JP7347908B2 - 高粘度材料の塗布方法、及び高粘度材料塗布装置の制御点自動生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、高粘度材料の塗布方法、及び高粘度材料塗布装置の制御点自動生成プログラムに関する。

自動車の車体を構成するドアパネルやフードパネル等のパネル部品は、インナパネルとアウタパネルとを組み合わせて構成される。具体的には、インナパネルの縁に沿って高粘度材料であるシーラを塗布し、このシーラをインナパネルとアウタパネルで挟み込むことにより、両パネル間の防水性や接着性が確保される。

上記のようなシーラの塗布は、シーラガンを有する塗布ロボットで行われることが多い。この場合、予め、塗布ロボットを制御する制御部にシーラガンの移動軌跡を教示（ティーチング）する必要がある。この教示は、以下の手順で行われる。まず、作業者が、制御部のコントローラ（ティーチペンダント）を操作してシーラガンを所定の位置に配する。そして、ゲージ等によりシーラガンの位置を測定し、シーラガンが所定の位置に正確に配されていることが確認できたら、この位置を教示点として制御部に記憶させる。その後、シーラガンを次の位置に移動させ、上記と同様に教示点を記憶させる。この作業を繰り返して、全ての教示点を制御部に記憶させることにより、これらの教示点を通る軌跡に沿ってシーラガンを移動させるプログラムが設定される。こうして教示が完了した後、シーラの塗布を実行する際には、制御部が上記プログラムを再生することにより、シーラガンが複数の教示点を通る軌跡に沿って移動しながら所定量のシーラを吐出し、これにより塗布面上にシーラが線状に塗布される（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開平１－１５９０７５号公報

上記のような塗布ロボットでシーラを塗布する際、シーラを吐出するノズルの塗布面からの高さ（以下、「ノズル高さ」という）が、塗布面に塗布されるシーラの高さよりも低いと、ノズルの先端がシーラに接触してシーラを潰してしまう。上記特許文献１のシーラ塗布装置では、シーラを塗布しながら、シーラガンに設けられたセンサで塗布面上のシーラの幅を測定することで塗布量の良否を確認しているが、シーラが潰れていると、実際よりも多い量のシーラが塗布されていると誤認してしまう恐れがあり、シーラ塗布量の良否判別の信頼性が低下する。一方、ノズル高さが高すぎると、シーラの塗布が不安定となり、塗布不良が生じやすくなる。以上のような事情から、ノズルの教示点の高さは、塗布面に塗布されるシーラの高さに応じた値（例えば、シーラと同じ高さ）とすることが好ましい。

上記のように、シーラと同じ高さの教示点からなるノズルの移動軌跡を制御部に教示した後、量産を進める中で、シーラの塗布量を部分的に変更する必要が生じることがある。シーラ塗布量を変更すると、通常、シーラの高さが変わるため、このシーラの高さに合わせて教示点の高さを部分的に変更する必要が生じる。この場合、ノズルの移動軌跡の教示をやり直す必要が生じるが、上述のように、教示は、作業者がシーラガンを操作して教示点を一点ずつ記憶させる作業を要するため、この教示作業をやり直すと多大な手間と時間がかかる。

そこで、本発明は、シーラ等の高粘度材料を自動で塗布するにあたり、高粘度材料の塗布量に合わせたノズル高さの変更を容易化することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、制御部からの指令に基づいて、複数の制御点を通る軌跡に沿ってノズルを移動させながら前記ノズルから高粘度材料を吐出することで、塗布面に高粘度材料を線状に塗布するための方法であって、複数の教示点を前記制御部に教示する工程と、高粘度材料の塗布量を表すパラメータの値を前記制御部に入力する工程と、前記制御部が、入力された前記パラメータの値に基づいて前記教示点のシフト量を算出すると共に、前記シフト量の分だけ前記教示点をシフトさせた位置に前記制御点を設定する工程とを備えた高粘度材料の塗布方法を提供する。

このように、本発明では、従来のように高粘度材料の塗布量に応じた高さの教示点を制御部に教示するのではなく、まず、（高粘度材料の塗布量に関わらず）所定の高さの教示点を教示し、実際に高粘度材料を塗布する際（すなわち、制御部に組み込まれたプログラムの再生時）には、高粘度材料の塗布量を表すパラメータ（例えば、線状の高粘度材料の塗布径）の値に基づいて教示点をシフトさせ、この位置に制御点を自動的に生成する。これにより、量産中に高粘度材料の塗布量を部分的に変更する場合でも、高粘度材料の塗布量を表すパラメータの値を作業者が入力し直すだけで、そのパラメータの値に基づいて教示点のシフト量が自動的に算出されるため、教示点の位置（高さ）を修正するために教示をやり直す必要がない。

具体的には、例えば、プログラム再生時に、制御部が、入力された前記パラメータ（例えばシーラ塗布径）の値に基づいてノズルの塗布面からの最適距離（ノズル高さ）を演算し、このノズル高さと教示点の高さ（塗布面からの距離）との差を、教示点から制御点までのシフト量とすることができる。

高粘度材料の塗布量を変更した場合、ノズル高さだけでなく、ノズルの移動速度やノズルからの高粘度材料の吐出量を変更する必要が生じる。従って、上記方法において、制御部が、入力された前記パラメータの値に基づいて、ノズルの移動速度およびノズルからの高粘度材料の吐出量を自動的に設定することが好ましい。

上記の方法では、教示点を任意の高さ（塗布面からの距離）に設定することができる。従って、例えば、複数の教示点を同じ高さに設定し、プログラム再生時における各教示点のシフト量を異ならせることで、異なる高さの制御点を生成することができる。このように、教示点の高さを均一にすることで、従来のように異なる高さの教示点を制御部に教示する場合と比べて、教示作業が容易化される。

上記の方法は、高粘度材料塗布装置の制御部に、ノズルが通る複数の制御点を自動生成するプログラムを組み込むことにより実現される。このプログラムは、複数の教示点の位置、及び、高粘度材料の塗布量を表すパラメータの値に基づいて、各教示点のシフト量を算出し、前記シフト量の分だけ各教示点をシフトさせた位置に前記制御点を自動生成するものである。

以上のように、本発明に係る高粘度材料の塗布方法によれば、高粘度材料の塗布量を変更した場合でも、教示のやり直しを行うことなく、塗布量に合わせて教示点を容易に変更することができる。

シーラ塗布設備の側面図である。 ワークの平面図である。 シーラの断面図である。 教示点を教示する様子を示す側面図である。 プログラム再生により教示点をシフトさせて制御点を自動生成する様子を示す側面図である。 塗布面の段差部がある場合に教示点を教示する様子を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すシーラ塗布装置１は、高粘度材料であるシーラを塗布する塗布ロボット２と、塗布ロボット２を制御する制御部３とを備える。

塗布ロボット２は、多関節アーム４と、多関節アーム４の先端に設けられたシーラガン５とを備える。多関節アーム４は、各関節にモータ４ａを有し、各モータ４ａを駆動することでシーラガン５を三次元的に移動させるものである。シーラガン５は、ノズル５ａと、ポンプ５ｂと、モータ５ｃとを有する。ポンプ５ｂとしては、例えば回転容積式のねじ式ポンプ（いわゆるモーノポンプ）が使用できる。具体的に、モータ５ｃにより、ポンプ５ｂの内部に設けられたらせん状のロータを回転させることで、ポンプ５ｂ内のシーラを押し出してノズル５ａの先端から吐出する。ポンプ５ｂには、図示しないシーラタンクからチューブ５ｄを介してシーラが供給される。尚、シーラガン５の構成は上記に限らず、例えば、油圧やエア圧等でシーラを吐出するものであってもよい。

シーラガン５には、塗布されたシーラを撮影する撮像手段としてのカメラ５ｅが設けられる。カメラ５ｅで撮影した画像が制御部３に送信されて画像解析を行うことにより、所定量のシーラが塗布されたか否かが確認される。

制御部３は、シーラガン５の動きと、シーラガン５からのシーラの吐出量とを制御し、具体的には、多関節アーム４の各関節のモータ４ａ、及び、シーラガン５のモータ５ｃを制御する。通常、多関節アーム４を制御する制御装置（制御盤）と、シーラガン５からのシーラの吐出を制御する制御装置とは別々に設けられることが多いが、本実施形態では、多関節アーム４を制御するロボット制御盤を、シーラガン５のモータ５ｃにも接続することで、多関節アーム４とシーラガン５とを同期させて制御できる制御部３が構成される。図示例の制御部３は、バスを介して相互に接続された演算処理部６、記憶部７、及び指令部８を有する制御盤１１と、制御盤１１に接続され、入力部９及び出力部１０（モニタ）を有する可搬型のティーチペンダント１２とを備える。

以下、上記構成のシーラ塗布装置１を用いてシーラをワークに塗布する方法について説明する。本実施形態では、ワークＰが、図２に示すような車体を構成するパネル（例えばドアのインナパネル）であり、このワークＰの縁に沿って、シーラＳを環状に塗布する場合を示す。

尚、塗布面に塗布される線状のシーラＳの塗布量（単位長さ当たりの体積）は、シーラＳの断面積に依存するため、シーラＳの塗布量を表すパラメータとしては、例えばシーラＳの断面積、塗布径Ｄ、塗布幅Ｗ（図３参照）、塗布高さ等を使用することができる。本実施形態では、シーラＳの塗布径Ｄを、シーラＳの塗布量を表すパラメータとする。

（１）各種パラメータ間の関係式の設定
まず、制御部３に、シーラ塗布に関する各種パラメータの関係式を入力する。本実施形態では、ノズル５ａの吐出口が円形を成し、かつ、シーラＳが十分に高い粘度を有しているため、塗布面に塗布されたシーラＳは、図３に示すように断面略円形を成している。すなわち、シーラ塗布高さとシーラ塗布径Ｄとが略等しくなっている。一方、ノズル高さＨは、シーラ塗布高さ（≒シーラ塗布径Ｄ）と等しいことが理想的であるため、本実施形態では、ノズル高さＨがシーラ塗布径Ｄと等しくなるように設定され、記憶部７に記憶される（Ｄ＝Ｈ）。尚、シーラＳの粘性が低く、塗布面に塗布されたシーラＳが扁平形状となる場合は、その形状を踏まえてノズル高さＨとシーラ塗布径Ｄとの関係を設定すればよい。また、ノズル高さＨを、シーラ塗布高さよりも所定量だけ高くしてもよい。

また、シーラＳの塗布量は、ノズル５ａの移動速度Ｖ（すなわち、多関節アーム４の各モータ４ａの回転速度）、及びノズル５ａからのシーラＳの単位時間当たりの吐出量Ｍ（すなわち、シーラガン５のモータ５ｃの回転速度）によって決まる。従って、ノズル５ａの移動速度Ｖを変化させたときでも、シーラＳの塗布量（すなわち、シーラ塗布径Ｄ）が一定になるように、シーラ塗布径Ｄと、ノズル５ａの移動速度Ｖと、シーラＳの吐出量Ｍとの関係を表す下記の関係式（ｉ）が設定され、記憶部７に記憶される（βは定数）。
Ｄ＝β・Ｍ／Ｖ ・・・（ｉ）

（２）教示点の教示
次に、制御部３に、シーラガン５のノズル５ａの教示点を教示する。具体的には、図１に示すようにセット台１３にワークＰをセットした後、作業者が、制御部３のティーチペンダント１２を操作して多関節アーム４のモータ４ａを駆動し、ノズル５ａを所定の位置に配する（図４の実線参照）。このとき、ノズル５ａの先端（吐出口）は、ワークＰのうち、シーラＳを塗布する領域（ワークＰの縁に沿った環状領域。以下、「シーラ塗布予定領域」という。）から所定の距離（高さ）に配される。この状態で、ノズル５ａの先端とワークＰとの間の距離（ノズル高さ）をゲージ等で測定し、ノズル高さが所定値Ｈ’となっているか否かを確認する。ノズル高さの確認は、ゲージ等に限らず、シーラガン５に設けたガイドや距離センサ等で行ってもよい。そして、ノズル高さが所定値Ｈ’となっていれば、この位置を教示点Ｔ１’として記憶部７に記憶させる。その後、作業者が、ティーチペンダント１２を操作してノズル５ａをシーラ塗布予定領域に沿って移動させ、上記と同様の手順を繰り返すことで、他の教示点Ｔ２’、Ｔ３’・・・を記憶部７に記憶させる（図４の点線参照）。以上により、ワークＰから所定の高さＨ’の位置に、シーラ塗布予定領域に沿った多数の教示点Ｔ１’、Ｔ２’・・・が設定される。

上記の教示点Ｔ１’、Ｔ２’・・・の塗布面からの高さは、シーラＳの塗布量（塗布高さ）と関係なく設定することができる。本実施形態では、図４に示すように、教示点Ｔ１’、Ｔ２’・・・が、塗布面から一定の高さＨ’（例えば２ｍｍ）に設定される。この場合、異なる高さの教示点を制御部３に教示する場合と比べて、教示作業が容易化される。尚、図４～６では、教示点等の高さを誇張して示している。

（３）シーラ塗布量を表すパラメータ（シーラ塗布径Ｄ）の入力
次に、作業者が、制御部３に、シーラＳの塗布量を表すパラメータ（本実施形態では、シーラ塗布径Ｄ）の値を入力する。具体的に、作業者は、シーラ塗布領域の各区間におけるシーラ塗布径Ｄを、制御部３のティーチペンダント１２の入力部９（図１参照）により入力し、記憶部７に記憶させる。例えば、区間Ｌ１におけるシーラ塗布径を３ｍｍ、区間Ｌ２におけるシーラ塗布径を４ｍｍといったように、すべての区間におけるシーラ塗布径を制御部３に入力する。

（４）シーラ塗布の実行（プログラム再生）
そして、実際にワークＰに対してシーラを塗布する際（すなわち、制御部３に組み込まれたプログラムの再生時）には、演算処理部６が、制御部３に入力された各区間Ｌ１、Ｌ２・・・のシーラ塗布径に基づいて、教示点Ｔ１’、Ｔ２’・・・をシフトさせて、その位置に制御点Ｔ１、Ｔ２・・・を自動生成する。具体的に、制御点Ｔ１の自動生成について説明すると、まず、教示点Ｔ１’におけるシーラ塗布径（区間Ｌ１のシーラ塗布径）に基づいて、このときのノズル高さＨ１を取得する。本実施形態では、上記工程（１）で設定したように、ノズル高さＨがシーラ塗布径Ｄと同じ値に設定されるため（Ｈ＝Ｄ）、制御点Ｔ１におけるノズル高さＨ１はその点のシーラ塗布径と等しい。そして、制御部３の演算処理部６が、制御点Ｔ１におけるノズル高さＨ１と、教示点Ｔ１’の高さＨ’との差ΔＨ１（＝Ｈ１－Ｈ’）を算出し、この値をシフト量とする。そして、点線矢印Ｑ１で示すように、教示点Ｔ１’をシフト量ΔＨ１の分だけ上方（塗布面から離反する側）にシフトさせ、この位置に制御点Ｔ１を自動生成する。

他の制御点Ｔ２、Ｔ３・・・では、各制御点Ｔ２、Ｔ３・・・におけるシーラ塗布径（直前の区間のシーラ塗布径）に基づいて、このときのノズル高さＨ２、Ｈ３・・・を取得し、上記と同様の手順を経てシフト量ΔＨ２、ΔＨ３・・・を算出する。そして、点線矢印Ｑ２、Ｑ３・・・で示すように、教示点Ｔ２’、Ｔ３’・・・をシフト量ΔＨ２、ΔＨ３・・・の分だけ上方（塗布面から離反する側）にシフトさせ、この位置に制御点Ｔ２、Ｔ３・・・を自動生成する。

これと共に、演算処理部６が、各制御点Ｔ１、Ｔ２・・・におけるノズル５ａの移動に関する指令を演算する。例えば、制御点Ｔ１のように、次の制御点Ｔ２と高さが同じ場合（Ｈ１＝Ｈ２）、ノズル５ａを制御点Ｔ１から次の制御点Ｔ２へ向けて移動させる指令が自動生成される（鎖線矢印Ｒ１参照）。一方、制御点Ｔ２のように、次の制御点Ｔ３よりも高さが低い（あるいは高い）場合、制御点Ｔ２において、ノズル５ａを次の制御点Ｔ３の高さまで上昇（あるいは下降）させると共に、次の制御点Ｔ３に向けて移動させる指令が自動生成される（鎖線矢印Ｒ２参照）。具体的には、次の制御点Ｔ３の高さＨ３と制御点Ｔ２の高さＨ２との差ΔＨ２’（Ｈ３－Ｈ２）を算出し、ノズル５ａを制御点Ｔ２からΔＨ２’だけ上昇させると共に、制御点Ｔ３へ向けて移動させる指令が自動生成される。

さらに、演算処理部６が、各区間におけるノズル５ａの移動速度Ｖ（すなわち、多関節アーム４の各関節のモータ４ａの回転数）を演算する。例えば、曲線部におけるノズル５ａの移動速度は、直線部における移動速度よりも遅く設定される。そして、各区間における移動速度Ｖ及びシーラ塗布径Ｄと、予め記憶部７に記憶された上記の関係式（ｉ）とに基づいて、シーラ吐出量Ｍ（すなわち、シーラガン５のモータ５ｃの回転数）を算出する。そして、ノズル５ａが各制御点Ｔ１、Ｔ２・・・に達したときに、演算処理部６が、その後に続く区間において所定のノズル５ａの移動速度Ｖ及びシーラ吐出量Ｍとなるように、多関節アーム４のモータ４ａ及びシーラガン５のモータ５ｃを制御する指令を自動生成する。

以上のように、実際のワークＰに対してシーラを塗布する際には、上記プログラムを再生により、演算処理部６が、予め設定された教示点Ｔ１’、Ｔ２’・・・の位置および各区間のシーラ塗布径に基づいて、制御点Ｔ１、Ｔ２・・・の位置、及び、各制御点Ｔ１、Ｔ２・・・におけるノズル５ａの移動及びシーラ吐出量に関する指令を、その都度自動生成する。こうして自動生成された各制御点の位置および各制御点における指令によって、ノズル５ａが制御点Ｔ１、Ｔ２・・・を通る経路に沿って移動速度で移動しながら、ノズル５ａから所定量のシーラを吐出する。これにより、ワークＰのシーラ塗布予定領域に、作業者が制御部３に入力した径のシーラＳが塗布される。

こうしてシーラＳを塗布しながら、ワークＰに塗布された線状のシーラＳをシーラガン５に設けたカメラ５ｅによって撮影し、この画像を制御部３に送信して解析することで、実際のシーラ塗布幅Ｗを取得する。このシーラ塗布幅Ｗが許容範囲内であるか否かにより、シーラＳの塗布量の良否が判定される。

そして、量産を進める中で、何らかの原因により、何れかの区間におけるシーラ塗布量（塗布径）を変更する必要が生じたときには、作業者が、ティーチペンダント１２により、当該区間におけるシーラ塗布径の値を変更する。その後のプログラム再生時には、変更したシーラ塗布径に基づいて、各教示点のシフト量が、上記と同様の手順により自動的に演算される。このように、作業者が、所望のシーラ塗布量（塗布径）を制御部３に入力するだけで、制御点の位置や、ノズルの移動速度に合わせたシーラ吐出量がその都度自動生成されるため、シーラ塗布量変更時に教示をやり直す必要がなく、作業者による操作が容易化される。このとき、シーラ塗布量に応じてノズル高さが変更されることで、シーラＳを安定した形状で塗布することができるため、カメラ５ｅで撮影した画像に基づくシーラＳの良否判定結果の信頼性が高められる。尚、シーラＳの良否判定は作業者の目視で行ってもよく、この場合でも、シーラＳの塗布形状が安定していることで判定がしやすくなる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、全ての教示点Ｔ１’、Ｔ２’・・・の塗布面からの高さＨ’が一定である場合を示したが、必ずしも全ての教示点の高さを一定にする必要はない。例えば、図６に示すようにワークＰの塗布面に段差部Ｘがある場合、シーラ塗布径Ｄが一定であっても、ノズル５ａと段差部Ｘとの干渉を回避するために、段差部Ｘ付近の教示点Ｔｎ’の高さＨ”を他の教示点の高さＨ’よりも高く設定することがある。この場合、例えば、塗布面のうち、段差部Ｘ付近の教示点Ｔｎ’を除く全ての教示点が、塗布面から一定の高さＨ’に設定される。

また、上記の実施形態では、高粘度材料として、二つのパネル（例えばドアインナパネルとドアアウタパネル）の間に介在して防水機能及び接着機能を果たすシーラを示したが、高粘度材料はこれに限らず、例えば接着機能のみを果たす接着剤であってもよい。また、上記の方法は、自動車のパネル部品に対するシーラ塗布に限らず、あらゆる部品に高粘度材料を塗布する場合に適用することができる。

１ シーラ塗布装置
２ 塗布ロボット
３ 制御部
４ 多関節アーム
５ シーラガン
５ａ ノズル
６ 演算処理部
７ 記憶部
８ 指令部
９ 入力部
１０ 出力部
１１ 制御盤
１２ ティーチペンダント
Ｈ ノズル高さ
Ｐ ワーク
Ｓ シーラ（高粘度材料）
Ｄ シーラ塗布径
Ｗ シーラ塗布幅
Ｔ１、Ｔ２・・・ 制御点
Ｔ１’、Ｔ２’・・・ 教示点

Claims (4)

1. 制御部からの指令に基づいて、複数の制御点を通る軌跡に沿ってノズルを移動させながら前記ノズルから高粘度材料を吐出することで、塗布面に高粘度材料を線状に塗布するための方法であって、
   塗布面から所定の距離に設定された複数の教示点を前記制御部に教示する工程と、高粘度材料の塗布量を表すパラメータの値を前記制御部に入力する工程と、前記制御部が、入力された前記パラメータの値に基づいて前記教示点の塗布面からの距離のシフト量を算出すると共に、前記シフト量の分だけ前記教示点の塗布面からの距離をシフトさせた位置に前記制御点を設定する工程とを備えた高粘度材料の塗布方法。
2. 前記制御部が、入力された前記パラメータの値に基づいて前記ノズルの塗布面からの距離を設定し、この距離と前記教示点の塗布面からの距離との差を前記シフト量とする請求項１に記載の高粘度材料の塗布方法。
3. 前記複数の教示点の塗布面からの距離が均一であり、前記複数の制御点の塗布面からの距離が異なる請求項１又は２に記載の高粘度材料の塗布方法。
4. 高粘度材料塗布装置の制御部に組み込まれ、高粘度材料を吐出するノズルが通る複数の制御点を自動生成するプログラムであって、
   塗布面から所定の距離に設定された複数の教示点の位置、及び、高粘度材料の塗布量を表すパラメータの値に基づいて、各教示点の塗布面からの距離のシフト量を算出し、前記シフト量の分だけ各教示点の塗布面からの距離をシフトさせた位置に前記制御点を自動生成する高粘度材料塗布装置の制御点自動生成プログラム。

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