DE69800510T2 - Vorrichtung zur Kraftfahrzeugmontage mit einem System zur Verformungsauffindung, und Montageverfahren dafür - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Zusammenbauen von Kraftfahrzeugkarosserien oder Montagegruppen davon, so wie in der EP-A - 0 642 878 geoffenbart. Die Erfindung ist auf Vorrichtungen zur Montage von Fahrzeugen jedes Typs, wie z. B. Autos, leichte oder schwere Lastkraftwagen oder Ähnliches, anwendbar. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Montage von aus Pressblech gefertigten Strukturen durch elektrisches Punktschweißen. Die Erfindung ist aber auch auf jedes andere Montagesystem anwendbar, wie z. B. durch Haftmittel, und auch auf jedes andere Material, wie z. B. Kunststoffmaterialien oder Verbundwerkstoffe.
• Genauer betrifft die Erfindung Vorrichtungen zum Zusammenbauen von Kraftfahrzeugkarosserien oder Montagegruppen davon, und zwar des bekannten Typs, umfassend:
• eine Montagestation, die mit programmierbaren Montageeinrichtungen ausgestattet ist,
• Beförderungsmittel zum Befördern zumindest eines Teils der zu montierenden Struktur in die Montagestation sowie zum Abtransportieren der Struktur aus der Montagestation, nachdem sie montiert worden ist,
• - mindestens ein Paar Halte- und Sperrausleger, die an zwei gegenüberliegenden Seiten der Montagestation vorgesehen sind und mit Halte- und Sperrvorrichtungen zum Halten der Bauteilelemente der zu montierenden Struktur in der richtigen Montageposition, während der Montagevorgang durchgeführt wird, ausgestattet sind, wobei dieser Rahmen zueinander und voneinander weg bewegbar ist, und zwar zwischen einem Ruhezustand in einem Abstand, in dem die Halte- und Sperrvorrichtungen von der zu montierenden Struktur entkoppelt sind, und einem geschlossenen Betriebszustand, in dem die Halte- und Sperrvorrichtungen mit der zu montierenden Struktur in Eingriff bringbar sind.
• Montagevorrichtungen der oben angezeigten Art sind wohlbekannt und lange Zeit verwendet worden. Beispielsweise erzeugte und vermarktete der Anmelder jahrelang ein flexibles Schweißsystem, bezeichnet mit dem Warenzeichen "ROBOGATE", dessen Grundidee ursprünglich in der US-A - 4,256,947 und dem parallelen deutschen Patent DE-A 28 10 822 gezeigt wurde und das mit der Zeit mehrere darauf folgende Verbesserungen und Varianten aufkommen ließ, die auch den Gegenstand jeweiliger Patente des Anmelders bildeten. Das ROBOGATE-System markierte in der Tat einen Durchbruch in der Schweißtechnik für Kraftfahrzeugkarosserien und wurde bis zum Ende der siebziger Jahre allgemein verwendet, wobei es die zuvor von vielen Autoherstellern in der ganzen Welt verwendeten Vorrichtungen ablöste. In einer Grundversion des Systems umfasst es zwei oder mehrere Paar Halteausleger, die in der Schweißstation untereinander rasch auswechselbar sind und dazu adaptiert sind, für jeweilige Karosserietypen betrieben zu werden. Das System kann sogar für voneinander sehr verschiedene Karosserien betrieben werden, so dass ein und dieselbe Fertigungsstraße zum Herstellen unterschiedlicher Modelle verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil des ROBOGATE-Systems liegt darin, dass es durch einen verhältnismäßig einfachen und raschen Vorgang - und daher mit sehr stark verringerten Kosten - zur Herstellung eines neuen Karosseriemodells adaptiert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine einheitliche Qualität aller Modelle ein und desselben Typs, für den das System betrieben wird, gewährleistet ist.
• Die vorliegende Erfindung kann sowohl auf eine flexible Station, bei der viele Halteauslegerpaare eingesetzt werden, als auch auf eine "starre" Station angewendet werden, bei der ein einziges Halteauslegerpaar eingesetzt wird, und zwar zum Betrieb für ein einziges Karosseriemodell.
• Im Falle der oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen werden die Montageeinrichtungen von programmierbaren Robotern gebildet, die mit Köpfen zum elektrischen Punktschweißen ausgestattet sind. Allerdings kann die vorliegende Erfindung - wie bereits angezeigt - unbeschadet der eingesetzten Technologie angewendet werden, um die verschiedenen Teile der Struktur miteinander zu verbinden.
• Ein weiteres Merkmal der oben beschriebenen bekannten Vorrichtung besteht darin, dass die zu schweißende Struktur die Schweißstation erreicht, nachdem sie lose montiert worden ist. Ebenfalls bekannt sind Vorrichtungen derselben Art, bei denen lediglich ein Teil der zu schweißenden Struktur zum Eintreten in die Schweißstation gebracht wird, wobei die übrigen Teile, die zum Bilden der vollständigen zu schweißenden Struktur erforderlich sind, separat in die Schweißstation gebracht und dort miteinander verbunden werden. Die vorliegende Erfindung kann auf identische Weise auch auf Vorrichtungen dieser Art angewendet werden.
• Anknüpfend an die oben erwähnten Patente, die die Grundversion des ROBOGATE- Systems betreffen, hat der Anmelder weitere Patente eingereicht, die verschiedene Verbesserungen und Varianten dieses Systems betreffen. Eine Verbesserung aus jüngster Zeit bildete den Gegenstand der Europäischen Patentanmeldung EP-A - 0 642 878, die bereits oben erwähnt worden ist. In diesem Dokument ist eine Schweißstation geoffenbart, die eine viel weniger komplizierte, leichte und flexiblere Struktur als die früheren Ausführungen des ROBOGATE-Systems aufweist. Bei den herkömmlichsten Lösungen werden die oben erwähnten Halteausleger gleitbar geführt, um sie in der Schweißstation, deren Ausleger für einen unterschiedlichen zu schweißenden Karosserietyp eingerichtet sind, rasch auswechselbar zu machen, und zwar auf Überkopfführungen, die parallel zur Richtung der Beförderungsstraße in der Schweißstation gerichtet sind, was es erforderlich macht, schwere fixe Traggerüste vorzusehen. Abgesehen davon, dass diese Gerüste in hohem Ausmaß zu den Kosten und der Größe der Schweißstatioh beitragen, machen sie es auch für die Schweißroboter schwierig, den notwendigen Platz zu finden, um an der zu schweißenden Karosserie betrieben zu werden. Bei der in der Europäischen Patentanmeldung EP-A - 0 642 878 beschriebenen Lösung ist jeder Halteausleger unabhängig von den anderen Auslegern bewegbar, da er mit einem unteren selbstfahrenden Wagen ausgestattet ist, der auf einer entlang des Bodens der Schweißstation vorgesehenen Schiene geführt wird. Daher erfordern es die Halteausleger nicht mehr, Überkopflängsführungen vorzusehen, die sich über die gesamte Länge zwischen ihrer Arbeitsstellung in der Schweißstation und ihrer Wartestellung in einem Abstand von der Schweißstation erstrecken, so dass es auch nicht mehr notwendig ist, das schwere und massige, üblicherweise von bockähnlichen, der Länge nach miteinander verbundenen Strukturen gebildete Traggerüst vorzusehen, das bei den traditionellen ROBOGATE-Anlagen erforderlich war. Daher ist der für die Schweißroboter verfügbare Platz stark vergrößert, was es auch ermöglicht, die Anzahl der Roboter - falls gewünscht - zu erhöhen, um eine Steigerung der Anzahl an innerhalb einer zuvor festgelegten Zeit vorgenommenen Schweißpunkten zu erzielen. Der Roboter kann viel leichter zu sämtlichen Stellen der zu schweißenden Karosserien gelangen, um ein sachgemäßes Schweißen durchzuführen. Des Weiteren ist, da jeder Halteausleger unabhängig von den anderen Auslegern bewegbar ist, der Zwischenraum zwischen jedem Ausleger und dem darauf folgenden Ausleger entlang der Fertigungsstraße frei und variabel, was einen größeren Spielraum bei Entwurf und Errichtung der Anlage läßt. Schließlich ist die Errichtung der Anlage selbst im Verhältnis zur Errichtung herkömmlicherer Anlagen mit geringeren Kosten verbunden. Dieses bekannte System, das vom Anmelder unter dem Warenzeichen "OPEN- ROBOGATE" vermarktet wurde, ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A - 0 642 878 geoffenbart worden, die oben in Bezug auf eine erste Ausführung erwähnt wurde und die den Fall betrifft; dass alle Teile der zu schweißenden Struktur von der Beförderungsstraße in die Schweißstation gebracht werden, und zwar in einem bereits vormontierten Zustand oder sonst irgendwie, wobei die verschiedenen Elemente getrennt voneinander getragen werden, jedoch an Positionen nahe der Endmontageposition. In der weiteren Europäischen Patentanmeldung EP-A - 0 835 717 wurde eine neue Version des "OPEN-ROBOGATE"- Systems vorgeschlagen, bei der die Beförderungsstraße jedes Mal nur einen Teil der zu schweißenden Struktur (typischerweise das Bodenblech) in die Schweißstation befördert, wohingegen die Karosserieseiten direkt an den Halteauslegern gebildet werden und dann bereit sind, sie mit dem Bodenblech in Eingriff zu bringen, wenn die Ausleger in ihre geschlossene Betriebsposition bewegt werden. Augenscheinlich sind bei dieser zweiten Version die so genannten "Toy-tabbing"-Stationen, die bei den herkömmlichsten Lösungen oberhalb der Schweißstation vorgesehen waren, um die Karosserien vor dem Schweißen lose zu montieren, entfernt. Ferner wird die Beförderungsstraße - wieder im Verhältnis zur in der Europäischen Patentanmeldung EP-A - 0 642 878 gezeigten Ausführung - einfacher und billiger, da die vollständige Struktur der Karosserie ausgehend von ihren einzelnen Bauteilen lediglich in der Schweißstation und nicht oberhalb davon gebildet wird.
• Die vorliegende Erfindung bietet eine weitere Verbesserung des "OPEN- ROBOGATE"-Systems sowohl in Bezug auf die in der Europäischen Patentanmeldung EP- A - 0 642 878 gezeigte Variante als auch auf die den Gegenstand der Europäischen Patentanmeldung EP-A - 0 835 717 bildende Variante. Darüber hinaus ist die Erfindung sowohl auf eine Station der oben angezeigten Art anwendbar, die flexibel ist, d. h. viele Paar Halteausleger umfasst, die untereinander rasch auswechselbar sind, um sich selbst an verschiedene Typen von zu schweißenden Karosserien anzupassen, als auch auf eine starre Station, die ein einziges Halteauslegerpaar für ein einziges Karosseriemodell umfasst.
Zu lösendes technisches Problem
• Ein Problem, dem man in der Vergangenheit bei Schweißstationen der oben beschriebenen bekannten Art begegnet ist, liegt darin, dass die montierte Struktur eine Breite, d. h. eine Dimension entlang einer im Verhältnis quer zur Längsrichtung der Schweißstation gerichteten Richtung (A) aufweist, die nicht immer einer zuvor festgelegten theoretischen Dimension entspricht. Selbst die modernsten und hochentwickeltsten Ausführungen verhindern nicht Abweichungen von der zuvor festgelegten Breite, die zumindest in der Größenordnung einiger Millimeter liegen.
• Mit ROBOGATE-Stationen herkömmlicher Art, bei denen die Halteausleger durch starre Traggerüste geführt werden, ist die zu schweißenden Struktur, wenn sie zwischen den Halteauslegern eingespannt wird, gezwungen, eine theoretische Konfiguration anzunehmen. Wenn daher das Schweißen abgeschlossen ist und die Halteausleger geöffnet werden und die geschweißte Struktur freigeben, kann diese einer Art Entspannung unterliegen, die sie in einen Zustand bringt, der nicht dem gewünschten theoretischen Zustand entspricht. Wenn gewünscht wird, die Exaktheit des Systems durch genaues Untersuchen der Verformung zu verbessern, der die geschweißte Struktur unterliegt, müssen komplizierte Detektionssysteme mit Spannungsmessinstrumenten oder eine anschließende Offline-Messevaluierung vorgesehen werden, die teuer sind und aufwendige Testvorgänge mit sich bringen.
Genstand der Erfindung
• Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Montagevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die mit einem integrierten System zum Detektieren der Breite der montierten Struktur versehen ist, das einfach und kostengünstig ist und dessen Einsatz effizient ist.
Kurzfassung der Erfindung
• Mit Blick auf das Erreichen des oben genannten Ziels stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Zusammenbauen von Kraftfahrzeugkarosserien oder Montagegruppen davon zur Verfügung, und zwar der Art, wie sie am Beginn der vorliegenden Beschreibung angegeben ist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
• a) jeder Halte- und Sperrausleger ist eine unabhängige Einheit und weist einen Basisteil auf, der in der Montagestation bewegbar ist und dazu adaptiert ist, starr an einer fixen Struktur der Station im oben erwähnten Betriebszustand des Auslegers fixiert zu werden, sowie einen aktiven Teil, der die oben erwähnten Halte- und Sperrvorrichtungen trägt und der sich ausgehend vom Basisteil erstreckt und nicht direkt mit der fixen Struktur der Station im Betriebszustand des Auslegers verbunden ist, um frei zu bleiben, Mikrobiegungen entlang einer im Verhältnis quer zur Längsrichtung der Station gerichteten Richtung (A) zu erfahren, bedingt durch Abweichungen der Querdimension der zu montierenden Struktur im Verhältnis zu einer theoretischen zuvor festgelegten Dimension,
• b) zwischen diesem aktiven Teil jedes Halte- und Sperrauslegers und der fixen Struktur sind Sensormittel vorgesehen, die dazu adaptiert sind, die Mikroverschiebung des aktiven Teils im Verhältnis zur fixen Struktur infolge der Mikrobiegung zu detektieren, und zwar in einem zuvor festgelegten Abstand von dem Bereich, wo der Basisteil des Auslegers an der fixen Struktur festgemacht wird,
• c) die Vorrichtung umfasst ferner Mittel zum Verarbeiten der von den Sensormitteln kommenden Signale und zum Berechnen der Verschiebung der verschiedenen Bereiche des aktiven Teils jedes Halte- und Sperrauslegers, und zwar in Abhängigkeit vom Abstand vom festgemachten Bereich, sowie zum Berechnen - falls gewünscht - der zwischen jedem Ausleger und der zu montierenden Struktur gewirkt habenden Kraft.
• Das oben erwähnte Merkmal (a) ist an sich bekannt und typisch für die "OPEN- ROBOGATE"-Montagestationen des Typs, der den Gegenstand der Europäischen Patentanmeldungen EP-A - 0 642 878 und EP-A - 0 835 717 bildete. Vom Anmelder durchgeführte Untersuchungen und Tests zeigten, dass die bei Stationen dieses Typs verwendeteten Halteausleger - die frei sind, Mikrobiegungen zu erfahren (die jedenfalls wesentlich geringer als 1 mm/100 Newton sind), bedingt durch den Eingriff der Ausleger in die zu schweißende Struktur - vorteilhafterweise dazu genutzt werden können, auf eine sehr einfache und rasche Weise die Kräfte zu detektieren, denen die zu montierende Struktur unterliegt, wenn die Halteausleger mit ihr in Eingriff gebracht werden. So ist es beispielsweise möglich, durch Positionieren eines Tastsensors an der fixen Struktur der Station, und zwar angrenzend an den unteren Teil jedes Halteauslegers, unmittelbar über dem Sperrbereich, wo der Ausleger an der fixen Struktur festgemacht ist, die Mikroverschiebung (typischerweise in einer Größenordnung unter 0,1 mm) zu detektieren, die infolge des Eingriffs des Auslegers in die zu schweißende Struktur erfolgt. Diese Detektion ermöglicht es, die Verschiebung des freien Anteils des Halteauslegers in verschiedenen Abständen vom Sperrbereich ganz genau zu berechnen. Die mit der zu schweißenden Struktur entlang der Querrichtung ausgetauschten Kräfte können dementsprechend auf der Grundlage einer linearen Beziehung bestimmt werden.
• Es ist somit möglich, die Erscheinung auf eine einfache und exakte Art zu überprüfen, so dass die Station adjustiert werden kann, bis eine Genauigkeit an der Breite der montierten Struktur erreicht ist, die viel höher als die gegenwärtig mögliche Genauigkeit ist. Es wird auf diese Weise auch möglich sein, jegliche Kräfte zu detektieren, die groß genug sind, um ein Entkoppeln der Basisteile der Halteausleger von der fixen Struktur, an der sie festgemacht sind, zu bewirken, wenn die Ausleger an der zu schweißenden Struktur geschlossen werden.
• Wie bereits anzeigt wird es das Vorsehen eines einfachen Sensors an einem beliebigen Punkt zwischen der fixen Struktur und einem daran angrenzenden Bereich des Halteauslegers ermöglichen, die Länge und die Richtung der Mikrobiegung, der die Struktur des Auslegers unterliegt, zu detektieren, so dass der Wert der nach außen oder nach innen gerichteten Kraft, der die zu schweißende Struktur unterliegt, detektiert werden kann, je nachdem, ob die zu montierende Struktur in Bezug auf die theoretische Dimension breiter oder schmäler ist. Die Detektion der Mikrobiegung der Halteausleger kann zur äußerst genauen Berechnung des Werts der Kraft verwendet werden, der die Struktur unterliegt, ohne die teuren und aufwendigen Detektionssysteme mit Spannungsmessinstrumenten oder Ähnlichem zu benötigen.
• Das Detektionssystem kann zum Bestimmen der Kräfte verwendet werden, die in den verschiedenen Stadien des Betriebs der Station auf die Struktur wirken, beispielsweise während des Anfangsstadiums, wenn die verschiedenen Teile der zu schweißenden Struktur gehalten werden, wenn die verschiedenen Teile eingespannt werden, während des darauf folgenden Schweißstadiums und danach, wenn die Halteausleger entkoppelt und am Ende des Schweißvorgangs geöffnet werden. Mittels des erfindungsgemäßen Systems ist es möglich, die Hauptquellen jeder Kraft zu identifizieren, die während des Montagevorgangs detektiert wird.
• Die Berechnung der Kräfte entlang einer Querrichtung (nach außen oder nach innen), denen die Struktur während der Montage unterliegt, bildet einen wesentlichen Faktor beim Voraussagen der Wahrscheinlichkeit der Erscheinung des Rückfederns der Struktur nach der Entkopplung der Halteausleger. Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, die Erscheinung auf einfache und genaue Weise zu regeln und zu untersuchen, so dass die Montagestationen und die davor vorgesehenen Stationen für Montagegruppen sowie die Stanzvorgänge auf bestmögliche Art und Weise eingerichtet werden können.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnach eine Montagevorrichtung, die ein integriertes System zum Detektieren der Breite der montierten Struktur aufweist, das es ermöglicht, die Erscheinung einer beliebigen Verformung, der die Struktur während des Montagevorgangs unterliegt, zu untersuchen, und zwar mit Blick darauf, die Station tauglich zu machen, mit einer sehr hohen Genauigkeit betrieben zu werden, beispielsweise mit Fehlern an der Querdimension der geschweißten Karosserie von weniger als 1 mm.
• Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Zusammenbauen von Kraftfahrzeugkarosserien oder Montagegruppen davon zur Verfügung, wobei sie die oben beschriebene Vorrichtung einsetzt.
• Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die oben erwähnten Sensormittel erste und zweite Sensormittel, die jeweils am vorderen Ende und am hinteren Ende jedes Halte- und Sperrauslegers angeordnet sind, so dass die Detektion an den vier Ecken (vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts) der Montagestation durchgeführt wird.
• Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung sind mit den Mitteln zum Verarbeiten Anzeigemittel verbunden, die ein Bild im Grundriss der Montagestation anzeigen können, wobei die Werte eines Parameters angezeigt werden, der ausgewählt ist aus: der durch die Sensormittel detektierten Verschiebung, der am oberen Ende jedes Auslegers berechneten Verschiebung oder der sich ergebenden Kraft, die zwischen jedem Ausleger und der Karosserie jeweils an den vier Ecken (vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts) der Montagestation gewirkt hat, wobei das Bild auch die Mittelwerte anzeigt, die jeweils aus den Werten an der vorderen linken und vorderen rechten Ecke, aus den Werten an der hinteren linken und hinteren rechten Ecke, aus den Werten an der vorderen rechten und hinteren rechten Ecke und aus den Werten an der vorderen linken und hinteren linken Ecke berechnet wurden.
• Darüber hinaus ist vorzugsweise mit jedem angezeigten Wert eine Farbe assoziiert, und zwar gemäß einem Code, der bestimmte Farben mit festgelegten Abweichungsbereichen des Parameters assoziiert. Auf diese Weise können die Benutzer den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems sofort überprüfen, oder sie können - falls erforderlich - Anpassungsvorgänge durchführen, wenn anormale Situationen eintreten, wie z. B. ein nicht gewünschtes Öffnen der zwei Ausleger in dem Bereich, wo sie starr eingespannt sind, bedingt durch eine zu große Querdimension der Karosserie.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die angeschlossene Zeichnung ersichtlich werden, die rein als nicht einschränkendes Beispiel gezeigt wird und in der:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schweißstation im Stand der Technik ist, und zwar in einer Ansicht, die zur Längsrichtung der Station quer ist,
• Fig. 2 eine maßstabvergrößerte Ansicht einer erfindungsgemäßen Schweißstation ist,
• Fig. 3 ein Detail aus Fig. 2 zeigt,
• die Fig. 4, 5 zwei Diagramme zeigen, die das Betriebsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen, und
• Fig. 6 eine schematische Darstellung des auf einem Bildschirm angezeigten Bilds ist, der mit den Mitteln zum Verarbeiten verbunden ist, die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sind.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
• Fig. 1 zeigt allgemein eine Montagestation zum Schweißen von Kraftfahrzeugkarosserien, und zwar des Typs, der vom Anmelder unter dem Warenzeichen "OPEN-ROBOGATE" hergestellt und vermarktet wurde.
• Gemäß einer an sich bekannten Technik umfasst die Vorrichtung eine Schweißstation 1, die eine fixe Struktur 2 einschließt, die mit Mitteln 3 zum Aufnehmen, Halten und Einspannen des unteren Teils einer Kraftfahrzeugkarosserie 4 ausgestattet ist, der durch eine Beförderungsstraße 5 in die Station 1 gebracht wird. Die genauen Konstruktionsmerkmale dieser Teile sind hier nicht beschrieben oder veranschaulicht, da sie auf jede bekannte Weise gefertigt werden können und alleine genommen nicht in den Schutzbereich der Erfindung fallen. Die Erfindung ist sowohl auf den Fall anwendbar, bei dem die Karosserie 4 oberhalb der Schweißstatien-lose montiert und durch die Straße 5 dorthin gebracht wird, als auch auf den Fall, bei dem die Straße 5 nur den unteren Teil der Karosserie 4 in die Schweißstation bringt, wohingegen die übrigen Teile (im Wesentlichen die Karosserieseiten und die oberen Verbindungsquerträger) in der Schweißstation an das Bodenblech angefügt werden.
• Ebenfalls gemäß einer bekannten Technik wird die Karosserie 4 von einem Paar Halte- und Sperrauslegern 6, 7 gehalten und eingespannt, wenn er die Schweißstation erreicht.
• Jeder der Halte- und Sperrausleger 6, 7 ist mit Halte- und Sperrvorrichtungen ausgestattet, die in Fig. 2 schematisch gezeigt und mit 8 bezeichnet werden und die dazu adaptiert sind, mit der Karosserie 4 in Eingriff gebracht zu werden, wenn die Ausleger 6, 7 von einem offenen Ruhezustand (in Fig. 1 mit strichlierten Linien gezeigt) in einen geschlossenen Betriebszustand (in den Fig. 1, 2 mit durchzogenen Linien gezeigt) gebracht werden.
• Ist die Karosserie 4 auf diese Weise in der richtigen Position zum Montieren eingespannt worden, kann er mittels Schweißmittel geschweißt werden, wie z. B. programmierbarer, mit Köpfen zum elektrischen Punktschweißen ausgestatteter Roboter 9. Wenn das Schweißen abgeschlossen ist, werden die Halte- und Sperrvorrichtungen 8 geöffnet, und die Halteausleger 6, 7 gehen wieder in die offene Ruhestellung, damit die geschweißte Karosserie 4 die Schweißstation verlassen kann, während eine weitere zu schweißende Struktur in die Station eintritt.
• Die Erfindung ist sowohl auf den Fall anwendbar, bei dem die Schweißstation 1 ein einziges Paar Halteausleger 6, 7, vorgesehen für ein zuvor festgelegtes Karosseriemodell, umfasst, als auch auf den Fall, bei dem die Station mit vielen Paar Halteauslegern 6, 7 ausgestattet ist, die in der Arbeitsstellung untereinander rasch auswechselbar sind und die für unterschiedliche Typen von Kraftfahrzeugkarosserien adaptiert sind. In diesem Fall können sich die Halteausleger 6, 7, wenn sie im offenen Ruhezustand sind (in Fig. 1 mit strichlierten Linien gezeigt), der Länge nach bewegen, um es zu erlauben, dass ein weiteres Halteauslegerpaar (in der Zeichnung nicht gezeigt) in die Schweißstation eintritt. Zu diesem Zweck ist - ebenfalls gemäß einer an sich bekannten Technik - jeder Ausleger 6, 7 mit einem unteren selbstfahrenden Wagen 10 ausgestattet, der auf entlang des Bodens der Station vorgesehenen Schienen 11 geführt wird.
• Wenn sich die Halteausleger 6, 7 in der geschlossenen Betriebsstellung befinden, sind sie durch Sperrvorrichtungen (in der Zeichnung nicht gezeigt) starr mit der fixen Struktur 2 verbunden und daran festgemacht.
• Wie in den Fig. 1, 2 gezeigt weist jeder der Ausleger 6, 7 einen Basisteil 12 auf, der an der fixen Struktur 2 festgemacht ist. Genauer gesagt wird der Basisteil 12 jedes Auslegers 6, 7 im festgemachten Zustand quer gegen die fixe Struktur 2 gepresst, und zwar an zwei lotrechten Trägern 13, 14, die miteinander lotrecht ausgerichtet sind (in Fig. 2 nur schematisch gezeigt).
• Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar ersichtlich ist, erstreckt sich der aktive Teil 15 jedes Halteauslegers 6, 7 ausgehend vom Basisteil 12 nach oben, welcher aktive Teil keinerlei direkte Verbindung zur fixen Struktur 2 der Schweißstation aufweist.
• Gemäß der Erfindung ist mit jedem der Halteausleger 6, 7 knapp über dem oberen Träger 13 eine Tastsensor-Vorrichtung 5 verbunden. Die Vorrichtung 5, deren Struktur jede bekannte Art aufweisen kann, besitzt einen Taster 16 (Fig. 3), der dazu adaptiert ist, mit einem starr mit dem jeweiligen Halteausleger verbundenen Ansatz 17 zusammenzuwirken, um die Verschiebungen des Auslegers 7 im Verhältnis zur fixen Struktur 2 der Station entlang einer im Verhältnis quer zur Längsrichtung der Schweißstation gerichteten Richtung A (Fig. 3) detektieren zu können. Der Sensor S sendet ein Signal aus, das weitergeleitet wird an Mittel zum Verarbeiten 18 (Fig. 3) jedes beliebigen Typs, der zum Verarbeiten und Anzeigen dieses Signals sowie zum Durchführen von Berechnungen adaptiert ist, die im Folgenden beschrieben werden.
• Wie bereits oben besprochen kann die Breite der zu schweißenden Karosserie 4, d. h. die Dimension entlang der Querrichtung A, größer oder kleiner als die theoretische Dimension sein. Als Folge davon können, wenn die Halteausleger 6, 7 in die geschlossene Betriebsstellung gebracht werden und die Halte- und Sperrvorrichtungen 8 mit der Karosserie 4 in Eingriff gebracht werden, Mikrobiegungen (die jedenfalls nicht größer als 1 mm 1000 Newton sind) der oberen freien Anteile 15 der zwei Halteausleger 6, 7 stattfinden. Diese Mikrobiegungen können vorteilhafterweise genutzt werden, da sie es ermöglichen, die zwischen den Halteauslegern 6, 7 und der Struktur 4 entlang der Querrichtung A gewirkt habenden Kräfte zu bestimmen. Die erfolgt durch Detektieren der Mikroverschiebung jedes Auslegers 6, 7, wo sich der Sensor 5 befindet, nämlich in einem Abstand L&sub1; entlang der lotrechten Richtung vom oberen Träger 13 der fixen Struktur 2. Als Ergebnis davon kann die Mikroverschiebung der verschiedenen Teile jedes Auslegers 6, 7 in verschiedenen Abständen L entlang der lotrechten Richtung vom Träger 13 detektiert werden, und die entlang der Querrichtung A zwischen den Auslegern 6, 7 und der Karosserie gewirkt habenden resultierenden Kräfte können gemäß einer proportionalen Beziehung berechnet werden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher mit einem integrierten System zum Detektieren der Querdimensionen der Karosserie und der Kräfte, denen sie während des Montagevorgangs unterliegt, ausgestattet, wodurch es möglich ist, auf eine äußerst einfache und gleichzeitig genaue Weise ein vollständiges Bild der Erscheinung der Verformungen zu erhalten, denen die Karosserie während des Montagevorgangs unterliegt.
• Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es daher möglich, die Abstimmung des Schweißsystems zu verbessern, und zwar durch Untersuchen der in der Struktur verursachten Verformungen, Bestimmen der Quellen der erzeugten Kräfte und entsprechendes Durchführen von Korrekturen, bis eine dimensionsbezogene Qualität der geschweißten Struktur erreicht ist, die im Verhältnis zu den gegenwärtig möglichen Standards außergewöhnlich ist.
• Die Fig. 4, 5 sind zwei Diagramme, die jeweils die Beziehung zwischen der vom Sensor 5 detektierten, mit d bezeichneten linearen Verschiebung und, im Falle von Fig. 4, der sich ergebenden, zwischen dem jeweiligen Rahmen 6 oder 7 und der Kraftfahrzeugkarosserie gewirkt habenden Kraft f sowie, im Falle von Fig. 5, der auf die oben beschriebene Weise berechneten Verschiebung D, und zwar am oberen Ende des Auslegers, zeigen. Wie gezeigt zeigen beide Diagramme lineare Korrelationen mit einer Steigungsänderung an einem Punkt P für den Verformungswert, bei dem ein nicht gewünschtes Öffnen der Halteausleger 6, 7 an den Trägern 13, 14 erfolgt, und zwar bedingt durch eine zu große Querdimension der Karosserie. In diesen Diagrammen sind vier Bereiche I, II, III, IV entsprechend vier unterschiedlichen Abweichungsbereichen der oben erwähnten Parameter identifiziert. Bereich I ist ein Bereich idealen Betriebs, wohingegen Bereich IV ein Bereich anormalen Betriebs ist, der ein sofortiges Eingreifen der Bedienungsleute erfordert. Wie im Folgenden sogleich ersichtlich werden wird, wird jedem dieser Bereiche für sämtliche praktischen Zwecke eine unterschiedliche Farbe zugewiesen, um eine unmittelbar wahrnehmbare Anzeige der Betriebsbedingungen des Systems zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise werden mit den Bereichen I, II, III und IV jeweils die Farben Grün, Gelb, Orange und Rot assoziiert. Fig. 6 zeigt ein Beispiel dafür, wie dieses Ergebnis erzielt werden kann. In dieser Figur ist das Bild, das auf einem Bildschirm angezeigt wird, der mit der Steuervorrichtung eines erfindungsgemäßen Systems verbunden ist, schematisch gezeigt. Das angezeigte Bild stellt die Schweißstation im Grundriß schematisch dar. Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung sind zwei Sensorvorrichtungen für jeden Ausleger 6, 7 vorgesehen, die sich jeweils am vorderen Ende und am hinteren Ende des Auslegers befinden. Somit wird die Detektion an den vier Ecken (vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts) der Station durchgeführt. Das angezeigte Bild in Fig. 6 schließt einen zentralen Bereich und linke und rechte Bereiche ein. Der linke Bereich zeigt die Werte eines bestimmten Parameters (im veranschaulichten Beispiel ist dieser Parameter der berechnete Werte der Verschiebung am oberen Ende des Auslegers; das Gezeigte ist jedoch auch darauf anwendbar, die von den Sensoren detektierten Verschiebungswerte oder die Werte der resultierenden, zwischen der Karosserie und jedem Ausleger gewirkt habenden Kraft anzuzeigen), und zwar jeweils am vorderen Ende und am hinteren Ende des linken Auslegers. Ähnlich dazu werden im rechten Bereich die am oberen Ende des rechten Auslegers berechneten Verschiebungswerte - am vorderen Ende und am hinteren Ende des Auslegers - angezeigt. Im zentralen Bereich werden die Mittelwerte angegeben, und zwar jeweils aus den zwei Werten vorne links und vorne rechts, aus den zwei Werten hinten links und hinten rechts, aus den zwei Werten vorne links und hinten links und aus den zwei Werten vorne rechts und hinten rechts. Des Weiteren ist die Zelle, in der jeder Wert angezeigt wird, in der Farbe gefärbt, die dem zuvor festgelegten Code entspricht, der eine gegebene Farbe mit jedem gegebenen Abweichungsbereich des Parameters assoziiert, und zwar der vier oben erwähnten Bereiche I-IV. Auf diese Weise erhält der Benutzer eine sofort wahrnehmbare Information über die Betriebsbedingungen des Systems. Im Falle des oben erwähnten Farbcode-Beispiels sind die idealen Betriebsbedingungen gegeben, wenn alle Bereiche des angezeigten Bilds grün oder auch entweder grün oder gelb sind. Das System befindet sich in Bezug auf die akzeptablen Betriebsbedingungen an der Grenze, wenn einige der Bereiche orangefarben sind, wohingegen ein sofortiges Eingreifen erforderlich ist, wenn ein oder mehrere Bereiche des angezeigten Bilds rot sind.
• Bedingt durch die oben erwähnten Maßnahmen kann das System daher auf eine unmittelbare und einfache Weise gesteuert und - falls notwendig - adjustiert werden.
• Natürlich können, während das Prinzip der Erfindung gleich bleibt, die genauen Konstruktionsmerkmale und die Ausführungen ganz verschieden davon sein, was rein als Beispiel beschrieben und veranschaulicht worden ist, ohne vom Schutzbereich der angeschlossenen Patentansprüche abzuweichen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Zusammenbauen einer Kraftfahrzeugkarosserie oder von Montagegruppen davon, umfassend:

- eine Montagestation (1), die mit programmierbaren Montageeinrichtungen (9) ausgestattet ist,

- Beförderungsmittel (5) zum Befördern zumindest eines Teils der zu montierenden Struktur (4) in die Montagestation (1) sowie zum Abtransportieren der Struktur (4) aus der Montagestation (1), nachdem sie montiert worden ist,

- mindestens ein Paar Halte- und Sperrausleger (6, 7), die an zwei gegenüberliegenden Seiten der Montagestation (1) vorgesehen sind und mit Halte- und Sperrvorrichtungen (8) zum Halten der Bauteilelemente der zu montierenden Struktur (4) in der richtigen Montageposition, während der Montagevorgang durchgeführt wird, ausgestattet sind, wobei die Ausleger (6, 7) zueinander und voneinander weg bewegbar sind, und zwar zwischen einem Ruhezustand in einem Abstand, in dem die Halte- und Sperrvorrichtungen (8) von der zu montierenden Struktur (4) entkoppelt sind, und einem geschlossenen Betriebszustand, in dem die Halte- und Sperrvorrichtungen (8) mit der zu montierenden Struktur (4) in Eingriff bringbar sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) jeder Halte- und Sperrausleger (6, 7) ist eine unabhängige Einheit und weist einen Basisteil (12) auf, der in der Montagestation (1) bewegbar ist und dazu adaptiert ist, starr an einer fixen Struktur (2) der Station (1) im Betriebszustand des Auslegers (6, 7) fixiert zu werden, sowie einen, aktiven Teil (15), der die Halte- und Sperrvorrichtungen (8) trägt und der sich ausgehend vom Basisteil (12) erstreckt und nicht direkt mit der fixen Struktur (2) der Station im Betriebszustand des Auslegers verbunden ist, um frei zu bleiben, Mikrobiegungen entlang einer im Verhältnis quer zur Längsrichtung der Station gerichteten Richtung (A) zu erfahren, bedingt durch leichte Abweichungen der Querdimension der zu montierenden Struktur im Verhältnis zu einer theoretischen zuvor festgelegten Dimension,

b) zwischen dem aktiven Teil (15) jedes Halte- und Sperrauslegers (6, 7) und der fixen Struktur (2) sind Sensormittel (5) vorgesehen, die dazu adaptiert sind, die Mikroverschiebung des aktiven Teils (15) im Verhältnis zur fixen Struktur (2) infolge der Mikrobiegung zu detektieren, und zwar in einem zuvor festgelegten Abstand (L1) von dem Bereich, wo der Basisteil (12) an der fixen Struktur (2) festgemacht wird,

c) die Vorrichtung umfasst ferner Mittel (18) zum Verarbeiten der von den Sensormitteln (5) kommenden Signale und zum Berechnen der Verschiebung der verschiedenen Bereiche des aktiven Teils (15) jedes Halte- und Sperrauslegers (6, 7), und zwar in Abhängigkeit vom Abstand vom Sperrbereich, sowie zum entsprechenden Berechnen der zwischen jedem Ausleger (6, 7) und der zu montierenden Struktur (4) gewirkt habenden Kräfte.

2. Montagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der aktive Teil (15) jedes Halteauslegers (6) ausgehend vom Basisteil (12) nach oben erstreckt.

3. Montagevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinrichtungen (9) von programmierbaren Robotern gebildet werden, die mit Köpfen zum elektrischen Punktschweißen ausgestattet sind.

4. Montagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (S) einen Tastsensor umfasst, der unmittelbar über dem Basisteil (12) des jeweiligen Halteauslegers (6, 7) vorgesehen ist.

5. Montagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel (S) erste Sensormittel und zweite Sensormittel umfassen, die jeweils am vorderen Ende und am hinteren Ende jedes Halte- und Sperrauslegers (6, 7) angeordnet sind, so dass die Detektion an den vier Ecken (vorne links, vorne rechts, hinten links, hinten rechts) der Montagestation durchgeführt wird.

6. Montagevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Mitteln zum Verarbeiten Anzeigemittel zum Anzeigen eines schematischen Bilds im Grundriss der Montagevorrichtung verbunden sind, wobei die Werte eines Parameters angezeigt werden, der ausgewählt ist aus der durch die Sensormittel (S) detektierten Verschiebung, der am oberen Ende jedes Auslegers (6, 7) berechneten Verschiebung oder auch der sich ergebenden Kraft, die zwischen jedem Ausleger (6, 7) und der zu montierenden Struktur jeweils an der vorderen linken, vorderen rechten, hinteren linken und hinteren rechten Ecke der Vorrichtung gewirkt hat, wobei das Bild auch die Mittelwerte anzeigt, die jeweils aus den Werten an der vorderen linken und vorderen rechten Ecke, aus den Werten an der hinteren linken und hinteren rechten Ecke, aus den Werten an der vorderen rechten und hinteren rechten Ecke und aus den Werten an der vorderen linken und hinteren linken Ecke berechnet wurden.

7. Montagevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im angezeigten Bild mit jedem der Werte eine Farbe assoziiert ist, und zwar gemäß einem Farbcode, der gegebene Farben gegebenen Abweichungsbereichen des Parameters zuweist.

8. Verfahren zum Zusammenbauen von Kraftfahrzeugkarosserien oder Montagegruppen davon, umfassend die Schritte des:

- Vorsehens einer Montagestation (1), die mit programmierbaren Montageeinrichtungen (9) ausgestattet ist,

- Vorsehens von Beförderungsmitteln (5) zum Befördern zumindest eines Teils der zu montierenden Struktur (4) in die Montagestation (1) sowie zum Abtransportieren der Struktur (4) aus der Montagestation (1), nachdem sie montiert worden ist,

- Vorsehens mindestens eines Paars Halte- und Sperrausleger (6, 7), die an zwei gegenüberliegenden Seiten der Montagestation (1) vorgesehen sind und mit Halte- und Sperrvorrichtungen (8) zum Halten der Bauteilelemente der zu montierenden Struktur (4) in der richtigen Montageposition, während der Montagevorgang durchgeführt wird, ausgestattet sind, wobei die Ausleger (6, 7) zueinander und voneinander weg bewegbar sind, und zwar zwischen einem Ruhezustand in einem Abstand, in dem die Halte- und Sperrvorrichtungen (8) von der zu montierenden Struktur (4) entkoppelt sind, und einem geschlossenen Betriebszustand, in dem die Halte- und Sperrvorrichtungen (8) mit der zu montierenden Struktur (4) in Eingriff bringbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst:

- das Bereitstellen jedes Halte- und Sperrauslegers (6, 7) als unabhängige Einheit, die einen Basisteil (12) aufweist, der in der Montagestation (1) bewegbar ist und dazu adaptiert ist, starr an einer fixen Struktur (2) der Station im Betriebszustand des Auslegers fixiert zu werden, sowie einen aktiven Teil (15), der die Halte- und Sperrvorrichtungen (8) trägt und der sich ausgehend vom Basisteil erstreckt und nicht direkt mit der fixen Struktur (2) der Station im Betriebszustand des Auslegers verbunden ist, um frei zu bleiben, Mikrobiegungen in einer im Verhältnis quer zur Längsrichtung der Station gerichteten Richtung (A) zu erfahren, bedingt durch leichte Abweichungen der Querdimension der zu montierenden Struktur (4) im Verhältnis zu einer theoretischen zuvor festgelegten Dimension,

- nach dem Herausbringen und Festmachen der Ausleger (6, 7) in der geschlossenen Betriebsstellung das Detektieren der Mikroverschiebung des aktiven Teils (15) jedes Auslegers (6, 7) im Verhältnis zur fixen Struktur infolge der Mikrobiegung, und zwar in einem zuvor festgelegten Abstand von dem Bereich, wo der Basisteil (12) an der fixen Struktur (2) festgemacht wird,

- auf der Grundlage der solcherart detektierten Mikroverschiebung das Berechnen der Mikroverschiebung der verschiedenen Bereiche des aktiven Teils jedes Halte- und Sperrauslegers (6, 7), und zwar in Abhängigkeit vom Abstand vom Sperrbereich, sowie das entsprechende Berechnen der zwischen jedem Ausleger und der zu montierenden Struktur gewirkt habenden Kraft.