JP2022100666A - レーザ溶接システム、及びノズル交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工ヘッド本体に対する加工ノズルの着脱を自動化し、併せて加工ノズルの交換に要する時間の短縮を図る。【解決手段】ノズル交換装置５０は、Ｙ軸方向に沿って互いに隣り合うように並べられた複数の収納部６０と、複数の収納部６０のそれぞれがＺ軸方向に沿って移動自在に取り付けられたベース部５８と、ベース部５８をＹ軸方向に沿って移動させ、複数の収納部６０の中から選択される１つの対象収納部を待機位置に位置決めする第１駆動部６８と、待機位置に位置する対象収納部をＺ軸方向に沿って移動させることにより、加工ヘッド本体２６に対して加工ノズル３０の着脱を行うノズル交換位置に、対象収納部を位置決めする第２駆動部７０と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、レーザ溶接システム、及びノズル交換装置に関する。

特許文献１には、レーザ溶接機である溶接ロボット及び加工ヘッドの構造が開示されている。加工ヘッドは、ロボットアームの先端部に設けられた加工ヘッド本体と、加工ヘッドに対して着脱可能に構成され、ワークに向かってレーザビームを照射する加工ノズルと、を備えている。

特開２０１５－５８４４８号公報

レーザ溶接機に用いられる加工ノズルは、一般的なレーザ切断機に用いられる加工ノズルに比べて大型であったり、加工条件に合わせて形状も様々であったりする。そのため、レーザ溶接機に対する加工ノズルの交換は人手に頼っているのが現状であり、加工ノズルの交換に要する時間が長くなってしまうという問題がある。

本発明の一態様は、加工ヘッド本体に対する加工ノズルの着脱を自動化し、併せて加工ノズルの交換に要する時間の短縮を図ることができるレーザ溶接システム及びノズル交換装置を提供することにある。

本発明の一態様は、ワークに対してレーザ溶接を行うレーザ溶接機と、ノズル交換装置と、を備えるレーザ溶接システムである。レーザ溶接機は、本体接続部が設けられた加工ヘッド本体と、本体接続部に接続可能なノズル接続部が設けられ、レーザビームをワークに向けて照射する加工ノズルと、を含む。ノズル交換装置は、第１方向に沿って互いに隣り合うように並べられ、それぞれが加工ノズルを保持可能な複数の収納部と、第１方向に沿って移動自在に構成され、複数の収納部のそれぞれが第１方向とは異なる第２方向に沿って移動自在に取り付けられたベース部と、ベース部を第１方向に沿って移動させ、複数の収納部の中から選択される１つの収納部である対象収納部を待機位置に位置決めする第１駆動部と、待機位置に位置する対象収納部を第２方向に沿って移動させることにより、加工ヘッド本体に対して加工ノズルの着脱を行うノズル交換位置に、対象収納部を位置決めする第２駆動部と、を含む。

本発明の一態様によれば、ノズル交換装置を備えることで、加工ヘッド本体に対する加工ノズルの着脱を自動的に行うことができる。また、ノズル交換装置は、複数の収納部を第１方向及び第２方向へ移動させることができるので、複数の収納部のうち任意の収納部を１箇所のノズル交換位置に対して位置決めすることができる。これにより、複数の収納部の位置に拘わらず、１箇所のノズル交換位置に加工ヘッド本体を移動させればよいので、短時間で加工ノズルの交換を行うことができる。

本発明の一態様によれば、加工ヘッド本体に対する加工ノズルの着脱を自動的に行うことができ、併せて加工ノズルの交換に要する時間の短縮を図ることができる。

図１は、本実施形態に係るレーザ溶接システムを模式的に示す斜視図である。 図２は、加工ヘッドを示す図である。 図３は、加工ヘッド本体の本体接続部及び加工ノズルのノズル接続部の接続状態を示す説明図である。 図４は、加工ヘッド本体の本体接続部を示す斜視図である。 図５は、ノズル交換装置を示す斜視図である。 図６は、加工ノズルを取り外した状態のノズル交換装置を示す斜視図である。 図７は、ノズル交換装置の要部を拡大して示す正面図である。 図８は、ノズル交換装置の要部を拡大して示す上面図である。 図９は、待機位置にある対象収納部を説明する図である。 図１０は、対象収納部に保持された加工ノズルを説明する図である。 図１１は、アンロック機構によるロック解除動作を説明する図である。 図１２は、対象収納部を待機位置に復帰させた状態を説明する図である。

図１は、本実施形態に係るレーザ溶接システムを模式的に示す斜視図である。本実施形態に係るレーザ溶接システム１０を説明する。以下の説明では、左右方向、前後方向、及び上下方向で定義される３次元を用いてレーザ溶接システム１０を説明する。図面に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ左右方向、前後方向、上下方向に対応する。「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指している。なお、これらの方向は便宜的なものであり、レーザ溶接システム１０の使用状態における姿勢を限定するものではない。

レーザ溶接システム１０は、金属製のワークＷに対してレーザ溶接を行う加工システムである。レーザ溶接システム１０は、レーザ溶接機１４と、ノズル交換装置５０とを備えている。

レーザ溶接機１４は、ワークＷに対してレーザ溶接を行うレーザ加工機である。レーザ溶接機１４は、ワークＷに対してレーザ切断を補足的に行うことができる。本実施形態では、レーザ溶接機１４は、溶接ロボットとして実現されている。レーザ溶接機１４は、Ｘ軸方向に延在するガイドフレーム１６に設けられている。レーザ溶接機１４は、ガイドフレーム１６に沿って移動することができる。

レーザ溶接機１４は、加工ヘッド２０を備えている。加工ヘッド２０は、多関節のロボットアーム１８の先端に、連結具２２を介して設けられている。加工ヘッド２０は、ロボットアーム１８の動作によってＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ移動する。

加工ヘッド２０は、レーザビームをワークＷに向けて照射する。加工ヘッド２０は、ファイバレーザ発振器又はＹＡＧレーザ発振器などのレーザビームを発振するレーザ発振器（図示省略）に、伝送ファイバ２４を介して接続されている。

図２は、加工ヘッドを示す図である。図３は、加工ヘッド本体の本体接続部及び加工ノズルのノズル接続部の接続状態を示す説明図である。図４は、加工ヘッド本体の本体接続部を示す斜視図である。図１乃至図４を参照し、加工ヘッド２０について説明する。

加工ヘッド２０は、加工ヘッド本体２６と、加工ノズル３０と、ロック機構４０とを含んでいる。以下の説明では、加工ノズル３０の先端が下方に向けられた状態を基準に、加工ヘッド２０を説明する。

加工ヘッド本体２６は、連結具２２を介してロボットアーム１８の先端に取り付けられている。加工ヘッド本体２６内には、伝送ファイバ２４から射出されたレーザビームをコリメートするコリメートレンズ、及びコリメートされたレーザビームを集束する集束レンズが設けられている。

加工ヘッド本体２６には、本体接続部２８が設けられている。本体接続部２８は、加工ヘッド本体２６の先端側（下端側）に設けられた矩形箱状の構造体である。本体接続部２８の下側には、上方向に窪んだ本体嵌合部２８ｄが設けられている。なお、本体嵌合部２８ｄに代えて、本体接続部２８の下側に、下方向に突出した本体嵌合部を設けてもよい。

加工ノズル３０は、レーザビームをワークＷに向けて照射する。加工ノズル３０は、加工ヘッド本体２６に対して着脱可能に構成されている。加工ノズル３０には、加工条件に合わせて種々の形状が存在する。例えば、加工ノズル３０には、全体的に細長に形成された細型の加工ノズル、簡易なレーザ切断を行うための切断用の加工ノズル、レーザ溶接中に自己冷却を行う自己冷却用の加工ノズルが存在する。また、加工ノズル３０には、加工ノズル３０の軸心方向（レーザビームの光軸）の側方からシールドガスを噴射するサイド型の加工ノズルも存在する。

加工ノズル３０には、本体接続部２８、具体的には本体接続部２８の下側に接続可能なノズル接続部３２が設けられている。ノズル接続部３２は、加工ノズル３０の基端側（上端側）に設けられた矩形箱状の構造体である。ノズル接続部３２の上側には、上方向に突出したノズル嵌合部３２ｓが設けられている。ノズル嵌合部３２ｓは、本体嵌合部２８ｄに嵌合可能であり、これにより、ノズル接続部３２と本体接続部２８とを接続することができる。なお、本体接続部２８の下側に、下方向に突出した本体嵌合部を形成した場合には、ノズル嵌合部３２ｓに代えて、ノズル接続部３２の上側に、下方向に窪んだノズル嵌合部を設けることができる。

ノズル接続部３２の対向する一対の側面３２ａには、外側に向かって延出するフランジ部３４がそれぞれ設けられている。フランジ部３４の下側には、水平方向に対して傾斜したテーパ部（傾斜部）３４ｔが設けられている。フランジ部３４は、先端側（外側）に向かって徐々に板厚が薄くなるように構成されている。

ノズル接続部３２の両側面３２ａには、水平方向に延在する断面Ｕ字状の被ガイド部材３６がそれぞれ設けられている。被ガイド部材３６は、フランジ部３４の下方に配置されている。

ロック機構４０は、本体接続部２８の対向する一対の側面２８ａにそれぞれ設けられている。ロック機構４０は、本体接続部２８とノズル接続部３２との接続をロックする。このロック機構４０は、側方からの押圧操作に応じて、ロック状態を解除することができる。

ロック機構４０は、接続部材４４と、爪部４６と、回動力付与部材としての圧縮バネ４８と、押圧ロッド４５と、を有している。

接続部材４４は、本体接続部２８の側面２８ａに回動可能に設けられている。具体的には、本体接続部２８の側面２８ａには、一対の支持ブロック２９が設けられている。図３及び図４には、１つの側面２８ａに設けられる一対の支持ブロック２９のうち、一方の支持ブロック２９のみが描かれている。一対の支持ブロック２９の間には、取付ボルト４２が設けられている。接続部材４４は、逆Ｕ字形状に形成されており、一対の先端部が下向きとなる格好で取付ボルト４２に取り付けられている。接続部材４４は、取付ボルト４２の軸心回りに回動する。

爪部４６は、接続部材４４における一対の先端部にそれぞれ設けられている。爪部４６は、接続部材４４の先端側から、ノズル接続部３２の側面３２ａに向かう方向に突出している。爪部４６は、フランジ部３４を下側から支持する。爪部４６の上面は、フランジ部３４の下側に相当するテーパ部３４ｔに接触する。爪部４６の上面は、曲面状の１つである円弧面状に形成されている。

圧縮バネ４８は、爪部４６の先端がノズル接続部３２の側面３２ａに向かうように接続部材４４に回動力を与える。圧縮バネ４８は、水平方向に隔離された一対の支持ボルト４９に設けられている。圧縮バネ４８は、接続部材４４の回動軸である取付ボルト４２よりも上方に位置しており、接続部材４４の上側を外方に向かって押圧する。これにより、接続部材４４に対して所要の回動力が与えられる。なお、圧縮バネ４８を用いる代わりに、ゴムなどの弾性部材を回動力付与部材として用いてもよい。

また、ロック機構４０は、押圧ロッド４５をさらに有している。押圧ロッド４５は、接続部材４４の上端側に設けられている。押圧ロッド４５は、接続部材４４を隔てて圧縮ばね４８と対向する位置に設けられている。押圧ロッド４５は、断面円形の部材であり、水平方向に延在している。押圧ロッド４５の両端は、接続部材４４によって支持されている。

図５は、ノズル交換装置を示す斜視図であり、図６は、加工ノズルを取り外した状態のノズル交換装置を示す斜視図である。図７は、ノズル交換装置の要部を拡大して示す正面図であり、図８は、ノズル交換装置の要部を拡大して示す上面図である。図１、図５乃至図８を参照し、ノズル交換装置５０について説明する。

ノズル交換装置５０は、レーザ溶接機１４の加工ヘッド本体２６に対して着脱可能な複数の加工ノズル３０を収納している。ノズル交換装置５０は、加工ヘッド本体２６に対する加工ノズル３０の着脱を自動的に行い、加工ヘッド本体２６に装着されている加工ノズル３０を装置内に収納したり、装置内に収納されている加工ノズル３０を加工ヘッド本体２６に装着したりする。このような加工ノズル３０の交換動作に伴い、ノズル交換装置５０は、ロック機構４０のロック状態を解除する動作を行う。

ノズル交換装置５０は、フレーム５２に載置されている。ノズル交換装置５０の周囲には、カバー５４が設けられている。カバー５４の正面には、一対のシャッター５４ａが設けられている。加工ノズル３０の交換時には、一対のシャッター５４ａが互いに離間する方向に移動し、これにより、カバー５４の一部が開放される。

ノズル交換装置５０は、ベース部５８と、３つの収納部６０と、第１駆動部６８と、第２駆動部７０と、アンロック機構８０とを有している。ベース部５８と、第１駆動部６８と、第２駆動部７０と、アンロック機構８０とは、フレーム本体５６に取り付けられている。

ベース部５８は、鉛直方向に対して平行な平板形状の部材であり、３つの収納部６０が取り付けられている。ベース部５８は、一対のリニアガイド７２によって、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。個々のリニアガイド７２は、フレーム本体５６に設けられてＹ軸方向に延びたリニアレール７２ａと、ベース部５８の背面に設けられてリニアレール７２ａによって案内されるブロック（図示せず）とから構成されている。

フレーム本体５６のＹ軸方向の両端には、アブソーバ７６及びストッパ７８がそれぞれ設けられている。ベース部５８が前方向ＦＦへと移動して、フレーム本体５６の前側まで移動すると、ベース部５８は、フレーム本体５６の前側にあるアブソーバ７６及びストッパ７８に突き当たる。これにより、ベース部５８は、所定の前方位置に位置決めされる。ベース部５８が前方位置に位置決めされた場合、３つの収納部６０のうち、最も後方向ＦＲにある収納部６０が、後述する待機位置に位置決めされる。

また、ベース部５８が後方向ＦＲへと移動して、フレーム本体５６の後側まで移動すると、ベース部５８は、フレーム本体５６の後側にあるアブソーバ７６及びストッパ７８に突き当たる。これにより、ベース部５８は、所定の後方位置に位置決めされる。ベース部５８が後方位置に位置決めされた場合、３つの収納部６０のうち、最も前方向ＦＦにある収納部６０が、待機位置に位置決めされる。

同様に、フレーム本体５６の中央には、図示しないアブソーバ及びストッパが設けられている。中央のアブソーバ及びストッパは、Ｘ軸方向に沿って進出可能に構成されている。例えば、中央のアブソーバ及びストッパが基準位置にある場合、ベース部５８は、中央のアブソーバ及びストッパと干渉することなく、Ｙ軸方向に沿って移動することができる。一方、中央のアブソーバ及びストッパをＸ軸方向に沿って進出させると、中央のアブソーバ及びストッパは、ベース部５８の所要の部位に対して機械的に干渉可能となる。ベース部５８が、フレーム本体５６の前側又は後側から移動して、フレーム本体５６の中央へと移動すると、ベース部５８は、中央のアブソーバ及びストッパに突き当たる。これにより、ベース部５８は、所定の中央位置に位置決めされる。ベース部５８が中央位置に位置決めされた場合、３つの収納部６０のうち、中央にある収納部６０が、待機位置に位置決めされる。

３つの収納部６０は、Ｙ軸方向に沿って互いに隣り合うように並べられている。個々の収納部６０は、一対のリニアガイド７４によってＺ軸方向に移動可能に構成されている。個々のリニアガイド７４は、ベース部５８に設けられてＺ軸方向に延びたリニアレール７４ａと、収納部６０の背面に設けられてリニアレール７４ａによってＺ軸方向へ案内されるブロック（図示せず）とから構成されている。

収納部６０のそれぞれは、加工ノズル３０を保持する。収納部６０によって保持される加工ノズル３０の姿勢は、加工ノズル３０の先端側が下向きとなり、ノズル接続部３２が上方に位置する。収納部６０は、頂部プレート６２と、背面プレート６４と、背面プレート６４の両側に立設された一対の側面プレート６６とで構成されている。

頂部プレート６２は、先端側が二股に分かれたＵ字形状を有している。頂部プレート６２の一対の先端部には、ガイド片６２ａがそれぞれ設けられている。一対のガイド片６２ａは、被ガイド部材３６を介してノズル接続部３２を両側から挟むことで、加工ノズル３０を保持することができる。また、ノズル接続部３２の被ガイド部材３６を一対のガイド片６２ａに沿ってＸ軸方向にスライドさせることで、一対のガイド片６２ａの間から加工ノズル３０を取り出したり、一対のガイド片６２ａの間に加工ノズル３０を挿入したりすることできる。

上述したように、被ガイド部材３６は、フランジ部３４の下方に配置されている。よって、頂部プレート６２のガイド片６２ａによって加工ノズル３０が保持された状態においては、フランジ部３４を含むノズル接続部３２の上側部分、及びこのノズル接続部３２に接続する本体接続部２８が、頂部プレート６２によりも上方に突出している。これにより、アンロック機構８０は、ロック機構４０に対する押圧操作が可能となる。

背面プレート６４の中央には、Ｚ軸方向に縦長となる矩形状の開口６４ａが設けられている。開口６４ａの内部には、ベース部５８に固定されたストッパ６５が設けられている。収納部６０には自重による下方向Ｄへの力が作用しており、収納部６０は、開口６４ａの上辺がストッパ６５に突き当たる位置、すなわち、下限位置に位置する。一方、収納部６０が上方に移動すると、収納部６０は、開口６４ａのＺ軸方向の高さ分だけ上方向Ｕへと移動し、最終的には、開口６４ａの下辺がストッパ６５に突き当たる。これにより、収納部６０の上方向Ｕへの移動は、開口６４ａの下辺がストッパ６５に突き当たる位置、すなわち、上限位置に制限される。収納部６０は、下限位置から上限位置までの可動範囲において昇降することができる。ストッパ６５は、背面プレート６４が当接したときに発生する音を抑制するため、ウレタンフォームなどの材料で形成されている。

第１駆動部６８は、ベース部５８をＹ軸方向に沿って移動させ、対象収納部を待機位置に位置決めする。対象収納部は、３つの収納部６０の中から選択される１つの収納部６０である。典型的には、レーザ溶接機１４の加工ヘッド本体２６に対して装着する加工ノズル３０を保持する収納部６０、又はレーザ溶接機１４の加工ヘッド本体２６から取り外す加工ノズル３０を収納する収納部６０が、対象収納部として選択される。また、待機位置とは、第２駆動部７０が駆動することにより対象収納部をＺ軸方向へ昇降することができる、Ｙ軸方向の位置である。本実施形態では、待機位置は、フレーム本体５６のＹ軸方向中央に設定されている。また、待機位置は、第２駆動部７０の駆動により対象収納部がＺ軸方向への上昇を開始ときのＺ軸方向の位置にも相当する。

第１駆動部６８は、ベース部５８をＹ軸方向に沿って往復させるアクチュエータとしてのエアシリンダから構成される。第１駆動部６８は、Ｙ軸方向に進出可能な作動ロッドを有しており、作動ロッドの先端部は、ベース部５８に一体的に連結されている。なお、第１駆動部６８は、エアシリンダを用いる代わりに、モータなどを用いてもよい。

第２駆動部７０は、待機位置に位置する収納部６０（対象収納部）を、Ｚ軸方向に沿って移動させることにより、収納部６０をノズル交換位置に位置決めする。特に、第２駆動部７０は、待機位置に位置する収納部６０（対象収納部）のみをＺ軸方向に沿って移動させる。ノズル交換位置は、待機位置よりも所定距離だけ上方向Ｕに設定されている。具体的には、ノズル交換位置は、収納部６０をノズル交換位置に位置決めすることにより、アンロック機構８０によりロック機構４０のロック状態を解除することできる位置をいう。したがって、ノズル交換位置は、加工ヘッド本体２６に対して加工ノズル３０の着脱を行う位置に相当する。

第２駆動部７０は、待機位置に位置する収納部６０をＺ軸方向に沿って昇降させるアクチュエータとしてのエアシリンダから構成される。なお、第２駆動部７０は、エアシリンダを用いる代わりに、モータなどを用いてもよい。

第２駆動部７０は、Ｚ軸方向に昇降可能な作動ロッド７０ａを有している。作動ロッド７０ａの先端部には、支持ブロック７１ａが設けられている。背面プレート６４の下端側には、ウレタン製の固定ブロック６４ｂが固定されている。作動ロッド７０ａが上昇すると、支持ブロック７１ａによって固定ブロック６４ｂが押し上げられ、収納部６０を待機位置からノズル交換位置まで上昇させることができる。ノズル交換位置は、収納部６０の可動範囲の上限位置と対応しており、収納部６０は、ストッパ６５によってノズル交換位置に適切に位置決めされる。一方、作動ロッド７０ａが下降すると、収納部６０は自重により下降し、収納部６０の可動範囲の下端位置、すなわち、待機位置へと復帰する。

もっとも、ロック機構４０のロック状態が解除されている状態であっても、加工ヘッド本体２６と加工ノズル３０との接合部が固着しているような場合がある。この場合には、収納部６０及び加工ノズル３０の自重によっても加工ノズル３０が加工ヘッド本体２６から分離せず、収納部６０が下降しない場合がある。そこで、支持ブロック７１ａには、Ｌ字状に屈曲した補助プレート７１ｂが設けられている。作動ロッド７０ａの下降に伴い、支持ブロック７１ａ及び補助プレート７１ｂが下降すると、補助プレート７１ｂの先端部が固定ブロック６４ｂに引っかかり、固定ブロック６４ｂを強制的に下方へと引き下げることができきる。これにより、加工ヘッド本体２６と加工ノズル３０との固着状態を解消し、収納部６０及び加工ノズル３０を下降させることができる。

アンロック機構８０は、フレーム本体５６の上部に配置されている。アンロック機構８０は、ノズル交換位置を基準に設けられており、本実施形態では、ノズル交換位置に位置決めされた収納部６０の上方に設けられている。アンロック機構８０は、ノズル交換位置に位置決めされた収納部６０に加工ノズル３０が保持されている状態において本体接続部２８の側方からロック機構４０を押圧することにより、ロック機構４０のロック状態を解除する。

アンロック機構８０は、第１及び第２可動プレート８２、８４と、第１及び第２アーム部８６、８８とを有している。第１可動プレート８２及び第１アーム部８６と、第２可動プレート８４及び第２アーム部８８とは、Ｙ軸方向に沿って隔離されて、互いに対向している。

第１可動プレート８２は、Ｙ軸方向に延びた第１ガイドレール９０に設けられて、Ｙ軸方向へ往復可能に構成されている。第１可動プレート８２は、右方向Ｒに向かって突出している。第１可動プレート８２の先端部には、第２可動プレート８４に向かって延出する第１アーム部８６が固定されている。

第２可動プレート８４は、Ｙ軸方向に延びた第２ガイドレール９２に設けられて、Ｙ軸方向へ往復可能に構成されている。第２可動プレート８４は、右方向に向かって突出している。第２可動プレート８４の先端部には、第１可動プレート８２に向かって延出する第２アーム部８８が固定されている。

第１及び第２アーム部８６、８８は、所定の板厚を備える板材で構成されている。第１及び第２アーム部８６、８８の先端部には、ロック機構４０の押圧ロッド４５を押圧する押圧部８６ａ、８８ａが設けられている。それぞれの押圧部８６ａ、８８ａには、押圧ロッド４５の軸方向に沿って延在する凹状の溝が設けられている。

第１及び第２可動プレート８２、８４は、図示しないアクチュエータによりＹ軸方向（前後方向）に沿って往復する。第１及び第２可動プレート８２、８４の往復動作は同期し、かつＸ軸に関して線対称となる。すなわち、アクチュエータの駆動により、第１及び第２可動プレート８２、８４は、互いに接近するように、又は互いに遠ざかるように同期して移動する。

ノズル交換装置５０は、制御装置１００をさらに有している。制御装置１００は、例えばマイクロコンピュータにより構成されている。制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサと、メモリと、各種のインターフェースとを有している。メモリ、各種のインターフェースは、バスを介してハードウェアプロセッサに接続されている。制御装置１００の各種の機能は、メモリに格納されたプログラムをハードウェアプロセッサに実行させることにより実現される。

本実施形態において、制御装置１００は、ノズル交換装置５０の動作を制御する。具体的には、制御装置１００は、一対のシャッター５４ａの開閉動作、第１駆動部６８によるベース部５８の往復動作、第２駆動部による対象収納部の昇降動作、アンロック機構８０によるロック解除動作を制御する。また、制御装置１００は、レーザ溶接機１４が備えるＮＣ装置などの制御装置（図示せず）と相互に通信することで、レーザ溶接機１４のロボットアーム１８の動作と、ノズル交換装置５０による加工ノズル３０の交換動作とを連携させることできる。

図９は、待機位置にある対象収納部を説明する図である。図１０は、対象収納部に保持された加工ノズルを説明する図である。図１１は、アンロック機構によるロック解除動作を説明する図である。図１２は、対象収納部を待機位置に復帰させた状態を説明する図である。

図１、図９乃至図１２を参照し、本実施形態に係るレーザ溶接システム１０の動作を説明する。以下の説明では、レーザ溶接システム１０は、以下のような交換動作を行うものするものとする。第１に、中央の収納部６０を対象収納部６０ａとして、加工ヘッド本体２６に装着されている加工ノズル３０を対象収納部６０ａに収納する。そして、この第１の動作に引き続き、後方向ＦＲの収納部６０を対象収納部６０ｂとして、この対象収納部６０ｂに収納されている加工ノズル３０を加工ヘッド本体２６に装着する。

制御装置１００は、第１駆動部６８を駆動して、対象収納部６０ａを待機位置Ｐ１へと位置決めする。なお、対象収納部６０ａが待機位置Ｐ１に既に位置している場合、制御装置１００は、この動作を省略することができる。

図９に示すように、制御装置１００は、第２駆動部７０を駆動して対象収納部６０ａを上昇させ、これにより、対象収納部６０ａをノズル交換位置Ｐ２に位置決めする。

一方、レーザ溶接機１４の制御装置は、予めティーチングされたプログラムに従ってロボットアーム１８を制御して、加工ヘッド本体２６に装着された加工ノズル３０を、ノズル交換位置にある対象収納部６０ａへと移送する。

制御装置１００は、ロボットアーム１８の接近を判定すると、一対のシャッター５４ａを開動作させ、カバー５４を開放する。これにより、レーザ溶接機１４の制御装置は、対象収納部６０ａの正面まで、加工ノズル３０を移動させることができる。そして、レーザ溶接機１４の制御装置は、加工ノズル３０を左方向Ｌ（紙面奥方向）に沿って移動させて、一対のガイド片６２ａの間にノズル接続部３２を挿入する。

図１０に示すように、加工ノズル３０は、ノズル接続部３２の被ガイド部材３６の高さがガイド片６２ａの高さと一致するように移送される。したがって、被ガイド部材３６が、一対のガイド片６２ａの間にスライド挿入される。ノズル接続部３２は、被ガイド部材３６を介して一対のガイド片６２ａにより両側から挟まれ、これにより、加工ノズル３０が対象収納部６０ａによって保持される。この状態ではまだ、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と加工ノズル３０のノズル接続部３２との接続はロック機構４０によってロックされている。

つぎに、制御装置１００は、アンロック機構８０のアクチュエータを駆動して、互いに接近するように第１及び第２アーム部８６、８８を進出させる。これにより、第１アーム部８６は、本体接続部２８に接近し、一方のロック機構４０の押圧ロッド４５を押圧する。同様に、第２アーム部８８は、本体接続部２８に接近し、他方のロック機構４０の押圧ロッド４５を押圧する。

押圧ロッド４５が押圧されると、図１１に示すように、接続部材４４は、圧縮バネ４８のバネ力に抗して回動する。接続部材４４が回動すると、接続部材４４の下端側に設けられた爪部４６がフランジ部３４から待避する。フランジ部３４に対する爪部４６の支持がなくなると、ロック機構４０のロック状態が解除された状態となる。

以上により、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と所定の加工ノズル３０のノズル接続部３２との接続状態を解除して、加工ヘッド本体２６から加工ノズル３０を離脱させることができる。

制御装置１００は、第２駆動部７０を駆動して、作動ロッド７０ａを下降させる。図１２に示すように、作動ロッド７０ａが下降すると、対象収納部６０ａ及び加工ノズル３０の自重により、対象収納部６０ａは待機位置Ｐ１へと復帰する。このとき、加工ヘッド本体２６と加工ノズル３０との接合部が固着しているような場合であっても、補助プレート７１ｂが固定ブロック６４ｂに引っかかり、対象収納部６０ａを強制的に下方へと引き下げることができきる。これにより、加工ヘッド本体２６と加工ノズル３０との固着状態を解消し、対象収納部６０ａを待機位置Ｐ１まで下降させることができる。

つぎに、制御装置１００は、対象収納部６０ｂに収納されている加工ノズル３０を加工ヘッド本体２６に装着する。この動作は、上述した加工ノズル３０の取り外し動作の手順を逆から辿ることとなる。以下、概略のみ説明する。

第１駆動部６８を駆動して、対象収納部６０ｂを待機位置Ｐ１へと位置決めする。そして、制御装置１００は、第２駆動部７０を駆動して対象収納部６０ｂを上昇させ、対象収納部６０ｂをノズル交換位置Ｐ２に位置決めする。対象収納部６０ｂがノズル交換位置Ｐ２に位置めされると、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８に対して、対象収納部６０ｂに保持された加工ノズル３０のノズル接続部３２が新たに接続される。

加工ノズル３０のノズル接続部３２が新たに接続されると、制御装置１００は、アンロック機構８０のアクチュエータを駆動して、第１及び第２アーム部８６、８８を、本体接続部２８から離間させる。第１及び第２アーム部８６、８８が本体接続部２８から離間すると、押圧ロッド４５に対する押圧が解除される。

接続部材４４は、圧縮バネ４８のバネ力により回動し、接続部材４４の下端側に設けられた爪部４６がフランジ部３４を支持する。これにより、ロック機構４０による接続状態のロックが再開する。

以上により、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と所定の加工ノズル３０のノズル接続部３２が一体的に接続されるので、加工ヘッド本体２６に加工ノズル３０を装着することができる。

レーザ溶接機１４の制御装置は、ロボットアーム１８を制御して、加工ノズル３０のノズル接続部３２をＸ軸方向に沿ってスライドさせて、一対のガイド片６２ａの間からノズル接続部３２を取り出す。そして、レーザ溶接機１４の制御装置は、ロボットアーム１８を制御して、加工ヘッド２０を所定の位置へと復帰させる。

制御装置１００は、所定のタイミングで一対のシャッター５４ａを閉動作させ、カバー５４を閉じる。また、制御装置１００は、第２駆動部７０を駆動して、作動ロッド７０ａを下降させ、対象収納部６０ｂを待機位置へと復帰させる。これにより、レーザ溶接システム１０による一連の動作が終了する。

このように本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、ノズル交換装置５０を備えることで、加工ノズル３０の着脱を自動的に行うことができる。また、ノズル交換装置５０は、複数の収納部６０をＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動させることができるので、３つの収納部６０のうち任意の収納部６０（対象収納部）を１箇所のノズル交換位置に位置決めすることができる。これにより、３つの収納部６０の位置に拘わらず、１箇所のノズル交換位置に対して加工ヘッド２０を移動させればよいので、加工ノズル３０の交換を短時間で行うことができる。

また、複数の収納部６０が存在する場合、ロボットアーム１８を複数の収納部６０間で行き来させて、加工ノズル３０の交換を行う方法も考えられる。しかしながら、ロボットアーム１８及び加工ヘッド２０と、ノズル交換装置５０との干渉を避けるため、ノズル交換装置５０の近傍では、ロボットアーム１８の送り速度を低く抑える必要がある。そのため、ロボットアーム１８が複数の収納部６０を行き来する間は、送り速度が低速になるため、加工ノズル３０の交換時間が長くなる傾向がある。この点、本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、１箇所のノズル交換位置に対してロボットアーム１８を移動させればよく、複数の収納部６０間でのロボットアーム１８の移動がない。これにより、加工ノズル３０の交換を短時間で行うことができる。

また、ロボットアーム１８を複数の収納部６０で行き来させる構成の場合、複数の収納部６０のそれぞれに対してロボットアーム１８の動作をティーチングする必要があり、設置準備に時間がかかってしまう。この点、本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、１箇所のノズル交換位置に対してロボットアーム１８の動作をティーチングすればよいので、設置準備の時間を大幅に減らすことができる。

また、ロボットアーム１８を複数の収納部６０で行き来させる構成の場合、個々の収納部６０に対してアンロック機構８０を設ける必要がある。この場合、構成が複雑となるばかりか、加工ノズル３０を取り外す収納部６０と加工ノズル３０を装着する収納部６０とのそれぞれで、ロック機構４０の解除及びロック（解除動作の終了）を行う必要がある。この点、本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、アンロック機構８０は、１箇所のノズル交換位置に対応してあればよいので、簡素な構成を採用することができる。また、加工ノズル３０を取り外してから、新たな加工ノズル３０を装着するまでの間に、１回だけロック機構４０の解除及びロック（解除動作の終了）を行えば足りる。これにより、これにより、加工ノズル３０の交換を短時間で行うことができる。

本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、レーザ溶接機１４は、本体接続部２８とノズル接続部３２との接続をロックするロック機構４０をさらに含み、ノズル交換装置５０は、加工ヘッド２０のロック機構４０を操作するアンロック機構８０を含んでいる。これにより、加工ノズル３０の着脱を自動的に行うことができる。また、本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、本体接続部２８の側方からロック機構４０を押圧することにより、ロック機構４０のロック状態が解除される。単純な動作でロック機構４０を解除することができるので、簡素な構成でアンロック機構８０を実現することができる。

本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、対象収納部よりも上方にノズル接続部３２が位置する。したがって、アンロック機構８０をノズル交換位置に位置決めされた対象収納部の上方に設けることで、アンロック機構８０は、本体接続部２８に設けられたロック機構４０を適切に動作させることができる。

本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、接続部材４４に与えられる回動力と、接続部材４４の先端に位置する爪部４６との作用により、ノズル接続部３２のフランジ部３４を確実に支持することができる。これにより、単純な構造で、加工ヘッド本体２６の本体接続部２８と加工ノズル３０のノズル接続部３２との接続を確実にロックすることができる。また、回動力に抗して接続部材４４を回動させることで、ロック状態を解除することできるので、ロック状態の解除を簡単に行うことできる。

本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、アンロック機構８０が押圧ロッド４５を押圧する構成であるので、押圧ロッド４５の全体で押圧力を受け止めることができる。これにより、アンロック機構８０からの荷重が局所に集中し、押圧の跡や傷が残るといった問題を解消することができる。さらに、アーム部８６、８８の押圧部８６ａ、８８ａが凹状の溝を備えているので、接続部材４４に対応して回動する押圧ロッド４５に対して、アーム部８６、８８を適切に追従させることができる。

本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、待機位置に位置する対象収納部のみを第２方向に沿って移動させている。このため、複数の収納部６０の全部を動作させる必要がない。これにより、簡素な構造を採用することができる。

本実施形態のレーザ溶接システム１０によれば、ノズル交換装置５０は、可動式のシャッター５４ａを備えたカバー５４によって覆われている。このためノズル交換装置５０に収納された加工ノズル３０を保護することができる。また、必要なタイミングでシャッター５４ａを開放することで、加工ノズル３０の交換を行うことができる。

また、本実施形態に開示するノズル交換装置５０によれば、レーザ溶接システム１０の一部として機能することで、同様な効果を奏することができる。

なお、上述した実施形態では、複数の収納部６０がＹ軸方向に沿って並んでいるが、Ｚ軸方向に沿って並べてもよい。この場合、待機位置からノズル交換位置への移動は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に行ってもよい。また、複数の収納部６０をＹ軸方向に沿って並べた上で、待機位置からノズル交換位置への移動は、Ｘ軸方向に沿って行ってもよい。

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

１０ レーザ溶接システム
１４ レーザ溶接機
２０ 加工ヘッド
２６ 加工ヘッド本体
２８ 本体接続部
３０ 加工ノズル
３２ ノズル接続部
３４ フランジ部
４０ ロック機構
４４ 接続部材
４６ 爪部
４８ 圧縮バネ
５０ ノズル交換装置
５８ ベース部
６０ 収納部
６８ 第１駆動部
７０ 第２駆動部
８０ アンロック機構
８２、８４ 可動プレート
８６、８８ アーム部
８６ａ、８８ａ 押圧部

Claims (10)

1. ワークに対してレーザ溶接を行うレーザ溶接機と、
   ノズル交換装置と、を備え、
   前記レーザ溶接機は、
   本体接続部が設けられた加工ヘッド本体と、
   前記本体接続部に接続可能なノズル接続部が設けられ、レーザビームを前記ワークに向けて照射する加工ノズルと、を含み、
   前記ノズル交換装置は、
   第１方向に沿って互いに隣り合うように並べられて、それぞれが前記加工ノズルを保持可能な複数の収納部と、
   前記第１方向に沿って移動自在に構成され、前記複数の収納部のそれぞれが前記第１方向とは異なる第２方向に沿って移動自在に取り付けられたベース部と、
   前記ベース部を前記第１方向に沿って移動させ、前記複数の収納部の中から選択される１つの収納部である対象収納部を待機位置に位置決めする第１駆動部と、
   前記待機位置に位置する前記対象収納部を前記第２方向に沿って移動させることにより、前記加工ヘッド本体に対する前記加工ノズルの着脱を行うノズル交換位置に、前記対象収納部を位置決めする第２駆動部と、を含む
   レーザ溶接システム。
2. 前記レーザ溶接機は、
   前記本体接続部に設けられ、前記本体接続部と前記ノズル接続部との接続をロックするロック機構をさらに含み、
   前記ノズル交換装置は、
   前記ノズル交換位置を基準に設けられ、前記ロック機構のロック状態を解除するアンロック機構をさらに含む
   請求項１記載のレーザ溶接システム。
3. 前記ロック機構は、前記本体接続部の側面に設けられ、
   前記アンロック機構は、前記ノズル交換位置に位置決めされた前記対象収納部に前記加工ノズルが保持されている状態において前記本体接続部の側方から前記ロック機構を押圧することにより、前記ロック機構のロック状態を解除する
   請求項２記載のレーザ溶接システム。
4. 前記加工ノズルは、前記加工ノズルの基端側に前記ノズル接続部が設けられ、
   前記複数の収納部のそれぞれは、前記加工ノズルの先端側を下方に向けた状態で前記加工ノズルを保持し、
   前記アンロック機構は、前記ノズル交換位置に位置決めされた前記対象収納部の上方に設けられている
   請求項２又は３記載のレーザ溶接システム。
5. 前記加工ノズルは、
   前記ノズル接続部の側面に設けられ、外側に向かって延出するフランジ部を有し、
   前記ロック機構は、
   前記本体接続部の側面に回動可能に設けられた接続部材と、
   前記接続部材の下端側に設けられ、前記フランジ部を下側から支持する爪部と、
   前記爪部の先端が前記ノズル接続部の側面に向かうように前記接続部材に回動力を与える回動力付与部材と、を有する
   請求項２から４いずれか一項記載のレーザ溶接システム。
6. 前記ロック機構は、
   前記接続部材の上端側に設けられ、前記接続部材によって両端が支持された押圧ロッドをさらに有する
   請求項５記載のレーザ溶接システム。
7. 前記アンロック機構は、
   前記本体接続部の側方から前記本体接続部に向かって移動可能な可動プレートと、
   前記可動プレートに設けられ、前記押圧ロッドを押圧するアーム部と、を有し、
   前記アーム部が前記押圧ロッドを押圧する押圧部には、前記押圧ロッドの軸方向に沿って延在する凹状の溝が設けられている
   請求項６記載のレーザ溶接システム。
8. 前記第２駆動部は、
   前記複数の収納部のうち、前記待機位置に位置する前記対象収納部のみを前記第２方向に沿って移動させる
   請求項１から７いずれか一項記載のレーザ溶接システム。
9. 前記アンロック機構は、
   前記ロック機構のロック状態を解除して、前記加工ヘッド本体の前記本体接続部から前記加工ノズルの前記ノズル接続部が取り外されても解除動作を継続し、
   前記加工ヘッド本体の前記本体接続部に対して前記加工ノズルの前記ノズル接続部が新たに接続された場合に、前記解除動作を終了する
   請求項２から７いずれか一項記載のレーザ溶接システム。
10. レーザ溶接機が備える加工ヘッド本体に対して、レーザビームをワークに照射する加工ノズルの着脱を行うノズル交換装置において、
    第１方向に沿って互いに隣り合うように並べられて、それぞれが前記加工ノズルを保持可能な複数の収納部と、
    前記第１方向に沿って移動自在に構成され、前記複数の収納部のそれぞれが前記第１方向とは異なる第２方向に沿って移動自在に取り付けられたベース部と、
    前記ベース部を前記第１方向に沿って移動させ、前記複数の収納部の中から選択される１つの収納部である対象収納部を待機位置に位置決めする第１駆動部と、
    前記待機位置に位置する前記対象収納部を前記第２方向に沿って移動させることにより、前記加工ヘッド本体に対して前記加工ノズルの着脱を行うノズル交換位置に、前記対象収納部を位置決めする第２駆動部と、を備える
    ノズル交換装置。

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