JP3221498B2 - 塗装用ロボット装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は塗装用ロボット装置に係
り、特に塗装精度を高めるよう構成した塗装用ロボット
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばコンベヤ等により搬送されるワー
クに塗装を施す塗装ラインにおいては、コンベヤの近傍
に塗装用ロボットが設置され自動的に塗装作業が行われ
るようになっている。塗装用ロボットはアーム先端に取
付けられた塗装ガンを予めティーチングされた塗装プロ
グラムにしたがって動作させ、ワーク表面に塗装を施
す。このような塗装用ロボットを用いて自動的に塗装す
るに際して、ワーク表面に吹き付けられる塗料の吐出量
が一定になるように、即ち塗装膜が均一となるように要
望されており、塗装ガンへ供給される塗料をより高精度
に制御することが考えられている。

【０００３】従来の塗装用ロボット装置では、塗料を供
給する塗料供給ユニットと塗装用ロボットのアーム先端
に設けられた塗装ガンとを接続する塗料チューブとの間
に塗料供給量を計測する流量計を設け、流量計からの計
測信号に基づいて塗料送出用ポンプを制御して塗装ガン
からの噴霧される塗料の吐出量を調整していた。そし
て、流量計としては例えば計測精度の高いコリオリ式の
質量流量計が適用され、塗料の吐出量がより高精度に制
御される構成となっている。

【０００４】この種の質量流量計では塗料が流れるセン
サチューブを振動させたときに生ずるコリオリ力が流量
に比例し、センサチューブの流入側と流出側とでコオリ
オ力の作用方向が逆向きになるため、その位相差より流
量が計測される構成となっている。従って、従来はセン
サチューブに外部振動が伝わらないように質量流量計を
塗装用ロボットから離れた床面上等に固定して質量流量
計の計測精度を維持していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来の
塗装用ロボット装置では、質量流量計が塗装ガンより離
れた床面等の場所に設けられているため、塗装ガンから
質量流量計までの塗料チューブが長く、しかも塗料チュ
ーブには上記塗装ガンの動作を妨げないように弾性を有
するゴム製チューブ等が使用されているので、ポンプで
圧送された塗料の圧力により塗料チューブ内の通路断面
積が半径方向に拡がりやすかった。そのため、例えば塗
装ガンが空気供給停止により塗料噴霧オフになった後も
余剰塗料が送出されるため、塗料チューブ内の通路が塗
料圧力により拡径されて半径方向に膨張する。よって、
塗装が終了しているにも拘わらず質量流量計のセンサチ
ューブ内を塗料が流れることになり、質量流量計は塗装
終了後も塗料の流量計測値を出力し続ける。

【０００６】又、塗装ガンが塗装開始するときは、当初
塗装ガンと質量流量計とを接続する塗料チューブ内に圧
送された余剰塗料が塗装ガンより噴霧されるため、しば
らくの間質量流量計のセンサチューブ内を塗料が流れ
ず、塗装が開始されているにも拘わらず、質量流量計は
流量ゼロを出力してしまう。そのため、従来は質量流量
計の応答性が悪く、計測値が実際に塗装ガンから吐出さ
れる塗料の流量と異なってしまい、ワーク表面の塗装膜
が均一な所定膜厚となるようにポンプ及び塗装ガンのオ
ン、オフ動作を正確に制御することが難しいといった課
題があった。このような課題を解決するため、先端に塗
装ガンが設けられたアームに該塗装ガンへ供給される塗
料の流量を計測する流量計を設けた塗装用ロボット装置
（例えば、実開平１−１５４４１８号のマイクロフィル
ムにより開示されたもの）が開発されている。 しかしな
がら、コリオリ式の質量流量計は、被測流体が流れるセ
ンサチューブを振動させてながら流量計測するため、例
えば、センサチューブの直管部分がアーム延在方向と直
交する向きになるように取付けられると、アーム旋回時
の加速度がセンサチューブに作用したときに、ピックア
ップの出力が乱れて計測誤差が生じてしまうという課題
がある。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決した塗装
用ロボット装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、先端に塗装ガ
ンが設けられたアームに該塗装ガンへ供給される塗料の
流量を計測する流量計を設けた塗装用ロボット装置にお
いて、 前記流量計は、前記塗装ガンへ供給される塗料が
流れるセンサチューブを振動させて流量を計測するコリ
オリ式の質量流量計よりなり、前記センサチューブの直
管部が前記アームの長手方向の軸線と平行に延在し、且
つ前記アームの旋回方向に該センサチューブを振動させ
る向きに設けられたことを特徴とするものである。

【０００９】

【００１０】

【作用】本発明によれば、センサチューブの直管部がア
ームの長手方向の軸線と平行に延在し、且つアームの旋
回方向にセンサチューブを振動させる向きに設けられた
コリオリ式の質量流量計がアームに設けられているた
め、センサチューブの直管部をアーム旋回方向に振動さ
せて流量計測でき、これによりアームの旋回動作による
影響を受けずに流量を計測することができ、塗装ガンに
供給される塗料の流量をより正確に計測することがで
き、しかもアーム動作による計測誤差が生じないように
取付けられているので、ワークに対する塗料吹き付け量
をより高精度に制御できる。

【００１１】

【００１２】

【実施例】図１及び図２に本発明になる塗装用ロボット
装置の一実施例を示す。

【００１３】両図中、塗装用ロボット１は多関節型のロ
ボットであり、大略基台２と、基台２上に設けられた旋
回テーブル３と、旋回テーブル３上に起立する第１アー
ム４と、第１アーム４の上端より水平方向に延出する第
２アーム５とよりなる。第２アーム５の先端には手首部
６が設けられ、この手首部６には塗装ガン７が取付けら
れている。第２アーム５は後端部が第１アーム４上端に
回動自在に支承されている。

【００１４】８は塗料供給ユニットで、例えば弾性を有
するゴム性の塗料チューブ９ａ，９ｂを介して塗装ガン
７と接続され、後述するように塗料を塗装ガン７に供給
する。

【００１５】１０はコリオリ式の質量流量計で、塗料チ
ューブ９ａと９ｂとの間に介在し、且つ第２アーム５の
上面５ａにベルト１１，１２により固定され、塗料チュ
ーブ９ａを流れる塗料の流量を計測する。質量流量計１
０は塗装ガン７になるべく近接した位置となるように第
２アーム５に取付けられているので、塗装ガン７までの
距離が短い。よって、質量流量計１０から引き出され塗
装ガン７との間を接続する塗料チューブ９ａが従来より
も大幅に短くなり、質量流量計１０は塗装ガン７のオ
ン、オフによる塗料の流量変化を応答性良く計測でき
る。

【００１６】１４は塗装用ロボット１を制御する制御装
置で、ワークの種類に応じた塗装プログラムが入力され
ている。

【００１７】１５は切替バルブ制御部で、後述するよう
に制御装置１４から出力された塗装プログラムの指令に
より塗料供給ユニット８の各バルブへ開又は閉信号を出
力する。塗装用ロボット１は被塗物としてのワーク２１
がコンベヤ２２により塗装開始位置に到着すると、制御
装置１４からの指令に基づいてそのワーク形状に応じた
塗装動作を行いながら塗装ガン７より塗料を噴霧する。

【００１８】又、図２に示す如く、塗料供給ユニット８
は、夫々色の異なる塗料が給送される複数の色替バルブ
１６₁ 〜１６₈ が並列に配設された色替バルブユニット
１６と、色替バルブユニット１６から吐出された塗料の
供給圧力を所定圧力に減圧するレギュレータ１７と、レ
ギュレータ１７からの塗料を加圧して圧送するギヤポン
プ１８と、ギヤポンプ１８からの塗料又はパージ用のシ
ンナ、空気源１９からのエアを切替えるバルブ２０₁ 〜
２０₃ が並列に配設された洗浄バルブユニット２０とよ
りなる。

【００１９】従って、塗装動作時は、色替バルブユニッ
ト１６の指定された塗装色に対応する一のバルブが開弁
し、塗料が塗料チューブ２１へ吐出される。

【００２０】塗料チューブ２１には色替バルブユニット
１６及びレギュレータ１７、ギヤポンプ１８、洗浄バル
ブユニット２０が配設されており、色替バルブユニット
１６により選択された一の塗料がこれらの機器を介して
塗料チューブ９ｂへ圧送される。

【００２１】尚、色替バルブ制御部１５は色替バルブユ
ニット１６の各バルブ１６₁ 〜１６ ₈ を開閉制御すると
ともに、質量流量計１０から出力された流量信号に応じ
てギヤポンプ１８の駆動部１８ａに回転制御信号を出力
する。又、洗浄バルブユニット２０は、色替バルブ制御
部１５からの制御信号により塗装動作時塗装用のバルブ
２０が開弁し、例えばＡ色からＢ色に色替えするとき一
旦バルブ２０₁ が閉弁する。このバルブ２０₁ が閉弁し
ている間にシンナ用のバルブ２０₂ 、エアパージ用のバ
ルブ２０₃ が順次一定時間開弁し、塗料チューブ９ａ，
９ｂ、質量流量計１０及び塗装ガン７の残留塗料をパー
ジする。その後、次のＢ色のバルブ１６ ₂ が開弁し、且
つ洗浄バルブユニット２０のバルブ２０₁ が開弁し塗装
作業が再開される。

【００２２】又、塗装ガン７はエアの供給により塗料チ
ューブ９ｂからの塗料を霧化してワーク２１に吹き付け
る。そのため、塗装ガン７には空気源１９からのエアを
給送するエアチューブ２３が接続され、このエアチュー
ブ２３には塗装ガン７の塗装動作をオン、オフするバル
ブ２４が配設されている。

【００２３】又、塗装ガン７は図３に示すような構成に
なっている。同図中、塗装ガン７は、本体２５に塗料チ
ューブ９ｂより塗料が供給される塗料流入口２５ａと、
エアチューブ２３より圧縮空気が供給されるエア流入口
２５ｂとが設けられている。又、本体２５の先端にはエ
ア通路２５ｃを介してエアチューブ２３より供給された
空気が流れるエア吹出口２６ａ、エア通路２５ｃに連通
するパターンエア吹出口２６ｂを有するキャップ２６が
螺着されている。

【００２４】キャップ２６の中央部に設けられたエア吹
出口２６ａ内には塗料吹出口２７が開口している。この
塗料吹出口２７は本体２５内に摺動自在に設けられたニ
ードル２８により開閉される。ニードル２８は塗料吹出
口２７を開閉するテーパ状の弁部２８ａを有する。非塗
装時は、ニードル２８がバネ２９の押圧力によりＡ方向
に変位しており、塗料吹出口２７は弁部２８ａにより閉
じられている。

【００２５】又、塗料を噴霧する際は、エアチューブ２
３のバルブ２４が開弁し、エア流入口２５ｂに圧縮空気
が供給される。

【００２６】エア流入口２５ｂからの圧縮空気はエア吹
出口２６ａ及びパターンエア吹出口２６ｂより吹き出さ
れると共にニードル２８と一体なピストン３０が嵌入す
るシリンダ３１の左室に供給される。その結果、ピスト
ン３０はバネ３９の押圧力に抗して開弁方向（Ｂ方向）
に摺動し塗料吹出口２７を開弁する。これにより、塗料
は塗料吹出口２７より吐出され、エア吹出口２６ａから
吹き出された圧縮空気により霧化される。

【００２７】ここで、上記質量流量計１０の構成につい
て説明する。

【００２８】図４，図５に示す如く、質量流量計１０は
大略流量計測部３２と、流量計測部３２を弾力的に支持
する防振部材３４とよりなる。

【００２９】流量計測部３２はセンサチューブ３５、一
対の加振器３６ａ，３６ｂ、ピックアップ３７ａ，３７
ｂを有し、これらが箱状のケース３８内に収納されてい
る。ケース３８の両側部開口には蓋３９，４０が嵌合し
固定されている。又、両側の蓋３９，４０はケース３８
の底面側より折曲されたブラケット４１にボルト４２を
介して締結されている。ケース３８の底部には蓋３９と
４０との間に横架された支柱５７を支持する底板３３が
設けられている。

【００３０】塗装ガン７側に設けられた蓋４０には流入
側の塗料チューブ９ｂが接続される流入口４４と流出側
の塗料チューブ９ａが接続される流出口４５とが穿設さ
れている。

【００３１】センサチューブ３５は、塗装用ロボット１
の側方からみるとＪ字状（図４参照）に形成されてお
り、第２アーム５の長手方向の軸線５ｂ（１点鎖線で示
す）と平行に延在する流入側の直管部３５ａ、流出側の
直管部３５ｂと、直管部３５ａ，３５ｂの先端よりＵ字
状に湾曲した曲部３５ｃ，３５ｄと、曲部３５ｃ，３５
ｄとを接続する逆Ｕ字状の接続部３５ｅとよりなる。
又、流入側の直管部３５ａの端部は流入口４４に連通す
る孔に嵌合する。流出側の直管部３５ｂは端部が流出口
４５に連通する孔に嵌合する。

【００３２】このように、質量流量計１０は直管部３５
ａ，３５ｂが第２アーム５の長手方向の軸線５ｂと平行
となる向きに延在形成されるように取付けられているた
め、第２アーム５に邪魔にならないようにコンパクトに
設けられており、塗装動作を妨げないように設けられて
いる。又、流量計測時、質量流量計１０は塗装動作に伴
う上下方向の外部振動が防振部材３４により流量計測部
３２に伝播することを防止されるとともに、水平方向
（Ｙ方向）の外部振動が生じてもピックアップ３７ａ，
３７ｂの出力の位相差を検出する際水平方向の外部振動
はキャンセルされる。

【００３３】５３はコネクタで、蓋４０の上部に固着さ
れ、内部には加振器３６ａ，３６ｂ及びピックアップ３
７ａ，３７ｂからの複数のコード５４が引き込まれてい
る。加振器３６ａ，３６ｂは実質電磁ソレノイドと同様
な構成であり、センサチューブ３５の直管部３５ａ，３
５ｂの下端に設けられたマグネット３６ａ₁ ，３６ｂ ₁
と、マグネット３６ａ₁ ，３６ｂ₁ をアーム５の移動方
向（Ｙ方向）に駆動すいるコイル３６ａ₂ ，３６ｂ₂ と
よりなる。

【００３４】又、ピックアップ３７ａ，３７ｂは加振器
３６ａ，３６ｂと同様な構成であり、３７ｂ₁ と、マグ
ネット３７ａ₁ ，３７ｂ₁ との相対変位に応じた電圧を
発生する筒状のコイル３７ａ₂ ，３７ｂ₂ とよりなり、
直管部３５ａ，３５ｂのＹ方向の変位を検出する。

【００３５】５５は第１のサポート板で、直管部３５
ａ，３５ｂの端部が貫通し、且つろう付け等により直管
部３５ａ，３５ｂ外周に固着されている。５６は第２の
サポート板で、接続部３５ｅと曲部３５ｃ，３５ｄとの
間に装架され接続部３５ｅの両端を保持するよう固着さ
れている。

【００３６】従って、加振器３６ａ，３６ｂにより直管
部３５ａ，３５ｂがＹ方向に加振されると、直管部３５
ａ，３５ｂは第１のサポート板５５を支点とし、曲部３
５ｃ，３５ｄは第２のサポート板５６を支点としてＹ方
向に振動する。このように質量流量計１０はセンサチュ
ーブ３５の直管部３５ａ，３５ｂがアーム５の旋回方向
（Ｙ方向）すなわち水平方向に振動するため、塗装用ロ
ボット１の塗装動作時アーム５の旋回動作による外部振
動の影響を受けにくい。

【００３７】そして、ピックアップ３７ａ，３７ｂは振
動する直管部３５ａ，３５ｂ内を流れる流量に比例した
コリオリ力による水平方向（Ｙ方向）の変位を検出する
ため、外部信号の上下方向成分を検出せず流量に応じて
直管部３５ａ，３５ｂの変位を正確に検出する。

【００３８】５７は前記センサチューブ３５、加振器３
６ａ，３６ｂ、ピックアップ３７ａ，３７ｂを支持する
支柱で、蓋３９と４０との間に第２アーム５の長手方向
の軸線５ｂと平行となるように設けられている。

【００３９】上記構成になる流量計測部３２は４個の防
振部材３４に支持された底板３３上に横向きに取付けら
れている。防振部材３４は弾性を有するゴム製であり、
内部が空気ばね構造になっており、材質自体の弾性とと
もに内部の空気圧力によりアーム５から伝播される振動
を弾力的に吸収する。

【００４０】５８は取付板で、防振部材３４に対し一体
的に固定されている。又、取付板５８は前述したベルト
１１，１２により第２アーム５に固定される。

【００４１】塗装時塗装ガン７に供給される塗料の流量
を計測する流量計測時は、前述の如く加振器３６ａ，３
６ｂがセンサチューブ３５の直管部３５ａ，３５ｂを水
平方向（Ｙ方向）に加振し、一対の直管部３５ａ，３５
ｂが互いに近接又は離間するように水平方向（Ｙ方向）
に振動する。被測流体としての塗料はこのように振動す
るセンサチューブ３５の直管部３５ａに流入し曲部３５
ｃ、接続部３５ｅ、曲部３５ｄ、直管部３５ｂを通過し
て流出口４５より下流側の塗料チューブ９ａへ流出す
る。直管部３５ａ，３５ｂでは流量に比例した大きさの
コリオリ力が発生し、流入側と流出側では逆向きのコリ
オリ力が発生する。

【００４２】これにより、直管部３５ａと３５ｂとでは
時間的な遅れが生じ、これがピックアップ３７ａの出力
信号とピックアップ３７ｂの出力信号との位相差となっ
て検出される。尚、流量計測の原理についての詳細は同
出願人により先に出願された例えば特開昭６３−２６２
５２６号のものと同じなのでここでは省略する。

【００４３】ところが、上記構成になる質量流量計１０
には塗装用ロボット１の塗装動作に伴う振動が伝播され
る。

【００４４】しかるに、本実施例では流量計測部３２の
底部に上記空気ばね構造の防振部材３４が設けられてい
るので、第２アーム５からの上下方向の外部振動は防振
部材３４の空気圧及び防振部材３４自体の弾性により弾
力的に吸収される。従って、流量計測部３２には外部信
号（主に上下方向振動成分）が伝播せず、防振部材３４
により外部振動が良好に絶縁される。

【００４５】又、外部振動の水平方向成分（Ｙ方向）が
ケース３８、底板３３、支柱５７等に伝播しても、セン
サチューブ３５の直管部３５ａ，３５ｂが第２アーム５
の旋回方向である水平方向に加振され、ピックアップ３
７ａ，３７ｂはＹ方向に発生するコリオリ力による直管
部３５の位相差を検出するため、外部振動の影響が相殺
されて流量計測することができる。そのため、質量流量
計１０は塗装動作する第２アーム５上に設置された状態
でも流量を正確に計測できる。

【００４６】従って、切替バルブ制御部１５は質量流量
計１０から出力された流量信号に基づきギヤポンプ１８
の回転数を制御して塗装ガン７から噴霧される塗料の吐
出量を一定にする。これにより、ワーク２１の吹き付け
られた塗装膜の膜厚がより均一となり高品質の塗装が可
能となる。

【００４７】尚、上記実施例では、コリオリ式の質量流
量計を第２アーム５に設けたが、流量計としてはこれ以
外の構成のもの、例えば容積式流量計等を使用しても良
いのは勿論である。

【００４８】又、上記実施例ではセンサチューブ形状が
Ｊ字状に曲げられた構成の質量流量計１０を一例として
説明したが、センサチューブ形状はこれに限らないのは
勿論である。

【００４９】

【発明の効果】上述の如く、本発明の塗装用ロボット装
置は、センサチューブの直管部がアームの長手方向の軸
線と平行に延在し、且つアームの旋回方向にセンサチュ
ーブを振動させる向きに設けられたコリオリ式の質量流
量計がアームに設けられているため、センサチューブの
直管部をアーム旋回方向に振動させて流量計測でき、こ
れによりアームの旋回動作による影響を受けずに流量を
計測することができ、より正確な流量計測が可能とな
る。しかも、センサチューブの直管部がアームの長手方
向の軸線と平行となるように設けることにより、質量流
量計をアームにコンパクトに取付けることができ、塗装
動作を妨げないように設置できる。さらに、アーム旋回
時に加速度がセンサチューブに作用しても、外部振動を
キャンセルして塗装ガンより吐出される塗料の流量を高
精度に計測でき、これによりワーク表面の塗装膜がより
均一な膜厚となるようより高品質な塗装が可能となる等
の特長を有する。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる塗装用ロボット装置の一実施例を
示す斜視図である。

【図２】塗料供給ユニット及び塗料給送経路の構成図で
ある。

【図３】塗装ガンの縦断面図である。

【図４】アーム上の質量流量計を拡大して示す縦断面図
である。

【図５】質量流量計を上方から見た横断面図である。

【符号の説明】

１ 塗装用ロボット ４ 第１アーム ５ 第２アーム ６ 手首部 ７ 塗装ガン ８ 塗料供給ユニット ９ａ，９ｂ 塗料チューブ １０ 質量流量計 １１，１２ バンド １４ 制御装置 １５ 切替バルブ制御部 １８ ギヤポンプ ２０ 洗浄バルブユニット ３２ 流量計測部 ３４ 防振部材 ３５ センサチューブ ３６ａ，３６ｂ 加振器 ３７ａ，３７ｂ ピックアップ ３８ ケース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05B 12/00 - 13/06 G01F 1/00 - 1/30 G01F 1/34 - 1/54 G01F 3/00 - 9/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に塗装ガンが設けられたアームに該
   塗装ガンへ供給される塗料の流量を計測する流量計を設
   けた塗装用ロボット装置において、 前記流量計は、前記塗装ガンへ供給される塗料が流れる
   センサチューブを振動させて流量を計測するコリオリ式
   の質量流量計よりなり、前記センサチューブの直管部が
   前記アームの長手方向の軸線と平行に延在し、且つ前記
   アームの旋回方向に該センサチューブを振動させる向き
   に設けられたことを特徴とする塗装用ロボット装置。