CN107530819A - 用于将铆钉施加在零件上的包括用于检查并校正铆接操作装置相对于所述零件的位置的装置的设备 - Google Patents

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Abstract

通过将测量装置(5)关联到操作装置(2)来检查并校正操作装置(2)相对于零件(P)的位置，测量装置(5)携带多个传感器(505)，多个传感器(505)相对于操作装置(2)被定位在给定位置处，传感器(505)适合于借助于非接触式技术测量传感器自身沿着具有给定定向的相应方向(l、r、s)距零件(P)的表面(π)的距离。由所述非接触式传感器(505)检测到的测量值被处理以获得至少一个角度值，至少一个角度值指示操作装置(2)的主运转轴线(X1)相对于由零件(P)的所述表面(π)限定的操作轴线(X2)的定向。借助于所述处理步骤获得的信息如果必要的话被用于产生用于控制所述定位设备(1)的信号从而相对于零件(P)根据所期望的定向来定位所述操作装置(2)。

Description

用于将铆钉施加在零件上的包括用于检查并校正铆接操作装 置相对于所述零件的位置的装置的设备
技术领域
本发明涉及用于检查并校正操作装置相对于零件的位置的***和方法。
背景技术
措辞“操作装置”被使用在本说明书和所附权利要求中，以指示能够在工业工厂中使用以便实施工业操作的任何装置、器具、或工具。
本文中所描述的一种特定应用是铆接装置的应用，所述铆接装置由操纵器机器人携带并且被设计成例如在机动车辆装配线中将连结铆钉施加在金属板材元件上。本发明的应用的另一示例是由操纵器机器人携带的电子点焊枪的应用，或仅仅简单地是由操作员手动控制的焊枪的应用。又一示例由操纵器机器人携带的辊卷边(roller-hemming)装置构成。
在上面提及的类型的任何应用中，存在有使操作装置相对于工件恰当地定位并定向的问题。特别地，这里参考如下情况，在所述情况中，操作装置具有主运转轴线，主运转轴线相对于操作装置具有预定的位置和定向，并且零件具有限定优先轴线(preferentialaxis)的表面，操作必须沿着优先轴线执行，这里优先轴线被称为“操作轴线”，操作轴线相对于零件的前述表面具有预定的位置和定向。
在例如铆接装置的情况中，通常必要的是，对应于铆钉的施加方向的装置主运转轴线相对于操作本身在其上实施的零件表面部分(例如，金属板材元件)在预定的误差余量内正交。同样地，在焊枪的情况中或在辊卷边头的情况中，必要的是使工具相对于零件正确地定向。
在机动车辆装配线的特定情况中，使操作装置(例如铆接装置或焊枪、或者辊卷边头)恰当定向的问题变得更加复杂化，这是由于构成将要被加工的结构的金属板材可能呈现不均匀的质量，使得即使在安装的初步装配期间操作装置被精确地定位，但在正常生产期间，缺陷可能出现在最终所生产的结构中。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种具有普遍适用性的检查装置，所述检查装置可以通过简单且快速的操作而被关联到任何操作装置，并且所述检查装置将能够于在每个单个零件上(或者，如果优选地，周期性地在每个预定批次零件中的零件上)执行操作之前实时执行如下的检查操作，所述检查操作关于操作装置相对于零件的位置和定向，并且如果必要，还关于对操作装置的位置和/或定向的校正，从而确保操作的必要质量。
发明内容
着眼于实现上面的目的，本发明的主题是一种用于检查并校正操作装置相对于零件的位置的装置，
-其中，操作装置具有主运转轴线，主运转轴线相对于操作装置具有预定的位置和定向；
-其中，零件具有表面，表面限定操作轴线，操作轴线相对于零件的所述表面具有预定的位置和定向；并且
-其中，设备被提供以便使操作装置和/或零件定位，设备能够修改操作装置相对于零件的位置和/或定向，
所述位置检查和校正装置的特征在于，其包括：
-测量装置，测量装置能够被关联到操作装置并且相对于操作装置在给定位置处携带一个或多个传感器，所述传感器适合于借助于非接触式技术测量传感器沿着具有给定定向的相应方向距零件的所述表面的距离；
-第一电子处理器件，所述第一电子处理器件被构造成用于处理由所述非接触式传感器检测到的测量值，从而获得至少一个角度值，角度值指示操作装置的所述主运转轴线相对于由零件限定的所述操作轴线的定向；以及
-第二电子控制器件，所述第二电子控制器件适合于使用从所述第一电子处理器件得出的信息，从而如果必要的话产生控制信号，控制信号被所述定位设备使用以便相对于零件根据所期望的定向来定位所述操作装置。
在优选的实施例中，上面所提到的测量装置包括支撑结构以及至少三个传感器，支撑结构能够在给定位置中被关联到操作装置，至少三个传感器用于非接触式距离测量，至少三个传感器被所述支撑结构携带在给定位置中，并且适合于检测沿着至少三个相应测量方向距零件表面的相应距离的测量值。更具体地，在前述的示例性实施例中，上面的支撑结构能够在如下位置中可移除地关联到操作装置，在所述位置中，所述传感器绕着操作装置的所述主运转轴线分布，所述传感器具有前述的三个测量方向，三个测量方向朝着零件表面互相会聚。
再次在优选的示例性实施例的情况中，支撑结构包括传感器携带部分和附接部分，传感器携带部分具有用于携带前述传感器的壁，壁适合于在两侧或更多侧上以一距离围绕操作装置，附接部分适合于被固定到由用于使操作装置定位的自动化设备携带的元件，所述附接部分以悬臂方式支撑所述传感器携带部分。
再次在优选的示例性实施例的情况中，所述自动化定位设备是携带操作装置并被提供有电子控制器的操纵器机器人。
在这种情况中，优选地，前述第一电子处理器件和第二电子控制器件两者均被包括在机器人的控制器内。然而，不排除如下的方案，在所述方案中，作为替代，第一电子处理器件被包括在前述传感器中，或者在任何情况中，被包括在包括传感器的前述测量装置中。
归功于上面的特征，本发明使得在生产线上进行正常生产期间连续且有效地检查操作装置的恰当定位的问题能够以简单且有效的方式得以解决。
考虑到根据本发明的装置能够以简单且快速的方式被关联到任何操作装置，所以根据本发明的装置具有普遍适用性。其能够于在每个单个零件上(或者如果优选地，周期性地在每个预定批次零件中的零件上)执行操作之前，实时执行如下的检查，所述检查关于操作装置相对于零件的位置和定向，并且此外如果必要的话使得即刻执行对操作装置的位置和/或定向的校正成为可能，从而保证操作的必要质量。
就如下***而言，使携带传感器的支撑结构相对于操作装置定位也能够以不精确的方式实施，所述***能够在装配阶段期间通过将***的“零”位置存储在存储器中而得到标定，在所述***中，电子控制器件检测操作装置的主轴线的恰当定向。
当然，相对于本文中仅仅以示例的方式得到说明的内容，所使用的传感器的类型以及它们被预先布置成与操作装置关联所采用的方式可以广泛地改变。
本发明的主题另外是一种根据在所附权利要求9中详细说明的内容的用于检查并校正操作装置的位置的方法。
附图说明
参照附图，本发明的进一步的特征和优势将从以下的描述中呈现，附图仅仅以非限制性示例的方式而被提供，并且在附图中：
-图1是携带铆接装置的操纵器机器人的示意图，根据本发明的检查和定位装置被关联到铆接装置；
-图2是图1的铆接装置的处于放大比例的透视图，根据本发明的检查和定位装置被关联到铆接装置；
-图3是根据本发明的检查和定位装置的处于放大比例的透视图；
-图4是根据本发明的装置的简图；以及
-图5是图1的变体，其示出了将本发明应用到装备有电子点焊枪的操纵器机器人。
具体实施方式
参照图1，附图标记1总体上标示携带铆接装置2的任何已知类型的操纵器机器人。根据常规技术，操纵器机器人1包括绕着多个轴线I、II、III、IV相互铰接的一连串元件，其以绕着两个相互垂直的轴线V、VI铰接的机器人手腕(wrist)而终止。构成操纵器机器人1的一连串元件的近端元件是凸缘F，C形框架4的凸缘3连接到凸缘F，C形框架4构成铆接装置2的支撑结构。
根据常规技术，构成操纵器机器人1的各种元件由电马达控制，电马达的驱动由机器人控制器RC控制，从而以任何所期望的方式使铆接装置2位移、定位和定向。
在所图示的示例的情况中，铆接装置2被设计成将连结铆钉施加到金属板材元件，金属板材元件构成零件P，铆接装置在零件P上操作。在操作执行期间，构成零件P的元件被适合于该目的的任何夹持工具B夹持在适当的位置中(仅示意性地图示在图1中)。
图2图示出处于放大比例的铆接装置2。不在本文中描述该装置的构造的细节，因为它们可以以任何已知的方式形成，并且还就考虑它们本身而言，不落在本发明的范围内。大体上讲，铆接装置2包括圆柱形主体200，气动致动器201被关联到圆柱形主体200，气动致动器201从铆钉贮器202连续接收将被施加的铆钉并将它们施加在构成零件P的金属板材元件上，气动致动器201沿方向X1供给铆钉，方向X1限定铆接装置2的主运转轴线。
铆钉被施加在零件P的平面表面部分π上，零件P的平面表面部分π限定执行操作的优先轴线X2，这里优先轴线X2被称为“操作轴线”。在所图示的应用的情况中，操作轴线X2典型地是与表面π正交的轴线。
通常，铆接操作的恰当执行要求铆接装置2的主运转轴线X1相对于由零件表面限定的操作轴线X2具有给定的位置和/或定向。在附图中图示出的特定示例中，轴线X1必须大体上与轴线X2相符。
根据本发明，测量装置5被关联到铆接装置2，测量装置5是考虑到检查并校正铆接装置2的位置而被使用的。在图3中更加清楚地可见该装置。参照图3中图示出的示例，装置5包括支撑结构500，支撑结构500邻近附接凸缘3牢固地连接到操作装置2的C形框架4。
再次参照所图示出的特定示例，支撑结构500包括彼此间隔开的两个平行平板501，其具有顶端，顶端具有用于接合螺钉的孔以便附接到C形框架4的两侧。板501的底端部分502由前板503牢固地连接在一起。由前述端部分502以及由前板503构成的结构被设定在绕着装置的主轴线X的三个相互正交的平面中。由板501的端部分502以及由前板503限定的三个平面中的每个都携带相应的感测单元504，感测单元504中的每个包括距离传感器505(在图3中以分解图来图示)，在本文中所描述的示例的情况中，距离传感器505由任何已知类型的以反射方式操作的光学激光传感器构成。也可以使用任何其它已知类型的采用非接触式技术操作的距离传感器。
如可以看到的，支撑结构500因此包括传感器携带部分500A和附接部分500B(在图示出的示例中，由板501的附接端构成)，传感器携带部分500A由壁502、503构成，壁502、503在两侧或更多侧上以一距离围绕操作装置2，附接部分500B被固定到由携带操作装置的设备(在特定的情况中，机器人1)携带的元件，并且附接部分500B被设计成以悬臂方式支撑传感器携带部分500A。
归功于上面所描述的布置结构，根据本发明的装置能够容易地适用在任何操作装置上，至多经修改支撑结构500的构造。
每个单元504包括电子卡(electronic card)505a，电子卡505a被设计成接收从相应传感器505得出的信号并将它们发送到电子处理单元506(参见图4)，电子处理单元506被构造成用于处理从传感器505得出的信息。再次参照图4，三个传感器505沿三个相应的方向l、r、s操作，并且被设计成检测传感器中的每个自身沿着相应的操作方向距平面π的距离。在图示出的示例中，绕着操作轴线X1布置的三个传感器505沿方向l、r、s定向，方向1、r、s沿零件P的方向略微会聚。在任何情况中，方向l、r、s与零件P的平面π相交的理论点沿着圆周定位，圆周的半径R(参见图4)小于在操作装置的轴线X和零件P的边缘之间必须维持的最小距离d，以便恰当地实施铆接操作。
关联到三个传感器505的单元504将关于相应测量结果的信息发送到电子处理单元506。电子处理单元506被构造成用于处理该信息，以便获得关于操作装置2的主运转轴线X1(与其相关的传感器505的位置从专门的标定操作获知)相对于由零件P限定的操作轴线X2(即，在图示出的示例中，与平面表面π正交的轴线X2)的定向的信息。轴线X1相对于轴线X2的定向由一个或多个角度限定，处理单元506能够基于由传感器505作出的测量结果来确定所述一个或多个角度。
根据最通常的布置结构，从处理单元506得出的信息在电子控制单元507中被使用，从而如果必要的话产生一信号来控制用于使操作装置2定位的设备，从而正确地定向该装置。
然而，在图示出的实施例的情况中，电子处理单元506(其基于由传感器505作出的测量结果计算轴线X1相对于轴线X2的倾斜角度)和电子控制单元507(其实施对操作装置2的位置的校正)两者均被包括在机器人控制器RC中。
在一变体中，作为替代，处理单元506被集成在单元504中，和/或被关联到用于支撑传感器的结构500，而单元507被集成在机器人控制器RC中。
根据本发明，在每个单个零件上进行操作之前，或者如果如此优选地，在周期性地在每个预定批次零件中的一个零件上进行操作之前，测量装置5即刻被激活，以使得电子单元506能够接收由传感器505作出的测量结果并对它们进行处理，从而计算铆接装置2的主运转轴线X1相对于由零件P限定的操作轴线X2的至少一个倾斜角度值。如果取回的倾斜角度不在预定误差余量内与所期望的值相符，则由电子处理单元506产生的信息被单元507使用从而通过闭环控制来正确地定位和定向铆接装置。如已经提到的，在本文中图示出的实施例中，单元506、507的功能全部由机器人控制器RC执行。
如从前述的说明中清楚地呈现的，根据本发明的装置可以容易地且快速地应用到操作装置，以便使得操作装置能够实时控制其自身，从而确保恰当地执行任何操作。
如已提到的，应用到由操纵器机器人携带的铆接装置在这里仅仅以示例的方式而被提供。
图5图示出一变体，在该变体中，根据本发明的装置5由支撑结构500携带，支撑结构500被关联到由操纵器机器人1携带的电子点焊枪W。在这种情况中，操作装置的主轴线X1是如下的轴线，沿着所述轴线，枪W的两个电极在它们之间挤压构成零件P的将要被焊接的结构的两个金属板材元件。操作轴线X2是与将要被焊接的金属板材的两个凸缘正交的轴线。
一种与图5的应用类似的应用是携带辊卷边头的操纵器机器人的应用。
然而，同样如已提到的，本发明可以被应用到任何其它的操作装置，也可以应用到由操作员手动控制的情况中。
当然，在不损害本发明的原理的情况下，结构细节和实施例相对于仅仅以示例的方式已在本文中描述和图示的内容可以广泛地改变，而不会由此偏离本发明的范围。

Claims (5)

1.一种用于将铆钉施加在零件(P)上的设备，包括：
-铆接操作装置(2)，所述铆接操作装置(2)具有主运转轴线(X1)，所述主运转轴线(X1)相对于所述铆接操作装置(2)具有预定的位置和定向；
-其中，所述零件(P)具有表面(π)，所述表面(π)限定操作轴线(X2)，所述操作轴线(X2)相对于所述零件(P)的所述表面(π)具有预定的位置和定向；并且
-其中，装置(1)被提供以便相对于所述零件(P)定位所述铆接操作装置，并且能够修改所述铆接操作装置(2)相对于所述零件(P)的位置和/或定向，
-其中，所述定位设备(1)是携带所述操作装置(2)且提供有电子控制器(RC)的操纵器机器人，所述操纵器机器人包括绕着多个轴线(I、II、III、IV、V、VI)相互铰接的一连串元件，其以携带所述铆接装置(2)的机器人手腕而终止，
所述设备的特征在于，其还包括用于检查并校正所述铆接装置(2)相对于所述零件(P)的位置的装置，所述检查和校正装置包括：
-测量装置(5)，所述测量装置(5)能够被关联到所述铆接操作装置(2)并且相对于所述铆接操作装置(2)在给定位置处携带一个或多个传感器(505)，所述传感器(505)适合于借助于非接触式技术测量所述传感器沿着具有给定定向的相应方向(l、r、s)距所述零件(P)的所述表面(π)的距离；
-第一电子处理器件，所述第一电子处理器件被构造成用于实施对由所述非接触式操作传感器(505)检测到的测量值的处理，从而获得至少一个角度值，所述至少一个角度值指示所述铆接操作装置(2)的所述主运转轴线(X1)相对于由所述零件(P)限定的所述操作轴线(X2)的定向；以及
-第二电子控制器件，所述第二电子控制器件适合于使用从所述第一电子处理器件得出的信息，从而如果必要的话产生控制信号，所述控制信号被所述定位机器人(1)使用以便相对于所述零件(P)根据所期望的定向来定位所述铆接操作装置(2)；
其特征在于，所述测量装置(5)包括支撑结构(500)以及至少三个传感器(505)，所述支撑结构(500)能够在给定的位置中被关联到所述操作装置(2)，所述至少三个传感器(505)用于非接触式距离测量，所述至少三个传感器(505)被所述支撑结构(500)携带在给定位置中，并且适合于检测沿着至少三个相应测量方向(l、r、s)距所述零件(2)的所述表面(π)的相应距离的值，并且其特征在于，所述支撑结构(500)能够在如下位置中可移除地关联到所述铆接操作装置(2)，在所述位置中，所述传感器(505)绕着所述铆接操作装置的所述主运转轴线(X1)分布，并且其特征在于，在所述情况中，所述三个测量方向(l、r、s)沿所述零件(P)的所述表面(π)的方向相互会聚。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑结构包括：
-传感器携带部分，所述传感器携带部分具有壁(502、503)，所述壁(502、503)携带前述传感器(505)并且适合于在两侧或更多侧上以一距离围绕所述操作装置(2)；以及
-附接部分(501)，所述附接部分(501)被固定到由用于使所述操作装置定位的所述自动化设备(1)携带的元件，并且适合于以悬臂方式支撑所述传感器携带部分。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一电子处理器件和所述第二电子控制器件被包括在单个电子单元中。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一电子处理器件被包括在所述传感器中。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子机器人控制器(RC)包括所述第一电子处理器件和所述第二电子控制器件。
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