DE3728099A1 - Nahtfuehrungsgeraet fuer einen industrieroboter - Google Patents
Nahtfuehrungsgeraet fuer einen industrieroboterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Nahtführungsgerät für einen Indu
strieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein
solches Gerät ist bekannt aus der US-PS 45 01 950.
Ein Nachteil des bekannten Nahtführungsgeräts besteht darin,
daß es in seitlicher Richtung viel Raum benötigt, wodurch es
ungeeignet ist zur Ausführung von Schweißoperationen unter
engen Verhältnissen, wie zum Beispiel im Inneren einer
Kraftfahrzeugkarosserie.
Wenn man versuchen wollte, die Abmessungen einer Vorrichtung
der vorgenannten Art dadurch zu verkleinern, daß man den
Sensor dichter an der Schweißzange anbringt, so entsteht das
Problem, wie der Sensor gegen die Strahlungshitze des
Schweißlichtbogens und wie die Öptik des Sensors gegen ein
Zusetzen (Blindwerden) durch Schweißdämpfe geschützt werden
kann. Bei bekannten Nahtführungsgeräten konnte dieses Pro
blem bisher in keiner zufriedenstellenden Weise gelöst wer
den.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nahtführungs
gerät der eingangs genannten Art, vorzugsweise für Lichtbo
genschweißen, zu entwickeln, welches sich durch einen robu
sten Aufbau auszeichnet, welches eine gute Zugänglichkeit
beim Schweißen in engen Räumen gestattet und bei welchem der
optische Sensor des Nahtführungsgeräts gegen Hitzestrahlung,
Spritzer und die Sichtbarkeit beeinträchtigenden Rauchgase
usw. gut geschützt ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Nahtführungsgerät für
einen Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeich
nenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei
teren Ansprüchen genannt.
Da die Druckluft zur Kühlung des Sensors diesem über einen
zentralen gasdichten Raum im Gehäuse des Nahtführungsgeräts
zugeführt wird, erreicht man unter anderem den Vorteil, daß
der Druckluftschlauch in unmittelbarer Nähe der Verbindungs
kabel für den Sensor und den Motor angebracht und möglicher
weise mit diesen Kabeln zusammengebündelt werden kann. Auf
diese Weise sind die Kabel und der Schlauch besser gegen Be
schädigungen geschützt, die durch Kontakt mit Gegenständen
im Arbeitsbereich des Roboters auftreten können. Zugleich
wird die Bewegbarkeit des Roboters in engen Räumen verbes
sert.
Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Nahtführungsgeräts in der
Bauweise gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Nahtführungsgerät,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Nahtführungsgeräts, wobei die
drehbare Einheit im Schnitt längs der Linie III-III
in Fig. 2 dargestellt ist,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Hitzeschild für den Sensor
des Nahtführungsgeräts,
Fig. 5 einen Schnitt durch den Hitzeschild längs der Linie
V-V in Fig. 4.
Das Nahtführungsgerät hat einen optischen Sensor 4 zur Mes
sung der Lage der Naht und zur Steuerung der Bewegung einer
Schweißzange oder eines Schneidbrenners 10.
Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Nahtführungsgerät ist in
erster Linie für Lichtbogenschweißen mittels eines Indu
strieroboters bestimmt, der beispielsweise in der in der DE-
OS 37 19 064 gezeigten Art aufgebaut sein kann. Das Nahtfüh
rungsgerät hat ein aus Leichtmetall gegossenes Gehäuse 1,
welches über eine Befestigungsvorrichtung 2 an der Werk
zeugsbefestigungsvorrichtung 3 der Roboterhand befestigt
ist. Das Folgen der Naht und das Messen des Abstandes erfol
gen mit Hilfe eines kreiszylindrischen Sensors 4, der rela
tiv zum Gehäuse 1 drehbar ist und einen Halbleiterlaser so
wie einen positionsmessenden Photodetektor enthält. Ein
Schrittmotor 6 (stepper), der von einem Impulsübertrager 5
zur Drehung des Sensors gesteuert wird, ist an dem Gehäuse 1
befestigt. Der Motor 6 ist von einem Gehäuse 7 umgeben.
In dem von der Roboterhand am weitesten entfernten Teil des
Gehäuses, welches im wesentlichen kreiszylindrisch ist, ist
eine innere Hülse 8 fest angeordnet. Durch diese Hülse 8 und
durch ein im Sensor 4 exentrisch angeordnetes Loch erstreckt
sich eine Lichtbogen-Schweißzange 10, die in Fig. 3 schema
tisch dargestellt ist. Die Schweißelektrode 11 der Zange 10
wird durch einen Schlauch 12 nachgeschoben, durch welchen
auch Schutzgas der Schweißstelle zugeführt wird.
Der Sensor 4 ist an ein gezahntes Rad 13 geschraubt, welches
seinerseits an einem Innenring 14 befestigt ist, der mittels
Kugellager 15 drehbar auf der inneren Hülse 8 gelagert ist.
Das Rad 13 wird über ein gezahntes Band 16 von einem Ritzel
17 angetrieben, welches auf der Welle des Motors 16 sitzt.
Das Band 16 wird durch eine Schraube 18 gespannt, um die
Kraftübertragung zwischen dem Motor 6 und dem Sensor 4
spielfrei zu machen.
Das Rad 13 ist mit einem radial vorstehenden Stift 20 verse
hen, der mit einer am Gehäuse 1 befestigten Stoppeinrichtung
in Form eines mechanischen Anschlages 21 zusammenarbeitet,
wodurch die Bewegungsfreiheit des Rades 13 auf maximal zwei
volle Umdrehungen beschränkt ist.
Zwischen der zylindrischen Wand des Gehäuses 1 und der inne
ren Hülse 8 ist ein ringförmiger Raum 23 vorhanden, in wel
chem das Verbindungskabel 24 zum Sensor 4 locker und spiral
förmig um die Hülse 8 gewickelt ist. Hierdurch wird er
reicht, daß das Kabel die Beweglichkeit des Sensors 4 nicht
behindert und daß der Teil des Kabels, der der Schweißzone
am nächsten liegt, in dem Gehäuse 1 gut geschützt ist.
Der ringförmige Raum 23 hat eine Eintrittsöffnung 25 durch
welche der Raum 23 über einen Schlauch 26 mit Druckluft ver
sorgt wird. Die Druckluft wird weiterbefördert durch eine
Austrittsöffnung 27 und in speziell angeordnete Kühlluft
spalte im Sensor 4 zur Kühlung des Sensors 4 eingeleitet.
Der Hauptteil der Kühlluft strömt ab durch eine nach oben
gerichtete Austrittsöffnung im Sensor 4 bei dem Pfeil 32.
Der Raum 23 ist gegen Undichtigkeitsverluste der Luft sowohl
durch Dichtungsringe 28, 29 und 30 als auch durch Dichtungen
um den Schlauch und die Kabeldurchführung abgedichtet.
An der Unterseite des Sensors 4 befindet sich ein Hit
zeschild 40 in Form einer Scheibe aus hitzebeständigem
Kunststoff, deren Ausführungsform genauer in den Fig. 4
und 5 dargestellt ist. Die Scheibe hat ein exentrisch ange
ordnetes Loch 41 für die Schweißzange 10, Öffnungen 42 und
43 für auszusendendes beziehungsweise reflektiertes Licht
und Befestigungslöcher 44. Die Öffnungen 42 und 43 sind mit
einer transparenten Platte aus Glas oder Kunststoff abge
deckt, die auf der oberen Seite des Hitzeschildes 40 ange
ordnet ist und gegen Spritzer etc. durch einen hülsenförmi
gen Schirm 46 geschützt ist, der aus der Unterseite des Hit
zeschildes hervorsteht und getrennte Kanäle 47 und 48 für zu
emittierendes beziehungsweise reflektiertes Licht hat.
Zwischen dem Hitzeschild 40 und dem Sensor 4 sind Dichtungen
49 und 50 um das Loch 41 für die Schweißzange 10 beziehungs
weise die Peripherie des Hitzeschildes 40 angeordnet.
Ein Teil der Druckluft, welche durch die Kühlungsluftspalte
im Sensor 4 geströmt ist, kann in den Spalt zwischen dem
Hitzeschild 40 und der Unterseite des Sensors 4 an der in
Fig. 4 durch das Kreuz 51 gekennzeichneten Stelle strömen.
Von dort strömt die Luft in Richtung der Pfeile in entgegen
gesetzten Richtungen und gelangt in die Kanäle 47 und 48
durch Öffnungen 52 beziehungsweise 53 an gegenüberliegenden
Schmalseiten der Schutzplatte 45. Durch die Kanäle 47 und 48
wird der Luftstrom so gelenkt, daß zumindest der Teil des
Sichtfeldes, das am dichtesten am Sensor 4 liegt, von Rauch
usw. freigehalten wird. Hierdurch wird verhindert, daß der
Rauch Ablagerungen auf der Schutzplatte 45 bildet. Die Luft
menge, welche durch die Lichtöffnungen des Hitzeschildes 40
abfließt darf natürlich nicht so groß sein, daß sie das
Schutzgasbereich der Schweißzange stört. Eine Druckaus
gleichsöffnung 54 zwischen den Kanälen nahe der Glasplatte
verhindert Turbulenzen.
Die Verbindungskabel 24 und 19 für den Sensor beziehungs
weise den Antriebsmotor sowie der Durckluftschlauch 26 wer
den durch einen gemeinsamen Schlauch 55 und eine Umbandelung
56 zusammengehalten, wie aus Fig. 1 hervorgeht.
Claims (10)
1. Nahtführungsgerät zur Befestigung am Werkzeughalter (3)
der Hand eines Industrieroboters zur Durchführung von bei
spielsweise Schweißarbeiten an einem Werkstück mit einer
Schweißzange oder einem Schweißbrenner (10), mit einem im
Verhältnis zur Schweißzange (10) drehbaren Sensor (4), der
eine Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtpunktes auf das
Werkstück sowie optische Glieder zur Reproduktion des Licht
punktes auf einem positionsmessenden Detektor hat, mit einem
Motor zur Drehung des Sensors und mit einem Hitzeschild (40)
an der zum Werkstück gewandten Seite des Sensors, welcher
Hitzeschild die Gestalt einer Scheibe mit mindestens einem
Fenster (42, 43) zur Aussendung von Licht vom Sensor und für
den Empfang von reflektiertem Licht durch den Sensor hat,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Seite des Sensors (4), die vom Werkstück wegweist, ein Ge häuse (1) neben dem Sensor fest im Verhältnis zu der Robo terhand angeordnet ist, welches Gehäuse einen Raum (23) mit einer Eintrittsöffnung (25) hat,
daß an die Eintrittsöffnung (25) ein Schlauch (26) für die Zufuhr von Druckluft ange schlossen ist, und
daß der Raum (23) eine Austrittsöffnung (27) hat, welche mit dem Hitzeschild (40) in Verbindung steht, der so geformt ist, daß der Luftstrom an dem genann ten Fenster (42, 43) vorbeiströmt.
daß an der Seite des Sensors (4), die vom Werkstück wegweist, ein Ge häuse (1) neben dem Sensor fest im Verhältnis zu der Robo terhand angeordnet ist, welches Gehäuse einen Raum (23) mit einer Eintrittsöffnung (25) hat,
daß an die Eintrittsöffnung (25) ein Schlauch (26) für die Zufuhr von Druckluft ange schlossen ist, und
daß der Raum (23) eine Austrittsöffnung (27) hat, welche mit dem Hitzeschild (40) in Verbindung steht, der so geformt ist, daß der Luftstrom an dem genann ten Fenster (42, 43) vorbeiströmt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Auslaßöffnung (27) mit im Sensor
.
(4) vorhandenen Luftspalten und/oder Kanälen in Verbindung
steht, die so beschaffen sind, daß sie von Druckluft zur
Kühlung des Sensors (4) durchströmt werden.
3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hitzeschild (40) mit
einem hülsenförmigen Schirm (46) versehen ist, der um das
genannte Fenster (42, 43) herum angeordnet ist und in Rich
tung zum Werkstück hervorsteht.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schirm (46) zwei getrennte
Lichtkanäle (47, 48) für auszusendendes beziehungsweise re
flektiertes Licht hat.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Fenster (42, 43) mit einer transpa
renten Schutzplatte (45) abgedeckt ist, an deren Kanten der
Hitzeschild (40) mit Luftaustrittsöffnungen (52, 53) versehen
ist, die aus entgegengesetzten Richtungen auf die
Lichtkanäle (47, 48) gerichtet sind.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß eine druckausgleichende
Öffnung (54) zwischen den beiden Lichtkanälen (47, 48) nahe
der unteren Seite der Schutzplatte (45) angeordnet ist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Raum
(23) ringförmig ist, nach außen durch eine zylindrische Wand
des Gehäuses (1) begrenzt ist und nach innen durch eine zy
lindrische Hülse (8) begrenzt ist, die fest im Gehäuse (1)
angeordnet ist, und die die Schweißzange (10) umgibt.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Schweißzange (10) von dem Sensor (4) umgeben ist.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (4) auf einem
Antriebsrad (13) montiert ist, welches sich in das untere
Endteil des ringförmigen Raumes (23) erstreckt, und daß
Dichtungsringe (28, 29) zwischen dem Rad (13) und der Wand
des Raumes (23) angeordnet sind.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Verbindungskabel (24)
zum Sensor (4) durch den genannten ringförmigen Raum (23)
derart verläuft, daß es lose in einer Vielzahl von Windungen
spiralförmig um die innere zylindrische Hülse (8) herum der
art gewickelt ist, daß der Sensor (4) aus einer Endlage her
aus mindestens 360° im Verhältnis zum Gehäuse (1) drehbar
ist.
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