DE10047056A1

DE10047056A1 - Vorrichtung zum Laserlöten

Info

Publication number: DE10047056A1
Application number: DE10047056A
Authority: DE
Inventors: Jens Rudolph; Siegfried Reepschlaeger; Markus Hast
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2002-04-11

Abstract

Eine Vorrichtung zum Laserlöten und/oder -schweißen mit einer Laserlichtquelle (4) und einem der Laserlichtquelle (4) zugeordneten Nahterfassungssensor (6), der bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht (10, 12) vor der Laserlichtquelle (4) im Bereich über der ungeschweißten Naht (10) angeordnet ist und dort die noch ungeschweißte Naht (10) erfasst, und einer gekrümmten Drahtzuführungsleitung (14a) mit einem Drahtaustrittsende (32), das bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht (10, 12) vor der Laserlichtquelle (4) angeordnet ist, und einem Roboterarm (2), an dem die Laserlichtquelle (4), der Sensor (6) und die Drahtzuführungsleitung (14a) angebracht sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsleitung (14a) durch einen Bereich verläuft, der bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht (10, 12) vor dem Sensor (6) im Bereich über der ungeschweißten Naht (10) liegt, und von dort unter dem Sensor hindurch zur Nahtstelle geführt ist, ohne den Sensorstrahl durchquerend zu unterbrechen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laserlöten und/oder -schweißen mit einer Laserlichtquelle und mit einem der Laserlichtquelle zugeordneten Nahterfassungssensor, der bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht vor der Laserlichtquelle im Bereich über der ungeschweißten Naht angeordnet ist und dort die noch ungeschweißte Naht erfasst, und mit einer gekrümmten Drahtzuführungsleitung mit einem Drahtaustrittsende, das bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht vor der Laserlichtquelle angeordnet ist, und mit einem Roboterarm, an dem die Laserlichtquelle, der Sensor und die Drahtzuführungsleitung angebracht sind.

Insbesondere im Automobilbau werden korrosionsgefährdete Bauteile oft aus verzinktem Stahlblech hergestellt. Um solche Bauteile aus verzinktem Blech miteinander zu verbinden, wird bekannterweise unter anderen das Verfahren des Laserstrahllötens oder -schweißens mit Zusatzwerkstoff angewendet. Dies kann bekannterweise automatisiert mittels sogenannter Schweißroboter ausgeführt werden. Dazu sind im Stand der Technik Elemente einer Laserlöt/schweißvorrichtung an einem Roboterarm angeordnet, und zwar insbesondere eine Laserlichtquelle zum Erzeugen eines Schweißplasmas sowie ein der Laserlichtquelle zugeordneter Nahterfassungssensor, welcher insbesondere geometrische Daten des Werkstücks im Bereich der noch ungeschweißten Naht erfasst, um sie z. B. einer Steuerung zur präzisen Manövrierung des Roboterarms zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise wird eine möglichst fehlerfreie Lötstelle oder Schweißnaht (Nahtstelle) gewährleistet. Außerdem weisen die bekannten Vorrichtungen eine Zuführungsleitung für Löt/Schweißzusatzwerkstoff auf.

Aus Gründen des begrenzten Bauraums am Roboterarm und der Erfordernisse und Vorgaben, erstens den Sensor im Bereich über der noch ungeschweißten Naht anzuordnen - also bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht vor der Laserlichtquelle - sowie zweitens den Draht aus eben demselben Bereich zuzuführen, ist bei bekannten Laserlötschweißvorrichtungen die Drahtzuführungsleitung seitlich am Sensor vorbei geführt und/oder seitlich zur Verlaufsrichtung der Schweißnaht aus der Senkrechten über der Schweißnaht herausgekippt und im Bereich des Drahtaustrittsendes dann schart (mit kleinem Radius) in die Verlaufsrichtung der Schweißnaht gekrümmt. Sowohl die Laserlichtquelle als auch die Drahtzuführungsleitung sind oft an einem Adapterstück am Ende des Roboterarms angebracht, wo auch die Enden von Versorgungsleitungen sowohl für die Laserlichtquelle als auch für die Drahtzuführungsleitung angeordnet und z. B. durch eine mittig durch den Roboterarm verlaufende Rohrleitung zum Adapter geführt sind. Um hier die beschriebene gekippte Anordnung zu gewährleisten, muss die Drahtzuführungsleitung in einem Bogen mit einem sehr kleinen Krümmungsradius geführt sein. Der geringe Krümmungsradius der Drahtzuführungsleitung hat aber äußerst nachteilig zur Folge, dass sich der Draht in der gekrümmten Leitung verklemmt, was jedes Mal zum Stillstand der Schweißvorrichtung führt, weil die Verklemmung des Drahtes beseitigt werden muss.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung mit einer vergrößerten Funktionssicherheit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einer Vorrichtung mit den in Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laserschweißen und/oder -löten weist eine Laserlichtquelle, einen Nahterfassungssensor und eine Drahtzuführungsleitung auf, die gemeinsam an einem Roboterarm angeordnet sind. Mittels des Roboterarms werden die Laserlichtquelle, der Nahterfassungssensor und die Drahtzuführungsleitung gemeinsam manövriert und gesteuert. Der Nahterfassungssensor erfasst geometrische Daten der Schweißnaht im noch ungeschweißten Bereich, um die Bewegung des Roboterarms dementsprechend zu steuern. Dazu ist der Sensor bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht vor der Laserlichtquelle im Bereich über der Schweißnaht angeordnet. Erfindungsgemäß führt die Drahtzuführungsleitung zur Versorgung der Schweißstelle mit Schweißzusatzwerkstoff aus demjenigen Bereich zur Nahtstelle, der bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht vor dem Sensor im Bereich über der ungeschweißten Naht liegt. Dabei ist die Drahtzuführungsleitung mindestens teilweise unter dem Sensor hindurch geführt, ohne dabei den Strahlengang des Sensors durchquerend zu unterbrechen. Dabei ist die Drahtzuführungsleitung in der Draufsicht vorzugsweise zumindest 50% vom Gehäuse des Sensors überdeckt. Dies gewährleistet vorteilhaft einen gegenüber dem Stand der Technik wesentlich größeren Krümmungsradius der Drahtzuführungsleitung, weshalb bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einem Verklemmen des Drahtes in der Drahtzuführungsleitung vorteilhaft entgegengewirkt wird.

Eine Krümmungsachse der Drahtzuführungsleitung kann dabei durch einen Bereich verlaufen, der sich auf der dem Werkstück gegenüberliegenden Seite des Sensors befindet - bei horizontal ebener Lage des Werkstücks und darüber angeordneten Sensor also oberhalb des Sensors. Dabei ist die Drahtzuführungsleitung im Bereich des Austrittsendes vorzugsweise mindestens auch um eine Krümmungsachse gekrümmt, welche senkrecht zum Laserstrahl und senkrecht zur Schweißnaht verläuft, welche also bei horizontal ebener Lage des Werkstücks horizontal quer zur Verlaufsrichtung der Schweißnaht liegt.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich eine Absaugvorrichtung mit einer Saugöffnung auf. Die Saugöffnung mündet dabei in den Wirkbereich der Laserlichtquelle, um dort Emissionen, welche während des Löt/Schweißprozesses entstehen, abzusaugen und ihren schädigenden Einfluss von der Vorrichtung fernzuhalten. Die Saugöffnung führt dabei erfindungsgemäß vorzugsweise auf der dem Drahtaustrittsende gegenüberliegenden Seite der Laserlichtquelle in den Wirkbereich der Laserlichtquelle, also bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht hinter die Laserlichtquelle durch den Bereich über der schon geschweißten Naht.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Laserlöten/schweißen nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung zum Laserlöten/schweißen nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 mit um 90° gedrehtem Werkzeugkopf,

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäße Vorrichtung zum Laserlöten/schweißen, und

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Eine Vorrichtung zum Laserschweißen und/oder -löten nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Dort sind im Stand der Technik gemäß Fig. 1 Elemente einer Laserschweißvorrichtung an einem Roboterarm 2 angeordnet, und zwar insbesondere eine Laserlichtquelle 4 zum Erzeugen eines Schweiß/Lötplasmas sowie ein der Laserlichtquelle 4 zugeordneter Nahterfassungssensor 6, welcher insbesondere geometrische Daten des Werkstücks 8 im Bereich der noch ungeschweißten Naht 10 erfasst, um sie z. B. einer Steuerung zur präzisen Manövrierung des Roboterarms 2 zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise wird eine möglichst fehlerfreie Schweißnaht 12 gewährleistet. Außerdem weist die Laserschweißvorrichtung bekannterweise eine Zuführungsleitung 14 für Schweißzusatzwerkstoff auf.

Aus Gründen des begrenzten Bauraums am Roboterarm 2 und des Erfordernisses, den Sensor 6 im Bereich über der noch ungeschweißten Naht 10 anzuordnen - also bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht 10, 12 vor der Laserlichtquelle 4 -, ist an bekannten Laserschweißvorrichtungen die Drahtzuführungsleitung 14 seitlich zur Verlaufsrichtung der Schweißnaht 10, 12 aus der Senkrechten über der Schweißnaht 10, 12 herausgekippt und im Bereich des Drahtaustrittsendes dann scharf (mit kleinem Radius) in die Verlaufsrichtung der Schweißnaht gekrümmt (Stand der Technik gemäß Fig. 2), um so nicht mit dem Sensor 6 zu kollidieren oder in seinen Strahlengang zu geraten, welcher bezüglich der Nahtverlaufsrichtung vor der Laserlichtquelle 4 und der Zuführungsleitung 14 angeordnet ist. Sowohl die Laserlichtquelle 4 als auch die Zuführungsleitung 14 sind üblicherweise an einem Adapterstück 18 am Ende des Roboterarms 2 angebracht, wo auch üblicherweise die Versorgungsenden von Versorgungsleitungen sowohl für die Laserlichtquelle 4 als auch für die Drahtzuführungsleitung 14 angeordnet und z. B. durch eine mittig durch den Roboterarm 2 verlaufende Rohrleitung 20 zum Adapter geführt sind. Um nun die beschriebene gekippte Anordnung zu gewährleisten, muss insbesondere die Drahtzuführungsleitung 14 bogenförmig geführt sein, und zwar in einem Bogen mit einem möglichst kleinen Krümmungsradius, um den Abstand zwischen dem Adapterstück 18 des Roboterarms 2 und der Schweißstelle 16 - also die frei kragende Länge der Drahtzuführungsleitung 14 - nicht zu groß werden zu lassen. Denn je weiter das Adapter stück 18 des Roboterarms 2 von der Schweißstelle 16 entfernt ist, desto geringer wird folglich die Präzision der Werkzeugbewegungen (insbesondere der Laserlichtquelle 4), weil sich Toleranzen der Winkelbewegung des Roboterarms 2 mit größerem Abstand von ihrem Drehpunkt in nachteilig vergrößerte Wege umsetzen. Die sich aus dieser Anordnung erforderlicherweise ergebende starke Krümmung der Drahtzuführungsleitung 14 hat wiederum nachteilig zur Folge, dass sich der Draht in der gekrümmten Leitung verklemmen kann, was jedes Mal zum Stillstand der Schweißvorrichtung führt, wenn die Verklemmung des Drahtes beseitigt werden muss.

Auch in Fig. 3 und 4 ist eine Vorrichtung zum Laserschweißen und/oder -löten erkennbar. Auch hier sind an einen Roboterarm 2 eine Laserlichtquelle 4, welcher einen Laserstrahl 22 emittiert, sowie ein Nahterfassungssensor 6 angeordnet. Der Nahterfassungssensor 6 befindet sich im Bereich über der noch ungeschweißten Naht 10 - also bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht 10, 12 vor der Laserlichtquelle 4. Der Nahterfassungssensor 6 hat einen Sender 24 und einen Empfänger 26 zum Senden und Empfangen eines Taststrahls.

An dem Roboterarm 2 ist außerdem auch eine Drahtzuführungsleitung 14a angeordnet, welche Lötzusatzwerkstoff zur Lötstelle 16 transportiert. Die Drahtzuführungsleitung 14a führt in einem Bogen mit einem großen Krümmungsradius vom Roboterarm 2 zur Schweißstelle 16. Dabei ist die Drahtzuführungsleitung 14a um eine Krümmungsachse 30 gekrümmt, welche bei der horizontal ebenen Anordnung des Werkstücks 8 oberhalb des über der ungeschweißten Naht 10 angeordneten Nahterfassungssensor s 6 angeordnet ist. Dabei führt die Drahtzuführungsleitung 14a aus demjenigen Bereich zu der Schweißstelle 16, der bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht 10, 12 vor dem Sensor 6 im Bereich über der ungeschweißten Naht 10 liegt. In der Draufsicht gemäß Fig. 4 ist dabei erkennbar, dass die Drahtzuführungsleitung 14a in dem Bereich, in welchem sie den Sensor 6 quert, zu mindestens 50% vom Gehäuse des Sensors 6 überdeckt ist und dass die Drahtzuführungsleitung 14a den Sensorstrahl 28 nicht durchquert und dadurch unterbricht. Die Krümmungsachse 30 der Drahtzuführungsleitung 14a verläuft dabei sowohl senkrecht zum Laserstrahl 22 als auch senkrecht zur Schweißnaht 10, 12 im Bereich der Schweißstelle 16.

So ergibt sich ein vorteilhaft großer Krümmungsradius der erfindungsgemäßen Drahtzufüh rungsleitung 14a.

Die Drahtzuführungsleitung 14a ist im Bereich ihres Drahtaustrittsendes 32 und auch in ihrem weiteren Verlauf von Streben 34 unterstützt, welche am Roboterarm 2 befestigt sind. In ihrem dann weiteren Verlauf führt die Drahtzuführungsleitung 14a in den Roboterarm 2 hinein und ist dort innenseitig geführt (nicht dargestellt).

Eine Absaugvorrichtung 36 mündet in den Bereich der Schweißstelle 16, also in den Wirkbereich der Laserlichtquelle 4, um dort Schweißemissionen abzusaugen. Die Saugöffnung 38 der Absaugvorrichtung 36 ist dabei auf der dem Drahtaustrittsende 32 der Drahtzuführungsleitung 14a gegenüberliegenden Seite der Schweißstelle 16 im Bereich über der geschweißten Naht 12 angeordnet.

BEZUGSZEICHENLISTE

2

Roboterarm

4

Laserlichtquelle

6

Nahterfassungssensor

8

Werkstück

10

ungeschweißte Naht

12

geschweißte Naht

14

Drahtzuführungsleitung

14

a Drahtzuführungsleitung

16

Schweißstelle

18

Adapterkopf

20

Rohrleitung

22

Laserstrahl

24

Sender

26

Empfänger

28

Taststrahl

30

Krümmungsachse

32

Drahtaustrittsende

34

Strebe

36

Absaugvorrichtung

38

Saugtülle

Claims

1. Vorrichtung zum Lasertöten und/oder -schweißen mit
einer Laserlichtquelle (4) und
einem der Laserlichtquelle (4) zugeordneten Nahterfassungssensor (6), der be züglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht (10, 12) vor der Laserlichtquelle (4) im Bereich über der ungeschweißten Naht (10) angeordnet ist und dort die noch ungeschweißte Naht (10) erfasst, und
einer gekrümmten Drahtzuführungsleitung (14a) mit einem Drahtaustrittsende (32), das bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht (10, 12) vor der Laserlichtquelle (4) angeordnet ist, und
einem Roboterarm (2), an dem die Laserlichtquelle (4), der Sensor (6) und die Drahtzuführungsleitung (14a) angebracht sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsleitung (14a) durch einen Bereich verläuft, der bezüglich der Verlaufsrichtung der Schweißnaht (10, 12) vor dem Sensor (6) im Bereich über der ungeschweißten Naht (10) liegt, und von dort unter dem Sensor hindurch zur Nahtstelle geführt ist, ohne den Sensorstrahl durchquerend zu unterbrechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtzuführungsleitung (14a) in der Draufsicht mindestens zu 50% vom Gehäuse des Sensors (6) überdeckt ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Absaugvorrichtung (36) aufweist mit einer Saugöffnung (38), die in den Wirkbereich der Laserlichtquelle (4) mündet, wobei die Saugöffnung (38) auf der dem Drahtaustrittsende (32) gegenüberliegenden Seite der Schweißstelle (16) im Bereich über der geschweißten Naht (12) liegt.