JP4606088B2 - 溶接トーチのヘッド交換方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、溶接ロボットに取り付けるヘッド交換型溶接トーチのヘッド交換方法及びヘッド交換装置に関するものである。

溶接トーチにはヘッドの長さやヘッド先端部の角度が異なる幾種類かのものが用意されており、ワークに応じてこれらの溶接トーチを使い分けている。溶接ロボットを用いる自動溶接において、溶接箇所に応じてヘッド長さやヘッド先端の角度が異なるトーチを使い分ける必要があるときは、ヘッド交換型の溶接トーチ、すなわちトーチヘッドをトーチボデイに着脱自在に装着した溶接トーチを用い、トーチボデイを溶接ロボットに装着すると共に、そのトーチボデイに着脱される幾種類かのトーチヘッドをヘッド交換装置に搭載して、溶接箇所に応じてトーチボデイに装着するヘッドを交換するようにしている。

一方、溶接ロボットを用いる自動溶接において、トーチ先端を近接させて装着した複数本の溶接トーチを同時に用いて、溶接速度の向上を図ることが行われている。この複数トーチを用いる溶接方法では、狭隘な溶接箇所の溶接が困難であるので、ワークに複数トーチでは溶接できない溶接箇所があるときは、当該ワークの溶接箇所全体を一本トーチで溶接を行うか、または溶接できない箇所をスキップして複数トーチでの溶接を行い、溶接をスキップした箇所を後で人手により溶接を行うという方法が採用されていた。

すなわち、溶接ロボットによる従来の溶接作業は、必要に応じてヘッドを交換して一本トーチでワークの総ての溶接箇所を自動溶接するか、または複数トーチを用いて高速溶接を行い、溶接不能箇所は後で人手により溶接を行うというものであった。

従来のヘッド交換型の溶接トーチの構造及び複数トーチのトーチ構造では、一本トーチと複数トーチとの自動交換を行うことができず、従って、溶接効率が悪くても総ての溶接箇所を一本トーチで溶接するか、または複数トーチを用いて、複数トーチでは溶接できない箇所をスキップする溶接のいずれかしか選択できず、一部に複数トーチでは溶接できない狭隘な溶接箇所がある大型ワークなどの溶接を全自動かつ高能率で行うことができないという問題があった。

この発明は、ヘッド交換型の溶接トーチを用いて、溶接ロボットへの一本トーチと複数トーチとの交換装着が可能な技術手段を提供することにより、狭隘な溶接箇所を有するワークであっても、複数トーチを用いた高速溶接と、狭隘な溶接箇所を含む総ての溶接箇所の自動溶接とを一台の溶接ロボットで実現可能にすることを課題としている。

この発明は、ロボットに装着する複数トーチの構造として、ヘッド交換型溶接トーチのトーチヘッド２ａに追加のトーチ５をブラケット６で固定した構造を採用することにより、溶接ロボットのアーム先端に装着した一個のトーチボデイ１０に対して一本の溶接ヘッド（単体ヘッド）または複数のトーチヘッドを備えた組立ヘッドを選択的に装着できるようにすることにより、上記課題を解決している。

すなわち、この発明の溶接ロボットにおける溶接トーチのヘッド交換方法は、トーチボデイ１０とトーチヘッド２、２ａとがネック部において着脱可能なヘッド交換型溶接トーチの当該ボデイ１０をロボットアームの先端に装着し、このボデイに着脱される単体ヘッド２と、このボデイに着脱される交換型ヘッド２ａの根本にブラケット６を介して他のトーチ５をそれらの先端相互を接近させて固定した組立ヘッド１とを、ヘッド交換装置１１に装填し、ロボットアームの先端を前記ヘッド交換装置に移動して当該先端に装着したボデイに前記単体ヘッド又は組立ヘッドを装着することを特徴とする、一本トーチと複数本トーチとのヘッド交換方法である。

本願の請求項２の発明は、上記方法の実施に使用するトーチ交換装置であって、基台１６と、この基台上でロボットアームの先端に装着されたトーチボデイ１０へのトーチヘッド２、２ａの挿抜方向に移動する挿抜台１９と、前記基台上で前記挿抜方向と直交する選択方向に移動するヘッド交換台２０と、このヘッド交換台に前記選択方向に所定間隔で配置した複数のヘッドホルダと、選択されたヘッドホルダに対向するボデイ受部１８とを備え、前記複数のヘッドホルダは、単体ヘッド２を保持するヘッドホルダ２１ｓと、交換型トーチヘッド２ａと他のトーチ５との組立体からなる組立ヘッド１の当該交換型トーチヘッド２ａを保持するヘッドホルダ２１ｄとを含んでいることを特徴とするものである。

本願の請求項３の発明は、上記請求項２のトーチヘッド交換装置において、前記ボデイ受部に近接してロボットアームに装着したトーチの前記挿抜方向及び選択方向の位置を検出する検出部材２２を備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、従来用いられている一本トーチのヘッドの交換と同様な方法で一本トーチと複数トーチとの自動交換を行うことができ、２種類以上の一本トーチと複数トーチとを適宜交換して自動溶接を行うことも可能になるので、一台の溶接ロボットで複数トーチによる高速溶接と、溶接箇所に応じたヘッド形状の一本トーチによる狭隘部などの溶接とを、全自動で行うことができ、各種のワークに対する全溶接箇所の高速自動溶接を実現できるという効果がある。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の方法及び装置で使用する複数トーチの交換部分（組立ヘッド）１を示した図である。組立ヘッド１は、ヘッド交換型トーチのヘッド２ａと、ヘッド３とボデイ４とが一体の一体型トーチ５とを備えている。交換型トーチヘッド２ａと一体型トーチ５とは、両者のネック部でブラケット６により連結固定されている。一体型トーチ５は、交換型トーチヘッド２ａに対して斜めに固定され、両トーチヘッドの溶接箇所が略同一箇所となるように先端を接近させて設けられている。一体型トーチ５には、ケーブルハンガに懸吊されたケーブル７が接続されている。

交換型トーチヘッド２ａは、根元（ネック）に周溝８ａを有するネックフランジ８を備えており、このネックフランジから突出する嵌合端９を溶接ロボットのアーム先端に取り付けた交換型トーチボデイ１０のネック嵌合孔に差し込んで、当該ボデイに内蔵されたロック装置でロックすることにより、溶接ロボットに取り付けられる。この交換型トーチヘッド２ａとボデイの着脱構造は、従来装置における一本トーチのヘッド着脱構造をそのまま用いることができる。

図２ないし４は、この発明のヘッド交換装置の一実施例を示した図である。図２はヘッド交換装置の正面図、図３は図２のＡ‐Ａ矢視の断面側面図、図４は図２のＢ矢視図である。このヘッド交換装置１１は、図６に概略を示すように、溶接ロボットの基体１２に図２の上方を上にして装着される。溶接ロボットのアーム１３、１４及び手首１５は、ヘッド交換時に同図に示すように屈曲して、取り付けられているトーチの先端を上にした状態でトーチヘッドの交換を行う。

ヘッド交換装置１１は、ロボット基体に固定される基台１６に前後ガイド４６及びスプリング４１（図４参照）で図２の紙面直角方向に変位可能かつ同手前側に弾性付勢された基盤１７を備え、この基盤の下方側正面にボデイ受部１８が設けられている。基盤１７の上半部正面には、上下ガイド４７及びシリンダ４２を介して、上下動する挿抜台１９が装着されており、この挿抜台に、左右ガイド４５及びシリンダ４０を介して、図２の左右方向に往復動するヘッド交換台２０が装着されている。このヘッド交換台２０には、２つのヘッドホルダ２１ｓ、２１ｄが、当該ヘッド交換台の左右移動端においてそれぞれボデイ受部１８と対向する位置に、配置されている。

ボデイ受部１８の正面手前側（図２の手前側）には、図３、４に示すネック検出装置２２が、その検出プローブ２３の先端がボデイ受部１８に対向するヘッドホルダの手前の位置となるようにして、前記基盤１７に固定して設けられている。このネック検出装置のプローブ２３は、ヘッド交換装置を正面から見た図２の左右方向に押動可能で、かつその先端が上下方向に揺動可能であり、その押動量及び揺動量を検出するセンサ２４、２５が設けられている。

ロボットアームの先端に装着されたトーチがこのネック検出装置のプローブ先端部を通過するとき、当該トーチヘッドのネックフランジ８（図１参照）の周溝８ａにプローブ２３の先端が入り込んで、図２の左右及び上下方向に押動され、この押動量を検出することにより、ヘッド交換装置１１に進入してきた溶接トーチのネックの位置が検出される。検出されたネック位置に正規位置からのずれがあるときは、そのずれ量をロボットのＮＣ装置で演算して、ロボットアームの先端の位置を修正し、ロボットに装着されているトーチヘッド及びトーチボデイが、それぞれのヘッドホルダ２１及びボデイ受部１８に円滑に挿入されるようにする。なお、図２の紙面直角方向の位置ずれは、基盤１７のスプリング４１の弾性支持により吸収される。

ボデイ受部１８は、底部にシリンダ２６によって駆動されるロック解除駒２７と、進入してきたトーチボデイ１０をシリンダ２８、２９の動作でクランプする左右のクランプ爪３０、３１を備えている。

ヘッドホルダ２１ｓ、２１ｄは、保持するトーチヘッドのネックフランジの周溝８ａに両側から挟みこむように挿入される一対のフィンガ３２を備え、各フィンガの先端部内側には、ばねで突出方向に付勢された保持ボール３３が設けられている。トーチのネックフランジ８は、このボール３３を押し込みながら対向するフィンガ３２の間に押し込まれ、ボール３３の突出方向の付勢力によって、押し込まれた位置を保持する。更にヘッドホルダ３２ｓ、３２ｄには、フィンガ３２、３２との間でネックフランジ８を軸方向（ヘッドの長手方向）にクランプするシリンダ３４駆動のクランパ３５ｓ、３５ｄが設けられている。

ネック検出装置２２のプローブ２３は、図５に示すように、基端の支軸３６回りに上下揺動自在かつガイド３７に沿って左右移動自在に支持され、ばね３８及び３９によってプローブ先端が所定位置に弾性的に位置決めされるようになっている。

次に、ロボットに一本トーチが装着されている状態で、複数トーチへの交換動作を説明する。ヘッド交換装置のヘッドホルダ２１ｓ、２１ｄには、それぞれ一本トーチ用の単体ヘッド２（交換型ヘッド２ａと同じもの）２と複数トーチ用の組立ヘッド１とが保持されるが、単体ヘッドがロボットに取付けられているときは、ネック交換装置は組立ヘッド１のみを保持しており、単体ヘッドホルダ２１ｓがボデイ受部１８に対向するように、シリンダ４０の縮退でヘッド交換台２０が図２の左方へ移動し、単体ヘッドクランパ３５ｓは後退している。

ロボットに装着されたトーチボデイ１０がボデイ受部１８に挿入される直前に、ネック検出装置２２が進入してくるトーチボデイ１０に装着されているトーチヘッド２の左右及び上下の位置誤差を検出して、誤差があればロボットに修正指令を送り、ロボットは位置を修正した後、把持しているトーチボデイをボデイ受部１８に挿入する。このとき、装着されているトーチヘッド２のネックフランジが単体ヘッドホルダ２１ｓに挿入される。

この状態で単体ヘッドクランパ３５ｓが進出して単体ヘッド２のネックフランジ８を挟んでクランプし、ボデイ受部のロック解除駒２７が単体ヘッドのロックを外した後、シリンダ４２の伸長により挿抜台１９が上動して単体ヘッド２をトーチボデイ１０から引き抜く。

次に、シリンダ４０の伸長によりヘッド交換台２０が右方に移動して、組立ヘッド側のヘッドホルダ２１ｄをボデイ受部１８に対向させる。そして、シリンダ４２の縮退により挿抜台１９が下降し、組立ヘッドの交換型トーチヘッド２ａのネックをトーチボデイ１０に挿入し、この挿入動作によって当該トーチヘッド２ａがトーチボデイ１０にロックされる。次に組立ヘッド側のクランパ３５ｄが後退して、ロボット先端がヘッド交換装置から図３の左方へと離れることによって、一本トーチから複数トーチへの変換が終了する。なお、ヘッド交換時にトーチ内のワイヤはトーチボデイ側に引き込まれる。

本発明で使用する複数トーチの組立ヘッドを示す図 本発明のヘッド交換装置の正面図 図２のＡ‐Ａ矢視の断面側面図 図２のＢ矢視図 ネック検出装置の断面平面図 ヘッド交換装置とロボットの位置関係を示す側面図

符号の説明

１ 組立ヘッド
２ トーチヘッド
2a 交換型ヘッド
５ 一体型トーチ
６ ブラケット
10 トーチボデイ
11 ヘッド交換装置
16 基台
18 ボデイ受部
19 挿抜台
20 ヘッド交換台
21d,21s ヘッドホルダ
22 ネック検出装置

Claims (3)

1. トーチボデイ(10)とトーチヘッド(2,2a)とがネック部において着脱可能なヘッド交換型溶接トーチの当該ボデイ(10)をロボットアームの先端に装着し、
   このボデイに着脱される一本の交換型ヘッドからなる単体ヘッド(2)と、
   このボデイに着脱される交換型ヘッド(2a)の根本にブラケット(6)を介して他のトーチ(5)をそれらの先端相互を接近させて固定した組立ヘッド(1)とを、
   ヘッド交換装置(11)に装填し、
   ロボットアームの先端を前記ヘッド交換装置に移動して当該先端に装着したボデイに前記単体ヘッド又は組立ヘッドを装着する、溶接ロボットの一本トーチと複数トーチのヘッド交換方法。
2. 基台(16)と、この基台上でロボットアームの先端に装着されたトーチボデイ(10)へのトーチヘッド(2,2a)の挿抜方向に移動する挿抜台(19)と、前記基台上で前記挿抜方向と直交する選択方向に移動するヘッド交換台(20)と、このヘッド交換台に前記選択方向に所定間隔で配置した複数のヘッドホルダと、選択されたヘッドホルダに対向するボデイ受部(18)とを備え、
   前記複数のヘッドホルダは、
   トーチボデイ(10)とトーチヘッド(2,2a)とがネック部において着脱可能なヘッド交換型溶接トーチの当該ヘッド一本からなる単体ヘッド(2)を保持するヘッドホルダ(21s)と、
   前記ヘッド交換型溶接トーチのトーチヘッド(2a)と他のトーチ(5)との組立体からなる組立ヘッド(1)の当該トーチヘッド(2a)を保持するヘッドホルダ(21d)とを含んでいる、溶接ロボットのトーチ交換装置。
3. 前記ボデイ受部に近接してロボットアームに装着したトーチの前記挿抜方向及び選択方向の位置を検出する検出部材(22)を備えていることを特徴とする、請求項２記載の溶接ロボットのトーチヘッド交換装置。

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