用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于借助位置确定系统和定位装置将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的系统。本发明还涉及一种用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的方法，该方法可在这种系统上实施。

背景技术：

在自动化的生产和装配系统中，设置在第一位置上的待加工物体被定位装置接纳并且又放置在第二位置上。为此，定位装置具有用于接纳以及释放待加工物体的接纳装置。在将待加工物体放置在第二位置上时需要尽可能精确地定位待加工物体，以确保接下来的生产或装配过程的尽可能高的过程可靠性。在自动化的生产和装配系统中，待加工物体的错误定位可能导致有缺陷的产品并在极端情况下导致生产或装配系统停工。

尤其是在汽车工业中使用这种自动化的生产和装配系统。在制造纤维增强构件、如壳式构件时，待加工物体借助增强纤维增强以便提高强度和刚度。这种物体通常构造为塑料构件并且因此被称为纤维增强塑料。纤维增强塑料包含增强纤维，其嵌入塑料基质中。由于常规的机械负荷常常不均匀地分布在构件上，因此构件为了减少总重而常常具有根据该机械负荷设计的纤维增强部。这种纤维增强构件因此具有可在相应构件上不同地设计的纤维增强部，以致构件的一些部位例如具有较强的、纤维增强部或增强纤维定向不同于其它部位的纤维增强部。

为了制造局部构造有纤维增强部的构件，使用冲压模具，其具有用于接纳增强纤维的凹腔。因为当增强纤维沿力流方向定向时纤维增强塑料具有特别高的负荷能力，所以除了将增强纤维精确定位在构件待增强部位上之外，增强纤维相对于构件的精确定向对于尽可能高效地增强构件也十分重要。增强纤维在冲压模具中的不精确或者说错误定位可能导致构件的局部过压并且因此损坏构件。增强纤维在冲压模具中的不精确或者说错误定向可能导致增强纤维不能最佳地相对于力流定向并且因此不能发挥足够的构件增强效果，以致构件可能无法按规定使用。基于此，这种生产和装配系统对用于将构件、如纤维增强塑料精确放置在生产装置上的系统的可靠性要求非常高。

已知一种用于将待加工物体放置在生产装置上的系统，在该系统中，待加工物体可设置在定位装置的接纳装置上。该系统包括用于检测待加工物体相对于定位装置的相对位置的光学识别系统。此外，该系统还包括生产装置相对于系统的理想相对位置的位置数据。这种系统的缺点在于，生产装置的错误位置不能由系统识别并且可能导致有缺陷的产品。因此，生产装置只能在极小公差下相对于系统进行设置。该过程非常费时并且导致生产系统过长的停工和由此引起的制造成本增加。

技术实现要素：

因此，本发明的任务在于，在用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的系统中至少部分消除上述缺点。本发明的任务尤其是在于，提供一种用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的系统，该系统能够将待加工物体位置精确地放置在生产装置上且无须复杂地将生产装置定向。本发明的任务还在于，提供一种用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的方法，该方法至少部分消除上述缺点。

上述任务通过具有权利要求1特征的系统以及通过具有权利要求9特征的用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的方法来解决。本发明的其它特征和细节由从属权利要求、说明书和附图给出。在此，结合装置描述的特征和细节当然也适于与根据本发明的方法相结合，并且反之亦然，从而在对各个发明方面的公开内容方面始终互相参考或可相互参考。

根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的系统来解决，该系统包括至少一个用于确定待加工物体相对于生产装置的相对位置的位置确定系统和用于将待加工物体放置在生产装置上的定位装置。定位装置具有用于接纳以及释放待加工物体的接纳装置以及用于使待加工物体从第一位置运动到第二位置中的可运动臂。所述位置确定系统具有至少一个位置检测设备，该位置检测设备构造用于检测接纳装置相对于位置检测设备的相对位置。此外，所述位置检测设备构造用于检测待加工物体相对于位置检测设备的相对位置以及生产装置相对于位置检测设备的相对位置。

“待加工物体的位置”在本发明意义中理解为待加工物体的位置和定向。因此，通过位置来确定实体在三维空间中的所有自由度。

待加工物体优选是局部纤维增强的半成品，其也称为拼板(Tailored Blanks)。待加工物体优选主要由塑料制成并且包含增强纤维。

在本发明意义中，生产装置是生产设备的一部分，在该生产设备上可设置待加工物体用于加工。生产装置例如可构造为夹紧装置(如夹紧台、或成形模具的一部分)，该夹紧装置例如具有局部突起和/或凹部。在本发明意义中，“设置在生产装置上”也可理解为设置在生产装置中或上并且因此不局限于“生产装置旁”的意义。

位置确定系统具有至少一个位置检测设备，借助该位置检测设备可检测物体在位置确定系统的操作区内相对于位置检测设备的位置。由于位置检测设备在位置确定系统的操作区内的位置是已知的，因此可确定物体相对于操作区内每个参考点和因此相对于生产装置的位置。

定位装置是可在第一位置上接纳待加工物体并将其又放置在第二位置上的装置。在此，定位装置构造用于位置精确地、即在预规定位置上以及在预规定定向的情况下放置待加工物体。定位装置与位置确定系统耦合，使得所获得的待加工物体和生产装置的位置信息可用于由定位装置将待加工物体位置精确地放置在生产装置上。

这种系统的优点在于，通过借助位置检测设备检测生产装置的位置，就不再需要将生产装置相对于位置确定系统或定位装置精确地定向，这是因为可由位置确定系统检测生产装置可能的从规定位置的位置偏移并且因此可通过相应控制定位装置加以补偿。通过这种方式例如可在生产装置的首次安装或维护时显著减少停工时间并且因此大大降低生产成本。此外，本发明系统还可实现过程可靠性的显著提高，这是因为所有对于生产重要的位置可在生产期间被检测并且因此现场可用。因此，可立即识别并且补偿偏移、如半成品的偏转，且无须为此中断生产。

根据本发明的一种优选扩展方案，位置确定系统具有至少一个第一参考标记和至少一个第二参考标记，所述第一参考标记可设置在接纳装置上并且第二参考标记可设置在生产装置上。位置确定系统在此构造用于确定第一参考标记和第二参考标记相对于位置检测设备的相对位置。在此需要确定第一参考标记相对于接纳装置的位置以及第二参考标记相对于生产装置的位置，由此可通过所确定的参考标记位置来推导出接纳装置以及生产装置的位置。这种参考标记具有以下优点，即，接纳装置和生产装置的位置可简单地由位置检测设备检测。由此进一步提高了系统可靠性。

优选地，位置确定系统还构造用于确定待加工物体相对于第一参考标记的相对位置。在本发明意义中，这通过确定待加工物体相对于第一参考标记还是相对于接纳装置的位置来进行并不重要，因为第一参考标记相对于接纳装置的相对位置已经确定。这种系统的优点还在于，待加工物体无须精确设置或定向到接纳装置上，因为可由位置检测设备检测可能的从规定位置的位置偏移并且因此可由定位装置在放置待加工物体时加以补偿。由此进一步提高了过程可靠性并且降低了生产成本。

在本发明的一种有利方案中，所述位置检测设备具有光学位置检测装置。光学位置检测装置例如包括摄像机，其构造用于检测物体、尤其是参考标记。优选地，光学位置检测装置构造用于检测未构造成特殊参考体的物体的轮廓。由此，位置确定系统可确定物体的位置。这种位置检测装置的优点在于，其成本相对低并且在自由看见物体的至少部分区域时就能可靠地确定物体位置。

优选地，第一参考标记和/或第二参考标记具有至少一个球形参考体。此外优选，参考标记具有至少三个这种参考体。另外优选，参考标记构造成大致平面的，以减少参考体损坏的危险。这种参考体的优点在于，它们能被位置检测设备特别精确地确定位置数据并且制造成本非常低。

优选地，定位装置构造为机械手。这种机械手可很好地集成于自动化的生产和装配系统中、具有高可靠性并且有助于提高生产率。通过向机械手控制单元提供所确定的位置数据，可在将待加工物体放置在生产装置上时避免定位错误。这有利地使系统具有高的过程可靠性。

此外优选，生产装置具有至少一个凹腔和/或突起用于接纳待加工物体的局部区域。凹腔或突起在本发明意义中不仅可具有棱边也可具有倒圆。优选地，凹腔或突起具有至少一个形锁合区段，其简化了待加工物体在生产装置上的设置。这有利地进一步改善了系统的过程可靠性。此外，凹腔的优点在于，在待加工物体设置于冲压模具上时，设置在凹腔中的局部区域比所述局部区域未设置在凹腔中时在冲压过程中经受较小的机械负荷。因此可防止待加工物体在局部区域上在冲压过程中承受过高负荷。这有利地进一步提高了过程可靠性。

特别优选，生产装置构造为冲压模具。这种模具适于将在至少一个部位上具有纤维增强部的待加工物体、如拼板成形为构件并且在此通过压力加强基体和增强纤维之间的连接。这种生产装置因此特别适于在大批量生产中加工拼板。

此外，根据本发明，所述任务通过一种用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的方法来解决。该方法包括下述步骤：

－将待加工物体设置在定位装置的接纳装置上；

－确定待加工物体相对于接纳装置的相对位置；

－借助位置检测设备确定接纳装置相对于位置检测设备的相对位置；

－借助位置检测设备确定生产装置相对于位置检测设备的相对位置；

－确定待加工物体相对于生产装置的相对位置；

－借助定位装置将待加工物体位置精确地放置在生产装置上。

该方法具有以下优点：不再需要复杂地将生产装置相对于定位装置定向，因为可由位置确定系统来确定生产装置可能的位置偏移并且因此可在由定位装置将待加工物体放置在生产装置上时加以补偿。因此，与已知方法相比，本发明的方法具有更高的过程可靠性以及经济性。

优选地，通过位置检测设备确定待加工物体相对于接纳装置的相对位置。其优点如下，即，不再需要复杂地将待加工物体相对于接纳装置定向，因为可由位置确定系统来确定待加工物体可能的位置偏移并且因此可在由定位装置将待加工物体放置在生产装置上时加以补偿。通过这种方式，进一步改善了方法的过程可靠性和经济性。

附图说明

下面参考附图详细说明根据本发明的用于将待加工物体位置精确地放置在生产装置上的系统。附图如下：

图1为本发明系统的侧视图；和

图2为本发明方法的流程图。

具体实施方式

图1以示意性侧视图示出根据本发明的用于将待加工物体2位置精确地放置在生产装置3上的系统1。该系统1包括定位装置5，所述定位装置构造为机械手，其具有一个臂7和一个设置在臂7下端11上的接纳装置6。在本实施例中，接纳装置6构造为开槽的平板夹持器，其构造用于夹持待加工物体2。待加工物体2是构造为拼板的半成品。

定位装置5的上端12设置在水平延伸的轨道13上，从而定位装置5可沿轨道13水平移动。轨道13例如设置在生产车间的天花板上或设置在机架上。在替代实施方式中，轨道13例如也可设置在地板、墙壁或车辆上。

此外，用于将待加工物体2位置精确地放置在生产装置3上的系统1还具有位置确定系统4，其包括位置检测设备8、第一参考传感器9和第二参考传感器10。第一参考传感器9设置在接纳装置6上并且第二参考传感器10设置在生产装置3上。位置检测设备8具有光学位置检测装置8并且构造用于检测第一参考传感器9、第二参考传感器10以及待加工物体2相对于位置检测设备8的相对位置。被位置检测设备8检测的区域在该附图中以虚线示出。当然，位置检测设备8也构造用于检测多个其它区域。

生产装置3在本实施例中构造为压力机14的冲压模具下部部件。

图2示意性示出本发明方法各步骤的流程图。在第一方法步骤20中，将待加工物体2设置在定位装置5的接纳装置6上。在第二方法步骤30中，确定待加工物体2相对于接纳装置6的相对位置。这例如通过设置在接纳装置6上的对中设备进行。在第三方法步骤40中，借助位置检测设备8确定接纳装置6相对于位置检测设备8的相对位置。这例如通过检测设置在接纳装置6上的第一参考体9进行，例如借助光学器具检测。在第四方法步骤50中，借助位置检测设备8确定生产装置3相对于位置检测设备8的相对位置。这例如通过检测设置在生产装置3上的第二参考体10进行，例如借助光学器具检测。在第五方法步骤60中，确定待加工物体2相对于生产装置3的相对位置。这优选通过计算单元进行，该计算单元将所确定的各相对位置相互比较并且由此计算出待加工物体2相对于生产装置3的相对位置。在第六方法步骤70中，借助定位装置5将待加工物体2位置精确地放置在生产装置3上。为此所需的待加工物体2以及生产装置3的位置数据由位置确定系统4提供。

这种方法的优点在于，生产装置3可在相对大的公差内相对于定位装置5设置，且不会由此不利地影响系统1的过程可靠性。由此可节约生产成本并减小定位公差。

在本发明方法的一种扩展方案中，通过位置检测设备确定待加工物体2相对于接纳装置6的相对位置。因此，物体2相对于接纳装置6的精确定向可在较大的公差内进行，因为系统1构造用于补偿这种公差。这有利地进一步提高了过程可靠性并且进一步降低了生产成本。

附图标记列表

1 系统

2 待加工物体

3 生产装置

4 位置确定系统

5 定位装置

6 接纳装置

7 臂

8 位置检测设备

9 第一参考标记

10 第二参考标记

11 下端

12 上端

13 轨道

14 压力机

20 第一方法步骤

30 第二方法步骤

40 第三方法步骤

50 第四方法步骤

60 第五方法步骤

70 第六方法步骤