JP5219459B2 - フィラガイドの位置調整機構の調整方法 - Google Patents

Description

本発明はＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接ロボットに使用されるフィラガイドの位置調整機構の調整方法に関するものである。

従来、ＴＩＧ溶接において、溶着金属量を確保するために、アークが発生して母材が溶融する近傍にフィラワイヤを供給して溶融金属量を増加させる方法がとられている。
これをロボットを用いて行う場合、ロボットの手首部に設けられたＴＩＧ溶接トーチの周辺にフィラガイドが配置され、フィラワイヤ送給装置から送給されたフィラワイヤは、その供給される位置と送給方向が前記フィラガイドにより機械的に調整される（特許文献１及び特許文献２参照）。

ところで、フィラガイドは、経年変化によってさび等により消耗したり、ロボットの動作中に周辺機器と衝突して変形したり、又はフィラワイヤと母材との溶着により変形が生ずる場合があり、この場合には、フィラガイドを新しいものと交換している。

特許文献３には、ＴＩＧ溶接機において、フィラガイドの位置調整機構が開示されている。
特開２００３−３２６３６４号公報 特開平５−１７７３５５号公報 特開昭６１−１７２６８３号公報 （第２頁右下欄第１６行〜第３頁左上欄第１０行、第６図、第７図）

しかし、交換した後の新しいフィラガイドの先端は、必ずしも交換前の正常時におけるフィラガイドの先端の位置に位置しているとは限らず、フィラガイドの先端の位置調整をする必要がある。なお、このフィラガイドの先端の位置が正確に調整されていない場合、フィラガイドから突出されるフィラワイヤの突出量、ひいては溶接品質に大きく影響するため、フィラガイドの交換時において、重要な作業である。

公知のフィラガイドの位置調整機構は、例えば、特許文献３に記載のものがある。このフィラガイドの位置調整機構はロボットに取付けられるものではないが、この位置調整機構をＴＩＧ溶接ロボットに採用して、フィラガイドを交換後にこの位置調整機構により位置調節することも考えられる。

ところが、特許文献３の位置調整機構をＴＩＧ溶接ロボットに採用した場合、この位置調整機構がフィラガイドの外側に大きく突出する構成であるため、ロボットが作動した際に、ロボットの周辺機器と干渉する虞がある。

本発明の目的は、フィラガイドの交換時やフィラガイドの位置調整が必要なときに、前記フィラガイドの位置調整機構に取着されたフィラガイドの先端位置の調整を簡単に、しかも迅速に行うことができる前記位置調整機構の調整方法を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロボットの手首部に支持されるとともに、フィラワイヤを挿通する挿通孔を有する支持部と、前記支持部に対して前記挿通孔の軸心と同軸に配置され、該軸心に沿って移動調節自在に配置されるとともに、フィラガイドを着脱自在に取着する可動部とを備えたことを特徴とするフィラガイドの位置調整機構の調整方法において、ロボットに設けられた参照点に対して、前記位置調整機構に取着されたフィラガイドの先端を合致させて、該フィラガイドの基準点をティーチングし、前記ティーチングに基づいてフィラガイドの基準点生成プログラムを作製して制御装置に記憶させる第１ステップと、前記位置調整機構に対して位置調整が必要なフィラガイドを取着している際に、記憶された前記基準点生成プログラムに基づいて前記制御装置により前記ロボットを駆動制御させる第２ステップと、前記基準点生成プログラムに基づいて移動した位置調整が必要なフィラガイドの先端の位置と、前記参照点との差分を解消するように前記位置調整機構により位置調整が必要なフィラガイドの位置調整を行う第３ステップとを含むフィラガイドの位置調整機構の調整方法を要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記フィラガイドの先端はチップゲージが着脱自在に形成されており、第１ステップでは、前記フィラガイド先端は、該先端に取着されたチップゲージを介して前記参照点と合致させ、前記第３ステップでは、前記第１ステップのチップゲージと同一仕様のチップゲージが前記フィラガイド先端に取着されて、該チップゲージを介して前記参照点に合致させるべく位置調整を行うことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フィラガイドの交換時やフィラガイドの位置調整が必要なときに、フィラガイドの位置調整機構に取着されたフィラガイドの先端位置の調整を簡単に、しかも迅速に行うことができる調整方法を提供できる。
請求項２の発明によれば、交換後のフィラガイドの位置調整を精確に行うことができる。

以下、本発明を具体化したフィラガイドの位置調整機構の調整方法を具体化した一実施形態を図１〜７を参照して説明する。図１はＴＩＧ溶接ロボット（以下、単に溶接ロボットという）を示している。
図１に示すように溶接ロボット１０のマニピュレータＭは、フロア等に固定されるベース部材１２と、ベース部材１２上に設けられた旋回台１３と、旋回台１３に対して複数の軸を介して連結された複数のアーム１４とを備え、図示しないモータによって作動する。最も先端側に位置するアーム１４の手首部１５には、溶接トーチ１６が設けられている。図１に示すように溶接ロボット１０のベース部材１２の一側面（図１において前面）には固定ゲージ７０が設けられている。固定ゲージ７０の先端は、図４、図５に示すように先端が尖っており、その尖った点が参照点となる。

溶可材であるフィラワイヤを送給するワイヤ供給装置１７はアーム１４に設けられている。ワイヤ供給装置１７から送給されたフィラワイヤは、コンジット１８及び溶接トーチ１６に対してブラケット１９を介して取付された位置調整機構２０及びフィラガイド４０を通って溶接トーチ１６の近傍まで供給される。

次に、位置調整機構２０を図２〜図７を参照して説明する。
位置調整機構２０は、ブラケット１９に取着された支持部２１と、支持部２１に対してその軸心方向に移動自在に設けられ、フィラガイド４０を着脱自在に取付けし、位置調節される可動部材２８とを備えている。

支持部２１は、ブラケット１９の取付孔１９ａに対して下方から貫通された筒状の第１支持部材２２と、第１支持部材２２の上端に取付けされた筒状の第２支持部材２３とから構成されている。

図２、図４、及び図５に示すように第１支持部材２２は全体が略円筒状に形成されるとともに、略中央にフランジ２２ａが突設され、上下両部周面にはそれぞれ、雄ネジ２２ｂ，２２ｇが設けられている。そして、第１支持部材２２の上部は、ブラケット１９の取付孔１９ａに対して下方から挿通されるとともに図２、図４、及び図５に示すようにブラケット１９の下面に対してフランジ２２ａにて係止されている。

又、第１支持部材２２と第２支持部材２３とは、第２支持部材２３の下部に設けられた雌ネジ２３ａに雄ネジ２２ｂが螺合されることにより、フランジ２２ａと第２支持部材２３の下端がブラケット１９を挟み込みして確固にブラケット１９に対して固定されている。なお、第２支持部材２３の下端面とブラケット１９間には座金２４が介在されている。第１支持部材２２と第２支持部材２３は、同軸に配置され、それぞれ軸心に沿ってフィラワイヤを挿通する挿通孔２２ｃ，２３ｂが貫通して形成されている。なお、第１支持部材２２と第２支持部材２３の軸心と、挿通孔２２ｃ，２３ｂの軸心とは同一である。

第２支持部材２３の上部は、上端面から複数のスリット２３ｃが軸心方向に沿って切込みされることにより、複数の挟着片２３ｄが設けられ、又、挟着片２３ｄの外周面、すなわち、第２支持部材２３の外周面には雄ネジ２３ｅが形成されている。そして、コンジット１８の一端が第２支持部材２３の上部の挿通孔２３ｂに嵌入されて、雄ネジ２３ｅにナット２５が螺合されることによりコンジット１８の一端が挟着片２３ｄにより挟着されている。

一方、図２及び図６に示すように、第１支持部材２２において、下端面から、軸心方向の中央部迄は第１ガイド孔２６が、又、上部寄りの部位迄、すなわち、フランジ２２ａに略対応する部位迄は、第１ガイド孔２６よりも小径の第２ガイド孔２７が形成されている。第１ガイド孔２６及び第２ガイド孔２７は、挿通孔２２ｃと同軸となるように配置され、相互に連通している。

又、第１支持部材２２の下端面から、複数のスリット２２ｅが軸心方向に沿って切込されて、図６に示すように第１ガイド孔２６と第２ガイド孔２７の一部が外部と連通されている。そして、このように、第１支持部材２２にはスリット２２ｅを有することにより、複数のガイド片２２ｆが設けられ、又、ガイド片２２ｆの外周面に前記雄ネジ２２ｇが形成されている。

第１支持部材２２の第１ガイド孔２６及び第２ガイド孔２７には、可動部としての可動部材２８がガイド孔２２ｄの軸心方向に沿って往復動自在に嵌合されている。
可動部材２８は、図６に示すように上端から下端へ順に、筒状の第１摺接部２８ａと、扁平状をなす一対の突片２８ｂと、筒状の第２摺接部２８ｃと、下端へ行くほど外径が縮径するように形成された複数の挟着片２８ｄを有する。第１摺接部２８ａは、図２、図４に示すように第２ガイド孔２７に対してに対して軸心方向に摺動自在に嵌合されている。各突片２８ｂはスリット２２ｅに係入されてガイド片２２ｆの切り欠き面に摺接可能となっているとともに、可動部材２８に軸心回りの回転力が付与された際、可動部材２８の軸心の回りの回動、すなわち、支持部２１の軸心の回りの回動が不能となっている。又、突片２８ｂの先端周面には雄ネジ２８ｅが形成されている。又、第２摺接部２８ｃは第１ガイド孔２６に対して軸心方向に摺動自在に嵌合されている。

可動部材２８には軸心に沿って、フィラワイヤを挿通する挿通孔２８ｆが形成され、挿通孔２２ｃと同軸に配置されている。挿通孔２８ｆの上端は、上方へ行くほど拡径されたテーパ面を有し、挿通孔２２ｃを介して送給されたフィラワイヤをガイドするようになっている。

図６に示すように複数の挟着片２８ｄは、可動部材２８の下端面から複数のスリット２８ｇが軸心方向に沿って切込されることにより形成され、又、各挟着片２８ｄの外周面には雄ネジ２８ｈが形成されている。そして、フィラガイド４０の基端が可動部材２８下部の挿通孔２８ｆに設けられた断面円形の嵌合孔２８ｉに嵌入されて、雄ネジ２８ｈにナット２９が螺合されることによりフィラガイド４０が挟着片２８ｄにより挟着されている。又、ナット２９を緩めることにより、フィラガイド４０は挟着片２８ｄから取り外すことが可能である。又、フィラガイド４０基端の横断面の外形形状は円形に形成され、ナット２９が緩められた状態では、嵌合孔２８ｉに対してその軸心の回りで回転可能であり、回転位置の位置調整が可能である。嵌合孔２８ｉは取付部に相当する。

フィラガイド４０の先端には、溶接作業時には、図２に示すようにフィラチップ３３が着脱自在に螺着され、コンジット１８、挿通孔２３ｂ、挿通孔２２ｃ、挿通孔２８ｆ、フィラガイド４０の挿通孔４０ａを通過したフィラワイヤ（図示しない）がフィラチップ３３を介して突出する。又、フィラガイド４０の先端には、位置調節時には、チップゲージ３４が着脱自在に螺着される。

図２に示すように第１支持部材２２に対して、筒状の操作部材３０が第１支持部材２２の軸心の回りで正逆回動自在に外嵌されるとともに、第１支持部材２２の雄ネジ２２ｇにはロックナット３１が螺合されている。なお、ロックナット３１と操作部材３０間には座金３２が介在されている。

ロックナット３１がロック方向に回動操作されて、操作部材３０をロックナット３１とフランジ２２ａ間に締付けすると操作部材３０は回動操作不能にロックされ、ロックナット３１がアンロック方向に回動操作されると、操作部材３０は回動操作可能なロック解除状態となる。

操作部材３０の内周面には雌ネジ３０ａが形成されていて、可動部材２８の雄ネジ２８ｅに螺合され、ロックナット３１がロック解除されている際、操作部材３０に対する正逆のいずれかの回動操作により、可動部材２８を軸心方向において、移動調整可能となっている。

溶接ロボット１０の制御装置５０は、ワークに対してアーク溶接を自動で行うように制御するものである。制御装置５０は、マニピュレータＭの図示しないモータを制御するサーボドライバ５１と、ティーチペンダント６０から教示された教示データを含む基準点生成プログラム等の各種制御プログラムを記憶する記憶装置５２を備えている。制御装置５０は、前記基準点生成プログラム等の各種制御プログラムに基づいて、マニピュレータＭを制御して、溶接時における溶接トーチ１６の位置、及び姿勢や、フィラガイド４０の狙い位置、及び姿勢を変えることが可能である。

次に本実施形態の作用を説明する。
まず、作業者は最初に先端にチップゲージ３４を取付けしたフィラガイド４０を位置調整機構２０に取付けする。そして、作業者は、ティーチペンダント６０により、マニピュレータＭの基準点へのアプローチの経路、姿勢等を教示しながらマニピュレータＭを作動させて、図５に示すように、ロボット座標系のＺ軸に可動部材２８の軸心が沿うように配置するとともに、チップゲージ３４の先端を固定ゲージ７０の先端に合致させる。

作業者は、この合致状態におけるフィラガイド４０の位置を基準点とし、この基準点をティーチペンダント６０により制御装置５０に教示する。制御装置５０は、ティーチペンダント６０からの教示データに基づいて基準点を含んだ基準点生成プログラムを生成し、記憶装置５２に記憶する。なお、この後、溶接作業を行う場合は、作業者はチップゲージ３４をフィラガイド４０から取り去り、フィラチップ３３をフィラガイド４０の先端に取付けする。

次に、フィラガイド４０を交換する場合について説明する。
位置調整機構２０にフィラガイド４０を新たに取付けする場合、ナット２９を緩めて、古いフィラガイド４０を位置調整機構２０から取り外し、新しいフィラガイド４０を可動部材２８の嵌合孔２８ｉに嵌合した状態で、ナット２９を締付けする。そして、フィラガイド４０の先端には、チップゲージ３４を取付しておく。なお、チップゲージ３４の取付けは、位置調整機構２０にフィラガイド４０を取付けする前に行っても良い。このときのチップゲージ３４は、基準点生成プログラムを生成する際に使用した、チップゲージ３４と同一仕様のチップゲージ３４である。

そして、次に、制御装置５０により、記憶装置５２に記憶して基準点生成プログラムを読み出させて実行させる。マニピュレータＭは、この基準点生成プログラムに基づいて作動して、図４に示すようにロボット座標系のＺ軸に可動部材２８の軸心が沿うように位置調整機構２０を配置する。

この後、作業者は、フィラガイド４０のチップゲージ３４の位置が、固定ゲージ７０の先端位置に合致していない場合には、ナット２９を緩めて、Ｚ軸方向における差分を解消するべくフィラガイド４０を移動させた後、ナット２９を締付けする。又、チップゲージ３４の先端が固定ゲージ７０の先端を指向していない場合には、このずれ、すなわち差分を解消するべく、作業者はナット２９を緩めた状態で、フィラガイド４０の回転位置を調整した後、ナット２９を締付けする。ナット２９の締付けにより、フィラガイド４０は可動部材２８に対して挟着片２８ｄにより確固に取付される。

なお、フィラガイド４０の位置調整が必要なときについては、フィラガイド４０の交換時と同様に行えばよいため、説明を省略する。
さて、上記のように構成された本実施形態のフィラガイドの位置調整機構の調整方法は、下記の特徴がある。

（１） 本実施形態のフィラガイドの位置調整機構の調整方法は、第１ステップとして、ロボットに設けられた参照点に対して、位置調整機構２０に取着されたフィラガイド４０の先端を位置させて、フィラガイド４０の基準点をティーチングし、ティーチングに基づいてフィラガイド４０の基準点生成プログラムを作製して制御装置５０に記憶させる。又、第２ステップとして位置調整機構２０に対して新たなフィラガイド４０を取着した際に、記憶された基準点生成プログラムに基づいて制御装置５０によりロボットを駆動制御させるようにした。次に、第３ステップとして、基準点生成プログラムに基づいて移動した新たなフィラガイド４０の先端の位置と、参照点との差分を解消するように位置調整機構２０により新たなフィラガイド４０の位置調整を行うようにした。

この結果、フィラガイド４０の交換時やフィラガイド４０の位置調整が必要なときに、フィラガイド４０の位置調整機構２０に取着されたフィラガイド４０の先端位置の調整を簡単に、しかも迅速に行うことができる効果を奏する。

このため、フィラガイド交換時や位置調整のための調整時間を低減することができる。又、フィラガイド交換時のフィラワイヤ挿入点の位置再現性を確保することができ、交換後における溶接品質管理を好適に行うことができる。

（２） 本実施形態のフィラガイドの位置調整機構の調整方法は、第１ステップにおけるフィラガイド４０の先端と、第３ステップにおける新たなフィラガイド４０の先端には、参照点に位置させるための、同一仕様のチップゲージ３４が着脱自在に取着されるようにした。この結果、同一仕様のチップゲージが第１ステップのフィラガイド４０の先端と、第３ステップの交換後に取着されたフィラガイド４０の先端に取着されるため、交換後のフィラガイド４０の位置調整を精確に行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。
○ 前記実施形態では支持部２１を第１支持部材２２と第２支持部材２３とにより構成したが、この構成はブラケット１９に対して、両部材を挟みつけるようにするために分離して構成したものである。ブラケット１９に対する取付け構造は前記実施形態に限定されるものではないため、第１支持部材２２と第２支持部材２３とを一体に連結してもよい。例えば、第１支持部材２２と第２支持部材２３とを一体に連結した支持部をブラケット１９に対して貫通させ、ブラケット１９の上面から突出する支持部の部位の外周面にナットを螺合し、同ナットにより支持部を抜き出し不能に固定するようにしてもよい。

○ 前記実施形態では、操作部材３０を可動部材２８の軸心の回りで回転するようにして可動部材２８をその軸心方向に移動自在とした。
この構成に代えて、雄ネジ２８ｅと雌ネジ３０ａとを省略し、操作部材３０の代わりに、可動部材２８を覆う筒状の覆い部材を操作部材３０と同様に取付けし、覆い部材の側面には、ボルトを進退自在に螺合させて貫通させて、スリット２２ｅを介して可動部材２８に当接可能にするようにしてもよい。すなわち、このボルトが可動部材２８に当接した状態で可動部材２８の移動がロックされ、当接を解除するとロックが解除される。この結果、フィラガイド４０の位置調整が可能となる。

本発明の一実施形態のフィラガイドの位置調整機構を備えたロボットの概略図。 同じくフィラガイドの位置調整機構の全体の断面図。 同じく位置調整時のフィラガイドの位置調整機構の全体の側面図。 同じく位置調整時のフィラガイドの位置調整機構の全体の断面図。 同じく位置調整時のフィラガイドの位置調整機構の全体の断面図。 位置調整機構の主な部材の分解斜視図。 位置調整機構の横断面図。

符号の説明

１０…溶接ロボット（ＴＩＧ溶接ロボット）、１２…ベース部材、
１３…旋回台、１４…アーム、１５…手首部、１６…溶接トーチ、
２０…位置調整機構、２１…支持部、２２…第１支持部材、
２２ａ…フランジ、２２ｃ…挿通孔、２２ｄ…ガイド孔２２ｄ、
２３…第２支持部材、２３ａ…雌ネジ、２３ｂ…挿通孔、
２６…第１ガイド孔、２７…第２ガイド孔、
２８…可動部材（可動部）、２８ａ…第１摺接部、２８ｂ…突片、
２８ｆ…挿通孔、２８ｇ…スリット、２８ｈ…雄ネジ、２８ｉ…嵌合孔（取付部）、
３０…操作部材、３０ａ…雌ネジ、３１…ロックナット
３３…フィラチップ、３４…チップゲージ、
４０…フィラガイド、５０…制御装置、
５１…サーボドライバ、５２…記憶装置、
Ｍ…マニピュレータ。

Claims (2)

1. ロボットの手首部に支持されるとともに、フィラワイヤを挿通する挿通孔を有する支持部と、前記支持部に対して前記挿通孔の軸心と同軸に配置され、該軸心に沿って移動調節自在に配置されるとともに、フィラガイドを着脱自在に取着する可動部とを備えたことを特徴とするフィラガイドの位置調整機構の調整方法において、
   ロボットに設けられた参照点に対して、前記位置調整機構に取着されたフィラガイドの先端を合致させて、該フィラガイドの基準点をティーチングし、前記ティーチングに基づいてフィラガイドの基準点生成プログラムを作製して制御装置に記憶させる第１ステップと、
   前記位置調整機構に対して位置調整が必要なフィラガイドを取着している際に、記憶された前記基準点生成プログラムに基づいて前記制御装置により前記ロボットを駆動制御させる第２ステップと、
   前記基準点生成プログラムに基づいて移動した位置調整が必要なフィラガイドの先端の位置と、前記参照点との差分を解消するように前記位置調整機構により位置調整が必要なフィラガイドの位置調整を行う第３ステップとを含むフィラガイドの位置調整機構の調整方法。
2. 前記フィラガイドの先端はチップゲージが着脱自在に形成されており、
   第１ステップでは、前記フィラガイド先端は、該先端に取着されたチップゲージを介して前記参照点と合致させ、
   前記第３ステップでは、前記第１ステップのチップゲージと同一仕様のチップゲージが前記フィラガイド先端に取着されて、該チップゲージを介して前記参照点に合致させるべく位置調整を行うことを特徴とする請求項１に記載のフィラガイドの位置調整機構の調整方法。

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