JP2010089125A - 溶接ノズル・チップ交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで制御も容易に行なえる溶接ノズル・チップの交換装置を提供する。
【解決手段】ノズルＴ４をトーチ本体Ｔ１から取外すノズル脱カートリッジ２と、ノズルＴ４をトーチ本体Ｔ１に係合させるノズル着カートリッジ３と、チップＴ３をトーチ本体Ｔ１から取外すチップ脱カートリッジ４と、チップＴ３をトーチ本体Ｔ１に係合させるチップ着カートリッジ５と、を備え、前記各カートリッジ夫々をベースプレート１３に回転可能に保持するカートリッジ毎に設けた回転ローラ６Ａ〜６Ｃ・・９Ａ〜９Ｃと、前記カーリッジ２〜５毎の回転ローラに連結した複数のプーリ６Ｄ〜９Ｄとベースプレート１３に保持された駆動力源に連結したプーリ１０Ｄとに夫々巻掛けられ、駆動力源の回転により前記２つの脱カートリッジ２，４と前記２つの着カートリッジ３，５とを互いに逆方向に回転させるベルト伝動手段１１と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接ロボットの溶接トーチ先端部のノズル・チップを交換する溶接ノズル・チップ交換装置に関するものである。

従来からシールドガスを使用するアーク溶接でのスパッタによるノズルの詰まりが引き起こす溶接ビードのピットやブローホールなどの溶接品質不良および溶接チップの減りによる溶接芯線の位置ズレ防止のため、定期的にノズルや溶接チップの交換を行なう必要がある。このため、溶接トーチのノズルとチップを自動的に交換することができるノズル・チップ交換装置が提案されている(特許文献１参照)。

これは、チップより突出する溶接芯線の先端部を切断する芯線切断装置と、ノズルに係脱自在に嵌着し、かつ、ノズルのトーチ本体に対する螺合をはずす方向に回転する回転モータに連結した第１のノズルチャックと、ノズルに係脱自在に嵌着し、かつ、上記第１のノズルチャックと逆方向に回転する回転モータに連結した第２のノズルチャックと、チップに係脱自在に嵌着し、かつ、チップのトーチ本体に対する螺合をはずす方向に回転する回転モータに連結した第１のチップチャックと、チップに係脱自在に嵌着し、かつ、上記第１のチップチャックと逆方向に回転する回転モータに連結した第２のチップチャックとからなっている。
実公平１−４０６２２号公報

しかしながら、上記従来例では、第１、第２のノズルチャック，第１、第２のチップチャックをそれぞれ個別に各回転モータにて回転させる機構であるため、これら４個の回転モータの設置にかなりスペースを必要とする。このため、交換装置自体が大がかりなものとなってコスト的に高くつき、また、４個の回転モータの制御も複雑になるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、第１および第２のノズルチャック、第１および第２のチップチャックを回転させる回転モータを兼用することで、コンパクトで制御も容易に行なえる溶接ノズル・チップ交換装置を提供することを目的とする。

本発明は、溶接トーチのチップを収容するノズルに係合してノズルをトーチ本体から取外すノズル脱カートリッジと、溶接トーチへ取付けるノズルを係合保持してノズルをトーチ本体に係合させるノズル着カートリッジと、溶接トーチの溶接芯線をガイドするチップに係合してチップをトーチ本体から取外すチップ脱カートリッジと、溶接トーチへ取付けるチップを係合保持してチップをトーチ本体に係合させるチップ着カートリッジと、を備えるものであり、前記各カートリッジ夫々をベースプレートに回転可能に保持するカートリッジ毎に設けた回転ローラと、前記カーリッジ毎の回転ローラに連結した複数のプーリとベースプレートに保持された駆動力源に連結したプーリとに夫々巻掛けられ、駆動力源の回転により前記２つの脱カートリッジと前記２つの着カートリッジとを互いに逆方向に回転させるベルト伝動手段と、を備える。

したがって、本発明では、各カートリッジ夫々をベースプレートに回転可能に保持するカートリッジ毎に設けた回転ローラと、前記カーリッジ毎の回転ローラに連結した複数のプーリとベースプレートに保持された駆動力源に連結したプーリとに夫々巻掛けられ、駆動力源の回転により前記２つの脱カートリッジと前記２つの着カートリッジとを互いに逆方向に回転させるベルト伝動手段と、を備えるため、正転用・逆転用のトルクモータを必要とせず１個のトルクモータでよいため、低コストのノズル・チップ脱着ユニットとすることができ、また、簡単に構造とすることができ、小型化できる。

以下、本発明の溶接ノズル・チップ交換装置を一実施形態に基づいて説明する。図１〜図７は本発明を適用した溶接ノズル・チップ交換装置の第１実施形態を示し、図１は溶接ノズル・チップ交換装置が適用される溶接ラインの一例を示す概要図、図２は溶接トーチの断面図、図３は溶接ノズル・チップ交換装置の平面図、図４は溶接ノズル・チップ交換装置の側面図、図５は溶接ノズル・チップ交換装置におけるノズルカートリッジの断面図、図６は溶接ノズル・チップ交換装置におけるチップカートリッジの断面図、図７は溶接チップ・ノズル交換の手順を示すフローチャートである。

図１により、先ず溶接ノズル・チップ交換装置が適用される溶接ラインの一例を説明する。溶接ラインは、ワークＷに対して溶接ロボットＲ１により溶接加工する複数の溶接ステージＳが配置されており、ワークＷは各溶接ステージＳ間に配置された搬送用ハンドリングロボットＲ２により前工程の溶接ステージＳから次行程の溶接ステージＳに、矢印に示すように、順次搬送される。各溶接ステージＳに搬送されたワークＷは各溶接ステージＳに配置された溶接ロボットＲ１に装備された溶接トーチＴにより溶接加工される。搬送用ハンドリングロボットＲ２と溶接ロボットＲ１の各ハンドは、夫々点線で示した扇状範囲に移動可能である。搬送用ハンドリングロボットＲ２は、図示しないが、ワーク搬送時においてはアームの先端にワーク把持ハンドを装着しており、溶接ロボットＲ１よりの要求により、溶接ノズル・チップの交換時においては、ワーク把持ハンドに代えて、近接させて配置された置き台ＴＢに配置されている溶接ノズル・チップ交換装置としてのノズル・チップ脱着ユニット１をアーム先端に装着して、一点鎖線で示すように、溶接ロボットＲ１との協調動作により、溶接トーチＴのノズル・チップ交換作業を実施する。

前記溶接ロボットＲ１のアーム先端に装備されている溶接トーチＴは、図２に示すように、トーチ本体Ｔ１に嵌め込まれた円筒状のチップ本体Ｔ２のねじにチップＴ３がねじ込まれ、このチップＴ３を囲繞するように、トーチ本体Ｔ１の外面のねじに円筒状のノズルＴ４がねじ込まれて形成されている。チップＴ３は溶接芯線Ｔ５をガイドする円錐筒状に形成されている。なお、図示しないが、チップ本体の基部側の壁部には、シールドガスの出口が設けられている。

前記溶接チップＴ３は、溶接芯線Ｔ５との接触により摩耗(減り)し、溶接芯線Ｔ５の位置ズレを発生させる。また、溶接ノズルＴ４は、アーク溶接でのスパッタによるノズルＴ４の詰まりを引き起こし、溶接ビードのピットやブローホールなどの溶接品質不良を発生させる。このため、定期的にノズルＴ４(新品若しくは清掃済みの)や溶接チップＴ３の交換を行なう必要がある。前記ノズルＴ４は、新品若しくは清掃済みのノズルＴ４に交換され、チップＴ３は摩耗のない新品に交換される。

前記溶接ノズル・チップ交換装置としてのノズル・チップ脱着ユニット１は、図３，４に示すように、２個のノズルカートリッジ２，３と、２個のチップカートリッジ４，５と、前記各カートリッジ２〜５の外周に接触して各カートリッジ２〜５を夫々回転可能に支持する３個のローラ６Ａ〜６Ｃ、７Ａ〜７Ｃ、８Ａ〜８Ｃ、９Ａ〜９Ｃにより構成された４組のカートリッジ保持手段６〜９と、駆動手段としてのトルクモータ１０と、トルクモータ１０の駆動力により前記カートリッジ保持手段６〜９の前記ローラを回転させる伝動手段１１と、各カートリッジ保持手段６〜９のローラの内の各１個のローラ６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，９Ｃを各カートリッジ２〜５に対して進退させてクランプ・アンクランプするクランプ手段１２と、これらを支持するベースプレート１３と、溶接ノズル・チップ交換時に溶接芯線Ｔ５の先端を切断する、図示しないエアーカッタと、を備える。

前記４組のカートリッジ保持手段６〜９は、３個のローラの内の、１個をクランプ手段１２のためのクランプ用ローラ６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，９Ｃとし、１個を駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａとし、残りの１個をアイドラローラ６Ｂ，７Ｂ，８Ｂ，９Ｂとしている。そして、駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａとアイドラローラ６Ｂ，７Ｂ，８Ｂ，９Ｂとは、各カートリッジ２〜５の一方の側にあってカートリッジ２〜５に対して直交する方向から接触するよう配置されており、クランプ用ローラ６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，９Ｃはカートリッジ２〜５の他方の側にあって、前記駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａ及びアイドラローラ６Ｂ，７Ｂ，８Ｂ，９Ｂと対向する方向からカートリッジ２〜５に接触するよう配置されている。

前記ノズルカートリッジ２，３は、溶接トーチＴのノズルＴ４を脱着するために外径が大径に形成され、チップカートリッジ４，５は溶接トーチＴのノズルＴ４内に収容されたチップＴ３を脱着するために外径が小径に形成されている。これらのカートリッジ２〜５の外周には、ローレット加工により多数の溝が形成され、駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａの外周に設けたローレット加工による多数の溝と係合して、両者間の接触時の滑りを防止して、駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａによる回転力が確実にカートリッジ２〜５に伝達されるようにしている。

前記ノズルカートリッジ２，３を保持するカートリッジ保持手段６，７の３個のローラの間隔は、ノズルカートリッジ２，３の外径に応じて大きくされており、前記チップカートリッジ４，５を保持するカートリッジ保持手段８，９の３個のローラの間隔は、チップカートリッジ４，５の外径に応じて小さくされている。

前記４組のカートリッジ保持手段６〜９のアイドラローラ６Ｂ，７Ｂ，８Ｂ，９Ｂは、スプリングにより各カートリッジ２〜５に接触するよう付勢されている。また、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａの回転軸は、ベースプレート１３を貫通して下面より突出されており、その突出した回転軸には、伝動手段１１を構成するプーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄが固定されている。

また、前記４組のカートリッジ保持手段６〜９のクランプ用ローラ６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，９Ｃは、ベースプレート１３にスライダを介して移動可能であり且つスプリング１２Ｂにより各カートリッジ２〜５に接近する方向に付勢されたスライド部材１２Ａに回転自在に支持されて、クランプ手段１２を構成している。このため、各クランプ用ローラ６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，９Ｃは、スプリング１２Ｂに付勢されたスライド部材１２Ａの移動により、各カートリッジ２〜５の外周に接触して各カートリッジ２〜５をクランプ(クランプ位置)し、スライド部材１２Ａがスプリング１２Ｂに抗して移動される時、各カートリッジ２〜５の外周から離反(アンクランプ位置)して、各カートリッジ２〜５をカートリッジ保持手段６〜９より取外し可能とする。

前記駆動手段としてのトルクモータ１０は、ベースプレート１３の上面に固定され、その駆動軸はベースプレート１３を貫通して下方に突出させて配置され、その突出した回転軸には、伝動手段１１を構成する駆動プーリ１０Ｄが固定されている。

前記伝動手段１１は、前記ベースプレート１３の下面に配置された駆動プーリ１０Ｄと、各カートリッジ保持手段６〜９の各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａの回転軸に固定されたプーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄと、の間に架け渡したベルト１１Ａを備える。前記ベルト１１Ａは、ノズルカートリッジ２、３及びチップカートリッジ４，５の内のノズルＴ４及びチップＴ３を溶接トーチＴより取外すノズル・チップ脱カートリッジ２，４の保持手段６，８の駆動ローラ６Ａ、８Ａに連結したプーリ６Ｄ、８Ｄに対する巻掛け方向と、ノズルＴ４及びチップＴ３を溶接トーチＴへ取付けるノズル・チップ着カートリッジ３，５の保持手段７，９の駆動ローラ７Ａ，９Ａに連結したプーリ７Ｄ、９Ｄに対する巻掛け方向とは、逆方向としている。また、ベルト１１Ａの各プーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄに対する巻掛け角度を調整するために、複数のアイドラプーリを、駆動プーリ１０Ｄと各カートリッジ保持手段６〜９の各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａの回転軸に固定されたプーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄとの間に、配置して備える。

トルクモータ１０を回転させると、ベルト１１Ａを介して各プーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄが回転され、ノズルＴ４及びチップＴ３を溶接トーチＴより取外す脱カートリッジ２，４の駆動ローラ２Ａ，４Ａと、ノズルＴ４及びチップＴ３を溶接トーチＴへ取付ける着カートリッジ３，５の駆動ローラ３Ａ，５Ａとは、互いに逆方向に回転する。このため、ノズルＴ４及びチップＴ３を溶接トーチＴより取外す脱カートリッジ２，４とノズルＴ４及びチップＴ３を溶接トーチＴへ取付ける着カートリッジ３，５とは、互いに逆方向に回転される。

前記ベースプレート１３は、図４に示すように、ハンドリングロボットＲ２のアームの先端に位置決め係合される係合ピン１３Ａが形成されている。従って、ベースプレート１３の係合ピン１３Ａにより、搬送用ハンドリングロボットＲ２により保持されて、図１に示すように、溶接ロボットＲ１との間で溶接ノズルＴ４・チップＴ３の脱着が行われる。

前記２個のノズルカートリッジ２、３は、図５に示すように、軸方向中途部の隔壁を挟んで上方に収容穴２１を備え、カートリッジ保持手段６，７の３個のローラに接触して保持される外筒２０と、溶接トーチＴのノズルＴ４に係合する軸方向の係合穴２４を備えると共に、外筒２１内に昇降移動可能に収容され、下方に延びて外筒２１の隔壁に設けた穴を貫通し、貫通ピンにより抜け止された軸部２３を備える内筒２２と、を備える。また、前記２個のノズルカートリッジ２，３は、前記内筒２２の軸部２３を取囲んで配置され、内筒２２を外筒２０から突出するよう付勢するスプリング２５を備える。

前記内筒２２の軸部２３には、軸方向に延びるキー溝２３Ａが形成される一方、外筒２０には半径方向に貫通され且つ前記軸部２３が貫通する穴に開口するねじ穴が形成されている。そして、このねじ穴にねじ込まれたネジ２６の先端が前記内筒２２の軸部２３に設けたキー溝２３Ａに係合させることにより、内筒２２と外筒２０とは一体となって回転するよう構成している。

そして、ノズル脱カートリッジ２においては、内筒２２のノズルＴ４に係合する軸方向の係合穴２４は空状態とされ、ノズル着カートリッジ３においては、内筒２２のノズルＴ４に係合する軸方向の係合穴２４には新規なノズルＴ４が装着されている。

前記２個のチップカートリッジ４、５は、図６に示すように、軸方向中途部の隔壁を挟んで上方に収容穴３１を備え、カートリッジ保持手段８，９の３個のローラに接触して保持される外筒３０と、溶接トーチＴのチップＴ３に係合する軸方向の係合穴３４を備えると共に、外筒３０内に昇降移動可能に収容され、下方に延びて外筒３０の隔壁に設けた穴を貫通し、貫通ピンにより抜け止された軸部３３を備える内筒３２と、を備える。また、前記２個のチップカートリッジ４，５は、前記内筒３２の軸部３３を取囲んで配置され、内筒３２を外筒３０から突出するよう付勢するスプリング３５を備える。

前記内筒３２の軸部３３には、軸方向に延びるキー溝３３Ａが形成される一方、外筒３０には半径方向に貫通され且つ前記軸部３３が貫通する穴に開口するねじ穴が形成されている。そして、このねじ穴にねじ込まれたネジ３６の先端が前記内筒３２の軸部３３に設けたキー溝３３Ａに係合させることにより、内筒３２と外筒３０とは一体となって回転するよう構成している。

そして、チップ脱カートリッジ４においては、内筒３２のチップＴ３に係合する軸方向の係合穴３４は空状態とされ、チップ着カートリッジ５においては、内筒３２のチップＴ３に係合する軸方向の係合穴３４には新規なチップＴ３が装着されている。

以上の構成の溶接ノズル・チップの交換装置の動作について以下に説明する。図７は溶接チップ・ノズル交換の手順を示すフローチャートである。なお、図中左側のステップＳ１〜Ｓ１３で示すフローチャートは溶接ロボットＲ１による処理手順を示し、図中右側のステップＳ２１〜Ｓ３３で示すフローチャートは搬送用ハンドリングロボットＲ２による処理手順を示し、右側のフローチャートと左側のフローチャートとの間において、一点鎖線で示す各矢印は、ロボット間の指令授受の伝達状態を示している。

先ず、溶接ロボットＲ１は、ステップＳ１において、ワークＷに対する自動溶接が終了する毎に、溶接結果の良否を確認し、溶接トーチＴに使用されているチップＴ３及び／又はノズルＴ４の交換が必要か否かを確認し、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、溶接トーチＴのチップＴ３又はノズルＴ４の交換が必要かどうか判断する。チップＴ３及びノズルＴ４の交換が必要でないと判定された場合にはステップＳ１３へ進み、次のワークＷに対する自動溶接が開始される。また、チップＴ３又はノズルＴ４の交換が必要と判定された場合にはステップＳ３へ進む。同時に、搬送用ハンドリングロボットＲ２に対して、チップＴ３又はノズルＴ４交換の必要の有無の指令信号を出力する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、ステップＳ２１において、チップＴ３又はノズルＴ４交換の必要の有無に応じて、チップＴ３及びノズルＴ４の交換が必要でないと判定された場合には通常の搬送作業を継続する。また、チップＴ３又はノズルＴ４の交換が必要と判定された場合にはステップＳ２２へ進む。

溶接ロボットＲ１は、ステップＳ３において、溶接芯線Ｔ５の溶融により変形している先端を切断し、ステップＳ４へ進み、溶接芯線送給装置（図示せず）にて溶接芯線Ｔ５を引き戻し、ステップＳ５へ進む。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、ステップＳ２２において、アーム先端に装着しているワーク把持ハンドを外し、代りに置き台ＴＢに載置されているチップＴ３・ノズルＴ４の脱着ユニット１をアーム先端に装着し、ステップＳ２３へ進み、チップ・ノズル交換位置まで移動し、溶接ロボットＲ１へチップ・ノズル交換の準備が終了した信号を出力する。

溶接ロボットＲ１は、ステップＳ５において、溶接トーチＴのチップＴ３の交換が必要であるか否かを判定し、必要でない場合にはステップＳ８へ進み、必要である場合にはステップＳ６へ進む。同時に、搬送用ハンドリングロボットＲ２へチップ交換の必要の有無の指令信号を出力する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、ステップＳ２４において、チップ交換の必要の有無に応じて、チップＴ３の交換が必要でないと判定された場合にはステップＳ２８へ進む。また、チップＴ３の交換が必要と判定された場合にはステップＳ２５へ進む。

溶接ロボットＲ１は、ステップＳ６において、搬送用ハンドリングロボットＲ２に装着されているノズル・チップ脱着ユニット１のチップ脱カートリッジ４と溶接トーチＴとの軸心を一致させ、溶接トーチＴをチップ脱カートリッジ４に接近させる。そして、溶接トーチＴのノズルＴ４内に収容しているチップＴ３をチップ脱カートリッジ４の内筒３２に設けられている係合穴３４に嵌合させ、予め設定した所定の押込み力により内筒３２を押込む。内筒３２は内蔵しているスプリング３５を撓ませて押込み力を吸収し、溶接トーチＴには過大な外力が作用せず、その曲がり等が発生しない。挿入が完了した段階で、搬送用ハンドリングロボットＲ２に対して、ステップＳ２５の作業開始指令を出力すると共に、溶接ロボットＲ１はその状態で待機する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、溶接ロボットＲ１よりの作業開始指令に基づき、ステップＳ２５による使用済みのチップＴ３の取外し作業を開始する。具体的には、トルクモータ１０を回転させ、駆動プーリ１０Ｄ・ベルト１１Ａ・各プーリ６Ｄ、７Ｄ、８Ｄ、９Ｄを介して、各駆動ローラ６Ａ、７Ａ、８Ａ、９Ａを回転させ、各駆動ローラ６Ａ、７Ａ、８Ａ、９Ａに接触している各脱着カートリッジ２〜５を回転させる。チップ脱カートリッジ４は駆動ローラ８Ａにより外筒３０が回転されることにより、キー溝３３Ａを介して内筒３２を回転させ、係合穴３４に嵌合しているチップＴ３を回転させて、トーチ本体Ｔ１に対するネジを緩めて、トーチ本体Ｔ１からチップＴ３を取外す。そして、使用済みチップＴ３の取外しが完了すると、トルクモータ１０の回転を停止させ、チップ取外しの完了信号を溶接ロボットＲ１に出力し、その状態で待機する。

溶接ロボットＲ１は、搬送用ハンドリングロボットＲ２よりチップ取外しの完了信号を受信した段階で、待機状態からステップＳ７に進み、搬送用ハンドリングロボットＲ２に装着されているノズル・チップ脱着ユニット１のチップ着カートリッジ５と溶接トーチＴとの軸心を一致させ、溶接トーチＴをチップ着カートリッジ５に接近させる。そして、溶接トーチＴのノズルＴ４内のトーチ本体Ｔ１のねじ穴とチップ着カートリッジ５の内筒３２に保持している新チップＴ３のねじとを接触させ、予め設定した所定の押込み力により内筒３２を押込む。内筒３２は内蔵しているスプリング３５を撓ませて押込み力を吸収し、溶接トーチＴには過大な外力が作用せず、その曲がり等が発生しない。これらの作業が完了した段階で、搬送用ハンドリングロボットＲ２に対して、ステップＳ２６の作業開始指令を出力すると共に、溶接ロボットＲ１はその状態で待機する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、溶接ロボットＲ１よりの作業開始指令に基づき、ステップＳ２６による新チップＴ３の取付作業を開始する。具体的には、トルクモータ１０を回転させ、駆動プーリ１０Ｄ・ベルト１１Ａ・各プーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄを介して、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａを回転させ、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａに接触している各脱着カートリッジ２〜５を回転させる。チップ着カートリッジ５は駆動ローラ９Ａにより外筒３０が回転されることにより、キー溝３３Ａを介して内筒３２を回転させ、係合穴３４に保持している新チップＴ３を回転させて、トーチ本体Ｔ１に対するネジをねじ込み、トーチ本体Ｔ１に新チップＴ３を取付ける。そして、ステップＳ２７において、ねじ込みトルクが予め設定した規定トルクに達した段階で、新チップＴ３の取付け完了と判断し、トルクモータ１０の回転を停止させ、新チップ取付けの完了信号を溶接ロボットＲ１に出力し、ステップＳ２８へ進む。

溶接ロボットＲ１は、搬送用ハンドリングロボットＲ２より取付完了信号が入力されると、ステップＳ８へ進み、溶接トーチＴのノズルＴ４の交換が必要であるか否かを判定し、必要でない場合にはステップＳ１１へ進み、必要である場合にはステップＳ９へ進む。同時に、搬送用ハンドリングロボットＲ２へノズルＴ４交換の必要の有無の指令信号を出力する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、ステップＳ２８において、ノズルＴ４交換の必要の有無に応じて、ノズルＴ４の交換が必要でないと判定された場合にはステップＳ２３２へ進む。また、ノズルＴ４の交換が必要と判定された場合にはステップＳ２９へ進む。

溶接ロボットＲ１は、ステップＳ９において、搬送用ハンドリングロボットＲ２に装着されているノズル・チップ脱着ユニット１のノズル脱カートリッジ２と溶接トーチＴとの軸心を一致させ、溶接トーチＴをノズル脱カートリッジ２に接近させる。そして、溶接トーチＴのノズルＴ４をノズル脱カートリッジ２の内筒２２に設けられている係合穴２４に嵌合させ、予め設定した所定の押込み力により内筒２２を押込む。内筒２２は内蔵しているスプリング２５を撓ませて押込み力を吸収し、溶接トーチＴには過大な外力が作用せず、その曲がり等が発生しない。挿入が完了した段階で、搬送用ハンドリングロボットＲ２に対して、ステップＳ２９の作業開始指令を出力すると共に、溶接ロボットＲ１はその状態で待機する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、溶接ロボットＲ１よりの作業開始指令に基づき、ステップＳ２９による使用済みのノズルＴ４の取外し作業を開始する。具体的には、トルクモータ１０を回転させ、駆動プーリ１０Ｄ・ベルト１１Ａ・各プーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄを介して、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａを回転させ、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａに接触している各脱着カートリッジ２〜５を回転させる。ノズル脱カートリッジ２は駆動ローラ６Ａにより外筒２０が回転されることにより、キー溝２３Ａを介して内筒２２を回転させ、係合穴２４に嵌合しているノズルＴ４を回転させて、トーチ本体Ｔ１に対するネジを緩めて、トーチ本体Ｔ１からノズルＴ４を取外す。そして、使用済みノズルＴ４の取外しが完了すると、トルクモータ１０の回転を停止させ、ノズル取外しの完了信号を溶接ロボットＲ１に出力し、その状態で待機する。

溶接ロボットＲ１は、搬送用ハンドリングロボットＲ２よりノズル取外しの完了信号を受信した段階で、待機状態からステップＳ１０に進み、搬送用ハンドリングロボットＲ２に装着されているノズル・チップ脱着ユニット１のノズル着カートリッジ３と溶接トーチＴとの軸心を一致させ、溶接トーチＴをノズル着カートリッジ３に接近させる。そして、溶接トーチＴのトーチ本体Ｔ１のノズル用ねじとノズル着カートリッジ３の内筒２２に保持している新ノズルＴ４のねじとを接触させ、予め設定した所定の押込み力により内筒２２を押込む。内筒２２は内蔵しているスプリング２５を撓ませて押込み力を吸収し、溶接トーチＴには過大な外力が作用せず、その曲がり等が発生しない。これらの作業が完了した段階で、搬送用ハンドリングロボットＲ２に対して、ステップＳ３０の作業開始指令を出力すると共に、溶接ロボットＲ１はその状態で待機する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、溶接ロボットＲ１よりの作業開始指令に基づき、ステップＳ３０による新ノズルＴ４の取付作業を開始する。具体的には、トルクモータ１０を回転させ、駆動プーリ１０Ｄ・ベルト１１Ａ・各プーリ６Ｄ，７Ｄ，８Ｄ，９Ｄを介して、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａを回転させ、各駆動ローラ６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａに接触している各脱着カートリッジ２〜５を回転させる。ノズル着カートリッジ３は駆動ローラ７Ａにより外筒２０が回転されることにより、キー溝２３Ａを介して内筒２２を回転させ、係合穴２４に保持している新ノズルＴ４を回転させて、トーチ本体Ｔ１に対するネジをねじ込み、トーチ本体Ｔ１に新ノズルＴ４を取付ける。そして、ステップＳ３１において、ねじ込みトルクが予め設定した規定トルクに達した段階で、新ノズルＴ４の取付け完了と判断し、トルクモータ１０の回転を停止させ、新ノズル取付けの完了信号を溶接ロボットＲ１に出力し、ステップＳ３２へ進む。以上により、ノズルＴ４およびチップＴ３の交換作業が完了する。

溶接ロボットＲ１は、搬送用ハンドリングロボットＲ２よりの新ノズル取付けの完了信号を受信すると、待機状態を解除してステップＳ１１へ進み、溶接ロボットＲ１を原点位置へ復帰させ、ステップＳ１２へ進み、溶接芯線送給装置（図示せず）にて溶接芯線Ｔ５を繰出し、ステップＳ１３へ進み、ワークＷへの自動溶接を開始する。

搬送用ハンドリングロボットＲ２は、ステップＳ３２において、アーム先端に装着しているノズル・チップ脱着ユニット１を置き台に載置して外し、代りにワーク把持ハンドを装着し、ステップＳ３３へ進み、ロボット原点位置に戻り、通常の搬送作業を開始する。

なお、上記交換作業が終了したノズル・チップ脱着ユニット１の、ノズル脱カートリッジ２における使用済みノズルＴ４、チップ脱カートリッジ４における使用済みチップＴ３は、取外されて、夫々清掃および修復が実施され、清掃済み・修復済み若しくは新品に交換されて、ノズル着カートリッジ３及びチップ着カートリッジ５に装着されて、更新されたノズル・チップ脱着ユニット１として、再度交換作業に使用される。

この場合、本実施形態においては、スライド部材１２Ａをスプリング１２Ｂに抗して各カートリッジ２〜５から離反する方向にスライドさせることにより、各クランプローラ６Ｃ，７Ｃ，８Ｃ，９Ｃが各カートリッジ２〜５より離反してアンクランプ状態となる。このため、全てのカートリッジ２〜５を一度に取外すことができる。そして、予め用意したノズル脱カートリッジ２、ノズル着カートリッジ３、チップ脱カートリッジ４、チップ着カートリッジ５を同様の位置に配置し、スライド部材１２Ａをスプリング１２Ｂによりカートリッジ２〜５の方向に移動させることにより、再度使用可能な状態とすることができる。従って、複数のノズル・チップ脱着ユニット１若しくは複数組のノズル・チップ着脱カートリッジ２〜５を準備しておけば、ノズル・チップ脱着ユニット１の更新作業を円滑に実施できる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）溶接トーチＴのチップＴ３を収容するノズルＴ４に係合してノズルＴ４をトーチ本体Ｔ１から取外すノズル脱カートリッジ２と、溶接トーチＴへ取付けるノズルＴ４を係合保持してノズルＴ４をトーチ本体Ｔ１に係合させるノズル着カートリッジ３と、溶接トーチＴの溶接芯線Ｔ５をガイドするチップＴ３に係合してチップＴ３をトーチ本体Ｔ１から取外すチップ脱カートリッジ４と、溶接トーチＴへ取付けるチップＴ３を係合保持してチップＴ３をトーチ本体Ｔ１に係合させるチップ着カートリッジ５と、を備えるものであり、前記各カートリッジ夫々をベースプレート１３に回転可能に保持するカートリッジ毎に設けた回転ローラ６Ａ〜６Ｃ・・・・９Ａ〜９Ｃと、前記カーリッジ２〜５毎の回転ローラに連結した複数のプーリ６Ｄ〜９Ｄとベースプレート１３に保持された駆動力源に連結したプーリ１０Ｄとに夫々巻掛けられ、駆動力源の回転により前記２つの脱カートリッジ２，４と前記２つの着カートリッジ３，５とを互いに逆方向に回転させるベルト伝動手段１１と、を備える。このため、正転用・逆転用のトルクモータ１０を必要とせず１個のトルクモータ１０でよいため、低コストのノズル・チップ脱着ユニット１とすることができ、また、簡単に構造とすることができ、小型化できる。

(イ)各カートリッジは、ベースプレート１３上に、ノズル脱カートリッジ２、ノズル着カートリッジ３、チップ脱カートリッジ４、チップ着カートリッジ５の順に配列されていることにより、ノズルＴ４のみ交換、チップＴ３のみ交換、ノズルＴ４とチップＴ３両方交換の３パターンの交換作業を行うのに適した配置となり、溶接ロボットＲ１移動時間の低減が図れる。

(ウ)ベースプレート１３は、溶接ワークＷをステージ間で搬送する搬送用ハンドリングロボットＲ２に装着可能に構成され、溶接ノズル・チップの交換時に、ワーク把持ハンドに代えて搬送用ハンドリングロボットＲ２に装着されて、溶接ロボットＲ１との協調動作により溶接ロボットＲ１の溶接ノズルＴ４・チップＴ３が交換されるため、締め付けトルクの管理が可能となり、人による締め付け不足のため、緩みが発生し、トーチ干渉などの不具合によるライン停止が発生することを防止できる。また、溶接ロボットＲ１と工程間の搬送用ハンドリングロボットＲ２との制御組み合わせにより、溶接ロボットＲ１毎にノズル・チップ脱着ユニット１を必要とせず、複数の溶接ロボットＲ１に対して１個のノズル・チップ脱着ユニット１で対応でき、投資削減が可能である。

(エ)各カートリッジ２〜５は、弾性手段としてのスプリング２５，３５により弾性支持された内筒２２，３２を備え、前記内筒２２，３２にノズルＴ４若しくはチップＴ３に係合若しくはノズルＴ４若しくはチップＴ３を保持する係合穴２４，３４が設けられているため、各カートリッジ２〜５毎に適正なスプリング力を調整することが可能であり、溶接トーチＴへ過負荷が発生しないことによる曲がり防止が図れる。また、ノズルＴ４がある状態でもチップＴ３のみ交換が可能であり、夫々の周期に合わせた交換が可能である。

本発明の一実施形態を示す溶接ノズル・チップ交換装置が適用される溶接ラインの一例を示す概要図。 同じく溶接トーチの断面図。 溶接ノズル・チップ交換装置の平面図。 溶接ノズル・チップ交換装置の側面図。 溶接ノズル・チップ交換装置におけるノズルカートリッジの断面図。 溶接ノズル・チップ交換装置におけるチップカートリッジの断面図。 溶接チップ・ノズル交換の手順を示すフローチャート。

符号の説明

Ｒ１ 溶接ロボット
Ｒ２ 搬送用ハンドリングロボット
Ｔ 溶接トーチ
Ｔ３ チップ、溶接チップ
Ｔ４ ノズル、溶接ノズル
Ｗ ワーク
１ 溶接ノズル・チップ交換装置としてのノズル・チップ脱着ユニット
２ ノズル脱カートリッジ
３ ノズル着カートリッジ
４ チップ脱カートリッジ
５ チップ着カートリッジ
６〜９ カートリッジ保持手段
１０ トルクモータ
１１ ベルト伝動装置
１２ クランプ手段
１３ ベースプレート

Claims (4)

1. 溶接トーチのチップを収容するノズルに係合してノズルをトーチ本体から取外すノズル脱カートリッジと、
   溶接トーチへ取付けるノズルを係合保持してノズルをトーチ本体に係合させるノズル着カートリッジと、
   溶接トーチの溶接芯線をガイドするチップに係合してチップをトーチ本体から取外すチップ脱カートリッジと、
   溶接トーチへ取付けるチップを係合保持してチップをトーチ本体に係合させるチップ着カートリッジと、
   前記各カートリッジ夫々をベースプレートに回転可能に保持するカートリッジ毎に設けた回転ローラと、
   前記カーリッジ毎の回転ローラに連結した複数のプーリとベースプレートに保持された駆動力源に連結したプーリとに夫々巻掛けられ、駆動力源の回転により前記２つの脱カートリッジと前記２つの着カートリッジとを互いに逆方向に回転させるベルト伝動手段と、を備えることを特徴とする溶接ノズル・チップ交換装置。
2. 前記各カートリッジは、ベースプレート上に、ノズル脱カートリッジ、ノズル着カートリッジ、チップ脱カートリッジ、チップ着カートリッジの順に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接ノズル・チップ交換装置。
3. 前記ベースプレートは、溶接ワークをステージ間で搬送する搬送用ハンドリングロボットに装着可能に構成され、溶接ノズル・チップの交換時に、ワーク把持ハンドに代えて搬送用ハンドリングロボットに装着されて、溶接ロボットとの協調動作により溶接ロボットの溶接ノズル・チップが交換されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接ノズル・チップ交換装置。
4. 前記各カートリッジは、弾性手段により弾性支持された内筒を備え、前記内筒にノズル若しくはチップに係合若しくはノズル若しくはチップを保持する係合穴が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の溶接ノズル・チップ交換装置。

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