DE10211425C1 - Punktschweißvorrichtung insbesondere für den Karosseriebau - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Punktschweißvorrichtung, insbesondere für den Karosseriebau. Eine Schweißzangeneinheit (1, 15), die mit einem Industrieroboter mit einem Roboterarm mittels einer Bewegungssteuerung verfahrbar ist, weist ein feststehendes Zangenteil (3, 17) und ein zustellbar steuerbares Zangenteil (6, 18) auf. An den beiden Zangenteilen (3, 6, 17, 18) ist jeweils eine Elektrode (4, 7, 21, 23) angeordnet, die für einen Punktschweißvorgang an einem Schweißpunkt eines Bauteils zur Anlage und damit zur Durchführung einer elektrischen Punktschweißung bringbar sind. Erfindungsgemäß ist das feststehende Zangenteil (3, 17) am Roboterarmkopf (10, 19) über eine Lagerung (9, 16) etwa achsparallel zur Elektrodenrichtung verlagerbar gehalten. Zwischen dem feststehenden Zangenteil (3, 17) und dem Roboter ist unmittelbar oder mittelbar ein betätigbares Feststellelement (11, 20) angebracht, das in einer geöffneten Los-Stellung eine Relativverlagerung zwischen dem feststehenden Zangenteil (3, 17) und dem Roboter freigibt und in einer geschlossenen Fixier-Stellung die aktuelle Relativlage festlegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Punktschweißvorrichtung, insbesondere für den Ka­ rosseriebau, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine allgemein bekannte Punktschweißvorrichtung für den Karosseriebau weist einen Industrieroboter mit einem Roboterarm auf. Der Roboterarmkopf des Roboterarms ist mittels einer Bewegungssteuerung an unterschiedliche vorgegebene Raumpunkte verfahrbar. Eine an dem Roboterarmkopf ange­ ordnete Schweißzangeneinheit weist zwei relativ zueinander verlagerbare Zangenteile auf. Ein Zangenteil an der Schweißzangeneinheit ist feststehend angebracht und trägt eine Schweißelektrode als Festelektrode mit endseitiger Schweißkappe. Ein weiteres Zangenteil ist an der Schweißzangeneinheit zustellbar steuerbar angebracht und trägt eine Schweißelektrode als Zustell­ elektrode mit endseitiger Schweißkappe. Die Festelektrode und die Zustell­ elektrode sind länglich ausgebildet und mit einer etwa koaxialen Elektro­ denrichtung mit den jeweiligen Schweißkappen aufeinander zugerichtet.

Für einen Punktschweißvorgang fährt der Roboterarmkopf einen bestimmten vorgebbaren Raumpunkt an, wodurch die Festelektroden-Schweißkappe un­ mittelbar an einen Schweißpunkt eines Bauteils herangeführt wird. Dann wird die Zustellelektrode mit ihrer Zustellelektroden-Schweißkappe von der anderen Seite an den Schweißpunkt des Bauteils zugestellt, mit einer Zustellkraft zur Anlage gebracht und die elektrische Punktschweißung ausgeführt.

Die beiden Schweißkappen werden im Laufe des Betriebs durch Abbrand kür­ zer, wodurch der Abstand der Festelektroden-Schweißkappe zum Schweiß­ punkt des Bauteils größer wird. Übersteigt der Abstand zwischen der Fest­ elektroden-Schweißkappe und dem Schweißpunkt des Bauteils ein bestimmtes Maß, ruft dies beim Punktschweißvorgang einen Lichtbogen hervor, durch den die Qualität der Punktschweißung nachteilig verringert wird.

Beim Abbrennen der Schweißkappen während des Punktschweißvorgangs werden diese abgeplättet, was ebenfalls zu einer schlechten Schweißqualität führt. Um diesen Nachteil zu vermeiden werden die Schweißkappen nach einer bestimmten Anzahl an Schweißvorgängen nachgefräst, um die Form der Schweißkappe wieder herzustellen.

Sowohl durch das abbrandverkürzte Kürzerwerden der Schweißkappen als auch nach einem Kappenfräs-Vorgang oder bei einem Elektrodenaustausch ist eine Nachjustierung der beiden Zangenteile mit den daran befindlichen Schweißkappen notwendig, um für die folgenden Schweißvorgänge optimale Abstandsverhältnisse zum Schweißpunkt des Bauteils herzustellen.

Für die Nachjustierung der Schweißkappen, insbesondere der Festelektroden- Schweißkappe, sind verschiedene Lösungen bekannt. Zudem ist eine Schweißvorrichtung bekannt (DE 199 55 017 A1), bei der beide Elektroden mit den Schweißkappen bei jedem Schweißvorgang an das Blechteil herangefah­ ren und dort zur Anlage gebracht werden, wobei die Andrückkraft der beiden Elektroden gemessen und geregelt wird. Örtliche Nachjustierungen der Schweißkappen sind hier nicht erforderlich, da beide Schweißkappen kraftge­ steuert zur Anlage am Bauteil gebracht werden, jedoch ist die Vorrichtung und Steuerung dazu komplex und aufwendig.

Weiter ist eine gattungsgemäße Punktschweißvorrichtung bekannt, mit der eine Nachjustierung von abgenutzten Elektrodenkappen durchführbar ist (US 5 628 923 A). Dazu wird nach einer bestimmten Anzahl von Schweiß­ operationen die Schweißzange zu einem Referenz-Anlagenteil bewegt und festgestellt, ob in Folge von Schweißkappenabnutzung ein Spalt zwischen der Festelektroden-Schweißkappe und dem Referenz-Anlagenteil besteht. Ge­ gebenenfalls erfolgt dann eine Verstellung der Festelektrode durch einen Mo­ tor mittels einer Kugelumlaufspindel bis die Festelektrodenschweißkappe mit dem Referenz-Anlagenteil in Anlage kommt. Dies stellt eine relativ aufwendige Maßnahme dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Punktschweißvorrichtung so weiterzubilden, dass mit einfachen Mitteln eine Schweißkappen-Nachjustie­ rung möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist das feststehende Zangenteil mit der Festelektrode am Roboterarmkopf über eine Lagerung etwa achsparallel zur Elektrodenrichtung verlagerbar gehalten. Zwischen dem feststehenden Zangenteil und dem Ro­ boterarmkopf ist unmittelbar oder mittelbar ein betätigbares Feststellelement angebracht, das in einer Los-Stellung eine Relativbewegung zwischen dem feststehenden Zangenteil und dem Roboterarmkopf freigibt und in einer Fixier- Stellung die aktuelle Relativlage festlegt.

Im Punktschweißbetrieb ist das Feststellelement in die Fixier-Stellung betätigt und die Relativlage zwischen dem feststehenden Zangenteil und dem Robo­ terarmkopf ist festgehalten.

Für einen Schweißkappenausgleich als Nachjustierung, insbesondere nach einem Elektrodenwechsel oder nach einem Schweißkappenverschleiß, wird mittels des Roboterarmkopfs ein Referenz-Raumpunkt angefahren, dem ein Referenz-Schweißpunkt an einem Referenz-Anlagenteil örtlich zugeordnet ist.

Bei geöffnetem Feststellelement wird die Zustellelektrode mit ihrer Zustell­ elektroden-Schweißkappe am Referenz-Anlagenteil gesteuert zur Anlage gebracht und die anstehende Zustellkraft zieht die Festelektrode mit ihrer Festelektroden-Schweißkappe unter Veränderung der Relativlage zwischen dem feststehenden Zangenteil und dem Roboterarmkopf an das Referenz- Anlagenteil bis zur Anlage heran. Dadurch ist nach Schließen des Feststell­ elements in die Fixier-Stellung ein Schweißkappenausgleich mit passender Nachjustierung der Festelektroden-Schweißkappe bezüglich des Roboter­ armkopfes ausgeführt.

Vorteilhaft bei dieser Punktschweißvorrichtung ist, dass mit einfachen Mitteln zu jedem gewünschten Zeitpunkt eine schnelle und funktionssichere Nachjus­ tierung der Punktschweißvorrichtung möglich ist. Während der Nachjustierung der Punktschweißvorrichtung wird selbstverständlich keine elektrische Punkt­ schweißung aktiviert. Das Referenz-Anlagenteil ist im Arbeitsbereich des Industrieroboters angeordnet, so dass nach einer vorgebbaren Anzahl von Schweißpunkten und dem damit verbundenen Abbrennen der Schweißkappen sofort eine Nachjustierung der Punktschweißvorrichtung erfolgen kann. Die Anzahl an durchgeführten Schweißpunkten zwischen jeder Nachjustierung ist je nach zu schweißendem Bauteil individuell einstellbar.

In einer vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 2 erfolgt eine Betätigung des Feststellelements zwischen der Fixier-Stellung und der Los-Stellung koor­ diniert mit dem Anfahren des Referenz-Raumpunktes durch die Roboter­ steuerung. Dadurch ist sowohl der Punktschweißvorgang als auch der Vor­ gang der Nachjustierung vollautomatisiert. Grundsätzlich ist eine Betätigung des Feststellelements aber auch durch eine von der Robotersteuerung ge­ trennte Steuerung oder durch einfache manuelle Umschaltung möglich.

Da eine genaue Festlegung der Relativlage zwischen dem Roboterarmkopf und dem feststehenden Zangenteil, die sich im 1/10 mm-Bereich bewegt, er­ forderlich ist, ist gemäß Anspruch 3 das Feststellelement als genau einstell­ bare Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet. Die Zylinder-Kolben-Einheit umfasst ein geschlossenes, flüssigkeitsgefülltes Zylindervolumen mit einem darin ver­ schiebbar geführten Kolben, der das Zylindervolumen dicht in zwei Teilvolu­ men trennt, wobei eine Kolbenstange dicht aus dem Zylinder herausgeführt ist. Die beiden Teilvolumen sind durch eine Überströmleitung über ein steuerbares Ventil verbunden, so dass bei geöffnetem Ventil in der Los-Stellung der Kolben durch Überströmen von Flüssigkeit von einem Teilvolumen in das andere Teil­ volumen verschiebbar ist, und bei geschlossenem Ventil der Kolben mit ange­ schlossener Kolbenstange in der Fixier-Stellung in seiner Lage im Zylinder festgehalten ist. Der Zylinder ist mit dem Roboterarmkopf unmittelbar oder mittelbar und die Kolbenstange ist mit dem feststehenden Zangenteil unmittel­ bar oder mittelbar verbunden. Die Anordnung von Zylinder und Kolbenstange an den jeweils zugeordneten Bauteilen der Punktschweißvorrichtung ist in äquivalenter Weise auch umgekehrt möglich. Aufgrund der Dekompressibilität von Flüssigkeiten ist eine sehr exakte und im 1/10 mm-Bereich durchführbare Einstellmöglichkeit gegeben. Die Steuerung und die Ausführung des Feststell­ elements ist mit üblichen Bauteilen problemlos herstellbar. Grundsätzlich sind auch andere an sich bekannte Feststellelemente einsetzbar, wenn die gefor­ derten Parameter bezüglich der Einstellmöglichkeiten der Punktschweißvor­ richtung erfüllt sind. Z. B. kann als Feststellelement eine Federklammer mit Totpunkt und Reibschluss oder ähnliches eingesetzt werden.

Eine gängig verwendete Schweißzangeneinheit ist gemäß Anspruch 4 als C- Schweißzange ausgeführt. Dabei ist das steuerbare Zangenteil mit der Zustell­ elektrode mittelbar oder unmittelbar in einer Elektroden-Aufnahme aufgenom­ men und ist in der Art einer Linearbewegung auf den Schweißpunkt des Bau­ teils zustellbar. Der Roboterarmkopf greift mittelbar oder unmittelbar an der Elektroden-Aufnahme an dergestalt, dass bei geöffnetem Feststellelement eine Relativverschiebung zwischen dem Roboterarmkopf und der Elektroden-Auf­ nahme entlang einer Linearführung als Lagerung durchführbar ist. Das festste­ hende Zangenteil mit der Festelektrode ist an der Elektroden-Aufnahme orts­ fest angeordnet und bei geschlossenem Feststellelement in seiner Relativlage zum Roboterarmkopf gehalten. Bei geöffnetem Feststellelement ist das fest­ stehende Zangenteil mit der Elektroden-Aufnahme relativ zum Roboterarmkopf verschiebbar. Damit ist eine industriell einsetzbare Punktschweißvorrichtung geschaffen, mit der die erfindungsgemäße Nachjustierung möglich ist. Das Feststellelement ist so an der Schweißzangeneinheit anbringbar, dass keine Einschränkungen bezüglich der Roboterführung bzw. bezüglich üblicher Schweißvorgänge zu beachten sind.

In einer alternativen Ausführung ist die Schweißzangeneinheit gemäß An­ spruch 5 als X-Schweißzange ausgeführt. Das steuerbare Zangenteil mit der Zustellelektrode ist mittelbar oder unmittelbar in einem zentralen Drehlager gelagert und in der Art einer Drehbewegung auf den Schweißpunkt des Bau­ teils zustellbar. Der Roboterarmkopf greift mittelbar oder unmittelbar am zent­ ralen Drehlager an dergestalt, dass bei geöffnetem Feststellelement eine Re­ lativverdrehung zwischen dem Roboterarmkopf und der Feststellelektrode um das zentrale Drehlager als Lagerung durchführbar ist. Das feststehende Zan­ genteil mit der Festelektrode ist ebenfalls im zentralen Drehlager gelagert und bei geschlossenem Feststellelement in seiner Relativlage zum Roboterarmkopf gehalten. Bei geöffnetem Feststellelement ist das feststehende Zangenteil re­ lativ zum Roboterarmkopf im zentralen Drehlager drehbar.

Damit ist die zweite Ausführungsform der Punktschweißvorrichtung in Form der X-Schweißzange mit der Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Nachjustie­ rung der Schweißkappen geschaffen. Grundsätzlich ist bei jeder Art von Schweißzange, die ein feststehendes Zangenteil und ein zustellsteuerbares Zangenteil aufweist, die Möglichkeit einer erfindungsgemäßen Nachjustierung mittels einer Relativbewegung zwischen dem Roboterarmkopf und dem fest­ stehenden Zangenteil gegeben.

Gemäß Anspruch 6 ist das Referenz-Anlagenteil als Referenzplatte mit einem Referenzpunkt ausgeführt ist, an den das feststehende Zangenteil in der Los- Stellung des Feststellelements zur Anlage bringbar ist. Damit ist der relative Schweißkappenabstand nach der Nachjustierung genau auf das theoretische Maß eingestellt. Der Referenzpunkt kann z. B. im Kappenfräser mit integriert sein, so dass der Kappenfräsvorgang und die daran anschließend notwendige Nachjustierung der Punktschweißvorrichtung quasi in einem Arbeitsgang ohne Lageveränderung der Punktschweißvorrichtung durchführbar ist.

Da die zu verschweißenden Bauteile ggf. mit relativ großen Toleranzen be­ haftet sind, kann gemäß Anspruch 7 dem Feststellelement, vorzugsweise als Zylinder-Kolben-Einheit, ein Toleranzausgleichselement vor- oder nachge­ schaltet werden. Dabei ist ein zweiter Kolben in koaxialer Ausrichtung zum Kolben des Feststellelements in einem flüssigkeitsgefüllten zweiten Zylinder­ volumen verschiebbar geführt und eine zweite Kolbenstange, die mittelbar oder unmittelbar mit dem feststehenden Zangenteil verbunden ist, ist dicht aus einem zweiten Zylinder herausgeführt ist. Das Zylindervolumen ist durch eine zweite Überströmleitung über ein zweites steuerbares Ventil mit einer Kammer verbunden, die durch eine flexible Dichtwand von einer gasgefüllten Kammer getrennt ist, wobei der Druck in der gasgefüllten Kammer mittels einer Druck­ regeleinrichtung veränderbar ist. Damit ist nach dem Heranführen des festste­ henden Zangenteils mit der Festelektrode an den Schweißpunkt des Bauteils ein Toleranzausgleich bezogen auf den Abstand zwischen der Festelektrode und dem Bauteil durchführbar. Je nach zu schweißendem Bauteil kann mit der Druckregeleinrichtung ein vorgebbarer Druck eingestellt werden, der über die flexible Dichtwand auf die flüssigkeitsgefüllte Kammer übertragen ist und so­ mit, bei geöffnetem zweiten Ventil, durch die zweite Überströmleitung auf den zweiten Kolben wirkt. Trifft die Festelektrode beim Heranfahren an das Bauteil auf dasselbe, da dieses toleranzbedingt neben dem theoretisch angefahrenen Punkt liegt, wird dies durch eine Verschiebung des zweiten Kolbens ausgegli­ chen. Je nach eingestelltem Druck in der gasgefüllten Kammer ist die Nach­ giebigkeit des zweiten Kolbens und damit der Festelektrode variabel. Eine Kombination des Feststellelements mit dem Toleranzausgleichselement ge­ währleistet somit auch bei großen Toleranzen eine gute Qualität an Punkt­ schweißungen.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer C-Schweißzange,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der C-Schweißzange an einer Referenzplatte,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer X-Schweißzange, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Feststellelements in Kombination mit einem Toleranzausgleichselement.

In Fig. 1 ist schematisch eine C-Schweißzange 1 dargestellt. An einer Elektro­ den-Aufnahme 2 ist ein Zangenteil 3 feststehend angebracht, an dem eine Schweißelektrode als Festelektrode 4 mit endseitiger Schweißkappe 5 ange­ ordnet ist. Ein zweites Zangenteil 6 ist zustellsteuerbar an der Elektroden-Auf­ nahme 2 angeordnet, wobei am Zangenteil 6 eine Schweißelektrode als Zu­ stellelektrode 7 mit endseitiger Schweißkappe 8 angebracht ist. Die Festelek­ trode 4 und die Zustellelektrode 7 sind länglich ausgebildet und mit einer etwa koaxialen Elektrodenrichtung mit den jeweiligen Schweißkappen 5 und 8 auf­ einander zugerichtet. Die Elektroden-Aufnahme 2 ist mit einer Linearführung 9 mit dem Roboterarmkopf 10 verbunden. Der zum Roboterarmkopf 10 gehörige Roboterarm ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht mit dargestellt. Zwischen dem Roboterarmkopf 10 und der Elektroden-Aufnahme 2 ist ein Feststellele­ ment 11 angeordnet, das betätigbar von einer Fixier-Stellung in eine Los-Stel­ lung umschaltbar ist. Der konkrete Aufbau des Feststellelements 11 ist in Fig. 4 näher beschrieben. In der Los-Stellung des Feststellelements 11 ist die Elektroden-Aufnahme 2 und damit das Zangenteil 3 mit der Festelektrode 4 entlang der Linearführung 9 relativ zum Roboterarmkopf 10 verschiebbar.

Im Punktschweißbetrieb ist das Feststellelement 11 in der Fixier-Stellung ge­ schlossen und die C-Schweißzange 1 wird mittels dem Roboterarm an den Schweißpunkt eines Bauteiles herangeführt, so dass die Schweißkappe 5 der Festelektrode 4 am Schweißpunkt zur Anlage kommt. Mittels einer nicht dar­ gestellten Zustelleinrichtung wird die Zustellelektrode 7 linear in Richtung Schweißkappe 5 der Festelektrode 4 bewegt bis die Schweißkappe 8 an der der Schweißkappe 5 gegenüberliegenden Seite des Bauteiles zur Anlage kommt. In dieser Stellung kann die elektrische Punktschweißung ausgeführt werden. Nach mehrmaligem Punktschweißen ist ein Abbrand an den Schweiß­ kappen 5 und 8 zu beobachten, was zu einer Qualitätsminderung der Schwei­ ßung führt. Um wieder eine einwandfreie Schweißqualität herzustellen, müs­ sen die Schweißkappen 5 und 8 nachgefräst werden und die Position der Festelektrode 4 zum Roboterarmkopf 10 nachjustiert werden.

In Fig. 2 ist schematisch die C-Schweißzange 1 an einer Referenzplatte 12 zur Nachjustierung dargestellt. Dazu wird die C-Schweißzange 1 definiert an die Referenzplatte 12 herangeführt und das Feststellelement 11 in die Los-Stel­ lung geöffnet. Mit der Zustelleinrichtung wird die Zustellelektrode 7 gegen die Referenzplatte 12 gefahren, was mit dem Richtungspfeil 13 eingezeichnet ist. Aufgrund der an der Referenzplatte 12 anstehenden Zustellkraft der Zustellein­ richtung der Zustellelektrode 7 und der Los-Stellung des Feststellelements 11 wird die Elektroden-Aufnahme 2 und damit die Festelektrode 4 relativ gegen­ über dem Roboterarmkopf 10 linear entlang der Linearführung 9 verschoben bis die Schweißkappe 5 der Festelektrode 4 an der Referenzplatte 12 zur An­ lage kommt. Dies ist mit einem Richtungspfeil 14 eingezeichnet. Strichliert ist die ursprüngliche Relativlage der Elektroden-Aufnahme 2 und der Festelek­ trode 5 an dem entsprechenden Zangenteil 3 in Fig. 2 eingezeichnet. Nach Beendigung des Nachjustiervorganges wird das Feststellelement 11 in die Fixier-Stellung umgeschalten und damit die Relativlage der Elektroden-Auf­ nahme 2 zum Roboterarmkopf 10 festgehalten. Anschließend kann ein Punkt­ schweißvorgang in üblicher Weise durchgeführt werden.

In Fig. 3 ist schematisch eine X-Schweißzange 15 dargestellt. Bei der X- Schweißzange 15 sind an einem zentralen Drehlager 16 zwei Zangenteile 17 und 18 drehbar gelagert. Ein Roboterarmkopf 19, mit dem die X-Schweiß­ zange 15 mittels eines nicht dargestellten Roboters im Raum bewegt werden kann, ist ebenfalls am zentralen Drehlager 16 angeordnet. Zwischen dem Zan­ genteil 17 und dem Roboterarmkopf 19 ist ein Feststellelement 20 angeordnet. Der konkrete Aufbau des Feststellelements 20 ist in Fig. 4 näher beschrieben. In der Fixier-Stellung des Feststellelements 20 ist das Zangenteil 17 in seiner Lage fixiert und somit das feststehende Zangenteil 17, an dem eine Festelek­ trode 21 mit zugehöriger Schweißkappe 22 angeordnet ist. Das zweite Zan­ genteil 18 ist das zustellsteuerbare Zangenteil 18, an dem eine Zustellelek­ trode 23 mit zugehöriger Schweißkappe 24 angeordnet ist. Die beiden Schweißkappen 22 und 24 sind koaxial aufeinander zugerichtet.

Bei einem Punktschweißvorgang wird die X-Schweißzange 15 so an den Schweißpunkt des Bauteils herangeführt, dass die Schweißkappe 22 der Fest­ elektrode 21 in etwa zur Anlage am Bauteil gebracht ist. Mittels einer Zustell­ einrichtung 25 wird das zustellsteuerbare Zangenteil 18 in Richtung des Bau­ teils verschwenkt bis die Schweißkappe 24 der Zustellelektrode 23 auf der ge­ genüberliegenden Seite des Bauteils zur Anlage gebracht ist. Jetzt kann der elektrische Punktschweißvorgang erfolgen.

Zum Nachjustieren bei z. B. abgebrannten Schweißkappen 22 und 24 der X- Schweißzange 15 wird diese an eine Referenzplatte, die hier nicht mit darge­ stellt ist, mittels des Roboters gefahren und das Feststellelement 20 in seine Los-Stellung geschalten. Bei Betätigung der Zustelleinrichtung 25 gelangt die Zustellelektrode 22 bzw. deren Schweißkappe 24 zur Anlage an der Referenz­ platte und aufgrund der noch anstehenden Zustellkraft der Zustelleinrichtung 25 wird die Relativlage der Schweißkappe 22 der Festelektrode 21 zum Ro­ boterarmkopf 19 verändert, bis die Schweißkappe 22 ebenfalls zur Anlage an der Referenzplatte gelangt. Das Prinzip der Nachjustierung ist bei der X- Schweißzange 15 identisch mit dem Prinzip der Nachjustierung wie oben bei Fig. 2 für die C-Schweißzange 1 beschrieben.

Damit ist für die gängigen Schweißzangentypen wie die C-Schweißzange 1 und die X-Schweißzange 15 mit einfachen Mitteln eine funktionssichere und einfach handhabbare Vorrichtung zur Nachjustierung der Schweißzangen ge­ schaffen.

In Fig. 4 ist schematisch das Feststellelement 11, 20 dargestellt. In einer linken Umrandung 26 ist die Funktion des Feststellelements 11, 20 für eine Um­ schaltung zwischen der Fixier-Stellung und der Los-Stellung dargestellt. In einer rechten Umrandung 27 ist zusätzlich ein Toleranzausgleichselement 37 dargestellt, das aber für die Funktion der Nachjustierung keine Wirkung hat. Dies dient nur für einen zusätzlichen Toleranzausgleich während des Punkt­ schweißvorganges.

In der linken Umrandung 26 ist als Feststellelement 11, 20 eine Zylinder-Kol­ ben-Einheit ausgebildet mit einem geschlossenen, flüssigkeitsgefüllten Zylin­ dervolumen 28 und mit einem darin verschiebbar geführten Kolben 29, der das Zylindervolumen 28 dicht in zwei Teilvolumen 30 und 31 trennt und eine Kol­ benstange 32 dicht aus dem Zylindervolumen 28 herausgeführt ist. Die Teil­ volumen 30 und 31 sind durch eine Überströmleitung 33 über ein steuerbares Ventil 34 verbunden, so dass bei geöffnetem Ventil 34 in der Los-Stellung der Kolben 29 durch Überströmen von Flüssigkeit von einem Teilvolumen 30 in das andere Teilvolumen 31 verschiebbar ist und bei geschlossenem Ventil 34 in der Fixier-Stellung in seiner Lage im Zylinder 28 festgehalten ist. Die Ver­ schiebung bei geöffnetem Ventil 34 des Kolbens 29 ist in beide Richtungen möglich. Mittels einer Belüftung 36 ist das Verschieben des Kolbens 29 bei ge­ öffnetem Ventil 34 nicht eingeschränkt. Der Zylinder 35 ist mit dem Roboter­ armkopf 10, 19 unmittelbar oder mittelbar verbunden und die Kolbenstange 32 ist mit dem feststehenden Zangenteil 3, 17 unmittelbar oder mittelbar verbun­ den. Die Anbindung von Zylinder 35 und Kolbenstange 32 an das jeweils zu­ geordnete Bauteil ist grundsätzlich auch umgekehrt möglich. Ist das Ventil 34 über die Robotersteuerung, die auch die restlichen Bewegungen der Schweiß­ zangen 1, 15 steuert, gesteuert, so ist ein vollautomatischer Betrieb der Punkt­ schweißvorrichtung möglich.

Mit dem in der rechten Umrandung 27 dargestellten Toleranzausgleichsele­ ment 37 ist zusätzlich ein Toleranzausgleich bedingt durch die zu schweißen­ den Bauteile möglich. Das Toleranzausgleichselement 37 ist dem Feststell­ element 11, 20 vor- oder nachgeschalten. Somit ist ein Toleranzausgleich da­ hingehend möglich, dass das feststehende Zangenteil 3, 17 innerhalb der möglichen Toleranzen für den Punktschweißvorgang angepasst wird. Dazu kann in einer gasgefüllten Kammer 38 mittels einer Pumpe 39 ein Druck auf- oder abgebaut werden, so dass eine Membran 40 auf eine flüssigkeitsgefüllte Kammer 41 Druck ausübt. Bei geöffnetem zweiten Ventil 42 wird dieser unter­ schiedliche Druck auf ein zweites Zylindervolumen 43 übertragen indem dicht ein zweiter Kolben 44 angeordnet ist. Eine dicht aus dem zweiten Zylindervo­ lumen 43 herausgeführte zweite Kolbenstange 45 ist mit dem feststehenden Zangenteil 3, 17 verbunden, so dass dieses je nach eingestelltem Druck in der gasgefüllten Kammer 38 aus dem Zylindervolumen 43 toleranzausgegleicht wird. Nach beendetem Toleranzausgleich wird das Ventil 42 vor dem Punkt­ schweißvorgang geschlossen, so dass die Position des feststehenden Zan­ genteiles 3, 17 festgehalten ist. Mittels einer Belüftung 46 ist eine Verschie­ bung des Kolbens 44 bei geöffnetem Ventil 42 uneingeschränkt möglich.

Mit der Kombination des Feststellelements 11, 20 mit dem Toleranzaus­ gleichselement 37 ist die Punktschweißvorrichtung, die vorzugsweise als C- Schweißzange 1 oder als X-Schweißzange 15 ausgeführt ist, sowohl für einen Toleranzausgleich als auch für eine Nachjustierung mit einfachen Mitteln funk­ tionssicher aufgebaut. Sämtliche benötigten Steuerungen sind problemlos in die Robotersteuerung integrierbar, was für einen vollautomatisierten Betrieb der Punktschweißvorrichtung vorteilhaft ist.

Claims (7)

1. Punktschweißvorrichtung, insbesondere für den Karosseriebau,
mit einem Industrieroboter mit einem Roboterarm, dessen Roboterarm­ kopf mittels einer Bewegungssteuerung an unterschiedliche vorgegebene Raumpunkte verfahrbar ist,
mit einer Schweißzangeneinheit mit zwei relativ zueinander verlagerbaren Zangenteilen dergestalt, dass
ein Zangenteil an der Schweißzangeneinheit feststehend angebracht ist und eine Schweißelektrode als Festelektrode mit endseitiger Schweiß­ kappe trägt,
ein Zangenteil an der Schweißzangeneinheit zustellsteuerbar angebracht ist und eine Schweißelektrode als Zustellelektrode mit endseitiger Schweißkappe trägt, und
die Festelektrode und die Zustellelektrode länglich ausgebildet sind und mit einer etwa koaxialen Elektrodenrichtung mit den jeweiligen Schweiß­ kappen aufeinander zugerichtet sind und für einen Punktschweißvorgang der Roboterarmkopf einen bestimmten vorgebbaren Raumpunkt anfährt, wodurch die Festelektroden-Schweißkappe unmittelbar an einen Schweißpunkt eines Bauteils herangeführt wird und dann die Zustellelek­ trode mit ihrer Zustellelektroden-Schweißkappe von der anderen Seite an den Schweißpunkt des Bauteils zugestellt, mit einer Zustellkraft zur An­ lage gebracht und die elektrische Punktschweißung ausgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das feststehende Zangenteil (3, 17) mit der Festelektrode (4, 21) am Roboterarmkopf (10, 19) über eine Lagerung (9, 16) etwa achsparallel zur Elektrodenrichtung verlagerbar gehalten ist,
dass zwischen dem feststehenden Zangenteil (3, 17) und dem Roboter­ armkopf (10, 19) unmittelbar oder mittelbar ein betätigbares Feststellele­ ment (11, 20) angebracht ist, das in einer Los-Stellung eine Relativverla­ gerung zwischen dem feststehenden Zangenteil (3, 17) und dem Robo­ terarmkopf (10, 19) freigibt und in einer Fixier-Stellung die aktuelle Rela­ tivlage festlegt, wobei im Punktschweißbetrieb das Feststellelement (11, 20) in die Fixier-Stellung betätigt ist und die Relativlage festgehalten ist und für einen Schweißkappen-Ausgleich als Nachjustierung, insbeson­ dere nach einem Elektrodenwechsel oder nach einem Schweißkappen­ verschleiß, mittels des Roboterarmkopfes (10, 19) ein Referenz-Raum­ punkt angefahren wird, dem ein Referenz-Schweißpunkt an einem Re­ ferenz-Anlagenteil (12) örtlich zugeordnet ist, wonach bei geöffnetem Feststellelement (11, 20) die Zustellelektrode (7, 23) mit ihrer Zustell­ elektroden-Schweißkappe (8, 24) am Referenz-Anlagenteil (12) gesteuert zur Anlage gebracht wird und die anstehende Zustellkraft die Festelek­ trode (4, 21) mit ihrer Festelektroden-Schweißkappe (5, 22) unter Verän­ derung der Relativlage zwischen dem feststehenden Zangenteil (3, 17) und denn Roboterarmkopf (10, 19) an das Referenz-Anlagenteil (12) bis zur Anlage heranzieht, wodurch nach Schließen des Feststellelements (11, 20) in die Fixier-Stellung ein Schweißkappenausgleich mit passender Nachjustierung der Festelektroden-Schweißkappe (5, 22) bezüglich des Roboterarmkopfes (10, 19) ausgeführt ist.

2. Punktschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung des Feststellelements (11, 20) zwischen der Fixier- Stellung und der Los-Stellung koordiniert mit dem Anfahren des Referenz- Raumpunktes durch die Robotersteuerung erfolgt.

3. Punktschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net,
dass das Feststellelement (11, 20) als Zylinder-Kolben-Einheit ausgebil­ det ist mit einem geschlossenen, flüssigkeitsgefüllten Zylindervolumen (28) und mit einem darin verschiebbar geführten Kolben (29), der das Zy­ lindervolumen (28) dicht in zwei Teilvolumen (30, 31) trennt und eine Kol­ benstange (32) dicht aus dem Zylinder (35) herausgeführt ist,
dass die Teilvolumen (30, 31) durch eine Überströmleitung (33) über ein steuerbares Ventil (34) verbunden sind, so dass bei geöffnetem Ventil (34) in der Los-Stellung der Kolben (29) durch Überströmen von Flüssig­ keit von einem Teilvolumen (30) in das andere Teilvolumen (31) ver­ schiebbar ist und bei geschlossenem Ventil (34) in der Fixier-Stellung in seiner Lage im Zylinder (35) festgehalten ist, und
dass der Zylinder (35) mit dem Roboterarmkopf (10, 19) unmittelbar oder mittelbar und die Kolbenstange (32) mit dem feststehenden Zangenteil (3, 17) unmittelbar oder mittelbar verbunden sind oder umgekehrt.

4. Punktschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet,
dass die Schweißzangeneinheit als C-Schweißzange (1) ausgeführt ist dergestalt, dass das steuerbare Zangenteil (6) mit der Zustellelektrode (7) mittelbar oder unmittelbar in einer Elektroden-Aufnahme (2) aufgenom­ men ist und in der Art einer Linearbewegung auf den Schweißpunkt des Bauteils zustellbar ist,
dass der Roboterarmkopf (10) mittelbar oder unmittelbar an der Elektro­ den-Aufnahme (2) angreift dergestalt, dass bei geöffnetem Feststellele­ ment (11) eine Relativverschiebung zwischen dem Roboterarmkopf (10) und der Elektroden-Aufnahme (2) entlang einer Linearführung (9) als La­ gerung durchführbar ist, und
dass das feststehende Zangenteil (3) mit der Festelektrode (4) an der Elektroden-Aufnahme (2) ortsfest angeordnet ist und bei geschlossenem Feststellelement (11) in seiner Relativlage zum Roboterarmkopf (10) gehalten ist und bei geöffnetem Feststellelement (11) relativ zum Robo­ terarmkopf (10) mit der Elektroden-Aufnahme (2) verschiebbar ist.

5. Punktschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet,
dass die Schweißzangeneinheit als X-Schweißzange (15) ausgeführt ist dergestalt, dass das steuerbare Zangenteil (18) mit der Zustellelektrode (23) mittelbar oder unmittelbar in einem zentralen Drehlager (16) gelagert ist und in der Art einer Drehbewegung auf den Schweißpunkt des Bauteils zustellbar ist,
dass der Roboterarmkopf (19) mittelbar oder unmittelbar am zentralen Drehlager (16) angreift dergestalt, dass bei geöffnetem Feststellelement (20) eine Relativverdrehung zwischen dem Roboterarmkopf (19) und der Festelektrode (21) um das zentrale Drehlager (16) als Lagerung durch­ führbar ist, und
dass das feststehende Zangenteil (17) mit der Festelektrode (21) im zent­ ralen Drehlager (16) gelagert ist und bei geschlossenem Feststellelement (20) in seiner Relativlage zum Roboterarmkopf (19) gehalten ist und bei geöffnetem Feststellelement (20) im zentralen Drehlager (16) relativ zum Roboterarmkopf (19) drehbar ist.

6. Punktschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Referenz-Anlagenteil als Referenzplatte (12) mit einem Referenzpunkt ausgeführt ist, an den das feststehende Zangenteil (3, 17) in der Los-Stellung des Feststellelements (11, 20) zur Anlage bringbar ist.

7. Punktschweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Feststellelement (11, 20), vorzugsweise als Zylinder-Kolben-Einheit, ein Toleranzausgleichselement (37) vor- oder nachgeschaltet ist dergestalt, dass ein zweiter Kolben (44) in koaxialer Ausrichtung zum Kolben (32) des Feststellelements (11, 20) in einem flüssigkeitsgefüllten zweiten Zylindervolumen (43) verschiebbar geführt ist und eine zweite Kolbenstange (45), die mittelbar oder unmittelbar mit dem feststehenden Zangenteil (3, 17) verbunden ist, dicht aus einem zweiten Zylinder herausgeführt ist und dass das Zylindervolumen (43) durch eine zweite Überströmleitung über ein zweites steuerbares Ventil (42) mit einer Kammer (41) verbunden ist, die durch eine flexible Dichtwand (40) von einer gasgefüllten Kammer (38) getrennt ist, wobei der Druck in der gas­ gefüllten Kammer (38) mittels einer Druckregeleinrichtung (39) veränder­ bar ist, so dass nach dem Heranführen des feststehenden Zangenteils (3, 17) mit der Festelektrode (4, 21) an den Schweißpunkt des Bauteils ein Toleranzausgleich bezogen auf den Abstand zwischen der Festelektrode (4, 21) und dem Bauteil durchführbar ist.