JP2015231648A - 治具装置、動作システム、および治具装置の動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業用ロボットと連携して動作する治具装置を、動作システムに導入する際の作業時間を短縮することができる治具装置を提供する。
【解決手段】本発明の治具装置３０は、作業用ロボット１０の動作を制御する制御装置２０との通信により、作業用ロボット１０と連携して動作する、ワークを支持する治具装置３０であって、治具装置３０のワークに対する動作を制御するための動作プログラムを記憶している記憶部３２を内部に有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、治具装置、動作システム、および治具装置の動作方法に関する。

ロボットアームの先端部に溶接ガンが取り付けられて構成される溶接ロボットにより溶接部品を溶接する技術がある。この技術では、溶接部品を支持する治具が導入され、治具により支持された溶接部品を溶接ロボットが溶接する。

これに関連して、下記の特許文献１には、溶接部品に応じて複数の治具の中から１つの治具を選択し、選択した治具に溶接部品を取り付け、溶接ロボットによる溶接を行う生産システムが開示されている。この生産システムによれば、溶接部品の形状等に応じて治具が切り替えられるため、多種多様な溶接部品に対応することができる。

特開２００６−１５９３４１号公報

ところで、上記の生産システムでは、溶接部品に応じて治具を選択するために、上位の制御装置に治具の情報を予め記憶しておく必要がある。このため、上記の生産システムに治具を新規に導入する場合、治具の情報を制御装置に導入する作業を行う必要がある。

しかしながら、新規に導入する治具が溶接ロボットと連携して動作する可動式の治具装置である場合、治具装置の動作プログラムを制御装置に導入して調整等を行わなければならず、治具導入時の作業時間が長くなるという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、溶接部品等のワークを支持し、溶接ロボット等の作業用ロボットと連携して動作する治具装置を、動作システムに導入する際の作業時間を短縮することができる治具装置、動作システム、および治具装置の動作方法を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

本発明の治具装置は、作業用ロボットの動作を制御する制御装置との通信により、作業用ロボットと連携して動作する、ワークを支持する治具装置であって、治具装置のワークに対する動作を制御するための動作プログラムを記憶している記憶部を内部に有する。

本発明の動作システムは、作業用ロボットと、作業用ロボットの動作を制御する制御装置と、上記の治具装置とを有する。

本発明の治具装置の動作方法は、ワークを支持する治具装置の動作を制御するための動作プログラムを内部に記憶している治具装置を用意し、作業用ロボットの動作を制御する制御装置と治具装置とを通信可能に接続する。そして、本発明の治具装置の動作方法は、治具装置に記憶されている動作プログラムを利用して、制御装置との通信により、治具装置を作業用ロボットと連携してワークに対して動作させる。

本発明によれば、ワークを支持する治具装置が自己の動作プログラムを内部に記憶しているため、治具装置の動作プログラムを制御装置に導入して調整等する作業を行うことなく、治具装置を立ち上げることが可能になる。したがって、動作システムに治具装置を導入する際の作業時間を短縮することができる。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、ＰＬＣ装置と治具装置との接続関係を示す図である。 一般的な溶接システムに治具装置を導入する際の作業工程を説明するための図である。 一般的な溶接システムにおいて複数種類の治具装置を交換して使用する場合を説明するための図である。 治具装置を単体で使用する場合を説明するための図である。 ＰＬＣ装置により実行される照合処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る溶接システムの概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。

（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る溶接システム１の概略構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０との接続関係を示す図である。

図１（Ａ）に示すとおり、本実施形態の溶接システム１は、溶接ロボット１０、ＰＬＣ装置２０、および治具装置３０を備える。ＰＬＣ装置２０は、溶接ロボット１０および治具装置３０と通信可能に接続されている。

溶接ロボット１０は、溶接部品であるワークを溶接する。溶接ロボット１０は、多関節型ロボットアームの先端部に溶接ガンが取り付けられて構成される。溶接ロボット１０は、作業用ロボットとして、ＰＬＣ装置２０により制御されて動作し、治具装置３０により支持されるワークを溶接する。

ＰＬＣ装置２０は、溶接ロボット１０の動作を制御する。ＰＬＣ装置２０は、制御装置として、所定の制御ソフトウエア２１にしたがって、溶接ロボット１０の動作を制御する。また、本実施形態のＰＬＣ装置２０には、治具コントロールロジック２２が格納されており、治具コントロールロジック２２により治具装置３０と通信する。本実施形態のＰＬＣ装置２０は、図１（Ｂ）に示すとおり、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０とのＰＩ／Ｏ部分を介して、治具装置３０とのインターロック信号のやり取りを行う。

治具装置３０は、溶接部品であるワークを支持する。治具装置３０は、溶接ロボット１０により溶接されるワークをクランプ部３１により把持する可動式の治具装置である。治具装置３０は、ＰＬＣ装置２０との通信により、溶接ロボット１０と連携して動作する。図１（Ｂ）に示すとおり、本実施形態の治具装置３０には、ＰＬＣ３２が搭載されており、治具装置３０は、ＰＬＣ３２により制御されて動作する。ＰＬＣ３２の記憶部には、治具装置３０のワークに対する動作を制御するための動作プログラムが記憶されている。

以上のとおり構成される溶接システム１では、溶接ロボット１０と治具装置３０とが連携して動作し、ワークの溶接を行う。具体的には、ＰＬＣ装置２０が治具装置３０に動作前進指令等の信号を送信すれば、当該信号を受信した治具装置３０は、内部のＰＬＣ３２により制御されて所定の動作を行う。一方、治具装置３０がＰＬＣ装置２０に溶接タイミング等の信号を送信すれば、当該信号を受信したＰＬＣ装置２０は、溶接ロボット１０を制御し、溶接ロボット１０が所定の動作を行う。なお、溶接ロボット１０と治具装置３０とが連携してワークの溶接を行う動作自体は、一般的な溶接動作であるため、詳細な説明は省略する。

以上のとおり、本実施形態の治具装置３０は、動作プログラムおよび当該プログラムを実行するＰＬＣ３２を内部に備え、ＰＬＣ装置２０からの動作前進指令により動作する。このため、溶接システム１に治具装置３０を新規に導入する場合、ＰＬＣ装置２０に、治具装置３０の動作プログラムを導入して調整を行う必要がなく、治具装置３０を短時間で立ち上げることが可能になる。具体的には、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０とをコネクタ接続した後、簡単な確認作業を行うだけで、治具装置３０を立ち上げることができる。また、以降の治具装置３０の入れ替え作業は、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０とのコネクタ接続のみであるため、１分以内に治具装置３０が動作可能となる。

以下、図２〜図４を参照して、本実施形態の溶接システム１の作用効果について詳細に説明する。

図２は、一般的な溶接システムに治具装置を導入する際の作業工程を説明するための図である。

図２に示すとおり、一般的な溶接システムでは、溶接ロボットの動作を制御するＰＬＣ装置が、治具装置の動作を制御するための動作プログラムを備える。このため、一般的な溶接システムに治具装置が新規に導入される場合、ＰＬＣ装置に、治具装置の動作を織り込んだシーケンスを作成して調整を行わなければならず、ハード・ソフト設計を含め、作業時間が長くなるという問題がある。

しかしながら、上述したとおり、本実施形態の溶接システム１では、治具装置３０が自己の動作プログラムを記憶しているため、ＰＬＣ装置２０に、治具装置３０の動作プログラムを導入する必要がなく、治具装置３０を短時間で立ち上げることが可能になる。

図３は、一般的な溶接システムにおいて複数種類の治具装置を交換して使用する場合を説明するための図である。

図３（Ａ）に示すとおり、一般的な溶接システムにおいて、複数種類の治具装置を交換して使用する場合、溶接ロボットの動作を制御するＰＬＣ装置にすべての治具装置の動作プログラムを記憶させる必要がある。このため、一般的な溶接システムでは、ＰＬＣ装置の記憶部の記憶容量を大きく取らなければならず、設備の規模に比べて、高価なＰＬＣ装置が必要になる。

また、図３（Ｂ）に示すとおり、ＰＬＣ装置の記憶部の記憶容量を抑制するために、動作パターン（バルブの数、機能、および動作順序、センサの数および機能等）が同じ治具装置を用意し、１つの動作プログラム（パターンロジックＡ）により制御する方法がある。しかしながら、この方法は、投入可能な治具装置が限られており、好ましくない。また、動作パターンが異なる治具装置を導入する状況は頻繁に発生するため、結局、ＰＬＣ装置に専用の動作プログラム（パターンロジックＡ’）を導入する必要が生じる。なお、溶接システムに導入可能な構造で、かつ、ハード数が同じであっても、治具装置によっては、専用の動作プログラムを作成する必要がある。

これに対して、本実施形態の溶接システム１では、治具装置３０が自己の動作プログラムを記憶しているため、ＰＬＣ装置２０は、自己が有する工程数だけの治具装置３０とのインターロックロジックを有するだけでよくなる。したがって、本実施形態の溶接システム１によれば、複数種類の治具装置３０を交換して使用する場合であっても、ＰＬＣ装置２０には、大容量の記憶部が不要になる。

図４は、本実施形態に係る治具装置３０を単体で使用する場合を説明するための図である。本実施形態の治具装置３０は、溶接システム１で使用される以外に、溶接作業者により、単体の治具装置としても使用される。

本実施形態の治具装置３０によれば、治具装置３０が単体で使用される場合であっても、治具コントロールロジック２２を利用した構成とすることにより、溶接システム１と同じＰＬＣ装置２０を使用して、治具装置３０の動作を制御することが可能になる。

したがって、単体で動作する治具装置３０を溶接システム１に短時間で導入することが可能になり、その逆に、溶接システム１の治具装置３０を単体で動作させることが可能になる。また、単体で動作する治具装置のＰＬＣ装置についても、治具装置を交換して使用することが可能になる。

また、治具装置の動作を制御するＰＬＣ装置、操作スタンド、および溶接機器等を共通インフラとした設備にすることができ、インフラ整備のコストを削減できる。さらに、ＰＬＣ装置が、治具コントロールロジックを標準装備することにより、ＰＬＣ装置と治具装置との接続方法も統一されるため、ＰＬＣ装置（制御盤）も標準となり、標準共用化によるコスト削減と納期短縮の効果が得られる。

次に、図５を参照して、本実施形態の溶接システム１において実行される照合処理について説明する。本実施形態では、溶接ロボット１０および治具装置３０の誤動作を防止するために、ＰＬＣ装置２０が治具装置３０のＩＤ情報（識別情報）の照合を行う。

図５は、ＰＬＣ装置２０により実行される照合処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態の治具装置３０には、ＩＤ情報が予め割り当てられており、治具装置３０からＰＬＣ装置２０に送信される信号には、ＩＤ情報が含まれている。

まず、ＰＬＣ装置２０は、治具ＩＤが照合するか否かを判断する（ステップＳ１０１）。具体的には、ＰＬＣ装置２０は、治具装置３０から受信した信号に含まれるＩＤ情報と、所定のＩＤ情報とが一致するか否かを判断する。

治具ＩＤが照合されない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ＰＬＣ装置２０は、異常アラーム停止処理を行い（ステップＳ１０２）、処理を終了する。具体的には、ＰＬＣ装置２０は、異常アラームを通知して、溶接ロボット１０および治具装置３０の動作を停止させる。

一方、治具ＩＤが照合された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＰＬＣ装置２０は、溶接ロボット１０または治具装置３０の動作処理を行う（ステップＳ１０３）。具体的には、ＰＬＣ装置２０は、溶接ロボット１０を制御して溶接ロボット１０を動作させる。あるいは、ＰＬＣ装置２０は、動作前進指令を治具装置３０に送信して治具装置３０を動作させる。

次に、ＰＬＣ装置２０は、最終ステップか否かを判断する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＰＬＣ装置２０は、複数ステップからなる治具装置３０の動作が、最終ステップに到達したか否かを判断する。

最終ステップでないと判断する場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ＰＬＣ装置１は、ステップＳ１０１の処理に戻る。そして、治具装置３０の動作が最終ステップに到達するまで、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を繰り返す。

一方、最終ステップであると判断する場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＰＬＣ装置２０は、処理を終了する。

以上のとおり、図５に示すフローチャートの処理によれば、ワークの溶接時、治具装置３０のＩＤ情報が確認される。そして、治具装置３０のＩＤ情報が照合されない場合、溶接ロボット１０および治具装置３０の動作が停止される。

このような構成によれば、治具装置３０に記憶されているＩＤ情報等の情報が停電等により消失した場合でも、照合処理により溶接ロボット１０や治具装置３０を停止させることができる。これにより、溶接ロボット１０と治具装置３０との間の信頼性が向上する。

以上のとおり、説明した本実施形態は、以下の効果を奏する。

（ａ）治具装置３０が自己の動作プログラムを内部に記憶しているため、溶接システム１に治具装置３０を導入する際の作業時間が短縮される。また、ＰＬＣ装置２０の記憶部の記憶容量を増加させることなく、複数種類の治具装置３０を交換して使用することが可能になる。

（ｂ）治具装置３０が自己の動作プログラムを実行するＰＬＣ３２を内部に有するため、ＰＬＣ装置２０からの動作前進指令により、治具装置３０が動作することができる。

（ｃ）ＰＬＣ装置２０が、治具装置３０のＩＤ情報の照合を行うため、溶接ロボット１０と治具装置３０との間の信頼性が向上する。

（ｄ）溶接ロボット１０を備える溶接システム１に可動式の治具装置３０が短時間で導入されるため、溶接工程を円滑に進めることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、治具装置３０に搭載されたＰＬＣ３２により治具装置３０の動作が制御された。しかしながら、治具装置３０の動作は、溶接ロボット１０の動作を制御するＰＬＣ装置２０により制御されてもよい。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る溶接システム１の概略構成を示す図である。

図６に示すとおり、本実施形態の溶接システム１は、溶接ロボット１０、ＰＬＣ装置２０、および治具装置３０を備える。なお、治具装置３０がＰＬＣ装置２０により制御されて動作する点を除いては、本実施形態に係る溶接システム１の構成は、第１の実施形態の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の治具装置３０には、治具装置３０の動作プログラムを記憶している記憶媒体３３が搭載されている。本実施形態の記憶媒体３３は、ＲＦＩＤタグであり、ＰＬＣ装置２０が、記憶媒体３３内の動作プログラムを読み取ることができる。

ＰＬＣ装置２０には、治具装置３０の記憶媒体３３から読み取った動作プログラムを格納する動作プログラム展開エリア２３が設けられている。また、ＰＬＣ装置２０には、動作プログラムを順次に実行する動作再生エンジン２４が格納されている。

以上のとおり構成される溶接システム１では、ＰＬＣ装置２０が治具装置３０に動作プログラム信号を送信すれば、治具装置３０が、動作プログラム信号にしたがって動作する。なお、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０との間でやり取りされる信号には、動作プログラム信号の他、治具装置３０のＩＤ情報やネットワーク設定データが含まれる。

以上のとおり、本実施形態の治具装置３０は、動作プログラムを記憶している記憶媒体３３を内部に有し、動作プログラムを読み取ったＰＬＣ装置２０により制御されて動作する。このため、溶接システム１に治具装置３０を新規に導入する場合、ＰＬＣ装置２０に、治具装置３０の動作プログラムを導入して調整を行う必要がなく、治具装置３０を短時間で立ち上げることが可能になる。具体的には、ＰＬＣ装置２０が治具装置３０から動作プログラムを読み取り、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０とをコネクタ接続した後、簡単な確認作業を行うだけで、治具装置３０を立ち上げることができる。また、以降の治具装置３０の入れ替え作業は、ＰＬＣ装置２０と治具装置３０とのコネクタ接続および治具装置３０からの動作プログラムの読み込みのみであるため、１分以内に治具装置３０が動作可能となる。

以上のとおり、説明した本実施形態は、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏する。

（ｅ）ＰＬＣ装置２０が治具装置３０の動作プログラムを治具装置３０から読み取って実行し、治具装置３０がＰＬＣ装置２０により制御されて動作するため、治具装置３０にＰＬＣを搭載する必要がなく、治具装置３０のコストを削減できる。また、治具コントロールロジックと動作再生エンジンを標準アプリケーションとして備えることにより、ＰＬＣ装置と治具装置との接続方法が統一されるため、ＰＬＣ装置（制御盤）も標準となり、標準共用化によるコスト削減と納期短縮の効果が得られる。

（ｆ）治具装置３０の動作プログラムが記憶媒体３３に記憶されるため、ＰＬＣ装置２０が、動作プログラムを簡単に取得することができる。

以上のとおり、説明した第１および第２の実施形態において、本発明の治具装置、動作システム、および治具装置の動作方法を説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、および省略することができることはいうまでもない。

たとえば、上述した第２の実施形態では、治具装置３０の動作プログラムを記憶している記憶媒体として、ＲＦＩＤタグが用いられた。しかしながら、治具装置３０の動作プログラムを記憶する記憶媒体は、ＲＦＩＤタグに限定されるものではなく、バーコード等の種々の記憶媒体が適用される。

また、上述した第１および第２の実施形態では、本発明が、溶接ロボットと連携して動作する治具装置に適用される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、溶接ロボットに限らず、それ以外の作業用ロボットの動作を制御する制御装置との通信により、作業用ロボットと連携して動作する任意の治具装置に適用可能である。

１ 溶接システム（動作システム）、
１０ 溶接ロボット（作業用ロボット）、
２０ ＰＬＣ装置（制御装置、照合部、停止部）、
２１ 制御ソフトウエア、
２２ 治具コントロールロジック、
２３ 動作プログラム展開エリア、
２４ 動作再生エンジン、
３０ 治具装置、
３１ クランプ部、
３２ ＰＬＣ（制御部、記憶部）、
３３ 記憶媒体（記憶部）。

Claims (12)

1. 作業用ロボットの動作を制御する制御装置との通信により、前記作業用ロボットと連携して動作する、ワークを支持する治具装置であって、
   前記治具装置の前記ワークに対する動作を制御するための動作プログラムを記憶している記憶部を内部に有する治具装置。
2. 前記動作プログラムを実行する制御部を内部に有し、前記制御部により制御されて動作する請求項１に記載の治具装置。
3. 前記制御装置が、前記治具装置の前記記憶部から前記動作プログラムを読み取って実行し、
   前記治具装置は、前記制御装置により制御されて動作する請求項１に記載の治具装置。
4. 前記記憶部は、記憶媒体である請求項１または請求項３に記載の治具装置。
5. 前記作業用ロボットは、前記ワークを溶接する溶接ロボットであり、前記治具装置は、前記ワークを固定する治具装置である請求項１〜４のいずれか１項に記載の治具装置。
6. 作業用ロボットと、
   前記作業用ロボットの動作を制御する制御装置と、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の治具装置と、
   を有する動作システム。
7. 前記治具装置には、識別情報が割り当てられており、
   前記制御装置は、
   前記治具装置の前記識別情報が所定の識別情報と一致するか否かを判断する照合部と、
   前記照合部により前記識別情報が一致しないと判断される場合、前記治具装置の動作を停止させるための制御を行う停止部と、を有する請求項６に記載の動作システム。
8. ワークを支持する治具装置の動作を制御するための動作プログラムを内部に記憶している前記治具装置を用意する工程（ａ）と、
   作業用ロボットの動作を制御する制御装置と前記治具装置とを通信可能に接続する工程（ｂ）と、
   前記治具装置に記憶されている前記動作プログラムを利用して、前記制御装置との通信により、前記治具装置を前記作業用ロボットと連携して前記ワークに対して動作させる工程（ｃ）と、
   を有する治具装置の動作方法。
9. 前記治具装置は、前記動作プログラムを実行する制御部を内部に有し、
   前記工程（ｃ）において、前記治具装置は、前記制御部により制御されて動作する請求項８に記載の治具装置の動作方法。
10. 前記制御装置が、前記治具装置から前記動作プログラムを読み取って実行し、
    前記工程（ｃ）において、前記治具装置は、前記制御装置により制御されて動作する請求項８に記載の治具装置の動作方法。
11. 前記治具装置には、識別情報が割り当てられており、
    前記工程（ｃ）は、
    前記制御装置が、前記治具装置の前記識別情報が所定の識別情報と一致するか否かを判断する工程（ｃ１）と、
    前記工程（ｃ１）において前記識別情報が一致しないと判断される場合、前記制御装置が、前記治具装置の動作を停止させるための制御を行う工程（ｃ２）と、を有する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の治具装置の動作方法。
12. 前記作業用ロボットは、前記ワークを溶接する溶接ロボットであり、前記治具装置は、前記ワークを固定する治具装置である請求項８〜１１のいずれか１項に記載の治具装置の動作方法。