DE3527647A1 - Widerstandspunktschweisszange fuer industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten bzw. zweiten Anspruchs angegebenen Art.

Zum Schweißen von Blechen in der Großserie ist es bekannt, Industrieroboter zu verwenden, die an ihrem vorderen freien Ende die Schweißzangen tragen. Man unterscheidet hierbei in Schiebe­ zangen und Scherenzangen. Bei der Verwendung von Schiebezangen werden die beiden Elektroden über eine schwimmend gelagerte Verfahr-Einheit, meistens eine Zylinder-Kolben-Einheit, gegenein­ ander bewegt, um einen Schweißpunkt an den zwischen den Elektroden eingeklemmten Blechen zu erzeugen. Die Qualität der erzeugten Schweißpunkte wird hierbei neben der Güte der Bleche und der Zustand der Schweißelektroden sowie der Höhe des Schweißstromes noch von der räumlichen Lage der Zylinder-Kolben-Einheit sowie deren Schwimmrichtung relativ zur Schwerkraftrichtung und von ihrer Masse beeinflußt. Je nach Größe dieser jetzt genannten Para­ meter kann eine Minderung der Schweißqualität in Folge plastischer Verformung der zu verschweißenden Bleche entstehen.

Bei Scherenzangen kann ebenfalls aufgrund von plastischer Verfor­ mung der Schweißpunkte die Schweißqualität beeinträchtigt werden, weil neben den bekannten Schweißparametern der Abstand der Schwerkraftwirkungslinie des um die Drehachse drehbaren Zangen­ teils, die Richtung des aus dem drehbaren Zangenteil resultieren­ den Massenmoment sowie die eigentliche Masse des drehbaren Zangenteils als Störfaktoren auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die beiden gattungs­ gemäßen Vorrichtungen dahingehend weiterzubilden, daß eine plastische Verformung der Punktflansche nicht mehr auftritt. Diese Aufgabe wird für Schiebezangen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und für Scherenzangen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 erfüllt. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die beim Aufsetzen der Elektroden auftretenden aus den bewegten Massen resultierenden Störkräfte dadurch be­ herrscht werden können, daß der Massenschwerpunkt nicht verlagert wird, also in Ruhe bleibt. Aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehe­ nen Getriebes mit dem Übersetzungsverhältnis im Verhältnis der Massen der beiden Teile, nämlich der Verfahr-Einheit einerseits und des Ausgleichskörpers andererseits, wirken auf den Schweißpunkt unabhängig von seiner Lage nur die Schweißdruckkräfte, die in der Verfahr-Einheit durch das Druckmedium erzeugt werden. Die zusätzlich auftretenden Massenkräfte, die beim Aufsetzen der Elektrode des Kolbens auf den Punktflansch ausgeübt werden, führen aufgrund der geringen Masse des Kolbens einschließlich der mit ihm fest verbundenen Teile und der Drosselung der Druckluft­ zufuhr nicht zu einer Verformung der Punktflansche. Ebenso können die beim Schließen der Zange auftretenden aus den Massen herrührenden sogenannten Anschwimmkräfte gegenüber den Schweiß­ druckkräften vernachlässigt werden. Die anderen bisher bekannten Einflüsse von der Verfahr-Einheit aufgrund ihrer Masse und ihrer räumlichen Lagen werden durch den Ausgleichskörper aufgefangen.

Durch die Verwendung eines Ausgleichskörpers bei Scherenzangen wird erreicht, daß der Schwerpunkt des beim Ausgleichen drehbaren Zangenteils, bestehend aus Verfahr-Einheit und Ausgleichskörper, in den Befestigungspunkt gelegt wird, so daß an der Schweißstelle keine störenden Momente oder Massen mehr wirken können.

Da üblicherweise der Schweißtransformator in der Nähe der Schweiß­ zange angeordnet ist, nämlich direkt an dem Roboterflansch, kann der Schweißtransformator vorteilhafterweise als Ausgleichskörper dienen. Dadurch ist es nicht erforderlich, einen zusätzlichen Ausgleichskörper vorzusehen, wodurch die Gelenke des Roboters weiter beansprucht würden. Darüber hinaus wird hierdurch nicht das Bauvolumen der Zangen vergrößert.

Bei Verwendung von Schiebezangen eignen sich als Getriebe entweder ein Zahnrädergetriebe, ein 6-Gelenk oder ein Hydraulikgetriebe. Hierdurch wird auf einfacher Art und Weise bei kleinstem Bauraum die gegenläufige Ausgleichsbewegung des Ausgleichskörpers erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels näher dargestellt.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Roboterflansch mit Schiebezangen und einem Zahnrädergetriebe;

Fig. 2 einen Roboterflansch mit Schiebezangen und einem 6-Gelenk-Getriebe;

Fig. 3 einen Roboterflansch mit Schiebezangen und einem hydraulischen Getriebe;

Fig. 4, 5 einen Roboterflansch mit einer Scherenzange.

In Fig. 1 ist schematisch ein Roboterflansch 1 dargestellt, der in allgemein bekannter Weise mit einem geeigneten Roboter verbunden werden kann. Dieser Flansch 1 trägt an seinem vorderen Ende die beiden Schweißelektroden 2 und 3. Die beiden Schweißelektroden 2 und 3 sind befestigt an einer Zylinder-Kolben-Einheit 4 als Ver­ fahr-Einheit, welche an einer Geradführung 5, die Bestandteil des Roboterflansches 1 ist, schwimmend gelagert ist. Die Zylinder- Kolben-Einheit weist hierzu zwei Lagerarme 6 und 7 auf, die sich über Druckfedern 8 und 9 am Roboterflansch abstützen. Die Kolben­ stange 10 der Zylinder-Kolben-Einheit 4 durchsetzt den Zylinder 11 der Zylinder-Kolben-Einheit 4 und stützt sich mit ihrem oberen freien Ende 12 an dem Roboterflansch 1 ab. Das untere freie Ende trägt die Elektrode 2. Die Elektrode 3 ist über eine Halterung 13 fest mit dem Zylinder 11 der Zylinder-Kolben-Einheit 4 verbunden.

Weiterhin trägt die Geradführung 5 den Schweißtransformator 14, der hierzu einen Lagerarm 15 aufweist.

Verbunden ist der Schweißtransformator 14 mit der Zylinder-Kolben- Einheit 4 über ein Zahnrädergetriebe 18. Dies besteht aus einer Zahnstange 19, welche mit dem Zylinder 11 der Zylinder-Kolben-Ein­ heit 4 fest verbunden ist. Mit dieser Zahnstange 19 kämmt das Zahnrad 20, welches drehfest auf einer Welle 21 angeordnet ist, die drehbar aber unverschiebbar in der Geradführung 5 des Roboterflansches 1 gelagert ist. Am Schweißtransformator 14 ist ebenfalls eine Zahnstange 22 vorgesehen, die mit einem Zahnrad 23 zusammenwirkt, das ebenfalls drehfest auf der Welle 21 befestigt ist.

Das Übersetzungsverhältnis im Zahnrädergetriebe 18 entspricht dem Massenverhältnis der Zylinder-Kolben-Einheit 4 zur Masse des Schweißtransformators 14 bzw. dem Zahnflankenberührungsradius des Zahnrades 23 zum Zahnflankenberührungsradius des Zahnrades 20.

Wirken nur die Kräfte der Federn 8 und 9 auf die Zylinder-Kolben- Einheit 4 und über das Zahnrädergetriebe 18 auf den Schweißtrans­ formator 14, so stellt sich eine definierte Lage auf der Geradfüh­ rung 5 ein. Durch das Abstützen der Kolbenstange 10 mit ihrem oberen Ende 12 an dem Roboterflansch 1 wird die Vorspannung der Feder 9 erhöht, da sich der Zylinder 11 an der Kolbenstange 10 - wie in Fig. 1 dargestellt - abstützen kann. Die Vorspannung der Druckfeder 8 vermindert sich dadurch, bis der Lagerarm 7 gegen den an der Geradführung angeordneten Anschlag 24 fährt. Diese Verfahrbewegung wird durch Einleiten von Druckluft in die Zylinder- Kolben-Einheit 4 bewerkstelligt. Dann stellt sich eine zweite defi­ nierte Lage der Zylinder-Kolben-Einheit 4 einerseits und des Ausgleichskörpers 14 andererseits auf der Geradführung ein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Sobald der Schweißroboter die beiden Elektroden 2 und 3 oberhalb und unterhalb zweier zu verschweißender Bleche positioniert hat, wird in den oberen Druckraum 24 der Zylinder-Kolben-Einheit 4 Druckluft eingespeist. Aufgrund der Vorspannung der Druckfeder 9 fährt die Elektrode 3 in Richtung auf die zu verschweißenden Bleche und überlagert dabei der Bewegung der Elektrode 2 ebenfalls in Richtung auf die zu verschweißenden Bleche einen negativen Bewegungsanteil. Durch diese Verminderung der Absolutgeschwindig­ keit der Elektrode 2 setzt zuerst die Elektrode 3 und dann die Elektrode 2 auf die zu verschweißenden Bleche auf. Aufgrund des Zahnrädergetriebes 18 wird durch die Verfahrbewegung der Elektrode 3 gleichzeitig der Schweißtransformator 14 gegenläufig bewegt. Dadurch wird erreicht, daß das Aufsetzverhalten der Elektrode 3 unabhängig wird von ihrer räumlichen Lage. Gleichzeitig wird ihre Aufsetzkraft auf einen gleichbleibenden, lageunabhängigen Minimal­ wert verringert.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführung des Getriebes darge­ stellt. Alle übrigen Teile sind identisch und deshalb mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Anstelle des Zahnrädergetriebes 18 wird hier ein 6-Gelenk 30 verwendet. Dieses besteht aus den beiden Armpaaren 31 und 32, die einerseits gelenkig mit dem Zylinder 11 der Zylinder-Kolben- Einheit 4 und andererseits gelenkig mit dem Schweißtransformator 14 verbunden sind. Weiterhin sind die beiden Armpaare 31 und 32 gelenkig mit der Geradführung 5 verbunden. Eine Druckfeder 33 ist in geeigneter Weise zwischen dem Roboterflansch 1 und einem der beiden Armpaare 31 oder 32 befestigt. Die Übersetzung des 6-Gelenkes ist auch hier entsprechend dem Massenverhältnis der Zylinder-Kolben-Einheit 4 zur Masse des Schweißtransformators 14 gewählt. Auch hierdurch wird erreicht, daß das Aufsetzverhalten der Elektrode 3 unabhängig wird von der räumlichen Lage der Zylinder-Kolben-Einheit 4. Ihre Aufsetzkraft wird hierdurch eben­ falls auf einen gleichbleibenden Minimalwert verringert.

Die Anordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von denen nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß hier als Getriebe ein Hydraulikgetriebe 40 vorgesehen ist. Es besteht aus dem Geberzylinder 41, der an der Geradführung 5 befestigt ist. In ihm läuft ein Geberkolben 42, der mit dem Lagerarm 7 fest verbunden ist. Der Druckraum des Geberzylinders 41 ist verbunden mit einem Zylinder 43, welcher ebenfalls starr befestigt ist an der Geradführung 5. In dem Nehmer­ zylinder 43 ist ein Kolben mit der Kolbenstange 44 verfahrbar angeordnet. Die Kolbenstange 44 ist mit dem Schweißtransformator 14 verbunden. Um das erfindungsgemäße Verhalten zu erreichen, wird die druckwirksame Kolbenfläche im Geberzylinder 41 zur druckwirksamen Kolbenfläche im Nehmerzylinder 43 wie das Massenver­ hältnis der Masse der Zylinder-Koiben-Einheit zur Masse des Schweißtransformators 14 gewählt.

In Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Scheren­ zange 50 dargestellt. Die Scherenzange 50 besteht aus den beiden Zangenteilen 51 und 52, die an ihren vorderen Enden die Elektroden 2 und 3 tragen. Die beiden Zangenteile 51 und 52 sind gelenkig in der Drehachse 53 verbunden. Der Schweißtransformator 14 ist hier mit dem unteren Zangenteil 52 zu einer Einheit verbunden. Weiterhin weist der Roboterflansch 1′ Anschläge 57 auf, die die Verfahrbewe­ gung der Scherenhälfte 52 begrenzen. Betätigt wird der Zangenteil 51 von der Zylinder-Kolben-Einheit 56, die sowohl gelenkig an diesem Zangenteil als auch gelenkig mit dem Zangenteil 52 verbunden ist. Das Zangenteil 52 wird ebenfalls von einer Zylinder-Kolben- Einheit 44 betätigt, die einerseits gelenkig an dem Zangenteil 52 und andererseits gelenkig an dem Roboterflansch 1′ befestigt ist.

Aufgrund der Anordnung des Schweißtransformators 14 an dem unteren Zangenteil 52 und der gewählten Massenverhältnisse liegt der Schwerpunkt in der Drehachse 53. Diese Drehachse 53, die gleichzeitig Schwerpunktsachse ist, dient erfindungsgemäß zum Befestigen der Schweißzange an dem Roboterflansch 1′.

Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Sobald der Roboter die beiden Elektroden 2 und 3 an die zu ver­ schweißenden Bleche positioniert hat, werden die beiden Zylinder- Kolben-Einheiten 54 und 56 betätigt. Hierdurch wird der Bewegung der Elektrode 2 in Richtung auf die zu verschweißenden Bleche ebenfalls ein negativer Bewegungsanteil überlagert. Daher vermin­ dert sich auch hier die Absolutgeschwindigkeit der Elektrode 2, so daß die Elektrode 3 vor der Elektrode 2 aufsetzt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Schweißtransformators 14 wird also erreicht, daß das Aufsetzverhalten der Elektrode 3 unabhängig wird von ihrer räumlichen Lage. Gleichzeitig wird die Aufsetzkraft der Elektrode 3 auf einen gleichbleibenden Minimalwert verringert.

Die Ausführung nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 4 dadurch, daß hier nicht der Schwerpunkt der Schweiß­ zange 50 mit dem Schweißtransformator 14 in der Drehachse 53 der beiden Zangenteile 51 und 52 liegt. Dieser liegt vielmehr bei 58. Demgemäß ist der Anlenkpunkt des Roboterflansches 1′ mit der Scherenzange 50 im Schwerpunkt 58.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also mit einfachen Mitteln erreicht, daß die Schließbewegungen der beiden Elektroden keine die zu verschweißenden Bleche plastisch verformenden Kräfte ausüben. Dadurch steigt zum einen die Schweißqualität der zu setzenden Schweißpunkte und zum anderen wird dadurch der Roboter in seinen Gelenken und mit seinen Bremsen wesentlich entlastet, so daß diese Roboterteile wesentlich länger mit hoher Genauigkeit arbeiten können.

Claims (7)

1. Widerstandspunktschweißzange für Industrieroboter, bestehend aus zwei über eine Verfahr-Einheit gegeneinander beweglichen Elektroden, die schwimmend an einem Roboterflansch befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahr-Einheit (4) mit einem Ausgleichskörper über ein Getriebe derart verbunden ist, daß die Bewegung des Ausgleichskörpers entgegengesetzt zur Verfahr-Einheit (4) verläuft und daß das Übersetzungs­ verhältnis im Getriebe der Masse der Verfahr-Einheit (4) zur Masse des Ausgleichskörpers entspricht.

2. Widerstandspunktschweißzange für Industrieroboter, bestehend aus zwei über eine Verfahr-Einheit gegeneinander beweglichen Elektroden, die nach Art einer Schere über eine gemeinsame Drehachse miteinander und mit einem Roboterflansch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Scherenhälfte (52) ein Ausgleichskörper starr befestigt ist, dessen Masse derart gewählt ist, daß der Schwerpunkt der gesamten Schweißzange (50) mit dem Ausgleichskörper in dem Befestigungspunkt (53, 58) der Schweißzange an dem Roboterflansch (1′) liegt.

3. Widerstandspunktschweißzange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgleichskörper der Schweiß­ transformator (14) vorgesehen ist.

4. Widerstandspunktschweißzange nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Zahnrädergetriebe (18) vorgesehen ist.

5. Widerstandspunktschweißzange nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein 6-Gelenk (30) mit parallel verlaufenden Quergliedern vorgesehen ist.

6. Widerstandspunktschweißzange nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Hydraulikgetriebe (40), bestehend aus einem an dem Zylinder der Verfahr-Einheit befestigten Geberzylinder (41) und einem an dem Ausgleichskör­ per befestigten Nehmerzylinder (43), vorgesehen ist.

7. Widerstandspunktschweißzange nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (53) der Schere (50) gleichzeitig der Befestigungspunkt an dem Roboterflansch (1′) ist.