DE102015015888A1 - Method for joining at least two components, in particular for a motor vehicle - Google Patents

Method for joining at least two components, in particular for a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile (12, 14), bei welchem die Bauteile (12, 14) mittels wenigstens eines Fügewerkzeugs (20) gefügt werden, welches an einem Roboter (10) gehalten ist, mittels welchem das Fügewerkzeug (20) geführt wird, wobei das Fügewerkzeug (20) an dem Roboter (10) über wenigstens eine Sensoreinrichtung (24) gehalten ist, mittels welcher beim Fügen über das Fügewerkzeug (20) auf die Sensoreinrichtung (24) wirkende Belastungen erfasst werden, wobei der Roboter (10) in Abhängigkeit von den erfassten Belastungen betrieben wird.The invention relates to a method for joining at least two components (12, 14), in which the components (12, 14) are joined by means of at least one joining tool (20) which is held on a robot (10) by means of which the joining tool (12). 20) is guided, wherein the joining tool (20) on the robot (10) via at least one sensor device (24) is held, by means of which when joining on the joining tool (20) acting on the sensor device (24) loads are detected, wherein the Robot (10) is operated in dependence on the detected loads.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for joining at least two components, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solches Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile ist aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Bei dem Verfahren werden die Bauteile mittels wenigstens eines Fügewerkzeugs gefügt. Bei dem Fügen kann es sich um einen Schraub- oder Schweißprozess handeln, sodass die Bauteile mittels des Fügewerkzeugs beispielsweise verschraubt oder verschweißt werden.Such a method for joining at least two components is already well known from the general state of the art and in particular from the series production of vehicles. In the method, the components are joined by means of at least one joining tool. The joining can be a screwing or welding process, so that the components are screwed or welded by means of the joining tool, for example.

Das Fügewerkzeug ist an einem Roboter gehalten, mittels welchem das Fügewerkzeug, zumindest während des Fügens, geführt wird. Dadurch kann eine Automatisierung des Fügens realisiert werden, sodass die Bauteile automatisch beziehungsweise automatisiert miteinander gefügt, das heißt verbunden werden. Ein solches Fügen kommt beispielsweise im Rahmen einer Herstellung eines Kraftwagens, insbesondere im Rahmen einer Massenproduktion von Kraftwagen, zum Einsatz. Dabei werden in jeweiligen Takten jeweilige Bauteile mittels des Roboters und des Fügewerkzeugs automatisch miteinander gefügt, wobei die jeweiligen Bauteile zum Herstellen eines jeweiligen Kraftwagens verwendet werden.The joining tool is held on a robot, by means of which the joining tool, at least during the joining, is guided. As a result, an automation of the joining can be realized, so that the components automatically or automatically joined together, that is connected. Such joining is used, for example, in the production of a motor vehicle, in particular in the context of mass production of motor vehicles. In each case, respective components are automatically joined together in respective cycles by means of the robot and the joining tool, the respective components being used to produce a respective motor vehicle.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2010 024 188 A1 eine Messvorrichtung mit mindestens einem Kraft-Momenten-Sensor zur Erfassung von Kräften und/oder Momenten, die durch ein an einer Roboterhand eines Montageroboters befestigtes Montagewerkzeug auf den Montageroboter ausgeübt werden.Furthermore, the DE 10 2010 024 188 A1 a measuring device with at least one force-moment sensor for detecting forces and / or moments which are exerted by a mounted on a robot hand of a mounting robot mounting tool on the mounting robot.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders prozesssicheres Fügen der Bauteile realisieren lässt.Object of the present invention is to develop a method of the type mentioned in such a way that a particularly reliable joining of the components can be realized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders prozesssicheres Fügen der Bauteile realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fügewerkzeug an dem Roboter über wenigstens eine Sensoreinrichtung gehalten ist, mittels welcher beim Fügen über das Werkzeug auf die Sensoreinrichtung und über diese beispielsweise auf den Roboter wirkende Belastungen, das heißt Kräfte und/oder Drehmomente, erfasst werden, wobei der Roboter, insbesondere zumindest während des Fügens, in Abhängigkeit von den erfassten Belastungen (Kräfte und/oder Drehmomente) betrieben wird. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Fügewerkzeug mittels des Roboters in Abhängigkeit von den erfassten Belastungen relativ zu den Bauteilen positioniert wird.In order to develop a method specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly reliable joining of the components can be realized, it is inventively provided that the joining tool is held on the robot via at least one sensor device by means of which when joining on the tool on the sensor device and on this example acting on the robot loads, that is, forces and / or torques are detected, the robot, in particular at least during the joining, depending on the detected loads (forces and / or torques) is operated. In particular, it is provided that the joining tool is positioned relative to the components by means of the robot as a function of the detected loads.

Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn mittels der Sensoreinrichtung sowohl Kräfte, die in drei senkrecht zueinander stehenden Raumrichtungen wirken, als auch Drehmomente, welche um die drei Raumrichtungen wirken, erfasst werden, sodass die Sensoreinrichtung als sogenannte 6D-Kraftmesssensorik ausgebildet ist, mittels welcher die Kräfte entlang der drei Raumrichtungen und somit in drei translatorischen Dimensionen und die Drehmomente um die drei Raumrichtungen und somit in drei rotatorischen Dimensionen erfasst werden.Furthermore, it has proven to be particularly advantageous if by means of the sensor device both forces acting in three mutually perpendicular spatial directions and torques acting around the three spatial directions are detected, so that the sensor device is designed as a so-called 6D force-measuring sensor. by means of which the forces along the three spatial directions and thus in three translational dimensions and the torques around the three spatial directions and thus in three rotational dimensions are detected.

Ferner ist es beispielsweise bei dem Verfahren vorgesehen, dass anhand der erfassten Belastungen eine Abweichung einer Ist-Position von einer Soll-Position des Fügewerkzeugs ermittelt wird, wobei das Fügewerkzeug mittels des Roboters in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung derart relativ zu den Bauteilen bewegt wird, dass die Abweichung zumindest verringert wird. Dabei wird als die Soll-Position beispielsweise eine mittige und lotrechte Lage des Fügewerkzeugs bezüglich einer Fügestelle, in welche die Bauteile gefügt werden, verwendet.Furthermore, it is provided, for example, in the method that based on the detected loads, a deviation of an actual position from a desired position of the joining tool is determined, wherein the joining tool is moved relative to the components by means of the robot in dependence on the determined deviation, that the deviation is at least reduced. In this case, as the desired position, for example, a central and vertical position of the joining tool with respect to a joint, in which the components are joined, used.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Fügeprozessen wie beispielsweise Schraub- oder Schweißprozessen die Fügequalität zumindest von der genauen Position beziehungsweise Positionierung des Fügewerkzeugs relativ zu den fügenden Bauteilen abhängt. Die genaue Positionierung des Fügewerkzeugs kann dabei von unterschiedlichen Parametern abhängen. Einer dieser Parameter ist beispielsweise die Güte einer Programmierung zum Betreiben des Roboters. Weitere Parameter sind Bauteiltoleranzen sowie veränderte Bauteillagen in jeweiligen Fügevorrichtungen, zum Beispiel aufgrund von maßlichen Korrekturmaßnahmen, in deren Rahmen beispielsweise Unterlegscheiben zum Einsatz kommen. Die 6D-Kraftmesssensorik zwischen dem Fügewerkzeug und dem Roboter, insbesondere einer Hand des Roboters, kann bei Abweichungen des Fügewerkzeugs von der mittigen und lotrechten Lage zur Fügestelle unterschiedliche Kräfte und/oder Drehmomente detektieren.The invention is based on the finding that in joining processes such as, for example, screwing or welding processes, the joining quality depends at least on the exact position or positioning of the joining tool relative to the joining components. The exact positioning of the joining tool can depend on different parameters. For example, one of these parameters is the quality of programming to operate the robot. Other parameters are component tolerances and changed component layers in respective joining devices, for example due to dimensional corrective measures, in the context of which, for example, washers are used. The 6D force measuring sensor between the joining tool and the robot, in particular a hand of the robot, can detect different forces and / or torques in the case of deviations of the joining tool from the central and vertical position to the joint.

Durch eine Korrektur der Position beziehungsweise Lage des Fügewerkzeugs können diese, als Kontaktkräfte auftretenden Kräfte verringert werden. Mit anderen Worten kommt es beispielsweise dann, wenn die Ist-Position des Fügewerkzeugs von der Soll-Position und insbesondere von der mittigen und lotrechten Lage zur Fügestelle abweicht, zu unerwünschten Kräften in Form von Kontaktkräften, die auf das Fügewerkzeug und über dieses auf die Sensoreinrichtung wirken und demzufolge mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden können. Diese unerwünschten Kontaktkräfte können gering gehalten oder vermieden werden, indem die Position beziehungsweise Lage des Fügewerkzeugs mittels des Roboters derart korrigiert wird, dass die zuvor genannte Abweichung zumindest reduziert oder gar aufgehoben wird. Eine sensitive Regelung der Position des Fügewerkzeugs beziehungsweise des Roboters kann die Kontaktkräfte minimieren und damit zur Optimierung der Position des Fügewerkzeugs beziehungsweise des Roboters genutzt werden.By correcting the position or position of the joining tool, these forces, which occur as contact forces, can be reduced. In other words it comes For example, when the actual position of the joining tool deviates from the desired position and in particular from the central and vertical position to the joint, undesired forces in the form of contact forces acting on the joining tool and on this on the sensor device and consequently by means of Sensor device can be detected. These undesired contact forces can be kept low or avoided by correcting the position or position of the joining tool by means of the robot in such a way that the abovementioned deviation is at least reduced or even eliminated. A sensitive control of the position of the joining tool or the robot can minimize the contact forces and thus be used to optimize the position of the joining tool or the robot.

Dadurch ist der Fügeprozess zumindest weitgehend unabhängig von in der Praxis stets auftretenden Bauteiltoleranzen. Dabei wird der Roboter als eine Art Traktorstrahl eingesetzt, um eine gewünschte Position des Fügewerkzeugs auf dem jeweiligen Bauteil anzusteuern. Hierzu muss die zum Betreiben des Roboters ausgelegte Steuerung an sich nur relativ ungenau sein, da etwaige Bauteiltoleranzen und daraus resultierende Kontaktkräfte auf die beschriebene Weise kompensiert werden können. In der Folge ist es möglich, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Fügeprozessen, in deren Rahmen jeweilige Bauteile miteinander verbunden werden, prozesssicher durchzuführen, insbesondere auch dann, wenn die jeweiligen, miteinander zu fügenden Bauteile unterschiedliche Bauteiltoleranzen aufweisen.As a result, the joining process is at least largely independent of component tolerances that always occur in practice. In this case, the robot is used as a kind of tractor beam to control a desired position of the joining tool on the respective component. For this purpose, the controller designed for operating the robot must in itself only be relatively inaccurate, since any component tolerances and resulting contact forces can be compensated for in the manner described. As a result, it is possible by means of the inventive method, a plurality of successive joining processes, in the context of which respective components are interconnected to perform process-reliable, especially when the respective components to be joined together have different component tolerances.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigen in der einzigen Fig. eine schematische Seitenansicht auf einen Roboter, an welchem ein Fügewerkzeug gehalten ist, mittels welchem wenigstens zwei Bauteile miteinander gefügt werden, wobei das Fügewerkzeug mittels des Roboters geführt wird.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing; These show in the single FIGURE a schematic side view of a robot on which a joining tool is held, by means of which at least two components are joined together, wherein the joining tool is guided by the robot.

Die Fig. zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Roboter, welcher beispielsweise im Rahmen einer Herstellung eines Kraftwagens zum Einsatz kommt. Insbesondere kommt der Roboter 10 im Rahmen einer Massenproduktion von Kraftwagen zum Einsatz. Mittels des Roboters 10 wird ein Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile 12 und 14 durchgeführt, wobei die Bauteile 12 und 14 zum Herstellen eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, genutzt und im Rahmen der Herstellung des Kraftwagens miteinander verbunden werden. Zum Verbinden der Bauteile 12 und 14 wird ein Fügeprozess wie beispielsweise ein Schweiß- oder Schraubprozess mittels des Roboters 10 durchgeführt.The FIGURE shows a schematic side view of a whole 10 designated robot, which is used for example in the context of a production of a motor vehicle. In particular, the robot comes 10 as part of a mass production of cars used. By means of the robot 10 is a method for joining at least two components 12 and 14 performed, with the components 12 and 14 for producing a motor vehicle, in particular a passenger car, used and connected to each other in the production of the motor vehicle. For connecting the components 12 and 14 becomes a joining process such as a welding or screwing process by means of the robot 10 carried out.

Der Roboter 10 umfasst eine Mehrzahl von Roboterachsen 16a–d, welche gelenkig miteinander verbunden sind. Die Roboterachsen 16a–d werden auch als Achsen bezeichnet und sind beispielsweise jeweils entlang wenigstens einer Bewegungsachse translatorisch relativ zueinander bewegbar und/oder um wenigstens eine Bewegungsachse relativ zueinander drehbar. Die Roboterachsen 16a–d sind über die Roboterachse 16a an einer Basis 18 des Roboters 10 gehalten, wobei der Roboter 10 über die Basis 18 an einem Boden einer Anlage zum Herstellen der Kraftwagen gehalten ist.The robot 10 includes a plurality of robot axes 16a -D, which are hinged together. The robot axes 16a Are also referred to as axes and, for example, in each case along at least one movement axis translationally movable relative to each other and / or rotatable about at least one movement axis relative to each other. The robot axes 16a -D are about the robot axis 16a at a base 18 of the robot 10 held, the robot 10 over the base 18 is held on a floor of a plant for producing the cars.

An dem Roboter 10 ist ein Fügewerkzeug 20 gehalten, mittels welchem die Bauteile 12 und 14 an wenigstens einer Fügestelle 22 miteinander gefügt, das heißt miteinander verbunden werden.On the robot 10 is a joining tool 20 held, by means of which the components 12 and 14 at least one joint 22 Joined together, that is, connected with each other.

Um nun die Bauteile 12 und 14 beziehungsweise im Rahmen der Massenproduktion unterschiedliche Bauteile zum Herstellen jeweiliger Kraftwagen nacheinander besonders prozesssicher fügen zu können, ist das Fügewerkzeug 20 über wenigstens eine Sensoreinrichtung 24 am Roboter 10 gehalten. Dadurch können das Fügewerkzeug 20 und die Sensoreinrichtung 24 mittels des Roboters 10, insbesondere der Roboterachsen 16a–d, im Raum umher bewegt und insbesondere relativ zu den Bauteilen 12 und 14 bewegt werden, sodass beispielsweise das Fügewerkzeug 20 mittels des Roboters 10 bei dem Fügen geführt wird. Zumindest bei dem Fügen werden mittels der Sensoreinrichtung 24 über das Fügewerkezeug 20 auf die Sensoreinrichtung 24 wirkende Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Drehmomente erfasst, wobei der Roboter 10 in Abhängigkeit von den erfassten Belastungen betrieben wird.To now the components 12 and 14 or in the context of mass production to be able to add different components for producing respective motor vehicles one after the other particularly reliably, is the joining tool 20 via at least one sensor device 24 on the robot 10 held. This allows the joining tool 20 and the sensor device 24 by means of the robot 10 , in particular the robot axes 16a -D, moving around in space and in particular relative to the components 12 and 14 be moved so that, for example, the joining tool 20 by means of the robot 10 is performed in the joining. At least in the joining, by means of the sensor device 24 over the joining tool 20 on the sensor device 24 acting loads, in particular forces and / or torques detected, wherein the robot 10 operated depending on the detected loads.

Dabei ist die Sensoreinrichtung 24 als 6D-Messsensorik ausgebildet, mittels welcher Kräfte, die in drei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen beziehungsweise Raumrichtungen auf das Fügewerkzeug 20 und über dieses auf die Sensoreinrichtung 24 wirken, erfasst werden. Ferner werden mittels der 6D-Messsensorik Drehmomente, die um die drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumrichtungen auf das Fügewerkzeug und über dieses auf die Sensoreinrichtung 24 beim Fügen wirken, erfasst. Die Erfassung der entlang der Raumrichtungen wirkenden Kräfte erfolgt somit in drei translatorischen Dimensionen, wobei die Erfassung der Drehmomente in drei rotatorischen Dimensionen erfolgt.In this case, the sensor device 24 designed as 6D measuring sensors, by means of which forces acting in three mutually perpendicular directions or spatial directions on the joining tool 20 and via this to the sensor device 24 act, be detected. Furthermore, by means of the 6D measuring sensor, torques which are applied to the joining tool about the three mutually perpendicular spatial directions and over this to the sensor device 24 act when joining, detected. The detection of the forces acting along the spatial directions thus takes place in three translational dimensions, wherein the detection of the torques takes place in three rotational dimensions.

Mittels der 6D-Messsensorik können Abweichungen einer Ist-Position von einer gewünschten Soll-Position des Fügewerkzeugs 20 erfasst werden. Die Soll-Position ist beispielsweise eine mittige und lotrechte Lage des Fügewerkzeugs 20 zur Fügestelle 22. Infolge von solchen Abweichungen der Ist-Position von der Soll-Position kommt es zu Kräften in Form von Kontaktkräften, die auf das Fügewerkzeug 20 und über dieses auf die Sensoreinrichtung 24 wirken. Anhand dieser erfassten Kontaktkräfte können somit die Abweichungen erfasst werden. Eine Korrektur der Abweichungen erfolgt, indem der Roboter 10 in Abhängigkeit von den erfassten Abweichungen betrieben wird, sodass die Abweichungen zumindest reduziert oder gar aufgehoben werden. In der Folge können die genannten, unerwünschten Kontaktkräfte reduziert beziehungsweise gering gehalten oder vermieden werden, wodurch eine besonders hohe Fügequalität beim Fügen der Bauteile 12 und 14 realisiert werden kann.Deviations of an actual position from a desired nominal position of the joining tool can be determined by means of the 6D measuring sensor system 20 be recorded. The desired position is, for example, a central and vertical position of the joining tool 20 to joint 22 , As a result of such deviations of the actual position from the desired position, forces occur in the form of contact forces acting on the joining tool 20 and via this to the sensor device 24 Act. Based on these detected contact forces thus the deviations can be detected. A correction of the deviations takes place by the robot 10 is operated in dependence on the detected deviations, so that the deviations are at least reduced or even canceled. As a result, the mentioned, undesired contact forces can be reduced or kept low or avoided, resulting in a particularly high joint quality when joining the components 12 and 14 can be realized.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010024188 A1 [0004] DE 102010024188 A1 [0004]

Claims (5)

Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile (12, 14), bei welchem die Bauteile (12, 14) mittels wenigstens eines Fügewerkzeugs (20) gefügt werden, welches an einem Roboter (10) gehalten ist, mittels welchem das Fügewerkzeug (20) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug (20) an dem Roboter (10) über wenigstens eine Sensoreinrichtung (24) gehalten ist, mittels welcher beim Fügen über das Fügewerkzeug (20) auf die Sensoreinrichtung (24) wirkende Belastungen erfasst werden, wobei der Roboter (10) in Abhängigkeit von den erfassten Belastungen betrieben wird.Method for joining at least two components ( 12 . 14 ), in which the components ( 12 . 14 ) by means of at least one joining tool ( 20 ) attached to a robot ( 10 ) is held by means of which the joining tool ( 20 ), characterized in that the joining tool ( 20 ) on the robot ( 10 ) via at least one sensor device ( 24 ) is held by means of which when joining on the joining tool ( 20 ) on the sensor device ( 24 ) loads are detected, wherein the robot ( 10 ) is operated depending on the detected loads. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügewerkzeug (20) mittels des Roboters (10) in Abhängigkeit von den erfassten Belastungen relativ zu den Bauteilen (12, 14) positioniert wird.A method according to claim 1, characterized in that the joining tool ( 20 ) by means of the robot ( 10 ) depending on the detected loads relative to the components ( 12 . 14 ) is positioned. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensoreinrichtung (24) sowohl Kräfte, die in drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen wirken, als auch Drehmomente, welche um die drei Richtungen wirken, erfasst werden.Method according to claim 1 or 2, characterized in that by means of the sensor device ( 24 ) are detected both forces acting in three mutually perpendicular directions, as well as torques acting about the three directions. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Belastungen eine Abweichung einer Ist-Position von einer Soll-Position des Fügewerkzeugs (20) ermittelt wird, wobei das Fügewerkzeug (20) mittels des Roboters (10) in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung derart relativ zu den Bauteilen (12, 14) bewegt wird, dass die Abweichung zumindest verringert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that based on the detected loads, a deviation of an actual position from a desired position of the joining tool ( 20 ), wherein the joining tool ( 20 ) by means of the robot ( 10 ) as a function of the determined deviation relative to the components ( 12 . 14 ) is moved, that the deviation is at least reduced. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als die Soll-Position eine mittige und lotrechte Lage des Fügewerkzeugs (20) bezüglich einer Fügestellte (22), an welcher die Bauteile (12, 14) gefügt werden, verwendet wird.A method according to claim 4, characterized in that as the desired position, a central and vertical position of the joining tool ( 20 ) concerning a joined 22 ) on which the components ( 12 . 14 ) is used.
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