DE10007838A1 - Controlling bolt welder involves moving bolt to workpiece in two stages with linear drive, removing bolt slightly, producing spark and moving bolt to dip into molten material - Google Patents
Controlling bolt welder involves moving bolt to workpiece in two stages with linear drive, removing bolt slightly, producing spark and moving bolt to dip into molten materialInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Bolzen schweißvorrichtung, die einen Schweißkopf mit einem Linearantrieb, eine durch den Linearantrieb axial bewegliche Schweißachse und einen an der Schweißachse angebrachten Bolzenhalter aufweist, in welchem ein zu verschweißender Bolzen gehaltert ist.The invention relates to a method for controlling a bolt welding device, the welding head with a linear drive, one axially movable welding axis by the linear drive and one has attached stud holder on the welding axis, in which a bolt to be welded is held.
Die Schweißköpfe derartiger Bolzenschweißvorrichtungen werden üblicherweise an einen Industrieroboter angeflanscht, um zum Beispiel zahlreiche Schweißbolzen an eine Fahrzeugkarosserie anzuschweißen. Es besteht die Bestrebung, immer niedrigere Taktzeiten bei gleichbleibend hoher Schweißqualität zu erreichen.The welding heads of such stud welding devices are usually flanged to an industrial robot, for example to weld numerous welding studs to a vehicle body. It there is an endeavor to keep the cycle times shorter and the same to achieve high welding quality.
Bislang bekannte Bolzenschweißvorrichtungen arbeiten üblicher weise mit einer Spule und einer in Gegenrichtung wirkenden Feder. Die Schweißachse wird bis zum Kontakt des Schweißbolzens mit dem Werkstück verfahren, wobei ein Stützfuß, der an der Bolzenschweißvorrichtung angebracht ist, ebenfalls das Werkstück berührt. Anschließend wird die Spule durch ein elektrisches Signal angesteuert und bewegt die Schweißachse entgegen der Vorschubrichtung, um den Bolzen um ein mechanisch eingestelltes Abhubmaß von der Werkstückoberfläche zu beab standen. Der Stützfuß dient dabei der Abstützung des Bolzenschweißkopfes. Beim Verfahren der Schweißachse entgegen der Vorschubrichtung wird die Feder vorgespannt und ein Lichtbogen mittels Hubzündung erzeugt. Die Spule wird nach Ablauf der Schweißzeit nicht mehr Strom durchflossen, so daß die vorgespannte Feder die Schweißachse und den Bolzen in Vorschubrichtung schlagartig nach vorne bewegt, und der Schweißbolzen taucht in das sich gebildete Schweißgut ein. Dieses Ver fahren ist sehr stark von den Umgebungsbedingungen (Toleranzen der Feder, Lage der Schweißachse zur horizontalen Ebene usw.) abhängig, was zu schwankenden Schweißqualitäten führt. Wenn der Bolzenschweiß kopf oder das Werkstück bei diesem Vorgang nicht zu stark belastet werden sollen, wird bei der bekannten Bolzenschweißvorrichtung die Schweißachse langsam in Richtung Werkstückoberfläche bewegt, bis es zum ersten Kontakt des Bolzens mit der Werkstückoberfläche kommt, um deren Lage zu bestimmen.Previously known stud welding devices work more commonly wise with a coil and a spring acting in the opposite direction. The The welding axis is up to the contact of the welding stud with the workpiece procedure, with a support foot attached to the stud welding device is attached, also touches the workpiece. Then the Controlled by an electrical signal and moves the coil Weld axis against the feed direction around the stud mechanically adjusted lifting dimension from the workpiece surface stood. The support foot serves to support the stud welding head. When moving the welding axis against the feed direction the spring is preloaded and an arc is drawn by means of drawn arc generated. After the welding time has elapsed, the coil no longer becomes current flowed through so that the prestressed spring the welding axis and the Bolts suddenly moved forward in the feed direction, and the Welding studs are immersed in the weld metal formed. This ver driving is very dependent on the environmental conditions (tolerances of the Spring, position of the welding axis relative to the horizontal plane etc.) which leads to fluctuating welding qualities. If the stud welding head or the workpiece is not too heavily loaded during this process are to be in the known stud welding device Slowly move the welding axis towards the workpiece surface until it comes to the first contact of the bolt with the workpiece surface in order to determine their location.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Betreiben einer Bolzen
schweißvorrichtung, durch die geringere Taktzeiten und eine hohe
Schweißqualität gewährleistet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
durch folgende Schritte gekennzeichnet:
The invention provides a method for operating a stud welding device, through which shorter cycle times and high welding quality are guaranteed. The method according to the invention is characterized by the following steps:
- a) der Linearantrieb verfährt die Schweißachse mit einer Geschwindigkeit v1 in Vorschubrichtung bis der Bolzen von einer Werk stückoberfläche noch geringfügig entfernt ist.a) the linear drive moves the welding axis at a speed v 1 in the feed direction until the stud is still slightly removed from a workpiece surface.
- b) der Linearantrieb verfährt anschließend die Schweißachse mit einer Tastgeschwindigkeit v2, die geringer als die Geschwindigkeit v1 ist, in Vorschubrichtung bis zur Berührung des Bolzens mit dem Werk stück.b) the linear drive then travels with the welding axis a scanning speed v2, which is lower than the speed v1 is in the feed direction until the pin touches the movement piece.
- c) der Linearantrieb verfährt nun die Schweißachse um eine Strecke entgegen der Vorschubrichtung, um den Bolzen von dem Werkstück abzuheben.c) the linear drive now moves the welding axis by one Stretch counter to the feed direction to the stud from the workpiece to take off.
- d) zwischen Bolzen und Werkstück wird ein Lichtbogen mittels Hub zündung generiert.d) An arc is created between the bolt and the workpiece by means of a stroke ignition generated.
- e) schließlich verfährt der Linearantrieb die Schweißachse ge steuert in Vorschubrichtung, um ein Eintauchen des Bolzens in ein sich gebildetes Schweißgut zu erreichen.e) finally the linear drive moves the welding axis ge controls in the feed direction to immerse the bolt in itself to achieve weld metal formed.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß die Zustellung der Schweißachse in den Schritten a) und b), bis die Werkstückoberfläche berührt und damit eingemessen ist, mit zwei unterschiedlichen Ge schwindigkeiten erfolgt. Während bislang die Zustellung in Vorschub richtung nur mit der Tastgeschwindigkeit v2 erfolgte, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren diese Zustellung in wenigstens zwei unter schiedliche Schritte aufgeteilt, so daß nur die letzte Zustell bewegung, bis es zum Berühren des Bolzens mit dem Werkstück kommt, mit der niedrigen Tastgeschwindigkeit gefahren wird. Durch die hohe Geschwindigkeit v1 läßt sich Zeit gewinnen, so daß insgesamt die Takt zeit reduziert wird.The method according to the invention provides that the infeed of the welding axis in steps a) and b) takes place at two different speeds until the workpiece surface touches and is thus measured. While hitherto the feed in the feed direction was only at the scanning speed v 2 , in the method according to the invention, this infeed is divided into at least two different steps, so that only the last infeed movement until it comes into contact with the bolt with the workpiece low keying speed. The high speed v1 allows time to be saved, so that overall the cycle time is reduced.
Vorzugsweise erfolgt das Verfahren im Schritt e) Weg gesteuert, so daß unabhängig von Toleranzen in der Länge des Bolzens der Bolzen immer mit einer optimalen Geschwindigkeit und um ein definiertes Maß zum Werkstück bewegt wird. Zu beachten ist auch, daß derselbe Linear antrieb die Schweißachse in beide Richtungen verfahren kann, so daß die bislang verwendete Feder zum Zustellen des Bolzens beim Schweiß vorgang entfällt. Der Linearantrieb ist ein elektrischer Antrieb, vor zugsweise ein nach dem Tauchspulenprinzip arbeitender Antrieb, der eine gute Wegsteuerung erlaubt.The method in step e) is preferably path-controlled, so that regardless of tolerances in the length of the bolt, the bolt always at an optimal speed and by a defined amount is moved to the workpiece. It should also be noted that the same linear can drive the welding axis in both directions, so that the spring used so far to feed the stud during welding process is omitted. The linear drive is an electric drive, before preferably a drive operating on the moving coil principle, the good path control allowed.
Weiter ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß nach Schritt e) und dem Anschweißen des Bolzens am Werktstück in einem Schritt f) die Schweißachse mit einer Maximalgeschwindigkeit v3 ent gegen der Vorschubrichtung in eine Ausgangsstellung zurückgefahren wird. Auch hierdurch wird die Taktzeit reduziert.It is further provided according to the preferred embodiment that after step e) and after the stud is welded onto the workpiece in a step f), the welding axis is retracted into a starting position at a maximum speed v 3 ent against the feed direction. This also reduces the cycle time.
Die Geschwindigkeit v1 ist vorzugsweise mehr als dreimal so groß wie die Geschwindigkeit v2.The speed v 1 is preferably more than three times the speed v 2 .
Darüber hinaus wird im Schritt a) der Schweißbolzen bis auf einen Abstand von etwa 1-3 cm von der Werkstückoberfläche an diese heran bewegt, wobei der Abstand stets in bezug auf die Lagetoleranzen der Werkstückoberfläche und die Toleranzen des Schweißbolzens abgestimmt sein muß und in bezug auf die Summentoleranzen ein möglichst geringer Wert vorgegeben wird.In addition, in step a) the welding stud is up to one Distance of about 1-3 cm from the workpiece surface moves, the distance always in relation to the position tolerances of the Workpiece surface and the tolerances of the welding stud matched must be and as small as possible with regard to the total tolerances Value is specified.
Die Geschwindigkeit v1 soll wenigstens 75% der Maximalgeschwin digkeit des Linearantriebs betragen, was ebenfalls der geringen Takt zeit zugute kommt.The speed v1 should be at least 75% of the maximum speed linear drive, which is also the low cycle time benefits.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus der nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.Further features and advantages of the invention result from the following description and from the following drawings which is referenced.
Fig. 1 zeigt einen Schweißkopf der erfindungsgemäßen Bolzen schweißvorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, in verschiedenen Schritten, wobei ein Weg-Zeit-Diagramm die Bewegung der Schweißachse verdeutlicht. Fig. 1 shows a welding head of the stud welding device according to the invention, which works according to the inventive method, in different steps, with a path-time diagram illustrating the movement of the welding axis.
Fig. 2 zeigt den Linearantrieb der Bolzenschweißvorrichtung. Fig. 2 shows the linear drive of the stud welding device.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den vorderen Teil des Schweißkopfes nach Fig. 1. FIG. 3 shows a longitudinal section through the front part of the welding head according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist ein Bolzenschweißkopf dargestellt, der einen nach dem Tauchspulenprinzip arbeitenden Linearantrieb (vgl. auch Fig. 2) aufweist, welcher eine axial bewegliche Schweißachse 3 in Vorschub richtung V und in Gegenrichtung R bewegen kann. An der Schweißachse 3 ist ein Bolzenhalter 5 vorgesehen, welcher einen zu verschweißenden Bolzen 7 haltert.In Fig. 1, a stud welding head is shown, which has a linear drive working according to the moving coil principle (see also Fig. 2), which can move an axially movable welding axis 3 in the feed direction V and in the opposite direction R. A stud holder 5 is provided on the welding axis 3 and holds a stud 7 to be welded.
In Fig. 2 ist der Linearantrieb besser zu erkennen. Das rück wärtige Ende der Schweißachse 3 ist mit einem starken Permanent magneten 9 verbunden, der in zwei hintereinander angeordnete Spulen 11, 13, ragt. Die beiden Spulen sind elektrisch in Reihe geschaltet, haben aber entgegengesetzte Wicklungsrichtungen. Die Spulen 11, 13 erzeugen zwei in entgegengesetzte Richtungen wirkende Magnetfelder, die den Permanentmagneten 9 in Richtung V oder in Gegenrichtung R verschieben.The linear drive can be seen better in FIG . The rear end of the welding axis 3 is connected to a strong permanent magnet 9 which projects into two coils 11 , 13 arranged one behind the other. The two coils are electrically connected in series, but have opposite winding directions. The coils 11 , 13 generate two magnetic fields which act in opposite directions and which move the permanent magnet 9 in the direction V or in the opposite direction R.
Die magnetische Kraft, die auf den Permanentmagneten 9 ausgeübt wird, wird durch die Stärke des durch die Spulen 11, 13 fließenden Stromes bestimmt. Die Polarität bestimmt die Bewegungsrichtung. Über einen bolzenspezifischen Ladekopf 15 werden die Bolzen zugeführt. Die Schweißachse 3 kann in den Richtungen V und R weggesteuert mit unter schiedlichsten Geschwindigkeiten verfahren werden. Diese Geschwindig keiten sind frei programmierbar.The magnetic force that is exerted on the permanent magnet 9 is determined by the strength of the current flowing through the coils 11 , 13 . The polarity determines the direction of movement. The bolts are fed in via a bolt-specific loading head 15 . The welding axis 3 can be displaced in the directions V and R at different speeds. These speeds are freely programmable.
Der Bolzenschweißkopf ist entweder an einem Roboter oder an einer sonstigen Halterung befestigt und hat in der Ausgangsposition einen gewissen Abstand S0 von der Oberfläche des Werkstücks 11.The stud welding head is either attached to a robot or to another holder and has a certain distance S 0 from the surface of the workpiece 11 in the starting position.
Im folgenden wird das Verfahren erläutert, mit dem die Bolzen schweißvorrichtung einen Bolzen innerhalb eines Taktes am Werkstück 11 anschweißt. Aus der Ausgangsposition wird der Linearantrieb so betätigt, daß sich die Schweißachse 3 mit einer sehr hohen Geschwin digkeit v1, die mehr als 75% der Maximalgeschwindigkeit beträgt, die mit dem Linearantrieb zu erzielen ist, in Vorschubrichtung V auf das Werkstück 11 zubewegt. Die Bolzenschweißvorrichtung ist so pro grammiert, daß in einem Abstand S1 von 1-3 cm von der Werkstückober fläche der Linearantrieb abrupt langsamer wird und mit einer Tastge schwindigkeit v2, die deutliche geringer als die Geschwindigkeit v1 ist, der Bolzen 7 in Richtung V weiterbewegt wird, bis der Bolzen das Werkstück 11 berührt. Über eine Kontaktschaltung wird dieses Berühren sofort detektiert. Die Position der Schweißachse 3 wird eingelesen und gespeichert, und der Linearantrieb 3 wird, nachdem ein Schweißstrom angelegt wird, sofort in die entgegengesetzte Richtung betätigt, so daß die Schweißachse 3 um eine vorgegebene Strecke (Abhub S2) in Rich tung R verfahren wird und eine Hubzündung erfolgt. Dieses Abheben erfolgt ebenfalls Weg gesteuert und zwar mit einer Geschwindigkeit v4, die größer als die Geschwindigkeit v2 ist. Wie dem Diagramm in Fig. 1 zu entnehmen ist, verweilt die Schweißachse eine bestimmte Zeit in dieser Position. Schließlich fährt die Schweißachse in Vorschub richtung V mit einer Geschwindigkeit v5 um das Maß des Abhubs plus ein Eintauchmaß. Der Bolzen taucht in das Schweißgut ein und wird mit dem Werkstück 11 verbunden. Auch dieses Verfahren der Schweißachse 3 beim Eintauchvorgang erfolgt Weg gesteuert.In the following the method is explained with which the stud welding device welds a stud to the workpiece 11 within one cycle. From the starting position, the linear drive is actuated so that the welding axis 3 moves with a very high speed v 1 , which is more than 75% of the maximum speed that can be achieved with the linear drive, in the feed direction V towards the workpiece 11 . The stud welding device is programmed so that at a distance S1 of 1-3 cm from the surface of the workpiece, the linear drive becomes abruptly slower and with a touch speed v 2 , which is significantly lower than the speed v 1 , the stud 7 in the direction V is continued until the bolt touches the workpiece 11 . This contact is immediately detected via a contact circuit. The position of the welding axis 3 is read in and stored, and the linear drive 3 , after a welding current is applied, is immediately actuated in the opposite direction, so that the welding axis 3 is moved by a predetermined distance (lift S 2 ) in direction R and a drawn arc occurs. This lifting is also path-controlled and at a speed v 4 that is greater than the speed v 2 . As can be seen from the diagram in FIG. 1, the welding axis remains in this position for a certain time. Finally, the welding axis moves in the feed direction V at a speed v 5 by the amount of the lift plus an immersion dimension. The bolt dips into the weld metal and is connected to the workpiece 11 . This movement of the welding axis 3 during the immersion process is also path-controlled.
Die Schweißachse 3 verbleibt für eine gewisse Zeit in dieser Stellung und wird schließlich mit einer Geschwindigkeit v3, die die Maximalgeschwindigkeit des Linearantriebs bildet, in Richtung R zurück in die Ausgangsstellung bewegt.The welding axis 3 remains in this position for a certain time and is finally moved in the direction R back to the starting position at a speed v 3 , which forms the maximum speed of the linear drive.
Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, sind die Geschwindigkeiten v1, v4, v5 und v3 sehr hoch, wodurch die Zeit niedrig gehalten wird.As can be seen from the diagram, the speeds v 1 , v 4 , v 5 and v 3 are very high, which keeps the time low.
Die Geschwindigkeit v1 ist dabei mehr als dreimal so groß wie die Geschwindigkeit v2.The speed v 1 is more than three times the speed v 2 .
In Fig. 3 ist der vordere Teil des Schweißkopfes näher darge stellt. Der Bolzenhalter 5 in Form einer mehrfach geschlitzten Hülse ist mittels einer Überwurfmutter 21 am Schweißkopf 23 befestigt. Im Inneren des Schweißkopfes 23 ist ein Ladestift 25, der axial ver schieblich ist, aufgenommen. Ein Zuführkanal 27 dient der automa tischen Zuführung von Bolzen 7, die bei zurückgefahrenem Ladestift in Richtung Bolzenhalter 5 mittels Druckluft transportiert werden. Nach dem Laden, vor dem Berühren des Bolzens mit dem Werkstück, ist ein nicht definierter Abstand X zwischen dem Bolzen 7 und der vorderen Stirnseite des Ladestifts 25 vorhanden. Dieser Abstand X kann zu fol gendem Fehler beim Ermitteln der Lage des Werkstücks führen. Wird die Schweißachse mit dem Bolzen 7 gegen das Werkstück gedrückt, wird der Bolzen 7 um ein geringes Maß axial in Richtung R verschoben werden. Die Lage des Werkstücks in axialer Richtung wird dann aber um dieses Maß fehlerhaft bestimmt.In Fig. 3 the front part of the welding head is Darge provides. The stud holder 5 in the form of a multi-slotted sleeve is fastened to the welding head 23 by means of a union nut 21 . Inside the welding head 23 , a charging pin 25 , which is axially displaceable ver, is added. A feed channel 27 is used for the automatic feeding of bolts 7 , which are transported in the direction of the bolt holder 5 by means of compressed air when the loading pin is retracted. After loading, before the bolt touches the workpiece, there is an undefined distance X between the bolt 7 and the front end face of the loading pin 25 . This distance X can lead to the following error when determining the position of the workpiece. If the welding axis is pressed against the workpiece with the bolt 7 , the bolt 7 will be displaced axially in the R direction by a small amount. The position of the workpiece in the axial direction is then incorrectly determined by this amount.
Um diesen Fehler zu vermeiden, kann vorgesehen sein, daß nach dem Heranfahren des Bolzens mit der Geschwindigkeit v1 der Linearantrieb die Schweißachse in Vorschubrichtung V bewegt, bis der Bolzen 7 gegen das Werkstück drückt und so weit in Richtung R verschoben wird, bis er den Ladestift 25, der einen Anschlag in axialer Richtung bildet, kon taktiert. Nun ist der Bolzen 7 eindeutig innerhalb des Schweißkopfes positioniert. Anschließend wird der Bolzen wieder in Richtung R um eine geringe Strecke, beispielsweise um die Strecke S1 verfahren, um nochmals mittels der Abtastgeschwindigkeit v2 in Vorschubrichtung V zum Werkstück verfahren zu werden. Wenn es nun zum Kontakt des Bolzens mit dem Werkstück kommt, ist die Lage des Werkstücks eindeutig bestimmt, und der Abhub, der Weg gesteuert erfolgt, führt zu einer genauen Einhaltung des Maßes S2.To avoid this error, it can be provided that after moving the bolt at the speed v 1 of the linear drive moves the welding axis in the feed direction V until the bolt 7 presses against the workpiece and is shifted in the direction R until it Loading pin 25 , which forms a stop in the axial direction, clocks con. The bolt 7 is now clearly positioned within the welding head. The bolt is then moved again in the direction R by a small distance, for example by the distance S 1 , in order to be moved again in the feed direction V to the workpiece by means of the scanning speed v 2 . If the bolt now comes into contact with the workpiece, the position of the workpiece is clearly determined, and the lift, which is controlled, leads to exact compliance with dimension S 2 .
Claims (9)
- a) der Linearantrieb verfährt die Schweißachse (3) mit einer Ge schwindigkeit v1 in Vorschubrichtung (V), bis der Bolzen (7) von einer Werkstückoberfläche noch geringfügig entfernt ist,
- b) der Linearantrieb verfährt die Schweißachse (3) mit einer Tastgeschwindigkeit v2, die geringer als die Geschwindigkeit v1 ist, in Vorschubrichtung (V) bis zur Berührung des Bolzens (7) mit dem Werkstück (11),
- c) der Linearantrieb verfährt die Schweißachse (3) um eine Strecke (S1) entgegen der Vorschubrichtung (V), um den Bolzen (7) von dem Werkstück (11) abzuheben,
- d) zwischen dem Bolzen (7) und dem Werkstück (11) wird ein Lichtbogen mittels Hubzündung erzeugt, und
- e) der Linearantrieb verfährt die Schweißachse (3) gesteuert in Vorschubrichtung (V), um ein Eintauchen des Bolzens in ein sich gebildetes Schweißgut zu erreichen.
- a) the linear drive moves the welding axis ( 3 ) at a speed v 1 in the feed direction (V) until the bolt ( 7 ) is still slightly removed from a workpiece surface,
- b) the linear drive moves the welding axis ( 3 ) at a scanning speed v 2 , which is lower than the speed v 1 , in the feed direction (V) until the bolt ( 7 ) touches the workpiece ( 11 ),
- c) the linear drive moves the welding axis ( 3 ) a distance (S 1 ) against the feed direction (V) in order to lift the bolt ( 7 ) from the workpiece ( 11 ),
- d) between the bolt ( 7 ) and the workpiece ( 11 ) an arc is generated by means of spark ignition, and
- e) the linear drive moves the welding axis ( 3 ) in a controlled manner in the feed direction (V) in order to immerse the stud in a weld metal formed.
- a) die Schweißachse (3) mit einer Maximalgeschwindigkeit (v3) entgegen der Vorschubrichtung (V) in eine Ausgangsstellung zurückge fahren wird.
- a) the welding axis ( 3 ) at a maximum speed (v 3 ) against the feed direction (V) will move back to a starting position.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |