DE102017123913A1

DE102017123913A1 - Device for applying a viscous material

Info

Publication number: DE102017123913A1
Application number: DE102017123913.8A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Sauer
Original assignee: Atlas Copco IAS GmbH
Current assignee: Atlas Copco IAS GmbH
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-04-18
Also published as: WO2019072737A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Auftragen eines viskosen Materials, wie beispielsweise eines Klebstoffs oder eines Dichtstoffs, auf ein Werkstück mit einem mit dem viskosen Material unter Druck beaufschlagbaren, eine Auftragsdüse (18) aufweisenden Düsenkopf (16), der mittels eines Roboters relativ zum Werkstück entlang einer vorgegebenen Auftragsbahn beweglich ist, und mit einer an einem Roboterarm (20) fixierbaren, den Düsenkopf (16) tragenden Befestigungseinrichtung (22). Erfindungsgemäß ist eine Antriebseinheit vorgesehen, mittels der der Düsenkopf (16) bezüglich der Befestigungseinrichtung (22) in mindestens einer Raumrichtung (28) beweglich ist.

The invention relates to a device (10) for applying a viscous material, such as an adhesive or a sealant, to a workpiece with a nozzle head (16), which can be acted upon under pressure with the viscous material and has an application nozzle (18), by means of a robot is movable relative to the workpiece along a predetermined application path, and with a on a robot arm (20) fixable, the nozzle head (16) supporting the fastening device (22). According to the invention, a drive unit is provided, by means of which the nozzle head (16) is movable relative to the fastening device (22) in at least one spatial direction (28).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auftragen eines viskosen Materials auf ein Werkstück gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for applying a viscous material to a workpiece according to the preamble of claim 1.

Solche Vorrichtungen, wie sie beispielsweise aus der DE 201 22 250 U1 bekannt sind, dienen dem Auftragen von viskosem Material wie beispielsweise Klebstoff, Dichtstoff, Dämmstoff oder einer Wärmeleitpaste, auf ein Werkstück. Breite Anwendung finden solche Vorrichtungen beispielsweise in der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien, wenn einzelne Teile mit Klebstoffraupen oder Klebstoffpunkten versehen und anschließend zusammengefügt werden. Zu diesem Zweck weist die Materialauftragsvorrichtung einen Düsenkopf auf, der mit dem viskosen Material versorgt wird und eine Auftragsdüse aufweist, aus der das viskose Material unter Druck austritt. Der Düsenkopf ist an einem Roboterarm befestigt und wird von diesem bezüglich des Werkstücks bewegt, so dass das auf einem Werkstückhalter liegende Werkstück an allen vorgesehenen Stellen mit dem viskosen Material versehen werden kann. Dabei weist der Roboter eine Robotersteuerung auf, mit der die Bewegung des Roboterarms und damit des Düsenkopfs bezüglich des Werkstücks gesteuert wird. Die Auftragsvorrichtung weist eine Auftragssteuerung auf, die den Materialauftrag steuert, indem sie beispielsweise die Auftragsdüse öffnet und schließt oder den Materialfluss variiert. Die vom Roboterarm abgefahrene Auftragsbahn ist somit durch die Robotersteuerung festgelegt. Es besteht jedoch das grundsätzliche Problem, dass Werkstücke Toleranzen aufweisen. Auch die Positionierung eines Werkstücks auf dem Werkstückträger unterliegt Toleranzen. Es ist daher wünschenswert, die Auftragsbahn individuell an die tatsächliche Werkstückgeometrie sowie die Positionierung des Werkstücks auf dem Werkstückträger und somit an seine Positionierung bezüglich dem Düsenkopf anzupassen. Eine individuelle Programmierung der Robotersteuerung für jedes einzelne Werkstück ist aber aufwendig.Such devices, such as those from the DE 201 22 250 U1 are known to serve the application of viscous material such as adhesive, sealant, insulating material or a thermal grease on a workpiece. Widely used such devices, for example, in the production of motor vehicle bodies, when individual parts are provided with adhesive beads or adhesive dots and then joined together. For this purpose, the material application device has a nozzle head, which is supplied with the viscous material and having an application nozzle, from which the viscous material emerges under pressure. The nozzle head is attached to a robot arm and is moved by the latter relative to the workpiece, so that the workpiece lying on a workpiece holder can be provided with the viscous material at all intended locations. In this case, the robot has a robot control with which the movement of the robot arm and thus of the nozzle head with respect to the workpiece is controlled. The application device has a job control, which controls the material order, for example, by opening and closing the application nozzle or varying the material flow. The retracted from the robot arm job path is thus determined by the robot controller. However, there is the fundamental problem that workpieces have tolerances. Also, the positioning of a workpiece on the workpiece carrier is subject to tolerances. It is therefore desirable to adapt the application path individually to the actual workpiece geometry as well as the positioning of the workpiece on the workpiece carrier and thus to its positioning relative to the nozzle head. However, individual programming of the robot control for each individual workpiece is expensive.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der Materialauftrag präziser erfolgen kann.It is therefore an object of the invention to develop a device of the type mentioned in such a way that the material application can be made more precise.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein auf eine solche Vorrichtung zurückgreifendes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a device having the features of claim 1 and a recourse to such a device method with the features of claim 9. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch Bewegen des Düsenkopfs bezüglich des Roboterarms eine Korrekturmöglichkeit zu schaffen, um vor oder während des Materialauftrags erkannte Abweichungen der Werkstückgeometrie von einem Sollwert, auf dem die Robotersteuerung beruht, auszugleichen. Zudem können Toleranzen bei der Positionierung des Werkstücks auf einem Werkzeugträger bzw. Toleranzen bei der Positionierung des Werkzeugträgers bezüglich des Roboters ausgeglichen werden. Insbesondere kann der Düsenkopf bezüglich der Befestigungseinrichtung in einer ersten Raumrichtung beweglich sein. Diese verläuft zweckmäßig quer zu der Richtung, in der der Düsenkopf mittels des Roboters bezüglich des Werkstücks bewegt wird und vorzugsweise senkrecht zu dieser Richtung. Zudem verläuft die erste Raumrichtung zweckmäßig parallel zu der Oberfläche des Werkstücks, auf die das Material aufgetragen wird. Durch diese Maßnahme kann durch eine Bewegung des Düsenkopfs bezüglich der Befestigungseinrichtung die tatsächliche Auftragsbahn des Materials gegenüber der dem Roboter vorgegebenen Auftragsbahn seitlich versetzt werden. In der Regel reicht zum Ausgleich von Toleranzen eine seitliche Verschiebung von wenigen Millimetern aus. Daher ist es meist ausreichend, wenn der Düsenkopf bezüglich der Befestigungseinrichtung in der ersten Raumrichtung begrenzt beweglich ist, beispielsweise aus einer Nullposition um 20 mm in der ersten Raumrichtung sowie 20 mm entgegen der ersten Raumrichtung. Zudem ist es auch möglich, dass der Düsenkopf zusätzlich in einer zur ersten Raumrichtung senkrecht stehenden zweiten Raumrichtung, insbesondere in der Vertikalen, beweglich ist, um beispielsweise Toleranzen beim Abstand der Auftragsdüse zur Werkstückoberfläche auszugleichen.The invention is based on the idea of creating a correction possibility by moving the nozzle head relative to the robot arm in order to compensate deviations of the workpiece geometry from a setpoint value on which the robot control is based before or during the material application. In addition, tolerances in the positioning of the workpiece on a tool carrier or tolerances in the positioning of the tool carrier with respect to the robot can be compensated. In particular, the nozzle head can be movable with respect to the fastening device in a first spatial direction. This expediently runs transversely to the direction in which the nozzle head is moved by means of the robot with respect to the workpiece and preferably perpendicular to this direction. In addition, the first spatial direction expediently runs parallel to the surface of the workpiece to which the material is applied. By virtue of this measure, the actual application path of the material can be offset laterally relative to the application path given to the robot by a movement of the nozzle head with respect to the fastening device. As a rule, a lateral displacement of a few millimeters is sufficient to compensate for tolerances. Therefore, it is usually sufficient if the nozzle head with respect to the fastening device in the first spatial direction is limitedly movable, for example, from a zero position by 20 mm in the first spatial direction and 20 mm counter to the first spatial direction. In addition, it is also possible that the nozzle head is additionally movable in a second spatial direction perpendicular to the first spatial direction, in particular in the vertical direction, in order for example to compensate for tolerances in the distance between the application nozzle and the workpiece surface.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist entweder der Düsenkopf oder die Befestigungseinrichtung eine lineare Führungsrinne auf, in die ein Führungselement des jeweils anderen Bauteils eingreift. Dabei ist es möglich, dass der Düsenkopf die Führungsrinne aufweist, während die Befestigungseinrichtung das Führungselement aufweist. Es wird jedoch bevorzugt, dass die Befestigungseinrichtung die Führungsrinne aufweist, während der Düsenkopf das Führungselement aufweist. Die Befestigungseinrichtung weist zweckmäßig eine am Roboterarm fixierbare Platte, vorzugsweise eine Metallplatte, auf, in der die Führungsrinne angeordnet sein kann.According to a preferred embodiment, either the nozzle head or the fastening device has a linear guide groove, in which engages a guide element of the respective other component. It is possible that the nozzle head has the guide groove, while the fastening means comprises the guide element. However, it is preferred that the fastening device has the guide channel, while the nozzle head has the guide element. The fastening device expediently has a plate fixable on the robot arm, preferably a metal plate, in which the guide channel can be arranged.

Die Antriebseinheit weist vorteilhaft einen Spindeltrieb auf. Ein Spindeltrieb ermöglicht eine präzise Bewegung des Düsenkopfs bezüglich der Befestigungseinrichtung und reagiert zudem schnell auf eine Ansteuerung. Der Düsenkopf kann zudem als Wirbelsprühkopf ausgebildet sein, wobei die Auftragsdüse vorzugsweise um eine Exzenterachse drehend antreibbar ist. Alternativ hierzu kann die Ausbildung des Düsenkopfs als Wirbelsprühkopf dadurch realisiert sein, dass er einen schräg zur Auftragsdüse weisenden Sprühluftkanal aufweist, der eine Auslenkung des Materialstrahls aus seiner Nullposition bewirken kann.The drive unit advantageously has a spindle drive. A spindle drive allows a precise movement of the nozzle head with respect to the fastening device and also reacts quickly to a drive. The nozzle head can also be designed as a vortex spray head, wherein the application nozzle is preferably rotatably driven about an eccentric axis. Alternatively, the formation of the nozzle head as Vorbelsprühkopf can be realized in that it has an obliquely to the application nozzle facing spray air channel, which is a deflection of the material beam from its zero position can cause.

Die Auftragsvorrichtung weist zweckmäßig eine Steuereinrichtung auf, die die Bewegung des Düsenkopfs bezüglich der Befestigungseinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Daten steuert. Diese Daten charakterisieren das Werkstück und/oder seine Anordnung bezüglich des Düsenkopfs. Dabei ist eine externe Steuerung möglich, bei der die Steuereinrichtung vor Beginn des Materialauftrags die das Werkstück und/oder seine Anordnung bezüglich des Düsenkopfs charakterisierenden Daten erhält und die Bewegung des Düsenkopfs bezüglich der Befestigungseinrichtung anhand dieser Daten steuert. Es ist jedoch auch eine interne Steuerung möglich, bei der der Materialauftrag mittels einer Überwachungseinrichtung überwacht wird und die Überwachungseinrichtung das Werkstück und/oder seine Anordnung bezüglich des Düsenkopfs charakterisierende Daten generiert. Anhand dieser Daten steuert die Steuereinrichtung dann die Bewegung des Düsenkopfs bezüglich der Befestigungseinrichtung. Die Überwachungseinrichtung weist zweckmäßig mindestens eine Kamera auf, die Bilddaten des Werkstücks und/oder des Düsenkopfs aufnimmt. Zudem ist es möglich, dass sowohl eine externe als auch eine interne Steuerung erfolgt. Die Steuereinrichtung steuert vorteilhaft auch den Materialauftrag, beispielsweise durch Öffnen und Schließen der Auftragsdüse und/oder durch Steuerung des das Material beaufschlagenden drucks oder des Volumens des aufgetragenen Materials.The application device expediently has a control device which controls the movement of the nozzle head with respect to the fastening device as a function of predetermined data. These data characterize the workpiece and / or its location with respect to the nozzle head. In this case, an external control is possible, in which the control device receives the data characterizing the workpiece and / or its arrangement with respect to the nozzle head before starting the material application and controls the movement of the nozzle head with respect to the fastening device on the basis of these data. However, an internal control is also possible, in which the material application is monitored by means of a monitoring device and the monitoring device generates the workpiece and / or its arrangement with respect to the nozzle head characterizing data. Based on these data, the control device then controls the movement of the nozzle head with respect to the fastening device. The monitoring device expediently has at least one camera which records image data of the workpiece and / or of the nozzle head. It is also possible that both external and internal control takes place. The control device advantageously also controls the material application, for example by opening and closing the application nozzle and / or by controlling the pressure applied to the material or the volume of the material applied.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

1 eine Auftragsvorrichtung in perspektivischer Ansicht und
2 eine Detaildarstellung der Auftragsvorrichtung gemäß 1 im Schnitt.

In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment schematically illustrated in the drawing. Show it

1 an applicator in perspective view and
2 a detailed representation of the applicator according to 1 on average.

Die in der Zeichnung dargestellte Auftragsvorrichtung 10 dient dem Auftrag von viskosem Material wie Klebstoff oder Dichtstoff auf ein nicht näher dargestelltes Werkstück. Sie weist eine Fördereinrichtung 12 auf, die das viskose Material aus einem Vorratsbehälter über eine Zuleitung 14 unter Druck einem Düsenkopf 16 zuführt. Der Düsenkopf 16 weist an seiner Unterseite eine Auftragsdüse 18 auf, aus der das Material austritt. Der Düsenkopf 16 wird mittels eines nicht im Detail dargestellten Roboters im Abstand zu einer Werkstückoberfläche entlang einer Auftragsbahn über das Werkstück hinweg bewegt. Während dieser Bewegung steuert eine nicht in der Zeichnung dargestellte Steuereinrichtung den Materialauftrag, so dass beispielsweise eine durchgehende Materialraupe, mehrere im Abstand zueinander angeordnete Materialraupen oder Materialpunkte entlang der Auftragsbahn auf die Werkstückoberfläche aufgebracht werden können. Zu diesem Zweck ist der Düsenkopf 16 an einem Roboterarm 20 befestigt, der in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellt ist.The application device shown in the drawing 10 serves the job of viscous material such as adhesive or sealant on a not-shown workpiece. It has a conveyor 12 on which the viscous material from a reservoir via a supply line 14 under pressure a nozzle head 16 supplies. The nozzle head 16 has an application nozzle on its underside 18 on, from which the material emerges. The nozzle head 16 is moved by means of a robot not shown in detail at a distance to a workpiece surface along a job path over the workpiece. During this movement, a control device not shown in the drawing controls the material application, so that, for example, a continuous bead of material, a plurality of spaced apart material beads or material points along the job path can be applied to the workpiece surface. For this purpose, the nozzle head 16 on a robot arm 20 attached, which is shown only schematically in the drawing.

Am Roboterarm 20 ist eine Befestigungseinrichtung in Form einer Metallplatte 22 fixiert, an der wiederum der Düsenkopf 16 befestigt ist. In der Metallplatte 22 verläuft eine lineare Führungsrinne 24. Der Düsenkopf 16 weist ein in die Führungsrinne 24 eingreifendes Führungselement 26 auf und ist mittels einer motorisch angetriebenen, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Antriebseinheit in einer durch die Längserstreckung der Führungsrinne 24 vorgegebenen ersten Raumrichtung 28 bezüglich der Metallplatte 22 begrenzt verschieblich. Die Verschiebung erfolgt aus einer Nullposition bis maximal 20 mm in der ersten Raumrichtung sowie bis zu 20 mm entgegen der ersten Raumrichtung 28. Die erste Raumrichtung 28 verläuft dabei quer und im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung, in der der Düsenkopf 16 vom Roboter bezüglich des Werkstücks bewegt wird und somit im Wesentlichen senkrecht zur Auftragsbahn sowie horizontal.On the robot arm 20 is a fastening device in the form of a metal plate 22 fixed, in turn, the nozzle head 16 is attached. In the metal plate 22 runs a linear guide trough 24 , The nozzle head 16 points into the guide channel 24 engaging guide element 26 and is by means of a motor-driven, not shown in the drawing drive unit in a through the longitudinal extent of the guide trough 24 predetermined first spatial direction 28 with respect to the metal plate 22 limited shiftable. The shift takes place from a zero position to a maximum of 20 mm in the first spatial direction and up to 20 mm counter to the first spatial direction 28 , The first spatial direction 28 runs transversely and substantially perpendicular to the direction in which the nozzle head 16 is moved by the robot with respect to the workpiece and thus substantially perpendicular to the job path and horizontal.

Die Beweglichkeit des Düsenkopfs 16 bezüglich der Befestigungseinrichtung 22 bietet die Möglichkeit, eine Korrektur der von einer Robotersteuerung vorgegebenen Auftragsbahn vorzunehmen, um diese an Toleranzen des Werkstücks oder an von Sollwerten abweichende Anordnungen des Werkstücks bezüglich des Roboters bzw. bezüglich des Düsenkopfs 16 anzupassen. Zu diesem Zweck wird das Werkstück vor dem Materialauftrag vermessen und die dabei gewonnenen, die Werkstückgeometrie charakterisierenden Daten werden der Steuereinrichtung zugeleitet, die die Antriebseinheit ansteuert. Zudem können Daten gewonnen werden, die beispielsweise die Positionierung des Werkstücks bezüglich des Roboters charakterisieren, und die ebenfalls an die Steuereinrichtung übermittelt werden und in die Ansteuerung der Antriebseinheit einfließen. Zudem kann der Materialauftrag mittels einer optischen Überwachungseinrichtung, beispielsweise mittels einer Kamera, überwacht werden, und Daten, die auftretende Abweichungen von einem Sollwert charakterisieren, können an die Steuereinrichtung übermittelt werden, welche dann die Antriebseinheit zur Korrektur der Auftragsbahn ansteuert.The mobility of the nozzle head 16 with respect to the fastening device 22 offers the possibility of making a correction of the order path given by a robot control, in order to compensate for tolerances of the workpiece or deviations from desired positions of the workpiece with respect to the robot or with respect to the nozzle head 16 adapt. For this purpose, the workpiece is measured prior to the application of material and the data obtained thereby characterizing the workpiece geometry are fed to the control device, which controls the drive unit. In addition, data can be obtained, which characterize, for example, the positioning of the workpiece with respect to the robot, and which are also transmitted to the control device and incorporated in the control of the drive unit. In addition, the material application can be monitored by means of an optical monitoring device, for example by means of a camera, and data that characterize occurring deviations from a desired value can be transmitted to the control device, which then drives the drive unit to correct the application path.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zum Auftragen eines viskosen Materials, wie beispielsweise eines Klebstoffs oder eines Dichtstoffs, auf ein Werkstück mit einem mit dem viskosen Material unter Druck beaufschlagbaren, eine Auftragsdüse 18 aufweisenden Düsenkopf 16, der mittels eines Roboters relativ zum Werkstück entlang einer vorgegebenen Auftragsbahn beweglich ist, und mit einer an einem Roboterarm 20 fixierbaren, den Düsenkopf 16 tragenden Befestigungseinrichtung 22. Erfindungsgemäß ist eine Antriebseinheit vorgesehen, mittels der der Düsenkopf 16 bezüglich der Befestigungseinrichtung 22 in mindestens einer Raumrichtung 28 beweglich ist.In summary, it should be noted that the invention relates to a device 10 for applying a viscous material, such as an adhesive or a sealant, to a workpiece having an applicator nozzle pressurizable with the viscous material 18 having nozzle head 16 which is movable relative to the workpiece along a predetermined application path by means of a robot and with a robot arm 20 fixable, the nozzle head 16 carrying fastening device 22 , According to the invention, a drive unit is provided, by means of which the nozzle head 16 with respect to the fastening device 22 in at least one spatial direction 28 is mobile.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 20122250 U1 [0002]

Claims

Apparatus for applying a viscous material such as an adhesive or sealant to a workpiece having a nozzle head (16) pressurizable with the viscous material and having an applicator nozzle (18) movable relative to the workpiece by a robot along a predetermined application path is movable, and with a robotic arm (20) fixable, the nozzle head (16) supporting fastening means (22), characterized by a drive unit, by means of which the nozzle head (16) with respect to the fastening device (22) in at least one spatial direction (28). is mobile.

Device after Claim 1 , characterized in that the nozzle head (16) with respect to the fastening device (22) in a first spatial direction (28) is linearly movable.

Device after Claim 2 , characterized in that the nozzle head (16) or the fastening device (22) has a linear guide groove (24), in which a guide element (26) of the respective other component (16, 22) engages.

Device after Claim 3 , characterized in that the fastening device (22) has the guide groove (24), while the nozzle head (16) has the guide element (26).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening device (22) has a robot arm (20) fixable plate, preferably a metal plate.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit has a spindle drive.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle head (16) in two mutually perpendicular spatial directions with respect to the fastening device (22) is movable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle head (16) is designed as Vorbelsprühkopf and that the application nozzle (18) is preferably driven to rotate about an eccentric axis.

Method for applying a viscous material, in particular an adhesive or a sealant, to a workpiece with a device (10) according to one of the preceding claims and with a control device for controlling the application of material, the control device moving the nozzle head (16) with respect to the fastening device (22) in dependence on predetermined, the workpiece and / or its arrangement with respect to the nozzle head (16) characterizing data controls.

Method according to Claim 9 , characterized in that before starting the material application, the control device receives data characterizing the workpiece and / or its arrangement with respect to the nozzle head (16) and controls the movement of the nozzle head (16) with respect to the fastening device (22) on the basis of these data.

Method according to Claim 9 or 10 , characterized in that the material application is monitored by means of a monitoring device and that the monitoring device generates the workpiece and / or its arrangement with respect to the nozzle head (16) characterizing data, based on which the control device, the movement of the nozzle head (16) with respect to the fastening device (22). controls.

Method according to Claim 11 , characterized in that the monitoring device comprises at least one camera which receives image data of the workpiece and / or the nozzle head (16).

Method according to one of Claims 9 to 12 characterized in that the control means controls movement of the nozzle head (16) relative to the mounting means (22) in at least a first spatial direction (28) transverse to the direction in which the nozzle head (16) moves relative to the workpiece by means of the robot becomes.

Method according to Claim 13 , characterized in that the first spatial direction (28) is parallel to a surface of the workpiece to which the material is applied.