DE102008018848A1 - Method for automated component assembly, corresponding assembly tool device and corresponding industrial robot - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren dient zum automatisierten Montieren mindestens eines Bauteils (10) mittels eines Industrieroboters (14) an ein Objekt (12), wobei das Objekt (12) und/oder der Industrieroboter (14) mittels einer Fördervorrichtung (16) bewegt wird und wobei der Industrieroboter (14) eine Basis (18), eine relativ zur Basis (18) bewegbare Positioniereinrichtung (20) und eine mit der Positioniereinrichtung (20) verbundene Montagewerkzeugeinrichtung (22) aufweist und wobei während der Bauteilmontage eine Relativbewegung zwischen dem Objekt (12) und der Basis (18) des Industrieroboters (14) erfolgt und wobei der Industrieroboter (14) mittels der Montagewerkzeugeinrichtung (22) das Bauteil (10) automatisiert greift, am Objekt (12) positioniert und montiert. Hierbei ist vorgesehen, dass die Montagewerkzeugeinrichtung (22) wenigstens in einer Montagerichtung (X, Z) zeitweise so lange starr mit der Positioniereinrichtung (20) und/oder mit der Basis (18) verbunden ist, bis die Montagewerkzeugeinrichtung (22) während der Bauteilmontage mittels einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zeitweise an das Objekt (12) in wenigstens einer Montagerichtung (X, Z) starr gekoppelt ist, und dass anschließend, bis zum Abschluss der Bauteilbefestigung am Objekt (12), die Montagewerkzeugeinrichtung (22) wenigstens teilweise relativ zur Positioniereinrichtung (20) und/oder zur Basis (18) mittels einer aktivierbaren schwimmenden Lagerung (30) schwimmend gelagert wird.The method is used for automated assembly of at least one component (10) by means of an industrial robot (14) to an object (12), wherein the object (12) and / or the industrial robot (14) by means of a conveying device (16) is moved and wherein the Industrial robot (14) has a base (18), a positioning device (20) movable relative to the base (18) and an assembly tool device (22) connected to the positioning device (20), and wherein a relative movement between the object (12) and during assembly of the component the base (18) of the industrial robot (14) takes place and wherein the industrial robot (14) automatically grips the component (10) by means of the assembly tool device (22), positions and mounts it on the object (12). In this case, it is provided that the assembly tool device (22) is at least temporarily rigidly connected to the positioning device (20) and / or to the base (18) at least in one mounting direction (X, Z) until the assembly tool device (22) is assembled during component mounting by means of a positive and / or non-positive connection temporarily to the object (12) in at least one mounting direction (X, Z) is rigidly coupled, and then, until the completion of the component attachment to the object (12), the assembly tool device (22) at least partially floating relative to the positioning device (20) and / or the base (18) by means of an activatable floating bearing (30) is stored.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Montieren mindestens eines Bauteils mittels eines Industrieroboters an ein Objekt, wobei das Objekt und/oder der Industrieroboter mittels einer Fördervorrichtung bewegt wird, und wobei der Industrieroboter eine Basis, eine relativ zur Basis bewegbare Positioniereinrichtung und eine mit der Positioniereinrichtung verbundene Montagewerkzeugeinrichtung aufweist, und wobei während der Bauteilmontage eine Relativbewegung zwischen dem Objekt und der Basis des Industrieroboters erfolgt, und wobei der Industrieroboter mittels der Montagewerkzeugeinrichtung das Bauteil automatisiert greift, am Objekt positioniert und montiert, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for automated assembly at least a component by means of an industrial robot to an object, wherein the object and / or the industrial robot by means of a conveyor is moved, and wherein the industrial robot is a base, a relative to the base movable positioning and one with the positioning having associated mounting tool means, and wherein during the component mounting a relative movement between the object and the base of the industrial robot takes place, and wherein the industrial robot automated by means of assembly tooling the component engages, positioned and mounted on the object, according to the Preamble of claim 1.
Ferner betrifft die Erfindung eine Montagewerkzeugeinrichtung und einen Industrieroboter zur Durchführung des Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 29 bzw. des Anspruchs 36.Further The invention relates to a mounting tool device and a Industrial robot for carrying out the method according to The preamble of claim 29 and claim 36, respectively.
Ein
Verfahren der eingangs genannten Art und eine geeignete Montagewerkzeugeinrichtung
sowie ein geeigneter Industrieroboter sind aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das eine verhältnismäßig einfache und zuverlässige automatisierte Montage des Bauteils an das Objekt ermöglicht.It Object of the invention, a method of the aforementioned Kind of suggest that a relative simple and reliable automated assembly of the component to the object allows.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Montagewerkzeugeinrichtung und einen geeigneten Industrieroboter vorzuschlagen.Further It is an object of the invention to provide a for carrying out the Method suitable assembly tool device and a suitable To propose industrial robots.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Montagewerkzeugeinrichtung wenigstens in einer Montagerichtung zeitweise so lange starr mit der Positioniereinrichtung und/oder mit der Basis verbunden ist, bis die Montagewerkzeugeinrichtung während der Bauteilmontage mittels einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zeitweise an das Objekt in wenigstens einer Montagerichtung starr gekoppelt ist, und dass anschließend, bis zum Abschluss der Bauteilbefestigung am Objekt, die Montagewerkzeugeinrichtung wenigstens teilweise relativ zur Positioniereinrichtung und/oder zur Basis mittels einer aktivierbaren schwimmenden Lagerung schwimmend gelagert wird. Durch die zeitweise schwimmende Lagerung ist es möglich, mittels eines Industrieroboters ein Bauteil zuverlässig an ein Objekt automatisiert zu montieren, ohne dass ein verhältnismäßig komplexes Mess- und Steuerungssystem während der Bauteilbefestigung zum Einsatz kommen muss. Es somit bei verhältnismäßig geringem Aufwand eine zuverlässige Bauteilmontage und insbesondere Bauteilbefestigung möglich, auch wenn zwischen der Basis des Industrieroboters und dem Objekt eine Relativbewegung in einer einzigen oder in mehreren Richtungen erfolgt. Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit eignet sich das Verfahren besonders zum Einsatz in einer Serienfertigung.The The object is achieved by a method having the features of claim 1. The invention draws characterized in that the assembly tool device at least in a mounting direction temporarily as long as rigid with the positioning and / or is connected to the base until the assembly tool device during the component assembly by means of a positive and / or non-positive Connecting temporarily to the object in at least one mounting direction is rigidly coupled, and that subsequently, until the end the component attachment to the object, the assembly tool device at least partially relative to the positioning device and / or floating to the base by means of an activatable floating bearing is stored. By temporarily floating storage it is possible by means of an industrial robot a component reliable to mount an object automated without being a relative Complex measuring and control system during component mounting must be used. It thus at relative low cost a reliable component assembly and in particular Component mounting possible, even if between the base of the industrial robot and the object a relative movement in one single or multi-directional. Due to the high reliability the method is particularly suitable for use in mass production.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform wird das Objekt mittels der Fördervorrichtung relativ zur Basis des Industrieroboters bewegt, wobei die Basis relativ zur Fördervorrichtung ortsfest angeordnet ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Basis des Industrieroboters mittels der Fördervorrichtung relativ zum ortsfest angeordneten Objekt bewegt wird. Ferner kann auch sowohl die Basis des Industrieroboters als auch das Objekt mittels einer entsprechenden Fördervorrichtung bewegt werden, wobei während der Bauteilmontage eine Relativbewegung zwischen dem Objekt und der Basis des Industrieroboters vorliegt. Die Bewegung des Objekts kann in einer einzigen Förderrichtung erfolgen oder auch eine Abfolge und/oder eine Überlagerung von Einzelbewegungen unterschiedlicher Art und/oder in unterschiedlichen Förderrichtungen sein. Das vorgeschlagene Verfahren kann somit vorteilhaft bei unterschiedlichsten Montagesituationen zuverlässig und unter verhältnismäßig geringem Aufwand realisiert werden.According to one possible embodiment, the object by means of the conveyor relative to the base of the industrial robot moved, wherein the base is stationary relative to the conveying device is arranged. Alternatively, it is also possible that the base of the industrial robot by means of the conveyor is moved relative to the stationary object. Furthermore, can also the base of the industrial robot as well as the object be moved by means of a corresponding conveyor, wherein during the component mounting a relative movement between the object and the base of the industrial robot. The movement of the object can take place in a single conveying direction or also a sequence and / or a superimposition of individual movements different types and / or in different directions be. The proposed method can thus be advantageous in a wide variety of ways Mounting situations reliable and under relative be realized with little effort.
Wenigstens ein Teil der Montagewerkzeugeinrichtung kann relativ zur Positioniereinrichtung des Industrieroboters dreh- und/oder verschiebebewegbar sein. Dabei kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Montagewerkzeugeinrichtung eine Bauteilgreifeinheit zur automatisierten Bauteilentnahme, eine Bauteilbefestigungseinheit zur automatisierten Bauteilbefestigung und eine Kameraeinheit zur automatisierten Bauteilgeometrie- und/oder Bauteillageerfassung beziehungsweise zur automatisierten Objektgeometrie- und/oder Objektlageerfassung aufweisen. Die Bauteilgreifeinheit, die Bauteilbefestigungseinheit und wenigstens ein Teil der Kameraeinheit können voneinander unabhängig betätigbar und/oder bewegbar sein. Ferner können die Bauteilgreifeinheit, die Bauteilbefestigungseinheit und die Kameraeinheit voneinander unabhängig mittels einer Steuereinheit des Industrieroboters ansteuerbar sein. Mit Vorteil ist die Montagewerkzeugeinrichtung eine als Modul ausgebildete Universalwerkzeugeinrichtung, die ihrerseits Einzelfunktionsmodule aufweisen kann. Eine derartige Montagewerkzeugeinrichtung kann universell insbesondere mit bereits existierenden Robotersystemen verbunden und verhältnismäßig handhabungsfreundlich eingesetzt werden.At least a part of the assembly tool device can be rotatable and / or displaceable relative to the positioning device of the industrial robot. In this case, according to a preferred embodiment, the assembly tool device has a component gripping unit for automated component removal, a component fastening unit for automated component fastening and a camera unit for automated component geometry and / or component position detection or for automated object geometry and / or object position detection. The component gripping unit, the component mounting unit and at least a part of the camera unit can be actuated and / or moved independently of one another. Furthermore, the component gripping unit, the component mounting unit and the camera unit can be controlled independently of one another by means of a control unit of the industrial robot. Advantageously, the assembly tool device is designed as a module universal tool device, which in turn is a single-function modules can have. Such assembly tool device can be universally connected in particular with existing robot systems and used relatively easy to handle.
Der Industrieroboter kann eine Steuereinheit enthalten, die mit der Fördervorrichtung und/oder mit dem Objekt wenigstens zeitweise operativ wirkverbunden ist. Hierdurch kann der automatisierte Montageprozess des Bauteils an eine jeweils vorliegende und ggf. sich verändernde Fördersituation prozesssicher angepasst werden.Of the Industrial robots can contain a control unit that works with the Conveyor and / or with the object at least temporarily operatively connected. This allows the automated assembly process of the component to an existing and possibly changing Conveying situation are adjusted process-reliable.
Die Positionierung der Montagewerkzeugeinrichtung mittels des Industrieroboters erfolgt während der Kopplung der Montagewerkzeugeinrichtung mit dem Objekt vorzugsweise mittels einer Grobpositionierung innerhalb des Verschiebungsbereichs der schwimmenden Lagerung. Im Rahmen der Grobpositionierung der Montagewerkzeugeinrichtung kann eine zentrierte Betriebsstellung der schwimmenden Lagerung angesteuert werden zur Gewährleistung einer stets hinreichenden selbsttätigen Verstellbewegung der Montagewerkzeugeinrichtung mittels der schwimmenden Lagerung relativ zur Positioniereinrichtung. Gemäß einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt die schwimmende Lagerung mindestens in einer Montagerichtung senkrecht zu einer Bauteilmontage-Anschlagrichtung insbesondere mittels eines oder mehrerer Schwimmschlitten. Eine derartige schwimmende Lagerung ist verhältnismäßig einfach und kompakt realisierbar.The Positioning of the assembly tool device by means of the industrial robot takes place during the coupling of the assembly tool device the object preferably by means of a coarse positioning within the displacement area of the floating storage. As part of the Rough positioning of the assembly tool device can be a centered Operating position of the floating storage to be controlled for Ensuring always sufficient self-sufficient Adjusting movement of the assembly tool device by means of the floating Storage relative to the positioning. According to one possible embodiment variant is the floating Storage at least in a mounting direction perpendicular to a Component mounting stop direction, in particular by means of one or several swimming sleds. Such a floating storage is relatively simple and compact feasible.
Die Montagewerkzeugeinrichtung kann in einer Bauteilmontage-Anschlagrichtung schwimmend und insbesondere federnd gelagert sein zur Vermeidung einer das Bauteil und/oder das Objekt beschädigenden Kollision während der Montage und insbesondere bei Positionierung des Bauteils am Objekt.The Mounting tool means may be in a component mounting stop direction be floating and in particular resiliently mounted to avoid a collision that damages the component and / or the object during assembly and especially during positioning of the component on the object.
Vorzugsweise werden lediglich die Bauteilgreifeinheit und die Bauteilbefestigungseinheit mittels der schwimmenden Lagerung relativ zur Positioniereinrichtung zeitweise schwimmend gelagert, während wenigstens ein Teil der Kameraeinheit stets starr mit der Positioniereinrichtung des Industrieroboters verbunden sein kann.Preferably Only the component gripping unit and the component mounting unit by means of the floating storage relative to the positioning temporarily floating while at least part of the camera unit always rigid with the positioning of the industrial robot can be connected.
Die Kameraeinheit erfasst vorzugsweise eine oder mehrere montagerelevante Anbindungsgeometrien am Bauteil und/oder am Objekt. Dabei werden die Anbindungsgeometrien vorzugsweise räumlich erfasst.The Camera unit preferably detects one or more mounting-relevant Connection geometries on the component and / or on the object. It will be the connection geometries preferably spatially detected.
Mit Vorteil greift die Bauteilgreifeinheit mittels einer Zentriereinheit lagedefiniert das Bauteil. Das Bauteil wird vorzugsweise an eine vorgegebene Entnahmeposition lagedefiniert angeordnet. Aufgrund der lagedefinierten Anordnung der Bauteile können ggf. auch zueinander geometrisch unterschiedliche Bauteile nacheinander mittels einer entsprechend ausgebildeten Bauteilgreifeinheit zuverlässig gegriffen werden.With Advantage engages the component gripping unit by means of a centering unit The component defines the position. The component is preferably attached to a predetermined removal position location defined. Due to the Location-defined arrangement of the components may possibly also to each other geometrically different components in succession means a correspondingly formed component gripping unit reliable be grasped.
Das Bauteil kann ein Fahrzeugrad und das Objekt ein Fahrzeug sein, wobei das Fahrzeugrad an eine Radnabe des Fahrzeugs montiert wird. Die Anbindungsgeometrie kann eine Lochbildgeometrie des Fahrzeugrads und/oder der Radnabe des Fahrzeugs sein. Das Fahrzeugrad kann mittels eines automatisiert ansteuerbaren Schraubwerkzeugs der Bauteilbefestigungseinheit definiert an die Radnabe des Fahrzeugs angeschraubt werden. Mittels des Schraubwerkzeugs wird vorzugsweise gleichzeitig eine Mehrzahl an Radschrauben am Fahrzeug definiert angezogen. Mit Vorteil werden die Radschrauben vorab am Fahrzeugrad oder im Schraubwerkzeug angeordnet, wenn die Bauteilgreifeinheit das Fahrzeugrad greift. Dabei kann das Fahrzeugrad oder das Schraubwerkzeug automatisiert mit den entsprechenden Radschrauben vor jedem Greifvorgang bestückt werden. Die Bauteilgreifeinheit greift das Fahrzeugrad vorzugsweise am Reifenaußenumfang kraft- und/oder formschlüssig.The Component may be a vehicle wheel and the object may be a vehicle the vehicle wheel is mounted on a wheel hub of the vehicle. The Connection geometry can be a hole pattern of the vehicle wheel and / or the wheel hub of the vehicle. The vehicle can by means of an automatically controlled screwing the component mounting unit defined to be bolted to the wheel hub of the vehicle. through the screwing tool is preferably at the same time a plurality tightened to wheel bolts on the vehicle defined. Be with advantage the wheel bolts are arranged in advance on the vehicle wheel or in the screwing tool, when the component gripping unit engages the vehicle wheel. It can the vehicle wheel or the screwing tool automated with the appropriate Wheel bolts are fitted before each gripping operation. The Component gripping unit preferably engages the vehicle wheel on the tire outer circumference positive and / or positive fit.
Das Bauteil kann alternativ auch ein Karosserieanbauteil und insbesondere ein Außenanbauteil sein, das an der Karosserie eines Fahrzeugs montiert wird. Dabei kann das Karosserieanbauteil stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt werden. Das Karosserieanbauteil kann beispielsweise ein Dachmodul sein.The Component may alternatively also a body attachment and in particular an exterior attachment that attaches to the bodywork of a vehicle is mounted. In this case, the body attachment cohesively and / or non-positively and / or positively be attached to the body of the vehicle. The body attachment For example, it can be a roof module.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Montagewerkzeugeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 29. Die erfindungsgemäße Montagewerkzeugeinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Bauteilgreifeinheit, eine Bauteilbefestigungseinheit und eine Kameraeinheit aufweist und als Multifunktionswerkzeugeinrichtung mit einem Industrieroboter operativ wirkverbunden ist. Mit einer derartigen Montagewerkzeugeinrichtung lassen sich die in Bezug auf das Verfahren vorerwähnten Vorteile erzielen.Further the problem is solved by a mounting tool device with the features of claim 29. The inventive Montagewerkzeugeinrichtung characterized by the fact that they have a Component gripping unit, a component mounting unit and a camera unit and as a multi-functional tooling device with an industrial robot operatively connected. With such a mounting tool device can be mentioned in relation to the procedure mentioned above Benefits.
Die Kameraeinheit kann dabei eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten Kamerasystemen aufweisen zur räumlichen Geometrie- und/oder Lageerfassung des Bauteils und/oder des Objekts.The Camera unit can a plurality of spaced apart arranged camera systems have for spatial geometry and / or Positioning of the component and / or the object.
Die Bauteilgreifeinheit kann ferner mehrere und vorzugsweise drei gleichmäßig über einen Kreisumfang verteilt angeordnete und radial bewegbare Greifelemente aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Greifelemente stets zueinander zentriert angeordnet und positionierbar. Die Greifelemente weisen vorzugsweise eine Oberflächenstruktur und/oder Oberflächenbeschichtung auf, welche eine hinreichende Reibhaftung am Bauteil begünstigt. Die Greifelemente können gegebenenfalls auch eine formschlüssige Greifgeometrie aufweisen.The component gripping unit can furthermore have a plurality and preferably three gripping elements which are distributed uniformly over a circumference and can be moved radially. According to a preferred embodiment, the gripping elements are always arranged centered and positionable. The gripping elements preferably have a Oberflä chenstruktur and / or surface coating, which favors a sufficient Reibhaftung the component. If appropriate, the gripping elements can also have a form-fitting gripping geometry.
Die Montagewerkzeugeinrichtung weist mit Vorteil einen Verbindungsflansch zur Verbindung mit der Positioniereinrichtung des Industrieroboters auf.The Mounting tool device advantageously has a connecting flange for connection to the positioning device of the industrial robot on.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Industrieroboter mit den Merkmalen des Anspruchs 36. Der Industrieroboter zeichnet sich dadurch aus, dass er ein mehrachsiger Knickarmroboter ist.Further the problem is solved by an industrial robot with The features of claim 36. The industrial robot stands out in that he is a multi-axis articulated robot.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.Further Advantages of the invention will become apparent from the description. The invention is based on a preferred embodiment below Referring to a schematic drawing explained in more detail.
Dabei zeigen:there demonstrate:
In
Die
Dabei
sind die Bauteilgreifeinheit
Die
Kameraeinheit
Die
Bauteilgreifeinheit
Die
Elektroschrauber
Die
Funktionsweise der am Industrieroboter
Ein Fahrzeugrad
A vehicle wheel
Der
Industrieroboter
Nun
erfolgt die Positionierung der Montagewerkzeugeinrichtung
Nach
der erfolgten Montage des Fahrzeugrads
Bei der automatisierten Bauteilmontage kann ferner ein hochgenaues Einrichten und/oder Kalibrieren des Industrieroboters relativ zur Fördervorrichtung erfolgen. Damit kann die Positioniergenauigkeit der Montagewerkzeugeinrichtung relativ zum Objekt noch weiter erhöht werden. Ferner kann mittels Signalaustausch zwischen dem Roboter und der Fördervorrichtung eine vordefinierbare Montageprozedur des Roboters – und somit des Werkzeugs – und/oder der Fördervorrichtung in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden und ggf. veränderlichen Fördersituation erfolgen. Eine besonders kritische Fördersituation kann z. B. ein plötzlicher, nicht vorgesehener Halt der Fördervorrichtung während der Bauteilmontage sein (eine so genannte NOT-AUS-Situation). Bei einem solchen plötzlichen Stillstand der Fördervorrichtung kann ggf. ohne Unterbrechung am nicht bewegten Objekt weitermontiert werden oder eventuell auch unter Unterbrechung des Montagevorgangs erst nach erneuter Förderbewegung des Objekts automatisiert fertig montiert werden.at Automated component mounting can also provide highly accurate setup and / or calibrating the industrial robot relative to the conveyor respectively. Thus, the positioning accuracy of the assembly tool device be further increased relative to the object. Furthermore, by means of Signal exchange between the robot and the conveyor a predefinable assembly procedure of the robot - and thus the tool - and / or the conveyor depending on the current and possibly variable Funding situation done. A particularly critical subsidy situation can z. B. a sudden, not intended stop the Be conveyor during component assembly (a so-called EMERGENCY STOP situation). At such a sudden Standstill of the conveyor may possibly without interruption be remounted on the non-moving object or possibly interrupting the assembly process only after renewed conveying movement of the object to be automatically assembled.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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