JP2012016806A - 溶接用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】溶接用ロボットの姿勢を変更しても画像センサが邪魔にならないようにする。
【解決手段】溶接用ロボット１において、アーム部１５の先端に手首部１６を介して溶接ツール１７を取り付ける。手首部１６に移動手段２６を取り付けると共に移動手段２６を介して画像センサ２５を取り付け、この移動手段２６を、画像センサ２５を溶接ツール１７に対して移動させる構造とする。また、移動手段２６を、画像センサ２５を手首部１６の軸芯に沿って移動させる構造とする。或いは、移動手段２６を、画像センサ２５を手首部１６の軸芯回りに移動させる構造とする。移動手段２６を、画像センサ２５を手首部１６の軸芯に対して垂直方向に移動させる構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、多軸の動作によって制御されるアーム部を動かして溶接を行う溶接用ロボットに関するものである。

従来より、多軸の動作によってアーム部を動かしながら溶接を行う溶接用ロボットにおいては、溶接位置などを設定するためにセンシングを行うことが一般に行われている。溶接用ロボットでは、センシング用にセンサが設けられているが、センサを設ける技術として特許文献１や特許文献２に示すものがある。
特許文献１の溶接用ロボットでは、ＸＹＺ３軸方向に移動可能なアーム部支持部と、このアーム部支持部に一端が固定されてワーク表面に向かって垂直方向に伸びる軸を有するとともにこの軸のまわりに回動自在な第１アーム部と、この第１アーム部の他端に一端が固定されて垂直方向に対して直角に伸びる軸を有するとともにこの軸のまわりに回動自在な第２アーム部と、この第２アーム部の他端に一端が固定されてレーザ光投射面内にて第２アーム部の軸と斜交する軸を有し、この軸に沿い他端の加工用レーザノズルから被溶接物の端面にレーザ光を出射する第３アーム部とを備え、第３アーム部にトラッキングセンサが固定されている。

特許文献２の溶接用ロボットでは、アーム部先端部には溶接トーチ及びレーザセンサが取り付けられ、レーザセンサによってレーザビームでロボット進行方向側のセンシング領域を偏向走査し、ＣＣＤカメラでその軌跡を撮像している。そして、この溶接用ロボットでは、撮像した映像に基づいて溶接線の位置が計算されて、計算された溶接線に基づいてトラッキング用の教示データを作成している。

特開平７−９３７３号公報 特開平７−１０４８３１号公報

特許文献１の溶接用ロボットでは、トラッキングセンサが第３アーム部に固定していて移動不能になっているため、例えば、溶接用ロボットの姿勢を変更したときにトラッキングセンサがワークやワーク周辺の機材などに接近して溶接用ロボットによる溶接ができない場合があった。また、特許文献２の溶接用ロボットであっても、レーザセンサがアーム部先端部に固定されているため、特許文献１と同様に、溶接用ロボットの姿勢によっては溶接ができない場合があった。即ち、特許文献１や特許文献２では、溶接用ロボットの姿勢によっては、センシングするためのセンサが邪魔になることがあった。このような場合、溶接用ロボットによる溶接を一時的に中断して、人手によって溶接を行うこともあった。

そこで、本発明は、問題点に鑑み、溶接用ロボットの姿勢に関わらず、画像センサが邪魔にならず自由に画像センサを移動させることができる溶接用ロボットを提供するようにしたものである。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、多軸の動作によって制御されるアーム部を有する溶接用ロボットにおいて、前記アーム部の先端には、手首部を介して溶接ツールが取り付けられ、前記手首部には、移動手段が取り付けられると共に当該移動手段を介して画像センサが取り付けられ、前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツールに対して移動させることができるように構成されている点にある。

前記移動手段は、前記画像センサを前記手首部の軸芯に沿って移動させることができるように構成されていることが好ましい。
前記移動手段は、前記画像センサを前記手首部の軸芯回りに移動させることができるように構成されていることが好ましい。
前記移動手段は、前記画像センサを前記手首部に対して近接離反移動させることができるように構成されていることが好ましい。

前記手首部に代えて溶接ツールに移動手段が取り付けられていることが好ましい。
前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツールに沿って移動させることができるように構成されていることが好ましい。
前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツール回りに移動させることができるように構成されていることが好ましい。

前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツールに対して近接離反移動させることができるように構成されていることが好ましい。

本発明によれば、溶接用ロボットの姿勢に関わらず、画像センサが邪魔にならず自由に画像センサを移動させることができる。それゆえ、例えば、溶接用ロボットにおける溶接を中断することなく溶接を続けることができる。

アーク溶接を行う溶接用ロボットと、この溶接用ロボットを制御する制御装置との全体図である。 第１実施形態の溶接用ロボットにおける手首部付近の拡大図である。 第２実施形態の溶接用ロボットにおける手首部付近の拡大図である。 第２実施形態の溶接用ロボットにおける手首部の断面図である。 第３実施形態の溶接用ロボットにおける溶接ツール付近の拡大図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、アーク溶接を行う溶接用ロボット１と、この溶接用ロボット１を制御する制御装置２との全体図を示したものである。
図１に示すように、溶接用ロボット１は、例えば、垂直多関節型の６軸のロボットであって、据付ベース３に近い第１軸４から順に、第２軸５、第３軸６、第４軸７、第５軸８及び第６軸９の回転軸を備える。それぞれの回転軸は、据付ベース３から順に設けられた第１リンク部材１１、第２リンク部材１２、第３リンク部材１３、第４リンク部材１４、第５リンク部材１５（アーム部）によって接続され、据付ベース３から最も離れていて一端が第６軸９に連結される第６リンク部材１６（手首部）には、溶接を行う溶接ツール１７が設けられている。即ち、溶接用ロボット１の先端部に着目すると、アーム部１５の先端には手首部１６が設けられ、この手首部１６を介して溶接ツール１７が設けられているものとなっている。

制御装置２は、教示データにしたがって溶接用ロボット１をコントロールすると共に溶接用ロボット１側からのデータの処理を行う制御盤２０と、この制御盤２０に各種命令や教示位置を入力したり教示プログラムに設定された命令の実行を指示する教示ペンダント２１と、教示データをオフラインにて作成等を行うコンピュータ２２（パーソナルコンピュータ）とを備えている。

以下、本発明の溶接用ロボット１について詳しく説明する。
溶接用ロボット１では、多数の回転軸４〜９の周りにリンク部材１１〜１６を揺動又は回転させることによって溶接ツール１７に設けた溶接トーチ２４の向きを変えワークの溶接を行うのが一般的である。溶接トーチ２４の向きを変えた場合、手首部１６に設けた画像センサ２５がワークやワーク周辺の機材（例えば、ワークを支持する台座や設置壁）に干渉することがあり、画像センサ２５が溶接トーチ２４を動かす制約となることがある。そこで、本発明では、手首部１６に移動手段２６を取り付け、この移動手段２６に画像センサ２５を取り付けている。

まず、画像センサ２５について説明する。図２に示すように、画像センサ２５は、ＣＣＤカメラ等で構成された撮像部２７と、スリット状又はシート状のレーザ光を発光する投光部２８と、撮像部２７や投光部２８を収容するケース２９とを備えている。
このような画像センサ２５では、投光部２８からレーザ光を溶接トーチ２４又はワークに向けて出射し、レーザ光を含む溶接トーチ２４やワークを撮像部２７によって撮像し、撮像した画像を処理することによって距離を計測することができる。

図２に示すように、移動手段２６は、画像センサ２５の干渉を防止すべく当該画像センサ２５を移動させるもので、手首部１６の軸芯方向に沿って直線移動するスライド装置で構成されている。
このスライド装置２６は、例えば、手首部１６の軸芯方向に沿って延びていて周面に雄ネジ部が形成された長尺のネジ軸と、このネジ軸に螺合する雌ネジ部を有していて、ネジ軸の回転に伴って当該ネジ軸の軸心に沿って移動する移動体と、を備えたものである（ネジ軸、移動体とも図示省略）。ネジ軸は手首部１６の下側に配備されて、当該ネジ軸を移動する移動体に画像センサ２５が取り付けられている。撮像部２７の光軸及び投光部２８のレーザ光の出射方向が溶接トーチ２４に向けられるようにケース２９内が移動体に装着されている。

したがって、スライド装置２６の移動体を手首部１６の軸芯方向に沿って移動させることにより、画像センサ２５をスライド移動させることができる。
このような溶接用ロボット１では、リンク部材１１〜１４やアーム部１５を動かすことによって溶接トーチ２４の向きを変えてワークに溶接を行う。このとき、画像センサ２５がワークやワーク周辺の機材に近接して干渉しない場合は、画像センサ２５の位置を変えず不動のまま溶接を行う。画像センサ２５ーがワークや周辺の機材に干渉する場合は、スライド装置２６の移動体を干渉しない方向に動かし、画像センサ２５が邪魔にならない位置まで退避させる。

なお、アーム部１５、これとは別のリンク部材１１〜１４の姿勢を変えることによって画像センサ２５の干渉を回避することも考えられるが、多軸（多数の回転軸４〜９）の動作により溶接を行う溶接用ロボット１においてアーム部１５や複数のリンク部材１１〜１４の姿勢を画像センサ２５の干渉回避のために動かすことは、溶接条件が変わってしまう可能性がある。本発明では、上述したように移動手段２６によって複数のリンク部材リンク部材１１〜１６の姿勢を変えることなく画像センサ２５だけを移動させ、画像センサ２５の干渉を回避しているため、溶接条件が変わることなく溶接を継続することができる。

また、画像センサ２５によって位置の計測を行わない場合は、画像センサ２５を溶接トーチ２４から離れた場所に退避させることができ、画像センサ２５を溶接による熱やスパッタから保護することができる。
さらに、画像センサ２５を動かすことによって投光部２８から出射されるレーザ光の位置を変えることができ、レーザ光が溶接トーチ２４の開先にて多重反射してしまうことを回避することができる。

加えて、溶接ツール１７の角度によってレーザ光を含む画像を撮像することが難しい場合には、画像センサ２５を移動して撮像部２７の位置を変えることによって、画像センサ２５の死角を無くすことができる。
なお、第１実施形態に示したスライド装置２６を手首部１６ではなく手首部１６の代わりに溶接ツール１７に取り付けるようにしてもよい。例えば、溶接トーチ２４を支持する支持部材３３にスライド装置２６を取り付け、このスライド装置２６に画像センサ２５を取り付けることにより、溶接ツール１７（支持部材３３又は溶接トーチ２４）に沿ってスライド装置２６（画像センサ２５）を移動できるようにしてもよい。
［第２実施形態］
第１実施形態の溶接用ロボット１では、移動手段２６をスライド装置にて構成し、画像センサ２５を手首部１６の軸芯に沿って移動させていたが、第２実施形態では移動手段２６をベアリングなどの回転装置にて構成し、画像センサ２５を手首部１６の軸芯回りに移動させるようにしたものである。なお、移動手段２６以外の構成は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図３，４に示すように、手首部１６は円筒状又は円柱状に形成されており、手首部１６の軸方向中途部にはベアリング２６のインナーレース３０が嵌め込まれ、ベアリング２６のアウタレース３１に取付部材３２を介して画像センサ２５のケース２９が取り付けられている。アウタレース３１にケース２９が取り付けられた状態では、撮像部２７の光軸や投光部２８の照射方向は溶接ツール１７側に向けられている（図３の左側）。アウタレース３１は、ステッピングモータ等の回転角度調整機構により回転角度を任意に調整できるようになっていて、手首部１６の全周のどの位置でも画像センサ２５は停止することができる。なお、アウタレース３１は、一回転するものであっても、所定の角度の範囲で揺動するものであってもよい。

第２実施形態の溶接用ロボット１によれば、ベアリング２６のアウタレース３１を周方向に回転させることによって画像センサ２５を手首周りに移動させることができ、画像センサ２５の干渉を防止することができる。
なお、ベアリング２６のアウタレース３１に画像センサ２５を取り付けるようにしているが、アウタレース３１にスライド装置２６を取り付け、このスライド装置２６に画像センサ２５を取り付けてもよい。これにより、画像センサ２５を手首部１６の軸芯回りに移動させるだけでなく手首部１６の軸方向に沿っても移動させることができる。このように、移動手段２６をベアリング２６とスライド装置２６との組合せにすることにより、画像センサ２５の移動の自由度を高めることができる。

また、第２実施形態に示したベアリング２６を手首部１６ではなく手首部１６の代わりに溶接ツール１７に取り付けるようにしてもよい。例えば、溶接トーチ２４を支持する支持部材３３にベアリング２６を取り付け、このベアリング２６に画像センサ２５を取り付けることによって、溶接ツール１７（支持部材３３又は溶接トーチ２４）の回りに画像センサ２５が移動できるようにしてもよい。
［第３実施形態］
第１実施形態や第２実施形態の溶接用ロボット１では、移動手段２６をスライド装置やベアリングにて構成し、画像センサ２５を手首部１６の軸芯に沿って移動させていたが、第３実施形態では移動手段２６を昇降装置（リフタ）にて構成し、画像センサ２５を溶接トーチ２４に対して近接離反移動させるようにしたものである。ここで、近接離反移動とは、溶接トーチ２４に対して近づいたり離れたりする移動のことである。なお、移動手段２６以外の構成は、第１実施形態や第２実施形態と同様であるため説明を省略する。

図５に示すように、昇降装置（リフタ）２６は、例えば、複数のリンク体が互いに連結されて菱形状となるパンタグラフにより構成されている。このパンタグラフ２６は、伸縮自在であって、当該パンタグラフ２６の下側が溶接トーチ２４を支持する支持部材３３に取り付けられ、上端側にはブラケット３４を介して画像センサ２５のケース２９が揺動自在に取り付けられている。

第３実施形態の溶接用ロボット１によれば、パンタグラフ２６によって画像センサ２５を支持部材３３（溶接トーチ２４）に対して垂直方向に近接離反移動（近づいたり離れたりする）させることができ、画像センサ２５の干渉を防止することができる。
なお、リフタをパンタグラフ２６により構成しているが、伸縮自在なシリンダ（油圧シリンダ、ガスシリンダ）で構成しても、その他のもので構成してもよい。また、第３実施形態では、リフタを溶接ツール１７に設けているがこれに代え、第１実施形態や第２実施形態のように手首部１６に設けても良い。例えば、手首部１６にリフタを設けることによって画像センサ２５を手首部１６に対して垂直方向に近接離反移動させるようにしてもよい。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。例えば、上述した様々なスライド装置、回転装置（ベアリング）及び昇降装置（リフタ）を適宜組み合わせることにより、画像センサ２５を移動させる移動手段を構成してもよい。

１ 溶接用ロボット
１５ アーム部
１６ 手首部
１７ 溶接ツール
２５ 画像センサ
２６ 移動手段

Claims (8)

1. 多軸の動作によって制御されるアーム部を有する溶接用ロボットにおいて、
   前記アーム部の先端には、手首部を介して溶接ツールが取り付けられ、
   前記手首部には、移動手段が取り付けられると共に当該移動手段を介して画像センサが取り付けられ、
   前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツールに対して移動させることができるように構成されていることを特徴とする溶接用ロボット。
2. 前記移動手段は、前記画像センサを前記手首部の軸芯に沿って移動させることができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ロボット。
3. 前記移動手段は、前記画像センサを前記手首部の軸芯回りに移動させることができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ロボット。
4. 前記移動手段は、前記画像センサを前記手首部に対して近接離反移動させることができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ロボット。
5. 前記手首部に代えて溶接ツールに移動手段が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用ロボット。
6. 前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツールに沿って移動させることができるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の溶接用ロボット。
7. 前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツール回りに移動させることができるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の溶接用ロボット。
8. 前記移動手段は、前記画像センサを前記溶接ツールに対して近接離反移動させることができるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の溶接用ロボット。