WO2017216132A1 - Fügeeinheit, fügeeinrichtung und fügeverfahren - Google Patents

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WO2017216132A1
WO2017216132A1 PCT/EP2017/064345 EP2017064345W WO2017216132A1 WO 2017216132 A1 WO2017216132 A1 WO 2017216132A1 EP 2017064345 W EP2017064345 W EP 2017064345W WO 2017216132 A1 WO2017216132 A1 WO 2017216132A1
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joining
magazine
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PCT/EP2017/064345
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Zafer Bozada
Robert Haman
Original Assignee
Kuka Roboter Gmbh
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B23P19/001—Article feeders for assembling machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/30—Particular elements, e.g. supports; Suspension equipment specially adapted for portable riveters
    • B21J15/32—Devices for inserting or holding rivets in position with or without feeding arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/001—Article feeders for assembling machines
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers

Definitions

  • the invention relates to a joining unit, a
  • Joining device in particular screw device, and a joining method with the features in the preamble of
  • the claimed joining technique i.
  • the joining unit and the joining method and the joining device have different advantages. They allow a fully automatic joining of
  • the joining process can be automated, shortened in the process and made process reliable.
  • the cycle time can be kept short and made independent of any critical shapes of the joining elements.
  • the claimed joining technique has an increased
  • the joining elements may be in any manner, e.g. as screws, rivets, bolts or the like. be trained.
  • the joining technique is particularly suitable for use in conjunction with
  • the joining elements can be designed in particular as micro screws with a thread size of ⁇ M2.
  • Joining elements can alternatively or additionally as
  • Microelements in particular micro screws or
  • Joining elements have a K-S ratio of about 1: 1.
  • the K-S ratio refers to the head diameter (K) and the shaft length (S).
  • the joining unit has a movable magazine for
  • Joining elements which is arranged together with the joining tool, preferably under this, on a frame.
  • the latter can be connected via a connection, in particular a robot connection, with a handling device, in particular an industrial robot or a stand.
  • the magazine may accommodate a plurality of different joining elements which may be in any manner, e.g. can differ in type and / or format.
  • the joining tool can be designed accordingly. It is e.g. when
  • the joining technique is highly flexible and can process different joining elements, in particular different screw formats, together.
  • the joining unit has a preferably associated with the joining tool detection device, with which the
  • Joining elements in the magazine in particular their existence and position, can be detected.
  • the joining tool can have a holder, in particular a controllable vacuum cleaner, for receiving a joining element.
  • Joining element in particular its existence and position on the holder, can be monitored.
  • the joining tool can also be a uniaxial or multiaxial driven joining head for delivering and joining the recorded
  • the magazine has one or more element storage, each of which is designed for the positioning of a plurality of joining elements.
  • Disk-like element memory have holding means for each one joining element.
  • the element storages are arranged movably in the magazine. They can be adjusted together by means of an adjusting device in the magazine relative to each other and as a group.
  • the joining unit has a controllable adjusting device with an adjusting axis for generating a preferably translational relative movement between the
  • the joining unit also has a controllable
  • Adjustment device with one or more, preferably rotatory adjusting axis (s) for the magazine, in particular its element memory on.
  • the adjusting device and the adjusting device can be combined.
  • the element stores can be adjusted together in the magazine relative to each other and as a group.
  • Element stores can be stored separately and independently movable and controllable.
  • the magazine also has a support for the element storage.
  • the element storage can be arranged in a defined position and releasably on the support device.
  • the carrying device can with the
  • Adjustment device for the relative adjustment to
  • the carrying device is also connected to the adjusting device and the
  • the element storage can be adjusted by several adjusting axes.
  • the element stores in the magazine are e.g. around several axes, e.g. about two rotary adjusting axes, adjustable or can
  • the support means may be a movable support member, in particular a carousel, for a group of
  • the ElementSpeicher can this in turn on other support element, in particular trunnions, independently movable,
  • the adjusting device may, for example, an actuator for the support element, in particular carousel, and a common actuator
  • the adjusting device and possibly the adjusting device can be a positioning for the
  • the holding means and the joining elements can be positioned exactly as required relative to the joining tool. Thanks to the position detection of each holding device and each collated joining element, the material flow
  • Detection device can the actual
  • the joining tool and the magazine can be relative
  • a detection position e.g. a detection position, a receiving position and a joining position.
  • the joining device can have a single or multi-axially movable, programmable handling device for generating relative movements between the joining unit and a plurality of joints on a workpiece.
  • a single or multi-axially movable, programmable handling device for generating relative movements between the joining unit and a plurality of joints on a workpiece.
  • Handling device to move the joining unit relative to a stationary or unsteady workpiece.
  • the handling device can move the workpiece relative to the joining unit.
  • several handling devices can move the joining unit and the workpiece relative to one another.
  • Handling device can in any way
  • the handling device is a multi-axis programmable industrial robot.
  • the joining process it is advantageous if the
  • Handling device in particular the industrial robot tactile trained and sensitive skills
  • the handling device or the industrial robot may have an associated sensor which absorbs external loads.
  • Particularly favorable is an embodiment with a tactile robot with sensitive capabilities, which has an integrated sensor.
  • Figure 8 a perspective top view of the
  • Figure 9 a perspective top view of the
  • FIG. 10 a perspective rear view of FIG
  • the invention relates to a joining unit (2) for
  • the invention further relates to a joining device (1) with a
  • FIG. 1 shows such a joining device (1). It can e.g. be designed as a screw. It has a multiaxially movable handling device (4) with an attached joining unit (2). The joining unit (2) is guided by the handling device (4) and moved relative to one or more workpieces (46) and the local one or more joints.
  • the joining unit (2) is guided by the handling device (4) and moved relative to one or more workpieces (46) and the local one or more joints.
  • Workpieces (46) may be arranged stationary or by means of an arrow indicated
  • Transport means (47) are moved.
  • the joining unit (2) can be arranged stationary, e.g. on a stand.
  • the joining unit (2) and the one or more workpieces (46) each of a
  • Handling device (4) are guided and moved.
  • the joining unit (2) serves to join the workpieces (46) by means of one or more joining elements (3).
  • Joining elements (3) can be designed differently, for example as screws, rivets, bolts, clamps or the like.
  • the joining elements (3) can be used as tiny elements,
  • Such minute elements having a head (K) and a shank (S) may have a K-S ratio of preferably 1 1: 1.9.
  • the K-S ratio may be in the range of about 1: 1.
  • the envelope shape of such microelements can be essentially spherical. Alternatively or additionally
  • Micro screws have a thread size of ⁇ M2. In Figures 1 and 6 such micro screws are indicated.
  • the workpieces (46) can be of any type. You can e.g. as electronic communication devices, in particular mobile phones, tablets, laptops and / or the like. be designed. You can one or more
  • boards or other device parts can be joined or mounted on a housing or a carrier.
  • the joining process can be used as a screwing process
  • Riveting or be designed in other suitable manner.
  • the joining unit (2) has a joining tool (7) and a movable magazine (8), each for the
  • Joining elements (3) are provided and formed.
  • the joining tool (7) and the magazine (8) are arranged together on a frame (5).
  • the magazine (8) can have several different ones
  • Pick up joining elements (3) may differ in style and / or format.
  • the joining elements (3) as screws, in particular micro screws, and the joining tool (7) designed as a screwing tool.
  • the joining tool (7) has a joining head (18), e.g. a screw head, and a drive (17) for its uniaxial or multi-axis movement. This can e.g. be a linear feed movement and a rotary screw movement.
  • the joining tool (7) has an effective axis (20) or joining axis shown in FIG. 1, along which the drive (17) moves the joining head (18) back and forth
  • the joining tool (7) also has a holder (19) for receiving a joining element (3).
  • the holder (19) is preferably designed as a controllable vacuum cleaner, which holds the joining element (3) at the top of the joining head (18) with negative pressure.
  • the presence and position of a joining element (3) on the joining head (18) can also be monitored via the vacuum cleaner or the adjacent negative pressure.
  • the holder (19) as a magnet, in particular permanent or electric magnet may be formed.
  • Existence and position monitoring is alternatively provided in other ways, e.g. by means of a sensor, possible.
  • the joining tool (7) is connected to a delivery device (6), which in turn is arranged on the frame (5). With the ZuStell Hughes (6), the joining tool (7) relative to the magazine (8) can be adjusted. It can
  • the adjusting device (6) according to FIG. 8 has a delivery drive (40) and a with the frame (5) connected to guide (41).
  • the joining tool (7) is on a driven part (42), for example
  • the frame (5) has a connection (39) for fixed or detachable mounting of the joining unit (2) on a
  • connection (39) is designed as a robot connection.
  • the magazine (8) can accommodate a plurality of joining elements (3). These can be the same or different. In particular, they may be in their nature and / or format, e.g. Screw format, different.
  • the movable magazine (8) is arranged in the joining direction (20) under the joining tool (7).
  • the joining tool (7) can remove or take a joining element (3) fully automatically from the magazine (8) with the holder (19) and attach it to an underlying workpiece (46).
  • This magazine arrangement under the joining tool (7) is at least temporarily, in particular in one
  • Joining tool (7) can be arranged in its highest position, in which it is by the ZuStell noise (6) maximally removed from a position or the joining position (16) according to Figure 4 and 9, in which the
  • Joining elements (3) are attached to the workpiece (46).
  • the joining device (2) has a detection device (13). This is for the detection of joining elements (3) formed in the magazine (8).
  • the joining elements (3) have a known and defined position in the magazine (8).
  • the defection device (13) is associated, for example, with the joining tool (7) and is located next to it.
  • the joining head (18) is located in the detection area of the defection device (13) when the joining tool (7) is raised.
  • the defection device (13) Preferably, the defection device (13)
  • Embodiment it may be arranged relatively movable to the frame (5).
  • the defection device (13) can be designed in different ways. It has a De Stammionsfeld (37), which detects at least portions of the magazine (8) and preferably the joining head (18).
  • Defection device has a defection means (36), which in any suitable manner the
  • Joining elements (3) and the holding means (22) can detect.
  • the defection means (36) preferably works
  • the contactless and optical way It is e.g. designed as an electronic measuring camera.
  • the camera (36) looks from above on the magazine (8). It is with an image capture device and a
  • the joining unit (2) has an adjusting device (9) for
  • the adjusting device (9) moves the magazine (8) relative to the joining tool (7) along the preferably translational adjusting axis (29).
  • the magazine (8) is also movable in itself and has for this purpose a controllable adjusting device (12).
  • the adjusting device (9) and the adjusting device (12) can be combined with each other.
  • the magazine (8) is thereby movable over a plurality of and different adjusting axes (27, 28, 29).
  • the adjusting device (9) has an actuator (32).
  • the adjusting device (12) has several, in particular two actuators (30,31).
  • the magazine (8) has several, e.g. three, element memory (10), which are each formed for the positioning of a plurality of joining elements (3).
  • Element memory (10) can be designed differently. In the embodiments shown, they have a disk shape, in particular a circular disk shape and have a plurality of holding means (22) for each one joining element (3).
  • the holding means (22) are e.g. as holding openings in a storage body (21)
  • Disc shape of the element memory (10) is the
  • Memory body (21) formed as a disc body and may be enclosed by a raised edge.
  • the element stores (10) are preferably horizontal
  • the element memory (10) and its holding means (22) can be designed to accommodate different joining elements (3). This can be done within a
  • Element memory (10) similar joining elements (3) may be arranged, wherein the element memory (10) differ from each other in their element occupancy.
  • the magazine (8) has three separated and juxtaposed
  • circular disk-like element memory (10).
  • the number may alternatively be larger or smaller.
  • the disk shapes can be prismatic, in particular rectangular. Instead of a flat
  • the element memory (10) are arranged in the magazine (8) movable. They can move relative to each other. You can alternatively or additionally as a group
  • the ElementSpeicher (10) can be stored separately and each independently movable and controllable.
  • the magazine (8) has a carrying device (11) and the controllable adjusting device (12) for the
  • the carrying device (11) can be surrounded by a protective housing, which is shown in FIGS. 1 to 6 and removed in FIGS. 7 to 10.
  • the element storage devices (10) are each in a defined position and detachable on the carrying device (11)
  • the element memories (10) are each adjustable by a plurality of adjusting axes (27, 28, 29).
  • Adjustment is effected by the adjusting device (9) and the adjusting device (12).
  • the adjusting device (12) Preferably, three adjusting axes (27,28,29) are present.
  • the adjusting device (9) and its adjusting axis (29) serve for said relative movement of the entire magazine (8) relative to the joining tool (7). Im shown
  • the adjusting axis (29) is a
  • Linear axis wherein the associated actuator (32) is designed as a linear drive. It has a e.g.
  • the body (34) is stationary on the frame (5)
  • the output element (33), in particular the boom, is connected to the carrying device (11).
  • the adjusting axes (27,28) are shown in the
  • Embodiments designed as rotational adjustment axes Each element memory (10) in this case has its own adjusting axis (27), in particular axis of rotation.
  • the carrying device (11) according to FIGS. 7 to 10 has a movable support element (25) for a group of
  • the support element (25) is designed for example as a carousel. It has a support star (26), which is mounted on the output element (33) of the adjusting device (9) such that it can move about the adjusting axis (28), in particular rotatably. At the ends of the star arms each an element memory (10) is arranged. For this purpose, there is at the arm ends in each case a support element (23) which is formed, for example, as a support pin with preferably upright position.
  • the storage elements (10) can be detachably arranged in the magazine (8).
  • a memory receptacle (24) can be arranged, which is formed for example as a support disk and the element memory (10), in particular its memory body (21) in
  • the actuator (31) for the storage group drives the support means (11) preferably rotating.
  • Drive motor is arranged on the output element (33) and drives the support element (25) or carousel via a belt drive about the adjusting axis (28) to rotate.
  • Element memory (10) can be arranged concentrically around the adjusting axis (28) in a circle.
  • the element memories (10) can be used for movement,
  • a common actuator (30) which is designed as a rotary drive.
  • the drive motor is arranged on the support star (26) and drives a pinion a plurality of gears to the
  • Adjusting device (9) have a positioning device (35).
  • the position of each holding means (22) on the element stores (10) and in the magazine (8) is known and defined.
  • the movements and positions of the magazine (8) and its element memory (10) can be detected and monitored by means of corresponding sensors, in particular displacement sensors or rotary encoders and / or position sensors.
  • the current position of each holding means (22) can be detected and tracked at any time by means of a corresponding control.
  • the joining tool (7) and the magazine (8) can be adjusted relative to each other between a plurality of locally and functionally different positions (14,15,16).
  • the various positions (14,15,16) are illustrated in Figure 1 to 5.
  • a position is one shown in FIGS. 1 and 3
  • Detection position (14) for the detection of Fügelementen (3) in the magazine is a part of the
  • ElementSpeicher (10) with all holding means (22) are detected. In this case, it can be detected at which position-known holding means (22) a joining element (3) is arranged or not. This can be one
  • Holding means (22) is located. The type and size of the
  • Joining element (3) can be detected. This can be used to determine whether, for example, a designated screw with a certain head size is provided on the
  • Figure 5 illustrates a different position, which as
  • Joining elements (3) is provided from the magazine. In this receiving position (15), the joining element (3) provided for the next process step is brought into a suitable position relative to the joining tool (7).
  • the pad element (3) is located in the joining direction (20) directly below the joining head (18). The joining head (18) is on the
  • Joining element (3) lowered and takes with its holder (19) the joining element (3) controlled.
  • the detection device (13) can detect whether the correct joining element (3) is received and whether the recording is correct.
  • Figures 2 and 4 illustrate a further relative position between the joining tool (7) and magazine (8), as
  • Joining (16) is formed. In this joining position (16), the feed and joining path for the joining tool (7) in the action axis (20) is released. The magazine (8) is moved out of the range of movement of the joining tool (7). This can by the adjusting device (9) via the adjusting axis (29) and / or on the
  • Adjustment (12) and the adjusting axis (s) (27,28) take place.
  • the release may e.g. by a rotation of the storage group, wherein the joining tool by a free space or gusset between adjacent
  • Element storage (10) can submerge. It can do that be moved completely past the element stores (10) into a joining position (16).
  • the adjusting device (12) can optionally pre-orient the magazine (8) and its element storage (10) in a suitable manner for the next process step. This can e.g. the renewed taking of the detection position (14). Alternatively, the same again
  • Preorientation can be the one needed
  • Element memory (10) are pre-positioned so that the subsequent adjustment movement is simplified.
  • the element memory (10) by one or more
  • the setting step may then be e.g. be realized by the adjusting axis (29) and their simple displacement movement.
  • the one or more movable and programmable handling device (4) is e.g. designed as multiaxial programmable industrial robot according to Figure 1 to 3. This can have a plurality of translatory and / or rotary robot axes as well as a plurality of robot members.
  • This may be a solid or detachable compound, e.g. by means of an exchangeable coupling.
  • the latter can be one
  • the handling device (4) has an associated sensor (45), which receives and evaluates external loads and a controller, in particular a
  • the sensors can
  • load-bearing sensors e.g. Force and / or torque sensors have. It may also include one or more other sensors, e.g. for the distance measurement,
  • Control in particular robot control, the joining unit (2) with its driven or controllable components and the detection device (13) and the positioning device (35) may be connected.
  • the sensor system (45) can be associated with the handling device (4) in different ways. It can e.g. be arranged between the terminal (39) and the output element (44) of the handling device (4). It can also be integrated in the joining unit (2). In the illustrated and preferred embodiment, the
  • the handling device (4) is preferably designed as a tactile industrial robot with sensitive capabilities and with the said integrated sensor system (45). The sensitive skills can be used to prepare the
  • Screw opening can be used.
  • Embodiment are possible in various ways.
  • the features of the above-described embodiments and the abovementioned modifications can be arbitrarily combined with one another, in particular also exchanged.
  • the adjusting device (9) can be assigned to the joining tool (7) and move it relative to the magazine (8).
  • the adjusting device (9) and the adjusting device (12) may be separated. You can do it in mutual
  • the magazine (8) may have a different structural design and a different kinematics.
  • the number and design of element storage (10) may vary. Likewise, the number,
  • Adjustment kinematics with rotary axes an adjustment of the magazine (8) and its possibly existing element memory (10) by translational movements and / or a combination of translational and rotational

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren und eine Fügeeinheit, mit einem Fügewerkzeug (7), insbesondere Schraubwerkzeug, für Fügeelemente (3), insbesondere Schrauben, bevorzugt Kleinstschrauben. Die Fügeeinheit (2) weist ein bewegliches Magazin (8) für die Fügeelemente (3) auf, das gemeinsam mit dem Fügewerkzeug (7) an einem Gestell (5) angeordnet ist. Die Fügeelemente (3) sind in einem oder mehreren Elementspeichern (10) des Magazins (8) mit vorgegebener Position aufgenommen.

Description

Fügeeinheit, Fügeeinrichtung und Fügeverfahren
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Fügeeinheit, eine
Fügeeinrichtung, insbesondere Schraubeinrichtung, und ein Fügeverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff des
Hauptanspruchs .
Aus der Praxis sind robotergeführte Fügeeinheiten
bekannt, die ein Schraubwerkzeug aufweisen, wobei die Schrauben in einem hiervon getrennt und stationär angeordneten Magazin angeordnet sind. Der Roboter setzt mit der Fügeeinheit die Schrauben in einen Pick- and Place-Modus .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte Fügetechnik aufzuzeigen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch .
Die beanspruchte Fügetechnik, d.h. die Fügeeinheit und das Fügeverfahren sowie die Fügeeinrichtung, haben verschiedene Vorteile. Sie ermöglichen ein vollautomatisches Fügen von
unterschiedlichen Fügeelementen mit unterschiedlichen Fügeverfahren. Der Fügeprozess kann automatisiert, im Ablauf verkürzt und prozesssicher gemacht werden. Die Taktzeit kann kurz gehalten und von evtl. kritischen Formgebungen der Fügeelemente unabhängig gemacht werden. Die beanspruchte Fügetechnik hat eine gesteigerte
Leistungsfähigkeit mit einer erhöhten
Prozessgeschwindigkeit. Die Fügeelemente können in beliebiger Weise, z.B. als Schrauben, Niete, Bolzen oder dgl . , ausgebildet sein. Die Fügetechnik eignet sich besonders für den Einsatz in Verbindung mit
Kleinstschrauben . Diese konnten bisher nicht
vollautomatisch und prozesssicher gefügt werden.
Die Fügeelemente können insbesondere als Kleinstschrauben mit einem Gewindemaß von < M2 ausgebildet sein. Die
Fügeelemente können alternativ oder zusätzlich als
Kleinstelemente, insbesondere Kleinstschrauben oder
Kleinstniete, mit einem Kopf (K) -Schaft (S) -Verhältnis ^ 1:1,9 ausgebildet sein. Insbesondere können diese
Fügeelemente ein K-S-Verhältnis von ca. 1:1 haben. Das K- S-Verhältnis bezieht sich auf den Kopfdurchmesser (K) und die Schaftlänge (S) .
Die Fügeeinheit weist ein bewegliches Magazin für
Fügeelemente auf, das gemeinsam mit dem Fügewerkzeug, vorzugsweise unter diesem, an einem Gestell angeordnet ist. Letzteres kann über einen Anschluss, insbesondere einen Roboteranschluss , mit einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einem Industrieroboter oder einem Ständer verbunden werden. Das Magazin kann mehrere unterschiedliche Fügeelemente aufnehmen, die sich in beliebiger Weise, z.B. nach Art und/oder Format unterscheiden können. Das Fügewerkzeug kann entsprechend ausgebildet sein. Es ist z.B. als
Schraubwerkzeug ausgebildet, wobei die Fügeelemente Schrauben sind. Die Fügetechnik ist hochflexibel und kann verschiedene Fügeelemente, insbesondere verschiedene Schraubenformate, gemeinsam verarbeiten.
Die Fügeeinheit weist eine bevorzugt dem Fügewerkzeug zugeordnete Detektionseinrichtung auf, mit der die
Fügeelemente im Magazin, insbesondere deren Existenz und Position, erfasst werden können. Das Fügewerkzeug kann einen Halter, insbesondere einen steuerbaren Sauger, für die Aufnahme eines Fügeelements aufweisen. Das
Fügeelement, insbesondere seine Existenz und Position am Halter, kann überwacht werden. Das Fügewerkzeug kann ferner einen einachsig oder mehrachsig angetriebenen Fügekopf zum Zustellen und Fügen des aufgenommenen
Fügeelements an einem Werkstück aufweisen. Das Magazin weist einen oder mehrere ElementSpeicher auf, die jeweils zur positionierten Aufnahme von mehreren Fügeelementen ausgebildet sind. Die bevorzugt
scheibenartigen ElementSpeicher weisen Haltemittel für jeweils ein Fügeelement auf. Die ElementSpeicher sind im Magazin beweglich angeordnet. Sie können mittels einer Stelleinrichtung im Magazin relativ zueinander und als Gruppe gemeinsam verstellt werden.
Die Fügeeinheit weist eine steuerbare Stelleinrichtung mit einer Stellachse zur Erzeugung einer bevorzugt translatorischen Relativbewegung zwischen dem
Fügewerkzeug und dem Magazin auf. Vorzugsweise bewegt die Stelleinrichtung das Magazin relativ zum Fügewerkzeug. Die Fügeeinheit weist ferner eine steuerbare
Versteileinrichtung mit einer oder mehreren, bevorzugt rotatorischen Stellachse (n) für das Magazin, insbesondere dessen ElementSpeicher, auf. Die Stelleinrichtung und die Versteileinrichtung können kombiniert sein.
Die ElementSpeicher können im Magazin relativ zueinander und als Gruppe gemeinsam verstellt werden. Die
ElementSpeicher können getrennt gelagert und eigenständig beweglich und steuerbar sein.
Das Magazin weist ferner eine Trageinrichtung für die ElementSpeicher auf. Die ElementSpeicher können in definierter Position und lösbar an der Trageinrichtung angeordnet sein. Die Trageinrichtung kann mit der
Stelleinrichtung für die Relativverstellung zum
Fügewerkzeug verbunden sein. Die Trageinrichtung ist ferner mit der Versteileinrichtung und deren
Stellantrieben verbunden. Die ElementSpeicher können dadurch um mehrere Stellachsen verstellt werden. In einer vorteilhaften Ausführung sind die ElementSpeicher im Magazin z.B. um mehrere Stellachsen, z.B. um zwei rotatorische Stellachsen, verstellbar bzw. können
entsprechend verstellt werden.
Die Trageinrichtung kann ein bewegliches Tragelement, insbesondere ein Karussell, für eine Gruppe von
Elementspeichern aufweisen und um eine Stellachse
bevorzugt drehend verstellbar sein. Die ElementSpeicher können hieran ihrerseits über andere Tragelement, insbesondere Tragzapfen, eigenständig beweglich,
insbesondere drehbar, gelagert sein. Sie können über eigene Stellantriebe oder einen gemeinsamen Stellantrieb relativ zum Tragelement bzw. Karussell verstellt, insbesondere verdreht, werden. Die Versteileinrichtung kann z.B. einen Stellantrieb für das Tragelement, insbesondere Karussell, und einen gemeinsamen
Stellantrieb oder jeweils einen eigenen Stellantrieb für den oder die ElementSpeicher aufweisen.
Die Versteileinrichtung und ggf. die Stelleinrichtung können eine Positioniereinrichtung für die
ElementSpeicher und deren Haltemittel aufweisen. Hierüber können die Haltemittel und die Fügeelemente nach Vorgabe exakt relativ zum Fügewerkzeug positioniert werden. Dank der Positionserfassung jedes Haltemittels und jedes magazinierten Fügeelements kann der Materialfluss
überwacht werden. Es werden nur noch befüllte Haltemittel positioniert. Durch eine Koppelung mit der
Detektionseinrichtung kann die tatsächliche
Elementbelegung der Haltemittel kontrolliert und für den Ablauf des Prozessprogramms berücksichtigt werden.
Das Fügewerkzeug und das Magazin können relativ
zueinander zwischen mehreren örtlich und funktional unterschiedlichen Stellungen verstellt werden. Dies sind z.B. eine Detektionsstellung, eine Aufnahmestellung und eine Fügestellung.
Die Fügeeinrichtung kann eine ein- oder mehrachsig bewegliche, programmierbare Handhabungseinrichtung zur Erzeugung von Relativbewegungen zwischen der Fügeeinheit und mehreren Fügestellen an einem Werkstück aufweisen. Vorteilhafterweise kann hierbei die
Handhabungseinrichtung die Fügeeinheit relativ zu einem stationären oder instationären Werkstück bewegen. Alternativ kann die Handhabungseinrichtung das Werkstück relativ zur Fügeeinheit bewegen. In weiterer Abwandlung können mehreren Handhabungseinrichtungen die Fügeeinheit und das Werkstück relativ zueinander bewegen. Die ein- oder mehrachsig bewegliche, programmierbare
Handhabungseinrichtung kann in beliebiger Weise
ausgebildet sein.
Günstig ist eine Ausbildung der Handhabungseinrichtung als mehrachsiger programmierbarer Industrieroboter. Für den Fügeprozess ist es von Vorteil, wenn die
Handhabungseinrichtung, insbesondere der Industrieroboter taktil ausgebildet sind und sensitive Fähigkeiten
aufweisen. Hierfür kann die Handhabungseinrichtung bzw. der Industrieroboter eine zugeordnete Sensorik haben, die äußere Belastungen aufnimmt. Besonders günstig ist eine Ausführung mit einem taktilen Roboter mit sensitiven Fähigkeiten, der eine integrierte Sensorik aufweist.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen: eine Fügeeinrichtung mit einer
Handhabungseinrichtung und einer
Fügeeinheit in einer Detektionsstellung und in perspektivischer Ansicht,
Die Fügeeinrichtung von Figur 1 in einer Fügestellung, eine Draufsicht der Fügeeinrichtung gemäß Figur 1, eine abgebrochene Draufsicht der
Fügeeinrichtung gemäß Figur 2, eine abgebrochene Draufsicht auf die Fügeeinrichtung in einer
Aufnähmesteilung, eine Seitenansicht der Fügeeinheit von Figur 1, eine perspektivische Unteransicht der Fügeeinheit von Figur 6 ohne Gehäuse,
Figur 8 : eine perspektivische Draufsicht auf die
Fügeeinheit in der Detektionsstellung,
Figur 9: eine perspektivische Draufsicht auf die
Fügeeinheit in der Fügestellung und Figur 10: eine perspektivische Rückansicht der
Fügeeinheit .
Die Erfindung betrifft eine Fügeeinheit (2) für
Fügeelemente (3) und ein Fügeverfahren. Die Erfindung betrifft ferner eine Fügeeinrichtung (1) mit einer
Handhabungseinrichtung (4) und einer Fügeeinheit (2).
Figur 1 zeigt eine solche Fügeeinrichtung (1) . Sie kann z.B. als Schraubeinrichtung ausgebildet sein. Sie weist eine mehrachsig bewegliche Handhabungseinrichtung (4) mit einer angebauten Fügeeinheit (2) auf. Die Fügeeinheit (2) wird von der Handhabungseinrichtung (4) geführt und relativ zu ein oder mehreren Werkstücken (46) und den dortigen ein oder mehreren Fügestellen bewegt. Die
Werkstücke (46) können stationär angeordnet sein oder mittels eines durch einen Pfeil angedeuteten
Transportmittels (47) bewegt werden.
In einer anderen kinematischen Variante kann die
Handhabungseinrichtung (4) ein oder mehrere Werkstücke (46) führen und bewegen. Die Fügeeinheit (2) kann dabei stationär angeordnet sein, z.B. an einem Ständer.
Alternativ können die Fügeeinheit (2) und die ein oder mehreren Werkstücke (46) jeweils von einer
Handhabungseinrichtung (4) geführt und bewegt werden.
Die Fügeeinheit (2) dient zum Fügen der Werkstücke (46) mittels ein oder mehreren Fügeelementen (3) . Die
Fügeelemente (3) können unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. als Schrauben, Niete, Bolzen, Klemmen oder dgl .. Die Fügeelemente (3) können als Kleinstelemente,
insbesondere als Kleinstschrauben oder als Kleinstniete, ausgebildet sein. Solche Kleinstelemente, die einen Kopf (K) und einen Schaft (S) aufweisen, können ein K-S- Verhältnis von vorzugsweise ^ 1:1,9 haben. Insbesondere kann das K-S-Verhältnis im Bereich von circa 1:1 liegen. Die Hüllform solcher Kleinstelemente kann im Wesentlichen kugelartig sein. Alternativ oder zusätzlich können
Kleinstschrauben ein Gewindemaß von < M2 aufweisen. In Figur 1 und 6 sind solche Kleinstschrauben angedeutet.
Die Werkstücke (46) können von beliebiger Art sein. Sie können z.B. als elektronische Kommunikationsgeräte, insbesondere Mobiltelefone, Tablets, Laptops und/oder dgl . ausgestaltet sein. Sie können ein oder mehrere
Fügestellen haben. Beispielsweise können mittels der Fügeelemente (3) Platinen oder andere Geräteteile an einem Gehäuse oder einem Träger gefügt bzw. montiert werden. Der Fügeprozess kann als Schraubprozess ,
Nietprozess oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein.
Die Fügeeinheit (2) weist ein Fügewerkzeug (7) und ein bewegliches Magazin (8) auf, die jeweils für die
Fügeelemente (3) vorgesehen und ausgebildet sind. Das Fügewerkzeug (7) und das Magazin (8) sind gemeinsam an einem Gestell (5) angeordnet.
Das Magazin (8) kann mehrere unterschiedliche
Fügeelemente (3) aufnehmen. Diese können sich in der Art und/oder im Format unterscheiden. In den gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Fügeelemente (3) als Schrauben, insbesondere Kleinstschrauben, und das Fügewerkzeug (7) als Schraubwerkzeug ausgebildet.
Das Fügewerkzeug (7) hat einen Fügekopf (18), z.B. einen Schraubkopf, und einen Antrieb (17) für dessen einachsige oder mehrachsige Bewegung. Dies können z.B. eine lineare Vorschubbewegung und eine rotatorische Schraubbewegung sein. Das Fügewerkzeug (7) besitzt eine in Figur 1 gezeigte Wirkachse (20) bzw. Fügeachse, entlang welcher der Antrieb (17) den Fügekopf (18) vor und zurück
schiebt.
Das Fügewerkzeug (7) weist ferner einen Halter (19) für die Aufnahme eines Fügeelements (3) auf. Der Halter (19) ist vorzugsweise als steuerbarer Sauger ausgebildet, der das Fügeelement (3) an der Spitze des Fügekopfs (18) mit Unterdruck festhält. Über den Sauger bzw. den anliegenden Unterdruck kann auch die Existenz und Position eines Fügeelements (3) am Fügekopf (18) überwacht werden.
Alternativ kann der Halter (19) als Magnet, insbesondere Permanent- oder Elektro-Magnet , ausgebildet sein. Eine Existenz- und Positionsüberwachung ist alternativ auf andere Weise, z.B. mittels eines Sensors, möglich.
Das Fügewerkzeug (7) ist mit einer ZuStelleinrichtung (6) verbunden, die ihrerseits am Gestell (5) angeordnet ist. Mit der ZuStelleinrichtung (6) kann das Fügewerkzeug (7) relativ zum Magazin (8) verstellt werden. Es kann
insbesondere entlang der Wirkachse bzw. Fügerichtung (20) linear oder mit anderer Kinematik verstellt, insbesondere gehoben und gesenkt werden. Die ZuStelleinrichtung (6) weist gemäß Figur 8 einen ZuStellantrieb (40) und eine mit dem Gestell (5) verbundene Führung (41) auf. Das Fügewerkzeug (7) ist an einem Abtriebsteil (42) z.B.
einem Schlitten, montiert.
Das Gestell (5) weist einen Anschluss (39) zur festen oder lösbaren Montage der Fügeeinheit (2) an einem
Ständer, einer Handhabungseinrichtung (4) oder dgl . auf. Vorzugsweise ist der Anschluss (39) als Roboteranschluss ausgebildet .
Das Magazin (8) kann eine Vielzahl von Fügeelementen (3) aufnehmen. Diese können gleich oder unterschiedlich sein. Sie können sich insbesondere in ihrer Art und/oder in ihrem Format, z.B. Schraubenformat, unterscheiden. Das bewegliche Magazin (8) ist in Fügerichtung (20) unter dem Fügewerkzeug (7) angeordnet. Das Fügewerkzeug (7) kann mit dem Halter (19) ein Fügeelement (3) vollautomatisch aus dem Magazin (8) entnehmen bzw. aufnehmen und an einem darunter befindlichen Werkstück (46) fügen.
Diese Magazinanordnung unter dem Fügewerkzeug (7) ist zumindest zeitweise, insbesondere in einer
Detektionsstellung (14) gemäß Figur 1 und 2 und in einer Aufnahmestellung (15) gemäß Figur 5, gegeben. Das
Fügewerkzeug (7) kann dabei in seiner höchsten Stellung angeordnet sein, in der es durch die ZuStelleinrichtung (6) maximalst von einer Position bzw. der Fügestellung (16) gemäß Figur 4 und 9 entfernt ist, in der die
Fügeelemente (3) am Werkstück (46) angebracht werden.
Die Fügeeinrichtung (2) weist eine Detektionseinrichtung (13) auf. Diese ist zur Erfassung von Fügeelementen (3) im Magazin (8) ausgebildet. Die Fügeelemente (3) haben im Magazin (8) eine bekannte und definierte Position. Die Defektionseinrichtung (13) ist z.B. dem Fügewerkzeug (7) zugeordnet und befindet sich neben diesem. Der Fügekopf (18) befindet sich bei angehobenem Fügewerkzeug (7) im Erfassungsbereich der Defektionseinrichtung (13).
Vorzugsweise ist die Defektionseinrichtung (13)
gestellfest angeordnet und ist über einen Beschlag (38) mit dem Gestell (5) verbunden. In einer anderen
Ausführungsform kann sie relativ beweglich zum Gestell (5) angeordnet sein.
Die Defektionseinrichtung (13) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Sie besitzt ein Defektionsfeld (37), welches zumindest Teilbereiche des Magazins (8) und vorzugsweise den Fügekopf (18) erfasst. Die
Defektionseinrichtung weist ein Defektionsmittel (36) auf, welches in beliebig geeigneter Weise die
Fügeelemente (3) und die Haltemittel (22) erfassen kann. Das Defektionsmittel (36) arbeitet vorzugsweise
berührungslos und auf optischem Wege. Es ist z.B. als elektronische Messkamera ausgebildet. Die Kamera (36) blickt von oben auf das Magazin (8) . Sie ist mit einer Bilderfassungseinrichtung und einer
Bildauswertungseinrichtung versehen . Die Fügeinheit (2) weist eine Stelleinrichtung (9) zur
Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Fügewerkzeug (7) und dem Magazin (8) auf. In der gezeigten und
bevorzugten Ausführungsform bewegt die Stelleinrichtung (9) das Magazin (8) relativ zum Fügewerkzeug (7) entlang der bevorzugt translatorischen Stellachse (29). Das Magazin (8) ist außerdem in sich beweglich und weist hierfür eine steuerbare Versteileinrichtung (12) auf. Die Stelleinrichtung (9) und die Versteileinrichtung (12) können miteinander kombiniert sein. Das Magazin (8) ist dadurch über mehrere und unterschiedliche Stellachsen (27,28,29) beweglich. Die Stelleinrichtung (9) weist einen Stellantrieb (32) auf. Die Versteileinrichtung (12) hat mehrere, insbesondere zwei Stellantriebe (30,31).
Das Magazin (8) weist mehrere, z.B. drei, ElementSpeicher (10) auf, die jeweils zur positionierten Aufnahme von mehreren Fügeelementen (3) ausgebildet sind. Die
ElementSpeicher (10) können unterschiedlich ausgebildet sein. In den gezeigten Ausführungsformen haben sie eine Scheibenform, insbesondere eine Kreisscheibenform und weisen eine Vielzahl von Haltemitteln (22) für jeweils ein Fügeelement (3) auf. Die Haltemittel (22) sind z.B. als Halteöffnungen in einem Speicherkorpus (21)
ausgebildet. Bei der gezeigten und bevorzugten
Scheibenform der ElementSpeicher (10) ist der
Speicherkorpus (21) als Scheibenkörper ausgebildet und kann von einem hochstehenden Rand umschlossen sein. Die ElementSpeicher (10) sind vorzugsweise horizontal
ausgerichtet .
Die ElementSpeicher (10) und deren Haltemittel (22) können zur Aufnahme unterschiedlicher Fügeelemente (3) ausgebildet sein. Hierbei können innerhalb eines
ElementSpeichers (10) gleichartige Fügeelemente (3) angeordnet sein, wobei sich die ElementSpeicher (10) untereinander in ihrer Elementbelegung unterscheiden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Magazin (8) drei getrennt und nebeneinander angeordnete
kreisscheibenartige ElementSpeicher (10) auf. Die Zahl kann alternativ größer oder kleiner sein. In weiterer Abwandlung können die Scheibenformen prismatisch, insbesondere rechteckig sein. Statt einer ebenen
Scheibenform sind auch andere geeignete Formgebungen alternativ möglich.
Die ElementSpeicher (10) sind im Magazin (8) beweglich angeordnet. Sie können sich relativ zueinander bewegen. Sie können alternativ oder zusätzlich als Gruppe
gemeinsam verstellbar sein. Die ElementSpeicher (10) können getrennt gelagert und jeweils eigenständig beweglich und steuerbar sein.
Das Magazin (8) weist eine Trageinrichtung (11) und die steuerbare Versteileinrichtung (12) für die
ElementSpeicher (10) auf. Die Trageinrichtung (11) kann von einem schützenden Gehäuse umgeben sein, welches in Figur 1 bis 6 dargestellt und in Figur 7 bis 10 entfernt ist . Die ElementSpeicher (10) sind jeweils in definierter Position und lösbar an der Trageinrichtung (11)
angeordnet. Die ElementSpeicher (10) sind jeweils um mehrere Stellachsen (27,28,29) verstellbar. Die
Verstellung wird durch die Stelleinrichtung (9) und die Versteileinrichtung (12) bewirkt. Vorzugsweise sind drei Stellachsen (27,28,29) vorhanden.
Die Stelleinrichtung (9) und ihre Stellachse (29) dienen zur besagten Relativbewegung des gesamten Magazins (8) relativ zum Fügewerkzeug (7) . Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Stellachse (29) eine
Linearachse, wobei der zugehörige Stellantrieb (32) als Linearantrieb ausgebildet ist. Er weist einen z.B.
gehäuseartigen Korpus (34) und ein Abtriebselement (33), z.B. einen Schlitten mit einem quer abstehenden Ausleger, auf. Der Korpus (34) ist stationär am Gestell (5)
befestigt. Das Abtriebselement (33), insbesondere der Ausleger, ist mit der Trageinrichtung (11) verbunden. Die Stellachsen (27,28) sind in den gezeigten
Ausführungsbeispielen als rotatorische Stellachsen ausgebildet. Jeder ElementSpeicher (10) hat hierbei eine eigene Stellachse (27), insbesondere Drehachse.
Andererseits sind die ElementSpeicher (10) über die
Trageinrichtung (11) zu einer Speichergruppe
zusammengefasst , welche die zweite Stellachse (28), insbesondere Drehachse, hat. Hierüber kann die ganze Speichergruppe gedreht werden.
Die Trageinrichtung (11) weist gemäß Figur 7 bis 10 ein bewegliches Tragelement (25) für eine Gruppe von
Elementspeichern (10) auf. Das Tragelement (25) ist z.B. als Karussell ausgebildet. Es weist einen Tragstern (26) auf, der um die Stellachse (28) beweglich, insbesondere drehbar, am Abtriebselement (33) der Stelleinrichtung (9) gelagert ist. An den Enden der Sternarme ist jeweils ein ElementSpeicher (10) angeordnet. Hierfür befindet sich an den Armenden jeweils ein Tragelement (23), das z.B. als Tragzapfen mit bevorzugt aufrechter Lage ausgebildet ist. Die Speicherelemente (10) können lösbar im Magazin (8) angeordnet sein. Hierfür kann am jeweiligen Tragelement (23) eine Speicheraufnahme (24) angeordnet sein, die z.B. als Stützscheibe ausgebildet ist und den ElementSpeicher (10), insbesondere dessen Speicherkorpus (21) in
definierter Position aufnehmen und halten kann.
Der Stellantrieb (31) für die Speichergruppe treibt die Trageinrichtung (11) vorzugsweise drehend an. Der
Antriebsmotor ist am Abtriebselement (33) angeordnet und treibt das Tragelement (25) bzw. Karussell über einen Riementrieb um die Stellachse (28) drehend an. Die
ElementSpeicher (10) können im Kreis konzentrisch um die Stellachse (28) angeordnet sein.
Die ElementSpeicher (10) können für die Bewegung,
insbesondere Drehung, um ihre jeweilige Stellachse (27) jeweils einen eigenen Stellantrieb aufweisen. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel haben sie einen gemeinsamen Stellantrieb (30), der als Drehantrieb ausgebildet ist. Der Antriebsmotor ist am Tragstern (26) angeordnet und treibt über ein Ritzel mehrere Zahnräder an den
Tragelementen (23) an.
Die Versteileinrichtung (12) und ggf. die
Stelleinrichtung (9) weisen eine Positioniereinrichtung (35) auf. Die Position jedes Haltemittels (22) an den Elementspeichern (10) und im Magazin (8) ist bekannt und definiert. Über entsprechende Sensoren, insbesondere Weggeber bzw. Drehgeber und/oder Positionsgeber können die Bewegungen und Positionen des Magazins (8) und seiner ElementSpeicher (10) erfasst und überwacht werden. Hierüber kann mittels einer entsprechenden Steuerung jederzeit die aktuelle Position jedes Haltemittels (22) festgestellt und verfolgt werden.
Das Fügewerkzeug (7) und das Magazin (8) können relativ zueinander zwischen mehreren örtlich und funktional unterschiedlichen Stellungen (14,15,16) verstellt werden. Die verschiedenen Stellungen (14,15,16) sind in Figur 1 bis 5 verdeutlicht.
Eine Stellung ist eine in Figur 1 und 3 gezeigte
Detektionsstellung (14) zur Detektion von Fügelementen (3) im Magazin. Hierbei befindet sich ein Teil des
Magazins (8), insbesondere ein ElementSpeicher (10) im Detektionsfeld (37). Vorzugsweise kann der gesamte
ElementSpeicher (10) mit allen Haltemitteln (22) erfasst werden. Hierbei kann detektiert werden, an welchen positionsbekannten Haltemitteln (22) ein Fügeelement (3) angeordnet ist oder nicht. Dies kann eine
Existenzkontrolle sein. Ferner kann bedarfsweise
detektiert werden, ob ein bestimmtes Fügeelement (3) sich an einer bestimmten Position bzw. einem bestimmten
Haltemittel (22) befindet. Die Art und Größe des
Fügeelements (3) kann dabei erfasst werden. Hierüber lässt sich feststellen, ob z.B. eine vorgesehene Schraube mit bestimmter Kopfgröße sich an der vorgesehenen
Position befindet oder ob ein Fehler vorliegt. Ferner kann über eine solche Erkennung von Fügelementen (3) überprüft werden, ob die für den jeweiligen Fügeprozess erforderlichen Fügeelemente (3) vorhanden sind und ob der vorgesehene ElementSpeicher mit der vorgesehenen
Elementbestückung an der richtigen Trägeraufnahme (24) im Magazin (8) angeordnet ist. Fehlbestückungen können dadurch vermieden werden.
Figur 5 verdeutlicht eine andere Stellung, die als
Aufnahmestellung (15) zur gezielten Aufnahme von
Fügeelementen (3) aus dem Magazin vorgesehen ist. In dieser Aufnahmestellung (15) wird das für den nächsten Prozessschritt vorgesehene Fügeelement (3) in eine geeignete Position relativ zum Fügewerkzeug (7) gebracht. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich das Fügelement (3) in Fügerichtung (20) direkt unterhalb des Fügekopfes (18) . Der Fügekopf (18) wird auf das
Fügeelement (3) abgesenkt und nimmt mit seinem Halter (19) das Fügeelement (3) kontrolliert auf. Die
Aufnahmestelle befindet sich im Detektionsfeld (37) . Die Detektionseinrichtung (13) kann erfassen, ob das richtige Fügeelement (3) aufgenommen wird und ob die Aufnahme korrekt erfolgt.
Figur 2 und 4 verdeutlichen eine weitere Relativstellung zwischen Fügewerkzeug (7) und Magazin (8), die als
Fügestellung (16) ausgebildet ist. In dieser Fügestellung (16) ist der Zustell- und Fügeweg für das Fügewerkzeug (7) in der Wirkachse (20) freigegeben. Das Magazin (8) ist aus dem Bewegungsbereich des Fügewerkzeugs (7) herausbewegt. Dies kann durch die Stelleinrichtung (9) über die Stellachse (29) und/oder über die
Versteileinrichtung (12) und die Stellachse (n) (27,28) erfolgen. Die Freigabe kann z.B. durch eine Drehung der Speichergruppe erfolgen, wobei das Fügewerkzeug durch einen Freiraum oder Zwickel zwischen benachbarten
Elementspeichern (10) abtauchen kann. Es kann dabei gänzlich an den Elementspeichern (10) vorbei in eine Fügestellung (16) bewegt werden.
In der Fügestellung (16) und während des Fügevorgangs kann die Versteileinrichtung (12) ggf. das Magazin (8) und dessen ElementSpeicher (10) in geeigneter Weise für den nächsten Prozessschritt vororientieren. Dies kann z.B. die erneute Einnahme der Detektionsstellung (14) sein. Alternativ kann auch gleich wieder die
Aufnahmestellung (15) angefahren werden. Durch die
Vororientierung kann der jeweils benötigte
ElementSpeicher (10) derart vorpositioniert werden, dass die anschließende Stellbewegung vereinfacht wird. Hierbei kann der ElementSpeicher (10) um eine oder mehrere
Stellachsen (27,28) bewegt werden. Der nächste
Stellschritt kann dann z.B. durch die Stellachse (29) und deren einfache Verschiebebewegung realisiert werden.
Die ein- oder mehrachsig beweglich und programmierbare Handhabungseinrichtung (4) ist z.B. als mehrachsiger programmierbarer Industrieroboter gemäß Figur 1 bis 3 ausgebildet. Dieser kann mehrere translatorische und/oder rotatorische Roboterachsen sowie mehrere Roboterglieder aufweisen. In Fig. 3, 6 und 8 ist ein Endglied (43) der Handhabungseinrichtung (4) bzw. des Industrieroboters mit einem bevorzugt drehenden Abtriebselement (44) in
Montageverbindung mit dem Anschluss (39) dargestellt.
Dies kann eine feste oder lösbare Verbindung sein, z.B. mittels einer Wechselkupplung. Letztere kann eine
Medienkupplung für die Übertragung von Betriebsmitteln, z.B. Fluiden, elektrischen Signal- und/oder
Leistungsströmen oder dgl . aufweisen. Die Handhabungseinrichtung (4) weist eine zugeordnete Sensorik (45) auf, die äußere Belastungen aufnimmt und auswertet sowie einer Steuerung, insbesondere einer
Robotersteuerung, übermittelt. Die Sensorik kann
einteilig oder mehrteilig sein und kann ein oder mehrere belastungsaufnehmende Sensoren, z.B. Kraft- und/oder Momentensensoren, aufweisen. Sie kann ferner ein oder mehrere andere Sensoren, z.B. für die Wegmessung,
Winkelmessung oder dgl . aufweisen. An die besagte
Steuerung, insbesondere Robotersteuerung, kann auch die Fügeeinheit (2) mit ihren angetrieben bzw. steuerbaren Komponenten sowie der Detektionseinrichtung (13) und der Positioniereinrichtung (35) angeschlossen sein.
Die Sensorik (45) kann in unterschiedlicher Weise der Handhabungseinrichtung (4) zugeordnet sein. Sie kann z.B. zwischen dem Anschluss (39) und dem Abtriebselement (44) der Handhabungseinrichtung (4) angeordnet sein. Sie kann auch in die Fügeeinheit (2) integriert sein. In der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform ist die
Sensorik (45) in den Industrieroboter (4) integriert. Hierbei können an ein oder mehreren Roboterachsen, insbesondere an deren Lagerungen, jeweils ein
belastungsaufnehmender Sensor und ggf. ein weiterer
Sensor in geeigneter Zahl und Anordnung vorhanden sein. Die Handhabungseinrichtung (4) ist vorzugsweise als taktiler Industrieroboter mit sensitiven Fähigkeiten und mit der besagten integrierten Sensorik (45) ausgebildet. Die sensitiven Fähigkeiten können zum Ansetzen der
Fügeeinheit (2) am Werkstück (46) und ggf. beim Suchen der Fügestelle und beim Einfädeln einer Schraube (3) in einen Gewindegang an einer werkstückseitigen
Schrauböffnung genutzt werden.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen
Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und der genannten Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden.
Die Stelleinrichtung (9) kann dem Fügewerkzeug (7) zugeordnet sein und dieses relativ zum Magazin (8) bewegen. Bei einer solchen Ausgestaltung können die Stelleinrichtung (9) und die Versteileinrichtung (12) getrennt sein. Sie können dabei in gegenseitiger
Abstimmung und geeigneter Weise gesteuert werden, z.B. mittels der Robotersteuerung. Das Magazin (8) kann eine andere konstruktive Ausbildung und eine andere Kinematik aufweisen. Die Zahl und Ausbildung der ElementSpeicher (10) kann variieren. Desgleichen kann die Zahl,
Ausbildung und Anordnung der Stellachsen (27,28,29) abgewandelt werden. Gleiches gilt für die Stellantriebe (30,31,32). Insbesondere kann statt einer
Verstellkinematik mit Drehachsen eine Verstellung des Magazins (8) und seiner ggf. vorhandenen ElementSpeicher (10) durch translatorische Bewegungen und/oder eine Kombination von translatorischen und rotatorischen
Bewegungen und entsprechenden Stellachsen erfolgen. BEZUGS ZEICHENLISTE
1. Fügeeinrichtung, Schraubeinrichtung
2. Fügeeinheit
3. Fügeelement, Schraube
4. Handhabungseinrichtung, Industrieroboter
5. Gestell
6. ZuStelleinrichtung
7. Fügewerkzeug, Schraubwerkzeug
8. Magazin, Speichergruppe
9. Stelleinrichtung
10. ElementSpeicher
11. Trageinrichtung
12. Versteileinrichtung
13. Detektionseinrichtung
14. Detektionsstellung
15. Aufnahmestellung
16. Fügestellung
17. Antrieb
18. Fügekopf, Schraubkopf
19. Halter, Sauger
20. Wirkachse, Fügeachse, Fügerichtung
21. Speicherkorpus, Scheibenkörper
22. Haltemittel, Halteöffnung
23. Tragelement, Tragzapfen
24. Speicheraufnahme
25. Tragelement, Karussell
26. Tragstern
27. Stellachse, Drehachse von ElementSpeicher
28. Stellachse, Drehachse von Haltergruppe
29. Stellachse, Verschiebeachse von Trageinrichtung 30. Stellantrieb, Drehantrieb von ElementSpeicher
31. Stellantrieb, Drehantrieb von Haltergruppe
32. Stellantrieb, Linearantrieb von Trageinrichtung
33. Abtriebselement, Schlitten
34. Korpus, Gehäuse
35. Positioniereinrichtung
36. Detektionsmittel , Kamera
37. Detektionsfeld, Blickfeld
38. Beschlag
39. Anschluss, Roboteranschluss
40. ZuStellantrieb
41. Führung
42. Abtriebsteil, Schlitten
43. Endglied
44. Abtriebselement
45. Sensorik
46. Werkstück
47. Transportmittel

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Fügeeinheit, mit einem Fügewerkzeug (7),
insbesondere einem Schraubwerkzeug, für Fügeelemente
(3) , insbesondere Schrauben, dadurch
gekennzeichnet , dass die Fügeeinheit (2) ein bewegliches Magazin (8) für Fügeelemente (3)
aufweist, das gemeinsam mit dem Fügewerkzeug (7) an einem Gestell (5) angeordnet ist, wobei das Magazin
(8) einen oder mehrere ElementSpeicher (10)
aufweist, die jeweils zur positionierten Aufnahme von mehreren Fügeelementen (3) ausgebildet sind.
Fügeeinheit nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , dass die Fügeelemente (3) als Kleinstschrauben mit einem Gewindemaß von < M2 ausgebildet sind und/oder die Fügeelemente (3) als Kleinstelemente, insbesondere Kleinstschrauben, mit einem Kopf (K) -Schaft ( S ) -Verhältnis größer 1:1,8, insbesondere ca. 1:1, ausgebildet sind.
Fügeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , dass das Magazin (8) mehrere unterschiedliche Fügeelemente (3) aufnimmt.
Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Magazin (8) in Fügerichtung (20) unter dem Fügewerkzeug (7) angeordnet ist. Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Fügeeinheit (2) eine ZuStelleinrichtung (6) für das Fügewerkzeug (7) aufweist.
Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Fügewerkzeug (7) einen Halter (19), insbesondere einen
steuerbaren Sauger, für ein aufgenommenes
Fügeelement (3) aufweist.
Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Fügeeinheit (2) eine bevorzugt dem Fügewerkzeug (7) zugeordnete Detektionseinrichtung (13) aufweist, die zur
Erfassung von Fügeelementen (3) im Magazin (8) ausgebildet ist.
Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Fügeeinheit (2) eine Stelleinrichtung (9) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Fügewerkzeug (7) und dem Magazin (8), bevorzugt für eine Bewegung des Magazins (8) relativ zum Fügewerkzeug (7), aufweist.
Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) scheibenartig, insbesondere kreisscheibenartig, ausgebildet sind und Haltemittel (22), insbesondere Halteöffnungen, für jeweils ein Fügeelement (3) aufweisen.
10.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) zur Aufnahme unterschiedlicher Fügeelemente (3) ausgebildet sind. 11.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) im Magazin (8) beweglich angeordnet sind.
12.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) getrennt gelagert und
eigenständig beweglich und steuerbar sind.
13.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Magazin (8) eine Trageinrichtung (11) und eine steuerbare
Versteileinrichtung (12) für die ElementSpeicher (10) aufweist.
14. ) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) jeweils um mehrere Stellachsen (27,28,29), insbesondere um wenigstens zwei,
rotatorische Stellachsen (27,28), verstellbar sind.
15.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) um eine translatorische
Stellachse (29) gemeinsam relativ zum Fügewerkzeug (7) verstellbar sind.
16. ) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
Trageinrichtung (11) ein bewegliches Tragelement (25) , insbesondere ein Karussell, für eine Gruppe von Elementspeichern (10) aufweist.
17. ) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
ElementSpeicher (10) jeweils einzeln beweglich am Tragelement (25) , insbesondere Karussell, angeordnet sind und die Versteileinrichtung (12) einen
Stellantrieb (31) für das Tragelement (25),
insbesondere Karussell, und einen gemeinsamen
Stellantrieb (30) für die ElementSpeicher (10) aufweist . 18.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
Trageinrichtung (11) mit der Stelleinrichtung (9) verbunden ist.
19.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die
Versteileinrichtung (12) und ggf. die
Stelleinrichtung (9) eine Positioniereinrichtung (35) für die ElementSpeicher (10) und deren
Haltemittel (22) aufweist.
20. ) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Fügewerkzeug (7) und das Magazin (8) relativ zueinander zwischen mehreren örtlich und funktional unterschiedlichen Stellungen (14,15,16) verstellbar sind.
21. ) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Fügewerkzeug (7) und das Magazin (8) relativ zueinander zwischen einer Detektionsstellung (14) zur Detektion von Fügeelementen (3) im Magazin (8), einer
Aufnahmestellung (15) zur gezielten Aufnahme von Fügeelementen (3) aus dem Magazin (8) und einer Fügestellung (16) zur Freigabe des Zustell- und Fügewegs für das Fügewerkzeug (7) verstellbar sind. 22.) Fügeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Gestell (5) einen Anschluss (39) für eine Handhabungseinrichtung (4), insbesondere einen Roboteranschluss , aufweist.
23.) Fügeeinrichtung mit einer Fügeeinheit (2) zum Fügen von Werkstücken (46) mittels Fügeelementen (3), dadurch gekennzeichnet , dass die
Fügeeinrichtung (1) eine Fügeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und eine ein- oder mehrachsig bewegliche, programmierbare Handhabungseinrichtung (4), insbesondere einen mehrachsigen
programmierbaren Industrieroboter, zur Erzeugung von Relativbewegungen zwischen der Fügeeinheit (2) und mehreren Fügestellen an einem Werkstück (46)
aufweist .
24. ) Fügeeinrichtung nach Anspruch 23, dadurch
gekennzeichnet , dass die Fügeeinheit (2) an der Handhabungseinrichtung (4) montiert ist.
25. ) Fügeeinrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet , dass die
Handhabungseinrichtung (4) eine zugeordnete Sensorik (45) aufweist, die äußere Belastungen aufnimmt.
26. ) Fügeeinrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet , dass die
Handhabungseinrichtung (4) als taktiler
Industrieroboter mit sensitiven Fähigkeiten und mit einer integrierten Sensorik (44) ausgebildet ist.
27. ) Fügeeinrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet , dass die
Fügeeinrichtung (1) ein Transportmittel (47) für
Werkstücke (46) aufweist.
28. ) Verfahren zum Fügen von Fügeelementen (3),
insbesondere Schrauben, mittels einer Fügeeinheit (2) mit einem Fügewerkzeug (7), insbesondere einem Schraubwerkzeug, dadurch gekennzeichnet , dass die Fügeeinheit (2) ein bewegliches Magazin (8) für Fügeelemente (3) aufweist, das gemeinsam mit dem Fügewerkzeug (7) an einem Gestell (5) angeordnet ist, wobei das Magazin (8) einen oder mehrere
ElementSpeicher (10) aufweist, die jeweils mehrere
Fügeelemente (3) positioniert aufnehmen.
29. ) Verfahren nach Anspruch 28, dadurch
gekennzeichnet , dass das Fügewerkzeug (7) die Fügeelemente (3) mit einem Halter (19), insbesondere einem steuerbaren Sauger, aus dem Magazin (8) aufnimmt und mit einem einachsig oder mehrachsig angetriebenen Fügekopf (18), insbesondere einem Schraubkopf, entlang einer Wirkachse oder Fügeachse (20) fügt.
30. ) Verfahren nach Anspruch 29, dadurch
gekennzeichnet , dass mittels des Halters (19) die Existenz und Position eines Fügeelements (3) am Fügekopf (18) überwacht wird.
31.) Verfahren nach Anspruch 28, 29 oder 30, dadurch
gekennzeichnet , dass das Fügewerkzeug (7) und das Magazin (8) relativ zueinander zwischen mehreren örtlich und funktional unterschiedlichen Stellungen, insbesondere einer Detektionsstellung (14) zur
Detektion von Fügeelementen (3) im Magazin (8), einer Aufnahmestellung (15) zur gezielten Aufnahme von Fügeelementen (3) aus dem Magazin (8) und einer
Fügestellung (16) zur Freigabe des Zustell- und Fügewegs für das Fügewerkzeug (7), verstellt werden.
32.) Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31,
dadurch gekennzeichnet , dass die Fügeelemente (3) , insbesondere deren Existenz und Position, im
Magazin (8) mittels einer bevorzugt dem Fügewerkzeug (7) zugeordneten Detektionseinrichtung (13) erfasst werden . Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet , dass die Fügeeinheit (2) von einer ein- oder mehrachsig beweglichen, programmierbaren Handhabungseinrichtung (4), insbesondere einem mehrachsigen programmierbaren
Industrieroboter, geführt wird zur Erzeugung von Relativbewegungen zwischen der Fügeeinheit (2) und mehreren Fügestellen an einem Werkstück (46) .
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