DE4034291C3 - Verfahren zum Auftragen einer Kleberraupe auf einen Flachkörper mittels eines Roboters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen einer Kleberraupe auf einen Flachkörper, insbesondere auf einer gewölbten Fahrzeug-Scheibe mittels eines Ro­ boters, wobei der Roboter den Flachkörper entlang ei­ ner Ausbringdüse für den Kleber bewegt.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 35 31 243 C2 bekannt.

Bei der Montage von beispielsweise Fahrzeug-Schei­ ben mit Hilfe eines Roboters empfiehlt es sich, den Ro­ boter eine Scheibe von einem Stapel abnehmen zu las­ sen, danach diese Scheibe entlang einer Kleberdüse zu führen, um hierbei die für das Verkleben der Scheibe erforderliche Kleberraupe aufzubringen und schließlich die Scheibe durch den Roboter in das Fahrzeug einset­ zen zu lassen. Vorteilhafterweise ist hierbei kein mehr­ maliges Umsetzen der Scheibe erforderlich. Darüber hinaus ist die Versorgung einer quasi stationären Kle­ ber-Ausbringdüse einfacher zu bewerkstelligen als bei einer von einem Roboter geführten Kleberpistole, wie dies aus einem Artikel von J. Hoffmann in Automobil- Industrie Nr. 5/88, Seite 527 bis Seite 529 bekannt ist.

Werden an die Auftragungsqualität hohe Anforde­ rungen gestellt, wie dies beispielsweise bei Kleberrau­ pen von zu verklebenden Fahrzeugscheiben der Fall ist, so muß hierzu der Roboter bei dem oben beschriebenen Verfahren mit einer stationären Ausbringdüse für das Medium einen äußerst komplexen Bewegungsablauf durchführen. Dies gilt insbesondere in den Eckberei­ chen des Flachkörpers, sowie - da der Abstand zwi­ schen der Ausbringdüse sowie der Oberfläche des Flachkörpers an allen Punkten konstant sein soll - all­ gemein bei gewölbten Fahrzeug-Scheiben. Eine derart komplexe Roboterbewegung ist jedoch arbeitsraum- und zeitintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen auf­ zuzeigen, mit Hilfe derer der erforderliche Roboter-Be­ wegungsablauf für das Aufbringen des Mediums auf dem Flachkörper vereinfacht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß steht neben den bei einer Roboter­ steuerung üblicherweise vorhandenen 6 Freiheitsgra­ den ein weiterer Freiheitsgrad zur Verfügung, mit Hilfe dessen der gesamte Bewegungsablauf optimiert werden kann, wenn zusätzlich die Ausbringdüse wie angegeben unterschiedlich positioniert werden kann. Das Verdre­ hen um eine im wesentlichen senkrechte Achse ist dabei in einem für den Fachmann üblichen Winkelbereich zu verstehen, d. h. dieser im wesentlichen senkrechte Win­ kel liegt zwischen 75° und 105°. Vorteilhafterweise er­ gibt sich damit ein verringerter Arbeitsraum des Robo­ ters.

Zwar ist es aus der GB-PS 1,581,099 grundsätzlich bekannt, nicht nur einen Körper, auf welchem ein Medi­ um aufgetragen wird, mittels eines Roboters gezielt zu positionieren, sondern zusätzlich auch die Ausbringdüse für das Medium zu verdrehen, jedoch wird bei diesem bekannten Stand der Technik der Körper, welcher im übrigen kein Flachkörper ist, lackiert. Somit wird ein Lacknebel aufgesprüht, was grundsätzlich völlig ver­ schieden ist vom gezielten Auftragen einer Kleberraupe auf einen Flachkörper bzw. auf eine Fahrzeugscheibe. Der Vollständigkeit halber sei zusätzlich noch auf die DE 34 34 334 A1 hingewiesen, bei welcher ebenfalls ein Medium auf einem Flachkörper aufgespritzt wird, wo­ bei entweder der Flachkörper mittels eines Roboters bewegt oder die Aufbringdüse für das Medium bewegt wird. Eine gleichzeitige Bewegung sowohl der Auf­ bringdüse als auch des Flachkörpers ist hierbei jedoch nicht vorgesehen.

In einer Weiterbildung schlägt die Erfindung vor, die Position der Ausbringdüse nicht nur in den besonders kritischen Punkten des Flachkörpers zu verändern, son­ dern nahezu in jedem Punkt, in dem das Medium auf den Flachkörper aufgebracht werden soll, auf die Roboter­ bewegung derart abzustimmen, daß der Roboter Bewe­ gungen lediglich in einer Ebene ausführen muß. Dies bedeutet, daß der Schwerpunkt oder sog. tool-center- point, also der Koppelpunkt des Flachkörpers an den Roboter lediglich in einer Ebene verfahren wird. Dies vereinfacht die Roboterbewegung beim Auftragen des Mediums erheblich. Die hierfür erforderlichen genauen Bewegungsabläufe des Roboters sowie der Ausbringdü­ se können in einem Rechenprogramm ermittelt werden. Ein Optimierungsprinzip hierfür ist im später beschrie­ benen Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben. Hierbei wird der Flachkörper vom Roboter überwie­ gend rotatorisch bewegt.

Da mit der bewegbaren Ausbringdüse zumindest ein weiterer Freiheitsgrad vorliegt, der in einer Optimie­ rungsberechnung genutzt wird, empfiehlt es sich, diese Optimierungsberechnung auch dazu zu nutzen, das Me­ dium (den Kleber) in einer gewünschten Richtung auf den Flachkörper (die Scheibe) aufzubringen. Für den Einbau einer Scheibe in einem Fahrzeug werden dann beste Ergebnisse erzielt, wenn die Kleberraupe in einer zur Montagerichtung der Scheibe parallelen Richtung aufgebracht wird. Dies ist Inhalt des Patentanspruches 4. Es können insbesondere in den Eckbereichen des Flachkörpers gleiche Punkte mit verschiedenen Positio­ nen der Ausbringdüse angefahren werden, um Fehler, die durch Betrieb des Roboters im Überschleifbetrieb auftreten, zu minimieren.

Anhand einer Prinzipskizze, die ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel darstellt, soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt dabei eine Projektion auf die Fahrzeug- Scheibe sowie auf die Kleber-Ausbringdüse,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Scheibe mit aufge­ brachter Kleberraupe.

Auf eine Fahrzeug-Scheibe 1 soll eine lediglich ab­ schnittsweise dargestellte Kleberraupe 2 aufgebracht werden. Hierzu ist eine Kleber-Ausbringdüse 3, aus der gemäß Pfeilrichtung 4 Kleber austritt, vorgesehen.

Die Ausbringdüse 3 ist ortsfest, jedoch drehbar um eine zur Zeichenebene sowie zur Kleber-Austrittsrich­ tung 4 senkrechte Achse gelagert. Die Scheibe 1 wird von einem nicht gezeigten Roboter getragen und dabei mit dem Auftragebereich für die Kleberraupe entlang der Ausbringdüse 3 bewegt. Der Roboter greift im Schwerpunkt S an der Scheibe an. Dieser Angriffspunkt wird auch als tool-center-point oder als Koppelpunkt bezeichnet.

Die Scheibe 1 ist in drei verschiedenen Positionen 1, 1', 1" dargestellt. Entsprechend befindet sich der Schwerpunkt an verschiedenen Positionen (S, S', S"). Bei starrstehender Ausbringdüse 3 müßte die Scheibe zur Erzeugung einer parallel zum Scheibenrand verlau­ fenden Kleberraupe von der Position 1 in die Position 1' bewegt werden. Der entsprechende Weg des Schwer­ punkts ist durch die Strecke L dargestellt. Nach der Erfindung hingegen wird die Scheibe wie gezeigt ge­ dreht und gleichzeitig translatorisch verschoben, so daß die Scheibe von der Position 1 in die Position 1" (S geht über in S") gelangt. Der translatorische Verfahrweg des Schwerpunkts beträgt dabei die gegenüber der Strecke L kürzere Strecke 1. Die Drehbewegung erfolgt um die oben beschriebene Drehachse der Ausbringdüse 3. Da­ bei wird gleichzeitig mit dem Verfahrweg der Scheibe von der Position 1 in die Position 1" und der dabei auftretenden Drehbewegung um den Winkel α auch die Ausbringdüse 3 um den Winkel α verdreht.

Wie ersichtlich, ist der sich hiermit einstellende Ver­ fahrweg 1 kürzer als der sich ohne eine Verdrehung der Ausbringdüse 3 einstellende Verfahrweg L. Dieser Un­ terschied tritt bei räumlicher Betrachtung, d. h. bei einer gewölbten. Scheibe noch deutlich verstärkt zum Vor­ schein. Dann wird der Schwerpunkt in einer zur Zei­ chenebene senkrechten, durch die Strecke 1 definierten Ebene verfahren. Darüber hinaus wird durch die erfin­ dungsgemäße Bewegung der Scheibe 1 in Verbindung mit einer Verdrehung der Austrittsdüse 3 die Qualität der Kleberraupe 2 insbesondere in den Eckbereichen der Scheibe 1 verbessert. Um eine optimale Verklebung zu erzielen, soll nämlich die Kleberraupe 2, wie in Fig. 2 gezeigt, einen dreiecksförmigen Querschnitt aufweisen.

Die Optimierung des Bewegungsablaufes erfolgt da­ bei mittels eines Rechnerprogrammes. Die genaue For­ mulierung des Verfahrens für das Verdrehen der Schei­ be und für den Drehwinkel α der Ausbringdüse ergibt sich aus folgenden Überlegungen:

Der Ausbringdüse 3 wird ein Koordinatensystem zuge­ ordnet, dessen z-Achse mit der Drehachse identisch ist. Die Bewegung der Scheibe 1 zur Positionierung aller Bahnstützpunkte unter der Ausbringdüse 3 erzeugt im Raum eine Folge von Stellungen des Schwerpunkts S. Diese Stellungen von S werden auf die x-y-Ebene des Koordinatensystems der Ausbringdüse projiziert. Dann wird eine Verbindungslinie vom Ursprung dieses Koor­ dinatensystems zum projizierten Ursprung der S-Stel­ lung gezogen. Die Verbindungslinie zur ersten angefah­ renen S-Position bildet die Referenzlinie, d. h. den Vor­ gabewinkel bezogen auf das Koordinatensystem der Ausbringdüse, an der sich alle anderen Stellungen aus­ richten. Der Winkel zwischen der aktuellen Linie zu S und dieser Referenzlinie definiert den Winkel α, um den die Scheibe 1 unter der Ausbringdüse 3 verdreht wird, und den gleichen Drehwinkel α der Ausbringdüse. Beide Winkel müssen identisch sein, um die ursprünglich tan­ gential zur Kleberbahn geteachte Kleberaustrittsrich­ tung weiterhin tangential zu halten. In diesem Zusam­ menhang soll darauf hingewiesen werden, daß vor An­ wendung des entsprechenden Rechenprogrammes selbstverständlich - wie bei der Fertigung mit Robo­ tern üblich - die einzelnen Punkte, die der Roboter anfahren soll, wie üblich der Robotersteuerung beige­ bracht, d. h. geteacht werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, die Kleberraupe 2 auf die Scheibe 1 defi­ niert orientiert aufzubringen. Dies wird anhand von Fig. 2 näher erläutert. Anschließend an den Kleberauf­ trag wird nämlich die Scheibe 1 gemäß Pfeilrichtung 5 in einen Fahrzeugrahmen eingesetzt. Würde nun die Kle­ berraupe 2' senkrecht zur Oberfläche der Scheibe 1' aufgebracht, so bestünde beim Fügen der Scheibe 1 ge­ mäß Montagerichtung 5' die Gefahr, daß die Raupe 2' hierbei "umfällt". Dies wird vermieden, wenn die Kleber­ raupe 2 parallel zur Montagerichtung 5 aufgebracht wird. Eine entsprechende räumliche Zuordnung zwi­ schen der Ausbringdüse 3 sowie der Fahrzeugscheibe 1 kann im Rechenprogramm für das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt werden.

Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Ver­ fahren somit dadurch aus, daß die Stellung der Aus­ bringdüse im Raum wesentlicher Bestandteil der Opti­ mierungsberechnungen ist. Dabei wird dieser weitere Freiheitsgrad permanent, d. h. über der gesamten Schei­ benfläche zur Bewegungsoptimierung genutzt Opti­ miert wird die Roboterbewegung in der Weise, daß sich der Roboterhandgelenkspunkt, d. h. der Schwerpunkt in einer Ebene - und nicht dreidimensional - bewegt. Hierzu wird die Scheibe bezüglich der Ausbringdüse vorrangig rotatorisch, und nur in verringertem Umfang translatorisch bewegt. Selbstverständlich sollte das ent­ sprechende, oben bereits erwähnte Rechenprogramm auf verschiedene Fertigungsanlagen übertragbar sein. Vorteilhafterweise läßt sich mit dem Rechenprogramm eine konstante Relativgeschwindigkeit zwischen Schei­ be 1 und Ausbringdüse 3 erzielen, was der Erzeugung eines optimalen Kleberraupe förderlich ist.

Claims (4)

1. Verfahren zum Auftragen einer Kleberraupe (2) auf einen Flachkörper, insbesondere auf einer gewölbten Fahrzeug-Scheibe (1) mittels eines Roboters, wobei der Roboter den Flachkörper (Scheibe 1) entlang ei­ ner verdrehbaren Ausbringdüse (3) für den Kleber bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbringdüse (3) auch zur Erzeu­ gung einer im wesentlichen geradlinig verlaufenden Kleberraupe (2) um eine zur Austrittsrichtung (4) im wesentlichen senkrechte Achse verdreht wird, und die Roboterbewegung hierauf derart abgestimmt ist, daß die Verdreh-Winkel (α) von Ausbringdüse und Flachkörper gleich sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Roboter mit dem Koppelpunkt des Flachkörpers (Schwerpunkt S) Bewegungen in einer Ebene ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Flachkörper (Scheibe 1) vom Ro­ boter überwiegend rotatorisch bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (Kleber­ raupe 2) in einer Richtung auf den Flachkörper (Scheibe 1) aufgebracht wird, die parallel ist zu ei­ ner nachfolgenden Montagerichtung (5) des Flach­ körpers.