JPH07266282A - 産業用ロボットのセンサ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、産業用ロボットのロボットアーム
先端に設けた溶接装置のセンサを充分に冷却可能な冷却
装置を提供することを目的としている。 【構成】 上述の目的を達成するために、本発明では、
産業用ロボット（１０）のロボットアーム（１６）の先
端に設けたセンサのための冷却装置（２８）において、
前記ロボットアーム（１６）の先端を、所定の空間位置
に移動させるロボット制御手段と、前記所定の空間位置
で前記センサに向けて冷却空気を吹き付ける空気噴出手
段（２８）とを具備し、前記空気噴出手段（２８）が前
記ロボットアーム（１６）から離反している構成とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボットのセンサ
の冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動制御される産業用ロボット（以下、
単にロボットと記載する）に、溶接装置やレーザ加工装
置等の種々の機能要素を取り付けて様々な加工プロセス
が自動化されている。この機能要素は、ロボットのロボ
ットアーム先端に取り付けられている。近時では、自動
化された加工プロセスを最適化するために、上記の機能
要素と共にセンサを備えて、ワークの位置決め誤差や寸
法誤差を検知し、これを補正しながら加工プロセスが実
行される。このセンサは加工部位を検知するために、ロ
ボットアーム先端において上記の機能要素の内部または
外部に設けられている。

【０００３】前記機能要素が溶接装置やレーザ加工装置
である場合にはセンサは、加工プロセスに伴う熱を受け
る。センサは一般的に熱に対して敏感であり高温に曝さ
れると機能を損なうことが多い。従って、溶接装置やレ
ーザ加工装置による加工プロセスの負荷にもよるが、セ
ンサの熱による損傷を防止する必要がある場合には、溶
接装置やレーザ加工装置内またはセンサに冷却空気を連
続的に導入してセンサの冷却を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上記セン
サはロボットアーム先端に設けられているので、機能要
素内またはセンサに冷却空気用の配管を行うためには、
ロボットアーム内の限られた空間に冷却空気管路を配管
しなければならない。このために、冷却空気管路の管径
は制限され、充分に冷却するための流量を得ることが難
しい。従って、熱負荷の高い加工プロセスにセンサを利
用することが困難となる。本発明はこうした従来技術の
問題点を解決することを技術課題としており、産業用ロ
ボットのロボットアーム先端に設けた溶接装置のセンサ
を充分に冷却可能な冷却装置を提供することを目的とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、産業用ロボッ
トのロボットアーム先端に設けたセンサのための冷却装
置において、前記ロボットアームの先端を所定の空間位
置に移動させるロボット制御手段と、前記所定の空間位
置で前記センサに向けて冷却空気を吹き付ける空気噴出
手段とを具備し、前記空気噴出手段が前記ロボットアー
ムから離隔して設けられている冷却装置を要旨とする。

【０００６】

【作用】ロボット制御装置により、ロボットアーム先端
を所定の空間位置に移動させ、該ロボットアーム先端に
設けたセンサに向けて空気を噴出させ、該センサを冷却
する。

【０００７】

【実施例】以下、上記の機能要素として溶接装置がロボ
ットアーム先端に取り付けられている場合を一例とし
て、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を
説明する。先ず、図１を参照すると、溶接装置２４がロ
ボット１０のロボットアーム１６の先端に設けられてい
る。ロボット１０は、設置場所の床面等に固定された固
定ベース１２を具備している。固定ベース１２には、旋
回ベース１４が概ね鉛直な旋回軸Ｊ１の回りに所定の角
度範囲で旋回自在に取り付けられている。旋回ベース１
４には、ロボットアーム１６が概ね水平な旋回軸Ｊ２の
回りに所定の角度範囲において旋回自在に取り付けられ
ている。

【０００８】図示するように、ロボットアーム１６は、
第１のロボットアーム１８と第２のロボットアーム２０
とから成る。第１のロボットアーム１８は、一端が旋回
軸Ｊ２において旋回ベース１４に取り付けられている。
第１のロボットアーム１８の他端には、第２のロボット
アーム２０が旋回軸Ｊ２と平行な旋回軸Ｊ３の回りに所
定の角度範囲で旋回自在に取り付けられている。第２の
ロボットアーム２０は、旋回軸Ｊ３と垂直な旋回軸Ｊ４
の回りに、つまり第２のロボットアーム２０の長手方向
の軸線を中心として所定の角度範囲で旋回自在に構成さ
れている。

【０００９】第２のロボットアーム２０の先端には、手
首２２が旋回軸Ｊ４に対して垂直な旋回軸Ｊ５の回りに
所定の角度範囲で旋回自在に取り付けられている。手首
２２の先端には、溶接装置２４が旋回軸Ｊ５に概ね垂直
な旋回軸Ｊ６の回りに所定の角度範囲で旋回自在に取り
付けられている。つまり、図１に示す産業用ロボット１
０は６軸の垂直多関節ロボットを構成している。

【００１０】図１に示す溶接装置２４は、一例としてガ
スシールドアーク溶接装置であるが、プラズマ溶接装置
やレーザ溶接装置であってもよい。溶接装置２４は、溶
接プロセスに必要なガス、電力、ワイヤを供給するため
の集合ケーブル２６を有している。溶接装置２４のセン
サを冷却するための冷却装置２８が、ロボットアーム１
６から離隔してロボット１０の近傍に配設されている。
冷却装置２８は、ロボットアーム１６には取り付けられ
ていないが、後述するようにロボット１０のための制御
装置３８（図４参照）により制御され、全体として自動
溶接ロボットシステムを構成するものである。

【００１１】次に、図２を参照して、本実施例における
溶接装置２４内部に配設されたセンサについて説明す
る。本実施例にいて上記のレーザ光線を利用した光学セ
ンサであり、溶接装置２４のハウジング３０の中に収納
されている。ハウジング３０の下端面には細長いスロッ
ト４２が形成されている。図示されていないが、スロッ
ト４２は耐熱性のガラスにより閉鎖されている。上記光
学センサは、レーザ発光部としてレーザダイオード３４
を具備している。レーザダイオード３４から発振された
レーザ光線は、レンズ３６を通過して平行光線となる。
光学スキャナ３８の反射鏡４０により反射されたレーザ
光線は、スロット４２を通過してワーク４４に照射され
る。光学スキャナ３８が長手方向の軸線を中心として回
転することにより、反射鏡４０により反射されたレーザ
光線は、ワーク４４上において前記軸線に概ね垂直な方
向にワーク表面を走査する。ワーク４４により反射され
たレンズ光線はレンズ４６を通過してレーザ受光部とし
てのＣＣＤ４８により電気的信号に変換される。この電
気信号の変化から、ワーク４４の溶接線４４ａの位置が
検知される。

【００１２】当業者には理解されるように、ハウジング
３０内の光学センサは、主に溶接装置２４による溶接部
から照射される放射熱により加熱される。つまり、溶接
部からの放射熱によりハウジング３０が加熱され、ハウ
ジング３０からの２次放射により光学センサが加熱され
る。ハウジング３０は、その下端面にて上記の放射熱を
受けるので、光学センサを冷却するためにはハウジング
３０の下端面を冷却することが重要となる。

【００１３】次に、図３を参照して冷却装置２８につい
て説明する。冷却装置２８は、頂部に噴出口３２ａを有
するノズル３２を具備している。ノズル３２は、往復台
３０ｂの上にて立設されている。ノズル３２は空気供給
管路３２ｂを有しており、ここから供給された冷却空気
が噴出口３２ａから上方に噴出される。冷却装置２８
は、図１に示すように、ロボットアーム１６には設けら
れていないので、空気供給管路３２ｂ内部に配管する必
要がなく、管径の大きな管路を使用することが可能とな
る。つまり、それだけ多量の冷却空気を噴出可能に構成
されている。

【００１４】往復台３０ｂは支持台３０ａの上に設けら
れている。支持台３０ａは、往復台３０ｂを所定の直線
方向に案内する案内手段を有している。図３において、
この案内手段はあり溝にて構成されているが、平行ガイ
ドまたはレールとホイールとによりこれを構成してもよ
い。往復台３０ｂにおいて上記直線方向に垂直な端面
に、エアシリンダ３４の作用棒３４ａが取着されてい
る。エアシリンダ３４は、作用棒３４ａの動作方向の軸
線が上記の直線方向と概ね平行となるように配設されて
いる。エアシリンダ３４は複動式のエアシリンダであ
り、２つのポートに接続された空気管路３４ｂ、３４ｃ
に供給される空気を制御することにより、作用棒３４ａ
が前進、後退する。これにより、往復台３４ａが上記の
直線方向、つまり図３において矢印Ａの方向に往復駆動
される。

【００１５】冷却装置２８は、更にＬ形の側板３６を具
備している。側板３６の２つの内面には、３つのリミッ
トスイッチ３６ａ、３６ｂ、３６ｃが設けられている。
リミットスイッチ３６ａは、その検知部が上方に向けら
れており、リミットスイッチ３６ｂ、３６ｃは、各々の
検知部が側板３６の内側に向けられている。リミットス
イッチ３６ａ、３６ｂ、３６ｃの各々は、ロボット１０
の制御装置３８に接続されている（図４参照）。

【００１６】次に、図４を参照して冷却装置２８の制御
装置について説明する。コンプレッサ等の空気供給源４
０にて圧縮された空気が、管路４２を介してソレノイド
式の遮断弁４４に供給される。遮断弁４４は管路４２の
連通、遮断を制御する。遮断弁４２のソレノイドは、ロ
ボット１０のロボット制御装置３８に接続されており、
ロボット制御装置３８により該ソレノイドの励磁と消磁
が制御される。遮断弁４４の下流において管路４０は管
路３２ａと管路４６とに分岐される。ソレノイドが励磁
されて遮断弁が開放されると、空気供給源４２からの空
気は、一部が冷却空気として管路３２ａを介してノズル
３２に供給され、残りが、管路４６と、方向制御弁５０
と、管路３２ｂまたは３２ｃを介してエアシリンダ３４
に供給される。方向制御弁は２位置式のソレノイド弁で
あり、エアシリンダ３４への空気の供給ポートを選択す
る。方向制御弁５０のソレノイドは、ロボット制御装置
３８に接続されており、ロボット制御装置により該ソレ
ノイドの励磁と消磁が制御される。つまり、ソレノイド
が消磁されるとエアシリンダ３４の作用棒３４ａが後退
し、ソレノイドが励磁されると伸長する。図４に示す実
施例とは反対に制御してもよいことは言うまでもない。
また、図示するように、ロボット制御装置３８には、リ
ミットスイッチ３６ａ、３６ｂ、３６ｃが接続されてい
る。

【００１７】次に、冷却装置２８の作用について説明す
る。一般的に、溶接装置２４が所定の溶接プロセスの１
サイクルを終了すると、次の溶接サイクルのために、ワ
ークを所定の位置に取り付ける等の段取り工程が開始さ
れ、この間溶接装置２４は休止する。本発明による冷却
装置は、この休止期間中にセンサを冷却するように構成
されている。

【００１８】つまり、上記の休止期間中に、ロボット制
御装置３８からロボット１０に、光学センサを冷却すべ
き指令が発生すると、この指令に従ってロボットアーム
１６が動作し、スロット４２を下方に向けて溶接装置２
４をノズル３２の上方に配置する。このとき、溶接装置
２４の一部がリミットスイッチ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ
の各々の検知部に接触することにより、ロボットアーム
１６の３方向の動作が各々制限され、溶接装置２４がノ
ズル３２の上方にて所定の位置に保持される。このと
き、ハウジング３０の下端面が概ね水平となるように、
ロボットアーム１６および手首２２の各々の旋回軸Ｊ２
からＪ６を制御する。

【００１９】溶接装置２４が所定の位置に配置される
と、遮断弁４４のソレノイドが励磁されて遮断弁４４が
開放される。これにより、空気供給源４０からの空気の
一部は管路３２ａを介して冷却空気としてノズル３２か
らハウジング３０の下端面に向けて噴射され、他の一部
は、方向切換弁５０によりエアシリンダ３４への供給ポ
ートが選択されてエアシリンダ３４に供給される。方向
切換弁５０のソレノイドの励磁と消磁を所定の時間間隔
で交互に制御することにより、エアシリンダ３４の作用
棒３４ａが前進、後退を交互に繰り返す。こうして、ノ
ズル３２から冷却空気を噴出しながら往復台３０ｂが往
復動作する。これにより、ノズル３２の噴出口３２ａか
らの冷却空気が、ハウジング３０の下端面全体に衝突し
てハウジング３０を効果的に冷却し、内部の光学センサ
を冷却する。

【００２０】また、このとき好ましくは、ノズル３２の
動作方向が、スロット４２の長手方向と概ね平行となる
ように支持台３０ａを予め配置する。これにより、溶接
プロセス中に、スロット４２を覆うガラス窓に付着した
スパッタが除去される。

【００２１】本発明の好ましい実施例を説明したが、こ
の実施例は本発明を限定する主旨ではなく、種々の変形
と改良が可能である。 （１）上記の実施例では、産業用ロボット１０は６軸の
垂直多関節型ロボットであるが、本発明はこれに限定さ
れず、水平多関節型ロボットや、６軸以外の旋回軸を有
するロボットであってもよい。 （２）溶接装置はアーク溶接装置以外の、例えばレーザ
溶接装置や、レーザ切断装置等のレーザ加工装置用のセ
ンサを冷却するためにも適用できる。 （３）上記の実施例では、溶接装置２４をノズル３２の
上方に配置するために、リミットスイッチ３６ａ、３６
ｂ、３６ｃを利用したが、これは、非接触式の近接セン
サにても置換可能である。更には、ロボット制御装置３
８内部の絶対座標系においてソフト的に、溶接装置２４
をノズル３２の上方に配置することも可能である。

【００２２】（４）側板３６に代えて、アングルにより
フレームを形成して、これにリミットスイッチ３６ａ、
３６ｂ、３６ｃを取り付けてもよい。 （５）上記の実施例において冷却装置２８のノズル３２
は概ね鉛直方向に冷却空気を噴出するように構成されて
いるが、本発明はこれに限定されず、例えば水平方向や
下方に噴出してもよい。 （６）溶接装置２４が比較的小型である場合には、図５
に示すように、ノズル３２を固定式としてもよい。更に
は、ノズル３２は１本に限定されず、図６に示すよう
に、２本のノズル３２を設けてもよい。図６では一例と
して２本のノズルが図示されているが、３本またはそれ
以上でもよい。

【００２３】本発明は、以下の特徴を以て実施すること
もできる。 ａ．前記冷却空気を噴出する手段は、冷却空気を所定の
圧力に圧縮する空気源と、前記空気源からの圧縮空気を
前記センサの方向に噴出するノズルと、前記空気源と前
記ノズルとの間の連通、遮断を行う制御弁とを具備し、
前記制御弁が前記ロボット制御装置により制御される請
求項１に記載の冷却装置。 ｂ．前記ノズルが１本設けられている特徴ａに記載の冷
却装置。 ｃ．前記ノズルが複数設けられている特徴ａに記載の冷
却装置。

【００２４】ｄ．更に、前記ノズルを所定の直線方向に
往復動作させる手段と具備する特徴ａに記載の冷却装
置。 ｅ．前記ノズルを往復動作させる手段は、前記直線方向
に延設された案内手段と、前記案内手段に沿って移動可
能に設けられ、冷却空気を前記センサに向けて噴出する
ように前記ノズルを保持する往復台と、前記往復台を前
記案内手段に沿って往復動作させる複動式のエアシリン
ダとを具備する特徴ｄに記載の冷却装置。

【００２５】

【発明の効果】本発明の冷却装置は、ロボットアームか
ら離隔した位置に設けられているので、冷却空気の供給
管路の管径を充分に大きくすることできるので、より多
量の冷却空気を噴出することが可能となる。従って、本
発明の冷却装置によれば、ロボットアーム先端に設けら
れたセンサを効果的に冷却することが可能となる。特
に、本発明の冷却装置は、センサの加熱を予防する効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】産業用ロボットと、その先端に設けた溶接装置
と、本発明による冷却装置の斜視図である。

【図２】溶接装置内部に配設された光学装置を示す透視
図である。

【図３】本発明による冷却装置の斜視図である。

【図４】本発明による冷却装置の制御装置のブロック図
である。

【図５】本発明による冷却装置の他の実施例の斜視図で
ある。

【図６】本発明による冷却装置の更に他の実施例の斜視
図である。

【符号の説明】

１０…産業用ロボット ２４…溶接装置 ２８…冷却装置 ３０ａ…支持台 ３０ｂ…往復台 ３２…ノズル ３４…エアシリンダ ３８…ロボット制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 彰弘 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 長谷 貴弘 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットのロボットアーム先端に
   設けたセンサのための冷却装置において、前記ロボット
   アームの先端を所定の空間位置に移動させるロボット制
   御手段と、前記所定の空間位置で前記センサに向けて冷
   却空気を吹き付ける空気噴出手段とを具備し、前記空気
   噴出手段が前記ロボットアームから離隔して設けられて
   いる冷却装置。