist mit einer Steuereinrichtung 14, Roboterträgern 5, 7, kollaborativen Robotern 6, 8 und einer Erfassungseinrichtung 15 bereitgestellt. Die Steuereinrichtung 14 wird so programmiert, dass der durch das zweite Tischmodul auszuführende Bearbeitungsschritt automatisiert durch die kollaborativen Roboter 6, 8 ausgeführt werden kann. Anschließend wird das manuelle Tischmodul 1.2 der Fertigungslinie 20 durch das vorbereitete automatisierte Tischmodul ersetzt. Da keinerlei Vernetzung und sonstige Anbindung unter den einzelnen Modulen 1.1, 1.2 und 1.3 erforderlich ist, kann das automatisierte Tischmodul einfach und kostengünstig in die Fertigungslinie 20 integriert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212887 A1 [0003]
