用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的系統和方法與流程

2023-09-16 10:00:40 1

本發明涉及一種用於藉助位置確定系統和定位裝置將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的系統。本發明還涉及一種用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的方法，該方法可在這種系統上實施。

背景技術：

在自動化的生產和裝配系統中，設置在第一位置上的待加工物體被定位裝置接納並且又放置在第二位置上。為此，定位裝置具有用於接納以及釋放待加工物體的接納裝置。在將待加工物體放置在第二位置上時需要儘可能精確地定位待加工物體，以確保接下來的生產或裝配過程的儘可能高的過程可靠性。在自動化的生產和裝配系統中，待加工物體的錯誤定位可能導致有缺陷的產品並在極端情況下導致生產或裝配系統停工。

尤其是在汽車工業中使用這種自動化的生產和裝配系統。在製造纖維增強構件、如殼式構件時，待加工物體藉助增強纖維增強以便提高強度和剛度。這種物體通常構造為塑料構件並且因此被稱為纖維增強塑料。纖維增強塑料包含增強纖維，其嵌入塑料基質中。由於常規的機械負荷常常不均勻地分布在構件上，因此構件為了減少總重而常常具有根據該機械負荷設計的纖維增強部。這種纖維增強構件因此具有可在相應構件上不同地設計的纖維增強部，以致構件的一些部位例如具有較強的、纖維增強部或增強纖維定向不同於其它部位的纖維增強部。

為了製造局部構造有纖維增強部的構件，使用衝壓模具，其具有用於接納增強纖維的凹腔。因為當增強纖維沿力流方向定向時纖維增強塑料具有特別高的負荷能力，所以除了將增強纖維精確定位在構件待增強部位上之外，增強纖維相對於構件的精確定向對於儘可能高效地增強構件也十分重要。增強纖維在衝壓模具中的不精確或者說錯誤定位可能導致構件的局部過壓並且因此損壞構件。增強纖維在衝壓模具中的不精確或者說錯誤定向可能導致增強纖維不能最佳地相對於力流定向並且因此不能發揮足夠的構件增強效果，以致構件可能無法按規定使用。基於此，這種生產和裝配系統對用於將構件、如纖維增強塑料精確放置在生產裝置上的系統的可靠性要求非常高。

已知一種用於將待加工物體放置在生產裝置上的系統，在該系統中，待加工物體可設置在定位裝置的接納裝置上。該系統包括用於檢測待加工物體相對於定位裝置的相對位置的光學識別系統。此外，該系統還包括生產裝置相對於系統的理想相對位置的位置數據。這種系統的缺點在於，生產裝置的錯誤位置不能由系統識別並且可能導致有缺陷的產品。因此，生產裝置只能在極小公差下相對於系統進行設置。該過程非常費時並且導致生產系統過長的停工和由此引起的製造成本增加。

技術實現要素：

因此，本發明的任務在於，在用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的系統中至少部分消除上述缺點。本發明的任務尤其是在於，提供一種用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的系統，該系統能夠將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上且無須複雜地將生產裝置定向。本發明的任務還在於，提供一種用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的方法，該方法至少部分消除上述缺點。

上述任務通過具有權利要求1特徵的系統以及通過具有權利要求9特徵的用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的方法來解決。本發明的其它特徵和細節由從屬權利要求、說明書和附圖給出。在此，結合裝置描述的特徵和細節當然也適於與根據本發明的方法相結合，並且反之亦然，從而在對各個發明方面的公開內容方面始終互相參考或可相互參考。

根據本發明的第一方面，該任務通過一種用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的系統來解決，該系統包括至少一個用於確定待加工物體相對於生產裝置的相對位置的位置確定系統和用於將待加工物體放置在生產裝置上的定位裝置。定位裝置具有用於接納以及釋放待加工物體的接納裝置以及用於使待加工物體從第一位置運動到第二位置中的可運動臂。所述位置確定系統具有至少一個位置檢測設備，該位置檢測設備構造用於檢測接納裝置相對於位置檢測設備的相對位置。此外，所述位置檢測設備構造用於檢測待加工物體相對於位置檢測設備的相對位置以及生產裝置相對於位置檢測設備的相對位置。

「待加工物體的位置」在本發明意義中理解為待加工物體的位置和定向。因此，通過位置來確定實體在三維空間中的所有自由度。

待加工物體優選是局部纖維增強的半成品，其也稱為拼板(Tailored Blanks)。待加工物體優選主要由塑料製成並且包含增強纖維。

在本發明意義中，生產裝置是生產設備的一部分，在該生產設備上可設置待加工物體用於加工。生產裝置例如可構造為夾緊裝置(如夾緊臺、或成形模具的一部分)，該夾緊裝置例如具有局部突起和/或凹部。在本發明意義中，「設置在生產裝置上」也可理解為設置在生產裝置中或上並且因此不局限於「生產裝置旁」的意義。

位置確定系統具有至少一個位置檢測設備，藉助該位置檢測設備可檢測物體在位置確定系統的操作區內相對於位置檢測設備的位置。由於位置檢測設備在位置確定系統的操作區內的位置是已知的，因此可確定物體相對於操作區內每個參考點和因此相對於生產裝置的位置。

定位裝置是可在第一位置上接納待加工物體並將其又放置在第二位置上的裝置。在此，定位裝置構造用於位置精確地、即在預規定位置上以及在預規定定向的情況下放置待加工物體。定位裝置與位置確定系統耦合，使得所獲得的待加工物體和生產裝置的位置信息可用於由定位裝置將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上。

這種系統的優點在於，通過藉助位置檢測設備檢測生產裝置的位置，就不再需要將生產裝置相對於位置確定系統或定位裝置精確地定向，這是因為可由位置確定系統檢測生產裝置可能的從規定位置的位置偏移並且因此可通過相應控制定位裝置加以補償。通過這種方式例如可在生產裝置的首次安裝或維護時顯著減少停工時間並且因此大大降低生產成本。此外，本發明系統還可實現過程可靠性的顯著提高，這是因為所有對於生產重要的位置可在生產期間被檢測並且因此現場可用。因此，可立即識別並且補償偏移、如半成品的偏轉，且無須為此中斷生產。

根據本發明的一種優選擴展方案，位置確定系統具有至少一個第一參考標記和至少一個第二參考標記，所述第一參考標記可設置在接納裝置上並且第二參考標記可設置在生產裝置上。位置確定系統在此構造用於確定第一參考標記和第二參考標記相對於位置檢測設備的相對位置。在此需要確定第一參考標記相對於接納裝置的位置以及第二參考標記相對於生產裝置的位置，由此可通過所確定的參考標記位置來推導出接納裝置以及生產裝置的位置。這種參考標記具有以下優點，即，接納裝置和生產裝置的位置可簡單地由位置檢測設備檢測。由此進一步提高了系統可靠性。

優選地，位置確定系統還構造用於確定待加工物體相對於第一參考標記的相對位置。在本發明意義中，這通過確定待加工物體相對於第一參考標記還是相對於接納裝置的位置來進行並不重要，因為第一參考標記相對於接納裝置的相對位置已經確定。這種系統的優點還在於，待加工物體無須精確設置或定向到接納裝置上，因為可由位置檢測設備檢測可能的從規定位置的位置偏移並且因此可由定位裝置在放置待加工物體時加以補償。由此進一步提高了過程可靠性並且降低了生產成本。

在本發明的一種有利方案中，所述位置檢測設備具有光學位置檢測裝置。光學位置檢測裝置例如包括攝像機，其構造用於檢測物體、尤其是參考標記。優選地，光學位置檢測裝置構造用於檢測未構造成特殊參考體的物體的輪廓。由此，位置確定系統可確定物體的位置。這種位置檢測裝置的優點在於，其成本相對低並且在自由看見物體的至少部分區域時就能可靠地確定物體位置。

優選地，第一參考標記和/或第二參考標記具有至少一個球形參考體。此外優選，參考標記具有至少三個這種參考體。另外優選，參考標記構造成大致平面的，以減少參考體損壞的危險。這種參考體的優點在於，它們能被位置檢測設備特別精確地確定位置數據並且製造成本非常低。

優選地，定位裝置構造為機械手。這種機械手可很好地集成於自動化的生產和裝配系統中、具有高可靠性並且有助於提高生產率。通過向機械手控制單元提供所確定的位置數據，可在將待加工物體放置在生產裝置上時避免定位錯誤。這有利地使系統具有高的過程可靠性。

此外優選，生產裝置具有至少一個凹腔和/或突起用於接納待加工物體的局部區域。凹腔或突起在本發明意義中不僅可具有稜邊也可具有倒圓。優選地，凹腔或突起具有至少一個形鎖合區段，其簡化了待加工物體在生產裝置上的設置。這有利地進一步改善了系統的過程可靠性。此外，凹腔的優點在於，在待加工物體設置於衝壓模具上時，設置在凹腔中的局部區域比所述局部區域未設置在凹腔中時在衝壓過程中經受較小的機械負荷。因此可防止待加工物體在局部區域上在衝壓過程中承受過高負荷。這有利地進一步提高了過程可靠性。

特別優選，生產裝置構造為衝壓模具。這種模具適於將在至少一個部位上具有纖維增強部的待加工物體、如拼板成形為構件並且在此通過壓力加強基體和增強纖維之間的連接。這種生產裝置因此特別適於在大批量生產中加工拼板。

此外，根據本發明，所述任務通過一種用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的方法來解決。該方法包括下述步驟：

－將待加工物體設置在定位裝置的接納裝置上；

－確定待加工物體相對於接納裝置的相對位置；

－藉助位置檢測設備確定接納裝置相對於位置檢測設備的相對位置；

－藉助位置檢測設備確定生產裝置相對於位置檢測設備的相對位置；

－確定待加工物體相對於生產裝置的相對位置；

－藉助定位裝置將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上。

該方法具有以下優點：不再需要複雜地將生產裝置相對於定位裝置定向，因為可由位置確定系統來確定生產裝置可能的位置偏移並且因此可在由定位裝置將待加工物體放置在生產裝置上時加以補償。因此，與已知方法相比，本發明的方法具有更高的過程可靠性以及經濟性。

優選地，通過位置檢測設備確定待加工物體相對於接納裝置的相對位置。其優點如下，即，不再需要複雜地將待加工物體相對於接納裝置定向，因為可由位置確定系統來確定待加工物體可能的位置偏移並且因此可在由定位裝置將待加工物體放置在生產裝置上時加以補償。通過這種方式，進一步改善了方法的過程可靠性和經濟性。

附圖說明

下面參考附圖詳細說明根據本發明的用於將待加工物體位置精確地放置在生產裝置上的系統。附圖如下：

圖1為本發明系統的側視圖；和

圖2為本發明方法的流程圖。

具體實施方式

圖1以示意性側視圖示出根據本發明的用於將待加工物體2位置精確地放置在生產裝置3上的系統1。該系統1包括定位裝置5，所述定位裝置構造為機械手，其具有一個臂7和一個設置在臂7下端11上的接納裝置6。在本實施例中，接納裝置6構造為開槽的平板夾持器，其構造用於夾持待加工物體2。待加工物體2是構造為拼板的半成品。

定位裝置5的上端12設置在水平延伸的軌道13上，從而定位裝置5可沿軌道13水平移動。軌道13例如設置在生產車間的天花板上或設置在機架上。在替代實施方式中，軌道13例如也可設置在地板、牆壁或車輛上。

此外，用於將待加工物體2位置精確地放置在生產裝置3上的系統1還具有位置確定系統4，其包括位置檢測設備8、第一參考傳感器9和第二參考傳感器10。第一參考傳感器9設置在接納裝置6上並且第二參考傳感器10設置在生產裝置3上。位置檢測設備8具有光學位置檢測裝置8並且構造用於檢測第一參考傳感器9、第二參考傳感器10以及待加工物體2相對於位置檢測設備8的相對位置。被位置檢測設備8檢測的區域在該附圖中以虛線示出。當然，位置檢測設備8也構造用於檢測多個其它區域。

生產裝置3在本實施例中構造為壓力機14的衝壓模具下部部件。

圖2示意性示出本發明方法各步驟的流程圖。在第一方法步驟20中，將待加工物體2設置在定位裝置5的接納裝置6上。在第二方法步驟30中，確定待加工物體2相對於接納裝置6的相對位置。這例如通過設置在接納裝置6上的對中設備進行。在第三方法步驟40中，藉助位置檢測設備8確定接納裝置6相對於位置檢測設備8的相對位置。這例如通過檢測設置在接納裝置6上的第一參考體9進行，例如藉助光學器具檢測。在第四方法步驟50中，藉助位置檢測設備8確定生產裝置3相對於位置檢測設備8的相對位置。這例如通過檢測設置在生產裝置3上的第二參考體10進行，例如藉助光學器具檢測。在第五方法步驟60中，確定待加工物體2相對於生產裝置3的相對位置。這優選通過計算單元進行，該計算單元將所確定的各相對位置相互比較並且由此計算出待加工物體2相對於生產裝置3的相對位置。在第六方法步驟70中，藉助定位裝置5將待加工物體2位置精確地放置在生產裝置3上。為此所需的待加工物體2以及生產裝置3的位置數據由位置確定系統4提供。

這種方法的優點在於，生產裝置3可在相對大的公差內相對於定位裝置5設置，且不會由此不利地影響系統1的過程可靠性。由此可節約生產成本並減小定位公差。

在本發明方法的一種擴展方案中，通過位置檢測設備確定待加工物體2相對於接納裝置6的相對位置。因此，物體2相對於接納裝置6的精確定向可在較大的公差內進行，因為系統1構造用於補償這種公差。這有利地進一步提高了過程可靠性並且進一步降低了生產成本。

附圖標記列表

1 系統

2 待加工物體

3 生產裝置

4 位置確定系統

5 定位裝置

6 接納裝置

7 臂

8 位置檢測設備

9 第一參考標記

10 第二參考標記

11 下端

12 上端

13 軌道

14 壓力機

20 第一方法步驟

30 第二方法步驟

40 第三方法步驟

50 第四方法步驟

60 第五方法步驟

70 第六方法步驟