DE102006026132A1

DE102006026132A1 - Bearbeitungssystem für ein bewegtes Werkstück und Verfahren zum Positionieren des Bearbeitungssystems

Info

Publication number: DE102006026132A1
Application number: DE102006026132A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Habisreitinger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2006-06-03
Filing date: 2006-06-03
Publication date: 2007-06-21
Also published as: EP2024134A1; JP2009539624A; EP2024134B1; US20090226292A1; US8250743B2; WO2007140828A1; ES2339817T3; JP5107348B2; DE502007003412D1

Abstract

Das Bearbeitungssystem (10) dient zum Bearbeiten eines bewegten Werkstücks (12) mittels eines zeitweise starr an das Werkstück (12) und/oder an eine bewegbare Werstückträgereinheit (14) koppelbaren Industrieroboters (16), wobei der Industrieroboter (16) in entkoppelter Betriebsstellung (42) von einer Trägereinrichtung (18) getragen wird, die mittels einer antriebsaktiv wirkenden Antriebseinheit (20) werkstückunabhängig bewegbar ist, und in gekoppelter Betriebsstellung (44) mittels eines schwimmenden Lagerungssystems (22) relativ zur Trägereinrichtung (18) schwimmend gelagert ist. DOLLAR A Hierbei ist vorgesehen, dass in gekoppelter Betriebsstellung (44) des Industrieroboters (16) die Antriebseinheit (20) nicht antriebsaktiv auf die Trägereinrichtung (18) wirkt, wobei die Trägereinrichtung (18) bei gekoppeltem Industrieroboter ((16) durch das bewegte Werkstück (12) und/oder durch die bewegte Werkstückträgereinheit (14) wenigstens zeitweise mittels des schwimmenden Lagerungssystems (22) mitbewegt wird. DOLLAR A Ferner ist ein Positionierverfahren für einen an ein bewegtes Werkstück (12) ankoppelbaren Industrieroboter (16) eines entsprechenden Bearbeitungssystems (10) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines bewegten Werkstücks mittels eines zeitweise starr an das Werkstück und/oder an eine bewegte Werkstückträgereinheit koppelbaren Industrieroboters, wobei der Industrieroboter in entkoppelter Betriebsstellung von einer Trägereinrichtung getragen wird, die mittels eine antriebsaktiv wirkenden Antriebseinheit werkstückunabhängig bewegbar ist, und in gekoppelter Betriebsstellung mittels eines schwimmenden Lagerungssystem relativ zur Trägereinrichtung schwimmend gelagert ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Positionieren eines zeitweise starr an ein bewegbares Werkstück und/oder an eine bewegbare Werkstückträgereinheit ankoppelbaren Industrieroboters eines Bearbeitungssystems der eingangs genannten Art, wobei das Bearbeitungssystem eine werkstückunabhängig mittels einer Antriebseinheit bewegbare Trägereinrichtung aufweist, welche den Industrieroboter im entkoppelten Betriebszustand trägt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 17.

Bearbeitungssysteme und Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 103 13 463 B3 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Arbeitsoperation an einem bewegten Werkstück durch einen synchron mitbewegten Industrieroboter. Der mitbewegte Industrieroboter wird während der gesamten Arbeitsphase, dass heißt in einem an das Werkstück gekoppelten Zustand, im Mittel mit der Geschwindigkeit der das Werkstück bewegenden Fördereinrichtung voranbewegt. Hierzu wird die an der Fördereinrichtung gemessene Fördergeschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit einem Geschwindigkeitsregler vorgegeben und dem Antrieb eines Fahrschemels des Industrieroboters aufgeprägt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Bearbeitungssystem der eingangs genannten Art bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bearbeitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Bearbeitungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass in gekoppelter Betriebsstellung des Industrieroboters die Arbeitseinheit nicht antriebsaktiv auf die Trägereinrichtung wirkt und die Trägereinrichtung durch das bewegte Werkstück und/oder durch die bewegte Werkstückträgereinheit wenigstens zeitweise mittels des schwimmenden Lagerungssystems mitbewegt wird.

Hierbei wird unter einem „koppelbaren Industrieroboter" ein Industrieroboter verstanden, der hinsichtlich seiner Basis – beziehungsweise seiner Trägereinheit – mit einem Werkstück koppelbar ist, wobei die Arbeitsbewegungen des Industrieroboters unabhängig vom eingesetzten Kopplungssystem erfolgen können. Das erfindungsgemäße Bearbeitungssystem enthält somit eine werkstückunabhängige Antriebseinheit zur werkstückautonomen Bewegung des entkoppelten Industrieroboters. Wenn der Industrieroboter mit dem bewegten Werkstück und/oder mit der bewegten Werkstückträgereinheit gekoppelt ist, wird die Trägereinrichtung durch den nun mit dem bewegten Werkstück mitbewegten Industrieroboter mittels des zwischengeschalteten schwimmenden Lagerungssystems mitgeschleppt. Somit hat die Antriebseinheit in dieser gekoppelten Betriebsstellung des Industrieroboters keine antriebsaktive Wirkung auf die Trägereinrichtung und damit auf den Industrieroboter. Dieses Bearbeitungssystem ist vorteilhaft, da aufwendige Regelungssysteme zur Bewegungsanpassung des Industrieroboters relativ zum bewegten Werkstück nicht mehr erforderlich sind. Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um eine Fahrzeugrohkarosserie handeln oder auch um andere, insbesondere im Rahmen einer Serienproduktion zu fertigende beziehungsweise zu montierende Werkstücke.

Mit Vorteil weist die Trägereinrichtung eine Schwebeträgereinheit zur reibungsreduzierten Bewegung des Industrieroboters auf. Dabei kann Schwebeträgereinheit als eine Luftkisseneinheit ausgebildet sein. Auf Grund der reibungsreduzierten Bewegung der Trägereinrichtung ist ein ungestörter und reproduzierbar genauer Schleppbetrieb des die Trägereinrichtung mitbewegenden Industrieroboters in gekoppelter Betriebsstellung möglich.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebseinheit als ein insbesondere aktivierbares Reibradsystem ausgebildet, das mindestens ein mit einem für die Trägereinrichtung vorgesehenen Führungssystem in Verbindung stehendes oder in Verbindung bringbares Reibrad enthält. Bei dem Führungssystem kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere Führungsschienen handeln, die in einem Werkstattbetrieb verhältnismäßig einfach anbringbar sind. Ein Reibradsystem eignet sich besonders zum definierten Bewegen beziehungsweise Verfahren der Trägereinrichtung, die mittels der Schwebeträgereinheit beziehungsweise der Luftkisseneinheit reibungsreduziert auf dem Untergrund bewegt werden kann. Hierbei handelt es sich um eine durch das Führungssystem richtungsdefinierte Bewegung.

Die Trägereinrichtung kann eine Plattform aufweisen, mit welcher der Industrieroboter in entkoppelter Betriebsstellung starr und in gekoppelter Betriebsstellung schwimmend verbunden ist. Hierdurch kann der Industrieroboter in entkoppelter Betriebsstellung lagedefiniert mit der Plattform verbunden sein, während er in gekoppelter Betriebsstellung relativ zur Plattform schwimmend angeordnet ist, so dass keine störenden Kräfte (ggf. Reaktionskräfte) von der Plattform auf das mit dem Industrieroboter gekoppelte Werkstück übertragen werden können. Es wird somit in jeder Betriebssituation des Industrieroboters eine positionierbeziehungsweise bearbeitungsgünstige Verbindung (starr oder schwimmend) zwischen dem Industrieroboter und der Trägereinrichtung gewährleistet.

Der Industrieroboter ist mit der Plattform vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines insbesondere schaltbaren Höhenausgleichssystems verbunden. Das Höhenausgleichssystem dient dazu, gegebenenfalls auftretende Toleranzen in Z-Richtung (Höhenrichtung) des gekoppelten Industrieroboters relativ zur Plattform möglichst selbsttätig auszugleichen. Derartige Höhentoleranzen können z.B. auf Grund der schwebenden Bewegung der Trägereinrichtung oder auf Grund von Lageungenauigkeiten beim bewegten Werkstück auftreten.

Entsprechend einer möglichen Ausführungsvariante kann die Plattform von der Schwebeträgereinheit bewegungskraftreduziert getragen sein. Eine Plattform eignet sich besonders gut zur Realisierung einer reibungsreduzierten Bewegung insbesondere mittels einer Luftkisseneinheit auf dem Untergrund und ermöglicht ferner eine flexible Anordnung eines schwimmend gelagerten Industrieroboters mit schaltbaren Höhenausgleichsystem sowie gegebenenfalls weiterer Funktionseinrichtungen für die Werkstückbearbeitung. Dabei kann der Industrieroboter in gekoppelter Betriebsstellung mittels eines Luftkissensystems schwimmend mit der Plattform verbunden sein. In entkoppelter Betriebsstellung kann der Industrieroboter hingegen bei deaktivierter schwimmender Lagerung starr und damit lagedefiniert mit der Plattform verbunden sein.

Mit Vorteil weist der Industrieroboter eine Gewichtsausgleichseinheit auf, welche in Abhängigkeit einer Bewegung des Industrieroboters mittels einer Steuereinheit des Industrieroboters insbesondere durch eine Verschiebebewegung in eine geeignete Ausgleichsstellung bringbar ist. Die Gewichtsausgleichseinheit kann beispielsweise geeignet verschiebbare beziehungsweise bewegbare Gewichtselemente enthalten; durch deren bewegungsgesteuerte Anordnung in Abhängigkeit der Bewegungen des Industrieroboters ein Gewichtsausgleich erhalten werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da im gekoppelten Betriebszustand der Industrieroboter relativ zur Plattform schwimmend gelagert ist und auch bei Bewegungen mittels der Gewichtsausgleichseinheit stets im Gleichgewicht gehalten wird. Alternativ zur Verschiebung von Gewichtselementen kann auch ein Gewichtsausgleich mittels eines sich an der Plattform abstützenden und mit dem Industrieroboter in Verbindung stehenden Kolben-/Zylindersystems erzielt werden, das ebenfalls mittels einer Steuereinheit in Abhängigkeit der Bewegungen des Industrieroboters geeignet aktiviert bzw. verstellt werden muss. Ferner können gegebenenfalls zusätzliche Stoßdämpfer vorgesehen sein, welche einen Ausleger des Industrieroboters mit der Plattform verbinden, so dass unerwünschte Verdrehungen des Industrierobotersystems auf Grund von Beschleunigungseffekten vermieden werden können.

Auf der Trägereinrichtung und insbesondere auf der Plattform können zusätzlich eine Steuereinheit des Industrieroboters und/oder mindestens eine Produktionseinheit angeordnet sein. Dabei kann die Produktionseinheit ein weiterer Industrieroboter und/oder ein Ladungsträger und/oder eine Bearbeitungseinheit oder eine andere Funktionseinheit sein. Ferner kann die Produktionseinheit als austauschbares und/oder als erweiterbares Modul ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Trägereinrichtung und insbesondere die Plattform als austauschbares und/oder erweiterbares Modul ausgebildet sein. Ein derartiges Bearbeitungssystem eignet sich besonders zur Durchführung komplexer und/oder verschiedenartiger Bearbeitungsaufgaben im Rahmen einer Serienfertigung beziehungsweise einer Serienmontage.

Das Bearbeitungssystem enthält vorzugsweise eine Kopplungseinrichtung, die mittels einer aktivierbaren schwimmenden Lagerungseinheit mit dem Industrieroboter verbunden ist. Ferner kann die Kopplungseinrichtung in der gekoppelten Betriebsstellung bewegungsstarr und in der entkoppelten Betriebsstellung schwimmend mit dem Industrieroboter verbunden sein. Dabei kann die Verbindung der Kopplungseinrichtung mit dem Industrieroboter direkt am Industrieroboter oder auch indirekt über eine industrieroboterseitige Platte der Trägereinrichtung realisiert sein. Auf Grund der schaltbaren schwimmenden Lagerung der Kopplungseinrichtung relativ zum Industrieroboter ist eine schonende Anbindung der Kopplungseinrichtung an das Werkstück bzw. an die Werkstückträgereinheit möglich, da beim Kopplungsvorgang die Gewichtskraft des Industrieroboters auf Grund der aktivierten schwimmenden Lagerung der Kopplungseinrichtung relativ zum Industrieroboter keinen störenden beziehungsweise schädigenden Einfluss auf das Werkstück hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kopplungseinrichtung ein Verbindungssystem zur Herstellung einer Verbindung mit der bewegten Werkstückträgereinheit und ein Greifsystem zur Herstellung einer Verbindung mit dem bewegten Werkstück auf. Eine derart kombinierte und insbesondere starre Verbindung der Kopplungseinrichtung mit der Werkstückträgereinheit und mit dem Werkstück ermöglicht die Herstellung einer besonders schonenden Verbindung der Kopplungseinrichtung mit dem zu bearbeitenden Werkstück.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im gekoppelten Betriebszustand der durch das bewegte Werkstück mitbewegte Industrieroboter die Trägereinrichtung mittels eines schwimmenden Lagerungssystems wenigstens zeitweise mitbewegt, wobei die Trägereinrichtung mittels einer Schwebeträgereinheit bewegungsreibungsreduziert auf dem Untergrund bewegbar ist. Mittels des Verfahrens lassen sich die in Bezug auf das Bearbeitungssystem vorerwähnten Vorteile erzielen.

Das schwimmende Lagerungssystem kann als ein Luftkissensystem und die Schwebeträgereinheit als eine Luftkisseneinheit ausgebildet sein. Ferner kann die Trägereinrichtung auf dem Untergrund mittels eines Führungssystems richtungsdefiniert bewegbar sein. Ein derartiges Bearbeitungssystem ist besonders handhabungsfreundlich betreibbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der Industrieroboter starr mit der Trägereinrichtung verbunden, anschließend die Trägereinrichtung in einer Ankoppelstellung relativ zum Werkstück bewegt, anschließend eine schwimmend mit dem Industrieroboter verbundene Kopplungseinrichtung an das Werkstück und/oder an die Werkstückträgereinheit gekoppelt, anschließend der Industrieroboter schwimmend mit der Trägereinheit verbunden, anschließend die angekoppelte Kopplungseinrichtung starr mit dem Industrieroboter verbunden und anschließend die Trägereinrichtung bei einer Werkstückbewegung mittels des schwimmenden Lagerungssystems des Industrieroboters mitbewegt. Dabei kann das Werkstück zum Zeitpunkt des Ankoppelns der Kopplungseinrichtung bewegt werden. Somit ist es möglich, ein Werkstück, das sich kontinuierlich bewegt, mittels des Bearbeitungssystems in gekoppelter Betriebsstellung mittels des Industrieroboters zu bearbeiten. Gegebenenfalls kann das Werkstück auch erst nach Herstellung der gekoppelten Betriebsstellung in Bewegung versetzt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 Eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Bearbeitungssystem 10,
2 bis 5 jeweils eine schematische Perspektivdarstellung eines Teils des Bearbeitungssystems der 1 in vergrößertem Maßstab,
6 und 7 jeweils eine schematisch Perspektivdarstellung des erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems entsprechend zwei weiterer, alternativer Ausführungsformen.
Das Bearbeitungssystem 10 enthält gemäß 1 eine Werkstückförderbahn 13, auf welcher Werkstücke 12, entsprechend dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu bearbeitende Fahrzeugkarosserien, in Richtung des Pfeils 48 entlang einer Bearbeitungslinie gefördert werden. Ferner enthält das Bearbeitungssystem 10 eine Industrieroboterförderbahn 17, auf welcher ein Industrieroboter 16 gemäß den Pfeilen 50, 52 bewegt werden kann. Die Fahrzeugkarosserie 12, welche z.B. eine Rohbaukarosserie sein kann, wird von einer Werkstückträgereinheit 14, die auch als Adaptereinrichtung bezeichnet wird, lagedefiniert getragen und gemäß Pfeil 48 auf der Werkstückförderbahn 13 bewegt. Der Industrieroboter 16 ist auf einer Trägereinrichtung 18 angeordnet, welche mittels einer Antriebseinheit 20 unabhängig von der Fahrzeugkarosserie 12 bzw. von der Werkstückträgereinheit 14 auf der Industrieroboterförderbahn 17 gemäß den Pfeilen 50, 52 bewegt werden kann. Das Bearbeitungssystem 10 dient zum Bearbeiten der bewegten Fahrzeugkarosserie 12 mittels des Industrieroboters 16. Hierzu ist der Industrieroboter 16 zeitweise starr an die bewegte Fahrzeugkarosserie 12 und/oder an die bewegte Werkstückträgereinheit 14 koppelbar. In 1 ist das Bearbeitungssystem 10 in einer entsprechend gekoppelten Betriebsstellung 44 dargestellt.
2 zeigt eine schematische Hinteransicht der den Industrieroboter 16 auf dem Untergrund 11 der Industrieroboterförderbahn 17 tragenden Trägereinrichtung 18. Der Industrieroboter 16 wird von der Trägereinrichtung 18 unter Zwischenschaltung eines schwimmenden Lagerungssystems 22 getragen. Das schwimmende Lagerungssystem 22 enthält eine erste Trägerplatte 62, mit welcher der Industrieroboter 16 starr verbunden ist. Die erste Trägerplatte 62 ist ihrerseits mit einer zweiten Trägerplatte 64 des schwimmenden Lagerungssystems 22 unter Zwischenschaltung von Höhenausgleichssystemen 46 und mehrerer Führungseinheiten 60 verbunden. Die Höhenausgleichssysteme 46 können als verstellbare Zylindersysteme ausgebildet sein, mittels welchen eine erwünschte Höhenverstellung der ersten Trägerplatte 62 gegenüber der zweiten Trägerplatte 64 und damit ein insbesondere selbsttätiger Höhenausgleich des Industrieroboters 16 gegenüber der zweiten Trägerplatte 64 entsprechend Doppelpfeil 56 während der Ankopplungsphase möglich ist. Die zweite Trägerplatte 64 ist unter Zwischenschaltung eines Luftkissensystems 32 derart mit einer Plattform 30 der Trägereinrichtung 18 verbunden, dass ein rotatorischer Toleranzausgleich in Form einer Taumelbewegung der zweiten Trägerplatte 64 und damit auch des Industrieroboters 16 entsprechend Doppelpfeil 58 insbesondere in der gekoppelten Betriebsstellung 44 möglich ist. Die Plattform 30 der Trägereinrichtung 18 ist mittels einer Schwebeträgereinheit 24 in Form einer Luftkisseneinheit 26 gegenüber dem Untergrund 11 der Industrieroboterförderbahn 17 derart abgestützt, dass eine reibungsreduzierte Bewegung der Plattform 30 mit dem schwimmenden Lagerungssystem 22 und dem Industrieroboter 16 auf der Industrieroboterförderbahn 17 gemäß den Pfeilen 50, 52 möglich ist. Mit der ersten Trägerplatte 62 ist eine Kopplungseinrichtung 66 verbunden, welche in den 3 bis 5 detaillierter dargestellt ist und im Folgenden eingehender erläutert wird.
Entsprechend den 3 bis 5 enthält die Kopplungseinrichtung 66 einen Kopplungsrahmen 68 und einen Kopplungsarm 70. Die Kopplungseinrichtung 66 ist mittels einer schwimmenden Lagerungseinheit 72 insbesondere in Form mehrerer Balgzylinder mit der ersten Trägerplatte 62 verbunden. Die schwimmende Lagerungseinheit 72 ist in Abhängigkeit einer jeweiligen Betriebsstellung, nämlich einer entkoppelten Betriebsstellung 42 (siehe 4) und einer gekoppelten Betriebsstellung 44 (siehe 5) aktivierbar. Zur Herstellung einer Verbindung der Kopplungseinrichtung 66 mit der bewegten Werkstückträgereinheit 14 weist die Kopplungseinrichtung 66 ein Verbindungssystem 84 auf, das mit mehreren Zentrierelementen 78 am Kopplungsrahmen 68 versehen ist. Zusätzlich kann eine Verbindung der Kopplungseinrichtung 66 mit der bewegten Fahrzeugkarosserie 12 mittels eines Greifsystems 80 hergestellt werden, das am Kopplungsarm 70 angeordnet ist. Das Greifsystem 80 dient beim dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 5 zur Herstellung einer starren Verbindung der Kopplungseinrichtung 66 mit der B-Säule 82 der Fahrzeugkarosserie 12. Zur Gewährleistung einer betriebsgünstigen und lagegenauen Ankopplung der Kopplungseinrichtung 66 an die Fahrzeugkarosserie 12 beziehungsweise an die Werkstückträgereinheit 14 weist die Kopplungseinrichtung 66 an ihrem Kopplungsrahmen 68 ein Lichtschrankensystem 74 und ein Anschlagsystem 76 in Form eines Anschlagzylinders mit Dämpfer auf.
Gemäß den 6 und 7, welche in Ergänzung zum oben beschriebenen Bearbeitungssystem 10 zwei alternative Ausführungsformen des Bearbeitungssystems 10 zeigen, ist der Industrieroboter 16 und/oder die erste Trägerplatte 62 und/oder die zweite Trägerplatte 64 mit einer Gewichtsausgleichseinheit 34 versehen. Dabei kann die Gewichtsausgleichseinheit 34 derart ausgebildet sein, dass sie geeignet bewegbare und insbesondere geeignet verschiebbare Ausgleichsgewichte enthält. Gegebenenfalls können auch Ausgleichszylindersysteme und/oder Ausgleichsstoßdämpfer zum geeigneten Gewichtsausgleich des sich bei der Bearbeitung der Fahrzeugkarosserie 12 bewegenden Industrieroboters 16 vorgesehen sein. Auf der Plattform 30 können eine oder mehrere Steuereinheiten 36 und/oder eine oder mehrere Produktionseinheiten 40 angeordnet sein. Bei der Produktionseinheit 40 kann es sich um einen oder mehrere Industrieroboter (siehe 7) und/oder um einen mehrere Ladungsträger (siehe 6, 7) und/oder um eine oder mehrere Bearbeitungseinheiten (siehe 7) handeln. Gegebenenfalls kann die Produktionseinheit 40 als austauschbares und/oder als erweiterbares Modul ausgebildet sein.
Entsprechend den 5 bis 7 enthält das Bearbeitungssystem 10 ein Führungssystem 54 insbesondere in Form einer Führungsschiene, wobei das Führungssystem 54 eine richtungsdefinierte Bewegung der Trägereinrichtung 18 beziehungsweise der Plattform 30 entsprechend den Pfeilen 50, 52 gewährleistet. Die Bewegung der Plattform 30 wird durch die Antriebseinheit 20 realisiert, welche beispielsweise als ein Reibradsystem ausgebildet sein kann, das mit dem Führungssystem 54 in gegebenenfalls schaltbaren operativen Wirkkontakt steht und eine werkstückunabhängige Bewegung der Plattform 30 gemäß den Pfeilen 50, 52 entlang des Führungssystems 54 auf der Industrieroboterförderbahn 17 gewährleistet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Bearbeitungssystems 10 zur Bearbeitung der Fahrzeugkarosserie 12 beschrieben. Während eine Fahrzeugkarosserie 12 mittels der Werkstückträgereinheit 14 auf der Werkstückförderbahn 13 gemäß Pfeil 48 (siehe 1) bewegt wird, befindet sich die Trägereinrichtung 18 mit dem Industrieroboter 16 in einer entkoppelten Betriebsstellung 42 (siehe 3) und insbesondere in einer in Werkstückförderrichtung (Pfeil 48) beabstandeten Position auf der Industrieroboterförderbahn 17. Der Industrieroboter 16 muss somit mittels einer Bewegung der Werkstückträgereinheit 14 auf der Industrieroboterförderbahn 17 in Richtung Pfeil 50 bewegt werden, um in einem definierten Ankoppelbereich relativ zur bewegten Fahrzeugkarosserie 12 positioniert werden zu können. Hierzu wird zunächst mittels des Höhenausgleichssystem 46 die erste Trägerplatte 62 und somit auch die Kopplungseinrichtung 66 auf eine vorgegebene Anschlaghöhe für das Anschlagsystem 76 gehoben. Anschließend wird das Anschlagsystem 76 aus einer Passivstellung (siehe 3) in eine definierte Aktivstellung (siehe 4) geschwenkt. Die Plattform 30 kann nun mittels der Antriebseinheit 20 und der Schwebeträgereinheit 24 nach Lösen von gegebenenfalls vorhandenen Bremsen auf der Industrieroboterbahn 17 gemäß Pfeil 50 in Richtung der bewegten Fahrzeugkarosserie 12 reibungsarm beschleunigt und bewegt werden, bis die Kopplungseinrichtung 66 die Position gemäß 4 erreicht. Bei positionsabhängiger Aktivierung des Lichtschrankensystems 74 wird die Anfahrgeschwindigkeit der Plattform 30 automatisch reduziert, um ein sanftes Positionieren der Kopplungseinrichtung 66 relativ zur Werkstückträgereinheit 14 zu gewährleisten. Hierzu wirkt das Lichtschrankensystem 74 der Kopplungseinrichtung 66 mit der Werkstückträgereinheit 14 zusammen. Die Plattform 30 wird relativ zur bewegten Fahrzeugkarosserie 12 in Förderrichtung (Pfeil 50) weiterbewegt, bis das Anschlagsystem 76, welches ebenfalls mit der Werkstückträgereinheit 14 zusammenwirkt, eine definierte Anschlagposition erreicht hat. Bis zu diesem Zeitpunkt ist Bewegung der Plattform 30 entlang des Führungssystems 54 mittels der Antriebseinheit 20 werkstückunabhängig erfolgt.
Die nun eingenommene Anschlagposition gewährleistet eine exakt übereinstimmende Bewegung der Plattform 30 und der Werkstückträgereinheit 14 in Förderrichtung (Pfeile 50, 48).
Nun kann die schwimmende Lagerungseinheit 72 (siehe 3) derart aktiviert werden, dass der Kopplungsrahmen 68 mit den Zentrierelementen 78 in die entsprechend mit geeigneten Aufnahmen versehene Werkstückträgereinheit 14 einfahren kann unter Ausbildung einer lagedefinierten formschlüssigen Verbindung. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine formschlüssige Verriegelung zwischen dem Kopplungsrahmen 68 und der Werkstückträgereinheit 14 hergestellt werden. Ferner wird nun durch Aktivieren des Greifsystems 80 eine starre Verbindung zwischen dem Kopplungsarm 70 und der B-Säule 82 der Fahrzeugkarosserie 12 geschaffen. In dieser Betriebsphase ist die Kopplungseinrichtung 66 mittels der schwimmenden Lagerungseinheit 72 schwimmend gegenüber der ersten Trägerplatte 62 und somit gegenüber dem Industrieroboter 16 gelagert. Anschließend wird das Höhenausgleichssystem 46 aus einer in Richtung des Doppelpfeils 56 (siehe 2) starren Betriebsstellung in eine schwimmende Betriebsstellung geschaltet, so dass ein Z-Ausgleich zur Kompensierung von Toleranzschwankungen zwischen der ersten Trägerplatte 62 und somit auch des Industrieroboters 16 und der Kopplungseinrichtung 66 möglich ist. Spätestens jetzt wird auch das Luftkissensystem 32 derart aktiviert, dass eine schwimmende Lagerung der zweiten Trägerplatte 64 relativ zur Plattform 30 realisiert ist. Nun wird die schwimmende Lagerungseinheit 72 derart aktiviert, dass eine starre Kopplung zwischen der Kopplungseinrichtung 66 und der ersten Trägerplatte 62 und somit auch des Industrieroboters 16 erfolgt unter gleichzeitiger Gewährleistung des erwähnten Z-Ausgleichs und eines Winkelstellungsausgleichs der ersten Trägerplatte 62 (siehe 2, Doppelpfeil 58). Auf Grund des wirkenden Luftkissensystems 32 und des Höhenausgleichssystems 46 können auch minimale Bewegungen der Fahrzeugkarosserie 12 direkt und unter verhältnismäßig geringer Kraft auf die erste Trägerplatte 62 und damit auf den Industrieroboter 16 übertragen werden. Mittels der aktiven Gewichtsausgleichseinheit 34 des Industrieroboters 16 wird ein sich auf die Bearbeitung der Fahrzeugkarosserie 12 günstig auswirkender Gewichtsausgleich des sich bewegenden Industrieroboters 16 gewährleistet.
Sämtliche Ankoppelschritte können somit an der bewegten Karosserie 12 erfolgen. Nach Herstellung der gekoppelten Betriebsstellung 44 (siehe 5) wird die Trägereinrichtung 18 durch die Bewegung der Fahrzeugkarosserie 12 und durch die entsprechende Bewegung der Werkstückträgereinheit 14 mittels des schwimmenden Lagerungssystems 22 unter Überwindung verhältnismäßig geringer Reibungskräfte auf dem Untergrund 11 mitbewegt. Die Trägereinrichtung 18 wird somit mit der bewegten Fahrzeugkarosserie 12 und der bewegten Werkstückträgereinheit 14 mitgeschleppt, wobei die gegebenenfalls eingeschaltete oder auch inzwischen ausgeschaltete Antriebseinheit 20 nicht mehr antriebsaktiv auf die Trägereinrichtung 18 wirkt.
Die Fahrzeugkarosserie 12 kann nun reproduzierbar genau und flexibel mittels des Bearbeitungssystems 10 während ihrer Beförderung entlang der Werkstückförderbahn 13 bearbeitet werden. Es können getaktete Förderbahnabschnitte und Pufferstrecken entlang der Bearbeitungslinie vermieden werden. Es können automatisierte und insbesondere vollautomatisierte Bearbeitungsprozesse mit dem Förderprozess integriert werden. Mögliche Einsatzgebiete für das Bearbeitungssystem 10 sind z.B. die Montage von Dämmmatten mittels Klebetechnik, die Federbeinmontage, die Scheibenmontage, der Einbau eines Ersatz- bzw. Notrads und/oder die Batteriemontage. Gegebenenfalls können durch das Bearbeitungssystem 10 während der direkten Bearbeitung der Fahrzeugkarosserie 12 gleichzeitig auch weitere, vorbereitende Arbeiten an der Fahrzeugkarosserie 12 und/oder an Anbauteilen ausgeführt werden.
Das Bearbeitungssystem 10 kann derart ausgebildet sein, das ein Heranfahren an die Fahrzeugkarosserie 12 bzw. an die Werkstückträgereinheit 14 von hinten in Förderrichtung (siehe 1, Pfeil 48) der Fahrzeugkarosserie 12 und auch von vorne entgegen der Förderrichtung der Fahrzeugkarosserie 12 möglich ist. Hierzu sollte das Bearbeitungssystem 10 mit dem Anschlagsystem 76 in Passivstellung (siehe 3) an der Werkstückträgereinheit 14 ohne Anschlagkontakt vorbeifahren können.

Claims

Bearbeitungssystem (10) zum Bearbeiten eines bewegten Werkstücks (12) mittels eines zeitweise starr an das Werkstück (12) und/oder an eine bewegbare Werkstückträgereinheit (14) koppelbaren Industrieroboters (16), wobei der Industrieroboter (16) in entkoppelter Betriebsstellung (42) von einer Trägereinrichtung (18) getragen wird, die mittels einer antriebsaktiv wirkenden Antriebseinheit (20) werkstückunabhängig bewegbar ist, und in gekoppelter Betriebsstellung (44) mittels eines schwimmenden Lagerungssystems (22) relativ zur Trägereinrichtung (18) schwimmend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in gekoppelter Betriebsstellung (44) des Industrieroboters (16) die Antriebseinheit (20) nicht antriebsaktiv auf die Trägereinrichtung (18) wirkt und die Trägereinrichtung (18) durch das bewegte Werkstück (12) und/oder durch die bewegte Werkstückträgereinheit (14) wenigstens zeitweise mittels des schwimmenden Lagerungssystems (22) mitbewegt wird.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (18) eine Schwebeträgereinheit (24) aufweist zur reibungsreduzierten Bewegung des Industrieroboters (16).
Bearbeitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwebeträgereinheit (24) als eine Luftkisseneinheit (26) ausgebildet ist.
Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (20) als ein insbesondere aktivierbares Reibradsystem ausgebildet ist, das mindestens ein mit einem für die Trägereinrichtung (18) vorgesehenen Führungssystem (54) in Verbindung stehendes oder in Verbindung bringbares Reibrad enthält.
Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (18) eine Plattform (30) aufweist, mit welcher der Industrieroboter (16) in entkoppelter Betriebsstellung (42) starr und in gekoppelter Betriebsstellung schwimmend verbunden ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (16) mit der Plattform (30) unter Zwischenschaltung eines insbesondere schaltbaren Höhenausgleichssystems (46) verbunden ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (30) von der Schwebeträgereinheit (24) bewegungskraftreduziert getragen ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (16) in gekoppelter Betriebsstellung (44) mittels eines Luftkissensystems (32) schwimmend mit der Plattform (30) verbunden ist.
Bearbeitungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (16) eine Gewichtsausgleichseinheit (34) aufweist, welche in Abhängigkeit einer Bewegung des Industrieroboters (16) mittels einer Steuereinheit (36) des Industrieroboters (16) insbesondere durch eine Verschiebebewegung in eine geeignete Ausgleichsstellung bringbar ist.
Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Trägereinrichtung (18) und insbesondere auf der Plattform (30) zusätzlich eine Steuereinheit (36) des Industrieroboters (16) und/oder mindestens eine Produktionseinheit (40) angeordnet sind:
Bearbeitungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionseinheit (40) ein weiterer Industrieroboter und/oder ein Ladungsträger und/oder eine Bearbeitungseinheit ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionseinheit (40) als austauschbares und/oder als erweiterbares Modul ausgebildet ist.
Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (18) und insbesondere die Plattform (30) als austauschbares und/oder erweiterbares Modul ausgebildet ist.
Bearbeitungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Kopplungseinrichtung (66) enthält, die mittels einer aktivierbaren schwimmenden Lagerungseinheit (72) mit dem Industrieroboter (16) verbunden ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (66) in der gekoppelten Betriebsstellung (44) bewegungsstarr und in der entkoppelten Betriebsstellung (42) schwimmend mit dem Industrieroboter (16) verbunden ist.
Bearbeitungssystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (66) ein Verbindungssystem (84) zur Herstellung einer Verbindung mit der bewegten Werkstückträgereinheit (14) und ein Greifsystem (80) zur Herstellung einer Verbindung mit dem bewegten Werkstück (12) aufweist.
Verfahren zum Positionieren eines zeitweise starr an ein bewegbares Werkstück (12) und/oder an eine bewegbare Werkstückträgereinheit (14) ankoppelbaren Industrieroboters (16) eines Bearbeitungssystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bearbeitungssystem (10) eine werkstückunabhängig mittels einer Antriebseinheit (20) bewegbare Trägereinrichtung (18) aufweist, welche den Industrieroboter (16) im entkoppelten Betriebszustand (42) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass im gekoppelten Betriebszustand (44) der durch das bewegte Werkstück mitbewegte Industrieroboter (16) die Trägereinrichtung (18) mittels eines schwimmenden Lagerungssystems (22) wenigstens zeitweise mitbewegt, wobei die Trägereinrichtung (18) mittels einer Schwebeträgereinheit (24) bewegungsreibungsreduziert auf dem Untergrund (11) bewegbar ist.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das schwimmende Lagerungssystem (22) ein Luftkissensystem (32) ist und die Schwebeträgereinheit (24) als eine Luftkisseneinheit (26) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (18) auf dem Untergrund (11) mittels eines Führungssystems (38) richtungsdefiniert bewegbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (16) starr mit der Trägereinrichtung (18) verbunden wird, anschließend die Trägereinrichtung (18) in eine Ankoppelstellung relativ zum Werkstück (12) bewegt wird, anschließend eine schwimmend mit dem Industrieroboter (16) verbundene Kopplungseinrichtung (66) an das Werkstück (12) und/oder an die Werkstückträgereinheit (14) gekoppelt wird, anschließend der Industrieroboter (16) schwimmend mit der Trägereinrichtung (18) verbunden wird, anschließend die angekoppelte Kopplungseinrichtung (66) starr mit dem Industrieroboter (16) verbunden wird und anschließend die Trägereinrichtung (18) bei einer Werkstückbewegung (48) mittels des schwimmenden Lagerungssystems (22) des Industrieroboters (16) mitbewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) zum Zeitpunkt des Ankoppelns der Kopplungseinrichtung (66) bewegt wird.