EP1423226A1 - Kurzzeit-lichtbogenschweisssystem und -verfahren - Google Patents

Kurzzeit-lichtbogenschweisssystem und -verfahren

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Publication number
EP1423226A1
EP1423226A1 EP02797661A EP02797661A EP1423226A1 EP 1423226 A1 EP1423226 A1 EP 1423226A1 EP 02797661 A EP02797661 A EP 02797661A EP 02797661 A EP02797661 A EP 02797661A EP 1423226 A1 EP1423226 A1 EP 1423226A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
welding
short
welding head
relative position
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02797661A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Gisbert Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Newfrey LLC
Original Assignee
Newfrey LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Newfrey LLC filed Critical Newfrey LLC
Publication of EP1423226A1 publication Critical patent/EP1423226A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/20—Stud welding
    • B23K9/205—Means for determining, controlling or regulating the arc interval

Definitions

  • the present invention relates to a short-term arc welding system for welding elements such as e.g. Metal bolts, on components such as Metal sheets with:
  • a robot which has at least one arm which is movable in at least one coordinate axis
  • a welding head which is mounted on the arm and on which a holding device for holding an element and
  • Lifting device for supplying and resetting the holding device relative to the welding head are provided, and
  • the present invention further relates to a corresponding method for short-time arc welding.
  • Such a short-time arc welding system and an associated method are generally known.
  • the element is first placed on the component. A pilot current is then switched on and the element is raised to a desired height in relation to the component, an arc being drawn. Only then is the welding current switched on.
  • the relative position between the element and the component is usually measured before each welding process, especially in the form of a zero position determination.
  • a robot is an automatically driven linear guide (slide) on which a welding head is mounted.
  • Stud welding systems are used particularly in the automotive industry. They are mainly used to weld elements such as bolts with and without threads, eyelets, nuts, etc. onto the body panel. These elements then serve as holding anchors, for example for fastening interior panels.
  • the support foot is aligned approximately parallel to the holding device of the welding head. In an initial position, the element held in the holding device protrudes somewhat from the support foot.
  • the welding head is approximated to the component in order to determine the relative position.
  • the element first contacts the component.
  • the welding head continues to feed until the support foot contacts the component.
  • the holding device is displaced relative to the welding head against an elastic prestressing force.
  • the relative position between the element and the component can be determined.
  • US-A-5, 252, 802 discloses a stud welding device with a housing which is designed as a hand gun.
  • a position motor first brings the housing into a position in which a bolt is arranged in the vicinity of a component.
  • a linear motor is provided in the housing to axially move a lift shaft that carries the pin.
  • a path measuring system is provided to control the linear motor.
  • the linear motor is activated in order to move the bolt towards the workpiece at a specific speed. As soon as the bolt touches the workpiece, an electrical contact closes.
  • WO 96/05015 discloses a stud welding device without a support foot, in which a welding head as a whole can be adjusted by means of an adjusting drive.
  • a holding device is provided on the welding head, which holds a bolt.
  • An adjusting device serves to move the holding device axially relative to the welding head.
  • the adjustment device can be a servo-pneumatic or a servo-hydraulic working cylinder.
  • the relative position between the holding device and the welding head is detected by means of a position measuring system.
  • the welding head To determine a zero position between the stud and the workpiece, the welding head is moved to an end position in the direction of the workpiece. In the course of this movement, the bolt hits the workpiece. Since the bolt can no longer follow the movement of the welding head from this point on, the holding device is then displaced relative to the welding head against the pressing movement. This Displacement is measured by the position measuring system, and the end position of the welding head is precisely recorded.
  • the measuring system is also designed to determine the relative position between the element and the component without contact between the foot and the component, and in that the measuring system has means for displacing the Has foot from an operating position to a rest position in which the foot is out of order.
  • the task is solved by using a short-time arc welding system which has a control device in which a plurality of welding processes to be carried out automatically is stored, in order to determine whether the relative position is determined in the respective welding process between the element and the component with or without a foot, which is designed to contact the component, and wherein the method further comprises the steps:
  • step b) determining whether the relative position between the element and the component should be determined with or without a foot in the selected welding process, c) determining the relative position between the element and the component as a function of the determination made in step b), and
  • a determination of the relative position without a support leg is generally carried out at welding points in which the component is arranged in a relatively stable manner. This has the advantage that the welding stud can be welded particularly close to contours, since there is more space available that is not taken up by a support foot. The higher rigidity in corners and folds etc. also means that a support leg is not required.
  • a welding process is to be carried out on a relatively unstable component, for example a thin sheet metal without counter bearing
  • the determination of the relative position between the element and the component with a support foot is preferred.
  • the foot provides a kind of "bracing" of the component relative to the welding head.
  • the component cannot rebound.
  • the relative instability of the component could lead to incorrect determinations if the relative position was determined without a support leg.
  • the measuring system is designed to determine the relative position between the element and the component without contact between the foot and the component, by detecting when the element approaches the component when the element contacts the component - animal.
  • This embodiment generally allows the relative position to be determined particularly quickly.
  • This detection can be done, for example, by detecting the increase in the motor current of an electric motor that is used to bring the element closer to the component.
  • a voltage could also be applied between the element and the component. The drop in this voltage to zero then indicates that the element has contacted the component electrically and consequently also mechanically.
  • the contact between the element and the component is detected by, during an approach of the welding head to the component, the element being displaced relative to the welding head after contact of the component and the relative position between the element and the welding head being detected.
  • This embodiment corresponds to the method as disclosed in the aforementioned WO 96/05015.
  • a control device in which a plurality of welding processes to be carried out automatically is stored, whether the relative position between the element and the component should be determined with or without a foot during the respective welding process.
  • the relative position can be determined with or without a foot from case to case.
  • the foot is then either placed in its operating position or in its rest position. This can already happen, for example during the movement of the welding head by means of the robot from one welding point to a next welding point.
  • the welding head has elastic means for elastically prestressing the holding device in an adjusting direction.
  • the lifting device for closing and resetting the holding device can be held without energy in most operating states. As a result, there is little energy consumption.
  • the elastic means pretension the holding device in the return direction.
  • the lifting device is actuated in the infeed direction to determine the relative position between the component and the element without a support leg, the holding device is then always in the correct starting position in its elastically prestressed rest position. Overall, a particularly low energy consumption is achieved. Furthermore, under certain conditions, a higher dynamic can be achieved compared to other configurations.
  • the elastic means pretension the holding device in the feed direction.
  • the holding device In the case of prestressing in the return direction, the holding device is to be extended when determining the relative position with the support foot against the prestress before or after the support foot has mechanically contacted the component.
  • prestressing in the infeed direction an active movement of the holding device by means of the lifting device is not absolutely necessary to determine the relative position by means of a support foot.
  • the measuring system has a displacement sensor which detects the displacement of the holding device relative to the welding head.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a short-time arc welding system according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a welding head of an alternative embodiment of a short-time arc welding system according to the invention.
  • a first embodiment of a short-time arc welding system according to the invention is generally designated by 10 in FIG. 1.
  • the short-time arc welding system 10 which will be referred to as stud welding system 10 below, includes a robot 12.
  • the robot 12 has a rotary head 14, by means of which a single-joint or multi-joint arm 16 rotates can be.
  • the robot 12 is designed to move the end of the arm freely in three coordinate axes x, y, z.
  • a welding head base 20 is attached to the end of the robot arm 16.
  • the welding head base 20 carries a carriage 21 which can be moved back and forth relative to the welding head base 20 in the direction of an axis 26.
  • a welding head 22 is mounted on the carriage 21.
  • a pneumatic arrangement 24 serves to move the welding head 22 back and forth in relation to the welding head base 20 by means of the slide 21.
  • the stroke is shown by which the pneumatic assembly 24 can move the welding head 22 with respect to the welding head base 20.
  • the welding head 22 has a holding device 30, which is designed to releasably hold a metal element such as a bolt 32.
  • the holding device 30 has suitable clamping means, which are not shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 also shows a metal component, such as a sheet 34, which is oriented essentially perpendicular to the axis 26.
  • a support foot 31 is also provided on the welding head base 20.
  • the support foot 31 can be moved back and forth in the axial direction between an operating position shown in solid lines in FIG. 1 and a rest position shown at 31 '.
  • an offset device is provided, which is indicated schematically in FIG. 1 at 31A.
  • the support foot 31 could also be correspondingly movably mounted on the welding head 22 itself.
  • the welding head 22 also has a lifting device 36, which is formed by a linear motor, in particular an electric linear motor.
  • the lifting device 36 serves to move the holding device 30 in relation to the welding head 22 in an axial direction which is aligned parallel to the axis 26.
  • the lifting device 30 has a stroke 38 which can be, for example, in the range between 8 mm and 20 mm, in particular in the range between 10 mm and 15 mm.
  • the stroke 28 of the pneumatic arrangement 24 can be in the range between 2 cm and 10 cm, in particular in the range between 4 cm and 6 cm.
  • the holding device 30 is biased in relation to the welding head 22 in the direction away from the component 34, that is to say pretensioned in the return direction, by means of a compression spring 40.
  • the compression spring 40 engages on the one hand on the welding head 22 or the movable part of the slide 21 and on the other hand on the holding device 30 on.
  • the welding head 22 also has a displacement sensor 44, which is only indicated schematically in FIG. 1.
  • the displacement sensor 44 serves to detect the relative position between the holding device 30 and the welding head 22.
  • the displacement sensor 44 can have a code reader on the holding device 30, which reads a linear coding on the welding head 22.
  • a control device 46 is also provided.
  • the control device 46 is connected to the robot 12 and to the pneumatic arrangement 24, the lifting device 36 and the displacement sensor 44.
  • the control device 46 serves to control the movable elements of the stud welding system 10 in a coordinated manner with respect to one another or to regulate their movement, speed and / or acceleration on the basis of the signals from the displacement sensor 44.
  • control device 46 serves to determine the relative position between the element 32 and the component 34 before a welding process.
  • the welding system 10 is designed to determine the relative position between the element 32 and the component 34 alternatively either using the support foot 31 in its operating position or without using the support foot 31 (then in the rest position 31 ').
  • the welding head 22 is generally approximated to the component 34 by means of the slide 21 until the end of the support foot 31 contacts the component 34. Because the holding device 30 is biased in this embodiment. element 32 'is in the position shown at 32 "after the component 34 has been contacted by the support foot 31. The lifting device 36 is then actuated until the element 32 contacts the component 34. Due to the fixed positional relationship between the element 34 , the support foot 31, the welding head base 20 and the welding head 22 and the holding device 30, the relative position between the element 32 and the element 34 can be clearly defined.
  • the support foot 31 is moved into the rest position 31 'and is not used.
  • the relative position is determined, for example, as follows:
  • control device 46 is electrically connected to the bolt 32 via lines, not shown. 1 that the control device 46 is able to apply a measuring voltage V to the bolt 32.
  • the component 34 can be grounded, for example, so that a suitable current measuring device can be used as soon as the element 32 makes electrical contact with the component 34.
  • the robot 12 is actuated in order to bring the welding head base 20 into a basic welding position by means of the rotary head 14 and the robot arm 16, which is shown in FIG. 1.
  • the welding head base 20 is at a certain distance above the component 34, the axis 26 being perpendicular to the desired welding position of the component 34.
  • the pneumatic arrangement 24 is then actuated so that the welding head 22 is extended in the direction of the component 34, namely by the full stroke 28, into a head welding position.
  • the end position of the element 32 is shown in Fig. 1 at 32 '.
  • the element 32 ′ is located at a distance 48 from the component 34 that is smaller than the maximum stroke 38 of the lifting device 36.
  • the lifting device 36 is then actuated such that the element 32 is moved towards the component 34 until it contacts the component 34. This movement is preferably carried out at a constant speed.
  • the distance covered is detected by the distance sensor 44. As soon as the element 32 contacts the component 34, a circuit starting from the measuring voltage V is closed. This is detected by the control device 46 and the lifting device 36 is stopped.
  • the contact position between element 32 and component 34 present at this point in time is used as the “zero position” for the further welding process.
  • the exact relative position between the element 32 and the component 34 is consequently known via the displacement sensor 44 over the entire subsequent welding process.
  • the welding process can therefore independent of any existing tolerances in the positioning by the robot 12 or by the pneumatic assembly 24 with the desired positional relationship between the ⁇ element 32 and the component 34 take place.
  • the actual stud welding process takes place in a manner known per se. After the measuring voltage V has been disconnected, a pilot current is applied to the element 32. The element 32 is then raised relative to the component 34 so that an arc is drawn. After a certain height has been reached, the actual welding current is switched on, by means of which the energy of the arc is increased so that the end face of the element 32 and the associated location of the component 34 are melted.
  • the lifting device 36 returns the element 32 to the component. As soon as the electrical contact is achieved again, the arc is short-circuited and the welding current is switched off. In general, the infeed process takes place somewhat below the surface of the component 34, so that the mutual melts are thoroughly mixed. The entire melt solidifies and the actual welding process is completed. The holding device releases the element 32. The lifting device 36 is then switched off. The holding device 30 is consequently returned to the retracted rest position by the spring 40.
  • the pneumatic arrangement 24 is controlled by the control device 46 in such a way that the welding head 22 returns to the retracted starting position.
  • FIG. 2 An alternative embodiment of a welding head is generally designated 50 in FIG. 2.
  • the welding head 50 can be mounted on a welding head base 20 by means of a carriage 21 or without a carriage instead of the welding head 22. Otherwise, the construction and operation of a stud welding system with the welding head 50 may be identical to the construction of the stud welding system 10 of FIG. 1. Thus, for this second embodiment, reference is made to the description of the stud welding system 10 and will be described below only the differences explained.
  • the welding head 50 has a holding device 52 for an element 32 and a lifting device 54.
  • the lifting device 54 serves to move the holding device 52 with respect to the welding head 50 in the direction of an axis 26 in order to return the element 32 to or from the component 34.
  • the lifting device 54 has a permanent magnet 56 which contains an annular bore 58.
  • the holding device 52 has a blind hole 60 which is adapted to the circular bore 58, so that one end of the holding device 52 facing away from the component 34 forms a sleeve section 62 which is inserted into the circular bore 58.
  • a coil 64 is formed on the outer circumference of the sleeve section 62.
  • the coil 64 is connected to a power unit 66, which in turn is controlled by a control unit 68, for example by pulse width modulation.
  • a displacement sensor 70 is also provided, which measures the displacement of the holding device 52 in relation to the welding head 50.
  • a compression spring 72 is arranged between the permanent magnet 56 and a flange 74 of the holding device 52 projecting on the component side.
  • the compression spring 72 biases the holding device 52 into a rest position, and in contrast to the embodiment of FIG. 1, the rest position is in the feed direction, so that the holding device 52 is at its maximum extended in relation to the welding head 50 in the rest position.
  • the holding device 52 By energizing the coil 64, the holding device 52 can be drawn into the welding head 50 with respect to this rest position, against the bias of the compression spring 72.
  • a code reader 78 rigidly connected to the welding head 50 sweeps over a linear coding 76 on the holding device 52.
  • the code Reader 78 consequently emits an actual path signal 80 to control device 68.
  • the control device 68 compares the actual signal 80 with a desired signal 82 and emits an actuating signal 84 to the power unit 66.
  • control device 68 It is understood that a suitable controller is consequently present in the control device 68.
  • a support foot 86 is mounted on the welding head 50.
  • the support foot 86 is, similar to the support foot 31 of FIG. 1, by means of an offset device 86A can be moved back and forth in the axial direction between an operating position shown in FIG. 2 and a rest position 86 '.
  • the relative position between the element 32 and the component 34 can be determined either with the support foot 86 or without the support foot 86.
  • the lifting device 54 When determining the relative position with the support foot 86, this is in the operating position. Before the welding head 50 approaches the element 34, the lifting device 54 is in the starting position, in which the holding device 52 is at most extended relative to the welding head 50. In this position, the held element 32 extends somewhat in front of the support foot 86, so that, as described above, the component 34 is first contacted by the element 32. In the further course, the lifting device 54 is retracted until the support foot 86 contacts the component 34.
  • the welding head 50 approach the element 34, the holding device 52 being extended to the maximum. Then the relative position can be determined, for example, as described in the aforementioned WO 96/05015.
  • the element 32 can be approached to the component 34 in a highly dynamic and high precision. Subsequently, the combination of control device 46 or 68, displacement sensor 44 or 70 and lifting device Direction 36 and 54 used to determine the relative position between element 32 and component 34 with or without a support foot 31 or 86.
  • control device 46 or 68 It is normally stored in the control device 46 or 68 for each welding process whether this should take place with or without a support foot 31 or 86. Depending on the situation, the support foot 31 or 86 is then either moved into the operating position or into the rest position 31 'or 86' before a welding process.
  • FIG. 1 An alternative embodiment is shown in dashed lines in FIG. 1, in which the component 34A can be adjusted by a stroke 28A by means of a schematically indicated adjustment arrangement.
  • This embodiment represents an alternative to the arrangement of a carriage 21 on the welding head base 20. If there is consequently such an adjustment device for the component 34A, it is easier to rigidly fix the welding head to the welding head base 20. Furthermore, in some cases it may be sufficient to bring the end of the robot arm directly, that is to say without a slide 21 or an adjustable component, into a position in which the element 32 is in the approximate position, which is denoted by 32 ′ in FIG. 1 is. This applies in particular when the holding device 30 or 52 is resiliently prestressed in a rest position relative to the welding head 22 or 50 by means of elastic means, such as the spring 40 or 72.
  • the robot 12 and the slide 21 can also be replaced by a simple, automatically driven linear guide.

Landscapes

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Abstract

Mit einem Roboter (12), der wenigstens einen Arm (16) aufweist, der in wenigstens einer Koordinatenachse (x, y, z) beweglich ist, einem Schweisskopf (22; 50), der an dem Arm (16) gelagert ist und an dem eine Haltevorrichtung (30; 52) zum Halten eines Elementes (32) und eine Hubvorrichtung (36; 54) zum Zu- und Rückstellen der Haltevorrichtung (30; 52) relativ zu dem Schweisskopf (22; 50) vorgesehen sind, und einem Messsystem (31, 44, 46; 86, 68, 70) zum Bestimmen der Relativlage zwischen einem Bauteil (34) und einem auf das Bauteil (34) aufzuschweissenden, von der Haltevorrichtung (30; 52) gehaltenen Element (32), wobei das Messsystem einen an dem Schweisskopf (22; 50) gelagerten Fuss (31; 86) aufweist, der im Betrieb dazu ausgelegt ist, das Bauteil (34) zu kontaktieren, um die Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) zu bestimmen.

Description

Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem und -verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurzzeit-Lichtbogen- schweißsystem zum Schweißen von Elementen, wie z.B. Metallbolzen, auf Bauteile, wie z.B. Metallbleche mit:
- einem Roboter, der wenigstens einen Arm aufweist, der in wenigstens in einer Koordinatenachse beweglich ist,
- einem Schweißkopf, der an dem Arm gelagert ist und an dem eine Haltevorrichtung zum Halten eines Elementes und eine
Hubvorrichtung zum Zu- und Rückstellen der Haltevorrichtung relativ zu dem Schweißkopf vorgesehen sind, und
- einem Meßsystem zum Bestimmen der Relativlage zwischen einem Bauteil und einem auf das Bauteil aufzuschweißenden, von der Haltevorrichtung gehaltenen Element, wobei das Meßsystem einen an dem Schweißkopf gelagerten Fuß aufweist, der im Betrieb dazu ausgelegt ist, das Bauteil zu kontaktieren, um die Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zum Kurzzeit-Lichtbogenschweißen.
Ein solches Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem und ein zugehöriges Verfahren sind allgemein bekannt.
Beim Kurzzeit-Lichtbogenschweißen wird ein Element auf ein Bauteil aufgeschweißt. Dabei wird ein Lichtbogen zwischen Element und Bauteil gebildet, der die Stirnflächen anschmelzt. Anschließend werden das Element und das Bauteil aufeinander zu bewegt, so daß sich die Schmelzen vermischen. Der Lichtbogen wird kurzgeschlossen und die Gesamtschmelze erstarrt.
Üblich ist es, den Lichtbogen zu ziehen. Dabei wird das Element zunächst auf das Bauteil aufgesetzt. Anschließend wird ein Pilotstrom eingeschaltet und das Element wird gegenüber dem Bauteil bis auf eine gewünschte Höhe angehoben, wobei ein Lichtbogen gezogen wird. Erst danach wird der Schweißstrom zugeschaltet.
Um gleichbleibend gute Schweißergebnisse zu erzielen, ist es unter anderem wichtig, die Relativstellung zwischen Element und Bauteil zu kennen, insbesondere das Element auf die richtige Höhe anzuheben, bevor der Schweißstrom zugeschaltet wird. Zu diesem Zweck erfolgt in der Regel vor jedem SchweißVorgang eine Messung der Relativstellung, insbesonde- re in Form einer Nullpositionsbestimmung.
Dies ist bei roboter-basierten Systemen von besonderer Bedeutung. Zwar sind moderne Roboter generell in der Lage, vergleichsweise präzise zu positionieren. Eine hohe Präzision läßt sich jedoch insbesondere aufgrund der hohen bewegten Massen nicht mit sehr hoher Dynamik erzielen. Üblicherweise haben die Roboter einen Bewegungsu fang in drei Koordinaten. Im einfachsten Fall ist ein Roboter eine automatisiert angetriebene Linearführung (Schlitten) an der ein Schweißkopf gelagert ist.
Bolzenschweißsysteme werden insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt. Sie dienen dort vor allem dazu, Elemente wie Bolzen mit und ohne Gewinde, Ösen, Muttern, etc. auf das Karosserieblech aufzuschweißen. Diese Elemente dienen dann als Halteanker, um bspw. Innenraumverkleidungen zu befestigen.
In der Kraftfahrzeugindustrie kommt es auf die Herstellungsgeschwindigkeit maßgeblich an. Innerhalb weniger Minuten sind Hunderte von Elementen an unterschiedlichen Positionen automatisiert mittels Roboter aufzuschweißen. Die Roboter müssen folglich mit hoher Dynamik bewegt werden.
Daher ist es bekannt, am Arm eines Roboters eine Schweiß- kopfbasis anzubringen, die einen Schlitten trägt. Der Schlitten ist hochdynamisch mit hoher Präzision beweglich, üblicherweise mittels eines pneumatischen oder hydraulischen Systems. An dem Schlitten ist der eigentliche Schweißkopf gelagert, der wiederum über eine Hubvorrichtung zum Bewegen des Elementes verfügt.
Zum Bestimmen der Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil ist es bekannt, an dem Schweißkopf einen sog. Stützfuß zu befestigen (bspw. aus "Neue TUCKER-Technologie. Bolzenschweißen mit System", E hart Tucker, September 1999).
Der Stützfuß ist etwa parallel zu der Haltevorrichtung des Schweißkopfes ausgerichtet. In einer Ausgangsposition steht das in der Haltevorrichtung gehaltene Element etwas gegenüber dem Stützfuß vor.
Zum Bestimmen der Relativlage wird der Schweißkopf an das Bauteil angenähert. Dabei kontaktiert zunächst das Element das Bauteil. Der Schweißkopf wird weiter zugestellt, bis der Stützfuß das Bauteil kontaktiert. Dabei wird die Haltevorrichtung gegen eine elastische Vorspannkraft relativ zu dem Schweißkopf versetzt.
Durch die starre Verbindung zwischen dem Stützfuß und dem Schweißkopf und ein geeignetes Meßsystem läßt sich folglich die Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil bestimmen.
Alternativ hierzu sind auch sogenannte stützfußlose Meßsy- steme zum Bestimmen der Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil bekannt. So offenbart die US-A-5, 252, 802 eine Bolzenschweißvorrichtung mit einem Gehäuse, das als Handpistole ausgebildet ist. Ein Positionsmotor bringt zunächst das Gehäuse in eine Position, bei der ein Bolzen in der Nähe eines Bauteiles ange- ordnet ist. In dem Gehäuse ist ein Linearmotor vorgesehen, um einen Hubschaft axial zu bewegen, der den Bolzen trägt. Zur Steuerung des Linearmotors ist ein Wegrαeßsystem vorgesehen. Zum Bestimmen der Relativlage zwischen Bolzen und Werkstück wird der Linearmotor angesteuert, um den Bolzen mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf das Werkstück zu zu bewegen. Sobald der Bolzen das Werkstück berührt, schließt ein elektrischer Kontakt.
Ferner ist es aus der WO 96/11767 bekannt, den Bolzenhalter in Richtung auf das Werkstück elastisch vorzuspannen, und mittels eines Linearmotors gegen die Vorspannung axial zu bewegen.
Schließlich offenbart die WO 96/05015 eine Bolzenschweißvorrichtung ohne Stützfuß, bei der ein Schweißkopf insgesamt mittels eines Versteilantriebes verstellbar ist. An dem Schweißkopf ist eine Haltevorrichtung vorgesehen, die einen Bolzen hält. Eine Versteilvorrichtung dient dazu, die Haltevorrichtung axial gegenüber dem Schweißkopf zu verschieben. Die Verstellvorrichtung kann ein servo-pneumatischer oder ein servo-hydraulischer Arbeitszylinder sein. Die Relativ- Stellung zwischen Haltevorrichtung und Schweißkopf wird mittels eines Wegmeßsystems erfaßt.
Zum Bestimmen einer Nullposition zwischen Bolzen und Werkstück wird der Schweißkopf bis zu einer Endposition in Richtung auf das Werkstück verfahren. Im Verlauf dieser Bewegung trifft der Bolzen auf das Werkstück auf. Da der Bolzen ab diesem Zeitpunkt der Bewegung des Schweißkopfes nicht mehr folgen kann, wird ab dann die Haltevorrichtung gegenüber dem Schweißkopf entgegen der Anpreßbewegung verschoben. Diese Verschiebung wird von dem Wegmeßsystem gemessen, und so die Endlage des Schweißkopfes exakt erfaßt.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kurzzeit- Lichtbogenschweißsystem und Verfahren zum Kurzzeit- Lichtbogenschweißen anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kurzzeit- Lichtbogenschweißsystem dadurch gelöst, daß das Meßsystem ferner dazu ausgelegt ist, die Relativlage zwischen dem Ele- ment und dem Bauteil ohne Kontakt zwischen dem Fuß und dem Bauteil zu bestimmen, und daß das Meßsystem Mittel zum Versetzen des Fußes von einer Betriebsposition in eine Ruheposition aufweist, in der der Fuß außer Betrieb ist.
Bei dem eingangs genannten Kurzzeit- Lichtbogenschweißverfahren erfolgt die Lösung der Aufgabe, indem bei dem Verfahren ein Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem eingesetzt wird, das eine Steuereinrichtung aufweist, in der für eine Mehrzahl von automatisiert durchzuführenden SchweißVorgängen abgelegt ist, ob bei dem jeweiligen SchweißVorgang eine Bestimmung der Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil mit oder ohne einen Fuß erfolgen soll, der dazu ausgelegt ist, das Bauteil zu kontaktieren, und wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist:
a) Ansteuern eines Roboters mit einem Arm so, daß ein an dem Arm festgelegter Schweißkopf in eine Schweißposition für einen ausgewählten SchweißVorgang gelangt,
b) Feststellen, ob bei dem ausgewählten Schweißvorgang die Bestimmung der Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil mit oder ohne Fuß erfolgen soll, c) Bestimmen der Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil in Abhängigkeit von der in Schritt b) getroffenen Feststellung, und
d) Durchführen des ausgewählten Schweißvorganges.
Mit der Erfindung ist es möglich, die Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil mit oder ohne Fuß bzw. Stützfuß zu bestimmen. Eine Bestimmung der Relativlage ohne Stützfuß wird generell an solchen Schweißstellen durchgeführt, bei denen das Bauteil relativ stabil angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß der Schweißbolzen besonders nah an Konturen geschweißt werden kann, da mehr Platz zur Verfügung steht, der nicht durch einen Stützfuß eingenommen wird. Auch die höhere Stei igkeit in Ecken und an Falzen etc. erlaubt den Verzicht auf einen Stützfuß.
Wenn hingegen ein Schweißvorgang an einem relativ instabilen Bauteil, beispielsweise einem dünnen Blech ohne Gegenlager durchzuführen ist, ist die Bestimmung der Relativlage zwischen Element und Bauteil mit Stützfuß bevorzugt. Denn in einem solchen Fall sorgt der Fuß für eine Art "Verspannung" des Bauteils relativ zum dem Schweißkopf. Das Bauteil kann folglich nicht nachfedern. In einem solchen Fall könnte die relative Instabilität des Bauteils bei einer stützfußlosen Bestimmung der Relativlage zu Fehlbestimmungen führen.
Die Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das Meßsystem dazu ausgelegt ist, die Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil ohne Kontakt zwischen dem Fuß und dem Bauteil zu bestimmen, indem bei einer Annäherung des Elementes an das Bauteil erfaßt wird, wenn das Element das Bauteil kontak- tiert. Diese Ausführungsform gestattet in der Regel eine besonders schnelle Bestimmung der Relativlage.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Kontakt zwischen dem Element und dem Bauteil elektrisch erfaßt wird.
Diese Erfassung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Anstieg des Motorstroms eines elektrischen Motors erfaßt wird, der zum Annähern des Elements an das Bauteil verwendet wird. Alternativ könnte auch eine Spannung zwischen dem Element und dem Bauteil angelegt werden. Der Einbruch dieser Spannung auf Null zeigt dann an, daß das Element das Bauteil elektrisch und folglich auch mechanisch kontaktiert hat.
In einer alternativen Ausgestaltung wird der Kontakt zwischen dem Element und dem Bauteil erfaßt, indem, während eines Annäherns des Schweißkopfes an das Bauteil, das Element nach Kontakt des Bauteils relativ zu dem Schweißkopf versetzt wird und die Relativlage zwischen dem Element und dem Schweißkopf erfaßt wird.
Diese Ausführungsform entspricht dem Verfahren, wie es in der eingangs genannten WO 96/05015 offenbart ist.
Insgesamt ist es von Vorzug, wenn eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, in der für eine Mehrzahl von automatisiert durchzuführenden Schweißvorgängen abgelegt ist, ob bei dem jeweiligen Schweißvorgang die Bestimmung der Relativlage zwischen dem Element und dem Bauteil mit oder ohne Fuß er- folgen soll.
Auf diese Weise kann bei Durchführung einer Mehrzahl von SchweißVorgängen hintereinander mittels eines Roboters von Fall zu Fall eine Bestimmung der Relativlage mit oder ohne Fuß erfolgen. Vor einem jeweiligen Schweißvorgang wird dann der Fuß entweder in seine Betriebsposition oder in seine Ruheposition versetzt. Dies kann beispielsweise auch bereits während der Bewegung des Schweißkopfes mittels des Roboters von einer Schweißstelle zu einer nächsten Schweißstelle erfolgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Schweißkopf elastische Mittel auf, um die Haltevorrichtung in eine Stellrichtung elastisch vorzuspannen.
Durch diese Maßnahme kann die Hubvorrichtung zum Zu- und Rückstellen der Haltevorrichtung in den meisten Betriebszu- ständen energielos gehalten werden. Folglich ergibt sich ein geringer Energieverbrauch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform spannen die elastischen Mittel die Haltevorrichtung in Rückstellrichtung vor.
Sofern zum stützfußlosen Bestimmen der Relativlage zwischen Bauteil und Element die Hubvorrichtung in Zustellrichtung angesteuert wird, befindet sich die Haltevorrichtung in ihrer elastisch vorgespannten Ruhelage dann immer in der richtigen Ausgangsposition. Insgesamt wird somit ein besonders niedriger Energieverbrauch erzielt. Ferner läßt sich unter bestimmten Voraussetzungen eine im Vergleich zu anderen Aus- gestaltungen höhere Dynamik erzielen.
Bei einer alternativen Ausführungsform spannen die elastischen Mittel die Haltevorrichtung in Zustellrichtung vor.
Bei dieser Ausführungsform läßt sich im eigentlichen Schweißvorgang in Zustellrichtung eine höhere Dynamik erzie- len.
Im Falle der Vorspannung in Rückstellrichtung ist die Haltevorrichtung bei einer Bestimmung der Relativlage mit Stützfuß gegen die Vorspannung auszufahren, bevor oder nachdem der Stützfuß das Bauteil mechanisch kontaktiert hat. Bei der Vorspannung in Zustellrichtung ist zum Bestimmen der Relativlage mittels Stützfuß ein aktives Verfahren der Haltevorrichtung mittels der Hubvorrichtung nicht unbedingt notwendig.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Meßsystem einen Wegsensor auf, der den Weg der Haltevorrichtung relativ zu dem Schweißkopf erfaßt.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je- weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurzzeit- LichtbogenschweißSystems; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schweißkopfes einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystems .
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystems generell mit 10 be- zeichnet.
Das Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem 10, das im folgenden kurz Bolzenschweißsystem 10 genannt wird, beinhaltet einen Roboter 12. Der Roboter 12 weist einen Drehkopf 14 auf, mittels dessen ein ein- oder mehrgelenkiger Arm 16 verdreht werden kann. Insgesamt ist der Roboter 12 dazu ausgelegt, das Ende des Armes in drei Koordinatenachsen x, y, z frei zu bewegen .
An dem Ende des Roboterarms 16 ist eine Schweißkopfbasis 20 angebracht. Die Schweißkopfbasis 20 trägt einen Schlitten 21, der relativ zu der Schweißkopfbasis 20 in Richtung einer Achse 26 hin- und herbewegt werden kann. An dem Schlitten 21 ist ein Schweißkopf 22 montiert.
Eine Pneumatikanordnung 24 dient dazu, den Schweißkopf 22 in Bezug auf die Schweißkopfbasis 20 mittels des Schlittens 21 hin- und herzubewegen.
Bei 28 ist der Hub gezeigt, um den die Pneumatikanordnung 24 den Schweißkopf 22 in Bezug auf die Schweißkopfbasis 20 bewegen kann.
Der Schweißkopf 22 weist eine Haltevorrichtung 30 auf, die dazu ausgelegt ist, ein Metallelement wie einen Bolzen 32 lösbar zu halten. Zu diesem Zweck weist die Haltevorrichtung 30 geeignete Spannmittel auf, die in Fig. 1 nicht näher dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ferner ein Metallbauteil, wie ein Blech 34, gezeigt, das im wesentlichen senkrecht zu der Achse 26 ausgerichtet ist.
An der Schweißkopfbasis 20 ist ferner ein Stützfuß 31 vorgesehen.
Der Stützfuß 31 ist zwischen einer in Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigten Betriebsposition und einer bei 31' gezeigten Ruheposition in axialer Richtung hin- und herbewegbar. Zu diesem Zweck ist eine Versatzeinrichtung vorgesehen, die in Fig. 1 schematisch bei 31A angedeutet ist. Alternativ zu einer beweglichen Lagerung des Stützfußes 31 an der Schweißkopfbasis 20 könnte der Stützfuß 31 auch entsprechend beweglich an dem Schweißkopf 22 selbst gelagert sein.
Der Schweißkopf 22 weist ferner eine Hubvorrichtung 36 auf, die durch einen Linearmotor, insbesondere einen elektrischen Linearmotor, gebildet ist.
Die Hubvorrichtung 36 dient dazu, die Haltevorrichtung 30 in Bezug auf den Schweißkopf 22 in einer axialen Richtung zu versetzen, die parallel zu der Achse 26 ausgerichtet ist. Die Hubvorrichtung 30 hat einen Hub 38, der beispielsweise im Bereich zwischen 8 mm und 20 mm, insbesondere im Bereich zwischen 10 mm und 15 mm liegen kann.
Im Vergleich hierzu kann der Hub 28 der Pneumatikanordnung 24 im Bereich zwischen 2 cm und 10 cm betragen, insbesondere im Bereich zwischen 4 cm und 6 cm.
Ferner ist die Haltevorrichtung 30 in Bezug auf den Schweißkopf 22 in Richtung vom Bauteil 34 weg, also in Rückstellrichtung vorgespannt, mittels einer Druckfeder 40. Die Druckfeder 40 greift einerseits an dem Schweißkopf 22 bzw. dem beweglichen Teil des Schlittens 21 und andererseits an der Haltevorrichtung 30 an.
Auch weist der Schweißkopf 22 einen Wegsensor 44 auf, der in Fig. 1 lediglich schematisch angedeutet ist. Der Wegsensor 44 dient dazu, die Relativposition zwischen Haltevorrichtung 30 und Schweißkopf 22 zu erfassen. Zu diesem Zweck kann der Wegsensor 44 einen Code-Leser an der Haltevorrichtung 30 aufweisen, der eine lineare Codierung an dem Schweißkopf 22 liest.
Ferner ist eine Steuereinrichtung 46 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 46 ist verbunden mit dem Roboter 12 sowie mit der Pneumatikanordnung 24, der Hubvorrichtung 36 und dem Wegsensor 44.
Die Steuereinrichtung 46 dient dazu, die beweglichen Elemente des Bolzen-Schweißsystems 10 koordiniert zueinander zu steuern bzw. deren Bewegung, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung auf der Grundlage der Signale des Wegsensors 44 zu regeln.
Ferner dient, wie nachstehend noch erläutert werden wird, die Steuereinrichtung 46 dazu, die Relativlage zwischen dem Element 32 und dem Bauteil 34 vor einem Schweißvorgang zu bestimmen.
Das Schweißsystem 10 ist dazu ausgelegt, die Relativlage zwischen dem Element 32 und dem Bauteil 34 alternativ entweder unter Verwendung des Stützfußes 31 in seiner Betriebspo- sition oder ohne Verwendung des Stützfußes 31 (dann in der Ruheposition 31') zu bestimmen.
Für den Fall der Bestimmung der Relativlage mit Stützfuß 31 wird der Schweißkopf 22 generell mittels des Schlittens 21 an das Bauteil 34 angenähert, bis das Ende des Stützfußes 31 das Bauteil 34 kontaktiert. Da die Haltevorrichtung 30 bei dieser Ausführungsform in Rückstellung vorgespannt . ist, befindet sich das Element 32 ' nach der Kontaktierung des Bauteils 34 durch den Stützfuß 31 in der bei 32" gezeigten Position. Anschließend wird die HubVorrichtung 36 betätigt, bis das Element 32 das Bauteil 34 kontaktiert. Durch die feste Lagebeziehung zwischen dem Element 34, dem Stützfuß 31, der Schweißkopfbasis 20 und dem Schweißkopf 22 sowie der Haltevorrichtung 30 läßt sich die Relativlage zwischen dem Element 32 und dem Element 34 eindeutig festlegen.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, vor einem Annähern des Stützfußes 31 an das Bauteil 34 die Hubvorrichtung 36 so zu betätigen, daß das Element 32 in axialer Richtung gegen- über dem Stützfuß 31 vorsteht. In diesem Fall würde nach einer Anfangskontaktierung des Bauteils 34 durch das Element 32 die Annäherung fortgesetzt, unter Versatz der Hubvorrichtung 36, bis der Stützfuß 31 das Bauteil 34 kontaktiert.
Bei der alternativen Bestimmung der Relativlage zwischen dem Element 32 und dem Bauteil 34 wird der Stützfuß 31 in die Ruheposition 31' gefahren und nicht verwendet.
Bei diesem Verfahren wird die Relativlage beispielsweise wie folgt bestimmt:
Zunächst ist die Steuereinrichtung 46 elektrisch über nicht näher dargestellte Leitungen mit dem Bolzen 32 verbunden. Ferner ist in Fig. 1 angedeutet, daß die Steuereinrichtung 46 dazu in der Lage ist, an den Bolzen 32 eine Meßspannung V anzulegen. Das Bauteil 34 kann beispielsweise geerdet sein, so daß über eine geeignete Strom-Meßvorrichtung erfaßt werden kann, sobald das Element 32 das Bauteil 34 elektrisch kontaktiert.
Zunächst wird der Roboter 12 angesteuert, um die Schweißkopfbasis 20 mittels des Drehkopfes 14 und des Roboterarms 16 in eine Basis-Schweißposition zu verbringen, die in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser Position befindet sich die Schweißkopfbasis 20 in einem bestimmten Abstand über dem Bauteil 34, wobei die Achse 26 senkrecht auf der gewünschten Schweißposition des Bauteils 34 steht.
Anschließend wird die Pneumatikanordnung 24 betätigt, so daß der Schweißkopf 22 in Richtung auf das Bauteil 34 ausgefahren wird, und zwar um den vollen Hub 28, bis in eine Kopf- Schweißposition. Die Endposition des Elementes 32 ist in Fig. 1 bei 32' gezeigt. Dabei befindet sich das Element 32' in einem Abstand 48 von dem Bauteil 34, der kleiner ist als der maximale Hub 38 der Hubvorrichtung 36. Anschließend wird die Hubvorrichtung 36 betätigt so, daß das Element 32 auf das Bauteil 34 zubewegt wird, bis es das Bauteil 34 kontaktiert. Diese Bewegung erfolgt vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit. Dabei wird der zurückgelegte Weg mittels des Wegsensors 44 erfaßt. Sobald das Element 32 das Bauteil 34 kontaktiert, wird ein von der Meßspannung V ausgehender Stromkreis geschlossen. Dies wird durch die Steuereinrichtung 46 erfaßt und die Hubvorrichtung 36 wird gestoppt.
Ferner wird die zu diesem Zeitpunkt vorhandene Kontaktstellung zwischen Element 32 und Bauteil 34 als "Null-Position" für den weiteren Schweißvorgang herangezogen. Über den Wegsensor 44 ist folglich über den gesamten folgenden Schweißvorgang jeweils die exakte Relativposition zwischen Element 32 und Bauteil 34 bekannt. Der Schweißvorgang kann folglich unabhängig von etwaig vorhandenen Toleranzen in der Positionierung durch den Roboter 12 bzw. durch die Pneumatikanordnung 24 mit der gewünschten Lagebeziehung zwischen ■ dem Element 32 und dem Bauteil 34 erfolgen.
Der eigentliche Bolzen-Schweißvorgang erfolgt in an sich bekannter Weise. Dabei wird - nach Abtrennen der Meßspannung V - ein Pilotstrom an das Element 32 angelegt. Anschließend wird das Element 32 gegenüber dem Bauteil 34 angehoben, so daß ein Lichtbogen gezogen wird. Nachdem eine bestimmte Höhe erreicht ist, wird der eigentliche Schweißstrom zugeschaltet, durch den die Energie des Lichtbogens so erhöht wird, daß die Stirnseite des Elements 32 und die zugeordnete Stelle des Bauteils 34 angeschmolzen werden.
Im folgenden stellt die Hubvorrichtung 36 das Element 32 wieder auf das Bauteil zu. Sobald wieder der elektrische Kontakt erzielt ist, wird der Lichtbogen kurzgeschlossen und der Schweißstrom wird abgeschaltet. Im allgemeinen erfolgt der Zustellvorgang etwas unter die Oberfläche des Bauteils 34, so daß eine gute Durchmischung der wechselseitigen Schmelzen erfolgt. Die Gesamtschmelze erstarrt und der eigentliche Schweißvorgang ist abgeschlos- sen. Die Haltevorrichtung gibt das Element 32 frei. Anschließend wird die Hubvorrichtung 36 abgeschaltet. Die Haltevorrichtung 30 wird folglich durch die Feder 40 in die eingezogene Ruheposition zurückversetzt.
Ferner wird hiernach oder parallel hierzu die Pneumatikan- Ordnung 24 von der Steuereinrichtung 46 so angesteuert, daß der Schweißkopf 22 wieder in die eingezogene Anfangsposition gelangt.
Eine alternative Ausführungsform eines Schweißkopfes ist in Fig. 2 generell mit 50 bezeichnet.
Der Schweißkopf 50 kann anstelle des Schweißkopfes 22 an einer Schweißkopfbasis 20 mittels eines Schlittens 21 oder ohne Schlitten montiert werden. Auch im übrigen kann der Aufbau und der Betrieb eines Bolzenschweißsystems mit dem Schweißkopf 50 identisch sein, wie der Aufbau des Bolzen- schweißsystems 10 der Fig. 1. Folglich wird für diese zweite Ausführungsform Bezug genommen auf die Beschreibung des Bolzenschweißsystems 10, und es werden nachstehend lediglich die Unterschiede erläutert.
Der Schweißkopf 50 weist eine Haltevorrichtung 52 für je- weils ein Element 32 sowie eine Hubvorrichtung 54 auf. Die Hubvorrichtung 54 dient dazu, die Haltevorrichtung 52 in Bezug auf den Schweißkopf 50 in Richtung einer Achse 26 zu bewegen, um das Element 32 auf das Bauteil 34 zu- oder von diesem rückzustellen.
Die Hubvorrichtung 54 weist einen Permanentmagneten 56 auf, der eine Kreisringbohrung 58 beinhaltet. Die Haltevorrichtung 52 weist ein an die Kreisringbohrung 58 angepaßtes Sackloch 60 auf, so daß ein dem Bauteil 34 abgewandtes Ende der Haltevorrichtung 52 einen Hülsenabschnitt 62 bildet, der in die Kreisringbohrung 58 eingeführt ist.
Am Außenumfang des Hülsenabschnittes 62 ist eine Spule 64 ausgebildet. Die Spule 64 ist mit einem Leistungsteil 66 verbunden, das wiederum von einer Steuereinheit 68 angesteuert wird, bspw. durch Pulsbreitenmodulation.
Ferner ist ein Wegsensor 70 vorgesehen, der den Weg der Haltevorrichtung 52 in Bezug auf den Schweißkopf 50 mißt.
Eine Druckfeder 72 ist zwischen dem Permanentmagneten 56 und einem bauteilseitig vorstehenden Flansch 74 der Haltevorrichtung 52 angeordnet. Die Druckfeder 72 spannt die Haltevorrichtung 52 in eine Ruhelage vor, und im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 1 liegt die Ruhelage in Zustellrichtung, so daß die Haltevorrichtung 52 in der Ruhestellung gegenüber dem Schweißkopf 50 maximal ausgezogen ist.
Durch Erregung der Spule 64 kann die Haltevorrichtung 52 gegenüber dieser Ruhestellung in den Schweißkopf 50 eingezogen werden, gegen die Vorspannung der Druckfeder 72. Dabei überstreicht ein starr mit dem Schweißkopf 50 verbundener Code- Leser 78 eine lineare Codierung 76 an der Haltevorrichtung 52. Der Code-Leser 78 gibt folglich ein Weg-Ist-Signal 80 an die Steuereinrichtung 68 ab. Die Steuereinrichtung 68 ver- gleicht das Ist-Signal 80 mit einem Soll-Signal 82 und gibt ein Stell-Signal 84 an das Leistungsteil 66 ab.
Es versteht sich, daß in der Steuereinrichtung 68 folglich ein geeigneter Regler vorhanden ist.
Ferner ist in Fig. 2 gezeigt, daß an dem Schweißkopf 50 ein Stützfuß 86 gelagert ist. Der Stützfuß 86 ist, ähnlich wie der Stützfuß 31 der Fig. 1, mittels einer Versatzeinrichtung 86A zwischen einer in Fig. 2 gezeigten Betriebsposition und einer Ruheposition 86' in axialer Richtung hin- und herbewegbar.
Auch bei dieser Ausführungsform kann eine Bestimmung der Re- lativlage zwischen dem Element 32 und dem Bauteil 34 entweder mit dem Stützfuß 86 oder ohne den Stützfuß 86 erfolgen.
Bei einer Bestimmung der Relativlage mit dem Stützfuß 86 befindet sich dieser in der Betriebsposition. Vor einer Annäherung des Schweißkopfes 50 an das Element 34 befindet sich die Hubvorrichtung 54 in der Ausgangsposition, bei der die Haltevorrichtung 52 maximal gegenüber dem Schweißkopf 50 ausgezogen ist. In dieser Position erstreckt sich das gehaltene Element 32 etwas vor den Stützfuß 86, so daß, wie oben beschrieben, zunächst eine Kontaktierung des Bauteiles 34 durch das Element 32 erfolgt. Im weiteren Verlauf wird die Hubvorrichtung 54 eingefahren, bis der Stützfuß 86 das Bauteil 34 kontaktiert.
Bei der Bestimmung der Relativlage ohne Stützfuß 86 befindet sich dieser in der Ruheposition 86'. Die Lagebestimmung kann dann entweder erfolgen, indem zunächst die Haltevorrichtung mittels der Hubvorrichtung vollständig eingezogen wird. Der weitere Betrieb ist dann identisch zu dem oben beschriebenen Betrieb der Ausführungsform der Fig. 1.
Alternativ ist es auch möglich, die Annäherung des Schweiß- kopfes 50 an das Element 34 erfolgen zu lassen, wobei die Haltevorrichtung 52 maximal ausgefahren ist. Dann kann eine Bestimmung der Relativlage beispielsweise erfolgen, wie es in der eingangs genannten WO 96/05015 beschrieben ist.
Bei beiden Ausführungsformen läßt sich das Element 32 hoch dynamisch und mit hoher Präzision an das Bauteil 34 annähern. Anschließend wird bevorzugt die Kombination aus Steuereinrichtung 46 bzw. 68, Wegsensor 44 bzw. 70 und Hubvor- richtung 36 bzw. 54 dazu genutzt, um die Relativlage zwischen Element 32 und Bauteil 34 mit oder ohne Stützfuß 31 bzw. 86 zu bestimmen.
Folglich können aufeinanderfolgende Schweißvorgänge mit gleichbleibend hoher Qualität unabhängig von der Präzision der Positionierung des Schweißkopfes 22 bzw. 50 durchgeführt werden.
Bevorzugt ist, wie erwähnt, das Bestimmen der Relativlage ohne Stützfuß 31 bzw. 86.
Sofern jedoch das Bauteil 34 elastisch ist oder elastisch gelagert ist, ist eine Bestimmung der Relativlage mit Stützfuß 31 bzw. 86 günstiger, da dann, wie oben erwähnt, eine Art "Verspannung" zwischen dem Bauteil und dem Schweißkopf 20 bzw. 50 erfolgt.
In der Steuereinrichtung 46 bzw. 68 ist normalerweise für jeden Schweißvorgang abgelegt, ob dieser mit oder ohne Stützfuß 31 bzw. 86 erfolgen soll. Je nachdem wird dann vor einem Schweißvorgang der Stützfuß 31 bzw. 86 entweder in die Betriebsposition oder in die Ruheposition 31' bzw. 86' ver- fahren.
In Fig. 1 ist noch eine alternative Ausführungsform gestrichelt dargestellt, bei der das Bauteil 34A mittels einer schematisch angedeuteten Verstellanordnung um einen Hub 28A verstellbar ist.
Diese Ausgestaltung stellt eine Alternative zu der Anordnung eines Schlittens 21 an der Schweißkopfbasis 20 dar. Falls folglich eine derartige Verstellvorrichtung für das Bauteil 34A vorhanden ist, ist es leichter möglich, den Schweißkopf starr an der Schweißkopfbasis 20 festzulegen. Ferner kann es in manchen Fällen hinreichend sein, das Ende des Roboterarmes direkt, also ohne Schlitten 21 oder verstellbares Bauteil, in eine Position zu bringen, bei der das Element 32 sich in der angenäherten Position befindet, die in Fig. 1 mit 32' bezeichnet ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Haltevorrichtung 30 bzw. 52 gegenüber dem Schweißkopf 22 bzw. 50 mittels elastischer Mittel, wie der Feder 40 bzw. 72, elastisch in eine Ruhestellung vorgespannt ist.
Auch können bei einer alternativen Ausführungsform der Roboter 12 und der Schlitten 21 durch eine einfache automatisiert angetriebene Linearführung ersetzt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem (10) zum Schweißen von Elementen (32), wie z.B. Metallbolzen (32), auf Bauteile (34), wie z.B. Metallbleche (34), mit
- einem Roboter (12), der wenigstens einen Arm (16) aufweist, der in wenigstens einer Koordinatenachse (x, y, z) beweglich ist,
- einem Schweißkopf (22;50), der an dem Arm (16) gelagert ist und an dem eine Haltevorrichtung (30; 52) zum Halten eines Elementes (32) und eine Hubvorrichtung (36; 54) zum Zu- und Rückstellen der Haltevorrichtung (30;52) relativ zu dem Schweißkopf (22;50) vorgesehen sind, und
- einem Meßsystem (31, 44, 46; 86, 68, 70) zum Bestimmen der Relativlage zwischen einem Bauteil (34) und einem auf das Bauteil (34) aufzuschweißenden, von der Haltevorrichtung (30;52) gehaltenen Element (32), wobei das Meßsystem einen an dem Schweißkopf (22;50) gelagerten Fuß (31; 86) aufweist, der im Betrieb dazu ausgelegt ist, das Bauteil (34) zu kontaktieren, um die Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) zu bestimmen,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Meßsystem (31, 44, 46; 86, 68, 70) ferner dazu ausgelegt ist, die Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) ohne Kontakt zwischen dem Fuß (31; 86) und dem Bauteil (34) zu bestimmen, und daß das Meßsystem (31,44,46;86,68,70) Mittel (31A;86A) zum Versetzen des Fußes (31; 86) von einer Betriebsposition in eine Ruheposition (31'; 86') aufweist, in der der Fuß (31; 86) außer Betrieb ist.
2. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem (31, 44, 46; 86, 68, 70) dazu ausgelegt ist, die Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) ohne Kontakt zwischen dem Fuß (31; 86) und dem Bauteil (34) zu bestimmen, indem bei einer Annäherung des Elementes (32) an das Bauteil (34) erfaßt wird, wenn das Element (32) das Bauteil (34) kontaktiert.
3. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zwischen dem Ele- ment (32) und dem Bauteil (34) elektrisch erfaßt wird.
4. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) erfaßt wird, indem, während eines Annäherns des Schweißkopfes (22; 50) an das Bauteil (34), das Element (32) nach Kontakt des Bauteiles (34) relativ zu dem Schweißkopf (22; 50) versetzt wird und die Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Schweißkopf (22; 50) erfaßt wird.
5. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach einem der Ansprü- ehe 1 - 4, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung
(46;68), in der für eine Mehrzahl von automatisiert durchzuführenden Schweißvorgängen abgelegt ist, ob bei dem jeweiligen Schweißvorgang die Bestimmung der Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) mit oder ohne Fuß (31; 86) erfolgen soll.
6. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (22; 50) elastische Mittel (40;72) aufweist, um. die Haltevorrichtung (30; 52) in eine Stellrichtung elastisch vorzuspannen.
7. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach Anspruch 6, da- durch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel (40) die Haltevorrichtung (30) in Rückstellrichtung vorspannen.
8. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel (72) die Haltevorrichtung (52) in Zustellrichtung vorspannen.
9. Kurzzeit-Lichtbogenschweißsystem nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem (44, 46; 68,70) einen Wegsensor (44;70) aufweist, der den Weg der Haltevorrichtung (30; 52) relativ zu dem Schweißkopf (22; 50) erfaßt.
10. Verfahren zum Kurzzeit-Lichtbogenschweißen, insbesondere zum Bolzenschweißen, von Elementen (32), wie z.B. Metallbolzen (32), auf Bauteile (34), wie z.B. Metall- bleche (34), mittels eines Kurzzeit- Lichtbogenschweißsystems (10) , das eine Steuereinrichtung (46; 68) aufweist, in der für eine Mehrzahl von automatisiert durchzuführenden Schweißvorgängen abgelegt ist, ob bei dem jeweiligen Schweißvorgang eine Bestim- mung der Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) mit oder ohne einen Fuß (31; 86) erfolgen soll, der dazu ausgelegt ist, das Bauteil (34) zu kontaktieren, mit den Schritten:
a) Ansteuern eines Roboters (12) mit einem Arm (16) so, daß ein an dem Arm (16) festgelegter Schweißkopf (22; 50) in eine Schweißposition für einen ausgewählten Schweißvorgang gelangt, b) Feststellen, ob bei dem ausgewählten Schweißvorgang die Bestimmung der Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) mit oder ohne den Fuß (31; 86) erfolgen soll,
c) Bestimmen der Relativlage zwischen dem Element (32) und dem Bauteil (34) in Abhängigkeit von der in Schritt b) getroffenen Feststellung, und
Durchführen des ausgewählten Schweißvorganges.
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