DE4207840A1 - Frei programmierbares auftragsgeraet fuer medien wie dichtmasse, kleber etc. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein frei programmierbares Gerät zum Auftragen eines Mediums wie Dichtmasse, Kleber etc. auf ein Werkstück entlang einer Auftragsbahn, die in einem vorge­ gebenen Abstand zum Rand des Werkstücks verläuft und vor­ zugsweise wenigstens teilweise einen gekrümmten Verlauf nimmt. Das Gerät enthält einen Roboterarm, an dem eine Auftragsdüse gehalten ist, die vorzugsweise vertikal verschieblich ange­ ordnet ist, um konkaven oder konvexen Höhenänderungen des Werkstücks folgen zu können, wobei die Auftragsdüse an das Werkstück angedrückt ist.

Ein Gerät der betrachteten Art wird z. B. dazu eingesetzt, einen umgebördelten Rand eines Werkstücks oder zwei anein­ ander anliegende Bleche abzudichten, wozu entlang einer vor­ gegebenen Auftragsbahn eine Dichtmasse aufgetragen wird.

Der Auftragsvorgang vollzieht sich bei der Massenfertigung mit einer sehr großen Geschwindigkeit, was zu erheblichen Problemen hinsichtlich der Einhaltung der vorgegebenen Auf­ tragsbahn führt. Die Mechanik eines derartigen frei pro­ grammierbaren Gerätes bzw. Roboters ist durch die große Geschwindigkeit sehr begrenzt, d. h., daß dieser eine ein­ programmierte gekrümmte Bahn in der Praxis häufig nicht ein­ halten kann, wobei dieses Problem mit zunehmender Krümmung der Auftragsbahn und zunehmender Auftragsgeschwindigkeit immer gravierender wird.

In der Praxis behilft man sich bei den bisher bekannten Auf­ tragsgeräten damit, daß eine "überzogene" Krümmungsbahn pro­ grammiert und dann nach der Try-and-error-Methode ermittelt wird, ob der Roboter in etwa die gewünschte Auftragslinie abfährt. Hierbei sind zahlreiche Versuche mit jeweiliger Änderung der programmierten Linie erforderlich, bis eine zu­ friedenstellende Lösung gefunden ist, was mit erheblichen Kosten und einem großem Zeitaufwand verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auftragsgerät der betrachteten Art anzugeben, das mit großer Geschwindigkeit eine vorgegebene Auftragslinie abfahren kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Auftragsgerät enthält einen Führungs­ zapfen, der in einem horizontalen Abstand von der Auftrags­ düse an dem Roboterarm befestigt ist und beim Auftragsvorgang an einer zur Auftragslinie parallelen Werkstückkante geführt wird. Außerdem ist der Roboterarm an dem Aufnahmeteil des Gerätes in einer horizontalen x-Richtung verschieblich ge­ halten und hierbei in die nicht-ausgelenkte Ausgangsstellung vorgespannt.

Das erfindungsgemäße Gerät wird so programmiert, daß es eine Linie abfährt, die entweder mit der Auftragsbahn überein­ stimmt oder aber ganz oder teilweise innerhalb der Auftrags­ linie an der von der Führungskante des Werkstücks abgewandten Seite liegt. Dabei wird der Roboterarm von dem Führungszapfen entlang der zur Auftragsbahn parallelen Werkstückkante ge­ führt, wobei der Roboterarm gegenüber dem Aufnahmeteil des Gerätes, welches einer ganz oder teilweise von der Auftrags­ linie abweichenden Linie folgt, entgegen einer Vorspannkraft verschoben wird, so daß die Auftragsdüse exakt der vorge­ gebenen Auftragslinie folgen kann. Die entgegen einer Feder­ kraft oder - wie weiter unten noch näher erläutert - konstanten Druckbeaufschlagung erfolgende Verschiebung oder Auslenkung des Roboterarms gegenüber dem Aufnahmeteil des Roboters er­ möglicht es, die Abweichung der tatsächlich von dem Roboter abgefahrenen Linie von der gewünschten Auftragsbahn auszu­ gleichen.

Das erfindungsgemäße Gerät muß demnach lediglich so pro­ grammiert werden, daß die von dem Aufnahmeteil des Gerätes abgefahrene Linie "einwärts" der gewünschten Auftragsbahn liegt, d. h. zu der von der Führungskante des Werkstücks ab­ gewandten Seite, wenn von dem idealen Fall abgesehen wird, daß beide Linien zusammenfallen. Es ist damit erheblich einfacher, die Programmier-Koordinaten so festzulegen, daß trotz großer Auftragsgeschwindigkeit und gekrümmter Auftrags­ bahn die gewünschte Auftragslinie exakt eingehalten wird.

Der Führungszapfen steht soweit nach unten über die Auftrags­ düse hinaus vor, daß der Zapfen den Roboterarm entlang der Randkante des Werkstücks führt, während die Auftragsdüse unter Druck auf der Werkstückoberfläche aufliegt.

Der Roboterarm ist gegenüber dem Aufnahmeteil des Gerätes in einer horizontalen x-Richtung verschiebbar, d. h. in einer Richtung, die im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Roboterarms beim Abfahren der Auftragslinie liegt. In dieser Richtung ist der Führungszapfen von der Auftragsdüse beab­ standet, wobei hierdurch der Abstand der Auftragsbahn vom Rand des Werkstücks vorgegeben ist.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Abstand des Führungszapfens von der Auftragsdüse frei einstellbar. Damit kann das erfindungsgemäße Gerät leicht an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden, indem der Abstand der Auftrags­ bahn von der zugeordneten Randkante des Werkstücks frei wähl­ bar ist. Der Führungszapfen kann z. B. mittels eines geeigneten Klemmechanismus an einer Schiene befestigt sein, die eine breite Verstellmöglichkeit bietet.

Der Roboterarm ist zweckmäßigerweise in der x-Richtung verschieblich an dem Aufnahmeteil des Roboters bzw. frei programmierbaren Auftragsgerätes geführt. Hierzu kann der Roboterarm einen oberen Flansch aufweisen, der an einem Gegen­ flansch des Aufnahmeteils anliegt. An einem der beiden Flansche kann zur Führung in der x-Richtung ein langgestreckter Vor­ sprung (oder mehrere Vorsprünge) ausgebildet sein, der in eine in der x-Richtung verlaufende Führungsnut des anderen Flansches eingreift.

Mit Vorteil wird ferner vorgeschlagen, daß zwischen jeweils einem abgewinkelten Abschnitt des Flansches und des Gegen­ flansches eine Feder angeordnet ist, die den Roboterarm in die nicht-ausgelenkte Ausgangsstellung zieht oder drückt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Kraft, mit der der Führungszapfen an der Randkante des Werkstücks an­ liegt, von dem Ausmaß der Auslenkung des Roboterarms aus der Ausgangsstellung abhängig.

Dies läßt sich dadurch vermeiden, daß nach einem alternativen Vorschlag der Erfindung zwischen den beiden Flanschen, vor­ zugsweise zwischen jeweils abgewinkelten Abschnitten der Flansche, eine pneumatische Kolben/Zylindereinheit angeordnet wird, deren Druckkammer stets denselben Luftdruck aufweist. Im einzelnen kann die Ausbildung so getroffen werden, daß an einem der beiden abgewinkelten Flanschabschnitt ein Kolben mittels einer Kolbenstange angesetzt ist, der in einem Zylin­ der sitzt, der an dem anderen abgewinkelten Flanschabschnitt befestigt ist. Der Kolben unterteilt den Innenraum des Zy­ linders in zwei Zylinderkammern, von denen eine mit einer Ventileinrichtung verbunden ist, durch die aus einer Druckluft­ quelle Luft mit einem vorgegebenen Druck zugeführt wird. Wenn bei einer Verschiebung des Roboterarms diese Druckkammer des Zylinders größer wird, wird gleichzeitig Druckluft zugeführt, um den Druck auf dem vorgegebenen Niveau zu halten. Wenn an­ dererseits bei entgegengesetzter Verschiebung des Roboter­ arms das Volumen der Druckkammer des Zylinders sinkt, ent­ weicht durch ein Entlastungsventil im entsprechenden Ausmaß Druckluft. Dabei wirkt die Druckbeaufschlagung der Kammer so, daß der Roboterarm stets in die nicht-ausgelenkte Ausgangs­ stellung vorgespannt ist. Bei dieser Ausführungsform der Er­ findung liegt der Führungszapfen immer mit derselben Vor­ spannkraft an der Randkante des Werkstücks an, ungeachtet, ob der Roboterarm geringfügig oder beträchtlich gegenüber dem Aufnahmeteil des Auftragsgerätes ausgelenkt ist. Hier­ durch wird insbesondere bei großen Arbeitsgeschwindigkeiten ein glatter Ablauf des Auftragsvorgangs gefördert.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Roboterarms eines erfindungsgemäßen frei programmierbaren Auftragsgerätes und

Fig. 2 eine rein schematische Aufsicht auf ein Werkstück mit mehreren Auftragslinien.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Auftragsdüse 1 am unteren Ende einer Halterung 2 eines Roboterarms 3 angeordnet. Die Halterung 2 enthält ein mit der Auftragsdüse 1 verbundenes Auslaßventil für das aus der Auftragsdüse 1 auszubringende Medium, bei­ spielsweise eine Dichtungsmasse, wobei die Quelle dieser Dichtungsmasse nicht dargestellt ist. Die Halterung 2 ent­ hält ferner eine Zentriereinrichtung 4 für die Auftragsdüse 1.

Die Halterung 2 ist an einem Zylinder 5 befestigt, der einen stationären Kolben 6 umschließt, der den Innenraum des Zy­ linders 5 in eine obere Zylinderkammer 7 und eine untere Zylinderkammer 8 unterteilt. Der Kolben 6 ist über eine Kol­ benstange 9 an einem oberen Flansch 10 des Roboterarms an­ gesetzt.

Die obere Zylinderkammer 7 ist mit einer Ventilanordnung 11 versehen, die über einen Luftanschluß 12 mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle in Verbindung steht und außer­ dem ein Entlüftungsventil 13 enthält. Die untere Zylinder­ kammer 8 enthält eine Öffnung 14 und ist stets drucklos.

Im Betriebszustand des Auftragsgerätes wird Druckluft mit einem vorbestimmten, ausgewählten Druck durch die Ventil­ anordnung 11 in die obere Zylinderkammer 7 eingeführt, die den Zylinder 5 mit dem diesen auf zwei vertikalen Stangen 16 führenden Rahmen 15 sowie die Halterung 2 mit der daran be­ festigten Auftragsdüse 1 nach oben beaufschlagt, wodurch das Eigengewicht dieses beweglichen Teils des Auftragsgerätes in dem gewünschten Ausmaß reduziert wird. Die Auftragsdüse 1 liegt mit der resultierenden Vertikalkraft auf dem nicht dar­ gestellten Werkstück auf. Wenn die Auftragsdüse 1 beim Durch­ laufen der Auftragsbahn nach oben bewegt wird, vergrößert sich das Volumen der oberen Zylinderkammer 7, wobei gleich­ zeitig Druckluft in diese Kammer eingeführt wird, deren Innen­ druck somit konstant bleibt. Gleichzeitig verringert sich das Volumen der unteren Zylinderkammer 8, wobei Luft durch die Öffnung 14 entweicht, so daß die untere Zylinderkammer 8 drucklos bleibt.

Bewegt sich die Auftragsdüse 1 im Verlaufe ihrer Auftrags­ bahn vertikal abwärts, verringert sich das Volumen der oberen Zylinderkammer 7 unter gleichzeitiger Druckentlastung, indem aus dem Entlüftungsventil 13 so viel Druckluft austritt, daß der Innendruck in der oberen Zylinderkammer 7 konstant bleibt. Hierbei tritt durch die Öffnung 14 Luft in die untere Zylinderkammer 8 ein.

Diese pneumatische Halterung der Auftragsdüse 1 bewirkt, daß diese stets mit gleichbleibender Kraft - ungeachtet ihrer vertikalen Position - auf dem Werkstück aufliegt.

An dem Roboterarm 3 ist ferner ein horizontaler Träger 17 befestigt, der seinerseits einen vertikalen Führungszapfen 18 an einer ausgewählten Stellung in x-Richtung hält. Dieser Führungszapfen 18 liegt bei einem Auftragsvorgang an der Rand­ kante des Werkstücks an.

Der Flansch 10 des Roboterarms 3 enthält einen rechtwinklig abgewinkelten Abschnitt 19, dem ein ebenfalls rechtwinklig abgewinkelter Abschnitt 20 eines Gegenflansches 21 des nicht weiter dargestellten Roboters 22 gegenüberliegt. Der Gegen­ flansch 21 ist mit geeigneten Vorsprüngen in einer in der x-Richtung verlaufenden Nut 23 des Flansches 10 verschieblich gehalten, wobei eine Zugfeder 24 den Roboterarm 3 in der Fig. 1 nach links in die Ausgangsstellung vorspannt. Selbst­ verständlich sind die Flansche 21 und 10 so verbunden, daß ihr Zusammenhalt in z-Richtung gesichert ist.

Wenn der Flansch 21 des Roboters während eines Auftrags­ zyklus eine Linie beschreibt, die "einwärts" der gewünschten Auftragsbahn, d. h. in Fig. 1 links von der vorbestimmten Auftragsbahn, liegt, wird der Roboterarm 3 relativ zu dem Flansch 21 in x-Richtung ausgelenkt, wobei die Auftragsdüse 1 in dem ausgewählten Abstand zu dem Führungszapfen 18 und damit zum Rand des Werkstücks den Auftragsvorgang ausführt.

Anstelle der Zugfeder 24 kann eine pneumatische Kolben/Zylin­ dereinheit zwischen den abgewinkelten Abschnitten 19 und 20 ausgebildet sein, die derjenigen entspricht, die in Fig. 1 die Auftragsdüse 1 vertikal vorspannt.

Andererseits ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der er­ findungsgemäße Roboterarms mit der vertikal wirkenden pneu­ matischen Kolben/Zylindereinheit ausgerüstet ist, was insbe­ sondere dann zutrifft, wenn die Auftragsbahn in einer hori­ zontalen Ebene liegt, so daß die Auftragsdüse 1 in vertikaler Richtung nicht ausgelenkt wird.

Fig. 2 zeigt auf rein schematische Weise eine Aufsicht auf ein Werkstück mit gekrümmter Auftragsbahn, wobei die skizzen­ hafte Darstellung beispielsweise den Auftragsbereich einer Motorhaube andeuten kann. Bei diesem Beispiel soll eine Dich­ tungsmasse entlang einer Auftragsbahn 25 aufgetragen werden, die in einem gleichbleibenden Abstand zur Werkstückrandkante 26 verläuft.

Wenn das frei programmierbare Auftragsgerät mit Koordinaten programmiert wird, die mit der gewünschten Auftragslinie 25 übereinstimmen, und der Auftragsvorgang mit der üblichen großen Geschwindigkeit abläuft, dann beschreibt der Roboterarm eines herkömmlichen Gerätes beispielsweise eine Linie 27, mit der der gewünschte Auftragsvorgang nicht bewerkstellig werden kann. Bei den bisher bekannten Geräten wurde daher schritt­ weise eine "überzogene", d. h. einwärts liegende Krümmungs­ bahn programmiert, bis der Roboterarm in etwa die gewünschte Auftragslinie abfuhr. Diese nach der Try-and-Error-Methode aufgefundene, programmierte Linie kann beispielsweise die Linie 28 in Fig. 2 sein, die in etwa zu einer Auftragslinie 25 führt.

Bei dem erfindungsgemäßen Auftragsgerät können Koordinaten vorgegeben werden, die auf einer in Fig. 2 links von der Linie 28 liegenden Bahn liegen, wobei es auf die genaue Linienführung nicht ankommt. Da der Führungszapfen 18 beim Auftragsvorgang an der Werkstück-Randkante 26 entlang gleitet, wird die Auftragsdüse 1 zwangsläufig exakt auf der gewünschten Auftragslinie 25 geführt, wobei der Roboterarm 3 gegenüber der Aufnahme 21 des Geräts entsprechend ausgelenkt bzw. ver­ schoben wird.

Es wird betont, daß das Gerät erfindungsgemäß auch in der Weise ausgebildet sein kann, daß die Auftragsdüse vertikal verschieb­ lich angeordnet und dabei von einer Feder beaufschlagt ist, die an die Stelle der im einzelnen beschriebenen vertikalen pneumatischen Kolben/Zylinderanordnung tritt.

Claims (6)

1. Frei programmierbares Gerät zum Auftragen eines Mediums wie Dichtmasse, Kleber etc. auf ein Werkstück, vorzugsweise entlang einer wenigstens teilweise gekrümmten Auftragsbahn, mit einem Roboterarm, an dem eine Auftragsdüse vorzugsweise vertikal verschieblich gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Roboterarm (3) ein Führungszapfen (18) befestigt ist, der von der Auftragsdüse (1) einen vorbestimmten Abstand (1) hat und beim Auftragsvorgang an einer zur Auftragsbahn (25) parallelen Werkstückkante (26) entlang gleitet, und daß der Roboterarm (3) an einem Aufnahmeteil (21) des Gerätes entgegen einer Vorspannung in einer horizontalen x-Richtung verschieblich gehalten ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (1) des Führungs­ zapfens (18) von der Auftragsdüse (1) einstellbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboterarm (3) an dem Auf­ nahmeteil (21) in der x-Richtung verschieblich geführt ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboterarm (3) einen oberen Flansch (10) aufweist, der an einem Gegenflansch (21) des Aufnahmeteils anliegt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem abgewinkelten Ab­ schnitt (19, 20) des Roboterflansches (10) und des Gegen­ flansches (21) eine Feder (24) angeordnet ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Flanschen (19, 20) eine pneumatische Kolben/Zylindereinheit (5, 6) mit konstanter Druckbeaufschlagung angeordnet ist.