JP4784031B2

JP4784031B2 - 塗装システム

Info

Publication number: JP4784031B2
Application number: JP2001292266A
Authority: JP
Inventors: 真二谷; 陽一花井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003093932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗装システム、特に種別毎の塗料をカートリッジで塗装装置に供給する塗装システムにおいて、省スペースで効率的な塗装を行うことのできる塗装システムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車等の工業製品を塗装する場合、塗料を霧状にして吹き付ける吹き付け塗装が行われている。特に自動車のボディ等のように大型のワークに対しては、塗装ブースの中に配置された複数の塗装装置（塗装ロボット）によって無人の自動塗装が行われる場合が多い。自動車のボディの塗装ラインでは、自動車の注文に応じた塗装が個々に施されるので、同一塗装ラインで同一形状のワークに対しても様々な塗料色を準備する必要がある。例えば、特開２０００−１７６３３３号公報等には、塗料色毎に塗料を充填したカートリッジを複数種類準備し、ワークの指定色毎に塗装ロボットに供給するカートリッジを交換する装置が開示されている。この場合、塗装ロボットの塗布ガンのノズル近傍まで達するカートリッジを使用することにより、頻繁に塗料色の交換が発生する場合でもカートリッジ交換時の残留塗料の廃棄や経路の洗浄作業を行う必要がなく、容易に塗装ラインの色換え作業を行うことができる。
【０００３】
このようなカートリッジを用いた塗装において、自動車のボディ等のように大型のワークの塗装を行う場合、複数の塗装ロボットにより多方向から同時に塗装を行う。また、カートリッジは交換の容易性や塗料の品質の安定化等を考慮して一つのワークに対し１回分使い切りになるように充填が行われている。従って、１台の塗装終了でカートリッジの交換が実施されるが、同じ色の塗装を行うワークが連続して塗装ラインを流れてこなければ、予め準備された充填済みのカートリッジの交換作業のみを行うだけなので、塗装ラインのワーク搬送を停止させることなく連続するワークの塗装を行うことができる。自動車等では、人気色が集中する場合が多く、２台以上連続して同じ色の塗装が必要なワークが搬送される場合が多々ある。この場合は、その色のカートリッジを少なくとも２本準備しておく必要がある。また、１基の塗装ロボットで行える塗装範囲には制限があるため、自動車ボディ等のように大きなワークに対しては、複数の塗装ロボットを通常用いている。そのため、塗装に必要なカートリッジの本数は塗装ロボットの数に応じて増加してしまう。
【０００４】
図５には、従来の塗装システムにおけるカートリッジ交換装置１００の概略図が示されている。図５（ａ）には、その側面図、図５（ｂ）には、上面図が示されている。カートリッジ交換装置１００は、複数配列されたカートリッジ１０２をガントリー１０４で跨ぎ、その上空をサーボモータやシリンダを用いてＸ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ移動可能なチャックユニット１０６が移動することにより所望の塗料が充填されたカートリッジ１０２を拾い上げ、塗装ブース１０８内で待機する塗装装置１１０に供給している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、複数カートリッジ１０２を準備する場合、その行方向、列方向共に複数列で構成せざるを得ない。そのため、チャックユニット１０６の少なくともＸ，Ｙ方向の移動には、任意の位置で正確に停止制御できるサーボモータ等高精度駆動機構を使用する必要があり、設備コストが増大してしまうという問題がある。また、大量のカートリッジ１０２群の上空をチャックユニット１０６が移動可能にするためには、大型のガントリー１０４が必要になると共に、チャックユニット１０６も高剛性が必要になり、設備自体が大型化すると共に、既存の塗装ラインに容易に設置できないという問題が発生する。設備の大型化は、カートリッジ１０２の交換のためのサイクルタイムの増加を招き、生産効率の低下を招いてしまうという問題も誘発する。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複数のカートリッジを使用する場合でも、設備コストの増加や設備の大型化を抑制すると共に、迅速なカートリッジ交換作業を行うことのできる塗装システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明は、塗装ブースと、前記塗装ブース内に配置され、当該塗装ブース内を移動するワークに対して塗装を行う塗装装置と、前記塗装装置に供給する種別毎の塗料をカートリッジに充填する充填装置であって、複数の充填済みカートリッジ及び使用済みカートリッジを収納するストッカーを有するカートリッジ充填装置と、前記塗装装置とカートリッジ充填装置との間で前記カートリッジの交換を行う汎用多軸ロボットと、を含み、
前記汎用多軸ロボットは、前記塗装ブース内に配置された複数の塗装装置に対してカートリッジの着脱を行うために、カートリッジを保持した状態で、塗装装置間を自走する自走機構を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、汎用多軸ロボットは可動範囲が広く、正確な位置決めを容易に行うことが可能なので、設備の大型化を伴うことなく、カートリッジが大量にストックされている場合でも任意の位置のカートリッジを容易かつ迅速に支持し、塗装装置に対して交換作業を行うことができる。また、例えば６軸汎用ロボット等を用いることにより、設備コストを抑制することができる。なお、塗料の種別毎とは、例えば塗料の品番等で分類される種別であり、色や成分等で分けられる種類を意味する。
また、例えば、１基の汎用多軸ロボットで複数の塗装ロボット（集中配置されたものや間隔をあけて分散配置されたもの）に対しカートリッジを供給することが可能で、さらに効率の良いカートリッジの交換を迅速かつ省スペースで行うことができる。
【０００９】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記塗装ブースは、前記汎用多軸ロボットのアームがカートリッジを保持した状態で進退を許容する開口部を有し、塗装ブース外部で充填した塗料を塗装ブース内の塗装装置に供給することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、カートリッジの交換を塗装ブースの外部から行うことができるので、塗装ブース内にカートリッジ充填装置の配置スペースを確保する必要がない。また、塗装ブース内部の気流の変動を抑制することができるので、塗装品質の安定を行うことができる。さらに、汎用多軸ロボットの利用により塗装ブース外側面においても作業通路等のスペースを確保しつつカートリッジの交換をスムーズに行うことができる。
【００１５】
上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記カートリッジ充填装置は、前記塗装ブースの前工程または後工程に配置され、前記汎用多軸ロボットは、カートリッジの交換作業を前記前工程または後工程から塗装ブース内に進退して内部を自走することにより行うことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、塗装ブースの前位置または後位置のスペースにカートリッジ充填スペースを設けることが可能であり、塗装ブースの側面等にスペースが無い場合にもカートリッジ交換システムを適用することができる。また、汎用多軸ロボットを塗装ブース内で自走させることにより複数の塗装装置に対してカートリッジの交換作業を行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。
【００１８】
図１には、本実施形態の塗装システム１０の塗装ブース１２及び塗装ブース１２の側面外壁に隣接配置されたカートリッジ交換部１４の概念斜視図が示されている。図１において、塗装ブース１２は例えばトンネル形状を呈し、図示を省略しているが、内部にワーク（例えば、自動車のボディ）を搬送する搬送装置（コンベアー等）が図１の紙面鉛直方向に延設されている。また、搬送装置に沿ってその片側または両側に搬送されるワークに塗装を施す塗装装置として、例えば多関節の塗装ロボット１６（一部のみ図示）が配置されている。この塗装ロボット１６は、例えば、塗布ガンより塗料を霧状にして吐出するタイプのもので、プログラムに従って所定の塗料をワークの所定位置に塗布している。
【００１９】
塗装ブース１２は、内部に霧状の塗料が浮遊するため、塗装ブース１２の外部環境の維持のために、外部とは分離する必要がある。また、ワークに対する霧状の塗料の塗着を安定的に行うと共に、ワークに塗着しなかった塗料を回収または廃棄するために、塗装ブース１２内に安定した気流を形成する必要があるので、供排気システム等が設けられている。従って、塗装ブース１２は側壁１２ａや天井壁１２ｂ等によりその内部は、実質的な密閉空間となり、所定許容範囲を越えて塗装ブース１２内の雰囲気がブース外に出たり、逆に塗装ブース１２の周囲の雰囲気や埃が塗装ブース１２内に侵入したりしないようになっている。
【００２０】
カートリッジ交換部１４は、図１に示すように、塗装ブース１２の側壁１２ａに形成された開口部１８に付設される形態で配置されている。図１に示すように、カートリッジ交換部１４の内部には、種別毎の塗料が所定量充填されたカートリッジ２０を複数収納するカートリッジストッカー２２と、このカートリッジストッカー２２に収納された塗料充填済みのカートリッジ２０を塗装ロボット１６のカートリッジ装填部１６ａに搬送したり、使用済みのカートリッジ２０をカートリッジ装填部１６ａからカートリッジストッカー２２に戻す汎用多軸ロボット２４が配置されている。
【００２１】
ここで、カートリッジ２０とは、ワーク毎に決められた塗料を所定量充填したもので、例えば、１台の自動車のボディの塗装を４台の塗装ロボットで行う場合には、１台塗装するのに必要な塗料の１／４程度が充填された円筒状の容器である。カートリッジ２０に対する塗料の充填は、カートリッジストッカー２２上で行われる。すなわち、カートリッジストッカー２２には、塗装ブース１２の外部に設置された複数の塗料タンク（不図示）からの配管が接続され、カートリッジストッカー２２にカートリッジ２０が収納されている間に、塗料種別毎に決められたカートリッジ２０に所定量の塗料が充填されるようになっている。その結果、カートリッジ２０は、順次充填が可能になるので必要最小限のカートリッジ本数で充填システムを構築することができる。
【００２２】
汎用多軸ロボット２４は、例えばアーム型の６軸マテリアルハンドロボットであり、アーム先端部２４ａを任意の位置に移動可能であり、図１（ｂ）に示すように、複数配列された大量のカートリッジ郡の中から所望のカートリッジ２０をカートリッジストッカー２２から取り上げ、塗装ブース１２内の塗装ロボット１６に供給する。汎用多軸ロボット２４は、取り上げたカートリッジ２０を図１（ａ）に示すように、塗装ブース１２の側壁１２ａに形成された開口部１８から塗装ブース１２内に進入させている。塗装ブース１２の開口部１８の近傍には、塗装ロボット１６のカートリッジ装填部１６ａが待機し、汎用多軸ロボット２４から迅速に充填済みカートリッジ２０を受け取るようになっている。
【００２３】
汎用多軸ロボット２４は、大量生産による低コスト化が容易であり、また、塗装システムの規模に応じて、標準で準備された様々なタイプを自由に選択することが可能であり、低コストで容易にシステムに構築を行うことができる。また、汎用多軸ロボット２４は、従来のカートリッジ交換装置のように、大型のガントリー等を必要としない。従って、カートリッジ交換部１４の塗装システム１０における占有面積を縮小することが可能で、システム全体をコンパクトにすることができる。さらに、コンパクト化が容易な汎用多軸ロボット２４の利用により塗装ブース１２外側面においても作業通路等のスペースを確保しつつカートリッジの交換をスムーズに行うことができる。
【００２４】
また、汎用多軸ロボット２４の先端部のみが開口部１８から塗装ブース１２内部に進入するため、カートリッジ交換のために塗装ブース１２内で行う作業が必要最小限となるので、塗装ブース１２内部の気流の変動を抑制することができるので、塗装品質の安定を行うことができる。
【００２５】
なお、カートリッジ装填部１６ａには、既に使用済みのカートリッジ２０が装着されているので、この使用済みカートリッジ２０を充填済みカートリッジ２０と交換する必要がある。この方法としては、例えば、汎用多軸ロボット２４が、まず何も持たずに開口部１８より進入し、使用済みカートリッジ２０を回収し、カートリッジストッカー２２の所定の空きスペースに戻した後、所定の充填済みカートリッジ２０を取り上げ、カートリッジ装填部１６ａに供給する方法がある。また、他の方法としては、カートリッジ装填部１６ａの近傍に交換用ホルダを例えば２個設け、汎用多軸ロボット２４がまず交換用ホルダの片方に充填済みカートリッジ２０を供給し、続いて、汎用多軸ロボット２４を用いてカートリッジ装填部１６ａから使用済みカートリッジ２０を他方の交換用ホルダに移動した後、充填済みカートリッジ２０を汎用多軸ロボット２４により取り上げ、カートリッジ装填部１６ａに装着する。最後に、交換用ホルダに移動してある使用済みカートリッジ２０を汎用多軸ロボット２４で取り上げ、カートリッジストッカー２２の所定の空きスペースに戻し一連の交換作業を終了する。なお、この動作は一例であり、この他、適宜交換方法が使用可能である。
【００２６】
図２は、１基の汎用多軸ロボット２４で複数の塗装ロボット１６にカートリッジ２０を供給するシステムを示している。なお、図２の場合、塗装ブース１２の内部から見た状態を示しており、２基の塗装ロボット１６の間に、塗装ブース１２の開口部１８（不図示）が形成され、塗装ブース１２の外壁に設置された汎用多軸ロボット２４によりカートリッジ２０の供給が行われる。従って、塗装ロボット１６のカートリッジ装填部１６ａが開口部１８の位置にカートリッジ２０を受け取りに来る。このように、１基の汎用多軸ロボット２４で複数の塗装ロボット１６にカートリッジ２０を供給することによりシステム全体の可動効率を向上すると共に、システムの簡素化に寄与することができる。また、必要に応じて、非塗装時に塗装ロボット１６が塗装ブース１２の内部を移動し、更に複数の塗装ロボット１６が１基の汎用多軸ロボット２４からカートリッジ２０を受け取るような構成にしてもよい。
【００２７】
図３は、汎用多軸ロボット２４が塗装ブース１２の外壁面に沿って移動可能とし、図２の例と同様に１基の汎用多軸ロボット２４で複数の塗装ロボット１６（図２と同様なロボット）にカートリッジ２０を供給するシステムを示している。汎用多軸ロボット２４は、塗装ブース１２の外壁面に沿って延設された軌道２６に沿って自走可能な例えばモータ等で構成される周知の駆動機構を搭載している。図３においては、カートリッジストッカー２２の位置では、汎用多軸ロボット２４は、アームを十分に伸ばし、所望の位置のカートリッジ２０を掴みあげ、その後、自走移動のために、アームを縮め（破線２４Ａの状態）所定の塗装ロボットが待機する開口部１８の位置まで移動する。移動が完了したら破線２４Ｂに示すように、縮めていたアームを伸ばし、図１等で説明した例と同様にカートリッジ２０の交換作業を行う。
【００２８】
このように、１基の汎用多軸ロボット２４でさらに複数の塗装ロボット１６にカートリッジ２０を供給することが可能になり、効率的な塗装システムの稼動及び、より複数の塗装ロボット１６を含む塗装システム１０をシンプルな構成で低コストで構築することができる。また、汎用多軸ロボット２４の自走は塗装ブース１２の外側で行われるため、塗装ブース１２内部の気流変動に対する影響を最小限に抑えることができる。なお、図３においても一つの開口部１８に対して複数の塗装ロボット１６を配置することができる。
【００２９】
図４は、カートリッジ交換部１４を塗装ブース１２の後工程側に配置すると共に、汎用多軸ロボット２４が塗装ブース１２内部を自走するシステムを示している。
【００３０】
図４のシステムにおいては、塗装ブース１２の一方に形成された開閉扉１２ｃから塗装対象である例えば自動車のボディを搬入し、塗装ブース１２の内部で待機している塗装ロボット１６（片側３基のみ図示）により塗装を開始する。塗装終了後ボディは、図４左側から搬出される。
【００３１】
ここで、各塗装ロボット１６に対するカートリッジ２０の供給は、塗装ブース１２の出口側に配置されたカートリッジ交換部１４で、充填済みカートリッジ２０を得た汎用多軸ロボット２４によって行われる。図４の場合、塗装ブース１２の内部に汎用多軸ロボット２４の自走に用いる軌道２８が配置され、カートリッジ２０を支持した汎用多軸ロボット２４が塗装ブース１２内部を自由に移動することができる。つまり、図３に示すシステムと同様に、１基の汎用多軸ロボット２４で複数の塗装ロボット１６にカートリッジ２０を供給することが可能になり、効率的な塗装システムの稼動及び、より複数の塗装ロボット１６を含む塗装システム１０をシンプルな構成で構築することができる。なお、この時、図３と異なり、軌道２８が塗装ブース１２の内部に配置されているため、塗装ブース１２の周囲にカートリッジ交換部１４や軌道２８の配置スペースが確保できない場合でも、図３と同様なシステムを構築することができる。また、図４の例では、後工程にカートリッジ交換部１４を配置する例を示したが、塗装ブース１２の前工程側でも同様な効果を得ることができる。
【００３２】
なお、図３、図４においては、非塗装物であるボディが塗装ロボット１６の前を順次通過する構成になっているため、ボディ搬入口に近い第１の塗装ロボット１６及びその隣の第２の塗装ロボット１６に第１、第２のカートリッジ２０を供給し、第１のカートリッジ２０で塗装が完了し、第２のカートリッジ２０により塗装を行っている間に、使用済みカートリッジ２０の充填を行い、第３の塗装ロボット１６に供給することにより少なくとも同一の塗料に対し２本のカートリッジを準備すればスムーズな塗装を行うことが可能になるので、塗装ロボット１６の動作に影響を及ぼさない領域でカートリッジ２０の交換を実施することにより良好な塗装作業を最小のシステムで行うことができる。
【００３３】
なお、塗装ブース１２の外側にカートリッジ交換部１４を付設する構成の場合、既存の塗装ブース１２に容易に汎用多軸ロボット２４を含むカートリッジ交換部１４の配置が可能であり、システム構築を容易に行うことができる。
【００３４】
本実施形態で説明したシステムは、一例であり、カートリッジ交換のために汎用多軸ロボットを用いてカートリッジ交換部で充填されたカートリッジの交換を行うシステムであれば、本実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、可動範囲の広い汎用多軸ロボットを用いることにより、カートリッジ交換のための正確な位置決めを容易に行うことが可能になり、設備の大型化を伴うことなく、カートリッジが大量にストックされている場合でも任意の位置のカートリッジを容易かつ迅速に支持し、塗装装置に対して交換作業を行うことができる。また、低コストで様々なタイプが標準で準備された汎用多軸ロボットを用いることにより、設備コストを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る塗装システムの塗装ブース及びその側面外壁に隣接配置されたカートリッジ交換部の概念斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る塗装システムにおいて、１基の汎用多軸ロボットで複数の塗装ロボットにカートリッジを供給するシステムを説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る塗装システムにおいて、汎用多軸ロボットが自走する機能を備えているシステムを説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る塗装システムにおいて、汎用多軸ロボットが自走する機能を備えている他のシステムを説明する説明図である。
【図５】従来のカートリッジ交換装置を備える塗装システムを説明する説明図である。
【符号の説明】
１０塗装システム、１２塗装ブース、１４カートリッジ交換部、１６塗装ロボット、１６ａカートリッジ装填部、１８開口部、２０カートリッジ、２２カートリッジストッカー、２４汎用多軸ロボット。

Claims

塗装ブースと、
前記塗装ブース内に配置され、当該塗装ブース内を移動するワークに対して塗装を行う塗装装置と、
前記塗装装置に供給する種別毎の塗料をカートリッジに充填する充填装置であって、複数の充填済みカートリッジ及び使用済みカートリッジを収納するストッカーを有するカートリッジ充填装置と、
前記塗装装置とカートリッジ充填装置との間で前記カートリッジの交換を行う汎用多軸ロボットと、を含み、
前記汎用多軸ロボットは、前記塗装ブース内に配置された複数の塗装装置に対してカートリッジの着脱を行うために、カートリッジを保持した状態で、塗装装置間を自走する自走機構を有することを特徴とする塗装システム。
請求項１記載のシステムにおいて、前記塗装ブースは、前記汎用多軸ロボットのアームがカートリッジを保持した状態で進退を許容する開口部を有し、塗装ブース外部で充填した塗料を塗装ブース内の塗装装置に供給することを特徴とする塗装システム。
請求項１記載のシステムにおいて、前記カートリッジ充填装置は、前記塗装ブースの前工程または後工程に配置され、前記汎用多軸ロボットは、カートリッジの交換作業を前記前工程または後工程から塗装ブース内に進退して内部を自走することにより行うことを特徴とする塗装システム。