Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einer Vorrichtung zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken.

Im Rohbau von Fahrzeugkarosserien wurde zum Fügen von Werkstücken aus Metallblech herkömmlicherweise zumeist das Widerstands-Punktschweißen verwendet. In neuerer Zeit wird verstärkt das robotergestützte Laserschweißen eingesetzt, bei dem ein Laserschweißkopf mit Hilfe eines Roboters gegenüber den zu verschweißenden Werkstücken bewegt und ausgerichtet wird. Das Laserschweißen hat gegenüber herkömmlich verwende¬ ten Schweißverfahren den Vorteil einer höheren Flexibilität, da durch gezieltes Aktivieren des Lasers sowohl punkt- als auch linienförmige Verbindungsbereiche erzeugt werden können; weiterhin können mit Hilfe des Laserschweißens sehr hohe Fü¬ gegeschwindigkeiten erreicht werden, wenn der Laserschwei߬ kopf mit einer Scanmimik versehen ist, die den Laserstrahl - unabhängig von der vergleichsweisen trägen Bewegung des Robo¬ ters - in einem bestimmten Arbeitsbereich frei positioniert.'

Allerdings stellt das Laserschweißen hohe Anforderungen an die Spanntechnik, da die zu verbindenden Metallbleche hochge¬ nau zueinander positioniert und beabstandet sein müssen, um ein qualitativ hochwertiges Fügeergebnis sicherzustellen. Die eingesetzten stationären Spannvorrichtung umfassen daher oft¬ mals eine Vielzahl von Spannelementen, was die Zugänglichkeit des Verbindungsbereichs für den Laserschweißkopf erheblich einschränkt und erschwert. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, kann - wie beispielsweise in der (unveröffentlichten 10 2004 002 590.8) vorgeschlagen wird - ein „mitlaufendes" Spannsys¬ tem eingesetzt werden: Dieses umfasst ein Spannwerkzeug, das gemeinsam mit dem Laserschweißkopf am Roboterarm des Schwei߬ roboters befestigt ist und gegenüber diesem Roboterarm bewegt werden kann. Dadurch sind Relativbewegungen des Spannwerk¬ zeugs gegenüber dem Laserstrahl und gegenüber dem Roboterarm möglich, wobei diese Relativbewegungen gleichzeitig mit dem Laserschweißen erfolgen können.

Allerdings ist der Bewegungsraum des Spannwerkzeugs gegenüber dem Laserschweißkopf sehr begrenzt, so dass - insbesondere bei komplizierten Schweißaufgaben mit hohen Anforderungen an die Spanntechnik - nach wie vor räumliche Beeinträchtigungen des Verbindungsbereichs durch das Spannwerkzeug und/oder zeitliche Verzögerungen aufgrund langsameren Positionierung des Spannwerkzeugs auftreten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das - auch und gerade im Falle komplexer Fü¬ geprobleme - eine höhere Variabilität und bessere Zugänglich¬ keit der Verbindungsbereiche gestattet und das ein schnelles, prozesssicheres Verbinden zweier Werkstücke, insbesondere durch Laserschweißen, ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfin¬ dung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der An¬ sprüche 1, 10 und 12 gelöst.

Danach wird ein Fügewerkzeug (z.B. ein Schweißkopf einer La¬ serschweißvorrichtung) mit Hilfe eines ersten Roboters be- wegt, während die zu verbindenden Werkstücke mit Hilfe eines zweiten Roboters gegenüber diesem Fügewerkzeug bewegt und/oder gespannt werden. Die Bewegungsabläufe der beiden Ro¬ boter sind dabei in einer solchen Weise gekoppelt, dass einer der beiden Roboter als der „Master" fungiert, während der an¬ dere Roboter als „Slave" an die Bewegungssteuerung des „Mas¬ ters" angebunden ist .

Indem das Positionieren bzw. Spannen der Werkstücke einer¬ seits und das Positionieren des Fügewerkzeugs andererseits mit Hilfe getrennter Roboter durchgeführt wird, können die Relativbewegungen der zugehörigen Spann- bzw. Fügewerkzeuge dem Anwendungsfall entsprechend optimiert werden. Die Kopp¬ lung der beiden Roboter stellt dabei sicher, dass die Bewe¬ gungen der Werkzeuge koordiniert ablaufen. Dadurch können Transport- bzw. Spannzeiten, während derer die Werkstücke mit Hilfe des robotergeführten Spannwerkzeugs innerhalb der Fü¬ gestation bewegt bzw. in Zusammenbaulage gespannt werden, für die Durchführung von Fügeoperationen genutzt werden; dies führt zu einer erheblichen Reduktion der nichtproduktiven Transport- bzw. Spannzeiten. Weiterhin können die Bewegungen der gekoppelten Roboter unter Berücksichtigung des jeweiligen Anwendungsfalls in einer solchen Weise aufeinander abgestimmt werden, dass eine bestmögliche Zugänglichkeit der Verbin¬ dungsbereiche für das Fügewerkzeug erreicht wird und auch Werkstücke komplizierter Geometrie prozesssicher miteinander verbunden werden können.

Aufgrund der „Master"-„Slave"-Kopplung der beiden Roboter kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Fabrikumfeld als Teil einer Fertigungsanlage betrieben werden, die von der speicherprogrammierten Steuerung (SPS) der Fertigungsanlage als autonome Einheit erkannt wird. Wenn die SPS einen Fü- geprozess der Vorrichtung anstößt, werden die zur Durchfüh- rung des Fügeprozesses notwendigen Bewegungsabläufe der bei¬ den Roboter und ihrer Werkzeuge vollkommen autonom durchlau¬ fen, wobei die Programmsteuerung des „Master"-Roboters die Steuerung der Vorrichtung übernimmt . Dadurch kann ein Ab¬ gleich zwischen SPS und den einzelnen Robotern entfallen, wo¬ durch eine Modularisierung und eine erhöhte Flexibilität der Fertigungsanlage als Ganzes erreicht wird.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Fügen von Bautei¬ len mit Hilfe eines Schweißverfahrens, vorzugsweise mit Hilfe des Laserschweißens. Eine bevorzugte Anwendung betrifft das Fügen von Bauteilen aus Metallblech, insbesondere von Struk¬ turbauteilen im Fahrzeugbau, mit Hilfe des Laserschweißens. Eine weitere Anwendung betrifft das Fügen von Metallblechtei¬ len für den Fahrzeug-Aggregatebau mit Hilfe des Lichtbogen¬ schweißens und/oder mit Hilfe von Hybridschweißverfahren.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fügewerk¬ zeug an einem ersten Roboter montiert. Die zu verbindenden Werkstücke werden in einem Spannwerkzeug gehalten, welches mit Hilfe eines zweiten Roboters bewegt wird. Das Spannwerk¬ zeug umfasst eine geeignete Anzahl von Spannelementen, welche an ausgewählten Bereichen der zu verbindenden Werkstücke an¬ greifen und diese in Zusammenbaulage relativ zueinander fi¬ xieren. In Abhängigkeit von der Komplexität der Werkstücke bzw. der Fügeaufgabe kann hierfür eine große Zahl von Spann¬ elementen notwendig sein, welche die Zugänglichkeit der Ver¬ bindungsbereiche für das Fügewerkzeug erheblich beschränken. Der zweite Roboter bewegt die in dem Spannwerkzeug fixierten Werkstücke gegenüber dem Fügewerkzeug zu, das seinerseits mit Hilfe des ersten Roboters bewegt wird. Durch die „Master"- „Slave"-Kopplung der beiden Robotersteuerungen können dabei das Spannwerkzeug und das Fügewerkzeug autonom kooperieren und durch geeignete Relativbewegungen erreichen, dass die ge- spannten Werkstücke dem Fügewerkzeug in einer solchen Weise dargeboten werden, dass eine optimale Zugänglichkeit der Ver¬ bindungsbereiche für das Fügewerkzeug gewährleistet ist. Wei¬ terhin können die Bewegungen des Fügewerkzeugs und des Spann¬ werkzeugs zeitlich überlappen, so dass Fügeoperationen wäh¬ rend der Bewegung der Werkstücke durchgeführt und somit die (ansonsten nicht produktiven) Transport- und Positionierzei¬ ten produktiv genutzt werden können.

Die Spannelemente des robotergeführten Spannwerkzeugs können gemeinsam oder getrennt aktivierbar sein. Vorteilhafterweise werden die zu verbindenden Werkstücke in reproduzierbarer Weise in das Spannwerkzeug eingelegt, woraufhin die Spannele¬ mente gleichzeitig betätigt werden, um die Werkstücke in die¬ se Relativlage (d.h. der gewünschten Zusammenbaulage) zuein¬ ander zu klemmen; der für das Spannen der Werkstücke erfor¬ derliche Steuerungsaufwand ist dann minimal . Um eine reprodu¬ zierbare Ausrichtung der Werkstücke in dem Spannwerkzeug zu erreichen, ist das Spannwerkzeug vorzugsweise mit Anschlägen, konturangepassten Aufnahmeelementen etc. versehen, die die Werkstücke in eindeutiger Weise aufnehmen; alternativ bzw. zusätzlich kann die genaue Lage der Werkstücke im Spannwerk¬ zeug mit Hilfe zusätzlicher Messmittel (z.B. optischer, in¬ duktiver oder taktiler Sensoren) ermittelt werden, die am Spannwerkzeug befestigt oder raumfest angeordnet sein können.

Für ein hochgenaues Fixieren der Werkstücke im Verbindungsbe¬ reich - wie es beispielsweise beim Laserschweißen notwendig ist - ist eine große Anzahl von Spannelementen notwendig, was bei großen Werkstücken zu einem hohen Gewicht des Spannwerk¬ zeugs führen kann. Um die Gewichtsbelastung des zweiten Robo¬ ters in einem vertretbaren Rahmen zu halten, können mehrere Roboter zum Einsatz kommen, die gemeinsam das Spannwerkzeug tragen. Es kann vorteilhaft sein, das Spannwerkzeug aufzutei- len in mehrere Unter-Spannwerkzeuge, die die zu verbindenden Werkstücke in unterschiedlichen Bereichen fixieren und die mit Hilfe getrennter Roboter bewegt werden. Diese Unter- Spannwerkzeuge können fest miteinander verbunden sein und können ein einziges starres Spannwerkzeug bilden (das dann von mehreren Robotern getragen wird) . Die Roboter, die die Unter-Spannwerkzeuge tragen, und der Roboter, der das Füge- werkzeug bewegt, kooperieren dabei im Sinne einer „Master"- „Slave"-Kopplung, bei der ein Roboter als „Master" die Bewe¬ gungsabläufe der anderen („Slave"-) Roboter koordiniert.

In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung werden die zu fügenden Werkstücke während des Fügens raumfest gelagert . Der erste Roboter trägt - ebenso wie in der ersten Ausgestaltung der Erfindung - das Fügewerkzeug; der zweite Roboter trägt ein Spannwerkzeug, mit dem die zu verbindenden Werkstücke lo¬ kal (insbesondere in dem momentan vom Fügewerkzeug bearbeite¬ ten Verbindungsbereich) gespannt werden. Das robotergeführte Spannwerkzeug fixiert die beiden Werkstücke in einem räumlich eng begrenzten Bereich in einer solchen Weise relativ zuein¬ ander, dass ein optimales Fügeergebnis in diesem Bereich er¬ reicht wird. Sollen beispielsweise zwei beschichtete Metall¬ bleche durch Laserschweißen verbunden werden, so werden diese Metallbleche lokal in einer solchen Weise gespannt, dass in den Verbindungsbereichen zwischen ihnen ein Fügespalt vorge¬ gebener Größe vorliegt, durch den die beim Schweißen austre¬ tenden Dämpfe und Gase entweichen können. Durch die Kopplung der beiden Roboter wird - ebenso wie im ersten Ausführungs- beispiel - eine Kooperation des Fügewerkzeugs mit dem Spann¬ werkzeug erreicht, wodurch eine optimale Koordination und ggf. eine zeitliche Überlagerung der Bewegungsabläufe der Werkzeuge gewährleistet wird. In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Fü¬ gen der Werkstücke in zwei Stufen. Zunächst werden die zu verbindenden Werkstücke in Zusammenbaulage geheftet . An¬ schließend wird der auf diese Weise geschaffene Zusammenbau der beiden Werkstücke mit Hilfe eines robotergeführten Spann¬ werkzeugs gegenüber einem robotergeführten Fügewerkzeug be¬ wegt bzw. positioniert, und die beiden Werkstücke werden mit Hilfe des Fügewerkzeugs verbunden. Die beiden Roboter, die das Spannwerkzeug und das Fügewerkzeug tragen, kooperieren dabei im Sinne einer „Master"-„Slave"-Kopplung. Vorzugsweise werden in dieser Ausgestaltung die Bleche zunächst durch Punktschweißen geheftet und anschließend durch Laserschweißen verbunden. Während des Heftens werden die Werkstücke zweckmä¬ ßigerweise in einer (stationären) Anlage fixiert und mit Hil¬ fe einer robotergeführten Punktschweißzange an ausgewählten Stellen gepunktet. Der geheftete Zusammenbau wird dann laser¬ geschweißt, indem er von dem robotergeführten Spannwerkzeug aufgenommen und gegenüber dem robotergeführten Laserschwei߬ kopf bewegt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zum Hybridschweißen zweier Werkstücke. Dabei werden die Werkstücke mit Hilfe eines robotergeführten Spannwerkzeugs gespannt bzw. fixiert (und ggf. bewegt) , während die beiden zum Hybridschweißen verwendeten Schweißköpfe - beispielsweise ein Laserschweißkopf und ein Lichtbogenschweißkopf - mit Hil¬ fe zweier getrennter Roboter gegenüber den Werkstücken bewegt werden. Alle drei Roboter kooperieren dabei im Sinne einer „Master"-„Slave"-Kopplung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in den Zeich¬ nungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Detailansieht eines Verbindungsbereichs beim Verbinden zweier Werkstücke mit Hilfe des Laser¬ schweißens : Fig. 2a: Beginn des Laserverschweißens in einem ers¬ ten Verbindungsbereich; Fig. 2b: Ende des Laserschweißens im ersten Verbin¬ dungsbereich; Fig. 2c: Beginn des Laserschweißens in einem weiteren Verbindungsbereich; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren kooperierenden Füge- und Spannwerkzeugen.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung 1 zum Fügen zweier Werkstücke 2,3 aus Me¬ tallblech, wobei die Vorrichtung 1 Teil einer Fertigungsanla¬ ge 4 ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen ersten Roboter 5 mit einer Roboterhand 6, an der ein Laserschweißkopf 7 mit einer (in Figur 1 nicht dargestellten) Scanmimik befestigt ist. Zu diesem Roboter 5 gehört ein erstes Steuersystem 8, welches eine Programmsteuerung zur Bewegungssteuerung des ersten Roboters 5 und zum Aktivieren des Laserschweißkopfs 7 und der Scanmimik enthält. - Weiterhin umfasst die Vorrich¬ tung 1 einen zweiten Roboter 9 mit einer Roboterhand 10, an der ein Spannwerkzeug 11 befestigt ist. Zu diesem zweiten Ro¬ boter 9 gehört ein zweites Steuersystem 12, welches eine Pro¬ grammsteuerung zur BewegungsSteuerung des zweiten Roboters 9 und zum Betätigen des Spannwerkzeugs 11 enthält. - Mit dem Begriff „Roboter" soll hierbei ein mehrachsiger (in der Regel sechsachsiger) Industrieroboter bezeichnet werden. Unter ei¬ ner „Programmsteuerung" soll ein Steuerprogramm verstanden werden, das - je nach Anwendungsfall - sowohl Steuer- als auch Regelaufgaben des Roboters und/oder des mit Hilfe des Roboters bewegten Werkzeugs übernehmen kann.

In dem Spannwerkzeug 11 sind die zu verbindenden Werkstücke 2,3 mit Hilfe von Spannelementen 13 in der gewünschten Zusam¬ menbaulage fixiert . Um eine reproduzierbare Lage der Werkstü¬ cke 2,3 im Spannwerkzeug 11 zu gewährleisten, sind Anschläge 14 bzw. Aufnahmeelernente 15 vorgesehen, die die Werkstücke 2,3 in eineindeutiger Weise zueinander und gegenüber dem Spannwerkzeug 11 ausrichten. Dies ist notwendig, um die ge¬ naue Lage der Werkstücke 2,3 in einem Koordinatensystem 16 des zweiten Roboters 9 bestimmen zu können. Anstatt (bzw. zu¬ sätzlich zu) den Anschlägen 14 und Aufnahmeelementen 15 kann ein raumfester Sensor 17 (im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein optischer Sensor 17a) vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Lage der Werkstücke 2,3 im Koordinatensystem 16 des zwei¬ ten Roboters 9 ermittelt wird, indem der Roboter 9 das Spann¬ werkzeug 11 mit den darauf fixierten Werkstücken 2,3 in vor¬ bestimmte Ausrichtungen gegenüber dem Sensor 17a bringt und aus den Messwerten des Sensors 17a die Lage der Werkstücke 2,3 gegenüber einer Referenzposition auf dem Spannwerkzeug 11 berechnet wird.

Die Programmsteuerungen der beiden Roboter 5,9 sind in einer solchen Weise gekoppelt, dass die Bewegungsabläufe der Robo¬ ter 5,9 und der von ihnen getragenen Werkzeuge 7,11 koordi¬ niert erfolgen. Einer der Roboter - beispielsweise der erste Roboter 5 - dient dabei als „Master"-Roboter, dessen Bewegun¬ gen der andere, sogenannte „Slave"-Roboter - in diesem Falle der zweite Roboter 9 - folgt. Während der „Master"-Roboter 5 den Laserschweißkopf 7 in eine vorgegebene Raumlage bringt und aktiviert, richtet er die Bewegungen des „Slave"-Roboters 9 nach seiner Sollbahn aus, so dass der „Slave"-Roboter 9 das Spannwerkzeug 11 und die darin gehaltenen Werkstücke 2,3 in eine entsprechende Lage und Ausrichtung bewegt, in der ein Verbindungsbereich 18 auf den Werkstücken 2,3 im Fokus eines Lserstrahls 19 des Laserschweißkopfs 7 liegt. Dabei bleibt der räumliche Bezug des durch den „Master"-Roboter 5 geführ¬ ten Laserschweißkopfs 7 zu den vom „Slave"-Roboter 9 bewegten Werkstücken 2,3 zu jeder Zeit erhalten. Ein Steuerungsprin¬ zip, mit dessen Hilfe eine solche „Master"-„Slave"-Kopplung erreicht werden kann, ist beispielsweise in der EP 752 633 Al beschrieben, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmel¬ dung übernommen wird.

Aufgrund der „Master"-„Slave"-Kooperation der Roboter 5,9 stellt die Vorrichtung 1 stellt eine autonome Einheit dar, die im Fabrikumfeld 4 an eine speicherprogrammierte Ferti¬ gungssteuerung (SPS 20) angebunden sein kann; die SPS 20 ak¬ tiviert dann Prozesse im „Master"-Roboter 5, welcher seiner¬ seits dann vorgegebene Programmschritte durchführt und dabei den an ihn gekoppelten „Slave"-Roboter 9 mitführt und befeh¬ ligt.

Die Roboter 5,9 brauchen hierzu nicht permanent aneinander gekoppelt sein. Insbesondere können die Roboter 5,9 lediglich für bestimmte Arbeitsschritte miteinander kooperieren; andere Arbeitsschritte können die Roboter 5,9 völlig unabhängig von¬ einander durchführen, wobei dann die Aktionen jedes Roboters 5,9 getrennt von der SPS 20 der Fertigungsanlage 4 angestoßen werden.

Im folgenden werden die Einzelschritte beschrieben, die beim Fügen der beiden Werkstücke 2,3 der Figur 1 durchlaufen wer- den. Zunächst werden die beiden zu verbindenden Werkstücke 2,3 in einer (in Figur 1 nicht gezeigten) Bestückungsstation in das Spannwerkzeug 11 eingelegt; die Anschläge 14 bzw. Auf¬ nahmeelemente 15 gewährleisten dabei, dass die Werkstücke 2,3 reproduzierbar in Zusammenbaulage im Spannwerkzeug 11 aufge¬ nommen werden. Anschließend werden die Werkstücke 2,3 durch simultanes Spannen der Spannelemente 13 in dieser Zusammen¬ baulage fixiert . Das Aufnehmen und Fixieren der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 des zweiten Roboters 9 kann unabhän¬ gig von den Bewegungen des ersten Roboters 5 erfolgen, so dass der erste Roboter 5 während dieser Schritte beispiels¬ weise eine andere Schweißaufgabe ausführen kann; in diesem Modus wirkt die SPS 20 der Fertigungsanlage 4 separat auf beide Roboter 5,9 ein.

Spätestens mit Abschluss des Spannens der Werkstücke 2,3 im Spannwerkzeug 11 wird die Programmsteuerung des zweiten Robo¬ ters 9 (als „Slave") an die Programmsteuerung des ersten Ro¬ boters 5 (als „Master") angekoppelt. Ab diesem Zeitpunkt greift die SPS 20 nicht mehr direkt auf den „Slave"-Roboter 9 zu, sondern alle Bewegungen des „Slave"-Roboters 9 und des darauf fixierten Spannrahmens 11 werden durch den „Master"- Roboter 5 koordiniert. Die beiden Roboter 5,9 kooperieren da¬ bei derart, dass der „Slave"-Roboter 9 die von ihm getragenen Werkstücke 2,3 in bestimmte vorgegebene Raumlagen bewegt, die so gewählt sind, dass ein vorgegebener Verbindungsbereich 18 auf den Werkstücken 2,3 für den mit Hilfe des „Master"- Roboters 5 bewegten Laserschweißkopf 7 gut zugänglich wird; dann wird der Laserschweißkopf 7 aktiviert und mit Hilfe des Laserstrahls 19 eine Verschweißung im Verbindungsbereich 18 durchgeführt. Anschließend wird der Laserstrahl 19 auf einen weiteren Verbindungsbereich 18a der Werkstücke 2,3 gerichtet. Dies kann erreicht werden, indem - der Laserstrahl 19 mit Hilfe der im Laserschweißkopf 7 enthaltenen Scanmimik auf den weiteren Verbindungsbereich 18a gelenkt wird und/oder - der Laserschweißkopf 7 mit Hilfe des „Master"-Roboters 5 gegenüber dem Spannwerkzeug 11 bewegt wird, bis er gegen¬ über dem weiteren Verbindungsbereich 18a zu liegen kommt und/oder - das Spannwerkzeug 11 mit Hilfe des „Slave"-Roboters 9 ge¬ genüber dem Laserschweißkopf 7 bewegt wird, bis der weite¬ re Verbindungsbereich 18a gegenüber dem es gegenüber La¬ serschweißkopf 7 zu liegen kommt. Vorzugsweise werden mehrere dieser Bewegungen simultan durch¬ geführt, um durch Überlagerung der (vergleichsweise schnel¬ len) Bewegung der Scanmimik des Laserschweißkopfes 7 mit den (vergleichsweise langsamen) Transportbewegungen der Roboter 5,9 die (ansonsten nichtproduktiven) Transportzeiten produk¬ tiv zu nutzen. Insbesondere ist es vorteilhaft, diesen Trans¬ portbewegungen den eigentlichen Schweißprozess zu überlagern. Dies ist schematisch in Figuren 2a bis 2c dargestellt: Hier wird das Spannwerkzeug 11 mit den darauf fixierten Werkstü¬ cken 2,3 mit Hilfe des (in Figur 2 nicht dargestellten) „Sla¬ ve"-Roboters 9 kontinuierlich gegenüber dem Laserschweißkopf 7 verschoben (Pfeil 21) . Gleichzeitig wird der Laserstrahl 19 in einen ersten Verbindungsbereich 18 gelenkt und dort akti¬ viert (Figur 2a) . Die Scanmimik des Laserschweißkopfes 7 führt den Laserstrahl 19 in einer solchen Weise gegenüber den bewegten Werkstücken 2,3, dass im Verbindungsbereich 18 eine erste Laserschweißnaht 22 erstellt wird (Figur 2b) . Dann wird der Laserstrahl 19 deaktiviert und mit Hilfe der Scanmimik auf einen weiteren Verbindungsbereich 18a gelenkt, wo der La¬ serstrahl 19 für eine weitere Schweißung 22a aktiviert wird.

Figur 3 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue An¬ sicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' : Hier sind die zu verbindenden Werkstücke 2', 3', zwei Formbauteile aus Blech, in Zusammenbaulage in ei¬ ner raumfesten Aufnahmevorrichtung 23 abgelegt. Der erste Ro¬ boter 5' trägt an seiner Hand 6' den Laserschweißkopf 7' und ist mit dem Steuersystem 8' verbunden, welches die Pro¬ grammsteuerung zur Bewegungssteuerung dieses ersten Roboters 5' und zum Aktivieren des Laserschweißkopfs 7' enthält. Der zweite Roboter 9' trägt an seiner Roboterhand 10' ein Spann¬ werkzeug 11', mit Hilfe dessen ein ausgewählter Verbindungs¬ bereich 18' auf den Werkstücken 2',3' gespannt werden kann; weiterhin ist der zweite Roboter 9' mit dem Steuersystem 12' verbunden, welches die Programmsteuerung zur Bewegungssteue¬ rung dieses zweiten Roboters 9' und zum Betätigen des Spann¬ werkzeugs 11' enthält. Die beiden Roboter 5',9' sind in einer solchen Weise aneinander gekoppelt, dass sie - wie oben be¬ schrieben - in einem „Master"-„Slave"-Modus betrieben werden können.

Das Spannwerkzeug 11' ist mit einem Druckelement 24 veerse- hen, mit dessen Hilfe im Verbindungsbereich 18' zwischen den zu verschweißenden Blechen 2',3' ein Fügespalt 26 einer vor¬ bestimmten Höhe 27 eingestellt werden kann. Das Druckelement 24 ist im vorliegenden Beispiel eine drehbar gelagerte An¬ pressrolle 25, die entlang der Verbindungsbereiche 18' ge¬ rollt werden kann und die in einer solchen Weise ausgestaltet ist, dass sie die klaffenden Bleche 2',3' im Verbindungsbe¬ reich 18' aufeinanderdrückt, um so eine vorgegebene Spalthöhe 26 zu erreichen. Die Funktionsweise eines solchen Druckele¬ ments 24 ist beispielsweise in der DE 102 18 179 Al beschrie¬ ben. Alternativ können Druckelemente 24 vorgesehen sein, die als Anpressfinger oder als (zueinander bewegliche) Spannfin¬ ger ausgestaltet sind und mit Hilfe des Roboters 9' entlang der Verbindungsbereiche 18' bewegt werden. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 4 dar¬ gestellt. Hier werden die zu verbindenden Werkstücke 2", 3" zunächst in einer Heftstation 28 geheftet, bevor sie mit Hil¬ fe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1" verbunden werden. In der Heftstation 28 werden die Werkstücke 2" ,3" in eine raum¬ feste Aufnahmevorrichtung 23" eingelegt, in der die Werkstü¬ cke 2", 3" in Zusammenbaulage positioniert und fixiert werden. Anschließend werden die Werkstücke 2",3" mit Hilfe einer Heftvorrichtung 29, beispielweise einer robotergeführten Punktschweißzange 30, in ausgewählten Bereichen geheftet. Durch diese Heftung wird ein Zusammenbau 31 der Werkstücke 2", 3" erzeugt, in dem die Werkstücke 2", 3" in der gewünschten Zusammenbaulage zueinander fixiert sind. Dieser Zusammenbau 31 wird dem robotergeführten Spannwerkzeug 11" der Vorrich¬ tung 1" zugeführt bzw. vom robotergeführten Spannwerkzeug 11" aufgenommen. Das anschließende Verbinden des im Spannwerkzeug 11" gehaltenen Zusammenbaus 31 durch den robotergeführten La¬ serschweißkopf 7" erfolgt analog zur oben beschriebenen ers¬ ten Ausführungsform (Figur 1) durch die die Werkzeuge 7" , 11" tragenden, kooperierenden Roboter 5" , 9" mit dem Unterschied, dass das Spannwerkzeug 11" nun - aufgrund des vorgeschalteten Heftens der Werkstücke 2", 3" -wesentlich leichter und einfa¬ cher gestaltet werden kann als das Spannwerkzeug 11 der Figur 1. Insbesondere müssen die Spannelemente 13" des Spannwerk¬ zeugs 11" lediglich den gehefteten Zusammenbau 31 stabil an der Roboterhand 10" des zweiten Roboters 9" halten, nicht je¬ doch die beiden Werkstücke in einer vorgegebenen Relativlage spannen und fixieren. Das Spannwerkzeug 11" ist somit wesent¬ lich einfacher aufgebaut (und in bezug auf sein Gewicht we¬ sentlich leichter) als das Spannwerkzeug 11 der Ausführungs¬ form der Figur 1.

Bisher wurden Anwendungsbeispiele gezeigt, in denen zwei ko¬ operierende Industrieroboter zum Einsatz kommen: Ein erster Roboter 5, 5' ,5", mit Hilfe dessen das Fügewerkzeug 1,1' ,1" bewegt wird und ein zweiter Roboter 5,5' ,5" zum Spannen und/oder Bewegen der zu fügenden Werkstücke 2,3. Zusätzlich zu diesen beiden Robotern kann die Vorrichtung 1,1' ,1" noch weitere Roboter umfassen, welche ebenfalls in die Roboterko¬ operation eingebunden sind. Insbesondere kann zum Fügen von größeren Werkstücken 2,3 vorteilhaft sein, die Werkstücke 2,3 mit Hilfe mehrerer gekoppelter Roboter 9a, 9b räumlich zu be¬ wegen, um auf diese Weise eine Lastverteilung der Werkstück¬ massen auf mehrere Roboter 9a, 9b zu erreichen; dies ist sche¬ matisch in Figur 5 dargestellt, bei ein Spannwerkzeug 11 von den beiden Robotern 9a, 9b mit zugeordneten, aneinander gekop¬ pelten Programmsteuerungen (in Steuersystemen 12a, 12b) getra¬ gen wird. Das Spannwerkzeug 11 umfasst in diesem Fall zwei getrennte Unter-Spannwerkzeuge IIa, IIb, wobei das Unter- Spannwerkzeug IIb des Roboters 9b in der Ansicht der Figur 5 vom Werkstück 3 verdeckt ist. Die Programmsteuerungen der Spannroboter 9a, 9b und des Schweißroboters 5a kooperieren beispielsweise in einer solchen Weise, dass der Schweißrobo¬ ter 5a der „Master" ist, an den die beiden Spannroboter 9a, 9b als „Slaves" angekoppelt sind. - Weiterhin kann im Ausfüh¬ rungsbeispiel der Figur 3 das lokale Spannen der zu verbin¬ denden Werkstücke 2',3' mit mehreren Robotern 9',9a' erfol¬ gen, die je ein Spannwerkzeug 11', IIa' tragen und deren Pro¬ grammsteuerungen mit der Programmsteuerung des Schweißrobo¬ ters 5' im Sinne einer „Master"-„Slave"-Kopplung kooperieren; dann kann der momentan vom Fügewerkzeug 7' bearbeitete Werk¬ stückbereich 18' mit Hilfe eines ersten Spannwerkzeugs 11' fixiert werden, während ein weiteres Spannwerkzeug IIa' be¬ reits in einem demnächst zu bearbeitenden Verbindungsbereich 18a' auf den Werkstücken 2',3' plaziert wird. Da die Bewegung der Scanmimik des Laserschweißkopfes 7' wesentlich schneller ist als die Bewegung der robotergeführten Spannwerkzeuge 11', IIa', kann auf diese Weise das Laserschweißsystem optimal ausgenutzt werden. - In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung genutzt werden zum Kleben von Werkstücken, wobei die beiden zu verklebenden Werkstücke vor dem Verkleben mit Hilfe von Spannwerkzeugen bewegt werden, die von getrenn¬ ten, jedoch gekoppelten Robotern getragen werden.

Wie in Figur 5 gezeigt, ist es weiterhin möglich, mehrere ge¬ koppelte Roboter 5a, 5b mit Fügewerkzeugen 7a, 7b (z.B. Punkt¬ schweißzangen 32a, 32b) zu bestücken, um z.B. unterschiedli¬ che Bereiche der zu verbindenden Werkstücke 2,3 gleichzeitig bearbeiten zu können und dadurch die Verweilzeit der Werkstü¬ cke 2,3 in der Verbindungsvorrichtung 1 zu minimieren. Figur 5 zeigt somit eine Vorrichtung mit zwei Fügerobotersn 5a, 5b und zwei Spannrobotern 9a, 9b, die über eine „Master"-„Slave"- Kopplung miteinander kooperieren. Werden die beiden Schwei߬ roboter 5a, 5b mit unterschiedlichen Schweißsystemen (z.B. ein Laserschweißkopf und ein MIG-Schweißkopf) bestückt, so kann diese Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Hybridschweißver¬ fahrens eingesetzt werden, bei dem die unterschiedlichen Schweißsysteme mit Hilfe getrennter, jedoch gekoppelter Robo¬ ter 5a, 5b bewegt werden.

Die Erfindung kann auf beliebige Fügeverfahren, insbesondere zum Laserschweißen, zum MIG- oder MAG-Schweißen, zum Punkt¬ schweißen sowie zum Kleben, zum Nieten und zum Durchsetzfügen von Werkstücken, zum Einsatz kommen.