DE102017211622A1

DE102017211622A1 - Adapter for measuring a screwing position

Info

Publication number: DE102017211622A1
Application number: DE102017211622.6A
Authority: DE
Inventors: Korbinian Nottensteiner; Andreas Stemmer
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-07-08
Also published as: DE102017211622B4

Abstract

Adapter zur Vermessung einer Schraubposition durch einen Roboter mit einem Stift zum Einführen in ein Schraubloch und einem mit dem Stift verbundenen Werkzeugkopf, an den ein Werkzeug eines Roboters angreifen kann.

Adapter for measuring a screwing position by a robot with a pin for insertion into a screw hole and a tool head connected to the pin, to which a tool of a robot can engage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Adapter zur Vermessung einer Schraubposition durch einen Roboter sowie ein Verfahren zur Vermessung einer Schraubposition durch einen Roboter.The present invention relates to an adapter for measuring a screwing position by a robot and to a method for measuring a screwing position by a robot.

Zur automatisierten Montage von einer Schraubverbindung oder einer ähnlichen Verbindung mit Hilfe eines an einem Manipulator angebrachten Werkzeugs ist die Kenntnis über die Position des Schraublochs relativ zum Manipulator erforderlich. Die Position des Schraublochs kann als Parameter an die Bewegungsbefehle/Steuerung des Manipulators übergeben werden.For automated assembly of a threaded connection or similar connection by means of a tool mounted on a manipulator, knowledge of the position of the screw hole relative to the manipulator is required. The position of the screw hole can be transferred as a parameter to the movement commands / control of the manipulator.

Spezielle Messwerkzeuge, die an einem Manipulator befestigt werden, ermöglichen ein Einmessen von Bauteilen und die räumliche Kalibrierung von Elementen einer Arbeitszelle. Diese Werkzeuge werden in der Regel fest mit dem Manipulator verbunden. Üblicherweise werden mit diesen Werkzeugen Koordinatensysteme eingemessen. Aus den so eingemessenen Bauteil-Koordinatensystemen können dann mit Hilfe der Konstruktionszeichnungen die Schraubloch-Positionen berechnet werden.Special measuring tools, which are attached to a manipulator, allow a measurement of components and the spatial calibration of elements of a work cell. These tools are usually firmly connected to the manipulator. Usually coordinate systems are measured with these tools. From the thus measured component coordinate systems, the screw hole positions can then be calculated using the design drawings.

Das Einmessen erfolgt demnach mit einem anderen Werkzeug als dem, welches zur Ausführung der Montageaufgabe verwendet wird. Dadurch ist zusätzliche Umrüstzeit notwendig und es kann zu Abweichungen in der Position kommen, da nicht gewährleistet ist, dass die Umrechnung von Messwerkzeug zu verwendetem Montagewerkzeug exakt ist.The measuring takes place with a tool other than that which is used to perform the assembly task. As a result, additional changeover time is necessary and it can lead to deviations in the position, because it is not guaranteed that the conversion of measuring tool to used assembly tool is exact.

Falls die Schraubloch-Position mit dem später verwendeten Schraubwerkzeug direkt angelernt werden soll, muss bereits eine Schraube an der gewünschten Zielposition vorhanden sein. Somit ist es erforderlich, zunächst die später verwendete Schraube in das Schraubloch einzubringen und dort zu befestigen und sodann nachfolgend die Position des Schraubenkopfs mittels des Schraubwerkzeugs des Roboters anzufahren. Insbesondere bei einer großen Anzahl an zu vermessenden Schraubpositionen ist das Einbringen der Schrauben sehr aufwendig.If the screw hole position is to be taught directly with the screwing tool used later, a screw must already be present at the desired target position. Thus, it is necessary to first introduce the screw used later in the screw hole and fasten there and then subsequently move the position of the screw head by means of the screwing tool of the robot. In particular with a large number of screw positions to be measured, the introduction of the screws is very expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine Schraubposition einfach und schnell durch einen Roboter vermessen werden kann.The object of the present invention is to provide a device with which a screwing position can be measured simply and quickly by a robot.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Adapter gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 6.The object is achieved by an adapter according to claim 1 and by a method according to claim 6.

Der erfindungsgemäße Adapter zur Vermessung einer Schraubposition durch einen Roboter weist einen Stift zum Einführen in ein Schraubloch auf. Dabei kann es sich bei dem Schraubloch um jede Öffnung handeln, die beispielsweise durch Bohren, Stanzen oder dergleichen hergestellt wurde, wie beispielsweise eine Gewindebohrung. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art der zu vermessenden (Schraub)-Löcher beschränkt. Im Folgenden werden alle möglichen (Schraub)-Löcher lediglich mit dem Begriff Schraubloch umfasst. Insbesondere ist der Durchmesser des Stifts kleiner als der Durchmesser des Schraublochs, wodurch der Stift in das Schraubloch eingeführt bzw. eingesteckt werden kann, ohne dass es erforderlich ist, dass der Adapter in das Schraubloch eingeschraubt wird. Insbesondere ist es hierzu nicht erforderlich, dass der Stift zylindrisch ausgebildet ist oder ein Gewinde aufweist.The adapter according to the invention for measuring a screwing position by a robot has a pin for insertion into a screw hole. The screw hole may be any opening made, for example, by drilling, punching or the like, such as a threaded hole. The invention is not limited to any particular type of (screw) holes to be measured. In the following, all possible (screw) holes are only included with the term screw hole. In particular, the diameter of the pin is smaller than the diameter of the screw hole, whereby the pin can be inserted or inserted into the screw hole, without it being necessary that the adapter is screwed into the screw hole. In particular, it is not necessary for this that the pin is cylindrical or has a thread.

Erfindungsgemäß ist mit dem Stift ein Werkzeugkopf verbunden, an dem ein Werkzeug eines Roboters angreifen kann. Hierbei ist mit dem Werkzeugkopf das Werkzeug verbindbar, mit dem später das Befestigungsmittel wie beispielsweise die Schraube befestigt wird. Somit ist der Werkzeugkopf des Adapters identisch ausgebildet mit dem Werkzeugkopf des später einzubringenden Befestigungsmittels, so dass die Vermessung der Position des Schraublochs mit dem Werkzeug erfolgen kann, welches auch zur Befestigung des Befestigungsmittels hergenommen wird. Hierdurch ist es nicht erforderlich, ein Messwerkzeug am Manipulator des Roboters vorzusehen, welches sodann aufwendig getauscht werden müsste. Gleichzeitig ist durch die Position des Werkzeugs unmittelbar auch die Schraubposition bestimmt. Ein Umrechnen der Schraubposition ist nicht erforderlich, was beispielsweise bei der Verwendung von Messwerkzeugen erforderlich wäre, so dass die Ausgestaltung des tatsächlich verwendeten Werkzeugs berücksichtigt werden muss. Somit kann die Schraubposition einfacher und zuverlässiger bestimmt werden.According to the invention a tool head is connected to the pin, on which a tool of a robot can attack. Here, with the tool head, the tool can be connected, with which later the fastening means such as the screw is attached. Thus, the tool head of the adapter is formed identically with the tool head of the later to be introduced fastener, so that the measurement of the position of the screw hole can be done with the tool, which is also used for attachment of the fastener. As a result, it is not necessary to provide a measuring tool on the manipulator of the robot, which then would have to be exchanged consuming. At the same time the screw position is determined by the position of the tool immediately. Conversion of the screwing position is not required, which would be required, for example, when using measuring tools, so that the design of the tool actually used must be taken into account. Thus, the screwing can be determined easier and more reliable.

Vorzugsweise weist der Adapter eine Spannvorrichtung zur Fixierung des Adapters im Schraubloch auf. Hierdurch wird einerseits sichergestellt, dass der Adapter stets in einer vordefinierten, vorzugsweise zentrierten Position im Schraubloch angeordnet ist. Gleichzeitig wird verhindert, dass der Adapter bei Über-Kopf-Arbeiten aus dem Schraubloch herausfällt.Preferably, the adapter has a clamping device for fixing the adapter in the screw hole. This ensures on the one hand that the adapter is always arranged in a predefined, preferably centered position in the screw hole. At the same time, the adapter is prevented from falling out of the screw hole during overhead work.

Vorzugsweise weist die Spannvorrichtung mindestens ein, vorzugsweise zwei Federelemente auf, um den Adapter im Schraubloch spannend zu fixieren. Dabei ist insbesondere das mindestens eine Federelement als Blattfeder ausgebildet und erstreckt sich bevorzugt zumindest über einen Teil des Stifts entlang dem Stift. Andere Federelemente, wie beispielsweise radial ausgerichtete Federelemente sind ebenfalls denkbar. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Fixierung des Adapters im Schraubloch gewährleistet. Preferably, the clamping device has at least one, preferably two spring elements to fix the adapter in the screw hole exciting. In particular, the at least one spring element is designed as a leaf spring and preferably extends at least over part of the pin along the pin. Other spring elements, such as radially oriented spring elements are also conceivable. As a result, a fixation of the adapter in the screw hole is ensured in a simple manner.

Vorzugsweise ist der Adapter aus Kunststoff hergestellt oder im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt. Dabei ist insbesondere der gesamte Adapter ausschließlich aus Kunststoff hergestellt. Alternativ hierzu kann zumindest das Federelement aus Metall hergestellt sein. Bei einem Adapter, der vollständig oder zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff hergestellt ist, sind die Kosten für die Herstellung besonders gering und der Aufbau einfach, da der Adapter beispielsweise als Spritzgussteil ausgebildet sein kann. Da auf den Adapter keine Kräfte wirken bei der Vermessung der Position des Schraublochs, ist ein Ausbilden aus Kunststoff ausreichend. Preferably, the adapter is made of plastic or made substantially of plastic. In particular, the entire adapter is made exclusively of plastic. Alternatively, at least the spring element may be made of metal. In an adapter which is completely or at least substantially made of plastic, the cost of production is particularly low and the structure is simple, since the adapter may be formed, for example, as an injection molded part. Since no forces act on the adapter in the measurement of the position of the screw hole, forming a plastic is sufficient.

Vorzugsweise weist der Werkzeugkopf einen Außensechskant auf, an den ein Maulschlüsselwerkzeug angreifen kann, oder mittels eines Steckschlüsseleinsatzes, welcher auch als Stecknuss oder Nuss bezeichnet wird. Alternativ hierzu weist der Werkzeugkopf eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines Kreuzschlitz-, Schlitz-, Innensechskant- bzw. Inbus- oder Torx-Werkzeugs auf. Alternativ hierzu handelt es sich bei dem Werkzeugkopf um einen Nietdorn einer Blindniete. In jedem Fall ist der Werkzeugkopf des Adapters identisch ausgebildet mit dem Werkzeugkopf des Befestigungsmittels.Preferably, the tool head has an external hexagon, to which a spanner tool can engage, or by means of a socket, which is also referred to as a socket or nut. Alternatively, the tool head has a tool holder for receiving a Phillips, slotted, Allen or Allen or Torx tool. Alternatively, the tool head is a rivet mandrel of a blind rivet. In any case, the tool head of the adapter is formed identically with the tool head of the fastener.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Vermessen einer Schraubposition durch einen Roboter mit den folgenden Schritten:

a) Auswählen eines Werkzeugs für den Roboter;
b) Auswählen eines zum Werkzeug passenden Adapters;
c) Einsetzen eines Adapters in ein Schraubloch;
d) Anfahren des Adapters mit dem Werkzeug des Roboters;
e) Verbinden des Werkzeugs des Roboters mit dem Adapter;
f) Auslesen der Werkzeugposition durch eine Robotersteuerung, wobei die Werkzeugposition identisch mit der Schraublochposition ist

wobei das Werkzeug des Roboters dem Werkzeug für die nachfolgende Befestigung eines Befestigungsmittels wie beispielsweise einer Schraube oder Niete oder dergleichen entspricht.The present invention further relates to a method for measuring a screwing position by a robot with the following steps:

a) selecting a tool for the robot;
b) selecting an adapter suitable for the tool;
c) inserting an adapter into a screw hole;
d) starting the adapter with the tool of the robot;
e) connecting the tool of the robot to the adapter;
f) read the tool position by a robot controller, wherein the tool position is identical to the Schraublochposition

wherein the tool of the robot corresponds to the tool for the subsequent attachment of a fastener such as a screw or rivet or the like.

Dabei kann zumindest die Reihenfolge der Schritte a) und b) frei gewählt werden, so dass zunächst ein Adapter und sodann ein dazu passendes Werkzeug für den Roboter ausgewählt wird bzw. zunächst ein Werkzeug für den Roboter, welches zum Befestigungsmittel passt, und sodann ein entsprechender Adapter ausgewählt wird. Somit wird sowohl für das Einmessen der Schraubenposition sowie für das spätere Befestigen der Schrauben, Nieten oder dergleichen lediglich ein Werkzeug benötigt bzw. ist das verwendete Werkzeug für beide Schritte identisch.In this case, at least the sequence of steps a) and b) can be freely selected, so that first an adapter and then a matching tool for the robot is selected or first a tool for the robot, which fits the fastener, and then a corresponding Adapter is selected. Thus, only one tool is required both for the calibration of the screw position and for later securing the screws, rivets or the like or the tool used for both steps is identical.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Adapter verwendet wie vorstehend beschrieben.Preferably, in the method according to the invention, an adapter is used as described above.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Adapter
2 den erfindungsgemäßen Adapter in einem Schraubloch in Detailansicht und
3 Anlernen des Roboters mittels des erfindungsgemäßen Adapters gemäß der 1.

Show it:

1 an adapter according to the invention
2 the adapter of the invention in a screw hole in detail view and
3 Teaching the robot by means of the adapter according to the invention according to the 1 ,

Der erfindungsgemäße Adapter 10 weist einen Stift 12 sowie einen Werkzeugkopf 14 auf. Der Stift 12 ist dabei ausgeführt, um in ein Schraubloch 16 (2) eingeführt zu werden. Hierzu ist der Durchmesser des Stifts 12 kleiner als der Durchmesser des Schraublochs 16. Dabei weist der Stift 12 keinerlei Gewinde auf, um diesen einzuschrauben. Der Stift 12 wird in das Schraubloch 16 eingeführt bzw. eingesteckt, ohne in diesen fest verschraubt werden zu müssen. Mit dem Stift 12 ist weiterhin eine Spannvorrichtung verbunden, ausgebildet durch zwei Blattfedern 18. Die beiden Blattfedern 18 erstrecken sich dabei über den gesamten Stift 12. Durch die Blattfedern 18 wird eine klemmende Fixierung des Adapters 10 im Schraubloch 16 gewährleistet. Durch Vorsehen von zwei Blattfedern 18 wird darüber hinaus sichergestellt, dass der Adapter 10 im Schraubloch 16 zentriert fixiert wird. Somit wird durch die Blattfedern 18 einerseits sichergestellt, dass ein schnelles Anbringen des Adapters 10 im Schraubloch 16 gewährleistet wird, andererseits jedoch ein Herausfallen des Adapters verhindert wird.The adapter according to the invention 10 has a pen 12 as well as a tool head 14 on. The pencil 12 is designed to be in a screw hole 16 ( 2 ) to be introduced. This is the diameter of the pen 12 smaller than the diameter of the screw hole 16 , This shows the pen 12 no thread on to screw this. The pencil 12 gets into the screw hole 16 inserted or inserted without having to be screwed into these tightly. With the pen 12 Furthermore, a tensioning device is connected, formed by two leaf springs 18 , The two leaf springs 18 extend over the entire pen 12 , Through the leaf springs 18 becomes a clamping fixation of the adapter 10 in the screw hole 16 guaranteed. By providing two leaf springs 18 It also ensures that the adapter 10 in the screw hole 16 centered is fixed. Thus, by the leaf springs 18 on the one hand ensures that a quick attachment of the adapter 10 in the screw hole 16 ensures, on the other hand, however, falling out of the adapter is prevented.

Der Werkzeugkopf 14 weist im dargestellten Beispiel eine Werkzeugaufnahme 20 auf, welche im vorliegenden Beispiel als Inbus- oder Innensechskantaufnahme ausgebildet ist. Nach dem Einstecken des Adapters 10 in das Schraubloch 16 wird sodann die Position des Adapters 10 durch einen Roboter 22 angefahren. Dabei weist der Roboter 22 ein Inbus- bzw. Außensechskantwerkzeug 24 auf, welches zur Werkzeugaufnahme 20 passt. Hierbei ist die Werkzeugaufnahme 20 des Adapters 10 derart gewählt, dass diese identisch mit der Werkzeugaufnahme einer später verwendeten Schraube ist. Durch den Roboter 22 wird sodann die Position des Werkzeugkopfs ermittelt, wobei diese Position der Schraubposition gerade entspricht. Insbesondere ist es nicht erforderlich, ein spezielles Messwerkzeug mit dem Roboter 22 zu verbinden, um die Schraubposition zu erfassen, da die Position bereits unmittelbar mit dem zu verwendenden Werkzeug bei der späteren Befestigung einer Schraube ermittelt wird.The tool head 14 has a tool holder in the example shown 20 on, which is formed in the present example as allen or hexagon socket. After plugging in the adapter 10 in the screw hole 16 then the position of the adapter 10 by a robot 22 approached. This is where the robot points 22 an Allen or external hex tool 24 on which tool holder 20 fits. Here is the tool holder 20 of the adapter 10 chosen such that it is identical to the tool holder of a screw used later. By the robot 22 the position of the tool head is then determined, this position just corresponds to the screwing. In particular, it is not necessary to use a special measuring tool with the robot 22 to connect to detect the screwing position, since the position is already determined directly with the tool to be used in the subsequent attachment of a screw.

Selbstverständlich kann der Adapter 10 andere Werkzeugaufnahmen oder Werkzeugköpfe aufweisen, wobei jeweils ein entsprechendes Werkzeug 24 mit dem Roboter 22 verbunden werden kann. Bei dem Schraubloch 16 kann es sich um ein Bohrloch, ein Stanzloch oder dergleichen handeln, ohne dass es dabei auf die Art und Weise ankommt, auf die das Schraubloch 16 hergestellt wurde. Als Befestigungsmittel, welches sodann durch den Roboter 22 in dem Schraubloch 16 an der durch die vorliegende Erfindung ermittelten Position eingebracht werden kann, sind alle denkbaren Befestigungsmittel möglich wie beispielsweise Schrauben, Schlagschrauben, Nieten und dergleichen.Of course, the adapter 10 have other tool holders or tool heads, each with a corresponding tool 24 with the robot 22 can be connected. At the screw hole 16 it may be a borehole, a punched hole or the like, without depending on the manner in which the screw hole 16 was produced. As a fastener, which then by the robot 22 in the screw hole 16 can be introduced at the position determined by the present invention, all conceivable fastening means are possible such as screws, impact screws, rivets and the like.

Somit wird zur Bestimmung der Schraubposition zunächst ein Adapter 10 in ein Schraubloch 16 eingesetzt und nachfolgend der Adapter 10 mittels eines entsprechenden Werkzeugs eines Roboters 22 angefahren und hieraus die Position des Adapters, welche mit der Schraubposition übereinstimmt, ermittelt. Ein Einschrauben des Adapters entfällt, wodurch die Bestimmung der Schraubposition deutlich einfacher und schneller erfolgen kann.Thus, to determine the screwing initially an adapter 10 in a screw hole 16 used and subsequently the adapter 10 by means of a corresponding tool of a robot 22 approached and from this, the position of the adapter, which coincides with the screw position determined. Screwing the adapter is eliminated, making the determination of the screwing can be done much easier and faster.

Claims

Adapter for measuring a screwing position by a robot, with a pin (12) for insertion into a screw hole (16) and a tool head (14) connected to the pin (12) to which a tool (24) of a robot (22) can engage.

Adapter after Claim 1 , characterized in that the adapter (10) has a clamping device (18) for fixing the adapter (10) in the screw hole (16).

Adapter after Claim 2 , characterized in that the tensioning device comprises at least one, preferably two spring elements (18), wherein the spring element is in particular designed as a leaf spring and extends at least over part of the pin (12) along the pin (12).

Adapter according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the tool head (14) has a hexagon to which a spanner tool or socket can engage, or that the tool head (14) has a tool receptacle (20) for receiving a Phillips, slotted, Allen, Torx Tool or a rivet mandrel of a blind rivet.

Adapter according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the adapter is made of plastic, in particular as an injection molded part.

Method for measuring a borehole by a robot with the steps: a) selecting a tool (24) for the robot (22); b) selecting an adapter (10) matching the tool (24); c) inserting an adapter (10) in a screw hole (16); d) starting the adapter (10) with the tool (24) of the robot (22); e) connecting the tool (24) of the robot (22) with the adapter (10); f) read the tool position by a robot controller, wherein the tool position is identical to the Schraublochposition, wherein the tool of the robot corresponds to the tool for the subsequent attachment of a fastener.

Method according to Claim 6 in which an adapter (10) according to one of Claims 1 to 5 is used.