DE3345615C2 - Überprüfungssystem für einen Schweißroboter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schweißroboter mit einem mehrachsig bewegbaren Arbeitsarm und einem an seinem freien Ende angeordneten Schweißbrenner, in letzterem ist eine sich verbrauchende Drahtelektrode geführt. Zur Erkennung und Kompensation einer abnormalen Lage der Drahtelektrode in Relation zu einem Glied des Roboters ist ortsfest an definierter Position innerhalb des Arbeitsbereiches des Arbeitsarmes eine elektrisch isoliert gehalterte Prüfelektrode vorgesehen, die vom Schweißbrenner anfahrbar ist. Die Prüfelektrode enthält eine vorzugsweise in Schlitzform ausgebildete Öffnung, die das überstehende Ende der Drahtelektrode mit definiertem Spiel aufnehmen kann. Der Schlitz erstreckt sich vorzugsweise zu einem frei zugänglichen Rand der scheibenförmigen Prüfelektrode hin und ist abgewinkelt. Bei einer Prüfung wird die Drahtelektrode seitlich in den Schlitz der Prüfelektrode möglichst berührungsfrei eingefahren. Bei Berührung kann eine Korrekturbewegung ausgelöst werden, die die Drahtelektrode in Richtung auf Schlitzmitte hin korrigiert. Auf diese Weise kann ein definierter Punkt des Prüfschlitzes angesteuert und diese Lage festgehalten werden. Ausgehend von dem solcherart gefundenen Referenzpunkt kann eine neue Schweißung lagegenau ausgeführt werden.

Description

dungsgemäüe Prufeiektrode werden aiso nicht nur Zu-

|i ordnungsfehler des Schweißbrenners, sondern auch Zu-

[i Die Erfindung betrifft ein Überprüfungssystem für ordnungsfehler des Schweißdrahtes selber erfaßt.

einen Schweißroboter nach dem Oberbegriff von An- 65 Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung kön-

spruch 1, wie er aus der nicht vorveröffentlichten DE- nen den Unteransprüchen entnommen werden. Im übri-

OS 33 31 101 als bekannt hervorgeht. gen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung

Bekannte andere Schweißroboter z. B. nach der DE- dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch

3 4

kurz erläutert; dabei zeigt gedeutet ist Auch im trichterförmigen Bereich des Prüf-

F i g. 1 eine Schrägansicht auf einen Schweißroboter, Schlitzes können die Schlitzseitenflächen elektrisch lei-

F i g. 2 eine Seitenansicht auf das freie Ende des Ar- tend ausgebildet und gegenseitig isoliert sein. Im Suchbeitsarmes des Schweißroboters mit daran gehaltenem bereich des Prüfschlitzes kann bei Berührung eine geSchweißbrenner und 5 wisse Ausweichbewegung des Schweißbrenners zur

F i g. 3 in vergrößerter Darstellung das Einfahren der Symmetrielinie des Suchtrichters hin vollführt werden,

Drahtelektrode in die Prüfelektrode zu Testzwecken. so daß der eigentliche Prüfschlitz sicher und ohne Ver-

Der in F i g. 1 dargestellte Schweißroboter 1 weist biegung der Drahtelektrode gefunden werden kann,

einen mehrachsig bewegbaren Arbeitsarm 2 auf, der an Da die Lageprüfung der Drabtelektrode in Relation

seinem freien Ende einen Schweißbrenner 3 zur Durch- to zu den Gliedern des Arbeitsarmes des Roboters nur

führung evacjr Lichtbogenschweißung trägt. Im Innern wenig Zeit beansprucht, ist eine häufige Prüfung dieser

des Schweißbrenners ist eine sich verbrauchende Lage ohne weiteres vertretbar, ohne daß dadurch die

Drahtelektrode 4 angeordnet, die — was jedoch nicht eigentliche Arbeitszeit in nennenwertem Umfang ver-

dargestellt ist — von hinten her laufend während der längen würde. Andererseits ist wegen eines möglichen

Schweißung zugeführt wird. Konzentrisch zur Draht- 15 Dralles und ungeradlinigen Verlaufes der Drahtelektro-

elektrode kann über ein entsprechendes Rohr auch de aus dem Schweißbrenner heraus eine laufende Kon-

noch ein Schutzgas zugeführt werden. trolle dieser Lage auch durchaus wünschenswert

Um die tatsächliche Lage der Drahtelektrode 4 ge- Neben dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer geiiüber dem letzten Glied des Arbeitsannes genau fest- Prüfelektrode mit abgewinkeltem Schlitz der zu einem stellen zu können, ist an einer definierten Position inner- 20 frei zugänglichen Außenrand der Prüfelektrode führt, halb des Arbeitsbereiches des Arbeitsannes 2 festste- sind auch noch andere Formen denkbar. Und zwar kann hend eine Prüfelektrode 6 angeordnet Diese ist elek- der Prüfschlitz auch als Linienzug innerhalb der Fläche trisch isoliert gehaltert und vom Schweißbrenner 3 an- der Prüfelektrode ausgebildet sein. Um das Einsenken fahrbar. Die Prüfelektrode enthält eine nach Lage und der Drahtelektrode in den Prüfschlitz zu erleichtern, Form definierte öffnung, in die das überstehende Ende 25 kann im Bereich der Einsenkstelle in der Prüfelektrode der Drahtelektrode 4 mit definiertem Spiel eintauchbar eine ausreichend groß bemessene Einsenköffnung angeist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Prüf- bracht sein. Es ist hierbei zu berücksichtigen, daß meist elektrode 6 im wesentlichen als eine Scheibe ausgebil- am Ende der Drahtelektrode sich beim Schweißende det, deren Dicke geringer ist als der Oberstand der eine Schmelzperle bildet, deren Durchmesser ein Mehr-Drahtelektrode 4 am Schweißbrenner. Die Öffnung zur 30 faches der Drahteiektrode beträgt; außerdem soll auch Aufnahme der Drahtelektrode beim Test ist in Form bei einem depositionierten Schweißbrenner ein Koneines Schlitzes 7 ausgebildet, der zu einem frei zugängli- takt zwischen Draht- und Prüfelektrode nicht bereits chen Rand der scheibenförmigen Prüfelektrode hin ver- beim Einsenken der Drahtelektrode in die Einsenköffläuft. Der Schlitz 7 ist in seiner Breite b zwar größer als nung auftreten. Der Prüfschlitz geht bei einer solchen der Durchmesser d der Drahtelektrode, jedoch kleiner 35 Ausgestaltung von einem frei zugänglichen Innenrand als der Durchmesser Z? einer sich am Ende der Prüfelek- einer Einsenköffnung aus. Selbstverständlich können trode bildenden Schmelzperle 5. Bei mittiger Lage der auch mehrere Prüfschlitze an der Prüfelektrode vorge-Drahtelektrode 4 in dem Schlitz 7 ist beiderseits der sehen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, Drahtelektrode ein kleines Spiel s vorhanden. wenn die Prüf elektrode geneigt zur Schwerkraftrich-

Zu Testzwecken kann die Drahtelektrode, die gegen- 40 tung liegt und/oder von unterschiedlichen Richtungen

über dem Arbeitsarm und dem Schweißbrenner 3 elek- her zur Prüfung angefahren werden soll. Es können

trisch isoliert ist, unter Spannung gesetzt werden, bei- dann spiegelbildlich ausgebildete und/oder angeordnete

spielsweise kann hierzu die Schweißspannung ausge- Prüfschlitze angebracht werden, mit denen ein übergro-

nutzt werden. Da die Prüfelektrode 6 ebenfalls elek- ßes Spiei in den Gelenken des Arbeitsarmes unter Um-

trisch isoliert gehaltert ist, gibt sie bei Berührung der 45 ständen erkennbar wird. Der Prüfschlitz kann auch

Drahtelektrode 4 an der Prüfelektrode ein elektrisches durch einen geschlossenen Linienzug gebildet sein, wo-

Signal ab, was entsprechend ausgewertet werden kann. bei hier vor allem auch die Formen der Prüfelektrode

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel interessant sind, bei denen gewissermaßen nur eine

der Prüfelektrode sind die beiden Schlitzsehenflächen Flanke eines »Schlitzes« definiert ist Beispielsweise

aus elektrisch leitendem Werkstoff gebildet, jedoch sind 50 kann eine runde, eine ovale oder eine eckig geformte, in

die entsprechenden die Schlitzseitenflächen bildenden jedem Falle aber definiert am Außenrand konturierte

Körper aufgrund einer zwischengelegten Isolierung 8 Scheibe mittig gehaltert werden und ihre Außenkontur

gegeneinander elektrisch isoliert Dadurch kann festge- durch die Drahtelektrode des Schweißbrenners berüh-

stellt werden, ob die Drahtelektrode 4 an der einen oder rungsfrei mit geringem Abstand abgefahren werden,

an der anderen Schlitzseitenfläche berührt hat 55 Auch eine entsprechende öffnung in einer frei abragend

Um in beiden Dimensionen einer Ebene, die durch die gehaltenen scheibenförmigen Prüfelektrode ist möglich, scheibenförmige Prüfelektrode definiert ist eine ein- wobei die öffnung einen nach Lage und Form definierdeutige Referenz zu erhalten, ist der die öffnung an der ten Innenrand aufweist. Bleibt beim Abfahren der Kon-Prüfelektrode bildende Schlitz abgewinkelt ausgebildet tür ein Kontakt zwischen Draht- und Prüfelektrode aus, Der Schnittpunkt der Mittellinien der beiden im Winkel 60 so ist sichergestellt daß die Relativlage aller Glieder des zueinander stehenden Schlitzteile stellt gewissermaßen Roboters bzw. des Arbeitsarmes und des Schweißbrenein Referenzpunkt dar, der beim Abfahren des Schützes ners der Soiiage entspricht Bei einer gegenseitigen Beaufgesucht wird. rührung der Elektroden kann Alarm gegeben werden

Um das Finden des Schlitzanfanges zu erleichtern — und der Schweißroboter stillgesetzt werden,
vor Testbeginn ist die genaue Lage der Drahtelektrode 65 Im rauhen Produktionsbetrieb kann nämlich eine innerhalb eines gewissen Streubereiches nicht definiert Verschiebung oder Depositionierung des Schweißbren-—, kann dem Prüfschlitz ein Such- oder Fangtrichter ners auch selbsttätig auftreten, z. B. durch ein Festvorgeschaltet werden, wie in F i g. 3 strichpunktiert an- schweißen der Drahtelektrode am Nahtende und ein

Zurückkehren des Arbeitsarmes des Schweißroboters »

trotz festhängender Drahtelektrode in die Ausgangsla- ί ■

ge. Die dabei aus dem Schweißbrenner herausgleitende ';',

Drahtelektrode kann auf unkontrollierte Weise unter h:

Umständen erhebliche Kräfte auf den Schweißbrenner 5
ausüben. Auch ein Düsenwechsel am Schweißbrenner
erfordert ein Lösen der Verschraubungen unter zum
Teil erheblichem Kraftaufwand, beispielsweise, weil die
Verschraubung durch festhaftend« Schweißperlen
übersät ist Derartige Krafteinwirkunigen können zu un- 10
kontrollierten Verbiegungen des Schweißbrenners füh-. en. Umherfliegende sandkorngroße Schweißperlen lagern sich überall auf dem Schweißroboter und so auch
im Bereich von Dichtungsspalten zu den Lagern der
Glieder des Arbeitsarmes ab und dringen dort insbeson- 15
dere bei unkontrollierten Erschütterungen und Spielveriagerungen bis in die Lagerspalte vor. Sie können
dort Verspannungen und vor allem am Schweißbrenner
selber Verlagerungen hervorrufen, die das zulässige Toleranzmaß überschreiten können. Eine Kontrolle und 20
gegebenenfalls Justage der richtigen Brennerposition in ||

regelmäßigen Abständen, insbesondere aber bei Kraft- |

einwirkungen auf den Schweißbrenner ist daher wichtig.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die ?

Schweißqualität durch besseren und konturgetreueren 25 i(

Verlauf des Schweißbrenners bzw. der Drahtelektrode ^

entlang der Schweißfuge verbessert wird. Etwaige Feh- JjT

ler werden frühzeitig erkannt und unnötiger Ausschuß fl

wird vermieden. Bei einer Kontrolle der Schweißnaht i$

erst bei späteren Arbeitsvorgängen können unnötiger- 30 $jj

weise viele Ausschußstücke hergestellt worden sein. ||

Der zu einer solchen Qualitätsverbesserung und Aus- |j<

Schußvermeidung erforderliche Mehraufwand ist nur |S

relativ gering. Und zwar braucht lediglich eine einfache ψ,

Prüfelektrode vorgesehen zu werden; außerdem ist 35 sji

software-seitig nur ein einfaches Prüfprogramm nötig. *

Der für die Prüfung erforderliche Zeitaufwand hält sich if|

ebenfalls in Grenzen, so daß die Wartezeit beim Werk- S^

Stückwechsel dafür ausreicht und die Taktzeit insgesamt i£

aufgrund einer solchen Prüfung nicht verlängert zu wer- 40 !$

den braucht ;?!

Die Prüfelektrode kann auch in definierter Lage an ;';■

dem Werkstückträger angebracht werden, der das zu ?. ι

schweißende Werkstück jeweils aufnimmt Diese Werk- H,

stückträger werden mit dem Werkstück meist ebenfalls 45 f|.

gewechselt Zwar ist dann eine Prüfung der genauen S

Lage des Schweißbrenners nicht während des Wech- ili

selns möglich; jedoch kann durch eine Anordnung der 'i

Prüfelektroden in definierter Lage an einem jeden :,ΐ

Werkstückträger eine Lagetoleranz zwischen Schweiß- 50 ψ

roboter und Werkstückträger bei der Prüfung ebenfalls |i

mitkorrigiert und der jeweiligen tatsächlichen Lage &

durch eine entsprechende Bahnkorrektur im Programm $

Rechnung getragen werden. Es geht allenfalls noch eine ö

gewisse Lagetoleranz des Werkstückes innerhalb des 55 '\

Werkstückträgers als Ungenauigkeit. ein, die jedoch bei

kleinerem bzw. aus nur wenigen Halbfertigteilen zu- y\

sammengesetzten Werkstücken weit unterhalb der Toleranzgrenze für eine gute Schweißqualität liegt

60

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen = '

Claims (8)

1 2 OS 31 24 528 oder der US-PS 4042 161 haben im Be- Patentansprüche: reich des Schweißbrenners Lagesensoren zur Lageerkennung der Schweißfuge bzw. der Schweißnaht, so daß

1. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter das Bewegungsprogramm des Schweißroboters innermit einem mehrachsig bewegbaren Arbeitsarm und s halb eines gewissen Toleranzbereiches werkstückindivieinem an seinem freien Ende angeordneten duel! nach dem tatsächlichen Verlauf der Schweißnaht Schweißbrenner mit einer darin geführten sich ver- korrigiert werden kann. Lichtbogenschweißungen setzbrauchenden Drahtelektrode, ferner mit einer an de- ten insbesondere bei Dünnblechschweißungen einen infmierter Position im Arbeitsbereich des Arbeitsar- nerhalb sehr enger Toleranzen spurtreuen Verlauf des mes feststehend gehalterten, mit dem Schweißbren- io Schweißbrenners entlang der tatsächlichen Schweißfuner anfahrbaren Positionsprüfeinrichtung sowie ei- ge voraus, um eine gute Schweißqualität gewährleisten ner entsprechenden Prüfroutine in der Roboter- zu können. Die geschilderte Sensorsteuerung der steuerung, die bei Depositionierungen des Schweiß- Schweißbrennerführung ist dann vertretbar, wenn die brenners relativ zum Arbeitsarm des Schweißrobo- Steuerung der Nahtlage von Werkstück zu Werkstück ters ein Signal auslöst, dadurch gekenn- 15 die zulässige Toleranz überschreitet Ungeachtet dessen zeichnet, daß die Positionsprüfeinrichtung als ei- kann es jedoch trotzdem zu Qualitätseinbußen trotz eine scheibenförmige elektrisch isolierte Prüfelektro- ner genauen Sensorsteuerung kommen. Auch bei lagede (6) ausgebildet ist, deren Dicke geringer ist, als genau und mit sehr geringer Streuung vorgegebenen der überstand der Drahtelektrode (4) am Schweiß- Schweißnahtlagen kann es zu Beeinträchtigungen der brenner (3), die eine hinsichtlich Lage und Form defl- 20 Schweißqualität kommen, die auf eine ungenaue Fühnierte, vom überstehenden Ende der Drahtelektrode rung des Schweißbrenners entlang dem Nahtverlauf (4) berührungsfrei mit definiertem Abstand (s) ab- rückzuführen ist

fahrbare Kontur enthält und die bei Berührung Bei dem eingangs zitierten Überprüfungssystem nach

durch die Drahtelektrode (4) ein elektrisches aus- der DE-OS 33 31101 fährt aufgrund regelmäßig zwi-

wertbares Signal abgibt 25 schengeschalteten Prüfroutinen der Schweißbrenner ei-

2. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter ne feststehende Positionsprüfeinrichtung an, mit der einach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ne etwaige Deformation der Schweißbrennerhalterung abfahrbare Kontur durch eine definierte öffnung in festgestellt werden kann. Die Positionsprüfeinrichtung der Prüfelektrode gebildet ist enthält eine Mehrzahl ringförmig angeordneter Nähe-

3. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter 30^ rungsschalter, zwischen die der Schweißbrenner bei der nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionskontrolle eintaucht Eine Deformation des abfahrbare Kontur durch den definierten Außen- Schweißbrenners würde sich durch eine unzulässig starrand der mittig gehalterten Prüfelektrode gebildet ke Annäherung an einen Näherungsschalter bemerkbar ist machen und kann aufgrund eines auslösbaren Signals

4. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter 35 vom Wartungspersonal behoben werden. Auch ernach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die scheint eine selbsttätige Kompensation einer solchen Öffnung in Form eines zu einem frei zugänglichen Deformation durch eine Korrektur des Programmes Rand der scheibenförmigen Prüfelektrode (6) ver- denkbar. Trotz solcher Deformationskontrollen können laufenden Schlitzes (7) ausgebildet ist aber immer noch qualitätsmindernde Nahtungenauig-

5. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter 40 keiten, die unerklärlich erscheinen, auftreten.

nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufgabe der Erfindung ist, Maßnahmen anzugeben,

die öffnung an der Prüfelektrode (6) bildende Schlitz die auch die genannten Qualitätseinbußen aufgrund ei-

(7) abgewinkelt ist nes ungenauen Nahtlageverlaufes beseitigt oder zumin-

6. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter dest mindert.

nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, 45 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

daß der die öffnung an der Prüfelektrode (6) bilden- kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst,

de Schlitz (7) so breit (Maß b) wie das 1,5 bis 3fache Dank der von der Drahtelektrode des Schweißbrenners

des Durchmessers (d)der Drahtelektrode (4) ist anfahrbaren Prüfelektrode kann die tatsächliche ReIa-

7. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter tivlage der Drahtelektrode im Verhältnis zum Arbeitsnach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, 50 arm des Schweißroboters ermittelt und entsprechend daß die eine Schlitzseitenfläche von einem gegen- einer festgestellten Abweichung der Drahtelektrode über dem leitenden Werkstoff der anderen Schlitz- von einer Normallage die auszuführende Bahn entspreseitenfläche elektrisch isolierten, ebenfalls leitenden chend korrigiert werden.

Werkstoff gebildet ist Derartige Zuordnungsfehler der Drahtelektrode zum

8. Überprüfungssystem für einen Schweißroboter 55 Roboter können nicht nur durch ein Verschieben des nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekenn- Schweißbrenners in seiner Halterung oder durch eine zeichnet, daß die Prüfelektrode (6) in definierter La- Deformation bzw. Lockerung des Schweißbrenners verge an dem das zu schweißende Werkstück aufneh- ursacht werden, sondern gehen auch auf einen Vermenden Werkstückträger angebracht ist. schleiß bzw. auf ein Lockern der Kontaktdüsen für die

60 Drahtelektrode oder auf eine Verbiegung bzw. einen

Drall der Drahtelektrode selbst zurück. Durch die erfin-