预分离装置、接合设备和用于运行接合设备的方法与流程

1.本发明涉及一种用于接合元件的预分离装置、一种接合设备和一种用于运行接合设备的方法。


背景技术：

2.在汽车制造中、例如在车身制造中，处理大量的小件接合元件，例如焊接接合元件或铆接元件。在自动化过程中，接合工具通常安装在工业机器人上，该工业机器人将接合工具定位在相应的接合部位处。带有螺柱焊接头的工业机器人例如依次运动到车身上的预定位置并且接合工具在这些位置的每一个上将焊接螺柱焊接到车身上。
3.为了在接合头上提供接合元件，通常使用元件供应系统。接合元件例如作为散装零件被提供，在分拣装置中被分离和定向并且由元件供应系统单独地借助于压缩空气通过压缩空气供应通道(其例如可以构造为压缩空气软管)继续运输至接合工具，在那里接合元件被处理。分拣装置通常定位在工业机器人的工作区域之外，从而接合元件必须在数米的长距离上被运输至接合工具。如果待由机器人接近的接合位置彼此靠近，则可能出现没有新的接合元件到达接合工具中并且机器人必须等待的情况。这增加了接合设备的过程持续时间和停机时间。


技术实现要素：

4.在此背景下，本发明的任务是，提出一种改进接合元件自动化接合过程的可能性。
5.该任务通过根据权利要求1的装置、根据权利要求6的接合设备和根据权利要求11的方法来解决。其它有利实施方式由从属权利要求和下面的说明得出。
6.提出一种用于安装在元件供应系统中的预分离装置，借助该元件供应系统可借助于压缩空气将接合元件通过压缩空气输送通道输送直至接合头上的接合元件容纳部。作为接合元件可以使用小件焊接元件，例如球、双球、螺母、具有或不具有螺纹的焊接螺柱，也可以是用于其它接合方法的小件接合元件，例如铆接元件或螺纹元件。
7.预分离装置包括具有供应口和排出口的通道，通过该通道可输送接合元件。接合元件在运行中经由供应口被引入预分离装置并且在通过所述通道之后在排出口处离开预分离装置。例如预分离装置集成在压力输送通道中，从而该压力输送通道邻接供应口或排出口。此外，预分离装置包括具有第一操作装置的第一通道阻断元件和具有第二操作装置的第二通道阻断元件。第二通道阻断元件(在接合元件的输送方向上看)设置在第一通道阻断元件的下游。换句话说，第一通道阻断元件设置得更靠近供应口，并且第二通道阻断元件设置得更靠近排出口。各通道阻断元件彼此间隔得如此之远，以至于位于其间的通道区段可以容纳至少一个接合元件并且在一种实施方式尤其是正好是一个接合元件。各通道阻断元件分别可在阻断位置和允许通过位置之间运动。在阻断位置中，通道阻断元件防止接合元件从阻断元件旁运动通过通道。在允许通过位置中，通道阻断元件释放通道并且接合元件可以通过。通道阻断元件的运动分别借助于所属的操作装置进行。通道阻断元件例如可
以优选构造为滑动件，其可横向于通道在阻断位置和允许通过位置之间运动。
8.预分离装置还包括在输送方向上在第一通道阻断元件的上游通入通道中的第一压缩空气供应口以及在输送方向上在第一通道阻断元件和第二通道阻断元件之间通入通道中的第二压缩空气供应口。第一和第二压缩空气供应口优选设置用于连接到压缩空气供应装置上。
9.基于上述结构，预分离装置提供两个通道区段，在所述通道区段中，供应的接合元件可以被有针对性地停住并且随后通过压缩空气冲击而继续输送。这使得能够将接合元件运输直至接合头附近，在那里暂时存储在一种“等待位置”中并且在需要时将其供应给接合头，而新的接合元件已经被运输到一个“等待位置”。第一等待位置在此位于第一通道阻断元件上游，而第二等待位置位于第二通道阻断元件上游。在此，从预分离装置直至接合头的最终供应所需的时间比从螺柱分拣器直至接合头的输送所需的时间短得多。迄今为止，接合过程、如螺柱焊的开始取决于接合元件从储存容器或接合元件分拣器行进直至焊接头中的长距离。只有当接合元件到达接合头中时，该过程才能释放。通过预分离装置，两次焊接之间的时间不再关联于接合元件从储存容器或接合元件分拣器运输直至焊接头所需的时间。更确切地说，只需要克服短得多的距离，即从等待位置直至接合头的距离，从而在此所需的时间也减少。因此，可以减少两个接合过程之间的非生产时间，由此减少总过程时间并提高设备利用率。为了优化过程时间，在一种实施方式中特别有利的是，预分离装置相对于运动式接合头位置固定地设置并且例如安装在该接合头上。因此，在预分离装置与接合头中的接合元件容纳部之间的距离可以减少到最小。
10.在一种实施方式中规定，第一和第二操作装置分别是气动缸。通道阻断元件的运动因此能够通过压缩空气实现，所述压缩空气无论如何都是元件供应系统的运行所需要的。这种实施方式仅具有较少的投资和安装成本。对于预分离装置的简单且低成本的结构有利的是，在一种实施方式中第一操作装置具有单作用气缸，用于使第一通道阻断元件运动到阻断位置中。在单作用气缸中只有一个压缩空气接口。流入的压缩空气使活塞在一个方向上运动，与此相应地，通道阻断元件运动到阻断位置中。为了使气缸再次运动到其初始位置(通道阻断元件释放通道)，从气缸中排出空气并且机械弹簧将活塞再次压入初始位置中。更靠近供应口的第一通道阻断元件不需要特别快速地返回到允许通过位置中，因此单作用气缸提供了特别低成本的技术实现可能性。
11.在另一种优选实施方式中，第二操作装置具有双作用气动缸，既用于使第二通道阻断元件运动到阻断位置中，又用于使第二通道阻断元件运动到允许通过位置中。双作用气缸对于每个运动方向都需要压缩空气。在这种气缸类型中，通过压缩空气在移出和移入方向上产生力。由此使气缸特别快速地运动到两个端部位置中。一方面，这可以实现附加的可靠性，即，使通过压缩空气推进的元件也实际上被停住。另一方面，这种实施方式能够实现预分离装置的特别紧凑的结构，因为可以减小为了可靠停住接合元件所需的通道长度。
12.在一种优选实施方式中，预分离装置还具有第一压缩空气管路，通过该第一压缩空气管路，第一操作装置、第二操作装置和第二压缩空气供应口可共同地被加载压缩空气。在此，当第一压缩空气管路被加载压缩空气时，第一操作装置设置用于使第一通道阻断元件运动到阻断位置中并且第二操作装置设置用于使第二通道阻断元件运动到允许通过位置中。由此产生阻断元件的反向运动，这使得，当一个接合元件从第二阻断元件上游的位置
运动直至工具头中时，不会从后面再射出另外的接合元件。共同的压缩空气管路能够实现共同的控制，由此产生简单且低成本的结构。
13.有利的是，在一种实施方式中，还设置有第二压缩空气管路，通过该第二压缩空气管路，第二操作装置和第一压缩空气供应口可共同地被加载压缩空气，并且当第二压缩空气管路被加载压缩空气时，第二操作装置设置用于使第二通道阻断元件运动到阻断位置中。由此可以使在第一通道阻断元件上游“停住的”接合元件通过压缩空气向前运动并且同时使第二通道阻断元件运动到阻断位置中，从而接合元件在第二通道阻断元件处停住。因此，接合元件从第一通道阻断元件到第二通道阻断元件的进一步运动可以在没有单独的控制器的情况下以特别简单的方式实现。
14.此外，提出一种接合设备，其包括具有接合工具的运动式接合头，该接合头设置在多轴工业机器人上。多轴机器人保持并引导具有接合工具的接合头并且使得能够在两个接合过程之间重新定位同一接合头。接合设备还包括具有压缩空气输送通道的元件供应系统，上述预分离装置集成到该压缩空气输送通道中并且通过该压缩空气输送通道可借助于压缩空气将接合元件从分拣装置运输至运动式接合头，在所述分拣装置中接合元件被分离且位置正确地定向。在接合头中，接合元件被定位在元件容纳部中，所述元件容纳部在接合过程开始时将接合元件保持在定义的位置中。预分离装置在此相对于接合头位置固定地设置。压缩空气输送通道优选从分拣装置延伸直至预分离装置中的供应口。压缩空气输送通道可以具有另一个区段，该区段从预分离装置的排出口延伸直至接合头中的接合元件容纳部。元件供应系统例如还可以包括压缩空气供应装置或连接到压缩空气供应装置。
15.此外，设置有控制装置，其设置用于控制接合工具并且用于控制元件供应系统。
16.接合头尤其是设置用于将通过元件供应系统供应的接合元件在接合过程中例如接合到其它构件上。具有接合工具的接合头例如可以是用于焊接接合元件的焊接头，尤其是拉弧式电弧焊接头。与此相应地，在一种优选实施方式中，接合设备构造为焊接设备或拉弧式电弧焊接设备。接合头也可以是用于安装铆钉的铆接头或用于拧入接合元件的旋拧工具。也可以想到，接合头具有其它接合工具、如铆接工具。
17.特别优选，在一种实施方式中，第一控制装置设置用于生成第一信号，该第一信号一方面使接合元件通过压缩空气输送通道运动到预分离装置中并且另一方面使第一压缩空气管路被加载压缩空气。由此，将新的接合元件供应到预分离装置中关联于将已经在预分离装置中处于“等待位置”中的接合元件同时继续输送到接合头上。
18.一种优选实施方式规定，作为第一信号使用也用于控制接合头的信号。优选第一信号指示接合头处于装载状态或第一信号使接合头置于装载状态中。“装载状态”在此理解为接合头准备用于容纳接合元件。如果接合头例如是具有装载销的螺柱焊接头，则当装载销缩回时，该焊接头处于装载状态中。相应的第一信号于是指示装载销缩回或基于该信号使装载销缩回到焊接头中。其它结构类型的螺柱焊接头例如设有可运动到不同位置中的旋转段或匙件。类似地，在此将使用第一信号，该第一信号指示旋转段或匙件处于可以装载接合元件的位置中或使旋转段或匙件运动到相应的位置中。换句话说，除了压缩空气控制之外，还可以通过电信号控制分离，据此接合头处于装载状态或被置于装载状态中(“装载销缩回”或“装载销处于缩回位置中”)。
19.因此，将接合元件从预分离装置向接合头中的供应关联于接合设备的控制。此外，
控制装置可以设置用于生成第二信号，该第二信号使第二压缩空气管路被加载压缩空气并且使接合头继续运动供应的接合元件，例如通过装载销的前移或旋转段或匙件的运动。由此，将接合元件在预分离装置中从第一“等待位置”到第二“等待位置”的继续运动关联于接合头内的“装载过程”。这种实施方式实现特别的优点，因为不需要单独的控制信号来运行预分离装置。更确切地说，可以借助控制接合头所需的相同信号来控制接合元件的整个供应。如果第一压缩空气管路与在接合设备中用于建立装载状态(例如使装载销缩回)的压缩空气管路联接，则该控制可以特别简单地实现。同样，第二压缩空气管路可以耦联于另一用于在接合头中继续运动接合元件(例如向前运动装载销)的压缩空气管路。用于分离接合元件的压缩空气供应装置可以在外部通过附加的空气软管或在内部通过焊接头的空气供应装置实现。
20.此外，还提出一种用于运行上述具有元件供应系统的接合设备的方法，在其中，借助于压缩空气将接合元件分离地并且位置正确地供应给接合头，其中，通过第一压缩空气流将每个接合元件运输至第一通道阻断元件上游的第一等待位置中，并且通过第二压缩空气流将其从第一等待位置运输至第二通道阻断元件上游的第二等待位置中，并且随后通过第三压缩空气流将其从第二等待位置运输直至接合头中。
21.结合预分离装置或接合设备描述的特征和细节在与根据本发明的方法相结合时也适用并且反之亦然，从而关于各个发明方面的公开内容始终相互参照或可相互参照。
22.本发明的其它优点、特征和细节由以下说明得出，在下面的说明中参考附图详细描述本发明的实施例。在此在权利要求和说明书中提到的特征可以分别单独地或以任意组合对于本发明是重要的。只要在本技术中使用术语“可以”，则不仅涉及技术可能性而且涉及实际的技术实现。
附图说明
23.下面借助附图对实施例进行说明。附图如下：
24.图1示出示例性的预分离装置；
25.图2示出具有集成的预分离装置的示例性接合设备；
26.图3和4示出处于不同运行位置中的图1中的预分离装置，用以说明该方法。
具体实施方式
27.预分离装置1具有通道10，通过该通道可借助于压缩空气输送各接合元件2。接合元件2沿输送方向从供应口11直至排出口12地经过通道10并且在此经过第一压缩空气供应口13、第一通道阻断元件20、第二压缩空气供应口14和第二通道阻断元件30。这样选择第一和第二通道阻断元件20、30的距离，使得位于通道阻断元件20、30之间的通道区段可容纳至少一个接合元件2且特别优选正好一个接合元件2。第一或第二通道阻断元件20、30具有第一操作装置22或第二操作装置32，各通道阻断元件可借助所述操作装置在阻断位置和允许通过位置之间运动。例如第一操作装置22实施有单作用气动缸。第一通道阻断元件20可以借助于压缩空气运动到阻断位置中。在排出压缩空气时，第一通道阻断元件20返回到允许通过位置中。第二操作装置32例如实施有双作用气动缸并且可以借助于压缩空气运动到阻断位置或允许通过位置中。此外，预分离装置1具有第一压缩空气管路40，第一操作装置20、
第二操作装置30和第二压缩空气供应口14可通过该第一压缩空气管路共同地被加载压缩空气。当第一压缩空气管路40被加载压缩空气时，第一通道阻断元件20运动到阻断位置中，第二通道阻断元件30运动到允许通过位置中并且压缩空气经由第二压缩空气供应口14吹入到通道中，如图1所示。此外，预分离装置1具有第二压缩空气管路50，第二操作装置32和第一压缩空气供应口13可通过该第二压缩空气管路共同地被加载压缩空气。当第二压缩空气管路50被加载压缩空气时，第二通道阻断元件30运动到阻断位置中并且压缩空气经由第一压缩空气供应口13吹入到通道10中，如图3所示。
28.预分离装置1优选集成到自动化的接合设备100中，参见图2。接合设备包括具有接合工具的运动式接合头110，该接合头固定在多轴工业机器人112上并且可借助该工业机器人定位。为了接合过程，接合头110运动到相应的接合位置处并且在那里借助接合工具将接合元件2接合到未示出的构件上。为了将接合元件2供应至接合工具，接合设备100还具有元件供应系统120，借助该元件供应系统，分拣装置122中的各接合元件2可分离地并且位置正确地借助于压缩空气输送直至接合头110上的输出口。分拣装置122在此通常在空间上与工业机器人112间隔开地设置并且优选位置固定地设置。接合元件通过例如以软管或类似物形式的压缩空气输送通道124从分拣装置122被引导直至接合头110。预分离装置1这样集成在元件供应系统120中，使得来自分拣装置122的接合元件2在供应口11处从压缩空气输送通道124进入预分离装置1中并且在排出口12处离开预分离装置并且从那里继续通过压缩空气输送通道124到达接合头112上的输出口。预分离装置1相对于接合头110位置固定地设置，例如与之拧紧。此外，接合设备100具有控制装置130，该控制装置设置用于控制具有接合工具的接合头110和元件供应系统120并且必要时用于控制工业机器人112。
29.在附图中以螺柱焊过程和螺柱焊设备为例阐述预分离装置1和接合设备100的功能。但也可以涉及其它接合元件，如球、焊接螺母等和/或使用其它接合设备的其它接合过程，如使用自动化铆接设备的铆接过程。
30.来自分拣装置122的接合元件2借助于压缩空气被输送通过压缩空气输送通道124。同时，压缩空气通过第一压缩空气管路40被引导，由此第一通道阻断元件20运动到阻断位置中，参见图1。来自分拣装置122的焊接螺柱(或接合元件)2在第一通道阻断元件20处停住并保持在通道10中的第一等待位置中。
31.在下一步骤中(参见图3)，停止通过第一压缩空气管路40的压缩空气供应，由此，第一通道阻断元件20返回到允许通过位置中。此外，压缩空气通过第二压缩空气管路50被引导，由此第二通道阻断元件30运动到阻断位置中并且压缩空气经由第一压缩空气供应口13进入通道10中并且将位于第一等待位置(图1)中的焊接螺柱2继续推动直至第二通道阻断元件30。焊接螺柱2现在位于第一和第二通道阻断元件之间的第二等待位置中。
32.在下一步骤中，停止通过第二压缩空气管路50的压缩空气供应，并且(如已经关于图1所描述那样)在第一压缩空气管路40被加载压缩空气期间将另一焊接螺柱2a(或接合元件)从分拣装置122推入预分离装置1中。新供应的焊接螺柱2a在第一通道阻断元件20处停住。通过第一压缩空气管路40中的压缩空气，第二通道阻断元件30运动到允许通过位置中并且压缩空气经由第二压缩空气供应口进入通道10中，从而将焊接螺柱2推出预分离装置1中的第二等待位置并继续输送直至接合头112。
33.特别优选使用一个共同的控制装置130来既控制压缩空气管路40和50的加载、又
控制接合元件2从分拣装置122向预分离装置方向的供应。
34.在图2所示的示例性接合设备中，控制装置设置用于例如通过共同的第一信号同时控制接合元件从分拣装置122到预分离装置1的供应与第一压缩空气管路40的加载和螺柱焊接头装载销的缩回。此外，控制装置设置用于例如通过共同的第二信号同时控制第二压缩空气管路50的加载和螺柱焊接头装载销的前移。
35.附图标记列表
36.1预分离装置
37.2、2a接合元件
38.10通道
39.11供应口
40.12排出口
41.13、14压缩空气供应口
42.20、30通道阻断元件
43.22、32操作装置
44.40、50压缩空气管路
45.100接合设备
46.110接合头
47.112工业机器人
48.120元件供应系统
49.122分拣装置
50.124压缩空气输送通道
51.130控制装置

技术特征：
1.用于安装在元件供应系统(120)中的预分离装置(1)，借助该元件供应系统能够将接合元件(2、2a)借助于压缩空气从分拣装置(122)输送直至接合头(110)上的接合元件容纳部，所述预分离装置(1)包括：具有供应口(11)和排出口(12)的通道(10)，通过该通道能够输送接合元件(2、2a)；具有第一操作装置(22)的第一通道阻断元件(20)和具有第二操作装置(32)的第二通道阻断元件(30)，所述第一和第二通道阻断元件分别能够在阻断位置和允许通过位置之间运动，其中，第二通道阻断元件(30)在接合元件(2、2a)的输送方向上设置在第一通道阻断元件(20)的下游；第一压缩空气供应口(13)，其在输送方向上在第一通道阻断元件(20)的上游通入通道中；以及第二压缩空气供应口(14)，其在输送方向上在第一通道阻断元件(20)和第二通道阻断元件(30)之间通入通道(10)中。2.根据权利要求1所述的预分离装置(1)，其中，所述第一操作装置(22)具有单作用气动缸，用于使第一通道阻断元件(20)运动到阻断位置中。3.根据权利要求1或2所述的预分离装置，其中，所述第二操作装置(32)具有双作用气动缸，既用于使第二通道阻断元件(30)运动到阻断位置中，又用于使第二通道阻断元件运动到允许通过位置中。4.根据权利要求2或3所述的预分离装置，还包括第一压缩空气管路(40)，通过该第一压缩空气管路，第一操作装置、第二操作装置(32)和第二压缩空气供应口(14)能够共同地被加载压缩空气，其中，当第一压缩空气管路(40)被加载压缩空气时，第一操作装置(22)设置用于使第一通道阻断元件(20)运动到阻断位置中并且第二操作装置(32)设置用于使第二通道阻断元件(30)运动到允许通过位置中。5.根据权利要求4所述的预分离装置(1)，还包括第二压缩空气管路(50)，通过该第二压缩空气管路，第二操作装置(32)和第一压缩空气供应口(13)能够共同地被加载压缩空气，并且当第二压缩空气管路(50)被加载压缩空气时，第二操作装置(32)设置用于使第二通道阻断元件(30)运动到阻断位置中。6.接合设备(100)，包括：具有接合工具的运动式接合头(110)，该接合头设置在多轴工业机器人(112)上；元件供应系统(120)，借助该元件供应系统能够借助于压缩空气将接合元件(2、2a)从分拣装置(122)运输至运动式接合头(110)；以及控制装置(130)，用于控制接合工具并且用于控制元件供应系统(120)，其中，所述元件供应系统(120)还具有根据前述权利要求中任一项所述的预分离装置(1)，该预分离装置相对于接合头(110)位置固定地设置。7.根据权利要求6所述的接合设备，其构造为螺柱焊设备。8.根据权利要求6或7所述的接合设备，其中，所述控制装置(130)设置用于生成第一信号，通过该第一信号使接合元件(2、2a)借助于压缩空气从分拣装置(122)向工具头(110)方向运动并且使第一压缩空气管路(40)被加载压缩空气。9.根据权利要求8所述的接合设备，其中，所述第一信号还用于将接合头置于装载状态中，或第一信号指示接合头处于装载状态中。
10.根据权利要求7和8所述的接合设备，其中，所述接合头(110)构造为具有装载销的螺柱焊接头，第一信号还用于使装载销缩回，并且控制装置(130)还设置用于生成第二信号，通过该第二信号使第二压缩空气管路(50)被加载压缩空气并且使装载销前移。11.用于运行根据权利要求6至10中任一项所述的具有元件供应系统(120)的接合设备(100)的方法，在该方法中，借助于压缩空气将各接合元件(2、2a)分离地并且位置正确地供应给接合头(110)，其中，通过第一压缩空气流将每个接合元件(2、2a)运输至第一通道阻断元件(20)上游的第一等待位置中，并且通过第二压缩空气流将每个接合元件从第一等待位置运输至第二通道阻断元件(30)上游的第二等待位置中，并且随后通过第三压缩空气流将每个接合元件从第二等待位置运输直至接合头(110)中。

技术总结
本发明涉及一种用于安装在元件供应系统(120)中的预分离装置(1)，借助该元件供应系统可将接合元件(2、2A)借助于压缩空气从分拣装置(122)输送直至接合头(110)上的接合元件容纳部，涉及一种接合设备(100)以及一种用于运行接合设备的方法。预分离装置(1)包括：具有供应口(11)和排出口(12)的通道(10)，通过该通道可输送接合元件(2、2A)；具有第一操作装置(22)的第一通道阻断元件(20)和具有第二操作装置(32)的第二通道阻断元件(30)，所述通道阻断元件分别可在阻断位置和允许通过位置之间运动，第二通道阻断元件(30)在接合元件(2、2A)的输送方向上设置在第一通道阻断元件(20)的下游；在输送方向上在第一通道阻断元件(20)的上游通入通道中的第一压缩空气供应口(13)；以及在输送方向上在第一通道阻断元件(20)和第二通道阻断元件(30)之间通入通道(10)中的第二压缩空气供应口(14)。缩空气供应口(14)。缩空气供应口(14)。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：宝马股份公司
技术研发日：2022.01.19
技术公布日：2023/8/14