EP3878600B1 - Montagearbeitsplatz sowie montageverfahren - Google Patents

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EP3878600B1
EP3878600B1 EP21158629.2A EP21158629A EP3878600B1 EP 3878600 B1 EP3878600 B1 EP 3878600B1 EP 21158629 A EP21158629 A EP 21158629A EP 3878600 B1 EP3878600 B1 EP 3878600B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
assembly
containers
carousel
components
carousels
Prior art date
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Active
Application number
EP21158629.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3878600A1 (de
Inventor
Nils Dr. Beckmann
Sven Prof. Dr. Hinrichsen
Frederic Meyer
Alexander Nikolenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Hochschule Ostwestfalen Lippe
Original Assignee
Technische Hochschule Ostwestfalen Lippe
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Hochschule Ostwestfalen Lippe filed Critical Technische Hochschule Ostwestfalen Lippe
Publication of EP3878600A1 publication Critical patent/EP3878600A1/de
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Publication of EP3878600B1 publication Critical patent/EP3878600B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25H—WORKSHOP EQUIPMENT, e.g. FOR MARKING-OUT WORK; STORAGE MEANS FOR WORKSHOPS
    • B25H3/00—Storage means or arrangements for workshops facilitating access to, or handling of, work tools or instruments
    • B25H3/02—Boxes
    • B25H3/021—Boxes comprising a number of connected storage elements
    • B25H3/023—Boxes comprising a number of connected storage elements movable relative to one another for access to their interiors
    • B25H3/025—Boxes comprising a number of connected storage elements movable relative to one another for access to their interiors by rotation about a common axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25H—WORKSHOP EQUIPMENT, e.g. FOR MARKING-OUT WORK; STORAGE MEANS FOR WORKSHOPS
    • B25H1/00—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby
    • B25H1/12—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby with storage compartments

Definitions

  • the invention relates to an assembly workstation according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 9.
  • an assembly workstation for the manual assembly of assemblies and the like from a plurality of components which includes a work surface at which a fitter sits or stands.
  • a work table supported by a frame serves as the work surface.
  • the frame carries a number of containers arranged in an arch in which the various components are provided.
  • a signaling unit is attached to the upper crossbars of the frame, by means of which rigid images can be projected onto the work surface, so that the assembly steps to be carried out are displayed to the fitter.
  • this signaling unit is intended to illuminate the containers from which the The fitter has to remove the corresponding components in the respective assembly step.
  • the well-known assembly workstation thus enables the installer to be given relatively safe instructions for assembling the assembly.
  • a disadvantage of the known assembly workstation is that as the number of components to be installed increases, the number of containers increases accordingly, which results in the problem that a container arrangement having the containers is relatively voluminous. This requires the fitter to travel relatively long distances to remove the components.
  • EP 1 573 340 B1 known to provide a carousel for storage.
  • the carousel is used to store articles, with a robot being arranged within the carousel, by means of which the articles are transferred between a position within the carousel and a feed unit. The carousel is therefore not suitable for manually removing items.
  • This assembly workstation comprises a plurality of plate-shaped arms that are offset in the direction of a rotation axis of the carousel and are arranged in different horizontal planes.
  • the plate-shaped arms are each designed as a circular disk on which a plurality of containers arranged in a circle are placed to hold the respective components.
  • the carousel is surrounded by a cylindrical cover wall that has a vertical opening so that a fitter can remove several components from containers arranged in different planes using a gripping arm.
  • the object of the present invention is to provide an assembly workstation and an assembly method so that the manual removal of components from a plurality of containers is optimized, whereby in particular the removal paths and times are to be shortened.
  • containers holding components are arranged distributed in a carousel, with each carousel being assigned a drive unit which can be controlled in such a way that the components to be removed for each assembly step are placed in a removal position accessible to the fitter.
  • Components can advantageously be provided to the fitter in an ergonomically favorable gripping area.
  • the provision is preferably carried out in relation to the assembly step.
  • a further advantage of the invention is that the carousel results in improved use of space.
  • the components required for the respective assembly step can be made available to the fitter in a gripping space at the front by appropriate rotation of the carousels, while the components that are not required are arranged in a rear space.
  • a relatively high number of components can therefore be provided in a defined gripping space, which leads to a relatively high component provision density.
  • the quotient of the number of different components to the gripping space volume accessible to the fitter is relatively large and mathematically larger than with a typical, planar provision of the containers in the gripping space without the carousels presented here with a special arrangement of the containers.
  • the carousel has a plurality of axially offset plate-shaped arms, on which the containers are each arranged concentrically.
  • the number of components accessible in the gripping area can be significantly increased.
  • the concentrically arranged containers which are arranged in two different horizontal planes, are arranged offset from one another in the circumferential direction of the plate-shaped boom.
  • the containers on one horizontal level are located in a space between containers on the other horizontal level.
  • the containers of the different horizontal levels are therefore not arranged in alignment in the axial direction, but only the containers in every second horizontal level are arranged in alignment with one another in the axial direction.
  • This advantageously allows the fitter to easily grasp and remove the components arranged in the corresponding containers.
  • this type of arrangement of the containers allows the distance between the horizontal levels to be kept small and, as a result, a very high component supply density can be achieved.
  • the drive unit has a speed-controlled servo synchronous motor with integrated control electronics, which is connected to a shaft of the carousel via a worm gear.
  • the target position or removal position of the container can advantageously be approached with a smooth speed curve.
  • a control unit has a programmable logic controller with a carousel control program which generates the control signals directed to the drive units as a function of an assembly creation program specified by a master computer.
  • the assembly creation program serves here as a higher-level entity that specifies a removal sequence of the components required for the respective assembly, while the carousel control program, as the executing entity, controls the at least one carousel in such a way that the corresponding components are made available for removal in the grip space in accordance with the assembly step.
  • an optical signaling unit is provided so that the fitter is shown the container that contains the component to be removed next for each assembly step. This can advantageously ensure that the fitter always removes the correct components.
  • the assembly method according to the invention advantageously enables an optimal local provision of components for each assembly step, so that the removal paths to be carried out by the assembler can be kept small on the one hand and, on the other hand, a plurality of different assemblies and / or assemblies can be assembled from a large reservoir of components.
  • many components to be removed can be provided in a removal position that requires a relatively short gripping path for the fitter.
  • the carousels are controlled in such a way that components to be installed one after the other are contained in containers of different carousels. This advantageously means there is no waiting time by rotating the carousel when the components to be installed one after the other are located in it.
  • the fitter sends an assembly confirmation signal to the control unit using input means, which then generates control signals for the next or next but one assembly step, so that the at least one carousel is rotated by means of a drive unit so that the component to be removed assumes the optimal removal position. This advantageously reduces the removal paths.
  • An assembly workstation is used for the manual assembly of primarily varied assemblies or products, which are preferably assembled in batch size 1 or small series.
  • the assemblies can, for example, be at assembly workstation 1 ( Fig. 1 ) are pre-assembled in order to then be fed to a final assembly line - for example in mechanical engineering.
  • different pneumatic assemblies consisting of typically six to twenty components can be assembled manually by a fitter at the assembly workstation 1.
  • Further examples of products are smaller drives, compressors or the like, each in different versions.
  • the assembly workstation 1 comprises a frame 2 which supports several assembly-relevant units of the assembly workstation 1.
  • the frame 2 supports a work surface 3 designed as a horizontal work table, on which an assembler (not shown) stands or sits in order to assemble the components on the work surface 3.
  • a plurality of carousels 4 (three carousels in the present embodiment) are attached to the frame 2, which are mounted vertically and axially rotatably relative to the frame 2 via a bearing (not shown).
  • the carousels 4 each have a vertically extending shaft 24 which can be rotated about a vertical axis of rotation 5.
  • Each of the carousels 4 is assigned a drive unit 6, which preferably has a servo synchronous motor with integrated control electronics whose speed can be controlled.
  • Each servo synchronous motor is connected to the shaft 24 of the carousel 4 via a worm gear.
  • a fast rotating worm shaft of the worm gear is connected to the servo synchronous motor and a slow rotating worm wheel side is connected to the shaft 24 of the carousel 4.
  • the servo synchronous motors each have a fieldbus interface so that they can communicate with a programmable logic controller (PLC) or receive control signals from the programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • PLC programmable logic controller
  • Each carousel 4 is assigned a drive unit 6, so that the carousels 4 can be rotated independently of one another.
  • the carousels 4 have a plurality of essentially horizontally extending plate-shaped arms 7, which are arranged axially offset from one another.
  • the plate-shaped arms 7 are used to hold containers 8, in each of which a plurality of identical components are provided.
  • the containers 8 have a rectangular base which is fastened in a fixed position on receptacles 9 of the plate-shaped boom 7 which have essentially the same dimensions.
  • more than one container 8 can be attached to each boom 7.
  • the container 8 is designed to be open at the top, so that the components can be removed from the container 8 from above. Upright side walls protrude from the bottom of the container 8. At a radially outer end of the containers 8, they have a gripping opening so that the components can be removed more easily.
  • an outer front wall 10 of the respective containers 8 has a lower height than side walls 11 of the containers 8.
  • the rectangular receptacles 9 are arranged distributed in the circumferential direction of the vertical axis of rotation 5.
  • each plate-shaped boom 7 has eight receptacles 9 or eight containers 8.
  • the receptacles 9 are designed to slope slightly downwards towards the outside, so that the components are easier to remove from the container 8.
  • the plate-shaped arms 7 are attached to the shaft 24 of the carousel 4 with flange brackets.
  • the receptacles 9 of the respective plate-shaped booms 7 and the containers 8 are thus arranged concentrically around the vertical axis of rotation 5. They each have the same radial distance.
  • the plate-shaped arms 7 are arranged in the axial direction, i.e. in the direction of the vertical axis of rotation 5, alternately offset from one another in the direction of rotation D by a radial offset angle ⁇ .
  • a first plate-shaped arm 7' which extends in a first horizontal plane, is arranged offset in the direction of rotation by the radial offset angle ⁇ from an adjacent second plate-shaped arm 7", which is arranged at a distance from one another in the axial direction and extends in a second horizontal plane, in such a way that the receptacle 9 or container 8 of the first plate-shaped arm 7' are arranged between receptacles 9 or containers 8 of the second plate-shaped arm 7" in the axial projection.
  • the receptacles 9 of the other plate-shaped boom 7' or 7" are arranged offset by the radial offset angle ⁇ in a space between them.
  • the radial offset angle ⁇ corresponds to half of a circumferential angle ⁇ by which the receptacles 9 of each plate-shaped boom 7, 7', 7" are offset from one another. This advantageously allows a larger number of containers 8 per carousel 4 to be placed in a gripping area 12 that is accessible to the fitter.
  • the containers 8 are preferably of identical design and arranged at the same radial distance from the vertical axis of rotation 5.
  • three carousels 4 are rotatably attached to the frame 2, with a middle carousel 4 'being set back in comparison to the other carousels 4".
  • This is not only a front area 14 of the middle carousel 4" facing a front 13 of the assembly workstation 1, but also a side area 15 of the outer carousel 4" is accessible, which further increases the number of containers 8 accessible to the fitter or the frequency of rotation of the carousels 4 Provision of the corresponding components reduced.
  • a control cabinet (not shown) is attached to the frame 2, which contains the programmable logic controller PLC and a signaling unit 16 for generating optical signals, by means of which the fitter can be signaled from which container 8 the component is to be removed in the next assembly step.
  • the signaling unit 16 is arranged in an upper area of the frame 2, i.e. above the carousel 4.
  • the signaling unit 16 is arranged oriented downwards in the direction of the work surface 3 or the container 8.
  • the signaling unit 16 can be designed as a light projection unit or in particular as a projector, which projects an optical indication signal onto the work surface 3 and/or onto the container 8 from which the next component is to be removed.
  • the signaling unit 16 can have a plurality of sensor lights, which are each assigned to the containers 8, for example attached to the receptacles 9. These sensor lights can be controlled in such a way that only the sensor light of a container 8 from which the component is to be removed lights up.
  • the signaling unit 16 thus enables safe removal control of the components or safe control of the manual assembly process.
  • the programmable logic controller is part of a control unit 17, by means of which the carousels 4 and the signaling unit 16 are controlled depending on the module.
  • the control unit 17 includes a master computer 18, which, as a higher-level entity, controls the programmable logic controller (PLC) and the signaling unit 16. If necessary, the master computer 18 can also be connected to an input unit 19, the input unit 19 being a microphone for inputting speech and/or an electronic data device (touch panel) and/or control buttons for inputting assembly step confirmation signals that confirm the assembly steps.
  • the master computer 18 has a module creation program 20 and a memory, so that a plurality of modules B1, B2, B3 ... B n , for example n modules, can be assembled from a plurality of components, for example m components. For example, the data for the assembly of a hundred different assemblies is stored in the master computer 18, with a component supply of 120 components being available, for example.
  • the assemblies can each be composed of, for example, six to twenty components.
  • the programmable logic controller SPS has a carousel control program 21, by means of which the drive units 6 assigned to the carousels 4 are controlled, so that for each assembly step the containers 8 containing the components to be removed can be brought into a removal position 22 in the gripping space 12.
  • the assembly creation program 20 is designed in such a way that the components are arranged distributed on the carousels 4 in such a way that components to be installed in successive assembly steps are contained in containers 8 of different carousels 4. This ensures that the component to be distributed is already positioned in the removal position 22 at the beginning of the assembly step.
  • the components are assembled as follows.
  • the assembly process is started by the fitter operating the input unit 19, whereby an assembly order stored in the master computer 18 is selected.
  • the carousels 4 are then rotated in each assembly step, in which a component is removed from the carousels 4, so that the component to be removed is in the removal position 22 facing the fitter.
  • the removal position 22 is located in the gripping area 12, so that the corresponding component can be easily and ergonomically removed with as little movement as possible.
  • the signaling unit 16 can give the fitter a corresponding indication signal on the container 8.
  • the fitter assembles the component according to the product specification. For this purpose, the fitter is shown corresponding information on the work surface using the signaling unit 16.
  • the fitter enters an input via the input unit 19, whereby an assembly step confirmation signal is sent to the master computer 18. Further assembly steps then take place until the module is completely assembled. This means that assembly takes place piece by piece.
  • the optical signaling unit 16 is designed in such a way that the setting up of carousels is also supported. If other products or assemblies are to be assembled from components other than those previously provided, individual carousels can be exchanged. The process of this manual exchange, which is referred to as setting up, is supported by optical signals by indicating to the fitter which carousel 4, 4', 4" is to be exchanged.
  • the assembly workstation 1 can also have only a single carousel 4 if the number of components is correspondingly small.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Montagearbeitsplatz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
  • Aus der DE 103 20 557 B4 ist ein Montagearbeitsplatz für die manuelle Montage von Baugruppen und dergleichen aus einer Mehrzahl von Bauteilen bekannt, die eine Arbeitsfläche umfasst, an der ein Monteur sitzt oder steht. Als Arbeitsfläche dient ein Arbeitstisch, der durch ein Gestell getragen wird. Zusätzlich trägt das Gestell eine Anzahl von in einem Bogen angeordneten Behältern, in denen die verschiedenen Bauteile zur Verfügung gestellt werden. An oberen Querstreben des Gestells ist eine Signalisierungseinheit befestigt, mittels derer starre Bilder auf die Arbeitsfläche projizierbar sind, so dass für den Monteur die auszuführenden Montageschritte angezeigt werden. Ferner ist diese Signalisierungseinheit dafür vorgesehen, die Behälter zu beleuchten, aus denen der Monteur die entsprechenden Bauteile in dem jeweiligen Montageschritt zu entnehmen hat. Der bekannte Montagearbeitsplatz ermöglicht somit eine relativ sichere Anleitung des Monteurs zur Montage der Baugruppe. Nachteilig an dem bekannten Montagearbeitsplatz ist, dass bei erhöhter Anzahl von zu verbauenden Bauteilen die Anzahl der Behälter entsprechend wächst, wobei sich das Problem ergibt, dass eine die Behälter aufweisende Behälteranordnung relativ voluminös ist. Dies verlangt von dem Monteur relativ große Wege zum Entnehmen der Bauteile. Zwar ist es aus der EP 1 573 340 B1 bekannt, ein Karussell zur Lagerung vorzusehen. Das Karussell dient jedoch zum Lagern von Artikeln, wobei innerhalb des Karussells ein Roboter angeordnet ist, mittels dessen die Artikel zwischen einer Position innerhalb des Karussells und einer Zuführeinheit übergeben werden. Das Karussell ist somit nicht zur manuellen Entnahme von Artikeln geeignet.
  • Aus der DE 601 12 344 T2 ist ein Montagearbeitsplatz für manuelle Montage von Baugruppen bekannt. Dieser Montagearbeitsplatz umfasst eine Mehrzahl in Richtung einer Drehachse das Karussell versetzt angeordnete tellerförmige Ausleger, die in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind. Die tellerförmigen Ausleger sind jeweils als Kreisscheibe ausgebildet, auf denen eine Mehrzahl von im Kreis angeordneter Behälter aufgesetzt sind zur Aufnahme der jeweiligen Bauteile. Das Karussell ist von einer zylinderförmigen Abdeckwand umgeben, die eine vertikale Öffnung aufweist, so dass von einem Monteur an einem Greifarm mehrere Bauteile in unterschiedlichen Ebenen angeordnete Behälter entnommen werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Montagearbeitsplatz sowie ein Montageverfahren anzugeben, so dass die manuelle Entnahme von Bauteilen aus einer Mehrzahl von Behältern optimiert wird, wobei insbesondere die Entnahmewege und -zeiten verkürzt werden sollen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
  • Nach der Erfindung sind Bauteile aufnehmende Behälter verteilt in einem Karussell angeordnet, wobei jedem Karussell eine Antriebseinheit zugeordnet ist, die derart ansteuerbar sind, dass die für jeden Montageschritt zu entnehmenden Bauteile in einer für den Monteur zugänglichen Entnahmeposition verbracht werden. Vorteilhaft können Bauteile dem Monteur in einem ergonomisch günstigen Greifbereich bereitgestellt werden. Die Bereitstellung erfolgt vorzugsweise montageschrittbezogen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels des Karussells eine verbesserte Flächen- bzw. Raumnutzung erfolgt. Die für den jeweiligen Montageschritt erforderlichen Bauteile können durch entsprechende Drehung der Karussells an einer Vorderseite in einem Greifraum für den Monteur bereitgestellt werden, während die nicht benötigten Bauteile in einem hinteren Raum angeordnet sind. In einem definierten Greifraum kann somit eine relativ hohe Anzahl von Bauteilen bereitgestellt werden, was zu einer relativ hohen Bauteilbereitstellungsdichte führt. Der Quotient aus Anzahl der verschiedenen Bauteile zum für den Monteur zugänglichen Greifraumvolumen ist relativ groß und rechnerisch größer als bei einer typischen, planaren Bereitstellung der Behälter im Greifraum ohne die hier vorgestellten Karussells mit spezieller Anordnung der Behälter.
  • Nach der Erfindung weist das Karussell eine Mehrzahl von axial versetzt angeordneten tellerförmigen Auslegern auf, auf denen jeweils konzentrisch die Behälter angeordnet sind. Raumsparend kann somit die Anzahl der in dem Greifbereich zugänglichen Bauteile zusätzlich wesentlich erhöht werden.
  • Nach der Erfindung sind die konzentrisch angeordneten Behälter, die in zwei unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind, in Umfangsrichtung der tellerförmigen Ausleger versetzt zueinander angeordnet. In axialer Projektion befinden sich die Behälter der einen horizontalen Ebene in einem Zwischenraum zwischen Behältern der anderen horizontalen Ebene. Die Behälter der verschiedenen horizontalen Ebenen sind somit nicht fluchtend in axialer Richtung angeordnet, sondern nur die Behälter jeder zweiten horizontalen Ebene sind in axialer Richtung fluchtend zueinander angeordnet. Vorteilhaft kann hierdurch der Monteur die in den entsprechenden Behältern angeordneten Bauteile einfach greifen und entnehmen. Zudem kann durch diese Art der Anordnung der Behälter der Abstand zwischen den horizontalen Ebenen gering gehalten werden und in der Folge eine sehr hohe Bauteilbereitstellungsdichte realisiert werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Antriebseinheit einen in der Geschwindigkeit steuerbaren Servo-Synchronmotor mit integrierter Regelungselektronik auf, der über ein Schneckengetriebe mit einer Welle des Karussells verbunden ist. Vorteilhaft kann die Zielposition bzw. Entnahmeposition des Behälters mit ruckfreiem Geschwindigkeitsverlauf angefahren werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Steuereinheit eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einem Karussellsteuerprogramm auf, das in Abhängigkeit von einem durch einen Leitrechner vorgegebenen Baugruppenerstellungsprogramm die an die Antriebseinheiten gerichteten Steuersignale erzeugt. Vorteilhaft können hierdurch insbesondere bei der variantenreichen Einzel- oder Kleinserienmontage eine Mehrzahl von Baugruppen, die jeweils eine große Anzahl von gleichen Bauteilen aufweisen, an dem Arbeitsplatz montiert werden. Das Baugruppenerstellungsprogramm dient hier als übergeordnete Instanz, die eine Entnahmefolge der für die jeweilige Baugruppe erforderlichen Bauteile vorgibt, während das Karussellsteuerprogramm als ausführende Instanz das mindestens eine Karussell so ansteuert, dass die entsprechenden Bauteile montageschrittgerecht in dem Griffraum zur Entnahme bereitgestellt werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine optische Signalisierungseinheit vorgesehen, so dass dem Monteur für jeden Montageschritt der Behälter signalisiert wird, der das als nächstes zu entnehmende Bauteil enthält. Vorteilhaft kann hierdurch sichergestellt werden, dass der Monteur stets die richtigen Bauteile entnimmt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 9 auf.
  • Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Montageverfahren für jeden Montageschritt eine optimale örtliche Bereitstellung von Bauteilen, so dass die für den Monteur vorzunehmenden Entnahmewege klein gehalten werden können einerseits und wobei eine Mehrzahl von unterschiedlichen Baugruppen und/oder Baugruppen aus einem großen Reservoir von Bauteilen montiert werden können andererseits. Insbesondere bei einer Mehrzahl von Karussells können viele zu entnehmende Bauteile in einer Entnahmeposition bereitgestellt werden, die einen relativ kurzen Greifweg des Monteurs verlangt.
  • Nach der Erfindung werden die Karussells derart angesteuert, dass nacheinander zu verbauende Bauteile in Behältern unterschiedlicher Karussells enthalten sind. Vorteilhaft entsteht hierdurch keine Wartezeit durch Verdrehen des Karussells, wenn sich in demselben die nacheinander zu verbauenden Bauteile befinden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird mittels Eingabemittel durch den Monteur ein Montagebestätigungssignal an die Steuereinheit gesendet, die daraufhin für den nächsten oder übernächsten Montageschritt Steuersignale erzeugt, so dass mittels einer Antriebseinheit das mindestens eine Karussell so verdreht wird, dass das zu entnehmende Bauteil die optimale Entnahmeposition einnimmt. Vorteilhaft werden hierdurch die Entnahmewege reduziert.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines Montagearbeitsplatzes,
    Fig. 2
    eine Vorderansicht des Montagearbeitsplatzes,
    Fig. 3
    eine perspektivische Darstellung eines Karussells des Montagearbeitsplatzes,
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf einen horizontalen Ausleger des Karussells,
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung der möglichen Anzahl der Erstellung von unterschiedlichen Baugruppen aus gleichen und unterschiedlichen Bauteilen und
    Fig. 6
    ein Blockschaltbild einer elektrischen Ansteuerung von montagerelevanten elektrischen Einheiten an dem Montagearbeitsplatz.
  • Ein erfindungsgemäßer Montagearbeitsplatz dient zur manuellen Montage von vornehmlich variantenreichen Baugruppen oder Erzeugnissen, die vorzugsweise in Losgröße 1 oder Kleinserie montiert werden. Die Baugruppen können zum Beispiel an dem Montagearbeitsplatz 1 (Fig. 1) vormontiert werden, um sie dann an einer Endmontagelinie - etwa im Maschinenbau - zuzuführen. Beispielsweise können unterschiedliche pneumatische Baugruppen bestehend aus typischerweise sechs bis zwanzig Bauteilen an dem Montagearbeitsplatz 1 manuell durch einen Monteur montiert werden. Weitere Beispiele für Erzeugnisse sind kleinere Antriebe, Kompressoren oder dergleichen in jeweils unterschiedlichen Varianten.
  • Der Montagearbeitsplatz 1 umfasst ein Gestell 2, das mehrere montagerelevante Einheiten des Montagearbeitsplatzes 1 trägt. Zum einen trägt das Gestell 2 eine als horizontalen Arbeitstisch ausgebildete Arbeitsfläche 3, an der ein nicht dargestellter Monteur steht oder sitzt, um auf der Arbeitsfläche 3 die Bauteile zu montieren. Ferner sind an dem Gestell 2 eine Mehrzahl von Karussells 4 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Karussells) befestigt, die über ein nicht dargestelltes Lager vertikal axial drehbeweglich zu dem Gestell 2 gelagert sind. Die Karussells 4 weisen jeweils eine vertikal verlaufende Welle 24 auf, die um eine vertikale Drehachse 5 verdrehbar ist. Jedem der Karussells 4 ist jeweils eine Antriebseinheit 6 zugeordnet, die vorzugsweise einen in der Geschwindigkeit steuerbaren Servo-Synchronmotor mit integrierter Regelungselektronik aufweist. Jeder Servo-Synchronmotor ist über ein Schneckengetriebe mit der Welle 24 des Karussells 4 verbunden. Eine schnell drehende Schneckenwelle des Schneckengetriebes ist mit dem Servo-Synchronmotor und eine langsam drehende Schneckenradseite mit der Welle 24 des Karussells 4 verbunden. Die Servo-Synchronmotoren weisen jeweils eine Feldbus-Schnittstelle auf, so dass sie mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS kommunizieren können bzw. Steuersignale von der speicherprogrammierbaren Steuerung SPS erhalten können.
  • Jedem Karussell 4 ist eine Antriebseinheit 6 zugeordnet, so dass die Karussells 4 unabhängig voneinander verdrehbar sind.
  • Die Karussells 4 weisen im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von im Wesentlichen horizontal verlaufenden tellerförmigen Auslegern 7 auf, die axial versetzt zueinander angeordnet sind. Die tellerförmigen Ausleger 7 dienen zur Aufnahme von Behältern 8, in denen jeweils eine Mehrzahl von gleichen Bauteilen bereitgestellt wird. Die Behälter 8 weisen einen rechteckförmigen Boden auf, der lagefest auf im Wesentlichen die gleiche Dimension aufweisenden Aufnahmen 9 des tellerförmigen Auslegers 7 befestigt ist. Alternativ kann auch mehr als ein Behälter 8 je Ausleger 7 befestigt werden. Nach oben hin ist der Behälter 8 offen ausgebildet, so dass von oben her die Bauteile aus dem Behälter 8 entnehmbar sind. Von dem Boden des Behälters 8 ragen aufrechte Seitenwände hoch. An einem radial äußeren Ende der Behälter 8 weisen diese eine Greiföffnung auf, so dass die Bauteile leichter zu entnehmen sind. Zu diesem Zweck weist eine äußere Vorderwandung 10 der jeweiligen Behälter 8 eine geringere Höhe auf als Seitenwandungen 11 der Behälter 8. Wie aus den Figuren 3 und 4 zu entnehmen ist, sind die rechteckförmigen Aufnahmen 9 in Umfangsrichtung zu der vertikalen Drehachse 5 verteilt angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist jeder tellerförmige Ausleger 7 acht Aufnahmen 9 bzw. acht Behälter 8 auf. Die Aufnahmen 9 sind nach außen hin leicht nach unten geneigt ausgebildet, so dass die Bauteile aus dem Behälter 8 einfacher zu entnehmen sind.
  • Die tellerförmigen Ausleger 7 sind auf der Welle 24 des Karussells 4 mit Flanschwellenböcken befestigt. Die Aufnahmen 9 der jeweiligen tellerförmigen Ausleger 7 sowie die Behälter 8 sind somit konzentrisch um die vertikale Drehachse 5 angeordnet. Sie weisen jeweils den gleichen radialen Abstand auf.
  • Wie besonders gut aus Figur 3 zu ersehen ist, sind die tellerförmigen Ausleger 7 in Axialrichtung, also in Richtung der vertikalen Drehachse 5, um einen radialen Versatzwinkel ϕ alternierend in Drehrichtung D versetzt zueinander angeordnet. Ein erster tellerförmiger Ausleger 7', der sich in einer ersten horizontalen Ebene erstreckt, ist zu einem in Axialrichtung beabstandet zueinander angeordneten benachbarten zweiten tellerförmigen Ausleger 7", der sich in einer zweiten horizontalen Ebene erstreckt, um den radialen Versatzwinkel ϕ so in Drehrichtung versetzt angeordnet, dass die Aufnahme 9 bzw. Behälter 8 des ersten tellerförmigen Auslegers 7' bei axialer Projektion zwischen Aufnahmen 9 bzw. Behältern 8 des zweiten tellerförmigen Auslegers 7" angeordnet sind. Bei axialer Projektion sind die in einem Zwischenraum zwischen den Aufnahmen 9 des anderen tellerförmigen Auslegers 7' bzw. 7" um den radialen Versatzwinkel ϕ versetzt angeordnet. Der radiale Versatzwinkel ϕ entspricht der Hälfte eines Umfangswinkels α, um den die Aufnahmen 9 jedes tellerförmigen Auslegers 7, 7', 7"versetzt zueinander angeordnet sind. Vorteilhaft kann hierdurch eine größere Anzahl von Behältern 8 je Karussell 4 in einem für den Monteur zugänglichen Greifraum 12 verbracht werden.
  • Die Behälter 8 sind vorzugsweise gleich ausgebildet und in einem gleichen radialen Abstand zu der vertikalen Drehachse 5 angeordnet.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Karussells 4 an dem Gestell 2 drehbeweglich befestigt, wobei ein mittleres Karussell 4' im Vergleich zu den anderen Karussells 4" zurückversetzt angeordnet ist. Hierdurch ist nicht nur ein einer Vorderseite 13 des Montagearbeitsplatzes 1 zugewandter vorderer Bereich 14 des mittleren Karussells 4", sondern auch ein seitlicher Bereich 15 der äußeren Karussells 4" zugänglich, was die Anzahl der für den Monteur zugänglichen Behälter 8 weiter erhöht bzw. die Drehhäufigkeit der Karussells 4 zur Bereitstellung der entsprechenden Bauteile verringert.
  • Zusätzlich sind an dem Gestell 2 ein nicht dargestellter Schaltschrank befestigt, der die speicherprogrammierbare Steuerung SPS enthält sowie eine Signalisierungseinheit 16 zur Erzeugung von optischen Signalen, mittels derer dem Monteur signalisierbar ist, aus welchem Behälter 8 in dem nächsten Montageschritt das Bauteil zu entnehmen ist. Die Signalisierungseinheit 16 ist in einem oberen Bereich des Gestells 2, also oberhalb der Karussells 4 angeordnet. Die Signalisierungseinheit 16 ist nach unten in Richtung der Arbeitsfläche 3 bzw. der Behälter 8 orientiert angeordnet. Beispielsweise kann die Signalisierungseinheit 16 als eine Lichtprojektionseinheit oder insbesondere als ein Beamer ausgebildet sein, die ein optisches Hinweissignal auf die Arbeitsfläche 3 und/oder auf den Behälter 8 projiziert, aus dem das nächste Bauteil zu entnehmen ist. Alternativ kann die Signalisierungseinheit 16 eine Mehrzahl von Sensorleuchten aufweisen, die jeweils den Behältern 8 zugeordnet sind, beispielsweise an den Aufnahmen 9 befestigt sind. Diese Sensorleuchten sind derart ansteuerbar, dass nur die Sensorleuchte eines solchen Behälters 8 aufleuchtet, aus dem das Bauteil zu entnehmen ist. Die Signalisierungseinheit 16 ermöglicht somit eine sichere Entnahmesteuerung der Bauteile bzw. sichere Steuerung des manuellen Montageprozesses.
  • Die speicherprogrammierbare Steuerung SPS ist Teil einer Steuereinheit 17, mittels derer baugruppenabhängig die Karussells 4 und die Signalisierungseinheit 16 angesteuert werden.
  • Die Steuereinheit 17 umfasst einen Leitrechner 18, der als übergeordnete Instanz die speicherprogrammierbare Steuerung SPS und die Signalisierungseinheit 16 ansteuert. Gegebenenfalls kann der Leitrechner 18 auch mit einer Eingabeeinheit 19 verbunden sein, wobei die Eingabeeinheit 19 ein Mikrofon zur Eingabe von Sprache und/oder ein elektronisches Datengerät (Touchpanel) und/oder Bedientasten zur Eingabe von den Montageschritten jeweils bestätigenden Montageschrittbestätigungssignalen dient. Der Leitrechner 18 weist ein Baugruppenerstellungsprogramm 20 sowie einen Speicher auf, so dass eine Mehrzahl von Baugruppen B1, B2, B3 ... Bn, beispielsweise n-Baugruppen, aus einer Mehrzahl von Bauteilen, beispielsweise m-Bauteilen, montiert werden können. Beispielsweise sind die Daten für die Montage von hundert unterschiedlichen Baugruppen in dem Leitrechner 18 gespeichert, wobei beispielsweise auf einen Bauteilevorrat von 120 Bauteilen zurückgegriffen werden kann. Die Baugruppen können jeweils beispielsweise aus sechs bis zwanzig Bauteilen zusammengesetzt sein.
  • Die speicherprogrammierbare Steuerung SPS weist ein Karussellsteuerprogramm 21 auf, mittels dessen die jeweils den Karussells 4 zugeordneten Antriebseinheiten 6 angesteuert werden, so dass für jeden Montageschritt die die zu entnehmenden Bauteile enthaltenen Behälter 8 in einer Entnahmeposition 22 in dem Greifraum 12 bringbar sind.
  • Das Baugruppenerstellungsprogramm 20 ist derart ausgebildet, dass die Bauteile auf die Karussells 4 derart verteilt angeordnet sind, dass in aufeinanderfolgenden Montageschritten zu verbauende Bauteile in Behältern 8 unterschiedlicher Karussells 4 enthalten sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass zu Anfang des Montageschritts bereits das zu verteilende Bauteil in Entnahmeposition 22 positioniert ist.
  • Die Montage der Bauteile erfolgt in folgender Weise. In einem ersten Schritt wird der Montageprozess durch Betätigung der Eingabeeinheit 19 mittels des Monteurs gestartet, wobei ein in dem Leitrechner 18 hinterlegter Montageauftrag ausgewählt wird. Nachfolgend werden die Karussells 4 in jedem Montageschritt, in dem jeweils ein Bauteil von den Karussells 4 entnommen wird, so verdreht, dass sich das zu entnehmende Bauteil in der dem Monteur zugewandten Entnahmeposition 22 befindet. Die Entnahmeposition 22 befindet sich in dem Greifraum 12, so dass das entsprechende Bauteil einfach mit möglichst geringem Bewegungsaufwand ergonomisch entnommen werden kann. Zum erleichterten Entnehmen kann die Signalisierungseinheit 16 dem Monteur ein entsprechendes Hinweissignal auf den Behälter 8 abgeben. Nach der Bauteileentnahme montiert der Monteur das Bauteil entsprechend der Produktspezifikation. Dazu werden dem Monteur entsprechende Informationen auf der Arbeitsfläche mittels der Signalisierungseinheit 16 angezeigt. Nach Verbauen des Bauteils am Ende des Montageschrittes erfolgt eine Eingabe des Monteurs über die Eingabeeinheit 19, wobei ein Montageschrittbestätigungssignal an den Leitrechner 18 gesendet wird. Anschließend erfolgen weitere Montageschritte, bis die Baugruppe fertig montiert ist. Es erfolgt somit eine stückweise Montage.
  • Vorzugsweise ist die optische Signalisierungseinheit 16 derart ausgebildet, dass auch das Rüsten von Karussells unterstützt wird. Sind andere Erzeugnisse oder Baugruppen aus anderen als den bisher bereitgestellten Bauteilen zu montieren, so können einzelne Karussells ausgetauscht werden. Der Vorgang dieses manuellen Austauschens, das als Rüsten bezeichnet wird, wird durch optische Signale unterstützt, indem dem Monteur angezeigt wird, welches Karussell 4, 4', 4" auszutauschen ist.
  • Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Montagearbeitsplatz 1 auch lediglich ein einziges Karussell 4 aufweisen, wenn die Bauteileanzahl entsprechend gering ist.

Claims (11)

  1. Montagearbeitsplatz für die manuelle Montage von Baugruppen aus einer Mehrzahl von Bauteilen mit einer Arbeitsfläche (3), auf der die Bauteile montierbar sind, und mit einer Mehrzahl von jeweils einer Anzahl von Bauteilen aufnehmenden Behältern (8), die übereinander und/oder nebeneinander verteilt in einem Greifraum (12) angeordnet sind,
    - wobei die Behälter (8) in mindestens einem drehbar um eine vertikale Drehachse (5) verdrehbaren Karussell (4, 4', 4") angeordnet sind,
    - wobei eine Antriebseinheit (6) vorgesehen ist zum Verdrehen des Karussells (4, 4', 4"),
    - wobei eine Steuereinheit (17) vorgesehen ist zum Ansteuern der Antriebseinheit (6), wobei die Steuereinheit (17) derart auf die Antriebseinheit (6) einwirkt, dass in jedem Montageschritt der mit dem für die Montage erforderlichen Bauteil versehene Behälter (8) für einen an der Arbeitsfläche (3) stehenden Monteur zugänglich ist
    - wobei das Karussell (4, 4', 4") eine Anzahl von in Richtung einer Drehachse (5) des Karussells (4) versetzt zueinander angeordnete tellerförmige Ausleger (7, 7', 7") aufweist, wobei der tellerförmige Ausleger (7, 7', 7") eine Anzahl von konzentrisch um die Drehachse (5) angeordnete Behälter (8) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die tellerförmigen Ausleger (7, 7', 7") radial hervorstehende rechteckförmige Aufnahmen (9) aufweisen, die in Umfangsrichtung zu der vertikalen Drehachse (5) verteilt angeordnet sind und dass die in Richtung der Drehachse (5) an den tellerförmigen Auslegern (7, 7', 7") befestigten Behälter (8) alternierend um einen radialen Versatzwinkel (ϕ) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, so dass die Behälter (8) des einen tellerförmigen Auslegers (7'), der sich in einer ersten horizontalen Ebene erstreckt, in einem Zwischenraum zwischen Behältern (8) des anderen tellerförmigen Auslegers (7"), der sich in einer zweiten horizontalen Ebene erstreckt, und vice versa angeordnet sind
  2. Montagearbeitsplatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem jeweiligen tellerförmigen Ausleger (7, 7', 7") angeordneten Behälter (8) gleich ausgebildet und in einem gleichen radialen Abstand zu der Drehachse (5) angeordnet sind.
  3. Montagearbeitsplatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Karussells (4, 4', 4") in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet sind und dass ein Gestell (2) sowohl die Karussells (4) als auch die Arbeitsfläche (3) trägt.
  4. Montagearbeitsplatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (6) einen in der Geschwindigkeit steuerbaren Servo-Synchronmotor mit integrierter Regelungselektronik aufweist, der über ein Schneckengetriebe mit einer Welle (24) des Karussells (4, 4', 4") verbunden ist.
  5. Montagearbeitsplatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) einen Leitrechner (18) und eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) aufweist mit einem Karussellsteuerungsprogramm (21), das in Abhängigkeit von einem durch einen Leitrechner (18) vorgegebenen Baugruppenerstellungsprogramm (20) die an die Antriebseinheiten (6) gerichteten Steuersignale erzeugt.
  6. Montagearbeitsplatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Signalisierungseinheit (16) vorgesehen ist, mittels derer der das Bauteil zu entnehmende Behälter (8) in seiner Entnahmeposition (22) signalisierbar ist und/oder mittels derer montageschrittabhängige Informationen auf die Arbeitsfläche (3) projizierbar sind.
  7. Montagearbeitsplatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Signalisierungseinheit (16) als eine Lichtprojektionseinheit ausgebildet ist, die ein optisches Hinweissignal auf die Arbeitsfläche (3) und/oder auf den Behälter (8) projiziert zum montageschrittabhängigen Hinweis auf das zu entnehmende Bauteil.
  8. Montagearbeitsplatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Signalisierungseinheit (16) eine Anzahl von jeweils den Behältern zugeordneten Sensorleuchten umfasst, die derart ansteuerbar sind, dass die dem das zu entnehmende Bauteil enthaltene Behälter (8) zugeordnete Sensorleuchte aufleuchtet.
  9. Verfahren zur Montage von Baugruppen an einem Montagearbeitsplatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Baugruppe aus einer Mehrzahl von Bauteilen zusammengesetzt wird, die jeweils in unterschiedlichen Behältern (8) bereitgestellt werden, wobei der Montagearbeitsplatz mehrere Karussells (4, 4', 4") aufweist, und dass die Behälter (8) in die Karussells (4, 4', 4") angeordnet werden, wobei das Karussell (4, 4', 4") um eine vertikale Drehachse (5) derart in Abhängigkeit von einem die sequentielle Montage der Bauteile zu der Baugruppe vorgebenden Baugruppenerstellungsprogramm (20) verdreht wird, so dass in jedem Montageschritt der das aktuell zu montierende Bauteil enthaltene Behälter (8) in eine für den Monteur zugänglichen Greifraum (12) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile auf die Behälter (8) mehrerer Karussells (4, 4', 4") derart verteilt angeordnet werden, dass nacheinander zu verbauende Bauteile in Behältern (8) unterschiedlicher Karussells (4, 4', 4") enthalten sind .
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Montageschritt, in dem ein Bauteil aus dem Behälter (8) des Karussells (4, 4', 4") entnommen wird und dann auf einer Arbeitsfläche (3) montiert wird, mit Betätigen einer Eingabeeinheit (19) durch den Monteur abgeschlossen wird, wobei von der Eingabeeinheit (9) ein Montageschrittbestätigungssignal an die Steuereinheit (17) gesendet wird, und dass die Steuereinheit (17) dann ein Ansteuersignal an eine dem Karussell (4, 4', 4") zugeordnete Antriebseinheit (6) sendet zum Verbringen des das Bauteil für den nächsten Montageschritt enthaltenen Behälters (8) in eine Entnahmeposition.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Rüsten eines neuen Montagevorganges dem Monteur durch optische Signale signalisiert wird, welches Karussell (4, 4', 4") auszutauschen ist.
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