DE102005044367A1

DE102005044367A1 - Fügesystemkopf, Fügesystem und Verfahren zum Zuführen und Fügen von Elementen

Info

Publication number: DE102005044367A1
Application number: DE102005044367A
Authority: DE
Inventors: Alfred Gerhardt; Florian Steinmüller; Sascha Becker
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-15
Also published as: EP1762326B1; DE602006015886D1; US7926161B2; US20070067975A1; US8256090B2; JP2007075991A; EP1762326A3; EP1762326A2; US20110162185A1

Abstract

Es wird vorgeschlagen ein Fügesystemkopf (22) zur Befestigung an einem beweglichen Gestell (12), insbesondere an einem Roboter (12), mit einem Träger (26), an dem ein Fügewerkzeug (32) um eine Drehachse (34) drehbar gelagert ist, wobei das Fügewerkzeug (32) eine Halteeinrichtung (66) für ein Element (36), das auf ein Bauteil (38) zu fügen ist, und eine Fügeantriebseinrichtung (64) aufweist, um die Halteeinrichtung (66) zum Fügen entlang einer Fügerichtung (40) zu bewegen, wobei die Drehachse (34) quer zu der Fügerichtung (40) ausgerichtet ist, und mit einer Zuführeinrichtung (44) zum Zuführen von Elementen (36) zu dem Fügewerkzeug (32). DOLLAR A Dabei ist an dem Fügesystemkopf (22) wenigstens eine weitere Zuführeinrichtung vorgesehen, mittels der Elemente (36) zu dem Fügewerkzeug (32) zuführbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fügesystemkopf zur Befestigung an einem beweglichen Gestell, insbesondere an einem Roboter, mit einem Träger, an dem ein Fügewerkzeug um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das Fügewerkzeug eine Halteeinrichtung für ein Element, das auf ein Bauteil zu fügen ist, und eine Fügeantriebseinrichtung aufweist, um die Halteeinrichtung zum Fügen entlang einer Fügerichtung zu bewegen, wobei die Drehachse quer zu der Fügerichtung ausgerichtet ist, und mit einer Zuführeinrichtung zum Zuführen von Elementen zu dem Fügewerkzeug.

Ein derartiger Fügesystemkopf ist bekannt aus dem Dokument DE 102 23 154 A1 .

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fügesystem mit einem Roboter, der in wenigstens zwei Koordinatenachsen beweglich ist, und einem Fügesystemkopf der oben beschriebenen Art, der an dem Roboter festgelegt ist.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fügen eines Elementes auf ein Bauteil.

Der Begriff Fügen soll sich im vorliegenden Zusammenhang auf sämtliche Verbindungsarten von Elementen mit Bauteilen beziehen, insbesondere Verbindungen von Metallelementen mit Metallbauteilen, beispielsweise durch Kleben, Umformen, wie z.B. Nieten, oder durch Stoffvereinigen, wie z.B. Schweißen, einschließlich von Kurzzeit-Lichtbogenschweißen.

Das Kurzzeit-Lichtbogenschweißen wird häufig als Bolzenschweißen bezeichnet, obgleich nicht ausschließlich Bolzen geschweißt werden.

Das Bolzenschweißen findet hauptsächlich, nicht jedoch ausschließlich, in der Fahrzeugtechnik Anwendung. Dabei werden Metallelemente, wie Metallbolzen mit und ohne Gewinde, Ösen, Muttern etc. auf das Blech einer Fahrzeugkarosserie aufgeschweißt. Diese Metallelemente dienen dann als Anker bzw. Befestigungselemente, um beispielsweise Innenraumausstattungen, Leitungen und Ähnliches an dem Karosserieblech festzulegen.

Die Metallelemente können Schweißbolzen sein, die einen Schaft und einen Kopf mit einem etwas größeren Durchmesser als der Schaft aufweisen.

Der in dem eingangs genannten Dokument beschriebene Fügesystemkopf zeichnet sich dadurch aus, dass er einen länglichen Träger aufweist, der an einem Ende an einem Roboter befestigbar ist. An dem gegenüberliegenden freien Ende des Trägers ist ein Fügewerkzeug um eine Drehachse verdrehbar gelagert, die quer verläuft zu der Längserstreckung des Trägers.

Die Zuführeinrichtung führt vereinzelte Elemente zu einer Übergabestation an dem Träger zu.

Das Fügewerkzeug wird an dem Träger so gedreht, dass das bereitgestellte Element von der Halteeinrichtung übernommen werden kann. Anschließend wird das Fügewerkzeug in eine Fügeposition gedreht und es wird ein Fügevorgang durchgeführt.

Dabei weist das Fügewerkzeug als Fügeantriebseinrichtung vorzugsweise einen Linearmotor auf.

Da eine Steuereinrichtung im Bereich des Befestigungsendes des Trägers angeordnet werden kann, kann das freie Ende des Trägers mit dem Fügewerkzeug als relativ kleine bauliche Einheit ausgebildet werden. Demzufolge kann das Fügewerkzeug auch durch Öffnungen hindurch an unzugängliche Stellungen des Bauteils bewegt werden.

Vor dem eigentlichen Fügevorgang wird das Fügewerkzeug in eine jeweils geeignete Fügeposition gedreht. Mittels des Roboters wird der Fügesystemkopf in Bezug auf das Bauteil ausgerichtet.

Anschließend kann ein herkömmlicher Bolzenschweißprozess durchgeführt werden, vorzugsweise im Hubzündungsverfahren. Bei diesem Verfahren wird der Bolzen mittels der Fügeantriebseinrichtung zunächst auf das Bauteil aufgesetzt. Anschließend wird ein elektrischer Vorstrom eingeschaltet, der durch den Bolzen und das Bauteil hindurch fließt. Dann wird der Bolzen gegenüber dem Bauteil mittels der Fügeantriebseinrichtung (Linearmotor) angehoben. Es bildet sich ein Lichtbogen.

Anschließend wird auf den Schweißstrom umgeschaltet. Durch den hohen Schweißstrom schmelzen die einander gegenüberliegenden Stirnseiten von Bolzen und Bauteil an. Anschließend wird der Bolzen wieder auf das Bauteil abgesenkt, so dass sich die wechselseitigen Schmelzen vermischen. Mit dem Erreichen des Bauelementes und dem Kurzschluss des Lichtbogens, oder kurz vorher, wird der Schweißstrom abgeschaltet. Die gesamte Schmelze erstarrt, die Schweißverbindung ist erfolgt.

Anschließend wird die Halteeinrichtung von dem angeschweißten Bolzen abgezogen. Wenn die Halteeinrichtung zwei seitlich an dem Bolzenschaft angreifende Backen aufweist, die elastisch vorgespannt sind, kann das Abziehen erfolgen, indem das Fügewerkzeug an dem Träger gedreht wird, die Halteeinrichtung also sozusagen seitlich weggezogen wird.

Während des eigentlichen Fügevorganges kann mittels der Zuführeinrichtung ein weiteres Element bereitgestellt werden, das dann während der Bewegung des Fügesystemkopfes zu einer nächsten Schweißstelle durch Drehung des Fügewerkzeuges hin zu der Übergabestation abgeholt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Fügesystemkopf, ein verbessertes Fügesystem und ein verbessertes Fahren zum Fügen von Elementen anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Fügesystemkopf gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass an dem Fügesystemkopf wenigstens eine weitere Zuführeinrichtung vorgesehen ist, mittels der Elemente zu dem Fügewerkzeug zuführbar sind.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, dem Fügesystemkopf unterschiedliche Arten von Elementen zuzuführen. Hierdurch wird die Flexibilität des Fügesystemkopfes erhöht.

Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

Generell ist es denkbar, dass die weitere Zuführeinrichtung als "Reserve-Zuführeinrichtung" vorgesehen ist.

Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die weitere Zuführeinrichtung dazu ausgelegt ist, einen anderen Typ von Elementen zuzuführen als die erste Zuführeinrichtung.

Hierdurch lassen sich mit dem gleichen Fügesystemkopf unterschiedliche Arten von Elementen während eines Gesamtprozesses fügen, beispielsweise kürzere und längere Elemente oder dickere und dünnere Elemente, Elemente aus unterschiedlichen Materialien, etc.

Ferner ist es bei dem Fügesystemkopf gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn die Zuführeinrichtungen jeweils eine Übergabestation aufweisen, an der ein Element zur Übergabe an das Fügewerkzeug bereitgestellt wird.

Die Übergabestationen, die vorzugsweise an dem Träger gelagert sind, stellen jeweils ein Element bereit. Das Fügewerkzeug kann sich dann je nach anschließendem Fügevorgang ein geeignetes Element von einer Übergabestation holen, um mit diesem einen Fügevorgang durchzuführen.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Übergabestationen auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt durch die Drehachse definiert ist.

Hierbei wird in vorteilhafter Weise ausgenutzt, dass das Fügewerkzeug um die Drehachse drehbar ist.

Demzufolge können die Übergabestationen bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen ortsfest in Bezug auf den Träger angeordnet sein. Es ergibt sich ein konstruktiv einfacher Aufbau.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die weitere Übergabestation an dem Träger in unterschiedlichen Orientierungen festgelegt.

Da Übergabestationen häufig im Querschnitt unregelmäßig sind (beispielsweise nicht gleich breit wie hoch), kann durch diese Maßnahme erreicht werden, dass der Fügesystemkopf insgesamt trotz der weiteren Zuführeinrichtung eine kompakte Bauform beibehält.

Obgleich es generell denkbar ist, die Übergabestationen an dem Fügesystemkopf verteilt anzuordnen, ist es doch bevorzugt, wenn die Übergabestationen seitlich benachbart zueinander angeordnet sind.

Hierdurch können die Übergabestationen örtlich konzentriert werden, was auch die Verbindung mit einer stationären Einheit, von der die Elemente zugefördert werden, vereinfacht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Übergabestationen an einem Übergabeblock angeordnet, der in Bezug auf den Träger zwischen wenigstens zwei Übergabepositionen verschieblich ist.

Bei dieser Ausführungsform ist der Ort, an dem das Fügewerkzeug jeweils ein Element abholt, immer der gleiche. Durch Verschieben des Übergabeblockes wird jedoch an diesem Ort jeweils eine andere Übergabestation angeordnet und folglich ein ggf. anderes Element bereitgestellt.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Übergabeblock in Bezug auf eine zu der Drehachse koaxiale Kreisbahn in einer Richtung parallel zu der Drehachse verschieblich ist.

Dies ermöglicht in der Regel eine konstruktiv günstige Lagerung des Übergabeblockes an dem Träger.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Übergabeblock in Bezug auf eine zu der Drehachse koaxiale Kreisbahn in tangentialer Richtung verschieblich.

Dies führt zu einem kompakteren Querschnitt des Fügesystemkopfes in Richtung der Drehachse.

Die oben genannte Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bei dem eingangs genannten Fügesystemkopf dadurch gelöst, dass die Zuführeinrichtung eine Übergabestation aufweist, an der ein Element zur Übergabe an das Fügewerkzeug bereitgestellt wird, und dass eine Prüfeinrichtung vorgesehen ist, die ein an der Übergabestation bereitgestelltes Element auf Brauchbarkeit hin überprüft.

Bei dieser Maßnahme wird nicht nur, wie in dem Dokument DE 102 23 154 A1 beschrieben, überprüft, ob ein Element an der Übergabestation bereitgestellt ist oder nicht. Vielmehr wird mittels der Prüfeinrichtung auch geprüft, ob dies ein solches Element ist, das für den nachfolgenden Fügevorgang auch geeignet bzw. brauchbar ist.

Der Vorteil einer solchen Prüfeinrichtung besteht darin, dass Fehlelemente (z.B. fehlerhafte oder versehentlich ein in Schüttgut angelieferte Elemente des falschen Typs) aussortiert werden können, bevor ein Fügevorgang mit einem solchen Fehlelement erfolgt. Da bei dem erfindungsgemäßen Fügesystemkopf ein Element vom Fügewerkzeug an der Übergabestation übernommen wird, ist es auch möglich, ein solches Fehlelement auf einfache Weise auszusondern (abzuwerfen) und ein neues Element mittels der Zuführeinrichtung bereitzustellen ("nachzuladen"), das dann für den folgenden Fügevorgang verwendet wird.

Die Aufgabe wird somit auch bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vollkommen gelöst.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Prüfeinrichtung wenigstens eine Abmessung des Elementes überprüft.

Da das Element an der Übergabestation bereitgestellt wird, ist eine Überprüfung einer Abmessung auf vergleichsweise einfache Weise möglich.

Damit können mittels der Prüfeinrichtung Fehlelemente mit falscher Abmessung ausgesondert werden.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Element einen Schaft aufweist und wenn die Prüfeinrichtung die Länge des Schaftes überprüft.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Element einen Schaft aufweist und dass die Prüfeinrichtung den Durchmesser des Schafts überprüft.

Generell ist es natürlich auch denkbar, dass die Prüfeinrichtung den Durchmesser und/oder die Länge eines Kopfes eines Elements überprüft, das einen Schaft und einen Kopf aufweist.

Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die Prüfeinrichtung wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Abmessung des Bau teils aufweist, wobei der Sensor in das Fügewerkzeug integriert ist.

Bei dieser Ausführungsform kann die Überprüfung sozusagen durch das Fügewerkzeug durchgeführt werden, also dann, wenn das Fügewerkzeug das Element von der Übergabestation übernimmt.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der wenigstens eine Sensor eine Bewegung der Halteeinrichtung in Bezug auf das Fügewerkzeug erfasst.

Diese Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine Überprüfung einer Schaftlänge.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfasst der wenigstens eine Sensor eine Bewegung eines Gliedes wie eines Haltebackens in Bezug auf ein Gehäuse der Halteeinrichtung.

Bei dieser Ausführungsform kann insbesondere ein Durchmesser eines ergriffenen Schaftes oder dgl. auf konstruktiv vergleichsweise einfache Weise ermittelt werden.

Vorzugsweise ist es insgesamt so, dass die Abmessung des Elements hierbei indirekt durch den Weg von Gliedern des Fügewerkzeuges ermittelt wird, die beim Ergreifen des Elements bewegt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist dabei die Halteeinrichtung wenigstens ein bewegliches Halteglied zum Halten eines Elementes auf, wobei die Prüfeinrichtung wenigs tens eine Wegmesseinrichtung zum Messen des Weges des Haltegliedes aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Prüfeinrichtung ferner einen Sensor zur Erfassung der Oberfläche des Elementes.

Dies ermöglicht beispielsweise, Elemente gleicher Abmessungen, jedoch unterschiedlicher Oberfläche (beispielsweise auf Grund unterschiedlichen Materials) auszusondern.

Die oben angegebene Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fügesystem mit einem Roboter, der in wenigstens zwei Koordinatenachsen beweglich ist, und mit einem Fügesystemkopf der erfindungsgemäßen Art, der an dem Roboter festgelegt ist.

Bei diesem Fügesystem ist es besonders bevorzugt, wenn eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels der der Ablauf eines Fügevorganges steuerbar ist, wobei die Steuereinrichtung einen Speicher aufweist, in dem zu dem Fügevorgang Elementdaten abgelegt sind, die das bei dem Fügevorgang auf ein Bauteil zu fügende Element charakterisieren, und mit Übertragungsmitteln, um den Fügesystemkopf auf der Grundlage der Elementdaten so anzusteuern, dass gewährleistet ist, dass das richtige Element auf das Bauteil gefügt wird.

In entsprechender Weise wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Fügen eines Elementes auf ein Bauteil, wobei ein Fügewerkzeug an einem Träger gedreht wird, um ein Element an einer an dem Träger angeordneten Übergabestation abzuholen, und wobei das Fügewerkzeug anschließend mit dem Element in eine Fügeposition gedreht wird, um das Element auf das Bauteil zu fügen, wobei in einem Speicher zu dem Fügevorgang Elementdaten abgelegt sind, die das bei dem Fügevorgang auf das Bauteil zu fügende Element charakterisieren, wobei bei der Übernahme eines Elementes von der Übergabestation geprüft wird, ob dieses Element mit den Elementdaten übereinstimmt, und wobei dieses Element verworfen wird, wenn es nicht mit den Elementdaten übereinstimmt.

Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass in einem Fügevorgang nur dann eine (häufig irreversible) Verbindung zwischen dem Element und einem Bauteil hergestellt wird, wenn gewährleistet ist, dass es sich auch um das für diesen Fügevorgang vorgesehene Element handelt.

Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fügesystems;
2 eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Fügesystemkopfes;
3 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Halteeinrichtung;
4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in 3;
5 eine schematische Seitenansicht eines Details einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügesystemkopfes;
6 eine schematische Draufsicht auf eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügesystemkopfes;
7 eine Längsschnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügesystemkopfes;
8 eine perspektivische Ansicht des Fügesystemkopfes der 7; und
9 eine schematische Darstellung eines Fügesystemkopfes gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Fügesystem generell mit 10 bezeichnet.
Das Fügesystem 10 weist einen Roboter 12 auf. Der Roboter 12 beinhaltet eine stationäre Basis 14, von der aus sich zwei gelenkig miteinander verbundene Arme 16, 18 erstrecken. Am Ende des Arms 18 ist ein Flansch 20 vorgesehen.
An dem Flansch 20 ist ein Fügesystemkopf angebracht, der in 1 generell mit 22 bezeichnet ist.
Der Fügesystemkopf 22 weist eine Grundplatte 24 auf, die an dem Flansch 20 angebracht ist. Von der Grundplatte 24 aus erstreckt sich ein länglicher Träger 26. Der längliche Träger 26 weist einen ersten kurzen Tragabschnitt 28 und einen sich daran anschließenden zweiten länglichen Tragabschnitt 30 auf. Der zweite Tragabschnitt 30 ist gegenüber dem ersten Tragabschnitt 28 um einen Winkel α von 120° abgewinkelt. Der Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 60 und 80° bzw. 100 und 120°. Generell ist es jedoch auch denkbar, dass der erste Tragabschnitt 28 und der zweite Tragabschnitt 30 auf einer Achse miteinander ausgerichtet sind.
Die Achse des zweiten Tragabschnittes 30 ist in 1 mit 27 bezeichnet.
An dem Ende des zweiten Tragabschnittes 30 ist ein Fügewerkzeug 32 um eine Drehachse 34 drehbar gelagert.
Die Drehachse 34 verläuft senkrecht zur Achse 27 des zweiten Tragabschnittes 30 und ist in der dargestellten Ausführungsform etwa parallel mit der Grundplatte 24 ausgerichtet.
Das Fügewerkzeug 32 dient dazu, ein Element, insbesondere einen Schweißbolzen 36, auf ein Bauteil, insbesondere ein Blech 38, zu fügen, insbesondere zu schweißen.
Obgleich das Fügesystem von der Konstruktion her für eine Vielzahl von Fügearten verwendbar ist, ist eine Ausgestaltung des Fügesystems als Bolzenschweißsystem bzw. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem mit Hubzündung besonders bevorzugt. Im folgenden wird daher ohne Verlust an Allgemeingültigkeit das Fügesystem als Bolzenschweißsystem und der Fügesystemkopf 22 als Bolzenschweißkopf bezeichnet. Das Fügewerkzeug 32 wird als Schweißwerkzeug 32 bezeichnet.
Das Schweißwerkzeug 32 schweißt die Bolzen 36 in einer Linearbewegung (Fügerichtung 40) auf das Bauteil 38.
Der Schweißkopf 22 weist ferner eine Steuereinrichtung 42 auf. Die Steuereinrichtung 42 ist am Anfangsbereich des länglichen Trägers 26 vorgesehen und ist in der dargestellten Ausführungsform auf dem ersten Tragabschnitt 28 montiert, und zwar benachbart zu der Grundplatte 24.
Die Steuereinrichtung 42 dient zum Antrieb des Fügewerkzeuges 32 sowie als Schnittstelle zu übergeordneten Steuervorrichtungen.
Der Schweißkopf 22 weist ferner eine Zuführeinrichtung 44 auf. Die Zuführeinrichtung 44 dient dazu, Bolzen 36 von einem Zuführschlauch zu übernehmen und an einer Übergabestation 46 mit dem Schaft voraus bereitzustellen. Die Zuführeinrichtung 44 ist z.B. im wesentlichen als Rohr oder Schlauch ausgebildet und erstreckt sich entlang des länglichen Trägers 26. Die Übergabestation 46 liegt vorzugsweise in einem mittleren Bereich des zweiten Tragabschnittes 30. In ihr wird jeweils ein Bolzen 36 zur Übergabe an das Schweißwerkzeug 32 bereitgestellt. Dieser Bolzen ist in 1 mit 36'' bezeichnet.
Der Schweißkopf 22 weist ferner eine weitere Zuführeinrichtung 44A auf. Die Zuführeinrichtung 44A dient dazu, Bolzen 36A von einem Zuführschlauch zu übernehmen und an einer weiteren Übergabestation 46A mit dem Schaft voraus bereitzustellen. Die weitere Zuführeinrichtung 44A kann im Wesentlichen identisch ausgebildet sein wie die Zuführeinrichtung 44. Die Zuführeinrichtung 44 und die Zuführeinrichtung 44A liegen benachbart zueinander auf einem Kreis K, der konzentrisch zu dem Mittelpunkt der Drehachse 34 liegt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, dass das Fügewerkzeug 32 ohne weitere konstruktive Änderungen sowohl Bolzen von der Zuführeinrichtung 44 als auch von der Zuführeinrichtung 44A übernehmen kann.
Dabei ist es möglich, dass in einer vordefinierten Folge von Fügevorgängen sowohl Bolzen eines Typs von der ersten Zuführeinrichtung 44 als auch Bolzen 36A des zweiten Typs von der weiteren Zuführeinrichtung 44A übernommen werden.
Demzufolge kann das Fügesystem 10 insgesamt deutlich flexibler arbeiten. Es ist insbesondere keine Umstellung von einem Bolzentyp auf den anderen Bolzentyp notwendig, wie es der Fall ist, wenn nur eine Zuführeinrichtung 44 vorgesehen ist.
Das Schweißsystem 10 weist ferner eine stationäre Basisstation 50 auf. Die Basisstation 50 dient dazu, dem Schweißkopf 22 Energie zum Schweißen bereitzustellen, und dient als übergeordnete Steuervorrichtung.
Die Basisstation 50 ist mit einer Vereinzelungsvorrichtung 52 verbunden. Die Vereinzelungsvorrichtung 52 dient dazu, Bolzen 36, die in der Regel als Schüttgut geliefert werden, zu vereinzeln und über einen Schlauch 54 zu der Zuführeinrichtung 44 einzeln zu fördern. Zu diesem Zweck weist die Vereinzelungsvorrichtung 52 in der Regel ein Druckluftaggregat auf, um die Elemente 36 pneumatisch fördern zu können. Die Vereinzelungsvorrichtung 52 ist im vorliegenden Fall auch dazu ausgelegt, Bolzen 36A eines weiteren Typs, die auch als Schüttgut angeliefert werden, zu vereinzeln und über einen weiteren Schlauch 44A zu der weiteren Zuführeinrichtung 44A zu fördern.
Ferner ist in 1 eine Leitung 56 gezeigt, die die Basisstation 50 mit dem Schweißkopf 22 verbindet. Die Leitung 56 ist in der Regel als Leitungssystem realisiert und beinhaltet Leitungen zum Führen des Schweißstromes, Steuerleitungen etc.
Ferner ist in 1 eine Leitung 58 gezeigt, die den Schweißkopf 22 mit der Basis 14 des Roboters 12 verbindet. Die Leitung 58 ist optional vorgesehen und beinhaltet eine oder mehrere Steuerleitungen. Mittels der Steuerleitungen 58 können die Bewegungen des Roboters 12 mit jenen des Schweißwerkzeuges 32 abgestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist die Basis 14 des Roboters 12 mit der Basisstation 50 über eine Leitung 60 verbunden. Demzufolge ist es auch möglich, dass die Abstimmung zwischen Roboter 12 und Schweißkopf 22 über die Leitungen 60, 56 erfolgt.
Die Leitungen 56, 58 werden zu der Steuereinrichtung 42 geführt, von der sie teilweise zu dem Schweißwerkzeug 32 durchgeschleift werden (zur Energieversorgung der dortigen Aggregate), teilweise unmittelbar verwendet werden.
Das Schweißwerkzeug 32 weist ein Gehäuse 62 auf, das an der Drehachse 34 drehbar gelagert ist. An dem Gehäuse 62 ist eine Fügeantriebseinrichtung 64 in Form eines Linearmotors 64 vorgesehen. Der Linearmotor 64 dient dazu, eine von dem Gehäuse 62 vorstehende Halteeinrichtung 66 zum Halten jeweils eines Bolzens 36 senkrecht zur Drehachse 34 zu bewegen. Der Linearmotor 64 bildet folglich eine Hubvorrichtung zum Vollziehen der Hub- und Tauchbewegungen im Rahmen eines Bolzenschweißvorganges, wie er einleitend beschrieben wurde.
Ferner ist an dem Endbereich des zweiten Tragabschnittes 30 ein Drehantrieb 68 vorgesehen, der dazu dient, das Schweißwerkzeug 32 gesteuert in beliebige Winkelstellungen in bezug auf den zweiten Tragabschnitt 30 zu verdrehen. Der Drehumfang beträgt typischerweise mindestens 270°, in der Regel 360°.
Der Drehantrieb 68 dient einerseits dazu, das Schweißwerkzeug 32 in eine jeweils geeignete Schweißposition zu drehen, von denen eine in 1 in durchgezogenen Linien gezeigt ist. Eine alternative Schweißposition ist durch Strichpunktlinien bei 32' angedeutet. In der weiteren Schweißposition wird das Schweißwerkzeug 32' dazu benutzt, einen Bolzen 36' entlang einer Schweißrichtung 40' auf ein nicht näher dargestelltes Bauteil zu schweißen.
Ferner dient der Drehantrieb 68 als Ladeantriebseinrichtung. Zu diesem Zweck wird das Schweißwerkzeug 32 in eine Position 32'' verdreht, die in 1 gestrichelt dargestellt ist. In dieser Position ist die Halteeinrichtung 66'' fluchtend mit der Übergabestation 46 ausgerichtet und kann in dieser Position einen dort bereitstehenden Bolzen 36'' ergreifen und für einen darauffolgenden Schweißvorgang übernehmen. Mittels des Drehantriebs 68 kann das Schweißwerkzeug 32 auch in eine weitere Position (nicht dargestellt) verdreht werden, in der die Halteeinrichtung fluchtend mit der weiteren Übergabestation 46A ausgerichtet ist, um in dieser Position einen dort bereitstehenden Bolzen 36A zu ergreifen und für einen darauffolgenden Schweißvorgang zu verwenden.
Obgleich in der dargestellten Ausführungsform die Ladeantriebseinrichtung allein durch den Drehantrieb 68, beispielsweise einen Elektromotor, gebildet ist, sind auch Varianten hiervon denkbar. So kann die Ladeantriebseinrichtung beispielsweise dadurch gebildet werden, dass das Schweißwerkzeug 32 an dem Träger 26 in Längsrichtung verschoben wird, um ein Beispiel zu nennen. Es versteht sich, dass dann die Übergabestationen 46, 46A an entsprechend anderer Stelle angeordnet werden müssten.
Es ist leicht erkennbar, dass das Schweißwerkzeug 32 mit sehr geringen Abmessungen ausgebildet werden kann. Zum einen ist das Schweißwerkzeug 32 von der Steuereinrichtung 42 räumlich getrennt. Zum anderen ist das Schweißwerkzeug 32 von der pneumatischen Bolzenzuführeinrichtung entkoppelt. Das heißt, an dem Schweißwerkzeug 32 müssen keine pneumatischen oder hydraulischen Leitungen angeflanscht werden. Die elektrische Versorgung des Linearmotors 64 und/oder des Drehantriebs 68 ist ver gleichsweise leicht zu realisieren. Gleiches gilt für die Betätigung der Halteeinrichtung 66, sofern diese aktiv elektrisch betätigt wird.
Dadurch, dass die Bolzen 36 in die Halteeinrichtung 66 nicht von hinten sondern von vorne eingesetzt werden, ist kein Ladestift wie im Stand der Technik notwendig. Das Schweißwerkzeug 32 kann daher in axialer Richtung 40 kurz bauen.
Es versteht sich, dass anstelle eines Linearmotors als Fügeantriebseinrichtung 64 auch eine Kombination aus einer Feder und einem Hubmagneten vorgesehen sein kann.
Ferner versteht sich, dass der Drehantrieb 68 als elektrischer Schrittmotor mit einer Genauigkeit von < 1°, besser noch 0,5°, ausgebildet sein kann.
Die Parametervorgaben zur Drehbewegung sind zum einen schweißprogrammbezogen und zum zweiten roboterbewegungsprogrammbezogen. Jede Schweißposition hat ihr eigenes Schweißprogramm und ihr eigenes Roboterbewegungsprogramm. Durch den Bezug der Parameterdaten auf die einzelnen Schweiß- und Roboterbewegungsprogramme wird sichergestellt, dass erstens der Bolzen 36 immer senkrecht zur Oberfläche des Bauteils 38 steht, und dass zweitens das Schweißwerkzeug 32 bei der Roboterbewegung in einer Lage ist, die dem Roboter einen größtmöglichen Bewegungsfreiraum auf dem Weg zur Schweißposition gibt. Die Steuerung der Drehbewegung des Schweißwerkzeuges 32 kann über die Basisstation 50 und/oder über die Basis 14 des Roboters 12 erfolgen.
Das schräge Abwinkeln des zweiten Tragabschnittes 30 in bezug auf den ersten Tragabschnitt 28 bietet zum einen einen verbesserten Störkantenfreiraum. Zum zweiten lassen sich die Zuführeinrichtungen 44, 44A leichter realisieren, da die Bolzen, wie gezeigt, durch Schwerkraft und/oder Blasluft an der Übergabestation 46 gehalten werden können.
In 1 ist ferner gezeigt, dass das Bauteil 38 als Winkelbauteil mit einer relativ kleinen Öffnung 70 ausgestaltet ist. Gesehen von dem Roboter 12 aus befindet sich die gewünschte Schweißposition im Inneren eines Hohlraumes 72.
Es ist leicht zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Bolzenschweißsystem 10 ganz besonders gut dazu geeignet ist, diese Aufgabe zu erfüllen. Zum Einführen des zweiten Tragabschnittes 30 durch die Öffnung 70 kann das Schweißwerkzeug 32 in eine Stellung verdreht werden, in der es weitgehend mit dem zweiten Tragabschnitt 30 fluchtet, beispielsweise der Position 32'' in 1.
Nach dem Einführen in den Hohlraum 72 wird das Schweißwerkzeug 32 in die mit durchgezogenen Linien gezeigte Schweißposition verdreht. Zuvor wird ein Bolzen 36 von der Übergabestation 46 oder 46A übernommen, so dass er sich in der Halteeinrichtung 66 befindet.
Anschließend wird in an sich herkömmlicher Weise ein Bolzenschweißvorgang durchgeführt, wie er einleitend erläutert wurde.
Wie nachstehend noch im Detail ausgeführt werden wird, ist die Halteeinrichtung 66 vorzugsweise so ausgebildet, dass sie den angeschweißten Bolzen 36 in einer Richtung quer zur Schweißrichtung 40 freigeben kann. Demzufolge ist es bevorzugt möglich, das Fügewerkzeug 32 unmittelbar nach dem Schweißen wieder in die fluchtende Position 32'' zu verdrehen, ohne dass der zweite Tragabschnitt 30 eine Rückwärtsbewegung in Schweißrichtung 40 vollziehen muss. Sobald die fluchtende Stellung 32'' erreicht ist, kann der zweite Tragabschnitt 30 wieder durch die Öffnung 70 herausgezogen werden. Der Roboter 12 führt den Schweißkopf 22 dann zur nächsten Schweißposition.
Die Drehachse 34 bildet für den Roboter 12 eine weitere Roboter-Drehachse. Die Positionierung an einer Schweißposition kann folglich einfacher erfolgen. Dies gilt um so mehr, als die weitere Drehachse nahe an der Schweißposition liegt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schweißsystems 10 ergibt sich folgendermaßen. Im Stand der Technik war der Schweißkopf insgesamt störkantenrelevant. Daher hat man im Stand der Technik an dem Schweißkopf keine pneumatischen Ventile vorgesehen. Dies bedingte jedoch eine sehr komplizierte Verkabelung zwischen der Basisstation 50 und dem Schweißkopf 22.
Durch die räumliche Trennung der Steuereinrichtung 42 von dem Schweißwerkzeug 32 an dem Schweißkopf 22 ist die Steuereinrichtung 42 selbst nicht störkantenrelevant. Folglich lassen sich in die Steuereinrichtung 42 an dem Schweißkopf 22 Ventile integrieren, so dass die Anzahl und Komplexität der Zuführleitungen reduziert werden kann. Da die Steuereinrichtung 42 an dem Schweißkopf 22 vorgesehen ist, ist keine aufwendige elektrische Verkabelung zwischen Schweißkopf 22 und Basisstation 50 notwendig. Beispielsweise ist es möglich, dass die Zuführleitungen 56 in einem Schlauchpaket lediglich enthalten ein Schweißkabel, zwei Hilfsspannungsversorgungen für den Linearmotor sowie eine 24-Volt-Versorgung für die Steuereinrichtung, zwei Lichtwellenleiter zur seriellen Übertragung von Steuer- und Messdaten, sowie die Zuführschläuche 54, 54A. In einer erweiterten Version könnte das Schlauchpaket auch ergänzt werden durch eine Schutzgaszuleitung bzw. eine Blas-/Saugleitung, beispielsweise zur Farbmarkierung.
Das Schlauchpaket kann folglich weniger schwer, weniger verwindungssteif und folglich sicherer sein.
Ferner wird durch die Entkopplung von Zuführeinrichtungen 44, 44A und Schweißwerkzeug 32 ermöglicht, dass die Bolzen 36 (der 36A) parallel zu dem Bolzenschweißprozess zur Übergabestation 46 zugeführt werden können.
Im Stand der Technik erfolgen das Bolzenzuführen und das Bolzenschweißen rein seriell. Daher sind Zykluszeiten von < 1 sec nur sehr schwer und unter speziellen Randbedingungen zu erreichen.
Erfindungsgemäß kann unmittelbar nach dem Übernehmen eines Bolzens von der Übergabestation 46 oder 46A zum Einleiten eines Bolzenschweißvorganges ein weiterer Bolzen von der Vereinzelungsvorrichtung 52 über den Schlauch 54 oder 54A und die Zuführeinrichtung 44 oder 44A zu der Übergabestation 46 oder 46A gefördert werden. Dies kann erfolgen, während das Schweißwerkzeug 32 einen Bolzenschweißvorgang ausführt.
Ferner kann bei der Bewegung des Trägers 26 von einer Schweißposition zur nächsten das Schweißwerkzeug 32 zur Übergabestation 46 oder 46A verschwenkt und anschließend in die richtige Stellung für die neue Schweißposition verschwenkt werden. Auch durch diese Parallelität wird insgesamt erreicht, dass Schweißzykluszeiten von deutlich kleiner als 1 sec erreichbar sind.
Obgleich als zu schweißende Elemente dem Grunde nach beliebige Formen in Frage kommen, so sind doch mittels Druckluft zuführbare Elemente, insbesondere rotationssymmetrische Elemente, besonders dazu geeignet, mit dem erfindungsgemäßen Fügesystem bearbeitet zu werden.
Die weitere Schweißposition 32' kann beispielsweise eine Überkopfposition sein, wie die gezeigte Position 32'. Diese kann erreicht werden, ohne den Träger 26 drehen zu müssen. Hierdurch werden Beanspruchungen der Zuführkabel und -schläuche vermieden.
In 1 ist ferner dargestellt, dass an dem Fügewerkzeug 32 eine Prüfeinrichtung 110 vorgesehen ist.
Die Prüfeinrichtung 110 dient zum Überprüfen, ob ein an einer der Übergabestationen 46, 46A bereitgestelltes Element 36, 36A auch für den nachfolgenden Schweißvorgang geeignet bzw. brauchbar ist.
Bei der Übernahme eines Bolzens von einer Übergabestation 46, 46A prüft die Prüfeinrichtung 110 die Brauchbarkeit des übernommenen Bolzens 36, 36A und verwendet den Bolzen, wenn dieser brauchbar ist. Wenn der Bolzen aus irgendwelchen Gründen (bei spielsweise ein Fehlelement in einer Charge Schüttgut) nicht brauchbar sein sollte, wird dieses nicht brauchbare Element verworfen (beispielsweise durch Öffnen der Halteeinrichtung und Abwerfen des Fehlelementes) und ein neues Element nachgeladen.
Zu dem genannten Zweck weist die Prüfeinrichtung 110 Sensoren auf, die die Charakteristika des jeweils bereitgestellten Elementes erfassen und mit Elementdaten vergleichen, die das für den folgenden Schweißvorgang zu verwendende Element charakterisieren. Derartige Elementdaten können in einem Speicher der Steuereinrichtung 42 abgelegt sein, wie es in 1 schematisch bei 112 gezeigt ist. Auch ist es möglich, solche Elementdaten in einem Speicher der Basisstation 50 abzulegen, wie es bei 114 schematisch dargestellt ist.
Die Verwendung einer Prüfeinrichtung 110 ist auch bei einem solchen Fügesystem 10 möglich, bei dem nur eine einzelne Zuführeinrichtung 44 vorhanden ist.
In der folgenden Beschreibung von Details und Abwandlungen des in 1 gezeigten Fügesystems werden gleiche und ähnliche Merkmale mit den selben Bezugsziffern bezeichnet. Bei identischer Bezeichnung ist generell von einer gleichen oder ähnlichen Funktionsweise auszugehen, es sei denn, nachstehend ist ausdrücklich anderes vermerkt. Soweit auf einzelne Merkmale des Fügesystems eingegangen wird, ist davon auszugehen, dass die Funktion im übrigen identisch oder ähnlich ist zu der Funktion des Fügesystems 10 der 1. Ferner versteht sich, dass folgende Bezugnahmen auf Schweißsysteme, -köpfe oder -werkzeuge sich auf derartige Merkmale zum Fügen allgemein beziehen sollen, beispielsweise auch auf Niet- oder Klebeprozesse.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Schweißkopfes 22 gezeigt.
Im Unterschied zu dem Schweißkopf 22 der 1 ist ein Drehantrieb 68' zum Drehen des Schweißwerkzeugs 32 nicht im Endbereich des zweiten Tragabschnittes 30 vorgesehen, sondern im Bereich der Steuereinrichtung 42. Die Drehbewegungen des Drehantriebes 68' werden mittels eines Riemenantriebes 80 auf das Schweißwerkzeug 32 übertragen. Der Riemenantrieb 80 verläuft entlang des länglichen Trägers 26. Der längliche Träger 26 ist in der Darstellung der 2 durch zwei parallele Arme gebildet, zwischen deren Endbereichen das Schweißwerkzeug 32 drehbar gelagert ist.
In den 3 und 4 ist eine Ausführungsform einer Halteeinrichtung 66 dargestellt.
Die Halteeinrichtung 66 weist ein Gehäuse 84 auf, das eine nach unten in Fügerichtung 40 hin weisende Öffnung 86 aufweist.
Die Halteeinrichtung 66 weist zwei an dem Gehäuse 84 begrenzt verschwenkbar gelagerte Backen 88A, 88B auf, die aus einem im wesentlichen unelastischen Material gebildet sind. Die Backen 88A, 88B bilden eine Spannzange, indem ein Element 36 zwischen den Enden der Backen 88A, 88B eingeklemmt werden kann, beispielsweise mit einer vorbestimmten Kraft.
Die Backen 88A, 88B sind jeweils einstückig mit einem Hebelabschnitt 92A, 92B verbunden. In bezug auf Wellen 90A, 90B, an denen die Backen 88A, 88B gelagert sind, erstrecken sich die Hebelabschnitte 92A, 92B in die jeweils andere Richtung. Die Hebelabschnitte 92A, 92B sind dabei gegenüber der Fügerichtung 40 so abgebogen, dass sie sich überschneiden. Durch Druck auf die Hebelabschnitte 92A, 92B von oben (in der Darstellung der 3) werden die Backen 88A, 88B folglich voneinander weg bewegt, um den Bolzen 36 freizugeben. Dies ist für den Backen 88A in 3 dargestellt. Man erkennt, dass der Backen 88A den Bolzen 36 in Richtung quer zur Fügerichtung 40 (also in 3 aus der Papierebene heraus) vollständig freigibt. Demzufolge kann die Halteeinrichtung 66 bei geöffneten Backen 88A, 88B quer zur Fügerichtung 40 und senkrecht zur Ebene der Backen 88A, 88B bewegt werden, ohne den Bolzen 36 zu berühren. Die Bewegungsrichtung der Backen 88A, 88B bei diesem Vorgang ist in 4 mit 93 bezeichnet.
Zum Betätigen der Hebelabschnitte 92A, 92B ist ein Aktuator 94 vorgesehen, der vorzugsweise elektrisch angesteuert wird. Der Aktuator 94 öffnet und schließt die Backen 88A, 88B jeweils aktiv. Es versteht sich, dass der Aktuator 94 zu diesem Zweck als bidirektionaler Antrieb ausgebildet sein sollte.
Die aktive Betätigung der Backen 88A, 88B hat den Vorteil, dass der Bolzen 36 mit einer definierten Kraft (z.B. 20 N) gehalten werden kann. Die Herleitung der Spannkraft aus der Elastizität der einzelnen Finger der Spannzange des Standes der Technik entfällt. Folglich lässt sich eine deutlich höhere Lebensdauer erzielen. Die Betätigungsrichtung des Aktuators 94 ist in 3 bei 96 gezeigt.
An ihren Enden sind die Backen 88A, 88B so ausgeformt, dass sie den jeweiligen Bolzen 36 sicher ergreifen können. Hierzu kann es sinnvoll sein, geeignete Aufsätze auf die Backen 88A, 88B aufzusetzen, die an unterschiedliche Bolzen 36 angepasst sein können.
Von der Unterseite des Gehäuses 94 erstreckt sich, wie es in 3 gezeigt ist, ein Positionierstift 98. Der Positionierstift bzw. Anschlagstift 98 ist starr mit dem Gehäuse 84 verbunden. Er dient dazu, bei Übernahme eines Bolzens 36 von der Übergabestation 46 oder 46A zu gewährleisten, dass der Bolzen 36 in bezug auf die Halteeinrichtung 66 eine definierte Position einnimmt, und als Anschlag, um beim Schweißen die Axialkraft aufzunehmen.
Der bidirektionale aktive Aktuator kann gebildet sein durch einen pneumatischen oder hydraulischen Antrieb. Vorzugsweise ist er jedoch gebildet durch eine Kombination von zwei Elektromagneten oder durch einen ungeregelten Linearmotor nach dem Prinzip 'bewegte Spule' oder 'bewegter Dauermagnet'.
Ferner ist es möglich, den Aktuator 94 semi-aktiv auszubilden. Dabei erfolgt das Öffnen der Backen 88A, 88B beispielsweise durch einen Elektromagneten. Wenn dieser abgeschaltet wird, sorgen geeignet angeordnete Federn dafür, dass ein Bolzen 36 mit einer definierten Kraft von den Backen 88A, 88B ergriffen wird.
Zum Schweißen werden die Backen 88A und/oder 88B mit Schweißstrom versorgt, der auf den Bolzen 36 geleitet wird. Die definierte Kraft sorgt für einen sicheren, verschleißarmen Stromübergang. Aus diesem Grund versteht sich, dass die Backen 88A, 88B aus einem leitenden Metall hergestellt sind. Der Positio nierstift 98 hingegen sollte nichtleitend ausgebildet oder gegen das Gehäuse 84 isoliert ausgebildet sein.
Alternativ zu einer aktiven oder semi-aktiven Halteeinrichtung 66 ist es auch möglich, Backen vorzusehen, die elastisch ausgebildet sind und die ein seitliches Einführen des Bolzens 36 zwischen sich (entlang der Richtung 93) ermöglichen und die bei einer Bewegung quer zu einem angeschweißten Bolzen 36 diese ohne wesentliche Kraftausübung freigeben.
In 3 ist die Längsachse der Halteeinrichtung 66 mit 100 bezeichnet.
Die 5 bis 8 zeigen alternative Ausführungsformen von Fügesystemköpfen 22. Diese Ausführungsformen entsprechen den Ausführungsformen der 1 bis 4 hinsichtlich konstruktivem Aufbau und Funktion, soweit nichts anderes vermerkt ist. Daher sind gleiche oder ähnliche Elemente auch mit gleichen Bezugsziffern versehen.
In 5 ist ein Fügesystemkopf 22 dargestellt, der eine erste Zuführeinrichtung 44 und eine zweite Zuführeinrichtung 44A aufweist. Die Übergabestationen 46, 46A der zwei Zuführeinrichtungen sind seitlich benachbart zueinander angeordnet, und zwar an einem gemeinsamen Übergabeblock 120. Der Übergabeblock 120 ist in tangentialer Richtung 118 in Bezug auf einen Kreis K verschieblich gelagert, dessen Mittelpunkt mit der Drehachse 34 zusammenfällt.
In 5 befindet sich der Übergabeblock 120 in einer Position, bei der das Fügewerkzeug 32 einen Bolzen 36 von der Übergabestation 46 übernehmen kann.
Wenn der Übergabeblock 120 in tangentialer Richtung 118 verschoben wird, kommt die Übergabestation 46A in die Position, die in 5 von der Übergabestation 46 eingenommen wird. Dann kann das Fügewerkzeug 32 einen Bolzen 36A von der Übergabestation 46A übernehmen.
6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Fügesystemkopfes 22.
Bei dieser Ausführungsform sind beispielhaft drei Zuführeinrichtungen mit einer ersten Übergabestation 46, einer zweiten Übergabestation 46A und einer dritten Übergabestation 46B vorgesehen. Die drei Übergabestationen 46, 46A, 46B sind an einem gemeinsamen Übergabeblock 120 vorgesehen. Der Übergabeblock 120 ist bei der in 6 gezeigten Ausführungsform in einer Richtung 122 verschieblich gelagert, die parallel verläuft zu der Drehachse 34.
In der in 6 gezeigten Darstellung befindet sich die Übergabestation 46 in einer Position, bei der die Halteeinrichtung 66 des Fügewerkzeuges 32 einen Bolzen 36 übernehmen kann.
Durch Verschieben des Übergabeblockes 120 nach links bzw. rechts in der Verschieberichtung 122 kann die Halteeinrichtung 66 alternativ entweder einen Bolzen 36A von der Übergabestation 46A oder einen Bolzen 36B von der Übergabestation 46B übernehmen.
In 6 ist ferner schematisch gezeigt, dass die Bolzen 36, 36A, 36B jeweils eine unterschiedliche Schaftlänge besitzen.
Die 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügesystemkopfes 22.
Bei dem Fügesystemkopf 22 der 7 und 8 sind eine erste Übergabestation 46 und eine zweite Übergabestation 46A benachbart zueinander auf einem Kreis angeordnet, der konzentrisch liegt zu der Drehachse 34, ähnlich wie bei der Ausführungsform der 1.
In 7 ist ferner zu erkennen, dass die Zuführeinrichtungen 44, 44A jeweils eine Dreheinrichtung 124 bzw. 124A aufweisen.
In einer solchen Dreheinrichtung werden Bolzen, die einen Kopf und einen Schaft aufweisen, gedreht. Hierdurch können Bolzen mit dem Kopf voran durch einen Zuführschlauch 54, 54A zu der Dreheinrichtung 124 gefördert werden. Dort werden diese gedreht, so dass die Bolzen an der Übergabestation 46 mit dem Schaft voraus zur Übergabe an das Fügewerkzeug 32 bereitgestellt werden.
Man erkennt in 7, dass die Zuführeinrichtung 44 in Umfangsrichtung um die Drehachse 34 herum einen gewissen Winkelbereich einnimmt, der beispielsweise im Bereich von 10 bis 30° liegen kann.
Im Regelfall hätte die weitere Zuführeinrichtung 44A zur Folge, dass sich dieser Winkelbereich verdoppelt. Bei dem Fügesystemkopf 22 der 7 sind die Zuführeinrichtungen 44, 44A jedoch an dem Träger 26 in unterschiedlichen Orientierungen festgelegt. Genauer gesagt ist die Zuführeinrichtung 44A um ihre Längsachse um 90° gedreht an dem Träger 26 festgelegt. Während in 7 die Zuführeinrichtung 44 in einem Längsschnitt von der Seite dargestellt ist, ist die Zuführeinrichtung 44A in 7 als Längsschnitt von oben dargestellt. Der Winkelbereich ist dadurch kleiner.
Die generelle Funktionsweise der zwei Zuführeinrichtungen 44, 44A ist jedoch vorzugsweise jeweils identisch.
In 9 ist eine weitere Ausführungsform eines Fügesystemkopfes in schematischer Form dargestellt.
Der Fügesystemkopf 22 der 9 weist eine Prüfeinrichtung 110 auf, die dazu ausgelegt ist, einen an einer Übergabestation 46 bereitgestellten Bolzen 36'' auf Brauchbarkeit hin zu überprüfen. Insbesondere werden mittels der Prüfeinrichtung 110 die Länge L und der Durchmesser D des Schaftes 36f eines bereitgestellten Bolzens 36'' überprüft.
In 9 ist zunächst zu erkennen, dass die Halteeinrichtung 66 ein Gehäuse 84 aufweist, das in Bezug auf ein Gehäuse 62 des Fügewerkzeuges 34 in axialer Richtung (Achse 100) beweglich ist, und zwar mittels einer Fügeantriebseinrichtung 64 in Form eines Linearmotors. Der Linearmotor ist in 9 schematisch bei 126 dargestellt.
Bei 128 ist ferner ein in das Fügewerkzeug 32 integrierter Wegsensor 128 gezeigt. Der Wegsensor 128 misst den Weg des Gehäuses 84 der Halteeinrichtung 66 in Bezug auf das Gehäuse 62.
Die Halteeinrichtung 66 weist, ähnlich der in 3 dargestellten Halteeinrichtung 66, einen ersten und einen zweiten Backen 88A, 88B auf, die aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, um einen Bolzen 36 zu ergreifen bzw. freizugeben.
Ferner weist die Halteeinrichtung 66 einen Positionierstift 98 auf, der beim Ergreifen eines Bolzens 36'' gegen die freie Stirnseite des Schaftes 36s des Bolzens anliegt.
Vor dem Übernehmen eines Bolzens 36'' von der Übergabestation 46 befindet sich das Gehäuse 84 in einer Grundposition, die in 9 gestrichelt dargestellt ist. Ferner sind die zwei Backen 88A, 88B ebenfalls in einer Grundposition in ihrem geöffneten Zustand, der in 9 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist.
Zum Ergreifen des Bolzens 36'' wird das Gehäuse 84 der Halteeinrichtung 66 aus dem Gehäuse 62 des Fügewerkzeuges 32 herausgefahren, und zwar so weit, bis der Positionierstift 98 an dem freien Ende des Schaftes 36s des Bolzens anstößt. Dies ist in 9 dargestellt, wobei das Gehäuse 84 der Halteeinrichtung 66 einen Weg S zurückgelegt hat.
Der Bolzen 36'' wird an der Übergabestation 46 immer in einer definierten Lage gehalten, derart, dass der Kopf 36k des Bolzens immer eine Grundposition einnimmt. Daher ist die Strecke zwischen dem freien Ende des Positionierstiftes 98 in der Grundposition (gestrichelt in 9) und dem Kopf 36k eine feste, unveränderliche Strecke L₀.
Die Länge L des Schaftes 36s lässt sich mittels des Wegsensors 128 bestimmen, indem von der festen vorgegebenen Strecke L₀ der zurückgelegte gemessene Weg S subtrahiert wird (L = L₀ – S).
In der Übergabestation 46 wird der Bolzen 36'' mittels einer schematisch dargestellten Spannzange 132 gehalten. Die Spannzange 132 kann ebenfalls zwei Backen aufweisen oder kann eine Mehrzahl von backenförmigen Streben aufweisen, die konisch aufeinander zu laufen, wie es bei den entsprechenden Übergabestationen 46, 46A der 7 und 8 dargestellt ist.
Nachdem der Positionierstift 98 das freie Ende des Schaftes 36s berührt hat, werden die Backen 88A, 88B aus der Ruheposition zusammengefahren, bis sie an dem Schaft 36S anliegen. Die Backen 88A, 88B legen dabei jeweils einen Weg a zurück.
Ferner ist der Abstand zwischen den Innenseiten der zwei Backen 88A, 88B in der Ruheposition (gestrichelt dargestellt) eine unveränderliche Größe, die in 9 mit D₀ bezeichnet ist.
Der Durchmesser D des Schaftes 36s berechnet sich demnach im Wesentlichen nach der Formel D = D₀ – 2a.
In 9 ist ferner ein Oberflächensensor 134 dargestellt, der beispielsweise im Bereich der Übergabestation 46 angeordnet sein kann und die Oberfläche eines bereitgestellten Bolzens 36'' erfasst. Hierdurch können beispielsweise Bolzen unterschiedlicher Materialien erkannt werden.
Es versteht sich, dass die Prüfeinrichtung 110 ggf. auch nur die Länge L des Schaftes 36s, nur den Durchmesser D des Schaf tes 36s oder nur die Oberfläche des Bolzens 36'' erfassen kann. Ferner ist es möglich, beispielsweise bei einer entsprechend ausgestalteten Spannzange 132, auch Abmessungen des Kopfes 36k des Bolzens 36'' zu erfassen.
In jedem Fall werden die erfassten Daten mit Elementdaten abgeglichen, die in einem Speicher 112 oder 114 abgespeichert sind (vgl. 1). Sofern Abweichungen erkannt werden, wird ein bereitgestellter Bolzen 36'' verworfen. Nur dann, wenn die Elementdaten mit den gemessenen Daten übereinstimmen, wird der bereitgestellte und übernommene Bolzen 36'' für einen darauf folgenden Schweißvorgang verwendet.
In 9 ist ferner dargestellt, dass die Bolzen über den Schlauch 54 mit dem Kopf voran gefördert werden können.
Die Bolzen treffen dann zunächst auf eine Dreheinrichtung 124, wie es in 9 bei 36^IV gezeigt ist. Anschließend werden die Bolzen um 90° verdreht, in eine Position, die in 9 mit 36''' bezeichnet ist. Anschließend werden die Bolzen in die Spannzange 132 gedrückt, wie es durch einen Pfeil 136 angegeben ist, und zwar in die in 9 mit durchgezogenen Linien gezeigte Übergabeposition 36''.
Durch das Fördern durch den Schlauch 54 mit dem Kopf voran können insbesondere ein Verkippen oder Verklemmen von Bolzen in dem Schlauch oder der Zuführeinrichtung 44 verhindert werden.
Es versteht sich, dass eine Prüfeinrichtung 110 nicht nur bei Fügesystemköpfen 22 mit mehreren Zuführeinrichtungen 44, 44a vorgesehen sein kann, sondern auch bei solchen Fügesystemköpfen 22, die nur eine Zuführeinrichtung 44 aufweisen. Entsprechend können an einem Fügesystemkopf 22 auch mehrere Zuführeinrichtungen 44, 44A, ... vorgesehen sein, ohne dass eine Prüfeinrichtung 110 vorgesehen ist.
Vorzugsweise werden diese zwei Aspekte der vorliegenden Erfindung jedoch miteinander kombiniert.

Claims

Fügesystemkopf (22) zur Befestigung an einem beweglichen Gestell (12), insbesondere an einem Roboter (12), mit einem Träger (26), an dem ein Fügewerkzeug (32) um eine Drehachse (34) drehbar gelagert ist, wobei das Fügewerkzeug (32) eine Halteeinrichtung (66) für ein Element (36), das auf ein Bauteil (38) zu fügen ist, und eine Fügeantriebseinrichtung (64) aufweist, um die Halteeinrichtung (66) zum Fügen entlang einer Fügerichtung (40) zu bewegen, wobei die Drehachse (34) quer zu der Fügerichtung (40) ausgerichtet ist, und mit einer Zuführeinrichtung (44) zum Zuführen von Elementen (36) zu dem Fügewerkzeug (32), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fügesystemkopf (22) wenigstens eine weitere Zuführeinrichtung (44A; 44A, 44B) vorgesehen ist, mittels der Elemente (36) zu dem Fügewerkzeug (32) zuführbar sind.
Fügesystemkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Zuführeinrichtung (44A; 44A, 44B) dazu ausgelegt ist, einen anderen Typ (36A; 36A, 36B) von Elementen (36) zuzuführen als die erste Zuführeinrichtung (44).
Fügesystemkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtungen (44) jeweils eine Übergabestation (46) aufweisen, an der ein Element (36) zur Übergabe an das Fügewerkzeug (32) bereitgestellt wird.
Fügesystemkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabestationen (46, 46A) auf einem Kreis (K) angeordnet sind, dessen Mittelpunkt durch die Drehachse (34) definiert ist.
Fügesystemkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die weitere Übergabestation (46, 46A) an dem Träger (26) in unterschiedlichen Orientierungen festgelegt sind.
Fügesystemkopf nach einem der Ansprüche 3 – 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabestationen (46, 46A) seitlich benachbart zueinander angeordnet sind.
Fügesystemkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabestationen (46, 46A) an einem Übergabeblock (120) angeordnet sind, der in Bezug auf den Träger (26) zwischen wenigstens zwei Übergabepositionen verschieblich ist.
Fügesystemkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergabeblock (120) in Bezug auf eine zu der Drehachse (34) koaxiale Kreisbahn (K) in einer Richtung (122) parallel zu der Drehachse (34) verschieblich ist.
Fügesystemkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergabeblock in Bezug auf eine zu der Drehachse (34) koaxiale Kreisbahn (K) in tangentialer Richtung (118) verschieblich ist.
Fügesystemkopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der Ansprüche 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (44) eine Übergabestation (46) aufweist, an der ein Element (36) zur Übergabe an das Fügewerkzeug (32) bereitgestellt wird, und dass eine Prüfeinrichtung (110) vorgesehen ist, die ein an der Übergabestation (46) bereitgestelltes Element (36) auf Brauchbarkeit hin überprüft.
Fügesystemkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (110) wenigstens eine Abmessung (D, L) des Elementes (36) überprüft.
Fügesystemkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (36) einen Schaft (36s) aufweist und dass die Prüfeinrichtung (110) die Länge (L) des Schaftes (36s) überprüft.
Fügesystemkopf nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (36) einen Schaft (36s) aufweist und dass die Prüfeinrichtung (110) den Durchmesser (D) des Schaftes (36s) überprüft.
Fügesystemkopf nach einem der Ansprüche 10 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (110) wenigstens einen Sensor (128, 130) zur Erfassung einer Abmessung (D, L) des Elementes (36) aufweist, wobei der Sensor (128, 130) in das Fügewerkzeug (32) integriert ist.
Fügesystemkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (128) eine Bewegung der Halteeinrichtung (66) in Bezug auf das Fügewerkzeug (32) erfasst.
Fügesystemkopf nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (130) eine Bewegung eines Gliedes (88) wie eines Haltebackens (88) in Bezug auf ein Gehäuse (84) der Halteeinrichtung (66) erfasst.
Fügesystemkopf nach einem der Ansprüche 10 – 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (66) wenigstens ein bewegliches Halteglied (88, 98) zum Halten eines Elementes (36) aufweist und dass die Prüfeinrichtung (110) wenigstens eine Wegmesseinrichtung (128, 130) zum Messen des Weges des Haltegliedes (88, 98) aufweist.
Fügesystemkopf nach einem der Ansprüche 10 – 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfeinrichtung (110) einen Sensor (134) zur Erfassung der Oberfläche des Elementes (36) aufweist.
Fügesystem (10) mit einem Roboter (12), der in wenigstens zwei Koordinatenachsen beweglich ist, und einem Fügesystemkopf (22) nach einem der Ansprüche 1 – 18, der an dem Roboter (12) festgelegt ist.
Fügesystem nach Anspruch 19, mit einer Steuereinrichtung (42, 50), mittels der der Ablauf eines Fügevorganges steuerbar ist, wobei die Steuereinrichtung (42, 50) einen Speicher (112; 114) aufweist, in dem zu dem Fügevorgang Elementdaten abgelegt sind, die das bei dem Fügevorgang auf ein Bauteil (38) zu fügende Element (36) charakterisieren, und mit Übertragungsmitteln (56), um den Fügesystemkopf (22) auf der Grundlage der Elementdaten so anzusteuern, dass gewährleistet ist, dass das richtige Element (36) auf das Bauteil (38) gefügt wird.
Verfahren zum Fügen eines Elementes (36) auf ein Bauteil (38), wobei ein Fügewerkzeug (32) an einem Träger (26) gedreht wird, um ein Element (36) an einer an dem Träger (26) angeordneten Übergabestation (46) abzuholen, und wobei das Fügewerkzeug (32) anschließend mit dem Element (36) in eine Fügeposition gedreht wird, um das Element (36) auf das Bauteil (38) zu fügen, wobei in einem Speicher (112; 114) zu dem Fügevorgang Elementdaten abgelegt sind, die das bei dem Fügevorgang auf das Bauteil (38) zu fügende Element (36) charakterisieren, wobei bei der Übernahme eines Elementes (36) von der Übergabestation (46) geprüft wird, ob dieses Element (36) mit den Elementdaten übereinstimmt, und wobei dieses Element (36) verworfen wird, wenn es nicht mit den Elementdaten übereinstimmt.