接合工具、接合装置和接合方法

申请号 CN201580012168.7 申请日 2015-03-05 公开(公告)号 CN106103010A 公开(公告)日 2016-11-09
申请人 库卡系统有限责任公司; 发明人 J·亨切尔; N·斯特罗伯;
摘要 本 发明 涉及一种接合工具(7),一种配备该接合工具的接合装置(2)和一种 纵梁 (9)在柔性 工件 (8)上的接合方法(9)。多个工业 机器人 (3至6)配备有接合工具(7)并共同地处理和接合所述纵梁(9)。接合工具(7)被加热,并借助于可控的抽吸抓取器(26)利用抓取工具(25)在构件上侧面(30)上抓住所述纵梁(9),其中,设置在旁边的、被加热的 配对 保持件(29)同样作用在所述构件上侧面(30)上。
权利要求

1.一种接合工具,用于在柔性工件(8)、特别是表面结构上配合准确地接合优选为长的构件(9)、特别是纵梁,其中,所述接合工具(7)是能加热的并具有用于工业机器人(3-6)的接口(18)以及用于构件(9)的抓取工具(25),其特征在于,所述抓取工具(25)具有抓靠在构件上侧面(30)上的、可控的升降抓取器(26)、特别是抽吸抓取器,并具有设置在所述升降抓取器旁边的、被加热的配对保持件(29),所述配对保持件同样作用在所述构件上侧面(30)上。
2.根据权利要求1所述的接合工具,其特征在于,所述配对保持件(29)被设计为按压冲头(31),所述按压冲头具有被加热的按压头(32),所述按压头具有按压面(33)。
3.根据权利要求1或2所述的接合工具,其特征在于,所述按压冲头(31)被刚性地构成和设置。
4.根据权利要求1,2或3所述的接合工具,其特征在于,所述按压面(33)与所接触的构件区域的轮廓相匹配。
5.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述按压头(32)被设计可控的加热元件,或者具有集成的、可控的加热元件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述抽吸抓取器(26)具有多个吸取元件(27,28),所述吸取元件沿所述构件(9)的纵向方向(35)依次设置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,一吸取元件(27)被固定地设置,并且另一吸取元件(28)相对于所述纵向方向(35)被侧向地或横向地、特别是浮动地设置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述接合工具(7)具有多个按压头(32)和多个吸取元件(27,28),这些按压头和吸取元件分别成对地并间隔开地设置在中央纵轴线(35)的两侧。
9.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述接合工具(7)具有用于待抓取的构件(9)的定位工具(23),特别是平行夹钳
10.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述升降抓取器、特别是抽吸抓取器(26)沿纵向方向(35)被设置在所述配对保持件(29)与所述定位工具(23)之间,或者被设置在所述配对保持件(29)的两侧。
11.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述接合工具(7)具有用于所述构件(9)的可控的防丢失装置(24)、特别是下方抓取夹紧器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的接合工具,其特征在于,所述接合工具(7)被设计用于材料接合、特别是粘接或焊接
13.一种用于在柔性工件(8)、特别是表面结构上配合准确地接合优选为长的构件(9)、特别是纵梁的装置,其中,所述接合装置(2)具有多个包括接合工具(7)的工业机器人(3-
6),用于共同地处理和接合所述构件(9),其特征在于,所述接合工具(7)根据权利要求1至
12中的任一项构成。
14.根据权利要求13所述的接合装置,其特征在于,所述工业机器人(3-6)被如下地设计和控制:即,所述工业机器人使所述构件(9)在所述接合之前相对于所述工件(8)平行地或等距地取向,然后为了进行所述接合而共同将所述构件按压在所述工件(8)上并加热。
15.根据权利要求13所述的接合装置,其特征在于,所述工业机器人(3-6)被如下地设计和控制:即,多个工业机器人(4-6)使所述构件(9)首先被浮置式地保持,然后按照顺序被依次按压在所述工件(8)上并逐步地接合。
16.根据权利要求13,14或15所述的接合装置,其特征在于,一工业机器人(3-6)被如下地设计和控制:即,该工业机器人使所述构件(9)在多个接合部位(36)上依次地接合,并在此重新抓在所述构件(9)上。
17.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,为一个或多个接合工具(7)设置加热装置(34)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述接合装置(2)具有优选被携同引导的传感装置(20)。
19.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述传感装置(20)具有接收机械负载的传感器(21),该传感器被配置给所述接合工具(7)。
20.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述传感装置(20)具有位于所述接合工具(7)上的传感器(22),该传感器探测被抓住的构件(9)相对于所述工件(8)或相对于工件承载件(10)或在抓取工具(15)中的位置,特别是轴向位置。
21.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,一工业机器人(3-6)被设计为关节臂机器人或曲臂机器人。
22.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,一工业机器人(3-6)具有附加的运动轴(16),特别是行驶轴。
23.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,一工业机器人(3-6)被直立地设置在基础结构(17)上,或者被悬挂地设置在龙架上。
24.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述接合装置(2)具有用于所述构件(9)的构件供应装置(11)。
25.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述接合装置(2)具有固定的或非固定的工件承载件(10)。
26.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述接合装置(2)具有用于所述接合过程的外部测量装置(12),特别是激光追踪器。
27.根据前述权利要求中任一项所述的接合装置,其特征在于,所述接合装置(2)被设置在制造设备内部的装配工作站(1)中。
28.一种利用接合装置(2)在柔性工件(8)、特别是表面结构上配合准确地接合优选为长的构件(9)、特别是纵梁的方法,所述接合装置(2)具有多个包括接合工具(7)的工业机器人(3-6),用于共同地处理和接合所述构件(9),其中,所述接合工具(7)被加热,并利用抓取工具(25)抓住所述构件(9),其特征在于,所述抓取工具(25)利用可控的升降抓取器(26)、特别是抽吸抓取器在构件上侧面(30)上抓住所述构件(9),并利用设置在旁边的被加热的配对保持件(29)同样作用在所述构件上侧面(30)上。
29.根据权利要求28所述的方法,其特征在于,所述工业机器人(3-6)使所述构件(9)在所述接合之前相对于所述工件(8)平行地或等距地取向,然后为了实现所述接合共同将所述构件按压在所述工件(8)上并加热。
30.根据权利要求28所述的方法,其特征在于,多个工业机器人(4-6)使所述构件(9)首先被浮置式地保持,然后被按顺序依次按压在所述工件(8)上,并逐步地接合。
31.根据权利要求28,29或30所述的方法,其特征在于,一工业机器人(3-6)在多个接合部位(36)上依次地接合所述构件(9),并在此重新抓在所述构件(9)上。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法,其特征在于,利用所述接合工具(7)上的传感器(22)来探测被抓住的构件(9)相对于所述工件(8)或相对于一工件承载件(10)或在所述抓取工具(15)中的位置,特别是轴向位置。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的方法,其特征在于,一工业机器人(3-6)通过附加运动轴(16)、特别是行驶轴,沿着一工件承载件(10)移动。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法,其特征在于,利用外部测量装置(12)、特别是激光追踪器来测量所述构件(9)并根据需要还测量接合工具(7)、特别是该接合工具的定位工具(23)在空间中的和相对于所述工件(8)的位置。
35.根据权利要求34所述的方法,其特征在于,利用所述外部测量装置(12),能够检测并能够通过控制器来修正一工业机器人(3-6)及其接合工具(7)的可能的定位错误和/或定向错误,其中,所述构件(9)在预先给定的额定位置中被所述接合工具(7)抓住,紧接着被进给到所述工件(8)上并被按压。
36.根据权利要求28至34中任一项所述的方法,其特征在于,所述工业机器人(3-6)在所述接合时以限定的、特别是可控或可调节的将所述接合工具(7)的配对保持件(29)和被抓住的构件(9)按压在所述工件(8)上。

说明书全文

接合工具、接合装置和接合方法

技术领域

[0001] 本发明涉及具有方法和装置主权利要求前序部分所述特征的一种接合工具、一种接合装置和一种接合方法。

背景技术

[0002] 在飞机制造过程中,从实践中已知的,纵梁是被手动地装配在柔性的表面结构上,特别是被装配在飞机部件的柔性表皮上。
[0003] 专利文献EP2388194A2和EP2596904A1示出了一种由机器人引导的接合工具和一种具有多个工业机器人的接合装置,用于将纵梁自动地接合在飞机表皮上。该接合工具具有抓取器、引导和按压滚子以及加热装置,其中,抓取器首先抓在成型纵梁的端面开口中,并在将纵梁放置于飞机表皮上之后放开纵梁。接下来,工业机器人使接合工具沿着纵梁连续地运动,在此,接合工具利用转动的引导和按压滚子在纵梁上滚动。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于进一步改进这种接合技术。
[0005] 本发明的目的通过方法和装置主权利要求中的特征来实现。根据本发明的接合技术,即接合工具、接合装置和接合方法,在位置准确性、过程安全性和品质方面相对于现有技术是有优势的。接合技术的灵活性也得到了改善。此外,在接合技术的快速性和经济性方面也获得了提高。
[0006] 长的构件、特别是纵梁能够更好、更准确地相对于柔性工件、特别是表面结构或皮肤实现定位、取向和接合。这种构件可以有选择地被完全地、不间断地或者逐步地并以滚动式运动靠放在工件上。
[0007] 这种接合可以局部地在多个离散的且间隔开的接合部位上沿着所述构件同时或依次地进行。在此情况下,利用接合工具所抓住的各个构件区域可以在接合部位上针对预先给定的持续时间以及利用所限定的和热输入被按压在工件上。这种按压和热输入将稳定地进行。由此,可以向这种接合连接、特别是粘接连接提供精确、可重现的参数。这种接合连接的接合过程和品质要比利用滚转式接合工具更好并且更可控。
[0008] 接合部位的数量、地点和大小可以自由地选择,由此使得接合过程更加灵活,并且能够适配任何构件和工件以及它们的要求。离散的且呈点状的接合部位的间距也是可选择的。通过将相邻的接合部位集中起来并紧密相邻,就可以按照需要构成较大的接合区域。这种具有离散的且间隔开的接合部位的接合过程属于拼接接合或拼接粘接。
[0009] 构件可以被接合工具抓在其上侧面上,并相对于其下的工件被按压。接合工具可以利用升降抓取器、特别是抽吸抓取器从上方保持构件,在构成局部接合连接之后放开构件,并在下一接合部位上重新抓取。防丢失装置将在升降抓取器意外失效时阻止构件掉落。
[0010] 接合工具抓住长度较短的构件区域,并在一被严格界定的接合部位上将该构件区域按压在工件上。这将有利于下述构件和工件的接合:它们具有长度变化的轮廓,特别是具有弯曲的走向,局部的突出部,拱形部等。
[0011] 所述按压和热导入沿按压表面平面式地进行,该按压表面与所接触的构件区域的轮廓相匹配。该按压表面可以被控制地加热,从而能够精确地控制在接合部位上导入的热量。力导入和热导入分布在限定的表面上,在此,在局部的接合部位上构成具有一定大小和强度的粘接点。在两侧具有连续或局部凸缘的Ω形或T形的构件中,在两侧可以同时形成接合部位。
[0012] 接合工具可以在抓取过程中利用定位工具来引导构件,特别是使构件居中,并在必要时可以对弯曲弹性构件的可能的形状偏离进行修正。借助于被携同引导的传感器装置,可以控制接合力并在必要时加以调节。此外,可以探测关于构件的相对位置。可以使用外部测量装置对工件上的一个或多个构件进行精确的测量和定位,并对被编程的工业机器人及其接合工具进行位置修正。
[0013] 利用根据本发明的接合技术,当构件在工件上处于接合姿态和接触姿态时,通过使构件在工件上被粘接、焊接等来实现接合,优选为材料接合。这种接合过程可以借助于多个工业机器人及其接合工具,在沿构件长度分布的多个接合部位上同时进行。这将缩短并改善接合过程。根据本发明的接合技术可以用于任意长度的构件,其中,本发明的质量优势在这里将产生特别重要的影响。
[0014] 本发明的其它优选的设计方案在从属权利要求中给出。附图说明
[0015] 本发明在附图中被示例性和示意性地示出。其中:
[0016] 图1以立体图示出了具有接合装置的装配工作站;
[0017] 图2以根据图1的箭头II的端面视图示出了装配工作站;
[0018] 图3和图4以立体图示出了具有多个工业机器人和接合工具的接合装置的变型;和[0019] 图5至图7以不同的视图示出了接合工具。

具体实施方式

[0020] 本发明涉及一种接合工具7,一种装备有该接合工具的接合装置2和一种用于工件8上的构件9的接合方法。此外,本发明还涉及一种用于制造设备中的装配工作站1,该装配工作站具有至少一个这种接合装置2。
[0021] 图1和图2示出了接合装置2和装配工作站1。接合装置2分别具有多个可编程的工业机器人3-6,该工业机器人具有接合工具7。附加地,可以配设有构件供应装置11和工件承载件10。此外,还可以设置用于接合过程的外部测量装置12,该外部测量装置优选非接触地、特别是以光学的方式进行测量,并且例如被设计为激光追踪器。此外,接合装置2还可以具有传感装置20。另外还有未被示出的控制器,接合装置2的组件被连接到该控制器上。控制器例如可以是机器人控制器或上级控制器。由此使得接合装置2将按照预先设定的程序被控制。
[0022] 接合装置2用于长的构件9在柔性工件8上的配合准确的接合。构件9可以具有加固功能并优选为所谓的纵梁。这些构件被设计为纵向延伸的型材,其例如在横截面上具有如图5至图7所示的Ω形状或(未示出的)T形形状。构件9或纵梁可以具有直的或弯曲的延伸部,并具有相应的纵轴线35。型材9具有用于进行接合的中间突出区域和侧向凸缘表面。该突出区域例如可以是Ω形型材中的屋顶状型材拱曲部或T形型材中的直立的腹片(Steg)。接触面和接合面分别位于凸缘的下侧面上。构件9、特别是纵梁可以由适当的材料制成,例如金属或塑料或复合材料。这些材料可以是如下的材料:它们在被加热时会实现连接,例如熔融和粘接或焊接。
[0023] 柔性工件8优选是柔性表面结构,该柔性表面结构可以被使用在飞机制造、车辆制造或另外的领域中。该柔性工件例如可以构成飞机部件(例如飞机机身、机翼等)的表皮(所谓的Skin)或表皮的组成部分。
[0024] 工件8例如具有薄壁且多层的设计,并被设计为复合部件,特别是被构造为CFK部件。工件层可以具有通过纤维等被强化的结构,并利用液态或糊状的接合剂来浸润,然后工件层在硬化过程或类似的过程中通过接合剂彼此紧密连接。接合剂特别可以是热固性合成树脂
[0025] 在接合过程中,构件9和工件8通过热输入相互形成熔融连接或粘接连接。在这里,例如一个或两个配对件8、9或可能的中间层可以熔融。
[0026] 工件8优选具有碗的形状,并且为了实现接合进程而通过工件承载件10来保持、成型和支撑。工件承载件10可以是接合装置2的组成部分,并属于接合装置的供应范畴。工件承载件10具有碗形的工件收纳部38,该工件收纳部确定了工件8的形状。优选将工件收纳部38设计为凹形的,并如图1和图2所示的以其开口向上指向。工件收纳部38和工件8的碗形形状可以是倒圆的。工件8的内侧面和外侧面可以是光滑的表面。
[0027] 如图1和图2所示,工件8可以在其纵向延伸部上沿着所示出的空间x轴具有保持不变的或变化的构型,例如鼓起或变窄的形式。构件9或者说纵梁则遵循该形状变化。柔性工件8可以在起始位置中具有平坦的和垫状的造型,其中,该工件在工件收纳部38中获得最终所希望的碗形形状。
[0028] 工件承载件10可以具有固定的或非固定的台架37,例如所示出的其上设置有工件收纳部38的下台架。非固定的台架37、特别是下台架可以通过单轴或多轴的可运动输送器件来运动穿过制造设备的各个工作站。
[0029] 根据图1和图2,一个或多个长的构件9、特别是纵梁被接合在工件8的宽表面上、特别是内表面上。在此,构件9沿着工件8的直的或弯曲的表面延伸。
[0030] 针对一个或多个构件9,可以设置在图1和2中示出的构件供应装置11,该构件供应装置例如侧向地设置在工件承载件10的旁边。构件供应装置11具有用于多个构件9的、固定的或非固定的料库39、特别是构件架和供应设备40。供应设备40例如将料库39从下装载位置41提升到输送器上,并将料库带到位于工件承载件10上方的适合转移的上存储位置42中。供应设备40例如可以被设计为升降抓取器。
[0031] 在接合过程中,一个或多个构件9分别相对于已经准备好的工件8被定位和取向以及随后被接合。接合过程优选是材料接合、特别是粘接或焊接。在所示出的优选的实施方式中,在接合过程中,热量被局部地并在挤压压力下经过设定的挤压时间被导入到构件9和/或工件8中。替代地也可以采用冷接合,其中使用了粘接材料或其他合适的粘合剂或接合剂。
[0032] 接合装置2具有两个或更多个工业机器人3-6,它们利用其接合工具7共同地抓住一构件9并接合在工件8上。在此情况下,根据图3存在至少两个排成一排并间隔开设置的工业机器人3、4。工业机器人的数量也可以任意地增加,例如三个、四个或更多个。图1、图2和图4示出了具有四个工业机器人3-6的接合装置2。
[0033] 在装配工作站1中,两个这种接合装置3和成排设置的工业机器人3-6在两侧并沿着工件承载件10和收纳在那里的工件8的x轴来设置和取向。在另外的实施方式中,可以仅有一个或由多于两个的这种接合装置2。
[0034] 工业机器人3-6是多轴的,并具有任意数量和任意组合的旋转和/或平移机器人轴。在所示出的优选实施方式中,工业机器人被设计为具有旋转机器人轴的关节臂机器人或曲臂机器人。这些工业机器人具有例如五个或六个旋转机器人轴。工业机器人3-6例如具有基座14,该基座具有一可转动的底座,两个可枢转地与基座14连接并彼此连接的机器人臂15,以及一从动机构13,该从动机构例如被构造为具有两个或三个旋转轴机器人手并承载接合工具7。
[0035] 工业机器人3-6可以具有附加的运动轴16。该运动轴例如可以是行驶轴,其沿着工件承载件10或者说所述的x轴延伸。工业机器人3-6优选站立式地设置。这些工业机器人可以与它们的附加运动轴16一起设置在位于工件承载件10两侧的基础结构17上,在高出的位置上并在工件8的上面。在另一变型方案中,也可以设置跨越工件承载件10和所收纳工件8的龙架,该龙门架具有一个或多个悬挂式设置的工业机器人。
[0036] 用于料库39和包含在其中的构件9或者说纵梁的存储位置42分别位于接合装置2的工业机器人3-6的工作区域中。排成一排的工业机器人3-6可以利用它们的接合工具7共同从那里取出一构件9并输送到工件8上。
[0037] 图5-图7示出了接合工具7的优选的实施方式。在此,图6和图7示出了根据图5所示立体图中的箭头VI和VII的接合工具7的侧视图和端面视图。
[0038] 接合工具7具有台架19,该台架包括接口18,该接口用于连接工业机器人3-6的从动机构13。在接口18与从动机构13之间可以设置自动的变换联接器。
[0039] 此外,接合工具7具有用于构件9的抓取工具25、配对保持件29和定位工具23。另外,还可以设有防丢失装置24,该防丢失装置在抓取工具25失效时阻止构件9从接合工具7脱开、特别是掉落。前面所述的组件23、24、25、29同样被设置在台架19上。为清楚起见,在图5至图7中仅示出了台架19的一部分。
[0040] 抓取工具25抓在构件9的构件上侧面30上。构件上侧面30与构件9的接合侧和例如设置在两侧的构件凸缘下侧面上的接触面和接合面相对置。构件9和接合工具7具有纵向方向或者说中央纵轴线35。该纵向方向或者说中央纵轴线在接合位置上沿着x轴延伸。
[0041] 配对保持件29沿纵向方向35设置在抓取工具25的旁边并与该抓取工具紧密相邻。定位工具23同样沿纵向方向35与抓取工具25紧密相邻地设置在抓取工具的旁边。在所示出的优选实施方式中,抓取工具25位于配对保持件29与定位工具23之间。替代地,抓取工具25可以设置在配对保持件29的两侧。
[0042] 抓取工具25被设计为可控的升降抓取器26,其抓靠在构件上侧面30上,并从上方或者说在上侧面30上保持构件9并在此相对于配对保持件29进行牵拉或靠放。在该优选的实施方式中,升降抓取器26被设计为抽吸抓取器。该抽吸抓取器具有多个吸取元件27、28,这些吸取元件沿纵向方向35依次设置。吸取元件27、28也可以位于纵轴35线的两侧并分别抓靠在一构件凸缘上。
[0043] 在所示出的实施方式中,吸取元件27、28位于配对保持件29与定位工具23之间。在前面所提到的变型方案中,配对保持件29可以被设置在多个吸取元件27、28之间。
[0044] 其中一个例如与配对保持件29相邻的吸取元件27可以被固定地设置在台架19上。在此,该吸取元件相对于配对保持件29也具有固定的空间分配,以便使被吸住的构件9或者说对应的构件凸缘通过上侧面30相对于配对保持件29被牵拉和靠放。另一个沿纵向方向35间隔开的吸取元件28可以相对于纵轴线35侧向地或者说横向地、可运动地、特别可浮动地设置在台架19上。
[0045] 升降抓取器或者抽吸抓取器26是可控的,并可以与前面提到的控制器相连接。运行资源,特别是压缩空气、电信号流或电功率流等向升降抓取器或者抽吸抓取器26的供应可以通过相应的管线从工业机器人3-6出来,并在必要时通过变换联接器或借助于独立的外部供应装置进行。
[0046] 定位工具23负责构件9相对于接合工具7以及相对于纵轴线35横向的精确定位。这例如是图5中示出的y轴,其中,纵轴线35沿x轴的方向延伸。
[0047] 定位工具23同样是可控的并与控制器相连接。该定位工具可以被打开和闭合。在所示出的实施例中,定位工具23被设计为具有两个夹爪的平行夹钳,其在上方从两侧抓靠在构件9的突出区域(Ω拱曲部或T腹片)上并具有接触面,该接触面具有与构件轮廓相匹配的造型。定位工具23使待抓取的构件9相对于接合工具7的中央纵轴线35居中。
[0048] 构件9首先仅通过一个或多个可横向运动的吸取元件28被吸住。接下来激活定位工具23,其使构件9相对于纵轴线35居中,在此,一个或多个吸取元件28根据需要在侧面移位或者说跟随。接下来接通一个或多个已固定的吸取元件27,在此,已居中的构件9被牢固地抓住并固定在接合工具7上。
[0049] 这一流程对于构件9或者说纵梁反转地(开口和构件凸缘向上)位于构件料库39中并被从下向上升起的情况是特别有利的。通过最初的抓取或吸取,构件在定位工具23关闭时不会出现意外的上移,特别是在构件在Ω形状下具有倾斜的型材壁或型材侧边的话。
[0050] 在“理想”的直的构件9居中的情况下,沿中心或者说纵轴线35,也就是说在正确的地点进行定位。该过程在第一次收纳构件9时同时在所有的收纳点上进行。根据需要“弯曲的”构件(例如由构件应力引起)将被相应地“弯曲”到其正确的形状。
[0051] 配对保持件29被加热并同样作用在构件上侧面30上,并优选作用在两个构件凸缘上。配对保持件29被设计为抗压的和刚性的。该配对保持件用于将构件9、特别是被加载的构件凸缘按压在工件8上。此外,配对保持件29还用于导入接合过程所需的能量
[0052] 该能量在所示出的实施例中是热能,其例如通过配对保持件29的接触式导热被导入到贴靠的构件区域中,并被进一步导向位于下面的与构件9相对的一个或多个接触面和接合面。替代地,采用无接触式热传递的远程加热也是可行的。
[0053] 能量总和和热量总和的数量是可控的,并导致构件9和/或工件8在接触和接合区域中的塑化、特别是熔接。在一种变型方案中,可以在多个部件8、9之间引入可塑化的、特别是可熔融的中间层。
[0054] 前面提到的接合部位36位于配对保持件29在构件9和工件8上的力导入和热导入区域中。
[0055] 配对保持件29被设计为按压冲头31,其承载有被加热的按压头32,该按压头具有按压面33,配对保持件通过该按压面平面地接触和加载构件9。按压冲头31例如被刚性地构成和设置。该按压冲头可以具有轭式的形状。该按压冲头可以承载一个或多个、例如两个按压头32。在所示出的优选的实施方式中设有两个按压头32,其被分别设置用于一构件凸缘。
[0056] 按压面33可以具有任意的横截面构型。优选将按压面构造为圆形或椭圆形。按压面33分别与所接触的构件区域的轮廓相匹配。按压面例如针对上侧面30上的、平的构件凸缘具有相应的平的形状。如果构件9、特别是构件凸缘在上侧面30上需要具有包括突起和/或凹陷的轮廓构型,则按压面33被相应地、特别是互补地勾画轮廓并成型。
[0057] 按压头32被设计为可控的加热元件,或者具有集成的可控加热元件。所述加热元件可以按照任意适当的方式产生热量,该热量通过接触或无接触式地传递给构件9和/或工件8。加热元件例如被设计为电加热元件。可能会多重存在的加热元件是加热装置34的组成部分,该加热装置的其他组成部分被设置在接合工具7上,或根据需要被设置在另外的位置上,特别是被设置在所配属的工业机器人3-6上。也可以为多个接合工具7配置一共有的加热装置34。
[0058] 加热装置34具有合适的能量供给装置和控制器以及用于测量温度和/或热量值的传感装置。加热装置34是可控的并同样与控制器相连接。在接合部位36上导入的热量可以被控制,或者也可以根据需要加以调节。
[0059] 防丢失装置24可以设置在接合工具7的任意合适的部位上。优选防丢失装置被与定位工具23组合地设置,或者被很小间隔开地设置在定位工具的旁边。接合工具7沿纵向方向35具有紧密的组件布局和紧凑的结构方式。防丢失装置24例如被设计可控的下方抓取夹紧器(Untergriffspanner),该下方抓取夹紧器的夹紧臂以闭合姿态从下方抓住构件9,并枢转进入静止姿态,以使被抓取的构件9实现进给和接合。
[0060] 构件9在工件8上的接合可以按照各种方式进行。在一种变型方案中,两个或更多个工业机器人3-6可以使被共同抓住的构件9在接合之前相对于工件8平行地或等距地取向,然后一起并同时地按压在工件8上以进行接合,并在接合部位36上进行加热。在此,接合部位36的数量与工业机器人3-6和接合工具7的数量相符。当需要较大数量的接合部位36时,可以使一个或多个工业机器人(3-6)在结束第一接合过程之后张开其接合工具7,与构件9分离并运输到另一构件部位,然后抓住那里并再次进行按压和加热。接合工具7沿着构件9的纵向方向35的位移运动可以借助于机器人轴或行驶轴16来进行。
[0061] 在另一种变型方案中,这种包括了对被抓住的构件9进行进给、按压和加热的接合可以以滚落的 方式进行。在如图3所示的接合装置2的变型方案中,工业机器人3例如可以利用其接合工具7在一端抓住构件9,然后进给到工件8上并进行按压和加热,以在一端部侧上的接合部位36。在此,另一工业机器人4利用其接合工具7将工件9的另一端部区域保持在一浮置的且与工件8间隔开的位置上。在构成第一接合部位36之后,工业机器人3放开构件9,重新进行抓取,并在另一个仍与工件8间隔开的部位上捉住构件,并在构成下一接合部位36的情况下对构件进行接合。该过程可以多次地重复,其中,另一工业机器人4使构件9根据需要逐步地靠近工件8。
[0062] 这种滚落式的装订接合过程也可以如图4所示地利用较大数量的工业机器人3-6来进行。
[0063] 在所示出和所描述的接合过程中,构件9应当被精确地定位在工件8上。为此目的,设有优选固定的外部测量装置12,以及在工业机器人3-6、特别是在工业机器人的接合工具7上设有被携同引导的传感装置20。测量装置12和传感装置20连接所述的控制器。
[0064] 外部测量装置12例如如图1和图2所示的那样被设置在中央并静止不动。该外部测量装置测量构件9并在必要时还有接合工具7、特别是其定位工具23在空间中的并相对于工件8的位置。在此,工业机器人3-6及其接合工具7的可能的定位和/或定向错误可以被检测到并通过所述控制器被修正。由此使得构件9能够在预先给定的额定位置中被接合工具7抓住并随后被进给到工件8上并被按压。
[0065] 工业机器人3-6在接合时以限定的、特别是可控或可调节的力将接合工具7的配对保持件29和被抓住的构件9按压在工件8上。被携同引导的传感装置20用于对接合过程的控制和必要时的调节。
[0066] 被携同引导的传感装置20可以具有一个或多个传感器21、22。这种传感器可以是接收机械负载的传感器21,利用该传感器可以在一个或多个轴中、优选在所有六个空间轴中检测工业机器人3-6的在接合时发生作用的按压力。该传感器21例如可以被设计为6D力传感器,或这被设计为力-力矩系统。该传感器被配置给接合工具7并可以在适当的部位上处于力流中。
[0067] 例如,将传感器设置在接口18与从动机构13或变换联接器之间。在另一种变型方案中,这种传感器21可以集成在接合工具7中。此外可以使用触觉工业机器人,其具有集成的并设置在机器人轴上的传感装置,该传感装置接收外部作用的负载、特别是力矩。
[0068] 另一传感器22可以用于对构件9和/或接合工具7的位置检测。该另一传感器单个地或多重地存在,并例如被设置在台架19上,并且是沿轴向设置在配对保持件29的附近并间隔开地、浮置式地位于被抓住构件9的上面。该另一传感器相对于配对保持件29具有定义的位置,并优选无接触地、特别是光学地检测构件9和/或工件8。
[0069] 该另一传感器例如可以被设计距离传感器,其通过激光束光学地或以其他的方式、例如感应地或电容地测量与构件9的间距。替代地或附加地,该另一传感器可以被设计为边沿扫描传感器,其被设置在接合工具7的边缘上并指向构件9的端面侧边缘并在必要时指向工件8的端面侧边缘。这种传感器22例如可以被设计为激光传感器。
[0070] 该位置传感器22特别可以探测构件9的自由端部,以位置准确地构成端部侧上的第一接合部位36。另一方面,该位置传感器也可以探测工件8的边缘或轴向端部,以便为构件9和工件8建立正确的轴向相对位置来进行接合。图3示出了带有被位置准确地抓住的构件端部的工业机器人3。
[0071] 利用测量装置12和传感装置20,可以使已被绝对准确地测量的接合装置2与工件8和被抓住的构件9的实际位置和实际方向相匹配,并在偏离时加以调整。由此可以使构件9在工件8上被精确地定位、取向和进给。
[0072] 所示出和所描述的实施例的变型可以有任意的形式。特别是它们的特征可以彼此任意地组合,特别是交换。
[0073] 替代所示出的和优选的工业机器人3-6地,接合装置2可以具有另外的单轴或多轴的、可运动的执行器或处理装置。这种接合连接可以按照另外的物理方式并伴同使用其他的能量形式来实现。例如,可以利用电场或电磁场、特别是交变场,利用辐射能等来工作。
[0074] 此外,根据本发明的接合装置和接合方法还可以被使用和适配另外的技术领域。这些领域例如可以是车辆车身或车辆上层结构、特别是载重汽车上层结构的制造。此外,构件9和工件8可以具有其他的形状并由其他的材料制成。在构件9和/或在工件8上可以设置特殊的、已准备好的接合部位,例如局部的平台。此外,接合装置2可以例如通过热导入和/或涂覆粘接剂或接合剂或者另外的方式提前准备好设置在工件8和/或构件9上的接合部位。
[0075] 附图标记列表
[0076] 1 装配工作站
[0077] 2 接合装置
[0078] 3 工业机器人
[0079] 4 工业机器人
[0080] 5 工业机器人
[0081] 6 工业机器人
[0082] 7 接合工具
[0083] 8 工件,表面结构,皮肤
[0084] 9 构件,纵梁
[0085] 10 工件承载件
[0086] 11 构件供应装置
[0087] 12 外部测量装置、激光追踪器
[0088] 13 从动机构,机器人手
[0089] 14 基座
[0090] 15 机器人臂
[0091] 16 附加运动轴、行驶轴
[0092] 17 基础结构
[0093] 18 接口,机器人接口
[0094] 19 台架
[0095] 20 传感装置
[0096] 21 传感器,负载传感器
[0097] 22 传感器,位置传感器
[0098] 23 定位工具,平行夹钳
[0099] 24 防丢失装置,下方抓取夹紧器
[0100] 25 抓取工具
[0101] 26 升降抓取器,抽吸抓取器
[0102] 27 固定的吸取元件
[0103] 28 浮动的吸取元件
[0104] 29 配对保持件,构件设施
[0105] 30 构件上侧面
[0106] 31 按压冲头
[0107] 32 按压头,加热元件
[0108] 33 按压面
[0109] 34 加热装置
[0110] 35 纵向方向,中央纵轴线
[0111] 36 接合部位
[0112] 37 台架,下台架
[0113] 38 工件收纳部
[0114] 39 料库,构件架
[0115] 40 供应设备
[0116] 41 装载位置
[0117] 42 存储位置。
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