DE20112023U1 - Rollenandruckkopf mit integriertem taktilen Nahtverfolgungssystem - Google Patents

Description

Beschreibung Rollenandruckkopf mit integriertem taktilen Nahtverfolqunqssvstem

Der in Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, einen Rollenandruckkopf mit integriertem taktilen Nahtverfolgungssystem zu schaffen, der eine taktile Nahtverfolgung und das gleichzeitige Fügen von Bauteilen im zweidimensionalen Arbeitsbereich, entkoppelt von der Roboterbahn, ermöglicht.

Dieses Problem wird mit dem im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen (Führungsrollen, Andruckrollen, Ausgleichsysteme, etc.) gelöst.

Eine bevorzugte Ausgestaltung ist in (BI-01) dargestellt. Der Rollenandruckkopf mit den Führungselementen und den Andruckelementen mit einem Ausgleichssystem ermöglicht eine taktile Nahtverfolgung, derart dass die Lage und Position des Laserstrahls bzw. der Energiestrahls relativ zur Fügenaht und zum Stoß konstant bleiben. Die eingesetzten Andruckelemente ermöglichen die Erzeugung einer bestimmten Spannkraft, die zwischen den zu fügenden Blechen einen technischen Nullspalt erzeugen. Die eingesetzten Führungselemente sichern während des Prozesses die Bahngenauigkeit. Dabei werden Abweichungen von der zu fügenden Strecke durch ein Ausgleichssystem korrigiert. Durch eine integrierte Drahtzuführeinheit, die den Zusatzwerkstoff unter einem berechneten Winkel an den Prozeßort führt, wird ein konstantes Auftreffen des Drahtes auf einen bestimmten Drahtauftreffpunkt gewährleistet. Der Auftreffpunktdes Drahtes kann den gegebenen Prozeßeigenschaften angepaßt werden. Die Drahtzuführeinheit kann außerdem vom Gesamtsystem „Arbeitskopf' entkoppelt werden. Speziell unter Verwendung eines Lasers wird der Strahl über eine Kolimiereinheit zugeführt.

Mit der Erfindung wird erreicht, dass eine taktile Nahtverfolgung von Schweißgeometrien und das gleichzeitige Fügen dieser Geometrien entkoppelt von der Roboterbahn erfolgen kann. Weiterhin wird durch die Erfindung eine verbesserte Prozeßstabilität und eine Prozeßoptimierung erreicht. So, dass bei Fügeversuchen, zum Beispiel für Dachkantnähte, in den oben genannten Raumbereichen eine_A

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deutlich höhere Wiederholgenauigkeit als beim in (BI-02) dargestellten konventionellen Prozeß ohne Arbeitskopf und somit eine deutlich erhöhte Prozeßsicherheit ermöglicht wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung für einen erweiterten Einsatzbereich ist in den Schutzansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.

Die Weiterentwicklung nach Schutzanspruch 2 und 3 für die Anwendung ermöglicht ein positionsgenaues Fügen durch die integrierte Nahtverfolgung im 2 Vz dimensionalem Raum und im 3-dimensionalen Raum. Das Arbeiten nach dem "Plug and Work"- Prinzip bleibt auch für die Entwicklung bis zum Schutzanspruch 3 erhalten, so dass ein leichtes und optimiertes Handling des Arbeitskopfes erreicht wird.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung für jede einzelne Raumgeometrie wird anhand der (BI-03) bis (BI-06) erläutert.

(BI-03) zeigt den Arbeitskopf aus Schutzanspruch 1 zum Fügen von Nahtgeometrien im zweidimensionalen Bereich. Der Arbeitskopf fungiert durch sein Rollen- und Andrucksystem als prozeßstabilisierende Maßnahme. Beim Fügen der Nahtgeometrien im zweidimensionalen Raum wird durch mechanisches Anpressen mittels des Andrucksystems und dem Erreichen eines technischen Nullspaltes ein verbesserter Wärmeübergang zwischen den zu fügenden Materialien (A und B) realisiert. Durch den Aufbau des Arbeitskopfes wird weiterhin eine konstante Spurführung des Laser- bzw. Energiestrahls über der Werkstückoberfläche, durch Einsatz eines Führungssystems, ermöglicht.

(BI-04) zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Weiterentwicklung nach Schutzanspruch 2. Durch Modifizieren des Arbeitskopfes gemäß Schutzanspruch 2, ermöglich der Arbeitskopf das Arbeiten im 2>2-dimensionalen Raum. Im Ausführungsbeispiel ist das Fügen einer Radienkontur mittels Arbeitskopf dargestellt. Der Arbeitskopf bietet weiterhin die Möglichkeit Innen- und Außenradienkonturen und andere 2>2-D-Formen zu fügen, die zuvor mit einer Teach-Einheit abgetastet wurden.

Der in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Arbeitskopf beinhaltet das Grundprinzip nach Schutzanspruch 1.

Zum Fügen der oben beschriebenen Geometrien ist folgende bevorzugte Ausgestaltung des Arbeitskopfes angestrebt: Das Arbeitsprinzip des Arbeitskopfes aus Schutzanspruch 1 wird durch eine senkrecht zur Schweißrichtung arbeitende Korrektureinheit, eine Abstandsführungsrolle, und ein weiteres Führungssystem erweitert. Die Elemente des weiterentwickelten Rollenandruckkopfes sind in (BI-05) dargestellt. Die wesentlichen Elemente, die ein Arbeiten des Rollenandruckkopfes im 2>2-dimensionalen Raum ermöglichen, sind durch die Führungseinheiten, und durch die nach Schutzanspruch 1 genutzten Führungsrollen sowie Andruckrollen gekennzeichnet. Weiterhin wurde noch eine Abstandsregelung für den Laser- bzw. Energiestrahl in den Arbeitskopf integriert. Dadurch wird ein über die gesamte zu fügende Geometrie konstanter Arbeitsabstand ermöglicht. Die Abstandsregelung ist durch die Zeichnungspositionen und gekennzeichnet. Position und Lage des Energieeintrags ändern sich nicht.

Die Steuerung der Führungseinheiten und der Abstandsregelung kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektronisch oder über jegliche andere lineare Verfahreinheit erfolgen.

Das Grundprinzip des Arbeitskopfes nach Schutzanspruch 2 entspricht Schutzanspruch T.

In (BI-06) ist die Weiterentwicklung des Arbeitskopfes nach Schutzanspruch 1 und 2 dargestellt. Durch die Weiterentwicklung ist der Arbeitskopf nach Schutzanspruch 3 in der Lage, dreidimensionale Geometrien jeglicher Form zu fügen. In diesem Beispiel ist das Fügen einer gewölbten Geometrie schematisch dargestellt. Der Kopf kann durch die in Schutzanspruch 3 aufgeführten Merkmale unabhängig von der Robotersteuerung jede Position auf der zu fügenden Blecheinheit erreichen. Der Arbeitskopf findet dabei seine Position auf der zu fügenden Einheit automatisch. Weiterhin ist in den Arbeitskopf eine automatische Drahtpositionierung integriert, die Abweichungen der Drahtposition während des Prozesses selbstständig korrigiert. Der Arbeitskopf aus Schutzanspruch 3 beinhaltet die Grundprinzipien der Köpfe aus den Schutzansprüchen 1 und 2.

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Claims (6)

1. Rollenandruckkopf zum Fügen von Blechen über Laser, Plasma oder Hybridverfahren dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf über Führungs- und Andruckelemente ein Ausgleichssystem zur linearen taktilen Naht- bzw. Bahnverfolgung ermöglicht, derart, dass die Lage und Position des Laserstrahls relativ zur Fügenaht und zu den zu fügenden Blechen konstant bleiben und die eingesetzten Andruckelemente die Erzeugung einer bestimmten Spannkraft, die zwischen den zu fügenden Blechen einen technischen Nullspalt erzeugen, ermöglichen, wobei die Steuerung der Führungseinheiten und der Abstandsregelung mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektronisch oder über jegliche andere lineare Verfahreinheit erfolgen kann.

2. Rollenandruckkopf nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenandruckkopf zusätzlich mit einer Drehachse, einer senkrecht zur Arbeitsrichtung arbeitenden Korrektureinheit, einer Abstandsführungsrolle, und einem weiteres Führungssystem ausgestattet ist, so dass Arbeiten im 2½- dimensionalen Raum unter konstanten Prozeßparametern ausgeführt werden können.

3. Rollenandruckkopf nach Schutzanspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenandruckkopf Arbeiten im 3-dimensionalen Raum ausführt, dass durch Raumachsenkorrektureinheiten, Andruckachsen und ein Führungssystem, der Z-Achsenkorrektureinheit, und eine Andruckkontrolleinheit ermöglicht wird.

4. Rollenandruckkopf dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf den Merkmalen nach Schutzanspruch 1 bis 3 entspricht und zusätzlich über ein "PLUG & WORK"- Prinzip mit einem Roboter oder Portalsystem und einer Laseranlage gekoppelt werden kann und somit eine adaptive Anpassung an verschiedene Anlagen- und Fügegeometrietypen ermöglicht.

5. Rollenandruckkopf nach Schutzanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskopf zusätzlich mit einer Drahtzuführeinheit ausgestattet ist, die eine automatische Auffindung der benötigten Drahtposition über eine Steuerung, die sich am Andruckkopf befindet, ermöglicht.

6. Rollenandruckkopf, nach Schutzanspruch 3 dadurch gekennzeichnet; dass, durch den Anbau unterschiedlich geformter Andruckrollensysteme über ein "Plug & Work"- Prinzip, der Arbeitskopf zum Fügen von Bauteilen mit größeren Materialdicken eingesetzt werden kann.