Montagetechnik

Auf den Punkt gebracht

Genaupositionierung in der Montage

Wer Projekte zur Montageautomatisierung bearbeitet, kommt nicht umhin, die erreichbare Positioniergenauigkeit der beteiligten Partner für eine Eignung zur automatischen Montage zu untersuchen. Eine analytische Betrachtung der Fügestellen ergibt, ob man noch Maßnahmen ergreifen muss, um störungsfreies Fügen abzusichern, oder nicht. Werden zusätzliche Maßnahmen erforderlich, dann verursachen sie natürlich Kosten. Was kann man tun?

Die Möglichkeiten

Manchmal lässt sich eine Montage gänzlich einsparen, wenn bereits bei der Konstruktion eines Produkts Multifunktionsteile, Inserts oder Outserts als Verbundkonstruktion von Metall und Kunststoff ausgebildet werden. Die zu umspritzenden Metallteile lassen sich oft mit dem Roboter in das Spritzwerkzeug einlegen. Doch alles hat seine Grenzen. An den noch verbleibenden anderen Fügestellen kann die Positioniergenauigkeit unzureichend sein. Dann sind folgende Wege zu prüfen:

•Konstruktive Veränderungen am Produkt (Passungen vergröbern, Einführschrägen, Einweiskanten und Zentrierhilfen vorsehen u. a.)

•Zusatzmaßnahmen an der Ausrüstung wie Führungen, Suchstifte und Anschläge, die Fügeachsenfehler zwangsweise kompensieren

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•Sensorische Aufrüstung der Montageeinrichtung; Die Fügeachsenfehler werden zum Beispiel optisch festgestellt und dann durch gesteuertes Korrekturhandling kompensiert.

•Ungesteuerter Ausgleich von Fluchtungsfehlern durch nachgiebige Mechanismen (Fügehilfen) zwischen Montagegreifer und Handhabungseinrichtung.

In Bild 1 werden einige dieser technischen Montagehilfen im Schema gezeigt. Auch die Erzeugung von spiraligen Suchbahnen für das Montageteil wurde schon mit verschiedenen Vorrichtungen und mehrachsig-aufgebrachten Schwingungsmustern untersucht und realisiert.

Innerhalb einer Bewegungsfolge vom Greifen des Montageteils aus dem Magazin bis zum Fügen mit dem Basisteil können sich Positionsfehler verstärken oder wieder verflüchtigen. Beispiel: Saugergreifer übernehmen den Positionsfehler vom Magazinplatz und verursachen durch ihre weichen Saugerlippen eine weitere Ungenauigkeit beim Ablegen beziehungsweise beim Fügen durch Zusammenlegen. Ein Dreifingergreifer zentriert dagegen das Werkstück immer auf Greiferachsenmitte. In diesem Fall ist die Positioniergenauigkeit der Handhabungseinrichtung zu begutachten und eventuell zu verbessern.

Geführt montiert

Technische Hilfen sind gut geeignet, um einen Montagevorgang sicherer zu machen. Die genaue Ausrichtung der Fügepartner in der Fügeachse wird bei dem in Bild 2 vorgestellten Beispiel durch eine Führung erzwungen. Zuerst wird das vom Greifer gehaltene Ringteil über der Fügestelle positioniert. Dann taucht der Führungsdorn des Presswerkzeuges in das Füge- und in das Basisteil ein. Letzteres muss bei diesem Vorgang eine gewisse Beweglichkeit haben, damit es dem erzwungenem Achsenausgleich folgen kann. Dann geschieht das eigentliche Fügen durch Aufpressen des Ringes. Weil der Werkstückträger die Presskraft nicht vertragen würde, wird vorher ein Gegenhaltestempel aktiviert, der die Prozesskräfte aufnimmt. Solche Führungen für die Fügeteile können auch anders gestaltet sein, zum Beispiel als feststehender Anschlag, gegen den die Teile anliegen und sich ausrichten können oder mehrere Suchstifte, die eine präzise Lage des Montagebasisteils herstellen.

Selbsttätiger Ausgleich

Fügepartner können von selbst Positions- und Winkelfehler ausgleichen, wenn die Fügestellen Anlaufschrägen aufweisen. Dadurch entstehen beim Fügevorgang auf dieser Schräge Kräfte, die sich in eine senkrechte Kraftkomponente und in eine Querkraft zerlegen. Letztere bewirkt eine Verschiebung, wenn die Hardware dafür geeignet ist und das zulässt. In Bild 3 wird eine technische Möglichkeit skizziert. Es ist eine Sonderlösung. Beim Fügen setzt das Fügeteil zunächst auf der Anlaufschräge auf. Weil sich der Fügekopf trotzdem weiter nach unten bewegt, bekommt der unter Federkraft stehende Kegel etwas Spiel und legt sich an einer Innenseite des Fügekopfes an. Das führt zu einer Achsenverschiebung. Ursache ist die schon erwähnte Querschiebekraft, die am Kontaktpunkt mit dem Basisteil entsteht. Damit ist die Abweichung x der Fügeachsen kompensiert und die Montage wird vollendet. Sensoren werden dafür nicht gebraucht. Der Vorgang läuft ungesteuert ab.

Das trifft auch auf Fügemechanismen vom Typ RCC (remote center (of) compliance (mechanism)) zu. Das ist eine nachgiebige mehrachsige Greiferaufhängung mit entkoppelten Freiheitsgraden zum Ausgleich von Toleranzen bei Fügeoperationen. Sie wird zwischen Greifer und Roboterflansch angeordnet. Man hat dieses Hilfsmittel bereits 1980 in den USA (Draper Laboratory) entwickelt. Beim Winkelfehlerausgleich bewegt sich das Fügeteil um einen scheinbaren Drehpunkt, der sich in der Mitte der unteren Werkstückfläche befindet. In Bild 4 ist zu sehen, wie die Funktionen zum Verschieben und zum Winkelausgleich mechanisch aufgeteilt sind. In der Realität sind diese Sektionen ineinander gesetzt, so dass man trotzdem eine ziemlich flache Bauweise erhält. Fügemechanismen dieser Art gibt es in verschiedenen Ausführungen, für symmetrischen oder asymmetrischen Lastangriff (für das Montieren oder Demontieren bei lange Wellenenden), in unterschiedlichen Baureihen und Belastungsstufen und neuerdings sogar mit kunstvoll integriertem Kraftsensor. Beim Einsatz von Metallfedern als Scherelement lassen sich in der Vertikalachse größere Kräfte übertragen als bei Verwendung von Elastomerfedern. Mechanische Überlastbolzen sichern die elastomeren Baugruppen in allen Achsenrichtungen. Die Elastomere sind meistens als Gummi-Metall-Verbundteil hergestellt, mit definierter axialer Härte und Scherfestigkeit. Eine pneumatische Verriegelung der beweglichen Teile eines Fügemechanismus kann integriert sein. Ein Eigenbau solcher Vorrichtungen ist heute nicht mehr erforderlich. Es sind ausgiebig erprobte Kaufteile geworden. Für die Übertragung von Drehmomenten sind die RCC-Glieder übrigens nicht einsetzbar, weil sie nicht drehsteif sind. Dafür gibt es andere Fügehilfen, die im Grunde wie ein Metallfaltenbalg ausgebildet sind.he

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