Montagezentrum und Verwendung einer Verfahreinheit in einem

Montagezentrum

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Montagezentrum für Werkstücke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer

Verfahreinheit in einem Montagezentrum.

Ein derartiges Montagezentrum ist aus der Praxis bereits bekannt und dient beispielsweise dem Zusammenfügen zweier Bauteile. Das bekannte

Montagezentrum weist beispielsweise einen Handhabungsroboter auf, der ein erstes Bauteil aus einer Fördereinrichtung entnimmt und in eine

Werkzeugaufnahme einsetzt. Das mit dem ersten Bauteil zu fügende zweite Bauteil wird beispielsweise in eine Montageeinrichtung (manuell) eingesetzt, wobei die Montageeinrichtung durch eine aktive Bewegung das zweite Bauteil mit dem ersten Bauteil verbindet. Anschließend wird durch den angesprochenen Handhabungsroboter (oder aber manuell) das montierte Bauteil aus der

Werkstückaufnahme entnommen und in eine Fördereinrichtung zum Abtransport der gefertigten Bauteile übergeben. Charakteristisch für derartige, aus dem Stand der Technik bekannte Montagezentren ist es, dass diese hochspezialisiert ausgebildet sind, derart, dass üblicherweise nur ein einziger Montageprozess an dem Bauteil durchgeführt wird, bzw. zum Durchführen unterschiedlicher

Montageprozesse das Montagezentrum umgebaut werden muss. Eine

Fertigungsanlage, auf der mehrere Montageschritte durchgeführt werden umfasst daher in der Praxis mehrere Montagezentren, die jeweils nur einen

Montageschritt ausführen.

Aus dem Bereich spanender Werkzeugmaschinen sind darüber hinaus

Bearbeitungszentren bekannt, die dazu ausgebildet sind, an einem Werkstück mehrere unterschiedliche (spanende) Bearbeitungsgänge auszuführen. Dazu sind in dem Bearbeitungszentrum unterschiedliche Werkzeuge, z.B. Fräser oder Bohrer in Werkzeugmagazinen angeordnet. Da die Werkzeuge standardisierte Werkzeugaufnahmen aufweisen, können unterschiedlichste Werkzeuge an den entsprechenden Werkzeugköpfen zur Bearbeitung der Werkstücke verwendet werden. Mittels eines derartigen Bearbeitungszentrums ist es möglich, zum Beispiel unterschiedliche Bohr- und Fräsvorgänge an unterschiedlichen

Werkstücken vorzunehmen. Der Werkzeugwechsel an den einzelnen

Werkzeugköpfen erfolgt dabei in der Regel vollautomatisch.

Zuletzt sind aus dem Stand der Technik sogenannte Hexapods bekannt. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass eine Plattform an sechs schwenkbar gelagerten, teleskopartigen Haltearmen befestigt ist. Damit ist es möglich, beispielsweise ein an der Plattform befestigtes Bauteil in unterschiedlichste Positionen innerhalb der Reichweite des Hexapods zu bewegen. Ein Hexapod ermöglicht somit insbesondere durch eine entsprechende Bewegung der Plattform eine Zugänglichkeit von unterschiedlichen Seiten des Bauteils.

Offenbarung der Erfindung Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die

Aufgabe zugrunde, ein Montagezentrum für Werkstücke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass es eine höchstmögliche Flexibilität ermöglicht wird und das dazu geeignet ist, unterschiedlichste Montagearbeiten, und insbesondere auch unmittelbar aufeinanderfolgende, an unterschiedlichsten Werkstücken durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Montagezentrum für

Werkstücke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Werkstückaufnahme an einer insbesondere als Hexapod ausgebildeten Verfahreinheit angeordnet ist, und dass die Verfahreinheit (Hexapod) dazu ausgebildet ist, den Montageprozess zusammen mit dem Montagewerkzeug durch eine aktive Bewegung der Verfahreinheit (Hexapod) auszuführen.

Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Werkstückaufnahme durch die Verfahreinheit aktiv bewegt wird, beispielsweise in Bezug zu einer starr angeordneten Montageeinrichtung, wodurch ein gewünschter Montageprozess ausgeführt wird. Die Verfahreinheit bzw. das Hexapod bzw. die Werkstückaufnahme ist somit wesentlicher Bestandteil zum Durchführen des Montageprozesses, wobei durch die hohe Anzahl der Freiheitsgrade bei der Verwendung eines Hexapods bzw. der an dem Hexapod angeordneten

Werkstückaufnahme unterschiedlichste Montagearten, beispielsweise verursacht durch eine Hub-, Schwenk- oder Drehbewegung des Hexapods, ausgeführt werden können. Das erfindungsgemäße Montagezentrum ist sowohl für den Musterbau, d.h. für relativ kleine Stückzahlen, als auch für

Serienfertigungen von Teilen bzw. Werkstücken geeignet. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Montagezentrums für

Werkstücke sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

In besonders bevorzugter Weiterbildung des Montagezentrums ist es

vorgesehen, dass die Verfahreinheit mit wenigstens einem Kraftaufnehmer zur Aufnahme der auf das Werkstück wirkenden Kräfte ausgestattet ist. Unter einem Kraftaufnehmer im Sinne der Erfindung wird dabei entweder ein Messelement verstanden, das lediglich Kräfte misst, oder aber ein kombiniertes Weg- /Kraftaufnehmerelement. Die letztgenannte Ausführungsvariante ermöglicht es insbesondere, den Montageprozess zu überwachen bzw. zu steuern, da aus einer Kombination der gemessenen Kräfte sowie eines Bewegungswegs (der Verfahreinheit bzw. des Hexapods) auf die korrekte Ausführung eines

Montageprozesses geschlossen werden kann. Als geeignete Kraftaufnehmer kommen dabei Kraftaufnehmer in Frage, die entweder (bei Verwendung eines Hexapods) direkt an der Grundplatte des Hexapods angeordnet sind, so dass diese (lediglich) dazu dienen, senkrecht zur Grundplatte wirkende Kräfte zu erfassen. Es sind jedoch auch sogenannte 3D-Kraftaufnehmer in der Grundplatte möglich, die eine Messung von Kräften im Raum ermöglichen. Auch kann es vorgesehen sein, jeden der Hexapod-Arme jeweils mit einem Kraftaufnehmer auszustatten. Aus der Kombination der an den Hexapod-Armen wirkenden Kräfte kann dann auf eine resultierende räumliche Kraft geschlossen werden.

Um das Montagezentrum für unterschiedlichste Montageschritte verwenden zu können, ist es weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass das Montagewerkzeug an einer Werkzeugträgereinrichtung angeordnet ist, die mehrere, insbesondere standardisierte Aufnahmeplätze für unterschiedliche Montagewerkzeuge aufweist, und dass die Werkzeugträgereinrichtung bewegbar ausgebildet ist sowie in wenigstens einer Stellung innerhalb der Reichweite der

Werkstückaufnahme der Verfahreinheit (Hexapod) angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es beispielsweise, die Werkzeugträgereinrichtung mit unterschiedlichen Montagewerkzeugen zu bestücken, die durch eine

entsprechende Bewegung der Werkzeugträgereinrichtung nach und nach in

Wirkverbindung mit der Werkstückaufnahme an der Verfahreinheit gebracht werden können, so dass an einem Werkstück unmittelbar aufeinanderfolgend mehrere Montageschritte durchgeführt werden können. Durch die

standardisierten Aufnahmeplätze eignet sich das Montagezentrum darüber hinaus zur Ausführung unterschiedlichster Montageschritte bzw. zur Aufnahme unterschiedlichster Montagewerkzeuge.

Um eine automatische Bestückung der Aufnahmeplätze der

Werkzeugträgereinrichtung mit den unterschiedlichen Montagewerkzeuge zu ermöglichen, ist es weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Aufnahmen an der

Werkzeugträgereinrichtung mittels einer Handhabungseinrichtung aus einem Bevorratungsmagazin für Montagewerkzeuge oder über eine standardisierte Montagewerkzeugwechseleinrichtung bestückbar sind. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Werkzeugträgereinrichtung in Form eines Drehtischs ausgebildet und um eine vertikal angeordnete Achse drehbar gelagert ist.

Optional kann es vorgesehen sein, dass eine Zuführeinrichtung für

Zusatzelemente, insbesondere für Fügehilfswerkzeuge, vorgesehen ist. Eine derartige Zuführeinrichtung erweitert das Einsatzspektrum des Montagezentrums bzw. macht dieses für zusätzliche Anwendungen nutzbar.

Beim Vorhandensein einer letztgenannten Zuführeinrichtung ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Zuführeinrichtung wenigstens eine standardisierte

Aufnahme für die Zusatzelemente aufweist, die mittels einer

Handhabungseinrichtung aus einer Bevorratungseinrichtung bestückbar ist. Somit kann auch die Zuführeinrichtung vollautomatisch, ohne manuelle Eingriffe durch einen Bediener, die erforderlichen Arbeitsschritte durchführen. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Zuführeinrichtung in Form eines weiteren Drehtischs ausgebildet und um eine vertikal angeordnete Achse drehbar gelagert ist.

Zum Durchführen eines Montageschritts mit der Zuführeinrichtung ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die Aufnahme in Überdeckung mit dem

Montagewerkzeug und der Werkstückaufnahme an der Verfahreinheit positionierbar ist.

Die Erfindung umfasst auch die Verwendung einer als Verfahreinheit

ausgebildeten Montageeinrichtung zum Durchführen eines Montageschritts in einem Montagezentrum, wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Montageschritt durch eine aktive Bewegung der Verfahreinheit bzw. einer an der Verfahreinheit angeordneten Werkstückaufnahme gegen ein vorzugsweise ortsfest angeordnetes Montagewerkzeug erfolgt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.

Diese zeigt in:

Fig. 1 eine perspektivische Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen

Montagezentrums für Werkstücke,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Montagezentrum,

Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt in der Ebene III-III der Fig. 2 und

Fig. 4: eine Ansicht in Richtung des Pfeils IV der Fig. 2.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In den Figuren ist ein erfindungsgemäßes Montagezentrum 10 für lediglich in der Fig. 3 erkennbare Werkstücke 1 dargestellt. Mit dem Montagezentrum 10 sollen unterschiedlichste Montageschritte, beispielsweise ein Fügevorgang an den Werkstücken 1 , das Montieren von Bauteilen wie Schrauben an dem Werkstück 1 , aber auch beispielsweise Dosieren von Hilfsstoffen wie Klebstoffen an dem Werkstück 1 durchführbar sein. Hierzu weist das Montagezentrum 10 ein vorzugsweise geschlossen ausgebildetes Gehäuse 1 1 auf, das im dargestellten

Ausführungsbeispiel in etwa quaderförmig ausgebildet ist und an den mehreren Stellen Öffnungen zum Einführen bzw. Andocken beispielsweise von

Bevorratungseinrichtungen in Form von Palettiereinrichtungen 12, einer

Zuführeinrichtung 13 oder ähnliches aufweist. Darüber hinaus weist das

Gehäuse 1 1 in an sich bekannter Art und Weise in der Fig. 2 erkennbare Türen

14 oder ähnliches auf, um einen manuellen Eingriff in den Innenraum des Gehäuses 1 1 zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass innerhalb des Gehäuses 1 1 eine Einrichtung 15 zum Bewegen bzw. Handhaben des Werkstücks 1 in Form eines aus dem Stand der Technik an sich bekannten Hexapods 16 angeordnet ist, die eine Verfahreinheit ausbildet. Die insgesamt sechs, teleskopartigen Arme 17 des Hexapods 16 sind an ihrem einen Ende am Bodenbereich des Gehäuses 1 1 befestigt. Die anderen Enden der Arme 17 sind mit einer Plattform in Form einer Grundplatte 19 verbunden, auf deren Oberseite ein Unterwerkzeug in Form einer Werkstückspanneinrichtung 21 mit einer Werkstückaufnahme für das Werkstück 1 befestigt ist (Fig. 3). Beispielhaft ist jedem der Arme 17, wie anhand der Fig. 3 symbolisch erkennbar ist, ein Weg-/Kraftaufnehmerelement 22 zugeordnet, so dass aus den Signalen der einzelnen Weg-/Kraftaufnehmerelemente 22 auf eine auf das Werkstück 1 resultierende (Gesamt-) Kraft und deren Richtung geschlossen werden kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass im Bereich der Grundplatte 19 ein einziges Sensorelement (nicht dargestellt) angeordnet ist. Das Hexapod 16 erlaubt es, die Werkstückspanneinrichtung 21 und somit auch das Werkstück 1 an unterschiedliche Positionen innerhalb des Montagezentrums 10 zu bewegen bzw. zu positionieren, wobei in den Fig. 2 und 4 in gestrichelter Darstellung beispielhaft maximale Verfahrwege bzw. örtliche Positionen der Grundplatte 19 des Hexapods 16 dargestellt sind.

Neben den Palettiereinrichtungen 12 und der Zuführeinrichtung 13 ist das Montagezentrum 10 bzw. das Gehäuse 1 1 auch mit einer Fördereinrichtung 25 gekoppelt, die dem Abtransport von montierten Werkstücken 1 dient und beispielsweise als Bandförderer ausgebildet ist.

Innerhalb des Gehäuses 1 1 und oberhalb des Hexapods 16 ist eine

Trägerplattform 26 angeordnet, die über Füße 27 mit dem Gehäuse 1 1 verbunden ist. Auf der Trägerplattform 26 ist eine Handhabungseinrichtung 30 in Form eines Handhabungsroboters mit einem Greifer 29 angeordnet, die dazu dient, über die Palettiereinrichtungen 12 dem Montagezentrum 10 zugeführte Werkstücke 1 zu entnehmen und der Werkstückspanneinrichtung 21 zuzuführen, derart, dass die Werkstückspanneinrichtung 21 , die zum Beispiel pneumatisch betrieben ist, das Werkstück 1 einspannt. Darüber hinaus dient die

Handhabungseinrichtung 30 dazu, nach einem Montageprozess an dem

Werkstück 1 das Werkstück 1 aus der Werkstückspanneinrichtung 21 zu entnehmen und der Fördereinrichtung 25 zuzuführen.

Weiterhin dient die Trägerplatte 26 auch der Aufnahme bzw. Befestigung von zwei, in vertikal angeordneten Drehachsen 31 , 32 schrittweise drehbaren Drehtischen 33, 34, die mit entsprechenden, nicht dargestellten Antrieben, beispielsweise Schrittmotoren, gekoppelt sind. Die beiden Drehtische 33, 34 befinden sich unterhalb der Trägerplattform 26. Der eine Drehtisch 33 dient beispielsweise der Aufnahme von Fügehilfswerkzeugen 35, die am Umfang des Drehtischs 33 angeordnet sind, radial nach außen ragen und in standardisierten Aufnahmen des Drehtischs 33 angeordnet sind. Die Fügehilfswerkzeuge 35 sind beispielsweise in einem Magazin 36 gespeichert und können mittels der

Handhabungseinrichtung 30 in die entsprechenden Aufnahmen des Drehtischs 33 eingebracht werden.

Der zweite Drehtisch 34 ist als Werkzeugträgereinrichtung bzw. Oberwerkzeug ausgebildet und dient der Aufnahme bzw. Befestigung von Werkzeugen 38, ebenfalls bevorzugt in standardisierten, im Einzelnen nicht dargestellten

Aufnahmen. Die Bestückung bzw. das Wechseln der Werkzeuge 38 an dem Drehtisch 34 erfolgt über eine standardisierte Schnittstelle im Bereich der Zuführeinrichtung 13. Wesentlich ist, dass entsprechend der Fig. 3 die Grundplatte 19 des Hexapods

16 beispielsweise unterhalb eines Fügehilfswerkzeugs 35 bzw. des zweiten Drehtischs 34 angeordnet werden kann, wobei das Fügehilfswerkzeug 35 wiederum unterhalb des Werkzeugs 38 angeordnet ist. Dadurch ist eine fluchtende Anordnung des Werkstücks 1 , des Fügehilfswerkzeugs 35 sowie des Werkzeugs 38 in der Längsachse 39 möglich.

Zum Aufbringen von Hilfsstoffen, beispielsweise eines Klebstoffs auf das Werkstück 1 kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass im

Bewegungsbereich des zweiten Drehtellers 34 oder aber des Hexapods 16 ein Modul 40 zur Aufnahme der entsprechenden Technologie angeordnet ist, wobei auch in diesem Fall der Hilfsstoff über eine entsprechende Drehung des Drehtellers 34 aus dem Modul 40 entnommen und in Richtung des Werkstücks 1 gebracht werden kann, oder aber das Hexapod 16 durch eine entsprechende (Vorbei-) Bewegung des Werkstücks 1 den Hilfsstoff aufnimmt.

Der Drehtisch 34 bzw. dessen Werkzeug 38 sind während des eigentlichen Montageprozesses an dem Werkstück 1 bevorzugt ortsfest bzw. starr angeordnet. Um den entsprechenden Montagevorgang durchzuführen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkstück 1 über eine entsprechende Bewegung des Hexapods 16 relativ zum Fügehilfswerkzeug 35 und zum

Werkzeug 38 bewegt wird. Durch die in Wirkverbindung mit den am Hexapod 16 angeordneten Weg-/Kraftaufnahmeelementen 22 kann der Montagefortschritt bzw. der Montageprozess überwacht und gesteuert werden.

Das soweit beschriebene Montagezentrum 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.