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Die Erfindung betrifft ein Roboterwerkzeug zum Montieren von Stopfen, insbesondere für Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Montieren von Stopfen, insbesondere für Kraftwagen.
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Ein solches Roboterwerkzeug zum Montieren von Stopfen in jeweils korrespondierende Öffnungen ist aus der
DE 10 2010 005 798 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Roboterwerkzeug ist an einem Roboter befestigbar, so dass das Roboterwerkzeug – beispielsweise im Rahmen einer automatisierten Herstellung von Kraftwagen – mittels des Roboters im Raum umher bewegt werden kann.
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Das Roboterwerkzeug umfasst wenigstens ein Magazin zum Aufnehmen einer Mehrzahl von zu montierenden Stopfen. Ferner umfasst das Roboterwerkzeug wenigstens ein Fügeelement, welches zwischen einer Entnahmestellung und einer Fügestellung relativ zu dem Magazin bewegbar, insbesondere verschwenkbar, ist. In der Entnahmestellung ist einer der Stopfen aus dem Magazin mittels des Fügeelements entnehmbar und am Fügeelement anordenbar. In der Entnahmestellung ist das Fügeelement in zumindest teilweiser Überdeckung mit dem einen Stopfen angeordnet, so dass das Fügeelement den einen Stopfen aus dem Magazin entnehmen kann.
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In der Fügestellung ist der aus dem Magazin mittels des Fügeelements entnommene und am Fügeelement angeordnete und gehaltene Stopfen in eine der Öffnungen zu montieren. Befindet sich das Fügeelement in der Fügestellung, so können beispielsweise das Roboterwerkzeug und somit das Fügeelement mittels des Roboters im Raum relativ zu einem Bauteil bewegt und in Richtung des Bauteils bewegt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den einen zu montierenden und am Fügeelement angeordneten Stopfen zu einer Fügestelle des Bauteils zu bewegen und in die korrespondierende, an der Fügestelle angeordnete Öffnung mittels des sich in der Fügestellung befindenden Fügeelements zu montieren. Beispielsweise wird der Stopfen mittels des Fügeelements in die Öffnung eingedrückt.
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Die
DE 10 2006 026 132 A1 offenbart ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines bewegten Werkstücks mittels eines zeitweise starr an das Werkstück und/oder eine bewegbare Werkstückträgereinheit koppelbaren Industrieroboters, wobei der Industrieroboter in entkoppelter Betriebsstellung von einer Trägereinrichtung getragen wird, die mittels einer antriebsaktivierten Antriebseinheit werkstückunabhängig bewegbar ist, und in gekoppelter Betriebsstellung mittels eines schwimmenden Lagerungssystems relativ zur Trägereinrichtung schwimmend gelagert ist. Dabei ist vorgesehen, dass in gekoppelter Betriebsstellung des Industrieroboters die Antriebseinheit nicht antriebsaktiv auf die Trägereinrichtung wirkt und die Trägereinrichtung durch das bewegte Werkstück und/oder durch die bewegte Werkstückträgereinheit wenigstens zeitweise mittels des schwimmenden Lagerungssystems mit bewegt wird.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2007 063 099 A1 einen Roboter mit mindestens zwei Gelenken und über jeweils ein Gelenk relativ zueinander beweglichen Teile. Der Roboter weist eine integrierte Sensorik zum Erfassen von auf den Roboter wirkenden Kräften und/oder Drehmomenten auf.
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Darüber hinaus ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, bekannt, dass Stopfen, insbesondere für Personenkraftwagenkarosserien, manuell montiert werden, da die Automatisierung der Montage der Stopfen sehr schwer und aufwendig ist.
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Mittels solcher Stopfen werden üblicherweise Öffnungen von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, verschlossen. Üblicherweise sind die Öffnungen als Durchgangsöffnungen ausgebildet, welche in einen Hohlraum münden. Diese Öffnungen werden beispielsweise für eine Konservierung des Hohlraums verwendet. Mit anderen Worten kann über eine solche Öffnung ein Konservierungsmittel in den Hohlraum eingebracht werden, so dass das den Hohlraum aufweisende Bauteil von Seiten des Hohlraums, das heißt von innen konserviert werden kann. Nach der Durchführung dieser Hohlraumkonservierung wird die jeweilige Öffnung fluidisch verschlossen, so dass das Konservierungsmittel nicht aus dem Hohlraum austreten kann und/oder so dass keine Objekte wie beispielsweise Schmutz und Feuchtigkeit in den Hohlraum eintreten können. Zum Verschließen der jeweiligen Öffnung wird ein korrespondierender Stopfen verwendet. Derartige Öffnungen sind beispielsweise in einem Bodenbereich einer Karosserie vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Roboterwerkzeug sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Montage von mehreren Stopfen realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Roboterwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Roboterwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Montage von mehreren Stopfen in jeweilige Öffnungen realisieren lässt, ist erfindungsgemäß wenigstens ein zweites Fügeelement vorgesehen. Das zweite Fügeelement ist zwischen einer Entnahmestellung und einer Fügestellung relativ zu dem Magazin mit dem ersten Fügeelement mit bewegbar, insbesondere mit verschwenkbar. Dies bedeutet, dass beim Bewegen, insbesondere Verschwenken, des ersten Fügeelements das zweite Fügeelement zusammen mit dem ersten Fügeelement mitbewegt, insbesondere mitverschenkt, wird. Mit anderen Worten erfolgt beispielsweise eine gleichzeitige Bewegung beziehungsweise ein gleichzeitiges Verschwenken der beiden Fügeelemente.
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In der Entnahmestellung des zweiten Fügeelements ist ein weiterer der Stopfen aus dem Magazin mittels des zweiten Fügeelements entnehmbar und am zweiten Fügeelement anordenbar. In der Fügestellung des zweiten Fügeelements ist der aus dem Magazin mittels des zweiten Fügeelements entnommene, an dem zweiten Fügeelement angeordnete und gehaltene weitere Stopfen in eine weitere Öffnung zu montieren. Dies bedeutet, dass die Funktion des zweiten Fügeelements grundsätzlich der Funktion des ersten Fügeelements entspricht. Somit können die folgenden Ausführungen des zweiten Fügeelement ohne weiteres auf das erste Fügeelement übertragen werden und umgekehrt.
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Durch das gleichzeitige Bewegen der Fügeelemente kann eine besonders zeit- und kostengünstige Montage der Stopfen realisiert werden, da die Zeit, während der das erste Fügeelement bewegt wird, genutzt wird, um auch das zweite Fügeelement zu bewegen.
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In der Entnahmestellung befindet sich das zweite Fügeelement beispielsweise in zumindest teilweiser Überdeckung mit dem weiteren Stopfen, so dass das zweite Fügeelement den weiteren Stopfen aus dem Magazin entnehmen und halten kann. Im Anschluss daran wird beispielsweise das zweite Fügeelement aus seiner Entnahmestellung in seine Fügestellung bewegt, wobei sich der am zweiten Fügeelement angeordnete und gehaltene weitere Stopfen mit bewegt.
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In der Fügestellung oder bereits beim Bewegen aus der Entnahmestellung in die Fügestellung können das Roboterwerkzeug und somit das zweite Fügeelement und der daran angeordnete und gehaltene weitere Stopfen mittels eines Roboters, an welchem das Roboterwerkzeug befestigbar beziehungsweise befestigt ist, im Raum und beispielsweise relativ zu wenigstens einem Bauteil bewegt werden. Dadurch ist es möglich, den am zweiten Fügeelement angeordneten weiteren Stopfen in Richtung des Bauteils beziehungsweise zu dem Bauteil mittels des Roboters zu bewegen und schließlich an einer Fügestelle des Bauteils in die an der Fügestelle angeordnete und mit dem weiteren Stopfen korrespondierende Öffnung zu montieren. Die Montage des weiteren Stopfens in die korrespondierende Öffnung erfolgt dabei während sich das zweite Fügeelement in der Fügestellung befindet. Beispielsweise wird der weitere Stopfen mittels des sich in der Fügestellung befindenden zweiten Fügeelements in die Öffnung eingedrückt.
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Darüber hinaus weisen die Fügeelemente jeweils einen Stempel zum Halten des jeweiligen Stopfens auf. Mit anderen Worten wird der jeweilige Stopfen an dem jeweiligen Stempel angeordnet und gehalten. Ferner weist das jeweilige Fügeelement eine relativ zu dem Stempel bewegbare Krone auf, welche zwischen einer Ausgangsstellung und wenigstens einer Rückzugsstellung relativ zu dem Stempel translatorisch bewegbar ist. Die Krone ist zumindest in ihrer Rückzugsstellung gegenüber dem Stempel zurückversetzt. Mit anderen Worten überragt der Stempel die Krone zumindest in der Rückzugsstellung. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Krone in der Rückzugsstellung gegenüber dem Stempel weiter zurückversetzt ist als in der Ausgangsstellung. Darunter ist zu verstehen, dass der Stempel die Krone in ihrer Ausgangsstellung beispielsweise nicht überragt, sodass beispielsweise die Krone in der Ausgangsstellung den Stempel überragt oder dass der Stempel und die Krone in der Ausgangsstellung zumindest im Wesentlichen bündig angeordnet sind. Ferner ist es denkbar, dass der Stempel die Krone in der Ausgangsstellung überragt, wobei der Stempel die Krone in der Rückzugsstellung noch weiter überragt. Mit anderen Worten überragt der Stempel der Krone zumindest in der Rückzugsstellung, wobei der Stempel die Krone in der Rückzugsstellung weiter überragt als in der Ausgangsstellung.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass in der Ausgangsstellung zumindest ein Längenbereich des Stempels außenumfangsseitig von der Krone umgeben ist. Durch Bewegen der Krone aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung wird der Längenbereich beispielsweise freigegeben, sodass der Längenbereich in der Rückzugsstellung nicht mehr von der Krone umgeben ist. Mit anderen Worten wird der Längenbereich beispielsweise aus der Krone bewegt, indem die Krone aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung bewegt wird.
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Außerdem weist das jeweilige Fügeelement eine Halteeinrichtung zum Halten der Krone in der Rückzugsstellung auf. Mittels der Halteeinrichtung können unerwünschte Bewegungen der Krone aus der Rückzugsstellung zurück in die Ausgangsstellung vermieden werden, indem die Krone mittels der Halteeinrichtung definiert und gezielt in der Rückzugsstellung gehalten wird. In der Folge kann beispielsweise vermieden werden, dass die Krone das Montieren des jeweiligen Stopfens und/oder wenigstens einen sich an das Montieren des jeweiligen Stopfens anschließenden Vorgang behindert. Insbesondere ist es denkbar, nach dem Montieren des jeweiligen Stopfens den Stempel in Stützanlage mit dem montierten Stopfen zu bewegen, während die Krone mittels der Halteeinrichtung der Rückzugsstellung gehalten wird, sodass unerwünschte Berührungen zwischen dem Stopfen und der Krone vermieden werden können.
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Um die Krone auf besonders einfache und günstige Weise in der Rückzugsstellung halten und somit arretieren zu können, ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Halteeinrichtung wenigstens einen Magneten zum Bereitstellen von magnetischen Kräften und wenigstens ein mit der Krone mitbewegbares und aus einem Magnetwerkstoff gebildetes Halteelement umfasst, über welches die Krone mittels der magnetischen Kräfte in der Rückzugsstellung zu halten sind. Die von dem Magneten bereitgestellten magnetischen Kräfte können mit dem Halteelement Wechselwirken, da das Halteelement aus einem Magnetwerkstoff gebildet ist. Ein solcher Magnetwerkstoff wird auch als magnetischer Werkstoff bezeichnet und ist beispielsweise ein Material mit magnetischen Eigenschaften.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass eine Einstelleinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein Abstand zwischen dem Magneten und dem Halteelement einstellbar ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich einzustellen, wie stark die magnetischen Kräfte mit dem Halteelement Wechselwirken. Ferner kann dadurch beispielsweise die Rückzugsstellung, in welcher die Krone über das Halteelement mittels des Magneten gehalten wird, eingestellt werden.
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Der Magnet könnte als Elektromagnet ausgebildet und dadurch bedarfsgerecht aktiviert und deaktiviert werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn der Magnet als Permanentmagnet ausgebildet ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das zweite Fügeelement in seiner Entnahmestellung befindet, wenn sich das erste Fügeelement in dessen Fügestellung befindet. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, den einen Stopfen am zweiten Fügeelement anzuordnen, wenn sich das erste Fügeelement in seiner Fügestellung befindet. Somit kann die Anordnung des weiteren Stopfens am zweiten Fügeelement zeitlich mit dem Fügen des am ersten Fügeelement angeordneten, ersten Stopfens einhergehen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn sich das zweite Fügeelement in seiner Fügestellung befindet, wenn sich das erste Fügeelement in dessen Entnahmestellung befindet. Hierbei umfasst das Roboterwerkzeug beispielsweise genau zwei Fügeelemente, so dass die Bewegung des zweiten Fügeelements aus dessen Fügestellung in dessen Entnahmestellung gleichzeitig mit der Bewegung des ersten Fügeelements aus dessen Entnahmestellung in dessen Fügestellung einhergeht.
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Das Roboterwerkzeug funktioniert somit nach Art eines Revolvers beziehungsweise nach einem Revolver-Prinzip, wodurch eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige Montage von mehreren Stopfen realisierbar ist. Durch das Revolver-Prinzip ist es möglich, dass die Zeit zwischen der Bewegung des ersten Fügeelements beispielsweise aus der Fügestellung zurück in die Entnahmestellung nicht vollständig unbenutzt bleibt, denn während der Bewegung des ersten Fügeelements aus dessen Fügestellung in dessen Entnahmestellung erfolgt auch eine Bewegung des zweiten Fügeelements, beispielsweise aus dessen Entnahmestellung in dessen Fügestellung. Dadurch ist das zweite Fügeelement zur Montage des weiteren Stopfens bereit. Somit kann die Montage eines Stopfens in Form des weiteren Stopfens erfolgen, ohne dass das erste Fügeelement nach seiner Bewegung aus der Fügestellung in die Entnahmestellung gleich wieder in die Fügestellung bewegt werden müsste. Insbesondere lässt sich mittels des erfindungsgemäßen Roboterwerkzeugs eine kostengünstige Automatisierung der Stopfenmontage realisieren.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Roboterwerkzeug mehr als zwei Fügeelemente, beispielsweise drei oder vier Fügeelemente aufweist, welche gleichzeitig bewegbar sind. Hierbei ist es vorgesehen, dass sich eines der Fügeelemente in seiner Entnahmestellung befindet, wenn sich ein anderes der Fügeelemente in dessen Fügestellung befindet. Zumindest ein drittes der Fügeelemente kann sich dabei in einer Zwischenstellung befinden. Nach dem Fügen des am einen Fügeelement angeordnet Stopfens wird beispielsweise das eine Fügeelement in seine Entnahmestellung bewegt. Damit einher geht die Bewegung des dritten Fügeelements aus dessen Zwischenstellung in dessen Fügestellung. Ferner geht mit der Bewegung des einen Fügeelements aus dessen Fügestellung in die Entnahmestellung die Bewegung des anderen Fügeelements aus der Entnahmestellung in die Zwischenstellung einher.
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Bei dieser Ausführungsform befindet sich stets eines der Fügeelemente in der Fügestellung und ist zum Fügen eines Stopfens bereit, wenn sich ein anderes der Fügeelemente in der Entnahmestellung befindet und zum Aufnehmen eines weiteren Stopfens bereit ist. Dadurch keine eine besonders zeiteffiziente Montage einer Mehrzahl von Stopfen erfolgen.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Montieren von Stopfen in jeweilige Öffnungen, insbesondere eines Kraftwagens, bei welchem die Stopfen mittels wenigstens eines an einem Roboter angeordneten, erfindungsgemäßen Roboterwerkzeugs an jeweiligen Fügestellen wenigstens eines Bauteils in die jeweiligen Öffnungen montiert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Roboterwerkzeugs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn bei einem ersten Schritt des Verfahrens die Krone in der Rückzugsstellung mittels der Halteeinrichtung nach dem Montieren des jeweiligen Stopfens gehalten wird. Bei einem sich an den ersten Schritt anschließenden, zweiten Schritt des Verfahrens wird der die sich in der Rückzugsstellung befindende Krone überragende Stempel in Stützanlage mit dem montierten Stopfen mittels des Roboters bewegt, während die Krone in der Rückzugsstellung gehalten wird, wobei eine von dem Stopfen über das Roboterwerkzeug auf den Roboter wirkende Kraft mittels einer in den Roboter integrierten Sensorik erfasst wird. Mit anderen Worten weist der Roboter eine interne Sensorik, insbesondere eine interne Kraft- und gegebenenfalls Wegsensorik, auf, die zum Fügen des Stopfens und insbesondere zum Überprüfen der Montage verwendet wird.
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Um den Stempel in Stützanlage mit dem Stopfen zu bewegen, wird der Stempel mittels des Roboters mit einer Kraft beaufschlagt und mittels der Kraft beispielsweise gegen den Stopfen gedrückt. Aus dieser Kraft resultiert eine Reaktionskraft, welche von dem Stopfen auf den Stempel beziehungsweise das Roboterwerkzeug und von diesem auf den Roboter wirkt. Diese Kraft kann als die zuvor genannte Kraft mittels der integrierten Sensorik erfasst werden. Beispielsweise ist es möglich, einen zeitlichen Verlauf der Kraft zu erfassen. Ferner ist es denkbar, eine Kraft-Wegmessung durchzuführen und dabei die mittels der integrierten Sensorik erfasste Kraft auf einen erfassten Weg zu beziehen, entlang welchem der Stempel mittels des Roboters bewegt wird. Hieraus resultiert ein Kraft-Weg-Verlauf, anhand dessen überprüft werden kann, ob der Stopfen korrekt beziehungsweise wunschgemäß montiert wurde. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen zu überprüfen, ob sich der Stopfen in einer gewünschten Montageposition befindet.
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Weicht die erfasste Kraft beziehungsweise der Kraft-Weg-Verlauf von einem vorgebbaren Soll-Wert beziehungsweise Soll-Verlauf ab, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass sich der Stopfen in einer von der Montageposition unterschiedlichen Position befindet. Darunter ist zu verstehen, dass der Stopfen beispielsweise zumindest teilweise in der Öffnung gehalten ist, jedoch befindet sich der Stopfen in einer Position, welche von der Montageposition abweicht. Ferner ist es denkbar, dass die Montage des Stopfens nicht erfolgreich war und der Stopfen heruntergefallen ist und sich somit gar nicht in der Öffnung befindet. In der Folge wird der Stempel mittels des Roboters beispielsweise nicht in Stützanlage mit dem Stopfen, sondern in Stützanlage mit einem die Öffnung begrenzenden oder einem hinter der Öffnung angeordneten Bauteil bewegt, was ebenfalls anhand der Kraft beziehungsweise anhand des Kraft-Weg-Verlaufs erfasst werden kann. Mit anderen Worten ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Montage des jeweiligen Stopfens in Abhängigkeit von der mittels der integrierten Sensorik erfassten Kraft überprüft wird.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn vor dem ersten Schritt ein vierter Schritt durchgeführt wird, bei welchem einer der in dem Magazin aufgenommenen Stopfen an dem Stempel angeordnet und gehalten und zur korrespondierenden Fügestelle eines der Bauteile mittels des Roboters bewegt wird. Bei dem vierten Schritt wird ferner das Erreichen der Fügestelle mittels einer Kraftmessung erfasst, welche mittels der in den Roboter integrierten Sensorik durchgeführt wird, woraufhin der Stopfen in der Öffnung der Fügestelle montiert wird. Im Anschluss daran kann der zuvor beschriebene erste Schritt durchgeführt werden. Die interne Sensorik wird zum Fügen der Stopfen sowie insbesondere zum Auffinden der korrespondierenden Öffnungen verwendet. Auf diese Weise kann ein automatisiertes Fügen beziehungsweise Montieren der Stopfen mit einem nur geringen apparativen und messtechnischen Aufwand erreicht werden.
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Durch die Automatisierung der Stopfenmontage können ein manuelles Montieren der Stopfen und damit gegebenenfalls einhergehende Überkopfarbeiten sowie das Fügen in schlecht erreichbaren Positionen vermieden werden, so dass die Montagezeiten und der Aufwand zur Realisierung einer Fördertechnik reduziert werden können.
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Der Roboter ist vorzugsweise als Leichtbauroboter (LBR) ausgebildet. Unter einem solchen Leichtbauroboter ist ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, oder Regelung, insbesondere Kraftregelung, aufweist. Bei einem solchen Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um eine kraftsensitiven Roboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung von Prozessen ermöglicht. Der Leichtbauroboter weist dabei integrierte Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren auf, mittels welchen eine Kraft und/oder ein Drehmoment, die beziehungsweise das an einer jeweiligen Bewegungsachse des Roboters wirkt, gemessen werden kann. Darüber hinaus ist es mittels der gegebenenfalls vorgesehenen Wegsensoren möglich, einen Weg, den der Roboter beziehungsweise das Roboterwerkzeug bei der Montage der Stopfen zurücklegt, zu erfassen. Eine mittels der integrierten Sensorik erfasste Kraft kann in Bezug zu einem mittels der integrierten Sensorik erfassten Wegs gesetzt werden, wodurch eine Kraft- und Wegmessung realisierbar ist, mittels derer die Stopfen beispielsweise aufgenommen, bewegt und gefügt werden können.
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Mit anderen Worten können die integrierten Sensoren verwendet werden, um um die jeweilige Bewegungsachse und/oder entlang der jeweiligen Bewegungsachse wirkende Kräfte und/oder Drehmomente zu erfassen.
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Weiterhin besonders vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Stopfen an dem Stempel und somit dem Roboterwerkzeug beziehungsweise dem Fügeelement derart angeordnet und gehalten wird, dass der Stopfen von dem Fügeelement angesaugt und saugend beziehungsweise ansaugend an dem Fügeelement gehalten wird. Mit anderen Worten wird auf einer ersten Seite des Stopfens gegenüber einer der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite des Stopfens ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt, mittels welchem der Stopfen angesaugt und an dem Fügeelement, insbesondere dem Stempel, gehalten wird. Hierdurch kann eine besonders einfache und für den Stopfen schonende Handhabung des Stopfens realisiert werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Stopfen kraft- und/oder formschlüssig an dem Fügeelement, insbesondere dem Stempel, gehalten wird. Durch dieses kraft- und/oder stoffschlüssige Halten des Stopfens am Fügeelement kann die Verwendung von zusätzlichen Techniken wie beispielsweise einer Drucklufttechnik zum Erzeugen des zuvor genannten Vakuums beziehungsweise Unterdrucks vermieden werden, sodass das Verfahren auf besonders einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden kann.
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Zum Montieren des Stopfens in der Öffnung wird der Stopfen beispielsweise mittels des Fügeelements in die Öffnung gedrückt. Dadurch kommt beispielsweise die Krone in Stützanlage mit dem entsprechenden Bauteil, sodass die Krone mittels des Bauteils aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung bewegt wird. Beispielsweise ist eine Federeinrichtung vorgesehen, an welcher die Krone abstützbar ist. In der Rückzugsstellung ist die Federeinrichtung stärker als in der Ausgangsstellung gespannt, sodass die Federeinrichtung zumindest in der Rückzugsstellung eine Federkraft bereitstellt, welche zumindest in der Rückzugsstellung auf die Krone wirkt. Mittels dieser Federkraft ist die Krone aus der Rückzugsstellung in die Ausgangsstellung bewegbar. Um jedoch eine unerwünschte, beispielsweise durch die Federkraft und/oder die Schwerkraft bewirkte Bewegung der Krone aus der Rückzugsstellung in die Ausgangsstellung zu vermeiden, ist die Halteeinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Krone entgegen der von der Federeinrichtung auf die Krone wirkenden Federkraft in der Rückzugsstellung gehalten werden kann.
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In der Folge ist es dann möglich, den Stempel mittels des Roboters in Stützanlage mit dem Stopfen zu bewegen, um die Montage des Stopfens zu überprüfen. Da hierbei die Krone in der Rückzugsstellung gehalten wird, kann eine hohe Prozesssicherheit des Verfahrens gewährleistet werden. Insbesondere ist eine prozesssichere und interne Prozessüberwachung durch den als taktilen Roboter ausgebildeten Roboter möglich, indem die integrierte Sensorik genutzt wird. Die hohe Prozesssicherheit wird dadurch erreicht, dass die Krone nach dem Montieren beziehungsweise Fügen des Stopfens entfernt, das heißt in der Rückzugsstellung gehalten werden kann, während der Stempel, welcher auch als Stößel bezeichnet wird, am Stopfen verbleiben kann und so als Niederhalter beim Zurückfahren des Roboters wirkt. Hierdurch wird das Problem des unbeabsichtigten Lösens des Stopfens beim Entfernen des Roboterwerkzeugs mechanisch verhindert.
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Dabei arretiert die Halteeinrichtung die Krone in ihrer Rückzugsstellung, welche eine Endlage der Krone ist. Darüber hinaus ist es möglich, beim Überprüfen der Montage des Stopfens einen Kontakt der grundsätzlich bewegbaren Krone mit dem Stopfen zu verhindern. Da die Krone bewegbar ist, könnte ein solcher Kontakt die Überprüfung der Montage, insbesondere das Erfassen der Kraft, beeinträchtigen. Da im Gegensatz zur bewegbaren Krone der starre Stempel des Roboterwerkzeugs in Stützanlage mit dem Stopfen bewegt wird, und da Bewegungen der Krone relativ zu dem Stempel mittels der Halteeinrichtung verhindert werden, können sich besonders differenzierende Kraft-Weg-Verläufe erfasst werden. Dies bedeutet, dass sich ein Kraft-Weg-Verlauf, welcher bei einem korrekt montierten Stopfen gemessen wird, deutlich von Kraft-Weg-Verläufen unterscheidet, welche gemessen werden, wenn der Stopfen nicht beziehungsweise nicht wunschgemäß montiert ist.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem Anordnen und Halten des Stopfens an dem Stempel sowie nach dem Bewegen des Stempels zu der Fügestelle und vor dem Erfassen des Erreichens der Fügestelle ein Zwischenschritt durchgeführt wird, bei welchem der Stopfen mittels des Roboters in eine Zwischenposition bewegt wird, in welcher sich der Stopfen in Stützanlage mit dem Bauteil befindet, wobei das Erreichen der Zwischenposition mittels der in den Roboter integrierten Sensorik erfasst wird und wobei wenigstens ein mittels der in den Roboter integrierten Sensorik erfasster und die Zwischenposition charakterisierender Wert einer Messgröße als Referenzwert gespeichert wird. Bei dem Verfahren ist es somit vorgesehen, zum Fügen des jeweiligen Stopfens sowie zum Auffinden der jeweiligen zugehörigen Öffnung die interne Sensorik, insbesondere Kraftsensorik, des Roboters zu nutzen. Dadurch kann der messtechnische und apparative Aufwand zum Durchführen des Verfahrens besonders gering gehalten werden.
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Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn im Rahmen des Bewegens des Stopfens zur Fügestelle, das heißt nach dem Zwischenschritt, der Stopfen mittels des Roboters von der Zwischenposition an die Fügestelle bewegt wird, wobei das Erreichen der Fügestelle mittels der Kraftmessung derart erfasst wird, dass die Messgröße bei Erreichen der Fügestelle einen vom Referenzwert unterschiedlichen Wert aufweist. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, den Stopfen in der Zwischenposition mittels des Roboters gegen einen Bereich des Bauteils zu drücken, wobei in dem Bereich keine Öffnung vorgesehen ist. Zum Drücken des Stopfens gegen das Bauteil wird der Stopfen mittels des Roboters, das heißt über das Roboterwerkzeug, mit einer Kraft beaufschlagt. Hieraus resultiert eine Reaktionskraft, die über den Stopfen auf den Roboter wirkt. Diese Reaktionskraft kann mittels der internen Sensorik des Roboters erfasst werden. Diese Reaktionskraft ist beispielsweise die genannte Messgröße, die einen Wert als Referenzwert hat.
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Erreicht dann der Roboter beziehungsweise der Stopfen die Fügestelle, so kann der Stopfen – da er mittels des Roboters gegen das Bauteil gedrückt wird – ein Stück in die Öffnung eindringen, was mit einer Änderung der Messgröße beziehungsweise ihres Werts einhergeht. Die Messgröße weist somit zumindest vorübergehend einen vom Referenzwert unterschiedlichen Wert auf, wobei anhand dieser Differenz das Erreichen der Fügestelle auf einfache Weise erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich zur Erfassung der Reaktionskraft als Messgröße ist es möglich, die Lage beziehungsweise Position des Stopfens beispielsweise zum Bauteil zu erfassen, wobei bei Erreichen der Fügestelle und Eindringen des Stopfens in die Öffnung sich die Lage ändert. Diese Lageänderung kann mittels der internen Sensorik erfasst werden, sodass dann auf das Erreichen der Fügestelle rückgeschlossen werden kann.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn beim Montieren des Stopfens in der Öffnung an der Fügestelle der Stopfen mittels des Roboters mit einer Fügekraft so lange beaufschlagt und dadurch bewegt wird, bis ein vom Stopfen beim Fügen zurückgelegter Fügeweg und/oder die Fügekraft einen vorgebbaren Wert erreicht, wobei das Erreichen des vorgebbaren Werts durch den Fügeweg mittels der in den Roboter integrierten Sensorik erfasst wird. Hierdurch kann der Stopfen besonders schonend und präzise gefügt, das heißt montiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf ein Roboterwerkzeug zum Montieren einer Mehrzahl von Stopfen für einen Kraftwagen, mit wenigstens zwei gemeinsam bewegbaren Fügeelementen zum Entnehmen und Fügen der Stopfen;
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2 eine schematische Perspektivansicht auf eine Montageeinrichtung zum Montieren einer Mehrzahl von Stopfen an wenigstens einer Karosserie eines Personenkraftwagens;
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3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Montage eines der Stopfen;
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4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht durch das Roboterwerkzeug gemäß einer ersten Ausführungsform;
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5 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht durch das Roboterwerkzeug gemäß der ersten Ausführungsform;
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6 eine schematische Draufsicht auf das Roboterwerkzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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7 eine schematische Schnittansicht durch das Roboterwerkzeug gemäß der zweiten Ausführungsform;
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8 Diagramme mit jeweiligen Kraft-Weg-Verläufen, welche der Überprüfung der Montage des jeweiligen Stopfens dienen; und
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9 ein Diagramm mit Kraftverläufen zur Überprüfung der Montage der Stopfen.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Roboterwerkzeug zum Montieren von Stopfen in jeweils korrespondierende Öffnungen wenigstens eines Bauteils eines Kraftwagens. Das Roboterwerkzeug 10 weist ein Magazin 12 vorliegend in Form eines Stangenmagazins auf, welches ein Aufnahmerohr 14 umfasst. In dem Magazin 12 beziehungsweise in dem Aufnahmerohr 14 ist eine Mehrzahl von zu montierenden Stopfen aufnehmbar. Beispielsweise kann in dem Aufnahmerohr 14 ein Stapel mit mehreren Stopfen aufgenommen werden, wobei die Stopfen in dem Aufnahmerohr 14 in Längserstreckungsrichtung des Aufnahmerohrs 14 übereinander gestapelt aufzunehmen beziehungsweise aufgenommen sind. Das Roboterwerkzeug 10 weist darüber hinaus ein erstes Fügeelement in Form eines ersten Setzzylinders 16 auf. Der Setzzylinder 16 ist zwischen einer in 1 nicht gezeigten Entnahmestellung, in welcher einer der Stopfen aus dem Magazin mittels des Setzzylinders 16 entnehmbar und am Setzzylinder 16 anordenbar ist, und einer in 1 gezeigten Fügestellung, in welcher der aus dem Magazin 12 mittels des Fügeelements entnommene und am Fügeelemente gehaltene Stopfen in eine der Öffnungen zu montieren ist, relativ zu dem Magazin 12 bewegbar. Vorliegend ist der Setzzylinder 16 um eine Schwenkachse 18 relativ zu dem Magazin 12 zwischen der Fügestellung und der Entnahmestellung verschwenkbar.
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Darüber hinaus weist das Roboterwerkzeug 10 ein zweites Fügeelement in Form eines zweiten Setzzylinders 20 auf. Der Setzzylinder 20 ist zwischen einer in 1 gezeigten Entnahmestellung, in welcher ein weiterer der Stopfen aus dem Magazin 12 entnehmbar und am zweiten Setzzylinder 20 anordenbar ist, und einer in 1 nicht gezeigten Fügestellung, in welcher der aus dem Magazin 12 mittels des zweiten Setzzylinders 20 entnommene und am zweiten Setzzylinder 20 gehaltene weitere Stopfen in eine weitere der Öffnungen zu montieren ist, relativ zu dem Magazin 12 mit dem ersten Fügeelement mit bewegbar und vorliegend um die Schwenkachse 18 mit verschwenkbar.
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Wie aus 1 erkennbar ist, befindet sich der Setzzylinder 20 in seiner Entnahmestellung, wenn sich der erste Setzzylinder 16 in dessen Fügestellung befindet. Umgekehrt befindet sich der zweite Setzzylinder 20 in seiner Fügestellung, wenn sich der erste Setzzylinder 16 in dessen Entnahmestellung befindet, da das Roboterwerkzeug 10 genau zwei Setzzylinder 16 und 20 aufweist.
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Zum Verschwenken der Setzzylinder 16, 20 ist eine Verdreheinheit 22 vorgesehen, über die die Setzzylinder 16, 20 miteinander gekoppelt sind. Um beispielsweise den Setzzylinder 16 aus seiner in 1 gezeigten Fügestellung in seine Entnahmestellung zu bewegen, wird der Setzzylinder 16 um 180 Grad um die Schwenkachse 18 verschwenkt. Dies geht mit einem Verschwenken des Setzzylinders 20 um die Schwenkachse 18 von 180 Grad einher, so dass beim Verschwenken des Setzzylinders 16 aus dessen Fügestellung in dessen Entnahmestellung gleichzeitig der Setzzylinder 20 aus dessen Entnahmestellung in dessen Fügestellung verschwenkt wird.
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Das Aufnahmerohr 14 ist beispielsweise bezogen auf die Bildebene von 1 nach unten hin durch einen Boden verschlossen und nach oben hin geöffnet, so dass das Aufnahmerohr 14 beispielsweise auf einer dem Boden gegenüberliegenden Seite eine Öffnung aufweist.
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In der jeweiligen Entnahmestellung befindet sich der jeweilige Setzzylinder 16 beziehungsweise 20 in zumindest teilweiser Überdeckung mit der Öffnung des Aufnahmerohrs 14 und somit in Überdeckung mit dem obersten, am weitesten vom Boden beabstandeten Stopfen des in dem Aufnahmerohr 14 aufgenommenen Stapels, so dass dieser oberste Stopfen jeweils vom entsprechenden Setzzylinder 16 beziehungsweise 20 aufgenommen werden kann. Wie aus 1 erkennbar ist, ist vorliegend am Setzzylinder 16 kein Stopfen angeordnet.
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Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Setzzylinder 16 können ohne weiteres auf den Setzzylinder 20 übertragen werden und umgekehrt. Der Setzzylinder 16 weist eine Aufnahme 24 auf, in welcher der aufzunehmende Stopfen zumindest teilweise anordenbar ist. Vorliegend ist die Aufnahme 24 zumindest im Wesentlichen rund ausgebildet, wobei auch der jeweilige Stopfen zumindest im Wesentlichen rund ausgebildet ist. Beispielsweise ist eine Innenkontur der Aufnahme 24 als mit zumindest einem Teilbereich einer Außenkontur des jeweiligen Stopfens korrespondierende Gegenkontur beziehungsweise Negativkontur ausgebildet. Dadurch können unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem in der Aufnahme 24 aufgenommenen Stopfen und dem jeweiligen Setzzylinder 16 beziehungsweise 20 vermieden werden.
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Zum Halten des jeweiligen Stopfens am Setzzylinder 16 beziehungsweise 20 kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser, insbesondere Innendurchmesser, der Aufnahme 24 bezogen auf den Durchmesser beziehungsweise Außendurchmesser des jeweiligen Stopfens ein Untermaß aufweist. Dadurch kann beispielsweise der jeweilige Stopfen in den jeweiligen Setzzylinder 16 beziehungsweise 20 eingedrückt werden, so dass der Stopfen kraft- und/oder formschlüssig am Setzzylinder 16 gehalten wird. Hierdurch kann auf eine zusätzliche Peripherie, beispielsweise zum Erzeugen eines Unterdrucks oder eines Vakuums, verzichtet werden.
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Alternativ ist es jedoch möglich, dass der jeweilige Stopfen vom Setzzylinder 16 angesaugt und ansaugend am Setzzylinder 16 gehalten wird. Durch das Ansaugen wird ein auf einer ersten Seite des aufzunehmenden Stopfens bezogen auf eine der ersten Seite gegenüberliegende, zweite Seite ein Unterdruck oder Vakuum erzeugt, mittels welchem der Stopfen angesaugt und am Setzzylinder 16 gehalten wird. Hierdurch kann eine besonders schonende Handhabung des Stopfens realisiert werden. Befindet sich der Setzzylinder 16 in seiner Fügestellung und ist am Setzzylinder 16 ein entsprechender Stopfen angeordnet beziehungsweise gehalten, so kann dieser am Setzzylinder 16 gehaltene Stopfen in der Fügestellung des Setzzylinders 16 in die korrespondierende Öffnung montiert werden.
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Das Roboterwerkzeug 10 weist auch einen Flansch 26 auf, über welchen das Roboterwerkzeug 10 an einem Roboter, insbesondere an einer letzten Achse des Roboters, befestigt werden kann. Ein solcher Roboter ist beispielsweise aus 2 zu erkennen und dort mit 28 bezeichnet. Der Roboter 28 ist als Leichtbauroboter ausgebildet und weist eine integrierte Sensorik zum Erfassen von auf den Roboter 28 wirkenden Kräften beziehungsweise Drehmomenten auf. Die Sensorik ist somit zumindest als Kraftsensorik ausgebildet. Die Sensorik kann auch, das heißt zusätzlich als Wegsensorik ausgebildet sein. Mittels der Wegsensorik ist ein Weg, den der Roboter 28 beziehungsweise das mittels des Roboters 28 während des Montierens des Stopfens bewegte Roboterwerkzeug 10 zurücklegt, erfassbar.
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Der Roboter 28 weist eine Basis 30 sowie eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Roboterarmen 32, 34 auf, wobei diese Roboterarme 32, 34 auch als „Achsen” des Roboters 28 bezeichnet werden. Der Roboterarm 34 ist dabei bezogen auf die Basis 30 die letzte Achse, an der das Roboterwerkzeug 10 über dem Flansch 26 befestigt wird. Dadurch kann das Roboterwerkzeug 10 mittels des Roboters 28 im Raum und beispielsweise relativ zu einer Karosserie eines Personenkraftwagens bewegt werden, wobei die Stopfen an die Karosserie, insbesondere in Öffnungen eines Bodenbereichs der Karosserie, montiert werden. Das Roboterwerkzeug 10 ist somit ein Endeffektor des Roboters 28.
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Gemäß 1 sind zwei Setzzylinder 16 und 20 vorgesehen, welche um 180 Grad um die Schwenkachse 18 voneinander beabstandet sind. Es ist möglich, dass das Roboterwerkzeug 10 mehr als zwei Setzzylinder aufweist. Ist beispielsweise die Position des Setzzylinders 16 bezogen auf die Schwenkachse 18 mit 0 Grad definiert, so ist die Position des Setzzylinders 20 180 Grad. Weist das Roboterwerkzeug 10 beispielsweise vier um die Schwenkachse 18 gleichmäßig verteilt angeordnete Setzzylinder auf, so ist einer der vier Setzzylinder bei 0 Grad, ein zweiter der vier Setzzylinder bei 90 Grad, ein dritter der vier Setzzylinder bei 180 Grad und der vierte Setzzylinder bei 270 Grad angeordnet. Vorzugsweise sind die mehreren Setzzylinder in Umfangsrichtung um die Schwenkachse 18 gleichmäßig verteilt angeordnet.
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Das Roboterwerkzeug 10 weist darüber hinaus einen Feststellbolzen 36 auf, mittels welchem die Setzzylinder 16 und 20 gegen ein Verschwenken um die Schwenkachse 18 gesichert werden können. Mit anderen Worten sind die Setzzylinder 16 und 20 mittels des Feststellbolzens 36 drehfest zu fixieren, so dass dadurch beispielsweise ein Montage- und Nachfüllvorgang des Roboterwerkzeugs 10 einfach durchgeführt werden kann. Dann ist es beispielsweise möglich, das geleerte Magazin 12 durch ein mit Stopfen befülltes Magazin zu ersetzen. Das Magazin 12 kann beispielsweise 16 Stopfen bevorraten. Das Magazin 12 wird beispielsweise von einem menschlichen Arbeiter manuell befüllt und in das als Setzwerkzeug ausgebildete Roboterwerkzeug 10 eingesetzt.
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Zur Realisierung einer schnellen Befüllung des Magazins 12 ist beispielsweise eine Schnellwechselmöglichkeit 38 vorgesehen, mittels welcher ein entleertes Magazin auf einfache Weise vom übrigen Roboterwerkzeug 10 gelöst und gegen ein neues ausgetauscht werden kann. Mittels der Schnellwechselmöglichkeit 38 kann das neue, mit Stopfen befüllte Magazin auf einfache Weise am übrigen Roboterwerkzeug 10 befestigt werden.
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Der zuvor genannte, das Aufnahmerohr 14 nach unten begrenzende Boden wird beispielsweise durch einen Ladestößel 40 gebildet, welcher in Längserstreckungsrichtung des Aufnahmerohrs 14 translatorisch relativ zu dem Aufnahmerohr 14 bewegbar ist. Mittels des Ladestößels 40 kann der im Aufnahmerohr 14 nach Entnahme eines Stopfens verbliebene Stapel an Stopfen in Richtung der Setzzylinder 16, 20 nachgeschoben werden, so dass dadurch der nächste Stopfen bereit gestellt und vom jeweiligen Setzzylinder 16, 20 aufgenommen werden kann.
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Anhand von 2 ist ein Verfahren zum Montieren der Stopfen veranschaulicht. Die Stopfen werden mittels einer im Ganzen mit 42 bezeichneten Montageeinrichtung montiert. Die Montageeinrichtung 42 kommt beispielsweise im Rahmen einer Massenfertigung von Personenkraftwagen zum Einsatz. Im Rahmen der Massenfertigung werden jeweilige Karosserien der Personenkraftwagen mittels einer Fördertechnik, insbesondere mittels eines Förderbands oder Montagebands entlang einer Montagelinie gefördert.
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Aus 2 ist erkennbar, dass die Montageeinrichtung 42 zwei Roboter 28 aufweist, welche jeweils als Leichtbauroboter (LBR) ausgebildet sind. Die Richtung, in die die Karosserien gefördert werden, wird als x-Richtung bezeichnet. Eine quer zur x-Richtung verlaufende Richtung ist eine in 2 gezeigte y-Richtung.
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Die Roboter 28 sind auf einem Fahrwagen 44 der Montageeinrichtung 42 angeordnet. Der Fahrwagen 44 kann dabei als fahrbarer Scherenhubtisch ausgebildet sein, mittels welchem die Roboter 28 in eine als z-Richtung bezeichnete und senkrecht zur x-Richtung und senkrecht zur y-Richtung verlaufende Richtung angehoben und abgesenkt werden können. Die Roboter 28 sind relativ zum Fahrwagen 44 in y-Richtung verschiebbar. Auf diese Weise können die Roboter 28 in x- und in y-Richtung verfahren werden.
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Zum Montieren der Stopfen werden der Fahrwagen 44 und somit auch die Roboter 28 an die mit den Stopfen zu bestückende Karosserie oder an die Fördertechnik zum Fördern der Karosserien angedockt, so dass sich die Roboter 28 mit der mit den Stopfen zu bestückenden Karosserie mit bewegen.
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Am Fahrwagen 44 ist ein Koppelelement 46 befestigt, über das der Fahrwagen 44 mit der zu bestückenden Karosserie oder der Fördertechnik gekoppelt beziehungsweise an die Karosserie beziehungsweise die Fördertechnik angedockt werden kann. Ist der Fahrwagen 44 beispielsweise an die Fördertechnik angedockt, so ist der Fahrwagen über die Fördertechnik auch mit der zu bestückenden Karosserie gekoppelt.
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Durch dieses zumindest mittelbare Koppeln des Fahrwagens 44 mit der Karosserie erhält jeder Roboter 28 einen Referenzpunkt in Bezug zu den mit den Stopfen zu verschließenden Öffnungen der Karosserie.
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Im Zuge der Montage des jeweiligen Stopfens wird eine erste der Öffnungen angefahren, wobei diese erste Öffnung mit einem der Stopfen verschlossen wird. Diese erste Öffnung wird mit einer bestimmten Toleranz von beispielsweise +/– 2 Millimetern angefahren. Dies dient dann als Referenz für die anderen Öffnungen. Vorzugsweise wird zuerst die Öffnung mit dem größten Durchmesser mit dem korrespondierenden Stopfen bestückt.
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Nach dem Fügen des ersten Stopfens verfährt der entsprechende Roboter 28 in y-Richtung, um die anderen Stopfen zu montieren beziehungsweise zu fügen. Das Fügen der einzelnen Stopfen erfolgt nach dem folgenden Prinzip: der zu montierende und zunächst noch in dem Magazin 12 aufgenommene Stopfen wird an dem entsprechenden Setzzylinder 16 beziehungsweise 20 angeordnet und dort gehalten. Dieser Stopfen wird dann zur korrespondierenden Fügestelle mittels des Roboters 28 bewegt, wobei das Erreichen der Fügestelle mittels einer Kraftmessung erfasst wird, die mittels der in den Roboter 28 integrierten Sensorik durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass das Auffinden der exakten Fügeposition mit Hilfe der integrierten Sensorik des Roboters 28 geschieht. Auch das Fügen erfolgt mit Hilfe der integrierten Sensorik, insbesondere Kraftsensorik, wodurch der exakte Sitz des Stopfens durch eine Kraftmessung ermittelt wird. Diese Kraftmessung wird mittels der integrierten Sensorik durchgeführt. Zum Montieren des Stopfens in die Öffnung wird der Stopfen mittels des Roboters 28 in die Öffnung eingedrückt. Hierzu wird der Stopfen mittels des Roboters 28 mit einer Kraft beaufschlagt. Der Stopfen ist beispielsweise aus einem elastischen Material, insbesondere Gummi, gebildet, und wird beim Eindrücken in die Öffnung zumindest leicht verformt.
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Beim Eindrücken des Stopfens wirkt eine Reaktionskraft über den Stopfen auf den Roboter. Diese Reaktionskraft kann beim Eindrücken des Stopfens in die Öffnung mittels der integrierten Sensorik des Roboters 28 erfasst werden, wobei zunächst ein Kraftanstieg erfasst wird. Kommt es im Anschluss an diesen Kraftanstieg zu einem abrupten Abfall der auf den Roboter 28 beim Fügen wirkenden und mittels der integrierten Sensorik gemessenen Kraft in Form der Reaktionskraft, so kann darauf rückgeschlossen, dass der Stopfen in die korrespondierende Öffnung eingeschnappt ist und korrekt montiert wurde.
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3 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse 48 ein Weg und auf dessen Ordinate 50 eine Kraft aufgetragen ist. In das Diagramm eingetragene Verläufe 52 veranschaulichen eine jeweilige, beim Fügen eines jeweiligen Stopfens auf den Roboter 28 wirkende und mittels der integrierten Sensorik erfassten Kraft in Form der Reaktionskraft über dem Weg, den der Stopfen und somit der Roboter 28 beziehungsweise das Roboterwerkzeug 10 beim Fügen zurücklegen. Der geschilderte Kraftanstieg ist in einem jeweiligen Bereich 54 zu erkennen, woran sich der beschriebene Abfall 56 der jeweiligen Kraft anschließt. Der jeweilige Verlauf 52 stellt somit eine Fügekurve dar, anhand derer die Montage des jeweiligen Stopfens überprüft werden kann. Mit anderen Worten lässt sich eine hohe Prozesssicherheit durch Ermittlung von Fügekurven bezüglich richtigem Sitz und richtiger Anzahl der Stopfen realisieren.
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Nachdem sämtliche Stopfen im Arbeitsbereich des Roboters 28 gefügt sind, wird der als Transportwagen ausgebildete Fahrwagen 44 in x-Richtung verfahren, beispielsweise zur nächsten mit Stopfen zu bestückenden Karosserie. Das Verfahren des Transportwagens erfolgt beispielsweise manuell durch einen menschlichen Arbeiter. Während des Verfahrens, das heißt während der Verfahrzeit füllt dieser menschliche Arbeiter bei Bedarf das Magazin 12 wieder mit Stopfen auf. Gemäß 2 sind zwei Roboter 28 am Fahrwagen 44 angeordnet. Alternativ dazu ist es möglich, dass genau ein Roboter am Fahrwagen 44 angeordnet ist. Alternativ können mehr als zwei Roboter am Fahrwagen 44 angeordnet sein, je nach Fügeaufgabe. Mittels des geschilderten Verfahrens kann eine sichere Automatisierung einer Montage von mehreren Stopfen durchgeführt werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass jede Öffnung mit einem Stopfen verschlossen wird und keine Öffnung ausgelassen wird. Darüber hinaus ist es mittels des geschilderten Verfahrens möglich, eine Automatisierung der Stopfenmontage auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren, so dass manuelle Überkopfarbeiten vermieden werden können. Darüber hinaus ist ein automatisiertes Fügen von Stopfen an schwer zugänglichen Stellen möglich.
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4 und 5 zeigen in einer jeweiligen schematischen Schnittansicht eine erste Ausführungsform des Roboterwerkzeugs 10. Aus 4 und 5 ist am Beispiel des Setzzylinders 16 erkennbar, dass das jeweilige Fügeelement (Setzzylinder 16 beziehungsweise 20) einen Stempel 58 und eine Krone 60 umfasst, welche relativ zu dem Stempel 58 translatorisch bewegbar ist. Daher wird der Stempel 58 auch als starrer Stempel bezeichnet, wobei die Krone 60 auch als Stopfensetzkrone bezeichnet wird. Die Krone 60 ist dabei zwischen einer in 4 veranschaulichten Ausgangsstellung und wenigstens einer in 5 veranschaulichten Rückzugsstellung translatorisch relativ zu dem Stempel 58 bewegbar, wobei der Stempel 58 auch als Stößel bezeichnet wird. Im Rahmen des Bewegens und Montierens beziehungsweise Fügens des jeweiligen Stopfens wird der Stopfen am Stempel 58 angeordnet und gehalten. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Setzzylinder 16 sind ohne weiteres auch auf den Setzzylinder 20 übertragbar und umgekehrt. Vorliegend ist die Krone 60 auf dem Stempel 58 angeordnet und bewegbar am Stempel 58 gelagert.
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Wird der jeweilige Stopfen mittels des jeweiligen Fügeelements in die jeweils korrespondierende Öffnung gedrückt, so kommt die Krone 60 in Stützanlage mit dem jeweiligen Bauteil. Beim Drücken des Stopfens in die Öffnung wird die Krone 60, welche sich zunächst in ihrer Ausgangsstellung befindet, aus ihrer Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung bewegt.
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Beispielsweise ist eine in 4 und 5 nicht erkennbare Federeinrichtung mit wenigstens einem Federelement vorgesehen, wobei die Krone 60 über die Federeinrichtung am Stempel 58 abgestützt beziehungsweise abstützbar ist. Durch das Bewegen der Krone 60 aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung wird die Federeinrichtung beispielsweise gespannt, sodass die Federeinrichtung in der Rückzugsstellung stärker als in der Ausgangsstellung gespannt ist. Somit stellt die Federeinrichtung zumindest in der Rückzugsstellung eine Federkraft bereit, welche auf die Krone 60 in deren Rückzugsstellung wirkt. Mittels dieser Federkraft kann die Krone 60 aus der Rückzugsstellung zurück in die Ausgangsstellung bewegt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Krone 60 schwerkraftbedingt aus der Rückzugsstellung zurück in die Ausgangsstellung bewegbar ist.
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Um nun jedoch unerwünschte Bewegungen der Krone 60 aus der Rückzugsstellung zurück in die Ausgangsstellung zu vermeiden, umfasst das jeweilige Fügeelement – wie aus 6 und 7 erkennbar ist – eine im Ganzen mit 62 bezeichnete Halteeinrichtung zum Halten der Krone 60 in der Rückzugsstellung. Hierzu umfasst die Halteeinrichtung 62 wenigstens einen Magneten 64, welcher vorliegend als Permanentmagnet ausgebildet ist und magnetische Kräfte bereitstellt. Der Magnet 64 ist dabei zumindest mittelbar an einem Gehäuse 66 des Roboterwerkzeugs 10 gehalten. Ferner umfasst die Halteeinrichtung 62 ein zumindest mittelbar an der Krone 60 gehaltenes und somit mit der Krone 60 mitbewegbares und aus einem magnetischen Werkstoff gebildetes Halteelement 68, über welches die Krone 60 mittels der magnetischen Kräfte in der Rückzugstellung gehalten werden kann. Der Magnet 64 ist unter Vermittlung einer Einstelleinrichtung 70 der Halteeinrichtung 62 an dem Gehäuse 66 gehalten, sodass die Krone 60 und mit dieser das Halteelement 68 relativ zum Magneten 64 und relativ zum Gehäuse 66 zwischen der Ausgangsstellung und der Rückzugsstellung bewegbar sind.
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Durch Bewegen der Krone 60 aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung kommt beispielsweise das Halteelement 68 in Stützanlage mit dem Magneten 64. Da das Halteelement 68 aus einem magnetischen Werkstoff gebildet ist, können die vom Magneten 64 bereitgestellten magnetischen Kräfte mit dem Halteelement 68 Wechselwirken, wodurch das Halteelement 68 am Magneten 64 gehalten wird. Hierdurch wird die Krone 60 entgegen der auf die Krone 60 wirkenden Federkraft in der Rückzugsstellung gehalten. Hierdurch kann der automatisierte Füge- und Kontrollprozess beim automatisierten Einsetzen der als Verschlussstopfen wirkenden Stopfen optimiert werden. Das Halteelement 68 ist beispielsweise ein ferritischer Anschlag als Gegenstück zum Magneten 64, wobei der ferritische Anschlag in Stützanlage mit dem Magneten 64 kommt, wenn die Krone 60 aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung bewegt wird.
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Die Einstelleinrichtung 70 umfasst beispielsweise eine Stellschraube 72, an welcher der Magnet 64 gehalten ist. Die Stellschraube 72 weist beispielsweise ein Außengewinde auf, wobei die Einstelleinrichtung 70 auch ein mit dem Außengewinde korrespondierendes Innengewinde aufweist. Dieses Innengewinde ist vorliegend in einer Lasche 74 ausgebildet. Die Stellschraube 72 ist über ihr Außengewinde in das korrespondierende Innengewinde eingeschraubt. Durch Drehen der in das Innengewinde eingeschraubten Stellschraube 72 wird die Stellschraube 72 relativ zum Halteelement 68 translatorisch bewegt, wodurch auch der an der Stellschraube 72 gehaltene Magnet 64 relativ zum Halteelement 68 bewegt wird. Hierdurch kann ein Abstand zwischen dem Magneten 64 und dem Halteelement 68 justiert, das heißt eingestellt werden.
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Mittels der jeweiligen Halteeinrichtung 62 ist es möglich, die Krone 60 nach dem Fügen des jeweiligen Stopfens als erstes zu entfernen und in der Rückzugsstellung zu halten, während der Stempel 58 am Stopfen verbleibt und somit als Niederhalter beim Zurückfahren des Roboters beziehungsweise des Roboterwerkzeugs 10 wirkt. Hierdurch wird mechanisch verhindert, dass sich der Stopfen unbeabsichtigt löst.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Montage des jeweiligen Stopfens auf besonders vorteilhafte Weise zu überprüfen. Im Rahmen einer entsprechenden Auswertestrategie wird durch ein erneutes Anfahren der Sitz des jeweiligen Stopfens taktil überprüft. Da der beispielsweise als Leichtbauroboter ausgebildeter Roboter die genannte, interne Sensorik aufweist, weist der Roboter taktile Fähigkeiten auf. Diese taktilen Fähigkeiten werden genutzt, um zu überprüfen, ob sich der Stopfen in einer gewünschten Montageposition befindet. Während die Krone 60 mittels der Halteeinrichtung 62 in der Rückzugsstellung gehalten wird, wird der Stempel 58 mittels des Roboters in Stützanlage mit dem zuvor montierten Stopfen bewegt. Beispielsweise wird der Stempel 58 mittels des Roboters gegen den Stopfen gedrückt, indem mittels des Roboters auf das Roboterwerkzeug 10 eine Kraft ausgeübt wird. Diese Kraft wirkt von dem Roboterwerkzeug 10 über den Stempel 58 auf den Stopfen. Aus dieser Kraft resultiert eine Reaktionskraft, welche vom Stopfen auf den Stempel 58 wirkt. Da die Krone 60 in der Rückzugsstellung gehalten wird, kann der starre Stempel 58 in Stützanlage mit dem Stopfen bewegt werden. Dabei kann ein Kontakt zwischen dem Stopfen und der bewegbaren Krone 60 vermieden werden.
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Die Reaktionskraft wirkt von dem Stopfen auf den Stempel 58 und über diesen auf das Roboterwerkzeug 10 und kann als Messgröße mittels der internen Sensorik gemessen werden. Da der starre Stempel 58 und nicht etwa die bewegliche Krone 60 in Stützanlage mit dem Stopfen bewegt wird, können differenzierte Kraft-Weg-Verläufe mittels der internen Sensorik ermittelt werden. Diese Kraft-Weg-Verläufe können sich je nach Montage des jeweiligen Stopfens voneinander deutlich unterscheiden. 8 zeigt ein Diagramm 76, in welches ein erster Verlauf 78 eingetragen ist. Dieser Verlauf 78 ist ein Kraft-Weg-Verlauf, welcher anhand einer Kraft-Weg-Messung ermittelt wird. Diese Kraft-Weg-Messung wird mittels der internen Sensorik durchgeführt, indem beispielsweise die über den Stopfen auf den Stempel 58 wirkende Kraft mittels der internen Sensorik erfasst und über dem Weg, den der Stopfen mittels des Roboters bewegt wird, aufgetragen. Der Verlauf 78 veranschaulicht dabei eine wunschgemäße beziehungsweise korrekte Montage des Stopfens. Mit anderen Worten befindet sich der Stopfen in seiner gewünschten Montageposition.
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8 zeigt ferner ein Diagramm 80, in das ein zweiter Verlauf 82 eingetragen ist. Auch der zweite Verlauf 82 ist ein Kraft-Weg-Verlauf, welcher erfasst wird, wenn sich der Stopfen nach seiner Montage löst. Dann befindet sich der Stopfen nicht am Bauteil, und der Stempel 58 wird nicht in Stützanlage mit dem Stopfen, sondern in Stützanlage mit dem die Öffnung begrenzenden Bauteil und/oder einem hinter der Öffnung angeordneten Bauteil bewegt, wobei dieses Bauteil beispielsweise eigensteif ist und/oder aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein kann. Insbesondere kann es sich bei diesem Bauteil um ein Blechbauteil handeln. Ferner zeigt 8 ein Diagramm 84, in welches ein dritter Verlauf 86 eingetragen ist. Auch der dritte Verlauf 86 ist ein Kraft-Weg-Verlauf, welcher gemessen wird, wenn der Stopfen zwar am Bauteil gehalten und dabei beispielsweise zumindest teilweise in der Öffnung angeordnet ist, wobei sich der Stopfen jedoch in einer von der gewünschten Montageposition unterschiedlichen Position befindet. Mit anderen Worten veranschaulicht der Verlauf 86 einen fehlerhaft gesetzten Stopfen. Aus 8 ist erkennbar, dass sich die Verläufe 78, 82 und 86 deutlich voneinander unterscheiden, sodass die Fügequalität des Stopfens besonders präzise überprüft werden kann.
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Wie 8 entnommen werden kann, unterscheidet sich der Kraftanstieg bei einem Stopfen mit tadellosem beziehungsweise wunschgemäßem Sitz (Diagramm 76) signifikant von dem Fall eines nicht vorhandenen Stopfens (Diagramm 80). Mangelhaft gesetzte Stopfen (Diagramm 84) sind ebenfalls gut zu detektieren, wobei hier der fehlerhafte Sitz gegenüber gegebenenfalls über die steife Verbindung durch die Krone 60 beim Prüfprozess direkt korrigiert wird. Bezüglich des Prüfprozesses wird bei der Auswertestrategie damit eine sichere interne Prozessüberwachung ermöglicht. Beim Wechsel des Fügeelements zwecks Nachladens wird beispielsweise über eine Exzenterscheibe die magnetische Arretierung der Krone 60 über eine Drehbewegung der Fügeelemente simultan gelöst. Mit anderen Worten ist es denkbar, die Fixierung beziehungsweise Halterung der Krone 60 durch Drehen der Fügeelemente aufzuheben, was beispielsweise mittels einer Exzenterscheibe erfolgen kann. Aus 4 bis 7 ist erkennbar, dass die Krone 60 bezogen auf den Stempel 58 eine außenliegende Krone ist, sodass der Stempel 58 innenliegend ist. Dies bedeutet, dass die Krone 60 in der Ausgangsstellung zumindest einen Längenbereich des Stempels 58 außenumfangsseitig umgibt, sodass der Längenbereich des Stempels 58 außenumfangsseitig von der Krone 60 zumindest in der Ausgangsstellung umgeben ist. Durch Bewegen der Krone 60 aus der Ausgangsstellung in die Rückzugsstellung wird der Längenbereich freigegeben, sodass der Längenbereich aus der Krone 60 herausbewegt wird. Beim Fügen des jeweiligen Stopfens wird die Krone 60 zurückgezogen und über den Magneten 64 in der Rückzugsstellung gehalten.
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Beim Fügen des jeweiligen Stopfens wird der Stopfen beispielsweise zunächst in einer ersten Bewegung in die Öffnung eingedrückt. Danach wird das Roboterwerkzeug 10 zurückgezogen, sodass auch die Krone 60 durch den Magneten 64 zurückgezogen wird, und sodass der Stempel 58 die Krone 60 überragt und somit eine über die Krone 60 ragende beziehungsweise die Krone 60 überragende Anschlagsfläche bildet. Anschließend fährt der Roboter mit dem Roboterwerkzeug 10 ein zweites Mal genau dieselbe Position beziehungsweise Fügestelle an, wobei der Stempel 58 entweder zu einem Zeitpunkt t1 auf den leicht nachgiebigen Stopfen trifft, was zu einem flachen Kraftanstieg ab t = t1 führt. In diesem Fall befindet sich der Stopfen in seiner gewünschten Montageposition.
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Oder der Stempel 58 trifft keinen Stopfen, da sich dieser gelöst hat, sodass der Stempel 58 die Öffnung durchdringt und dabei zu einem Zeitpunkt t2 > t1 auf das genannte Bauteil trifft, was zu einem steileren Kraftanstieg ab t = t2 führt. Dann ist der Stopfen nicht vorhanden. Oder der Stempel 58 trifft auf einen Stopfen, welcher zwar an dem Bauteil und dabei beispielsweise zumindest teilweise in der Öffnung angeordnet ist, dabei jedoch beispielsweise schief in der Öffnung steckt und sich somit nicht in der Montageposition befindet. Dies bewirkt einen noch früheren Kraftanstieg. In diesem Fall wird günstigerweise durch das erneute Anfahren derselben Position der Stopfen in den meisten Fällen noch richtig in die Öffnung gedrückt, insbesondere mittels der Krone 60.
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Diese Zusammenhänge sind in 9 gezeigt. 9 zeigt eine Mehrzahl von Kraftverläufen 88, welche bei korrekt gesetzten Stopfen erfasst werden. Kraftverläufe 90 veranschaulichen eine Überprüfung, bei welcher der Stempel 58 nicht auf einen Stopfen trifft, da sich der Stopfen nach dem Fügen gelöst hat. Ferner veranschaulicht 9 Kraftverläufe 92, welche bei Stopfen erfasst werden, welche zwar an dem Bauteil gehalten sind, sich jedoch nicht in der Montageposition, sondern beispielsweise schief in der Öffnung befinden. Durch das Halten der Krone 60 können die Kraftverläufe 88, 90 und 92 besonders präzise erfasst werden, sodass sich eine prozesssichere und auch aussagekräftige Überprüfung der Fügequalität realisieren lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005798 A1 [0002]
- DE 102006026132 A1 [0005]
- DE 102007063099 A1 [0006]
