JPH0623432Y2 - 教示センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、産業用ロボット等の自動ティーチングに用い
られる教示センサに関し、例えばレーザを用いた切断ロ
ボット等に利用される。

（従来の技術） 近時、プレス成形品のような複雑な形状の加工品をレー
ザ切断ロボットで切断する技術が注目を集めている。こ
れは、レーザ光はビームが細いためにプラズマやガスに
よる溶断よりも高い精度で精密な切断加工が可能だから
である。

このようなレーザ切断ロボットにおいては、切断線及び
切断トーチの位置、姿勢をティーチングするための教示
センサを備えている。この教示センサは、図示は省略し
ているが、ホルダ内に差動トランスを内蔵し、この差動
トランス内に先端部に接触針を備えたシャフトがホルダ
の軸心方向に沿って移動可能に挿設された構造のもので
あり、接触針はスプリングによってホルダの先端開口部
から一定長さ突出するように（具体的には、教示センサ
に代わって取付けられる切断トーチのレンズ焦点位置よ
り若干突出するように）付勢されている。

このように、接触針の先端を切断トーチのレンズ焦点位
置より若干突出するように設けるのは、もし仮りに接触
針先端を切断トーチのレンズ焦点位置に合わせて固定し
てしまうと、ティーチング時に、接触針の先端をワーク
面に強く押し当ててしまったとき、その衝撃によって教
示センサが壊れる可能性があるからである。

すなわち、上記構成の教示センサによれば、例えばティ
ーチングボックスを操作することにより、ロボットの各
関節を動かして接触針をワークのティーチングポイント
に当接させ、その後接触針をホルダ内に押し込んでゆ
く。ロボット内の制御部には、接触針がホルダ内に押し
込まれてその先端がレンズ焦点位置にきたときの差動ト
ランスの出力電圧値が予め記憶されている。そのため、
接触針の変位に対する差動トランスの出力電圧を検出
し、この検出電圧値が予め記憶された電圧値と一致した
とき、接触針の先端が切断トーチのレンズ焦点位置に一
致したと判断して、そのときの当該ロボットの位置、姿
勢を順次ティーチングしていくものである。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、上記したような教示センサでは、スプリ
ングの付勢力によって接触針は通常切断トーチに内蔵さ
れた集光レンズの焦点位置よりさらに５mm突出した位置
にある。そのため、全てのティーチングポイントにおけ
るティーチング動作を終了し、次にそのティーチングが
正確に行われたかどうかを確認するティーチング確認動
作に移行したとき、接触針はレンズ焦点位置まで押し込
まれた状態でワーク上に当接され、ワーク上を摺動しな
がら各ティーチングポイントを順次通過して移動するこ
とになる。この場合、接触針がワークの平坦面上を摺動
しているときは、ホルダとワークとの間の距離がほぼ一
定に保たれることから、接触針もほとんど上下動をしな
いので問題はないのであるが、特に三次元曲面上を摺動
するときに、ホルダとワークとの間の距離が急激に変化
したときには、接触針の高さつまりホルダの先端開口部
からの突出長さがレンズ焦点位置を中心として上下に変
動し、このときに接触針がワークにひっかかり、教示セ
ンサに外圧が加わって、教示センサ自体が壊れてしまう
といった問題があった。また、ワークに段差があるとき
には、この段差を通過するときにも接触針が上下に変動
し、このときにも接触針がワークにひっかかり、教示セ
ンサ自体が壊れてしまうといった問題もあった。さら
に、ティーチング時に入力ミスがあった場合にも、その
ティーチングポイントを通過するときに接触針が上下に
変動し、このときに接触針がワークにひっかかり、教示
センサ自体が壊れてしまうといった問題もあった。

本考案は係る実情に鑑みてなされたもので、その目的
は、ティーチング確認動作をスムーズに行うことができ
るとともに、誤動作やティーチングミス等によって生じ
る接触針の損傷等を防止し得る教示センサを提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本考案の教示センサは、ワー
ク上の位置や姿勢等の情報をロボットに入力するため
に、トーチを取付けるロボットのチャック部に着脱可能
に取付けられるものであって、円筒状に形成されたホル
ダの内周壁に差動トランスが設けられるとともに、先端
に接触針を有するシャフトがこの差動トランス内を前記
ホルダの軸心方向に沿って移動可能に挿設され、かつ該
シャフトは先端の接触針が前記ホルダの先端開口部を通
過して前記トーチの加工点よりも突出するように付勢さ
れた構造のものにおいて、前記ホルダは、前記チャック
部に固着されたセンサアタッチメントを介して取付けら
れるとともに、外圧を受けたとき該センサアタッチメン
トに対して傾動可能に設けられ、かつ前記ホルダの先端
開口部に、前記接触針の突出長さを任意の長さに固定可
能な固定部が設けられたものである。

（作用） ティーチング時、固定部を緩めた状態で接触針をワーク
上に接触させながらティーチングを行う。また、ティー
チング確認動作時、接触針の先端をワークの加工点（す
なわち、レンズ焦点位置）に一致させた状態で固定部に
より固定し、この状態でティーチング確認動作を行う。
そして、このティーチング確認動作時に、何からの誤動
作やティーチングミス等によって接触針がワークにひっ
かかった場合には、教示センサ自体がチャック部に固着
されたセンサアタッチメントに対して傾動する。これに
より、外圧による教示センサへの衝撃が和らげられるの
で、教示センサの損傷等が防止される。

（実施例） 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。

第２図及び第３図は、本考案の教示センサを用いたレー
ザ切断ロボットの正面図及び側面図を示している。

同図において、１はワーク（図示省略）を載置するベッ
ドで、図中Ｘ軸方向に移動可能に設けられている。ま
た、２，２はこのベッド１を挾んで両側に立設された基
台、３はこれら基台２，２の上端部間に架設されたＹ軸
フレーム、４はこのＹ軸フレーム３の前側面に取付けら
れ駆動部（図示省略）によって図中Ｙ軸方向に移動可能
に設けられた移動体、６はこの移動体４に取付けられ駆
動部（図示省略）によって図中Ｚ軸方向に移動可能に設
けられたＺ軸フレーム、７は本考案の教示センサであ
る。この教示センサ７は、図中φ軸回りに旋回する旋回
部材８及び図中α軸回りに回動する回動部材９を介して
Ｚ軸フレーム６の下端部に取付けられている。すなわ
ち、本実施例では、教示センサ７をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、
φ軸、α軸の５軸制御のレーザ切断ロボットに適用した
例を示している。ただし、このような５軸制御のレーザ
切断ロボットに限定されるものではない。

第１図は、上記した本考案の教示センサ７の拡大断面図
を示している。

同図において、１０は円筒状に形成されその先端部（同
図において下端部）に開口１１が開設されたホルダであ
り、このホルダ１０の内周壁に沿って差動トランス１４
が当該ホルダ１０と同軸状に配設されている。この差動
トランス１４は、１次コイル及び２次コイルを筒状に巻
回したコイル部材１２内にコア部材１３を挿設したもの
で、このコア部材１３はホルダ１０の軸心方向（同図に
おいて上下方向）に沿って移動可能に設けられている。
また、このコア部材１３には同軸状にシャフト１５が貫
設されており、このシャフト１５の先端に接触針１６が
設けられている。そして、このシャフト１５の前記コア
部材１３と前記接触針１６との中程に鍔状のストッパ１
７が形成され、このストッパ１７と前記コア部材１３と
の間にスプリング１８が外嵌されている。シャフト１５
はこのスプリング１８によって常に下方に付勢されてい
る。そして、このスプリング１８の付勢力によってスト
ッパ１７が前記先端開口部１１の周縁１１ａに当接する
ことにより、接触針１６がホルダ１０の前記先端開口部
１１から所定長さ下方に突出するようになっている。

ここで、所定長さとは、接触針１６の先端が、教示セン
サ７を切断トーチに着け替えたときのレンズ焦点位置Ｆ
_０より５mmだけ下方に位置（第１図において二点鎖線で
示す位置）する長さのことである。

一方、ホルダ１０の先端開口部１１には、シャフト１５
を挾持固定するためのコレット２０が嵌着されている。
このコレット２０は、外周面に螺子部２０ａが形成され
るとともに内部に前記シャフト１５が挿通可能な通口２
０ｂが形成されかつ螺子部２０ａが形成された本体部分
が縦割りされたもので、この縦割りされた部分が外方
（第１図において左右方向）に拡開するようになってい
る。そして、このコレット２０の前記螺子部２０ａにテ
ーパ状の雌螺子部２１ａを有するナット２１が螺着され
ている。すなわち、このナット２１をコレット２０に対
して締め付けることにより、当該コレット２０によって
シャフト１５を挾持固定できるようになっている。図面
はシャフト１５を５mmだけホルダ１０内に押し込んでナ
ット２１を締め付けた状態を示している。すなわち、接
触針１６の先端位置が切断トーチのレンズ焦点位置Ｆ_０
になっている。

一方、上記のように構成された教示センサ７の上端部に
は、シャフト１５の上端部を保持するシャフト保持部２
５が設けられており、このシャフト保持部２５は押え部
材２６によってホルダ１０に固定されている。そして、
この押え部材２６が、アタッチメント押え２９によって
ネジ部材３０に固着されたセンサアタッチメント２８
に、スプリング２７，２７を介して取付けられており、
ネジ部材３０は、前記回動部材（チャック部）９に着脱
可能に取付けられている。すなわち、教示センサ７はス
プリング２７，２７を介してセンサアタッチメント２８
に取付けられていることから、教示センサ７全体がセン
サアタッチメント２８に対して（すなわち、チャック部
９に対して。）傾動可能な構造となっている。その傾動
方向は、ホルダ１０の軸心方向に対して水平方向であ
る。

なお、教示サンセ７がワークにぶつかる等して傾動した
とき、この傾動状態をリミットスイッチ等（図示省略）
によって検知し、この検知信号に基づいてティーチング
確認動作を即座に停止するようにしている。

次に、上記構成の教示センサ７を用いたレーザ切断ロボ
ットの動作を説明する。

まず、ティーチング時にはナット２１を緩めてシャフト
１５が自由に上下移動できるようにしておく。この状態
でワーク上の各ティーチングポイントに教示センサ７を
移動して、接触針１６をワークのティーチングポイント
に当接させ、その後接触針１６をホルダ１０内に押し込
んでゆく。ロボット内の制御部には、接触針１６がホル
ダ１０内に押し込まれてその先端がレンズ焦点位置Ｆ_０
にきたときの差動トランス１４の出力電圧値が予め記憶
されている。そのため、接触針１６の変位に対する差動
トランス１４の出力電圧を検出し、この検出電圧値が予
め記憶された電圧値と一致したとき、接触針１６の先端
が切断トーチのレンズ焦点位置Ｆ_０に一致したと判断し
て、そのときの当該ロボットの位置、姿勢を順次ティー
チングしていく。

このようにしてティーチングを終了後、ナット２１を再
び締め付けて接触針１６を切断トーチのレンズ焦点位置
Ｆ_０に固定し、先に記憶させたティーチング内容を確認
するためにロボットのテスト走行（ティーチング確認動
作）を行う。ティーチング確認動作は、レンズ焦点位置
Ｆ_０に固定された接触針１６の先端をワーク上に当接
し、ワーク上を摺動しながら各ティーチングポイントを
順次通過して移動する。

このとき、接触針１６がワークの例えば三次元曲面上を
摺動するときに、誤動作等によって教示センサ７とワー
クとの距離が変化し、接触針１６がワークに押し付けら
れてひっかかる場合がある。この場合には、教示センサ
７が傾動して外圧を回避するとともに、この傾動状態を
リミットスイッチ等によって検知し、ティーチング確認
動作を一時停止する。また、ティーチング内容が間違っ
ている場合にも、教示センサ７とワークとの距離が変化
するため、接触針１６がワークに押し付けられてひっか
かることがある。この場合には、教示センサ７が傾動し
て外圧を回避するとともに、この傾動状態をリミットス
イッチ等によって検知し、ティーチング確認動作を一時
停止して、そのティーチングポイントでのティーチング
修正作業を行う。このようにして修正作業を行い、全て
のティーチングポイントでのティーチング確認動作を終
了した後、切断トーチに着け替えて切断作業を開始す
る。

（考案の効果） 本考案の教示センサは、接触針を切断トーチのレンズ焦
点位置に固定可能に設けるとともに、教示センサ全体を
チャック部に固定されたセンサアタッチメントに対して
傾動可能に設けたので、ティーチング確認動作時、誤動
作やティーチングミス等によって教示センサとワークと
の距離が変化し、接触針がワークに押し付けられてひっ
かかる場合があっても、教示センサが傾動してその外圧
を回避するので、これによって教示センサが損傷したり
破壊されたりすることが無いといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の教示センサの断面図、第２図及び第３
図は本考案の教示センサを用いたレーザ切断ロボットの
一例を示す正面図及び側面図である。 １……ベッド、２……基台 ３……Ｙ軸フレーム、４……移動体 ６……Ｚ軸フレーム、７……教示センサ ８……旋回部材、９……回動部材 １０……ホルダ、１１……先端開口部 １２……コイル部材、１３……コア部材 １４……差動トランス、１５……シャフト １６……接触針、１７……ストッパ １８……スプリング、２０……コレット ２１……ナット、２７……スプリング ２８……センサアタッチメント

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ワーク上の位置や姿勢等の情報をロボット
   に入力するために、トーチを取付けるロボットのチャッ
   ク部に着脱可能に取付けられるものであって、円筒状に
   形成されたホルダの内周壁に差動トランスが設けられる
   とともに、先端に接触針を有するシャフトがこの差動ト
   ランス内を前記ホルダの軸心方向に沿って移動可能に挿
   設され、かつ該シャフトは先端の接触針が前記ホルダの
   先端開口部を通過して前記トーチの加工点よりも突出す
   るように付勢された構造の教示センサにおいて、 前記ホルダは、前記チャック部に固着されたセンサアタ
   ッチメントを介して取付けられるとともに、外圧を受け
   たとき該センサアタッチメントに対して傾動可能に設け
   られ、かつ前記ホルダの先端開口部に、前記接触針の突
   出長さを任意の長さに固定可能な固定部が設けられたこ
   とを特徴とする教示センサ。