PL172273B1

PL172273B1 - Cegi do zgrzewania, zwlaszcza punktowego PL PL PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL172273B1
Application number: PL93308481A
Authority: PL
Inventors: Werner Schlattl; Ernst Ploechinger
Original assignee: Schlattl Werner Bavaria Tech
Priority date: 1992-10-20
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1997-08-29
Also published as: PL308481A1; WO1994008749A1; JP3405571B2; CN1085838A; EP0594086B1; DE4332807A1; KR100303693B1; CZ290121B6; ES2089674T3; US5434382A; MX9306512A; DE4332807C2; CN1069565C; KR950704080A; CA2108617A1; EP0594086A1; ATE138304T1; JPH06190566A; DE59302678D1; CZ99895A3

Abstract

1 . Cegi do zgrzewania, zwlaszcza punkto- wego, wyposazone w dwa, ruchomo polaczone przegubowo ramiona, stanowiace elektrody, oraz w podlaczony do nich uklad napedowy i uklad pomiarowy sily nacisku, znamienne tym, ze uklad pomiaru sily jest wyposazony w glowice czujnika swiatlowodowego (4), pola- czona za pomoca swiatlowodów (8a, 8b), z ukladem emisji i detekcji swiatla (11). FIG 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku są cęgi do zgrzewania, zwłaszcza punktowego, wyposażone w dwa, ruchomo połączone przegubowo ramiona, stanowiące elektrody, oraz w podłączony do nich układ napędowy i układ pomiarowy nacisku siły.

172 273

Cęgi do zgrzewania punktowego są szeroko stosowane w przemyśle samochodowym, do automatycznego zgrzewania karoserii.

U CQQ OQ7 -— --d vdd νιϋ ógizuwdntd uptou punktowego są złożone z dwóch, połączonych przegubowo ramion zaciskających, poruszanych układem napędowym, oraz z dwóch kłów, stanowiących elektrody, o tej samej osi obrotu co ramiona zaciskające. Między ramionami zaciskającymi, a kłami, jest umieszczona sprężyna. Podczas zaciskania cęgów na elementach zgrzewanych, najpierw są zamykane ramiona dociskające, a następnie kły. Siła nacisku jest regulowana sprężyną, i jest niezależna od układu napędowego. W punktach zaczepienia sprężyn, w pobliżu elektrod, jest umieszczony piezoelektryczny manometr, wykorzystywany do pomiaru siły nacisku sprężyny.

Znane z innego, niemieckiego opisu patentowego nr DE-PS 3 241 897 cęgi do zgrzewania punktowego są wyposażone w dwa ramiona, zaopatrzone w elektrody, przy czym jedno z ramion jest nieruchome, a drugie - ruchome. Ruchome ramię jest połączone z układem napędowym za pomocą sprężyny i czujnika tensometrycznego, umieszczonego między sprężyną, a układem napędowym.

Niedogodnością znanych cęgów do zgrzewania punktowego jest umieszczenie czujników piezoelektrycznych, lub tensometrycznych, oraz siłomierzy punktowych w znacznych odległościach od miejsca zgrzewania. Takie umieszczenie mierników siły nacisku - w celu minimalizacji wpływu pola elektromagnetycznego na jej pomiar - powoduje, że nie jest rejestrowana rzeczywista siła nacisku elektrod w dowolnym momencie zgrzewania. Mała czułość stosowanych czujników, oraz duża ich odległość od punktu zgrzewania uniemożliwia wykorzystanie mierzonej siły nacisku elektrod do sterowania procesem zgrzewania. Zbyt duża wartość siły nacisku podczas zgrzewania, powoduje wciśnięcie zgrzewanego materiału w szczelinę między zgrzewane elementy, a wytrzymałość uzyskanej zgrzeiny nie jest wystarczająca. Zbyt mała wartość siły nacisku, prowadzi z kolei do rozprysku zgrzewanych elementów, i stapiania się go z elektrodami. Prąd zgrzewania nie koncentruje się w miejscu zgrzeiny, elektrody są szybko zużywane, ajakość zgrzeiny jest wadliwa.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji cęgów do zgrzewania, która wyeliminuje niedogodności znanych rozwiązań cęgów.

Cel ten zrealizowano przez konstrukcję cęgów do zgrzewania, zwłaszcza punktowego wyposażonych w układ pomiaru siły, zawierający głowicę czujnika światłowodowego, połączoną z układem emisji i detekcji światła, za pośrednictwem światłowodów.

Głowica czujnika światłowodowego jest korzystnie wyposażona w płytkę nośną, na której jest umieszczona tuleja, z wsuniętymi w nią światłowodami, oraz pokrycie uszczelniające, przy czym, czoła światłowodów, między którymi jest usytuowany obszar modulacji światła, są korzystnie położone wzdłuż jednej osi.

Głowica czujnika światłowodowego jest korzystnie zamocowana na uchwycie kła, za pośrednictwem wsporników stożkowych, i taśm mocujących, i wyposażona w ciągły, zagięty rdzeń światłowodu, umieszczony w tulei.

Głowica ta jest korzystnie złożona z hermetycznej obudowy, i umieszczonych w niej jednolitych klocków, zamocowanych na płytce nośnej, przy czym na jednej powierzchni czołowej klocka jest zamocowane zwierciadło, zaś w innym klocku, są umieszczone światłowody, korzystnie doprowadzone do klocka za pomocą złącza, zaś klocki są zaopatrzone we wnęki, w których znajdują się czoła światłowodów, i zwierciadło, korzystnie zakrzywione.

Płytka nośna głowicy, jest zaopatrzona przynajmniej w jedno przewężenie.

Cęgi są ponadto wyposażone w czujnik temperatury, oraz w siłomierz kalibrujący, sprzężone z układem emisji i detekcji światła, przy czym są one umieszczone na kłach cęgów.

Układ emisji i detekcji światła zawiera korzystnie źródło światła, oraz detektor światła, który jest połączony ze wzmacniaczem i analizatorem sygnału, korzystnie połączonym z kolei z pamięcią.

Przynajmniej jedno czoło światłowodu ma korzystnie kształt soczewki.

W cęgach według wynalazku, siła nacisku elektrod jest mierzona w dowolnym momencie zgrzewania, a wynik pomiaru jest wykorzystywany do kontroli i sterowania procesem. Dla każdej zgrzeiny, jest przy tym określany przebieg siły nacisku elektrod w czasie, analizowany

172 273 następnie w układzie sterującym napędem. Na podstawie tego przebiegu jest oceniana jakość zgrzeiny.

Do pomiaru siły nacisku elektrod jest wykorzystany czujnik światłowodowy, odporny na zakłócenia pola elektromagnetycznego, i na podwyższoną temperaturę, co umożliwia dokładny pomiar wartości siły nacisku elektrod w czasie przepływu prądu zgrzewania, a tym samym dynamiczną kontrolę, i dynamiczne sterowanie procesem.

Siła nacisku elektrod jest mierzona na podstawie elastycznego odkształcenia płytki podłożowej czujnika światłowodowego, co znacznie upraszcza konstrukcję cęgów. Duża czułość pomiarowa czujnika światłowodowego umożliwia rejestrację nawet małych zmian nacisku siły elektrod, w czasie zwarcia elektrod z elementami zgrzewanymi, dzięki czemu, na podstawie charakterystyki wzorcowej, określany jest stan zużycia cęgów. Zarówno w czasie, jak i po zgrzewaniu, rejestrowane są zmiany objętości zgrzewanego materiału, i na tej podstawie określany optymalny czas zgrzewania.

W cęgach według wynalazku kły, lub ich uchwyty są izolowane w miejscach, w których mogą się one stykać ze zgrzewanym materiałem. Zastosowana izolacja elektryczna jest odporna na uszkodzenia mechaniczne, ma dużą trwałość i giętkość, umożliwiającą ścisłe dopasowanie do kształtu kłów, i wyeliminowanie błędów pomiaru.

Wynalazek jest przykładowo wyjaśniony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia głowicę czujnika światłowodowego w przekroju podłużnym, oraz schemat blokowy układu emisji i detekcji światła, fig. 2 - cęgi do zgrzewania punktowego w widoku z boku, fig. 3 - inne rozwiązanie głowicy czujnika światłowodowego w widoku z góry, fig. 4 - sposób zamocowania głowicy czujnika światłowodowego na cęgach, fig. 5 - jeszcze inne rozwiązanie głowicy czujnika światłowodowego w widoku perspektywicznym, fig. 6 - głowicę czujnika światłowodowego według fig. 5 w przekroju podłużnym, fig. 7 - głowicę czujnika światłowodowego w przekroju podłużnym, wzdłuż linii El na fig. 6, fig. 8 - wykres zależności zmian nacisku elektrod od czasu, fig. 9 - schemat blokowy sterowania robotem, fig. 10 - inne rozwiązanie cęgów do zgrzewania, w widoku z boku, fig. 11 - kły cęgów w przekroju poprzecznym wzdłuż linii A-A na fig. 10, fig. 12 - kły cęgów w przekroju poprzecznym wzdłuż linii B-B na fig. 10, a fig. 13 inne rozwiązanie kłów cęgów w przekroju poprzecznym.

Przedstawiony na fig. 1 czujnik światłowodowy 3, połączony za pośrednictwem światłowodów 8a i 9a, z układem emisji i detekcji światła 11, jest wyposażony w płytkę nośną 5, zamocowaną na powierzchni 2 kła 21', w tuleję 6, i w pokrycie uszczelniające 10. Rdzenie 8 i 9 światłowodów 8 i 9 są umieszczone w tulei 6, którą zamyka pokrycie uszczelniające 10. Układ emisji i detekcji światła 11 składa się ze źródła światła 12, z detektora światła 13, ze wzmacniacza 14, oraz z analizatora 15, połączonego z pamięcią 16.

Przedstawione na fig. 2 cęgi do zgrzewania punktowego, składają się z dwóch uchwytów 20' i 21', połączonych z przegubem 22, za pomocą ramion 23 i 24, przy czym uchwyty 20' i 21', są połączone z jednej strony z napędem 25, z drugiej zaś - są zakończone kłami 20 i 21, z osadzonymi na nich kołpakami 26 i 27. Na powierzchni 2 uchwytu 21 jest umieszczona płytka nośna 5 z głowicą czujnika światłowodowego 4.

Inne rozwiązanie głowicy czujnika światłowodowego jest przedstawione na fig. 3 i 4. Na płytce nośnej 5 jest umieszczona wyprofilowana tuleja 6, w której jest umieszczony wygięty, nieprzerwany rdzeń światłowodowy 28.

Płytka nośna 5 (fig. 4) jest osadzona na uchwycie kła 21' za pomocą rozstawionych w wierzchołkach trójkąta równoramiennego trzech wsporników stożkowych 29 z czopami 32, i dociśnięta do niego taśmą mocującą 30.

Na fig. 5, 6 i 7 jest przedstawione inne rozwiązanie głowicy czujnika światłowodowego

4. Płytka nośna 5 z przewężeniem 33, jest osadzona, za pomocą wsporników stożkowych 29, na uchwycie kła 21', do niej zaś, są przytwierdzone (przyklejone lub przyspawane) na przeciw siebie, dwa klocki 34 i 35, z wzajemnie równoległymi powierzchniami 36 i 37, zamknięte od góry obudową hermetyczną 42.

W klocku 34 są umieszczone dwa światłowody 8 i 9, których osie leżą w płaszczyźnie, równoległej do powierzchni płytki nośnej 5, i tworzą między sobą kąt ostry. Czoła 8' i 9' światłowodów 8 i 9 umieszczone są we wnęce 39 klocka 34. Natomiast we wnęce 40, klocka 35

172 273 jest umieszczone zwierciadło 38, o powierzchni odbijającej płaskiej, lub zakrzywionej. Umieszczone w klocku 34, światłowody 8 i 9, są połączone ze światłowodami doprowadzającymi 8a i 9a za pomocą złącz 43. W pobliżu płytki nośnej 5, jest umieszczony na powierzchni kła 21' czujnik temperatury 44.

Na fig. 9 jest przedstawione schematyczne połączenie robota przemysłowego 52, zaopatrzonego w cęgi do zgrzewania, które są połączone za pomocą przewodów światłowodowych 54 z szafą sterowniczą 53, z którąjest sprzężony siłomierz kalibrujący 55, umieszczony w pobliżu cęgów.

Na fig. 10 są przedstawione cęgi 1, według fig. 2, zaopatrzone dodatkowo w izolacje 110 i 111, umieszczone na kłach 101 i 102.

Figura 11 przedstawia przekrój poprzeczny kła 101 wzdłuż linii A-A według fig. 10, zaś fig. 12 - przekrój poprzeczny kła 102 wzdłuż linii B-B według fig. 10. Izolacja 110 składa się z dwóch warstw: z wewnętrznej izolacji 113, wykonanej z włókna szklanego, oraz z zewnętrznej izolacji 114, wykonanej z włókien ze stali nierdzewnej. Izolacja 111 jest złożona z warstwy 115 wewnętrznej, wykonanej z włókna szklanego, nasączonego żywicą epoksydową, oraz z zewnętrznej tulei 114, wykonanej ze stali nierdzewnej.

Figura 13 przedstawia inne wykonanie, jednowarstwowej izolacji 112 kła 101 i 102, wykonanej z włókna, lub z waty ceramicznej 117.

Podczas zgrzewania punktowego, elementy 18 i 19 są wkładane między kołpaki 26 i 27, i dociskane przez urządzenie napędowe 25. Prąd zgrzewania jest doprowadzany przez uchwyty kłów 20' i 21', które są przewodnikami elektrycznymi, oraz przez kły 20 i 21, do połączonych z nimi kołpaków 26 i 27. Siła nacisku kłów 20 i 21 na elementy zgrzewane 18 i 19 jest mierzona za pomocą głowicy czujnika światłowodowego 4, przekazywana do zespołu sterującego prądem zgrzewania. Głowica czujnika światłowodowego 4 jest zasilana ze źródła światła 12 za pośrednictwem światłowodu doprowadzającego 8a. Światło wychodzące z czoła 8' światłowodu 8, przechodzi przez obszar modulacji 7 światła, i pada na czoło 9' światłowodu 9. Odkształcenia płytki nośnej, spowodowane zmianą nacisku kłów 20 i 21, powodują zmiany strumienia świetlnego, rejestrowanego przez światłowód 9. Odkształcenie osi, na której leżą światłowody 8 i 9 powoduje, że czoło 9' światłowodu 9 odbiera tylko część światła, emitowanego przez czoło 8' światłowodu 8. Zmieniony sygnał świetlny jest doprowadzany za pomocą światłowodu 9a do detektora 13 światła, gdzie jest zamieniany na sygnał elektryczny, a następnie, przez wzmacniacz 14, doprowadzany do analizatora 15. W analizatorze 15, sygnał elektryczny jest porównywany z wartościami wzorcowymi, przechowywanymi z pamięci 16, i wykorzystywany do sterowania napędem 25. Źródło 12 emituje światło o natężeniu stałym lub zmiennym.

W głowicy czujnika światłowodowego 4, przedstawionej na fig. 3, światło jest wprowadzane do wygiętego rdzenia 28, za pomocą światłowodu 8, i odprowadzane światłowodem 9. Elastyczne odkształcenie płytki nośnej 5 powoduje odkształcenia rdzenia światłowodowego 28, którego mikrozgięcia zwiększają straty światła - proporcjonalnie do odkształcenia płytki nośnej 5.

Na figurach 5, 6 i 7 jest przedstawione inne rozwiązanie głowicy czujnika światłowodowego 4. Światło wychodzące z czoła 8' światłowodu 8 przy otwartym kle 21, odbija się od zwierciadła 38 i dociera do czoła 9' światłowodu 9. Ugięcie uchwytu kła 21 jest przenoszone na płytkę nośną 5, powodując jej odkształcenie, wzdłuż osi 41 na przewężeniu 33. Ugięcie płytki nośnej 5 powoduje przesunięcie się środka wypukłego zwierciadła 38 względem osi El, a tym samym, zmianę płaszczyzny odbicia, padającego na nie światła. Do czoła 9' światłowodu 9 dociera tylko część światła odbitego od zwierciadła 38. Umieszczenie czół 8' i 9' światłowodów 8 i 9 we wnęce 39, a zwierciadła 38 we wnęce 40, minimalizuje straty światła, emitowanego przez światłowód 8, odbijanego od zwierciadła 38, i odbieranego przez światłowód 9.

Figura 8 przedstawia wykres zmian siły nacisku kłów Ek w czasie, rejestrowanych przez czujnik światłowodowy. W czasie t1 następuje zamknięcie cęgów 1, i zetknięcie się kołpaków 26 i 27 z elementami zgrzewanymi 18 i 19, powoduje zmiany siły nacisku kłów 20 i 21, zobrazowane krzywą 45 wykresu, ilustrującą czas uderzenia dynamicznego Tpr, kończący się po czasie t1. Po upływie czasu uderzenia dynamicznego Tpr, który jest mniejszy od założonego, maksymalnego czasu uderzenia dynamicznego Tprmax, następuje czas przygotowania do zgrze6

172 273 wania Tv, zobrazowany krzywą 46. W czasie od t2 do t3, następuje stały wzrost siły nacisku Ek a po osiągnięciu 90% jej maksymalnej wartości, włączany jest prąd zgrzewania. W czasie zgrzewania Ts jest utrzymywana stała siła nacisku Ek. Czujnik światłowodowy rejestruje jednak pewne jej wahania (krzywa 47), będące wynikiem zmiany objętości zgrzewanych materiałów. Zgrzewanie kończy się po upływie czasu t4, po którym, następuje czas przytrzymania Tn. Zmiana objętości zgrzewanych elementów po zakończeniu zgrzewaniapowoduje, że siła nacisku Ek początkowo rośnie (krzywa 48), a następnie, aż do czasu t5 utrzymuje się na stałym, zmniejszonym poziomie (krzywa 49). W czasie t5 następuje otworzenie cęgów, a siła nacisku Ek stopniowo maleje do zera.

Mierzona przez czujnik światłowodowy siła nacisku Ek w czasie uderzenia dynamicznego, jest wykorzystywana do określenia czasu uderzenia Tpr. W przypadku, gdy czas ten jest większy od maksymalnego czasu uderzenia dynamicznego Tprmax, prąd zgrzewania nie jest włączany, natomiast zostaje zasygnalizowana możliwość wystąpienia uszkodzeń mechanicznych, takich jak uszkodzenie przegubu 22, lub napędu 25, lub nadmierne zużycie kłów 20 i 21. Mierzona wartość siły nacisku Ek musi być podczas procesu zgrzewania zawarta między obwiedniami 50 i 51, zaś w przeciwnym przypadku, prąd zgrzewania nie zostaje włączony.

Po wykonaniu określonej liczby procesów zgrzewania, głowica czujnika światłowodowego 4 jest kalibrowana przez robota przemysłowego 52, przedstawionego na fig. 9, który zaciska cęgi na siłomierzu kalibrującym 55, bez włączania prądu zgrzewania, przy czym wskazana wartość siły nacisku jest porównywana w szafie sterowniczej 53, z wartością wzorcową czujnika światłowodowego.

Przed zastosowaniem nowych, lub naprawionych cęgów do zgrzewania 1, są wykonywane próbne zgrzeiny, na podstawie których, określa się i przekazuje do pamięci 16, wzorcowe charakterystyki służące do sterowania procesu zgrzewania.

172 273

FIC. 6

6191 ¢2 ŁO-i ,-35

FIG. 7

172 273

FlG. 9

172 273

r)14

FIG, 13

-101 /102

117

172 273 dl

A	L-
ko	K

³ S J____i 1____z±^Q__

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Cęgi do zgrzewania, zwłaszcza punktowego, wyposażone w dwa, ruchomo połączone przegubowo ramiona, stanowiące elektrody, oraz w podłączony do nich układ napędowy i układ pomiarowy siły nacisku, znamienne tym, że układ pomiaru siły jest wyposażony w głowicę czujnika światłowodowego (4), połączoną za pomocą światłowodów (8a, 8b), z układem emisji i detekcji światła (11).
2. Cęgi według zastrz. 1, znamienne tym, że głowica czujnika światłowodowego (4) jest zaopatrzona w płytkę nośną (5), na której jest umieszczona tuleja (6), z wsuniętymi w nią światłowodami (8, 9), oraz pokrycie uszczelniające (10).
3. Cęgi według zastrz. 2, znamienne tym, że głowica czujnika światłowodowego (4) jest złożona z hermetycznej obudowy (42), i z umieszczonych w niej jednolitych klocków (34, 35), zamocowanych na płytce nośnej (5), przy czym na powierzchni czołowej (37) klocka (35) jest zamocowane zwierciadło (38), a w klocku (34) są umieszczone światłowody (8, 9).
4. Cęgi według zastrz. 2, znamienne tym, że czoła (8', 9') światłowodów (8, 9) głowicy czujnika światłowodowego (4), między którymi jest usytuowany obszar modulacji światła (7), są położone wzdłuż jednej osi.
5. Cęgi według zastrz. 1, znamienne tym, że głowica czujnika światłowodowego (4) jest zamocowana na uchwycie kła (21') za pośrednictwem stożkowych wsporników (29) i taśm mocujących (30).
6. Cęgi według zastrz. 4, znamienne tym, że głowica czujnika światłowodowego (4) jest wyposażona w zagięty rdzeń światłowodu (28), umieszczony w tulei (6).
7. Cęgi według zastrz. 3, znamienne tym, że światłowody (8a, 9a) są doprowadzone do klocka (34) za pomocą złącza (43).
8. Cęgi według zastrz. 3, znamienne tym, że klocek (34) jest zaopatrzony we wnękę (39), w której znajdują się czoła (8', 9') światłowodów (8, 9), a klocek (35) - we wnękę (40), w której jest umieszczone zwierciadło (38).
9. Cęgi według zastrz. 8, znamienne tym, że umieszczone we wnęce (40) klocka (35) zwierciadło (38) jest zakrzywione.
10. Cęgi według zastrz. 1, znamienne tym, że płytka nośna (5) głowicy czujnika światłowodowego (4), jest zaopatrzona przynajmniej w jedno przewężenie (33).
11. Cęgi według zastrz. 1, znamienne tym, że są wyposażone w czujnik temperatury (44), oraz siłomierz kalibrujący (55), które są sprzężone z układem emisji i detekcji światła (11).
12. Cęgi według zastrz. 11, znamienne tym, że czujnik temperatury (44), oraz siłomierz kalibrujący (55), są umieszczone na kłach (20, 21).
13. Cęgi według zastrz. 1, znamienne tym, że układ emisji i detekcji światła (11) zawiera źródło światła (12), oraz detektor światła (13), który jest połączony ze wzmacniaczem (14), i analizatorem sygnału (15).
14. Cęgi według zastrz. 13, znamienne tym, że analizator sygnału (15) jest połączony z pamięcią (16).
15. Cęgi według zastrz. 2, znamienne tym, że przynajmniej jedno czoło (8', 9') światłowodu (8, 9) ma kształt soczewki.