DE3728099A1 - Nahtfuehrungsgeraet fuer einen industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nahtführungsgerät für einen Indu­ strieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Gerät ist bekannt aus der US-PS 45 01 950.

Ein Nachteil des bekannten Nahtführungsgeräts besteht darin, daß es in seitlicher Richtung viel Raum benötigt, wodurch es ungeeignet ist zur Ausführung von Schweißoperationen unter engen Verhältnissen, wie zum Beispiel im Inneren einer Kraftfahrzeugkarosserie.

Wenn man versuchen wollte, die Abmessungen einer Vorrichtung der vorgenannten Art dadurch zu verkleinern, daß man den Sensor dichter an der Schweißzange anbringt, so entsteht das Problem, wie der Sensor gegen die Strahlungshitze des Schweißlichtbogens und wie die Öptik des Sensors gegen ein Zusetzen (Blindwerden) durch Schweißdämpfe geschützt werden kann. Bei bekannten Nahtführungsgeräten konnte dieses Pro­ blem bisher in keiner zufriedenstellenden Weise gelöst wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nahtführungs­ gerät der eingangs genannten Art, vorzugsweise für Lichtbo­ genschweißen, zu entwickeln, welches sich durch einen robu­ sten Aufbau auszeichnet, welches eine gute Zugänglichkeit beim Schweißen in engen Räumen gestattet und bei welchem der optische Sensor des Nahtführungsgeräts gegen Hitzestrahlung, Spritzer und die Sichtbarkeit beeinträchtigenden Rauchgase usw. gut geschützt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Nahtführungsgerät für einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeich­ nenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen genannt.

Da die Druckluft zur Kühlung des Sensors diesem über einen zentralen gasdichten Raum im Gehäuse des Nahtführungsgeräts zugeführt wird, erreicht man unter anderem den Vorteil, daß der Druckluftschlauch in unmittelbarer Nähe der Verbindungs­ kabel für den Sensor und den Motor angebracht und möglicher­ weise mit diesen Kabeln zusammengebündelt werden kann. Auf diese Weise sind die Kabel und der Schlauch besser gegen Be­ schädigungen geschützt, die durch Kontakt mit Gegenständen im Arbeitsbereich des Roboters auftreten können. Zugleich wird die Bewegbarkeit des Roboters in engen Räumen verbes­ sert.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Nahtführungsgeräts in der Bauweise gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Nahtführungsgerät,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Nahtführungsgeräts, wobei die drehbare Einheit im Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 dargestellt ist,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Hitzeschild für den Sensor des Nahtführungsgeräts,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Hitzeschild längs der Linie V-V in Fig. 4.

Das Nahtführungsgerät hat einen optischen Sensor 4 zur Mes­ sung der Lage der Naht und zur Steuerung der Bewegung einer Schweißzange oder eines Schneidbrenners 10.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Nahtführungsgerät ist in erster Linie für Lichtbogenschweißen mittels eines Indu­ strieroboters bestimmt, der beispielsweise in der in der DE- OS 37 19 064 gezeigten Art aufgebaut sein kann. Das Nahtfüh­ rungsgerät hat ein aus Leichtmetall gegossenes Gehäuse 1, welches über eine Befestigungsvorrichtung 2 an der Werk­ zeugsbefestigungsvorrichtung 3 der Roboterhand befestigt ist. Das Folgen der Naht und das Messen des Abstandes erfol­ gen mit Hilfe eines kreiszylindrischen Sensors 4, der rela­ tiv zum Gehäuse 1 drehbar ist und einen Halbleiterlaser so­ wie einen positionsmessenden Photodetektor enthält. Ein Schrittmotor 6 (stepper), der von einem Impulsübertrager 5 zur Drehung des Sensors gesteuert wird, ist an dem Gehäuse 1 befestigt. Der Motor 6 ist von einem Gehäuse 7 umgeben.

In dem von der Roboterhand am weitesten entfernten Teil des Gehäuses, welches im wesentlichen kreiszylindrisch ist, ist eine innere Hülse 8 fest angeordnet. Durch diese Hülse 8 und durch ein im Sensor 4 exentrisch angeordnetes Loch erstreckt sich eine Lichtbogen-Schweißzange 10, die in Fig. 3 schema­ tisch dargestellt ist. Die Schweißelektrode 11 der Zange 10 wird durch einen Schlauch 12 nachgeschoben, durch welchen auch Schutzgas der Schweißstelle zugeführt wird.

Der Sensor 4 ist an ein gezahntes Rad 13 geschraubt, welches seinerseits an einem Innenring 14 befestigt ist, der mittels Kugellager 15 drehbar auf der inneren Hülse 8 gelagert ist. Das Rad 13 wird über ein gezahntes Band 16 von einem Ritzel 17 angetrieben, welches auf der Welle des Motors 16 sitzt. Das Band 16 wird durch eine Schraube 18 gespannt, um die Kraftübertragung zwischen dem Motor 6 und dem Sensor 4 spielfrei zu machen.

Das Rad 13 ist mit einem radial vorstehenden Stift 20 verse­ hen, der mit einer am Gehäuse 1 befestigten Stoppeinrichtung in Form eines mechanischen Anschlages 21 zusammenarbeitet, wodurch die Bewegungsfreiheit des Rades 13 auf maximal zwei volle Umdrehungen beschränkt ist.

Zwischen der zylindrischen Wand des Gehäuses 1 und der inne­ ren Hülse 8 ist ein ringförmiger Raum 23 vorhanden, in wel­ chem das Verbindungskabel 24 zum Sensor 4 locker und spiral­ förmig um die Hülse 8 gewickelt ist. Hierdurch wird er­ reicht, daß das Kabel die Beweglichkeit des Sensors 4 nicht behindert und daß der Teil des Kabels, der der Schweißzone am nächsten liegt, in dem Gehäuse 1 gut geschützt ist.

Der ringförmige Raum 23 hat eine Eintrittsöffnung 25 durch welche der Raum 23 über einen Schlauch 26 mit Druckluft ver­ sorgt wird. Die Druckluft wird weiterbefördert durch eine Austrittsöffnung 27 und in speziell angeordnete Kühlluft­ spalte im Sensor 4 zur Kühlung des Sensors 4 eingeleitet. Der Hauptteil der Kühlluft strömt ab durch eine nach oben gerichtete Austrittsöffnung im Sensor 4 bei dem Pfeil 32.

Der Raum 23 ist gegen Undichtigkeitsverluste der Luft sowohl durch Dichtungsringe 28, 29 und 30 als auch durch Dichtungen um den Schlauch und die Kabeldurchführung abgedichtet.

An der Unterseite des Sensors 4 befindet sich ein Hit­ zeschild 40 in Form einer Scheibe aus hitzebeständigem Kunststoff, deren Ausführungsform genauer in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Die Scheibe hat ein exentrisch ange­ ordnetes Loch 41 für die Schweißzange 10, Öffnungen 42 und 43 für auszusendendes beziehungsweise reflektiertes Licht und Befestigungslöcher 44. Die Öffnungen 42 und 43 sind mit einer transparenten Platte aus Glas oder Kunststoff abge­ deckt, die auf der oberen Seite des Hitzeschildes 40 ange­ ordnet ist und gegen Spritzer etc. durch einen hülsenförmi­ gen Schirm 46 geschützt ist, der aus der Unterseite des Hit­ zeschildes hervorsteht und getrennte Kanäle 47 und 48 für zu emittierendes beziehungsweise reflektiertes Licht hat.

Zwischen dem Hitzeschild 40 und dem Sensor 4 sind Dichtungen 49 und 50 um das Loch 41 für die Schweißzange 10 beziehungs­ weise die Peripherie des Hitzeschildes 40 angeordnet.

Ein Teil der Druckluft, welche durch die Kühlungsluftspalte im Sensor 4 geströmt ist, kann in den Spalt zwischen dem Hitzeschild 40 und der Unterseite des Sensors 4 an der in Fig. 4 durch das Kreuz 51 gekennzeichneten Stelle strömen. Von dort strömt die Luft in Richtung der Pfeile in entgegen­ gesetzten Richtungen und gelangt in die Kanäle 47 und 48 durch Öffnungen 52 beziehungsweise 53 an gegenüberliegenden Schmalseiten der Schutzplatte 45. Durch die Kanäle 47 und 48 wird der Luftstrom so gelenkt, daß zumindest der Teil des Sichtfeldes, das am dichtesten am Sensor 4 liegt, von Rauch usw. freigehalten wird. Hierdurch wird verhindert, daß der Rauch Ablagerungen auf der Schutzplatte 45 bildet. Die Luft­ menge, welche durch die Lichtöffnungen des Hitzeschildes 40 abfließt darf natürlich nicht so groß sein, daß sie das Schutzgasbereich der Schweißzange stört. Eine Druckaus­ gleichsöffnung 54 zwischen den Kanälen nahe der Glasplatte verhindert Turbulenzen.

Die Verbindungskabel 24 und 19 für den Sensor beziehungs­ weise den Antriebsmotor sowie der Durckluftschlauch 26 wer­ den durch einen gemeinsamen Schlauch 55 und eine Umbandelung 56 zusammengehalten, wie aus Fig. 1 hervorgeht.

Claims (10)

1. Nahtführungsgerät zur Befestigung am Werkzeughalter (3) der Hand eines Industrieroboters zur Durchführung von bei­ spielsweise Schweißarbeiten an einem Werkstück mit einer Schweißzange oder einem Schweißbrenner (10), mit einem im Verhältnis zur Schweißzange (10) drehbaren Sensor (4), der eine Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtpunktes auf das Werkstück sowie optische Glieder zur Reproduktion des Licht­ punktes auf einem positionsmessenden Detektor hat, mit einem Motor zur Drehung des Sensors und mit einem Hitzeschild (40) an der zum Werkstück gewandten Seite des Sensors, welcher Hitzeschild die Gestalt einer Scheibe mit mindestens einem Fenster (42, 43) zur Aussendung von Licht vom Sensor und für den Empfang von reflektiertem Licht durch den Sensor hat, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Seite des Sensors (4), die vom Werkstück wegweist, ein Ge­ häuse (1) neben dem Sensor fest im Verhältnis zu der Robo­ terhand angeordnet ist, welches Gehäuse einen Raum (23) mit einer Eintrittsöffnung (25) hat,
daß an die Eintrittsöffnung (25) ein Schlauch (26) für die Zufuhr von Druckluft ange­ schlossen ist, und
daß der Raum (23) eine Austrittsöffnung (27) hat, welche mit dem Hitzeschild (40) in Verbindung steht, der so geformt ist, daß der Luftstrom an dem genann­ ten Fenster (42, 43) vorbeiströmt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auslaßöffnung (27) mit im Sensor . (4) vorhandenen Luftspalten und/oder Kanälen in Verbindung steht, die so beschaffen sind, daß sie von Druckluft zur Kühlung des Sensors (4) durchströmt werden.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hitzeschild (40) mit einem hülsenförmigen Schirm (46) versehen ist, der um das genannte Fenster (42, 43) herum angeordnet ist und in Rich­ tung zum Werkstück hervorsteht.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schirm (46) zwei getrennte Lichtkanäle (47, 48) für auszusendendes beziehungsweise re­ flektiertes Licht hat.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Fenster (42, 43) mit einer transpa­ renten Schutzplatte (45) abgedeckt ist, an deren Kanten der Hitzeschild (40) mit Luftaustrittsöffnungen (52, 53) versehen ist, die aus entgegengesetzten Richtungen auf die Lichtkanäle (47, 48) gerichtet sind.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine druckausgleichende Öffnung (54) zwischen den beiden Lichtkanälen (47, 48) nahe der unteren Seite der Schutzplatte (45) angeordnet ist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (23) ringförmig ist, nach außen durch eine zylindrische Wand des Gehäuses (1) begrenzt ist und nach innen durch eine zy­ lindrische Hülse (8) begrenzt ist, die fest im Gehäuse (1) angeordnet ist, und die die Schweißzange (10) umgibt.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißzange (10) von dem Sensor (4) umgeben ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) auf einem Antriebsrad (13) montiert ist, welches sich in das untere Endteil des ringförmigen Raumes (23) erstreckt, und daß Dichtungsringe (28, 29) zwischen dem Rad (13) und der Wand des Raumes (23) angeordnet sind.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungskabel (24) zum Sensor (4) durch den genannten ringförmigen Raum (23) derart verläuft, daß es lose in einer Vielzahl von Windungen spiralförmig um die innere zylindrische Hülse (8) herum der­ art gewickelt ist, daß der Sensor (4) aus einer Endlage her­ aus mindestens 360° im Verhältnis zum Gehäuse (1) drehbar ist.