CN103149880B - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于工件(4)、特别是车辆车身或车身组件的加工装置(1),该加工装置具有定位装置(6),其具有至少一个用于工件(4)和/或工件载体(5)的定位驱动器(20,21);和一个或多个多轴操纵器(15,16),优选为可编程机器人,其具有加工工具(18)以及操纵器控制器(19)。定位驱动器是可控的并与操纵器控制器(19)相连接,其中,定位装置(6)附加地具有用于接收的工件(4)和/或所接收的工件载体(5)的可控的输送装置(10)以及一个或多个接口(13,14),以连接用于工件和/或工件载体的外部输送装置(9)。本发明还涉及一种用于工件(4)、特别是车辆车身或车身组件的加工设备和加工方法。

Description

加工装置
技术领域
本发明涉及一种用于工件、特别是车辆车身或车身组件的加工装置。
背景技术
在实践中公知在生产线上需要为汽车白车身设置升降台,车身可以在升降台上局部升高,以使相邻的机器人能够接近车身下面并在那里进行加工处理。升降台在终点位置之间来回运动,在终点位置上设有与流程控制器相连接的信号发生器,该流程控制器在到达机器人控制器的终点位置、特别是升降位置(Hubposition)时会发出启动信号,从而利用机器人执行编程的加工处理过程。但在实践中这种升降台或据此构成的定位装置还不能完全令人满意。
专利文献DE102004021388A1公开了,在机器人单元中利用相互协作的机器人来加工工件,在此,搬运机器人动态地在空间中输送工件。这是一种成本高昂的加工处理技术,不适用于采用台式搭接输送技术(stationsübergreifender)的生产线。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改进的加工和定位技术。
本发明的目的通过根据本发明的用于工件、特别是车辆车身或车身组件的加工装置来实现。该加工装置具有定位装置,其具有至少一个用于工件和/或工件载体的定位驱动器;以及一个或多个多轴操纵器,优选为可编程机器人,其具有加工工具以及操纵器控制器,定位驱动器是可控的并与操纵器控制器相连接,其中,定位装置还附加地具有用于所接收的工件和/或所接收的工件载体的可控输送装置以及一个或多个接口,以连接用于工件和/或工件载体的外部输送装置。
本发明的目的还通过根据本发明用于工件、特别是车辆车身或车身组件的加工设备来实现,其中,该加工设备具有输送装置和根据本发明的加工装置,该加工装置具有用于工件的受驱动的定位装置和一个或多个多轴操纵器,该操纵器具有加工工具以及操纵器控制器。
本发明的目的还通过根据本发明的用于对工件、特别是车辆车身或车身组件进行加工的方法来实现,其中,工件由外部输送装置通过接口输入,其中,工件和/或工件载体通过具有至少一个定位驱动器的定位装置进行定位,并由一个或多个多轴操纵器通过加工工具进行加工,该多轴操纵器优选为可编程机器人,定位驱动器与操纵器控制器相连接并受其控制,以及所接收的工件和/或所接收的工件载体由位于定位装置上的可控的输送装置运动并输送。
根据本发明的加工和定位技术能够在已有台式搭接输送装置和预定时钟周期的生产线或生产设备内使用。定位装置不仅是能够为了加工而对所接收的工件或工件载体进行最优定位。定位装置还可以负责在传输路线中的运输。在此还可以有利地通过适当的接口在输送技术上整合到外部输送装置中、特别是这样的生产线或生产设备中。
根据本发明的加工技术和定位技术使得能够在定位装置进行定位运动期间对工件进行加工。因此可以在生产线内更好地利用周期时间。这特别是对于具有较慢的定位运动的定位装置、例如剪切式升降台是具有优点的。
定位装置的运动学特征可以各不相同,在此,它们例如可以被设计为升降工作台、转动工作台、倾斜工作台,等等。这些都是结构和运动学上简单的解决方案,特别是具有成本优势。
定位装置可以具有多个定位驱动器并能够执行多个定位运动,这些定位运动在必要时可以相互叠加。这改进了加工过程并提高了工件的待加工位置的可到达性。特别是,工件可以随同其接收平面一起在定位装置上升高、转动或倾斜,并且还可以沿着接收平面移动。
利用定位装置的一个或多个定位驱动器共同控制或调节定位装置以及通过操纵器控制器共同控制或调节一个或多个操纵器就过程技术而言是特别有利的。可支配的时间得到最佳利用。此外,消除了与操纵器的工作区域以及在工件上的加工点的位置相关的问题。工件和操纵器可以执行相互协调的运动。在这里还可以利用协作的操纵器以及用于操纵器的附加轴工作。
用于工件位置的检测装置支持以上所述的控制或调节。该检测装置可以不同的方式构成,并且还可以用于过程监控,特别是用于检测操纵器和/或其加工工具的位置,以及用于质量监测。
要执行的加工过程可以是不同性质的。它们特别可以是涂覆过程和/或接合过程(Fügeprozess)。后者例如可以是焊接过程、粘合过程或槽口结合过程。然后并在必要时可以在另一加工装置或加工工作台中,在加工地点上、特别是在焊接接缝或粘合接缝、边缘槽口等上施加保护用密封剂。所述类型的加工装置也可用于工件的连接,例如白车身与车身底部组件的所谓装配。工件可以是任何类型的,在此,可以优选是车辆部件,尤其是车身部件或完整的白车身。
所使用的多轴操纵器可以就它们的构造和轴配置以任意的方式构成。优选是可编程的多轴机器人、特别是工业机器人,其配备有机器人控制器,定位装置的一个或多个定位驱动器作为所谓的机器人轴集成在该机器人控制器中。特别优选是关节臂机器人。
附图说明
在附图中示意性地举例示出本发明。其中:
图1示出了具有加工工作台的加工设备的一部分的侧视图,
图2示出了图1中的加工工作台或加工装置在另一状态下的放大视图,
图3示出了加工装置的局部平面图,
图4示出了另一种设备配置和工作台配置的示意性平面图。
其中,附图标记说明如下:
1加工装置
2加工工作台
3加工设备
4工件,车身
5工件载体,滑车
6定位装置
7升降装置,升降工作台
8转动装置,转动工作台,倾斜工作台
9输送装置,辊式输送机
10输送装置,辊式输送机
11输送设备,辊
12导向件
13接口
14接口
15操纵器,机器人
16操纵器,机器人
17附加轴,驱动轴
18加工工具,接合工具
19控制器,操纵器控制器,机器人控制器
20定位驱动器,升降驱动器,转动驱动器
21定位驱动器,牵引驱动器
22检测装置,传感器件
23外部检测装置,照相机
24内部检测装置,里程仪或位置仪
25定位元件,夹持器
26输送装置,输送平面
27接收平面
28支承件,板,框
29基座,底板
30调节装置,剪式升降机,转动环
31自由空间
32横梁
33纵梁。
具体实施方式
本发明涉及一种用于工件4的加工装置1。此外,本发明还涉及一种加工方法和定位方法以及一种具有一个或多个加工装置1的加工设备,这些加工装置可以例如作为加工工作台2集成在该设备中,
工件4可以是任意类型和大小的,优选是金属板件,特别是汽车部件。这些汽车部件可以是白车身的车身部件,它们例如以单个配件或组合配件的形式存在,例如车身底部组件、侧壁组件等。工件4也可以由接合成立方体形状的白车身构成。
可以将一个或多个工件4设置在工件载体5上,并在那里处于预先设定的位置上,这些工件例如通过夹具等来保持和保护。工件载体5例如可以设置为板装或托盘状的。在所示出的实施方式中,工件载体5被设置成框形滑车的形式。工件载体5例如可以由两个平行的纵梁33和多个横梁32构成,这些纵梁和横梁配有相应的夹具或其它用于工件4的接收装置和定位装置(未示出)。
加工装置1可以构造成独立的装置,其通过接口13、14在一侧或多侧连接在用于工件4或工件载体5的外部输送装置9上。替代地,加工装置1也可以作为生产线或加工设备3内的加工工作台,在此其还可以是多重存在的,如图4所示。
此外,在设备3中还存在其他的加工工作台。此外,还可以设有输送装置9的移交地点,例如从地面输送装置转变为悬空输送装置。
加工装置1具有定位装置6,定位装置6包括至少一个用于工件4和/或工件载体5的定位驱动器20、21。在所示出的实施例中存在两个或两个以上的定位驱动器20、21,它们可以作用在不同的轴线上,例如作用在如图1和图2所示的轴向x和z上。加工装置1还具有一个或多个多轴操纵器15、16,多轴操纵器具有加工工具18和在定位装置6周边的操纵器控制器19。此外,加工装置1可以具有用于工件位置的检测装置22。
一个或多个定位驱动器20、21与操纵器驱动器19相连接。在这里优选将定位驱动器20、21作为另外的操纵器轴集成在操纵器控制器19中。此外,至少一个操纵器15、16与操纵器控制器19相连接。检测装置22也可以与操纵器控制器19相连接。
操纵器15、16可以不同的方式构成,并可以具有任意数量和配置的节肢和可运动的轴。这些轴可以是旋转轴和/或平移轴。在所示出的和优选的实施方式中,将一个或多个操纵器15、16设计为可编程的工业机器人。在此操纵器控制器19被相应地设计为机器人控制器19,并与一个或多个机器人15、16相连接。优选机器人是具有五个、六个或更多旋转轴的关节臂机器人。可编程操纵器或机器人15、16具有从动元件,例如多轴机器人手,在其上固定或可替换地设置加工工具18。加工工具18例如是接合工具、用于流体介质的涂覆工具等。
操纵器15、16可以为了扩大其工作范围而具有一个或多个附加轴17,例如在图1和图2中示意性示出的驱动轴(Fahrachse)。在所示出的实施方式中,操纵器15、16被设置在地面上。替代地还可以将其悬挂地设置在吊车架或壁上。它们还可以位于基座上。
如果多个操纵器15、16共同加工工件4,则每个操纵器都可以具有自己的操纵器控制器19,在此,可以设置以信号技术耦合的操纵器控制器19的主设备和从设备的配置。这在操纵器15、16在加工中相互协作的情况下是特别有利的。替代地可以为多个操纵器15、16设置一个共有的操纵器控制器19。
可以将用于工件位置的检测装置22设计为只由一个部分组成或由多个部分组成。该检测装置可以直接或间接地检测以上所述的工件位置。此外,该检测装置还可以前面所提到的方式用于其它的目的,例如用于过程监控、质量检测等。
根据在被夹紧工件4和工件载体5之间以及在工件载体5和定位装置6之间所定义的位置关系,可以检测工件4或那里的加工地点关于工件载体5和/或定位装置6的位置的空间位置和方向。
操纵器控制器19例如根据工件位置控制或调节定位装置6和/或一个或多个操纵器15、16,并使得能够在定位运动期间以及在停车阶段中进行工件加工。一个或多个操纵器15、16可以跟随运动的工件4和在那里的加工地点的位置变化,在此,加工过程可以不间断地进行。在工件运动期间的工件加工显著提高了可使用的处理时间和在预定周期时间内的加工或处理范围。
调节可以通过不同的方式实现,例如通过预先设定工件4、工件载体5或定位装置6的位置的额定值,在此,根据这些预设的额定值,通过位置检测和额定值-实际值比较来调节一个或多个定位驱动器20、21。对一个或多个操纵器15、16的轴驱动器可以根据预先设定的工件4或那里的加工地点的位置来控制或调整。对于一个或多个操纵器15、16,可以通过加工工具的工具具中心点来实现控制或调整。操纵器控制器19包括相应的轨迹程序和加工程序。利用检测装置22可以控制这种调整。
为此,在一种变形中,工件4、工件载体5或定位装置6的实际位置可以通过装置22检测,并根据该实际位置控制或调整一个或多个操纵器15、16。在此情况下可以控制定位装置6。
在此操纵器15、16还可以通过其加工工具18到达隐秘的或由于其他原因难以接近的工件位置。在工件4中,这种工件位置例如可以是面对输送装置9的一侧,特别是工件底部。在此有利的是工件载体能够使工具和操纵器通过并为此具有相应的通道开口或如图3所示的自由空间31。
此外,还可以在加工期间将工件4移动到有利于加工的位置上,以补偿加工地点的可达到性或操纵器15、16的工作区域的局限性。这例如可以是这样的情况:操纵器15、16必须通过相对较小的开口(例如窗口)进入中空工件4的内部,以便在那里执行加工操作。
加工过程可以是任意性质的。例如可以是接合过程,特别是焊接、钎焊、粘贴、上螺丝等。还可以是对于流体介质、特别是密封剂的涂覆过程,该过程可以与工件接触地进行或与工件无接触地进行。
例如在螺栓焊接时,上述可达到性问题可能存在于车身内部空间中以及在底部区域内。在此,操纵器15、16例如可以利用其臂和工具18首先直线取向,然后再相应于工具的进给以逐渐增加的倾斜取向通过车身开口进入。
如图1和图2所示,例如可以将定位装置6设计为升降台7。图4示出了一种变形,其中定位装置6被构造为转动台8。此外,在一种未示出的实施方式中可以变换为倾斜工作台。此外,定位装置6还可以有各种其他的结构上和运动学的变形。
在各种不同的实施方式中,定位装置6分别具有用于工件4或工件载体5的接收件或接收平面27。优选接收一个单独的工件4或工件载体5。该数字也可以更高。接收件27设置在定位装置6的支承件28上,支承件28例如可以被设计为台式板、框架等。接收件27可以平行于外部输送装置8的输送平面取向。在各种不同的变形中,定位装置6例如具有基座或台板29和调节装置30,通过调节装置29可以使支承件28相对于基座29运动。为此将使用第一定位驱动器20。
在定位装置6作为提升装置、特别是升降工作台的实施方式中,调节装置30例如可以被设计为剪式升降机、纺锤形装置或以其他任何适当的方式构成,用于执行例如线性升降运动,这种线性升降运动相对于输送方向或所连接的外部输送装置9的输送平面26垂直或必要时也可以相对于其倾斜。一个或多个操纵器15、16可以在侧向设置在定位装置6的旁边,以及在必要时沿输送方向26轴向平移地设置在定位装置6之前和/或之后。
例如如图3所示,如果将定位装置6构造为转动工作台,则调节装置30例如可以是具有用于定位驱动器20的驱动连接器(Treibverbindung)的转动环。支承件28例如围绕垂直转动轴进行转动运动,工件4在不同的位置和方向上相对于一个或多个沿周向设置的操纵器15、16转动,由此使操纵器可以到达不同的工件区域。在这里,转动定位运动的方向垂直于外部输送装置9的输送方向26。在一种未示出的倾斜装置中,工件4可以围绕水平的摆动轴倾斜。
定位装置6可以具有通过至少一个另外的定位驱动器21扩展的运动学特征。由此还可以使工件4或工件载体5附加地在接收平面27中运动,特别是移位。该定位运动可以根据需要与前面所述的第一定位驱动器20的定位运动叠加。该定位运动还可以顺序地发生以及以任意顺序发生。
在一种未示出的变形中,定位装置6还具有其他的定位驱动器,其同样与操纵器控制器19相连接。例如,升降工作台7可以设置在转动工作台8上,或将倾斜工作台设置在升降工作台7或转动工作台上。由此使运动学特征扩展并相应地提高定位装置6的运动轴的数量。
定位装置6通过一个或多个接口13、14以前面所述的方式连接在外部输送装置9上。接口13、14可以是机械性质的或控制技术性质的。定位装置6具有自己的输送装置10,其例如设置在支承件28或接收件27上。输送装置9、10可以是相同类型的。他们还可以连接到共同的控制器。利用输送装置10可以相对于接收件27运输、供应或运走所接收的工件4或工件载体5。
输送装置9、10的结构性设计是可任意选择的。在所示出的实施方式中,输送装置被设计为辊式输送机,并具有可控制驱动的输送辊11作为输送装置以及用于直接平放的工件4或用于工件载体5(例如用于其纵梁33)的导向件12。输送装置9、10例如为间歇性的工件运输而节拍性地工作。
在所示出的实施方式中设有静止的外部输送装置9,其在生产线中与多个加工工作台2相互连接。在所示出的实施例的一种变形中,输送装置9可以由一个或多个搬运机器人构成,搬运机器人将工件4或工件载体5从一个加工工作台搬运到下一个加工工作台2。在其它的变形中,输送装置26被设计为带式运输机、升降运输机或以其他任意适合的方式构成。
在所示出的实施方式中,定位驱动器20被设计为升降驱动器或转动驱动器或倾斜驱动器,定位驱动器21被设计为牵引驱动器。例如,在沿接收平面27的牵引运动中,输送设备11、特别是输送辊无驱动地连接在定位装置6上,因此,定位驱动器或牵引驱动器21可以沿接收平面27转移工件4或工件载体5,例如沿导向件12。在这里,工件4的运动可以直到使其在边缘侧突出越过定位装置6的轮廓,例如在边缘侧越过支承件28。这在升降工作台7中特别是可能发生在升高的位置上。在这里,改善和扩大了工件底部的可达到性。
定位驱动器20、21可以具有任意适合的结构设计。它们具有合适的驱动件(例如流体缸、流体或电动电机等)和从动件(例如活塞杆、机轴传动装置或齿条传动装置等)。定位驱动器20以适当的方式控制调节装置30、转动齿轮或移动剪切臂(Scherenarm)。
定位驱动器或牵引驱动器21可以具有适当的并在必要时可通过其他轴运动的定位元件25,用于与工件4或工件载体5输送连接。如图3所示,定位元件25例如可以是可上升和降低的夹持器,其利用捕获斜面等检测滑车5的横梁32,然后通过牵引驱动器21沿导向件12向前、后移动。
接口13、14可以是机械类型的和/或控制技术类型的,在此,例如用于在输送装置9、10之间的间隙桥接的输送桥形成对输送驱动器等的随动控制。对于工件运输,接收件27和可能的设置在定位装置6上的内部输送装置10将被带到与至少一个后续的外部输送装置9相连的转交位置或对齐位置。在工件交替之后,在加工过程中将发生单轴或多轴的定位运动。
检测装置(22)可以不同的方式构成。检测装置(22)可以是单部件的或多部件的。检测装置22具有外部位置检测器23和/或内部位置检测器24。外部位置检测器23可以对准工件4和工件载体5,并据此检测工件位置及其变化。检测装置22可以特别是具有非接触式工作的传感器件。为此适用的例如是光学传感器件。这种光学传感器件例如可以是在图1和图2中示意性示出的图像采集装置,它被示例性地设计为数字式测量相机。替代地或附加地,例如为了质量检验,可以利用光学传感器件或图像采集装置检测或监控工件4上的处理地点,例如接合缝、密封条等。此外,还可以利用光学传感器件检测加工工具18和/或操纵器15、16及其运动或位置。
如图2所示,内部位置检测器24例如可以对应定位驱动器20、21。在此,例如可以将其设计为里程仪或位置仪(Weg-oderPositionsmesser),并在驱动运动时测量长度或角度或位置。通过内部位置检测器24可以间接地检测工件位置。如图1和图2所示,外部位置检测器23和/或内部位置检测器24信号技术地连接操纵器控制器19,操纵器控制器19对检测到的用于控制或调节定位运动和/或操纵器运动的位置值进行分析。
以上所述实施方式可能具有各种不同方式的变形。首先,所述实施例的特征可以任意地相互交换或组合。轴的数量以及定位装置6和操纵器15、16的运动学特征可以改变。检测装置22的元件的数量和布置也可以变化。特别是可以替代地设有外部或内部位置检测装置23、24。此外,可以由内部输送装置10负责工件4或工件载体5的定位任务。其在此可以代替或补充定位驱动器或牵引驱动器21。另外,定位装置6可以具有用于从工件载体5上松开并临时移除工件4的装置和定位驱动器。这种定位驱动器可以代替或补充上述定位驱动器20。

Claims (19)

1.一种用于工件(4)的加工装置,其中,所述工件(4)是车辆车身或车身组件,该加工装置(1)被设计用于涂覆过程或接合过程,并具有:定位装置(6),其具有至少一个用于工件(4)和/或工件载体(5)的定位驱动器(20,21);和一个或多个多轴操纵器(15,16),其具有加工工具(18)以及操纵器控制器(19),其中,所述定位驱动器(20,21)是可控的并与所述操纵器控制器(19)相连接,其中,所述定位装置(6)还附加地具有用于所接收的工件(4)和/或所接收的工件载体(5)的可控输送装置(10)以及一个或多个接口(13,14),以连接用于所述工件(4)和/或工件载体(5)的外部输送装置(9)。
2.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,定位驱动器(20,21)可以作为另外的操纵器轴由所述操纵器控制器(19)控制。
3.如权利要求1或2所述的加工装置,其特征在于,所述定位装置(6)具有两个或两个以上可控或可调节的定位驱动器(20,21)。
4.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,所述定位装置(6)具有与所述操纵器控制器(19)相连接的用于工件位置的检测装置(22)。
5.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,所述操纵器控制器(19)根据工件位置控制或调节所述定位装置(6)和所述一个或多个多轴操纵器(15,16),以在定位运动期间进行工件加工。
6.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,接口(13,14)被设计为机械接口和/或控制技术接口。
7.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,所述定位装置(6)被设计为可控的升降装置(7),或是可控的转动装置(8)。
8.如权利要求7所述的加工装置,其特征在于,所述升降装置(7)是升降工作台。
9.如权利要求7所述的加工装置,其特征在于,所述转动装置(8)是转动工作台或倾斜工作台。
10.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,所述定位装置(6)具有用于工件(4)和/或工件载体(5)的接收件(27)。
11.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,所述可控输送装置(10)设置在用于工件(4)和/或工件载体(5)的所述定位装置(6)的接收件(27)上。
12.如权利要求11所述的加工装置,其特征在于,定位驱动器(20)使所述接收件(27)运动。
13.如权利要求12所述的加工装置,其特征在于,所述运动是上升和下降和/或转动和/或倾斜。
14.如权利要求11所述的加工装置,其特征在于,定位驱动器(21)沿着所述接收件(27)实现对工件(4)和/或工件载体(5)的定位运动。
15.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,定位驱动器(20)被设计为升降驱动器或转动驱动器或输送驱动器。
16.如权利要求1所述的加工装置,其特征在于,所述多轴操纵器(15,16)是可编程机器人。
17.一种用于工件(4)的加工设备,其中,该加工设备(3)具有外部输送装置(9)和加工装置(1),该加工装置(1)具有用于工件(4)的驱动(20,21)的定位装置(6)和一个或多个多轴操纵器(15,16),所述一个或多个多轴操纵器(15,16)具有加工工具(18)以及操纵器控制器(19),其特征在于,所述加工装置(1)根据权利要求1到16中的任一项构成。
18.一种用于对工件(4)进行加工的方法,该方法被设计用于涂覆过程或接合过程,其中,所述工件(4)是车辆车身或车身组件,所述工件(4)由外部输送装置(9)通过接口(13,14)输入,其中,工件(4)和/或工件载体(5)通过具有至少一个定位驱动器(20,21)的定位装置(6)进行定位,并由一个或多个多轴操纵器(15,16)通过加工工具(18)进行加工,其中,定位驱动器(20,21)与操纵器控制器(19)相连接并受其控制,以及所接收的工件(4)和/或所接收的工件载体(5)由位于所述定位装置(6)上的可控的输送装置(10)运动并输送。
19.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述多轴操纵器(15,16)是可编程机器人。
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