DE102009055886B4

DE102009055886B4 - Fräsen von Schweißpistolenspitzen

Info

Publication number: DE102009055886B4
Application number: DE102009055886A
Authority: DE
Inventors: Richard C. Call; Marvin J. Kavan; Lois T. Kempfer; Leland Paul Keesling; Melvin Alspach
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: US7972194B2; CN101745773B; US20100136883A1; CN101745773A; BRPI0904997A2; DE102009055886A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Fräsen eines Paares Schweißpistolenspitzen an einer Schweißpistole, welche durch einen Roboter gesteuert ist, offenbart. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass: ein Ausrichterkzeuges angeordnet wird, wobei das Ausrichtwerkzeug eine zentrale Ausrichtbohrung umfasst, welche einen Durchmesser aufweist, der in der Größe einem Durchmesser des Paares Schweißpistolenspitzen entspricht; eine Roboterbewegungsbahn eingelernt wird, um zu bewirken, dass das Paar Schweißpistolenspitzen in die zentrale Ausrichtbohrung hinein gleitet, während das Ausrichtwerkzeug in dem Montagekopf montiert wird; das Ausrichtwerkzeug von dem Montagekopf entfernt wird; ein Schneidkopf in den Montagekopf eingesetzt wird; die eingelernte Roboterbewegungsbahn verwendet wird, um das Paar Schweißpistolenspitzen in Kontakt mit dem Schneidkopf zu bringen; und die Schweißpistolenspitzen mit dem Schneidkopf gefräst werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Spitzenfräser für robotergesteuerte Elektrodenspitzen und im Spezielleren einen Spitzenfräser und ein Ausrichtwerkzeug für einen Elektrodenspitzenfräser.
Robotergesteuerte Schweißpistolen werden verwendet, um Metallteile miteinander zu verschweißen, z. B. um Karosserieteile an einem Fahrzeug miteinander zu verschweißen. Solche Schweißpistolen können ein Paar robotergesteuerter Arme mit Elektrodenspitzen an jedem Arm aufweisen, die an gegenüberliegenden Seiten des zu schweißenden Materials zusammengebracht werden, bevor der Schweißvorgang ausgeführt wird. Diese Elektrodenspitzen (Kupferschweißkappen) müssen regelmäßig zugerichtet bzw. gefräst werden. Das Zurichten bzw. Fräsen beinhaltet, dass das Paar Elektrodenspitzen in Kontakt mit den Schneidklingen in einem Schneidkopf eines Spitzenfräserwerkzeuges gebracht wird. Der Schneidkopf wird rotiert, was bewirkt, dass die Klingen die Elektrodenspitzen fräsen (in etwa einem Spitzen eines Bleistifts in einem Bleistiftspitzer ähnlich).
Wenn die Elektrodenspitzen gefräst werden, ist es wichtig, eine korrekte Ausrichtung der Elektrodenspitzen mit dem Schneidkopf sicherzustellen. Wenn die Spitzen während dieses Prozesses nicht korrekt mit dem Schneidkopf ausgerichtet sind, kann dies schlechte Schweißnähte zur Folge haben. Ein Fachmann, der dann versucht, sicherzustellen, dass die Ausrichtung korrekt ist, ist auf eine visuelle Orientierung der Spitzen angewiesen, um sicherzustellen, dass die Spitzen mit der Mitte des Schneidkopfes ausgerichtet sind. Die Kontur der Klingen an dem Schneidkopf macht es jedoch für den Fachmann relativ schwierig, zu erkennen, wann die Spitzen korrekt auf dem Schneidkopf zentriert sind. Wenn sich nach dem Fräsen der Spitzen herausstellt, dass die Elektrodenspitzen nicht mit dem Schneidkopf ausgerichtet sind, muss der Fachmann dann die Roboterbewegungsbahn erneut wieder einlernen und alles noch einmal versuchen, bis sie korrekt zentriert sind. Dieser Versuch und Irrtum-Prozess kann langsam und somit kostspielig sein. Es ist daher wünschenswert, über ein besseres Verfahren zum Fräsen der Elektrodenspitzen für eine robotergesteuerte Schweißpistole zu verfügen.
Aus der Druckschrift DE 196 26 459 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einlernen der Bewegungsbahn eines programmgesteuerten Roboters bekannt.
Die Druckschrift US 2003/0 041 428 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Fräsen von Elektrodenspitzen von Schweißpistolen, welche eine in 8 gezeigte Führungsvorrichtung 39 für die Elektroden 28, 29 aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Fräsen bzw. Zurichten eines Paares Elektrodenspitzen an einer Schweißpistole in Erwägung, welche durch einen Roboter gesteuert wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Ausrichtwerkzeug in einem Montagekopf eines Spitzenfräserwerkzeuges angeordnet wird, wobei das Ausrichtwerkzeug eine zentrale Ausrichtbohrung umfasst, welche einen Durchmesser aufweist, der in der Größe einem Durchmesser des Paares Elektrodenspitzen entspricht; eine Roboterbewegungsbahn eingelernt wird, um zu bewirken, dass das Paar Elektrodenspitzen in die zentrale Ausrichtbohrung hinein gleitet, nachdem das Ausrichtwerkzeug in dem Montagekopf montiert wurde; das Ausrichtwerkzeug von dem Montagekopf entfernt wird; ein Schneidkopf in den Montagekopf eingesetzt wird; die eingelernte Roboterbewegungsbahn verwendet wird, um das Paar Elektrodenspitzen in Kontakt mit dem Schneidkopf zu bringen; und die Elektrodenspitzen mit dem Schneidkopf gefräst werden.
Eine Ausführungsform zieht eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Paares Elektrodenspitzen an einer Schweißpistole in Erwägung, welche durch einen Roboter gesteuert ist. Die Vorrichtung kann ein Spitzenfräserwerkzeug umfassen, welches einen Montagekopf mit einer Öffnung dadurch umfasst; und ein Ausrichtwerkzeug, welches eine Außenfläche in Passeingriff mit der Öffnung und eine zentrale Ausrichtbohrung, die sich durch das Ausrichtwerkzeug hindurch erstreckt, aufweist und einen Durchmesser aufweist, der in der Größe einem Durchmesser der Elektrodenspitzen entspricht und in dem Montagekopf zentriert ist.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass eine korrekte Ausrichtung von Elektrodenspitzen, während sie gefräst werden, sichergestellt ist und somit Schweißprobleme, die von einer nicht korrekten Ausrichtung während des Spitzenfräsens herrühren können, vermieden werden. Visuelle Abschätzungen einer korrekten Spitzenausrichtung mit einem Schneidkopf sind nicht mehr erforderlich. Die Ausrichtung kann während des anfänglichen Einrichtens des Roboters und des Spitzenfräserwerkzeuges als auch später erfolgen, um zu verifizieren, dass die Bahn weiterhin korrekt ist. Die Ausrichtung kann auch bei ortsfesten Schweißpistolen mit bewegbaren Spitzenfräserwerkzeugen angewendet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts eines Spitzenfräserwerkzeuges vor dem Einbau eines Schneidkopfes oder eines Ausrichtwerkzeuges in den Spitzenfräser.
2 ist eine perspektivische Darstellung eines Ausrichtwerkzeuges, das mit dem Spitzenfräserwerkzeug verwendet wird.
3 ist eine weitere perspektivische Darstellung des Ausrichtwerkzeuges von 2.
4 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Spitzenfräserwerkzeuges und der Roboteranordnung, wobei das Ausrichtwerkzeug in dem Spitzenfräserwerkzeug montiert ist.
5 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Spitzenfräserwerkzeuges, wobei das Ausrichtwerkzeug in dem Spitzenfräserwerkzeug montiert ist und wobei die Elektrodenspitzen in dem Ausrichtwerkzeug ausgerichtet sind.
6 ist eine perspektivische Darstellung eines Schneidkopfes zur Verwendung mit dem Spitzenfräserwerkzeug.
7 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Spitzenfräserwerkzeuges, wobei der Schneidkopf und eine Halterung an dem Spitzenfräserwerkzeug montiert sind.
8 ist eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Spitzenfräserwerkzeuges und der Roboteranordnung genau vor dem Fräsen der Elektrodenspitzen.
Detaillierte Beschreibung
8 veranschaulicht einen Abschnitt einer Roboteranordnung 10, welche ein Paar Roboterschweißarme 12 umfasst, die Teil einer an einem Roboter montierten Schweißpistole 11 sind. Jeder von den Schweißarmen 12 umfasst eine Elektrodenspitze (Kupferschweißkappen) 14. Die Elektrodenspitzen 14 müssen regelmäßig gefräst werden, um korrekte Schweißnähte sicherzustellen und müssen mit einem Spitzenfräserwerkzeug 16 korrekt ausgerichtet sein. 1 zeigt einen Abschnitt des Spitzenfräserwerkzeuges 16 beim Fräsen. Das Spitzenfräserwerkzeug 16 umfasst einen Spitzenfräserarm 18, der zu einem freien Ende hin vorgekragt ist, welches einen Montagekopf 20 umfasst. Der Montagekopf 20 umfasst eine sechseckige Öffnung 22 dadurch und kann durch das Spitzenfräserwerkzeug 16 rotatorisch angetrieben sein.
Die 2 und 3 zeigen ein Ausrichtwerkzeug 24, welches eine Sechskant-Außenfläche 26 aufweist, die derart dimensioniert und geformt ist, dass sie mit der sechseckigen Öffnung in dem Montagekopf zusammenpasst. Das Ausrichtwerkzeug 24 umfasst auch eine Lager- bzw. Stützlippe 28, die sich von einem oberen Ende radial weg erstreckt, und eine zentrale Ausrichtbohrung 30 durch seine Mitte. Der Durchmesser der zentralen Ausrichtbohrung ist derart dimensioniert, dass er mit der Größe der speziellen zu fräsenden Elektrodenspitzen zusammenpasst, wobei der Durchmesser der zentralen Ausrichtbohrung 30 etwas größer ist als der Durchmesser der speziellen Elektrodenspitzen, um zuzulassen, dass sie ohne zu binden hineingleiten. Somit können mehrere Ausrichtwerkzeuge mit der gleichen Außenfläche 26 vorhanden sein, wobei jedoch jedes einen verschiedenen Durchmesser der zentralen Ausrichtbohrung 30 aufweist, um mit den speziellen zu fräsenden Elektrodenspitzen zusammenzupassen.
Die 4 und 5 zeigen das Ausrichtwerkzeug 24, welches in dem Montagekopf 20 an dem Spitzenfräserarm 18 des Spitzenfräserwerkzeuges 16 montiert ist. Die Stützlippe 28 erstreckt sich radial ausreichend weit nach außen, um das Ausrichtwerkzeug 24 zu lagern bzw. zu stützen und zu verhindern, dass es durch die sechseckige Öffnung in den Montagekopf 20 fällt. Die zentrale Ausrichtbohrung 30 definiert den korrekten Ort für die Elektrodenspitzen 14 während des Spitzenfräsens. Dies lässt zu, dass die Schweißarme 12 die Elektrodenspitzen 14 derart positionieren, dass sie an einem Schneidkopf zentriert sein werden.
6 zeigt einen Schneidkopf 32, der eine Sechskantaußenfläche 34 aufweist, die derartig dimensioniert und geformt ist, dass sie mit der sechseckigen Öffnung in dem Montagekopf zusammenpasst. Der Schneidkopf umfasst auch eine Stützlippe 36, die sich von einem oberen Ende radial weg erstreckt. Vier konturierte Schneidklingen 38 erstrecken sich innerhalb eines inneren Abschnitts des Schneidkopfes 32. Diese Klingen 38 werden verwendet, um die Elektrodenspitzen sowohl von der Oberseite als auch der Unterseite des Spitzenfräserwerkzeuges zu fräsen. Die Kontur der Schneidklingen 38 macht es schwierig, zu erkennen, wann die Elektrodenspitzen korrekt über den Klingen 38 zentriert sind.
7 zeigt den Spitzenfräserarm 18 mit dem in dem Montagekopf 20 eingebauten Schneidkopf 32. Die Stützlippe 36 bewahrt den Schneidkopf 32 davor, durch die sechseckige Öffnung in den Montagekopf 20 zu fallen. Eine Halterung 40 kann auf der Oberseite des Spitzenfräserarmes 18 montiert sein, um den Schneidkopf 32 festzuhalten, wenn der Montagekopf 20 den Schneidkopf 32 schnell dreht.
8 zeigt den Spitzenfräserarm 18, der sich von einem Hauptgehäuse 42 des Spitzenfräserwerkzeuges 16 weg erstreckt. Die robotergesteuerte Schweißpistole 11 bewegt den Roboterschweißarm 12 in Position, sodass die Elektrodenspitzen 14 gefräst werden können.
Der Prozess des Ausrichtens und Fräsens der Elektrodenspitzen 14 wird nun unter Bezugnahme auf die 1–8 erläutert. Dieses Verfahren setzt voraus, dass die Roboterschweißarme 12 korrekt ausgerichtet sind – wenn nicht, dann ist es notwendig, sich zuerst mit der Ausrichtung zu befassen. In diesem Prozess wird der Schneidkopf 32 entfernt, sodass in dem Montagekopf 20 des Spitzenfräserwerkzeuges 16 eine offene Öffnung 22 zurückbleibt (siehe 1). Das Ausrichtwerkzeug 24 wird dann in die sechseckige Öffnung 22 in dem Montagekopf 20 eingesetzt (siehe 4). Das spezielle gewählte Ausrichtwerkzeug wird von den speziellen Elektroden spitzen 14, die mit dieser Schweißpistole 11 verwendet werden, und somit von dem Durchmesser der erforderlichen zentralen Ausrichtbohrung 30 abhängig sein. Der Roboteranordnung wird die Bahn eingelernt, auf der sich die Schweißarme 12 bewegen sollen, damit die Elektrodenspitzen 14 in die zentrale Ausrichtbohrung 30 des Ausrichtwerkzeuges 24 hinein gleiten (siehe die 4 und 5). Das Schieben der Elektrodenspitzen 14 in die zentrale Ausrichtbohrung 30 stellt sicher, dass sie während des Spitzenfräsens korrekt zentriert sein werden. Es ist kein visuelles Schätzen des Fachmannes erforderlich, um ein korrektes Zentrieren sicherzustellen. Die Elektrodenspitzen 14 werden von der zentralen Ausrichtbohrung 30 entfernt und das Ausrichtwerkzeug 24 wird von dem Montagekopf 20 entfernt.
Der Schneidkopf 32 wird in die sechseckige Öffnung 22 hinein geschoben und die Halterung 40 wird an dem Spitzenfräserarm 18 befestigt, um den Schneidkopf 32 festzuhalten (siehe 7). Die Roboterbewegungsbahn, die eingelernt wurde, kann geringfügig angepasst werden (in die Auf- und Ab-Richtung), um sicherzustellen, dass die Elektrodenspitzen 14 mit dem Schneidkopf 32 gerade in Kontakt stehen, sodass der Roboter nicht versucht, die Spitzen 14 durch die Schneidklingen 38 zu treiben. Das Spitzenfräserwerkzeug 16 ist nun dazu bereit, verwendet zu werden, wenn die Elektrodenspitzen 14 ein Fräsen erfordern.
Nachdem die Schweißvorgänge beendet sind, ist es gegebenenfalls notwendig, die Elektrodenspitzen 14 regelmäßig zu fräsen. An dieser Stelle wird das Spitzenfräserwerkzeug 16 aktiviert werden, um zu bewirken, dass der Montagekopf 20 den Schneidkopf 32 schnell dreht. Der Roboter 10 wird aufgefordert werden, sich durch die zuvor (als das Ausrichtwerkzeug verwendet wurde) eingelernte Spitzenfräsbahn zu bewegen. Diese Bahn kann z. B. derart sein, dass der Roboter 10 die Schweißarme 12 bewegt, bis die obere Elektrodenspitze 14 an den Schneidklingen 38 des Schneidkopfes 32 zentriert ist und in Kontakt mit denselben steht, dann der untere Schweißarm 12 aufwärts verschwenkt, bis die untere Elektrodenspitze 14 mit den Klingen 38 des Schneidkopfes 32 in Kontakt steht. Das schnelle Drehen des Schneidkopfes 32 bewirkt, dass die Klingen 38 die Elektrodenspitzen 14 fräsen (etwa so, wie ein Bleistiftspitzer einen Bleistift spitzt). Der Roboter 10 bewegt dann die Schweißarme 12 von dem Spitzenfräserwerkzeug 16 weg und kann den Schweißbetrieb bis zu dem Zeitpunkt wiederaufnehmen, wenn ein Spitzenfräsen erneut erforderlich ist.
Alternativ kann dieses Verfahren mit einer Schweißpistole angewendet werden, welche allgemein feststehende Schweißarme aufweist. In diesem Fall ist das Spitzenfräserwerkzeug für eine Bewegung durch einen Roboter montiert. Die Bahn des Spitzenfräsers wird eingelernt, sodass die Elektrodenspitzen mit der zentralen Ausrichtbohrung des Ausrichtwerkzeuges zentral ausgerichtet sind. Dann, wenn der Schneidkopf in Position ist und ein Spitzenfräsen erforderlich ist, wird das Spitzenfräserwerkzeug in Position bewegt, um ein Fräsen der Elektrodenspitzen zuzulassen.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung auszuführen, die durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Fräsen eines Paares Elektrodenspitzen (14) an einer Schweißpistole (11), die durch einen Roboter gesteuert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) ein Ausrichtwerkzeug (24) in einem Montagekopf (20) eines Spitzenfräserwerkzeuges (16) angeordnet wird, wobei das Ausrichtwerkzeug (24) eine zentrale Ausrichtbohrung (30) umfasst, welche einen Durchmesser aufweist, der in der Größe einem Durchmesser des Paares Elektrodenspitzen (14) entspricht; (b) eine Roboterbewegungsbahn eingelernt wird, um zu bewirken, dass das Paar Elektrodenspitzen (14) in die zentrale Ausrichtbohrung (30) hinein gleitet, nachdem das Ausrichtwerkzeug (24) in dem Montagekopf (20) montiert wurde; (c) das Ausrichtwerkzeug (24) von dem Montagekopf (20) entfernt wird; (d) ein Schneidkopf (32) in den Montagekopf (20) eingesetzt wird; (e) die eingelernte Roboterbewegungsbahn verwendet wird, um das Paar Elektrodenspitzen (14) in Kontakt mit dem Schneidkopf (32) zu bringen; und (f) die Elektrodenspitzen (14) mit dem Schneidkopf (32) gefräst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner durch die Roboterbewegungsbahn definiert ist, welche eine Roboteranordnung (10) umfasst, die Schweißarme (12), welche die Elektrodenspitzen (14) tragen, in die zentrale Ausrichtbohrung (30) hinein bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner dadurch definiert ist, dass das Ausrichtwerkzeug (24) eine Stützlippe (28) aufweist und das Ausrichtwerkzeug (24) in dem Montagekopf (20) derart angeordnet wird, dass die Stützlippe (28) das Ausrichtwerkzeug (24) in dem Montagekopf (20) stützt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) ferner dadurch definiert ist, dass eine Halterung (40) an dem Spitzenfräserwerkzeug (16) befestigt wird, welche mit dem Schneidkopf (32) funktionell in Eingriff steht, um den Schneidkopf (32) in dem Spitzenfräserwerkzeug (16) zu halten, während zugelassen wird, dass der Schneidkopf (32) rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst, dass vor Schritt (e) die eingelernte Roboterbewegungsbahn vertikal verstellt wird, während das Zentrieren der Elektrodenspitzen (14) relativ zu dem Montagekopf (20) beibehalten wird, um einen gewünschten vertikalen Kontakt der Elektrodenspitzen (14) mit dem Schneidkopf (32) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst, dass vor Schritt (b) die Elektrodenspitzen (14) ausgerichtet werden, wenn sie nicht ausgerichtet sind.
Vorrichtung zum Ausrichten eines Paares Elektrodenspitzen (14) an einer Schweißpistole (11), welche durch einen Roboter gesteuert ist, und umfasst: ein Spitzenfräserwerkzeug (16), welches einen Montagekopf (20) mit einer Öffnung (22) umfasst; und ein Ausrichtwerkzeug (24), welches eine Außenfläche in Passeingriff mit der Öffnung (22) und eine zentrale Ausrichtbohrung (30) aufweist, die sich durch das Ausrichtwerkzeug (24) hindurch erstreckt und einen Durchmesser aufweist, der in der Größe einem Durchmesser der Elektrodenspitzen (14) entspricht und in dem Montagekopf (20) zentriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Ausrichtwerkzeug (24) eine Stützlippe (28) umfasst, die mit dem Montagekopf (20) in Eingriff steht und das Ausrichtwerkzeug (24) relativ zu dem Montagekopf (20) stützt.