WO2022189049A1 - Fügevorrichtung und verfahren zum betreiben einer fügevorrichtung - Google Patents

Fügevorrichtung und verfahren zum betreiben einer fügevorrichtung Download PDF

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WO2022189049A1
WO2022189049A1 PCT/EP2022/051069 EP2022051069W WO2022189049A1 WO 2022189049 A1 WO2022189049 A1 WO 2022189049A1 EP 2022051069 W EP2022051069 W EP 2022051069W WO 2022189049 A1 WO2022189049 A1 WO 2022189049A1
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WO
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joining
magazine
compressed air
waiting
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/051069
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English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Scharrer
Manuel WALLA
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/20—Stud welding
    • B23K9/206—Stud welding with automatic stud supply
    • 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
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • B23P19/004—Feeding the articles from hoppers to machines or dispensers
    • B23P19/005—Feeding the articles from hoppers to machines or dispensers by using flowing gases

Definitions

  • the invention relates to a joining device for joining elements and a method for operating a joining device.
  • the joining tools are usually mounted on an industrial robot, which positions the joining tool at the respective joint.
  • an industrial robot with a stud welding head moves to specified positions on a vehicle body one after the other and the joining tool welds a welding stud to the body at each of these positions.
  • An element feed system is usually used to provide the joining elements at the joining head.
  • the joining elements are provided, for example, as bulk goods, separated and aligned in a sorting device and transported individually with the element feed system by means of compressed air through a compressed air feed channel, which can be designed, for example, as a feed hose, to the joining tool, where they are processed.
  • the sorting device is usually positioned outside the working area of the industrial robot, so that the joining elements have to be transported over a long distance of several meters to the joining tool. If the joining points to be approached by the robot are close together, it may happen that no new joining element has arrived in the joining tool and the robot has to wait. This increases the process duration and downtime of the joining system.
  • a joining device with a pre-separation device, which is arranged on the joining head is known from German application 102021 104 140.6, which is not a prior publication.
  • the joining elements are transported individually from the sorting device to the pre-separation device, where they are temporarily stored in a kind of waiting position. If a new joining element is required by the joining head, this is supplied from the pre-separation device and this in turn is refilled.
  • the pre-separation device enables the joining head to be quickly reequipped with a joining element between two joining processes.
  • a joining device is specified with a mobile joining head with a joining tool, which is arranged on a multi-axis industrial robot.
  • the multi-axis robot holds and guides the joining head with the joining tool and enables it to be repositioned between two joining processes.
  • the joining device also has a compressed air-operated element feed system and a control device that is set up to activate the joining tool and to control the element feed system.
  • the element feed system means that joining elements can be transported from a sorting device, in which they are separated and aligned in the correct position, to the mobile joining head by means of compressed air.
  • the element feed system contains a magazine device that can be moved together with the joining head.
  • the magazine device can be mounted on the joining head or on a common receptacle that is moved by the robot.
  • the magazine device has a working magazine and a separating device.
  • the work magazine is set up so that a large number of joining elements can be accommodated at the same time.
  • the separating device is set up to convey the joining elements contained in the working magazine individually in the direction of the joining head.
  • the joining element preferably reaches an element holder, which holds the joining element in a defined position at the beginning of the joining process.
  • a compressed air channel can preferably extend from the separating device to the element receptacle.
  • the element feed system also includes a waiting magazine, which is arranged in a fixed location and can be filled with joining elements by the sorting device. To fill the waiting magazine, the joining elements are conveyed from the sorting device into the waiting magazine using compressed air.
  • the waiting magazine is designed to take up a large number of joining elements.
  • the element feed system has a coupling device for coupling the magazine device to the waiting magazine, with a first coupling half being arranged on the magazine device and a second coupling half being arranged on the waiting magazine. A coupling takes place by the first coupling half being engaged with the second coupling half. is brought. As a result, the waiting magazine is connected to the working magazine and the joining elements can be transported further from the waiting magazine to the working magazine.
  • the element feed system may also include or be connected to a compressed air supply.
  • the element feed system is divided into two parts: the magazine device with working magazine can be moved with the joining head and provides enough joining elements for a number of joining operations.
  • the waiting magazine is stationary and can be refilled while working with the working magazine.
  • This configuration eliminates the need for a feed hose with which the joining elements can be transported from the animal device to the joining head.
  • Such supply hoses are susceptible to wear because they have to join in with the robot movements.
  • the proposed element feed system has almost no wear and tear and requires little maintenance. By storing the joining elements in the work magazine, they are quickly in the joining head, which is why the time between two joining operations can be reduced.
  • the docking of the working magazine to the waiting magazine and the refilling of the joining elements does not require a process interruption, but can take place during non-productive times, e.g. when a workpiece is changed.
  • control device is also set up to generate a first signal, which on the one hand causes a joining element to be transported from the working magazine in the direction of the joining tool and on the other hand causes a joining element to be transported from the sorting device to the waiting magazine is transported.
  • This coupling of removal from the working magazine and filling of the waiting magazine ensures in a particularly simple manner that the waiting magazine is filled with just as many joining elements as taken from the work magazine.
  • the work magazine is thus again filled with exactly the same number of joining elements.
  • a particularly short travel path for refilling the working magazine results in an embodiment in which the waiting magazine is attached to a console of the industrial robot.
  • This means that the waiting magazine is located within the protective housing and can be approached by the robot quickly and without danger.
  • the waiting magazine can also be free-standing or attached to a separate stand and thus positioned individually.
  • the waiting magazine is formed by a feed hose or a compressed air pipe.
  • the stationary arrangement reduces wear in the hose or pipe.
  • the magazine can thus be designed in a particularly simple manner and can be designed, for example, by a conventional element transport hose or also as a tube.
  • the coupling device preferably serves to temporarily couple the magazine device to the waiting magazine and is designed accordingly.
  • the robot with the magazine device moves up to the waiting magazine, so that the first and second coupling halves engage with one another.
  • the first and second coupling halves are therefore preferably designed in such a way that they can be brought into engagement with one another by a relative movement and can be separated again by a relative movement away from one another.
  • the first coupling half is arranged on the magazine device—preferably on the side of the working magazine opposite the separating device.
  • the second coupling half is arranged on the waiting magazine, preferably on a side of the waiting magazine opposite the sorting device.
  • one coupling half has a funnel-shaped receptacle and the second coupling half has a corresponding conical coupling piece.
  • the cone-shaped coupling piece is then inserted into the funnel-shaped receptacle for coupling.
  • a particularly compact design is achieved in that the first coupling half is arranged at the level of the last axis of the robot.
  • the axis next to the end effector is referred to as the last axis.
  • the separating device is designed as a pneumatically actuable separating device.
  • the separating device preferably has a channel with a feed opening and an outlet opening, through which the joining elements can be conveyed. During operation, the joining elements are introduced through the feed opening into the separating device and leave it at the outlet opening after passing through the channel.
  • the work magazine preferably borders on the feed opening of the separating device.
  • a first channel blocking element with a first actuating device and a second channel blocking element with a second actuating device are preferably provided, each of which can be moved between a blocking position and an open position. In this configuration, the second channel blocking element is in the conveying direction of the joining elements is arranged behind the first channel blocking element.
  • the channel blocking elements are preferably spaced so far apart that a channel section located in between cannot accommodate more than one joining element.
  • the channel blocking elements can each be moved between a blocking position and an open position. In the blocking position, the channel blocking element prevents a joining element from being able to be moved past the blocking element through the channel. In the open position, the channel blocking element releases the channel and a joining element can pass. The movement of the channel blocking elements takes place in each case by means of the associated actuating devices.
  • the channel blocking elements can preferably be designed as slides, for example, which can be displaced transversely to the channel between the blocking position and the open position.
  • a first compressed air supply opening is preferably also provided, which opens into the channel in front of the first channel blocking element in the conveying direction, and a second compressed air supply opening, which opens into the channel in the conveying direction between the first channel blocking element and the second channel blocking element flows.
  • the first and second compressed air supply openings are preferably adapted to be connected to a compressed air supply.
  • the pneumatically actuable separating device provides two channel sections in which joining elements or one joining element can be stopped in a targeted manner and then transported further via a blast of compressed air.
  • the first channel blocking element is the working magazine with a variety of joining elements.
  • a blast of compressed air transports one of these joining elements to the second channel blocking element, where it waits in a kind of "waiting position" to be transported to the joining head.
  • This joining element is then transported to the joining head with another blast of compressed air and a subsequent joining member is separated from the work magazine.
  • This configuration of a pre-separation system requires a purely linear movement of the joining elements and is therefore particularly simple in construction and not susceptible to faults.
  • the separating device in one configuration it has a first compressed air line, via which compressed air can be applied to the first actuating device, the second actuating device and the second compressed air supply opening, with the first actuating device being set up to move the first channel blocking element into to drive the blocking position and the second actuating device is set up to drive the second channel blocking element into the through-release position when the first compressed air line is acted upon with compressed air.
  • the signal from the control device is used to apply compressed air to the first compressed air line.
  • the joining device has two element feed systems which are arranged parallel to one another and which are guided together via a feed channel with a Y-piece to the element holder of the joining head.
  • Each element delivery system is constructed as described above. If a joining element is moved by the respective element feed system in the direction of the joining head, the joining element arrives via the Y-piece in the feed channel to the joining head.
  • the control device is preferably set up to control the two element feed systems to be controlled separately, depending on which joining element is required next.
  • Small welding elements such as balls, double balls, nuts, welding studs with and without threads can be used as joining elements, as can small joining elements for other joining processes, e.g. rivet or screw elements.
  • the joining head is set up in particular to join the joining elements supplied by the separating device in a joining process, e.g. to other components.
  • the joining head with joining tool can be, for example, a welding head for welding on the joining elements, in particular a fluid ignition welding head.
  • the joining device is designed as a welding device or drawn arc welding device.
  • the joining head can also be a rivet head for setting rivets or have a screwing tool for screwing in the joining elements. It is also conceivable that the joining head has other joining tools, such as a clinching tool.
  • a method for operating a joining device as described above in which a plurality of joining elements are successively joined to a component or an assembly in a joining process sequence.
  • the joining process sequence can involve, for example, the welding of welding studs onto a vehicle body, preferably onto an underbody.
  • the joining elements required for the joining process are provided in the magazine device and are transported individually to the joining tool.
  • the work magazine contains at least as many weld studs as are to be set, typically 30 to 40 welding studs. A small number of spare bolts may also be included.
  • the waiting magazine is filled with joining elements by transporting the joining elements individually and in the correct position from the sorting device to the waiting magazine.
  • the industrial robot is moved in such a way that the working magazine is coupled to the waiting magazine and the joining elements are transported from the waiting magazine to the working magazine by means of compressed air.
  • the method makes it possible to provide joining elements for the entire joining process in close proximity to the joining head.
  • the working magazine can be refilled quickly and easily, since the waiting magazine is already filled up during the joining process. This means that the transfer from the waiting magazine to the working magazine can take place during non-productive times, for example while the floor assembly is being replaced.
  • the element feed system is controlled in such a way that with each transport of a joining element from the separating device to the joining tool, a joining element is also transported from the sorting device to the waiting magazine.
  • a control ensures that there is always the same number of joining elements in the waiting magazine as was removed from the working magazine.
  • a first signal provided by the control device is preferably used for such a control.
  • the first signal is preferably an electrical signal.
  • this first signal is also used to control the joining head.
  • the first signal is preferably also used to set the joining head to a loading state, or the first signal indicates that the joining head is in a loading state. “Loading state” is understood here to mean that the joining head is ready to receive a joining element.
  • the joining head is, for example, a stud welding head with a loading pin
  • this welding head is in the loading state when the loading pin is pulled back.
  • a corresponding first signal indicates that the loading pin has been withdrawn, or the loading pin in the welding head is withdrawn as a result of this signal.
  • Other types of stud welding heads are designed, for example, with rotating segments or spoons that can be moved into various positions.
  • a first signal would be used here in an analogous manner, which either indicates that the rotating segment or the spoon is in a position in which a joining element can be loaded, or which causes the rotating segment or the spoon to move into the appropriate position position is moved.
  • the feeding of the joining element from the pre-separation device into the joining head is thus coupled to a controller of the joining device.
  • the separation can be controlled not only by compressed air control but also by the electrical signal, after which the joining head is in a loading state or is being put into a loading state (“return loading pin” or “loading pin to reverse position”).
  • control device can be set up to generate a second signal which causes the second compressed air line to be pressurized with compressed air and the joining head to move a supplied joining element further, eg by advancing the loading pin or moving the rotary segment or spoon.
  • a second signal which causes the second compressed air line to be pressurized with compressed air and the joining head to move a supplied joining element further, eg by advancing the loading pin or moving the rotary segment or spoon.
  • a particularly simple implementation of this control results when the first compressed air line is coupled to a compressed air line which is used in the joining device to produce the loading state (eg retraction of the loading pin).
  • the second compressed air line can be coupled to a further compressed air line, which is used to further move the joining element in the joining head (eg advancing the loading pin).
  • the compressed air supply for separating the joining elements can be external via an additional air hose or internal via the air supply from the welding head.
  • Figure 1 shows an exemplary joining device
  • FIGS. 2 to 4 show the element feed system of the joining device from FIG. 1 to illustrate the process sequence
  • FIG. 5 shows another exemplary element feed system.
  • An exemplary joining device 1 has a mobile joining head 10 with a joining tool, which is attached to a multi-axis industrial robot 20 and can be positioned by means of it. For the joining process, the joining head 10 is moved to the respective joining points and there a joining element 2 is joined to a component (not shown) by means of the joining tool.
  • the joining device 1 In order to feed the joining elements 2 to the joining tool, the joining device 1 also has an element feed system 30, with which the joining elements 2 can be transported individually and in the correct position by means of compressed air from a sorting device 31 to a discharge opening on the joining head 10.
  • the sorting device 31 is usually arranged spatially spaced apart from the industrial robot 20 outside of a protective enclosure, not shown, and is preferably arranged in a stationary manner.
  • the element supply system 30 includes a magazine device 32 which is attached to the joining head 10 and can be moved together with the joining head 10 .
  • the magazine device 32 has a working magazine 34 and a device 36 for separating. A large number of joining elements can be accommodated in the working magazine 34 at the same time.
  • the separating device 36 is set up to convey the joining elements contained in the working magazine 34 individually in the direction of the joining head 10 .
  • the joining element reaches an element holder, which holds the joining element in a defined position at the start of the joining process.
  • a feed channel 35 extends from the separating device 36 to the element receptacle.
  • the element feed system 30 also includes a waiting magazine 38 which is arranged in a stationary manner on the robot console 22 and can be filled with joining elements by the sorting device 31 .
  • a waiting magazine 38 which is arranged in a stationary manner on the robot console 22 and can be filled with joining elements by the sorting device 31 .
  • the joining elements are conveyed from the sorting device 31 into the waiting magazine 38 by means of compressed air.
  • the waiting magazine 38 is designed to accommodate a large number of joining elements.
  • the element feed system 30 has a coupling device 40 for coupling the magazine device to the working magazine, a first coupling half 42 being arranged on the magazine device 32 and a second coupling half 44 being arranged on the waiting magazine 38 .
  • the element feed system 30 also includes a compressed air supply, not shown.
  • the joining device 1 has a control device 50 which is set up to control the element feed system 30 and the industrial robot 20 and to control the joining head 10 with the joining tool.
  • FIGS 2 through 4 show the element delivery system 30 in detail.
  • the War temagazin 38 is designed as a feed tube and extends from the sorting device 31 to the second coupling half 44.
  • the Magazinevor direction 32 has the first coupling half 42, to which the working magazine 34 is connected in the form of a feed tube.
  • the work magazine 34 ends in the separating device 36.
  • the separating device 36 is designed as a pneumatically actuated device. It has a channel 360 through which the joining elements 2 can be conveyed by means of compressed air.
  • the joining elements 2 pass through the channel 360 in the conveying direction from a supply opening 361 to an outlet opening 362 and thereby pass through a first compressed air supply opening 363, a first channel blocking element 364, a second compressed air supply opening 365 and a second channel blocking element 366.
  • the distance from the first and second channel blocking element 364, 366 is selected such that no more than one joining element 2 can be accommodated in the channel section lying between the channel blocking elements 364, 366.
  • the first or second channel blocking element 364, 366 has a first actuating device 367 or a second actuating device 368, by means of which it can be moved between a blocking position and an open position.
  • the first actuating device 367 is designed with a single-acting pneumatic cylinder.
  • the first channel blocking element 364 can be moved into the blocking position by means of compressed air. When the compressed air is released, the first channel blocking element 364 returns to the open position.
  • the second actuating device 366 is designed, for example, with a double-acting pneumatic cylinder and can be moved into the blocking position or into the open position by means of compressed air.
  • the United separating device 36 has a first compressed air line 370 via which the first actuating device 367, the second actuating device 368 and the second compressed air supply opening 365 can be acted upon together with compressed air.
  • the separating device 36 has a second compressed air line 372, via which the second actuating device 368 and the first compressed air supply opening 363 can be acted upon jointly with compressed air.
  • the function of the joining device 1 is explained in the figures using the example of a stud welding process and a stud welding device. However, it could also involve other joining elements, such as balls, weld nuts, etc., and/or another joining process other joining device, eg a riveting process with an automated riveting device.
  • FIG. 2 shows the element feed system 30 at the start of a joining process sequence, in which a plurality of joining elements 2 in the form of welding studs are to be welded onto an underbody of a vehicle. At least as many joining elements 2 are provided in the magazine device 30 as there are to be welds.
  • Compressed air is introduced into the first coupling half 42 via a compressed air line 46 , so that the joining elements 2 present in the working magazine are pressed in the direction of the separating device 36 .
  • the compressed air also closes a slide 47 and blocks a filling opening of the coupling half 42.
  • the first compressed air line 370 of the separating device 36 is pressurized with compressed air, see Figure 3.
  • the first channel blocking element 364 moves into the blocking position and clamps a joining element 2 located there on the channel wall .
  • the second channel blocking element 366 moves through the compressed air into the open position. Furthermore, compressed air is blown into the channel via the second compressed air supply opening 365 and pushes the foremost joining element 2A further into the joining head 10.
  • the sorting device 31 is activated, so that a joining element 2B is pushed by the sorting device into the waiting magazine 38 up to the second coupling half 44 by means of compressed air.
  • a slide 48 blocks an outlet opening and holds the element in the waiting magazine 38.
  • a first signal from the signaling device 50 is used to actuate the sorting device and the separating device 36, which signal also controls the joining head 10 and causes a loading pin in the stud welding head to be retracted.
  • the signaling device 50 uses a second signal to control advancement of the loading pin in the stud welding head.
  • the second compressed air line 372 is pressurized with compressed air, as a result of which the second channel blocking element 366 moves into the blocking position and compressed air is blown into the channel 35 via the first compressed air supply opening 363, see Figure 2.
  • the compressed air supply of the first compressed air line 370 is interrupted, as a result of which the first channel blocking element 364 moves into the open position.
  • the joining elements 2 located in the working magazine 34 are advanced up to the second channel blocking element 366.
  • FIG. 4 illustrates the refilling of the magazine device 32. This preferably takes place in a non-productive time, for example while the base assembly is being replaced.
  • the robot 20 moves with the joining head 10 and the magazine device 32 to the waiting magazine 38 and couples the both coupling halves together.
  • a development on the second half 44 Kopp a conical coupling piece 45 is inserted into a corresponding funnel-shaped receptacle 43 in the first coupling half 42.
  • the slide 48 is open, the compressed air supply to compressed air line 46 is interrupted, whereby the slide 47 is also ge opens.
  • the joining elements 2B are transported from the waiting magazine 38 into the magazine device by means of compressed air.
  • a new joining process sequence can then take place, as described for FIGS.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment which is particularly suitable when two different joining elements 2 and 3 are to be processed in the same joining process.
  • two element feed systems 30 and 30 ' connected in parallel are provided, which correspond in their design and function to the element feed system 30 described with reference to FIGS.
  • the element feed system 30 ' is equipped with joining elements 3 which differ from the joining elements 2 and are, for example, a different type of joining element, for example a welding nut, or have a different size.
  • a feed channel 35 ' with a Y-piece is provided at the outlet openings 362 and 362 ' of the separating devices 36 and 36 ' , which feeds the joining elements from the two separating devices 36 and 36 ' to the joining head 10.

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  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Abstract

Fügevorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung Es wird eine Fügevorrichtung (1) angegeben mit einem mobilen Fügekopf (10) mit Fügewerkzeug, der an einem mehrachsigen Industrieroboter (20) angeordnet ist, einem druckluftbetriebenen Elementzuführsystem (30) und einer Steuerungsvorrichtung (50), die eingerichtet ist zur Ansteuerung des Fügewerkzeugs und zur Steuerung des Elementzuführsystems(30). Das Elementzuführsystem (30) weist eine Magazinvorrichtung (32), die gemeinsam mit dem Fügekopf (10) bewegbar ist, und die ein Arbeitsmagazin (34), in dem eine Vielzahl von Fügeelementen (2) zeitgleich aufgenommen werden können, und eine Vereinzelungsvorrichtung (36) umfasst, von der Fügeelemente (2) einzeln aus der Magazinvorrichtung (32) in Richtung auf das Fügewerkzeug weiterbeförderbar sind, ein Wartemagazin (38), das ortsfest angeordnet und von einer Sortiervorrichtung (31) mit Fügeelementen (2B) befüllbar ist, und eine Kopplungsvorrichtung (40) zur Kopplung der Magazinvorrichtung (32) an das Wartemagazin (38) auf, wobei eine erste Kopplungshälfte (42) an der Magazinvorrichtung (32) und eine zweite Kopplungshälfte am Wartemagazin(38) angeordnet ist.

Description

Fügevorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung für Fügeelemente und ein Verfah ren zum Betreiben einer Fügevorrichtung.
Im Automobilbau, z.B. im Karosseriebau, werden eine Vielzahl von kleinteili- gen Fügeelementen verarbeitet, beispielsweise Schweißfügeelemente oder Nietelemente. In automatisierten Prozessen sind die Fügewerkzeuge übli cherweise an einem Industrieroboter montiert, der die Positionierung des Fü gewerkzeugs an der jeweiligen Fügestelle vornimmt. So fährt ein Industriero boter mit einem Bolzenschweißkopf z.B. nacheinander vorgegebene Positio nen an einer Fahrzeugkarosserie an und das Fügewerkzeug schweißt an je der dieser Positionen einen Schweißbolzen an die Karosserie.
Zur Bereitstellung der Fügeelemente am Fügekopf wird üblicherweise ein Elementzuführsystem verwendet. Die Fügeelemente werden z.B. als Schütt gut bereitgestellt, in einer Sortiervorrichtung vereinzelt und ausgerichtet und mit dem Elementzuführsystem einzeln mittels Druckluft durch einen Druck- luftzuführkanal, der z.B. als Zuführschlauch ausgebildet sein kann, zum Fü gewerkzeug weitertransportiert, wo sie verarbeitet werden. Die Sortiervorrich tung ist üblicherweise außerhalb des Arbeitsbereichs des Industrieroboters positioniert, so dass die Fügeelemente über eine weite Strecke von mehre ren Metern zum Fügewerkzeug transportiert werden müssen. Liegen die vom Roboter anzufahrenden Fügestellen nah beieinander, so kann es Vorkom men, dass noch kein neues Fügeelement im Fügewerkzeug angekommen ist und der Roboter warten muss. Dies erhöht die Prozessdauer und die Still standszeit der Fügeanlage. Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung 102021 104 140.6 ist eine Fügevorrichtung mit einer Vorvereinzelungsvorrichtung bekannt, die am Fügekopf angeordnet ist. Die Fügeelemente werden einzeln von der Sor tiervorrichtung bis zur Vorvereinzelungsvorrichtung transportiert, dort in einer Art Warteposition zwischengelagert. Wird vom Fügekopf ein neues Fügeele ment benötigt, so wird dieses aus der Vorvereinzelungsvorrichtung zugeführt und diese wiederum neu befüllt. Durch die Vorvereinzelungsvorrichtung ist eine schnelle Neubestückung des Fügekopfs mit einem Fügeelement zwi schen zwei Fügeprozessen möglich.
Vor diesem Flintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, wie ein automatisierter Fügeprozess von Fügeele menten weiter verbessert werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Fügevorrichtung nach Patentanspruch 1 , und ein Verfahren nach Patentanspruch 12. Weitere vorteilhafte Ausgestal tungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Be schreibung.
Es wird eine Fügevorrichtung angegeben mit einem mobilen Fügekopf mit Fügewerkzeug, der an einem mehrachsigen Industrieroboter angeordnet ist. Der mehrachsige Roboter hält und führt den Fügekopf mit Fügewerkzeug und ermöglicht eine Umpositionierung desselben zwischen zwei Fügeprozes sen. Die Fügevorrichtung weist weiterhin ein druckluftbetriebenes Elementzu- führsystem auf, sowie eine Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist zur Ansteuerung des Fügewerkzeugs und zur Steuerung des Elementzuführsys- tems. Durch das Elementzuführsystem sind Fügeelemente von einer Sortiervorrich tung, in der sie vereinzelt und lagerichtig ausgerichtet werden, mittels Druck luft zu dem mobilen Fügekopf transportierbar. Das Elementzuführsystem be inhaltet eine Magazinvorrichtung, die gemeinsam mit dem Fügekopf beweg bar ist. Flierzu kann die Magazinvorrichtung beispielsweise am Fügekopf montiert sein oder an einer gemeinsamen Aufnahme, die vom Roboter be wegt wird. Die Magazinvorrichtung weist ein Arbeitsmagazin und eine Verein zelungsvorrichtung auf. Das Arbeitsmagazin ist dazu eingerichtet, dass eine Vielzahl von Fügeelementen zeitgleich aufgenommen werden können. Die Vereinzelungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, die in dem Arbeitsmagazin enthaltenen Fügeelemente einzeln in Richtung auf den Fügekopf weiterzube fördern. Am Fügekopf gelangt das Fügeelement vorzugsweise in eine Ele mentaufnahme, welche das Fügeelement zu Beginn des Fügeprozesses in definierter Position hält. Hierzu kann vorzugsweise ein Druckluftkanal von der Vereinzelungsvorrichtung bis an die Elementaufnahme reichen.
Das Elementzuführsystem beinhaltet weiterhin ein Wartemagazin, das orts fest angeordnet und von der Sortiervorrichtung mit Fügeelementen befüllbar ist. Zur Befüllung des Wartemagazins werden die Fügeelemente mittels Druckluft von der Sortiervorrichtung in das Wartemagazin befördert. Das Wartemagazin ist dazu ausgelegt, eine Vielzahl von Fügeelementen aufzu nehmen.
Weiterhin weist das Elementzuführsystem eine Kopplungsvorrichtung zur Kopplung der Magazinvorrichtung an das Wartemagazin auf, wobei eine erste Kopplungshälfte an der Magazinvorrichtung und eine zweite Kopp lungshälfte am Wartemagazin angeordnet ist. Eine Kopplung erfolgt, indem die erste Kopplungshälfte in Eingriff mit der zweiten Kopplungshälfte ge- bracht wird. Hierdurch wird das Wartemagazin mit dem Arbeitsmagazin ver bunden und die Fügeelemente können vom Wartemagazin in das Arbeitsma gazin weitertransportiert werden.
Das Elementzuführsystem kann z.B. weiterhin eine Druckluftversorgung be inhalten oder an eine solche angeschlossen sein.
Mit anderen Worten gesagt, ist das Elementzuführsystem zweigeteilt: die Ma gazinvorrichtung mit Arbeitsmagazin ist mit dem Fügekopf verfahrbar und stellt genügend Fügeelemente für eine Anzahl an Fügeoperationen bereit.
Das Wartemagazin ist ortsfest und kann nachgefüllt werden, während mit dem Arbeitsmagazin gearbeitet wird. Durch diese Ausgestaltung entfällt die Notwendigkeit für einen Zuführschlauch, mit dem Fügeelemente von der Sor tiervorrichtung bis zum Fügekopf transportiert werden können. Derartige Zu führschläuche sind verschleißanfällig, da sie die Roboterbewegungen mitma chen müssen. Das vorgeschlagene Elementzuführsystem weist nahezu kei nen Verschleiß auf und ist wartungsarm. Durch die Bevorratung der Fügeele mente im Arbeitsmagazin sind diese schnell im Fügekopf, weshalb die Zeit zwischen zwei Fügeoperationen verringert werden kann. Das Andocken des Arbeitsmagazins am Wartemagazin und das Umfüllen der Fügeelemente er fordert keine Prozessunterbrechung, sondern kann in Nebenzeiten erfolgen, z.B. wenn ein Werkstückwechsel erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuerungsvorrichtung weiterhin dazu eingerichtet ist, ein erstes Signal zu erzeugen, das einerseits veran lasst, dass ein Fügeelement aus dem Arbeitsmagazin in Richtung auf das Fügewerkzeug transportiert wird und andererseits veranlasst, dass ein Fü geelement aus der Sortiervorrichtung in das Wartemagazin transportiert wird. Durch diese Kopplung von Entnahme aus der Arbeitsmagazin und Befüllung des Wartemagazins wird auf besonders einfache Art und Weise sicherge stellt, dass das Wartemagazin mit genau so viel Fügeelementen befüllt ist, wie aus dem Arbeitsmagazin entnommen worden sind. Bei einer anschlie ßenden Kopplung der Magazine mit Umfüllen der Fügeelemente wird das Ar beitsmagazin somit wieder mit der exakt gleichen Anzahl an Fügeelementen befüllt.
Ein besonders kurzer Verfahrweg zur Wiederbefüllung des Arbeitsmagazins ergibt sich in einer Ausgestaltung, in der das Wartemagazin an einer Konsole des Industrieroboters angebracht ist. Damit befindet sich das Wartemagazin innerhalb der Schutzeinhausung und ist vom Roboter schnell und ohne Ge fährdung anfahrbar. Das Wartemagazin kann aber auch freistehend oder an einem separaten Ständer befestigt sein und so individuell positioniert wer den.
In einer Ausgestaltung ist das Wartemagazin durch einen Zuführschlauch o- der ein Druckluftrohr gebildet. Durch die ortsfeste Anordnung wird der Ver schleiß im Schlauch bzw. im Rohr verringert. Damit kann das Magazin be sonders einfach ausgebildet sein und z.B. durch einen herkömmlichen Ele mentbeförderungsschlauch oder auch als Rohr ausgebildet sein.
Die Kopplungsvorrichtung dient vorzugsweise zum vorübergehenden Kop peln der Magazinvorrichtung an das Wartemagazin und ist entsprechend ausgestaltet. Zum Umfüllen des Inhalts des Wartemagazins in das Arbeits magazin fährt der Roboter mit der Magazinvorrichtung an das Wartemagazin heran, so dass die erste und zweite Kopplungshälfte in Eingriff miteinander gelangen. Die erste und die zweite Kopplungshälfte sind daher vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie durch eine Relativbewegung zueinander miteinan der in Eingriff bringbar sind und durch eine Relativbewegung voneinander weg wieder trennbar sind. Die erste Kopplungshälfte ist an der Magazinvor richtung angeordnet - vorzugsweise auf der der Vereinzelungsvorrichtung gegenüberliegenden Seite des Arbeitsmagazins. Die zweite Kopplungshälfte ist an dem Wartemagazin angeordnet, vorzugsweise an einer der Sortiervor richtung gegenüber liegenden Seite des Wartmagazins. So können die bei den Magazine aneinander gekoppelt werden und die Fügeelemente können durch eine rein lineare Bewegung übergeben werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn in einer Ausgestaltung die eine Kopplungshälfte eine trichterför mige Aufnahme und die zweite Kopplungshälfte ein korrespondierendes ko nusförmiges Kopplungsstück aufweist. Das konusfärmige Kopplungsstück wird dann zur Kopplung in die trichterförmige Aufnahme eingeführt. Diese Ausgestaltung ist selbszentrierend und erleichtert damit das Anfahren mittels Roboter und erlaubt höhere Verfahrgeschwindigkeiten.
Eine besonders kompakte Bauweise wird in einer Ausgestaltung dadurch er zielt, dass die erste Kopplungshälfte auf Höhe der letzten Achse des Robo ters angeordnet ist. Als letzte Achse wird dabei die zum Endeffektor benach barte Achse bezeichnet.
Die Vereinzelungsvorrichtung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als pneumatisch betätigbare Vereinzelungsvorrichtung ausgebildet. In dieser Ausgestaltung weist die Vereinzelungsvorrichtung vorzugsweise einen Kanal mit einer Zuführöffnung und einer Austrittsöffnung auf, durch den die Fü geelemente beförderbar sind. Durch die Zuführöffnung werden die Fügeele mente im Betrieb in die Vereinzelungsvorrichtung eingebracht und verlassen diese nach Durchlaufen des Kanals an der Austrittsöffnung. Das Arbeitsma gazin grenzt vorzugsweise an die Zuführöffnung der Vereinzelungsvorrich tung an. Es sind vorzugsweise ein erstes Kanal-Sperrelement mit einer ers ten Betätigungsvorrichtung und ein zweites Kanal-Sperrelement mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung vorgesehen, die jeweils zwischen einer Sperrsteilung und einer Durchlassstellung bewegbar sind. Das zweite Kanal- Sperrelement ist in dieser Ausgestaltung in Förderrichtung der Fügeelemente hinter dem ersten Kanal-Sperrelement angeordnet ist. Die Kanal-Sperrele- mente sind vorzugsweise so weit voneinander beabstandet, dass ein dazwi schen liegender Kanalabschnitt nicht mehr als ein Fügeelement aufnehmen kann. Die Kanal-Sperrelemente sind jeweils zwischen einer Sperrsteilung und einer Durchlassstellung bewegbar. In Sperrsteilung verhindert das Ka- nal-Sperrelement, dass ein Fügeelement an dem Sperrelement vorbei durch den Kanal bewegt werden kann. In Durchlassstellung gibt das Kanal-Sper- relement den Kanal frei und ein Fügeelement kann passieren. Die Bewegung der Kanal-Sperrelemente erfolgt jeweils mittels der zugehörigen Betätigungs vorrichtungen. Die Kanal-Sperrelemente können z.B. vorzugsweise als Schieber ausgebildet sein, die quer zum Kanal zwischen der Sperrsteilung und der Durchlassstellung verschiebbar sind.
In der pneumatisch betätigbaren Vereinzelungsvorrichtung ist vorzugsweise weiterhin eine erste Druckluftzuführöffnung vorgesehen, die in Förderrichtung vor dem ersten Kanal-Sperrelement in den Kanal mündet, und eine zweite Druckluftzuführöffnung, die in Förderrichtung zwischen dem ersten Kanal- Sperrelement und dem zweiten Kanal-Sperrelement in den Kanal mündet.
Die erste und zweite Druckluftzuführöffnung ist vorzugsweise dazu eingerich tet, an eine Druckluftversorgung angeschlossen zu werden.
Aufgrund des voranstehend beschriebenen Aufbaus stellt die pneumatisch betätigbare Vereinzelungsvorrichtung zwei Kanalabschnitte bereit, in denen Fügeelemente bzw. ein Fügeelement gezielt gestoppt und anschließend über einen Druckluftstoß weiterbefördert werden können. Vor dem ersten Kanal- Sperrelement befindet sich das Arbeitsmagazin mit einer Vielzahl von Fü geelementen. Durch einen Druckluftstoß wird eines dieser Fügeelemente bis vor das zweite Kanal-Sperrelement befördert, wo es in einer Art „Warteposi tion“ auf den Weitertransport zum Fügekopf wartet. Mit einem weiteren Druckluftstoss wird dieses Fügeelement dann zum Fügekopf transportiert und ein nachfolgendes Fügeelement wird aus dem Arbeitsmagazin verein zelt. Diese Ausgestaltung eines Vorvereinzelungssystems benötigt eine rein lineare Bewegung der Fügeelemente und ist daher besonders einfach im Aufbau und störungsunanfällig.
Für eine besonders einfache Ansteuerung der Vereinzelungsvorrichtung weist diese in einer Ausgestaltung eine erste Druckluftleitung auf, über die die erste Betätigungsvorrichtung, die zweite Betätigungsvorrichtung und die zweite Druckluftzuführöffnung gemeinsam mit Druckluft beaufschlagbar sind, wobei die erste Betätigungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das erste Kanal- Sperrelement in die Sperrsteilung zu fahren und die zweite Betätigungsvor richtung dazu eingerichtet ist, das zweite Kanal-Sperrelement in die Durch lassstellung zu fahren, wenn die erste Druckluftleitung mit Druckluft beauf schlagt wird. In dieser Ausgestaltung wird das das Signal der Steuerungsvor richtung dazu verwendet, die erste Druckluftleitung mit Druckluft zu beauf schlagen. Infolgedessen wird ein vor dem zweiten Kanal-Sperrelement be findliches Fügeelement in Richtung auf den Fügekopf transportiert, während die weiteren Fügeelemente im Arbeitsmagazin zurückgehalten werden.
Um die Verarbeitung von zwei unterschiedlichen Fügeelementen ohne Pro zessunterbrechung zu ermöglichen, ist es in einerweiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Fügevorrichtung zwei Elementzuführsysteme aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und die über einen Zuführkanal mit Y-Stück gemeinsam zur Elementaufnahme des Fügekopfes geführt werden. Jedes Elementzuführsystem ist wie voranstehend beschrieben ausgeführt. Wird ein Fügeelement von dem jeweiligen Elementzuführsystem in Richtung auf den Fügekopf bewegt, so gelangt das Fügeelement über das Y-Stück in den Zuführkanal zum Fügekopf. In dieser Ausgestaltung ist die Steuerungs vorrichtung vorzugweise dazu eingerichtet, die zwei Elementzuführsysteme separat anzusteuern, je nachdem, welches Fügeelement als nächstes benö tigt wird.
Als Fügelemente können kleinteilige Schweißelemente, wie z.B. Kugeln, Doppelkugeln, Muttern, Schweißbolzen mit und ohne Gewinde verwendet werden, ebenso kann es sich um kleinteilige Fügeelemente für andere Füge verfahren, z.B. um Niet- oder Schraubelemente handeln.
Der Fügekopf ist insbesondere dazu eingerichtet, die von der Vereinzelungs vorrichtung zugeführten Fügeelemente in einem Fügeprozess z.B. an weitere Bauteil zu fügen. Bei dem Fügekopf mit Fügewerkzeug kann es sich z.B. um einen Schweißkopf zum Aufschweißen der Fügeelemente, insbesondere um einen Flubzündungsschweißkopf handeln. Dementsprechend ist die Fügevor richtung in einer bevorzugten Ausgestaltung als Schweißvorrichtung bzw. Hubzündungsschweißvorrichtung ausgebildet. Der Fügekopf kann auch ein Nietkopf zum Nietsetzen sein oder ein Schraubwerkzeug zum Einschrauben der Fügeelemente aufweisen. Es ist auch denkbar, dass der Fügekopf an dere Fügewerkzeuge, wie z.B. ein Clinchwerkzeug, aufweist.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer wie voranstehend be schriebenen Fügevorrichtung angegeben, bei dem in einem Fügeprozessab lauf eine Vielzahl von Fügeelementen nacheinander auf ein Bauteil oder eine Baugruppe gefügt werden. Bei dem Fügeprozessablauf kann es sich bei spielsweise um das Aufschweißen von Schweißbolzen auf eine Fahrzeugka rosserie, vorzugsweise auf eine Bodengruppe handeln. Die für den Fügepro zessablauf erforderlichen Fügeelemente sind in der Magazinvorrichtung be reitgestellt und werden einzeln zum Fügewerkzeug transportiert. Am Beispiel der Bodengruppe sind in dem Arbeitsmagazin mindestens so viele Schweiß bolzen enthalten, wie gesetzt werden sollen, typischerweise 30 bis 40 Schweißbolzen. Eine geringfügige Anzahl an Reservebolzen kann ebenso enthalten sein.
Während des Fügeprozessablaufs wird das Wartemagazin mit Fügeelemen ten befüllt, indem die Fügeelemente einzeln und lagerichtig von der Sortier vorrichtung in das Wartemagazin transportiert werden. Nach Abschluss des Fügeprozessablaufs wird der Industrieroboter derart verfahren, dass das Ar beitsmagazin an das Wartemagazin ankoppelt und die Fügeelemente mittels Druckluft aus dem Wartemagazin in das Arbeitsmagazin transportiert wer den.
Mit dem Verfahren wird es möglich Fügeelemente für den gesamten Füge prozessablauf in großer Nähe zum Fügekopf bereitzustellen. Ein Wiederbe füllen des Arbeitsmagazins wird schnell und einfach möglich, da das War temagazin während des Fügeprozessablaufs bereits aufgefüllt wird. Somit kann das Umfüllen von Wartemagazin in Arbeitsmagazin in den Nebenzeiten erfolgen, beispielsweise während die Bodengruppe ausgetauscht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Elementzuführsystem so ge steuert, dass mit jedem Transport eines Fügeelementes von der Vereinze lungsvorrichtung zum Fügewerkzeug auch ein Fügeelement aus der Sortier vorrichtung in das Wartemagazin transportiert wird. Eine derartige Steuerung stellt sicher, dass sich im Wartemagazin immer die gleiche Anzahl an Fü geelementen befindet, die aus dem Arbeitsmagazin entnommen wurde. Für eine derartige Steuerung wird vorzugsweise ein erstes Signal verwendet, das von der Steuerungsvorrichtung bereitgestellt wird. Bei dem ersten Signal handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches Signal handeln. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass dieses erste Signal zudem auch zur Steuerung des Fügekopfs verwendet wird. Das erste Signal wird vorzugs weise auch verwendet, um den Fügekopf in einen Beladezustand zu verset zen oder das erste Signal zeigt an, dass sich der Fügekopf in einem Belade zustand befindet. Unter „Beladezustand“ wird hierbei verstanden, dass der Fügekopf zur Aufnahme eines Fügeelements bereit ist. Flandelt es sich bei dem Fügekopf beispielsweise um einen Bolzenschweißkopf mit Ladestift, so befindet sich dieser Schweißkopf im Beladezustand, wenn der Ladestift zu rückgezogen ist. Ein entsprechendes erstes Signal gibt dann an, dass der Ladestift zurückgezogen ist, oder aufgrund dieses Signals wird der Ladestift im Schweißkopf zurückgezogen. Bolzenschweißköpfe anderer Bauart sind beispielsweise mit Drehsegmenten oder Löffeln ausgeführt, die in verschie dene Positionen bewegbar sind. Hier würde in analoger Weise ein erstes Signal verwendet, das entweder anzeigt, dass sich das Drehsegment bzw. der Löffel in einer Position befindet, in der ein Fügeelement geladen werden kann, oder das veranlasst, dass das Drehsegment bzw. der Löffel in die ent sprechende Position bewegt wird. Damit wird das Zuführen des Fügeele ments aus der Vorvereinzelungsvorrichtung in den Fügekopf an eine Steue rung der Fügevorrichtung gekoppelt. Mit anderen Worten gesagt kann die Vereinzelung neben einer Druckluftansteuerung auch über das elektrische Signal gesteuert werden, wonach sich der Fügekopf in einem Beladezustand befindet oder in einen Beladezustand versetzt wird („Ladestift zurückfahren“ oder „Ladestift in Rückposition“).
Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, ein zweites Signal zu erzeugen, das veranlasst, dass die zweite Druckluftleitung mit Druckluft beaufschlagt wird und der Fügekopf ein zugeführtes Fügeelement weiterbewegt, z.B. durch Vorschieben des Ladestiftes oder Bewegen des Drehsegments oder Löffels. Hierdurch wird das Weiterschieben eines Fü geelements in der Vorvereinzelungsvorrichtung von der ersten in die zweite „Warteposition“ an den „Ladevorgang“ innerhalb des Fügekopfes gekoppelt. Diese Ausgestaltung erzielt besondere Vorteile, weil keine separaten Steue rungssignale notwendig sind um die Vorvereinzelungsvorrichtung zu betrei ben. Vielmehr kann die gesamte Zuführung der Fügeelemente anhand der selben Signale gesteuert werden, die zur Ansteuerung des Fügekopfes be nötigt werden. Eine besonders einfache Umsetzung dieser Ansteuerung ergibt sich, wenn die erste Druckluftleitung an eine Druckluftleitung gekoppelt ist, welche in der Fügevorrichtung zum Herstellen des Beladezustands (z.B. Zurückziehen des Ladestifts) verwendet wird. Ebenso kann die zweite Druck luftleitung an eine weitere Druckluftleitung gekoppelt sein, welche zum Wei terbewegen des Fügeelements in dem Fügekopf (z.B. Vorschieben des La destifts) verwendet wird. Die Druckluftversorgung für die Vereinzelung der Fügeelemente kann extern über einen zusätzlichen Luftschlauch oder intern über die Luftversorgung vom Schweißkopf erfolgen.
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Fügevorrichtung be schrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungs wesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine beispielhafte Fügevorrichtung,
Figuren 2 bis 4 das Elementzuführsystem der Fügevorrichtung aus Figur 1 zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs, und Figur 5 ein weiteres beispielhaftes Elementzuführsystem.
Eine beispielhafte Fügevorrichtung 1 weist einen mobilen Fügekopf 10 mit Fügewerkzeug auf, der an einem mehrachsigen Industrieroboter 20 befestigt und mittels diesem positionierbar ist. Für den Fügeprozess wird der Fügekopf 10 an die jeweiligen Fügestellen bewegt und dort wird mittels des Fügewerk zeugs ein Fügeelement 2 an ein nicht dargestelltes Bauteil gefügt.
Zur Zuführung der Fügeelemente 2 zum Fügewerkzeug weist die Fügevor richtung 1 weiterhin ein Elementzuführsystem 30 auf, mit welchem die Fü geelemente 2 von einer Sortiervorrichtung 31 vereinzelt und lagerichtig mit tels Druckluft bis zu einer Ausgabeöffnung an dem Fügekopf 10 beförderbar sind. Die Sortiervorrichtung 31 ist dabei üblicherweise räumlich beabstandet zum Industrieroboter 20 außerhalb einer nicht dargestellten Schutzeinhau sung angeordnet und ist vorzugsweise ortsfest angeordnet. Das Elementzu führsystem 30 beinhaltet eine Magazinvorrichtung 32, die an dem Fügekopf 10 befestigt und gemeinsam mit dem Fügekopf 10 bewegbar ist. Die Maga zinvorrichtung 32 weist ein Arbeitsmagazin 34 und eine Vereinzelungsvor richtung 36 auf. In dem Arbeitsmagazin 34 können eine Vielzahl von Fü geelementen zeitgleich aufgenommen werden. Die Vereinzelungsvorrichtung 36 ist dazu eingerichtet, die in dem Arbeitsmagazin 34 enthaltenen Fügeele mente einzeln in Richtung auf den Fügekopf 10 weiterzubefördern. Am Füge kopf gelangt das Fügeelement in eine Elementaufnahme, welche das Fü geelement zu Beginn des Fügeprozesses in definierter Position hält. Hierzu reicht ein Zuführkanal 35 von der Vereinzelungsvorrichtung 36 bis an die Ele mentaufnahme.
Das Elementzuführsystem 30 beinhaltet weiterhin ein Wartemagazin 38, das ortsfest an der Roboterkonsole 22 angeordnet und von der Sortiervorrichtung 31 mit Fügeelementen befüllbar ist. Zur Befüllung des Wartemagazins 38 werden die Fügeelemente mittels Druckluft von der Sortiervorrichtung 31 in das Wartemagazin 38 befördert. Das Wartemagazin 38 ist dazu ausgelegt, eine Vielzahl von Fügeelementen aufzunehmen.
Weiterhin weist das Elementzuführsystem 30 eine Kopplungsvorrichtung 40 zur Kopplung der Magazinvorrichtung an das Arbeitsmagazin auf, wobei eine erste Kopplungshälfte 42 an der Magazinvorrichtung 32 und eine zweite Kopplungshälfte 44 am Wartemagazin 38 angeordnet ist. Das Elementzu führsystem 30 beinhaltet weiterhin eine nicht dargestellte Druckluftversor gung.
Weiterhin weist die Fügevorrichtung 1 eine Steuerungsvorrichtung 50 auf, die eingerichtet ist zur Ansteuerung des Elementzuführsystems 30 und des In dustrieroboters 20 und zur Ansteuerung des Fügekopfs 10 mit Fügewerk zeug.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen das Elementzuführsystem 30 im Detail. Das War temagazin 38 ist als Zuführschlauch ausgeführt und erstreckt sich von der Sortiervorrichtung 31 bis zur zweiten Kopplungshälfte 44. Die Magazinvor richtung 32 weist die erste Kopplungshälfte 42 auf, an die sich das Arbeits magazin 34 in Form eines Zuführschlauchs anschließt. Das Arbeitsmagazin 34 endet in der Vereinzelungsvorrichtung 36. Die Vereinzelungsvorrichtung 36 ist als pneumatisch betätigbare Vorrichtung ausgeführt. Sie weist einen Kanal 360 auf, durch den Fügeelemente 2 mittels Druckluft beförderbar sind. Die Fügeelemente 2 passieren den Kanal 360 in Förderrichtung von einer Zuführöffnung 361 bis zu einer Austrittsöffnung 362 und passieren dabei eine erste Druckluftzuführöffnung 363, ein erstes Kanal-Sperrelement 364, eine zweite Druckluftzuführöffnung 365 und ein zweites Kanal-Sperrelement 366. Der Abstand von erstem und zweitem Kanal-Sperrelement 364, 366 ist so gewählt, dass nicht mehr als ein Fügeelement 2 in dem zwischen den Kanal- Sperrelementen 364, 366 liegendem Kanalabschnitt Platz findet. Das erste bzw. zweite Kanal-Sperrelement 364, 366 weist eine erste Betätigungsvor richtung 367 bzw. zweite Betätigungsvorrichtung 368 auf, mittels der es zwi schen einer Sperrsteilung und einer Durchlassstellung bewegbar ist. Bei spielhaft ist die erste Betätigungsvorrichtung 367 mit einem einfachwirkenden Pneumatikzylinder ausgeführt. Mittels Druckluft kann das erste Kanal-Sper- relement 364 in die Sperrsteilung bewegt werden. Bei Ablassen der Druckluft kehrt das erste Kanal-Sperrelement 364 in die Durchlassstellung zurück. Die zweite Betätigungsvorrichtung 366 ist beispielhaft mit einem zweifachwirken den Pneumatikzylinder ausgeführt und kann mittels Druckluft in die Sperrstei lung bzw. in die Durchlassstellung verfahren werden. Weiterhin weist die Ver einzelungsvorrichtung 36 eine erste Druckluftleitung 370 auf, über die die erste Betätigungsvorrichtung 367, die zweite Betätigungsvorrichtung 368 und die zweite Druckluftzuführöffnung 365 gemeinsam mit Druckluft beaufschlag bar sind. Weiterhin weist die Vereinzelungsvorrichtung 36 eine zweite Druck luftleitung 372 auf, über die die zweite Betätigungsvorrichtung 368 und die erste Druckluftzuführöffnung 363 gemeinsam mit Druckluft beaufschlagbar sind.
Die Funktion der Fügevorrichtung 1 wird in den Figuren am Beispiel eines Bolzenschweißprozesses und einer Bolzenschweißvorrichtung erläutert. Ebenso könnte es sich jedoch um andere Fügeelemente, wie z.B. Kugeln, Schweißmuttern etc. handeln und/oder um einen anderen Fügeprozess mit anderer Fügevorrichtung, z.B. einem Nietprozess mit automatisierter Nietvor richtung.
Figur 2 zeigt das Elementzuführsystem 30 zu Beginn eines Fügeprozessab laufs, bei dem mehrere Fügeelemente 2 in Form von Schweißbolzen auf eine Bodengruppe eines Fahrzeugs geschweißt werden sollen. In der Magazin vorrichtung 30 sind mindestens so viele Fügeelement 2 vorgesehen, wie Schweißungen erfolgen sollen. Über eine Druckluftleitung 46 wird Druckluft in die erste Kopplungshälfte 42 eingeleitet, so dass die im Arbeitsmagazin vor handenen Fügeelemente 2 in Richtung auf die Vereinzelungsvorrichtung 36 gedrückt werden. Die Druckluft schließt auch einen Schieber 47 und ver sperrt eine Befüllöffnung der Kopplungshälfte 42.
Soll nun ein erstes Fügeelement 2A verschweißt werden, so wird die erste Druckluftleitung 370 der Vereinzelungsvorrichtung 36 mit Druckluft beauf schlagt, siehe Figur 3. Flierdurch fährt das erste Kanal-Sperrelement 364 in die Sperrsteilung und klemmt ein dort befindliches Fügeelement 2 an der Ka nalwandung ein. Das zweite Kanal-Sperrelement 366 fährt durch die Druck luft in die Durchlassstellung. Weiterhin wird Druckluft über die zweite Druck- luftzuführöffnung 365 in den Kanal geblasen und schiebt das vorderste Fü geelement 2A weiter in den Fügekopf 10.
Gleichzeitig wird die Sortiervorrichtung 31 angesteuert, so dass ein Fügeele ment 2B von der Sortiervorrichtung mittels Druckluft in das Wartemagazin 38 bis vor zur zweiten Kopplungshälfte 44 geschoben wird. In der zweiten Kopp lungshälfte 44 blockiert ein Schieber 48 eine Austrittsöffnung und hält das Element im Wartemagazin 38. Für die Betätigung der Sortiervorrichtung und die Betätigung der Vereinze lungsvorrichtung 36 wird in diesem Verfahrenschritt ein erstes Signal der Sig nalvorrichtung 50 verwendet, mit dem auch der Fügekopf 10 angesteuert wird und ein Zurückziehen eines Ladestifts im Bolzenschweißkopf veranlasst wird.
Wird die Schweißung durchgeführt, so steuert die Signalvorrichtung 50 mit einem zweiten Signal ein Vorschieben des Ladestifts im Bolzenschweißkopf. Mit demselben zweiten Signal wird die zweite Druckluftleitung 372 mit Druck luft beaufschlagt, wodurch das zweite Kanal-Sperrelement 366 in die Sperr steilung fährt und Druckluft über die erste Druckluftzuführöffnung 363 in den Kanal 35 geblasen wird, siehe Figur 2. Die Druckluftversorgung der ersten Druckluftleitung 370 ist unterbrochen, wodurch das erste Kanal-Sperrelement 364 in die Durchlassstellung fährt. Hierdurch werden die im Arbeitsmagazin 34 befindlichen Fügeelemente 2 vorgeschoben bis zum zweiten Kanal-Sper- relement 366.
Dieser zu den Figuren 2 und 3 beschriebene Vorgang wird wiederholt, bis der Fügeprozessablauf abgeschlossen ist und die gewünschte Anzahl an Schweißbolzen gesetzt sind. Mit jeder Entnahme eines Fügeelements 2 aus der Magazinvorrichtung 32 wird ein weiteres Fügeelement 2B in dem War temagazin 38 bereitgestellt. Nach Abschluss des Fügeprozessablaufs sind ebenso viele Fügeelemente 2B im Wartemagazin 38 wie Fügeelemente 2 der Magazinvorrichtung 32 entnommen wurden.
Figur 4 veranschaulicht das Nachfüllen der Magazinvorrichtung 32. Dies fin det vorzugsweise in einer Prozessnebenzeit statt, z.B. während die Boden gruppe ausgetauscht wird. Der Roboter 20 fährt mit dem Fügekopf 10 und der Magazinvorrichtung 32 an das Wartemagazin 38 heran und koppelt die beiden Kopplungshälften miteinander. Hierbei wird ein an der zweiten Kopp lungshälfte 44 ausgebildetes konusförmiges Kopplungsstück 45 in eine kor respondierende trichterförmige Aufnahme 43 in der ersten Kopplungshälfte 42 eingeführt. Der Schieber 48 ist geöffnet, die Druckluftversorgung an Druckluftleitung 46 ist unterbrochen, wodurch der Schieber 47 ebenfalls ge öffnet ist. Mittels Druckluft aus der Sortiervorrichtung kommend werden die Fügeelemente 2B aus dem Wartemagazin 38 in die Magazinvorrichtung transportiert.
Anschließend kann ein neuer Fügeprozessablauf stattfinden, wie zu den Fi guren 2 und 3 beschrieben.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung, die besonders geeignet ist, wenn zwei unterschiedliche Fügeelemente 2 und 3 in demselben Fügepro zessablauf verarbeitet werden sollen. In dieser Ausgestaltung sind zwei pa rallel geschaltete Elementzuführsysteme 30 und 30' vorgesehen, die in ihrem Aufbau und ihrer Funktion jeweils dem zu Figur 2 und 3 beschriebenen Ele- mentzuführsystem 30 entsprechen. Jedoch wird das Elementzuführsystem 30' mit Fügeelementen 3 bestückt, die sich von den Fügeelementen 2 unter scheiden und z.B. eine andere Art von Fügeelement, z.B. eine Schweißmut ter, sind oder eine andere Größe aufweisen. An den Austrittsöffnungen 362 und 362' der Vereinzelungsvorrichtungen 36 und 36' ist ein Zuführkanal 35' mit einem Y-Stück vorgesehen, der Fügeelemente aus beiden Vereinze lungsvorrichtungen 36 und 36' zum Fügekopf 10 führt. Bezugszeichenliste
1 Fügevorrichtung
2 Fügeelement
10 Fügekopf
20 Industrieroboter
22 Roboterkonsole
30, 30' Elementzuführsystem 31, 31 ' Sortiervorrichtung 32, 32' Magazinvorrichtung
34, 34' Arbeitsmagazin
35, 35' Zuführkanal
36, 36' Vereinzelungsvorrichtung 38, 38' Wartemagazin 40, 40' Kopplungsvorrichtung 42, 42' erste Kopplungshälfte
43 Aufnahme
44, 44' zweite Kopplungshälfte
45 konusförmiges Kopplungsstück
46 Druckluftleitung
47, 48 Schieber 50 Steuerungsvorrichtung
360 Kanal
361 Zuführöffnung
362, 362' Austrittsöffnung
363, 365 Druckluftzuführöffnungen
364, 366 Kanal-Sperrelement 367, 368 Betätigungsvorrichtung 370, 372 Druckluftleitung

Claims

Patentansprüche
1. Fügevorrichtung (1 ) mit: einem mobilen Fügekopf (10) mit Fügewerkzeug, der an einem mehrachsi gen Industrieroboter (20) angeordnet ist, einem druckluftbetriebenen Elementzuführsystem (30) und einer Steuerungsvorrichtung (50), die eingerichtet ist zur Ansteuerung des Fügewerkzeugs und zur Steuerung des Elementzuführsystems(30), wobei das Elementzuführsystem (30) aufweist
- eine Magazinvorrichtung (32), die gemeinsam mit dem Fügekopf (10) bewegbar ist, und die ein Arbeitsmagazin (34), in dem eine Vielzahl von Fügeelementen (2) zeitgleich aufgenommen werden können, und eine Vereinzelungsvorrichtung (36) umfasst, von der Fügeelemente (2) einzeln aus der Magazinvorrichtung (32) in Richtung auf das Füge werkzeug weiterbeförderbar sind,
- ein Wartemagazin (38), das ortsfest angeordnet und von einer Sortier vorrichtung (31) mit Fügeelementen (2B) befüllbar ist, und
- eine Kopplungsvorrichtung (40) zur Kopplung der Magazinvorrichtung (32) an das Wartemagazin (38), wobei eine erste Kopplungshälfte (42) an der Magazinvorrichtung (32) und eine zweite Kopplungshälfte am Wartemagazin(38) angeordnet ist.
2. Fügevorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (50) dazu eingerichtet ist, ein erstes Signal zu er zeugen, das einerseits veranlasst, dass ein Fügeelement (2) aus der Maga zinvorrichtung (32) in Richtung auf das Fügewerkzeug transportiert wird, und andererseits veranlasst, dass ein Fügeelement (2B) aus der Sortiervorrich tung (31) in das Wartemagazin (38) transportiert wird.
3. Fügevorrichtung nach Patentanspruch 2, wobei das erste Signal weiterhin verwendet wird um den Fügekopf in einen Belade zustand zu versetzen oder das erste Signal anzeigt, dass sich der Fügekopf in einem Beladezustand be findet.
4. Fügevorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei dem das Wartemagazin (38) an einer Konsole (22) des Industrieroboters (20) an gebracht ist.
5. Fügevorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das Wartemagazin (38) durch einen Zuführschlauch oder ein Druckluftrohr gebildet ist.
6. Fügevorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem eine Kopplungshälfte (42) eine trichterförmige Aufnahme (43) und die andere Kopplungshälfte (44) ein korrespondierendes konusförmiges Kopplungsstück (45) aufweist.
7. Fügevorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei der die erste Kopplungshälfte (42) auf Flöhe der letzten Achse des Roboters (20) angeordnet ist.
8. Fügevorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei der die Vereinzelungsvorrichtung (36) aufweist: einen Kanal (360) mit einer Zuführöffnung (361) und einer Austrittsöffnung (362), durch den die Fügeelemente (2, 2A) beförderbar sind, ein erstes Kanal-Sperrelement (364) mit einer ersten Betätigungsvorrichtung (367) und ein zweites Kanal-Sperrelement (366) mit einer zweiten Betäti gungsvorrichtung (368), die jeweils zwischen einer Sperrsteilung und einer Durchlassstellung bewegbar sind, wobei das zweite Kanal-Sperrelement (366) in Förderrichtung der Fügeele mente (2, 2A) hinter dem ersten Kanal-Sperrelement (364) angeordnet ist, eine erste Druckluftzuführöffnung (363), die in Förderrichtung vor dem ersten Kanal-Sperrelement (364) in den Kanal (360) mündet und eine zweite Druckluftzuführöffnung (365), die in Förderrichtung zwischen dem ersten Kanal-Sperrelement (364) und dem zweiten Kanal-Sperrelement
(366) in den Kanal (360) mündet.
9. Fügevorrichtung nach Patentanspruch 2 und 8, wobei die Vorvereinze lungsvorrichtung (36) weiterhin aufweist: eine erste Druckluftleitung (370), über die die erste Betätigungsvorrichtung
(367), die zweite Betätigungsvorrichtung (368) und die zweite Druckluftzu führöffnung (365) gemeinsam mit Druckluft beaufschlagbar sind, wobei die erste Betätigungsvorrichtung (367) dazu eingerichtet ist, das erste
Kanal-Sperrelement (364) in die Sperrsteilung zu fahren und die zweite Betätigungsvorrichtung (368) dazu eingerichtet ist, das zweite Ka- nal-Sperrelement (366) in die Durchlassstellung zu fahren, wenn die erste
Druckluftleitung (370) mit Druckluft beaufschlagt wird und das erste Signal der Steuerungsvorrichtung (50) dazu verwendet wird, die erste Druckluftleitung (370) mit Druckluft zu beaufschlagen.
10. Fügevorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, mit: zwei Elementbeförderungssystemen (30, 30'), die parallel zueinander ange ordnet sind und die über einen Zuführkanal (35') mit Y-Stück gemeinsam zur Elementaufnahme des Fügekopfes (10) geführt werden.
11 . Fügevorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, die ausgebildet ist als Bolzenschweißvorrichtung.
12. Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung nach einem der vo rangehenden Patentansprüche, bei dem in einem Fügeprozessablauf eine Vielzahl von Fügeelementen (2) nachei nander auf ein Bauteil oder eine Baugruppe gefügt werden, wobei die hierfür erforderlichen Fügeelemente (2) in der Magazinvorrichtung (32) bereitgestellt sind und einzeln zum Fügewerkzeug transportiert werden, während des Fügeprozessablaufs das Wartemagazin (38) mit Fügeelemen ten (2B) befüllt wird, indem die Fügeelemente (2B) einzeln und lagerichtig von der Sortiervorrichtung (31 ) in das Wartemagazin (38) transportiert wer den, nach Abschluss des Fügeprozessablaufs der Industrieroboter (20) derart ver fährt, dass die Magazinvorrichtung (32) an das Wartemagazin (38) ankoppelt und die Fügeelemente (2B) mittels Druckluft aus dem Wartemagazin (38) in das Arbeitsmagazin (36) transportiert werden.
13. Verfahren nach Patentanspruch 12, bei dem das Elementzuführsystem so gesteuert wird, dass mit jedem Transport eines Fügeelementes (2) von der Vereinzelungsvorrichtung (36) zum Fügewerk zeug auch ein Fügeelement (2B) aus der Sortiervorrichtung (31 ) in das War temagazin (38) transportiert wird.
14. Verfahren nach Patentanspruch 13, bei dem der Transport des Fügeeelements (2) von der Vereinzelungsvorrichtung (36) zum Fügewerkzeug durch ein erstes Signal gesteuert wird, welches weiterhin verwendet wird um den Fügekopf in einen Beladezustand zu versetzen oder welches anzeigt, dass sich der Fügekopf in einem Beladezustand befindet.
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