JP2006000871A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接時に発生するスパッタにより誤作動することがなく、また制御の簡素化を図り得る制御装置を提供する。
【解決手段】溶接ロボット１の溶接トーチ３によりワークの姿勢変更装置５等の他の動作機器を制御し得る制御装置であって、ケーシング３１の上部に形成された複数の穴部３２内に溶接トーチが挿入されたことを検出し得る検出部材を設け、一端側が空気源に接続され電磁開閉弁を介して他端側に姿勢変更装置４や物品取付装置５などの動作機器に作動用空気を供給する空気供給管を複数本設け、上記各検出部材からの検出信号を入力して所定の電磁開閉弁に制御信号を出力する制御回路部を設ける。上記各検出部材を、溶接トーチの２箇所を検出し得る複数組の光センサにより構成するとともに、上記制御回路部を、各光センサからの検出信号が同時に得られた場合にだけ、所定の制御信号を出力するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動組立装置、例えば溶接ロボットにて溶接を行う際に、被溶接物（ワーク）などの姿勢を変更するための動作機器を空気圧を用いて制御し得る制御装置に関するものである。

一般に、自動組立装置、例えば自動溶接装置においては、被溶接物であるワークを保持装置により保持させるとともに、溶接ロボットにより、所定箇所の溶接が自動的に行われている。この溶接時において、例えばワーク周囲の所定箇所を溶接する必要がある場合には、保持装置側に設けられているワークを保持する回転テーブルが、所定角度回転されて、例えば、下向き溶接ができるように、常に、溶接箇所が上側に位置するようにされている。

この種の保持装置は、溶接ロボットに連動して作動するようにされており、具体的には、溶接ロボットの動作プログラムに保持装置側の回転テーブルの制御データが入力されており、溶接ロボット側と保持装置側とは、多数の制御線により互いに接続されていた。

このため、溶接ロボット側と保持装置側との間に、多数の制御線を敷設する必要があるが、この面倒な敷設作業を不要にし得るワーク保持装置が提案されている。
このワーク保持装置は、ワークの保持体を回転させる電動機と、溶接ロボットの溶接トーチが挿入し得る穴部が複数個設けられたケーシングとを有するとともに、これら各穴部内に溶接トーチを検出し得る光センサを配置したもので、溶接トーチを所定の穴部に挿入して所定の光センサを作動させることにより、電動機を制御してワークの保持体を所定角度でもって回転させるようにしたものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２８８７８６

上記の構成によると、溶接トーチが挿入される穴部の位置に応じて、ワークの保持体を所定角度でもって回転させるようにしているが、溶接トーチを検出するのに光センサが用いられているため、溶接時に、穴部内に飛び込んでくるスパッタを溶接トーチと間違えて検出して誤作動する虞があり、また電動機により駆動される回転テーブルを制御する必要から、制御機構としては複雑になるとともにコストが高くつくという問題を有していた。

そこで、本発明は、溶接時に発生するスパッタにより誤作動することがなく、また制御機構の簡素化を図り得る制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る制御装置は、自動組立装置の操作部材により他の動作機器を制御し得る制御装置であって、
装置本体側に、操作部材を検出し得る検出部材を複数箇所に設けるとともに、
一端側が空気源に接続され且つ他端側に上記他の動作機器に作動用空気を供給する空気供給管路を複数本設け、
これら各空気供給管路の途中に電磁開閉弁をそれぞれ設けるとともに、
上記各検出部材からの検出信号を入力して上記各空気供給管路に設けられた電磁開閉弁に制御信号を出力する制御部を設け、
さらに上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
上記制御部を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、所定の制御信号を出力するように構成したものである。

また、請求項２に係る制御装置は、請求項１に記載の制御装置の検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られる時間が少なくとも０．５秒以上としたものである。
また、請求項３に係る制御装置は、請求項１または２に記載の制御装置の制御部に、制御信号を出力する際の検出信号が同時に得られる時間を設定し得る時間設定部を設けたものである。

また、請求項４に係る制御装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置の各検出部材における各検出器を穴部内に配置したものである。
さらに、請求項５に係る制御装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の制御装置の各検出器として光センサを使用したものである。

上記の各構成によると、操作部材により、装置本体側に設けられた検出部材を介して動作機器の操作を行うことができ、例えば溶接時に発生するスパッタを操作部材として誤って検出するのを防止することができ、しかも動作機器については、作動用空気により作動するものであるため、例えば空気圧シリンダを用いた場合には、その駆動部材であるピストンのストロークエンドで位置決め（制御）が行われることになり、例えば電動機などによりその回転角度を制御する場合に比べて、制御部の構成の簡素化を図ることができ、したがってコストの低減化を図ることができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る制御装置を、図１〜図５に基づき説明する。
なお、本実施の形態においては、自動組立装置、例えば溶接ロボットにて被溶接物であるワークの姿勢を変更し得る姿勢変更装置を制御する制御装置として説明する。

図１に示すように、溶接ロボット１は、例えば多関節型のロボットアーム２を有するもので、ロボットアーム２の先端には、溶接トーチ（操作部材の一例）３が取り付けられている。そして、この溶接ロボット１に対応する位置には、被溶接物であるワークＷを保持するとともにその姿勢を変更するための姿勢変更装置（動作機器の一例）４並びに他の部品Ｗ′をセットするための物品取付装置（動作機器の一例）５および当該溶接ロボット１の溶接トーチ３により上記姿勢変更装置４および物品取付装置５を制御（操作）するための制御装置６が具備されている。

上記姿勢変更装置４は、空気圧により回転駆動される回転軸部を有する回転アクチュエータ１１と、この回転アクチュエータ１１の回転軸部に取り付けられてワークＷを保持するための保持テーブル１２とから構成されている。

上記回転アクチュエータ１１は、図２に示すように、所定方向に長くされた２つの空気圧シリンダ室２１（２１Ａ，２１Ｂ）が互いに平行に形成されたケーシング２２と、これら両シリンダ室２１同士間で且つ長手方向（ストロークでもある）の中間位置に軸受を介して回転自在に設けられるとともにその外周面にピニオン歯２３ａが形成された回転出力軸（回転軸部である）２３と、上記各シリンダ室２１内にその長手方向で移動自在に配置されるとともに上記回転出力軸２３のピニオン歯２３ａに噛合するラック歯２４ａが形成された一対のピストン２４とから構成されている。なお、上記各シリンダ室２１の一端側に対応するケーシング２２には空気出入口２５が形成され、また上記回転出力軸２３の上端部に保持テーブル１２が固定される。

したがって、各空気出入口２５から空気（空気圧）を供給または排出させて両ピストン２４を互いに逆方向に移動させることにより、回転出力軸２３すなわち保持テーブル１２を正逆方向に回転させることができる。

上記物品取付装置５としては、図１に示すように、通常の片ロッド式の空気圧シリンダ２６が用いられており、例えばワークＷに部品Ｗ′を取り付ける際に、当該部品Ｗ′を移動させてワークＷに対する位置決めを行う。また、この空気圧シリンダ２６の空気圧シリンダ室２７内には、そのピストンロッド２８のピストン部２８ａがストロークエンドに位置していることを検出するための第１および第２位置検出器（例えば、磁気センサが用いられる）２９（２９Ａ，２９Ｂ）が設けられている。

なお、上記回転アクチュエータ１１および空気圧シリンダ２６は、空気圧により作動するものであるため、それぞれのピストン（駆動部材）のストロークエンドで位置決め（制御）が行われることになり、例えば電動機などによりその回転角度を制御する場合に比べて、制御部の構成の簡素化を図ることができる。

また、上記制御装置６は、図１および図３に示すように、装置本体である縦型の箱形状にされたケーシング３１の上部に複数箇所例えば６箇所で形成された穴部３２（３２Ａ〜３２Ｆ）内にそれぞれ配置された複数個（穴部と同じ個数である）の検出部材３３と、同じくケーシング３１内に設けられて一端側が空気源（例えば、空気圧縮機など）３４に接続される集合管部３６に接続されるとともに他端側がケーシング３１の外面に複数個例えば６個設けられた空気供給口（具体的には、カップリングなどである）３５に接続された複数本例えば６本の空気供給管（空気供給管路の一例）３７と、これら各空気供給管３７の途中に設けられた電磁開閉弁３８と、上記検出部材３３からの検出信号を入力して各電磁開閉弁３８に開閉信号（制御信号）を出力する制御回路部（制御部の一例）３９とから構成されている。なお、集合管部３６の他端側はカップリングなどの接続口４０に接続され、この接続口４０に空気接続管４１を介して空気源３４が接続されている。

ところで、上記各空気供給口３５（３５Ａ〜３５Ｆ）は、例えば２個一組で各動作機器に対して接続されるもので、本実施の形態では、姿勢変更装置４の回転アクチュエータ１１の２個の空気出入口２５と、物品取付装置５の空気圧シリンダ２６とに、空気接続管４２，４３を介してそれぞれ接続されている。勿論、残りの１組の空気供給口３５（３５Ｅ，３５Ｆ）に、他の空気圧式の動作機器を接続することができる。

さらに、上記接続口４０（または空気供給口３５）から供給される空気圧が何らかの原因で低下した場合に、または動作機器のいずれかに、例えば物品取付装置５側に故障等の不具合が発生して動作途中で停止した場合、若しくは制御装置１側での電源供給が停止した場合に、溶接ロボット１における溶接作業を中止させるための安全装置５１が具備されている。

この安全装置５１は、図１、図３および図４に示すように、ケーシング３１の上面位置で水平部５２ａが昇降自在となるようにその鉛直部５２ｂがケーシング３１の側面に沿うように配置された断面が逆Ｌ字形状の昇降体５２と、この昇降体５２を所定高さでもって昇降させる昇降装置例えば昇降用の空気圧シリンダ５３と、この空気圧シリンダ５３を作動させる作動回路部５４とから構成されており、また上記昇降体５２の水平部５２ａには、ケーシング３１に形成された穴部３２と同一位置で且つ同一径の穴部５５が形成されている。

上記空気圧シリンダ５３としては、例えばばね内蔵型の片ロッド式のシリンダが用いられており、当該シリンダのピストンロッドのロッド部が突出して上記昇降体５２を上昇させて、その穴部５５で溶接トーチ３の水平方向での移動を邪魔することにより、溶接ロボット１側に設けられた安全スイッチ（例えば、溶接トーチに振動が発生したことを検知し得るセンサが用いられる）を作動させて溶接ロボット１を停止させるものである。なお、この昇降体５２の上昇量については、溶接トーチ３先端の移動経路よりも高くされており、したがって昇降体５２が上昇された場合で次の動作に移る際には、必ず、溶接トーチ３が昇降体５２側に当接することになる。

上記空気圧シリンダ５３は、図４に示すように、空気圧シリンダ室６１を有する筒状のシリンダ本体６２と、このシリンダ本体６２の空気圧シリンダ室６１内に配置されるとともにロッド部６３ａが外方に突出されたピストンロッド６３と、空気圧シリンダ室６１のピストン側シリンダ室６１ａ内に配置されてピストンロッド６３を外方に付勢するためのばね体（コイルスプリングが用いられており、例えば空気圧が抜けると、そのばね力によりピストンロッドが突出する）６４とから構成されており、またこの空気圧シリンダ室６１のロッド側シリンダ室６１ｂへの空気供給口６５と集合管部３６の途中部分とが空気導入管６６を介して接続されている。

したがって、空気源３４から空気が正常に供給されている状態では、ロッド側シリンダ室６１ｂ内に空気圧が供給されてばね体６４に抗してピストンロッド６３が退入されているが、空気源３４からの空気圧がなくなった場合には、ばね力によりピストンロッド６３のロッド部６３ａが突出して昇降体５２を上昇させる。この状態で、溶接ロボット１のロボットアーム２が移動すると、溶接トーチ３が昇降体５２の穴部５５の周縁に接触（当接）するため、溶接ロボット１側の安全装置が作動してロボット自体が停止する。

次に、作動回路部５４について説明する。
この作動回路部５４は、動作機器に、例えば物品取付装置５側に不都合が生じた場合、または空気圧が低下した場合若しくは制御装置１側での電源の供給が停止した場合に、上記安全装置５１を作動させるためのもので、その空気圧シリンダ２６に設けられたピストンロッド２８のストロークエンドを検出する２個の第１および第２位置検出器２９Ａ，２９Ｂからの信号に基づき、または空気圧の低下を検出して若しくは停電により、安全装置５１を作動させるものである。

このため、上記空気導入管６６の途中には、空気を大気に逃がすための開放管６７が設けられるとともに、この開放管６７の接続部分には電磁操作式の三方切換弁６８が設けられ、またこの三方切換弁６８については、当該制御装置１側に電源が供給されている場合には空気圧シリンダ２６に空気圧を供給するが、上述したように例えば動作機器に不都合が発生した場合、または空気圧が抜けた場合若しくは電源が供給されない停電時の場合には、空気圧シリンダ２６側を開放管６７に接続するように構成されたものである。

そして、上記三方切換弁６８を制御するための電気制御回路（図示せず）においては、空気圧シリンダ２６のピストンロッド２８が動作途中で停止した場合には、両位置検出器２９Ａ，２９Ｂからの検出信号が所定時間以上に亘って途絶えるため、これを検出することにより、安全装置５１が作動させられる。

すなわち、両位置検出器２９Ａ，２９Ｂからの検出信号が検出されない時間が、タイマによる設定時間を超えた場合に、三方切換弁６８を開放管６７側に接続して（言い換えれば、三方切換弁への指令をなくすことである）、昇降用の空気圧シリンダ５３から空気圧を抜くようにしたものである。

また、上記電気制御回路においては、例えば集合管部３６の途中に設けられた圧力スイッチ（例えば、０．３ＭＰａ以下になると検出信号を出力するようにされている）６９からの検出信号を入力した場合、および制御装置１側に電源が供給されなくなった場合に、三方切換弁６８への指示がなくなり、自動的に、空気圧シリンダ２６側が開放管６７側に接続されて、空気圧が大気圧まで低下される。

これにより、動作機器側若しくは空気配管系統側に不具合が発生した場合、または電気系統に故障が発生して停電状態になった場合に、安全装置５１が作動して、溶接ロボット１の動作が停止される。

また、上記各検出部材３３としては、図５（昇降体については、図示せず）に示すように、穴部３２の軸心方向で所定高さｈでもって離れた位置（例えば、数センチ程度離れた位置）で配置された２組（２個）（３組以上配置してもよい）の光センサ（検出器の一例）７１Ａ，７１Ｂにより構成されている。勿論、各光センサ７１Ａ，７１Ｂは、穴部３２の内壁面に、投光部７２および受光部７３が取り付けられたものである。

さらに、各検出部材３３においては、各２組の光センサ７１Ａ，７１Ｂにより溶接トーチ３が同時に検出されている時間が、言い換えれば２組の光センサ７１Ａ，７１Ｂからの検出信号が重なっている時間が、所定の設定時間（例えば、０．５秒〜数秒程度）である場合に、溶接トーチを検出したことを確認する確認信号が得られるように、しかもこの設定時間を調節し得るようにされている。

すなわち、上記制御装置６には、各検出部材３３における両（２組）光センサ７１Ａ，７１Ｂにて検出される検出信号を入力して両検出信号が検出されている時間が所定の設定時間以上であるか否かを検出するとともに設定時間以上である場合に溶接トーチであることの確認信号を出力する時間検出部８１と、この確認信号を入力して当該確認信号に係る検出部材３３に応じた角度を示す動作信号を回転アクチュエータ１１を作動させる電磁開閉弁３８に出力するための制御信号出力部８２とが具備されており、さらに上記時間検出部８１にて同時に検出する設定時間を外部から調節し得る設定時間調節部８３も具備されている。なお、上記時間検出部８１においては、どの検出部材３３からの検出信号であるかが判断されている。

概略的に言えば、制御装置６は、上記各検出部材３３からの検出信号に応じて、回転アクチュエータ１１に回転動作信号を出力して、保持テーブル１２に保持されているワークＷの姿勢を変更（制御）する機能とともに、物品取付装置５の空気圧シリンダ２６をも制御する機能が具備されている。

上記構成において、保持テーブル１２上に載置されたワークＷに対して、所定の溶接作業を行う際に、例えばそのワークＷの姿勢を変更させる場合には、溶接ロボット１の溶接トーチ３を、その姿勢を所定方向に変更させる指示を出す第１検出部材３３Ａが配置された穴部３２（３２Ａ）内に挿入する。

すると、穴部３２Ａ内に配置された第１検出部材３３Ａの両光センサ７１Ａ，７１Ｂによる溶接トーチ３の検出信号が制御回路部３９に入力される。
そして、この制御回路部３９においては、両光センサ７１Ａ，７１Ｂからの検出信号が時間検出部８１に入力され、ここで、設定時間以上、両検出信号が同時に検出された場合にだけ、溶接トーチ３であることの確認信号が制御信号出力部８２に出力され、この制御信号出力部８２から当該検出部材３３の位置に応じた信号、すなわち保持テーブル１２を所定角度でもって回転させる動作信号（制御信号）が回転アクチュエータ１１に出力される。

ところで、上記穴部３２内にスパッタが飛び込み、たまたま穴部３２の中心を通過して２個の光センサ７１Ａ，７１Ｂにより検出された場合、２個の光センサ７１Ａ，７１Ｂ同士が離れているため、両光センサ７１Ａ，７１Ｂからの検出信号が同時に検出されることがない。したがって、制御回路部３９の時間検出部８１から確認信号が出力されることがないため、スパッタによる誤作動の虞はない。

このように、ケーシング３１に形成された穴部３２に溶接トーチ３を挿入するだけで、検出部材３３を介して、自動的に、ワークＷの姿勢が変更される。すなわち、ワークＷへの作業姿勢の変更が必要になった時点で、溶接ロボット側の操作作業により、姿勢変更装置４または物品取付装置５にその指示を与えることができ、しかも、溶接時に発生するスパッタを溶接トーチ３として誤って検出するのを防止することができる。

また、上記回転アクチュエータ１１および空気圧シリンダ２６は、空気圧（作動用空気）により作動するものであるため、それぞれピストンのストロークエンドで位置決め（制御）が行われることになり、例えば電動機などによりその回転角度を制御する場合に比べて、制御部の構成の簡素化を図ることができ、当然に、コストの低減化を図ることができる。

さらに、安全装置５１を具備しているので、制御装置６側に不具合が発生した場合でも、溶接ロボット１による溶接作業（操作作業）が停止されるので、作業の安全性を確保することができる。

なお、上記検出部材３３による溶接トーチ３であることの確認を、より確実に行う場合には、制御装置６の設定時間調節部８３にて、両検出信号を同時に検出する時間を長くすればよい。

ところで、上記実施の形態においては、溶接トーチを検出する検出部材として、光センサを使用したが、例えば近接センサなども使用することができ、またセンサを穴部に配置する以外にも、穴部を設けずに、箱型容器内の適当な位置に、仕切りを設けずに検出部材をそれぞれ配置することもできる。

また、上記実施の形態においては、溶接ロボットによる溶接作業に適用した場合について説明したが、勿論、溶接以外の他の組立作業にも適用することができる。
また、上記実施の形態においては、検出部材を６個配置した場合について説明したが、例えばワークに対する作業の増減に応じて、適宜、検出部材の配置個数を増減することができる。

さらに、上記実施の形態においては、保持テーブルの回転軸心を鉛直方向に配置したものとして説明したが、鉛直に限定されるものでもなく、溶接姿勢に応じて適宜鉛直面に対して傾斜させ配置してもよく、勿論、水平方向に配置してもよい。

本発明の実施の形態に係る溶接ロボットおよびワークの姿勢変更装置並びにその制御装置の概略構成を示す斜視図である。 同ワークの姿勢変更装置の保持テーブルの構造を示す水平断面図である。 同制御装置の概略構成を示すブロック図である。 同安全装置の概略構成を示す一部切欠側面図である。 同制御装置における検出部材の構成を示す斜視図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
１ 溶接ロボット
２ ロボットアーム
３ 溶接トーチ
４ 姿勢変更装置
５ 物品取付装置
６ 制御装置
１１ 回転アクチュエータ
１２ 保持テーブル
２６ 空気圧シリンダ
３１ ケーシング
３２ 穴部
３３ 検出部材
３４ 空気源
３７ 空気供給管
３８ 電磁開閉弁
３９ 制御回路部
５１ 安全装置
５２ 昇降体
５３ 昇降用空気圧シリンダ
５４ 作動回路部
５５ 穴部
６６ 空気導入管
６７ 開放管
６８ 三方切換弁
６９ 圧力スイッチ
７１Ａ 光センサ
７１Ｂ 光センサ
７２ 投光部
７３ 受光部
８１ 時間検出部
８２ 制御信号出力部
８３ 設定時間調節部

Claims (5)

1. 自動組立装置の操作部材により他の動作機器を制御し得る制御装置であって、
   装置本体側に、操作部材を検出し得る検出部材を複数箇所に設けるとともに、
   一端側が空気源に接続され且つ他端側に上記他の動作機器に作動用空気を供給する空気供給管路を複数本設け、
   これら各空気供給管路の途中に電磁開閉弁をそれぞれ設けるとともに、
   上記各検出部材からの検出信号を入力して上記各空気供給管路に設けられた電磁開閉弁に制御信号を出力する制御部を設け、
   さらに上記各検出部材を、操作部材の少なくとも異なる２箇所を検出し得る複数個の非接触式検出器により構成するとともに、
   上記制御部を、上記検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られた場合にだけ、所定の制御信号を出力するように構成したことを特徴とする制御装置。
2. 検出部材における各検出器からの検出信号が同時に得られる時間が少なくとも０．５秒以上であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 制御部に、制御信号を出力する際の検出信号が同時に得られる時間を設定し得る時間設定部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 各検出部材における各検出器を穴部内に配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 各検出器として光センサを使用したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御装置。
   

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