DE3535761C1 - Nietautomat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nietautomaten mit rechner­ unterstütztem Ansteuern von Nietpositionen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Nietautomat ist aus der DE-Z "Industriean­ zeiger" Nr. 3 vom 12. Januar 1983/105. Jg. Seite 21 be­ kannt.

Bei diesem Nietautomaten ist eine nur in der Höhe ver­ stellbare, nach Art eines starren, das Werkstück um­ greifenden C-Bügels ausgebildete Nietzange vorhanden, an der ein unteres und oberes Nietsystem angeordnet sind. Das Werkstück wird mit einer kombinierten Drei­ achs- und Schwenklagensteuerung zwischen die beiden Nietsysteme verfahren und so verschwenkt, daß die Bear­ beitungsachse der Nietsysteme mit der Flächennormalen der angesteuerten Nietstelle zusammenfällt. Dieser Nietautomat hat die nachfolgend aufgeführten Nachteile:
Der Rahmenkörper muß für die Dreiachs- und Schwenkla­ gensteuerung der großen und schweren Werkstücke sowie für die dafür erforderlichen leistungsstarken Motore sehr schwer und starr ausgeführt werden. Die Zugäng­ lichkeit zu Werkstücken mit verwickelter Geometrie ist begrenzt. Die Bohr- und Nietachse des Automaten ist räumlich feststehend, so daß die einzelnen Bearbei­ tungsgänge, wie z. B. Bohren, Reiben, Dichtmittelzufuhr, Nieten, Kantenfräsen, Nietstelleninspektion durch eine Videokamera linear aneinandergereiht werden müssen, wo­ bei die Relativposition von Werkstück und Bearbeitungs­ system bei jedem Arbeitswechsel geändert werden muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend aufgeführten Nachteile durch einen Nietautomaten zu vermeiden, der insgesamt leichter ausgeführt werden kann, eine bessere Zugänglichkeit auch zu Werkstücken mit verwickelter Geometrie, eine einfachere Bewegungs­ steuerung mit weniger zu bewegenden Massen und eine leichtere Ausführung der Bearbeitungsvorgänge ohne Ver­ änderung der Relativposition von Werkstück und Nietsy­ stemen aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und durch die Unteransprüche.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Werkstück nur in der x-Achse beweglich angeord­ net ist, während die Verstellbewegungen in Richtung der anderen Achsen sowie die Schwenkbewegung bei gekrümmten Werkstücken durch die Nietsysteme ausgeführt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist dadurch gegeben, daß die Nietsysteme nicht starr miteinander verbunden sind, sondern einzeln schwenkbeweglich und in mehreren Achsen verstellbar sind. Durch diese Anordnung werden die mehrachsig zu steuernden Massen ganz erheblich re­ duziert, wodurch die Rahmenteile des Nietautomaten we­ sentlich leichter und die Antriebe zur Bewegungssteue­ rung erheblich leistungsschwächer sind und damit der gesamte Nietautomat kostengünstiger ausgebildet sein kann. Durch die getrennt ausgebildeten Nietsysteme ist es weiterhin vorteilhaft, daß die Bewegungen zum Anfah­ ren der Nietnullpunkte aufgegliedert werden können in den Verfahrweg der Nietpositionierrahmen und in die Schwenkbewegung der Nietsysteme, die einen gleichen Schwenkwinkel ausführen.

Beim inneren Nietsystem ist ausreichend Platz für eine lange Druckhülse mit einem langen Döpper vorhanden, der weit in die Druckhülse zurückziehbar und mit seinem vorderen Ende an unterschiedliche Werkstücke anpaßbar ist. Dadurch ist es möglich, auch Werkstücke mit ver­ wickelter Geometrie einwandfrei miteinander zu vernie­ ten. Weiterhin wird die Bearbeitung dadurch verein­ facht, daß das äußere Nietsystem mit einem an und für sich bekannten Revolverkopf versehen ist. Ein solcher, z. B. durch die DE-OS 16 52 807 bekannt gewordener Re­ volverkopf ermöglicht es, bei allen Arbeitsgängen die Relativposition zwischen dem Werkstück und den Nietsy­ stemen unverändert zu lassen.

Die Steuerung aller Vorgänge des Nietautomaten erfolgt über einen Rechner. In dem Rechner werden die Koordina­ ten der Nietnullpunkte gespeichert. Dieses kann mit ex­ terner Programmierung durch Eingabe der Koordinaten an­ hand der Werkstückzeichnung oder auch über einen Moni­ tor erfolgen. Bei komplizierten Werkstücken mit schwie­ rig zu definierenden Koordinaten der Nietnullpunkte ist eine Hand-Programmierung möglich, in dem von den Bohr­ löchern eines Muster-Werkstücks die Koordinaten durch ein Abtasten mit einer Steuerkugel abgenommen werden und die Beobachtung der Werkstückoberfläche des Mu­ ster-Werkstücks durch eine im Revolverkopf des äußeren Nietsystems eingesetzte Meßkamera erfolgt, wobei die Koordinaten der Bohrlöcher in den Rechner eingegeben und gespeichert werden. Die Positionierung des Innensy­ stems kann ebenfalls per Hand durch Verfahren des in­ neren Nietsystems, z. B. durch schrittweises Bewegen von einem Bedienpult aus, erfolgen. Dabei kann auch der Döpper wahlweise zurückgezogen und/oder in seine vier, um 90° zueinander versetzte Stellungen gedreht werden. An einem Bauteil des inneren Nietsystems ist dabei auch eine Beobachtungskamera installiert, wodurch man über einen Monitor störende Konturen an dem inneren zu ver­ nietenden Werkstück erkennen und danach den Döpper ein­ stellen kann. Dieser Vorgang kann auch halbautomatisch erfolgen, indem die Kamera mit Hilfe von im Rechner eingespeicherten Koordinatendaten zu den Bohrlöchern geführt wird und bei nicht genauer Übereinstimmung des tatsächlich vorhandenen Bohrloches eine Korrektur durch Verfahren von Hand vorgenommen wird. Alle Bohrungen werden numeriert, so daß zu einem späteren Zeitpunkt nur die Lochnummer eingegeben werden muß, um eine Boh­ rung wieder zu finden.

Bei gekrümmten Werkstücken mit einem programmierbaren Konturverlauf ist die Festlegung der Nietnullpunkte da­ durch wesentlich vereinfacht, daß der Konturverlauf in den Rechner eingespeichert wird und am Werkstück eine x-z-Ebene sowie eine Vertikale zur x-Achse als Basis­ ebene festgelegt wird. Dann braucht jeder Nietnullpunkt nur als Abweichung von diesen im Rechner eingespeicher­ ten Basiswerten mit seiner x- und y-Richtung ermittelt und abgespeichert werden. Durch die exakt definierten Verfahrwege der Nietpositionierrahmen und der Nietsy­ steme ist es möglich, mit Hilfe von Längen- und Winkel­ messern mit feiner Auflösung ständig die genaue Lage der Nietnullpunkte zu kontrollieren und ggf. zu korri­ gieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Nietautomaten;

Fig. 2 eine gesonderte Darstellung der Nieteinrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen Revol­ verkopf entsprechend den Linien III-III der Fig. 2 und

Fig. 4 eine Darstellung des Arbeitsbereiches des Niet­ automaten.

Die mehr schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt ei­ nen Nietautomaten als Rahmenkörper 1 mit einer Grund­ platte 2, einer Obertraverse 3, Außenträgern 4, unteren Längsträgern 5 und oberen Längsträgern 6. Die Ausdeh­ nung des Rahmenkörpers 1 normal zur Zeichenebene ist als x-Richtung, diejenige waagerecht in der Zeichen­ ebene als z-Richtung und diejenige senkrecht zur x-z-Ebene als y-Richtung bezeichnet. An oberen und un­ teren Querträgern 7 und 8 sind Nietpositionierrahmen 10 und 11 mit Oberschlitten 12 und 13 sowie Unterschlitten 14 und 15 geführt. Die Oberschlittenpaare 12 und 13 und die Unterschlittenpaare 14 und 15 sind je durch Tele­ skoprohre 16 und 17 kardanisch miteinander verbunden. Die starr mit ihren jeweiligen Ober- und Unterschlitten verbundenen Nietpositionierrahmen 10 und 11 werden durch nicht dargestellte Gleichstrommotoren mittels Spindeln 18 in z-Richtung verstellt und durch ebenfalls nicht dargestellte Meßsysteme in ihrer Stellung kon­ trolliert. Die Nietpositionierrahmen 10 und 11 dienen als Führungsrahmen für Nietsysteme 20 und 21, die mit­ tels Kugelgewindespindeln 22 von Wechselstrommotoren 23 in y-Richtung verfahrbar sind. Zur Unterscheidung wird das Nietsystem 20 als inneres Nietsystem und das Niet­ system 21 als äußeres Nietsystem bezeichnet.

Die Nietsysteme 20 und 21 sind mit mit Bremsen versehenen Wechselstrommotoren 24 ausgestattet, die über in Gehäu­ sen 25 und 26 befindlichen Untersetzungsgetrieben 27 und 28 und Hebelkinematiken 29 und 30 Tragarme 31 und 32 in eine Winkelstellung α zur x-z-Ebene verstellen können. An dem Tragarm 31 des inneren Nietsystems 20 ist eine Nieteinrichtung mit einer Druckhülse 33 und einem Nietdöpper 34 und an dem Tragarm 32 des äußeren Nietsystems 21 ist ein für mehrere Bearbeitungsfunk­ tionen geeigneter Revolverkopf 35 angelenkt. An den oberen und unteren Querträgern 7 und 8 sind Führungen 37 und 38 für einen Werkstückrahmen 39 angeflanscht. Der Werkstückrahmen 39, an dem hier als Werkstück ein Rumpfspant 40 angesetzt ist, ist in den Führungen 37 und 38 durch einen nicht dargestellten Motor rechnerge­ steuert in x-Richtung verschiebbar. Die Nieteinrichtun­ gen 33 bis 35 müssen in Nietstellung entlang einer Nietnullinie 41 fluchtend ausgerichtet sein.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Nieteinrich­ tung. In der Druckhülse 33 ist der hydraulisch verfahr­ bare Döpper 34 eingesetzt, wobei der Döpper mit seinem Schlaghammer 34 a auf ein Niet 42 einschlägt, der einen Stringer 43 mit dem Spant 40 verbindet. Der Döpper 34 kann auch in bekannter Weise in der Druckhülse 33 in vier um 90° versetzte Stellungen gedreht werden und mit einem Gegenhalter 34 b den Stringer 43 festhalten. Aus dem Revolverkopf 35, der durch einen Motor 44 gedreht werden kann, ist ein Gegenhalter 45 ausgefahren. Der Revolverkopf 35 ist entsprechend Fig. 3 mit fünf Boh­ rungen für verschiedene Bearbeitungsfunktionen ver­ sehen. Die Bohrungen liegen auf einer Kreislinie 46, die beim Drehen des Revolverkopfes 35 stets durch die Nietnullinie 41 läuft. Nachfolgend sind die den Bohrun­ gen entsprechenden Bearbeitungsfunktionen aufgeführt:
Bohren und Senken 50, Dichtmitteleinspritzen 51, Niet­ zuführen und Gegenhalten 52, auswechselbare Funktionen 53 wie z. B. Kantenfräsen, Nietkopfglätten, Abtasten der Bohrungsgeometrie mit einer Kamera und Beobachten der Funktionen 50 bis 53 durch eine Videokamera 54.

In der Fig. 4 ist der mit der Nieteinrichtung mögliche Arbeitsbereich 56 dargestellt. Dieser Arbeitsbereich 56 ergibt sich daraus, daß um die x-z-Ebene ein maximaler Schwenkwinkel α _max /2 von je etwa 65° und ein maxi­ maler Verfahrweg a der Nietpositionierrahmen 10 und 11 in z-Richtung möglich ist. In dem Arbeitsbereich 56 sind außer der Kontur des Werkstücks 40 noch weitere mögliche Konturen 57, 58 und 59 von Werkstücken darge­ stellt, die mit dem Nietautomaten 1 genietet werden können.

Zum automatisch gesteuerten Nieten des Werkstücks 40 im Nietautomaten 1 wird die Basisgeometrie des Werkstücks ermittelt, die in diesem Fall mit der Straklinie 60 zu­ sammenfällt (siehe Fig. 1). Senkrecht zum Schnittpunkt der Straklinie 60 mit der x-z -Ebene wird eine x-y-Ba­ sisebene 61 bestimmt. Danach werden alle Nietpositio­ nen, deren Nietnullinien 41 im Schnitt mit der Strak­ linie 60 Nietnullpunkte 62 ergeben, mit ihren x- und y-Werten in Bezug auf die Basisgeometrie 60 und die Ba­ sislinie 61 ermittelt, in einen nicht dargestellten Rechner eingegeben und numeriert. Somit kann jeder Nietnullpunkt 62 mit Hilfe der bereits im Rechner pro­ grammierten Werte über die Verfahrgeschwindigkeiten der Nietpositionierrahmen 10 und 11 sowie der Nietsysteme 20 und 21 durch Abruf seiner zugehörigen Nummer automa­ tisch und stets reproduzierbar angefahren werden.

Außer den üblichen Senkkopfnieten, deren Kopf durch den Döpper 34 gestaucht wird, können mit dem Nietautomaten 1 auch Paßniete mit Verschraubung verarbeitet werden. Dabei wird mit der Bearbeitungsfunktion 50 (siehe Fig. 3) ein Paßloch gebohrt und aufgerieben und dann die Paßniete mit der Bearbeitungsfunktion 52 nicht nur zu­ geführt, sondern auch eingepreßt. Beim inneren Nietsy­ stem 20 wird die Druckbuchse 33 mit dem Döpper 34 zu­ rückgezogen, damit auf die durchgedrückte Paßniete eine Mutter aufgesetzt werden kann.

Claims (14)

1. Nietautomat mit rechnerunterstütztem Ansteuern von Nietpositionen auf einem, insbesondere großflächi­ gen gekrümmten Werkstück, der einen Rahmenkörper mit sich in x-y-Ebene erstreckender Grundfläche und sich in y-Richtung erstreckender Höhe aufweist, in dem das Werkstück mit seiner größten Flächenausdehnung etwa in einer x-y-Ebene angeordnet ist und in dem in y-Richtung verfahrbare, für die Durchführung der Nietung miteinan­ der zusammenwirkende Nietsysteme vorhanden sind, da­ durch gekennzeichnet, daß das Werk­ stück (40) in einer x-Achse auf Führungen (38, 39) zwi­ schen zwei sich in y-Richtung erstreckende und in z-Richtung verfahrbare Nietpositionierrahmen (10, 11) verschiebbar ist, wobei an jede der beiden Nietpositio­ nierrahmen je eines der in y-Richtung verfahrbaren, für die Durchführung der Nietung miteinander zusammen­ wirkenden Nietsysteme (20, 21) angebracht sind, die rechnerunterstützt gemeinsam auf jeden Punkt (Nietnull­ punkt 62) des Werkstücks (40) ansteuerbar sind.

2. Nietautomat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nietpositionierrah­ men (10, 11) mit auf Spindeln (18) verfahrbaren Schlit­ ten (12, 13, 14, 15) an Ober- und Unterträgern (7, 8) des Rahmenkörpers (1) geführt und die Schlitten über Schlittenkuppler (16, 17) kardanisch miteinander gekup­ pelt sind.

3. Nietautomat nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Niet­ systeme (20, 21) zum Nieten von gekrümmten Werkstücken (40) schwenkbar an den Nietpositionierrahmen (10, 11) angeordnet sind und in der Nietstellung senkrecht auf der Tangente des am Nietnullpunkt (62) vorhandenen Krüm­ mungsradius auf der Nietnullinie (41) einander fluch­ tend gegenüberliegen.

4. Nietautomat nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Nietsystemen (20, 21) rechnergesteuerte Motoren (24) über Untersetzungs­ getriebe (27, 28) und Kinematiken (29, 30) Tragarme (31, 32) mit den Nieteinrichtungen (33, 34, 35) ver­ stellen.

5. Nietautomat nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß auf dem Tragarm (32) des einen Nietsystems (äußeres Nietsystem 21) ein rechnergesteuerter, durch einen Elektromotor (44) drehbarer Revolverkopf (35) mit auf einer Kreis­ linie (46) angeordneten Funktionsachsen angebracht ist, wobei die Normale auf jeden Punkt der Kreislinie durch die Nietnullinie (41) verläuft.

6. Nietautomat nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nachfolgende fünf Bear­ beitungsfunktionen auf dem Revolverkopf (35) unterge­ bracht sind:

• a) Bohren und Senken (50),
  b) Dichtmitteleinspritzen (51),
  c) Nietzuführen und Gegenhalten (52),
  d) Sonderfunktion (53) auswechselbar, wie z. B. Kanten­ fräsen, Nietkopfglätten, Abtasten der Bohrungsgeo­ metrie mit einer Kamera,
  e) Beobachten der Funktion a) bis d) mit einer Video-Kamera (54).

7. Nietautomat nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß auf dem Tragarm (31) des zweiten Nietsystems (inneres Niet­ system 20) eine Druckhülse (33) und ein in der Druck­ hülse ein- und ausfahrbarer sowie in vier Stellungen um je 90° drehbarer Döpper (34) angebracht ist.

8. Nietautomat nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Döpper (34) an der Spitze einen U-förmigen Gegenhalter (34 b) und einen zwischen den U-Schenkeln verfahrbaren Schlaghammer (34 a) aufweist.

9. Nietautomat nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geometrie der Nietnullpunkte (62) an­ hand einer Werkstückzeichnung und/oder über einen Moni­ tor in einen Rechner eingegeben und gespeichert ist.

10. Nietautomat nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Geometrie der Nietnullpunkte (62) und der Verfahrwege der Nietsysteme (20, 21) mit einem im Revolverkopf (35) des äußeren Nietsystems (21) und/oder an einem Bauteil des inneren Nietsystems (20) angeord­ neten opto-elektrischen Abtastsystem, z. B. einer Halb­ leiterkamera, durch Ermitteln der Lage der Bohrungen an einem Muster-Bauteil in den Rechner eingegeben und ge­ speichert ist.

11. Nietautomat nach den Ansprüchen 9 und 10, da­ durch gekennzeichnet, daß bei ge­ krümmten Werkstücken (40) mit einem programmierbaren Konturverlauf (60) eine mittlere x-z-Ebene, eine x-y-Ebene senkrecht zur x-z-Ebene als Basisebene (61) und die Verfahrwege der Nietpositionierrahmen (10, 11) sowie der Nietsysteme (20, 21) festgelegt sind und die Nietnullpunkte (62) nur als Abweichungen davon in x- und y-Richtung bestimmt sind.

12. Nietautomat nach den Ansprüchen 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Niet­ nullpunkte (62) numeriert sind und daß jeder Nietnull­ punkt rechnergesteuert anfahrbar ist.

13. Nietautomat nach den Ansprüchen 9 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß Längen- oder Winkelmesser mit feiner Auflösung die Verfahrwege der Nietpositionierrahmen (10, 11) und der Nietsysteme (20, 21) rückmelden.

14. Nietautomat nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß als Niete Senkkopfniete und Paßniete mit Verschraubung verarbeitet sind, wobei bei der Verarbei­ tung der Paßniete die Druckhülse (33) mit dem Döpper (34) von dem Werkstück zurückgezogen sind.