用于組裝部件的工具、系統(tǒng)及其方法
【專利說明】用于組裝部件的工具、系統(tǒng)及其方法
[0001]交叉參照有關(guān)申請
[0002]本申請要求享有于2014年6月6日提交的美國臨時申請?zhí)?2/008，658和2014年5月20日提交的美國臨時申請?zhí)?2/000，829的優(yōu)先權(quán)，其在此以援引的方式被全部并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本教導(dǎo)通常包括工具，系統(tǒng)和方法，用于組裝多個部件零件，例如但不限于車輛主體部件，船，建筑設(shè)備，草地設(shè)備，或機器人。
【背景技術(shù)】
[0004]車輛主體由許多為了合適的功能和美感必須足夠精確地組裝到彼此的結(jié)構(gòu)部件組成。車輛主體包括多個子組件，每個子組件具有若干子部件。典型地，專用的固定設(shè)備(fixtures)設(shè)計成用于相對于每個子部件要被組裝的一個或多個子部件提供和定位每個子部件。這些固定設(shè)備在用于組裝車輛主體部件之前需要延長的研制時間和相當(dāng)多的資本投資來設(shè)計和制造。另外，固定設(shè)備占用大量的占地空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]用于組裝第一部件和第二部件的工具包括工具主體，該工具主體具有安裝在其上的多個輥元件。第一輥元件可旋轉(zhuǎn)地安裝到工具主體并且圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸是可旋轉(zhuǎn)的。第二輥元件可旋轉(zhuǎn)地安裝到工具主體并且圍繞與第一旋轉(zhuǎn)軸非平行的第二旋轉(zhuǎn)軸是可旋轉(zhuǎn)的。第三輥元件可旋轉(zhuǎn)地安裝到工具主體并且圍繞與第一旋轉(zhuǎn)軸非平行的第三旋轉(zhuǎn)軸是可旋轉(zhuǎn)的。第二和第三輥元件限定彼此之間的間隙。至少一個夾持裝置提供將第二和第三輥元件的至少一個朝向所述間隙定向的夾持力。焊接頭還操作地連接到工具主體。
[0006]在一個實施例中，第一輥元件接觸第一和第二部件的邊緣表面，第二輥元件接觸第一部件的第一凸緣表面，以及第三輥元件接觸第二部件的第二凸緣表面，當(dāng)?shù)谝缓偷诙考谒鲩g隙中時。通過該布置，焊接頭被定位成以焊接凸緣表面到彼此。
[0007]工具主體可包括第一主體部分和操作地連接到該第一主體部分的第二主體部分；第二主體部分相對于第一主體部分是可動的。夾持裝置被安裝到工具主體并被配置為對第二主體部分提供夾持力，從而使第二主體部分相對于第一主體部分運動以使得第三輥元件朝向第二輥元件運動并且減小所述間隙。優(yōu)選夾持裝置是具有電機的促動器。
[0008]該工具還可包括力測量裝置，其操作地連接到工具主體并配置為測量夾持力。優(yōu)選力測量裝置是安裝到第一主體部分并鄰近第二輥元件的應(yīng)變儀。
[0009]焊接頭可以是激光焊接頭。工具可進一步包括氣體噴管，其被安裝到激光焊接頭與第二輥元件和第三輥元件之一之間的工具主體；氣體噴管被配置為使惰性氣體擴散。
[0010]工具還可包括安裝到工具主體的照相機；該照相機可具有包括與焊接頭有關(guān)的焊接路徑的視野并與一控制器結(jié)合，該控制器操作地連接于照相機并且具有機器視覺程序，該機器視覺程序可以是可操作的以確定沿著所述焊接路徑的焊接的焊接質(zhì)量，也可以是可操作的以確定由所述焊接頭提供并在所述視野內(nèi)的焊接的焊接特性。
[0011]所述工具還包括底座；以及順從性構(gòu)件，其連接所述底座到工具主體，并配置為使得工具主體響應(yīng)于夾持力的變化相對于底座可動。該順從性構(gòu)件可以是彈簧。
[0012]所述工具還可包括以下中的至少一個:力測量裝置，操作地連接到所述順從性構(gòu)件并且是可操作的以測量力的變化，以及運動傳感器，操作地連接到所述工具主體和所述底座之一并被配置為測量所述工具主體相對于所述底座的位移。
[0013]用于組裝第一部件和第二部件的系統(tǒng)包括電子控制器，和操作地連接到電子控制器并且通過電子控制器是可動的機器人臂。機器人臂操作地連接到工具與第一和第二部件之一。操作地連接到工具主體的焊接頭也被操作地連接到電子控制器并且可由電子控制器控制，以隨著電子控制器使機器人臂運動而提供沿著焊接路徑的焊接。
[0014]工具具有工具主體；第一輥元件，可旋轉(zhuǎn)地安裝到工具主體并且圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸是可旋轉(zhuǎn)的；第二輥元件，可旋轉(zhuǎn)地安裝到工具主體并且圍繞與第一旋轉(zhuǎn)軸非平行的第二旋轉(zhuǎn)軸是可旋轉(zhuǎn)的；第三輥元件，可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述工具主體并且圍繞與第一旋轉(zhuǎn)軸非平行的第三旋轉(zhuǎn)軸是可旋轉(zhuǎn)的；第二輥元件和第三輥元件限定彼此之間的間隙；至少一個夾持裝置，提供將第二輥元件和第三輥元件中的至少一個朝向所述間隙定向的夾持力；以及焊接頭，其操作地連接到工具主體和電子控制器并且通過電子控制器是可控制的，以隨著電子控制器使機器人臂運動來使工具和車輛主體部件之一沿著焊接路徑運動而提供沿著該焊接路徑的焊接。
[0015]工具可包括被固定到機器人臂的底座；順從性構(gòu)件，該順從性構(gòu)件連接底座到工具主體，以使得工具主體響應(yīng)于夾持力的變化相對于底座和機器人臂沿著順從性軸是可動的，該夾持力的變化是當(dāng)?shù)谝徊考偷诙考挥谒鲩g隙中且控制器使機器人臂運動以使輥元件沿著第一部件和第二部件滾動時引起的。
[0016]工具主體可包括第一主體部分和第二主體部分，第二主體部分相對于第一主體部分是可動的；夾持裝置被安裝到工具主體并被配置為對第二主體部分提供夾持力，從而使第二主體部分相對于第一主體部分運動以使得第三輥元件朝向第二輥元件運動并減小所述間隙。
[0017]該系統(tǒng)還可包括支撐件，該支撐件被定位成以使得當(dāng)?shù)谝徊考偷诙考谒鲩g隙中且焊接頭焊接第一部件到第二部件時第一部件倚靠在支撐件上并被該支撐件支撐。
[0018]組裝部件的方法包括經(jīng)由電子控制器控制工具以使得工具與第一和第二部件接觸并提供將第一和第二部件夾持到彼此的夾持力。所述方法進一步包括經(jīng)由控制器使機器人臂運動以使得工具沿著第一和第二部件滾動，以及在機器人臂運動期間通過安裝到所述工具的焊接頭將第一和第二部件焊接到彼此。除了通過工具之外不需要提供第一和第二部件到彼此的另外的夾持。
[0019]該方法還包括控制夾持裝置以使得夾持力在預(yù)定的夾持力的預(yù)定范圍內(nèi)。
[0020]本方法也可包括在所述焊接之后，經(jīng)由電子控制器使工具運動以使得該工具與焊接的第一部件和第二部件沒有接觸；經(jīng)由電子控制器控制工具以使得工具與第三部件和第四部件接觸并提供將第三部件和第四部件夾持到彼此的夾持力；第一部件和第二部件可以具有與第三部件和第四部件不同的幾何配置；經(jīng)由控制器使所述機器人臂運動以使得所述工具沿著第三部件和第四部件滾動；以及在所述運動期間通過焊接頭將所述第三部件和第四部件焊接到彼此。
[0021]優(yōu)選本方法還包括在第一部件和第二部件的焊接期間將第一部件和第二部件放置在支撐件上；以及在第三部件和第四部件的焊接期間將第三部件和第四部件放置在所述支撐件上，該支撐件由此在所述焊接期間是可獨立于所述部件的幾何配置進行操作的。
[0022]本發(fā)明提供的工具，系統(tǒng)，和方法可被用于組裝各式各樣的多個部件零件，例如但不限于車輛主體部件，船，建筑設(shè)備，草地設(shè)備，機器人等。該工具，系統(tǒng)和方法可降低引入新的多個部件零件的生產(chǎn)成本和研制時間，因為用于不同部件的專用支撐件和工具不是所需要的。復(fù)雜部件保持棘爪(pallet)和固定設(shè)備不是所需要的，因為所述工具能在不需要它們的精確初始放置的情況下焊接部件。因為工具將部件本身用作用于建立焊接路徑的導(dǎo)引件，通過不同的車輛主體部件的不同子組件能夠靈活和快速地焊接。當(dāng)用于車輛主體部件的焊接時，例如，所述工具，系統(tǒng)和方法可降低引入新的車輛模型的生產(chǎn)成本和研制時間。
[0023]本教導(dǎo)的以上特征和優(yōu)點及其他的特征和優(yōu)點從以下對用于實現(xiàn)本教導(dǎo)的最佳模式的詳細描述并與附圖結(jié)合考慮時是顯而易見的。
【附圖說明】
[0024]圖1是用于組裝車輛部件的系統(tǒng)的一部分的部分橫截面和局部側(cè)視圖形式的示意圖，包括用于車輛部件的組裝的工具；
[0025]圖2是圖1的夾持支撐在支撐件上的第一和第二車輛主體部件的工具的部分橫截面和局部側(cè)視圖形式的示意圖；
[0026]圖3是圖1的夾持支撐在支撐件上的第三和第四車輛主體部件的工具的部分橫截面和局部側(cè)視圖形式的示意圖；
[0027]圖4是接觸車輛主體部件的工具的一部分的端視圖形式的局部示意圖，為了清楚起見，未示出工具主體；
[0028]圖5是示出安裝到工