TW201440920A - 用於工具單元之補償器件及利用該工具單元之配裝方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於一工具單元(16)之補償器件(18)，該工具單元(16)用於將一元件(22)配裝至一工件(26、28)之一孔洞(24)中，利用該補償器件(18)將該工具單元(16)依一軸向方向(19)定向安裝於一外殼(20)上，該補償器件(18)具有經配置於該工具單元(16)與該外殼(20)之間之一夾箝配置(36)，該夾箝配置具有至少兩個可控制夾箝單元(46、48)，該至少兩個可控制夾箝單元(46、48)經設計以在該夾箝配置(36)之一初始狀態中實質上剛性地將該工具單元(16)固定至該外殼(20)，且在該夾箝配置(36)之一補償狀態中設定該工具單元(16)之不同的自由程度，該等自由程度界定該工具單元(16)之移動的可能性，且此外，該補償器件(18)具有經設計以啟動該等夾箝單元(46、48)之一控制單元(42)。

Description

用於工具單元之補償器件及利用該工具單元之配裝方法

本發明係關於一種用於一工具單元之補償器件，該工具單元用於將一元件配裝至一工件之一孔洞中。

此外，本發明係關於一種用於在工具單元之幫助下將一元件自動化配裝至一工件之一孔洞中之方法。

此外，本發明係關於具有此類型之一補償器件之一工具單元。

應瞭解，在本內容脈絡中，一工具單元尤其意指用於(例如)盲鉚釘之設定之一設定單元、用於螺合於一螺絲元件中之一螺合單元或用於配裝一配裝元件之壓入(press-in)或配入(fit-in)單元。工具單元係用於將配裝元件引入至工件之對應內孔中。

舉例而言，在一盲鉚接方法中，兩個工件(通常為兩個金屬板)彼此連接，在於具有一鉚釘頭及一鉚釘柄之一盲鉚釘自一側插入穿過工件中之一內孔。藉由相對於插入方向拉出該柄而製造經鉚接之接頭。鉚釘柄之一增大末端藉此使在後側上突出之盲鉚釘之一部分變形。一旦超過一特定張力，則柄桿在一預定斷裂點處斷裂。

已知液壓、電動或氣動操作盲鉚接工具以製造此等盲鉚接接頭。盲鉚釘亦日益增加地用於機動車輛領域中以用於迄今已藉由焊接而彼此連接之組件之連接。由於機動車輛製造已自動化至高程度，所以在工業機器人之幫助下實施本體組件之連接之大多數部分。為了此目的，工業機器人配備有用於固持配裝元件/盲鉚釘之一特殊工具單 元。藉由一挑選器件提供盲鉚釘且以一自動化方式將該等盲鉚釘傳送至工具單元。工業機器人隨後移動至工件中之內孔之位置且配裝盲鉚釘。由於在工業機器人上之工具單元之位置偏差或工件之組件公差，可發生在各自配裝元件與內孔之間之非所要相對位置偏差。再者，當工業機器人移動至一預定所要位置時其亦可具有誤差。

當一工具單元剛性地安裝於工業機器人上時，在此等位置偏差(例如)導致將鉚釘元件斜向設定在組件內孔中且因此產生錯誤鉚接。在額外意欲呈現一密封功能之鉚釘元件之情況中，鉚釘頭相對於工件之一斜向定向導致經製造之組件中之一洩漏。由於此，必須以一複雜方式重新機械加工經錯誤定位或設定之鉚釘元件。此外，在位置偏差之事件中，在鉚釘元件之配裝期間在工具單元上亦產生不可接受之橫向力且亦導致經增加之磨損或甚至導致工具單元之機械結構元件之破壞。

對於長期亦可靠之一高品質配裝連接，配裝元件必須經定向以軸向平行於一通孔，為了至少兩個組件之連接而將配裝元件插入至該通孔。由於為了一自動化配裝程序而將工具單元安裝於工業機器人之一機器人臂上，所以必須補償位置偏差(配裝元件在平行於工件表面之一平面中之偏差)及位態偏差(配裝元件之軸向軸相對於工件中之內孔之軸向軸之角度誤差)。

因此，在配裝技術之領域中，已知利用配裝工具或工具單元之一可撓懸置而容許垂直於配裝方向之一平面中之公差補償之系統。舉例而言，WO 2006/063629描述用於一工具單元之一補償單元，可利用該工具單元將一元件(例如一組件或一配裝元件)安裝於一工件中。在此情況中，經由經設計為一擺軸承或樞轉軸承之一軸承而將工具單元緊固於經設計為一滑動板之一補償器件上。軸承容許繞配裝元件軸向方向且因此亦相對於滑動板之一傾斜移動。滑動板自身經固持於兩 個導壁之間以便可垂直於一x-y平面中之軸向方向移位。然而，由於自由可移動軸承，所以當機器人臂移動至配裝位置時，工具單元不可固定至機器人臂。因此，尤其當機器人突然停止時，工具單元僅可機械地不足地經固定。由於缺乏控制傾斜移動之可能性，所以僅可在垂直向下經傾斜之一配裝位置中操作所描述之補償單元。在其他配裝位置中(例如，工具單元之一水平位置)，工具單元由於其重量之力而自動傾斜至一約束位置中。因此，配裝元件會不再正確定位於工件上。再者，在此等其他配裝位置中，僅工具單元之呆重導致滑動板之偏轉。此繼而損及所描述之補償單元之公差補償。此外，由於多個機械補償器件，補償單元具有一複雜設定且因此易受誤差影響。再者，機械補償器件遭受在一特定時間段之使用之後導致更差公差補償之自然磨損。

因此，本發明基於之目標係指定一種用於一工具單元之經改良之補償器件及容許一元件(尤其一配裝元件)自動化配裝至一工件中之一工具單元。此外，本發明之一目標係指定公差用於一元件自動化配裝至一工件之一內孔中之經改良之方法。

上文之目標係利用用於一種將一元件配裝至一工件中之用於一工具單元之補償器件而達成，利用該補償器件將該工具單元依一軸向方向定向安裝於一外殼上，該補償器件具有經配置於該工具單元與該外殼之間之一夾箝配置，該夾箝配置具有至少兩個可控制夾箝單元，該至少兩個可控制夾箝單元經設計以在該夾箝配置之一初始狀態中實質上剛性地將該工具單元固定至該外殼且在該夾箝配置之一補償狀態中設定該工具單元之不同自由程度，該等自由程度界定該工具單元之移動之可能性，且此外，該補償器件具有經設計以啟動該等夾箝單元之一控制單元。

此外，利用一種用於在利用一補償器件(尤其上文提及之類型之 一補償器件)在一工具單元之幫助下將一元件自動化配裝至一工件之一孔洞中之一方法達成上文之目標，該工具單元依一軸向方向定向安裝於一外殼上，該補償器件具有一夾箝配置，該夾箝配置具有至少兩個可控制夾箝單元，且該方法具有步驟：- 設定夾箝配置之一初始狀態，使得將工具單元實質上剛性地固定至外殼，- 將工具單元自動化饋入至孔洞，- 利用夾箝單元之至少一者設定工具單元之一第一自由程度，- 將元件引入至孔洞中，- 執行一配裝程序以將元件配裝至孔洞中，在配裝程序之前及/或期間利用夾箝單元之至少一者針對工具單元設定偏離第一自由程度之一第二自由程度，且自由程度界定工具單元之移動之可能性。

此外，利用具有上文提及之類型之一補償器件之一工具單元達成上文之目標。

工具單元可尤其係用於實施一盲鉚接方法之一配裝工具，其中兩個或兩個以上之工件彼此連接，在於一盲鉚釘自一側插入穿過工件中之一內孔。工具單元可同樣用於稱為螺栓焊接之方法，其中在一配裝螺栓之幫助下連接工件。然而，再者，根據本發明之補償器件亦可用於用於配裝一配裝元件之任何其他工具單元。

在根據本發明之補償器件中，可依使得在夾箝配置之一初始狀態中工具單元經剛性地固定至外殼且實質上經定向於軸向方向中之一方式啟動夾箝單元。此使得可將工具單元可靠地鎖於連接至(例如)一機器人臂之外殼上，同時配裝元件經樞轉至所要配裝位置中。因此(例如)甚至在機器人(其引導工具單元)之一緊急切斷之事件中將工具單元可靠地固持於外殼上。可避免(例如)藉由工具單元在機器人之一突然停止後敲擊外殼而引起之損害。

此外，根據本發明之補償器件容許工具單元之不同自由程度之一經控制之啟用。舉例而言，可首先啟動夾箝單元以便補償工具單元之位態，僅啟用工具單元相對於軸向方向之一傾斜移動。替代地，工具單元可最初僅具有在軸向方向中之移動之一可能性。取決於特定條件，可啟動夾箝配置使得在工具單元上設定移動之額外及/或替代可能性。因此，亦可有(例如)垂直於軸向方向之工具單元之一橫向移動。

再者，存在啟動夾箝單元使得依據預定條件變化及/或根據一預定輪廓(緩慢)發生移動之可能性之啟用之可能性。換言之，非必然數位或突然啟用移動之可能性。舉例而言，移動之可能性亦可設定為依據在配裝元件與待連接之工件中之內孔之間之位置中之位移之大小而變化。此導致配裝元件至經提供之內孔中之一更精確引入且因此導致工件之間之一更可靠經配裝連接。由於配裝元件相對於工件之正確定向，亦可可靠地實現經配裝連接之一可能密封功能。

此外，在提出之補償器件中，使用相同元件(可控制夾箝單元)以啟用且固定工具單元。此導致補償器件之一技術上簡單且因此可靠之實施。

因此完全達成目標。

在根據本發明之補償器件中，若夾箝單元經配置以便在軸向方向中彼此偏移則尤其有利。

由於此措施，可精確設定工具單元之移動之自由程度及對應可能性。因此，舉例而言，可利用夾箝單元之一者啟用工具單元上相對於軸向方向之一傾斜移動。此容許相對於工件中之孔洞之軸向軸之適配元件之角度補償。在第二夾箝單元之對應啟動之幫助下，(例如)可額外發生在平行於工件表面之一x-y平面中之工具單元之位置之補償。由於夾箝單元軸向彼此偏移，所以移動之可能性之啟用可尤其有 效經調適至在主要於配裝元件與內孔之間之位置中之位移。

此外，若夾箝單元之至少一者在橫向於軸向方向之一圓周方向中圍繞工具單元則較佳。

在此實施例中，至少一夾箝單元較佳直接支承抵住工具單元。在此情況中，工具單元在一軸向部分中較佳完全由夾箝單元圍繞。舉例而言，夾箝單元可經設計使得夾箝單元之一內部直徑可依據啟動而變動。藉此，可利用夾箝單元直接固定或啟用工具單元。因此，可省略配置於夾箝單元與工具單元之間之複雜結構解決方案。再者，此導致在徑向方向及軸向方向兩者中之補償器件之一小總大小。

根據一進一步實施例，夾箝單元之至少一者具有一壓縮空氣軟管。

在此較佳實施例中，(例如)一風箱式圓柱體可用作夾箝單元。此使得可依一技術上簡單且可靠之方式實施夾箝單元。此外，補償器件具有高穩定性，此係因為此類型之夾箝單元比機械補償或鎖機構具有更低磨損。

在一進一步實施例中，夾箝單元之至少一者具有經配置以便在圓周方向中彼此偏移之複數個夾箝元件。

由於夾箝元件之此一配置，(例如)可依一引導式方式啟用工具單元之橫向移動之僅一特定可能性。此可經實施(例如)在於全部夾箝元件(除一個夾箝元件例外)保持於夾箝配置之初始狀態中，該一個夾箝元件啟用夾箝元件經配置於其中之該方向，作為工具單元之移動之可能性。此外，該複數個夾箝元件導致夾箝單元之經增加之故障自動防護性。換言之，例如甚至在一夾箝元件之故障之事件中，一受限夾箝動作仍可總是施加於工具單元上。

根據一進一步實施例，複數個夾箝元件具有一壓縮空氣軟管及/或一夾箝圓柱體。

在此實施例中，夾箝元件可經設計為(例如)直接支承抵住工具單元之軸向延行軟管件。較佳地，舉例而言，在軸向方向中延行之三個軟管件經配置於工具單元上且在各個情況中具有相對於彼此之120°角度位移。在一替代實施例中，任何其他數目之軟管件亦可配置於工具單元上。此外，存在亦利用直接作用於工具單元上之夾箝圓柱體將夾箝動作施加於工具單元上之可能性。再者，夾箝圓柱體亦可具有支承抵住工具單元且在圓周方向中部分圍繞此工具單元之夾箝顎。在此等夾箝元件之幫助下，可依技術上簡單且可靠之方式實施夾箝配置且因此實施補償器件。

在一進一步實施例中，補償器件進一步具有配置於工具單元與外部之間之一內殼，兩個夾箝單元之一者經配置於工具單元與內殼之間且夾箝單元之另一者經配置於內殼與外殼之間。

此實施例尤其提供其中可獨立於彼此基本上啟動位態補償(角度誤差)及位置補償(在平行於工件表面之x-y平面中之偏差)之一補償機構。

在一進一步實施例中，補償器件進一步具有固定至外殼且工具單元彈性安裝於其上之一橡膠阻尼器。

由於此措施，可依夾箝配置基本上擺脫用於在沿著軸向方向之配裝方向中固定工具單元之固持力之此一方式安裝工具單元，但仍然可有工具單元之一補償移動。因此，夾箝配置可主要旨在實施補償功能。

在一進一步實施例中，補償器件進一步具有一機械引導元件，工具單元可旋轉及/或可移位安裝於該機械引導元件上。

在此情況中，引導元件可配置於外殼及/或內殼上。再者，機械引導元件可具有普通軸承及/或滾壓軸承(例如，球形軸承)。引導元件可(例如)具有圓錐形式。在引導元件之幫助下，夾箝配置擺脫工具單 元之呆重，且因此可經最佳化以實施一補償功能。

根據一進一步實施例，補償器件進一步具有經設計以偵測三維空間中工具單元之一角度位置之一角度位置發射器單元，控制單元經電耦合至角度位置發射器單元且經設計以在角度位置之基礎上啟動夾箝單元。

在角度位置發射器單元之幫助下，可發生工具單元之呆重的補償。舉例而言，可依據角度位置來設定補償器件之啟用範圍。因此，利用補償器件，在工具單元之任何所要位置中達成良好公差補償。換言之，藉由考慮角度位置，工具單元之使用的任何所要位置變成可行。

根據一進一步實施例，補償器件進一步具有經設計以偵測由工具單元施加於元件上以配裝元件之(尤其)一軸向配裝力之一第一力偵測單元，控制單元經電耦合至第一力偵測單元且經設計以在配裝力之基礎上啟動夾箝單元。

舉例而言，第一力偵測單元可具有在配裝程序期間偵測盲鉚釘上之拉力之一測力器。在拉力之幫助下，存在監測配裝程序之時序的可能性。因此可依據拉力或此配裝程序的時序來設定工具單元之移動的自由程度或可能性。因此配裝元件被精確定位於內孔中且產生一可靠經配裝連接。

根據一進一步實施例，補償器件進一步具有配置於工具單元與外殼之間且經設計以偵測一偏轉力之一第二力偵測單元，該偏轉力經定向(尤其)橫向於軸向方向且當將元件配裝至工件中時由於元件與孔洞之間之位置中之一位移而由工件施加於元件上，控制單元經電耦合至第二力偵測單元且經設計以在偏振力之基礎上啟動夾箝單元。

第二力偵測單元可具有(例如)配置於工具單元與外殼之間之應變計。在應變計之幫助下，偵測直接由配裝元件與工件之內孔之間之位 置中之位移或位態中之位移引起之偏轉力。因此可非常精確地依據作為當前經偵測之位移而啟動夾箝單元。因此非數位啟用工具單元之移動之可能性(工具單元固定或自由可移動)，而是可在經偵測之位移之基礎上將持續調適啟用以適合需求。此導致長期可靠之高品質之經配裝連接。

根據一進一步實施例，可利用夾箝單元界定工具單元在移動之可能性之方向中之一最大偏轉移動。

舉例而言，可在一風箱式圓柱體內部之壓力之幫助下設定工具單元之最大偏轉移動。在此情況中，亦可依據(例如)經偵測軸向配裝力及/或經偵測偏轉力而判定偏轉移動之大小。此外，於最大偏轉移動之判定中亦可包含經判定之角度位置。因此，在此實施例中，亦以一經控制或經調節之方法啟用移動之可能性之程度(或在移動之可能性之方向中之最大偏轉)。

根據根據本發明之方法之一尤其較佳實施例，偵測在三維空間中工具單元之一角度位置，在角度位置之基礎上啟動夾箝單元。

在此情況中(尤其)在第一及/或第二自由程度之設定中或在由此引起之移動之可能性之設定中考慮經偵測之角度位置。因此可依據位置界定工具單元之啟用範圍。獨立於工具單元之使用之位置補償工具單元之呆重。因此，根據本發明之方法容許獨立於工具單元之使用之位置產生可靠經配裝連接。

根據該方法之一進一步實施例，在配裝程序期間偵測為了配裝元件而由工具單元施加於元件上之(尤其)一軸向配裝力，在配裝力之基礎上啟動夾箝單元以設定第二自由程度之移動之可能性。

舉例而言，在盲鉚接中，可在配裝程序期間量測鉚釘上之一拉力。一旦經量測之力增加，依據經偵測拉力，利用夾箝單元啟用工具單元之移動之一進一步可能性。因此，在配裝程序期間可將工具緩慢 定向朝向組件。因此產生一高品質經配裝連接。

在根據本發明之方法之一進一步實施例中，在配裝程序期間偵測經定向(尤其)橫向於軸向方向且在將元件配裝至工件中之期間由於元件與孔洞之間之位置中之一位移而由工件施加於元件上之一偏轉力，在偏轉力之基礎上啟動夾箝單元以設定第二自由程度之移動之可能性。

在此實施例中，偵測直接由配裝元件相對於工件中之內孔之之位置/角度位移中之位移而產生之偵測力。因此可在主要配裝程序期間在位移之基礎上個別啟動夾箝單元。因此，在各個情況中當配裝元件已被配裝時可確保最高可能品質。

此外，存在依據經偵測拉力及經偵測偏轉力啟動夾箝單之可能性。在此實施例中，可在配裝程序之進度之基礎上且可依據實際出現之橫向力/偏轉力，設定工具單元之移動之可能性。

根據一進一步實施例，在配裝程序期間或在配裝程序之後設定夾箝配置之初始狀態。

若在配裝程序期間恢復初始狀態(例如完全填充之風箱式圓柱體)，則繼而施加一力於(例如)耦合至工具單元之一機器人臂上。機器人臂可因此追蹤當前配裝位置且此新位置可儲存於機器人中。藉此最佳化且加速隨後配裝程序。

根據工具單元之一較佳實施例，工具單元具有經設計以偵測為了配裝元件而由工具單元施加於元件上之(尤其)一軸向配裝力之第一力偵測單元，控制單元經電耦合至第一力偵測單元且經設計以在配裝力之基礎上啟動夾箝單元。

舉例而言，第一力偵測單元可具有在配裝程序期間偵測盲鉚釘處之拉力之一測力器。在此實施例中，第一力偵測單元可配置於(例如)補償器件外部及工具單元上。

應瞭解，上文中提及之特徵及在下文中待解釋之特徵不僅可用於各個情況中指定之組合中且亦可用於其他組合中或單獨使用而不脫離本發明之範疇。

再者，根據本發明之補償器件之特徵、性質及優點亦可相應應用至根據本發明之方法。

圖1繪示具有一配裝配置12之一工業機器人10。在此情況中，配裝配置12可移動地安裝於機器人10之一機器人臂14上。配裝配置12具有經由一補償器件18依一軸向方向19定向安裝於配裝配置12之一外殼20上之一工具單元16。在本例示性實施例中，工具單元16經設計為一盲鉚接工具16且用於將一盲鉚釘22配裝至一內孔24中以使一第一工件26及一第二工件28彼此連接。

機器人10經設計以依一自動化方式插入盲鉚釘元件22。為了此目的，配裝配置12進一步具有連接至一挑選器件(在圖1中未繪示)之容許盲鉚釘元件22之自動化佈建之一遞送單元30。

根據一自動化盲鉚接方法，藉由遞送單元30提供一盲鉚釘22且藉由盲鉚接工具16之一管口32拾取該盲鉚釘22。接著利用機器人臂14將配裝配置12樞轉至一預定配裝位置。在盲鉚接方法之一進一步步驟中，將盲鉚釘22與其似套筒部分引入至內孔24中直到其鉚釘頭支承於第一工件26之表面上。其後，利用盲鉚接工具16將盲鉚釘22之一鉚釘柄拉向後方，使得突出於第二工件28之外之盲鉚釘22之似套筒部分之一末端徑向擴展且因此使兩個工件26、28彼此緊密連接。增加鉚釘柄上之拉力直到鉚釘柄在一預定點斷裂。在此情況中，一柄殘留物保留於因此產生之經配裝連接中，同時以一自動化方式處理鉚釘柄之斷裂部分。隨後可藉由機器人10將配裝配置12樞轉至下一個配裝位置中。

盲鉚接工具16之安裝中之公差或機器人臂14之歸位誤差可導致平行於工件26之表面之一x-y平面中之位置中之位移(見圖1中繪示之 座標系統)及/或導致盲鉚釘22與內孔24之間之一角度位移。然而，為了(例如)與一黏著材料合作產生亦呈現一密封功能之一可靠經鉚接接頭，必須將盲鉚釘22之縱向軸中心配置於內孔24中且盲鉚釘22之鉚釘頭平坦位於第一工件26之表面上。

為了此原因，配裝配置12具有根據本發明之補償器件18，其容許盲鉚接工具16(包含盲鉚釘22)相對於配裝配置12之外殼20之一偏轉移動。在執行偏轉移動後，將盲鉚釘22中心定位於內孔24中且經定向軸向平行於內孔24之一中間軸34。因此可產生工件26、28之間之一可靠經鉚接接頭。

現將更詳細描述根據本發明之補償器件18。補償器件18具有配置於盲鉚接工具16與外殼20之間之一夾箝配置36，夾箝配置36經設計以施加一可控制夾箝力於盲鉚接工具16上。此外，補償器件18具有經設計以在鉚釘22之配裝期間偵測鉚釘柄上之一實質上軸向拉力之一測力器38。

此外，補償器件18具有偵測三維空間中盲鉚接工具16之一角度位置之一角度位置感測器40。

再者，補償器件18具有經設計以啟動夾箝配置36使得施加一可調整夾箝力於盲鉚接工具16上之一控制單元42。

測力器38及角度位置感測器40係補償器件18之選用元件。然而，到目前為止由於存在此等兩個元件(測力器38/角度位置感測器40)，控制單元42可依據經偵測拉力及/或經偵測角度位置而啟動夾箝配置36。將聯合圖3及圖4解釋用於啟動夾箝配置36之進一步替代方法。

圖2繪示根據本發明之補償器件18之一實施例。在此情況中，在圖2之幫助下，將主要描述利用補償器件18將盲鉚接工具16安裝於外殼20上。因此，為了清楚，在圖2中未繪示補償器件18之其他元件(諸 如例如控制單元42)。

如自圖2a可獲取，在此例示性實施例中補償器件具有固定至外殼20且盲鉚接工具16彈性安裝於其上之一橡膠阻尼器44。橡膠阻尼器44使夾箝配置36擺脫用於固持盲鉚接工具16之基礎固持力。因此，夾箝配置36可實質上旨在設定盲鉚接工具16之一自由程度及移動之相關聯之可能性。

夾箝配置36具有在軸向方向19中彼此偏移且在本例示性實施例中經設計為風箱式圓柱體46、48之兩個可控制夾箝單元46、48。在此情況中，風箱式圓柱體46、48之各者利用圖2a中未繪示之一致動器負載有由控制單元42規定之一壓力。風箱式圓柱體46、48在橫向於軸向方向19之一圓周方向中圍繞盲鉚接工具16且至少在一完全填充之狀態中(見圖2a中繪示之夾箝配置36之初始狀態)直接支承抵住盲鉚接工具16。因此，盲鉚接工具16實質上剛性地固定至外殼20且定向於軸向方向19中。

圖2b展示補償器件18之一第一補償狀態。在此情況中，風箱式圓柱體46至少部分脫氣。藉由脫氣風箱式圓柱體46來設定盲鉚接工具16之一第一自由程度。特定而言，至少部分脫氣之風箱式圓柱體46使盲鉚接工具16可執行相對於軸向方向19之一傾斜移動。可因此發生盲鉚釘22與內孔24之間之一角度位移的補償。再者，取決於風箱式圓柱體46之排空的程度，可判定最大可能傾斜移動。

圖2c繪示補償器件18之一第二補償狀態。在此情況中，風箱式圓柱體46、48兩者在控制單元42的控制下至少部分脫氣。因此，設定盲鉚接工具16之一第二自由程度。因此，在第二補償狀態中，有可能在垂直於軸向方向19之橫向方向中之一補償移動及盲鉚接工具16之一傾斜移動。

應瞭解，圖2b及圖2c僅展示兩個例示性狀態，且可在啟動之基礎 上由控制單元42來設定風箱式圓柱體46、48之任何其他排空狀態。取決於風箱式圓柱體46、48之排空的程度，以一大致上浮動方式將盲鉚接工具16安裝於外殼20上。藉由使空氣自風箱式圓柱體46、48之經控制排出，可依據特定條件(例如，一經量測之拉力或偏轉力)來引起盲鉚接工具16之慢公差補償。此外，在風箱式圓柱體46、48之排空期間，亦可考慮由角度位置感測器40偵測的角度位置。因此可在盲鉚接工具16之使用的多種位置中(例如，盲鉚接工具16之水平定向或「架空」定位)補償盲鉚接工具16的呆重。可藉此達成的是(例如)盲鉚接工具16的橫向位移或傾斜僅基於盲鉚釘22相對於內孔24之位置/位態中的實際位移且非起因於來自盲鉚接工具16的呆重。

將利用圖3及圖4揭示根據本發明之用於將一元件(在此情況中係盲鉚釘22)自動化配裝至工件26、28之內孔24中之方法之多種實施例。在此情況中，在本實例中，將假定根據圖2中繪示之實施例設計補償器件18。然而，應注意，亦可使用補償器件18之進一步實施例實施根據本發明之方法。

圖3展示根據本發明之方法50之一第一實施例。

在步驟52中，藉由機器人10將盲鉚釘22定位於工件26、28之內孔24上方。由於盲鉚接工具16在外殼20上之安裝中之公差或由於機器人10之定位誤差，盲鉚釘22可具有相對於內孔24之位置中之一位移(在平行於工件26、28之表面之x-y平面中之位移)及/或位態中之一位移(角度位移)。

為了此原因，在步驟54中，將後風箱式圓柱體46中之壓力減小至(例如)儲存於控制單元42中之一固定閥。因此設定盲鉚接工具16之一第一自由程度，其中可有盲鉚接工具16之傾斜。

在步驟56中，將盲鉚釘22引入至內孔24中。可藉由經傾斜之盲鉚接工具16補償盲鉚釘22與內孔24之間之位置/角度位移中之一位 移。

在引入盲鉚釘22之後，在步驟58中，亦脫氣或啟用前風箱式圓柱體48且因此設定盲鉚接工具16之一第二自由程度。在此情況中，可將前風箱式圓柱體48之壓力減小至由控制單元42規定之一進一步固定值。在設定第二自由程度之後，可傾斜且橫向移動盲鉚接工具16以橫向於軸向方向。此確保可在正確角度處將盲鉚釘22定向至工件26、28且盲鉚釘22之鉚釘頭平坦位於工件26之表面上。

因此，在步驟60中，實施用於將盲鉚釘22配裝至內孔24中之配裝程序。為了此目的，由盲鉚接工具16圍繞盲鉚釘22之一鉚釘柄且將該鉚釘柄拉向後方直到該鉚釘柄在一預定點處斷裂。由於鉚釘柄上之拉力，盲鉚釘22在突出於工件28之外之其末端處徑向擴展且因此與位於工件26之表面上之鉚釘頭合作以夾箝兩個工件26、28。藉由設定盲鉚接工具16之第二自由程度，可在配裝程序期間軸向平行於內孔24定向盲鉚釘22。此使得可產生一高品質盲鉚接接頭。

一旦結束配裝盲鉚釘22之程序，在步驟62中再次填充風箱式圓柱體46、48以產生夾箝配置36中之初始狀態。因此將盲鉚接工具16實質上剛性地固定至外殼20且因此在機器人臂14之樞轉期間機械固定至下一配裝位置。

替代地，甚至在配裝程序期間可再次緩慢增加圓柱體46、48中之壓力。結果，在盲鉚釘22之位置/位態中之一位移之事件中，在機器人臂14上施加一力。若將機器人臂14設計為稱為一軟臂之臂，則可藉由機器人臂14追蹤盲鉚接工具16之偏轉移動。此追蹤移動可藉由機器人10偵測且用於校正內孔24之位置。此繼而導致對於盲鉚釘22之下一設定程序之一最佳化。

在根據本發明之方法50之上文概述之第一實施例中，簡單切換閥可用於啟動風箱式圓柱體46、48。若使用比例閥且利用角度位置感 測器40偵測角度位置，可如下修改方法50。

在步驟54中，將後風箱式圓柱體46中之壓力減小至一位置相依值，將關於空間中之各個角度位置之壓力值儲存於控制單元42中。因此獨立於配裝配置12之使用之位置，補償盲鉚接工具16之呆重。換言之，盲鉚接工具16之重量不導致盲鉚接工具16相對於外殼20之傾斜或橫向位移。僅由於盲鉚釘22相對於內孔24之位置及/或角度位移中之位移實質上發生盲鉚接工具16之一偏轉移動。

在類似於此方法之一方法中，亦可修改步驟58。因此，亦可啟用前風箱式圓柱體48至一位置相依壓力值。藉此將盲鉚接工具16放入其中盲鉚接工具16保持於適當位置中(呆重之補償)但對自外部作用於盲鉚接工具16上之額外力反應之一狀態中。可因此在配裝程序期間在正確角度處將盲鉚接工具16定向至工件26、28。

在圖4中，由50’展示且指定根據本發明之方法之一第二實施例。給對應於第一實施例之步驟之第二實施例之方法步驟給出相同參數數字。將在下文中解釋實質差異。

在將盲鉚釘22引入內孔24中之後，在本例示性實施例中在步驟60’中開始配裝程序。此意指盲鉚接工具16圍繞盲鉚釘22之鉚釘柄且施加一拉力於盲鉚釘柄上。在此情況中經由測力器38而偵測盲鉚釘22上之拉力。一旦經量測之拉力超過一預定臨限值，依據拉力而緩慢脫氣前風箱式圓柱體48且因此啟用盲鉚接工具16。原則上，可經由拉力之偵測而遵循配裝程序之時序。因此，在配裝程序期間，可緩慢且依據配裝程序之時序將盲鉚釘22以正確角度定向至組件。

在方法50’之一進一步變體中，在步驟60’中，可額外或替代地偵測尤其經定向橫向於軸向方向19且在盲鉚釘22之配裝期間由於盲鉚釘22與內孔24之間之位置及/或角度位移中之一位移而由工件26、28施加於盲鉚釘22上之一偏轉力。一旦經量測之偏轉力增加，依據偏轉力 緩慢脫氣前風箱式圓柱體48，藉此以啟用對於盲鉚接工具16之移動之進一步可能性。到目前為止，由於偵測拉力及橫向於軸向方向19之偏轉力，控制單元42依據此等兩個經偵測變數來設定風箱式圓柱體46、48中之壓力。在方法50’之此變體中，在風箱式圓柱體46、48之啟動中考慮由於盲鉚釘22相對於內孔24之位置/角度位移中之一位移而實際發生之偏轉力。因此在配裝程序期間可軸向平行於內孔24可靠定向盲鉚釘22。盲鉚釘22之鉚釘頭平坦位於工件26之表面上。此繼而導致經產生之一高品質之盲鉚接接頭。

圖5展示用於偵測偏轉力之一力偵測單元之一例示性實施例。在本實例中，力偵測單元具有配置於盲鉚接工具16與外殼20之間之三個應變計64。應變計64經設計以偵測經定向(尤其)橫向於軸向方向之盲鉚接工具16與外殼20之間之一力(偏轉力)。應瞭解，任何其他數目之應變計64可用於量測偏轉力。亦可同樣採用其他感測器以判定此力。

圖6至圖9展示根據本發明之補償器件18之進一步實施例。

在圖6a中繪示之例示性實施例中，補償器件18具有呈一平坦或滾壓軸承形式之一機械引導元件66，盲鉚接工具16可旋轉及/或可移位安裝於機械引導元件66上。在此情況中，機械引導元件66形成於外殼20上。在補償器件18之此實施例中，後風箱式圓柱體46容許盲鉚接工具16之傾斜及軸向方向中之一偏轉移動。相比之下，前風箱式圓柱體48容許x-y平面中之位置補償，但僅當同樣脫氣後風箱式圓柱體46時。

來自圖6b之補償器件18之設置實質上對應於來自圖6a之補償器件18之設置。由於外殼20之不同幾何形狀且由於與此相關聯之風箱式圓柱體46、48之其他配置，在盲鉚接工具16之固定或啟用期間僅產生其他力條件。

來自圖6c之補償器件18具有經圓錐形形成之一機械引導元件66。 由於引導元件66之圓錐固持，藉由後風箱式圓柱體46之脫氣實質上僅啟用軸向方向中之一偏轉移動。在前風箱式圓柱體48之幫助下，當風箱式圓柱體46至少部分排空時可控制盲鉚接工具16之角度補償及位置補償。

來自圖6d之補償器件18之設置實質上對應於來自圖6c之設置，已逆轉盲鉚接工具16在軸向方向中之於外殼20上之安裝。因此，相較於來自圖6c之例示性實施例，亦逆轉風箱式圓柱體46、48之功能。

在圖6e中之例示性實施例中，補償器件18進一步具有配置於盲鉚接工具16與外殼20之間之一內殼68。在此情況中，風箱式圓柱體46配置於盲鉚接工具16與內殼68之間且風箱式圓柱體48配置於內殼68與外殼20之間。風箱式圓柱體46藉由脫氣而使得可具有盲鉚接工具16之一傾斜移動及盲鉚接工具16在軸向方向19中之一偏轉移動。藉由脫氣風箱式圓柱體48，可發生盲鉚接工具16在x-y平面中之位置補償。有利地，在此實施例中，可獨立於彼此啟動位態補償(角度補償)及位置補償。

來自圖6f之補償器件18之功能實質上對應於來自圖6e之功能。然而，在此實施例中，外殼20具有界定用於盲鉚接工具16之位置補償之一末端位置之一窄內部區域70。

圖7展示根據本發明之補償器件18之一進一步實施例，在此處使用用於固定盲鉚接工具16之一替代夾箝方法。圖7a展示補償器件18在軸向方向中之一俯視圖。在此實施例中，夾箝單元46’(代替一風箱式圓柱體)具有經配置以便在盲鉚接工具16之圓周方向中彼此偏移之三個夾箝元件72。在此情況中，在各個情況中將夾箝元件72設計為一可充氣壓縮空氣軟管72。若(例如)僅脫氣在圖7a中之左側上經繪示之壓縮空氣軟管72，則有利地僅可啟用盲鉚接工具16至左側(見圖7a)之軸向偏轉之可能性。

圖7b展示來自圖7a之補償器件18之一側視圖。可自此側視圖收集補償器件18在此實施例中同樣具有兩個夾箝單元46’、48’，然而，在此處之各個情況中，夾箝單元46’、48’自三個夾箝元件72構成。然而，基礎功能對應於來自圖2之例示性實施例之功能。特定而言，在圖3及圖4之幫助下解釋之方法亦可應用於在圖7中繪示之補償器件18之實施例。

圖8及圖9之補償器件就設置而言可比得上圖7之實施例。由夾箝圓柱體72’(見圖8)或由圓柱體驅動之夾箝顎72”(見圖9)替換僅在軸向方向19中延行之壓縮空氣軟管72。由於夾箝顎72”在圓周之一特定部分圍繞盲鉚接工具16，可減小夾箝元件72’之數目。

雖然已因此展示補償器件18及方法50之較佳實施例，應瞭解，已作出多種改變及修改而不脫離本發明之範疇。

舉例而言，根據本發明之補償器件18及根據本發明之方法50不僅可用於盲鉚接，而且可用於其他配裝程序(例如，用於螺栓焊接)。

可同樣不同配置補償器件18之組件。舉例而言，控制單元42可係配置於機器人10之一固定主外殼中而非配裝配置12中之機器人10之一中央控制單元。

10‧‧‧工業機器人

12‧‧‧配裝配置

14‧‧‧機器人臂

16‧‧‧工具單元/盲鉚接工具

18‧‧‧補償器件

19‧‧‧軸向方向

20‧‧‧外殼

22‧‧‧盲鉚釘

24‧‧‧內孔

26‧‧‧第一工件

28‧‧‧第二工件

30‧‧‧遞送單元

32‧‧‧管口

34‧‧‧中間軸

36‧‧‧夾箝配置

38‧‧‧測力器

40‧‧‧角度位置感測器

42‧‧‧控制單元

44‧‧‧橡膠阻尼器

46‧‧‧可控制夾箝單元

46’‧‧‧夾箝單元

48‧‧‧可控制夾箝單元

48’‧‧‧夾箝單元

50‧‧‧方法

50’‧‧‧方法

52‧‧‧步驟

54‧‧‧步驟

56‧‧‧步驟

58‧‧‧步驟

60‧‧‧步驟

60’‧‧‧步驟

62‧‧‧步驟

64‧‧‧應變計

66‧‧‧機械引導元件

68‧‧‧內殼

70‧‧‧窄內部區域

72‧‧‧夾箝元件/可充氣壓縮空氣軟管

72’‧‧‧夾箝圓柱體/夾箝元件

72”‧‧‧夾箝顎

在圖式中繪示且在以下描述中更詳細解釋本發明之例示性實施例。在圖式中：圖1展示具有一配裝配置之一工業機器人之一圖解繪示，該配裝配置具有一工具單元及一補償器件；圖2展示根據本發明之補償器件之一實施例；圖3展示根據本發明之方法之一第一實施例；圖4展示根據本發明之方法之一第二實施例；圖5展示用於偵測一偏轉力之一力偵測單元之一圖解繪示；及 圖6至圖9展示根據本發明之補償器件之進一步實施例。

10‧‧‧工業機器人

12‧‧‧配裝配置

14‧‧‧機器人臂

16‧‧‧工具單元/盲鉚接工具

18‧‧‧補償器件

19‧‧‧軸向方向

20‧‧‧外殼

22‧‧‧盲鉚釘

24‧‧‧內孔

26‧‧‧第一工件

28‧‧‧第二工件

30‧‧‧遞送單元

32‧‧‧管口

34‧‧‧中間軸

36‧‧‧夾箝配置

38‧‧‧測力器

40‧‧‧角度位置感測器

42‧‧‧控制單元

Claims (17)

1. 一種用於一工具單元(16)之補償器件(18)，該工具單元(16)用於將一元件(22)配裝至一工件(26、28)之一孔洞(24)中，利用該補償器件(18)將該工具單元(16)依一軸向方向(19)定向安裝於一外殼(20)上，該補償器件(18)具有：一夾箝配置(36)，其經配置於該工具單元(16)與該外殼(20)之間，具有至少兩個可控制夾箝單元(46、48)，該至少兩個可控制夾箝單元(46、48)經設計以在該夾箝配置(36)之一初始狀態中實質上剛性地將該工具單元(16)固定至該外殼(20)，且在該夾箝配置(36)之一補償狀態中設定該工具單元(16)之不同的自由程度，該等自由程度界定該工具單元(16)之移動的可能性，及一控制單元(42)，其經設計以啟動該等夾箝單元(46、48)。
2. 如請求項1之補償器件，該等夾箝單元(46、48)經配置以便在該軸向方向(19)中彼此偏移。
3. 如請求項1或2之補償器件，該等夾箝單元(46、48)之至少一者在橫向於該軸向方向(19)之一圓周方向中圍繞該工具單元(16)。
4. 如請求項1或2之補償器件，該等夾箝單元(46、48)之至少一者具有一壓縮空氣軟管。
5. 如請求項1或2之補償器件，該等夾箝單元(46’,48’)之至少一者具有經配置以便在該圓周方向中彼此偏移之複數個夾箝元件(72)。
6. 如請求項5之補償器件，該複數個夾箝元件(72)具有一壓縮空氣軟管及/或一夾箝圓柱體。
7. 如請求項1或2之補償器件，該補償器件(18)進一步具有經固定至該外殼(20)且該工具單元(16)經彈性地安裝於其上之一橡膠阻尼器(44)。
8. 如請求項1或2之補償器件，該補償器件(18)進一步具有經設計以偵測在三維空間中該工具單元(16)之一角度位置之一角度位置傳輸器單元(40)，該控制單元(42)經電耦合至該角度位置傳輸器單元(40)且經設計以在該角度位置之基礎上啟動該等夾箝元件(46、48)。
9. 如請求項1或2之補償器件，該補償器件(18)進一步具有經設計以偵測由該工具單元(16)施加於該元件(22)上以配裝該元件(22)之(尤其)一軸向配裝力之一第一力偵測單元(38)，該控制單元(42)經電耦合至該第一力偵測單元(38)且經設計以在該配裝力之基礎上啟動該等夾箝單元(46、48)。
10. 如請求項1或2之補償器件，該補償器件(18)進一步具有經配置於該工具單元(16)與該外殼(20)之間之經設計以偵測一偏轉力之一第二力偵測單元(64)，該偏轉力經定向(尤其)橫向於該軸向方向(19)，且當該元件(22)經配裝至該工件(26、28)中時由於該元件(22)與該孔洞(24)之間之位置中之一位移而由該工件(26、28)施加於該元件(22)上，該控制單元(42)經電耦合至該第二力偵測單元(64)且經設計以在該偏轉力之基礎上啟動該等夾箝單元(46、48)。
11. 如請求項1或2之補償器件，在移動之該等可能性之該方向中之該工具單元(16)之一最大偏轉移動係可利用該等夾箝單元(46、48)界定。
12. 一種用於在一工具單元(16)之幫助下將一元件(22)自動化配裝至一工件(26、28)之一孔洞(24)中之方法(50)，利用一補償器件(18)尤其係一如請求項1至11中之一項之補償器件(18)將該工具單元(16)依一軸向方向(19)定向安裝於一外殼(20)上，該補償器件(18)具有一夾箝配置(36)，該夾箝配置(36)具有至少兩個可控制夾箝 單元(46、48)，且該方法(50)具有步驟：設定該夾箝配置(36)之一初始狀態，使得將該工具單元(16)實質上剛性地固定至該外殼(20)，將該工具單元(16)自動化饋入至該孔洞(24)，利用該等夾箝單元(46、48)之至少一者來設定該工具單元(16)之一第一自由程度，將該元件(22)引入至該孔洞(24)中，執行一配裝程序以將該元件(22)配裝至該孔洞(24)中，在該配裝程序之前及/或期間利用該等夾箝單元(46、48)之至少一者針對該工具單元(16)設定偏離該第一自由程度之一第二自由程度，且該等自由程度界定該工具單元(16)之移動的可能性。
13. 如請求項12之方法，偵測在三維空間中該工具單元(16)之一角度位置，且在該角度位置之基礎上啟動該等夾箝單元(46、48)。
14. 如請求項12或13之方法，在該配裝程序期間偵測由該工具單元(16)施加於該元件(22)上以配裝該元件(22)之(尤其)一軸向配裝力，在該配裝力之基礎上啟動該等夾箝元件(46、48)以設定該第二自由程度之移動的該等可能性。
15. 如請求項12或13之方法，在該配裝程序期間偵測一偏轉力，該偏轉力尤其經定向橫向於該軸向方向，且在將該元件(22)配裝至該工件(26、28)期間由於該元件(22)與該孔洞(24)之間之位置中之一位移而由該工件(26、28)施加於該元件(22)上，在該偏轉力之基礎上啟動該等夾箝元件(46、48)以設定該第二自由度之移動的可能性。
16. 一種工具單元(16)，其具有一如請求項1至11中之一者之補償器件(18)。
17. 如請求項16之工具單元，該工具單元(16)具有該第一力偵測單元 (38)，且該控制單元(42)經電耦合至該第一力偵測單元(38)，且經設計以在該配裝力之基礎上啟動該等夾箝單元(46、48)。