(57)【要約】【課題】ワークの姿勢変化の自由度が大きく、しかも簡易な構成で省スペース化を実現できるよワーク位置決め装置を提供する。【解決手段】ロボット２側のレーザ加工ヘッド４にて溶接を施す装置であって、台座１にヒンジピン結合部６を介して揺動可能に連結された一対のリンク６と、リンク６の上端にヒンジピン結合部７を介して揺動可能に連結され、ワークテーブル１０とそのための回転駆動機構１１とが搭載された可動ベース９を備える。台座１とリンク６および可動ベース９は四節回転連鎖機構を構成していて、リンク６は、リンク本体（スクリューシャフト）１３とそれを進退駆動させるサーボモータ１５とをもってリンク長が伸縮可変となっている。同時に、ワーク搭載時の衝撃を吸収するクッションシリンダ１７を有している。【選択図】図１
2008238309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向を指向する軸を回転中心として回転可能なワークテーブルに加工対象となるワークを位置決めした上で、そのワークに対して外部の作業機により所定の加工を施すロータリー式のワーク位置決め装置であって、
基台と、
その基台から立設されて互いに平行な第１の軸を介して揺動可能な一対のリンクと、
一対のリンクの上端に第１の軸と平行な第２の軸を介してそれぞれ揺動可能に連結されていて、上記ワークテーブルとそのワークテーブルを回転駆動させるための回転駆動機構とが搭載された可動体と、
を備えていて、
上記基台と一対のリンクおよび可動体は四節回転連鎖機構を構成している一方、
上記各リンクは、リンク本体とそのリンク本体を進退駆動させる進退駆動機構とをもってリンク長が伸縮可変となっているとともに、少なくとも上記ワークテーブルへのワーク搭載時の衝撃を吸収する緩衝機構を有していることを特徴とするロータリー式ワーク位置決め装置。
【請求項２】
上記基台といずれか一方のリンクとの連結部において、第１の軸を回転中心としてその一方のリンクを揺動させる揺動駆動機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロータリー式ワーク位置決め装置。
【請求項３】
上記作業機による加工中は、緩衝機構による緩衝機能が発揮されないようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリー式ワーク位置決め装置。
【請求項４】
作業機によりワークに施される加工が、ロボットに持たせたレーザ加工ヘッドによるレーザ溶接、または同じくロボットに持たせたスポット溶接ガンによるスポット溶接であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータリー式ワーク位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリー式のワーク位置決め装置に関し、特に上下方向を指向する軸を回転中心として回転可能なワークテーブルに加工対象となるワークを位置決めした上で、そのワークに対して外部の作業機により溶接等の所定の加工を施すようにしたロータリー式のワーク位置決め装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転式の溶接治具として例えば特許文献１〜３に記載の技術が提案されている。
【０００３】
これらの各特許文献１〜３に記載のものでは、溶接対象となるワークを位置決め固定したワークテーブルが鉛直軸心周りまたは水平軸心周りに回転可能となっており、溶接位置に応じてワークをワークテーブルごと回転させるようになっている。
【特許文献１】特開平５−１５９９２号公報
【特許文献２】特開平７−１１６８９４号公報
【特許文献３】特開平７−３０３９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に記載の溶接治具においては、ワークテーブルがいわゆる回転一軸の自由度を有するだけであるため、溶接対象となるワークの姿勢として上記回転方向以外の姿勢または複合的な姿勢が要求された場合には柔軟に対応することができない。
【０００５】
また、自動車の車体パネル等のように溶接対象となるワークが比較的大型であって且つ溶接箇所が複数箇所に及ぶような場合には、溶接ロボットにて溶接を行うことになるが、上記のようなワークの姿勢の自由度だけでなく溶接ロボットそのもの姿勢自由度にも制限があるため、上記ワークテーブルの周囲に当該ワークテーブルを囲むように複数台の溶接ロボットを配置して同時並行的に溶接を行う必要があり、設備全体の錯綜化や設備占有スペースの大型化とともに設備費の高騰を招きやすい。
【０００６】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特にワークの姿勢変化の自由度が大きく、しかも簡易な構成で省スペース化を実現できるようにしたワーク位置決め装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、請求項１に記載のように、上下方向を指向する軸を回転中心として回転可能なワークテーブルに加工対象となるワークを位置決めした上で、そのワークに対して外部の作業機により所定の加工を施すロータリー式のワーク位置決め装置であることを前提とする。
【０００８】
その上で、基台と、その基台から立設されて互いに平行な第１の軸を介して揺動可能な一対のリンクと、一対のリンクの上端に第１の軸と平行な第２の軸を介してそれぞれ揺動可能に連結されていて、上記ワークテーブルとそのワークテーブルを回転駆動させるための回転駆動機構とが搭載された可動体とを備えている。そして、上記基台と一対のリンクおよび可動体は四節回転連鎖機構を構成している一方、上記各リンクは、リンク本体とそのリンク本体を進退駆動させる進退駆動機構とをもってリンク長が伸縮可変となっているとともに、少なくとも上記ワークテーブルへのワーク搭載時の衝撃を吸収する緩衝機構を有していることを特徴とする。
【０００９】
この場合において、上記作業機による加工は、例えば溶接ロボットに持たせたレーザ加工ヘッドからワークにレーザ光を照射して行うレーザ溶接のほか、同じく溶接ロボットに持たせたスポット溶接ガンにて行うスポット溶接を想定している。また、上記ワークテーブルには回転駆動機構によって連続回転送りを与えることができるようになっていることが望ましく、同時に割り出し回転機能とその位置決め機能とを有していることが望ましい。
【００１０】
したがって、本発明では一対のリンクのリンク長がそれぞれ伸縮可変となっていることから、ワーク位置決め装置全体としては回転一軸直動二軸の合計で三軸の自由度を有していることになり、ワークの姿勢として多種多様な姿勢に変化させることが可能となる。しかも、各リンクは緩衝機構を有していることから、例えばワークテーブルにワークを搭載する際の衝撃をも効果的に吸収し得る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ワークテーブルが少なくとも回転一軸直動二軸の合計で三軸の自由度を有しているため、従来のものと比べてワークの要求姿勢に対する姿勢変更自由度が大幅に向上するほか、シンプルな構造で省スペース化を実現できる。特に、例えばロボットにてレーザ溶接あるいはスポット溶接等を施す場合に、上記のようにワークの姿勢変更自由度が大きいために、ロボットに無理な姿勢を強いることが少なくなり、少ない数のロボットにて必要とする全ての溶接を行うことが可能となる。
【００１２】
また、一対のリンクが緩衝機構を有しているため、ワークテーブルへのワーク搭載時の衝撃を効果的に吸収して、ワークの傷付き等を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係るワーク位置決め装置のより具体的な実施の形態を示す図であり、多関節型ロボットにてレーザ溶接を施す場合に用いられるワーク位置決め装置の例を示している。
【００１４】
図１に示すように、基台としての共通の台座１の上に作業機としての溶接用の多関節型ロボット２（以下、単に「ロボット」と言う。）とともにワーク位置決め装置３が設置されている。
【００１５】
ロボット２は全体として同軸回転型の三つの関節Ｊ１〜Ｊ３と回転型の三つの関節Ｓ１〜Ｓ３とを有した６自由度型のものであり、アームの先端にはレーザ加工ヘッド４が装着されている。
【００１６】
ワーク位置決め装置３は、台座１上にボールねじ５を主要素とする一対のリンク６を立設するとともに、それぞれのリンク６の下端を、第１の軸としての互いに平行なヒンジピン結合部７をもって台座１上に揺動可能に連結してある。また、各リンク６の上端は、上記ヒンジピン結合部７と平行な第２の軸としてのヒンジピン結合部８をもって、可動体としての可動ベース９にそれぞれ揺動可能に連結してある。可動ベース９には回転式のワークテーブル１０を搭載してあり、このワークテーブル１０は可動ベース９に対して面直角な軸心Ｒ周りを回転可能となっている。このワークテーブル１０には略図にて描いてあるサーボモータを主要素とする回転駆動機構（減速機構等を含む）１１が付帯しており、この回転駆動機構１１の起動によりワークテーブル１０は軸心Ｒ周りに回転駆動される。そして、図１のほか図２から明らかなように、台座１と一対のリンク６および可動ベース９は四節回転連鎖機構を形成している。なお、この回転駆動機構１１は、ワークテーブル１０に対して連続回転を与えることができるほか、ワークテーブル１０の割り出し回転とその位置決めとが行えるようになっている。
【００１７】
一方のリンク６のヒンジピン結合部７には揺動駆動機構としてサーボモータ１２を設けてあり、このサーボモータ１２の起動によりそのヒンジピン周りにリンク６を積極的に揺動動作させることが可能となっている。
【００１８】
各リンク６は、先に述べたようにスクリューシャフト１３とそれに螺合するスクリューナット１４とを主要素とするボールねじ５を有していて、そのボールねじ５のスクリューシャフト１３がリンク本体として機能するようになっている。また、スクリューナット１３を回転駆動するためのサーボモータ１５がスクリューナット１４とともに共通のブラケット１６に搭載されていて、スクリューナット１４をサーボモータ１５にて正転または逆転駆動することでスクリューシャフト１３が進退駆動され、それによって各リンク６のリンク長、すなわち一方のヒンジピン結合部７から他方のヒンジピン結合部８までの距離が伸縮可変となっている。故に、サーボモータ１５はスクリューシャフト５の進退駆動機構として機能することになる。
【００１９】
上記サーボモータ１５やスクリューナット１４を支持しているブラケット１６は、その下方に配置された緩衝機構としてのクッションシリンダ１７のピストンロッド側に連結されている一方、そのクッションシリンダ１７のシリンダチューブ１８側は上記ヒンジピン結合部７として機能するようになっている。したがって、このクッションシリンダ１７は各リンク６の一部としても機能するとともに、ピストン１９によって仕切られた両側の室にはソレノイドバルブ２０の切り換えにより作動流体である圧縮空気が選択的に導入されるようになっている。
【００２０】
このように本実施の形態のワーク位置決め装置３は、回転一軸（リンク６の揺動動作自由度）と同軸回転一軸（ワークテーブル１０の回転自由度）および直動二軸（各リンク６伸縮自由度）の合計四軸の自由度を有していることになり、これを模式的に描き直せば図２のようになる。
【００２１】
したがって、本実施の形態のワーク位置決め装置３によれば、ロボット２によるレーザ溶接に際して、回転駆動機構１１の起動により、ワークテーブル１０を所定の速度で連続的回転させたり、あるいは任意の位置まで割り出し回転させた上でその位置に位置決めすることが可能である。また、進退駆動機構としてのサーボモータ１５の起動により各リンク６を構成しているボールねじ５のスクリューシャフト１３をそれぞれ独立して進退駆動させれば、各リンク６のリンク長を積極的に変化させて、可動ベース９ひいてはワークテーブル１０の高さ位置や傾きを変化させることが可能である。さらに、上記のような各リンク６のリンク長を変化させるのと並行してまたは独立して揺動駆動機構であるサーボモータ１２を起動することより、ワークテーブル１０の傾きや水平方向位置をより積極的に変更することが可能である。
【００２２】
ここで、実際のレーザ溶接に先立って溶接対象となるワークＷをワークテーブル１０上に投入する際には、図示外のドロップリフタあるいはハンガーが支えているワークＷをワークテーブル１０上に移載することになることから、図１に示すように双方のリンク６に介装されたクッションシリンダ１７の下側の室に圧縮空気を導入しておくものとする。こうすることにより、クッションシリンダ１７がいわゆる空気ばねあるいは空圧緩衝器として機能して、ワークテーブル１０側にワークＷを投入または移載する際の衝撃を緩衝または吸収することができ、ワークＷの傷付きや各駆動部の損傷を未然に回避することができる。ワークテーブル１０に溶接対象となるワークＷが載置されたならば、図示しないクランプ装置等にてワークＷをクランプする。そして、ワークＷがクランプされたならば、図３に示すように各クッションシリンダ１７の上側の室に圧縮空気を導入してその状態を保持することにより、クッションシリンダ１７が緩衝機構として機能するのを阻止し、もってクッションシリンダ１７を一部に含む各リンク６の剛性を確保する。
【００２３】
この後、上記のような幾つかの自由度を使うことにより、図４に示すようにワークテーブル１０上に位置決めクランプされているワークＷの姿勢を変更したり、連続回転送りあるいは割り出し回転を与えることで、ロボット２に支持されているレーザ加工ヘッド４をもってワークＷに対して所定のレーザ溶接を施すことになる。
【００２４】
この場合、ワークＷとレーザ加工ヘッド４とを軸心Ｒ周りでの回転方向に相対移動させてレーザ溶接を施す場合、ワークＷ側を固定としてロボット２自体の自由度を使ってレーザ加工ヘッド４を動かしながら溶接を行うことができることはもちろんのこと、レーザ加工ヘッド４とワークＷとのなす距離を常に一定に保つことができるように予めワークＷの姿勢を変更しておけば、ロボット２側を固定としてワークＷ側を連続回転させながら溶接を行うことが可能である。
【００２５】
また、レーザビームをミラーで反射させてスキャニングするいわゆるリモートレーザ溶接の場合には、上記スキャニング動作だけでワークＷおよびレーザ加工ヘッド４とともに固定としたままで溶接を行うことができることはもちろんのこと、スキャニング動作を停止してワークＷ側を移動させながら溶接を行うことも可能である。
【００２６】
このように本実施の形態によれば、簡単な構成でありながらワークＷを多種多様な姿勢に姿勢変更することが可能であり、ワーク位置決め装置３としての姿勢変更自由度が飛躍的に向上することになる。また、クッションシリンダ１７を緩衝器として機能させてワーク投入時の衝撃を緩衝または吸収することが可能であるため、ワークＷの傷付き防止とともに各駆動部を過負荷から保護することができるほか、ワーク投入時以外は緩衝器としての機能が阻止されるので、クッションシリンダ１７が介在していることによってリンク６としての剛性が低下することもない。
【００２７】
ここで、先の実施の形態における揺動駆動機構としてのサーボモータ１２を廃止した場合には、自由度の数は少なくなるものの回転一軸直動二軸の合計三軸の自由度を有することとなり、この三軸の自由度をもってしてもワーク位置決め装置３としては成立することは言うまでもない。
【００２８】
また、先の実施の形態では、一つのボールねじ５と単一の進退駆動機構たるサーボモータ１５との組み合わせをもって各リンク６を構成しているが、上記組み合わせを直列に二組配置して各リンク６を構成するようにしても良い。さらに、上記レーザ加工ヘッド４に代えてスポット溶接ガンを用いるか、レーザ加工ヘッドとともにスポット溶接ガンを併用しても所期の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るワーク位置決め装置の実施の形態を示す図で、レーザ溶接システムに適用した場合の概略説明図。
【図２】図１に示したワーク位置決め装置の構造を模式的に描き直した説明図。
【図３】図１のクッションシリンダを機能不能に切り換えた時の要部説明図。
【図４】図１に示したワーク位置決め装置の各自由度を使ってワークの姿勢を変更した時の説明図。
【符号の説明】
【００３０】
１…台座（基台）
２…多関節型ロボット（作業機）
３…ワーク位置決め装置
４…レーザ加工ヘッド
５…ボールねじ
６…リンク
７…ヒンジピン結合部（第１の軸）
８…ヒンジピン結合部（第２の軸）
９…可動ベース（可動体）
１０…ワークテーブル
１１…回転駆動機構
１２…サーボモータ（揺動駆動機構）
１３…スクリューシャフト
１４…スクリューナット
１５…サーボモータ（進退駆動機構）
１７…クッションシリンダ（緩衝機構）
Ｒ…回転中心
Ｗ…ワーク
【図１】
2008238309.tif 000003
【図２】
2008238309.tif 000004
【図３】
2008238309.tif 000005
【図４】
2008238309.tif 000006