機器人滾邊設備和方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種基于機器人的滾邊設備和方法。
【背景技術】
[0002]滾邊是一種要求高的加工工藝，即使在機器人(基于機器人的)工業工藝的時代，也僅能通過時間和成本的高支出來可靠地實現。然而，在很多工業分支中，諸如汽車工業中，急需滾邊工藝用于批量生產中的金屬板材成形。特別是在穩定的滾邊工藝之前的設置工作是非常耗時的。需要訓練有素且經驗豐富的專家來將設備調整到相關的工件條件。形狀、位置和材料的公差必須通過在實踐中獲得的值來補償。只有在這種情況下才能期待在該工藝結束后得到好的結果。目前僅通過使用機械手并依靠機器人位置的特性還不可能完全補償這些影響因素。
[0003]Jens.P.Wulfsberg等人在制造科學雜志(Zeitschrift fiir wissenschaftlichenFabrikbetrie)2005年第三期第130-135頁上的文章“力可調滾邊工藝(Force-regulatedRoller Hemming)”描述了力可調的滾邊工藝。在該文章中，對用于滾邊的工業機器人的高要求調整進行了描述。
[0004]本發明的目的是提供一種用于滾邊的改進設備和改進方法。為了建立穩定的滾邊工藝而花費大量成本和時間的調節工作，以及工件位置和幾何結構對滾邊工藝的影響將被減少。
【發明內容】
[0005]該目的是通過根據權利要求1的設備或根據權利要求16的方法來實現的。從屬權利要求覆蓋了不同的實施例以及進一步的發展。
[0006]下文描述了一種機器人滾邊設備。根據本發明的一個示例，該機器人滾邊設備包括機械手和滾邊設備。滾邊設備包括框架，以及第一輥子和第二輥子，所述輥子在操作中與工件的兩個相對側接觸。滾邊設備進一步包括至少一個驅動器，驅動器以這樣的方式機械地耦合到所述框架和所述兩個輥子中的至少一個，并且驅動器被控制成使大致沿著力的一個有效力線的反向工藝力通過所述輥子施加到所述工件的相對側，且其中所述兩個輥子可相對于所述框架移動。因此，所述滾邊設備相對于所述工件的錯誤放置能夠通過將所述輥子相對于所述框架移動來補償。
[0007]所述至少一個第一驅動器產生的所述反向工藝力可具有相同的強度，使得由所述驅動器產生的并通過所述輥子施加到所述工件的至少一個合成力和/或一個合成力矩接近于零。滾邊設備能夠以使驅動器施加的工藝力可正交于滾邊設備的進給方向的方式來設
i+o
[0008]機械手能夠被設計成沿著期望的預定輪廓移動滾邊設備或工件。根據一個示例，機械手沿著工件的連接處移動滾邊設備。根據另一個示例，機械手移動工件使工件在滾邊設備的所述輥子之間進給。
[0009]滾邊設備可包括第一和第二驅動器。在該實例中，第一驅動器在框架和第一輥子之間運行，第二驅動器在框架和第二輥子之間運行。從而兩個驅動器允許兩個輥子都沿著所述力的有效力線(主要垂直于機械手的工具中心點(TCP)的進給方向)移動。
[0010]根據另一個示例，所述至少一個驅動器在兩個輥子之間運行，其中所述驅動器和所述兩個輥子可移動地(在第一方向上)安裝在框架上。所述驅動器和所述兩個輥子可另外布置在安裝在框架上的基底件上。驅動器和輥子可借助于彈簧或其它驅動器(例如，通過提到的基底件)等可移動地固定在框架上。
[0011]滾邊設備可包括馬達，其被設計成用于驅動所述輥子的至少一個。其中至少一個所述輥子可被驅動使其旋轉速率與機械手的路徑速度相匹配。
[0012]所述設備可包括控制單元，其被設計成控制所述至少一個驅動器使所述驅動器產生的工藝力與目標力大致對應，其中被控制(具有或沒有力反饋)的工藝力主要垂直地施加于工件的各表面。
[0013]進一步地，描述了一種使用滾邊設備的用于工件的機器人滾邊的方法，其中滾邊設備包括框架，第一輥子和第二輥子，以及至少一個第一驅動器。所述輥子在操作時與工件的兩個相對側接觸，并且所述至少一個驅動器機械地耦合到框架和所述兩個輥子中的至少一個。根據本發明的一個示例，該方法包括在機械手的幫助下沿著期望的輪廓移動所述工件或滾邊設備，以及控制所述至少一個驅動器使主要垂直于滾邊設備的進給方向被引導的并且大致沿著力的有效力線的反向工藝力通過所述兩個輥子施加到所述工件的相對側。
【附圖說明】
[0014]參照下面的描述和附圖，本發明能夠得到更好的理解。該附圖并不需要按照比例繪制，并且本發明并不限于其中所示的方面。相反，重點放在說明本發明的基本原理上。在附圖中:
[0015]圖1示出了用于在相應的基底上滾邊的具有附加驅動器的機械手。
[0016]圖2示出了施加到根據圖1所示的設備中的輥子和工件上的力。
[0017]圖3示出了被根據第一實施方案的機械手引導的滾邊設備，其具有彼此相對放置用于工件滾邊的兩個驅動器和兩個輥子。
[0018]圖4示出了施加到根據圖3所示的設備中的輥子和工件上的力。
[0019]圖5示出了被根據第二實施方案的機械手引導的滾邊設備，其具有彼此相對放置用于工件滾邊的驅動器和兩個輥子。
[0020]圖6示出了根據其它實施方案的滾邊設備，其具有彼此相對放置用于在機械手引導下的進行工件滾邊的驅動器和兩個輥子。
[0021]在附圖中，相同的附圖標記指定相同或相似的組件，每個都具有相同或相似的意義。
【具體實施方式】
[0022]滾邊被理解為使用類似于折疊機(起源于書籍裝訂廠)的儀器連接兩片金屬或其它材料。類似于翻邊，該兩個材料通過形狀鎖定(形狀配合)連接。在此該金屬片不會急劇彎曲，而是使用儀器(工具)卷進彼此。其優勢在于不會損壞表面并且不為材料引入缺口應力(notch stress)。這項技術最初來自于水管工，而今被用于金屬片的連接部分等。除了形狀鎖定連接(form-locked connect1n)，該材料也通過摩擦(夾緊)被力鎖定(force-locked)(力配合)在一起。
[0023]滾邊也用于在車體構造中，其中車體部件使用機器人(機器人引導的)滾壓機器進行連接。此處，可見金屬片的外部邊緣是在一步或幾步中圍繞相應的不可見的內部部件形成的。可見金屬片的邊緣從而彎曲在內部部件的相應邊緣上以產生形狀鎖定連接。該連接能夠在滾邊工藝前通過將密封膠黏劑注入到連接處而密封。
[0024]圖1示出了例如在汽車工業等的成批生產中采用的滾邊工藝。在本示例中，例如要加工的工件301由在滾邊工藝中邊緣處被連接的(外部)金屬片30 Ib和(后來的內部)組件301a組成。金屬片301b和組件301a另外可通過粘合連接。為了產生滾邊連接，金屬片301b的一個邊緣被折疊在組件301a的相應的邊緣上。為了確保金屬片301b的折疊是沿著組件301b的邊緣均勻地進行的，可能需要調節儀器(輥子201，也見圖2)的壓力Fn。然而工業機器人(所謂的機械手)常常是被位置控制(posit1n-controlled)的，盡管有幾何學上正確的路徑規劃，這仍然會導致由于不可避免的公差(以及引起壓力波動)引起的翻邊(折疊)中的缺陷。如果施加的力太小，則翻邊不會緊密地閉合。如果施加的力太大，則表面會出現明顯的變形。
[0025]所提到的問題(翻邊缺陷)能夠(至少部分地)通過例如將儀器(輥子201a，201b)用機械預張緊彈簧附接到機械手100來解決。那么在位置上的微小偏差能夠通過偏轉該彈簧來補償。如果正確地選擇了彈簧的特征曲線，則壓力Fn將不會被顯著地改變。可以采用增加的驅動器(即直線驅動器)取代彈簧來調節所述壓力。
[0026]在在圖1所示本示例中，輥子201被機械手100引導在工件301的連接處的上方。例如機械手100是具有臂段103、104和105的標準工業機器人。第一段103可以是可旋轉的，并且可轉動地安裝在基底102上，基底102牢固地連接到基座101 (基部)上。第二(中間)臂段104能夠旋轉并且連接到第一臂段103。第三臂段105可旋轉地連接到第二臂段104并且