利用机器人定位冲压铆接安放工具的方法与流程

本发明涉及利用机器人定位冲压铆接安放工具的方法和系统，以及用于执行该方法的计算机程序或计算机程序产品。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明的目的在于，改善机器人辅助的冲压铆接。

2、本发明的目的通过一种具有权利要求1或7所述特征的方法来实现。权利要求9-11要求保护一种用于执行在此所述方法的系统或计算机程序或计算机程序产品。优选的扩展方案由从属权利要求给出。

3、根据本发明的一种实施方式，用于机器人辅助的冲压铆接的方法包括以下步骤：

4、-指挥机器人将冲压铆接安放工具以铆接姿势定位在至少两个要相互接合的工件上；以及

5、-指挥冲压铆接安放工具安放(冲压)铆钉，以通过冲压铆接将至少两个工件接合；

6、其中，在冲压铆接期间，为了改变冲压铆接安放工具的姿势，特别是从铆接姿势出发或者相对于铆接姿势，指挥或者说如下地指挥机器人，即，通过这种改变至少部分地补偿、特别是至少部分地校正由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具、特别是冲压铆接安放工具的至少一个铆接底模侧(matrizenseitig)支腿的弹性变形。

7、在冲压铆接时通常必须施加很高的加工力(过程力)，在某些情况下通常明显超过20kn。这可能会导致弹性变形，即使是在使用大型冲压铆接安放工具的情况下，这影响了冲压铆接的结果。

8、另一方面，这种冲压铆接安放工具通常应该被构造得尽可能轻，以便减轻机器人的负荷；和/或将承载铆接冲模(nietstempel)和铆接底模(matrize)的支腿构造得较长，以便能够将铆钉远离构件边缘地安放。

9、在一种实施方式中，通过在冲压铆接期间利用机器人相应地改变冲压铆接安放工具的姿势，可以使用(更)轻的和/或具有更长支腿的安放工具。附加地或替代地，在一种实施方式中，可以改善冲压铆接的结果。

10、因此，在一种实施方式中，在冲压铆接期间，利用机器人指挥或执行冲压铆接安放工具的补偿运动，并由此至少部分地补偿或校正由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具、特别是冲压铆接安放工具的至少一个铆接底模侧支腿的弹性变形，特别是预先设定该补偿运动，在一种实施方式中是对该补偿运动进行编程。

11、在一种实施方式中，改变冲压铆接安放工具的姿势以至少部分补偿由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具的弹性变形包括：冲压铆接安放工具的位移和/或扭转，使得冲压铆接安放工具的这种位移和/或扭转完全或部分地补偿冲压铆接安放工具的挠曲(aufbiegung)，在一种实施方式中是c形挠曲；和/或由于冲压铆接引起的冲压铆接安放工具、特别是冲压铆接安放工具的至少一个铆接底模侧支腿的弹性变形而使冲压铆接安放工具的铆接底模和/或轴进行位移和/或扭转；在一种实施方式中，由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具的挠曲或者铆接底模和/或轴的位移和/或扭转是相同或相反指向的。在一种实施方式中，由于改变冲压铆接安放工具的姿势以实现至少部分补偿而导致的冲压铆接安放工具的铆接底模的位移量等于由于冲压铆接引起冲压铆接安放工具、特别是铆接底模侧支腿的弹性变形而导致的铆接底模(非补偿)位移量的至少25％和/或最高200％；和/或由于为了改变冲压铆接安放工具的姿势以实现至少部分补偿而导致的冲压铆接安放工具的铆接底模的扭转量等于由于冲压铆接引起冲压铆接安放工具、特别是铆接底模侧支腿弹性变形而导致的铆接底模(未补偿)扭转量的至少25％和/或最高200％；或者以这样的方式或者说如上所述地指挥、特别是预先设定姿势变化。类似地，在一种实施方式中，这同样适用于至少部分地补偿由于冲压铆接安放工具所施加的力的撤销(abbau)而引起的冲压铆接安放工具的弹性回变(elastischen)。在一种实施方式中，改变冲压铆接安放工具的姿势以实现至少部分补偿被指挥或者被如下所述地指挥为，与没有补偿或不改变冲压铆接安放工具的姿势相比，冲压铆接安放工具的铆接底模在冲压铆接期间的位置和/或方向与铆接底模或轴在铆接姿势下的姿势的偏差更小。

12、在一种实施方式中，在冲压铆接期间，基于冲压铆接安放工具的变形模型，在一种实施方式中是存储在机器人控制器中的变形模型，特别是数学或用数字表示的变形模型，指挥机器人。

13、在一种实施方式中，变形模型包括冲压铆接的过程值(特别是力、特别是力变化曲线，调节行程、特别是调节行程变化曲线等)之间的直接或间接的对应关系(zuordnung)和用于至少部分补偿的安放工具的姿势(变化)，例如以表格形式或函数形式等。

14、在一种实施方式中，通过这种(变形)模型辅助的在冲压铆接期间对冲压铆接安放工具的姿势变化的指挥可以特别有利地、特别是(更)精确和/或(更)过程可靠地至少部分补偿由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具的弹性变形，并且在一种实施方式中，由此(进一步)改善了冲压铆接的结果。

15、在一种实施方式中，特别地，基于冲压铆接安放工具类型或单个冲压铆接安放工具来校准变形模型，优选通过下文中所阐述的方式。

16、据此，在一种实施方式中，可以通过单个变形模型或者特定于冲压铆接安放工具(校准)的变形模型(进一步)提高补偿精度；在一种实施方式中，通过按类型(校准)的变形模型降低了校准成本。

17、附加地或替代地，在一种实施方式中，特别地，优选在校准之后，基于待执行的冲压铆接和/或基于待接合的工件，对变形模型进行参数化。

18、在一种实施方式中，通过特定于应用的(参数化)变形模型可以(进一步)提高补偿精度和/或降低校准成本。

19、下面通过变形模型的简化示例来说明这种具有校准和随后参数化的方法的实施方式，在一种实施方式中该方法是至少两阶段的，该变形模型将安放工具的铆接底模或铆接底模侧支腿建模为简单的弹簧。在此，首先可以利用铆接压力f和铆接底模的偏移行程s来确定弹簧刚度c＝f/s，并且可以用这种方式校准变形模型。然后，在针对特定于工件的冲压铆接的第二步骤中，可以预先设定或确定关于调节行程或时间t的力变化曲线f＝f(t)。然后，利用该力变化曲线，可以确定冲压铆接安放工具的相应姿势变化，例如δ(t)＝δ·f(t)/c，校正因子δ≠0等，或者以这种方式参数化变形模型。

20、在一种实施方式中，在冲压铆接之后，为了进一步改变冲压铆接安放工具的姿势，优选基于所存储的变形模型和/或与冲压铆接期间的改变相反地，指挥或者说如下地指挥机器人：通过该进一步的改变，至少部分地补偿、特别是至少部分地校正冲压铆接安放工具的、优选为冲压铆接安放工具的至少一个铆接底模侧支腿的弹性回变，该弹性回变是由于冲压铆接安放工具(在冲压铆接时或者为了冲压铆接)所施加的力的撤销而引起。

21、由此，在一种实施方式中，可以保护冲压铆接安放工具和/或被接合的工件。

22、在一种实施方式中，在冲压铆接期间改变冲压铆接安放工具的姿势和/或在接合至少两个工件之后改变冲压铆接安放工具的姿势包括：至少一个(平移性)位移，优选是至少一个为了控制、特别是编程机器人而沿着或反向于tcp(“工具中心点”)或末端执行器坐标系的轴方向、特别是主轴方向和/或沿着或反向于冲压铆接安放工具的合模方向、特别是合模力方向和/或横向于合模(力)方向、特别是沿着冲压铆接安放工具的支腿、特别是铆接底模侧支腿的纵向方向的位移。在此，特别是可以指挥在冲压铆接期间沿合模(力)方向的位移和在接合之后反向于合模(力)方向的位移；或者相反地，指挥在冲压铆接期间反向于合模(力)方向的位移和在接合之后沿合模(力)方向的位移。

23、附加地或替代地，在一种实施方式中，在冲压铆接期间和/或在接合至少两个工件之后改变冲压铆接安放工具的姿势包括：至少一个(旋转性)扭转，优选是至少一个为了控制、特别是编程机器人而围绕tcp(“工具中心点”)或末端执行器坐标系的轴、特别是主轴和/或横向于冲压铆接安置的合模方向、特别是合模力方向和/或横向于冲压铆接安置的支腿、特别是铆接底模侧支腿的纵向方向的扭转。

24、在一种实施方式中，通过沿着或反向于或围绕tcp轴(方向)的位移和扭转，可以简化指挥和/或提高精度。在一种实施方式中，通过沿着或反向于合模(力)方向的位移和围绕为此且横向于支腿纵向方向的轴的扭转，可以补偿变形的主要部分并由此(进一步)提高精度。在一种实施方式中，通过位移可以简单地补偿变形并由此(进一步)提高精度；在一种实施方式中，通过扭转可以特别良好地补偿弯曲变形并由此(进一步)改善冲压铆接的结果。

25、在一种实施方式中，在此描述的方法还包括以下步骤：

26、-指挥机器人以另一铆接姿势定位冲压铆接安放工具；以及

27、-指挥冲压铆接安放工具安放另一铆钉，以通过另一冲压铆接来接合所述至少两个工件或至少两个另外的工件；

28、其中，在该另一冲压铆接期间，还基于所存储的冲压铆接安放工具的变形模型，特别是从另一铆接姿势起或相对于另一铆接姿势，指挥机器人改变冲压铆接安放工具的姿势，用于至少部分地补偿由所述另一冲压铆接引起的冲压铆接安放工具的弹性变形，在此，基于该另一待执行的冲压铆接和/或在此待接合的工件来重新参数化变形模型。

29、由此，在一种实施方式中，可以提高精度并由此改善两次冲压铆接的结果。这种至少两阶段、特别至少三阶段的方法(包括对其中一个冲压铆接的变形模型的参数化、随后对另一冲压铆接的变形模型的重新参数化以及必要时的初始校准)的执行可以在上述的简化示例中说明，其中在第三步骤中，对于另一冲压铆接，预先设定或确定关于调节行程或时间t的另一力变化曲线f＝f′(t)，然后利用该另一力变化曲线确定相应的姿势变化，例如δ(t)＝δ·f′(t)/c，或者以这种方式(重新)参数化变形模型。

30、根据本发明的一种实施方式，借助于机器人定位冲压铆接安放工具的方法包括以下步骤：

31、-指挥机器人将冲压铆接安放工具定位在一铆接姿势定位，在一种实施方式中是定位在测试元件上，在一种扩展方案中是定位在测试样品上；

32、-在不安放铆钉或者特别优选地在安放铆钉的情况下，指挥冲压铆接安放工具的冲压铆接运动，特别是在测试元件上；以及

33、-手动地或传感技术地，在一种实施方式中是自动地，检测测试元件由于冲压铆接运动、特别是在冲压铆接运动期间的姿势变化，或者检测冲压铆接安放工具的铆接底模由于冲压铆接运动、特别是在冲压铆接运动期间的姿势变化。

34、在一种实施方式中，借助于一个或多个光电传感器和/或位置传感器、特别是光电位置传感器，进行传感技术的检测。由此在一种实施方式中，可以提高精度。

35、根据本发明的一种实施方式，基于检测到的姿势变化，校准变形模型；并且在一种扩展方案中，在校准之后，利用该(以这种方式)校准的变形模型和该或一相同类型的冲压铆接安放工具以及该或另一机器人，执行在此描述的用于机器人辅助冲压铆接的方法。

36、在一种实施方式中，通过传感技术的、特别是自动地检测测试元件或铆接底模的姿势变化，可以提高精度；在一种实施方式中，通过手动检测，可以简化设备结构。

37、在一种实施方式中，在不同位置处进行检测以校准变形模型并基于校准的变形模型进行机器人辅助的冲压铆接。由此，在一种实施方式中，可以提高校准精度，优选使用固定的测量结构进行传感技术的、特别是自动化的检测，和/或改善机器人辅助的冲压铆接，特别是在没有用于校准的测量场所(messplatz)的情况下。

38、附加地或除了校准变形模型之外，根据本发明的一种实施方式，可以基于检测到的姿势变化来检查冲压铆接安放工具，并由此在一种扩展方案中探测、特别是监视诸如磨损等的长期影响。为此，在一种实施方式中，多次地、优选循环地重复：指挥冲压铆接安放工具在铆接姿势下的定位，指挥冲压铆接安放工具的冲压铆接运动，以及检测(相应的)测试元件或铆接底模由于(相应的)冲压铆接运动所引起的姿势变化。这也能够通过上述的简化示例进行说明：例如，如果检测到的姿势变化在多次循环中增大，则可以据此探测安放工具的变化。

39、在一种实施方式中，将传感技术检测到的姿势变化的测量值传递到机器人的控制器，用于控制机器人和/或校准变形模型。由此，在一种实施方式中，可以改善控制或校准。

40、根据本发明的一种实施方式，一种用于通过机器人来定位冲压铆接安放工具、特别是用于机器人辅助冲压铆接的系统被硬件技术和/或软件技术地、特别是编程技术地设计用于执行在此所述的方法。

41、根据本发明的一种实施方式，用于机器人辅助冲压铆接的系统包括：

42、-用于指挥机器人将冲压铆接安放工具以铆接姿势定位在至少两个待彼此接合的工件上的装置；

43、-用于指挥冲压铆接安放工具安放铆钉以通过冲压铆接来接合所述至少两个工件的装置；以及

44、-用于指挥机器人改变冲压铆接安放工具姿势的装置，用以至少部分地补偿在冲压铆接期间由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具的弹性变形。

45、根据本发明的一种实施方式，用于通过机器人定位冲压铆接安放工具的系统包括：

46、-用于指挥机器人将冲压铆接安放工具以铆接姿势定位的装置，特别是定位在测试元件上；

47、-用于在安放或不安放铆钉的情况下指挥冲压铆接安放工具的冲压铆接运动的装置，特别是在测试元件上；以及

48、-用于手动或传感技术地、特别自动化地检测测试元件或冲压铆接安放工具的铆接底模由于冲压铆接运动所引起的姿势变化的装置。

49、根据本发明的一种实施方式，该系统包括：

50、-用于基于检测到的姿势变化来检查冲压铆接安放工具的装置。

51、附加地或替代地，根据本发明一种实施方式，该系统包括：

52、-用于校准变形模型、特别是校准使用在这里描述的用于机器人辅助冲压铆接的系统中的变形模型的装置。

53、在一种实施方式中，上述系统或其装置包括：

54、-用于在冲压铆接期间，基于所存储的冲压铆接安放工具的变形模型来指挥机器人的装置，在一种扩展方案中是用于基于冲压铆接安放工具类型或单个冲压铆接安放工具来校准变形模型和/或用于基于待执行的冲压铆接和/或待接合的工件进行参数化的装置；和/或

55、-用于指挥机器人，特别是基于所存储的变形模型，进一步改变冲压铆接安放工具的姿势以至少部分地补偿由于在冲压铆接之后冲压铆接安放工具所施加的力的撤销而引起的冲压铆接安放工具的弹性回变的装置；和/或

56、-用于指挥机器人以另一铆接姿势定位冲压铆接安放工具和指挥冲压铆接安放工具安放另一铆钉而通过另一冲压铆接接合至少两个工件或至少两个另外的工件的装置，其中在该另一冲压铆接期间，也基于所存储的冲压铆接安放工具的变形模型来指挥机器人改变冲压铆接安放工具的姿势，从而至少部分地补偿由冲压铆接引起的冲压铆接安放工具的弹性变形，其中变形模型基于该另一待执行的冲压铆接和/或在此要被接合的工件而被重新参数化；和/或

57、-用于传递传感技术检测到的姿势变化的测量值到机器人的控制器上以控制机器人和/或校准变形模型的装置。

58、本发明意义下的系统和/或装置可以硬件技术和/或软件技术地构成，特别是具有：至少一个、优选与存储系统和/或总线系统数据连接或信号连接的处理单元，特别是数字处理单元，特别是微处理单元(cpu)、图形卡(gpu)等；和/或一个或多个程序或程序模块。处理单元可以为此被构造为：执行被实施为存储在存储系统中的程序的指令；从数据总线检测输入信号；和/或将输出信号发送至数据总线。存储系统可以具有一个或多个特别是不同的存储介质，特别是光学的、磁的、固体的和/或其它非易失性的介质。程序可以被提供为，其能够体现或执行在此所述的方法，使得处理单元能够执行这种方法的步骤，并由此特别是能够控制机器人和/或冲压铆接安放工具。在一种实施方式中，计算机程序产品可以具有特别是计算机可读的和/或非易失性的、用于存储程序或指令或其上存储有程序或其上存储有指令的存储介质。在一种实施方式中，通过一系统或一控制器、特别是一计算机或包括多个计算机的设备执行该程序或该指令，会使得该系统或该控制器、特别是该计算机或该包括多个计算机的设备执行在此描述的方法或该方法的一个或多个步骤，或者将该程序或该指令设计用于此目的。

59、在一种实施方式中，该方法的一个或多个、特别是所有的步骤，特别是通过所述系统或其装置，被完全或部分自动化地执行。

60、在一种实施方式中，该系统包括机器人和/或冲压铆接安放工具和/或机器人控制器。