Schweißqerätewechselsvstem für eine Handhabungsvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schweißgerätewechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere einen mehrachsigen Industrieroboter, welche eine Kupplungsvorrichtung mit zwei koppelbaren Kupplungselementen aufweist. An einem der Kupplungselemente ist dabei ein Schweißgerät anordenbar wohingegen das jeweils andere Kupplungselement am distalen Ende der Handhabungsvorrichtung angebracht ist.

Der Einsatz von Robotern im Automatisierungsbereich, beispielsweise in der Lackier- und/oder Scheißtechnik, oder von robotergestützter Automation zählt zu den am weitest verbreiteten Anwendungen bei modernen Robotersystemen. Dabei sind Hybridsysteme, das heißt kombinierte Systeme von Mensch und Maschine, welche beispielsweise bei der Produktion von Werkstücken effizient zusammenwirken beziehungsweise interagieren, von zentraler Bedeutung. Ihnen kommt in der Automatisierungstechnik eine tragende Rolle zu.

Beispielsweise sind Anwendungen bekannt, bei welchen ein Bediener eine Vorrichtung mit Teilen und/oder Rohmaterialien bestückt, welche einem Roboter in einem nächsten Schritt zur weiteren Bearbeitung, beispielsweise zum Zusammenbau, Polieren, Entgraten, Lackieren oder Verschweißen, zugeführt werden. Auch das Entladen fertig bearbeiteter Teile erfolgt oftmals durch einen Bediener, der ebenfalls auch für Wartungs-, Service- und Instandhaltungsarbeiten verantwortlich sein kann.

Dabei ist man jedoch stets bestrebt immer mehr Bearbeitungsschritte zu automatisieren und von der Handhabungsvorrichtung, insbesondere einem mehrachsigen Roboter,

ausführen zu lassen. Dies zu realisieren sind variable Handhabungsvorrichtungen mit ~° hoher Funktionalität, variablen Einsatzmöglichkeiten und großem Leistungsspektrum gefordert.

Auch wenn moderne Handhabungsvorrichtungen inklusive deren Steuerungen auf größtmögliche Flexibilität sowie Funktionalität und für einen möglichst weit gefassten Einsatzbereich hin ausgelegt bzw. ausgerichtet sind, finden sich zahlreiche Anwendungsbereiche, wie insbesondere beim Schweißen oder bei Schweißapplikationen, in welchen die jeweilig eingesetzten Robotersysteme sehr spezifisch und auf die Bewältigung genau einer speziellen Aufgabe eingerichtet und/oder ausgebildet sind.

Entsprechend ist bei bekannten Schweißrobotern, nicht zuletzt um eine gesicherte Zuführung der Versorgungsmedien zu gewährleisten, eine feste Verbindung zwischen beispielsweise Schweißbrenner und Roboter vorgesehen und das Einsatzgebiet des Roboters exakt vorherbestimmt. Weitere Tätigkeiten und/oder Funktionalitäten, wie beispielsweise das Greifen und/oder Auftragen und/oder Entgraten und/oder Polieren sind allenfalls, bedingt durch die jeweilige Anwendung, durch den Einsatz von Kombinationsgeräten ermöglicht, wobei die Flexibilität und das Spektrum des Roboters hinsichtlich möglicher Tätigkeiten, Bewegungen und/oder der Tragkraft allein auch aufgrund der räumlichen, und oder baulichen Vorgaben durch die eingesetzten Endeffektoren beziehungsweise Werkzeuge dennoch stark eingeschränkt ist. Der Begriff Endeffektor stellt dabei einen Oberbegriff für alle Funktionseinheiten/Werkzeuge dar die am Ende der kinematischen Kette eines Robotersystems, vorzugsweise am distalen Ende des Roboterarms eingesetzt werden können. Als Funktionseinheiten/Werkzeuge können Greifer, Bearbeitungswerkzeuge, wie beispielsweise Schleifer, Polierer, Schweißgeräte oder Schweißpistolen, Schweißbrenner, Trennschleifer und dergleichen, Prüfmittel und sonstige Arbeitsorgane eingesetzt werden.

Bei einer Schweißanwendung wird als Werkzeug ein Schweißbrenner beziehungsweise eine Schweißpistole verwendet, wobei unterschiedliche Arten hinlänglich bekannt sind. Die Versorgung des Schweißbrenners erfolgt in aller Regel über ein Schlauchpaket, in

welchem alle erforderlichen Versorgungsmedien geführt und übergeben werden. Beim Schutzgasschweißverfahren beispielsweise umfasst Schlauchpaket eine Schweißleitung, einen Schutzgasschlauch, einen Kühlwasservorlauf und einen Kühlwasserrücklauf, wenigstens eine Steuerleitung sowie einen Drahtförderschlauch mit Drahtführungsseele.

Bei bekannten Anordnungen wird die Flexibilität des Roboters, auch im Schweißbereich, durch die Verwendung sogenannter Wechselsysteme beziehungsweise -module erhöht. Wechselsysteme sind dabei als definierte und mechanisch nahezu standardisierte Schnittstellen zum schnellen Wechseln von Endeffektoren zu verstehen. Beim Trenn- beziehungsweise Entkopplungsprozess oder beim Kopplungsprozess wird dabei nicht nur der Endeffektor beziehungsweise das jeweilige Werkzeug gewechselt, sondern mit dem Werkzeug auch alle Versorgungs- und/oder Informationsleitungen zum Werkzeug. Das jeweilige Wechselsystem bildet die Schnittstelle zwischen Endeffektor, wie beispielsweise einem Greifer, einem Werkzeug und/oder einem Mess- oder Prüfmittel, und der jeweiligen Handhabungsvorrichtung, wie insbesondere einem Teleoperator oder sechsachsigen Industrieroboter, oder einer Maschine, wie beispielsweise eine Bohr-, Fräs- oder Drehmaschine. Diese Kopplung von Handhabungsvorrichtung und Endeffektor gewährleistet die mechanische Verbindung, insbesondere den Kraftfluss, den Energiefluss, den Informationsfluss, den Stofffluss oder eine Kombination daraus, zum jeweiligen Endeffektor.

Dementsprechend wird bei derartigen Anordnungen aus dem Schweißbereich der Schweißbrenner mittels einer Kupplungsvorrichtung am distalen Ende der jeweiligen Handhabungsvorrichtung beziehungsweise des jeweiligen Roboters befestigt, wobei die Zuleitung beispielsweise des Schweißdrahtes sowie der übrigen Versorgungsmedien überwenigstens eine Schlauchpakete-Zuführung erfolgt, welche üblicherweise an sog. Galgen aufgehängt und mittels einer internen Feder auf Zug gehalten wird. An- beziehungsweise Eingekuppelt oder Ab- beziehungsweise Ausgekuppelt wird dabei jeweils die komplette Schweißausrüstung, das heißt Schweißbrenner mit Versorgungsschlauch sowie Versorgungsmedien.

Die Zuführung insbesondere des Schweißdrahtes mithilfe eines langen Schlauchpaketes bedingt nachteilig dass die Aufhängung des Schlauchpaketes an einer Vorrichtung -dem Galgen- die Beweglichkeit des Roboters innerhalb seines Arbeitsbereiches nachhaltig einschränkt. Zudem wird dem Roboter durch die unterschiedlichen Kräfte der Spannfeder beim Abrollen der jeweiligen Aufhängung/Halterung über das Schlauchpaket eine nicht bestimmbare dynamische und veränderliche Kraft beaufschlagt, welche sein Bahnverhalten sowie sein Lastverhalten beeinflussen kann. Des weiteren muss durch die Länge des Schlauchpaketes beim Drahtvorschub an der Schweißquelle wie auch am Schweißbrenner beziehungsweise der Schweißpistole selbst Antriebseinheiten installiert werden, um einen konstanten Drahtvorschub zu gewährleisten, dadurch vergrößert sich die Bauform, insbesondere der Schweißpistole, was sich wiederum negativ auf die Flexibilität des Roboters als auch auf den Schweißprozess selbst auswirken kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Möglichkeit anzugeben, welche eine effiziente und weitestgehend flexible Nutzung und Einsatzbereich auch eines Schweißroboters erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Schweißgerätewechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Demgemäß umfasst das Schweißgerätewechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung mit einer Kupplungsvorrichtung mit einem ersten Kupplungselement, welches am distalen Ende einer Handhabungsvorrichtung angeordnet ist, und mit einem zweiten Kupplungselement, welches an das erste Kupplungselement koppelbar ist und an welcher wenigstens ein Schweißgerät anordenbar ist, wobei das erste Kupplungselement wenigstens ein Führungsmittel zur Führung und/oder Weiterleitung wenigstens eines Versorgungsmediums, insbesondere eines Schweißdrahtes, an die zweite Kupplungshälfte aufweist, welche wenigstens ein Aufnahmemittel zur Aufnahme und Weiterleitung des jeweiligen Versorgungsmediums an das Schweißgerät aufweist, und wobei das zweite Kupplungselement vollständig vom ersten Kupplungselement sowie die Aufnahmevorrichtung vom wenigstens einen Versorgungsmedium derart

trennbar beziehungsweise entkoppelbar sind, dass das zweite Kupplungselement vom ersten Kupplungselement abnehmbar ist, wobei das wenigstens eine Versorgungsmedium weiterhin durch das Führungsmittel des ersten Kupplungselementes geführt ist.

Da das jeweilige Versorgungsmedium stets durch die Handhabungsvorrichtung geführt wird und jede ihrer Bewegungen folgt, kann auf die beschränkende Verwendung von Galgen zur Führung und Halterung von Versorgungsschläuchen vorteilhaft verzichtet werden.

Auch ist durch die flexiblen Nutzungsmöglichkeiten der Kupplungsvorrichtung und insbesondere eine variable Bestückung des zweiten Kupplungselementes eine vielseitige Nutzung auch anderer Werkzeuge wie Schneidbrenner, Poliergeräte, Entgratungsgeräte, Lackiergeräte und dergleichen mehr möglich.

Der Wechsel prozess beziehungsweise auch Kopplungs- oder Kupplungsprozess kann dabei manuell oder auch automatisch durchgeführt werden. Vorteilhaft ist dabei vorsehbar, dass die Kontrolle der Kupplungsvorrichtung über die Steuerung der Handhabungsvorrichtung, insbesondere der Robotersteuerung, sowie einer entsprechenden Kommunikationsverbindung zwischen Steuerung und/oder Roboter und/oder Wechselsystem, insbesondere auch der Kupplungsvorrichtung, bewirkt ist.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass es sich bei der Kommunikationsverbindung um eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung, beispielsweise der Art Bluetooth, WLAN, LAN, WAN, CAN, GPRS, USB, Ethernet, Profibus, Modbus, SCSI, PCI oder RS-232 handeln kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Kupplungselement eine Grundplatte mit Lochmuster und/oder wenigstens eine Zentrierhilfe zur erleichterten Anordnung des ersten Kupplungselementes am distalen Ende der jeweiligen Handhabungsvorrichtung aufweist. Weiterhin ist vorsehbar, dass die Grundplatte Führungsmittel zur Führung und/oder Weiterleitung aller für den Schweißprozess erforderlichen Medien, wie beispielsweise Wasser zur Kühlung,

Schweißdraht, Gas und/oder Strom zum Betrieb des Brenners, Strom zum Betrieb der Kupplungsvorrichtung und/oder Kommunikationsverbindungen aufweist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite Kupplungselement eine Anbauplatte mit Lochmuster und/oder wenigstens einer Zentrierhilfe zur vereinfachten Anordnung wenigstens eines Schweißgerätes aufweist. Weiterhin ist vorsehbar, dass die Anbauplatte wenigstens ein Aufnahmemittel zur Aufnahme und/oder Weiterleitung wenigstens eines, insbesondere jedoch aller für den Schweißprozess erforderlichen Medien, wie beispielsweise Wasser zur Kühlung, Schweißdraht, Gas und/oder Strom zum Betrieb des Brenners, Strom zum Betrieb der Kupplungsvorrichtung und/oder Kommunikationsverbindungen an das jeweilige Schweißgerät aufweist.

Vorteilhaft können dabei auch verschiedenartige Schweißgeräte, welche für unterschiedlichen Scheißverfahren und/oder Arten ausgelegt zum Einsatz kommen. Dazu zählen unter Anderem Schweißgeräte zum Gasschmelzschweißen, Lichtbogenschmelzschweißen, Schutzgasschweißen, Wolfram-Schutzgasschweißen, Metall-Schutzgasschweißen, Strahlschweißen oder Laserschweißen.

Auch ist vorsehbar, dass es sich bei wenigstens einem Führungsmittel und/oder Aufnahmemittel um eine Einrichtung zur übertragung von elektrischen Signalen oder zur Durchführung von Gasen und/oder Flüssigkeiten, insbesondere um Stecker oder Kontakte oder Durchführungen handelt.

Bei einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass es sich bei wenigstens einem Versorgungsmedium um einen Schweißdraht handelt, der dem jeweilig eingesetzten Schweißgerät, insbesondere Schweißbrenner, zuführbar ist. Auch kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Schweißgerät als Schweißbrenner und/oder eine Schweißpistole ausgebildet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst die Kupplungsvorrichtung zusätzliche, nicht für den eigentlichen Schweißprozess benötigte Signal- und Versorgungsleitungen, welche insbesondere zum Betrieb und zur

Ansteuerung/Auslesung sicherheitsgerichteter Vorrichtungen wie beispielsweise einer Not-Aus-Sicherheitsabschaltung und/oder Abstands- und/oder Bewegungserfassung und/oder Positionskontrolle vorgesehen sein können.

Weiterbildend können an dem ersten Kupplungselement, insbesondere der Grundplatte, ein oder mehrere verschiedene Schweißprozessanschlϋsse beziehungsweise Anschlussmöglichkeiten vorgesehen sein.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorsehbar, dass das wenigstens eine Aufnahmemittel des zweiten Kupplungselementes einen flexiblen Schutzschlauch umfasst, der die Versorgungsleitungen und/oder den wenigstens einen Schweißdraht umgibt und schützt und/oder diese zum jeweiligen Schweißgerät führt.

In Fortbildung des Wechselsystems können an dem zweiten Kupplungselement, insbesondere der Anbauplatte zusätzliche Applikationen wie Sicherheitsabschaltungen und/oder Messeinrichtungen und/oder Sensoren und/oder zusätzliche Bearbeitungswerkzeuge angeordnet sein.

Auch ist denkbar, dass wenigstens ein weiteres zweites Kupplungselement mit alternativen Bearbeitungswerkzeugen vorgesehen ist, welches mit dem an der Handhabungsvorrichtung angekoppelte zweite Kupplungselement mit Schweißgerät ausgewechselt werden kann.

Der Wechselprozess kann dabei manuell oder auch automatisch durchgeführt werden.

Beispielsweise ist vorsehbar, dass auf dem zweiten Kupplungselement alternativ zu einem Schweißgerät auch ein Poliergerät und/oder ein Entgratungsgerät und/oder ein Lackiergerät und/oder ein Schneidbrenner und/oder ein Trennschleifer anordenbar und/oder in angekoppelten Zustand betreibbar ist.

Auch ist vorsehbar, dass beispielsweise zusätzliche Versorgungskabel und/oder Leitungen extern oder zusammen mit einem Schweißschlauch an der ersten Kupplungseinrichtung, insbesondere deren Grundplatte anschließbar sind.

Weiterhin ist dabei vorsehbar, dass ein am ersten Kupplungselement vorgesehenes Führungsmittel für den Schweißdraht wenigstens eine herkömmliche Drahtzuführung umfasst.

Die Bewegung des Schweißdrahtes in beiden Richtungen -vor und zurück- kann durch die Drahtzuführung in dem Maße bewirkt werden, wie es bei einem Schweißhalswechsel bereits üblich ist und/oder derart dass der Schweißdraht in das Schweißgerät und/oder die Aufnahmevorrichtung eingeführt oder ausgeführt, beziehungsweise entkoppelt, werden kann.

Alternativ könnte die Drahtzuführung auch Teil der Aufnahmevorrichtung bilden

Die weitere Darlegung der Erfindung und vorteilhafter Weiterbildungen erfolgt anhand von einigen Figuren und Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 beispielhaft ausgebildetes Schweißgerätewechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung,

Fig. 2 beispielhaft ausgebildetes gegen Fig. 1 abgewandeltes Schweißgerätewechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung,

Fig. 3 beispielhaft ausgebildetes, gegen Fig. 1 und Fig. 2 abgewandeltes Schweißgerätwechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist ein beispielhaft ausgebildetes Schweißgerätewechselsystem für eine Handhabungsvorrichtung mit einer Kupplungsvorrichtung mit einem ersten Kupplungselement, welches am distalen Ende einer Handhabungsvorrichtung

angeordnet ist, und mit einem zweiten Kupplungselement, welches an das erste Kupplungselement koppelbar ist und an welcher wenigstens ein Schweißgerät anordenbar ist, gezeigt. Das erste Kupplungselement weist wenigstens ein Führungsmittel zur Führung und/oder Weiterleitung wenigstens eines Versorgungsmediums, insbesondere eines Schweißdrahtes, an die zweite Kupplungshälfte auf, welche wenigstens ein Aufnahmemittel zur Aufnahme und Weiterleitung des jeweiligen Versorgungsmediums an das Schweißgerät aufweist, und wobei das zweite Kupplungselement vollständig vom ersten Kupplungselement sowie die Aufnahmevorrichtung vom wenigstens einen Versorgungsmedium derart trennbar beziehungsweise entkoppelbar sind, dass das zweite Kupplungselement vom ersten Kupplungselement abnehmbar ist, wobei das wenigstens eine Versorgungsmedium weiterhin durch das Führungsmittel des ersten Kupplungselementes geführt ist.

In der speziellen Ausführung nach Fig. 1 ist ein Versorgungsschlauch A für die Schweißausrüstung gezeigt, der in das erste Kupplungselement C eingeführt ist.

Der Versorgungsschlauch beinhaltet dabei alle nötigen Versorgungsleitungen sowie einen oder mehrere Schweißdrähte.

Des weiteren ist ein externes Signal- und Versorgungskabel B beispielsweise für zusätzliche Greifer und dergleichen gezeigt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Kupplungselement C eine Grundplatte mit Lochmuster und/oder wenigstens eine Zentrierhilfe zur erleichterten Anordnung des ersten Kupplungselementes am distalen Ende der jeweiligen Handhabungsvorrichtung aufweist. Weiterhin ist vorsehbar, dass die Grundplatte Führungsmittel zur Führung und/oder Weiterleitung aller für den Schweißprozess erforderlichen Medien, wie beispielsweise Wasser zur Kühlung, Schweißdraht, Gas und/oder Strom zum Betrieb des Brenners, Strom zum Betrieb der Kupplungsvorrichtung und/oder Kommunikationsverbindungen aufweist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite Kupplungselement D eine Anbauplatte mit Lochmuster und/oder wenigstens einer Zentrierhilfe zur vereinfachten Anordnung wenigstens eines Schweißgerätes G aufweist. Weiterhin ist vorsehbar, dass die Anbauplatte wenigstens ein Aufnahmemittel zur Aufnahme und/oder Weiterleitung wenigstens eines, insbesondere jedoch aller für den Schweißprozess erforderlichen Medien, wie beispielsweise Wasser zur Kühlung, Schweißdraht, Gas und/oder Strom zum Betrieb des Brenners, Strom zum Betrieb der Kupplungsvorrichtung und/oder Kommunikationsverbindungen an das jeweilige Schweißgerät G aufweist.

Weiterhin ist in flexibler Schutzschlauch E für die Versorgungsleitung und den zum Schweißgerät G geführten Schweißdraht vorgesehen. Das Schweißgerät ist dabei als Schweißpistole G ausgebildet. Der Schutzschlauch ist in seiner Länge flexibel ausgebildet.

Auch eine Not-Aus Sicherheitsabschaltung F, kann als zusätzliche Sicherung an der Anbauplatte zwischen Schweißpistole G und Anbauplatte vorgesehen sein. Dabei handelt es sich um eine handelsübliche Absicherung bei Kollision der Schweißpistole G mit dem zu bearbeitenden Werkstück oder Träger.

Alle wesentlichen Versorgungsmedien werden dabei intern durch das erste sowie das zweite Kupplungsmittel beziehungsweise die jeweiligen Führungsmittel, welches in die Grundplatte integriert ist, und Aufnahmemittel, welches zumindest anteilig in die Anbauplatte integriert ist, geführt.

In Fig. 2 sind im Wesentlichen in Abwandlung gegenüber Fig. 1 die Versorgungsmedien geteilt geführt. Der Schweißdraht wird mittelbar durch die Kopplungsvorrichtung über das Führungsmittel und Aufnahmemittel (Drahtdurchführung) 2 sowie die Grund- und die Anbauplatte an das Schweißgerät 3 übergegeben. Die restlichen Medien werden separat unmittelbar durch die gesamte Kopplungsvorrichtung und/oder in die Kopplungsvorrichtung integrierte Versorgungsleitungen und/oder Anschlüsse durchgeführt. Unmittelbar über die Kopplungsvorrichtung werden folgende Medien

übergeben: Signale, Schutzgas, Druckluft und Wasser. Diese Medien werden dann über die Adapaterplatte brennerseitig zusammengefasst und in den Brenner geführt.

Alternativ dazu können, wie in Fig. 3 gezeigt auch alle erforderlichen Versorgungsmedien mittelbar durch die Kopplungsvorrichtung über das Führungsmittel und Aufnahmemittel (Drahtdurchführung) 2 sowie die Grundplatte und die Anbauplatte an das Schweißgerät 3 übergegeben werden.

Auch eine Medienführung über Zusatzmodule oder Schweißmedienführung über Zusatzmodule und optionale Medienführung durch die eigentliche Kupplungsvorrichtung, wie beim Satteliten Tool Changer ist denkbar.

Die Art und Weise der Medienführung soll durch die hier angegebenen und beschriebenen Arten keinesfalls auf diese beschränkt sein. Alternative gängige Möglichkeiten sollen mitumfasst werden.

Vorteilhaft kann die Kopplung der beiden Kupplungselemente beispielhaft auch durch einen zwei- oder drei Backengreifer und/oder einen Spanndorn, insbesondere hydraulisch ausgebildet, an wenigstens jeweils einem der Kupplungselemente mit entsprechend komplementären Anordnungen am jeweils anderen Element bewirkt werden.