Die
Erfindung betrifft eine Kalibriereinrichtung für elektrische
Schweißzangen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.The
The invention relates to a calibration device for electrical
Welding tongs with the features in the preamble of the main claim.
Für
Schweißzangen gibt es verschiedene Kenngrößen,
die in der Praxis mit unterschiedlichen Methoden zu unterschiedlichen
Zeitpunkten mehr oder minder automatisiert sowie einzeln ermittelt
werden. Ein anderer Teil der Kenngrößen wird aus
Angaben des Zangenherstellers übernommen. Der TCP (Tool
Center Point) der Schweißzange wird bei der Inbetriebnahme
der Schweißausrüstung mit einer neuen Schweißzange
mit neuen Elektrodenkappen ermittelt. Die in der Praxis eingesetzten
Verfahren und Vorrichtungen beanspruchen relativ viel Zeit und sind ungenau.
Hinzu kommt, dass die TCP-Lage sich während der Lebensdauer
der Schweißzange ändert, weil z. B. die Elektrodenkappen
verschleißen oder nachbearbeitet werden oder weil die anderen Teile
der Schweißzange, z. B. die Lager, ebenfalls einem Verschleiß unterliegen.
Auch mechanische Beschädigungen der Zangenarme führen
zu Veränderungen.For
Welding tongs there are different characteristics,
which in practice with different methods to different
Times more or less automated and determined individually
become. Another part of the parameters is out
Information given by the pliers manufacturer. The TCP (Tool
Center Point) of the welding gun is at startup
the welding equipment with a new welding tongs
determined with new electrode caps. The used in practice
Methods and devices take a relatively long time and are inaccurate.
On top of that, the TCP location gets worse during its lifetime
the welding gun changes because z. B. the electrode caps
wear out or be reworked or because the other parts
the welding gun, z. As the bearings, also subject to wear.
Also cause mechanical damage to the gun arms
to changes.
Eine
andere mechanische Kenngröße kann in der Stellung
oder Position des Zangenantriebs bei geschlossener Zange mit Elektrodenkraft
Null liegen. Die Ermittlung dieser Kenngröße ist
ebenfalls zeitaufwändig und wird i. d. R. bei Inbetriebnahme
der Schweißzange durchgeführt. Ferner ist es bekannt, einen
an der Schweißzange oder an deren Zangenantrieb angebrachten
Kraftsensor zu kalibrieren mittels einer Kraftmessung an einem referenzierten Kraftsensor.A
other mechanical characteristic may be in the position
or position of the pliers drive with closed forceps with electrode force
Zero. The determination of this parameter is
also time consuming and will i. d. R. at startup
the welding tongs performed. It is also known, a
attached to the welding gun or to their pliers drive
Calibrate force sensor by means of a force measurement on a referenced force sensor.
Die DE 202 13 840 U1 zeigt
eine Kontrollvorrichtung für Elektrodenkappen und den Verschleiß bzw.
eine Nachbearbeitung der Kappen. Sie weist einen ausweichfähigen
Kontrollanschlag mit einem elektrischen Schalter auf, der mit der
Robotersteuerung verbunden ist und bei Elektrodenkontakt eine Speicherung
der aktuellen Roboterpositionsdaten veranlasst.The DE 202 13 840 U1 shows a control device for electrode caps and the wear or a post-processing of the caps. It has an evasive control stop with an electrical switch, which is connected to the robot controller and causes an electrode contact storage of the current robot position data.
Aus
der EP 1 414 610 B1 ist
eine Kalibrierstation mit einem einachsig ausweichfähigen
Kraftsensor für eine Kalibrierung von Antriebspositionen bzw.
Drehstellungen eines weggesteuerten Zangenantriebs bekannt. Das
Signal des unkontrolliert beweglichen Kraftsensors wird mit verschiedenen
Antriebspositionen des Zangenantriebs in Bezug gesetzt. Mit dem
Kraftsensor können auch bei einer kraftgeregelten Schweißzange
zangeneigene Kraftsensoren kalibriert werden. Außerdem
kann eine Kalibriervorrichtung für den TCP der Schweißzange
vorhanden sein. Eine tatsächliche und größenmäßige Erfassung
weiterer Kenngrößen der Schweißzange, insbesondere
der Zangenelastizitäten erfolgt nicht. Die Elastizitäten
werden lediglich kompensiert. Es werden auch keine Sensorwege erfasst.From the EP 1 414 610 B1 is known a calibration station with a uniaxial evasive force sensor for calibration of drive positions or rotational positions of a path-controlled forceps drive. The signal of the uncontrollably movable force sensor is related to different drive positions of the forceps drive. The force sensor can be used to calibrate clamp-type force sensors even with force-controlled welding tongs. In addition, a calibration device for the TCP of the welding gun can be present. An actual and size-related detection of other characteristics of the welding gun, in particular the forceps elasticities does not occur. The elasticities are only compensated. Also, no sensor paths are detected.
Die DE 103 00 628 A1 offenbart
einen stationär oder an einem Roboterarm angeordneten Kraftsensor,
mit dem die Schließkraft einer Punktschweißzange
ermittelt wird.The DE 103 00 628 A1 discloses a stationary or on a robot arm arranged force sensor, with which the closing force of a spot welding gun is determined.
Die DE 43 32 807 C2 befasst
sich mit der Ermittlung der Elastizität eines einzelnen
Zangenarms an einer bestimmten Stelle mittels eines armfesten Messinstruments.
Dies ist eine begrenzte Erfassungsmöglichkeit für
einen einzelnen Zangenarm und ist auch nur an einer vorgegebenen
Stelle möglich. Die sich an der Elektrodenspitze auswirkende Gesamtelastizität
der Schweißzange wird nicht erfasst.The DE 43 32 807 C2 deals with the determination of the elasticity of a single forceps arm at a certain point by means of an arm-fixed measuring instrument. This is a limited detection capability for a single gun arm and is possible only at a given location. The total elasticity of the welding tongs affecting the electrode tip is not detected.
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Kalibriertechnik
aufzuzeigen.It
It is an object of the present invention to provide a better calibration technique
show.
Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.The
Invention solves this problem with the features in the main claim.
Die
Kalibriereinrichtung und das Kalibrierverfahren haben den Vorteil
einer höheren Genauigkeit in Verbindung mit einem sehr
geringen Zeitbedarf. Dies ermöglicht ein Kalibrieren der
Schweißzange während des Schweißbetriebs
in relativ kurzen Abständen. Hierdurch kann optimal auf
evtl. Veränderungen der Schweißzange reagiert
werden. Die beanspruchte Kalibriertechnik ist vor allem für
kraftgeregelte Schweißzangen vorteilhaft. Die beanspruchte Kalibrierung
von Schweißwerkzeugen erlaubt außerdem eine Verbesserung
und Absicherung der Prozessqualität für automatisierte
und robotergestützte Schweißprozesse. Der Steuerung
sind dadurch die wichtigsten Kenngrößen des Schweißwerkzeugs
so genau wie möglich bekannt. Dies erlaubt eine hohe Güte
der Prozessregelung und eine exakte Modellierung der Schweißzange
in der Steuerung bzw. Regelung.The
Calibration device and the calibration process have the advantage
a higher accuracy in conjunction with a very
low time requirement. This allows calibration of the
Welding tongs during welding operation
in relatively short intervals. This can be optimal on
possibly changes in the welding gun reacts
become. The claimed calibration technique is especially for
force-controlled welding tongs advantageous. The claimed calibration
of welding tools also allows an improvement
and ensuring process quality for automated
and robot-assisted welding processes. The controller
These are the most important parameters of the welding tool
known as accurately as possible. This allows a high quality
the process control and an exact modeling of the welding gun
in the control system.
Die
Schweißzange und die Kalibriereinrichtung werden relativ
zueinander von einer Handhabungseinrichtung, insbesondere von einem
mehrachsigen Manipulator, bewegt. Die Kalibriertechnik kann für
mobile und für stationäre Schweißzangen eingesetzt
werden. Mit einem räumlich beweglichen bzw. ausweichfähigen
und auf die Zangeneinwirkung reagierenden Kraftsensor sowie einer
zugehörigen Messeinrichtung können Kräfte
und Sensorpositionen erfasst und hieraus Kenngrößen
der Schweißzange ermittelt werden.The
Welding tongs and the calibration device become relative
to each other from a handling device, in particular from a
multi-axis manipulator, moving. The calibration technique can be used for
mobile and used for stationary welding guns
become. With a spatially movable or evasive
and on the forceps action acting force sensor and a
associated measuring device can forces
and sensor positions detected and from this characteristics
the welding tongs are determined.
Die
beanspruchte Kalibriertechnik hat ferner den Vorteil, dass die gewünschten
Kenngrößen der Schweißzange gemeinsam
und während einer Schließbewegung der Schweißzange
erfasst werden können. Die zur Erfassung eingesetzte Technologiesteuerung
kann außerdem für die Steuerung und Regelung der
Schweißprozesse selbst eingesetzt werden. Sie kann insbesondere
in eine Manipulator- oder Robotersteuerung integriert oder zumindest
mit dieser verbunden werden. Ggf. kann in einer Robotersteuerung
auch ein Software-Modul zur softwaremäßigen Ausbildung
der Technologiesteuerung implementiert werden.The claimed calibration technique also has the advantage that the desired characteristics of the welding gun can be detected together and during a closing movement of the welding gun. The technology used for capture Control can also be used to control and regulate the welding process itself. In particular, it can be integrated in a manipulator or robot controller or at least connected to it. Possibly. In a robot controller, a software module for the software-based training of technology control can also be implemented.
Die
Kalibrierstation hat den Vorteil einer hohen Mess- und Erfassungsgenauigkeit.
Sie besitzt andererseits einen konstruktiv einfachen und wenig aufwändigen
Aufbau. Eine Kalibrierstation dient als Kalibrierwerkzeug und kann
stationär oder mobil angeordnet und eingesetzt werden.The
Calibration station has the advantage of high measurement and detection accuracy.
On the other hand, it has a structurally simple and inexpensive
Construction. A calibration station serves as a calibration tool and can
be arranged stationary and mobile and used.
Aus
verschiedenen messtechnisch erfassten Parametern können
die benötigten Kenngrößen durch Auswertung
und durch rechnerische Weiterverarbeitung ermittelt werden.Out
different metrologically recorded parameters
the required parameters by evaluation
and be determined by computational further processing.
Die
Kalibriertechnik ermöglicht insbesondere eine Erfassung
der Zangenelastizitäten, was insbesondere für
die Zangenarme getrennt erfolgen kann. Hierbei kann eine tatsächliche
und größenmäßige Ermittlung
der Zangenelastizitäten und nicht nur deren Kompensation
erfolgen. Verschiedene Elastizitäten können einzeln
ermittelt werden. Außer der Federwirkung der Zangenarme
selbst kann z. B. auch ein etwaiges elastisches Ausweichen der Elektroden erfasst
werden. Insbesondere schräg gestellte Elektroden können
beim Schließen auf einem Werkstück seitlich auswandern.
Durch die Erfassung solcher Versätze kann der Manipulator
in neuer und besonders genauer Weise gesteuert werden, indem er
eine entsprechende Kompensationsbewegung mit einer Schweißzange
oder einem Werkstück ausführen kann und hierfür
auf der Basis der Kalibrierergebnisse programmiert ist.The
Calibration technology allows in particular a detection
the forceps elasticity, which in particular for
the pliers arms can be done separately. This can be an actual
and size determination
the forceps elasticity and not just their compensation
respectively. Different elasticities can be used individually
be determined. Except the spring action of the pliers arms
itself can z. B. also detects any elastic deflection of the electrodes
become. In particular, inclined electrodes can
when closing, move sideways on a workpiece.
By detecting such offsets, the manipulator can
be controlled in a new and particularly accurate manner by
a corresponding compensation movement with a welding tongs
or a workpiece can perform and this
programmed on the basis of the calibration results.
Die
Kalibriertechnik ermöglicht insbesondere einen vollautomatischen
Ablauf und eine gleichzeitige, schnelle und genaue Ermittlung der
wichtigsten Kenngrößen von Schweißwerkzeugen,
insbesondere elektrischen Schweißzangen bzw. Widerstandspunktschweißzangen.
Durch die Automatisierung kann sich der Anwender zyklische Kalibrierungen ohne
nennenswerte Zeitverluste leisten. Die Steuerung bzw. Regelung kann
immer mit aktuellen Werten arbeiten, wobei bessere Steuer- und Regelergebnisse
für die Elektrodenkraft und eine evtl. Kompensation von
Zangenfehlstellungen erreicht werden kann. Durch die exakte Modellierung
der Schweißzange über die erfassten Kenngrößen
kann auf einen mechanischen Zangenausgleich verzichtet werden. Dies
reduziert das Gewicht einer Schweißzange, insbesondere
einer mobilen Schweißzange, was wiederum den Einsatz leichterer
und dafür umso präziserer Manipulatoren bzw. Roboter
erlaubt. Je präziser die Roboterführung ist, desto
eher ist ein mechanischer Zangenausgleich entbehrlich.The
Calibration technology allows in particular a fully automatic
Expiration and a simultaneous, fast and accurate determination of
most important characteristics of welding tools,
in particular electric welding tongs or resistance spot welding tongs.
Through automation, the user can perform cyclic calibrations without
make significant losses of time. The control or regulation can
always work with current values, with better control results
for the electrode force and a possible compensation of
Pliers misalignments can be achieved. Through the exact modeling
the welding gun on the recorded characteristics
can be dispensed with a mechanical pliers compensation. This
reduces the weight of a welding gun, in particular
a mobile welding gun, which in turn makes the use of lighter
and all the more precise manipulators or robots
allowed. The more precise the robot guide, the better
rather a mechanical pliers compensation is unnecessary.
Weitere
Vorteile liegen in der Vermeidung von Eingabefehlern durch den automatischen
Ablauf, wobei falsche Steuer- und Regelergebnisse der Vergangenheit
angehören. Ein besonders wichtiger Vorteil bei stationären
und bei mobilen Schweißwerkzeugen besteht in der Erfassung
der aktuellen Positionen der Elektrodenkappenspitze in räumlicher
Hinsicht, insbesondere in den drei Raumrichtungen. Dies ermöglicht
neben der vorerwähnten Kompensationsbewegung des Roboters
auch das rechtzeitige Erkennen und Anzeigen einer evtl. Verformung,
insbesondere Verbiegung der Schweißzange mittels einer Technologiesteuerung,
was wiederum eine vorbeugende Instandhaltung der Schweißzange
ermöglicht. Die Elastizitätserfassung der Zangenarme
erlaubt der Technologiesteuerung das rechtzeitige Erkennen und Anzeigen
von etwaigen sich bildenden Rissen in den Zangenarmaturen. Auch
dies erlaubt eine vorbeugende Instandhaltung.Further
Advantages lie in the avoidance of input errors by the automatic
Expiration, taking false control results of the past
belong. A particularly important advantage in stationary
and in mobile welding tools is in the detection
the current positions of the electrode cap tip in spatial
Respect, especially in the three spatial directions. this makes possible
in addition to the aforementioned compensatory movement of the robot
also the timely recognition and display of a possible deformation,
in particular bending of the welding tongs by means of a technology control,
which in turn is a preventive maintenance of the welding gun
allows. The elasticity detection of the pliers arms
allows technology control to recognize and display timely
any cracks forming in the tongs. Also
this allows preventive maintenance.
In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.In
The dependent claims are further advantageous embodiments
of the invention.
Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:The
The invention is for example and schematically in the drawings
shown. In detail show:
1:
eine Schemadarstellung einer Kalibriereinrichtung für mobile
Schweißzangen, 1 : a schematic representation of a calibration device for mobile welding guns,
2 und 3:
eine Schweißzange unter verschiedenen Zangenschließkräften
und den dabei auftretenden seitlichen Elektrodenversatz, 2 and 3 : a welding tongs under different forceps closing forces and the occurring lateral electrode offset,
4:
eine Schemadarstellung einer Kalibrierstation von 1 und 4 : a schematic of a calibration station of 1 and
5:
eine Variante einer Kalibriereinrichtung für stationäre
Schweißzangen. 5 : A variant of a calibration device for stationary welding tongs.
Die
Erfindung betrifft eine Kalibriereinrichtung (1) und ein
Kalibrierverfahren für Schweißwerkzeuge (10).
Dies sind insbesondere elektrische Schweißzangen, bevorzugt
Widerstandspunktschweißzangen, die mit Zangenarmen (11, 12)
und Elektroden (19, 20) ausgerüstet sind.The invention relates to a calibration device ( 1 ) and a calibration method for welding tools ( 10 ). These are, in particular, electric welding tongs, preferably resistance spot welding tongs, which are provided with tong arms ( 11 . 12 ) and electrodes ( 19 . 20 ) are equipped.
Das
Schweißwerkzeug (10) kann von einer beweglichen
Handhabungseinrichtung (3) relativ zu einer stationär
angeordneten Kalibriereinrichtung (1) bewegt werden. Alternativ
kann eine Kalibriereinrichtung (1) von einer beweglichen
Handhabungseinrichtung (3) relativ zu einem stationär
angeordneten Schweißwerkzeug (10) bewegt werden.
In weiter Abwandlung können Kalibriereinrichtung (1)
und Schweißwerkzeug (10) von beweglichen Handhabungseinrichtungen
(3) relativ zueinander bewegt werden. Die Handhabungseinrichtung
(3) kann eine oder mehrere steuerbare und ggf. programmierbare Bewegungsachsen
in beliebiger Zahl und Konfiguration haben. Sie ist bevorzugt als
mehrachsiger Manipulator, insbesondere als Gelenkarmroboter mit
z. B. fünf bis sieben rotatorischen Achsen ausgebildet
und nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel mit einem manipulatorgeführten
Schweißwerkzeug (10) näher erläutert,
welches entsprechend auch für die vorgenannten kinematischen
Abwandlungen gilt.The welding tool ( 10 ) can be controlled by a mobile handling device ( 3 ) relative to a stationarily arranged calibration device ( 1 ) are moved. Alternatively, a calibration device ( 1 ) from a mobile handling device ( 3 ) relative to a stationarily arranged welding tool ( 10 ) are moved. In a further modification, calibration device ( 1 ) and welding tool ( 10 ) of mobile handling devices ( 3 ) are moved relative to each other. The handling device ( 3 ) can a or have multiple controllable and possibly programmable motion axes in any number and configuration. It is preferred as a multi-axis manipulator, in particular as Gelenkarmroboter with z. B. five to seven rotary axes and subsequently in one embodiment with a manipulator-guided welding tool ( 10 ), which also applies correspondingly to the aforementioned kinematic modifications.
1 bis 3 zeigen
eine solche Schweißzange (10) in einem schematisierten
Ausführungsbeispiel in Form einer X-Zange. Diese weist
zwei über ein Lager oder Gelenk (13) schwenkbar
miteinander verbundene Zangenarme (11, 12) auf,
die mittels eines Zangenantriebs (14) geöffnet
und geschlossen werden können. Der feste Zangenarm (11) besitzt
einen Anschluss zur Verbindung mit einem Handflansch (5)
eines in 1 schematisch angedeuteten mehrachsigen
Manipulators (3). Der Zangenantrieb (14) ist zwischen
den beiden Zangenarmen (11, 12,) angeordnet und
besteht z. B. aus einem Motor (15), insbesondere einem
steuerbaren Elektromotor, und einem Treibelement (16),
z. B. einer Spindel. Am Zangenantrieb (14) kann ein Sensor (17)
zur Ermittlung der Antriebsstellung, insbesondere der Ausfahrposition
der Spindel (16) angeordnet sein. Die Schweißzange
(10) kann ohne einen mechanischen Zangenausgleich auskommen. 1 to 3 show such welding tongs ( 10 ) in a schematic embodiment in the form of an X-forceps. This has two about a bearing or joint ( 13 ) pivotally connected pliers arms ( 11 . 12 ), which by means of a pliers drive ( 14 ) can be opened and closed. The firm tong arm ( 11 ) has a connection for connection to a hand flange ( 5 ) one in 1 schematically indicated multi-axis manipulator ( 3 ). The pliers drive ( 14 ) is between the two gun arms ( 11 . 12 ,) and exists z. B. from an engine ( 15 ), in particular a controllable electric motor, and a drive element ( 16 ), z. B. a spindle. On the pliers drive ( 14 ), a sensor ( 17 ) for determining the drive position, in particular the extended position of the spindle ( 16 ) can be arranged. The welding tongs ( 10 ) can do without a mechanical pliers compensation.
Die
Zangenarme (11, 12) sind federelastisch und tragen
jeweils an ihrem Ende eine Elektrode (19, 20).
Die Elektroden (19, 20) können jeweils
aus einem Elektrodenhalter (22) und einer ggf. austauschbaren
Elektrodenkappe (23) bestehen. Die Elektrodenspitze (21)
der Elektrode (19) am festen Zangenarm (11) bildet
die Referenz für die Zangenbewegungen. Hier kann insbesondere
der TCP der Schweißzange (10) angeordnet sein.The pliers arms ( 11 . 12 ) are resilient and each carry at its end an electrode ( 19 . 20 ). The electrodes ( 19 . 20 ) can each consist of an electrode holder ( 22 ) and a possibly replaceable electrode cap ( 23 ) consist. The electrode tip ( 21 ) of the electrode ( 19 ) on the fixed tong arm ( 11 ) is the reference for the forceps movements. In particular, the TCP of the welding tongs ( 10 ) can be arranged.
Die
Schweißzange (10) kann als kraftgeregelte Schweißzange
eingesetzt werden. Hierfür kann sie an geeigneter Stelle,
z. B. am festen Zangenarm (11), am Zangenantrieb (14)
oder dergleichen einen Sensor (18) zur Ermittlung der Zangenkraft
beim Schließen bzw. der Kraft, mit der die Elektroden (19, 20)
gegen ein Werkstück (nicht dargestellt) angedrückt
werden, aufweisen.The welding tongs ( 10 ) can be used as force-controlled welding tongs. For this they can at a suitable location, for. B. on the fixed tong arm ( 11 ), on the pliers drive ( 14 ) or the like a sensor ( 18 ) for determining the force of force when closing or the force with which the electrodes ( 19 . 20 ) against a workpiece (not shown) are pressed, have.
In
Abwandlung der gezeigten Ausführungsform kann eine Schweißzange
(10), insbesondere eine elektrische Widerstandspunktschweißzange, eine
andere Zangenkonfiguration aufweisen und z. B. als C-Zange ausgeführt
sein. Die Armgeometrie und die Antriebsanordnung ändern
sich hierbei entsprechend.In a modification of the embodiment shown, a welding tongs ( 10 ), in particular an electrical resistance welding gun, have a different tong configuration and z. B. be designed as C-forceps. The arm geometry and the drive arrangement change accordingly.
Die
Schweißzange (10) wird z. B. von einem mehrachsigen
Manipulator (3) geführt, der in 1 schematisch
angedeutet ist. Der Manipulator (3) kann eine beliebige
Zahl und Konfiguration von rotatorischen und/oder translatorischen
Bewegungsachsen haben. Vorzugsweise handelt es sich um einen Industrieroboter,
insbesondere um einen Gelenkarmroboter mit z. B. sechs rotatorischen
Achsen und ggf. ein oder mehreren Zusatzachsen. Der Manipulator
oder Roboter (3) trägt am Ende seines letzten Arms
eine Hand (4), die ebenfalls beweglich ist und z. B. zwei
oder drei rotatorische Bewegungsachsen aufweist. Die Roboterhand
(4) besitzt ein Abtriebselement (5), welches z.
B. als drehender Handflansch ausgebildet ist. Die Drehachse oder
Flanschachse (6) bildet die sog. Handachse oder Abtriebsachse.
Im Handwurzelpunkt kann ein Flanschkoordinatensystem aufgespannt
sein, welches über einen Transformationsvektor mit einem
World-Koordinatensystem des Roboters (3) gekoppelt ist.
Die Lage des TCP kann sich auf das Flanschkoordinatensystem beziehen.
Der Manipulator oder Roboter (3) besitzt eine Steuerung
(7), insbesondere Robotersteuerung.The welding tongs ( 10 ) is z. B. from a multi-axis manipulator ( 3 ) guided in 1 is indicated schematically. The manipulator ( 3 ) can have any number and configuration of rotational and / or translatory axes of motion. Preferably, it is an industrial robot, in particular an articulated arm robot with z. B. six rotary axes and possibly one or more additional axes. The manipulator or robot ( 3 ) carries a hand at the end of his last arm ( 4 ), which is also movable and z. B. has two or three rotational axes of motion. The robot hand ( 4 ) has an output element ( 5 ), which z. B. is designed as a rotating hand flange. The axis of rotation or flange axis ( 6 ) forms the so-called. Hand axis or output shaft. In the carpal point a flange coordinate system can be spanned, which is connected via a transformation vector with a world coordinate system of the robot ( 3 ) is coupled. The location of the TCP can refer to the flange coordinate system. The manipulator or robot ( 3 ) has a controller ( 7 ), in particular robot control.
Für
die Schweißzange (10) kann es zur Durchführung
des Schweißprozesses, insbesondere zum robotergestützten
Widerstandspunktschweißen folgende bedeutsame mechanische Kenngrößen
geben.For the welding gun ( 10 ), there may be the following significant mechanical characteristics for carrying out the welding process, in particular for robot-assisted resistance spot welding.
Eine
erste Kenngröße ist die Position der auf dem festen
Zangenarm (11) montierten Elektrodenspitze (21)
in in Bezug auf den Roboterflansch bzw. die Handachse (6)
bei unbelasteter und nicht verformter Schweißzange (10).
Hierbei kann es insbesondere um den vertikalen Abstand oder Versatz
(a) in Richtung der räumlichen z-Achse gehen, der z. B. in 2 angedeutet
ist. Wenn die Elektrodenkappe (23) verschleißt,
wird sie nachbearbeitet und insbesondere nachgefräst, wodurch
sich die Lage der Elektrodenspitze (21) und damit des TCP
gegenüber dem Handwurzelpunkt bzw. der Handachse (6) ändert.A first characteristic is the position of the clamp on the arm ( 11 ) mounted electrode tip ( 21 ) in relation to the robot flange or the hand axis ( 6 ) with unloaded and undeformed welding tongs ( 10 ). This may in particular be the vertical distance or offset (a) in the direction of the spatial z-axis z. In 2 is indicated. When the electrode cap ( 23 ), it is post-processed and in particular milled, whereby the position of the electrode tip ( 21 ) and thus of the TCP relative to the wrist point or the hand axis ( 6 ) changes.
Eine
andere bedeutsame Kenngröße ist die Position des
Zangenantriebs (14) bei geschlossener Zange mit Elektrodenkraft
Null. Dies ist die Situation, in der die auf dem beweglichen und
vom Zangenantrieb (14) verschwenkten Zangenarm (12)
montierte Elektrodenspitze oder Kappenspitze die auf dem anderen
festen Zangenarm (11) montierte Elektrodenspitze (21)
oder Kappenspitze kraftlos berührt.Another important parameter is the position of the pliers drive ( 14 ) with closed forceps with electrode force zero. This is the situation in which the on the movable and the pliers drive ( 14 ) pivoted pliers arm ( 12 ) mounted electrode tip or cap tip on the other fixed pliers arm ( 11 ) mounted electrode tip ( 21 ) or cap tip touched powerless.
Eine
weitere Kenngröße ist die Elastizität
des festen Zangenarms (11). Dies betrifft insbesondere das
Verhältnis der Positionsänderung der auf dem festen
Zangenarm (11) montierten Elektrodenspitze (21)
zur Kraftbelastung dieser Elektrodenkappe.Another characteristic is the elasticity of the fixed forceps arm ( 11 ). This applies in particular to the ratio of the change in position on the fixed tong arm ( 11 ) mounted electrode tip ( 21 ) to the force load of this electrode cap.
Eine
vierte relevante Kenngröße ist die Elastizität
des beweglichen Zangenarms (12). Dies kann ebenfalls das
Verhältnis der Positionsänderung der hier montierten
Elektrodenspitze zur Kraftbelastung dieser Elektrodenkappe betreffen.A fourth relevant parameter is the elasticity of the movable forceps arm ( 12 ). This can also be the ratio of the change in position of the electrode tip mounted here to the force load concern this electrode cap.
In
die Elastizität der Zangenarme (11, 12) fließt
auch eine eventuelle Ausweichbewegung oder Elastizität
der Elektroden (19, 20) ein. Dies betrifft insbesondere
eine seitliche Ausweichbewegung und einen Versatz (b) der Elektrodenspitzen
(21). Ein solcher Versatz kann insbesondere bei schräg
gestellten Elektroden (19, 20) auftreten, die
beim Schließen nicht senkrecht auf die Werkstückoberfläche
treffen. Eine elastizitätsbedingte Ausweichbewegung kann eine
entsprechende Querkraft bewirken, die ein Wegdrücken des
Werkstücks oder des Roboters (3) zur Folge hat.
Eine Schrägstellung von einer oder beiden Elektroden (19, 20)
kann in einer oder in mehreren Richtungen, z. B. in x- und/oder
y-Richtung bestehen.In the elasticity of the pliers arms ( 11 . 12 ) also flows a possible evasive movement or elasticity of the electrodes ( 19 . 20 ) one. This concerns in particular a lateral deflection movement and an offset (b) of the electrode tips (FIG. 21 ). Such an offset can be particularly for oblique electrodes ( 19 . 20 ) occur that do not hit perpendicular to the workpiece surface when closing. An elasticity-related evasive movement can cause a corresponding transverse force, which is a pushing away of the workpiece or the robot ( 3 ). An inclination of one or both electrodes ( 19 . 20 ) can in one or more directions, for. B. in x and / or y direction.
Eine
fünfte relevante Kenngröße ist das Messverhalten
des Kraftsensors (18). Dies betrifft insbesondere den Proportionalitätsfaktor
des Kraftsensors (18) für die Erfassung der Elektrodenkraft, also
der Kraft, mit der die Elektroden (19, 20) zusammengedrückt
werden.A fifth relevant parameter is the measuring behavior of the force sensor ( 18 ). This applies in particular to the proportionality factor of the force sensor ( 18 ) for the detection of the electrode force, ie the force with which the electrodes ( 19 . 20 ) are compressed.
Die
Kalibriereinrichtung (1) kann eine oder mehrere Erfassungseinrichtungen
(24, 25, 26, 27) zur Erfassung
von ein oder mehreren der vorgenannten Kenngrößen
aufweisen. In den gezeigten Ausführungsformen sind die
vier Erfassungseinrichtungen (24, 25, 26, 27)
miteinander kombiniert und mit einer stationären oder instationären
Kalibrierstation (2) verbunden. Sie wirken gemeinsam zur
Erfassung aller vorgenannten Kenngrößen. Alternativ
können weniger Kenngrößen erfasst werden.
In weiterer Abwandlung ist eine getrennte Einzelerfassung möglich.The calibration device ( 1 ) one or more detection devices ( 24 . 25 . 26 . 27 ) for detecting one or more of the aforementioned characteristics. In the embodiments shown, the four detection devices ( 24 . 25 . 26 . 27 ) and with a stationary or transient calibration station ( 2 ) connected. They work together to capture all the aforementioned parameters. Alternatively, fewer parameters can be detected. In a further modification, a separate individual detection is possible.
Die
Erfassungseinrichtung (25) ist für die Zangenelastizität
zuständig. Hierbei können insbesondere die Nachgiebigkeit
der Zangenarme in ihrer gemeinsamen Hauptebene, z. B. in z-Richtung
erfasst werden. Ferner können auch seitliche Nachgiebigkeiten
und Ausweichbewegungen (b), insbesondere im Elektrodenbereich ermittelt
werden. Vorzugsweise ist die Erfassung dreidimensional.The detection device ( 25 ) is responsible for the forceps elasticity. In particular, the resilience of the gun arms in their common main plane, z. B. be detected in the z direction. Furthermore, lateral resiliencies and evasive movements (b), in particular in the electrode region, can also be determined. Preferably, the detection is three-dimensional.
Die
Erfassungseinrichtung (24) ermittelt den Elektrodenversatz
(a) und insbesondere den vertikalen Abstand in z-Richtung zwischen
der festen Elektrodenspitze (21) und der Handachse (6).
Dieser Abstand wird im unbelasteten und unverformten Zangenzustand
erfasst.The detection device ( 24 ) determines the electrode offset (a) and in particular the vertical distance in the z-direction between the fixed electrode tip ( 21 ) and the hand axis ( 6 ). This distance is recorded in the unloaded and undeformed clamp state.
Die
Erfassungseinrichtung (27) wirkt mit dem Zangenantrieb
(14) zusammen und ermittelt insbesondere die Stellung des
Zangenantriebs (14) bei geschlossener Schweißzange
(10) und bei einer Elektrodenkraft Null. Mit der Erfassungseinrichtung
(27) können außerdem die Antriebsstellungen
bei ein oder mehreren anderen Kraftniveaus und bei mit Kraft zusammengepressten
Elektroden (19, 20) ermittelt werden. Die Erfassungseinrichtung
(27) wirkt hierbei mit dem Sensor (17) zusammen,
welcher ggf. auch mehrfach vorhanden sein kann.The detection device ( 27 ) works with the pliers drive ( 14 ) and in particular determines the position of the pliers drive ( 14 ) with closed welding tongs ( 10 ) and at an electrode force zero. With the detection device ( 27 ), the drive positions may be at one or more other force levels and force-compressed electrodes ( 19 . 20 ) be determined. The detection device ( 27 ) acts with the sensor ( 17 ) together, which may possibly be present more than once.
Die
Erfassungseinrichtung (26) ist für eine Messung
der an der Schweißzange (10) in Schließstellung
und bei Antriebsbetätigung wirkenden Kraft zuständig.
Hierbei wird insbesondere ein Proportionalitätsfaktor des
einfach oder mehrfach vorhandenen Sensors (18) an der Schweißzange
(10) zur Ermittlung der Zangen- oder Elektrodenkraft erfasst. Der
Sensor (18) kann hierüber kalibriert werden.The detection device ( 26 ) is for a measurement of the welding tongs ( 10 ) Responsible in the closed position and force acting on actuator actuation. In particular, a proportionality factor of the single or multiple existing sensor ( 18 ) on the welding tongs ( 10 ) is detected to determine the forceps or electrode force. The sensor ( 18 ) can be calibrated over this.
Die
Kalibriereinrichtung (1) von 1 bis 3 weist
eine oder mehrere Kalibrierstationen (2) und eine Steuerung
(8) auf, die als Technologiesteuerung fungiert und die
zum einen der Kalibrierung dient. Die Technologiesteuerung (8)
kann darüber hinaus weitere Funktionen haben, z. B. als
Prozesssteuerung oder Schweißsteuerung. Die Steuerung (8)
kann als eigenständiges Hardware-Teil konzipiert sein und kann
eine eigene Recheneinheit (9) mit entsprechenden Speichern,
Schnittstellen und Programmen aufweisen. In Abwandlung kann die
Steuerung (8) als Softwaremodul in eine andere Steuerung,
z. B. in die Robotersteuerung (4), implementiert sein.The calibration device ( 1 ) from 1 to 3 has one or more calibration stations ( 2 ) and a controller ( 8th ), which acts as a technology controller and which serves for calibration. The technology control ( 8th ) may also have other functions, such. B. as process control or welding control. The control ( 8th ) can be designed as an independent hardware part and can have its own arithmetic unit ( 9 ) with corresponding memories, interfaces and programs. In a modification, the controller ( 8th ) as a software module in another controller, for. B. in the robot controller ( 4 ), be implemented.
Die
Kalibrierstation (2) weist in den gezeigten Ausführungsformen
mehrere kombinierte Erfassungseinrichtungen (24, 25, 26, 27)
auf, die bei einer Zangenschließbewegung gemeinsam bedienbar
sind und ihre Erfassungsfunktionen ausführen. Hierbei können
mehrere der vorgenannten Kenngrößen gleichzeitig
oder kurz nacheinander erfasst werden.The calibration station ( 2 ) has in the embodiments shown a plurality of combined detection devices ( 24 . 25 . 26 . 27 ), which are jointly operated in a pliers closing movement and perform their detection functions. In this case, a plurality of the aforementioned parameters can be detected simultaneously or in quick succession.
Die
Kalibrierstation (2) weist ein mehrachsig und insbesondere
räumlich bewegliches Angriffselement (32) mit
einem Kraftsensor (28) auf, welcher an gegenüberliegenden
Seiten aktive Messflächen (29, 30) besitzt,
die beim Schließen der Schweißzange (10)
von den Elektroden (19, 20) kontaktiert werden. Schematisch
in 1 angedeutete Zentrierelemente (31) können
für eine Elektrodenführung und einen zentrierten
Elektrodenangriff an den Messflächen (29, 30)
sowie eine sichere Bewegungsübertragung sorgen. Der Kraftsensor
(28) ist mit der Technologiesteuerung (8) signaltechnisch über
eine Leitung oder drahtlos verbunden.The calibration station ( 2 ) has a multiaxial and in particular spatially movable attack element ( 32 ) with a force sensor ( 28 ), on which on opposite sides active measuring surfaces ( 29 . 30 ), which when closing the welding tongs ( 10 ) from the electrodes ( 19 . 20 ) are contacted. Schematically in 1 indicated centering elements ( 31 ) can be used for an electrode guide and a centered electrode attack on the measuring surfaces ( 29 . 30 ) as well as a safe transmission of motion. The force sensor ( 28 ) is compatible with technology control ( 8th ) Signaltechnisch via a line or wirelessly connected.
Das
mehrachsig bewegliche Angriffselement (32) ist z. B. als
Ausleger ausgebildet, der eine um z. B. drei Achsen bewegliche Lagerung
(33) besitzt. Die Kalibrierstation (2) weist ferner
eine Messeinrichtung (39) auf, um die räumlichen
Positionen des Angriffselements (32) und des Kraftsensors
(28) zu erfassen.The multiaxial movable attack element ( 32 ) is z. B. designed as a boom, which is a z. B. three axes movable storage ( 33 ) owns. The calibration station ( 2 ) further comprises a measuring device ( 39 ) to the spatial positions of the attack element ( 32 ) and the force sensor ( 28 ) capture.
Die
in 1 gezeigte Kalibrierstation (2) ist stationär
und besitzt ein z. B. stationäres Gestell (34), welches
am Hallenboden montiert sein kann. Die z. B. räumlich bewegliche
Lagerung (33) erlaubt dem Kraftsensor (28) und seinem
Angriffselement (32) Bewegungen, insbesondere Ausweich-
und Rückstellbewegungen, in verschiedenen Richtungen, insbesondere
in den Raumachsen in x-, y- und z-Richtung. Der Kraftsensor (28)
kann dadurch bei Zangenkontakt mitgenommen werden und der Zangenbewegung
folgen. Er kann insbesondere beim Schließen der Schweißzange
(10) und den dabei auftretenden Verformungen der Zangenteile
eine ggf. mehrachsige oder mehrstufige Ausweich- oder Folgebewegung ausführen.
Die Lagerung (33) kann in beliebig geeigneter Weise konstruktiv
ausgebildet sein. Sie kann insbesondere Schlitten aufweisen, die
in den genannten Richtungen linear beweglich gelagert sind. Das
Ausweichen kann ohne signifikanten Widerstand oder Gegenkraft erfolgen.In the 1 shown calibration station ( 2 ) is stationary and has a z. B. stationary frame ( 34 ), which can be mounted on the hall floor. The z. B. spatially movable storage ( 33 ) allows the force sensor ( 28 ) and its attacking element ( 32 ) Movements, in particular evasive and return movements, in different directions, in particular in the spatial axes in the x-, y- and z-direction. The force sensor ( 28 ) can thereby be taken with pliers contact and follow the forceps movement. He can in particular when closing the welding tongs ( 10 ) and the occurring deformations of the pliers parts perform a multi-axis or multi-stage evasive or subsequent movement. Warehousing ( 33 ) may be designed constructively in any suitable manner. In particular, it may comprise carriages which are mounted so as to be linearly movable in said directions. Dodging can be done without significant resistance or drag.
4 zeigt
eine konstruktive Ausgestaltungsvariante der Kalibrierstation (2)
und der Lagerung (33) mit einer mehrteiligen Schlittenanordnung (36)
an einer aufrechten Säule (35) des Gestells (34). Die
z. B. kreuzweise angeordneten und aneinander gelagerten Schlitten
können eine Ausgangslage und eine definierte Position haben.
An geeigneter Stelle kann eine Rückstelleinrichtung (37)
vorhanden sein, die z. B. federnd den jeweils zugehörigen
Schlitten in seine Ausgangsstellung bringt. 4 shows a constructive design variant of the calibration station ( 2 ) and storage ( 33 ) with a multi-part carriage arrangement ( 36 ) on an upright column ( 35 ) of the frame ( 34 ). The z. B. arranged crosswise and mounted on each slide can have a starting position and a defined position. At a suitable point, a reset device ( 37 ) be present, the z. B. resiliently brings the respective associated carriage in its initial position.
Die
Messeinrichtung (39) kann die räumlichen Bewegungen
des Angriffselements (32) und des Kraftsensors (28)
z. B. über die drei translatorischen Raumachsen x, y und
z mittels dreier entsprechender Wegmesser (40, 41, 42)
erfassen. Alternativ ist eine andere konstruktive und funktionale
Ausgestaltung der Messeinrichtung (39) und des hierdurch verkörperten
Positionsmessers möglich, die z. B. als optisches Mess-
bzw. Kamerasystem ausgebildet sein kann. In 1 ist der
Positionsmesser (39) schematisiert dargestellt.The measuring device ( 39 ), the spatial movements of the attack element ( 32 ) and the force sensor ( 28 ) z. B. over the three translational spatial axes x, y and z by means of three corresponding odometer ( 40 . 41 . 42 ) to capture. Alternatively, another constructive and functional design of the measuring device ( 39 ) and the positional diameter embodied thereby possible, the z. B. may be formed as an optical measuring or camera system. In 1 is the position indicator ( 39 ) shown schematically.
Die
Kalibrierstation (2) weist einen oder mehrere Speicher
(43, 44) auf, in denen die Kalibrierdaten des
Kraftsensors (28) und des Positionssensors (39)
gespeichert sind. Diese Kalibrierdaten können z. B. Nullpunkte,
Proportionalitätsfaktoren und Kennlinien des Positionssensors
(39) und seiner Wegmesser (40, 41, 42)
sein. Der zugehörige Speicher (44) ist mit der
Technologiesteuerung (8) verbunden, welche die Kalibrierdaten
abrufen kann. Die Ausgangssignale des Positionsmessers (39)
werden von der Technologiesteuerung (8) eingelesen und
mit den aus dem Speicher (44) ausgelesenen Kalibrierdaten
des Positionssensors (39) verrechnet. Aus dieser Berechnung
ergeben sich die Ist-Werte der Position des Referenz-Kraftsensors
(28). Wenn die am festen Zangenarm (11) angebrachte
Elektrodenspitze (21) den Kraftsensor (28) kontaktiert,
kann hierüber auch die Position der Elektrodenspitze (21)
ermittelt werden. Die Positionsermittlung findet im Raum statt.
Unter Bezug auf das örtliche Koordinatensystem der Kalibrierstation
(2), welches wiederum einen bekannten Bezug zum World-Koordinatensystem
oder einem anderen relevanten Koordinatensystem des Manipulators
oder Roboters (3) hat.The calibration station ( 2 ) has one or more memories ( 43 . 44 ), in which the calibration data of the force sensor ( 28 ) and the position sensor ( 39 ) are stored. This calibration data can z. B. Zero points, proportionality factors and characteristics of the position sensor ( 39 ) and its odometer ( 40 . 41 . 42 ) be. The associated memory ( 44 ) is compatible with technology control ( 8th ), which can retrieve the calibration data. The output signals of the position indicator ( 39 ) are used by the technology controller ( 8th ) and with the from the memory ( 44 ) calibration data of the position sensor ( 39 ) charged. From this calculation, the actual values of the position of the reference force sensor ( 28 ). When the on the pliers arm ( 11 ) attached electrode tip ( 21 ) the force sensor ( 28 ), the position of the electrode tip ( 21 ) be determined. The position determination takes place in the room. With reference to the local coordinate system of the calibration station ( 2 ), which in turn has a known relation to the world coordinate system or another relevant coordinate system of the manipulator or robot ( 3 ) Has.
Der
Referenz-Kraftsensor (28) weist ebenfalls Kalibrierdaten,
z. B. Nullpunkt, Proportionalitätsfaktor, Kennlinie oder
dgl. auf, die im Speicher (43) abgelegt sind und von dort
aus über die angebundene Technologiesteuerung (8)
abgerufen werden können. Das Ausgangssignal des Referenz-Kraftsensors (28)
wird von der Technologiesteuerung (8) eingelesen und mit
den aus dem Speicher (43) ausgelesenen Kalibrierdaten verrechnet.
Aus dieser Berechnung ergibt sich der Referenz-Ist-Wert der Elektrodenkraft.The reference force sensor ( 28 ) also has calibration data, e.g. B. zero point, proportionality factor, characteristic or the like., Which in memory ( 43 ) and from there via the connected technology control ( 8th ) can be retrieved. The output signal of the reference force sensor ( 28 ) is controlled by the technology controller ( 8th ) and with the from the memory ( 43 ) offset calibration data. From this calculation results the reference actual value of the electrode force.
Der
Kraftsensor (18) an der Schweißzange (10)
ist ebenfalls mit der Technologiesteuerung (8) verbunden.
Ferner besteht eine Signalverbindung zwischen der Technologiesteuerung
(8) und der Robotersteuerung (7). Die Robotersteuerung
(7) meldet hierüber die Position des Handflansches
(5) und seiner Handachse (6) an die Technologiesteuerung
(8). Der Sensor (17) für die Antriebsstellung
kann mit der Robotersteuerung (7) verbunden sein, wobei
hierüber die Position des Zangenantriebs (14)
ebenfalls an die Technologiesteuerung (8) gemeldet wird.
Die Technologiesteuerung (8) gibt ihrerseits ein Signal
an die Robotersteuerung (7) über das Erreichen
der angefahrenen Position der Schweißzange (10).
In der Technologiesteuerung (8) werden die Funktionen der Erfassungseinrichtungen
(24, 25, 26, 27) und die Erfassungs-
und Auswertungsvorgänge durchgeführt.The force sensor ( 18 ) on the welding tongs ( 10 ) is also compatible with the technology control ( 8th ) connected. Furthermore, there is a signal connection between the technology controller ( 8th ) and the robot controller ( 7 ). The robot controller ( 7 ) reports the position of the hand flange ( 5 ) and its hand axis ( 6 ) to the technology controller ( 8th ). The sensor ( 17 ) for the drive position can with the robot controller ( 7 ), whereby the position of the pliers drive ( 14 ) also to the technology control ( 8th ) is reported. The technology control ( 8th ) in turn sends a signal to the robot controller ( 7 ) about reaching the approached position of the welding gun ( 10 ). In technology control ( 8th ), the functions of the recording devices ( 24 . 25 . 26 . 27 ) and the acquisition and evaluation processes.
Bekannt
sind außerdem die konstanten Werte des Antrieb-Verhältnisses,
d. h. des Verhältnisses der Positionsänderung
der auf dem beweglichen Zangenarm (12) montierten Elektrodenspitze
zu der Positionsänderung des Zangenantriebs (14)
bei unbelasteter Schweißzange (10). Bekannt ist
ferner die Stärke des Kraftsensors, d. h. der Abstand der
beiden Messflächen (29, 30) des Referenz-Kraftsensors (28).
Bekannt ist auch die vorerwähnte Vorrichtungs-Position.
Dies meint die Position des Nullpunktes im Koordinatensystem der
Kalibrierstation (2) in Bezug auf den Nullpunkt oder das
Koordinatensystem des Roboters (3).Also known are the constant values of the drive ratio, ie the ratio of the position change of the on the movable gun arm ( 12 ) mounted electrode tip to the position change of the pliers drive ( 14 ) with unloaded welding tongs ( 10 ). Also known is the strength of the force sensor, ie the distance between the two measuring surfaces ( 29 . 30 ) of the reference force sensor ( 28 ). Also known is the aforementioned device position. This means the position of the zero point in the coordinate system of the calibration station ( 2 ) with respect to the zero point or the coordinate system of the robot ( 3 ).
Zur
Ermittlung der vorgenannten mechanischen Kenngrößen
wird z. B. das folgende automatische Bewegungsprogramm abgefahren:
Die
geöffnete Schweißzange (10) wird zunächst
mit der Elektrodenspitze (21) am festen Zangenarm (11) auf
den Referenz-Kraftsensor (28) in Richtung Zentrierelement
(31) verfahren, bis die Elektrodenspitze (21)
den Kraftsensor (28) kontaktiert und über diese Position
noch ein Stück hinausfährt und dabei das Angriffselement
(32) und den Kraftsensor (28) mitnimmt. Diese
Bewegung, z. B. Hebebewegung, wird über den Positionsmesser
(39) erfasst. Die Zangenausrichtung kann z. B. vertikal
sein, wobei auch die Zangenbewegung vertikal und in Richtung der
z-Achse verläuft Die Zangenbewegung wird gestoppt, sobald
der Positionsmesser (39) das Erreichen einer vorgegebenen
Sensorposition meldet. Die Technologiesteuerung (8) berichtet
das Erreichen der vorgegebenen Position an die Robotersteuerung
(7) und bewirkt einen Stopp der Roboterbewegung und ein anschließendes
Schließen der Schweißzange (10) über
den Zangenantrieb (14).To determine the aforementioned mechanical characteristics z. For example, the following automatic movement program was executed:
The opened welding tongs ( 10 ) is first with the electrode tip ( 21 ) on the fixed tong arm ( 11 ) on the reference force sensor ( 28 ) in the direction of centering element ( 31 ) until the electrode tip ( 21 ) the force sensor ( 28 ) and moves beyond this position a bit and thereby the attack element ( 32 ) and the force sensor ( 28 ) With takes. This movement, z. B. Lifting movement, is via the position indicator ( 39 ) detected. The tong alignment can z. B. vertical, wherein also the forceps movement is vertical and in the direction of the z-axis The forceps movement is stopped as soon as the position indicator ( 39 ) reports the reaching of a predetermined sensor position. The technology control ( 8th ) reports reaching the predetermined position to the robot controller ( 7 ) and causes a stop of the robot movement and a subsequent closing of the welding tongs ( 10 ) via the pliers drive ( 14 ).
Die
Schweißzange (10) wird dabei auf den Referenz-Kraftsensor
(28) geschlossen, bis der in der Technologiesteuerung (8)
ermittelte Referenz-Ist-Wert der Elektrodenkraft einen vorgegebenen
Wert F1 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt werden von der Technologiesteuerung
(8) folgende Werte eingelesen:
- – Die
aktuelle Position des Handflansches (5) und seiner Handachse
(6),
- – Die aktuelle räumliche Position des Angriffselements
(32) bzw. des Referenz-Kraftsensors (28) mittels
des Positionsmessers (39),
- – Die aktuelle Position des Zangenantriebs (14) und
- – Der aktuelle Wert des Kraftsensors (18)
an der Schweißzange (10).
The welding tongs ( 10 ) is applied to the reference force sensor ( 28 ) closed until the technology control ( 8th ) determined reference actual value of the electrode force reaches a predetermined value F1. At this time, technology control ( 8th ) read the following values: - - The current position of the hand flange ( 5 ) and its hand axis ( 6 )
- - The current spatial position of the attack element ( 32 ) or the reference force sensor ( 28 ) by means of the position indicator ( 39 )
- - The current position of the pliers drive ( 14 ) and
- - The current value of the force sensor ( 18 ) on the welding tongs ( 10 ).
Diese
Daten werden gemeinsam gespeichert.These
Data is stored together.
Die
Schweißzange (10) wird anschließend weiter
unter Betätigung des Zangenantriebs (14) auf den
Referenz-Kraftsensor (28) geschlossen und angepresst, bis
der Referenz-Ist-Wert der Elektrodenkraft einen zweiten vorgegebenen
Wert F2 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt werden von der Technologiesteuerung
(8) wieder die vorgenannten Werte für die aktuellen
Positionsangaben des Positionsmessers (39) und des Sensors
(17) für die Antriebsstellung sowie der Wert des
Kraftsensors (18) und der Schweißzange (10)
eingelesen und gemeinsam gespeichert.The welding tongs ( 10 ) is then continued using the pliers drive ( 14 ) on the reference force sensor ( 28 ) closed and pressed until the reference actual value of the electrode force reaches a second predetermined value F2. At this time, technology control ( 8th ) again the aforementioned values for the current position data of the position indicator ( 39 ) and the sensor ( 17 ) for the drive position and the value of the force sensor ( 18 ) and the welding tongs ( 10 ) and stored together.
Die
Technologiesteuerung (8) berechnet aus den gemessenen und
gespeicherten Werten die Positionen und Kräfte und aus
den bekannten Werten für das Antriebs-Verhältnis,
die Stärke des Kraftsensors und die Vorrichtungsposition
die eingangs genannten Kenngrößen. Die berechneten
aktuellen Werte dieser Kenngrößen werden verwendet
für die genaue Regelung bzw. Steuerung der Elektrodenkraft
und der Robotersteuerung (7) zur genauen Positionierung
der Schweißzange (10).The technology control ( 8th ) calculates the positions and forces from the measured and stored values and from the known values for the drive ratio, the strength of the force sensor and the device position the characteristics mentioned above. The calculated actual values of these parameters are used for the precise regulation or control of the electrode force and the robot control ( 7 ) for the exact positioning of the welding tongs ( 10 ).
Beim
vorgenannten ersten Schritt und der Mitnahme des Angriffselements
(32) bei geöffneter Schweißzange (10)
durch die feste Elektrodenspitze (21) bis in eine vorgegebene
erste Sensorposition kann der vertikale Versatz oder Abstand (a)
der Handachse (6) gegenüber der festen Elektrodenspitze (21)
berechnet werden. Die Position der Elektrodenspitze (21)
ist über den Positionsmesser (39) bekannt und
wird mit der vom Roboter (3) gemeldeten Position der Handachse
(6) verglichen.In the aforementioned first step and the entrainment of the attack element ( 32 ) with open welding tongs ( 10 ) through the fixed electrode tip ( 21 ) to a predetermined first sensor position, the vertical offset or distance (a) of the hand axis ( 6 ) opposite the fixed electrode tip ( 21 ) be calculated. The position of the electrode tip ( 21 ) is above the position indicator ( 39 ) and the robot ( 3 ) reported position of the hand axis ( 6 ) compared.
Beim
Schließen der Schweißzange (10) und bei
Aufbringung der zwei Zangen- oder Elektrodenkräfte F1 und
F2 werden die dreidimensionalen Positionen des Referenz-Kraftsensors
(28) erfasst, wobei sich der Referenz-Kraftsensors (28)
bzw. das Angriffselement (32) wegen der Zangenelastizitäten
im Raum bewegt und seine Stellung ändert. Die Position der
beiden Elektrodenspitzen wird hierbei in geeigneter Weise räumlich,
z. B. in einem kartesischen Koordinatensystem in den drei Raum-Richtungen
x, y und z erfasst, wobei die vorgenannten Kenngrößen
für den Versatz (a) und für die Zangenelastizitäten
ebenfalls in drei Richtungen berechnet werden können.When closing the welding gun ( 10 ) and the application of the two forceps forces F1 and F2, the three-dimensional positions of the reference force sensor ( 28 ), wherein the reference force sensor ( 28 ) or the attack element ( 32 ) moves in space because of the forceps elasticity and changes his position. The position of the two electrode tips is in this case spatially, z. B. in a Cartesian coordinate system in the three space directions x, y and z detected, the aforementioned characteristics for the offset (a) and for the forceps elasticities can also be calculated in three directions.
Die
ermittelten Positionswerte können in Diagrammen, Formeln
oder Tabellen in Beziehung zu den Kräften F1 und F2 gesetzt
werden, wobei sich hierüber, z. B. durch eine Verbindung
von Diagrammpunkten, eine Federkennlinie in der jeweiligen Richtung
ergibt. Aus der Extrapolierung der Federkennlinie kann auf eine
Position der festen Elektrodenspitze (21) bei einer Elektrodenkraft
Null zurückgerechnet werden. Hieraus kann außerdem
unter Einbeziehung der vom Sensor (17) gemeldeten Antriebsstellungen
auf die für diese kraftlose Elektrodenposition maßgebliche
Antriebsstellung berechnet werden. Diese Daten können sich
auf Zangenschließstellungen beziehen, in denen alle etwaigen
Toleranzen oder Verschleißerscheinungen kompensiert sind.The determined position values can be set in diagrams, formulas or tables in relation to the forces F1 and F2, whereby this, z. B. results by a combination of diagram points, a spring characteristic in the respective direction. From the extrapolation of the spring characteristic can be to a position of the fixed electrode tip ( 21 ) are recalculated at an electrode force zero. In addition, from the sensor ( 17 ) are calculated to the relevant drive position for this powerless electrode position. These data may relate to clamp closing positions in which any tolerances or signs of wear are compensated.
Aus
den dreidimensionalen Positionsdaten können ferner unter
Berücksichtigung der Antriebsstellungen und des Antrieb-Verhältnisses
die Zangenelastizitäten für jeden Zangenarm (11, 12)
einzeln herausgerechnet werden. Auch der kraftabhängige seitliche
Versatz (b) der Elektroden (19, 20) kann hierüber
ermittelt werden. Dieser ist z. B. im Vergleich von 2 und 3 ersichtlich
und kann in einer oder in beiden Achsrichtungen x, y bestehen.From the three-dimensional position data can also take into account the drive positions and the drive ratio, the forceps elasticities for each forceps arm ( 11 . 12 ) individually. Also, the force-dependent lateral offset (b) of the electrodes ( 19 . 20 ) can be determined by this. This is z. B. in the comparison of 2 and 3 can be seen and may exist in one or both axial directions x, y.
Mit
diesem Versatz (b) kann von der Technologiesteuerung (8)
die Robotersteuerung (7) beaufschlagt und zu einer Änderung
der Position bzw. Bewegung des Roboters (3) veranlasst
werden. Um Querkräfte auf das Werkstück zu vermeiden,
kann der Roboter (3) eine den seitlichen Versatz (b) kompensierende
Ausweichbewegung ausführen. Hierfür kann ein Korrekturwert
in einer oder beiden Steuerungen (7, 8,) gespeichert
werden, der beim Schweißprozess zur Änderung der
Bahn oder Position des Roboters abgerufen wird.With this offset (b), the technology controller ( 8th ) the robot controller ( 7 ) and to change the position or movement of the robot ( 3 ). To avoid lateral forces on the workpiece, the robot ( 3 ) perform a lateral displacement (b) compensating evasive movement. For this purpose, a correction value in one or both controllers ( 7 . 8th , which is retrieved in the welding process for changing the trajectory or position of the robot.
Ferner
kann mit den vorgenommenen Messschritten der Kraftsensor (18)
an der Schweißzange (10) durch Ermittlung des
Proportionalitätsfaktors zur tatsächlich gemessenen
Referenz-Ist-Kraft des Referenz-Kraftsensors (28) kalibriert
werden.Furthermore, with the made measuring the force sensor ( 18 ) on the welding tongs ( 10 ) by determining the proportionality factor to the actually measured reference actual force of the reference force sensor ( 28 ) are calibrated.
Die
Technologiesteuerung (8) kann aus der Kalibrierung für
den Schweißprozess die vorgenannten Kenngrößen
zur Modellierung der Schweißzange (10) zur Verfügung
stellen, die in die Prozesssteuerung bzw. -regelung einfließen.
Dies kann insbesondere in Verbindung mit einer kraftgeregelten Schweißzange
(10) und bei einem exakten Anfahren und Schließen
der Schweißzange (10) über dem oder den
Werkstücken erfolgen.The technology control ( 8th ) from the calibration for the welding process, the abovementioned parameters for modeling the welding tongs ( 10 ), which flow into the process control. This can especially in connection with a force-controlled welding tongs ( 10 ) and with an exact approach and closing of the welding tongs ( 10 ) take place over the one or more workpieces.
5 zeigt
eine eingangs angesprochene Abwandlung der Kalibriereinrichtung
(1). In diesem Fall ist das Schweißwerkzeug (10),
z. B. eine elektrische Schweißzange, stationär
angeordnet und an einem Gestell (34) montiert. Die Kalibrierstation
(2) ist in diesem Ausführungsbeispiel mobil bzw.
instationär und kann von einer Handhabungseinrichtung (3) bzw.
einem Manipulator der vorbeschriebenen Art bahngesteuert bewegt
werden. In diesem Fall wird der Kraftsensor (28) bzw. ein
hierfür vorgesehener Ausleger (32) vom Manipulator
(3) in den Bereich zwischen die Elektroden gebracht, wobei
auch in diesem Ausführungsbeispiel der Kraftsensor (28)
bzw. der Ausleger (32) eine mehrachsig bewegliche Lagerung
(33) aufweisen. Außerdem ist eine Messvorrichtung
(39) vorhanden, welche die Ausweichbewegungen und Relativpositionen
innerhalb der mobilen Kalibrierstation (2) erfasst. Diese
wird vom Manipulator (3) in einer vorbestimmten Position
im Raum gehalten, sodass aus den relativen Positionswerten über diese
Vorgabeposition auf absolute Positionswerte rückgerechnet
werden kann. Das Schweißwerkzeug (10) kann seinerseits
einen Bezug (6) aufweisen, der z. B. ein bestimmter Montagepunkt
oder eine Montageachse oder auch ein World-Koordinatensystem ist. 5 shows an initially mentioned modification of the calibration device ( 1 ). In this case, the welding tool ( 10 ), z. B. an electric welding gun, stationary and mounted on a frame ( 34 ) assembled. The calibration station ( 2 ) is mobile or unsteady in this embodiment and can be controlled by a handling device ( 3 ) or a manipulator of the type described are moved in a web-controlled manner. In this case, the force sensor ( 28 ) or a boom provided for this purpose ( 32 ) from the manipulator ( 3 ) is brought into the region between the electrodes, wherein also in this embodiment the force sensor ( 28 ) or the boom ( 32 ) a multi-axially movable storage ( 33 ) exhibit. In addition, a measuring device ( 39 ), which shows the evasive movements and relative positions within the mobile calibration station ( 2 ) detected. This is handled by the manipulator ( 3 ) held in a predetermined position in space, so that can be recalculated from the relative position values on this default position to absolute position values. The welding tool ( 10 ) may itself have a reference ( 6 ), the z. B. is a specific mounting point or a mounting axis or a World coordinate system.
Die
vorgenannten Parameter des Schweißwerzeugs (10)
können bei dieser Variante in analoger Art erfasst werden,
wobei auch die Erfassungseinrichtungen (24, 25, 26, 27)
entsprechend ausgebildet sein können. Durch diese Erfassung
können z. B. die Endpositionen der Elektrodenspitzen im
Raum erfasst werden und zur Korrektur der späteren Werkstückbewegungen
herangezogen werden, welche vom gleichen oder einem anderen Manipulator
(3) bewirkt werden können. Die mobile Kalibrierstation (2)
kann ein eigenständiges Kalibrierwerkzeug darstellen, welches
ggf. über eine Wechselkupplung lösbar mit der
Manipulatorhand (4) verbunden ist. Das Kalibrierwerkzeug
kann andererseits als zusätzliches Tool an einer Greifeinrichtung
für Werkstücke an geeigneter Stelle angeordnet
sein.The aforementioned parameters of the welding machine ( 10 ) can be detected in this variant in an analogous manner, whereby the detection devices ( 24 . 25 . 26 . 27 ) can be designed accordingly. By this detection z. B. the end positions of the electrode tips are detected in space and used to correct the later workpiece movements, which by the same or another manipulator ( 3 ) can be effected. The mobile calibration station ( 2 ) may represent an independent calibration tool, which may be detachable via a removable coupling with the manipulator hand ( 4 ) connected is. On the other hand, the calibration tool can be arranged as an additional tool on a gripping device for workpieces at a suitable location.
Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in
verschiedener Weise möglich. Dies betrifft einerseits die
konstruktive Ausbildung der Kalibrierstation (2) und der
Erfassungseinrichtungen (24, 25, 26, 27).
Andererseits kann die Anordnung und Funktion der Kalibriereinrichtung
(1) und ihre Bestandteile an andere Schweißwerkzeuge angepasst
werden. Dies können z. B. Schweißzangen für
das Kondensatorentladungsschweißen oder generell andere
Schweißwerkzeuge sein.Modifications of the embodiment shown and described are possible in various ways. On the one hand, this relates to the structural design of the calibration station ( 2 ) and the detection devices ( 24 . 25 . 26 . 27 ). On the other hand, the arrangement and function of the calibration device ( 1 ) and their components are adapted to other welding tools. This can z. B. Welding tongs for the capacitor discharge welding or generally other welding tools.
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11
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Kalibriereinrichtungcalibration
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22
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Kalibrierstation,
Kalibrierwerkzeugcalibration,
calibration
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33
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Manipulator,
RoboterManipulator,
robot
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44
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Hand,
RoboterhandHand,
robotic hand
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55
-
Handflanschhand flange
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66
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Bezug,
Achse, HandachseReference,
Axis, hand axis
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77
-
Steuerung,
RobotersteuerungControl,
robot control
-
88th
-
Steuerung,
Schweißsteuerung, TechnologiesteuerungControl,
Welding control, technology control
-
99
-
Recheneinheitcomputer unit
-
1010
-
Schweißwerkzeug,
SchweißzangeWelding tool,
welding gun
-
1111
-
Zangenarm,
fester Armtong,
firm arm
-
1212
-
Zangenarm,
beweglicher Armtong,
movable arm
-
1313
-
Lager,
GelenkCamp,
joint
-
1414
-
Zangenantriebtong drive
-
1515
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Motor,
ElektromotorEngine,
electric motor
-
1616
-
Treibelement,
SpindelDriving element,
spindle
-
1717
-
Sensor
für Antriebsstellungsensor
for drive position
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1818
-
Sensor,
KraftsensorSensor,
force sensor
-
1919
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Elektrodeelectrode
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2020
-
Elektrodeelectrode
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2121
-
Elektrodenspitzeelectrode tip
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2222
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Elektrodenhalterelectrode holder
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2323
-
Elektrodenkappeelectrode cap
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2424
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Erfassungseinrichtung
für Elektrodenversatzdetector
for electrode offset
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2525
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Erfassungseinrichtung
für Elastizitätdetector
for elasticity
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2626
-
Erfassungseinrichtung
für Kraftsensordetector
for force sensor
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2727
-
Erfassungseinrichtung
für Zangenantriebdetector
for pliers drive
-
2828
-
Sensor,
Kraftsensor, Referenz-KraftsensorSensor,
Force sensor, reference force sensor
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2929
-
Messflächemeasuring surface
-
3030
-
Messflächemeasuring surface
-
3131
-
Zentrierelementcentering
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3232
-
Angriffselement,
AuslegerEngaging member,
boom
-
3333
-
Lagerungstorage
-
3434
-
Gestellframe
-
3535
-
Säulepillar
-
3636
-
Schlittenanordnungcarriage assembly
-
3737
-
RückstelleinrichtungReset device
-
3838
-
Schlittencarriage
-
3939
-
Messeinrichtung,
PositionsmesserMeasuring device,
position knife
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4040
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Wegmesser
in x-Richtungodometer
in X direction
-
4141
-
Wegmesser
in y-Richtungodometer
in the y direction
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4242
-
Wegmesser
in z-Richtungodometer
in the z direction
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4343
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Speicher
für KraftsensorStorage
for force sensor
-
4444
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Speicher
für PositionssensorStorage
for position sensor
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aa
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Versatz
Elektrodenspitze zur Flanschachseoffset
Electrode tip to the flange axis
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bb
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Versatz
Elektrodenspitze seitlichoffset
Electrode tip laterally
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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U1 [0004] - DE 20213840 U1 [0004]
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- EP 1414610 B1 [0005] - EP 1414610 B1 [0005]
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- DE 10300628 A1 [0006] DE 10300628 A1 [0006]
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- DE 4332807 C2 [0007] - DE 4332807 C2 [0007]