DE3938563A1 - Automatische vorrichtung fuer industrieroboter zum schweissen, um die verwendung derselben an schwerzugaenglichen stellen zu erleichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automati­ sche Vorrichtung für Industrieroboter zum Schwei­ ßen, um die Verwendung derselben an schwer zugäng­ lichen Stellen zu erleichtern.

Hauptsächlich im Automobilsektor, jedoch nicht nur darin, ist es häufig erforderlich, Widerstands- oder Punktschweißungen an Elementen vorzunehmen, die auf Flächen von beträchtlicher Ausdehnung lie­ gen wie beispielsweise Karosserien von Kraftwagen, Ladeflächen von Lastwagen u. dgl.

Die Verwendung der bekannten Widerstands- oder Punktschweißzangen, die im allgemeinen aus zwei Elementen aus Hartkupfer von hoher Leitfähigkeit und verschiedener Form bestehen, die an einem Ende gelenkig befestigt sind, um eine Schwenkbewegung ausführen zu können, und an dem entgegengesetzten Ende mit einander gegenüberliegenden Elektroden versehen sind, wenn diese besonders ausgedehnt sind, um die vorgenannten, von der Schweißmaschine entfernt liegenden Elemente zu erreichen, gestattet es normalerweise nicht, dem Erfordernis einer zu­ verlässigen Punktschweißung gerecht zu werden.

In der Tat neigen sehr lange Elektroden dazu, sich zu biegen, wenn sie einem beträchtlichen Ver­ bindungsdruck ausgesetzt werden. Dies stellt eine Begrenzung des Verbindungsdrucks an der Schweiß­ stelle dar, wo er gerade am meisten erforderlich ist, um eine gute Schweißung zu erzielen.

Ferner bestehen die zur Zeit bekannten Mittel zur Übertragung einer Drehbewegung auf eine verti­ kale Haltesäule, an der bei Industrierobotern ein Punktschweißarm gelenkig befestigt ist, normaler­ weise aus einem Schneckenrad, das die Säule trägt und mit einer Schnecke kämmt, die mit ihrer Dreh­ achse rechtwinklig zur Drehachse des Schnecken­ rades angeordnet ist.

Die Arretierung der Säule in der erforderlichen Stellung gestaltet sich normalerweise äußerst schwierig wegen der Anordnung von besonders schwe­ ren Teilen auf dem Schweißarm in einer beträcht­ lichen Entfernung von der Säule, wodurch ein sehr hohes Trägheitsmoment entsteht, das den Arm in un­ erwünschte Schwingungen versetzt und ferner den mit­ einander gekoppelten Drehelementen weitere kleine Verschiebungen vermittelt.

Zu einer teilweisen Lösung dieses Problems ist man dadurch gelangt, daß als Übertragungselemente für die Drehbewegung ein mit einem Ritzel kämmender verzahnter Lagerring verwendet wird, wobei das Ritzel mit Elektromotoren verbunden und in Drehung gesetzt wird, die durch Bremsvorrichtungen arretiert werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch bei Ver­ wendung von besonders wirksamen Bremsvorrichtungen nach der Einstellung des Arms nicht die gewünschte Arretierung in der genau erforderlichen Stellung erzielbar ist.

Aus diesen Gründen gewährleistet die Verwendung der bekannten Betätigungsvorrichtungen wie Schnecke und Schneckenrad oder andere herkömmliche Getriebe­ vorrichtungen, die mit einem geringen Kraftarm auf die zu drehenden Teile einwirken und mit ebenfalls herkömmlichen, direkt auf die gekoppelten Elemente einwirkenden Bremsvorrichtungen gekoppelt sind, nicht die erforderliche Genauigkeit der Arretierung bei einem Schweißroboter, wie er in der modernen In­ dustrie verwendet wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, eine Vorrichtung zum Arretieren der Dreh­ bewegung der Haltesäule des Schweißarms eines Industrieroboters zu schaffen, die auch bei von der Drehachse der Säule entfernt liegenden schweren Teilen eine zufriedenstellende Einstellgenauigkeit gewährleistet und gleichzeitig in der Lage ist, den Kontakt für den Durchgang der für diese Art von Schweißungen erforderlichen hohen Stromstärken zu unterbrechen und wiederherzustellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Industrieroboter die Verwendung nur einer auf dem Schweißarm angebrachten Elektrode zu gestat­ ten, wodurch die Verwendung von von der Drehachse ent­ fernt liegenden schweren Teilen eingeschränkt wird und gleichzeitig in Anbetracht des geringeren zu bewegenden Gewichtes es dem Schweißarm zu ermöglichen, auch in einer beträchtlichen Entfernung von der Drehachse des Roboters liegende, zu schweißende Teile zu erreichen.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung, die sich aus der nachstehenden Beschreibung ergeben, werden durch eine automatische Vorrichtung für Industrieroboter zum Schweißen erreicht, die aus zwei Teilen besteht, näm­ lich einem ersten unteren feststehenden Teil mit einer Basiskonstruktion, die eine kreisrunde Halteplatte trägt, mit der ein Distanzring und ein Schutzring verbunden sind, und einem zweiten oberen drehbaren Teil, der auf dem ersten feststehenden Teil auf einer durch den Mittelpunkt der beiden Teile verlaufenden vertikalen Achse angeordnet ist und eine kreisrunde Halteplatte, einen mit dieser Platte verbundenen Ver­ stärkungsring und einen in Umfangsrichtung dieses Rings angeordneten Dichtungsring aufweist, wobei der un­ tere Teil und der obere Teil durch einen axialen Lagerring miteinander verbunden sind, der auf seinem Außenumfang mit einer Verzahnung versehen ist, die mit einem Ritzel kämmt, das mit Antriebsmitteln zum Drehen des oberen Teils verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem oberen Teil eine automatische Arretiervorrichtung zum Arretieren der Drehung des oberen Teils und zur gleichzeitigen Stromzuführung zu einem Ring vorgesehen ist, der mit dem unteren feststehenden Teil fest verbunden ist und zur Über­ tragung des elektrischen Stroms mit einem daran be­ festigten elektrischen Pol versehen ist.

Lediglich als nicht einschränkendes Beispiel wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht des Ba­ sisteils und der drehbaren Säule eines Industrie­ roboters zum Schweißen, in deren Inneren die er­ findungsgemäße Arretierungsvorrichtung angebracht ist;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht der Bestandteile der Fig. 1 nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht, die die erfindungs­ gemäßen, in der Explosionsansicht gemäß Fig. 2 dargestellten Elemente zeigt;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der erfin­ dungsgemäßen Arretierungsvorrichtung;

Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der erfindungsgemäßen Arretierungsvorrichtung gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ein Schema, das ein Beispiel zur indu­ striellen Anwendung der erfindungsgemäßen Arretie­ rungsvorrichtung zeigt.

Ein Industrieroboter zum Schweißen, auf den sich die Anwendung der vorliegenden Erfindung bezieht und von dem in Fig. 1 lediglich der untere Teil dargestellt ist, während der obere Teil, der normalerweise aus einem beweglichen Arm besteht, der eine Schweißzange trägt, fortgelassen wurde, da er für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ohne Bedeutung ist, besteht im wesentlichen aus einem unteren Teil 10 und einem drehbaren oberen Teil 12, der um eine vertikale Achse y-y′ drehbar ist und oberhalb des unteren Teils 10 angeordnet ist.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, besteht der untere feststehende Teil, der in Fig. 2 mit "A" bezeichnet ist, aus einer Basiskonstruktion 14, auf der eine kreisrunde Halteplatte 16 befestigt ist, die auf der oberen Fläche einen Distanzring 18 trägt, der längs des Umfangs eine Unterbrechung aufweist, in die ein Einsatzstück 20 eingesetzt ist, das mit einem Zwischenlageplättchen 22 verbunden ist. Sowohl das Einsatzstück 20 als auch das Zwischenlageplättchen 22 sind durch Schrauben 23 an einem hochleitfähigen Me­ tallring 26 befestigt, der aus einem hochleitfähigen Material wie beispielsweise Elektrolytkupfer besteht, wobei der Metallring 26 die Aufgabe hat, durch Kon­ takt elektrischen Strom zu dem Einsatzstück 20 zu leiten, an dem über eine Kabelklemme 24 eine Leitung 25 (die auch in Fig. 6 dargestellt ist) angeschlossen ist, die ihrerseits mit einem Ende an ein Schweißge­ rät 29 angeschlossen ist, das erfindungsgemäß einen elektrischen Schweißpol darstellt.

Der Ring 26 ist seinerseits über entsprechende, nicht dargestellte Schrauben an dem Distanzring 18 befestigt.

Ein axialer Lagerring, der aus zwei Teilen be­ steht, nämlich einem feststehenden Teil 28 und einem auf Wälzkörpern drehbaren Teil 40, weist am Außenumfang eine Verzahnung 30 auf, die mit einem Ritzel 32 kämmt, das mit einem Reduktions­ getriebe 34 verbunden ist, das durch einen Elek­ tromotor 36 (Fig. 3) in Drehung gesetzt wird, der ein Gleichstrom-Kollektor-Motor oder ein Wechsel­ strom-Induktionsmotor sein kann, der in an sich be­ kannter Weise durch eine Digitalsteuerung wie einen Prozeßsteuerungscomputer mit Genauigkeit gesteuert werden kann, der nicht dargestellt ist, da er mit der eigentlichen Erfindung nichts zu tun hat.

Der Lagerring 27 ist zu seinem Schutz von einem Ring 38 umgeben, der an den Löchern für den Durch­ gang der Befestigungsbolzen Ausnehmungen 39 aufweist, die als Sitz für Spannmuttern dienen, die auf die Bolzen aufgeschraubt werden.

Die Gesamtanordnung der Basiskonstruktion 14, Platte 16, des Distanzrings 18, des Stromzuführungs­ rings 26, des Schutzrings 38 und der äußeren Ver­ zahnung 28 des Lagerrings 27 stellt somit den unteren feststehenden Teil "A" dar, der in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

Mit dem auf diese Weise definierten unteren Teil "A" ist über den inneren drehbaren Teil 40 des La­ gerrings 27 der obere Teil "B" verbunden, der aus einer kreisrunden Platte 42, einem damit verbundenen kreisrunden Ring 44 und einem Dichtungsring 46 besteht.

Oberhalb der Platte 42 ist eine allgemein mit 48 bezeichnete automatische Arretierungs- und Stromzu­ führungsvorrichtung befestigt, die in Fig. 2 schema­ tisch und in den Fig. 4 und 5 im einzelnen dargestellt ist, im Innern des Rings 26 arbeitet und aus einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung 50 besteht, die durch Schrauben 51 an einem zusammengeschweißten Metallgerüst 52 befestigt ist.

Im Innern eines Gehäuses 54 der Betätigungs­ vorrichtung 50 bewegt sich ein (nicht dargestell­ ter) Kolben hin und her, der mit einem Stößel 56 verbunden ist, der eine mit 58 bezeichnete kinemati­ sche Hebelanordnung betätigt, die zum Öffnen und Schließen eines Spannbackenpaars dient, die zum Arretieren der Drehung der Tragsäule 12 (Fig. 1) des Industrieroboters und zur gleichzeitigen Strom­ zuführung zu einem Pol des Schweißgeräts 29 (Fig. 6) gegeneinander arbeiten.

Die kinematische Hebelanordnung 58 besteht im wesentlichen aus einem Doppelhebelpaar 60, 60′, wobei diese Hebel mit einem Ende an einem mit dem Stößel 56 verbundenen Zapfen 62 und mit dem ent­ gegengesetzten Ende an Zapfen 64, 66 angelenkt sind. An diesen beiden letzteren Zapfen ist je ein Hebelarm 68 bzw. ein Paar Hebelarme 70 angelenkt.

Sowohl der Hebelarm 68 als auch das Hebelarm­ paar 70 sind an einem gemeinsamen Zapfen 72 gelen­ kig befestigt, der dazu dient, zwei Spannbacken 74 und 76 eine Hin- und Herbewegung aufeinander zu bzw. voneinander hinweg zu vermitteln, wobei die Spannbacken 74 und 76 von dem Hebelarm 68 bzw. dem Hebelarm 70 getragen werden. Durch die Betätigung der pneumatischen Betätigungsvorrichtung 50 wird dem Stößel 56 eine Hin- und Herbewegung verliehen, der durch seine Auswärtsbewegung das Schließen der Spannbacken 74 und 76 gegen den Ring 26 und somit die sofortige Arretierung der Drehung der Tragsäule des Roboters hervorruft, während er durch seine Ein­ wärtsbewegung in entgegengesetzter Bewegung das Öff­ nen, die Freigabe des Rings 26 und die freie Drehung der vorgenannten Tragsäule bewirkt.

Mit dem Hebelarm 68 ist ferner auch ein Kabel 78 verbunden, das von einem Transformator 80 kommt, der schematisch in Fig. 6 dargestellt ist und zwei elektrische Pole zum Punktschweißen erzeugt. Ein Pol 82 ist mit einer Elektrode verbunden, die durch den Arm des Roboters bewegt wird, während der andere Pol 84 mit dem in Fig. mit 29 bezeichneten Schweiß­ gerät verbunden ist, das das zu schweißende bzw. die zu schweißenden Elemente 86 hält.

Die Regulierung des Drucks der Hebelarme 68, 70 und damit der Spannbacken 74 und 76 auf der unteren und oberen Fläche des Rings 26 erfolgt durch Regu­ lierung des Abstands zwischen Schrauben 100, 102 (Fig. 4 und 5), so daß sie sich gegen ein lineares Anschlagstück 104 anlegen, das die Hebelarme 68, 70 in einer Stellung unterhalb der Hebel 60, 62 über­ greift.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Vorrichtung wie folgt:
Eine Digitalsteuerung wie z. B. ein Prozeßsteu­ erungscomputer (der nicht dargestellt ist) bringt den Roboterarm in die gewünschte Stellung und senkt ihn auf das zu schweißende Element hinab und be­ tätigt nach Durchführung dieser Bewegung auch die automatische Vorrichtung, indem sie durch Schließen der Spannbacken die Drehung der Tragsäule des Robo­ ters unterbricht und den Durchgang des elektrischen Stroms zum Schweißgerät gestattet, wodurch das Schweißen des genannten Elements erfolgt.

Aus der vorstehenden Beschreibung sind somit die vorteilhaften Ergebnisse offensichtlich, die durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Diese Vorteile bestehen darin, daß man mit der Verwendung nur einer einzigen, von dem Ro­ boterarm getragenen Schweißelektrode auskommt, wo­ durch die von dem Roboterarm bewegte Masse im Ver­ hältnis zu dem begrenzten Gewicht einer einzigen Elektrode verringert wird.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht im Hinblick auf das geringere, von dem Ro­ boterarm zu bewegende Gewicht, wie anfangs beschrie­ ben, darin, daß man längere Roboterarme bauen und somit ausgedehntere Arbeitsflächen damit bearbeiten kann.

Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung beschrieben worden ist, versteht es sich, daß an dieser zahlreiche Änderungen und Abweichungen im Rahmen des Erfindungsgedankens, wie er durch die Ansprüche definiert ist, vorgenommen werden können.

Claims (5)

1. Automatische Vorrichtung für Industrieroboter zum Schweißen, bestehend aus zwei Teilen, nämlich einem ersten unteren feststehenden Teil (10) mit einer Basiskonstruktion (14), die eine kreisrunde Halteplatte (16) trägt, mit der ein Distanzring (18) und ein Schutzring (38) verbunden sind, und einem zweiten oberen drehbaren Teil (12), der auf dem ersten feststehenden Teil auf einer durch den Mittelpunkt der beiden Teile (10, 12) verlaufenden vertikalen Achse (y-y) angeordnet ist und eine kreisrunde Halte­ platte (42), einen mit dieser Platte (42) verbundenen Verstärkungsring (44) und einen in Umfangsrichtung dieses Rings (44) angeordneten Dichtungsring (46) aufweist, wobei der untere Teil (10) und der obere Teil (12) durch einen axialen Lagerring (27) mitein­ ander verbunden sind, der auf seinem Außenumfang mit einer Verzahnung (30) versehen ist, die mit einem Ritzel (32) kämmt, das mit Antriebsmitteln (36) zum Drehen des oberen Teils (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem oberen Teil (12) eine automatische Arretier­ vorrichtung (48) zum Arretieren der Drehung des oberen Teils (12) und zur gleichzeitigen Stromzu­ führung zu einem Ring (26) vorgesehen ist, der mit dem unteren feststehenden Teil (10) fest verbunden ist und zur Übertragung des elektrischen Stroms mit einem daran befestigten elektrischen Pol versehen ist.

2. Automatische Arretiervorrichtung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine pneumatische Betätigungsvorrichtung (50) aufweist, mit der ein Stößel (56) betätigbar ist, der mit einer kinematischen Hebelanordnung (58) verbunden ist, die aus einem Doppelhebelpaar (60, 60′) be­ steht, wobei diese Hebel (60, 60′) mit einem Ende an einem mit dem Stößel (56) verbundenen Zapfen (62) und mit dem entgegengesetzten Ende an Zapfen (64, 66) angelenkt sind und ferner mit einem gemein­ samen Zapfen (72) gelenkig verbunden sind, um durch die Hin- und Herbewegung des Stößels (56) eine Öff­ nungs- und Schließbewegung eines Spannbackenpaars (74, 76) auf den Oberflächen des Rings (26) und damit eine Arretierstellung bzw. eine Freigabestellung der Drehung des oberen Teils (12) zu bewirken.

3. Automatische Arretiervorrichtung nach den An­ sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zum Regeln des durch die Hebelarme (68, 70) über die Spannbacken (74, 76) auf die obere und un­ tere Fläche des Rings (26) ausgeübten Drucks aus Schrauben (100, 102) bestehen, die die Hebelarme (68, 70) durchsetzen und sich an ein Anschlagstück (104) anlegen, das die Hebelarme (68, 70) unterhalb der Hebel (60, 60′) übergreift.

4. Automatische Arretiervorrichtung nach den An­ sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken (74, 76) zur Stromzuführung zu dem Ring (26) dienen.

5. Automatische Arretiervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzuführungsring (26) aus hochleitfähigem Metall, vorzugsweise Elektrolytkupfer, besteht.