DE3605110C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines definierten Ausgangszustandes eines Koordinaten-Schweißtisches bezüglich der auf einen Schweißelementehalter bezogenen Ist-Koordinaten. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Als Stand der Technik gemäß der DE-OS 28 30 833 und der US-PS 34 66 514 ist bekannt, auf einem Werkstück mit Hilfe einer elektronisch gesteuerten Schweißvorrichtung an vorgegebenen Punkten Schweißungen durchzuführen, deren Soll-Koordinaten in einem Speicher abgelegt sind. Bei diesem Vorgang wird ein Schweißelement relativ zu einem Koordinaten-Schweißtisch bewegt, auf welchem das Werkstück angeordnet ist. Bevor ein Werkstück in dieser Weise bearbeitet werden kann, ist es erforderlich, daß das Werkstück und das Schweißelement in einem definierten Ausgangszustand ausgerichtet werden, in welchem der Soll- Nullpunkt des Schweißelementes bzw. des Schweißelementehalters mit dem Ist-Nullpunkt des Werkstückes übereinstimmt. Würde dies nicht geschehen, so würden alle Schweißpunkte mit einem entsprechenden Versatz angebracht werden.

In der Praxis ist es so, daß der Schweißelementehalter, beispielsweise bedingt durch das Herstellungsverfahren, einen Innendurchmesserversatz aufweist, so daß ein in den Schweißelementehalter eingesetztes Schweißelement außermittig angeordnet ist. Wird nun der Schweißelementehalter auf den Soll-Nullpunkt eingestellt, so liegt das Schweißelement zwangsläufig um einen entsprechenden Versatz neben dem tatsächlichen Wert. Der Ist-Nullpunkt unterscheidet sich also abhängig vom Innendurchmesserversatz des Schweißelementehalters vom Soll- Nullpunkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem dieser Nullpunkt-Versatz auf einfache Weise ermittelt und korrigiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß jeder Innendurchmesserversatz eines Schweißelementehalters individuell korrigiert werden kann. Der Ausrichtvorgang kann dabei automatisch ablaufen, ohne daß eine Bedienperson eingreifen muß. Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, daß der Schweißelementehalter in einer Koordinatenrichtung und die Werkstückaufnahmeplatte in die andere Koordinatenrichtung bewegt wird. Eine andere bevorzugte Weiterbildung besteht darin, daß die beiden Sensorflächen in einem rechten Winkel zueinander ausgerichtet werden, und daß der fiktive Schnittpunkt der einander zugewandten aktiven Sensorflächen in dem vorgegebenen Ist-Nullpunkt der Werkstückaufnahmeplatte liegt. Das hat den Vorteil, daß bei der Korrektur der abgespeicherten Soll-Nullpunkt-Koordinaten lediglich der Meßdorn-Durchmesser berücksichtigt werden muß, da der Ist-Nullpunkt auf der Werkstückaufnahmeplatte von den Sensorenflächen genau festgelegt ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß ein erstes und zweites Anschlagstück Sensorflächen aufweisen, die elektrisch leitend ausgebildet und von einer Werkstückaufnahmeplatte isoliert angeordnet, und mit der Auswerteeinheit elektrisch leitend verbunden sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß über den Meßdorn und die erste bzw. zweite Sensorfläche elektrische Signale an die Auswerteeinheit gegeben werden können. Im einfachsten Fall erfolgt dies dadurch, daß beide Sensorflächen mit unterschiedlichem Spannungspotential beaufschlagt werden und daß mit dem Meßdorn eine leitende Verbindung zwischen den Sensorflächen des ersten und zweiten Anschlagstücks hergestellt wird, wenn diese in einem entsprechenden Abstand nebeneinander angeordnet sind. Der Potentialwechsel an einer Sensorfläche wird dann ausgewertet. Es ist jedoch auch möglich, entsprechende Signale unmittelbar und unabhängig voneinander auf die beiden Sensorflächen zu leiten oder dort abzugreifen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung besteht darin, daß zwischen den jeweiligen Sensorflächen und der Werkstückaufnahmeplatte elektrische Steckverbindungen vorhanden sind und daß die Meßleitungen plattenseitig untergebracht und mit den Steckverbindungen kontaktiert sind. Dies hat den Vorteil, daß an den Sensorflächen selbst keine Meßleitungen angeordnet sein müssen, und daß daher die Handhabung der Sensorflächen und das Bestücken der Werkstückaufnahmeplatte vereinfacht wird. Die Sensorflächen müssen lediglich auf die Werkstückaufnahmeplatte aufgesetzt werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Steckverbindung besteht darin, daß auf der Werkstückaufnahmeplatte ein mit der Meßleitung verbundener Anschlagstift ausgebildet ist, der von einer Buchse in der Sensorfläche aufgenommen wird.

Das hat den Vorteil, daß der Anschlagstift auch zum Ausrichten des Werkstücks verwendet werden kann. Mit Hilfe des Anschlagstiftes kann durch Abfühlen eines Meßsignals festgestellt werden, ob das Werkstück am Anschlagstift anliegt. Somit ist auch automatisch überprüfbar, ob das Werkstück in der geforderten Lage auf der Werkstückaufnahmeplatte ausgerichtet ist.

Um zu verhindern, daß der Meßdorn, der Schweißelementehalter oder der Sensor bei der Kontaktierung beschädigt werden, was beispielsweise durch die Nachlaufzeiten der Antriebsmotoren hervorgerufen werden könnte, sind die Anschlagstücke mit den Sensorflächen in der Bewegungsrichtung des Schweißelementehalters auslenkbar angeordnet.

Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, daß zwischen der Werkstückaufnahmeplatte und den Sensorflächen ein ortsfest mit der Werkstückaufnahmeplatte verbundenes Adapterstück angeordnet ist, und daß die Sensorflächen mit dem Adapterstück elastisch verbunden sind. Auf diese Weise können die elektrischen Verbindungen ortsfest auf der Werkstückaufnahmeplatte angeordnet sein, während das erste bzw. zweite Anschlagstück dem Meßdorn ausweichen können.

Eine elastische Verbindung zwischen dem Adapterstück und einem der beiden Anschlagstücke wird bevorzugt dadurch erreicht, daß Adapterstück und Anschlagstücke in einer definierten Lage magnetisch durch zwei nebeneinander angeordnete Kugeln und entsprechende Ausnehmungen zur Aufanhme der Kugeln gehalten werden. Mit Hilfe der Kugeloberflächen und der entsprechend angepaßten Ausnehmungen kann eine Zentrierung erreicht werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Werkstückaufnahmeplatte;

Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Werkstückaufnahmeplatte;

Fig. 3 zeigt schematisch den Schweißelementehalter mit einem Meßdorn;

Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung der ersten und zweiten Anschlagstücke mit den Sensorflächen, und

Fig. 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer mit einem Adapter versehenen Sensorfläche.

Zum Verständnis der Figuren ist vorauszuschicken, daß die in Fig. 1 gezeigte Werkstückaufnahmeplatte 1 ein als Koordinatenschweißtisch dienendes Teil einer elektronisch gesteuerten Schweißeinrichtung ist. Mit Hilfe dieser Steuerung kann ein mit einem Schweißelementehalter zur Aufnahme eines Schweißelementes versehenes Schweißgerät an vorgegebenen Schweißpunkten über der Zeichenebene positioniert werden, um dort auf einem Werkstück 2 eine Schweißung auszuführen. Die Schweißpunkte sind durch ihre X- und Y-Koordinaten bezüglich eines auf der Werkstückaufnahmeplatte vorgegebenen Koordinatensystems festgelegt, dessen Ist-Nullpunkt mit 4 bezeichnet ist. Die Schweißeinrichtung und die Steuerung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Das Werkstück 2 liegt an zwei rechtwinklig zueinander ausgerichteten Reihen von elektrisch leitenden Anschlagstiften 3 an. Der fiktive Schnittpunkt der beiden Anschlagstiftreihen stellt den Ist-Nullpunkt 4 des Koordinatensystems dar. Bevor auf dem Werkstück 2 eine Schweißung durchgeführt werden kann, muß sichergestellt sein, daß sich das in der Steuerung abgespeicherte Soll-Koordinatensystem mit dem Ist-Koordinatensystem der Werkstückaufnahmeplatte 1 deckt. Es kann nämlich möglich sein, daß das im Schweißelementehalter angeordnete Schweißelement aufgrund eines Innendurchmesserversatzes des Schweißelementehalters nicht im Mittelpunkt des Schweißelementehalters liegt, so daß das Soll-Koordinatensystem um den entsprechenden Versatz gegenüber dem Ist-Koordinatensystem verschoben ist. Deshalb muß anfänglich ein Abgleich durchgeführt werden.

Fig. 2 veranschaulicht, auf welche Weise die elektrisch leitenden Anschlagstifte 3 in der Werkstückaufnahmeplatte 1 angeordnet sind. In der Werkstückaufnahmeplatte 1, die typischerweise aus Stahl besteht, ist für jeden elektrisch leitenden Anschlagstift 3 eine Ausnehmung vorgesehen, in welcher der elektrisch leitende Anschlagstift 3 in einem elektrisch isolierenden Material 6 gelagert ist. Der elektrisch leitende Anschlagstift 3 ist über eine Meßleitung 5 mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbunden. Diese Auswerteeinheit kann aus einer einfachen logischen Schaltung oder aber auch als Teil der Steuerung der Schweißvorrichtung bestehen.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Schweißelementehalter 7, in welchen ein Meßdorn 8 eingesteckt ist. Der Durchmesser des in den Schweißelementehalter 7 eingespannten hinteren Endes des Meßdorns 8 entspricht genau dem Aufnahmedurchmesser des Schweißelementehalters 7. Die Längsachse des Meßdorns 8 liegt daher genau auf der Längsachse eines Schweißelementes, welches zum Durchführen einer Schweißung in den Schweißelementehalter 7 eingesteckt wird. An seinem freien Ende weist der Meßdorn einen vorgegebenen, genau definierten Außendurchmesser von beispielsweise 10 mm auf.

Fig. 4 zeigt, daß auf der Werkstückaufnahmeplatte 1 ein erstes und zweites Anschlagstück 9, 10 angeordnet ist, mit deren Hilfe ein Abgleich und maßgenaues Positionieren des Schweißelementehalters 7 bzw. eines Schweißelementes durchgeführt werden kann. Das erste Anschlagstück 9 dient mit seiner Sensorfläche für die eine Koordinatenrichtung, während das zweite Anschlagstück 10 mit seiner Sensorfläche für die zweite Koordiantenrichtung dient. Der Ist-Nullpunkt des Schweißelementehalters wird folgendermaßen ermittelt:
Nachdem der Meßdorn 8 in den Schweißelementehalter 7 eingesteckt ist, wird der Schweißelementehalter 7 und die Werkstückaufnahmeplatte mit Hilfe der elektronischen Steuerung relativ zueinander bewegt und der Meßdorn 8 dem Ist-Nullpunkt 4 angenähert, bis der Meßdorn 8 sowohl das erste als auch das zweite Anschlagstück 9, 10 berührt. Bei einer Berührung des ersten und zweiten Anschlagstücks 9 und 10 wird ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuerung weitergeleitet. Die Koordinten-Werte des Meßdorns 8 sind in dieser Position in der Steuerung abgespeichert. Unter Berücksichtigung des Meßdorndurchmessers kann daher der Ist-Nullpunkt 4 von der Steuerung errechnet werden. Dies erfolgt dadurch, daß von den beiden betreffenden Koordinaten-Werten jeweils der halbe Meßdorndurchmesser abgezogen wird. Auf diese Weise kann für jeden Schweißelementehalter unabhängig von seinem individuellen Innendurchmesserversatz der Ist-Nullpunkt genau ermittelt werden.

In dem hier geeigten Beispiel weisen das erste und zweite Anschlagstück 9 und 10 auf der einander zugewandten Seite eine plane, aktive Sensorfläche auf. Die Anschlagstücke 9, 10 können im übrigen auch so ausgebildet sein, daß bei einer Berührung durch den Meßdorn 8 ein elektro-mechanischer Schalter betätigt wird. Es kann aber zumindest auch die plane Anschlagfläche elektrisch leitend ausgebildet sein, so daß bei einer Kontaktierung durch den Meßdorn 8 ein Kontrollsignal übergeben werden kann. An Stelle des ersten und zweiten Anschlagstückes 9, 10 kann auch ein optischer Sensor vorgesehen sein.

Wenn die elektrisch leitenden Anschlagstifte 3 entsprechend der Anordnung in Fig. 2 mit einer Meßleitung 5 ausgestattet sind, können sie dazu dienen, festzustellen, ob das Werkstück 2 tatsächlich in der gewünschten und erforderlichen Position auf der Werkstückaufnahmeplatte (1) angeordnet ist. Dies kann dadurch erfolgen, daß das Werkstück 2 mit einem Kontrollpotential beaufschlagt wird, und daß dieses Potential an den einzelnen elektrisch leitenden Anschlagstiften 3 abgefragt wird. Die den ersten und zweiten Anschlagstücken 9, 10 benachbarten Anschlagstifte 3 können ferner auch mit den ersten bzw. zweiten Anschlagstücken 9, 10 in elektrischer Verbindung stehen, so daß die Meßsignale der beiden Anschlagstücke 9, 10 über die zugehörigen Anschlagstifte 3 zur Auswerteeinheit geleitet werden können. Dies kann im einfachsten Fall dadurch erfolgen, daß die beiden Anschlagstücke mit Buchsen versehen sind, welche die Anschlagstifte 3 aufnehmen.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel dafür, auf welche Weise das erste bzw. zweite Anschlagstück 9 bzw. 10 auf einem Adapterstück 11 angeordnet ist. Das Adapterstück 11 ist lösbar aber ortsfest auf der Werkstückaufnahmeplatte 1 angeordnet. Auf dem Adapterstück 11 befindet sich in einer definierten Lage das erste oder zweite Anschlagstück 9 bzw. 10. Das erste Anschlagstück 9 ist nicht fest mit dem Adapterstück 11 verbunden, sondern es kann in horizontaler Richtung ausweichen, wenn der Meßdorn 8 auftrifft. Das erste Anschlagstück 9 wird durch einen Permanentmagneten 12 gehalten, welcher im Adapterstück 11 eingebettet ist. Alternativ dazu könnte es auch unter Verwendung einer Feder elastisch auf dem Adapterstück 11 gelagert sein. Um eine definierte Lage zwischen dem Adapterstück 11 und dem ersten Anschlagstück 9 sicherzustellen, sind zwischen beiden Stücken Anschläge vorhanden. In dem hier gezeigten Beispiel bestehen sie aus zwei nebeneinander angeordneten Kugellagerschalen im Adapterstück 11, die jeweils teilweise eine Kugel 13 aufnehmen. Die über die Adapteroberfläche herausragenden Kugelabschnitte werden von entsprechenden Ausnehmungen 14 im ersten Anschlagstück 9 formschlüssig aufgenommen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Bestimmen eines definierten Ausgangszustandes eines Koordinaten-Schweißtisches bezüglich der auf einen Schweißelementehalter bezogenen Ist-Koordinaten und einem in einem Informationsspeicher einer Schweißelementesteuerung abgespeicherten, auf den Koordinaten-Schweißtisch bzw. ein darauf angeordnetes Werkstück bezogenen, Schweißpunkte kennzeichnenden Soll- Koordinaten, mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) Ermittlung des Versatzes des Ist-Korrdinaten-Nullpunktes und des Soll-Koordinaten-Nullpunktes und
• b) Korrektur der Soll-Koordinaten um den ermittelten Versatz in der Weise, daß die Koordinten des Ist- Nullpunktes und des Soll-Nullpunktes zur Übereinstimmung gebracht werden,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte zur Ermittlung des Versatzes:

• c) Bestücken des Schweißelementehalters (7) mit einem einen vorgegebenen Durchmesser aufweisenden Meßdorn (8),
• d) Bewegen des Schweißelementehalters (7) und/oder Koordinaten- Schweißtisches relativ zueinander so lange, bis der Rand des Meßdorns (8) ein ausgangsseitig mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbundenes, jeweils ein aktive Sensorfläche aufweisendes erstes (9) - und zweites (10) Anschlagstück aktiviert, wobei die aktiven Sensorflächen jeweils parallel die zu den Koordinatenachsen des Schweißtisches verlaufen, und
• e) Ermitteln des Versatzes durch Vergleich der Ist- Koordinaten mit den Soll-Koordinaten des Schweißelementehalters, die durch den Abstand der aktiven Sensorflächen vom Soll-Nullpunkt und dem vorgegebenen Meßdorn-Durchmesser bestimmt sind.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorflächen elektrisch leitend ausgebildet, gegenüber einer Werkstückaufnahmeplatte (1) elektrisch isoliert angeordnet und mit der elektronischen Auswerteeinheit über jeweils eine Meßleitung (5) elektrisch leitend verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sensorflächen und der Werkstückaufnahmeplatte (1) elektrische Steckverbindungen vorhanden, die Meßleitungen (5) plattenseitig untergebracht und mit den Steckverbindungen kontaktiert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung darin besteht, daß auf der Werkstückaufnahmeplatte (1) ein über die Meßleitung (5) mit der Auswerteeinrichtung verbundener und elektrisch leitender Anschlagstift (3) zur Aufnahme einer Buchse in der Sensorfläche ausgebildet ist, wobei der elektrisch leitende Anschlagstift in einem gegenüber der Werkstückaufnahmeplatte (1) isolierenden Material angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Anschlagstück (9), (10) mit ihren Sensorflächen in der Bewegungsrichtung des Schweißelementehalters (7) auslenkbar angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Werkstückaufnahmeplatte (1) und dem ersten und zweiten Anschlagstück (9), (10) die Sensorflächen je ein ortsfest mit der Werkstückaufnahmeplatte (1) verbundenes Adapterstück (11) angeordnet ist, und daß die Sensorflächen mit dem Adapterstück (11) elastisch verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Adapterstück (11) und die Sensorflächen magnetisch aufeinander gehalten werden und daß sie in einer definierten Lage durch zwei nebeneinander angeordnete Kugeln (13) und entsprechende Ausnehmungen zur Aufnahme der Kugeln (13) gehalten werden.