DE102016105084A1

DE102016105084A1 - Joining device and method for operating a joining device

Info

Publication number: DE102016105084A1
Application number: DE102016105084.9A
Authority: DE
Inventors: Andre Tegtmeier; Kai Hofmann; Mathias Sarunsky; Nico Lehmann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die Erfindung schlägt eine Fügevorrichtung (1) mit zwei Fügehilfsmitteln (16, 19) zum mechanischen und/oder thermischen Einwirken auf zu fügende Bauteile (30, 31), wobei die Fügevorrichtung (1) im Bereich einer Losseite (20) eines Zangenbügels (4) einen in diesem gelagerten, mittels eines Antriebs (5) verschieblichen Schlitten (9) aufweist, sowie mit dem Schlitten (9) ein erstes (16) der Fügehilfsmittel (16, 19) verbunden ist, ferner im Bereich einer Festseite (21) des Zangenbügels (4) mit diesem ein zweites (19) der Fügehilfsmittel (16, 19) verbunden. Hierbei ist zwischen dem Schlitten (9) und dem ersten Fügehilfsmittel (16), um eine Kraftangriffsachse (22) des ersten Fügehilfsmittels (16) herum, ein Messsystem (12) zur Erfassung der Fügekraft der Fügevorrichtung (1) angeordnet. Hierdurch kann eine Abweichung eines oder beider Fügehilfsmittel aus deren jeweiligen Sollstellung erfasst werden. Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung vorgeschlagen, wobei das Messsystem derart parametrisiert ist, dass ein Fügehub durch eine Führungskraft und einen Richtungsvektor beschrieben wird.The invention proposes a joining device (1) with two joining aids (16, 19) for mechanical and / or thermal action on components to be joined (30, 31), wherein the joining device (1) in the region of a loose side (20) of a clamp strap (4 ) has a slide (9) displaceable in the latter by means of a drive (5), and a first (16) of the joining aids (16, 19) is connected to the carriage (9), furthermore in the region of a fixed side (21) of the Pliers (4) connected to this a second (19) of the joining means (16, 19). Here, a measuring system (12) for detecting the joining force of the joining device (1) is arranged between the carriage (9) and the first joining aid (16) about a force application axis (22) of the first joining aid (16). In this way, a deviation of one or both joining aids from their respective desired position can be detected. A method is also proposed for operating the device, wherein the measuring system is parameterized in such a way that a joining stroke is described by a guiding force and a direction vector.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum mechanischen und/oder thermischen Einwirken auf zu fügende Bauteile. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Fügevorrichtung. The invention relates to a joining device for mechanical and / or thermal action on components to be joined. The invention further relates to a method for operating a joining device.

Aus dem Stand der Technik sind Fügevorrichtungen mit zwei Fügehilfsmitteln zum mechanischen und/oder thermischen Einwirken auf zu fügende Bauteile bekannt. Hierbei weist die Fügevorrichtung im Bereich einer Losseite eines Zangenbügels einen in diesem gelagerten, mittels eines Antriebs verschieblichen Schlitten auf. Mit dem Schlitten ist ein erstes der Fügehilfsmittel verbunden. Im Bereich einer Festseite des Zangenbügels ist mit diesem ein zweites der Fügehilfsmittel verbunden. Auf die zu fügenden Bauteile wird mechanisch und/oder thermisch mittels der Fügehilfsmittel eingewirkt. Hierbei wird das erste Fügehilfsmittel aufgrund der Verschiebbarkeit des Schlittens auf das zweite Fügehilfsmittel zugestellt. Bei den Fügehilfsmitteln handelt es sich insbesondere um einen Stempel, eine Fügematrize oder eine Schweißelektrode. Joining devices with two joining aids for mechanical and / or thermal action on components to be joined are known from the prior art. Here, the joining device in the region of a lot side of a clamp strap on a mounted in this, slidable by means of a drive carriage. A first of the joining aids is connected to the carriage. In the area of a fixed side of the forceps bar a second of the joining aids is connected to this. The components to be joined are acted upon mechanically and / or thermally by means of the joining aids. In this case, the first joining aid is delivered to the second joining aid due to the displaceability of the carriage. The joining aids are, in particular, a stamp, a joining die or a welding electrode.

Bei Fügevorrichtungen ist zu verhindern, dass die Fügehilfsmittel schief stehen um sowohl eine Abweichung von der idealisiert geraden Fügeverbindung zu vermeiden, die zu mangelnder Verbindungsfestigkeit führen kann, als auch eine Beschädigung der Fügevorrichtung, beispielsweise der Fügehilfsmittel, des Zangenbügels oder der Schlittenführung entgegenzuwirken bzw. diese zumindest zu detektieren. In the case of joining devices, it is necessary to prevent the joining aids from being tilted in order to both prevent a deviation from the idealized straight joining connection, which may lead to a lack of connection strength, and to counteract or damage the joining device, for example the joining aid, the forceps guide or the slide guide at least to detect.

In der EP 1 118 417 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bewegungserfassung von Schweißelektroden beschrieben. Hierbei ist ein Kraftdetektor an einer Elektrode zur Krafterfassung vorgesehen. In the EP 1 118 417 A2 For example, a method and apparatus for detecting movement of welding electrodes is described. Here, a force detector is provided on an electrode for force detection.

In der EP 2 243 602 B1 ist ein Verfahren zur Regelung eines Manipulators, konkret eines Roboters, beschrieben. Hierbei erfolgt eine Kraftregelung mittels eines Sensors an einem Werkzeugflansch. In the EP 2 243 602 B1 is a method for controlling a manipulator, specifically a robot, described. Here, a force control by means of a sensor on a tool flange.

In der JP 2014 054 666 A ist ein Verfahren zur Überwachung der Qualität bei einem Punktschweißvorgang beschrieben. Zur Durchführung des Verfahrens ist ein 2-Wege-Messgerät an einer Elektrode Fügematritze vorgesehen. In the JP 2014 054 666 A A method for monitoring the quality of a spot welding process is described. To carry out the method, a 2-way measuring device is provided on an electrode mating dome.

In der WO 03 008 146 A1 ist eine Widerstandsschweißeinrichtung und ein Steuerverfahren beschrieben. Es sind Kraftsensoren vorgesehen, wobei auf Basis der ermittelten Kräfte eine Schweißzange kalibriert und ausgerichtet werden kann. In the WO 03 008 146 A1 a resistance welding device and a control method is described. Force sensors are provided, whereby a welding tongs can be calibrated and aligned on the basis of the determined forces.

In der EP 1 868 762 B1 ist eine Schweißeinrichtung zum Verbinden von Werkstücken durch Widerstands- oder Pressschweißen beschrieben. Hierbei ist ein Fasergitter-Verformungssensor zur Überwachung mehrerer Schweißzangen vorgesehen. In the EP 1 868 762 B1 a welding device for joining workpieces by resistance or pressure welding is described. In this case, a fiber grating deformation sensor is provided for monitoring a plurality of welding tongs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, dass eine Abweichung eines oder beider Fügehilfsmittel aus deren jeweiligen Soll-Stellung erfasst werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Fügevorrichtung anzugeben. Object of the present invention is to develop a joining device with the features of the preamble of claim 1 so that a deviation of one or both joining tools from their respective desired position can be detected. The object of the invention is also to provide a method for operating such a joining device.

Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung weist die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Diese Fügevorrichtung ist mit zwei Fügehilfsmitteln zur mechanischen und/oder thermischen Einwirken auf zu fügende Bauteile versehen. Die Fügevorrichtung weist im Bereich einer Losseite eines Zangenbügels einen in diesem gelagerten, mittels eines Antriebs verschieblichen Schlitten auf. Mit dem Schlitten ist ein erstes der Fügehilfsmittel verbunden. Im Bereich einer Festseite des Zangenbügels ist mit diesem ein zweites der Fügehilfsmittel verbunden. Zwischen dem Schlitten und dem ersten Fügehilfsmittel, um eine Kraftangriffsachse des ersten Fügehilfsmittels herum, ist ein Messsystem zur Erfassung der Fügekraft der Fügevorrichtung angeordnet. The joining device according to the invention has the features of claim 1. This joining device is provided with two joining aids for mechanical and / or thermal action on components to be joined. The joining device has in the region of a loose side of a clamp strap on a mounted in this, slidable by means of a drive carriage. A first of the joining aids is connected to the carriage. In the area of a fixed side of the forceps bar a second of the joining aids is connected to this. Between the carriage and the first joining aid, around a force application axis of the first joining aid, a measuring system for detecting the joining force of the joining device is arranged.

Das Fügehilfsmittel ist insbesondere als Fügematrize, Stempel oder Schweißelektrode ausgebildet. Insbesondere ist das Fügehilfsmittel dornartig ausgebildet. The joining aid is designed in particular as a joining die, punch or welding electrode. In particular, the joining aid is formed like a spike.

Der Zangenbügel ist insbesondere U-förmig ausgebildet und bildet, bei Berücksichtigung der beiden Fügehilfsmittel, insbesondere eine C-förmige Zange. Im Bereich eines freien Endes eines der beiden Schenkel des Zangenbügels ist die Losseite angeordnet und im Bereich eines freien Endes des anderen Schenkels des Zangenbügels die Festseite. The forceps bar is in particular U-shaped and forms, taking into account the two joining aids, in particular a C-shaped forceps. In the region of a free end of one of the two legs of the clamp bracket, the loose side is arranged and in the region of a free end of the other leg of the clamp bracket, the fixed side.

Bevorzugt weist das Messsystem mehrere, insbesondere drei Kraftmesseinrichtungen auf. Diese Kraftmesseinrichtungen sind insbesondere gleichmäßig verteilt um die Kraftangriffsachse des ersten Fügehilfsmittels angeordnet. The measuring system preferably has several, in particular three, force-measuring devices. These force measuring devices are in particular distributed uniformly around the force application axis of the first joining aid.

Die Kraftmesseinrichtungen sind vorzugsweise als Kraftmesszellen ausgebildet. Die jeweilige Kraftmesszelle ist insbesondere als Messunterlegscheibe oder Kraftmessdose ausgebildet. Bei der Kraftmessdose handelt es sich insbesondere um eine DMS(Dehnungsmessstreifen)-Kraftmessdose The force measuring devices are preferably designed as load cells. The respective load cell is designed in particular as a measuring washer or load cell. The load cell is in particular a strain gauge (strain gauge) load cell

Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Messsystem ein 3D-Messsystem ist. Dieses Messsystem misst somit dreidimensional. It is considered particularly advantageous if the measuring system is a 3D measuring system. This measuring system thus measures in three dimensions.

Gemäß einer besonderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Messsystem einen mehrkanaligen Ladungsverstärker (bevorzugt in Kombination mit Piezo (Kraft-Messunterlegscheibe)) zur getrennten Parametrierung für jede Kraftmesseinrichtung aufweist. According to a particular embodiment, it is provided that the measuring system has a multi-channel charge amplifier (preferably in combination with piezo (force measuring washer)) for separate parameterization for each force measuring device.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Fügevorrichtung ist vorgesehen, dass das Messsystem, insbesondere die Kraftmesseinrichtungen, derart parametrisiert sind, dass ein Fügehub durch eine Fügekraft und einen Richtungsvektor beschrieben wird. In the method according to the invention for operating the joining device, it is provided that the measuring system, in particular the force measuring devices, are parameterized in such a way that a joining stroke is described by a joining force and a direction vector.

Insbesondere ist vorgesehen, dass beim Fügen mittels des Messsystems mehrere Einzelkraftsignale für eine Kraftrichtung ermittelt werden, und diese einzelnen Signale zu einem Summiersignal, im Sinne einer resultierenden Gesamtkraft, und zu vektorieller Größe, im Sinne einer Ausrichtung, verarbeitet werden. In particular, it is provided that, when joining by means of the measuring system, a plurality of individual force signals for a force direction are determined, and these individual signals are processed into a summation signal, in terms of a resulting total force, and to vectorial size, in the sense of alignment.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich deren beschriebenen Weiterbildungen betrifft somit ein speziell aufgebautes Kraftmesssystem bestehend aus mehreren einachsigen Kraftmesszellen z.B. Piezokeramik (Messunterlegscheiben, DMS-Kraftmessdosen usw.), um die Kraftangriffsachse eines dornartigen Fügewerkzeugs – erstes Fügehilfsmittel –, das durch Verkippung (beispielsweise Elektrodenverkippung an Schweißzangen durch Blechschiefstellung) erheblichen Schaden nehmen kann. Die Kraftmesseinrichtung wird derartig parametriert, dass ein Fügehub durch eine Fügekraft und einen Richtungsvektor beschrieben werden kann. Bei Überschreiten einer kritischen Kombination aus Fügekraft und Richtungsvektor wird ein Abschaltkriterium erfüllt und das Werkzeug in Sicherheit gebracht. Zudem werden Informationen zu Bauteilschiefstellung und/oder Zeitstandsversagen von Werkzeugen auswertbar. The device according to the invention or the method according to the invention, including its described developments, thus relates to a specially constructed force measuring system consisting of a plurality of uniaxial load cells, e.g. Piezoceramic (measuring washers, strain gauge load cells, etc.) to the force application axis of a mandrel-like joining tool - first joining tool - which can be significantly damaged by tilting (for example, electrode tilting on welding tongs by sheet metal misalignment). The force measuring device is parameterized such that a joining stroke can be described by a joining force and a direction vector. When a critical combination of joining force and direction vector is exceeded, a switch-off criterion is fulfilled and the tool is brought to safety. In addition, information on component misalignment and / or creep failure of tools can be evaluated.

Es ist insbesondere eine orientierungssensible Fügekraftmessung für mechanische und/oder thermische Fügeverfahren an C-Zangen möglich. Hierbei besteht die Fügevorrichtung bzw. der Fügeapparat mindestens aus dem Antrieb, dem beweglichen Schlitten, der mit dem Antrieb verbunden ist (Losseite), dem ersten Fügehilfselement an der Losseite (beispielsweise Schweißelektrode, Fügematritze, Stempel), dem steifen umgreifenden Zangenbügel zur Kraftaufnahme und dem zweiten Fügehilfselement am Ende des umgreifenden Zangenbügels (Festseite). Diese Fügewerkzeuge verfügen über eine spezielle Form, um möglichst viele Fügepositionen zu erreichen. Dabei beschreibt die Größe des sogenannten Zangenfensters den möglichen Einsatzbereich. Je größer das Zangenfenster ist, desto massiver ist der Zangenbügel der C-Zange auszuführen. Mit steigender Fügekraft steigt auch der Aufwand im Hinblick auf Dokumentation und Prozesssicherheit. Eine Schiefstellung der Fügehilfsmittel ist dabei unbedingt zu verhindern, um sowohl eine Abweichung von der idealisiert geraden Fügeverbindung zu vermeiden, welche zu mangelnder Verbindungsfestigkeit führen kann, als auch eine Beschädigung des Werkzeugs zu detektieren und einer solchen entgegenzuwirken. Demzufolge ist das Messsystem insbesondere symmetrisch um die Kraftwirkungsachse aufgebaut und erlaubt eine getrennte Auswertung der einzelnen Sensorsignale. Somit kann über mathematische Zusammenhänge primär die Summe aller einwirkenden Kräfte und die resultierende Raumkoordinate ermittelt werden. Durch Prozessüberwachung wird die Einleitung der Fügekraft auf einen festzulegenden Grenzwert reglementiert und das System bei Erreichen eines Grenzwinkels und/oder einer Grenzkraftüberschreitung in einen Notlauf überführt. Dies soll einer mechanischen Beschädigung des Werkzeugs vorbeugen. Weiterhin ermöglicht es insbesondere ein 3D-Messsystem für die Fügekraftmessung eine bereits erfolgte Beschädigung/Verformung/Unregelmäßigkeit frühzeitig zu erkennen und damit eine Fortführung mit einer Produktion nicht ordnungsgemäßer Produkte zu verhindern. Ferner kann das Messsystem zur Eigenkalibrierung der Antriebe genutzt werden sowie einen möglichen Alterungsprozess der mechanischen Komponenten feststellen. In particular, an orientation-sensitive joining force measurement for mechanical and / or thermal joining methods on C-tongs is possible. In this case, the joining device or the joining device consists at least of the drive, the movable carriage which is connected to the drive (lot side), the first joining auxiliary element on the lot side (for example, welding electrode, mating dowel, punch), the rigid gripping forceps clip for receiving power and the second joining auxiliary element at the end of the encompassing forceps hanger (fixed side). These joining tools have a special shape to achieve as many joining positions as possible. The size of the so-called pliers window describes the possible field of application. The larger the pliers window is, the more massive is the forceps clip of the C-forceps. With increasing joining force also increases the effort in terms of documentation and process reliability. A misalignment of the joining aids is necessarily to prevent in order to avoid both a deviation from the idealized straight joint connection, which can lead to lack of connection strength, as well as to detect damage to the tool and counteract such. Consequently, the measuring system is constructed in particular symmetrically about the force action axis and allows a separate evaluation of the individual sensor signals. Thus, mathematically, the sum of all acting forces and the resulting space coordinate can be determined primarily. By means of process monitoring, the introduction of the joining force is regulated to a specified limit value and the system is transferred to an emergency mode upon reaching a critical angle and / or exceeding a limit force. This should prevent mechanical damage to the tool. Furthermore, in particular a 3D measuring system for the joining force measurement makes it possible to early detect any damage / deformation / irregularity that has already taken place and thus to prevent a continuation with a production of products that are not in order. Furthermore, the measuring system can be used for self-calibration of the drives and determine a possible aging process of the mechanical components.

Besonders vorteilhaft ist, insbesondere bei einem 3D-Fügekraftmesssystem, ein mehrkanaliger Ladungsverstärker mit getrennter Auswertbarkeit und Fähigkeit zur getrennten Parametrierung für jeden angeschlossenen Kraft-/Dehnungsaufnehmer. Particularly advantageous, in particular in the case of a 3D joining force measuring system, is a multichannel charge amplifier with separate evaluability and the capability for separate parameterization for each connected force / extensometer.

Das 3D-Messsystem für die Fügekraft kann unter anderem auf Widerstandspunktschweißzangen, Nietzangen und Clinchzangen angewendet werden. The 3D measuring system for the joining force can be applied, among other things, to resistance spot welding tongs, rivet tongs and clinching tongs.

Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung nebst deren Weiterbildungen sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Fügevorrichtung nebst deren Weiterbildungen zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:

– hochgenaue Überwachung der Fügekraft mittels mehrerer Einzelkraftsignale für eine Kraftrichtung,
– Verarbeitung der Einzelsignale zu einem Summiersignal (resultierende Gesamtkraft),
– Verarbeitung der Einzelsignale zu vektorieller Größe (Ausrichtung),
– Schutz vor unsachgemäßer Verwendung (fehlerhafte Orientierung bei Inbetriebnahme),
– Schutz vor Beschädigung durch Schiefstellung von Baugruppe/Werkzeug,
– Abschaltkriterium bei Grenzwertüberschreitung (Kraft/Richtung),
– automatisierte Sicherheitsregelung,
– Archivierung in Fügekraftdatenbank (äquivalent zum Schraubdatenmanagement),
– Alterungsindizierung mechanischer Komponenten,
– wirkstellennahe Kraftmessung, demzufolge hohe Dynamik, geringe Trägheit.

The joining device according to the invention together with its developments and the method according to the invention for operating the joining device together with its developments are characterized by the following properties:

Highly accurate monitoring of the joining force by means of several individual force signals for one direction of force,
Processing of the individual signals into a summation signal (resulting total force),
Processing of the individual signals to vector size (alignment),
- protection against improper use (incorrect orientation during commissioning),
- Protection against damage due to misalignment of assembly / tool,
- switch-off criterion for limit value overrun (force / direction),
- automated safety regulation,
- archiving in joining force database (equivalent to screw data management),
- aging indexing of mechanical components,
- Near-force force measurement, consequently high dynamics, low inertia.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung eines in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels zur Durchführung des Verfahrens, ohne hierauf beschränkt zu sein. Further features of the invention will become apparent from the dependent claims, the accompanying drawings and the description of a reproduced in the drawing, preferred embodiment for carrying out the method, without being limited thereto.

Es zeigt: It shows:

1 eine räumliche Ansicht einer Fügevorrichtung mit Messsystem zwecks 3D-Fügekraftmessung, 1 a spatial view of a joining device with measuring system for the purpose of 3D joining force measurement,

2 einen Teilbereich der Fügevorrichtung gemäß 1, veranschaulicht in räumlicher Darstellung, mit zusätzlich separat dargestelltem, gleichfalls räumlich veranschaulichtem Messsystem, 2 a portion of the joining device according to 1 , illustrated in a spatial representation, with additionally separately represented, likewise spatially illustrated measuring system,

3 eine Seitenansicht der Fügevorrichtung für den Bereich eines Zangenbügels, 3 a side view of the joining device for the area of a forceps bracket,

4 eine räumliche Ansicht einer vom Zangenbügel abgenommenen Einheit, die einen Schlitten und ein erstes Fügehilfsmittel aufweist, 4 3 is a perspective view of a unit removed from the forceps bar having a carriage and a first joining aid;

5 eine Ansicht der Fügevorrichtung für den Bereich des Zangenbügels, ohne den Schlitten und die von diesem aufgenommenen Bauteile, 5 a view of the joining device for the range of the forceps bracket, without the carriage and the components received by this,

6 eine räumliche Darstellung des Messsystems mit veranschaulichter Kraftangriffsachse, 6 a spatial representation of the measuring system with illustrated force application axis,

7 für einen praktischen Anwendungsfall bei Elektrodenverkippung das Zusammenwirken der beiden Fügehilfsmittel und einer Blechpaarung, 7 for a practical application in electrode tilting, the interaction of the two joining aids and a sheet pairing,

8 das Messsystem gemäß 6 mit veranschaulichter, gekippter realer Kraftangriffsachse aufgrund des Zustands gemäß 7, 8th the measuring system according to 6 with illustrated, tilted real force application axis due to the state according to 7 .

9 für den Zustand gemäß 7 Balkendiagramme zur Verdeutlichung der von drei Kraftmesseinrichtungen des Messsystems ermittelten Kräfte. 9 for the condition according to 7 Bar graphs to illustrate the forces determined by three force measuring devices of the measuring system.

Figurenbeschreibung figure description

Die 1 und 2 zeigen den grundsätzlichen Aufbau der Fügevorrichtung 1. Diese ist mittels eines nicht veranschaulichten Roboters handhabbar. Die Fügevorrichtung 1 ist mit einem Basiselement 2 in einer roboterseitigen Halterung 3 gelagert. Bei der Fügevorrichtung 1 handelt es sich um eine Schweißzange. Mit dem Basiselement 2 ist ein U-förmiger Zangenbügel 4 fest verbunden. Des Weiteren ist ein Antrieb 5 mit dem Basiselement 2 verbunden. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Antrieb um einen pneumatisch wirksamen Servomotor. Es kann ohne Weiteres auch ein elektrisch oder hydraulisch wirkender Servomotor verwendet werden. Der Antrieb 5 weist eine aus- und einfahrbare Kolbenstange 6 auf, die auf der dem Zangenbügel 4 zugewandten Seite aus einem Gehäuse 7 des Antriebs 5 austritt. In der Orientierung der Kolbenstange 6 ist im Basiselement 2 ferner eine Führungsschiene 8 gelagert, in der ein Schlitten 9 verschieblich gelagert ist. Verschoben wird der Schlitten 9 mittels des Antriebs 5. Hierzu greift die Kolbenstange 6 am Schlitten 9 an. Mittels zweier Schrauben 10 ist eine abgewinkelte Stromschiene 11 mit dem Schlitten 9 verbunden. Zwischen der Stromschiene 11 und dem Schlitten 9 ist ein Messsystem 12 angeordnet und zwischen diesen geklemmt. Die beiden Schrauben 10 durchsetzen Löcher 13 in einem Gehäuse 14 des Messsystems 12. Mit dem dem Schlitten 9 abgewandten Ende der Stromschiene 11 ist ein Stromband 15 zum Zuführen von Strom zur Schweißzange verbunden. Auf der der Kolbenstange 6 abgewandten Seite der Stromschiene 11 ist mit dieser ein erstes Fügehilfsmittel 16, bei dem es sich um eine dornartige Schweißelektrode handelt, fest verbunden. Die Achse der Kolbenstange 6 entspricht der Achse des Fügehilfsmittels 16. The 1 and 2 show the basic structure of the joining device 1 , This can be handled by means of a not illustrated robot. The joining device 1 is with a base element 2 in a robot-side holder 3 stored. In the joining device 1 it is a welding tongs. With the base element 2 is a U-shaped pliers hanger 4 firmly connected. Furthermore, there is a drive 5 with the base element 2 connected. In the exemplary embodiment, the drive is a pneumatically active servomotor. It can be used without further, an electrically or hydraulically acting servo motor. The drive 5 has a retractable and retractable piston rod 6 on that on the pliers hanger 4 facing side of a housing 7 of the drive 5 exit. In the orientation of the piston rod 6 is in the base element 2 Further, a guide rail 8th stored in a sled 9 is slidably mounted. The carriage is moved 9 by means of the drive 5 , For this purpose, the piston rod engages 6 on the sledge 9 at. By means of two screws 10 is an angled busbar 11 with the sledge 9 connected. Between the busbar 11 and the sled 9 is a measuring system 12 arranged and clamped between them. The two screws 10 enforce holes 13 in a housing 14 of the measuring system 12 , With the sled 9 remote end of the busbar 11 is a power band 15 connected to supply power to the welding gun. On the piston rod 6 opposite side of the busbar 11 is with this a first Joining tool 16 , which is a spike-like welding electrode, firmly connected. The axis of the piston rod 6 corresponds to the axis of the joining aid 16 ,

Während der eine Schenkel 17 des Zangenbügels 4 – auf einer Losseite 20 – die Führungsschiene 8 aufnimmt und diese wiederum den Schlitten 9 mit Schweißelektrode 16 aufnimmt, dient der andere Schenkel 18 des Zangenbügels 4 – auf einer Festseite 21 – der Aufnahme eines zweiten Fügehilfsmittels 19, bei dem es sich gleichfalls um eine dornartige Schweißelektrode handelt. Diese Schweißelektrode 19 ist entsprechend der Schweißelektrode 16 ausgebildet und es fallen die Achsen der Schweißelektroden 16 und 19 zusammen. Die freien Ende der Schweißelektroden 16 und 19 sind aufeinander zu gerichtet. Wegen dieser unmittelbaren Lagerung der Schweißelektrode 19 in dem Zangenbügel 4 ist die Schweißelektrode 19 somit im Bereich der Festseite 21 des Zangenbügels 4 angeordnet. Der U-förmige Zangenbügel 4 und die beiden aufeinander zu gerichteten Schweißelektroden 16, 19 bilden die Form eines C, womit sie eine C-Zange darstellen. While one leg 17 the clamp strap 4 - on a lottery page 20 - the guide rail 8th and this in turn takes the sled 9 with welding electrode 16 absorbs, serves the other leg 18 the clamp strap 4 - on a hard page 21 - The inclusion of a second joining tool 19 , which is also a spine-like welding electrode. This welding electrode 19 is according to the welding electrode 16 trained and it fall the axes of the welding electrodes 16 and 19 together. The free end of the welding electrodes 16 and 19 are directed towards each other. Because of this immediate storage of the welding electrode 19 in the pliers hanger 4 is the welding electrode 19 thus in the area of the fixed side 21 the clamp strap 4 arranged. The U-shaped pliers hanger 4 and the two welding electrodes facing each other 16 . 19 form the shape of a C, representing a C-pincer.

Das der Losseite 20 zugeordnete Messsystem 12 ist in 6 im Detail veranschaulicht. Gezeigt ist mit strichpunktierter Linie die ideale Kraftangriffsachse 22 der beiden Schweißelektroden 16, 19, die somit mit der Achse – Mittellängsachse – dieser Schweißelektroden übereinstimmt. Um diese Kraftangriffsachse 22 herum sind drei Kraftmesseinrichtungen 23a, 23b und 23c des Messsystems 12 positioniert. Die jeweilige Kraftmesseinrichtung 23a bzw. 23b bzw. 23c ist als DMS-Kraftmessdose ausgebildet. Diese Kraftmessdosen sind über einen Kreis gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Messachsen der Kraftmessdosen verlaufen parallel zur Kraftangriffsachse 22. Die drei Druckmessdosen sind zwischen zwei Druckplatten 24, 25 des Messsystems 12 platziert. Bei Einspannung der durch die beiden Druckplatten 24 und 25 gebildeten Einheit zwischen der Stromschiene 11 und dem Schlitten 9 werden die Druckdosen somit idealerweise mit einer Vorspannung beaufschlagt, die gleich ist. Bei einer Einleitung einer Kraft auf die Druckplatte 25 in Richtung der Kraftangriffsachse messen die Kraftmesseinrichtungen 23a, 23b und 23c somit jeweils eine identische Kraft. Die jeweilige Kraftmesseinrichtung ist über ein Sensorkabel 26 mit einem Anschlussstecker 27 verbunden. Dieser wiederum ist mit einer Auswerteeinheit verbunden. Die Druckplatte 24 ist schließlich mit zylindrischen Vorsprüngen 28 versehen, die paarweise auf Ansätze der Kraftmesseinrichtungen einwirken und somit ein Verdrehen der Kraftmesseinrichtung verhindern. That the lot side 20 assigned measuring system 12 is in 6 illustrated in detail. Shown is with dot-dash line the ideal force application axis 22 the two welding electrodes 16 . 19 , which thus coincides with the axis - center longitudinal axis - of these welding electrodes. To this force attack axis 22 around are three force measuring devices 23a . 23b and 23c of the measuring system 12 positioned. The respective force measuring device 23a respectively. 23b respectively. 23c is designed as a strain gauge load cell. These load cells are over one Circle evenly distributed. The measuring axes of the load cells run parallel to the force application axis 22 , The three pressure cells are between two pressure plates 24 . 25 of the measuring system 12 placed. When clamping the through the two pressure plates 24 and 25 formed unit between the busbar 11 and the sled 9 The pressure cans are thus ideally applied to a bias that is the same. At an introduction of a force on the pressure plate 25 in the direction of the force application axis measure the force measuring devices 23a . 23b and 23c thus in each case an identical force. The respective force measuring device is via a sensor cable 26 with a connector 27 connected. This in turn is connected to an evaluation unit. The printing plate 24 is finally with cylindrical protrusions 28 provided, which act in pairs on approaches of the force measuring devices and thus prevent twisting of the force measuring device.

Die 7 bis 9 veranschaulichen die Wirkungsweise der Fügevorrichtung 1 bei einer Elektrodenverkippung aufgrund Einwirkung einer Querkraft infolge Winkelabweichung einer zwischen die Elektroden 16 und 19 eingesetzten Blechpaarung 29. So bewirkt beim Schließen der Zange, demnach dem Klemmen der beiden Bleche 30, 31 der Blechpaare, diese entgegengesetzt gerichtete Querkräfte gemäß den Pfeilen 32, die auf die Schweißelektroden 16 und 19 wirken, sodass die Elektrode 16 beim Auftreffen auf das Blech 30 verkippt. Somit stellt sich, abweichend von der idealen Kraftangriffsachse 22, entsprechend der Verkippung die zu dieser geneigt angeordnete reale Kraftangriffsachse 22' ein. Die beiden Kraftantriebsachsen 22 und 22' sind auch in 8 veranschaulicht. Demzufolge werden die Kraftmesseinrichtungen 23a, 23b und 23c unterschiedlich stark kraftbeaufschlagt. Dies ist beispielsweise in 9 veranschaulicht. Dort ist zu entnehmen, dass die aufgrund der Kippung von der Kraftmesseinrichtung 23a ermittelte Kraft um ein Vielfaches höher ist als die von der Kraftmesseinrichtung 23b ermittelte Kraft und die von dieser Kraftmesseinrichtung 23b ermittelte Kraft noch etwas höher ist als die von der Kraftmesseinrichtung 23c ermittelte Kraft. The 7 to 9 illustrate the operation of the joining device 1 at a Elektrodenverkippung due to the influence of a transverse force due to angular deviation of a between the electrodes 16 and 19 inserted sheet pairing 29 , Thus, when closing the pliers, thus causing the clamping of the two sheets 30 . 31 the pairs of plates, these oppositely directed transverse forces according to the arrows 32 on the welding electrodes 16 and 19 act, so the electrode 16 when hitting the plate 30 tilted. This turns out to be different from the ideal force application axis 22 , according to the tilting to this inclined arranged real force application axis 22 ' one. The two power-drive axles 22 and 22 ' are also in 8th illustrated. As a result, the force measuring devices 23a . 23b and 23c different degrees of force. This is for example in 9 illustrated. There it can be seen that due to the tilt of the force measuring device 23a determined force is many times higher than that of the force measuring device 23b determined force and that of this force measuring device 23b determined force is still slightly higher than that of the force measuring device 23c determined force.

Das Messsystem ist somit derart parametrisiert, dass ein Fügehub durch eine Fügekraft und einen Richtungsvektor beschrieben wird. Beim Fügen werden mittels der Kraftmesseinrichtungen 23a, 23b, 23c mehrere Einzelkraftsignale für eine Kraftrichtung ermittelt. Diese Einzelsignale werden zu einem Summiersignal, demnach einer resultierenden Gesamtkraft und zu vektorieller Größe, somit Ausrichtung, verarbeitet. Beim Überschreiten einer vorgegebenen kritischen Kombination aus Fügekraft und Richtungsvektor wird ein Abschaltkriterium der Fügevorrichtung erfüllt. Beim Erfüllen des Abschaltkriteriums wird beispielsweise die Fügevorrichtung in einen Notlauf überführt. The measuring system is thus parameterized such that a joining stroke is described by a joining force and a direction vector. When joining are using the force measuring devices 23a . 23b . 23c determined several individual force signals for a force direction. These individual signals are processed into a summation signal, thus a resultant total force and vectorial size, thus orientation. When a predetermined critical combination of joining force and direction vector is exceeded, a switch-off criterion of the joining device is fulfilled. When fulfilling the shutdown criterion, for example, the joining device is transferred to a limp home.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1118417 A2 [0004]
EP 2243602 B1 [0005]
JP 2014054666 A [0006]
WO 03008146 A1 [0007]
EP 1868762 B1 [0008]

Claims

Joining device ( 1 ) with two joining aids ( 16 . 19 ) for mechanical and / or thermal action on components to be joined ( 30 . 31 ), wherein the joining device ( 1 ) in the area of a lot page ( 20 ) of a clamp strap ( 4 ) mounted in this, by means of a drive ( 5 ) slidable slide ( 9 ), as well as with the carriage ( 9 ) a first ( 16 ) of the joining aids ( 16 . 19 ), and in the area of a fixed page ( 21 ) of the clamp bracket ( 4 ) with this a second ( 19 ) of the joining aids ( 16 . 19 ), characterized in that between the carriage ( 9 ) and the first joining aid ( 16 ) to a force application axis ( 22 ) of the first joining aid ( 16 ), a measuring system ( 12 ) for detecting the joining force of the joining device ( 1 ) is arranged.

Joining device according to claim 1, characterized in that the joining aid ( 16 . 19 ) is designed as a joining die, punch or welding electrode.

Joining device according to claim 1 or 2, characterized in that the joining aid ( 16 . 19 ) is formed thorn-like.

Joining device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pliers hanger ( 4 ) Is U-shaped, with in the region of a free end of a ( 17 ) of the two legs ( 17 . 18 ) of the clamp bracket ( 4 ) arranged lot side ( 20 ) and in the region of a free end of the other leg ( 18 ) arranged fixed side ( 21 ).

Joining device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring system ( 12 ) several, in particular three force measuring devices ( 23a . 23b . 23c ) having.

Joining device according to claim 5, characterized in that the force measuring devices ( 23a . 23b . 23c ) evenly distributed around the force application axis ( 22 ) of the first joining aid ( 16 ) are arranged.

Joining device according to claim 5 or 6, characterized in that the force measuring devices ( 23a . 23b . 23c ) are designed as load cells.

Joining device according to claim 7, characterized in that the force measuring cells are designed as measuring washers or load cells, in particular strain gauge load cells.

Joining device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring system ( 12 ) is a 3D measuring system.

Joining device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the measuring system ( 12 ) a multi-channel charge amplifier for separate parameterization for each force measuring device ( 23a . 23b . 23c ) having.

Method for operating a joining device ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the measuring system ( 12 ), in particular the force measuring device ( 23a . 23b . 23c ) is parameterized such that a joining stroke is described by a joining force and a direction vector.

Method according to claim 11, characterized in that by means of the measuring system ( 12 ) When joining several individual force signals are determined for a force direction, these individual signals are processed to a summation signal and vectorial size.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that when exceeding a predetermined critical combination of joining force and direction vector, a switch-off criterion of the joining device ( 1 ) is fulfilled.

A method according to claim 13, characterized in that when fulfilling the shutdown criterion, the joining device ( 1 ) is transferred to an emergency.