DE102018104475A1 - Method for welding components - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen mit folgenden Schritten:
a) Die zu verschweißenden Bauteile P1, P2 werden von Handhabungsrobotern 2, 3, 12, 13 gegriffen und relativ zu mindestens einem optischen Sensor 5, 6 positioniert;
b) Der optische Sensor erfasst die Geometrie der Bauteile und deren Lage;
c) Die erfasste Geometrie wird in einer Auswerteeinheit mit einem CAD-Modell der Bauteile P1, P2 verglichen, um aus etwaigen Abweichungen zu dem CAD-Modell einen Korrekturwert zur Lagekorrektur zu bestimmen;
d) Die Handhabungsroboter korrigieren in einem ersten Regelkreis die relative Lage in Abhängigkeit von dem Korrekturwert unter Wiederholung der Schritte b) bis d) bis die gewünschte relative Lage erreicht ist;
e) Die lagekorrigierten Bauteile P1, P2 werden von den Handhabungsrobotern in eine Schweißposition verlagert und in der Schweißposition mittels wenigstens eines Schweißroboters 4, 14 miteinander verschweißt.
f) Die verschweißten Bauteile (P1, P2) werden nach dem Verschweißen unter Verwendung wenigstens eines optischen Sensor erneut vermessen um ein etwaige Abweichungen eines Istwertes der Lage von einem Sollwert zu erfassen, um aus der Regeldifferenz zwischen Istwert und Sollwert einen Steuerwert zu bestimmen, der dem ersten Regelkreis zur Lagekorrektur nachfolgender zu verschweißender Bauteile zugeführt wird.
Method for welding components with the following steps:
a) The components to be welded P1, P2 are gripped by handling robots 2, 3, 12, 13 and positioned relative to at least one optical sensor 5, 6;
b) The optical sensor detects the geometry of the components and their position;
c) The detected geometry is compared in an evaluation unit with a CAD model of the components P1, P2 in order to determine a correction value for positional correction from any deviations from the CAD model;
d) The handling robots correct in a first control loop the relative position as a function of the correction value by repeating steps b) to d) until the desired relative position is reached;
e) The position-corrected components P1, P2 are displaced by the handling robots in a welding position and welded together in the welding position by means of at least one welding robot 4, 14.
f) The welded components (P1, P2) are measured again after welding using at least one optical sensor to detect any deviations of an actual value of the position of a target value to determine from the control difference between the actual value and target value, a control value the first control loop for position correction of subsequent components to be welded is supplied.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for welding components according to the features of patent claim 1.
Die
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatischen Verschweißen von Bauteilen innerhalb einer Roboterzelle aufzuzeigen, das schnell auf unterschiedliche Bauteile umgestellt werden kann und ohne Aufspannvorrichtung auskommt.Proceeding from this, the object of the invention is to provide a method for the automatic welding of components within a robot cell, which can be quickly converted to different components and does not require a jig.
Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims relate to advantageous developments of the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Verschweißen von Bauteilen sieht folgende Schritte vor:
- a) Die zu verschweißenden Bauteile werden von Handhabungsrobotern gegriffen und relativ zu mindestens einem optischen Sensor positioniert;
- b) Der optische Sensor erfasst die Geometrie der Bauteile und deren Lage;
- c) Die erfasste Geometrie wird in einer Auswerteeinheit mit einem CAD-Modell der Bauteile verglichen, um aus etwaigen Abweichungen zu dem CAD-Modell einen Korrekturwert zur Lagekorrektur zu bestimmen;
- d) Die Handhabungsroboter korrigieren in einem ersten Regelkreis die relative Lage in Abhängigkeit von dem Korrekturwert unter Wiederholung der Schritte b) bis d) bis die gewünschte relative Lage erreicht ist;
- e) Die lagekorrigierten Bauteile werden von den Handhabungsrobotern in eine Schweißposition verlagert und in der Schweißposition mittels wenigstens eines Schweißroboters miteinander verschweißt;
- f) Die verschweißten Bauteile werden nach dem Verschweißen unter Verwendung wenigstens eines optischen Sensor erneut vermessen um etwaige Abweichungen eines Istwertes von einem Sollwert zu erfassen, um aus der Regeldifferenz zwischen Istwert und Sollwert einen Steuerwert zu bestimmen, der dem ersten Regelkreis zur Lagekorrektur nachfolgender zu verschweißender Bauteile zugeführt wird.
- a) The components to be welded are gripped by handling robots and positioned relative to at least one optical sensor;
- b) The optical sensor detects the geometry of the components and their position;
- c) The detected geometry is compared in an evaluation unit with a CAD model of the components in order to determine a correction value for positional correction from any deviations from the CAD model;
- d) The handling robots correct in a first control loop the relative position as a function of the correction value by repeating steps b) to d) until the desired relative position is reached;
- e) The position-corrected components are displaced by the handling robots in a welding position and welded together in the welding position by means of at least one welding robot;
- f) The welded components are measured again after welding using at least one optical sensor to detect any deviations of an actual value of a target value to determine from the control difference between the actual value and setpoint a control value to be welded to the first control loop for position correction subsequently Components is supplied.
Der verwendete Sensor ist vorzugsweise ein Triangulationssensor. Die von dem Sensor erfasste Lage der Bauteile wird mit einem CAD-Modell oder mit Fertigungsdaten verglichen und wenn nötig wird die Lage der Bauteile nach dem Vergleich mit dem CAD-Modell oder mit den Fertigungsdaten korrigiert.The sensor used is preferably a triangulation sensor. The position of the components detected by the sensor is compared with a CAD model or with production data and, if necessary, the position of the components is corrected after comparison with the CAD model or with the production data.
Sobald die beiden Bauteile richtig zueinander ausgerichtet sind, also die gewünschte Schweißspaltbreite eingestellt ist, werden die Bauteile zu einem Schweißroboter verfahren, oder sie werden direkt vor dem Schweißroboter ausgerichtet. Anschließend werden die korrekt positionierten Bauteile miteinander verschweißt.As soon as the two components are aligned correctly with one another, ie the desired welding gap width is set, the components are moved to a welding robot or they are aligned directly in front of the welding robot. Subsequently, the correctly positioned components are welded together.
Zur Überprüfung des Ergebnisses werden die beiden miteinander verschweißten Bauteile erneut vermessen. Das Ergebnis dieser Messung wird in einen Steuerwert umgesetzt. Dieser Steuerwert wird dem ersten Regelkreis zur Positionierung weiterer miteinander zu verbindenden Bauteile zugeführt.To check the result, the two welded components are measured again. The result of this measurement is converted into a control value. This control value is supplied to the first control loop for positioning further components to be joined together.
Die Erfindung geht davon aus, dass eine größere Anzahl von Bauteilen in Serienfertigung verschweißt werden sollen. Die sich wiederholenden Fertigungsschritte ermöglichen es dem System, bei nachfolgenden, identischen Fertigungsschritten Regeldifferenzen im ersten Regelkreis zu berücksichtigen, um Lagekorrekturen an den noch nicht verschweißten Bauteilen zu optimieren. Das Verfahren stellt damit Fertigungsparameter für den Folgeauftrag bereit und stellt einen aktiven Regelkreis zur Qualitätsverbesserung dar.The invention assumes that a larger number of components are to be welded in series production. The repetitive manufacturing steps allow the system to take into account control differences in the first control loop during subsequent identical production steps in order to optimize positional corrections on the components which have not yet been welded. The method thus provides production parameters for the follow-up order and represents an active control loop for quality improvement.
Aus der optischen Vermessung während der Qualitätskontrolle lassen sich auch Rückschlüsse auf die Schweißparameter, wie Drahtvorschub, Schweißgeschwindigkeit, Schweißbahn und Stromstärke ziehen, insbesondere aber Rückschlüsse darauf, ob die Schweißspaltbreite richtig gewählt und eingestellt war.From the optical measurement during the quality control can also draw conclusions about the welding parameters such as wire feed, welding speed, welding path and current, but in particular draw conclusions on whether the welding gap width was selected and set correctly.
Die verschweißten Bauteile können mit dem optischen Sensor des ersten Regelkreises vermessen werden. In diesem Fall werden sie bevorzugt durch einen der beiden Handhabungsroboter nach dem Verschweißen wieder relativ zu dem wenigstens einen optischen Sensor positioniert. Es erfolgt eine Qualitätskontrolle z.B. hinsichtlich der Schweißnahtlage, der einzuhaltenden Toleranzen und bezüglich des Verzugs des Bauteils, selbstverständlich auch, um die Ausrichtung des Bauteils zu detektieren. Da die beiden Bauteile miteinander verbunden sind, genügt die Handhabung durch einen einzigen Handhabungsroboter.The welded components can be measured with the optical sensor of the first control loop. In this case, they are preferably positioned by one of the two handling robots after welding again relative to the at least one optical sensor. There is a quality control e.g. with regard to the weld seam position, the tolerances to be maintained and with regard to the distortion of the component, of course, in order to detect the alignment of the component. Since the two components are connected to each other, the handling is sufficient by a single handling robot.
Die verschweißten Bauteile können also in der Station, in der sie verschweißt worden sind, kontrolliert werden. Die Qualitätskontrolle kann auch außerhalb der Schweißkammer bzw. Schweißstation erfolgen. Die Qualitätskontrolle kann mit mehreren Sensoren erfolgen, um die Qualität der Schweißung zu optimierenThe welded components can therefore be checked in the station where they have been welded. The quality control can also be done outside the welding chamber or welding station. The quality control can be done with multiple sensors to optimize the quality of the weld
Wenn der erste Handhabungsroboter die miteinander verschweißten Bauteile zur Qualitätskontrolle übergibt, kann der zweite Handhabungsroboter ein weiteres Bauteil (
Der optische Sensor kann in einer ersten Ausführungsform ortsfest montiert sein. Alternativ kann der Sensor in ein oder mehrere Achsen bewegt werden. Der Sensor kann beispielsweise an einem Portal angeordnet sein und zum Vermessen in Horizontalrichtung verfahren werden. Denkbar ist auch, dass der Sensor ausschließlich in Z-Richtung verfahren wird, das heißt in Hochrichtung, um ihn nur zum Vermessen in eine geeignete Messposition zu bringen. Nach dem Messvorgang kann der Sensor in seine Ausgangsposition zurückgefahren werden. Dadurch befinden sich innerhalb des Bewegungsraumes eines Handhabungsroboters weniger Hindernisse, auf welche während der Handhabung des Bauteiles Rücksicht genommen werden müsste. Ein beweglicher optischer Sensor kann zum Erfassen der Lage der Bauteile relativ zu den Bauteilen bewegt werden. Alternativ können die Bauteile während des Erfassens der Lage der Bauteile relativ zu dem wenigstens einen Sensor bewegt werden. Das heißt, der Sensor kann am Bauteil vorbeigeführt werden, oder das Bauteil wird am Sensor vorbeigeführt. Grundsätzlich ist es auch möglich, beide Bewegungsarten, nämlich die des Sensors und die der Bauteile miteinander zu kombinieren.The optical sensor may be mounted stationary in a first embodiment. Alternatively, the sensor can be moved in one or more axes. The sensor can be arranged, for example, on a portal and moved to measure in the horizontal direction. It is also conceivable that the sensor is moved only in the Z-direction, that is in the vertical direction, to bring him only to measure in a suitable measuring position. After the measuring process, the sensor can be returned to its original position. As a result, there are fewer obstacles within the movement space of a handling robot, which should be considered during handling of the component. A movable optical sensor can be moved to detect the position of the components relative to the components. Alternatively, the components may be moved relative to the at least one sensor during detection of the location of the components. That is, the sensor can be guided past the component, or the component is guided past the sensor. In principle, it is also possible to combine both types of movement, namely those of the sensor and those of the components.
Die Sensoren zur Überprüfung der Lage der Bauteile und zur Qualitätskontrolle können räumlich vor oder neben dem Schweißroboter angebracht sein.The sensors for checking the position of the components and for quality control can be mounted spatially in front of or next to the welding robot.
Zur Überprüfung des Schweißspaltes kann der Schweißroboter ebenfalls einen optischen Sensor aufweisen, der den Schweißspalt kontrolliert, bevor die Teile miteinander verbunden werden. Hierbei handelt es sich um einen anderen optischen Sensor als bei dem feststehenden optischen Sensor. Sollte der Schweißspalt außerhalb der Toleranz liegen, passen die Handhabungsroboter die Ausrichtung der Teile an. Der Sensor am Schweißroboter fährt nach erfolgreicher Messung des Schweißspaltes in eine Ruheposition.To check the welding gap, the welding robot may also have an optical sensor that controls the welding gap before the parts are joined together. This is a different optical sensor than the fixed optical sensor. Should the welding gap be out of tolerance, the handling robots will adjust the orientation of the parts. The sensor on the welding robot moves to a rest position after successful measurement of the welding gap.
Die Stellsignale erzeugende Auswerteeinheit kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung auch mit dem Schweißroboter verbunden sein, um die Bahnsteuerung des Schweißroboters erforderlichenfalls zu korrigieren. Auch weitere Schweißparameter, wie beispielsweise die Zustellung des Schweißdrahtes können in Abhängigkeit von der konkret gemessenen Schweißspaltbreite und Lage des Schweißspaltes gesteuert werden. Die Anpassung des Schweißroboters bezüglich seiner Bahnsteuerung und weiterer Schweißparameter erfolgt adaptiv in Abhängigkeit von dem individuellen Messergebnis der jeweiligen Bauteile. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können insgesamt vier Handhabungsroboter und zwei Schweißroboter in eine Schweißzelle integriert sein und sich mindestens einen feststehenden optischen Sensor zur Überprüfung der Lage der Bauteile und zur Qualitätskontrolle teilen. Vorzugsweise sind die Schweißroboter gegenüberliegend angeordnet. Dadurch können gleichzeitig verschiedene Bauteile hergestellt werden und der Durchsatz der Anlage erhöht werden. Ein wesentlicher Vorteil des vorrichtungslosen Verschweißens von Bauteilen ist es, dass die Handhabungsroboter die zu verschweißenden Bauteile in der idealen Wannenlage positionieren können, das heißt, dass die beim Schweißen erzeugte Schmelze durch die Schwerkraft an den tiefsten Punkt zwischen den Bauteilen fließt. Dadurch können die Schweißqualität und die Festigkeit der Schweißnähte signifikant erhöht werden im Unterschied zu klassischen Spannvorrichtungen, bei denen die Teile starr fixiert sind. Die Handhabungsroboter bewegen die zu verschweißenden Bauteile frei im Raum.The control unit generating evaluation unit can be connected in an advantageous embodiment of the invention with the welding robot to correct the path control of the welding robot, if necessary. Other welding parameters, such as the delivery of the welding wire can be controlled depending on the actual measured welding gap width and position of the welding gap. The adaptation of the welding robot with respect to its path control and further welding parameters is adaptive as a function of the individual measurement result of the respective components. In an advantageous manner Further development of the invention, a total of four handling robots and two welding robots can be integrated into a welding cell and can share at least one fixed optical sensor for checking the position of the components and for quality control. Preferably, the welding robots are arranged opposite one another. As a result, different components can be produced simultaneously and the throughput of the system can be increased. An essential advantage of device-free welding of components is that the handling robots can position the components to be welded in the ideal well position, ie that the melt generated during welding flows by gravity to the lowest point between the components. As a result, the welding quality and the strength of the welds can be significantly increased, in contrast to traditional clamping devices, in which the parts are rigidly fixed. The handling robots move the components to be welded freely in the room.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Schweißzelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Schweißzelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und -
3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Schweißzelle zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 A plan view of a first embodiment of a welding cell for carrying out the method according to the invention; -
2 a plan view of a second embodiment of a welding cell for performing the method according to the invention and -
3 a plan view of another embodiment of a welding cell for carrying out the method according to the invention.
Der prinzipielle Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung zweier Bauteile, die als
Nun werden die beiden so positionierten Bauteile zu einem Schweißroboter überführt oder sie wurden bereits direkt vor ihm positioniert. Der Schweißroboter führt den Schweißvorgang durch. Schließlich erfolgt eine Qualitätsprüfung. Optional ist nach der korrekten Positionierung der Bauteile
Dieser prinzipielle Ablauf kann für weitere Bauteile
Auf dem zweiten Tisch
Die Schweißzelle
Die eingezeichneten Kreise verdeutlichen den Bewegungsraum der einzelnen Handhabungsroboter
Das erfindungsgemäße Verfahren ist hochflexibel. Das Ausführungsbeispiel der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 -1 -
- Schweißzellewelding cell
- 2 -2 -
- Handhabungsroboterhandling robots
- 3 -3 -
- Handhabungsroboterhandling robots
- 4 -4 -
- Schweißroboterwelding robots
- 5 -5 -
- Sensorsensor
- 6 -6 -
- Sensorsensor
- 7 -7 -
- Sensorsensor
- 8 -8th -
- Tischtable
- 9 -9 -
- Tischtable
- 10-10-
- Tischtable
- 11 -11 -
- Schweißzellewelding cell
- 12 -12 -
- Handhabungsroboterhandling robots
- 13 -13 -
- Handhabungsroboterhandling robots
- 14 -14 -
- Schweißroboterwelding robots
- 15 -15 -
- Handhabungsroboterhandling robots
- 16 -16 -
- Handhabungsroboterhandling robots
- 17 -17 -
- Portal portal
- P1 -P1 -
- Bauteilcomponent
- P2 -P2 -
- Bauteilcomponent
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102011006532 A1 [0004]DE 102011006532 A1 [0004]
- WO 2007/004983 A1 [0005]WO 2007/004983 A1 [0005]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BENTELER MECHANICAL ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, 33102 PADERBORN, DE Owner name: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, 33102 PADERBORN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: BOCKERMANN KSOLL GRIEPENSTROH OSTERHOFF, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BENTELER MECHANICAL ENGINEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, 33102 PADERBORN, DE; BENTELER MASCHINENBAU GMBH, 33602 BIELEFELD, DE Owner name: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: BENTELER AUTOMOBILTECHNIK GMBH, 33102 PADERBORN, DE; BENTELER MASCHINENBAU GMBH, 33602 BIELEFELD, DE |
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |