JP4995514B2

JP4995514B2 - ワイヤ送給装置

Info

Publication number: JP4995514B2
Application number: JP2006234809A
Authority: JP
Inventors: 浩中桐; 佳孝南
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008055460A

Description

本発明は、溶接ワイヤをアーク溶接ロボットの手首部近傍から引き込んでアーク溶接トーチに送給するためのワイヤ送給装置に関するものである。

従来のアーク溶接ロボットにおいては、ワイヤ送給装置をマニピュレータの上アーム基端部に取り付け、プッシュ方式と呼ばれる送給方式によってアーク溶接トーチに送給していた。より具体的には、溶接ワイヤを上アーム基端部に取り付けたワイヤ送給装置によって送り出し、上アームに沿って這わせたコンジットケーブルを挿通させてアーク溶接トーチに送給していた。しかしながら、プッシュ方式では、溶接位置から離れた位置で送り出して送給を行うためにコンジットケーブル内における摩擦抵抗によって送給速度が一定にならないという問題があった。また、コンジットケーブルそのものの曲り癖が原因で、特に細径の溶接ワイヤ、アルミニウムの溶接ワイヤ等は、コンジットケーブル内において弛み又は曲げが生じやすいために、安定した溶接状態を維持することができないという問題もあった。

上記問題を解決するために、近年のアーク溶接ロボットにおいては、溶接ワイヤを送給するためのワイヤ送給モータとしてＡＣサーボモータを備えたワイヤ送給装置を、溶接位置により近いマニピュレータの手首部に取り付けて、溶接ワイヤを引き込んでアーク溶接トーチに送給するプル方式が慣用されている（例えば特許文献１及び２参照）。

図５は、上記プル方式のワイヤ送給装置を取り付けたアーク溶接ロボットの一例を示す図である。同図に示すように、アーク溶接ロボットは、マニピュレータＭ、ロボット制御装置ＲＣ及び溶接電源ＷＰによって大略構成される。

マニピュレータＭは、ワークＷに対してアーク溶接を自動で行うものであり、上アーム３、下アーム４及び手首部５と、これらを回転駆動するための複数のサーボモータ（図示せず）とによって構成されている。

アーク溶接トーチＴは、マニピュレータＭの上アーム３の先端部分に取り付けられており、ワイヤリール６に巻回された直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ７をワークＷの教示された溶接位置に導くためのものである。溶接電源ＷＰは、アーク溶接トーチＴとワークＷとの間に溶接電圧を供給する。

コンジットケーブル２は、内部に溶接ワイヤ７を案内するためのコイルライナ（図示せず）を備えており、アーク溶接トーチＴに接続されている。さらにコンジットケーブル２は、溶接電源ＷＰからの電力及び図示しないガスボンベからのシールドガスをもアーク溶接トーチＴに供給する。

ワイヤ送給装置１は、上アーム３の手首部５に取り付けられており、ワイヤ送給ローラ、ワイヤ送給モータ及び減速ギア（いずれも図示せず）を内部に備えている。ワイヤ送給ローラは、送給ローラと、この送給ローラとの間で溶接ワイヤ７を狭持する加圧ローラとからなるものである。ワイヤ送給モータから出力される回転トルクは、減速ギアによって送給ローラに伝達される仕組みになっているので、送給ローラと加圧ローラとの間に狭持された溶接ワイヤを送り出すことができる。

ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭを動作制御するためのものであり、動作制御部及びサーボドライバ（図示せず）を備えている。そして、作業者がティーチペンダントＴＰによって教示した作業プログラムに基づき、サーボドライバからマニピュレータＭの各サーボモータに動作制御信号を出力し、マニピュレータＭの複数の軸をそれぞれ回転させる。ロボット制御装置ＲＣは、マニピュレータＭのサーボモータに備えられたエンコーダ（図示せず）からの出力によって現在位置を認識しているのでアーク溶接トーチＴの先端位置を制御することができる。

次に溶接ワイヤ７がアーク溶接トーチＴに導かれる動作を説明する。ロボット制御装置ＲＣは、所定のタイミングでワイヤ送給開始信号を溶接電源ＷＰを介してワイヤ送給装置１に出力する。ワイヤ送給開始信号を受信したワイヤ送給装置１は、ワイヤ送給モータを回転駆動し、減速ギアを介してワイヤ送給ローラを回転させることによって、ワイヤリール６からコンジットケーブル２内を挿通した溶接ワイヤ７を、ワイヤ送給装置１に引き込んで最終的に溶接トーチＴに送給する。

このように、ＡＣサーボモータを駆動源としたプル式のワイヤ送給装置によって、溶接位置により近い位置で溶接ワイヤを送給することができるので安定した送給速度を実現することができる。さらに、引き込み時に溶接ワイヤの弛み又は曲げを矯正することができるので、溶接ワイヤを安定して送給することができる。

特開２００１−２８７０３３号公報特開２００５−０６６６１０号公報

ところが、プル式のワイヤ送給装置を採用していてもアーク溶接トーチＴの先端を制御する際の溶接姿勢によっては、コンジットケーブル２が大きく屈曲することが原因で溶接ワイヤの送給性が損なわれる場合があった。

図６は、アーク溶接ロボットの姿勢によってコンジットケーブルが屈曲する様子を示す図である。同図において、図５と同一のものについては同符号を付与して説明を省略する。同図に示すように、マニピュレータＭの手首部５が俯仰して上アーム３と一直線になるような姿勢を取ると、コンジットケーブル２がＳ字形に屈曲することが多い。当然ながら、図示した姿勢又はこれに近い姿勢で溶接を行うと、コンジットケーブル２の屈曲部分においてコイルライナと溶接ワイヤ７とが頻繁に摩擦を起こすために、送給速度が一定にならないという問題が依然生じていた。

本発明は、マニピュレータの姿勢変化によってコンジットケーブルが屈曲しても送給性を損なわないワイヤ送給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、
アーク溶接ロボットの手首部に取り付けられるワイヤ送給装置であって、
モータ駆動される送給ローラとこの送給ローラとの間で溶接ワイヤを狭持する加圧ローラとから成るワイヤ送給ローラを、ワイヤ送給モータで回転駆動することによって前記溶接ワイヤをコンジットケーブルから引き込んでアーク溶接トーチに送出するワイヤ送給装置において、
前記溶接ワイヤを前記コンジットケーブルから引き込むための第１ワイヤ送給ローラを有する第１送給部と、
この第１送給部によって引き込まれた前記溶接ワイヤを前記アーク溶接トーチに送出するための第２ワイヤ送給ローラを有する第２送給部と、
前記第１送給部を前記コンジットケーブルから受ける応力の方向へ揺動させるための揺動作用部と、を備えたことを特徴とするワイヤ送給装置である。

第２の発明は、前記ワイヤ送給モータの回転トルクを伝達するための減速ギアは前記揺動作用部の揺動中心と同心になるよう配置され、
前記減速ギアに各々噛合されて前記第１ワイヤ送給ローラ及び前記第２ワイヤ送給ローラに前記回転トルクを同期して伝達するための第１中間ギア及び第２中間ギアを備えたことを特徴とする第１の発明記載のワイヤ送給装置である。

第３の発明は、前記溶接ワイヤを第１送給部から第２送給部へ案内するためのガイド部材を、前記揺動作用部に備えたことを特徴とする第１又は第２の発明に記載のワイヤ送給装置である。

第４の発明は、前記揺動作用部の揺動角度範囲は調節可能であることを特徴とする第１〜第３のいずれか１の発明に記載のワイヤ送給装置である。

第１の発明によれば、アーク溶接ロボットの姿勢変化に伴ってコンジットケーブルが屈曲しても、揺動作用部が第１送給部をコンジットケーブルから受ける応力の方向へ揺動させることによってコンジットケーブルの屈曲を緩やかにすることができる。すなわち、溶接ワイヤをアーク溶接トーチへ円滑に送給することができる。

第２の発明によれば、第１送給部及び第２送給部がそれぞれ有しているワイヤ送給ローラを回転駆動させるためのワイヤ送給モータを１つにしている。このことによって、２組のワイヤ送給ローラをそれぞれ回転駆動させるためのワイヤ送給モータを２つ用意するのに比べてコストを低減することができる。さらに、２組のワイヤ送給ローラを同期して回転させることができるので、２つのワイヤ送給モータを使用する場合に起こりえる同期ズレによる送給不良を防ぐこともできる。

第３の発明によれば、溶接ワイヤを第１送給部から第２送給部へ案内するためのガイド部材をワイヤ送給装置の中心部である揺動作用部に備えたことによって、ワイヤ送給装置が揺動しても、溶接ワイヤが常にワイヤ送給装置の中心部を通過するように導くことができる。すなわち、ワイヤ送給装置が揺動することで起こりえる溶接ワイヤの送給経路からの逸脱による送給不良を防ぐことができる。

第４の発明によれば、揺動作用部の揺動角度範囲を調節できるようにしたことによって、作業者自身がアーク溶接ロボット自身の可動範囲と、ワーク、周辺機器等との位置関係を考慮して、ワイヤ送給装置が揺動したときにワーク、周辺機器等と干渉しない揺動角度範囲を予め決定できる。また、第１送給部が極端に揺動すると逆に送給性が悪くなる恐れがあるため、これを防ぐ効果も有している。

［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。

図１は、本発明のワイヤ送給装置を取り付けたアーク溶接ロボットの一例である。同図において、マニピュレータＭ、コンジットケーブル２、上アーム３、下アーム４、手首部５及びアーク溶接トーチＴは、図４及び図５と同符号を付与した同一のものであるので説明を省略する。本発明のワイヤ送給装置１は、手首部５にオフセット部材８を介して取り付けられたアーク溶接トーチＴの上部に取り付けられ、コンジットケーブル２から溶接ワイヤ７を引き込んでアーク溶接トーチＴに送出する。

図２は、本発明のワイヤ送給装置の内部構造を示す図である。同図において、溶接ワイヤ７はコンジットケーブル２に接続された挿通口１５からワイヤ送給装置１に引き込まれ、送出口１６からアーク溶接トーチＴに送出される。

第１送給部１１は溶接ワイヤ７をコンジットケーブル２から引き込むため第１ワイヤ送給ローラ１２を有している。第１ワイヤ送給ローラ１２は、送給ローラ１２ａと、この送給ローラ１２ａとの間で溶接ワイヤ７を狭持する加圧ローラ１２ｂとから成る。押圧作動部２３は、加圧ローラ１２ｂを送給ローラ１２ａの方向へ押圧する機構である。

第２送給部２１は溶接ワイヤ７をアーク溶接トーチに送出するための第２ワイヤ送給ローラ２２を有している。第２ワイヤ送給ローラ２２は、送給ローラ２２ａと、この送給ローラ２２ａとの間で溶接ワイヤ７を狭持する加圧ローラ２２ｂとから成る。押圧作動部２４は加圧ローラ２２ｂを送給ローラ２２ａの方向へ押圧する機構である。

揺動作用部３１は、第１送給部１１をコンジットケーブル２から受ける応力の方向へ揺動させるためのものである。

第１ワイヤ送給ローラ１２及び第２ワイヤ送給ローラ２２を回転駆動するためのワイヤ送給モータは、第１送給部１１、第２送給部２１の各々に設けても良いが、第１ワイヤ送給ローラ１２及び第２ワイヤ送給ローラ２２を同期して回転駆動する必要があること、低コストの観点等から１つにする方が望ましい。本実施形態では、図示するように１つのワイヤ送給モータ３３を備えている。さらに、このワイヤ送給モータ３３からの回転トルクを伝達するための図示しない減速ギアユニットを備え、この減速ギアユニットの出力ギア３４が揺動作用部３１の揺動中心３２と同心になるように配置している。そして、出力ギア３４に各々噛合させた第１中間ギア３５及び第２中間ギア３６を備え、第１ワイヤ送給ローラ１２及び第２ワイヤ送給ローラ２２に回転トルクを同期して伝達するように構成している。

次にワイヤ送給装置１の動作について説明する。

ワイヤ送給装置１は、ワイヤ送給開始信号が与えられると、ワイヤ送給モータ３３の電源を投入する。次に、押圧作動部２３及び２４を作動させることによって、加圧ローラ１２ｂを送給ローラ１２ａの方向へ、加圧ローラ２２ｂを送給ローラ２２ａの方向へそれぞれ押圧して溶接ワイヤ７を狭持する。このとき、加圧ローラ１２ｂ及び加圧ローラ２２ｂはそれぞれ送給ローラ１２ａ及び送給ローラ２２ａに噛合される。次に、与えられた送給速度指令に基づいてワイヤ送給モータ３３を回転させる。これに伴い、ワイヤ送給モータ３３に噛合された減速ギアユニットを介して出力ギア３４が回転する。さらに、出力ギア３４に噛合された第１中間ギア３５及び第２中間ギア３６が回転し、最終的に送給ローラ１２ａ及び送給ローラ２２ａが同一方向へ回転する。また、送給ローラ１２ａ及び送給ローラ２２ａの回転によって、加圧ローラ１２ｂ及び加圧ローラ２２ｂは、送給ローラ１２ａ及び送給ローラ２２ａの回転方向とは逆の方向へ回転する。これら一連の動作によって、溶接ワイヤ７は溶接トーチ側へ送出される。

図３は、揺動作用部によって第１送給部がコンジットケーブルから受ける応力の方向へ揺動した様子を示す図である。同図において、図１と同一のものについては同符号を付与して説明を省略する。図示するように、ワイヤ送給装置１がコンジットケーブル２から受ける応力の方向へ揺動することによってコンジットケーブル２に働く外力が弱くなるので、Ｓ字型形のような極端な屈曲になることはなく図示するような緩やかな屈曲になる。

図４は、揺動作用部によって第１送給部が揺動したときの内部構造を示す図である。同図において、図１と同一のものについては同符号を付与して説明を省略する。ガイド部材４０及び４１は、揺動作用部３１の揺動中心３２付近に配置され、溶接ワイヤ７を第１送給部１１から第２送給部１２へ案内するためのものである。そして、ガイド部材４０は溶接ワイヤ７が第１ワイヤ送給ローラ１２から揺動中心３２に導かれる辺りに、取付部材等を介して第１送給部１１の内部に固定されるように取り付けておけばよい。同様に、ガイド部材４１は溶接ワイヤ７が揺動中心３２から第２ワイヤ送給ローラ２２に送出される辺りに、取付部材等を介して第２送給部１２内部に固定されるように取り付けておけばよい。

なお、揺動作用部３１が作用したときの第１送給部の揺動角度範囲は、取り付け位置を自在に変更可能なストッパーを揺動中心３２の周辺等に備えることによって調節できるようにしておくことが望ましい。

以上説明したように、アーク溶接ロボットの姿勢変化に伴ってコンジットケーブルが屈曲しても、揺動作用部が第１送給部をコンジットケーブルから受ける応力の方向へ揺動させることによってコンジットケーブルの屈曲を緩やかにすることができる。すなわち、溶接ワイヤをアーク溶接トーチへ円滑に送給することができる。

また、第１送給部及び第２送給部がそれぞれ有しているワイヤ送給ローラを回転駆動させるためのワイヤ送給モータを１つにしている。このことによって、２組のワイヤ送給ローラをそれぞれ回転駆動させるためのワイヤ送給モータを２つ用意するのに比べてコストを低減することができる。さらに、２組のワイヤ送給ローラを同期して回転させることができるので、２つのワイヤ送給モータを使用する場合に起こりえる同期ズレによる送給不良を防ぐこともできる。

また、溶接ワイヤを第１送給部から第２送給部へ案内するためのガイド部材をワイヤ送給装置の中心部である揺動作用部に備えたことによって、ワイヤ送給装置が揺動しても、溶接ワイヤが常にワイヤ送給装置の中心部を通過するように導くことができる。すなわち、ワイヤ送給装置が揺動することで起こりえる溶接ワイヤの送給経路からの逸脱による送給不良を防ぐことができる。

また、揺動作用部の揺動角度範囲を調節できるようにしたことによって、作業者自身がアーク溶接ロボット自身の可動範囲と、ワーク、周辺機器等との位置関係を考慮して、ワイヤ送給装置が揺動したときにワーク、周辺機器等と干渉しない揺動角度範囲を予め決定できる。また、第１送給部が極端に揺動すると逆に送給性が悪くなる恐れがあるため、これを防ぐ効果も有している。

なお、本発明の実施例では、揺動作用部の関節を１つとしたが、これに限定されるものではなく、関節を複数にしてよりフレキシブルな可動を実現しても良い。

また、揺動作用部の揺動方向を１方向のみとしたが、これに限定されるものではなく、上下、左右、捻りに対しても揺動可能な機構としてもよい。

また、溶接ワイヤを第１送給部から第２送給部へ案内するためのガイド部材を、第１送給部及び第２送給部にそれぞれ備えたが、これに限定されるものではなく、揺動中心と同心の位置に溶接ワイヤを通過させるための単純なリング等で構成しても良い。

本発明のワイヤ送給装置を取り付けたアーク溶接ロボットの一例である。本発明のワイヤ送給装置の内部構造を示す図である。揺動作用部によって第１送給部がコンジットケーブルから受ける応力の方向へ揺動した様子を示す図である。揺動作用部によって第１送給部が揺動したときの内部構造を示す図である。従来のプル方式のワイヤ送給装置を取り付けたアーク溶接ロボットの一例を示す図である。アーク溶接ロボットの姿勢によってコンジットケーブルが屈曲する様子を示す図である。

符号の説明

Ｍマニピュレータ
ＲＣロボット制御装置
Ｔアーク溶接トーチ
ＴＰティーチペンダント
Ｗワーク
ＷＰ溶接電源
１ワイヤ送給装置
２コンジットケーブル
３上アーム
４下アーム
５手首部
６ワイヤリール
７溶接ワイヤ
８オフセット部材
１１第１送給部
１２第１ワイヤ送給ローラ
１２ａ送給ローラ
１２ｂ加圧ローラ
１５挿通口
１６送出口
２１第２送給部
２２第２ワイヤ送給ローラ
２２ａ送給ローラ
２２ｂ加圧ローラ
２３押圧作動部
２４押圧作動部
３１揺動作用部
３２揺動中心
３３ワイヤ送給モータ
３４（減速ギアユニットの）出力ギア
３５中間ギア
３６中間ギア
４０ガイド部材
４１ガイド部材

Claims

アーク溶接ロボットの手首部に取り付けられるワイヤ送給装置であって、
モータ駆動される送給ローラとこの送給ローラとの間で溶接ワイヤを狭持する加圧ローラとから成るワイヤ送給ローラを、ワイヤ送給モータで回転駆動することによって前記溶接ワイヤをコンジットケーブルから引き込んでアーク溶接トーチに送出するワイヤ送給装置において、
前記溶接ワイヤを前記コンジットケーブルから引き込むための第１ワイヤ送給ローラを有する第１送給部と、
この第１送給部によって引き込まれた前記溶接ワイヤを前記アーク溶接トーチに送出するための第２ワイヤ送給ローラを有する第２送給部と、
前記第１送給部を前記コンジットケーブルから受ける応力の方向へ揺動させるための揺動作用部と、を備えたことを特徴とするワイヤ送給装置。
前記ワイヤ送給モータの回転トルクを伝達するための減速ギアは前記揺動作用部の揺動中心と同心になるよう配置され、
前記減速ギアに各々噛合されて前記第１ワイヤ送給ローラ及び前記第２ワイヤ送給ローラに前記回転トルクを同期して伝達するための第１中間ギア及び第２中間ギアを備えたことを特徴とする請求項１記載のワイヤ送給装置。
前記溶接ワイヤを前記第１送給部から前記第２送給部へ案内するためのガイド部材を、前記揺動作用部に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のワイヤ送給装置。
前記揺動作用部の揺動角度範囲は調節可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイヤ送給装置。