ITTO20090783A1 - Apparecchiatura e procedimento per l'avvitatura in automatico dei bulloni delle ruote di autoveicoli. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Apparecchiatura e procedimento per l’avvitatura in automatico dei bulloni delle ruote di autoveicoliâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento ed un’apparecchiatura per l’avvitatura in automatico dei bulloni di fissaggio delle ruote degli autoveicoli.

Come noto, nelle moderne linee di produzione le vetture in costruzione poggiano ciascuna su una rispettiva slitta (comunemente denominata “skid†) che si muove su un nastro trasportatore a catene o a tapparelle, denominato anche nastro trasportatore skid. Le ruote da montare sull’autoveicolo vengono applicate manualmente sul mozzo; si effettua manualmente anche una avvitatura preliminare, al fine di trattenere la ruota sul mozzo. L’avvitatura definitiva, alla coppia di serraggio prestabilita, viene effettuata in una postazione di lavoro successiva. Anche quest’ultima operazione, fino ad ora, à ̈ stata effettuata manualmente, utilizzando una pistola pneumatica con quattro-cinque teste di avvitatura.

Allo scopo di conseguire vantaggi in termini di tempo e una riduzione di costi di manodopera, la presente invenzione propone di automatizzare l’avvitatura dei bulloni di fissaggio delle ruote alla coppia di serraggio prestabilita. Per il conseguimento di questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, l’invenzione propone un’apparecchiatura ed un procedimento di avvitatura aventi le caratteristiche e le fasi definite nelle rivendicazioni annesse.

Verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita ma non limitativa dell’invenzione; si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista prospettica e schematica di un’apparecchiatura secondo l’invenzione, dove alcune parti sono state omesse per illustrare meglio le caratteristiche peculiari della presente invenzione;

- la figura 2 à ̈ una vista prospettica che illustra schematicamente un dispositivo facente parte dell’apparecchiatura della figura 1;

- la figura 3 à ̈ una vista prospettica che illustra schematicamente un gruppo mobile facente parte dell’apparecchiatura della figura 1; e

- la figura 4 à ̈ una vista prospettica, da un’angolazione diversa, del gruppo della figura 3.

Facendo inizialmente riferimento alla figura 1, a fianco di ciascuno dei due lati di un nastro trasportatore skid, à ̈ installata una rispettiva apparecchiatura secondo la presente invenzione, una per l’avvitatura delle ruote sul lato destro delle vetture, e l’altra per quelle sul lato sinistro. Ciascuna vettura à ̈ trasportata su una rispettiva slitta o “skid†, indicata schematicamente con S. Nella figura 1, a scopo illustrativo, à ̈ rappresentata una sola delle due apparecchiature, indicata nel suo insieme con 10. Le due apparecchiature, di sinistra e di destra, presentano strutture di tipo simmetrico rispetto al trasportatore. La descrizione che segue verrà quindi fatta in via pressoché esclusiva con riferimento ad una delle due apparecchiature simmetriche, restando inteso che la parte non descritta deve ritenersi identica o sostanzialmente identica a quella descritta.

Le caratteristiche dei nastri trasportatori e degli skid che portano le vetture in costruzione sono da ritenersi complessivamente note. Di conseguenza, nel seguito della descrizione verranno descritti in modo particolareggiato i soli elementi di specifico rilievo ed interesse ai fini dell'attuazione della presente invenzione. Per la realizzazione delle parti e degli elementi non illustrati in dettaglio si può quindi far riferimento ad un qualsiasi impianto per l’assemblaggio di automobili.

Ciascuna apparecchiatura della presente invenzione à ̈ essenzialmente costituita da due dispositivi associati, collocati entrambi da uno stesso lato del trasportatore:

- un dispositivo mobile 20 per il rilevamento in tempo reale della posizione longitudinale o di avanzamento di uno skid, e

- un gruppo mobile 40 comprendente un robot di avvitatura 41 ed una fotocamera (o telecamera) 42 atta a riprendere un’immagine della ruota preassemblata sul mozzo e da avvitare.

Il dispositivo di rilevamento 20 comprende un cursore a piastra 21 montato su una coppia di guide longitudinali 22 che corrono parallelamente al nastro trasportatore per una lunghezza predeterminata, per consentire al cursore 21 di accompagnare il movimento della vettura mentre il robot 41 avvita i bulloni di fissaggio delle ruote, come spiegato meglio nel seguito. Sul cursore 21 à ̈ montato un mezzo di aggancio, in questo esempio un’asta 23 sporgente trasversalmente sulla traiettoria degli skid. Quando sopraggiunge una vettura, lo skid che la porta aggancia l’asta 23 e trascina con sé il cursore 21. Allo stesso cursore à ̈ vincolata una cinghia 24 disposta ad anello chiuso attorno a due pulegge o rulli 25 ad assi trasversali, longitudinalmente distanziati a fianco del nastro trasportatore (una sola delle due pulegge 25 à ̈ visibile nella figura 2). Una delle pulegge à ̈ operativamente connessa ad un encoder angolare assoluto 26, per cui il movimento dello skid nella direzione di avanzamento, qui definita longitudinale, viene rilevato dall’encoder e fornito ad un’unità di elaborazione - tipicamente un PLC o Programmable Logic Controller o un PC (Personal Computer) - che sovrintende al funzionamento dell’apparecchiatura nel suo complesso, dunque anche al funzionamento di tutti gli altri organi motori/azionatori ed encoder qui di seguito descritti.

Per permettere il disimpegno dell’asta 23 dallo skid, al termine del ciclo di avvitatura, questa à ̈ montata in modo articolato ed à ̈ ribaltabile per mezzo di un attuatore 28 in una posizione esterna nella quale non interferisce con la traiettoria dello skid che prosegue la propria corsa lungo il nastro trasportatore. Per consentire il movimento di ritorno del cursore 21 nel senso opposto a quello di avanzamento, à ̈ previsto un motoriduttore 27 associato alla puleggia 25.

Il gruppo mobile 40 che porta il robot di avvitatura 41 trasla longitudinalmente, avanzando parallelamente a fianco dello skid, per effetto di un carrello di supporto 43 provvisto di una ruota dentata 42 azionata da un motore elettrico 39 (figura 4). La ruota dentata 42 ingrana con una cremagliera rettilinea e longitudinale fissa 45 (figura 3). Il movimento del carrello 43 in longitudinale, lungo l’asse qui denominato x di un sistema di riferimento cartesiano xyz avente piani xy, xz e yz, à ̈ controllato da un primo encoder assoluto 46, accoppiato alla ruota dentata 42.

Il robot di avvitatura 41 comprende un avvitatore pneumatico multiplo 47, di tipo di per sé noto, avente 4 o 5 teste di avvitatura, a seconda del numero di bulloni da avvitare su ciascuna ruota. L’avvitatore 47 à ̈ orientato in modo tale che le sue teste di avvitatura siano rivolte in direzioni parallele all’asse trasversale orizzontale y del sistema di riferimento cartesiano xyz. L’avvitatore 47 à ̈ girevole, nel suo insieme, attorno ad un asse trasversale centrale parallelo all’asse y e definito da un supporto girevole 48. Un pignone motorizzato 50 (figura 4) ingrana con una ruota dentata 49 solidale al corpo dell’avvitatore 27 per orientare in senso circonferenziale le teste di avvitatura in modo tale da allinearle trasversalmente con i bulloni della ruota. La posizione angolare dell’avvitatore 47 rispetto all’asse trasversale y à ̈ controllata da un secondo encoder 51.

L’insieme comprendente l’avvitatore 47, il suo supporto 48, la ruota dentata 49, il pignone 50, nonché un motoriduttore epicicloidale (non illustrato in dettaglio) per il suo azionamento, à ̈ montato su una slitta 52 scorrevole lungo guide 53 parallele all’asse y ed azionata in questa direzione tramite un azionatore lineare 57, preferibilmente del tipo a chiocciola o ball bushing (non illustrato) e/o altri attuatori lineari equivalenti per avvicinare (e poi allontanare) l’avvitatore 47 alla ruota del veicolo. Un terzo encoder assoluto 58 controlla il movimento lineare dell’avvitatore 47 lungo l’asse y.

Le guide trasversali 53, e tutto l’insieme scorrevole lungo l’asse y, sono montate su un telaio 59 supportato in modo verticalmente regolabile lungo guide verticali 56 da un martinetto 54 portato dal carrello di supporto 43. Un quarto encoder lineare 55 controlla i movimenti in verticale impartiti dal martinetto 54.

Il funzionamento dell’apparecchiatura 10 à ̈ il seguente. Ad inizio ciclo, il dispositivo di rilevamento mobile 20 e il gruppo di avvitatura mobile 40 si trovano in una posizione longitudinalmente arretrata (o prima posizione “zero†), dove vengono raggiunti da uno skid S che trasporta una vettura sui mozzi della quale sono state provvisoriamente applicate le ruote. Lo skid aggancia per mezzo dell’asta 23 il carrello 21 e lo trascina con sé, mettendo in circolazione la cinghia 24. Il carrello 43 con il gruppo mobile 40 à ̈ anch’esso posizionato in prossimità del punto in cui arriva la ruota anteriore (nell’esempio illustrato à ̈ la ruota anteriore destra). L’encoder 26 emette un primo segnale di start, che viene ricevuto dall’unità di elaborazione e convertito in un comando di attivazione per la fotocamera 22 che acquisisce un’immagine digitale della ruota anteriore (destra). Successivamente, l’encoder 26 invia all’unità di elaborazione una serie di segnali di progressione rappresentativi della posizione in tempo reale dello skid S lungo l’asse longitudinale x.

Le stesse operazioni avvengono sul lato sinistro della vettura, per mezzo di apparecchiature identiche a quelle illustrate.

L’immagine della ruota viene inviata all’unità di elaborazione la quale ricava, in modo per sé noto, una serie di dati di coordinate rappresentativi della posizione relativa dei bulloni da avvitare rispetto ad un predeterminato sistema di riferimento bidimensionale parallelo al piano xz e associato al veicolo, dove z à ̈ l’asse verticale del sistema di riferimento cartesiano xyz.

La posizione relativa dei bulloni à ̈ rappresentativa dell’orientamento che il gruppo di bulloni della ruota ha rispetto a detto sistema di riferimento bidimensionale, considerando il fatto che i bulloni sono in una posizione relativa reciproca fissa.

A questo punto, l’unità di elaborazione elabora, in modo per sé noto, i dati di coordinate e i segnali di progressione in modo tale da ottenere dati di posizione rappresentativi della posizione finale assoluta dei bulloni che le teste di avvitatura devono raggiungere.

L’unità di elaborazione invia dunque segnali di comando agli attuatori che regolano gli spostamenti in verticale (z) e in longitudinale (x) dell’avvitatore 47. Detti segnali di comando attivano il motore elettrico 39 e l’attuatore 54, i quali portano l’asse centrale dell’avvitatore 47 in posizione assialmente allineata con l’asse di rotazione della ruota della vettura (allineamento in y).

Simultaneamente o immediatamente dopo, anche il pignone motorizzato 50 viene ruotato in misura tale da portare le teste di avvitatura nella posizione finale calcolata dall’unità di elaborazione, allineandole dunque parallelamente all’asse y con i rispettivi bulloni. Raggiunta questa posizione, l’attuatore lineare 57 che regola l’accostamento lungo l’asse y viene esteso. Le teste di avvitatura impegnano così i bulloni e li avvitano alla coppia di serraggio prestabilita.

Ad avvitamento effettuato, la testa di avvitatura viene arretrata lungo l’asse y. L’asta 23 viene ribaltata in una posizione di disimpegno dallo skid, e il motoriduttore 27 del dispositivo di rilevamento 20 viene attivato per riportare rapidamente il carrello 21 in una seconda posizione arretrata (o seconda posizione “zero†) di attesa della ruota posteriore. Contemporaneamente anche il gruppo mobile 40 viene riportato in una posizione prossima o in corrispondenza della seconda posizione zero. Vantaggiosamente la seconda posizione zero, per la ruota posteriore, à ̈ leggermente più avanzata di quella della ruota anteriore, per consentire un ritorno non necessariamente velocissimo dei carrelli. La sequenza di operazioni sopra descritta viene quindi ripetuta in modo del tutto analogo anche per rilevare la posizione dei bulloni della ruota posteriore ed azionare di conseguenza gli attuatori in x, y, z e attorno all’asse y.

Fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione potranno essere variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito dell’invenzione. Ad esempio, in altre forme di realizzazione dell’invenzione, l’accoppiamento tra lo skid o la vettura e il dispositivo di rilevamento nella direzione longitudinale x potrà avvenire con mezzi diversi dai mezzi di aggancio rappresentati dall’asta 23. Si possono ad esempio prevedere mezzi di accoppiamento di tipo magnetico.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per l’avvitatura in automatico dei bulloni delle ruote un autoveicolo che avanza in una direzione longitudinale (x) di un predeterminato sistema di riferimento cartesiano (xyz) su un nastro trasportatore skid, dove l’apparecchiatura comprende in combinazione: - un dispositivo di rilevamento (20) della posizione dello skid o dell’autoveicolo lungo la direzione di avanzamento (x), con un mezzo di accoppiamento meccanico svincolabile (23), collegabile temporaneamente ad uno skid o ad un autoveicolo, e mobile parallelamente alla direzione di avanzamento (x) unitamente all’autoveicolo per un tratto di lunghezza prestabilita a fianco del trasportatore, ed un mezzo trasduttore (26), operativamente collegato al mezzo di accoppiamento meccanico (23), predisposto per fornire segnali di progressione rappresentativi della posizione longitudinale dello skid S in detto tratto, - un gruppo (40) mobile parallelamente alla direzione di avanzamento (x) unitamente all’autoveicolo per un tratto di lunghezza presta bilita a fianco del trasportatore, comprendente: un supporto longitudinalmente mobile (43), provvisto di primi mezzi di guida e primi mezzi di azionamento per il movimento controllato lungo la direzione longitudinale (x), una fotocamera digitale (22), montata sul supporto (43), atta ad acquisire almeno un’immagine dei bulloni delle ruote dell’autoveicolo; un telaio verticalmente mobile (59), montato sul supporto longitudinalmente mobile (43), accoppiato a secondi mezzi di guida (56) e secondi mezzi azionamento (54) per il movimento controllato lungo la direzione verticale (z) di detto sistema di riferimento cartesiano (xyz), una slitta trasversalmente mobile (52), montata sul telaio verticalmente mobile (59), accoppiata a terzi mezzi di guida (53) e terzi mezzi di azionamento (57) per il movimento controllato lungo una direzione trasversale orizzontale (y) di detto sistema di riferimento cartesiano (xyz), un dispositivo avvitatore (47) avente una pluralità di teste di avvitatura, supportato dalla slitta (52) in modo girevole attorno ad un asse centrale sostanzialmente parallelo alla direzione trasversale (y) e accoppiato a quarti mezzi di azionamento (49, 50) per far ruotare il dispositivo avvitatore attorno a questo asse centrale; - mezzi di controllo ed elaborazione predisposti per: - ricevere dalla fotocamera (22) detta immagine dei bulloni, - calcolare, a partire da detta immagine dei bulloni, dati di coordinate rappresentativi della posizione relativa dei bulloni delle ruote rispetto ad un predeterminato sistema di riferimento bidimensionale parallelo al piano xz del sistema di riferimento cartesiano (xyz); - ricevere i segnali di progressione dal mezzo trasduttore (26), - calcolare, sulla base dei dati di coordinate e dei segnali di progressione, dati di posizione rappresentativi della posizione assoluta dei bulloni da avvitare, - inviare, sulla base dei dati di posizione ricavati, primi segnali di comando ai primi e secondi mezzi di azionamento così da portare l’asse centrale del dispositivo avvitatore (47) in allineamento con l’asse di rotazione della ruota dell’autoveicolo; - inviare secondi segnali di comando ai quarti mezzi di azionamento per ruotare il dispositivo avvitatore (47) attorno all’asse centrale per allineare le teste di avvitatura con i bulloni della ruota; e - inviare terzi segnali di comando ai terzi mezzi di azionamento (57) per far traslare la slitta (52) nella direzione trasversale (y), portando le teste di avvitatura ad impegnare i bulloni.
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui: - il dispositivo di rilevamento (20) comprende un cursore (21) montato scorrevole lungo una o più guide longitudinali (22) che corrono parallelamente al nastro trasportatore per una lunghezza predeterminata, - il cursore (21) porta il mezzo di accoppiamento meccanico svincolabile (23), - il mezzo trasduttore (26) à ̈ un encoder angolare assoluto operativamente connesso ad una puleggia (25) comandata in rotazione da un mezzo di trasmissione flessibile (24) vincolato al cursore (21).
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 2, in cui il mezzo di trasmissione flessibile à ̈ una cinghia (24) disposta ad anello chiuso attorno a due pulegge (25) ad assi trasversali longitudinalmente distanziati a fianco del nastro trasportatore.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, in cui almeno una delle due pulegge (25) Ã ̈ accoppiata ad un mezzo motore (27) per comandare un movimento di ritorno del cursore (21) nel senso opposto a quello di avanzamento degli skid.
5. 5. Apparecchiatura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il mezzo di accoppiamento meccanico svincolabile (23) Ã ̈ un mezzo di aggancio.
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5, in cui il mezzo di aggancio (23) Ã ̈ montato in modo articolato ed associato ad un attuatore (28) atto a portare il mezzo di aggancio (23) in una posizione inattiva nella quale non interferisce con la traiettoria degli skid.
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui a ciascuno di detti mezzi di azionamento à ̈ associato un rispettivo encoder.
8. 8. Procedimento per l’avvitatura in automatico dei bulloni delle ruote di un autoveicolo che avanza in una direzione longitudinale (x) di un predeterminato sistema di riferimento cartesiano (xyz) su un nastro trasportatore skid, comprendente le fasi di: a) predisporre un’apparecchiatura secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti; b) portare il mezzo di accoppiamento (23) ed il supporto mobile (43) in posizioni longitudinalmente arretrate; c) accoppiare, mediante il mezzo di accoppiamento (23), uno skid con il dispositivo di rilevamento (20) e contemporaneamente generare, tramite il mezzo trasduttore (26), un segnale di start; d) generare, a seguito del segnale di start, un comando di attivazione per la fotocamera (22), acquisire mediante la fotocamera almeno un’immagine digitale dei bulloni di una ruota anteriore di un autoveicolo trainato da detto skid; e) inviare a detti mezzi di controllo ed elaborazione l’immagine digitale e segnali di progressione generati dal mezzo trasduttore (26) rappresentativi della posizione in tempo reale dello skid (S) nella direzione longitudinale, f) calcolare, a partire da detta immagine dei bulloni, dati di coordinate rappresentativi della posizione relativa dei bulloni delle ruote rispetto ad un predeterminato sistema di riferimento bidimensionale parallelo al piano xz del sistema di riferimento cartesiano (xyz); g) calcolare, sulla base dei dati di coordinate e dei segnali di progressione, dati di posizione rappresentativi della posizione assoluta dei bulloni da avvitare; h) in base ai dati di posizione ricavati, inviare primi segnali di comando ai primi e secondi mezzi di azionamento così da portare l’asse centrale del dispositivo avvitatore (47) in allineamento con l’asse di rotazione della ruota anteriore dell’autoveicolo, i) inviare secondi segnali di comando ai quarti mezzi di azionamento per ruotare il dispositivo avvitatore (47) attorno all’asse centrale per allineare le teste di avvitatura con i bulloni della ruota; j) inviare terzi segnali di comando ai terzi mezzi di azionamento (57) per far traslare la slitta (52) nella direzione trasversale (y), portando le teste di avvitatura ad impegnare i bulloni, k) avvitare i bulloni ad una coppia di serraggio prestabilita mediante il dispositivo avvitatore (47).
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, comprendente inoltre le fasi di: - ad avvitamento effettuato, comandare un movimento inverso dei terzi mezzi di azionamento (57) e allontanare trasversalmente dalla ruota il dispositivo di avvitatura (47); - riportare il supporto mobile (43) in una posizione longitudinalmente arretrata; - riprendere, mediante la fotocamera (22) almeno un’immagine digitale dei bulloni di una ruota posteriore di detto autoveicolo; - ripetere i passi da e) a k) in relazione alla ruota posteriore.