DE102004021389A1

DE102004021389A1 - Method and device for connecting at least two workpieces

Info

Publication number: DE102004021389A1
Application number: DE200410021389
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. Bernhardt; Ralf Dipl.-Ing. Giessler; Mike Dipl.-Ing. Pälmer (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-11-24
Also published as: WO2005105389A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken (2, 3) mit Hilfe eines Fügewerkzeugs (7), das von einem ersten Roboter (5) im Raum bewegt wird. Die beiden Werkstücke (2, 3) werden dabei mit Hilfe eines Spannwerkzeugs (11), das von einem zweiten Roboter (9) getragen wird, bewegt bzw. gespannt. Zur Bewegungssteuerung des ersten Roboters (5) und zum Aktivieren des Fügewerkzeugs (7) ist eine erste Programmsteuerung vorgesehen, während die Bewegungssteuerung des zweiten Roboters (9) und die Betätigung des Spannwerkzeugs (11) mit Hilfe einer zweiten Programmsteuerung erfolgt. Die beiden Programmsteuerungen sind in einer solchen Weise miteinander gekoppelt, dass einer der beiden Roboter (5) als der "Master" fungiert, während der andere Roboter als "Slave" (9) an die Bewegungssteuerung des "Masters" angebunden ist (Kooperierende Roboter).The invention relates to a method and a device (1) for connecting at least two workpieces (2, 3) by means of a joining tool (7) which is moved in space by a first robot (5). The two workpieces (2, 3) are thereby moved or tensioned with the aid of a clamping tool (11), which is carried by a second robot (9). To control the movement of the first robot (5) and to activate the joining tool (7), a first program control is provided, while the movement control of the second robot (9) and the operation of the clamping tool (11) by means of a second program control. The two program controllers are coupled together in such a way that one of the two robots (5) acts as the "master", while the other robot is connected as a "slave" (9) to the motion control of the "master" (cooperating robots). ,

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einer Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken.The The invention relates to a method and apparatus for joining of at least two workpieces.

Im Rohbau von Fahrzeugkarosserien wurde zum Fügen von Werkstücken aus Metallblech herkömmlicherweise zumeist das Widerstands-Punktschweißen verwendet. In neuerer Zeit wird verstärkt das robotergestützte Laserschweißen eingesetzt, bei dem ein Laserschweißkopf mit Hilfe eines Roboters gegenüber den zu verschweißenden Werkstücken bewegt und ausgerichtet wird. Das Laserschweißen hat gegenüber herkömmlich verwendeten Schweißverfahren den Vorteil einer höheren Flexibilität, da durch gezieltes Aktivieren des Lasers sowohl punkt- als auch linienförmige Verbindungsbereiche erzeugt werden können; weiterhin können mit Hilfe des Laserschweißens sehr hohe Fügegeschwindigkeiten erreicht werden, wenn der Laserschweißkopf mit einer Scanmimik versehen ist, die den Laserstrahl – unabhängig von der vergleichsweisen trägen Bewegung des Roboters – in einem bestimmten Arbeitsbereich frei positioniert.in the Car body shell construction was used to join workpieces Sheet metal conventionally mostly the resistance spot welding used. In recent times is reinforced that robotic laser welding used in which a laser welding head with the help of a robot against the to be welded Workpieces moved and is aligned. The laser welding has compared to conventionally used welding processes the advantage of a higher Flexibility, because by selective activation of the laser both point and linear Connection areas can be generated; can continue with Help of laser welding reached very high joining speeds when the laser welding head is provided with a scanning facial expression that the laser beam - regardless of the comparatively sluggish Movement of the robot - in freely positioned in a specific workspace.

Allerdings stellt das Laserschweißen hohe Anforderungen an die Spanntechnik, da die zu verbindenden Metallbleche hochgenau zueinander positioniert und beabstandet sein müssen, um ein qualitativ hochwertiges Fügeergebnis sicherzustellen. Die eingesetzten stationären Spannvorrichtung umfassen daher oftmals eine Vielzahl von Spannelementen, was die Zugänglichkeit des Verbindungsbereichs für den Laserschweißkopf erheblich einschränkt und erschwert. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, kann – wie beispielsweise in der (unveröffentlichten 10 2004 002 590.8) vorgeschlagen wird – ein „mitlaufendes" Spannsystem eingesetzt werden: Dieses umfasst ein Spannwerkzeug, das gemeinsam mit dem Laserschweißkopf am Roboterarm des Schweißroboters befestigt ist und gegenüber diesem Roboterarm bewegt werden kann. Dadurch sind Relativbewegungen des Spannwerkzeugs gegenüber dem Laserstrahl und gegenüber dem Roboterarm möglich, wobei diese Relativbewegungen gleichzeitig mit dem Laserschweißen erfolgen können.Indeed represents the laser welding high demands on the clamping technology, as the metal sheets to be joined highly accurately positioned and spaced to each other a high quality joining result sure. The stationary clamping device used comprise Therefore, often a variety of clamping elements, what the accessibility of the Connection area for the laser welding head considerably restricts and difficult. To overcome this difficulty, can - such as in the (unpublished 10 2004 002 590.8) - a "follower" clamping system is used This includes a clamping tool that works together with the Laser welding head on the robotic arm of the welding robot is attached and opposite This robot arm can be moved. As a result, there are relative movements the clamping tool against the Laser beam and opposite the robot arm possible, wherein these relative movements occur simultaneously with the laser welding can.

Allerdings ist der Bewegungsraum des Spannwerkzeugs gegenüber dem Laserschweißkopf sehr begrenzt, so dass – insbesondere bei komplizierten Schweißaufgaben mit hohen Anforderungen an die Spanntechnik – nach wie vor räumliche Beeinträchtigungen des Verbindungsbereichs durch das Spannwerkzeug und/oder zeitliche Verzögerungen aufgrund langsameren Positionierung des Spannwerkzeugs auftreten können.Indeed is the movement space of the clamping tool relative to the laser welding head very limited, so that - in particular in complicated welding tasks with high demands on the clamping technology - still spatial impairments the connection area by the clamping tool and / or temporal Delays due slower positioning of the clamping tool can occur.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das – auch und gerade im Falle komplexer Fügeprobleme – eine höhere Variabilität und bessere Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche gestattet und das ein schnelles, prozesssicheres Verbinden zweier Werkstücke, insbesondere durch Laserschweißen, ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.Of the The invention is therefore based on the object to propose a method, that - too and especially in case of complex joining problems - a higher variability and better accessibility allows the connection areas and a fast, reliable Joining two workpieces, in particular by laser welding, allows. Furthermore, the invention is based on the object, a device to carry out to provide this method.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1, 10 und 12 gelöst.The The object is achieved by the Features of the claims 1, 10 and 12 solved.

Danach wird ein Fügewerkzeug (z.B. ein Schweißkopf einer Laserschweißvorrichtung) mit Hilfe eines ersten Roboters be wegt, während die zu verbindenden Werkstücke mit Hilfe eines zweiten Roboters gegenüber diesem Fügewerkzeug bewegt und/oder gespannt werden. Die Bewegungsabläufe der beiden Roboter sind dabei in einer solchen Weise gekoppelt, dass einer der beiden Roboter als der „Master" fungiert, während der andere Roboter als „Slave" an die Bewegungssteuerung des „Masters" angebunden ist.After that becomes a joining tool (e.g., a welding head a laser welding device) Moves with the help of a first robot, while the workpieces to be joined with Help of a second robot opposite this joining tool moved and / or cocked. The movements of the Both robots are coupled in such a way that one of the two robots acts as the "master" while the other robot acts as a "slave" to the motion control of the "Masters".

Indem das Positionieren bzw. Spannen der Werkstücke einerseits und das Positionieren des Fügewerkzeugs andererseits mit Hilfe getrennter Roboter durchgeführt wird, können die Relativbewegungen der zugehörigen Spann- bzw. Fügewerkzeuge dem Anwendungsfall entsprechend optimiert werden. Die Kopplung der beiden Roboter stellt dabei sicher, dass die Bewegungen der Werkzeuge koordiniert ablaufen. Dadurch können Transport- bzw. Spannzeiten, während derer die Werkstücke mit Hilfe des robotergeführten Spannwerkzeugs innerhalb der Fügestation bewegt bzw. in Zusammenbaulage gespannt werden, für die Durchführung von Fügeoperationen genutzt werden; dies führt zu einer erheblichen Reduktion der nichtproduktiven Transport- bzw. Spannzeiten. Weiterhin können die Bewegungen der gekoppelten Roboter unter Berücksichtigung des jeweiligen Anwendungsfalls in einer solchen Weise aufeinander abgestimmt werden, dass eine bestmögliche Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche für das Fügewerkzeug erreicht wird und auch Werkstücke komplizierter Geometrie prozesssicher miteinander verbunden werden können.By doing the positioning or clamping of the workpieces on the one hand and the positioning of the joining tool on the other hand, using separate robots, can the relative movements of the associated Clamping or joining tools Use case can be optimized accordingly. The coupling of the two Robots ensure that the movements of the tools are coordinated expire. Thereby can Transport or clamping times while those of the workpieces with the help of the robot-guided Clamping tool within the joining station moved or put together in assembly position, for the implementation of joining operations be used; this leads to to a significant reduction of non-productive transport or clamping times. Furthermore you can the movements of the coupled robots taking into account the respective If necessary, they are coordinated in such a way, that the best possible accessibility the connection areas for the joining tool is achieved and also workpieces more complicated Geometry can be reliably connected to each other.

Aufgrund der „Master"-„Slave"-Kopplung der beiden Roboter kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Fabrikumfeld als Teil einer Fertigungsanlage betrieben werden, die von der speicherprogrammierten Steuerung (SPS) der Fertigungsanlage als autonome Einheit erkannt wird. Wenn die SPS einen Fügeprozess der Vorrichtung anstößt, werden die zur Durchfüh rung des Fügeprozesses notwendigen Bewegungsabläufe der beiden Roboter und ihrer Werkzeuge vollkommen autonom durchlaufen, wobei die Programmsteuerung des „Master"-Roboters die Steuerung der Vorrichtung übernimmt. Dadurch kann ein Abgleich zwischen SPS und den einzelnen Robotern entfallen, wodurch eine Modularisierung und eine erhöhte Flexibilität der Fertigungsanlage als Ganzes erreicht wird.Due to the "master" - "slave" coupling of the two robots, the device according to the invention can be operated in the factory field as part of a manufacturing plant, which is recognized by the programmable logic controller (PLC) of the manufacturing plant as an autonomous unit. When the PLC abuts a joining process of the device, the Be necessary for imple tion of the joining process Be The program control of the "master" robot takes over the control of the device, eliminating the need to balance the PLC with the individual robots, thereby achieving modularization and increased flexibility of the manufacturing plant as a whole becomes.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Fügen von Bauteilen mit Hilfe eines Schweißverfahrens, vorzugsweise mit Hilfe des Laserschweißens. Eine bevorzugte Anwendung betrifft das Fügen von Bauteilen aus Metallblech, insbesondere von Strukturbauteilen im Fahrzeugbau, mit Hilfe des Laserschweißens. Eine weitere Anwendung betrifft das Fügen von Metallblechteilen für den Fahrzeug-Aggregatebau mit Hilfe des Lichtbogenschweißens und/oder mit Hilfe von Hybridschweißverfahren.The Invention is particularly suitable for joining components with the help a welding process, preferably by means of laser welding. A preferred application concerns the joining of components of sheet metal, in particular of structural components in vehicle construction, with the help of laser welding. Another application concerns the joining of sheet metal parts for the vehicle aggregate construction by means of arc welding and / or with the help of hybrid welding.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fügewerkzeug an einem ersten Roboter montiert. Die zu verbindenden Werkstücke werden in einem Spannwerkzeug gehalten, welches mit Hilfe eines zweiten Roboters bewegt wird. Das Spannwerkzeug umfasst eine geeignete Anzahl von Spannelementen, welche an ausgewählten Bereichen der zu verbindenden Werkstücke angreifen und diese in Zusammenbaulage relativ zueinander fixieren. In Abhängigkeit von der Komplexität der Werkstücke bzw. der Fügeaufgabe kann hierfür eine große Zahl von Spannelementen notwendig sein, welche die Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche für das Fügewerkzeug erheblich beschränken. Der zweite Roboter bewegt die in dem Spannwerkzeug fixierten Werkstücke gegenüber dem Fügewerkzeug zu, das seinerseits mit Hilfe des ersten Roboters bewegt wird. Durch die „Master"„Slave"-Kopplung der beiden Robotersteuerungen können dabei das Spannwerkzeug und das Fügewerkzeug autonom kooperieren und durch geeignete Relativbewegungen erreichen, dass die ge spannten Werkstücke dem Fügewerkzeug in einer solchen Weise dargeboten werden, dass eine optimale Zugänglichkeit der Verbindungsbereiche für das Fügewerkzeug gewährleistet ist. Weiterhin können die Bewegungen des Fügewerkzeugs und des Spannwerkzeugs zeitlich überlappen, so dass Fügeoperationen während der Bewegung der Werkstücke durchgeführt und somit die (ansonsten nicht produktiven) Transport- und Positionierzeiten produktiv genutzt werden können.In A first embodiment of the invention is the joining tool mounted on a first robot. The workpieces to be joined are held in a clamping tool, which by means of a second Robot is moved. The clamping tool comprises a suitable number of clamping elements, which at selected areas of the workpieces attack and fix them in assembly position relative to each other. Dependent on from the complexity the workpieces or the joining task can do this a big Number of clamping elements may be necessary, which is the accessibility the connection areas for the joining tool considerably restrict. The second robot moves the fixed in the clamping tool workpieces over the joining tool which in turn is moved with the help of the first robot. By the "master" "slave" coupling of the two robot controls can while the clamping tool and the joining tool cooperate autonomously and achieve by appropriate relative movements that ge spanned workpieces the joining tool be presented in such a way that optimal accessibility the connection areas for the joining tool guaranteed is. Furthermore you can the movements of the joining tool and the clamping tool overlap in time, so joining operations while performed the movement of the workpieces and thus the (otherwise non-productive) transport and positioning times can be used productively.

Die Spannelemente des robotergeführten Spannwerkzeugs können gemeinsam oder getrennt aktivierbar sein. Vorteilhafterweise werden die zu verbindenden Werkstücke in reproduzierbarer Weise in das Spannwerkzeug eingelegt, woraufhin die Spannelemente gleichzeitig betätigt werden, um die Werkstücke in diese Relativlage (d.h. der gewünschten Zusammenbaulage) zueinander zu klemmen; der für das Spannen der Werkstücke erforderliche Steuerungsaufwand ist dann minimal. Um eine reproduzierbare Ausrichtung der Werkstücke in dem Spannwerkzeug zu erreichen, ist das Spannwerkzeug vorzugsweise mit Anschlägen, konturangepassten Aufnahmeelementen etc. versehen, die die Werkstücke in eindeutiger Weise aufnehmen; alternativ bzw. zusätzlich kann die genaue Lage der Werkstücke im Spannwerkzeug mit Hilfe zusätzlicher Messmittel (z.B. optischer, induktiver oder taktiler Sensoren) ermittelt werden, die am Spannwerkzeug befestigt oder raumfest angeordnet sein können.The Clamping elements of the robot-guided clamping tool can be activated together or separately. Advantageously the workpieces to be joined placed in a reproducible manner in the clamping tool, whereupon The clamping elements are operated simultaneously to the workpieces in this Relative position (i.e., the desired Assembly position) to each other to clamp; the required for clamping the workpieces Control effort is then minimal. For a reproducible alignment the workpieces to reach in the clamping tool, the clamping tool is preferably with attacks, Contour-adapted receiving elements, etc. provided, the workpieces in clear Record way; alternatively or additionally, the exact location the workpieces in the clamping tool with the help of additional Measuring means (e.g., optical, inductive, or tactile sensors) be attached to the clamping tool or spatially fixed could be.

Für ein hochgenaues Fixieren der Werkstücke im Verbindungsbereich – wie es beispielsweise beim Laserschweißen notwendig ist – ist eine große Anzahl von Spannelementen notwendig, was bei großen Werkstücken zu einem hohen Gewicht des Spannwerkzeugs führen kann. Um die Gewichtsbelastung des zweiten Roboters in einem vertretbaren Rahmen zu halten, können mehrere Roboter zum Einsatz kommen, die gemeinsam das Spannwerkzeug tragen. Es kann vorteilhaft sein, das Spannwerkzeug aufzutei len in mehrere Unter-Spannwerkzeuge, die die zu verbindenden Werkstücke in unterschiedlichen Bereichen fixieren und die mit Hilfe getrennter Roboter bewegt werden. Diese Unter-Spannwerkzeuge können fest miteinander verbunden sein und können ein einziges starres Spannwerkzeug bilden (das dann von mehreren Robotern getragen wird). Die Roboter, die die Unter-Spannwerkzeuge tragen, und der Roboter, der das Fügewerkzeug bewegt, kooperieren dabei im Sinne einer „Master"„Slave"-Kopplung, bei der ein Roboter als „Master" die Bewegungsabläufe der anderen („Slave"-) Roboter koordiniert.For a highly accurate Fixing the workpieces in the connection area - like it is necessary, for example, in laser welding - is one large number of clamping elements necessary, which for large workpieces to a high weight lead the clamping tool can. To the weight load of the second robot in a reasonable frame to hold Several robots are used, which together form the clamping tool wear. It may be advantageous to aufzutei the clamping tool len in several sub-clamping tools, the workpieces to be joined in different Fix areas and moved using separate robots. These sub-clamping tools can be firmly connected and can a single rigid clamping tool (which is then carried by several robots). The robots, which carry the sub-clamping tools, and the robot that carries the joining tool moved, cooperating in the sense of a "master" "slave" coupling, in the a robot as "master" the movements of the coordinated with other ("slave") robots.

In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung werden die zu fügenden Werkstücke während des Fügens raumfest gelagert. Der erste Roboter trägt – ebenso wie in der ersten Ausgestaltung der Erfindung – das Fügewerkzeug; der zweite Roboter trägt ein Spannwerkzeug, mit dem die zu verbindenden Werkstücke lokal (insbesondere in dem momentan vom Fügewerkzeug bearbeiteten Verbindungsbereich) gespannt werden. Das robotergeführte Spannwerkzeug fixiert die beiden Werkstücke in einem räumlich eng begrenzten Bereich in einer solchen Weise relativ zueinander, dass ein optimales Fügeergebnis in diesem Bereich erreicht wird. Sollen beispielsweise zwei beschichtete Metallbleche durch Laserschweißen verbunden werden, so werden diese Metallbleche lokal in einer solchen Weise gespannt, dass in den Verbindungsbereichen zwischen ihnen ein Fügespalt vorgegebener Größe vorliegt, durch den die beim Schweißen austretenden Dämpfe und Gase entweichen können. Durch die Kopplung der beiden Roboter wird – ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel – eine Kooperation des Fügewerkzeugs mit dem Spannwerkzeug erreicht, wodurch eine optimale Koordination und ggf. eine zeitliche Überlagerung der Bewegungsabläufe der Werkzeuge gewährleistet wird.In a second embodiment of the invention, the workpieces to be joined are fixed in space during the joining. The first robot carries - as well as in the first embodiment of the invention - the joining tool; the second robot carries a clamping tool, with which the workpieces to be connected are clamped locally (in particular in the connection area currently being processed by the joining tool). The robot-guided clamping tool fixes the two workpieces in a spatially narrow area in such a manner relative to each other that an optimal joining result is achieved in this area. For example, if two coated metal sheets are to be joined by laser welding, then these metal sheets are clamped locally in such a manner that there is a joint gap of predetermined size in the joint areas between them, through which the vapors and gases escaping during welding can escape. By the coupling of the two robots - as in the first embodiment - a cooperation of the joining tool with the clamping tool is achieved, whereby optimal coordination and possibly a temporal superimposition of the movements of the tools is ensured.

In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Fügen der Werkstücke in zwei Stufen. Zunächst werden die zu verbindenden Werkstücke in Zusammenbaulage geheftet. Anschließend wird der auf diese Weise geschaffene Zusammenbau der beiden Werkstücke mit Hilfe eines robotergeführten Spannwerkzeugs gegenüber einem robotergeführten Fügewerkzeug bewegt bzw. positioniert, und die beiden Werkstücke werden mit Hilfe des Fügewerkzeugs verbunden. Die beiden Roboter, die das Spannwerkzeug und das Fügewerkzeug tragen, kooperieren dabei im Sinne einer „Master"-„Slave"-Kopplung. Vorzugsweise werden in dieser Ausgestaltung die Bleche zunächst durch Punktschweißen geheftet und anschließend durch Laserschweißen verbunden. Während des Heftens werden die Werkstücke zweckmäßigerweise in einer (stationären) Anlage fixiert und mit Hilfe einer robotergeführten Punktschweißzange an ausgewählten Stellen gepunktet. Der geheftete Zusammenbau wird dann lasergeschweißt, indem er von dem robotergeführten Spannwerkzeug aufgenommen und gegenüber dem robotergeführten Laserschweißkopf bewegt wird.In In a third embodiment of the invention, the joining of the workpieces in two stages. First The workpieces to be joined are stapled in assembly position. Subsequently is the created in this way assembly of the two workpieces Help of a robot-guided clamping tool across from a robot-guided joining tool moved or positioned, and the two workpieces are using the joining tool connected. The two robots, the clamping tool and the joining tool wear, cooperate in the sense of a "master" - "slave" coupling. Preferably In this embodiment, the sheets are first stapled by spot welding and subsequently by laser welding connected. While The staples become the workpieces expediently in one (stationary) Fixed system and with the help of a robot-guided spot welding gun chosen Spots spotted. The stapled assembly is then laser welded by he from the robot-guided clamping tool taken and opposite the robot-guided Laser welding head is moved.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zum Hybridschweißen zweier Werkstücke. Dabei werden die Werkstücke mit Hilfe eines robotergeführten Spannwerkzeugs gespannt bzw. fixiert (und ggf. bewegt), während die beiden zum Hybridschweißen verwendeten Schweißköpfe – beispielsweise ein Laserschweißkopf und ein Lichtbogenschweißkopf – mit Hilfe zweier getrennter Roboter gegenüber den Werkstücken bewegt werden. Alle drei Roboter kooperieren dabei im Sinne einer „Master"-„Slave"-Kopplung.The inventive method is particularly suitable for hybrid welding of two workpieces. there become the workpieces with the help of a robot-guided Clamping tool clamped or fixed (and possibly moved), while the both for hybrid welding used welding heads - for example a laser welding head and an arc welding head - with the help two separate robots opposite the workpieces to be moved. All three robots cooperate in the sense of a "master" - "slave" coupling.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:in the The following is the invention with reference to several in the drawings illustrated embodiments explained in more detail. there demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform; 1 a schematic representation of a device according to the invention in a first embodiment;

2 eine Detailansicht eines Verbindungsbereichs beim Verbinden zweier Werkstücke mit Hilfe des Laserschweißens: 2 a detailed view of a connection area when connecting two workpieces by means of laser welding:

2a: Beginn des Laserverschweißens in einem ersten Verbindungsbereich; 2a : Beginning of the laser welding in a first connection area;

2b: Ende des Laserschweißens im ersten Verbindungsbereich; 2 B : End of the laser welding in the first connection area;

2c: Beginn des Laserschweißens in einem weiteren Verbindungsbereich; 2c : Start of laser welding in another connection area;

3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; 3 a schematic representation of a device according to the invention in a second embodiment;

4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform; 4 a schematic representation of a device according to the invention in a third embodiment;

5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren kooperierenden Füge- und Spannwerkzeugen. 5 a schematic representation of a device according to the invention with several cooperating joining and clamping tools.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Fügen zweier Werkstücke 2,3 aus Metallblech, wobei die Vorrichtung 1 Teil einer Fertigungsanlage 4 ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Roboter 5 mit einer Roboterhand 6, an der ein Laserschweißkopf 7 mit einer (in 1 nicht dargestellten) Scanmimik befestigt ist. Zu diesem Roboter 5 gehört ein erstes Steuersystem 8, welches eine Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des ersten Roboters 5 und zum Aktivieren des Laserschweißkopfs 7 und der Scanmimik enthält. – Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 einen zweiten Roboter 9 mit einer Roboterhand 10, an der ein Spannwerkzeug 11 befestigt ist. Zu diesem zweiten Roboter 9 gehört ein zweites Steuersystem 12, welches eine Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des zweiten Roboters 9 und zum Betätigen des Spannwerkzeugs 11 enthält. – Mit dem Begriff „Roboter" soll hierbei ein mehrachsiger (in der Regel sechsachsiger) Industrieroboter bezeichnet werden. Unter einer „Programmsteuerung" soll ein Steuerprogramm verstanden werden, das – je nach Anwendungsfall – sowohl Steuer- als auch Regelaufgaben des Roboters und/oder des mit Hilfe des Roboters bewegten Werkzeugs übernehmen kann. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention 1 for joining two workpieces 2 . 3 of sheet metal, the device 1 Part of a manufacturing plant 4 is. The device 1 includes a first robot 5 with a robot hand 6 at the laser welding head 7 with a (in 1 not shown) scan mimic is attached. To this robot 5 belongs to a first tax system 8th , which is a program control for controlling the movement of the first robot 5 and for activating the laser welding head 7 and the scanmimic contains. - Furthermore, the device includes 1 a second robot 9 with a robot hand 10 at the a clamping tool 11 is attached. To this second robot 9 belongs to a second tax system 12 , which is a program control for controlling the movement of the second robot 9 and for actuating the clamping tool 11 contains. The term "robot" is to be understood as a multiaxial (usually six-axis) industrial robot. "Program control" is understood to mean a control program which, depending on the application, controls both the robot and / or the robot with the help of the robot moving tool can take over.

In dem Spannwerkzeug 11 sind die zu verbindenden Werkstücke 2,3 mit Hilfe von Spannelementen 13 in der gewünschten Zusammenbaulage fixiert. Um eine reproduzierbare Lage der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 zu gewährleisten, sind Anschläge 14 bzw. Aufnahmeelemente 15 vorgesehen, die die Werkstücke 2,3 in eineindeutiger Weise zueinander und gegenüber dem Spannwerkzeug 11 ausrichten. Dies ist notwendig, um die genaue Lage der Werkstücke 2,3 in einem Koordinatensystem 16 des zweiten Roboters 9 bestimmen zu können. Anstatt (bzw. zusätzlich zu) den Anschlägen 14 und Aufnahmeelementen 15 kann ein raumfester Sensor 17 (im Ausführungsbeispiel der 1 ein optischer Sensor 17a) vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Lage der Werkstücke 2,3 im Koordinatensystem 16 des zweiten Roboters 9 ermittelt wird, indem der Roboter 9 das Spannwerkzeug 11 mit den darauf fixierten Werkstücken 2,3 in vorbestimmte Ausrichtungen gegenüber dem Sensor 17a bringt und aus den Messwerten des Sensors 17a die Lage der Werkstücke 2,3 gegenüber einer Referenzposition auf dem Spannwerkzeug 11 berechnet wird.In the clamping tool 11 are the workpieces to be joined 2 . 3 with the help of clamping elements 13 fixed in the desired assembly position. To achieve a reproducible position of the workpieces 2 . 3 in the clamping tool 11 to ensure are stops 14 or receiving elements 15 provided that the workpieces 2 . 3 in a one-to-one way with each other and with respect to the clamping tool 11 align. This is necessary to the exact location of the workpieces 2 . 3 in a coordinate system 16 of the second robot 9 to be able to determine. Instead of (or in addition to) the attacks 14 and recording elements 15 can be a space-stable sensor 17 (In the embodiment of the 1 an optical sensor 17a ), with the help of which the position of the workpieces 2 . 3 in the coordinate system 16 of the second robot 9 is determined by the robot 9 the clamping tool 11 with the ones fixed on it workpieces 2 . 3 in predetermined orientations with respect to the sensor 17a brings and from the readings of the sensor 17a the location of the workpieces 2 . 3 opposite a reference position on the clamping tool 11 is calculated.

Die Programmsteuerungen der beiden Roboter 5,9 sind in einer solchen Weise gekoppelt, dass die Bewegungsabläufe der Roboter 5,9 und der von ihnen getragenen Werkzeuge 7,11 koordiniert erfolgen. Einer der Roboter – beispielsweise der erste Roboter 5 – dient dabei als „Master"-Roboter, dessen Bewegungen der andere, sogenannte „Slave"-Roboter – in diesem Falle der zweite Roboter 9 – folgt. Während der „Master"-Roboter 5 den Laserschweißkopf 7 in eine vorgegebene Raumlage bringt und aktiviert, richtet er die Bewegungen des „Slawe"-Roboters 9 nach seiner Sollbahn aus, so dass der „Slawe"-Roboter 9 das Spannwerkzeug 11 und die darin gehaltenen Werkstücke 2,3 in eine entsprechende Lage und Ausrichtung bewegt, in der ein Verbindungsbereich 18 auf den Werkstücken 2,3 im Fokus eines Lserstrahls 19 des Laserschweißkopfs 7 liegt. Dabei bleibt der räumliche Bezug des durch den „Master"-Roboter 5 geführten Laserschweißkopfs 7 zu den vom „Slawe"-Roboter 9 bewegten Werkstücken 2,3 zu jeder Zeit erhalten. Ein Steuerungsprinzip, mit dessen Hilfe eine solche „Master"-„Slawe"-Kopplung erreicht werden kann, ist beispielsweise in der EP 752 633 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung übernommen wird.The program controls of the two robots 5 . 9 are coupled in such a way that the movements of the robot 5 . 9 and the tools they carry 7 . 11 coordinated. One of the robots - for example, the first robot 5 - Serves as a "master" robot whose movements the other, so-called "slave" robot - in this case, the second robot 9 - follows. While the "master" robot 5 the laser welding head 7 in a given spatial position and activated, he directs the movements of the "Slav" robot 9 according to its nominal path, leaving the "Slav" robot 9 the clamping tool 11 and the workpieces held therein 2 . 3 moved to an appropriate location and orientation in which a connection area 18 on the workpieces 2 . 3 in the focus of a laser beam 19 of the laser welding head 7 lies. The spatial reference of the "master" robot remains 5 guided laser welding head 7 to the "Slav" robots 9 moving workpieces 2 . 3 preserved at all times. A control principle with the help of such a "master" - "Slav" coupling can be achieved, for example, in EP 752 633 A1 described, the contents of which are hereby incorporated into the present application.

Aufgrund der „Master"-„Slawe"-Kooperation der Roboter 5,9 stellt die Vorrichtung 1 stellt eine autonome Einheit dar, die im Fabrikumfeld 4 an eine speicherprogrammierte Fertigungssteuerung (SPS 20) angebunden sein kann; die SPS 20 aktiviert dann Prozesse im „Master"-Roboter 5, welcher seinerseits dann vorgegebene Programmschritte durchführt und dabei den an ihn gekoppelten „Slawe"-Roboter 9 mitführt und befehligt.Due to the "master" - "slawe" cooperation of the robots 5 . 9 represents the device 1 represents an autonomous unit operating in the factory field 4 to a programmable production control (SPS 20 ) can be connected; the PLC 20 then activates processes in the "master" robot 5 , which in turn then performs predetermined program steps and thereby coupled to him "Slawe" robot 9 accompanies and commands.

Die Roboter 5,9 brauchen hierzu nicht permanent aneinander gekoppelt sein. Insbesondere können die Roboter 5,9 lediglich für bestimmte Arbeitsschritte miteinander kooperieren; andere Arbeitsschritte können die Roboter 5,9 völlig unabhängig voneinander durchführen, wobei dann die Aktionen jedes Roboters 5,9 getrennt von der SPS 20 der Fertigungsanlage 4 angestoßen werden.The robots 5 . 9 do not need to be permanently coupled to each other. In particular, the robots can 5 . 9 only cooperate with one another for specific work steps; other work steps can be the robots 5 . 9 perform completely independently of each other, in which case the actions of each robot 5 . 9 separated from the PLC 20 the production plant 4 be triggered.

Im folgenden werden die Einzelschritte beschrieben, die beim Fügen der beiden Werkstücke 2,3 der 1 durchlaufen wer den. Zunächst werden die beiden zu verbindenden Werkstücke 2,3 in einer (in 1 nicht gezeigten) Bestückungsstation in das Spannwerkzeug 11 eingelegt; die Anschläge 14 bzw. Aufnahmeelemente 15 gewährleisten dabei, dass die Werkstücke 2,3 reproduzierbar in Zusammenbaulage im Spannwerkzeug 11 aufgenommen werden. Anschließend werden die Werkstücke 2,3 durch simultanes Spannen der Spannelemente 13 in dieser Zusammenbaulage fixiert. Das Aufnehmen und Fixieren der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 des zweiten Roboters 9 kann unabhängig von den Bewegungen des ersten Roboters 5 erfolgen, so dass der erste Roboter 5 während dieser Schritte beispielsweise eine andere Schweißaufgabe ausführen kann; in diesem Modus wirkt die SPS 20 der Fertigungsanlage 4 separat auf beide Roboter 5,9 ein.The following describes the individual steps involved in joining the two workpieces 2 . 3 of the 1 go through the who. First, the two to be joined workpieces 2 . 3 in one (in 1 not shown) loading station in the clamping tool 11 inserted; the attacks 14 or receiving elements 15 ensure that the workpieces 2 . 3 reproducible in assembly position in the clamping tool 11 be recorded. Subsequently, the workpieces 2 . 3 by simultaneous clamping of the clamping elements 13 fixed in this assembly position. The picking and fixing of the workpieces 2 . 3 in the clamping tool 11 of the second robot 9 can be independent of the movements of the first robot 5 done so that the first robot 5 for example, perform another welding task during these steps; in this mode, the PLC acts 20 the production plant 4 separately on both robots 5 . 9 one.

Spätestens mit Abschluss des Spannens der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 wird die Programmsteuerung des zweiten Roboters 9 (als „Slave") an die Programmsteuerung des ersten Roboters 5 (als „Master") angekoppelt. Ab diesem Zeitpunkt greift die SPS 20 nicht mehr direkt auf den „Slave"-Roboter 9 zu, sondern alle Bewegungen des „Slave"-Roboters 9 und des darauf fixierten Spannrahmens 11 werden durch den „Master"-Roboter 5 koordiniert. Die beiden Roboter 5,9 kooperieren dabei derart, dass der „Slave"-Roboter 9 die von ihm getragenen Werkstücke 2,3 in bestimmte vorgegebene Raumlagen bewegt, die so gewählt sind, dass ein vorgegebener Verbindungsbereich 18 auf den Werkstücken 2,3 für den mit Hilfe des „Master"-Roboters 5 bewegten Laserschweißkopf 7 gut zugänglich wird; dann wird der Laserschweißkopf 7 aktiviert und mit Hilfe des Laserstrahls 19 eine Verschweißung im Verbindungsbereich 18 durchgeführt. Anschließend wird der Laserstrahl 19 auf einen weiteren Verbindungsbereich 18a der Werkstücke 2,3 gerichtet. Dies kann erreicht werden, indem

– der Laserstrahl 19 mit Hilfe der im Laserschweißkopf 7 enthaltenen Scanmimik auf den weiteren Verbindungsbereich 18a gelenkt wird und/oder
– der Laserschweißkopf 7 mit Hilfe des „Master"-Roboters 5 gegenüber dem Spannwerkzeug 11 bewegt wird, bis er gegenüber dem weiteren Verbindungsbereich 18a zu liegen kommt und/oder
– das Spannwerkzeug 11 mit Hilfe des „Slave"-Roboters 9 gegenüber dem Laserschweißkopf 7 bewegt wird, bis der weitere Verbindungsbereich 18a gegenüber dem es gegenüber Laserschweißkopf 7 zu liegen kommt.

At the latest with completion of the clamping of the workpieces 2 . 3 in the clamping tool 11 becomes the program control of the second robot 9 (as a "slave") to the program control of the first robot 5 (as the "master"), from which point the PLC will pick up 20 no longer directly to the "slave" robot 9 to, but all movements of the "slave" robot 9 and the fixed thereon clamping frame 11 be through the "master" robot 5 coordinated. The two robots 5 . 9 cooperate in such a way that the "slave" robot 9 the workpieces carried by him 2 . 3 moved into certain predetermined spatial positions, which are chosen so that a predetermined connection area 18 on the workpieces 2 . 3 for using the "master" robot 5 moving laser welding head 7 becomes easily accessible; then the laser welding head becomes 7 activated and with the help of the laser beam 19 a weld in the connection area 18 carried out. Subsequently, the laser beam 19 to another connection area 18a the workpieces 2 . 3 directed. This can be achieved by

- the laser beam 19 with the help of the laser welding head 7 contained scan mimic on the other connection area 18a is directed and / or
- the laser welding head 7 with the help of the "master" robot 5 opposite the clamping tool 11 is moved until it faces the wider connection area 18a comes to rest and / or
- The clamping tool 11 with the help of the "slave" robot 9 opposite the laser welding head 7 is moved until the other connection area 18a opposite to the laser welding head 7 to come to rest.

Vorzugsweise werden mehrere dieser Bewegungen simultan durchgeführt, um durch Überlagerung der (vergleichsweise schnellen) Bewegung der Scanmimik des Laserschweißkopfes 7 mit den (vergleichsweise langsamen) Transportbewegungen der Roboter 5,9 die (ansonsten nichtproduktiven) Transportzeiten produktiv zu nutzen. Insbesondere ist es vorteilhaft, diesen Transportbewegungen den eigentlichen Schweißprozess zu überlagern. Dies ist schematisch in 2a bis 2c dargestellt: Hier wird das Spannwerkzeug 11 mit den darauf fixierten Werkstücken 2,3 mit Hilfe des (in 2 nicht dargestellten) „Slave"-Roboters 9 kontinuierlich gegenüber dem Laserschweißkopf 7 verschoben (Pfeil 21). Gleichzeitig wird der Laserstrahl 19 in einen ersten Verbindungsbereich 18 gelenkt und dort aktiviert (2a). Die Scanmimik des Laserschweißkopfes 7 führt den Laserstrahl 19 in einer solchen Weise gegenüber den bewegten Werkstücken 2,3, dass im Verbindungsbereich 18 eine erste Laserschweißnaht 22 erstellt wird (2b). Dann wird der Laserstrahl 19 deaktiviert und mit Hilfe der Scanmimik auf einen weiteren Verbindungsbereich 18a gelenkt, wo der Laserstrahl 19 für eine weitere Schweißung 22a aktiviert wird.Preferably, several of these movements are carried out simultaneously in order to overlap the (comparatively fast) movement of the scan mimic of the laser welding head 7 with the (relatively slow) transport movements of the robots 5 . 9 to productively use the (otherwise non-productive) transport times. In particular, it is advantageous to superimpose the actual welding process on these transport movements. This is schematically in 2a to 2c shown: Here is the clamping tool 11 with the ones fixed on it workpieces 2 . 3 with the help of (in 2 not shown) "slave" robot 9 continuously opposite the laser welding head 7 moved (arrow 21 ). At the same time the laser beam 19 in a first connection area 18 steered and activated there ( 2a ). The scan mimic of the laser welding head 7 guides the laser beam 19 in such a way with respect to the moving workpieces 2 . 3 that in the connection area 18 a first laser weld 22 is created ( 2 B ). Then the laser beam becomes 19 deactivated and with the help of the Scanmimik on another connection range 18a directed where the laser beam 19 for another weld 22a is activated.

3 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1': Hier sind die zu verbindenden Werkstücke 2',3', zwei Formbauteile aus Blech, in Zusammenbaulage in einer raumfesten Aufnahmevorrichtung 23 abgelegt. Der erste Roboter 5' trägt an seiner Hand 6' den Laserschweißkopf 7' und ist mit dem Steuersystem 8' verbunden, welches die Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung dieses ersten Roboters 5' und zum Aktivieren des Laserschweißkopfs 7' enthält. Der zweite Roboter 9' trägt an seiner Roboterhand 10' ein Spannwerkzeug 11', mit Hilfe dessen ein ausgewählter Verbindungsbereich 18' auf den Werkstücken 2',3' gespannt werden kann; weiterhin ist der zweite Roboter 9' mit dem Steuersystem 12' verbunden, welches die Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung dieses zweiten Roboters 9' und zum Betätigen des Spannwerkzeugs 11' enthält. Die beiden Roboter 5',9' sind in einer solchen Weise aneinander gekoppelt, dass sie – wie oben beschrieben – in einem „Master"-„Slave"-Modus betrieben werden können. 3 shows a schematic, not to scale true view of another embodiment of the device according to the invention 1' : Here are the workpieces to be joined 2 ' . 3 ' , two shaped components made of sheet metal, in assembly position in a space-fixed receiving device 23 stored. The first robot 5 ' carries on his hand 6 ' the laser welding head 7 ' and is with the tax system 8th' connected to the program control for the motion control of this first robot 5 ' and for activating the laser welding head 7 ' contains. The second robot 9 ' carries on his robot hand 10 ' a clamping tool 11 ' , by means of which a selected connection area 18 ' on the workpieces 2 ' . 3 ' can be stretched; still is the second robot 9 ' with the tax system 12 ' connected to the program control for the motion control of this second robot 9 ' and for actuating the clamping tool 11 ' contains. The two robots 5 ' . 9 ' are coupled together in such a way that they can be operated in a "master" - "slave" mode as described above.

Das Spannwerkzeug 11' ist mit einem Druckelement 24 veersehen, mit dessen Hilfe im Verbindungsbereich 18' zwischen den zu verschweißenden Blechen 2',3' ein Fügespalt 26 einer vorbestimmten Höhe 27 eingestellt werden kann. Das Druckelement 24 ist im vorliegenden Beispiel eine drehbar gelagerte Anpressrolle 25, die entlang der Verbindungsbereiche 18' gerollt werden kann und die in einer solchen Weise ausgestaltet ist, dass sie die klaffenden Bleche 2',3' im Verbindungsbereich 18' aufeinanderdrückt, um so eine vorgegebene Spalthöhe 26 zu erreichen. Die Funktionsweise eines solchen Druckelements 24 ist beispielsweise in der DE 102 18 179 A1 beschrieben. Alternativ können Druckelemente 24 vorgesehen sein, die als Anpressfinger oder als (zueinander bewegliche) Spannfinger ausgestaltet sind und mit Hilfe des Roboters 9' entlang der Verbindungsbereiche 18' bewegt werden.The clamping tool 11 ' is with a printing element 24 See, with its help in the connection area 18 ' between the sheets to be welded 2 ' . 3 ' a joint gap 26 a predetermined height 27 can be adjusted. The pressure element 24 is in the present example, a rotatably mounted pressure roller 25 that run along the connection areas 18 ' can be rolled and which is designed in such a way that they are the gaping sheets 2 ' . 3 ' in the connection area 18 ' each other, so a predetermined gap height 26 to reach. The operation of such a pressure element 24 is for example in the DE 102 18 179 A1 described. Alternatively, printing elements 24 be provided, which are designed as pressing fingers or as (mutually movable) clamping fingers and with the help of the robot 9 ' along the connection areas 18 ' to be moved.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in 4 dargestellt. Hier werden die zu verbindenden Werkstücke 2'',3'' zunächst in einer Heftstation 28 geheftet, bevor sie mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'' verbunden werden. In der Heftstation 28 werden die Werkstücke 2'',3'' in eine raumfeste Aufnahmevorrichtung 23'' eingelegt, in der die Werkstücke 2'',3'' in Zusammenbaulage positioniert und fixiert werden. Anschließend werden die Werkstücke 2'',3'' mit Hilfe einer Heftvorrichtung 29, beispielweise einer robotergeführten Punktschweißzange 30, in ausgewählten Bereichen geheftet. Durch diese Heftung wird ein Zusammenbau 31 der Werkstücke 2'',3'' erzeugt, in dem die Werkstücke 2'',3'' in der gewünschten Zusammenbaulage zueinander fixiert sind. Dieser Zusammenbau 31 wird dem robotergeführten Spannwerkzeug 11'' der Vorrichtung 1'' zugeführt bzw. vom robotergeführten Spannwerkzeug 11'' aufgenommen. Das anschließende Verbinden des im Spannwerkzeug 11'' gehaltenen Zusammenbaus 31 durch den robotergeführten Laserschweißkopf 7'' erfolgt analog zur oben beschriebenen ersten Ausführungsform (1) durch die die Werkzeuge 7'',11'' tragenden, kooperierenden Roboter 5'',9'' mit dem Unterschied, dass das Spannwerkzeug 11'' nun – aufgrund des vorgeschalteten Heftens der Werkstücke 2'',3'' -wesentlich leichter und einfacher gestaltet werden kann als das Spannwerkzeug 11 der 1. Insbesondere müssen die Spannelemente 13'' des Spannwerkzeugs 11'' lediglich den gehefteten Zusammenbau 31 stabil an der Roboterhand 10'' des zweiten Roboters 9'' halten, nicht jedoch die beiden Werkstücke in einer vorgegebenen Relativlage spannen und fixieren. Das Spannwerkzeug 11'' ist somit wesentlich einfacher aufgebaut (und in bezug auf sein Gewicht wesentlich leichter) als das Spannwerkzeug 11 der Ausführungsform der 1.A third embodiment of the invention is in 4 shown. Here are the workpieces to be joined 2 '' . 3 '' first in a stitching station 28 stapled before using the device according to the invention 1'' get connected. In the stitching station 28 become the workpieces 2 '' . 3 '' in a space-fixed recording device 23 '' inserted, in which the workpieces 2 '' . 3 '' be positioned and fixed in assembly position. Subsequently, the workpieces 2 '' . 3 '' with the help of a stapler 29 , For example, a robot-guided spot welding gun 30 , stapled in selected areas. This stitch becomes an assembly 31 the workpieces 2 '' . 3 '' produced in which the workpieces 2 '' . 3 '' are fixed to each other in the desired assembly position. This assembly 31 is the robot-guided clamping tool 11 '' the device 1'' supplied or from the robot-guided clamping tool 11 '' added. The subsequent connection of the in the clamping tool 11 '' held assembly 31 through the robot-controlled laser welding head 7 '' takes place analogously to the first embodiment described above ( 1 ) through which the tools 7 '' . 11 '' carrying, cooperating robot 5 '' . 9 '' with the difference that the clamping tool 11 '' now - due to the upstream stapling of the workpieces 2 '' . 3 '' - Can be made much easier and easier than the clamping tool 11 of the 1 , In particular, the clamping elements must 13 '' of the clamping tool 11 '' only the stitched assembly 31 stable on the robot hand 10 '' of the second robot 9 '' hold, but not clamp the two workpieces in a predetermined relative position and fix. The clamping tool 11 '' is thus much simpler (and much lighter in weight) than the clamping tool 11 the embodiment of the 1 ,

Bisher wurden Anwendungsbeispiele gezeigt, in denen zwei kooperierende Industrieroboter zum Einsatz kommen: Ein erster Roboter 5,5',5'', mit Hilfe dessen das Fügewerkzeug 7,7',7'' bewegt wird und ein zweiter Roboter 5,5',5'' zum Spannen und/oder Bewegen der zu fügenden Werkstücke 2,3. Zusätzlich zu diesen beiden Robotern kann die Vorrichtung 1,1',1'' noch weitere Roboter umfassen, welche ebenfalls in die Roboterkooperation eingebunden sind. Insbesondere kann zum Fügen von größeren Werkstücken 2,3 vorteilhaft sein, die Werkstücke 2,3 mit Hilfe mehrerer gekoppelter Roboter 9a,9b räumlich zu bewegen, um auf diese Weise eine Lastverteilung der Werkstückmassen auf mehrere Roboter 9a,9b zu erreichen; dies ist schematisch in 5 dargestellt, bei ein Spannwerkzeug 11 von den beiden Robotern 9a,9b mit zugeordneten, aneinander gekoppelten Programmsteuerungen (in Steuersystemen 12a,12b) getragen wird. Das Spannwerkzeug 11 umfasst in diesem Fall zwei getrennte Unter-Spannwerkzeuge 11a,11b, wobei das Unter-Spannwerkzeug 11b des Roboters 9b in der Ansicht der 5 vom Werkstück 3 verdeckt ist. Die Programmsteuerungen der Spannroboter 9a,9b und des Schweißroboters 5a kooperieren beispielsweise in einer solchen Weise, dass der Schweißroboter 5a der „Master" ist, an den die beiden Spannroboter 9a,9b als „Slaves" angekoppelt sind. – Weiterhin kann im Ausführungsbeispiel der 3 das lokale Spannen der zu verbindenden Werkstücke 2',3' mit mehreren Robotern 9',9a' erfolgen, die je ein Spannwerkzeug 11',11a' tragen und deren Programmsteuerungen mit der Programmsteuerung des Schweißroboters 5' im Sinne einer „Master"-„Slave"-Kopplung kooperieren; dann kann der momentan vom Fügewerkzeug 7' bearbeitete Werkstückbereich 18' mit Hilfe eines ersten Spannwerkzeugs 11' fixiert werden, während ein weiteres Spannwerkzeug 11a' bereits in einem demnächst zu bearbeitenden Verbindungsbereich 18a' auf den Werkstücken 2',3' plaziert wird. Da die Bewegung der Scanmimik des Laserschweißkopfes 7' wesentlich schneller ist als die Bewegung der robotergeführten Spannwerkzeuge 11',11a', kann auf diese Weise das Laserschweißsystem optimal ausgenutzt werden. – In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung genutzt werden zum Kleben von Werkstücken, wobei die beiden zu verklebenden Werkstücke vor dem Verkleben mit Hilfe von Spannwerkzeugen bewegt werden, die von getrennten, jedoch gekoppelten Robotern getragen werden.So far, application examples have been shown in which two cooperating industrial robots are used: a first robot 5 . 5 ' . 5 '' , with the help of which the joining tool 7 . 7 ' . 7 '' is moved and a second robot 5 . 5 ' . 5 '' for tensioning and / or moving the workpieces to be joined 2 . 3 , In addition to these two robots, the device can 1 . 1' . 1'' include other robots, which are also involved in the robot cooperation. In particular, for joining larger workpieces 2 . 3 be advantageous, the workpieces 2 . 3 with the help of several coupled robots 9a . 9b move spatially, in order to load distribution of the workpiece masses on multiple robots 9a . 9b to reach; this is schematic in 5 shown in a clamping tool 11 from the two robots 9a . 9b with associated, coupled program controls (in control systems 12a . 12b ) will be carried. The clamping tool 11 in this case comprises two separate sub-clamping tools 11a . 11b , wherein the sub-clamping tool 11b of the robot 9b in the view of 5 from the workpiece 3 is covered. The Program controls of the clamping robots 9a . 9b and the welding robot 5a cooperate for example in such a way that the welding robot 5a the "master" is, to which the two clamping robots 9a . 9b can be coupled as "slaves." Furthermore, in the embodiment of the 3 the local clamping of the workpieces to be joined 2 ' . 3 ' with several robots 9 ' . 9a ' done, each a clamping tool 11 ' . 11a ' and their program controls with the program control of the welding robot 5 ' cooperate in the sense of a "master" - "slave"coupling; then the momentary of the joining tool 7 ' machined workpiece area 18 ' with the help of a first clamping tool 11 ' be fixed while another clamping tool 11a ' already in a soon to be processed connection area 18a ' on the workpieces 2 ' . 3 ' is placed. As the movement of the scanning facial expression of the laser welding head 7 ' Much faster than the movement of the robot-guided clamping tools 11 ' . 11a ' , In this way, the laser welding system can be optimally utilized. In another embodiment, the invention can be used to glue workpieces, the two workpieces to be bonded being moved prior to bonding by means of clamping tools carried by separate but coupled robots.

Wie in 5 gezeigt, ist es weiterhin möglich, mehrere gekoppelte Roboter 5a,5b mit Fügewerkzeugen 7a,7b (z.B. Punktschweißzangen 32a, 32b) zu bestücken, um z.B. unterschiedliche Bereiche der zu verbindenden Werkstücke 2,3 gleichzeitig bearbeiten zu können und dadurch die Verweilzeit der Werkstücke 2,3 in der Verbindungsvorrichtung 1 zu minimieren. 5 zeigt somit eine Vorrichtung mit zwei Fügerobotersn 5a,5b und zwei Spannrobotern 9a,9b, die über eine „Master"-„Slave"-Kopplung miteinander kooperieren. Werden die beiden Schweißroboter 5a,5b mit unterschiedlichen Schweißsystemen (z.B. ein Laserschweißkopf und ein MIG-Schweißkopf) bestückt, so kann diese Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Hybridschweißverfahrens eingesetzt werden, bei dem die unterschiedlichen Schweißsysteme mit Hilfe getrennter, jedoch gekoppelter Roboter 5a,5b bewegt werden.As in 5 It is still possible to use several coupled robots 5a . 5b with joining tools 7a . 7b (eg spot welding guns 32a . 32b ) to equip, for example, different areas of the workpieces to be joined 2 . 3 to be able to process at the same time and thus the residence time of the workpieces 2 . 3 in the connection device 1 to minimize. 5 thus shows a device with two Fügerobotersn 5a . 5b and two clamping robots 9a . 9b which cooperate with each other via a "master" - "slave" coupling. Be the two welding robots 5a . 5b equipped with different welding systems (eg a laser welding head and a MIG welding head), this device can 1 be used to carry out a hybrid welding process in which the different welding systems with the help of separate, but coupled robots 5a . 5b to be moved.

Die Erfindung kann auf beliebige Fügeverfahren, insbesondere zum Laserschweißen, zum MIG- oder MAG-Schweißen, zum Punktschweißen sowie zum Kleben, zum Nieten und zum Durchsetzfügen von Werkstücken, zum Einsatz kommen.The Invention can be applied to any joining method, in particular for laser welding, for MIG or MAG welding, for spot welding as well for gluing, for riveting and for inserting workpieces, for Use come.

Claims

Contraption ( 1 . 1' . 1'' ) for connecting at least two workpieces ( 2 . 2 ' . 2 '' . 3 . 3 ' . 3 '' ), - with one by means of a first robot ( 5 . 5 ' . 5 '' . 5b ) movable joining tool ( 7 . 7 ' . 7 '' . 7b ) and a first program control for controlling the movement of the robot ( 5 . 5 ' . 5 '' . 5b ) and to activate the joining tool ( 7 . 7 ' . 7 '' . 7b ), - by means of a second robot ( 9 . 9 ' . 9 '' . 9b ) movable clamping tool ( 11 . 11 ' . 11 '' . 11b ) and a second program control for controlling the movement of the robot ( 9 . 9 ' . 9 '' . 9b ) and for actuating the clamping tool ( 11 . 11 ' . 11 '' . 11b ), - whereby the two program controls are coupled together.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the joining tool ( 7 . 7 ' . 7 '' . 7b ) is a welding device, in particular a laser welding head.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping tool ( 11 . 11 '' . 11b ) for transporting the two workpieces ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ) is trained.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping tool ( 11 . 11 '' . 11b ) Clamping elements ( 13 . 13 '' ) for fixing the workpieces ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping tool ( 11 . 11 ' . 11 '' . 11b ) Medium ( 14 . 15 ) for positionally accurate alignment with respect to at least one of the two workpieces ( 2 . 3 ) having.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the clamping tool ( 11 ' ) for locally fixing two sheets to be joined by laser welding ( 2 ' . 3 ' ) with at least one pressure element ( 24 ), with the help of which in the connection area ( 18 ' ) a joint gap ( 26 ) between the two sheets ( 2 ' . 3 ' ) to a predetermined level ( 27 ) is adjustable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that - the device ( 1 . 1' ) another, with the help of another robot ( 9a . 9a ' ) movable clamping tool ( 11a . 11a ' ) and another program control for controlling the movement of the further robot ( 9a . 9a ' ) and for actuating the further clamping tool ( 11a . 11a ' ), wherein the further program control with the program control of the first and / or the second robot ( 5b . 9b . 5 ' . 9 ' ) is coupled.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that - the device ( 1 ) another, with the help of another robot ( 5a ) movable joining tool ( 7a ) and another program control for controlling the movement of the further robot ( 5a ) and Activate the further joining tool ( 7a ), wherein the further program control with the program control of the first and / or the second robot ( 5b . 9a . 9b ) is coupled.

Apparatus according to claim 2 and 8, characterized in that for connecting the workpieces ( 2 . 3 ) using a hybrid welding process, the first joining tool ( 7b ) a laser welding head and the other joining tool ( 7a ) is a welding head operating according to another method, in particular arc welding.

Method for joining at least two workpieces ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ), - in which the workpieces ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ) with the aid of a joining tool ( 7 . 7 '' . 7b ), which by means of a first robot ( 5 . 5 '' . 5b ) is spatially moved, - and in which the workpieces to be joined ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ) with the help of a second robot ( 9 . 9 '' . 9b ) are moved spatially, - the web movement of the first robot ( 5 . 5 '' . 5b ) and the path movement of the second robot ( 9 . 9 '' . 9b ) are coupled together.

A method according to claim 10, characterized in that the joining of the workpieces ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ) with the movement of the workpieces ( 2 . 2 '' . 3 . 3 '' ) overlaps.

Method for joining at least two workpieces ( 2 ' . 3 ' ) - in which a joining tool ( 7 ' ) with the help of a first robot ( 5 ' ) is spatially moved, - and in which the workpieces to be joined ( 2 ' . 3 ' ) with the help of a second robot ( 9 ' . 9a ' ) fixed clamping tool ( 11 ' . 11a ' . 24 ) are tensioned relative to each other, - the web movement of the first robot ( 5 ' ) and the path movement of the second robot ( 9 ' . 9a ' ) are coupled together.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the workpieces ( 2 . 2 ' . 2 '' . 3 . 3 ' . 3 '' ) are connected together by means of a welding process.

Method according to claim 13, characterized in that the workpieces ( 2 . 2 ' . 2 '' . 3 . 3 ' . 3 '' ) are connected together by means of laser welding.

Method according to claim 12 and 14, characterized in that the workpieces ( 2 '' . 3 '' ) are first stapled and then connected by laser welding.

Method according to claim 15, characterized in that the workpieces ( 2 '' . 3 '' ) are stapled by means of spot welding.

Method according to claim 15 or 16, characterized in that the workpieces ( 2 '' . 3 '' ) are held stationary during stapling and moved during laser welding bonding.