CZ300746B6

CZ300746B6 - Svarovací hlava s presným nastavením polohy privarovaného svorníku

Info

Publication number: CZ300746B6
Application number: CZ20022734A
Authority: CZ
Inventors: Citrich@Ulrich; Hailer@Steffen; Madsak@Jürgen
Original assignee: Nelson Bolzenschweiss-Technik Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2009-07-29
Also published as: BR0108790A; US20030141347A1; DE50102052D1; CZ20022734A3; MXPA02008099A; US6933458B2; ATE264727T1; CA2400880C; WO2001062426A1; DE10007837A1; AU4407001A; CA2400880A1; EP1257382A1; EP1257382B1

Abstract

Svarovací hlava na svorníky se svarovací osou (11), posunutelnou v axiálním smeru, s držákem (13) privarovaného svorníku, který je spojen se svarovací osou (11), a se snímacím elementem pro detekování bocního povrchu, pricemž tento element je tvoren objímkou (17), usporádanou koaxiálne s držákem (13). Svarovací hlava (3) obsahuje ústrojí (23), které pri posuvu svarovací hlavy (3) napríc k vysouvacímu smeru (V) detekuje prítomnost bocní steny (25) polotovaru (9). Objímka (17) je cástí spojovací matice (51), pomocí které je držák (13) pripevnen ke svarovací ose (11), a objímka (17) je elektricky pripojená k držáku (13). Ústrojí (23) pro detekování kontaktu mezi objímkou (17) a bocní stenou (25) polotovaru (9) je soucasne ústrojím (23) pro detekci kontaktu privarovaného svorníku (15) s polotovarem (9) ve vysouvacím smeru (V), kde ústrojí (23) je elektricky pripojené k držáku (13) a objímce (17).

Description

Svařovací hlava s přesným nastavením polohy přivařovaného svorníku

Oblast techniky

Vynález se týká svařovací hlavy na svorníky s držákem přivařovaného svorníku a se snímacím elementem pro detekování boční stěny polotovaru.

io Dosavadní stav techniky

Přivařované svorníky se dosud navařují na polotovaru následujícím způsobem: víceosé manipulační ústrojí, obvykle programovatelný průmyslový robot, přivede svařovací hlavu na svorníky do blízkosti povrchu polotovaru do tak zvané výchozí polohy svařování. Z této výchozí polohy svařování posouvá svařovací hlava na svorníky přivarovaný svorník ve vysouvacím směru, až dojde ke kontaktu přivařovaného svorníku s povrchem polotovaru. Při kontaktu přivařovaného svorníku s polotovarem se aktivuje dotykový obvod, takže se zjistí poloha polotovaru ve vysouvacím směru. Tato poloha se uloží do paměti a přivarovaný svorník se nadzvedne od polotovaru o určitý úsek. S nadzvednutím přivařovaného svorníku se pomocí zdvihového zapálení vytvoří elektrický oblouk, a přivarovaný svorník se svařovací hlavou na svorníky, například za řízení dráhy nebo rychlosti, posune ve vysouvacím směru a ponoří do vznikající taveniny.

Právě při stavbě automobilů se musejí přivařované svorníky pomocí robotů navařovat v drážkách, prohloubeninách nebo žlábcích na polotovaru. Přitom je nastavení polohy přivařovaného svorníku velmi důležité, protože velká odchylka polohy přivařovaného svorníku může vést ke značným problémům pri navazujícím použití navařeného svorníku (kupříkladu pří instalací držáků, spon nebo lišt). Protože má karoserie vozidla, na které má být umístěn přivarovaný svorník, v upínacím zařízení přepravního systému v automobilovém závodě polohové tolerance, a protože karoserie samotná může mít zčásti značné tolerance, posouvá se poloha jmenovité polohy přiva30 řovaného svorníku v prostoru, takže se přívařovaný svorník navaří příliš blízko nebo příliš daleko od bočních stěn v drážkách, prohloubeninách nebo žlábcích.

Podstata vynálezu

Vynález řeší svařovací hlavu na svorníky, která umožní exaktní nastavení polohy svorníku vůči polotovaru. Svařovací hlava na svorníky, se svařovací osou, posunuté lnou v axiálním směru, má držák přivařovaného svorníku, který je spojen se svařovací osou. Svářecí hlava má snímací element pro detekování boční stěny polotovaru, přičemž tento element je tvořen objímkou uspořáda40 nou koaxiálně s držákem.

Podstatou vynálezu je, že svařovací hlava obsahuje ústrojí, které při posuvu svařovací hlavy napříč k vysouvacímu směru detekuje přítomnost boční stěny polotovaru, přičemž objímka je částí spojovací matice, pomocí které je držák připevněný ke svařovací ose a objímka je elektricky připojená k držáku. Ústrojí pro detekování kontaktu mezi objímkou a boční stěnou polotovaru je současně ústrojím pro detekci kontaktu přivařovaného svorníku s polotovarem ve vysouvacím směru, kde ústrojí je elektricky připojené k držáku a objímce.

Objímka vykazuje s výhodou množství jednotlivých prstovitých výstupků.

Je vhodné, jestliže objímka obklopuje přivarovaný svorník.

Rovněž je výhodné, jestliže ústrojí signalizuje kontakt s polotovarem na základě pohybu hlavy v prvním směru napříč k boční stěně polotovaru a tato první kontaktní poloha se odečte a uloží do paměti. Ústrojí se prostřednictvím pohybu hlavy ve druhém směru, opačném k prvnímu směru,

CZ 300746 Bó přesune do druhé polohy, v níž již nesignalizuje žádný kontakt s polotovarem a tato druhá poloha se odečte a uloží do paměti. Ústrojí určí z první a druhé polohy referenční hodnotu, z které se hlava pohybuje o předem stanovený jmenovitý rozměr bočně do výchozí polohy svařování.

Přitom referenční hodnota je střední hodnotou mezi první a druhou polohou.

Přehled obrázků na výkresech io Vynález bude blíže osvětlen pomocí přiložených výkresů, které znázorňují na:

obr. 1 - svařovací hlavu na svorníky podle vynálezu a polotovar, na kterém má být navařen přivařovaný svorník, obr.2- pohled na řez II - II z obr. 1, i5 obr. 3 - svařovací hlavu na svorníky při detekci polohy v jiném okolí polotovaru, obr. 4 - zvětšený pohled na přední konec svařovací hlavy s naříznutou objímkou.

Příklady provedení vynálezu

Činnost zařízení podle vynálezu předpokládá následující kroky:

a) svařovací hlava 3 na svorníky se manipulačním ústrojím 5, v popisu také robot, přivede k polotovaru,

b) manipulační ústrojí 5 posune svařovací hlavu 3 na svorníky j_5 napříč k vysouvacímu směru, ve kterém se přivařovaný svorník ]_5 při pozdějším svařování pohybuje, až ústrojí 23 pro detekci kontaktu, uspořádané na svařovací hlavě 3 na svorníky, kontaktuje boční stěnu 25 polotovaru 9,

c) manipulační ústrojí 5 posune svařovací hlavu 3 na svorníky napříč k vysouvacímu směru o předem stanovený jmenovitý rozměr do výchozí polohy svařování, a

d) přivařovaný svorník Γ5 se ve vysouvacím směru posune vůči povrchu polotovaru 9 až do kontaktu s ním.

Potom se zvednutím přivařovaného svorníku J_5 od povrchu polotovaru 9 vytvoří pomocí zdvihového napětí mezi přivařovaným svorníkem j_5 a polotovarem 9 elektrický oblouk.

Zjišťuje se nejen axiální poloha polotovaru 9 před svařováním, nýbrž také radiální poloha po loto40 varu 9 tím, že se detekuje boční plocha polotovaru 9 a zjišťuje její poloha. Tím se dá exaktně dosáhnout požadovaného jmenovitého odstupu, tj. odstup boční plochy od navařeného svorníku L5 a přivařovaný svorník 15 je v drážkách, prohloubeninách nebo žlábcích v polotovaru 9 exaktně polohově nastaven.

Předpokládá se, že v kroku b) se manipulační ústrojí 5 svařovací hlavy 3 na svorníky posune v prvním směru bočně k boční ploše polotovaru 9, přičemž ústrojí pro detekci 23 kontaktu na svařovací hlavě 3 na svorníky signalizuje kontakt s polotovarem 9, a přičemž se z toho vyplývající první poloha při kontaktu s polotovarem 9 odečte a uloží do paměti. Svařovací hlava 3 na svorníky se následně posune ve druhém směru, opačném vůči prvnímu směru, až do druhé polohy, ve které ústrojí 23 pro detekci kontaktu již nesignalizuje kontakt s polotovarem 9. Tato druhá poloha se odečte a uloží do paměti. Následně se z první a druhé polohy určí referenční hodnota, ze které se svařovací hlava 3 na svorníky o předem stanovený jmenovitý rozměr pohybuje bočně do výchozí polohy svařování.

CZ 300746 Bó

Referenční hodnota je střední hodnotou mezi první a druhou polohou. Zjišťování referenční hodnoty má ten důvod, že svařovací hlava 3 na svorníky se přisouvá k boční ploše určitou rychlostí, a že dojde k jistému časovému zpoždění, než se svařovací hlava 3 na svorníky zastaví v první poloze, takže boční plocha se může tak zvaně přejet a první poloha nereprodukuje boční polohu boění plochy. Také při posuvu do druhého směru existuje časové zpoždění, dokud ústrojí 23 pro detekci kontaktu jíž nesignalizuje kontakt a/nebo svařovací hlava 3 na svorníky zůstane stát ve druhé poloze. Referenční hodnota z první a druhé polohy je potom fiktivní skutečnou polohou boční plochy. Referenční hodnota může být závislá na rychlostech, kterými se svařovací hlava 3 io na svorníky posouvá v prvním a druhém směru.

Předpokládá se, že v kroku d) svařovací hlava 3 na svorníky posune přivařovaný svorník 15, přičemž je také možné, že víceosé manipulační ústrojí 5 přivede svařovací hlavu 3 na svorníky až relativně blízko k povrchu polotovaru 9, a svařovací hlava 3 na svorníky samotná pohybuje se is svařovací osou ve vysouvacím směru následně až k dosažení kontaktu s polotovarem 9.

Ústrojí 23 pro detekci kontaktu, které v kroku d) zjišťuje při posuvu ve vysouvacím směru kontakt s polotovarem 9, použije k indikaci kontaktu s polotovarem 9 v kroku b) - napříč k vysouvacímu směru. To znamená, že nemusejí být vynaloženy žádné podstatné doplňkové náklady, aby se dosáhlo indikace polohy.

Dotykový člen by měl být elasticky pružně nebo pružně uložen na svařovací hlavě 3 na svorníky, aby se plasticky nedeformoval, jestliže dojde ke kontaktu s boční plochou polotovaru 9.

Dotykový člen je podle příkladu provedení objímkou 17, obklopující přivařovaný svorník J5. To má tu výhodu, že dotykový člen může být posouván v každém směru a kontaktuje před při varovaným svorníkem Γ5 boění plochu polotovaru 9. Výhodně je vnější plášť objímky Γ7 uspořádán vůči ose přivařovaného svorníku 15 soustředně, aby nezávisle na směru posuvu při zjišťování polohy boění plochy polotovaru 9 existoval vždy stejný odstup mezi vnějším pláštěm, který vytváří kontakt k boění ploše, a osou přivařovaného svorníku 15.

Ústrojí pro detekci kontaktu ke zjišťováni kontaktu přivařovaného svorníku ]_5 a polotovaru 9 je současně i ústrojím 23 pro detekci kontaktu, které má dotykový člen, takže je vesměs uspořádáno jen jedno ústrojí pro detekci kontaktu, které slouží ve vysouvacím směru a v bočním směru detekci polohy.

Dotykový člen je výhodně upevněn na svařovací ose a protékán proudem. Aby nebyl navařen spolu s přivařovaným svorníkem, není s ním v přímém kontaktu, přičemž jsou oba díly spolu za účelem detekce polohy elektricky spojeny.

Na obr. 1 je znázorněna přední část svařovací hlavy 3 na svorníky, která je upevněna na programovatelném víceosém manipulačním ústrojí 5 ve tvaru průmyslového robota. Pomocí svařovací hlavy 3 na svorníky mají být přivařované svorníky 15 navařovány v prohloubenině 7 polotovaru 9 ve tvaru plechu vozidla. Svařovací hlava 3 na svorníky má zde bhze neznázoměný lineární pohon, který může pohybovat svařovací osou H s na něm upevněným držákem 13 přivařovaného svorníku v axiálním směru, to znamená ve vysouvacím směru V a v opačném směru R.

Na obr. 1 je dále znázorněn přivařovaný svorník 15, uchycený v držáku 13 přivařovaného svomí50 ku, který je dodatečně upevněn v později navařené poloze na polotovaru. Držák 13 přivařovaného svorníku je obklopen dotykovým Členem ve tvaru válcové, v podélném směru vícekrát rozříznuté objímky 17, jejíž vnější boční stěna 21 probíhá soustředně vůči ose A a soustředně vůěi svařovací ose H, viz obr. 2. Objímka 17 je jednodílně upevněna na převlečné matici 51, která slouží k aretaci držáku J3 přivařovaného svorníku na svařovací ose 11, viz obr. 4.

_ 3 .

Držák J3 přivařovaného svorníku a privařovaný svorník J_5 ve vysouvacím směru V oproti objímce 17 vyčnívají.

Držák 13 přivařovaného svorníku a objímka J7 jsou elektricky spojeny se společným ústrojím 23 pro detekci kontaktu, takže jsou oba pod stejným napětím.

Ústrojí 23 pro detekci kontaktu, které může být kupříkladu dotykovým obvodem nebo být integrováno v řídicí jednotce svařovací hlavy 3 na svorníky, slouží pro axiální a radiální zjišťování polohy povrchu polotovaru.

Objímka J7 může být v obvodovém směru uzavřena. Mohou být uspořádány také četné prstovité výstupky nebo kolíkovitý dotykový člen, který je spojen s ústrojím 23 pro detekci kontaktu.

Znázorněná svařovací hlava 3 na svorníky má navařit privařovaný svorník J_5 v určitém odstupu

Z, vzdáleném od boční stěny 25 polotovaru 9. Odstup Z je tak zvaným jmenovitým odstupem. Tento jmenovitý odstup má být dodržen, aby se privařovaný svorník 15. exaktně polohově nastavil v prohloubenině 7.

Aby se privařovaný svorník J5, exaktně polohově nastavený navařil, je třeba:

a) Svařovací hlava 3 na svorníky s průmyslovým robotem 5 se posune do blízkosti polotovaru 9, totiž do polohy, která v bočním směru přibližně odpovídá poloze přivařeného svorníku 15, která byla bez vyskytujících se tolerancí v prostoru naprogramována jako referenční hodnota.

b) Robot 5 posune svařovací hlavu 3 na svorníky v pravém úhlu k vysouvacímu směru V, ve směru Bl, až objímka J7, která je částí ústrojí pro detekci kontaktu, kontaktuje vnější boční plochu boční stěny 25. Ústrojí 23 pro detekci kontaktu, kterým také může být určitý druh spínače, vyšle příslušný signál do zde neznázoměné řídicí jednotky, která ihned průmyslový robot 5 zastaví. Tato první poloha, ve které se potom svařovací hlava 3 na svorníky nachází, se odečte a uloží do paměti. Protože odstup osy A přivařovaného svorníku 15 od vnějšího pláště 21 objímky J7 je známý rozměr X, dá se zjistit boční poloha boční plochy boční stěny 25 vůči ose A.

c) Robot 5 posune nyní svařovací hlavu 3 na svorníky do druhého směru B2, který je opačný vůči směru Bl, ve kterém se svařovací hlava 3 na svorníky posouvala k boční stěně 25. Svařovací

3S hlava 3 na svorníky se o jmenovitý rozměr Y, tj. jmenovitý odstup Z minus rozměr X, posune ve směru B2, takže se osa A nachází ve jmenovitém odstupu Z od boční stěny 25.

d) Následně posune průmyslový robot 5 privařovaný svorník J5 ve směru V až do blízkosti polotovaru. Lineární motor pohybuje svařovací osou J_L a tím při varovaným svorníkem J5 ve směru V, až dojde ke kontaktu přivařovaného svorníku J_5 s povrchem polotovaru 9. Aktivuje se ústrojí 23 pro detekci kontaktu, které zjišťuje polohu svařovací osy JJ pomocí systému měření dráhy ve svařovací hlavě 3 na svorníky.

e) Za řízení dráhy se svařovací osa JJ. ve směru R nadzvedne o předem stanovený úsek od povr45 chu polotovaru.

f) S nadzvednutím se pomocí zdvihového zapálení vytvoří mezi přivařovaným svorníkem J5 a polotovarem 7 elektrický oblouk.

g) Svařovací osa JJ. se za řízení dráhy pohybuje ve směru V, a privařovaný svorník [5 se noří do vytvořené taveniny.

Při varovaný svorník £5 je nyní polohově přesně upevněn na polotovaru 9.

CZ 300746 Bó

Objímka 17 je pomocí štěrbin radiálně pružně a elektricky vodivě spojena s držákem J_3 svorníku. Dotyk s polotovarem se detekuje hlášením o kontaktu - elektrický tok proudu mezi objímkou 17 nebo přivarovaným svorníkem J5 a polotovarem.

Na obr. 3 je znázorněna jiná výchozí situace pro svařovací hlavu na svorníky, protože privarovaný svorník 15 se musí pohybovat ve vodorovném směru ke stěně, která není uložena v žádném žlábků nebo prohlouben ině. Zde se svařovací hlava na svorníky posune napříč k vysouvacímu směru V tak daleko, až se objímkou J_7 kontaktuje plášť boční stěny 25. Následně se svařovací hlava na svorníky posune průmyslovým robotem ve směru R zpět, aby při posuvu ve směru Bl io do výchozí polohy svařování nenarazil přivarovaný svorník Γ5 na boční stěnu 25. Následně se svařovací hlava 3 na svorníky posune o jmenovitý rozměr Y, tedy Υ - X + jmenovitý odstup Z, ve směru Bl do výchozí polohy svařování. Odtamtud může buď robot posunout svařovací hlavu 3 na svorníky blíže k povrchu polotovaru, nebo svařovací hlava 3 na svorníky posune svařovací osu H ve směru V, až dojde ke kontaktu přivařovaného svorníku 15 s polotovarem 9. Následující kroky jsou již v souvislosti s obr. 1 vysvětlenými kroky navařování svorníku 15.

Jestliže se svařovací hlava 3 na svorníky posune stranou a objímka 17 kontaktuje boční plochu polotovaru, dojde k jistému zpoždění, než se robot 5 zastaví. Objímka 17 je v této první poloze vychýlena nepatrně stranou, takže rozměr X neodpovídá exaktně odstupu osy od boční plochy, nýbrž je větší než skutečný odstup. Aby se tato malá chyba korigovala, tak se svařovací hlava na svorníky posune podle modifikovaného způsobu do vůči směru Bl opačného, druhého směru B2, až již ústrojí 23 pro detekci kontaktu nesignalizuje žádný kontakt s polotovarem. Robot 5 zůstane ihned stát, a tato druhá poloha se odečte a uloží do paměti. Následně se z první a druhé polohy určí referenční hodnota, výhodně střední hodnota mezi oběma polohami. Z této střední hodnoty se potom svařovací hlava 3 na svorníky pohybuje o jmenovitý rozměr Y bočně do výchozí polohy svařování, ze které se přivařovaný svorník 15 posune jen ještě v axiálním směru, až je navařen.

Jestliže boční plocha, která se má detekovat, není vůči směru Bl pohybu v pravém úhlu a poloha polotovaru může v uchycení zakolísat, mohlo by dojít k nepřesnostem při určování polohy boční plochy. Z tohoto důvodu se může předpokládat, že se svařovací hlava nejprve přistaví ve vysouvacím směru V až k dotyku svorníku s polotovarem, a zjisti se nejdříve poloha polotovaru ve vysouvacím směru V. Následně se svorník ve směru R nadzvedne o definovaný úsek, a konečně, jak již bylo vysvětleno, posune stranou, aby se určila poloha boční plochy.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu je možno využít zejména v automobilovém průmyslu, ale i v jiných odvětvích průmyslu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Svařovací hlava na svorníky, se svařovací osou (11), posunutelnou v axiálním směru, s držákem (13) přívarovaného svorníku, který je spojen se svařovací osou (11), a se snímacím elementem pro detekování boční stěny (25) polotovaru (9), přičemž tento element je tvořen objímkou (17) uspořádanou koaxiálně s držákem (13), vy z načuj ící se tím, io že svařovací hlava (3) obsahuje ústrojí (23), které při posuvu svařovací hlavy (3) napříč k vysouvacímu směru (V) detekuje přítomnost boční stěny (25) polotovaru (9), že objímka (17) je částí spojovací matice (51), pomocí které je držák (13) připevněný ke svařovací ose (11), a objímka (17) je elektricky připojená k držáku (13), a že ústrojí (23) pro detekování kontaktu mezi objímkou (17) a boční stěnou (25) polotovaru (9) je současně ústrojím (23) pro detekci kontaktu přivařovaného svorníku (15) s polotovarem (9) ve vysouvacím směru (V), kde ústrojí (23) je elektricky připojené k držáku (13) a objímce (17).

20
2. Svařovací hlava na svorníky podle nároku I, v y z n a č u j í c í se t í m , že objímka (17) obsahuje množství jednotlivých prstovitých výstupků.
3. Svařovací hlava na svorníky podle nároku 1 nebo2, vyznačující se tím, že objímka (17) obklopuje přívařovaný svorník (15).
4. Svařovací hlava na svorníky podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ústrojí (23) signalizuje kontakt s polotovarem (9) na základě pohybu hlavy (3) v prvním směru

30 (Bl) napříč k boční stěně (25) polotovaru (9) a tato první kontaktní poloha se odečte a uloží do paměti, že ústrojí (23) se prostřednictvím pohybu hlavy (3) ve druhém směru (B2), opačném k prvnímu směru (Bl), přesune do druhé polohy, v níž již nesignalizuje žádný kontakt s polotovarem (9),

35 a tato druhá poloha se odečte a uloží do paměti, a že ústrojí (23) určí z první a druhé polohy referenční hodnotu, z které se hlava (3) pohybuje o předem stanovený jmenovitý rozměr (Y) bočně do výchozí polohy svařování.

40 5. Svařovací hlava na svorníky podle nároku4, vyznačující se tím, že referenční hodnota je střední hodnotou mezi první a druhou polohou.