DE102008036501B4

DE102008036501B4 - Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers und Robotergreifer

Info

Publication number: DE102008036501B4
Application number: DE102008036501.7A
Authority: DE
Inventors: Dieter Neubert; Holger Fritsch
Original assignee: Duerr Somac GmbH
Current assignee: Duerr Somac GmbH
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: DE102008036501A1

Abstract

Robotergreifer, bestehend aus einer Trägerbaugruppe, die an einem Roboterarm befestigt ist und von diesem in mehreren Freiheitsgraden bewegt werden kann, wobei die Trägerbaugruppe mehrere Sauger (2) aufweist, die jeweils mit einem elastischen Saugkörper (6) ausgestattet sind, der auf den zu greifenden Gegenstand, insbesondere eine Scheibe für Kraftfahrzeuge, aufgesetzt und mit Unterdruck beaufschlagt wird und wobei zumindest ein Anschlag vorgesehen ist, der in Greifrichtung relativ zur Trägerbaugruppe verschiebbar und mittels einer Klemmvorrichtung in einer definierten Position arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Robotergreifer einen Grundrahmen (1) aufweist, an dem mehrere Sauger (2), mehrere als Niederhalter (3) mit Andruckpins (4) ausgebildete Anschläge und mehrere Kamerasysteme (5) abgestützt sind, wobei die Sauger (2) und die Andruckpins (4) jeweils in Richtung des zu greifenden Gegenstandes verlagerbar ausgestaltet sind und jeweils Feststelleinheiten aufweisen, die ausgehend von den durch die Kamerasysteme (5) ermittelten Koordinaten über eine Steuerung betätigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer, bestehend aus einer Trägerbaugruppe, die an einem Roboterarm befestigt ist und von diesem in mehreren Freiheitsgraden bewegt werden kann, wobei die Trägerbaugruppe mehrere Sauger aufweist, die jeweils mit einem elastischen Saugkörper ausgestattet sind, der auf den zu greifenden Gegenstand, insbesondere eine Scheibe für Kraftfahrzeuge, aufgesetzt und mit Unterdruck beaufschlagt wird und wobei zumindest ein Anschlag vorgesehen ist, der in Greifrichtung relativ zur Trägerbaugruppe verschiebbar und mittels einer Klemmvorrichtung in einer definierten Position arretierbar ist.
Für zahlreiche technische Anwendungen werden automatisierte Montageprozesse unter Nutzung von Robotertechnik realisiert. Für den Einsatz derartiger Roboter müssen die zu fügenden Baugruppen exakt in eine zueinander definierte Relativposition gebracht werden, um Fehler beim Montagevorgang zu vermeiden.
Eine diesbezüglich typische Anwendung ist die Montage von Glasscheiben an Blechteilen einer Karosserie an Fertigungslinien der Automobilindustrie. Die Scheiben weisen eine maßgenaue Außenkontur auf, so dass eine Passgenauigkeit zwischen der Aussparung im Blechteil und der in die Aussparung zu montierenden Scheibe gewährleistet ist. Dennoch ist die Handhabung der Fahrzeugscheiben problematisch, weil diese überwiegend mehrere Abschnitte mit einer jeweils unterschiedlichen Wölbung aufweisen.
Für eine automatisierte Montage von Fahrzeugscheiben werden Robotergreifer eingesetzt, die Sauger zum Greifen und Anschläge zur Positionierung der Scheibe aufweisen. Eine solche technische Lösung ist aus DE 37 16 232 C2 bekannt. Hierbei wird zur Montage von Fahrzeugscheiben ein Handhabungsgerät mit Greifeinrichtung und einer mechanischen Zentriereinrichtung eingesetzt. Die Zentriereinrichtung weist mindestens einen mit der Greifeinrichtung mitbewegten Sensor auf, der entlang der Kontur eines Ausschnittes in der Karosserie geführt wird.
Aus DE 29 712 202 U1 ist eine Anlage zum Einbau von Fahrzeugscheiben in Karosserien bekannt, bei der im Bereich der Montagestation ein berührungsloses Vermessungssystem angeordnet ist, mit dem die Position der Scheiben auf einer Zuführeinrichtung erfasst wird. Ausgehend von dieser Position wird über eine Steuerung ein Robotergreifer derart bewegt, dass er die Scheibe in eine zur Karosserie montagegerechte Position verlagert. Für das berührungslose Vermessungssystem werden mehrere Kameras verwendet.
Unabhängig von der jeweils konkreten Variante zur Vermessung von Karosserieausschnitt und zu montierender Fahrzeugscheibe ergeben sich Probleme, sofern auf einer Anlage verschiedene Karosserie- bzw. Scheibenformen bearbeitet werden sollen. Eine Umrüstung der Robotergreifer für die Montage unterschiedlicher Scheiben erfordert überwiegend eine veränderte Stellung der Anschläge zur Positionierung der Scheibe. Neben einer jeweils separaten Umrüstung kann dies auch erreicht werden, indem an einem Grundkörper des Robotergreifers für unterschiedliche Scheiben verschieden eingestellte Anschläge angeordnet sind, von denen die jeweils nicht benötigten Anschläge in eine beim Greifen nicht störende Position geschwenkt werden. Allerdings erfordert diese Umstellung, die nur teilweise automatisiert werden kann, ebenfalls einen gewissen Zeitaufwand. Außerdem können mit den vorab eingestellten Anschlägen Toleranzen der Scheibenmaße nicht ausgeglichen werden.
DE 202 21 729 U1 beschreibt eine zum Greifen von beispielsweise Kraftfahrzeugscheiben oder Karosserieteilen mittels eines Roboterarmes ausgebildete Vorrichtung. Dieser Robotergreifer besteht aus einem Träger mit Sauggreifern, die jeweils einen elastischen Saugkörper aufweisen. Der Saugkörper wird auf den zu greifenden Gegenstand aufgesetzt und mit Unterdruck beaufschlagt. Weiterhin ist zumindest ein Anschlag vorgesehen, der die Position des gegriffenen Gegenstandes festlegt und der in Greifrichtung relativ zum Träger verschiebbar angeordnet ist. Dem Anschlag ist eine Klemmvorrichtung zugeordnet, mit welcher der Anschlag nach einem festgelegten Hub entgegen der Greifrichtung fixiert wird. Der zumindest eine Anschlag ist innerhalb eines Saugkörpers angeordnet und wird von diesem umschlossen. Die Anschläge passen sich automatisch der jeweiligen Kontur des zu greifenden Gegenstandes an, indem sie bei Berührung des Gegenstandes zunächst geringfügig in Richtung des Trägers bewegt und erst geklemmt werden, nachdem der Robotergreifer eine definierte Übernahmeposition erreicht hat. Dadurch wird erreicht, dass die Anschläge den Gegenstand berühren, bevor eine Beaufschlagung mit Unterdruck erfolgt, so dass eine unbeabsichtigte Verformung des Gegenstandes vermieden wird. Ein Nachteil dieses Robotergreifers ist allerdings die schwierige und aufwändige Montage, weil der Führungskörper zweiteilig ausgestaltet ist und die Klemmvorrichtung im Bereich der Überlappung der beiden Teile liegt.
Aus DE 20 2004 008 025 U1 ist eine Vakuumdrehdurchführung für unabhängig voneinander wirkende Kreisläufe an Hebegeräten bekannt, die auch als Vorsatz- bzw. Zusatzgerät für Hubeinrichtungen eingesetzt werden kann. Dabei weisen diese Vorsatz- oder Zusatzgeräte vorzugsweise Saugnäpfe auf, so dass funktionell ein Robotergreifer verfügbar ist.
DE 103 47 554 A1 beschreibt ein Verfahren für Montagearbeiten von Karosserieteilen an Kraftfahrzeugen. Hierbei wird eine roboterähnliche Montageeinrichtung verwendet, die zunächst Spalt- und ähnliche Maße zwischen Karosserie und zugeordneten Karosserieteilen ermittelt und die nachfolgend so lange verfahren wird, bis die tatsächlichen Istwerte mit den vorab definierten Sollwerten übereinstimmen. Danach wird das jeweilige Karosserieteil an der Karosserie befestigt.
Schließlich ist aus US 5 380 978 A eine Variante zum Zusammenbau von Karosserien und anderen dreidimensionalen Objekten unter Nutzung eines Robotergreifers bekannt, dessen Bewegungen kamerabasiert ausgeführt werden.
Trotz der bereits bekannten technischen Lösungen besteht weiterhin Entwicklungsbedarf, der sich insbesondere aus zunehmend kürzeren Taktzeiten bei der Fahrzeugmontage und den gleichzeitig steigenden Qualitätsvorgaben hinsichtlich der Einbaugenauigkeit ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, mit der eine für die automatisierte Montage von zwei miteinander zu fügenden Bauteilen notwendige Relativposition unter Berücksichtigung von Bauteiltoleranzen mit geringem Zeitaufwand und hoher Genauigkeit eingestellt werden kann. Insbesondere soll eine Anwendung für Fügevorgänge in der Automobilindustrie primär für die Montage von Fahrzeugscheiben in Kraftfahrzeugkarosserien ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird mit einem Robotergreifer gelöst, der einen Grundrahmen aufweist, an dem mehrere Sauger, mehrere Niederhalter mit Andruckpins und mehrere Kamerasysteme abgestützt sind, wobei den Saugern und den Andruckpins, die jeweils in Richtung des zu greifenden Gegenstandes verlagerbar ausgestaltet sind, jeweils Feststelleinheiten zugeordnet sind, die ausgehend von den durch die Kamerasysteme ermittelten Koordinaten über eine Steuerung betätigbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen, deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Mit der vorgeschlagenen technischen Lösung kann eine für die automatisierte Montage von mindestens zwei miteinander zu fügenden Bauteilen notwendige Relativposition unter Berücksichtigung von Bauteiltoleranzen mit geringem Zeitaufwand und hoher Genauigkeit eingestellt werden. Diese technische Lösung ist für verschiedenartige Anwendungen geeignet, eine bevorzugte Anwendung ist hierbei die Montage von Fahrzeugscheiben in Kraftfahrzeugkarosserien an Fertigungslinien der Automobilindustrie.
Durch die Verschiebung der Sauger und Andruckpins relativ zum Grundrahmen ist es möglich, die fest am Grundrahmen installierten Kamerasysteme mit dem Roboterarm für unterschiedliche Scheiben in unterschiedliche Messpositionen zu fahren. Somit kann das Messfeld der Kameras in der Zustellrichtung variabel positioniert werden. Gleichzeitig kann in den unterschiedlichen Positionen eine Fahrzeugscheibe angesaugt werden. Diese Scheibe liegt dann an den Saugkörpern der Sauger und an den Kuppen der Andruckpins der Niederhalter an. Dadurch wird eine Verspannung der Scheibe durch Krafteinwirkung von außen vermieden. In dieser Position werden die axial verschiebbaren Bauteile der Sauger und der Andruckpins geklemmt. Durch diese Art der Scheibenaufnahme ist eine stabile Aufnahme der Fahrzeugscheibe für den folgenden Kleberauftrag und den Verbau der Scheibe in die Karosserie gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 einen Robotergreifer in perspektivischer Ansicht
2 den Robotergreifer gemäß 1 in Draufsicht
3 den Robotergreifer gemäß 1 in Vorderansicht
4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 2
5 eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 2
Der in der Zeichnung dargestellte Robotergreifer besteht aus einer Trägerbaugruppe, die als ein Grundrahmen 1 ausgestaltet ist. Dieser Grundrahmen 1 ist an einem – in der Zeichnung nicht dargestellten – Roboterarm befestigt und kann mit diesem Roboterarm in mehreren Freiheitsgraden bewegt werden. Am Grundrahmen 1 sind mehrere Sauger 2, mehrere Niederhalter 3 mit Andruckpins 4 und mehrere Kamerasysteme 5 abgestützt. Der Roboterarm und diese Baugruppen werden von einer Anlagensteuerung gesteuert, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils sechs Sauger 2 und Niederhalter 3 sowie vier Kamerasysteme 5 vorgesehen sind.
Die Sauger 2 und die Andruckpins 4 sind in Richtung des zu greifenden Gegenstandes, beispielsweise einer Fahrzeugscheibe für Kraftfahrzeugkarosserien verlagerbar. Dabei können die Sauger 2 und Andruckpins 4 mit einer jeweils zugeordneten Feststelleinheit in einer wählbaren Position fest geklemmt werden, wobei die Feststelleinheiten in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Arretierposition der Andruckpins 4 ist von der jeweils konkreten Anwendung abhängig. Dabei werden die Feststelleinheiten ausgehend von den durch die Kamerasysteme 5 ermittelten Koordinaten über eine Steuerung betätigt.
Die Sauger 2 sind jeweils mit einem elastischen Saugkörper 6 ausgestattet, Diese Saugkörper 6 werden auf den zu greifenden Gegenstand aufgesetzt und mit Unterdruck beaufschlagt. Hierfür ist den Saugern 2 jeweils eine Vakuumeinheit 7 zugeordnet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Robotergreifer zwei getrennte Saugkreise mit einer jeweils separaten Vakuumüberwachung aufweist. Somit kann ein Teil der Sauger 2 dem einen Saugkreis und der andere Teil der Sauger 2 dem anderen Saugkreis zugeordnet werden. Hierbei weist der Robotergreifer vorzugsweise eine gerade Anzahl von Saugern 2 auf, von denen jeweils eine hälftige Anzahl dem ersten und dem zweiten Saugkreis zugeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel mit insgesamt sechs Saugern 2 würden folglich jedem separaten Saugkreis jeweils drei Sauger 2 zugeordnet.
Für die Kamerasysteme 5 sind unterschiedliche Varianten möglich, wobei primär eine Ausgestaltung als optisches bzw. lasergestütztes Vermessungssystem vorgeschlagen wird.
Der Grundrahmen 1 kann ebenfalls verschiedenartig ausgestaltet werden. In einer Vorzugsvariante gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein solcher Grundrahmen 1 aus mehreren Leichtbauprofilen 8 zusammengefügt, die jeweils rechtwinklig zueinander verlaufend angeordnet sind. In den Übergangsbereichen zwischen zwei benachbart angeordneten Leichtbauprofilen 8 kann an der Innenseite der Rahmenkontur jeweils ein Verstärkungselement 9 angeordnet werden. Dadurch werden eine einfache Herstellung und eine hohe Formstabilität des gesamten Grundrahmens 1 erreicht. Die Einzelteile des Grundrahmens 1 und die am Grundrahmen 1 abgestützten Baugruppen werden vorzugsweise mit Zylinderschrauben zum eigentlichen Robotergreifer zusammengefügt, wobei für diesbezügliche Verbindungselemente in der Zeichnung keine Bezugszeichen eingetragen sind.
Der Grundrahmen 1 weist einen Zentrierring 10 für den zugeordneten Roboterarm auf. Dieser Zentrierring 10 ist auf einer Flanschplatte 11 angeordnet, die über weitere Leichtbauprofile 12 bzw. über eine Montageplatte 13 an den außen angeordneten Leichtbauprofilen 8 des Grundrahmens 1 abgestützt ist.
Der beschriebene Robotergreifer kann verschiedenartig weiter ausgestaltet werden. So kann beispielsweise im Übergangsbereich von Zentrierring 10 und Roboterarm ein kapazitiver Sensor 14 angeordnet werden. Weiterhin kann am Grundrahmen 1 eine Platte 15 für einen Messpunkt zur Kontrolle der Position der einzelnen Elemente angeordnet werden.
Bei der dargestellten Ausführung des Grundrahmens 1 mit Leichtbauprofilen 8 und 12 werden die Sauger 2 und die Niederhalter 3 mit den Andruckpins 4 in Ausnehmungen geführt, die in den beispielsweise aus Aluminium bestehenden Leichtbauprofilen 8 bzw. 12 an den Seitenflächen ausgestaltet sind, die annähernd rechwinklig zur Grundfläche des zu greifenden Gegenstandes angeordnet sind.
Die Kamerasysteme 5 werden so gelagert, dass die Außenkonturen der zu greifenden Gegenstände (Fahrzeugscheiben) im Messfenster/Messvolumen des Kamerasystems 5 liegen. In Ausnehmungen der Leichtbauprofile 8 wird ein Flanschklemmstück 16 mit einer Konsole 17 geführt, an der eine rohrförmige Halterung 18 für das Kamerasystem 5 abgestützt ist.
Beim Betrieb eines derartigen Robotergreifers bewegt der Roboterarm zunächst den Grundrahmen 1 in eine Messposition oberhalb des zu greifenden Gegenstandes, also beispielsweise oberhalb einer Front- oder Heckscheibe für ein Kraftfahrzeug. Die automatisierte Montage wird mit einem optischen bzw. lasergestützten Vermessungssystem unterstützt. Die Scheibenerkennung erfolgt mittels Initiatoren und die konkrete Ablageposition der Fahrzeugscheibe wird mit den Kamerasystemen 5 ermittelt. Auf Grundlage der ermittelten Daten wird die Position des Robotergreifers bei Bedarf korrigiert.
Danach wird die Fahrzeugscheibe mit den Andruckpins 4 der Niederhalter 3 in ihrer Lage fixiert und mit den Saugkörpern 6 der Sauger 2 angehoben. Dabei werden nur solche Andruckpins 4 und Saugkörper 6 aktiviert, die für ein lagestabiles Greifen der jeweiligen Fahrzeugscheibe in Abhängigkeit ihrer jeweils konkreten Kontur notwendig sind.
Nachfolgend wird der vom Roboterarm bewegte Grundrahmen 1 vor einem mit der Fahrzeugscheibe auszustattenden Ausschnitt einer Karosserie platziert. Nunmehr wird die aktuelle Relativposition von Fahrzeugscheibe und Karosserieausschnitt mit den Kamerasystemen 5 ermittelt. Auf Grundlage der hierbei ermittelten Daten erfolgt bei Bedarf nochmals eine Korrektur der Position des Robotergreifers.
Anschließend wird die Fahrzeugscheibe in den zugeordneten Ausschnitt der Karosserie eingefügt. Nach diesem Fügevorgang wird die Position der Fahrzeugscheibe bezüglich der Karosserie mit den Kamerasystemen 5 gemessen. Auf Grundlage der hierbei ermittelten Daten erfolgt abschließend eine Bewertung der Prozesssteuerung mit einer Aussage „IN ORDNUNG” oder „NICHT IN ORDNUNG”.
Bezugszeichenliste

1: Grundrahmen
2: Sauger
3: Niederhalter
4: Andruckpins
5: Kamerasystem
6: Saugkörper
7: Vakuumeinheit
8: Leichtbauprofil
9: Verstärkungselement
10: Zentrierring
11: Flanschplatte
12: Leichtbauprofil
13: Montageplatte
14: kapazitiver Sensor
15: Platte für Messpunkt
16: Flanschklemmstück
17: Konsole
18: Halterung

Claims

Robotergreifer, bestehend aus einer Trägerbaugruppe, die an einem Roboterarm befestigt ist und von diesem in mehreren Freiheitsgraden bewegt werden kann, wobei die Trägerbaugruppe mehrere Sauger (2) aufweist, die jeweils mit einem elastischen Saugkörper (6) ausgestattet sind, der auf den zu greifenden Gegenstand, insbesondere eine Scheibe für Kraftfahrzeuge, aufgesetzt und mit Unterdruck beaufschlagt wird und wobei zumindest ein Anschlag vorgesehen ist, der in Greifrichtung relativ zur Trägerbaugruppe verschiebbar und mittels einer Klemmvorrichtung in einer definierten Position arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Robotergreifer einen Grundrahmen (1) aufweist, an dem mehrere Sauger (2), mehrere als Niederhalter (3) mit Andruckpins (4) ausgebildete Anschläge und mehrere Kamerasysteme (5) abgestützt sind, wobei die Sauger (2) und die Andruckpins (4) jeweils in Richtung des zu greifenden Gegenstandes verlagerbar ausgestaltet sind und jeweils Feststelleinheiten aufweisen, die ausgehend von den durch die Kamerasysteme (5) ermittelten Koordinaten über eine Steuerung betätigbar sind.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Robotergreifer zwei getrennte Saugkreise mit einer jeweils separaten Vakuumüberwachung aufweist, wobei ein Teil der Sauger (2) dem einen Saugkreis und der andere Teil der Sauger (2) dem anderen Saugkreis zugeordnet ist.
Robotergreifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Robotergreifer eine gerade Anzahl von Saugern (2) aufweist, von denen jeweils eine hälftige Anzahl dem ersten und dem zweiten Saugkreis zugeordnet ist.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasysteme (5) derart gelagert werden, dass die Außenkonturen der zu greifenden Gegenstände im Messfenster/Messvolumen des Kamerasystems (5) liegen.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasysteme (5) als optisches Vermessungssystem ausgestaltet sind.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamerasysteme (5) als lasergestütztes Vermessungssystem ausgestaltet sind.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundrahmen (1) aus Leichtbauprofilen (8; 12) zusammengefügt ist, die jeweils rechtwinklig zueinander verlaufend angeordnet sind und denen in den Übergangsbereichen zwischen zwei benachbart angeordneten Leichtbauprofilen (8; 12) an der Innenseite der Kontur des Grundrahmens (1) jeweils ein Verstärkungselement (9) zugeordnet ist.
Robotergreifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundrahmen (1) einen Zentrierring (10) für den zugeordneten Roboterarm aufweist, wobei der Zentrierring (10) auf einer Flanschplatte (11) angeordnet ist, die über Leichtbauprofile (12) und/oder über eine Montageplatte (13) an den außen angeordneten Leichtbauprofilen (8) des Grundrahmens (1) abgestützt ist.
Robotergreifer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich von Zentrierring (10) und Roboterarm ein kapazitiver Sensor (14) angeordnet ist.
Robotergreifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundrahmen (1) eine Platte (15) für einen Messpunkt zur Kontrolle der Position der einzelnen Elemente des Robotergreifers angeordnet ist.
Robotergreifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauger (2) und die Niederhalter (3) mit den Andruckpins (4) in Ausnehmungen gelagert werden, die in den Leichtbauprofilen (8; 12) an den Seitenflächen ausgestaltet sind, die annähernd rechwinklig zur Grundfläche des zu greifenden Gegenstandes angeordnet sind.
Robotergreifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausnehmungen der Leichtbauprofile (8) ein Flanschklemmstück (16) mit einer Konsole (17) geführt wird, an der eine rohrförmige Halterung (18) für ein Kamerasystem (5) abgestützt ist.