KR101478420B1 - 위치 결정 장치 및 가공 시스템과, 열간 가공 장치 - Google Patents

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미츠사토 하라
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가부시키가이샤 야스카와덴키
스미토모 고칸 가부시키가이샤
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

워크의 중량이 큰 경우에도 보다 저비용으로, 보다 공간 절약화함과 함께, 보다 정밀도 있게 워크를 위치 결정할 수 있도록 한, 위치 결정 장치 및 가공 시스템을 제공한다.
아암과 아암을 구동시키는 액츄에이터를 각각에 가지는 3대의 로봇 아암(1)~(3)과, 3대의 로봇 아암(1)~(3)의 각각의 선단부로 지지되는 재치대(5)와, 재치대(5)에 올려 놓아진 워크 W를 재치대(5)에 고정하기 위한 고정구(6)와, 각 액츄에이터 각각의 동작을 제어하는 컨트롤러(9)를 가지는 위치 결정 장치이다.

Description

위치 결정 장치 및 가공 시스템과, 열간 가공 장치{POSITIONING DEVICE, WORKING SYSTEM, AND HOT WORKING APPARATUS}
본 발명은, 보다 적은 비용으로, 또한, 보다 좁은 설치 범위에서 구성되는 위치 결정 장치 및 가공 시스템과, 열간 가공 장치에 관한 것이다.
피가공 워크(이하, 간단히 「워크」라고 한다.)를 유지하고, 가공 작업용의 로봇에 대해 워크의 위치나 자세를 최적화하기 위한 위치 결정 장치가, 로봇 등을 이용하여 조립이나 용접 등의 가공 작업을 행할 때에 이용되는 경우가 있다.
이 위치 결정 장치는, 워크의 다양한 개소에 대해 보다 작은 작업 스페이스 내에서 가공 작업용의 로봇을 이용하여 가공 작업을 행하는 것을 가능하게 한다.
로봇의 선단에서 워크를 유지하고, 가공 작업용의 로봇에 대해 워크를 위치 결정하면서 작업을 행하는 마스터/슬레이브형의 로봇 시스템이, 이 위치 결정 장치의 일례로서 실용되고 있다.
그런데, 워크의 중량이 큰 경우에는, 대형이며 고출력인 액츄에이터가 위치 결정 장치에 설치될 필요가 있어, 위치 결정 장치의 치수가 커진다.
이 때문에, 중량이 큰 워크를 복수의 로봇으로 유지하고, 복수의 로봇을 협조 제어함으로써 워크를 위치 결정하는 기술이 특허 문헌 1에 제안되고 있다. 복수의 로봇이 공동하여 1개의 워크를 유지하기 때문에, 각 로봇에 요구되는 출력의 저감이 가능해진다. 이 때문에, 위치 결정 장치가 높은 가반(可搬) 능력의 로봇을 단체로 이용하는 경우보다도, 저비용이며, 또한, 공간 절약화된다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허 공개 2007－160437호 공보
특허 문헌 1에 의해 개시되는 바와 같이, 복수의 로봇에 의해 워크를 지지하면, 기대되는 위치에 대해 각각의 로봇의 선단 위치의 오차가, 각 로봇의 기구적인 특성의 차이 등의 다양한 요인에 의해 생긴다. 이 오차를 완전하게 해소하는 것은 어렵다.
또, 각 로봇의 선단 위치의 오차가 생기면, 의도하지 않는 응력이 각 로봇으로 유지하는 워크에 작용하여, 불량품 발생의 한 요인이 되기도 한다.
본 발명의 목적은, 워크의 중량이 큰 경우에도, 종래보다도, 저비용, 공간절약 또한 고정밀도로, 워크를 위치 결정할 수 있는 위치 결정 장치 및 가공 시스템과, 이 위치 결정 장치를 이용한 열간 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관련된 위치 결정 장치는, 아암과 아암을 구동시키는 액츄에이터를 각각에 가지는 3대의 로봇 아암과, 3대의 로봇 아암의 각각의 선단부로 지지되는 재치대(載置臺)와, 재치대에 올려 놓아진 워크를 재치대에 고정하기 위한 고정구와, 액츄에이터 각각의 동작을 제어하는 컨트롤러를 가지는 것을 특징으로 한다.
3대의 로봇 아암은, 각각, 기대에 대해 제1 액츄에이터를 통하여 회전 가능하게 연결된 제1 구조재와, 제1 구조재에 대해 제2 액츄에이터를 통하여 선회 가능하게 연결된 제2 구조재와, 제2 구조재에 대해 제3 액츄에이터를 통하여 선회 가능하게 연결된 제3 구조재와, 제3 구조재에 적어도 1개의 회전 베어링을 통하여 연결되어 재치대에 고정되는 연결 부재를 가지는 것이 바람직하다.
또, 액츄에이터는 컨트롤러로부터의 위치 지령에 기초하여 구동하는 서보모터를 가지고 구성되며, 컨트롤러는 하기 회전 허용 기능을 가지는 것이 바람직하다.
회전 허용 기능: 3대의 로봇 아암 중 적어도 1대의 액츄에이터에 미리 교시된 부하량 이상의 부하가 가해질 때는, 위치 지령에 상관없이, 서보모터의 회전을 허용함으로써 액츄에이터의 과부하를 방지하는 기능.
3대의 로봇 아암 중의 1대의 로봇 아암이, 그 밖의 로봇 아암에 대해 거울상 관계가 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 「거울상 관계가 된다」란, 3대의 로봇 아암 중 1대의 로봇 아암의 제1 구조재 및 제2 구조재의 형상이, 다른 2대의 로봇 아암의 제1 구조재 및 제2 구조재의 형상을 좌우 반전시킨 형상이며, 요컨데, 1대의 로봇 아암의 제1 구조재 및 제2 구조재의 형상이, 다른 2대의 로봇 아암의 제1 구조재 및 제2 구조재의 형상과, 「오른손」과 「왼손」의 형상의 관계에 있다. 또한 바꾸어 말하면, 3대의 로봇 아암 중 1대의 로봇 아암의 형상은 다른 2대의 로봇 아암을 거울에 비추었을 때의 형상이 된다.
예를 들면, 후술하는 도 1에서는, 왼쪽 아래의 제3 로봇 아암(3) 만이, 제1 구조재(11)의 우측에 제2 구조재(12)가 연결되는데 반해, 제1 로봇 아암(1) 및 제2 로봇 아암(2)은, 모두, 제1 구조재(11)의 좌측에 제2 구조재(12)가 연결된다. 이와 같이, 제1 로봇 아암(1)~제3 로봇 아암(3) 중 제3 로봇 아암(3)의 제1 구조재(11) 및 제2 구조재(12)의 형상이, 제1 로봇 아암(1) 및 제2 로봇 아암(2)의 제1 구조재(11) 및 제2 구조재(12)의 형상을 좌우 반전시킨 형상인 것에 의해, 제3 로봇 아암(3)이 제1 로봇 아암(1) 및 제2 로봇 아암(2)과 접촉하지 않는 범위를 크게 확보할 수 있어, 재치대(5)의 동작 범위를 크게 확보할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 가공 시스템은, 상기 서술한 본 발명에 관련된 위치 결정 장치와, 위치 결정 장치에 의해 위치 결정된 워크에 대해 가공 작업을 행하는 가공기를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 장척의 소재의 축방향으로 이동하는 고온부를 부분적으로 형성하기 위한 고온부 형성 기구와, 이 고온부를 경계로 하여 소재의 한쪽의 단부측을 지지하면서 이동하는 가동 롤러 다이스와, 가동 롤러 다이스를 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동 가능하게 지지하는 상기의 본 발명에 관련된 위치 결정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 열간 가공 장치이다.
본 발명에 의하면, 3대의 로봇 아암으로 워크를 분담하여 안정적으로 지지하기 때문에, 위치 결정을 행하는 워크의 중량이 큰 경우여도, 각 로봇 아암의 액츄에이터로서 보다 소형인 것을 이용할 수 있게 되어, 장치를 보다 저비용화 및 공간 절약화할 수 있음과 함께, 3대의 로봇 아암이 재치대를 통하여 워크를 위치 결정하기 때문에, 각 로봇 아암의 위치에 오차가 생긴 경우에도 재치대가 각 로봇 아암의 위치 오차에 기인하는 응력을 흡수하여, 워크에 과잉한 응력이 가해지는 것을 방지하여 보다 높은 정밀도로 워크의 위치 결정을 행할 수 있다.
이 때문에, 본 발명에 관련된 열간 가공 장치에 의하면, 가급적 간편하고 또한 염가의 위치 결정 장치에 의해, 후술하는 가동 롤러 다이스를 높은 위치 결정 정밀도로 위치 결정하면서, 넓은 동작 범위에서 위치 결정할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 휨 가공 부재나 전단 가공 부재를 높은 치수 정밀도로, 염가로 또한 적은 설치 스페이스에서 확실히 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 가공 시스템의 전체 구성을 모식적으로 나타낸 상면도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 위치 결정 장치를 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 위치 결정 장치를 일부 생략하고, 일부 투시하여 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 컨트롤러의 기능 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 5는, 국제 공개 제2006/093006호 팜플렛에 의해 개시된 열간 가공 장치를 간편하게 나타낸 설명도이다.
[실시 형태 1]
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태를 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 가공 시스템(100)은, 제1 로봇 아암(1), 제2 로봇 아암(2), 제3 로봇 아암(3)의 3대의 로봇 아암과, 기대(4)와, 재치대(5)와, 고정구(6)와, 2대의 가공용 매니퓰레이터(7, 8)(가공기)와, 컨트롤러(9)를 가진다.
2대의 가공용 매니퓰레이터(7, 8)는, 모두 수직 다관절 로봇이다. 가공용 매니퓰레이터(7, 8)는, 그 선단부에 설치된 엔드 이펙터(도시 생략)를 이용하여, 재치대(5)에 고정된 워크 W에 대해, 협조하여 가공 작업(용접, 볼트 조임, 또는 조립 등)을 행한다.
기대(4)는, 평면에서 보았을 때 대략 삼각 형상(혹은 사다리꼴 형상)으로 형성되어, 플로어 등의 설치면에 고정된다. 제1 로봇 아암(1), 제2 로봇 아암(2) 및 제3 로봇 아암(3)은, 각각, 대략 삼각 형상의 기대(4)의 3개의 정점 부근에 설치된다.
재치대(5)는 금속판으로 형성된다. 재치대(5)는, 후술하는 바와 같이, 제1~3 로봇 아암(1~3)의 선단 부재인 연결 부재(16)에 의해, 하방으로부터 지지된다.
워크 W는, 재치대(5)의 상면에 설치된 고정구(6)에 의해 재치대(5)에 고정된다. 고정구(6)는, 워크 W를 재치대(5)에 고정 가능한 것이면 되며, 특정의 고정구로는 한정되지 않는다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 로봇 아암(1), 제2 로봇 아암(2) 및 제3 로봇 아암(3)은, 모두, 제1 구조재(아암)(11), 제2 구조재(아암)(12), 제3 구조재(아암)(13), 제4 구조재(14), 제5 구조재(15), 연결 부재(16), 제1 회전 베어링(14A), 제2 회전 베어링(15A) 및 제3 회전 베어링(16A)을 구비한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 로봇 아암(1), 제2 로봇 아암(2) 및 제3 로봇 아암(3)은, 모두, 3개의 액츄에이터(21~23)를 내장한다. 각 액츄에이터(21~23)는, 중앙부에 케이블을 삽입 통과 가능한 중공부를 가지는 감속기 일체형의 서보모터에 의해 구성된다. 각 액츄에이터(21~23)는, 각각 케이블(도시 생략)을 통하여 컨트롤러(9)에 접속된다.
제4 구조재(14), 제5 구조재(15)는, 반드시 설치할 필요가 있는 것은 아니며, 제3 구조재(13)가 연결 부재(16)에 직접 접속되어도 된다.
또한, 도 3에서는, 제1 로봇 아암(1)에 대해서만 액츄에이터(21~23)를 나타내고, 제2 로봇 아암(2), 제3 로봇 아암(3)에 대해서 액츄에이터(21~23)는 생략하고 있지만, 제2 로봇 아암(2), 제3 로봇 아암(3) 어느 것에도, 제1 로봇 아암(1)과 동일하게 액츄에이터(21~23)가 내장되어 있다.
제1 로봇 아암(1), 제2 로봇 아암(2), 제3 로봇 아암(3)은, 후술하는 바와 같이 제3 로봇 아암(3)이, 제1 로봇 아암(1) 및 제2 로봇 아암(2)에 대해 거울상 관계가 되도록 구성되어 있는 것을 제외하고 동일하게 구성된다. 이후, 제1 로봇 아암(1)의 구성에 대해서만 상세하게 설명한다. 또한, 각 로봇 아암(1~3)의 기대(4)측을 「기단측」이라고 칭하고, 각 로봇 아암(1~3)의 재치대(5)측을 「선단측」이라고 칭한다.
제1 구조재(11)는, 기대(4)의 상면에 액츄에이터(21)를 통하여, 상방으로 연장되어 설치된다. 제1 구조재(11)의 연장 방향의 축은, 액츄에이터(21)의 구동에 의해 기대(4)에 대해 회전한다(이른바 회전축이다). 제1 구조재(11)의 선단측은, 액츄에이터(22)를 통하여 제2 구조재(12)에 연결된다. 액츄에이터(22)는 이른바 선회축이며, 액츄에이터(22)의 구동에 의해, 제2 구조재(12)가 제1 구조재(11)에 대해 선회한다.
제2 구조재(12)의 선단측은, 액츄에이터(23)를 통하여 제3 구조재(13)에 연결된다. 액츄에이터(23)도 선회축이며, 액츄에이터(23)의 구동에 의해, 제3 구조재(13)가 제2 구조재(12)에 대해 선회한다.
제3 구조재의 선단측은, 제1 회전 베어링(14A)을 통하여 제4 구조재(14)에 연결된다. 제1 회전 베어링(14A)은, 이른바 회전축 방향의 회전을 허용하는 것이며, 제1 회전 베어링(14A)의 회전에 의해, 제4 구조재(14)가 제3 구조재(13)에 대해, 제3 구조재(13)의 연장 방향을 대략 따르는 축을 중심으로 회전한다.
제4 구조재(14)의 선단측은, 양쪽으로 분기하고 있으며, 각각 양단에 제2 회전 베어링(15A)을 통하여 제5 구조재(15)를 회전 가능하게 지지한다. 그리고, 제5 구조재(15)는 제3 회전 베어링(16A)을 통하여 연결 부재(16)에 연결된다. 또한, 제2 회전 베어링(15A)의 회전축과 제3 회전 베어링(16A)의 회전축은 서로 직교하고 있으며, 제2 회전 베어링(15A)은 선회축으로서 회전을 허용하고, 제3 회전 베어링(16A)은 회전축으로서 회전을 허용한다. 연결 부재(16)는, 재치대(5)의 하면에 볼트 등에 의해 고정된다.
또한, 도 1~도 3에 나타낸 바와 같이, 제3 로봇 아암(3)의 제1 구조재(11) 및 제2 구조재(12)의 형상은, 제1 로봇 아암(1) 및 제2 로봇 아암(2) 각각의 제1 구조재(11) 및 제2 구조재(12)의 형상에 대해 좌우 대칭 형상이 되도록 형성된다. 제1 로봇 아암(1) 및 제2 로봇 아암(2)을 예를 들면 「왼손계」로 하면, 제3 로봇 아암(3)이 「오른손계」가 되도록, 거울상 관계가 되어 있다.
컨트롤러(9)는, 기억장치, 전자 연산기 및 입력장치(모두 도시 생략)를 가지는 컴퓨터에 의해 구성된다. 컨트롤러(9)는, 제1~제3 로봇 아암(1~3) 및 2대의 가공용 매니퓰레이터(7, 8)에 설치된 액츄에이터와 케이블에 의해 접속된다. 컨트롤러(9)는 각 액츄에이터에 대해 데이터 통신 가능하다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(9)는, 기능 구성으로서 서보 제어부(31), 회전 허용 제어부(회전 허용 기능)(32) 및 교시 동작 기억부(33)를 가진다.
교시 동작 기억부(33)에는, 도시를 생략한 입력장치에 의해 미리 입력된 교시 데이터(제1~제3 로봇 아암(1~3) 및 2대의 가공용 매니퓰레이터(7, 8) 각각의 동작 경로를 나타낸 위치 데이터의 집합)가 입력되어 있다.
서보 제어부(31)는, 교시 동작 기억부(33)에 기억된 교시 데이터와, 각 액츄에이터의 서보모터로부터 입력되는 위치 신호 및 전류 신호에 기초하여, 위치 피드백 루프, 속도 피드백 루프, 전류 피드백 루프(토크 루프)를 가지는 피드백 제어를 행하여, 각 액츄에이터의 서보모터에 연산 주기마다 위치 지령을 송출한다.
회전 허용 제어부(32)는, 제1~제3 로봇 아암(1~3)의 자세 정보(각각의 액츄에이터의 위치 정보)에 기초하여 제1~제3 로봇 아암(1~3) 중 하나를 선택하고, 선택된 제1~제3 로봇 아암(1~3)의 각 액츄에이터의 서보모터로부터 입력되는 전류 신호(토크 정보 즉 부하량)가 미리 설정된 값보다도 큰 경우에는, 서보 제어부(31)로부터의 출력값에 상관없이, 각 액츄에이터의 서보모터에 대한 지령 전류값을 제한하고, 서보모터의 회전을 허용함으로써 선택된 제1~제3 로봇 아암(1~3)의 각 액츄에이터의 과부하를 방지하는 회전 허용 기능을 가진다.
가공 시스템(100)은, 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 위치 결정을 행하는 워크(3)의 중량이 큰 경우여도, 제1~제3 로봇 아암(1~3)으로 분담하여 지지함으로써 각 로봇 아암의 액츄에이터로서 보다 소형이고 또한 소출력의 것을 이용해도, 충분히 워크 W의 위치 결정이 가능해진다.
이것에 의해, 제1~제3 로봇 아암(1~3)을 보다 저비용으로 소형화할 수 있다. 또, 제1~제3 로봇 아암(1~3)으로 직접 워크 W를 유지하지 않고, 재치대(5) 및 고정구(6)를 통하여 워크 W를 위치 결정하기 때문에, 각 로봇 아암(1~3)의 연결 부재(16)의 위치 등에 오차(혹은 공차)가 생긴 경우여도, 소규모의 오차이면, 재치대(5) 자체의 변형이나 제1 회전 베어링(14A), 제2 회전 베어링(15A) 및 제3 회전 베어링(16A)의 각 로봇 아암(1~3)의 선단측의 각각 3자유도의 회전 방향을 허용함으로써, 어떠한 방향에 대한 위치의 오차량을 어느 정도 흡수할 수 있으므로, 워크 W에 위치 오차에 기인하는 응력이 가해지는 것을 큰폭으로 억제할 수 있다.
또, 각 로봇 아암(1~3)의 연결 부재(16)의 위치의 오차가 비교적 큰 경우여도, 회전 허용 제어부(32)가, 각 로봇 아암(1~3) 각각의 자세에 따라 선택한 로봇 아암(1~3)의 각 액츄에이터에 관련된 부하, 미리 교시된 부하량 이상의 부하가 가해졌을 때에는, 위치 지령에 상관없이, 서보모터의 회전을 허용하므로, 재치대(5)나 각 로봇 아암(1~3)에 과대한 부하가 걸리는 것이 방지되어, 재치대(5)의 과도한 변형이나 이에 따른 워크 W에 대한 응력 부하 등을 억제할 수 있어, 보다 정밀도 있게 워크 W를 위치 결정할 수 있다. 또, 각 로봇 아암(1~3)에 대한 과대한 부하를 방지할 수 있으므로, 각 로봇 아암(1~3)에 대한 예기치 않은 부담을 회피할 수 있다.
재치대(5) 및 워크 W를 3대의 로봇 아암(1~3)으로 지지하므로, 회전 허용 제어부(32)에 의해 1대의 로봇 아암의 출력이 제한된 경우여도, 남는 2대의 로봇 아암에 의해 워크 W를 충분히 지지할 수 있다.
또, 제1~제3 로봇 아암(1~3)은 모두 3자유도를 가지므로, 예를 들면, 직동식의 패러렐 링크 기구 등과 비교하면, 재치대(5)의 가동 범위를 크게 확보할 수 있다.
또한, 각 로봇 아암(1~3)의 제1 구조재(11)가 삼각 형상의 기대(4)의 3개의 정점 근방에 설치됨과 함께, 로봇 아암(1, 2)과 로봇 아암(3)이 거울상 관계가 되도록 형성되므로, 각 로봇 아암(1~3)을 접어 재치대(5)를 기대(4)의 근방까지 내릴 때에, 기대(4)의 삼각 형상의 변을 따라 제1 구조재(11) 및 제2 구조재(12)가 위치하게 되어, 각 로봇 아암(1~3) 끼리의 간섭을 회피할 수 있음과 함께, 각 로봇 아암(1~3)의 외측에 대한 풋프린트를 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명에 관련된 위치 결정 장치는 이 실시의 형태의 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변형하여 적용 가능하다.
예를 들면, 상기 서술한 실시의 형태에서는, 제1~3 로봇 아암 및 가공용 매니퓰레이터를 일체의 컨트롤러로 제어하는 것으로서 설명했지만, 컨트롤러는 적절히 별체로서 구성해도 된다. 또, 예를 들면, 서보 제어 만을 별체의 컨트롤러로 제어하는 등, 하나의 로봇 아암을 복수체의 컨트롤러로 제어하도록 구성해도 된다.
[실시 형태 2]
도 5는, 국제 공개 제2006/093006호 팜플렛에 의해 개시된 열간 가공 장치(40)를 간편하게 나타낸 설명도이다.
실시 형태 2에서는, 열간 가공 장치(40)의 가동 롤러 다이스(44)를, 실시 형태 1의 위치 결정 장치에 의해, 설치 위치를 가변으로 지지한다. 그렇기 때문에, 먼저 열간 가공 장치(40)를 간단히 설명한다.
열간 가공 장치(40)는, 지지 기구(42)에 의해 그 축방향으로 이동 가능하게 지지되는 강관(41)을, 상류측으로부터 하류측을 향해, 예를 들면 볼 나사를 이용한 이송 기구(43)에 의해 이송한다. 그리고, 지지 기구(42)의 하류에서 가열 기구(유도 가열 코일)(45)에 의해 강관(41)을 부분적으로 담금질이 가능한 온도역(Ac3점 이상)으로 급속히 가열함과 함께, 가열 기구(45)의 하류에 배치되는 수냉 장치(46)로부터 강관(41)에 냉각수를 뿜어내어 강관(41)을 급냉함으로써, 유도 가열 코일(45)에 의한 강관(41)의 가열 위치와 냉각수를 강관(41)에 대해 뿜어내는 위치 사이에, Ac3점 이상의 온도의 고온부(41a)를 형성한다. 또한, 강관(41)을 이송하면서 지지 가능한 롤 쌍(44a)을 적어도 1세트 가지는 가동 롤러 다이스(44)의 위치를 이차원 또는 삼차원으로 변경함으로써 강관(41)의 고온부(41a)에 휨 모멘트 또는 전단 모멘트를 부여한다. 이와 같이 하여, 열간 가공 장치(40)는, 휨 가공 부재 또는 전단 가공 부재(48)를 제조한다.
즉, 열간 가공 장치(40)는, 장척의 소재인 강관(41)의 축방향으로 이동하는 고온부(41a)를 부분적으로 형성하기 위한, 지지 기구(42), 이송 기구(43), 가열 기구(45) 및 수냉 기구(46)로 이루어지는 고온부 형성 기구(47)와, 고온부(41a)를 경계로 하여 강관(41)의 한쪽의 단부측을 지지하면서 이동하는 가동 롤러 다이스(44)와, 가동 롤러 다이스(44)를 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동 가능하게 지지하는 실시 형태 1의 위치 결정 장치를 구비한다. 예를 들면, 가동 롤러 다이스(44)의 케이싱(도시하지 않음)을, 실시 형태 1의 위치 결정 장치의 재치대(5)의 상면에 탑재하고, 적절한 고정구(6)에 의해 소정의 위치에 고정 설치하면 된다.
또한, 고온부(41a)를 경계로 하여 강관(41)의 다른쪽의 단부측에 배치되는 이송 기구(43)로서, 예를 들면 볼 나사를 이용한 주지 관용의 이송 장치나 산업용 로봇을 이용하는 것이 예시된다. 또, 실시의 형태 1에 의해 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동 가능하게 지지되는 가동 롤러 다이스(44)는, 그 이동 형태에 따라, 강관(41)의 고온부(41a)에 휨 모멘트나 전단 모멘트를 줄 수 있으며, 이것에 의해, 강관(41)에 휨 가공이나 전단 가공을 행할 수 있다.
열간 가공 장치(40)는, 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 강관(41)의 중량이 큰 경우여도, 제1~제3 로봇 아암(1~3)으로 분담하여 지지함으로써 각 로봇 아암의 액츄에이터로서 보다 소형이고 또한 소출력의 것을 이용해도, 충분히 강관(41)의 위치 결정이 가능해진다.
이것에 의해, 제1~제3 로봇 아암(1~3)을 보다 저비용으로 소형화할 수 있다. 또, 제1~제3 로봇 아암(1~3)으로 가동 롤러 다이스(44)를 유지하지 않고, 재치대(5) 및 고정구(6)를 통하여, 가동 롤러 다이스(44)를 위치 결정하기 때문에, 각 로봇 아암(1~3)의 연결 부재(16)의 위치 등에 오차(혹은 공차)가 생긴 경우여도, 소규모의 오차이면, 재치대(5) 자체의 변형이나 제1 회전 베어링(14A), 제2 회전 베어링(15A) 및 제3 회전 베어링(16A)의 각 로봇 아암(1~3)의 선단측의 각각 3자유도의 회전 방향을 허용함으로써, 어떠한 방향에 대한 위치의 오차량을 어느 정도 흡수할 수 있으므로, 가동 롤러 다이스(44)에 위치 오차에 기인하는 응력이 가해지는 것을 큰폭으로 억제할 수 있다.
또, 각 로봇 아암(1~3)의 연결 부재(16)의 위치의 오차가 비교적 큰 경우여도, 회전 허용 제어부(32)가, 각 로봇 아암(1~3) 각각의 자세에 따라 선택한 로봇 아암(1~3)의 각 액츄에이터에 관련된 부하, 미리 교시된 부하량 이상의 부하가 가해졌을 때에는, 위치 지령에 상관없이, 서보모터의 회전을 허용하므로, 재치대(5)나 각 로봇 아암(1~3)에 과대한 부하가 걸리는 것이 방지되어, 재치대(5)의 과도한 변형이나 이에 따른 가동 롤러 다이스(44)에 대한 응력 부하 등을 억제할 수 있어, 보다 정밀도 있게 가동 롤러 다이스(44)를 위치 결정할 수 있다. 또, 각 로봇 아암(1~3)에 대한 과대한 부하를 방지할 수 있으므로, 각 로봇 아암(1~3)에 대한 예기치 않은 부담을 회피할 수 있다.
재치대(5) 및 가동 롤러 다이스(44)를 3대의 로봇 아암(1~3)으로 지지하므로, 회전 허용 제어부(32)에 의해 1대의 로봇 아암의 출력이 제한된 경우여도, 남는 2대의 로봇 아암에 의해 가동 롤러 다이스(44)를 충분히 지지할 수 있다.
또, 제1~제3 로봇 아암(1~3)은 모두 3자유도를 가지므로, 예를 들면, 직동식의 패러렐 링크 기구 등과 비교하면, 재치대(5)의 가동 범위를 크게 확보할 수 있다.
또한, 각 로봇 아암(1~3)의 제1 구조재(11)가 삼각 형상의 기대(4)의 3개의 정점 근방에 설치됨과 함께, 로봇 아암(1, 2)과 로봇 아암(3)이 거울상 관계가 되도록 형성되므로, 각 로봇 아암(1~3)을 접어 재치대(5)를 기대(4)의 근방까지 내릴 때에, 기대(4)의 삼각 형상의 변을 따라 제1 구조재(11) 및 제2 구조재(12)가 위치하게 되어, 각 로봇 아암(1~3) 끼리의 간섭을 회피할 수 있음과 함께, 각 로봇 아암(1~3)의 외측에 대한 풋프린트를 저감할 수 있다.
이와 같이 하여, 열간 가공 장치(40)에 의하면, 가급적 간편하고 또한 염가의 위치 결정 장치에 의해 가동 롤러 다이스(44)를 높은 위치 결정 정밀도로 위치 결정하면서, 넓은 동작 범위에서 위치 결정할 수 있으므로, 휨 가공 부재 또는 전단 가공 부재(48)를 높은 치수 정밀도로, 염가로 또한 적은 설치 스페이스에서 확실히 제조할 수 있다.
또한, 강관(41)에 있어서의, 가동 롤러 다이스(44)를 뺀 부분(이하, 「선단측 부분」이라고 한다)의 중량은 가공의 진전에 수반하여 증가하는 것에 기인하여, 강관(41)의 고온부(41a)에 휨 모멘트가 작용하여 열간 가공 후의 강관(41)이 변형되고, 휨 가공 부재 또는 전단 가공 부재(48)의 치수 정밀도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 선단측 부분을 적절한 수단(이하, 「변형 억제 부재」라고 한다)에 의해 지지함으로써 고온부(41a)에 휨 모멘트가 작용하는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이러한 변형 억제 부재는, 특정의 부재에 한정되는 것은 아니며, 강관(41)의 변형을 억제할 수 있는 부재이면 어떤 부재여도 되며, 예를 들면 적절한 지지대나 지지 부재를 이용하면 되지만, 특히, 소정의 공간 내를 이동 가능하게 설치되어, 강관(41)의 선단측 부분을 지지하는 범용의 산업용 다관절 로봇을 이용하는 것이 바람직하다.
1 제1 로봇 아암 2 제2 로봇 아암
3 제3 로봇 아암 4 기대
5 재치대 6 고정구
7, 8 가공용 매니퓰레이터(가공기) 9 컨트롤러
11 제1 구조재 12 제2 구조재
13 제3 구조재 14 제4 구조재
14A 제1 회전 베어링(회전 베어링) 15 제5 구조재
15A 제2 회전 베어링(회전 베어링) 16 연결 부재
16A 제3 회전 베어링(회전 베어링) 21~23 액츄에이터
31 서보 제어부
32 회전 허용 제어부(회전 허용 기능)
33 교시 동작 기억부 40 열간 가공 장치
41 강관 41a 고온부
42 지지 기구 43 이송 기구
44 가동 롤러 다이스 45 가열 기구(유도 가열 코일)
46 수냉 장치 47 고온부 형성 기구
48 휨 가공 부재 또는 전단 가공 부재
100 가공 시스템

Claims (8)

  1. 아암과 상기 아암을 구동시키는 액츄에이터를 각각에 가지는 3대의 로봇 아암과,
    상기 3대의 로봇 아암의 각각의 선단부로 지지되는 재치대(載置臺)와,
    상기 재치대에 올려 놓아진 워크를 상기 재치대에 고정하기 위한 고정구와,
    상기 액츄에이터 각각의 동작을 제어하는 컨트롤러를 가지고,
    상기 3대의 로봇 아암은, 각각,
    기대에 대해 제1 액츄에이터를 통하여 회전 가능하게 연결된 제1 구조재와,
    상기 제1 구조재에 대해 제2 액츄에이터를 통하여 선회 가능하게 연결된 제2 구조재와,
    상기 제2 구조재에 대해 제3 액츄에이터를 통하여 선회 가능하게 연결된 제3 구조재와,
    상기 제3 구조재에 적어도 1개의 회전 베어링을 통하여 연결되어 상기 재치대에 고정되는 연결 부재를 가지며,
    상기 3대의 로봇 아암 중 1대의 로봇 아암의 제1 구조재 및 제2 구조재의 형상이, 다른 2대의 로봇 아암의 제1 구조재 및 제2 구조재의 형상을 좌우 반전시킨 형상인 거울상 관계가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액츄에이터는, 상기 컨트롤러로부터의 위치 지령에 기초하여 구동하는 서보모터를 가지고 구성되며,
    상기 컨트롤러는,
    상기 3대의 로봇 아암 중 적어도 1대의 상기 액츄에이터에 미리 교시된 부하량 이상의 부하가 가해질 때는, 상기 위치 지령에 상관없이, 상기 서보모터의 회전을 허용함으로써 상기 액츄에이터의 과부하를 방지하는 회전 허용 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 구조재의 선단측은, 회전축 방향의 회전을 허용하는 제1 회전 베어링을 통하여, 제3 구조재에 대해, 제3 구조재의 연장 방향을 따르는 축을 중심으로 회전하는 제4 구조재에 연결되는, 위치 결정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제4 구조재의 선단측은, 양쪽으로 분기하고 있으며, 분기한 각각의 양단에 제2 회전 베어링을 통하여, 제5 구조재를 회전 가능하게 지지하는, 위치 결정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제5 구조재는 제3 회전 베어링을 통하여 상기 연결부재에 연결되는, 위치 결정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 회전 베어링의 회전축과 제3 회전 베어링의 회전축은 서로 직교하며, 제2 회전 베어링은 선회축으로서 회전을 허용하고, 제3 회전 베어링은 회전축으로서 회전을 허용하는, 위치 결정 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 기재된 위치 결정 장치와,
    상기 위치 결정 장치에 의해 위치 결정된 워크에 대해 가공 작업을 행하는 가공기를 가지는 것을 특징으로 하는, 가공 시스템.
  8. 장척의 소재의 축방향으로 이동하는 고온부를 부분적으로 형성하기 위한 고온부 형성 기구와, 상기 고온부를 경계로 하여 상기 소재의 한쪽의 단부측을 지지하면서 이동하는 가동 롤러 다이스와, 상기 가동 롤러 다이스를 이차원 또는 삼차원의 방향으로 이동 가능하게 지지하는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 기재된 위치 결정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열간 가공 장치.
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