WO2005049286A1 - Verfahren zum automatisierten festziehen einer verschraubung an einem bauteil und geeignetes industrierobotersystem - Google Patents

Verfahren zum automatisierten festziehen einer verschraubung an einem bauteil und geeignetes industrierobotersystem Download PDF

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WO2005049286A1
WO2005049286A1 PCT/EP2004/012289 EP2004012289W WO2005049286A1 WO 2005049286 A1 WO2005049286 A1 WO 2005049286A1 EP 2004012289 W EP2004012289 W EP 2004012289W WO 2005049286 A1 WO2005049286 A1 WO 2005049286A1
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screw
head
counter
robot
connection
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PCT/EP2004/012289
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Jürgen Ehleiter
Willi Klumpp
Uwe Pfister
Thomas Präger
Michael Schunko
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Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for the automated tightening of a screw connection preassembled on a component and containing a screw and a nut using a programmable industrial robot system.
  • the invention also relates to an industrial robot system according to the preamble of claim 18.
  • DE 34 16 227 C2 discloses a robot for repeatedly tightening screws according to different working models, which depend on the position of the threaded holes and the diameter of the screws.
  • the work sequences are previously stored in a memory.
  • the robot is combined with automatic machine tools to carry out a cooperative manufacturing process.
  • a suitable control device is provided for synchronizing or coordinating the robot and the machine tools.
  • the counter holding head on the second robot is advantageously floating.
  • the counter holding head is floating with a defined zero position in the direction of its three mutually perpendicular main coordinate axis.
  • the counter-holding head can be pressed in the direction of the zero position when a respective deflection position is taken from the zero position by means of a resilient restoring force acting accordingly. Due to the floating mounting of the counter holding head on the second robot, it is possible to compensate position tolerances of the preassembled screw connection on the component relatively easily in order to be able to establish a correct positive connection between the counter holding head and the nut of the screw connection. Due to the possible automatic deflection of the counter holding head from the zero position, the positive connection can be generated quickly and without damage by means of a suitable infeed movement of the second robot.
  • the screw head can be moved back against a resilient restoring force in a main coordinate axis corresponding to the screw rotation axis during positioning in the defined screw position and during the establishment of the form-fitting connection relative to the first robot and can be flexibly fixed to the first robot in the other main coordinate axis ,
  • This makes it possible, when producing a spring-loaded contact between the screw head (tool) and the screw, by means of a suitable displacement of the screw head relative to the screw to achieve an independent, latching positive connection between the screw head and the screw.
  • the screw head can execute a defined search routine movement with practically permanent contact between the screw head and the screw on the end face.
  • This search routine movement of the first robot can be preprogrammed and in particular cover the possible or expected pre-assembly area of the screw on the component.
  • positional tolerances of the screw relative to the component do not have a negative effect on the automated screwing process and in particular on the production of the positive connection between the screw head and the screw.
  • the screw head advantageously has a screw spindle with a screwing tool, the screw spindle for producing the positive connection of the screwing tool with the screw executing a relatively slow rotational movement about the screw spindle axis in relation to the tightening of the screw connection.
  • the rotary movement favors the fast one PC! / HP2O0 for 1 2 2 8 9
  • the screw can be, for example, a hexagon screw (with an external hexagon shape) or an internal hexagon screw or also a screw with a cross recess, the screwing tool having to be designed accordingly.
  • the effective torque is advantageously determined, the torque increasing suddenly when the positive connection is produced. Since the screwing tool performs a relatively slow rotational movement with respect to the tightening of the screw connection around the screw spindle axis for producing the positive connection, the production of the positive connection must first be determined before the actual tightening of the screw connection can begin. If the torque acting on the screw head increases suddenly when the slow rotary movement is carried out, there must be a positive connection both between the screw head and the screw and between the counter-holding head and the nut. Such an increase in torque is technically relatively simple and quick to determine using a suitable sensor device.
  • Can shift component such a relative movement is not hindered by external force due to the floating mounting of the screw head on the first robot. This prevents tilting and possibly damage to the screw connection by the first robot.
  • the screw head is preferably floating in the direction of its three mutually perpendicular main coordinate axes with a defined zero position. When a respective deflection position is taken from the zero position, the screw head can be pressed in the direction of the zero position by means of a resilient restoring force which acts accordingly.
  • a floating bearing is relatively easy to implement on an industrial robot system and is characterized by high reliability and speed.
  • the effective torque is advantageously determined during the tightening of the screw connection in order to determine a possibly damaged screw connection. In the case of a defective screw connection, the effective torque would increase noticeably compared to a correct screw connection.
  • the automated process for tightening a screw connection on a component thus contributes to quality assurance, since defective screw connections are determined as soon as the screw connection is tightened.
  • the counter-holding head is rotated within a predeterminable angle of rotation range in order to relax against the direction of rotation of the nut. moves. This ensures that the screw connection is not damaged by separating the positive connection between the counter-holding head and the nut.
  • the first robot and the second robot preferably each have a control system which exchange data with one another with regard to the taking of the screwing position, the counter-holding position and the completion of the screwing.
  • the data exchange between the control systems takes place in particular for the coordination of the two robots, since the screw head must be arranged in a defined screw position and the counter holding head must be arranged in a defined counter holding position in order to ensure correct tightening of the screw connection.
  • the first and second robots are thus two assembly systems which are initially independent of one another and are suitable for cooperation on the basis of the data exchange between the associated control systems.
  • the deflection division of the screw head and / or the counter-holding head relative to the defined zero position can be determined quantitatively in order to carry out a quality control with regard to the position tolerance of the screw connection on the component. This information can be particularly useful for the pre-assembly of the screw connection on the component and / or for component production as part of quality assurance.
  • the screw head can advantageously carry out an automated tool change on a tool magazine. Due to the possibility of an automated tool change on the screw head, a particularly flexible and quick assembly of a screw connection on a component is possible using an industrial robot system. Furthermore, the object is achieved by an industrial robot system with the features of claim 18.
  • the industrial robot system is characterized in that it has a first programmable robot with a screw head and a second programmable robot with a counter holding head, and that the counter holding head is in the direction of its three towards one another vertical main coordinate axes with a defined zero position is floating and the screw head is provided with a corresponding, temporarily activated floating bearing in at least two main coordinate axes, and that the screw head has a screw spindle with a screwing tool and the counter holding head is provided with an open-end wrench.
  • the screwdriving tool and the open-end wrench are advantageously fixed to the associated robot head in a non-destructive manner.
  • an automated exchange of the screwing tool and the open-end wrench is provided.
  • the industrial robot system is characterized by a particularly high degree of flexibility with regard to its possible uses for the automated tightening of different spoilings on one component.
  • the open-end wrench can have an axial stop for the nut.
  • the axial stop serves to ensure a position-defined positive connection between the open-end wrench and the nut, since the open-end wrench is floatingly supported on the second robot in this axial direction and thus promotes auto-centering positioning of the open-ended wrench relative to the nut with an elastic resilient restoring force.
  • the nut can have an axial stop for the open-end wrench. Further advantages of the invention result from the description.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an industrial robot system in the automated tightening of a screw on a component
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of the screw and a part of the industrial robot system on an enlarged scale.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective illustration of an industrial robot system 18 with a first robot 20 (screwing robot) and a second robot 24 (counter-holding robot).
  • the robots 20, 24 are each designed as six-axis industrial robots with a vertical articulated arm.
  • the programmable robots 20, 24 are used for the automated tightening of a screw connection 16 preassembled on a component 10.
  • the component 10 is a preassembled rear axle for a vehicle, the screw connection 16 preassembled on the component 10 being automated by means of the robot system in order to complete the rear axle 18 should be tightened.
  • the first robot 20 is provided with a screw head 22, while the second robot 24 has a suitable counter holding head 26.
  • second robot 24 is mounted on a platform.
  • disgust 25 positioned.
  • the first robot 20 is arranged directly on the floor.
  • FIG. 2 shows the screw connection 16 on the component 10 on an enlarged scale, the screw connection 16 still having to be tightened by means of the industrial robot system 18.
  • the screw connection 16 consists of a screw 12 in the form of a cheese head screw with a cross recess and with a flat collar and a nut 14 in the form of a hexagon nut with a flat collar.
  • the counter-holding head 26 is provided with a suitable open-ended wrench 34, which is in a positive connection with the nut 14.
  • the counter-holding head 26 is floatingly supported on the second robot 24 in the direction of its three main coordinate axes X, Y, Z, which are perpendicular to one another, with a defined zero position.
  • the counter-holding head 26 is pressed in the direction of the zero position by taking up a respective deflection position by means of a corresponding spring-elastic restoring force.
  • the floating bearing can be carried out on the second robot 24, for example by means of a pneumatic cylinder system with the integration of proportional valves.
  • the counter-holding head 26 is also mounted to float about an axis of rotation 28 extending parallel to the longitudinal axis 29 of the screw within a defined swivel angle (double arrow 30).
  • the screw head 22 contains a screwing tool 32 which is positively connected to the screw 12.
  • the screw head 22 is provided with a screw spindle, by means of which the screwing tool 32 can be set in a rotary movement about the screw longitudinal axis 29.
  • the screw head 22 is in the main coordinate axis Z (in the screwing position corresponding to the screw longitudinal axis 29) relative to the first Robot 20 is mounted in a floating manner and in particular can be moved back relative to the first robot 20 against a resilient restoring force.
  • the screw head 22 is resiliently fixed relative to the first robot 20, while after the positive connection with the screw 12 has been established in a floating bearing relative to the first robot 20, it is also fixed in the direction of the Main coordinate axes X, Y is offset.
  • the industrial robot system 18 is provided with a control system by means of which the first robot 20 and the second robot 24 can exchange data with one another, in particular with regard to the taking of the screwing position of the first robot 20, the counter position of the second robot 24 and the completion of the screw connection 16 on the component 10th
  • the screw head 22 is resiliently fixed in its zero position in its main coordinate axes X, Y relative to the first robot 20, while it is floating in the direction of its main coordinate axis Z.
  • the counter holding head 26 of the second robot 24 is floatingly supported in the direction of all three main coordinate axes X, Y, Z and is also in its defined zero position.
  • the first robot 20 retracts its screwing position and the second robot 24 retracts its counter position.
  • the position of the preassembled screw connection 16 is programmed into the industrial robot system 18 taking into account permissible or expected deviations on the component 10.
  • the screw spindle is rotated about the screwing motion in a relatively slow manner with respect to the tightening of the screwing 16.
  • spindle axis (main coordinate axis Z) offset and at the same time a search routine movement of the screw head 22 relative to the screw 12 is carried out. This favors an automatic formation of a correct positive connection between the screw head 22 or the screwing tool 32 and the screw 12, since the screwing tool 32 is permanently moved in the direction of the main coordinate axis Z against a spring-elastic restoring force in the direction of the first robot 20.
  • the screwing tool 32 When the screwing tool 32 is arranged coaxially relative to the screw 12 as part of the search routine movement of the first robot 20, the screwing tool 32 is automatically moved in the direction of the screw longitudinal axis 29 (main coordinate axis Z) in the direction of screw 12 (snap-in movement) to form the desired movement due to the spring-elastic restoring force positive connection. Due to the superimposed rotary movement of the screwing tool 32 about the main coordinate axis Z, the production of a correct positive connection between the screwing tool 32 and the screw 12 is ensured.
  • the screw 12 together with the preassembled nut 14 is likewise rotated correspondingly about the screw longitudinal axis 29, this rotary movement of the nut 14 producing a correct positive connection between the nut 14 and the open-end wrench 34 favors since the open-ended wrench 34 is in system contact with the nut 14 at this time and, if necessary, is moved back in the direction of the main coordinate axis Z in the direction of the second robot 24, so that it is permanently pressed against the nut 14 by means of an elastic resilient restoring force.
  • the open-ended wrench 34 can now use three freedom guards (in the direction of the main coordinate axis X, Y, Z) automatically on the rotating nut 14.
  • the formation of an automatic, fast and reliable positive connection is made possible.
  • the screw connection 16 is usually preassembled on the component 10 with tolerance, the process sequence described for producing the form-fitting connections on the screw connection 16 has a particularly advantageous effect.
  • the search routine movement for the first robot 20 can be programmed into the control system in a relatively simple manner, adapted to the respectively existing or expected tolerance, in particular with regard to the arrangement of the screw connection 16 on the component 10.
  • an abrupt increase in the acting or applied torque can be determined on the first robot 20 by means of a suitable sensor system.
  • the positioning phase of the first robot 20 and the second robot 24 can be regarded as complete, so that the tightening phase of the screw connection 16 can now begin.
  • the screwing head 22 or the screwing tool 32 is also floating with respect to the main coordinate axes X and Y relative to the first robot 20, so that the industrial robot system 18 is switched without interference in relation to the screw connection 16. Now the screw spindle of the screw head 22 can be tightened as quickly as possible. hen the screw connection 16 perform a rotary movement around the screw axis Z at a relatively high speed.
  • the positive connection on the screw 12 is released by means of a relative movement of the screwing tool 32 in the direction of the main coordinate axis Z away from the screw 12 and on the nut 14 by means of a corresponding relative movement of the wrench 34 in the direction of the main coordinate axis Z away from the nut 14.
  • it can be pivoted about 2 degrees about the longitudinal axis 29 of the screw against the nut tightening direction of rotation in order to relieve the present press contact between the wrench 34 and the nut 14.
  • the correct release of the form-fitting connections of the screwing tool 32 and the fork wrench 34 relative to the screw connection 16 can optionally be determined by means of a suitable sensor system.
  • a tool magazine (not shown in the figures) can also be provided, which enables in particular automated tool change on the first robot 20 and / or on the second robot 24.
  • the zero position deflection of the screw head 22 and the counter holding head 26 when the respective positive connection is established or when the screw connection 16 is tightened on the component 10 can, if appropriate, be detected quantitatively by means of suitable sensors 15
  • the control program of the first robot 20 and the second robot 24 can be relative with respect to the positioning of the screw head 22 and the counter-holding head 26 to adjust the screw connection 16 on the component 10 to the position tolerances that previously occurred during the tightening process of the screw connection 16.
  • the search routine movement of the first robot 20 can also be adapted to these possibly changing tolerance values (position tolerances of the screw connection 16 relative to the component 10).
  • the torque determined on the screw head 22 of the first robot 20 when tightening the screw connection 16 can be used to verify any screwed connections that have been incorrectly tightened, by specifying a minimum torque and a maximum torque for determining a permissible tightening torque interval, within which tightening torque values are located allow the presence of a correctly tightened screw connection to be closed.
  • a suitable force measuring device can be integrated in the screw head 22 and / or in the counter holding head 26.
  • the industrial robot system 18 allows a relatively simple reprogramming of the control program in the case of changing component geometries and / or screwing parameters. Furthermore, the industrial robot system consists predominantly of standard components, which are characterized by particularly good accessibility, for example for maintenance work, and by a high degree of flexibility with regard to their possible uses, particularly in series production.

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Abstract

Das Verfahren dient zum automatisierten Festziehen einer an einem Bauteil (10) vormontierten, eine Schraube (12) und eine Mutter (14) enthaltenden Verschraubung (16) unter Einsatz ei­nes programmierbaren Industrierobotersystems (18). Hierbei ist vorgesehen, dass das Industrierobotersystem (18) einen ersten Roboter (20) mit einem Schraubkopf (22) und einen zweiten Roboter (24) mit einem Gegenhaltekopf (26) aufweist. Zum Festziehen der Verschraubung (16) am Bauteil (10) wird der Schraubkopf (22) in eine definierte Schraubposition und der Gegenhaltekopf (26) in eine definierte Gegenhalteposition positioniert zur Herstellung einer zum Festziehen der Ver­schraubung (16) geeigneten formschlüssigen Verbindung zwi­schen dem Gegenhaltekopf (26) und der Mutter (14) sowie zwi­schen dem Schraubkopf (22) und der Schraube (12). Die Ver­schraubung (16) am Bauteil (10) wird mit einem vorbestimmba­ren Fixierdrehmoment festgezogen. Anschliessend werden die formschlüssigen Verbindungen getrennt.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren zum automatisierten Festziehen einer Verschraubung an einem Bauteil und geeignetes Industrierobotersystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Festziehen einer an einem Bauteil vormontierten, eine Schraube und eine Mutter enthaltenden Verschraubung unter Einsatz eines programmierbaren Industrierobotersystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Industrierobotersystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 18.
Verfahren und Industrierobotersysteme der eingangsgenannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 34 16 227 C2 einen Roboter zum wiederholten Anziehen von Schrauben nach unterschiedlichen Arbeitsvorbildern, die von der Stellung der Gewindelöcher und dem Durchmesser der Schrauben abhängen. Die Arbeitsfolgen sind zuvor in einem Speicher abgespeichert. Der Roboter wird mit automatischen Werkzeugmaschinen kombiniert, um einen kooperativen Herstellungsprozess auszuführen. Zur Synchronisierung beziehungsweise Koordinierung des Roboters und der Werkzeugmaschinen ist eine geeignete Steuervorrichtung vorgesehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zum automatisierten Festziehen einer Verschraubung an einem Bauteil vorzuschlagen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Industrierobotersystem zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Industrierobotersystem einen ersten Roboter mit einem Schraubkopf und einen zweiten Roboter einem Gegenhaltekopf aufweist, wobei zum Festziehen der Verschraubung am Bauteil folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Positionieren des Schraubkopfes in eine definierte Schraubposition und des Gegenhaltekopfes in eine definierte Gegenhalteposition bei Herstellung einer zum Festziehen der Verschraubung geeigneten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter sowie zwischen dem Schraubkopf und der Schraube;
Festziehen der Verschraubung am Bauteil mit einem vorbestimmbaren Fixierdrehmoment ;
Trennen der formschlüssigen Verbindungen mittels einer jeweiligen Relativbewegung des Schraubkopfes und des Gegenhaltekopfes von der festgezogenen Verschraubung weg.
Somit ist sowohl für die Schraube als auch für die Mutter jeweils ein Roboter vorgesehen, die ein automatisiertes Festziehen der Verschraubung am Bauteil ermöglichen. Das Verfahren ist flexibel zum Festziehen von unterschiedlichsten Ver- schraubungen, jeweils bestehend aus einer Schraube und einer Mutter, an einem Bauteil geeignet, da hierzu der Einsatz von zwei miteinander kooperierenden Robotern vorgesehen ist. Die Roboter können relativ einfach und schnell vorprogrammiert werden, um ein korrektes und automatisiertes Festziehen un- terschiedlicher Verschraubungen an einem Bauteil zu gewährleisten. Auf den Einsatz von verschraubungsspezifischen Industrieanlagen, welche ggf. relativ komplex sein können und nicht ohne verhältnismäßig großem Aufwand zum automatisierten Festziehen einer z.B. andersartig positionierten und/oder ausgebildeten Verschraubung eingesetzt werden können, kann nun verzichtet werden.
Mit Vorteil ist der Gegenhaltekopf am zweiten Roboter schwimmend gelagert . Insbesondere ist der Gegenhaltekopf in Richtung seiner drei senkrecht zueinander stehenden Hauptkoordinatenachse schwimmend gelagert mit einer definierten Nullstellung. Dabei kann der Gegenhaltekopf bei Einnahme einer jeweiligen Auslenkstellung aus der Nullstellung mittels einer entsprechend wirkenden federelastischen Rückstellkraft in Richtung Nullstellung gedrückt werden. Auf Grund der schwimmenden Lagerung des Gegenhaltekopfes am zweiten Roboter ist es möglich, insbesondere Positionstoleranzen der vormontierten Verschraubung am Bauteil relativ einfach zu kompensieren, um eine korrekte formschlüssige Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter der Verschraubung herstellen zu können. Wegen der möglichen selbsttätigen Auslenkung des Gegenhaltekopfes aus der Nullstellung kann der Formschluss schnell und beschädigungsfrei mittels einer geeigneten Zustellbewegung des zweiten Roboters erzeugt werden.
Der Gegenhaltekopf kann um eine parallel zur Schraubenlängsachse sich erstreckende Drehachse innerhalb eines Schwenkwinkels schwimmend gelagert sein. Der Schwenkwinkel kann dabei nur wenige Grad betragen, beispielsweise +/-2°, und begünstigt die Herstellung einer schnellen und korrekten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter, da mittels der Schwenkbewegung des Gegenhaltekopfs ein Verkanten beim Herstellen der formschlüssigen Verbindung vermieden werden kann. Der Schwenkwinkel ist vorzugsweise vorgebbar.
Entsprechend einer bevorzugten AusführungsVariante ist der Schraubkopf während des Positionierens in die definierte Schraubposition und während des Hersteilens der formschlüssigen Verbindung relativ zum ersten Roboter in einer Hauptkoordinatenachse, die der Schraubdrehachse entspricht, gegen eine federelastische Rückstellkraft zurückbewegbar und in den anderen Hauptkoordinatenachse nachgiebig frei am ersten Roboter fixiert. Hierdurch ist es möglich, bei Herstellung eines federkraftbeaufschlagten Anlagekontakts zwischen dem Schraubkopf (Werkzeug) und der Schraube mittels einer geeigneten Verlagerung des Schraubkopfes relativ zur Schraube eine selbständige, einrastende formschlüssige Verbindung zwischen dem Schraubkopf und der Schraube zu erzielen. Zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung kann der Schraubkopf eine definierte Suchroutinebewegung ausführen bei praktisch permanentem stirnseitigen Anlagekontakt zwischen dem Schraubkopf und der Schraube. Diese Suchroutinebewegung des ersten Roboters kann vorprogrammiert sein und insbesondere den möglichen bzw. zu erwartenden Vormontagebereich der Schraube am Bauteil abdecken. Somit wirken sich Lagetoleranzen der Schraube relativ zum Bauteil nicht negativ auf den automatisierten Verschrau- bungsprozess und insbesondere auf die Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubkopf und der Schraube aus .
Mit Vorteil weist der Schraubkopf eine Schraubspindel mit einem Schraubwerkzeug auf, wobei die Schraubspindel zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung des Schraubwerkzeugs mit der Schraube eine im Bezug auf das Festziehen der Verschraubung relativ langsame Drehbewegung um die Schraubspindelachse ausführt. Die Drehbewegung begünstigt die schnelle PC!/hP2O0 f ü 1 2 2 8 9
Herstellung einer korrekten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubwerkzeug und der Schraube . Bei der Schraube kann es sich beispielsweise um eine Sechskantschraube (mit Außensechskantform) oder um eine Innensechskantschraube oder auch um eine Schraube mit Kreuzschlitz handeln, wobei das Schraubwerkzeug dementsprechend ausgebildet sein muss.
Mit Vorteil wird zur Feststellung der ormschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubkopf und der Schraube das wirkende Drehmoment ermittelt, wobei das Drehmoment bei Herstellung des Formschlusses sprunghaft ansteigt . Da das Schraubwerkzeug zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung eine in Bezug auf das Festziehen der Verschraubung relativ langsame Drehbewegung um die Schraubspindelachse ausführt, muss zunächst die Herstellung der formschlüssigen Verbindung festgestellt werden, bevor das eigentliche Festziehen der Verschraubung beginnen kann. Wenn das am Schraubkopf wirkende Drehmoment bei Ausführung der langsamen Drehbewegung sprunghaft ansteigt, muss eine Formschlussverbindung sowohl zwischen dem Schraubkopf und der Schraube als auch zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter vorliegen. Ein derartiger Drehmomentanstieg ist technisch relativ einfach und schnell mittels einer geeigneten Sensoreinrichtung feststellbar.
Nach Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter sowie zwischen dem Schraubkopf und der Schraube wird mit Vorteil eine vollständig schwimmende Lagerung des Schraubkopfes (insbesondere in allen seinen drei Hauptkoordinatenachsen) am ersten Roboter aktiviert . Hierdurch wird gewährleistet, dass vom ersten Roboter keine störende Kräfte auf die Verschraubung während des Festziehens derselben übertragen werden. Dies ist deshalb wichtig, weil die Verschraubung am Bauteil lediglich vormontiert ist und sich beim Festziehen gegebenenfalls geringfügig relativ zum 6 - r i/πr uυ k f u i ι £ ' Ü o q j
Bauteil verlagern kann, wobei eine derartige Relativbewegung auf Grund der schwimmenden Lagerung des Schraubkopfes am ersten Roboter nicht durch äußere Kraftwirkung behindert wird. Hierdurch wird insbesondere ein Verkanten und ggf. eine Beschädigung der Verschraubung durch den ersten Roboter verhindert .
Der Schraubkopf ist vorzugsweise in Richtung seiner drei zueinander senkrecht stehenden Hauptkoordinatenachsen schwimmend gelagert mit einer definierten Nullstellung. Dabei kann der Schraubkopf bei Einnahme einer jeweiligen Auslenkstellung aus der Nullstellung mittels einer entsprechend wirkenden federelastischen Rückstellkraft in Richtung Nullstellung gedrückt werden. Eine derartige schwimmende Lagerung ist an einem Industrierobotersystem relativ einfach realisierbar und zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und Schnelligkeit aus.
Mit Vorteil wird während des Anziehens der Verschraubung das wirkende Drehmoment ermittelt zur Feststellung einer gegebenenfalls schadhaften Verschraubung. Dabei würde bei einer schadhaften Verschraubung das wirkende Drehmoment im Vergleich zu einer korrekten Verschraubung merklich ansteigen. Somit trägt das automatisierte Verfahren zum Festziehen einer Verschraubung an einem Bauteil zur Qualitätssicherung bei, da schadhafte Verschraubungen bereits beim Anziehen der Verschraubung ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten AusführungsVariante wird nach Herstellung des vorbestimmten Fixierdrehmoments an der Verschraubung und vor dem Trennen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter der Gegenhaltekopf zu seiner Entspannung entgegen der Fixierdrehrichtung der Mutter innerhalb eines vorgebbaren Drehwinkelbereichs drehbe- wegt . Hierdurch wird gewährleistet, dass die Verschraubung nicht durch das Trennen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf und der Mutter beschädigt wird.
Der erste Roboter und der zweite Roboter weisen vorzugsweise jeweils ein Steuerungssystem auf, welche miteinander Daten austauschen hinsichtlich der Einnahme der Schraubposition, der Gegenhalteposition und der Fertigstellung der Verschraubung. Dabei erfolgt der Datenaustausch zwischen den Steuerungssystemen insbesondere zur Koordinierung der beiden Roboter, da zur Gewährleistung eines korrekten Anziehens der Verschraubung der Schraubkopf in einer definierten Schraubposition und der Gegenhaltekopf in einer definierten Gegenhalteposition angeordnet sein muss. Somit handelt es sich bei dem ersten und dem zweiten Roboter um zwei zunächst voneinander unabhängige Montagesysteme, die auf Grund des erfolgenden Datenaustausche zwischen den zugehörigen Steuerungssystemen zu einer Kooperation geeignet sind.
Die Auslenksteilung des Schraubkopfes und/oder des Gegenhai- tekopfes relativ zur definierten Nullstellung kann quantitativ ermittelt werden zur Durchführung einer Qualitätskontrolle in Bezug auf die Lagetoleranz der Verschraubung am Bauteil. Diese Informationen können insbesondere für die Vormontage der Verschraubung am Bauteil und/oder für die Bauteil- fertigung im Rahmen einer Qualitätssicherung nützlich sein.
Mit Vorteil kann der Schraubkopf bei Bedarf einen automatisierten Werkzeugwechsel an einem Werkzeugmagazin durchführen. Auf Grund der Möglichkeit eines automatisierten Werkzeugwechsels am Schraubkopf ist eine besonders flexible und schnelle Montage einer Verschraubung an einem Bauteil mittels eines Industrierobotersystems möglich. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Industrierobotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Das Industrierobotersystem zeichnet sich dadurch aus, dass es einen ersten programmierbaren Roboter mit einem Schraubkopf und einen zweiten programmierbaren Roboter mit einem Gegenhaltekopf aufweist, und dass der Gegenhaltekopf in Richtung seiner drei zueinander senkrecht stehenden Hauptkoordinatenachsen mit einer definierten Nullstellung schwimmend gelagert ist und der Schraubkopf mit einer entsprechenden, zeitweise aktivierbaren schwimmenden Lagerung in mindestens zwei Hauptkoordinatenachsen versehen ist, und dass der Schraubkopf eine Schraubspindel mit einem Schraubwerkzeug aufweist und der Gegenhaltekopf mit einem Gabelschlüssel versehen ist. Mit einem derartigen Industrierobotersystem können die in Bezug auf das Verfahren vorerwähnten Vorteile erzielt werden.
Mit Vorteil sind das Schraubwerkzeug und der Gabelschlüssel zerstörungsfrei austauschbar am zugehörigen Roboterkopf fixiert. Dabei ist insbesondere ein automatisierter Austausch des Schraubwerkzeugs und des Gabelschlüssels vorgesehen. Das Industrierobotersystem zeichnet sich hierdurch durch eine besonders hohe Flexibilität in Bezug auf seine Einsatzmöglichkeiten zum automatisierten Festziehen von unterschiedlichen Versehraubungen an einem Bauteil aus.
Der Gabelschlüssel kann einen axialen Anschlag für die Mutter aufweisen. Der axiale Anschlag dient dazu, eine lagedefinierte formschlüssige Verbindung zwischen dem Gabelschlüssel und der Mutter zu gewährleisten, da der Gabelschlüssel in dieser axialen Richtung schwimmend am zweiten Roboter gelagert ist und somit bei einer wirkenden federelastischen Rückstellkraft eine autozentrierende Positionierung des Gabelschlüssels relativ zur Mutter begünstigt. Alternativ hierzu kann die Mutter einen axialen Anschlag für den Gabelschlüssel aufweisen. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Die Erfindung wird anhand eine bevorzugten Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert .
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung auf ein Industrierobotersystem beim automatisierten Festziehen einer Verschraubung an einem Bauteil und
Fig. 2 eine schematische Perspektivdarstellung der Verschraubung und eines Teils des Industrierobotersystems in vergrößertem Maßstab.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Perspektivdarstellung ein Industrierobotersystem 18 mit einem ersten Roboter 20 (Schraubroboter) und einem zweiten Roboter 24 (Gegenhaltero- boter) . Die Roboter 20, 24 sind jeweils als sechsachsige Industrieroboter mit vertikalem Knickarm ausgebildet. Die programmierbaren Roboter 20, 24 dienen zum automatisierten Festziehen einer an einem Bauteil 10 vormontierten Verschraubung 16. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 10 eine vormontierte Hinterachse für ein Fahrzeug, wobei zur Fertigstellung der Hinterachse die am Bauteil 10 vormontierte Verschraubung 16 automatisiert mittels des Robotersystems 18 angezogen werden soll. Der erste Roboter 20 ist hierzu mit einem Schraubkopf 22 versehen, während der zweite Roboter 24 einen geeigneten Gegenhaltekopf 26 aufweist. Zur Gewährleistung einer verbesserten Zugänglichkeit zur Verschraubungs- stelle am Bauteil 10 ist der zweite Roboter 24 auf einem So- ekel 25 positioniert. Der erste Roboter 20 ist dagegen direkt auf dem Fußboden angeordnet .
Figur 2 zeigt in vergrößertem Maßstab die Verschraubung 16 am Bauteil 10, wobei die Verschraubung 16 mittels des Industrierobotersystems 18 noch festgezogen werden muss. Die Verschraubung 16 besteht aus einer Schraube 12 in Form einer Zylinderschraube mit Kreuzschlitz und mit Flachbund und aus einer Mutter 14 in Form einer Sechskantmutter mit Flachbund.
Der Gegenhaltekopf 26 ist mit einem geeigneten Gabelschlüssel 34 versehen, der mit der Mutter 14 in einer formschlüssigen Verbindung steht. Dabei ist der Gegenhaltekopf 26 in Richtung seiner drei zueinander senkrecht stehenden Hauptkoordinatenachse X, Y, Z mit einer definierten Nullstellung schwimmend am zweiten Roboter 24 gelagert. Der Gegenhaltekopf 26 wird bei Einnahme einer jeweiligen Auslenkstellung mittels einer entsprechend wirkenden federelastischen Rückstellkraft in Richtung Nullstellung gedrückt . Die schwimmende Lagerung kann am zweiten Roboter 24 beispielsweise mittels eines Pneumatikzylindersystems unter Einbindung von Proportionalventilen erfolgen. Der Gegenhaltekopf 26 ist darüber hinaus um eine parallel zur Schraubenlängsachse 29 sich erstreckende Drehachse 28 innerhalb eines definierten Schwenkwinkels (Doppeldrehpfeil 30) schwimmend gelagert.
Der Schraubkopf 22 enthält ein Schraubwerkzeug 32, das mit der Schraube 12 formschlüssig verbunden ist. Zum automatisierten Festziehen der Verschraubung 16 am Bauteil 10 ist der Schraubkopf 22 mit einer Schraubspindel versehen, mittels welcher das Schraubwerkzeug 32 in eine Drehbewegung um die Schraubenlängsachse 29 versetzt werden kann. Der Schraubkopf 22 ist in der Hauptkoordinatenachse Z (in Schraubposition entsprechend der Schraubenlängsachse 29) relativ zum ersten Roboter 20 schwimmend gelagert und insbesondere gegen eine federelastische Rückstellkraft relativ zum ersten Roboter 20 zurückbewegbar. Ferner ist der Schraubkopf 22 während seiner Positionierung in die definierte Schraubposition in den Hauptkoordinatenachsen X, Y nachgiebigfrei relativ zum ersten Roboter 20 fixiert, während er nach Herstellung der formschlüssigen Verbindung mit der Schraube 12 in eine schwimmende Lagerung relativ zum ersten Roboter 20 auch in Richtung der Hauptkoordinatenachsen X, Y versetzt wird. Hierzu ist das Industrierobotersystem 18 mit einem Steuerungssystem versehen, mittels welchem der erste Roboter 20 und der zweite Roboter 24 miteinander Daten austauschen können insbesondere hinsichtlich der Einnahme der Schraubposition des ersten Roboters 20, der Gegenhalteposition des zweiten Roboters 24 und der Fertigstellung der Verschraubung 16 am Bauteil 10.
Zum automatisierten Festziehen der vormontierten Verschraubung 16 am Bauteil 10 mittels des programmierbaren Industrierobotersystems 18 wird der Schraubkopf 22 in seinen Hauptkoordinatenachsen X, Y relativ zum ersten Roboter 20 nachgiebigfrei in seiner Nullstellung fixiert, während er in Richtung seiner Hauptkoordinatenachse Z schwimmend gelagert ist. Gleichzeitig ist der Gegenhaltekopf 26 des zweiten Roboters 24 in Richtung aller drei Hauptkoordinatenachsen X, Y, Z schwimmend gelagert und befindet sich ebenfalls in seiner definierten Nullstellung. Mit dieser Positionierungseinstellung fährt der erste Roboter 20 seiner Schraubposition und der zweite Roboter 24 seine Gegenhalteposition ein. Dabei ist die Lage der vormontierten Verschraubung 16 unter Berücksichtigung von zulässigen bzw. zu erwartenden Abweichungen am Bauteil 10 im Industrierobotersystem 18 einprogrammiert. Nach Einnahme der Schraubposition des ersten Roboters 20 wird die Schraubspindel in eine im Bezug auf das Festziehen der Verschraubung 16 relativ langsame Drehbewegung um die Schraub- spindelachse (Hauptkoordinatenachse Z) versetzt und gleichzeitig eine Suchroutinebewegung des Schraubkopfes 22 relativ zur Schraube 12 durchgeführt. Hierdurch wird eine selbsttätige Ausbildung einer korrekten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubkopf 22 beziehungsweise dem Schraubwerkzeug 32 und der Schraube 12 begünstigt, da das Schraubwerkzeug 32 in Richtung der Hauptkoordinatenachse Z gegen eine federelastische Rückstellkraft permanent in Richtung des ersten Roboters 20 zurückbewegt ist. Bei koaxialer Anordnung des Schraubwerkzeugs 32 relativ zur Schraube 12 im Rahmen der Suchroutinebewegung des ersten Roboters 20 wird das Schraubwerkzeug 32 auf Grund der wirkenden federelastischen Rückstellkraft in Richtung der Schraubenlängsachse 29 (Hauptkoordinatenachse Z) selbsttätig in Richtung Schraube 12 bewegt (Einrastbewegung) unter Ausbildung der erwünschten formschlüssigen Verbindung. Auf Grund der überlagerten Drehbewegung des Schraubwerkzeugs 32 um die Hauptkoordinatenachse Z wird dabei die Herstellung einer korrekten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubenwerkzeug 32 und der Schraube 12 gewährleistet .
Bei Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubwerkzeug 32 und der Schraube 12 wird die Schraube 12 zusammen mit der vormontierten Mutter 14 ebenfalls entsprechend um die Schraubenlängsachse 29 drehbewegt, wobei diese Drehbewegung der Mutter 14 die Herstellung einer korrekten formschlüssigen Verbindung zwischen der Mutter 14 und dem Gabelschlüssel 34 begünstigt, da der Gabelschlüssel 34 zu diesem Zeitpunkt in Anlagekontakt mit der Mutter 14 steht und gegebenenfalls in Richtung der Hauptkoordinatenachse Z in Richtung des zweiten Roboters 24 zurückbewegt ist, sodass er mittels einer wirkenden federelastischen Rückstellkraft permanent gegen die Mutter 14 gedrückt wird. Der Gabelschlüssel 34 kann sich nun unter Ausnutzung von drei Freiheitsgarden (in Richtung der Hauptkoordinatenachse X,Y,Z) selbsttätig auf die sich drehende Mutter 14 schieben.
Somit wird auf Grund der federelastischen Rückstellkräfte am Schraubwerkzeug 32 und am GabelSchlüssel 34 sowie auf Grund der Relativdrehbewegungen zwischen dem Schraubwerkzeug 32 und der Schraube 12 beziehungsweise zwischen der Mutter 14 und dem Gabelschlüssel 34 die Ausbildung einer selbsttätigen, schnellen und zuverlässigen formschlüssigen Verbindung ermöglicht. Da die Verschraubung 16 in der Regel toleranzbehaftet am Bauteil 10 vormontiert ist, wirkt sich der beschriebene Verfahrensablauf zur Herstellung der formschlüssigen Verbindungen an der Verschraubung 16 besonders vorteilhaft aus. Dabei kann die Suchroutinebewegung für den ersten Roboter 20 verhältnismäßig einfach an die jeweils vorliegende beziehungsweise zu erwartende Toleranz insbesondere in Bezug auf die Anordnung der Verschraubung 16 am Bauteil 10 angepasst in das SteuerungsSystem einprogrammiert werden.
Bei Vorliegen einer korrekten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubwerkzeug 32 und der Schraube 12 sowie zwischen dem Gabelschlüssel 34 und der Mutter 14 kann mittels eines geeigneten Sensorsystems am ersten Roboter 20 ein abrupter Anstieg des wirkenden beziehungsweise aufzubringenden Drehmoments festgestellt werden. Dies bedeutet, dass die Positionierungsphase des ersten Roboters 20 und des zweiten Roboters 24 als abgeschlossen angesehen werden kann, so dass nun die Festziehphase der Verschraubung 16 beginnen kann. Hierzu wird der Schraubkopf 22 beziehungsweise das Schraubwerkzeug 32 auch hinsichtlich der Hauptkoordinatenachsen X und Y relativ zum ersten Roboter 20 schwimmend gelagert, so dass das Industrierobotersystem 18 relativ zur Verschraubung 16 störungskraftfrei geschaltet ist. Nun kann die Schraubspindel des Schraubkopfes 22 zum möglichst schnellen Festzie- hen der Verschraubung 16 eine Drehbewegung um die Schraubspindelachse Z mit relativ großer Drehzahl ausführen.
Wenn die Verschraubung 16 am Bauteil 10 hinreichend fest angezogen ist, wird die formschlüssige Verbindung an der Schraube 12 gelöst mittels einer Relativbewegung des Schraubwerkzeugs 32 in Richtung der Hauptkoordinatenachse Z von der Schraube 12 weg und an der Mutter 14 gelöst mittels einer entsprechenden Relativbewegung des Gabelschlüssels 34 in Richtung der Hauptkoordinatenachse Z von der Mutter 14 weg. Gegebenenfalls kann vor dieser Relativbewegung der Gabel- Schlüssel 34 um ca. 2 Grad um die Schraubenlängsachse 29 entgegen der Mutterfestziehdrehrichtung schwenkbewegt werden zur Entspannung des vorliegenden Anlagepresskontakts zwischen dem Gabelschlüssel 34 und der Mutter 14. Die korrekte Lösung der formschlüssigen Verbindungen des Schraubwerkzeugs 32 und des Gabelschlüssels 34 relativ zur Verschraubung 16 kann gegebenenfalls mittels eines geeignetes Sensorsystems ermittelt werden .
Das nun nicht mehr mit der Verschraubung 16 und somit mit dem Bauteil 10 in Kontakt stehende Industrierobotersystem 18 kann jetzt für einen weiteren Anziehprozess einer Verschraubung vorbereitet werden, in dem der Schraubkopf 22 in Richtung der Hauptkoordinatenachsen X, Y erneut mittels einer entsprechenden Schaltung am ersten Roboter 20 schwimmend gelagert wird. Gegebenenfalls kann auch ein Werkzeugmagazin (nicht in den Figuren dargestellt) vorgesehen sein, das einen insbesondere automatisierten Werkzeugwechsel am ersten Roboter 20 und/oder am zweiten Roboter 24 ermöglicht. Die Nulllagenauslenkung des Schraubkopfes 22 und des Gegenhaltekopfes 26 bei Herstellung der jeweiligen formschlüssigen Verbindung beziehungsweise beim Festziehen der Verschraubung 16 am Bauteil 10 kann gegebenenfalls quantitativ mittels geeigneter Sensoren erfasst
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werden zur Durchführung einer Qualitätskontrolle hinsichtlich der jeweiligen Position einer Verschraubung 16 relativ zu einem Bauteil 10. Ferner ist es unter Zuhilfenahme dieser Ermittlungsdaten möglich, dass Steuerungsprogramm des ersten Roboters 20 und des zweiten Roboters 24 jeweils hinsichtlich der Positionierung des Schraubkopfes 22 und des Gegenhaltekopfes 26 relativ zur Verschraubung 16 am Bauteil 10 an die jeweils vorher aufgetretenen Lagetoleranzen beim Anziehpro- zess der Verschraubung 16 anzupassen. Auch kann die Suchroutinebewegung des ersten Roboters 20 an diese sich gegebenenfalls verändernden Toleranzwerte (Lagetoleranzen der Verschraubung 16 relativ zum Bauteil 10) angepasst werden. Ferner kann das am Schraubkopf 22 des ersten Roboters 20 ermittelte Drehmoment beim Festziehen der Verschraubung 16 dazu genutzt werden, ggf. fehlerhaft angezogene Verschraubungen zu verifizieren, indem ein Mindestdrehmoment und ein Maximaldrehmoment vorgegeben wird zur Festlegung eines zulässigen Anzugsmomentintervalls, innerhalb welchem Anzugsmomentwerte liegen, die auf das Vorliegen einer korrekt festgezogenen Verschraubung schließen lassen. Zur Drehmoment-Messung kann beispielsweise eine geeignete Kraftmesseinrichtung im Schraubkopf 22 und/oder im Gegenhaltekopf 26 integriert sein.
Das Industrierobotersystem 18 erlaubt ein verhältnismäßig einfaches Umprogrammieren des Steuerungsprogramms bei sich ändernden Bauteilgeometrien und/oder Verschraubungsparame- tern. Ferner besteht das Industrierobotersystem überwiegend aus Standartkomponenten, die sich durch eine besonders gute Zugänglichkeit beispielsweise für Wartungsarbeiten und durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten insbesondere innerhalb einer Serienproduktion auszeichnen.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
Verfahren zum automatisierten Festziehen einer an einem Bauteil (10) vormontierten, eine Schraube (12) und eine Mutter (14) enthaltenden Verschraubung (16) unter Einsatz eines programmierbaren IndustrieroboterSystems (18) , dadurch gekennzeichnet, dass das Industrierobotersystem (18) einen ersten Roboter (20) mit einem Schraubkopf (22) und einen zweiten Roboter (24) mit einem Gegenhaltekopf (26) aufweist, wobei zum Festziehen der Verschraubung (16) am Bauteil (10) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: Positionieren des Schraubkopfes (22) in eine definierte Schraubposition und des Gegenhaltekopfes (26) in eine definierte Gegenhalteposition bei Herstellung einer zum Festziehen der Verschraubung (16) geeigneten formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf (26) und der Mutter (14) sowie zwischen dem Schraubkopf (22) und der Schraube (12) ; Festziehen der Verschraubung (16) am Bauteil (10) mit einem vorbestimmbaren Fixierdrehmoment; Trennen der formschlüssigen Verbindungen mittels einer jeweiligen Relativbewegung des Schraubkopfes (22) und des Gegenhaltekopfes (26) von der festgezogenen Ver- sehraubung (16) weg .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhaltekopf (26) am zweiten Roboter (24) schwimmend gelagert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhaltekopf (26) in Richtung seiner drei senkrecht zueinander stehenden Hauptkoordinatenachsen (X, Y, Z) schwimmend gelagert ist mit einer definierten Nullstellung.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhaltekopf (26) bei Einnahme einer jeweiligen Auslenkstellung aus der Nullstellung mittels einer entsprechend wirkenden federelastischen Rückstellkraft in Richtung Nullstellung gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhaltekopf (26) um eine parallel zur Schraubenlängsachse (29) sich erstreckende Drehachse (28) innerhalb eines Schwenkwinkels (30) schwimmend gelagert ist .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkopf (22) während des Positionierens in die definierte Schraubposition und während des Hersteilens der formschlüssigen Verbindung relativ zum ersten Roboter (20) in einer Hauptkoordinatenachse (Z) , die der Schraubdrehachse entspricht, gegen eine federelastische Rückstellkraft zurückbewegbar ist und in den anderen Hauptkoordinatenachsen (Y, Z) nachgiebigfrei am ersten Roboter (20) fixiert ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkopf (22) zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung eine definierte Suchroutinebewegung ausführt bei praktisch permanentem stirnseitigen Anlagekontakt zwischen dem Schraubkopf (22) und der Schraube (12) .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkopf (22) eine Schraubspindel mit einem Schraubwerkzeug (32) aufweist, wobei die Schraubspindel zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung des Schraubwerkzeugs (32) mit der Schraube (12) eine in Bezug auf das Festziehen der Verschraubung (16) relativ langsame Drehbewegung um die Schraubspindelachse (Z) ausführt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feststellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schraubkopf (22) und der Schraube (12) das wirkende Drehmoment ermittelt wird, wobei das Drehmoment bei Herstellung des Formschlusses sprunghaft ansteigt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf (26) und der Mutter (14) sowie zwischen dem Schraubkopf (22) und der Schraube (12) eine vollständig schwimmende Lagerung des Schraubkopfs (22) am ersten Roboter (20) aktiviert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkopf (22) in Richtung seiner drei zueinander senkrecht stehenden Hauptkoordinatenachsen (X, Y, Z) schwimmend gelagert ist mit einer definierten Nullstellung.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkopf (22) bei Einnahme einer jeweiligen Auslenkstellung aus der Nullstellung mittels einer entsprechend wirkenden federelastischen Rückstellkraft in Richtung Nullstellung gedrückt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anziehens der Verschraubung (16) das wirkende Drehmoment ermittelt wird zur Feststellung einer gegebenenfalls schadhaften Verschraubung (16) .
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung des vorbestimmten Fixierdrehmoments an der Verschraubung (16) und vor dem Trennen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Gegenhaltekopf (26) und der Mutter (14) der Gegenhaltekopf (26) zu seiner Entspannung entgegen der Fixierdrehrichtung der Mutter (14) innerhalb eines vorgebbaren Drehwinkelbereichs drehbewegt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Roboter (20) und der zweite Roboter (24) jeweils ein Steuerungssystem aufweisen, welche miteinan- der Daten austauschen hinsichtlich der Einnahme der Schraubposition, der Gegenhalteposition und der Fertigstellung der Verschraubung (16) .
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkstellung des Schraubkopfes (22) und/oder des Gegenhaltekopfes (26) relativ zur definierten Nullstellung quantitativ ermittelt wird zur Durchführung einer Qualitätskontrolle in Bezug auf die Lagetoleranz der Verschraubung (16) am Bauteil (10) .
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkopf (22) bei Bedarf einen automatisierten Werkzeugwechsel an einem Werkzeugmagazin durchführt.
18. Industrierobotersystem (18) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Industrierobotersystem (18) einen ersten programmierbaren Roboter (20) mit einem Schraubkopf (22) und einen zweiten programmierbaren Roboter (24) mit einem Gegenhaltekopf (26) aufweist, und dass der Gegenhaltekopf (26) in Richtung seiner drei zueinander senkrecht stehenden Hauptkoordinatenachsen (X, Y, Z) mit einer definierten Nullstellung schwimmend gelagert ist und der Schraubkopf (22) mit einer entsprechenden, zeitweise aktivierbaren schwimmenden Lagerung in mindestens zwei Hauptkoordinatenachsen (X, Y) versehen ist, und dass der Schraubkopf (22) eine Schraubspindel mit einem Schraubwerkzeug (32) aufweist und der Gegenhaltekopf (26) mit einem Gabelschlüssel (34) versehen ist.
19. Industrierobotersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubwerkzeug (32) und der Gabelschlüssel (34) zerstörungsfrei austauschbar am zugehörigen Roboterkopf (22, 26) fixiert sind.
20. Industrierobotersystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Gabelschlüssel (34) einen axialen Anschlag für die Mutter (14) aufweist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103753200A (zh) * 2014-01-09 2014-04-30 东莞亦准自动化科技有限公司 一种全自动锁螺丝生产系统
US11097423B2 (en) * 2016-04-24 2021-08-24 Franka Emika Gmbh Method for controlling a robot manipulator for screwing in a screw

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4367666B2 (ja) * 2007-11-09 2009-11-18 トヨタ自動車株式会社 ねじ締付装置
GB2478101B (en) * 2008-12-16 2013-11-20 Honda Motor Co Ltd Fastening device
DE102010049964B4 (de) 2010-10-28 2023-03-09 A U E Kassel Gmbh Automatische Schraubeinheit zur Integration in einer Montage und Verfahren zum automatisierten Verschrauben von Schraubelementen
DE202011103223U1 (de) * 2011-07-08 2012-10-11 Kuka Systems Gmbh Arbeitsvorrichtung
DE102013227147A1 (de) * 2013-12-23 2015-06-25 Daimler Ag Verfahren zum automatisierten Drehfügen und/oder Drehlösenvon Bauteilen, sowie zugehöriger Industrieroboter und automatisierterMontagearbeitsplatz
DE102014014361A1 (de) 2014-09-27 2016-03-31 Daimler Ag Fertigungsverfahren für komplexe Erzeugnisse
JP6816495B2 (ja) * 2016-12-19 2021-01-20 株式会社デンソーウェーブ ロボットのたわみ補正方法、ロボットの制御装置
CN107717817B (zh) * 2017-09-29 2020-10-30 新疆金风科技股份有限公司 用于螺栓紧固装置的控制系统
DE102018117268A1 (de) 2018-07-17 2020-01-23 Tq-Systems Gmbh Zentriereinrichtung für Schrauber
CN110379218B (zh) * 2019-07-19 2021-12-21 闪创(山东)教育科技有限公司 一种带有簧片板头部保护的辅助教学机器人
CN114918657B (zh) * 2022-06-20 2024-03-26 徐州徐工履带底盘有限公司 一种履带安装方法、螺栓预拧紧系统和介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59187430A (ja) * 1983-04-06 1984-10-24 Toyota Motor Corp 自動螺子締付装置
JPS60185678A (ja) * 1984-03-05 1985-09-21 Nissan Motor Co Ltd 工業用ロボツトにおける締結具締付装置の支持装置
JPH09150326A (ja) * 1995-11-28 1997-06-10 Yaskawa Electric Corp 機器取付装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1216343A (en) 1983-05-02 1987-01-06 Tomohiro Murata Method and apparatus for controlling an operation sequence of a machinery
JP3559306B2 (ja) * 1994-04-15 2004-09-02 ファナック株式会社 走行ロボット装置及び該装置を用いた組立作業実行方法
DE19843162C2 (de) * 1998-09-21 2001-02-22 Alfing Montagetechnik Gmbh Bearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks
DE20208060U1 (de) * 2002-05-23 2003-09-25 Staeubli Tec Systems Gmbh Werkzeugwechsel- und/oder Kupplungssystem

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59187430A (ja) * 1983-04-06 1984-10-24 Toyota Motor Corp 自動螺子締付装置
JPS60185678A (ja) * 1984-03-05 1985-09-21 Nissan Motor Co Ltd 工業用ロボツトにおける締結具締付装置の支持装置
JPH09150326A (ja) * 1995-11-28 1997-06-10 Yaskawa Electric Corp 機器取付装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 051 (M - 361) 6 March 1985 (1985-03-06) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 029 (M - 451) 5 February 1986 (1986-02-05) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 10 31 October 1997 (1997-10-31) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103753200A (zh) * 2014-01-09 2014-04-30 东莞亦准自动化科技有限公司 一种全自动锁螺丝生产系统
US11097423B2 (en) * 2016-04-24 2021-08-24 Franka Emika Gmbh Method for controlling a robot manipulator for screwing in a screw

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