JP2019000814A - 塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗料を無駄にすることなく、また空調エネルギーを使用することなく、ティーチングされた軌道データの検証及び修正を容易に行うことが可能な塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法を提供する、【解決手段】塗装ロボット及びワークの位置情報と、スプレーガンの軌道データを制御手段に取り込み、取り込んだデータを用いて３Ｄデータを作成し、作成した３Ｄデータを用いてワーク及びスプレーガンを表示部に表示するとともに、予め設定した、塗料の噴霧条件としての、塗料の粒子径、霧化圧、パターン圧、吐出量、塗装ブース内の気流、ワークの回転により発生する気流に基づいて塗料粒子の流体解析を行い、その解析結果に従って、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料を表示部上に再現し、ティーチングされた軌道データのシミュレーションを画面上で行う。【選択図】図２

Description

本発明は、塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法に係り、より詳しくは、被塗装物を画面上に表示させ、ティーチングされた塗装ロボットにおけるスプレーガンの軌道に基づき、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料を再現したことを特徴とする塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法に関する。

近年、塗装の分野においては、被塗装物（以下「ワーク」と言う。）を大量に塗装する場合において、塗装ロボットを用いて自動的に塗装を行なう方法が採用されている。そして、このような塗装ロボットを用いて自動的に塗装を行う場合には、塗装の膜厚を均一にするために、塗装ガンの噴射口とワークとの距離や角度を一定に保つ必要がある。

そのために、このような塗装ロボットを用いた塗装では、予めワークの外形寸法等に基づいて塗装ロボットにおけるスプレーガンの軌道データを計算するとともに、この軌道データを塗装ロボットに記憶させておくことが必要であり、この作業を一般に「ティーチング」という。

そして、このティーチングによって、塗装ロボットは、このティーチングされた軌道データに基づいてスプレーガンを移動することができ、これにより自動的にワークを塗装することが可能となる。従って、このような塗装ロボットを用いた塗装では、特に複数個のワークの塗装を行なう場合には、人件費等の経費を削減することができるとともに、すべてのワークに対して正確に同一の塗装を行なうことができるという利点がある。

ここで、従来行われているティーチングについて図５を参照して説明すると、図５において３１が塗装ロボット、３２がワーク、３３が前記塗装ロボットの作動を制御するためのロボットコントローラー、３４がティーチングペンダントである。そして、ティーチングは一般的に、前記ティーチングペンダント３４を用いて行われる。即ち、このティーチングペンダント３４は、リモコンのような物であり、前記ロボットコントローラー３３と接続されている。そして、ティーチングを行う際には、塗装ロボット３１の近傍において、ティーチングペンダント３４を用いて、前記ロボットコントローラー３３を介して塗装ロボット３１を操作し、所望するスプレーガンの位置を順にロボットコントローラー３３に登録し、それにより、ロボットコントローラー３３にスプレーガンの軌道を記憶させる方法が一般的である。

特開２０１３−１８４２８０号公報 特開２００６−３１５１５７号公報 特開２００５−２３８０９２号公報 特開２００４−１１４２４６号公報 特開２０００−２８８４３２号公報 特開平１０−２６４０６０号公報 特開平１０−２６４０５９号公報 特開平６−３１２３３号公報

ところで、前述のようなティーチングを行った後には、ティーチングされた軌道データによって正確にワークの塗料を行うことができるかどうかを検証する必要がある。そして、従来この検証は、塗装ブース内に塗装ロボットとワークを配置して、スプレーガンより実際に塗料を噴射してワークを塗装し、その後に、塗装が必要な面が均一の膜厚で塗装されているかどうかを確認することで行う。即ち、従来の検証においては実際にワークを塗装する必要があるために、検証の際には塗料を使用しなければならないとともに、塗装ブース内に発生した塗料ミストを回収するために空調設備を稼働しなければならず、コストがかかってしまっていた。

また、検証の結果、正確な塗装ができていない場合にはティーチングデータを修正し、更にその修正したデータに基づいて、再度、スプレーガンより実際に塗料を噴射して塗装し、その結果を検証しなければならないため、更に塗料と空調エネルギーが無駄になっていた。

そしてこのとき、従来のティーチングでは、スプレーガンとワークの距離やスプレーガンのワークへの狙い目に関しては、作業者が現物のワークを近くで見ながら、経験や勘に頼って行うことが現状であり、その方法では、スプレーガンとワークの距離は現物合わせで行い、スプレーガンの狙い目はスケールや専用冶具を用いて確認する必要があるために、専用冶具をワークに当てないように慎重に作業しなければならず、作業が煩雑になり時間がかかるとともに、ワークとスプレーガンとの距離は目視判断によっていたので曖昧にならざるを得ず、検証によって軌道データの修正が必要になることが少なくなかった。

そこで、本発明は、塗料を無駄にすることなく、また空調エネルギーを使用することなく、ティーチングされた軌道データの検証及び修正を容易に行うことが可能な塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法を提供することを課題としている。

本発明の軌道データのシミュレーション方法は、
塗装ロボット及びワークの位置情報と、スプレーガンの軌道データを制御手段に取り込み、
該取り込んだデータを用いて３Ｄデータを作成し、
該作成した３Ｄデータを用いて、
ワーク及びスプレーガンを表示部に表示するとともに、
予め設定した、塗料の噴霧条件としての、塗料の粒子径、粒子速度、霧化圧、パターン圧、吐出量に基づいて、スプレーガンからワークに向けて噴霧される塗料粒子の流体解析を行い、その解析結果に従って、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料を表示部上に再現する、ことを特徴としている。

本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法では、塗装ロボット及びワークの位置情報と、スプレーガンの軌道データを制御手段に取り込み、この取り込んだデータを用いて３Ｄデータを作成し、この作成した３Ｄデータを用いて、ワークとスプレーガンを表示部に表示するとともに、予め設定した、塗料の粒子径、粒子速度、霧化圧、パターン圧、吐出量等の塗料の噴霧条件に基づいてスプレーガンからワークに向けて噴霧される塗料粒子の流体解析を行い、その解析結果に従って、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料を表示部上に再現することとしている。そのため、実際の塗装ロボットとワークを用いて塗料をワークに噴射することなく、ティーチングされた軌道データに基づく塗装状態を目視で確認することを可能としている。

従って、本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法を用いることで、塗料を無駄にすることなく、また空調エネルギーを使用することなく、ティーチングされた軌道データの検証、及び修正を容易に行うことが可能である。

本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法の実施例を説明するためのシステム全体のブロック図である。 本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法の実施例における画面表示の方法を説明するための図である。 本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法の実施例における画面表示の方法を説明するための図である。 本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法の実施例を説明するためのフローチャートである。 従来のティーチング方法を説明するためにブロック図である。

本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法では、ティーチングに際してロボットコントローラー等のコントローラーに記憶された塗装ロボット及びワークの位置情報と、ティーチングされたスプレーガンの軌道データを制御手段に取り込む

そして次に、この制御手段に取り込んだ、塗装ロボット及びワークの位置情報と、スプレーガンの軌道データを用いて、３Ｄ表示データを作成し、この作成した３Ｄデータを用いて、ワーク及びスプレーガンを表示部に表示する。

そして、それとともに、予め設定した、塗料の噴霧条件としての、塗料の粒子径、粒子速度、霧化圧、パターン圧、吐出量に基づいて、スプレーガンからワークに向けて噴霧される塗料粒子の流体解析を行い、その解析結果に従って、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料を、表示部上に再現することとしている

ここで、塗料粒子の流体解析を行うに際して、塗装ブース内の気流や、ワークを回転させる場合には回転に伴って発生する気流を加味するとよく、それにより、より精度の高い塗着状況を実現することが可能となる。

本発明の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法（以下単に「軌道データのシミュレーション方法」という。）の実施例について図面を参照して説明すると、図１は、本実施例の軌道データのシミュレーション方法を実施するためのシステムを説明するためのブロック図である。

そして、図において１は制御手段としてのＰＣであり、このＰＣ１は、ＰＣ本体２と表示部３を備えている。即ち、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、ＣＰＵ等の演算手段を備えたＰＣ本体２と表示部３を具備したＰＣ１を有しており、ティーチングによりロボットコントローラー等に記憶された塗装ロボットとワークの位置情報や軌道データをＰＣ１に取り込み、この取り込んだデータを用いて３Ｄ表示データを作成し、更に、この３Ｄデータを用いて、表示部３に、塗装ロボットのスプレーガンと、ワークを表示することとしている。

ここで、図において４がロボットコントローラーであり、このロボットコントローラー４には、ティーチングペンダント５が接続されている。また、図において６は塗装ロボット、７は被塗装物としてのワークであり、前記ロボットコントローラー４には塗装ロボット６が接続されており、塗装ロボット６は、ロボットコントローラー４からの信号に従って稼働することとしている。そして、ティーチングペンダント５を用いて、塗装ロボット６のスプレーガンの位置を所望する位置に登録すると、その軌道データがロボットコントローラー４に送られて記憶される。そうすると、ロボットコントローラー４は、送られてきた軌道データに基づいて、塗装ロボット６を制御して、ティーチングされた通りに塗装ロボット６を稼働させ、更に、軌道データ等を用いて、塗装ロボットやワークの位置情報やスプレーガンとワークとの距離等を演算する。

そしてＰＣ本体２では、ロボットコントローラー４に記憶された各種のデータを用いて、塗装ロボット６とワーク７の３Ｄ表示データが生成され、これらの３Ｄ表示データに基づいて前記表示部３には、塗装ロボット６とワーク７が３Ｄで表示される。

また、本実施例においては、前記ロボットコントローラー４が前記ＰＣ本体２に接続されており、ティーチングの際にティーチングペンダント５で登録された起動データや、この軌道データに基づいて演算された塗装ロボットやワークの位置情報はリアルタイムで、ロボットコントローラー４からＰＣ本体２へ送られることとしている。そして、ＰＣ本体２においては、ロボットコントローラーから送られてきた各種のデータを用いて、塗装ロボットとワークの３Ｄ表示データが生成され、これらの３Ｄ表示データに基づいて前記表示部３には、塗装ロボットとワークが３Ｄで表示され、表示部３に表示された塗装ロボットとワークを目視しながら、ティーチングペンダント５でスプレーガンの軌道をティーチングすることを可能としている。

但し、本発明の軌道データのシミュレーション方法では、ティーチングの際にティーチングペンダント５で登録された起動データやこの軌道データに基づいて演算された塗装ロボットやワークの位置情報をリアルタイムでロボットコントローラー４からＰＣ本体２へ送る必要は無く、ティーチングが完了した後に、ロボットコントローラー４に記憶された塗装ロボット及びワークの位置情報やスプレーガンの軌道データをＰＣ本体２に取り込むことが可能であればよい。

なお、前記塗装用ロボット６は、一般的にワークの大量塗装に用いられる塗装ロボットと同様に、ティーチングされた軌道を移動するアームにスプレーガンが備えられた構成としている。

次に、このように構成されるシステムを用いて行う本実施例の軌道データのシミュレーション方法について図４のフローチャートを参照して説明すると、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、まず、ステップ１において、制御手段としてのＰＣ１へのデータの取り込みが行われる。

ここで、ＰＣ１に取り込まれるデータとしては、ティーチングの際の初期設定においてロボットコントローラーに記憶される情報と、ティーチングによってロボットコントローラーに記憶される各種情報がある。そして、ティーチングの際の初期設定においてロボットコントローラーに記憶される情報としては、塗装ロボット６に関する外形、機構、寸法等の基本データや、ワーク７に関する外形、寸法等の基本データ、及び塗装ロボット６とワーク７との位置情報、スプレーガンとワークとの距離情報がある。また、ティーチングによってロボットコントローラーに記憶される情報としては、スプレーガンの軌道データやワークとスプレーガンとの距離データ等がある。

次に、ＰＣ１においては、ステップ２において、前記取り込まれた各種のデータに基づいて、塗装ロボット６及びワーク７の３Ｄ表示データが作成される。

そして、それとともに、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、ステップ３で、前記ティーチングの際の初期設定においてロボットコントローラーに記憶された情報や、ティーチングによってロボットコントローラーに記憶される各種情報、及び塗料の噴霧条件に基づき、スプレーガンからワークに向けて噴霧される塗料粒子の流体解析が行われる。

即ち、図１において１１が解析手段であり、本実施例においては、解析手段としてコンピューター１１が用いられている。そして、このコンピューター１１が前記ＰＣ１に接続されており、ステップ１において前記ＰＣ１に取り込まれた各種のデータや、塗料の噴霧条件がコンピューター１１に供給され、コンピューター１１において、スプレーガンからワークに向けて噴霧される塗料粒子の流体解析が行われ、コンピューター１１による流体解析が終了した後に、その結果がＰＣ１に供給される。

そして、塗料の噴霧条件としては、塗料の粒子径、粒子速度、塗料をエアーにより霧化するときの霧化圧、また、霧化した塗料を所定パターンに成型するためのパターンエアーのパターン圧、及び塗料の吐出量がある。

また、塗装ブース内ではワークに付着しなかった塗料ミストを回収するために塗装ブース内の気流を一定方向に流しており、スプレーガンから噴霧された塗料はこの気流の影響を受けるため、本実施例においては、前記噴霧条件に塗装ブース内の気流を加味することとしている。

更に、本実施例において前記ワーク８は、図２に示すように、回動自在の支柱９の上部に治具１０を介して放射状に複数個が取り付けられ、塗装の際には、前記支柱９とともにワーク８を回転させることとしているが、このワークの回転によっても塗装ブース内に気流が発生するため、本実施例においては、ワーク８の回転により発生する気流をも噴霧条件に加味することとしている。

なお、本実施例においては、霧化圧０．２ＭＰａ、パターン圧０．１５ＭＰａ、吐出量７０ｃｃと設定し、ブースの気流を０．５ｍ／ｓｅｃ、ワーク回転を１５０ｒｐｍと設定した。そして、この設定データに基づき、ステップ３において塗料の流体解析を行った。また流体解析においては、１００万個／秒レベルの粒子の追跡をおこなった。

また、流体解析に関しては、流体解析ソフトを用いて行われており、流体解析方法には種々の方法があるため、具体的な計算方法等の詳細は省略するが、一例としては、スプレーガンとワーク間の空間を要素に分け、その間を計算させることで、塗料粒子の移動をバーチャルとして実現する方法が考えられる。

次に、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、ステップ４において、前記作成した３Ｄ表示データによって、表示部３に、スプレーガン及びワークが３Ｄで表示されるとともに、ステップ５において、前記流体解析の結果に従い、スプレーガンから噴霧された塗料がワークに向けて移動していく状態を表示部上に表示する。

即ち、図２がＰＣ１の表示部３にワーク、スプレーガン、及び、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料粒子を示している。そして、図において７がワークで、本実施例において前記ワーク７は、ドアミラーとし、回転自在の支柱９に、治具１０によって放射状に６個が取り付けられ、表示部３における表示は、支柱９の回転に伴ってワーク７が回転している動画表示としている。

また、図において８はスプレーガンであり、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、表示部３にスプレーガン８を表示するとともに、この表示部３に表示したスプレーガン８を、ティーチングされた軌道データに従い移動させることとしている。

そして、前述したようにワーク７を回転させるとともに、前記流体解析の結果に従い、スプレーガン８から噴霧された塗料粒子がワーク７に向けて移動していきワークに塗着していく状態を、表示部上に動画で表示することとしている。

そのため、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、実際に塗料がどのように噴霧されてワークに向けて移動してワーク７に塗着していくかを表示部３で確認することができるので、ティーチングされた軌道データの検証を行う場合に、実際にワークに塗料を噴射することが不要であるので、検証時の塗料の無駄を無くするとともに、空調エネルギーを使用することも不要で、コストを大幅に抑えることが可能である。

なお、図２は軌道データに従ってスプレーガン９が移動している途中を示しており、ワーク７は矢印で示すように、支柱９及び治具１０の回転によって時計回りに円状に移動しており、スプレーガン８は上方から下方に向けて移動している状態を表示している。そして、スプレーガン８から噴霧された塗料粒子は、スプレーガン８からワーク７に向けて霧状に移動していく状態を表示している。なお図においては、理解を容易にするために、噴霧している塗料粒子及びワークに塗着した塗料粒子を細かい点で表示しており、塗着の多少によって点の数を変えている。

次に、図３は、ティーチングに従った塗装が完了した後のワーク７の一つを拡大して表示したものであり、ワークの全域に塗料粒子が塗着した状態を表示している。即ち、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、流体解析の結果に従ってスプレーガン８から噴霧された塗料粒子がワーク７に向けて移動していきワークに塗着していく状態を表示部上に動画で表示するとともに、ティーチングに従った塗装が完了した後のワーク７における塗着状態をも表示可能としている。従って、この塗着状態の表示によって、ティーチングに従ってスプレーガンから塗料を噴射した場合にワークのどの部分に塗料が付着するかを視覚により確認することができる。そのために、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、ティーチングされた軌道データの検証を行う場合には、実際にワークに塗料を噴射することが不要であるので、検証時の塗料の無駄を無くするとともに、空調エネルギーを使用することも不要で、コストを大幅に抑えることが可能である。

例えば、図３に示す塗着状態では、上方部分の一部分が濃くなっており、この部分の塗着数が他の部分の塗着数よりも多いことを示している。そしてそれにより、その部分の塗料の膜厚が他の部分よりも厚くなってしまうことを知ることが可能である。

そしてまた、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、ロボットコントローラー４がＰＣ本体２に接続され、ティーチングの際にティーチングペンダント５で登録された起動データや、この軌道データに基づいて演算された塗装ロボットやワークの位置情報をリアルタイムで、ロボットコントローラー４からＰＣ本体２へ送ることとし、そのときの塗装ロボットとワークの３Ｄ表示を行うこととしているため、ティーチングされた軌道データの検証を行いながら、ティーチングデータの修正を行うことができる。

このように、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、表示部にワークとスプレーガンを表示部に表示するとともに、予め設定した、塗料の粒子径、粒子速度、霧化圧、パターン圧、吐出量等の塗料の噴霧条件に基づいて塗料粒子の流体解析を行い、その解析結果に従って、スプレーガンからワークに向けて噴霧されて移動していきワークに塗着していく状態の塗料粒子を表示部上に表示することとしているため、この噴霧状況を確認することで、ティーチングされた軌道データが正しいかどうかを検証することができる。

また、本実施例の軌道データのシミュレーション方法では、流体解析の結果として、塗装が完了した後のワークへの塗着状態をも表示部に表示することとしているため、この塗着状態を確認することによっても、軌道データが正しいかどうかを検証することができる。

従って、本実施例によれば、実際の塗装ロボットとワークを用いて塗料をワークに噴射することなく、ティーチングされた軌道データの検証ができるため、塗料を無駄にすることなく、また空調エネルギーを使用することなく、ティーチングされた軌道データの検証、及び修正を容易に行うことが可能である。

なお、前述したように、本発明の軌道データのシミュレーション方法では、ティーチングの際にティーチングペンダント５で登録された起動データやこの軌道データに基づいて演算された塗装ロボットやワークの位置情報をリアルタイムでロボットコントローラー４からＰＣ本体７へ送る必要は無く、ティーチングが完了した後に、ロボットコントローラー４に記憶された塗装ロボット及びワークの位置情報やスプレーガンの軌道データをＰＣ本体２に取り込むことが可能であればよい。

本発明の軌道データのシミュレーション方法は、実際の塗装を行うことなくティーチングされた軌道データの検証をおこなうことができるため、ティーチングを必要とする塗装ロボットの全般に適用可能である。

１ ＰＣ
２ ＰＣ本体
３ 表示部
４ ロボットコントローラー
５ ティーチングペンダント
６ 塗装ロボット
７ ワーク
８ スプレーガン
９ 支柱
１０ 治具
１１ 流体解析用コンピューター

Claims (3)

1. 塗装ロボット（６）及びワーク（７）の位置情報と、スプレーガン（８）の軌道データを制御手段（１）に取り込み、
   該取り込んだデータを用いて３Ｄデータを作成し、
   該作成した３Ｄデータを用いて、
   ワーク（７）及びスプレーガン（８）を表示部（３）に表示するとともに、
   予め設定した、塗料の噴霧条件としての、塗料の粒子径、粒子速度、霧化圧、パターン圧、吐出量に基づいて塗料粒子の流体解析を行い、その解析結果に従って、スプレーガンからワークに向けて噴霧されてワークに塗着していく塗料を表示部上に再現する、ことを特徴とする塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法。
2. 前記塗料粒子の流体解析に際して、塗装ブース内の気流を加味することを特徴とする請求項１に記載の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法。
3. 前記塗料粒子の流体解析に際して、ワークが回転することにより発生する塗装ブース内の気流を加味することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塗装ロボットにおける軌道データのシミュレーション方法。

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