JP2018122335A - アーク点調整棒取付構造、及び多関節溶接ロボット、並びに溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接時における溶接トーチの振動を抑制して、高精度な溶接動作が可能となるアーク点調整棒取付構造、及び多関節溶接ロボット、並びに溶接装置を提供する。【解決手段】アーク点調整棒取付構造は、多関節溶接ロボット１１のロボット先端軸部１８に設けられ、溶接トーチ２１を支持するトーチ支持部１９と、トーチ支持部１９の溶接トーチ２１側に設けられ、アーク点調整棒５７を着脱可能に支持する調整棒取付部６１と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、アーク点調整棒取付構造、及び多関節溶接ロボット、並びに溶接装置に関する。

アーク溶接を行う多関節溶接ロボットとして、例えば、特許文献１に示す溶接トーチを備えたものがある。このような多関節溶接ロボットにおいては、溶接トーチをロボットアームに取り付ける際、溶接トーチの先端がロボット制御系における溶接点となるようにアーク点を調整する必要がある。このアーク点を調整する方法として、例えば、アーク点調整棒を用いる方法がある。図８に示すように、アーク点調整棒９１は、先端が断面半円状に形成された位置決め部９１ａを有する丸棒からなる。このアーク点調整棒９１は、ロボットアーム９２の先端軸部９３に形成された支持穴９３ａに、基端９１ｂが挿入されることでロボットアーム９２に支持される。アーク点調整棒９１の基端９１ｂが支持穴９３ａに支持された状態では、位置決め部９１ａに設けた不図示の十字マークがアーク点を表している。この十字マークに溶接トーチ９４から突出する溶接ワイヤ９５の先端が位置されるように、調整機構９６，９７によって位置合わせがなされる。

特開２０１０−２２７９４７号公報

ところで、アーク点調整棒９１は、ロボットアーム９２の先端軸部９３の旋回軸心から５００〜６００ｍｍもの長さＬにわたって配置されることがある。そのため、支持穴９３ａは、支持強度を得るために相応の長い穴長Ｌａが必要とされ、ロボットアーム９２の先端軸部９３は、その軸長Ｌｂを長くせざるを得ない。したがって、ロボットアーム９２が支持する先端側の部材によって、ロボットアーム側にかかる負荷が大きくなり、溶接時のロボットアーム駆動時において溶接トーチの振動が大きくなる。その結果、溶接ロボットに高精度な動作をさせることが難しくなる場合があった。

本発明の目的は、溶接時における溶接トーチの振動を抑制して、高精度な溶接動作が可能となるアーク点調整棒取付構造、及び多関節溶接ロボット、並びに溶接装置を提供することにある。

本発明の一態様は、ロボットアームの先端部に溶接トーチが接続された多関節溶接ロボットにおいて、前記溶接トーチのアーク点を表すマーカが一端部に設けられたアーク点調整棒を、前記ロボットアームに取り付けるアーク点調整棒取付構造であって、
前記多関節溶接ロボットのロボット先端軸部に設けられ、前記溶接トーチを支持するトーチ支持部と、
前記トーチ支持部の前記溶接トーチ側に設けられ、前記アーク点調整棒を着脱可能に支持する調整棒取付部と、
を備えることを特徴とするアーク点調整棒取付構造である。
このアーク点調整棒取付構造によれば、アーク点調整棒が、ロボットアームの先端軸部に設けたトーチ支持部の溶接トーチ側に、調整棒取付部を介して取り付けられるため、トーチ支持部のアーク点調整棒の取付部位の軸長を短縮でき、ロボットアーム９２のロボットアーム側にかかる負荷を小さくでき、溶接ロボット先端軸部の軽量化が図れる。これにより、溶接時におけるロボットアームの振動を低減できる。

また、前記調整棒取付部は、前記アーク点調整棒の基端部を支持する穴部が形成されていることが好ましい。
このアーク点調整棒取付構造によれば、簡易な構成で調整棒取付部にアーク点調整棒を支持させることができる。

また、前記調整棒取付部は、前記穴部が前記ロボット先端軸部の軸心に形成されていることが好ましい。
このアーク点調整棒取付構造によれば、ロボット先端軸部が回転しても、アーク点調整棒がぶれにくく、高精度なアーク点調整が行える。

また、前記調整棒取付部は、前記トーチ支持部に着脱可能に支持されていることが好ましい。
このアーク点調整棒取付構造によれば、調整棒取付部がトーチ支持部から取り外し可能となり、ロボットアームの先端軸部をより軽量化でき、溶接時におけるロボットアームの振動を低減できる。

また、前記調整棒取付部は、前記アーク点調整棒の前記先端部に向けてレーザ光を照射するレーザ光源部を備えることが好ましい。
このアーク点調整棒取付構造によれば、支持されたアーク点調整棒が湾曲しているかを容易に確認できる。

また、前記アーク点にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記アーク点からの前記レーザ光の戻り光を検出する戻り光検出部とを有するレーザセンサユニットが前記調整棒取付部に設けられることが好ましい。
このアーク点調整棒取付構造によれば、基準となる基準アーク点に実際のアーク点を合わせることができる。

また、本発明の一態様は、上記アーク点調整棒取付構造を備える多関節溶接ロボットである。
この多関節溶接ロボットによれば、アーク点調整棒がロボットアームの先端部に設けたトーチ支持部のトーチ側に、調整棒取付部を介して取り付けられるため、トーチ支持部のアーク点調整棒の取付部位における軸長が短縮され、軽量化が図れる。

また、本発明の一態様は、上記のレーザセンサユニットを備えたアーク点調整棒取付構造を備える多関節溶接ロボットと、
前記多関節溶接ロボットの前記ロボットアームを駆動する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記ロボットアームを、前記レーザセンサユニットにより決定される基準アーク点位置を基準点として駆動することを特徴とする溶接装置である。
この溶接装置によれば、レーザセンサユニットにより決定された基準アーク点位置を基準点として、高精度に多関節溶接ロボットを駆動できる。

本発明によれば、溶接時における溶接トーチの振動を抑制して、高精度な溶接動作が可能となる。

溶接装置の概略的な全体構成図である。 多関節溶接ロボットの一例を示す外観斜視図である。 アーク点調整棒取付構造の第１構成例を示す側面図である。 アーク点調整棒の側面図である。 アーク点調整棒取付構造の第２構成例を示す側面図である。 アーク点調整棒取付構造の第３構成例を示す側面図である。 多関節溶接ロボットにウィービング装置を搭載した第４構成例のトーチ支持部の拡大斜視図である。 従来のアーク点調整棒取付構造を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜溶接装置の全体構成＞
図１は溶接装置１００の概略的な全体構成図である。
溶接装置１００は、多関節溶接ロボット１１と、制御装置１３と、溶接電源１５と、教示コントローラ１７を備える。多関節溶接ロボット１１のロボット先端軸部１８には、エンドエフェクタであるトーチ支持部１９が接続される。トーチ支持部１９は、図示例のように、溶接トーチ２１を先端部に有し、溶接トーチ２１の先端位置を調整する調整機構２７，２９を備える。なお、エンドエフェクタとしては、溶接トーチ２１を支持するトーチ支持部１９の他に、切断トーチを有する切断機等の他のツールであってもよい。

制御装置１３は、教示コントローラ１７から入力された教示データに基づいて、多関節溶接ロボット１１を駆動して、溶接トーチ２１を移動させる。制御装置１３は、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶部に各種の駆動プログラムが記憶され、この駆動プログラムを読み込んで実行することにより、溶接装置１００の各部の駆動制御を実施する。

溶接トーチ２１の先端には、フラックス入りワイヤ、ソリッドワイヤ等の消耗式電極である溶接ワイヤ２５が供給される。この溶接ワイヤ２５は、不図示のワイヤパックから、ワイヤ送給装置１２によって繰り出される。溶接電源１５は、電源ケーブル１６を通じて溶接トーチ２１、及びワークＷと接続される。溶接トーチ２１には、制御装置１３からの指令によって、多関節溶接ロボット１１内に配設されたパワーケーブルを通じて溶接電流が供給される。また、溶接トーチ２１には、シールドガスが供給され、溶接時の大気の巻き込みを保護する。また、溶接トーチ２１にはトーチ冷却用の冷却水も供給される。
＜第１構成例＞
次に、上記構成の多関節溶接ロボット１１における、アーク点調整棒取付構造の第１構成例について詳細に説明する。
図２は多関節溶接ロボット１１の一例を示す外観斜視図である。
多関節溶接ロボット１１は、例えば、一般的な６つの駆動軸を有する６軸ロボットで構成される。図示例では、駆動軸Ｓ１〜Ｓ６回りに回転動作が可能な多関節溶接ロボットを示している。また、６軸ロボットの以外にも、例えば７軸ロボットや、他の多軸ロボットであってもよい。以下、多関節溶接ロボット１１を「ロボット」と略称する。

ロボット１１は、ベース３１と、ベース３１上で第１駆動軸Ｓ１回りに旋回可能に設けられた旋回部３３と、一端部が第２駆動軸Ｓ２を介して旋回部３３と連結され、第２駆動軸Ｓ２回りに回転自在な下部アーム３５と、下部アーム３５の他端部に第３駆動軸Ｓ３を介して接続される上部アーム３７と、上部アーム３７に設けられ、第４駆動軸Ｓ４によりアーム軸線回りに回転可能な手首旋回部３９と、手首旋回部３９に第５駆動軸Ｓ５を介して接続される手首曲げ部４１と、手首曲げ部４１の先端に第６駆動軸Ｓ６を有して接続される前述したロボット先端軸部（手首回転部）１８と、を備える。これら下部アーム３５、上部アーム３７及び手首旋回部３９、手首曲げ部４１、ロボット先端軸部１８は、多関節アームを構成する。

ロボット１１の第１駆動軸Ｓ１〜第６駆動軸Ｓ６は、それぞれ図示しないサーボモータ等の駆動モータにより駆動される。各駆動モータは、それぞれ制御装置１３（図１参照）から駆動信号が入力され、それぞれの駆動軸の回転角度が制御される。これにより、溶接トーチ２１が、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間で所望の姿勢に位置決め可能となっている。

図３はアーク点調整棒取付構造の第１構成例を示す側面図である。
ロボット先端軸部１８には、トーチ支持部１９の基端側取付部５９が固定される。基端側取付部５９は、ロボット先端軸部１８に不図示のボルト等によって一端側が固定され、外周部の一部から、溶接トーチ２１を移動可能に支持する調整機構２７，２９が延設される。調整機構２７，２９は、直動スライダ等で構成される。基端側取付部５９の溶接トーチ２１側の他端側には、アーク点調整棒５７を第６駆動軸Ｓ６の軸心と同心に支持させる調整棒取付部６１が設けられる。アーク点調整棒５７は、調整棒取付部６１に着脱可能に取り付けられる。このアーク点調整棒５７は、先端部５７ａが溶接位置の位置合わせ等に用いられ、溶接時には取り外される。

調整棒取付部６１は、外径がトーチ先端側に向かうにしたがって、漸次縮径した形状をしている。調整棒取付部６１は、基端側取付部５９に着脱可能な構成である他、基端側取付部５９と一体にされた構成であってもよい。図示例の調整棒取付部６１は、一端部（図３の左側）に基端側取付部５９と互いに係合し合う係合部６３が形成され、基端側取付部５９に着脱可能に取り付けられる。係合部６３は、ねじによる締結、締まり嵌め、弾性変形する係止爪による固定等、周知の係合機構が適用可能である。

図４はアーク点調整棒５７の側面図である。
アーク点調整棒５７は、全体が直線状の棒体であり、先端部５７ａは断面半円形で、基端部５７ｂと本体部５７ｃは断面円形となっている。また、基端部５７ｂは本体部５７ｃよりも細径にされる。断面半円形の先端部５７ａにおける軸線方向に沿って形成された平面部には、図示はしないが、アーク点位置を表す十字マーク等のマーカが設けられる。

図３に示すように、調整棒取付部６１は、基端側取付部５９と反対の溶接トーチ２１に臨む側の他端部（図３の左側）に、アーク点調整棒５７の基端部５７ｂを支持する穴部６１ａが形成される。穴部６１ａは、アーク点調整棒５７が第６駆動軸Ｓ６と同軸上で支持されるように第６駆動軸Ｓ６の軸心に形成される。この穴部６１ａにアーク点調整棒５７の基端部５７ｂが挿入される。アーク点調整棒５７は、基端側の段部５７ｄ（図４参照）が調整棒取付部６１に突き当たる位置まで押し込まれた際、先端部５７ａのマーカの位置が正規のアーク点を示す位置となる。このアーク点に溶接トーチ２１から突出した溶接ワイヤ２５の先端を合わせることで、溶接トーチ２１の基準位置の位置合わせがなされる。

アーク点調整棒５７を用いて溶接トーチ２１の基準位置の位置合わせを完了した後は、アーク点調整棒５７は、調整棒取付部６１から引き抜くことで取り外される。これにより、溶接トーチ２１は、溶接可能な状態となる。また、アーク点調整棒５７のみ取り外す以外にも、アーク点調整棒５７と調整棒取付部６１とを共に取り外してもよい。

本構成のアーク点調整棒取付構造によれば、ロボット先端軸部１８に、トーチ支持部の基端側取付部５９が固定され、基端側取付部５９の溶接トーチ２１側に、アーク点調整棒５７と調整棒取付部６１とが配置される。したがって、アーク点調整棒５７は、調整棒取付部６１に支持されて、基端側取付部５９よりもロボット先端軸部１８側に入り込むことがない。

つまり、基端側取付部５９の溶接トーチ２１を臨む側だけにアーク点調整棒５７が配置されており、ロボット１１の第５駆動軸Ｓ５から基端側取付部５９までの距離Ｌ１を従来の構成（図８参照）による距離Ｌｂよりも短縮できる。よって、ロボット先端軸部１８よりも溶接トーチ２１側のロボットアーム先端部にかかる負荷を軽減できる。これにより、溶接時におけるロボット１１の各駆動軸の動作による溶接トーチ２１の予期しない振動を抑制できる。また、溶接トーチ２１の不用意な振動が軽減されるため、予め定めた溶接ラインに沿った溶接を高い位置精度で実施でき、高品位な溶接が可能となる。具体的には、ウィービング動作などを高精度に行うことが可能となる。上記効果は、特に第５駆動軸Ｓ５から溶接トーチ２１の先端までの距離Ｌ２が長いほど、調整機構２７，２９等のトーチ支持部１９の重量が大きいほど顕著となる。

また、アーク点調整棒５７を取り外して溶接する際、調整棒取付部６１をそのまま残し、アーク点調整棒５７のみ取り外す場合には、アーク点調整棒５７の取り外し作業及び最挿着作業をより簡単に行える。

＜第２構成例＞
次に、アーク点調整棒取付構造の第２構成例を説明する。
以降の説明では、図３，図４に示す第１構成例の場合と同一の部材や部位については、同一の符号を付与することで、その説明を簡単化又は省略する。

＜第２構成例＞
図５はアーク点調整棒取付構造の第２構成例を示す側面図である。
本構成のアーク点調整棒取付構造は、図３に示す構造の調整棒取付部６１の溶接トーチ２１側に、アーク点調整棒５７の先端部５７ａに向けてレーザ光ＬＢを照射するレーザ光源部７１を備える。

レーザ光源部７１は、調整棒取付部６１に取り付けられたアーク点調整棒５７の先端部５７ａにレーザ光ＬＢによるレーザスポットＰを照射する。そして、作業者が図中Ｖ方向に見た際に、このレーザスポットＰと、先端部５７ａに設けたマーカとの位置が一致していれば、アーク点調整棒５７に湾曲等が生じておらず、正常であることが確認できる。レーザスポットＰとマーカがずれている場合は、アーク点調整棒５７を調整し、双方の位置を一致させるか、アーク点調整棒５７を新規なものに交換する。

本構成のアーク点調整棒取付構造によれば、レーザスポットＰの目視確認により、アーク点調整棒５７によるアーク点位置の信頼性を簡単に確保できる。この場合のアーク点調整棒５７は、先端部５７ａに断面半円状の平面部が形成されていてもよく、なくてもよい。

＜第３構成例＞
図６はアーク点調整棒取付構造の第３構成例を示す側面図である。
本構成のアーク点調整棒取付構造は、図３に示す構造の調整棒取付部６１の溶接トーチ２１側に、レーザセンサユニット７３を取り付けている。

レーザセンサユニット７３は、アーク点にレーザ光ＬＢ１を照射するレーザ光照射部７５と、アーク点からのレーザ光の戻り光ＬＢ２を検出する戻り光検出部７７とを有する。レーザセンサユニット７３には、レーザ光ＬＢ１と戻り光ＬＢ２との関係に基づいて、レーザセンサユニット７３からアーク点Ｐｓまでの距離を求める図示しない距離演算部に接続される。

図示例では、レーザ光照射部７５からのレーザ光ＬＢ１を、溶接ワイヤ２５の先端に当接する任意の壁面７９に照射して、この壁面７９からの戻り光ＬＢ２を検出している。距離演算部は、これらレーザ光ＬＢ１と戻り光ＬＢ２との関係から周知の位相差法等によりレーザセンサユニット７３から壁面７９までの距離を求め、この距離情報を出力する。距離演算部から出力された距離情報は、図１に示す制御装置１３に入力される。制御装置１３は、入力された距離情報に応じて、予め定めた基準アーク点位置に対応する距離となるように、つまり、溶接トーチ２１の溶接ワイヤ２５の先端位置が、基準アーク点位置と一致するように、多関節溶接ロボット１１を駆動する。これにより、ロボット１１駆動の基準点が設定される。

ここで、壁面７９によりレーザ光ＬＢ１を反射させる以外にも、場合によっては溶接ワイヤ２５自体からの反射光を戻り光ＬＢ２として計測してもよい。

本構成のアーク点調整棒取付構造によれば、予め定めた基準アーク点位置が実際のアーク点となるように、溶接トーチ２１の位置が調整される。これにより、溶接トーチ２１を正確なアーク点位置に位置決めできる。

上記のようにして、制御装置１３は、レーザセンサユニット７３により決定される基準アーク点位置を駆動の基準点として、溶接トーチ２１を駆動する。

また、この調整後に、アーク点調整棒５７を調整棒取付部６１に取り付け、設定されたアーク点位置と、前述したアーク点調整棒によるアーク点位置とを比較して、双方にずれが生じた場合には、アーク点調整棒を調整する。これにより、アーク点調整棒の信頼性を確保できる。

また、上記のようにして、溶接トーチ２１をアーク点位置に移動させ、ロボット１１駆動の基準点を設定する以外にも、駆動プログラムを補正することで基準点を合わせてもよい。例えば、制御装置１３は、予め用意された駆動プログラムに基づいてロボットアームを駆動する際、基準アーク点位置が駆動の基準点となるように、現在のロボットの基準点（補正前）と基準アーク点位置との差分を求め、この差分に応じて駆動プログラムの座標値等のパラメータを変更する。そして、制御装置１３は、変更後のパラメータにしたがってロボットアームを駆動する。これによっても、基準アーク点位置に基づく正確な溶接を実現できる。

＜第４構成例＞
次に、第４構成例を説明する。図７は、前述の構成のロボット１１において、ロボット先端軸部１８に２軸ウィーバー２３を設けた溶接トーチ２１の拡大斜視図である。

２軸ウィーバー２３は、溶接トーチ２１を、ロボット先端軸部１８に対して直交２軸に相対移動させる駆動部を備える。この駆動部による溶接トーチ２１の揺動駆動によって、ウィービング動作が行われる。

２軸ウィーバー２３は、トーチ先端軸２１ａを中心とした平面Ｐａ上で２方向に駆動可能に、ロボット１１のロボット先端軸部１８に接続される。この２軸ウィーバー２３は、Ｘ軸方向に駆動する第１駆動部５１と、トーチ先端軸２１ａ及びＸ方向に直交するＹ方向に駆動する第２駆動部５３とを有する。第１駆動部５１と第２駆動部５３は、溶接トーチ２１をトーチ先端軸２１ａ上の基準アーク点位置を中心として、平面Ｐａ上で互いに直交する２方向に駆動する。

第１駆動部５１は、第２駆動部５３をＸ方向（Ｓ７）となる移動方向に沿って移動させる直動スライドユニットを有する。第２駆動部５３は、溶接トーチ２１を支持するトーチ基部５５を、第８駆動軸Ｓ８を中心として回転自在に支持する回転ユニットを有する。

上記構成の２軸ウィーバー２３を搭載するロボット１１によれば、高精度にアーク点が位置決めされ、これにより、高精度なウィービング動作が実現される。

なお、第４構成例で示す２軸ウィーバー２３によるウィービング動作は、前述の第１〜第３構成例においても、制御装置１３がロボット１１の各駆動軸を駆動制御することで実現できる。その場合、ロボット１１は高い位置決め精度が要求されるが、基準アーク点位置が正確に定められるため、高精度な溶接が可能となる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

１１ ロボット（多関節溶接ロボット）
１８ ロボット先端軸部
１９ トーチ支持部
２１ 溶接トーチ
５５ トーチ基部
５７ アーク点調整棒
５７ａ 先端部
５７ｂ 基端部
５９ 基端側取付部
６１ 調整棒取付部
６１ａ 穴部
６３ 係合部
７１ レーザ光源部
７３ レーザセンサユニット
７５ レーザ光照射部
７７ 戻り光検出部
１００ 溶接装置

Claims (8)

1. ロボットアームの先端部に溶接トーチが接続された多関節溶接ロボットにおいて、前記溶接トーチのアーク点を表すマーカが一端部に設けられたアーク点調整棒を、前記ロボットアームに取り付けるアーク点調整棒取付構造であって、
   前記多関節溶接ロボットのロボット先端軸部に設けられ、前記溶接トーチを支持するトーチ支持部と、
   前記トーチ支持部の前記溶接トーチ側に設けられ、前記アーク点調整棒を着脱可能に支持する調整棒取付部と、
   を備えることを特徴とするアーク点調整棒取付構造。
2. 前記調整棒取付部は、前記アーク点調整棒の基端部を支持する穴部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアーク点調整棒取付構造。
3. 前記調整棒取付部は、前記穴部が前記ロボット先端軸部の軸心に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアーク点調整棒取付構造。
4. 前記調整棒取付部は、前記トーチ支持部に着脱可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアーク点調整棒取付構造。
5. 前記調整棒取付部は、前記アーク点調整棒の前記先端部に向けてレーザ光を照射するレーザ光源部を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアーク点調整棒取付構造。
6. 前記アーク点にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記アーク点からの前記レーザ光の戻り光を検出する戻り光検出部とを有するレーザセンサユニットが前記調整棒取付部に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のアーク点調整棒取付構造。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項のアーク点調整棒取付構造を備えることを特徴とする多関節溶接ロボット。
8. 請求項６のアーク点調整棒取付構造を備える多関節溶接ロボットと、
   前記多関節溶接ロボットの前記ロボットアームを駆動する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記ロボットアームを、前記レーザセンサユニットにより決定される基準アーク点位置を基準点として駆動することを特徴とする溶接装置。

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