DE102008039770A1

DE102008039770A1 - Mehrzweck-Endeffektor für eine Schweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102008039770A1
Application number: DE102008039770A
Authority: DE
Inventors: Ayad K. Grand Blanc Darzi; Robert L. Troy Keyes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2009-03-05
Also published as: US20090057373A1; CN101376211A

Abstract

umfasst eine Grundplatte, die an einem Roboter befestigt ist und eine Vielzahl von Werkzeugen trägt, die eine Schweißvorrichtung, ein Reinigungsrad zum Reinigen eines Werkstückes und ein Schleifrad zum Schleifen der Schweißnaht umfassen. Die Werkzeuge sind in serieller Reihenfolge auf der Grundplatte angeordnet, beginnend mit dem Reinigungsrad zum Reinigen von Werkstücken, dann folgt die Schweißvorrichtung zum Schweißen der Werkstücke, und dann das Schleifrad zum Schleifen der Schweißnaht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrzweck-Endeffektor für eine Roboter-Schweißvorrichtung und im Spezielleren einen Endeffektor zum Befestigen einer Vielzahl von Werkzeugen für eine verbesserte Produktionsleistung.
Hintergrund der Erfindung
Es ist gut bekannt, bei der Fertigung, insbesondere der Fertigung von Fahrzeugkarosserien, ein Schweißverfahren zu verwenden, um Werkstücke wie z. B. die Blechtafeln, die ein Fahrzeugdach, eine Fahrzeugtür, ein Fahrzeugmotorhaubenblech oder andere Teile der Fahrzeugkarosserie bilden, aneinander anzubringen.
Die Werkstücke müssen vor dem Schweißvorgang gereinigt werden und es muss auch die geschweißte Verbindungsstelle nach dem Schweißvorgang geschliffen werden. Demzufolge bewegt sich bei der herkömmlichen Fahrzeugkarosseriefertigung die Fahrzeugkarosserie zu einer ersten Station, wo ein Mehrfachgriffs-Manipulator wie z. B. ein Roboter ein Reinigungsrad handhabt, um die Werkstücke zu reinigen. Danach bewegt sich die Fahrzeugkarosserie zu einer benachbarten Arbeitsstation, wo ein weiterer Roboter eine Schweißvorrichtung handhabt, um die angrenzenden Werkstücke miteinander zu verschweißen. Nach dem Schweißen bewegt sich die Fahrzeugkarosserie dann zu einer weiteren Arbeitsstation, wo ein weiterer Roboter ein Schleifrad handhabt, um die geschweißte Verbindungsstelle zu schleifen und dadurch Schweißgrate zu entfernen und das Werkstück für anschließende Lackier- oder andere Fertigstellungsprozesse vorzubereiten.
Das zuvor beschriebene Fertigungsverfahren benötigt daher mehrere Roboter und benötigt auch beträchtlichen Raum in der Produktionsstätte, sodass die Fahrzeugkarosserie sich auf einem Förderband durch die Reinigungsstation, die Schweißstation und die Schleifstation bewegen kann.
Es wäre wünschenswert, die Effizienz der Fahrzeugfertigung zu verbessern, indem die Anzahl von Robotern reduziert wird und auch der Umfang an Raum reduziert wird, der benötigt wird, um die Fahrzeugkarosserie durch eine Reihe von Arbeitsstationen zu bewegen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Mehrzweck-Endeffektor für einen Mehrfachzugriffs-Manipulator wie z. B. einen Roboter vorgesehen, der eine Grundplatte, die an dem Roboter befestigt ist, und eine Schweißvorrichtung umfasst, die von der Grundplatte getragen ist, um eine Verbindungsstelle zwischen den angrenzenden Flächen von zwei benachbarten Werkstücken zu schweißen, wenn der Mehrfachzugriffs-Manipulator die Schweißvorrichtung die Verbindungsstelle entlang bewegt. Ein Reinigungsrad ist von der Grundplatte auf einer Seite der Schweißvorrichtung getragen, sodass das Reinigungsrad der Schweißvorrichtung vorausgeht, wenn der Mehrfachzugriffs-Manipulator die Schweißvorrichtung die Verbindungsstelle entlang bewegt, um die angrenzenden Flächen in Vorbereitung für die Schweißvorrichtung zu reinigen. Ein Schleifrad ist von der Grundplatte auf der anderen Seite der Schweißvorrichtung von dem Reinigungsrad getragen, so dass das Schleifrad hinter der Schweißvorrichtung folgt, wenn der Roboter die Schweißvorrichtung die Verbindungsstelle entlang bewegt, um die geschweißte Verbindungsstelle nach dem Schweißen zu schleifen. Eine Sichtkamera, die an der Grundplatte befestigt ist, geht dem Reinigungsrad voraus, um den Mehrfachzugriffs-Manipulator zu führen, und eine Prüfkamera folgt hinter dem Schleifrad, um Qualitätsdaten zu sammeln.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der hierin nachfolgend bereitgestellten detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sollte einzusehen sein, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich der Veranschaulichung dienen sollen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
die Zeichnung eine perspektivische Darstellung eines Mehrzweck-Endeffektors gemäß der Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Die nachfolgende Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen ist beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht einschränken.
Die Ausdrücke „Schweißen" und „Schweißvorrichtung", so wie hierin verwendet, beziehen sich allgemein auf Prozesse und Einrichtungen zum Ver binden separater Teile aus Metall in einer kontinuierlichen metallischen Verbindung, umfassend z. B. Bogenschweißen und Laserschweißen, wobei die Werkstücke teilweise geschmolzen werden, und Hartlöten und Löten, wobei Nichteisen-Füllmetalle verwendet werden, ohne die Teile zu schmelzen, die verbunden werden.
Der Ausdruck „Roboter", so wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine programmierbare Maschine zum Ausführen komplizierter Aufgaben und kann eine beliebige Vorrichtung sein, die ein Werkzeug um viele Bewegungsachsen herum manipulieren kann.
In Bezug auf die Zeichnung umfasst eine Endeffektor-Anordnung, allgemein bei 10 bezeichnet, eine Grundplattenanordnung 14, die an einem Roboter befestigt ist, der in der Zeichnung nicht gezeigt, aber gut bekannt und handelsüblich ist. Die Grundplatte 14 umfasst einen zentralen Grundabschnitt 18 mit Befestigungsarmen 22 und 24, die sich in entgegengesetzten Richtungen von der zentralen Grundplatte 18 nach außen erstrecken. Die Grundplatte wird eine Vielzahl von Werkzeugen tragen, wie hierin beschrieben.
Wie in der Zeichnung ersichtlich, ist eine Schweißvorrichtung, allgemein bei 30 bezeichnet, an der Grundplatte 14 befestigt und umfasst insbesondere eine Laserschweißvorrichtung 32, die einen Schweißstrahl 34 aussendet. Die Laserschweißvorrichtung 32 weist ein Rohr 36 für ein Schutzgas und einen Spender 38 für einen Schweißdraht auf. Ein Reinigungsradmechanismus, allgemein bei 42 bezeichnet, ist an dem Arm 24 befestigt, und umfasst ein Reinigungsrad 44, das durch einen Motor 48 um eine Welle 46 gedreht wird. Das Reinigungsrad 44 kann z. B. eine Drahtbürste oder eine Schleifscheibe oder ein anderes Material zum Abschleifen der zu schweißenden Werkstücke sein. Das Reinigungsrad 46 ist an einem Gehäuse 52 befestigt, das mithilfe eines Höhenverstellmechanismus 54 in Bezug auf den Arm 24 selektiv gehoben und gesenkt werden kann. Der Höhenverstellmechanismus 54 kann ein Hydraulikzylinder, eine Nivellierschraube oder eine andere bekannte Art von Verstellvorrichtung sein. Der Verstellmechanismus 54 wird das Reinigungsrad 44 in die Lage versetzen, sich nach oben und unten in Bezug auf den Befestigungsarm 24 zu bewegen, wie es erforderlich ist, um sich dem Verschleiß des Reinigungsrades 44 anzupassen oder das Reinigungsrad 44 passend für die Form der Werkstücke zu machen oder dieser besser anzupassen. Das Reinigungsrad kann sich in der Richtung des Pfeils 56 drehen, sodass jeglicher Abfall von der Laserschweißvorrichtung 32 weggeschoben wird.
Der Armabschnitt 24 der Grundplatte 14 umfasst auch einen Armabschnitt 60, an dem eine Sicht- oder Führungsvorrichtung 62, wie z. B. eine Kamera befestigt ist. Die Sichtvorrichtung 62 beobachtet das Werkstück und stellt Daten an den Roboter bereit, sodass die Position des Endeffektors 10 nach Bedarf modifiziert werden kann, um den Endeffektor 10 präzise die Werkstücke entlang zu führen, wie gewünscht.
Der Armabschnitt 22 der Grundplatte 14 trägt eine Schleifradanordnung 66, die ein Schleifrad 68 umfasst, das durch einen Motor 74 um eine Welle 72 gedreht wird. Das Schleifrad 68 ist an einem Gehäuse 78 befestigt, das mithilfe eines Höhenverstellmechanismus 82 in Bezug auf den Arm 22 nach oben und unten verstellt werden kann. Das Schleifrad 68 kann ein Drahtrad, eine Schleifscheibe oder ein Baumwollpolierrad sein, um eine geschweißte Verbindungsstelle zu schleifen und jegliche Grate oder andere Verunreinigungen zu entfernen und die geschweißte Verbindungsstelle für anschließende Lackier- oder andere Metall-Endbearbeitungsbehandlungen vorzubereiten. Das Schleifrad 68 dreht sich in der Richtung des Pfeils 86, sodass jeglicher Abfall von der Laserschweißvorrichtung 32 weggeschoben wird.
Ein Armabschnitt 88 erstreckt sich von dem Armabschnitt 22 weg und an diesem ist eine Prüf- oder Sichtvorrichtung 92 befestigt, die vorzugsweise eine Kamera ist, die Bilder der geschweißten Verbindungsstelle zur Verwendung bei der Überwachung der Qualität der geschweißten Werkstücke sammelt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird einzusehen sein, dass der Mehrzweck-Endeffektor nach rechts in der Richtung des Pfeils 98 entlang der zu schweißenden Werkstückverbindungsstelle bewegt wird. Es wird daher einzusehen sein, dass die verschiedenen Werkzeuge in serieller Reihenfolge angeordnet sind, um sequenziell die Funktionen auszuführen, den Endeffektor 10 die Verbindungsstelle entlang zu führen, das Werkstück zu reinigen, die Verbindungsstelle zu schweißen, die Verbindungsstelle zu schleifen und dann die fertiggestellte Verbindungsstelle zu prüfen. Demzufolge folgt, wie in der Zeichnung ersichtlich, auf die Führungskamera 62 der Reinigungsradmechanismus 42, auf den dann die Laserschweißvorrichtung 32 folgt, auf die dann die Schleifradanordnung 66 folgt, und dann bildet die Prüfkamera 92 schließlich die Rückseite, wenn sich der Endeffektor 10 in der Richtung des Pfeils 98 bewegt.
Wie in der Zeichnung ersichtlich, ist das Reinigungsrad 44 in einem ausreichenden Abstand von der Laserschweißvorrichtung 32 befestigt, sodass jeder Fremdstoff, der durch das Reinigungsrad 44 abgelöst wird, nicht in den Schweißstrahl 34 geworfen wird. Die Schleifradanordnung 66 ist vorzugsweise auf der entgegengesetzten Seite der Schweißvorrichtung 32 von dem Reinigungsrad 44 und vorzugsweise in einem Abstand von der Schweißvorrichtung 32 angeordnet, die in Bezug auf das Gewicht der Vor richtung vernünftigerweise gut ausbalanciert ist. Durch Ausbalancieren des Gewichts der verschiedenen Werkzeuge um die zentrale Grundplatte 18 herum ist der Roboter besser in der Lage, den Endeffektor 10 präzise zu manipulieren.
Die vorhergehende Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhafter Natur und Abwandlungen davon sollen daher innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen.

Claims

Mehrzweck-Endeffektor für einen Roboter, der umfasst: eine Grundplatte, die an dem Roboter befestigt ist; eine Schweißvorrichtung, die von der Grundplatte getragen ist, um eine Verbindungsstelle zwischen den angrenzenden Flächen von zwei benachbarten Werkstücken zu schweißen, wenn der Roboter die Schweißvorrichtung die Verbindungsstelle entlang bewegt; ein Reinigungsrad, das von der Grundplatte auf einer Seite der Schweißvorrichtung getragen ist, sodass das Reinigungsrad der Schweißvorrichtung vorausgeht, wenn der Roboter die Schweißvorrichtung die Verbindungsstelle entlang bewegt, um die angrenzenden Flächen in Vorbereitung für die Schweißvorrichtung zu reinigen; und ein Schleifrad, das von der Grundplatte auf der anderen Seite der Schweißvorrichtung von dem Reinigungsrad getragen ist, sodass das Schleifrad hinter der Schweißvorrichtung folgt, wenn der Roboter die Schweißvorrichtung die Verbindungsstelle entlang bewegt, um die geschweißte Verbindungsstelle nach dem Schweißen zu schleifen.
Endeffektor nach Anspruch 1, ferner mit einer Sichtvorrichtung, die von der Grundplatte benachbart zu dem Reinigungsrad getragen ist, um sich vor dem Reinigungsrad zu bewegen und Daten an den Roboter zu liefern, durch die der Roboter das Reinigungsrad und die Schweißvorrichtung und das Schleifrad die Verbindungsstelle entlang führen kann.
Endeffektor nach Anspruch 1, ferner mit einer Sichtvorrichtung, die von der Grundplatte benachbart zu dem Schleifrad getragen ist, um sich hinter dem Schleifrad zu bewegen und Qualitätsprüfdaten bereitzustellen.
Endeffektor nach Anspruch 1, ferner mit einer ersten Sichtvorrichtung, die von der Grundplatte benachbart zu dem Reinigungsrad getragen ist, um sich vor dem Reinigungsrad zu bewegen und Daten an den Roboter zu liefern, durch die der Roboter das Reinigungsrad und die Schweißvorrichtung und das Schleifrad die Verbindungsstelle entlang führen kann, und einer zweiten Sichtvorrichtung, die von der Grundplatte benachbart zu dem Schleifrad getragen ist, um sich hinter dem Schleifrad zu bewegen und Qualitätsprüfdaten bereitzustellen.
Endeffektor nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass das Reinigungsrad mithilfe eines Höhenverstellmechanismus an der Grundplatte befestigt ist.
Endeffektor nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass das Schleifrad mithilfe eines Höhenverstellmechanismus an der Grundplatte befestigt ist.
Endeffektor nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass das Reinigungsrad und das Schleifrad jeweils mithilfe von Höhenverstellmechanismen an den Grundplatten befestigt sind, um getrennte Auf/Ab-Verstellbewegungen des Reinigungsrades und des Schleifrades in Bezug auf die Schweißvorrichtung zu ermöglichen.
Mehrzweck-Endeffektor, der umfasst: eine Grundplatte, die an einem Roboter befestigbar ist und eine Vielzahl von Werkzeugen trägt, die eine Schweißvorrichtung, ein Reinigungsrad zum Reinigen eines Werkstückes, ein Schleifrad zum Schleifen einer Schweißnaht, eine Führungskamera und eine Prüfkamera umfasst, wobei die Werkzeuge in serieller Reihenfolge auf der Grundplatte angeordnet sind, beginnend mit der Führungskamera zum Führen des mehrachsigen Manipulators, dann folgt das Reinigungsrad zum Reinigen des Werkstückes, dann die Schweißvorrichtung zum Schweißen des Werkstückes, dann das Schleifrad zum Schleifen der Schweißnaht und dann die Prüfkamera zum Überprüfen der geschliffenen Schweißnaht.
Mehrzweck-Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass die Schweißvorrichtung eine Laserschweißvorrichtung ist und einen Spender für ein Schutzgas und einen Spender für einen Schweißdraht aufweist.
Mehrzweck-Endeffektor nach Anspruch 11, ferner umfassend, dass die Grundplatte einen zentralen Grundabschnitt und Arme aufweiset, die sich von dem zentralen Grundabschnitt in entgegengesetzter Richtung weg erstrecken.
Mehrzweck-Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass die Schweißvorrichtung an dem zentralen Grundabschnitt befestigt ist und das Reinigungsrad und das Schleifrad an der Armen auf entgegengesetzten Seiten der zentralen Grundplatte befestigt sind.
Mehrzweck-Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass das Reinigungsrad und das Schleifrad in ungefähr dem gleichen Abstand von der zentralen Grundplatte angeordnet sind.
Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass das Reinigungsrad an der Grundplatte mithilfe eines Höhenverstellmechanismus befestigt ist.
Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass das Schleifrad an der Grundplatte mithilfe eines Höhenverstellmechanismus befestigt ist.
Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass das Reinigungsrad und das Schleifrad jeweils mithilfe von Höhenverstellmechanismen an den Grundplatten befestigt sind, um getrennte Auf/Ab-Verstellbewegungen des Reinigungsrades und des Schleifrades in Bezug auf die Schweißvorrichtung zu ermöglichen.
Endeffektor nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass das Reinigungsrad und das Schleifrad sich jeweils in einer Richtung von der Schweißvorrichtung weg drehen, sodass jeglicher Abfall von der Schweißvorrichtung weggeschoben wird.