DE60002415T2

DE60002415T2 - Automatische Karosseriebau- und Schweissstation

Info

Publication number: DE60002415T2
Application number: DE60002415T
Authority: DE
Inventors: Sergio Cappa; Antonio Recupero
Original assignee: ADVANCED TECHNOLOGIES Srl PIANEZZA; Advanced Technologies SRL
Current assignee: ADVANCED TECHNOLOGIES Srl PIANEZZA; Advanced Technologies SRL
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: IT1313897B1; JP2001151173A; EP1095846B1; ITMI992224A1; CN1302752A; BR0005003A; DE60002415D1; CA2324157A1; KR20010040092A; ITMI992224A0; EP1095846A1; ATE238940T1; US6340107B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Füge- und Schweißstation für Karosserien von Kraftfahrzeugen mit Neuheitsmerkmalen, die eine schnelle und genaue Prüfung der qualitätsgerechten Ausführung der Füge- und Schweißarbeitsgänge gewährleisten, ohne dass dabei der Transport der Karosserie aus der Station heraus notwendig wird.
Aus älteren Patenten, so beispielsweise aus EP-A-0 350 097, auf das sich der Oberbegriff von Anspruch 1 stützt, sind automatische Füge- und Schweißstationen, die mit einander gegenüber angeordneten Anpassungselementepaaren, d. h. mit beweglichen Aufnahmerahmen für die Karosserieeinspann- und -schweißausrüstung, ausgestattet sind, im Allgemeinen bekannt. Zwischen den Anpassungselementen ist eine Fördereinrichtung für Karosserien geführt, die verschiedenen Bearbeitungsgängen unterzogen werden. Wenn eine Karosserie die Station erreicht, werden die Anpassungselemente von beiden Seiten in Richtung Karosserie aufeinander zu bewegt, wobei die Ausrüstung zur Bearbeitung der Karosserie in Position gebracht wird. Nach Ausführung der geplanten Arbeitsgänge werden die Anpassungselemente wieder auseinandergeführt und die Karosserie für den Transport auf der Fördereinrichtung zur nächsten Bearbeitungsstation freigegeben.
Im Laufe der Zeit wurden Varianten eines abgewandelten Aufbaus von Stationen dieses Typs bereitgestellt, die hauptsächlich den Zweck verfolgten, die Bewegung der Anpassungselemente effizienter zu gestalten und/oder für spezielle Erfordernisse zu optimieren. So wurden beispielsweise Stationen mit sich um eine obere oder untere horizontale Achse drehenden Anpassungselementen, Stationen mit sich parallel zueinander in Querrichtung zur Fördereinrichtung bewegenden Anpassungselementen oder auch Stationen mit Anpassungselementen vorgeschlagen, die automatisch gegen andere, von entsprechenden automatischen Speicherplätzen entnommene Anpassungselemente austauschbar sind, durch die eine rasche Anpassung der Station für die Bearbeitung unterschiedlicher Karosseriemodelle möglich wird. Das Grundprinzip der zuvor zur Verfügung gestellten Stationen war jedoch stets das gleiche.
In der Karosseriefertigung ist die äußerst präzise Einhaltung der Abmessungsvorgaben zweifellos von entscheidender Bedeutung. Bisher war es üblich, zur Kontrolle der in den vorstehend genannten Stationen gefertigten Montageeinheiten eine montierte Karosserie (in der Regel durch Stichprobenentnahme) zu entnehmen, sie in einer (in der Regel automatischen) Messbank aufzunehmen und festzustellen, ob die so gewonnenen Messwerte innerhalb der festgelegten Toleranzen liegen. Bei einem negativen Ergebnis wird das System gestoppt, und es wird untersucht, welcher Abschnitt des Systems für die Abweichung verantwortlich ist, die im Allgemeinen durch mangelhaftes Einspannen, Verschleiß oder den Ausfall eines der Einspannelemente einer Schweißstation verursacht wird.
Natürlich ist eine solche Herangehensweise, obwohl sie wert verbreitet ist, unter anderem auf Grund der langen Betriebsunterbrechung der Anlage, die dies verursacht, recht kostenungünstig. Eine Rolle spielen dabei die Kosten, die dadurch entstehen, dass die Karosserie nach dem Bearbeitungsprozess, der die Ursache für den Fehler ist, nicht abgenommen werden kann, sondern zusätzlich unnütz weiteren Bearbeitungsgängen unterzogen werden muss. Zudem sei bemerkt, dass der Fehler bei Stichprobenprüfungen, statistisch gesehen, erst festgestellt wird, nachdem bereits eine Reihe von fehlerhaften Karosserien gefertigt wurde. Das allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung der oben genannten Mängel, indem eine Fügestation des Typs mit Anpassungselementen zur Verfügung gestellt wird, die eine Feststellung von Montagefehlem und von die Toleranzen überschreitenden Abmessungen des Produkts in Echtzeit ermöglicht.
Angesichts dieser Zielsetzung wurde angestrebt, entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Füge- und Schweißstation für Karosserien von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, die mit einem Paar stirnseitig sich gegenüberstehender Anpassungselemente für die Aufnahme der Werkzeuge zur Bearbeitung der Karosserie ausgestattet ist, die mittels eines Transportsystems zwischen die Anpassungselemente geführt wird, wobei die Anpassungselemente beweglich zwischen einer Ruheposition, in der die Karosserie in die Station gelangen oder diese verlassen kann, und einer Arbeitsposition, in der sich die Werkzeuge dicht an der Karosserie für deren Bearbeitung befinden, angeordnet sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass wenigstens einige der Werkzeuge Messeinrichtungen für die relative Position der gegenüberliegenden Karosserieteile aufweisen und dass die Anpassungselemente eine mittlere Position zwischen der Arbeits- und der Ruheposition haben, wobei eine Kontroll- und Steuereinheit das Anpassungselement in die Zwischenposition bringt und die Messeinrichtungen für die Erkennung der Übereinstimmung der Karosseriemaße mit vorgegebenen Messabständen sowie für die Abgabe von Akzeptanz- oder Zurückweisungssignalen die Karosserie betreffend auf der Grundlage des Vermessungsresultats aktiviert.
Zur verständlicheren Erläuterung der neuen Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile gegenüber dem Stand der Technik soll nachfolgend eine mögliche Ausführungsform der Erfindung als nicht der Eingrenzung dienendes Beispiel für die Anwendung der genannten Prinzipien unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Füge- und Schweißstation für Karosserien als Querschnitt,
2 eine vergrößerte schematische Darstellung eines an einem Anpassungselement der Station von 1 montierten Werkzeugs und
3 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Mechanismus zur begrenzten Betätigung für ein Anpassungselement der Station entsprechend 1.
Von den genannten Figuren zeigt 1 eine schematische Darstellung einer als Ganzes mit 10 bezeichneten und erfindungsgemäß ausgeführten Station. Bestandteil der Station 10 ist ein Paar einander gegenüber angeordneter, zur Aufnahme von Werkzeugen dienender Anpassungselemente 11, das schematisch dargestellt, mit 12 bezeichnet und für die Bearbeitung einer Karosserie 13 bestimmt ist. Die Karosserie wird mit Hilfe eines Transportsystems oder eines Fließbands 14 zwischen den beidseitig angeordneten Anpassungselementen hindurch befördert. Es ist zudem der Einsatz weiterer Bearbeitungseinheiten, z. B. Roboterarme 15, denkbar.
Entsprechend 1 können die Anpassungselemente 11 zwischen einer mit einer Strichlinie dargestellten Ruheposition, in der die Karosserie in die Station gelangen oder diese verlassen kann, und einer mit Volllinien dargestellten Arbeitsposition bewegt werden, in der die Werkzeuge an die Karosserie herangeführt sind und diese bearbeiten.
Zum Bewegen zwischen der Arbeits- und der Ruheposition werden die Anpassungselemente bei der beschriebenen Ausführungsform um eine horizontale Achse 16 nahe einer der oberen Stirnseiten derselben gedreht, wobei sie auf einen Steuerbefehl hin mit Hilfe von Stellgliedern 17 um diese Achse in eine geneigte Stellung gebracht werden. Zu den Werkzeugen können allgemein bekannte Einspannmittel gehören, die die Karosserie an verschiedenen Teilen einspannen, so dass diese Teile auf in der Branche bekannte Art und Weise mit Hilfe von anderen Werkzeugen und Roboterarmen geschweißt werden können. Die Werkzeuge werden hier nicht dargestellt und nicht ausführlicher beschrieben, es sei denn zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, da sie im Allgemeinen bekannt und für Fachleute ohne Werteres vorstellbar sind.
Entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung können die Anpassungselemente in eine Position gebracht werden, die mit einer Strich-Punkt-Linie nur für das rechte Anpassungselement dargestellt ist, die zwischen der oben genannten Arbeits- und der Ruheposition liegt und auf einen Befehl der Steuereinheit 19 hin eingenommen werden kann.
Diese Zwischenposition ist wert genug von der Arbeitsposition entfernt, so dass die Karosserie und die Einspannausrüstung 12 einander nicht gegenseitig stören. So ist ein Abstand für die Werkzeugbewegung von der Arbeitsposition weg von beispielsweise 2 bis 3 cm ausreichend.
Wie 2 zu entnehmen ist, gehören zumindest zu einigen der Werkzeuge 12 Messeinrichtungen 20, die der Ermittlung der relativen Position dieser gegenüber den Karosserieteilen dienen. Dabei kann es sich vorzugsweise um optische oder induktive Widerstandsmesseinrichtungen handeln. Die Messeinrichtungen sind mit der Steuereinheit 19 gekoppelt, die auf einen Befehl hin die Anpassungselemente in eine Zwischenposition bewegen, so dass die Karosserie von den Werkzeugen freigegeben wird und mit Hilfe der Messeinrichtungen festgestellt wird, inwieweit die Abmessungen der Karosserie mit den vorgegebenen Werten übereinstimmen, damit deren Abnahme erfolgen kann. Die Steuereinheit 19 gibt im Hinblick auf die Karosserie Akzeptanz- oder Zurückweisungssignale 22 ab, die von den Messergebnissen abhängig sind.
Es ist günstig, die Steuereinheit dann zeitweise zu aktivieren, wenn die Anpassungselemente in die Ruheposition bewegt werden, bevor die Karosserie die Station verlässt. Mit anderen Worten, nachdem die Karosserie von den verschiedenen Werkzeugen der Station bearbeitet wurde, bewegen sich die Anpassungselemente aus der Arbeits- in die Zwischenposition, wobei die Messungen mit den Messeinrichtungen vorgenommen werden, wonach sich die Anpassungselemente werter in die Ruheposition bewegen. Erfolgt die Abnahme der Karosserie, so wird diese weiterhin auf dem Fließband in Richtung nächste Bearbeitungslinie transportiert, anderenfalls sind Vorkehrungen getroffen, die Karosserie vom Fließband zu entnehmen und, falls erforderlich, einer Ausbesserungsstation zuzuführen, die Station kann rasch wieder geprüft und nach Beseitigung der Ursache für den Fehler, der zur Abnahmeverweigerung führte, in Betrieb genommen werden.
Um einen genauen Vergleich der mit den Sensoren 20 ermittelten Messwerte zu haben, kann es günstig sein, wenn zur Station Sensoren für die Erfassung von Raumkoordinaten der durch die Anpassungselemente erreichten Zwischenpositionen in Bezug auf einen festgelegten invariablen Referenzpunkt gehören. Diese in 1 mit 18 bezeichneten Sensoren können beispielsweise den Drehwinkel des Anpassungselements um die horizontale Achse 16 erfassen. Die Sensoren sind nahe der Achse (dargestellt mit einer Strichlinie) oder am anderen Ende des Anpassungselements platzierbar. Im ersteren Falle können sie direkt den Drehwinkel um die Achse, im letzteren Falle die Längsbewegung des Endes des Anpassungselements bestimmen und daraus die Drehung berechnen.
Das von den Sensoren 18 erzeugte Signal wird einer Kompensationseinrichtung 21 zugeleitet, die den Messwert der Messeinrichtungen 20 auf der Grundlage des Messwertes dieser Positionssensoren 18 korrigiert, so dass sie die durch Positionierungsungenauigkeiten der Anpassungselemente in der Zwischenposition bedingten Messfehler korrigiert.
Entsprechend 2 ist es vorteilhaft, wenn es sich bei den mit Messeinrichtungen versehenen Werkzeugen um Karosseriebearbeitungswerkzeuge handelt, die Messeinrichtungen 20 so zu konstruieren, dass sie zwischen einer zurückgezogenen Nichtarbeitsposition, wenn die Anpassungselemente in Arbeitsposition sind, und einer zurückgezogenen Messposition, wenn das Anpassungselement in der Zwischenposition ist, bewegt werden können. Auf diese Weise stören die Messeinrichtungen den Bearbeitungsprozess nicht. Zurückziehbare Sensoren sind für Fachleute ohne Weiteres vorstellbar. In 3 wird eine vorteilhafte Ausführungsform der Betätigungseinrichtungen der Anpassungselemente gezeigt, die das Verstellen zwischen den drei vorstehend beschriebenen Positionen ermöglicht.
Entsprechend dieser Ausführungsform verfügen die Anpassungselemente über Hauptbewegungselemente 23 zur Bewegung der Anpassungselemente zwischen der Arbeits- und der Ruheposition. Diese Hauptbewegungselemente können beispielsweise aus geeigneten hydraulischen, elektrischen oder ähnlichen Stellgliedern bestehen. Sie ermöglichen eine ausreichende Verstellung des Anpassungselements zwischen der Arbeits- und der Ruheposition.
Wie in 3 gezeigt, sind die Hauptbewegungselemente 23 mit dem Anpassungselement verbunden, wobei kontrollierte Einrichtungen 24 für eine begrenzte Bewegung des Anpassungselements relativ zu den Hauptbewegungselementen um einen Wert zwischen geschaltet sind, der der Bewegung des Anpassungselements zwischen der Arbeits- und der Zwischenposition entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform gehören zu den Einrichtungen 24 für eine begrenzte Bewegung ein angetriebenes Verbindungselement zwischen Schubstange und Kurbel, beispielsweise eine angetriebene Scheibe.
Die Scheibe ist am Anpassungselement, das Stellglied 23 an der Scheibe außermittig befestigt. Entsprechend 3a wird die Scheibe gedreht, wenn sich das Anpassungselement in Arbeitsposition befindet, beispielsweise definiert durch einen vorderseitigen Anschlag 26, so dass das Anpassungselement eine Vorschubbewegung in Bezug auf das Schwenken mit dem Stellglied 23 ausführt. Um eine Bewegung des Anpassungselements in die Zwischenposition zu bewirken, dreht sich die Scheibe, um das Anpassungselement nach hinten zu bewegen und den Drehpunkt des Stellglieds 23 fortzubewegen (3b). Die exakte Position des Anpassungselements, beispielsweise in Bezug auf den Anschlag 26, wird mit Hilfe des Sensors 18 gemessen. Nach der Messung wird das Hauptstellglied 23 betätigt und das Anpassungselement in die Ruheposition nach hinten geführt.
So bewegt sich das Anpassungselement in die Zwischenposition, ohne dass das Hauptbewegungselement aktiviert werden muss, das folglich im Vergleich zu dem der herkömmlichen Bearbeitungsstationen im Wesentlichen unverändert bleiben kann.
Hieraus wird ersichtlich, dass die Zielsetzungen dadurch erreicht wurden, dass eine Bearbeitungsstation zur Verfügung gestellt wurde, die auch Messungen der Genauigkeit der ausgeführten Montagearbeitsgänge ausführt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Zykluszeit im Prinzip die gleiche ist wie bei einer herkömmlichen Station, wobei die Messungen innerhalb von einigen Tausendstel Sekunden ohne Einschränkung der Bewegung des Anpassungselements vorgenommen werden.
Selbstverständlich erfolgt die vorstehende Beschreibung einer die neuen Prinzipien der Erfindung anwendenden Ausführungsform anhand eines nicht der Eingrenzung dienenden Beispiels dieser Prinzipien innerhalb des Schutzumfangs der Patentansprüche. Beispielsweise kann die Drehachse der Anpassungselemente niedriger angeordnet sein, oder die Anpassungselemente können horizontal bewegt werden, was für Fachleute ohne Weiteres vorstellbar ist. Die Messeinrichtungen zur Messung der Position der Anpassungselemente sind, falls sie überhaupt eingesetzt werden, selbstverständlich an die jeweilige Bewegung anzupassen. Die Steuereinheiten 19; 21 sind mit geeigneten elektronischen Schaltungen auszuführen, beispielsweise mit einem entsprechend programmierten Prozessor, sie können auch in die Steuereinheit der Station integriert werden.

Claims

Füge – und Schweißstation für Karosserien von Motorfahrzeugen, welche ein Paar von Anpassungselementen (11), die stirnseitig sich gegenübestehende Werkzeuge zur Bearbeitung der Karosserie aufweisen, weiche mittels eines Transportsystems (14) zwischen die Anpassungselemente geführt wird, und bei dem die Anpassungselemente beweglich zwischen einer Ruheposition, in der die Karosserie in die Station gelangen oder diese verlassen kann, und einer Arbeitsposition, in welcher Werkzeuge (12) sich dicht an der Karosserie für deren Bearbeitung befinden, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Werkzeuge zusätzliche Meßeinrichtungen (20) für die relative Position der gegenüberliegenden Karosserieteile aufweisen, und daß die Anpassungselemente eine mittlere Position zwischen der Arbeits- und der Ruheposition haben, wobei Kontrolleinrichtungen (19) das Anpassungselement in die Zwischenposition bringen und die Meßeinrichtungen (20) für die Erkennung der Übereinstimmung der Karosseriemaße mit vorgegebenen Meßabständen aktivieren und Akzeptanz- oder Zurückweisungssignale (22) die Karosserie betreffend auf der Grundlage des Vermessungsresultats ausgeben.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtungen (19) vorübergehend bei Bewegung der Anpassungselemente in Richtung der Ruheposition, bevor die Karosserie die Station verlässt, aktiviert sind.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Sensoren (18) zur Erfassung der Raumkoordinaten der durch die Anpassungselemente erreichten Zwischenpositionen in Bezug zu einem vorher festgelegten Referenzpunkt enthält, und Einrichtungen zur Kompensation der Meßwerterfassungen durch die Messeinrichtungen auf der Basis der Erfassung der Positionssensoren in der Weise, daß die Meßfehler, welche durch die Positionierungsungenauigkeiten des Anpassungselements in der Zwischenposition auftreten, korrigiert werden, enthält.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung der Anpassungselemente zwischen der Arbeits- und der Ruheposition die Anpassungselemente sich um eine horizontale Achse (16) in der Nähe ihrer oberen oder unteren Seite drehen und sich entsprechend der Befehlseingabe neigen.
Station nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) die Winkeldrehung des Anpassungselements um die horizontale Achse (16) erkennt.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigestens einige der Werkzeuge (12) mit Messeinrichtungen (20) versehene Karosseriebearbeitungswerkzeuge sind und beweglich zwischen einer Nichtarbeitsposition, wenn die Anspassungselemente in der Arbeitsposition sind, und einer Messposition, wenn das Anpassungselement in der Zwischenposition ist, gestaltet sind.
Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Zwischenpositionon der Anpassungselemente diese für die Bewegung zwischen einer Arbeits- und einer Ruheposition Hauptbewegungselemente (23) aufweisen, welche an das Anpassungselement mittels der Zwischenschaltung von kontrollierten Einrichtungen (24) für die begrenzte Bewegung des Anpassungselements relativ zu den Hauptbewegungseinrichtungen entsprechend des Betrages des Anpassungselements zwischen der Arbeits- und der Zwischenposition in der Weise angeschlossen sind, daß bei der Aktivierung der begrenzten θewegungseinrichtungen, wenn das Anpassungselement in der Arbeitsposition gehalten wird, sich dieses in die Zwischenposition bewegt, ohne die Hauptbewegungseinrichtungen aktivieren zu müssen.
Station nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Anpassungselement die begrenzten Bewegungseinrichtungen eine zwischen der Schubstange und Kurbel ausgeführte Verbindung (25) enthalten, welche zwischen einem Bedienelement (23) zur Betätigung der Hauptbewegungseinrichtungen und dem Anpassungselement mit der Verbindung zwischen der Verbindungsstange und der Kurbel rotatorisch auf Befehlseingabe hin angetrieben wird und die Relativbewegung des Anpassungselements in Bezug zu den Hauptbewegungseinrichtungen durchführt.