DE9317013U1 - Welding tool - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Schweißwerkzeucr Welding tools
Die Erfindung betrifft ein Schweißwerkzeug zum Punktschweißen mit mehrachsigen Manipulatoren und den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a welding tool for spot welding with multi-axis manipulators and the features in the preamble of the main claim.
Ein solches Schweißwerkzeug ist aus dem DE-GM 89 14 370 bekant. Es besteht aus einem Elektrodenhalter, der mit der Manipulatorhand verbunden ist und die Schweißelektrode trägt. Die Zustellung der Schweißelektrode erfolgt über eine im Elektrodenhalter angeordnete Andruckvorrichtung. Der Manipulator bewegt dazu den Elektrodenhalter mit der Schweißelektrode in einen vorbestimmten Abstand über das Werkstück. Anschließend wird die Andruckvorrichtung betätigt und schießt die Schweißelektrode gegen das Werkstück. Dies führt zu zeitraubenden Schwingungen im System, zu Kraftspitzen und zu einem rascheren Verschleiß der Schweißelektrode.Such a welding tool is known from DE-GM 89 14 370. It consists of an electrode holder that is connected to the manipulator hand and carries the welding electrode. The welding electrode is fed via a pressure device arranged in the electrode holder. The manipulator moves the electrode holder with the welding electrode to a predetermined distance above the workpiece. The pressure device is then activated and shoots the welding electrode against the workpiece. This leads to time-consuming vibrations in the system, to force peaks and to faster wear of the welding electrode.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schweißwerkzeug aufzuzeigen, bei dem die Schweißelektrode durch Schwingungen und Kraftspitzen weniger belastet und besser geschont wird.The object of the present invention is to provide a welding tool in which the welding electrode is less stressed by vibrations and force peaks and is better protected.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.The invention solves this problem with the features in the main claim.
Beim erfindungsgemäßen Werkzeug ist die Schweißelektrode federnd ausweichfähig im Elektrodenhalter gelagert und wird durch eine vorzugsweise als Gaszylinder ausgebildete Federeinrichtung beaufschlagt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Schweißelektrode sehr viel wenigerIn the tool according to the invention, the welding electrode is mounted in the electrode holder in a resilient manner and is acted upon by a spring device, preferably designed as a gas cylinder. This arrangement has the advantage that the welding electrode is much less
mechanisch beansprucht wird und einem geringeren Verschleiß unterliegt. Ferner werden die Schwingungen und Kraftspitzen im System reduziert. Dies wirkt sich günstig auf die Taktzeiten aus. Die Federeinrichtung dämpft die Schwingungen der Schweißelektrode beim Andrücken, so daß schneller als beim Stand der Technik geschweißt werden kann. Insgesamt verkürzen sich dadurch die Taktzeiten.is subject to mechanical stress and is subject to less wear. Furthermore, the vibrations and force peaks in the system are reduced. This has a positive effect on the cycle times. The spring device dampens the vibrations of the welding electrode when it is pressed, so that welding can be carried out faster than with the current technology. Overall, this shortens the cycle times.
Vorteilhaft ist ferner, daß der Kraftaufbau schnell auf einen konstanten Wert kommt. Durch die Schwingungsarmut kann die Schweißung sogar beginnen, bevor der Manipulator seine Soll-Position erreicht hat. Umgekehrt kann am Ende noch geschweißt werden, wenn der Manipulator bereits in der Rückzugsbewegung begriffen ist. Die Schweiß- und Bewegungszeiten lassen sich besser ausnutzen und einander überschneiden.Another advantage is that the force builds up quickly to a constant value. Due to the low vibration, welding can even begin before the manipulator has reached its target position. Conversely, welding can still take place at the end when the manipulator is already in the process of retracting. The welding and movement times can be better utilized and overlap.
Günstig ist ferner, daß durch die Federeinrichtung die Zustellbewegungen des Manipulators abgebremst und gedämpft werden. Zudem ist der Toleranzbereich in der Positionierung des Manipulators größer. Etwaige Ungenauigkeiten werden durch die Federeinrichtung ausgeglichen. Beim Zurückfahren und Lösen vom Werkstück erteilt die sich entspannende Federeinrichtung dem Manipulator ein die Rückzugsbewegung unterstützenden Impuls.Another advantage is that the spring device slows down and dampens the manipulator's feed movements. In addition, the tolerance range in the positioning of the manipulator is larger. Any inaccuracies are compensated for by the spring device. When moving back and releasing from the workpiece, the relaxing spring device gives the manipulator an impulse that supports the retraction movement.
Die Federeinrichtung besitzt einen Zylinder mit einem kompressiblen Medium, vorzugsweise einem Gas. Ein Gaszylinder hat den Vorteil, daß durch Verbindung mit einer externen Gasversorgung der Ausgangsdruck konstant gehalten werden kann. Alternativ kann der Ausgangsdruck auch verstellbar sein und in Anpassung an abwechselnde Anforderungen im jeweiligen Schweißpunkt von Position zu Position verändert werden.The spring device has a cylinder with a compressible medium, preferably a gas. A gas cylinder has the advantage that the output pressure can be kept constant by connecting it to an external gas supply. Alternatively, the output pressure can also be adjustable and changed from position to position to adapt to changing requirements at the respective welding point.
Hierbei empfiehlt es sich, einen einstellbaren Druckminderer einzusetzen, der den Innendruck im unbelasteten Zustand auf einen im wesentlichen konstanten Wert hält, zum Beispiel 5 bar.It is recommended to use an adjustable pressure reducer that keeps the internal pressure in the unloaded state at an essentially constant value, for example 5 bar.
Für das erfindungsgemäße Schweißwerkzeug ist es von besonderem Vorteil, wenn die Schweißelektrode im Elektrodenhalter zusätzlich noch drehbeweglich gelagert ist, wie das bereits aus dem DE-GM 89 14 370 bekannt ist. Hierdurch kann ein Wegrutschen der Schweißelektrode auf dem Werkstück verhindert und der Abbrand verbessert werden. Diese Eigenschaften wirken sich in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Federeinrichtung besonders günstig aus.For the welding tool according to the invention, it is particularly advantageous if the welding electrode is also mounted in a rotatable manner in the electrode holder, as is already known from DE-GM 89 14 370. This prevents the welding electrode from slipping on the workpiece and improves the burn-off. These properties have a particularly favorable effect in conjunction with the spring device according to the invention.
In den ünteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. In detail:
Fig. 1Fig.1
in Seitenansicht einen mehrachsigen Industrieroboter mit einem Schweißwerkzeug zum Punktschweißen,side view of a multi-axis industrial robot with a welding tool for spot welding,
Fig. 2Fig.2
das Schweißwerkzeug mit einer Schweißelektrode und einer Federeinrichtung sowie einem Kugelgelenk im Detail und teilweise aufgebrochenem Längsschnitt undthe welding tool with a welding electrode and a spring device as well as a ball joint in detail and partially broken away longitudinal section and
Fig. 3Fig.3
eine Variante zu Fig. 2 mit einem Kardangelenk.a variant of Fig. 2 with a cardan joint.
In Fig. 1 ist ein mehrachsiger Manipulator (2), vorzugsweise ein Industrieroboter, dargestellt. Er dient zum Schweißen, insbesondere zum Punktschweißen, von Werkstücken (nicht dargestellt). Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Fahrzeugkarosserien. Es können aber auch beliebig andere Werkstücke sein.Fig. 1 shows a multi-axis manipulator (2), preferably an industrial robot. It is used for welding, in particular for spot welding, workpieces (not shown). These are preferably vehicle bodies. However, they can also be any other workpieces.
Der Industrieroboter (2) weist ein nachstehend näher beschriebenes Schweißwerkzeug (1) auf, das an der Roboterhand (3) angeflanscht ist. Das Schweißwerkzeug (1) besteht aus einem Elektrodenhalter (5), in dem eine Schweißelektrode (6) längsbeweglich und federnd ausweichfähig gelagert ist. Die Ausweichbewegungen werden durch eine Federeinrichtung (7) begrenzt, die einen Zylinder (14) mit einem kompressiblen Medium aufweist, vorzugsweise einen Gaszylinder.The industrial robot (2) has a welding tool (1) described in more detail below, which is flanged to the robot hand (3). The welding tool (1) consists of an electrode holder (5) in which a welding electrode (6) is mounted so that it can move longitudinally and is capable of spring deflection. The deflection movements are limited by a spring device (7) which has a cylinder (14) with a compressible medium, preferably a gas cylinder.
Die Schweißelektrode (6) ist mit Versorgungsleitungen, Anschlüssen etc. versehen, die der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Der Elektrodenhalter (5) ist mit der Anschlußfläche (4) der Roboterhand (3) verbunden und weist ein um mehrere Schwenkachsen (20,21) bewegliches Lager (9) auf, mit dem die Schweißelektrode (6) zusätzlich in einer Dreh- oder Schwenkbewegung ausweichfähig gegenüber der Roboterhand (3) gelagert ist. Fig. 2 und 3 zeigen hierzu verschiedene Ausführungsformen.The welding electrode (6) is provided with supply lines, connections, etc., which are not shown for the sake of simplicity. The electrode holder (5) is connected to the connection surface (4) of the robot hand (3) and has a bearing (9) that can move about several pivot axes (20, 21), with which the welding electrode (6) is additionally mounted in a rotating or pivoting movement in relation to the robot hand (3). Fig. 2 and 3 show various embodiments of this.
Fig. 2 zeigt das Schweißwerkzeug (1) im Detail. Die Schweißelektrode (6) besitzt einen über eine Steckverbindung austauschbaren Elektrodenkopf (7) mit einer ballig verrundeten Spitze. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verrundung halbkreisförmig, sie kann aber auch eine andere Gestalt haben. Am rückwärtigen Ende ist die Schweißelektrode als Kolben (15) ausgebildet oder mit einem Kolbenteil lösbar verbunden.Fig. 2 shows the welding tool (1) in detail. The welding electrode (6) has an electrode head (7) that can be replaced via a plug connection and has a spherically rounded tip. In the example shown, the rounding is semicircular, but it can also have a different shape. At the rear end, the welding electrode is designed as a piston (15) or is detachably connected to a piston part.
Die Federeinrichtung (8) beziehungsweise der GaszylinderThe spring device (8) or the gas cylinder
(14) sind in einem Gehäuse (13) des Elektrodenhalters (5) angeordnet. Das Gehäuse (13) ist über das Lager (9) drehbeweglich mit einem Zwischenhalter (24) verbunden, der wiederum an der Anschlußfläche (4) der Roboterhand (3) befestigt ist. Die Schweißelektrode (6) taucht durch das Gehäuse (13) in das Innere des Gaszylinders (14) ein und ist mit dem Kolben (15) darin geführt. Zwischen dem Kolben(14) are arranged in a housing (13) of the electrode holder (5). The housing (13) is connected via the bearing (9) to an intermediate holder (24) in a rotationally movable manner, which in turn is attached to the connection surface (4) of the robot hand (3). The welding electrode (6) penetrates through the housing (13) into the interior of the gas cylinder (14) and is guided therein by the piston (15). Between the piston
(15) und dem Zylinderboden befindet sich ein Druckraum (16) mit einem Gaspolster, vorzugsweise einem Luftpolster, das im entlasteten Zustand unter einem voreingestellten Druck von beispielsweise 5 bar steht.(15) and the cylinder base there is a pressure chamber (16) with a gas cushion, preferably an air cushion, which in the relieved state is under a preset pressure of, for example, 5 bar.
Der Gaszylinder (14) ist über eine Gasleitung (18) mit einer externen Gasversorgung (19) verbunden, die aus einem Tank, einer Pumpe oder dergleichen anderer geeigneter Einrichtung bestehen kann. Ein geeignetes Ventil verhindert, daß aus dem Druckraum (16) Gas über die Gasleitung (18) entweichen kann. In der Gasleitung (18) oder an anderer geeigneter Stelle zwischen dem Gaszylinder (14) und der Gasversorgung (19) ist ein Druckminderer (17) angeordnet.The gas cylinder (14) is connected via a gas line (18) to an external gas supply (19), which can consist of a tank, a pump or other suitable device. A suitable valve prevents gas from escaping from the pressure chamber (16) via the gas line (18). A pressure reducer (17) is arranged in the gas line (18) or at another suitable location between the gas cylinder (14) and the gas supply (19).
Vorzugsweise ist der Druckminderer (17) einstellbar. Er sorgt für eine Konstanthaltung des Ausgangsdruckes im Druckraum (16). Alternativ kann über die Manipulatorsteuerung oder die Schweißsteuerung während des Schweißprozesses eine programmgesteuerte und gegebenenfalls auch geregelte Verstellung des Druckminderers (17) vorgenommen werden, um den Ausgangsdruck im Druckraum (16) an veränderliche Schweißbedingungen anzupassen. Die Verstellung kann z.B. während des Andrückvorgangs erfolgen, um die Anpreßkraft oder Federsteifigkeit zu verändern. Dies kann in einer Regelung online in Abhängigkeit von der während des Prozesses geprüften und überwachten Schweißgüte geschehen. Die Verstellung kann aber auch von Schweißpunkt zu Schweißpunkt vorgenommen werden, um auf veränderliche Blechdicken, Materialwechsel und sonstige äußere Einflüsse zu- reagieren.The pressure reducer (17) is preferably adjustable. It ensures that the output pressure in the pressure chamber (16) remains constant. Alternatively, a program-controlled and, if necessary, regulated adjustment of the pressure reducer (17) can be carried out during the welding process via the manipulator control or the welding control in order to adapt the output pressure in the pressure chamber (16) to changing welding conditions. The adjustment can, for example, be carried out during the pressing process in order to change the contact pressure or spring stiffness. This can be done online in a control system depending on the weld quality checked and monitored during the process. The adjustment can also be carried out from welding point to welding point in order to react to changing sheet thicknesses, material changes and other external influences.
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist das Lager (9) als Kugelgelenk (11) ausgebildet. Das Gehäuse (13) weist dazu am rückwärtigen Ende einen Bolzen auf, der das Kugelgelenk (11) durchsetzt und am anderen Ende von einer elatischen Rückstellvorrichtung (10) beaufschlagt ist. Die Ausbildung des Kugelgelenks (11) kann die gleiche sein wie im DE-GM 89 14 370.In the embodiment of Fig. 2, the bearing (9) is designed as a ball joint (11). The housing (13) has a bolt at the rear end that passes through the ball joint (11) and is acted upon by an elastic return device (10) at the other end. The design of the ball joint (11) can be the same as in DE-GM 89 14 370.
Fig. 3 zeigt eine Variante des Schweißwerkzeugs (1). In Fig. 2 fluchtet die Elektrodenlängsachse (23) und die Abtriebsachse (22) der Manipulatorhand (3). Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist dies anders, wobei auch das Lager (9) eine andere Gestalt hat. Es ist hier als Kardangelenk (12) ausgebildet und in gleicher Weise wie im DE-GM 89 14 370 gestaltet. Das Kardangelenk (12) befindet sich zwischen dem Gehäuse (13) und dem besagten Zwischenhalter (24), welcher bei dieser Ausführungsform drehbar um die quergerichtete Abtriebsachse (22) der Roboterhand (3) gelagert ist. Die Abtriebsachse (22) und die Elektrodenlängsachse (23) verlaufen hier windschief zueinander. Das Kardangelenk (12) hat zwei senkrecht zueinander stehende Schwenkachsen (20,21).Fig. 3 shows a variant of the welding tool (1). In Fig. 2, the longitudinal axis of the electrode (23) and the output axis (22) of the manipulator hand (3) are aligned. In the embodiment of Fig. 3, this is different, and the bearing (9) also has a different shape. Here, it is designed as a universal joint (12) and is designed in the same way as in DE-GM 89 14 370. The universal joint (12) is located between the housing (13) and the said intermediate holder (24), which in this embodiment is mounted so that it can rotate about the transverse output axis (22) of the robot hand (3). The output axis (22) and the longitudinal axis of the electrode (23) are skewed to one another here. The universal joint (12) has two pivot axes (20, 21) that are perpendicular to one another.
Zum Schweißen wird das Schweißwerkzeug (1) vom Industrieroboter (2) an das Werkstück zugestellt und mit der Schweißelektrode (6) angedrückt. Die Zustellkraft wird über den Elektrodenhalter (5), das Gehäuse (13) und die Federeinrichtung (8) übertragen. Sobald die Schweißelektrode (6) am Werkstück anliegt und die Zustellbewegung des Industrieroboters (2) weitergeht, weicht sie elastisch gegen die Kraft der Federeinrichtung (8) zurück. Die Schweißelektrode (6) taucht dabei längs ihrer Achse (23) in den Gaszylinder (14) ein und komprimiert mit dem Kolben (15) das Gaspolster (16). Das Gaspolster (16) dämpft dabei die beim Ansetzen und Andrücken der Schweißelektrode (6) entstehenden Schwingungen. Die Schweißelektrode (6) wird dadurch weich angesetzt und prallt nicht zurück. Der Industrieroboter (2) muß durch die nachgiebige Lagerung der Schweißelektrode (6) nicht ganz exakt zustellen und braucht auch nicht bei der Zustellbewegung allzu stark abgebremst werden.For welding, the welding tool (1) is fed to the workpiece by the industrial robot (2) and pressed against it with the welding electrode (6). The feed force is transmitted via the electrode holder (5), the housing (13) and the spring device (8). As soon as the welding electrode (6) is in contact with the workpiece and the feed movement of the industrial robot (2) continues, it elastically retreats against the force of the spring device (8). The welding electrode (6) dips into the gas cylinder (14) along its axis (23) and compresses the gas cushion (16) with the piston (15). The gas cushion (16) dampens the vibrations that occur when the welding electrode (6) is placed and pressed against it. The welding electrode (6) is therefore placed softly and does not bounce back. The industrial robot (2) does not have to feed exactly due to the flexible bearing of the welding electrode (6) and does not need to be braked too much during the feed movement.
Sobald die Schweißelektrode (6) Kontakt mit dem Werkstück hat, wird der Schweißstrom eingeschaltet. Dies kann bereits zu einem Zeitpunkt geschehen, wo die Zustellbewegung des Industrieroboters (2) noch nicht beendet ist. Dadurch ist der Schweißbeginn von der Zustellbewegung und der Rückmeldung seitens der Bahnsteuerung des Industrieroboters (2) weitgehend entkoppelt. Es muß auch kein Datenaustausch über das Erreichen der Zustell-Soll-Position geführt und abgewartet werden. Insgesamt verkürzt sich dadurch die Taktzeit erheblich.As soon as the welding electrode (6) makes contact with the workpiece, the welding current is switched on. This can happen at a time when the feed movement of the industrial robot (2) has not yet finished. This largely decouples the start of welding from the feed movement and the feedback from the path control of the industrial robot (2). There is also no need to exchange data about reaching the target feed position and wait for it to happen. Overall, this significantly shortens the cycle time.
Sobald die Schweißelektrode (6) Kontakt mit dem Werkstück hat, bremst die Federeinrichtung (8) die Zustellbewegung des Industrieroboters (2) ab. Beim Rückzug des Industrieroboters (2) nach dem Schweißen unterstützt das komprimierte Gaspolster die Abhebebewegung und beschleunigt die Rückzugsbewegung des Manipulators. Der Industrieroboter (2) ist dadurch ingesamt weniger mechanisch belastet.As soon as the welding electrode (6) makes contact with the workpiece, the spring device (8) slows down the feed movement of the industrial robot (2). When the industrial robot (2) retracts after welding, the compressed gas cushion supports the lifting movement and accelerates the retraction movement of the manipulator. The industrial robot (2) is therefore subjected to less mechanical stress overall.
Beim Zurückfahren des Schweißwerkzeugs (1) wird die Schweißelektrode (6) wieder ausgeschoben und steht für den nächsten Zustell- und Schweißvorgang wieder in Bereitschaft.When the welding tool (1) is moved back, the welding electrode (6) is pushed out again and is ready for the next feed and welding process.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS
1 Schweißwerkzeug1 welding tool
2 Manipulator, Industrieroboter2 Manipulator, industrial robot
3 Manipulatorhand, Roboterhand3 Manipulator hand, robot hand
4 Anschlußfläche, Anschlußflansch4 Connection surface, connection flange
5 Elektrodenhalter5 Electrode holders
6 Schweißelektrode, Elektrode6 welding electrode, electrode
7 Elektrodenkopf7 Electrode head
8 Federeinrichtung8 Spring device
9 Lager9 warehouse
10 Rückstellvorrichtung10 Reset device
11 Kugelgelenk11 Ball joint
12 Kardangelenk12 Cardan joint
13 Gehäuse13 Housing
14 Zylinder, Gaszylinder14 cylinders, gas cylinder
15 Kolben15 pistons
16 Druckraum, Gaspolster16 Pressure chamber, gas cushion
17 Druckminderer17 Pressure reducer
18 Gasleitung18 Gas pipeline
19 Gasversorgung19 Gas supply
20 Schwenkachse20 Swivel axis
21 Schwenkachse21 Swivel axis
22 Abtriebsachse22 Output axle
23 Elektrodenlangsachse 24,.,- Zwischenhalter23 Electrode longitudinal axis 24,.,- Intermediate holder
1010
Claims (9)
Priority Applications (1)
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| DE9317013U DE9317013U1 (en) | 1993-11-06 | 1993-11-06 | Welding tool |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE9317013U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3639963A3 (en) * | 2018-10-16 | 2020-05-06 | Robert Bosch GmbH | Device and method for operating a resistance welding device |
-
1993
- 1993-11-06 DE DE9317013U patent/DE9317013U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3639963A3 (en) * | 2018-10-16 | 2020-05-06 | Robert Bosch GmbH | Device and method for operating a resistance welding device |
| US11845139B2 (en) | 2018-10-16 | 2023-12-19 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus and method for operating a resistance welding apparatus |
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