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Dokumentenidentifikation DE112004000950T5 13.04.2006
Titel Punktschweißverfahren, Punktschweißapparat und Punktschweißroboter
Anmelder Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Erfinder Nakamura, Masao, Kitakyushu, Fukuoka, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 112004000950
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 21.05.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2004/006945
WO-Veröffentlichungsnummer 2004108339
WO-Veröffentlichungsdatum 16.12.2004
Date of publication of WO application in German translation 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse B23K 11/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23K 11/25(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Punktschweißverfahren und einen Apparat zum Schweißen übereinanderliegender Werkstücke durch Einklemmen und Zusammenpressen der Werkstücke zwischen einem Paar Elektroden und durch Zuführen elektrischen Stroms zwischen die vorerwähnten Elektroden, und, im Besonderen, auf ein Verfahren und einen Apparat zum automatischen Detektieren des Fehlens eines Werkstücks oder das Einklemmen einer fremden Substanz.

Stand der Technik als Hintergrund

Das Punktschweißen zum Verschweißen übereinanderliegender Werkstücke durch Einklemmen und Zusammenpressen der Werkstücke zwischen den gepaarten Elektroden und durch Zuführen des elektrischen Stroms zwischen die vorerwähnten Elektroden wird häufig angewandt in dem technischen Gebiet des Zusammenfügens eines Chassis eines Automobils oder dgl.. Speziell in der jüngsten Vergangenheit haben sich der Punktschweißapparat und der Punktschweißroboter zum Durchführen des automatischen Punktschweißens weit verbreitet. Dies wird durchgeführt durch Anbringen des elektrischen Punktschweißrevolvers anstelle einer pneumatischen Vorrichtung an einem industriellen Roboter, wobei die Elektroden des elektrischen Punktschweißrevolvers durch einen Servomotor angetrieben und angepresst werden.

In einer automatischen Fertigungslinie, an der der Punktschweißroboter verwendet wird, werden die Werkstücke in einem Stromauf-Schritt zusammengefügt und wird die Arbeit durch eine Spannvorrichtung so fixiert, dass sie zu einem Punktschweißschritt transferiert werden kann. Falls die Arbeit nicht ordnungsgemäß fixiert ist, d.h., falls von zusammenzufügenden Teilen welche fehlen oder falls eine fremde Substanz ergriffen worden ist, aus irgendeinem Grund, dann werden solche Defekte übersehen, wenn sie an einer unbemannten Fertigungslinie auftreten und zu dem Problem führen, dass die Punktschweißung durchgeführt wird, wie sie ist, und dass die Arbeit dann zu einem Stromab-Schritt transferiert wird.

Um dieses Problem zu lösen, ist bereits eine Erfindung an einem (z.B. Patentpublikation 1 oder Patentpublikation 2) Punktschweißer zum Detektieren einer Abnormalität des Fehlens der Arbeit durch Bestimmen des Widerstands zwischen den Elektroden vorgeschlagen worden, und zwar zu der Zeit, zu der die Arbeit bereits zwischen den Punktschweißelektroden geklammert ist, wobei die Abnormalität in Übereinstimmung mit der Größe des Widerstandes festgestellt wird.

  • Patentpublikation 1: Ungeprüfte japanische Patentpublikation Nr. JP-A-2000-254786.
  • Patentpublikation 2: Ungeprüfte japanische Patentpublikation Nr. JP-A-2001-138063.

Offenbarung der Erfindung

Das den Widerstand zwischen den Elektroden benutzende Verfahren führt jedoch zu dem Problem, dass durch den Verschleiß der Elektroden der die Stromleistung leitende Bereich verändert wird, derart, dass sich der Widerstand für eine Plattendicke ändert, was eine präzise Entscheidung unmöglich macht. Da ferner der Widerstand gemessen wird, nachdem die Arbeit zusammengepresst worden ist, werden auf der Oberfläche der Arbeit die Schweißlinsen oder Eindrückungen (nuggets) gebildet. Als ein Resultat ändert sich der Widerstand, was zu dem Problem führt, dass die NG-Produkte hergestellt werden, auch dann, wenn die Schweißung nach Entfernen der Defekte erneut versucht wird.

Deshalb hat die Erfindung als Gegenstand die Bereitstellung eines Punktschweißers, der ausgebildet ist zum zuverlässigen Detektieren eines Defekts wie des Fehlens eines Werkstücks oder das Einklemmen einer fremden Substanz vor einer Schweißoperation.

Mittel zum Lösen der Probleme

Um die vorerwähnten Probleme zu lösen wird erfindungsgemäß ein Punktschweißverfahren zum Schweißen übereinanderliegender Werkstücke vorgeschlagen, wobei die Werkstücke zwischen einer stationären Elektrode und einer beweglichen Elektrode geklammert und zusammengepresst sind, und eine elektrische Stromleistung zwischen die Elektroden aufgebracht wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: Vor einer tatsächlichen Schweißoperation erfolgt eine Messung einer Position der beweglichen Elektrode, sobald die Werkstücke durch die Elektroden geklammert sind, der Messwert wird dann als ein Referenzwert gespeichert; die Vermessung einer Position der beweglichen Elektrode erfolgt zu dem Zeitpunkt, an dem die Arbeit durch die Elektroden geklammert worden ist und zum Zeitpunkt der Durchführung der tatsächlichen Schweißoperation; und es erfolgt ein Vergleich zwischen der Position und dem Referenzwert, um damit die Schweißoperation auszuführen, sofern die Position in Bezug auf den Referenzwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, hingegen erfolgt das Abgeben einer Warnung und das Unterbrechen der Schweißoperation, sofern die Position nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.

Wirkungen der Erfindung

Wie oben beschrieben worden ist, ergibt sich der Effekt, dass die Plattendicke der Arbeit in Bezug auf den Hub der beweglichen Elektrode detektiert wird, so dass der Defekt das Fehlen der Arbeit zuverlässig detektiert werden kann. Darüber hinaus kann ein zweckbestimmter Sensor weggelassen werden, der eine zweckbestimmte Geräteausstattung wäre, so dass der Defekt einfach und kostengünstig detektiert werden kann, um die Prozesssicherheit an dem Punktschweißroboter zu verbessern.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Punktschweißrevolvers zur Verwendung der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Bezugszeichen und Zeichen 1Punktschweißrevolver 2Rahmen 3Stationäre Elektrode 4Bewegliche Elektrode 5Servomotor 6Arbeit bzw. Werkstücke Bester Modus zum Ausführen der Erfindung

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend spezifisch unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Ausführungsform 1

1 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Punktschweißrevolvers und zeigt die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung designiert die Bezugsziffer 1 einen Punktschweißrevolver bzw. eine Punktschweißzange. Der Punktschweißrevolver 1 ist integral zusammengefügt mit dem nicht gezeigten Transformator und ist am vorne liegenden Ende des nicht gezeigten Roboters angebracht, so dass er zu einer Position bewegt werden kann, die in einer Steuervorrichtung des vorerwähnten Roboters programmiert ist, um dort die Punktschweißung durchzuführen.

Die Bezugsziffer 2 designiert den Rahmen des Punktschweißrevolvers 1. An dem unteren Bereich des Rahmens ist eine stationäre Elektrode 3 angebracht, während an dem oberen Bereich eine bewegliche Elektrode 4 angebracht ist. Die bewegliche Elektrode 4 wird durch einen Servomotor 5 so angetrieben, dass sie nach oben und nach unten bewegt werden kann, um eine Arbeit 6 (Werkstücke) zwischen sich und der stationären Elektrode 3 zu klammern und zusammenzupressen. Der Servomotor 5 ist als eine zusätzliche Achse des vorerwähnten Roboters durch die vorerwähnte Steuervorrichtung des Roboters gesteuert, so dass die bewegliche Elektrode 4 frei in ihrer Position, der Geschwindigkeit und dem Schub (oder der Anpresskraft) gesteuert wird.

Als nächstes wird ein Punktschweißvertahren, zugeordnet zu dem Punktschweißrevolver 1, beschrieben. Das Punktschweißverfahren der vorliegenden Erfindung ist unterteilt in den "Plattendickenmessungs-Schritt" und den "Überprüfungs-Schritt".

(Plattendickenmessung)
  • (1) Eine Referenzarbeit ist mit einer Spannvorrichtung gesetzt. Die Referenzarbeit ist eine Arbeit oder sind Werkstücke, die aktuell zu bearbeiten ist bzw. sind, und die als ordnungsgemäß bestätigt worden sind, insofern, dass weder Teile oder Werkstücke fehlen noch dass darin eine fremde Substanz eingeklemmt ist.
  • (2) Die Steuervorrichtung des Roboters wird umgeschaltet von dem "Spielmodus" in den "Gebrauchsmodus", um die "Plattendickenmessung" auszuwählen.
  • (3) Eine Schweißarbeit (Programm) wird durchgeführt. Der "Gebrauchsmodus" und die "Plattendickenmessung" sind ausgewählt. In diesem Fall wird die aktuelle Schweißung nicht durchgeführt, sondern wird für jeden Schweißpunkt tatsächlich eine Plattendickenmessung vorgenommen.
  • (4) Die Plattendickenmessung wird so ausgeführt, dass eine Position (TH) gemessen wird, an welcher die bewegliche Elektrode 4 gegen die Referenzarbeit 6 anliegt. Spezifisch wird TH bestimmt durch Zählen der Pulsanzahl eines Absolut-Encoders, der den Drehwinkel des Servomotors 5 anzeigt und durch Multiplizieren dieser Pulsanzahl mit einem vorbestimmten Koeffizienten. Der Wert TH korrespondiert mit dem Hub, der durchgeführt worden ist zwischen der Position der beweglichen Elektrode 4, die mit dem Nullpunkt des gesamten Encoders korrespondiert, und der Position, an der die bewegliche Elektrode gegen die Arbeit 6 anliegt. Der Wert TH wird bei dem "Überprüfungs-Schritt" als ein Referenzwert verwendet.
  • (5) Als nächstes wird der zulässige Bereich (THA) für die vorerwähnte Position (TH) an jedem Schweißpunkt eingestellt als ein Prozentanteil des Werts TH. Spezifisch wird auf die Existenz des Defekts der Arbeit oder des Klammerns einer fremden Substanz geschlossen, falls der Wert TH aus dem Bereich von ± THA % hinaus fluktuieren sollte.
  • (6) Der Wert TH und der Bereich THA werden in der Roboter-Steuervorrichtung für jeden Schweißpunkt gespeichert.
(Überprüfung)

Die Überprüfung wird an jedem Schweißpunkt ausgeführt, indem die Schweißarbeit in einem Playback-Modus ausgeführt wird. Hierbei verursachen Verschleißerscheinungen an der stationären Elektrode 3 und der beweglichen Elektrode 4 Probleme. Dies ist deswegen der Fall, da mit einem Verschleiß der beweglichen Elektrode der Bewegungshub der beweglichen Elektrode 4 zunimmt. Deshalb wird der Verschleiß der Elektrode periodisch gemessen, z.B. nach jeweils 100 Schweißpunkten. Die Messung des Verschleißes kann einfach vorgenommen werden durch Aktivieren des Schweißpunktrevolvers 1 in leerem Zustand ohne eine Arbeit 6 in dem Schweißpunktrevolver einzuklemmen, und durch Vergleichen der Aktion der beweglichen Elektrode zu dem Zeitpunkt, an welchem die stationäre Elektrode 3 und die bewegliche Elektrode 4 aneinander anliegen, mit der Aktion, die vorlag, ehe Verschleiß eintrat. Dieser Verschleiß wird nachfolgend durch DMF ausgedrückt.

Nun wird die Überprüfung gemäß der vorliegenden Prozedur durchgeführt.

  • (1) Die stationäre Elektrode 3 wird gegen die hintere Fläche der tatsächlichen Arbeit 6 zur Anlage gebracht.
  • (2) Die bewegliche Elektrode 4 wird aktiviert, um sich gegen die vordere Fläche der Arbeit 6 anzulegen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Position (TR) der beweglichen Elektrode 4 bestimmt. Wie der Wert TH, wird der Wert TR bestimmt durch Multiplizieren der Pulsanzahl des Absolut-Encoders mit einem vorbestimmten Koeffizienten.
  • (3) Der Wert (TR-DMF), welcher vorbereitet ist durch Korrigieren der Position TR mit dem Verschleiß, wird bestimmt und dann verglichen mit der Position (oder dem Referenzwert) TH wie beschafft zum Zeitpunkt der Plattendickenmessung.
  • (4) In dem Fall, in welchem der Wert von TR-DMF größer ist als TH·(100 + THA)/100, wird entschieden, dass irgendeines der Werkstücke fehlt, und wird die Punktschweißung unterbrochen, um eine Warnung abzugeben.
  • (5) In dem Fall, in welchem der Wert von TR-DMF kleiner ist als TH·(100 + THA)/100, wird entschieden, dass in dem Werkstück eine fremde Substanz eingeschlossen ist, und wird die Punktschweißung unterbrochen, um eine Warnung abzugeben.
  • (6) Sobald der Arbeiter, der die vorerwähnte Warnung erhalten hat, den Defekt beseitigt, wie das fehlende Werkstück, löscht der Arbeiter die Warnung und öffnet er erneut die Punktschweißoperation.

Die "Plattendickenmessung" und die "Überprüfung" werden in der Software in der Steuervorrichtung des Roboters ausgeführt, können jedoch auch ausgeführt werden durch eine Steuervorrichtung einer Schweißstromquelle. Weiterhin ist es möglich, zu verhindern, dass an der Arbeit 6 die Schweißlinse (nugget) tritt, falls die Anpresskraft der beweglichen Elektrode 4 bei der "Plattendickenmessung" und der "Überprüfung" mit einem niedrigen Wert gewählt wird als der, der bei der tatsächlichen Schweißung angewendet wird.

Industrielle Anwendbarkeit

Die Plattendicke der Arbeit wird unter Bezug auf den Hub der beweglichen Elektrode detektiert, derart, dass der Defekt, wie das Fehlen des Werkstücks, zuverlässig detektiert werden kann. Die vorliegende Erfindung findet ihre Anwendung bei Punktschweißrobotern, wobei eine zweckorientierte Geräteausstattung, wie ein zweckorientierter Sensor, weggelassen werden kann.

Zusammenfassung der Offenbarung

Es wird ein Punktschweißapparat angegeben, der ausgebildet ist zum zuverlässigen Detektieren eines Defekts vor einer Schweißoperation, wie des Fehlens von Werkstücken oder die Klammerung der fremden Substanz.

Es wird ein Punktschweißvertahren angegeben zum Verschweißen übereinanderliegender Werkstücke (6), die zwischen einer stationären Elektrode (3) und einer beweglichen Elektrode (4) geklammert und zusammengepresst sind, wobei zwischen den Elektroden (3) und (4) eine elektrische Stromleistung aufgebracht wird. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Sobald die Werkstücke (6) durch die Elektroden (3) und (4) geklammert worden sind, wird vor einer tatsächlichen Schweißoperation eine Position der beweglichen Elektrode (4) gemessen, und als ein Referenzwert TH gespeichert, wird ferner eine Position TR der beweglichen Elektrode (4) gemessen, sobald die Werkstücke (6) durch die Elektroden (3) und (4) geklammert sind und zu dem Zeitpunkt der Ausführung der tatsächlichen Schweißoperation; und werden die Position TR und der Referenzwert TH verglichen, um dann die Schweißoperation durchzuführen, falls die Position TR innerhalb eines vorbestimmten Bereiches in Bezug auf den Referenzwert TH liegt, hingegen wird eine Warnung abgegeben und die Schweißoperation unterbrochen, falls die Position TR nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.


Anspruch[de]
  1. Punktschweißverfahren zum Schweißen übereinanderliegender Werkstücke, die zwischen einer stationären Elektrode und einer beweglichen Elektrode geklammert und zusammengepresst sind, wobei zwischen den Elektroden eine elektrische Stromleistung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Punktschweißvertahren die folgenden Schritte umfasst:

    Messen einer Position der beweglichen Elektrode vor einer tatsächlichen Schweißoperation, sobald die Arbeits- oder Werkstücke durch die Elektroden geklammert sind, und Speichern des gemessenen Werts als einen Referenzwert;

    Messen einer Position der beweglichen Elektrode, wenn Werkstücke durch die Elektroden geklammert worden ist und zu der Zeit der Durchführung der tatsächlichen Schweißoperation; und

    Vergleichen der Position mit dem Referenzwert, um danach die Schweißoperation durchzuführen, falls die Position in Bezug auf den Referenzwert innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, und um eine Warnung abzugeben und die Schweißoperation zu unterbrechen, falls die Position nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches ist.
  2. Punktschweißapparat zum Schweißen übereinanderliegender Werkstücke, die durch eine stationäre Elektrode und eine bewegliche Elektrode geklammert und zusammengepresst sind, wobei zwischen den Elektroden eine elektrische Stromleistung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißapparat aufweist:

    eine Speicherungseinheit zum Messen einer Position der beweglichen Elektrode, sobald die Werkstücke durch die Elektroden geklammert sind und zum Speichern des gemessenen Wertes als einen Referenzwert, vor einer tatsächlichen Schweißoperation;

    eine Messeinheit zum Messen einer Position der beweglichen Elektrode, sobald die Werkstücke durch die Elektroden geklammert sind und zu dem Zeitpunkt der Ausführung der tatsächlichen Schweißoperation; und

    eine Vergleichereinheit, welche die Position und den Referenzwert vergleicht, um danach die Schweißoperation auszuführen, sofern die Position innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf den Referenzwert liegt, und eine Warnung abzugeben und die Schweißoperation zu unterbrechen, sofern die Position nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist.
  3. Punktschweißroboter, dadurch gekennzeichnet, dass der Punktschweißapparat gemäß Anspruch 2 an einem vorne liegenden Ende eines Arms des Punktschweißroboters angebracht ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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