DE102011115834A1

DE102011115834A1 - Verfahren zum Justieren einer Haltevorrichtung und System zum Bearbeiten von Werkstücken

Info

Publication number: DE102011115834A1
Application number: DE102011115834A
Authority: DE
Inventors: Josef Maier; Christoph Olaineck
Original assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, vorgeschlagen, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Haltevorrichtung in einer Arbeitsposition vorpositioniert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ist-Position einer Haltefläche der Haltevorrichtung vermessen wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt die gemessene Ist-Position mit einer Soll-Position verglichen wird und wobei in einem vierten Verfahrensschritt zur Positionsjustierung die Haltefläche mit einem Bearbeitungswerkzeug in Abhängigkeit einer im dritten Verfahrensschritt festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position bearbeitet wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien. Ferner geht die vorliegende Erfindung aus von einem System zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien.
Es ist bekannt, dass Teile von Kraftfahrzeugkarosserien in Schweiß- und Montagestraßen bearbeitet, insbesondere geschweißt und gefügt, werden. Die Werkstücke werden hierbei in eine Mehrzahl von Haltevorrichtungen in Form von Spannvorrichtungen eingespannt und anschließend durch Verschweißen mittels eines Industrieroboters gefügt. Die Spannstellen der Spannvorrichtungen und insbesondere die Anordnung der Spannvorrichtungen werden dabei speziell an die Geometrie und Kontur der zu bearbeitenden Werkstücke angepasst. Üblicherweise weisen die Spannvorrichtungen zwei Spannbacken auf, zwischen welchen das Werkstück eingespannt wird, um das Werkstück oder die Werkstücke zum Fügen bzw. Schweißen in einer wohldefinierten Position zu fixieren. Zur Erzielung eines möglichst hochwertigen und präzise gearbeiteten Endprodukts, insbesondere einer Kraftfahrzeugkarosserie, ist eine sehr genaue Positionierung und Ausrichtung der Spannvorrichtungen beim initialen Aufbau der Schweiß- und/oder Montagestraße notwendig. Die Spannvorrichtungen sind üblicherweise aus hochpräzise gefertigten Konsolen und Konturstücken zusammengebaut, die auf einem als Grundplatte ausgebildeten Grundkörper befestigt sind. Aufgrund der Fertigungstoleranzen der Einzelelemente können Spannvorrichtungen und Spannstellen jedoch nie exakt der Vorgabe, insbesondere der vorgegebenen CAD-Daten, entsprechen. Beim Zusammenbau der Einzelteile addieren sich die Fertigungstoleranzen vielmehr auf. Zusätzlich entstehen ferner Geometrieabweichungen durch den Zusammenbau der Einzelteile. Um die exakte Soll-Position für jede einzelne Spannstelle zu erreichen, werden die Spannflächen der Spannvorrichtungen manuell vermessen und mittels austauschbarer Abstimmplättchen justiert. Die Positionskorrektur erfolgt also über die Dickenänderung diskreter Abstimmplättchen, welche jeweils zwischen den Konturstücken und der Konsole angeordnet sind
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung vorzuschlagen, welches im Vergleich zum Stand der Technik eine präzisere und flexiblere Ausrichtung der Halteflächen der Haltevorrichtungen erlaubt und darüber hinaus schneller und weniger aufwändig durchzuführen ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein System zum Bearbeiten von Werkstücken bereitzustellen, dessen Haltevorrichtungen präziser, flexibler, schneller und einfacher zu justieren sind.
Gelöst wird diese Aufgabe mit Verfahren zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Haltevorrichtung in einer Arbeitsposition vorpositioniert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ist-Position einer Haltefläche der Haltevorrichtung vermessen wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt die gemessene Ist-Position mit einer Soll-Position verglichen wird und wobei in einem vierten Verfahrensschritt zur Positionsjustierung die Haltefläche mit einem Bearbeitungswerkzeug in Abhängigkeit einer im dritten Verfahrensschritt festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position bearbeitet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass in der Arbeitsposition der Haltevorrichtung die korrekt positionierte Haltefläche automatisiert durch eine Bearbeitung mit dem Bearbeitungswerkzeug erzeugt wird. Im Vergleich zum Stand der Technik ist somit keine von Hand durchzuführende Justierung notwendig. Die Justierung der Haltevorrichtung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine Bearbeitung der Haltefläche erzielt. Zur Einstellung der gewünschten Position und/oder Ausrichtung der Haltefläche (zusammen als Soll-Position bezeichnet) wird Material von der Haltefläche solange entweder abgetragen oder aufgetragen bis Ist-Position der Soll-Position entspricht. Hierzu wird vorzugsweise im vierten Verfahrensschritt mittels des Bearbeitungswerkzeugs Material von der Haltefläche, vorzugsweise durch Fräsen, Schleifen, Sägen und/oder Laserabtragen, abgetragen. Das Bearbeitungswerkzeug umfasst somit vorzugsweise ein Fräswerkzeug, ein Schleifwerkzeug, eine Säge und/oder einen Laser. Denkbar ist aber alternativ auch, dass Material auf die Haltefläche, vorzugsweise mittels Laserauftragen, Schweißen, Löten, Kleben und/oder Aufdrucken, aufgetragen wird. Insbesondere wird mittels des Fräsvorgangs eine komplett aufgebaute Anordnung von Haltevorrichtungen in einfacher und zeitsparender Weise auf vorbestimmte Soll-Positionen gebracht und hierdurch Toleranzen kompensiert, die sich aus Fertigungs- und Aufbauunsicherheiten ergeben. Alternativ ist denkbar, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren Teil eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung der Haltevorrichtung oder eines Systems aus mehreren Haltevorrichtungen ist, wobei mittels des Justierverfahren die gewünschte Soll-Geometrie im Bereich der Halteflächen erstellt wird. In vorteilhafter Weise wird die Haltevorrichtung insbesondere nicht durch einen Austausch diskreter Abstimmplättchen justiert, sondern die Haltefläche selbst wird direkt in die korrekte Position gebracht. Die Justierung ist somit wesentlich flexibler und präziser. Insbesondere sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik auch kleinste Abweichungen automatisiert korrigierbar. Ferner sind darüber hinaus auch Abweichungen in der Ausrichtung der Haltefläche zu kompensieren. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Justierung der wenigstens einen Haltevorrichtung vollautomatisch und somit vergleichsweise zeitsparend und kostengünstig durchführbar ist. Eine vollautomatische Erfassung der Positionen der Halteflächen während des Justiervorgangs ermöglicht zudem einen permanenten Abgleich mit den entsprechenden dreidimensionalen CAD-Daten für das zu bearbeitende Werkstück. Ferner ist eine genaue elektronische Protokollierung der Justierung, beispielsweise zu Qualitätssicherungszwecken, einfach zu implementieren. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden insbesondere solche Haltevorrichtungen verwendet, die vergleichsweise viel Material und insbesondere gegenüber der Soll-Positionierung zu viel Material im Bereich der Haltefläche aufweisen, so dass durch ein gezieltes und insbesondere iteratives Wegfräsen von Material im Bereich der Haltefläche die Ist-Position zu erreichen ist. Insbesondere wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl von Haltevorrichtungen justiert. Denkbar ist, dass hierbei jede der Haltevorrichtungen einzeln gemessen und gefräst wird oder dass zunächst mehrere Haltevorrichtungen nacheinander gemessen und anschließend mehrere Haltevorrichtungen nacheinander gefräst werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass wesentlich größere Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Haltevorrichtung, d. h. insbesondere bei der Herstellung der Konsole, Konturstücken, Spannbacken, Grundkörper und dergleichen, zugelassen werden können, da die Abweichungen von der Soll-Position zeitlich nach dem Zusammenbau der Haltevorrichtung und zeitlich nach dem Vorpositionieren der Haltevorrichtung in der späteren Arbeitsposition korrigiert werden. Auf diese Weise ist eine deutliche Senkung der Herstellungskosten zu erzielen. Ferner wird durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere der Einsatz von Leichtbaukonstruktionen (beispielsweise sandwichartig aufgebaute Bauelemente) zur Herstellung des Grundkörpers und/oder der Konsolen bzw. Haltevorrichtungen ermöglicht. Solche Leichtbaukonstruktionen weisen nämlich in der Regel höhere Toleranzen als präzise zu fertigende Vollmaterialteile auf, wobei diese größeren Toleranzen durch das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher, präziser und schneller Art und Weise kompensiert werden können. Die Verwendung solcher Leichtbaukonstruktionen ermöglicht vorteilhafterweise wiederum erhebliche Material- und Gewichtseinsparungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu entnehmen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Haltevorrichtung in einer Arbeitsposition vorpositioniert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ist-Position einer Haltefläche der Haltevorrichtung mittels eines optischen Positionsmesssystems vermessen wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt die gemessene Ist-Position mit einer Soll-Position verglichen wird und wobei in einem vierten Verfahrensschritt zur Positionsjustierung die Haltefläche in Abhängigkeit einer im dritten Verfahrensschritt festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position justiert wird. In vorteilhafter Weise wird die Ist-Position der Haltefläche unter Verwendung eines optischen Positionsmesssystems vermessen, so dass gegenüber dem Stand der Technik die Ist-Position mit deutlich größerer Genauigkeit feststellbar ist. Ferner wird hierdurch die Genauigkeit der Justierung verbessert, so dass die Qualität der Bearbeitung der Werkstücke zu verbessern ist. Die Justierung erfolgt vorzugsweise mittels des Fräsverfahrens. Alternativ wäre aber auch denkbar, die Justierung durch den gezielten Austausch von Abstimmplättchen, durch eine entsprechende Steuerung mechanischer Justierschrauben oder dergleichen vorzunehmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite, dritte und vierte Verfahrensschritt solange wiederholt werden, bis in einem dritten Verfahrensschritt festgestellt wird, dass die Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position einen voreingestellten Schwellenwert unterschreitet. In vorteilhafter Weise wird die Soll-Position durch iteratives Vermessen und Fräsen der Halteflächen erreicht. Es wird somit sichergestellt, dass nicht versehentlich zu viel Material von der Haltefläche weggefräst wird und somit die Soll-Position nicht mehr erreichbar ist. Denkbar ist, dass ein Alarmsignal erzeugt wird, wenn im dritten Verfahrensschritt festgestellt wird, dass durch Fräsen eine Soll-Position nicht erzielt werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise ein entsprechendes Konturstück der Haltevorrichtung ausgetauscht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt die Ist-Position mittels einer um mehrere Achsen beweglichen Bewegungsvorrichtung, vorzugsweise eines Roboters vermessen wird, indem mittels des Bewegungsvorrichtung ein Messmittel, insbesondere ein Messtaster, auf der Haltefläche positioniert wird. In vorteilhafter Weise wird hierzu insbesondere der Roboter verwendet, welcher im normalen Betrieb der Schweiß- und/oder Montagestraße zur Bearbeitung der Werkstücke dient. Auf diese Weise ist keine gesonderte Messmaschine, insbesondere Ständermessmaschine notwendig, welche im Stand der Technik üblicherweise zur Vermessung der Haltevorrichtungen verwendet wird. Die Kosten für die Justierung der Haltevorrichtung werden hierdurch erheblich gesenkt. In den Roboterkopf des Roboters wird hierfür vorzugsweise ein Messtaster eingesetzt, denkbar sind beispielsweise schaltende und messende Taster, sowie schaltende Lasertaster und scannende Messtaster.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem ersten Teilschritt des zweiten Verfahrensschritts die Bewegungsvorrichtung und insbesondere der Roboter soweit verfahren wird, bis das Messmittel auf der Haltefläche positioniert ist, und wobei in einem zweiten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Stellung der Bewegungsvorrichtung und insbesondere des Roboters aus den Steuersignalen der Bewegungsvorrichtung und insbesondere des Roboters bestimmt wird und wobei in einem dritten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Ist-Position der Haltefläche aus der Stellung der Bewegungsvorrichtung und insbesondere des Roboters berechnet wird. In vorteilhafter Weise wird somit eine Vermessung der Haltefläche ohne zusätzliche Messmittel ermöglicht. Der Roboterkopf wird hierbei so weit verfahren bis das Messmittel die Haltefläche kontaktiert. Das Messmittel meldet daraufhin einen Kontakt mit der Haltefläche, woraufhin die Bewegung des Roboters gestoppt wird. Anhand der Stellung des Roboters kann nun auf die Position des Roboterkopfes und anhand der Kenntnis des verwendeten Messmittels auf die Position der Haltefläche zurückgerechnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem ersten Teilschritt des zweiten Verfahrensschritts der Roboter soweit bewegt wird, bis das von einem Roboterkopf gehaltene Messmittel auf der Haltefläche positioniert ist und wobei in einem zweiten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Position des Roboterkopfes mittels eines Positionsmesssystems gemessen wird und wobei in einem dritten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Ist-Position aus der gemessenen Position des Roboterkopfes berechnet wird. Das Positionsmesssystem umfasst insbesondere ein optisches Positionsmesssystem, vorzugsweise ein interferometrisches Laser-Distanzmessungssystem und besonders bevorzugt einen Lasertracker. In vorteilhafter Weise ist somit eine hochpräzise Vermessung der Position und der Orientierung des Roboterkopfes und somit eine genaue Bestimmung der Ist-Position der Haltefläche möglich. Denkbar ist, dass die mittels des Positionsmessverfahrens gemessenen Positionsdaten der Haltefläche mit den mittels der Stellung des Roboters ermittelten Positionsdaten der Haltefläche verglichen und/oder gemittelt werden. In vorteilhafter Weise erfolgt die Positionskontrolle somit über eine Kombination eines roboterinternen und eines roboterexternen Messverfahrens. Im Vergleich zum Stand der Technik ist daher eine Steigerung der Präzision möglich. Mit Hilfe des Lasertrackers wird durch eine Kombination aus Winkelmessung und interferometrischer Laser-Distanzmessung die 3D-Punktkoordinate des Roboterkopfes in einem entsprechenden Bezugskoordinatensystem, beispielsweise dem Fahrzeugkoordinatensystem, erfasst. Der Lasertracker ist insbesondere eine Vorrichtung, welche auf ein am Roboterkopf angeordnetes Reflektormittel einen fokussierten Laserstrahl unter einem bestimmten Winkel sendet und anschließend den reflektierten Laserstrahl mit dem ausgesendeten Laserstrahl vergleicht. Anhand des Vergleichs kann die Distanz zum Reflektor bestimmt werden, so dass in Abhängigkeit der Distanz und des Winkels eine Position des Reflektors im Raum bestimmbar ist. Im zweiten Teilschritt wird somit insbesondere die Position eines am Roboterkopf angeordneten Reflektormittels mittels des optischen Positionsmesssystems bestimmt. Vorzugsweise ist eine Verwendung einer Mehrzahl von Lasertrackern vorgesehen, welche Messstrahlen aus unterschiedlichen Raumrichtungen auf am Roboterkopf angebrachte Reflektormittel aussenden, damit die Position des Roboterkopfes in nahezu allen Lagen im Raum genau detektiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem zweiten Verfahrensschritt das Messmittel von dem Roboter aufgenommen wird und wobei vor dem dritten Verfahrensschritt ein Fräsmittel von dem Roboter aufgenommen wird. In vorteilhafter Weise ist somit derselbe Roboter sowohl als Fräswerkzeug, als auch als Teil des optischen Messsystems zur Vermessung der Halteflächen zu verwenden. Zusätzliche Mess- oder Bearbeitungswerkzeuge werden zur Justierung somit nicht benötigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung eine zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand verfahrbare Spannvorrichtung umfasst und wobei im ersten Verfahrensschritt die Spannvorrichtung in einen geöffneten Zustand überführt wird und wobei die Spannvorrichtung wenigstens während des zweiten und/oder vierten Verfahrensschrittes im geöffneten Zustand gehalten wird. Die Spannvorrichtung umfasst insbesondere zwei Spannbacken, zwischen welche das wenigstens eine Werkstück während des geöffneten Zustands eingebracht werden kann und zwischen welchen das wenigstens eine Werkstück im geschlossenen Zustand eingespannt und somit fixiert wird. Die dem Werkstück zugewandten Oberflächen der Spannbacken umfassen insbesondere die Halteflächen im Sinne der vorliegenden Erfindung. Alternativ können Halteflächen beispielsweise auch einfache Auflageflächen einer Haltevorrichtung sein, auf denen das wenigstens eine Werkstück aufliegt. Zum Fräsen der Halteflächen ist die Haltevorrichtung vorzugsweise im geöffneten Zustand, so dass der Roboterkopf ausreichend Bewegungsfreiheit hat. Im geöffneten Zustand ist insbesondere sowohl ein Fräsen der Haltefläche der feststehenden Spannbacke, als auch ein Fräsen der Haltefläche der sich beim Wechsel zwischen dem offenen und dem geschlossenen Zustand bewegenden beweglichen Spannbacke denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Öffnungszustand und insbesondere der Öffnungswinkel und/oder eine Drehachse der Spannvorrichtung im zweiten Verfahrensschritt mittels des Positionsmesssystems vermessen wird und wobei im vierten Verfahrensschritt in Abhängigkeit des gemessenen Öffnungszustands und der gemessenen Ist-Position der Haltefläche die theoretische Ist-Position der Haltefläche für den geschlossenen Zustand der Spannvorrichtung berechnet wird und wobei im vierten Verfahrensschritt ferner die theoretische Ist-Position mit der Soll-Position verglichen wird. In vorteilhafter Weise ist auf diese Weise eine Justierung einer Spannvorrichtung möglich, auch wenn die zu justierende Haltefläche auf einer beweglichen Spannbacke der Spannvorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise ist somit eine Justierung beider Spannbacken der Spannvorrichtung möglich. Die bewegliche Spannbacke weist hierzu vorzugsweise ein Reflektormittel auf, so dass mittels des optischen Positionsmesssystems der Öffnungszustand, insbesondere der Öffnungswinkel und die Lage der Drehachse messbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Haltefläche im geöffneten Zustand der Spannvorrichtung vermessen und gefräst wird, während die wirkliche Ist-Position der Haltefläche im geschlossenen Zustand aus der Kenntnis des Öffnungswinkels, der Lage der Drehachse und der Position der Haltefläche im geöffneten Zustand berechnet wird. Insbesondere ist auf diese Weise auch eine Berechnung der Spaltbreite und Spaltlage zwischen den Spannbacken im geschlossenen Zustand möglich.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Systems zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere für eine Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, wobei das System wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks aufweist, wobei in einem ersten Herstellungsschritt die wenigstens eine Haltevorrichtung auf einem plattenartigen Grundkörper befestigt wird, welcher insbesondere als Vollkörper oder als mehrteiliger Leichtbaukörper ausgebildet ist, und wobei in einem zweiten Herstellungsschritt die Haltevorrichtung gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche justiert wird. Die Herstellung des Systems wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Justierung der wenigstens einen Haltevorrichtung des Systems im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vereinfacht und beschleunigt. Die Herstellung des Systems ist somit kostengünstiger zu realisieren. Vorzugsweise wird dabei im ersten Herstellungsschritt zur Herstellung der Haltevorrichtung ein Kopfstück an einem insbesondere rohrförmigen Ständer befestigt und eine zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand verfahrbare Spannvorrichtung am Kopfstück befestigt. Im ersten Herstellungsschritt wird dann ferner der Ständer an dem plattenartigen Grundkörper befestigt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, aufweisend wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks und einen Roboter zum Bearbeiten des Werkstücks, wobei der Roboter und/oder die Haltevorrichtung wenigstens ein Reflektormittel zum Zusammenwirken mit einem optischen Positionsmesssystem aufweist. In vorteilhafter Weise ermöglicht ein am Roboterkopf angeordnetes Reflektormittel die Justierung der Haltevorrichtungen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, da die Position des Roboterkopfes mit dem optischen Positionsmesssystems präzise bestimmbar ist und somit der Roboterkopf zur Vermessung der Position der Halteflächen unter Verwendung des Messmittels und/oder zum Bearbeiten, beispielsweise Fräsen, der Halteflächen unter Verwendung des Bearbeitungsmittels, beispielsweise dem Fräsmittel, nutzbar ist. Ferner ermöglicht ein an der Haltevorrichtung angeordnetes Reflektormittel die Bestimmung des Öffnungszustands und des Öffnungswinkels und/oder einer Drehachse der Haltevorrichtung, so dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch bei einer Haltevorrichtung, die zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position verfahrbar ist, anzuwenden ist. Das Reflektormittel ist vorzugsweise am beweglichen Teil der Haltevorrichtung angeordnet.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere für eine Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, aufweisend wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks, wobei die Haltevorrichtung wenigstens eine zur Justierung gefräste Haltefläche aufweist. In vorteilhafter Weise wird somit ein System bereitgestellt, dessen Halteflächen mittels eines Fräsvorgangs justiert wurden. Auf diese Weise sind vergleichsweise geringe Fertigungstoleranzen mit im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Herstellungskosten und Herstellungszeiten realisierbar.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, aufweisend wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten eines zu bearbeitenden Werkstücks und einen Roboter zum Bearbeiten des Werkstücks, wobei das System ferner ein optisches Positionsmesssystem aufweist, welches zur Bestimmung einer Ist-Position einer Haltefläche der Haltevorrichtung konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise ermöglicht das optische Positionsmesssystem eine Justierung der wenigstens einen Haltevorrichtung und insbesondere der Mehrzahl von Haltevorrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, so dass ein vergleichsweise zeitsparender und somit kostengünstiger Aufbau des Systems ermöglicht wird. Ferner wird hierdurch die Verwendung von Bauteilen mit höheren Fertigungstoleranzen zum Aufbau des Systems ermöglicht, so dass die Gesamtkosten für das System weiter gesenkt werden. Das optische Positionsmesssystem umfasst – wie oben bereits beschrieben wurde – besonders bevorzugt einen Lasertracker.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das optische Positionsmesssystem zur Vermessung einer Position und/oder Ausrichtung eines Roboterkopfes des Roboters anhand des Reflektormittels konfiguriert ist, und wobei das optische Positionsmesssystem eine Auswerteeinheit aufweist, welche zur Berechnung der Ist-Position der Haltefläche in Abhängigkeit der gemessenen Position des Roboterkopfes konfiguriert ist. Der Roboterkopf führt vorzugsweise ein Messmittel, insbesondere in Form eines Messtasters. Zwischen dem Messmittel und dem Roboterkopf besteht eine feste geometrische Beziehung, so dass mittels der Auswerteeinheit aus der Position des Roboterkopfes die Position des die Haltefläche kontaktierenden Messmittels bestimmt werden kann. Auf diese Weise ist eine vollautomatische Vermessung der Halteflächen mit Hilfe des Roboters möglich. Alternativ ist denkbar, dass der Roboter in Form der Bewegungsvorrichtung ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit zum Vergleich der Ist-Position mit einer Soll-Position konfiguriert ist und wobei das System ferner eine Steuereinheit zur Steuerung eines vom Roboter geführten Bearbeitungsmittels, vorzugsweise des Fräsmittels, in Abhängigkeit einer von der Auswerteeinheit festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position aufweist. In vorteilhafter Weise wird der Roboter mittels der Steuereinheit zum Fräsen der Haltefläche derart gesteuert, dass sich die Ist-Position der Soll-Position sukzessive nähert. Auf diese Weise ist eine vollautomatische Justierung der Halteflächen mit Hilfe des Roboters möglich. Das Fräsmittel umfasst vorzugsweise eine vom Roboterkopf geführte Frässpindel. Das Fräsmittels ermöglicht in vorteilhafter Weise ein Fräsen von aus Metall gefertigten Halteflächen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Roboters, welcher zum Bearbeiten von mittels Haltevorrichtungen gehaltenen Werkstücken in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien vorgesehen ist, zum Justieren wenigstens einer der Haltevorrichtungen. In vorteilhafter Weise wird somit ein Roboter, welcher ohnehin im Bereich der Haltevorrichtungen zur Bearbeitung der Werkstücke angeordnet ist, zur Justierung und insbesondere zum Vermessen und/oder Korrigieren (durch Fräsen) der Halteflächen verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Haltevorrichtungen auf einem insbesondere plattenartigen Grundkörper befestigt ist, welcher als mehrteiliger Leichtbaukörper ausgebildet ist. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Haltevorrichtungen auf Grundkörper in Form von massiven Stahlplatten zu schrauben. Die Haltevorrichtungen sind dabei ebenfalls als massive Stahl- und/oder Gußelemente gebildet, damit die Toleranzen beim Zusammenbau möglichst gering sind. Beim erfindungsgemäßen Verfahren und System sind die Fertigungstoleranzen, sowie die aus dem Zusammenbau der Einzelkomponenten stammenden Toleranzen erheblich einfacher und präziser zu kompensieren. In vorteilhafter Weise wird somit die Verwendung des Leichtbaukörpers ermöglicht, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik Material und Gewicht eingespart werden können. Die Gewichtsreduktion hat zudem den Vorteil, dass der Grundkörper leichter zu handhaben ist und auch von kleineren Robotern geführt bzw. gehalten werden kann. Vorzugsweise umfasst die Haltevorrichtung ein Kopfstück, einen insbesondere rohrförmigen Ständer und eine zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand verfahrbare Spannvorrichtung, wobei insbesondere die Spannvorrichtung über das Kopfstück an einem ersten Ende des Ständers vorzugsweise lösbar befestigt ist und ein dem ersten Ende in Längsrichtung gegenüberliegendes zweites Ende des Ständers am plattenartigen Grundkörper vorzugsweise lösbar befestigt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper zwei zueinander beabstandete Grundplatten umfasst, zwischen welchen eine vorzugsweise kreuz- und/oder wabenartige Trägerstruktur angeordnet ist, wobei die Trägerstruktur bevorzugt aus einer Mehrzahl von über Kreuz ineinander gesteckten und besonders bevorzugt miteinander verschweißter Stegelemente gebildet ist und wobei ganz besonders bevorzugt die Trägerstruktur mit beiden Grundplatten verschweißt ist. In vorteilhafter Weise wird somit ein vergleichsweise preiswerter, leichter und dennoch steifer Grundkörper erzielt. Die Grundplatten weisen vorzugsweise ein gleichmäßiges Raster von Durchgangs- und Befestigungsöffnungen auf, so dass die Haltevorrichtungen je nach Anwendung an unterschiedlichen Stellen der Grundplatten angeordnet werden können. Die Stegelemente sind vorzugsweise mit einer Vielzahl von Aussparungen versehen, um Gewicht und Material einzusparen. Ferner ist der Zwischenraum zwischen den beiden Grundplatten zur Durchführung von insbesondere elektrischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Versorgungsleitungen für die Haltevorrichtungen (beispielsweise zur Betätigung des Öffnungs- und Schließmechanismus der Kniehebelspannvorrichtungen) geeignet. Die Seiten des Grundkörpers sind vorzugsweise mit geeigneten Blenden verschlossen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Ende wenigstens einer der Haltevorrichtungen durch eine Durchgangsöffnung der einen Grundplatte geführt ist und in Befestigungsöffnungen der anderen Grundplatte form- und/oder kraftschlüssig gesteckt ist, wobei die Haltevorrichtung vorzugsweise mit wenigstens einer der beiden Grundplatten ferner verschraubt und/oder verschweißt ist. In vorteilhafter Weise wird somit eine einfache und stabile Befestigung eines beispielsweise als Hohlprofil ausgebildeten Endes der Haltevorrichtungen an dem Grundkörper erzielt. Im Bereich der Durchgangsöffnung wird das Hohlprofil vorzugsweise mittels eines an der Grundplatte festgeschraubten Adapterelements geklemmt, während das äußerste Ende des Hohlprofils eine gezahnte Kontur derart aufweist, dass die Zähne in entsprechende schlitzförmige Befestigungsöffnungen in der anderen Grundplatte eingreifen. Dies hat den Vorteil, dass die Haltevorrichtungen von einer Seite des Grundkörpers aus am Grundkörper zu befestigen sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Systems und von Haltevorrichtungen, justiert nach einem Verfahren jeweils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Systems und von Haltevorrichtungen, justiert nach einem Verfahren jeweils gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Haltevorrichtung eines Systems gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Justieren von Haltevorrichtungen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5a, 5b, 5c, 5d zeigen schematische Perspektivansichten eines Grundkörpers und Einzelheiten eines Grundkörpers eines Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6a, 6b, 6c zeigen schematische Ansichten eines Grundkörpers und einer Haltevorrichtung eines Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7a, 7c zeigen schematische Ansichten eines Grundkörpers und einer Haltevorrichtung eines Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Kopfstücks einer Haltevorrichtung eines Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Systems 1 und von Haltevorrichtungen 2 justiert nach einem Verfahren jeweils gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System 1 ist im vorliegenden Beispiel Teil einer Schweiß- und Montagestraße zum Bau von Kraftfahrzeugkarosserien. Das System 1 umfasst eine Mehrzahl von Haltevorrichtungen 2, die zum Halten bzw. Fixieren von Werkstücken 3 (in 1 nicht abgebildet) vorgesehen sind. Die Haltevorrichtungen 2 sind an einem gemeinsamen Grundkörper 11 befestigt. Einige der Haltevorrichtungen 2 sind insbesondere als Spannvorrichtungen ausgebildet, welche jeweils zwei Spannbacken, nämlich eine bewegliche und eine unbewegliche Spannbacke, umfassen. Die bewegliche Spannbacke Ist um eine Drehachse schwenkbar gegenüber der unbeweglichen Spannbacke, so dass die Spannvorrichtung zwischen einem geöffneten Zustand (Spannbacken sind voneinander beabstandet) zum Einlegen und Entfernen der Werkstücke 3 und einem geschlossenen Zustand (Spannbacken sind nur durch einen dünnen Spalt voneinander beabstandet) zum Fixieren eines oder mehrerer Werkstücke 3. Andere Haltevorrichtungen 2 können vorzugsweise lediglich eine Auflagefläche für eines oder mehrere Werkstücke 3 aufweisen. Die jeweiligen Kontaktflächen der Haltevorrichtungen 2, welche zur Fixierung der Werkstücke 3 mit den Werkstücken 3 in unmittelbaren Kontakt treten, werden im Folgenden für alle Arten von Haltevorrichtungen 2 stets als Halteflächen 2' bezeichnet. Das System 1 weist ferner einen Roboter 4 auf, der zum Bearbeiten der Werkstücke 3 vorgesehen ist. Beispielsweise wird vom Roboter 4 eine Schweißzange geführt, welche zum Verschweißen der mittels der Haltevorrichtungen 2 fixierten Werkstücke 3 dient. Die Positionierung und Ausrichtung der Haltevorrichtungen 2 ist speziell auf bestimmte Geometrien und Konturen der zu bearbeitenden Werkstücke 3 eingestellt. Die Qualität der herzustellenden Fahrzeugkarosserien hängt maßgeblich von der Genauigkeit ab, mit welcher die Haltevorrichtungen 2 eingestellt wurden. Da der Grundkörper 11 und die einzelnen Haltevorrichtungen 2 bei ihrer Herstellung gewissen Herstellungstoleranzen unterliegen, die sich im zusammengebauten Zustand addieren, und ferner Abweichung durch den Zusammenbau entstehen, muss das System 1 im zusammengebauten und in der Endposition (auch als Arbeitsposition bezeichnet) vorpositionierten Zustand justiert werden, bevor der eigentliche Bearbeitungsvorgang zur Herstellung der Fahrzeugkarosserieteile beginnen kann.
Die Justierung wird im vorliegenden Beispiel mit Hilfe des Roboterkopfes 4' des Roboters 4 durchgeführt, wobei der Roboterkopf 4' hierzu nacheinander ein Messmittel 7 in Form eines Messtasters und ein Fräsmittel 8 aufgreift. Zunächst greift der Roboter 4 das Messmittel 7 und wird mittels einer Steuereinheit derart angesteuert, dass der Messtaster vom Roboter 4 in den Bereich einer Haltefläche 2' einer zu justierenden Haltevorrichtung 2 gebracht wird. Wenn der Messtaster die Haltefläche 2' berührt, wird ein Stoppsignal erzeugt und der Roboter 4 wird angehalten. Nun wird die genaue Position des Roboterkopfes 4' im Raum, insbesondere im Fahrzeugkoordinatensystem, mittels eines optischen Positionsmesssystems 6, 6' vermessen. Das optische Positionsmesssystem 6' umfasst wenigstens einen Lasertracker, welcher mit einem am Roboterkopf 4' angeordneten Reflektormittel 5 zusammenwirkt. Unter dem Begriff Lasertracker wird im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Vorrichtung verstanden, die mindestens einen mit einem fokussierten Laserstrahl 18 (auch als Messstrahl bezeichnet) arbeitenden Distanzmesser aufweist. Beispielsweise mit Hilfe eines um zwei Achsen drehbaren Spiegels wird die Richtung des Laserstrahles 18 auf den Zielpunkt am Roboterkopf 4 eingestellt und mit den den Drehachsen zugeordneten Winkelgebern erfasst. Der zu vermessende Zielpunkt wird mit einem als Retroreflektor ausgebildeten Reflektormittel 5 (insbesondere Würfeleckenprisma oder Anordnung von drei senkrecht aufeinander stehenden Spiegeln) versehen, wobei der Retroreflektor den darauf treffenden Laserstrahl 18 des Lasertrackers zu diesem zurück reflektiert. Dabei verläuft der reflektierte Laserstrahl 18 koaxial zum emittierten Laserstrahl 18, wenn der Laserstrahl 18 genau zentrisch auf das Reflektormittel 5 trifft, und parallel versetzt dazu, wenn der Laserstrahl 18 nicht zentrisch auf das Reflektormittel 5 trifft. Je nach Ausführungsform des Lasertrackers wird aus einem Vergleich des ausgesandten und reflektierten Laserlichtes auf eine absolute Distanz zwischen dem Lasertracker und Zielpunkt und/oder auf eine Veränderung dieser Distanz geschlossen. Aus den von den Winkelgebern erfassten Winkeln und der vom Distanzmesser detektierten Distanz wird die Position des Reflektors bzw. des Zielpunktes relativ zum Lasertracker berechnet. Auf diese Weise kann die genaue Position des Roboterkopfes 4' im Raum und insbesondere im Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt werden. Auf diese Weise erlaubt der Lasertracker somit mittels des Laserstrahls 18 und der am Roboterkopf 4' angebrachten Reflektormittel 5 die Ermittlung der 3D-Position des Fräsmittels 8' relativ zum Lasertracker. Darüber hinaus weist der Lasertracker ferner eine zusätzlichen Messeinheit auf, welche die Bestimmung der Orientierung des Fräsmittels 8' erlaubt, so dass die genaue Position und die Orientierung des Roboterkopfes 4' im Raum und insbesondere im Fahrzeugkoordinatensystem bestimmt werden kann.
Zwischen dem Roboterkopf 4' und dem Messtaster besteht eine feste und bekannte geometrische Beziehung, so dass mittels einer Auswerteeinheit die genaue Position des Messtasters und somit die genaue Position der Haltefläche 2' errechnet werden kann. Auf diese Weise wird die genaue Ist-Position der Haltefläche 2' ermittelt. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass die genaue Position des Roboterkopfes 4', wenn der Messtaster die Haltefläche 2' berührt, mittels Steuersignalen einer roboterinternen Steuerung und/oder Sensorik bestimmt wird und hieraus die Ist-Position der Haltefläche 2' ermittelt wird. Vorzugsweise wird auf beide Arten die jeweilige Ist-Position ermittelt und die beiden Ist-Position miteinander verglichen und/oder gemittelt. Die Genauigkeit ist somit weiter zu erhöhen. Ferner ist auf diese Weise eine Plausibilitätsüberprüfung der ermittelten Daten möglich.
Die Auswerteeinheit vergleicht die Ist-Position anschließend mit der gewünschten Soll-Position der entsprechenden Haltefläche 2', beispielsweise aus den vorgegebenen CAD-Daten für das System 1, und bestimmt – sofern vorhanden – eine Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position für diese eine Haltefläche 2'. Zur Positionskorrektur wird der Roboter 4 von der Steuereinheit daraufhin derart angesteuert, dass das Messmittel 7 gegen das Fräsmittel 8' getauscht wird und die Haltefläche 2' mit dem Fräsmittel 8 in Abhängigkeit der Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position gefräst wird. Die Haltevorrichtungen 2 sind werkseitig vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Haltefläche 2' stets deutlich mehr Material aufweisen, als für das fertig justierte System 1 notwendig ist. Auf diese Weise müssen zur Justierung zwar alle Halteflächen 2' aller Haltevorrichtungen 2 gefräst werden, aber es wird verhindert, dass allein durch ein Fräsen der Halteflächen 2' eine Justierung nicht möglich ist, weil beispielsweise an einer Haltefläche 2' nicht Material abgetragen, sondern stattdessen Material aufgebracht werden müsste. Während des Fräsverfahrens wird die korrekte Position des Roboterkopfes 4' und somit des Fräsmittels 8' mittels der roboterinternen Steuerung und Sensorik und/oder mittels des optischen Positionsmesssystems 6' überwacht. Durch das gesteuerte Frasverfahren erfolgt dann der Materialabtrag im Bereich der Haltefläche 2', wodurch sich die Position der Haltefläche 2' der Soll-Position annähert. Anschließend wird das Fräsmittel 8' wieder gegen das Messmittel 7 getauscht, um wiederum die neue Ist-Position zu vermessen und erneut mit der Soll-Position zu vergleichen. Sofern die Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position einen voreingestellten Schwellenwert nach wie vor nicht unterschreitet, d. h. die Ist-Position weicht noch zu stark von der Soll-Position ab, wird ein weiterer Fräsvorgang (wie oben beschrieben) durchgeführt. Diese Schritte werden solange wiederholt bis die Soll-Position mit der voreingestellten Genauigkeit erreicht ist. Bei jedem Fräsvorgang wird vorzugsweise nur so wenig Material abgetragen, dass nicht die Gefahr besteht, dass im nächsten Anpassungsschritt Material aufgebracht werden müsste, um die Soll-Position zu erreichen. Sollte dennoch Material fehlen, wird vorzugsweise ein Alarmsignal erzeugt, und ein die Haltefläche aufweisendes Halteelement der betreffenden Haltevorrichtung, insbesondere die gesamte Spannbacke, wird automatisch oder manuell gegen ein dickeres Halteelement getauscht. In analoger Weise wird anschließend eine weitere Haltefläche 2' der gleichen Haltevorrichtung 2 oder eine Haltefläche 2' einer weiteren Haltevorrichtung 2 justiert. Das Verfahren wird solange durchgeführt bzw. wiederholt, bis das System 1 vollständig justiert ist.
Alternativ wäre auch denkbar, dass die jeweiligen Ist-Positionen von mehreren Halteflächen insbesondere mehrerer Haltevorrichtungen, nacheinander vermessen werden und anschließend die mehreren Halteflächen nacheinander entsprechend gefräst werden. Dies hat den Vorteil, dass weniger Werkzeugwechsel notwendig sind und somit die Justierzeit gesenkt wird.
In 2 ist eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Systems 1 und von Haltevorrichtungen 2, justiert nach einem Verfahren jeweils gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dargestellt. Das in 2 illustrierte System 1 gleicht dabei im Wesentlichen dem in 1 illustrierten System 1. Das dargestellte System 1 wird ebenfalls mit dem anhand der 1 erläuterten Justierverfahren eingestellt. In 2 sind zu Anschauungszwecken ferner Werkstücke 3 zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie eingezeichnet, welche nach der Durchführung des Justierverfahrens im normalen Betriebszustand des Systems 1 von dem Roboter 4 bearbeitet und währenddessen von den Haltevorrichtungen 2 fixiert werden. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten System 1 weist das optische Positionsmesssystem 6' in 2 insgesamt drei Lasertracker auf, welche aus drei verschiedenen Richtungen die Position des Roboterkopfes 4' vermessen. Entsprechend weist der Roboterkopf 4' drei unterschiedlichen Reflektormittel 5 auf. Die Verwendung mehrerer Lasertracker hat den Vorteil, dass unabhängig von der Position des Roboters 4 immer wenigstens ein Reflektormittel 5 von einem der Lasertracker zur Bestimmung der Position und der Orientierung zu erreichen ist.
In 3 ist eine schematische Perspektivansicht einer Haltevorrichtung 2 eines Systems 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die 3 zeigt insbesondere eine Detailansicht der in 1 und 2 nur schematisch dargestellten Haltevorrichtungen 2. Die Haltevorrichtung 2 umfasst eine Spannvorrichtung mit einer unbeweglichen Spannbacke 19 und einer gegenüber der unbeweglichen Spannbacke 19 beweglichen Spannbacke 20. Die bewegliche Spannbacke 20 ist dabei um eine Drehachse 21 schwenkbar, so dass die Spannvorrichtung zwischen dem geöffneten Zustand 9 und dem geschlossenen Zustand 10, insbesondere pneumatisch, schaltbar ist. Im geschlossenen Zustand 10 ist zwischen den beiden Spannbacken 19, 20 ein Spalt ausgebildet, in welchem das wenigstens eine Werkstück 3 (nicht dargestellt) zu fixieren ist. Die Spaltbreite wird dabei durch die beiden Halteflächen 2' definiert. Zur Justierung der Haltevorrichtung 2 wird die Spannvorrichtung in den geöffneten Zustand 9 gebracht, so dass das Messmittel 7 mittels des Roboters 4 auf den Halteflächen 2' angeordnet werden kann. Zumindest die bewegliche Spannbacke 20 weist ferner ein Reflektormittel 5 auf, so dass mittels der Lasertracker der Öffnungszustand der Spannbacke 20 ausgewertet werden kann. Durch eine Auswertung der Bewegung des Reflektormittels 5 ist mittels der Auswerteeinheit der genaue Öffnungswinkel der Spannvorrichtung im geöffneten Zustand 9, sowie die genaue Lage der Drehachse 21 zu bestimmen. Die Auswerteeinheit berechnet aus der mittels des Roboterkopfes 4 und des Messmittels 7 bestimmten Ist-Position der Haltefläche 2' der beweglichen Spannbacke 19 im geöffneten Zustand 9 der Spannvorrichtung unter Berücksichtigung des Öffnungswinkels und der Lage der Drehachse 21 die tatsächliche Ist-Position der Haltefläche 2' der beweglichen Spannbacke 19 im geschlossenen Zustand 10 der Spannvorrichtung. Die tatsächliche Ist-Position wird dann mit der Soll-Position verglichen und die Haltefläche 2' zur Angleichung an die Soll-Position gegebenenfalls entsprechend gefräst. Die Haltefläche 2' der unbeweglichen Spannbacke 19 ist hingegen im geöffneten Zustand 9 unmittelbar zu justieren, ohne dass eine solche Umrechnung erforderlich ist. Denkbar ist, dass der Roboterkopf 4' zur Abschlusskontrolle der justierten Spannvorrichtung zusätzlich eine Messlehre greift und bei einer im geschlossenen Zustand 10 befindlichen Spannvorrichtung in den Spalt einschiebt. Alternativ wäre natürlich denkbar, dass die Spaltbreite unmittelbar mit einem insbesondere vom Roboterkopf 4 geführten entsprechenden Sensor im geschlossenen Zustand 10 überprüft wird. Zur Herstellung einer fertigen Konsole für das oben beschriebene System 1 wird die in 3 gezeigte Spannvorrichtung vorzugsweise auf einem L-förmigen Kopfstück 17 befestigt. Das Kopfstück 17 wird auf einem Ständer 22 (in 3 nicht abgebildet) befestigt, der auf dem Grundkörper 11 (in 3 nicht abgebildet) montiert wird.
In 4 ist anhand eines Flussdiagramms schematisch ein Verfahren zum Herstellen und Justieren eines Systems 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im ersten Herstellungsschritt 30 werden die Einzelkomponenten des Systems 1, insbesondere der Grundkörper 11, das Kopfstück 17, der Ständer 22 und die Spannvorrichtungen, einzeln hergestellt. Im nachfolgenden zweiten Herstellungsschritt 31 werden die einzelnen Haltevorrichtungen 2 insbesondere jeweils aus Kopfstück 17, Ständer 22 und Spannvorrichtung montiert. Im dritten Herstellungsschritt 32 werden die Haltevorrichtungen 2 auf dem Grundkörper 11 montiert und in ihre spätere Arbeitsposition gebracht. Anschließend werden in einem vierten Herstellungsschritt 33 zur Justierung des Systems 1 die Halteflächen 2' jeder Haltevorrichtung 2 mittels des Roboters 4 und der Lasertracker auf ihre jeweilige Soll-Position gemäß vorgegebener CAD-Daten gebracht (Fräsen und Vermessen wie oben beschrieben). In einem abschließenden fünften Herstellungsschritt 34 werden zur Endkontrolle des Systems 1 nochmal sämtliche Ist-Positionen der Halteflächen 2' mittels des vom Roboter 4 geführten Messmittels 7 und der Lasertracker vermessen und zur Qualitätskontrolle automatisch protokolliert.
In 5a, 5b, 5c, 5d zeigen schematische Perspektivansichten eines Grundkörpers 11 und Einzelheiten eines Grundkörpers 11 eines Systems gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und System 1 ermöglicht eine wesentlich einfachere und präzisere Kompensation von Fertigungstoleranzen der Einzelteile und aus dem Zusammenbau der Einzelkomponenten stammenden Toleranzen. Aus diesem Grund wird hier die Verwendung eines mehrteiligen Leichtbaukörpers als Grundkörper 11 ermöglicht, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik Material und Gewicht eingespart werden können. Die Gewichtsreduktion hat zudem den Vorteil, dass der Grundkörper 11 leichter zu handhaben ist und auch von kleineren Robotern geführt bzw. gehalten werden kann. Der in 5a schematisch illustrierte Grundkörper 11 umfasst zwei zueinander parallel angeordnete Grundplatten 12, 12`. Zwischen den zwei Grundplatten 12, 12' ist eine Trägerstruktur 13 angeordnet, durch welche die beiden Grundplatten 12, 12 senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene voneinander beabstandet sind. Die Grundplatten 12, 12' umfassen jeweils eine gestanzte und/oder lasergeschnittene Blechplatte, die mit einem gleichmäßigen Raster von Durchgangs- und Befestigungsöffnungen 15, 16 zur flexiblen Aufnahme von Haltevorrichtungen 2 an beliebigen Stellen der Grundplatten 12, 12' (je nach Anwendungsfall) vorgesehen sind. Während des Laserschneidens der Grundplatten 12, 12' werden mit reduzierter Laserleistung vorzugsweise Bezeichnungen und/oder Koordinatenangaben in die Grundplatten 12, 12' eingebrannt, welche den Zusammenbau des Systems 1 anhand einer Anleitung, die die gleichen Bezeichnungen und/oder Koordinatenangaben verwendet, erleichtern. Eine Einzelansicht einer Grundplatte 12 ist in 5b dargestellt. Die Trägerstruktur 13, eine Einzelansicht ist in 5c gezeigt, ist aus einer Mehrzahl über Kreuz ineinander gesteckter Stegelemente 14 aufgebaut, so dass eine wabenartige Struktur entsteht. Die Stegelemente 14 sind jeweils mit den beiden Grundplatten 12, 12' zusätzlich (punkt-)verschweißt, so dass ein vergleichsweise leichter und dennoch steifer Grundkörper 11 entsteht. In 5b ist eine Detailansicht zweier über Kreuz ineinander gesteckter Stegelemente 14 illustriert. Eine Seite der vorzugsweise aus Blech gefertigten Stegelemente 14 ist jeweils mit Schlitzen versehen, so dass die zwei Stegelemente 14 gegeneinander in diese Schlize gesteckt werden können. Die Stegelemente 14 sind jeweils mit Aussparungen 24 versehen, so dass zwischen den Grundplatten 12, 12' Versorgungsleitungen angeordnet bzw. verlegt werden können. Auf diese Weise ist der Zwischenraum zwischen den beiden Grundplatten 12, 13' insbesondere zur Durchführung von elektrischen, pneumatischen und/oder hydraulischen Versorgungsleitungen für die Haltevorrichtungen 2 (beispielsweise zur Betätigung des Öffnungs- und Schließmechanismus der Kniehebelspannvorrichtungen) geeignet. Auf den Stirnseiten ist der Grundkörper 11 jeweils mit Blenden 23 versehen.
In 6a, 6b, 6c sind schematische Ansichten eines Grundkörpers 11 und einer Haltevorrichtung 2 eines Systems 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 6a ist beispielhaft eine Konsole als Teil einer Haltevorrichtung 2 gezeigt, welche an einem Grundkörper 11 befestigt ist. Die Konsole umfasst ein Kopfstück 17 zur Aufnahme der Spannvorrichtung, sowie einen Ständer 22, an welchem das Kopfstück 17 befestigt ist. Der Ständer 22 umfasst insbesondere ein rohrartiges Hohlprofil aus Metall, durch welches eine Versorgungsleitung 25 für die Spannvorrichtung in Richtung der Spannvorrichtung geführt ist. Das untere Ende des Hohlprofils ist durch eine Durchgangsöffnung 15 in die obere Grundplatte 12 gesteckt. Das Hohlprofil wird zur Fixierung im Bereich der Durchgangsöffnung 15 von einer an der oberen Grundplatte 12 festgeschraubten Klemmschelle 27 geklemmt. Der Endbereich des Hohlprofils ist an der unteren Grundplatte 12 befestigt. Der Endbereich ist entweder mit einer weiteren Klemmschelle 27 geklemmt, welche mit der unteren Grundplatte 12 verschraubt ist (6c) oder der Endbereich ist mit Zähnen 26 versehen, die in entsprechende schlitzartige Befestigungsöffnungen 16 in der unteren Grundplatte 12' eingreifen und dort form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt sind (6b).
In 7a, 7c sind schematische Ansichten eines Grundkörpers 11 und einer Haltevorrichtung 2 eines Systems 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 7a ist eine Aufsichtsdarstellung der schlitzartigen Befestigungsöffnungen 16 in der unteren Grundplatte 12 illustriert. Die Befestigungsöffnungen 16 erstrecken sich in Umfangsrichtung um eine Öffnung in der Grundplatte 12'. In 7b ist der Endbereich des Ständers 22 dargestellt, welcher mit Zähnen 26 zum Eingriff in die Befestigungsöffnungen 16 versehen ist.
In 8 ist eine schematische Perspektivansicht eines Kopfstücks 17 einer Haltevorrichtung 2 eines Systems 1 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Kopfstück 17 ist als hohles Leichtbauteil ausgebildet, indem es aus entsprechend gebogenem und gefügtem Blech aufgebaut ist. Der Aufbau des Kopfstücks 17 ermöglicht somit eine vergleichsweise hohe Material- und Gewichtsersparnis gegenüber aus Vollmaterial gefertigten Kopfstücken 17. Die hieraus resultierenden höheren Herstellungstoleranzen können durch das erfindungsgemäße Justierverfahren in einfacher und schneller Weise kompensiert werden.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Haltevorrichtung
2': Haltefläche
3: Werkstück
4: Roboter
4': Roboterkopf
5: Reflektormittel
6: Positionsmesssystem
6: Optisches Positionsmesssystem
7: Messmittel
8: Fräswerkzeug
8': Fräsmittel
9: Geöffneter Zustand
10: Geschlossener Zustand
11: Grundkörper
12,12': Grundplatten
13: Trägerstruktur
14: Stegelemente
15: Durchgangsöffnung
16: Befestigungsöffnung
17: Kopfstück
18: Laserstrahl
19: Unbewegliche Spannbacke
20: Bewegliche Spannbacke
21: Drehachse
22: Ständer
23: Blenden
24: Aussparung
25: Versorgungsleitung
26: Zähne
27: Klemmschelle
31–34: Herstellungsschritte

Claims

Verfahren zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung (2) zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks (3), insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Haltevorrichtung (2) in einer Arbeitsposition vorpositioniert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ist-Position einer Haltefläche (2') der Haltevorrichtung (2) vermessen wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt die gemessene Ist-Position mit einer Soll-Position verglichen wird und wobei in einem vierten Verfahrensschritt zur Positionsjustierung die Haltefläche (2') mit einem Bearbeitungswerkzeug (8) in Abhängigkeit einer im dritten Verfahrensschritt festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im vierten Verfahrensschritt mittels des Bearbeitungswerkzeugs (8) Material von der Haltefläche (2'), vorzugsweise durch Fräsen, Schleifen, Sägen und/oder Laserabtragen, abgetragen wird und/oder Material auf die Haltefläche (2'), vorzugsweise mittels Laserauftragen, Schweißen, Löten, Kleben und/oder Aufdrucken, aufgetragen wird.
Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 oder 2, zum Justieren wenigstens einer Haltevorrichtung (2) zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks (3), insbesondere in einer Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Haltevorrichtung (2) in einer Arbeitsposition vorpositioniert wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Ist-Position einer Haltefläche (2') der Haltevorrichtung (2) mittels eines optischen Positionsmesssystems (6') vermessen wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt die gemessene Ist-Position mit einer Soll-Position verglichen wird und wobei in einem vierten Verfahrensschritt zur Positionsjustierung die Haltefläche (2') in Abhängigkeit einer im dritten Verfahrensschritt festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position justiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite, dritte und vierte Verfahrensschritt solange wiederholt werden bis in einem dritten Verfahrensschritt festgestellt wird, dass die Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position einen voreingestellten Schwellenwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im zweiten Verfahrensschritt die Ist-Position mittels einer um mehrere Achsen beweglichen Bewegungsvorrichtung, vorzugsweise eines Roboters (4), vermessen wird, indem mittels der Bewegungsvorrichtung ein Messmittel (7), insbesondere eines Messtasters, auf der Haltefläche (2') positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in einem ersten Teilschritt des zweiten Verfahrensschritts der Roboter (4) soweit verfahren wird, bis das Messmittel (7) auf der Haltefläche (2') positioniert ist, und wobei in einem zweiten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Stellung des Roboters (4) aus den Steuersignalen des Roboters (4) bestimmt wird und wobei in einem dritten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Ist-Position aus der Stellung des Roboters (4) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei in einem ersten Teilschritt des zweiten Verfahrensschritts der Roboter (4) soweit bewegt wird, bis das von einem Roboterkopf (4') gehaltene Messmittel (7) auf der Haltefläche (2') positioniert ist, und wobei in einem zweiten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Position und/oder Ausrichtung des Roboterkopfes (4') mittels eines Positionsmesssystems (6) gemessen wird und wobei in einem dritten Teilschritt des zweiten Verfahrensschrittes die Ist-Position aus der gemessenen Position des Roboterkopfes (4') berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei im zweiten Teilschritt die Position und/oder Ausrichtung des Roboterkopfes (4') mittels des optischen Positionsmesssystems (6'), vorzugsweise mittels einer interferometrischen Laser-Distanzmessung und besonders bevorzugt mittels eines Lasertrackers, gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei im zweiten Teilschritt die Position und/oder Ausrichtung eines am Roboterkopf (4') angeordneten Reflektormittels (5) mittels des optischen Positionsmesssystems (6') bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem zweiten Verfahrensschritt das Messmittel (7) von dem Roboter (4) aufgenommen wird und wobei vor dem dritten Verfahrensschritt ein Bearbeitungsmittel zum Bearbeiten der Haltefläche (2'), insbesondere ein Fräsmittel (8'), von dem Roboter (4) aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltevorrichtung (2) eine zwischen einem geöffneten Zustand (9) und einem geschlossenen Zustand (10) verfahrbare Spannvorrichtung umfasst und wobei im ersten Verfahrensschritt die Spannvorrichtung in einen geöffneten Zustand (9) überführt wird und wobei die Spannvorrichtung wenigstens während des zweiten und/oder vierten Verfahrensschrittes im geöffneten Zustand (9) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Öffnungszustand und insbesondere der Öffnungswinkel und/oder eine Drehachse der Spannvorrichtung im zweiten Verfahrensschritt mittels des Positionsmesssystems (6) vermessen wird und wobei im vierten Verfahrensschritt in Abhängigkeit des gemessenen Öffnungszustands und der gemessenen Ist-Position der Haltefläche (2') die theoretische Ist-Position der Haltefläche (2') für den geschlossenen Zustand (10) der Spannvorrichtung berechnet wird und wobei im vierten Verfahrensschritt ferner die theoretische Ist-Position mit der Soll-Position verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein zur Bearbeitung der Werkstücke (3) vorgesehener Roboter (4) der Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien im zweiten Verfahrensschritt zur Vermessung der Ist-Position der Haltefläche (4) und/oder im dritten Verfahrensschritt als Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten der Haltefläche (2') verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Systems (1) zum Bearbeiten von Werkstücken (3), insbesondere für eine Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, wobei das System (1) wenigstens eine Haltevorrichtung (2) zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks (3) aufweist, wobei in einem ersten Herstellungsschritt die wenigstens eine Haltevorrichtung (2) auf einem plattenartigen Grundkörper (11) befestigt wird, welcher insbesondere als Vollkörper oder als mehrteiliger Leichtbaukörper ausgebildet ist, und wobei in einem zweiten Herstellungsschritt die Haltevorrichtung (2) gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche justiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei im ersten Herstellungsschritt zur Herstellung der Haltevorrichtung (2) ein Kopfstück (17) an einem insbesondere rohrförmigen Ständer (22) befestigt wird und eine zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand (9, 10) verfahrbare Spannvorrichtung am Kopfstück (17) befestigt wird und wobei im ersten Herstellungsschritt ferner der Ständer (22) an dem plattenartigen Grundkörper (11) befestigt wird.
System (1) zum Bearbeiten von Werkstücken (3), insbesondere für eine Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, aufweisend wenigstens eine Haltevorrichtung (2) zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks (3) und einen Roboter (4) zum Bearbeiten des wenigstens einen Werkstücks (3), wobei der Roboter (4) und/oder die Haltevorrichtung (2) wenigstens ein Reflektormittel (5) zum Zusammenwirken mit einem optischen Positionsmesssystem (6) aufweist.
System (1), insbesondere nach Anspruch 16, zum Bearbeiten von Werkstücken (3), insbesondere für eine Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, aufweisend wenigstens eine Haltevorrichtung (2) zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks (3), wobei die Haltevorrichtung (2) wenigstens eine zur Justierung gefräste Haltefläche (2') aufweist.
System (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 16 oder 17, zum Bearbeiten von Werkstücken (3), insbesondere für eine Schweiß- und/oder Montagestraße für Kraftfahrzeugkarosserien, aufweisend wenigstens eine Haltevorrichtung (2) zum Halten wenigstens eines zu bearbeitenden Werkstücks (3) und einen Roboter (4) zum Bearbeiten des wenigstens einen Werkstücks (3), wobei das System (1) ferner ein optisches Positionsmesssystem (6') aufweist, welches zur Bestimmung einer Ist-Position einer Haltefläche (2') der Haltevorrichtung (2) konfiguriert ist.
System (1) nach Anspruch 18, wobei das optische Positionsmesssystem (6) zur Vermessung einer Position und/oder Ausrichtung eines Roboterkopfes (4') des Roboters (4) anhand des Reflektormittels (5) konfiguriert ist, und wobei das optische Positionsmesssystem (6') eine Auswerteeinheit aufweist, welche zur Berechnung der Ist-Position der Haltefläche (2') in Abhängigkeit der gemessenen Position und/oder Ausrichtung des Roboterkopfes (4') konfiguriert ist.
System (1) nach Anspruch 19, wobei die Auswerteeinheit zum Vergleich der Ist-Position mit einer Soll-Position konfiguriert ist und wobei das System (1) ferner eine Steuereinheit zur Steuerung eines vom Roboter (4) geführten Bearbeitungsmittels, vorzugsweise in Abhängigkeit einer von der Auswerteeinheit festgestellten Abweichung zwischen der Ist-Position und der Soll-Position, aufweist.
System (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei eine Mehrzahl von Haltevorrichtungen (2) auf einem insbesondere plattenartigen Grundkörper (11) befestigt ist, welcher als Vollkörper oder als mehrteiliger Leichtbaukörper ausgebildet ist.
System (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei Haltevorrichtung (2) ein Kopfstück (17), einen insbesondere rohrförmigen Ständer (22) und eine zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand (9, 10) verfahrbare Spannvorrichtung aufweist, wobei insbesondere die Spannvorrichtung über das Kopfstück (17) an einem ersten Ende des Ständers (22) vorzugsweise lösbar befestigt ist und ein dem ersten Ende in Längsrichtung gegenüberliegendes zweites Ende des Ständers (22) am plattenartigen Grundkörper (11) vorzugsweise lösbar befestigt ist.
System (1) nach einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei der Grundkörper (11) zwei zueinander beabstandete Grundplatten (12, 12') umfasst, zwischen welchen eine vorzugsweise kreuz- und/oder wabenartige Trägerstruktur (13) angeordnet ist, wobei die Trägerstruktur (13) bevorzugt aus einer Mehrzahl über Kreuz ineinander gesteckter und besonders bevorzugt miteinander verschweißter Stegelemente (14) gebildet ist und wobei ganz besonders bevorzugt die Trägerstruktur (13) mit beiden Grundplatten (12, 12') verschweißt ist.
System (1) nach Anspruch 23, wobei das Ende wenigstens einer der Haltevorrichtungen (2) durch eine Durchgangsöffnung (15) der einen Grundplatte (12) geführt ist und in Befestigungsöffnungen (16) der anderen Grundplatte (12') form- und/oder kraftschlüssig gesteckt ist, wobei die Haltevorrichtung (2) vorzugsweise mit wenigstens einer der beiden Grundplatten (12, 12') ferner verschraubt und/oder verschweißt ist.