ES2329509T3 - Un metodo y un aparato para el emsamblaje y la soldadura de paneles deuerta de automocion. - Google Patents
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Abstract
Un método para ensamblar y soldar paneles de puerta de vehículo, que incluye los siguientes pasos: - en una estación inicial (20) de ensamblaje, componentes (10, 10'') de dichos paneles son ensamblados y dispuestos en una pluralidad de carros o placas (14, 15) para llevar dichos paneles, que están perfilados de un modo adaptable a la forma de los paneles, - dichos carros o placas con los componentes de los paneles son transportados automatizadamente a la estación (20'') para soldar los componentes, - en dicha estación de soldadura, al menos un cabezal (35) de soldadura, que es movible con una pluralidad de grados de libertad, es orientado y posicionado automatizadamente y, si es necesario, la configuración de dicho cabezal de soldadura se cambia automatizadamente, de acuerdo con una secuencia de soldadura que depende de las especificaciones de diseño de los paneles, - dichos carros o placas con los paneles ensamblados y soldados son transportados automatizadamente a una estación (20'''') de retirada, - en dicha estación de retirada, los paneles ensamblados y soldados son retirados, y - los carros o placas descargados se devuelven automatizadamente desde dicha estación de retirada hasta dicha estación inicial; estando aquéllos de dichos pasos que se realizan automatizadamente coordinados de manera programable y adaptable de acuerdo con una secuencia de procesamiento que depende de las especificaciones de diseño de dichos paneles.
Description
Un método y un aparato para el ensamblaje y la
soldadura de paneles de puerta de automoción.
La presente invención se refiere a los sistemas
para el ensamblaje y la soldadura de paneles de puerta de
vehículo.
En la industria de la automoción, los paneles de
puerta están encajados en el bastidor de puerta por razones
estéticas, estructurales y de seguridad. Los paneles también actúan
como soporte para manillares de puerta,
reposa-brazos y bolsillos para objetos. Su impacto
en el diseño interior del coche es importante. Cada vez más, los
paneles están siendo diseñados con formas complejas que comprenden
múltiples componentes hechos de materiales de fibra vegetal o de
plástico que, durante el proceso de ensamblaje, se sueldan entre sí
usando métodos de generación de vibraciones o ultrasónicos.
Debido a la forma de los paneles y a la
necesidad de asegurar la integridad estructural, la soldadura es una
parte crítica del proceso de ensamblaje. En la actualidad, los
componentes principales de los paneles se ensamblan a mano en
estaciones de trabajo de soldadura dedicadas equipadas con múltiples
sonotrodos individuales de soldadura de eje fijo con puntas
dedicadas para que se realice la suelda específica, montados en
grupos, dedicada cada estación de trabajo a un solo diseño
específico de panel de puerta (por ejemplo, izquierdo, derecho,
delantero, trasero, cinco puertas, tres puertas, etc.). El único
movimiento de las puntas de soldadura es el necesario para realizar
la suelda específica a la que se asigna cada punta, de acuerdo con
una secuencia fija. La agrupación de los sonotrodos hace difícil, si
no imposible, optimizar las sueldas individuales desde el punto de
vista tanto de producción como cualitativo. Mantener los componentes
de panel estacionarios y en posición durante la soldadura requiere a
menudo mecanismos complejos. Por otra parte, un movimiento
accidental de las partes a menudo tiene como resultado sueldas
pobres y chatarra.
Las estaciones de trabajo de soldadura están
dedicadas al diseño específico de panel durante toda la vida del
modelo de automóvil y para la producción de los recambios
subsiguientes (durante un período total aproximadamente superior a
15 años). Durante tal período, las estaciones de trabajo no son
usables para ningún nuevo modelo de automóvil o cambios importantes
de diseño de los presentes modelos sin reinversiones iguales a una
fracción importante del coste del equipo original y dificultades de
producción y chatarra durante tal proceso de conversión. El acabado
final de los paneles se lleva a cabo en estaciones separadas de
trabajo de ensamblaje con trabajadores de ensamblaje, lo que implica
riesgos adicionales de defectos debidos a una manipulación excesiva
de los paneles.
Los costes implicados en los procesos
convencionales son por lo tanto bastante altos, particularmente en
el cambio de modelo de automóvil y aumentos en los volúmenes de
producción, mientras que el movimiento restringido y el
posicionamiento grupal del sitio de cabezales de soldadura crea
restricciones en el diseño del panel, tanto estructural como
estéticamente, factores que pueden tener repercusiones en el diseño
y la capacidad de venta del automóvil.
Ejemplos de sistemas de técnica anterior se
describen en los documentos US 6457231 (el preámbulo de la
reivindicación 3), EP 0532372 y US 6098268.
Es el objeto de la presente invención reducir el
impacto de las restricciones de diseño y los costes anteriormente
mencionados en un proceso para ensamblar paneles de puerta de
automóvil.
De acuerdo con la invención, tal objeto se
consigue mediante un método para ensamblar y soldar paneles de
puerta de vehículo que tiene las características definidas en la
reivindicación 1, y mediante un aparato que ensambla y suelda
paneles de puerta de vehículo que tiene las características
definidas en la reivindicación 3.
De hecho, en un método y un aparato de acuerdo
con la invención, los componentes de panel son completamente
ensamblados y soldados en un proceso modular flexible de fabricación
que permite la soldadura de formas complejas en posiciones complejas
y que se puede adaptar de un modo relativamente sencillo y económico
a cambios de diseño y/o de volumen de producción.
Realizaciones preferidas de la invención están
definidas en las reivindicaciones dependientes.
Ventajas y características adicionales de la
invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente
descripción detallada, llevada a cabo de una manera no limitativa
puramente explicativa, con referencia a los dibujos adjuntos, en los
que:
- la figura 1 es una vista desde arriba de
componentes de panel de puerta en su condición de ensamblaje,
dispuestos en un carro o plataforma, antes de la soldadura;
- la figura 2 es una vista en despiece ordenado
de un detalle de los componentes mostrados en la figura 1, indicado
mediante la flecha II de tal figura;
- la figura 3 es una vista esquemática en alzado
lateral de un aparato para el ensamblaje y la soldadura de paneles
de puerta de acuerdo con la invención;
- la figura 4 es una vista esquemática en
perspectiva de una máquina de soldadura del aparto de la figura
3;
- las figuras 5 son vistas esquemáticas en
perspectiva de cabezales de soldadura para la máquina de la figura
4;
- la figura 6 es una vista esquemática en
perspectiva de una parte de la máquina de la figura 4 provista de un
accesorio para permitir que los cabezales de soldadura sean
cambiados automatizadamente durante el proceso de soldar los
paneles;
- la figura 7 es una vista esquemática en
perspectiva de un cabezal de soldadura provisto de un pistón
ajustable en posición y en altura para asegurar en posición los
componentes de panel durante la soldadura; y
- la figura 8 es una vista esquemática en
perspectiva de un cabezal de soldadura provisto de un muelle de
tensión constante para asegurar una presión suficiente de la
herramienta de soldadura sobre los componentes de panel.
Con referencia a los dibujos, un panel de puerta
que ha de ser ensamblado por medio del método y el aparato de la
invención está designado como 1 en la figura 1. Tales paneles son
normalmente de diseño único para cada modelo de automóvil, y están
divididos adicionalmente entre paneles para puertas delanteras y
traseras, y paneles para puertas izquierdas y derechas. Cada panel 1
comprende una pluralidad de componentes 10, 10' (solo dos de los
cuales se muestran en las figuras 1 y 2 por sencillez), que
generalmente consisten en una cubierta o sub-montaje
de forma regular o irregular, hecho de material de fibra y/o
plástico. Con el fin de permitir el ensamblaje de las partes, uno o
más de los componentes 10 están provistos de lugares de soldadura en
forma de varas 11 integralmente formadas con el respectivo
componente 10. Otro componente, designado como 10' y destinado a ser
ensamblado con el primer miembro 10, tiene correspondientes agujeros
12. De este modo, el componente 10 y el componente 10' forman,
respectivamente, la parte macho y la parte hembra en una unión
particular dentro de la pluralidad de componentes que forman el
panel 1.
Antes de la soldadura, los componentes 10, 10'
son ensamblados en una tarima de transporte o soporte 14 que, con el
fin de evitar que se arañen los componentes 10, 10', está mecanizado
con precisión a partir de material de plástico. La tarima 14 de
transporte de bajo coste constituye la única parte de la presente
invención que está dedicada específicamente a un diseño específico
de panel. Hay una tarima de transporte para cada diseño de panel y
el número de tarimas 14 requerido para una línea de ensamblaje
(mostrada en la figura 2) es una función del volumen de producción
requerido desde la línea de ensamblaje. La tarima 14 de transporte
está conectada mediante pernos u otros tipos de conexiones
desmontables a una placa 15 de soporte que es de un diseño estándar
para todas las tarimas 14 de transporte, independientemente de la
estructura de la tarima 14 soportada por ella. La placa 15 y la
tarima 14 juntas forman un carro o plataforma para transportar el
panel ensamblado en el aparato ilustrado en la figura 2.
Como se ilustra en la figura 3, una línea o un
aparato de soldadura y de ensamblaje de acuerdo con la invención
comprende una pluralidad de módulos o estaciones 20, 20', 20'' de
trabajo dispuestos en secuencia, a través de los cuales las tarimas
14 de transporte pasan de una operación de soldadura o de ensamblaje
a otra a lo largo de una línea transportadora 21.
Las tarimas 14 están dispuestas en cualquier
orden o secuencia (por ejemplo, primero un panel de puerta izquierda
para un coche de tres puertas, después un panel de puerta derecha
para un coche de cinco puertas, y así sucesivamente) para cada
modelo de vehículo automóvil que se va a producir. En una estación
20 los componentes 10 son cargados en las tarimas 14 y ensamblados
como se describió previamente con referencia a las figuras 1 y 2.
Este ensamblaje puede ser manual o automatizado. Las tarimas 14 se
mueven entonces a lo largo de la línea transportadora 21, en la
dirección de flujo de la línea como se indica mediante la flecha A,
a través de estaciones modulares adicionales de ensamblaje (no
mostradas) que se pueden añadir a la línea para operaciones
específicas de ensamblaje que pueden ser manuales o
automatizadas.
Al menos una estación 20' de soldadura está
dispuesta a lo largo de la línea transportadora 21, en la que el
panel 1 es unido mediante soldadura ultrasónica en los lugares
predeterminados de soldadura, remachando las varas 11 de componente
10 en el componente 10'. Tal estación 20' se describirá con más
detalle a continuación.
En el extremo de la línea 21, después de la
retirada del panel de puerta soldado y completado en la estación
20'', las tarimas 14 vuelven al principio de la línea de ensamblaje
para reutilizarse (de acuerdo con la dirección de las flechas B).
Con el fin de permitir el retorno de las tarimas 14, está dispuesto
un sistema de transportador de multicapa, que está provisto de
líneas 25 de retorno y está posicionado bajo o sobre la línea 21 de
ensamblaje, y un sistema 26 de elevador, que permite la
transferencia de tarimas 14 desde la línea transportadora 21 hasta
las líneas 25 de retorno (de acuerdo con la dirección de la flecha
C). Con el fin de repetir el proceso de la línea 21 de ensamblaje,
las tarimas 15 de transporte se llevan de nuevo a la línea 21 de
ensamblaje mediante un segundo sistema 27 de elevador que transfiere
tales tarimas a la estación 20 de carga de componente (de acuerdo
con la dirección de la flecha D). Las líneas 25 de retorno y los
sistemas 26 y 27 de elevador están controlados como para disponer
las tarimas 14 en la estación 20 en una secuencia predeterminada,
generando de este modo una secuencia predeterminada de producción de
panel (por ejemplo, primero el panel de puerta delantera derecha,
después el panel de puerta delantera izquierda, después el panel de
puerta trasera derecha y finalmente el panel de puerta trasera
izquierda). Tal secuencia para disponer las tarimas 14 se puede
generar alternativamente de un modo aleatorio.
Con referencia a las figuras 3 y 4, la estación
20' de soldadura comprende al menos una máquina modular robótica 30
de soldadura. Tal máquina comprende uno o más robots 34 de tres ejes
(como se indica mediante las flechas x, y, z), dotados con un
cabezal 35 de soldadura. Como se indica en la figura 5a, al menos
uno de los cabezales 35 de soldadura es giratorio alrededor de al
menos un eje de rotación, y preferiblemente es un multieje, que es
giratorio alrededor de más ejes de rotación, por ejemplo en las
direcciones angulares de las flechas \varphi, \psi, \theta.
Como se ilustra en la figura 5b, al menos uno de los cabezales 35 de
soldadura puede llevar una pluralidad de sonotrodos 37 para
soldadura ultrasónica. Como se ilustra en la figura 5c, las puntas
37a de los sonotrodos 37 pueden estar individualizadas para
posiciones específicas de suelda.
Como se ilustra en la figura 6, con el fin de
asegurar la flexibilidad de posición y de tipo de suelda en la
estación individual 20' de soldadura, se puede proporcionar un
contenedor o soporte organizador 38, que está posicionado de un modo
predeterminado y desde el cual la máquina 30 de soldadura con un
accesorio 39 de cambio rápido de útil puede cambiar rápidamente el
cabezal 35 de soldadura en los intervalos entre diferentes sueldas
de los paneles. Alternativa o adicionalmente, se puede proporcionar
un contenedor o soporte organizador para cambio automatizado de los
sonotrodos exclusivos.
Con el fin de mantener la estabilidad de los
componentes 10, 10' del panel 1 durante la soldadura, unos pistones
ajustables neumática o hidráulicamente, indicados mediante 35a en la
figura 7, están preferiblemente encajados en cabezales 35 de
soldadura para ejercer una propulsión vertical en los componentes
10, 10' durante la soladura. Con el fin de asegurar una presión
suficiente de las herramientas 37 de soldadura en superficies
variables o desiguales, un muelle de compresión constante indicado
mediante 35b en la figura 8 está preferiblemente encajado en los
cabezales 35 de soldadura. Alternativamente, se puede proporcionar
otro tipo de dispositivo para asegurar la presión constante del
sonotrodo sobre los componentes independientemente de sus grosores
de pared.
La gestión de la secuencia de panel y el control
de la línea de ensamblaje es mediante un controlador computerizado
40. Los generadores de soldadura ultrasónica y el control de onda
están también contenidos en el controlador 40, que también gestiona
el movimiento de las máquinas 34 de soldadura. Debido a la
flexibilidad espacial de los soldadores robóticos, el controlador 40
permite la reprogramación rápida y sencilla de las posiciones de
punto de suelda para cada panel individual de puerta en el caso de
modificación de diseño. En particular, cada cabezal de soldadura se
puede programar individualmente para sueldas específicas. Se puede
obtener por ello un alto nivel de optimización de soldadura.
Como se puede apreciar, el método y el aparato
de la presente invención estipulan una soldadura y un ensamblaje
eficientes, flexibles y óptimos en cualquier secuencia de ensamblaje
de panales de puerta de automoción y sus componentes.
Obviamente, sin perjuicio del principio de la
invención, las realizaciones y los detalles de realización pueden
ser ampliamente modificados con respecto a lo que se ha descrito y
mostrado sin salir del alcance de la invención como se define por
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Un método para ensamblar y soldar paneles de
puerta de vehículo, que incluye los siguientes pasos:
- en una estación inicial (20) de ensamblaje,
componentes (10, 10') de dichos paneles son ensamblados y dispuestos
en una pluralidad de carros o placas (14, 15) para llevar dichos
paneles, que están perfilados de un modo adaptable a la forma de los
paneles,
- dichos carros o placas con los componentes de
los paneles son transportados automatizadamente a la estación (20')
para soldar los componentes,
- en dicha estación de soldadura, al menos un
cabezal (35) de soldadura, que es movible con una pluralidad de
grados de libertad, es orientado y posicionado automatizadamente y,
si es necesario, la configuración de dicho cabezal de soldadura se
cambia automatizadamente, de acuerdo con una secuencia de soldadura
que depende de las especificaciones de diseño de los paneles,
- dichos carros o placas con los paneles
ensamblados y soldados son transportados automatizadamente a una
estación (20'') de retirada,
- en dicha estación de retirada, los paneles
ensamblados y soldados son retirados, y
- los carros o placas descargados se devuelven
automatizadamente desde dicha estación de retirada hasta dicha
estación inicial;
estando aquéllos de dichos pasos que se realizan
automatizadamente coordinados de manera programable y adaptable de
acuerdo con una secuencia de procesamiento que depende de las
especificaciones de diseño de dichos pane-
les.
les.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicho paso de devolver automatizadamente los carros o
placas descargados se realiza disponiendo dichos carros o placas en
una secuencia generada aleatoriamente.
3. Un aparato para ensamblar y soldar paneles de
puerta de vehículo, que incluye:
- una pluralidad de estaciones (20, 20', 20'')
de trabajo, que comprenden una estación inicial (20) para ensamblar
componentes de dichos paneles, al menos una estación (20') para
soldar dichos componentes que comprende al menos un cabezal
reconfigurable (35) de soldadura, movible con una pluralidad de
grados de libertad, estando provistos medios (34, 38) de cambio para
cambiar automatizadamente la configuración de dicho cabezal
reconfigurable de soldadura, y al menos una estación (20'') para
retirar los paneles ensamblados y soldados, y
- medios (21, 25) de transferencia para
transportar dichos paneles de una estación de trabajo a otra,
estando provistos dichos medios de transferencia de una pluralidad
de carros o placas (14, 15) para llevar dichos paneles que están
perfilados de un modo adaptable a la forma de dichos paneles;
caracterizado por comprender
adicionalmente:
- medios (25, 26, 27) de retorno para devolver
los carros o placas descargados desde dicha estación de retirada
hasta dicha estación inicial, y
- medios (40) de control que están programados
para coordinar de manera adaptable dichos medios de transferencia,
cabezales de soldadura y medios de cambio de acuerdo con una
secuencia de procesamiento que depende de las especificaciones de
diseño de dichos paneles.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
3, en el que dichas estaciones de trabajo son modulares e
intercambiables.
5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 3
ó 4, en el que dichos medios de transferencia comprenden una línea
(21) de transportador, y dichos carros o placas comprenden una parte
(15) de base que es movible en dicha línea de transportador, y una
parte intercambiable (14) que está fijada de manera desmontable a
dicha parte de base y está perfilada para soportar un predeterminado
tipo de panel.
6. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
5, en el que dichos medios de retorno comprenden una pluralidad de
líneas (25) de retorno que están posicionadas verticalmente con
respecto a la línea (21) de transportador, y unos sistemas (26, 27)
primero y segundo de elevador que están dispuestos en respectivos
extremos opuestos de la línea (21) de transportador.
7. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 6, en el que dichos medios de control están
programados para accionar dichos medios de retorno de una manera tal
como para disponer dichos carros o placas en una secuencia generada
aleatoriamente y para accionar de un modo correspondiente dicha
línea de transportador, dichos cabezales de soldadura y dichos
medios de cambio.
8. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 7, en el que dicho al menos un cabezal de
soldadura está provisto de medios (35a) para mantener la estabilidad
de los componentes (10, 10') de los paneles (1) durante la
soldadura.
9. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
8, en el que dichos medios de mantenimiento de la estabilidad
comprenden pistones ajustables neumática o hidráulicamente.
10. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 9, en el que dicho al menos un cabezal de
soldadura está provisto de medios (35b) para presionar el cabezal de
soldadura contra dichos paneles.
11. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
10, en el que dichos medios de presión comprenden un dispositivo
elástico de compresión constante.
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