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Industrieroboterschweißsystem mit einer Werkstückorientierungs-
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einrichtung und mindestens einem Industrieroboter Beschreibung: Die
Erfindung betrifft ein Industrieroboterschweißsystem mit einer Werkstückorientierungseinrichtung
und mit mindestens einem damit gekoppelten Industrieroboter nach VDI 2860 gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Erzielung einer ausreichenden Schweißqualität muß das Weglaufen
des Schweißgutes während des Schweißvorgangs verhindert werden. Hierzu wird in der
Regel das Werkstück mit Hilfe einer Werkstückorientierungseinrichtung (z.B. Drehtisch)
in eine Raumorientierung gebracht (Orientierungsbewegung), die das Schweißen der
Nähte in einer wannenlagenähnlichen Orientierung ermöglicht.
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Bisher werden Industrieroboterschweißsysteme mit getrennten Systemkomponenten
ausgeführt. Dabei besitzen die beiden beweglichen Systemkomponenten (Werkstückorientierungseinrichtung
und Industrieroboter) getrennte räumliche Bezugssyteme. Im allgemeinen ist hier
die Kopplung der räumlichen Bezugssysteme über steuerungstechnische Verknüpfungen
notwendig.
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Aufgrund der bewegungsmäßigen Trennung der Systemkomponenten (Werkstückorientierungseinrichtung
und Industrieroboter) ergeben sich unter anderem folgende Nachteile:
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Systeme dieser Art stellen erhebliche Anforderungen an die Größe des verfügbaren
Arbeitsraums des Industrieroboters, da der Industrieroboter den Orientierungsbewegungen
der Werkstückorientierungseinrichtung nachgeführt werden muß.
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- Bedingt durch die Addition der Bewegungstoleranzen der bewegten
Systemkomponenten (Industrieroboter und Werkstückorientierungseinrichtung) ergeben
sich hohe Genauigkeitsanforderungen an die Einzelkomponenten.
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- Aufgrund der getrennten Relativbewegungen der Einzelkomponenten
zur Änderung ihrer Orientierung ist eine aufwendige steuerungstechnische Koordination
notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Industrieroboterschweißsystem mit
einer Werkstückorientierungseinrichtung und mit mindestens einem Industrieroboter
so zu verbessern, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. D. h.
das Schweißsystem soll bei optimaler Ausnutzung des Industrieroboterarbeitsraumes
und bei minimalem Programmieraufwand eine einfache und genaue Koordinierung der
Bewegungen von Werkstück und Industrieroboter ermöglichen.
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Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die im
Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Schweißsystem ist gewährleistet,
daß Bewegungen der Werkstückorientierungseinrichtung bei der Einstellung einer bestimmten
Werkstückorientierung nicht zu einer Relativbewegung zwischen Werkstück und Schweißbrenner
führen, da der Industrieroboter alle Orientierungsbewegungen mitmacht.
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Diese mechanische Kopplung des Industrieroboters mit der Werkstückorientierungseinrichtung
und die Mitbewegung des Industrieroboters bei den Orientierungsbewegungen ergibt
gegenüber den bisherigen Industrieroboterschweißsystemen folgende Vorteile: - Das
Werkstück wird bei den Orientierungsbewegungen nie aus dem Industrieroboterarbeitsraum
herausgeschwenkt. Hierdurch wird es möglich, ohne Erweiterung des Industrieroboterarbeitsraums
wesentlich größere oder mehrere nebeneinander aufgespannte Werkstücke bei Wannenlage
der Schweißnähten zu schweißen, als bei den bisher bekannten Systemen.
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- Es entstehen keine Bewegungstoleranzen zwischen Industrieroboter
und Werkstück bei den Orientierungsbewegungen. Dies führt zum einen zur Qualitätssteigerung
der Schweißung, zum anderen kann in vielen Fällen auf aufwendige Nahtsuch- und Nahtverfolgungssysteme
verzichtet werden.
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- Bei den Orientierungsbewegungen der Werkstückorientierungseinrichtung
kann auf eine hohe Genauigkeit und Teilungsfeinheit verzichtet werden, da durch
diese lediglich die Einstellung der Wannenlage der Schweißnähte erfolgt.
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Gegenüber der bisher erforderlichen Genauigkeit im Winkelsekundenbereich
sind nunmehr + 10 Grad oder mehr ausreichend, was den mechanischen und steuerungstechnischen
Aufwand bei den zu verwendenden Werkstückorientierungseinrichtungen erheblich vermindert.
Weiterhin wird die Möglichkeit eröffnet, besonders große Einrichtungen zur Werkstückorientierung
einzusetzen, die für die bisher bekannten Schweißsysteme mit zu großen Ungenauigkeiten
behaftet waren.
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- Während der Schweißung (Bewegung des Schweißbrenners durch den
Industrieroboter) ist eine Orientierungsbewegung der Werkstückorientierungseinrichtung
zur Erhaltung der
Wannenlage möglich, ohne daß eine synchrone Bahnsteuerung
zwischen den entsprechenden Achsen der beiden Systemkomponenten erforderlich ist.
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- Die Programmierung des Industrieroboters kann wesentlich einfacher
am stationären Werkstück, unabhängig von der Orientierung vorgenommen werden. Erst
anschließend an die Programmierung des Industrieroboters wird die zum Schweißen
notwendige Orientierung gemeinsam für Industrieroboter und Werkstück vorgenommen.
Es sind bei der Programmierung keine Kollisionsbetrachtungen zwischen den bewegten
Systemkomponenten mehr durchzuführen. Es entfallen auch Zeitanteile die bei den
bisherigen Systemen zum Anfahren von kollisionsfreien Stellungen in Kauf genommen
werden mußten.
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- Bei Industrieroboterschweißsystemen mit zusätzlichen Positionierungsachsen
auf der Werkstückorientierungseinrichtung können Werkstücke in den Industrieroboterarbeitsraum
hineingedreht (positioniert) werden, wodurch eine Arbeitsraumvergrößerung erreicht
wird.
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- Bei Industrieroboterschweißsystemen mit zusätzlichen Bewegungsachsen
zwischen dem Industrieroboter und der Orientierungsplatte der Werkstückorientierungseinrichtung
können auch bei großen Werkstücken die Schweißnähte in der für den Schweißvorgang
optimalen Wannenlagen geschweißt werden, was bei den bisher bekannten, getrennt
aufgebauen Systemen nicht oder nur mit erheblichem technischen Aufwand in eingeschränkter
Weise möglich war.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: Ein Schweißsystem nach der Erfindung.
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Figur 2: Ein Schweißsystem nach der Erfindung mit zusätzlicher Positionierungsachse
zur Werkstückpositionierung.
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Figur 3: Ein Schweißsystem nach der Erfindung mit Werkstückwechseleinrichtung,
zusätzlicher Bewegungsachse des Industrieroboters und zusätzlicher Positionierungsachse
zur Werkstückpositionierung.
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Aus der Figur 1 ist das Industrieroboterschweißsystem mit den wichtigsten
Einzelkomponenten ersichtlich. Ein Industrieroboter 1, der einen Brenner 2 führt,
sowie Teile der Schweißperipherie wie eine Drahtvorschubeinrichtung 3 und nicht
dargestellte Zusatzeinrichtungen (z.B. Brennerreinigungseinrichtung, Werkzeugwechseleinrichtung)
sind auf einer Orientierungsplatte 4 der Werkstückorientierungseinrichtung 5 angebracht
und werden von dieser bei jeder Schwenkbewegung um die Orientierungsachsen I, II
zur Werkstückorientierung mitbewegt. Ein Ansatz 7 der Orientierungsplatte 4 bildet
hierbei als fertigungstechnische Einheit das Verbindungselement zwischen der Orientierungsplatte
4 und dem Industrieroboter. Der Ansatz 7 kann aber, wie in Figur 1 rechts gezeigt,
auch als individuelle Einheit an der Spannplatte 6 angebracht werden. Eine Steuerungseinheit
8 für den Industrieroboter und die Werkstückorientierungseinrichtung sowie die Grundeinheit
9 einer Schweißausrüstung (Stromquelle, Gasflasche) sind raumfest in der Nähe der
Werkstückorientierungseinrichtung 5 aufgebaut. Die Verbindung der ortsfesten Steuerungs-
und Schweißgrundeinheiten mit dem bewegten Industrieroboter erfolgt über Schleppkabel
10.
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Der Bewegungsablauf beim Schweißen kann folgendermaßen aussehen:
Der Industrieroboter 1 führt den Schweißbrenner 2 mit Eilganggeschwindigkeit an
den Beginn der Schweißnaht heran. Die Werkstückorientierungseinrichtung 5 dreht
das Werkstück so, daß der Schweißnahtanfang in Wannenlage zu liegen kommt. Der Industrieroboter
1
zündet den Lichtbogen und fährt mit Schweißgeschwindigkeit entlang der Schweißnaht.
Sobald die Schweißnaht eine Richtungsänderung aus der Horizontalen erfährt (und
damit aus der Wannenlage läuft), dreht die Werkstückorientierungseinrichtung 5 die
Schweißnaht während des Schweißens wieder entsprechend in die Wannenlage. Ist die
Schweißung beendet, so schwenkt der Industrieroboter vom Werkstück weg. Ein Bedienmann
oder eine automatisierte Einrichtung kann das Werkstück entnehmen und ein neues
spannen.
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In Figur 2 ist zusätzlich zu den beiden Orientierungsachsen I',II'1mit
denen die Orientierungsplatte 4' und der Industrieroboter 1' gemeinsam bewegt werden,
eine weitere Positionierungsachse 11 verwirklicht, die unabhängig vom Industrieroboter
eine Drehung der Spannplatte 6 ermöglicht. Der Industrieroboter 1 ist hier beispielhaft
seitlich über ein Winkelstück 12 an der Orientierungsplatte 4' angebracht (vgl.
Skizze in Figur 2 links oben).
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In Figur 3 ist wiederum neben der Orientierungsachse I" eine zusätzliche
Positionierungsachse 13 verwirklicht. Darüberhinaus ist der Industrieroboter mit
einer zusätzlichen linearen Verfahrachse 14 ausgestattet, um auch lange Schweißwerkstücke
bearbeiten zu können. Da sich die Werkstückorientierungseinrichtung 5 " während
des Schweißens zur Erhaltung der Wannenlage bewegt, kann während des Schweißvorgangs
nicht schon ein zweites Werkstück auf der Spannplatte aufgespannt werden. Um dennoch
die Stillstandszeiten zu minimieren (Werkstückaufspannung während der Schweißzeit)
I ist ein Palettenwechsler 15 vorgesehen. Ähnliche Pallettenwechsler sind mit entsprechenden
Funktionen z.B. von den NC-Bearbeitungszentren her bekannt.
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Ein Schweißzyklus kann so ablaufen: Der Industrieroboter 1 " schweißt
das Werkstück 16a in der jeweils schweißgünstigsten Orientierung. Während des Schweißens
wird in den rechten Teil des Palettenwechslers 15 ein neues Werkstück 16b in die
am Werkstückspannrahmen 17 befindlichen Spannelemente 18 eingespannt. Nach Beendigung
des Schweißens dreht die Werkstückorientierungseinrichtung 5 " in die neutrale Lage
(horizontale Orientierung der Orientierungsplatte 4"). Das geschweißte Werkstück
16a wird im Spannrahmen 17 in die Spannaufnahme 19 der linken Seite des Palettenwechslers
15 eingewechselt. Nach 180 Grad Drehung des Palettenwechslers um die Drehachse 20
kann das neue Werkstück 16b in den Spannrahmen 17 eingewechselt und das geschweißte
Werkstück 16a abgespannt werden, worauf ein neuer Zyklus beginnt.
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