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Die
Erfindung betrifft einen Endeffektor zum Fügen von Verbindungselementen,
insbesondere Nieten, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Ein
solcher Endeffektor ist aus der
DE 690 01 202 T2 bekannt. Er dient zum Setzen
von Nieten an Werkstücken und beinhaltet ein Gestell mit
einer Bohreinheit und einer Setzeinrichtung für die Niete. Der
Endeffektor ist an einen bestimmten Niettyp adaptiert.
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Die
US 4,885,836 A zeigt
ein Nietverfahren und eine Nietvorrichtung mit kooperierenden mehrachsigen
Robotern und uni-funktionalen Endeffektoren zum Nieten von Flugzeugteilen,
z. B. Tragflächenelementen. Hierbei findet eine parallele
Bearbeitungsweise mit strikter Trennung der Bohr- und Verbindungsvorgänge
statt, bei der zunächst alle Nietlöcher hergestellt
werden und dann in einem zweiten Arbeitsgang das Einsetzen und Schlagen
der einzelnen Niete in die vorbereiteten Nietlöcher erfolgt.
Die Roboter haben jeweils eine Roboterhand mit einer Kupplungsanordnung,
die verschiedene austauschbare Endstücke oder Endeffektoren
trägt. Die Endeffektoren führen jeweils nur eine
einzige Tätigkeit, nämlich Bohren, Entgraten,
Setzen von Nieten und Schlagen von Nieten aus. Wenn nach dem Bohren und
Entgraten aller Nietlöcher die Nieten im nächsten Durchgang
gesetzt und geschlagen werden, müssen die Endeffektoren
komplett ausgetauscht werden. Die zum Nieten oder anderweitigen
Verbinden vorgesehenen Endeffektoren sind an das jeweilige Verbindungselement
angepasst und sind nicht in der Lage, unterschiedliche Arten von
Nieten oder anderen Verbindungselementen zu handhaben. Bei einem
Wechsel des Typs des Verbindungselements ist daher auch ein kompletter
Wechsel der zugehörigen Endeffektoren notwendig. Für
einen Wechsel der Endeffektoren müssen die Roboter jeweils
zu einem am Ende ihrer Fahrachse befindlichen Werkzeugmagazin fahren
und dort den Werkzeugwechsel vornehmen, wobei der komplette Endeffektor
getauscht wird.
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Die
US 4,762,261 A und
DE 35 35 761 C1 betreffen
einen Nietautomat für gewölbte schalenförmige
Werkstücke, die als Rumpfspant mit Stringern ausgebildet
sind. Der Nietautomat kann Senkkopfniete und Passniete mit Verschraubungen
verarbeiten. Er weist ein inneres Nietsystem mit einem Nietdöpper
und ein äußeres Nietsystem mit einem für mehrere
Bearbeitungsfunktionen geeigneten Revolverkopf auf, der Bohren und
Senken, Dichteinmittel einspritzen, Nietzuführen und Gegenhalten
etc. ausführt. Für das Zuführen und Gegenhalten
von Nieten ist im Revolverkopf eine Bohrung vorgesehen. Durch die
kompakte und unteilbare Ausführung muss der komplette Revolverkopf
bei einem Nietenwechsel getauscht werden.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere und insbesondere
flexiblere Verbindungstechnik aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Der
beanspruchte Endeffektor kann funktionsflexibel sein und sich in
kurzer Zeit und in einfacher Weise auf verschiedene Typen von Verbindungselementen,
z. B. Nieten, umrüsten lassen. Hierbei ist es möglich,
nur Teile des Endeffektors auszuwechseln, insbesondere die Setzeinrichtung. Der
apparative Aufwand kann dadurch verringert und der Wechsel beschleunigt
werden. Besonders günstig ist es hierbei, die Setzeinrichtung
mehrteilig auszubilden und aus einer gestellfesten Basiseinheit
und einer wechselbaren und typspezifischen Setzeinheit aufzubauen.
Hierbei können über eine Andockeinheit die notwendigen
Versorgungen für die Setzeinheit angeschlossen werden.
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Vorteilhafterweise
kann eine externe Versorgungseinheit für mehrere im Typ
unterschiedliche Verbindungselemente vorhanden sein, die mit der Basiseinheit
verbunden ist, wobei der typspezifischen Setzeinheit das jeweils
benötigte Verbindungselement zugeführt wird.
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Der
Endeffektor eignet sich besonders für die Verbindung mit
einem mehrachsigen Manipulator, insbesondere einem Gelenkarmroboter
oder einem kartesischen Roboter. Während des Fügeprozesses kann
beim Typwechsel des Verbindungselements schnell und einfach die
Setzeinheit getauscht werden, was ohne größere
Betriebsunterbrechung möglich ist. Die anderen Komponenten
des Endeffektors können belassen werden. Dies vereinfacht
und beschleunigt ebenfalls den Umrüstvorgang. Mit einem Endeffektor
können eine Vielzahl verschiedener Typen von Verbindungselementen
bearbeitet werden.
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Der
beanspruchte Endeffektor besitzt eine Dreheinheit, an der eine Bearbeitungseinrichtung,
z. B. eine Bohreinheit, die Setzeinrichtung und eine Kontrolleinrichtung
nebeneinander sternartig in Umfangsrichtung verteilt angeordnet
sind und durch eine Schwenkbewegung in die Arbeitsposition gebracht werden
können. Dies ist auf schnelle, sichere und genaue Weise
möglich.
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Der
Endeffektor hat vorteilhafterweise eine Andrückeinrichtung,
mit der die zu fügenden Werkstücke zusammengepresst
werden. Die Dreheinheit kann um eine Vorschubachse der Andrückeinrichtung
drehbar sein. Die Fügeachse kann parallel zu diesen Achsen
verlaufen. Die Dreheinheit hat eine eigenständige Bedeutung
und kann auch in Verbindung mit anderen Endeffektoren ohne austauschbare Setzeinrichtung
verwendet werden.
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Der
Endeffektor kann eine Kontrolleinrichtung aufweisen, die ggf. mehrere
Aufgaben erfüllen kann. Zum einen kann sie zur korrekten
Ausrichtung des Endeffektors bzgl. der Oberfläche des zu
fügenden Werkstücks dienen. Hierfür kann
z. B. eine geeignete Sensorik zum Einsatz kommen. In der bevorzugten
Ausführungsform wird eine Messkamera eingesetzt, die durch
eine Durchgangsöffnung der Andrückvorrichtung,
z. B. die zentrale Öffnung einer schwenkbaren und sich
nach der Werkstückoberfläche ausrichtenden Druckstempelbuchse,
blicken. Durch Vergleich von Lage und Form der Bilder von verschiedenen
Stellen der Durchgangsöffnung kann die Lageausrichtung
des Endeffektors mittels einer geeigneten Positioniereinrichtung,
die z. B. dem Manipulator zugeordnet ist, exakt eingestellt werden.
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Die
Messkamera kann außerdem zur Vermessung einer Aufnahmeöffnung,
insbesondere einer Bohrung, für das Verbindungselement
in den Werkstücken dienen. Etwaige Fehler können
vor dem Setzen des Verbindungselements erkannt und behoben werden,
z. B. durch einen Wechsel und den Einsatz eines anderen geeigneten
Verbindungselements. Die Messkamera kann außerdem bei mehrteiligen
Verbindungselementen, die z. B. aus einem Bolzenteil und einem Gegenstück
bestehen, die Lage des Gegenstücks auf der anderen Werkstückseite mit
Kamerablick durch die Aufnahmeöffnung erfassen und ggf. über
eine andere Positioniereinrichtung korrigiert werden. Für
das Gegenstück kann ein anderer Endeffektor benutzt werden.
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Die
beanspruchte Fügeeinrichtung mit ein oder mehreren Endeffektoren
und zugehörigen Handhabungseinrichtungen, insbesondere
kooperierenden Robotern, hat den Vorteil, dass ein Fügen
von gleichen oder unterschiedlichen Verbindungselementen in vollautomatischer
Weise an beliebigen und insbesondere auch an kompliziert geformten
Werkstücken durchgeführt werden kann. Besondere
Vorteile ergeben sich bei gewölbten Werkstücken,
z. B. Außenhäuten von Flugzeugrümpfen
oder anderen Flugzeugteilen, die auf Stützmittel, z. B.
gebogene Spante, gefügt werden müssen. Die Werkstücke
können hierbei auch aus problematischen und empfindlichen
Werkstoffen, z. B. speziellen Kunststoffen oder dgl., bestehen.
Die bisher im Flugzeugbau übliche Handarbeit kann weitgehend
entfallen. Die beanspruchte Fügeeinrichtung kann die Fügeprozesse schneller
und präziser als ein Werker durchführen und ist
dabei auch in der Lage, schwergewichtige Endeffektoren zu handhaben.
Die beanspruchte Fügeeinrichtung benötigt nur
geringe bauseitige Vorgaben, z. B. ein Podest zur Abstützung
und ggf. zum Verfahren der Handhabungseinrichtungen. Eine weitere
Prozessoptimierung kann durch parallelen Einsatz mehrerer Fügeeinrichtungen
erreicht werden.
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Die
beanspruchte Fügeeinrichtung ist hochflexibel und kann
für beliebige Arten von einteiligen oder mehrteiligen Verbindungselementen
eingesetzt werden. Insbesondere können die vorerwähnten zweiteiligen
Niete mit Bolzenteil und Gegenstück verwendet werden, wobei
das Gegenstück unter exakter Klemmung der Werkstücke
und mit Druck auf das Bolzenteil gesetzt sowie in geeigneter Weise
fixiert werden kann, z. B. durch Quetschen. Der andere Endeffektor
kann hierbei eine Drehsicherung aufweisen, um den Fügeprozess
sicherer zu gestalten und ein Verdrehen des einen Verbindungselementteils, insbesondere
des Bolzenteils, zu verhindern. Andererseits können auch
einteilige Niete verarbeitet werden, wobei nur eine Handhabungseinrichtung
mit einem Endeffektor zum Einsatz kommen kann, dessen Setzeinrichtung
entsprechend umgerüstet werden kann. Statt Nieten können
auch andere Verbindungselemente, z. B. Schrauben und Muttern, Quetschbolzen
oder dgl. Verwendung finden.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1:
eine Fügeeinrichtung mit zwei Robotern und zwei Endeffektoren
zum Nieten von gewölbten Werkstücken,
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2:
eine perspektivische Ansicht eines Endeffektors mit einer mehrteiligen
Setzeinrichtung und einer abgelegten Setzeinheit,
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3:
den Endeffektor von 2 mit angebauter Setzeinheit,
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4:
eine abgebrochene und längsgeschnittene Darstellung einer
Andrückeinrichtung und einer Kontrolleinrichtung für
die Ausrichtung des Effektors gegenüber der Werkstückoberfläche,
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5:
eine abgebrochene und längsgeschnittene Darstellung einer
Kontrolleinrichtung für die Lageerfassung eines Gegenstücks
auf der anderen Werkstückseite,
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6:
eine perspektivische Darstellung der zwei Endeffektoren von 1 an
abgebrochen dargestellten Werkstücken,
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7:
die beiden Endeffektoren von 6 in einer
anderen perspektivischen Ansicht,
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8:
eine perspektivische Ansicht eines mehrteiligen Verbindungselements
und
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9 bis 11:
einen Ablauf des Nietprozesses in drei Schritten
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Die
Erfindung betrifft einen Endeffektor (10, 11)
zum Fügen von Verbindungselementen (6). Die Erfindung
betrifft ferner ein aus einem oder mehreren Endeffektoren (10, 11)
gebildetes Fügewerkzeug (9) und eine Fügeeinrichtung
(1) sowie ein Fügeverfahren.
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Die
zu fügenden Werkstücke (2, 3)
können von beliebiger Zahl, Art, Form und Größe
sein. Sie können außerdem aus beliebigen Werkstoffen
bestehen, die in der Werkstückpaarung gleich oder unterschiedlich
sein können.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel von 1 ist ein
Teil eines Flugzeugrumpfes dargestellt. Das eine großflächige
Werkstück (2) ist z. B. eine Hülle oder
Außenhaut des Rumpfes aus Kunststoff oder Leichtmetall,
die eben oder wie im gezeigten Ausführungsbeispiel in einer
oder in mehreren Achsen gekrümmt sein kann. Das zweite
Werkstück (3) kann z. B. ein Träger aus
Metall, insbesondere Leichtmetall, hier z. B. ein gebogener Spant,
sein, der entlang der Krümmung innenseitig an der Hülle
(2) durch Verbindungselemente (6) fixiert wird.
Das zweite Werkstück (3) kann z. B. auch ein in
Längsrichtung verlaufendes Versteifungselement, z. B. ein
sog. Stringer, sein.
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Daneben
sind beliebige andere Ausgestaltungen und Anordnungen der Werkstücke
(2, 3) möglich. Insbesondere können
drei, vier oder mehr Werkstücke (2, 3)
gefügt werden. Mit dem Endeffektor (10) und der
Fügeeinrichtung (1) können andererseits
Fügearbeiten an einem einzelnen Werkstück (2)
durchgeführt werden, wobei z. B. bolzenförmige
Verbindungselemente (6) eingesteckt und insoweit gefügt werden.
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Die
Verbindungselemente (6) können einteilig oder
mehrteilig sein. Sie können von beliebiger Art und Größe
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente
(6) als Niete ausgebildet. Alternativ kann es sich um Schrauben
mit Muttern, um Quetschbolzen oder dgl. in beliebiger anderer Weise
ausgestaltete Verbindungselemente handeln. 8 zeigt
einen mehrteiligen Niet (6), der aus einem Bolzenteil (7)
mit einem endseitig verbreiterten konischen Kopf und aus einem z.
B. hohlen Gegenstück (8) besteht, das z. B. als
Mutter, als Schließring, als verformbarer Quetschring (sog.
swaged collar) oder als sog. Nuss ausgebildet ist. Das Bolzenteil
(7) kann am vorderen Schaftende ein umfangseitiges Gewinde,
ein Wellenprofil oder dgl. andere von der Grundform, z. B. Zylinderform,
abweichende Kontur zur Bildung einer formschlüssigen Verrastung
beim Aufquetschen oder Aufziehen des Gegenstücks (8) aufweisen.
Das hülsenartige Gegenstück (8) kann
an der Innenwandung der Bohrung ebenfalls ein Gewinde, ein Wellenprofil
oder dgl. aufweisen.
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Das
Bolzenteil (7) kann am vorderen Stirnende eine Stirnöffnung
(53), z. B. eine im Querschnitt prismatische Sackbohrung,
insbesondere einen Innensechskant, aufweisen. Hier kann in der nachfolgend
beschriebenen Weise eine Drehsicherung (52) angreifen,
die für eine Drehlagenfixierung des Bolzenteils (7)
im Fügeprozess sorgt. An einer Stirnöffnung (53)
kann auch ein vorstehender kleiner Bolzenabschnitt, z. B. ein Außensechskant,
vorhanden sein.
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Ferner
ist es möglich, in Abwandlung der Ausführungsform
von 8 das Bolzenteil (8) mit zwei gewinde-
oder wellenartigen Konturen und einer Einschnürung dazwischen
auszubilden. Hierdurch wird ein Spannschaft gebildet, auf den ein
anderes hülsenartiges Gegenstück (8)
aufgesetzt, gegen die Werkstücke (2, 3)
gepresst und dabei durch Quetschen oder dgl. fixiert werden kann,
wobei die Abstützung am vorderen Schaftende erfolgt, das
anschließend an der eingeschnürten Sollbruchstelle
bricht und entfernt werden kann.
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Statt
einer Quetschfixierung ist auch eine Rast- oder Clipsverbindung
durch entsprechend geformte Elementteile (7, 8)
mit Rastringen oder Rastnasen möglich. Ferner kann eine
stoff- oder haftschlüssige Fixierung durch Verkleben, Verschweißen oder
dgl. erfolgen.
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Im
hinteren, kopfnahen Schaftbereich kann das Bolzenteil (7)
einen Aufnahmebereich für ein Dichtmittel (nicht dargestellt)
aufweisen, welches die Nietöffnung (15) bei eingesetztem
Niet (6) verschließt und ggf. auch den Niet (6)
verklebt. 9 bis 11 verdeutlichen
in einer Schnittdarstellung diese Einbaulage.
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Die
Fügeeinrichtung (1) dient zum Fügen von ein
oder mehreren Werkstücken (2, 3) mit
den besagten Verbindungselementen (6), z. B. den gezeigten Nieten
und weist mindestens eine Handhabungseinrichtung (4, 5)
mit einem Endeffektor (10, 11) zur Durchführung
des Fügeprozesses auf. Bei einteiligen Verbindungselementen
(6), z. B. Setznieten oder Blindnieten, genügt
ein einzelner Endeffektor (10) und eine Handhabungseinrichtung
(4). An der anderen Handhabungseinrichtung (5)
kann alternativ ein Gegenhalter angebracht sein. Die ein oder mehreren Endeffektoren
(10, 11) bilden ein ein- oder mehrteiliges Fügewerkzeug
(9).
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1 zeigt
die Ausbildung der Fügeeinrichtung (1) nebst Fügewerkzeug
(9) für ein mehrteiliges Verbindungselement (6),
z. B. den in 8 gezeigten Niet mit dem Bolzen
(7) und dem Gegenstück (8). Mit dem einen
Endeffektor (10) wird das Bolzenteil (7) in die
Werkstücke (2, 3) gesetzt, wobei ggf.
zuvor die Aufnahmeöffnung oder Bohrung (15) mit
dem gleichen Endeffektor (10) geschaffen wird. Die Bolzenteile
(7) werden z. B. von der Außenseite her durch
die Hülle (2) in eine angesenkte Bohrung (15)
eingesetzt, wobei ihr Kopf außenseitig bündig
mit der Hülle (2) abschließt. Das Gegenstück
(8) wird vom anderen Endeffektor (11) und seiner
Handhabungseinrichtung (5) auf der gegenüberliegenden
Werkstückseite gehandhabt und auf das Bolzenteil (7)
gefügt.
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Die
Handhabungseinrichtung (4, 5) kann in beliebig
geeigneter Weise ausgebildet sein. Sie kann eine oder mehrere Bewegungsachsen
haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die eine oder
mehreren Handhabungseinrichtungen (4, 5) als mehrachsige
Manipulatoren ausgebildet. Dies können die in 1 gezeigten
Gelenkarmroboter mit sechs rotatorischen Achsen und einer mehrachsigen
und z. B. aus drei rotatorischen Achsen bestehenden Roboterhand
sein, wobei der Gelenkarmroboter eine oder mehrere Zusatzachsen,
z. B. die in 1 gezeigten Fahrachsen haben
kann. In einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform
kann der Manipulator (4, 5) als kartesischer Roboter
ausgebildet sein. Die Handhabungseinrichtung (4, 5)
kann auch in anderer Weise gestaltet sein und kann eine beliebige
Zahl und Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen
Achsen haben.
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Bei
einer Mehrfachanordnung von Handhabungseinrichtungen (4, 5),
insbesondere Robotern, können diese in einer Master-Slave-Beziehung
oder als kooperierende Roboter miteinander gekoppelt sein und wirken
mit ihren Endeffektoren (10, 11) beim Fügeprozess
in gegenseitig abgestimmter Weise zusammen. Die Handhabungseinrichtungen
(4, 5) können dabei auch gemeinsam gesteuert
sein, z. B. von der Robotersteuerung des einen Roboters (4),
der die Bolzenteile (7) setzt.
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Bei
der Anordnung von 1 sind die Werkstückteile
(2, 3) in einer Spanneinrichtung (54)
gehalten, die hier schematisch als Stützrahmen dargestellt ist.
In der konkreten Ausführungsform einer Fügeeinrichtung
(1) für einen Flugzeugrumpf können die
aus einer Hülle (2) und einer Mehrzahl von Spanten
(3) bestehenden Schalenelemente mit der Spanneinrichtung
(54) in einer Drehvorrichtung gehalten sein, welche den
Flugzeugrumpf bei Bedarf dreht, damit die mit einem begrenzten Arbeitsbereich
ausgestattete Fügeeinrichtung (1) alle Fügestellen
am Rumpf und insbesondere den gesamten Umfang der Außenhaut
(2) erreichen kann. Die Handhabungseinrichtungen (4)
sind auf einem nicht dargestellten Podest angeordnet und können
auf diesem entlang der Rumpflängsachse verfahren. Sie können
ggf. auch bei Rumpfdrehungen quer zur Längsachse bewegt werden.
In Abwandlung der Darstellung von 1 können
mehrere Fügeeinrichtungen (1) in Rumpflängsachse
hintereinander angeordnet sein.
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Die
Handhabungseinrichtungen (4, 5) handhaben jeweils
mindestens einen Endeffektor (10, 11). Beide Endeffektoren
(10, 11) haben ein Gestell (12, 44),
welches an geeigneter Stelle, z. B. an der Rückseite, einen
Anschluss (13) für die feste oder lösbare Verbindung
mit der Handhabungseinrichtung (4, 5), z. B. mit
dem Abtriebsflansch einer Roboterhand, aufweist. Am Anschluss (13)
kann eine steuerbare Wechselkupplung zwischengeschaltet sein, die
der Handhabungseinrichtung (4, 5) einen eigenständigen,
automatischen Wechsel des Endeffektors (10, 11)
erlaubt. Im Arbeitsbereich kann hierfür ein Magazin (nicht
dargestellt) vorhanden sein.
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2 und 3 sowie 6 und 7 zeigen
den Endeffektor (10) in verschiedenen Darstellungen. Er
dient in der vorerwähnten Weise zum Setzen der einteiligen
Verbindungselemente (6) oder der Bolzenteile (7)
von mehrteiligen Verbindungselementen (6). Die Verbindungselemente
(6) können am Endeffektor (10) bevorratet
sein. In der gezeigten Ausführungsform ist eine externe
Versorgungseinrichtung (39) für Verbindungselemente
(6) vorhanden, die an geeigneter Stelle, z. B. an der Handhabungseinrichtung
(4) angeordnet und mit dem Endeffektor (10) über
einen Schlauch oder eine andere geeignete Transportstrecke verbunden
ist. In der gezeigten Ausführungsform sind der Endeffektor
(10) und die Fügeeinrichtung (1) flexibel
und können mehrere unterschiedliche Typen von Verbindungselementen
(6) verarbeiten. Der Endeffektor (10) kann hieran
in der nachfolgend beschriebenen Weise adaptiert werden. In der
Versorgungseinrichtung (39) können mehrere unterschiedliche
Typen bevorratet sein und selektiv über die Transportstrecke,
z. B. einen Schlauch, dem Endeffektor (10) zugeführt
werden. Hierfür kann die Versorgungseinrichtung (39) eine
entsprechende Fördereinrichtung aufweisen, z. B. einen
Druckluftförderer. Die Auswahl des benötigten
und zugeführten Elementtyps erfolgt in der Versorgungseinrichtung
(39) und wird z. B. von der gemeinsamen Robotersteuerung
gesteuert.
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Die
Typunterschiede der Verbindungselemente (6) können
von beliebiger Art sein. Es kann sich z. B. um unterschiedliche
Größen der gleichen Bauform eines Verbindungselements
(6), z. B. des in 8 gezeigten
Niets (6) oder Bolzenteils (7), handeln. Ferner
können die Typunterschiede einteilige oder mehrteilige
Verbindungselemente (6) und darüber hinaus auch
unterschiedliche Grundformen von Verbindungselementen (6),
z. B. Niete, Schrauben, Bolzen oder dgl., betreffen.
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Im
Gestell (12) des Endeffektors (10) ist zumindest
eine Setzeinrichtung (18) für ein Verbindungselement
(6) und insbesondere dessen Bolzenteil (7), angeordnet.
Darüber hinaus können weitere Komponenten vorhanden
sein, z. B. eine Bearbeitungseinrichtung (14), eine Andrückeinrichtung
(16) und eine Kontrolleinrichtung (20). Diese
Zusatzkomponenten können alle oder teilweise entfallen
oder durch andere Endeffektoren (nicht dargestellt) ersetzt werden.
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Wenn
von der Fügeeinrichtung (1) mehrere unterschiedliche
Typen von Verbindungselementen (6) verarbeitet werden,
empfiehlt sich eine adaptierbare Ausbildung der Setzeinrichtung
und deren Austausch bei einem Typwechsel des Verbindungselements
(6). Die Setzeinrichtung (18) kann hierbei als Ganzes
oder in Teilen gewechselt oder umgerüstet werden, wobei
der Endeffektor (10) an der Handhabungseinrichtung (4, 5)
verbleiben kann. Diese austauschbare bzw. umrüstbare Ausbildung
der Setzeinrichtung (18) ist auf verschiedene Weise möglich.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel von 2 und 3 ist
die Setzeinrichtung (18) mehrteilig ausgebildet und besteht
aus einer Basiseinheit (32), die mit dem Gestell (12)
verbunden ist und bei der Umrüstung an diesem verbleibt
sowie aus einer typspezifischen Setzeinheit (33), die bei
einem Typwechsel ausgetauscht wird. 2 zeigt
die Setzeinheit (33) in einer abgelegten Stellung.
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Die
Basiseinheit (32) kann mit dem Gestell (12) fest
oder beweglich verbunden sein. In der gezeigten Ausführungsform
ist sie an einer nachfolgend beschriebenen Dreheinheit (21)
angeordnet. Die Basiseinheit (32) weist einen Versorgungsanschluss (38)
in der Art einer mehrfachen Schnittstelle zur Verbindung mit der
vorerwähnten externen Versorgungseinrichtung (39)
auf. Hier sind mehrere Schläuche oder Transportleitungen
parallel für die verschiedenen Typen von Verbindungselementen
(6) angeordnet. Die Basiseinheit (32) kann ferner
eine Auftrageeinrichtung (19) für ein Dichtmittel
aufweisen, welches auf das Bolzenteil (7) vor dem Setzen
aufgetragen wird. Die Basiseinheit (32) kann ferner einen
Vorschub in Fügerichtung oder Axialrichtung haben, wobei
diese Richtung mit der nachfolgend beschriebenen Drehachse (22)
und einer Vorschubachse der ebenfalls nachfolgend beschriebenen
Andrückeinrichtung (16) zusammenfallen kann oder
parallel verläuft.
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Die
Basiseinheit (32) und die Setzeinheit (33) besitzen
eine Andockeinheit (36) und eine Wechselkupplung (37)
für ihre lösbare Verbindung. Die Wechselkupplung
(37) ist z. B. in der Art einer mechanischen Wechselkupplung
für Roboterhände ausgestaltet und ist automatisiert
bzw. fernsteuerbar. Die Basiseinheit (32) und die Setzeinheit
(33) tragen formschlüssig zusammenpassende männliche
und weibliche Kupplungsteile. Die Andockeinheit (36) dient
zum Schließen von gestellfest am Basisteil (32) angebundenen
Leitungsverbindungen und weist Kupplungen für Betriebsmittel,
z. B. Leistungs-, Steuer- und Signalströme, Fluide etc.
auf.
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Die
Setzeinheit (33) besitzt ein Gestell (34) mit
einer Aufhängung (35) zur Positionierung und Unterbringung
in einem Magazin (nicht dargestellt). Sie hat ferner einen Setzkopf
(40), der an zumindest einen jeweiligen Typ von Verbindungselement
(6) angepasst sein kann. Der Setzkopf (40) kann
einen in Fügerichtung ausfahrbaren Schaft mit einer stirnseitigen
Aufnahme, z. B. einem Saughalter, für ein Verbindungselement
(6), insbesondere den Kopf eines Bolzenteils (7),
aufweisen.
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Am
Setzkopf (40) kann an geeigneter Stelle, z. B. am besagten
Schaft, eine Fügehilfe (41) angeordnet sein, die
das Setzen des Verbindungselement (6) in der Aufnahmeöffnung
(15) unterstützt, z. B. durch Vibrationen oder
Rüttelbewegungen. Ein wegen ungünstiger Toleranzen
oder aus anderen Gründen schwergängiges Verbindungselement
(6) kann beim Vorschub eingerüttelt werden, wobei
die Fügehilfe (41) z. B. einen Rüttelantrieb
aufweist, der quer und/oder längs zum Bolzenschaft wirkt.
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Ferner
besitzt der Setzkopf (40) einen angepassten Elementhalter
(43), der aus einer gabelförmigen Stütze
für das vordere Schaftende des Bolzenteils (7)
und aus zwei schalenförmigen und aufklappbaren Haltebacken
für den Schaft besteht (vgl. 2). In den
Elementhalter (43) wird das benötigte Verbindungselement
(6) eingeschossen und vor dem Schaft des Setzkopfes (40)
positioniert sowie an diesen übergeben. Der Setzkopf (40)
und insbesondere sein Elementhalter (43) ist über
einen Schlauch oder eine andere Transportleitung (nicht dargestellt)
in betriebsbereitem und gekoppeltem Zustand an die typspezifische
Anschlussstelle des Versorgungsanschlusses (38) angebunden.
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An
der Setzeinheit (33) kann ferner eine Entsorgungseinrichtung
(42) angeordnet sein, die mit dem Elementhalter (43)
verbunden ist und zur Entsorgung von unbrauchbaren Verbindungselementen (6)
dient. Hierfür hat der Elementhalter (43) einen zweiten
schalenförmigen Aufnahmebereich.
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Die
Handhabungseinrichtung (4) kann bei einem Typwechsel die
Setzeinheit (33) selbsttätig an einem Magazin
wechseln. Nach einem Wechsel werden auch die Versorgungseinrichtung
(39) umgesteuert und ggf. die anderen Komponenten im Endeffektor
(10) umgesteuert oder umgerüstet.
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Die
Bearbeitungseinrichtung (14) kann zum Einbringen und Ansenken
der Aufnahmeöffnung (15) an den Werkstücken
(2, 3) dienen und besitzt z. B. eine Bohreinheit
(24) mit einem wechselbaren Bohrer, die ebenfalls mit der
Dreheinheit (21) verbunden ist und einen Vorschub in Axial-
oder Fügerichtung aufweist. Bei einem Typwechsel wird ggf.
der Bohrer manuell oder automatisch getauscht. Statt einer Bohreinheit
(24) kann eine beliebige andere geeignete Einheit zum Einbringen
der angesenkten Aufnahmeöffnung (15) vorhanden
sein.
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Die
Andrückeinrichtung (16) ist frontseitig und bevorzugt
an der dem Anschluss (13) gegenüberliegenden Seite
des Endeffektors (10) angeordnet. Das Gestell (12)
kann in der in 2 und 3 gezeigten
Weise aus einer rückseitigen Tragplatte mit dem Anschluss
(13) und zwei in Fügerichtung vorstehenden, endseitig
angebundenen Tragarmen bestehen. An deren Frontende ist eine Brücke
(25) beweglich angeordnet, die aus einem Brückenkopf und
in den Tragarmen linearbeweglich gelagerten Stützarmen
besteht. Mittels einer Zustelleinrichtung (26), z. B. eines
auf die Stützarme wirkenden Vorschubs, kann die Brücke
(25) in Axial- und Fügerichtung ausgefahren werden.
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Die
Andrückeinrichtung (16) kann ferner eine Druckstempelbuchse
(29) an der Frontseite und in zentraler Anordnung an der
zentral verdickten, arm- oder leistenförmigen Brücke
(25) aufweisen. Die Druckstempelbuchse (29) kann
schwenkbar, z. B. über eine Kalotte (30), in der
Brücke (25) gelagert sein und steht stirnseitig über
diese vor. Innenseitig weist die Druckstempelbuchse (29)
eine Durchgangsöffnung (31) auf, durch die das
Verbindungselement (6) gesetzt werden kann.
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Für
den Fügeprozess positioniert die Handhabungseinrichtung
(4) zunächst den Endeffektor (10) an
der vorgesehenen Fügestelle und bleibt davor in einem kleinen
Abstand von z. B. 10 mm, stehen. Anschließend wird die
Andrückeinrichtung (16) aktiviert und fährt
die Brücke (25) mit ihren beiden endseitigen Stützarmen
aus, bis die Druckstempelbuchse (29) Kontakt mit dem Werkstück
(2) hat und hier mit einem vorbestimmten Druck angepresst
wird.
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Die
Positionierung des Endeffektors (10) am Werkstück
(2) kann in der Winkellage ungenau sein. Die Fügeachse
sollte eine bestimmte Winkelstellung gegenüber der Werkstückoberfläche
einnehmen und z. B. an der Fügestelle senkrecht ausgerichtet
sein. Für die korrekte Ausrichtung ist eine Kontrolleinrichtung
(20) vorgesehen, die in unterschiedlicher Weise ausgebildet
sein kann. Ferner kann eine Positioniereinrichtung (17)
vorhanden sein, die bei Bedarf eine vorhandene Fehlstellung korrigiert.
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Die
Kontrolleinrichtung (20) weist in der gezeigten Ausführungsform
eine Messkamera (27) auf, die mit ihrer Sicht- und Kameraachse
(28) längs der Fügeachse ausgerichtet
ist und in Funktionsstellung durch die Durchgangsöffnung
(31) zum Werkstück (2) blickt. Die Sichtachse
(28) fluchtet dabei mit der Fügeachse.
-
Die
schwenkbare Druckstempelbuchse (29) richtet sich mit ihrem
z. B. ringförmigen Kontaktelement nach der vorhandenen
Oberflächenkontur und Krümmung des Werkstücks
(2) aus. Wenn der Endeffektor (10) bzw. die Brücke
(25) mit ihrer Vorschubrichtung nicht parallel zur gewünschten
Fügeachse ausgerichtet ist, führt die Druckstempelbuchse
(29) eine Schwenkbewegung aus und nimmt die in 4 gezeigte
Kipplage ein, wobei die gestrichelt dargestellte Buchsenachse von
der Sicht- und Fügeachse (28) abweicht.
-
Die
Messkamera (27) blickt durch die Durchgangsöffnung
(31) und sieht mehrere z. B. ringförmige Öffnungskonturen.
Wenn die Sicht- und Fügeachse (28) in der gewünschten
Weise normal zur Werkstückoberfläche ausgerichtet
ist, ist die Druckstempelbuchse (29) nicht verdreht, wodurch
die besagten Öffnungskonturen als konzentrische Kreise
um die Achse (28) erscheinen. In der in 4 gezeigten Kippstellung
sieht die Messkamera (27) Ellipsen statt Kreise, wobei
die Ellipsen auch noch gegenseitig verschoben sind. Aus diesen Referenzbildern
kann die Messkamera (27) den Winkelversatz und die Fehlausrichtung
erkennen und ggf. auch messtechnisch erfassen bzw. berechnen.
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Die
Kontrolleinrichtung (20) und insbesondere die Messkamera
(27) kann mit der Robotersteuerung und z. B. der vorerwähnten
Positioniereinrichtung (17) verbunden sein. Von der Positioniereinrichtung
(17) wird der Endeffektor (10) zur Korrektur der Fehlstellung
bewegt. Wenn eine messtechnische Erfassung der Fehllage möglich
ist, erhält die Robotersteuerung einen entsprechenden Korrekturwert
für die Korrekturbewegung des Roboters (4). Alternativ kann
der Roboter (4) in Schleichfahrt den Endeffektor (10)
verfahren, bis die Kontrolleinrichtung (20) eine korrekte
Winkelausrichtung feststellt.
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In
Abwandlung der gezeigten Ausführungsform kann statt der
Messkamera (27) eine beliebige andere Sensorik für
die Kontrolleinrichtung (20) eingesetzt werden. Dies können
z. B. mehrere im Dreieck und mit gegenseitigem Abstand angeordnete
Näherungssensoren oder Kontaktsensoren sein, welche berührungslos
oder in Kontakt die fehlerhafte Winkelausrichtung bei der Zustellung
registrieren. Alternativ kann die Werkstückoberfläche
an der Fügestelle durch eine optische Vermessung oder auf
beliebige andere Weise erfasst und zur winkelgerechten Zustellung
des Endeffektors (10) bzw. die Andrückeinrichtung
(16) verwendet werden.
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In
der gezeigten Ausführungsform sind die Bohreinheit (24)
und die Kamera (27) ebenfalls an der Dreheinheit (21)
angeordnet. Die revolverartig ausgebildete Dreheinheit (21)
besitzt ein zentrales schlankes Tragelement, welches sich um eine
Drehachse (22) drehen kann und von einem steuerbaren Drehantrieb
(23) beaufschlagt wird, der z. B. an der endseitigen Tragplatte
des Gestells (12) angeordnet ist. Die Bearbeitungseinrichtung
(14) und die Setzeinrichtung (18) können
an der Dreheinheit (21), insbesondere an deren Tragelement,
längs beweglich angeordnet und mit einem steuerbaren Vorschubantrieb versehen
sein. Die Drehachse (22) kann im unteren Tragarm oder auch
im Stützarm der Andrückeinrichtung (16)
verlaufen und mit der vorerwähnten Zustellachse fluchten
oder zumindest zu dieser parallel sein.
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Die
Bearbeitungseinrichtung (14), die Setzeinrichtung (18)
und die Kontrolleinrichtung (20), insbesondere die Messkamera
(27), sind mit ihren Wirkachsen revolverartig im gleichen
radialen Abstand um die Drehachse (22) angeordnet und dabei
in Umfangsrichtung verteilt. Durch eine gesteuerte Drehbewegung
der Dreheinheit (21) werden diese Einrichtungen (14, 18, 20)
zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung hin und her
bewegt, in welcher ihre Wirkachse mit der Aufnahmeöffnung
(15) und der Fügeachse (28) fluchtet.
-
5 verdeutlicht
eine weitere Einsatzmöglichkeit für die Messkamera
(27) nach Einbringen der Aufnahmeöffnung (15).
Die Kamera (27) blickt durch die Durchgangsöffnung
(31) und die Aufnahmeöffnung (15) und
erfasst ein auf der anderen Werkstückseite vom anderen
Endeffektor (11) positioniertes Verbindungselementteil
bzw. Gegenstück (8). Wenn dieses nicht korrekt
zur Fügeachse (28) und zur Durchgangsöffnung
(15) ausgerichtet ist, erkennt dies die Messkamera (27),
z. B. durch einen Konturenversatz oder eine elliptische Verformung
einer normalerweise kreisförmigen Referenzkontur des Gegenstücks
(8). Die Messsignale und ggf. Auswerteergebnisse der Messkamera
(27) können einer Positioniereinrichtung (51)
für das Gegenstück (8) zugeführt
werden, die z. B. am anderen Endeffektor (11) angeordnet
ist und mit der die Lage des Gegenstücks (8) entsprechend
korrigiert werden kann.
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Ferner
kann die Messkamera (27) die Form und Größe
der Aufnahmeöffnung (15) vor dem Setzen des Verbindungselements
(6) vermessen und mit einer Vorgabe nebst Toleranz vergleichen.
Die Formen und Maße des im Elementhalter (43)
präsentierten Verbindungselements (6) sind ebenfalls
bekannt, z. B. aus einer Vorgabe oder aus einer Elementvermessung.
Wenn die Aufnahmeöffnung (15) und das Verbindungselement
(6) nicht vorgabegerecht zusammen passen, weil z. B. die
Aufnahmeöffnung (15) Übermaß hat,
kann das ggf. bereits mit Dichtmittel versehene Verbindungselement
(6) durch die Entsorgungseinrichtung (42) entfernt
werden. Zur Lösung des Problems kann aus einem mitgeführten
Magazin oder dgl. ein besser passendes anderes Verbindungselement
zugeführt und gefügt werden oder die Fügestelle
wird markiert, z. B. für ein späteres manuelles
Nachfügen.
-
Auch
für die vorgenannten Zusatzfunktionen der Messkamera (27)
oder eines anderen Mess- und Erfassungselements der Kontrolleinrichtung
(20) kann eine signal- und/oder steuertechnische Anbindung
an die Robotersteuerung oder eine andere Steuerung der Fügeeinrichtung
(1) vorgesehen sein.
-
6 und 7 verdeutlichen
die Ausbildung des bei einem mehrteiligen Verbindungselements (6)
ggf. vorhandenen weiteren Endeffektors (11). Dieser weist
ein Gestell (44) mit einem rückseitigen Anschluss
(13) auf. Im Gestell (44) ist eine Andrückeinrichtung
(45) starr oder ggf. axial ausfahrbar angeordnet, welche
in Betriebsstellung am anderen Werkstück (3) gegenüber
der Druckstempelbuchse (29) angepresst wird.
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Der
Endeffektor (11) weist ferner eine Zuführeinrichtung
(50) für ein Elementteil (8), insbesondere
ein Gegenstück in Form einer Nuss oder Mutter oder eines
Schließrings oder Quetschkragens, auf, wobei in die Zuführeinrichtung
(50) eine Positioniereinrichtung (51) zur Veränderung
der Gegenstücklage eingebaut sein kann. Im Gestell (44)
ist ferner eine Betätigungseinrichtung (46) für
das Gegenstück (8) angeordnet. Dies kann z. B.
eine Schraubeinheit (47) sein, welche einen steuerbaren
Motor (48) und ein Getriebe (49) aufweist und
auf das von den Einrichtungen (50, 51) in Position
gehaltene Gegenstück (8) einwirkt. Die Betätigungseinrichtung
(46) kann das Gegenstück (8) auf das
vorstehende Ende des Bolzenteils (7) aufschieben, an den
Werkstücken (2, 3) andrücken
und in geeigneter Weise fixieren, z. B. durch Quetschen eines verformbaren
Bundes am Gegenstück (8). Hierbei wird die vorerwähnte
formschlüssige Verbindung zwischen Gegenstück
(8) und dem Schaft des Bolzenteils (7) geschlossen.
-
Der
Endeffektor (11) kann im Bereich der Betätigungseinrichtung
(46) außerdem die vorerwähnte Drehsicherung
(52) aufweisen. Wie 9 bis 11 verdeutlichen,
kann die Drehsicherung (52) z. B. einen Sechskantbolzen
aufweisen, der in die Stirnöffnung (53) eingeführt
wird und der drehfest angeordnet ist, wobei er das rückseitig
vom Setzkopf (40) angepresste Bolzenteil (7) drehfest
hält.
-
9 bis 11 verdeutlichen
die drei Fügeschritte, wobei gemäß 9 zunächst
das Gegenstück (8) gegenüber dem durch
die Aufnahmeöffnung (17) ragenden Schaft des Bolzenteils
(7) positioniert wird, wobei die Andrückeinrichtung
(45) gegen das Werkstück (3) drückt.
Das andere Werkstück (2) wird durch die Andrückeinrichtung
(16) oder ggf. nach deren Rückzug durch den vorgeschobenen
Setzkopf (40) und den konischen Bolzenkopf angepresst.
In 10 ist die Fügestellung beim Aufschieben
und ggf. Aufdrehen des Gegenstücks (8) auf dem
Schaftende dargestellt. 11 verdeutlicht
die Rückzugstellung am Ende des Fügeprozesses,
wobei anschließend die Endeffektoren (10, 11)
von der Fügestelle entfernt und an der nächsten
Fügestelle neu positioniert werden.
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Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind
in verschiedener Weise möglich. Die gezeigten und beschriebenen Komponenten
eines Endeffektors (10, 11) bzw. der Fügeeinrichtung
(1) können beliebig untereinander vertauscht oder
kombiniert werden. Die vorbeschriebenen Komponenten haben auch einzeln
für sich eine erfinderische Bedeutung und können
in Abwandlung der Ausführungsbeispiele mit konventionellen
Effektoren, Fügewerkzeugen oder Fügeeinrichtungen
eingesetzt werden.
-
Die
Setzvorrichtung (18) kann einteilig ausgebildet sein und
in der vorbeschriebenen Weise mit der Bearbeitungseinrichtung (14)
und der Kontrolleinrichtung (20) auf der Dreheinheit (21)
kombiniert werden. Die Setzvorrichtung (18) kann alternativ
starr und unter Entfall der Dreheinheit (21) im Gestell
(12) angeordnet sein. Statt einer gemeinsamen Dreheinheit
(21) sind auch andere, z. B. einzelne Zustellvorrichtungen,
beispielsweise Schwenkvorrichtungen und/oder lineare Vorschubeinrichtungen,
für die genannten Einrichtungen (14, 18, 20)
möglich. Die Einrichtungen (14, 18, 20)
können in ihren konstruktiven Details auch anders ausgebildet
sein. Die Setzeinrichtung (18) kann z. B. ein Magazin für
mehrere verschiedene Verbindungselemente (6) mitführen.
Auch am anderen Endeffektor (11) kann ein solches Magazin
für einen Typ oder für mehrere verschiedene Gegenstücke
(8) intern und/oder extern vorhanden sein. Der andere Endeffektor
(11) kann in weiterer Abwandlung nur einen Gegehalter oder
eine Schlag- oder Drückeinheit zum Breitschlagen des vorderen Schaftendes
am Bolzenteil (7) und zur Bildung eines zweiten Nietkopfs
aufweisen. Der andere Endeffektor (11) kann zudem entfallen
und das Fügewerkzeug (9) einteilig ausgebildet
sein.
-
- 1
- Fügeeinrichtung
- 2
- Werkstück,
Hülle, Außenhaut
- 3
- Werkstück,
Träger, Spant
- 4
- Handhabungseinrichtung,
Roboter
- 5
- Handhabungseinrichtung,
Roboter
- 6
- Verbindungselement,
Niet
- 7
- Bolzenteil,
Nietbolzen
- 8
- Gegenstück,
Nuss, Mutter, Quetschring
- 9
- Fügewerkzeug
- 10
- Werkzeugteil,
Endeffektor
- 11
- Werkzeugteil,
Endeffektor
- 12
- Gestell
von Endeffektor
- 13
- Anschluss,
Roboteranschluss
- 14
- Bearbeitungseinrichtung
- 15
- Aufnahmeöffnung,
Bohrung
- 16
- Andrückeinrichtung
- 17
- Positioniereinrichtung
- 18
- Setzeinrichtung
- 19
- Auftrageinrichtung
für Dichtmittel
- 20
- Kontrolleinrichtung
- 21
- Dreheinheit
- 22
- Drehachse
- 23
- Drehantrieb
- 24
- Bohreinheit
- 25
- Brücke
- 26
- Zustelleinrichtung
- 27
- Kamera,
Messkamera
- 28
- Sichtachse,
Fügeachse, Kameraachse
- 29
- Druckstempelbuchse
- 30
- Schwenklager,
Kalotte
- 31
- Durchgangsöffnung
- 32
- Basiseinheit
für Setzeinrichtung
- 33
- Setzeinheit,
Nietsetzeinheit
- 34
- Gestell
von Setzeinheit
- 35
- Aufhängung
- 36
- Andockeinheit
- 37
- Wechselkupplung
- 38
- Versorgungsanschluss,
Schlauchanschluss
- 39
- Versorgungseinrichtung
- 40
- Setzkopf
- 41
- Fügehilfe,
Rütteleinheit
- 42
- Entsorgungseinrichtung
- 43
- Elementhalter,
Niethalter
- 44
- Gestell
- 45
- Andrückeinrichtung
- 46
- Betätigungseinrichtung
- 47
- Schraubeinheit
- 48
- Motor
- 49
- Getriebe
- 50
- Zuführeinrichtung
- 51
- Positioniereinrichtung
- 52
- Drehsicherung
- 53
- Stirnöffnung
- 54
- Spanneinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 69001202
T2 [0002]
- - US 4885836 A [0003]
- - US 4762261 A [0004]
- - DE 3535761 C1 [0004]