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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Radmontage
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren nach dem
Oberbegriff des Anspruches 9.
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Bei
der Radmontage bzw. Felgenmontage ist es heutzutage üblich, die
Räder mit
ihren Felgen an einem Fahrzeug bzw. an den Bremsscheiben manuell
zu montieren. Die Räder
werden in einem Zuführband
durch einen ersten Montagearbeiter mit einer Montagehilfe aufgenommen
und mit einer Schraube vorbefestigt. Ein zweiter Montagearbeiter
führt die restlichen
Schrauben zu und verschraubt das Rad vollständig mit einer weiteren Montagehilfe,
die einen Schrauber umfasst. Je Fahrzeugseite sind insgesamt zwei
Montagearbeiter vorgesehen, so dass insgesamt vier Montagearbeiter
benötigt
werden.
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Aus
der
DE 32 46 220 C2 ist
eine Vorrichtung zur automatischen Montage einer Radfelge an einer Radnabe
bekannt. Hierbei ist vorgesehen, dass das Lochbild der Radnabe durch
ein Fernseh-Sensorsystem erkannt und dadurch eine lagerichtige,
automatische Positionierung der Felgen durch Steuerung einer Greif-
und Montagevorrichtung ermöglicht
wird. Das Greifen und Montieren des Rades erfolgt über die
Greif- und Montagevorrichtung mit einem Mehrfachschrauber. Die Vorrichtung
weist mehrere Greifarme auf, die die Räder an ihren äußeren Umfang greifen.
Das Rad wird also außen
umfasst. Bei der praktischen Anwendung besteht das Problem, dass erhebliche
Lageabweichungen aufgrund von Toleranzen der Räder auftreten.
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In
der
DE 199 37 243
C1 wird beschrieben, wie bei Autorennen die Räder der
Rennfahrzeuge in wenigen Sekunden in der Versorgungsbox ausgetauscht
werden können.
Weiterhin soll das Suchen des Tankstutzen durch den Tankroboter
optimiert werden.
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Darstellung der Erfindung,
Aufgabe, Lösung,
Vorteile
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen bzw. ein Verfahren nach
dem Oberbegriff des Anspruches 9 zu gestalten, mit dem eine lageexakte
Radmontage möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen bzw. durch ein Verfahren
nach Anspruch 9 gelöst.
Weiterhin wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
des Nebenanspruches 11 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen
gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird
das Rad nicht außen
umfasst, wie nach dem Stand der Technik bekannt ist, sondern die
Felge mittig durchgriffen und mittels des Greifkopfes, der sich
aufspreizt, erfasst. Hierdurch wird eine ganz leichte Positionierbarkeit
möglich,
zumal gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der sich der Bremsscheibe nähernde
Greifkopf durch eine entsprechende Ausgestaltung des inneren Bereiches
der Bremsscheibe automatisch aufgenommen und zentriert wird. Hierbei
können
die üblichen
Gestaltungen von Bremsscheiben genutzt und zur Zentrierung des Montagekopfes
herangezogen werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Konstruktion werden
Ungenauigkeiten durch die Reifen und durch die unterschiedlichen
Felgentypen nicht mehr zu einem Problem bei der Positionierung.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die äußere Form
des Rades keine Rolle mehr spielt. Dadurch können unterschiedliche Räder ohne
Veränderung
des Greifers bzw. des Greifwerkzeuges der Vorrichtung montiert werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, dass der Montagekopf an einem Montagearm, insbesondere
einem Montageroboterarm eines Industrieroboters, dreh- und/oder schwenkbar
befestigt ist und zwar zum lagerichtigen Übereinan derlegen von Felgenbohrungen
und Gewindebohrungen an der Bremsscheibe. Durch den Industrieroboter
und die drehbare Ausbildung des Montagekopfes kann eine lageexakte
mit den Gewindebohrungen fluchtende Positionierung in einfacher
Weise erreicht werden. Durch eine Befestigung von Schraubern an
dem Montagekopf können
sich diese mitdrehen, so dass eine automatische Ausrichtung der
Schrauber gegeben ist. Somit ist es sehr günstig, wenn am Montagekopf
Schrauber zur Festlegung von Felgenschrauben angeordnet sind.
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Bevorzugterweise
ist der Montagekopf mit einer Abschiebehülse versehen, die derart ausgebildet
ist, dass die beim Verschrauben mittels der Schrauber gleichzeitig
ein Abschieben der Felge vom Greifer bewirkt. Hierdurch wird nicht
die vollständige Kraft
beim Lösen
des Rades vom Montagekopf alleine durch die Schrauben aufgewendet.
Diese günstige
Kraftverteilung bewirkt eine sanfte Montage des Rades.
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Wenn
der Greifer eine Ausgestaltung aufweist derart, dass eine Zentrierung
beim Greifen anhand eines inneren Bereiches der Bremsscheibe erfolgt,
dann ist eine sehr exakte Vorpositionierung des Rades nicht unbedingt
erforderlich, wenn dieses von einem Förderband zu einer Aufnahmestelle,
einem Rahmen, einem Montagetisch oder dergleichen befördert wird.
Der Industrieroboter kann das Rad von der Aufnahmestelle anhand
der Zentrierung genau aufnehmen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist diese als rechnergesteuerte Montageeinrichtung mit mindestens
einer Kamera ausgebildet. Bevorzugterweise ist sie mit zwei oder
drei Kameras und einem Bildverarbeitungssystem, insbesondere einem
dreidimensionalen Bildverarbeitungssystem, zur raumkoordinatenmäßigen Erfassung
der Gewindebohrungen und somit zur vollautomatisierten, lageexakten Radmontage
versehen.
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Das
Rad kann durch die Genauigkeit des Bildverarbeitungssystem parallel
zur Bremsscheibe aufgesetzt werden. Eine Veränderung durch den Sturz, den
Lenkeinschlag, die Drehorientierung der Bremsscheibe, die Stellung
des Radträgers
und die Positionierung eines Gehänges
wird durch das System entsprechend ausgeglichen.
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Das
Bildverarbeitungssystem ist somit derart ausgebildet, dass eine
Raumbestimmung der Lage des Fahrzeugs und/oder der Bremsscheibe
mit insbesondere drei, vier bis fünf Gewindebohrungen für die Radschrauben
und/oder des zu montierenden Rades erfolgt.
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Besonders
zweckmäßig ist
eine Montagestation mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Montagestation besteht aus mindestens einem Zuführband für die Räder, das
an eine waagerechte Radablage, insbesondere einem Rahmenteil endet.
Der Montagerahmen beinhaltet eine Zentrierung, damit eine Vorpositionierung
beim Greifen vom Montagerahmen gegeben ist. Der Rahmenteil ist in der
Nähe der
Vorrichtung angeordnet und die Zentrierung ist vorzugsweise mit
einem Anschlag in der Ausgestaltung eines Prismas versehen. Diese
vorteilhafte Maßnahme
erfordert wenig Aufwand in der Umsetzung und ist leicht in vorhandene
Montageprozesse integrierbar. Sie erlaubt somit eine rationelle Montage
an einem Fahrzeug.
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Insbesondere
sind zwei gegenüberliegende, jeweils
seitlich vom Fahrzeug positionierte Roboter zur Montage jeweils
eines Hinterrades und eines Vorderrades vorhanden, damit unter Kostenoptimierungsaspekte
eine schnelle Montage erreicht wird.
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Besonders
effektiv ist eine Montage mit folgenden Montageschritten bzw. durch:
- – einen
Zuführungsvorgang
der Räder,
in die Räder
vereinzelt werden bevor das Fahrzeug mit einer Vorder- und/oder
Hinterachse eine Montageposition erreicht hat,
- – vorzugsweise
auch einen Ermittlungsvorgang der Höhe der Greifposition für den Roboter,
- – einen
Greifvorgang, in dem ein Greifer in das Rad innen greift,
- – einen
Wartevorgang zur Ermittlung der Position der Gewindebohrungen und/oder
der Bremsscheibenposition,
- – einen
Schwenkvorgang eines Roboterarmes,
- – einen
Positionierungsvorgang des Rades und
- – einen
Befestigungsvorgang, in dem das Rad komplett automatisch verschraubt
wird.
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Das
bevorzugte Montageverfahren erlaubt sehr kleine Taktzeiten von weniger
als 55 Sekunden inklusive einem Fahrzeugwechsel.
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Erfindungsgemäß ist auch
vorgesehen, dass ein dreidimensionales Bildverarbeitungssystem eingesetzt
wird an dem mehrere Kameras angeschlossen sind, um einerseits eine
Raumbestimmung der Lage des Fahrzeugs, des Radträgers mit seinem Lochbild und
des zu montierenden Rades zu erfassen und andererseits eine Korrektur
einer Position des Industrieroboters zu erreichen, damit eine abweichende
Position durch einem Sturz, ein Lenkeinschlag, eine Fahrzeugpositionierung
sowie eine Stellung des Radträgers
und eine Drehorientierung des Radträgers ausgeglichen werden kann.
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Durch
diese erfindungsgemäße Ausbildung ist
es möglich,
die Felge genau parallel und in die richtigen Drehposition zu der
Bremsscheibe auszurichten.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben
sind.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Radmontage an einem Pkw,
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Montagekopfes
der Vorrichtung,
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3 eine
schematische Darstellung des Montagekopfes mit Spreizelementen zum
Greifen einer Radfelge, wobei die Spreizelemente nicht auseinander
gespreizt sind,
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4 3 eine
schematische Darstellung des Montagekopfes mit den Spreizelementen,
wobei die Spreizelemente aber auseinander gespreizt sind,
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5 eine
schematische Darstellung einer Montagestation mit zwei erfindungsgemäßen Industrierobotern
in einer Fertigungsstraße
mit jeweils der erfindungsgemäßen Vorrichtung
von oben gesehen und
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6 eine
schematische Darstellung der Montagestation von der Seite gesehen.
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1 veranschaulicht
eine Vorrichtung 10 zur automatischen industriellen Radmontage
(Rad 100 mit Reifen) an einem Radträger, insbesondere einer Bremsscheibe 11 eines
Fahrzeugs 12, insbesondere eines Pkw. Die Montagevorrichtung 10 ist mit
einem Montagekopf 13 versehen, der mit einem Greifer 14 ausgestattet
ist und an einem Industrieroboter 15 bzw. an einen freien
Ende des Roboterarmes 16 befestigt ist.
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Der
Greifer 14 ist erfindungsgemäß als ein eine Mittelbohrung 17 einer
Radfelge 18, die in 2 prinziphaft
dargestellt ist, durchgreifendes Spreizelement 19 ausgebildet.
In den 3 und 4 ist dieses Element grob dargestellt.
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Der
Montagekopf 13, der an dem Montagearm bzw. dem Roboterarm 16 festgelegt
ist, ist dreh- und/oder schwenkbar befestigt. Dies ist erforderlich, damit
Felgenbohrungen 20 und Aufnahmebohrungen bzw. Gewindebohrungen 21 an
der Bremsscheibe 11 lagerichtig durch den Roboter 15 bzw.
seinen Montagekopf 13 übereinander
gelegt werden können.
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Wie 2 zeigen
soll, sind am Montagekopf 13 elektrisch angetriebene Schrauber 22 zur
Festlegung von Felgenschrauben 23 angeordnet. Jeder Schrauber 22 ist
beispielsweise derart ausgebildet, dass die Schrauben 23 über einen
nicht dargestellten Vierfachverteiler aus einer Vereinzelungsvorrichtung zugeführt wird.
Die Felgenschrauben werden bevorzugterweise durch Schläuche geblasen
und jedem Schrauber 22 zugeführt.
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Der
Einsatz von Standardschraubtechnik wird bevorzugt. Vorteilhaft ist
auch alle Schrauben erst links dann rechts herum zu drehen, um einen
minimalen Versatz in der Tiefe der Verschraubung zu erreichen.
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Was
ebenfalls nicht dargestellt ist, dass der Montagekopf 13 mit
einer Abschiebehülse
versehen ist. Diese ist derart ausgebildet, dass die beim Verschrauben
mittels der Schrauber 22 gleichzeitig ein Abschieben der
Felge 18 vom Greifer 14 bewirkt.
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Durch
eine Station zum Wechseln der Nuss für den Schrauber 22 der
Schlossschraube und durch eine zusätzliche Vereinzelung lassen
sich auch diese Schrauben automatisiert verarbeiten.
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Zum
Zentrieren des Rades 100 an dem Montagekopf 13 weist
der Montagekopf 13, insbesondere der Greifer 14,
ein Zentrierungsmittel auf, der mit der mittigen Felgenbohrung 17 zusammenwirkt.
Nach dem Zentrieren des Rades 10 an dem Montagekopf 13,
muss das Rad anschließend
an der Bremsscheibe 11 zentriert werden. Dies erfolgt über eine
mittige Erhebung 40 (2). Daher
weist der Greifer 14 eine Ausgestaltung auf derart, dass
eine Zentrierung anhand eines inneren Bereiches der Bremsscheibe 11 erfolgt.
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Wie 1 weiterhin
zeigen soll, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausbildung
als rechnergesteuerte Montageeinrichtung mit mindestens einer Kamera,
bevorzugterweise mit zwei oder drei Kameras 25, 26, 28 und
einem Bildverarbeitungssystem 30 auf.
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Die
erste Kamera 25 ist beispielsweise so positioniert und
eingestellt, dass eine Totalaufnahme des Fahrzeugs 12 aufgenommen
wird. Eine zweite Kamera 26 ist näher an der Bremsscheibe 11 angeordnet,
um das Lochbild erfassen zu können.
Mindestens eine weitere Kamera 28 ist angeordnet, um eine
dreidimensionale Erfassung zu ermöglichen, insbesondere wie bei
der Aufnahme von 3D-Filmen. Die dritte Kamera 28 ist beispielsweise
etwa parallel zur ersten Kamera 25 und etwa im gleichen
Abstand zum Bildobjekt angeordnet, so dass die Bilder leicht versetzt
sind. Hierdurch können
Bildobjekte in richtiger Raumkoordinatenzuordnung (3D-Effekt) erfasst werden.
Eine andere 3D-Lösung,
z.B. mit zwei senkrecht zueinander stehenden Kameras, die senkrechte
Ebenen erfassen, ist auch möglich.
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Das
insbesondere dreidimensionale Bildverarbeitungssystem 30 dient
daher zur raumkoordinatenmäßigen Erfassung
der Gewindebohrungen 20 und somit zur vollautomatisierten,
lageexakten Radmontage. Das Bildverarbeitungssystem 30 ist
nach diesem Beispiel weiterhin derart ausgebildet, dass eine Raumbestimmung
der Lage des Fahrzeugs 12, der Bremsscheibe 11 mit
insbesondere drei, vier bis fünf
Gewindebohrungen 20 für
die Radschrauben 23 und des zu montierenden Rades 100 erfolgt.
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Wenn
Unterschiede zwischen den zu erfassenden Fahrzeugen bestehen und
auch Unterschiede zwischen Vorder- und Hinterachse bestehen, können diese
vor jeder Montage vermessen werden.
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Wie
die 3 und 4 veranschaulichen, greift der
Montagekopf 13 mit seinem Greifer 14 bzw. seinem
Spreizelement 19 innen. Das Spreizelement umfasst mehrere
Spreizteile 31, 32 oder mehrere Spreizzonen, die
beispielsweise federelastisch bewegt werden können. Wie abgebildet können die Spreizelemente
die Felge zum Beispiel mit einem Vorsprung 33 und/oder
eine Nut 34 (4) hintergreifen.
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Eine
bevorzugte Variante einer Montagestation 50 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist in
den 5 und 6 dargestellt. Diese wird in
einer Fertigungsstraße
insbesondere von Pkw eingesetzt. Die Montagestation 50 weist
zwei Zuführbänder 35, 36 für die zu
montierende Räder 101, 102 auf. Weitere
Räder 103 bis 105 befinden
sich in einer Vereinzelungsanlage zur späteren Montage.
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Die
Zuführbänder enden
an einer waagerechten Radablage, vorzugsweise einem Rahmenteil,
wobei das Rahmenteil mit einer nicht abgebildeten Zentrierung versehen
und in der Nähe
der Montagevorrichtung 10 ange ordnet ist. Die Zentrierung
ist vorzugsweise mit einem Anschlag in der Ausgestaltung eines Prismas
versehen. Diese fährt
anschließend
zurück
und legt das Rad frei. Ein Aushub greift innen an der Felge 18 und
hebt das Rad 100 an. Das Rad wird vom Aushub gedreht, wobei
ein Messsystem die Drehung beobachtet und diese stoppt. Das Rad 100 wird
dann vom Anhub dort orientiert abgelegt, wo es vorher gelegen hat.
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Die
Montagestation 50 besitzt bevorzugterweise zwei gegenüberliegende,
jeweils seitlich vom Fahrzeug 12 positionierte Roboter 39 zur
Montage jeweils eines Hinterrades und eines Vorderrades des Pkw.
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Wenn
das Fahrzeug 12, das vorzugsweise an einem Montagerahmen
zur Radmontagevorrichtung 10 herangeführt wird, in seiner Raumposition und
die Raumposition der Radschraubenbohrungen 20 relativ auf
der Bremsscheibe 11 oder relativ zum Fahrzeug 12 festgelegt
sind und die Raumposition des angelieferten Rades 100 bzw.
insbesondere der Felge 18 und der in der Felge 18 enthaltenen
Bohrungen 20 festgelegt sind, dann beginnt der eigentliche Montagevorgang,
der darin besteht, dass das Rad 100 von dem Montagekopf 13 ergriffen
und der Bremsscheibe 11 zugeführt wird.
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Nach
dem Heranführen
der Felge 18 erfolgt das Aufstecken an die Bremsscheibe 11 auf
den vorhandenen Wulst (nicht dargestellt) zur Zentrierung der Felge,
und zwar so, dass die Bohrungen 20 der Felge 22 und
die Bohrungen 21 der Bremsscheibe übereinander liegen, so dass
der Schraubenvorgang beginnen kann. Beim Festsschrauben wird das
Rad 100 durch die Schrauben 23 zur Bremsscheibe 11 gezogen.
Dadurch wird die Kraft minimiert, die der Roboter 15 (1), 38 bzw. 39 auf
die Radaufhängung
und damit auf das Fahrzeug 12 ausübt.
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Der
Takt wird hierbei in zwei Haltepositionen unterteilt und erlaubt
dem Roboter 38 bzw. 39 den Zugriff auf das Fahrzeug
in der Höhe
der beiden Radaufhängungen.
Die Arbeit am Fahrzeug 12 wird im Stillstand vorgenommen,
so dass Einflüsse
durch die Bewegung eines Gehänges
weitgehend ausgeschlossen sind.
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Eine
Radmontage kann weiterhin folgendermaßen aussehen:
Vorteilhaft
ist die Erstellung einer Liste der Produktionsdaten einer Leitsteuerung
zu erzeugen, um die Räder
schon beim Einlauf des Fahrzeuges 12 aufnehmen zu können.
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Zuerst
erfolgt ein Zuführungsvorgang
der Räder 103–105.
Die Vorderräder
werden vereinzelt bevor das Fahrzeug 12 mit einer Vorderachse
eine Montageposition erreicht hat.
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Der
Roboter 38 bzw. 39 führt ggf. einen Wechsel einer
Schraubennuß durch.
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Die
Räder (103–105)
werden zugeführt.
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Die
Schrauben 23 werden zugeführt.
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Die
Höhe der
Greifposition für
die Räder (101, 102)
wird ermittelt.
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Der
Roboter 38 bzw. 39 fährt mit dem Greifer 14 in
das Rad (100) und greift es innen.
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Die
Schrauber 22 drehen langsam und die Schrauber-Nuß springt
auf die Schraube 23.
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Der
Roboter 38 bzw. 39 fährt mit dem Rad (100)
in eine Warteposition.
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Das
Fahrzeug 12 wird angehalten und das Bildverarbeitungssystem 30 ermittelt
die Position der Bremsscheibe 11.
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Der
Roboter 38 bzw. 39 übernimmt die Positionskorrekturen
und führt
das Rad 100 über
einen Flansch und setzt die Schrauben 23 an.
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Das
Rad 100 wird komplett verschraubt.
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Der
Roboter fährt
zurück
zur Radzuführung.
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Das
Fahrzeug wird weiter gefördert
und hält mit
der Hinterachse in der Montagestation 50 an.
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Der
Ablauf bei der Montage des Hinterrades ist mit der Montage des Vorderrades
vergleichbar.
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Das
Konzept ist hochgradig flexibel und auch auf neue Fahrzeugmodelle
E87/E46 und Räder
bzw. Reifen anwendbar.
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Die
Erfindung ist nicht nur auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern
umfasst auch gleichwirkende Ausführungsformen.
Auch kann ein beliebiges Einzelmerkmal der Beschreibung mit einem
anderen beschriebenen Merkmal kombiniert werden.
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Bremsscheibe
- 12
- Fahrzeug
- 13
- Montagekopf
- 14
- Greifer
- 15
- Industrieroboter
- 16
- Roboterarm
- 17
- Mittelbohrung
- 18
- Radfelge
- 19
- Spreizelement
- 20
- Felgenbohrungen
- 21
- Bohrungen
- 22
- Schrauber
- 23
- Schraube
- 24
- Felgenschraube
- 25
- erste
Kamera
- 26
- zweite
Kamera
- 27
-
- 28
- dritte
Kamera
- 29
-
- 30
- Bildverarbeitungssystem
- 31
- erstes
Spreizteil
- 32
- zweites
Spreizteil
- 33
- Vorsprung
- 34
- Nut
- 35
- erstes
Förderband
bzw. Zuführband
- 36
- zweites
Förderband
bzw. Zuführband
- 37
-
- 38
- erster
Roboter
- 39
- zweiter
Roboter
- 40
- Erhebung
- 50
- Montagestation
- 100–105
- Räder