专利名称：用于处理工件特别是汽车车身表面的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于工件特别是汽车车身表面处理的装置，具有a)一作用在工件表面上的工具；b)一用于工具的导向装置，可以这样地控制所述导向装置，以使工具按规定的曲线运动。
背景技术：
在极其不同的工业领域中需要对比较大的、长和/或复杂的工件表面进行加工。例如且特别是对于汽车车身的制造即是这样。这里“表面处理”理解为现存的所有不作用于工件材料的内部而仅限于这个工件的表面的处理过程。特别是包括粘接，接缝的密封、涂抹油漆、蜡或绝缘层、涂层的硬化(特别是在紫外线的作用下)、洗涤或清洁。当前所用的工具与相应的处理过程相匹配。例如为了在工件上涂抹涂层采用喷枪或施加装置，为了洗涤采用喷嘴或浇注喷嘴，为了清洁采用刷子或羽状物，为了紫外线硬化采用紫外线灯作为工具。因为与工件表面相比工具很小，在进行处理过程的同时，所述工具必须沿规定的曲线相对于工件运动。
如果迄今为止这种表面处理完全自动地而不是用手进行，则通常采用具有多轴机械手的机器人。为了能够到达这种大工件的表面的所有部位，机械手必须较长并由此较重。但是这意味着，在机械手端部携带的工具运动的速度和动能/动力(Dynamik)只能是有限的。在机械手非常长时也影响运动导向装置的精度。
发明内容
本发明的目的是，提供一种开头所述类型的装置，在这种装置中可以使进行表面处理的工具作一以高的动能和精度进行的非常快速的运动。
按照本发明这个目的通过这样的方法来实现，即导向装置包括c)一立柱形龙门机架，它本身具有ca)一通道口，可将工件导入此通道口内；cb)至少一条固定在龙门机架上并弧形或环形地绕工件设置的导轨；cc)至少一个可沿导轨优选是可马达驱动地行驶的滑块；cd)一固定在滑块上的保持臂，该保持壁在其自由端上携带工具，并设计成可朝工件方向调整工具，并可相对于工件表面将工具移动到不同的角度位置。
d)一装置，用该装置可以使工件和工具之间沿所述通道口轴线方向发生相对运动。
本发明的“核心部分”是立柱形的龙门机架，工件在表面处理时定位在该龙门机架的通道口内。借助于可在龙门机架导轨上行驶的通过保持臂携带工具的滑块，和借助于使在工具和工件之间在通道口轴线方向可发生相对运动的装置可以使工具在一“起始位置”开始处理过程，然后工具从这个位置出发在本来的表面处理的过程中以短的路程到达所有待处理区域。只有在例外情况下在表面处理本身过程中需要滑块沿龙门机架行驶，或者需要在工件和工具之间沿通道口轴向的超出保持臂的固有的有效范围的相对运动。用这种方法保持臂可以做得比较短。在保持臂运动时待加速的质量比较小，因此可达到高的速度和高的加速度和减速度。此外保持臂比较短的长度还保证运动导向的高精度。
根据工件类型的不同，携带工具的滑块可在其上行驶的导轨可仅沿一条弧形或整个环形地围绕工件。
因为在有许多表面处理的情况下，工具作用在工件表面上的方位并不都是不重要的，携带工具的保持臂具有这样的自由度，该自由度不仅可以引导工具沿规定的曲线运动，而且还可以在工具运动路径的任何位置上调整到所希望的工具方位。
保持臂可以是一多段的机械手。这种机械手及其控制装置在市场上可以买到。
用来产生相对运动的装置可以设计成这样，使它可以使整个龙门机架运动。也就是说工具沿龙门机架通道口轴线方向的“起始位置”可以通过这样的方法形成，即相应地调整整个龙门机架。在表面处理期间龙门机架本身进行如上所述的运动，只有在保持臂沿通道口轴线方向的有效范围不够时才是例外。
用来产生相对运动的装置也可以设计成这样，即它使工件可相对于龙门机架移动。这里工件相对于龙门机架的移动通常也仅用来形成工具的起始位置。
在本发明的另一个实施例中，用来产生相对运动的装置设计成这样，即它可以沿龙门机架通道口的轴线方向调整工具。这种结构有这样的优点，即可平行于通道口轴线调整的那些部分-即保持臂和工具本身-比较轻，因此用来产生平行于轴线的运动的装置可以做得比较简单。
与此相关，特别地设想本发明的一种结构，其中用来产生相对运动的装置由保持臂本身形成，为此保持臂由至少四个相互连接的段组成，其中a)第一段可绕一轴线马达驱动地旋转地固定在滑块上，所述轴线相对于龙门机架的通道口沿一方位角(azimutal)方向延伸；b)第二段可绕一轴线马达驱动地旋转地固定在第一段上，此轴线同样相对于龙门机架的通道口沿一方位角方向延伸；c)第三段可绕第二段的轴线马达驱动地旋转地固定在第二段上；d)携带工具的第四段可绕一轴线旋转地固定在第三段上，此轴线垂直于第三段的轴线延伸。
这样设计的保持臂基本上相当于一四轴的普通机械手，其中附加加携带保持臂的滑块沿导轨的移动可能性作为第五个运动自由度(“第五轴”)。这里概念“方位角”意味着这样的方向，该方向位于基本上平行于龙门机架平面的一个平面内，并基本上垂直于工具朝工件移动的方向延伸。也就是说在龙门机架具有圆弧形导向装置时，方位角方向垂直于径向方向。
在本发明的这样一个实施形式中，还可以附加地提高保持臂的可运动性和有效范围，在该实施形式中第一段间接地通过一转台固定在滑块上，此转台可绕一基本上平行于通道口轴线的轴线旋转。在这种实施形式中，保持臂的头两个段的摆动轴只在转台一定的位置时才沿方位角定向。所述两个段在转台从这个位置转出时转离方位角方位，但是这时保持在一平行龙门机架平面的平面内。
可选地，用来产生相对运动的装置还可以包括一可平行于通道口的轴线马达驱动地运动的滑块，该滑块固定在可在导轨上行驶的滑块上并其上安装有保持臂。也就是说这里工件和工具之间平行于龙门机架通道口轴线的相对运动通过固定保持臂的以及由此固定工具的第二滑块的轴向运动形成。
龙门机架在其相对的端面上可分别带一导轨，至少一个携带一保持臂的滑块可在所述导轨上移动。用这种方法在同一个龙门机架上可以安装多个滑块，从而还有多个工具，所述滑块和工具可以相互独立地移动。由此可以在总体上扩大装置的能力；可以更快地处理大的工件。
本发明的这样一种实施形式用于同样的目的，在这种实施形式中设有至少一条导轨，多个携带一保持臂和从而携带一工具的滑块可在此导轨上移动。当然每个滑块在该导轨上的运动路径分别受到在同一条导轨上运动的一个或多个其它滑块的位置的限制。
为了能够基本上同样好地到达工件的所有表面区域，如果导轨圆形或圆弧形弯曲，在很多情况下就足够了。但是在工件形状非常不规则时，围绕工件的导轨的形状也可以和工件的轮廓相匹配。这里例如可以在不一定是圆弧形的弧形段之间插入直线段，使得导轨沿一倒圆的多边形例如矩形、三角形等的整个或部分周向延伸。
下面借助于附图对本发明的一个实施例作较详细的说明；附图表示
图1用来在汽车车身上施加粘接剂条(Raupe)的装置的透视图；图2图1中装置的另一个透视图；图3图1和2中装置的正视图；图4图1至3中装置的后视图；图5图1至4中装置的侧视图；图6图1至5中装置的俯视图；图7图1至6中装置在保持臂区域内的局部放大透视图。
具体实施例方式
在图中示出的并总体上用附图标记1表示的装置用来在汽车车身2上施加粘接剂条或密封材料条，该装置跟随相应汽车车身2的外表面或内表面区域上的不同复杂程度的、封闭或不封闭的曲线。装置1具有一带一通道口50的龙门机架3，此龙门机架跨过定位在通道口50内的汽车车身2，并在这里离该车身具有几乎不变的距离。
龙门机架3可沿两条在汽车车身2两侧在房间地面6上平行延伸的导轨4、5马达驱动地行驶。该龙门机架包括两个比较短的支柱7、8，它们在其顶端通过一半圆形支承结构9连接。支柱7、8在其下端上设有行走机构10、11，所述行走机构在附图中仅示意表示并使龙门机架3可在导轨4和5上移动。
在半圆形支承结构9的前端面和后端面上都分别固定一同样是半圆形的导轨12和13。在每条导轨12、13上分别可有两块滑块14、15、16、17行驶，所述滑块分别携带一用作保持臂的机械手18、19、20、21。这些机械手18、19、20、21的每一个在其自由端上固定一粘接剂或密封材料喷枪22、23、24、25。下面为了简单起见仅仅说明一个粘接剂喷枪。
所有机械手18至21结构相同。下面应该借助于针对机械手18的图5和7较详细地说明其结构机械手18总共包括四个段弯曲成四分之一圆弧形的第一段18a在其一端上与一转台51铰接，转台本身绕一平行于通道口50的轴线延伸的轴线可旋转地固定在滑块14上。这个旋转运动借助于一在图中看不到的马达进行。第一段18a相对于转台51的摆动运动借助于一马达26完成。这里摆动轴线分布在一位于平行于由龙门机架3确定的平面的平面内，并在转台51的图中所示的位置时基本上垂直于半圆形支承结构9的径向方向。这个方向这里称为“方位角”。在转台51转离这个位置时摆动轴线离开这个方位角方位，但保持在一基本上平行于由龙门机架3确定的平面的平面内。
第二段18b铰接在第一段18a的第二端部区域上。其摆动运动在一个马达27的作用下进行。相应的摆动轴线平行于在第一段18a和转台51之间起作用的第一摆动轴线。机械手18的第三段18c同心地连接第二段18b，并可绕共同中心线马达驱动地旋转。在图中看不到相应的电机。在第三段18c的外端上铰接一可借助于马达28摆动的第四段18d，相应的摆动轴线垂直于段18b和18c的轴线分布。第四段18d在其自由端上携带一喷枪22。
特别是如图7所示，在半圆形支承结构9的内壳面上安装两个弯曲成圆弧形的齿条52、53。所述齿条52、53与马达54的驱动小齿轮(Ritzel)共同作用，用这些马达可以使滑块14、15、16、17在导轨12、13上行驶。可选择地，齿条52、53也可以固定在支承结构9的外壳面或端面上。
因此所述机械手18以及由此装置1的每个机械手18至21都具有六个自由度，用机器人技术的术语来说也就是六“轴”。一个对应于各滑块14至17沿相应的导轨12、13运动的自由度、三个摆动自由度和两个旋转自由度。用这种方式每个机械手18至21可以在一定范围内以粘接剂喷枪22至25的尖部跟随汽车车身2表面上一预先编程的曲线，此外在这时保持粘接剂喷枪22至25相对于汽车车身2表面所希望的方位。
这里不仅可以到达汽车车身2的外表面区域，而且还可以到达其内表面区域。特别是如图2所示，保持臂19穿过汽车车身的窗口伸入其内部，以便在那里施加粘接剂条。
上述装置1按以下方式工作借助于一在图中未画出的输送系统将汽车车身2放在支承结构9下方龙门机架3的通道口50内，并在那里粗定位。现在开动龙门机架3，使得汽车车床2上尽可能多的要施加粘接剂的曲线位于机械手18至21的范围内。借助于滑块14至17沿导轨12、13这样地定位机械手18至21，使所述机械手由于其六个运动自由度可以到达分别分配给它们的多条粘接曲线的所有区域。现在粘接剂喷枪22至25开始工作并借助于机械手18至21沿相应的粘接曲线移动。
用这种方法可以使用比较短的机械手18至21，所述机械手可以以大的动能、高的速度和精度工作。这里由于采用龙门式的导轨12、13，可以用短的路程很好地到达汽车车身2的所有表面区域。
通常在汽车车身2、龙门机架3和滑块14至17静止时不能进行机械手18至21的运动。用这种方式可以最佳地利用比较小的机械手18至21的大动能、高速度和高精度。但是在粘接曲线超出单个机械手18至21的有效范围时，也可以用借助于未画出的输送系统进行的汽车车身2的平移运动和/或龙门机架3在导轨4、5上的平移运动，和/或用滑块14至17在导轨12、13上的运动叠加在机械手18至21相对于其相配的滑块14至17的运动上。
在一种图中未画出的实施例中导轨不仅具有半圆形圆弧的形状，而且从所有方向环形包围待处理的工件。根据工件的不同导轨的形状也可以不同于圆形或圆弧形。例如可以在导轨的弧形段之间插入直线段，如可以采用近似于多边形的，例如近似于矩形或三角形的导轨形状，如果由此可以更好地保持导轨和待处理工件之间的距离近似于不变的话。
权利要求
1.用于处理工件特别是汽车车身的表面的装置，具有a)一作用在工件表面上的工具；b)一用于工具的导向装置，可以这样地控制所述导向装置，以使工具按规定的曲线运动；其特征为，所述导向装置包括c)一立柱形龙门机架(3)，该龙门机架本身具有ca)一通道口(50)，工件(2)可驶入此通道口内；cb)至少一条固定在龙门机架(3)上并围绕工件(2)弧形或环形设置的导轨(12、13)；cc)至少一个可沿导轨(12、13)尤其是马达驱动地行驶的滑块(14、15、16、17)；cd)一固定在滑块(14、15、16、17)上的保持臂(18、19、20、21)，所述保持臂在其自由端上携带工具(22、23、24、25)，并设计成使工具(22、23、24、25)可朝工件(2)方向调整并可以使工具相对于工件(2)的表面到达不同的角度位置；d)一装置，利用该装置可以形成工件(2)和工具(22、23、24、25)之间沿通道口(50)轴线方向的相对运动。
2.按权利要求1所述的装置，其特征为保持臂(18、19、20、21)是一多段机械手。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征为用来产生相对运动的装置设计成可以使整个龙门机架(3)移动。
4.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为用来产生相对运动的装置设计成可使工件相对于龙门机架移动。
5.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为用来产生相对运动的装置设计成可沿龙门机架(3)的通道口(50)的轴线方向调整工具(22、23、24、25)。
6.按权利要求5所述的装置，其特征为用来产生相对运动的装置由保持臂(18)本身构成，为此所述保持臂由至少四个相互连接的段(18a至18d)组成，其中a)第一段(18a)可绕一轴线马达驱动旋转地固定在滑块(14)上，此轴线相对于龙门机架(3)的通道口(50)沿方位角方向延伸；b)第二段(18b)可绕一轴线马达驱动旋转地固定在第一段(18a)上，此轴线同样相对于龙门机架(3)的通道口(50)沿方位角方向延伸；c)第三段(18c)可绕第二段(18c)的轴线马达驱动地旋转地固定在第二段(18b)上；d)携带工具(22)的第四段(18d)可绕一轴线旋转地固定在第三段(18c)上，此轴线垂直于第三段(18c)的轴线延伸。
7.按权利要求6所述的装置，其特征为第一段(18a)通过一转台(51)间接固定在滑块(14)上，所述转台可绕一基本上平行于龙门机架(3)通道口(50)的轴线的轴线旋转。
8.按权利要求5所述的装置，其特征为用来产生相对运动的装置包括一可平行于通道口的轴线马达驱动地运动的滑块，该滑块固定在可在导轨上行驶的滑块上，且在该滑块上安装有保持臂。
9.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为龙门机架(3)在相对的端面上分别携带一导轨(12、13)，至少一个携带保持臂(18、19、20、21)的滑块(14、15、16、17)可在所述导轨上行驶。
10.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为设有至少一条导轨(12、13)，多个携带一保持臂(18、19、20、21)的滑块(14、15、16、17)可在所述导轨上行驶。
11.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为导轨(12、13)的走向与工件(2)的轮廓匹配。
全文摘要
用于工件特别是汽车车身表面处理的装置，包括一立柱形龙门机架。此龙门机架有一通道口，工件可移入此通道口内。在龙门机架上固定至少一条围绕工件弧形或环形设置的导轨。至少一个滑块尤其是可马达驱动地沿导轨行驶，滑块携带一用于工具的保持臂。保持臂设计成可向工件方向调整工具，并且可相对于工件表面将工具置于到不同角度位置。此外设置一装置，利用该装置可以形成工件和工具之间沿通道口轴线方向的相对运动。所述表面处理装置是非常灵活的，使得工具可以以高的速度和动能以及高的精度进行快速运动。
文档编号B05B13/04GK1579716SQ20041005811
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月13日 优先权日2003年8月14日
发明者A·韦策尔 申请人:艾森曼机械制造两合公司(无限责任股东艾森曼-基金会)