DE60121941T2 - Herstellungsverfahren und herstellungsanlage - Google Patents

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Description

  • Technisches Feld
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Montieren bzw. Zusammenfügen, in einem Montagewerk mit mindestens einem Industrieroboter, eines Fahrzeugaufbaus oder zumindest eines Teils davon, wobei die Aufbaukomponenten zur Bildung des Fahrzeugaufbaus oder seiner Teile, in vorbestimmten Positionen in Beziehung zueinander gebracht werden, wobei sie zusammengefügt werden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Montagewerk, zum Montieren eines Fahrzeugaufbaus oder mindestens eines Teils davon, auf der Basis einer Anzahl von Aufbaukomponenten und umfasst eine Anzahl von Manipulatoren, und ein Steuerungssystem, welches mindestens ein Programmmodul, mit einer Vielzahl von Prozessoren enthält, welche eingerichtet sind, die Bewegungen der Manipulatoren, auf der Basis eines Computerprogramms zu steuern, wobei die Manipulatoren Mittel zum Verschieben von Aufbaukomponenten, zum Positionieren und Fixieren und Zusammenfügen einschließen.
  • Hintergrund
  • Bei der Montage von Fahrzeugkörpern gemäß dem Stand der Technik, wird von einer großen Anzahl von Einbauten Gebrauch gemacht, bei denen die Komponenten oft mittels Industrierobotern zusammengefügt werden, wonach die Aufbaukomponenten, die in den Einbauten angeordnet sind, mittels Verschweißung zusammengefügt werden, wobei die Schweißausrüstung von Robotern getragen und manipuliert wird. Es ist normal, dass solche Montagen auf der Basis einer relativ großen Anzahl, oft relativ kleiner Aufbaukomponenten stattfinden, für welche aus diesem Grund eine große Anzahl von Einbauten nötig ist. Diese Einbauten sind gezwungenermaßen modellspezifisch in einer solchen Art und Weise, dass eine Reihe von Einbauten für das Zusammenfügen eines spezifischen Aufbautyps benötigt wird. Als Folge erfordert ein Wechsel des Aufbautyps das Umrüsten der Einbauten, was eine zeitraubende und kostspielige Sache ist.
  • WO-A1-9842477 lehrt eine Vorrichtung zum Schweißen von Fahrzeugkörpern, umfassend hängende Positionierungsroboter, welche zusammenarbeiten mit Schweißrobotern, die sich auf dem Boden befinden. Dies verbessert die Raumausnutzung in einer Roboterzelle. In der Roboterzelle befindet sich eine große Anzahl von modellspezifischen Einbauten, mit zugefügten Aufbaukomponenten. Das einzige, was die Menge von verschiedenen Fahrzeugaufbauten begrenzt, ist die Menge von Lagerplätzen für Fahrzeug-Einbauten und Werkzeug in der Zelle.
  • Übersicht der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, das eingangs genannte Verfahren anzugeben, sodass eine Präzision bei der Montage verbessert wird, dass die Ausfallzeit zwischen dem Wechsel des Aufbautyps im Wesentlichen verkürzt wird und kostspielige Einbauten entfallen.
  • Das Ziel, welches die Basis für die vorliegende Erfindung bildet, wird erreicht, wenn das Verfahren die charakterisierenden Merkmale, die in dem beigefügten Anspruch 1 offenbart sind, beinhaltet.
  • Durch die Benutzung von Schweißvorrichtungen, welche "auf einer Seite" Kopplungsteile zum positionierungsgemäßen Fixieren und Verbinden mit der Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung aufweisen, und welche "auf der anderen Seite" Greifelemente für das Greifen von Aufbaukomponenten aufweisen, wird der große Vorteil geleistet sein, dass eine große Anzahl von modellspezifischen Einrichtungen vermieden werden.
  • Da ein und derselbe Industrieroboter, für sowohl den Betrieb der Aufnahmevorrichtung, als auch für den Betrieb der Zusammenfügevorrichtung zum Einsatz kommt, wird die Ablaufzeit und gleichzeitig die Anzahl der Maschinenteile reduziert, da die Aufnahmevorrichtung mit einer Aufbaukomponente, während der Zeit, die für das Zusammenfügen benötigt wird, ausgestattet werden kann.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Geschwindigkeit in dem Montageablauf zu erhöhen.
  • Dieses Ziel wird erreicht, wenn dem Verfahren, die charakterisierenden Merkmale, welche in dem beigefügten Anspruch 3 dargelegt sind, gegeben werden.
  • Als ein Ergebnis dieser Merkmale, wird der große Vorteil erreicht, dass verschiedene Aufnahmevorrichtungen simultan, durch ihre entsprechenden Industrieroboter betrieben werden können und dass diese, wenn die Aufnahmevorrichtungen mit neuen Aufbaukomponenten beliefert werden, für das Zusammenfügen zum Einsatz kommen können.
  • Eine weitere Verkürzung der Ablaufzeit für den Montagebetrieb wird erreicht, wenn dem Verfahren auch die charakterisierenden Merkmale, welche in dem beigefügten Anspruch 7 dargelegt sind, gegeben werden.
  • Als ein Ergebnis dieser Merkmale, wird der große Vorteil erreicht, dass der Zusammenfügebetrieb in zwei verschiedene Schritte geteilt werden kann, bei denen der erste Schritt lediglich eine "geometrische Sicherung" des Fahrzeugkörpers in der Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung zur Folge hat, d.h. dass der Zusammenfügebetrieb dort nur soweit vorangeht, dass die Aufbaukomponenten nach der Freigabe nicht der Gefahr von relativen Positionswechseln ausgesetzt sind, während die Schlussphase des Zusammenfügungsbetriebs außerhalb der Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung stattfinden kann.
  • Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nun nachstehend ausführlicher, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den beigefügten Zeichnungen:
  • zeigt die 1 einen Entwurf eines Montagewerkes gemäß der vorliegenden Erfindung, schematisch; und
  • die 2 ist eine perspektivische Sicht einer Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung welche in dem Montagewerk enthalten ist.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend, in Verbindung mit der Montage eines Lastwagenführerhauses beschrieben, aber es wird für einen Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auch bei der Montage irgendeiner Art eines Fahrzeugaufbaus oder zumindest eines Teils davon angewendet werden kann.
  • In dem dargestellten Entwurf umfasst das Montagewerk entsprechend drei verschiedene Montage- oder Arbeitsstationen 1, 2 und 3, welche entlang einer Durchfluß-Richtung 4 angeordnet sind, um die Lastwagenführerhäuser in dem Montageablauf zusammenzufügen. Jede Arbeitsstation schließt entsprechend eine Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung 5, 6 und 7 ein. In der Längsrichtung der Durchflussrichtung 4, erstreckt sich ein Förderband 8 über die gesamte Montagehalle, entlang welcher eine Anzahl von fahrbaren Beförderungsmitteln oder Paletten, sogenannten „skids", in der Durchlaufrichtung 4 gefahren werden können Die Beförderungsmittel sind hoch- und herunter-fahrbar und zur Beförderung in der ersten Stufe vorgesehen, wobei eine Bodenplatte oder ein kompletter Boden für das Lastwagenführerhaus aber schrittweise auch zur Unterstützung des Lastwagenführerhauses montiert wird.
  • Von dem linken Ende des Förderbandes 8 in der Figur, befindet sich ein Rückpfad, zum Zurückholen der Beförderungsmittel zu der Startposition 10.
  • Wie oben zu verstehen ist, erstreckt sich das Förderband 8 durch die verschiedenen Arbeitsstationen 1, 2 und 3, aber auch durch die Positionierungs- und Fixierungsvorrichtungen 5, 6 und 7, welche als Gerüste konstruiert sind, sodass in der ersten Stufe ein kompletter Führerhausboden und danach ein Lastwagenführerhaus in dem Montageprozess durch das Werk entlang der Durchlaufrichtung 4, transportiert werden kann.
  • In jeder Arbeitsstation 1, 2 und 3 ist entsprechend mindestens ein Pfad 12 vorgesehen, entlang welchem mindestens ein Industrieroboter 13, parallel zu der Durchlaufrichtung 4, fahrbar ist. Jeder entsprechende Roboterpfad 12, erstreckt sich zu jeder Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung und so nah zu ihr, dass der Industrieroboter, welcher sich auf dem Roboterpfad bewegt, in Reichweite der Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung gelangt, um verschiedene Operationen darin zu ermöglichen.
  • Es ist aus 1 ersichtlich, dass ein Roboterpfad 12, auf jeder Seite der Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung, mindestens in einigen der verschiedenen Arbeitsstationen 1, 2 und 3, zum Einsatz gelangt. Als ein Ergebnis können zwei Industrieroboter 13, verschiedene Arbeiten simultan, von gegenüberliegenden Seiten aus, an einem Lastwagenführerhaus ausführen, welches montiert wird.
  • Auf der Seite der Roboterpfade, die von der Positionierungs- und Fixierungsvorrichtung 5, 6 und 7 wegzeigen, sind dort eine Anzahl von Startpositionen 14, 15, 16, jeweils für eine dazugehörige Anzahl von Aufnahmevorrichtungen 17, 18, 19, gebildet, wie nachstehend genauer beschrieben wird, und zwar solwohl für die Funktion als auch den Aufbau.
  • Es wird einleuchtend sein, dass in solchen Fällen, bei denen doppelte Roboterpfade 12, in jeder Arbeitsstation zum Einsatz kommen, es auch möglich ist, zwei Reihen von Startpositionen für die Aufnahmevorrichtungen einzusetzen.
  • Die verschiedenen Aufnahmevorrichtungen 17, 18, 19 sind in ihren Startpositionen 14, 15, 16 entsprechend in Positionen angeordnet, welche in das Steuerungssystem, welches zum Steuern des Montagewerkes zum Einsatz kommt, eingegeben sind.
  • Dies bedeutet, dass die Roboter 13 genau „wissen", wo sich die verschiedenen Aufnahmevorrichtungen befinden, wenn sie in ihren Anfangspositionen sind.
  • Die Aufnahmevorrichtungen sind mit Ausrichtungs- und Greifelementen versehen, mittels derer eine Aufbaukomponente in Bezug auf eine Aufnahmevorrichtung genau positioniert und fixiert werden kann. In diesem Fall sollte darauf geachtet werden, dass nur das Platzieren der Ausrichtungs- und Greifelemente direkt an die Aufbaukomponente angepasst ist, die in jeder Aufnahmevorrichtung zu positionieren und zu greifen ist. Davon abgesehen sind die Aufnahmevorrichtungen standardisiert und identisch.
  • Die Aufnahmevorrichtungen weisen jeweils ein Kopplungselement zur Verbindung mit dem Drehtisch an einem Industrieroboter 13 auf. Das Kopplungselement umfasst einerseits rein mechanische Kopplungen, jedoch auch Kopplungen für die Zuführung von Manipulationsmedium zu der Aufnahmevorrichtung, zum Beispiel elektrische Kabel, Pressluftleitungen und ähnliches.
  • Für eine externe Zuführung von Manipulationsmedium ist auch an den verschiedenen Anfangspositionen 14, 15 und 16 für die Aufnahmevorrichtungen gesorgt, so dass bereits in den Anfangspositionen die verschiedenen Aufbaukomponenten in positionsfixierender Weise in jeder entsprechenden Aufnahmevorrichtung ausgerichtet und gegriffen werden können.
  • Die verschiedenen Wagen 9, die entlang dem Förderweg 8 bewegbar sind, zeigen Ausrichtungsvorrichtungen, zum Beispiel in der Form von Führungsflanschen bzw. Führungsstiften, die in die entsprechenden Führungslöcher in den Bodenplatten oder dem Kabinenboden 11 eingreifen. Dies bedeutet, dass ein vollständiger Kabinenboden eines Industrieroboters 20, der entlang einem transversalen Roboterpfad 21 verfahrbar ist, verwendet werden kann, um den Kabinenboden auf einem Wagen 9 zu platzieren, wobei dieser sich in seiner Anfangsposition 10 befindet. Als Ergebnis wird das Platzieren des Kabinenbodens in Bezug auf den Wagen 9 erreicht.
  • Der Kabinenboden 11, der auf dem Wagen 9 ruht, wird entlang dem Förderweg 8 in die erste Arbeitsstation bzw. den ersten Arbeitsplatz 1 entlang der Durchflussrichtung 4 versetzt, wo der Wagen 9 genau bezüglich der Positionierungs- und Fixiervorrichtung 5 positioniert wird, die sich dort befindet. Danach wird der Kabinenboden 11 in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung in die korrekte vertikale Position gehoben.
  • Mindestens ein, aber vorzugsweise mehrere der Industrieroboter 13, die in der ersten Arbeitsstation eingeschlossen sind, können veranlasst werden, eine Aufnahmevorrichtung mit einer darin positionierten und fixierten Aufbaukomponente zu ergreifen und festzuhalten, um danach die Aufnahmevorrichtung und die Komponente in eine Position zum Sichern bzw. Verriegeln der Aufnahmevorrichtung in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung 5 zu bewegen. Zu diesem Zweck weisen die Positionierungs- und Fixiervorrichtung und die Aufnahmevorrichtung gegenseitig ineinander eingreifende Verbindungselemente auf, mittels derer die Aufnahmevorrichtung auf exakte Weise in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung positioniert und fixiert werden kann. Dies hat natürlich auch zur Folge, dass die Aufbaukomponente ebenso in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung exakt positioniert und fixiert wird.
  • Vorzugsweise werden mindestens zwei Aufnahmevorrichtungen in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung gleichzeitig fixiert, eine von jeder Seite des Förderwegs 8.
  • Damit die Aufbaukomponenten nicht Gefahr laufen, in ihrer Position bezüglich der Aufnahmevorrichtungen versetzt bzw. verschoben zu werden oder möglicherweise komplett aus diesen herausfallen, sind Kopplungen in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung angeordnet, um Medien zu den Aufnahmevorrichtungen zu manipulieren, damit diese fortlaufend mit solchen Medien versorgt werden.
  • Nach der Durchführung der vorgenannten Schritte werden die Roboter 13 von ihren jeweiligen Aufnahmevorrichtungen gelöst, wonach die Roboter zu Werkzeugausgaben 22 bewegt werden, wo sie mit Fügevorrichtungen verbunden werden, die, getragen und betätigt von den Industrierobotern, dann zum Zusammenfügen der Aufbaukomponenten verwendet werden, die in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung platziert sind.
  • Sobald das Zusammenfügen des Kabinenbodens 11 und der darauf befindlichen Aufbaukomponenten so weit fortgeschritten ist, dass nach einem Loslösen keine Gefahr mehr besteht, dass diese beidseitigen Positionsänderungen ausgesetzt sind, kann die Anordnung, die aus dem Kabinenboden und den darauf befestigten Aufbaukomponenten besteht, mittels des Wagens 9 und dem Förderweg 8 aus der Positionierungs- und Fixiervorrichtung heraus verlagert werden in eine Fügeposition 23, wo das endgültige Zusammenfügen stattfindet, mit Hilfe eines oder mehrerer weiterer Industrieroboter 13 und von diesen getragenen und betätigten Fügevorrichtungen.
  • Gleichzeitig haben die Industrieroboter, welche die Aufnahmevorrichtungen in den Positionierungs- und Fixiervorrichtungen platziert haben, ihre Fügevorrichtungen in der Werkzeugausgabe 22 hinterlegt und werden danach erneut mit den Aufnahmevorrichtungen verbunden und haben diese an ihre jeweiligen Anfangspositionen 14, 15, 16 zurückgebracht, wo neue Aufbaukomponenten platziert werden.
  • Nach dem endgültigen Zusammenfügen in der ersten Arbeitsstation 1 wird die teilweise montierte Lastwagenkabine entlang der Durchflussrichtung 4 zu der zweiten Arbeitsstation 2 befördert, wo neue Aufnahmevorrichtungen 15, 15' und 15'' mit darin positionsbezogen fixierten und befestigten Aufbaukomponenten in die dort befindliche Positionierungs- und Fixiervorrichtung 6 gehoben werden, woraufhin der Vorgang der ersten Arbeitsstation 1 wiederholt wird.
  • Wenn eine dritte Arbeitsstation 3 mit einer dritten Positionierungs- und Fixiervorrichtung 7 verwendet wird, nach dem endgültigen Zusammenfügen in der zweiten Arbeitsstation 2, wird die teilweise montierte Lastwagenkabine zu der dritten Arbeitsstation befördert, wo der Vorgang wiederholt wird.
  • 2 zeigt perspektivisch ein Beispiel einer Positionierungs- und Fixiervorrichtung. Es ist aus der Figur ersichtlich, dass diese vertikale Säulen 24 umfasst, die paarweise auf beiden Seiten des Förderwegs 8 angeordnet sind. Um die Säulen paarweise zu stabilisieren, sind diese in ihren unteren Bereichen mit Verbindungsstreben 25 verbunden. Die Säulen bilden ein Gerüst bzw. eine Brücke, durch welches sich der Förderweg 8 erstreckt.
  • Die vertikalen Säulen 24 weisen Kopplungselemente 26 zur Zusammenwirkung mit entsprechenden Kopplungselemente an diesen Aufnahmevorrichtungen auf, zum Beispiel 14 und 14', die in den Säulen 24 befestigt werden sollen. Diese Kopplungselemente 26 und die entsprechenden Kopplungselemente in den Aufnahmevorrichtungen 14 und 14' sind unter Einwirkung von geeigneten Manipulatoren oder Servovorrichtungen verfahrbar, die von dem Hauptsteuersystem der Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert werden.
  • Wie zuvor erwähnt wurde, weisen die verschiedenen Aufnahmevorrichtungen Kopplungselemente 27 zur Verbindung mit den Industrierobotern 13 auf, die zum Bewegen bzw. Manövrieren der Aufnahmevorrichtungen verwendet werden. Wie außerdem zuvor erwähnt wurde, weisen diese Kopplungselemente 27 einerseits mechanische Kopplungen und andererseits Kopplungen für Manipulationsmedien auf.
  • Die Aufnahmevorrichtungen 14, 14' weisen weiter Ausrichtungsvorrichtungen 28 und Greifelemente 29 auf, mittels derer Aufbaukomponenten auf exakt positionierte Weise ergriffen und in den Aufnahmevorrichtungen gehalten werden können. Diese Ausrichtungsvorrichtungen und Greifelemente sind so angeordnet, dass sie zu einer einzelnen Aufbaukomponente passen. Zumindest die Greifelemente 29 können unter Einwirkung von Manipulatoren manipuliert werden, die mit einer Betriebs- oder Manipulationsmedienzufuhr verbunden sind, entweder über den Industrieroboter 13, über die Betriebs- und Manipulationsmedienzufuhr der Positionierungs- und Fixiervorrichtung oder über eine externe Betriebs- und Manipulationsmedienzufuhr in jeder entsprechenden Anfangsposition 14, 14'. Diese Manipulatoren werden ebenfalls von dem Steuersystem der Montageanlage gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Montieren eines Fahrzeugaufbaus oder mindestens eines Teils davon in einem Montagewerk mit mindestens einem Industrieroboter, wobei die Fahrzeugaufbau-Komponenten, zur Bildung des Fahrzeugaufbaus oder seiner Teile, in vorbestimmte Positionen in Beziehung zueinander gebracht werden, wobei sie zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Aufbaukomponente in einer ersten Aufnahmevorrichtung (17, 18, 19) platziert, positioniert und fixiert wird; dass die Aufnahmevorrichtung mit der ersten Aufbaukomponente von einem ersten Industrieroboter (13) in eine stationäre Positionierungs- und Fixiervorrichtung (5 bzw. 6 bzw. 7) bewegt und positioniert und fixiert in Beziehung dazu wird; dass eine weitere Aufbaukomponente (11) zu der Positionierungs- und Fixiervorrichtung bewegt und positioniert und fixiert in Beziehung dazu wird; und dass die erste und weitere Aufbaukomponenten zusammengefügt werden, mindestens zu dem Maß, dass sie nach der Freigabe nicht Gefahr einer gegenseitigen Positionsversetzung laufen, mittels einer Zusammenfügevorrichtung, die von dem ersten oder möglicherweise von einem weiteren Industrieroboter (13) getragen und betätigt wird, so dass ein und derselbe Industrieroboter (13) sowohl zum Handhabung der Aufnahmevorrichtung (17, 18, 19) als auch zur Handhabung der Zusammenfügevorrichtung eingesetzt werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Industrieroboter (13) von der ersten Aufnahmevorrichtung (17) freigegeben wird, wenn diese in Beziehung auf die Positionierungs- und Fixiervorrichtung (5) positionsgemäß fixiert worden ist, um dann die Zusammenfügevorrichtung zu tragen und zu betätigen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Industrieroboter (13) nach dem Zusammenfügen der Aufbaukomponenten wieder mit der ersten Aufnahmevorrichtung (17) verbunden wird, um die Aufnahmevorrichtung in eine Startposition (14) zurückzuführen, in der eine Aufbaukomponente wieder in Beziehung auf die Aufnahmevorrichtung positioniert und fixiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aufbaukomponenten, nach ihrem Zusammenfügen, von der Positionierungs- und Fixiervorrichtung (5) zum zusätzlichen Fügen versetzen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Aufbaukomponenten, nach dem Zusammenfügen und möglichem zusätzlichem Fügen, in eine zweite Positionierungs- und Fixiervorrichtung (6 bzw. 7) versetzen und positioniert und fixiert in Beziehung dazu werden; wobei diese eine oder mehrere zusätzliche Aufnahmevorrichtung (18 bzw. 19) mit zusätzlichen, darin positionierten und fixierten Aufbaukomponente in Beziehung zu der Positionierungs- und Fixiervorrichtung positioniert und fixiert werden; und dass diese zusätzlichen Aufbaukomponenten mit den vorher gefügten Aufbaukomponente zusammengefügt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Positionierungs- und Fixiervorrichtung dazu gebracht wird, Mittel zum Betätigen von Medien zu der Aufnahmevorrichtung zu umfassen, so dass diese fortlaufend mit solchen Medien beliefert werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die weitere Aufbaukomponente (11) in der Positionierungs- und Fixiervorrichtung (5) vor der ersten Aufnahmevorrichtung (17) positionsgemäß fixiert wird.
  8. Computerprogramm, das Instruktionen für ein Programmmodul mit einer Vielzahl von Prozessoren zum Betreiben einer Anzahl von Manipulatoren enthält, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Computerprogramm nach Anspruch 8, das mindestens teilweise durch Vermittlung eines Netzes, wie Internet bereitgestellt wird.
  10. Computer-lesbares Medium, das ein Computerprogramm mit Instruktionen zum Betreiben einer Anzahl von Prozessoren enthält, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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