DE102004054675A1

DE102004054675A1 - Automatische Bolzenprüfung

Info

Publication number: DE102004054675A1
Application number: DE200410054675
Authority: DE
Inventors: Tobias Grantner; Alexander Kleeberger; Franz Wimmer; Thomas Pscheidl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-05-18

Abstract

Zur Positions- uned Festigkeitsprüfung für mit einem Blechteil verschweißte Stehbolzen wird in einem ersten Schritt ein Positionsprüfkopf mittels eines Roboters aufgrund vorgegebener Positionsangaben an die Stehbolzen herangefahren und diese auf Fehlstellungen überprüft. In einem zweiten Schritt werden ausschließlich die von diesem Positionsprüfkopf gutgeprüften Stehbolzen mittels des gleichen Roboters und eines mit den gleichen Positionsangaben von diesem geführten Festigkeitsprüfkopfs hinsichtlich der Festigkeit der Schweißstelle geprüft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung für mit einem Blechteil verschweißte Stehbolzen, mit einem die Stehbolzen mittels eines Roboters aufgrund vorgegebener Positionsangaben anfahrenden und diese auf Fehlstellung überprüfenden Positionsprüfkopf, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 101 59 764 C1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung von Positionsfehlern von Schweißbolzen, insbesondere an Fahrzeugteilen bekannt, welche eine Prüflehre mit zugeordneter Mess- und Auswerteeinrichtung sowie einen Roboter und eine Bewegungssteuerung aufweist. Mittels des Roboters wird durch eine bewegungsgesteuerte Relativbewegung zwischen der Prüflehre und dem Bauteil die Prüflehre genau über einer vorbestimmten Position eines zu prüfenden Schweißbolzens positioniert und das Bauteil in Richtung eines positionsfehlerfrei aufgeschweißten Schweißbolzens in eine Abfragestellung an die Prüflehre heranbewegt. Mittels der Lehre und deren Mess- und Auswerteeinrichtung ist eine fehlerhaften Schrägstellung oder ein Fehlen des zu prüfenden Schweißbolzens selbsttätig erfassbar und als Fehlermeldung für weitere Maßnahmen auswertbar.

Weiterhin ist aus der DE 100 04 720 C1 eine Vorrichtung zum Prüfen der Befestigungsstelle eines ein Außengewinde aufweisenden Bolzens auf Torsionsfestigkeit bekannt, welche aus einem ein Innengewinde aufweisenden Schraubteil besteht, das auf das Außengewinde des Bolzen aufschraubbar ist und durch einen Drehantrieb mit einem definierten Drehmoment beaufschlagt wird. Letzteres überträgt sich auf den Bolzen, dessen Torsionsfestigkeit damit geprüft wird.

Da dabei die Festigkeits-Prüfvorrichtung von Hand an den Gewindebolzen angekuppelt werden muß, wird eine derartige Festigkeitsprüfung in der automatischen Fertigung von Fahrzeugteilen nur stichprobenhaft durchgeführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich sowohl die Positions- als auch die Festigkeitsprüfung von mit einem Blechteil verschweißten Stehbolzen unmittelbar anschließend an den Schweißprozess automatisch durchführen lässt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung bzw. das im Patentanspruch 7 gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung und das mit ihr zur Anwendung kommende Prüfverfahren kombinieren eine Positions- und eine Festigkeitsprüfung in der Weise, dass im Anschluss an die robotergesteuerte Positionsprüfung ausschließlich die positionsmäßig gutgeprüften Stehbolzen einer ebenfalls robotergesteuerten Festigkeitsprüfung unterzogen werden, wobei zur Festigkeitsprüfung die gleichen Positionsangaben der Stehbolzen wie bei der Positionsprüfung verwendet werden. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Positionsprüfkopf und der Festigkeitsprüfkopf auswechselbar am Roboterarm ein und desselben Roboters befestigt und maßlich derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Festigkeitsprüfkopf mit den gleichen Positionsangaben wie der Positionsprüfkopf an einen positionsmäßig gutgeprüften Stehbolzen anfahrbar ist; eine Alternative dazu besteht aus einem auf den Stehbolzen aufschraubbaren oder aufspannbaren kombinierten Positions- und Festigkeitsprüfkopf mit einem Aufnahmegewinde oder -spannfutter und einer vor diesem angeordneten Lochblende mit einem um einen Toleranzwert des Stehbolzendurchmessers erweiterten Lochdurchmesser.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Roboter zur Positions- und Festigkeitsprüfung eines mit Stehbolzen versehenen Bauteiles,
2 ein an einen Roboterarm aufsteckbaren Prüfkopf mit auswechselbarem Positions- und Festigkeitsprüfaufsatz; und
3 einen kombinierten Positions- und Festigkeitsprüfkopf.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Gelenkarm eines programmgesteuerten Roboters 1 ein Prüfkopf 2 befestigt, der mittels des Roboters 1 über einem Bauteil 3 mit aufgeschweißten Stehbolzen 4 positionierbar ist. Der Roboter 1 kann dabei vorzugsweise der gleiche sein, mit dem vorher unter Verwendung eines Schweißwerkzeuges und vorgegebener Positionsdaten die Stehbolzen 4 auf das Bauteil 3 aufgeschweißt wurden. Das Bauteil 3 wird dabei während des Prüfvorganges auf einem Tisch 5 in seiner Lage definiert gehalten.
Der Prüfkopf 2 besteht, wie in 2 dargestellt, aus einem Elektromotor 2.1 und einem Drehmomentgetriebe 2.2, welches eine Steckkupplung 2.3 aufweist. Auf diese Steckkupplung 2.3 kann nun entweder ein Drehmomentprüfaufsatz 6 oder ein Positionsprüfaufsatz 7 aufgesetzt werden. Der Drehmomentprüfaufsatz 6 weist dabei zur Prüfung von Gewindebolzen 4 einen auswechselbaren, an das Gewinde des Gewindebolzens 4 angepassten Gewindeeinsatz 6.1, z.B. aus Kunststoff, auf. Zur Prüfung von glatten Stehbolzen 4 ist anstelle des Gewindeeinsatzes ein Spannfutter vorgesehen. Der Positionsprüfaufsatz 7 entspricht maßlich dem des Drehmomentprüfaufsatzes 6 und enthält an der Stirnseite einen Ring 7.1 aus einem elektrisch isolierenden Material, in dessen Zent rum eine kreisförmige und mit einer Leitung 7.2 versehene Kontaktscheibe 7.3 elektrisch isoliert angeordnet ist. Der Innendurchmesser des Ringes 7.1 entspricht dem Durchmesser eines Stehbolzens 4 erweitert um einen Toleranzwert, der für den nachfolgenden Fertigungsprozess an dem Bauteil 3 noch akzeptabel ist.
In einem ersten Schritt wird der Positionsprüfaufsatz 7 über die einzelnen Stehbolzen 4 gefahren, wobei hier die gleichen Positionsdaten wie für den Schweißvorgang der Bolzen 4 verwendet werden. Nach dem Anfahren einer vorgegebenen Bolzenposition wird der Prüfkopf 2 in Richtung der Sollachse des jeweiligen Bolzens 4 gegen dessen freies Ende gefahren. Wenn der Bolzen 4 die vorgegebene Position und Ausrichtung besitzt, so trifft dessen Stirnfläche auf die Kontaktfläche 7.3 und löst damit ein entsprechendes Stopp-Signal für die weitere Bewegung des Roboterarms sowie ein Gut-Signal aus; sitzt der Bolzen 4 nicht positionsgerecht bzw. schief oder fehlt er ganz, so trifft der Ring 7.1 entweder auf die Stirnfläche des Bolzen 4 oder auf das Bauteil 3, ohne dass auf der Kontaktfläche 7.3 ein Signal ausgelöst wird, wobei in beiden Fällen die weitere Bewegung des Roboterarms blockiert und ein dem geprüften Bolzen 4 zugeordnetes Fehlersignal erzeugt wird.
In einem zweiten Schritt wird der Drehmomentprüfaufsatz 6 auf die Steckkupplung 2.2 gesetzt und der so ausgerüstete Prüfkopf 2 wiederum mit den gleichen Positionsdaten wie beim ersten Prüfschritt, jedoch nur über die dabei gutgeprüften Bolzen 4 gefahren. Nach dem Anfahren einer vorgegebenen Bolzenposition wird der Prüfkopf 2 wiederum in Richtung der Sollachse des Bolzens 4 gegen dessen freies Ende gefahren und der Prüfaufsatz 6 mittels des Motors 2.1 und des Drehmomentgetriebes 2.2 in Rotation versetzt. Die Drehrichtung entspricht dabei im Falle eines Gewindebolzens 4 der Gangrichtung des jeweiligen Bolzens 4, so dass nach dem Aufsetzen des Gewindeeinsatzes 6.1 auf dem freien Bolzenende der gesamte Aufsatz 6 bis zum Anschlag mit dem Bolzen 4 ver schraubt wird. Das nunmehr übertragene, auf einen vorgegebenen Sollwert begrenzte Drehmoment bestimmt, ob die Befestigungsstelle die geforderte Festigkeit besitzt oder nicht. Ist die Aufnahmebohrung des Prüfaufsatzes 6 kürzer als der Gewindebolzen 4 bemessen, so dass der Prüfaufsatz 6 unter der Drehmomentwirkung auf die Stirnseite des Bolzens 4 auftrifft, so wird die Soll-Torsionsfestigkeit der Schweißstelle geprüft. Ist die Aufnahmebohrung des Prüfaufsatzes 6 hingegen länger als der Gewindebolzen 4, so trifft der Prüfaufsatz 6 unter der Drehmomentwirkung auf der Bauteiloberfläche auf und dadurch wird vornehmlich die Soll-Zugfestigkeit der Befestigungsstelle geprüft. Anschließend wird durch Änderung der Drehrichtung der Prüfaufsatz 6 wieder von dem Bolzen 4 abgeschraubt und über dem nächsten, positionsmäßig gutgeprüften Bolzen 4 positioniert. In analoger Weise wird bei glatten Stehbolzen unter Verwendung eines Spannfutters an Stelle des Gewindeeinsatzes 6.1 verfahren.
Der in 3 dargestellte Prüfkopf 2 ist mit einem kombinierten Positions- und Drehmomentprüfaufsatz 8 versehen. Dieser weist sowohl einen auswechselbaren Gewindeeinsatz 9 (oder alternativ dazu ein Spannfutter) als auch eine Lochblende 10 an der Stirnseite auf, wobei der Lochdurchmesser einen um einen Toleranzwert des Stehbolzendurchmessers erweiterten Wert besitzt. Zwischen der Lochblende 10 und dem Gewindeeinsatz 9 bzw. Spannfutter befindet sich ein elektrischer Fühler 11, welcher den Durchtritt eines Stehbolzens 4 durch die Öffnung der Lochblende 10 erfasst und ein entsprechendes Signal über eine Leitung 12 abgibt.
Der Prüfkopf 2 wird analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wiederum über die einzelnen Stehbolzen 4 gefahren, wobei auch hier die gleichen Positionsdaten wie für den Schweißvorgang der Bolzen 4 verwendet werden können. Nach dem Anfahren einer vorgegebenen Position wird der Prüfkopf 2 in Richtung der Sollachse des jeweiligen Bolzens 4 gegen dessen freies Ende gefahren. Wenn der Bolzen 4 die vorgegebene Position und Ausrichtung be sitzt, trifft dessen Stirnfläche durch die Lochblende 10 auf den Fühler 11, woraufhin das dadurch erzeugte Signal den Motor 2.1 startet und der Prüfvorgang mit der Drehmomentprüfung des Bolzens 4 analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 fortgesetzt wird. Kommt es beim Absenken des Prüfkopfes 2 auf den Stehbolzen 4 nicht zu einem Signal des Fühlers 11, so wird der Prüfvorgang für diesen Bolzen abgebrochen und ein diesem Bolzen zugeordnetes Fehlersignal erzeugt.

Claims

Prüfvorrichtung für mit einem Blechteil verschweißte Stehbolzen, mit einem die Stehbolzen mittels eines Roboters aufgrund vorgegebener Positionsangaben anfahrenden und diese auf Fehlstellung überprüfenden Positionsprüfkopf, gekennzeichnet durch einen ausschließlich die von diesem Positionsprüfkopf (2, 7; 2, 8) gutgeprüften Stehbolzen (4) mittels des Roboters (1) mit den gleichen Positionsangaben anfahrenden Festigkeitsprüfkopf (2, 6; 2, 8).
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsprüfkopf (2, 7) und der Festigkeitsprüfkopf (2, 6) auswechselbar am Roboterarm befestigt und maßlich derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Festigkeitsprüfkopf (2, 6) mit den gleichen Positionsangaben wie der Positionsprüfkopf (2, 7) an das freie Ende eines positionsmäßig gutgeprüften Stehbolzens (4) anfahrbar ist.
Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf den Stehbolzen (4) aufschraubbaren oder aufspannbaren kombinierten Positions- und Festigkeitsprüfkopf (2, 8), vor dessen Aufnahmegewinde (9) oder -spannfutter eine Lochblende (10) mit einem um einen Toleranzwert des Stehbolzendurchmessers erweiterten Lochdurchmesser angeordnet ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsprüfkopf (2, 7; 2, 8) eine Lochblende (7.1; 10) aufweist und auf der dem zu prüfenden Stehbolzen (4) abgewandten Seite der Lochblende (7.1; 10) ein elektrischer Fühler (7.3; 11) zur Erfassung eines Bolzendurchtritts durch die Lochblende (7.1; 10) angeordnet ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Festigkeitsprüfkopf (2, 6; 2, 8) einen auswechselbaren Gewindeeinsatz (6.1; 9) aufweist, welcher von einem drehmomentenbegrenzten Antrieb (2.1, 2.2) auf einen Gewindebolzen (4) aufschraubbar ist.
Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (6.1; 9) aus einem mechanisch weicheren Material besteht als der Gewindebolzen (4).
Prüfverfahren mit einer Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten, robotergesteuerten Prüfvorgang die Position eines mittels eines robotergesteuerten Schweißkopfes verschweißten Stehbolzens aufgrund gleicher Positionsangaben für den Prüf- wie für den Schweißvorgang kontrolliert und in einem zweiten, ebenfalls robotergesteuerten Prüfvorgang die Torsions- und/oder Zugfestigkeit ausschließlich eines positionsmäßig gutgeprüften Stehbolzens geprüft wird.
Prüfverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten der als fehlerhaft geprüften Stehbolzen gespeichert werden.