CN101172324B - 用于装配机动车辆车身结构或其子配件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

借助于布置在传送线(X)两侧的机架(2)，在焊接装配台内装配机动车辆车身或其子配件，其中所述传送线(X)横越过所述焊接装配台，所述机架设有用于定位夹紧所述车身各种部件的夹具。所述机架(2)借助于多轴线操作机械手(R)，在所述焊接装配台内的操作位置与距所述焊接装配台一定距离的非操作位置之间移动。但是，所述机械手并不将所述机架(2)传送至达其用于装配所述车身的最终操作位置，而是将其卸载到预先布置在所述传送线(X)两侧的两个刚性结构(13)上，所述刚性结构可沿与传送线成横向的方向在打开状态与关闭状态之间移动。一旦所述可移动的结构(13)在其打开位置从所述机械手(R)接收了机架(2)，那么所述结构(13)就移入其关闭状态，从而将所述机械(2)送入其最终操作位置。

Description

用于装配机动车辆车身结构或其子配件的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于装配机动车辆的车身结构或其子配件的系统，该系统包括：

-焊接装配台；

-传送线，用于将要装配的所述结构的至少一部分传送至所述焊接装配台，并将所述装配的结构从所述焊接装配台传送出；

-配备有定位夹紧夹具的至少一对机架，其中所述定位夹紧夹具可位于所述焊接装配台内，在所述传送线的两侧，用于将要装配的车身定位在适当位置中并夹紧其部分；

-焊接装置，用于装配位于适当位置中并且夹紧在所述焊接装配台内的所述结构；以及

-一个或多个操作机械手，用于将各所述定位夹紧夹具在所述焊接装配台内的操作位置与距所述焊接装配台较远的非操作位置之间移动。

背景技术

例如，文献No.WO-A-9512515和WO-A-9532886中描述了具有上述特征的系统。所述系统与其它已知装配系统的主要区别在于，用于使车身能够轨道焊接的定位夹紧机架借助于机械手移动，并且由于这个原因称为“自动化机架”。

在上述该类型的自动化机架系统中，机动车辆的车身通过将车身的地板面板连接到车身的两侧部而在装配台(或“架台”)内进行轨道焊接，其中车身地板面板通过传送线装入装配台，而车身的两侧部由上述侧面定位夹紧机架支撑。例如，当机架处在远离焊接台的非操作位置时，可在机架上准备好侧部。上述操作机械手从与传送线相邻的传送机上拾起侧部，并将其放置在机架上。各侧部部分借助于各机架上设置的定位夹紧夹具位于适当位置中并夹紧。当在各支撑机架上准备好侧部时，支撑机架就通过操作机械手进入焊接台中的操作位置。为此，支撑机架设有用于连接到操作机械手的肘部的装置，使得在所述步骤，支撑机架用作抓取工具(或“抓取装置”)，操作机械手利用该抓取工具来处理车身的各侧部。当侧部达到焊接台的操作位置时，它们就借助于进一步定位夹紧夹具与设置在其中的底盘装配在一起，其中进一步定位夹紧夹具可由焊接台的固定结构和/或定位夹紧机架来承载。在同一架台内还设有其他横向元件，该元件在顶部连接机动车辆的两侧部，以给其结构提供更强的稳定性。由此定位与夹紧的结构经历了一系列装配操作，通常为焊接操作，例如，电气点焊和/或激光焊接。通常，焊接夹具由操作机械手夹持，该机械手可至少部分地与用于搬运机架的机械手相同，一旦机架位于其操作位置中，用于搬运机架的机械手就从所述机架松开，并给自身配备上焊接夹具以进行必要的焊接操作。

一旦完成焊接，定位机架的夹持装置打开，从焊接好的结构脱离，使得焊接好的结构借助于传送线自由移离焊接台。

这种系统还是灵活性的，即，它们还能沿着一个相同的传送线对不同类型或样式的车身进行操作。不同样式的车身意味着预先布置在侧机架上的定位夹紧夹具的构造和/或定位不同。为此，对于每种样式的车身，都提供了相应的具有必要定位夹紧装备的成对机架。装配台或架台中成对支撑机架的操作机械手的位置对应于每次要在焊接台内装配的车身的类型。为此，在焊接台附近，预先布置对应于不同类型车身的不同形式机架的固定存储仓，并且只要有必要，操作机械手就会将前面曾使用过的机架放回到存储仓中，从另一存储仓中拾取对应于必须在架台内装配的新型车身的新型支撑机架。

发展至今的该系统的缺点在于，它们需要预先布置用于定位夹紧车身的结构，该结构的刚性足以保证在获得具有预定尺寸特征的装配结构中的必需质量。由于制造公差，在焊接台内形成的车身可能存在，例如，宽度大于标称尺寸的现象，结果当其定位夹紧在焊接台中时，它在侧面的定位夹紧机架上施力，具有将定位夹紧机架彼此远离移动的趋势。一方面，由于各机架承载的部件相对于机架精确地定位在适当位置上，另一方面，由于当各机架处于其在焊接台内的操作位置时各机架精确地定位，所以确定了焊接车身几何结构的精度。如果无法精确地保证所述位置，例如，如果机架的结构刚性不足，那么就会无法获得其结构的尺寸质量。为此，在已知的系统中，侧面的机架必须设有比较麻烦笨重的结构和/或设有在两侧面机架的操作位置中将两侧面机架彼此连接起来的突出交叉元件，以提供刚性保持架(例如，参考文献No.WO-A-9964289)，这进一步增加了其重量，并且由于必须避免所述交叉元件与由支撑机架支撑的车身侧部部分之间的干涉，给设计者带来了额外的限制。在其它文献(WO-A-9532886)中，设计了整个框架在多个侧面上环绕车身的结构，结果侧面支撑机架成为更加笨重的结构。机架更重的重量和更大的不方便还导致通过操作机械手移动的困难更大，从而必须对要操作的负载来确定大小，增加了系统的最终成本。

发明内容

本发明的目的是克服前述缺点。特别地，本发明的目的是提供一种在本说明书开始所述形式的装配或机架系统，该系统会保证焊接结构的高尺寸质量，同时具有使用的定位夹紧机架的尺寸较小、重量较轻，从而更易操作的特点。

上述及其它目的可通过本发明中除具有在本说明书起始处所述的所有特征之外，还具有下述特征的装配系统实现：在所述焊接装配台中，所述传送线的两侧，预先布置有两个刚性结构，所述刚性结构可沿相对于所述传送线的横向方向在打开位置与关闭位置之间移动，其中在所述打开位置中，所述刚性结构彼此相距更远，在所述关闭位置中，所述刚性结构彼此靠近，此外，各所述刚性结构设有用于在所述焊接装配台中接收和支撑各定位夹紧侧面机架的联接装置。

在根据本发明的系统中，当操作机械手将定位夹紧侧面机架从其非操作位置送入其操作位置时，其将不直接将它放入装配所述车身的最终位置，而是将它放在各自预先布置在其打开位置的刚性结构上。只有在操作机械手将各侧面机架留在所述刚性结构上之后，所述机架才借助于两个刚性结构至其关闭位置的移动送入其最终操作位置，所述两个刚性结构在关闭位置靠在一起。在所述情形中，由两个侧面机架承载的侧部相对于架台内的地板面板定位并夹紧，以便能够进行焊接操作。各侧面机架由各自的刚性结构承载，使得由于机架与要装配的车身的接合而使机架承受的可能应力作用在刚性结构上。因此，由于侧面支撑机架压靠在接收该机架的刚性结构的相对表面而保证其无法过度变形，所以还可具有较轻的结构而不必一定具有高刚度。

如上所述，与已知的系统相同，根据本发明的系统适于应用至下列技术：当各机架仍处于其非操作位置时，在各机架上准备要焊接的结构的侧部。在根据本发明的系统中，当所述支撑机架处于远离所述焊接台的位置时，以及根据可选方案，当所述侧面支撑机架已接受在各自的刚性结构上且所述刚性结构处于其打开状态时，都可完成上述操作，其中在所述打开位置，各刚性结构相距一定距离。当然，对于根据本发明的系统，并不排除根据已知的方式来使用，其中传送线给所述焊接台供给已经初步装备好的车身结构，即，已经包括地板面板和两个侧部的车身结构，在这种情形下，操作机械手操作“空”的侧面机架，在两个刚性结构的关闭运动之后，所述机架达到其最终操作位置时，所述机架的用于定位夹紧的夹具与所述车身的侧部接合。

根据本发明优选实施例的其它特征，当两个侧面机架处于所述架台内的最终操作位置时，它们还可用于支撑相对于所述侧面机架横向布置的前机架和/或后机架，并承载设计成接合要装配的所述车身的前后部分的另外的定位夹紧夹具。但是，在本发明中，所述辅助机架不会由提高系统硬度来定位夹紧机架的需求所要求，假如此硬度是通过前述横向可移动刚性结构来保证，而不是简单地通过在适于将所述车身的前后部分接合的位置中预先布置另外的定位夹紧夹具的可能优点来保证。

应当注意，在所述侧面机架并非借助于机械手移动而是可在轨道上移动、由机架上或车架上用于拉动机架的电机装置控制，或者预先布置为固定并设计成借助于机械传动装置控制所述机架的移动的更加传统的系统(例如，参见以本申请人的名义提交的文献No.EP-B-0642878和EP-A-1611991)中，已知在传送线两侧预先布置两个横向可移动结构，以将两个侧面机架送入焊接台中的适当位置，从而定位夹紧要焊接的车身。但是，在焊接系统中预先布置上述这类横向可移动结构，由于机架操作可能性没有关于要沿任何由自动化机架系统相对于可移动轨道上的可移动机架提供的路径而行的限制，所以所述定位夹紧机架通过机械手移动会碰到技术上的偏见，首先，由于机械手能够将所述机架带至装配所述车身的最终操作位置，所以完全看到上述横向可移动结构的预先布置是不必要的。这一点通过下述事实得到了证明：迄今生产的所有自动化机架系统都使用机械手以将机架精确地送入其最终操作位置。然而根据本发明，首次考虑使用机械手操作所述机架并不将所述机架送入操作容纳位置，而是送入所述两个刚性横向可移动结构上的容纳位置中，然后所述结构将所述机架送入用于装配所述车身的最终位置，从而具有上述优点。

本发明的另一主题是如所附权利要求11中所限定的、可使用上述系统执行的装配方法。

附图说明

参考附图，从随后通过非限制实例提供的描述可清楚本发明的其它特征和优点，其中：

图1为根据本发明教导而提供的、用于机动车辆车身的架台的透视图；

图2为图1的架台的平面图；

图3为架台细节的放大透视图；

图4为架台细节的示意透视图；

图5和6为图4的两个细节的放大透视图；

图7为图3中所示架台部分的示意性截面图；

图8为根据本发明的架台的细节的另一示意性透视图；和

图9为根据本发明的架台的另一细节的另一示意性透视图。

具体实施方式

图中，附图标记1表示用来支撑机动车辆车身的整个架台，其中所述车身由压制刚板制成的元件构成。架台1沿着传送线(由图1中的箭头X示意性地表示)定位，要焊接的车身的底盘借助于传送线连续送进架台，并且焊接好的车身也借助于传送线从架台送出。这里使用的术语“底盘”表示机动车辆车身的底部部分，主要由地板面板和用于支撑设置在地板镶板前面的发动机组的结构组成。

由于有关传送线的结构和操作可通过任何已知的方式产生，并且由于它们本身并不落入本发明的范围之内，因此这里不再对其细节进行描述或示出。

根据其本身已知的技术，当底盘达到焊接台并停止时，它已完成机动车辆车身两侧部的添加，还可能完成将两侧部顶部连在一起的横向元件的添加。再次根据其本身已知的技术，车身侧部借助于两个侧面机架2位于适当的位置中并夹紧在焊接台上。各所述侧面机架2具有金属的结构，该结构具有图8中所清楚示出的构造，并设有多个定位夹紧夹具200。为简便起见，图8中未示出所述夹具，但在图1-4和图9的放大视图中清楚示出。侧面机架2所设置的定位夹紧夹具可以任何已知的方式产生。通常，所述夹具设想有一对可动夹紧元件，这对可动夹紧元件相对于彼此在打开夹紧位置和关闭夹紧位置之间移动，并且具有适于接合与其接触的钢板的相应部分并将其定位在适当位置的构造。从而定位夹紧夹具依赖于要焊接的车身的形式。因此，在所示实例的情形下，如果焊接台要对两种不同类型的机动车辆车身进行操作，那么必须采用配备有必要的定位夹紧夹具的两种不同的侧面机架2，其根据每次焊接台中的车身类型在焊接台的工作位置中迅速交换，以接合要焊接的车身。

如图1和2中所示，焊接台预先布置有多个多轴线操作机械手R，该机械手R既具有对每次在焊接台中装配的车身实施电气点焊的功能，又具有将各侧面机架2在焊接台与各自的存储台之间移动的功能，所述存储台距焊接台有一定距离，以便在所述存储台中给机架准备好车身的各侧部，和/或根据要焊接的车身形式替换焊接台中的机架。为此，各机架2设有抓取元件3(参见图5)和抓取工具4，各机架2通过抓取元件3以已知的方式联接，各机械手R通过抓取工具4来装备。在所示的具体实施例中，各机架2具有框架结构(参见图8)，其顶部元件2a与底部元件2b在端部通过两个垂直元件2b彼此连接，在其中间部分由中心柱2c彼此连接。在中心柱2c上，在垂直中间位置固定有联接元件3。各操作机械手R为已知形式的多轴线机械手，其操作臂终止于可以已知方式连接到工具的肘部5。在架台区域的附近设有一个或多个工具台50，在该处存储图5中由标记4所示类型的抓取工具或电气点焊头。各存储台50设有用于支撑由摆臂52传送的工具的平台51，摆臂52可借助于致动器致动，以将工具支撑在其连接件被保护在平台51之下的适当位置内。各焊接机械手被编程使其自身在各操作情形中配备有适当的工具，尤其是当必需焊接在焊接台内装配、并借助于由位于焊接台中的侧面机架支撑的定位夹紧夹具所夹紧的车身时，各焊接机械手使其自身配备有侧面机架2或焊头。

如上所述，在所示具体实施例的情形下，焊接台设有对应于要焊接的两种不同类型的车身的两对侧面机架2。为此，在焊接台附近预先布置有四个固定台A、B、C和D，以便在侧面机架未处于操作位置时来安放它们。

在各固定台A、B、C和D内预先布置有固定结构，该固定结构设计成接收和支撑停止的侧面机架2。

图9详细示出了固定台A的固定结构6。各固定结构6包括基座6A、从基座6A直竖的两个立柱6B，立柱6B的顶端支撑用于侧面机架2的两个定位支撑装置7。如图6中所示，其示出了设置在两个立柱6B之一顶部上的支撑装置7，在所述支撑装置7的顶部上预先布置有支撑8，在支撑8上安装交叉地布置的四个轮子9(图6中只能看见两个)，使得它们可转动。轮子9设置成彼此两两相对，并安装在彼此两两平行的轴上，以在其间限定设计成接收垂直销90的空间，垂直销90从水平板10向下突出，而水平板10通过支架11固定在机架2的结构上并从机架2突出。当机架2设置在固定台中时，其静止，使其水平板10位于立柱6B顶部的轮子9上。

如图6中所示，连接空间限定在安装成可在立柱6B上自由旋转并且交叉布置的四个轮子9之间，使得所述轮子彼此成两两面对，并且安装在相互平行的水平轴上，其中一对的轴与另一对的轴垂直，并且布置在相同的水平平面内，使得由机架2支撑的向下突出的销90在轮子9之间的空间内的布置，将机架2相对于结构6的位置沿两个相互垂直的水平方向精确地定位。由所述支架11支撑的水平板10的底部水平表面设置成靠在所述轮子上，以便将机架2的重量压在结构6上，并在垂直方向上将机架2相对于结构6的位置精确地定位。如果两个立柱6B之一在顶部配备有图6中所示的装置7，那么另一立柱6B在其顶部也配备有与图6中所示相同的装置7，但在该情形下，其区别在于只设有彼此相对的一对轮子9，并且这对轮子具有精确平行于立柱6B所在平面的轴。这样，具有四个轮子的装置7将机架2相对于两个相互垂直的水平方向定位在适当的位置内，而只具有两个轮子的另一装置7防止机架2相对于支撑带四个轮子的装置7的另一立柱的任意转动。那么，由于水平板10靠在两个装置7的轮子上，所以两个装置7就垂直定位了机架。

在所述情形中，机架2保持垂直的结构，只要其端部立柱2B靠在从固定结构6的立柱6B突出的支撑12上(图9)。

图9示出了处于与抓取元件3联接的步骤中的多轴线操作机械手，其中抓取元件3由位于固定台A内的机架2支撑。一旦联接上，操作机械手R就能够升高侧面机架2，将其远离固定台A，以使其设置于焊接台中，如后面所详细描述的。

还是假设焊接台总是对同一类型的车身进行操作，那么在任何情形下，操作机械手都在焊接台中的操作位置与固定台中的非操作位置之间操纵相应的一对侧面机架，其中固定台的形式与图9中可看到的相同。实际上，在后面的情形中，侧面机架2准备好要装配的各侧部。当侧面机架2处于图9中所示的位置时，由此支撑的定位夹紧夹具200用于与各车身侧部的机架2联接，无论该车身侧部是由单个钢板元件组成还是由多个钢板元件组成。处于固定位置的侧面机架2上的侧部元件可以任意已知的方式执行，如手动或借助于自动化装置。一旦完成侧部在处于固定位置的侧面机架2上的准备，那么机械手R就可抓起机架2(如图9中所示)，并将其移送至焊接台，在那里机架2由基本上类似于上述各固定结构6的刚性支撑结构13接收和支撑。特别参考图3，各结构13具有基座13A，从基座13A上竖有两个立柱13B，立柱13B在顶部终止于与上面参考图6、9描述的类型相同的联接支撑装置7。如上所述，同样在该情形下，装置7确保了机架2相对于结构3在传送线X方向和垂直于传送线X的水平方向、以及垂直方向的精确定位。

图4示出了操作机械手将侧面机架2放置在支撑结构13上的布置。图1示出了机械手准备将新的机架2安放在结构13上，并保持等候使其机架在结构13上的步骤，虽然机械手R设置在一旁，但其仍必须抓起结构13上的机架2。

如图3中所清楚示出的，在传送线X两侧设定布置有两个支撑结构13。结构13安装成使得其可沿横向于传送线的方向在打开状态与关闭状态之间滑动，其中在打开状态中，结构13彼此相距更远，在关闭状态中，结构13彼此靠近。如图3中所示，各结构13在相应于其基座13A的位置内设有两对滑块14，该滑块14安装成使得其可在固定到架台地板上的轨道15上滑动。两个结构13在其打开状态与关闭状态之间的移动借助于任何已知形式的致动装置(未示出)控制。

当操作机械手R必须将支撑两个各自的侧部的两个侧面机架2定位在其上时，两个结构13处于其打开状态。一旦所述操作终止，两个结构13就进入其关闭状态，彼此靠近(图7)，使得由侧面机架2支撑的两侧部连接到底盘上，底盘同时由传送线X送入焊接台，并借助于由侧面机架2支撑的定位夹紧夹具或可能借助于由焊接台固定结构支撑的定位夹紧夹具定位在适当的位置中。

当侧面机架2处于其彼此接近的位置以组装车身时，操作机械手R还用来利用前辅助机架16和后辅助机架17定位夹紧车身的结构，各前后辅助机架包括交叉结构，其由定位夹紧两个侧面机架2的装置支撑在端部，从而还支撑定位夹紧夹具，该定位夹紧夹具设计成接合要焊接的车身的前后部分。一旦定位了两个辅助机架16、17，那么整个车身就借助于由两个侧面机架2和前或后机架16、17支撑的定位夹紧夹具定位夹紧在适当的位置中，其后，机械手R执行必要数量的焊点，以给车身提供稳定的外形，其间，机械手R自身配备有焊接工具，例如，电气点焊或激光焊头。一旦完成焊接操作，那么定位夹紧夹具就打开，两个结构13移入其打开位置，侧面机架2从车身脱离，以使焊接好的车身可借助于传送线X的作用从焊接台离开。

如图3中所示，辅助机架16、17还设有与侧面机架设有的类型相同的联接元件3，以与机械手的抓取工具联接。

如图7和8中所清楚示出的，在操作情形下，当结构13处于关闭状态，侧面机架2和前后机架16、17利用其定位夹紧夹具200与车身结构接合时，侧面机架2上承受的所有应力(例如，由于车身宽度大于标称值所引起的应力)都作用在刚性结构13上对应于与机架2相接触的区域。由于结构13设计成具有足够高的刚度，所以侧面机架2可表现为比较轻而绝不笨重的结构，且不会影响要焊接的部件的定位精度。实际上，由于结构13的坚固，其保证定位夹紧夹具保持在需要的位置中，确保了焊接结构的尺寸质量。同时，较轻而绝不笨重的侧面机架2的预布置大大地便于机械手R对其的操作。

因此，由此可见，根据本发明的装置使用比较简单低廉的装置就达到生产质量高的优点。

当然，在不偏离本发明原则的情况下，其结构和实施例的细节相对于这里仅通过实例描述和示出的细节可进行较大地变化，而不脱离本发明的范围。

Claims (4)

1.一种用于装配机动车辆车身结构或其子配件的系统，该系统包括：

焊接装配台(1)；

传送线(X)，用于将要装配的所述结构的至少一部分传送至所述焊接装配台，并将装配好的结构从所述焊接装配台传送出；

配备有定位夹紧夹具(200)的至少一对机架(2)，其中所述机架位于所述焊接装配台内，在所述传送线(X)的两侧，用于将要装配的车身定位在适当位置中并夹紧；

焊接装置，用于装配在所述焊接装配台或架台内位于适当位置中并且夹紧的所述结构；以及

一个或多个操作机械手(R)，用于将各所述机架(2)在所述焊接装配台内的操作位置与距所述焊接装配台较远的非操作位置之间移动，

其中，在所述焊接装配台(1)中，在所述传送线(X)的两侧，预先布置有两个刚性支撑结构(13)，所述刚性支撑结构(13)可沿相对于所述传送线(X)的横向方向在打开位置与关闭位置之间移动，其中在所述打开位置中，所述刚性支撑结构(13)彼此相距更远，在所述关闭位置中，所述刚性支撑结构彼此靠近；并且

各所述刚性支撑结构设有用于接收和支撑各机架(2)在所述焊接装配台中的联接装置(7)，

其特征在于，提供所述联接装置(7)以将各机架(2)相对于所述刚性支撑结构(13)定位在适当的位置，且支撑各机架(2)的重量，所述联接装置(7)包括布置在各所述刚性支撑结构(13)上沿传送线的方向相距一定距离处的至少两个联接装置，每个联接装置(7)限定了朝上开口的联接腔，用以接收从所述机架(2)的支架(11)向下突出的销(90)，以及

每个所述刚性支撑结构(13)设有支撑(12)，当机架(2)通过每个销(90)被接收在所述刚性支撑结构(13)顶部上的对应的所述联接腔内时，各机架(2)的两个端部立柱(2B)靠在所述支撑(12)上，以使得机架(2)保持垂直，当机架(2)承受横过所述传送线(X)而指向所述焊接装配台(1)外侧的横向力时，所述机架(2)压靠在所述支撑(12)上。

2.如权利要求1所述的装配系统，其特征在于，至少一个联接装置的所述联接腔限定在四个轮子(9)之间，所述轮子(9)安装成使得其可在所述刚性支撑结构(13)上自由旋转且交叉布置，从而所述轮子设置成两两面对，并且安装在相互平行的水平轴上，其中一对的轴垂直于另一对的轴，并且这两对的轴布置在同一水平面内，使得由所述机架(2)支撑的向下突出的销在所述轮子(9)之间的所述联接腔内的接合，将所述机架(2)相对于所述刚性支撑结构(13)沿所述传送线(X)的方向和与所述传送线(X)垂直的水平方向精确地定位。

3.如权利要求2所述的装配系统，其特征在于，所述销从由支架(11)支撑的设计成靠在所述轮子上的水平表面(10)向下突出，以便将所述机架(2)的重量压在所述刚性支撑结构(13)上，并将所述机架(2)相对于所述刚性支撑结构(13)沿垂直方向精确地定位。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的装配系统，其特征在于，各所述刚性支撑结构(13)包括可在轨道(15)上移动的基座(13A)和从所述基座向上竖立并具有顶端的一对刚性立柱(13B)，该顶端未彼此联接，并支撑上述联接装置(7)。

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