DE102004008038B4

DE102004008038B4 - Elektrodenzustandsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE102004008038B4
Application number: DE200410008038
Authority: DE
Inventors: Auf Teilnichtnennung Antrag; Ralf Philipp Schmidt
Original assignee: Lutz Precision KS
Current assignee: Lutz Precision Ks Bratislava Sk
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: DE102004008038A1

Abstract

Elektrodenzustandsmeßeinrichtung zur Überwachung des Zustands der Elektrodenkappen von vorzugsweise in der Automobilindustrie eingesetzten Punktschweißautomaten, wobei diese Meßeinrichtung nach der Durchführung eines Fräsvorgangs der paarweise vorgesehenen Elektrodenkappen der im Betrieb des Punktschweißautomaten verwendeten Punktschweißzange zum Einsatz gelangt, bestehend aus einer Halterung mit zwei symmetrisch zueinander angeordneten Aufnahmepfannen, in deren Öffnungen die vorderen Bereiche der beiden Elektrodenkappen der jeweiligen Punktschweißzange zu liegen gelangen, während innerhalb der Halterung optische Signalgeber und -empfänger vorgesehen sind, mit welchen die Abtastung der bearbeiteten Stirnflächen der beiden Elektrodenkappen der jeweiligen Punktschweißzange erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Signalgeber und -empfänger (22–24) innerhalb der Wandung eines zwischen den beiden Aufnahmepfannen (16) angeordneten zylindrischen Sensorträgers (6) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenzustandsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Automobilindustrie werden heutzutage praktisch durchwegs Schweißautomaten eingesetzt, mit welchen PKW-Karosserien mehr oder weniger vollautomatisch unter Einsatz von 2000 bis 4000 Schweißpunkten zusammengefügt werden.
Derartige Schweißautomaten besitzen dabei eine Punktschweißzange, welche elektronisch gesteuert an eine bestimmte Schweißstelle geführt wird, worauf die im vorderen Bereich der Punktschweißzange befindlichen Elektrodenkappen auf die zu verbindenden Bleche gedrückt werden und ein entsprechender Schweißstrom hindurchgeleitet wird.
Bei den Elektrodenkappen handelt es sich um etwa 2 cm lange zylindrische Kupferelemente, deren konisch ausgeführte Bohrungen auf die vorderen Enden der Punktschweißzange gesteckt werden, wobei zusätzlich über die Punktschweißzange hinweg eine Flüssigkeitskühlung vorgenommen wird.
Derartige Elektrodenkappen unterliegen einem gewissen Verschleiß, was zum Teil durch eine Anlagerung von Zink der heutzutage vielfach im Automobilbau verwendeten verzinkten Bleche, zum Teil aber auch durch eine plastische Verformung der Elektrodenkappen selbst bedingt ist. Dies hat zur Folge, daß je nach Anwendungsfall die vorderen Enden dieser Elektrodenkappen nach der Durchführung von 50 bis 400 Punktschweißungen nachgefräst werden müssen.
Für diesen Abfräsvorgang sind besondere Elektrodenfräser mit einem langsam rotierenden zylindrischen Schneidkopf entwickelt worden, mit welchen die beiden Elektrodenkappen einer Punktschweißzange gleichzeitig nachbearbeitet werden können. Bei diesem etwa 1 bis 5 Sekunden dauernden Fräsvorgang werden jeweils 0,07 bis 0,1 mm Material abgetragen, so daß derartige Elektrodenkappen, welche einen Elektrodenabtrag von jeweils etwa 5 mm zulassen, ungefähr 50 bis 70-mal nachgearbeitet werden können, bevor ein Austausch dieser Elektrodenkappen vorgenommen werden muß.
Nach dem erwähnten Abfräsvorgang der beiden Elektrodenkappen einer Punktschweißzange erweist es sich als sinnvoll, wenn die bearbeiteten Flächen dieser Elektrodenkappen in Bezug auf die Qualität des durchgeführten Abfräsvorganges kontrolliert werden. Zu diesem Zweck sind besondere Elektrodenzustandsmeßeinrichtungen entwikkelt worden, mit welchen die abgefrästen vorderen Flächen der beiden Elektrodenkappen unter Einsatz optischer Mittel gleichzeitig überwacht und kontrolliert werden (siehe DE 100 23 894 C1 ). Die optischen Signalgeber und Signalempfänger befinden sich dabei innerhalb einer Trägerplatte, auf welcher beidseitig Glasplatten zum Schutz der elektischen Abtastelemente vorgesehen sind.
Es zeigt sich nunmehr, daß diese vorgesehenen Glasplatten teils durch das Auftreten von Schweißpunktspritzern, teils durch die Abfrässpäne selbst häufig verschmutzen, was zwangsläufig zu Fehlmessungen führt. Da derartige Schweißpunktspritzer und/oder Abfrässpäne auf Glasplatten relativ gut haften, konnte die vorhandene Problematik auch durch das Vorsehen von Druckluftdüsen nicht oder nur zum Teil behoben werden.
Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodenzustandsmeßeinrichtung zu schaffen, mit welcher trotz des unvermeidlichen Auftretens von Verunreinigungen in Form von Schweißpunktspritzern und/oder Abfrässpänen eine zuverlässige Messung der Qualität der abgefrästen Elektrodenkappen von Punktschweißzangen über längere Zeitintervalle hinweg möglich ist.
Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anband der Unteransprüche 2–9.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Träger für die optischen Signalgeber und Signalempfänger rohrförmig ausgebildet ist, so daß auftretende Verschmutzungen in Form von Schweißpunktspritzern und/oder Abfrässpänen durch dieses Rohrelement hindurchfallen können, was die Gefahr eines Niederschlags auf den lichtdurchlässigen Oberflächen der optischen Signalgeber und -empfänger stark reduziert. Durch das zusätzliche Einleiten von Druckluft in das Innere des Rohrelements kann dabei die Gefahr eines unerwünschten Niederschlags von Schweißpunktspritzern und/oder Abfrässpänen auf den lichtdurchlässigen Oberflächen der Signalgeber und -empfänger noch weiter verringert werden.
Die Erfindung soll nunmehr im einzelnen erörtert und beschrieben werden, in welchem Zusammenhang auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Elektrodenzustandsmeßeinrichtung,
2 eine Teilschnittansicht des Sensorabschnitts der Meßeinrichtung von 1,
3 eine Schnittansicht des in 2 dargestellten Sensorabschnitts mit gleichzeitiger Darstellung der optisch zu überprüfenden Punktschweißkappen,
4 eine Draufsicht einer abgewandelten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenzustandsmeßeinrichtung ähnlich 1, mit welcher zusätzlich eine Überwachung der Zusammendrückkraft der verwendeten Punktschweißzange durchführbar ist, und
5 eine Ansicht ähnlich 2 mit Darstellung des Sensorabschnitts der abgewandelten Ausführungsform von 1.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenzustandsmeßeinrichtung. Diese Elektrodenzustandsmeßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem quaderförmigen Gehäuse 1, welches einen Auswertabschnitt 2 und einen daran anschließenden Sensorabschnitt 3 besitzt. Entsprechend 2 besteht dieses Gehäuse 1 aus einem massiven Gehäusekörper 4, welcher nach oben hin durch eine Deckplatte 5 abgedeckt ist. Innerhalb des Gehäusekörpers 4 ist innerhalb des Auswertabschnitts 2 eine in etwa rechteckförmige, nicht dargestellte Kammer eingefräst, welche der Aufnahme diverser elektronischer Komponenten dient. Innerhalb des Sensorabschnitts 3 besitzt dieser Gehäusekörper 4 eine durchgehende Ausfräsung, welche der Aufnahme eines in etwa zylinderischen Sensorträgers 6 dient.
So wie dies anhand von 1 zu erkennen ist, ist das quaderförmige Gehäuse 1 im rückwärtigen Bereich des Auswertabschnitts 2 mit einer Leiterbuchse 7 versehen, durch welche ein mehradriges elektrisches Kabel nach außen geführt ist. In einem gewissen Abstand dazu befindet sich ein Druckluftanschluß 8, durch welchen Druckluft in das quaderförmige Gehäuse 1 eingeleitet werden kann. Das quaderförmige Gehäuse 1 ist ferner im Bereich des Auswertteils 2 mit vier in einem Rechteck angeordneten Bohrungen 9 versehen, welche der Befestigung an einer nicht dargestellten Meßstation dienen. Im Randbereich des Auswertabschnitts 2 sind innerhalb der oberen Deckplatte 5 mehrere Bohrungen vorgesehen, wobei die mittig angeordnete größere Bohrung der Aufnahme eines der Justierung dienenden Drehpotentiometers 10 dient, während die kleineren Bohrungen der Aufnahme von Leuchtdioden 11 dienen, mit welchen gewisse Betriebszustände der Elektrodenzustandsmeßeinrichtung zur Anzeige gebracht werden.
Im Bereich des Sensorabschnitts 3 des quaderförmigen Gehäuses 1 sind oben und unterhalb desselben je eine Pfannenplatte 12, 13 vorgesehen, welche entsprechend 3 mit Hilfe von paarweise vorgesehenen Senkkopfschrauben 14 an dem Gehäusekörper 4 befestigt sind. Der Gehäusekörper 4 besitzt zu diesem Zweck zwei durchgehende Bohrungen 15, welche mit entsprechenden Innengewinden versehen sind.
Die beiden Pfannenplatten 12 und 13 sind in ihrem mittleren Berich mit konisch nach innen führenden Aufnahmepfannen 16 versehen, in welchen gemäß 3 die vorderen Enden der zu überprüfenden Elektrodenkappen 17 zu liegen gelangen. Bei diesen Elektrodenkappen 17 handelt es sich um zylindrische Kupferelemente, welche nach vorne hin wie dargestellt eine Wölbung aufweisen. In ihrem hinteren Bereich besitzen diese Elektrodenkappen 17 konisch ausgebildete Bohrungen 18, mit welchen eine Festklemmung derselben auf den konisch ausgebildeten vorderen Enden einer nicht dargestellten Punktschweißzange erfolgt. Der vordere Bereich dieser Elektrodenkappen 17 besitzt dabei eine ausreichende Dimensionierung, so daß ein störungsfreier Elektrodenabtrag von mindestens 5 mm möglich erscheint. Zur Mitte hin weisen die Aufnahmepfannen 16 der beiden Pfannenplatten 12 und 13 kreisförmige Durchbrechnungen 19, so daß die vorderen abgefrästen Bereiche der beiden Elektrodenkappen 17 optisch abgetastet werden können.
Gemäß 2 und 3 befindet sich innerhalb des Sensorabschnitts 3 ein in etwa zylindrischer Sensorträger 6, welcher mit einer durchgängigen doppelkonisch ausgebildeten Bohrung 20 versehen ist. In diese durchgängige doppelkonische Bohrung 20 münden 4 Querbohrungen 21–24. Im Bereich der engsten Stelle der doppelkonischen Bohrung 20 münden dabei zwei Querbohrungen 21 und 22, welche der Zufuhr von Druckluft und der Aufnahme eines lichtemitierenden Elementes dienen. In Längsrichtung der doppelkonischen Bohrung 20 versetzt befinden sich zwei weitere Querbohrungen 23 und 24, welche der Aufnahme von Lichtsensoren dienen. Die Anordnung ist dabei derart getroffen, daß das von dem lichtemitierenden Element innerhalb der Querbohrung 22 emitierte Licht an den vorderen Flächen der beiden Elektrodenkappen 17 reflektiert wird, worauf entsprechend der Menge des reflektierten Lichtes die beiden Lichtsensoren innerhalb der beiden Querbohrungen 23 und 24 aktiviert werden. Das lichtemitierende Element innerhalb der Querbohrung 21 und die Lichtsensoren innerhalb der Querbohrungen 23 und 24 sind dabei derart positioniert, daß das innerhalb der Querbohrung 21 befindliche lichtemitierende Element die in den Querbohrungen 23 und 24 befindlichen Lichtsensoren nicht unmittelbar beaufschlagen kann. Die Anordnung von lichiemitierenden Elementen und Lichtsensoren kann jedoch auch vertauscht sein, indem in den beiden Querbohrungen 23 und 24 lichtemitierende Elemente angeordnet sind, während ein einzelner Lichtsensor sich in der mittigen Querbohrung 22 befindet. Die Ansteuerung der beiden lichtemitierenden Elemente erfolgt in diesem Fall vorzugsweise zeitlich sequentiell.
Zusätzlich ist noch die Querbohrung 21 vorgesehen, durch welche Druckluft in den engsten Bereich der doppelkonischen Bohrung 20 eingeleitet wird. Durch diese Maßnahme ergibt sich innerhalb der durch die doppelkonischen Bohrung 20 gebildeten Kammer ein gewisser Überdruck, wodurch verhindert wird, daß in ungewünschter Weise während des Betriebs Schweißpunktspritzer und/oder Abfrässpäne sich innerhalb der doppelkonischen Bohrung 20 niederschlagen bzw. festsetzen können.
So wie dies anhand der 2 und 3 noch zu erkennen ist, sind die vier Querbohrungen 21–24 winkelmäßig versetzt angeordnet, indem die äußeren beiden Querbohrungen 23, 24 gegenüber der mittleren Querbohrung 22 um 90 oder 120 Grad winkelversetzt sind, während die der Zufuhr der Druckluft dienende Querbohrung 21 wiederum dazu um 90 bzw. 120 Grad winkelmäßig versetzt ist. Die zeitliche Ansteuerung des bzw. der lichtemitierenden Elemente sowie die Einstellung der abgegebenen Lichtmenge erfolgt mit Hilfe von Steuerelementen, welche sich innerhalb des Auswertabschnitts 2 befinden, zu welchem Zweck auch das Drehpotentiometer 10 vorgesehen ist.
4 und 5 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenzustandsmeßeinrichtung, mit welcher zusätzlich eine Kalibrierung der Klemmkraft der jeweils verwendeten Punktschweißzange vorgenommen werden kann. Eine derartige Nachkalibrierung der verwendeten Punktschweißzange erweist sich deshalb als sinnvoll, weil die Betriebstemperatur innerhalb einer Fertigungsstraße von Kraftfahrzeugen Schwankungen unterliegt, wodurch die mit elektrischen Mitteln erzeugte Klemmkraft von Punktschweißzangen in gewisser Weise beeinflußt wird.
Die in diesem Zusammenhang verwendete Elektrodenzustandsmeßeinrichtung unterscheidet sich gegenüber der in Verbindung mit den 1–3 bereits beschriebenen Anordnung dahingehend, daß hier in diesem Fall das quaderförmige Gehäuse 1 aus einem oberen 25 und einem unteren Gehäuseteil 26 zusammengesetzt ist, wobei im Bereich des Sensorabschnitts 3 ein Flachschlitz 25 gebildet ist, der nach hinten in einen T-förmigen Endbereich 28 übergeht. Im Bereich der vorderen Kante dieses Flachschlitzes 25 weisen diese beiden Gehäuseteile 25 und 26 zylindrische Kammern 29 auf, welche der Aufnahme von Verformungsmeßelementen in Form von Dehnungsmeßstreifen oder piezoelektrischen Elementen dienen. Die Anschlußleiter des Verformungsmeßelements werden dabei über Längskanäle 30 in den T-förmigen Endbereich 28 des Flachschlitzes 27 geführt.
Aufgrund des vorgesehenen Flachschlitzes 25 mit seinem T-förmigen Endabschnitts 28 können sich die Endbereiche der beiden Gehäuseteile 25 und 26 beim Aufsetzen der Elektrodenkappen 17 in den Aufnahmepfannen 16 geringfügig verbiegen, wodurch mit Hilfe der in den Kammern 29 befindlichen Verformungsmeßelemente diese geringfügige Verbiegung gemessen wird, was ein Ausgangssignal für die Klemmkraft der Punktschweißzange bildet. Ansonsten entspricht die in den 4 und 5 dargestellte Ausführungsform weitgehend der in den 1–3 dargestellten Ausführungsform.

Claims

Elektrodenzustandsmeßeinrichtung zur Überwachung des Zustands der Elektrodenkappen von vorzugsweise in der Automobilindustrie eingesetzten Punktschweißautomaten, wobei diese Meßeinrichtung nach der Durchführung eines Fräsvorgangs der paarweise vorgesehenen Elektrodenkappen der im Betrieb des Punktschweißautomaten verwendeten Punktschweißzange zum Einsatz gelangt, bestehend aus einer Halterung mit zwei symmetrisch zueinander angeordneten Aufnahmepfannen, in deren Öffnungen die vorderen Bereiche der beiden Elektrodenkappen der jeweiligen Punktschweißzange zu liegen gelangen, während innerhalb der Halterung optische Signalgeber und -empfänger vorgesehen sind, mit welchen die Abtastung der bearbeiteten Stirnflächen der beiden Elektrodenkappen der jeweiligen Punktschweißzange erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Signalgeber und -empfänger (22–24) innerhalb der Wandung eines zwischen den beiden Aufnahmepfannen (16) angeordneten zylindrischen Sensorträgers (6) angeordnet sind.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Sensorträger (6) mit einer doppelkonischen, durchgängigen Bohrung (20) versehen ist, in welcher mehrere Querbohrungen (22–24) einmünden.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren engsten Bereich der doppelkonischen Bohrung (20) eine Querbohrung (22) für die Aufnahme eines lichtemitierenden Elementes oder eines Lichtsensors einmündet, während beidseitig in Längsrichtung versetzt zwei weitere Querbohrungen (23, 24) für die Aufnahme von zwei Lichtsensoren oder lichtemitierenden Elementen vorgesehen sind.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß in den mittleren engsten Bereich der doppelkonischen Bohrung (20) zusätzlich eine vierte Querbohrung (21) für das Einleiten von Druckluft einmündet.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die der Aufnahme von lichtemitierenden Elementen und Lichtsensoren dienenden Querbohrungen (22–24) sowie die dem Einleiten von Druckluft dienende Querbohrung (21) winkelmäßig versetzt zueinander angeordnet sind.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Sensorträger (6) innerhalb eines quaderförmigen Gehäuses (1) angeordnet ist, welches mit einer Anzahl von Bohrungen (9) versehen ist, mit denen dasselbe unter Einsatz entsprechender Schrauben an einer Meßstation befestigbar ist.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zusätzlich Kraftmeßsensoren (29) enthält, mit welchen die auf die beiden Pfannenplatten (12) und (13) mit ihren Aufnahmepfannen (16) einwirkenden Druckkräfte bestimmbar sind.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus zwei flachen Gehäuseteilen (25, 26) besteht, zwischen welchen im Bereich des Sensorabschnitts (3) ein Flachschlitz (27) mit einem T-förmigen Endbereich (28) gebildet ist, und daß die Verformung der beiden Gehäuseteile (25, 26) im Bereich des Sensorabschnitts (3) unter Einsatz wenigstens eines in eine zylindrische Kammer (29) eingesetzten Verformungsmeßelements in Form eines Dehnungsmeßstreifens oder piezoelektrischen Kristalls bestimmbar ist.
Elektrodenzustandsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 6–8 dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit einem Auswertabschnitt (2) versehen ist, welcher der Aufnahme der Auswertelektronik dient, und daß dieser Auswertabschnitt (2) mit wenigstens einem Drehpoentiometer (10) versehen ist, mit welchem die von dem oder den lichtemitierenden Elementen abgegebene Lichtmenge einstellbar ist.