JP2017176901A - 塗装ロボットシステム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく塗装を行うことが可能な塗装ロボットシステム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】塗装ロボットシステム１０では、ワークＷの塗装対象部位の幅が狭いほど塗装ガン１２が塗装対象部位に接近して塗料の噴射円が小さくなるので、塗装対象部位の側方を通過して無駄になる塗料の量が抑えられると共に、幅が広い塗装対象部位を短時間で塗装することができる。つまり、効率よく塗装を行うことができる。また、塗装ガン１２と塗装対象部位とが近いほど回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなるので、塗装対象部位に塗布される単位面積当りの塗料が過剰になったり過少になることを防ぐことができ、高い塗装品質を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットにより塗装ガンをワークに沿わせて移動して塗装を行う塗装ロボットシステム及びその制御方法に関する。

様々な形状のワークが塗装ロボットシステムによって塗装されていることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６−３１２１３号公報（図１）

しかしながら、ワークの塗装対象部位によって幅が異なる場合には、幅が広い塗装対象部位用に塗装ガンによる塗料の噴出範囲が広く設定されていると、幅が狭い塗装対象部位においては、噴出された塗料の多くが塗装対象部位の側方を通過して無駄になってしまうという問題が生じる。また、逆に、幅が狭い塗装対象部位用に塗装ガンが設定されていると、幅が広い塗装対象部位を塗装する際に長時間を要するという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、効率よく塗装を行うことが可能な塗装ロボットシステム及びその制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、回転霧化頭により霧化した塗料を、前記回転霧化頭の外縁部に対して後方から噴出されるエアーにより前方に送給する塗装ガンと、前記塗装ガンが取り付けられるロボットと、前記塗装ガンがワークに沿って移動しながら塗装を行うように、予め設定されたプログラムに基づいて前記ロボット及び前記塗装ガンを制御する制御部と、を備える塗装ロボットシステムにおいて、前記制御部は、前記ワークのうち前記塗装ガンが移動するときに対向している塗装対象部位の幅が狭いほど前記塗装ガンを前記塗装対象部位に接近させるように前記ロボットを制御すると共に、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなるように前記塗装ガンを制御する塗装ロボットシステムである。

請求項２の発明は、前記制御部は、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭の回転数及び前記エアーの吐出圧の少なくとも一方が低くなるように前記塗装ガンを制御する請求項１に記載の塗装ロボットシステムである。

請求項３の発明は、回転霧化頭により霧化した塗料を、前記回転霧化頭の外縁部に対して後方から噴出されるエアーにより前方に送給する塗装ガンをロボットに取り付け、予め設定されたプログラムに基づいて前記ロボットを制御して前記塗装ガンをワークに沿わせて移動し、前記ワークを塗装する塗装ロボットシステムの制御方法において、前記ワークのうち前記塗装ガンが移動するときに対向している塗装対象部位の幅が狭いほど前記塗装ガンを前記塗装対象部位に接近させるように前記ロボットを制御すると共に、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなるように前記塗装ガンを制御する塗装ロボットシステムの制御方法である。

請求項４の発明は、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭の回転数及び前記エアーの吐出圧の少なくとも一方が低くなるように前記塗装ガンを制御する請求項３に記載の塗装ロボットシステムの制御方法である。

本発明の塗装ロボットシステム及びその制御方法では、ワークの塗装対象部位の幅が狭いほど塗装ガンが塗装対象部位に接近して塗料の噴射円が小さくなる。換言すれば、ワークの塗装対象部位の幅が広いほど塗装ガンが塗装対象部位から離間して塗料の噴射円が大きくなる。これらにより、塗装対象部位の側方を通過して無駄になる塗料の量が抑えられると共に、幅が広い塗装対象部位を短時間で塗装することができる。つまり、効率よく塗装を行うことができる。また、塗装ガンと塗装対象部位とが近いほど回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなる。換言すれば、塗装ガンと塗装対象部位とが遠いほど回転霧化頭から吐出される塗料が多くなる。これらにより、塗装対象部位に塗布される単位面積当りの塗料が過剰になったり過少になることを防ぐことができ、高い塗装品質を提供することができる。また、請求項２及び４の発明では、塗装ガンと塗装対象部位とが近いほど回転霧化頭の回転数及びエアーの吐出圧の少なくとも一方が低くなるので、塗料がワークに過剰な圧力で吹き付けられて塗料が波形模様になることを防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係る塗装ロボットシステムの斜視図 塗装ガンの断面図 塗装ロボットシステムの回路図 ワークの平面図 塗装用のプログラムリスト

以下、本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１には、本実施形態の塗装ロボットシステム１０の全体が示されている。この塗装ロボットシステム１０のロボット１１は、例えば、６軸の垂直多関節ロボットであって、その先端部に取り付けらている塗装ガン１２を３次元的に任意の位置及び姿勢にすることができる。

図２に示すように、塗装ガン１２の先端部は、エアーモータ１２Ｍになっていて、圧縮エアーによって回転駆動される筒形ローター１３を内部に有する。そして、筒形ローター１３から前方に突出した筒状の回転出力軸１３Ｊに回転霧化頭１４が固定されている。回転霧化頭１４の前面は、中心部に向かって深くなるように窪んだ凹状面１４Ｂになっていて、その底部の中心近傍には複数の吐出孔１４Ａが備えられている。また、筒形ローター１３の内側には塗料供給パイプ１５が挿通され、その塗料供給パイプ１５を通過した塗料が吐出孔１４Ａから吐出される。そして、回転霧化頭１４か回転した状態で吐出孔１４Ａから塗料が吐出されると、その塗料が遠心力によって凹状面１４Ｂを伝わってを回転霧化頭１４の外縁部から斜め前方に向かって霧状になって噴出される。また、回転霧化頭１４の外縁部の後方位置には、複数のエアー噴出孔１６が周方向に等間隔に並べて設けられ、それらエアー噴出孔１６からエアーが前方に噴出される。このエアーは、一般にシェービングエアーと呼ばれ、そのシェービングエアーにより、回転霧化頭１４の外縁部から噴出される霧状の塗料が前方に送給される。

図３に示すように、エアーモータ１２Ｍは、例えば、工場に備えられているエアー供給ライン２０に第１の流量制御弁２１を介して接続されている。第１の流量制御弁２１は、例えば、ステッピングモータを駆動源として備え、そのステッピングモータによって第１の流量制御弁２１の弁開度が変更されることで、エアーモータ１２Ｍに供給される圧縮エアーの流量が変更されて回転霧化頭１４の回転数が変更される。

また、エアー噴出孔１６は、第２の流量制御弁２２を介してエアー供給ライン２０に接続されている。この第２の流量制御弁２２も、第１の流量制御弁２１と同様の構造をなし、この第２の流量制御弁２２によりエアー噴出孔１６から噴出されるシェービングエアーの流量と共に吐出圧力が変更される。

さらに、塗料の溶液の供給源２４から延びたパイプと、塗料の顔料の供給源２５から延びたパイプとが共にミキサー２６に接続され、そのミキサー２６が第３の流量制御弁２３を介して塗料供給パイプ１５に接続されている。この第３の流量制御弁２３も、第１の流量制御弁２１と同様の構造をなし、第３の流量制御弁２３により塗料供給パイプ１５を介して回転霧化頭１４の吐出孔１４Ａから吐出される塗料の吐出量が変更される。

塗装ロボットシステム１０のコントローラ４０には、上記した第１〜第３の流量制御弁２１，２２，２３のステッピングモータを駆動するための弁駆動回路２７と、ロボット１１の各駆動軸に備えたサーボモータＪ１〜Ｊ６のサーボアンプＡ１〜Ａ６と、それら弁駆動回路２７及びサーボアンプＡ１〜Ａ６を制御することでロボット１１及び塗装ガン１２を制御する制御部３０とが備えられている。また、制御部３０には、ＣＰＵ３１とメモリ３２とが備えられている。

図１には、塗装ロボットシステム１０により塗装されるワークＷの一例が示され、図４には、そのワークＷの平面形状が示されている。図４に示すように、ワークＷは、直線状に延びた第１フレーム部９１の一端部から第２フレーム部９２が張り出し、その第２フレーム部９２は第１フレーム部９１から離れるに従って徐々に幅が狭くなる形状をなしている。そして、ワークＷの表裏のうち図４に示された表側面のみが塗装され、図示しない治具によってワークＷの表側面が上方を向くように保持されている。

上記したワークＷに対してロボットの動作をティーチングして作成したプログラムがメモリ３２に記憶されている。そして、そのプログラムをＣＰＵ３１が実行する（即ち、ティーチングプレイバックする）ことで、塗装ガン１２がワークＷに沿って移動しながら塗装を行う。そのプログラムの一例が図５に示されている。このプログラムにおいて、左端のＳ１、Ｓ２、・・・は、ステップ番号を意味する。また、「ＶＡＬ［１］ ２０」は、第１の流量制御弁２１の弁開度を２０％にするコマンドであり、「ＶＡＬ［２］ ２０」は、第２の流量制御弁２２の弁開度を２０％にするコマンドであり、「ＶＡＬ［３］ １５」は、第３の流量制御弁２３の弁開度を１５％にするコマンドである。「ＶＡＬ［１］ ４０」、「ＶＡＬ［２］ ４０」、「ＶＡＬ［３］ ２０」、「ＶＡＬ［１］ ８０」、「ＶＡＬ［２］ ６０」、「ＶＡＬ［３］ ２５」に関しても同様である。

また、「ＧＵＮ ＯＮ」、「ＧＵＮ ＯＦＦ」は、塗装ガン１２をＯＮ、ＯＦＦするコマンドであり、塗装ガン１２がＯＮされると、上記した弁開度となるように第１〜第３の流量制御弁２１，２２，２３が開弁し、塗装ガン１２がＯＦＦされると、上記した第１〜第３の流量制御弁２１，２２，２３が閉弁する。

また、Ｐ［Ｎ］（Ｎは１〜８）は、所謂ティーチングポイントであって、各ティーチングポイント毎にロボット１１のサーボモータＪ１〜Ｊ６の回転位置が記憶されている。各ティーチングポイントＰ［Ｎ］（以下、単に「ポイントＰ［Ｎ］」等という）は、作業者が、操作ボックス３９にてロボット１１をマニュアル操作して、塗装ガン１２をワークＷに対して所望の位置及び姿勢とした上で、操作ボックス３９の記憶ボタンをＯＮ操作することで記憶される。

また、「ＭＯＶＥ Ｐ［Ｎ］」は、ロボット１１のサーボモータＪ１〜Ｊ６をＰ［Ｎ］として記憶されている回転位置に移動するコマンドであり、これによりワークＷに対する塗装ガン１２の位置及び姿勢が再現される。さらに、ワークＷに対する複数のポイントＰ［Ｎ］を記憶させて「ＭＯＶＥ」コマンドにより、順次、Ｐ［Ｎ］に移動することで、塗装ガン１２をワークＷに沿って移動することができる。また、「ＭＯＶＥ」コマンドを実行したときの移動の速度及び加速度を、「ＳＰＥＥＤ」，「ＡＣＣＥＬ」の各コマンドによって変更することができる。なお、各ポイントＰ［Ｎ］の塗装ガン１２の位置及び姿勢に関しては、以下の塗装ロボットシステム１０の動作と併せて説明する。

本実施形態の塗装ロボットシステム１０の構成に関する説明は、以上である。この塗装ロボットシステム１０は以下のように動作する。ロボット１１が原点となるポイントＰ［０］で待機している状態で、治具に固定されたワークＷがロボット１１の前方の予め定められた所定位置に配置されると、それが図示しないセンサで検出され、その検出結果を制御部３０が受けてＣＰＵ３１が図５に示したプログラムを実行する。

すると、移動速度及びアクセルが１００％の状態（図５のＳ０１，Ｓ０２）で、塗装ガン１２がポイントＰ［０］からワークＷにおける第１フレーム部９１の先端近傍のポイントＰ［１］に移動する（Ｓ０３）。そこで、移動速度が３０％、アクセルが５０％に落とされ（Ｓ０４，Ｓ０５）、第１の流量制御弁２１の弁開度が２０％，第２の流量制御弁２２の弁開度が２０％、第３の流量制御弁２３の弁開度が１５％になるように塗装ガン１２がＯＮして（Ｓ０６〜Ｓ０９）、塗装ガン１２から霧状塗料が噴出される。

そして、塗装ガン１２がワークＷにおける第２フレーム部９２の先端上のポイントＰ［２］に移動し、塗装ガン１２の回転霧化頭１４がワークＷの表側面に対して第１の離間距離だけ離れた位置で正対した姿勢になる。このとき、図４に示すように、ワークＷ上においては霧状の塗料が噴射円Ｃ１の範囲に吹き付けられる。そこから塗装ガン１２は、回転霧化頭１４をワークＷに正対させた姿勢でかつワークＷから第１の離間距離だけ離間した状態を維持して、第２フレーム部９２に沿ってポイントＰ［３］へと移動し、これにより第２フレーム部９２が塗装されていく（Ｓ１０，Ｓ１１）。

次いで、塗装ガン１２は、ポイントＰ［３］から第２フレーム部９２の中間部のポイントＰ［４］、さらには、第２フレーム部９２の基端部分のポイントＰ［５］へと移動し（Ｓ１２，Ｓ１６）、その間に塗装ガン１２とワークＷとの離間距離が徐々に大きくなっていく。これにより、塗装ガン１２によるワークＷ上の塗料の噴射円が徐々に大きくなっていく。これに対応して、塗装ガン１２がポイントＰ［４］に至ったときには、第１の流量制御弁２１の弁開度が４０％，第２の流量制御弁２２の弁開度が４０％、第３の流量制御弁２３の弁開度が２０％に上げられ（Ｓ１３〜Ｓ１５）、さらに、塗装ガン１２がポイントＰ［５］に至ったときには、第１の流量制御弁２１の弁開度が８０％，第２の流量制御弁２２の弁開度が６０％、第３の流量制御弁２３の弁開度が２０％に上げられる（Ｓ１７〜Ｓ１９）。そして、塗装ガン１２がポイントＰ［５］に至ったときには、塗装ガン１２とワークＷとの間は、前述の第１の離間距離の約２倍の大きさの第２の離間距離となり、ワークＷ上における塗料の噴射円Ｃ２の径が、第１の離間距離であったときの噴射円Ｃ１の径の略２倍になる。

次いで、塗装ガン１２は、ワークＷから第２の離間距離だけ離間した状態を維持して、ポイントＰ［５］〜ポイントＰ［１０］までワークＷに沿って移動し、これにより第１フレーム部９１が塗装されていく（Ｓ２０〜Ｓ２４）。そして、ワークＷの近傍の離れたポイントＰ［１１］に移動してから塗装ガン１２がＯＦＦする（Ｓ２５、Ｓ２６）。即ち、第１〜第３の流量制御弁２１，２２，２３が閉弁されて、塗装ガン１２が塗料が噴射されなくなる。そして、速度及び加速度が１００％にされて、原点であるポイントＰ［０］に移動し、次のワークＷがセットされるまでロボット１１が待機する（Ｓ２７〜Ｓ２９）。

上記した本実施形態の塗装ロボットシステム１０及びその制御方法では、ワークＷの塗装対象部位の幅が狭いほど塗装ガン１２が塗装対象部位に接近して塗料の噴射円Ｃ１が小さくなる。換言すれば、ワークＷの塗装対象部位の幅が広いほど塗装ガン１２が塗装対象部位から離間して塗料の噴射円Ｃ２が大きくなる。これらにより、塗装対象部位の側方を通過して無駄になる塗料の量が抑えられると共に、幅が広い塗装対象部位を短時間で塗装することができる。つまり、効率よく塗装を行うことができる。また、塗装ガン１２と塗装対象部位とが近いほど回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなる。換言すれば、塗装ガン１２と塗装対象部位とが遠いほど回転霧化頭から吐出される塗料が多くなる。これらにより、塗装対象部位に塗布される単位面積当りの塗料が過剰になったり過少になることを防ぐことができ、高い塗装品質を提供することができる。さらには、塗装ガン１２と塗装対象部位とが近いほど回転霧化頭の回転数及びエアーの吐出圧が共に低くなるので、塗料がワークＷに過剰な圧力で吹き付けられて塗料が波形模様になることを防ぐことができる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、上記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

１０ 塗装ロボットシステム
１１ ロボット
１２ 塗装ガン
１４ 回転霧化頭
３０ 制御部
９１ 第１フレーム部（塗装対象部位）
９２ 第２フレーム部（塗装対象部位）
Ｃ１，Ｃ２ 噴射円
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. 回転霧化頭により霧化した塗料を、前記回転霧化頭の外縁部に対して後方から噴出されるエアーにより前方に送給する塗装ガンと、
   前記塗装ガンが取り付けられるロボットと、
   前記塗装ガンがワークに沿って移動しながら塗装を行うように、予め設定されたプログラムに基づいて前記ロボット及び前記塗装ガンを制御する制御部と、を備える塗装ロボットシステムにおいて、
   前記制御部は、前記ワークのうち前記塗装ガンが移動するときに対向している塗装対象部位の幅が狭いほど前記塗装ガンを前記塗装対象部位に接近させるように前記ロボットを制御すると共に、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなるように前記塗装ガンを制御する塗装ロボットシステム。
2. 前記制御部は、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭の回転数及び前記エアーの吐出圧の少なくとも一方が低くなるように前記塗装ガンを制御する請求項１に記載の塗装ロボットシステム。
3. 回転霧化頭により霧化した塗料を、前記回転霧化頭の外縁部に対して後方から噴出されるエアーにより前方に送給する塗装ガンをロボットに取り付け、予め設定されたプログラムに基づいて前記ロボットを制御して前記塗装ガンをワークに沿わせて移動し、前記ワークを塗装する塗装ロボットシステムの制御方法において、
   前記ワークのうち前記塗装ガンが移動するときに対向している塗装対象部位の幅が狭いほど前記塗装ガンを前記塗装対象部位に接近させるように前記ロボットを制御すると共に、前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭から吐出される塗料が少なくなるように前記塗装ガンを制御する塗装ロボットシステムの制御方法。
4. 前記塗装ガンと前記塗装対象部位とが近いほど前記回転霧化頭の回転数及び前記エアーの吐出圧の少なくとも一方が低くなるように前記塗装ガンを制御する請求項３に記載の塗装ロボットシステムの制御方法。