DE3124528A1 - "sensor" - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für die Abtastung der Lage eines Werkstückes bezüglich eines rohrförmigen Mundstückes eines Schweiss- oder Schneidbrenners, das mittels einer Stelleinrichtung in beliebiger Richtung bewegbar ist, wobei der Sensor mit einem mit dem Mundstück fest verbundenen Gehäuse versehen ist, in dem ein Arm in zumindest swei Ebenen schwenkbar angebracht ist, der an einem Ende eine Tasteinrichtung trägt, und der am anderen Ende mit einem Betätigungsglied für im Gehäuse angebrachte Steuerglieder zur Erzeugung von die Stelleinrichtung beeinflussenden Steuersignalen versehen ist, die bestimmten Schwenkstellungen des Armes gegenüber einer vorbestimmten Neutrallage des Armes im Gehäuse entsprechen.

Sensoren dieser Art sind durch die amerikanischen Patentschriften US 3 171 012 und US 3 997 7 57 bekannt geworden. Diese Sensoren sind mit einem Fühler für die Abtastung der Schweissfugenrichtung versehen. Vom Sensor erzeugte Signale, die der Lage des Schweissmundstücks bezüglich der Schweissfuge entsprechen, steuern die Stelleinrichtungen des Mundstückes, sodass dieses stets eine bestimmte Lage einnimmt - beispielsweise stets zur Fugenmitte gerichtet ist.

Sensoren dieser Art können auch für die Zusammenarbeit mit Robotern verwendet werden, d.h. Vorrichtungen für das vollautomatische Hantieren von Werkzeugen und/oder Werkstücken gemäss einem vorbestimmten Programm. Derartige Roboter werden nunmehr in bedeutender Zahl bei Schweissarbeiten eingesetzt. Der Roboter führt den Schweissbrenner zunächst zum Startpunkt der Schweissfuge und folgt dann dieser gemäss dem Programm. Der Sensor tastet dabei die Richtung der Schweissfuge des zu schweissenden Werkstückes ab. Da die tatsächliche Richtung der Schweissfuge im allgemeinen mit der vorprogrammierten Richtung nicht genau übereinstimmt, muss das Programm von Fall zu Fall mit Rücksicht auf die toleranzbedingten Abweichungen justiert werden.

Roboter werden insbesondere bei der Serienschweicsung von serienweise hergestellten Werkstücken verwendet. Dabei wird das Werkstück gewöhnlich von einem anderen Roboter zum Schweissplatz transportiert und dort für die Schweissarbeit abgestellt. Die einzelnen Werkstücke befinden sich dabei nicht genau in der gleichen Position, weshalb die Lage des Startpunkts der Schweissfuge für jedes Werkstück unterschiedlich ist. Dazu kommen noch die bereits oben erwähnten Abweichungen wegen der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen, Bevor der Roboter die Schwedesarbeit beginnen kann, muss deshalb der tatsächliche Startpunkt jedesmal durch eine eigene Suchbewegung des Roboters aufgesucht werden.

Um die Lage eines Werkstückes bezüglich des Startpunktes genau zu bestimmen sind im allgemeinen Suchbewegungen des Roboters in drei Richtungen erforderlich. Für Werkstücke von einfacher Gestalt kann allerdings auch eine Suchbewegung in einer einzigen Richtung ausreichend sein. Zum Aufsuchen des Startpunktes wird das Mundstück mit dem Sensor in den Raumbereich gebracht, in dem sich das Werkstück befindet. Der Fühler wird dann nacheinander an drei ausgewählten Flächen des Werkstücks in der Nähe des Startpunktes der Schweissfuge zum Anliegen gebracht. Bei der Berührung dieser Flächen erzeugt der Sensor Signale, die in der Recheneinheit des Roboters für die Bestimmung der Lage des Startpunkts ausgewertet werden. Dies setzt allerdings voraus, dass die Startpunktlage mit Hilfe dieser Flächen definiert werden kann» was tatsächlich immer mit genügender Genauigkeit möglich ist.

Der Fühler der bekannten Sensoren ist bezüglich des Mundstücks unsymmetrisch angebracht und muss um die Achse des Mundstücks drehbar sein, um in mehreren Suchrichtungen wirksam sein zu können. Um dies zu ermöglichen muss ,-einer der Freiheitsgrade der Roboterbewegung für die Drehung des Mundstücks und den damit verbundenen Fühler aufgewendet werden und dieser Freiheitsgrad kann daher bei der Schweissarbeit nicht ausgenützt werden, was den Anwendungsbereich des Robot ers eins chränkt.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt einen Sensor zu schaffen, der den Arbeitsbereich des Roboters nicht einschränkt. Gemäss der Erfindung ist das Mundstück von der Tasteinrichtung ringförmig umgeben* Vorzugsweise ist der Taster ein kreisrunder Ring, der bei Neutrallage des Armes im wesentlichen koaxial zur Achse des Mundstückes ist.

Die Erfindung wird nun näher anhand der beigefügten Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel darstellt. Fig. 1 zeigt den vorderen Teil eines Robotarmes zusammen mit einem Schweissbrenner.

Fig. 2 zeigt einen Sensor teilweise im Schnitt und Fig. 3 eine etwas schematische perspektivische Darstellung des Sensors.

Fig. 4 zeigt den Schweissbrenner zusammen mit einem Werkstück.

Von einem Roboter ist hier das vordere Ende eines Robotarmes 1 mit zwei Gelenken 2, 3 mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen dargestellt. Bezüglich der Konstruktion von Robotern und ihrer Arbeitsweise wird auf die umfassende Literatur verwiesen. Das Ende des Robotarmes trägt einen Halter 4 mit einer Klammer 5 für den Handgriff 6 einer Schweisspistole 7. Der Halter 4 und die Klammer sind mit Langlöchern 8, 9 und Klemmschrauben 10, 11 für die Befestigung der Schweisspistole in einer passenden Lage versehen, die im Hinblick auf die Arbeitsbewegungen des Roboters gewählt wird.

Das Mundstück 12 der Schweisspistole ist durch einen gebogenen Halsteil 13 mit dem Handgriff 6 verbunden. Am Halsteil ist ein Sensor 14 mit einer Klammer 15 befestigt. Der Sensor besitzt ein Gehäuse 16 mit einem vorderen Stützring 17 für eine konische Scheibe 18, die auf einem Arm 19 befestigt ist. Der Arm 19 trägt an seinem vorderen Ende einen Ring 20, der das Mundstück umgibt und als

Tasteinrichtung dient. Die Scheibe 18 wird durch eine zwischen dieser und einem hinteren Stützring 21 eingespannten Feder 22 gegen den Stutzring 17 gepresst. Der Arm 19 ist nach allen Richtungen schwenkbar, wobei er sich gegen die Innenkante 23 des Stützringes 17 abstützt. Am rückwärtigen Ende des Armes ist ein Permanentmagnet _ 24 angebracht, der mit vier auf einer Platte 2 5 symmetrisch montierten magnetodynamischen Widerständen 26 zusammenwirkt. Wenn der Ring 20 unbelastet ist, ist der Permanentmagnet zum Zentrum der vier ringförmig angeordneten Widerstände gerichtet. Der Ring 20 befindet sich in diesem Zustand in seiner Neutrallage. Die niagnetodynamischen Wi derstände werden in dieser Lage vom Feld des Permanentmagneten 2H gleichartig beeinflusst. Diese Widerstände sind auf bekannte Weise in Steuerkreisen für die Steuerung der Stelleinrichtungen des Roboters eingeschaltet. Anstelle des Permanentmagneten und der magnetodynamischen Widerstände könnten beispielsweise in analoger Weise eine Leuchtdiode und Fotowiderstände verwendet werden. Ähnliche Schaltungen für die Steuerung der Stelleinrichtungen sind ausserdem in den beiden obengenannten amerikanischen Patentschriften beschrieben. Diese Steuerschaltungen sind nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 4 ist der Sensor zusammen mit zwei Werkstücken 27, 28 gezeigt, die einen T-Stoss bilden.

Die beiden Werkstücke 27, 2 8 sind auf einer Unterlage 31 aufgestellt. Bei der Serienherstellung von vielen gleichen Werkstücken muss die genaue Lage des Startpunkts der Fuge stets von neuem aufgesucht werden, da die Werkstücke sich nicht exakt auf der gleichen Stelle der Unterlage befinden.

Beim Aufsuchen des Startpunktes wird beispielsweise die vom Roboter geführte Schweisspistole nacheinander zu den Flächen 29, 30 und 32 der Arbeitsstücke 27, 28 herangeführt, Beispiele von denkbaren Suchrichtungen für die Arbeitsstücke 27, 28 sind schematisch durch drei Pfeile 33, 34, 35 angegeben, die gegen die Flächen 29, 30, 32 gerichtet

sind. Sobald der Ring 20 mit einer der Flächen in Berührung kommt setzt der Roboter in einen anderen Suchrichtung fort um auch mit den anderen Flächen in Berührung zu kommen. Die ermittelten Daten werden in der Recheneinheit des Roboters zur Bestimmung des Startpunktes ausgewertet, Von dem auf diese Weise ermittelten Startpunkt A folgt der Schweissbrenner der Schweissfuge entsprechend dem Roboterprogramm bis zum Punkt B, wobei der Ring 20, an den beiden Fugenflanken 29, 30 anliegt. Wenn die Richtung der Schweissfuge mit der programmierten Richtung nicht genau übereinstimmt, erzeugt der als Fugenfühler arbeitende Sensor Steuersignale, die die Programmwerte derart korrigieren, dass der Schweissbrenner mit Hilfe der Stelleinrichtungen des Roboters in die gewünschte Lage bezüglich der Fuge gebracht wird.

Dank der Ringform des Fühlers kann die Abtastung des Werkstückes unabhängig von der relativen Lage des Schweissbrennermundstückes bezüglich des Arbeitsstückes erfolgen. Alle drei Flächen können abgetastet werden, ohne die Pistole oder den Sensor umstellen zu müssen, was, wie oben erwähnt., einen Freiheitsgrad des Robotarmes beanspruchen würde.

Da der Ring beim Fugenfolgen die Fuge nicht direkt die Schweissstelle abtastet, sondern deren Lage indirekt durch Berührung der der Schweissstelle benachbarten Flächen bestimmt, ist es vorteilhaft den Ring so nahe als möglich beim vorderen Ende des Mundstückes anzubringen um eventuelle Fehler - gewöhnlich Parallaxenfehler genennt -, die durch diese indirekte Lagebestimmung entstehen könnten, möglichst zu begrenzen. Bei der vorgeschlagenen Anordnung des Ringes sind diese Fehler sehr gering und haben keinen nennenswerten Einfluss auf das Arbeitsergebnis.

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Claims (3)

1. : AB Al.tic-holüg, U. t-kul·■.-.%.-:-·.:, /_;?·,. ;\*-x fc Ji-QM.: S-H02 77 Güteborg, Schwin :*:::..":: "- ^ I

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   Dipl.-Ing. E. Bünemann 4KQQ OanabrUok · GreShandslsrilnig; ι

   Sensor Osnabrück, 22. Juni 1981

   VB/St

   Patentansprüche

   Sensor für die Abtastung der relativen Lage eines Werkstückes bezüglich eines rohrförmigen Mundstückes eines Schweiss- oder Schneidbrenners, das mittels einer Stelleinrichtung in beliebiger Richtung bewegbar ist, wobei der Sensor mit einem mit dem Mundstück fest verbundenen Gehäuse versehen ist, in dem ein Arm in zumindest zwei Ebenen schwenkbar angebracht ist, der an einem Ende eine Tasteinriehtung trägt, und der am anderen Ende mit einem Betätigungsglied für im Gehäuse angebrachte Steuerglieder zur Erzeugung von die Stelleinrichtung beeinflussenden Steuersignalen versehen ist, die bestimmten Schwenkstellungen des Armes gegenüber einer vorbestimmten Neutrallage des Armes im Gehäuse entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasteinriehtung (20) das Mundstück (12) ringförmig umgibt.
2. 2. Sensor gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet₉ dass der Taster ein kreisrunder Ring (20) ist, der bei Neutrallage des Armes im wesentlichen koaxial zur Achse des Mundstückes (12) ist.
3. 3. Sensor gemäss Patentanspruch 1 oder ?, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster (20) beim vorderen Ende des Mundstücks (12) angebracht ist.