DE3623056C2 - - Google Patents
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- DE3623056C2 DE3623056C2 DE19863623056 DE3623056A DE3623056C2 DE 3623056 C2 DE3623056 C2 DE 3623056C2 DE 19863623056 DE19863623056 DE 19863623056 DE 3623056 A DE3623056 A DE 3623056A DE 3623056 C2 DE3623056 C2 DE 3623056C2
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/10—Aligning parts to be fitted together
- B23P19/102—Aligning parts to be fitted together using remote centre compliance devices
- B23P19/105—Aligning parts to be fitted together using remote centre compliance devices using sensing means
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fügeeinrichtung mit einer
Werkzeugaufnahme für das zu fügende Element, einer Positi
oniereinrichtung und einem Kompensatorelement zum Aus
gleich von Positionierfehlern gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Derartige Fügeeinrichtungen werden beispielsweise beim
Einsetzen von Bolzen in Löchern oder zum Einschrauben von
Schraubelementen benötigt.
Es sind bislang eine Reihe von nachgiebigen Füge
einrichtungen und insbesondere Schrauberaufhängungen,
sogenannte Remote-Center-Compliance-Elemente vorgeschlagen
worden. Hierzu wird beispielsweise auf die Artikel "Sen
soren in der Montagetechnik" in "Der Konstrukteur", Heft
3, 1986, Seite 32 bis 38 oder "Programmierbare Montage
systeme" in "Maschinenmarkt", 1979, Seite 1422 bis 1425
sowie die DE-PS 23 58 498 verwiesen.
Kompensatorelemente zum Ausgleich von Positionierfehlern
der Werkzeugaufnahme sind ferner aus der DE-OS 33 19 589
und der US-PS 45 71 148 bekannt. In der DE-OS 33 19 589
sind eine Reihe von sehr aufwendig aufgebauten Kompensa
torelementen beschrieben, die u. a. auch nach dem sogenann
ten RCC-Prinzip, aber auch nach anderen Prinzipien arbei
ten. Dabei sind insbesondere kugelförmige Elemente zum
Versatz-Ausgleich vorgesehen, die federbeaufschlagt sind.
In der US-PS 45 71 148 ist ebenfalls ein sehr aufwendiges
Ausgleichselement beschrieben, bei dem zur Durchführung
von Manipulationsaufgaben mehrere Paare von Faltenbalg-
Elementen vorgesehen sind, die bestimmten Manipulationen
unterzogen werden, um einen Ausgleich von Positionierfeh
lern zu ermöglichen.
Die bekannten Elemente zum Ausgleich von Positionierfeh
lern haben jedoch außer ihrem komplizierten Aufbau noch
eine Reihe von prinzipiellen Nachteilen, die sich insbe
sondere bei der Durchführung von Schraubvorgängen auswir
ken:
Bei schrägen Schraubvorgängen können sich durch das Eigen
gewicht der Fügeeinrichtung unkontrollierte Verlagerungen
beispielsweise der Spindel ergeben. Darüber hinaus haben
die bekannten Kompensatorelemente eine vergleichsweise
große Nachgiebigkeit gegen Drehmomente, so daß nur bei
ganz bestimmten Geometriekonfigurationen erfolgreiche
Verschraubungen möglich sind.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
insbesondere zur Durchführung von Schraubvorgängen geeig
nete Fügeeinrichtung zu schaffen, die bei niedriger Masse
eine hohe Drehsteifigkeit, aber eine gute Nachgiebigkeit
bei Axial-, Lateral- und Angularversatz hat.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren
Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß weist das Kompensatorelement einer Füge
einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in
Art eines Faltenbalgs angeordnete Lamellen auf. Durch
diesen Aufbau wird nicht nur die erfindungsgemäß gestellte
Aufgabe gelöst, darüber hinaus ergeben sich auch eine Reihe
von unerwarteten Vorteilen:
Auch bei kleinen Abmessungen ist ein großer Versatz
realisierbar. Ferner weist das erfindungsgemäße Kompensa
torelement nicht nur eine Nachgiebigkeit in Richtung
senkrecht zur Fügerichtung, sondern auch eine Nachgiebig
keit in Fügerichtung auf. Damit kann beispielsweise auf
eine zusätzliche Werkzeugfederung verzichtet werden.
Trotz dieser hohen Nachgiebigkeit in Fügerichtung und in
Richtung senkrecht zur Fügerichtung, die den Ausgleich
eines großen Axial-, Lateral- und Angularversatzes er
laubt, weist das erfindungsgemäße Kompensatorelement eine
hohe Drehsteifigkeit auf: so ist das Verhältnis zwischen
Anziehwinkel beim Schraubvorgang zu Torsionswinkel des
Kompensatorelements größer als 30:1, d.h. sogenannte
"weiche Schraubfälle" treten nicht auf.
Darüber hinaus können Betriebszustände eingestellt werden,
bei denen keine unkontrollierten Raumlageänderungen der
Werkzeugaufnahme durch Eigengewicht bei nicht senkrechten
Fügevorgängen auftreten.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen des Gegenstandes des
Anspruchs 1 sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Kompensatorelement kann selbstver
ständlich werkstück- bzw. werkzeugaufnahmefern eingesetzt
werden. Zur Verminderung der Reaktionskräfte ist es jedoch
vorteilhaft, wenn gemäß Anspruchs 2 das erfindungsgemäß
ausgebildete Kompensatorelement direkt über der Werkzeug
aufnahme beispielsweise in eine Schrauberaufhängung einge
baut ist. Bei einem derartigen werkstücknahen Einbau
kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Elements, wie
kleine Masse, gute Nachgiebigkeit etc. besonders zum
Tragen.
Wie bereits ausgeführt, weist das erfindungsgemäße Kompen
satorelement nicht nur eine gute Nachgiebigkeit senkrecht
zur Fügerichtung, sondern auch in Fügerichtung auf. Diese
Nachgiebigkeit in Fügerichtung kann darüber hinaus dadurch
eingestellt werden, daß eine entgegen der (oder gegebenen
falls auch in) Fügerichtung wirkende Kraft auf das Kompen
satorelement aufgebracht wird. Wenn die aufgebrachte Kraft
so groß ist, daß die einzelnen Lamellen aneinander anlie
gen, verhält sich das erfindungsgemäße Kompensatorelement
im wesentlichen wie ein "steifes" Verbindungselement.
Damit können auch Fügevorgänge ausgeführt werden, bei der
die Fügerichtung mit der Vertikalen einen beliebigen
Winkel einschließt, da eine lageabhängige Veränderung der
Werkzeugposition unter Einfluß des Eigengewichts vermieden
wird.
Die Kraft entgegen der Fügerichtung kann beispielsweise
durch mechanische oder elektromagnetische Elemente, zum
Beispiel ein Zugseil aufgebracht werden. Besonders vor
teilhaft ist jedoch die im Anspruch 4 angegebene Möglich
keit, die Kraft durch Evakuieren des Kompensatorelements
zu erzeugen.
Das erfindungsgemäße Kompensatorelement kann als einfaches
passives Compliance-Element, aber auch als sensorunter
stütztes passives oder aktives Compliance-System verwendet
werden.
In den beiden letztgenannten Fällen ist es besonders
vorteilhaft, wenn gemäß Anspruch 5 Sensoren vorgesehen
sind, die die Verformungen des Kompensatorelements erfas
sen.
Diese Sensoren können beispielsweise handelsübliche Weg
sensoren, z.B. Dehnungsmeßstreifen oder Sensoren sein, die
beispielsweise die Stellung eines Zugseils überwachen.
Besonders vorteilhafte Ausbildungen der Sensoren sind
jedoch in den Ansprüchen 6 bzw. 7 gekennzeichnet.
Gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß ein Sensor den Druck
im erfindungsgemäß ausgebildeten Kompensatorelement mißt.
Bei abgeschlossenem Innenraum ruft nämlich jede Formände
rung des Kompensatorelements, beispielsweise eine Längung
des Elements bei erfolgreich verlaufendem Einschraubvor
gang, eine Druckänderung hervor, die gemessen wird und zur
Erfassung der Länge des Elements und damit zur Ermittlung
des Verlaufs des Fügevorgangs dienen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Sensoren ist im
Anspruch 7 angegeben: Zur Erfassung von Formänderungen des
Kompensatorelements wird der elektrische Widerstand längs
von in Fügerichtung verlaufenden Linien gemessen. Durch
die Deformation des Kompensatorelements entsteht nämlich
ein stufenweiser "Kurzschluß" der einzelnen Lamellen, so
daß sich der Widerstand in Form einer Treppenfunktion als
Funktion der Länge des Strompfades ändert. Ermittelt man
den Widerstand längs mehrerer, gegeneinander um einen
bestimmten Winkelbetrag versetzter Linien, so erhält man
eine Aussage über die Größe und die Richtung der Deforma
tion des Kompensatorelements. Beispielsweise ist es beson
ders vorteilhaft, den Widerstand von 4 um jeweils 90°
versetzten Linien zu ermitteln.
Die Sensor-Ausgangssignale, die ein Maß für die Verformung
des Kompensatorelements darstellen, können beispielsweise
dazu verwendet werden, einen Industrieroboter, der die
Fügeeinrichtung positioniert, so nachzuführen, daß die für
den Fügevorgang notwendige Deformation des Kompensatorele
ments minimiert wird. Mißt man beispielsweise den Wider
stand in Fügerichtung entlang von 4 um jeweils 90° ver
setzten Linien, so kann man den Industrieroboter in Rich
tung des geringsten Widerstands nachführen, um die in
dieser Richtung größte Deformation auszugleichen.
Natürlich ist es aber auch möglich, interne Maßnahmen im
Kompensatorelement auszulösen, um eventuelle Deformationen
zu verringern. Beispielsweise kann der Druck im Kompensa
torelement gegenüber Normaldruck erhöht oder verringert
und damit das Kompensatorelement "versteift" werden, um
hierdurch eventuelle Deformationen, beispielsweise beim
Ansetzen eines Bolzens an einem schräg verlaufenden Bol
zenloch zu verringern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Kompensatorelements bestehen gemäß den Ansprüchen 9 bzw.
10 darin, dieses mit einer rheopexen oder thixotropen
Flüssigkeit, d.h. sogenannten nicht-newtonschen Flüssig
keiten zu füllen.
Die gemäß Anspruch 9 vorgesehene rheopexe Flüssigkeit wird
durch ein von außen angelegtes elektrisches Feld wesent
lich zäher, so daß das erfindungsgemäße Kompensatorelement
ohne Änderungen der Abmessungen versteift werden kann.
Damit wird es beispielsweise möglich, mit eingeschaltetem
elektrischen Feld, d.h. mit versteiftem Kompensatorelement
einen Bolzen an einem "schrägstehenden" Bolzenloch anzu
setzen, anschließend das elektrische Feld abzuschalten und
den Fügevorgang mit einem nachgiebigen Kompensatorelement
auszuführen.
Die gemäß Anspruch 10 vorgesehene thixotrope Flüssigkeit
hat den Vorteil, daß die in ihr entstehenden Schubspannun
gen proportional einem Geschwindigkeitsgradienten sind.
Damit wird die Flüssigkeit um so zäher, je größer die
Verformung ist. Durch dieses Verhalten wirkt eine Füllung
mit einer thixotropen Flüssigkeit Schwingungen des erfin
dungsgemäßen Kompensatorelements entgegen, so daß auch bei
eventuellen Unwuchten Schraubvorgänge mit großen Drehzah
len ausgeführt werden können.
Die mit einem erfindungsgemäßen Kompensatorelement ausge
stattete Fügeeinrichtung eignet sich - wie im Anspruch
11 beansprucht und zum Teil bereits angespro
chen - besonders zur Durchführung von Schraubvorgängen mit
Hilfe eines Industrieroboters.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs
beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be
schrieben,
deren einzige Figur eine Seitenansicht eines erfindungsge
mäßen Kompensatorelements zeigt.
Das in der Figur dargestellte erfindungsgemäße Kompensa
torelement besteht aus einer Reihe von in Art eines Fal
tenbalgs bzw. eines Wellschlauchs miteinander verbundenen
Lamellen 11, 12, . . . 22. Die einzelnen Lamellen 11 . . . 22
sind durch Rohrstücke 31 . . . 41 derart miteinander verbun
den, daß sich sowohl der Abstand als auch die Winkellage
der einzelnen Lamellen gegeneinander ändern kann. Wie die
Figur zeigt, erhält man hierdurch eine Deformation des
erfindungsgemäßen Kompensatorelements, die einen im Ver
gleich zur Länge L und zum Durchmesser D A großen Achsver
satz Δ X ermöglicht.
In der Figur ist die Länge der einzelnen Rohrstücke und
damit der Abstand zwischen den einzelnen Lamellen bei
undeformiertem Element gleich. Dies ist nicht notwendiger
weise so; beispielsweise ist es möglich, zum Erzielen
spezieller Kennlinien die Länge der einzelnen Rohrstücke
zu variieren.
Wie ferner die Figur zeigt, berühren sich bei Deformatio
nen einzelne Lamellen, in der Figur beispielsweise die
Lamellen 11, 12, 13 links oben und die Lamellen 20, 21, 22
rechts unten. Besteht das erfindungsgemäße Kompensatorele
ment aus einem elektrisch leitenden Material, so kann man
durch Messen des Widerstands längs zur Achse z (im unde
formierten Zustand) parallelen Linien die Deformation des
Elements bestimmen.
Das erfindungsgemäße Kompensatorelement kann aus beliebi
gen federnden Materialien, beispielsweise Federstählen,
Kunststoffmaterialien etc. hergestellt sein. Die Material
wahl richtet sich vorteilhafterweise nach dem jeweiligen
Einsatzfall.
Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan
kens - eine Fügeeinrichtung mit einem Kompensatorelement
zu versehen, das in Art eines Faltenbalgs angeordnete
Lamellen aufweist - beschrieben worden.
Innerhalb dieses allgemeinen Erfindungsgedankens sind
selbstverständlich die verschiedensten Ausgestaltungen
möglich:
Beispielsweise kann der Innenraum des Kompensatorelements
abgeschlossen und mit einer Einrichtung zur Drucksteuerung
verbunden sein. Durch einen entsprechenden Unter- bzw.
Überdruck erhält man nicht nur unterschiedliche Längen des
Kompensatorelements in seiner Ruhelage, sondern auch
unterschiedliche Steifigkeiten des Kompensatorelements
sowohl in Fügerichtung als auch senkrecht hierzu.
Deformationen des Kompensatorelements können nicht nur
durch Messung des Widerstands sowie durch sonstige Senso
ren, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, festgestellt
werden, darüber hinaus ist es auch möglich, den Druck im
Inneren eines abgeschlossenen Kompensatorelements zu
messen, da eine Längung bzw. Verkürzung des Kompensator
elements auch zu einer Druckänderung führt.
Ferner ist es zur Veränderung der Eigenschaften des Füge
elements möglich, dieses mit einer Flüssigkeit und insbe
sondere einer sogenannten nicht-newtonschen Flüssigkeit zu
füllen, die unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei
Anlegen eines elektrischen Feldes, ihre Zähigkeit ändert.
Insbesondere bei Verwendung einer rheopexen Flüssigkeit
ist es ohne weiteres möglich, durch Ein- bzw. Ausschalten
eines beispielsweise in Fügerichtung, aber auch in anderen
Richtungen angelegten elektrischen Feldes die Steifigkeit
des erfindungsgemäß vorgesehenen Kompensatorelements in
weiten Grenzen zu verändern.
Claims (11)
1. Fügeeinrichtung mit einer Werkzeugaufnahme für das zu
fügende Element, einer Positioniereinrichtung zur Positio
nierung der Werkzeugaufnahme und einem Kompensatorelement
zum Ausgleich von Positionierfehlern der Werkzeugaufnahme
relativ zum Fügepartner in einer Ebene senkrecht zur
Fügerichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensatorelement in Art
eines Faltenbalgs angeordnete Lamellen (11 . . . 22) aufweist.
2. Fügeeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensatorelement direkt
über der Werkzeugaufnahme vorgesehen ist.
3. Fügeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß auf das Kompensatorelement
eine entgegen der Fügerichtung (z) wirkende Kraft auf
bringbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft durch Evakuieren des
Kompensatorelements erzeugbar ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor vorgesehen ist, der
Verformungen des Kompensatorelements erfaßt.
6. Fügeeinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor den Druck im
Kompensatorelement mißt.
7. Fügeeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor den Widerstand längs mehreren in Fügerichtung
verlaufenden Linien mißt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit die Sensor-
Ausgangssignale erfaßt und das Positioniersystem einer
Positioniereinrichtung, z.B. eines Industrieroboters oder
eine Einheit zur Steuerung des inneren Zustandes des
Kompensatorelements mit Signalen zur Verringerung der
Deformationen beaufschlagt.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Versteifung in
das Kompensatorelement eine spezielle rheopexe Flüssigkeit
eingefüllt ist, an die ein elektrisches Feld anlegbar ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß in das Kompensatorelement eine
thixotrope Flüssigkeit eingefüllt ist.
11. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche
1 bis 10 zur Durchführung von Schraubvorgängen.
Priority Applications (2)
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ID=6304740
Family Applications (1)
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---|---|---|---|---|
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DE2835712A1 (de) * | 1978-08-16 | 1980-02-28 | Bosch Gmbh Robert | Fuehler zum ausrichten von teilen |
US4571148A (en) * | 1982-03-15 | 1986-02-18 | National Research Development Corporation | Manipulating unit |
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1986
- 1986-07-09 DE DE19863623056 patent/DE3623056A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3623056A1 (de) | 1988-01-28 |
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