机器人滚边设备和方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种基于机器人的滚边设备和方法。
【背景技术】
[0002]滚边是一种要求高的加工工艺，即使在机器人(基于机器人的)工业工艺的时代，也仅能通过时间和成本的高支出来可靠地实现。然而，在很多工业分支中，诸如汽车工业中，急需滚边工艺用于批量生产中的金属板材成形。特别是在稳定的滚边工艺之前的设置工作是非常耗时的。需要训练有素且经验丰富的专家来将设备调整到相关的工件条件。形状、位置和材料的公差必须通过在实践中获得的值来补偿。只有在这种情况下才能期待在该工艺结束后得到好的结果。目前仅通过使用机械手并依靠机器人位置的特性还不可能完全补偿这些影响因素。
[0003]Jens.P.Wulfsberg等人在制造科学杂志(Zeitschrift fiir wissenschaftlichenFabrikbetrie)2005年第三期第130-135页上的文章“力可调滚边工艺(Force-regulatedRoller Hemming)”描述了力可调的滚边工艺。在该文章中，对用于滚边的工业机器人的高要求调整进行了描述。
[0004]本发明的目的是提供一种用于滚边的改进设备和改进方法。为了建立稳定的滚边工艺而花费大量成本和时间的调节工作，以及工件位置和几何结构对滚边工艺的影响将被减少。
【发明内容】
[0005]该目的是通过根据权利要求1的设备或根据权利要求16的方法来实现的。从属权利要求覆盖了不同的实施例以及进一步的发展。
[0006]下文描述了一种机器人滚边设备。根据本发明的一个示例，该机器人滚边设备包括机械手和滚边设备。滚边设备包括框架，以及第一辊子和第二辊子，所述辊子在操作中与工件的两个相对侧接触。滚边设备进一步包括至少一个驱动器，驱动器以这样的方式机械地耦合到所述框架和所述两个辊子中的至少一个，并且驱动器被控制成使大致沿着力的一个有效力线的反向工艺力通过所述辊子施加到所述工件的相对侧，且其中所述两个辊子可相对于所述框架移动。因此，所述滚边设备相对于所述工件的错误放置能够通过将所述辊子相对于所述框架移动来补偿。
[0007]所述至少一个第一驱动器产生的所述反向工艺力可具有相同的强度，使得由所述驱动器产生的并通过所述辊子施加到所述工件的至少一个合成力和/或一个合成力矩接近于零。滚边设备能够以使驱动器施加的工艺力可正交于滚边设备的进给方向的方式来设
i+o
[0008]机械手能够被设计成沿着期望的预定轮廓移动滚边设备或工件。根据一个示例，机械手沿着工件的连接处移动滚边设备。根据另一个示例，机械手移动工件使工件在滚边设备的所述辊子之间进给。
[0009]滚边设备可包括第一和第二驱动器。在该实例中，第一驱动器在框架和第一辊子之间运行，第二驱动器在框架和第二辊子之间运行。从而两个驱动器允许两个辊子都沿着所述力的有效力线(主要垂直于机械手的工具中心点(TCP)的进给方向)移动。
[0010]根据另一个示例，所述至少一个驱动器在两个辊子之间运行，其中所述驱动器和所述两个辊子可移动地(在第一方向上)安装在框架上。所述驱动器和所述两个辊子可另外布置在安装在框架上的基底件上。驱动器和辊子可借助于弹簧或其它驱动器(例如，通过提到的基底件)等可移动地固定在框架上。
[0011]滚边设备可包括马达，其被设计成用于驱动所述辊子的至少一个。其中至少一个所述辊子可被驱动使其旋转速率与机械手的路径速度相匹配。
[0012]所述设备可包括控制单元，其被设计成控制所述至少一个驱动器使所述驱动器产生的工艺力与目标力大致对应，其中被控制(具有或没有力反馈)的工艺力主要垂直地施加于工件的各表面。
[0013]进一步地，描述了一种使用滚边设备的用于工件的机器人滚边的方法，其中滚边设备包括框架，第一辊子和第二辊子，以及至少一个第一驱动器。所述辊子在操作时与工件的两个相对侧接触，并且所述至少一个驱动器机械地耦合到框架和所述两个辊子中的至少一个。根据本发明的一个示例，该方法包括在机械手的帮助下沿着期望的轮廓移动所述工件或滚边设备，以及控制所述至少一个驱动器使主要垂直于滚边设备的进给方向被引导的并且大致沿着力的有效力线的反向工艺力通过所述两个辊子施加到所述工件的相对侧。
【附图说明】
[0014]参照下面的描述和附图，本发明能够得到更好的理解。该附图并不需要按照比例绘制，并且本发明并不限于其中所示的方面。相反，重点放在说明本发明的基本原理上。在附图中:
[0015]图1示出了用于在相应的基底上滚边的具有附加驱动器的机械手。
[0016]图2示出了施加到根据图1所示的设备中的辊子和工件上的力。
[0017]图3示出了被根据第一实施方案的机械手引导的滚边设备，其具有彼此相对放置用于工件滚边的两个驱动器和两个辊子。
[0018]图4示出了施加到根据图3所示的设备中的辊子和工件上的力。
[0019]图5示出了被根据第二实施方案的机械手引导的滚边设备，其具有彼此相对放置用于工件滚边的驱动器和两个辊子。
[0020]图6示出了根据其它实施方案的滚边设备，其具有彼此相对放置用于在机械手引导下的进行工件滚边的驱动器和两个辊子。
[0021]在附图中，相同的附图标记指定相同或相似的组件，每个都具有相同或相似的意义。
【具体实施方式】
[0022]滚边被理解为使用类似于折叠机(起源于书籍装订厂)的仪器连接两片金属或其它材料。类似于翻边，该两个材料通过形状锁定(形状配合)连接。在此该金属片不会急剧弯曲，而是使用仪器(工具)卷进彼此。其优势在于不会损坏表面并且不为材料引入缺口应力(notch stress)。这项技术最初来自于水管工，而今被用于金属片的连接部分等。除了形状锁定连接(form-locked connect1n)，该材料也通过摩擦(夹紧)被力锁定(force-locked)(力配合)在一起。
[0023]滚边也用于在车体构造中，其中车体部件使用机器人(机器人引导的)滚压机器进行连接。此处，可见金属片的外部边缘是在一步或几步中围绕相应的不可见的内部部件形成的。可见金属片的边缘从而弯曲在内部部件的相应边缘上以产生形状锁定连接。该连接能够在滚边工艺前通过将密封胶黏剂注入到连接处而密封。
[0024]图1示出了例如在汽车工业等的成批生产中采用的滚边工艺。在本示例中，例如要加工的工件301由在滚边工艺中边缘处被连接的(外部)金属片30 Ib和(后来的内部)组件301a组成。金属片301b和组件301a另外可通过粘合连接。为了产生滚边连接，金属片301b的一个边缘被折叠在组件301a的相应的边缘上。为了确保金属片301b的折叠是沿着组件301b的边缘均匀地进行的，可能需要调节仪器(辊子201，也见图2)的压力Fn。然而工业机器人(所谓的机械手)常常是被位置控制(posit1n-controlled)的，尽管有几何学上正确的路径规划，这仍然会导致由于不可避免的公差(以及引起压力波动)引起的翻边(折叠)中的缺陷。如果施加的力太小，则翻边不会紧密地闭合。如果施加的力太大，则表面会出现明显的变形。
[0025]所提到的问题(翻边缺陷)能够(至少部分地)通过例如将仪器(辊子201a，201b)用机械预张紧弹簧附接到机械手100来解决。那么在位置上的微小偏差能够通过偏转该弹簧来补偿。如果正确地选择了弹簧的特征曲线，则压力Fn将不会被显著地改变。可以采用增加的驱动器(即直线驱动器)取代弹簧来调节所述压力。
[0026]在在图1所示本示例中，辊子201被机械手100引导在工件301的连接处的上方。例如机械手100是具有臂段103、104和105的标准工业机器人。第一段103可以是可旋转的，并且可转动地安装在基底102上，基底102牢固地连接到基座101 (基部)上。第二(中间)臂段104能够旋转并且连接到第一臂段103。第三臂段105可旋转地连接到第二臂段104并且