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Dokumentenidentifikation DE3333993C3 02.11.1989
Titel Montageverfahren und Vorrichtung zur Druchführung des Verfahrens
Anmelder Ingenieurbüro Lothar Kaiser, Reinach, CH
Erfinder Kaiser, Lothar, Reinach, CH
Vertreter Brose, D., Dipl.-Ing.Dipl.-Wirtsch.-Ing., Pat.-Anw., 8023 Pullach
DE-Anmeldedatum 20.09.1983
DE-Aktenzeichen 3333993
Offenlegungstag 29.03.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.01.1987
Date of publication of amended patent 02.11.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.11.1989
IPC-Hauptklasse B65G 37/02
Zusammenfassung Das Verfahren dient zur Montage von aus mehreren Teilen bestehenden Werkstücken mittels eines Roboters 5. Dieser entnimmt die Teile in einer vorbestimmten Reihenfolge aus Tablaren (12). Die Tablare (12) mit den verschiedenen Teilen werden in einer vorbestimmten Reihenfolge auf mindestens einer Transportbahn (10) an eine Entnahmestelle (23) benachbart zum Roboter (5) transportiert. Hier werden die Teile vom Greiferarm (21) des Roboters nacheinander einzeln erfaßt und gesamthaft zum Montageplatz gebracht, wo sie zusammengefügt werden. Durch die Koordination der Bewegungen des Robotergreifarmes und die Zustellung der Tablare mit den Teilen kann die vom Greiferarm zurückzulegende Wegstrecke sehr kurz gehalten werden, was zu einem wirtschaftlichen Einsatz des Roboters führt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 3.

Während Roboter in verschiedenen Bereichen der Technik bereits Eingang gefunden haben, ist deren Einsatz für Montagearbeiten noch relativ selten anzutreffen. Die Hauptursache für den geringen Einsatz der Roboter in der Montagetechnik liegt darin, daß bei der Montage immer mehrere Teile zusammengefügt werden müssen, was lange Wegstrecken des Greiferarmes des Roboters erfordert. Der übliche Robotereinsatz ist nämlich so konzipiert, daß dieser ab bereitgestellten Behältern, Tablaren oder Fördereinrichtungen ein Werkstück nach dem andern ergreift und diese dann einzeln zur Montagestelle befördert, wo sie zusammengebaut werden. Da durch diese Arbeitsweise große Wege durch den Roboterarm zurückgelegt werden müssen, ergeben sich hierdurch lange Taktzeiten. Die Wirtschaftlichkeit des Roboters ist dadurch oft in Frage gestellt, weil dessen Einsatz unrationell ist.

Von der DE-AS 12 50 347 ist ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. In dieser Schrift ist eine Montagevorrichtung für Uhren beschrieben. Die in den Platinen zu montierenden Einzelteile werden in einer vorbestimmten Reihenfolge aus Tablaren entnommen, die auf einer Transportbahn an eine Entnahmestelle benachbart zum Montageplatz transportiert werden. Die zu bestückenden Platinen sind auf einer drehbaren Scheibe angeordnet. Bei der Montage werden sämtliche Platinen auf der Scheibe zunächst mit dem Teil im ersten Tablar ausgerüstet, wobei nach jedem Einsetzen die Scheibe um einen Schritt weitergeschaltet wird. Wenn die Scheibe eine volle Umdrehung durchgeführt hat, wird das nächste Tablar auf der Transportbahn an die Entnahmestelle verschoben. Hierauf beginnt das Einsetzen des nächsten Teils in die Platinen. Wenn alle Teile montiert sind, wird die Scheibe durch eine andere Scheibe mit leeren Platinen ersetzt.

Es wäre denkbar, bei diesem Verfahren statt der Bedienungsperson einen Roboter einzusetzen. Die Transportwege des Robotergreifarms wären dann gegenüber dem eingangs erläuterten Verfahren mit Montageroboter verkürzt, doch müßten immer noch lange Taktzeiten in Kauf genommen werden. Vor allem eignet sich dieses Verfahren aber nicht für die Montage auf Transferstraßen, welche die zu bestückenden Werkstücke taktweise anliefern und die bestückten Werkstücke abtransportieren.

Eine weitere Montagevorrichtung ist aus der DE-OS 20 05 825 bekannt. Es handelt sich um eine Maschine zum Einsetzen von in ihren elektrischen Eigenschaften unterschiedlichen, aber äußerlich identischen elektronischen Bauteilen. Dazu werden mehrere Magazine mit den Bauteilen auf einem Schlitten einer Entnahmestelle zugeführt, wo die Teile entnommen und in gedruckte Schaltungen eingesetzt werden. Auch diese Vorrichtung eignet sich nicht für den Einsatz in Transferstraßen. Vor allem setzt sie voraus, daß die zu montierenden Teile alle äußerlich identisch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und 3 derart weiterzubilden, daß es den rationellen Einsatz eines Montageroboters ermöglicht, und daß es für die Montage in Transferstraßen geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und 3 gelöst.

Es geht bei der Erfindung also darum, die Bewegung des Robotergreifarmes und die Zustellung der Tablare so miteinander zu koordinieren bzw. zu steuern, daß die vom Greiferarm zurückgelegte Wegstrecke möglichst kurz ist, was zu einer entsprechend kleinen Taktzeit führt. Die Werkstückteile werden dabei auf den Tablaren dem Roboter rasch und lagerichtig zugeführt. Auch das schnelle Ersetzen der leeren Tablare durch vorbereitete volle Tablare hilft mit, die Gesamttaktzeiten zu verkürzen und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

In dem Anspruch 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens und in den Ansprüchen 3-7 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens definiert.

Nachstehend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Montageanlage mit einem Roboter, einer Montagetransferstraße und einer Tablartransporteinrichtung,

Fig. 2 eine weitere Montageanlage mit einem Portalroboter, der zwei Greifarme aufweist, sowie ebenfalls mit einer Montagetransferstraße und einer Tablartransporteinrichtung und

Fig. 3 eine dritte Montageanlage ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1, aber mit drei Tablartransportbahnen und einer automatischen Tablarrückführung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Montageanlage weist eine Transferstraße 1 auf für den Transport von plattenförmigen Werkstückträgern 2, die mittels einer Hubvorrichtung 3 am Anfang der Transferstraße auf diese plaziert werden. Die Werkstückträger 2 werden in an sich bekannter Art taktweise zum Montageplatz 4 des Roboters 5 transportiert, wo der Zusammenbau des Werkstückes automatisch erfolgt. Für allfällig noch notwendige ergänzende manuelle Montagearbeiten ist anschließend noch ein Handarbeitsplatz 6 vorgesehen.

Am Ende der Transferstraße 1 befindet sich eine Senkstation 7 zur Entnahme der Werkstückträger mit den fertig zusammengebauten Werkstücken. Der Arbeitszyklus wird durch die Bandgeschwindigkeit und die versenkbaren Anschläge 8 geregelt, gegen welche die Werkstückträger 2 vor der Freigabe anstoßen. Durch die Anschläge 8 werden auch die verschiedenen Arbeitsstationen bestimmt.

Vor dem neben der Montagetransferstraße 1 angeordneten Roboter 5 und parallel zur Montagetransferstraße 1 ist eine Tablartransporteinrichtung 9 angeordnet, bestehend aus zwei Transportbahnen 10, 11, welche in der Lage sind, Tablare 12, die die Werkstückteile enthalten, nach beiden Richtungen gegen Anschläge 13 hin zu transportieren. Die Tablartransporteinrichtung ist so konzipiert, daß das Zentrum der Tablare 12 bei der Teileentnahme etwa vor dem Roboter 5 zu stehen kommt. Die Tablare 12 werden nun taktweise in einer Richtung auf ihrer Bahn 10, 11 transportiert, wobei der Roboter 5 nach Entnahme eines Werkstückteiles aus dem Tablar 12 den Weitertransport dieses Tablars 12 freigibt. Sodann wird ein nachfolgendes Tablar in die Entnahmeposition 23 transportiert.

Die zweite Transportbahn 11 funktioniert in analoger Weise. Sie wird ebenfalls nach Entnahme eines Werkstückteiles durch den Roboter gesteuert. Das wechselseitige Transportieren der Tablare erfolgt jeweils in der Aufnahmezeit eines Werkstückteiles. Auf jeder Transportbahn erfolgt beispielsweise der Abtransport eines Tablars 12 von 500×250 mm Größe in zwei Sekunden. Durch das wechselseitige Fahren bei zwei Bahnen 10, 11 reduziert sich die absolute Wechselzeit auf eine Sekunde. Bei einer Tablartransporteinrichtung 9 mit drei Bahnen (in Fig. 1 ist die dritte Bahn 14 gestrichelt eingezeichnet) würde sich diese absolute Wechselzeit auf 0,66 Sekunden reduzieren.

Es ist vorgesehen, daß jeweils auf einer Bahn Tablare 12 mit der gleichen Teilung zusammengefaßt sind. Dies hat den Vorteil, daß diese Tablare alle zu gleicher Zeit leer werden und somit gemeinsam ausgeschleust werden können. Senkrecht zu den Transportbahnen 10, 11 ist eine Tablarzuführung 15 vorgesehen mit vorbereiteten vollen Tablaren, um die leeren Tablare sofort zu ersetzen. Da auf der zweiten Bahn 11 Tablare 12 mit einer anderen Teilung vorhanden sind, erfolgt der Austausch der Tablare auf der zweiten Bahn zu einem anderen Zeitpunkt als auf der ersten Bahn. Selbstverständlich wäre es auch möglich, auf allen Bahnen Tablare mit gleicher Teilung vorzusehen.

An den Rüstplätzen 16, 17 werden die Tablare 12 von Hand aus Behältern beladen.

Da es sich bei der erfindungsgemäßen Robotermontage um eine Montage von Werkstücken kleiner Seriengröße handelt, ist es wirtschaftlich, diese Teile von Hand in die Tablare 12 zu laden. Es wäre aber auch möglich, Teile, welche transportfreundlich sind und in ähnlicher Art öfters vorkommen, mit einer automatischen Tablarladeeinrichtung zu beladen. So wären nur noch transportunfreundliche Teile manuell in die Tablare einzulegen, was zu einer Arbeitszeiteinsparung führen würde.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden die Werkstücke aus sechs verschiedenen Teilen a, b, c, d, e, f zusammengesetzt. Bei der Vorbereitung der Tablare 12 werden diese Teile manuell aus den Teilebehältern 18 genommen und in die entsprechenden Tablare gelegt. So ist in Fig. 1 gezeigt, wie die Teile a, c und e an einem ersten Rüstplatz 16 in drei Tablare gelegt werden, die für die erste Transportbahn 10 bestimmt sind. Sobald die sich auf der Transportbahn 10 befindlichen Tablare 12 leer sind, werden sie nach rechts in eine Wartestellung 19 geschoben und die gefüllten Tablare 12 von der Tablarzuführung 15 auf die Transportbahn 10 gebracht, wie durch die Pfeile 26 angedeutet ist. Anschließend werden die leeren Tablare 12 der Teile b, d und f von der Wartestellung 12 zum zweiten Rüstplatz 17 transportiert, wo sie ebenfalls wieder gefüllt werden. Sobald die leeren Tablare der zweiten Transportbahn 11 in die Wartestellung 12 geschoben worden sind, wird die zweite Transportbahn 11 mit den auf der Palettenzuführung wartenden vollen Tablaren der zweiten Gruppe beladen. Dieser zyklische Arbeitsprozeß gestattet eine wirtschaftliche Zuführung der Teile zu dem Roboter.

Für die eigentliche Montage wird wie folgt vorgegangen: Beim ersten Greifvorgang für das erste Teil befindet sich das Tablar 12 mit den Teilen a auf der Bahn 10 in der Entnahmeposition 23 unmittelbar benachbart zum Roboter. Während des Entnahmevorganges wird auf der Bahn 11 das Tablar 12 mit den Teilen b in seine Entnahmeposition 23 gefahren. Der quer zu den Bahnen 10, 11 bewegliche Greifarm 21 muß nur ein kurzes Wegstück zurücklegen, um anschließend an das Teil a ein Teil b zu ergreifen. Inzwischen ist auch bereits das c -Tablar 12 auf der Bahn 10 in Position gefahren und präsentiert dem Greiferarm 21 die Teile c, wobei wiederum nur eine kurze Wegstrecke des Greiferarmes zurückgelegt werden muß. Erst nachdem alle sechs Teile a, b, c, d, e, f ergriffen worden sind, fährt der Greiferarm 21 zum Montageplatz 4 auf der Transferstraße 1 zurück und baut diese Teile in das Werkstück ein, das anschließend auf der Trägerplatte 2 weitertransportiert wird zum Handarbeitsplatz 6.

Damit die Montage in kurzer Zeit erfolgen kann, ist es erforderlich, daß der Roboter 5 mit geeigneten Mehrfachgreifwerkzeugen ausgerüstet ist. Im dargestellten Beispiel ist vorgesehen, daß der Roboter z. B. mit einem Sechs- oder Neunfachwerkzeug ausgerüstet ist, das am Ende des Roboterarmes 21 montiert ist. Die Verwendung eines solchen Mehrfachwerkzeuges zusammen mit der dargestellten Teilezuführung ergibt eine sehr kurze Greifzeit, außerdem sind auch die zu fahrenden Wege beim Ablegen der gegriffenen Teile sehr kurz. Mehrfachgreifer sind bei der Montagetechnik heute bereits bekannte Einrichtungen und werden schon an vielen Orten verwendet. Die einzelnen Greifer müssen den jeweiligen Werkstückteilen angepaßt sein.

Ein Hauptvorteil der in der Fig. 1 dargestellten Anlage besteht darin, daß bei einer Produktionsänderung verhältnismäßig wenig Hilfseinrichtungen ausgewechselt werden müssen. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um den Ersatz eines Mehrfachwerkzeuges, neuer Werkstückträgerplatten 2 und sechs verschiedenen Tablaren 12 für die Teile. Den Wechsel dieser Elemente kann man in sehr kurzer Zeit vornehmen und die erforderlichen Investitionen sind verhältnismäßig gering.

Im dargestellten Beispiel ist die Steuerung der Montageanlage wie folgt aufgebaut: Die Montagestraße 1 besitzt eine selbständige Steuerung, ebenfalls die Palettentransporteinrichtung 9 und der Roboter 5. Eine einfahrende Werkstückträgerplatte 2 meldet dem Roboter 5 ihr Vorhandensein, ebenfalls melden die einfahrenden Tablare 12, daß sie vorhanden sind.

Beide Informationen lösen die Arbeit des Roboters 5 aus. Er fährt zu den Tablaren 12, wobei er jedesmal nach dem Erfassen eines Teiles an die Tablartransporteinrichtung das Signal gibt, daß sein Greifvorgang beendet ist, so daß eine Verschiebung der Tablare 12 auf der jeweiligen Bahn 10, 11 erfolgen kann. Nachdem alle Teile ergriffen worden sind, gehen die Tablare 12 in der Gegenrichtung wieder in ihre Ausgangsstellung. Der Roboter fährt zurück auf die Montagetransferstraße 1 und legt die gegriffenen Teile auf die Werkstückträgerplatte 2 ab bzw. montiert diese in das Werkstück. Danach meldet der Roboter, daß er den Montagevorgang beendet hat und löst somit bei der Montagetransferstraße den Wechsel für die nächste Werkstückträgerplatte 2 aus. Der nachfolgende Montagezyklus erfolgt in der Weise, daß die Werkstücke in umgekehrter Reihenfolge von den Tablaren abgenommen werden.

Der Tablartransport wird so gesteuert, daß die leeren Tablare durch ein Signal des Roboters 5 in die Wartestellung geschleust werden. Die in der Wartestellung angekommenen Tablare veranlassen die Zuführung der vorbereiteten gefüllten Tablare in die Entnahmebahn.

Die Anlage gemäß der Fig. 3 weist drei Transportbahnen 10, 11, 14 auf. Von den Bahnabschnitten 19, 20, 24, die hier nicht mehr die Funktion einer Wartestellung erfüllen wie in der Fig. 1, werden die Tablare 12 automatisch zu den Rüstplätzen 16, 17 geführt mittels einer Rückführbahn 22. Es ist auch möglich, vertikale Speicher 25 vorzusehen in der Rückführbahn 22 oder auch (nicht dargestellt) in der Zuführbahn 15. Zur Montage der Werkstücke sind neun verschiedene Teile a, b, c, d, e, f, g, h, i vorgesehen und der Roboter weist ein Neunfachgreifwerkzeug auf.

Die Montageanlage gemäß der Fig. 2 ist mit einem Portalroboter 5 versehen mit zwei Greifarmen 21. Die Transportbahnen 10, 11 sind quer zur Transferstraße 1 angeordnet. Im übrigen funktioniert diese Anlage in analoger Weise zu den beiden vorbeschriebenen Anlagen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Montage von aus mehreren Teilen bestehenden Werkstücken, wobei die Teile in einer vorbestimmten Reihenfolge aus Tablaren entnommen werden, die mit den verschiedenen Teilen in einer vorbestimmten Reihenfolge auf einer ersten Transportbahn an eine erste Entnahmestelle benachbart zum Montageplatz transportiert werden, von wo die Teile ergriffen und zum Montageplatz gebracht werden, wobei die Bewegungen des Ergreifens und der Tablarzustellung miteinander koordiniert werden, dadurch gekennzeichnet,

    daß neben Tablaren auf der ersten Transportbahn zusätzliche Tablare auf mindestens einer zweiten Transportbahn zu mindestens einer zweiten der ersten benachbarten Entnahmestelle transportiert werden, daß die vorhandenen Transportbahnen alternierend bewegt werden,

    daß der Greifarm eines Roboters die Teile nacheinander abwechselnd an der ersten Entnahmestelle von den Tablaren auf der ersten Transportbahn und an einer benachbarten weiteren Entnahmestelle von den Tablaren auf der weiteren Transportbahn mittels eines Mehrfachwerkzeugs ergreift, und

    daß die Teile nach dem Ergreifen vom Greifarm gesamthaft zum Montageplatz gebracht werden,

    daß die gefüllten Tablare von einem Rüstplatz kommend automatisch in die Transportbahnen geschleust werden und daß leere Tablare automatisch wieder zum Rüstplatz rücktransportiert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionierung der Tablare diese in gleicher oder gegenläufiger Richtung auf ihren Transportbahnen um eine Tablarlänge verschoben werden.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer ersten Transportbahn (10), mit welcher die zu montierende Teile enthaltende Tablare (12) an eine erste Entnahmestelle benachbart einem Montageplatz (4) transportiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß neben der ersten Transportbahn (10) mindestens eine zweite Transportbahn (11, 14) mit zusätzlichen Tablaren (12) und einer zur ersten benachbarten weiteren Entnahmestelle angeordnet ist, daß die Transportbahnen (10, 11, 14) alternierend bewegbar sind, daß der Greifarm (21) eines Roboters (5) mit einem Mehrfachwerkzeug ausgerüstet ist, welches im Minimum soviele Greifer trägt, wie in den Tablaren (12) verschiedenartige Teile vorhanden sind, und daß eine Tablarzuführeinrichtung (15) sowie eine Tablarrückführeinrichtung (22) zwischen einem Rüstplatz (16, 17) und den Transportbahnen (10, 11, 14) vorgesehen sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Transportbahn (10, 11, 14) gelagerten Tablare (12) alle die gleiche Teilung aufweisen, wobei die Tablarteilung auf den verschiedenen Transportbahnen gleich oder unterschiedlich ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportbahn (10, 11, 14) mit den Tablaren (5) parallel oder rechtwinklig zu einer Transferstraße (1) für die Werkstücke angeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Zwischenspeicher (25) für die leeren oder vollen Tablare.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageroboter (5) ein Portalroboter mit zwei Greifarmen ist.






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