DE19709851A1

DE19709851A1 - Verfahren und programmierbarer Positioner für die spannungsfreie Montage von Baugruppen

Info

Publication number: DE19709851A1
Application number: DE19709851A
Authority: DE
Inventors: Hadi A Akeel
Original assignee: Fanuc Robotics North America Inc
Current assignee: Fanuc Robotics North America Inc
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1997-10-30
Also published as: GB2311149A; US20010000271A1; US6378190B2; GB9704304D0; US6425177B1; JP3318618B2; US5987726A; JPH1069315A; GB2311149B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen ein Verfah ren und eine Vorrichtung für die flexible Montage von Kompo nenten und Modulen zu einer gesamten Baugruppe und im speziel len ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhinderung von Spannungsbildungen während des endgültigen Zusammenbaus.

Der Vorgang des Zusammenbaus des Chassis eines Fahrzeugs um faßt das Bilden von Modulen, Bleche und andere Komponenten und das Bilden der endgültigen zusammengebauten Chassis aus größe ren Modulen. Während des Zusammenbaus müssen die Module in festen, bestimmten Positionen gehalten werden, während Befe stigungsoperationen wie beispielsweise Schweißen und das Ein setzen von Befestigungsmitteln vorgenommen werden. Typischer weise werden Komponenten und Module an einer Arbeits- oder Montagestation in Haltevorrichtungen durch Positioner und Klammern gehalten, die an begrenzte, vorgegebene Stellen auf der Oberfläche der Komponente während des Befestigungsvorgangs bewegbar sind und von der Oberfläche zurückgezogen werden können, um es dem Modul zu ermöglichen, zu einer anderen Mon tagestation bewegt zu werden. Da die Komponenten mit bestimm ten Toleranzen gefertigt werden, werden die Orte der vorbe stimmten Punkte von Komponente zu Komponente und von Modul zu Modul variieren. Die Haltevorrichtungen werden häufig in Hal tepositionen justiert, um sich den verschiedenen Stellen der vorgegebenen Punkte anzupassen.

Haltevorrichtungen für das Halten von Komponenten und Modulen können eingeteilt werden in "spezialisierte" und "programmier bare" Ausführungen. Eine spezialisierte Haltevorrichtung, die auch als "starre Automatisation" bezeichnet wird, ist derart konstruiert, um eine einzige Komponente oder ein einziges Modul aufzunehmen und um eine bestimmte Operation oder eine Folge von Operationen auszuführen. Typischerweise kann eine spezialisierte Haltevorrichtung nur Greif- und Lösebewegungen ausführen, die notwendig sind, um die vorbestimmten Operatio nen an den Komponenten oder Modulen zu vollziehen, und kann keine andere Komponente oder Modul aufnehmen. Eine program mierbare Haltevorrichtung kann eine Vielzahl von Bewegungen ausführen. Auf diese Weise kann die programmierbare Haltevor richtung programmiert werden, um eine vorbestimmte Folge von Operationen auszuführen, um eine bestimmte Komponente oder ein bestimmtes Modul aufzunehmen und eine andere Bewegungsfolge auszuführen, um eine andere Komponente oder ein anderes Modul aufzunehmen.

Viele programmierbare Positioner weisen serielle Vorrichtungen auf, so z. B., wenn jedes Verbindungsglied der Vorrichtung se riell an dem vorgehenden Verbindungsglied befestigt ist, so daß eine Kette von Verbindungsgliedern gebildet wird. Die Ver bindungsglieder können lineare oder drehbare Gelenke aufwei sen. Mechanismen mit linearen Gelenken weisen eine höhere Steifigkeit auf, sind aber immer noch deutlich weniger steif im Vergleich zu den herkömmlichen festen Werkzeugmaschinen. Programmierbare Haltevorrichtungen des seriellen Typs werden in der US 5,272,805 offenbart (dargestellt in den Fig. 7 und 8), die an den Anmelder dieser Erfindung erteilt wurde.

Die vorliegende Erfindung liefert einen programmierbaren Posi tioner mit einem hohen Maß an Steifigkeit im Vergleich zu den starren Werkzeugmaschinen. Dieses Ziel wird erreicht durch Verwendung einer parallelen Verbindungsvorrichtung, die durch eine Mehrzahl linearer Stellglieder gebildet wird. Die Stei figkeit oder Festigkeit der Vorrichtung wird vorgegeben durch eine unterstützende Struktur der parallelen Verbindungsglie der, in der die gesamte Steifigkeit der Vorrichtung die Summe bildet aus allen Steifigkeiten der Verbindungsglieder. Vor richtungen dieser Art wurden bisher eingesetzt in Flugsimula toren, die wohlbekannt unter dem Namen "Stewart Plattformen" sind - Stewart, Das Institut of Mechanical Engineers, Tätig keitsberichte 1965-1966, Seiten 371-394; und für die Konstruk tion von Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise in der US-Pa tentschrift 5,354,158 (und ferner der US-Patentschrift 4,988,244 und der US-Patentschrift 5,388,935) beschrieben wird.

Eine der flexibelsten Haltevorrichtungen ist eine 6-Achsen-Werkzeugmaschine. Eine derartige Tragevorrichtung umfaßt ein Paar von auseinander angeordneten Plattformen, die durch sechs angetriebene und ausfahrbare Beine verbunden werden, die nicht überkreuzt werden dürfen und an den Platt formen mittels Kar dangelenken befestigt sind. In einer Ausführungsform ist die Werkzeugmaschine versehen mit einem Betätigungsorgan, wie ein an einer Welle befestigtes Werkzeug, das an einer der Platt formen montiert ist, und einem Gegenstand, wie z. B. einem Werkstück, welcher an der anderen der beiden Platt formen mon tiert ist, so daß der Arbeitsraum zwischen den Plattformen angeordnet ist. Die Länge der Beine ist individuell einstell bar, um die Position der Plattformen und damit auch die des Werkstücks im Verhältnis zu dem Betätigungsorgan zu verändern.

Die US-Patentschrift 4,988,244 offenbart eine Werkzeugmaschine mit auseinander angeordneten Platt formen zur Befestigung eines Werkzeuges und eines Werkstücks, deren Plattformen durch sechs streckbare Beine miteinander verbunden sind, die an den Platt formen in Dreiergruppen mit Gabel- (clevis) und Zapfengelenken befestigt sind. Die Paare von Beinen sind überkreuzt, und die Bearbeitung erfolgt zwischen den Plattformen.

Die US-Patentschrift 5,388,935 offenbart eine Werkzeugmaschine mit auseinander angeordneten Plattformen zur Befestigung eines Werkzeuges und eines Werkstücks, deren Plattformen durch sechs streckbare Beine mittels Kardangelenken an den Plattformen be festigt sind. Mindestens eines der Paare der Beine ist über kreuzt, und die Bearbeitung erfolgt zwischen den Plattformen.

Die parallele Verbindung der zuvor beschriebenen Art von Hal tevorrichtung, bei der die Bearbeitung zwischen den Platten erfolgt, ist nicht geeignet für Arbeiten, die oberhalb des Trägers erfolgen, wie z. B. Montageoperationen. Der durch einen derartigen Aufbau vorgegebene Aktionsradius ist für die flexible Montage nicht geeignet, bei der die Montage mit rela tiv großen Teilen vorgenommen wird, die nicht zwischen den beiden Trägern gehalten werden können. Bei einer anderen Vor richtung, die ebenfalls ein Paar auseinander angeordneter Plattformen aufweist, die durch sechs streckbare Beine verbun den sind, wird das Werkzeug an einer Plattform montiert, wobei diese aber von der anderen Plattform weg gerichtet ist. Auf diese Weise dient die andere Plattform als eine feste Basis, um das Werkzeug in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück und von diesem weg zu bewegen.

Die US-Patentschrift 4,536,690 offenbart eine selbstgetriebene Roboterplattform, die eine Trägerstruktur aufweist, die mit einer Basis und einem beweglichen Werkzeugträger versehen ist, welche durch sechs streckbare Beine verbunden sind, wobei der Arbeitsbereich außerhalb des Bereichs zwischen der Basis und dem Träger gelegen ist. Das Abgreifen der Werte für die Posi tionskontrolle erfolgt durch Geschwindigkeitssensoren.

Die US-Patentschrift 5,053,687 offenbart eine zusammengesetzte Vorrichtung, die eine obere Platte und eine mit einem Zwi schenraum dazu angeordnete untere Platte aufweist, die durch sechs streckbare Verbindungsglieder verbunden sind, wobei das Werkstück außerhalb des Zwischenraums der Platten angeordnet ist. Die untere Platte ist fest oberhalb der unteren Platte angeordnet. Die Verbindungsglieder weisen obere Enden, die in Dreierpaaren an der oberen Platte befestigt sind, und untere Enden auf, die an sechs Gleitbauteilen mittels Kardangelenken verbunden sind. Die Gleitbauteile erstrecken sich durch in der unteren Platte vorgesehene Löcher, um an Endlosschrauben anzu greifen, die an der Basisplatte vorgesehen sind. Jedes Gleit bauteil umfaßt einen Stoßdämpfer und ist mit einem Positions sensor verbunden, und jedes Verbindungsglied ist mit einem Kraftsensor versehen. Wenn auf die obere Platte eine Kraft ausgeübt wird, liefert der Stoßdämpfer eine passive Nachgie bigkeit, und eine Steuerung verarbeitet die Informationen von dem Kraftsensor in einem Kraftrückstellalgorithmus, um die Korrekturen zu berechnen, die an der Position der Platte vor genommen werden müssen.

Unabhängig davon, ob spezialisierte oder programmierbare Hal tevorrichtungen Verwendung finden, werden die Komponenten oder Module fest an die Haltevorrichtungen geklammert, die derart konstruiert sind, um eine maximale Tragsteifigkeit zu gewähr leisten. Wenn das Bearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise eine Punktschweißmaschine, nicht mehr richtig ausgerichtet ist, hat es die Eigenschaft, die Komponente oder die Komponen ten von der gewünschten Montagestellung zu verrücken. Demzu folge können sich die Komponenten relativ zueinander verschie ben, womit sich eine Ungenauigkeit bei der Montage ergibt, oder die Komponenten werden von den festen Haltevorrichtungen weg gezogen oder gegen diese gedrückt, bevor sie endgültig ge schweißt worden sind. Demzufolge ist ein den bekannten Halte vorrichtungen anhaftendes Problem, daß die Baugruppen unter inneren Spannungen zusammengebaut werden, die einen Ausfall der Baugruppen während der Benutzung bewirken können.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Posi tionieren eines Gegenstandes während eines Montagevorgangs, der eine parallel verbundene, programmierbare Positioniervor richtung aufweist, die eine Basisplatte, eine von dieser im Abstand angeordnete Positionierplatte und sechs linear betä tigbare Stellglieder aufweist, die sich zwischen den Platten erstrecken und mit diesen durch Kardangelenke verbunden sind. Die Enden der Stellglieder sind paarweise rechteckig an jeder Platte angeordnet, und die Stellglieder überkreuzen sich nicht. Demnach sind jeweils zwei Stellglieder jeweils paar weise an einem Ende an der Basisplatte befestigt, und das je weils gegenüberliegende Ende ist paarweise mit einem weiteren Stellglied an der Positionierplatte verbunden. Die Stellglie der sind Schraubenantriebe zur Veränderung der Länge von jedem Verbindungslied in einer programmierbaren Art und Weise. Der Arbeitsraum liegt neben der Positionierplatte, außerhalb des Bereichs zwischen den Platten. Wenn eine Bearbeitung eine Aus gleichsbewegung aufgrund von hohen Bearbeitungskräften notwen dig macht, können die Stellglieder nach Art einer Kugelumlauf spindel ausgebildet sein, welche auf die auf die Positionier platte ausgeübten Kräfte mit Rückstellung reagieren. Drehbare Positionsgeber können eingesetzt werden, um die Bewegungen an ein Steuersystem zurückzumelden, das auf die ausgeübte Kraft reagieren kann, um die Haltekraft für eine höhere Tragsteifig keit zu erhöhen, oder, um die Haltekraft für ein kontrollier tes Nachgeben zu reduzieren und eine spannungsfreie Montage zu gewährleisten. Daneben können die Stellglieder mechanisch ge koppelt werden, um die Freiheitsgrade und die zur Steuerung benötigten Motoren und Steuerungen zu reduzieren.

Bei der Vorrichtung weist die Basisplatte eine obere Ober fläche auf, die Positionierplatte ist mit unteren und oberen Oberflächen versehen, und die linearen Stellglieder weisen je weils ein unteres Ende auf, das drehbar an der oberen Ober fläche der Basisplatte befestigt ist, und das obere Ende ist drehbar befestigt an der unteren Oberfläche der Positionier platte, die oberen und unteren Enden eines jeden linearen Stellgliedes sind im Verhältnis zueinander entlang einer vor gegebenen linearen Bahn bewegbar, um die Positionierplatte im Verhältnis zu der Basisplatte zu bewegen. Eine Vielzahl von Basisgelenken ist zwischen der oberen Oberfläche der Basis platte und den unteren Enden der linearen Stellglieder in einem im wesentlichen dreieckigen ersten Muster angeordnet. Die Basisgelenke sind in Paaren angeordnet, wobei der Mittel punkt eines jeden Paares von Basisgelenken einen Punkt der ersten Anordnung bildet. Eine Vielzahl von Positioniergelenken ist zwischen der unteren Oberfläche der Positionierplatte und den oberen Enden der linearen Stellglieder in einem im wesent lichen dreieckigen Muster angeordnet, die Positioniergelenke sind paarweise derart angeordnet, daß der Mittelpunkt von je dem Paar der Positioniergelenke einen Punkt des zweiten Mu sters bildet.

Ein Gegenstand ist auf der oberen Oberfläche der Positionier platte angeordnet. Der Gegenstand ist üblicherweise eine Klam mer, um die Komponente an der Positionierplatte zu befestigen, oder ein Werkzeug zur Vollziehung einer Arbeit an der Kompo nente. Ein Kontrollmittel ist an den linearen Stellgliedern befestigt, um die linearen Stellglieder einzeln zu betätigen, so daß die Positionierplatte zu einer vorgegebenen Position im Verhältnis zu der Basisplatte bewegt werden kann, um das Ob jekt für die Aufnahme der zusammenzubauenden Komponente zu po sitionieren. Ein Rückkopplungsmittel ist mit dem linearen Stellglied verbunden und ist ebenfalls mit Steuerungsmitteln verbunden. Das Rückkopplungsmittel reagiert auf die auf das Objekt ausgeübten Kräfte während des Zusammenbaus der Kompo nente, um Rückkopplungssignale für die Steuerungsmittel zu er zeugen, welche die aufgebrachten Kräfte darstellen. Die Steue rungsmittel reagieren auf die Rückkopplungssignale, um die li nearen Stellglieder zu beeinflussen und die aufgebrachten Kräfte zu verändern. Das Stellglied kann mechanisch gekoppelt sein für eine koordinierte Bewegung von mindestens zwei der linearen Stellglieder, um die Positionierplatte im Verhältnis zu der Basisplatte mit weniger als sechs Freiheitsgraden zu bewegen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Positionieren eines Objektes während des Zusammenbauvorgangs, das die folgenden Schritte umfaßt: Verbinden der Basisplatte mit einer Positionierplatte durch eine Vielzahl von linearen Stellgliedern, von denen jedes an dem unteren Ende drehbar an der Basisplatte befestigt ist und an dem oberen Ende drehbar an der Positionierplatte befestigt ist; Montage eines Objektes auf der Positionierplatte; Steuerung der linearen Stellglie der, um die Positionierplatte zu einer vorbestimmten Position im Verhältnis zu der Basisplatte zu bewegen, um das auf der Positionierplatte aufgebrachte Objekt mit der zusammenzubauen den Komponente in Verbindung zu bringen; Erzeugen von Rück kopplungssignalen, welche eine auf die Positionierplatte auf gebrachte Kraft abbilden, wenn das Objekt die Komponente be rührt; und Betätigung der linearen Stellglieder, um die aufge brachte Kraft in Abhängigkeit der Rückkopplungssignale zu ver ändern. Das Verfahren kann ausgeführt werden durch Aufrechter haltung der aufgebrachten Kraft innerhalb vorgegebener Grenz werte.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft ferner ein Verfahren für die spannungsfreie Montage von Blechkomponenten auf einer Montagehaltevorrichtung, die zumindest eine program mierbare Haltevorrichtung aufweist, die mit Stellgliedern ver sehen ist, die auf Positions-Steuerungssignale von einer Steu erung reagieren, Klammermittel zum Klammern der Komponenten an die Montagehaltevorrichtung und Werkzeuge, die auf den Halte vorrichtungen betätigbar sind und die Möglichkeit besitzen, die Komponenten während der Montage zu verschieben und Kräfte zu erzeugen, die durch die Haltevorrichtung getragen werden. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Erzeugen von Steuersignalen durch eine Steuerung, um mindestens ein Stellglied zu bewegen und die Haltevorrichtungen in einer vorgegebenen Stellung zu positionieren; Plazierung von mindestens zwei Komponenten auf der Haltevorrichtung in einer vorgegebenen Lage; Klammern der Komponenten an die Haltevorrichtungen; Betätigung der Werkzeu ge, um die Komponenten zusammenzubauen, wobei die Werkzeuge Kräfte erzeugen, die durch Haltevorrichtungen getragen werden und dazu neigen, die Komponenten aus ihrer vorgegebenen Posi tion zu verschieben; Erfassen der durch die Haltevorrichtung getragenen Kräfte während der Betätigung der Werkzeuge und Erzeugung von Kraftsignalen, welche der Größe und der Richtung der Kräfte entsprechen; Vermittlung der Kraftsignale an die Steuerung; und Bedienung der Steuerung, um das Stellglied in die Richtung zu bewegen, so daß die Kräfte unter einen wün schenswerten Grenzwert sinken, so daß eine spannungsfreie Montage der Komponenten ermöglicht wird. Der Schritt der Er fassung der Kräfte kann durch einen Kraftsensor, der zumindest eine von sechs generalisierten Kraftkomponenten X, Y, Z, M_X, M_Y und M_Z in einem generalisierten kartesischen Koordinatensystem aufnimmt oder durch einen Positionskodierer erfolgen, der mit dem Stellglied gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal zu erzeu gen, welches die Bewegung des Stellgliedes in Abhängigkeit der aufgebrachten Kraft abbildet.

Kurze Beschreibung der Figuren

Die zuvor genannten und andere Vorteile der vorliegenden Er findung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Leichtigkeit offenbar, wenn man zusätzlich die beiliegen den Zeichnungen berücksichtigt, in denen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht von zwei zusammenzu bauenden Komponenten ist, die von einer aus dem Stand der Technik bekannten Haltevorrichtung gehal ten werden;

Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt der Komponenten und der Haltevorrichtung entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht der zwei Komponenten aus Fig. 1 ist, die in einer Haltevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gehalten werden;

Fig. 4 eine Frontansicht der Haltevorrichtung aus Fig. 3 ist, die eine alternative Ausführungsform gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines programmierbaren Positioners gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 6 eine Draufsicht des in Fig. 5 abgebildeten Positio ners ist;

Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm des Kontrollsystems für den in Fig. 5 abgebildeten Positioner ist;

Fig. 8 ein in einem kartesischen Koordinatensystem darge stelltes Diagramm der Richtungen der Bewegungen des in der Fig. 5 dargestellten Positioners ist;

Fig. 9 eine Tabelle von Beispielen der Kopplung von Stell gliedern der in der Fig. 5 dargestellten Art auf der Basis der in der Fig. 8 abgebildeten Bewegungs richtungen;

Fig. 10 ein vergrößerter Ausschnitt der Frontansicht einer alternativen Ausführungsform des Positioniergelenks für den in der Fig. 5 abgebildeten Positioner ist; und

Fig. 11 eine linke Seitenansicht des in der Fig. 10 abge bildeten Gelenkes ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Wie in der Fig. 1 und der Fig. 2 dargestellt ist, wird eine Baugruppe 10 zusammengesetzt aus einer ersten Komponente 11 und einer zweiten Komponente 12. Obwohl die Bezeichnungen "Baugruppe", "Komponente" in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, könnte die Baugruppe 10 gleichwohl ein Modul einer größeren Baugruppe sein, und jede der beiden Komponenten 11 oder 12 könnten Module sein. Die Fig. 1 ist eine schematische Drauf sicht der Komponenten 11 und 12, die auf einer Haltevorrich tung 13 angeordnet sind, und die Fig. 2 ist eine Frontansicht der Komponenten und der Haltevorrichtung entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1. Für die Zwecke dieses Beispiels wird an genommen, daß die Komponenten 11 und 12 beide im wesentlichen ebene, aus Blech hergestellte Stücke sind, die punktgeschweißt werden sollen, wobei ein Abschnitt der Komponente 12 einen Ab schnitt der Komponente 11 in der dargestellten Position über lappt. In Übereinstimmung mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Montage wird üblicherweise die erste Komponente 11 auf der Haltevorrichtung 13 in einer ersten vor bestimmten Position angeordnet, die auf jeweils einer nach oben gerichteten Tragfläche 14a einer ersten Vielzahl von Po sitionern oder Stützen 14 angeordnet ist. Die erste Komponente 11 wird in einer ersten vorbestimmten Position gegen die Ober flächen 14a mittels einer Vielzahl von Klammern 14b gehalten, die an den freien Rand 11a der Komponente angreifen und jede mit den Stützen 14 befestigt sind. Die zweite Komponente 12 wird dann auf die Haltevorrichtung 13 in einer zweiten vorbe stimmten Position aufgelegt und ruht auf der nach oben gerich teten Tragfläche 15a von jeder einer zweiten Vielzahl von Trä gern 15. Die zweite Komponente 12 wird in einer zweiten vorbe stimmten Position auf den Oberflächen 15a durch eine Vielzahl von Klammern 15b gehalten, die an den freien Rand 12a der Kom ponente angreifen und wovon jede an den Trägern 15 befestigt ist.

Die Komponenten überlappen sich in dem Bereich 10a, die ver bunden sind durch einen überlappenden Rand 11b der ersten Kom ponente 11 und einen überlappenden Rand 12b der zweiten Kompo nente 12. Die Abschnitte der Komponenten 11 und 12 in dem Be reich 10a sollen mittels einer Vielzahl von Punkten 16 anein ander punktgeschweißt werden. Der Abschnitt 10a ruht jeweils auf einer nach oben gerichteten Oberfläche 17a einer dritten Vielzahl von Stützen 17. Die erste Komponente 11 hat eine Vielzahl von darin ausgebildeten Öffnungen 11c, und die zweite Komponente hat eine Vielzahl von darin ausgebildeten Öffnungen 12c, so daß jede der Öffnungen 11c ausgerichtet ist mit einer der Öffnungen 12c. Jeder der Stützen 17 hat einen sich nach oben erstreckenden, sich verjüngenden und darin befestigten Positionierstift 17b, dessen Stift sich durch die zusammenge hörige Anordnung der Öffnungen 11c und 12c erstreckt. Damit werden die Komponenten fest in den vorgegebenen Positionen ge halten, die durch die Klammern 14b und 15b und den Stift 17b vorgegeben sind. Die Stützen 14, 15 und 17 können verschiedene der aus dem Stand der Technik bekannten Positioner oder Träger sein, wie zum Beispiel denen in den Fig. 7 und Fig. 8 des US-Patents Nr. 5,239,739 dargestellten, welches an den Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt worden ist.

Der Vorgang des Punktschweißens umfaßt die Benutzung von Punktschweißgeräten, welche die Komponenten 11 und 12 zusam mendrücken, während ein elektrischer Strom angelegt wird. Bei dem Zusammendrücken treten üblicherweise Querkräfte auf, die eine Verschiebung der Komponenten aus ihrer gewünschten Posi tion verursachen und getragen werden von den Stützen 14, 15 und 17, welche die freien Ränder 11a und 12a des überlappenden Bereichs 10a der Komponenten 11 bzw. 12 halten. Dement sprechend bauen sich Kräfte in den Komponenten 11 und 12 auf, die abhängig sind von dem Zusammenspiel dieser Komponenten so wie von dem Zusammenspiel der seitlichen Stützen 14 und 15. Die seitlichen Stützen 14 und 15 werden üblicherweise so steif wie möglich hergestellt, um zu verhindern, daß die Komponenten 11 und 12 sich im Verhältnis zueinander verschieben, wodurch sich ein ungenauer Zusammenbau ergeben würde. Andererseits verursacht diese hohe Steifigkeit der Träger, daß große Lasten auf die Komponenten 11 und 12 aufgebracht werden, wodurch mög licherweise bewirkt wird, daß die überlappenden Oberflächen sich innerhalb ihrer sie klammernden Träger im Verhältnis zu einander verschieben.

In der Fig. 5 wird eine Haltevorrichtung 20 dargestellt, die nachgiebige Träger gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Die erste Komponente wird in derselben, ersten vorbestimmten Position an dem freien Rand 11a mittels einer ersten Vielzahl von elastischen Trägern 21 gehalten. In ähnlicher Weise wird die zweite Komponente 12 in der zweiten vorbestimmten Position an seinem freien Rand 12a von einer zweiten Vielzahl von nach giebigen Trägern 22 gehalten. Der Bereich 10a der verbundenen Komponenten des überlappten Randes 11b der ersten Komponente und des überlappten Randes 12b der zweiten Komponente ruht auf einer dritten Vielzahl von nachgiebigen Trägern 23, die durch herausgeschnittene Abschnitte der Komponenten sichtbar gemacht werden. Wie im folgenden erklärt wird, können die elastischen Träger 21, 22 und 23 wahlweise gesteuert werden, um eine rela tiv hohe Steifigkeit zu bieten, so daß die zusammenzubauenden Komponenten präzise positioniert werden können. Wenn auf die Komponenten 11 und 12 eine Bearbeitungskraft ausgeübt wird, können die nachgiebigen Träger 21, 22 und 23 gesteuert werden, um entweder die Haltekraft zu erhöhen, um eine höhere Trag steifigkeit zu gewährleisten, oder die Haltekraft kann redu ziert werden, um einen Zustand kontrollierter Nachgiebigkeit zu erhalten, der selektiven Gegendruck zu den aufgebrachten Kräften ermöglicht, so daß das Auftreten und die Auswirkungen von Spannungen in der endgültigen Baugruppe minimiert werden.

In der Theorie basiert die vorliegende Erfindung auf dem Prin zip der elastischen Verformung, wobei für ein elastisches Sy stem die Kräfte und Ablenkungen durch die Formel F = K * X dargestellt werden. In der Formel ist F die aufgebrachte Kraft, X ist die korrespondierende Ablenkung und K ist eine die Steifigkeit darstellende Konstante oder der Kehrwert der Nachgiebigkeit des Systems. Es ist selbstverständlich, daß für eine gegebene Ablenkung X, die durch ein Bearbeitungswerkzeug hervorgerufen wird, ein relativ starres System mit einer hohen Steifheitskonstante K eine entsprechend hohe Kraft F hervorge rufen wird. Wenn andererseits das System nachgiebig ausgebil det ist, also eine geringe Steifheitskonstante K aufweist, dieselbe Ablenkung x entsprechend eine geringere Kraft F ver ursachen wird. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung nutzt diese Theorie, indem es Haltevorrichtungen mit einer geringen Steifigkeit und stark nachgiebigen Trägern vorsieht, um zu verhindern, daß die Bearbeitungswerkzeuge hohe Kräfte durch ihre Eigenschaft, die Komponenten aus ihren gehaltenen Posi tionen zu verschieben, hervorrufen. Das Halten einer Komponen te im Verhältnis zu einer anderen, insbesondere bei den Trä gern 23, profitiert von dieser nachgiebigen Montage, da die durch die Bearbeitungswerkzeuge hervorgerufenen Kräfte gering sind, womit die Klammerkräfte zwischen den Komponenten nicht groß sein müssen. Geringe Klammerkräfte ziehen geringe Verfor mungen der Komponenten, wenig Schädigungen der Oberfläche und eine gleichmäßige Ausrichtung zwischen den Komponenten nach sich, also eine höhere Genauigkeit des Zusammenbaus.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung für den Zusammenbau von Automobilbauteilen, bei dem zunehmend flexible Haltevorrichtungen verwendet werden. Robo ter-Haltevorrichtungen, die Robotervorrichtungen mit Klammer vorrichtungen aufweisen, werden verwendet, um Blechkomponenten zu lokalisieren und diese in einer gewünschten Position zusam menzuhalten. Ungleich der konventionellen harten/steifen Hal tevorrichtungen, die in der was als "starre Automatisation" bezeichnet wird Einsatz finden, werden Roboter-Haltevorrich tungen programmiert, um sich an verschiedene Ausbildungen der Komponenten anzupassen, diese also für eine Vielzahl von Kom ponenten eingesetzt werden können und die Basis für eine fle xible Automatisierung bilden. Roboter-Haltevorrichtungen er lauben es einer Produktionsfabrik, durch Computersteuerung re konfiguriert zu werden, um verschiedene Produktmodelle und Größen zu produzieren, ohne daß die Produktion angehalten werden muß und die harten Haltevorrichtungen, die üblicher weise nur für ein Produkt verwendet werden können, ausge tauscht werden müssen. Ein Verfahren für die Verwendung von Roboter-Haltevorrichtungen wird in der zuvor aufgeführten US-Patentschrift 5,239,739 und der zuvor aufgeführten US-Patent schrift 5,272,805 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung verwendet das Verfahren für die Ver wendung von Roboter-Haltevorrichtungen, um ihren Widerstand gegenüber externen Kräften einzustellen, indem ihre Verstär kungsregelungsparameter justiert werden, wie es aus den Tech niken der Servosteuerung wohlbekannt ist. Dementsprechend können solche Vorrichtungen programmiert werden, um als ein fester Träger zu fungieren, wenn die Teile aufgebracht werden und relativ zueinander festgeklammert werden, um eine hohe Ge nauigkeit beim Positionieren zu gewährleisten und kann dann zu geringer Nachgiebigkeit gewechselt werden, wenn das Bearbei tungswerkzeug anfängt, seine Versetzungskräfte auf die Kompo nenten der Baugruppe auszuüben. Für die Baugruppe ist dieses mit verschiedenen Vorteilen verbunden. Es ist vorteilhaft für die Baugruppe, da sie einen steifen Träger für das Positionie ren vorfindet, womit die Komponenten genau im Verhältnis zu einander angeordnet werden können. Durch ein späteres Umstel len auf geringere Nachgiebigkeit kann das Bearbeitungswerkzeug keine großen Kräfte ausüben, womit ein spannungsfreier Zusam menbau bewerkstelligt wird. Durch die Verwendung von Roboter vorrichtungen kann sich die Plattform an Komponenten mit ver schiedener Größe und verschiedenen Abmessungen anpassen. Die Nachgiebigkeit kann wahlweise eingestellt werden, um bestimmte Referenzpunkte steif positioniert zu halten, während andere "schwimmen" können, d. h. geringe Nachgiebigkeit haben, so daß Referenzpunkte, die verschiedenen Komponenten gemein sind, un geändert bleiben, um eine hohe Genauigkeit des Zusammenbaus zu gewährleisten.

Wenn die Komponenten von den Roboter-Haltevorrichtungen in ihren exakten, relativen Stellungen festgeklammert worden sind, können die Komponenten von den Prozeßrobotern bearbeitet werden, wie zum Beispiel Schweißrobotern. Wenn die Prozeßrobo ter an die Komponenten angreifen und einen versetzenden Effekt auf ihre Lage ausüben, können derartige Roboter-Haltevorrich tungen derart programmiert werden, um die von den Prozeßwerk zeugen ausgeübten Kräfte aufzunehmen, ihren Widerstand redu zieren und in nachgiebiger Art und Weise funktionieren, durch Reduzierung ihrer Verstärkungsregelungen, also der Minimierung ihres Widerstandes gegen die Verschiebung und so der Minimie rung der resultierenden Kraft. Ein derartiges Zusammenbausy stem reduziert die auf die Komponenten ausgeübten Kräfte, also ihre Tendenz, sich im Verhältnis zueinander zu verschieben. Andererseits können bei der Annäherung der Prozeßroboter an die Komponenten die Komponenten an den genau programmierten Stellen positioniert werden für die Prozeßroboter, ohne eine negative Folge auf die genaue Lage der zu bearbeitenden Ziele, wie z. B. der Lage der Schweißpunkte.

Die vorliegende Erfindung kann ausgeführt werden in Zusammen spiel mit konventionellen starren Haltevorrichtungen, die mo mentan in Werken zum Zusammenbau von Blechen verwendet werden, wie zum Beispiel bei dem Zusammenbau eines Automobilchassis, indem die Montageanordnung der Haltevorrichtungen gewechselt werden. Anstelle der starren Montage der Haltevorrichtungen auf dem Boden, können die Haltevorrichtungen mit nachgiebigen Trägern versehen werden. Die Nachgiebigkeit kann in die Halte vorrichtungen derart eingebaut werden, daß diese starr ist in der vertikalen Ebene und nachgiebig ist in der horizontalen Ebene, so daß bei der Montage der Komponenten auf die Halte vorrichtungen diese mit einer minimalen oder keiner Ablenkung aufgrund des Gewichts der Komponenten reagieren. Dieses ist notwendig für die genaue Lage von Metallblechkomponenten im Verhältnis zueinander für die Genauigkeit und den Zusammenbau. Dagegen verschiebt sich die gesamte Baugruppe mit einem gerin gen Widerstand in der horizontalen Richtung, wenn die Kom ponenten in eine geklammerte Baugruppe von den Bearbeitungs werkzeugen geklammert werden, wie zum Beispiel Schweißrobo tern, die vorwiegend Versetzungskräfte in der horizontalen Richtung aufbringen, so daß auf die geklammerte Baugruppe keine Prozeßkräfte und Verschiebungen aufgebracht werden. Wie beispielsweise in der Fig. 4 dargestellt wird, kann die Halte vorrichtung 13 verschieblich im Verhältnis zu der Trägerstruk tur 24 angeordnet sein und wird seitlich nachgiebig getragen durch eine Vielzahl von nachgiebigen Trägern 25.

In der Fig. 5 ist ein programmierbarer Positioner 31 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, der eingesetzt werden kann, um die in der Fig. 3 dargestellten nachgiebigen Träger 21, 22 und 23 zu erhalten, oder um ein nachgiebiges Bearbei tungswerkzeug wie beispielsweise einen Punktschweißroboter zu erhalten. Der Positioner 31 weist eine Basisplatte 32 auf, die eine im wesentlichen dreieckige Form hat und mit einer im we sentlichen ebenen oberen Oberfläche 32a versehen ist. Die Ba sisplatte 32 kann fest auf einer geeigneten Tragfläche mon tiert werden, wie beispielsweise einer Werkzeughalle. Anderer seits können - was sich am besten aus der Fig. 6 ergibt - die Ecken des Dreiecks abgeschnitten werden, um drei kürzere Sei ten 32b, 32c und 32d zu erzeugen, die sich mit drei längeren Seiten 32e, 32f und 32g abwechseln, um sechs Seiten der Basis platte 32 zu erzeugen. Eines von sechs Basisgelenken 33 ist jeweils an dem Schnittpunkt von jeder kurzen Seite mit der an grenzenden längeren Seite angeordnet. Jedes der Basisgelenke 33 weist ein Paar Rotationsachsen auf, die rechtwinklig zuein ander angeordnet sind. Wie sich am besten aus der Fig. 5 er gibt, weist das an dem Schnittpunkt zwischen den Seiten 32d und 32e angeordnete Gelenk 33 eine erste, im wesentlichen U-förmige Klammer 33a auf, die auf der Oberfläche 32a mit ein Paar sich nach oben erstreckenden, auseinander angeordneten Beinen angeordnet ist. Zwischen den ersten Beinen erstreckt sich ein erster Stift 33b mit einer Längsachse, die sich in einer Ebene im wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche 32a erstreckt und im wesentlichen rechtwinklig zu der Seite 32b verläuft. Das Gelenk 33 weist ferner eine zweite U-förmige Klammer 33c auf, die mit einem Paar sich nach unten erstrec kenden, auseinander angeordneten Beinen versehen ist. Ein zweiter Stift 33d erstreckt sich zwischen den Beinen der zwei ten Klammer 33c und hat eine Längsachse, die sich zwar in derselben Ebene, aber rechtwinklig zu der Längsachse des er sten Stiftes 33b erstreckt. Der erste Stift 33b und der zweite Stift 33c sind relativ zueinander befestigt, aber der erste Stift ist um seine Längsachse in der ersten Klammer 33a dreh bar und die zweite Klammer 33c ist um die Längsachse des zwei ten Stifts 33d drehbar. Das Basisgelenk 33 ist damit mit zwei gegenseitig rechtwinkligen Drehachsen versehen, die als Kar dangelenk fungieren.

Die Gelenke 33 sind jedes an dem unteren Ende eines korrespon dierenden einer Vielzahl von linearen Stellgliedern befestigt. Ein erstes lineares Stellglied 34 ist an dem Gelenk 33 be festigt, das an dem Schnittpunkt der Seiten 32b und 32g mon tiert ist. Ein zweites lineares Stellglied 35 ist an dem Ge lenk 33 befestigt, das an dem Schnittpunkt zwischen Seiten 32b und 32e montiert ist. Das zweite lineare Stellglied 35 weist einen Getriebekasten 36, der an der zweiten Klammer 33c be festigt ist, und einen Antriebsmotor 37 auf, der an dem Ge triebekasten montiert ist. Der Getriebekasten 36 ist zudem an dem unteren Ende einer Verstellspindel 38 befestigt. Das li neare Stellglied 34 hat ähnliche Komponenten, wie auch ein drittes lineares Stellglied 39, ein viertes lineares Stell glied 40, ein fünftes lineares Stellglied 41 und ein sechstes lineares Stellglied 42. Das lineare Stellglied 39 ist an dem Gelenk 33 befestigt, das an dem Schnittpunkt der Seiten 32c und 32e montiert ist, das lineare Stellglied 40 ist an dem Gelenk 33 befestigt, das an dem Schnittpunkt der Seiten 32c und 32f montiert ist, das lineare Stellglied 41 ist an dem Gelenk 33 montiert, das an dem Schnittpunkt der Seiten 32d und 32f montiert ist, und das lineare Stellglied 42 ist an dem Ge lenk 33 befestigt, das an dem Schnittpunkt der Seiten 32d und 32g montiert ist. Das obere Ende von jedem der linearen Stell glied ist mit einer Positionierplatte 43 verbunden. Die Posi tionierplatte 43 weist eine im wesentlichen dreieckige Form auf, ist ähnlich wie die Basisplatte 32 mit einer im wesentli chen ebenen unteren Oberfläche 43a versehen und hat die Eck punkte abgeschnitten, um im wesentlichen kürzere Seiten 43b, 43c und 43d zu bilden, die sich mit drei längeren Seiten 43e, 43f und 43g abwechseln. An dem Schnittpunkt von jeder kürzeren Seite mit der an diese angrenzenden längeren Seite ist eines von sechs Positioniergelenken 44 montiert. Die Positionierge lenke 44 weisen einen ähnlichen Aufbau wie die Gelenke 33 auf und sind jeweils an dem oberen Ende des korrespondierenden li nearen Stellgliedes befestigt.

Wie sich am besten aus der Fig. 6 ergibt, ist die Positionier platte 43 um etwa 60 Grad im Verhältnis zu der Basisplatte 32 verdreht. Die Positionierplatte 43 hat eine im wesentlichen ebene obere Oberfläche 43h, die als Träger oder Montagefläche für Gegenstände verwendet werden kann, wie zum Beispiel einer Klammer für ein Gehäuse oder eine Schweißpistole, die verwen det werden zum Zusammenbau von Komponenten, wie den in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Blechen 11 und 12. Der Posi tioner 31 umfaßt somit eine Basisplatte 32, eine Positionier platte 43, sechs im wesentlichen gleiche lineare Stellglieder 34, 35, 39, 40, 41 und 42, welche die unteren Enden der linea ren Stellglieder an der Basisplatte befestigenden Gelenke 33 und die welche oberen Enden der linearen Stellglieder an der Positionierplatte befestigenden Positioniergelenke 44 auf. Die Gelenke 33 und 44 sind Kardangelenke, die zwei sich schneiden de drehbare Achsen aufweisen und in Paaren an beiden Platten angeordnet sind. Die Mittelpunkte von jedem Paar von Gelenken 33 bilden die Punkte eines gleichseitigen Dreiecks 45 auf der Basisplatte 32, und die Mittelpunkte von jedem Paar der Gelen ke 44 bilden die Punkte eines kleineren gleichseitigen Drei ecks 46 auf der Positionierplatte 43. Die Dreiecke 45 und 46 sind im Verhältnis zueinander versetzt angeordnet. Ein derar tiger Positioner weist eine hohe Steifigkeit entlang der im wesentlichen vertikalen Achse aufgrund der parallelen Verbin dungen auf, was entscheidend ist für den genauen Zusammenbau, der für den automatisierten Zusammenbau von Gehäuseteilen be nötigt wird, wobei die Steifigkeit vergleichbar sein muß zu denen der herkömmlichen, festen Haltevorrichtungen, die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt werden. Die Kosten können ge senkt werden durch die Verwendung von ähnlichen, relativ ko stengünstigen linearen Stellgliedern und ähnlichen zweiachsi gen Gelenken. Der Positioner gemäß der vorliegenden Erfindun gen verwendet zudem ein Stellglied, das zwei Verbindungen aufweist, die im Verhältnis frei zueinander rotieren können, um die teuren linearen Führungsanordnungen zu vermeiden, die üblicherweise bei dem Stand der Technik Verwendung finden. Der Positioner gemäß der vorliegenden Erfindungen verwendet zudem ein Gelenk mit zwei orthogonalen Achsen, deren Verbindung kostengünstiger und einfacher herzustellen und zu betätigen ist als ein mit drei orthogonalen Achsen versehenes Gelenk, welches üblicherweise als ein sphärisches Gelenk bezeichnet wird.

Wie weiter unten beschrieben wird, verwendet der programmier bare Positioner 31 Verstellspindeln, um die Länge der Glieder in einer programmierbaren Weise zu verändern. Die Verstell spindeln können mit gering reibenden Kugellagern oder nach der verschiebbaren Art (ACME-Art) ausgebildet sein. ACME-artige Spindeln gewährleisten eine Selbsthemmung, die besonders ge eignet ist für Operationen in der automatisierten Montage, wobei der Träger nicht reagiert (nachgibt) aufgrund der Be arbeitungskräfte und eine innewohnende Steifigkeit des Trägers aufweist. Andererseits kann eine Verstellspindel des Typs mit Kugellagern mit einer Bremse zum Verhindern von Rückstellungen zum Tragen des Werkstücks eingesetzt werden. Die Verstellspin del mit Kugellagern kann verwendet werden, wenn eine Angabe der Prozeßkräfte erforderlich ist, um Signale an das Steuer system weiterzuleiten, welches ausgleichende Aktionen zu den durch hohe Arbeitskräfte hervorgerufenen Wirkungen einleiten kann. Der Positioner gemäß der Erfindungen kann anstelle der Verwendung dehnbarer Instrumente wie bei dem Stand der Technik zudem drehbare Positionsmesser (Kodiereinrichtungen) verwen den, um die Länge der Stellglieder anzugeben.

Wie aus der Fig. 6 zu entnehmen ist, weist die Positionier platte 43 ein Zentrum oder Referenzpunkt 47 auf, der von allen Eckpunkten des Dreiecks 46 gleich weit entfernt ist. Die li nearen Stellglieder können so gesteuert werden, daß der Punkt 47 entlang jeder gewünschten Bahn bewegt werden kann, die le diglich durch die ausstreckbare Länge der Stellglieder be grenzt wird. So kann beispielsweise durch geeignete Steuerung der linearen Stellglieder der Punkt 47 bei oder in der Nähe der vollen Ausdehnung überall in dem ersten Bereich 48 bewegt werden, der durch eine im wesentlichen kreisförmige erste Ebene in der Fig. 5 dargestellt ist, wobei der Umfangskreis der Ebene bestimmt wird durch die Ausdehnungslänge der Stell glieder. In einem weiteren Beispiel kann der Punkt 47 durch geeignete Steuerung der linearen Stellglieder bei teilweiser Ausdehnung überall in einem zweiten Bereich 49, der in der Fig. 5 abgebildet ist, bewegt werden, die im wesentlichen kreisförmig ist und einen größeren Durchmesser aufweist.

Ein Steuerungssystem für die sechs Stellglieder des Positio ners 31 ist in der Fig. 7 dargestellt. Eine Steuerung 51 ist zur Aufnahme der Signale hinter einer Eingabevorrichtung 52 angeordnet, um die Stellglieder zu positionieren und eine ge wünschte Stellung der oberen Fläche 43a (Fig. 5) oder der Positionierplatte 43 zu bewirken. Die Steuerung 51 hat einen ersten Ausgang, der mit einer Steuerungsleitung 51a verbunden ist, die mit dem ersten Stellglied 34 verbunden ist. Die Lei tung 51a ist mit dem Eingang eines Motors 37 verbunden, um die Richtung und den gesamten Rotationswinkel zu steuern und somit auch die Länge der Ausdehnung der Schraubenspindel 38 mittels des Getriebekastens 36 zu steuern. In ähnlicher Weise ist ein weiterer Ausgang der Steuerung 51 durch eine Steuerungsleitung 51b mit dem zweiten Stellglied 35 verbunden. Ein zweiter Aus gang der Steuerung 51 ist durch eine Steuerungsleitung 51c mit dem dritten Stellglied 39 verbunden, ein vierter Ausgang ist durch eine Steuerungsleitung 51d mit dem vierten Stellglied 40 verbunden, ein fünfter Ausgang ist durch eine Steuerungslei tung 51e mit dem fünften Stellglied 41 und ein sechster Aus gang ist durch eine Steuerungsleitung 51f mit dem sechsten Stellglied 42 verbunden. Typischerweise ist die Steuerung 51 eine herkömmliche lineare Steuerungskontrolle, die auf Signale reagiert, welche die gewünschte Bewegung eines jeden Stell gliedes darstellen, um die Stellglieder mit elektrischer Span nung zu versorgen. Die Koordinationsbewegung der Stellglieder wird bewerkstelligt durch Einsatz einer Eingabevorrichtung 52, welches die notwendigen Informationen erzeugt, die für die Ausdehnung von jedem Stellglied benötigt wird, um die erfor derliche endgültige Position des Punktes 47 und des darauf montierten Objektes zu realisieren. Die Eingabevorrichtung 52 kann beispielsweise ein programmierter Computer sein, in dem die Gleichungen abgespeichert sind, welche die physischen Ver hältnisse der Positionierplatte 43 im Verhältnis zur Basis platte 33 in Form von Ausdehnungen der linearen Stellglieder abbilden. Eine in der Eingabevorrichtung 52 eingebaute Ta statur oder Maus kann verwendet werden, um die benötigte end gültige Stellung des Punktes 47 und die Ausrichtung der Ober fläche 43h einzugeben, worauf der Computer die erforderliche Ausdehnung für jedes der Stellglieder berechnet. Das Eingabe gerät 52 leitet dann die Informationen zur Ausdehnung der Stellglieder an die Steuerung 51 weiter, die ihrerseits die notwendigen Steuerungssignale an die Leitungen 51a bis 51f weiterleitet, um die linearen Stellglieder auszudehnen, sie zurückzuziehen oder unverändert zu lassen.

Wie zuvor ausgeführt worden ist, können die Stellglieder Ver stellspindeln mit Kugellagern mit einer Bremse zur Verhin derung der Verstellung sein. Allerdings werden bei einer Lö sung der Bremse die in Längsrichtung wirkenden Kräfte die Verstellspindel zurückstellen. Wie in der Fig. 7 dargestellt ist, kann eine Bremse 53 mechanisch gekoppelt werden mit dem Getriebekasten 36 des Stellgliedes 34 und betätigt werden durch ein Signal der Bremsleitung 54, die zwischen einem Ein gang der Bremse und einem Ausgang der Steuerung 51 angeordnet ist. Daneben können als Kodierer 55 ausgebildete Rückkopp lungsmittel 55 mechanisch mit den Stellschrauben 38 des Stell gliedes 34 gekoppelt werden, um entweder zu verifizieren, daß die Stellglieder ihre gewünschte Ausdehnung erreicht haben, oder auf jede Änderung der Ausdehnung zu reagieren und ein Rückkopplungssignal auf der Rückkopplungsleitung 56 erzeugen, die zwischen einem Ausgang des Kodierers und einem Eingang der Steuerung 51 versehen ist. Die Eingabevorrichtung 52 greift das Steuerungssignal ab, welches die Ablenkung X darstellt, und wird unter Kenntnis der gesamten Steifheitskonstante des Positioners 31, welche die Stellglieder, die Gelenke, den An trieb (drive train) und die Servo-Verstärkungsregelung umfaßt, die aufgebrachte Kraft berechnet. Die Eingabevorrichtung 52 kann nun bestimmen, ob ein Steuerungssignal erzeugt werden muß und das Stellglied 34 sich ausdehnen muß, um die Steifigkeit zu erhöhen, ob keine Veränderung vorgenommen wird, wodurch die Nachgiebigkeit beibehalten wird, oder ob zurückgestellt werden muß, um die Nachgiebigkeit zu erhöhen. Entsprechend kann das Kontrollsystem 50 eine vorgegebene Nachgiebigkeit aufrechter halten, so daß der Positioner 31 steif ist, bis ein Schwell wert einer Kraft erreicht wird, bei dem eine der zuvor aufge führten Aktionen hervorgerufen wird, welche die Einstellung der Nachgiebigkeit umfassen kann, um die Kraft innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu halten. Der Schwellwert der Kraft muß groß genug sein, um die Komponente zu stützen oder die Opera tion auszuführen, aber geringer als die Kraft, die zu große interne Spannungen in der Baugruppe hervorrufen kann. Zudem kann die Kraft F ein Indikator der unkorrekten Ausrichtung des Bearbeitungswerkzeuges sein, welches eine Kraft aufbringt, so daß die Eingabevorrichtung 52 ein Warnsignal für einen Arbei ter hervorrufen kann oder sogar automatisch die Korrektur des Werkzeuges vornehmen kann, um die falsche Ausrichtung zu kor rigieren. Der Kodierer 55 kann entweder ein linearer Typ sein oder ein drehbarer Typ sein, bei der eine Kugelumlaufspindel als Stellglied verwendet wird. Obwohl dieses nicht dargestellt wird, kann jedes der sechs linearen Stellglieder mit einer zu gehörigen Bremse wie der Bremse 53 und mit einem zugehörigen Kodierer wie dem Kodierer 55 gekoppelt sein. Es ist allerdings üblich, daß der Motor 37 sowohl den Kodierer als auch die Bremse innerhalb des Motorengehäuses umfaßt.

Jedes der Stellglieder weist einen Einzel-Parameter-Kraftsen sor auf, der die Stärke der auf jedes Stellglied ausgeübten Axialkraft aufnimmt. So kann beispielsweise ein Sensor 57 an der Innenseite des Stellglieds 34 angeordnet sein, wie in Fig. 5 dargestellt. Der Sensor 57 kann nach Art eines Dehnungsmeß gerätes ausgebildet sein, die ein zu der Kraft proportionales Sensorsignal in der Sensorleitung 58 erzeugt, die zwischen dem Ausgang des Sensors und dem Eingang der Steuerung 51 angeord net ist. Die Steuerung 51 verwendet das kraftproportionale Sensorsignal in einem Algorithmus, der die Steuerungssignale bestimmt, die notwendig sind, um einen oder mehrere der Stell glieder zurückzuziehen oder auszudehnen, um die Nachgiebigkeit des Positioners 31 einzustellen. Wenn die Bewegung der Stell glieder als Gruppe koordiniert wird, kann jedes der Stellglie der um einen verschiedenen Betrag erstreckt werden, um die endgültige benötigte Position des Punktes 47 zu erreichen. Der Positioner weist also sechs Freiheitsgrade für die Bewegung auf. Auf der Basis eines kartesischen Koordinatensystems wer den die möglichen Bewegungen des Bezugspunktes 47 durch linea re Bewegungen entlang der Achsen X, Y und Z abgebildet, und die Drehbewegungen werden um die Achsen X, Y und Z abgebildet. Demgemäß kann ein Kraftsensor eingesetzt werden, um jede der sechs generalisierten Kraftkomponenten innerhalb eines gene ralisierten kartesischen Koordinatensystems zu messen; lineare Kräfte entlang der X-, Y- und Z-Achsen und Drehmomente M_X, M_Y und M_Z um diese Achsen. Wie in der Fig. 8 dargestellt wird, fallen die unbeweglichen Bezugsachsen X₀, Y₀ und Z₀ mit dem Dreieck 45 der Basisplatte 32 zusammen, um die Lage und die Ausrichtung der Positionierplatte 43, die durch das Dreieck 46 abgebildet wird, im Verhältnis zu dem Bezugssystem festzule gen. Die Y₀-Achse erstreckt sich durch den Mittelpunkt zwi schen den unteren Enden der Stellglieder 41 und 42, der als erster Punkt 45a des Dreiecks der Basisplatte 45 gekennzeich net ist, durch einen Schnittpunkt 45b der Bezugsachsen und durch den Mittelpunkt 45c der ersten Seite 45d des Dreiecks der Basisplatte, der gegenüber dem ersten Punkt liegt. Der Schnittpunkt 45b korrespondiert mit dem Mittelpunkt des Drei ecks 45. Die X₀-Achse erstreckt sich durch den Schnittpunkt 45b und verläuft im wesentlichen parallel zu der ersten Seite 45d. Die Z₀-Achse erstreckt sich durch den Schnittpunkt 45b und verläuft rechtwinklig zu der Ebene des Basisplattendrei ecks 45. Die mit X, Y und Z gekennzeichneten Achsen sind mit dem Dreieck 46 der Positionierplatte 43 verbunden. Die Y-Achse erstreckt sich durch den Mittelpunkt zwischen den oberen Enden der Stellglieder 40 und 41, der mit einem ersten Punkt 46a des Dreiecks 46 der Positionierplatte gekennzeichnet ist, durch einen Schnittpunkt 46b der Bezugsachsen und durch einen Mit telpunkt 46c der ersten Seite 46d des Dreiecks der Positio nierplatte, der gegenüber dem ersten Punkt gelegen ist. Die X-Achse erstreckt sich durch den Schnittpunkt 46b, die im wesentlichen parallel zu der ersten Seite 46d verläuft. Die Z-Achse erstreckt sich rechtwinklig zu der Ebene des Dreiecks 46 der Positionierplatte durch den Schnittpunkt 46b. Der Schnittpunkt 46b entspricht dem in der Fig. 6 und der Fig. 7 dargestellten Mittel- oder Referenzpunkt 47. Die Bewegungen der Positionierplatte 43 entlang der X-, Y- und Z-Achsen wer den durch die Pfeile 60, 61 bzw. 62 abgebildet. Die Pfeile 60 und 61 stellen die Bewegung im Verhältnis zu den X₀- und Y₀- Referenzachsen dar. Der Pfeil 62 stellt die Bewegung im Ver hältnis zu der Z₀-Referenzachse dar. Die Bewegungen um die X-, Y- und Z-Achsen mittels der Winkel Θ_X, Θ_Y und Θ_Z werden durch die Pfeile 63, 64 und 65 abgebildet.

Wenn dagegen weniger als sechs Freiheitsgrade benötigt werden, können durch eine mechanische Kopplung der Stellglieder, so daß diese sich in zusammenhängenden Gruppen bewegen, die An zahl der Freiheitsgrade reduziert werden und weniger Motoren und Steuerungssignale benötigt werden. In der in Fig. 9 darge stellten Tabelle werden verschiedene Beispiele möglicher Kom binationen der Kopplungen der Stellglieder für die synchrone Bewegung und die sich daraus ergebenden Freiheitsgrade darge stellt. Stellglieder, für welche die Bewegung synchronisiert werden sollen, können gesteuert werden durch die Steuerung 51 oder können mechanisch gekoppelt werden, so daß lediglich ein einziger Motor benötigt wird, um die Gruppe von Stellgliedern synchron zu bewegen. So kann beispielsweise einer der in der Fig. 7 abgebildeten Motoren 37, wie zum Beispiel der Motor des Stellgliedes 34, derart gekoppelt werden, um einen oder mehre re der anderen Stellglieder durch Getriebe (nicht abgebildet) oder durch Keilriemen (nicht dargestellt) anzutreiben, so daß die sonst zum Antrieb dieser Stellglieder benötigten Motoren nicht nötig sind. Zudem kann die Kopplung bestimmter Stell glieder festlegen, daß andere Stellglieder simultan gekoppelt oder gesteuert werden müssen, da die Enden der Stellglieder an sowohl der Basisplatte 32 und der Positionierplatte 43 in einem festen Verhältnis zueinander bleiben.

In dem in der Fig. 9 dargestellten Beispiel A sind keine der sechs Stellglieder gekoppelt für eine synchrone Bewegung, und der Positioner 31 weist sechs Freiheitsgrade der Bewegung auf. In dem Beispiel B sind die Stellglieder 35 und 39 gekoppelt, um sich im Einklang zu bewegen. Seitdem die Stellglieder 35 und 39 obere Enden haben, die gleich weit auseinander an ge genüberliegenden Enden eines Punktes 46a des Dreiecks 46 der Positionierplatte angeordnet sind und untere Enden aufweist, die gleich weit auseinander an gegenüberliegenden Seiten des Mittelpunkts 45e angeordnet sind, ist die Bewegung des Punktes 46a beschränkt auf Bewegungen innerhalb der Y₀-, Z₀-Ebene, ohne eine Bewegungsmöglichkeit der X₀-Richtung, so daß sich fünf Freiheitsgrade der Bewegung ergeben. Obwohl der Punkt 47 auch Bewegungen in der X₀-Richtung erfahren kann, würde eine der artige Bewegung trotzdem entweder mit der Y₀- oder der Z₀-Bewe gung gekoppelt sein und dennoch auf fünf Freiheitsgrade der Bewegung beschränkt sein. Andere derartige Kombinationen zur Erzeugung von fünf Freiheitsgraden können erreicht werden durch paarweise Anordnung der Stellglieder 40 und 41 oder Stellglieder 42 und 34. In dem Beispiel C verhindern zwei Paare gekoppelter Stellglieder auf gegenüberliegenden Seiten der X- und Y-Achsen, wie zum Beispiel durch Kopplung der Stellglieder 35 und 39 und durch Kopplung der Stellglieder 40 und 41, eine Bewegung entlang der X- und Y-Achsen, um vier Freiheitsgrade der Bewegung zu erzeugen.

In dem Beispiel D verhindern drei Paare gekoppelter Stell glieder, wie zum Beispiel der gekoppelten Stellglieder 35 und 39, der gekoppelten Stellglieder 40 und 41 und der gekoppelten Stellglieder 34 und 42, Bewegungen entlang der X- und Y-Achsen und um die Z-Achse, so daß sich drei Freiheitsgrade der Bewe gung ergeben. In dem Beispiel E, in dem alle Stellglieder zu sammen gekoppelt werden, hat der Positioner 31 lediglich einen Freiheitsgrad der Bewegung, da er die Platte 43 nur entlang der Z-Achse nach oben und nach unten bewegen kann.

In den Fig. 10 und 11 wird eine alternative Ausführungsform des Positioniergelenks 70 dargestellt, das anstelle des Posi tioniergelenks 44 verwendet werden kann, um die Positionier platte 43 mit den oberen Enden der Stellglieder 34, 35, 39, 40, 41 und 42 zu verbinden. Das Gelenk 70 umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Körper 71, der mit zwei Verlänge rungsachsen 71a versehen ist, die sich auf den gegenüberlie genden Seiten davon erstrecken. Die Verlängerungsachsen 71a sind drehbar in Öffnungen aufgenommen, die in zwei Beinen 72a einer umgekehrten, im wesentlichen U-förmigen Klammer 72 an geordnet sind. Die Verlängerungsachsen 71a können in Lagern 72b gehalten werden, die als jede geeignete Art, wie zum Bei spiel Gleit- oder Kugellager, ausgebildet sein können und in den Öffnungen der Beine 72a gehalten werden. Der Körper 71 kann sich somit frei um seine Längsachse 73 drehen, die sich zwischen den Öffnungen in den Beinen 72a erstreckt.

Beispielsweise sind an den oberen Enden der Stellglieder 35 und 39 zwei im wesentlichen U-förmige Klammern 74 befestigt, die zwei Beine 74a aufweisen, die auf gegenüberliegenden Sei ten des Körpers 71 angeordnet sind. Zwei auseinander angeord nete Stifte 75 erstrecken sich durch in dem Körper 71 vorge sehene Öffnungen, verlaufen quer zu der Längsachse 73 und jeder der Stifte 75 erstreckt sich zudem durch Öffnungen, die in den zwei Beinen 74a in einem der damit verbundenen Klammern 74 ausgebildet sind. Die Stifte 75 können einen vergrößerten Kopf aufweisen und an einem gegenüberliegenden Ende mit einem Gewinde versehen sein, um darauf eine Mutter 76 zu befestigen. Die Stifte 75 können sich durch Lager 74b erstrecken, die jede geeignete Art aufweisen können, welche in den Öffnungen der Beine 74a aufnehmbar sind. Damit können sich die oberen Enden der Stellglieder 35 und 39 frei um die Längsachse 77 des ent sprechend verbundenen Stiftes 75 drehen.

Die Klammer 72 ist drehbar verbunden mit der Positionierplatte 43 durch einen Stift 78, der sich durch eine in der Positio nierplatte vorgesehene Öffnung erstreckt. Der Stift 78 hat einen vergrößerten Kopf und ein am anderen Ende gelegenes, mit einem Gewinde versehenes Ende, welches die Klammer zwischen den Beinen 72a angreift. Der Stift 78 kann sich durch ein Lager 79 erstrecken, welches in der Öffnung der Positionier platte 43 aufgenommen wird, und weist eine Längsachse 80 auf, um welche sich die Klammer 72 drehen kann. Das Positionierge lenk 70 weist demnach zwei Kardangelenke auf, die gezwungen werden, sich im Einklang um die Achse 73 des Körpers 71 und die Achse 80 des Stiftes 78 zu drehen und sich unabhängig von einander um die Achsen 77 des Stiftes 75 zu drehen, so daß sich daraus vier Freiheitsgrade der Bewegung ergeben. Die al ternative Ausführungsform der Gelenke 70 ist deutlich preis günstiger als zwei herkömmliche Gelenke mit drei orthogonal zueinander stehenden Achsen.

In all diesen Beispielen beschreiben die Parameter X, Y, Z, Θ_X, Θ_Y und Θ_Z die Bewegung des Mittelpunktes 47 der Positionier platte 43 im Verhältnis zum Basiskoordinatensystem X₀, Y₀ und Z₀. Es wird erkannt, daß aufgrund des parallelen Verbindung eine starke Verbindung zwischen den verschiedenen Koordinaten bestehen kann und daß unabhängige Bewegungen von weniger als sechs Freiheitsgraden der Bewegung auch an einem anderen Punkt auftreten kann, als an dem Mittelpunkt 47 der Positionier platte 43.

Die vorliegende Erfindung wurde beschrieben in Übereinstimmung mit den vorliegenden Patentrichtlinien in der als bevorzugte Form angesehenen Ausführungsform. Es sollte jedoch deutlich sein, daß die Erfindung auch realisiert werden kann auf andere Weise als der zuvor spezifisch beschriebenen, ohne den grund sätzlichen Gedanken oder den Schutzbereich zu verlassen.

Bezugszeichenliste

10 Baugruppe
10a überlappender Bereich
11 Komponente
11a Rand
11b überlappender Bereich
11c Öffnung
12 Komponente
12a Rand
12b Rand
12c Öffnung
13 Haltevorrichtung
14 Stützen
14a Tragfläche
14b Klammer
15 Stützen
15a Tragfläche
15b Klammer
16 Punkte
17 Stützen
17a Oberfläche
17b Positionierstift
20 Haltevorrichtung
21 Träger
22 Träger
23 Träger
24 Trägerstruktur
25 Träger
31 Positioner
32 Basisplatte
32a Oberfläche
32b, 32c, 32d kürzere Seiten
32e, 32f, 32g längere Seiten
33 Basisgelenk
33a Klammer
33b Stift
33c Klammer
33d Stift
34, 35 Stellglied
36 Getriebekasten
37 Antriebsmotor
38 Verstellspindel
39 Stellglied
40, 41, 42 Stellglied
42a Oberfläche der Positionierplatte
43 Positionierplatte
43a Oberfläche
43b, 43c, 43d kürzere Seiten der Positionierplatte
43e, 43f, 43g längere Seiten der Positionierplatte
43h Oberfläche der Positionierplatte
44 Positioniergelenke
45 Dreieck auf der Basisplatte
45a Punkt des Dreiecks der Basisplatte
45b Schnittpunkt der Bezugsachsen
45c Mittelpunkt der ersten Seite des Dreiecks der Basisplatte
45d erste Seite des Dreiecks der Basisplatte
45e Mittelpunkt
46 Dreieck auf der Positionierplatte
46a erster Punkt des Dreiecks der Positionier platte
46b Schnittpunkt der Bezugsachsen
46c Mittelpunkt der ersten Seiten des Dreiecks
46d erste Seite des Dreiecks
46 Dreieck der Positionierplatte
46a Punkt des Dreiecks der Positionierplatte
47 Referenzpunkt
48 erster Bewegungsbereich
49 zweiter Bewegungsbereich
51 Steuerung
51a Steuerungsleitung
51b Steuerungsleitung
51c Steuerungsleitung
51d Steuerungsleitung
51e Steuerungsleitung
51f Steuerungsleitung
52 Eingabevorrichtung
53 Bremse
54 Bremsleitung
55 Kodierer
56 Rückkopplungsleitung
57 Sensor
58 Sensorleitung
60, 61, 62 Pfeile
63, 64, 65 Pfeile
70 Positioniergelenk
71 Körper
71a Verlängerungsachsen
72 Klammer
72a Bein
73 Längsachse des Körpers
74 Klammer
74a Bein
75 Stift
76 Mutter
74b Lager
77 Längsachse
78 Stift
79 Lager
80 Achse.

Claims

1. Vorrichtung zum Positionieren eines Objektes während eines Zusammenbauvorgangs, die versehen ist mit:
einer Basisplatte;
einer Positionierplatte zur Montage eines Objektes;
einer Vielzahl von linearen Stellgliedern, die jede ein unteres Ende aufweisen, welches drehbar befestigt ist an der Basisplatte in einem ersten vorgegebenen Muster und ein oberes Ende aufweisen, welches drehbar befestigt ist an der Positionierplatte in einem zweiten vorgegebenen Muster, die unteren und oberen Enden von jedem linearen Stellglied entlang eines vorgegebenen Pfades im Verhältnis zueinander bewegbar sind, um die Positionierplatte im Ver hältnis zu der Basisplatte mit sechs Freiheitsgraden der Bewegung zu bewegen; und
einer mit den linearen Stellgliedern verbundenen Steue rung, zur selektiven Betätigung von den linearen Stell gliedern, um die Positionierplatte zu einer vorgegebenen Position im Verhältnis zur Basisplatte zu bewegen, um die zusammenzubauende Komponente mit einem auf der Positio nierplatte montierten Objekt in Verbindung zu bringen, wo bei die Steuerung reagiert auf eine Kraft, die auf die Positionierplatte während der Berührung zwischen dem Ob jekt und der Komponente aufgebracht wird, um die linearen Stellglieder zur Änderung der aufgebrachten Kraft zu be tätigen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vielzahl von li nearen Stellgliedern sechs lineare Stellglieder umfaßt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste vorgegebene Muster und das zweite vorgegebene Muster im wesentlichen dreieckig gestaltet sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste vorgegebene Muster größer ist als zweite vorgegebene Muster.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die eine Vielzahl von Basis gelenken, wovon jedes das untere Ende des jeweiligen li nearen Stellgliedes mit der Basisplatte verbindet und eine Vielzahl von Positioniergelenken aufweist, wovon jedes das obere Ende eines zugehörigen linearen Stellgliedes mit der Positionierplatte verbindet.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Basisgelenke und Positioniergelenke zweiachsige Kardangelenke aufweisen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das erste Muster im wesentlichen dreieckig ist, die Basisgelenke in Paaren an geordnet sind, wobei der Mittelpunkt von jedem Paar von Basisgelenken einen Punkt des im wesentlichen dreieckigen ersten Musters bildet und das zweite Muster im wesentli chen dreieckig ist, die Positioniergelenke in Paaren an geordnet sind, wobei der Mittelpunkt eines jeden Paares von Positioniergelenken einen ersten Punkt des im wesent lichen dreieckigen zweiten Musters bildet.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die eine Vielzahl von Basis gelenken aufweist, wobei jedes der Basisgelenke das untere Ende von dem zugehörigen linearen Stellglied mit der Ba sisplatte verbindet, und eine Vielzahl von Positionierge lenken aufweist, wobei jedes der Positioniergelenke das obere Ende eines zugehörigen linearen Stellgliedes mit der Positionierplatte verbindet.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Basisgelenke zwei achsige Kardangelenke aufweisen und die Positioniergelenke ein Paar dreiachsiger Kardangelenke aufweisen, die zwei gemeinsame Achsen und zwei unabhängige Achsen aufweisen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die linearen Stell glieder lineare Stellglieder mit Kugellagern und Bremsen zur Verhinderung der Rückstellung aufweisen, wobei die Bremse verbunden ist mit der Steuerung zur Betätigung der Bremse.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, welche Rückkopplungsmittel umfaßt, die mit den linearen Stellgliedern gekoppelt sind und mit der Steuerung verbunden sind und reagieren auf die Kraft, welche auf die Positionierplatte während des Kon taktes zwischen dem Objekt und der Komponente aufgebracht wird, zur Erzeugung eines Rückkopplungssignals für die Steuerung, das die Kraft abbildet, die Steuerung reagiert auf die Rückkopplungssignale zur Betätigung der linearen Stellglieder, um die aufgebrachte Kraft zu verändern.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Rückkopplungs mittel eine Krafterfassungsvorrichtung aufweist, die min destens eine von sechs generalisierten Kraftkomponenten X, Y, Z, M_X, M_Y und M_Z in einem generalisierten kartesischen Koordinatensystem mißt, das auf der Basisplatte und der Positionierplatte liegt.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Rückkopplungs mechanismus eine Vielzahl von Positionskodiergebern um faßt, jeder der Positionskodiergeber mit einem entspre chenden der Stellglieder verbunden ist, um ein Ausgangs signal zu erzeugen, welches die Bewegung des zugehörigen Stellgliedes als eines der Rückkopplungssignale abbildet.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Kodiervorrichtun gen lineare Kodiervorrichtungen aufweisen.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Stellglieder rückstellbare, lineare Verstellspindeln aufweisen und die Kodiereinrichtungen Drehkodiereinrichtungen aufweisen, welche die Drehungen der Verstellglieder abgreifen.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die linearen Stell glieder lineare Kugelumlaufspindeln mit einer Bremse zur Verhinderung der Rückstellung aufweisen, die Bremse ver bunden ist mit der Steuerung und die Steuerung reagiert auf das Rückkopplungssignal zum Lösen der Bremse, um die aufgebrachte Kraft zu verändern.

17. Vorrichtung zur spannungsfreien Montage von Blechkomponen ten auf Montage-Haltevorrichtungen, die versehen ist mit mindestens einer programmierbaren Haltevorrichtungen mit Stellgliedern, die auf Positionssteuerungssignale von einer Steuerung reagieren, Klammervorrichtungen zum Klam mern der Komponenten an die Montage-Haltevorrichtungen und Werkzeuge zur Bearbeitung und mit der Fähigkeit, die Kom ponenten während der Montage zu verschieben und Kräfte auf die Träger der Haltevorrichtungen auszuüben, die versehen ist mit:
einer Basisplatte mit einer oberen Oberfläche;
einer Vielzahl von Basisgelenken, die an der Oberfläche der Basisplatte in einem im wesentlichen dreieckigen er sten Muster befestigt sind, die Basisgelenke in Paaren an geordnet sind, wobei der Mittelpunkt eines jeden Paares von Basisgelenken einen Punkt des ersten Musters bildet;
einer Positionierplatte mit oberen und unteren Ober flächen;
einer Vielzahl von Positioniergelenken, die an der unteren Oberfläche von der Positionierplatte in einem im wesentli chen dreieckigen zweiten Muster befestigt sind;
einem auf der oberen Fläche der Positionierplatte angeord netes Objekt;
einer Vielzahl von linearen Stellgliedern, die jeweils an ihrem unteren Ende drehbar an einem entsprechenden der Basisgelenke befestigt sind und an dem oberen Ende drehbar an einem entsprechenden der Positioniergelenke befestigt sind, das untere und das obere Ende von jedem linearen Stellglied im Verhältnis zueinander entlang einem vorge gebenen linearen Pfad beweglich sind, um die Positionier platte im Verhältnis zur Basisplatte zu bewegen;
einer mit den linearen Stellgliedern verbundenen Steuerung zur selektiven Betätigung der linearen Stellglieder, um die Positionierplatte zu einer vorgegebenen Position im Verhältnis zur Basisplatte für das Positionieren des Ob jektes im Verhältnis zur zusammenzubauenden Komponente zu bewegen; und
Rückkopplungsmitteln, die mit den linearen Stellgliedern gekoppelte und mit der Steuerung verbunden sind und rea gieren auf die auf das Objekt aufgebrachten Kräfte zur Er zeugung von Rückkopplungssignalen, welche die aufgebrach ten Kräfte abbilden, an den Steuerung, die Steuerung rea giert auf das Rückkopplungssignal zur Betätigung der li nearen Stellglieder, um die aufgebrachte Kraft zu ver ändern.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei mindestens zwei der linearen Stellglieder mit einem einzelnen Motor mechanisch gekoppelt sind, um im Einklang zu arbeiten und die Positionierplatte im Verhältnis zur Basisplatte mit weni ger als sechs Freiheitsgraden der Bewegung zu bewegen.

19. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei das Objekt entweder eine Klammer oder ein Stift zum Halten der Komponente auf weist.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei das Objekt ein zur Durchführung einer Arbeit geeignetes Werkzeug aufweist.

21. Eine Vorrichtung zum Tragen einer Komponente von einer Baugruppe im Verhältnis zu einer anderen Komponente einer Baugruppe während eines Zusammenbauvorgangs, die versehen ist mit:
einer Basisplatte;
einer Positionierplatte zur Montage eines Objektes;
einer Vielzahl von linearen Stellgliedern, von dem jedes ein unteres Ende aufweist, das drehbar mit der Basisplatte in einem ersten vorbestimmten Muster verbunden ist und ein oberes Ende aufweist, das drehbar mit der Positionierplat te in einem zweiten vorbestimmten Muster verbunden ist, die unteren und die oberen Enden der linearen Stellglieder im Verhältnis zueinander entlang einem vorgegebenen linea ren Pfad bewegbar sind, um die Positionierplatte im Ver hältnis zur Basisplatte mit sechs Freiheitsgraden der Be wegung zu bewegen;
und einer Steuerung, die mit den linearen Stellgliedern verbunden ist, zur selektiven Betätigung der linearen Stellglieder, um die Positionierplatte zu einer vorgegebe nen Position im Verhältnis zur Basisplatte zu bewegen zum Positionieren einer ersten, zusammenzubauenden Komponente, die durch die Positionierplatte im Verhältnis zu einer zweiten zusammenzubauenden Komponente getragen wird, die Steuerung reagiert auf eine auf die Positionierplatte während des Zusammenbaus der ersten Komponente aufgebrach te Kraft zur Betätigung der linearen Stellglieder zur Än derung der aufgebrachten Kraft.

22. Vorrichtung gemäß Anspruch 21, die versehen ist mit an die linearen Stellglieder gekoppelte Rückkopplungsmechanismen und verbunden ist mit der Steuerung und reagiert auf die auf die Positionierplatte während des Zusammenbaus der ersten und der zweiten Komponente aufgebrachte Kraft, um Rückkopplungssignale, welche die Kraft abbilden, für die Steuerung zu erzeugen, die Steuereinrichtung reagiert auf das Rückkopplungssignal, um die linearen Stellglieder zur Veränderung der aufgebrachten Kraft zu betätigen.

23. Verfahren zur Positionierung eines Objektes während eines Zusammenbauvorgangs, welches die folgenden Schritte auf weist:

a. Verbinden einer Basisplatte mit einer Positionierplatte durch eine Vielzahl von linearen Stellgliedern, von denen jedes ein unteres Ende aufweist, das drehbar mit der Basisplatte verbunden ist, und ein oberes Ende aufweist, das drehbar mit der Positionierplatte ver bunden ist;
b. Montieren eines Objektes auf der Positionierplatte;
c. Steuerung der linearen Stellglieder, um die Positio nierplatte zu einer vorgegebenen Position im Verhält nis zur Basisplatte zu bewegen, um das auf der Posi tionierplatte montierte Objekt mit der zusammenzubau enden Komponente in Verbindung zu bringen;
d. Erzeugung von Rückkopplungssignalen, welche die auf die Positionierplatte während der Verbindung zwischen dem Objekt und der Komponente aufgebrachte Kraft ab bilden; und
e. Betätigung der linearen Stellglieder zur Veränderung der aufgebrachten Kraft in Abhängigkeit der Rückkopp lungssignale.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Objekt ein Träger ist zur Positionierung der Komponente und der Schritt c. umfaßt, daß die Komponente an den Träger geklammert wird.

25. Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Objekt ein Werkzeug ist und der Schritt c. umfaßt, daß von dem Werkzeug eine Tätigkeit an der Komponente vollzogen wird.

26. Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Schritt e. voll zogen wird durch Aufrechterhaltung der aufgebrachten Kraft innerhalb eines vorgegebenen Grenzwertbereiches.

27. Verfahren zur spannungsfreien Montage von Blechkomponenten auf Montage-Haltevorrichtungen mit mindestens einer pro grammierbaren Haltevorrichtung mit Stellgliedern, die rea gieren auf Positionssteuerungssignale von einer Steuerung, Klammermitteln zum Klammern der Komponenten an die Mon tage-Haltevorrichtung und Werkzeugen zur Bearbeitung und mit der Fähigkeit, die Komponenten während der Montage zu versetzen und Kräfte auf die Träger der Haltevorrichtung auszuüben, welche folgende Schritte aufweist:

a. Erzeugung eines Steuerungssignals von einer Steuerung, um mindestens eines der Stellglieder zu bewegen und die Haltevorrichtung in einer vorgegebenen Stellung zu positionieren;
b. Plazierung von mindestens zwei Komponenten auf der Haltevorrichtung in der vorgegebenen Stellung;
c. Klammern der Komponenten an die Haltevorrichtung;
d. Betätigung von Werkzeugen zur Montage der Komponenten, das Werkzeug erzeugt Kräfte, die durch die Haltevor richtung getragen werden und dazu neigen, die Kompo nenten aus ihrer vorgegebenen Position zu verrücken;
e. Erfassen der durch die Haltevorrichtung getragenen Kräfte während der Betätigung der Werkzeuge und Erzeu gen von Kraftsignalen, welche die Größe und die Rich tung der Kräfte abbilden;
f. Weiterleitung der Kraftsignale an die Steuerung; und
g. Betätigung der Steuerung, um die Stellglieder in eine Richtung zu bewegen, so daß die Kräfte unterhalb eines wünschenswerten Grenzwertes fallen, um eine spannungs freie Montage der Komponenten zu erhalten.

28. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei der Schritt e. voll zogen wird von einem Kraftsensor, der mindestens eine von sechs generalisierten Kraftkomponenten X, Y, Z, M_X, M_Y und M_Z in einem generalisierten kartesischen Koordinatensystem mißt.

29. Verfahren gemäß Anspruch 27, wobei der Schritt e. vollzo gen wird durch einen Positionskodierer, der mit dem Stell glied gekoppelt ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Bewegung des Stellgliedes in Abhängigkeit von den Kräften darstellt.