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Bei
den Verfahren zur Montage von Werkstücken, insbesondere von Autokarosserieteilen,
ist es üblich,
die verschiedenen, zu montierenden Werkstücke in eine Montagestation
zu befördern,
in der sie einerseits genau zueinander platziert und andererseits fest
in ihrer endgültigen
Position gehalten werden, um zu verhindern, dass die Beanspruchungen,
denen sie durch die Montagewerkzeuge (insbesondere Schweißzangen)
ausgesetzt sind, die ihnen zugewiesene Position und folglich die
allgemeine Geometrie der einmal erfolgten Montage nicht beeinträchtigen, verfälschen oder
verändern
werden (vgl. beispielsweise das Dokument GB-A-2283447).
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Die
Beschickung einer Montagestation mit miteinander zu verbindenden
Werkstücken
wird durch ein Handhabungswerkzeug (einen Roboter) sichergestellt,
das das Werkstück,
das es transportiert, einer spezifischen Ausrüstung der Montagestation "anvertraut", die dieses genaue
Plazieren sowie das sichere Spannen des Werkstückes in dieser Position gewährleistet.
Diese herkömmliche
Anordnung hat den großen
Nachteil, dass die Werkzeuge in der Montagestation verwendet werden
müssen,
die auf jedes aufgenommene Werkstück zugeschnitten sind. Während man
einen einzigen Handhabungsroboter beibehalten kann, ist es demzufolge
bei der Umstellung von einer Fertigung auf eine andere notwendig, dass
die Positionier- und Spannwerkzeuge in der Montagestation gewechselt
werden. Diese Notwendigkeit stellt eine große Beschränkung der Flexibilität der Montagestation
dar, d.h. ihre Fähigkeit,
unterschiedliche Arten von Werkstücken aufzunehmen, wird beschränkt. Denn
es empfiehlt sich, für
jedes Werkstück über einen
Satz von Werkzeugen zu verfügen
und die Station mit Mitteln zum Werkzeugwechsel auszustatten, damit
dieser schnellstmöglich erfolgt.
Der Raumbedarf der Montagestation wird dann aufgrund der Mittel
zur Handhabung dieser Werkzeugsätze
(die häufig
in Form von zuvor ausgerüsteten
Paletten vorliegen) sehr groß.
Ferner müssen
diese Handhabungsmittel von sorgfältiger Ausführung sein, damit das Platzieren
der Werkzeugsätze
in der Montagestation so präzise
wie möglich
ist und zu keiner unzulässigen
Beeinträchtigung
der Genauigkeit der Platzierung der zu montierenden Werkstücke führt. Ferner
erfordern diese Werkzeugwechsel Zeit, und dies stellt einen Faktor
der Verlängerung der
Taktzeiten bei der Durchführung
der Montagen dar, was sich zwangsläufig in einer Erhöhung der Herstellungskosten äußert.
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Heutzutage
ist die Genauigkeit der Handhabungsroboter bei der Steuerung ihrer
Bahn sowie bei den Koordinaten der Anfangs- und Endpositionen dieser
Bahn völlig
vereinbar mit der Genauigkeit, die für die Positionierung der Werkstücke in dem
Bezugssystem der Montagestation erforderlich ist. Daraus ergibt
sich, dass man durch Ändern
der Programmierung eines Handhabungsroboters unterschiedliche Werkstücke auf
präzise
Weise in einem Montagebezugssystem platzieren kann, ein Bezugssystem, in
dem es, auch durch das Spiel einer angepassten und variablen Programmierung,
möglich
ist, den Montagewerkzeugen, wie z. B. den Schweißzangen, eine genaue Position
zuzuordnen.
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Folglich
ist es möglich,
auf die spezifischen Positionierungswerkzeuge, die früher in den
Montagestationen erforderlich waren, zu verzichten. Die Struktur
eines Roboters ermöglicht
es jedoch nicht, den Beanspruchungen, denen die Werkstücke aufgrund
der Einwirkung der Montagewerkzeuge ausgesetzt sind, standzuhalten,
um die Position jedes Werkstückes
beim Montagevorgang (beispielsweise beim Schweißen) sicher beizubehalten.
Dann besteht die große
Gefahr, dass man eine Montage mit nicht korrekter Geometrie erhält.
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Mit
Hilfe der vorliegenden Erfindung will man eine Lösung zur Montage von Werkstücken (mindestens
zwei), insbesondere von Autokarosserieteilen, bieten, die, während man
sich die Genauigkeit der Roboter zu Nutze macht, eine erhebliche
Vereinfachung der Werkzeugausrüstung
der Montagestationen ermöglicht,
und dadurch diese Letztgenannten geeignet dafür macht, Werkstücke unterschiedlicher Geometrie
aufzunehmen, mit der Folge einer hohen Nutzungsflexibilität dieser
Stationen.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung folglich ein Verfahren zur Positionshaltung
eines Werkstückes
in einer Montagestation zum Ziel, bei dem man das Werkstück mittels
eines Handhabungsroboters in einer vorgegebenen Position in dem
Bezugssystem der Montagestation platziert, man mit mindestens einer
Zange einen Abschnitt spannt, der fest mit dem Werkstück verbunden
ist, wobei die Zange frei verschiebbar in einer Führung der
Montagestation gelagert ist, die parallel zur Spannrichtung der
Zange ausgerichtet ist, und man die Verschiebung der an dem Werkstück gespannten
Zange blockiert.
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Mit
anderen Worten wird erfindungsgemäß das Werkstück, sobald
es mittels des Positionierungsroboters platziert wurde, auf einen
Träger
gespannt, der Teil der Montagestation ist, wobei man vermeidet,
dass die Spannkräfte
Störkräfte bilden, die
sich störend
auf die Position des Werkstückes auswirken
und denen der Roboter, der das Werkstück in seiner Position hält, nicht
entsprechend entgegenwirken kann. Denn es versteht sich, dass beispielsweise
eine Zange, die auf dem genannten Träger entlang einer Führung verschiebbar
gelagert ist, die parallel zur Spannrichtung ihrer Spannbacken ist, keine
Kraft in der Richtung der Verschiebung ausüben kann. Dementsprechend verursacht
das Spannen theoretisch keine Verschiebung des Werkstückes. Sobald
das Werkstück
zwischen den Spannbacken gespannt ist, reicht es aus, die Zange
in ihrer Führung
zu blockieren, damit das Werkstück
auf dem Träger
gespannt ist, ohne dass die von dem Roboter festgelegte Position
des Werkstückes
geändert
worden wäre.
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Es
gibt mehrere Möglichkeiten,
die Zange zu blockieren, d.h. ihren Freiheitsgrad entlang ihrer
Führung
aufzuheben. Bei einer ersten Ausführungsform wird die Blockierung
der Verschiebung durch das Spannen mindestens einer zweiten Gleitzange
sichergestellt, deren Verschiebungsrichtung zu der der Zange, deren
Freiheitsgrad entlang ihrer Führung man
aufheben muss, nicht parallel ist.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
wird die Blockierung der Verschiebung durch eine Bremse sichergestellt,
die zwischen die Führung
und den die Zange tragenden Schieber eingreift.
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Je
nach Geometrie der durchzuführenden Montage,
der Anzahl von Werkstücken,
die in Bezug aufeinander in der Montagestation zu platzieren sind, der
Größe dieser
Werkstücke,
der erforderlichen Einwirkung des Handhabungsroboters auf dieselben und
den Zugangsfreiheiten, die man für
die Montagewerkzeuge vorsehen sollte, wirken die Spannzangen zum
Spannen des Werkstückes
auf dem Träger,
der Teil der Montagestation ist, entweder direkt auf das Werkstück oder
auf einen Teil des Roboters ein, der zu dessen das Werkstück erfassenden
Arm gehört.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden,
nicht einschränkenden
Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Es
wird auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigen:
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1 die
Darstellung einer schematischen Ausführung einer Einspannung eines
Werkstückes
in einer Montagestation gemäß drei orthogonalen
Achsen des Bezugssystems der Montagestation,
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2 die
Darstellung einer Ausführungsvariante
einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt.
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In 1 stellt
ein Tisch 1 die Grundstruktur der Montagestation dar. Auf
diesem Tisch sind drei Spannmittel 2, 3 und 4 zum
Spannen eines Bleches 5 angeordnet, das dazu bestimmt ist,
beispielsweise über
Schweißpunkte 6 mit
einem anderen Werkstück montiert
zu werden, das in der Montagestation platziert und nicht dargestellt
ist. Das Blech 5 wird in das Bezugssystem der Montagestation
befördert
und durch einen Roboter 7 genau in demselben platziert, wobei
von dem Roboter nur der Greifer 7a schematisch dargestellt
ist, an dem das Werkstück 5 durch bekannte
Mittel (Klemmen, Sauger,...) befestigt ist.
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Zu
Erklärungszwecken
hat man das Werkstück 5 mit
zwei seitlichen Laschen 5a und 5b dargestellt,
die dazu verwendet werden, das Werkstück in einer zur Ebene des Trägers 1 der
Montagestation parallelen Ebene zu spannen.
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Ebenfalls
zu Erklärungszwecken
hat man alle einzelnen Spannmittel in Form einer Zange dargestellt,
die beispielsweise im Falle der Mittel 2 zwei Spannbacken 8 und 9 hat,
die verschiebbar in einem Gehäuse 10 gelagert
sind, das Gleitschienen 11 umfasst, und die beispielsweise
mittels eines Arbeitszylinders, der nicht gezeigt aber im Inneren
des Gehäuses 10 untergebracht
ist, voneinander entfernt bzw. einander angenähert werden können.
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Das
Gehäuse 10 bildet
selbst einen Schieber, der auf einer Führung 12, die fest
an dem Tisch 1 der Montagestation befestigt ist, frei verschiebbar ist.
Die Führung 12 hat
an ihren Enden Festanschläge 13 und 14 für die Spannbacken 8 und 9,
um deren maximalen Abstand zu beschränken.
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Die
in 1 schematisch dargestellten Elemente 3 und 4 haben
die gleiche Struktur wie das Element 2. Es wird jedoch
angemerkt, dass das Element 3 orthogonal zum Element 2 und
das Element 4 orthogonal zum Element 2 und zum
Element 3 ist. So sind die jeweiligen Schieber 10 der
Elemente 2, 3 und 4, die pa rallel zur
Spann-Löse-Richtung
der Spannbacken 8 und 9 sind, die sie umfassen,
zueinander nicht parallel.
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Wenn
die Montagestation in Wartestellung auf das Werkstück 5 ist,
sind die Spannbacken jedes Paares maximal voneinander entfernt,
d.h. sie sind in Anlage an den Anschlägen 13 und 14 jedes
Spannelements. Ferner ist das Element 4, das ein Spannen des
Werkstückes 5 in
Höhenrichtung
sicherstellt, ausgerückt,
entweder durch ein Abschwenken, wie durch den Pfeil A angedeutet,
oder durch ein Drehen um eine senkrecht zum Träger 1 stehende Achse, wie
durch den Pfeil B angedeutet. Die maximale Öffnung jeder Zange bestimmt
die maximale Abmessung des zu spannenden Werkstückabschnittes. Es versteht
sich, dass auf diese Weise unterschiedliche Werkstücke von
diesen Spannmitteln aufgenommen werden können.
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Der
Roboter 7 platziert das Werkstück in dem Bezugssystem der
Montagestation, während
die Spannelemente in Wartestellung sind. Sobald die endgültige Position
erreicht wurde, steuert man mittels eines nicht gezeigten Automaten,
der auf die Arbeitszylinder zur Verschiebung der Spannbacken einwirkt,
das gegenseitige Annähern
dieser Spannbacken. Was das Element 4 zum Spannen des Werkstückes in
Höhenrichtung
angeht, so hat man zuvor seine Inbetriebnahme durch Drehen oder
Schwenken entsprechend der Pfeile A oder B gesteuert.
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Es
versteht sich, dass im Laufe des Spannens der Spannelemente eine
der Spannbacken an dem Werkstück 5 zur
Anlage kommt, so dass das Fortsetzen des Spannens das Annähern der
anderen Spannbacke gleichzeitig mit der freien Verschiebung des
Trägers 10 jedes
Elements bewirkt. Folglich wird auf das Werkstück 5 nur eine minimale
Kraft ausgeübt,
die gleich der ist, die erforderlich ist, um die Reibungen zwischen
dem Schieber 10 und der Führung 11 zu überwinden,
eine Kraft, die man maximal reduzieren kann, wenn man zwischen dem
Schieber und der Führung
Hochleistungs-Führungselemente
einsetzt, wie z. B. Kugeln oder Oberflächen mit geringem Reibungskoeffizienten,
eine Kraft, die, berücksichtigt
man ihre geringe Höhe,
von dem Roboter ohne eine Verformung und folglich ohne Änderung der
Position des Werkstückes 5 hingenommen
werden kann.
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Wenn
das Spannen abgeschlossen ist, d.h. wenn die Spannbacken an dem
Werkstück 5 mit
einer vorgegebenen Kraft gespannt sind, wird dieses Werkstück 5 in
dem Bezugssystem der Montagestation einwandfrei gehalten, und die
Spann kräfte,
die es halten, reichen aus, um, ohne dass es zu einer Verschiebung
kommt, den Kräften
standzuhalten, denen das Werkstück 5 aufgrund
der Schweißwerkzeuge
beim Erzeugen der Punkte 6 ausgesetzt sein wird.
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Denn
es versteht sich, dass der Verschiebung des Schiebers 10 entlang
der Führung 12 durch das
Spannen, das durch das Element 3 und das Element 4 bewirkt
wird, sicher entgegengewirkt wird. Das gleiche gilt für die Verschiebung
der Schieber dieser Elemente 3 und 4. Man erreicht
dies, da der lineare Freiheitsgrad der Schieber jedes Spannelements
jeweils in eine Richtung verläuft,
die nicht parallel zu der der anderen ist.
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Bei
einer Ausführungsvariante,
die beispielsweise angewandt werden kann, wenn es nicht möglich ist,
zwischen den Spannmitteln Verschiebungsrichtungen vorzusehen, die
nicht parallel sind, oder auch als zusätzliche Sicherheit, um den
Freiheitsgrad jedes Schiebers aufzuheben, kann man eine Blockiervorrichtung
zum Blockieren jedes Schiebers in Bezug auf seine schematisch dargestellte
Führung platzieren,
für das
Mittel 2 durch einen Arbeitszylinder 15, der einen
Brems- oder Verriegelungsklotz zum Bremsen oder Verriegeln des Schiebers 10 auf der
Führung 12 betätigt.
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In
anderen Fällen
kann es schließlich
von Vorteil sein, einen zusätzlichen
Freiheitsgrad für
die erfindungsgemäßen Spannvorrichtungen
vorzusehen, der beispielsweise darin bestehen würde, dass die Führung 12 selbst über eine
Rotationsachse, die orthogonal zur Verschiebungsrichtung der Spannbacken
ist, fest mit dem Unterbau (Träger 1)
der Montagestation verbunden ist. Auf die gleiche Weise wie zuvor
beschrieben, kann dieser Freiheitsgrad in Drehrichtung zum einen
durch das Spannen weiterer Spannmittel und zum anderen oder zusätzlich hierzu durch
die Verwendung von Vorrichtungen zur Aufhebung dieses Freiheitsgrades
in Drehrichtung (Bremsen, Verriegelungen...) eliminiert werden.
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Während in 1 das
Spannen des Werkstückes
in seiner Position in der Montagestation durch Mittel sichergestellt
wird, die direkt auf dieses einwirken, hat man in 2 eine
Ausführungsvariante
dargestellt, bei der der Greifabschnitt 7a des Roboters
zum Greifen des in der Montagestation platzierten Werkstückes 16 Erweiterungen 7b, 7c hat,
auf die sich die Spannmittel 17, 18, 19 richten
werden. Das Spannprinzip ist das gleiche wie das in Bezug auf 1 beschriebene,
und die Mittel 17, 18, 19 haben die gleichen
Merkmale. Diese Anordnung ist dann von Vorteil, wenn man in der
Montagestation beispielsweise nahe dem Werkstück ausreichend großen Zugang
für die
Montagewerkzeuge, die die Schweißzangen sein können, lassen
sollte.