-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage und/oder Lageorientierung eines Bauteils oder einer Bauteilanordnung mittels eines Roboters nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Die Überprüfung der Orientierung sowohl von einzelnen Bauteilen als auch der relativen Orientierung von Bauteilen in einer Baugruppe zueinander mittels eines Roboters ist aus der Endkontrolle von Fertigungsprozessen bekannt. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der
DE 10 2006 006 246 A1 offenbart. Hierzu werden entsprechende Sensoren, beispielsweise optische, haptische oder akustische Sensoren, von einem Roboter aufgenommen und zur Lagekontrolle der Bauteile benutzt. Solche Verfahren sind sehr aufwändig, da aufgrund der Natur der verwendeten Sensoren zu jedem Prüfprozess auch die momentane Eigenposition des Roboters neu kalibriert werden muss. Die Sensoren selbst sind ebenfalls aufwändig gestaltet und führen daher zu hohen Investitionskosten.
-
Derartige Verfahren zur Bestimmung von Lage oder Lageorientierung von Bauteilen werden daher üblicherweise in spezialisierten Arbeitsstationen durchgeführt und können somit nur zur Endkontrolle oder zur Zwischenkontrolle an vorbestimmten Zwischenstufen eines Fertigungsprozesses eingesetzt werden. Während einzelner Bearbeitungsschritte eines automatisierten Fertigungsprozesses wird dagegen die Kontrolle von Lage oder Lageorientierung von Bauteilen nicht vom Roboter selbst durchgeführt. Hierzu können separate Laserscanner oder dergleichen vorgesehen werden. Gegebenenfalls wird auf eine solche Lagekontrolle komplett verzichtet, in dem die Positionen einzelner Bauteile - beispielsweise zu montierender Bauteile - auf mechanische Weise fest vorgegeben werden, so dass die Lage immer bekannt ist und ein Roboter, der solche Teile ergreifen soll, nach einem festen Programm arbeiten kann. Bei einem solchen Verzicht auf Lagekontrollmaßnahmen während der einzelnen Fertigungsschritte kann es jedoch durch Fehlorientierungen von Bauteilen zu Fehlern kommen, die im weiteren Verlauf der Fertigung erst bei der Endkontrolle entdeckt werden. Die Korrektur derartiger Fehler führt daher zu hohen Kosten und einem hohen Zusatzaufwand.
-
Aus der
DE 38 07 488 C1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage eines Bauteils mittels einer Prüfeinrichtung bekannt, bei welchem eine auf einen Manipulator der Prüfeinrichtung wirkende Kraft gemessen sowie eine Position des Manipulators erfasst wird, wobei dieser über einen vorgegebenen Weg entlang wenigstens einer Soll-Kontur des Bauteils bewegt wird, und wobei mittels der gemessenen Kraft eine der jeweiligen Sollkontur zugeordnete Ist-Kontur des Bauteils bestimmt wird.
-
Aus der
DE 40 41 912 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kontur von Gläserringen von Brillenfassungen, mit einem Tastfinger, der an dem Gläserring oder an der äußeren Begrenzung der Fassung anliegt, einem Positionssensor, der die Lage des Tastfingers in Abhängigkeit von der Relativdrehung zwischen Gläserring und Tastfinger erfasst, und einer Auswerte- und Steuereinheit, an der das Ausgangssignal des Positionssensors anliegt, und die aus diesem Signal die Kontur des Gläserrings bestimmt.
-
Aus der
DE 10 2009 038 275 A1 ist eine Montagevorrichtung zum Einsetzen eines von einem Roboter gehaltenen einzusetzenden Werkstücks in ein auszurüstendes Werkstück mittels Kraftsteuerung bekannt, wobei eine Stellung des einzusetzenden Werkstücks in einer kurzen Zeitspanne geeignet eingestellt werden kann, so dass das einzusetzende Werkstück in das auszurüstende Werkstück eingepasst werden kann.
-
Weitere Verfahren zum Bestimmen einer Lage und/oder Lageorientierung eines Bauteils oder einer Bauteilanordnung mittels eines Roboters sind auch aus der
JP S62-145 305 A und der
JP S61 - 208 514 A bekannt.
-
Aus der
US 4 477 978 A ist schließlich eine Vorrichtung zum automatischen Vermessen eines Werkstücks auf einer Produktionslinie bekannt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen einer Lage und/oder Lageorientierung eines Bauteils oder einer Bauteilanordnung bereitzustellen, welches besonders schnell und einfach durchführbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Bei einem solchen Verfahren zum Bestimmen einer Lage und/oder Lageorientierung eines Bauteils oder einer Bauteilanordnung mittels eines Roboters wird eine auf einen Manipulator des Roboters wirkende Kraft gemessen sowie eine Position des Manipulators und/oder ein vom Manipulator zurückgelegter Weg erfasst. Die eigentliche Positionsbestimmung erfolgt erfindungsgemäß durch Bewegung des Manipulators über einen vorgegebenen Weg entlang wenigstens einer Soll-Kontur des Bauteils oder der Bauteilanordnung. Während dieser Bewegung wird mittels der am Manipulator gemessenen Kraft eine der jeweiligen Soll-Kontur zugeordnete Ist-Kontur des Bauteils oder der Bauteilanordnung bestimmt. Zweckmäßigerweise ist der Kraftsensor des Roboters direkt im Manipulator integriert, so dass mit einem solchen Roboter auch andere Aufgaben erfüllt werden können.
-
Während des Abfahrens des vorgegebenen Wegs entlang der Soll-Kontur befindet sich der Manipulator, sofern die Soll-Kontur der Ist-Kontur entspricht, zweckmäßigerweise immer in Anlage am Bauteil. Weicht die Ist-Kontur von der Soll-Kontur ab, entspricht die tatsächliche Lage des Bauteils also nicht der gewünschten Lage, so löst sich der Manipulator entweder vom Bauteil ab, so dass die am Manipulator gemessene Kraft auf Null fällt oder der Manipulator wird stärker gegen das Bauteil gepresst, so dass sich die gemessene Kraft erhöht. Aus diesen gemessenen Kräften können dann ohne weiteres Rückschlüsse auf die tatsächliche Lage und/oder Lageorientierung des Bauteils oder der Bauteilanordnung gezogen werden.
-
Alternativ kann in der Programmierung des Manipulators vorgesehen werden, dass der Manipulator bei einer Abweichung von der Soll-Kontur an der Ist-Kontur entlang ausweicht, so dass die tatsächlich gemessene Kraft immer gleich bleibt. Dann würden Abweichungen von der Soll-Kontur über die Positionsmessung des Manipulators detektiert werden.
-
Da keine zusätzlichen Mittel zum Bestimmen der Lage, wie beispielsweise Laserscanner oder dergleichen, notwendig sind, kann das Verfahren von jedem in eine automatisierte Fertigungslinie integrierten Roboter durchgeführt werden. Das Verfahren ist daher nicht nur zur Endkontrolle von Fertigungsvorgängen einsetzbar, sondern kann während jedes einzelnen Fertigungsschrittes zur stufenweise Überprüfung und Überwachung des Fertigungsprozesses eingesetzt werden. Neben einer Lagekontrolle von bereits eingebauten Teilen ist selbstverständlich auch das Auffinden von zu ergreifenden Teilen oder dergleichen mittels eines solchen Verfahrens möglich.
-
Erfindungsgemäß erfolgt die Bestimmung der Ist-Kontur auch nach der Montage eines Bauteils in einer Bauteilanordnung mittels des Manipulators. Der gleiche Roboter, mit welchem die Montage des Bauteils in der Bauteilanordnung erfolgt, führt hier also in unmittelbarem Anschluss an die Montageschritte eine Kontrolle durch, ob seine Montage erfolgreich durchgeführt wurde. Ist dies nicht der Fall, wird die Bauteilanordnung wiederum aus der Fertigungslinie ausgeschleust. Verläuft der Test erfolgreich, so kann der nächste Montageschritt entweder vom gleichen Roboter durchgeführt werden oder die Bauteilanordnung innerhalb einer Fertigungslinie zur nächsten Arbeitsstation weiter bewegt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch einen Vergleich zwischen der Ist-Kontur und der Soll-Kontur das Vorhandensein wenigstens eines Bauteils innerhalb der Bauteilanordnung bestimmt. Beispielsweise kann der Roboter feststellen, ob ein im vorherigen Fertigungsschritt einzufügendes Bauteil tatsächlich in seiner Solllage eingefügt wurde. Ist dies nicht der Fall, kann die dergestalt fehlmontierte Bauteilanordnung aus der Fertigungslinie ausgeschleust und gegebenenfalls manuell korrigiert werden. Ist das Bauteil in der gewünschten Lage vorhanden, so kann der Roboter mit der Fertigung fortfahren.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Bestimmung der Ist-Kontur auch vor dem Ergreifen eines Bauteils aus einer Bauteilanordnung mittels des Manipulators durchgeführt werden. Die so bestimmte Lage oder Lageorientierung des Bauteils kann dem Roboter als Anhaltspunkt dienen, in welchem Winkel, aus welcher Richtung und an welcher Position das Bauteil ergriffen werden muss, so dass es in der Folge korrekt weiter verarbeitet werden kann. Dies kann sowohl das Aufnehmen von Bauteilen aus Fördereinrichtungen, mittels welchen die Bauteile bereitgestellt werden, als auch die Aufnahme von Bauteilen aus vormontierten Baugruppen zum Zweck ihrer Demontage betreffen.
-
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 einen Schnitt durch einen Wellenkörper für ein Automatikgetriebe mit montierten O-Ringen und Nadellagern;
- 2A, 2B einen Manipulator eines Roboters beim korrekten und nicht korrekten Ergreifen von Nadellagerkränzen zur Montage auf einen Wellenkörper gemäß 1;
- 3A einen Ausschnitt eines Montagebereichs für einen Nadelkranz an einem Wellenkörper gemäß 1;
- 3B der Wellenkörper gemäß 1 in perspektivischer Darstellung; und
- 3C die Nadelkränze zur Montage am Wellenkörper gemäß 1 vor ihrer Montage.
-
An einem Wellenkörper 10 für ein Automatikgetriebe eines Kraftwagens werden mittels eines Roboters eine Mehrzahl von O-Ringen 12 sowie ein Nadellager 14 montiert. Die O-Ringe werden dabei mittels des Roboters unter Zuhilfenahme einer Hülse auf den Wellenkörper 10 aufgeschoben, bis sie in den zugeordneten Nuten 16 zu liegen kommen. Unmittelbar nach der Montage der O-Ringe 12 wird durch den gleichen Roboter überprüft, ob die Montagelage der O-Ringe 12 korrekt ist. Hierzu wird mit dem Manipulator des Roboters die Außenkontur 18 des Wellenkörpers 10 abgefahren. Der Manipulator des Roboters verfügt über einen Kraftsensor, mittels welchem auf den Manipulator wirkende Kräfte bestimmt werden können.
-
Der Manipulator folgt nun einer vorgegebenen Soll-Kontur. Weicht die tatsächliche Kontur des Wellenkörpers 10 von dieser Soll-Kontur ab, so muss gleichzeitig die Kraft, die auf den Manipulator wirkt, von einer vorgegebenen Soll-Kraftkurve abweichen, da der Manipulator bei einer solchen Abweichung entweder nicht mehr in Anlage an dem Wellenkörper 10 kommt oder stärker an diesen angepresst wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn einer der O-Ringe 12 nicht in der zugehörigen Nut 16 montiert wurde.
-
Durch Abfahren der vorgegebenen Soll-Kontur mittels des Manipulators kann dabei entweder festgestellt werden, dass eine Nut 16 leer ist, also ein O-Ring überhaupt nicht montiert wurde, oder dass in einem Zwischenbereich 20 zwischen den Nuten 16 ein O-Ring zu liegen kommt, der nicht in die zugeordnete Nut 16 eingesetzt wurde. Bei einer solchen Abweichung kann der Wellenkörper 10 aus der Fertigungslinie entnommen und gegebenenfalls manuell nachbearbeitet werden.
-
Auch die Nadellagerkränze 14 werden in eine zugeordnete Ausnehmung 22 des Wellenkörpers 10 montiert. Hierzu werden zunächst, wie in 2A dargestellt zwei Nadellagerkränze 14 von einer Transportunterlage 24 durch den Manipulator 28 des Roboters ergriffen. Auch hier kann die Kraftrückmeldung aus dem Manipulator 28 dazu dienen, das korrekte Ergreifen der Nadellagerkränze 14 zu kontrollieren.
-
2A zeigt hierbei die korrekte Situation. Zwei übereinander gestapelte Nadellagerkränze 14 werden ergriffen, wobei ein erster Arm 30 des Manipulators in Anlage an eine Oberkante 32 des oberen Nadellagerkranzes 14 kommt. Ein Fortsatz 34 des Manipulators 28 wird in einen inneren Hohlraum der Nadellagerkränze 14 eingeschoben, berührt die Transportunterlage 24 jedoch nicht.
-
2B zeigt eine inkorrekte Situation, in welcher auf der Transportunterlage 24 nur ein Nadellagerkranz 14 bereitgestellt ist. Der Arm 30 des Manipulators 28 kommt hier nicht in Anlage an die Oberkante 32 des Nadellagerkranzes 14, der Fortsatz 34 berührt jedoch die Transportunterlage 24. Dies kann mittels des Kraftsensors festgestellt werden, so dass der Roboter den Versuch, den Nadellagerkranz 14 zu greifen, aufgibt und eine andere Position auf der Transportunterlage 24 anfährt, um dort korrekt aufgestapelte Nadellagerkränze 14 aufzunehmen.
-
Wie 3C zeigt, sind die Nadellagerkränze 14 an einer Stelle 36 geöffnet. Die aufgenommenen Nadellagerkränze 14 können daher mittels des Roboters aufgebogen und im aufgebogenen Zustand auf den Wellenkörper 10 aufgeschoben werden, bis sie in der Ausnehmung 22 zu liegen kommen. Die Nadellagerkränze 14 werden dann vom Roboter freigegeben und schnappen zu, wobei sie ihre Solllage einnehmen. Auch dies kann mittels des Kraftsensors im Manipulator 28 des Roboters überprüft werden. Nach dem Freigeben und Zuschnappen der Nadellagerkränze 14 wird die Oberfläche 18 des Wellenkörpers 10 im Bereich der Nadellagerkränze 14 durch den Manipulator wiederum abgefahren, wobei der Manipulator, wie bereits geschildert einer Soll-Kontur folgt und die auf den Manipulator wirkende Kraft aufgenommen und registriert wird. Bei Abweichungen von einem Soll-Verlauf können auch hier wieder Kraftabweichungen festgestellt werden, so dass der Wellenkörper 10 aus der Fertigungslinie ausgeschleust und manuell korrigiert werden kann.