CN109789521B - 自动化的锤击方法以及用于实施该方法的自动化系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于使用自动化系统(32)对在金属工件(V)的基部表面(S)上形成的焊缝(C)进行锤击的自动化锤击方法，所述方法包括以下步骤：控制设置有承载扫描工具(30)的执行器(35；38)的自动化系统(32)，以便利用扫描工具(30)跟随沿焊缝(C)的初始轨迹，所述初始轨迹已根据工件的数值模型或根据实际工件确定；借助扫描工具(30)获取沿所述初始轨迹的关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据以及关于基部表面的靠近所述焊缝的一个或多个区域的局部数据；根据以这种方式获取的浮凸和位置数据以及初始轨迹，计算校正后的轨迹；以及控制设置有承载锤击工具(41)的执行器(40；38)的自动化系统(32)，以沿所述校正后的轨迹锤击所述焊缝。
Description
技术领域
本发明涉及旨在通过高频锤击对焊接点进行自动化处理的方法、系统和安装。
高频锤击的目的在于增强机械焊接工件的疲劳性能。高频锤击是一种机械冷处理，包括利用具有高动能的一个或多个微型撞击器(也称为针或冲击器)对金属部件的表面并且更特别地对焊缝的根部进行击打，以便一方面通过进行诱发压缩应力的冷加工、另一方面通过进行确保基体金属与焊缝之间的渐进过渡的几何修改，释放位于热影响区(ZAT)内的张应力。
背景技术
现有技术的缺点和本发明的目的
已确定的或目前的研究表明，高频锤击通过延迟裂纹的萌生及其传播的动作，确保了改善的疲劳性能。
通常具有保持在处理头部内的球形头部的针以高速和高频率朝向焊接点进行投射，以便对该区域进行锤击。这种受控的处理通过基体金属与焊缝之间的过渡的几何修改和在热影响区内引入有益的压缩应力的组合效果，确保延长焊接部件的寿命。特别地，通过超声波驱动的高频锤击是用于改善机械焊接工件的疲劳强度的最佳预防性处理之一。
通常手动进行锤击操作。锤击的手动实施需要可用的合格的操作员。锤击不能长期实施，而且基本上在整体工件上实施。此外，在手动操作中监控和量化锤击质量是复杂的。
从US 2011/0123820中已知一种自动化锤击方法，该方法使用具有确定的几何结构的冲击器。
需要自动化该操作并且需要能够在批量生产中以更准确的可追溯性和更好的质量控制来实施该操作。
发明内容
方法
因此，根据本发明的第一方面，本发明涉及一种用于使用自动化系统对在金属工件的基部表面上产生的焊缝进行自动化锤击的方法，所述方法包括以下步骤：
-控制设置有承载扫描工具的执行器的自动化系统，以便利用所述扫描工具跟随沿焊缝的初始轨迹，所述初始轨迹已根据工件的数值模型并且使用例如离线编程工具(PHL)确定，或者特别是通过人工学习来根据实际工件确定，
-使用所述扫描工具获取沿所述初始轨迹的关于焊缝的浮凸和位置的局部数据以及关于基部表面的靠近所述焊缝的一个或多个区域的局部数据，
-根据由此获取的浮凸和位置数据以及根据初始轨迹，计算校正后的轨迹，以及
-控制设置有承载锤击工具的执行器的所述自动化系统沿所述校正后的轨迹对所述焊缝进行锤击。
借助本发明，存在一种快速、准确并且可靠的自动化锤击方法。借助获取关于焊缝的浮凸和位置的局部数据和关于焊缝的附近环境的局部数据的步骤、以及计算校正后的轨迹的步骤，锤击工具所跟随的轨迹完全适于待被处理的焊缝。可以基于焊缝的实际位置和取向以及工件(特别是焊缝的根部)的周围表面和几何结构、以及基于锤击工具对于焊缝的可接近性，计算轨迹。
有利地，初始轨迹是锤击工具的初始轨迹。
关于焊缝的浮凸和位置以及关于工件的基部表面的一个或多个相邻区域的局部数据可以包括：对于焊缝的任何点，焊缝根部的空间坐标以及在根部处形成的在焊缝与工件的基部表面之间的角度。实际上，根部形成焊缝的端部，所述根部位于焊缝与工件的基部表面之间的极限处。
这些几何数据使得可以推断出在焊缝根部的每个点处形成在焊缝与工件的基部表面之间的根部处的角度的平分线的空间坐标。知晓根部和平分线的空间位置，可以从中推断出对于根部的每个点的所谓的检测轴线，所述检测轴线包括穿过该点并与所述平分线重合的直线。为了通过舍弃非常局部的特定缺陷而使校正后的轨迹平滑，也可以将过滤器应用于一系列的点。
“基部表面的靠近焊缝的一个或多个区域”应当理解为意指工件的基部表面的一个或多个部分，所述一个或多个部分例如在焊缝的一侧或两侧、在焊缝的每一侧上，位于从焊缝的根部到距焊缝小于100mm的距离处。所述一个或多个区域可以在焊缝旁边形成条带或在焊缝的两侧形成两个条带。在特定的实施方式中，所述区域可以延伸至距焊缝约8mm的距离处。在另一实施方式中，所述一个或多个区域可以延伸至距焊缝约60mm的距离处。
该方法还可以包括在锤击步骤之前监控校正后的轨迹的步骤，该步骤包括：
-控制设置有承载扫描工具的执行器的自动化系统，以便利用所述扫描工具跟随校正后的轨迹，
-使用所述扫描工具获取沿所述校正后的轨迹的关于焊缝的浮凸和位置的局部数据，以及
-比较新的扫描轨迹和所述校正后的轨迹。
如果合适的话，若必要，特别是如果校正后的轨迹不与关于焊缝的浮凸和位置的新局部数据一致，则可以再次校正所述校正后的轨迹。
监控校正后的轨迹的步骤还可以包括对待被锤击的表面进行几何测量。
待被锤击的表面可以包括围绕根部的焊缝和紧邻根部的基部表面(或者作为变型，与根部的最大距离为大约10mm的基部表面)。
该方法还可以包括差值计算步骤，该差值计算步骤使得可以计算初始轨迹与实际位置之间的差值偏差，从而使得可以实现校正后的轨迹。
在锤击步骤之后，该方法还可以包括质量控制步骤，所述质量控制步骤包括控制设置有承载扫描工具的执行器的自动化系统，以便获取关于锤击后的焊缝的浮凸和位置的局部数据，以便监控和量化该锤击后的焊缝的质量。
在这种情况下，并且在已经执行以下步骤的情况下：利用对待被锤击的表面进行几何测量来监控轨迹，所述质量控制步骤可以包括对锤击后的表面进行几何测量，并且与上述待被锤击的表面的几何测量进行比较，以便确定锤击的质量。几何测量是以这样的方式进行的，即待被锤击的表面的几何测量与锤击后的表面的几何测量之间是可比较的。
通过对焊缝根部的高频冲击，锤击形成镂空的线，称为底切或凹槽，其深度通常介于0.1mm和0.5mm之间，并且半径通常介于1mm和3mm之间，底切的深度和半径与冲击力、频率和位移的速率有关，底切还具有与对材料的穿透性和一个或多个冲击器的直径相关的宽度。因此，可以限定预定的目标值，特别是底切的半径和深度、焊缝水平处的深度和基部表面水平处的深度。然后，利用在锤击之前和之后对表面进行的两次几何测量以及它们的比较，可以计算诸如半径和深度的值，并将这些值与预定的目标值进行比较。可以接受预定的误差范围。在已考虑所述预定的目标值和误差范围之后，可以确定锤击质量是否令人满意。所进行的几何测量使得它们可以通过比较，计算在焊缝和基部表面处进行锤击的半径和深度。
借助于本发明，能够提高监控上游(也就是在锤击之前)和下游(也就是在锤击之后)的几何测量的能力。
如果认为锤击质量不足，则所述方法可以包括以下后续步骤：通过控制设置有承载锤击工具的执行器的自动化系统来沿校正后的轨迹对上述锤击后的表面的全部或部分进行锤击。
所述方法可以包括控制设置有承载研磨或铣削工具的执行器的自动化系统沿校正后的轨迹对锤击后的表面进行精整加工的步骤。所述精整加工操作的目的是消除通过锤击产生的材料折叠部，同时保持所述区域或被锤击的表面的压缩应力。
在特定的实施方式中，所述方法包括至少一个更换执行器的步骤，所述自动化系统要么设置有承载(能够执行一个或多个锤击步骤的)锤击工具的执行器，要么设置有承载(能够执行一个或多个获取关于焊缝的浮凸和位置的局部数据的步骤的)扫描工具的执行器。同样地，当提供研磨或铣削步骤时，所述方法可以包括在进行研磨步骤之前更换执行器的步骤，为了该更换执行器的步骤，自动化系统设置有承载研磨或铣削工具的执行器。
在这种情况下，有利地，承载锤击工具和扫描工具以及可能的研磨或铣削工具的执行器被配置并连接至自动化系统，以便具有相同的工具参考点或工具中心点(TCP)。这样使得可以利用机器人的可重复性的特性来进行具有不同执行器的连续的方法步骤。并且，执行器的更换使得可以消除锤击时的振动以进行扫描。
作为变型，该方法可以不包括更换执行器的步骤，那么自动化系统设置有承载至少锤击工具和扫描工具(以及如果合适的话，还承载研磨或铣削工具)的执行器。
所述方法可以包括以下步骤：当扫描工具跟随初始轨迹时，自动检测焊缝上的焊接缺陷。该步骤可以在于使得可以通过焊缝定位算法，检测焊缝的包括与(一个或多个)缺陷相关联的一系列异常点的区域。在这种情况下，所述方法可以包括以下步骤，该步骤包括：在锤击步骤中控制沿轴的位移，从而允许工具脱离而不使所述工具干扰正在被处理的工件或环境，以便不通过锤击进行区域处理。所述轴通常是锤击工具的主轴，或者是一个或多个冲击器的主轴。
在这种情况下，该方法可以包括以下步骤，该步骤包括：通过人机界面(HMI)传递用于操作者的信息项，根据所述信息项，焊缝的识别区域还未通过锤击进行处理。在校正所识别的一个或多个缺陷之后，将可以随后手动或自动地校正并处理该区域。所述方法可以包括以下步骤，该步骤包括：在工件的3D视图上或在轨迹的3D重构上表示所识别的一个或多个缺陷的位置。
自动化系统
结合上述内容，本发明的另一主题是用于实施如上所限定的方法的自动化系统，所述自动化系统包括至少一个执行器，所述至少一个执行器至少包括：
-扫描工具，所述扫描工具被配置为获取关于焊缝的浮凸和位置的局部数据，以及
-锤击工具，所述锤击工具被配置为对所述焊缝进行锤击处理。
自动化系统(也称为机器人)可以被限定为由致动器驱动并由计算机控制的多关节机械系统，所述自动化系统旨在进行各种各样的任务。
所述自动化系统可以包括机械臂。机械臂在其绝对位置的精度通常大于1mm。这种不精确性可能是由于几何模型误差、位置测量的量化误差和/或灵活性。
机器人的可重复性是工具在其工作空间的任何点处重复定位的最大误差。通常，可重复性小于1mm、甚至0.1mm，因此比自动化系统的精度相对更好。
作为变型，自动化系统可以包括机床龙门或包含多个位移轴的其它类型的自动化系统。
“执行器”应当理解为意指可拆卸地固定至自动化系统(特别是在机器人的臂的末端处)并由机器人致动的系统。
可替选地，自动化系统可以设置有承载所述至少一个扫描工具的执行器以及承载所述至少一个锤击工具的执行器。承载扫描工具的执行器和承载锤击工具的执行器可以被配置成使得对于承载锤击工具的执行器和承载扫描工具的执行器，工具中心点(TCP)是相同的。如上所述，这样使得可以依赖于机器人的可重复性(通常优于机器人的精度)来进行锤击操作。
自动化系统可以包括承载有研磨或铣削工具的执行器。
在特定的实施方式中，自动化系统可替选地设置有承载扫描工具的执行器或锤击执行器，或者如果合适的话，自动化系统设置有承载研磨或铣削工具的执行器。
作为变型，自动化系统设置有组合执行器，所述组合执行器同时结合了锤击功能和扫描功能。特别地，该执行器可以在自动化系统在锤击步骤中的相对前进方向上，包括位于锤击工具两侧的两个扫描工具。在这种情况下，自动化系统也可以设置有研磨或铣削工具。
应当注意的是，如果合适的话，自动化系统可以用于在锤击之前进行焊接，那么将该自动化系统连接至承载有焊接工具的执行器。在这种情况下，或者在使用不同的两个机器人的情况下，一个机器人用于焊接，一个机器人用于锤击，焊接工具的轨迹可以类似于锤击工具的轨迹。
自动化系统可以包括设置为在锤击期间保持锤击工具和焊缝之间的接触并监控接触力的柔性件(compliance)。在这种情况下，所述柔性件例如定位在由焊缝根部的空间位置和平分线的空间位置得到的检测轴线上。柔性件可以包括被动阻尼部件或主动阻尼部件。监控静止时(即未启动锤击时)在锤击工具和焊缝之间的校准后的接触力，优选地介于1N和500N之间、优选地介于2N和200N之间，并且通常使用在70N和100N之间的校准后的接触力。特别地，当不更换执行器时，柔性件可以是有用的，因为其使得可以减弱由锤击引起的振动。
所述自动化系统可以包括角度柔性件，所述角度柔性件被设置成，在必要时，使锤击工具在基本正交于焊缝的平面中朝向待被处理的焊缝的根部偏转，该角度柔性件允许所述锤击工具的角度间隙介于0°和30°之间、更好地介于0°和5°之间。所述角度柔性件可以由相对于彼此围绕轴线枢转并且具有固定的阻尼端部止动件的两个板制造。所述轴线将优选地交叉并与锤击工具的主轴线成直角。阻尼可以通过弹性体类型的柔性端部止动件或通过机械系统来产生，诸如，例如通过气体阻尼器或弹簧来产生。无论工具的空间方向如何，阻尼系统必须允许工具保持在标称位置，并且确保工具绕旋转轴线的力矩优选地介于0.1Nm和1000Nm之间、更好地介于1Nm和100Nm之间。
有利地，扫描工具选自由基于接触的浮凸和位置数据获取系统(例如机械探测器)以及非接触式浮凸和位置数据获取系统(例如光学传感器，特别是激光或照相机、电感式传感器、电容式传感器)组成的组。
在锤击操作期间，锤击工具沿焊缝的前进速度可以介于1mm/s和40mm/s之间、优选地介于5mm/s和10mm/s之间。
有利地，锤击工具的高频锤击技术选自由超声波锤击、气动锤击、线性机械锤击和线性电机锤击组成的组。在超声波或气动高频锤击技术中，分别借助超声波发生器的振动或气动致动器的振动，冲击器(特别是具有半球形头部的冲击器)被固定于处理头部并且对焊接点进行投射以便对该区域进行锤击。
在线性电机技术中，冲击器可以固定至线性电机的托架或通过线性电机的托架被推进，冲击器保持在工具中并且由电机的磁性托架移动。
对于所有的这些技术，冲击器的冲击频率可以介于1Hz和1000Hz之间，优选地介于50Hz和400Hz之间。
此外，当高频锤击技术是基于超声波的技术时，锤击工具可以包括在1个至50个之间的针、优选地包括在1个至5个之间的针、更好地仅包括一个针。这些针的直径介于0.5mm和20mm之间、优选地介于1mm和10mm之间，并且冲击半径介于0.25mm和100mm之间、优选地介于1mm和10mm之间。同样在这种情况下，声学组件的振动频率可以介于10kHz和60kHz之间、优选地介于20kHz和40kHz之间。仍然在这种情况下，振动幅度的峰-峰值可以介于5μm和200μm之间、优选地峰-峰值介于15μm和60μm之间。
自动化系统可以包括配重系统，所述配重系统被配置为补偿锤击工具的重量而无论锤击工具的取向如何。因此，这样可以消除或限制重力对冲击器施加在处理区域上的作用的影响。借助于该配重系统，可以更容易地控制锤击执行器在工件上的作用。
附图说明
通过阅读以下的对本发明的非限制性示例性实施方式的描述以及研究附图，将能够更好地理解本发明，其中：
-图1以流程图的形式示出根据本发明的示例性实施方式的方法的不同步骤，
-图2部分地并以透视图示意性地示出焊缝的一部分的扫描器，
-图3a以示意性的横截面示出锤击前的图2的焊缝，
-图3b以示意性的横截面部分地并示意性地示出锤击后的图2的焊缝，
-图4示意性地并以透视图示出执行器，该执行器承载有在图1的方法的实施中使用的扫描工具，
-图5示意性地并以透视图示出执行器，该执行器承载有在图1的方法的实施中使用的锤击工具，
-图6通过流程图示出了根据本发明的方法的另一示例性实施，
-图7部分地并以透视图示意性地示出执行器的示例，该执行器承载有锤击工具和扫描工具或用于实施图6中所示的方法的工具，
-图8是图7的执行器的示意性透视仰视图，
-图9部分地并示意性地以透视图示出了具有机器人的生产线，每个机器人设置有根据本发明的示例的自动化系统，
-图10和图11分别示意性地示出实际轨迹和扫描后的初始轨迹、以及实际轨迹和校正后的校正轨迹，
-图12示意性地并以透视图示出锤击后的焊缝，
-图13以横截面示意性地并部分地示出锤击后的焊缝根部，
-图14示出研磨后的图13的焊缝根部，
-图15和图16以透视图示意性地示出可用于研磨步骤或铣削步骤的工具的两个示例，
-图17是与锤击后和/或研磨后的焊接点、或没有锤击和研磨的焊接点的压力作用相关的疲劳性能图的示意图，
-图18和图19分别示意性地示出承载有扫描工具的执行器和承载有连接至自动化系统并具有相同TCP的锤击工具的执行器，
-图20和图21以平面图示意性地示出通过使用根据本发明的方法的锤击所处理的焊缝的不同示例，
-图22是示出包括配重系统的自动化系统的示意图，以及
-图23是图22的细节的放大视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的用于使用自动化系统对金属工件的基部表面上产生的焊缝进行自动化锤击的方法的不同步骤。
在该示例中，该方法包括步骤1，步骤1包括限定将通过锤击进行处理的焊缝的一个或多个部分的初始轨迹。所述初始轨迹是在随后的锤击操作中使用的锤击工具的轨迹。理论上，该初始轨迹根据工件的数值模型并且使用例如离线编程工具(PHL)来确定，或者通过人工学习来根据实际工件确定。
在步骤2中，承载有扫描工具的执行器可拆卸地固定在自动化系统上，以便能够在步骤3中控制设置有承载扫描工具的执行器的自动化系统通过跟随在步骤1中限定的初始轨迹来扫描待处理的焊缝。借助扫描工具，焊缝的扫描器将使得可以获取关于焊缝的浮凸和位置的局部数据以及关于工件的基部表面的与焊缝相邻的区域的局部数据。已经在图10中示出了曲线的示意性示例，该曲线示出了实际轨迹的标绘与初始轨迹的标绘之间的偏差。在该图中，已经在底侧处示出初始轨迹的标绘，并且在顶侧处示出实际轨迹的标绘。这些标绘未完全重叠，其中，由两个标绘之间的较大或较小的双箭头示出偏差。显然，图10仅以两个维度示出了轨迹，但是获取关于焊缝的浮凸和位置的局部数据使得可以获得焊缝的三维空间坐标及其附近环境(特别是焊缝根部)的三维空间坐标、以及根部处在焊接点与工件表面之间形成的角度的三维空间坐标。
图2非常示意性地示出了使用扫描工具30的扫描，扫描工具30包括用于获取浮凸和位置数据的系统，该系统对焊缝C进行扫描31，更具体地说是对根部P进行扫描31，根部P包括延伸至焊缝C与已产生焊接点的金属工件的基部表面S之间的接合点的区域。
如图3a所示，当对焊缝进行扫描时，目的是获得关于焊缝的浮凸和位置的局部数据以及该焊缝附近的环境的局部数据，特别是在待被锤击的焊接点的焊缝根部的任意点Pi处的三维定位、以及位于根部处的在焊接点和工件之间形成的角度2*α，以便确定在该根部的任意点Pi处的平分线的三维坐标，该平分线包括在根部P处在表面S和焊缝C之间以等角α穿过根部的半线。因此，通过该扫描，可以知道点Pi的三维坐标以及形成检测轴线的直线A的三维坐标，检测轴线的取向与穿过Pi的平分线的取向一致。
为了进行扫描，执行器承载有扫描工具30，该扫描工具30可以是基于接触的浮凸和位置数据获取系统(例如包括机械探测器)、或非接触式浮凸和位置数据获取系统(例如光学传感器，特别是激光器或相机、电感式传感器或电容式传感器)、或另外的基于接触的定位系统或非接触式定位系统。在所示的示例中，图4中所示的执行器35包括扫描工具30，该扫描工具包括由激光射线和相机组成的光学传感器36。
在步骤4中，对所获取的数据进行后处理，以定位焊缝C的根部P。
在图1所示的步骤5中，并且基于所获取的与焊缝C的浮凸和位置有关的数据以及与后处理有关的数据，计算扫描结果(即实际轨迹)与初始轨迹之间的差值。在步骤6中，该差值计算的结果是对初始轨迹的校正，这样将使得可以获得校正后的初始轨迹，校正后的初始轨迹的标绘在图11中被示意性地示出为叠加在实际轨迹的标绘上，以模拟完整安装所实现的精度。
在步骤7中，再次使用扫描工具来通过跟随校正后的轨迹进行扫描，以便在图1的步骤8中检查校正是否正确。如果校正不正确，如图1中的“NOK”所示，则返回至所示的步骤3，并且再次实施步骤3、步骤4、步骤5、步骤6和步骤7，直到校正是可接受的，如图1中的“OK”所示，在这种情况下，可以继续实施该方法。
此外，该步骤7使得可以在处理之前，获取图1的方框9中所示的输出数据，即待被锤击的区域或表面的几何测量值。
当在步骤8中检查的校正是正确的时，转换至更换执行器以便将承载有锤击工具的执行器固定在自动化系统上的步骤10。
在图5中已经示出了承载有锤击工具41的执行器40的示例。应当注意的是，高频锤击技术可以包括超声波锤击、气动锤击、线性机械锤击或线性电动机锤击，优选超声波锤击。
在所示的示例中，锤击技术是基于超声波的技术，该技术具有振动幅度处于5μm和200μm之间的峰-峰(p/p)值。在所示的示例中，特别是在图7和图8中可以看到，锤击工具41包括锤击头部42内的单个针或冲击器43。振动频率处于10kHz和60kHz之间。
在步骤11中，控制自动化系统以使用锤击工具41通过跟随校正后的轨迹来进行锤击，然后在步骤12中再次更换执行器以便将承载有扫描器工具30的执行器35放置在机器人上。
在步骤13中，在锤击区域上进行新的监控扫描，以便在步骤14中检查被锤击区域的处理质量。如果处理质量至少在某些点(图1中标记为“NOK”)处不合格，则在步骤16中，确定待被锤击的特定区域，在步骤17中为机器人更换执行器，使机器人设置有承载锤击工具41的执行器40，并且在步骤18中对焊缝C进行新的锤击或仅对一个或多个有缺陷的区域进行新的锤击。
在锤击区域的监控扫描过程中，还可以对锤击区域的几何结构进行测量(如方框19中所示)，并且将该测量值与方框9的在锤击2之前的该区域的几何结构的测量值进行比较。如果合适的话，特别是如果锤击不令人满意，这种比较可以使得还通过跟随步骤16、步骤17和步骤18来对焊缝的全部或部分进行新的锤击。
另一方面，如果这种比较和检查以就所进行的锤击而言，以令人满意的结果告终(称为“OK”)，则在重复或不重复锤击之后，如步骤20中所示，可以重新定位自动化系统以对焊缝进行新的锤击处理。
与方框9的在锤击之前的几何测量值相比，如图3b所示，在锤击之后进行的几何测量值可以包括以下数据，该数据使得可以获取焊缝C的锤击的最大深度b1、基部表面S的锤击的最大深度b2、和锤击的宽度w、锤击区域Z的半径r。
如已经指出的，根据本发明，在图4和图5中部分示出的用于实施图1中所示的方法的自动化系统32包括在机器人侧46具有联接器的安装接口45。自动化系统32还包括执行器35，该执行器承载有形成固定板(如果适当的话，该固定板配备有空间定位调节系统)的机械接口49、在执行器48侧的联接器和扫描工具30，扫描工具30被配置成在焊缝根部的任何点处对焊缝根部的三维空间位置、以及焊缝C与已经产生焊接点的工件的基部表面S之间形成的角度进行记录和数字化，以便能够找到平分线和检测轴线A。自动化系统32还包括承载有至少一个锤击工具41的执行器40。应当注意的是，在该示例中，可替选地，安装接口45使得能够可替选地在自动化系统32上安装执行器35(如图4所示)和执行器40(如图5所示)。
如图18和图19所示，在该示例中，对于执行器40和执行器35，TCP，即工具参考点或工具中心点是相同的。这使得可以确保机器人的运动的可重复性并且可以使用该可重复性作为基础使得轨迹监控和对轨迹进行锤击是可靠的。
自动化系统32在执行器40上还包括柔性件(compliance)47，该柔性件设置为维持锤击工具41和焊缝C之间的接触并且监控接触力。由于根部和平分线的空间位置，柔性件47的移动轴线平行于检测轴线A定位。柔性件47包括被动阻尼部件或主动阻尼部件。寻求确保静止时的校准后的接触力介于1N和500N之间，更好地介于2N和200N之间，并且优选地介于70N和100N之间。
以为了清晰但不能在图中看到的方式(由于其被布置在内部)，在该示例中，自动化系统32还包括角度柔性件，该角度柔性件被布置成，在必要时，使锤击工具41在与焊缝基本正交的平面中，朝向待被处理的焊缝根部偏转。实际上，角度柔性件允许锤击工具41的角度间隙介于0°和30°之间、更好地介于0°和5°之间。
图6示出根据本发明的方法的实施方式的另一示例。在该方法的实施中，图7和图8中所示的自动化系统32与图4和图5中所示的自动化系统的不同之处基本上在于，执行器包括至少一个扫描工具30和至少锤击工具40并且由自动化系统承载，在实施该方法时不需要更换执行器。如可以看到的，在该示例中，执行器38(称为组合执行器)承载第一扫描工具30、锤击工具41和第二扫描工具30，第一扫描工具30允许获取在机器人上的轨迹方向上布置在上游的浮凸和位置的数据，第二扫描工具30允许获取在轨迹方向下游的浮凸和位置的数据。
在这种情况下，由于几乎实时的校正，存在对焊缝根部同时进行的几乎同步且逐点的监控和合格的锤击。
步骤如图6所示的方法按如下进行。在步骤21中，以与图1中所示的方法相同的方式限定焊缝的初始轨迹。对于焊缝根部的每个点，使用图7和图8的自动化系统32，以执行：通过跟随初始轨迹来进行扫描的步骤22、根据差值计算来校正理论轨迹的步骤23、通过跟随校正后的理论轨迹来进行扫描的步骤24、检查轨迹的校正的步骤25、和测量待被锤击的区域的几何结构的步骤26(以上这些步骤是使用第一扫描工具30执行的)、以及通过使用锤击工具41跟随校正后的轨迹来进行锤击的步骤27、和使用第二扫描工具30监控锤击区域的扫描的步骤28及测量锤击区域的几何结构的步骤29。
可以看出，除了不更换执行器的事实，并且替代对焊缝的待处理的一个部分或焊缝的待处理的多个部分进行完整的扫描之外，这些步骤与图1中所示的步骤基本相同，存在以下步骤：就在使用锤击工具41对一组点进行锤击之前，使用第一扫描工具30执行对该组点的扫描，然后使用第二扫描工具30监控该组点，而就在对其它点进行锤击之前监控所述其它点，然后执行对所述其它点的扫描。该实施方式被称为虚拟实时校正。
如果需要，如图6所示，在已执行所有的扫描、锤击和监控步骤之后，执行第二轮，以至少对特定的区域再次监控和/或锤击。
如图9中可见，可以在车间中设置具有自动化单元的生产线，并且工件V(在该示例中为机动车辆)由一组固定的机器人R处理，每个机器人R承载机械臂形式的自动化系统32。
作为变型，以未示出的方式，机器人或自动化系统32可以移动至工件(该工件是不动的)的区域，以便处理特定区域。最后，作为变型，机器人可以卡接至不动的工件上，从而固定至该不动的工件以处理其特定部分。
锤击可以包括仅处理如图20所示的单个焊缝C的特定部分E或处理如图21所示的不同焊缝的若干部分E。
在这种情况下，先前描述的系统可以处理同一个焊缝的单个部分E或若干部分E或处理不同焊缝的若干部分E。也可以处理整个焊缝。
锤击从一连串的冲击中产生通常非常光滑的沟槽(也称为底切)。图12以放大的方式示出了焊缝C的锤击结果，在焊缝C上可以看到获得的放大且示意性的在焊缝根部P上的(至少在该焊缝根部P周围的区域内的)冲击I。如图13所示，冲击I可以产生材料折叠部U。该方法可以包括精整加工步骤，如图14所示，该精整加工步骤包括研磨这些折叠部U，以便获得更光滑的锤击表面。研磨使得可以裁切形成锤击缺陷的U形折叠部。在这种情况下，该方法可以包括更换执行器以布置承载有研磨或铣削工具的执行器的步骤、以及研磨步骤或铣削步骤。作为变型，可以在锤击机器人中并入研磨机。
在图15和图16中示出了可用于研磨执行器的切割或粗研磨或铣削工具50的示例。在图15所示的示例中，工具50是具有球形端部51的球形铣刀。球形铣刀的曲率半径大约等于底切的半径，也就是说大约等于通过锤击在根部P周围形成的区域的半径。在图16的示例中，工具50是具有圆形边缘的盘式研磨机。圆形边缘的曲率半径基本上等于底切的半径。
如图17所示，无论施加的力如何，焊接点的疲劳性能在焊接点已被锤击时提供了更好的性能。如果在锤击之后再次进行受控的研磨，则如图17所示，这种被锤击后的焊接点提供了甚至更好的性能。
图22和图23表示自动化系统32设置有配重系统60的可能性，配重系统60包括能够绕中心轴线X枢转的反作用力传递连杆61和配重62。可以看出，连杆61在点64处固定至承载有锤击头部42和冲击器43的锤击工具41，以及在关于中心轴线X相反的点65处固定至配重62。配重系统60还包括两个平移引导轴66和67。锤击工具41被安装成在引导轴66上滑动，以便能够沿引导轴66平移。配重62本身被安装成在引导轴67上滑动，以便能够沿引导轴67平移。如图23所示，距离d1将中心轴线X与点64分隔，并且距离d2将中心轴线X与连杆61上的相对的点65分隔。
锤击工具41的重量Pt和配重62的重量Pc通过以下关系联系：Pc＝d1/d2*Pt。如果d1＝d2，则Pc＝Pt。
配重系统60被配置成补偿锤击工具41的重量，而无论其取向(倾斜的或直线的)如何。配重系统60的存在使得可以更容易地确保在锤击期间锤击头部施加恒定的力。
Claims (16)
1.一种使用自动化系统(32)对金属工件(V)的基部表面(S)上产生的焊缝(C)进行自动化锤击的方法，所述方法包括以下步骤：
-控制设置有承载扫描工具(30)的执行器(35；38)的所述自动化系统(32)，以便利用所述扫描工具(30)跟随沿所述焊缝(C)的初始轨迹，所述初始轨迹已根据所述工件的数值模型或根据实际工件确定，
-使用所述扫描工具(30)获取沿所述初始轨迹的关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据以及关于所述基部表面的靠近所述焊缝的一个或多个区域的局部数据，其中，关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据包括针对所述焊缝(C)的任何一点的、所述焊缝的根部(P)的空间坐标和在所述根部处形成的、在所述焊缝(C)和所述工件的所述基部表面(S)之间的角度，
-根据由此获取的浮凸和位置数据以及根据所述初始轨迹，计算校正后的轨迹，以及
-控制设置有承载锤击工具(41)的执行器(40；38)的所述自动化系统(32)，以用于沿所述校正后的轨迹对所述焊缝进行锤击。
2.如权利要求1所述的方法，包括监控所述校正后的轨迹的步骤，所述步骤在于：
-控制设置有承载所述扫描工具(30)的执行器的所述自动化系统，以便利用所述扫描工具跟随所述校正后的轨迹，
-使用所述扫描工具获取沿所述校正后的轨迹的关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据，以及
-比较新的扫描轨迹和所述校正后的轨迹。
3.如权利要求2所述的方法，监控所述校正后的轨迹的步骤包括对待被锤击的表面进行几何测量。
4.如权利要求1所述的方法，包括在所述锤击步骤之后的质量控制步骤，所述质量控制步骤在于：控制设置有承载所述扫描工具的执行器的所述自动化系统，以便获取关于锤击后的焊缝的浮凸和位置的局部数据，以便监控和量化所述锤击后的焊缝的质量。
5.如权利要求3所述的方法，包括在所述锤击步骤之后的质量控制步骤，所述质量控制步骤在于：控制设置有承载所述扫描工具的执行器的所述自动化系统，以便获取关于锤击后的焊缝的浮凸和位置的局部数据，以便监控和量化所述锤击后的焊缝的质量，所述质量控制步骤包括：对锤击后的表面进行几何测量，并与所述待被锤击的表面的几何测量进行比较，以便得出关于锤击质量的结论。
6.如权利要求5所述的方法，如果认为所述锤击质量不足，则所述方法包括以下后续步骤：通过控制设置有承载所述锤击工具的执行器的所述自动化系统沿所述校正后的轨迹，对所述锤击后的表面的全部或部分进行锤击。
7.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：控制设置有承载研磨或铣削工具(50)的执行器的所述自动化系统沿所述校正后的轨迹以便对锤击后的表面进行精整加工。
8.如权利要求1所述的方法，包括至少一个更换执行器的步骤，所述自动化系统设置有承载所述锤击工具(41)的执行器(40)或设置有承载所述扫描工具(30)的执行器(35)，所述锤击工具能够执行一个或多个锤击步骤，所述扫描工具能够执行一个或多个获取关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据的步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其中，不提供更换执行器的步骤，所述自动化系统设置有执行器(38)，所述执行器(38)承载至少所述扫描工具(30)和所述锤击工具(41)两者，并且承载所述研磨或铣削工具(50)。
10.一种用于实施如权利要求1所述的方法的自动化系统(32)，所述自动化系统包括至少一个执行器(35，40；38)，所述至少一个执行器至少包括：
-扫描工具(30)，所述扫描工具被配置为获取关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据，其中，关于所述焊缝的浮凸和位置的局部数据包括针对所述焊缝(C)的任何一点的、所述焊缝的根部(P)的空间坐标和在所述根部处形成的、在所述焊缝(C)和所述工件的所述基部表面(S)之间的角度，以及
-锤击工具(41)，所述锤击工具被配置为对所述焊缝(C)进行锤击处理,
所述自动化系统(32)设置有承载至少一个所述扫描工具(30)的执行器(35)或设置有承载所述锤击工具(41)的执行器(40)，承载所述扫描工具(30)和承载所述锤击工具(41)的执行器(35；40)被配置成使得对于承载所述锤击工具(41)的执行器(40)和承载所述扫描工具(30)的执行器(35)，工具的参考点(TCP)是相同的，或者
所述自动化系统(32)设置有承载两个扫描工具(30)和至少一个所述锤击工具(41)的单个执行器(38)。
11.如权利要求10所述的自动化系统(32)，包括柔性件(47)，所述柔性件设置为在锤击期间保持所述锤击工具(41)与所述焊缝(C)之间的接触并且监控接触力，所述柔性件(47)位于由所述焊缝的根部(P)的空间位置和平分线的空间位置得到的检测轴线(A)上，所述柔性件(47)包括被动阻尼部件或主动阻尼部件，静止时校准后的接触力介于1N和500N之间。
12.如权利要求10所述的自动化系统(32)，包括角度柔性件，所述角度柔性件被布置成：如果必要的话，使所述锤击工具(41)在与所述焊缝基本正交的平面中朝向待被处理的所述焊缝的根部(P)偏转，所述角度柔性件允许所述锤击工具(41)的角度间隙介于0°和30°之间。
13.如权利要求10所述的自动化系统(32)，包括承载研磨或铣削工具(50)的执行器，或者所述执行器承载研磨或铣削工具(50)。
14.如权利要求10所述的自动化系统(32)，其中，所述扫描工具(30)选自由以下组成的组：用于获取浮凸和位置数据的基于接触的系统、以及用于获取浮凸和位置数据的非接触式系统。
15.如权利要求10所述的自动化系统(32)，所述锤击工具(41)的锤击技术选自由以下组成的组：超声波锤击、气动锤击、线性机械锤击和线性电机锤击。
16.如权利要求10所述的自动化系统，包括配重系统(60)，所述配重系统被配置成补偿所述锤击工具(41)的重量而无论所述锤击工具的取向如何。
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