JP2006239549A - 塗装ローラを用いたロボット塗装方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塗装ローラを用いたロボット塗装において、塗膜状態の良好な塗装を行う。
【解決手段】 ロボット２０に取り付けた塗装ローラ３０を、塗装条件に基づいて、被塗面４１上で回転させつつ移動させることによって塗膜を形成する。塗装済みの塗膜の状態を検査し、その検査結果に基づいて塗装条件を補正し、検査後の塗膜形成を、補正した塗装条件に基づいて行う。これにより、不適正な塗膜状態を直ちに改善しつつ塗装工程を進めることができ、塗膜状態が良好な塗装を行うことができる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、塗装ローラを用いたロボット塗装方法及び装置に関するものである。

特許文献１には、塗装ローラを被塗面上で回転させつつ移動させながら塗装する技術が開示されている。このような塗装ローラを用いた塗装手段として、従来、作業者が塗装ローラを把持して被塗面上を転がしていく方法がとられていたが、この方法では、塗膜の膜厚や膜厚の均一性等が作業者によってバラツキが生じることがある。
そこで、塗膜状態の均一化を図る方法として、塗装ローラをロボットのアームに取り付け、ロボットをティーチング情報に基づいて移動させることで、膜厚の均一化を図ることが考えられる。
特開２００３−１４４９９８公報

霧化した塗料の微粒子を塗着させるスプレー塗装では、塗膜厚のむらが生じ難いのであるが、ローラを被塗面に直接接触させて塗料を転写させるローラ塗装では、塗装条件（例えば、塗料の粘度等）の僅かな変化が、塗装ローラの転がり方に大きな影響を与えて塗膜の状態（例えば、塗膜の厚さ）が不適正となる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、塗装ローラを用いたロボット塗装において塗膜状態の良好な塗装を行えるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、ロボットに取り付けた塗装ローラを、塗装条件に基づいて、被塗面上で回転させつつ移動させることによって塗膜を形成する塗装ローラを用いたロボット塗装方法であって、塗装済みの塗膜の状態の検査結果に基づいて前記塗装条件を補正し、検査後の塗膜形成を、前記補正した塗装条件に基づいて行うところに特徴を有する。
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記塗装条件が、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量とを含み、形成すべき塗膜の厚さに応じて、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量のうち少なくともいずれか一方を補正するところに特徴を有する。

請求項３の発明は、ロボットに取り付けられて、被塗面上で回転しつつ移動する塗装ローラと、前記塗装ローラに塗料を供給する塗料供給手段と、塗装条件のデータを記憶する塗装条件記憶手段と、塗膜の形成に際しては、前記塗装条件記憶手段から読み込んだ塗装条件に基づいて、前記塗装ローラに対する塗料の供給と前記塗装ローラの動きを制御する制御手段とを備えてなり、制御手段は、塗装済みの塗膜の状態の検査結果に基づいて補正された前記塗装条件を読み込み、検査後の塗膜形成に際しては、前記補正された塗装条件に基づいて、検査後の前記塗装ローラへの塗料の供給と前記塗装ローラの動きを制御する構成としたところに特徴を有する。
請求項４の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記塗装条件が、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量とを含み、形成すべき塗膜の厚さに応じて、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量のうち少なくともいずれか一方が補正される構成としたところに特徴を有する。

＜請求項１及び請求項３の発明＞
塗装条件を塗膜状態の検査結果に基づいて補正し、検査後は、補正した塗装条件に基づいて塗膜形成するようにしたので、不適正な塗膜状態を直ちに改善しつつ塗装工程を進めることができる。これにより、塗膜状態が良好な塗装を行うことができる。

＜請求項２及び請求項４の発明＞
塗膜の厚さは、塗装ローラの移動速度と、塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量とによって変動するのであるが、本発明では、塗装ローラの移動速度と塗料の供給量のうち少なくともいずれか一方を補正するようにしたので、塗膜の厚さの均一化を図ることができる。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図８を参照して説明する。まず、塗装ローラ３０に対する塗料の供給手段について説明すると、塗料が貯留されているタンク１０には、塗料の供給路１１の上流端が接続され、供給路１１の下流端には塗装ローラ３０が取り付けられている。供給路１１には、塗料をタンク１０から吸引して塗装ローラ３０側へ圧送するためのポンプ１２と、供給路１１を流れる塗料の単位時間当たりの流量を検出する流量計１３が接続されている。

次に、塗装ローラ３０及び塗装ローラ３０を支持するロボット２０について説明する。ロボット２０は、床面に固定した基台２１と、基台２１に上下方向の軸を中心に回動可能に支持した回転台２２と、回転台２２に水平軸を中心として上下方向へ揺動可能に支持された第１アーム２３と、第１アーム２３の先端に第１アーム２３の遊動中心と平行な水平軸を中心として上下方向へ揺動可能に支持された第２アーム２４と、第２アーム２４の先端に第１アーム２３及び第２アーム２４の揺動中心と直交する水平軸を支点として左右に揺動し得るように取り付けたブラケット２５とからなり、ブラケット２５に塗装ローラ３０が支持されている。

塗装ローラ３０は、円柱形をなすローラ本体３１と、ローラ本体３１の外周に固定された筒体３２と、筒体３２の外周に取り付けられたウール製の筒状をなす刷毛３３とからなる。ローラ本体３１の内部には、その両端面から長さ方向中央側へ穿孔した形態の円形孔３４がローラ本体３１と同心状に形成されている。円形孔３４の開口部には、同心円筒形をなす軸体３５が固着され、この軸体３５の突出端がブラケット２５の軸受部２６に回転自在に嵌合されている。これにより、塗装ローラ３０は、その回転中心を水平に向けた姿勢で、軸方向両端においてブラケット２５に対して自由に回転し得るように支持されている。また、軸受部２６には、軸体３５に連通するＬ字形のポート２７が取り付けられ、このポート２７には上記供給路１１の下流端が接続されている。

ローラ本体３１には、円形孔３４からローラ本体３１の外周面へ径方向に貫通する複数の放射孔３７が形成され、ローラ本体３１の外周には放射孔３７と連通するように複数の周方向の連通溝３８が形成され、筒体３２には、その内周から外周へ貫通するとともに連通溝３８に連通する複数の連通孔３９が形成されており、供給路１１から円形孔３４に供給された塗料は、放射孔３７、連通溝３８、連通孔３９を介して刷毛３３内に含浸されるようになっている。塗装を行う際には、塗装ローラ３０が、回転台２２と両アーム２３，２４の移動により被塗物４０の被塗面４１に沿って回転しつつ移動し、刷毛３３に含浸された塗料が刷毛３３の表面に滲み出して被塗面４１に塗着される。

次に、上記ロボット２０と塗装ローラ３０を用いて塗装する際の制御手段について説明する。被塗面４１上を移動する際の塗装ローラ３０の移動速度（以下、移動速度という）と、塗装ローラ３０に供給される塗料の単位時間当たりの流量（以下、供給流量という）は、被塗面４１に形成される塗膜の膜厚、塗料の粘度（同一塗料であっても、温度によって変化する）、塗装ローラ３０側から被塗面４１に作用する荷重（圧力）、被塗面４１における塗装ローラ３０の幅方向（塗装ローラ３０の移動方向と直交する方向）の接触寸法（以下、接触幅という）に基づいて、予め定められている。この移動速度と供給流量の値を設定するに際しては、塗膜の膜厚、塗料の粘度、被塗面４１への荷重及び接触幅の４つの選択項目を種々組み合わせることによって複数の塗装条件を設定し、各塗装条件毎に、塗装ローラ３０がスリップせずに所定の膜厚が得られるような適正（好適）な移動速度と供給流量との組合せを実験的に求める。尚、実験は、平坦で水平な被塗面４１上で行われる。このようにして得られた塗装条件のデータは、コンピュータの塗装条件記憶部５１（本発明の構成要件である塗装条件記憶手段）に記憶される。

ここで、塗装条件の例を示す。
＜例１＞
塗装ローラ３０の回転中心と平行な軸線方向の長さ、即ち、被塗面４１に対する塗装ローラ３０の接触最大幅が１７０ｍｍ，塗装ローラ３０側から被塗面４１に作用する一定の荷重が８００ｇｆであり、形成すべき塗膜の膜厚が２０〜４０μｍであり、塗料の粘度が３０００ｍＰａ・ｓである場合においては、塗装ローラ３０の移動速度が２０ｍ／ｍｉｎであり、塗料の供給流量が３００〜６００ｍｌ／ｍｉｎである。
＜例２＞
上記において塗装ブースの環境温度の設定の違いにより塗料の粘度が４０００ｍＰａ・ｓとなる場合には、移動速度が１５〜２０ｍ／ｍｉｎとなり、塗料の供給流量が２００〜５００ｍｌ／ｍｉｎとなる。
＜例３＞
同じく塗装ブースの環境温度の設定の違いにより塗料の粘度が２０００ｍＰａ・ｓとなる場合には、移動速度が２０〜２５ｍ／ｍｉｎとなり、塗料の供給流量が４００〜７００ｍｌ／ｍｉｎとなる。
尚、上記以外にも、塗膜の膜厚の違い、荷重の違い、塗装ローラ３０の接触幅の違いによって、塗装ローラ３０の移動速度と供給流量は上記と異なる値となるが、例示は省略する。

また、被塗面４１に凸状の塗装領域が存在する場合には、被塗面４１に対する塗装ローラ３０の接触幅が変化する。即ち、被塗面４１が曲率の最も小さい平面である場合には、接触幅は塗装ローラ３０の長さと同じ１７０ｍｍとなるが、被塗面４１の曲率が大きくなるほど（曲率半径が小さくなるほど）、接触幅が狭くなる。そして、塗装ローラ３０側から被塗面４１側に作用する全荷重は一定であることから、接触幅が狭くなるほど、塗装ローラ３０側から被塗面４１に作用する圧力（単位面積当たりの荷重）が大きくなる。この圧力の変化は、塗装ローラ３０が被塗面４１上でスリップや塗膜厚さの変動を生じる原因となり得る。したがって、移動速度と供給流量の設定に際しては、接触幅を塗装ローラ３０の全幅寸法よりも狭くした塗装条件の下でも実験を行い、移動速度と供給流量の組合せを設定する。このようにして得られた塗装条件のデータも、上記塗装条件記憶部５１に予め記憶させておく。

ここで、接触幅が異なる場合の塗装条件の例を示す。
＜例４＞
上記例１において、接触幅を８５ｍｍとした場合には、移動速度は例１と同じく２０ｍ／ｍｉｎであるが、塗料の供給流量は１５０〜３００ｍｌ／ｍｉｎとなる。
さらに、ロボット２０の回転台２２とアームの動きについては、被塗物４０毎に予めティーチングによって記憶させておく。被塗物４０の一例を図５及び図６に示す。被塗物４０は、全体として方形をなし、中央に略方形の高台部４２が形成されている。被塗物４０の上面の被塗面４１のうち、高台部４２と高台部４２の周縁の略方形の基板部４３は平坦な水平領域４１ａ，４１ｂとなっており、基板部４３の内周縁に沿った略方形の環状部分は略平坦な傾斜領域４１ｃとなっており、傾斜領域４１ｃと高台部４２の水平領域４１ａとの間の略方形の環状部分は上方へ凸状に膨出した湾曲領域４１ｄとなっている。

ティーチングに際しては、水平領域４１ａ，４１ｂを、塗装ローラ３０と同じ幅寸法若しくは塗装ローラ３０よりも少し狭い幅寸法を有する複数のパスＰａ，Ｐｂに区切る。塗装ローラ３０は各パスＰａに沿って移動しつつ塗料を塗布していく。また、被塗面４１のうち傾斜領域４１ｃと湾曲領域４１ｄについては、実際に塗装ローラ３０を当接させて接触幅を測定し、その測定幅と同じ幅寸法若しくはそれよりも少し狭い幅寸法を有するパスＰｃ，Ｐｄに区切る。この傾斜領域４１ｃと湾曲領域４１ｄのパスＰｃ，Ｐｄは、塗装ローラ３０がその回転中心軸を傾けた状態で同じ高さを保ったまま移動するように、即ち基板部４３と高台部４２との間に仮想される等高線（図示せず）に沿うように区間されている。尚、傾斜領域４１ｃと湾曲領域４１ｄは無端状に連続しているのであるが、ロボット２０は、その構造上、塗装ローラ３０を水平に一回転以上させることはできないため、傾斜領域４１ｃのパスＰｃと湾曲領域４１ｄのパスＰｄについては、夫々、２つに分割している。

尚、傾斜領域４１ｃと湾曲領域４１ｄにおけるパスＰｃ，Ｐｄの設定形態としては、上記以外にも図７に示すように、塗装ローラ３０が、回転中心軸を水平に保ったままで、基板部４３から、一方の傾斜面４１ｃをその勾配方向と平行に（等高線と直角に）上り、湾曲領域４１ｄを経て高台部４２の水平領域４１ａを通過し、反対側の湾曲領域４１ｄと傾斜領域４１ｃを勾配方向と平行に下り、反対側の基板部４３に至るパス（図示せず）に区切ることができる。この場合、パスの幅寸法は塗装ローラ３０の幅と同じかそれよりも少し狭い幅寸法となる。また、この高台部４２を横断するパスと平行な傾斜領域４１ｃ及び湾曲領域４１ｄについては、等高線に沿ったパスと等高線と直交するパスのいずれにも区画することができる。

上記のように複数のパスＰａ〜Ｐｄを区画したら、これら複数のパスＰａ〜Ｐｄを塗装する順序と、各パスＰａ〜Ｐｄにおける塗装ローラ３０の移動方向を決め、各パスＰａ〜Ｐｄ毎に回転台２２とアーム２３，２４の動きをティーチングさせ、そのティーチング情報を、ロボット２０のティーチング情報記憶部５４に記憶させておく。また、各パスＰａ〜Ｐｄ毎に、被塗面４１と塗装ローラ３０との接触幅の情報もティーチング情報記憶部５４に記憶させておく。

上記した塗装条件記憶部５１と駆動機構５２とティーチング情報記憶部５４は、コンピュータの制御部５０（本発明の構成要件である制御手段）に接続されている。また、制御部５０には、流量計１３で計測された流量の計測値が入力されるようになっている。さらに、制御部５０からは、ロボット２０の駆動機構５２に対し回転台２２とアーム２３，２４の動きを制御するための制御信号が出力されるようになっているとともに、ポンプ１２に対し塗料の圧送速度を制御するための制御信号が出力されるようになっている。

次に、本実施形態の作用を説明する。
被塗物４０に対して塗装を行う際には、予め、コンピュータの入力部５３に、塗装ローラ３０側から被塗面４１側に作用する荷重の値、被塗面４１に形成すべき塗膜の膜厚の値、使用する塗料の粘度の値を入力しておく。この入力部５３に入力された値は制御部５０に入力される。この後、被塗物４０の識別情報を入力する（ステップＳ１０１）。この識別情報は、被塗物４０の形状（被塗物における被塗面４１と略直角方向の投影形状）のデータ、及び被塗面４１の凹凸形状のデータからなる。

この後、既に入力されている塗装ローラ３０から被塗面４１への荷重、形成すべき膜厚、塗料の粘度の各値とに基づき、塗装条件記憶部５１に記憶されている塗装条件のデータの中から、入力された上記４つの値に対応する塗装ローラ３０の移動速度と塗料の供給流量、即ち塗装条件が制御部５０に読み込まれる（ステップＳ１０２）。

この後、被塗物が塗装位置にセットされたことが検出されると（ステップＳ１０３）、塗装準備が開始される（ステップＳ１０４）。塗装準備では、塗料流路の洗浄工程、塗装ローラのならし工程などが行われる。塗装準備が完了すると（ステップＳ１０５）、塗装が開始される（ステップＳ１０６）。
塗装が開始されると、ロボット２０の駆動機構５２と塗料供給路１１のポンプ１２が作動し、塗装ローラ３０が最初のパスＰ（Ｐａ〜Ｐｄのいずれか）の始端に移動してそのパスＰの経路に沿って移動し始めるとともに、塗料が塗装ローラ３０に向けて供給され始める。また、塗装が行われている間、制御部５０は、ティーチング情報記憶部５４からの読み込み情報に基づいて駆動機構５２へ塗装ローラ３０の移動速度を制御する制御信号を出力するとともに、流量計１３からフィードバックされる計測値に基づいてポンプ１２の圧送速度を制御する制御信号をポンプ１２へ出力する。また、塗装中のパスＰにおける塗装ローラ３０の接触幅の情報がロボット２０のティーチング情報記憶部５４から制御部５０へ入力され、制御部５０では、この接触幅の入力値に基づいて、塗装ローラ３０の移動速度と塗料の供給流量が調整される。
尚、塗装中、塗装ブースに設置した温度センサ（図示せず）から雰囲気温度の値が制御部５０に入力されるようしてもよい。この場合、入力された温度値に基づき、塗装ローラ３０の移動速度と塗料の供給流量を適性に調整することができる。

上記のようにして１つのパスＰへの塗装が完了すると、次のパスＰへの塗装が行われる。そして、各パスＰへの塗装が順次に行われることで、被塗面４１の全ての領域に所定の膜厚の塗膜が形成される。

塗装が終了すると（ステップＳ１０７）、被塗物４０が塗装ブース外へ搬出される（ステップＳ１０８）。そして、この後は塗装を継続しない旨の指令が入力されると（ステップＳ１０９）、塗装工程が完了する。この後も塗装を継続する場合は（ステップＳ１０９）、搬出した塗装済みの被塗物４０に対して塗膜の状態の検査が行われる。検査対象は、膜厚寸法、塗膜内に発生した気泡の大きさ、気泡の発生量（発生数）である。また、検査方法としては、作業者が塗膜の状態を目視で確認する方法、塗膜が未乾燥の状態（濡れている状態）で膜厚計によって膜厚寸法を図る方法、レーザーを使用して膜厚寸法、気泡の数又は量を測定する方法がある。

そして、膜厚寸法と気泡の発生状況の両方が適性範囲内である場合には、塗装条件を補正せずに（ステップＳ１１０）、次の被塗物４０を塗装位置にセットし、塗装を行う。これに対し、膜厚寸法と気泡の発生状況のうち少なくともいずれか一方が適性範囲外である場合には、上記した塗装条件（即ち、塗装ローラ３０の移動速度と塗料の供給流量）を補正する（ステップＳ１１０）。補正の方法は、作業者が補正データを入力部５３に入力操作することによって行われる。この後、補正後の塗装条件が制御部５０に読み込まれ（ステップＳ１１１）、以後、塗装準備工程及びそれに続く工程が上記と同様に行われる。

本実施形態の塗装方法は、ロボット２０に取り付けた塗装ローラ３０を、塗装条件に基づいて、被塗面４１上で回転させつつ移動させることによって塗膜を形成するようになっており、塗装済みの塗膜の状態の検査結果に基づいて塗装条件を補正し、検査後の塗装を、補正した塗装条件に基づいて行うところに特徴を有している。このように、塗装条件を塗膜状態の検査結果に基づいて補正し、検査後は、補正した塗装条件に基づいて塗装を行うようにしたので、不適正な塗膜状態を直ちに改善しつつ塗装工程を進めることができるので、全体として塗膜状態が良好な塗装を行うことができる。

また、塗膜の厚さは、塗装ローラ３０の移動速度と、塗装ローラ３０に対する塗料の単位時間当たりの供給量とによって変動するのであるが、本実施形態では、塗装条件である塗装ローラ３０の移動速度と塗装ローラ３０への塗料の供給量のうち少なくともいずれか一方を補正するようにしたので、塗膜の厚さの均一化を図ることができる。

実施形態１の塗装を制御する手段をあらわすブロック図 ロボットと塗料の供給経路をあらわす概略図 塗装ローラの縦断面図 塗装ローラの横断面図 被塗物に対する塗装ローラの接触形態をあらわす正面図 被塗面における塗装ローラの移動経路を複数のパスに区画した様子をあらわす平面図 被塗物に対する塗装ローラの接触形態の他の例をあらわす正面図 塗装工程あらわすフローチャート

符号の説明

２０…ロボット
３０…塗装ローラ
４１…被塗面

Claims (4)

1. ロボットに取り付けた塗装ローラを、塗装条件に基づいて、被塗面上で回転させつつ移動させることによって塗膜を形成する塗装ローラを用いたロボット塗装方法であって、
   塗装済みの塗膜の状態の検査結果に基づいて前記塗装条件を補正し、
   検査後の塗膜形成を、前記補正した塗装条件に基づいて行うことを特徴とする塗装ローラを用いたロボット塗装方法。
2. 前記塗装条件が、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量とを含み、
   形成すべき塗膜の厚さに応じて、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量のうち少なくともいずれか一方を補正することを特徴とする請求項１記載の塗装ローラを用いたロボット塗装方法。
3. ロボットに取り付けられて、被塗面上で回転しつつ移動する塗装ローラと、
   前記塗装ローラに塗料を供給する塗料供給手段と、
   塗装条件のデータを記憶する塗装条件記憶手段と、
   塗膜の形成に際しては、前記塗装条件記憶手段から読み込んだ塗装条件に基づいて、前記塗装ローラに対する塗料の供給と前記塗装ローラの動きを制御する制御手段とを備えてなり、
   制御手段は、塗装済みの塗膜の状態の検査結果に基づいて補正された前記塗装条件を読み込み、検査後の塗膜形成に際しては、前記補正された塗装条件に基づいて、検査後の前記塗装ローラへの塗料の供給と前記塗装ローラの動きを制御する構成としたことを特徴とする塗装ローラを用いたロボット塗装装置。
4. 前記塗装条件が、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量とを含み、
   形成すべき塗膜の厚さに応じて、前記塗装ローラの移動速度と、前記塗装ローラに対する塗料の単位時間当たりの供給量のうち少なくともいずれか一方が補正される構成としたことを特徴とする請求項３記載の塗装ローラを用いたロボット塗装装置。

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