DE3912036C1

DE3912036C1 - Moving workpieces for welding - using two industrial robots with compliant gripper and springs

Info

Publication number: DE3912036C1
Application number: DE19893912036
Authority: DE
Inventors: Klaus-Herbert 8082 Grafrath De Weiser; Johannes 8261 Kraiburg De Haider
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1990-07-12
Anticipated expiration: 2009-04-13

Abstract

Workpieces are welded with two industrial robots which each take a workpiece from a position to a welding station and move them to welding positions. The second robot holds its workpiece until it is at least attached to the other. Robots each have a gripper (13) which is compliant, through an arrangement of springs (14, 15) which allow flexibility parallel to the workpiece surface (11) and a spring (16) which compensates for vertical errors in positioning. ADVANTAGE - Preliminary tacking is unnecessary.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ver schweißen von Werkstücken mit Hilfe von Industrierobo tern sowie auf einen hierfür geeigneten Industrieroboter nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 4.The invention relates to a method for ver welding workpieces using industrial robots and a suitable industrial robot according to the preamble of claims 1 to 4.

Aus der DE-OS 37 20 174 ist ein Verfahren zum automati schen Schweißen von Werkstücken mit Hilfe von Industrie robotern bekannt. Die Schweißnähte können sich hierbei zwei- oder dreidimensional erstrecken. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Schweißbrenner in vertikaler Lage ständig ortsfest gehalten wird und das Werkstück durch den Industrieroboter entsprechend den Schweißpositionen bewegt wird.From DE-OS 37 20 174 a method for automati welding of workpieces with the help of industry known to robots. The weld seams can be extend two or three dimensions. This method is characterized in that a welding torch in vertical position is kept stationary and that Workpiece by the industrial robot according to the Welding positions is moved.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es sehr variabel ist, da nunmehr nicht mehr die Schweißzange oder der Schweißbrenner bewegt wird, sondern das zu verschweißen de Teil. Dadurch entfallen die teilespezifischen Halte- und Fügevorrichtungen, die bisher bei dem Einsatz von Schweißrobotern notwendig waren. Voraussetzung zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens ist es aller dings, daß die zu verschweißenden Teile vor der Aufnahme durch den Industrieroboter geheftet sein müssen. Dies geschieht entweder in herkömmlicher Weise oder manuell durch einen Schweißer.This method has the advantage that it is very variable is now no longer the welding gun or the Welding torch is moved, but to weld that de part. This eliminates the part-specific holding and joining devices that were previously used with Welding robots were necessary. Prerequisite for Implementation of this known method is everyone dings that the parts to be welded before recording must be tacked by the industrial robot. This happens either in a conventional manner or manually by a welder.

Aus den Seminarunterlagen von Prof. Dr. R. Kümmerer und Prof. Dr. D. Schmid, Industrieroboter und ihr praktischer Einsatz in der Fertigungstechnik, Steinbeis- Stiftung für Wirtschaftsförderung, Aalen, Dezember 1983, ist es weiterhin bekannt, die zu verschweißenden, bereits gehefteten Werkstücke mit Hilfe eines einzigen Industrieroboters aus einem Magazin zu holen und zu einem ortsfest, senkrecht angeordneten Schweißbrenner zu führen. Nach erfolgter Schweißung werden die Werkstücke wieder in das Magazin zurückgelegt.From the seminar documents of Prof. Dr. R. Kümmerer and Prof. Dr. D. Schmid, industrial robot and her practical use in manufacturing technology, Steinbeis- Economic Development Foundation, Aalen, December 1983, it is also known to weld the workpieces already stapled with the help of a single one To get industrial robots out of a magazine and to a stationary, vertically arranged welding torch to lead. After welding, the workpieces are put back in the magazine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beiden eingangs genannten Verfahren im Sinne der Rationali sierung weiterzubilden, d. h. so zu vereinfachen, daß ein vorangehendes Heften überflüssig wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. The object of the present invention is the two Rationali methods mentioned at the beginning training, d. H. to simplify so that a previous stapling becomes superfluous. This task is according to the invention by the characteristic features of the first claim.

Diese Lösung geht davon aus, auch das Heften der zu verschweißenden Bauteile in der Schweißstation durchzu führen, wenn das anzuheftende Bauteil auch von einem zweiten Industrieroboter aus seiner Bereitstellungspo sition geholt wird und an das von dem ersten Industrie roboter gehaltene Werkstück angesetzt wird. Dadurch entfällt der zusätzliche Heftvorgang, der in der Regel manuell und damit zeitintensiv durchgeführt wurde. Ebenso entfallen die bei Durchführung des Heftvorganges mit Industrierobotern notwendigen Bauteilpositionier- und Spanneinrichtungen.This solution also assumes stapling the welding components in the welding station lead if the component to be pinned by one second industrial robot from its staging area sition is brought and to that of the first industry robot-held workpiece is attached. Thereby the additional stapling process, which is usually eliminated was carried out manually and thus time-consuming. Likewise, there is no need to carry out the stitching process component positioning necessary with industrial robots and tensioning devices.

Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß hiermit das Positionieren der zu ver schweißenden Werkstücke nicht in der Schweißposition durchgeführt werden muß, sondern daß diese bereits vorher direkt nach dem Aufnehmen zueinander positioniert werden. Sie werden dann in dieser positionierten Stel lung von den beiden Industrierobotern durch entsprechen de Verfahrbewegungen in die Schweißstation bewegt. Dort findet ein Heften statt. Sodann kann der das anzu schweißende Werkstück haltende Roboter zurückgefahren und weitere anzuschweißende Teile aus einem Magazin holen. Auch ist es dabei möglich, diesen Roboter mit einem Mehrfachgreifer auszurüsten. Er ist dann in der Lage, weitere anzuschweißende Bauteile nacheinander zu po sitionieren und diese dann ebenfalls heften zu lassen oder direkt anzuschweißen.The development of the invention according to claim 2 has the Advantage that the positioning of the ver welding workpieces not in the welding position must be carried out, but that this already previously positioned directly after each other will. You will then be positioned in this position by the two industrial robots en Traversing movements in the welding station. There stapling takes place. Then he can do that retracting welding workpiece holding robot and Get further parts to be welded from a magazine. It is also possible to use this robot with one Equip multiple grippers. He is then able further components to be welded one after the other to po sition and then have them stapled as well or directly welded on.

Anspruch 4 beschreibt einen zur Durchführung des Ver fahrens geeigneten Industrieroboter. Ein Greifer, der nach den Merkmalen des Anspruchs 4 aufgebaut ist, kann die beim gemeinsamen Verfahrweg der beiden Industrie roboter entstehenden Ungenauigkeiten und die daraus resultierenden Verspannungskräfte - insbesondere nach Setzen des ersten Heftpunktes - ausgleichen. Hierbei wirkt der Ausgleich in und entgegen der Verfahrrichtung sowie tangential zur Werkstückoberfläche.Claim 4 describes one for carrying out the Ver suitable industrial robots. A gripper that is constructed according to the features of claim 4, can the common path of the two industries robot resulting inaccuracies and the resulting resulting tension forces - especially after Setting the first tack point - compensate. Here the compensation works in and against the direction of travel as well as tangential to the workpiece surface.

Verläuft die Verfahrrichtung entlang einer Kurve, so ist zusätzlich ein rotatorischer Ausgleich um den ersten Heftpunkt notwendig, um Verspannungen zu verhindern.If the direction of travel runs along a curve, then additionally a rotational compensation for the first Tack point necessary to prevent tension.

Um ein Abheben der Bauteile voneinander und vertikale Lagefehler auszugleichen, sollte der Greifer ebenfalls in vertikaler Richtung nachgiebig aufgebaut werden. Beim Verfahren sollte er dann in vertikaler Richtung vorge spannt werden.To separate the components from each other and vertically The gripper should also compensate for position errors flexible in the vertical direction. At the The procedure should then be performed in the vertical direction be stretched.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines ausgewähl ten Beispiels näher erläutert. Es stellt darIn the following the invention is selected on the basis of one ten example explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine schematisierte Ansicht der das Verfahren ausübenden Roboter; Figure 1 is a schematic view of the robot performing the method.

Fig. 2a, b zur Durchführung des Verfahrens geeignete Greifer; FIG. 2a, b suitable for performing the method gripper;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen für dieses Verfahren aufgebauten Roboterarbeitsplatz. Fig. 3 is a plan view of a built-up for this procedure robotic workstation.

In Fig. 1 sind schematisiert die beiden zur Durchführung des Verfahrens benötigten Industrieroboter 1 und 2 sowie die zum Verschweißen verwendete Schweißstation 3 darge stellt. Die Schweißstation 3 weist zwei Schweißelektro den 4 und 5 auf, die, nach Art einer Schweißzange aufge baut, ortsfest in der Schweißstation 3 angeordnet sind. In Fig. 1, the two industrial robots 1 and 2 required to carry out the method and the welding station 3 used for welding are shown schematically. The welding station 3 has two welding electrodes 4 and 5 , which, in the manner of welding tongs, builds up in a fixed position in the welding station 3 .

Die beiden Industrieroboter 1 und 2 halten in dem Beispiel nach Fig. 1 über entsprechende Greifeinrich tungen 6 und 7 je ein Werkstück 8 und 9 in Fügestellung.The two industrial robots 1 and 2 hold in the example according to FIG. 1 via corresponding Greifeinrich lines 6 and 7 each a workpiece 8 and 9 in the joining position.

Die Industrieroboter 1 und 2 sind derart angeordnet, daß sowohl die Schweißstation 3 als auch das Magazin für die Werkstücke 8 und 9 in ihrem Arbeitsbereich liegen. Hierbei muß die Schweißstation 3 darüber hinaus im gemeinsamen Arbeitsbereich beider Roboter liegen.The industrial robots 1 and 2 are arranged such that both the welding station 3 and the magazine for the workpieces 8 and 9 are in their work area. Here, the welding station 3 must also be located in the common working area of the two robots.

In der Schweißstation 3 werden die beiden zu ver schweißenden Werkstücke 8 und 9, die von den beiden Robotern 1 und 2 lagegenau positioniert werden, zuerst geheftet. Sodann fährt der Industrieroboter, welcher die Aufgabe hat, die anzuschweißenden Kleinteile anzulie fern, zurück zum Magazin und holt die evtl. noch benö tigten weiteren Kleinteile, die an dem Werkstück 8 anzuschweißen sind. In der Zwischenzeit fährt der andere Industrieroboter das Werkstück 8 mit dem angehefteten Werkstück 9 entlang den zu setzenden Schweißpunkten durch die Schweißstation 3.In the welding station 3 , the two workpieces 8 and 9 to be welded, which are positioned precisely by the two robots 1 and 2 , are first tacked. Then the industrial robot, which has the task of delivering the small parts to be welded, travels back to the magazine and fetches the other small parts that may still be required, which are to be welded to the workpiece 8 . In the meantime, the other industrial robot drives the workpiece 8 with the attached workpiece 9 along the welding points to be set through the welding station 3 .

In Fig. 2a und 2b sind schematisiert geeignete Greifer für die Industrieroboter dargestellt. Diese Greifer unterscheiden sich durch die bisher verwendeten Greifer durch ihre Nachgiebigkeit, die in den Figuren durch Federn dargestellt ist. Ganz allgemein sind die beiden zu transportierenden Werkstücke (Bleche) mit 10 und 11 bezeichnet, ihre Verfahr- bzw. Transportrichtung mit 12 und der Greifer für das Werkstück 11 mit 13 bezeichnet. Der Greifer für das Werkstück 10 ist nicht dargestellt.In Fig. 2a and 2b are schematically shown suitable gripper for industrial robots. These grippers differ from the grippers used hitherto by their flexibility, which is represented in the figures by springs. Generally speaking, the two workpieces (sheets) to be transported are designated by 10 and 11 , their travel or transport direction by 12 and the gripper for the workpiece 11 by 13 . The gripper for the workpiece 10 is not shown.

Um während der Verfahrbewegung der beiden Roboter bzw. der beiden zu verschweißenden Bleche 10 und 11 zu verhindern, daß die beiden Bleche relativ zueinander bewegt werden, wird ein komplientes System für zumindest einen Greifer verwendet. Dies besteht darin, daß der Greifer in und entgegengesetzt der Verfahrrichtung 12 und parallel zur Werkstückoberfläche 11 nachgiebig gestaltet ist. Dies wird in Fig. 2a durch die beiden Federn 14 und 15 angedeutet.In order to prevent the two sheets from being moved relative to one another during the movement of the two robots or the two sheets 10 and 11 to be welded, a complex system is used for at least one gripper. This consists in that the gripper is designed to be flexible in and opposite to the direction of travel 12 and parallel to the workpiece surface 11 . This is indicated in Fig. 2a by the two springs 14 and 15 .

Um vertikale Fehler, die beim gleichzeitigen Verfahren der beiden Roboter mit positionierten Blechen eintreten können, auszuschließen, ist der Greifer in vertikaler Richtung im Bezug auf die Verfahrrichtung 12 ebenfalls nachgiebig ausgebildet. Dies ist durch die Feder 16 dargestellt. Hiermit werden vertikale Fehler in der Positionierung ausgeglichen. Gleichzeitig kann damit ein Abheben der Bauteile voneinander vermieden werden, wenn diese Feder während des synchronen Verfahrens der beiden Industrieroboter zur Werkstückoberfläche hin vorgespannt wird.In order to rule out vertical errors that can occur when the two robots are simultaneously moving with positioned metal sheets, the gripper is also designed to be flexible in the vertical direction with respect to the direction of travel 12 . This is represented by the spring 16 . This compensates for vertical positioning errors. At the same time, lifting of the components from one another can be avoided if this spring is biased towards the workpiece surface during the synchronous movement of the two industrial robots.

In Fig. 2b ist in Ergänzung zu dem Greifer 13 nach Fig. 2a ein Greifer 17 dargestellt, der zusätzlich einen rotatorischen Ausgleich um den ersten Heftpunkt 18 vorsieht. Dies ist immer dann notwendig, um Verspannun gen in den Werkstücken zu vermeiden, wenn das Verfahren der Werkstücke mit einer zusätzlichen Orientierungsän derung verbunden ist. Dargestellt ist die Verfahrrich tung durch den Pfeil 19. Der rotatorische Ausgleich wird dadurch erzielt, daß noch eine zusätzliche Nachgiebig keit im Greifer in einer zur Tangentiale an den ersten Heftpunkt senkrechten Richtung vorgesehen ist.In FIG. 2b, in addition to the gripper 13 according to FIG. 2a, a gripper 17 is shown, which additionally provides rotational compensation around the first tacking point 18 . This is always necessary to avoid tension in the workpieces if the movement of the workpieces is associated with an additional change in orientation. The direction of travel is shown by the arrow 19 . The rotational compensation is achieved in that an additional resilient speed is provided in the gripper in a direction perpendicular to the tangent to the first tack point.

In Fig. 3 ist schematisch ein erfindungsgemäß aufgebau ter Arbeitsplatz dargestellt. Die beiden Industrierobo ter 1 und 2 werden derart aufgestellt, daß sich ihre Bewegungsflächen überschneiden. In dem gemeinsamen Bewegungsbereich 20 wird die Schweißstation 3 errichtet. Diese sollte eine weitauskragende Schweißzange aufwei sen. Kragweiten von mehr als einem Meter haben sich als vorteilhaft erwiesen.In Fig. 3 an inventive constructed ter workplace is shown schematically. The two Industrierobo ter 1 and 2 are set up so that their movement areas overlap. The welding station 3 is erected in the common movement area 20 . This should have a protruding welding gun. Cantilever widths of more than one meter have proven to be advantageous.

In Fig. 3 ist weiterhin ein den Arbeitsbereich der beiden Industrieroboter 1 und 2 teilweise umschließendes und teilweise kreuzendes Transportband 21 eingezeichnet, auf dem einerseits die zu verschweißenden Einzelteile für den Industrieroboter 1 angeliefert werden. Anderer seits kann dort der Industrieroboter 1 die fertig verschweißten Bauteile ablegen. Ebenfalls im Bewegungs bereich der Industrieroboter sind die beiden Greiferma gazine 22 und 23 angeordnet. In den Greifermagazinen liegen entsprehend den angelieferten und zu ver schweißenden Werkstücken unterschiedliche Greifer, die im Bedarfsfall gewechselt werden können. FIG. 3 also shows a conveyor belt 21 which partially surrounds and partially crosses the working area of the two industrial robots 1 and 2 , on which the individual parts to be welded for the industrial robot 1 are delivered on the one hand. On the other hand, the industrial robot 1 can store the finished welded components there. The two gripper magazines 22 and 23 are also arranged in the movement area of the industrial robots. In the gripper magazines there are different grippers that correspond to the workpieces that have been delivered and are to be welded, which can be changed if necessary.

Die zu verschweißenden Werkstücke werden von den Indu strierobotern 1 und 2 aus den entsprechenden Magazinen bzw. von den entsprechenden Transportbehältern genommen und getrennt in die Schweißstation gefahren. Dort werden sie in die geforderte Position zueinander gehalten. Sodann werden über die Schweißelektroden der Schweißma schine die benötigten Punkte zum Heften der Werkstücke gesetzt. Beim Anfahren der notwendigen Heftpunkte bewegen sich die beiden Industrieroboter synchron. Die durch Verfahrbewegungen der beiden Industrieroboter entstehenden Ungenauigkeiten und die daraus resultieren den Verspannungen werden durch das kompliente System im Greifer ausgeglichen. Danach wird der Greifer eines der Bauteile gelöst. Der andere Industrieroboter führt nun die gehefteten Bauteile so, daß die Schweißmaschine die notwendigen Schweißpunkte oder die notwendige Schweiß naht erzeugen kann. Unterdessen kann der andere Indu strieroboter weitere anzuschweißende Teile aus dem Magazin holen. Dies kann unterbleiben, wenn der andere Industrieroboter mit einem Mehrfachgreifer ausgerüstet ist. In diesem Fall wird er dann in eine neue Position gedreht, um ein weiteres anzuschweißendes Werkstück an die bereits verschweißten Bauteile zu positionieren. Sodann wird auch das neue Werkstück geheftet und an schließend fertig angeschweißt.The workpieces to be welded are taken by the induction robots 1 and 2 from the corresponding magazines or from the corresponding transport containers and driven separately into the welding station. There they are held in the required position to each other. Then the required points for stapling the workpieces are placed over the welding electrodes of the welding machine. When the necessary tacking points are approached, the two industrial robots move synchronously. The inaccuracies resulting from the movement of the two industrial robots and the resulting tension are compensated for by the complex system in the gripper. Then the gripper of one of the components is released. The other industrial robot now guides the stapled components so that the welding machine can produce the necessary welding spots or the necessary welding seam. In the meantime, the other industrial robot can get further parts to be welded out of the magazine. This can be avoided if the other industrial robot is equipped with a multiple gripper. In this case, it is then rotated into a new position in order to position a further workpiece to be welded onto the already welded components. The new workpiece is then stapled and then welded on.

Sobald der Schweißvorgang beendet ist, legt der Indu strieroboter die fertig verschweißten Teile wieder in ein Magazin oder auf das Transportband zurück. Sodann ist sein Greifer frei für die Aufnahme eines neuen Werkstückes.As soon as the welding process is finished, the Indu the finished welded parts back in a magazine or back on the conveyor belt. Then his gripper is free to pick up a new one Workpiece.

Claims

1. A method for welding workpieces with the help of industrial robots, an industrial robot fetches the workpiece from a supply position and leads to a stationary welding station and to the individual weld or moves along the weld to be set, characterized in that a second Industrial robot is provided, which fetches the workpiece to be welded from a supply position and holds it at the points to be attached to the other component in the welding station at least until it is at least tacked.

2. The method according to claim 1, characterized in that the two industries robot the workpieces to be connected in front of the Entering the welding station to each other po sition and then position the workpieces Keep the current state in the welding station.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the second industry robot to hold the workpieces multiple owns gripper.

4. Industrial robot for performing the method according to one of claims 1 to 3 with a gripper arranged at the front end of the last arm for gripping workpieces, characterized in that the gripper ( 13, 17 ) is constructed as a complex system with a compensation, the acts tangentially to the workpiece surface and in the direction of travel ( 12 ) of the workpiece ( 10, 11 ) when moving by the industrial robot ( 1, 2 ).

5. Industrial robot according to claim 4, characterized in that the gripper ( 13, 17 ) is designed to be flexible in the vertical direction to the workpiece surface.

6. Industrial robot according to claim 4 or 5, characterized in that the gripper ( 17 ) additionally has a rotational compensation around the first tacking point ( 18 ).