DE10023894C1 - Optische Abtastvorrichtung zur optischen Kontrolle der Abnützung von zylinder- oder stabförmigen Schweisselektroden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung (1) zur optischen Kontrolle der Abnützung von zylinder- oder stabförmigen, insbesondere an einem Ende abgerundeten Schweißelektroden (11, 12) zur Verwendung in Automatenschweißgeräten für Schweißvorgänge in der Automobilindustrie, bestehend aus wenigstens einem optischem Element (7, 10) mit wenigstens je einem ein Lichtbündel aussendenden Lichtsender (5, 8) und wenigstens je einem Lichtempfänger (6, 9) zum Empfang des von der Schweißelektrode (11, 12) reflektierten Lichts sowie einer opto-elektrischen Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Lichtempfängers (6, 9), gemäß Patent 19854956.3. Die Abtastvorrichtung (1) umfaßt zwei optische Elemente (7, 10), welche sich gegenüberliegend, aber in entgegengesetzte Richtungen weisend, angeordnet sind, wobei jedes optische Element (7, 10) wenigstens einen Lichtsender (5, 8) und wenigstens einen zugeordneten Lichtempfänger (6, 9) aufweist, und die Lichtsender (5, 8) die Lichtbündel in entgegengesetzte Richtungen abstrahlen und die zugeordneten Lichtempfänger sich ebenfalls gegenüberliegen und das reflektierte Licht aus entgegengesetzten Richtungen empfangen, wobei die einander zugeordneten Lichtsender-Lichtempfänger paarweise benachbart sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zur optischen Kon­ trolle der Abnützung von zylinder- oder stabförmigen, insbesondere an einem Ende abgerundeten Schweißelektroden zur Verwendung in Automaten­ schweißgeräten für Punktschweißvorgänge in der Automobilindustrie, beste­ hend aus wenigstens einem optischen Element mit wenigstens einem ein Lichtbündel aussendenden Lichtsender und wenigstens einem Lichtempfän­ ger zum Empfang des von der Schweißelektrode reflektierten Lichts sowie einer opto-elektrischen Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Lichtempfängers, gemäß Patent Nr. 19854956.

In der Automobilindustrie werden elektrische Schweißelektroden für Punkt­ schweißautomaten verwendet, um verschiedenste punktförmige Schweißver­ bindungen am Chassis oder der Karosserie herzustellen. Die Schweißelektro­ den bestehen aus kurzen stabförmigen Zylindern, die an einem Ende abge­ rundet oder bombiert sind und mit dem entgegengesetzen Ende in einen Au­ tomatenarm eingesetzt werden. Das abgerundete Ende der Schweißelektrode dient zur elektrischen Kontaktgabe mit der Gegenelektrode des Automaten­ schweißgerätes. Im Betrieb nützt sich die zylindrische Schweißelektrode ab, wobei sich das kontaktgebende Ende derselben schon nach relativ wenigen Schweißvorgängen kegelstumpfförmig verformt mit einem mehr oder weniger ausgeformten runden obersten Plateau und einem sich daran anschließenden Kegelmantel mit einem mehr oder weniger stumpfen Winkel, der dann in den Zylinderdurchmesser der Schweißelektrode übergeht. Nach einer Reihe von Schweißvorgängen ist aufgrund des Stromflusses das runde Plateau der Schweißelektrode zu groß geworden, ebenso wie unter Umständen der Ke­ gelmantel einen zu stumpfen Winkel angenommen hat. Dann muß die Schweißelektrode in einer Fräseinrichtung wieder auf bestimmte Maße, nämlich eine bestimmte, vorgegebene Plateauflächengröße sowie einen be­ stimmten Winkel des stumpfen Kegelmantels, gefräst werden. Dieser Fräs­ vorgang wird bis heute von einer Bedienungsperson per Augenmaß vorge­ nommen, die auch per Augenmaß zu beurteilen hat, ob eine bestimmte Schweißelektrode zum Schweißen noch brauchbar ist oder abgefräst werden oder völlig ersetzt werden muß.

Durch die DE 34 36 499 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln des Verschleißes von Widerstandspunktschweißelektroden bekannt geworden, bei welchem in einem Ruhetakt zwischen einem Arbeitsprozeß sowohl die Größe der Elektro­ denarbeitsfläche als auch deren Verschmutzungsgrad durch Messung des Übergangswiderstandes in getrennten Meßschritten ermittelt wird. Aus dem Ergebnis dieser Messungen lassen sich Rückschlüsse auf die Standzeit sowie auf die Abnutzung der Elektrode herleiten.

Zur Behebung der vorbeschriebenen Nachteile ist im Patent Nr. 1954956 eine optische Abtastvorrichtung zur optischen Kontrolle der Abnützung zylinder- oder Schweißelektroden zur Verwendung in Automatenschweißgeräten für Punktschweißvorgänge in der Automobilindustrie vorgeschlagen worden, be­ stehend aus einem optischen Element mit wenigstens einem ein Lichtbündel aussendenden Lichtsender und wenigstens einem Lichtempfänger zum Emp­ fang des von der Schweißelektrode reflektierten Lichts sowie einer opto- elektrischen Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Lichtempfän­ gers. Die Abtastvorrichtung besteht aus einem auf eine Standfläche montier­ ten Winkel mit einem senkrecht auf die Standfläche montierten Schenkel und einem dazu ungefähr waagrechten Schenkel, wobei in den beiden Schenkeln je eines der optischen Elemente in einem Fenster montiert ist, wobei der Lichtsender des im waagrechten Schenkel montierten optischen Elements das Lichtbündel nach unten gerichtet abstrahlt und sich unterhalb dieses op­ tischen Elements innerhalb der Standfläche eine Aussparung befindet zum Einführen und Plazieren der Zylinder- oder stabförmigen Schweißelektrode. Das optische Element des waagrechten Schenkels umfaßt einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, das optische Element des senkrecht auf die Standfläche montierten Schenkels hingegen nur einen Lichtempfänger.

Diese optische Abtastvorrichtung ist zur Behebung der geschilderten Nach­ teile bestens geeignet, jedoch kann mit ihr immer nur eine Schweißkappe op­ tisch abgetastet werden, obwohl für einen Schweißvorgang immer zwei Elek­ troden eingesetzt werden und eine Zange, wie sie für einen derartigen Schweißvorgang eingesetzt wird, gleichzeitig zwei Schweißelektroden haltert. Diese beiden Schweißelektroden müssen deshalb nacheinander der Ab­ tastvorrichtung der DE 198 54 956 zugeführt werden. Ebenso ist es notwendig, für den optischen Abtastvorgang der Schweißelektroden auf dem Weg der Zange mit den Schweißelektroden zur Fräsmaschine zum Abtasten der bei­ den Schweißelektroden nacheinander je eine eigene Prozeßzeit vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die notwendige Prozeßzeit zur Be­ urteilung der Brauchbarkeit bzw. Abnützung derartiger zylinder- oder stab­ förmiger Schweißelektroden gemäß der eingangs genannten Gattung zu ver­ kürzen und insbesondere hierbei eine gleichzeitige optische Abtastung der beiden an einer Zange sitzenden Schweißelektroden zu ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass erfindungsgemäß die Abtastvor­ richtung zwei optische Elemente umfaßt, welche sich gegenüberliegend, aber in entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet sind, wobei jedes opti­ sche Element wenigstens einen Lichtsender und wenigstens einen zugeordne­ ten Lichtempfänger aufweist, und die Lichtsender die Lichtbündel in entge­ gengesetzte Richtungen abstrahlen und die zugeordneten Lichtempfänger sich ebenfalls gegenüberliegen und das reflektierte Licht aus entgegengesetz­ ten Richtungen empfangen, wobei die einander zugeordneten Lichtsender- Lichtempfänger paarweise benachbart sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die optische Ab­ tastvorrichtung ein flächiges Gehäuse mit zwei sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen, wobei in jeder Hauptoberfläche je ein Lichtsender und je ein Lichtempfänger angeordnet sind, die sich jeweils direkt gegenüberliegen und in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass nunmehr auf jeder Seite der Ab­ tastvorrichtung gleichzeitig eine Elektrode vorbeigeführt werden und optisch abgetastet werden kann. Im üblichen Arbeitshub können somit beide Schwei­ ßelektroden gleichzeitig gemessen werden. Die optischen Elemente einer je­ den Seite arbeiten identisch. Das ist deswegen von Vorteil, weil derartige Schweißelektroden paarweise benutzt und paarweise mittels einer zangenar­ tigen Greifvorrichtung erfasst, geführt und zu einer Fräseinrichtung trans­ portiert werden, an der sie auf die vorgeschriebenen Maße gefräst werden. Nunmehr kann ein Paar Schweißelektroden gleichzeitig durch zwei identi­ sche optische Elemente auf sich gegenüberliegenden Seiten optisch abgeta­ stet werden.

Des Weiteren besitzt die Erfindung den Vorteil, dass für den optischen Ab­ tastvorgang keine eigene oder nur eine erheblich verkürzte Prozeßzeit zur Verfügung gestellt werden muss, so dass sich die Bearbeitungs- und Hand­ lingszeit derartiger Schweißelektroden außerhalb des eigentlichen Schweiß­ prozesses verkürzt. Denn die benutzten Schweißelektroden werden zum Bei­ spiel von einer zu schweißenden Karosserie kommend auf beiden Seiten der Abtastvorrichtung mittels der zangenartigen Greifvorrichtung vorbeigeführt, es erfolgt sofort die optisch-elektronische Erfassung des Zustandes bzw. der Brauchbarkeit der Spitzen der Elektroden und sofort die Weitergabe dieser Daten zur Fräsmaschine, welche bei der Weiterbewegung der Elektroden hin zur Fräsmaschine schon die notwendige Einstellung für die Durchführung des Fräsprozesses erhalten hat. Dadurch kann die bisher notwendige Prozeß­ zeit zur Beurteilung der Brauchbarkeit bzw. Abnützung derartiger zylinder- oder stabförmiger Schweißelektroden erheblich verkürzt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung liegen die jeweils einander zugeordneten Lichtsender und Lichtempfänger in ihrer senkrechten Projekti­ on aufeinander gesehen unter einem rechten Winkel aufeinander, so dass das jeweilige Paar Lichtsender-Lichtempfänger eines optischen Elements sich gegenüberliegend, aber um 45 Grad gedreht in ein besonders schmales Ge­ häuse geringer Bauhöhe eingebaut werden kann.

Des Weiteren können die optischen Achsen des jeweiligen Paars Lichtsender- Lichtempfänger unter einem Winkel kleiner 90 Grad zueinander geneigt sein, wodurch der Abstand der Erfassung der Schweißelektroden in einem gewis­ sen Bereich vorgegeben werden kann.

Das Gehäuse besitzt bevorzugt eine Höhe, welche zwischen einem Sechstel bis einem Drittel der Breite des Gehäuses beträgt.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben; dabei zeigen:

Fig. 1a und b jeweils die Vorder- und die Rückseite einer optischen Abtastvorrichtung, welche in ein Gehäuse integriert ist und

Fig. 2 eine Ansicht der Schmalseite des Gehäuses der Fig. 1.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht eine optische Abtastvorrichtung 1 zur optischen Kontrolle der Abnützung von zylinder- oder stabförmigen, insbe­ sondere an einem Ende abgerundeten Schweißelektroden 11, 12 (Fig. 2) zur Verwendung in Automatenschweißgeräten für Punktschweißvorgänge in der Automobilindustrie, aus zwei optischen Elementen 7, 10 mit wenigstens je einem ein Lichtbündel aussendenden Lichtsender 5, 8 und wenigstens je ei­ nem Lichtempfänger 6, 9 zum Empfang des von den Schweißelektroden 11, 12 reflektierten Lichts.

Die Abtastvorrichtung 1 umfaßt zwei vorzugsweise identische, optische Ele­ mente 7, 10, welche sich gegenüberliegend, aber in entgegengesetzte Rich­ tungen weisend angeordnet sind. Jedes optische Element 7, 10 weist wenig­ stens einen Lichtsender 5, 8 und wenigstens einen zugeordneten Lichtemp­ fänger 6, 9 auf, so dass Lichtsender 5, 8 und Lichtempfänger 6, 9 paarweise vorhanden sind. Die Lichtsender 5, 8 strahlen Lichtbündel in entgegengesetz­ te Richtungen ab; die zugeordneten Lichtempfänger 6, 9 liegen sich ebenfalls gegenüber und empfangen das reflektierte Licht aus entgegengesetzten Rich­ tungen. Die einander zugeordneten Lichtsender-Lichtempfänger sind zuein­ ander eng benachbart.

Die optische Abtastvorrichtung 1 ist in ein quaderförmiges, länglich-flächiges Gehäuse 2 mit zwei sich gegenüberliegenden, vorzugsweise planparallelen und rechteckförmigen Hauptoberflächen 3, 3' integriert. In den Hauptoberflä­ chen 3, 3' ist je ein optisches Element 7, 10 angeordnet, bestehend je aus dem Lichtsender 5 bzw. 8 und jeweils dem Lichtempfänger 6 bzw. 9, die sich je­ weils direkt gegenüberliegen und in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Die optischen Elemente 7, 10 der Abtastvorrichtung 1 und somit insbesonde­ re die jeweils einander zugeordneten Lichtsender 5, 8 und Lichtempfänger 6, 9 liegen in ihrer senkrechten Projektion aufeinander gesehen unter einem rechten Winkel aufeinander. Dadurch ist eine besonders platzsparende Bau­ weise des Gehäuses 2 und der darin befindlichen optischen Elemente 7, 10 möglich; auf diese Weise besitzt das Gehäuse 2 eine Schmalseite geringer Höhe, was aus Fig. 2 hervorgeht. Das Gehäuse 2 besitzt bevorzugt eine Höhe, welche zwischen einem Sechstel bis einem Drittel der Breite des Gehäu­ ses 2 beträgt; die Länge beträgt bevorzugt ungefähr das Doppelte der Breite.

Des Weiteren können die optischen Achsen des Lichtsenders 5, 8 und seines zugehörigen Lichtempfängers 6, 9 unter einem Winkel kleiner 90 Grad zu­ einander geneigt sein.

Bevorzugt ist innerhalb des Gehäuses eine opto-elektrische Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale der Lichtempfänger 6, 9 integriert. Über ein elektrisches Kabel 4 ist die Abtastvorrichtung 1 zum Beispiel an eine Ener­ gieversorgung sowie an einen Rechner angeschlossen, welcher die ermittelten Daten direkt einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine zur Bearbeitung der Schweißelektroden aufgeben kann.

Mit der Bezugsziffer 13 ist schematisch eine Zange 13 mit Zangenteilen 14 und 15 angedeutet, welche je eine Schweißelektrode 11, 12 tragen und diese gleichzeitig an den optischen Elementen 7, 10 in der Vorderseite 3' und der Rückseite 3 des Gehäuses 2 vorbeiführen, und zwar bevorzugt auf dem Weg der Elektroden hin zur Fräsmaschine.

Claims (5)

1. Optische Abtastvorrichtung (1) zur optischen Kontrolle der Abnützung von zylinder- oder stabförmigen, insbesondere an einem Ende abgerundeten Schweißelektroden (11, 12) zur Verwendung in Automatenschweißgeräten für Punktschweißvorgänge in der Automobilindustrie, bestehend aus wenigstens einem optischen Element (7, 10) mit wenigstens je einem ein Lichtbündel aus­ sendenden Lichtsender (5, 8) und wenigstens je einem Lichtempfänger (6, 9) zum Empfang des von der Schweißelektrode (11, 12) reflektierten Lichts sowie einer opto-elektrischen Auswerteeinheit zur Auswertung der Signale des Lichtempfängers (6, 9), gemäß Patent Nr. 19854956, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (1) zwei optische Elemente (7, 10) umfaßt, welche sich gegenüberliegend, aber in entgegengesetzte Richtungen weisend ange­ ordnet sind, wobei jedes optische Element (7, 10) wenigstens einen Lichtsen­ der (5, 8) und wenigstens einen zugeordneten Lichtempfänger (6, 9) aufweist, und die Lichtsender (5, 8) die Lichtbündel in entgegengesetzte Richtungen abstrahlen und die zugeordneten Lichtempfänger sich ebenfalls gegenüber­ liegen und das reflektierte Licht aus entgegengesetzten Richtungen empfan­ gen, wobei die einander zugeordneten Lichtsender-Lichtempfänger paarweise benachbart sind.

2. Optische Abtastvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein flächiges Gehäuse (2) mit zwei sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen (3, 3') umfaßt, wobei in jeder Hauptoberfläche (3, 3') je ein Lichtsender (5, 8) und je ein Lichtempfänger (6, 9) angeordnet sind, die sich jeweils direkt gegenüberliegen und in entgegengesetzte Richtungen weisen.

3. Optische Abtastvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils einander zugeordneten Lichtsender (5, 8) und Lichtempfänger (6, 9) in ihrer senkrechten Projektion aufeinander gesehen unter einem rech­ ten Winkel aufeinander liegen.

4. Optische Abtastvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen des Lichtsenders (5, 8) und seines zugehörigen Lichtempfängers (6, 9) unter einem Winkel kleiner 90 Grad zueinander geneigt sind.

5. Optische Abtastvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Höhe besitzt, welche zwischen einem Sechstel bis einem Drittel der Breite des Gehäuses (2) beträgt.