JP7511152B2

JP7511152B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP7511152B2
Application number: JP2020161108A
Authority: JP
Inventors: 研一山田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2024-07-05
Anticipated expiration: 2040-09-25
Also published as: JP2022054106A

Description

本発明は、レーザ加工装置に関するものである。

特許文献１には、ロボットの先端に取り付けられたツール本体と、ツール本体に接合補助部材を供給する補助部材供給部とを備えた異種金属接合用ツールが開示されている。

ツール本体と補助部材供給部とは、ホースで接続される。補助部材供給部に収容された接合補助部材は、ホースを経由してツール本体に供給される。ツール本体に供給された接合補助部材は、アーク溶接トーチによってワークに溶接される。

特開２０２０－６３９０号公報

ところで、従来の発明では、ホースを経由することで、アーク溶接トーチに対して接合補助部材を連続的に供給できる一方、ロボットの移動に伴うホースの振動やねじれによって、ホースの内部に接合補助部材が詰まってしまうおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークに対して部品を取り付ける作業と、部品を加工する作業とを連続して行うことができるようにすることにある。

第１の発明は、複数のアームを有するロボットと、該ロボットに設けられてレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドとを備えたレーザ加工装置であって、前記ロボットに設けられ、ワークに取り付ける部品を保持する保持ユニットを備え、前記保持ユニットは、所定の中心軸を中心に回転可能な回転体と、前記回転体を周方向に所定角度回転させる回転駆動部とを有し、前記回転体には、前記回転体の外周面において周方向に間隔をあけて配置され、前記部品を着脱可能に保持する複数の保持部と、前記回転体の外周面に開口して、前記レーザ加工ヘッドから出射された前記レーザ光が通過可能な開口部と、前記開口部の周縁部に配置され、前記ワークに取り付けられた前記部品を押さえる押さえ部とが設けられている。

第１の発明では、ロボットには、レーザ加工ヘッドと、保持ユニットとが設けられる。保持ユニットの回転体には、複数の保持部と、開口部と、押さえ部とが設けられる。複数の保持部は、回転体の外周面に周方向に間隔をあけて配置され、部品を着脱可能に保持する。開口部は、レーザ光が回転体を通過可能なように、回転体の外周面に開口する。押さえ部は、開口部の周縁部に配置される。押さえ部は、ワークに取り付けられた部品を押さえる。

これにより、ワークに対して部品を取り付ける作業と、部品を加工する作業とを連続して行うことができる。

具体的に、複数の保持部のそれぞれに部品を保持しておき、そのうちの１つをワークに対向させるように、回転体を所定角度回転させる。保持ユニットをワーク側に移動させることで、ワークに対して部品を取り付ける。

ワークに部品を取り付けた後、開口部を部品に対向させるように、回転体を所定角度回転させる。保持ユニットをワーク側に移動させると、押さえ部によって部品が押さえられるので、部品のがたつきが軽減される。

レーザ加工ヘッドから出射されたレーザ光は、開口部を通過して部品に照射される。これにより、ワークに部品を取り付けた後、保持ユニットをワークから退避させることなく、レーザ光による部品の加工を行うことができる。

その後、次に取り付ける部品をワークに対向させるように、回転体を所定角度回転させる。そして、ワークに対して部品を取り付ける作業と、レーザ光によって部品を加工する作業とを、連続して繰り返し行う。

このようにすれば、ロボットの移動を最小限に抑えながら、部品の取付作業と、レーザ光による部品の加工作業とを連続して行うことができ、装置の処理能力を高めることができる。

また、１台のロボットに、レーザ加工ヘッドと保持ユニットとが設けられているので、例えば、レーザ加工ヘッドが設けられたロボットと、保持ユニットが設けられたロボットとを別々に準備する場合に比べて、装置の設置場所を省スペース化できるとともに、コストを抑えることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記保持ユニットには、前記開口部の周縁部に配置され、前記ワークを押さえる押さえ部が設けられている。

第２の発明では、押さえ部は、開口部の周縁部に配置される。押さえ部は、ワークを押さえる。

このように、レーザ光によって部品を加工する際に、部品を押さえる押さえ部によって部品のがたつきを軽減するとともに、ワークを押さえる押さえ部によってワークの撓みを抑えることができる。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記押さえ部は、押さえピンと、該押さえピンを前記回転体の径方向外方に向かって付勢する付勢部とを有する。

第３の発明では、押さえ部は、押さえピンと、付勢部とを有する。付勢部は、回転体の径方向外方に向かって押さえピンを付勢している。

これにより、押さえピンを部品に押さえ付けたときに、押さえピンが付勢部の付勢力に抗して移動することで、部品を隙間無く押さえることができる。

また、ワークの表面から突出していた場合、部品を押さえる押さえピンが、ワークを押さえる押さえピンよりも大きく移動して、ワークと部品とをそれぞれ隙間無く押さえることができる。

第４の発明は、第１乃至３の発明のうち何れか１つにおいて、前記保持部は、前記部品を保持する閉位置と、該部品を保持しない開位置との間で開閉可能な一対のチャックを有する。

第４の発明では、保持部は、一対のチャックを有する。チャックは、部品を保持する閉位置と、部品を保持しない開位置との間で開閉する。

このように、一対のチャックで部品を挟んで保持することで、部品の調芯を行い、ワークに対して部品を精度良く取り付けることができる。

本発明によれば、ワークに対して部品を取り付ける作業と、部品を加工する作業とを連続して行うことができる。

本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す側面図である。保持ユニットの構成を示す図１のＡ矢視図である。押さえ部の構成を示す側面断面図である。搬送ユニットから搬送された部品を保持ユニットで保持する前の側面図である。保持部のチャックで部品を保持する手順を説明する図である。部品をワークに取り付ける前の状態を示す側面図である。部品をワークに取り付けた状態を示す側面図である。保持ユニットをワークの上方に移動させた状態を示す側面図である。回転体を回転させて開口部をワークに対向させた状態を示す側面図である。レーザ光を部品に照射した状態を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、ロボット２と、レーザ加工ヘッド５と、保持ユニット１０と、制御部６とを備える。制御部６は、ロボット２、レーザ加工ヘッド５、及び保持ユニット１０の動作を制御する。

詳しくは後述するが、レーザ加工装置１は、作業台４に載置されたワークＷに対して部品Ｐを取り付ける作業と、レーザ光Ｌを出射して部品Ｐを加工する作業とを連続して行う。

ロボット２は、複数のアーム３を有する多関節型のロボットで構成される。ロボット２の先端部には、レーザ加工ヘッド５と、保持ユニット１０とが設けられる。ワークＷは、作業台４に載置される。部品Ｐは、搬送ユニット７（図４参照）に載置され、所定のピックアップ位置まで搬送される。

レーザ加工ヘッド５は、レーザ光Ｌを出射する。詳しくは後述するが、レーザ加工ヘッド５は、ワークＷに取り付けられた部品Ｐに対してレーザ光Ｌを出射することで、部品ＰとワークＷとをレーザ溶接する。

保持ユニット１０は、ワークＷに取り付ける部品Ｐを保持する。保持ユニット１０は、取付アーム１１と、回転体２０と、回転駆動部１２とを有する。取付アーム１１の上端部は、ロボット２の先端部に取り付けられる。取付アーム１１の下端部には、回転駆動部１２が取り付けられる。回転駆動部１２は、モータで構成される。回転駆動部１２の中心軸１３には、回転体２０が取り付けられる。

回転体２０は、円錐台形状に形成された筒状の部材で構成される。回転体２０は、回転体２０の外周面における下側部分がワークＷに対向し、かつ回転体２０に設けられた後述する押さえ部２６にて、作業台４に載置されたワークＷに取り付けられた部品Ｐを付勢した状態で、レーザ加工ヘッド５から出射されたレーザ光Ｌが通過しやすい構成となるように、所定角度傾斜した姿勢となっている。回転体２０を傾斜させた姿勢とすることで、回転体２０の高さ方向の寸法を小さくすることができる。

図２に示すように、回転体２０は、複数の連結バー１４を介して中心軸１３の先端部に連結される。回転駆動部１２は、中心軸１３を所定角度回転させることで、回転体２０の回転角度を切り替える。

回転体２０の外周面には、複数の保持部２１と、開口部２５と、複数の押さえ部２６とが設けられる。

複数の保持部２１は、回転体２０の外周面において周方向に間隔をあけて配置される。保持部２１は、部品Ｐを着脱可能に保持する。保持部２１は、一対のチャック２２を有する。詳しくは後述するが、一対のチャック２２は、部品Ｐを保持しない開位置と、部品Ｐを保持する閉位置との間で開閉可能となっている。なお、保持部２１は、真空吸着式のパッド等を用いて部品Ｐを吸着保持する形態であってもよい。

開口部２５は、回転体２０の外周面に開口する孔で形成される。開口部２５は、レーザ加工ヘッド５から出射されたレーザ光Ｌが通過可能となっている。

押さえ部２６は、開口部２５の周縁部に複数配置される。複数の押さえ部２６のうち一部の押さえ部２６は、部品Ｐを押さえる。複数の押さえ部２６のうち残りの押さえ部２６は、ワークＷを押さえる。

図３に示すように、押さえ部２６は、押さえピン２７と、付勢バネ２８（付勢部）と、シリンダ部２９とを有する。シリンダ部２９は、回転体２０の径方向外方に向かって延びる。シリンダ部２９には、付勢バネ２８が収納される。押さえピン２７は、シリンダ部２９から進退する。押さえピン２７は、付勢バネ２８によって、回転体２０の径方向外方に向かって付勢される。

〈部品のピックアップ動作〉
図４に示すように、保持ユニット１０は、複数の保持部２１でそれぞれ部品Ｐを保持するためのピックアップ動作を行う。搬送ユニット７には、複数の部品Ｐが整列した状態で配置される。搬送ユニット７は、所定のピックアップ位置まで部品Ｐを搬送する。

これにより、ピックアップ位置と、ワークＷに部品Ｐが取り付けられる位置である取付位置とを一定にすることができ、生産性をより向上させることができる。

図４に示す例では、部品Ｐは、軸部と、軸部の一端部に設けられて軸部よりも大径の頭部とを有する。保持部２１の一対のチャック２２は、部品Ｐの頭部の外周面を把持する。チャック２２の把持面の曲率は、部品Ｐの頭部の曲率と略一致している。部品Ｐは、頭部が軸部の上端部に位置するように立設させた姿勢で、搬送ユニット７に配置される。

このように、一対のチャック２２で部品Ｐを挟んで保持することで、部品Ｐの調芯を行い、ワークＷに対して部品Ｐを精度良く取り付けることができる。なお、部品Ｐの形状はあくまでも一例であり、この形態に限定するものではない。

なお、搬送ユニット７により、所定のピックアップ位置まで部品Ｐを搬送するようにしたが、この形態に限定するものではない。例えば、図示しないマトリックストレイに所定間隔で部品Ｐをマトリックス状に配置し、保持ユニット１０を保持したロボット２を動作させて、マトリックストレイ上の部品Ｐを保持ユニット１０の保持部２１によりピックアップする構成であっても良い。

図５に示すように、一対のチャック２２は、部品Ｐを保持しない開位置と、部品Ｐを保持する閉位置との間で開閉可能となっている。

保持部２１で部品Ｐを保持する際には、まず、チャック２２を開いた状態とし、一対のチャック２２の間に、部品Ｐの頭部が配置される位置まで、保持ユニット１０を下降させる。この状態で、チャック２２を閉じた状態とし、一対のチャック２２で部品Ｐの頭部を保持する。

チャック２２で部品Ｐを保持した状態で、保持ユニット１０を上昇させることで、搬送ユニット７から部品Ｐをピックアップすることができる。

このような部品Ｐのピックアップ動作を、回転体２０に設けられた全ての保持部２１に対して行う。図２に示す例では、保持部２１が７つ設けられているので、７つの部品Ｐを保持することができる。

〈部品の取り付け動作〉
図６に示すように、保持ユニット１０は、保持部２１で保持した部品ＰをワークＷに取り付けるための取り付け動作を行う。作業台４には、２枚の板状のワークＷが厚み方向に重ね合わされる。上側のワークＷには、挿入孔３０が形成される。挿入孔３０は、部品Ｐの軸部が挿入可能な孔径に形成される。

保持ユニット１０は、作業台４に載置されたワークＷの上方に移動する。保持ユニット１０は、複数の保持部２１で保持している部品Ｐのうち１つがワークＷに対向した姿勢となるように、回転体２０を回転させる。

保持ユニット１０は、保持部２１で保持している部品Ｐの軸部が、ワークＷの挿入孔３０に挿入可能な位置まで、水平方向に移動する。

図７に示すように、保持ユニット１０を下降させることで、ワークＷの挿入孔３０に部品Ｐの軸部を挿入する。その後、一対のチャック２２を開いた状態とし、保持ユニット１０を上昇させる（図８参照）。これにより、ワークＷに対して部品Ｐが取り付けられる。

〈レーザ光による部品の加工動作〉
図９に示すように、保持ユニット１０は、回転体２０を所定角度回転させることで、開口部２５及び押さえ部２６を部品Ｐに対向させた姿勢とする。

図１０に示すように、保持ユニット１０を下降させることで、部品Ｐの上面と、ワークＷの上面とを、それぞれ押さえ部２６で押さえる。このとき、押さえ部２６の押さえピン２７は、付勢バネ２８の付勢力に抗して上方に移動する。これにより、押さえピン２７と部品Ｐとの間に隙間が生じるのを抑え、部品Ｐのがたつきを抑えることができる。また、押さえピン２７とワークＷとの間にがたつき等により隙間が生じるのを抑え、ワークＷの撓みを抑えることができる。

部品Ｐ及びワークＷを押さえ部２６で押さえた状態で、レーザ加工ヘッド５からレーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌは、回転体２０の開口部２５を介して部品Ｐの頭部の上面に照射される。

これにより、部品Ｐの軸部の下端部まで熱が伝わり、部品Ｐの下端部と下側のワークＷとがレーザ溶接される。これにより、上側のワークＷは、部品Ｐと下側のワークＷとの間に挟まれた状態で接合される。

その後、次に取り付ける部品ＰをワークＷに対向させるように、回転体２０を所定角度回転させる。そして、ワークＷに対して部品Ｐを取り付ける作業と、レーザ光Ｌによって部品Ｐを加工する作業とを、連続して繰り返し行う。

以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、ロボット２の移動を最小限に抑えながら、部品Ｐの取付作業と、レーザ光Ｌによる部品Ｐの加工作業とを連続して行うことができ、装置の処理能力を高めることができる。

また、１台のロボット２に、レーザ加工ヘッド５と保持ユニット１０とが設けられているので、例えば、レーザ加工ヘッド５が設けられたロボットと、保持ユニット１０が設けられたロボットとを別々に準備する場合に比べて、装置の設置場所を省スペース化できるとともに、コストを抑えることができる。

以上説明したように、本発明は、ワークに対して部品を取り付ける作業と、部品を加工する作業とを連続して行うことができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１レーザ加工装置
２ロボット
３アーム
５レーザ加工ヘッド
１０保持ユニット
１２回転駆動部
１３中心軸
２０回転体
２１保持部
２２チャック
２５開口部
２６押さえ部
２７押さえピン
２８付勢バネ（付勢部）
Ｌレーザ光
Ｐ部品
Ｗワーク

Claims

複数のアームを有するロボットと、該ロボットに設けられてレーザ光を出射するレーザ加工ヘッドとを備えたレーザ加工装置であって、
前記ロボットに設けられ、ワークに取り付ける部品を保持する保持ユニットを備え、
前記保持ユニットは、
所定の中心軸を中心に回転可能な回転体と、
前記回転体を周方向に所定角度回転させる回転駆動部とを有し、
前記回転体には、
前記回転体の外周面において周方向に間隔をあけて配置され、前記部品を着脱可能に保持する複数の保持部と、
前記回転体の外周面に開口して、前記レーザ加工ヘッドから出射された前記レーザ光が通過可能な開口部と、
前記開口部の周縁部に配置され、前記ワークに取り付けられた前記部品を押さえる押さえ部とが設けられている
ことを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１において、
前記保持ユニットには、前記開口部の周縁部に配置され、前記ワークを押さえる押さえ部が設けられている
ことを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１又は２において、
前記押さえ部は、押さえピンと、該押さえピンを前記回転体の径方向外方に向かって付勢する付勢部とを有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
前記保持部は、前記部品を保持する閉位置と、該部品を保持しない開位置との間で開閉可能な一対のチャックを有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。