JP2017170540A - 倣い装置 - Google Patents

Abstract

【課題】倣い精度を向上させて精度の高い作業を実現できる倣い装置を提供する。【解決手段】被対象物の作業位置に沿って作業部２０を倣い移動させる装置１であって、作業部が設けられたアーム部２と、アーム部２における作業部近傍に設けられた、作業位置を検出するセンサ部５と、作業部２０をアーム部２に対して移動可能に保持する位置調整部１０と、を備えており、位置調整部１０は、直交する３方向に沿って作業部２０を移動させるものである。センサ部５からの信号に基づいてアーム部２を移動させれば、被対象物の作業位置に沿って作業部１０を倣い移動させることができる。そして、アーム部２の振動等により作業部と作業位置の位置がずれても、位置調整部１０によって位置のズレを修正できる。したがって、作業部を作業位置に対して精度よく位置合わせできるので、高精度の倣い作業を実施することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、倣い装置に関する。さらに詳しくは、溶接や切断等の作業において、作業対象に沿って作業を実施できるように作業器を移動させる倣い装置に関する。

ロボットによる溶接工程の自動化は、重機や自動車等の生産現場において採用されており、生産性の向上や溶接品質の均一化の実現に寄与している。かかるロボットによる溶接では、例えば、多自由度ロボットアームの先端に溶接器具が設けられており、多自由度ロボットアームを稼働して溶接器具を溶接位置に配置して溶接作業が実施される。

かかるロボットにより板材等を溶接する場合には、溶接する個所（溶接ライン）に沿って溶接器具を移動させることになる。通常は、溶接作業の前に溶接ラインをロボットに記憶させておき、その記憶されている溶接ラインに沿って溶接器具を移動させて溶接が実施される。

例えば、特許文献１の技術では、アームに設けられたレーザーセンサによって溶接位置を検出して溶接に適したトーチと溶接位置との位置関係を記憶させておく。そして、実際の溶接の際には、レーザーセンサによって測定される溶接位置に基づいてトーチと溶接位置との位置関係を算出し、算出された位置関係と記憶されている位置関係が一致するようにアームを作動させるようになっている。

特開平９−７６０６５号公報

アームが十分な剛性を発揮する条件でアームを移動させるのであれば、上述したような方法でも、算出された位置関係と記憶されている位置関係をある程度精度よく合わせることができると考えられる。
しかし、長尺なアームを使用した場合や、溶接位置がアームの基端から離れた位置になった場合等には、アームのしなりや振動等の影響により、トーチを溶接位置に対して所定の位置関係になるように配置できない可能性がある。つまり、溶接位置に対するトーチの倣い精度が低下してしまう可能性がある。すると、所定の位置を溶接できない、また、溶接の品質が低下する等の問題が生じる可能性がある。

本発明は上記事情に鑑み、倣い精度を向上させて精度の高い作業を実現できる倣い装置を提供することを目的とする。

第１発明の倣い装置は、被対象物の作業位置に沿って作業部を倣い移動させる装置であって、前記作業部が設けられたアーム部と、該アーム部における前記作業部近傍に設けられた、前記作業位置を検出するセンサ部と、前記作業部を前記アーム部に対して移動可能に保持する位置調整部と、を備えており、該位置調整部は、直交する３方向に沿って前記作業部を移動させるものであることを特徴とする。
第２発明の倣い装置は、第１発明において、前記位置調整部が、ＸＹＺ軸スライドテーブルであることを特徴とする。
第３発明の倣い装置は、第１または第２発明において、前記作業部が、レーザー溶接装置またはレーザーハイブリッド溶接装置であることを特徴とする。

第１発明によれば、センサ部からの信号に基づいてアーム部を移動させれば、被対象物の作業位置に沿って作業部を倣い移動させることができる。しかも、位置調整部によって作業位置に対する作業部の位置を微調整することができる。すると、アーム部の振動等により作業部と作業位置の位置がずれても、位置調整部によって位置のズレを修正できる。したがって、作業位置に対して作業部を精度よく位置合わせできるので、高精度の倣い作業を実施することができる。
第２発明によれば、作業部を安定して移動できるので、作業部の位置決め精度を高めることができる。
第３発明は、より精度の高い溶接を実現できる。また、溶接線倣い位置ずれによる溶け落ち、溶け込み不足などを解消できる。

本実施形態の倣い装置１の概略説明図であって、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。 本実施形態の倣い装置１の概略ブロック図である。

本発明の倣い装置は、作業対象に沿って作業を実施する倣い装置であって、高精度で倣い作業を実施できるようにしたことに特徴を有している。

本発明の倣い装置は、作業対象に沿って作業を実施する種々の倣い作業に適用することができる。例えば、レーザー溶接やレーザーハイブリッド溶接等の溶接や切断等の作業を挙げることができる。以下では、作業対象の溶接ライン（例えば、鋼板を突き合わせた部分）をレーザー溶接する場合を代表として説明する。

（本実施形態の倣い装置１）
図１において、符号ＳＰ１,ＳＰ２は、本実施形態の倣い装置１によって溶接される一対の鋼板を示している。この一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２の端面を突き合わせた部分が、本実施形態の倣い装置１によって溶接される溶接ラインＷＬになる。

本実施形態の倣い装置１は、上述したように、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２の溶接ラインＷＬに沿って溶接部２０を移動させながら、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２を溶接することができるものである。なお、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２が特許請求の範囲にいう作業対象に相当し、溶接ラインＷＬが特許請求の範囲にいう作業位置に相当する。

図１および図２に示すように、本実施形態の倣い装置１は、アーム部２を有している。このアーム部２は、例えば、多関節ロボットアーム等のように、複数本のアーム部材３（図１では２本）を関節４によって連結したものである。

具体的には、第１アーム部材３ａは、その基端が、倒伏や旋回が可能となるように関節４ａによって倣い装置１のフレームＦ（または設備のベース）に連結されている。第１アーム部材３ａの先端には、関節４ｂによって第２アーム部材３ｂの基端が連結されている。この第２アーム部材３ｂは、関節４ｂによって、第１アーム部材３ａの先端に対して屈曲回転が可能となるように連結されている。

なお、第１アーム部材３ａおよび第２アーム部材３ｂは、関節４ａ，４ｂに設けられた公知の駆動機構によって作動（揺動や屈曲、旋回、回転等）される。例えば、関節４ａ，４ｂに内蔵されたサーボモータなどの駆動アクチュエータによる駆動機構によって作動される。これらの駆動機構は、後述する制御部３０によってその作動が制御されている。

第２アーム部材３ｂの先端には、位置調整部１０を介して、センサ部５および溶接器具２０が取り付けられている。

溶接器具２０は、例えば、レーザー溶接装置またはレーザーハイブリッド溶接装置であり、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２の溶接ラインＷＬにレーザーを照射することによって、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２を溶接するものである。なお、溶接器具２０の作動も、後述する制御部３０によって制御されている。

センサ部５は、溶接器具２０の近傍に設けられている。このセンサ部５は、溶接ラインＷＬの位置を検出するために設けられており、このセンサ部５が検出した溶接ラインＷＬの位置に関する情報が制御部３０に送信されるようになっている。センサ部５が検出する溶接ラインＷＬの位置に関する情報とは、例えば、センサ部５から溶接ラインＷＬまでの距離や溶接開先形状などである。

位置調整部１０は、溶接器具２０およびセンサ部５を第２アーム部材３ｂの先端に対して移動可能に保持するものである。この位置調整部１０は、公知のＸＹＺスライド装置であり、溶接器具２０およびセンサ部５を直交する３軸方向に沿って移動させることができるように保持している。具体的には、溶接器具２０およびセンサ部５は、ＸＹＺスライド装置の移動テーブルに固定されており、Ｘ軸方向移動機構、Ｙ軸方向移動機構、Ｚ軸方向移動機構を作動させることによって、各軸方向に沿って移動させることができるようになっている。なお、各移動機構は、ボールねじ機構等の公知の移動機構であるが、その構成はとくに限定されない。

そして、本実施形態の倣い装置１は、装置の作動を制御する制御部３０を備えている。この制御部３０は、記憶機能３１と、作動制御機能３２と、を有している。

記憶機能３１は、後述する位置検出作業を実施させた際に、溶接器具２０が移動した径路（移動経路）を記憶する機能を有している。つまり、位置検出作業において、溶接ラインＷＬに沿った溶接の実施に適した溶接器具２０の移動を実現する移動経路を記憶する機能を有している。

作動制御機能３２は、センサ部５からの信号に基づいて、関節４ａ，４ｂに設けられた駆動機構の作動や、位置調整部１０の各移動機構の作動を制御する機能を有するものである。この作動制御機能３２は、センサ部５からの信号に基づいて、溶接器具２０と溶接ラインＷＬの相対的な位置の情報（位置情報）を算出する位置算出機能も有している。

そして、作動制御機能３２は、溶接器具２０による溶接を実施する際に、位置算出機能が算出した位置情報を利用して、記憶機能３１が記憶している移動経路に沿って溶接器具２０が移動するように各機器の作動を制御する機能を有している。

具体的には、作動制御機能３２は、記憶機能３１に記憶されている移動経路の情報に基づいて、第２アーム部材３ｂの先端（つまり溶接器具２０の位置）が移動経路に沿って移動するように、関節４ａ，４ｂの駆動機構の作動を制御する。この際に、位置算出機能が算出した位置情報に基づいて、移動経路に対する溶接器具２０の位置のズレを小さくするように（例えば、±０．５ｍｍ程度）、関節４ａ，４ｂの駆動機構の作動を制御する。かかる機能を作動制御機能３２は有している。

また、作動制御機能３２は、位置算出機能が算出した位置情報に基づいて、移動経路に対する溶接器具２０の位置のズレが小さいと判断した場合には、位置調整部１０の各移動機構の作動を制御して、溶接器具２０の位置を微調整する（例えば、±０．２ｍｍ程度）。かかる機能も作動制御機能３２は有している。

以上のように、本実施形態の倣い装置１では、位置調整部１０を第２アーム部材３ｂの先端に設けて、その位置調整部１０に溶接器具２０およびセンサ部５を設けている。このため、溶接器具２０およびセンサ部５の位置を、アーム部２の動きだけでなく、位置調整部１０でも調整できる。

したがって、移動経路に沿って溶接器具２０を移動させれば、溶接ラインＷＬに倣って（沿って）溶接器具２０による溶接を実施することができる。そして、センサ部５によって溶接ラインＷＬの位置を検出しながら溶接器具２０によって溶接を実施すれば、溶接器具２０が移動経路からのずれた場合に、そのずれを検出できる。すると、アーム部２や位置調整部１０によって溶接器具２０の位置を調節することができる。とくに、位置調整部１０を設けているので、溶接器具２０の位置を微調整することができるので、溶接ラインＷＬに沿って精度よく溶接することができる。

例えば、クレーンのブームのような長尺な構造体を溶接するような場合には、アーム部２のアーム部材３に長尺なものを使用しなければならない。しかも、溶接位置が、アーム部２の基端（フレームＦなどに固定されている部分）から離れてしまう。このような場合には、移動経路に沿って溶接器具２０を移動させても、アーム部２の揺れや振動によって溶接器具２０の位置が微妙に振動したり移動したりする場合がある。

しかし、本実施形態の倣い装置１では、アーム部２の揺れや振動が生じた場合には、揺れや振動に起因する溶接器具２０の位置ずれを位置調整部１０によって吸収できる。つまり、アーム部２の揺れや振動が生じた場合でも、位置調整部１０を作動させて、溶接器具２０の位置を所定の移動経路上に配置しておくことができる。

したがって、本実施形態の倣い装置１では、アーム部２に揺れや振動が生じるような場合でも、溶接器具２０を移動経路に沿って、つまり、溶接ラインＷＬに倣って溶接できる。

(本実施形態の倣い装置１による倣い作業の説明)
以下に、本実施形態の倣い装置１による倣い作業について説明する。

まず、実際の溶接を実施する前に、位置検出作業を実施する。
この位置検出作業では、溶接は実施せず、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２の溶接ラインＷＬに沿って溶接器具２０を移動させて、移動経路を形成する。位置検出作業では、作業者が制御部３０を操作して溶接器具２０を溶接ラインＷＬに沿って移動させてもよいし、センサ部５によって溶接ラインＷＬを検出しながら自動で溶接ラインＷＬに沿って溶接器具２０を移動させてもよい。なお、後者の場合には、自動で形成された移動経路の情報について、作業者が補間や平均化などの処理を実施して、適切な移動経路を形成することが望ましい。

移動経路が形成されると、溶接器具２０による溶接が実施される。つまり、移動経路に沿って溶接器具２０が移動しながら一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２の溶接が実施されるので、一対の鋼板ＳＰ１,ＳＰ２の溶接ラインＷＬに沿った溶接が実施される。

上記溶接を実施する際に、センサ部５による溶接ラインＷＬの検出も同時に実施される。そして、センサ部５によって検出される信号に基づいて制御部３０が位置情報を算出し、溶接器具２０が所定の移動経路からズレていると判断した場合には、制御部３０によって溶接器具２０の位置が調整される。

具体的には、溶接中の熱変形に起因する位置ずれのように、ずれが大きい場合（例えば ３〜１０ｍｍ）には、制御部３０はアーム部２を移動させて位置ずれを解消する。言い換えれば、移動経路に対する溶接器具２０の大まかな位置合わせはアーム部２の移動によって実施する。

一方、アーム部２の振動などに起因する位置ずれのように、ずれが小さい場合（例えば ０．１〜３ｍｍ）には、制御部３０は位置調整部１０を移動させて位置ずれを解消する。言い換えれば、移動経路に対する溶接器具２０の位置の微調整は位置調整部１０によって実施される。

上記のように、移動経路に対する溶接器具２０の位置ずれ（言い換えれば溶接ラインＷＬに対する溶接器具２０の位置ずれ）を解消しながら、溶接ラインＷＬに沿って溶接器具２０による溶接を実施するので、溶接ラインＷＬに沿って精度よく溶接を実施することができる。

しかも、移動経路に対する溶接器具２０の大まかな位置合わせと、移動経路に対する溶接器具２０の位置の微調整を、別な機構によって実施している。したがって、一つの機構で両方を実施する場合に比べて、迅速かつより精度よく溶接器具２０の位置合わせをすることが可能となる。

（位置調整部）
上記例では、位置調整部としてＸＹＺスライド装置を採用した場合を説明した。しかし位置調整部はＸＹＺスライド装置に限られず、作業部２０を直交する３方向に沿って移動させることができるものであればよい。例えば、シリンダ、ボールネジ、ベルト等を使用することができる。この場合でも、直交する３方向への移動量を調整すれば、作業部２０の溶接ラインＷＬに対する位置を自由に調整することができる。しかし、ＸＹＺスライド装置を使用すれば、作業部２０の移動がスムースになるので、作業部２０の位置の微調整を迅速かつ精度よく実施することができる。

本発明の倣い装置は、アーム等の先端に設けた溶接機や切断機等を被作業対象に沿って移動させる装置として適している。

１ 倣い装置
２ アーム部
５ センサ部
１０ 位置調整部
２０ 溶接器具
３０ 制御部
ＳＰ 鋼板
ＷＬ 溶接ライン

Claims (3)

1. 被対象物の作業位置に沿って作業部を倣い移動させる装置であって、
   前記作業部が設けられたアーム部と、
   該アーム部における前記作業部近傍に設けられた、前記作業位置を検出するセンサ部と、前記作業部を前記アーム部に対して移動可能に保持する位置調整部と、を備えており、
   該位置調整部は、
   直交する３方向に沿って前記作業部を移動させるものである
   ことを特徴とする倣い装置。
2. 前記位置調整部が、
   ＸＹＺ軸スライドテーブルである
   ことを特徴とする請求項１記載の倣い装置。
3. 前記作業部が、
   レーザー溶接装置またはレーザーハイブリッド溶接装置である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の倣い装置。
   
   

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