DE3539797A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen scheibenmontage an kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Scheibenmontage an Kraftfahrzeugen.

Es ist bekannt, zum Fügen von Scheiben Industrieroboter mit einer Greifeinrichtung zur Aufnahme der Scheiben zu verwenden. Um diesen Industrieroboter genau positionieren zu können, muß vorher die Lage des Scheibenausschnittes an Kraftfahrzeug vermessen werden. Hierfür werden ortsfest installierte Video-Kameras verwendet, die die Lage des Scheibenausschnittes bzw. seiner Kanten erfassen, auswerten und danach den Industrieroboter steuern. Diese Video-Systeme haben jedoch den Nachteil, daß sie den Bewegungsspielraum des Industrieroboters durch ihre ortsfeste Montage einschränken und im weiteren auch sehr teuer sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfacheres und kostengünstigeres Verfahren sowie eine Vorrichtung zur automatischen Scheibenmontage aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruches.

Nunmehr werden Sensoren zur Erfassung und Vermessung des Scheibenausschnittes von Handhabungsgerät bei der Scheibenmontage mitbewegt. Diese Sensoren werden dabei auch ziemlich nahe an das grobvorpositionierte Kraftfahrzeug herangebracht. Damit können auch kostengünstige Sensoren verwendet werden, die eine geringere Reichweite haben als die Video-Systeme, die trotz großem Abstand sehr genau vermessen müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat im weiteren den Vorteil, daß es durch seine Zweistufigkeit in Grob- und Feinvermessung eine im Endeffekt sehr hohe Meßgenauigkeit ermöglicht. Über die Grobvermessung wird ein vorläufiger Bezugspunkt errechnet, von dem aus dann die Feinvermessung erfolgt. Dieser Bezugspunkt kann bereits der angenäherte Mittelpunkt des Scheibenausschnitts bzw. der angenäherte, spätere Montagemittelpunkt sein. Hierbei lassen sich in vorteilhafter Weise auch die unterschiedlichen Meßgenauigkeiten und Reichweiten der Grob- und Feinsensoren einsetzen. Die Grobsensoren haben einen größeren Arbeitsabstand bei geringerer Meßgenauigkeit, die allerdings für eine Festlegung des Bezugspunktes und ein Annäherung der Scheibe und der Feinsensoren an den Scheibenausschnitt genügt. Damit können hochempfindliche Feinsensoren eingestzt werden, die entsprechend ihrer hohen Empfindlichkeit einen niedrigen Arbeitsabstand besitzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch eine genaue Vermessung des Scheibenausschnittes nahezu unabhängig von der Lackfarbe der Karosserie. Die Scheibe muß letztendlich genau in den umlaufenden Karosseriefalz eingepaßt werden, so daß als Bezugskante für die Ausschnittvermessung die Stufe des Falzes herangezogen werden muß. Erst durch die angenäherten Feinsensoren kann diese Kante zuverlässig ohne Täuschung durch die Lackfarbe und andere Umgebungseinflüsse erfaßt werden. Die Grobsensoren tasten hingegen die freie Innenkante des umlaufenden Karosseriefalzes ab, die auch auf größere Entfernung, je nach Art der Sensoren, als metallischer Rand oder als Hell-/Dunkelunterschied erkannt werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Scheibenausschnitt zumindest hinsichtlich der Lage zweier senkrecht aufeinander stehender Kanten grob vermessen und daraus der Bezugspunkt für die Feinvermessung bestimmt. Es ist aber auch möglich, alle vier Scheibenausschnittskanten zu messen und als Bezugspunkt den groben Scheibenausschnittsmittelpunkt heranzuziehen. Mit der Grobvermessung findet auch eine Abstandsbestimmung und eventuelle Korrektur statt.

Das Feinvermessen kann von Bezugspunkt aus in gleicher Weise wie das Grobvermessen durch kreuzweises Überfahren der Scheibenausschnittskanten erfolgen. Hierbei sollte allerdings hinsichtlich derjenigen Scheibenausschnittskanten gemittelt werden, die später am fertiggestellten Kraftfahrzeug sichtbar sind. Nach dem Feinvermessen ist die Scheibe in den beiden in der Scheibenebene verlaufenden, translatorischen Achsen und in der dritten, senkrecht dazu liegenden, translatorischen Achse gegenüber dem Scheibenausschnitt korrekt positioniert. Fehlpositionierungen sind nun noch nach den übrigen drei rotatorischen Achsen möglich.

Mit dem erfindungemäßen Verfahren zur Feinpositionierung läßt sich gleichzeitig mit einer Vermessung und Positionierung in den translatorischen Achsen eine eventuelle Verdrehung um die senkrecht auf der Scheibenfläche stehende Rotationsachse korrigieren. Hierzu wird vom Bezugspunkt aus nach der vorbeschriebenen Mittelung das Paar von Feinsensoren auf eine Scheibenausschnittskante zubewegt.

Sobald einer der beiden Sensoren die Stufe des Karosseriefalzes feststellt, wird um diesen Bezugspunkt die Scheibe so lange gedreht, bis auch der zweite Feinsensor die Stufe ertastet. Dadurch ist auf sehr einfache Weise die Scheibe bereits gegenüber dieser Stufe positioniert. Es empfiehlt sich daher, hierfür die Stufe an der Oberkante des Scheibenausschnittes zu verwenden. Diese Kante ist später am fertigen Fahrzeug sichtbar, so daß es hier auf größtmögliche Paßgenauigkeit ankommt.

Von der Stufe aus kann aber auch eine Feinmittlung der Scheibe in Bezug auf die gegenüberliegende Stufe erfolgen.

Als Positionierfehler der Scheibe bleiben danach noch Kipplagen um die beiden in der Scheibenfläche verlaufenden Rotationsachsen übrig. Diese Fehler können durch weitere Abstandsmessungen mit Feinsensoren behoben werden. Die Erfindung sieht darüber hinaus aber noch eine einfachere Lösung vor, indem die Scheibe an mehreren, über ihre Fläche verteilten Punkten mit gleichmäßigem Druck so lange an den Karosseriefalz gepreßt wird, bis sie überall anliegt. An diesen verschiedenen Punkten kann die Scheibe dabei unterschiedlich lange Wege zurücklegen.

Mit dieser Methode läßt sich die Scheibe auch an einen durch Schweißverzug oder aus anderen Gründen verformten Karosseriefalz anpressen.

Erfindungsgemäß sind die Sensoren an der Greifeinrichtung befestigt und ragen seitlich über die Scheibe vor. Nachdem die Sensoren zum Einmitteln der Scheibe in den translatorischen Achsen entlang dieser Achsen über den Scheibenausschnitt bewegt werden, genügen grundsätzlich ein Grobsensor und ein Paar von Feinsensoren. Die beiden Feinsensoren sind dabei für die vorgenannte Behebung des Drehfehlers auf einer Scheibenkante, vorzugsweise auf der Oberkante plaziert. Der Grobsensor kann im einfachsten Fall auch die Abstandsmessung übernehmen.

Für eine maximale Meßgenauigkeit empfiehlt es sich, zumindest an drei Scheibenrädern je einen Grobsensor und einen Abstandssensor vorzusehen. Außerdem sollten dann zwei zusätzliche Feinsensoren für die seitliche Mittelung an den beiden seitlichen Scheibenrädern plaziert werden.

Die Sensoren können unterschiedlich, beispielsweise als mechanische Taster, kapazitive oder induktive Näherungsgeber oder dgl. ausgebildet sein. Für eine sichere Abtastung der Falzinnenkante und der Stufe empfiehlt sich jedoch besonders die Verwendung von optischen Sensoren, insbesondere in Form von Reflexlichttastern. Diese besitzen, entsprechend ihrer Verwendung als Fein- oder Grobsensoren unterschiedliche Reichweiten bzw. Arbeitsabstände und Empfindlichkeiten. Diverse Typen sind speziell für die Kantenabtastung nahezu unabhängig von der Oberflächenfarbe einsetzbar. Der Streubereich des Meßergebnisses bei verschiedenen Oberflächenfarben ist hierbei vernachlässigbar klein. Die Abstandsmessung erfolgt vorzugsweise mit Reflexlichttastern, in besonderer Ausbildung als Abstandssensor.

Ein gleichmäßiges Anpressen der Scheibe in den Karosseriefalz zur Behebung der Kippfehler läßt sich am einfachsten durch die Verwendung von hydraulischen oder pneumatischen Stellzylindern erreichen, die über Vakuumgreifer oder dgl. die Scheibe halten, und die über eine gemeinsame Ringleitung untereinander verbunden sind. Die Zylinder werden dadurch gemeinsam mit gleichem Druck beaufschlagt und bewegen die Scheibe um unterschiedliche Wege so weit vor, bis diese überall mit gleichmäßigem Druck am Karosseriefalz anliegt. Alternativ kann ein umlaufendes Pneumatikbalgsystem (Schlauchringsystem) zum individuellen Einpressen der Scheibe verwandt werden.

Der gleiche Effekt läßt sich auch mit einzeln angesteuerten und abschaltbaren Zylindern oder anderen Stellorganen erreichen. Diese werden über elektrische Mikroschalter oder dgl. Endlagenmelder gesteuert, die auf den an den Karosseriefalz angrenzenden Karosserieflächen aufsetzen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch und beispielsweise dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Handhabungsgerätes mit Scheibe an einem Kraftfahrzeug.

Fig. 2: die Greifeinrichtung mit einer Scheibe,

Fig. 3 u. 4: Meßpositionen der Sensoren.

Fig. 1 zeigt einen Industrieroboter oder ein anderes Handhabungsgerät 1, das mit einer Greifeinrichtung 10 an Kraftfahrzeugen 2 Scheiben 4 automatisch einsetzt. Das Kraftfahrzeug 2 wird mit einer Transportvorrichtung 3 in eine vorpositionierte Stellung gegenüber dem Handhabungsgerät 1 gefahren. Das Handhabungsgerät 1 nimmt über den Greifer 10 eine Scheibe 4 von einem nicht dargestellten Stapel auf und bewegt diese auf den Scheibenausschnitt des vorpositionierten Kraftfahrzeuges 2 zu. Die Scheibe wird dabei auf einen Abstand von ca. 50 mm an den Scheibenausschnitt 19 heranbewegt. Mit der gezeigten Vorrichtung wird die Windschutzscheibe des Fahrzeuges montiert. Mit der gleichen Vorrichtung und nach den gleichen Verfahren können aber auch die Rückscheibe und die Seitenscheiben automatisch montiert werden. Mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung kann das Handhabungsgerät 1 außerdem auch Scheiben von einem nicht regelmäßig sortierten Stapel paßgenau greifen.

Gemäß Fig. 2 besteht die Geifeinrichtung 10 aus einer zentralen Flanschplatte von der mehrere Arme radial nach aussen ragen. Mit der Flanschplatte wird die Greifeinrichtung 10 an Handhabungsgerät 1 befestigt. Am Ende der Arme sitzen vier oder sechs pneumatische Stellzylinder 11, die über Vakuumgreifer 12 die einzusetzende Scheibe 4 halten. Vier Stellzylinder 11 sind dabei in den Eckbereichen und zwei Stellzylinder 11 in der Mitte der langen Ober- und Unterkante 5, 6 der Scheibe 4 positioniert. Die Stellzylinder 11 sind untereinander durch eine Ringleitung 16 verbunden und werden über das Handhabungsgerät 1 von einer nichtdargestellten Druckluftquelle beaufschlagt.

An weiteren Armen sind längsverstellbar und kippbar Sensoren 13, 14, 15 befestigt. An der Oberkante 5 der Scheibe ist hierbei in den Eckbereichen jeweils ein Feinsensor 15 angeordnet, während im mittleren Bereich ein Grobsensor 13 und ein Abstandssensor 14 positioniert sind. An den beiden Seitenkanten und der Unterkante 6 sind jeweils im mittleren Bereich ein Grobsensor 13 und ein Feinsensor 15 angeordnet. Die Sensoren 13, 14, 15 sind als Reflexlichtschranken ausgebildet. Die Feinsensoren 15 besitzen für eine hohe Meßgenauigkeit einen engen Meßbereich bei entsprechend geringer Reichweite und sind weitgehend unempfindlich gegenüber unterschiedlichen Oberflächenfarben. Die Grobsensoren 13 arbeiten auf größere Entfernung mit einem weiteren Meßbereich. Die Abstandssensoren 14 sind als spezielle Näherungsgeber ausgebildet. Die Sensoren 13, 14, 15 ragen über die Scheibenränder vor und tasten verschiedene Kanten des Scheibenausschnittes 19 ab.

Das Meßverfahren wird anhand der Fig. 3 und 4 näher erläutert. Aus der angenäherten Stellung der Greifeinrichtung 10 mit der Scheibe 4 und den Sensoren 13, 14, 15 beginnt die Vermessung des Scheibenausschnittes 19, in den am Ende die Scheibe 4 paßgenau eingestzt werden soll. Fig. 4 verdeutlicht im unteren Teil diese Paßstellung, in der die Scheibe 4 bündig mit der Oberfläche der Karosserie abschließen soll. Wie die Zeichnung verdeutlicht, sind an den Rändern der Scheibe 4 bereits eine umlaufende Klebstoffraupe 17 und ein Dichtgummi 18 angebracht. Der Dichtgummi 18 kann auch nachträglich eingefügt werden.

Der Scheibenausschnitt 19 am Kraftfahrzeug 2 wird durch einen umlaufenden Karosseriefalz 7 gebildet, der für eine Vermessung zwei definierte Kanten in Form einer Stufe 8 und des Innenrandes 9 zur Verfügung stellt. Die Scheibe 4 muß zwischen die Stufen 8 möglichst mit umlaufend gleichen Abstand eingemittelt und eingepaßt werden. Die Stufe 8 kann allerdings aus der angenäherten Stellung nicht zuverlässig gemessen werden.

Für die Grobmessung wird die Greifeinrichtung zunächst kreuzweise in Richtung der Kanten des Scheibenausschnittes verfahren. In der angenäherten Stellung ist die Greifeinrichtung 10 mit der Scheibe 4 bereits in eine annähernd parallele Lage zum Scheibenausschnitt 19 vorpositioniert. Für die Grobvermessung erfolgen die Bewegungen in der Scheibenebene. Sobald die Grobsensoren 13 auf ihrer Bewegungsbahn die jeweils quer dazu verlaufenden Innenkanten 9 des umlaufenden Karosseriefalzes 7 überfahren, wird diese Kante als Binärsignal beim Hell-/- Dunkelwechsel registriert und an die Steuerung des Handhabungsgerätes 1 (nicht dargestellt) gemeldet. Diese speichert den ereigniszugeordneten Positionsistwert ab.

Zunächst wird hierbei in einer Geraden parallel der Oberkante 5 des Scheibenausschnittes 19 verfahren, wodurch die Lage der A-Säulen (rechts/links) ermittelt wird. Aus diesen beiden Positionswerten wird die Mitte der Scheibenausschnittslänge ermittelt. Von diesem vorläufigen Mittelpunkt aus wird danach in analoger Weise die Lage der Ober- und Unterkante 5, 6 gesucht.

Durch Ausmitteln dieser gemessenen Istwerte wird danach der vorläufige Mittelpunkt der Scheibenausschnittsfläche bestimmt.

Beim Grobvermessen des Scheibenausschnittes 19 wird außerdem über ein- oder mehrmaliges Anfahren durch den Abstandssensor 14 die Entfernung zum Karosseriefalz 7 ermittelt und der Sollwert angefahren.

Die Lage der Innenkanten 9 gegenüber der Stufe 8 ist toleranzbehaftet. Dieser Umstand macht eine Feinvermessung nötig, zu der die Greifeinrichtung 10 unter Berücksichtigung der korrigierten Entfernungswerte näher an den Scheibenausschnitt 19 heranbewegt wird.

In gleicher Weise wie beim Grobvermessen wird nun die genaue Lage der Stufe 8 an den beiden Seitenkanten des Scheibenausschnittes gemessen und aus dem gemittelten Abstand der Positionswert für den Mittelpunkt korrigiert. Anschließend wird die Greifeinrichtung 10 mit dem Paar von Feinsensoren 15 zur Oberkante 5 des Scheibenausschnitts 19 hinbewegt. Der nachfolgende Meßvorgang wird vor allem zur Ermittlung sichtbarer Scheibenkanten eingesetzt, für die eine besonders genaue Einpassung erforderlich ist. Die Unterkante 6 ist hingegen oftmals unter anderen Karosserieteilen verborgen, so daß hier etwaige Toleranzen keine Rolle spielen und die Scheibe 4 einen größeren Abstand von der Stufe 8 haben kann.

Soweit die Greifeinrichtung 10 mit der Scheibe 4 in ihrer Ebene gegenüber dem Scheibenausschnitt 19 verdreht ist, kommt bei diesem Suchvorgang zunächst nur einer der beiden Feinsensoren 15 in Meßkontakt mit der Stufe 8. Der dabei vorhandene Positionswert wird als Fixpunkt in der Steuerung abgespeichert. Um diesen Punkt wird danach die Scheibe 4 in ihrer Ebene solange gedreht, bis auch die zweite Feinsensor 15 ein Meßsingal abgibt. Durch die beiden Meßsignale bzw. die daraufhin gespeicherten Positionswerte ist die Lage der Oberkante 5 genau definiert, und es kann von hieraus anschließend der vorbeschriebene Einmittelvorgang mit der Unterkante 6 ablaufen.

Aus der Feinvermessung unter entsprechender Korrektur des vorgegebenen Abstands zwischen den Scheibenrändern und den vorragenden Sensoren wird der endgültige Mittelpunkt für die Fügeposition der Scheibe 4 ermittelt. Nach Einnahme der Fügestellung werden die Stellzylinder 11 über die Ringleitung 16 beaufschlagt und drücken die Scheibe 4 mit der Klebestoffraupe 17 gegen den Karosseriefalze 7. Durch den vorgegebenen, gemeinsamen Luftdruck wird die Scheibe 4 dabei an allen Stellen mit gleichmäßigem Druck angepreßt. Abstandsfehler des Karosseriefalzes 7 durch Verzug oder eine windschiefe Form werden hierbei durch unterschiedlich lange Vorschubwege der einzelnen Stellzylinder 11 ausgeglichen.

• Stückliste  1 Handhabungsgerät, Industrieroboter
   2 Fahrzeug
   3 Transportvorrichtung
   4 Scheibe
   5 Oberkante
   6 Unterkante
   7 Karosseriefalz
   8 Stufe
   9 Innenkante, Innenrand
  10 Greifeinrichtung
  11 Stellzylinder
  12 Vakuumgreifer
  13 Grobsensor
  14 Abstandssensor
  15 Feinsensor
  16 Ringleitung
  17 Klebstoffraupe
  18 Dichtgummi
  19 Scheibenausschnitt

Claims (7)

1. Verfahren zur automatischen Scheibenmontage an Kraftfahrzeugen, wobei der Scheibenausschnitt lage- und größenmäßig vermessen wird und in Abhängigkeit davon ein automatisches Handhabungsgerät die Scheibe positioniert, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Scheibenmontage der Scheibenausschnitt über vom Handhabungsgerät mitbewegte Sensoren in mindestens vier Achsen erst grob und danach fein vermessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Grobvermessung durch kreuzweises Überfahren des Scheibenausschnitts die Lage von mindestens zwei der freien Innenkanten des umlaufenden Karosseriefalzes abgetastet, daraus ein Bezugszpunkt für die Feinvermessung festgelegt und anschließend der Abstand der Scheibe vom Scheibenausschnitt bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Feinvermessen die Lage der Stufen in den seitlichen Karosseriefalzen durch Überfahren abgetastet und daraus der Montagemittelpunkt bestimmt wird und daß danach eine am fertigen Fahrzeug sichtbare Scheibenausschnittskante aus der errechneten Montagemittelpunktslage angefahren und die Lage der Stufe des Karosseriefalzes an mindestens einem Punkt ermittelt wird, wobei die Scheibe anschließend um diesen Punkt bis zur Ertastung eines weiteren Punktes auf dieser Stufe gedreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder nach einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe an mehreren, über ihre Fläche verteilten Punkte mit gleichem Druck, aber unterschiedlich einstellbaren Wegen in den Scheibenausschnitt gepreßt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bestehend aus einem Handhabungsgerät mit Greifeinrichtung für die Scheiben, dadurch gekennzeichnet, daß an der Greifeinrichtung (10) mindestens ein Grobsensor (13) und zwei oder mehr Feinsensoren (15) jeweils für die Kantenabtastung sowie ein Abstandssensor (14) angeordnet sind, wobei von den Feinsensoren (15) mindestens zwei mit Abstand nebeneinander auf einer Seite angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (13, 14, 15) seitlich über die Scheibe (4) vorragen und als Reflexlichttaster ausgebildet sind.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifeinrichtung (10) mehrere über die Scheibenfläche verteilte, hydraulische oder pneumatische Stellzylinder (11) aufweist, die miteinander durch eine Ringleitung (16) verbunden sind.