JP5001537B2

JP5001537B2 - ワイヤ送給装置

Info

Publication number: JP5001537B2
Application number: JP2005220263A
Authority: JP
Inventors: 大西村
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007030021A

Description

本発明は、アーク溶接ロボットの手首部に取り付けられ溶接ワイヤを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、ワイヤ送給装置をロボットアームの基端部に取り付け、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。すなわち、溶接ワイヤをロボット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、ロボットアームに沿って這わせた溶接ケーブルを介し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、ロボットの動作に伴って溶接ケーブル内における溶接ワイヤの送給経路が変化するために送給速度が一定にならないという問題があった。また、溶接ケーブル内における摩擦抵抗又は溶接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、溶接ケーブル内部においてたるみ又は曲げが生じやすいという問題もあった。すなわち、安定した溶接状態を維持することができなかった。

この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、ワイヤ送給用のＡＣサーボモータ（以下、ワイヤ送給用モータという）を備えたワイヤ送給装置をロボット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）。この方式によれば、溶接点により近い位置で溶接ワイヤを送給制御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たる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。

図６は、ワイヤ送給装置をロボット手首部に取り付けたアーク溶接ロボットの一般的な構成を示す図である。同図において、マニピュレータ１の手首部２の先端にアーク溶接トーチ３が取り付けられ、ワイヤリール４に巻かれた溶接ワイヤ５がマニピュレータ１の手首部２に取り付けられたワイヤ送給装置６によってアーク溶接トーチ３に送給される。また、溶接電源７からアーク溶接トーチ３に電力が供給され、ガスボンベ８からアーク溶接トーチ３にシールドガスが供給される。ティーチペンダント９からロボット制御装置１０に指令信号が入力され、このロボット制御装置１０からの信号がマニピュレータ１に入力されて、第１軸乃至第６軸から成る６つの軸を回転させて、アーク溶接トーチ３の先端位置が制御される。

図７及び図８は、ワイヤ送給装置６の従来構造を説明するための概略図である。図７は特許文献１記載のワイヤ送給装置、図８は特許文献２記載のワイヤ送給装置をそれぞれ簡略化して示している。図７及び図８に示すように、ワイヤ送給装置６は、ワイヤ送給用ローラ２２、回転トルクを発生するワイヤ送給用モータ１４及び回転トルクをワイヤ送給用ローラ２２に伝達する減速機構２１を備えている。そして、図６記載の溶接電源７又はロボット制御装置１０からの指令信号によって、ワイヤ送給用モータ１４を回転駆動し回転トルクを発生させ、この回転トルクを減速機構２１によってワイヤ送給用ローラ２２に伝達する。その結果、ワイヤ送給用ローラ２２が回転され、摩擦力によって溶接ワイヤがアーク溶接トーチ３に送出される。

ところが、図７のワイヤ送給装置６においては、ワイヤ送給用モータ１４、減速機構２１及びワイヤ送給用ローラ２２が直列に配置されている。このために、ワイヤ送給装置６全体の直列方向長さが長くなり、ワーク、周辺治具等と干渉しやすいという課題を有していた。

この課題を解決するために、図８のワイヤ送給装置６においては、ワイヤ送給用モータ１４、減速機構２１及びワイヤ送給用ローラ２２が「コ」字型に配置されたコンパクト構造となっている。しかしながら、このワイヤ送給装置６であっても後述する課題を有している。

特開２００１−２８７０３３号公報特開２００５−０６６６１０号公報

ワイヤ送給装置をロボット手首部に取り付ける以上、ワイヤ送給装置がワーク、周辺治具等と干渉することのないよう、できるだけコンパクトな構造にすることが求められる。特許文献２のワイヤ送給装置は、ワイヤ送給用モータ１４、減速機構２１及びワイヤ送給用ローラ２２の配置を考慮することによって特許文献１よりもコンパクトな構造を実現している。しかしながら、図８（ａ）に示すように、ワイヤ送給装置６全体のワイヤ送給軸２３の方向に直交する幅が手首フランジ面１２の直径よりも大きく、ワイヤ送給用モータ１４が手首フランジ面１２の外側に完全に突出している。このことは、手首部２を回転させると手首部回転軸心を中心にワイヤ送給用モータ１４が手首フランジ面１２の外側に大きく旋回することを示している。このために、特に狭い箇所にアーク溶接トーチ３を入り込ませてロボット手首部を回転させながらアーク溶接を行う場合は、ワイヤ送給用モータ１４がワーク、周辺治具等と干渉する可能性が高い。

また、コンパクトな構造にするためには、配置を考慮することと同時にワイヤ送給用ローラ２２、ワイヤ送給用モータ１４及び減速機構２１のそれぞれをコンパクトにすることも必要である。従来技術においては、コンパクトなワイヤ送給用ローラ２２及びワイヤ送給用モータ１４が採用されているが、コンパクトな減速機構２１は採用されていない。例えば、ワイヤ送給用モータ１４の回転トルクをワイヤ送給用ローラ２２に伝達するために、図８（ｂ）に示すような小平ギア２８と大平ギア２９とによる１段減速機構を採用することが多い。大平ギア２９は図示しているように非常に大きいため、ワイヤ送給装置６全体がコンパクトとは言い難い。

このように、狭い箇所にアーク溶接トーチを入り込ませてロボット手首部を回転させながらアーク溶接を行う場面等において、従来技術のワイヤ送給装置は、ワーク、周辺治具等と干渉する可能性が高い。干渉を回避するために、実際の溶接作業現場では、ロボットを動作させ干渉しない位置までトーチ姿勢を変更することで対処している。しかしながら、トーチ姿勢を変更することにより溶接性が少なからず影響を受けるため、ビード形状の不均一、溶け込み不良等の原因になる。

さらに、減速機構のギアは大きければ大きいほど、その回転イナーシャが大きくなる性質を持つ。回転イナーシャが大きいということは、溶接電源又はロボット制御装置からの指令信号に対する応答性能が低いことを示している。例えば、溶接電源又はロボット制御装置からワイヤ送給用モータに対して正回転指令信号が与えられている途中で回転停止指令信号が与えられた場合、減速機構の回転イナーシャが大きいと、ワイヤ送給用ローラが完全に回転を停止するまで時間がかかる。すなわち、応答遅れ時間が発生する。

ところで、近年では、アークスタート性を高めると同時にスパッタを低減するためのリトラクトスタート制御、ワーク開先に深い溶け込みを与えるためのウィービング同期ワイヤ送給制御等が注目されており、ユーザから高いニーズと期待を得ている。これらの制御に求められるのは、溶接電源又はロボット制御装置からのワイヤ送給指令に対する高い応答性能を有したワイヤ送給装置である。例えば、リトラクトスタート制御においては、アークスタート時にワイヤ送給方向を前進送給の正回転から後退送給の逆回転に瞬時に切り替える必要がある。また、ウィービング同期ワイヤ送給制御においては、アーク溶接トーチ先端がウィービング端点に達したときにワイヤ送給速度を瞬時に増加させる必要がある。

このように、高い応答性能が求められているにも関わらず、従来技術のワイヤ送給装置は応答性能が低いままである。

そこで、本発明は、コンパクトで応答性能が高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、本発明は、ワイヤ送給用ローラと、回転トルクを発生するモータ本体及び回転トルクを外部に出力するシャフトを有するワイヤ送給用モータと、前記回転トルクを前記ワイヤ送給用ローラに伝達する減速機構と、を備え、アーク溶接ロボットの手首部端面に取り付けられ溶接ワイヤを前記ワイヤ送給用モータの回転駆動によってアーク溶接トーチに送出するワイヤ送給装置において、
前記ワイヤ送給用ローラは、前記手首部端面からワイヤ送給軸方向に沿って延長した位置に配置され、
前記ワイヤ送給用モータは、前記シャフトが前記ワイヤ送給軸に対して平行な軸上にあり、この平行軸に沿って前記手首部端面に近い方から前記シャフト、前記モータ本体の順になるように配置され、
前記減速機構は、複数の減速ギアを有するギアボックスであり、このギアボックスによって前記平行軸を回転軸心とする前記ワイヤ送給用モータの回転トルクが前記ワイヤ送給軸に直交する軸を回転軸心とする前記ワイヤ送給用ローラに伝達され、
前記ワイヤ送給用ローラ及び前記ワイヤ送給用モータ及び前記減速機構は一体化されたユニット体であって、このユニット体は前記手首部端面に取り付けられた取付部材に対して脱着可能に取り付けられており、前記ユニット体及び前記取付部材は前記手首部端面を一端面としこの一端面を前記ワイヤ送給軸方向に延長して形成される略円柱状の空間内に収まるように配置されていることを特徴とするワイヤ送給装置である。

本発明によれば、ワイヤ送給用モータ、減速機構及びワイヤ送給用ローラをコンパクトに配置したワイヤ送給装置を、アーク溶接ロボットの手首部端面を一端面とし、この一端面をワイヤ送給軸方向に延長して形成される略円柱状の空間内に収まるように配置したので、ワーク、周辺治具等との干渉を回避することができる。また、減速機構として回転イナーシャの小さい複数のギアを有するギアボックスを採用したので、ワイヤ送給用モータの回転トルクをワイヤ送給用ローラに効率良く伝達し且つ応答性能を高めることができる。したがって、アークスタート性を高めスパッタを低減するためのリトラクトスタート制御、深い溶け込みを得るためのウィービング同期ワイヤ送給制御等にも適応することができる。

さらに、ワイヤ送給用モータ、減速機構及びワイヤ送給用ローラを一体的にユニット化することによって容易に脱着可能にしたので、故障時の交換作業等に要する時間を低減することができる。例えば、ワイヤ送給装置が故障し交換のために取り外す場合、手首部に取り付けられている取付け部材、ワイヤ送給装置、アーク溶接トーチ等を全て取り外すことなく、ワイヤ送給装置のみを取り外すことができる。

［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手首部に取り付けたアーク溶接ロボットを示した図である。同図において、マニピュレータ１の手首部２の端面１１に取付部材１３が取り付けられ、この取付部材１３に、ワイヤ送給装置６、アーク溶接トーチ３及びショックセンサ１６が取り付けられている。ワイヤリール４に巻かれた溶接ワイヤは、溶接ケーブル１７を挿通して手首部２まで引き込まれ、ワイヤ送給装置６によってアーク溶接トーチ３に供給される。

図２（ａ）及び（ｂ）は、図１の手首部２付近を拡大した図である。同図（ａ）は、図１のＡ方向から手首部２付近を見た図であり、同図（ｂ）は、図１のＢ方向（紙面手前から奥に向かう方向）から手首部２付近を見た図である。なお、図２（ａ）及び（ｂ）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いる。

同図（ｂ）において、溶接ケーブル１７は内部に溶接ワイヤが挿通されており、ワイヤリール４（図１参照）に巻かれた溶接ワイヤは手首部２まで引き込まれる。第１ワイヤ挿通経路１８は、手首部２内部の回転中心近傍に設けられた筒状の経路である。手首部２まで引き込まれた溶接ワイヤは第１ワイヤ挿通経路１８から挿通され、アーク溶接トーチ側に引き出される。溶接ワイヤはさらに取付部材１３に設けられた第２ワイヤ挿通経路１９を経てワイヤ送給装置６に引き込まれる。そして、ワイヤ送給装置６によって最終的にアーク溶接トーチ３に送給される。ワイヤ送給軸２３は、溶接ワイヤが手首部２から第１ワイヤ挿通経路１８及び第２ワイヤ挿通経路１９を通り、アーク溶接トーチ３へ送給される方向を示す軸である。ワイヤ送給用ローラ２２は、手首部端面１１からワイヤ送給軸２３の方向に沿って延長した位置に配置されている。

同図（ａ）において、モータ本体１４ａ及びシャフト１４ｂから成るワイヤ送給用モータ１４は、シャフト１４ｂがワイヤ送給軸２３に平行な軸２４（以下、平行軸２４という）上になるように配置されている。そして、このときの配置は、平行軸２４に沿って手首部端面１１に近い方からシャフト１４ｂ、モータ本体１４ａの順としている。

図３（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に記載のワイヤ送給装置６の内部構造を説明するための図である。図３（ａ）は図２（ａ）のワイヤ送給装置６を、図３（ｂ）は図２（ｂ）のワイヤ送給装置６をそれぞれ拡大し、内部構造を示している。図３において、ワイヤ送給用ローラ２２、ワイヤ送給用モータ１４、ワイヤ送給軸２３及び平行軸２４は、図２と同一であるので説明を省略する。

同図（ａ）において、減速機構２１は、回転イナーシャの小さい複数の減速ギア２１ａ乃至２１ｃを有したギアボックスである。このギアボックスによって、平行軸２４を回転軸心とするワイヤ送給用モータ１４の回転トルクが、ワイヤ送給軸２３に直交する軸２５を回転軸心とするワイヤ送給用ローラ２２に伝達される。

図４は、本発明のワイヤ送給装置の配置スペースを説明するための図である。同図に示すように、ワイヤ送給用ローラ２２及びワイヤ送給用モータ１４及び減速機構２１は、手首部端面１１からワイヤ送給軸２３の方向に延長した位置に形成される略円柱状の空間３１（網掛け部）の内部に完全に収まるように配置されている。

このように、ワイヤ送給用モータ、減速機構及びワイヤ送給用ローラをコンパクトに配置したワイヤ送給装置を、手首部端面からワイヤ送給軸方向に延長した位置に形成される略円柱状の空間内に収まるように配置したので、ワーク、周辺治具等との干渉を回避することができる。また、減速機構として回転イナーシャの小さい複数のギアを有するギアボックスを採用したので、ワイヤ送給用モータの回転トルクをワイヤ送給用ローラに効率良く伝達し且つ応答性能を高めることができる。したがって、アークスタート性を高めスパッタを低減するためのリトラクトスタート制御、深い溶け込みを得るためのウィービング同期ワイヤ送給制御等にも適応することができる。

［実施の形態２］
次に本発明の第２実施形態について説明する。図５は、ユニット化されたワイヤ送給装置を脱着する様子を説明するための図である。同図に示すように、ワイヤ送給用ローラ２２及びワイヤ送給用モータ１４及び減速機構２１は、一体的にユニット化されたワイヤ送給装置６となっている。ワイヤ送給装置６は、ネジ３２を用いて固定する等の簡単な方法によって取付部材１３に取付可能になっている。

このように、ワイヤ送給用モータ、減速機構及びワイヤ送給用ローラを一体的にユニット化することによって容易に脱着可能にしたので、故障時の交換作業等に要する時間を低減することができる。例えば、ワイヤ送給装置が故障し交換のために取り外す場合、手首部に取り付けられている取付け部材、ワイヤ送給装置、アーク溶接トーチ等を全て取り外すことなく、ワイヤ送給装置のみを取り外すことができる。

本発明のワイヤ送給装置を手首端面に取り付けたアーク溶接用のマニピュレータを示した図である。本発明のワイヤ送給装置を取り付けたマニピュレータの手首部付近を拡大した図である。本発明のワイヤ送給装置の内部構造を説明するための図である。本発明のワイヤ送給装置の配置スペースを説明するための図である。本発明のユニット化されたワイヤ送給装置を脱着する様子を説明するための図である。ワイヤ送給装置をロボット手首部に取り付けたアーク溶接ロボットの一般的な構成を示す図である。従来技術１のワイヤ送給装置の構造を説明するための図である。従来技術２のワイヤ送給装置の構造を説明するための図である。

符号の説明

１マニピュレータ
２手首部
３アーク溶接トーチ
４ワイヤリール
５溶接ワイヤ
６ワイヤ送給装置
７溶接電源
８ガスボンベ
９ティーチペンダント
１０ロボット制御装置
１１手首部端面
１２手首フランジ面
１３取付部材
１４ワイヤ送給用モータ
１４ａモータ本体
１４ｂシャフト
１６ショックセンサ
１７溶接ケーブル
１８ワイヤ挿通経路
１９ワイヤ挿通経路
２１減速機構
２１ａ-２１ｃ減速ギア
２２ワイヤ送給用ローラ
２３ワイヤ送給軸
２４ワイヤ送給軸に平行な軸
２５ワイヤ送給軸に直交する軸
２８小平ギア
２９大平ギア
３１略円柱状の空間
３２ネジ

Claims

ワイヤ送給用ローラと、回転トルクを発生するモータ本体及び回転トルクを外部に出力するシャフトを有するワイヤ送給用モータと、前記回転トルクを前記ワイヤ送給用ローラに伝達する減速機構と、を備え、アーク溶接ロボットの手首部端面に取り付けられ溶接ワイヤを前記ワイヤ送給用モータの回転駆動によってアーク溶接トーチに送出するワイヤ送給装置において、
前記ワイヤ送給用ローラは、前記手首部端面からワイヤ送給軸方向に沿って延長した位置に配置され、
前記ワイヤ送給用モータは、前記シャフトが前記ワイヤ送給軸に対して平行な軸上にあり、この平行軸に沿って前記手首部端面に近い方から前記シャフト、前記モータ本体の順になるように配置され、
前記減速機構は、複数の減速ギアを有するギアボックスであり、このギアボックスによって前記平行軸を回転軸心とする前記ワイヤ送給用モータの回転トルクが前記ワイヤ送給軸に直交する軸を回転軸心とする前記ワイヤ送給用ローラに伝達され、
前記ワイヤ送給用ローラ及び前記ワイヤ送給用モータ及び前記減速機構は一体化されたユニット体であって、このユニット体は前記手首部端面に取り付けられた取付部材に対して脱着可能に取り付けられており、前記ユニット体及び前記取付部材は前記手首部端面を一端面としこの一端面を前記ワイヤ送給軸方向に延長して形成される略円柱状の空間内に収まるように配置されていることを特徴とするワイヤ送給装置。