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Die Erfindung betrifft ein Stopfensetzwerkzeug mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine Einrichtung zum automatischen Setzen von Stopfen an Karosserieteilen ist aus der
DE 10 2010 005 798 A1 bekannt. Die Stopfensetzeinrichtung umfasst einen mehrachsigen Industrieroboter mit einem Stopfensetzwerkzeug, das mit einem Stopfenmagazin und einer Setzeinheit mit einer drehbaren Stopfenaufnahme ausgestattet ist. Die Stopfenaufnahme kann zwischen einer Ladestellung zur Aufnahme eine Stopfens und einer Setzstellung zur Setzen des Stopfens an einer Karosserieöffnung geschwenkt werden. Sie weist einen pneumatischen Setzantrieb mit einer Saugeinrichtung zum Festhalten des Stopfens auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Stopfensetztechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Die Stopfensetztechnik, d.h. das Stopfensetzwerkzeug und das zugehörige Verfahren, haben Vorteile hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, Funktionalität und Präzision.
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Das Stopfensetzwerkzeug kann von einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einem taktilen oder positionsgesteuerten Industrieroboter, an das Werkstück zugestellt werden. Die Vorschubbewegung und die Kraft zum Setzen eines Stopfens wird vom Industrieroboter aufgebracht. Dies bietet eine höhere Präzision und reduziert den Bauaufwand. Ein eigenständiger Setzantrieb in der Stopfenaufnahme wie bei der
DE 10 2010 005 798 A1 ist entbehrlich. Andererseits können die sensitiven Fähigkeiten eines taktilen Industrieroboter auch zur Überwachung, Steuerung und Regelung des Setzprozesses genutzt werden. Sie können ferner zum Suchen der Werkstücköffnung und zum Ausrichten des Stopfensetzwerkzeugs benutzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine bevorzugt am Setzwerkzeug angebaute Erfassungseinrichtung für die Werkstücköffnung und ggf. auch für das Prozessergebnis vorhanden sein. Sie kann in der bevorzugten Ausführungsform eine räumliche Erfassung und Vermessung in 3D bieten. Sie kann ferner eine Überwachung und Steuerung bzw. Regelung des Stopfensetzprozesses ermöglichen. Die Erfassungseinrichtung hat eine eigenständige erfinderische Bedeutung.
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Außerdem ist es bei der beanspruchten Stopfensetztechnik möglich, eine Stopfenaufnahme mit mehreren Aufnahmestellen für Stopfen bzw. mehreren Aufnahmeköpfen einzusetzen. Zudem können der Ladevorgang und der Setzvorgang zeitlich überschnitten werden. Dies verkürzt die Prozesszeit und erhöht die Leistungsfähigkeit des Stopfensetzwerkzeugs.
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Die beanspruchte Ausbildung der Stopfenaufnahme, insbesondere ihrer ein oder mehreren Aufnahmeköpfe mit einem gestellfesten Setzstößel und einem relativ hierzu ausweichfähigen Stopfenköchers haben Vorteile für die sichere Übergabe des Stopfens an die Werkstücköffnung. Der Stopfen verlässt funktionsgerecht den Stopfenköcher und wird auch beim Rückzug des Stopfensetzwerkzeugs nicht wieder versehentlich mitgenommen.
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Günstig ist außerdem, dass mit der beanspruchten Stopfensetztechnik die beim Setzvorgang auftretenden Kräfte und Momente erfasst und zur Verifizierung des Prozessergebnisses und der Setzqualität ausgewertet werden können. Ferner kann die Ausweichbewegung des Stopfenköchers sensorisch erfasst und für die Überwachung und Steuerung bzw. Regelung des Setzprozesses genutzt werden. Hierbei können z.B. der Weg und ggf. die Kraft des zurückweichenden Stopfenköchers gemessen werden. Der oder die hierfür eingesetzten Sensor(en) können Bestandteil der vorgenannten Erfassungseinrichtung sein.
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Die drehbaren Aufnahmeköpfe können verschiedene Betriebsstellungen bzw. Drehstellungen einnehmen, insbesondere eine Setzstellung zum Setzen des Stopfens, eine Ladestellung zum Laden des Stopfens und eine Zwischenstellung für das behinderungsfreie Drehen der Stopfenaufnahme. Eine steuerbare Vorschubeinrichtung ermöglicht eine axiale Zustellung eines Stopfenköchers aus der Zwischenstellung in eine angenäherte Ladestellung am Stopfenmagazin. Dies erleichtert und sichert die Köcherbeladung.
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Andererseits kann über diese Relativbewegung in der Ladestellung auch eine bevorzugt formschlüssige Dreharretierung der Stopfenaufnahme erreicht werden. Hierdurch wird die Stopfenaufnahme beim Setzvorgang drehfest gehalten und in ihrer Lage und Ausrichtung gesichert.
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Die beanspruchte Stopfensetztechnik hat ferner Vorteile für die Qualität und Sicherheit des Setzprozesses. Der aufgenommene Stopfen kann im Stopfenköcher mittels einer Steuer- und Begrenzungseinrichtung leicht vorgespannt werden. Dies sichert zum einen seine Lage und ermöglicht andererseits, mit dem Stopfen ggf. die Werkstücköffnung zu suchen und tastend zu erfassen. Andererseits kann der Stopfenköcher in der Ladestellung fixiert und gegen die Vorschubkraft einer Ladeeinrichtung des Stopfenmagazins abgestützt werden.
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Das Stopfensetzwerkzeug ermöglicht ferner einen Wechsel eines Stopfenmagazins. Hierbei können im Rahmen eines modularen Aufbaus verschiedene Stopfenmagazine für unterschiedliche Stopfen am Stopfenwerkzeug aufgenommen werden. Am Stopfensetzwerkzeug können ein oder mehrere, ggf. unterschiedliche Stopfenmagazine angeordnet sein. Hierdurch ist es möglich, mit einer großen Variantenbreite von Stopfen hinsichtlich deren Form und Größe wirtschaftlich zu arbeiten. Der Magazinwechsel kann automatisch erfolgen.
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Andererseits ist es auch möglich, am Stopfensetzwerkzeug mehrere Magazine mit gleichen oder unterschiedlichen Stopfenformaten unterzubringen. Durch die einheitliche Magazinaufnahme und den einheitlichen Aufnahmeadapter an den ansonsten unterschiedlichen Stopfenmagazinen kann die Variantenbreite beliebig vergrößert werden. Bei einem Wechsel des Stopfenformats kann mit dem gleichen Stopfensetzwerkzeug weitergearbeitet werden. Ein Werkzeugwechsel ist nicht erforderlich. Bedarfsweise kann ein Aufnahmekopf getauscht werden, insbesondere bei einer wesentlichen Änderung des Stopfenformats. Dies kann ebenfalls im Wege einer Adapterausbildung erfolgen, um einen automatischen Wechsel zu ermöglichen. Ferner ist es möglich, die Stopfenaufnahme mit unterschiedlichen Aufnahmeköpfen für divergierende Stopfen auszurüsten.
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Die beanspruchte Ausbildung des Stopfenmagazins und der Ladeeinrichtung haben Vorteile für die sichere Abgabe eines einzelnen Stopfens an die Stopfenaufnahme, insbesondere den Stopfenköcher. Eine bewegliche und steuerbare Rückhalteeinrichtung sorgt für eine exakte Vereinzelung der magazinierten Stopfen und hat besondere Vorteile bei formstabilen Stopfen. Anderseits kann durch eine Stelleinrichtung der Ladestößel aus dem Stopfenmagazin entfernt und die rückwärtige Magazinöffnung freigegeben werden. Dies ermöglicht ein Nachladen des Stopfenmagazins bzw. des Stopfenbehälters. Die Rückhalteeinrichtung und die Stelleinrichtung haben eine eigenständige erfinderische Bedeutung.
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Für die Antriebe der Werkzeugkomponenten, insbesondere der Dreheinrichtung, der Vorschubeinrichtung und der Ladeeinrichtung ist es vorteilhaft, elektrische und steuerbare bzw. regelbare Antriebe bzw. Elektromotoren einzusetzen. Dies ist für die Steuerung und Überwachung des Setzprozesses und auch des Ladevorgangs von Vorteil. Für den Antrieb der Vorschubeinrichtung wird bevorzugt ein steuerbarer Magnet als Antriebsmittel eingesetzt. Dies hat Vorteile wegen des geringen Gewichts und der kleinen Baugröße. Eine Fixierung der Steuer- und Begrenzungseinrichtung kann ebenfalls als steuerbarer Magnet ausgebildet sein und entsprechende Vorteile besitzen.
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Das Stopfensetzwerkzeug hat ferner den Vorteil einer kleinen Baugröße, was insbesondere beim Setzen von Stopfen an schwer zugänglichen Karosseriestellen zum Tragen kommt. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Bau- und Steueraufwand. Das Stopfensetzwerkzeug kommt mit wenigen beweglichen Teilen und Antrieben aus. Es ist auch leichtgewichtig und für Industrieroboter mit geringer Tragkraft geeignet. Hierfür ist ein zur Stößelachse schräg geneigter Roboteranschluss am Gestell von Vorteil. Dieser hat eine eigenständige erfinderische Bedeutung.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine Stopfensetzeinrichtung mit einem taktilen Roboter und einem Stopfensetzwerkzeug,
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2: eine perspektivische Ansicht des Stopfensetzwerkzeugs von 1,
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3 und 4: eine Draufsicht und eine Stirnansicht des Stopfensetzwerkzeugs von 1,
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5 und 6: verschiedene Ausführungen eines Stopfenköchers einer Stopfenaufnahme,
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7 bis 10: verschiedene perspektivische Ansichten des Stopfensetzwerkzeugs und Ansichten des unverkleideten Stopfwerkzeugs von 1,
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11: eine Draufsicht auf das unverkleidete Stopfensetzwerkzeug von 7 bis 10,
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12: einen abgebrochenen Längsschnitt durch das Stopfensetzwerkzeug gemäß Schnittlinie XII-XII von 11,
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13: einen Querschnitt durch ein Stopfenmagazin und eine stirnseitige Rückhalteeinrichtung und
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14: einen Querschnitt durch ein Stopfenmagazin und eine Ladeeinrichtung.
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Die Erfindung betrifft ein robotergeführtes Stopfensetzwerkzeug (3) und ein Stopfensetzverfahren. Sie betrifft ferner eine Stopfensetzeinrichtung (1).
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Das robotergeführte Stopfensetzwerkzeug (3) dient zum automatischen Setzen von Stopfen (5) an Werkstücken (6), insbesondere Karosserieteilen, wie sie in 1 schematisch angedeutet sind. Der Stopfen (5) wird dabei in eine Öffnung (6') am Werkstück (6) eingesetzt und unter Bildung einer Klemm- oder Rastverbindung eingedrückt. In 3 und 12 ist ein Stopfen (5) bespielhaft dargestellt.
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Die Raumlage der Öffnung (6') ist in manchen Fällen bekannt und kann direkt angefahren werden. Sie kann alternativ mit einer Erfassungseinrichtung (58) gesucht werden. Andererseits ist es auch möglich, mit dem Stopfensetzwerkzeug (3) bzw. der Stopfensetzeinrichtung (1) die Werkstücköffnung (6') zu suchen. Dies reduziert den Programmieraufwand und erhöht die Flexibilität.
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Die Stopfensetzeinrichtung (1) weist einen mehrachsigen Industrieroboter (2) und ein vom Roboter geführtes Stopfensetzwerkzeug (3) auf. Statt des bevorzugten Industrieroboters (2) kann eine beliebige andere mehrachsige Handhabungseinrichtung eingesetzt werden. 1 zeigt beispielhaft die Ausgestaltung mit einem Industrieroboter (2).
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Der Industrieroboter (2) ist mehrgliedrig ausgebildet und besitzt mehrere steuerbare und regelbare Roboterachsen. Er kann dabei eine beliebige Zahl und Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen Roboterachsen haben. Der in 1 gezeigte Industrieroboter (1) hat sieben Roboterachsen und vier Roboterglieder einschließlich einer Basis, zwei Zwischengliedern und einem Endglied oder Abtriebsglied (7), welches ein bewegliches, insbesondere rotierendes Abtriebselement (8) in Form eines Flansches oder dergleichen aufweist. Die Zwischenglieder des Industrieroboters (1) können eine abgewinkelte Form haben und mittels einer integrierten Roboterachse in sich um ihre Längserstreckung verdrehbar sein. Statt der gezeigten Anordnung sind beliebig andere Roboterkonfigurationen möglich. Der Industrieroboter (2) kann stationär oder instationär angeordnet sein. Bei einer instationären Anordnung kann der Industrieroboter (2) eine Fahrachse aufweisen oder auf einem ggf. mehrachsig im Raum beweglichen Fahrzeug angeordnet sein.
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Der Industrieroboter (2) kann taktile Eigenschaften haben und eine entsprechende Sensorik (9) aufweisen, die von außen einwirkende Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente erfasst und auswertet. Bei der gezeigten Roboteranordnung kann die Sensorik (9) in den Industrieroboter (2) integriert sein, wobei sich z.B. Momentensensoren an den rotatorischen Roboterachsen und deren Lagerungen befinden. Außerdem sind hier Weggeber, insbesondere Drehgeber, angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann eine Belastungen aufnehmende Sensorik im Abtriebsbereich des Industrieroboters (2) angeordnet sein, z.B. zwischen dem Abtriebselement (8) und dem Stopfensetzwerkzeug (3).
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Die Sensorik (9) kann eine Erfassungseinrichtung zur taktilen Detektion der Werkstücköffnung (6') bilden. Außerdem können mit der Sensorik (9) die im Prozess auftretenden Kräfte und Momente detektiert und für eine Steuerung oder Regelung der Roboterbewegungen herangezogen werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine andere Erfassungseinrichtung (58) vorgesehen sein, mit der die Werkstücköffnung (6) in beliebig geeigneter Weise taktil oder berührungslos, vorzugsweise optisch, detektiert werden kann. Hierüber kann die Lage der Werkstücköffnung (6') in zumindest zwei Raumachsen ermittelt und ggf. auch der Abstand des Tool-Center-Points (TCP) des Stopfensetzwerkzeugs (3) zur Werkstücköffnung (6') in der dritten Raumachse ermittelt werden. Die gezeigte Erfassungseinrichtung (58) detektiert und vermisst vorzugsweise in 3D.
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Die Erfassungseinrichtung (58) ist vorzugsweise am Stopfensetzwerkzeug (3) angeordnet und wird vom Industrieroboter (2) mitgeführt. Sie kann alternativ extern angeordnet sein.
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Bei Anordnung einer Erfassungseinrichtung (58) oder bei anderweitig bekannter Lage der Werkstücköffnung (6') kann der mehrachsige Industrieroboter (2) positionsgesteuert sein bzw. kann positionsgesteuerte Roboterachsen aufweisen. Die Handhabungseinrichtung bzw. der Industrieroboter (2) muss dann keine taktilen Fähigkeiten besitzen, kann sie aber trotzdem haben.
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Der mehrachsige Industrieroboter (2) ist vorzugsweise als Gelenkarmroboter oder als Kickarmroboter ausgebildet. Er ist programmierbar und weist eine Robotersteuerung (nicht dargestellt) auf, an die auch das Stopfensetzwerkzeug (3) angeschlossen sein kann.
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Ferner kann für das Stopfensetzwerkzeug (3) eine Betriebsmittelzuführung für die erforderlichen Betriebsmittel, z.B. elektrische Signal- und/oder Leistungsströme, Fluide, insbesondere Druckluft, Kühlmittel oder dergleichen, vorhanden sein. Die Betriebsmittelzuführung kann von außen oder intern durch die Roboterglieder erfolgen. Am Abtriebselement (8) kann hierfür eine geeignete Kupplung angebaut sein, die z.B. als Medienkupplung ausgebildet ist und die ggf. auch einen automatischen Werkzeugwechsel ermöglicht.
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In 1 bis 4 ist das Stopfensetzwerkzeug (3) mit einem umgebenden Gehäuse (4) dargestellt. 7 bis 14 zeigen das Stopfensetzwerkzeug (3) ohne das Gehäuse (4). Das Stopfensetzwerkzeug (3) weist ein Gestell (10) mit einem Anschluss (11) zur Verbindung mit dem Roboter (2) und dessen Abtriebselement (8) auf. Ferner beinhaltet das Stopfensetzwerkzeug (3) ein Stopfenmagazin (12) und eine Setzeinheit (18). Beide können bedarfsweise einzeln oder mehrfach vorhanden sein.
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Die Setzeinheit (18) weist eine Stopfenaufnahme (19) und eine Dreheinrichtung (20) zur Erzeugung einer gesteuerten Drehbewegung der Stopfenaufnahme (19) um eine Drehachse (20') auf, die u.a. in 2 und 3 dargestellt ist. Die Drehachse (20') ist quer zur Längsachse (12') des bevorzugt stangenförmig oder zylindrischen Stopfenmagazin (12) ausgerichtet. Die Achsen (12', 20') können sich schneiden.
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Die Stopfenaufnahme (19) weist einen oder mehrere mit der Dreheinrichtung (20) verbundene Aufnahmeköpfe (26, 27) auf. Diese können untereinander gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Sie sind jeweils mit einem gestellfesten Setzstößel (28) und einem Stopfenköcher (29) zur Aufnahme eines einzelnen Stopfens (5) ausgerüstet. 2, 7, 9 und 10 verdeutlichen diese Anordnung.
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Der jeweilige Setzstößel (28) ist in seiner Axialrichtung oder Stößelachse (28') gestellfest abgestützt. Der oder die Setzstößel (28) sind quer, insbesondere radial, zur Drehachse (20') der Dreheinrichtung (20) ausgerichtet. Sie sind vorzugsweise an der Dreheinrichtung (20) abgestützt, z.B. an deren aufrechter Abtriebswelle oder an einem am Gestell (10) drehbar gelagerten Stößelträger. 12 zeigt diese Anordnung.
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In den gezeigten Ausführungsformen hat die Stopfenaufnahme (19) zwei Aufnahmeköpfe (26, 27), die einander diametral zur Drehachse (20') der Dreheinrichtung (20) gegenüberliegen. Deren Setzstößel (28) und Stößelachsen (28') fluchten miteinander. In den gezeigten Ausführungsbeispielen befindet sich jeweils der eine Aufnahmekopf (26) in der Setzstellung (39) und der andere Aufnahmekopf (27) in der Ladestellung (40). Alternativ können drei oder mehr Aufnahmeköpfe mit sternartiger Ausrichtung vorhanden sein.
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Die Aufnahmeköpfe (26, 27) werden jeweils gemeinsam um 180° um die Drehachse (20') gedreht. Die Drehung ist bevorzugt reversierend, wobei ein gestellfester Drehanschlag (64) mit ein oder mehreren Dämpfern (65) die Endlagen dieser Drehung definiert und begrenzt. Der Drehanschlag (64) wird von einem gestellfesten Anschlagelement und von einem mit der Dreheinrichtung (20) verbundenen Anschlagelement gebildet. 7 bis 10 verdeutlichen diese Anordnung.
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Die Aufnahmeköpfe (26, 27) können verschiedene Betriebsstellungen (39, 40', 40) einnehmen. In den Endlagen ihrer Drehbewegung nehmen sie jeweils abwechselnd eine Setzstellung (39) und eine Ladestellung (40) ein. Zusätzlich gibt es noch eine Zwischenstellung (40'). In der zum Werkstück (6) weisenden Setzstellung (39) erfolgt das Setzen eines Stopfens (5) in die Werkstücköffnung (6'). In der zum Stopfenmagazin (12) weisenden Ladestellung (40) schließt der Aufnahmekopf (26, 27) dicht an das Stopfenmagazin (12) an und wird mit einem Stopfen (5) beladen. In der Zwischenstellung (40') ist der Aufnahmekopf (26, 27) zum Stopfenmagazin (12) hin ausgerichtet und dabei etwas axial distanziert, wodurch er kollisionsfrei relativ zum Stopfenmagazin (12) um die Achse (20') drehen kann. 12 zeigt die Zwischenstellung (40') in Volllinien und die Ladestellung (40) in gestrichelten Linien.
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In der Ladestellung (40) fluchtet die Magazinachse (12') mit der Stößelachse (28') des benachbarten Aufnahmekopfs (27). Bei der gezeigten Doppelkopfanordnung fluchten in allen Betriebsstellung (39, 40, 40') beide Stößelachsen (28') mit der Magazinachse (12').
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Zum Setzen eines Stopfens (5) richtet der Industrieroboter (2) das Setzwerkzeug (3) mit der in Setzstellung (39) befindlichen Stößelachse (28') in geeigneter Weise zum Werkstück (6) und zur Werkstücköffnung (6') aus und führt eine Zustell- oder Setzbewegung aus. Vorzugsweise wird die Stößelachse (28') fluchtend mit der Achse der Werkstücköffnung (6') ausgerichtet. Die Zustell- oder Setzbewegung ist z.B. geradlinig und entlang der Stößelachse (28') gerichtet. Alternativ kann sie als zunächst schräg angesetzte Kippbewegung oder als Taumelbewegung mit einer Rotationskomponente ausgebildet sein.
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Der Abstand zwischen dem Anschluss (11) und dem oder den Setzstößel(n) (28) und Stößelachse(n) (28') kann durch die gezeigte kompakte Bauweise klein gehalten werden. Hierdurch können die am Anschluss (11) und am Industrieroboter (2) wirkenden Setzmomente bzw. Reaktionsmomente reduziert werden. Der Anschluss (11) ist vorzugsweise im Bereich des Werkzeugschwerpunkts angeordnet. Er ist außerdem bevorzugt an der Unterseite des Setzwerkzeugs (3), insbesondere unter dem Stopfenmagazin (12) und der Stopfenaufnahme (19), platziert. Der z.B. ring- oder plattenförmige Anschluss (11) ist parallel oder schräg zur Stößelachse (28') ausgerichtet. Günstig sind eine Neigung zur Setzstellung (39) und eine Schrägausrichtung seiner Hauptebene zur Stößelachse (28') mit einem Winkel α von ca. 12° bis 35°, bevorzugt 15°.
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Die Stopfenköcher (29) der Aufnahmeköpfe (26, 27) sind relativ zu ihrem Setzstößel (28) axial ausweichfähig gelagert. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind sie dazu auf dem jeweiligen Setzstößel (28) aufgesetzt und gelagert und können sich in Richtung seiner Stößelachse (28') bewegen. Die Stopfenköcher (29) haben hierfür z.B. die in 2, 5, 6 und 12 dargestellte Form. Sie weisen einen Schaft und am vorderen Ende ein Köcherteil auf, welches topfartig ausgebildet ist und einen Boden sowie eine von dessen Rand in axialer Richtung abstehende Köcherwandung aufweist. Im Boden und im Schaft ist eine zentrale Durchgangsbohrung für den bevorzugt zylindrischen Setzstößel (28) angeordnet. Der Setzstößel (28) ragt gemäß 2, 5 und 12 in den hohlen Innenraum des Köcherteils.
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Der Stopfenköcher (29) ist von einem in 8, 9, 10 und 12 gezeigten Rückstellelement (37), z.B. einer Druckfeder, beaufschlagt. Das Rückstellelement (37) wirkt in Axialrichtung und schiebt elastisch den Stopfenköcher (29) zum vorderen, freien Stößelende. Ferner ist eine Geradführung (36) zwischen Setzstößel (28) und Stopfenköcher (29) angeordnet.
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Das frontseitige Köcherteil hat eine dem jeweiligen Stopfen (5) angepasste Querschnittsform. In 3 und 12 sind mehrere Stopfen (5) in einer Stopfenreihe (45) schematisch und gestrichelt dargestellt. Der Stopfen (5) z.B. in der Draufsicht eine rotationssymmetrische, insbesondere kreisrunde Form. Die Formgebung ist an die Werkstücköffnung angepasst und kann alternativ in der Draufsicht oval oder prismatisch ausgebildet sein. Der Stopfen (5) weist ein teller- oder kappenartiges Kopfteil zur wenigstens teilweisen Überdeckung der Werkstücköffnung und ein zur Stopfenarretierung geeignetes Fußteil auf. Dies kann ein oder mehrere quer vom Kopfteil abstehende Füße und eine für eine Rast- oder Schnappverbindung geeignete Kontur aufweisen. In 3 und 12 ist das Fußteil ringförmig ausgebildet. Das Kopfteil des Stopfens (5) kann eine geschlossene Wandung oder eine Durchgangsöffnung haben.
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Gemäß 2, 5 und 6 weist der jeweilige Stopfenköcher (29) am vorderen Köcherrand (30) einen Stopfenhalter (32) auf, der an der Innenseite der Köcherwandung angeordnet ist. Dieser hält den Stopfen (5) in geeigneter Weise während des Lade- und Setzvorgangs fest, z.B. am Rand von dessen Kopfteil. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Stopfenhalter (32) als radial hinterschnittene Aufnahmenut für den besagten Stopfenrand ausgebildet. Dieser wird in der Nut formschlüssig festgehalten. Der vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Stopfen (5) kann beim Setzen durch Verformung des Kopfteils aus dem Stopfenhalter (32) ausschnappen. Alternativ kann der Stopfen (5) auf andere Weise im Stopfenhalter (32) gehalten werden, z.B. durch Klemmschluss.
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Gemäß 2, 5 und 6 ist der Stopfenhalter (32) in mehrere getrennte und umfangseitig distanzierte Halteabschnitte (33) unterteilt. Hierfür sind an der Köcherwandung eine oder mehrere axiale Ausnehmungen (31) vorhanden. Aus den Halteabschnitten bzw. Nutenabschnitten (33) kann der Stopfenrand leichter beim Setzvorgang ausschnappen.
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5 und 6 verdeutlichen außerdem zwei Varianten für die Ausbildung des Stopfenhalters (32) bzw. der Aufnahmenut. Bei der Variante von 5 ist die in Setzrichtung weisende vordere Stirnwand (34) der Aufnahmenut (32) in den Halteabschnitten (33) durchgehend vorhanden und überdeckt den Stopfenrand über die gesamte Länge des betreffenden Bogenabschnitts. In der Variante von 6 ist die besagte vordere Stirnwand (34) der Aufnahmenut (32) an den Halteabschnitten (33) stellenweise unterbrochen und hat die Form von einem lokalen, insbesondere zentralen Vorsprung (35), der den Stopfenrand nur in einem Teilbereich der Bogenlänge des Halteabschnitts (33) übergreift. In den beidseits anschließenden Bogenabschnitten ist die Aufnahmenut (32) als radiale Stufe ausgebildet.
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Die Stopfenaufnahme (19) weist eine in 2 und 8 bis 12 gezeigte Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) für die Axialbewegung der einen oder mehreren Stopfenköcher (28) in den Betriebsstellungen (39, 40, 40') auf. Die Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) kann z.B. eine oder mehrere Kurvenscheiben und ggf. auch hochragende Stifte aufweisen. In der Ladestellung (40) arretiert die Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) den Stopfenköcher (29). Er kann dadurch beim Einsetzen bzw. Laden eines Stopfens (5) nicht unerwünscht zurückgeschoben werden. In der Setzstellung (39) zieht die Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) den Stopfenköcher (29) gegen das Rückstellelement (37) ein kleines Stück nach hinten und spannt dadurch den am gestellfesten Setzstößel (28) abgestützten Stopfen (5) vor.
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Der Stopfen (5) kann sich dabei leicht nach außen stülpen und ragt über den vorderen Köcherrand (30) hinaus. Der vorstehende Stopfen (5) kann zum sensitiven Suchen und Ertasten des Werkstücklochs benutzt werden. Außerdem kann die rückwärtige Ausweichbewegung des Stopfenköchers (29) mit der besagten Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) begrenzt werden.
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Die Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) weist hierfür einen am jeweiligen Stopfenköcher (29) befestigten Pin (66) auf. Dieser befindet sich an dem zur Drehachse (20') weisenden Endbereich des Stopfenköchers (29) und ragt von dem Köchermantel quer ab, vorzugsweise nach unten. Der Pin (66) wirkt mit einer gestellfesten Führungsbahn (70) bei der Drehung der Stopfenaufnahme (19) zusammen. Die Führungsbahn (70) ist im Bereich der Setzstellung (39) angeordnet und ist z.B. als um die Drehachse (20') gebogene Kulisse ausgeführt, an der innenseitig der vorzugsweise drehbar gelagerte Pin (66) bei der Drehbewegung anläuft und durch eine entsprechend abgeflachte Bahnkrümmung in Axialrichtung des Stößels (28) mitsamt des Köchers (29) zurückgeschoben wird.
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Die Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) hat außer der Führungsbahn (70) eine weitere gestellfeste Führungsbahn (71) im Bereich der Ladestellung (40) und der Zwischenstellung (40'). Die Führungsbahn (71) ist z.B. ebenfalls als gebogene Kulisse für den Pin (66) ausgebildet. Sie wirkt außerdem mit einem gestellfesten Sockel (72), insbesondere in Form einer zumindest partiell gerundeten Scheibe, zusammen und bildet einen gebogenen Einlaufschlitz für den Pin (66). Die Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) kann außerdem eine nachfolgend erläuterte Fixierung (74) für die Arretierung und Abstützung des Stopfenköchers (29) in der Ladestellung (40) aufweisen.
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Beim Setzen eines Stopfens (5) wird zunächst ein Stopfen (5) vereinzelt und gemäß 12 in den in Ladestellung (40) befindlichen Stopfenköcher (29) geladen. Anschließend nimmt der betreffende Aufnahmekopf (26, 27) die Zwischenstellung (40') ein und dreht dann mit dem Stopfenköcher (29) um 180° in die Setzstellung (39). Der ggf. taktile Industrieroboter (2) positioniert dann mittels einer programmierten Bahnbewegung und ggf. auch mit einer vorherigen Öffnungserfassung und/oder einem Suchvorgang den Stopfen (5) mit seinem Fußteil über der Werkstücköffnung (6') und führt anschließend die erwähnte Vorschub- und Zustellbewegung zum Fügen des Stopfens (5) durch.
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Der Fußteil des Stopfens (5) wird in der ersten Phase in die Werkstücköffnung eingeführt und ggf. über den weiteren Vorschubweg verformt. Dies äußert sich in einem Kraftanstieg, der mit der Sensorik (9) detektiert wird. Der gespannte Stopfen (5) verhält sich wie eine mechanische Feder, wobei der Kraftanstieg über den Zustellweg linear sein kann. Die Steigung ist stopfenspezifisch. Falls sich kein Stopfen (5) im Stopfenköcher (29) befindet, wird dies durch das Fehlen eines Kraftanstiegs bei der Vorschubbewegung erkannt.
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In der zweiten Phase schnappt der Stopfen (5) mit seinem Fußteil in die Werkstücköffnung (6') ein. Dementsprechend fällt beim Vorschub die Kraft ab. Der Kraftabfall ist vom jeweiligen Stopfen (5) abhängig. Falls der Stopfen (5) nicht in der vorgesehenen Weise in der Öffnung einschnappt, ist er nicht gesetzt, was durch Fehlen des in der entsprechenden Vorschubposition erwarteten Kraftverlaufs detektiert werden kann.
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In der dritten Phase steigt die Axialkraft nach dem Einschnappen rapide an. Nach einem bestimmten weiteren Vorschubweg muss eine vorgegebene und vorbestimmte Kraft erreicht sein. Andernfalls ist der Stopfen (5) unzulässig verformt und z.B. durchgedrückt. Durch eine Überwachung der Vorschubpositionen und der Kräfte kann somit der Stopfensetzprozess kontrolliert und hinsichtlich der Ergebnisse und der erreichten Qualität verifiziert werden.
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Bei diesem Setzprozess wird die Vorschubkraft des Industrieroboters (2) über den gestellfesten Setzstößel (28) auf den Stopfen (5), insbesondere dessen Kopfteil, übertragen. Bei dieser Vorschubbewegung stößt der Stopfenköcher (29) mit dem vorderen Köcherrand (30) am Werkstück (6) an und weicht bei fortgesetzter Vorschubbewegung des Setzstößels (28) in Gegenrichtung federnd aus. Der vom Setzstößel (28) vorgeschobene Stopfen (5) schnappt dabei mit seinem Stopfenrand aus dem Stopfenhalter (32). Diese Ausschnappbewegung wird durch die in 5 und 6 gezeigte Formgebung des Stopfenhalters (32) besonders gut und wirksam unterstützt.
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Dem Stopfenköcher (29) kann ein in 12 angedeuteter Sensor (76) zugeordnet sein, der die Ausweichbewegung des Stopfenköchers (29) beim Setzen des Stopfens (5) detektiert. Er kann z.B. den Weg oder die Köcherposition bei der Rückwärtsbewegung des Stopfenköchers (29) entlang der Stößelachse (28') in geeigneter Weise detektieren und messen. Alternativ oder zusätzlich kann die bei der Ausweichbewegung auftretende Reaktionskraft detektiert und gemessen werden. Der ein- oder mehrteilige Sensor (76) kann ein Teil der Erfassungseinrichtung (58) sein.
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Über die detektierte Ausweichbewegung des Stopfenköchers (29) kann der Stopfensetzprozess kontrolliert und ggf. gesteuert oder geregelt werden. Eine fehlende oder unzureichende Ausweichbewegung ist ein Indiz für einen Fehler, insbesondere eine unzureichende Setztiefe am Werkstück (6), eine Verformung oder ein sonstiges Versagen des Stopfens (5) oder dgl.. Eine übermäßig große Ausweichbewegung lässt ebenfalls auf ein Versagen des Stopfens (5), eine falsche Setzstelle oder eine übergroße Werkstücköffnung schließen. Die Messwerte können auch in Beziehung zu anderen aufgenommenen Parametern, z.B. Kraft und/oder Weg der Roboterbewegung etc. gesetzt werden, um z.B. eine genauere Fehlererkennung oder eine Plausibilitätskontrolle zu haben.
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Während des Setzvorgangs eines Stopfens (5) kann ein neuer Stopfen (5) in die Stopfenaufnahme (19) geladen werden. Zwischen der Stopfenaufnahme (19) und dem Stopfenmagazin (12) erfolgt eine axiale Relativbewegung mittels einer Vorschubeinrichtung (17). Diese ist der Stopfenaufnahme (19) zugeordnet und bewegt den Stopfenköcher (29) entlang der Stößelachse (28') aus der Zwischenstellung (40') in die Ladestellung (40). Bei dieser Relativbewegung werden das Stopfenmagazin (12) und der in Ladestellung (40) befindliche Aufnahmekopf (27) bzw. dessen Stopfenköcher (29) aneinander angenähert, sodass mittels einer Ladeeinrichtung (22) der vordere Stopfen (5) aus dem Stopfenmagazin (12) ausgetrieben werden kann und vom Stopfenköcher (29) aufgenommen und mittels des Stopfenhalters (32) formschlüssig gehalten wird.
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Bei dieser Vorschubbewegung entlang der Stößelachse (28') erfolgt eine gegenseitige Annäherung von Stopfenmagazin (12) und Aufnahmekopf (27) bzw. Stopfenköcher (29), wodurch sich zum einen der Übergabeweg für den Stopfen (5) verkürzt und außerdem eine randseitige Stopfenführung erfolgt. Andererseits kann hierdurch auch eine Dreharretierung (21) für die Stopfenaufnahme (19) gebildet werden. Hierfür ist kein eigener oder weiterer Aktor erforderlich.
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Das Stopfenmagazin (12) weist am vorderen Rand mehrere axiale, ggf. unterschiedlich lange, Vorsprünge (43) auf, die in die axial fluchtend gegenüberstehenden, angepassten Ausnehmungen (31) am Stopfenköcher (29) formschlüssig eingreifen. Die Drehstellung der Stopfenaufnahme (19) um die Drehachse (20') wird dadurch während des Setzvorgangs fixiert. Der Lade- und der Setzvorgang können gleichzeitig erfolgen, wobei anschließend die besagte Relativbewegung entlang der Stößelachse (28') in Gegenrichtung und in die Zwischenstellung (40') erfolgt. Hierbei wird auch die Dreharretierung (21) gelöst, so dass die Stopfenaufnahme (19) erneut drehen kann.
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Die Vorschubeinrichtung (17) bewegt die Stopfenaufnahme (19) in Richtung der Achsen (12', 28') relativ gegenüber dem gestellfest gehaltenen Stopfenmagazin (12). Sie wirkt dabei auf den jeweils in der Zwischenstellung (40') bzw. Ladestellung (40) befindlichen Aufnahmekopf (26, 27), insbesondere dessen Stopfenköcher (29), ein.
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Die Vorschubeinrichtung (17) kann außerdem mit der Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) zusammenwirken. Die Führungsbahn (71) ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie den Pin (66) in die besagte Zwischenstellung (40') führt, wobei der Köcherrand (30) vom Stopfenmagazin (12) axial ein Stück distanziert ist und die Drehbewegung der Stopfenaufnahme (19) dadurch nicht behindert wird.
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Die Vorschubeinrichtung (17) wirkt über den Pin (66) auf den Stopfenköcher (29) ein und schiebt diesen anschließend längs der Stößelachse (28') zum Stopfenmagazin (12). Hierbei wird auch die Dreharretierung (21) durch Eingriff der Vorsprünge (43) und der Ausnehmungen (31) geschlossen.
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Die Vorschubeinrichtung (17) weist eine Führung (68), insbesondere einen Schlitten, mit einem steuerbaren Antrieb (23) für den Stopfenköcher (29) auf. Der Pin (66) wird bei der Drehung der Stopfenaufnahme (19) in einen seitlich offenen Mitnehmer (67) der Vorschubeinrichtung (17) eingeführt, der an dem Schlitten (68) angeordnet ist. Der Mitnehmer (67) befindet sich etwa in der Mitte der Führungsbahn (71) und kann über den Schlitten (68) und den Antrieb (23) längs der Achsen (12', 28') hin und her bewegt werden.
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Die Führungsbahn (71) weist hierfür eine in Axialrichtung (12') gerichtete nutenförmige Aufnahme (73) auf, in die der Mitnehmer (67) unter Mitnahme des Pins (66) und des Stopfenköchers (29) eintauchen kann. Mit dieser Axialbewegung findet der Übergang von der Zwischenstellung (40') in die Ladestellung (40) statt. In der Ladestellung (40) wird der Stopfenköcher (29) ggf. von der Steuer- und Begrenzungseinrichtung (38) arretiert.
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Der Antrieb (23) weist ein auf die Führung (68), insbesondere den Schlitten, einwirkendes Antriebsmittel (69) auf. Dieses kann z.B. als steuerbarer Elektromagnet mit Rückstellfunktion oder Rückstellfeder oder in anderer Weise ausgebildet sein. Das Antriebsmittel (69) kann bei ausreichender Haltekraft in der Endstellung auch die Arretierung für den Stopfenköcher (29) bilden und diesen gegen die Ladekraft der Ladeeinrichtung (22) festhalten.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Antriebsmittel (69) durch die erwähnte separate Fixierung (74) unterstützt, die z.B. von einem steuerbaren elektrischen Haltemagneten gebildet wird, der auf die Führung (68) bzw. den Schlitten in dessen vorgeschobener Endposition bei Einnahme der Ladestellung (40) einwirkt. Die erwähnte Rückstellfunktion oder Rückstellfeder bewegt nach erfolgter Stopfenbeladung den Stopfenköcher (29) wieder zurück in die Zwischenstellung (40').
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Die Stopfen (5) sind gemäß 3 und 12 in einem Behälter (13) des Stopfenmagazins (12) in einer Reihe (45) hintereinander aufgenommen. Vorzugsweise hat der Stopfenbehälter (13) eine Stangen- oder Rohrform und kann insbesondere zylindrisch ausgebildet sein. Er ist längs der Setzrichtung und quer zur Abtriebsachse des Abtriebselements (8) ausgerichtet.
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Der bevorzugt zylindrische Stopfenbehälter (13) hat gemäß 9 und 10 offene Stirnseiten (13', 13") und weist im Behältermantel (41) einen axialen Schlitz (42) auf, der sich vom rückwärtigen Behälterrand in Axialrichtung zur Dreheinrichtung (20) hin erstreckt und mit Abstand vor dem anderen Stirnende endet. Durch den Schlitz (42) kann die Ladeeinrichtung (22) von der Behälterrückseite her eintauchen und die im Behälter (13) aufgenommene Stopfenreihe (45) in der Förderrichtung (46) nach vorn schieben.
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Wie 2, 8, 10, 12 und 13 verdeutlichen, ist am vorderen Endbereich des Stopfenmagazins (12) bzw. des Stopfenbehälters (13) eine Rückhalteeinrichtung (44) für die Stopfen (5) angeordnet. Sie besitzt z.B. ein oder mehrere radial nach innen weisende anschlagartige Rückhalteelemente (44') für die Stopfen (5). Sie halten die vorderen Stopfen (5) in der Reihe (45) in Position und sorgen für eine Vereinzelung des vorderen Stopfens (5) beim Ladevorgang unter rückwärtiger Einwirkung der Ladeeinrichtung (22). Die Rückhalteelemente (44') können an den Vorsprüngen (43) angeordnet sein.
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Die gezeigte Rückhalteeinrichtung (44) ist gestellfest angeordnet. Sie ist für beliebige Stopfen (5) vorgesehen und eignet sich insbesondere für formsteife Stopfen (5). Die Rückhalteeinrichtung (44) ist beweglich und steuerbar, wobei sie in Öffnungsstellung einen von der Ladeeinrichtung (22) vorgeschobenen Stopfen (5) behinderungsfrei durchlässt und in der anschließend eingenommenen Schließstellung den nächstfolgenden Stopfen (5) in der Stopfenreihe (45) stoppt.
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Die Rückhalteeinrichtung (44) weist z.B. einen Rückhaltekopf (52) auf, der mittels eines Betätigers (54) zwischen einer Öffnungs- und Schließstellung hin und her bewegt werden kann. Der Rückhaltekopf (52) wirkt dabei mit einer ringförmigen Fassung (47) zusammen, die gestellfest angeordnet ist und an der Rückseite den Stopfenbehälter (13) aufnimmt und führt. Die Fassung (47) weist eine zentrale Durchlassöffnung für die Stopfen (5) auf, welche die vordere Stirnöffnung (13") des Stopfenmagazins (12) bildet. Die Fassung (47) bildet an der Frontseite auch einen axialen Anschlag für die Halteabschnitte (33) bzw. Stirnwände (34) des in Ladestellung (40) befindlichen Stopfenköchers (29).
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Der Rückhaltekopf (52) ist z.B. als Gabelkopf ausgebildet und weist zwei gelenkig gelagerte, Gabelarme (53) auf, die am einen gebogenen Armende die Fassung (47) umgreifen und dabei ein Rückhalteelement (45) tragen. Dieses ragt in der Schließstellung des Rückhaltekopfs (52) durch eine Ausnehmung (47') der Fassung (47) radial in den Öffnungsbereich (13") und vor den Stopfen (5). Die Armenden können in Axialrichtung (12', 28') über die Fassung (47) vorstehend und einen Vorsprung (43) für die Dreharretierung (21) bilden, wobei sie jeweils mit einer Ausnehmung (31) zusammenwirken.
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Die Gabelarme (53) sind jeweils am anderen, jenseits des Gabellagers befindlichen Ende mit einer Kulissenführung (57) des Betätigers (54) verbunden. Diese kann von einem Antrieb (56), z.B. einem steuerbaren Elektromagneten, entlang der Längsachse (12') hin und her bewegt werden. Die Kulissenführung (57) weist schräg gestellte Schlitze für die mit Roll- oder Gleitkörpern versehenen Gabelarmenden auf. Durch die Schräglage werden beim Kulissenvorschub die Gabelarme (53) drehend geöffnet oder geschlossen. Zwischen den Gabelarmen (53) kann eine Feder (55) für die Rückstellung vorhanden sein.
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Die Ladeeinrichtung (22) hat einen auf das Stopfenmagazin (12) einwirkenden und insbesondere in den Behälterinnenraum einführbaren beweglichen Ladestößel (48). Dieser ist mit einer Führung (49), z.B. einer Schlittenführung, am Gestell (10) axial beweglich gelagert und wird von einem Antrieb (25) beaufschlagt. Der Antrieb (25) kann als Torque-Antrieb, als Spindel- Riemen- oder Zahnstangenantrieb oder in anderer geeigneter Form ausgebildet sein. Der Ladestößel (48) schiebt die Stopfenreihe (45) in der Förderrichtung (46) nach vorn.
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Der Ladestößel (48) ist hierbei beim gezeigten Spindeltrieb an einer Spindelmutter angeordnet und wird durch Drehung der Gewindespindel axial verfahren. Der Ladestößel (48) kann schwenkbar ausgeführt sein, wobei sein Basisteil gemäß 13 und 14 mit der z.B. schienenartigen Führung (49) verbunden ist.
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Die Ladeeinrichtung (22) weist eine Stelleinrichtung (50) auf, mit der der Ladestößel (48) nach Verlassen der hinteren Behälteröffnung (13') in eine Freigabestellung bewegt werden kann, die in 14 gestrichelt dargestellt ist. Die hintere Behälteröffnung (13') ist dadurch offen und frei zugänglich, sodass der Stopfenbehälter (13) von hinten her beladen und mit einer neuen Stopfenreihe (45) beschickt werden kann.
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Die Stelleinrichtung (50) weist z.B. eine Führung (51) für das rückwärtige Ende des Ladestößels (48) auf, mit welcher die in 14 gezeigte Schwenkbewegung bewirkt wird. Die Führung (51) ist z.B. als gestellfeste Kulissenführung ausgebildet, in die das rückwärtige und mit einem Dreh- oder Gleitkörper versehene Ende des Ladestößels (48) einfährt und über eine abwärtsgerichtete und dabei verdrehte Kulissenbahn nach unten bewegt wird. Dabei wird das obere Stößelteil um das gezeigte Drehlager schwenkt. Die Stößel- und Fahrbewegung wird vom steuerbaren Antrieb (25) bewirkt.
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Die eingangs erwähnte Erfassungseinrichtung (58) weist zumindest einen, vorzugsweise zwei oder mehr optische Sensoren (59, 60) auf, die über einen Beschlag am Gestell (10) montiert und befestigt sind. Der oder die optischen Sensoren (59, 60) sind z.B. als elektronische Messkameras ausgebildet. Sie ermöglichen eine 3D-Erfassung und Vermessung. Die Erfassungseinrichtung (58) ist z.B. am Stopfensetzwerkzeug (3), insbesondere an dessen Frontseite bzw. Setzstellung (39) angeordnet. Sie befindet sich vorzugsweise in Richtung der Drehachse (20') gesehen unterhalb der Stopfenaufnahme (19).
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Die Erfassungseinrichtung (58) weist ferner einen Marker (61) auf, der auf das Blickfeld der optischen Sensoren (59, 60) gerichtet ist und eine Lichtmarke emittiert. Der Marker (61) ist z.B. als Laser ausgebildet, der drei oder mehr diskrete Laserstreifen emittiert und im Prozess auf das Werkstück (6), insbesondere auf dessen Werkstücköffnung (6') projiziert. Die zwei oder mehr optischen Sensoren (59, 60) sind mit gegenseitiger Distanz sowie beidseits und unterhalb der Längsachse (12') angeordnet. Sie sind mit konvergierenden Blickrichtungen dabei schräg gegeneinander und schräg zur Projektionsrichtung des Markers (61) gerichtet.
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Die optischen Sensoren (59, 60) können die Schnittstellen der drei oder mehr Lichtstreifen bzw. Laserstreifen mit den Rändern der Werkstücköffnung (6') detektieren und deren Lage in allen sechs Raumachsen erfassen. Durch die Blickrichtung schräg von unten erscheint die üblicherweise kreisrunde Werkstücköffnung (6') als Ellipse, wobei die vorgenannten sechs Schnittstellen sechs Definitionspunkte der Ellipse bilden, die von beiden optischen Sensoren (59, 60) lagemäßig erfasst werden können. Nach dem Triangulationsprinzip kann dadurch sowohl die Öffnungslage in der z.B. gemäß 1 aufrechten x-y-Ebene, als auch der Abstand des TCP in z-Richtung ermittelt werden.
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Mit der Erfassungseinrichtung (58) kann außerdem nach dem Prozess die korrekte Stopfenlage am Werkstück (6) detektiert und überprüft werden. Durch die gegeneinander und schräg aufwärts gerichtete Blickrichtung der optischen Sensoren (59, 60) kann ein etwaiger Abstand in Z-Richtung zwischen der Werkstückoberfläche und dem Stopfenkopf oder die korrekte Kopfanlage am Werkstück (6) detektiert werden.
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Dies erlaubt den Einsatz einer positionsgesteuerten Handhabungseinrichtung (1), insbesondere eines Industrieroboters. Der Setzprozess kann dabei über eine Wegerfassung gesteuert bzw. geregelt werden. Eine taktile Erfassung von Kräften/Momenten kann zusätzlich in der vorbeschriebenen Weise durch eine Sensorik (9) erfolgen.
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In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform kann die Erfassungseinrichtung (58) außerdem eine Beleuchtung (62) aufweisen, die ebenfalls in Blick- und Emissionsrichtung des oder der optischen Sensoren (59, 60) und ggf. des Markers (61) ausgerichtet ist. Die Beleuchtung (62) kann zur Aufhellung des Suchfelds am Werkstück (6) zur Detektion der Werkstücköffnung (6') benutzt werden.
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Das Stopfensetzwerkzeug (3) ist vorzugsweise modular ausgebildet und kann verschiedene Stopfenmagazine (12) für unterschiedliche Stopfenformate aufnehmen. Es weist eine einheitliche Magazinaufnahme (15) für verschiedene Stopfenmagazine (12) auf, die bedarfsweise auch automatisch gewechselt werden können. Ferner können auch die Aufnahmeköpfe (26, 27) oder Teile davon gewechselt oder umgebaut werden.
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Die verschiedenen Stopfenmagazine (12) können einen an das jeweilige Stopfenformat angepassten Stopfenbehälter (13) aufweisen. Dieser besitzt einen einheitlichen Aufnahmeadapter (14), der an die Magazinaufnahme (15) angepasst ist. Der einheitliche Aufnahmeadapter (14) hat bei den verschiedenen Stopfenmagazinen (12) jeweils die gleiche und bevorzugt äußere Aufnahmekontur, die an die einheitliche Magazinaufnahme (15) angepasst ist. Die mit der Stopfengeometrie variierenden Behälterformate werden über den Aufnahmeadapter (14) egalisiert. Der Aufnahmeadapter (14) kann z.B. als radial über den Behältermantel (41) ragender Ring oder Kragen ausgebildet sein.
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Die Magazinaufnahme (15) und der Aufnahmeadapter (14) sind lösbar miteinander gekoppelt. Dies erfolgt vorzugsweise über eine formschlüssige Verbindung, insbesondere eine federnde Rastverbindung oder Clipsverbindung. Dies ist auch für den vorerwähnten automatischen Magazinwechsel von Vorteil. Durch die genannte Schnappverbindung erfolgt automatisch auch eine Positionierung des Stopfenmagazins (12) in der Magazinaufnahme (15). Die Magazinaufnahme (15) ist von außen zugänglich am Stopfensetzwerkzeug (3) angeordnet.
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Die Stopfensetzeinrichtung (1) kann für den automatischen Magazinwechsel eine entsprechende stationäre Bereitstellung für ein oder mehrere Stopfenmagazine (12) sowie entsprechende Hilfseinrichtungen für den Magazinwechsel aufweisen. Diese sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Der Industrieroboter (2) bewegt auf einer programmierten Bahn das Stopfensetzwerkzeug (3) zu dieser Bereitstellung und positioniert es mit der Öffnung (16) gegenüber der besagten Hilfseinrichtung.
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Die Dreheinrichtung (20), die Ladeeinrichtung (22) und die Vorschubeinrichtung (17) haben jeweils einen geeigneten Antrieb (23, 24, 25). Die Antriebe (24, 25) für die Dreheinrichtung (20) und die Ladeeinrichtung (22) sind z.B. als elektrische Antriebe mit einem entsprechend steuer- oder regelbaren Elektromotor und ggf. einem Getriebe ausgebildet. Der elektromotorische Antrieb (24) ist z.B. als Direktantrieb ausgebildet und an der Dreheinrichtung (20) angeordnet. Der elektromotorische Antrieb (25) der Ladeeinrichtung (22) ist z.B. am rückwärtigen Werkzeugbereich untergebracht.
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Die Antriebe (23, 24, 25) sind mit der Robotersteuerung in geeigneter Weise, z.B. leitungsgebunden oder drahtlos, verbunden und werden von der Robotersteuerung ggf. in Abstimmung mit den Roboterbewegungen, angesteuert und ggf. geregelt. Alternativ kann das Stopfensetzwerkzeug (3) eine eigene integrierte Steuerung (75) aufweisen. Daneben sind andere Abwandlungen der Steuerungsarchitektur möglich. Mit der Robotersteuerung oder der eigenen Steuerung (75) sind außer den Antrieben (23, 24, 25) auch andere Komponenten des Setzwerkzeugs (3), insbesondere die Erfassungseinrichtung (58) und deren Sensorik (9, 59, 60, 76) verbunden.
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Wie 2 bis 4 verdeutlichen, ist das Stopfensetzwerkzeug (3) mit einem Gehäuse (4) ausgerüstet, welches eine MRK-taugliche Schutzhülle bildet. Bei der Anordnung einer Erfassungseinrichtung (58) kann das Gehäuse (4) ein oder mehrere Fenster (63) an der Frontseite für den oder die optischen Sensoren (59, 60), den Markerer (61) und ggf. die Beleuchtung (62) aufweisen.
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Das Stopfensetzwerkzeug (3) und die Stopfensetzeinrichtung (1) können eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK) geeignete Ausbildung haben.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der Ausführungsbeispiele und der vor- und nachstehend genannten Variationen beliebig miteinander kombiniert und ggf. auch vertauscht werden.
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Die Ladeeinrichtung (22) kann einfacher ausgebildet sein und ohne eine Stelleinrichtung (50) auskommen. Die Rückhalteeinrichtung (44) kann am Stopfenbehälter (13) angeordnet sein und von innenseitigen Anschlagnasen gebildet werden, die von biegeweichen Stopfen (5) unter Ladekraft überfahren werden können. Die Vorsprünge (43) für die Dreharretierung (21) können an der Stirnwand des Stopfenbehälters (13) angeordnet, z.B. angeformt, sein.
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Die Stopfenaufnahme (19) hat in den gezeigten Ausführungsformen zwei Aufnahmestellen für einen Stopfen (5), sodass gleichzeitig vorne ein Stopfen (5) gesetzt und hinten ein neuer Stopfen (5) nachgeladen werden kann. Alternativ kann die Zahl der Aufnahmestellen der Stopfenaufnahme (19) kleiner oder größer sein. Sie kann z.B. eins, drei, vier oder fünf oder mehr betragen.
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In den gezeigten und bevorzugten Ausführungsformen ist die Stopfenaufnahme (19) im Setzbetrieb fluchtend mit dem Stopfenmagazin (12) ausgerichtet. Alternativ kann auch eine andere Winkellage realisiert werden, insbesondere, wenn die Stopfenaufnahme (19) mehrere Aufnahmestellen hat und/oder am Stopfensetzwerkzeug (3) mehrere Stopfenmagazine (12) angeordnet sind.
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Die Stopfenaufnahme (19) kann für einen automatischen Tausch bei Wechsel des Stopfenformats ebenfalls einen Adapter (nicht dargestellt) aufweisen. Dieser kann z.B. am vorderen Bereich des Stopfenköchers (29) bzw. Köcherrands (30) angeordnet sein. Die verschiedenen Adapter beinhalten jeweils einen anderen angepassten Stopfenhalter (32). Der Setzstößel (28) kann gleich bleiben oder ebenfalls einen angepassten und automatisch wechselbaren Stößelkopf aufweisen.
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Die gezeigten Ausführungsformen der Erfassungseinrichtung (58), der Rückhalteeinrichtung (44) und der Ladeeinrichtung (22) sowie die Anordnung und Ausrichtung des Roboteranschlusses (11) haben jeweils eine eigenständige erfinderische Bedeutung. Sie sind einerseits voneinander unabhängig und lassen sich andererseits auch bei anderen Stopfensetzwerkzeugen (3) benutzen, die eine andere Vorschubeinrichtung (17) für die axiale Relativbewegung zwischen Stopfenaufnahme (19) und Stopfenmagazin (12) oder die keine Vorschubeinrichtung (17) und ggf. auch keine Dreharretierung (21) aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stopfensetzeinrichtung
- 2
- Industrieroboter
- 3
- Stopfensetzwerkzeug
- 4
- Gehäuse, Schutzhülle
- 5
- Stopfen
- 6
- Werkstück, Karosserie
- 6'
- Öffnung, Werkstücköffnung
- 7
- Abtriebsglied, Roboterhand
- 8
- Abtriebselement
- 9
- Sensorik
- 10
- Gestell
- 11
- Anschluss
- 12
- Stopfenmagazin
- 12'
- Längsachse von Stopfenmagazin
- 13
- Stopfenbehälter
- 13'
- Magazinöffnung, Behälteröffnung hinten
- 13"
- Magazinöffnung, Behälteröffnung vorn
- 14
- Aufnahmeadapter
- 15
- Magazinaufnahme
- 16
- Öffnung
- 17
- Vorschubeinrichtung
- 18
- Setzeinheit
- 19
- Stopfenaufnahme
- 20
- Dreheinrichtung
- 20'
- Drehachse von Dreheinrichtung
- 21
- Dreharretierung
- 22
- Ladeeinrichtung
- 23
- Antrieb Vorschubeinrichtung
- 24
- Antrieb Dreheinheit
- 25
- Antrieb Ladeeinrichtung
- 26
- Aufnahmekopf
- 27
- Aufnahmekopf
- 28
- Setzstößel
- 28'
- Stößelachse
- 29
- Stopfenköcher
- 30
- Köcherrand
- 31
- Ausnehmung
- 32
- Stopfenhalter, Aufnahmenut
- 33
- Halteabschnitt, Nutenabschnitt
- 34
- Stirnwand der Aufnahmenut
- 35
- Vorsprung
- 36
- Geradführung
- 37
- Rückstellelement, Feder
- 38
- Steuer- und Begrenzungseinrichtung
- 39
- Setzstellung
- 40
- Ladestellung
- 40'
- Zwischenstellung
- 41
- Behältermantel
- 42
- Schlitz
- 43
- Vorsprung
- 44
- Rückhalteeinrichtung
- 44'
- Rückhalteelement
- 45
- Stopfenreihe
- 46
- Förderrichtung von Stopfen
- 47
- Fassung
- 47'
- Ausnehmung
- 48
- Ladestößel
- 49
- Führung, Schlitten von Ladestößel
- 50
- Stelleinrichtung
- 51
- Führung, Kulissenführung
- 52
- Rückhaltekopf, Gabelkopf
- 53
- Gabelarm
- 54
- Betätiger
- 55
- Feder
- 56
- Antrieb, Elektromagnet
- 57
- Kulissenführung
- 58
- Erfassungseinrichtung
- 59
- optischer Sensor, Kamera
- 60
- optischer Sensor, Kamera
- 61
- Marker, Laser
- 62
- Beleuchtung
- 63
- Fenster an Gehäuse
- 64
- Drehanschlag
- 65
- Dämpfer
- 66
- Pin
- 67
- Mitnehmer
- 68
- Führung, Schlitten
- 69
- Antriebsmittel, Elektromagnet
- 70
- Führungsbahn, Kulisse für Setzstellung
- 71
- Führungsbahn, Kulisse für Zwischenstellung
- 72
- Sockel, Scheibe
- 73
- Aufnahme für Mitnehmer
- 74
- Fixierung, Haltemagnet
- 75
- Steuerung
- 76
- Sensor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005798 A1 [0002, 0005]
