EP1715969A1 - Vorrichtung zum automatisierten setzen eines blindniets - Google Patents

Vorrichtung zum automatisierten setzen eines blindniets

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Publication number
EP1715969A1
EP1715969A1 EP05701374A EP05701374A EP1715969A1 EP 1715969 A1 EP1715969 A1 EP 1715969A1 EP 05701374 A EP05701374 A EP 05701374A EP 05701374 A EP05701374 A EP 05701374A EP 1715969 A1 EP1715969 A1 EP 1715969A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arrangement
drilling
rivet
tool
countersinking
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05701374A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerrit Christoph
Olaf Mester
Roland Schreck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1715969A1 publication Critical patent/EP1715969A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/04—Riveting hollow rivets mechanically
    • B21J15/043—Riveting hollow rivets mechanically by pulling a mandrel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/30—Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
    • B21J15/32—Devices for inserting or holding rivets in position with or without feeding arrangements

Definitions

  • the invention relates to a device for setting a blind rivet according to the preamble of claim 1, as is known for example from DE 43 20 282 AI.
  • Blind riveting is a joining process that enables fast and easy connection of components made of different materials.
  • Blind rivets as connecting elements are particularly widespread in lightweight structures with only one-sided accessibility.
  • Blind riveting involves two successive steps: first drilling the rivet point, followed by inserting the blind rivet.
  • the economical use of blind riveting in series production, especially in the automotive industry, requires extensive automation of these two workers. The prerequisite for this is that the rivet, which is shot in and fastened with the help of an automatic rivet setting arrangement, is positioned very precisely at the location of the hole which was produced in the components with the aid of an automated drilling / countersinking arrangement.
  • DE 43 20 828 AI shows an automatic device for setting blind rivets in aircraft construction.
  • the device comprises a robot-guided multifunction tool with a tool turret, on which a drilling / countersinking arrangement, a rivet setting arrangement and an arrangement for rivet head revision are fastened.
  • the multifunction tool is moved with the help of a robot into the desired position in relation to the components to be connected and is able to complete the entire installation cycle of a blind rivet (creating the hole for the rivet, Setting the rivet, post-processing of the riveting point) with only a single positioning process of the robot.
  • the drilling / countersinking arrangement is first positioned at the riveting point, and the drilling for the rivet is made; the rivet setting arrangement is then brought into the region of the bore by rotating the tool turret, and the components are riveted; Finally, by rotating the tool turret again, the arrangement for rivet head revision is brought into the rivet position, with the aid of which the broken mandrel surface is smoothed.
  • the device known from DE 43 20 828 AI was developed for use in aircraft construction, in which the components to be joined are largely flat or have only very slight curvatures; there is usually enough space available for the tool turret described in DE 43 20 828 AI, which has to be rotated into different positions in order to carry out the joining process.
  • this device can only be transferred to applications in vehicle construction to a very limited extent, where the components to be joined are concave in the joining area and can have large curvatures: Due to the large space required by the multi-stage turning of a tool turret, the machining is spatially narrower Areas not possible when using the device known from DE 43 20 828 AI.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for producing a riveted connection which works with high accuracy and permits automation of the process even under restricted spatial conditions.
  • the robot-guided multifunction tool then has a base body on which the drilling / countersinking arrangement and the rivet are set displaceably and / or are arranged in such a way that the working axes of the drilling / countersinking arrangement and the rivet setting arrangement enclose an angle.
  • the drilling / countersinking arrangement is replaced by the rivet arrangement
  • the drilling / countersinking arrangement and the riveting arrangement can be moved individually along linear axes on the base body, the arrangement of the axes with respect to one another being chosen such that the space requirement of the multi-function tool is minimized.
  • the linear displacement of the two tool arrangements e.g. with the aid of stops
  • a highly precise positioning and alignment of the rivet setting arrangement with respect to the bore can be ensured, so that process-reliable automation of the blind riveting process is ensured.
  • the base element is designed as an isosceles triangle, so that there is an angle of approximately 60 ° between the displacement direction of the drilling / lowering arrangement and the displacement direction of the rivet setting arrangement. Since the working area of this multi-function tool is located on a corner of this acute-angled triangle, the multi-function tool can also be inserted into tight spaces.
  • the direction of displacement of the drilling / sinking arrangement is collinear with the direction of displacement of the rivet setting arrangement. The drilling / countersinking arrangement, the rivet setting arrangement and the loading plate for feeding the rivet are arranged at the same division from one another.
  • the drilling through the drilling / countersinking arrangement can be done simultaneously (and spatially offset)
  • the rivet is inserted through the rivet setting arrangement so that the multi-function tool is gradually shifted relative to the components to be connected and introduces rivets on the components at equidistant intervals - analogous to the mode of operation of a sewing machine.
  • the base body is designed as a turntable on which the drilling / countersink arrangement and the rivet arrangement are mounted at an angle to one another in such a way that the working axes of the tools are arranged perpendicular to the axis of rotation of the turntable.
  • the turntable is expediently rotated via the robot hand, with the aid of which the device is moved and positioned.
  • the last hand axis of the robot is advantageously used for the execution of this rotation, so that the entire positioning process of the tools (i.e. spatial positioning of the device and pivoting movement for aligning the drilling / countersinking arrangement or the rivet arrangement) is carried out with the aid of the robot kinematics.
  • the drill feed during the lowering / drilling process is also advantageously carried out with the aid of the robot axes.
  • the drilling / countersinking arrangement and the rivet arrangement displaceably on the base body, the direction of displacement of the arrangement being parallel to the working axis of the respective arrangement. is aimed. In this way, the arrangement that is not currently in use can be moved into a retracted position on the base body, in which it represents a minimal spatial impairment for the surrounding components.
  • the automation of the combined drilling and riveting process requires that the individual process steps run with a very high level of accuracy: First, the hole must be drilled with a high level of accuracy; then the blind rivet must be inserted into the hole with high precision at the location of the hole. - In order to increase the accuracy of the drilling, it is advisable to optimize the drilling process (in terms of speed and feed rate) for the material to be drilled. If two superimposed components made of different materials are to be joined together, it is advantageous to achieve a good drilling, the speed and / or the feed rate of the drilling / lowering arrangement after the drilling process in the first component and before the drilling process in the second component to change to the changed material properties.
  • the feed and / or the speed of the drilling / lowering arrangement is adjusted in a controlled manner.
  • the machining parameters of the drill can be changed quickly if different material properties have to be taken into account when drilling the two components.
  • burr-free bores By regulating the feed and / or the speed of the drilling / countersinking arrangement in this way and selecting a suitable drill, it is possible to produce burr-free bores. This largely prevents the risk of later corrosion in the area of the joint (due to crumbling of the ridge). Furthermore, the burr-free bores are an important prerequisite for connecting the rivet flat on the two- the components. The creation of burr-free bores thus - together with a highly precise adjustment of the bore diameter to the rivet diameter - enables the production of tight rivet connections, so that no additional application of sealant is necessary in the joining area.
  • the drilling / countersinking tool can be advanced using the robot's kinematic degrees of freedom.
  • the device is provided with a servo drive, by means of which the feed of the drilling / lowering arrangement can be selectively varied.
  • the overall system in this case also has a further, additional axis arranged for drilling in the device. This additional axis, like the displacement movements of the arrangements relative to the base body, is expediently controlled via the robot controller.
  • the device is advantageously provided with a displacement measuring system.
  • An increase in process reliability in the production of the bore can be achieved if a force measuring system is additionally provided on the drilling countersinking tool; in this way, drill wear can be easily detected.
  • Particularly low burrs and high dimensional accuracy of the bore can be achieved if a step drill with a pre-drilling area and an end drilling area is used as the drill.
  • the drilling / lowering arrangement is advantageously provided with a suction device for drilling chips.
  • a suction device for drilling chips.
  • the suction device direction can be provided with a spring-loaded sleeve through which the sheets are pressed together during drilling.
  • the device according to the invention enables a fully automatic, high-quality joining of components of different materials and geometries even in confined spaces.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention for setting blind rivets (first embodiment): Fig. La front view; Fig. Lb side view when drilling the hole; Fig. Lc side view when inserting the blind rivet;
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the device according to the invention for setting blind rivets (second embodiment) in a perspective view
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a second embodiment of the device according to the invention for setting blind rivets: FIG. 3a side view; Fig. 3b frontal view before drilling the hole; 3c front view during the introduction of the bore; Fig. 3d frontal view during the insertion of the blind rivet.
  • Figures la to lc show different views of a device 1 for setting blind rivets 2, by means of which two components 3, 3 'resting on one another are to be connected to one another.
  • the device 1 comprises a multifunction tool 4, which is held on the hand 5 of an industrial robot (not shown in the figures), for example a six-axis gene robot is attached. With the help of this robot, the multi-function tool 4 is moved relative to the two components 3, 3 '.
  • the multifunction tool 4 comprises a base body 6, which is connected to the robot hand 5 via a connection plate 32.
  • the base body 6 carries a drilling / countersinking arrangement 7 and a rivet setting arrangement 8 with working axes 29, 30, which are aligned parallel to one another.
  • the two arrangements 7, 8 are slidably mounted on the base body 6.
  • two offset and parallel guide rails 9 are provided, which carry the two arrangements 7, 8.
  • the two arrangements 7, 8 can be moved along these guide rails 9 with the aid of drive units (not shown in the figures).
  • the direction of displacement 17 of the drilling / countersinking arrangement 7 is thus collinear with the direction of displacement 18 of the rivet setting arrangement
  • the multifunction tool 4 is first moved with the aid of the robot hand 5 to the desired location opposite the components 3, 3' and aligned so that the working axes 29, 30 are approximately vertical there stand to the surfaces of the components 3, 3 '.
  • the drilling / countersinking arrangement 7 is in such a position on the guide rails 9 of the base body 6 that on the side 11 of the drilling / countersinking arrangement 7 which faces away from the rivet setting arrangement 8, there is sufficient travel on the guide rails 9, in order to move the drilling / sinking arrangement 7 in this direction 17 out of the area of the connection point 10 and thereby to make room for the rivet setting arrangement 8; this position of the two arrangements 7, 8 is shown in a front view in FIG. So that the drilling / countersinking arrangement 7 (and also the rivet setting arrangement 8) on the base body 6 can approach the respective working position in a reproducible manner a stop can be provided which allows the movement of the drilling / lowering arrangement 7 to be fixed in the position shown in FIG.
  • Drilling and countersinking are done in one step.
  • a suction device 13 is provided for extracting the chips generated during drilling and lowering.
  • the drilling / countersinking arrangement 7 is placed on the component 3 via a sleeve 14, so that a fixed zero point for the spindle feed of the drilling / countersinking arrangement 7 is given.
  • the sleeve 14 is spring-loaded and exerts a force on the uppermost component 3, by means of which this component 3 is pressed onto the joining partner 3 '.
  • the drilling / countersinking tool 12 is a step drill with a pre-drilling area 15 and an end drilling area 16.
  • the feed rate and the rotational speed of the drilling / countersinking tool 12 become highly precise adapted to the material to be drilled.
  • the drilling / countersinking arrangement 7 is provided with a displacement measuring sensor 20 which measures the advance of the spindle of the drilling / countersinking tool 12 and thus the depth of penetration of the drilling / countersinking tool 12 into the components 3, 3 '.
  • the rotational speed and the feed speed of the tool spindle of the drilling / countersinking arrangement 7 are varied.
  • the spindle is fed using a servo motor 22.
  • the speed of rotation and feed of the drilling / countersinking tool 12 can initially be selected to be quite high. After the drilling / countersinking tool 12 has penetrated a certain depth - corresponding to the thickness 24 of the first component 3 - the speed of rotation and the feed rate are reduced to other values adapted to the fiber composite material. adorned to produce a high-quality hole in the second component 3 '. In this way, in particular in the transition area between the two components 3, 3 'and in the area of the exit from the second component 3', burr formation or delamination is avoided without the connection point 10 on the second component 3 'from the opposite side 25 needs to be supported.
  • the servo motor 22, with the aid of which the tool spindle is advanced, is coupled to a force measuring system 23, with the aid of which the forces applied when the drilling and lowering tool 12 penetrate are measured. If these forces are very high, this is an indication of a worn tool 12.
  • This measuring system 23 therefore gives a warning when the tool 12 should be replaced. In this way it can be ensured that the tool 12 is always of the high quality that is necessary for producing a precisely dimensioned bore 19.
  • the drilling / countersinking arrangement 7 is moved out of the area of the connection point 10 (arrow 17) and the rivet setting arrangement 8 is moved towards the connection point 10 (arrow 18).
  • the rivet setting arrangement 8 can either be rigidly coupled to the drilling / lowering arrangement 7, so that the two arrangements 7, 8 are displaced together.
  • the rivet setting arrangement 8 can be moved separately from the drilling / lowering arrangement 7 with the aid of a separate drive. With the aid of a rivet loading plate 26, a blind rivet 2 is fed, received and set by a mouthpiece 27 of the rivet setting arrangement 8, by inserting the rivet 2 into the bore 19 by means of an axial movement of the rivet setting tool 8, then forming the closing head and ejecting the mandrel becomes.
  • the setting process of the blind rivet 2 is thus completed.
  • the multifunction tool 4 is moved into a further riveting position with the aid of the robot.
  • the robot-guided multifunction tion tool 4 is thus able to run the entire installation cycle of a blind rivet fully automatically.
  • an automatic rivet setting unit can also be used, in which the blind rivets 2 are shot in by the rivet arrangement 8 itself.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device 1 'according to the invention with a multi-function tool 4' which is flanged to the hand of an industrial robot (not shown in FIG. 2) via a connecting plate 32 '.
  • the multifunction tool 4 ' comprises a base body 6', in which the displacement movements 17 ', 18' of the drilling / countersinking arrangement 7 'and blind rivet setting arrangement 8' do not run collinearly to one another - as in the previous exemplary embodiment - but at an acute angle 28 ( in the present exemplary embodiment of approximately 60 °) to one another.
  • two guide rails 9 ', 9 " are provided on the base body 6', which enclose the angle 28 relative to one another and along which the drilling / countersinking arrangement 7 'and the blind rivet setting arrangement 8' can be displaced independently of one another.
  • the two arrangements 7', 8 ' can be brought one after the other into a working position opposite the connection point 10 on the components 3, 3', which is located in the region of the intersection of the two feed axes 17 ', 18'.
  • the drilling / countersinking arrangement 7 ' is first moved along the rail 9' into the area of the connection point 10; then the bore 19 is produced with the aid of the drilling / countersinking tool 12 ', the chips which are produced thereby being removed via the suction device 13' (see FIG. 2). Thereafter, the drilling / countersinking arrangement 7 'is displaced into a retracted position along the displacement direction 17', as a result of which the area around the connection dungsstelle 10 is free for the rivet assembly 8 '.
  • the rivet setting arrangement 8 ' is now displaced on the guide rail 9 "into the area of the connection point 10 and sets a blind rivet which is fed via a rivet feed device 26'.
  • the multifunction tool 4, 4' is positioned with the aid of the robot in the desired position relative to the components 3, 3 'and during all processing steps that are necessary for drilling and riveting the connection point 10, held in this position; the drilling / countersinking tool 12 is advanced with the help of the servo motor 22. If the spatial conditions (ie the three-dimensional design of the workpiece to be joined) allow it, the advancing movement of the drilling / countersinking tool 12 can also take place with the aid of the robot: the robot hand 5 executes a feed movement in the direction of the working axis 29 of the drilling / lowering arrangement 7, through which the rotating drilling / lowering tool 12 is driven into the components 3, 3 '.
  • FIGS. 3a to 3d show a further embodiment of a device 1 "for blind riveting according to the invention with a multi-function tool 4" which is mounted on a hand 5 "of a six-axis industrial robot 33 via a connecting plate 32".
  • the multifunction tool 4 "comprises a plate-shaped base body 6" on which a drilling / countersinking arrangement 1 "and a rivet setting arrangement 8" are fastened in the orientation shown in FIGS. 3b to 3d: the working axes 29 “, 30" of the two arrangements 7 ", 8 "are advantageously located in a common plane 35 and form an angle 31 with one another, which in the present exemplary embodiment is approximately 60 °.
  • the base body 6 " is mounted on the robot hand 5" in such a way that the intersection 36 of the two working axes 29 “, 30" comes to lie on an axis of rotation 34 which corresponds to the last hand axis of the industrial robot 33, the one from the working axes 29 ", 30" spanned plane 35 approximately aligned perpendicular to this axis of rotation 34.
  • the multifunction tool 4 is moved with the aid of the robot 33 to the desired location relative to the components 3, 3' and aligned in the manner shown in FIG. 3b: the base body 6" is located in such a spatial position that the drilling / countersinking arrangement 7 "lies opposite the connection point 10 on the components 3, 3 'and the working axis 29" the drilling / countersinking arrangement 7 "runs approximately perpendicular to the surface of the component 3 in the region of the connection point 10
  • the bore 19 is now produced by rotating the drilling / countersinking tool 12" and with the help of the robot 33 the entire multifunctional tool 4 "mounted on the robot hand 5" along the working axis 29 "of the drilling / countersinking arrangement 7" is shifted towards the components 3, 3 '(see FIG.
  • the base body 6 is rotated with the aid of the robot hand 5" by an angle 31, the rivet setting arrangement 8 "being pivoted into the working position shown in FIG. 3d, in which its working axis 30" into which the drilling (previously through the working axis 29 ") - / Countersink arrangement 7 “assumed) alignment with the bore 19 comes. Since the connection point 10 is located in a spatially restricted area of the component 3, the drilling / countersinking arrangement 7 “is withdrawn along its working axis 29" before or during the rotary movement 37 of the base body 6 "with the aid of a displacement device (not shown in the figures) (Arrow 17 ").
  • the rotary degree of freedom 37 of the robot hand 5 is thus used to change between the drilling / lowering arrangement 7" and the rivet setting arrangement 8 ", while the kinematic degrees of freedom of the Robot 33 can be used.
  • the rivet setting arrangement 8 can also be mounted on a displacement axis, with the aid of which it can be used during the drilling / lowering process can be withdrawn in the direction of its working axis 30 ".
  • the device 1, 1 ', 1 is to be used for connecting components 3, 3' which are subject to high tolerances, it is often not possible to use the device to follow a predetermined robot path. In this case it is advisable to The areas of the components 3, 3 'relevant for the joining process must be recorded before the actual connection (for example with the aid of a light scanner).
  • the measurement data is then optimized Path of the multifunction tool 4, 4 ', 4 "is calculated and the path of the robot 33 is adapted accordingly.
  • the device is suitable for joining components 3, 3 'made from a wide variety of materials, in particular also from combinations of materials that cannot be welded (e.g. fiber composite materials / metal sheet, aluminum sheet / steel sheet etc.).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Automatic Assembly (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (11) zum Setzen ei­nes Blindniets (2) umfassend ein robotergeführtes Multifunk­tionswerkzeug (4) mit einer Bohr-/Senkanordnung (7) sowie einer Nietsetzanordnung (8). Die Bohr-/Senkanordnung (7) und die Nietsetzanordnung (8) sind verschiebbar auf einem Grundkörper (6) des Multifunktionswerkzeugs (4) angeordnet, so dass die beiden Anordnungen (7, 8) abwechselnd in den Be­reich der zu erzeugenden Verbindungsstelle (10) auf den Bau­teilen (3, 3') hineingeschoben werden können. In einer alter­nativen Ausführungsform sind die Bohr-/Senkanordnung (7') und die Nietsetzanordnung (8') in einer solchen Weise auf dem Grundkörper (6') des Multifunktionswerkzeugs (4') ange­ordnet, dass die beiden Arbeitsachsen (29',30') von Bohr-/Senkanordnung (7') und Nietsetzanordnung (8') einen Winkel (31) miteinander einschließen, der zwischen 30° und 180° liegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) gestattet einen prozesssicheren automatisierten Blindnietprozess auch unter beengten räumlichen Gegebenheiten und eignet sich ins­besondere für den Einsatz in der Automobilindustrie.

Description

Vorrichtung zum automatisierten Setzen eines Blindniets
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Setzen eines Blindniets nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der DE 43 20 282 AI als bekannt hervorgeht.
Das Blindnieten ist ein Fügeverfahren, mit Hilfe dessen ein schnelles und einfaches Verbinden von Bauteilen unterschiedlicher Werkstoffe möglich ist. Blindniete als Verbindungselemente sind insbesondere in Leichtbaustrukturen mit nur einseitiger Zugänglichkeit weit verbreitet. Das Blindnieten umfasst zwei aufeinanderfolgende Arbeitsschritte: Zunächst ein Bohren der Nietstelle, gefolgt von dem Einbringen des Blindniets. Ein wirtschaftlicher Einsatz des Blindnietens in der Serienfertigung, insbesondere im Automobilbau, setzt eine weitgehende Automatisierung dieser beiden Arbeitsgärige voraus. Voraussetzung hierfür ist, dass der Niet, der mit Hilfe einer automatischen Nietsetzanordnung eingeschossen und befestigt wird, hochgenau an der Stelle der Bohrung positioniert wird, welche mit Hilfe einer automatisierten Bohr-/Senkanordnung in den Bauteilen erzeugt wurde.
Die DE 43 20 828 AI zeigt eine automatische Vorrichtung zum Setzen von Blindnieten im Flugzeugbau. Die Vorrichtung umfasst ein robotergeführtes Multifunktionswerkzeug mit einem Werkzeugrevolver, auf dem eine Bohr-/Senkanordnung, eine Nietsetzanordnung und eine Anordnung zur Nietkopfüberarbeitung befestigt sind. Das Multifunktionswerkzeug wird mit Hilfe eines Roboters in die gewünschte Stellung gegenüber den zu verbindenden Bauteilen bewegt und ist in der Lage, den gesamten Installationszyklus eines Blindniets (Erzeugung der Bohrung für den Niet, Setzen des Niets, Nachbearbeitung der Nietstelle) mit nur einem einzigen Positioniervorgang des Roboters zu bewältigen. Hierzu wird zunächst die Bohr-/Senkanordnung an der Nietstelle positioniert, und die Bohrung für den Niet wird hergestellt; anschließend wird durch eine Drehung des Werkzeugrevolvers die Nietsetzanordnung in den Bereich der Bohrung gebracht, und die Bauteile werden vernietet; schließlich wird durch eine weitere Drehung des Werkzeugrevolvers die Anordnung zur Nietkopfüberarbeitung in die Nietposition gebracht, mit Hilfe derer die Dornbruchfläche geglättet wird.
Die aus der DE 43 20 828 AI bekannte Vorrichtung wurde für den Einsatz im Flugzeugbau entwickelt, bei dem die zu fügenden Bauteile weitgehend flach sind bzw. nur sehr geringe Krümmungen aufweisen; hier steht in der Regel genug Freiraum für den in der DE 43 20 828 AI beschriebenen Werkzeugrevolver zur Verfügung, der zum Durchführung des Fügevorgangs in unterschiedliche Positionen gedreht werden muss. Allerdings lässt sich diese Vorrichtung nur sehr bedingt auf Einsatzfälle im Fahrzeugbau übertragen, wo die zu verbindenden Bauteile im Fügebereich konkav gestaltet sein und große Krümmungen aufweisen können: Aufgrund des großen Raumbedarfs, den das mehrstufiges Drehen eines Werkzeugrevolvers mit sich bringt, ist die Bearbeitung räumlich enger Bereiche bei Verwendung der aus der DE 43 20 828 AI bekannten Vorrichtung nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nietverbindung bereitzustellen, welche mit hoher Genauigkeit arbeitet und eine Automatisierung des Prozesses auch unter beengten räumlichen Gegebenheiten gestattet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
Danach weist das robotergeführte Multifunktionswerkzeug einen Grundkörper auf, auf dem die Bohr-/Senkanordnung und die Niet- setzanordnung verschiebbar gelagert sind und/oder in einer solchen Weise angeordnet sind, dass die Arbeitsachsen der Bohr- /Senkanordnung und der Nietsetzanordnung einen Winkel einschließen. Im Unterschied zu der Vorrichtung der DE 43 20 828 AI, bei der die Arbeitsachsen der Werkzeuge parallel angeordnet sind, so dass der Werkzeugaustausch durch eine Drehung eines Werkzeugrevolvers erfolgt, wird hier der Austausch der Bohr- /Senkanordnung gegen die Nietanordnung
- entweder dadurch bewirkt, dass die Bohr-/Senkanordnung aus dem Fügebereich herausgeschoben und die Nietanordnung in den Fügebereich hineingeschoben wird (Anspruch 1)
- oder dadurch bewirkt, dass die Bohr-/Senkanordnung durch eine Drehung des Grundkörpers senkrecht zur Arbeitsachse der Bohr-/Senkanordnung aus dem Fügebereich herausgedreht und die Nietanordnung in den Fügebereich hineingedreht wird (Anspruch 4 ) .
In der ersten Ausgestaltung der Erfindung können die Bohr- /Senkanordnung und die Nietanordnung können individuell entlang Linearachsen auf dem Grundkörper verfahren werden, wobei die Anordnung der Achsen zueinander so gewählt werden kann, dass der Raumbedarf des Multifunktionswerkzeug minimiert wird. Durch eine Begrenzung der Linearverschiebung der beiden Werkzeuganordnungen (z.B. mit Hilfe von Anschlägen) kann eine hochgenaue Positionierung und Ausrichtung der Nietsetzanordnung gegenüber der Bohrung gewährleistet werden, so dass eine prozesssichere Automatisierung des Blindnietvorgangs sichergestellt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Ausgestaltung ist das Grundelement als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet, so dass zwischen der Verschieberichtung der Bohr-/Senkanordnung und der Verschieberichtung der Nietsetzanordnung ein Winkel von etwa 60° liegt. Da sich der Arbeitsbereich dieses Multifunktionswerkzeugs an einer Ecke dieses spitzwinkligen Dreiecks befindet, kann das Multifunktionswerkzeug auch in enge Räume eingeführt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der ersten Ausgestaltung liegt die Verschieberichtung der Bohr-/Senkanordnung kollinear zu der Verschieberichtung der Nietsetzanordnung. Die Bohr-/Senkanordnung, die Nietsetzanordnung und die Ladeplatte zum Zuführen des Niets sind in gleicher Teilung zueinander angeordnet. Werden die Niete direkt in die Nieteinheit eingeschossen, so kann mit einer solchen Anordnung beim Nieten von linearen Nähten gleichen Abstands ein zeitlicher Vorteil erreicht werden: In diesem Fall kann nämlich das Herstellen der Bohrung durch die Bohr-/Senkanordnung gleichzeitig (und räumlich versetzt) zum Einsetzen des Niets durch die Nietsetzanordnung erfolgen, so dass das Multifunktionswerkzeug schrittweise gegenüber den zu verbindenden Bauteilen verschoben wird und in äquidistanten Abständen - analog zur Wirkungsweise einer Nähmaschine - an den Bauteilen Niete einbringt.
In der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper als Drehteller ausgestaltet, auf dem die Bohr-/Senkanordnung und die Nietanordnung in einer solchen Weise unter einem Winkel zueinander montiert sind, dass die Arbeitsachsen der Werkzeuge senkrecht zur Drehachse des Drehtellers angeordnet sind. Die Drehung des Drehtellers erfolgt zweckmäßigerweise über die Roboterhand, mit Hilfe derer die Vorrichtung bewegt und positioniert wird. Für die Ausführung dieser Drehung wird mit Vorteil die letzte Handachse des Roboters verwendet, so dass der gesamte Positioniervorgang der Werkzeuge (d.h. räumliche Positionierung der Vorrichtung und Schwenkbewegung zur Ausrichtung der Bohr-/Senkanordnung bzw. der Nietanordnung) mit Hilfe der Roboterkinematik erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel wird auch der Bohrervorschub während des Senk/Bohrprozesses vorteilhafterweise mit Hilfe der Roboterachsen durchgeführt.
Um die Vorrichtung auch in räumlich eng begrenzten Bereichen einsetzen zu können, ist es vorteilhaft, die Bohr- /Senkanordnung und die Nietanordnung verschiebbar auf dem Grundkörper anzuordnen, wobei die Verschieberichtung der Anordnung parallel zur Arbeitsachse der jeweiligen Anordnung ausge- richtet ist. Auf diese Weise kann diejenige Anordnung, die sich momentan nicht im Einsatz befindet, in eine Rückzugsposition auf dem Grundkörper bewegt werden, in der sie eine minimale räumliche Beeinträchtigung für die umgebenden Bauteile darstellt.
Die Automatisierbarkeit des kombinierten Bohr- und Nietprozesses setzt voraus, dass die einzelnen Prozessschritte mit einer sehr hohen Genauigkeit ablaufen: Zunächst muss das Loch mit einer hohen Genauigkeit gebohrt werden; dann muss der Blindniet hochgenau an der Stelle der Bohrung positioniert in die Bohrung eingeführt werden. - Um die Genauigkeit bei der Erzeugung der Bohrungen zu erhöhen, ist es zweckmäßig, den Bohrprozess (in bezug auf Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit) auf den jeweils zu bohrenden Werkstoff hin zu optimieren. Sollen zwei aufeinander liegende Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander verbunden werden, so ist es für die Erzielung einer guten Bohrung vorteilhaft, die Drehzahl und/oder die Vorschubgeschwindigkeit der Bohr-/Senkanordnung nach Beendigung des Bohrvorgangs im ersten Bauteil und vor Beginn des Bohrvorgangs im zweiten Bauteil auf die veränderten Werkstoffeigenschaften umzustellen. Um dies zu gewährleisten, wird der Vorschub und/oder die Drehzahl der Bohr-/Senkanordnung geregelt eingestellt. Insbesondere ist es zweckmäßig, den Vorschub und die Drehzahl als Funktion der Eindringtiefe der Bohr-/Senkanordnung in das Bauteil regeln zu können. Auf diese Weise können die Bearbeitungsparameter des Bohrers schnell umgestellt werden, wenn zum Bohren der beiden Bauteile unterschiedliche Werkstoffeigenschaften berücksichtigt werden müssen.
Durch eine solche Regelung des Vorschubs und/oder der Drehzahl der Bohr-/Senkanordnung und einer geeigneten Bohrerauswahl ist es möglich, gratfreie Bohrungen zu erzeugen. Dadurch wird die Gefahr einer späteren Korrosion im Bereich der Fügestelle (aufgrund eines Abbröckeln des Grats) weitgehend unterbunden. Weiterhin ist die Gratfreiheit der Bohrungen eine wichtige Voraussetzung dafür, dass der Niet flach auf den beiden zu verbinden- den Bauteilen aufliegt. Die Erzeugung gratfreier Bohrungen ermöglicht somit - gemeinsam mit einer hochgenauen Abstimmung des Bohrungsdurchmessers auf den Nietdurchmesser - die Herstellung dichter Nietverbindungen, so dass im Fügebereich kein zusätzliches Aufbringen von Dichtstoff notwendig ist.
Der Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs kann unter Ausnutzung der kinematischen Freiheitsgrade des Roboters erfolgen. Alternativ ist die Vorrichtung jedoch mit einem Servoantrieb versehen, mit Hilfe dessen der Vorschub der Bohr-/Senkanordnung selektiv variiert werden kann. Zusätzlich zu den (in der Regel sechs) Freiheitsgraden des Roboters für die Positionierung der Vorrichtung und den evtl. zusätzlich vorgesehenen Verschiebungs- freiheitsgrade der Bohr-/Senkanordnung und/oder der Nietsetzanordnung gegenüber dem Grundkörper verfügt das Gesamtsystem in diesem Fall also über eine weitere, innerhalb der Vorrichtung angeordnete zusätzliche Achse für den Bohrvorgang. Diese zusätzliche Achse wird - ebenso wie die Verschiebebewegungen der Anordnungen gegenüber dem Grundkörper - zweckmäßigerweise über die Robotersteuerung gesteuert.
Zur Ermittlung derjenigen Eindringtiefe, bei der eine Umstellung der Bohrparameter erfolgen soll, ist die Vorrichtung vorteilhafterweise mit einem Wegmesssystem versehen. Eine Erhöhung der Prozesssicherheit bei der Herstellung der Bohrung kann erreicht werden, wenn zusätzlich an dem Bohr-Senkwerkzeug ein Kraftmesssystem vorgesehen wird; auf diese Weise kann auf einfache Weise ein Bohrerverschleiß nachgewiesen werden.
Besonders geringe Grate und eine hohe Maßhaltigkeit der Bohrung können erreicht werden, wenn als Bohrer ein Stufenbohrer mit einem Vorbohrbereich und einem Endbohrbereich verwendet wird.
Vorteilhafterweise ist die Bohr-/Senkanordnung mit einer Absaugvorrichtung für Bohrspäne versehen. Außerdem ist es zweckmäßig, am Bohrer Spanbrecher vorzusehen, um lange Späne zerkleinern und dann leichter absaugen zu können. Die Absaugvor- richtung kann mit einer gefederten Hülse versehen sein, durch die die Bleche während des Bohrens zusammengedrückt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein vollautomatisches, qualitativ hochwertiges Fügen von Bauteilen unterschiedlicher Werkstoffe und Geometrien auch unter beengten Raumverhältnissen .
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen von Blindnieten (erste Ausführungsform) : Fig. la Frontansicht; Fig. lb Seitenansicht beim Einbringen der Bohrung; Fig. lc Seitenansicht beim Einsetzen des Blindniets;
Fig. 2 eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen von Blindnieten (zweite Ausführungsform) in einer perspektivischen Ansicht
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Setzen von Blindnieten : Fig. 3a Seitenansicht; Fig. 3b Frontalansicht vor Einbringen der Bohrung; Fig. 3c Frontalansicht während des Einbringens der Bohrung; Fig. 3d Frontalansicht während des Einsetzens des Blindniets .
Figuren la bis lc zeigen unterschiedliche Ansichten einer Vorrichtung 1 zum Setzen von Blindnieten 2, mit deren Hilfe zwei aufeinander aufliegende Bauteile 3,3' miteinander verbunden werden sollen. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Multifunktionswerkzeug 4, das an der Hand 5 eines (in den Figuren nicht dargestellten) Industrieroboters, beispielsweise eines sechsachsi- gen Roboters, befestigt ist. Mit Hilfe dieses Roboters wird das Multifunktionswerkzeug 4 relativ zu den beiden Bauteilen 3,3' bewegt.
Das Multifunktionswerkzeug 4 umfasst einen Grundkörper 6, der über eine Anschlussplatte 32 mit der Roboterhand 5 verbunden ist. Der Grundkörper 6 trägt eine Bohr-/Senkanordnung 7 und eine Nietsetzanordnung 8 mit Arbeitsachsen 29,30, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die beiden Anordnungen 7,8 sind verschieblich auf dem Grundkörper 6 gelagert. Zur Führung der Bohr-/Senkanordnung 7 und der Nietsetzanordnung 8 sind zwei versetzt und parallel zueinander verlaufende Führungsschienen 9 vorgesehen, die die beiden Anordnungen 7,8 tragen. Die beiden Anordnungen 7,8 können mit Hilfe von (in den Figuren nicht gezeigten) Antriebseinheiten entlang dieser Führungsschienen 9 verschoben werden. Die Verschiebungsrichtung 17 der Bohr- /Senkanordnung 7 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel somit kollinear zu der Verschiebungsrichtung 18 der Nietsetzanordnung
Zum Herstellen einer Verbindungsstelle 10 an einem ausgewählten Bereich der Bauteile 3,3' wird zunächst das Multifunktionswerkzeug 4 mit Hilfe der Roboterhand 5 an die gewünschte Stelle gegenüber den Bauteilen 3,3' bewegt und so ausgerichtet, dass die Arbeitsachsen 29,30 dort näherungsweise senkrecht zu den Oberflächen der Bauteile 3,3' stehen. Die Bohr-/Senkanordnung 7 befindet sich dabei in einer solchen Position auf den Führungsschienen 9 des Grundkörpers 6, dass auf derjenigen Seite 11 der Bohr-/Senkanordnung 7 , die der Nietsetzanordnung 8 abgewandt ist, ausreichend Verfahrweg auf den Führungsschienen 9 zur Verfügung steht, um die Bohr-/Senkanordnung 7 in diese Richtung 17 aus dem Bereich der Verbindungsstelle 10 hinauszubewegen und dadurch Platz für die Nietsetzanordnung 8 zu schaffen; diese Position der beiden Anordnungen 7,8 ist in Figur la in einer Frontalansicht dargestellt. Damit die Bohr-/Senkanordnung 7 (und auch die Nietsetzanordnung 8) auf dem Grundkörper 6 die jeweilige Arbeitsposition reproduzierbar anfahren kann, kann ein Anschlag vorgesehen sein, der eine Fixierung der Bewegung der Bohr-/Senkanordung 7 in der in Figur la gezeigten Position ermöglicht.
Das Bohren und das Senken erfolgen in einem gemeinsamen Arbeitsgang. Zum Absaugen der beim Bohren und Senken erzeugten Späne ist eine Absaugvorrichtung 13 vorgesehen. Um eine reproduzierbare Senktiefe zu erreichen, wird die Bohr-/Senkanordung 7 über eine Hülse 14 auf das Bauteil 3 aufgesetzt, so dass ein fester Nullpunkt für den Spindelvorschub der Bohr-/Senkanordung 7 gegeben ist. Die Hülse 14 ist federgelagert und übt eine Kraft auf das zuoberst liegende Bauteil 3 aus, durch die dieses Bauteil 3 auf den Fügepartner 3' gedrückt wird.
Das Bohr-/Senkwerkzeug 12 ist ein Stufenbohrer mit einem Vorbohrbereich 15 und einem Endbohrbereich 16. Um beim Bohren bzw. Senken eine hochgenau dimensionierte Bohrung 19 für den Niet 2 erzeugen zu können, wird die Vorschubgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 hochgenau auf den zu bohrenden Werkstoff angepasst. Die Bohr-/Senkanordnung 7 ist mit einem Wegmesssensor 20 versehen, der den Vorschub der Spindel des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 und somit die Eindringtiefe des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 in die Bauteile 3,3' misst. In Abhängigkeit der Eindringtiefe 21 wird die Drehgeschwindigkeit und die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugspindel der Bohr- /Senkanordnung 7 variiert. Um eine hochgenaue Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugspindel zu ermöglichen, erfolgt der Vorschub der Spindel mit Hilfe eines Servomotors 22.
Soll beispielsweise ein Bauteil 3 der Dicke 24 aus Aluminiumblech mit einem Bauteil 3' der Dicke 24' aus einem Faserverbundwerkstoff vernietet werden, so können Drehgeschwindigkeit und Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 zunächst recht hoch gewählt werden. .Nachdem das Bohr-/Senkwerkzeug 12 eine gewisse Tiefe - entsprechend der Dicke 24 des ersten Bauteils 3 - eingedrungen ist, werden die Dreh- und die Vorschubgeschwindigkeit auf andere, dem Faserverbundwerkstoff angepasste Werte redu- ziert, um auch im zweiten Bauteil 3' eine hochwertige Bohrung zu erzeugen. Auf diese Weise wird insbesondere im Übergangsbereich zwischen den beiden Bauteilen 3,3' und im Bereich des Austritts aus dem zweiten Bauteil 3' eine Gratbildung bzw. eine Delamination vermieden, ohne dass die Verbindungsstelle 10 auf dem zweiten Bauteil 3' von der Gegenseite 25 her gestützt zu werden braucht.
Der Servomotor 22, mit Hilfe dessen der Vorschub der Werkzeugspindel bewirkt wird, ist an ein Kraftmesssystem 23 gekoppelt, mit Hilfe dessen die beim Eindringen des Bohr-Senkwerkzeugs 12 aufgebrachten Kräfte gemessen werden. Sind diese Kräfte sehr hoch, so ist dies ein Indiz für ein verschlissenes Werkzeug 12. Dieses Messsystem 23 gibt somit eine Warnung, wenn das Werkzeug 12 erneuert werden sollte. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Werkzeug 12 immer die hohe Qualität hat, die für die Herstellung einer genau dimensionierten Bohrung 19 notwendig ist.
Nach Abschluss des Bohrvorgangs wird die Bohr-/Senkanordnung 7 aus dem Bereich der Verbindungsstelle 10 heraus verschoben (Pfeil 17) und die Nietsetzanordnung 8 an die Verbindungsstelle 10 hin verschoben (Pfeil 18) . Dabei kann die Nietsetzanordnung 8 entweder starr an die Bohr-/Senkanordnung 7 gekoppelt sein, so dass die beiden Anordnungen 7,8 gemeinsam verschoben werden. Alternativ kann die Nietsetzanordnung 8 mit Hilfe eines eigenen Antriebs separat von der Bohr-/Senkanordnung 7 verschoben werden. Mit Hilfe einer Nietladeplatte 26 wird ein Blindniet 2 zugeführt, von einem Mundstück 27 der Nietsetzanordnung 8 aufgenommen und gesetzt, indem der Niet 2 durch eine Axialbewegung des Nietsetzwerkzeugs 8 in die Bohrung 19 eingeführt wird, gezogen wird und anschließend der Schließkopf gebildet und der Dorn ausgeworfen wird.
Der Setzvorgang des Blindniets 2 ist somit abgeschlossen. Das Multifunktionswerkzeug 4 wird mit Hilfe des Roboters in eine weitere Nietposition verfahren. Das robotergeführte Multifunk- tionswerkzeug 4 ist somit in der Lage, den gesamten Installationszyklus eines Blindniets vollautomatisch ablaufen zu lassen.
Alternativ zu der in Figur la bis lc gezeigten Ausgestaltung der Blindnietsetzanordnung 8 mit separater Nietladeplatte 26 kann auch eine automatische Nietsetzeinheit verwendet werden, bei der die Blindniete 2 durch die Nietanordnung 8 selbst zugeschossen werden.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' mit einem Multifunktionswerkzeug 4', das ü- ber eine Anschlussplatte 32' an die (in Figur 2 nicht dargestellte) Hand eines Industrieroboters angeflanscht wird. Das Multifunktionswerkzeug 4' umfasst einen Grundkörper 6', bei dem die Verschiebebewegungen 17 ',18' von Bohr-/Senkanordnung 7' und Blindnietsetzanordnung 8' nicht - wie im vorhergehenden Ausfüh- rungsbeispiel - kollinear zueinander verlaufen, sondern in einem spitzen Winkel 28 (im vorliegenden Ausführungsbeispiel von etwa 60°) zueinander angeordnet sind. Hierfür sind auf dem Grundkörper 6' zwei Führungsschienen 9' , 9" vorgesehen, die relativ zueinander den Winkel 28 einschließen und entlang derer die Bohr-/Senkanordnung 7' und die Blindnietsetzanordnung 8' unabhängig voneinander verschoben werden können. Durch Verschiebungen entlang dieser Schienen 9', 9" können die beiden Anordnungen 7 ',8' nacheinander in eine Arbeitsstellung gegenüber der Verbindungsstelle 10 auf den Bauteilen 3,3' gebracht werden, welche sich im Bereich des Schnittpunkts der beiden Vorschubachsen 17', 18' befindet.
Zur Erzeugung der Bohrung 19 für den Blindniet 2 wird zunächst die Bohr-/Senkanordnung 7' entlang der Schiene 9' in den Bereich der Verbindungsstelle 10 bewegt; dann wird mit Hilfe des Bohr-/Senkwerkzeugs 12' die Bohrung 19 erzeugt, wobei die dabei anfallenden Späne über die Absaugvorrichtung 13' abtransportiert werden (siehe Figur 2) . Danach wird die Bohr- /Senkanordnung 7' entlang der Verschieberichtung 17' in eine Rückzugsposition verschoben, wodurch der Bereich um die Verbin- dungsstelle 10 frei wird für die Nietsetzanordnung 8' . Die Nietsetzanordnung 8' wird nun auf der Führungsschiene 9" in den Bereich der Verbindungsstelle 10 hinein verschoben und setzt einen Blindniet, der über eine Nietzuführvorrichtung 26' zugeführt wird.
Bei den bisher beschriebenen Abläufen der Vorrichtungen 1,1' wird das Multifunktionswerkzeug 4,4' mit Hilfe des Roboters in die gewünschte Position gegenüber den Bauteilen 3,3' positioniert und während sämtlicher Bearbeitungsschritte, die zum Bohren und Nietsetzen der Verbindungsstelle 10 notwendig sind, in dieser Position gehalten; der Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 erfolgt dabei mit Hilfe des Servomotors 22. Wenn die räumlichen Gegebenheiten (d.h. die dreidimensionale Gestaltung des zu fügenden Werkstücks) es gestatten, so kann die Vorschubbewegung des Bohr-/Senkwerkzeugs 12 auch mit Hilfe des Roboters erfolgen: dabei vollführt die Roboterhand 5 eine Vorschubbewegung in Richtung der Arbeitsachse 29 des Bohr-/Senkanordnung 7, durch die das rotierende Bohr-/Senkwerkzeug 12 in die Bauteile 3,3' hineingetrieben wird.
Figuren 3a bis 3d zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1" zum Blindnieten mit einem Multifunktionswerkzeug 4", das über eine Anschlussplatte 32" an der Hand 5" eines sechsachsigen Industrieroboters 33 montiert ist. Das Multifunktionswerkzeug 4" umfasst einen tellerförmigen Grundkörper 6", auf dem eine Bohr-/Senkanordnung 1 " und eine Nietsetzanordnung 8" in der in Figuren 3b bis 3d gezeigten Ausrichtung befestigt sind: Die Arbeitsachsen 29", 30" der beiden Anordnungen 7", 8" befinden sich vorteilhafterweise in einer gemeinsamen Ebene 35 und schließen einen Winkel 31 miteinander ein, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 60° beträgt. Der Grundkörper 6" ist in einer solchen Weise an der Roboterhand 5" montiert, dass der Schnittpunkt 36 der beiden Arbeitsachsen 29", 30" auf einer Drehachse 34 zu liegen kommt, die der letzten Handachse des Industrieroboters 33 entspricht, wobei die von den Arbeitsachsen 29", 30" aufgespannte Ebene 35 nä- herungsweise senkrecht gegenüber dieser Drehachse 34 ausgerichtet ist.
Zum Herstellen einer Verbindungsstelle 10 zwischen den beiden Bauteilen 3,3' wird das Multifunktionswerkzeug 4" mit Hilfe des Roboters 33 an die gewünschte Stelle gegenüber den Bauteilen 3,3' bewegt und in der in Figur 3b gezeigten Weise ausgerichtet: Der Grundkörper 6" befindet sich in einer solchen Raumlage, dass die Bohr-/Senkanordnung 7" der Verbindungsstelle 10 auf den Bauteilen 3,3' gegenüberliegt und die Arbeitsachse 29" die Bohr-/Senkanordnung 7" näherungsweise senkrecht zur Oberfläche des Bauteils 3 im Bereich der Verbindungsstelle 10 verläuft. In dieser Ausrichtung der Bohr-/Senkanordnung 1 " wird nun die Bohrung 19 erzeugt, indem das Bohr-/Senkwerkzeug 12" in Drehung versetzt wird und mit Hilfe des Roboters 33 das gesamte auf der Roboterhand 5" montierte Multifunktionswerkzeug 4" entlang der Arbeitsachse 29" der Bohr-/Senkanordnung 7" auf die Bauteile 3,3' hin verschoben wird (siehe Figur 3c). Die dabei seitens der Roboterhand 5" vollführte Vorschubbewegung ist in Figuren 3a und 3c durch den Pfeil 38 angedeutet. Nach Fertigstellung der Bohrung 19 zieht der Roboter 33 das Multifunktionswerkzeug 4" wieder in die in Figur 3b gezeigte Ausgangslage zurück.
Anschließend wird der Grundkörper 6" mit Hilfe der Roboterhand 5" um einen Winkel 31 gedreht, wobei die Nietsetzanordnung 8" in die in Figur 3d gezeigte Arbeitsposition geschwenkt wird, in der ihre Arbeitsachse 30" in die (vorher durch die Arbeitsachse 29" der Bohr-/Senkanordnung 7" eingenommene) Ausrichtung gegenüber der Bohrung 19 kommt. Da sich die Verbindungsstelle 10 in einem räumlich beengten Bereich des Bauteils 3 befindet, wird vor oder während der Drehbewegung 37 des Grundkörpers 6" die Bohr-/Senkanordnung 7" mit Hilfe einer (in den Figuren nicht dargestellten) Verschiebevorrichtung entlang ihrer Arbeitsachse 29" zurückgezogen (Pfeil 17") . Auf diese Weise werden Kollisionen des Multifunktionswerkzeugs 4" mit nah benachbarten Bereichen 39 des Bauteils 3 (oder anderer räumlich nah angeordneter Teile) vermieden. In der in Figur 3d gezeigten Ausrichtung des Multifunktionswerkzeugs 4" wird nun in die Bohrung 19 - wie o- ben beschrieben - unter Verwendung des Nietsetzanordnung 8" ein Blindniet eingebracht und befestigt. Damit ist der Setzvorgang des Blindniets abgeschlossen, und das Multifunktionswerkzeug 4" wird mit Hilfe des Roboters 33 in eine weitere Nietposition verfahren .
Bei der in Figuren 3a bis 3d dargestellten Ausführungsform wird somit zum Wechsel zwischen Bohr-/Senkanordnung 7" und Nietsetzanordnung 8" der rotatorische Freiheitsgrad 37 der Roboterhand 5" genutzt, während für den Vorschub 38 des Bohr-/Senkwerkzeugs 12" die kinematischen Freiheitsgrade des Roboters 33 verwendet werden. Dies ermöglicht eine sehr kompakte und kostengünstige Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1". In Abhängigkeit von den räumlichen Bedingungen beim Verbinden der Bauteile 3,3' kann auch die Nietsetzanordnung 8" auf einer Verschiebeachse montiert sein, mit Hilfe derer sie während des Bohr- /Senkvorgangs in Richtung ihrer Arbeitsachse 30" zurückgezogen werden kann.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 3a bis 3d wurde die im Zuge des Bohrens zu vollführende Vorschubbewegung des Bohr- /Senkwerkzeug 12" mit Hilfe der Roboterhand 5" durchgeführt (siehe Figur 3c) . Alternativ kann diese Vorschubbewegung natürlich auch - analog zum Ausführungsbeispiel der Figuren la bis lc - mit Hilfe eines Servomotors erfolgen, der vorteilhafterweise über die Robotersteuerung angesteuert wird.
Wenn die Vorrichtung 1,1', 1" zum Verbinden von Bauteilen 3,3' angewendet werden soll, die mit hohen Toleranzen behaftet sind, ist es oftmals nicht möglich, mit der Vorrichtung eine vorgegebene Roboterbahn abzufahren. In diesem Falle empfiehlt es sich, die für den Fügeprozess relevanten Bereiche der Bauteile 3,3' vor dem eigentlichen Verbinden zu erfassen (z.B. mit Hilfe eines Lichtscanners) . Aus den Messdaten wird dann eine optimierte Bahn des Multifunktionswerkzeugs 4, 4 ',4" berechnet und die Ver- fahrbahn des Roboters 33 entsprechend angepasst.
Die Vorrichtung eignet sich zum Fügen von Bauteilen 3,3' aus unterschiedlichsten Werkstoffen, insbesondere auch aus Werkstoffkombinationen, die nicht schweißbar sind (z.B. Faserverbundwerkstoffe/Metallblech, Alublech/Stahlblech etc.).
Weiterhin besteht die Möglichkeit, Mehrschichtverbindungen herzustellen, d.h. mehr als zwei Bauteile 3,3' miteinander zu verbinden. Voraussetzung hierfür ist, dass ein Mehrbereichsniet verwendet wird.
. oOo.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1,1') zum Setzen eines Blindniets (2), - mit einem Multifunktionswerkzeug (4,4'), welches mittels eines Roboters positionierbar ist, - wobei das Multifunktionswerkzeug (4,4') eine Bohr- /Senkanordnung (7,7') zur Herstellung einer Aufnahmebohrung (19) für den Blindniet (2) sowie eine Nietsetzanordnung (8,8') zum Einsetzen des Blindniets (2) in die Bohrung (19) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung (7,7') und die Nietsetzanordnung (8,8') verschiebbar auf einem Grundkörper (6,6') des Multifunktionswerkzeugs (4,4') angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschieberichtung (17') der Bohr-/Senkanordnung (7') und die Verschieberichtung (18') der Nietsetzanordnung (8') in einem Winkel (28) von etwa 60° zueinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschieberichtung (17) der Bohr-/Senkanordnung (7) kollinear zur Verschieberichtung (18) der Nietsetzanordnung (8) angeordnet ist.
Vorrichtung (1") zum Setzen eines Blindniets (2),
- mit einem Multifunktionswerkzeug (4") , welches mittels eines Roboters positionierbar ist,
- wobei das Multifunktionswerkzeug (4") eine Bohr- /Senkanordnung (7") mit einer Arbeitsachse (29) zur Herstellung einer Aufnahmebohrung (19) für den Blindniet (2) sowie eine Nietsetzanordnung (8") mit einer Arbeitsachse (30) zum Einsetzen des Blindniets (2) in die Bohrung (19) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung (7") und die Nietsetzanordnung (8") in einer solchen Weise auf einem Grundkörper (6") des Multifunktionswerkzeugs (4") angeordnet sind, dass die beiden Arbeitsachsen (29", 30") von Bohr-/Senkanordnung (7") und Nietsetzanordnung (8") einen Winkel (31) miteinander einschließen, der zwischen 30° und 180°, vorzugsweise zwischen 60° und 90°, liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung (7") und/oder die Nietsetzanordnung (8") verschiebbar auf dem Grundkörper (6") des Multifunktionswerkzeugs (4") angeordnet sind, wobei die Verschieberichtung (17", 18") der Anordnung (7", 8") parallel zu der Arbeitsachse (29,30) der jeweiligen Anordnung (7", 8") ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung (7, 7', 1 " ) mindestens einen Servoantrieb (22) aufweist, mit dessen Hilfe die Drehzahl und/oder der Vorschub des Bohr-/Senkwerkzeugs (12, 12', 12") regelbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung {1,1' ,1") ein Wegmeßsystem (20) zur Messung des Vorschubs des Bohr-/Senkwerkzeugs (12, 12', 12") aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung {1,1' ,1") ein Kraftmeßsystem (23) zur Messung der auf das Bohr-/Senkwerkzeug (12, 12', 12") wirkenden Kräfte aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkwerkzeug (12, 12', 12") als Stufenbohrer mit einem Vorbohrbereich (15) und einem Endbohrbereich (16) ausgestaltet ist.
10.Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-/Senkanordnung {1,1' ,1") mit einer Absaugvorrichtung (13) zur Absaugung von Spänen versehen ist.
oOo.
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