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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Anlöten von Sägezähnen mit einem Lotmittel und mit einem Flussmittel an einen Sägewerkzeug-Grundkörper, insbesondere an ein Kreissägeblatt, ein Sägeblatt, ein Sägeband, einen Sägedraht oder ein Sägekettenglied, wobei die Lötmaschine eine Maschinensteuerung aufweist, die über mindestens einen Sensor die Lagepositionen von einem Sägewerkzeug-Grundkörper und einem Sägezahn erfasst und daraus die Dreh- und Linearbewegungen der Haltemittel von Sägewerkzeug-Grundkörper und Sägezahn für die Lötposition errechnet. Nach einer Messung der lateralen Position des Sägewerkzeug-Grundkörpers und der lateralen Position des Sägezahns, wird daraus eine laterale Ausgleichsbewegung des Greifersystems errechnet, damit eine exakte Lötposition zum in lateraler Richtung feststehenden Grundkörper erreicht wird. Der Transport eines Sägezahns, nach einer Zuführ- und Vereinzelungseinrichtung und während des Anlötens an das Sägewerkzeug wird von einem Greifersystem vorgenommen, das einen Bewegungsablauf aufweist, der eine horizontale Linearbewegung, eine vertikale Linearbewegung und eine laterale Linearbewegung umfasst.
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Seit Langem ist eine Vielzahl von automatischen Lötmaschinen am Markt bekannt.
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In der
DE 3208068 C2 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der in einer linearen Anordnung die Zufuhr der Hartmetallzähne und der jeweils zwischen einem Hartmetallzahn und dem zugehörigen Zacken des Kreissägeblattes anzuordnenden, mit Flussmittel beschichteten Lotplättchen durch eine einzige, jeweils nur einen Hartmetallzahn und ein Lotplättchen befördernde Transporteinrichtung bewerkstelligt wird.
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In der
DE 3244627 A1 wird ein Verfahren zum automatischen Orientieren von prismatischen Körpern wie z. B. Sägezähnen beschrieben, bei dem prismatische Körper, die zunächst acht beliebige Lagen bezüglich ihrer Längsachse einnehmen können, während eines Vorschubvorganges auf einer Bewegungsbahn so lange gedreht und selektiert werden, bis zum Schluss nur noch eine einzige mögliche Lage übrigbleibt, die durch eine einfache Drehung der Körper um ihre Längsachse in die gewünschte Endlage überführbar ist.
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Bei der Entwicklung von Lötmaschinen für Sägezähne wurde bisher der Schwerpunkt auf die Automatisierung und eine möglichst kurze Taktzeit gelegt, um damit eine hohe Ausbringung zu erreichen. Vielfach kommen zum Transport der Sägezähne pneumatisch angetriebene Elemente zum Einsatz, die meist durch entsprechende mechanische Anschläge auf unterschiedliche Verfahrwege eingestellt werden.
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In den letzten Jahren hat sich das Anforderungsprofil insbesondere für die Hersteller von Kreissägeblättern deutlich verändert. So nehmen die Losgrößen der einzelnen Sägeblatt-Varianten immer weiter ab, während gleichzeitig die Variantenvielfalt immer weiter zunimmt. Aus diesem Grund wünschen sich die Hersteller Maschinen, die sich möglichst schnell und einfach von einer Sagenvariante auf eine andere umrüsten lassen. Der Erfindung liegt das Problem einer fehlenden Flexibilität in Hinblick auf schnelle Umrüstbarkeit bei kleinen Losgrößen zu Grunde.
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Eine weitere Anforderung an die Eigenschaften einer Lötmaschine zum automatischen Anlöten von Hartmetallzähnen an einen Sägewerkzeug-Grundkörper betrifft, dass die Maschinen immer mehr im „mannlosen” Betrieb eingesetzt werden. Dadurch gewinnen Elemente zur automatischen Qualitätssicherung zunehmend an Bedeutung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein besonders einfach, flexibel und kostengünstig durchführbares Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Anlöten von Sägezähnen an einem Sägewerkzeug zu entwickeln.
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Diese Aufgabe wird mit einer Lötmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Das Anlöten von Sägezähnen an dem Sägewerkzeug-Grundkörper erfolgt vollautomatisch, indem einer erfindungsgemäßen Lötmaschine in geeigneter Weise Sägewerkzeug-Grundkörper, Sägezähne, Lotmittel und Lothilfsmittel sowie geeignete Energieformen zugeführt werden.
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Sägewerkzeuge kommen im Handwerk und in der industriellen Fertigung in verschiedenen Ausführungsformen zum Einsatz. Beispielsweise:
- – Kreissägeblätter in Kreissägen
- – Sägeblätter in Gattersägen, Hub- und Bügelsägen
- – Sägebänder in Bandsägen
- – Sägedrähte oder Sägeseile in Drahtsägen und Seilsägen
- – Sägekettenglieder in Kettensägen.
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Die vorliegende Erfindung eines Lötverfahrens und einer Lötvorrichtung ist auch für das Herstellen von Fräs-, Schneid- und Bohrwerkzeugen anwendbar.
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Das Zuführen des Sägewerkzeug-Grundkörpers zur Lötvorrichtung erfolgt mit einem geeigneten Förderhilfsmittel. Von dort wird der Grundkörper beispielweise manuell entnommen und auf der Aufnahmevorrichtung einer Lötmaschine befestigt. Die Übergabe an eine Lötmaschine kann auch mit einem Handhabungsgerät, insbesondere einem Handhabungsroboter erfolgen. Die Aufnahme des Grundkörpers an einer Lötmaschine hängt vom Werkzeug ab. Beispielsweise werden Kreissägen-Grundkörper auf ein Haltemittel, beispielsweise einen Dorn gesetzt und dort mit einer Innenzentriervorrichtung gespannt oder bei Grundkörpern aus Stahl mit mehreren Magneten gehalten. Grundkörper für Sägebänder und/oder Sägeblätter werden in einer Spannschiene oder auch mit Magneten gehalten.
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Die Bewegung der Grundkörper in Lötposition erfolgt über ein Haltemittel, beispielsweise eine oder mehrere Linearachsen oder über einen Gelenkarmroboter, beispielsweise einen Scara-Roboterarm mit 3 oder 4 Drehachsen.
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Für Sägewerkzeuge kommen die unterschiedlichsten Arten von Sägezähnen zum Einsatz. Sägezähne haben beispielsweise eine prismatische Form mit einer auf den Schneidstoff angepasster Schneidgeometrie und bestehen aus Metall, insbesondere Hartmetall (Carbidhartmetalle, Stellit), Bornitrid, Cermet, Keramik oder Diamant (MKD, PKD). Die Sägezahngrößen variieren zwischen Längen von 1 bis 50 mm, insbesondere von 2 bis 20 mm, Breiten von 0,5 bis 15 mm, insbesondere 1 bis 8 mm und Höhen von 1 bis 10 mm, insbesondere von 1,5 bis 6 mm.
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Das Zuführen von Sägezähnen zur Lötvorrichtung erfolgt über einen Sortiertopf, in dem die passenden Sägezähne bevorratet sind. Über einen Wendelförderer werden die Zähne an einer Sortiereinrichtung entlang transportiert und nach definierten Kriterien lagegerecht sortiert. Die Sortierung erfolgt über das Bildfeld eines Kamerasystems und einer Auswerteeinheit, die es ermöglicht, verschiedene Sägezahn-Geometrien in einer einstellbaren Abfolge als richtig zu definieren und damit beispielweise abwechselnd die linke und rechte Ausführung eines Sägezahnes und/oder verschiedene Sägezahngrößen für das als nächstes folgende Sägewerkzeug in einer Pufferstrecke, beispielsweise einem Linearförderer bereit zu stellen. Am Ende der Pufferstrecke erfolgen eine Vereinzelung und die Aufnahme durch ein Haltemittel, insbesondere einen Greifer. Der von dem Greifer gehaltene Sägezahn wird anschließend mit Lothilfsmitteln und Lotmittel versehen und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der erfindungsgemäßen Lötmaschine mit dem Sägewerkzeug-Grundkörper verlötet.
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Das Anlöten von Sägezähnen erfolgt mit einem Lotmittel, vorzugsweise mit einem Hartlot (Silberlot, Kupfer, Messing, Bronze oder anderen Lotlegierungen) unter Verwendung von einem Lothilfsmittel, insbesondere einem Flussmittel beispielsweise auf Boraxbasis mit organischen Bindern und/oder einem Inertgas (Stickstoff, Kohlendioxid).
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Zum Anlöten von Sägezähnen kann auch ein kombiniertes Lot- und Lothilfsmittel verwendet werden, beispielsweise als Lotpaste bestehend aus einem Flussmittel mit suspensierten Lotmittel.
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Das Zuführen von Lotmittel, insbesondere von Hartlot, zur Lötvorrichtung erfolgt über eine Konfektionierungsvorrichtung in Form eines Lötbandes, das auf einer Spule aufgerollt bevorratet wird. Die Konfektionierungsvorrichtung zur Ablängung und Umkantung des Lötbandes ist bevorzugt mit einem numerisch gesteuerten Element ausgestattet, welches automatisch die zum jeweiligen, von einem Greifersystem gehaltenen Sägezahn, passende Geometrie erzeugt.
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Das Zuführen von Flussmittel zur Lötvorrichtung erfolgt über eine Flussmittel-Dosiereinheit. Der Flussmittelauftrag auf einen vorbestimmten Sägezahn erfolgt mit einem definierten Austrittsvolumen an Flussmittel. Der Flussmittelauftrag erfolgt, indem der vom Greifer gehaltene Sägezahn unterhalb der stationär stehenden Flussmittel-Dosiereinheit bewegt wird. Die Bewegung des vom Greifersystem gehaltenen Sägezahns erfolgt mit drei Linearchsen und ermöglicht die automatische Behandlung unterschiedlich hoher, breiter und langer Zähne, indem sie beispielsweise durch das Greifersystem an einer Flussmittel-Dosiereinheit mit feststehender Austrittsöffnung so vorbei transportiert werden, dass ein vorher festgelegter Abstand zwischen Austrittsöffnung und Zahnoberseite eingehalten wird. Die Maschinensteuerung bietet auch die Möglichkeit, beim Auftrag des Flussmittels durch eine geeignete Bewegung des Greifersystems den Sägezahn so zu bewegen, dass eine gewünschte Flussmittel-Verteilung wie beispielsweise eine Doppellinie oder eine Schlangenlinie entsteht.
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Ein in mindestens drei Linearachsen verfahrbares Greifersystem hält einen Sägezahn und transportiert in einem ersten Schritt den Sägezahn zur Flussmittel-Dosiereinheit. Anschließend wird Flussmittel aufgetragen. In einem zweiten Schritt wird ein Zahn zu der Lotbandübergabeposition transportiert und das konfektionierte Lotbandplättchen wird von dem Zahn aufgenommen. In einem dritten Schritt wird ein Sägezahn unter der gleichen wie beim ersten Schritt und/oder einer zusätzlichen Flussmittel-Dosiereinheit mit einem zweiten Flussmittelauftrag versehen.
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Anschließend wird ein mit Lotmittel und Flussmittel versehener Zahn vom gleichen Greifersystem oder – nach erfolgter Übergabe – von einem zweiten Greifersystem weiter transportiert, vermessen und in Lötposition gebracht.
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Erfindungsgemäß werden die Sägezähne automatisch an das Sägewerkzeug heranbewegt und automatisch verlötet.
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Zur Verlötung des Sägezahnes am Sägewerkzeug-Grundkörper wird entsprechend der Schmelztemperatur des Lots eine Erwärmung des Sägewerkzeug-Grundkörpers und damit des Lots und des Sägezahns vorgenommen. Die Erwärmung erfolgt bei metallischen Sägewerkzeugen durch Induktionserwärmung. Ein meist wassergekühlter Induktor wird so an den Sägewerkzeug-Grundkörper heranbewegt, dass ein gleichmäßiger und symmetrischer Wärmeeintrag erfolgt.
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Die Lage des Sägewerkzeug-Grundkörpers und die Lage eines von einem Greifersystem transportierten Sägezahns werden von einem Sensor oder einem Sensorsystem erfasst und vermessen. Ein Sägewerkzeug-Grundkörper und ein von einem Greifersystem gehaltener Sägezahn werden den Erfordernissen des Lötprozesses entsprechend und den Erfordernissen der Lagegenauigkeit von Grundkörper zu Zahn entsprechend bewegt und positioniert.
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Die Bewegung eines Sägewerkzeug-Grundkörpers in Lötposition erfolgt über einen Gelenkarm, beispielsweise einen Scara-Roboterarm mit mindestens 3 Drehachsen. Die Weiterbewegung des Sägewerkzeug-Grundkörpers von der Lötposition eines ersten Sägezahnes in die Lötposition eines zweiten Sägezahnes bis zur Lötposition eines n-ten Zahnes erfolgt durch Drehen der Drehachsen zueinander. Insbesondere bei Kreissägen-Grundkörpern erfolgt die Weiterbewegung von einer Lötposition in die nächste Lötposition durch Drehen der das Stammblatt haltenden Drehachse.
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Nach einer Zuführ- und Vereinzelungseinrichtung und während des Anlötens an den Sägewerkzeug-Grundkörper wird die Bewegung des Sägezahns von mindestens einem Greifersystem ausgeführt, das einen Bewegungsablauf aufweist, der eine horizontale Linearbewegung, eine vertikalen Linearbewegung und eine laterale Linearbewegung umfasst.
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Alle über mindestens einen Sensor erfasste Lagepositionen von Grundkörpern und Sägezähnen und daraus errechnete Drehbewegungen und Linearbewegungen sowie die Dosierung der Lotmittel und der Lothilfsmittel erfolgen über eine zentrale Maschinensteuerung aus dem Bereich der „Totally Intigrated Automation”, beispielsweise über eine Automatisierungs-Steuerung S7 von Siemens oder von einem anderen kompatiblen Anbieter. Es ist auch möglich, einen Industrie-PC einzusetzen.
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Als Sensoren kommen ein oder mehrere Kamerasysteme und/oder ein oder mehrere Abstandsmesssysteme zur Ausführung. Als berührungsloses Abstandsmesssystem eignet sich beispielsweise die Lasertriangulation.
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Bei der Lasertriangulation wird ein Laserstrahl auf das Messobjekt fokussiert und mit einer daneben im Sensor befindlichen Kamera, einer ortsauflösenden Fotodiode oder einer CCD-Zeile beobachtet. Ändert sich die Entfernung des Messobjektes vom Sensor, ändert sich auch der Winkel, unter dem der Lichtpunkt beobachtet wird und damit die Position seines Abbildes auf dem Fotoempfänger. Aus der Positionsänderung wird mit Hilfe einer trigonometrischen Winkelfunktion die Entfernung des Objektes vom Laserprojektor berechnet. Die Lasertriangulation eignet sich auf Grund der guten berührungslosen Abstandsmessung an bewegten Objekten besonders gut für die Einmessung einer Lötposition von Grundkörper und Sägezahn.
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Der Mess- und Anlötvorgang gliedern sich in die Schritte:
- – Positionieren eines Sägewerkzeug-Grundkörpers
- – Sägezahnzuführung mit einem Greifersystem
- – Anlöten eines Sägezahns an einem Sägewerkzeug-Grundkörper.
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Das Positionieren eines Sägewerkzeug-Grundkörpers erfolgt über einen Gelenkarm mit mehreren Drehachsen bis in eine festgelegte Lötposition, die vorzugsweise so definiert ist, dass eine Seite des Zahnsitzes sich in horizontaler Position befindet.
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Beispielsweise bei Kreissägen-Grundkörpern wird die horizontale Position des Zahnsitzes mittels eines optischen Sensors, insbesondere durch Lasertriangulation, kontrolliert und ggf. durch Nachpositionieren des Grundkörpers korrigiert.
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Die von einem Greifersystem ausgeführte Sägezahnzuführung in die Lötposition erfolgt über drei Linearachsen, die im Folgenden definiert sind.
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In X-Richtung erfolgt eine horizontale Linearbewegung in Richtung Grundkörper. In Y-Richtung erfolgt eine vertikale Linearbewegung zur Höhenpositionierung. In Z-Richtung erfolgt eine laterale Linearbewegung. Diese weist eine seitliche horizontale Linearbewegung senkrecht zur horizontalen Bewegung in X-Richtung auf.
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In Einzelfällen kann es notwendig sein, in dem Greifersystem eines Sägezahns eine weitere Drehachse oder Schwenkachse in D-Richtung vorzusehen. Mit einer solchen Schwenkachse kann ein Sägezahn an einen von der horizontalen Lage abweichenden Zahnsitz an einem Sägewerkzeug-Grundkörper passgenau herangeführt werden.
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Der Positionierungs- und Anlötvorgang umfasst eine Reihe von Mess- und Bewegungsschritten.
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Als Erstes erfolgt die Bestimmung der lateralen Position des Sägewerkzeug-Grundkörpers durch seitliche Vermessung der Lage des Grundkörpers mittels Lasertriangulation. Anschließend erfolgt die Bestimmung der lateralen Position des Sägezahns durch seitliche Vermessung der Lage des Sägezahns mittels Lasertriangulation. Die seitliche Vermessung kann in allen Fällen von einer Seite mit einem Sensor oder von beiden Seiten mit zwei Sensoren erfolgen.
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Mit einem weiteren Sensor, der oberhalb des Greifersystems angeordnet ist, kann zusätzlich mittels Lasertriangulation die horizontale und vertikale Lage des Sägezahns erfasst werden.
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Danach wertet die Maschinensteuerung die Lageinformation aus und bewegt den mit Flussmittel(n) und Lotmittel versehenen Zahn in die gewünschte Lötposition.
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Die Zahnzuführung zur Lötposition erfolgt in Einzelschritten und/oder überlagert mit drei Linearachsen. Die Linearbewegungen umfassen eine
- – horizontale Zuführung,
- – laterale Korrektur durch eine Bewegung gemäß der errechneten Solllage,
- – vertikale Bewegung.
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Anschließend erfolgt mit dem Induktor die Erwärmung des Sägewerkzeug-Grundkörpers auf Schmelztemperatur des Lotmittels und der Lötvorgang setzt ein. Während des Erweichens des Lotmittels und Benetzen des Grundkörpers und des Sägezahns mit Lotmittel erfolgt eine abschließende Bewegung in die
- – horizontale und vertikale Richtung zur Nachführung des Sägezahns in den Zahnsitz des Grundkörpers.
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Durch eine Bewegung von Sägezähnen mit einem in mindestens drei Linearachsen verfahrbaren Greifersystem können unterschiedliche Zahngrößen und -geometrien beispielsweise durch entsprechende Eingaben in die Maschinensteuerung ausgeglichen werden. So können unterschiedliche Zahnbreiten durch eine laterale Ausgleichsbewegung des Greifersystems so ausgeglichen werden, dass jeweils ein Zahn nach dem andern exakt mittig und/oder in einer beliebigen anderen außermittigen Sollposition zum in lateraler Richtung feststehenden Sägewerkzeug-Grundkörper positioniert und angelötet werden.
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Die Erfinder haben erkannt, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung auch mit einer weiteren in der Praxis auftretenden Erscheinung des unerwünschten Verzugs von Sägewerkzeug-Grundkörpern besser umgegangen werden kann. Durch einen unsymmetrischen Wärmeeintrag wird im Sägewerkzeug-Grundkörper eine Gefügeveränderung verursacht und daraus resultiert eine Verformung. Diese Verformung führt entweder zum Ausschuss des kompletten Sägewerkzeugs oder erfordert eine aufwändige Nacharbeit. Da sich der unsymmetrische Wärmeeintrag nur mit sehr hohem apparativen Aufwand verhindern lässt, ist es wichtig, dass eine durch den Lötprozess hervorgerufene Verformung schnellst möglich automatisch erkannt und beispielsweise über eine Störungsmeldung dem Bedienpersonal mitgeteilt wird. Durch die erfindungsgemäße, integrierte Messvorrichtung ist dies möglich und stellt damit eine sehr gute Absicherung gegen unsymmetrischen Wärmeeintrag und dessen Folgen dar.
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Durch das erfindungsgemäße Messsystem wird die laterale Position eines Sägewerkzeug-Grundkörpers, insbesondere eines kreisförmigen Grundkörpers längs des kompletten Umfangs erfasst und durch eine Auswertung durch die Maschinensteuerung werden Abweichungen des Sägeblatt-Rundlaufes gegenüber dem Sollzustand ermittelt. Diese Vermessung des Sägewerkzeug-Grundkörpers wird vor dem Verlöten und/oder zwischen einzelnen Verlötungsschritten und/oder nach dem Verlöten vorgenommen. Die so gewonnenen Ergebnisse können beispielsweise zur Qualitäts-Dokumentation und/oder – beim Überschreiten von eingestellten Grenzwerten – zur Ausgabe einer Störungsmeldung benutzt werden.
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Die erfindungsgemäße Lötmaschine trägt in besonderer Weise dem Wunsch nach leichter Umrüstbarkeit und automatischer Absicherung von Qualitätsmerkmalen Rechnung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden beiden Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Hierzu zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Lötmaschine zum Anlöten von Sägezähnen an einen Kreissägen-Grundkörper;
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2 eine Draufsicht einer Lötmaschine zum Anlöten von Sägezähnen an einen Kreissägen-Grundkörper.
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Eine in den 1 und 2 als Ganzes mit 1 bezeichnete Lötmaschine umfasst eine Lötvorrichtung 2 und eine Maschinensteuerung 3, die in einem Schaltschrank untergebracht ist, sowie die Zuführeinrichtungen 7, 10 von Sägewerkzeug-Grundkörper 12, Sägezähnen 14, Lotmittel 22 und Lothilfsmittel 25.
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Das Anlöten von Sägezähnen 14 an dem Sägewerkzeug-Grundkörper 12 erfolgt vollautomatisch, indem, dem sich in Lötposition befindenden Kreissägeblatt 12, Sägezähne 14, Lotmittel 22 und Lothilfsmittel 25 zugeführt werden.
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Ein Stammblatt 12 wird einer Zuführeinrichtung manuell entnommen und auf der Aufnahmevorrichtung 7, 8 einer Lötmaschine 1 befestigt. Dazu wird das Stammblatt 12 auf einen Dorn 8 gesetzt und mit mehreren Magneten zentriert gehalten.
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Die Bewegung des Stammblatts 12 in Lötposition erfolgt über einen Scara-Roboterarm 7 mit drei Drehachsen.
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Das Zuführen von Sägezähnen 14 zur Lötvorrichtung 2 erfolgt über einen Sortiertopf 16, in dem die passenden Sägezähne 14 bevorratet sind. Über einen Wendelförderer werden die Zähne an einer Sortiereinrichtung entlang transportiert und lagegerecht sortiert. Die Sortierung erfolgt über das Bildfeld eines Kamerasystems 18 und einer Auswerteeinheit, die die falschen und falsch liegenden Sägezähne 14 mit einem Druckluftstoß ausselektiert. Die in der richtigen Reihenfolge (linker Zahn, rechter Zahn) liegenden Sägezähne 14 werden in einer Pufferstrecke in Form einer Linearschiene 10 bereitgestellt. Am Ende der Pufferstrecke 10 erfolgen eine Vereinzelung und die Aufnahme eines Sägezahns 14 durch einen Greifer 20. Der von dem Greifer 20 gehaltene Sägezahn 14 wird anschließend mit Lothilfsmitteln 25 und Lotmittel 23 versehen und mit dem Stammblatt 12 verlötet.
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Das Anlöten von Sägezähnen 14 erfolgt mit Hartlot, insbesondere einem Silberlot 22, unter Verwendung von einem Flussmittel 25 auf Boraxbasis.
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Das Zuführen von Lotmittel 23 zur Lötvorrichtung 2 erfolgt über eine Konfektionierungsvorrichtung in Form eines Lötbandes, das auf einer Spule 22 aufgerollt ist. Die Konfektionierungsvorrichtung zur Ablängung und Umkantung des Lötbandes ist mit einem numerisch gesteuerten Element ausgestattet, welches automatisch die zum jeweiligen Sägezahn passende Geometrie erzeugt.
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Das Zuführen von Flussmittel zur Lötvorrichtung 2 erfolgt über eine Flussmittel-Dosiereinheit 25. Der Flussmittelauftrag auf den zu verlötenden Sägezahn 12 erfolgt mit einem definierten Austrittsvolumen an Flussmittel. Der Flussmittelauftrag erfolgt, indem der vom Greifer 20 gehaltene Sägezahn 14 unterhalb der stationär stehenden Flussmittel-Dosiereinheit 25 bewegt wird. Die Bewegung des vom Greifersystem 20 gehaltenen Sägezahns 14 erfolgt über die Maschinensteuerung 3 mit drei Linearchsen 30, 31, 32 und ermöglicht die automatische Behandlung unterschiedlich hoher, breiter und langer Zähne 14, indem sie durch das Greifersystem 20 an der Flussmittel-Dosiereinheit 25 so vorbei transportiert werden, dass ein vorher festgelegter Abstand zwischen Austrittsöffnung und Zahnoberseite eingehalten wird. Die Maschinensteuerung 3 bietet auch die Möglichkeit, beim Auftrag des Flussmittels 25 durch eine geeignete Bewegung des Greifersystems 20 den Sägezahn 14 so zu bewegen, dass eine gewünschte Flussmittel-Verteilung wie beispielsweise eine Doppellinie oder eine Schlangenlinie entsteht.
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Die Lötvorbereitung umfasst einen ersten Schritt, bei dem der Sägezahn 14 mit dem Greifersystem 20 zur Flussmittel-Dosiereinheit 25 transportiert und Flussmittel aufgetragen wird. In einem zweiten Schritt wird der Zahn 14 zu der Lotbandübergabeposition 23 transportiert und das konfektionierte Lotbandplättchen wird von dem Zahn 14 aufgenommen. In einem dritten Schritt wird der Sägezahn 14 unter der gleichen Flussmittel-Dosiereinheit 25 wie beim ersten Schritt mit einem zweiten Flussmittelauftrag auf dem Lotbandplättchen versehen.
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Anschließend wird mit dem Greifersystem 20 der mit Lotmittel 22 und zweimal mit Flussmittel 25 versehene Zahn 14 vermessen und in Lötposition gebracht. Die Verlötung des Sägezahnes 14 am Stammblatt 12 erfolgt durch induktive Erwärmung des Stammblatts 12. Ein wassergekühlter Induktor 28 wird so an das Stammblatt 12 heranbewegt, dass ein gleichmäßiger und symmetrischer Wärmeeintrag erfolgt.
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Die Lage des Kreissägen-Stammblatts 12 und die Lage eines von einem Greifersystem transportierten Sägezahns 14 werden von einem Sensorsystem 35, 36 erfasst und vermessen. Das Stammblatt 12 und der vom Greifersystem 20 gehaltene Sägezahn 14 werden den Erfordernissen des Lötprozesses entsprechend und den Erfordernissen der Lagegenauigkeit von Grundkörper 12 zu Zahn 14 entsprechend bewegt und positioniert.
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Die Bewegung des Stammblatts 12 in die Lötposition erfolgt über einen Scara-Roboterarm 7 mit drei Drehachsen. Die Weiterbewegung des Stammblatts von der Lötposition eines ersten Sägezahnes in die Lötposition eines zweiten Sägezahnes bis zur Lötposition eines n-ten Zahnes erfolgt durch Drehen der Drehachse 8.
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Nach der Zuführ- und Vereinzelungseinrichtung und während des Anlötens an das Stammblatt 12 wird die Bewegung des Sägezahns 14 vom Greifersystem 20 ausgeführt, das einen Bewegungsablauf aufweist, der eine Überlagerung einer horizontalen Linearbewegung 30 in X-Richtung, einer vertikalen Linearbewegung 31 in Y-Richtung und einer lateralen Linearbewegung 32 in Z-Richtung umfasst.
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Alle über Sensoren 35, 36 erfasste Lagepositionen von Stammblatt 12 und Sägezahn 14 und daraus errechnete Drehbewegungen 8 und Linearbewegungen 30, 31, 32 sowie die Dosierung der Lotmittel 23 und des Flussmittels 25 erfolgen über die zentrale S7-Maschinensteuerung 3.
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Als Sensoren 35, 36 werden berührungslose Abstandsmesssysteme nach dem Prinzip der Lasertriangulation eingesetzt.
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Der Mess- und Anlötvorgang gliedern sich in die Schritte:
- – Positionieren des Stammblatts 12
- – Sägezahnzuführung mit dem Greifersystem 20
- – Anlöten des Sägezahns 14 an das Stammblatt 12.
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Das Positionieren des Stammblatts 12 erfolgt über einen Gelenkarm 7 mit mehreren Drehachsen bis in eine Lötposition, die so festgelegt ist, dass eine Seite des Zahnsitzes des Stammblatts 12 sich in horizontaler Position befindet. Die horizontale Position des Zahnsitzes wird mittels des Sensors 36 kontrolliert und ggf. durch Drehen 8 des Stammblatts 12 korrigiert.
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Die von einem Greifersystem 20 ausgeführte Sägezahnzuführung in die Lötposition erfolgt über drei Linearachsen, die wie folgt definiert sind:
In X-Richtung erfolgt eine horizontale Linearbewegung 30 in Richtung Stammblatt 12.
In Y-Richtung erfolgt eine vertikale Linearbewegung 31 zur Höhenpositionierung.
In Z-Richtung erfolgt eine laterale Linearbewegung 32. Diese weist eine seitliche horizontale Linearbewegung 32 senkrecht zur horizontalen Bewegung 30 in X-Richtung auf.
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In einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführung nach 1 und 2 kann das Greifersystem 20 des Sägezahns 14 eine weitere Drehachse oder Schwenkachse in D-Richtung aufweisen. Mit einer solchen Schwenkachse kann ein Sägezahn an einen von der horizontalen Lage abweichenden Zahnsitz an das Stammblatt 12 passgenau herangeführt werden.
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Der Positionierungs- und Anlötvorgang umfasst eine Reihe von Mess- und Bewegungsschritten.
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Als Erstes erfolgt die Bestimmung der lateralen Position des Stammblatts 12 durch seitliche Vermessung der Lage Stammblatts 12 mit dem Sensor 35. Anschließend erfolgt die Bestimmung der lateralen Position des Sägezahns 14 durch seitliche Vermessung der Lage des Sägezahns 14 mit dem Sensor 35.
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In einer abgewandelten, nicht dargestellten Ausführung nach 1 und 2 kann die laterale Vermessung auch von zwei Sensoren erfolgen, die jeweils links und rechts von dem Stammblatt bzw. des Sägezahns angeordnet sind.
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Mit dem Sensor 36, der oberhalb des Greifersystems 20 angeordnet ist, wird mittels Abstandsmessung die horizontale und vertikale Lage des Sägezahns 14 erfasst.
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Danach wertet die Maschinensteuerung 3 die Lageinformation aus und bewegt den mit Flussmitteln) 25 und Lotmittel 23 versehenen Zahn 14 in die gewünschte Lötposition.
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Die Zahnzuführung zur Lötposition erfolgt in Einzelschritten und/oder überlagert mit den drei Linearachsen 30, 31, 32. Die Linearbewegungen umfassen eine
- – horizontale Zuführung 30 in näherungsweise axialer Richtung zum Stammblatt,
- – laterale Korrekturbewegung mit der Linearachse 32 gemäß der errechneten Solllage,
- – vertikale Bewegung mit der Linearachse 31.
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Die Zahnzuführung fährt den Sägezahn in den Zahnsitz mit einem definierten Abstand von 0,1 bis 0,3 mm ein.
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Anschließend erfolgt mit dem Induktor 28 die Erwärmung des Stammblatts 12 auf Schmelztemperatur des Lotmittels 22 und der Lötvorgang setzt ein. Während des Erweichens des Lotmittels 22 und Benetzen des Stammblatts 12 und des Sägezahns 14 mit Lotmittel 22 erfolgt eine abschließende Bewegung in die horizontale Richtung 30 und in die vertikale Richtung 31 zur Nachführung des Sägezahns 14 in den Zahnsitz des Stammblatts 12.
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Durch eine Bewegung von Sägezähnen 14 mit einem in drei Linearchsen 30, 31, 32 verfahrbaren Greifersystem 20 können unterschiedliche Zahngrößen und -geometrien 14 durch entsprechende Eingaben in die Maschinensteuerung 3 ausgeglichen werden. So können unterschiedliche Zahnbreiten durch eine laterale Ausgleichsbewegung 32 des Greifersystems so ausgeglichen werden, dass jeweils ein Zahn 14 nach dem andern exakt mittig und/oder in einer beliebigen anderen außermittigen Lötposition zum in lateraler Richtung feststehenden Stammblatt 12 positioniert und angelötet werden.
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Eine in den 1 und 2 dargestellte Lötmaschine 1 umfasst zusätzlich eine erfinderische Lösung zur Qualitätsdokumentation. Durch das Messsystem mit dem Sensor 35 wird die laterale Position eines Kreissägen-Stammblatts 12 längs des kompletten Umfangs erfasst und durch eine Auswertung durch die Maschinensteuerung 3 werden Abweichungen des Sägeblatt-Rundlaufes gegenüber dem Sollzustand ermittelt. Diese Vermessung des Stammblatts 12 wird vor dem Verlöten und/oder zwischen einzelnen Verlötungsschritten und/oder nach dem Verlöten vorgenommen. Die so gewonnenen Messergebnisse können zur Qualitäts-Dokumentation oder – beim Überschreiten von eingestellten Grenzwerten – zur Ausgabe einer Störungsmeldung benutzt werden.
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Die Lötmaschine 1 trägt in besonderer Weise dem Wunsch nach leichter und schneller Umrüstbarkeit sowie der Qualitäts-Dokumentation Rechnung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lötmaschine
- 2
- Lötvorrichtung
- 3
- Maschinensteuerung (Display)
- 5
- HF-Umrichtersteuerung (Display)
- 7
- Gelenkarm/Scara-Roboterarm
- 8
- Aufnahmedorn/Drehachse
- 10
- Sägezahnzuführung/Linearschiene
- 12
- Sägewerkzeug-Grundkörper (Kreissägeblatt, Stammblatt)
- 14
- Sägezahn
- 16
- Sortiertopf
- 18
- Kamerasystem zur Sägezahnsortierung
- 20
- Greifer/Greifersystem
- 22
- Lotband-Bevorratungs-Spule (Lotmittel)
- 23
- Lotband-Zuführung
- 25
- Flussmittel-Dosiereinheit (für Lothilfsmittel)
- 28
- Induktor (Induktionserwärmung)
- 30
- Horizontale Linearachse (X-Richtung)
- 31
- Vertikale Linearachse (Y-Richtung)
- 32
- Laterale Linearachse (Z-Richtung)
- 35
- Sensor zur lateralen Abstandsmessung
- 36
- Sensor zur horizontalen und vertikalen Abstandsmessung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3208068 C2 [0003]
- DE 3244627 A1 [0004]
