(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンベア（１６）上で連続的に前へ進んでいるワークピース（１２）への作業が、前記ワークピース（１２）と一緒に動く産業用ロボット（１８）によって所定の作業区間を同期進行している間に実施され、前記産業用ロボット（１８）は、前記コンベヤ（１６）に隣接して延びる独立した前後方向ガイド（４８）に沿って移動され、同期進行している間は前記産業用ロボットのベース部分（２０）が、ワークピースキャリア（１４）に固定連結されており、前記前後方向ガイド（４８）内を進む車台（２６）に対して浮動状態で支持されている方法であって、
前記産業用ロボット（１８）は、交換可能なツールを有し、同期進行開始時に、スキャンツールが前記産業用ロボット（１８）の作業アーム（４０）に取り付けられ、前記ワークピース（１２）と前記ワークピースキャリア（１４）間の相対的位置が決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
相対的位置の特定後に、前記スキャンツールが前記ワークピース（１２）の加工ツールと交換されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
空洞部シール剤を前記ワークピースに塗布するための加工ツールが用いられることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ベース部分（２０）と前記ワークピースキャリア（１４）とを固定連結するために、少なくとも１つのクランプシリンダ（３６）が用いられ、該クランプシリンダは、前記ベース部分（２０）を前記ワークピースキャリア（１４）の縦材（３８）に固定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
移動可能に前記ベース部分（２０）に接続されている補助プレート（３４）上に、少なくとも１つの前記クランプシリンダ（３６）が配置されており、該補助プレート（３４）が前記ワークピースキャリア（１４）と固定連結するため、前記クランプシリンダ（３６）が前記縦材（３８）と固定される前に、前記補助プレートに配置されているストッパエレメント（５４）が前記ワークピースキャリア（１４）の対応エレメント（５８）に当接するように前記補助プレートが移動することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ベース部分（２０）と前記ワークピースキャリア（１４）の固定連結後、前記車台（２６）のドライブ（２８）が連結解除されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に従って、コンベヤ上で連続的に前へ進んでいるワークピースへの作業が、そのワークピースと一緒に動く産業用ロボットによって実施される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークピースの連続生産には、主に２つの基本的なコンセプトがある。間欠的な製造では、加工するワークピースは、コンベヤによってワークステーション間を移動し、ワークステーションでは静止した状態で加工が行われる。このことは、多数のワークステーションのある生産ラインでは問題が多い。なぜなら、ワークピースがワークステーション間を動くサイクルは、結局、最も作業時間の長いワークステーションに左右されるからである。このことにより、より早く作業が進むワークステーションでは、その作業能力を全て利用することができない。場合によっては、ワークピースの格納庫又はバッファゾーンを設ける必要があり、このことが製造コストをさらに引き上げる。
【０００３】
従って、ワークピースの連続的、コンベアと同期した加工が好ましい。この場合、ワークピースの加工は、ワークピースがコンベヤの上で進みながら行われる。該コンベアと同期した同期的製造方法は、今日、ワークピースが作業員によって加工される場合、主として用いられる。製造ライン全体にわたり、一貫して同期的加工が行われることは、ここでは例外である。従って、現在のところ、特に産業用ロボットによって実施されるようなオートメーションの加工工程は、同期的製造方法には適してない。そのため、こうした加工工程は、通常、間欠的な方法で実施され、このことが、製造ラインの間欠的工程と同期的工程との間の移行がある場合にさらなる問題を生じる。従って、ロボットによる加工工程を同期的に実施することができる方法を提供することが望まれる。
【０００４】
このような方法は、特許文献１で公開されている。産業用ロボットは、この場合、独立したガイドによって、ワークピースを載せたコンベヤと平行して一緒に移動する。産業用ロボットとワークピース間の位置の不整合を調整するため、ここでは産業用ロボットのサブフレームがワークピースキャリアに連結されている。ワークピースとワークピースキャリア間の位置の不整合は、プロセスの最初で、固定されている測定装置による測定によって検知され、産業用ロボット制御装置に転送される。しかし、この方法の場合、必要となる位置の整合性を保証するために、産業用ロボットのサブフレームとワークピースキャリアとの間には、費用のかかる連結装置が必要である。ここでは、連結する前に測定プロセスが行われるため、許容誤差のための遊びは存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１０３１３４６３Ｂ３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前述した従来技術の欠点を克服した、動いているワークピースの作業が同期的に動く産業用ロボットによって実施される方法及び装置を提供するという課題に基づく。特に、産業用ロボット、ワークピース及びワークピースキャリアの位置決めの精度が高いことを保証しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法によって解決される。
【０００８】
本発明に基づく方法では、ワークピースがコンベヤ上で連続的に前に進んでいる。コンベヤの他に、産業用ロボットは、平行に延びる独立したガイドに沿って作動し、産業用ロボットのベース部分は、加工区間をワークピースと同期進行している間、ワークピースキャリアにしっかりと連結されている。産業用ロボットの動きを前後方向ガイドの許容誤差から切り離すため、ロボットは、前後方向ガイド内を進む車台に関して、浮動状態で支持されている。本発明に基づき、産業用ロボットは、交換可能なツールを有するように準備されている。作業区間の移動開始時に、まず、スキャンツール又は測定ヘッドが産業用ロボットの作業アームに接続され、このスキャンツールによって、ワークピースとワークピースキャリア間の相対的位置が決定される。これによって、有利な方法で、産業用ロボットの基本座標系におけるワークピースの正確な座標が判明する。従って、同時に、産業用ロボットのベース部分とワークピースキャリアとの連結に関して、許容誤差もこの測定によって一緒に調整される。すなわち、産業用ロボットのベース部分とワークピースキャリア間の連結装置には、従来技術から知られているよりも許容誤差の大きい装置を使用することが可能である。
【０００９】
この測定プロセスの後、最後にスキャンツール又は測定ヘッドが加工ツールと交換される。この場合、空洞部シール剤をワークピースに塗布する加工ツールが用いられるのが好ましい。この交換を素早く効率的に行うため、ツールクイック交換装置及びツールマガジンを準備することが有利である。
【００１０】
このような、ワークピース、ワークピースキャリア及び産業用ロボットの相対的位置測定によって、ベース部分とワークピースキャリアとを固定連結するのに、単純に構成された連結装置を使用できることは有利である。本発明のもう１つの実施形態では、このためにクランプシリンダが準備されており、このクランプシリンダは、ベース部分をワークピースキャリアの縦材に固定する。この場合、本発明の好ましい実施形態においては、移動可能にベース部分と接続された補助プレートの上に、少なくとも１つのクランプシリンダが配置されている。ベース部分とワークピースキャリアとを固定連結するため、クランプシリンダと縦材とを固定する前に、この補助プレートが移動して、補助プレートに配置されているストッパエレメントがワークピースキャリアの対応エレメントに当たるようになっている。すなわち、有利な方法では、連結装置を望ましい連結ポジションにするために、産業用ロボットの初期位置がワークピースキャリアに関して必ずしも正確に維持される必要はない。正確な位置決めは、むしろ、補助プレートの動きによって行われる。このことから生じる許容誤差は、前に述べた測定ヘッドを用いる測定プロセスによって調整することができる。
【００１１】
ベース部分とワークピースキャリアの固定連結後、本発明のもう１つの実施形態では、産業用ロボットの車台のドライブが連結解除される。従って、作業区間を産業用ロボットが移動するための駆動エネルギーは、完全にコンベヤによって提供される。このことは、作業区間を同期進行している間も車台のドライブがオンになっている、従来技術から知られている方法に比べ、車台の摩耗を防止する。車台とコンベヤの速度の許容誤差を調整するため、車台ドライブがオンになっている場合では、強く摩耗するスリップクラッチを準備する必要がある。ここでは、このスリップクラッチを省略することができる。産業用ロボットとワークピースとの間で相対運動が起こらないため、追従誤差もゼロである。
【００１２】
さらに、本発明に基づく方法の場合、産業用ロボットは、ワークピースのあらゆる空間方向への動きを追跡し、特に垂直方向の質量平衡によって垂直方向の動きにも対応する。この方法により、産業用ロボットとワークピースとの間には抑圧力が全く生じないため、ワークピースの損傷又は製造工程の障害の危険が最小化される。 
【００１３】
本発明は、さらに、コンベヤ上で連続的に前へ進んでいるワークピースの作業が、特定の作業区間を同期進行している間にワークピースと一緒に動く産業用ロボットによって実施される装置にも関する。この場合、産業用ロボットは、コンベヤの隣に延びる独立した前後方向ガイドの上で移動可能である。産業用ロボットのベース部分は、同期進行している間、ワークピースキャリアに固定連結することができ、この場合、支持エレメントが準備されており、この支持エレメントにより、ガイド内を移動可能な車台に関して、ベース部分が浮動状態で支持可能になっている。このような支持エレメントは、例えば、エアサスペンションベローズであり得る。本発明に基づき、産業用ロボットは、ツールマガジンとツールホルダとを備えるツール交換装置を有している。この場合、ツールホルダによって、少なくとも２つの異なるツールが産業用ロボットの作業アームに接続可能である。好ましいのは、その際、ワークピースキャリアとワークピース間の相対的位置を測定するためのスキャン装置又は測定ヘッドが産業用ロボットの作業アームに接続可能なことである。さらに、幾つかの加工ツールが準備されており、空洞部シール剤をワークピースに塗布する加工ツールが産業用ロボットの作業アームに接続可能であるのが好ましい。これによって、冒頭に説明したように、ワークピース、ワークピースキャリア及び産業用ロボットの相対的位置の測定が、産業用ロボットの座標系で直接可能であるのは有利である。 
【００１４】
もう１つの実施形態では、少なくとも１つのクランプシリンダが準備されており、このクランプシリンダによって、産業用ロボットのベース部分がワークピースキャリアの縦材と固定連結可能である。好ましいのは、このベース部分が、ベース部分に対向して移動可能に支持されている調整プレートの上に配置されていることである。この調整プレートにより、クランプシリンダは、ワークピースキャリアに関して規定位置に移動することができる。すなわち、有利であるのは、産業用ロボットのベース部分をワークピースキャリアに連結するための規定位置の制御を、前後方向ガイド内の産業用ロボットの車台の正確な位置決めによって行う必要がないことであり、調整プレートの動きは明らかに軽減される。
【００１５】
もう１つの実施形態では、ストッパエレメントが調整プレートに準備されており、この規定位置を特定するために、ストッパエレメントがワークピースキャリアの対応エレメントに当てられる。
【００１６】
もう１つの実施形態ではクラッチが準備されており、このクラッチによって、車台の駆動ユニットが車台の駆動ホイールと連結可能になっている。これにより、ワークピースキャリアに固定接続する前の作業段階において、産業用ロボットは、ロボット独自のドライブで規定位置に移動することができる。ワークピースキャリアの連結後、このクラッチは連結解除することができるため、産業用ロボットの運動エネルギーはコンベアによって提供される。作業区間の同期進行が終了すると、産業用ロボットは再びワークピースキャリアから取り外されるようにできる。この時点で、前述のクラッチが再び連結可能になることから、産業用ロボットは、ロボット自体のドライブで初期位置に戻ることができる。
【００１７】
以下に、本発明及びその実施形態を図に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に基づく装置の斜視図である。
【図２】産業用ロボットの車台の詳細な斜視図である。
【図３】そのような車台のドライブの斜視図である。
【図４】産業用ロボットのベース部分をワークピースキャリアの縦材に連結するための補助プレートの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、発明に基づく方法を実施するための装置（全体を１０で表示）の斜視図である。加工するワークピース（ここでは車両ボディ１２）はワークピースキャリア１４に固定されており、このワークピースキャリアは、コンベヤ１６上に移動可能に支持されている。産業用ロボット１８は、ベース部分２０がベースプレート２２の上に取り付けられており、このベースプレートは、ベローズシリンダ２４によって車台２６の上に支持されている。モータ２８とホイール３０とによって、産業用ロボット１８は、コンベヤ１６と平行に進むことができる。
【００２０】
車両ボディ１２に関して産業用ロボット１８の位置決めを確実に行うため、産業用ロボット１８のベース部分２０は、ロッド３２によって補助プレート３４に接続されている。補助プレート３４は、クランプシリンダ３６によってワークピースキャリア１４の縦材３８に接続することができる。それによって、産業用ロボット１８と車両ボディ１２間の相対的位置が決定される。
【００２１】
産業用ロボット１８の操作アーム４０には、ここに図示されていないツールクイック交換装置がある。これによって、産業用ロボット１８は、様々なツールをツールマガジンから取り出し、使用することができる。産業用ロボット１８をクランプシリンダ３６によってワークピースキャリア１４の縦材３８に連結した後、産業用ロボット１８は、ツールマガジンからまずスキャン装置を取り出す。この装置は、操作アーム４０に取り付けられ、車両ボディ１２とワークピースキャリア１４間の相対的位置の測定を行う。産業用ロボットのベース部分２０がワークピースキャリア１４に正しく接続されることによって、産業用ロボット１８と車両ボディ１２との相対的位置も決定する。この測定の結果は、産業用ロボット１８から制御装置（図示されていない）に伝達され、この制御装置は、産業用ロボット１８の動作プログラムを車両ボディ１２の加工箇所の正確な座標に適合させる。産業用ロボット１８のベースプレート２２の上には、さらに、周知の安全装置を設置することができ、この安全装置により、産業用ロボット１８と作業員とによる車両ボディ１２の同時加工が可能になる。
【００２２】
産業用ロボット１８が車両ボディ１２の測定を終了すると、ツールクイック交換装置によって、スキャン装置が実際の加工ツールと交換される。 
【００２３】
図示されている実施例では、空洞部シール剤の塗布用ノズルである。 
【００２４】
図２は、産業用ロボット１８の車台の詳細図である。実際の車台２６には、ポリオキシメチレン製のホイール３０が、転がり軸受で支持されている。ポリオキシメチレンは摩擦抵抗が非常に少なく、極めて摩耗しにくいため、これに用いる材料としては理想的である。ホイールは、この場合、平坦な床の上及びスチールレール内を進むことができる。車台２６は、好ましくは、圧縮空気タンクとして形成されており、基礎プレート４２に取り付けられているベローズシリンダ２４に、簡単な方法で圧縮空気を提供することができる。この場合、ベローズシリンダ２４は、この図では示されていない産業用ロボット１８のベースプレート２２を担持している。車台２６の基礎プレート４２では、ベローズシリンダ２４がアダプタプレート４４によってロックされている。アダプタプレート４４は、同時にシールフランジとして設計されており、車台２６のタンクから圧縮空気をベローズシリンダ２４に流すことができる。これにより、ベローズシリンダ２４に空気を別個に供給する必要がなくなる。ベローズシリンダ２４は、ｚ軸における動きに極めてダイナミックに反応することができるため、最短の連結により、基礎プレート４２に対向してベースプレート２２を最適に支持することが可能となる。図示されているように、ベローズシリンダ２４によってベースプレート２２が支持されていることによって、ベースプレート２２は、全ての自由度において、浮動状態で基礎プレート４２から分離されている。ベローズシリンダ２４は、さらに、バルブを介してより高い圧力を加えられることにより、基礎プレート４２に対してベースプレート２２を持ち上げることができる。このことは、特に、産業用ロボット１８とワークピースキャリア１４との連結プロセス時に重要となる。 
【００２５】
車台２６のホイール３０は、この場合、空気圧モータによって駆動される。この空気圧モータの図が図３に示されている。空気圧モータ２８は、ｚ軸を中心に回転可能な複数のローラ４６を動かし、これらのローラによって、ガイドアングル４８に沿ったユニット全体の駆動及びガイドが可能になる。圧縮空気で動かされる空気圧モータ２８からガイドローラ４８への力の伝達は、歯車とチェーンとの組合せ５０によって行われる。ドライブを空気圧モータとして実施することにより、ある程度の滑りが生じる。これは、ワークピースキャリア１４と産業用ロボット１８との連結プロセスで重要となる。というのも、この連結中に、車台２６の速度とワークピースキャリアの速度とが、コンベア１６上で相互に調整されなければならないからである。この場合、小さな速度の違いが、空気圧モータ２８の滑りによって補整される。独立の摩耗しやすいスリップクラッチはここでは必要ない。
【００２６】
最後に、図４は補助プレート３４の斜視図を示している。装置全体をワークピースキャリア１４の縦材３８に連結するクランプシリンダ３６を担持する実際の補助プレート３４は、この場合、もう１つのプレート５２に対向して、それ自体で移動可能に支持されている。さらに、旋回可能なストッパエレメント５４が、キャリア５６によって補助プレート３４に接続されている。産業用ロボット１８とワークピースキャリア１４との連結プロセスの際には、このストッパエレメント５４が、キャリア５６に対向して開かれ、ストッパエレメント５４がワークピースキャリア１４の対応エレメント５８に当たるように補助プレート３４が移動する。この位置において、クランプシリンダ３６が縦材３８にかみ合い、装置全体をそこに確実に固定することができる。ロッド３２によって、産業用ロボット１８はベースプレート２２を介して、また車台２６はベローズシリンダ２４を介して、ワークピースキャリア１４に固定接続されている。
【００２７】
以下に、本発明に基づく方法の全体の流れを短く説明する。
【００２８】
スタート時点において、産業用ロボット１８は、同期進行する作業区間の初期範囲にある。次に、まず産業用ロボットのドライブ２８が連結される。これと同時に、ツール交換装置によって測定ヘッド、すなわちスキャン装置がツールマガジンから取り出され、操作アーム４０に接続される。このドライブは、前進に切り替えられているため、産業用ロボット１８はコンベア１６と平行に前に進む。このとき、加工する車両ボディ１２を担持するワークピースキャリア１４に関して、産業用ロボット１８が正しい連結位置に達したかどうか常に点検される。この位置に到達すると、補助プレート３４が移動して、基礎プレート５２に対向して位置決めされる。ベローズシリンダ２４での圧力低下により、ベースプレート２２が下降するため、クランプシリンダ３６は、ワークピースキャリア１４の縦材３８に対する正しい相対的位置に到達する。この相対的位置に達するとすぐに、クランプシリンダ２４の張力がかかるため、産業用ロボット１８とワークピースキャリア１４とがポジティブ結合によって固定接続される。この場合、補助プレート３４の位置を固定するために、補助プレートは締付けボルトによって固定される。
【００２９】
この時点で、産業用ロボット１８のドライブ２８は作動解除され、連結解除される。ワークピースキャリア１４と産業用ロボット１８との同期進行は、従って、この時点から、コンベヤ１６によってのみ行われる。次に、産業用ロボット１８と車両ボディ１２間の相対的位置を決定するため、この時点で、これらの部品間の相対的位置が測定装置を用いて測定される。このために、好ましくはアナログの測定値出力による３Ｄ測定ヘッドが使用され、そのデータは、直接産業用ロボット１８の制御装置に伝達される。この制御装置は、これを受けて、産業用ロボット１８の制御プログラムを、測定された座標に基づいて適合させることができる。この測定プロセスの後、ツールクイック交換装置により、測定ヘッドが、空洞部シール剤を塗布するノズルに交換される。次に、産業用ロボット１８と加工する車両ボディ１２とが同期進行している間、実際の加工、つまり車両ボディ１２の該当する箇所への空洞部シール剤の塗布が行われる。
【００３０】
この作業工程が終了すると、ドライブが再び連結され、前進に接続される。これと同時に、加工ツールが再びツールクイック交換装置によって外され、ツールマガジンに収納される。 
【００３１】
産業用ロボットが再び独自のドライブで動くと、クランプシリンダが緩められ、これを受けてベローズシリンダに再び圧力が加えられ、ベースプレート２２が上昇する。次に、補助プレート３４が再びロックから外され、旋回可能なストッパ５４が静止位置に戻り、最後に、補助プレート３４全体が初期位置に再び戻される。産業用ロボット１８が、全作業区間の終点に到達する。この時点で、ドライブが作動解除され、残留速度がなくなった後でリターンモードに接続されて、産業用ロボット１８は初期位置に戻ることができる。産業用ロボット１８が再び初期位置に到達したことが確認されると、本プロセスの最終段階において産業用ロボット１８のドライブが作動解除される。産業用ロボットの全システムは、再び初期条件下に戻っているため、次のワークピースの加工プロセスを新たに開始することができる。 
【図１】
0005572628.tif 000002
【図２】
0005572628.tif 000003
【図３】
0005572628.tif 000004
【図４】
0005572628.tif 000005