TW201332682A

TW201332682A - 饋送接合元件的方法與裝置

Info

Publication number: TW201332682A
Application number: TW101134818A
Authority: TW
Inventors: Alexander Schug; Florian Steinmueller; Manuel Spiess; Simon Dietz
Original assignee: Newfrey Llc
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-08-16
Also published as: EP2640536A1; US20130071209A1; CN103826774A; JP6102925B2; KR20140063656A; DE102011113832A1; ES2489791T3; US9610632B2; CN103826774B; EP2640536B1; WO2013041421A1; JP2014526385A

Abstract

本發明揭示用於將接合元件(28)饋送至一接合工具(20)之方法，該接合工具可藉由一可程式化處理單元(14)移動且用於接納至少一個接合元件(28)之一釘匣(32)安裝於該接合工具上，該方法具有以下步驟：將該釘匣(32)移動至一填充站(46)，該填充站(46)具有帶有一出口開口(50)之一管狀區段(48)；相關於該出口開口(50)定向該釘匣(32)之一入口開口(36)；將至少一個接合元件(28)輸送至該管狀區段(48)，藉此該至少一個接合元件通過該管狀區段(48)、該出口開口(50)及該入口開口(36)進入至該釘匣(32)中。此處，在該定向步驟中以使得該釘匣(32)與該填充站(46)間隔開之一方式相關於該出口開口(50)定向該釘匣(32)同時實施輸送步驟。

Description

饋送接合元件的方法與裝置

本發明係關於一種用於將接合元件饋送至一接合工具之方法，該接合工具可藉由一可程式化處理單元移動且用於接納至少一個接合元件之一釘匣安裝於該接合工具上。

此外，本發明係關於一種用於藉由接合元件進行接合之裝置，該接合裝置可能經組態以用於實施上述饋送方法。

在接合技術之領域中已知使用接合元件執行接合連接。此等方法包括(舉例而言)將接合元件接合至工件上，該等接合元件在此情形中經常用作用於進一步緊固構件之錨定件。此類型之接合方法以螺柱焊接、螺柱黏合或熱塑性螺柱接合之形式為人習知。此處，該等螺柱可係旋轉對稱之接合元件，但亦可係不規則形狀之錨定件。

此外，已知藉由接合元件將至少兩個工件彼此連接。此類型之方法包括(舉例而言)鉚接方法，諸如衝壓鉚接方法。

已在車輛技術之領域中(特定而言在車體構造中)建立此類型之接合方法多年。

一般而言，可手動實施此等接合方法。此處，手動引導經常具有一手槍狀手柄之接合工具。然而，在大規模生產使用中，藉由一可程式化處理單元(諸如一機器人)移動接合工具係較佳的。在此情形中，若將接合元件饋送至緊固至一機器人臂之接合工具，則係同樣較佳的。為此，已知經由一饋送管將接合工具連接至一饋送器件。此處，用於饋送接合元件之一經證實方法包括藉由經壓縮或經吹出空氣穿過該饋送管饋送接合元件。

又一已知系統經由一饋送管將饋送器件連接至一銜接站。在此情形中，在該接合工具上存在用於接納複數個接合元件之一緩衝儲存器。為了填充釘匣，將接合工具移動至該銜接站且將其停駐於彼處。此處，以使得藉由該銜接操作機械打開該銜接站之區域中之一出口連接及該緩衝儲存器之一入口連接兩者之一方式進行該銜接，以便在該饋送器件與該緩衝儲存器之間產生一連續連接。此處機械致動元件及齒輪機構所需之費用相當大。此外，銜接及不銜接係一相當耗時之程序。

在此背景下，規定用於將接合元件饋送至一接合工具之一經改良方法及一經改良接合裝置係本發明之一目的。

根據本發明之一第一態樣，藉由用於將接合元件饋送至一接合工具之一方法達成此目的，可藉由一可程式化處理單元移動該接合工具且用於接納至少一個接合元件之一釘匣安裝於該接合工具上，該方法具有以下步驟：將該釘匣移動至一填充站，該填充站具有帶有一出口開口之一管狀區段；相關於該出口開口定向該釘匣之一入口開口；及將至少一個接合元件輸送至該管狀區段，藉此該接合元件通過該管狀區段、該出口開口及該入口開口進入至該釘匣中，在該定向步驟中以使得該釘匣與該填充站間隔開之一方式相關於該出口開口定向該釘匣同時實施輸送步驟。

此外，藉由一對應接合裝置達成以上目的。

此外，根據本發明之一第二態樣，藉由用於將接合元件饋送至一接合工具之一方法達成以上目的，可藉由一可程式化處理單元移動該接合工具且用於接納至少一個接合元件之一釘匣安裝於該接合工具上，該方法具有以下步驟：將該釘匣移動至一填充站，該填充站具有帶有一出口開口之一管狀區段；相關於該出口方向定向該釘匣之一入口開口；及將至少一個接合元件輸送至該管狀區段，藉此該接合元件通過該管狀區段、該出口開口及該入口開口進入至該釘匣中，在該入口開口之區域中或在該出口開口之區域中配置一側向打開之徑向引導區段，可沿相對於一輸送方向係橫向之一方向將該填充站之該管狀區段或該釘匣之一管狀區段插入至該徑向引導區段中，以便相關於該填充站以置中該釘匣。

此外，藉由一對應接合裝置達成以上目的。

在每一情形中藉由具有一較佳地永久連續之管狀區段之一填充站區分根據第一態樣之方法與根據第二態樣之方法。因此若該填充站不具有一出口隔板則係較佳的，經由該出口隔板阻礙接合元件自填充站逃逸。因此，該填充站可具有在機械上相當不複雜之組態。

此外，在該釘匣上不存在入口隔板，這同樣用以促進該釘匣填充於該填充站中。為了避免接合元件以一無阻礙方式退出該填充站，在一輸送及饋送步驟開始之前進行關於該釘匣之一入口開口是否與該填充站之該出口開口對準之一詢問。此外，較佳地進行關於該釘匣之一氣體隔板是否打開之一額外詢問。在滿足此等條件之前較佳地不藉由該饋送器件開始一或多個接合元件之輸送及饋送程序。可將一閥功能整合至該氣體隔板中。

藉助不必存在可在填充站中藉由一銜接操作機械移動之任何致動或齒輪機構元件之事實更快速地有利實施將釘匣移動至填充站之操作及將釘匣自填充站向回移動之操作兩者。

該釘匣經較佳地設計以用於接納複數個接合元件。此外，該管狀區段可係一剛性管狀區段或在一限定程度上可彈性變形之一軟管區段。

藉由該處理單元較佳地進行該定向步驟。出於此目的，較佳地將定向位置提前引導給該處理單元。

由於在該定向步驟期間以使得該釘匣與該填充站間隔開之一方式定向該釘匣之措施，可在該釘匣與該填充站不銜接或固定連接之情形下裝載該釘匣。特定而言，因此較佳地可在該填充站與該釘匣之間不實現一經積極引導之機械連接之情形下填充該釘匣。

較佳地，將該釘匣剛性固定於該接合工具上。在本情形中，固定於該接合工具上欲包括將該釘匣固定於由該處理單元引導之一接合頭部之任一期望點處。

該可程式化處理單元可係(舉例而言)一機器人，將該接合工具以一不可交換方式固定於該機器人上。此處，可以一可交換方式或以一不可交換方式將該釘匣安裝於該接合工具上。此外，可以一可交換方式將該接合工具固定於該處理單元上。在一第一替代方案中，將該釘匣移動至該填充站因此可包括將其上安裝有釘匣之該接合工具移動至該填充站。作為一替代方案，可能自該接合工具暫時移除該釘匣且將其個別地移動至一填充站。根據又一替代方案，可能自該處理單元移除該接合工具且僅將具有釘匣之該處理單元移動至一填充站。

在該等方法及裝置中，若使用一感測器配置偵測該釘匣是否已接近該填充站之該出口開口，則係較佳的，僅當係此情形時開始輸送步驟。

此處，該感測器配置可僅僅偵測該釘匣接近於該填充站，但亦可較佳地偵測該釘匣是否相關於該出口開口而對準。該感測器配置可係(舉例而言)呈一光學感測器、一磁性感測器或一電感測器之形式之一簡單感測器配置。在最簡單情形中，該感測器配置亦可係一電接觸件或開關。在某些實施例中，若(出於安全原因)至少兩個個別感測器偵測該釘匣接近於該填充站以便達成一特定冗餘，則係較佳的。為了偵測定向，使用複數個感測器可同樣係適當的。

在該等方法及裝置中，若在該釘匣之該入口開口與一接納區段之間形成一插入區段，則係較佳的，該插入區段自該接納區段朝向該入口開口加寬，藉此在進入至該釘匣中期間將該接合元件置中。

此處，該接納區段用以接納至少一個(較佳地複數個)接合元件。由於該插入區段(不管該釘匣與該填充站之間的非接觸定向如何)可進行接合元件自該填充站至該釘匣中之可靠轉移。

根據又一較佳實施例，圍繞該填充站中之該出口開口同心地配置一置中輔助設備，該置中輔助設備在引導一定向位置之該處理單元之一引導操作期間用作一定向輔助設備及/或該置中輔助設備在該出口開口與該入口開口之間的一自由行進階段期間將該接合元件置中。

此處，首先可使用該置中輔助設備以便促進該引導操作。然而，特定而言，該置中輔助設備可用以在一自由行進階段期間將該等接合元件置中，其中該等接合元件實質上在沒有連續引導之情形下自該填充站移動至該釘匣。

此處，在輸送步驟期間，該置中輔助設備實質上在不接觸之情形下較佳地伸入至該插入區段中。

此可確保防止在轉移區域處之阻塞或阻礙。

在該等方法及裝置中，若藉由經壓縮空氣將該接合元件(或該複數個接合元件)饋送至該填充站且穿過該出口開口及該入口開口將該接合元件(或該複數個接合元件)不停地輸送至該釘匣中，則一般係較佳的。

換言之，在一個步驟中進行穿過該填充站將一或複數個接合元件直接饋送至該釘匣中。

在根據本發明之裝置中，若該置中輔助設備具有包括可徑向偏斜且一起形成一圓錐形狀之複數個腹板之一置中保持架，則係額外較佳的。

由於該置中形狀可在自由行進階段期間在令人滿意之程序可靠性之情形下行進防止阻塞或傾斜。此處若該填充站具有圍繞該出口開口同心地形成一置中輔助設備，則係尤其較佳的，且為了沿該出口方向成圓錐形地漸縮，以使得該置中輔助設備可至少部分地伸入至該插入區段中之一方式使該置中輔助設備之一自由端之一直徑與該入口開口之一直徑彼此適應。

此處，實質上在不接觸之情形下較佳地進行該伸入。可至多在該等腹板之一徑向偏斜之情形下可能進行接觸，但較佳地避免此狀況。

此處，該置中輔助設備之該自由端之內徑較佳地稍微小於欲輸送之該等接合元件之外徑。

該伸入可防止接合元件在填充操作期間丟失。另外，甚至當在該釘匣與該填充站之間存在一稍微不對準時，該置中輔助設備可確保接合元件之可靠饋送。

由於實質上在填充站與釘匣不接觸之情形下進行填充操作之措施，特定而言，由於(特定而言)可針對該處理單元程式化該填充站與一接下來接合位置之間的直接曲線，因此可更快速地實施將該釘匣移動至該填充站之操作及/或將該釘匣遠離該填充站而移動之操作。

在其中藉由一側向打開之徑向引導區段進行置中之根據本發明之第二態樣之方法及裝置中，由於可不僅沿填充方向而且沿與插入至該徑向引導區段中之方向相反之方向自該填充站拉下該釘匣，因此可同樣在很大程度上達成此優勢。

可藉由較佳地由一U形盛器或由一V形盛器形成之該徑向引導區段相關於該填充站精確地置中該釘匣。特定而言，此係當該管狀區段係在一限定程度上彈性撓性之一軟管區段時之情形，以使得可程式化為稍微超過該對準位置之一理想位置，藉此當該軟管區段位於盛器中時其有可能以一S形狀稍微變形。

此外，若可藉由一可電致動之氣體隔板致動器致動該釘匣之一氣體隔板，則總體上係有利的。

在此實施例中不提供釘匣隔板，藉此不需要在一銜接站處藉由一銜接操作機械打開一隔板。在此實施例中，打開該氣體隔板以便接納接合元件。隨後關閉該氣體隔板，以使得可在已將接合元件饋送至該釘匣之後在該釘匣中藉由經壓縮空氣運輸該等接合元件(氣動彈簧原理)。藉由一單獨程序打開及關閉該氣體隔板，經由該單獨程序致動該氣體隔板致動器。由於此措施，可能依據特定狀態之基於感測器之偵測打開及關閉釘匣之氣體隔板。舉例而言，若致動該氣體隔板致動器之程序等待一靠近感測器之一信號(藉由該信號確認該釘匣已接近該填充站)，則係較佳的。若依據偵測該填充站之一出口開口是否與該釘匣之一入口開口對準之一感測器配置之一信號進行氣體隔板之打開，則係尤其較佳的。

不言而喻，上文所提及且仍欲在以下文本中闡釋之特徵不僅可用於分別規定之組合中，而且用於其他組合中或單獨使用，此不背離本發明之範疇。

在圖式中展示且將在以下說明中更詳細地闡述本發明之例示性實施例。在圖1中，一般由10指定用於藉由接合元件產生接合連接之一接合總成之一項實施例。在本情形中，接合總成10經組態以特定而言用於衝壓鉚接。然而，接合總成10亦可以一對應方式經組態(舉例而言)以用於產生經螺柱接合之連接(螺柱焊接、螺柱黏合等)。

接合總成10具有連接至呈一機器人14之形式之一可程式化處理單元之一接合頭部12。更精確而言，機器人14具有(舉例而言)一第一臂16及一第二臂18，接合頭部12固定於第二臂18上。

呈一衝壓鉚接工具之形式之一接合工具20固定於接合頭部12上。接合工具20含有一C框架22。接合工具20之一撞錘24(撞錘24可沿一接合方向移動)安裝於C框架22之一上部端處。一沖模26固定於C框架22之另一端處。

接合工具20經設計以用於藉由接合元件28實施接合連接。在本情形中，接合元件28係衝壓鉚釘元件(特定而言為中空衝壓鉚釘元件)。

舉例而言，可在撞錘24與沖模26之間插入兩個或兩個以上工件(舉例而言呈由相同或不同材料製成之金屬薄片之形式)。隨後藉由藉由撞錘24將一衝壓鉚釘元件按壓至工件配置中之事實連接此等工件。在一中空衝壓鉚釘之情形中，徑向擴展一最初實質上圓柱中空區段，藉此在工件配置內實施一底切。一般已知此類型之衝壓鉚接程序。

一般沿著一接合軸30進行撞錘24之移動。

一釘匣配置32固定於接合工具20或接合頭部12上。釘匣配置32具有用於接納至少一個(較佳地複數個)接合元件28之一釘匣區段或接納區段34。

此外，釘匣配置32具有相對於釘匣區段34同心地而形成且具有一直徑D1之一入口開口36。入口開口36經由一插入區段38連接至釘匣區段34。插入區段38自釘匣區段34朝向入口開口36加寬。特定而言，插入區段38係為圓錐形組態。

此外，釘匣配置32具有沿相對於接合軸30係橫向之一方向較佳地延伸且較佳地固定連接至釘匣區段34之一釘匣板。在釘匣板之區域中提供可藉由一氣體隔板致動器致動之一氣體隔板40。該氣體隔板致動器可使氣體隔板40自一關閉位置移動出進入至一打開位置中，在該打開位置中可將接合元件28饋送至釘匣區段34。

此外，接合總成10具有一填充站46。填充站46具有包括一出口開口50之一管狀區段48。此外，填充站46具有一填充站板52，管狀區段48以使得出口開口50與填充站板52之一表面(未更詳細地標識)實質上齊平地對準之一方式固定於該填充站板上。在一替代方案(尤其較佳實施例)中，管狀區段48亦可相對於填充站板52之表面突出，如某些以下實施例中所闡述。填充站板52係在處理單元14之操作範圍之區域中藉由一托架55以一固定方式而配置。

此外，管狀區段48具有一饋送開口56。此處，以使得管狀區段48在饋送開口56與出口開口50之間總是係連續的之一方式組態管狀區段48。換言之，不在填充站46之區域中提供可妨礙或阻塞穿過管狀區段48之鎖定螺栓或諸如此類。

此外，一感測器配置58固定於填充站46上(特定而言填充站板52上)。感測器配置58可偵測釘匣區段34是否已接近填充站46。感測器配置58可較佳地偵測是否以使得可穿過填充站將接合元件28轉移至釘匣配置中之一方式相對於填充站46定向釘匣區段34。在經對準位置中，特定而言，釘匣區段34之一入口開口(未更詳細地標識)與管狀區段48之出口開口50彼此對準。該感測器配置可係(舉例而言)呈一光學感測器、一磁性感測器或一電感測器之形式之一簡單感測器配置。在最簡單情形中，該感測器配置亦可係一電觸接觸件或開關。在某些實施例中，若(出於安全原因)至少兩個個別感測器偵測該釘匣接近該填充站以便達成一特定冗餘，則係較佳的。為了偵測定向，使用複數個感測器可同樣係適當的。

管狀區段48之饋送開口56連接至一饋送器件60之一饋送軟管62。饋送器件60包括用於接納多個接合元件28之一固定供應容器64。此外，饋送器件60包括在其中分離該等接合元件之一分離器件66。最後，饋送器件60包括(特定而言)呈一經壓縮空氣總成68之形式之一輸送器件。可藉由經壓縮空氣總成68穿過饋送軟管62將接合元件28輸送至填充站52，如圖1中所圖解展示。較佳地確切而言，此處每當已藉由接合工具20接合一接合元件時可能首先藉由經壓縮空氣總成68將輸送元件個別地輸送至一中間位置中。一旦釘匣區段34係空的，就可立即在一個步驟中一個接一個不停地將同時可用之大量接合元件28穿過填充站46饋送至釘匣區段34中。

此外，接合總成10包括一控制器件70。控制器件70經設計以用於控制各種個別程序及接合總成10之個別單元。此外，控制器件70亦視情況用以供應能量。舉例而言，展示控制器件70連接至感測器配置58。此外，控制器件70經設計以用於致動氣體隔板致動器。此外，控制器件70較佳地同樣經設計以用於根據一經定義程式控制機器人14。此外，控制器件70亦連接至接合工具20且經設計(舉例而言)用於致動撞錘24。此處，控制器件70可經由一纜線配置連接至機器人14及/或連接至接合頭部12。此外，控制器件70可經由特定而言呈一個別感測器纜線之形式之一纜線配置連接至填充站46。

如下較佳地操作接合總成10。此處，假定其中在釘匣區段34中接納複數個接合元件28之一狀態。此處，機器人14將接合頭部12移動至一接合位置，在該接合位置中欲彼此連接之工件配置於撞錘24與沖模26之間。隨後，自釘匣區段34移除一接合元件28，如圖1中由一箭頭所圖解標識。可手動實施此移除，但可較佳地藉由(舉例而言)藉由控制器件70致動之一裝載器件進行此移除。

首先，移動撞錘24以便實施實際接合程序。隨後，撞錘24向回移動至其初始位置中，且將接合頭部12移動至一下一接合位置等。一旦釘匣區段34中不存在或僅存在小數目個接合元件28，就將接合頭部12移動至填充站46。此處，可藉由一感測器配置監測位於釘匣區段34中之接合元件28b之數目。然而，若控制器件70中計數之一控制器總是知曉釘匣區段34中接合元件28之數目，則係較佳的。

一旦釘匣板36已接近填充站板52且出口開口50與釘匣區段34之一入口開口36對準，就致動氣體隔板致動器40，以便打開氣體隔板40。隨後，經由經壓縮空氣總成68自分離器件66(或自一緩衝儲存器)將一接合元件28或複數個接合元件28無阻礙地輸送至釘匣區段34中(亦即以一無阻礙方式穿過饋送軟管62及管狀區段48)。

一旦再次填滿釘匣區段34，就藉由氣體隔板致動器再次關閉氣體隔板，以便達成欲足以可能藉由經壓縮空氣進一步運輸接合元件之一氣體封閉。

隨後，接合頭部12遠離填充站46而移動且再次實施進一步接合操作。

以下各圖展示就結構及操作方法而言一般對應於圖1之接合總成10之對應元件之接合總成或饋送器件及釘匣配置之替代實施例。因此相同元件符號標識相同元件。在以下文本中，將實質上闡述差異。

圖2中所展示之一接合總成10'之實施例包括一填充站46'，其中管狀區段48相對於填充站板52之一底側突出。呈一置中保持架76之形式之一置中輔助設備74相對於管狀區段48之此突出部分同心地固定於填充站板52上。置中保持架76具有可徑向偏斜且共同包封一圓錐形狀之複數個腹板78。在徑向非延伸狀態中，置中保持架76之自由端之外徑小於入口開口36之直徑。此外，置中保持架76之自由端之內徑小於管狀區段48之內徑。

圖2在此處展示置中保持架76之自由端伸入至插入區段38中而不與插入區段38接觸。

當穿過管狀區段48饋送接合元件時，接合元件自出口開口50退出。此處，出口開口50與釘匣配置32'之入口開口36間隔開。在此自由行進階段期間，該等接合元件倚靠置中保持架76之腹板78自內側通過且使該等腹板78徑向偏斜至外側，因此在該等接合元件之自由行進階段置中該等接合元件直至其進入至插入區段38中。

此外，在此實施例中可阻止接合元件在出口開口50與入口開口36之間丟失。

此外，在引導對準位置期間可將置中保持架76用作一定向輔助設備。此外，由於藉由置中保持架76之置中動作可接受對準位置中之稍微不準確定位。

圖3展示一接合總成10"之又一實施例。在此狀況中，管狀區段48相對於填充站板52之底側再一次突出。在圖3中所展示之對準位置中，在出口開口50在入口開口正上方之情形下定位管狀區段之自由端。此處，入口開口36之直徑較佳地至少稍微大於管狀區段48之外徑。

此處，管狀區段48與釘匣配置32"較佳地並不彼此接觸，但可彼此接觸。在此實施例中，若藉由一定位輔助設備程式化處理單元14，則係較佳的。

圖4及圖5展示一接合總成10'''之又一實施例。在此實施例中，釘匣配置32'''具有插入區段38上方之一徑向引導區段80，在圖5中以平面視圖形式展示徑向引導區段80。徑向引導區段80包括在平面視圖中係U形且管狀區段48之一突出部分可沿一插入方向84插入至其中之一盛器82。

此處，可經由未更詳細地標識之一漏斗區段更近地移動U形盛器82。在此實施例中，管狀區段48較佳地由一饋送軟管之一稍微撓性軟管區段形成。可藉由徑向引導區段80補償在引導處理單元14期間之不準確。

側向打開之徑向引導區段80可包括一U形或一V形盛器82。

10‧‧‧接合總成/接合裝置

10'‧‧‧接合總成

10"‧‧‧接合總成

10'''‧‧‧接合總成

12‧‧‧接合頭部

14‧‧‧機器人/處理單元/可程式化處理單元

16‧‧‧第一臂

18‧‧‧第二臂

20‧‧‧接合工具

22‧‧‧C框架

24‧‧‧撞錘

26‧‧‧沖模

28‧‧‧接合元件

30‧‧‧接合軸

32‧‧‧釘匣配置/釘匣

32'‧‧‧釘匣配置

32"‧‧‧釘匣配置

32'''‧‧‧釘匣配置

34‧‧‧接納區段/釘匣區段

36‧‧‧入口開口

38‧‧‧插入區段

40‧‧‧氣體隔板

46‧‧‧填充站

46'‧‧‧填充站

48‧‧‧管狀區段

50‧‧‧出口開口

52‧‧‧填充站板

55‧‧‧托架

56‧‧‧饋送開口

58‧‧‧感測器配置

60‧‧‧饋送器件

62‧‧‧饋送軟管

64‧‧‧固定供應容器

66‧‧‧分離器件

68‧‧‧經壓縮空氣總成

70‧‧‧控制器件

74‧‧‧置中輔助設備

76‧‧‧置中保持架

78‧‧‧腹板

80‧‧‧徑向引導區段/側向打開之徑向引導區段

82‧‧‧盛器/U形盛器/V形盛器

84‧‧‧插入方向/方向

D1‧‧‧直徑

圖1展示一接合總成之一項實施例之一圖解性說明，圖2展示一接合總成之一替代實施例之一詳細視圖，圖3展示一接合總成之一替代實施例之一詳細視圖，圖4展示一接合總成之一替代實施例之一詳細視圖，及圖5展示圖4之釘匣配置之一平面視圖。