JP4342364B2 - ワーク保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動組立装置、例えば溶接ロボットにて溶接を行う際に、被溶接物であるワークを保持するためのワーク保持装置に関するものである。

一般に、自動組立装置、例えば自動溶接装置においては、被溶接物であるワークを保持装置により保持させるとともに、溶接ロボットにより、所定箇所の溶接が自動的に行われている。この溶接時において、例えばワーク周囲の所定箇所を溶接する必要がある場合には、保持装置側に設けられているワークを保持する回転テーブルが、所定角度回転されて、例えば、下向き溶接ができるように、常に、溶接箇所が上側に位置するようにされている。

この種の保持装置は、溶接ロボットに連動して作動するようにされており、具体的には、溶接ロボットの動作プログラムに保持装置側の回転テーブルの制御データが入力されており、溶接ロボット側と保持装置側とは、多数の制御線により互いに接続されていた。

このため、溶接ロボット側と保持装置側との間に、多数の制御線を敷設する必要があるが、この面倒な敷設作業を不要にし得るワーク保持装置が提案されている。
このワーク保持装置は、ワークの保持体を回転させる回転駆動装置と、溶接ロボットの溶接トーチが挿入し得る穴部を複数個設けられたケーシングとを有するとともに、これら各穴部内に溶接トーチを検出し得る光センサを配置したもので、溶接トーチを所定の穴部に挿入して所定の光センサを作動させることにより、回転駆動装置を制御してワークの保持体を所定角度でもって回転させるようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２８８７８６

上記の構成によると、溶接トーチが挿入される穴部の位置に応じて、ワークの保持体を所定角度でもって回転させるようにしているが、溶接トーチを検出するのに光センサが用いられているため、溶接時に、穴部内に飛び込んでくるスパッタを溶接トーチと間違えて検出して誤作動する虞があった。

そこで、本発明は、溶接時に発生するスパッタにより誤作動することのないワーク保持装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るワーク保持装置は、自動組立装置の操作部材によりワークの組み立てを行う際に、ワークを保持するとともに所定軸心回りでその回転姿勢を制御し得るワーク保持装置であって、
装置本体側に、回転駆動装置により所定軸心回りで回転自在にされたワークの保持体を設けるとともに、操作部材を検出し得る検出部材を複数箇所に設け、これら各検出部材からの検出信号を入力して上記回転駆動装置を制御することにより、上記保持体を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置を具備し、
且つ上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
上記制御装置を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、上記回転駆動装置に動作信号を出力するように構成したものである。

また、請求項２に係るワーク保持装置は、自動組立装置の操作部材によりワークの組み立てを行う際に、ワークを保持するとともに所定軸心回りでその回転姿勢を制御し得るワーク保持装置であって、
回転駆動装置により所定軸心回りで回転自在にされたワークの保持体が設けられた装置本体と、
操作部材を検出し得る検出部材が複数箇所に設けられた検出体と、
この検出体の各検出部材からの検出信号を入力して上記回転駆動装置を制御することにより、上記保持体を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置とを具備し、
且つ上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
上記制御装置を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、上記回転駆動装置に動作信号を出力するように構成したものである。

また、請求項３に係るに係るワーク保持装置は、自動組立装置の操作部材によりワークの組み立てを行う際に、ワークを保持するとともに所定軸心回りでその回転姿勢を制御し得るワーク保持装置であって、
回転駆動装置により所定軸心回りで回転自在にされたワークの保持体がそれぞれ設けられた装置本体部と、
操作部材を検出し得る検出部材が複数箇所に設けられた検出体と、
この検出体の各検出部材からの検出信号を入力して上記装置本体部の回転駆動装置を制御することにより、上記所定の装置本体部における保持体を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置とを具備し、
且つ上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
上記制御装置を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、上記所定の装置本体部における回転駆動装置に動作信号を出力するように構成したものである。

また、請求項４に係るワーク保持装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の保持装置の検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られる時間が少なくとも数秒以上としたものである。

また、請求項５に係るワーク保持装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の保持装置の制御装置に、回転駆動装置に動作信号を出力する際の検出信号が同時に得られる時間を設定し得る時間設定部を設けたものである。

また、請求項６に係るワーク保持装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の保持装置の各検出部材における各検出器をそれぞれ装置本体側に形成された穴部内に配置したものである。

さらに、請求項７に係るワーク保持装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の保持装置の各検出器として光センサを使用したものである。
上記の各構成によると、自動組立装置における操作部材を検出してワークを保持する保持体を、検出部材に応じて設定された所定角度で回転させるようにした構成において、各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所で検出し得る複数個の非接触式検出器により構成したので、これら複数個の検出器からの検出信号が同時に検出されている場合に、回転駆動装置に動作信号（制御信号）を出力するようにしたので、例えば溶接時に発生するスパッタなどが操作部材の検出箇所に飛び込んできた場合でも、当該スパッタを操作部材と間違えて検出することがなく、したがって誤作動のない信頼性が向上したワーク保持装置を提供することができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態における自動組立装置におけるワーク保持装置を、図１〜図４に基づき説明する。なお、本実施の形態においては、自動組立装置として、溶接ロボットに適用した場合について説明する。

図１に示すように、この溶接ロボット１は、例えば多関節型のロボットアーム２を有するもので、ロボットアーム２の先端には、溶接トーチ（操作部材の一例）３が取り付けられている。そして、この溶接ロボット１に対応する位置には、被溶接物であるワークＷを保持するためのワーク保持装置（以下、単に、保持装置という）１１が具備されている。

この保持装置１１は、図２および図３に示すように、装置本体であるケーシング１２内に配置された電動機（回転駆動装置の一例）１３と、この電動機１３の出力軸に例えば減速機などを介して連結された例えば水平方向の回転軸体（勿論、減速機の出力軸であってもよい）１４と、この回転軸体１４の先端部に取り付けられた円形の保持板体（保持体の一例）１５と、上記ケーシング１２の上部に複数箇所で形成された穴部１６内にそれぞれ配置された複数個（穴部と同じ個数である）の検出部材１７と、これら各検出部材１７からの検出信号を入力して上記保持板体１５を所定角度だけ回転させる動作信号（制御信号）を上記電動機１３に出力する制御装置１８とから構成されている。

そして、上記各検出部材１７としては、図４に示すように、穴部１６の軸心方向で所定高さｈでもって離れた位置（例えば、数センチ程度離れた位置）で配置された２組（２個）（３組以上配置してもよい）の光センサ（検出器の一例）２１Ａ，２１Ｂにより構成されている。勿論、各光センサ２１Ａ，２１Ｂは、穴部１６の内壁面に、投光部２２および受光部２３が取り付けられたものである。

さらに、各検出部材１７においては、各２組の光センサ２１Ａ，２１Ｂにより溶接トーチ３が同時に検出されている時間が、言い換えれば２組の光センサ２１Ａ，２１Ｂからの検出信号が重なっている時間が、所定の設定時間（例えば、２〜３秒程度以上、好ましくは５秒程度）である場合に、溶接トーチを検出したことを確認する確認信号が得られるように、しかもこの設定時間を調節し得るようにされている。

すなわち、上記制御装置１８には、各検出部材１７における両（２組）光センサ２１Ａ，２１Ｂにて検出される検出信号を入力して両検出信号が検出されている時間が所定の設定時間以上であるか否かを検出するとともに設定時間以上である場合に溶接トーチであることの確認信号を出力する時間検出部２６と、この確認信号を入力して当該確認信号に係る検出部材１７に応じた角度を示す動作信号を電動機１３に出力する制御信号出力部２７とが具備されており、さらに上記時間検出部２６にて同時に検出する設定時間を外部から調節し得る設定時間調節部２８も具備されている。なお、上記時間検出部２６においては、どの検出部材１７からの検出信号であるかが判断されている。

概略的に言えば、制御装置１８は、上記各検出部材１７からの検出信号に応じて、保持板体１５の回転姿勢（基準位置に対する回転角度である）の動作信号を出力して、保持板体１５に保持されているワークＷの回転姿勢を制御する機能を有している。例えば、検出部材１７が８個設けられている場合には、第１〜第８検出部材１７（１７Ａ〜１７Ｈ）は、３６０度を検出部材１７の設置個数である「８」で割った角度毎の位置、すなわち基準位置である０度位置、４５度位置、９０度位置・・・２７０度位置、３１５度位置というように、基準位置に対するそれぞれの回転角度を示すようにされている。したがって、第３検出部材１７Ｃからの両検出信号が同時に設定時間以上検出されれば、９０度の回転姿勢となるように、制御装置１８により電動機１３が駆動される。

また、上記保持板体１５にワークを保持させるのに、保持治具３１が使用される。この保持治具３１は、図２に示すように、保持板体１５側にボルト３２などにより直接取り付けられる取付部であるフランジ部３１ａと、このフランジ部３１ａに溶接により固定突設されるとともにワークＷに応じた形状に、例えばボックス状にされた保持部３１ｂとから構成され、またこの保持部３１ｂには、ワークＷを固定するための押さえ具３３が設けられている。

上記構成において、例えばその端縁部同士が９０度で交わるように組み立てるべき一対の板体４１Ａ，４１Ｂ同士の対向端部である角部を溶接する場合、保持板体１５に取り付けられた保持治具３１のボックス状の保持部３１ｂに、一対の板体４１Ａ，４１Ｂ同士を、その端縁部が互いに対向するようにように、それぞれ押さえ具３３により固定する。

そして、溶接ロボット１により、その端縁部である角部の溶接を行うのであるが、例えば保持部３１ｂに固定された状態から、例えば基準位置である０度から９０度回転させた位置で溶接を行う場合には、溶接ロボット１の溶接トーチ３を、回転姿勢が９０度の指示を出す第３検出部材１７Ｃが配置された穴部１６内に挿入する。

すると、穴部１６内に配置された第３検出部材１７Ｃの両光センサ２１Ａ，２１Ｂによる溶接トーチ３の検出信号が制御装置１８に入力される。
そして、この制御装置１８においては、両光センサ２１Ａ，２１Ｂからの検出信号が時間検出部２６に入力され、ここで、設定時間以上、両検出信号が同時に検出された場合にだけ、溶接トーチ３であることの確認信号が制御信号出力部２７に出力され、この制御信号出力部２７から当該検出部材１７の位置に応じた信号、例えば保持板体１５を９０度回転させる動作信号（制御信号）が電動機１３に出力される。したがって、一対の板体４１Ａ，４１Ｂ同士の溶接箇所が上面に移動されることになり、下向き溶接が行われる。

ところで、上記穴部１６内にスパッタが飛び込み、たまたま穴部１６の中心を通過して２個の光センサ２１Ａ，２１Ｂにより検出された場合、２個の光センサ２１Ａ，２１Ｂ同士が離れているため、両光センサ２１Ａ，２１Ｂからの検出信号が同時に検出されることがない。したがって、制御装置１８の時間検出部２６から確認信号が出力されることがないため、スパッタによる誤作動の虞はない。

なお、ここでは、一対の板体４１Ａ，４１Ｂ同士の角部の溶接について説明したが、一度に、ボックス状の部品を溶接する場合には、４つの溶接箇所が、それぞれ上面に来るように、溶接ロボット１の溶接トーチ３が、所定の各穴部１６に順番に挿入されて、各検出部材１７の検出動作により、回転姿勢が順次変更されることになる。

このように、保持装置１１のケーシング１２に形成された穴部１６に溶接トーチ３を挿入するだけで、検出部材１７を介して、自動的に、ワークＷの回転姿勢が変更される。すなわち、ワークＷへの作業姿勢の変更が必要になった時点で、溶接ロボット側の作業操作により、ワーク保持装置１１側の電動機１３にその旨の指示を与えることができ、しかも、溶接時に発生するスパッタを溶接トーチ３として誤って検出するのを防止することができる。

なお、上記検出部材１７による溶接トーチ３であることの確認を、より確実に行う場合には、制御装置１８の設定時間調節部２８にて、両検出信号を同時に検出する時間を長くすればよい。

ところで、上記実施の形態においては、保持板体が設けられた装置本体の複数箇所に検出部材を配置したが、例えば図５に示すように、ワークＷの保持板体（保持体の一例）５２が設けられた装置本体５１とは、別個に配置された検出体５３に検出部材（図示しないが、上述した検出部材１７と同一の構成である）を配置したものである。

すなわち、箱形状の装置本体５１のケーシング５４に、電動機（回転駆動装置の一例で、図示せず）を介してワークＷの保持板体５２が回転自在に設けられるとともに、検出体５３を構成する箱形状のケーシング５５の上部には、操作部材である溶接トーチ３を案内（挿入）し得る穴部５６が複数個形成されたものである。

勿論、溶接トーチ３を穴部５６内に挿入することにより、保持板体５２を所定角度でもって回転させてワークＷを所定の姿勢にさせることができ、しかも検出部材については、上述した実施の形態で説明したように、所定距離だけ離れて配置された少なくとも２組の光センサ（２１Ａ，２１Ｂ）により構成されているので、溶接時に発生するスパッタを溶接トーチ３として誤って検出するのを防止することができる。

また、上述の図５にて説明したワーク保持装置においては、１個の検出体でもって１個の保持板体の姿勢を制御するように説明したが、例えば１個の検出体により、複数個の保持板体の姿勢を制御するようにしてもよい。

この場合のワーク保持装置は、図６に示すように、電動機（回転駆動装置の一例で、図示せず）により所定軸心回りでケーシング６１に回転自在に設けられたワークＷの保持板体（保持体の一例）６２がそれぞれ設けられた複数個（例えば、３個）の装置本体部６３と、溶接トーチ（操作部材の一例）３を検出し得る検出部材（図示しないが、上述した検出部材１７と同一の構成である）が複数箇所（例えば、６箇所）に設けられた検出体（そのケーシング６５には溶接トーチ３の挿入用の穴部６６が６個設けられている）６４と、この検出体６４の各検出部材からの検出信号を入力して上記装置本体部６３の電動機を制御することにより、当該所定の装置本体部６３における保持板体６２を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置（図示せず）とを具備し、且つ上記各検出部材を、溶接トーチ３の少なくとも異なる２箇所を検出し得る少なくとも２組の光センサ（非接触式検出器の一例で、上述した２１Ａ，２１Ｂと同一のものが用いられる）により構成するとともに、上記制御装置を、上記検出部材における各光センサからの検出信号が、所定の設定時間（少なくとも２〜３秒以上、好ましくは５秒程度）重なって得られた場合にだけ、所定の装置本体部６３の電動機に動作信号を出力するように構成したものである。ここでは、３個の保持板体６２に対して検出部材が６箇所に設けられているので、１個の保持板体６２に対して、２箇所の検出部材が対応することになり、それぞれ保持板体６２については２つの姿勢を制御することができる。

この場合も、上述した実施の形態と同様の効果が得られる他に、１個の検出体６４で複数個の保持板体６２、すなわち複数個のワークＷの姿勢を制御することができる。
なお、上記実施の形態（変形例も含む、以下、同様である）においては、溶接トーチを検出する検出部材として、光センサを使用したが、例えば近接センサなども使用することができ、またセンサを穴部に配置する以外にも、穴部を設けずに、箱型容器内の適当な位置に、仕切りを設けずに検出部材１７をそれぞれ配置することもできる。

また、上記実施の形態においては、溶接ロボットによる溶接作業に適用した場合について説明したが、この保持装置は、溶接以外の他の組立作業にも適用することができる。
また、上記実施の形態においては、検出部材を８個配置した場合について説明したが、ワークにおける溶接箇所の増減に応じて、適宜、検出部材の配置個数の増減をすることができるとともに、その回転姿勢の角度についても、等角度以外の任意角度に設定することもできる。

また、上記実施の形態においては、保持板体を回転させる回転駆動装置として、電動機を使用したが、例えばシリンダ装置などによりラックを移動させて、ピニオンを駆動するような機構を使用することもできる。

さらに、上記実施の形態においては、保持板体の回転軸心を水平方向に配置したものとして説明したが、水平に限定されるものでもなく、溶接姿勢に応じて水平面に対して傾斜させ配置してもよく、勿論、鉛直方向に配置してもよい。

本発明の実施の形態における溶接ロボットおよびワーク保持装置の概略構成を示す側面図である。 同ワーク保持装置の概略構成を示す斜視図である。 同ワーク保持装置の概略構成を示すブロック図である。 同ワーク保持装置における検出部材の構成を示す斜視図である。 同ワーク保持装置の変形例の概略構成を示す斜視図である。 同ワーク保持装置の変形例の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
１ 溶接ロボット
２ ロボットアーム
３ 溶接トーチ
１１ ワーク保持装置
１２ ケーシング
１３ 電動機
１４ 回転軸体
１５ 保持板体
１６ 穴部
１７ 検出部材
１８ 制御装置
２１Ａ 光センサ
２１Ｂ 光センサ
２６ 時間検出部
２７ 制御信号出力部
２８ 設定時間調節部
５１ 装置本体
５２ 保持板体
５３ 検出体
６２ 保持板体
６３ 装置本体部
６４ 検出体
６６ 穴部

Claims (7)

1. 自動組立装置の操作部材によりワークの組み立てを行う際に、ワークを保持するとともに所定軸心回りでその回転姿勢を制御し得るワーク保持装置であって、
   装置本体側に、回転駆動装置により所定軸心回りで回転自在にされたワークの保持体を設けるとともに、操作部材を検出し得る検出部材を複数箇所に設け、これら各検出部材からの検出信号を入力して上記回転駆動装置を制御することにより、上記保持体を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置を具備し、
   且つ上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
   上記制御装置を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、上記回転駆動装置に動作信号を出力するように構成したことを特徴とするワーク保持装置。
2. 自動組立装置の操作部材によりワークの組み立てを行う際に、ワークを保持するとともに所定軸心回りでその回転姿勢を制御し得るワーク保持装置であって、
   回転駆動装置により所定軸心回りで回転自在にされたワークの保持体が設けられた装置本体と、
   操作部材を検出し得る検出部材が複数箇所に設けられた検出体と、
   この検出体の各検出部材からの検出信号を入力して上記回転駆動装置を制御することにより、上記保持体を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置とを具備し、
   且つ上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
   上記制御装置を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、上記回転駆動装置に動作信号を出力するように構成したことを特徴とするワーク保持装置。
3. 自動組立装置の操作部材によりワークの組み立てを行う際に、ワークを保持するとともに所定軸心回りでその回転姿勢を制御し得るワーク保持装置であって、
   回転駆動装置により所定軸心回りで回転自在にされたワークの保持体がそれぞれ設けられた装置本体部と、
   操作部材を検出し得る検出部材が複数箇所に設けられた検出体と、
   この検出体の各検出部材からの検出信号を入力して上記装置本体部の回転駆動装置を制御することにより、上記所定の装置本体部における保持体を各検出部材に応じて設定された所定角度でもって回転させる制御装置とを具備し、
   且つ上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
   上記制御装置を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、上記所定の装置本体部における回転駆動装置に動作信号を出力するように構成したことを特徴とするワーク保持装置。
4. 検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られる時間が少なくとも数秒以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
5. 制御装置に、回転駆動装置に動作信号を出力する際の検出信号が同時に得られる時間を設定し得る時間設定部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
6. 各検出部材における各検出器を穴部内に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
7. 各検出器として光センサを使用したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のワーク保持装置。
   

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