JPH0825274A - ツール保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ツール先端をワークに押しつけたとき、該ツ
ールをワークに対し、予め定めた位置及び角度に正確か
つ容易に自動設定できるツール保持装置の提供。 【構成】 ツールを保持し、ツール先端をワークに押し
つけて該ツールで該ワークを加工することを達成してな
るツール保持装置において、ツール先端近傍を揺動中心
とするツール揺動手段を備えた。またこの構成におい
て、ツール先端をワークから離したときツールを所定位
置へ復帰させるツール復帰手段を備えた。さらにこれら
構成において、ツールとツール揺動手段との間に、この
間でツールが揺動運動以外の運動をしたときにこの運動
を検出する検出手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスタッド溶接、
プラズマスポット溶接、パンチ（削孔機）、釘打機な
ど、ツールを保持し、ツール先端をワークに押しつけて
該ツールで該ワークを加工することを達成してなるツー
ル保持装置に係わり、特にツール先端をワークに押しつ
けたとき、該ツールを該ワークに対し、予め定めた位置
及び角度に正確かつ容易に自動設定できるツール保持装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種ツールをロボットのアーム先端や手
持ち加工機に装着してワークを加工するとき、これらツ
ールはワーク面に対して所定角度（通常は垂直）で保持
されるのが望ましい。ところがこのようにツールを所定
角度に保持しようとしても、例えばスタッド溶接、プラ
ズマスポット溶接、パンチ、釘打機などのように、ツー
ル先端をワークに押しつけて該ツールで該ワークを加工
するときは、前工程でのワークの加工精度、ワーク固定
治具へのワークの固定精度、ワークに対するツール押し
つけによるワークの歪、ワークからの反力による加工機
の機械的歪などにより、予め加工機にティーチングして
おいたワークの加工位置へツールを移動させても、該ツ
ールが該位置からずれたり、またワークに対して所定角
度とならなかったりする。この現象は、ツールがプラズ
マトーチやレーザトーチなどのような溶接トーチである
ときは、ワークの熱歪も加算されるため、さらに顕著と
なり、ワークの仕上がり品質に多大な影響を与える。

【０００３】かかる問題に対し、例えば特開平１−１４
３７７８号公報には次のようなツール保持装置が提案さ
れている。図１２に示すように、ロボット手首１とスタ
ッドガン２との間に、ユニバーサル継手３を介挿すると
ともに、このユニバーサル継手３を拘束状態と拘束解除
状態との２位置に可変設定可能なロック装置４を設けて
なる「溶接ロボットの自在型スタッドガンホルダー」で
ある。すなわち、ユニバーサル継手３を揺動中心とし、
スタッドガン２が揺動θして上記各種原因に基づく位置
ずれを吸収し、これにより、該スタッドガン２の先端を
当初の教示位置に保持しようとするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スタッドガ
ン２をワークに対して予め定めた所定角度に保持するに
は、より複雑なロボット操作が必要となる。すなわち、
予期した角度のワーク表面の垂直線上の位置から実際の
位置ずれしたワーク表面の垂直線上の位置にユニバーサ
ル継手を移動するようにロボットを操作する必要があ
る。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
例えばスタッド溶接、プラズマスポット溶接、パンチ、
釘打機などのように、ツールを保持し、ツール先端をワ
ークに押しつけて該ツールで該ワークを加工することを
達成してなるツール保持装置において、ツール先端をワ
ークに押しつけたとき、該ツールをワークに対し、予め
定めた位置及び角度に正確かつ容易に自動設定できるツ
ール保持装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係わる第１発明なるツール保持装置は、ツ
ールを保持し、ツール先端をワークに押しつけて該ツー
ルで該ワークを加工することを達成してなるツール保持
装置において、ツール先端近傍を揺動中心とするツール
揺動手段を備えたことを特徴としている。

【０００７】また第２発明なるツール保持装置は、上記
第１発明のツール保持装置において、ツール先端をワー
クから離したときツールを所定位置へ復帰させるツール
復帰手段を備えたことを特徴としている。

【０００８】さらに第３発明なるツール保持装置は、上
記第１発明又は第２発明のツール保持装置において、ツ
ールとツール揺動手段との間に、この間でツールが揺動
運動以外の運動をしたときにこの運動を検出する検出手
段を備えたことを特徴としている。

【０００９】

【作用】ツール揺動手段によれば、ツール先端をワーク
に押しつけたとき、ツールはツール先端近傍を中心に揺
動する。このため、ツール先端をワークに押しつけたと
き、該ツールをワークに対し、予め定めた位置及び角度
に正確かつ容易に自動設定できる。

【００１０】ツール復帰手段によれば、ツール先端をワ
ークから離したとき、ツールは所定位置に復帰する。

【００１１】検出手段によれば、ツールとツール揺動手
段との間でツールが揺動運動以外の運動をしたとき、こ
の運動が検出される。

【００１２】

【実施例】以下、実施例を図１〜図１１を参照して以下
説明する。図１は、重ね鋼板なるワーク４０をプラズマ
溶接トーチでスポット溶接するための６自由度多関節ロ
ボット１０を示す。実施例なるツール保持装置３０は、
ロボット１０のＪ６軸先端にツール押しつけ機構２０を
介して取り付けられ、ツール押しつけ機構２０のエアシ
リンダ２１の伸縮と、この伸縮に伴う案内棒２２の案内
とにより、ワーク４０に対し押しつけられ又は退避され
る。

【００１３】ツール保持装置の第１実施例を図２を参照
して説明する。第１実施例は、２個のＬ字部材３１、３
２と、ツールホルダ３３とから大略構成される。詳しく
は、図２（１）に示すように、Ｌ字部材３１の図示上面
は、前記エアシリンダ２１と案内棒２２とに係止されて
いる。またＬ字部材３１の図示左下側内面には、曲率半
径Ｒのレール３１ａが固設されている。他方、Ｌ字部材
３２の図示左下側外面には、前記レール３１ａを摺動自
在に挟持する挟持部３２ａが固設されている。従ってＬ
字部材３２はＬ字部材３１に対して片持ち支持されてい
る。また図２（２）に示すように、Ｌ字部材３２の他方
（図示右側）の内面には、曲率半径Ｒのレール３２ｂが
固設されている。そしてツールホルダ３３の外面には、
前記レール３２ｂを摺動自在に挟持する挟持部３３ｂが
固設されている。従ってツールホルダ３３はＬ字部材３
２に対して片持支持されている。ツールホルダ３３はプ
ラズマ溶接トーチ３４を内蔵している。つまり、両レー
ル３１ａ、３２ｂは互いに直交しており、両曲率半径
Ｒ、Ｒの中心は、いずれもツール先端近傍の中心Ｏから
ツール軸に直交する面内となる位置に設けてある。この
ため、ツールホルダ３３は前記中心Ｏを実質中心として
揺動可能となっている。すなわち本実施例は、主にレー
ル３１ａ、３２ｂと挟持部３２ａ、３３ｂなどからツー
ル揺動手段を備えている。

【００１４】上記第１実施例の作用効果を図３を参照し
て説明する。ロボット１０を駆動してツール先端３３Ｓ
をワーク４０の予め定めた溶接ポイントへと移動させ
る。その後、ツール押しつけ機構２０のエアシリンダ２
１を伸長させ、図３（１）に示すように、ツール先端３
３Ｓをワーク４０の予め定めた溶接ポイントに着地させ
る。さらに所定押しつけ力が得られるまで、ツール先端
３３Ｓをワーク４０へ押しつけると、ツール先端３３Ｓ
とワーク４０とには、前述したような位置ずれや角度ず
れが生ずる。ところでツール先端３３Ｓは、普通、ツー
ルの軸に対して直角な面を備えている。このため、これ
ら位置ずれや角度ずれは、図３（２）に示すように、ツ
ール先端３３Ｓのある１点Ｐｏによるワーク４０面に対
する肩当たりとなって現れる。このようにツール先端３
３Ｓがワーク４０に肩当たりすると、ツールは該ツール
の押しつけ力やワーク４０からの反力により、この点Ｐ
ｏを支点として、ツール先端面３３ｓの全体がワーク４
０面に当接するまで揺動しようとする。この揺動は、ツ
ールが前記中心Ｏを実質的揺動中心としてレール３１
ａ、３２ｂ上を揺動θすることによって吸収される。従
って、図３（３）に示すように、ツール３３はワーク４
０面に対して垂直となり、ツールをワークに対し、予め
定めた位置及び全方向の角度に正確かつ容易に自動設定
できる。そこでプラズマアークを起動してワーク４０を
溶接する。溶接完了後、プラズマアークを停止し、エア
シリンダ２１を短縮させ、ツールをワーク４０から退避
させ、次の溶接ポイントへと移動する。なお、上記にお
いて、図３（２）の状態は説明用の図であり、図３
（１）の状態からツール先端３３Ｓをワーク４０へ押し
つけると、図３（２）の状態を経ることなく、図３
（３）の揺動が開始する。

【００１５】なお、上記第１実施例のツール先端３３Ｓ
は、ツールの軸に対して直角な面を備えた場合について
説明したが、仮にツール先端３３Ｓがツールの軸に対し
て所定角度の面を備えたものであれば、ツールはツール
揺動手段によってワーク４０面に対し該所定角度で保持
される。以下、他の実施例を列記する。

【００１６】第２実施例を説明する。上記第１実施例の
図２及び図３（１）〜図３（３）に示すように、Ｌ字部
材３１の図示上部には図示上下方向に出入り自在なコー
ン部材３５が設けられている。またツールホルダ３３の
図示上面には、前記コーン部材３５が出入り可能なコー
ン穴３３１が設けられている。なお、コーン穴３３１の
穴口直径は、該穴口位置での揺動θによる直径よりも大
きくしてある。すなわち、図３（１）に示すように、ツ
ール先端３３Ｓが加工位置へ着地するまでは、コーン部
材３５を伸ばしてコーン穴３３１に嵌め、これによりツ
ールを固定可能としてある。そしてツールをワーク４０
へ押しつけるときは、図３（３）に示すように、コーン
部材３５を縮めてコーン穴３３１からコーン部材３５を
外し、これにより、ツールを揺動自在とし、ツールをワ
ーク４０に対し、予め定めた位置及び全方向の角度に正
確かつ容易に自動設定できるようにしてある。加工が終
了し、ツールをワーク４０から離すときは、コーン部材
３５を再度伸ばしてコーン穴３３１に嵌め、これにより
ツールを再固定する。すなわち、主にコーン部材３５
と、コーン穴３３１などからなるツール復帰手段を備え
ている。

【００１７】上記第２実施例によれば、次の効果が得ら
れる。第１実施例によれば、ツールをワーク４０から離
したとき、ツールはツール保持装置に対して自在位置に
存在可能である（なお、第１実施例によれば、前述のと
おり、このような姿勢であっても、ツール先端をワーク
に押しつけたとき、該ツールをワークに対し、予め定め
た位置及び角度に正確かつ容易に自動設定できる）。従
って第１実施例では、ツール先端３３Ｓがワーク４０に
着地するときは既に片当たりすることが前提となってし
まう。この結果、余計な揺動運動を余儀なくされたり、
この余計な肩当たりによるツールの破損原因が増加した
り、また何よりも見た目が悪くなる。これに対し、第３
実施例によれば、ツールがワーク４０から離れていると
きは、ツール復帰手段によってツールが固定されている
ため、上記不都合を生じない。このツール復帰手段４０
は、いわゆるセンタリング手段などの中心位置へツール
を復帰させる手段でもよく、又は、中心位置でない他の
所望の位置への復帰手段であってもよい。

【００１８】第３実施例を説明する。ツール復帰手段
は、上記第２実施例のように、コーン部材３５やコーン
穴３３１に限る必要はなく、例えばバネやゴム等の弾性
体３５１で構成してもよい。またその装着は、例えば図
４に示すように、Ｌ字部材３１の図示上部下面と、ツー
ルホルダ３３の図示上部とに架設してもよい。効果は第
２実施例と同じである。

【００１９】第４実施例を説明する。ツール揺動手段
は、第１実施例のようなレール３１ａ、３２ｂに限る必
要はなく、図５に示すように、球面３６１、３３２を設
けてツールを揺動可能としてもよい。詳しくは、曲率中
心をツール先端３３Ｓの近傍点Ｏそれ自体とする球面３
６１をガイド３６の図示下面に備えるとともに、曲率中
心を同じくツール先端３３Ｓの近傍点Ｏそれ自体とする
球面３３２をツールホルダ３３の図示上面に前記球面３
６１に摺動自在に当接させ、かつ、ガイド３６の下部外
周の突起部でツールホルダ３３の上部鍔部下面を摺動可
能に保持したものである。本第４実施例によれば、ツー
ル先端３３Ｓをワーク４０に押しつけたとき、該ツール
をワーク４０に対し、予め定めた位置及び全方向の角度
に正確かつ容易に自動設定できる。なお、ガイド３６の
下部外周の突起部でツールホルダ３３の上部鍔部下面を
摺動可能に保持しているため、球面３６１、３３２への
スパッタやゴミなどの異物混入を防止でき、揺動の信頼
性が高まる。なお、本第４実施例では、図示するよう
に、さらにバネ３５１でなるツール復帰手段も備えてい
る。

【００２０】第５実施例を説明する。第５実施例は、図
６に示すように、上記第４実施例において、球面３６
１、３３２間にボール３７を備え、摺動時におけるボー
ル３７の転動により、揺動抵抗を少なくしてある。な
お、本第５実施例では、図示するように、さらにバネ３
５１でなるツール復帰手段も備えている。

【００２１】第６実施例を説明する。図７に示すよう
に、上記第４実施例において、図示するように、ツール
復帰手段は、第２実施例と同様、コーン部材３５をコー
ン穴３３１へ出入り可能としたものである。すなわち、
ガイド３６の図示下面中央に上下方向に出入り自在なコ
ーン部材３５を、かつ、ツールホルダ３３の図示上面に
前記コーン部材３５が出入り可能なコーン穴３３１を備
えたものである。

【００２２】第７実施例を説明する。図８に示すよう
に、上記第６実施例において、第５実施例と同様、球面
３６１、３３２間にボールを備え、摺動時におけるボー
ル３７の転動により、揺動抵抗を少なくしてある。

【００２３】第８実施例を説明する。図９に示すよう
に、上記第５実施例において、ガイド３６の下部外周の
突起部と、ツールホルダ３３の上部鍔部下面との間に、
ツールに対して所定以上の力がかかったときに、これを
検出する検出手段なるリミットスイッチ３８を備えたも
のである。例えば、図９（２）に示すように、ツールを
移動中、ツールがある固定メンバ５０に衝突したとき、
ツールとツール揺動手段との間にはツールの揺動運動以
外に該ツールの上下運動が生ずる。これにより、リミッ
トスイッチ３８がＯＮ・ＯＦＦ動作するようになってい
る。なお、検出手段としては、上記リミットスイッチ３
８の外、磁気式、抵抗式、光電式、磁歪式などの各種セ
ンサを準備でき、またその設置機構も各種各様である。
すなわち、第８実施例によれば、ツールとツール揺動手
段との間でツールが揺動運動以外の運動をしたとき、検
出手段がこの運動を検出するため、この検出手段からの
信号を基に、加工を中止するとか、又は警報を発すると
かの処置が可能となる。

【００２４】第９実施例を説明する。図１０に示すよう
に、上記第１実施例において、ツールホルダ３３の先端
面に、ワーク４０面に接触して転動可能なる複数個のボ
ール３９を埋設したものである。これにより、ツールを
ワーク４０に押しつけつつ、ワーク４０上で移動させる
とき、該ツールのワーク４０面に対する所定角度をワー
ク面に倣って維持するようにしたものである。

【００２５】第１０実施例を説明する。図１１は、手持
ち式アーク溶接トーチ６０に第１実施例を搭載した例で
ある。本第１０実施例では、ワーク４０の加圧は作業者
がハンド部６１を持ちながら、ツールの先端をワーク４
０に押しつけることによって行う。本アーク溶接トーチ
６０におけるツール保持装置も、上記第２実施例〜第９
実施例のように、各種準備できる。なお本例において
も、ツール復帰手段なるバネ３５１が備えられている。

【００２６】なお、上記実施例は、プラズマスポット溶
接又は線溶接の例であるため、ツールホルダ３３先端を
「ツール先端」としたが、本発明での「ツール先端」と
は、「ワークに当接するツール側先端部位」を指すもの
である。すなわち、例えばスタッド溶接ならば、スタッ
ドはツールではなく、むしろツール側のワークである
が、このスタッドがスタッドホルダに把持されて、該ス
タッドの先端がワーク面に押しつけられるため、「スタ
ッド先端」が「ツール先端」となる。

【００２７】

【発明の効果】上記実施例の説明から明らかなように、
要すれば本発明は、請求の範囲記載の通りの構成であ
り、上記実施例から得られるように、次のような効果を
奏する。

【００２８】（１）ツール揺動手段によれば、ツール先
端をワークに押しつけたとき、ツール先端付近を中心と
してツールを揺動させることが可能になるため、該ツー
ルをワークに対し、予め定めた位置及び全方向の角度に
正確かつ容易に自動設定できる。

【００２９】（２）ツール復帰手段によれば、ツール先
端をワークから離したとき、ツールをツール保持装置に
対して所定位置及び所定角度へ自動復帰させ、この状態
を維持させるため、見栄えがよくなる。またツールをワ
ークへ接地させたとき、ツールが余計な片当たりが生じ
ないため、その分、ツールの破損原因が少なくなる。さ
らに、ワークへツールを押しつけたとき、余計な揺動運
動がなくなっているため、教示工数や加工工数を低減す
ることができる。

【００３０】（３）検出手段によれば、ツールに対する
所定の力以上の力又は所定以外の力によってツールとツ
ール揺動手段との間でツールが揺動運動以外の運動をし
たとき、この運動を検出する。そこでこの検出信号を加
工機に送ることにより、作業を停止させるたり、警報を
発したりできる。

【００３１】（４）本発明なるツール保持装置を、ティ
ーチングプレイバック方式のロボットに搭載した場合、
ツールがワークに対して所定位置及び所定角度を保持す
るため、教示も正確となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を搭載したプラズマ溶接ロボットの
図である。

【図２】第１実施例の部分断面図であり、（１）は正面
図、（２）は側面図である。

【図３】第１実施例のツール揺動を説明するための工程
図であり、（１）はツールをワークへ着地させた図、
（２）は固定したツールでワークを押しつけた図、
（３）ツールが揺動した図である。

【図４】第３実施例の部分断面図であり、（１）は正面
図、（２）は側面図である。

【図５】第４実施例の部分断面図である。

【図６】第５実施例の部分断面図である。

【図７】第６実施例の部分断面図である。

【図８】第７実施例の部分断面図である。

【図９】第８実施例の部分断面図であり、（１）は検出
手段の作動前の図、（２）は検出手段の作動後の図であ
る。

【図１０】第９実施例の部分断面図である。

【図１１】第１０実施例の部分断面図である。

【図１２】従来のツール保持装置例を示す図であり、
（１）は正面図、（２）はＡ−Ａ視図である。

【符号の説明】

１０‥‥６自由度多関節ロボット ３５１‥‥弾
性体 ２０‥‥ツール押しつけ機構 ３６‥‥ガイ
ド ３０‥‥ツール保持装置 ３６１‥‥球
面 ３１‥‥Ｌ字部材 ３７‥‥ボー
ル ３２‥‥Ｌ字部材 ３８‥‥リミ
ットスイッチ ３１ａ‥‥レール ３９‥‥ボー
ル ３２ｂ‥‥レール ４０‥‥ワー
ク ３２ａ‥‥挟持部 ５０‥‥固定
メンバ ３３ｂ‥‥挟持部 ６０‥‥手持
ち式アーク溶接トーチ ３３Ｓ‥‥ツール先端 ６１‥‥ハン
ド部 ３３‥‥ツールホルダ Ｒ‥‥両曲率
半径 ３３１‥‥コーン穴 Ｐｏ‥‥肩当
たり点 ３３２‥‥球面 Ｏ‥‥揺動中
心 ３４‥‥プラズマ溶接トーチ θ‥‥揺動 ３５‥‥コーン部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ツールを保持し、ツール先端をワークに
   押しつけて該ツールで該ワークを加工することを達成し
   てなるツール保持装置において、ツール先端近傍を揺動
   中心とするツール揺動手段を備えたことを特徴とするツ
   ール保持装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のツール保持装置におい
   て、ツール先端をワークから離したときツールを所定位
   置へ復帰させるツール復帰手段を備えたことを特徴とす
   るツール保持装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のツール保持
   装置において、ツールとツール揺動手段との間に、この
   間でツールが揺動運動以外の運動をしたときにこの運動
   を検出する検出手段を備えたことを特徴とするツール保
   持装置。