JP2000094147A - 溶接ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被溶接部品（ワーク）のハンドリング手段を
備えた溶接ロボットに関し、比較的小型の部品をより安
価な設備で能率良くかつ人手をかけないで溶接する。 【解決手段】 溶接ロボットのハンドに溶接部品の保持
装置を設ける。部品保持装置（ワーク保持装置）は、溶
接トーチの先端延長上にある溶接線の位置に部品（ワー
ク）の溶接位置の一箇所を合わせた位置で部品を保持
し、またはそのような位置に部品を移動させることがで
きるように部品を保持する保持端２０を備えている。こ
の保持端は部品を把持するフィンガや磁力で部品を吸着
する電磁石や負圧で部品を吸引するバキュームパッドな
どで形成できる。ワーク保持端に保持された部品の溶接
位置は、トーチを溶接位置へ移動させるプログラムによ
って設定できる。ワーク保持装置のワーク保持端を溶接
トーチ７の先端側に向けて付勢することにより、溶接部
品を取り付ける部材の方向に付勢する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハンド部分に特
徴がある溶接ロボットに関し、被溶接部品（ワーク）の
ハンドリング手段を備えた溶接ロボットに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】各種機械のフレーム、建設機械のブー
ム、鉄骨構造物の柱や梁などの溶接品は、その多くが溶
接ロボットを用いて製作されている。この種の溶接品は
溶接品を構成する部材相互を治具などを用いて位置決め
して仮溶接し、仮溶接したものを溶接台やポジショナー
に載せて溶接ロボットで本溶接を行うのが普通である。
前述したような大型の溶接品は溶接線が長いので、時間
のかかる単純作業をロボットを用いて行わせることによ
り、組立治具等の稼働率の向上や省力化によるコストダ
ウンを図るためである。

【０００３】前述したような溶接品には、本体部分を構
成する大きな部材の他に、本体に比べて寸法の小さな種
々の部品が溶着されることが多い。この部品はたとえば
強度上必要なねじ長さを確保するために、タップ孔を設
ける部分に溶着されるタップピースや、各種機器の取付
面を形成するために溶着される座板等である。これらの
部品は小型で比較的軽量であるけれども、溶接品によっ
ては非常に多くの部品の溶接を必要とし、また溶接位置
精度も比較的高い精度が要求されることが多い。

【０００４】このような被溶接部品は、部品を嵌め込む
孔の明いた治具板を用いて部品の溶接位置を決め、手溶
接によって仮溶接を行った後、溶接ロボットを用いて本
溶接している。製作数量の多いものであれば、部品を搬
送位置決めするハンドリングロボットと、仮溶接用のロ
ボットとの２台のロボットを用いて被溶接部品の仮溶接
作業を自動化することも行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし多数の被溶接部
品を治具を使って一つ一つ位置決めしながら人手で仮溶
接する作業は、非常に時間がかかり人件費が高くなる。
また溶接作業は作業環境が必ずしも良好といえないの
で、できるだけ手作業による溶接作業を少なくすること
が作業衛生上も好ましい。一方、溶接部品のハンドリン
グロボットと仮溶接用ロボットを用いる方法は、２台の
ロボットが必要であること、２台のロボットのそれぞれ
に作業手順を教え込む必要があること、２台のロボット
の動作を同期させかつ一方の動作不良によって他方を損
傷させることがないようにすることなど、高度な装置及
び制御が必要で、整備コストが高くなる問題があって、
同一製品を多数製造する場合でなければ採用できないと
いう問題がある。

【０００６】そこでこの発明は、溶接品本体に比較的小
型の部品をより安価な設備で能率良くかつ人手をかけな
いで溶接する技術手段を得ることを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、溶接ロボッ
ト特に溶接品を本溶接するために用いる溶接ロボットの
ハンドに溶接部品の保持装置を設けることにより、上記
課題を解決している。溶接ロボットのハンドは、数値制
御やティーチング制御により、三次元空間内を移動して
位置決めされるアームの先端に所定の角度範囲内で自由
な方向に向けることができ、かつ向いた方向の軸まわり
に回動できるように設けられている。溶接トーチはこの
ハンドに固定して装着されており、アームの動きによっ
て溶接位置に移動し、ハンドの動きによってトーチの方
向と角度とが設定される。溶接作業は溶接トーチの先端
を溶接線から若干離した状態で行われるが、従来の溶接
ロボットでは、溶接トーチの先端を溶接材料に当接させ
ることによって溶接材料の位置を探り、その位置からハ
ンドを所定量後退させることにより、トーチ先端と溶接
線の間の間隔を保持している。

【０００８】この発明では上記のように構成された溶接
ロボットのハンドに溶接部品の保持装置を設けている。
この部品保持装置（ワーク保持装置）は、溶接トーチの
先端延長上にある溶接線の位置に部品（ワーク）の溶接
位置の一箇所を合わせた位置で部品を保持し、またはそ
のような位置に部品を移動させることができるように部
品を保持する保持端２０を備えている。この保持端は部
品を把持するフィンガや磁力で部品を吸着する電磁石や
負圧で部品を吸引するバキュームパッドなどで形成でき
る。ワーク保持端に保持された部品の溶接位置は、トー
チを溶接位置へ移動させるプログラムによって設定でき
る。

【０００９】請求項２の発明は、ワーク保持装置のワー
ク保持端２０を溶接トーチ７の先端側に向けて付勢する
ことにより、部品を溶接トーチの先端方向すなわち溶接
部品を取り付ける部材の方向に部品を付勢するようにし
たものである。この付勢手段としてエアシリンダやバネ
３７を用いることができる。付勢手段としてエアシリン
ダを用いたときは、このエアシリンダを後述するワーク
保持端の退避手段に兼用することができる。溶接される
部品はこれを取り付ける部材に密着させた状態で溶接す
ることが好ましい。この密着状態はロボットのハンドの
位置制御によって実現することも不可能ではないが、溶
接品の寸法はそれほど正確ではなく、溶接品表面に曲が
りによる出入りが発生していることも稀ではないから、
密着状態を数値で制御することは非常に困難である。ワ
ーク保持端を上記のように付勢手段で付勢してやれば、
部品とこれを溶着する部材との密着関係が容易に確保で
きる。

【００１０】請求項３の発明は、ワーク保持装置にその
取付部２２に対するワーク保持端２０の進退位置を検出
するセンサ２９を設けたものである。センサ２９として
はマイクロスイッチ、近接スイッチ、光電スイッチ等の
特定の位置を検出できるもので十分である。このセンサ
は付勢手段３７により本体部材に当接している部品をハ
ンドの動きによって押し込んだときに、部品の溶接位置
が溶接トーチの溶接線と一致した位置を検出する。従っ
てセンサ２９の検出信号によって、ハンドの動きを止め
ることにより、部品の溶接位置とトーチ先端との最適な
位置関係を設定することができる。

【００１１】請求項４の発明は、ワーク保持端２０の溶
接トーチ７側にワークの側面に当接する基準爪２４を設
け、この基準爪２４によっては溶接トーチ７の先端延長
上に定められる溶接点１９を含む面内に前記ワークの側
面を位置決めするようにしたものである。基準爪２４は
ワーク３４を把持する一対のフィンガの一方であっても
よいし、段差のようなストッパ状のものであってもよ
い。溶接部品はワークストッカやワークカセットやパー
ツフィーダ等でワーク保持装置に供給されるが、ワーク
保持端がこれらの装置から部品を受け取るとき、その部
品の一側面を基準爪２４に当接させた状態で保持すれ
ば、部品の溶接位置とトーチ先端との位置関係をより容
易に設定できる。

【００１２】請求項５の発明は、ワーク保持装置２１に
ワーク保持装置本体またはワーク保持端を退避させる退
避装置２７を設けたものである。この発明の溶接ロボッ
トは、ワーク保持端でワークを保持した状態で溶接トー
チによりその溶接線の一箇所を溶接し、次にワークを開
放して部品の溶接線をすべて溶接（本溶接）する。この
本溶接は従来の溶接ロボットと同様にアームとハンドの
動きによって行うが、退避手段２７はこの本溶接の際に
ワーク保持装置全体または少なくともワーク保持ヘッド
部分を退避させて、ワーク保持装置と本溶接中の部品と
の干渉を避ける。本溶接中にワーク保持装置を退避させ
ることは、溶接中の火花等によってワーク保持装置が汚
損されるのを避けるうえでも有用である。

【００１３】請求項６の発明は、ワーク保持装置の少な
くともワーク保持端をカプラ２３を介して装着すること
により、部品の形状や大きさ等に応じてワーク保持端を
交換できるようにしたものである。たとえば複数種類の
部品を１個の溶接品に溶接する場合に、その部品毎にワ
ークカセットやパーツフィーダ等の部品供給装置を設け
るとともに、その部品形状に合ったワーク保持端を準備
しておき、これらをロボットのコラム等に配置して、部
品形状に合ったワーク保持端を自動交換して、複数種の
部品を溶接ロボット自体が搬送位置決めして仮溶接及び
本溶接を順次行っていくという溶接ロボットを実現でき
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図２ないし５に示す実施例を
参照してこの発明の実施の形態を説明する。図２は溶接
ロボットの全体を示した側面図で、コラム１の上端に基
端と中間点とに関節２、３を有するアーム４、５が延び
ており、アーム５はその中間の関節より先端側の部分が
軸線回りに回動可能であり、当該軸線と直交する方向の
軸回りに揺動可能な手首１０を介してハンド６が手首１
０の中心軸線１７回りに回動可能に装着されている。す
なわちハンド６は、アームの先端部の軸線回りの回動と
手首１０の揺動とにより、自由な方向に向けることがで
き、かつ手首１０の中心軸まわりに回動可能である。そ
のハンド６に溶接トーチ７が装着されている。すなわち
アーム４、５はコラム１に対して鉛直軸回りに回動可能
であり、ハンド６は三次元空間の自由な位置に移動で
き、ハンド６は先端部分がくの字状に屈曲している溶接
トーチ７を自由な方向に向けることができ、かつその方
向の軸回りに回動させることができるようになってい
る。このような溶接ロボットの構造は従来公知のもので
あり、この発明の特徴部分をなすものではない。

【００１５】この溶接ロボットのコラム１は、レール８
に沿って移動可能なベース９上に立設されている。コラ
ム１には水平枠が固定されており、この水平枠に溶接部
品を供給する複数種のワークカセット１１ないしパーツ
フィーダ１２・・とスタンド１４が固着されている。ス
タンド１４には各パーツフィーダによって供給される部
品の形状に応じたワーク保持端２０を備えたワーク保持
装置２１が収納されて配置されている（図４及び図５参
照）。ワークカセットやパーツフィーダなどには必要に
応じてワークを所定位置に１個ずつ送り出すためのワー
クプッシャなどが設けられ、またスタンド１４には収容
したワーク保持装置２１のカプラを塵埃等から保護する
カバー１５がシリンダ１６で開閉可能にして装着されて
いる。

【００１６】溶接トーチ７は図３に示すようにく字形に
屈曲した先端部を回動中心軸１７に向けて装着されてお
り、ノズル先端の延長線１８とハンドの回動中心軸１７
との交点１９が溶接ポイントとなる。図５に示すワーク
保持装置２１は基端にハンド６の取付座２２に装着され
ているカプラ２３を介して装着されており、その先端に
は固定フィンガ２４と開閉フィンガ２５との対からなる
ワーク保持端２０が設けられている。カプラ２３は円周
上に配置したボールを空気圧で押し拡げることにより、
円周溝に嵌合させて取付座にワーク保持装置を連結固定
する構造のものが用いられている。取付座とワーク保持
装置との連結部分には、後述するシリンダやセンサ等の
空気流路の接続部や電気接点が設けられている。

【００１７】また、ワーク保持装置２１は取付座２２に
連結されるカプラ２３から延びる板状のブラケット２６
を備え、このブラケットにエアシリンダ２７が固定さ
れ、このエアシリンダのロッドの端に繋ぎ材３６が装架
されている。繋ぎ材には２本のコイルバネ３７が平行に
固着されている。コイルバネの下端には、逆Ｌ形のブラ
ケットが装架されており、逆Ｌ形のブラケット２８の下
端にフィンガ２４、２５が装着されている。繋ぎ材２６
の先端には近接センサ２９が装着され、シリンダロッド
の先端に取り付けた逆Ｌ形ブラケットの基端に設けた突
起３１を検出するようになっている。フィンガ２４、２
５の基端部分には、開閉フィンガ２５を開閉するための
ソレノイド３２が内蔵されている。

【００１８】図１に示すように、ワーク保持装置２１
は、その軸線をハンド６の回動中心軸１７と一致させて
装着されており、固定フィンガ２４はその把持面３３を
ハンドの回動中心軸１７が通るように装着されている。
従ってフィンガ２４、２５に把持されたワーク３４の溶
接トーチ７側の側面は、ハンドの回動中心軸１７を通る
面内にある。

【００１９】上記構成の装置において、溶接品本体にワ
ークを溶接するときは、当該ワークに対応するワーク保
持装置２１が収容されているスタンド１４に溶接ロボッ
トのハンドを移動させて、カプラ２３により当該ワーク
保持装置をハンドに装着する。次にワークカセットない
しパーツフィーダから所定位置に供給されている部品を
固定フィンガ２４と開閉フィンガ２５とで掴み、当該ワ
ークを溶接する位置に移動する。ここでワーク保持装置
のエアシリンダ２７のヘッドエンド側に空気圧を供給し
て、ワーク保持端２０を進出させた状態でハンド６を溶
接部材側に進出させると、ワーク３４が溶接品本体３５
に当接してバネ３７が押し込まれ、センサ２９により検
出片３１が検出される。このときハンドの押込動作を停
止させると、ワークの溶接線の溶接トーチ側の部分が溶
接ポイント１９に一致する。そこで溶接トーチでワーク
を仮溶接した後、開閉フィンガを開いてエアシリンダ２
７のロッドエンド側に空気圧を供給して、ワーク保持端
２０を縮退させる。この縮退動作によって本溶接時のワ
ーク保持端とワークとの干渉を回避した状態で、溶接ト
ーチ７を移動させて、仮付けされたワークの本溶接を行
う。

【００２０】このような動作を繰り返すことにより、溶
接ロボットはワークの搬送、位置決め、仮溶接及び本溶
接を一台でかつ一連の制御で行っていく。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワーク保持装置を取り付けた溶接ハンドの側面
図

【図２】溶接ロボットの側面図

【図３】ハンド及び溶接トーチの側面図

【図４】図２のＡ部矢視図

【図５】ワーク保持装置及びそのスタンドを示す側面図

【符号の説明】

６ ハンド ７ 溶接トーチ 19 溶接点 20 ワーク保持端 21 ワーク保持装置 23 カプラ 24 固定フィンガ 27 エアシリンダ 29 近接センサ 34 ワーク 37 コイルバネ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチ(7)を装着したハンド(6)にワ
   ーク保持装置(21)が取り付けられていることを特徴とす
   る、溶接ロボット。
2. 【請求項２】 ワーク保持装置(21)はそのワーク保持端
   (20)を溶接トーチ(7)の先端側に向けて付勢する付勢手
   段(37)を備えている、請求項１記載の溶接ロボット。
3. 【請求項３】 ワーク保持装置の取付部に対するワーク
   保持端(20)の進退位置を検出するセンサ(29)を備えてい
   る、請求項２記載の溶接ロボット。
4. 【請求項４】 ワーク保持端(20)は溶接トーチ(7)側に
   ワーク(34)の側面に当接する基準爪(24)を備え、この基
   準爪(24)は溶接トーチ(7)の先端延長上に定められる溶
   接点(19)を含む面内に前記ワークの側面を位置決めする
   ことを特徴とする、請求項１、２または３記載の溶接ロ
   ボット。
5. 【請求項５】 ワーク保持装置(21)がワーク保持装置本
   体またはワーク保持端を退避させる退避装置(27)を備え
   ている、請求項１、２、３または４記載の溶接ロボッ
   ト。
6. 【請求項６】 ワーク保持装置の少なくともワーク保持
   端が離脱可能なカプラ(23)を介して装着されている、請
   求項１、２、３、４または５記載の溶接ロボット。