JPH08132235A - 産業用溶接ロボットの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な機構、構造を有してレーザセンサユニ
ットを確実に冷却することが可能な低コストの溶接トー
チに協用する冷却装置を提供すること。 【構成】 回転機構２３を有したレーザセンサユニット
１０の周囲を低温空気の巡回空間を介して囲繞し、被溶
接ワークから発生した溶接熱が直接、レーザセンサユニ
ット１０に伝達することを遮断、防止する遮熱ハウジン
グ２０による熱遮断と、乾燥圧縮空気流を冷却器２６で
冷却した冷却空気を用いて遮熱ハウジング２０により囲
繞されたレーザセンサユニット１０を周囲から積極冷却
し、また、遮熱ハウジング２０を内部から積極冷却する
積極冷却との２つの熱対策手段の組み合わせにより、安
価な空気を用い、自動溶接機械、特に、産業用溶接ロボ
ットのレーザセンサユニット１０を冷却し得る冷却装置
を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用溶接ロボットの
冷却装置に関し、特に、回転形レーザセンサユニットを
有して溶接ロボットの先端に装着した溶接トーチにより
被溶接ワークに対して連続溶接を遂行する場合に有効な
産業用溶接ロボットの冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動溶接装置、特に、産業用溶接ロボッ
トにおいては、その先端に具備した溶接トーチと被溶接
ワークとの間で溶接アークを飛ばして溶接を遂行する。
このとき、溶接トーチが所定の溶接線に沿ってアーク溶
接を実行し得るように、該溶接トーチの溶接進行方向に
見て前方位置に溶接線を検出するセンサ、通常は検出用
レーザ光をワーク方向に出射、走査して反射光をライン
ＣＣＤによって該溶接線までの距離と溶接部位の形状
（継手形状）とを検出するレーザセンサユニットを備
え、該レーザセンサユニットの検出に応じて溶接トーチ
の進路、高さ距離を所定の溶接線に一致、整合させる補
正を遂行しながらアーク溶接を継続する構成がとられ
る。

【０００３】この場合に、溶接線が比較的長く、曲線路
を含む場合には、レーザセンサユニットに回転機構を組
み込み、検出レーザ光の出射方向を曲線路にも追従可能
にする構成がとられる。このような回転機構を組み込ん
だレーザセンサユニットを具備した自動溶接装置、特
に、産業用溶接ロボットにおいては、レーザセンサユニ
ットが溶接トーチに接近した位置に配設され、溶接線の
測距、検出を行いながら連続溶接を遂行する段階で、ワ
ーク溶接部位で発生する溶接熱が、直接、レーザセンサ
ユニットを直撃することから、レーザセンサユニット内
の検出レーザ光々源である半導体レーザからの発生熱を
も併せてレーザセンサユニットは極めて過酷な熱条件下
に曝される。このような熱条件下では、レーザセンサユ
ニット自体の温度上昇が著しくなり、検出精度の低下や
寿命の低減等の悪影響を生む結果となり、問題となるこ
とは明らかである。

【０００４】このような問題点に対する対策として従来
から取られている方法は、連続溶接を排してレーザセン
サユニットの耐用寿命、検出精度に影響のない程度の溶
接継続時間に制限する消極的な方法やレーザセンサユニ
ットのヘット部位を液体冷却により冷却する方法等がと
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、溶接継続
時間に制限を設けることにより、レーザセンサユニット
の温度上昇を抑制する方法では、結局、溶接作業現場に
おける周囲温度の上昇に伴い、溶接継続時間を益々、短
縮せねばならないことから、溶接作業能率の著しい低下
を来し、好ましくないと言う問題点がある。

【０００６】他方、レーザセンサユニットを液冷する方
法では、液体を冷媒に使用するために液密構造の採り入
れ、液冷機構の破損時にレーザセンサユニットにもその
影響が及んで故障の原因になる不利が有り、また、保守
性の観点からも頻繁な保守体制が必要とされる等の諸問
題を生起し、溶接コストの増加をもたらす欠点も加わ
る。

【０００７】依って、本発明の主目的は、上述した従来
のレーザセンサユニットの冷却手段による欠点を解消
し、低コストで実現可能な自動溶接装置用のレーザセン
サユニットの冷却装置を提供することにある。本発明の
他の目的は、空気を冷却媒体に使用してレーザセンサユ
ニットの効果的な冷却を実行し、産業用溶接ロボットを
始めとする自動溶接装置のレーザセンサユニット、特
に、回転機構を組み込んだセンサユニットの冷却装置を
提供せんとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的に鑑みて、
本発明は、レーザセンサユニットの周囲を低温空気の巡
回空間を介して囲繞し、被溶接ワークの溶接部位で発生
した溶接熱が直接、レーザセンサユニットに伝達するこ
とを遮断、防止する遮熱ハウジングを設け、しかも、予
め除湿、乾燥した乾燥圧縮空気の断熱膨張により生ずる
低温空気を用いて上記遮熱ハウジング内部のレーザセン
サユニットを周囲から冷却する遮熱対策と積極冷却との
２つの手段の組み合わせにより、産業用溶接ロボットの
冷却装置を構成したものである。

【０００９】すなわち、本発明によれば、産業用溶接ロ
ボットのレーザセンサユニットを冷却するための装置で
あって、前記レーザセンサユニットを被溶接ワークから
の溶接熱から熱遮断するように囲繞する中空遮熱ハウジ
ングを設け、前記中空遮熱ハウジングの一端から内部に
導入され、該中空遮熱ハウジングとその内部の前記レー
ザセンサユニットとの間の空間領域を通過して前記中空
遮熱ハウジングの他の一端から流出する冷却空気流の巡
回空冷路を設け、前記巡回空冷路への前記冷却空気流の
供給を制御弁の開閉制御により制御する制御機構を設け
た、ことを特徴とする産業用溶接ロボットの冷却装置が
提供される。

【００１０】また、本発明によれば、産業用溶接ロボッ
トのレーザセンサユニットを冷却するための装置であっ
て、前記レーザセンサユニットを被溶接ワークからの溶
接熱から熱遮断するように囲繞する中空遮熱ハウジング
を設け、前記中空遮熱ハウジングの一端から内部に要時
に導入され、該中空遮熱ハウジングとその内部の前記レ
ーザセンサユニットとの間の空間領域を通過して前記中
空遮熱ハウジングの他の一端から流出する冷却空気流の
巡回空冷路を設け、更に、前記中空遮熱ハウジングの冷
却空気導入口の前段で、前記冷却空気流の一部を開放管
路を介して常時、前記レーザセンサユニットの内部に導
入して該レーザセンサユニットの発生熱を奪熱し、該ユ
ニット下端から放出させる常設空冷路を設け、たことを
特徴とする産業用溶接ロボットの冷却装置が提供され
る。

【００１１】

【作用】上述の構成によれば、レーザセンサユニット
は、中空遮熱ハウジングによって連続溶接時にもワーク
の溶接部位から発生する溶接熱に直接的に露呈されるこ
とがないように熱遮断され、同時に低温の冷却空気が同
ユニットと遮熱ハウジングとの間の空間を巡回すること
による奪熱、冷却作用を受け、従って、レーザセンサユ
ニットの温度上昇が抑止されるから溶接部位の溶接線の
検出と測距の高精度を持続的に維持することが可能とな
り、また、耐用寿命の改善も得ることが可能となる。

【００１２】更に、レーザセンサユニットの内部では常
時、冷却空気が導入される常設空冷路が形成されている
から、常に空冷作用が遂行され、かつ、同冷却空気がレ
ーザセンサユニットから外部空間へ放出される段階に
は、検出レーザ光の出射口や溶接部位からの反射光の受
光口へのスパッタや溶接ヒュームの付着を防止して清浄
性を維持するので、上述した低温空気による巡回冷却と
相まって冷却能力の高い産業用ロボットの冷却装置を得
ることができる。

【００１３】しかも、低温空気も常設空冷回路の冷却空
気も圧縮空気を利用しているに過ぎず、しかも冷却作用
後は大気中への放出も可能であことから低コスト形の冷
却装置を提供することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づ
いて、更に詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に
係る自動溶接機、特に産業用溶接ロボットのレーザセン
サユニットを空冷する冷却装置を備えたレーザセンサ装
置を示す正面図、図２は図１の装置の２−２線による側
面図、図３は図１の装置の３−３線による平面図、図４
の（イ）、（ロ）は同冷却装置の遮熱ハウジングのヘッ
ド部分の構造を示す正面図と平面図、図５は、同冷却装
置の遮熱ハウジングの中間部分の構造を示す正面図と平
面図、図６は、レーザセンサユニットの常設空冷路を略
示、説明する正面図と側面図である。

【００１５】図１〜図３を参照すると、本発明に係る冷
却装置を備えたレーザセンサ装置は内部に溶接部位の測
距と溶接線の検出を行う検出本体部を構成するレーザセ
ンサユニット１０を内蔵している。また、同レーザセン
サユニット１０と隣接して溶接作用を行う溶接トーチ３
０が上下に貫通、配置されており、この溶接トーチ３０
自体はレーザセンサユニット１０の構成要素ではなく、
レーザセンサユニット１０による検出結果に基づいて同
トーチ３０の先端３０ａが、溶接ロボットの動作により
被溶接対象であるワークの溶接部位に対して適正な高さ
位置と、所定の溶接線に整合した姿勢、位置に位置決め
され、溶接アークを発してワークの溶接を行うようにな
っている。従って、溶接トーチ３０は図示されていない
取付ブラケットを介して溶接ロボットの手首先端に装着
されているものである。

【００１６】レーザセンサユニット１０は後述する遮熱
ハウジング２０によって周囲を包囲されている。この遮
熱ハウジング２０は、ワークの溶接部位で発生する溶接
熱がレーザセンサユニット１０に直接、伝達しないよう
にする熱遮蔽手段として形成され、金属板、好ましくは
ステンレス板の板金加工により形成された中空のハウジ
ング構造体を成している。そして、ハウジング内部のレ
ーザセンサユニット１０との間に、後述する低温空気流
が巡回、流動できるように、適正な空隙を形成してい
る。この遮熱ハウジング２０は先端側にハウジングヘッ
ド２１を有し、中間部分にはユニット本体を囲繞するハ
ウジング中間部２２を有している。

【００１７】上記ハウジングヘッド２１は溶接部位から
伝達する溶接熱を遮断して内部センサユニット１０への
熱伝達を防止し、かつ、溶接トーチ３０による溶接作用
時に周辺との干渉を回避するように、溶接トーチ３０の
溶接進行方向に対して両側面領域は切り落とした形状で
構成されている。また、同ハウジングヘッド２１には冷
却作用後の空気流を外部に放出する適宜の開口が具備さ
れている。

【００１８】また、ハウジング中間部２２は、その内部
に溶接トーチ３０とレーザセンサユニット１０とを相互
に隔絶して保持する保持部を有した箱体構造に形成さ
れ、その上方にはレーザセンサユニット１０を１つの回
転軸心回りに減速、回動させるセンサ回転機構（それ自
体は減速機構を含んだ周知の構造体であるので説明を省
略する）２３が具備され、該センサ回転機構２３は上部
の収納ケース２４内に収納された回転駆動モータ（図示
略）によって駆動され、同回転駆動モータは産業用溶接
ロボットのロボット制御装置に接続されて制御される。

【００１９】さて、本発明の実施例によれば、遮熱ハウ
ジング２０のハウジング中間部２２にはブラケット２５
が設けられ、このブラケット２５に冷却空気を作製する
冷却器本体２６が保持され、この冷却器本体２６は内部
に周知の熱交換用膨張弁を有した構造を有し、冷却され
た空気と熱交換により高温化した空気とに分離して高温
化した空気は該冷却器本体２６の一端に接続した排出管
路２８を経て消音器（サイレンサー）２７を経由した大
気中に排出される。他方、冷却器本体２６の他端から排
出される冷却空気がハウジング中間部２２内に導入され
て、冷却用空気流が形成される構成を有している。

【００２０】上記冷却器本体２６には、圧力空気源３１
から乾燥、除湿用の乾燥器３２、電磁弁から成る開閉弁
２９等を介して乾燥された圧縮空気が供給され、管路３
４ａを経て同冷却器本体２６に送入される。この圧縮空
気を断熱、膨張による熱交換を行って上述のように低温
化する。なお、電磁弁によって構成された開閉弁２９
は、例えば、ロボット制御装置からの制御信号により開
閉制御され、開弁時に、乾燥圧縮空気流を同冷却器本体
２６に送入する構成を有している。

【００２１】こうして冷却器本体２６によって低温化し
た乾燥空気流は遮熱ハウジング２０のハウジング中間部
２２の内部に流入し、内部のレーザセンサユニット１０
の周囲を巡回して冷却すると共に遮熱ハウジング２０を
内部から冷却して溶接熱の遮断で高温化する遮熱ハウジ
ング２０をも冷却する。なお、低温空気流は予め乾燥器
３２を経て除湿、乾燥されているため、内部に結露等を
生ずることはないのである。

【００２２】他方、開閉弁２９の前段部位には分岐点３
３が設けられ、この分岐点３３から分岐した管路３４
は、モータ収納ケース２４を通過してレーザセンサユニ
ット１０へ送られる。つまり、圧力空気源３１から乾燥
機３２を経由した圧縮空気が、開閉弁２９の開閉動作に
左右されることなく、常時、分岐管３４を経由してレー
ザセンサユニット１０へ導入される構成を有している。
この分岐管３４を経由した圧縮空気は、冷却器本体２６
を経由していないので、低温化されることはないが、常
温圧縮空気として遮熱ハウジング２０の内部のレーザセ
ンサユニット１０自体の内部に定常的に導入され、そこ
で、レーザセンサユニット１０が有する半導体レーザや
走査ミラーの回動用ガルバノメータ等の周囲を迂回する
ことより同レーザセンサユニット１０が検出レーザ光を
出射することに伴って発生する熱を奪熱する。奪熱後の
圧縮空気は更に、該レーザセンサユニット１０の検出レ
ーザ光の出射口や溶接部位で反射された検出レーザ光を
受光口部位を通過して出射口、受光口の両者を溶接スパ
ッタや溶接ヒュームによる汚染から防止するように空気
カーテンを形成しながら外部空間に放出される。

【００２３】ここで、図４（イ）、（ロ）を参照する
と、上述した遮熱ハウジング２０のハウジングヘッド２
１が図示されている。この図４の（イ）における４ー４
線から見た図が（ロ）であり、この両図から明らかなよ
うに、ハウジングヘッド２１は中心部に溶接トーチ３０
（図１参照）が通過する開口２１ａを有し、また、レー
ザ検出光における出射光と反射光とが通過すると共に冷
却作用後の冷却空気流が通過する開口２１ｂを有し、既
述のようにステンレス板材等の金属板材の板金加工品と
して形成されている。後者の開口２１ｂは、レーザ検出
光が溶接部位を走査する場合の走査作用を阻害しないよ
うに、長方形開口として形成され、また、両側面部には
傾斜面２１ｃ、２１ｃが形成されて溶接過程で溶接トー
チ３０（図１参照）が溶接線の追従時に傾けられた場合
にもハウジングヘッド２１が周囲と機械的干渉をしない
ように工夫されている。なお、ハウジングヘッド２１の
内部には溶接トーチ３０を保持するための保持板２１ｄ
が図４（イ）図の４−４線による図４（ロ）に明示する
ように溶接、固定されて設けられている。なお、このハ
ウジングヘッド２１は、レーザセンサユニット１０と共
に回転可能とするように、該レーザセンサユニット１０
の下端に適宜に止めネジ等の固定手段を用いて取着され
る。

【００２４】図５（イ）、（ロ）は、遮熱ハウジング２
０におけるハウジング中間部２２を図示している。この
ハウジング中間部２２は、レーザセンサユニット１０を
囲繞する囲繞壁をなし、上記のハウジングヘッド２１と
同様に、ステンレス板材等の金属材料によって一側が開
口した筒形中空構造体として形成されている。そしてこ
のハウジング中間部２２は、その内部に収納されるレー
ザセンサユニット１０の外周囲との間に低温空気流が巡
回、流動する冷却空間を形成するように設けられる。ま
た、側面外部には既述の溶接器本体２６を保持する板状
のブラケット２５が溶接等によって強固に取着され、低
温空気流を内部空間に導入する導入開口２５ａを有して
いる。なお、図５の（ロ）から明らかなように、ハウジ
ング中間部２２の一側の開口２２ａの部位は適宜のハウ
ジングカバー（図示なし）によって最終的には略、密閉
状態に閉鎖される。

【００２５】ハウジング中間部２２の上面に立設された
３つのブラケット板２２ｂは、既述したセンサ回転機構
２３との結合フランジとして設けられている。図６
（イ）、（ロ）は、上述した乾燥低温空気流とは別に図
１の分岐点３３から分岐されて管路３４、モータ収納ケ
ース２４を経て、レーザセンサユニット１０の内部に導
入される圧縮空気流の通過経路を略示したものである。
同６図において、（イ）図は（ロ）図の６−６線から見
た側面図である。

【００２６】さて、上述した遮熱ハウジング２０の内部
に囲繞、格納されるレーザセンサユニット１０は、半導
体レーザ１１、走査用の回転ミラー１２、同回転ミラー
１２に走査作用を付与するガルバノメータ１３、ライン
ＣＣＤ装置を内蔵した検出レーザ光の受光、検出装置１
４を備え、上端の開口１５から導入された圧縮空気流が
矢印で示すように、これらの内蔵検出要素１１〜１４を
経由して流動し、特に、半導体レーザ１１のレーザ光出
射に伴って発生する熱、ガルバノメータ１３のコイル線
からの発生熱を奪取して同半導体レーザ１１の出射能力
の低減やガルバノメータ１３の走査ミラーに対する回転
走査力の低減を防止し、更に、受光、検出装置の帯熱に
よる機能低下を防止する。また、これら要素に周辺から
及ぶ熱分を除去する作用を行うことは言うまでもない。

【００２７】このようにして冷却作用を行った圧縮空気
流は、レーザセンサユニット１０の内部から放出される
段階で、矢印で示すように検出レーザ光の出射口や反射
光の受光口の近傍にエアーカーテンを形成するように放
出され、従って、溶接ロボットに装着された溶接トーチ
３０による溶接作用中にレーザセンサユニット１０に向
けて飛散してくる溶接スパッタや溶接ヒュームにより、
出射口や受光口が汚染され、検出機能を低下を来す危惧
を解消するようにしている。

【００２８】

【発明の効果】以上、本発明を実施例に基づいて記載し
たが、本発明によれば、レーザセンサユニットの周囲を
低温空気の巡回空間を介して囲繞し、被溶接ワークの溶
接部位で発生した溶接熱が直接、レーザセンサユニット
に伝達することを遮断、防止する遮熱ハウジングを設
け、更に、予め除湿、乾燥させた圧縮空気を冷却器内部
で断熱膨張により低温空気とし、この低温乾燥空気流を
用いて上記遮熱ハウジングにより囲繞されたレーザセン
サユニットを周囲から冷却し、また、遮熱ハウジングを
内部から積極冷却する熱遮断と積極冷却との２つの熱対
策手段の組み合わせにより、自動溶接機械、特に、産業
用溶接ロボットのレーザセンサユニットを低コストで確
実に、溶接能率の低減をもたらすことなく冷却し得る冷
却装置を構成したものである。

【００２９】この結果、回転機構を内蔵したレーザセン
サユニットの冷却装置を空冷機構を基本とした簡単に機
構で冷却し、しかも、開閉弁の開閉により、効率の良い
冷却を実現可能としたことにより、長時間の連続溶接を
可能とする耐用寿命の長いレーザセンサユニットを提供
することが可能となった。故に、自動溶接装置、特に産
業用溶接ロボットに装着して用いるレーザセンサユニッ
トの長寿命化により、溶接ロボットによる溶接作業能率
の向上も達成できると言う効果を奏する。

【００３０】しかも、冷却媒体に空気を用いていること
から、低コスト形のレーザセンサユニット用冷却装置を
得ることが可能となった。更に、レーザセンサユニット
は常設的に設けられる乾燥圧縮空気により内部を冷却さ
れているため、上記の低温空気のよる周辺冷却と相まっ
て内部冷却も行われるので、レーザセンサユニットに温
度上昇を起こす要因が全て除去でき、従ってレーザセン
サユニットの熱に起因した機能低下を確実に防止できる
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る自動溶接機、特に産業用
溶接ロボットのレーザセンサユニットを空冷する冷却装
置を備えたレーザセンサ装置を示す正面図である。

【図２】図１の装置の２−２線による側面図である。

【図３】図１の装置の３−３線による平面図である。

【図４】（イ）、（ロ）は同冷却装置の遮熱ハウジング
のヘッド部分の構造を示す正面図と平面図である。

【図５】（イ）、（ロ）は、同冷却装置の遮熱ハウジン
グの中間部分の構造を示す正面図と平面図である。

【図６】（イ）、（ロ）は、レーザセンサユニットの常
設空冷路を略示、説明する正面図と側面図である。

【符号の説明】

１０…レーザセンサユニット ２０…遮熱ハウジング ２１…ハウジングヘッド ２２…ハウジング中間部 ２３…センサ回転機構 ２６…冷却器本体 ２７…消音器 ２８…排出管路 ２９…開閉弁 ３０…溶接トーチ ３１…圧縮空気源 ３２…乾燥器 ３３…分岐点 ３４…分岐管路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用溶接ロボットのレーザセンサユニ
   ットを冷却するための装置であって、 前記レーザセンサユニットを被溶接ワークからの溶接熱
   から熱遮断するように囲繞する中空遮熱ハウジングを設
   け、 前記中空遮熱ハウジングの一端から内部に導入され、該
   中空遮熱ハウジングとその内部の前記レーザセンサユニ
   ットとの間の空間領域を通過して前記中空遮熱ハウジン
   グの他の一端から流出する冷却空気流の巡回空冷路を設
   け、 前記巡回空冷路への前記冷却空気流の供給を制御弁の開
   閉制御により制御する制御機構を設けた、ことを特徴と
   する産業用溶接ロボットの冷却装置。
2. 【請求項２】 産業用溶接ロボットのレーザセンサユニ
   ットを冷却するための装置であって、 前記レーザセンサユニットを被溶接ワークからの溶接熱
   から熱遮断するように囲繞する中空遮熱ハウジングを設
   け、 前記中空遮熱ハウジングの一端から内部に要時に導入さ
   れ、該中空遮熱ハウジングとその内部の前記レーザセン
   サユニットとの間の空間領域を通過して前記中空遮熱ハ
   ウジングの他の一端から流出する冷却空気流の巡回空冷
   路を設け、 更に、前記中空遮熱ハウジングの冷却空気導入口の前段
   で、前記冷却空気流の一部を開放管路を介して常時、前
   記レーザセンサユニットの内部に導入して該レーザセン
   サユニットの発生熱を奪熱し、該ユニット下端から放出
   させる常設空冷路を設け、たことを特徴とする産業用溶
   接ロボットの冷却装置。