JP3544159B2 - Peeling / cleaning equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、微少な移動動作ができるように構成したウオータジェットノズルをロボットに持たせてワークの塗膜やスケール等の剥離・洗浄作業を効率良く行う装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に示すように、多関節型ロボット01にウオータジェットノズル02を持たせて剥離・洗浄等の作業をさせる場合、直接ノズル02をロボット01のハンド03に取り付け、ロボット01自身を制御してノズル02に所定の動作をさせている。
【0003】
しかし、ロボットにノズルを装着して剥離・洗浄する場合、ロボットの軌跡精度が悪いため通常は拡散型ノズルもしくは噴流幅の広いノズルを、又は、複数ノズルを回転させて1回の剥離・洗浄幅を広くしたノズルを使用している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ロボットは繰り返し精度は良いが、微少な移動動作(0.1mm 以下)が正確にできないため、上述の如く拡散型ノズルや回転ノズルを使用しているのであるが、拡散型ノズルはせっかく高めたエネルギ密度を低くした使用法のため効率が悪くなり、回転ノズルは模様にムラができるため剥離ムラ等が起こる。
【0005】
一方、エネルギ効率の高い微小径のノズルを複数本隙間なく並べることができれば解決すると考えられるが、ノズルの取付精度を含め至難のことである。
【0006】
特開平11−76955号公報にも、ロボットのアーム先端に洗浄ノズルを持たせて台車等の大型部品を洗浄する装置が開示されている。しかし、一般的な産業ロボットは軌跡精度が悪く、そのため一回のスキャニングによる洗浄幅がある程度広くて、軌跡誤差以上ラップさせておかないと次のスキャニング時洗浄ができていないところが発生する。しかし、このような洗浄ノズルは汎用品であるが洗浄能力は低く、かつ剥離能力は殆どない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明に係る剥離・洗浄装置は、ロボットのハンドにベースフレームを取り付け、ベースフレームにY軸サーボモータを設け、このサーボモータの回転軸をY軸ボールネジとし、このボールネジにZ軸フレームを螺合し、Z軸フレームにZ軸サーボモータを設けこのサーボモータの回転軸をZ軸ボールネジとし、このボールネジにスライドフレームを螺合すると共に、このスライドフレームに複数本の直径0.15mm前後の剥離・洗浄用高エネルギー密度ウォータジェットノズルを設け、このウォータジェットノズルは、Z軸方向に一定間隔で一直線上に列設され、該ノズル径より小さい0.1mm以下の微少移動が可能にし、複雑形状のワークに対応できるように構成された。
【0008】
また、ロボットのハンドにベースフレームを取り付け、ベースフレームにY軸リニアモータを設け、このY軸リニアモータにZ軸フレームをガイドするためのZ軸リニアガイドを設け、Z軸フレームにZ軸リニアモータを設け、このZ軸リニアモータにスライドフレームを設けると共に、このスライドフレームに複数本の直径0.15mm前後の剥離・洗浄用高エネルギー密度ウォータジェットノズルを設け、このウォータジェットノズルは、Z軸方向に一定間隔で一直線上に列設され、該ノズル径より小さい0.1mm以下の微少移動が可能にし、複雑形状のワークに対応できるように構成された。
【0009】
上記構成により、ウオータジェットノズルの所定位置への移動、位置決め等の動作はロボットで制御し、ロボットの苦手とする微少な移動動作を、ノズルユニットに装備した微少移動機構で制御することができる。従って、多関節型ロボットを使って微少な移動動作を要求される作業にも対応できる。また、微少移動機構によって、拡散型ノズルや回転ノズルを使用することなく、ウオータジェットのもつ高いエネルギ密度を保持しつつ効率的な剥離・洗浄が可能となる。
【0010】
この場合、微少移動機構を信頼性の高い、構成的にも簡素なボールネジ方式又はリニアモータ方式によって構成し、また、作業の自由度を高めるため(複雑な形状のワークにも対応できるよう)微少移動機構の制御軸をYZ軸としている。
【0011】
また、複数本のウオータジェットノズルが一定方向に一定間隔をもって列設しておけば、ノズルを微少移動することによりウオータジェットのもつ高いエネルギ密度を保持しつつ効率よくムラのない剥離・洗浄が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【0013】
図1は、ボールネジ方式(制御軸1軸)による微少移動機構を採用した場合の本願発明の基本的思想を示し、図1(a)は要部図(一部を断面で示した概略側面図)、図1(b)は図1(a)におけるA−A矢視断面図である。図示するように、多関節型ロボット1(図5)のアーム2先端のハンド3にベースフレーム4が取り付けられ、このベースフレーム4に複数本のウオータジェットノズル(以下、単に「ノズル」ともいう)5aを備えたノズルユニット5が設けられ、このノズルユニット5に微少移動機構6が装備されている。
【0014】
ベースフレーム4は、図面上、上部の台板4aと、この台板4a中央から垂下した縦板4bと、この縦板4bの下部に台板4aと一定間隔をもってこれに平行な平板状の支板4cからなる。縦板4bを挟んで台板4aの片側がロボットのハンド3に取り付けられ、これに対向する他の側に微少移動機構6を構成するサーボモータ7とボールネジ8が設けられている。すなわち、サーボモータ7の回転軸はボールネジ8として構成されて、図面上、下方に延び、ボールネジ8の下端は支板4cに軸支されている。
【0015】
ボールネジ8にはノズルユニット5を備えたスライドフレーム9が螺合しており、このスライドフレーム9の前部には縦方向に複数本(図では4本)のウオータジェットノズル5aが一定間隔で列設されている。このウオータジェットノズル5aとしては、剥離能力の高い直径0.15mm前後のノズルが使用される。
【0016】
スライドフレーム9の中央部にボールネジ8が螺合挿通し、この両側にボールネジ8に対し平行に延びる一対のリニアガイド10がスライドフレーム9の移動を円滑にするために設けられている。
【0017】
したがって、サーボモータ7を作動させてボールネジ8を回転させればスライドフレーム9はネジ作用によって図面上縦(Z軸)方向に微少移動するようになっている。このスライドフレーム9の微少移動に伴ってスライドフレーム9の前面に配設したウオータジェットノズル5aの微少移動が(0.1mm以下の移動も)可能になる。かかる微少移動機能により、剥離能力の高い(直径0.15mm前後)のノズルが使用できる。
【0018】
例えば、0.15mm直径のウオータジェットノズルをロボットの位置決め機能により所定の位置にセットした後、ウオータジェットノズルから噴流を吐出して作業させながら微少移動機構により4/100mmずつ所定方向に移動していけば、剥離・洗浄にムラが起きず、剥離能力も高い(高いエネルギ密度をそのまま維持している)ので作業効率がよい。また、ロボットを使用しているため複雑形状のワークに対応でき、また、多品種のワークにも対応できる。
【0019】
なお、図1は制御軸が1軸の場合であるが、後述するように2軸での制御も可能である。
【0020】
図2は、リニアモータ方式(制御軸1軸)による微少移動機構を採用した場合の本願発明の基本的思想を示し、図2(a)は要部図(一部を断面で示した側面図)、図2(b)は図2(a)におけるB−B矢視断面図である。
【0021】
図示するようにロボット1のハンド3に略逆L形のベースフレーム11が取り付けられ、このベースフレーム11にリニアモータ12による微少移動機構13が装備されていると共に、ニアモータ12の両側にリニアガイド14が設けられている。微少移動機構13によってZ軸方向に微少移動できるスライドフレーム15には、上記と同様に複数本のウオータジェットノズル5aが一定間隔で列設されてなるノズルユニット5が設けてある。この場合も制御軸は1軸であるが、後述するように複数軸での制御も可能である。
【0022】
この構成でも、ウオータジェットノズル5aの所定の位置への移動(位置決め)をロボット1に行わせ、ノズル5aの微少な移動動作が必要なとき、ロボット1の動作を保持しリニアモータ12を作動することによって、リニアガイド14をガイドとして必要動作を行わせることができる。
【0023】
図3は、第一実施形態を示し、制御軸がYZ軸の2軸であって、ボールネジ方式による微少移動機構を備えているものである。図3(a)は要部図(一部を断面で示した側面図)、図3(b)は図3(a)におけるC−C矢視断面図である。
【0024】
図示するように、ボックス状のベースフレーム16がロボット1のハンド3に取り付けられ、ベースフレーム16の側面にY軸サーボモータ17が設けられ、このY軸サーボモータの17の回転軸がY軸ボールネジ18として構成されて、両者でY軸方向の微少移動機構6Yが形成されている。また、このY軸ボールネジ18の上下両側にY軸リニアガイド19が配設されている。Y軸ボールネジ18にZ軸フレーム20が螺合しており、Y軸サーボモータ17の作動により、Z軸フレーム20はY軸方向(図面上水平方向)に微少移動可能になっている。Z軸フレーム20にはZ軸サーボモータ21が設けられており、このサーボモータ21の回転軸はZ軸ボールネジ22として構成されて、Z軸方向の微少移動機構6Zが形成されている。Z軸ボールネジ22にはスライドフレーム23が螺合し、スライドフレーム23にノズルユニット(複数本のウオータジェットノズル5aを一定間隔で列設したもの)5が設けられている。スライドフレーム23にはZ軸ボールネジ22の両側にリニアガイド23が設けられている。
【0025】
この構成では、ウオータジェットノズル5aはYZ軸の2方向に微少移動可能になっており、微少動作が必要なときはロボット1の動作を保持し、ノズルユニット5に装備した2軸のYZ軸サーボモータ17、21によりベースフレーム16とZ軸フレーム20のリニアガイド19,24をガイドとしてYZ軸ボールネジ18,22を介して必要動作を行わせる。ワークの形状などによって必要に応じてY軸およびZ軸のいずれかの方向に或いは双方に微少にノズルを移動することによって複雑な形状のワークに対応でき、このときも剥離洗浄のムラをなくすことができる。
【0026】
図4は、第二実施形態を示し、第一実施形態と同様に制御軸がYZ軸の2軸であって、ボールネジ方式に代えてリニアモータ方式による微少移動機構を備えているものである。図4(a)は要部図(一部を断面で示した側面図)、図4(b)は図4(a)におけるD−D矢視断面図である。
【0027】
図示するように、ベースフレーム25がロボット1のハンド3に取り付けられ、このベースフレーム25の側面にY軸方向の微少移動機構6Yを構成するY軸リニアモータ26が設けられ、このY軸リニアモータ26の両側にZ軸フレーム27をガイドするためのY軸リニアガイド28が設けられている。Z軸フレーム27にはZ軸方向の微少移動機構6Zを構成するZ軸リニアモータ29が設けられていると共に、ノズルユニット(複数本のウオータジェットノズル5aを一定間隔で列設したもの)5が設けられている。Z軸フレーム27にはスライドフレーム30が設けられ、Z軸フレーム27の両側にZ軸リニアガイド31が設けられている。
【0028】
この構成においても、ウオータジェットノズル5aは、微少移動機構6Y,6ZによってYZ軸の2方向に微少移動可能になっており、微少動作が必要なときはロボット1の動作を保持し、ノズルユニット5に装備した2軸のYZ軸リニアモータ26,29によりベースフレーム25とZ軸フレーム27のYZ軸リニアガイ28,31ドをガイドとして必要動作を行わせる。
【0029】
以上のような本願発明に係る剥離・洗浄装置は、図5に示すような、多関節型の産業ロボット1に配備され、ウオータジェットノズルの所定位置への移動、位置決め等の動作はロボットで制御し、ロボットの苦手とするワークWに対する微少な移動動作を、ノズルユニット5に装備した微少移動機構で制御して効率的な剥離・洗浄作業を行うものである。このように、本願発明は、精密移動機能を有したノズルユニットをラフに位置決めする機能をもったロボットに持たせて剥離・洗浄をムラなく効率良く行う装置である。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したような本願発明では、ロボットの弱点である微少な移動動作をノズルユニットの微少移動機構で補完し、拡散型ノズルや回転ノズルを使用することなく、ウオータジェットのもつ高いエネルギ密度を保持しつつムラのない剥離・洗浄を効率良く行うことができる。
【0031】
従って、多関節型ロボットを使って微少な移動動作を要求される作業に対応できる結果、構成機器の簡略化が図れると共に、複雑な形状のワークにも、多品種のワークにも対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボールネジ方式(制御軸1軸)による微少移動機構を採用した場合の本願発明の基本的思想を示し、(a)は要部図(一部を断面した側面図)、(b)は(a)におけるA−A矢視断面図である。
【図2】リニアモータ方式(制御軸1軸)による微少移動機構を採用した場合の本願発明の基本的思想を示し、(a)は要部図(一部を断面した側面図)、(b)は(a)におけるB−B矢視断面図である。
【図3】第一実施形態を示し、制御軸がYZ軸の2軸であって、ボールネジ方式による微少移動機構を備えているものである。(a)は要部図(一部を断面した側面図)、(b)は(a)におけるC−C矢視断面図である。
【図4】第二実施形態を示し、第一実施形態と同様に制御軸がYZ軸の2軸であって、ボールネジ方式に代えてリニアモータ方式による微少移動機構を備えているものである。(a)は要部図(一部を断面した側面図)、(b)は(a)におけるD−D矢視断面図である。
【図5】本願発明に係る剥離・洗浄装置を多関節型ロボットに装備したときの概略図である。
【図6】従来の多関節型ロボットにウオータジェットノズルを装備した場合の要部図である。
【符号の説明】
1…(多関節型)ロボット
3…ハンド
5…ノズルユニット
5a…ウオータジェットノズル
6、6Y,6Z…微少移動機構
7、17、21…サーボモータ
8、18,22…ボールネジ
9、15,23、30…スライドフレーム
12、26,29…リニアモータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for efficiently performing peeling / cleaning operations such as a coating film and a scale of a workpiece by providing a robot with a water jet nozzle configured so as to allow a slight movement operation.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 6, when the articulated
[0003]
However, when a robot is equipped with a nozzle for peeling / cleaning, the robot's trajectory accuracy is poor, so normally a diffusion type nozzle or a nozzle with a wide jet flow width or multiple nozzles are rotated to make a single peeling / cleaning width. A wide nozzle is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although the robot has good repeatability, it cannot accurately move minutely (0.1 mm or less), so the diffusion nozzle or rotating nozzle is used as described above. However, the diffusion nozzle has a high energy density. The efficiency is lowered due to the use with a low level, and the rotating nozzle has unevenness in the pattern, resulting in peeling unevenness.
[0005]
On the other hand, it is considered that the problem can be solved if a plurality of nozzles having a very small diameter with high energy efficiency can be arranged without gaps, but it is extremely difficult including the accuracy of nozzle mounting.
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-76955 also discloses an apparatus for cleaning a large part such as a carriage by providing a cleaning nozzle at the tip of a robot arm. However, in general industrial robots, the trajectory accuracy is poor, and therefore, the width of cleaning by one scanning is somewhat wide, and if it is not wrapped more than the trajectory error, there is a place where cleaning at the next scanning cannot be performed. However, such a cleaning nozzle is a general-purpose product, but has a low cleaning ability and almost no peeling ability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a peeling / cleaning apparatus according to the present invention has a base frame attached to a robot hand, a Y-axis servo motor is provided on the base frame, and the rotation axis of the servo motor is a Y-axis ball screw. A Z-axis frame is screwed onto the ball screw, a Z-axis servo motor is provided on the Z-axis frame, the rotation axis of the servo motor is used as a Z-axis ball screw, and a slide frame is screwed onto the ball screw. A high energy density water jet nozzle for peeling / cleaning with a diameter of about 0.15 mm is provided. The water jet nozzles are arranged in a straight line at regular intervals in the Z-axis direction, and are 0.1 mm or less smaller than the nozzle diameter. It was configured to be able to move slightly and to handle workpieces with complex shapes .
[0008]
A base frame is attached to the robot hand, a Y-axis linear motor is provided on the base frame, a Z-axis linear guide for guiding the Z-axis frame is provided on the Y-axis linear motor, and a Z-axis linear motor is provided on the Z-axis frame. The Z-axis linear motor is provided with a slide frame, and a plurality of high energy density water jet nozzles having a diameter of around 0.15 mm are provided on the slide frame, and the water jet nozzle is arranged in the Z-axis direction. Are arranged in a straight line at regular intervals, and can be moved by 0.1 mm or less, which is smaller than the nozzle diameter, so that it can handle a workpiece having a complicated shape .
[0009]
With the above-described configuration, the movement of the water jet nozzle to a predetermined position, positioning, and the like can be controlled by the robot, and the minute movement operation that the robot is not good at can be controlled by the minute movement mechanism provided in the nozzle unit. Therefore, it is possible to cope with an operation that requires a minute movement using an articulated robot. In addition, the fine movement mechanism enables efficient peeling and cleaning while maintaining the high energy density of the water jet without using a diffusion nozzle or a rotating nozzle.
[0010]
In this case, the minute movement mechanism is configured by a highly reliable and simple structure of a ball screw method or a linear motor method, and the degree of freedom is increased (to deal with workpieces with complicated shapes). The control axis of the moving mechanism is the YZ axis.
[0011]
In addition, if multiple water jet nozzles are arranged in a certain direction and at regular intervals, by moving the nozzles slightly, it is possible to efficiently remove and clean evenly while maintaining the high energy density of the water jet. It becomes.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows the basic idea of the present invention when a micro-movement mechanism using a ball screw method (one control shaft) is employed, and FIG. 1 (a) is a main part view (a schematic side view partially showing a cross section). 1 (b) is a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG. 1 (a). As shown in the figure, a
[0014]
In the drawing, the
[0015]
A slide frame 9 having a
[0016]
A
[0017]
Accordingly, if the servo motor 7 is operated to rotate the
[0018]
For example, a water jet nozzle with a diameter of 0.15 mm is set at a predetermined position by a robot positioning function, and then moved by 4/100 mm in a predetermined direction by a micro-movement mechanism while ejecting a jet from the water jet nozzle and working. As a result, there is no unevenness in peeling and cleaning, and the peeling performance is high (high energy density is maintained as it is), so that the work efficiency is good. In addition, because it uses a robot, it can handle workpieces with complex shapes, and can also handle a wide variety of workpieces.
[0019]
FIG. 1 shows a case where the control axis is one axis, but control with two axes is possible as will be described later.
[0020]
FIG. 2 shows the basic idea of the present invention when a micro-movement mechanism using a linear motor system (one control shaft) is employed, and FIG. 2 (a) is a main part view (a side view showing a part in cross section). 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2 (a).
[0021]
As shown in the figure, a substantially inverted L-shaped
[0022]
Even in this configuration, the
[0023]
FIG. 3 shows the first embodiment, in which the control axes are two axes, YZ axes, and are provided with a micro screw moving mechanism based on a ball screw system. 3A is a main part view (a side view showing a part in cross section), and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3A.
[0024]
As shown in the figure, a box-shaped
[0025]
In this configuration, the
[0026]
FIG. 4 shows the second embodiment, in which the control axes are the two YZ axes as in the first embodiment, and are provided with a micro-movement mechanism using a linear motor system instead of the ball screw system. 4A is a main part view (a side view showing a part in a cross section), and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 4A.
[0027]
As shown in the figure, a
[0028]
Also in this configuration, the
[0029]
The peeling / cleaning apparatus according to the present invention as described above is provided in an articulated
[0030]
【The invention's effect】
In the present invention as described above, the minute movement operation, which is a weak point of the robot, is complemented by the minute movement mechanism of the nozzle unit, and the high energy density of the water jet is maintained without using a diffusion type nozzle or a rotating nozzle. However, it is possible to efficiently perform peeling and cleaning without unevenness.
[0031]
Therefore, as a result of being able to cope with work requiring a minute movement operation using an articulated robot, it is possible to simplify the constituent devices, and it is possible to deal with workpieces of complex shapes as well as various types of workpieces.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a basic idea of the present invention when a micro-movement mechanism using a ball screw method (one control shaft) is employed, (a) is a main part view (a side view with a part cut), and (b). FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in (a).
FIG. 2 shows the basic idea of the present invention when a micro-movement mechanism using a linear motor system (one control shaft) is used, (a) is a main part view (side view of a part), (b) ) Is a cross-sectional view taken along line BB in (a).
FIG. 3 shows the first embodiment, in which the control axes are two axes, YZ axes, and are provided with a micro screw moving mechanism by a ball screw method. (a) is principal part figure (side view which cut | disconnected one part), (b) is CC sectional view taken on the line in (a).
FIG. 4 shows a second embodiment, and similarly to the first embodiment, two control axes are the YZ axes, and a minute movement mechanism using a linear motor system is provided instead of the ball screw system. (a) is a principal part figure (side view which cut down a part), (b) is DD sectional view taken on the line in (a).
FIG. 5 is a schematic view when the peeling / cleaning apparatus according to the present invention is installed in an articulated robot.
FIG. 6 is a main part view when a conventional articulated robot is equipped with a water jet nozzle.
[Explanation of symbols]
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