JP3568579B2 - スタッド溶接装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、直交座標型のロボットを用いたスタッド溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、水平2方向をX軸及びY軸として、Y軸方向両側のガイド枠に跨らせてX軸方向に移動自在に設けた走行枠と、該走行枠にY軸方向に移動自在に支持させたロボット本体と、該ロボット本体に昇降自在に支持させた上下方向に長手の昇降アームとから成る直交座標型ロボットの該昇降アームの下端に手首部を介してスタッド溶接ガンを取付けて成るスタッド溶接装置は知られている(実開昭62−109884号公報参照)。
そして、このものでは、走行枠と昇降アームとの間に該昇降アームに追従して動く多関節型の給電リンクを設け、溶接電源から該給電リンクと昇降アームに設けた給電路とを介してスタッド溶接ガンに給電するようにしている。尚、給電リンクの各関節部には、各関節部で連結される2つのリンク部材を電気的に接続する、ばねで付勢された接触子を有するスリップ通電ジョイントが設けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したスタッド溶接装置では、ロボット本体や昇降アームをピニオンラック機構で駆動するようにしており、この場合、スタッド溶接ガンでワークを加圧すると、昇降アームやロボット本体に加圧反力が作用して、ピニオンラック機構のピニオンやラックの摩耗を生じ易くなる。
また、上記したスリップ通電ジョイントを用いると、ロボット動作時に接触子が相手方部材に摺接して、接触子や相手方部材の摩耗を生じ、そのため通電ジョイントを頻繁に交換しなければならなくなり、メンテナンス性が悪くなる。
本発明は、以上の点に鑑み、ロボットに作用するスタッド溶接ガンの加圧反力を給電機構を介して受けられるようにして、ロボットの駆動系の摩耗を防止し、更には通電ジョイントの交換頻度を減少させてメンテナンス性を向上し得るようにしたスタッド溶接装置を提供することをその目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、水平2方向をX軸及びY軸として、Y軸方向両側のガイド枠に跨らせてX軸方向に移動自在に設けた走行枠と、該走行枠にY軸方向に移動自在に支持させたロボット本体と、該ロボット本体に昇降自在に支持させた上下方向に長手の昇降アームとから成る直交座標型ロボットの該昇降アームの下端に手首部を介してスタッド溶接ガンを取付けて成るスタッド溶接装置において、走行枠とロボット本体と昇降アームとに夫々給電路を設け、溶接電源からスタッド溶接ガンにこれら給電路を介して給電するようにし、走行枠に設ける給電路を走行枠に固定したY軸方向に長手の第1給電バーで構成して、ロボット本体に該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第1給電バーに圧接させることによって、溶接作業中にロボット本体に作用する加圧反力をコンタクト部材と第1給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第1給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第1通電ジョイントを設けると共に、昇降アームに設ける給電路を該昇降アームに固定した上下方向に長手の第2給電バーで構成して、ロボット本体に、該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第2給電バーに圧接させることによって、溶接作業中に昇降アームに作用する加圧反力をコンタクト部材と第2給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第2給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第2通電ジョイントを設けたことを特徴とする。

【0005】
【作用】
スタッド溶接ガンによりワークを加圧する際は、第1と第2の各通電ジョイントのコンタクト部材を第1と第2の各給電バーに圧接させるもので、これによれば昇降アームに作用する上下方向の加圧反力が第2給電バーと第2通電ジョイントのコンタクト部材との間の摩擦力で受けられると共に、ロボット本体に作用するY軸方向の加圧反力が第1給電バーと第1通電ジョイントのコンタクト部材との間の摩擦力で受けられ、昇降アームの駆動系やロボット本体の駆動系に作用する加圧反力が軽減され、これら駆動系の摩耗を生じにくくなる。
【0006】
また、ロボット本体や昇降アームを移動させる際には、第1と第2の各通電ジョイントのコンタクト部材を第1と第2の各給電バーから離間させるもので、各コンタクト部材は各給電バーに摺接せず、そのためこれらコンタクト部材や給電バーの摩耗を生じなくなり、各通電ジョイントや給電バーの交換頻度を減少してメンテナンス性を向上できる。
【0007】
尚、Y軸方向一側のガイド枠に溶接電源に接続されるX軸方向に長手の給電バーを固定し、走行枠に第1給電バーを該ガイド枠上の該給電バーに接続する加圧式の通電ジョイントを設けて、走行枠に作用するX軸方向の加圧反力を該通電ジョイントで受けるようにしても良い。然し、Y軸方向両側のガイド枠に跨って走行枠を支持させる場合、走行枠を駆動するラックピニオン機構をY軸方向両側に対称に設けるを一般とするから、走行枠に作用するX軸方向の加圧反力はY軸方向両側のラックピニオン機構で無理なく受けられ、X軸方向の加圧反力を加圧式の通電ジョイントで受ける必要は特にない。そのため、第1給電バーをケーブルを介して溶接電源に接続し、配線構造の簡素化とコストダウンとを図ることが望ましい。
【0008】
また、前記各通電ジョイントのコンタクト部材を各通電ジョイントのシリンダのピストンロッドに首振自在に連結しておけば、各コンタクト部材が各給電バーに倣ってこれに確実に密着し、各通電ジョイントでの給電ロスを生じなくなり、有利である。
【0009】
【実施例】
図1乃至図3を参照して、1はワークをセットする治具ユニット、2は治具ユニット1の配置部上方に架設した天井枠であり、該天井枠2に直交座標型ロボット3を搭載し、該ロボット3にスタッド溶接ガン4を取付けて、ワークのスタッド溶接を行うようにした。
【0010】
治具ユニット1は、ターンテーブル10上に1対の治具11、11を搭載して成るもので、両治具11、11をターンテーブル10の180°回転により手前のワークセット位置と奥側のワーク溶接位置とに交互に旋回自在とした。
【0011】
前記ロボット3は、天井枠2の奥行方向をX軸方向、幅方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向として、天井枠2のY軸方向両側の桁材上のガイド枠20、20に跨らせてX軸方向に移動自在に設けた走行枠30と、走行枠30にY軸方向に移動自在に支持させたロボット本体31と、ロボット本体31に走行枠30に対しX軸方向前方に離間させて昇降自在に支持したZ軸方向に長手の昇降アーム32とで構成されており、昇降アーム32の下端に垂直のU軸と水平のV軸との2軸の自由度を持つ手首部33を介してスタッド溶接ガン4を取付け、溶接位置に存する治具11上のワークを手首部33の動きによるスタッド溶接ガン4の姿勢変換で任意の方向からスタッド溶接し得るようにした。
【0012】
走行枠30は、各ガイド枠20の上面に固設したガイドレール30aに走行枠30の各端部に取付けた1対のリニアガイド30bを介して摺動自在に支持されており、走行枠30に搭載したX軸用モータMxに連結されるピニオン30cを各ガイド枠20の内側面に固設したラック30dに噛合させて、走行枠30をX軸方向に駆動するようにした。そして、該走行枠30の上面と前面下部とに1対のガイドレール31aを固設して、該ガイドレール31aにロボット本体31をその背面に取付けた各リニアガイド31bを介して摺動自在に支持し、ロボット本体31に搭載したY軸用モータMyに連結されるピニオン31cを走行枠30の前面上部に固設したラック31dに噛合させて、ロボット本体31をY軸方向に駆動するようにした。また、昇降アーム32をその背面の1対のガイドレール32aにおいてロボット本体31の前面に固設したリニアガイド32bに摺動自在に支持させると共に、ロボット本体31に搭載したZ軸用モータMzに連結されるピニオン32cを昇降アーム32の背面に固設したラック32dに噛合させて、昇降アーム32をZ軸方向に駆動するようにし、更に、昇降アーム32にU軸用モータMuとV軸用モータMvとを搭載して、手首部33をU軸回りとV軸回りとに駆動するようにした。
【0013】
図中5は治具ユニット1の側部に配置した溶接電源たるトランスであり、該トランス5の一方の出力端子をケーブル50と治具ユニット1に設けた通電ジョイント51とを介して溶接位置に存する治具11に接続すると共に、トランス5の他方の出力端子をケーブル52と走行枠30とロボット本体31と昇降アーム32とに夫々設けた給電路と手首部33に設けたU軸用とV軸用のジョイント53、54とを介してスタッド溶接ガン4に接続し、該ガン4によりワークを加圧した状態で該ガン4と治具11との間にワークを介して通電してスタッド溶接を行うようにした。
【0014】
ここで、走行枠30に設ける給電路は走行枠30の下面に固定した、一端に前記ケーブル52を結線したY軸方向に長手の第1給電バー55で構成されており、ロボット本体31に設けた給電路56を、図4及び図5に示す如く、ロボット本体31の背面下部に設けた第1通電ジョイント57を介して第1給電バー55に接続すると共に、該給電路56を昇降アーム32の側面に固設したアーム側給電路を構成するZ軸方向に長手の第2給電バー58にロボット本体31の前面側部に設けた第2通電ジョイント59を介して接続した。
【0015】
各通電ジョイント57、59は、給電路56の各端部にオンス銅板57a、59aを介して接続されるコンタクト部材57b、59bと、コンタクト部材57b、59bを各給電バー55、58に接離するシリンダ57c、59cとを備える加圧式ジョイントで構成されており、各シリンダ57c、59cをロボット本体31に固設した各ブラケット57d、59dに取付けた。尚、各通電ジョイント57、59のコンタクト部材57b、59bは、各給電バー55、58に確実に密着するように、図6に示す如く、シリンダ57c、59cのピストンロッドにボール継手57e、59eを介して首振自在に連結されている。
【0016】
ここで、第1通電ジョイント57のコンタクト部材57bは走行枠30の下面の第1給電バー55に下方から圧接されるようになっており、コンタクト部材57bの圧接反力によりロボット本体31にその下側のリニアガイド31bを支点にして図3及び図5で反時計方向のY軸回りの回転モーメントが作用するようにした。
【0017】
スタッド溶接に際しては、第1と第2の各通電ジョイント57、59のコンタクト部材57b、59bを第1と第2の各給電バー55、58から離間させた状態で走行枠30、ロボット本体31、昇降アーム32を駆動してスタッド溶接ガン4をX軸、Y軸、Z軸の直交3軸方向に移動すると共に手首部33を駆動してスタッド溶接ガン4の姿勢を変換し、該ガン4をワークの各所定の打点位置に各所定の方向から対向させ、その後各モータMx、My、Mz、Mu、Mvをサーボロックした状態で各通電ジョイント57、59のコンタクト部材57b、59bを各シリンダ57c、59cの作動により各給電バー55、58に圧接させ、次いでスタッド溶接ガン4を該ガンの加圧シリンダの作動によりワークの打点位置に突き当てて加圧し、該ガン4に給電してスタッド溶接を行う。
【0018】
スタッド溶接ガン4によりワークを加圧すると、ロボット3にX軸方向や、Y軸方向やZ軸方向の加圧反力が作用する。そして、走行枠30を駆動するラックピニオン機構でX軸方向の加圧反力が受けられ、ロボット本体31を駆動するラックピニオン機構でY軸方向の加圧反力が受けられ、昇降アーム32を駆動するラックピニオン機構でZ軸方向の加圧反力が受けられる。ここで、走行枠30用のラックピニオン機構はY軸方向に対称に1対に設けられているため、該1対のラックピニオン機構によりX軸方向の加圧反力を無理なく受けられるが、ロボット本体31用のラックピニオン機構と昇降アーム32用のラックピニオン機構とは、夫々1個しか設けられていないため、Y軸方向やZ軸方向の加圧反力でこれらラックピニオン機構の摩耗を生じ易くなる。
【0019】
然し、本実施例の如く第1通電ジョイント57と第2通電ジョイント59とを加圧式ジョイントで構成しておけば、該各通電ジョイント57、59のコンタクト部材57b、59bと各給電バー55、58との間の摩擦力でY軸方向やZ軸方向の加圧反力が受けられ、ロボット本体31用のラックピニオン機構に作用するY軸方向の加圧反力や昇降アーム32用のラックピニオン機構に作用するZ軸方向の加圧反力が軽減されて、これらラックピニオン機構の摩耗を生じにくくなる。
【0020】
また、スタッド溶接ガン4を図3に▲1▼で示す如く下方に向け或いは▲2▼で示す如くX軸方向後方に向け、上方やX軸方向前方からワークを加圧して溶接を行う場合、加圧反力によりロボット本体31には昇降アーム32を介して反時計方向の回転モーメントが作用するが、この回転モーメントは昇降アーム32の重量によってロボット本体31に作用する時計方向の回転モーメントで相殺され、走行枠30に対するロボット本体31の支持部たるガイドレール30aやリニアガイド30bに無理がかかることはない。
【0021】
一方、スタッド溶接ガン4を図3に▲3▼で示す如くX軸方向前方に向け、ワークをX軸方向後方から加圧して溶接する場合には、加圧反力によりロボット本体31に時計方向の回転モーメントが作用し、昇降アーム32の重量による時計方向の回転モーメントと相俟ってロボット本体31が走行枠30に対し時計方向に傾動しようとし、ロボット本体31の支持部に無理がかかる。然し、本実施例では、上記の如く第1通電ジョイント57のコンタクト部材57bの第1給電バー55への圧接反力によりロボット本体31に反時計方向への回転モーメントが作用するため、この回転モーメントによりワークの加圧反力による時計方向の回転モーメントが減殺され、ロボット本体31の支持部に無理がかかることはない。
【0022】
尚、上記実施例では、走行枠30の下面に固定した給電バー55にコンタクト部材57bを下方から圧接させるようにしたが、走行枠30の前面にガイドレール31aより下方に位置させて給電バーを固定し、これに前方からコンタクト部材を圧接させて、ロボット本体31に圧接反力による反時計方向の回転モーメントが作用するようにしても良い。
【0023】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、スタッド溶接ガンによりワークを加圧したときに作用するY軸方向や上下方向の加圧反力を第1と第2の各通電ジョイントのコンタクト部材の第1と第2の各給電バーへの圧接による摩擦力で受けて、ロボット本体や昇降アームの駆動系に作用する加圧力を軽減できるため、これら駆動系の耐久性を向上でき、更に、ロボット動作時は各通電ジョイントのコンタクト部材を各給電バーから離間させて、両者の摺接による摩耗を防止でき、各通電ジョイントや各給電バーの交換頻度が減少してメンテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の一例の正面図
【図2】その平面図
【図3】その側面図
【図4】その要部の拡大正面図
【図5】図4のV−V線截断側面図
【図6】図5のVI−VI線拡大截断面図
【符号の説明】
3 ロボット 4 スタッド溶接ガン
20 ガイド枠 30 走行枠
31 ロボット本体 32 昇降アーム
33 手首部 55 第1給電バー
56 ロボット本体側給電路 57 第2通電ジョイント
57b コンタクト部材 57c シリンダ
58 第2給電バー 59 第2通電ジョイント
59b コンタクト部材 59c シリンダ

Claims (3)

  1. 水平2方向をX軸及びY軸として、Y軸方向両側のガイド枠に跨らせてX軸方向に移動自在に設けた走行枠と、該走行枠にY軸方向に移動自在に支持させたロボット本体と、該ロボット本体に昇降自在に支持させた上下方向に長手の昇降アームとから成る直交座標型ロボットの該昇降アームの下端に手首部を介してスタッド溶接ガンを取付けて成るスタッド溶接装置において、
    走行枠とロボット本体と昇降アームとに夫々給電路を設け、溶接電源からスタッド溶接ガンにこれら給電路を介して給電するようにし、
    走行枠に設ける給電路を走行枠に固定したY軸方向に長手の第1給電バーで構成して、ロボット本体に該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第1給電バーに圧接させることによって、溶接作業中にロボット本体に作用する加圧反力をコンタクト部材と第1給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第1給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第1通電ジョイントを設けると共に、
    昇降アームに設ける給電路を該昇降アームに固定した上下方向に長手の第2給電バーで構成して、ロボット本体に、該ロボット本体に設けた給電路に接続されるコンタクト部材を第2給電バーに圧接させることによって、溶接作業中に昇降アームに作用する加圧反力をコンタクト部材と第2給電バーとの間の摩擦力で受けさせる、該コンタクト部材を第2給電バーにシリンダで接離自在とする加圧式の第2通電ジョイントを設けたことを特徴とするスタッド溶接装置。
  2. 前記第1給電バーを前記溶接電源にケーブルを介して接続したことを特徴とする請求項1に記載のスタッド溶接装置。
  3. 前記各通電ジョイントのコンタクト部材を各通電ジョイントのシリンダのピストンロッドに首振自在に連結したことを特徴とする請求項1又は2に記載のスタッド溶接装置。
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