-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Fixierung einer Schweißzange, die z.B. zum roboterbetriebenen
Schweißen
von Automobilkarosserien benutzt werden kann.
-
Ferner betrifft die Erfindung eine
Vorrichtung zur Verwendung einer Schweißzange für einen Schweißroboter.
-
Beim Betrieb von Schweißzangen
kommt es sehr leicht zu unerwünschten
Relativbewegungen. Bei Schweißzangen
an Robotern sind dies unerwünschte
Relativbewegungen zwischen der Schweißzange und dem Roboterarm.
-
Um diese unerwünschten Relativbewegungen bei
der Positionierung von Schweißzangen
zu verhindern, ist es üblich
kurz vor Erreichen der Schweißposition
eine freie Beweglichkeit der Schweißzangenschenkel zuzulassen,
um etwaige unerwünschte
Relativbewegungen auszugleichen. Nach dem Ausgleich der ungewünschten
Relativbewegung und der Einnahme der gewünschten Schweißposition
wird die starre Kopplung zwischen Schweißzange und Roboterarm wieder
hergestellt.
-
Es ist Stand der Technik diese Fixierung
zwischen Schweißzange
und Roboterarm durch zusätzliche
pneumatische, hydraulische oder elektromotorische Antriebe zu erreichen.
Diese zusätzlichen
Antriebe benötigen
aber zusätzliche
Versorgungsmedien, wie Druckluft, Druckwasser oder elektrischen Strom.
Außerdem
benötigen
solche zusätzlichen
Antriebe zusätzliche
Steuereinheiten.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fixierung einer Schweißzange,
insbesondere zur Verwendung an einem Schweißroboter zur Verfügung zu stellen, das
für den
Ausgleich unerwünschter
Relativbewegungen keine zusätzlichen
Antriebe benötigt.
-
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe
für ein
Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei der Positionierung
von Schweißzangen (Einnahme
eines Arbeitspunktes) treten sehr leicht Ungenauigkeiten, insbesondere
durch unerwünschte Relativbewegungen
zwischen der Schweißzange und
der Vorrichtung auf, an der die Schweißzange befestigt ist. Insbesondere
handelt es sich bei diesen Relativbewegungen um Bewegungen zwischen
der Schweißzange
und einem Roboterarm. Beim Annähern
der Schweißzange
z.B. an ein zu schweißendes Blech
muss üblicherweise
durch einen Ausgleichsantrieb die starre Fixierung der Schweißzange mit
dem Roboterarm gelöst
werden, damit von der Schweißzange
die Schweißposition
eingenommen werden kann. Hat die Schweißzange die Schweißposition eingenommen,
muss wiederum üblicherweise
durch den Ausgleichsantrieb die starre Fixierung zwischen Zange
und Roboterarm wiederhergestellt werden.
-
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung
liegt insbesondere darin, dass auf den zusätzlichen Ausgleichsantrieb
verzichtet werden kann. Darüber
hinaus werden keine zusätzlichen
Versorgungsmedien (Druckluft, Druckwasser, elektrischer Strom) bzw.
zusätzliche
Steuerungseinheiten benötigt.
Der zusätzliche
Ausgleichsantrieb wird durch einfache mechanische Hilfsmittel ersetzt.
-
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt darin, dass sich beim Öffnen der Schweißzangenschenkel
die Fixierung löst
und die Kopplung wieder in der Führungsschiene
bewegbar wird. Dadurch wird mit einfachen mechanischen Hilfsmittel
die freie Beweglichkeit der Schweißzange bzw. der Schweißzangenschenkel
wiederhergestellt, so dass die Schweißzange wieder eine neue Schweißposition
einnehmen kann. Durch die Führungsschiene
wird die Beweglichkeit der Schweißzange kontrolliert.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt darin, dass die Kopplung sich auf der Führungsschiene
innerhalb von Begrenzungen bewegt. Dadurch werden unerwünscht große Bewegungen
und Ausschläge
der Zange vermieden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt darin, dass die Schweißzangenschenkel symmetrisch
betätigt
werden. Dadurch ist es leichter die Elektroden am Arbeitspunkt zu
positionieren. Außerdem
können
höhere
Kräfte
beim Zusammenpressen erzeugt werden. Weiterhin bewirken symmetrische
Bewegungen günstige
Eigenschaften auf den zu verrichtenden Schweißvorgang.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt in einer Vorrichtung zu Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Durch eine geeignete Schweißvorrichtung
kann die erfindungsgemäße Schweißzange sehr
leicht im industriellen Umfeld eingesetzt werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt darin, dass die Schweißzangenschenkel folgende Merkmale
aufweisen:
– jeweils
eine Elektrode,
– jeweils
ein erstes Schenkelelement, ein zweites Schenkelelement und einen
Anlenkhebel, sowie
– jeweils
ein Verbindungselement zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkelelement,
wobei die Verbindungselemente an einem gemeinsamen ortsfesten Bezugspunkt
drehbar angeordnet sind und wobei die Anlenkhebel derart miteinander
durch eine mechanische Kopplung gekoppelt sind, dass jeder Schweißzangenschenkel über die
Kopplung eine Bewegung ausführt.
-
Durch die Verwendung einer Kombination von
Hebel und Kopplung (Getriebe) wird eine direkte Steuerung von Kraft
und Geschwindigkeitsverlauf der Schweißzangenschenkel ermöglicht.
Dadurch können
anwendungsfallspezifisch angepasste Prozesskräfte erzeugt werden (z.B. hohe
Geschwindigkeit beim Schlie ßen,
aber hohe Kräfte
beim Zusammenpressen). Die Länge
der Verbindungselemente kann statisch oder dynamisch (im Betrieb)
verändert werden.
Dadurch kann sehr leicht die Öffnung
der Schweißzange
am Arbeitspunkt variiert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft die
Elektroden so auszugestalten, dass sie nachführbar sind. Aufwendige Umrüstarbeiten
werden dadurch vermieden. Es ist auch vorstellbar, dass Sensoren
zur Kraftmessung (z.B. Dehnungsmessstreifen) oder Mittel zur Schweißkraftbegrenzung
(z.B. elastische Federelemente) an den Schweißzangenschenkeln angebracht
sind. Insbesondere bei der Verwendung von Exzentergetrieben sind
Mittel zur Schweißkraftbegrenzung
sehr vorteilhaft. Denn im gestreckten Zustand des Exzenters kommt
es zu einem „Unendlichkeitspunkt
im Kraftverlauf".
In dieser Stellung können
sehr leicht die Schweißzange
selbst bzw. das zu schweißende
Material beschädigt
oder sogar zerstört
werden. Durch die Verwendung von Mitteln zur Schweißkraftbegrenzung
wird sichergestellt, dass der Kraftverlauf in dieser „Unendlichkeitsstelle" abgepuffert wird.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt darin, dass die Kopplung (8) als Exzentergetriebe
oder als Umlaufgetriebe oder als Hebelgetriebe ausgebildet ist.
Durch die flexible Wahl eines geeigneten Getriebes lassen sich jeweils
bedarfsgerechte Kraft/Weg-Verläufe
erreichen. Es ist auch möglich
zwei oder mehrere Getriebe (auch unterschiedliche Typen) zu koppeln.
Dadurch können jeweils
angepasste Kraftverläufe
erreicht werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt darin, dass mindestens ein Anlenkhebel durch
ein weiteres Verbindungselement mit der Kopplung verbunden ist.
Dadurch ist der Kraftfluss in der Schweißzange feiner justierbar.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung liegt in der Verwendung der Vorrichtung für einen
Schweißroboter.
Diese Ausgestaltung ist für unterschiedliche
Robotertypen ge eignet, insbesondere für punktgesteuerte oder bahngesteuerte
(z.B. beim Schmelzschweißen)
Roboter.
-
Weitere Vorteile und Details der
Erfindung ergeben sich anhand der nun folgenden Beschreibung vorteilhafter
Ausführungsbeispiele
und in Verbindung mit den Figuren. Soweit in unterschiedlichen Figuren
Elemente mit gleichen Funktionalitäten beschrieben sind, sind
diese mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Es zeigen:
-
1 eine
Schweißzange
mit einer Halterung,
-
2 eine
schematische Darstellung einer Schweißzange mit Antriebs- und Kopplungselementen,
-
3 eine
Darstellung einer weiteren Schweißzange,
-
4 eine
Darstellung einer Schweißzange mit
Kurvenscheibe und
-
5 eine
schematische Darstellung eines Antriebs, eines Getriebes mit Kurvenscheibe,
sowie eine Führungsschiene
zum Betrieb einer Schweißzange
für das
erfindungsgemäße Verfahren.
-
Die Darstellung nach 1 zeigt eine Schweißzange mit einer Halterung 10.
Die Schweißzange
enthält
Elektroden 1, die Schweißvorgang am Arbeitspunkt 7 zusammengebracht
werden. Es ist möglich,
die Elektroden und die entsprechende Halterung dazu so auszubilden,
dass die Elektroden nachführbar
sind, dadurch können
aufwändige
Umrüstzeiten
vermieden werden. Weiterhin enthält
die Schweißzange
erste Schenkelelemente 2 und zweite Schenkelelemente 3,
die durch Verbindungselemente 5 jeweils voneinander getrennt
sind. Die Verbindungselemente 5 sind im Bezugspunkt 6 durch
ein Scharnier miteinander verbun den und drehbar angeordnet. In der
Darstellung gemäß 1 ist die Halterung 10 über einen
Steg mit der Schweißzange
verbunden. Auf Höhe
des Bezugspunktes 6 ist dieser Steg am unteren Verbindungselement 5 angebracht. Mit
Hilfe der Halterung 10 kann die Schweißzange an entsprechenden Vorrichtungen
oder an Robotern angebracht werden. Vorteilhafterweise ist die Halterung 10 so
ausgestaltet, dass sie auch entsprechende Antriebe und Verkabelungen
für die
Schweißzange
mit aufnehmen kann.
-
Jeweils an den zweiten Schenkelelementen 3 sind
Anlenkhebel 4 angebracht. Die Anlenkhebel jeweils an ihrem
Ende durch eine mechanische Kopplung so miteinander gekoppelt werden,
dass jeder Schweißzangenschenkel
eine Bewegung ausführt.
Bei entsprechender Ausgestaltung der Koppelung können symmetrische Bewegungen
der Schweißzangenschenkel
erreicht werden. Symmetrische Bewegungen geben günstige Eigenschaften auf den
zu verrichtenden Schweißvorgang.
Die Koppelung kann sehr geschickt als ein Getriebe ausgebildet werden.
Als Antrieb dieses Getriebes eignet sich z.B. ein Elektromotor.
Mögliche
Getriebetypen können
Umlaufgetriebe (Stirnrad, Kegelrad, Gewindetrieb oder Schneckengetriebe)
sein oder auch Hebelgetriebe. Auch ist eine Kombination aus beiden
Typen denkbar.
-
Der Arbeitspunkt 7 kann
durch Variation der Schenkelelemente (erstes und zweites), der Verbindungselemente
oder der Anlenkhebel sehr leicht geändert werden. Dadurch kann
die Positionierung des Arbeitspunktes z.B. in einer Schweißstraße den jeweiligen
Bedürfnissen
sehr einfach angepasst werden. Diese Verstellungen können mechanisch
durch Justage, aber ebenso auch elektromotorisch, d.h. dynamisch,
im Betrieb erfolgen. Durch die Verwendung einer kombinierten Getriebe-/Hebellösung ergeben sich
folgende Vorteile: direkte Steuerungsmöglichkeit von Kraft und Geschwindigkeitsverlauf
der Schweißzangenschenkel
und eine jeweils dem Anwendungsfall angepasste Erzeugung der Prozesskräfte, z.B. hohe
Geschwindigkeit beim Schließen,
aber hohe Kräfte
beim Zusammenpressen. Außerdem
ermöglicht die
Verwendung elektrischer Antriebe eine dezentrale Steuerung der Schweißzange.
Durch die Kombination aus elektrischem Servoantrieb mit Getriebe
(Hebel- oder Exzentergetriebe) wird ein bedarfsgerechter Kraft-/Weg-Verlauf
erreicht. Die dargestellte Schweißzange kann besonders zum Schweißen von
Automobilkarosserien eingesetzt werden.
-
Die Darstellung gemäß 2 zeigt eine schematische
Darstellung der Schweißzange
mit Antriebs- und Kopplungselementen. Es sind die Elektroden 1 dargestellt,
die im Arbeitspunkt 7 für
den Schweißvorgang
zusammengebracht werden müssen.
Die Elektroden 1 sind jeweils am ersten Schenkelelement 2 befestigt.
An ein erstes Schenkelelement 2 schließt sich jeweils ein zweites
Schenkelelement 3 an. An der Nahtstelle zwischen dem ersten Schenkelelement 2 und
dem zweiten Schenkelelement 3 befindet sich jeweils ein
Verbindungselement 5. Die Verbindungselemente 5 sind
im Bezugspunkt 6 drehbar miteinander verbunden. An den
zweiten Schenkelelementen 3 sind jeweils Anlenkhebel 4 angebracht,
die über
eine Kopplung miteinander verbunden sind. So eine Kopplung kann
z.B. ein Exzentergetriebe sein. In der Darstellung gemäß 2 ist dargestellt, dass
ein Elektromotor 9 die Kopplung, d.h. das Getriebe, antreibt.
-
Die Darstellung gemäß 3 zeigt eine Schweißzange mit
einem mechanisch verformbaren Element 11, sowie einem Sensor
12 im Kraftfluss. In 3 ist
das mechanisch verformbare Element als Federelement 11 ausgebildet
und an einem weiteren Verbindungselement 13 angebracht,
das den Anlenkhebel 4 mit der Kopplung 8 verbindet.
Mechanisch verformbare Elemente können aber auch an anderen bzw.
an weiteren Elementen einer Schweißzange angebracht sein, z.B.
an den Schenkelelementen 2 und 3, an den Anlenkhebeln 4,
an den Verbindungselementen 5 oder auch an den Elektroden 1.
-
In 3 ist
der Anlenkhebel 4 über
ein weiteres Verbindungselement 13 mit der Kopplung 8 verbunden.
Es ist aber auch möglich,
dass der Anlenkhebel 4 direkt mit der Kopplung 8 verbunden
ist. In 3 ist die Kopplung 8 als
Exzentergetriebe ausgebildet. Bei Exzentergetrieben treten in der
Nähe der „Null Grad
Stellung" des Exzenters
theoretisch unendlich große
Kräfte
auf die Zangenschenkel auf. Diese können zu Beschädigungen
oder Zerstörungen
des zu schweißenden
Materials oder der Schweißzange
selbst führen.
Da die Bewegung der Schweißelektroden 1 in
der Nähe
der „Null
Grad Stellung" ohnehin
recht gering ist, wird ein Federelement nur sehr kleine Wege machen.
Dies bedeutet wiederum, dass die Schweißkraft sich durch die Kontraktion des
Federelements nur sehr wenig ändert,
was hier gewünscht
ist. Durch das Federelement wird nämlich sichergestellt, dass
sich die Schweißkraft
immer in einem gewünschten
Bereich bewegt und so die Unendlichkeitsstelle im Kraftverlauf abgepuffert
wird.
-
In der „Null Grad Stellung" eines Exzentergetriebes
treten Übersetzungsverhältnisse
für die
Kraft und den Weg auf, die es unmöglich machen, eine lineare
Zuordnung zwischen Schweißkraft
und Motorstrom zu treffen. Die Schweißkraft kann somit nicht direkt über den
Motorstrom geregelt werden. Dieses Problem wird dadurch gelöst, indem
im Kraftfluss ein Sensor 12 (z.B. ein Dehnungsmesssteifen)
oder ein anderer Kraftmesser angebracht wird, mit dem die aufgebrachte
Schweißkraft
gemessen wird. Dies ermöglicht
die direkte Regelbarkeit über
den Verdrehwinkel des Motors oder indirekt über den Motorstrom.
-
Diese Art der Schweißkraftreduzierung
oder Schweißkraftregelung
ist nicht auf Exzentergetriebe beschränkt. Sie kann auch für Umlauf
oder Hebelgetriebe eingesetzt werden.
-
Die Sensoren 12 können auch
an anderen bzw. an weiteren Elementen einer Schweißzange angebracht
sein, z.B. an den Schenkelelementen 2 und 3, an
den Anlenkhebeln 4, an den Verbindungselementen 5 oder
auch an den Elektroden 1.
-
Durch die beschriebene Schweißkraftregelung
wird die Schweißqualität erhöht.
-
Die Darstellung gemäß 4 zeigt die Darstellung
einer Schweißzange
mit Kurvenscheibe. Die Kurvenscheibe 15 ist am Getriebe 8 (Kopplung),
das die Schweißzangenschenkel
(1, 2, 3, 4, 5) in
Bewegung versetzt angebracht. In 4 wird
als Antrieb ein Exzentergetriebe verwendet. Es ist aber auch möglich andere
Arten von Getrieben (z.B. Umlauf- oder Hebelgetriebe) oder Kopplungen
von Getrieben zu verwenden.
-
Kurvenscheiben sind für der Steuerung
von Bewegungsabläufen
bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen bekannt.
-
Die Darstellung gemäß 5 zeigt eine schematische
Darstellung von Antrieb 9 und Getriebe 8 einer
Schweißzange
für die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Antrieb 9 (z.B. ein Servo-Hauptantrieb) betreibt eine
Kopplung 8 (in 5 dargestellt
durch ein Exzentergetriebe). Des weiteren zeigt 5 eine Führungsschiene 17,
in der das Getriebe 8 verschiebbar gelagert ist. Es ist
auch möglich,
dass in der Führungsschiene
das Getriebe 8 zusammen mit dem Antrieb 9 gemeinsam verschiebbar
gelagert sind. Die Führungsschiene
kann auch eine Krümmung
aufweisen.
-
Bei der Positionierung (Anfahren
des Arbeitspunktes) von Roboterschweißzangen wird beim Annähern der
Zange z.B. an ein zu schweißendes Blech
die starre Kopplung zwischen Zange und Roboterarm gelöst, damit
eine freie Beweglichkeit der Schweißzangenschenkel besteht. Nach
Einnahme der Schweißposition
muss die Fixierung wieder hergestellt werden. Der Vorteil der vorliegenden
Erfindung liegt darin, dass für
diese Fixierung kein zusätzlicher
Antrieb (üblicherweise
werden hierfür
pneumatische, Hydraulische oder elektromotorische Antriebe verwendet)
nötig ist.
Bei der Erfindung wird die Fixierung folgendermaßen hergestellt: Die Kurvenscheibe 15,
die am Getriebe 8 befestigt ist, wird beim Erreichen eines
vorbe stimmten Drehwinkels gegen einen Hebel 14 gedrückt und
dieser drückt
wiederum gegen einen Gegenanschlag 16, wobei der Hebel 14 sich selbst
und das Getriebe 8 gegen einen Endanschlag der Führungsschiene 17 drückt. Dadurch
werden die Zangenschenkel in einer gewünschten und definierten Position
fixiert. Diese Fixierung wird über
mechanische Mittel hergestellt und benötigt keine zusätzlichen
Antriebe. Beim Zusammenfahren der Schenkel löst sich die Fixierung wieder
und das Getriebe 8 wird wieder in der Führungsschiene 17 beweglich.
-
Für
eine Kurvenscheibe 15 können
auch mehrere Drehwinkel definiert sein. Weiterhin kann eine Kurvenscheibe 17 durch
andere Kurvenscheiben (z.B. für
bestimmte Zangentypen oder Übersetzungsverhältnisse
des Getriebes) ausgetauscht werden.
-
Auch der Hebel 14, sowie
der Gegenschlag 16 können
jeweils ausgetauscht bzw. gewechselt werden.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung
liegt darin, dass neben den zusätzlichen
Antrieben auch keine zusätzlichen
Versorgungsmedien (Druckluft, Druckwasser, elektrischer Strom) bzw.
zusätzliche
Steuerungseinheiten benötigt
werden.