WO2024088511A1 - Device and method for joining component layers of a component assembly - Google Patents

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WO2024088511A1
WO2024088511A1 PCT/EP2022/079668 EP2022079668W WO2024088511A1 WO 2024088511 A1 WO2024088511 A1 WO 2024088511A1 EP 2022079668 W EP2022079668 W EP 2022079668W WO 2024088511 A1 WO2024088511 A1 WO 2024088511A1
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probe
axis
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probe head
guide element
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PCT/EP2022/079668
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French (fr)
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Christian DENKERT
Altan BUELBUEL
Original Assignee
Ejot Se & Co. Kg
Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E. V.
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    • B25J9/0087Dual arms

Definitions

  • the invention relates to a device for automatically joining component layers of a component assembly, in which at least one uppermost component layer has a pre-hole at the joining point, and to a method for joining component layers of a component assembly using the device.
  • Devices for automatically joining component layers of a component assembly in which at least one uppermost component layer has a pre-hole through which the joining connection is to be made, have the problem that the supposedly known position of the pre-hole can be approached relatively precisely with a joining unit of the device, but in practice there are positional deviations between the theoretical position of the pre-hole and the actual position of the pre-hole.
  • pilot holes are tolerated relatively generously in relation to the shaft diameter of the connecting elements through which the component assembly is joined.
  • a device for automatically joining components of a component assembly in which at least one uppermost component layer has a pre-hole at the joining point, comprises a control unit and a joining unit, wherein a joining axis is defined by the joining unit, wherein a connecting element can be connected to the component assembly in a joining direction along the joining axis.
  • the joining unit is designed to be movable relative to the component assembly. For this purpose, it can in particular have an articulated arm, for example an articulated arm robot, a traverse system or the like.
  • the device comprises a positioning unit which has a probe head and a probe head guide element connected to the probe head, wherein the probe head guide element defines a probe head guide element axis and the probe head defines a probe head axis.
  • the probe head is mounted on the probe head guide element so as to be movable relative to the probe head guide element orthogonally to the probe head guide element axis.
  • the positioning unit comprises a measuring device by means of which a positional deviation between the probe guide element axis and the probe axis can be determined.
  • the positioning unit comprises a traverse system, an articulated arm robot or the like, so that the positioning unit can carry out a relative movement with respect to the component assembly. It is possible, for example, for the joining unit to be arranged on the arm of the articulated arm robot of the positioning unit. Alternatively, the joining unit and the positioning unit can each have an arm.
  • the positioning unit has an axial force generator by means of which the probe guide element can be moved along the probe guide element axis.
  • the probe has a geometry that self-centers in a hole.
  • the probe guide element is now moved along its probe guide element axis, which is essentially coaxial with an assumed pre-hole axis, this leads to the probe moving orthogonally to the probe axis in a radial compensating movement due to the pressure of the hole edge.
  • the displacement under axial force continues until the probe head is centered on the edge of the pre-hole and is in an end position.
  • the position deviation results from the difference to the initial position of the probe head, whereby the position in the end position can be detected by the measuring device.
  • This displacement corresponds to the position deviation between the assumed and the actual position of the pre-hole axis.
  • the position of the assumed pre-hole axis can preferably be stored on a memory unit of the device, in particular the control unit, and can be read out by this.
  • the position of the joining process can then be corrected by the determined position deviation and take place precisely at the actual hole center or pre-hole axis.
  • the probe head is preferably connected to the probe head guide element via a bearing, whereby the probe head overcomes a bearing reaction force for the radial compensation movement, which acts transversely to the axial movement of the probe head.
  • the bearing is used for the defined relative movement of the probe head with respect to the probe head guide element.
  • the bearing allows the probe head to move orthogonally to the probe head guide element axis.
  • the bearing reaction force in particular an adhesive force of the bearing in the displacement direction, acts transversely to the joining direction and is of a small magnitude. Due to an axial pressure of the axial force generator on the probe head, the probe head can overcome the small bearing reaction force due to its design and interaction with the hole edge and move transversely to the joining direction in the radial direction.
  • the bearing enables a nearly friction-free movement of the probe head transverse to the joining direction, particularly in the radial direction.
  • the bearing can be designed, for example, as a fluid bearing, hydrostatic bearing or the like. Such bearings use a thin film of fluid or gas to support the load. Since there is no direct contact between the bearing surfaces, the coefficient of friction is very low. It is also conceivable that the bearing is designed as a two-axis linear bearing.
  • the bearing is designed in particular such that the bearing reaction force is lower than a transverse force acting on the probe head at the edge of the pilot hole, which is generated by an axial force acting on the probe head.
  • the probe head can be positioned at the edge of the pilot hole at the start of the axial movement through which it penetrates the pilot hole.
  • the axial force then acting on the probe head causes a transverse force acting on the probe head at the edge of the pilot hole, which means that the probe head can also move orthogonally to the axial movement.
  • the bearing reaction force acting in the transverse direction must be lower than the transverse force acting on the edge of the pilot hole.
  • the axial force is measured with an axial force detection device.
  • the probe head When the probe head is positioned in the center of the pilot hole, it is moved in the joining direction and a positive connection between the probe head and the edge of the hole results in a stop that can be detected by the axial force detection device through an increase in force.
  • a search force is set in the form of a maximum axial force up to which the probe head is subjected to axial force.
  • the search force is so high that the bearing reaction force is overcome before the search force is reached in a final position of the probe head or in contact with the edge of the hole.
  • the probe is positioned coaxially in the pilot hole.
  • the probe has found the pilot hole through the radial compensating movement and is centered in it.
  • the search force is preferably set to less than 600N.
  • the probe head has a truncated cone-like contour that tapers in the joining direction. This makes the probe head easy to manufacture and allows centering on the hole edge by moving the probe head in the axial direction.
  • the half cone angle, alpha is selected such that the bearing reaction force ⁇ search force x tan alpha.
  • a transverse force acting orthogonal to the joining direction is necessary. This is generated by the axial force and can be derived from the product of the axial force and the tangent of the half cone angle alpha.
  • the search force acting in the joining direction is the maximum set axial force with which the probe head is acted upon and therefore causes the maximum transverse force that can act on the probe head.
  • the transverse force In order to be able to move the probe head at the edge of the pilot hole, the transverse force must exceed the bearing reaction force. This means that the half cone angle must be selected in such a way that the bearing reaction force is lower than the maximum transverse force, which is determined by the search force.
  • the aim is to achieve the largest possible cone angle, as this also allows small sheet thicknesses to be sensed.
  • the probe head is matched to the pilot hole diameter in such a way that the minimum cone diameter is smaller than 0.7 x the pilot hole diameter and the maximum cone diameter is larger than 1.5 x the pilot hole diameter, whereby the pilot hole diameter can be stored in a memory of the control unit.
  • This design of the probe head ensures that, within the scope of the position deviation, the probe head lies with its tapered end within the pilot hole and, accordingly, when an axial force is applied, centers itself along its conical surface in the pilot hole.
  • the maximum diameter of the probe head is larger than the diameter of the pilot hole, thus ensuring that a stop is also guaranteed after centering, since the largest possible cone angle is possible even with low sheet thicknesses.
  • the design of the probe head is preferably selected such that the minimum diameter of a front end of the probe head is so small that it lies completely within the area of the pre-hole within the permissible position deviation, for example 20%, when approaching the assumed pre-hole position.
  • the axial force generator comprises a spring which applies the axial force to the probe head and/or the probe head guide element in the axial direction.
  • the axial force generator can also be a part, in particular a drive means, of an articulated arm robot or a traverse system of the positioning unit.
  • the positioning unit preferably comprises a reset unit with which the displaced probe is reset to an initial starting position, so that in particular the probe axis and the probe guide element axis are coaxial with each other.
  • the probe is brought into the starting position so that the process of determining the hole center can begin again with a subsequent pre-hole.
  • the reset unit preferably comprises an element by means of which the probe head can be moved orthogonally to the probe head axis.
  • the element can be designed, for example, as an electromagnet, at least one spring element or the like.
  • An electromagnet for example, represents a switchable reset element which releases the probe head as soon as it has been brought into the starting position so that only the bearing reaction forces influence the displacement of the probe head. This can be switched on again after the position detection has been completed in order to move the probe head back.
  • the bearing specifies a maximum travel path of the truncated cone via its radial dimension.
  • the maximum travel path like the hole size, is in the millimeter range.
  • the truncated cone preferably has a hardness of more than 320 HV or a tensile strength of more than 1000 MPa. Because the truncated cone is pushed over the edge of the pilot hole on its slope, wear may be caused by loss of material on its surface. This wear can be counteracted by the appropriate hardness.
  • it relates to a method for joining components of a component assembly, using a device as described above.
  • the probe guide element with its probe guide element axis, to which the probe axis is coaxially aligned in a first position, is coaxial with the assumed Pre-hole axis positioned.
  • a memory of the control unit has the coordinates of the assumed theoretical center, ie the assumed pre-hole axis, of the pre-holes.
  • the position of the probe axis is known due to the coaxial alignment of the probe axis with the probe guide element axis or is recorded in the first position or starting position.
  • the probe axis is coaxial with the probe guide element axis before the measurement.
  • the probe guide element After positioning the probe guide element, it is moved in the joining direction.
  • the probe is subjected to an axial force that leads to a movement in the joining direction and generates a transverse force acting on the probe at the edge of the hole, which causes the probe to perform a radial compensating movement until the probe is centered in the pre-hole.
  • the reaching of the stop can be recognized, for example, due to an increase in force.
  • the centering in the pilot hole is assessed as completed when the applied axial force has reached a maximum preset search force.
  • the gradient of the force increase can be evaluated.
  • search force it is assumed that the probe is positioned coaxially in the pilot hole.
  • the probe has found the pilot hole through the radial compensation movement and is centered in it, with the probe axis coming to rest in a second position or end position that corresponds to the real pilot hole center point.
  • An offset or position deviation between the starting position of the probe axis and the end position of the task pot axis is determined.
  • an adjusted joining position can be determined.
  • the connecting element is joined at the adjusted joining position.
  • the rapid hole location due to the self-centering probe geometry means that the pre-hole center can be found quickly and easily, so that the positioning process can be carried out before the joining process.
  • the probe is returned from the end position to the starting position.
  • the positioning unit is moved away from the area of the pre-hole and the joining unit is moved to the adjusted joining position.
  • Fig. 1 schematic representation of a device for connecting two component layers of a component composite
  • Fig. 2 a schematic representation of hole center determination, wherein the probe guide element axis is aligned with an assumed hole axis;
  • FIG. 2b schematic representation of hole center determination, with the probe axis aligned with the actual pre-hole axis
  • Fig. 3b the component assembly joined with the screw.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device 10 for automatically joining component layers 110, 120 of a component assembly 130, in which at least one uppermost component layer 120 has a pre-hole 140 with a pre-hole diameter Dv at a joining point.
  • the pre-hole 140 was already made in the uppermost component 120 before the joining process, in particular before the component layers 110, 120 were arranged one above the other.
  • the device 10 comprises a joining unit 20 and a positioning unit 40.
  • the joining unit 20 defines a joining axis As, wherein the joining unit 20 has a connecting element 150 in a joining direction FR along the joining axis As with the component assembly 130, as shown in Fig. 3a, Fig. 3b.
  • the positioning unit 40 comprises a probe head 42 which has a design by which the probe head 42 centers itself on a hole edge 142 of the pre-hole 140.
  • the positioning unit 40 further comprises a probe guide element 44 connected to the probe head 42, wherein the probe guide element 44 defines a probe guide element axis AF and the probe head 42 defines a probe axis AT.
  • the probe axis AT is preferably located centrally to the probe head 42.
  • the probe head 42 is movable relative to the probe guide element 44 orthogonally to the probe guide element axis AF and thus in particular also orthogonally to the probe axis AT.
  • the positioning unit 40 comprises a measuring device 46, by means of which a positional deviation or an offset V between the probe guide element axis AF and the probe axis AT can be determined.
  • the probe guide element axis AF and the probe axis AT are coaxial to one another in a first position, i.e. a starting position.
  • the positioning unit 40 comprises an axial force generator, which in Fig. 1 is designed in the form of a robot arm 48, by means of which the probe guide element 44 can be moved along the probe guide element axis AF in an axial movement, so that the axial movement of the probe 42 penetrates into the pre-hole 140 and a radial compensating movement of the probe 42 to the task pot guide element 44 occurs until the probe 42 is arranged centered in the pre-hole 140.
  • the positioning unit 40 also has a memory in which position data of the assumed pre-hole position are stored, whereby this position can be approached by the robot arm 48.
  • Fig. 2a and Fig. 2b show a basic schematic representation of a positioning unit 40 according to the invention.
  • the positioning unit 40 comprises a probe guide element 44 in which a probe 42 is accommodated in a bearing 50 so as to be transversely displaceable to the probe guide element 44.
  • the probe guide element 44 is moved with its probe guide element axis AF to the position at which the assumed pre-hole axis Av is located according to the values stored in the memory of the positioning unit. 40 stored data should be located.
  • the positions, namely the position of the actual pre-hole axis Av deviate from the assumed position, which is identical to the guide element axis AF, by an offset V.
  • the probe head 42 is moved according to the invention by an axial movement in the joining direction FR.
  • an axial force generator in the form of a spring 52 is provided for this purpose, which moves the entire probe head guide element 44 together with the probe head 42 in the joining direction FR.
  • the axial force F which can be detected by a force detection device 54, exerts a transverse force on the probe head 42, which is located eccentrically in the pre-hole 140, so that it is displaced transversely relative to the probe head guide element 44.
  • the probe head guide element axis AF and the pre-hole axis Av are aligned in particular parallel or approximately parallel to one another.
  • the probe head 42 is designed as a truncated cone and has a half truncated cone angle alpha, which results in an oblique contact of the outer surface of the probe head 42 on the hole edge 142.
  • the applied axial force F causes the probe head at the edge of the pre-hole to be moved into the center of the hole by the transverse force caused by the axial force F.
  • the transverse force must exceed a bearing reaction force of the bearing 44 acting in the transverse direction.
  • the required transverse force can be derived from the product of the axial force F and the tangent of the half cone angle alpha.
  • Fig. 2b shows the centered probe 42, which now rests positively on the hole edge 142 in the joining direction, so that the probe axis AT is coaxial with the actual pre-hole axis Av.
  • the probe guide element axis AF is still coaxial with the assumed pre-hole axis.
  • the probe guide element 44 carries a measuring device 46 which can determine the offset V of the probe axis AT to the probe guide element axis AF. This offset V then corresponds to the deviation of the actual position of the pre-hole axis Av from the assumed position.
  • the subsequent joining process which is shown as a screwing process in Fig. 3a and Fig. 3b by way of example, can be carried out by the setting device 20 at a position corrected by the offset V.
  • Fig. 2b shows the final position of the positioning unit 40, in which the probe axis AT is aligned parallel to the actual pre-hole axis Av, and also the design of the probe 42.
  • This is preferably selected such that the minimum diameter d of a front end of the probe 42 is so small that it lies completely within the area of the pre-hole 140 within the permissible position deviation, for example 20%, when approaching the assumed pre-hole position.
  • the maximum diameter D is of course larger than the maximum permissible pre-hole diameter Dv, so that a reliable stop is provided on the hole edge 142.
  • the height L of the probe 42 is dimensioned such that the front end does not touch the lower component 110 before an upper end rests on the hole edge 142.
  • Fig. 3a shows the beginning of the joining process for a connecting element 150, which in the present case is designed as a screw, wherein the stored position information for the joining position has been corrected by the offset V, so that a very precise positioning of the screw with the shaft outer diameter Ds in the middle of the pilot hole 140 can take place, so that the screwing process can also be carried out in a pilot hole 140 with close tolerances.
  • the offset can be determined so quickly and precisely that, as part of the automatic joining, a position correction can be sensibly carried out before the joining process.
  • Fig. 3b shows the finished component connection 130.
  • the joining unit 20 is designed with an actuator 56 or the like, via which the connecting element 150 can be moved in the joining direction FR in order to position it in the pilot hole 140 and to connect it to the component layers 110, 120. In the present case, the movement of the connecting element 150 is thus caused by the joining unit 20.
  • the positioning unit 20 and the joining unit 40 each comprise an articulated arm 48, 58, wherein the respective articulated arms 48, 58 are responsible for the movement of the probe head 42 and the connecting element 150.
  • the joining unit 20 and the positioning unit 40 have a common articulated arm, ie the movement of the probe head 42 and the connecting element 150 in the joining direction is carried out only by an articulated arm.

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Abstract

The invention relates to a device (10) for automatically joining components (110, 120) of a component assembly (130). At least one uppermost component layer (120) has a pilot hole (140) with a pilot hole diameter (DV) at a joint location, and the device (10) comprises a joining unit (20), a positioning unit, and a control unit. A joint axis (AS) is defined by the joining unit (20), and a connection element (150) can be connected to the component assembly (130) in a joining direction (FR) along the joint axis (AS), wherein the positioning unit (40) comprises a probe (42) which has a self-centering design on a hole edge (142). The positioning unit (40) additionally comprises a probe guiding element (44) which is connected to the probe (42), wherein the probe guiding element (44) defines a probe guiding element axis (AF), and the probe (42) defines a probe axis (AT). The probe (42) can be moved orthogonally to the probe guiding element axis (AF) relative to the probe guiding element (44), and the positioning unit (40) additionally comprises a measuring device (46), by means of which a positional deviation (V) between the probe guiding element axis (AF) and the probe axis (AT) can be ascertained. An axial force generating element is arranged on the positioning unit, said axial force generating element being used to move the probe guiding element (44) along the probe guiding element axis (AF) as part of an axial movement such that the probe (42) penetrates the pilot hole (140) as a result of the axial movement, and a radial compensation movement of the probe (42) relative to the probe guiding element (44) is carried out until the probe (42) is centered in the pilot hole (140).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Fügen von Bauteillagen eines Bauteilverbundes Device and method for joining component layers of a component assembly
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Fügen von Bauteillagen eines Bauteilverbundes, bei welchem wenigstens eine oberste Bauteillage ein Vorloch an der Fügestelle aufweist, sowie ein Verfahren zum Fügen von Bauteillagen eines Bauteilverbundes zur Verwendung der Vorrichtung. The invention relates to a device for automatically joining component layers of a component assembly, in which at least one uppermost component layer has a pre-hole at the joining point, and to a method for joining component layers of a component assembly using the device.
Vorrichtungen zum automatischen Fügen von Bauteillagen eines Bauteilverbundes, bei welchem wenigstens eine oberste Bauteillage ein Vorloch aufweist, durch welches hindurch die Fügeverbindung hergestellt werden soll, haben das Problem, dass mit einer Fügeeinheit der Vorrichtung die vermeintlich bekannte Position des Vorlochs zwar relativ präzise angefahren werden kann, es aber in der Praxis zu Lageabweichungen zwischen der theoretischen Position des Vorloches und der tatsächlichen Position des Vorloches kommt. Devices for automatically joining component layers of a component assembly, in which at least one uppermost component layer has a pre-hole through which the joining connection is to be made, have the problem that the supposedly known position of the pre-hole can be approached relatively precisely with a joining unit of the device, but in practice there are positional deviations between the theoretical position of the pre-hole and the actual position of the pre-hole.
Um diese Abweichung auszugleichen und dennoch eine hohe Prozessgeschwindigkeit zu erreichen, werden die Vorlöcher im Verhältnis zum Schaftdurchmesser der Verbindungselemente, durch die der Bauteilverbund gefügt wird, verhältnismäßig großzügig toleriert. In order to compensate for this deviation and still achieve a high process speed, the pilot holes are tolerated relatively generously in relation to the shaft diameter of the connecting elements through which the component assembly is joined.
Dabei werden Nachteile in den Eigenschaften der Bauteilverbindung in Kauf genommen. Disadvantages in the properties of the component connection are accepted.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine schnelle und exakte Ermittlung der Mitte eines mit einer Lageabweichung behafteten Vorlochs in einer obersten Bauteillage durchzuführen, damit ein nachfolgender Fügevorgang, insbesondere Schraubvorgang, auch in eng tolerierten Vorlöchern zuverlässig durchgeführt werden kann. It is the object of the invention to carry out a rapid and exact determination of the center of a pre-hole in an uppermost component layer that is subject to a position deviation, so that a subsequent joining process, in particular a screwing process, can be carried out reliably even in pre-holes with tight tolerances.
Die Aufgabe wird für die Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. The object is achieved for the device by the features of claim 1. The subclaims form advantageous developments of the invention.
In bekannter Weise umfasst eine Vorrichtung zum automatischen Fügen von Bauteilen eines Bauteilverbundes, bei welchen wenigstens eine oberste Bauteillage ein Vorloch an der Fügestelle aufweist, eine Steuereinheit sowie eine Fügeeinheit, wobei durch die Fügeeinheit eine Fügeachse definiert ist, wobei ein Verbindungselement in einer Fügerichtung entlang der Fügeachse mit dem Bauteilverbund verbindbar ist. Die Fügeeinheit ist relativ zum Bauteilverbund beweglich ausgebildet. Dazu kann sie insbesondere über einen gelenkigen Arm bspw. eines Gelenkarmroboters, ein Traversensystem oder dergleichen verfügen. In a known manner, a device for automatically joining components of a component assembly, in which at least one uppermost component layer has a pre-hole at the joining point, comprises a control unit and a joining unit, wherein a joining axis is defined by the joining unit, wherein a connecting element can be connected to the component assembly in a joining direction along the joining axis. The joining unit is designed to be movable relative to the component assembly. For this purpose, it can in particular have an articulated arm, for example an articulated arm robot, a traverse system or the like.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Positioniereinheit, die einen Tastkopf und ein mit dem Tastkopf verbundenes Tastkopfführungselement aufweist, wobei das Tastkopfführungselement eine Tastkopfführungselementachse und der Tastkopf eine Tastkopfachse definieren. Der Tastkopf ist gegenüber dem Tastkopfführungselement orthogonal zur Tastkopfführungselementachse beweglich am Tastkopfführungselement gelagert. According to the invention, the device comprises a positioning unit which has a probe head and a probe head guide element connected to the probe head, wherein the probe head guide element defines a probe head guide element axis and the probe head defines a probe head axis. The probe head is mounted on the probe head guide element so as to be movable relative to the probe head guide element orthogonally to the probe head guide element axis.
Ferner umfasst die Positioniereinheit eine Messeinrichtung, durch die eine Lageabweichung zwischen der Tastkopfführungselementachse und der Tastkopfachse ermittelbar ist. Furthermore, the positioning unit comprises a measuring device by means of which a positional deviation between the probe guide element axis and the probe axis can be determined.
Es ist denkbar, dass die Positioniereinheit ein Traversensystem, einen Gelenkarmroboter oder dergleichen umfasst, so dass die Positioniereinheit eine Relativbewegung gegenüber dem Bauteilverbund durchführen kann. Es ist beispielsweise möglich, dass die Fügeeinheit am Arm des Gelenkarmroboters der Positioniereinheit angeordnet ist. Alternativ können die Fügeeinheit und die Positioniereinheit jeweils einen Arm aufweisen. It is conceivable that the positioning unit comprises a traverse system, an articulated arm robot or the like, so that the positioning unit can carry out a relative movement with respect to the component assembly. It is possible, for example, for the joining unit to be arranged on the arm of the articulated arm robot of the positioning unit. Alternatively, the joining unit and the positioning unit can each have an arm.
Zudem weist die die Positioniereinheit einen Axialkrafterzeuger auf, durch den das Tastkopfführungselement entlang der Tastkopfführungselementachse bewegbar ist. In addition, the positioning unit has an axial force generator by means of which the probe guide element can be moved along the probe guide element axis.
Der Tastkopf weist eine sich in einem Loch selbstzentrierende Geometrie auf. The probe has a geometry that self-centers in a hole.
Wird das Tastkopfführungselement nun entlang seiner Tastkopfführungselementachse bewegt, die im Wesentlichen koaxial zu einer angenommenen Vorlochachse ausgerichtet ist, führt dies dazu, dass sich der Tastkopf durch den Druck des Lochrandes orthogonal zur Tastkopfachse in einer radialen Ausgleichsbewegung bewegt. Die Verschiebung unter Axialkraft erfolgt so lange, bis der Tastkopf zentriert am Rand des Vorlochs anliegt und sich in einer Endposition befindet. Durch den Unterschied zur initialen Lage des Tastkopfes ergibt sich die Lageabweichung, wobei die Lage in der Endposition durch die Messeinrichtung erfassbar ist. Diese Verschiebung entspricht dann der Lageabweichung zwischen der angenommenen und der tatsächlichen Position der Vorlochachse. Die Lage der angenommenen Vorlochachse kann dazu bevorzugt auf einer Speichereinheit der Vorrichtung, insbesondere der Steuereinheit hinterlegt sein, und von dieser ausgelesen werden. If the probe guide element is now moved along its probe guide element axis, which is essentially coaxial with an assumed pre-hole axis, this leads to the probe moving orthogonally to the probe axis in a radial compensating movement due to the pressure of the hole edge. The displacement under axial force continues until the probe head is centered on the edge of the pre-hole and is in an end position. The position deviation results from the difference to the initial position of the probe head, whereby the position in the end position can be detected by the measuring device. This displacement then corresponds to the position deviation between the assumed and the actual position of the pre-hole axis. The position of the assumed pre-hole axis can preferably be stored on a memory unit of the device, in particular the control unit, and can be read out by this.
Die Position des Fügevorgangs kann daraufhin um die ermittelte Lageabweichung korrigiert werden und präzise an der tatsächlichen Lochmitte bzw. Vorlochachse stattfinden. The position of the joining process can then be corrected by the determined position deviation and take place precisely at the actual hole center or pre-hole axis.
Dies erlaubt, dass die Durchmesser der Vorlöcher bezogen auf die dort anzuordnenden Fügeelemente enger toleriert ausgelegt werden können, wodurch die Eigenschaften des Bauteilverbundes verbessert werden, beispielsweise im Hinblick auf die Tragfähigkeit und Dichtigkeit. This allows the diameters of the pilot holes to be designed with tighter tolerances in relation to the joining elements to be arranged there, thereby improving the properties of the component assembly, for example with regard to load-bearing capacity and tightness.
Dadurch, dass keine aufwendige Vermessung des Vorloches oder einer Oberfläche der obersten Bauteillage vorgenommen werden muss, sondern durch die geometrischen Eigenschaften des Tastkopfs eine Selbstzentrierung des Tastkopfs erfolgt, kann eine schnelle, zuverlässige und dennoch sehr präzise Ermittlung der tatsächlichen Position der Lochmitte erfolgen. Because no complex measurement of the pre-hole or a surface of the top component layer is required, but rather the geometric properties of the probe allow the probe to self-center, the actual position of the hole center can be determined quickly, reliably and yet very precisely.
Dies ermöglicht, dass die Prozessdauer für den Fügevorgang in akzeptablem Maß erhöht wird. This makes it possible to increase the process time for the joining process to an acceptable extent.
Vorzugsweise ist der Tastkopf über ein Lager an das Tastkopfführungselement angebunden, wobei der Tastkopf zur radialen Ausgleichsbewegung eine Lagerreaktionskraft überwindet, die quer zur Axialbewegung des Tastkopfes wirkt. Das Lager dient zur definierten Relativbewegung des Tastkopfes gegenüber dem Tastkopfführungselement. Das Lager erlaubt eine Bewegung des Tastkopfes orthogonal zur Tastkopfführungselementachse. Die Lagerreaktionskraft, insbesondere eine Haftkraft des Lagers in Verschieberichtung, wirkt quer zur Fügerichtung und weist eine geringe Größenordnung auf. Aufgrund einer axialen Anpressung des Axialkrafterzeugers auf den Tastkopf, kann dieser aufgrund seiner Gestaltung und Zusammenwirkung mit dem Lochrand die geringe Lagerreaktionskraft überwinden und sich quer zur Fügerichtung in Radialrichtung bewegen. Bevorzugt ermöglicht das Lager quer zur Fügerichtung insbesondere in radialer Richtung eine nahezu reibungsfreie Bewegung des Tastkopfes. Das Lager kann beispielsweise als ein Flüssigkeitslager, Hydrostatisches Lager oder dergleichen ausgebildet sein. Solche Lager verwenden einen dünnen Flüssigkeits- oder Gasfilm zum Abstützen der Last. Da kein direkter Kontakt zwischen den Lagerflächen stattfindet, ist der Reibungskoeffizient sehr niedrig. Es ist auch denkbar, dass das Lager als ein zweiachsiges Linearlager ausgebildet ist. The probe head is preferably connected to the probe head guide element via a bearing, whereby the probe head overcomes a bearing reaction force for the radial compensation movement, which acts transversely to the axial movement of the probe head. The bearing is used for the defined relative movement of the probe head with respect to the probe head guide element. The bearing allows the probe head to move orthogonally to the probe head guide element axis. The bearing reaction force, in particular an adhesive force of the bearing in the displacement direction, acts transversely to the joining direction and is of a small magnitude. Due to an axial pressure of the axial force generator on the probe head, the probe head can overcome the small bearing reaction force due to its design and interaction with the hole edge and move transversely to the joining direction in the radial direction. Preferably, the bearing enables a nearly friction-free movement of the probe head transverse to the joining direction, particularly in the radial direction. The bearing can be designed, for example, as a fluid bearing, hydrostatic bearing or the like. Such bearings use a thin film of fluid or gas to support the load. Since there is no direct contact between the bearing surfaces, the coefficient of friction is very low. It is also conceivable that the bearing is designed as a two-axis linear bearing.
Vorzugsweise ist das Lager insbesondere so gestaltet, dass die Lagerreaktionskraft geringer ist als eine am Rand des Vorlochs auf den Tastkopf wirkende Querkraft, welche durch eine auf den Tastkopf wirkende Axialkraft erzeugt wird. Preferably, the bearing is designed in particular such that the bearing reaction force is lower than a transverse force acting on the probe head at the edge of the pilot hole, which is generated by an axial force acting on the probe head.
Der Tastkopf kann beispielsweise zu Beginn der Axialbewegung, durch die er in das Vorloch eindringt, am Rand des Vorlochs positioniert sein. Die dann auf den Tastkopf wirkende Axialkraft bewirkt am Rand des Vorlochs eine auf den Tastkopf wirkende Querkraft, wodurch der Tastkopf sich auch orthogonal zur Axialbewegung verschieben kann. Dabei muss die Lagerreaktionskraft, die in Querrichtung wirkt, geringer sein als die am Rand des Vorlochs wirkende Querkraft. For example, the probe head can be positioned at the edge of the pilot hole at the start of the axial movement through which it penetrates the pilot hole. The axial force then acting on the probe head causes a transverse force acting on the probe head at the edge of the pilot hole, which means that the probe head can also move orthogonally to the axial movement. The bearing reaction force acting in the transverse direction must be lower than the transverse force acting on the edge of the pilot hole.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Axialkraft mit einer Axialkrafterfassungsvorrichtung gemessen. Beim zentrierten Positionieren des Tastkopfes im Vorloch wird dieser in Fügerichtung bewegt, und es ergibt sich durch einen Formschluss zwischen dem Tastkopf und dem Lochrand ein Anschlag, der von der Axialkrafterfassungsvorrichtung durch einen Kraftanstieg erkannt werden kann. According to a preferred embodiment, the axial force is measured with an axial force detection device. When the probe head is positioned in the center of the pilot hole, it is moved in the joining direction and a positive connection between the probe head and the edge of the hole results in a stop that can be detected by the axial force detection device through an increase in force.
Bevorzugt wird eine Suchkraft in Form einer maximalen Axialkraft eingestellt, bis zu welcher der Tastkopf mit Axialkraft beaufschlagt wird. Die Suchkraft ist so hoch, dass die Lagerreaktionskraft überwunden wird, bevor die Suchkraft in einer finalen Position des Tastkopfes bzw. im Anschlag mit dem Lochrand erreicht ist. Preferably, a search force is set in the form of a maximum axial force up to which the probe head is subjected to axial force. The search force is so high that the bearing reaction force is overcome before the search force is reached in a final position of the probe head or in contact with the edge of the hole.
Vorzugsweise wird während des Verfahrens in Fügerichtung bei Erreichen der Suchkraft angenommen, dass der Tastkopf koaxial im Vorloch positioniert ist. Wenn die Axialkraft die voreingestellte Suchkraft erreicht, hat der Tastkopf durch die radiale Ausgleichsbewegung das Vorloch gefunden und ist zentriert darin angeordnet. Preferably, during the process in the joining direction, when the search force is reached, it is assumed that the probe is positioned coaxially in the pilot hole. When the axial force reaches the preset search force, the probe has found the pilot hole through the radial compensating movement and is centered in it.
Die Suchkraft ist bevorzugt kleiner als 600N eingestellt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der Tastkopf eine kegelstumpfartige Kontur, die sich in Fügerichtung verjüngt. Dadurch ist der Tastkopf einfach herzustellen und erlaubt eine Zentrierung am Lochrand, indem der Tastkopf in Axialrichtung bewegt wird. The search force is preferably set to less than 600N. According to an advantageous embodiment, the probe head has a truncated cone-like contour that tapers in the joining direction. This makes the probe head easy to manufacture and allows centering on the hole edge by moving the probe head in the axial direction.
Bevorzugt weist der Tastkopf einen Kegelstumpf auf, der einen maximalen Kegeldurchmesser D, einen minimalen Kegeldurchmesser d und eine Höhe L besitzt und ein Kegelverhältnis von C =(D-d) / L, das bevorzugt größer als 1 ist. Der halbe Kegelwinkel, alpha, ist derart gewählt, dass die Lagerreaktionskraft < Suchkraft x tan alpha. Zur Überwindung einer durch den halben Kegelwinkel alpha verursachten Steigung des kegelstumpfförmigen Tastkopfes am Rand des Vorlochs, ist eine orthogonal zur Fügerichtung wirkende Querkraft notwendig. Diese wird von der Axialkraft erzeugt und kann über das Produkt der Axialkraft und dem Tangens des halben Kegelwinkels alpha hergeleitet werden. Die in Fügerichtung wirkende Suchkraft ist die maximal eingestellte Axialkraft mit welcher der Tastkopf beaufschlagt wird und verursacht demnach die maximale Querkraft, die auf den Tastkopf einwirken kann. Um den Tastkopf am Rand des Vorlochs bewegen zu können, muss die Querkraft die Lagerreaktionskraft übersteigen. D.h. der halbe Kegelwinkel muss zwingend derart ausgewählt sein, dass die Lagerreaktionskraft geringer ausfällt als die maximale Querkraft, welche durch die Suchkraft bestimmt wird. Ein möglichst großer Kegelwinkel ist hierbei anzustreben, da so auch geringe Blechdicken ertastet werden können. The probe head preferably has a truncated cone which has a maximum cone diameter D, a minimum cone diameter d and a height L and a cone ratio of C = (D-d) / L, which is preferably greater than 1. The half cone angle, alpha, is selected such that the bearing reaction force < search force x tan alpha. In order to overcome a slope of the truncated cone-shaped probe head at the edge of the pilot hole caused by the half cone angle alpha, a transverse force acting orthogonal to the joining direction is necessary. This is generated by the axial force and can be derived from the product of the axial force and the tangent of the half cone angle alpha. The search force acting in the joining direction is the maximum set axial force with which the probe head is acted upon and therefore causes the maximum transverse force that can act on the probe head. In order to be able to move the probe head at the edge of the pilot hole, the transverse force must exceed the bearing reaction force. This means that the half cone angle must be selected in such a way that the bearing reaction force is lower than the maximum transverse force, which is determined by the search force. The aim is to achieve the largest possible cone angle, as this also allows small sheet thicknesses to be sensed.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Tastkopf auf den Vorlochdurchmesser derart abgestimmt, dass der minimale Kegeldurchmesser kleiner als 0,7 x den Vorlochdurchmesser ist und der maximale Kegeldurchmesser größer als 1 ,5 x den Vorlochduchmesserist, wobei der Vorlochdurchmesser in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert sein kann. Diese Ausgestaltung des Tastkopfes sorgt dafür, dass im Rahmen der Lageabweichung der Tastkopf mit seinem verjüngten Ende innerhalb des Vorlochs liegt, und entsprechend bei einer Axialkraftbeaufschlagung sich entlang seiner Kegelmantelfläche im Vorloch selbst zentriert. Der maximale Durchmesser des Tastkopfes ist größer als der Durchmesser des Vorloches, so dass sichergestellt ist, dass ein Anschlag nach der Zentrierung auch gewährleistet ist, da auch bei geringen Blechdicken ein möglichst großer Kegelwinkel ermöglicht ist. Die Gestaltung des Tastkopfes ist bevorzugt derart gewählt, dass der minimale Durchmesser eines vorderen Endes des Tastkopfes so gering ist, dass dieser im Rahmen der zulässigen Lageabweichung, beispielsweise 20%, bei Anfahren der angenommenen Vorlochposition vollständig innerhalb der Fläche des Vorloches liegt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Axialkrafterzeuger eine Feder, die den Tastkopf und / oder des Tastkopfführungselement in Axialrichtung mit der Axialkraft beaufschlagt. Alternativ kann der Axialkrafterzeuger auch ein Teil, insbesondere ein Antriebsmittel, eines Gelenkarmroboters oder eines Traversensystems der Positioniereinheit sein. According to a particularly advantageous embodiment, the probe head is matched to the pilot hole diameter in such a way that the minimum cone diameter is smaller than 0.7 x the pilot hole diameter and the maximum cone diameter is larger than 1.5 x the pilot hole diameter, whereby the pilot hole diameter can be stored in a memory of the control unit. This design of the probe head ensures that, within the scope of the position deviation, the probe head lies with its tapered end within the pilot hole and, accordingly, when an axial force is applied, centers itself along its conical surface in the pilot hole. The maximum diameter of the probe head is larger than the diameter of the pilot hole, thus ensuring that a stop is also guaranteed after centering, since the largest possible cone angle is possible even with low sheet thicknesses. The design of the probe head is preferably selected such that the minimum diameter of a front end of the probe head is so small that it lies completely within the area of the pre-hole within the permissible position deviation, for example 20%, when approaching the assumed pre-hole position. According to a particularly advantageous embodiment, the axial force generator comprises a spring which applies the axial force to the probe head and/or the probe head guide element in the axial direction. Alternatively, the axial force generator can also be a part, in particular a drive means, of an articulated arm robot or a traverse system of the positioning unit.
Bevorzugt umfasst die Positioniereinheit eine Rückstelleinheit, mit welcher der verschobene Tastkopf in eine initiale Ausgangposition zurückgestellt wird, so dass insbesondere die Tastkopfachse und die Tastkopfführungselementachse koaxial zueinander liegen. Der Tastkopf wird in die Ausgangsposition gebracht, so dass bei einem folgenden Vorloch der Ermittlungsprozess der Lochmitte erneut beginnen kann. The positioning unit preferably comprises a reset unit with which the displaced probe is reset to an initial starting position, so that in particular the probe axis and the probe guide element axis are coaxial with each other. The probe is brought into the starting position so that the process of determining the hole center can begin again with a subsequent pre-hole.
Vorzugsweise umfasst die Rückstelleinheit ein Element, durch welches der Tastkopf orthogonal zur Tastkopfachse bewegbar ist. Das Element kann beispielsweise als ein Elektromagnet, wenigstens ein Federelement oder dergleichen ausgebildet sein. Ein Elektromagnet stellt beispielsweise ein schaltbares Rückstellelement dar, welches den Tastkopf freigibt, sobald dieser in die Ausgangsposition gebracht wurde, damit nur noch die Lagerreaktionskräfte die Verschiebung des Tastkopfes beeinflussen. Dieser kann nach Abschluss der Lageerfassung wieder eingeschaltet werden, um den Tastkopf zurückzubewegen. The reset unit preferably comprises an element by means of which the probe head can be moved orthogonally to the probe head axis. The element can be designed, for example, as an electromagnet, at least one spring element or the like. An electromagnet, for example, represents a switchable reset element which releases the probe head as soon as it has been brought into the starting position so that only the bearing reaction forces influence the displacement of the probe head. This can be switched on again after the position detection has been completed in order to move the probe head back.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gibt das Lager über sein radiales Ausmaß einen Maximalverfahrweg des Kegelstumpfes vor. Der Maximalverfahrweg bewegt sich, ähnlich wie die Lochgröße auch, im Millimeterbereich. According to a preferred embodiment, the bearing specifies a maximum travel path of the truncated cone via its radial dimension. The maximum travel path, like the hole size, is in the millimeter range.
Bevorzugt besitzt der Kegelstumpf eine Härte von mehr als 320 HV bzw. eine Zugfestigkeit von mehr als 1000 MPa. Dadurch, dass der Kegelstumpf an seiner Steigung über den Rand des Vorlochs geschoben wird, ist ggfs. eine Abnutzung durch Verlust an Material an seiner Oberfläche verursacht. Dieser Abnutzung kann durch die entsprechende Härte entgegengewirkt werden. The truncated cone preferably has a hardness of more than 320 HV or a tensile strength of more than 1000 MPa. Because the truncated cone is pushed over the edge of the pilot hole on its slope, wear may be caused by loss of material on its surface. This wear can be counteracted by the appropriate hardness.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, betrifft diese ein Verfahren zum Fügen von Bauteilen eines Bauteilverbundes, mit einer zuvor beschriebenen Vorrichtung. According to a further aspect of the invention, it relates to a method for joining components of a component assembly, using a device as described above.
Dabei wird das Tastkopfführungselement mit seiner Tastkopfführungselementachse, zu der die Tastkopfachse in einer ersten Position koaxial ausgerichtet ist, koaxial zu der angenommenen Vorlochachse positioniert. Bevorzugt weist ein Speicher der Steuereinheit die Koordinaten der angenommenen theoretischen Mitte, d.h. die angenommene Vorlochachse, der Vorlöcher auf. The probe guide element with its probe guide element axis, to which the probe axis is coaxially aligned in a first position, is coaxial with the assumed Pre-hole axis positioned. Preferably, a memory of the control unit has the coordinates of the assumed theoretical center, ie the assumed pre-hole axis, of the pre-holes.
Die Position der Tastkopfachse ist durch die koaxiale Ausrichtung der Tastkopfachse mit der Tastkopfführungselementachse bekannt oder wird in der ersten Position bzw. Ausgangsposition erfasst. Bevorzugt liegt die Tastkopfachse vor der Messung koaxial zur Tastkopfführungselementachse. The position of the probe axis is known due to the coaxial alignment of the probe axis with the probe guide element axis or is recorded in the first position or starting position. Preferably, the probe axis is coaxial with the probe guide element axis before the measurement.
Nach der Positionierung des Tastkopfführungselements wird dieses in Fügerichtung bewegt. Der Tastkopf wird mit einer Axialkraft beaufschlagt, die zu einer Bewegung in Fügerichtung führt und dabei eine am Lochrand auf den Tastkopf wirkende Querkraft erzeugt, über die der Tastkopf eine radiale Ausgleichsbewegung ausführt, bis der Tastkopf zentriert im Vorloch anliegt. Hierbei ergibt sich aufgrund des Formschlusses in Fügerichtung zwischen dem Tastkopf und dem Lochrand ein Anschlag. Das Erreichen des Anschlags kann beispielswiese aufgrund eines Kraftanstiegs erkannt werden. After positioning the probe guide element, it is moved in the joining direction. The probe is subjected to an axial force that leads to a movement in the joining direction and generates a transverse force acting on the probe at the edge of the hole, which causes the probe to perform a radial compensating movement until the probe is centered in the pre-hole. This results in a stop due to the positive connection in the joining direction between the probe and the edge of the hole. The reaching of the stop can be recognized, for example, due to an increase in force.
Bevorzugt wird die Zentrierung im Vorloch als abgeschlossen bewertet, wenn die beaufschlagte Axialkraft eine maximale voreingestellte Suchkraft erreicht hat. Alternativ kann der Gradient des Kraftanstiegs ausgewertet werden. Bei Erreichen der Suchkraft wird angenommen, dass der Tastkopf koaxial im Vorloch positioniert ist. Wenn die maximal festgelegte Axialkraftbeaufschlagung bzw. die Suchkraft erreicht ist, hat der Tastkopf durch die radiale Ausgleichsbewegung das Vorloch gefunden und ist zentriert darin angeordnet, wobei die Tastkopfachse in einer zweiten Position bzw. Endposition zu liegen kommt, die dem realen Vorlochmittelpunkt entspricht. Preferably, the centering in the pilot hole is assessed as completed when the applied axial force has reached a maximum preset search force. Alternatively, the gradient of the force increase can be evaluated. When the search force is reached, it is assumed that the probe is positioned coaxially in the pilot hole. When the maximum specified axial force application or search force is reached, the probe has found the pilot hole through the radial compensation movement and is centered in it, with the probe axis coming to rest in a second position or end position that corresponds to the real pilot hole center point.
Es wird ein Versatz bzw. eine Lageabweichung zwischen der Ausgangsposition der Tastkopfachse und der Endposition der Tasktopfachse bestimmt. An offset or position deviation between the starting position of the probe axis and the end position of the task pot axis is determined.
Unter Berücksichtigung des ermittelten Versatzes kann die Bestimmung einer angepassten Fügeposition erfolgen. Taking the determined offset into account, an adjusted joining position can be determined.
Ist auf diese Weise die tatsächliche Vorlochachse bestimmt, wird das Verbindungselement an der angepassten Fügeposition gefügt. Durch die schnelle Lochfindung aufgrund der selbstzentrierenden Tastkopfgeometrie kann die Vorlochmitte schnell und einfach gefunden werden, so dass der Positioniervorgang dem Fügevorgang vorgeschaltet werden kann. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Tastkopf von der Endposition wieder in die Ausgangsposition zurückgestellt. Once the actual pre-hole axis has been determined in this way, the connecting element is joined at the adjusted joining position. The rapid hole location due to the self-centering probe geometry means that the pre-hole center can be found quickly and easily, so that the positioning process can be carried out before the joining process. According to a further preferred embodiment, the probe is returned from the end position to the starting position.
Weiter bevorzugt wird die Positioniereinheit aus dem Bereich des Vorlochs weggefahren und die Fügeeinheit wird an die angepasste Fügeposition verfahren. Further preferably, the positioning unit is moved away from the area of the pre-hole and the joining unit is moved to the adjusted joining position.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments shown in the drawings.
In der Zeichnung bedeutet: In the drawing:
Fig. 1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Verbindung zweier Bauteillagen eines Bauteilverbundes; Fig. 1 schematic representation of a device for connecting two component layers of a component composite;
Fig. 2a schematische Darstellung bei der Lochmittenbestimmung, wobei die Tastkopfführungselementachse mit einer angenommenen Lochachse ausgerichtet ist; Fig. 2a schematic representation of hole center determination, wherein the probe guide element axis is aligned with an assumed hole axis;
Fig. 2b schematische Darstellung bei der Lochmittenbestimmung, wobei die Tastkopfachse mit der tatsächlichen Vorlochachse ausgerichtet ist; Fig. 2b schematic representation of hole center determination, with the probe axis aligned with the actual pre-hole axis;
Fig. 3a Ansetzen einer Schraube an die korrigierte Position; und Fig. 3a Placing a screw in the corrected position; and
Fig. 3b der mit der Schraube gefügte Bauteilverbund. Fig. 3b the component assembly joined with the screw.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 10 zum automatischen Fügen von Bauteillagen 110, 120 eines Bauteilverbundes 130, bei welchem wenigstens eine oberste Bauteillage 120 ein Vorloch 140 mit einem Vorlochdurchmesser Dv an einer Fügestelle aufweist. Das Vorloch 140 wurde bereits vor dem Fügevorgang in das oberste Bauteil 120 eingebracht, insbesondere bevor die Bauteillagen 110, 120 übereinanderliegend angeordnet worden sind. Fig. 1 shows a schematic representation of a device 10 for automatically joining component layers 110, 120 of a component assembly 130, in which at least one uppermost component layer 120 has a pre-hole 140 with a pre-hole diameter Dv at a joining point. The pre-hole 140 was already made in the uppermost component 120 before the joining process, in particular before the component layers 110, 120 were arranged one above the other.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst eine Fügeeinheit 20 und eine Positioniereinheit 40. Die Fügeeinheit 20 definiert eine Fügeachse As, wobei die Fügeeinheit 20 ein Verbindungselement 150 in einer Fügerichtung FR entlang der Fügeachse As mit dem Bauteilverbund 130 verbinden kann, wie dies in Fig. 3a, Fig. 3b dargestellt ist. The device 10 according to the invention comprises a joining unit 20 and a positioning unit 40. The joining unit 20 defines a joining axis As, wherein the joining unit 20 has a connecting element 150 in a joining direction FR along the joining axis As with the component assembly 130, as shown in Fig. 3a, Fig. 3b.
Die Positioniereinheit 40 umfasst einen Tastkopf 42, der eine Gestaltung besitzt, durch die sich der Tastkopf 42 an einem Lochrand 142 des Vorlochs 140 selbst zentriert. The positioning unit 40 comprises a probe head 42 which has a design by which the probe head 42 centers itself on a hole edge 142 of the pre-hole 140.
Die Positioniereinheit 40 umfasst ferner ein mit dem Tastkopf 42 verbundenes Tastkopfführungselement 44, wobei das Tastkopfführungselement 44 eine Tastkopfführungselementachse AF und der Tastkopf 42 eine Tastkopfachse AT definieren. Die Tastkopfachse AT liegt bevorzugt zentrisch zum Tastkopf 42. Der Tastkopf 42 ist gegenüber dem Tastkopfführungselement 44 orthogonal zur Tastkopfführungselementachse AF und damit insbesondere auch orthogonal zur Tastkopfachse AT beweglich. The positioning unit 40 further comprises a probe guide element 44 connected to the probe head 42, wherein the probe guide element 44 defines a probe guide element axis AF and the probe head 42 defines a probe axis AT. The probe axis AT is preferably located centrally to the probe head 42. The probe head 42 is movable relative to the probe guide element 44 orthogonally to the probe guide element axis AF and thus in particular also orthogonally to the probe axis AT.
Ferner umfasst die Positioniereinheit 40 eine Messeinrichtung 46, durch die eine Lageabweichung bzw. ein Versatz V zwischen der Tastkopfführungselementachse AF und der Tastkopfachse AT ermittelbar ist. In Fig. 1 liegen die Tastkopfführungselementachse AF und die Tastkopfachse AT in einer ersten Position, d.h. einer Ausgangsposition, koaxial zueinander. Furthermore, the positioning unit 40 comprises a measuring device 46, by means of which a positional deviation or an offset V between the probe guide element axis AF and the probe axis AT can be determined. In Fig. 1, the probe guide element axis AF and the probe axis AT are coaxial to one another in a first position, i.e. a starting position.
Die Positioniereinheit 40 umfasst einen Axialkrafterzeuger, der in Fig. 1 in Form eines Roboterarms 48 ausgebildet ist, durch den das Tastkopfführungselement 44 entlang der Tastkopfführungselementachse AF im Rahmen einer Axialbewegung bewegbar ist, so dass durch die Axialbewegung der Tastkopf 42 in das Vorloch 140 eindringt und sich eine radiale Ausgleichsbewegung des Tastkopfes 42 zum Tasktopfführungselement 44 so lange ergibt, bis der Tastkopf 42 zentriert im Vorloch 140 angeordnet ist. Ferner weist die Positioniereinheit 40 einen Speicher auf, in dem Positionsdaten der angenommenen Vorlochposition abgelegt sind, wobei diese Position von dem Roboterarm 48 angefahren werden kann. The positioning unit 40 comprises an axial force generator, which in Fig. 1 is designed in the form of a robot arm 48, by means of which the probe guide element 44 can be moved along the probe guide element axis AF in an axial movement, so that the axial movement of the probe 42 penetrates into the pre-hole 140 and a radial compensating movement of the probe 42 to the task pot guide element 44 occurs until the probe 42 is arranged centered in the pre-hole 140. The positioning unit 40 also has a memory in which position data of the assumed pre-hole position are stored, whereby this position can be approached by the robot arm 48.
Die Funktion der Lagebestimmung des Vorlochs 140 ist in Fig. 2a und Fig. 2b näher beschrieben. The function of determining the position of the pilot hole 140 is described in more detail in Fig. 2a and Fig. 2b.
Fig. 2a und Fig. 2b zeigen eine prinzipielle schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positioniereinheit 40. Die Positioniereinheit 40 umfasst ein Tastkopfführungselement 44, in dem ein Tastkopf 42 in einem Lager 50 querverschiebbar zum Tastkopfführungselement 44 aufgenommen ist. Das Tastkopfführungselement 44 wird mit seiner Tastkopfführungselementachse AF an die Position gefahren, an der sich die angenommene Vorlochachse Av nach den im Speicher der Positioniereinheit 40 abgelegten Daten befinden soll. Wie in Fig. 2a dargestellt ist, weichen die Positionen, nämlich die Lage der tatsächlichen Vorlochachse Av von der angenommenen Position, die identisch mit der Führungselementachse AF ist, um einen Versatz V ab. Fig. 2a and Fig. 2b show a basic schematic representation of a positioning unit 40 according to the invention. The positioning unit 40 comprises a probe guide element 44 in which a probe 42 is accommodated in a bearing 50 so as to be transversely displaceable to the probe guide element 44. The probe guide element 44 is moved with its probe guide element axis AF to the position at which the assumed pre-hole axis Av is located according to the values stored in the memory of the positioning unit. 40 stored data should be located. As shown in Fig. 2a, the positions, namely the position of the actual pre-hole axis Av, deviate from the assumed position, which is identical to the guide element axis AF, by an offset V.
Zur Ermittlung des Versatzes V wird erfindungsgemäß der Tastkopf 42 durch eine Axialbewegung in Fügerichtung FR bewegt. Im vorliegenden Beispiel ist dazu ein Axialkrafterzeuger in Form einer Feder 52 vorgesehen, der das gesamte Tastkopfführungselement 44 zusammen mit dem Tastkopf 42 in Fügerichtung FR verfährt. Durch die Axialkraft F, die über eine Krafterfassungseinrichtung 54 erfasst werden kann, wird aufgrund der konischen Gestaltung des Tastkopfes 42 am Lochrand 142 eine Querkraft auf den exzentrisch im Vorloch 140 liegenden Tastkopf 42 ausgeübt, so dass sich dieser gegenüber dem Tastkopfführungselement 44 querverschiebt. Dabei sind die Tastkopfführungselementachse AF und die Vorlochachse Av insbesondere parallel bzw. annähernd parallel zueinander ausgerichtet. To determine the offset V, the probe head 42 is moved according to the invention by an axial movement in the joining direction FR. In the present example, an axial force generator in the form of a spring 52 is provided for this purpose, which moves the entire probe head guide element 44 together with the probe head 42 in the joining direction FR. Due to the conical design of the probe head 42 at the hole edge 142, the axial force F, which can be detected by a force detection device 54, exerts a transverse force on the probe head 42, which is located eccentrically in the pre-hole 140, so that it is displaced transversely relative to the probe head guide element 44. The probe head guide element axis AF and the pre-hole axis Av are aligned in particular parallel or approximately parallel to one another.
Der Tastkopf 42 ist vorliegend als ein Kegelstumpf ausgebildet und weist einen halben Kegelstumpfwinkel alpha auf, durch den sich eine schiefe Anlage der Mantelfläche des Tastkopfes 42 am Lochrand 142 ergibt. Die beaufschlagende Axialkraft F bewirkt, dass der Tastkopf am Rand des Vorlochs durch die Axialkraft F bewirkte Querkraft in die Lochmitte bewegt wird. Dabei muss die Querkraft eine in Querrichtung wirkende Lagerreaktionskraft des Lagers 44 übersteigen. Die benötigte Querkraft kann über das Produkt der Axialkraft F und dem Tangens des halben Kegelwinkels alpha hergeleitet werden. The probe head 42 is designed as a truncated cone and has a half truncated cone angle alpha, which results in an oblique contact of the outer surface of the probe head 42 on the hole edge 142. The applied axial force F causes the probe head at the edge of the pre-hole to be moved into the center of the hole by the transverse force caused by the axial force F. The transverse force must exceed a bearing reaction force of the bearing 44 acting in the transverse direction. The required transverse force can be derived from the product of the axial force F and the tangent of the half cone angle alpha.
Die Querverschiebung des Tastkopfes 42 erfolgt so lange, bis der Tastkopf 42 vollständig zentriert und damit formschlüssig am Lochrand 142 des Vorlochs 140 anliegt, wie dies in Fig. 2b dargestellt ist. The transverse displacement of the probe head 42 continues until the probe head 42 is completely centered and thus rests positively on the hole edge 142 of the pre-hole 140, as shown in Fig. 2b.
Fig. 2b zeigt den zentrierten T astkopf 42, der nunmehr in Fügerichtung formschlüssig am Lochrand 142 anliegt, so dass die Tastkopfachse AT koaxial zur tatsächlichen Vorlochachse Av liegt. Die Tastkopfführungselementachse AF hingegen liegt immer noch koaxial zur angenommenen Vorlochachse. Fig. 2b shows the centered probe 42, which now rests positively on the hole edge 142 in the joining direction, so that the probe axis AT is coaxial with the actual pre-hole axis Av. The probe guide element axis AF, on the other hand, is still coaxial with the assumed pre-hole axis.
Das Tastkopfführungselement 44 trägt eine Messeinrichtung 46, die den Versatz V der Tastkopfachse AT zur Tastkopfführungselementachse AF bestimmen kann. Dieser Versatz V entspricht dann der Abweichung der tatsächlichen Position der Vorlochachse Av von der angenommenen Position. So kann unter Berücksichtigung des Versatzes V der nachfolgende Fügevorgang, der in den Fig. 3a und Fig. 3b exemplarisch als Schraubvorgang dargestellt ist, an einer um den Versatz V korrigierten Position von der Setzeinrichtung 20 durchgeführt werden. The probe guide element 44 carries a measuring device 46 which can determine the offset V of the probe axis AT to the probe guide element axis AF. This offset V then corresponds to the deviation of the actual position of the pre-hole axis Av from the assumed position. Thus, taking the offset V into account, the subsequent joining process, which is shown as a screwing process in Fig. 3a and Fig. 3b by way of example, can be carried out by the setting device 20 at a position corrected by the offset V.
Fig. 2b zeigt neben der finalen Position der Positioniereinheit 40, bei der die Tastkopfachse AT parallel zur tatsächlichen Vorlochachse Av ausgerichtet ist, auch die Gestaltung des Tastkopfes 42. Dieser ist bevorzugt so gewählt, dass der minimale Durchmesser d eines vorderen Endes des Tastkopfes 42 so gering ist, dass dieser im Rahmen der zulässigen Lageabweichung, beispielsweise 20%, bei Anfahren der angenommenen Vorlochposition vollständig innerhalb der Fläche des Vorloches 140 liegt. Der maximale Durchmesser D ist selbstverständlich größer als der maximal zulässige Vorlochdurchmesser Dv, so dass ein zuverlässiger Anschlag am Lochrand 142 gegeben ist. Die Höhe L des Tastkopfes 42 ist so bemessen, dass das vordere Ende nicht das untere Bauteil 110 berührt, bevor ein oberes Ende am Lochrand 142 anliegt. Fig. 2b shows the final position of the positioning unit 40, in which the probe axis AT is aligned parallel to the actual pre-hole axis Av, and also the design of the probe 42. This is preferably selected such that the minimum diameter d of a front end of the probe 42 is so small that it lies completely within the area of the pre-hole 140 within the permissible position deviation, for example 20%, when approaching the assumed pre-hole position. The maximum diameter D is of course larger than the maximum permissible pre-hole diameter Dv, so that a reliable stop is provided on the hole edge 142. The height L of the probe 42 is dimensioned such that the front end does not touch the lower component 110 before an upper end rests on the hole edge 142.
Fig. 3a zeigt den Beginn des Fügevorgangs für ein Verbindungselement 150, das vorliegend als eine Schraube ausgebildet ist, wobei für die Fügeposition die abgelegte Positionsinformation um den Versatz V korrigiert wurde, so dass eine recht präzise Positionierung der Schraube mit dem Schaftaußendurchmesser Ds in der Mitte des Vorlochs 140 erfolgen kann, so dass der Schraubvorgang auch in einem eng tolerierten Vorloch 140 durchgeführt werden kann. Fig. 3a shows the beginning of the joining process for a connecting element 150, which in the present case is designed as a screw, wherein the stored position information for the joining position has been corrected by the offset V, so that a very precise positioning of the screw with the shaft outer diameter Ds in the middle of the pilot hole 140 can take place, so that the screwing process can also be carried out in a pilot hole 140 with close tolerances.
Durch die geometrisch bedingte Selbstzentrierung des Tastkopfes 42 kann die Versatzermittlung so schnell und präzise erfolgen, dass im Rahmen des automatischen Fügens in sinnvoller Weise dem Fügevorgang eine Positionskorrektur vorgelagert werden kann. Due to the geometrically determined self-centering of the probe head 42, the offset can be determined so quickly and precisely that, as part of the automatic joining, a position correction can be sensibly carried out before the joining process.
Fig. 3b zeigt die fertig gefügte Bauteilverbindung 130. Fig. 3b shows the finished component connection 130.
In den Fig. 3a und Fig. 3b ist die Fügeeinheit 20 mit einem Aktuator 56 oder dergleichen ausgebildet, über den das Verbindungselement 150 in Fügerichtung FR bewegbar ist, um es jeweils im Vorloch 140 zu positionieren und mit den Bauteillagen 110, 120 zu verbinden. Vorliegend wird die Bewegung des Verbindungselementes 150 also durch die Fügeeinheit 20 bewirkt. In Fig. 3a and Fig. 3b, the joining unit 20 is designed with an actuator 56 or the like, via which the connecting element 150 can be moved in the joining direction FR in order to position it in the pilot hole 140 and to connect it to the component layers 110, 120. In the present case, the movement of the connecting element 150 is thus caused by the joining unit 20.
Es ist beispielsweise auch denkbar, dass die die Positioniereinheit 20 und die Fügeeinheit 40 jeweils einem Gelenkarm 48, 58 umfassen, wobei die jeweiligen Gelenkarme 48, 58 für die Bewegung des Tastkopfes 42 und des Verbindungselementes 150 zuständig sind. Alternativ ist es z.B. auch möglich, dass die Fügeeinheit 20 und die Positioniereinheit 40 einen gemeinsamen Gelenkarm aufweisen, d.h. die Bewegung des Tastkopfes 42 und des Verbindungselementes 150 in Fügerichtung wird lediglich durch einen Gelenkarm durchgeführt. It is also conceivable, for example, that the positioning unit 20 and the joining unit 40 each comprise an articulated arm 48, 58, wherein the respective articulated arms 48, 58 are responsible for the movement of the probe head 42 and the connecting element 150. Alternatively, it is also possible, for example, that the joining unit 20 and the positioning unit 40 have a common articulated arm, ie the movement of the probe head 42 and the connecting element 150 in the joining direction is carried out only by an articulated arm.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Vorrichtung (10) zum automatischen Fügen von Bauteilen (110, 120) eines Bauteilverbundes (130), bei welchem wenigstens eine oberste Bauteillage (120) ein Vorloch (140) mit einem Vorlochdurchmesser (Dv) an einer Fügestelle aufweist, wobei die Vorrichtung (10) eine Fügeeinheit (20), eine Positioniereinheit und eine Steuereinheit umfasst, wobei durch die Fügeeinheit (20) eine Fügeachse (As) definiert ist und ein Verbindungselement (150) in einer Fügerichtung (FR) entlang der Fügeachse (As) mit dem Bauteilverbund (130) verbindbar ist, wobei die Positioniereinheit (40) einen Tastkopf (42) umfasst, der eine an einem Lochrand (142) selbstzentrierende Gestaltung aufweist, wobei die Positioniereinheit (40) ferner ein mit dem Tastkopf (42) verbundenes Tastkopfführungselement (44) umfasst, wobei das Tastkopfführungselement (44) eine Tastkopfführungselementachse (AF) und der Tastkopf (42) eine Tastkopfachse (AT) definieren, wobei der Tastkopf (42) gegenüber dem Tastkopfführungselement (44) orthogonal zur Tastkopfführungselementachse (AF) beweglich ist, und ferner die Positioniereinheit (40) eine Messeinrichtung (46) umfasst, durch die eine Lageabweichung (V) zwischen der Tastkopfführungselementachse (AF) und der Tastkopfachse (AT) ermittelbar ist, wobei die Positioniereinheit einen Axialkrafterzeuger aufweist, durch den das Tastkopfführungselement (44) entlang der Tastkopfführungselementachse (AF) im Rahmen einer Axialbewegung bewegbar ist, so dass durch die Axialbewegung der Tastkopf (42) in das Vorloch (140) eindringt und sich eine radiale Ausgleichsbewegung des Tastkopfes (42) zum Tastkopfführungselement (44) so lange ergibt, bis der Tastkopf (42) zentriert im Vorloch (140) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf (42) über ein Lager (50) an das Tastkopfführungselement (44) angebunden ist, wobei der Tastkopf (42) zur radialen Ausgleichsbewegung eine Lagerreaktionskraft überwindet, die quer zur Axialbewegung des Tastkopfes (42) wirkt. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (50) quer zur Fügerichtung (FR) insbesondere in radialer Richtung eine nahezu reibungsfreie Bewegung des Tastkopfes (42) ermöglicht. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerreaktionskraft geringer ist als eine am Lochrand (142) des Vorlochs (140) auf den Tastkopf (42) wirkende Querkraft, welche mittels einer auf den Tastkopf (42) wirkende Axialkraft (F) erzeugt wird. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkraft (F) mit einer Axialkrafterfassungsvorrichtung (54) gemessen wird. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Suchkraft eingestellt wird, bis zu welcher der Tastkopf (42) mit Axialkraft (F) beaufschlagt wird; die Suchkraft ist so hoch, dass die Lagerreaktionskraft überwunden wird, bevor die Suchkraft im Anschlag oder in einer finalen Position erreicht ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der Suchkraft angenommen wird, dass der Tastkopf (42) koaxial im Vorloch (140) positioniert ist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Suchkraft kleiner als 600N ist. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf (42) eine kegelstumpfartige Kontur besitzt, die sich in Fügerichtung (FR) verjüngt. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf (42) einen Kegelstumpf aufweist, der einen maximalen Kegeldurchmesser (D), einen minimalen Kegeldurchmesser (d) und eine Höhe (L) besitzt, und einem Kegelverhältnis von C = (D-d) / L > 1 entspricht, insbesondere der halbe Kegelwinkel (alpha) derart gewählt ist, dass die Lagerreaktionskraft < Suchkraft x tan alpha. 11 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Kegeldurchmesser (d) < 0,7 x den Vorlochdurchmesser (Dv) ist und der maximale Kegeldurchmesser (D) > 1 ,5 x den Vorlochdurchmesser (Dv) ist. Patent claims Device (10) for automatically joining components (110, 120) of a component assembly (130), in which at least one uppermost component layer (120) has a pre-hole (140) with a pre-hole diameter (Dv) at a joining point, wherein the device (10) comprises a joining unit (20), a positioning unit and a control unit, wherein a joining axis (As) is defined by the joining unit (20) and a connecting element (150) can be connected to the component assembly (130) in a joining direction (FR) along the joining axis (As), wherein the positioning unit (40) comprises a probe head (42) which has a self-centering design at a hole edge (142), wherein the positioning unit (40) further comprises a probe head guide element (44) connected to the probe head (42), wherein the probe head guide element (44) define a probe guide element axis (AF) and the probe (42) define a probe axis (AT), wherein the probe (42) is movable relative to the probe guide element (44) orthogonally to the probe guide element axis (AF), and furthermore the positioning unit (40) comprises a measuring device (46) by means of which a positional deviation (V) between the probe guide element axis (AF) and the probe axis (AT) can be determined, wherein the positioning unit has an axial force generator by means of which the probe guide element (44) is movable along the probe guide element axis (AF) within the scope of an axial movement, so that the axial movement causes the probe (42) to penetrate into the pre-hole (140) and a radial compensating movement of the probe (42) relative to the probe guide element (44) occurs until the probe (42) is centered in the Pre-hole (140) is arranged. Device according to claim 1, characterized in that the probe head (42) is connected to the probe head guide element (44) via a bearing (50), wherein the probe head (42) overcomes a bearing reaction force for the radial compensating movement, which acts transversely to the axial movement of the probe head (42). Device according to claim 2, characterized in that the bearing (50) enables a nearly friction-free movement of the probe head (42) transversely to the joining direction (FR), in particular in the radial direction. Device according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the bearing reaction force is less than a transverse force acting on the probe head (42) at the hole edge (142) of the pilot hole (140), which is generated by means of an axial force (F) acting on the probe head (42). Device according to claim 4, characterized in that the axial force (F) is measured with an axial force detection device (54). Device according to one of the preceding claims 4 or 5, characterized in that a search force is set up to which the probe head (42) is subjected to axial force (F); the search force is so high that the bearing reaction force is overcome before the search force is reached in the stop or in a final position. Device according to claim 6, characterized in that when the search force is reached, it is assumed that the probe head (42) is positioned coaxially in the pilot hole (140). Device according to one of the preceding claims 6 or 7, characterized in that the search force is less than 600N. Device according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the probe head (42) has a truncated cone-like contour that tapers in the joining direction (FR). Device according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the probe head (42) has a truncated cone that has a maximum cone diameter (D), a minimum cone diameter (d) and a height (L), and corresponds to a cone ratio of C = (Dd) / L > 1, in particular the half cone angle (alpha) is selected such that the bearing reaction force < search force x tan alpha. 11. Device according to claim 10, characterized in that the minimum cone diameter (d) is < 0.7 x the pre-hole diameter (Dv) and the maximum cone diameter (D) is > 1.5 x the pre-hole diameter (Dv).
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (40) eine Rückstelleinheit umfasst, mit welcher der verschobene Tastkopf (42) in eine Ausgangposition zurückgestellt wird, so dass insbesondere die Tastkopfachse (AT) und die Tastkopfführungselementachse (AF) koaxial zueinander liegen. 12. Device according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the positioning unit (40) comprises a reset unit with which the displaced probe head (42) is reset to an initial position, so that in particular the probe head axis (AT) and the probe head guide element axis (AF) are coaxial with one another.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinheit ein Element umfasst, durch das der Tastkopf (42) bewegbar ist. 13. Device according to claim 12, characterized in that the reset unit comprises an element by which the probe head (42) is movable.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelstumpf eine Härte von mehr als 320 HV aufweist. 14. Device according to one of the preceding claims 10 to 13, characterized in that the truncated cone has a hardness of more than 320 HV.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialkrafterzeuger eine Feder (52) und/oder ein Antriebsmittel einer das Tastkopfführungselement (44) bewegenden Maschine darstellt, insbesondere ein Gelenkarmroboter (48) oder ein Traversensystem ist, wobei das Antriebsmittel den Tastkopf und gegebenenfalls auch das Tastkopfführungselement in Axialrichtung mit der Axialkraft beaufschlagt. 15. Device according to one of the preceding claims 1 to 14, characterized in that the axial force generator is a spring (52) and/or a drive means of a machine moving the probe head guide element (44), in particular an articulated arm robot (48) or a traverse system, wherein the drive means applies the axial force to the probe head and optionally also to the probe head guide element in the axial direction.
16. Verfahren zum Fügen von Bauteilen (110, 120) eines Bauteilverbundes (130) mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: 16. Method for joining components (110, 120) of a component assembly (130) with a device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that:
(a) das Tastkopfführungselement (44) mit seiner Tastkopfführungselementachse (AF), ZU der die Tastkopfachse (AT) in einer ersten Position koaxial ausgerichtet ist und in eine zweite Position bringbar ist, bei der die Tastkopfachse (AT) gegenüber der Tastkopfführungselementachse (AF) versetzt angeordnet ist, wobei die Tastkopfführungselementachse koaxial zu der angenommenen Vorlochachse (Av) positioniert wird; (a) the probe guide element (44) with its probe guide element axis (AF), with which the probe axis (AT) is coaxially aligned in a first position and can be brought into a second position in which the probe axis (AT) is arranged offset with respect to the probe guide element axis (AF), wherein the probe guide element axis is positioned coaxially with the assumed pre-hole axis (Av);
(b) das Tastkopfführungselement (44) in Fügerichtung (FR) bewegt wird, bis der Tastkopf (42) zentriert am Vorloch (140) anliegt; (b) the probe guide element (44) is moved in the joining direction (FR) until the probe (42) is centered on the pilot hole (140);
(c) zur Positionierung des Tastkopfes (42) im Vorloch (140) der Tastkopf (42) mit einer Axialkraft (F) beaufschlagt wird; (d) wenn die Zentrierung im Vorloch beendet ist, und die Tastkopfachse (AT) mit einem Versatz (V) gegenüber der Tastkopfführungselementachse (AF) in einer zweiten Position anliegt, wird eine angepasste Fügeposition unter Berücksichtigung des ermittelten Versatzes (V) bestimmt; (e) Fügen des Verbindungselement (150) an der angepassten Fügeposition. Verfahren zum Fügen von Bauteilen (110, 120) eines Bauteilverbundes (130), nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf (42) von der zweiten Position wieder in die erste Position zurückgestellt wird. Verfahren zum Fügen von Bauteilen (110, 120) eines Bauteilverbundes (130), nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinheit (40) aus dem Bereich des Vorlochs (140) weggefahren wird und die Fügeeinheit (20) an die angepasste Fügeposition verfahren wird. (c) for positioning the probe head (42) in the pre-hole (140), the probe head (42) is subjected to an axial force (F); (d) when centering in the pilot hole is complete and the probe axis (AT) is in a second position with an offset (V) relative to the probe guide element axis (AF), an adjusted joining position is determined taking into account the determined offset (V); (e) joining the connecting element (150) at the adjusted joining position. Method for joining components (110, 120) of a component assembly (130), according to claim 16, characterized in that the probe (42) is returned from the second position to the first position. Method for joining components (110, 120) of a component assembly (130), according to claim 16 or 17, characterized in that the positioning unit (40) is moved away from the region of the pilot hole (140) and the joining unit (20) is moved to the adjusted joining position.
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