DE69805666T2 - Messwertgebervorrichtung, insbesondere zum Ermitteln der räumlichen Lage eines Objekts, wie z.B. der Lage einer Fahrzeugwindschutzscheibe relativ zum Fahrzeug - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft in allgemeiner Weise die automatische Montage von zwei Gegenständen, wie etwa eine Windschutzscheibe, die an der entsprechenden Rahmenöffnung eines Kraftfahrzeugs zu befestigen ist.
• Die automatische Montage von Gegenständen bringt Probleme mit sich, die mit dem generellen Herstellungsverfahren der verschiedenen Gegenstände verbunden sind. Insbesondere sind die Herstellungstoleranzen der zu montierenden Gegenstände im allgemeinen nicht mit einem automatischen Montagesystem kompatibel, das keine Suchmittel enthält. Ebenso sind die Positioniertoleranzen der Gegenstände im Raum aufgrund der verwendeten Handhabungsmittel im allgemeinen zu groß, um eine automatische Montage durchzuführen.
• Um diese Probleme bei der Positionierung zu lösen, wurden bisher verschiedene Systeme entwickelt.
• Allgemein verwenden diese Systeme ein Mittel, wie etwa einen Roboter oder einen Manipulator, um den einen Gegenstand, etwa die Windschutzscheibe, zu ergreifen, und ihn dann im Raum gemäß bekannter, festgelegter Bahnen zu verlagern, um ihn in eine relative Montagestellung mit dem anderen Gegenstand zu bringen, wie etwa die Rahmenöffnung der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
• Es werden auch Sensoren zum Messen der relativen Stellung der verschiedenen Gegenstände verwendet, die mit einem Rechner verbunden sind, der die Sollstellungen bezüglich der festgelegten Bezugsstellungen bestimmt, um eine korrekte Montage durchzuführen.
• Diese bekannten Systeme sind jedoch im allgemeinen in ihrer Leistungsfähigkeit beschränkt, insbesondere hinsichtlich der für die Montage dieser Gegenstände verwendeten Sensoren, die gewöhnlich aus Weggebern vom Potentiometertyp, aus Weggebern mit analogem Differentialtransformator (LVDT), Ultraschallsensoren oder einer Kamera bestehen.
• Jede dieser verwendeten Sensorenarten weist Nachteile auf, die folgendermaßen zusammengefasst werden können:
• - mittlere Messgenauigkeit,
• - mäßige Zuverlässigkeit aufgrund von Abnutzung bewegter Teile,
• - Empfindlichkeit gegenüber der Umgebung, wie etwa elektromagnetische Störungen, Temperatur, Luftzug, Vibrationen, usw., und
• - Empfindlichkeit gegenüber der Fahrzeugfarbe.
• Die DE-A-31 19 566 beschreibt eine Sensorvorrichtung mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
• Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch mechanisch so aufgebaut, dass die Messung der relativen Stellung des Gegenstands nicht linear erfolgt, insbesondere hinsichtlich der zweiten Kontakttaste, so dass beim Messen sowie beim Bestimmen der Position des gemessenen Gegenstands ein Präzisionsverlust entsteht.
• Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die oben erwähnten Nachteile vorbekannter Systeme zu beseitigen, so dass die Qualität bei der Montage der Gegenstände sowie die Zuverlässigkeit des Verfahrens zur automatischen Montage dieser Gegenstände verbessert werden.
• Dazu schlägt die Erfindung eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 vor.
• Vorzugsweise enthält die Vorrichtung ein erstes Element, das eine Umsteuerungsknagge umfasst, die im Hauptkörper untergebracht ist und gleichzeitig mit der ersten Kontakttaste in Translation derart verschiebbar ist, dass sie einen im Hauptkörper untergebrachten starren Stift entlang einer zur Verschiebungsrichtung der ersten Kontakttaste senkrechten Richtung verschiebt, wobei der erste Sensor das Messen der Verschiebungswerte des starren Stiftes ermöglicht.
• Der vorgenannte mit dem Hauptkörper fest verbundene Teil ist ein zweites Element, das eine Umsteuerungsknagge bildet, die derart angeordnet ist, dass sie eine Rotation des Hauptkörpers in eine Translation der zweiten Kontakttaste umwandelt.
• Das eine Umsteuerungsknagge bildende erste Element ist fest mit dem Ende der ersten Kontakttaste verbunden, die seinem freien Ende gegenüberliegt, das den Gegenstand kontaktieren soll, und die erste Kontakttaste wird von im Hauptkörper untergebrachten elastischen Rückholmitteln in einer Ruheposition gehalten.
• Vorteilhaft umfassen die elastischen Rückholmittel eine erste Rückholfeder, die koaxial auf einem inneren Teil des Hauptkörpers der ersten Kontakttaste angebracht ist, wobei sie sich zwischen einem mit dem Hauptkörper fest verbundenen Teil und einer mit dem inneren Teil des Stifts senkrecht zu diesem fest verbundenen Platte abstützt, und eine zweite Rückholfeder, die der ersten Rückholfeder koaxial gegenüberliegt und auf das erste eine Knagge bildende Element eine Rückstellkraft ausübt, die der entgegengesetzt ist, die auf dieses von der ersten Rückholfeder ausgeübt wird, um die erste Kontakttaste in ihrer Ruheposition zu halten.
• Die zweite Rückholfeder ist koaxial auf einem zum Hauptkörper internen Stift angebracht, wobei sie sich zwischen einem festen Teil dieses Körpers und einer Außenplatte des zu dieser senkrechten, internen Stiftes abstützt, wobei besagte Platte auf dem ersten eine Knagge bildenden Element aufliegt.
• Der durch das eine Umsteuerungsknagge bildende erste Element verschiebbare starre Stift steht mit der Knaggenoberfläche derselben durch eine drehbar am Ende dieses Stiftes angebrachte Rolle in Kontakt, und die zweite Kontakttaste liegt auf der Knaggenoberfläche des zweiten eine Umsteuerungsknagge bildenden Elements durch eine am freien Ende der zweiten Kontakttaste drehbar angebrachten Rolle auf.
• Die zweite Kontakttaste wird in Anlage an der beispielsweise mittleren Knagge durch eine Feder gehalten, die im Halterungsteil koaxial an einem inneren Teil des Stifts der zweiten Kontakttaste angebracht ist, und stützt sich zwischen einem mit dem Halterungsteil fest verbundenen Abschnitt und einer Platte ab, die mit dem Stiftteil senkrecht zu diesem fest verbunden ist.
• Die erste und die zweite Kontakttaste sind gleitbeweglich in jeweiligen Führungsmitteln mit Kugeln angebracht.
• Vorzugsweise umfassen die die Drehbewegung des Hauptkörpers zum Halterungsteil begrenzenden Mittel einen mit dem Hauptköper fest verbunden Teil, der aus diesem hervorsteht und zwischen zwei beabstandeten, mit dem Halterungsteil fest verbundenen Anschlägen angeordnet ist, und die beiden Federn sind auf der einen und der anderen Seite des hervorstehenden Teils vorgesehen, um den Hauptkörper in eine mittlere Ruheposition zwischen den beiden Begrenzungsanschlägen zurückzuführen.
• Der Hauptkörper ist allgemein zylinderförmig ausgeführt und um seine Längsachse relativ zum Halterungsteil drehbar, und die erste Kontakttaste enthält eine beispielsweise durch Aufschrauben auf ihren Stift aufgesetzte Tastenspitze.
• Das Halterungsteil ist an einem Arm eines Roboters befestigt, der zum Zusammenbauen zweier Gegenstände eingesetzt wird, wie beispielsweise einer Windschutzscheibe in die Rahmenöffnung der entsprechenden Windschutzscheibe eines den anderen Gegenstand bildenden Kraftfahrzeugs.
• Vorteilhaft sind die beiden Sensoren vom digitalen Typ.
• Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur automatischen Montage von zwei Gegenständen mittels eines Roboters vor, der mit einem Werkzeug zum Ergreifen eines Gegenstands versehen ist, um ihn an einem weiteren Gegenstand zu montieren und zu befestigen, der sich an einer Montagestation befindet, welches Verfahren darin besteht, mit dem Greifwerkzeug den an einem festen Punkt auf einer Zentriervorrichtung zentrierten Gegenstand zu ergreifen, den Roboter gemäß einer zuvor definierten festen Bahn anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifwerkzeug wenigstens zwei Vorrichtungen umfasst, die Sensoren bilden, wie sie vorangehend definiert sind, so dass beim Ansteuern des Roboters entlang der festgelegten Bahn, die Kontakttasten der beiden Sensoren bildenden Vorrichtungen mit zwei jeweiligen, unterschiedlichen bestimmten Stellen des weiteren Gegenstands in Kontakt gebracht werden, um Positionsmesssignale des Greifwerkzeugs des Roboters relativ zum anderen Gegenstand in den orthogonalen Richtungen des Raums zu liefern, und dass es auch darin besteht, die Messsignale durch einen Rechner aufzunehmen, der ausgehend von diesen die Positionsverschiebungswerte des Greifwerkzeugs des Roboters im Verhältnis zu den Referenzwerten berechnen kann, diese Verschiebungswerte dem Roboter zu übertragen, um diesen relativ zum anderen Gegenstand neu zu positionieren, und den Roboter so zu steuern, dass dessen Greifwerkzeug den Gegenstand präzise am anderen Gegenstand montiert und befestigt.
• Vorteilhaft werden beim Verfahren vier identische Sensorvorrichtungen verwendet, die vom Greifwerkzeug getragen werden, um acht Messsignale über die Position des Greifwerkzeugs zu liefern, die es ermöglichen, die sechs Freiheitsgrade des Gegenstands im Raum im Verhältnis zum anderen Gegenstand zu korrigieren.
• Wenn der vorgenannte Gegenstand eine Windschutzscheibe und der andere Gegenstand ein Kraftfahrzeug ist, besteht der vorgenannte Schritt zum relativen Positionieren des Greifwerkzeugs des Roboters darin, zunächst das Greifwerkzeug vorzupositionieren, wenn die Positionierungstoleranz des Fahrzeugs groß ist, beispielsweise über 15 mm, die Kontakttasten der Sensorvorrichtungen mit dem Rand der Rahmenöffnung der Windschutzscheibe des Fahrzeugs in Kontakt zu bringen, um Messsignale über die Position des Greifwerkzeugs relativ zu dieser Öffnung in den Richtungen X, Y und Z zu liefern, das Greifwerkzeug des Roboters neu zu positionieren, indem diesem die vom vorgenannten Rechner errechneten Verschiebungswerte der Position dieses Werkzeugs übertragen werden, und anschließend das Greifwerkzeug relativ zur Rahmenöffnung der Windschutzscheibe präzise zu positionieren, indem die Kontakttasten der Sensorvorrichtungen in Kontakt mit dem Falzboden der genannten Öffnung gebracht werden, um das Greifwerkzeug ausgehend von den Verschiebungswerten der Position desselben erneut zu positionieren, die vom Rechner aus den Werten der Messsignale errechtet werden, die von den Sensorvorrichtungen geliefert werden.
• Vorzugsweise sind die Sensorvorrichtungen dazu bestimmt, eine Messung am oberen bzw. unteren Rand der Rahmenöffnung der Windschutzscheibe durchzuführen, während die beiden anderen Sensorvorrichtungen dazu bestimmt sind, eine Messung jeweils an den beiden Höhenschenkeln, nämlich dem rechten und dem linken, dieser Öffnung durchzuführen.
• Die Sensorvorrichtungen sind symmetrisch zur Achse der Windschutzscheibe am Greifwerkzeug angebracht und sind vom digitalen Typ, indem sie elektrisch untereinander und mit dem Rechner durch ein Netz vorzugsweise in Form einer Serienverbindung vom Type RS 485 verbunden sind.
• Die Erfindung wird im Laufe der nachfolgenden näheren Beschreibung besser verständlich, aus der sich weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung deutlicher ergeben anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen, die sich nur beispielhaft verstehen und eine Ausführungsform der Erfindung darstellen, worin zeigen:
• - Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der einen Tastsensor bildenden Vorrichtung gemäß der Erfindung, in der die eine Kontakttaste derselben in der untersten Stellung gezeigt ist,
• - Fig. 2 eine Seitenansicht analog zu Fig. 1, in der die Kontakttaste der Sensorvorrichtung in der obersten Stellung gezeigt ist,
• - Fig. 3 eine schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung,
• - Fig. 4 eine schematische Seitenansicht von außen der erfindungemäßen Sensorvorrichtung,
• - Fig. 5 eine schematische Draufsicht der Sensorvorrichtung entlang Pfeil V aus Fig. 4,
• - Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung,
• - Fig. 7 eine Ansicht entlang Pfeil VII aus Fig. 6,
• - Fig. 8 eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, die eine weitere Kontakttaste derselben in Ausgangsstellung zeigt,
• - Fig. 9 eine perspektivische Ansicht analog zu Fig. 8, in der die Kontakttaste in eingefahrener Stellung gezeigt ist,
• - Fig. 10 eine schematische Seitenansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugs, an das eine Windschutzscheibe mittels eines Roboters mit Greifwerkzeug automatisch montiert werden soll, das mit vier Sensorvorrichtungen versehen ist, die jeweils identisch sind zu der anhand der vorangehenden Figuren beschriebenen Vorrichtung,
• - Fig. 11 eine Vorderansicht entlang Pfeil XI aus Fig. 10,
• - Fig. 12-A bis 12-D einen Messzyklus mit einer der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen, wenn der Roboter eine Vorpositionierung einer Windschutzscheibe relativ zu einem Fahrzeug durchführt,
• - Fig. 13A bis 13C einen Messzyklus mit einer der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen, wenn der Roboter eine präzise Positionierung der Windschutzscheibe relativ zum Fahrzeug durchführt,
• - Fig. 14 ein schaubildliches Schema der Messung bei der in Fig. 12A bis 12D dargestellten Vorpositionierung, und
• - Fig. 15 ein schaubildliches Schema der Messung bei der in Fig. 13A bis 13C dargestellten präzisen Positionierung.
• Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung, wie sie anhand von Fig. 1 bis 9 beschrieben wird, ist dazu bestimmt, an einem Greifwerkzeug eines Arms eines Roboters angebracht zu werden, der zum Einsetzen von Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen verwendet wird, jedoch kann eine derartige Vorrichtung auch bei anderen Anwendungen benutzt werden, beispielsweise zum automatischen Montieren eines Armaturenbretts eines Kraftfahrzeugs und von Türen an einem Kraftfahrzeug, usw.
• Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung wird zunächst schematisch anhand von Fig. 1 bis 5 beschrieben.
• Diese Vorrichtung enthält einen allgemein zylinderförmigen Hauptkörper 1, der an einem bei 2 angedeuteten Halterungsteil mit einer begrenzten Amplitude um die Rotationslängsachse des Hauptkörpers 1 mittels eines Kugellagers 3 gelagert ist.
• Das Halterungsteil 2 kann aus einer Tragplatte PL bestehen, die ein Greifwerkzeug darstellt und am Ende eines Roboterarms 4 befestigt ist, wie in Fig. 7, 10, 11 und 13C gezeigt ist.
• Die Sensorvorrichtung enthält auch eine stiftförmige Taste 5, die dazu bestimmt ist, bei den Bewegungen des Roboterarms 4 einen Blechrandbereich der Rahmenöffnung der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs zu kontaktieren, welche eine Windschutzscheibe aufnehmen soll, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht. Beim Kontaktieren dieses Öffnungsrandbereichs kann die Taste 5 translatorisch verschoben werden, wobei sie im Hauptkörper 1 durch ein mit dem Körper 1 fest verbundenes Führungsmittel mit Kugeln 6 geführt wird. Fig. 1 bzw. 2 zeigt eine unterste bzw. eine oberste Stellung der Kontakttaste 5 ausgehend von einer zentralen bzw. mittleren Ruhestellung dieser Taste.
• Die Kontakttaste 5 kann durch Rückholfedermittel in der mittleren Ruhestellung gehalten werden, die aus einer Rückholfeder 7 bestehen, welche koaxial am innerhalb des Körpers 1 befindlichem Stiftteil der Taste 5 angebracht und zwischen dem fest mit dem Körper 1 verbundenen Führungsmittel 6 mit Kugeln und einer fest mit dem innenliegenden Stiftteil der Taste 5 quer zu dieser angeordnet ist. Diese Rückholmittel enthalten auch eine weitere Rückholfeder 9, die koaxial an einem Stift 10 angebracht ist, welcher entlang seiner Achse im Körper 1 gleitbeweglich gelagert ist, und zwar durch ein Führungsmittel 11 mit Kugeln, das fest mit diesem Körper verbunden ist. Die Rückholfeder 9 stützt sich zwischen dem Führungsmittel 11 mit Kugeln und einer fest mit dem Ende des Stifts 10 quer zu diesem verbundenen Platte 12 ab und liegt koaxial zur Feder 7. Die Platte 12 stützt sich an einem Ende eines Teils ab, das eine Umsteuerungsknagge 13 bildet, die an ihrem gegenüberliegenden Ende fest mit dem innerhalb des Körpers 1 befindlichen Ende der Kontakttaste 5 verbunden ist. Die Rückholfedern 7 und 9 können so ausgelegt sein, dass sie das Umsteuerungsteil 13 in einer mittleren Ausgleichsstellung halten. Diese Ausgleichsruhestellung kann jedoch auch die in Fig. 1 dargestellte Stellung sein, wenn eine Bewegung mit maximaler Amplitude der Kontakttaste 5 bei auszuführenden Messungen genutzt werden soll, wodurch insbesondere die Feder 7 weggelassen werden kann.
• Das Umsteuerungsteil 13 kann im Körper 1 gleichzeitig mit der Kontakttaste 5 translatorisch so verschoben werden, dass eine Verschiebung des im Körper 1 untergebrachten starren Stifts 14 in eine quer zur Verschieberichtung der Kontakttaste 5 verlaufende Richtung erfolgt. Der Stift 14 kann im Körper 1 geführt gleiten, und zwar durch ein Führungsmittel 15 mit Kugeln, das fest mit diesem Körper verbunden ist und an seinem freien Ende eine Rolle 16 trägt, die ständig in Anlage an der Knaggenoberfläche 13a des Teils 13 durch eine Rückholfeder 17 gehalten wird, die zwischen dem Körper 1 und einer Platte 18 vorgesehen ist, die fest mit dem Stift 14 quer zu diesem verbunden ist. Die Verschiebungswerte des Stifts 14 werden von einem Sensor 19 vorzugsweise vom digitalen Typ gemessen, der an einem Abschnitt des Halterungsteils 2 befestigt ist. Somit erfolgt die Messung der translatorischen Stellung der Kontakttaste 5 durch Umwandlung der Translationsbewegung dieser Taste in eine Translationsbewegung des Stifts 14 entlang einer zur Taste 5 senkrechten Achse, wodurch der Messbereich des Sensors 19 auf den Messbereich der Spitze 5a der Taste 5 abgestimmt wird, die beispielsweise durch Anschrauben an einen Endabschnitt des Stifts der Taste 5 angesetzt ist, um diese Spitze je nach angestrebter Anwendung durch eine andere Tastenspitze ersetzen zu können.
• Selbstverständlich werden bei 20 und 21 angedeutete Drehsicherungsmittel vorgesehen, welche beispielsweise aus Fingern bestehen, um ein Verdrehen des Umsteuerungsteils 13 und des starren Stifts 14 zu verhindern.
• Die Kontakttaste 5 kann auch mit dem Hauptkörper 1 in einer quer zur Drehachse X- X' dieses Körpers verlaufenden Ebene begrenzt verdreht werden, wie durch den Doppelpfeil F in Fig. 3 angedeutet ist. Die Mittel zur Begrenzung der Drehung des Hauptkörpers 1 und somit der Kontakttaste 5 enthalten einen fest mit dem Körper 1 verbundenen Teil 22, der radial von diesem absteht und zwischen zwei Anschlägen 23 angeordnet ist, die fest mit dem Halterungsteil 2 verbunden sind, wobei zwei koaxiale Federn 24 auf beiden Seiten des abstehenden Teils 22 vorgesehen sind, um den Hauptkörper 1 in eine mittlere Ruhestellung zwischen den beiden Begrenzungsanschlägen 23 zurückzuholen, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist.
• Die Sensorvorrichtung enthält auch eine weitere, stiftförmige Taste 25, die bei einer Drehbewegung des Hauptkörpers 1 bezüglich des Halterungsteils 2 in eine Richtung translatorisch verschiebbar ist, die quer zur Bewegungsrichtung der Kontakttaste 5 verläuft. Dazu weist der Körper 1 ein eine Umsteuerungsknagge bildendes Teil 26 auf, das fest mit der zylinderförmigen Außenwand des Körpers 1 verbunden und so angeordnet ist, dass eine Drehung des Körpers 1 durch die Knaggenoberfläche 26a des Teils 26 eine translatorische Verschiebung der Kontakttaste 25 hervorruft, die an ihrem Ende eine Rolle 27 aufweist, die durch eine Rückholfeder 28 ständig in Anlage an der Knaggenoberfläche 26a gehalten wird, wobei die Rückholfeder im Halterungsteil 2 koaxial an einem innerhalb dieses Teils befindlichen Bereich des Stifts der Taste 25 gelagert ist und sich zwischen einem fest mit dem Teil 2 verbundenen Bereich und einer Platte 29 abstützt, die fest mit dem Stiftteil quer zu diesem verbunden ist. Ein fest mit dem Halterungsteil 2 verbundener Sensor 31 ist zum Messen der Translationsverschiebungswerte der Kontakttaste 25 und somit zum Messen der Drehstellung des Körpers 1 vorgesehen.
• Fig. 6 bis 9 zeigen in Außenansicht eine konkrete Ausführungsform der Sensorvorrichtung, wie sie in Fig. 1 bis 5 beschrieben ist.
• Dabei zeigen diese Figuren den zylinderförmigen Hauptköper 1, der bezüglich des Halterungsteils 2 um seine Längsachse drehbar gelagert ist, wobei der Körper 1 quer zu seiner Achse von zwei im Durchmesser kleineren bzw. im Durchmesser größeren Hülsen 1a bzw. 1b durchsetzt wird. Die im Durchmesser kleinere Hülse 1a enthält den Stift der Kontakttaste 5, der translatorisch in der Hülse 1a koaxial zu dieser verschiebbar ist und die angesetzte Tastenspitze 5a aus Kunststoff aufweist. Die Hülse 1b enthält den Stift 10, der koaxial in dieser angeordnet ist und es ermöglicht, das Umsteuerungsteil 13 und somit die Kontakttaste 5 in deren Ruhestellung zurückzubringen.
• Fig. 7 zeigt insbesondere zwei Messsensorelektroniken E1 und E2, die in Form von rechteckigen Quadern ausgeführt sind und abnehmbar aneinander an einem Abschnitt des Halterungsteils 2 angebracht sind. Jeder Sensorelektronik E1, E2 enthält einen elektrischen Verbinder 32, mit dem sie elektrisch an ein Netz angeschlossen werden kann, das die Sensoren untereinander und mit einem (nicht dargestellten) Rechner verbindet, dessen Funktion später beschrieben wird. Dieses Netz kann in Form einer Serienverbindung vom Typ RS485 ausgeführt sein. Auf diese Weise wird eine sehr gute Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen gewährleistet und dabei die Instabilität der von den Sensoren 19, 31 durchgeführten Messungen verbessert. Fig. 8 und 9 zeigen näher die Kontakttaste 25, die mit ihrer Rolle 27 ausgestattet ist und die bei einer Drehung des Körpers 1 in einen fest mit dem Halterungsteil 2 verbundenen Block 33 gegen die Kraft der Rückholfeder 28 durch das Umsteuerungselement 26 eingedrückt werden kann, welches mit Befestigungsschrauben 34 abnehmbar am Körper 1 quer zu dessen Längsachse befestigt ist.
• Fig. 10 und 11 zeigen das Greifwerkzeug 2 des Roboterarms 4 mit vier Sensorvorrichtungen, die jeweils den in den vorangehenden Figuren definierten Aufbau haben, um das Einsetzen einer Windschutzscheibe P in ein teilweise dargestelltes Fahrzeug V zu ermöglichen.
• Insbesondere sind die beiden Sensorvorrichtungen A, B am oberen Teil des Greifwerkzeugs PL gelagert und vorzugsweise symmetrisch zur Achse der Windschutzscheibe P positioniert, wenn diese vom Greifwerkzeug PL ergriffen wird. Die Sensorvorrichtungen A, B sind dazu bestimmt, Messungen der Position der Windschutzscheibe P relativ zur Rahmenöffnung der Windschutzscheibe des Fahrzeugs durchzuführen, indem mit ihren jeweiligen Tasten 5 der obere bzw. der untere Blechrand dieser Öffnung, vorzugsweise der obere Blechrand dieser Öffnung, kontaktiert wird.
• Ferner sind die beiden weiteren Sensorvorrichtrungen C und D an den Seiten des Greifwerkzeugs 2 symmetrisch zur Achse der Windschutzscheibe P positioniert, wobei die eine Vorrichtung dazu bestimmt ist, eine Messung am rechten Höhenschenkel der Öffnung für die Windschutzscheibe durchzuführen, und die andere dazu vorgesehen ist, eine Messung am linken Höhenschenkel dieser Öffnung durch deren jeweilige Kontakttasten 5 durchzuführen.
• Mit Verwendung von vier Sensorvorrichtungen A-D ist es möglich, an deren Ausgang acht Messwerte zu erhalten, nämlich jeweils zwei pro Sensorvorrichtung, um sechs Freiheitsgrade der Windschutzscheibe P im Raum bezüglich des Fahrzeugs V zu korrigieren und somit ein korrektes Einsetzen dieser Windschutzscheibe durchzuführen.
• Das Verfahren zum automatischen Montieren der Windschutzscheibe P am Fahrzeug B durch den Roboter besteht aus mehren Phasen, bei denen ein roboterspezifisches Programm und rechnerspezifischer Algorithmus Anwendung finden. Dieses Verfahren wird nachfolgend beschrieben.
• Zunächst bringen die Handhabungsvorrichtungen das Fahrzeug und die Windschutzscheibe an festgelegten Punkten mit im allgemeinen auf Millimeter bis Zehntel Millimeter genauen Toleranzen zur Montagestation.
• Die Windschutzscheibe wird von einer an sich bekannten Zentriervorrichtung in einem Festpunkt zentriert, wobei die Toleranz in der Stellung der Windschutzscheibe vermindert wird und mit dem automatischen Verkleben derselben am Fahrzeug kompatibel ist.
• Der von einer Kontrolleinheit angesteuerte Roboter ergreift die Windschutzscheibe am Festpunkt durch sein Greifwerkzeug PL an der Zentriervorrichtung und durchfährt eine vorgestimmte, festgelegte Bahn, um mit Hilfe eines an einem Festpunkt vorhandenen Klebstoffauftragemittels Klebstoff auf die Scheibe aufzutragen.
• Anschließend führt der Roboter in gesteuerter Weise eine weitere vorbestimmte, festgelegte Bahn aus, wodurch es möglich ist, verschiedene Messungen der Stellung der Windschutzscheibe relativ zum Fahrzeug mit Hilfe der vier Sensorvorrichtungen A-D durchzuführen, wobei diese Bahn mit Hilfe eines Fahrzeugs vom gleichen Typ wie das, an dem die Windschutzscheibe eingeklebt wird, erfasst wurde.
• Beim Ausführen dieser Bahn erfolgt mit dem Roboter zunächst eine Vorpositionierung der Windschutzscheibe relativ zum Fahrzeug im Falle, dass die Positionierungstoleranz des Fahrzeugs groß ist, beispielsweise größer als 15 mm, und anschließend eine genaue Positionierung der Windschutzscheibe, um diese einzusetzen.
• Nachfolgend wird kurz der Vorpositionierungszyklus anhand von Fig. 12A bis 12D und insbesondere anhand von Fig. 14 beschrieben, deren schaubildliches Schema sehr explizit ist.
• Fig. 12A bis 12D zeigen nur die eine der beiden Sensorvorrichtungen A bzw. B, mit denen eine Messung der Stellung der Windschutzscheibe im Raum relativ zum oberen Dachrand der Fahrzeugöffnung durchgeführt werden kann, an der die Windschutzscheibe befestigt werden soll. Diese Messung erfolgt in den orthogonalen Richtungen X und Z.
• Wie in Fig. 12A dargestellt ist, nähern sich die beiden Sensorvorrichtungen A und B in Richtung X mit verminderter Geschwindigkeit der Öffnung für die Windschutzscheibe und kontaktieren mit ihren jeweiligen Kontakttasten 5 den oberen Dachrand der Fahrzeugöffnung, wie in Fig. 12B dargestellt ist, die schematisch zeigt, dass die Kontakttaste 5 sich mit dem Hauptkörper 1 gedreht hat. Die vier von den beiden Sensorvorrichtungen A und B gelieferten Messwerte werden vom Rechner aufgenommen, der sie mit einem Algorithmus verarbeitet, der die Korrekturverschiebungswerte in Richtung X und für die Drehung um die Achse Z berechnet, die der Roboter ausführen muss, um sich erneut relativ zum Fahrzeug zu positionieren. Diese Verschiebungswerte werden dem Roboter über die Serienverbindung übertragen und der Roboter führt die translatorische Korrektur in Richtung X und mit Drehung bezüglich Z aus, wie in Fig. 12C dargestellt ist. Danach nähert sich der Roboter mit verminderter Geschwindigkeit in Richtung Z dem oberen Rand der Öffnung und kontaktiert diesen, wie in Fig. 12D dargestellt ist, und nach einem Halten am Messpunk erhält der Rechner von den beiden Sensorvorrichtungen A und B gelieferte Messsignale, um die Korrektur- bzw. Verschiebungswerte in Richtung Z zu berechnen. Der Rechner sendet die Verschiebungswerte über die Serienverbindung dem Roboter, welcher diese Verschiebungen ausführt. Anschließend bringt der Roboter nacheinander die beiden weiteren Sensorvorrichtungen C und D so in Stellung, dass deren jeweilige Tasten 5 nacheinander den linken bzw. den rechten Schenkelrand der Windschutzscheibenöffnung kontaktieren, um Messungen durchzuführen, die Werte in den Richtungen Y und Z aufgrund der Stellungen der Sensorvorrichtungen C und D relativ zu den Sensorvorrichtungen A und B ergeben, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Die Einzelheiten der Bahn des Greifwerkzeugs des Roboters sind in Fig. 14 dargestellt. Die vier von den beiden Sensorvorrichtungen C und D gelieferten Messwerte werden vom Rechner aufgenommen, der sie mit dem geeigneten Algorithmus verarbeitet, wodurch Werte zur Verschiebung berechnet werden, die der Roboter ausführen muss, um das Greifwerkzeug relativ zum Fahrzeug in den Richtungen Y und Z neu zu positionieren. Diese Verschiebungswerte werden dem Roboter über die Serienverbindung übertragen, damit der Roboter dann die Verschiebungswerte realisiert.
• Die genaue Positionierung der Windschutzscheibe relativ zum Fahrzeug erfolgt mit dem gleichen Prinzip wie die Vorpositionierung, außer dass die Punkte 5a der Kontakttasten 5 der Sensorvorrichtungen A-D eine Messung am Falzboden f der Windschutzscheibenöffnung ausführen, wie in Fig. 13A bis 13C dargestellt ist, die eine Messung am Dachfalzboden f dieser Öffnung mit den beiden Sensorvorrichtungen A, B zeigen. Aus Fig. 15 geht deutlich der Messzyklus mit den Sensorvorrichtungen A-D beim genauen Positionieren hervor, so dass es nicht erforderlich ist, diesen Messzyklus näher zu erläutern, mit dem es möglich ist eine genauere Messung als am Öffnungsrand durchzuführen, wie vorangehend anhand von Fig. 12A-12D und 14 beschrieben wurde, so dass ein korrektes Einsetzen der Windschutzscheibe in die entsprechende Fahrzeugöffnung möglich ist.
• Der Algorithmus des Rechners verwendet Daten, die bei einer Erfassungsphase definiert werden, die beim anfänglichen Ausarbeiten des Systems an einem bekannten Teil erfolgt. Eine derartige Erfassung besteht darin, das Verhältnis zu definieren, das die Werte, welche am in einer festgelegten Stellung platzierten Fahrzeug gemessen werden, und die Stellung des Roboters verbindet. Dieses Verhältnis wird dann zum erneuten Positionieren des Roboters in den Phasen der Vorpositionierung und der genauen Positionierung verwendet. Diese Erfassung erfordert selbstverständlich ein roboterspezifisches Programm und einen rechnerspezifischen Algorithmus, die für den Fachmann offensichtlich sind, ohne dass es erforderlich wäre, diese zu erläutern.
• Selbstverständlich können verschiedentlich Abwandlungen vorgenommen werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Somit ist es bei den Phasen der Vorpositionierung und der genauen Positionierung des Verfahrens zur automatischen Montage der Windschutzscheibe am Fahrzeug möglich, nur eine Sensorvorrichtung zu verwenden, die eine Messung am oberen Rand bzw. am oberen Falz der Windschutzscheibenöffnung ausführt, und nur einen Sensor, der die Messung am Rand bzw. am Falz des rechten und dann des linken Höhenschenkels der Windschutzscheibenöffnung ausführt.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den ebenfalls erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen, die Anwendung finden, ist es möglich, eine korrekte und genaue automatische Montage einer Windschutzscheibe am Fahrzeug durchzuführen, und zwar auf sehr zuverlässige Art und Weise. Ferner weist die Erfindung den Vorteil auf, unterschiedliche Fahrzeuge online montieren zu können.

Claims (19)

1. Einen insbesondere zur Bestimmung der relativen Position eines Gegenstandes im Raum bestimmten Sensor bildende Vorrichtung mit einem Hauptkörper (1), der gemäß einer begrenzten Amplitude in Rotation auf einem Halterungsstück (2) um die Rotationsachse (X-X') des Hauptkörpers (1) einer ersten Kontakttaste in Stiftform (5) angebracht ist, der dazu bestimmt ist, den Gegenstand (R) durch sein freies äußeres Ende zu kontaktieren und sich verschieben und dabei den Gegenstand einerseits durch Translation im Hauptkörper (1) und andererseits in begrenzter Rotation mit dem Hauptkörper (1) in einer zur Rotationsachse dieses Körpers senkrechten Ebene kontaktieren kann; einen das Messen der Verschiebungswerte der ersten Kontakttaste (5) erlaubenden ersten Sensor (19); eine zweite Kontakttaste in Stiftform (25), die durch ihr freies äußeres Ende einen mit dem Hauptkörper (1) fest verbundenen Teil (26) kontaktiert; und einen zweiten Sensor (31), der das Messen der Verschiebungswerte der zweiten Kontakttaste (25) erlaubt; dadurch gekennzeichnet, dass besagte erste Kontakttaste (25) derart angepasst ist, dass ihre Translationsrichtung senkrecht zu besagter Rotationsachse X-X' des Hauptkörpers (1) ist, besagte zweite Kontakttaste (25) derart angepasst ist, dass ihre Translationsrichtung parallel zu besagter Rotationsachse X-X' des Hauptkörpers (1) ist und dass der Teil (26) des Hauptkörpers (1) derart angepasst ist, dass er auf das freie äußere Ende der zweiten Kontakttaste (25) einwirkt, um bei einer Rotationsbewegung des Hauptkörpers (1) letzterer ihre Translationsverschiebung im Halterungsstück (2) gemäß einer zu der der Verschiebung der ersten Kontakttaste (5) senkrechten Richtung zu erlauben:

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein erstes Element umfasst, das eine Umsteuerungsknagge (13) umfasst, die im Hauptkörper (1) untergebracht ist und sich gleichzeitig mit der ersten Kontakttaste (5) in Translation derart verschieben kann, dass sie einen steifen Stift (14) verschiebt, der im Hauptkörper (1) gemäß einer senkrechten Richtung zur Verschiebungsrichtung der ersten Kontakttaste (5) untergebracht ist und dass der erste Sensor (19) das Messen der Verschiebungswerte des steifen Stiftes (14) erlaubt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte, mit dem Hauptkörper (1) fest verbundene Teil ein zweites Element ist, das eine Umsteuerungsknagge (26) bildet, die derart angeordnet ist, dass sie eine Rotation des Hauptkörpers (1) in eine Translation der zweiten Kontakttaste (25) umwandelt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Umformungsknagge (13) bildende erste Element fest mit dem äußeren Ende der ersten Kontakttaste (5) gegenüber seinem freien äußeren Ende, das den Gegenstand (P) kontaktieren soll fest verbunden ist, und die erste Kontakttaste (5) von im Hauptkörper (1) untergebrachten elastischen Rückholmitteln (7, 9) in einer Ruheposition (5) gehalten wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Rückholmittel eine erste Rückholfeder (7) umfassen, die koaxial auf einem inneren Teil des Hauptkörpers (1) der ersten Kontakttaste (5) angebracht ist, wobei sie gegen einen mit dem Hauptkörper (1) fest verbundenen Teil und eine mit dem inneren Teil des zu dieser senkrechten Stiftes fest verbundenen Platte (8) und eine zweite Rückholfeder (9), die koaxial gegenüber der ersten Rückholfeder (7) ist und auf das erste eine Knagge (13) bildende Element eine Rückstellkraft bildet, die der entgegengesetzt ist, die auf dieses von der ersten Rückholfeder (7) ausgeübt wird, um die erste Kontakttaste (5) in ihrer Ruheposition zu halten, aufliegt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rückholfeder (9) koaxial auf einem zum Hauptkörper (1) internen Stift (10) angebracht ist, wobei er zwischen einem festen Teil dieses Körpers und einer Außenplatte (12) des zu dieser senkrechten, internen Stiftes aufliegt, wobei besagte Platte (12) auf dem ersten eine Knagge bildenden Element (13) aufliegt.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der durch das eine Umsteuerungsknagge (13) bildende erste Element verschiebbare steife Stift (14) auf der Knaggenoberfläche derselben (13a) durch eine in Rotation am äußeren Ende dieses Stiftes angebrachte Rolle (16) in Kontakt ist, und die zweite Kontakttaste (25) auf der Knaggenoberfläche (26a) des zweiten eine Umsteuerungsknagge (26) bildenden Elements durch eine in Rotation am freien äußeren Ende der zweiten Kontakttaste (25) angebrachten Rolle (27) aufliegt.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontakttaste (25) durch eine Feder (28) aufliegend gehalten wird, die im Halterungsstück (2) koaxial auf einem inneren Teil des Stiftes der zweiten Kontakttaste (25) und aufliegend zwischen einem mit dem Halterungsstück (2) fest verbundenen Teil und einer mit dem Teil des senkrecht zu diesem fest verbundenen Platte (29).

9. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kontakttaste (5, 25) gleitend jeweils in den Führungsmitteln mit Kugeln (6, 30) angebracht sind.

10. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsmittel der Rotation des Hauptkörpers (1) im Verhältnis zum Halterungsstück (2) einen mit dem Hauptkörper (1) fest verbundenen Teil (22) umfassen, der aus diesem hervorsteht und zwischen zwei beabstandeten, mit dem Halterungsstück (2) fest verbundenen Anschlägen (23) angeordnet ist, und dass die zwei Federn (24) auf der einen und der anderen Seite des hervorstehenden Teils (22) vorgesehen sind, um den Hauptkörper (1) in eine mittlere Ruheposition zwischen den zwei Begrenzungsanschlägen (23) zurückzuholen.

11. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (1) in allgemeiner zylindrischer Form ist und im Verhältnis zum Halterungsstück (2) um seine Längsachse drehen kann und die erste Kontakttaste (5) eine zum Beispiel durch Aufschrauben auf ihrem Stift aufgesetzte Tastenspitze (5a) umfasst.

12. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungsstück (2) an einem Arm (4) eines zum Zusammenbauen zweier Gegenstände eingesetzten Roboters befestigt ist, wie zum Beispiel einer Windschutzscheibe (P) in der Rahmenöffnung der entsprechenden Windschutzscheibe eines den anderen Gegenstand bildenden Kraftfahrzeugs.

13. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei vorgenannten Sensoren (19, 31) vom digitalen Typ sind.

14. Automatisches Verfahren zum Zusammenbau von zwei Gegenständen durch einen mit einem Greifwerkzeug (PL) eines Gegenstandes (P) versehenen Roboter, um ihn zusammenzubauen und an einem sich am Posten für den Zusammenbau befindenden anderen Gegenstand V) zu befestigen, darin bestehend, dass der an einem festen Punkt auf einer Vorrichtung zum Zentrieren zentrierte Gegenstand (P) vom Greifwerkzeug (PL) ergriffen wird; der Roboter gemäß einer zuvor definierten festen Bahn gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Greifwerkzeug wenigstens zwei Vorrichtungen umfasst, die Sensoren bilden, die jeder in einem der Ansprüche 1 bis 13 definiert werden, derart, dass beim Steuern des Roboters gemäß der festen Bahn die Kontakttasten (5) der zwei Sensoren bildenden Vorrichtungen (A, B, C, D) jeweils mit zwei verschiedenen Stellen in Kontakt gebracht werden, die vom anderen Gegenstand (V) bestimmt werden, um Positionsmesssignale des Greifwerkzeugs (PL) des Roboters im Verhältnis zum anderen Gegenstand (V) in den orthogonalen Richtungen (X, Y, Z) des Raums zu liefern; und dass es ebenfalls darin besteht, die Messsignale durch einen Rechner aufzunehmen, der geeignet ist, ausgehend von diesen die Positionsverschiebungswerte des Greifwerkzeugs (PL) des Roboters im Verhältnis zu den Referenzwerten zu berechnen; Übertragung dieser Verschiebungswerte des Roboters zur Neupositionierung desselben im Verhältnis zum anderen Gegenstand (V); und Steuerung des Roboters, damit sein Greifwerkzeug (PL) den Gegenstand zusammenbaut und präzise am anderen Gegenstand befestigt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, vier Vorrichtungen einzusetzen, die vom Greifwerkzeug (PL) getragene identische Sensoren (A-D) bilden, um acht Positionsmesssignale des Greifwerks zu liefern, die es erlauben, die sechs Stufen der Bewegungsfreiheit des Gegenstandes (P) im Raum im Verhältnis zum anderen Gegenstand (V) zu korrigieren.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, nach dem der vorgenannte Gegenstand eine Windschutzscheibe (P) und der andere Gegenstand ein Kraftfahrzeug (V) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannte relative Positionierungsstufe des Greifwerkzeugs (PL) des Roboters zunächst in der Positionierung des Greifwerkzeugs besteht, wenn die Positionierungstoleranz des Fahrzeugs groß, zum Beispiel größer als 15 mm, ist und im Heranbringen der Kontakttasten (5) der Sensoren (A-D) bildenden Vorrichtungen zum Kontaktieren der Ränder der Öffnung des Rahmens der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, um Positionsmesssignale des Greifwerks im Verhältnis zur Öffnung des Rahmens der Windschutzscheibe in den Richtungen (X, Y und Z) zu liefern; der Neupositionierung des Roboters, indem ihm die vom vorgenannten Rechner berechneten Positionsverschiebungswerte dieses Werkzeugs übertragen werden; und in der anschließenden präzisen Positionierung des Greifwerkzeugs im Verhältnis zur Öffnung des Windschutzscheibenrahmens durch Heranbringen der Kontakttasten (5) der Sensoren bildenden Vorrichtungen in Kontakt mit dem Boden des Anschlags (f) der besagten Öffnung zur erneuten Neupositionierung des Greifwerkzeugs (PL) ausgehend von den Verschiebungswerten der Positionen desselben, die vom Rechner ausgehend von den durch die Sensoren (A-D) bildenden Vorrichtungen gelieferten Messsignalwerten berechnet werden.

17. Verfahren gemäß des zusammen mit Anspruch 15 betrachteten Anspruchs 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwei (A, B) Sensoren (A-D) bildende Vorrichtungen dazu bestimmt sind, eine Messung auf dem oberen oder unteren Rand der Öffnung des Windschutzscheibenrahmens durchzuführen, während die zwei anderen Sensoren (C-D) bildenden Vorrichtungen dazu bestimmt sind, eine Messung auf den zwei jeweils dem rechten und dem linken Höhenschenkel dieser Öffnung durchzuführen.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (A-D) bildenden Vorrichtungen symmetrisch zur Achse der Windschutzscheibe (P) auf dem Greifwerkzeug angebracht sind.

19. Verfahren gemäß Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (A-D) bildenden Vorrichtungen vom digitalen Typ sind und elektrisch untereinander und mit dem Rechner bevorzugt durch ein Netz in Form einer Serienverbindung vom Typ RS 485 verbunden sind.