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WO2019158349A1 - Fertigungsmodul mit kollaborativem roboter - Google Patents

Fertigungsmodul mit kollaborativem roboter Download PDF

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Publication number
WO2019158349A1
WO2019158349A1 PCT/EP2019/052024 EP2019052024W WO2019158349A1 WO 2019158349 A1 WO2019158349 A1 WO 2019158349A1 EP 2019052024 W EP2019052024 W EP 2019052024W WO 2019158349 A1 WO2019158349 A1 WO 2019158349A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
module
production
conveyor
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/052024
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan WITZANY
Sören BRÜCHMANN
Sebastian Bader
Peter CABELL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TQ Systems GmbH
Original Assignee
TQ Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TQ Systems GmbH filed Critical TQ Systems GmbH
Publication of WO2019158349A1 publication Critical patent/WO2019158349A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q7/00—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
    • B23Q7/14—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting co-ordinated in production lines
    • B23Q7/1405—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting co-ordinated in production lines with a series disposition of similar working devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/06—Metal-working plant comprising a number of associated machines or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Programme-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0093—Programme-controlled manipulators co-operating with conveyor means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
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    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41815—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the cooperation between machine tools, manipulators and conveyor or other workpiece supply system, workcell
    • G05B19/4182—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the cooperation between machine tools, manipulators and conveyor or other workpiece supply system, workcell manipulators and conveyor only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P21/00—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with programme control
    • B23P21/004—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with programme control the units passing two or more work-stations whilst being composed
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39102—Manipulator cooperating with conveyor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing module with a collaborative robot. Moreover, the present invention relates to a production line with at least two such production modules and a method for processing a workpiece. Furthermore, the present invention relates to a method for automating a production line.
  • the industrial robots include a manipulator controlled by a controller.
  • a controller For humans, such conventional industrial robots present a danger since a collision with the manipulator can have fatal consequences. Accordingly, it is common practice to separate the movement space of human and industrial robots by the provision of protective devices, such as protective grids and light barriers.
  • the protective devices are often adapted to the movement pattern of the manipulator and thus to the task to be performed by the robot.
  • Cobots have sensors that can be used to prevent a collision with or at least a human injury.
  • Such a cobot is known for example from DE 10 2013 212 887 A1.
  • the production line consists of several stations connected by material flow systems according to the line principle.
  • the individual robots and the material flow systems are networked via a central control, usually a programmable logic controller (PLC control).
  • PLC control programmable logic controller
  • the PLC controller can initiate a start of processing in a processing station as soon as a processing end is reported by a station preceding in the line.
  • the central PLC control is thus carrier of the line intelligence and responsible for the coordination of the individual facilities.
  • the design of production lines with industrial robots today is rigidly tailored to a product. If conventional industrial robots are used, the protective devices of the individual stations are adapted to the corresponding movement pattern of the manipulator. Likewise, the central PLC control is programmed to manufacture the specific product.
  • the manufacturing module according to the present invention is configured to perform a machining step on a workpiece.
  • the production module may further be configured to execute a plurality of processing steps on the workpiece.
  • a manufacturing module represents a self-contained unit for processing a workpiece.
  • the processing step may be an assembly step in which one or more components are mounted on the workpiece.
  • the workpiece in the context of the processing step with a tool such as a milling tool, turning tool and / or another tool can be edited.
  • the workpiece can be made of any material, such as metal, wood and / or plastic his.
  • the workpiece can be a single element and / or a group of elements composed of several individual elements.
  • the manufacturing module is configured to be merged with at least one other manufacturing module to form a production line.
  • the production module thus has a geometric design which allows such a merging with another production module so that a workpiece can be transferred from one to the other module.
  • merging may, in particular, only be understood as meaning a spatial merging and thus no other, for example electrical, coupling of the modules.
  • the manufacturing modules to be merged can have the same basic structure, for example the same workpiece support, the same conveyor, the same collaborative robot and the same control device, but different peripheral devices.
  • the assembly modules to be merged can be identical production modules. It is conceivable that the modules have different longitudinal dimensions, i. Have dimensions in the direction of the conveying direction of the workpiece.
  • the manufacturing module comprises a workpiece support for receiving a workpiece. Under a workpiece support means for supporting the workpiece is understood.
  • the workpiece support can be formed from one or different components, which can each be designed differently.
  • the workpiece support may comprise a flat surface, a rail and / or a conveyor belt.
  • the workpiece support comprises a workpiece input and a workpiece output. Via the workpiece inlet, the workpiece can be transferred to the production module from an adjacent production module. Via the workpiece exit, the same workpiece on which, for example, the processing step has been carried out can be transferred from the production module to a further production module.
  • the manufacturing module further comprises a conveyor for conveying the workpiece from the workpiece entrance to a workstation and from the workstation to the workpiece exit.
  • the conveyor is configured to move the workpiece through the manufacturing module.
  • the Conveyor may be part of the workpiece support or provided separately from this.
  • the work station is an area of the production module on which the processing step is carried out.
  • the conveying device is an automatic device with a drive for driving the conveying movement, so that no manual conveying is required.
  • the manufacturing module includes a collaborative robot.
  • a collaborative robot is a robot that can work alongside humans and does not have to be separated from them by protective devices.
  • the robot can, for example, have sensors for collision avoidance and / or execute only movements with limited dynamics and force.
  • any collaborative robot in the manufacturing module is predictable.
  • the robot must be capable and arranged to execute the processing step of the production module on the workpiece.
  • the cobot is arranged in the production module such that the processing step can be carried out at the workstation.
  • the production module can be configured such that the workpiece inlet and the workpiece exit are located in the working space of the robot.
  • the manufacturing module may include multiple collaborative robots.
  • the workpiece entrance and the workpiece exit may be located in a workspace that is spanned by the multiple collaborative robots.
  • the production module comprises a control device.
  • the control device is, in particular, an electronic control device which may have one or more microcontrollers.
  • the control device may have an interface for uploading software. In particular, software for different processing steps of the module can be loaded via the interface. If a module is to be converted from a first processing step to a second processing step, for example, via the interface, a new software for the second Processing step to be recorded.
  • the controller may include a single or multiple control modules, each of which may include one or more microcontrollers.
  • the control device may have a control module for peripheral devices and a control module for the collaborative robot that is separate from it.
  • the conveyor a sensor device for detecting the position of the workpiece, a sensor device for detecting the condition of the workpiece, a heating plate, a press and / or other devices may constitute peripheral devices.
  • the sensor device for position detection can have an optical sensor, for example a light sensor.
  • the sensor device for state detection can have a temperature sensor.
  • the workpiece can be measured, for example, by means of a peripheral device.
  • the production module can have a tool changer, which can carry a large number of tools for different processing steps of the production module.
  • the production module can be designed and set up so that the tools can be removed from the tool changer with the collaborative robot and stored in it.
  • the controller is configured to control the conveyor and the collaborative robot independently of information outside of the manufacturing module such that the conveyor conveys the workpiece from the workpiece input to the workstation, the collaborative robot performs the machining step on the workpiece at the workstation, and the conveyor is the machined workpiece then conveys from the workplace to the workpiece exit.
  • the control device is set up to execute these steps completely independently of information outside the production module.
  • the information from outside the manufacturing module is data generated by devices that are not part of and / or unassigned to the manufacturing module.
  • the information from outside the manufacturing module may be information generated during runtime, ie during operation. On the control device information can be stored, which were generated before operation outside the production module and played on this.
  • a device of the control device for a specific function is understood according to the invention to mean the specific preparation, in particular programming, of the control device for the specific function.
  • the control device according to the invention can be set up to control all or all components of the production module.
  • the control device does not have to be networked with adjacent production modules and / or other devices in order to be able to execute the processing step on the workpiece.
  • the control device can be spatially integrated into the production module, attached thereto and / or provided adjacent thereto
  • the present invention provides a fully decentralized manufacturing module with a collaborative robot that is itself the carrier of its intelligence and does not need to communicate with other modules of a production line and / or be involved in a higher level control system.
  • the present invention accordingly provides a module with which the full potential of collaborative robotics in workpiece machining can be exploited.
  • the modular and simple design of one of the manufacturing module also allows reuse for another problem after, for example, a product is no longer produced.
  • An inventive module can be converted with minimal effort for a new problem.
  • Collaborative robots are highly flexible. They are usually easy to program, have short set-up times and require no complex adjustments of protective devices or enclosures with changing movement pattern. For this reason, collaborative robots are in principle also of interest for the production of small to medium quantities in which the use of conventional industrial robots is uneconomical. However, if the use of cobots in workpiece machining requires costly and expensive adjustments in the production periphery, for example in the material flow systems and / or in the networking of individual stations, this can mean that automation is still uneconomical despite Cobot use.
  • a highly flexible manufacturing peripherals are provided which are fast and easy cost-effectively adapted to changing machining operations. If, for example, another production module is to be integrated into an existing line, a production module according to the present invention can be decentrally prepared for its task in addition to the line and then incorporated into the line. Due to the decentralized nature of the production module, no complicated reprogramming of a line PLC control and / or other complicated networking of the new module with the existing line is required. Assembly lines can be easily constructed, modified and / or supplemented with the manufacturing modules according to the present invention.
  • the production module may have a detection device for detecting a workpiece transfer to the module.
  • the detection device may be provided at the workpiece entrance.
  • the detection device can have a light barrier, a camera and / or another detection device.
  • the detection device can be set up to detect not only the pure detection of a workpiece but also the type of the supplied workpiece.
  • a barcode, QR code and / or RFID scanner can be provided in order to provide a bar code, QR code and / or RFID code, which contains information about the workpiece type, provided on the workpiece and / or a workpiece carrier. capture.
  • the control device can be set up to control the conveyor and / or the robot depending on the detected workpiece type.
  • the processing step to be performed by the Cobot may be dependent on the type of workpiece detected by the detection device.
  • the conveyor may include a collaborative robot for conveying the workpiece.
  • the production module can only have a collaborative robot, which both acts as a conveyor and also serves to carry out the processing step on the workpiece.
  • a particularly simple and compact manufacturing module can be provided.
  • a cobot is provided for conveying the workpiece and a further cobot for processing the workpiece.
  • the conveyor may have a separate from the collaborative robot conveyor drive for conveying the workpiece.
  • the conveyor drive for driving an endless circulation element, such as a conveyor belt, and / or a carriage may be provided on a rail guide.
  • the workpiece support may include a conveyor path extending from the workpiece entrance to the workpiece exit, along which the workpiece may be conveyed by the conveyor. So a simple and fast workpiece transport through the device is possible.
  • the conveying path can, for example, have one or more rails, for example a pair of rails, along which the workpiece can be moved from the workpiece entrance to the workpiece exit.
  • the conveyor line can also have a conveyor belt.
  • the production module may have a workpiece carrier for carrying the workpiece.
  • the workpiece can be mounted on the workpiece carrier.
  • the conveyor may be designed to convey the workpiece carrier.
  • the manufacturing module may be configured such that the workpiece can be machined while mounted on the workpiece carrier.
  • the workpiece carrier is used for protection and easy handling of the workpiece.
  • the workplace at which the processing step is carried out may be arranged next to the conveyor line. This is a decoupling of workpiece feed and workpiece machining possible, which in turn allows increased throughput.
  • the production module can have a lifting device for lifting the workpiece carrier, which carries the workpiece, out of the conveying path. By lifting the workpiece carrier, the workpiece can be fixed locally. In the lifting device, the workpiece can be processed by the collaborative robot. The lifting device can absorb the forces applied by the machining on the workpiece forces.
  • the workplace can thus be arranged in the lifting device and / or on the conveyor line.
  • the lifting device is in particular an automatic lifting device.
  • the lifting device can also be realized, for example, by a collaborative robot.
  • the workpiece can be removed, for example, from the workpiece carrier by the collaborative robot and transferred to a workstation on the workpiece support next to the conveyor line to edit this here.
  • the manufacturing module may have a locking device for locking the workpiece in the workplace. By locking the workpiece at the workplace can be easily edited, since the lock can absorb the applied forces applied to the workpiece by machining. By means of the locking device, the workpiece can be locally fixed at the workplace.
  • the control device can also be set up to control the lifting device and / or the locking device independently of information outside the module.
  • the locking device may also be designed to lock the workpiece carrier.
  • the production module can also be designed as a table module.
  • the workpiece holder and / or the conveyor may be provided on a Ge entitled in the context of this embodiment.
  • the collaborative robot in contrast, can be arranged on a robot carrier next to the frame.
  • the robot carrier may be slidable relative to the frame.
  • the manufacturing module may include a robot interface that allows the robot to be selectively removed and added from the module.
  • the variability of the manufacturing module can be increased.
  • the module can be used both with a Cobot and manually through a human workers are served when the robot has been removed from the interface.
  • the present invention further relates to a production line for processing a workpiece.
  • the production line comprises at least two production modules according to one of the previously described embodiments.
  • the production modules are arranged such that a workpiece can be transferred from the workpiece exit of the first production module to the workpiece input of the second production module.
  • the production modules are set up to carry out two different processing steps on the workpiece.
  • the two production modules are not interconnected.
  • the production modules can thus carry out their respective processing steps completely autonomously, without exchanging information between the modules.
  • the first production module of the production line can be set up to carry out the first processing step by the collaborative robot.
  • the second manufacturing module may be further configured to execute the second processing step by a human. Consequently, the second manufacturing module may be prepared so that no collaborative robot is provided in the interface.
  • humans and robots can work together side by side.
  • the present invention relates to a method for processing a workpiece with a production module according to one of the embodiments described above. The method includes conveying the workpiece from the workpiece entrance to the workstation of the manufacturing module with the conveyor, machining the workpiece at the workstation with the collaborative robot, and conveying the workpiece from the workstation to the workpiece exit with the conveyor.
  • the present invention further relates to a method for automating a production line with manufacturing modules according to one of the previously described embodiments.
  • the method comprises providing a first production module in the production line, in which no collaborative robot is provided in the interface, so that a manual execution of a processing step on a workpiece by a human is possible.
  • a second manufacturing module which is not integrated into the production line in which a collaborative robot is provided in the interface, is provided.
  • the second production module is set up in a further step to execute the processing step, which was previously carried out manually in the first production module, with the collaborative robot.
  • This setup step may include, for example, programming the manufacturing module for the corresponding processing step.
  • the method involves replacing the first production module in the production line with the second production module. Due to the decentralized and modular nature of the manufacturing modules of the present invention, this allows a successive automation of the production line. Likewise, it is conceivable to exchange a production module in a production line in which a collaborative robot is provided in the interface by a manual production module in which no collaborative robot is provided in the interface. Thus, for example, a standstill of the line can be avoided in case of failure of the robot. With regard to the understanding of the individual features and their advantages, reference is made to the above statements in connection with the manufacturing module. Brief description of the drawings
  • FIG. 1 shows a manufacturing module for carrying out a processing step on a workpiece according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a production line for processing a workpiece according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a manufacturing module 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the production module 1 is presently designed as a table module.
  • the table module 1 comprises a frame 2, a working surface 3 and a conveying path 4.
  • the working surface 3 and the conveying path 4 are supported by the frame 2.
  • the frame 2 may be formed of aluminum profiles.
  • the table module 1 of this embodiment comprises a first robot carrier 5, on which a first collaborative robot 6 is provided, and a second robot carrier 7, on which a second collaborative robot 8 is provided.
  • the robot carriers 6, 7 may be formed of aluminum profiles.
  • the conveyor line 4 extends from a workpiece inlet 9 of the table module 1 to a workpiece exit 10. Via the workpiece inlet 9, a workpiece W can be fed to the table module 1 from a preceding table module. Via the workpiece exit 10, the workpiece W can be fed to the workpiece entrance of an adjacent identical table module.
  • the conveyor line 4 extends in this embodiment along a straight line.
  • the conveyor line 4 has two parallel arranged conveyor rails 1 1 and 12, along which a workpiece carrier 13 can be moved. On the workpiece carrier 13, the workpiece W can be mounted.
  • the workpiece W may be a mechanical component and / or an electrical component.
  • the work surface 3 is arranged in this embodiment next to the conveyor line 4.
  • the work surface 3 may be a flat surface which extends adjacent to the conveyor 4 from the workpiece entrance 9 to the workpiece exit 10.
  • the work surface 3 can be designed such that the workpiece W can be deposited thereon in order to machine the workpiece W with one of the collaborative robots 6, 8.
  • the first robot carrier 5 with the first collaborative robot 6 provided thereon is arranged adjacent to the work surface 3 at the central height thereof.
  • the second robot carrier 7 with the second collaborative robot 8 provided thereon is arranged adjacent to the conveying path 4 at the level of the workpiece entrance 9.
  • the robot carriers 5, 7 are movably provided in this embodiment, so that they can be arranged at different positions along the table module 1. Likewise, they can be completely removed from the table module 1.
  • the robot carriers 5, 7 have an interface, not shown, which makes it possible to selectively remove or add each of the robots 6, 8 from the table module 1.
  • the table module 1 comprises a control device 14 which is set up to control both collaborative robots 6, 8.
  • the control device 14 is spatially integrated into the table module 1 and in the present case mounted on the frame 2.
  • the control device 14 is connected to a detection device 15, which is provided at the workpiece inlet 9. About the detection device 15, a workpiece transfer to the table module 1 can be detected.
  • the control device 14 is set up to detect a workpiece transfer to the table module 1 via the detection device 15 and subsequently to control the first collaborative robot 8 such that it transfers the workpiece carrier 13 with the workpiece W mounted thereon from the workpiece entrance 9 to a workstation 16 on the workstation 16 Working surface 3 promotes.
  • the workpiece carrier 13 with the workpiece W provided thereon can be lifted out of the conveying path 4 by a lifting device 17.
  • the lifting device 17 is provided between the conveyor rails 1 1, 12 and serves for the local fixing of the workpiece carrier 13.
  • the workpiece W can be machined on the excavated workpiece carrier 13 with one of the collaborative robot 6, 8. Alternatively, the workpiece W can be conveyed by one of the collaborative robots 6, 8 to the workstation 16 next to the conveyor track 4.
  • the workpiece W can be fixed locally by a locking device 18 and then processed with the second collaborative robot 6.
  • the processed workpiece W is again stored on the workpiece carrier 13 on the conveyor line 4 and conveyed by the first and / or second collaborative robot 6, 8 to the workpiece exit 10.
  • the table module 1 is consequently a completely decentralized module, which does not have to communicate with neighboring modules and be networked with these to execute its processing step.
  • a plurality of the table modules from FIG. 1 can be combined to form a production line 20.
  • the production line 20 in this embodiment comprises a total of three table modules 1 .1, 1 .2 and 1 .3, wherein the first
  • first 1 .1 and third module 1 .3 are each arranged as shown in Fig. 1. Accordingly, the first 1 .1 and the third module 1 .3 likewise have a detection device 15.1 or 15.3, not shown, at the workpiece entrance and two collaborative robots 6.1 and 8.1 or 6.3 and 8.3. The detection devices 15.1 or 15.3 as well as the collaborative robots
  • the modules 1 .1, 1 .3 are each set up in order to perform completely autonomously and automatically certain processing steps on a workpiece W, without requiring communication or networking with adjacent modules.
  • the second module 1 .2 is also designed as shown in FIG. 1, but has no robot carriers, no collaborative robots and no detection device. Accordingly, the second module 1 .2 enables manual processing of a machining step on a workpiece W by a manpower, not shown.
  • the individual table modules 1 .1, 1 .2 and 1 .3 are constructed one behind the other in such a way that the workpiece exit of the first table module 1 .1 to the workpiece entrance of the second table module 1 .2 and the workpiece exit of the second table module 1 .2 to the workpiece entrance of third table module 1 .3 immediately adjacent. Over the adjoining conveyor sections of the individual table modules 1 .1, 1 .2 and 1 .3 a workpiece W is therefore conveyed through the entire production line 20. A networking of the individual modules with each other does not take place.
  • a table module which is not shown in FIG. 2 and is locally separated from the production line 20, is prepared for the processing step to be carried out by the second module. More specifically, a stage module 1 as shown in FIG. 1 is provided with a controller 14, robot carriers 5, 7, collaborative robots 6, 8, and a detector 15. The controller 14 becomes so programmed that the processing performed by the second table module processing step can be performed automatically by the collaborative robot 6, 8. Subsequently, the manual table module 1.2 of the production line 20 is replaced by the prepared automated table module. Since no networking and other connection under the individual modules 1.1, 1.2 and 1.3 is required, the automated table module can be easily and inexpensively integrated into the production line 20.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fertigungsmodul zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück, wobei das Fertigungsmodul ausgestaltet ist, um mit mindestens einem weiteren Fertigungsmodul zu einer Fertigungslinie zusammengeführt zu werden. Das Fertigungsmodul umfasst eine Werkstückauflage zum Aufnehmen eines Werkstücks, die einen Werkstückeingang, über welchen ein Werkstück dem Fertigungsmodul von einem weiteren Fertigungsmodul übergeben werden kann, und einen Werkstückausgang, über welchen das Werkstück an ein weiteres Fertigungsmodul übergeben werden kann, aufweist, eine Fördereinrichtung zum Fördern des Werkstücks von dem Werkstückeingang zu einem Arbeitsplatz und von dem Arbeitsplatz zu dem Werkstückausgang, einen kollaborativen Roboter zum Ausführen des Bearbeitungsschritts an dem Werkstück an dem Arbeitsplatz, und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Fördereinrichtung und den kollaborativen Roboter unabhängig von Informationen außerhalb des Fertigungsmoduls so zu steuern, dass die Fördereinrichtung das Werkstück vom Werkstückeingang zum Arbeitsplatz fördert, der kollaborative Roboter den Bearbeitungsschritt am Werkstück am Arbeitsplatz ausführt, und die Fördereinrichtung das bearbeitete Werkstück anschließend vom Arbeitsplatz zum Werkstückausgang fördert.

Description

FERTIGUNGSMODUL MIT KOLLABORATIVEM ROBOTER
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fertigungsmodul mit einem kollaborativen Roboter. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Fertigungslinie mit mindestens zwei solcher Fertigungsmodule und ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Automatisieren einer Fertigungslinie.
Stand der Technik
Insbesondere in der Massenproduktion werden Industrieroboter zur Werkstückfertigung eingesetzt. Die Industrieroboter umfassen einen Manipulator, der über eine Steuerung gesteuert wird. Für den Menschen stellen derartige herkömmliche Industrieroboter eine Gefahr dar, da eine Kollision mit dem Manipulator tödliche Folgen haben kann. Demnach ist es gängige Praxis, den Bewegungsraum von Mensch und Industrieroboter durch das Vorsehen von Schutzeinrichtungen, beispielsweise Schutzgittern und Lichtschranken, zu trennen. Die Schutzeinrichtungen werden dabei häufig an das Bewegungsmuster des Manipulators und damit an die von dem Roboter auszuführende Aufgabe angepasst.
Durch den Einsatz von kollaborativen Robotern, die auch als Cobots bekannt sind, kann auf das Vorsehen solcher Schutzeinrichtungen verzichtet werden. Cobots verfügen über Sensoren, über die eine Kollision mit oder zumindest eine Verletzung von dem Menschen unterbunden werden kann. Solch ein Cobot ist beispielsweise bekannt aus der DE 10 2013 212 887 A1 .
Mehrere Industrieroboter können zum Ausbilden einer Fertigungslinie hintereinander vorgesehen werden. Die Fertigungslinie besteht aus mehreren Stationen, die durch Materialflusssysteme nach dem Linienprinzip miteinander verbunden sind. Die einzelnen Roboter sowie die Materialflusssysteme werden dabei über eine zentrale Steuerung, meist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS-Steuerung), miteinander vernetzt. Über die SPS-Steuerung kann beispielsweise ein Bearbeitungsbeginn in einer Bearbeitungsstation eingeleitet werden, sobald von einer in der Linie vorangehenden Station ein Bearbeitungsende gemeldet wird. Die zentrale SPS-Steuerung ist damit Träger der Linienintelligenz und für die Koordination der einzelnen Einrichtungen untereinander verantwortlich.
Die Auslegung von Fertigungslinien mit Industrierobotern wird heutzutage starr auf ein Produkt zugeschnitten. Werden herkömmliche Industrieroboter verwendet, werden die Schutzeinrichtungen der einzelnen Stationen an das entsprechende Bewegungsmuster des Manipulators angepasst. Ebenso wird die zentrale SPS- Steuerung für die Fertigung des spezifischen Produkts programmiert.
Damit sind herkömmliche Roboter-Fertigungslinien unflexibel, da eine Änderungen des zu fertigenden Produkts und/oder ein Produktwechsel in aufwendigen Umbauten der Fertigungslinie resultiert.
Darstellung der Erfindung
Es war demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fertigungsmodul mit einem Roboter bereitzustellen, das eine einfache und kosteneffiziente Umrüstung auf ein abgeändertes Produkt ermöglicht.
Das Fertigungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück ausgebildet. Das Fertigungsmodul kann ferner ausgebildet sein, mehrere Bearbeitungsschritte an dem Werkstück auszuführen. Ein Fertigungsmodul stellt eine für sich abgeschlossene Einheit zum Bearbeiten eines Werkstücks dar. Bei dem Bearbeitungsschritt kann es sich um einen Montageschritt handeln, bei dem auf dem Werkstück ein oder mehrere Bauteile montiert werden. Ebenso kann das Werkstück im Rahmen des Bearbeitungsschritts mit einem Werkzeug, beispielsweise einem Fräswerkzeug, Drehwerkzeug und/oder einem anderen Werkzeug, bearbeitet werden. Das Werkstück kann aus einem beliebigen Material, beispielsweise aus Metall, Holz und/oder Kunststoff, ausgebildet sein. Bei dem Werkstück kann es sich um ein einzelnes Element und/oder um eine Elementgruppe handeln, die aus mehreren einzelnen Elementen aufgebaut ist.
Das Fertigungsmodul ist ausgestaltet, um mit mindestens einem weiteren Fertigungsmodul zu einer Fertigungslinie zusammengeführt zu werden. Insbesondere weist das Fertigungsmodul damit eine geometrische Ausbildung auf, die ein derartiges Zusammenführen mit einem weiteren Fertigungsmodul so ermöglicht, dass ein Werkstück von dem einen zu dem anderen Modul übergeben werden kann. Unter einem Zusammenführen kann dabei insbesondere lediglich ein räumliches Zusammenführen und damit kein sonstiges, beispielsweise elektrisches, Koppeln der Module verstanden werden. Die zusammenzuführenden Fertigungsmodule können die gleiche Grundstruktur, beispielsweise die gleiche Werkstückauflage, die gleiche Fördereinrichtung, den gleichen kollaborativen Roboter und die gleiche Steuereinrichtung, jedoch unterschiedliche Peripherieeinrichtungen aufweisen. Die zusammenzuführenden Fertigungsmodule können baugleiche Fertigungsmodule sein. Dabei ist es denkbar, dass die Module verschiedene Längsabmessungen, d.h. Abmessungen in Richtung der Förderrichtung des Werkstücks aufweisen.
Das Fertigungsmodul umfasst eine Werkstückauflage zum Aufnehmen eines Werkstücks. Unter einer Werkstückauflage wird eine Einrichtung zum Tragen des Werkstücks verstanden. Die Werkstückauflage kann aus einem oder verschiedenen Bauteilen ausgebildet sein, die jeweils unterschiedlich ausgestaltet sein können. Beispielsweise kann die Werkstückauflage eine ebene Fläche, eine Schiene und/oder ein Förderband umfassen. Die Werkstückauflage umfasst einen Werkstückeingang und einen Werkstückausgang. Über den Werkstückeingang kann das Werkstück dem Fertigungsmodul von einem benachbarten Fertigungsmodul übergeben werden. Über den Werkstückausgang kann dasselbe Werkstück, an dem beispielsweise der Bearbeitungsschritt ausgeführt wurde, von dem Fertigungsmodul an ein weiteres Fertigungsmodul übergeben werden.
Das Fertigungsmodul umfasst ferner eine Fördereinrichtung zum Fördern des Werkstücks von dem Werkstückeingang zu einem Arbeitsplatz und von dem Arbeitsplatz zu dem Werkstückausgang. Die Fördereinrichtung ist ausgestaltet, um das Werkstück durch das Fertigungsmodul hindurch zu bewegen. Die Fördereinrichtung kann Teil der Werkstückauflage oder getrennt von dieser vorgesehen sein. Der Arbeitsplatz ist ein Bereich des Fertigungsmoduls, an welchem der Bearbeitungsschritt ausgeführt wird. Insbesondere handelt es sich bei der Fördereinrichtung um eine automatische Einrichtung mit einem Antrieb zum Antreiben der Förderbewegung, sodass kein manuelles Fördern erforderlich ist.
Darüber hinaus umfasst das Fertigungsmodul einen kollaborativen Roboter. Wie eingangs ausgeführt, handelt es sich bei einem kollaborativen Roboter um einen Roboter, der neben Menschen arbeiten kann und nicht mit Schutzeinrichtungen von diesen getrennt werden muss. Hierzu kann der Roboter beispielsweise Sensorik zur Kollisionsvermeidung aufweisen und/oder lediglich Bewegungen mit eingeschränkter Dynamik und Kraft ausführen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein beliebiger kollaborativer Roboter in dem Fertigungsmodul vorhersehbar. Der Roboter muss jedoch geeignet und eingerichtet sein, den Bearbeitungsschritt des Fertigungsmoduls an dem Werkstück auszuführen. Dabei ist der Cobot in dem Fertigungsmodul derart angeordnet, dass der Bearbeitungsschritt an dem Arbeitsplatz ausgeführt werden kann. Ferner kann das Fertigungsmodul so ausgestaltet sein, dass der Werkstückeingang und der Werkstückausgang im Arbeitsraum des Roboters liegen. Unter dem Arbeitsraum des Roboters wird die Summe aller durch den Effektor erreichbaren Punkte bezeichnet. So kann mittels des kollaborativen Roboters ein Werkstück am Werkstückeingang übernommen und über den Werkstückausgang übergeben werden. Das Fertigungsmodul kann mehrere kollaborative Roboter umfassen. In dieser Ausführungsform können der Werkstückeingang und der Werkstückausgang in einem Arbeitsraum liegen, der durch die mehreren kollaborativen Roboter aufgespannt wird.
Ferner umfasst das Fertigungsmodul eine Steuereinrichtung. Bei der Steuereinrichtung handelt es sich insbesondere um eine elektronische Steuereinrichtung, die einen oder mehrere Mikrocontroller aufweisen kann. Die Steuereinrichtung kann eine Schnittstelle zum Aufspielen von Software aufweisen. Insbesondere kann über die Schnittstelle Software für unterschiedliche Bearbeitungsschritte des Moduls aufgespielt werden. Soll ein Modul von einem ersten Bearbeitungsschritt auf einen zweiten Bearbeitungsschritt umgerüstet werden, kann beispielsweise über die Schnittstelle eine neue Software für den zweiten Bearbeitungsschritt aufgespielt werden. Die Steuereinrichtung kann ein einziges oder mehrere Steuermodule aufweisen, die jeweils einen oder mehrere Mikrocontroller umfassen können. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung ein Steuerungsmodul für Peripheriegeräte und ein hiervon getrenntes Steuerungsmodul für den kollaborativen Roboter aufweisen. Die Fördereinrichtung, eine Sensoreinrichtung zur Lageerfassung des Werkstücks, eine Sensoreinrichtung zur Zustandserfassung des Werkstücks, eine Heizplatte, eine Presse und/oder weitere Einrichtungen können Peripheriegeräte darstellen. Die Sensoreinrichtung zur Lageerfassung kann einen optischen Sensor, beispielsweise einen Lichtsensor aufweisen. Die Sensoreinrichtung zur Zustandserfassung kann einen Temperatursensor aufweisen. Ferner kann beispielsweise mittels eines Peripheriegeräts das Werkstück vermessen werden.
Darüber hinaus kann das Fertigungsmodul einen Werkzeugwechsler aufweisen, der eine Vielzahl von Werkzeugen für unterschiedliche Bearbeitungsschritte des Fertigungsmoduls tragen kann. Das Fertigungsmodul kann so ausgestaltet und eingerichtet sein, dass die Werkzeuge mit dem kollaborativen Roboter aus dem Werkzeugwechsler entnommen und in diesem abgelegt werden können.
Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Fördereinrichtung und den kollaborativen Roboter unabhängig von Informationen außerhalb des Fertigungsmoduls so zu steuern, dass die Fördereinrichtung das Werkstück vom Werkstückeingang zum Arbeitsplatz fördert, der kollaborative Roboter den Bearbeitungsschritt am Werkstück am Arbeitsplatz ausführt, und die Fördereinrichtung das bearbeitete Werkstück anschließend vom Arbeitsplatz zum Werkstückausgang fördert. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um diese Schritte vollständig unabhängig von Informationen außerhalb des Fertigungsmoduls auszuführen. Insbesondere handelt es sich bei den Informationen von außerhalb des Fertigungsmoduls um Daten, die mit Einrichtungen generiert werden, die nicht Teil des Fertigungsmoduls und/oder diesem nicht zugewiesen sind. Bei den Informationen von außerhalb des Fertigungsmoduls kann es sich um während der Laufzeit, also im Betrieb, erzeugte Informationen handeln. Auf der Steuereinrichtung können Informationen hinterlegt sein, die vor Betrieb außerhalb des Fertigungsmoduls generiert und auf diese aufgespielt wurden. Unter einer Einrichtung der Steuereinrichtung für eine bestimmte Funktion wird erfindungsgemäß die spezifische Herrichtung, insbesondere Programmierung, der Steuereinrichtung für die bestimmte Funktion verstanden. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um alle beziehungsweise sämtliche Komponenten des Fertigungsmoduls zu steuern. Insbesondere muss die Steuereinrichtung mit benachbarten Fertigungsmodulen und/oder sonstigen Einrichtungen nicht vernetzt werden, um den Bearbeitungsschritt an dem Werkstück ausführen zu können. Die Steuereinrichtung kann räumlich in das Fertigungsmodul integriert, an diesem angebracht und/oder benachbart zu diesem vorgesehen sein
Die vorliegende Erfindung stellt ein vollkommen dezentrales Fertigungsmodul mit einem kollaborativen Roboter bereit, das selbst Träger seiner Intelligenz ist und nicht mit anderen Modulen einer Fertigungslinie kommunizieren und/oder in ein übergeordnetes Leitsystem eingebunden werden muss. Durch die vorliegende Erfindung wird demnach ein Modul bereitgestellt, mit welchem das vollständige Potential kollaborativer Robotik in der Werkstückbearbeitung ausgeschöpft werden kann. Der modulare und einfache Aufbau eines des Fertigungsmoduls ermöglicht ferner die Wiederverwendung für eine andere Problemstellung nachdem beispielsweise ein Produkt nicht mehr produziert wird. Ein erfindungsgemäßes Modul kann mit minimalem Aufwand für eine neue Problemstellung umgerüstet werden.
Kollaborative Roboter sind hochflexibel einsetzbar. Sie sind meist leicht um programmierbar, weisen geringe Rüstzeiten auf und erfordern keine aufwendigen Anpassungen von Schutzeinrichtungen beziehungsweise Einhausungen bei sich verändernden Bewegungsmusters. Aus diesem Grund sind kollaborative Roboter grundsätzlich auch für die Fertigung kleinerer bis mittlerer Stückzahlen interessant, bei denen der Einsatz herkömmlicher Industrieroboter unwirtschaftlich ist. Erfordert der Einsatz von Cobots in der Werkstückbearbeitung jedoch aufwendige und kostenintensive Anpassungen in der Fertigungsperipherie, beispielsweise in den Materialflusssystemen und/oder in der Vernetzung einzelner Stationen, kann dies dazu führen, dass eine Automatisierung trotz Cobot-Einsatz dennoch unwirtschaftlich ist.
Durch die dezentrale Ausgestaltung des Fertigungsmoduls der vorliegenden Erfindung wird eine hochflexible Fertigungsperipherie bereitgestellt, die schnell und kosteneffizient an sich verändernde Bearbeitungsvorgänge angepasst werden kann. Soll beispielsweise ein weiteres Fertigungsmodul in eine bestehende Linie integriert werden, kann ein Fertigungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung neben der Linie dezentral auf seine Aufgabe vorbereitet und anschließend in die Linie eingegliedert werden. Aufgrund des dezentralen Charakters des Fertigungsmoduls sind keinerlei komplizierte Umprogrammierungen einer Linien-SPS-Steuerung und/oder sonstige aufwendigen Vernetzungen des neuen Moduls mit der bestehenden Linie erforderlich. Fertigungslinien können mit den Fertigungsmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung leicht aufgebaut, abgeändert und/oder ergänzt werden. Der einfache und dezentrale Aufbau des Fertigungsmoduls führt in Verbindung mit dem kollaborativen Roboter zu dem überraschenden synergetischen Effekt, dass Roboter- Fertigungslinien einfach, kosteneffizient und hochvariabel realisiert werden können. Die Werkstückbearbeitung mit Robotern ist mit Fertigungsmodulen gemäß der vorliegenden Erfindung demnach auch für kleinere und mittlere Stückzahlen rentabel.
Das Fertigungsmodul kann eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Werkstückübergabe an das Modul aufweisen. Die Erfassungseinrichtung kann am Werkstückeingang vorgesehen sein. Mittels solch einer im Modul integrierten Erfassungseinrichtung kann durch das Modul einfach erkannt werden, wenn ein Werkstück diesem zugeführt wird. Damit ist ein dezentraler und autarker Betrieb des Moduls auch bei variierenden Taktzeiten leicht möglich. Die Erfassungseinrichtung kann eine Lichtschranke, eine Kamera und/oder eine sonstige Erfassungseinrichtung aufweisen. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung eingerichtet sein, um neben dem reinen Erfassen eines Werkstücks auch den Typ des zugeführten Werkstücks zu detektieren. Hierfür kann beispielsweise ein Barcode-, QR-Code- und/oder RFID- Scanner vorgesehen sein, um einen auf dem Werkstück und/oder einem Werkstückträger vorgesehenen Barcode, QR-Code und/oder RFID-Code, welcher Informationen über den Werkstücktyp enthält, zu erfassen. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um die Fördereinrichtung und/oder den Roboter in Abhängig des erfassten Werkstücktyps zu steuern. Beispielsweise kann der durch den Cobot auszuführende Bearbeitungsschritt abhängig von dem mit der Erfassungseinrichtung erfassten Werkstücktyp sein. Die Fördereinrichtung kann einen kollaborativen Roboter zum Fördern des Werkstücks aufweisen. Dabei kann das Fertigungsmodul lediglich einen kollaborativen Roboter aufweisen, der sowohl als Fördereinrichtung fungiert als auch dem Ausführen des Bearbeitungsschritts an dem Werkstück dient. So kann ein besonders einfaches und kompaktes Fertigungsmodul bereitgestellt werden. Denkbar ist jedoch auch, dass ein Cobot zum Fördern des Werkstücks und ein weiterer Cobot zur Bearbeitung des Werkstücks vorgesehen ist.
Die Fördereinrichtung kann einen vom kollaborativen Roboter getrennten Förderantrieb zum Fördern des Werkstücks aufweisen. Beispielsweise kann der Förderantrieb zum Antreiben eines Endlosumlaufelements, wie eines Förderbands, und/oder eines Schlittens auf einer Schienenführung vorgesehen sein. Durch das Vorsehen eines separaten Antriebs kann die Flexibilität des Fertigungsmoduls erhöht werden. Hierdurch wird eine Optimierung des Betriebs und damit eine Erhöhung des Durchsatzes ermöglicht.
Die Werkstückauflage kann eine Förderstrecke aufweisen, die sich vom Werkstückeingang zum Werkstückausgang erstreckt, entlang welcher das Werkstück durch die Fördereinrichtung gefördert werden kann. So ist ein einfacher und schneller Werkstücktransport durch die Einrichtung möglich. Die Förderstrecke kann beispielsweise eine oder mehrere Schienen, beispielsweise ein Schienenpaar, aufweisen, entlang welcher das Werkstück vom Werkstückeingang zum Werkstückausgang verschoben werden kann. Die Förderstrecke kann auch ein Förderband aufweisen.
Ferner kann das Fertigungsmodul einen Werkstückträger zum Tragen des Werkstücks aufweisen. Das Werkstück kann auf dem Werkstückträger befestigt sein. Die Fördereinrichtung kann zum Fördern des Werkstückträgers ausgebildet sein. Ferner kann das Fertigungsmodul derart ausgebildet sein, dass das Werkstück bearbeitet werden kann, während es auf dem Werkstückträger montiert ist. Der Werkstückträger dient dem Schutz und der leichten Handhabung des Werkstücks.
Der Arbeitsplatz, an welchem der Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, kann neben der Förderstrecke angeordnet sein. So ist eine Entkopplung von Werkstückförderung und Werkstückbearbeitung möglich, was wiederum einen erhöhten Durchsatz ermöglicht. Ferner kann das Fertigungsmodul eine Aushebeeinrichtung zum Ausheben des Werkstückträgers, der das Werkstück trägt, aus der Förderstrecke aufweisen. Durch das Ausheben des Werkstückträgers kann das Werkstück örtlich fixiert werden. In der Aushebeeinrichtung kann das Werkstück durch den kollaborativen Roboter bearbeitet werden. Die Aushebeeinrichtung kann dabei die durch die Bearbeitung auf das Werkstück aufgebrachten Kräfte aufnehmen. Der Arbeitsplatz kann damit in der Aushebeeinrichtung und/oder auf der Förderstrecke angeordnet sein. Die Aushebeeinrichtung ist insbesondere eine automatische Aushebeeinrichtung. Die Aushebeeinrichtung kann beispielsweise auch durch einen kollaborativen Roboter realisiert werden. Alternativ kann das Werkstück beispielsweise aus dem Werkstückträger durch den kollaborativen Roboter entnommen und zu einem Arbeitsplatz auf der Werkstückauflage neben der Förderstrecke überführt werden, um dieses hier zu bearbeiten. Ferner kann das Fertigungsmodul eine Arretierungseinrichtung zum Arretieren des Werkstücks am Arbeitsplatz aufweisen. Durch die Arretierung kann das Werkstück am Arbeitsplatz leicht bearbeitet werden, da die Arretierung durch die Bearbeitung auf das Werkstück aufgebrachte Kräfte aufnehmen kann. Mittels der Arretierungseinrichtung kann das Werkstück am Arbeitsplatz örtlich fixiert werden. Die Steuereinrichtung kann ferner eingerichtet sein, um die Aushebeeinrichtung und/oder die Arretierungseinrichtung unabhängig von Informationen außerhalb des Moduls zu steuern. Die Arretierungseinrichtung kann darüber hinaus zum Arretieren des Werkstückträgers ausgebildet sein.
Das Fertigungsmodul kann ferner als Tischmodul ausgebildet sein. Die Werkstückaufnahme und/oder die Fördereinrichtung können im Rahmen dieser Ausführungsform auf einem Gestellt vorgesehen sein. Der kollaborative Roboter kann hingegen auf einem Roboterträger neben dem Gestell angeordnet sein. Der Roboterträger kann relativ zum Gestell verschiebbar vorgesehen sein. So kann ein besonders einfaches und kostengünstiges Fertigungsmodul bereitgestellt werden.
Darüber hinaus kann das Fertigungsmodul eine Roboterschnittstelle aufweisen, die es ermöglicht, den Roboter selektiv aus dem Modul zu entfernen und hinzuzufügen. Mit dieser Ausgestaltung kann die Variabilität des Fertigungsmoduls erhöht werden. Beispielsweise kann das Modul sowohl mit einem Cobot als auch manuell durch einen menschlichen Arbeiter bedient werden, wenn der Roboter aus der Schnittstelle entfernt wurde.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Fertigungslinie zum Bearbeiten eines Werkstücks. Die Fertigungslinie umfasst mindestens zwei Fertigungsmodule gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Fertigungsmodule sind so angeordnet, dass ein Werkstück vom Werkstückausgang des ersten Fertigungsmoduls an den Werkstückeingang des zweiten Fertigungsmoduls übergeben werden kann. Insbesondere sind die Fertigungsmodule eingerichtet, zwei unterschiedliche Bearbeitungsschritte an dem Werkstück auszuführen. Die zwei Fertigungsmodule sind nicht miteinander vernetzt. Insbesondere können die Fertigungsmodule somit ihre jeweiligen Bearbeitungsschritte vollkommen autark ausführen, ohne dass Informationen zwischen den Modulen ausgetauscht werden. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem Fertigungsmodul verwiesen.
Das erste Fertigungsmodul der Fertigungslinie kann dabei eingerichtet sein, um den ersten Bearbeitungsschritt durch den kollaborativen Roboter auszuführen. Das zweite Fertigungsmodul kann ferner eingerichtet sein, um den zweiten Bearbeitungsschritt durch einen Menschen auszuführen. Folglich kann das zweite Fertigungsmodul so hergerichtet sein, dass kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist. Im Rahmen dieser Fertigungslinie können Mensch und Roboter Seite an Seite miteinander arbeiten. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Fertigungsmodul nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst das Fördern des Werkstücks vom Werkstückeingang zum Arbeitsplatz des Fertigungsmoduls mit der Fördereinrichtung, das Bearbeiten des Werkstücks am Arbeitsplatz mit dem kollaborativen Roboter, und das Fördern des Werkstücks vom Arbeitsplatz zum Werkstückausgang mit der Fördereinrichtung. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem Fertigungsmodul verwiesen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Automatisieren einer Fertigungslinie mit Fertigungsmodulen gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren umfasst das Vorsehen eines ersten Fertigungsmoduls in der Fertigungslinie, bei dem kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, sodass ein manuelles Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück durch einen Menschen ermöglicht wird. In einem weiteren Schritt wird ein zweites Fertigungsmodul, das nicht in die Fertigungslinie integriert ist, bei dem ein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, bereitgestellt. Das zweite Fertigungsmodul wird in einem weiteren Schritt eingerichtet, um den Bearbeitungsschritt, der zuvor manuell in dem ersten Fertigungsmodul ausgeführt wurde, mit dem kollaborativen Roboter auszuführen. Dieser Einrichtungsschritt kann beispielsweise das Programmieren des Fertigungsmoduls für den entsprechenden Bearbeitungsschritt umfassen. Schlussendlich umfasst das Verfahren das Austauschen des ersten Fertigungsmoduls in der Fertigungslinie durch das zweite Fertigungsmodul. Aufgrund des dezentralen und modularen Charakters der Fertigungsmodule der vorliegenden Erfindung wird damit eine sukzessive Automatisierung der Fertigungslinie ermöglicht. Ebenso ist es denkbar, ein Fertigungsmodul in einer Fertigungslinie, in dem ein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, durch ein manuelles Fertigungsmodul, in dem kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, auszutauschen. So kann beispielsweise bei Ausfall des Roboters ein Stillstand der Linie vermieden werden. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen in Verbindung mit dem Fertigungsmodul verwiesen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein Fertigungsmodul zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Fertigungslinie zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunasformen Fig. 1 zeigt ein Fertigungsmodul 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Fertigungsmodul 1 ist vorliegend als Tischmodul ausgebildet. Das Tischmodul 1 umfasst ein Gestell 2, eine Arbeitsfläche 3 sowie eine Förderstrecke 4. Die Arbeitsfläche 3 und die Förderstrecke 4 werden durch das Gestell 2 getragen. Das Gestell 2 kann aus Aluminiumprofilen ausgebildet sein. Darüber hinaus umfasst das Tischmodul 1 dieser Ausführungsform einen ersten Roboterträger 5, auf dem ein erster kollaborativer Roboter 6 vorgesehen ist, und einen zweiten Roboterträger 7, auf dem ein zweiter kollaborativer Roboter 8 vorgesehen ist. Die Roboterträger 6, 7 können aus Aluminiumprofilen ausgebildet sein.
Die Förderstrecke 4 erstreckt sich von einem Werkstückeingang 9 des Tischmoduls 1 zu einem Werkstückausgang 10. Über den Werkstückeingang 9 ist ein Werkstück W dem Tischmodul 1 von einem vorangehenden Tischmodul zuführbar. Über den Werkstückausgang 10 kann das Werkstück W dem Werkstückeingang eines benachbarten, baugleichen Tischmoduls zugeführt werden. Die Förderstrecke 4 erstreckt sich in dieser Ausführungsform entlang einer Geraden. Die Förderstrecke 4 weist zwei parallel zueinander angeordnete Förderschienen 1 1 und 12 auf, entlang welcher ein Werkstückträger 13 verschoben werden kann. Auf dem Werkstückträger 13 kann das Werkstück W montiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann es sich bei dem Werkstück W um eine mechanische Komponente und/oder eine elektrische Komponente handeln.
Die Arbeitsfläche 3 ist in dieser Ausführungsform neben der Förderstrecke 4 angeordnet. Bei der Arbeitsfläche 3 kann es sich um eine ebene Fläche handeln, die sich benachbart zur Förderstecke 4 vom Werkstückeingang 9 zum Werkstückausgang 10 erstreckt. Die Arbeitsfläche 3 kann so ausgebildet sein, dass das Werkstück W auf dieser abgelegt werden kann, um das Werkstück W mit einem der kollaborativen Roboter 6, 8 zu bearbeiten. Der erste Roboterträger 5 mit dem darauf vorgesehenen ersten kollaborativen Roboter 6 ist benachbart zur Arbeitsfläche 3 auf mittiger Höhe derselben angeordnet. Der zweite Roboterträger 7 mit dem darauf vorgesehenen zweiten kollaborativen Roboter 8 ist benachbart zur Förderstrecke 4 auf Höhe des Werkstückeingangs 9 angeordnet. Die Roboterträger 5, 7 sind in dieser Ausführungsform beweglich vorgesehen, sodass diese an unterschiedlichen Positionen entlang des Tischmoduls 1 angeordnet werden können. Ebenso können sie vollständig aus dem Tischmodul 1 entfernt werden. Ferner weisen die Roboterträger 5, 7 eine nicht gezeigte Schnittstelle auf, die es ermöglicht, jeden der Roboter 6, 8 selektiv aus dem Tischmodul 1 zu entfernen oder hinzuzufügen.
Darüber hinaus umfasst das Tischmodul 1 eine Steuereinrichtung 14, die zum Steuern von beiden kollaborativen Roboters 6, 8 eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung 14 ist räumlich in das Tischmodul 1 integriert und vorliegend am Gestell 2 montiert. Die Steuereinrichtung 14 ist mit einer Erfassungseinrichtung 15 verbunden, die am Werkstückeingang 9 vorgesehen ist. Über die Erfassungseinrichtung 15 ist eine Werkstückübergabe an das Tischmodul 1 erfassbar.
Die Steuereinrichtung 14 ist eingerichtet, um eine Werkstückübergabe an das Tischmodul 1 über die Erfassungseinrichtung 15 zu erfassen und den ersten kollaborativen Roboter 8 anschließend so zu steuern, dass dieser den Werkstückträger 13 mit dem darauf montierten Werkstück W vom Werkstückeingang 9 zu einem Arbeitsplatz 16 auf der Arbeitsfläche 3 fördert. Vor der Bearbeitung kann der Werkstückträger 13 mit dem darauf vorgesehenen Werkstück W durch eine Aushebeeinrichtung 17 aus der Förderstrecke 4 ausgehoben werden. Die Aushebeeinrichtung 17 ist zwischen den Förderschienen 1 1 , 12 vorgesehen und dient dem örtlichen Fixieren des Werkstückträgers 13. Das Werkstück W kann auf dem ausgehobenen Werkstückträger 13 mit einem der kollaborativen Roboter 6, 8 bearbeitet werden. Alternativ kann das Werkstück W durch einen der kollaborativen Roboter 6, 8 zum Arbeitsplatz 16 neben der Förderstrecke 4 befördert werden. Hier kann das Werkstück W durch eine Arretierungseinrichtung 18 örtlich fixiert und anschließend mit dem zweiten kollaborativen Roboter 6 bearbeitet werden. Ist die Bearbeitung beendet, wird das bearbeitete Werkstück W erneut auf dem Werkstückträger 13 auf der Förderstrecke 4 abgelegt und durch den ersten und/oder zweiten kollaborativen Roboter 6, 8 zum Werkstückausgang 10 befördert.
Im Ergebnis handelt es sich bei dem Tischmodul 1 folglich um ein vollkommen dezentrales Modul, welches zur Ausführung seines Bearbeitungsschritts nicht mit benachbarten Modulen kommunizieren und mit diesen vernetzt werden muss. Wie schematisch in Fig. 2 gezeigt, können mehrere der Tischmodule aus Fig. 1 zu einer Fertigungslinie 20 zusammengeführt werden. Die Fertigungslinie 20 umfasst in dieser Ausführungsform insgesamt drei Tischmodule 1 .1 , 1 .2 und 1 .3, wobei das erste
1 .1 und dritte Modul 1 .3 jeweils wie in Fig. 1 gezeigt eingerichtet sind. Das erste 1 .1 und das dritte Modul 1 .3 weisen demnach ebenfalls eine nicht gezeigte Erfassungseinrichtung 15.1 beziehungsweise 15.3 am Werkstückeingang und zwei kollaborative Roboter 6.1 und 8.1 beziehungsweise 6.3 und 8.3 auf. Die Erfassungseinrichtungen 15.1 beziehungsweise 15.3 sowie die kollaborativen Roboter
6.1 und 8.1 beziehungsweise 6.3 und 8.3 sind mit einer Steuereinrichtung 14.1 beziehungsweise 14.3 des jeweiligen Moduls verbunden. Demnach sind die Module 1 .1 , 1 .3 jeweils eingerichtet, um vollständig autark und automatisch bestimmte Bearbeitungsschritte an einem Werkstück W auszuführen, ohne dass eine Kommunikation oder Vernetzung mit benachbarten Modulen erforderlich ist. Das zweite Modul 1 .2 ist ebenfalls wie in Fig. 1 gezeigt ausgebildet, weist jedoch keine Roboterträger, keine kollaborativen Roboter und keine Erfassungseinrichtung auf. Das zweite Modul 1 .2 ermöglicht demnach das manuelle Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück W durch eine nicht gezeigte menschliche Arbeitskraft.
Die einzelnen Tischmodule 1 .1 , 1 .2 und 1 .3 sind hintereinander derart aufgebaut, dass der Werkstückausgang des ersten Tischmoduls 1 .1 an den Werkstückeingang des zweiten Tischmoduls 1 .2 und der Werkstückausgang des zweiten Tischmoduls 1 .2 an den Werkstückeingang des dritten Tischmoduls 1 .3 unmittelbar angrenzt. Über die aneinander angrenzenden Förderstrecken der einzelnen Tischmodule 1 .1 , 1 .2 und 1 .3 ist ein Werkstück W demnach durch die gesamte Fertigungslinie 20 beförderbar. Eine Vernetzung der einzelnen Module untereinander findet jedoch nicht statt.
Soll nun der Bearbeitungsschritt des zweiten Tischmoduls 1 .2 automatisiert werden, wird ein von der Fertigungslinie 20 örtlich getrenntes Tischmodul, das in Fig. 2 nicht gezeigt ist, auf den durch das zweite Modul durchzuführenden Bearbeitungsschritt vorbereitet. Genauer gesagt wird ein Tischmodul 1 wie es in Fig. 1 abgebildet ist mit einer Steuereinrichtung 14, Roboterträgern 5, 7, kollaborativen Robotern 6, 8 und einer Erfassungseinrichtung 15 bereitgestellt. Die Steuereinrichtung 14 wird so programmiert, dass der durch das zweite Tischmodul auszuführende Bearbeitungsschritt automatisiert durch die kollaborativen Roboter 6, 8 ausgeführt werden kann. Anschließend wird das manuelle Tischmodul 1.2 der Fertigungslinie 20 durch das vorbereitete automatisierte Tischmodul ersetzt. Da keinerlei Vernetzung und sonstige Anbindung unter den einzelnen Modulen 1.1 , 1.2 und 1.3 erforderlich ist, kann das automatisierte Tischmodul einfach und kostengünstig in die Fertigungslinie 20 integriert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Fertigungsmodul (1 ) zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück (W), wobei das Fertigungsmodul (1 ) ausgestaltet ist, um mit mindestens einem weiteren Fertigungsmodul zu einer Fertigungslinie (20) zusammengeführt zu werden, aufweisend eine Werkstückauflage (4) zum Aufnehmen eines Werkstücks (W), die einen Werkstückeingang (9), über welchen ein Werkstück (W) dem Fertigungsmodul (1 ) von einem weiteren Fertigungsmodul übergeben werden kann, und einen Werkstückausgang (10), über welchen das Werkstück (W) an ein weiteres Fertigungsmodul übergeben werden kann, aufweist; eine Fördereinrichtung (6, 8) zum Fördern des Werkstücks (W) von dem Werkstückeingang (9) zu einem Arbeitsplatz (16) und von dem Arbeitsplatz (1 6) zu dem Werkstückausgang (1 0); einen kollaborativen Roboter (6) zum Ausführen des Bearbeitungsschritts an dem Werkstück (W) an dem Arbeitsplatz (16); und eine Steuereinrichtung (14), die eingerichtet ist, um die Fördereinrichtung (6, 8) und den kollaborativen Roboter (6) unabhängig von Informationen außerhalb des Fertigungsmoduls (1 ) so zu steuern, dass die Fördereinrichtung (6, 8) das Werkstück (W) vom Werkstückeingang (9) zum Arbeitsplatz (16) fördert, der kollaborative Roboter (6) den Bearbeitungsschritt am Werkstück (W) am Arbeitsplatz (16) ausführt, und die Fördereinrichtung (6, 8) das bearbeitete Werkstück (W) anschließend vom Arbeitsplatz (1 6) zum Werkstückausgang (1 0) fördert.
2. Fertigungsmodul (1 ) nach Anspruch 1 , ferner mit einer Erfassungseinrichtung (15) zum Erfassen einer Werkstückübergabe am Werkstückeingang (9).
3. Fertigungsmodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fördereinrichtung einen kollaborativen Roboter (6, 8) zum Fördern des Werkstücks (W) aufweist, welcher insbesondere der kollaborative Roboter zum Ausführen des Bearbeitungsschritts an dem Werkstück ist.
4. Fertigungsmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Fördereinrichtung einen vom kollaborativen Roboter (6, 8) getrennten Förderantrieb zum Fördern des Werkstücks (W) aufweist.
5. Fertigungsmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Werkstückauflage eine Förderstrecke (4) aufweist, die sich vom Werkstückeingang (9) zum Werkstückausgang (10) erstreckt, entlang welcher das Werkstück (W) durch die Fördereinrichtung gefördert werden kann.
6. Fertigungsmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Werkstückträger (13) zum Tragen des Werkstücks (W), wobei die Fördereinrichtung zum Fördern des Werkstückträgers (13) ausgebildet ist.
7. Fertigungsmodul (1 ) nach Anspruch 6, wobei die Fördereinrichtung eine
Aushebeeinrichtung (17) zum Ausheben des Werkstückträgers mit dem Werkstück (W) aus der Förderstrecke (4) aufweist.
8. Fertigungsmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Arretierungseinrichtung (18) zum Arretieren des Werkstücks am Arbeitsplatz (16).
9. Fertigungsmodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Fertigungsmodul (1 ) als Tischmodul ausgebildet ist.
10. Fertigungsmodul (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit einer Roboterschnittstelle, die es ermöglicht, den Roboter (6, 8) selektiv aus dem Modul zu entfernen und hinzuzufügen.
11. Fertigungslinie (20) zum Bearbeiten eines Werkstücks (W), aufweisend mindestens zwei Fertigungsmodule (1.1 , 1.2, 1.3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Fertigungsmodule (1.1 , 1.2, 1.3) so angeordnet sind, dass ein Werkstück (W) vom Werkstückausgang des ersten Fertigungsmoduls (1.1 ) an den Werkstückeingang des zweiten Fertigungsmoduls (1.2) übergeben werden kann; und wobei die zwei Fertigungsmodule (1.1 , 1.2) nicht miteinander vernetzt sind.
12. Fertigungslinie (20) nach Anspruch 11 , bei dem das erste Fertigungsmodul (1.1) eingerichtet ist, um den ersten Bearbeitungsschritt durch den kollaborativen Roboter (6) auszuführen, und bei dem das zweite Fertigungsmodul (1.2) eingerichtet ist, um den zweiten Bearbeitungsschritt durch einen Menschen auszuführen, wobei bei dem zweiten Fertigungsmodul (1.2) insbesondere kein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist.
13. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Fertigungsmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend
Fördern des Werkstücks (W) vom Werkstückeingang (9) zum Arbeitsplatz (16) des Fertigungsmoduls (1 ) mit der Fördereinrichtung;
Bearbeiten des Werkstücks (W) am Arbeitsplatz (16) mit dem kollaborativen Roboter (6); und
Fördern des Werkstücks (W) vom Arbeitsplatz (16) zum Werkstückausgang (10) mit der Fördereinrichtung.
14. Verfahren zum Automatisieren einer Fertigungslinie (20) mit Fertigungsmodulen (1) nach Anspruch 10, umfassend
Vorsehen eines ersten Fertigungsmoduls (1.2) in der Fertigungslinie (20), bei dem kein kollaborative Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist, sodass ein manuelles Ausführen eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück durch einen Menschen ermöglicht wird; Bereitstellen eines zweiten Fertigungsmoduls, das nicht in die Fertigungslinie (20) integriert ist, bei dem ein kollaborativer Roboter in der Schnittstelle vorgesehen ist;
Einrichten des zweiten Fertigungsmoduls zum Ausführen des Bearbeitungsschritts mit dem kollaborativen Roboter; und
Austauschen des ersten Fertigungsmoduls (1.2) durch das zweite Fertigungsmodul.
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