用于在并行处理系统中装配复杂产品的方法和设备的制作方法

专利名称：用于在并行处理系统中装配复杂产品的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及装配复杂产品的方法和设备，特别涉及装配生产产品
的方法和设备，其利用柔性的可编程组件和测试单元(test cell)来提 高在并行处理系统中装配复杂产品的质量和效率。
背景技术：
在当今的制造工业中，装配产品的通常方式是利用在串行处理系 统中的装配线。串行处理系统被定义为使复杂产品移动通过连续、单 个操作或位置，以完成复杂产品的装配。当这种产品实质上复杂时，
串行处理系统甚至更为常见，从而需要对产品在不同位置进行各种不 同子部件和各种单独部件的装配。
典型地，装配线的串行处理从向装配线递送复杂产品开始，其中 复杂产品随后通过自动或手动地装载到装配线传送系统，传送系统沿 着装配线将复杂产品运送到各个工作站，其中各种部件和子部件被装
配到复杂产品中。例如，在串行处理发动机气缸盖装配线中，火花塞 可在第一工作站安装到气缸盖中，在安装火花塞后，传送系统可将气 缸盖运送到第二工作站，其中气缸盖可以转动以使得可将附加组件装 配到气缸盖的下侧或相对侧。气缸盖气门可在后续工作站被安装到气 缸盖上，并且在去往下一工作站时，气缸盖可以转动回到其初始位置。 接下来的工作站负责将气门弹簧安装到气缸盖上。传送系统继续将气 缸盖从工作站运送到工作站，直至气缸盖完全装配为止。装配线上工 作站的数量可根据气缸盖或部件的类型而改变。典型地，工作站的数 目在大约6到8个的范围内，其中传送系统穿过或临近每个工作站。 工作站和传送系统的定时对于这种装配线而言非常关键。在所述
例子中，复杂产品从一个工作站移动到下一个工作站，其中传送系统可以停止以允许在每个工作站实施操作。在特定工作站甚至会为完成 特定操作而指定一定量的时间。
尽管装配线在制造工业的整个历史中被使用，但这种装配线还是 受到效率低的困扰。例如，在汽车工业中的装配线通常用于汽车的特 定部件以及特定型号的汽车。因此，这种装配线不能用于制造汽车的 任意部件，而是只能够用于构建某些特定部件。因此，如果不再需要 该特定部件，例如不再生产使用该部件的特定型号的汽车，则特定装 配线在不进行大的重组的情况下不能使用。因此，装配线必须重组或 拆卸，并且必须安装新的装配线。这当然是非常费时且昂贵的任务， 并且在工业环境下是不希望的。
如前面所述，这些装配线典型地定时成给在特定工作站的劳动者 特定量的时间以完成在该特定工作站的操作。如果在该特定工作站出 现了问题以至于不再执行任务，例如工具坏了、传送系统停机了、某 些部件有缺陷等等，则整个系统不得不停下来直到问题解决。当这些 情况发生时，特定产品的制造暂停，这将导致在那特定组装线上生产 或组装的产品短缺。这种产品短缺又将导致其它组装线缺货从而要求 其它组装线也停机。因此制造设备通常多生产一些富余的部件以使得 在组装线出故障或停机时也能提供部件的充足供应。这种在组装线运 行中的不确定性会导致产品部件短缺或过剩。部件的短缺会导致其它 组装线缺少零件，而部件的过剩则会意味生产了 一些不必要的零件，
因此浪费时间和金钱。任何一种情况都导致低效，这是在工业化环境
中不希望的。
最后，组装线通常横跨制造设备的相当大的区域，以便给传送系 统、工作站以及劳动者提供足够的空间。制造设备中的地板空间可能 相当宝贵，因此总是希望能减小地板空间以生产特定产品。
希望能产生一种用于组装复杂产品的方法和设备，所述方法和设 备能生产各种类型的不同产品，能生产所需要的特定数量的部件，而 只占用工厂最小量的地板空间。

发明内容
本发明提供了 一种用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和 设备，其中该方法包括将至少一个基础部件和子部件的集合提供给装 载站用于组装复杂产品。至少一个基础部件和子部件的集合通过使用 传送系统自动传递到多个相似的计算机化的组装单元中的一个。通过 使用多个相似的计算机化的组装单元之一，至少一个基础部件和子部 件的集合被自动的组装成复杂产品。再通过使用传送系统，该复杂产 品从多个相似的计算机化的组装单元中的一个自动地传递到至少一个 计算机化的测试单元之一。在该所述至少一个计算机化的测试单元中， 该复杂产品被自动测试以确认该复杂产品的正确组装功能性。通过使 用传送系统，该复杂产品被自动地传送到传输站。
提供至少一个基础部件和子部件的集合的步骤可还包括提供零件 传输系统，该系统给传送系统供给所述至少一个基础部件。可设有套 件传输系统，用于为传送系统供给在套件容器中的子部件。提供零件 传输系统的步骤可还包括提供输送器，用于将所述至少 一个基础部件 传输到传送系统。提供用于供给套件容器中的子部件的套件传输系统 的步骤可还包括通过使用至少一个套件组装单元把子部件组装到套件 容器中的步骤。还可设有输送器，用于给传送系统传输套件容器。提 供零件传输系统的步骤还可包括提供输送器的步骤，该输送器用于给
传送系统传输其中组装有所述子部件的套件容器。
传送至少 一个基础部件和子部件的集合的步骤还可包括提供上方
台架(overhead gantry )系统的步骤，所述上方台架系统用于将套件 容器、至少一个基础部件、复杂产品传送到并传送出装载站、多个组 装单元、至少一个测试单元及传输站。在替代方案中，转送至少一个 基础部件和子部件的集合的步骤也可提供计算机化的机器人手臂，用 于自动传递套件容器、至少一个基础部件、复杂产品传送到并传送出 装载站、多个组装单元、至少一个测试单元及传输站。
本发明的方法也可包括将所述至少一个基础部件固定在翻转夹具 中，该翻转夹具在多个计算机化的组装单元中，用于将至少一个基础部件转动到希望的方向。另外，本方法可包括在多个计算机化的组装 单元中的一个中放置套件容器。本发明的方法也可包括在每个计算机 化的组装单元中设置计算机化的工具变换装置，用于自动地提供适当 的工具以把子部件组装到至少一个基础部件从而形成复杂产品。该方 法还包括在至少一个基础部件和适当的工具之间提供三个轴的线性运 动。另外，本发明的方法也可包括在翻转夹具和至少一个计算机化的 测试单元中固定复杂产品，用于将复杂产品转动到希望的方向。本方 法可包括在每个所述至少一个测试单元中设置计算机化的测试工具变 换装置，其用于自动提供用于测试复杂产品的适当的工具。在复杂产 品和适当测试工具之间可提供三个轴的线性运动。
本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的设备可包括装载 站，其用于提供组装复杂产品所需要的至少一个基础部件和子部件的 集合。多个计算机化的组装单元自动地把子部件组装到基础部件以形 成复杂产品。至少一个计算机化的测试单元自动地测试复杂产品，用 于复杂产品的正确组装功能性。在复杂产品被测试后，传输系统接收 该复杂产品。传送系统将子部件、至少一个基础部件以及复杂产品传 送到或传送出装载站、多个组装单元、至少一个测试单元以及传输站。
本发明的设备的装载站可还包括零件传输系统，其用于给传送系 统传输所述至少一个基础部件。套件传输系统给传送系统传输其内装 有子部件的套件容器。本发明的设备的部分传输系统可提供输送器， 其用于给传送系统传输所述至少一个基础部件。本发明的设备的套件 传输系统可还提供输送器，用于给传送系统传输套件容器。套件传输 系统可也提供套件自动组装单元，用于接收子部件和把子部件组装到 套件容器中。输送器把套件容器传输到传送系统。
本发明的设备的传送系统还提供计算机化的上方台架系统，其用 于自动地从装载站、计算机化的组装单元、至少一个计算机化的测试 单元以及传输站拾起套件容器、至少一个基础部件、复杂产品，并将 它们放置到装载站、计算机化的组装单元、至少一个计算机化的测试 单元以及传输站。在替代方案中，传送系统也包括计算机化的机器手臂，其用于自动地从装载站、计算机化的组装单元、至少一个计算机 化的测试单元以及传输站拾起套件容器、至少一个基础部件、复杂产 品，并将它们放置到装载站、计算机化的组装单元、至少一个计算机 化的测试单元以及传输站。
本发明的设备的计算机化的组装单元可包括安装在每个組装单元
里的翻转夹具，其用于把至少一个基础部件固定和转动到希望方向， 用于将子部件组装到所述至少一个基础部件。在每个计算机化的组装
单元中的套件容器夹具接收套件容器。在每个组装单元中的计算机化 的工具变换装置自动地提供适当的工具，用于在套件容器中的子部件 组装到所迷至少一个基础部件。翻转夹具和计算机化的工具变换装置 可在三个轴的线性运动上相对于彼此移动。
本发明的设备的所述至少一个计算机化的测试单元还提供安装在 每个所述至少一个自动测试单元中的翻转夹具，其用于把复杂产品转 动和固定到希望方向以便于测试复杂产品。在至少一个测试单元中的 计算机化的工具变换装置自动地提供适当的工具用于测试复杂产品。 翻转夹具和该适当工具可在三个轴的线性运动上相对于彼此移动。
本发明的设备的传输站可还提供在传输站内的第一区域，用于接 收有缺陷的复杂产品。传输站内的第二区域接收没有缺陷的复杂产品。
本发明的设备的组装单元和测试单元可还提供车架，翻转夹具和 套件容器夹具连接至所述车架。 一对导轨滑动地接收车架，导轨延伸 到组装单元和测试单元并且从组装单元和测试单元延伸，其中车架在 未装载位置和装载位置之间移动，在所述未装载位置，车架在组装单 元和测试单元外，在所述装载位置，车架在组装单元和测试单元内。


通过下面详细的描述和附图，本发明的各种其它用途将变得更加
清楚，其中
图1示出利用传统串行处理组装线组装复杂产品的现有技术方法 和设备；图2示出转换成本发明的组装单元的用于组装复杂产品的现有技 术方法和i殳备；
图3是本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设 备的等比例俯视图4是一组装单元的等比例图，该组装单元包含在本发明的用于 在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图5是一组装单元的等比例图，其中该组装单元具有一个保护面 板和一个连锁的门；该组装单元包含在本发明的用于在并行处理系统 中组装复杂产品的方法和设备中；
图6是一组装单元的侧视图，该组装单元包含在本发明的用于在 并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图7是一组装单元的端视图，该组装单元包含在本发明的用于在 并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图8是一测试单元的等比例图，该测试单元包含在本发明的用于 在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图9是一测试单元的侧视图，该测试单元包含在本发明的用于在 并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图10是一套件单元的俯视示意图，该套件单元包含在本发明的用 于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图11是本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的的方法 和设备的俯视示意图，其中装入了套件单元；
图12是本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和 设备的俯视示意图13是本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和 设备的俯视示意图，其中在传送系统中使用了机器人系统；
图14是本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和 设备在可替代实施例中的等比例图15是组装单元在可替代实施例中的等比例图，该组装单元包含 在本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；图16是组装单元在可替代实施例中的等比例的分解图，该组装单 元包含在本发明的在并行处理系统中的用于组装复杂产品的方法和设
备中；
图17是在装载位置的车架双线轨道在可替代实施例中的等比例
图，车架和双线轨道包含在本发明的用于在并行处理系统中组装复杂
产品的方法和设备中；
图18是在未装栽位置的车架和双线轨道在可替代实施例中的等 比例图，车架和双线轨道包含在本发明的用于在并行处理系统中组装 复杂产品的方法和设备中；
图19是车架在可替代实施例中的等比例图，车架包含在本发明的 用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图20是工具手臂在可替代实施例中的等比例图，该工具手臂包含 在本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图21是工具手臂在可替代实施例中的侧视图，该工具手臂包含在 本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备中；
图22是自动工具变换装置在可替代实施例中的透视图，该自动工 具变换装置包含在本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方 法和设备中；
图23是少量系统设置在可替代实施例中的透视实体化图，这些系 统设置包含在本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和 设备中；
图24是在工具变换装置中用到的机器人手臂在可替代实施例中 的透视实体化图，该机器人手臂包含在本发明的用于在并行处理系统 中组装复杂产品的方法和设备中。
具体实施例方式
参照附图，通过参照所公开的实施例将详细描述本发明。 图3-14描述了本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品12 方法和设备10。用于组装复杂产品12的方法和设备10提供装载站13 ，该装栽站具有用于将必要的部件传输给设备10的零件传输系统 14和套件传输系统16。传送系统18可包括但并不只限制于上方台架 系统或机器人系统，该传送系统在设备IO的长度上延伸，并独立地从 装载站13的零件传输系统14和套件传输系统16拾起部件和将部件携 带到多个相似的计算机化的组装单元或工作站20之一。在替代方案 中，部件到组装单元20的装载或卸栽可手动地完成。各个计算机化的 组装单元20基本上相似，并自动地把各种部件组装成复杂产品12。 因为各个计算机化的组装单元20基本上相似并且执行相同的操作，因 此本发明的方法和设备10被称作并行处理系统。 一旦复杂产品12在 某个组装单元20中被組装完成，传送系统18就把这个复杂产品12 从组装单元20中传送到计算机化的测试单元或工作站22。在替代方 案中，复杂产品12到测试单元22的装载和卸载可以手动地完成。复 杂产品12是被自动测试的，然后传送系统18把复杂产品12传送到传 输站23。传输站23具有零件废弃区域或输送器24，其中放置有缺 陷的复杂产品12;或自动零件包装(dunnage)装载系统或零件返回 系统26，在其中放置没有缺陷的复杂产品12。
本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品12的方法和设备 IO设计成可用于组装和测试汽车发动机的气缸盖。然而，本发明并不 局限于该用途，而更确切地说，本发明可以于组装其它更复杂的产品 (未示出)，例如汽车的变速箱、汽车发动机的活塞以及传动杆组合、 汽车发动机的活塞嵌入物、各种非汽车用的复杂产品、具有一定危险 或风险性的用品以及需要清洁环境的用品。为说明起见，我们将选择 气缸盖作为我们的复杂产品12。
为了提高本发明的效率，用于在并行处理系统中组装复杂产品12 的方法和设备10是构建在大体上很紧凑的空间内，线性排列，如本发 明所要求的那样以节约工厂的地板空间。然而，要注意的是本发明并 不局限于线性排列，而组装单元20更可是基本上平行关系，或者设备 10可设计成大体上的圆形或矩形构造。在设备10是线性排布的情况 下，传送系统18可包括计算机化的上方台架输送器19，其从设备IO的一端延伸到另一端，如图3、 11和12所示。该上方台架输送器19 通过使用多个竖直支撑梁34从制造设备的地板向上延伸。水平的支撑 梁或导向轨36从竖直支撑梁34延伸并连接到竖直支撑梁34。传送系 统18的上方台架输送器19具有一对相互独立的手臂38，该对手臂相 互独立地竖直运动，但沿着导轨36 —起水平运动。上方台架输送器 19的手臂38在手臂38的端部有工具40，其使得手臂38具有拾起、 移动和放置各种部件和零件到特定地方的能力。传送系统18的上方台 架输送器19在以下方面可以是自动化和计算机化的，即，它们可以在 决定必须在何时、何处将特定部件移动到设备IO上时响应于来自组装 单元20和测试单元22的通讯。
在另 一 个实施例中，传送系统18可以包括计算机化的机器人系统 39，如图13所示。机器人手臂41安装在导轨43上，其由从制造设备 的地板向上延伸的多个竖直支撑梁45支撑。机器手臂41沿着导轨43 线性运动并且在一些轴中可以转动以拾起各种部件和零件和将其沿着 设备10置到不同的地方。机器手臂41在一些轴上转动的能力允许设 备10的工作站20、22可大体上呈现如图所示的矩形或者椭圆形排布。
为了给设备10提供建造复杂产品12必须的部件，装载站13提供 了零件和套件传输系统14、 16，它们将必须的部件供给到设备10的 起始处，如图3-13所示。零件和套件传输系统14、 16可包含零件和 套件传输输送器45，其从制造设备的一个区域延伸，因此可将必须的 部件从制造设备的一个区域携带到设备10,或者也可以手动地把必须 的部件载入在设备10处的零件和套件传输系统14、 16中。然而，需 要注意的是虽然零件和套件传输输送器45是理想地适合本发明，但本 发明的零件和套件传输系统14、 16并不限于零件和套件传输输送器 45。例如，自动导向的车辆系统(未示出)也可用于零件和套件传输 系统14、 16。
零件传输系统14给设备10提供了机械加工的基础部件25，套件 传输系统16给设备10提供了内装有多个子部件27的套件容器28。 套件容器28装有对于把基础部件25正确组装成复杂产品12所必须的所有子部件27。例如，在气缸盖组装套件中，套件容器28中的子部 件可以包括气门弹簧、气门密封件、气门保持器和键、火花塞以及推 杆，并且基础部件25可由气缸盖构成。套件容器28可由第三方供给 者组装，或者该套件容器28通过自动套件单元或集成在设备10中的 工作站82完成，这将在另一个实施例中描述。需要注意的是，本发明 并不局限于容器28中所列出的子部件27，而是本发明可以包括在组 装复杂产品12时所需要的任何数量的子部件。在可替代实施例中，子 部件27和基础部件25可以直接通过零件导入槽输入给组装单元20。
为了把基础部件25和套件容器28载入组装单元20,基础部件25 和套件容器28通过传送系统18被传送到三个独立的组装单元20中的 一个。虽然在图中示出三个组装单元20，但需要注意的是本发明并不 局限于三个组装单元20,而是任何数量的组装单元均可使用，这依赖 于设备10的预期输出。在传送系统18是上方台架输送器19的情况下， 上方台架输送器19的机械手臂38相互独立地并且竖直向下地移动， 以通过使用安装在上方台架输送器19的手臂38端部的工具40而与来 自零件和套件传输系统14、 16的基础部件25或套件容器28接合。 手臂38然后从零件和套件传输系统14、16升高复杂产品12和套件容 器28，并通过上方台架输送器19一起横向地把复杂产品12和套件容 器28传到希望的组装单元20。手臂38把基础部件和套件容器28相 互独立地降低到组装单元20中。 一旦基础部件25和套件容器28被 放置在组装单元20中，上方台架输送器19的手臂38就被升高并离开 组装单元20,因此允许组装单元20可以开始组装操作，即把套件容 器28中的子部件27与基础部件25组装成复杂产品12。
为了把基础部件25和套件容器28中的子部件27组装成复杂产品 12，各个组装单元20彼此基本相似，因此复杂产品12由组装单元20 之一完全组装。本发明的组装单元20的优点在于，它们执行几个独立 的机器和操作的操作。例如，在组装复杂产品12时，例如气缸盖，利 用了串行处理的传统组装线包括火花塞安装操作100、气缸盖转动操 作102、气缸盖气门装载操作104以及气缸盖气门的上键操作106在内的一些操作，如图1和2所示。如前面提到的那样，这些传统操作 中的每一个都需要单独的机器和工作站来完成各个操作过程。本发明 的组装单元20把上面所提及的操作与组装复杂产品12所需要的设备 结合到一个单独的组装单元20中。组装单元20有大体上矩形的构造， 并配有防护面板42和互锁门44以禁止任何人在组装单元20工作时 进入组装单元20，如图2-7所示。本发明的组装单元20是自固定 (self-standing)的，并净皮独立地支承，从而4吏组装单元20可以通过 使用叉车(未示出)和高架起重机(未示出)而自由移动。 一旦组装 单元20处在其希望的位置，通过使用传统的锚定紧固件46，组装单 元20就可被锚定在制造设备的地板上。组装单元20的可操作性给本 发明提供了额外的灵活性，这是因为与传统的组装线相比，通过较少 量的努力就可移动或重新设置本发明的设备10。
如前面所述，基础部件25通过传送系统18放入组装单元20中， 并且基础部件25被翻转夹具48气动地夹持。翻转夹具48保持基础部 件25，并且允许基础部件25转动360。以将基础部件25定位到希望的 取向。伺服从动"Alpha轴"50与翻转夹具48相连，并且提供翻转 夹48的动力转动。当套件容器28被放入组装单元20时，传送系统 18把该套件容器28放在工作台52上，该工作台被固定在组装单元20 中的平台54上。工作台52可以具有相反下沉的边缘(counter-sunk edge)或定位器以把套件容器28定位并保持在正确的位置。
为了把套件容器28中的所有子部件27组装到基础部件25,组装 单元20提供了三维线性运动以及转动运动。如前面提到，用于保持基 础部件25的翻转夹具48提供了基础部件25的转动。翻转夹具48被 安装在相同的平台54上，该平台支撑用于保持套件容器28的工作台 52。平台54安装在第一伺服从动齿条和小齿轮56上，小齿轮56提 供基础部件25和套件容器28沿 "X"轴的线性运动。"X"轴伺服从 动齿条和小齿轮56安装在组装单元20的底部。第二伺服从动齿条和 小齿轮58也沿组装单元20的一个侧面安装，并提供横跨组装单元20 的"Y"轴方向的纵向运动。两个伺服从动 "Z1"和"Z2"轴竖直滚珠丝杠滑动件60与"y"轴连接。"zr和"z2"竖直滚珠丝杠滑动 件60提供了向上和向下的运动或基本垂直于"y"轴伺服从动齿条和 小齿轮58的运动。伺服从动"zr和"z2"轴竖直滚珠丝杠滑动件 60的端部具有快速工具变换头62，该快速工具变换头62装有许多工 具64以进行特定组装操作。该快速工具变换头62允许在伺服从动 "Zr，和"z2"轴竖直滚珠丝杠滑动件60上使用其它加工头66。 为了利用所述其它加工头66，自动八位置工具变换装置68安装 在组装单元20的底部。该工具变换装置68的八个位置中的每个位置 可在装配过程中容纳不同的加工头66。每个快速变换加工头66提供 单独的加工，用于完成套件容器28中的子部件27和基础部件25的不
同组装操作以形成复杂产品12。 "y"轴齿条和小齿轮能在用于"zr
和"z2"轴竖直滚珠丝杠滑动件60的适当位置传递希望的加工头62、 66以交换加工头62、 66。
为了使得组装单元20进行必要的组装操作以形成复杂产品12， 可编程控制器76安装在组装单元20的一侧。组装单元的可编程控制 器76在伺服驱动器50、 56、 58、 60和工具变换装置68之间提供电 子通信，以确保4吏用适当的加工头62、 66和工具64，并且用工具64 进行适当的移动，以确保把子部件27和基础部件25正确地组装成复 杂产品12。
为了确保复杂产品12被正确组装，测试单元22定位在沿着传送 系统18靠近最后的组装单元20的较远处。虽然在图3、 11和12中示 出单个测试单元22，但要注意的是本发明并不局限于单个测试单元 22，而是可根据设备10的预期产量使用任意数目的测试单元22 (例 如，图13中的两个测试单元22)。在可替代实施例中，测试单元22 甚至可集成在组装单元20中。测试单元22的构造与组装单元20相似， 这是因为测试单元22具有基本矩形的构造，在测试单元22的周围还 设有防护面板42和互锁门44以禁止人员在测试单元22工作时进入， 如图8和9所示。测试单元22具有与组装单元20中设置的翻转夹具 相似的翻转夹具48，用于在测试单元22中接收复杂产品12。因此，翻转夹具48气动地夹住复杂产品12，并且伺服从动"Alpha轴"50 可以给组装好的复杂产品12提供360。的转动以使得复杂产品12的所 有区域都可达到。与组装单元20中的情况相似，翻转夹具也相似地安 装在伺服从动"X"轴齿条和小齿轮56上，以移动组装好的复杂产品 12。
为了自动地测试组装好的复杂产品12，与组装单元20中的情况 相似，沿测试单元22的侧面安装第二伺服从动"Y"轴齿条和小齿轮 58。与組装单元20中的情况相似，伺服从动"Z"轴单个竖直滚珠丝 杠滑动件60安装至伺服从动"Y"轴齿条和小齿轮56,由此提供沿Y 和Z轴方向的移动，以快速变换安装在"Z"轴伺服从动滚珠丝杠滑 动件60端部上的快速变换测试加工头62。快速变换测试加工头62使 得测试工具64可与各种其它测试加工头66实现互换。与组装单元20 相似，测试单元22具有自动的八位置工具变换装置68。工具变换装 置68的每个位置保持一测试加工头66。这允许"Z"轴伺服从动滚珠 丝杠60上的测试工具64的互换。
伺服驱动器50、 56、 58、 60与工具变换装置68之间的通信通过 安装在测试单元22侧面上的可编程控制器80提供。可编程控制器训 协调伺服驱动器50、 56、 58、 60与工具变换装置68的运动和操作， 以确保测试工具64适当的运动和操作，从而测试组装好的复杂产品 12的组装功能性。可编程控制器80也判定复杂产品12是否有缺陷或 者复杂产品12在尺寸和功能上是否可接受。测试单元的可编程控制器 80也与组装单元的可编程控制器76电子通信，以确保所有可编程设 备之间相互协调一致。
一旦在测试单元22中测试完组装好的复杂产品12，传送系统18 就把组装好的复杂产品12从测试单元22转移到传输站23。如果测试 单元22判定某组装好的复杂产品12有缺陷，即复杂产品12中的某个 部件未正确组装、复杂产品12中的某个特定部分不在公差之内、复杂 产品中某个部分的功能不正常等等，则传送系统18将把该有缺陷的复 杂产品12带到传输站23的零件废弃区域或者输送器24，如图3与图10-14所示。传输站23的零件废弃区域或者输送器24沿传送系统18 定位在较远处并靠近测试单元22。 一旦有缺陷的复杂产品12被放置 在传输站23的零件废弃区域或者输送器24处，则有缺陷的复杂产品 12将带入检查站(未示出)，其中有缺陷的复杂产品12可被进一步分 析和返工，或者有缺陷的复杂产品12将被送到储存区域(未示出)， 其中该有缺陷的复杂产品12可由劳动者收集。
套件容器返回输送器30可临近传输站23的零件废弃区域或者输 送器24并且与其基本平行地延伸。 一旦子部件27被从套件容器28 中移走并被组装到基础部件25以形成复杂产品12,传送系统18就从 组装单元20收集空的套件容器28。传送系统18把空的套件容器28 从组装单元20中转移到容器返回输送器30上，在此处套件容器28 将被收集、重新填充并返回到设备IO的起始处。
如果组装好的复杂产品12通过了测试单元22中的检查，则传送 系统18把组装好的复杂产品12从测试单元22移走，并把组装好的复 杂产品12转移到传输站23的自动零件包装或者零件返回系统26处。 完工的复杂产品12将从该处被转移到另 一位置，在该位置处完工的复 杂产品可被作为子组件安装到另 一个产品中。
在另一个实施例中，套件容器28可在套件单元82中被自动地填 充有子部件27，这与将预先填充有子部件27的套件容器28传输到传 输系统16不同，见图10和11。套件单元82定位在传送系统18的起 始端下方，并且套件单元82具有被保护面板42和互锁门44围绕的矩 形构造，相似于如图4-5和8-9所示的组装单元20和测试单元22。伺 服从动"Y1"和"Y2"轴双独立齿条和小齿轮台架84沿套件单元82 的一侧安装。伺服从动"X"轴齿条和小齿轮滑杆86支撑着套件容器 28，并且能使套件容器28沿X轴运动。伺服从动"Y3"轴梳状擒纵 装置88接收各种子部件27。例如，在气缸组装线上，可从单独的零 件供给系统96接收气门密封件90、气门弹簧92和气门保持器和键94。 通过移动伺服从动"Y2"轴齿条和小齿轮台架86使其滑过伺服从动 "Y3"轴梳状擒纵装置88，气门子部件90、 92、 94可被拾起并放置
20在套件容器28中。在套件单元82的相对侧， 一对气门子部件输送器 98传送子部件27,例如，在气缸盖组装线上，这种子部件可包括阀门 和火花塞。伺服从动"Y1"轴齿条和小齿轮台架滑动件在气门子部件 输送器98上方移动，其中子部件27可被装入套件容器28中。 一旦套 件容器28装载有子部件27，传送系统18就把套件容器28从套件单 元82中拾起并提升，并且把套件容器28转移到组装单元20中的一个。
在运行过程中，套件容器28由套件传输系统16供给到设备10, 套件传输系统16可利用套件传输输送器45来传输填充状态的套件容 器28，或者套件传输系统16可利用套件单元82把适当的子部件填充 到套件容器28中，如前文所述或如图3-13所示。基础部件25由零件 传输系统14供给到设备10，零件传输系统14可利用零件和套件传输 输送器45来装载复杂产品12。传送系统18把基础部件25拾起并放 入组装单元20之一中的翻转夹具48中。另外，传送系统18也把套 件容器28拾起并将其放到同一组装单元20中的工作台52上。组装单 元20通过使用特定的加工头62、 66把套件容器28中的各个子部件 27组装到基础部件25。加工头62、 66可互换，以便用适当的工具64 将各子部件27组装到基础部件25。 一旦复杂产品12被组装完毕，传 送系统18就把组装好的复杂产品12移走，并把该复杂产品12转移到 测试单元22。另外，空的套件容器28通过传送系统18移走，并被转 移到套件容器返回输送器30。 一旦组装好的复杂产品12被放置在测 试单元的翻转夹具48中，测试单元22就自动地运行适当的测试以确 保复杂产品12是没缺陷的。如果测试单元22判定组装的复杂产品12 是有缺陷的，则传送系统18就把该复杂产品12移走并把它放入传输 站23的零件废弃区域或输送器24上，在此处复杂产品12将被返工或 转移到其它区域。如果组装单元22判定组装好的复杂产品12是没缺 陷的，则传送系统18就把该复杂产品从测试单元22中移走，并把复 杂产品12转移到传输站23的自动零件包装装载系统或零件返回系统 26处。然后，该复杂产品12可被传送到希望的区域。
在本发明的用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备
2110的可替代实施例中，装载站13具有零件传输系统14和套件传输系 统16,如前文所述。另外，可设有传输站23，如前文所述。然而，组 装单元20和测试单元22可具有几个不同的特征。如图14-16所示， 组装单元200和测试单元201具有与前面所述的组装单元20和测试单 元22相似的整体构造；然而，如图14-19所示，双线性导轨202通过 使双线性导轨202从组装单元200和测试单元201外部延伸到内部而 允许套件容器28和基础部件25在组装单元200和测试单元的201外 部装栽。这就使得单个组装单元200和测试单元201可交错排列，见 图14。借助这种构造，如前文所述，传送系统18从组装单元200和 测试单元201的外面装载和卸载套件容器28、基础部件25和复杂产 品12。通过交错排列组装单元200和测试单元201，线性导轨202的 端部直接在送系统18下方线性地排列。这种特定构造允许复杂产品 12可以大批量的输出。
为了把套件容器28、基础部件25和复杂产品12移进和移出组装 单元200和测试单元201，车架204可滑动地附装至双线性导轨202， 并且在卸载位置和装栽位置之间运动，在所述卸载位置，车架204在 组装单元200或测试单元201的外面，在所述装载位置，车架204在 组装单元200或测试单元201的里面。通过使用带驱动器206，车架 204在卸载位置和装载位置间被驱动。车架204包括转动夹具208，其 用于接合組装单元200中的基础部件25和测试单元201中的复杂产品 12并将它们转动定位到希望的方向上。另外，车架204提供临近转动 夹具208的每一侧的一对夹具210，用于接合一对套件容器28。套件 容器28具有一对夹子211，所述一对夹子211从套件容器28的端部 延伸以互补地接合夹具210并把套件容器28固定在车架204上。 一旦 把套件容器28和基础部件25装栽到车架204上，车架204就可移动 到组装单元200内的装载位置。相似地， 一旦复杂产品12装入车架 204，车架204就可移动到测试单元201的装载位置。当车架204在装 载位置时，安装在组装单元200和测试单元201中的双线性导轨202 的端部处的伺服驱动器212可接合转动夹具208上的轴213并将其转动到希望的位置。如前文所述，当车架204在未装载位置时，传送系 统18把套件容器28和基础部件25装载到组装单元200的车架204 中。同样，当车架204在未装载位置时，传送系统18可把复杂产品 12装载到测试单元201的车架204中。
当车架204处在组装单元200和测试单元201中的装载位置时， 一对基本平行的导轨214从双线性导轨202的两侧大致垂直地延伸， 见图16和22。每套大致平行的导轨214都具有设置在基本平行的导
中的测试工具216。工具216具有工具适配器板217,该工具适配器板 具有贯穿其延伸的孔219，其用于接合基本平行导轨214上的销222 以固定并定位工具216。为了在复杂产品12上运行不同的组装和测试 功能，每个工具216是不同的。每个工具216都有快速变换适配器218， 其可通过工具手臂220接合和分离。通过使用快速变换适配器218， 工具手臂220可以快速地接合和分离各工具216。
如图20和21所示，通过使用滚珠丝杠和伺服系统224，工具手 臂220可以沿Z-轴驱动，因此允许从基本平行的导轨214升高和降低 组装和测试工具216。通过齿条和小齿轮Y-轴台架221和伺^^系统， 工具手臂220也可沿着组装单元200和测试单元201被沿长度方向驱 动，因此允许组装工具216从组装单元200中的套件容器28和基础 部件25移进和移出，或者允许测试工具216从复杂产品12移进或移 出。由于在双线性导轨202的每侧都有一对工具手臂220和套件容器 28，子部件27和基础部件25能以较及时的方式组装成复杂产品12。 相似地，测试单元201中的所述成对工具手臂220可加速复杂产品的 测试。在可替代实施例中，工具手臂220可包括机器人手臂230,见 图24，其沿着导轨232被驱动，并提供多个运动自由度。
除了与套件容器28和基础部件25的情形相反，复杂产品12是装 在车架204中之外，本发明的该实施例的测试单元201与组装单元200 相似。另外，测试单元201中使用了测试工具216，这与组装单元200 中的组装工具216不同。在结构上，組装单元200与测试单元201保持相同。
需要注意的是，在另一个实施例中，通过使组装单元200和测试 单元201彼此相对，并且装载站输送器225、 226和传输站输送器227 在组装单元200和测试单元201之间延伸，如图23所示，本发明可用 到小体积的系统构造。因此，套件容器28和基础部件25可以手动地 装载到组装单元200的车架204上，或者套件容器28和基础部件25可 通过前文所述的传送系统18中的一个自动地装载。把复杂产品12装 载入测试单元201可以手动地或自动地完成。
虽然已接合目前认为是最实际或优选的实施例说明了本发明，但 应理解的是本发明并不局限于所公开的实施例，而是相反，它倾向于 涵盖各种各样的修改或同等的布置，这些修改和布置包括在所附权利 要求的精神和范围之内。这个范围与最宽泛的解释是一致的，因此在 法律许可的条件下，该范围可以把这些修改和等同的结构包括在内。
权利要求
1. 一种用于在并行处理系统中组装复杂产品的方法，包括步骤提供至少一个基础部件和子部件的集合给装载站，用于组装所述的复杂产品；通过使用传送系统，给至少一个相似的计算机化组装单元之一自动地传送所述至少一个基础部件和所述子部件的集合；通过使用所述至少一个计算机化组装单元，自动地把所述基础部件和所述子部件的集合组装成所述复杂产品；以及通过使用所述传送系统，自动地给传输站传送所述复杂产品。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括步骤通过使用所述传送系统，把所述复杂产品从所述至少 一个组装单 元自动地传送到至少 一个相似的计算机化测试单元之一 ；以及在所述至少一个计算机化测试单元中自动地测试所述复杂产品， 以确保所述复杂产品的正确的组装功能性。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述提供至少一个基础部件和 子部件的集合的步骤还包括步骤手动地把所述子部件和所述至少一个基础部件装栽入所述传送系统。
4. 如权利要求2所述的方法，其中所述提供至少一个基础部件和 子部件的集合的步骤还包括步骤提供零件传输系统，用于给所述传送系统供给所述至少 一个基础 部件；以及提供套件传输系统，用于给所述的传送系统供给在套件容器中的 所述子部件。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述提供零件传输系统的步骤 还包括步骤提供输送器，用于给所述传送系统传输所述至少一个基础部件。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述提供套件传输系统以用于供给在套件容器中的所述子部件的步骤还包括步骤通过使用至少一个套件组装单元，自动地把所述子部件组装入所 述套件容器中；以及提供输送器，用于把所述套件容器传输到所述传送系统。
7. 如权利要求4所述的方法，其中所述提供零件传输系统的步骤 还包括步骤提供输送器，用于把装有所述子部件的所述套件容器传输到所述 传送系统。
8. 如权利要求4所述的方法，其中所述传送所述至少一个基础部 件和所述子部件的集合的步骤还包括步骤提供上方台架系统，用于把所述套件容器、所述至少一个基础部 件和所述复杂产品传送到所述装载站、所述多个组装单元、所述至少 一个测试单元和所述传输站和从所述装载站、所述多个组装单元、所 述至少一个测试单元和所述传输站传送所述套件容器、所述至少一个 基础部件和所述复杂产品。
9. 如权利要求4所述的方法，其中所述转送所述至少一个基础部 件和所述子部件的集合的步骤还包括步骤提供计算机化的机器人手臂，用于把所述套件容器、所述至少一个基础部件和所述复杂产品从所述装载站、所述多个组装单元、所述 至少一个测试单元和所述传输站自动地装入和传出。
10. 如权利要求4所述的方法，还包括步骤在所述多个计算机化的组装单元之一中的翻转夹具中固定所述至 少一个基础部件，用于将所述至少一个基础部件转动到希望的取向上； 以及把所述套件容器放入所述多个计算机化的组装单元之一中。
11. 如权利要求2所述的方法，还包括步骤在每个所述计算机化的组装单元中，提供计算机化的工具变换装 置，用于自动地提供适当的工具以把所述子部件组装到所述至少一个 基础部件以形成所述复杂产品；以及在所述至少一个基础部件和所述适当的工具之间提供三个轴的线 性运动。
12. 如权利要求2所述的方法，还包括步骤在所迷至少 一 个计算机化的测试单元中的翻转夹具中固定所述复 杂产品，用于将所述复杂产品转动到希望的取向上；在所述至少一个测试单元的每个中，提供计算机化的测试工具变 换装置，用于提供适当的测试工具以测试所述复杂产品；以及在所述复杂产品与所述适当的测试工具之间提供三个轴的线性运动。
13. —种用于在并行处理系统中组装复杂产品的设备，包括 装载站，用于提供组装所述复杂产品所需的至少一个基础部件和子部件的集合；多个计算机化的组装单元，用于把所述子部件自动地组装到所述基础部件以形成所述复杂产品；传输站，其用于在所述复杂产品被组装后接收所述复杂产品；和 传送系统，其用于把所述子部件、所述至少一个基础部件和所述复杂产品传进和传出所述装载站、所述多个组装单元和所述传输站。
14. 如权利要求13所述的设备，还包括至少一个计算机化的测试单元，用于自动地测试所述复杂产品以 测试所述复杂产品的正确组装功能性。
15. 如权利要求14所述的设备，其中所述装载站还包括 手动地把所述子部件和所述基础部件载入所述传送系统。
16. 如权利要求14所述的设备，其中所述装载站还包括 零件传输系统，用于把所述至少一个基础部件传输到所述传送系统；和套件传输系统，用于把装有所述子部件的套件容器传输到所述传 送系统。
17. 如权利要求14所述的设备，其中所述零件传输系统还包括 输送器，用于把所述至少一个基础部件传输到所述传送系统。
18. 如权利要求14所述的设备，其中所述套件传输系统还包括 输送器，用于把所述套件容器传输到所述传送系统。
19. 如权利要求14所述的设备，其中所述套件传输系统还包括 自动套件组装单元，用于接收所述子部件并把所述子部件组装入所述套件容器中；和输送器，用于把所述套件容器传输到传送系统。
20. 如权利要求14所述的设备，其中所述传送系统还包括 计算机化的上方台架系统，用于自动地把所述套件容器、所述至少一个基础部件和所述复杂产品拾起并且把它们放入或送出所述装栽 站、所述计算机化的组装单元、所述至少一个计算机化的测试单元和 所述传输站。
21. 如权利要求14所述的设备，其中所述传送系统还包括 计算机化的机器人手臂，用于自动地把所述套件容器、所述至少一个基础部件和所述复杂产品拾起并且把它们放入或送出所述装载 站、所述自动组装单元、所述至少一个自动测试单元和所述传输站。
22. 如权利要求14所述的设备，其中所述计算机化的组装单元还 包括安装在每个所述组装单元中的翻转夹具，用于把所述至少一个基 础部件转动并固定到希望的取向上以所述子部件组装到其上；在每个所述计算机化的组装单元中的套件容器夹具，其用于接收 所述套件容器；在每个所述组装单元中的计算机化的工具变换装置，其用于自动 地提供适当的工具以把所述套件容器中的所述子部件组装到所述至少 一个基础部件；和所述翻转夹具和所述计算机化的工具变换装置可在三个轴的线性 运动上相对于;f皮此运动。
23. 如权利要求14所述的设备，其中每个所述至少一个计算机化 的测试单元还包括安装在每个所述至少一个计算机化的测试单元中的翻转夹具，用于把所述复杂产品转动并固定到希望的取向上以测试所述复杂产品； 在所述至少一个测试单元中的计算机化的工具变换装置，其用于自动地提供适当的测试工具以测试所述复杂产品；以及所述翻转夹具和所述适当的测试工具可在三个轴的线性运动上相对于彼jt匕运动。
24. 在权利要求20所述的设备中，还包括连接有所述翻转夹具和套件容器夹具的车架；和一对导轨，其允许可滑动地接收所述车架，所述导轨延伸到所述 组装单元并从所述组装单元延伸，其中所述车架在未装载位置和装载 位置之间移动，在未所述装栽位置时，所述车架在所述组装单元外， 在所述装载位置时，所述车架在所述组装单元内。
25. 在权利要求13所述的设备中，其中所述的传输站还包括 在所述传输站中的第一区域，其用于接收具有缺陷的所述复杂产品；以及在所述传输站中的第二区域，其用于接收没有缺陷的所述复杂产口口口 0
全文摘要
本发明涉及用于一种在并行处理系统中组装复杂产品的方法和设备，其中部件的集合用于组装复杂产品。本发明包括通过使用传送系统把部件的集合传送给多个相似的计算机化的组装单元之一。部件的集合通过使用计算机化的组装单元被自动地组装成复杂产品。然后，复杂产品被从组装单元之一转送到计算机化的测试单元中，其中复杂产品经过测试以确保该复杂产品的正确的尺寸和功能。如果复杂产品是有缺陷的，则该复杂产品通过传送系统被从测试单元转送到零件废弃区域或输送器；如果复杂产品是没有缺陷的，则其被转送到自动包装装载或零件返回系统。
文档编号B23P21/00GK101456128SQ200810145939
公开日2009年6月17日 申请日期2008年8月14日 优先权日2007年12月12日
发明者J·格雷厄姆, R·A·华莱士, T·R·布朗 申请人:柯马公司