WO2010134496A1 - 曲げ加工装置 - Google Patents

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industrial robot
metal material
bending
feeding
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桑山　真二郎
富澤　淳
三郎 井上
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住友金属工業株式会社
住友鋼管株式会社
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    • B21D7/00—Bending rods, profiles, or tubes
    • B21D7/16—Auxiliary equipment, e.g. for heating or cooling of bends
    • B21D7/165—Cooling equipment

Definitions

  • the present invention relates to a bending apparatus having an industrial robot as a constituent element. Specifically, the present invention relates to a bending apparatus for manufacturing a bending member by performing a two-dimensional or three-dimensional bending process on a long metal material having a closed cross section.
  • a metal strength member, reinforcement member, or structural member having a bent shape is used for automobiles, various machines, and the like. These bending members are required to have high strength, light weight, and small size. Conventionally, this type of bending member has been manufactured by, for example, welding of a press-processed product, punching of a thick plate, and further forging. However, it is difficult to further reduce the weight and size of the bending member manufactured by these manufacturing methods.
  • Non-Patent Document 1 Page 28 of Non-Patent Document 1 indicates that further development is necessary in the future because various problems such as the development of the material to be used and the expansion of the degree of freedom of the shape that can be formed exist in the tube hydroforming method. Is disclosed.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing an outline of the bending apparatus 0.
  • the bending apparatus 0 has a steel pipe 1 that is a material supported by the support means 2 so as to be movable in the axial direction from the upstream side to the downstream side.
  • the steel pipe 1 is rapidly heated to a temperature range in which it can be partially quenched by the high-frequency heating coil 5 downstream of the support means 2, and (b) water-cooling disposed downstream of the high-frequency heating coil 5.
  • the steel pipe 1 is rapidly cooled by the apparatus 6, and (c) the position of the movable roller die 4 having at least one pair of roll pairs 4a that can be supported while feeding the steel pipe 1 is changed two-dimensionally or three-dimensionally to heat the steel pipe 1
  • the bending portion and the quenching portion that are bent two-dimensionally or three-dimensionally are moved in the longitudinal direction and / or in the circumferential direction intersecting with the longitudinal direction.
  • For Intermittently or bending member 8 has a continuously, while ensuring a sufficient bending accuracy Te with high work efficiency, to produce.
  • the bending apparatus 0 has the following problems.
  • the setup change requires a certain amount of time.
  • the cycle time of the bending apparatus 0 increases and the productivity decreases.
  • the feeding device 3 using a ball screw is configured to perform an operation other than the feeding operation (for example, rotating the steel pipe 1 around its axis to turn the steel pipe 1 into the steel pipe 1 when the steel pipe 1 is set.
  • an operation other than the feeding operation for example, rotating the steel pipe 1 around its axis to turn the steel pipe 1 into the steel pipe 1 when the steel pipe 1 is set.
  • the operation of adjusting the existing weld bead position to a position that does not cause problems in bending, the operation of adjusting the misalignment when the steel pipe 1 is set, and the operation of adjusting the feed path) cannot be performed. For this reason, the productivity of the bending apparatus 3 decreases.
  • the feeding device 3 using a ball screw and the movable roller die 4 having at least one pair of roll pairs 4a are required to be operated with extremely high precision, and therefore must be periodically cleaned and repaired. .
  • the maintainability of the feeding device 3 and the movable roller die 4 is not good. For this reason, repair and cleaning of the feeding device 3 and the movable roller die 4 require considerable time and man-hours.
  • a vertical articulated industrial robot as at least a feeding device, and, if necessary, supported a movable roller die.
  • the above-mentioned problems (a) to (f) can be solved by using, for example, a vertical articulated industrial robot as a dimensional accuracy reduction suppressing device arranged to improve dimensional accuracy on the exit side of the device or movable roller die.
  • the present invention was completed by finding out that it can be performed and further studying it.
  • the present invention is a bending apparatus including a feed mechanism, a first support mechanism, a heating mechanism, a cooling mechanism, a second support mechanism, and a deformation prevention mechanism that satisfy the following conditions.
  • Feeding mechanism It is constituted by a first industrial robot and feeds a hollow metal material having a closed cross section in its longitudinal direction.
  • 1st support mechanism It is fixed and arrange
  • Heating mechanism It is fixedly arranged at a second position downstream of the first position in the feeding direction of the metal material, and heats part or all of the metal material to be fed.
  • Cooling mechanism It is fixedly disposed at a third position downstream of the second position in the metal material feeding direction, and cools the portion heated by the heating mechanism in the metal material to be fed.
  • Second support mechanism arranged in a fourth position downstream of the third position in the metal material feed direction, and moves in a two-dimensional or three-dimensional direction while supporting at least one location of the metal material to be fed Thus, a bending moment is applied to the heated portion of the metal material, and the metal material is bent into a desired shape.
  • Deformation prevention mechanism It is arranged at a fifth position downstream of the fourth position in the metal material feeding direction to prevent deformation of the metal material to be fed.
  • the above-described problems (a) to (f) of the bending apparatus 0 can be solved, and the productivity, the installation space and the good maintenance performance are higher than those of the bending apparatus 0. It is possible to provide a bending apparatus capable of manufacturing a long metal bending member having a closed cross section with high dimensional accuracy.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example of a first industrial robot to a third industrial robot. It is explanatory drawing which shows typically the structure of the bending apparatus disclosed by patent document 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration example of a first industrial robot to a third industrial robot. It is explanatory drawing which shows typically the structure of the bending apparatus disclosed by patent document 1.
  • the “hollow metal material having a closed cross section” in the present invention is a steel pipe 17 is taken as an example.
  • the present invention is not limited to steel pipes and applies equally to hollow metal materials having a closed cross section.
  • FIG. 1 is a perspective view conceptually showing a simplified and omitted part of the configuration of a bending apparatus 10 according to the present invention. It should be noted that all the six industrial robots including the first industrial robot 18 to the third industrial robot 28 shown in FIG. 1 conceptually and simplified show manipulators and the like.
  • the bending apparatus 10 includes a feed mechanism 11, a first support mechanism 12, a heating mechanism 13, a cooling mechanism 14, a second support mechanism 15, and a deformation prevention mechanism 16. These components will be described sequentially.
  • the feed mechanism 11 feeds the steel pipe 17 in the longitudinal direction.
  • the feed mechanism 11 is constituted by a first industrial robot 18.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the first industrial robot 18, the second industrial robot 27, and the third industrial robot 28 (hereinafter abbreviated as “each industrial robot 18, 27, 28”). It is explanatory drawing.
  • Each industrial robot 18, 27, 28 is a so-called vertical articulated robot.
  • Each industrial robot 18, 27, 28 has a first axis to a sixth axis.
  • the first axis turns the upper arm 19 in a horizontal plane.
  • the second axis turns the upper arm 19 back and forth.
  • the third axis pivots the forearm 20 up and down.
  • the fourth axis rotates the forearm 20.
  • the fifth axis pivots the wrist 20a up and down. Further, the sixth axis rotates the wrist 20a.
  • Each industrial robot 18, 27, 28 may have a seventh axis for rotating the upper arm 19 in addition to the first to sixth axes, if necessary.
  • the first to seventh axes are all driven by an AC servo motor.
  • the number of axes of each industrial robot 18, 27, 28 does not have to be 6 or 7, but may be 5.
  • the number of axes of these industrial robots only needs to be the number of axes that can perform operations necessary for machining.
  • Each of the industrial robots 18, 27, and 28, like other general-purpose industrial robots, has a controller 21 that comprehensively controls the operation of each axis, and an input device 22 that teaches the operation. Prepare.
  • An effector (end effector) 24 is provided at the tip of the wrist 20a of the first industrial robot 18.
  • the effector 24 grips the steel pipe 17 accommodated in the pallet arranged near the side of the first industrial robot 18, and the gripped steel pipe 17 is used as the first support mechanism 12 and the heating mechanism 13. It is used to penetrate through each through hole provided.
  • the effector 24 may be a system that grips the outer surface of the rear part of the steel pipe 17 or a system that is inserted into the rear part of the steel pipe 17.
  • the effector 24 shown in FIG. 1 is an effector of a type having a convex part inserted into the rear part of the steel pipe 17 at the tip.
  • the effector 24 is appropriately changed and used according to the shape and dimensions of the rear part of the bending material.
  • the bending apparatus 10 includes a tool changing table 30 for changing the position arranged in the vicinity of the first industrial robot 18.
  • An exchange effector 24-1 having an automatic exchange function is placed on the tool changer table 30 for changeover.
  • the material to be processed is changed to a material 17-1 other than the steel pipe 17 (the illustrated example is a square pipe having a square cross section)
  • the first industrial robot 18 turns and the effector 24 is replaced with an effect. Replace with vessel 24-1.
  • the replacement of the effector 24 is performed very quickly.
  • another first industrial robot 18-1 may be arranged together with the first industrial robot 18.
  • the first industrial robot 18-1 picks up the other material 17-1 from the pallet 23, and the other material 17-1 will be described later. Through the through-hole formed in the support mechanism 13.
  • the first industrial robot 18-1 waits with an appropriate effector placed at the rear end of the other material 17-1.
  • the installation position of the heating coil 13a by the heating coil support robot 32 (to be described later) and the second support are aligned with the pass line of the other material 17-1. Any installation position of the movable roller die 25 by the mechanism 15 is changed.
  • the first industrial robot 18-1 can immediately start feeding the other material 17-1. For this reason, the production tact of the bending apparatus 10 is shortened.
  • the first industrial robot 18-1 is a so-called vertical articulated robot similar to the above-described first industrial robot 18, and has a first axis to a sixth axis, and a seventh axis as necessary. You may have.
  • the first to seventh axes are driven by an AC servo motor.
  • the cycle time of the bending apparatus 10 is shortened, thereby increasing the productivity of the bending apparatus 10.
  • the first support mechanism 12 is mounted on the support base 31.
  • the first support mechanism 12 is fixedly arranged at the first position A.
  • the first support mechanism 12 supports the steel pipe 17 while feeding it.
  • the first support mechanism 12 is configured by a die, like the bending apparatus 0.
  • the die has a plurality of rolls 12a to 12f that can be supported while feeding the material fed by the feeding mechanism 11.
  • the steel pipe 17 is sent by rolls 12a and 12b and rolls 12d and 12e.
  • the other material 17-1 is sent by rolls 12b and 12c and rolls 12e and 12f. That is, the pass line of the steel pipe 17 is formed by the rolls 12a and 12b and the rolls 12d and 12e, and the pass line of the other material 17-1 is formed by the rolls 12b and 12c and the rolls 12e and 12f.
  • the number and shape of the plurality of rolls 12a to 12f, and the arrangement in the dice are appropriately set according to the shape and size of the materials 17 and 17-1 to be conveyed.
  • Such dies are well-known and commonly used by those skilled in the art, and a description of the first support mechanism 12 is omitted.
  • Heating mechanism 13 The heating mechanism 13 is arranged at a second position B downstream of the first position A in the feed direction of the steel pipe 17.
  • the heating mechanism 13 is supported and arranged by the heating coil support robot 32.
  • the heating mechanism 13 heats part or all of the steel pipe 17 to be sent.
  • the heating mechanism 13 is composed of an induction heating device.
  • the induction heating apparatus has a heating coil 13 a that is disposed around the steel pipe 17. This heating coil 13a is well known to those skilled in the art.
  • the heating coil support robot 32 is a so-called vertical articulated robot, similar to the first industrial robot 18 described above, having a first axis to a sixth axis, and optionally having a seventh axis. Also good.
  • the first to seventh axes are driven by an AC servo motor.
  • the heating coil holder 33 for changing the position is arranged in the vicinity of the heating coil support robot 32.
  • a replacement heating coil 13 b with an automatic replacement function is placed on the cradle 33.
  • the cooling mechanism 14 is fixedly arranged at a third position C downstream of the second position B in the feed direction of the steel pipe 17.
  • the cooling mechanism 14 cools the part heated by the heating mechanism 13 in the steel pipe 17 to be sent. Thereby, the cooling mechanism 14 forms a high temperature part in a part of the steel pipe 17 in the longitudinal direction. The deformation resistance in the high temperature part is greatly reduced.
  • the cooling mechanism 14 includes, for example, cooling medium injection nozzles 14 a and 14 b that are arranged apart from the outer surface of the steel pipe 17. Cooling water is exemplified as the cooling medium. Since the cooling medium injection nozzles 14a and 14b are well known to those skilled in the art, the description of the cooling mechanism 14 is omitted.
  • the second support mechanism 15 is disposed at a fourth position D downstream of the third position C in the feed direction of the steel pipe 17.
  • the second support mechanism 15 moves in a two-dimensional or three-dimensional direction while supporting at least one portion of the steel pipe 17 to be fed.
  • the second support mechanism 15 applies a bending moment to the high temperature portion of the steel pipe 17 (the portion existing between the positions B to C), and bends the steel pipe 17 into a desired shape.
  • the second support mechanism 15 includes a movable roller die 25 as in the bending apparatus 0.
  • the movable roller die 25 has at least one set of roll pairs 25 a and 25 b that can be supported while feeding the steel pipe 17.
  • the movable roller die 25 is supported by the second industrial robot 27.
  • the second industrial robot 27 is a CP type playback robot.
  • the CP-type playback robot can continuously store a plurality of trajectories that are subdivided between adjacent teaching points and the passage times of these subdivided trajectories.
  • the second industrial robot 27 is a so-called vertical articulated robot, which has the first to sixth axes and, if necessary, the seventh axis. May be.
  • the first to seventh axes are driven by an AC servo motor.
  • a gripper 27 a is provided at the tip of the wrist 20 a of the second industrial robot 27 as an effector (end effector) for holding the movable roller die 25.
  • the effector may be of a type other than the gripper 27a.
  • the movable roller die 25 may be supported by a plurality of industrial robots including the second industrial robot 27. Thereby, since the load of each industrial robot is reduced, the accuracy of the movement locus of the movable roller die 25 is improved.
  • the deformation prevention mechanism 16 is disposed at a fifth position E downstream of the fourth position D in the feed direction of the steel pipe 17.
  • the deformation prevention mechanism 16 prevents the steel pipe 17 to be sent from being deformed by its own weight or stress generated by cooling.
  • the third industrial robot 28 is used as the deformation prevention mechanism 16.
  • the third industrial robot 28 is a so-called vertical articulated robot similar to the first industrial robot 18 and the second industrial robot 27 described above, and has the first to sixth axes and is necessary. Depending on the, it may have a seventh axis.
  • the first to seventh axes are driven by an AC servo motor.
  • a gripper 29 that grips the outer surface of the steel pipe 17 is provided at the tip of the wrist 20a of the third industrial robot 28 as an effector (end effector) for holding the tip 17a of the steel pipe 17.
  • an effector of a type other than the gripper 29 may be used as the effector.
  • the tool changing table 34 for changing the position is arranged in the vicinity of the third industrial robot 28.
  • a replacement gripper 29-1 of a type to be inserted into the steel pipe 17 is placed on the table 34.
  • the third industrial robot 28 turns to replace the gripper 29 with the gripper 29-1. This allows the gripper 29-1 to be replaced very quickly.
  • a handling robot 37 is arranged downstream of the third industrial robot 28.
  • the handling robot 37 has a grip portion 36 at the tip of the wrist 20a.
  • the holding part 36 holds the bent product 35 after the bending process.
  • the handling robot 37 is a CP type playback robot.
  • the handling robot 37 is a so-called vertical articulated robot, like the first industrial robot 18 described above, and has a first axis to a sixth axis, and may have a seventh axis as necessary. .
  • the first to seventh axes are driven by an AC servo motor.
  • the handling robot 37 holds the bent product 35 after the bending process.
  • the handling robot 37 transfers the held bent product 35 to the product table 38.
  • Warm is a temperature range in which the deformation resistance of a metal material is lower than that at room temperature.
  • a certain metal material has a temperature range of approximately 500 ° C. to 800 ° C.
  • “Hot” is a temperature range in which the deformation resistance of the metal material is lower than that at room temperature and the metal material can be hardened.
  • a certain steel material has a temperature range of 870 ° C. or higher.
  • the steel pipe 17 When bending is performed hot, the steel pipe 17 is quenched by being cooled to a predetermined cooling rate after the steel pipe 17 is heated to a temperature range in which the steel pipe 17 can be quenched. Further, when the bending process is performed warmly, the occurrence of distortion of the steel pipe 17 due to processing such as thermal distortion is prevented.
  • the bending apparatus 10 is configured as described above.
  • the bending apparatus 10 performs a bending process that bends the steel pipe 17 two-dimensionally or three-dimensionally, since the feed mechanism 11 includes the first industrial robot 18, the effects listed below can be obtained.
  • the first industrial robot 18 constituting the feed mechanism 11 is also used as a handling robot. For this reason, since the first industrial robot 18 can feed the material 17 in the axial direction immediately after setting the material 17 at a predetermined position, the cycle time of the bending apparatus 0 is shortened.
  • the operation timing of the first industrial robot 18 coincides with the operation timing of other devices such as the second industrial robot 27, the heating coil support robot 32, the third industrial robot 28, etc. It becomes easy to make. For this reason, it is possible to improve the dimensional accuracy of the bent part 35 by freely changing the feed speed of the steel pipe 17 (for example, reducing the feed speed of the bent portion of the bending member).
  • the rotation angle of the steel pipe 17 may be set by calculation based on the detection value of the weld bead position detection device.
  • the first industrial robot 18 can be constituted by a general-purpose industrial robot with a high production record, so that good maintainability is obtained, and time and man-hours required for repair and cleaning are suppressed. .

Abstract

高い生産性、省設置スペース性及び良好なメンテナンス性を有し、鋼管（１７）の曲げ部材（３５）を高い寸法精度で製造する曲げ加工装置（１０）を提供する。 鋼管（１７）を長手方向へ送る送り機構（１１）と、鋼管（１７）を送りながら支持する第１の支持機構と、送られる鋼管（１７）の一部または全部を加熱する加熱機構（１３）と、送られる鋼管（１７）における加熱機構（１３）により加熱された部分を冷却する冷却機構（１４）と、送られる鋼管（１７）の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって、鋼管（１７）における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、鋼管（１７）を所望の形状に曲げ加工する第２の支持機構（１５）と、鋼管（１７）の変形を防止する変形防止機構（１６）とを備える曲げ加工装置であって、送り機構（１１）は、軸数が７軸の垂直多関節ロボットである第１の産業用ロボット（１８）により構成される。

Description

曲げ加工装置
　本発明は、産業用ロボットを構成要素とする曲げ加工装置に関する。具体的には、本発明は、閉断面を有する長尺の金属製の素材に二次元または三次元の曲げ加工を行って曲げ部材を製造するための曲げ加工装置に関する。
　屈曲した形状を有する金属製の強度部材、補強部材または構造部材が、自動車や各種機械等に用いられる。高強度、軽量かつ小型であることがこれらの曲げ部材に要求される。従来より、この種の曲げ部材は、例えば、プレス加工品の溶接、厚板の打ち抜き、さらには鍛造等により製造されてきた。しかし、これらの製造方法により製造される曲げ部材をさらに軽量および小型化することは、難しい。
　近年では、この種の曲げ部材を、いわゆるチューブハイドロフォーミングにより製造することが積極的に検討される（例えば非特許文献１参照）。素材となる材料の開発や成形可能な形状の自由度の拡大等といった様々な課題がチューブハイドロフォーミング工法に存在するため、今後よりいっそうの開発が必要であることが、非特許文献１の２８頁に開示される。
　本出願人は、先に特許文献１により曲げ加工装置を開示した。図３は、この曲げ加工装置０の概略を示す説明図である。
　図３に示すように、曲げ加工装置０は、支持手段２によりその軸方向へ移動自在に支持された素材である鋼管１を上流側から下流側へ向けて、例えばボールネジを用いた送り装置３により送りながら、（ａ）支持手段２の下流で高周波加熱コイル５により鋼管１を部分的に焼入れが可能な温度域に急速に加熱し、（ｂ）高周波加熱コイル５の下流に配置される水冷装置６により鋼管１を急冷し、かつ（ｃ）鋼管１を送りながら支持可能であるロール対４ａを少なくとも一組有する可動ローラーダイス４の位置を二次元又は三次元で変更して鋼管１の加熱された部分に曲げモーメントを付与して曲げ加工を行うことによって、二次元又は三次元に屈曲する曲げ加工部と焼入れ部とを長手方向及び／又はこの長手方向と交叉する面内の周方向へ向けて断続的又は連続的に有する曲げ部材８を、十分な曲げ加工精度を確保しながら高い作業能率で、製造する。
国際公開ＷＯ２００６／０９３００６号
自動車技術　Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．６，２００３　２３～２８頁
　本発明者らは、曲げ加工装置０のよりいっそうの向上を目的に、鋭意検討を重ねた結果、曲げ加工装置０が以下に列記する課題を有することが判明した。
　（ａ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１の種類に応じて、段取替えを行う必要がある。段取替えは相応の時間を必要とする。これにより、曲げ加工装置０のサイクルタイムの増加、および生産性の低下が発生する。また、鋼管１のパスラインを変更する場合には、これに伴って送り装置３の設置位置を変更する必要があり、曲げ加工装置０の生産性が低下する。
　（ｂ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１をセットされてからボールネジを駆動して鋼管１を送るため、生産タクトの短縮が困難である。
　（ｃ）例えばボールネジを用いた送り装置３や可動ローラーダイス４の動作タイミングを一致させる必要がある。しかし、正確に一致させることが難しく、正確に一致しない場合には、曲げ加工部品の寸法精度が低下する。
　（ｄ）例えばボールネジを用いた送り装置３や可動ローラーダイス４を三次元で移動自在に支持するための支持装置の設置スペースが大きくなる。このため、曲げ加工装置０の設置場所が限られる。
　（ｅ）例えばボールネジを用いた送り装置３は、鋼管１が溶接鋼管である場合には、鋼管１のセット時に、送り動作以外の動作（例えば、鋼管１を軸回りに回転させて鋼管１に存在する溶接ビード位置を曲げ加工において不具合を生じない位置に調整する動作、鋼管１のセット時の芯ずれを調整する動作、さらには送り経路を調整する動作）を行うことができない。このため、曲げ加工装置３の生産性が低下する。
　（ｆ）例えばボールネジを用いた送り装置３や、ロール対４ａを少なくとも一組有する可動ローラーダイス４は、極めて高精度の動作を要求されるため、定期的な清掃や補修を行われなければならない。しかし、送り装置３や可動ローラーダイス４のメンテナンス性は良好でない。このため、送り装置３や可動ローラーダイス４の補修や清掃は、相当の時間や工数を必要とする。
　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、少なくとも送り装置として、例えば垂直多関節型の産業用ロボットを用いること、さらに、必要に応じて、可動ローラーダイスの支持装置や可動ローラーダイスの出側に寸法精度向上のために配置する寸法精度低下抑制装置として、例えば垂直多関節型の産業用ロボットを用いることによって、上述した課題（ａ）～（ｆ）を解決できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
　本発明は、下記条件を満足する送り機構、第１の支持機構、加熱機構、冷却機構、第２の支持機構および変形防止機構を備えることを特徴とする曲げ加工装置である。
　送り機構；第１の産業用ロボットにより構成されるとともに、閉じた断面を有する中空の金属材をその長手方向へ送る。
　第１の支持機構；第１の位置に固定して配置されて、金属材を送りながら支持する。
　加熱機構；金属材の送り方向について第１の位置よりも下流の第２の位置に固定して配置されて、送られる金属材の一部または全部を加熱する。
　冷却機構；金属材の送り方向について第２の位置よりも下流の第３の位置に固定して配置されて、送られる金属材における加熱機構により加熱された部分を冷却する。
　第２の支持機構；金属材の送り方向について第３の位置よりも下流の第４の位置に配置されて、送られる金属材の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって、金属材における加熱された部分に曲げモーメントを与えて、金属材を所望の形状に曲げ加工する。
　変形防止機構；金属材の送り方向について第４の位置よりも下流の第５の位置に配置されて、送られる金属材の変形を防止する。
　本発明によれば、曲げ加工装置０が有する上述した課題（ａ）～（ｆ）を解決でき、曲げ加工装置０よりもいっそう高い生産性、省設置スペース性及び良好なメンテナンス性を有し、閉断面を有する長尺の金属製の曲げ部材を高い寸法精度で製造できる曲げ加工装置を提供することができる。
本発明に係る曲げ加工装置の構成を示す斜視図である。 第１の産業用ロボット～第３の産業用ロボットの構成例を示す説明図である。 特許文献１により開示された曲げ加工装置の構成を模式的に示す説明図である。
０　特許文献１により開示された曲げ加工装置
１　鋼管
２　支持手段
３　送り装置
４　可動ローラーダイス
４ａ　ロール対
５　高周波加熱コイル
６　水冷装置
１０　本発明に係る曲げ加工装置
１１　送り機構
１２　第１の支持機構
１２ａ～１２ｆ　ロール
１３　加熱機構
１３ａ，１３ｂ　加熱コイル
１４　冷却機構
１４ａ、１４ｂ　冷却媒体噴射ノズル
１５　第２の支持機構
１６　変形防止機構
１７　鋼管
１７－１　他の素材
１７ａ　先端部
１８、１８－１　第１の産業用ロボット
１９　上腕
２０　前腕
２０ａ　手首
２１　コントローラー
２２　入力装置
２３　パレット
２４、２４－１　効果器（エンドエフェクタ）
２５　可動ローラーダイス
２５ａ、２５ｂ　ロール対
２７　第２の産業用ロボット
２７ａ　グリッパー
２８　第３の産業用ロボット
２９　グリッパー
２９－１　交換用グリッパー
３０　段替え用ツール置き台
３１　支持台
３２　加熱コイル支持ロボット
３３　段替え用加熱コイル置き台
３４　段替え用ツール置き台
３５　曲げ加工品
３６　把持部
３７　ハンドリングロボット
３８　製品置き台
　以下、本発明に係る曲げ加工装置を実施するための形態を説明する。以降の説明では、本発明における「閉じた断面を有する中空の金属材」が鋼管１７である場合を例にとる。本発明は、鋼管には限定されず、閉じた断面を有する中空の金属材に等しく適用される。
　図１は、本発明に係る曲げ加工装置１０の構成の一部を簡略化および省略して概念的に示す斜視図である。なお、図１に示す、第１の産業用ロボット１８～第３の産業用ロボット２８を含む合計６基の産業用ロボットは、いずれも、マニピュレーター等を概念化および簡略化して示す。
　曲げ加工装置１０は、送り機構１１と、第１の支持機構１２と、加熱機構１３と、冷却機構１４と、第２の支持機構１５と、変形防止機構１６とを備える。これらの構成要素を順次説明する。
　［送り機構１１］
　送り機構１１は、鋼管１７をその長手方向へ送る。送り機構１１は、第１の産業用ロボット１８により構成される。
　以降の説明では、第１の産業用ロボット１８や第３の産業用ロボット２８にも、第２の産業用ロボット２７と同様のロボットを用いた場合を例にとる。
　図２は、第１の産業用ロボット１８、第２の産業用ロボット２７および第３の産業用ロボット２８（以下、「各産業用ロボット１８、２７、２８」と略記する）の構成例を示す説明図である。
　各産業用ロボット１８、２７、２８は、いずれも、いわゆる垂直多関節ロボットである。各産業用ロボット１８、２７、２８は、いずれも、第１軸～第６軸を有する。
　第１軸は、上腕１９を水平面内で旋回させる。第２軸は、上腕１９を前後に旋回させる。第３軸は、前腕２０を上下に旋回させる。第４軸は、前腕２０を回転させる。第５軸は、手首２０ａを上下に旋回させる。さらに、第６軸は、手首２０ａを回転させる。
　各産業用ロボット１８、２７、２８は、必要に応じて、第１軸～第６軸に加えて、上腕１９を旋回させる第７軸を有してもよい。第１軸～第７軸は、いずれも、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
　各産業用ロボット１８、２７、２８それぞれの軸数は、６または７である必要はなく、５であってもよい。これらの産業用ロボットの軸数は、加工に必要な動作を行うことができる軸数であればよい。
　各産業用ロボット１８、２７、２８は、他の汎用の産業用ロボットと同様に、いずれも、各軸の動作を総合的に制御するコントローラー２１と、動作を教示するための入力装置２２とを備える。
　効果器（エンドエフェクタ）２４が、第１の産業用ロボット１８の手首２０ａの先端に設けられる。効果器２４は、第１の産業用ロボット１８の側方近傍に配置されたパレットに収容された鋼管１７を把持すること、および、把持した鋼管１７を第１の支持機構１２および加熱機構１３にそれぞれ設けられた貫通孔に貫通させることを行うために用いられる。
　効果器２４は、鋼管１７の後部外面を掴む方式でもよいし、あるいは、鋼管１７の後部内部に挿入する方式でもよい。図１に示す効果器２４は、鋼管１７の後部内部に挿入される凸部を先端に有する方式の効果器である。
　効果器２４は、曲げ加工の素材の後部の形状や寸法に応じて適宜変更されて、用いられる。曲げ加工装置１０は、第１の産業用ロボット１８の近傍に配置された段替え用ツール置き台３０を備える。自動交換機能を有する交換用効果器２４－１が段替え用ツール置き台３０に載置される。加工素材が鋼管１７以外の他の素材１７－１（図示例は四角形の横断面を有する角管）に変更される場合、第１の産業用ロボット１８が旋回し、効果器２４を交換用効果器２４－１に交換する。これにより、効果器２４の交換が極めて迅速に行われる。
　図１に破線で示すように、もう１基の第１の産業用ロボット１８－１が、第１の産業用ロボット１８とともに配置されていてもよい。第１の産業用ロボット１８による鋼管１７の送り作業中に、第１の産業用ロボット１８－１が、他の素材１７－１をパレット２３から拾い上げ、他の素材１７－１を後述する第１の支持機構１３に形成された貫通孔に通す。第１の産業用ロボット１８－１は、適当な効果器を他の素材１７－１の後端に配置されて、待機する。第１の産業用ロボット１８による鋼管１７の送り作業が終了すると、他の素材１７－１のパスラインに合わせて、後述する加熱コイル支持ロボット３２による加熱コイル１３ａの設置位置、および第２の支持機構１５による可動ローラーダイス２５の設置位置がいずれも変更される。これにより、第１の産業用ロボット１８－１が他の素材１７－１の送り作業を直ちに開始することができる。このため、曲げ加工装置１０の生産タクトが短縮される。
　第１の産業用ロボット１８－１は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸～第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸～第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
　第１の産業用ロボット１８が、パレット２３からの鋼管１７の移載およびセットを行うので、曲げ加工装置１０のサイクルタイムが短縮され、これにより、曲げ加工装置１０の生産性が高められる。
　［第１の支持機構１２］
　第１の支持機構１２は、支持台３１に搭載される。第１の支持機構１２は、第１の位置Ａに固定して配置される。第１の支持機構１２は、鋼管１７を送りながら支持する。第１の支持機構１２は、曲げ加工装置０と同様に、ダイスにより構成される。ダイスは、送り機構１１により送られる素材を送りながら支持可能である複数のロール１２ａ～１２ｆを有する。
　鋼管１７は、ロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより送られる。他の素材１７－１は、ロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより送られる。すなわち、鋼管１７のパスラインがロール１２ａ，１２ｂとロール１２ｄ，１２ｅとにより形成されるとともに、他の素材１７－１のパスラインがロール１２ｂ，１２ｃとロール１２ｅ，１２ｆとにより形成される。
　複数のロール１２ａ～１２ｆの設置数や形状、さらにはダイス内での配置は、搬送される素材１７、１７－１の形状や寸法等に応じて、適宜設定される。
　このようなダイスは当業者にとっては周知慣用であるので、第１の支持機構１２に関する説明は省略する。
　［加熱機構１３］
　加熱機構１３は、鋼管１７の送り方向について第１の位置Ａよりも下流の第２の位置Ｂに配置される。加熱機構１３は、加熱コイル支持ロボット３２により支持されて、配置される。加熱機構１３は、送られる鋼管１７の一部または全部を加熱する。
　加熱機構１３は、誘導加熱装置により構成される。誘導加熱装置は、鋼管１７の周囲に離れて配置される加熱コイル１３ａを有する。この加熱コイル１３ａは、当業者にとっては周知慣用である。
　加熱コイル支持ロボット３２は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸～第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸～第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
　他の素材１７－１を加熱する場合、段替え用加熱コイル置き台３３が加熱コイル支持ロボット３２の近傍に配置される。自動交換機能付きの交換用加熱コイル１３ｂが、置き台３３に載置される。素材が鋼管１７以外の他の素材１７－１に変更される場合、加熱支持ロボット３２が旋回し、加熱コイル１３ａを加熱コイル１３ｂに交換する。これにより、加熱コイル１３ｂは極めて迅速に交換される。
　加熱機構１３に関するこれ以上の説明は省略する。
　［冷却機構１４］
　冷却機構１４は、鋼管１７の送り方向について第２の位置Ｂよりも下流の第３の位置Ｃに固定して配置される。冷却機構１４は、送られる鋼管１７における加熱機構１３により加熱された部分を冷却する。これにより、冷却機構１４は、鋼管１７の長手方向の一部に高温部分を形成する。高温部分の変形抵抗は大幅に低下する。
　冷却機構１４は、例えば、鋼管１７の外面に離れて配置される冷却媒体噴射ノズル１４ａ、１４ｂを有する。冷却水が冷却媒体として例示される。この冷却媒体噴射ノズル１４ａ、１４ｂは、当業者にとっては周知慣用であるので、冷却機構１４に関する説明は省略する。
　［第２の支持機構１５］
　第２の支持機構１５は、鋼管１７の送り方向について第３の位置Ｃよりも下流の第４の位置Ｄに配置される。第２の支持機構１５は、送られる鋼管１７の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動する。これにより、第２の支持機構１５は、鋼管１７の高温部分（位置Ｂ～Ｃ間に存在する部分）に曲げモーメントを与え、鋼管１７を所望の形状に曲げ加工する。
　第２の支持機構１５は、曲げ加工装置０と同様に、可動ローラーダイス２５により構成される。可動ローラーダイス２５は、鋼管１７を送りながら支持可能であるロール対２５ａ、２５ｂを少なくとも一組有する。
　可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７により支持される。第２の産業用ロボット２７はＣＰ型のプレイバックロボットである。ＣＰ型のプレイバックロボットは、隣接する教示点の間の多数に細分化された軌跡と、これらの多数に細分化された軌跡の通過時刻とを連続的に記憶可能である。
　第２の産業用ロボット２７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸～第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸～第７軸は、ＡＣサーボモーターにより駆動される。
　グリッパー２７ａが、可動ローラーダイス２５を保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、第２の産業用ロボット２７の手首２０ａの先端に設けられる。効果器は、グリッパー２７ａ以外の型式のものでもよい。
　可動ローラーダイス２５は、第２の産業用ロボット２７を含む複数基の産業用ロボットにより、支持されていてもよい。これにより、各産業用ロボットの負荷が軽減されるので、可動ローラーダイス２５の移動軌跡の精度が向上する。
　［変形防止機構１６］
　変形防止機構１６は、鋼管１７の送り方向について第４の位置Ｄよりも下流の第５の位置Ｅに配置される。変形防止機構１６は、送られる鋼管１７が自重や冷却により発生する応力によって変形することを防止する。
　第３の産業用ロボット２８が変形防止機構１６として用いられる。
　第３の産業用ロボット２８は、上述した第１の産業用ロボット１８や第２の産業用ロボット２７と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸～第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸～第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
　鋼管１７の外面を掴むグリッパー２９が、鋼管１７の先端部１７ａを保持するための効果器（エンドエフェクタ）として、第３の産業用ロボット２８の手首２０ａの先端に設けられる。
　効果器は、グリッパー２９以外の型式の効果器（例えば、鋼管１７の開口に挿入するもの）を用いてもよいことはいうまでもない。例えば、段替え用ツール置き台３４が第３の産業用ロボット２８の近傍に配置される。鋼管１７の内部に挿入する型式の交換用グリッパー２９－１がこの置き台３４に載置される。素材が鋼管１７以外の他の素材１７－１に変更される場合、第３の産業用ロボット２８が旋回してグリッパー２９をグリッパー２９－１に交換する。これにより、グリッパー２９－１が極めて迅速に交換される。
　ハンドリングロボット３７が第３の産業用ロボット２８の下流に配置される。ハンドリングロボット３７は、手首２０ａの先端に把持部３６を有する。把持部３６は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持する。ハンドリングロボット３７はＣＰ型のプレイバックロボットである。
　ハンドリングロボット３７は、上述した第１の産業用ロボット１８と同様に、いわゆる垂直多関節ロボットであり、第１軸～第６軸を有し、必要に応じて第７軸を有してもよい。第１軸～第７軸はＡＣサーボモーターにより駆動される。
　ハンドリングロボット３７は、曲げ加工を終了した曲げ加工品３５を保持する。ハンドリングロボット３７は、保持した曲げ加工品３５を製品置き台３８に移載する。
　曲げ加工装置１０は、曲げ加工を、温間または熱間で行うことが望ましい。温間とは、常温に比べて金属材料の変形抵抗が低下する温度域であり、例えば、ある金属材料ではおよそ５００℃から８００℃の温度域である。熱間とは、常温に比べて金属材料の変形抵抗が低下し、かつ、金属材料の焼入れ可能な温度域であり、例えば、ある鉄鋼材料では８７０℃以上の温度域である。
　曲げ加工が熱間で行われる場合、鋼管１７は、鋼管１７が焼入れ可能な温度域に加熱された後に所定の冷却速度で冷却することによって、焼入れ処理される。また、曲げ加工が温間で行われる場合、熱歪み等の加工に伴う鋼管１７の歪みの発生が、防止される。
　曲げ加工装置１０は以上のように構成される。
　曲げ加工装置１０が、鋼管１７を二次元または三次元に曲げる曲げ加工を行うと、送り機構１１が第１の産業用ロボット１８を有するために、以下に列記する効果が得られる。
　（ａ）鋼管１７の種類に応じて不可避的に行われる段取替えが、簡単かつ迅速に行われる。このため、曲げ加工装置１０のサイクルタイムの増加が防止され、曲げ加工装置１０の生産性が高まる。また、鋼管１７のパスラインが変更される場合に不可避的に行われる段取替えが簡単かつ迅速に行われる。このため、曲げ加工装置１０の生産の自由度および生産性がいずれも高まる。さらに、鋼管１７を収容するパレット２３が、第１の産業用ロボット１８の動作範囲内に設置される。
　（ｂ）送り機構１１を構成する第１の産業用ロボット１８が、ハンドリングロボットとしても用いられる。このため、この第１の産業用ロボット１８が、素材１７を所定の位置にセットした後に直ちに素材１７をその軸方向へ送ることができるため、曲げ加工装置０のサイクルタイムが短縮される。
　（ｃ）第１の産業用ロボット１８の動作タイミングと、例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等の他の装置の動作タイミングとを、一致させることが容易になる。このため、曲げ加工部品３５の寸法精度の向上を図ることが、鋼管１７の送り速度を自在に変更すること（例えば、曲げ部材における曲げ部分の送り速度を低下すること等）によって可能になるとともに、第１の産業用ロボット１８の起動の際のスタートタイミングと、例えば、第２の産業用ロボット２７、加熱コイル支持ロボット３２、第３の産業用ロボット２８等の他の装置の起動の際のスタートタイミングとを、一致させることが容易になる。
　（ｄ）第１の産業用ロボット１８が送り機構１１に用いられるので、曲げ加工装置１０全体の設置スペースが、第１の産業用ロボット１８が例えば第１の支持機構１２にできるだけ近接して配置されることによって抑制され、これにより、曲げ加工装置１０の設置場所の制限が抑制される。
　（ｅ）第１の産業用ロボット１８が送り機構１１の構成要素として用いられるので、例えば、（１）鋼管１７が溶接鋼管である場合に、鋼管１７に存在する溶接ビード位置が曲げ加工に不具合を生じない位置になるように鋼管１７を軸回りに回転させてから、鋼管１７を曲げ加工装置１０にセットする動作、（２）鋼管１７のセット時の芯ずれを調整する動作、（３）鋼管１７の送り経路を調整する動作、（４）鋼管１７に微小な繰り返し振動を与えることによって第１の支持機構１２や第２の支持機構１５の摩擦係数を低下する動作、さらには（５）鋼管１７の芯ずれを修正してスティックスリップ現象の発生を未然に防止する動作といった、送り動作以外の動作も行うことができる。このため、曲げ加工装置１０の生産の自由度が高まる。
　なお、第１の産業用ロボット１８が溶接ビード位置を変更する動作が行う場合、周知慣用の溶接ビード位置検出装置が第１の産業用ロボット１８に設けられる。鋼管１７の回転角度は溶接ビード位置検出装置の検出値により演算により設定されるようにしてもよい。
　（ｆ）第１の産業用ロボット１８は、生産実績が高い汎用の産業用ロボットにより構成可能であるので、良好なメンテナンス性が得られるとともに、補修や清掃に要する時間や工数がを抑制される。
　（ｇ）第１の産業用ロボット１８は、第１の支持機構１２の取付け向きに応じて、鋼管１７の送り軌道を微修正できるので、曲げ加工製品３５の寸法精度が向上する。

Claims (6)

  1. 　下記送り機構、第１の支持機構、加熱機構、冷却機構、第２の支持機構および変形防止機構を備えることを特徴とする曲げ加工装置：
    　送り機構；第１の産業用ロボットにより構成されるとともに、閉じた断面を有する中空の金属材をその長手方向へ送ること、
    　第１の支持機構；第１の位置に固定して配置されて、前記金属材を送りながら支持すること、
    　加熱機構；前記金属材の送り方向について前記第１の位置よりも下流の第２の位置に固定して配置されて、送られる前記金属材の一部または全部を加熱すること、
    　冷却機構；前記金属材の送り方向について前記第２の位置よりも下流の第３の位置に固定して配置されて、送られる前記金属材における前記加熱機構により加熱された部分を冷却すること、
    　第２の支持機構；前記金属材の送り方向について前記第３の位置よりも下流の第４の位置に配置されて、送られる前記金属材の少なくとも一箇所を支持しながら二次元または三次元の方向へ移動することによって、前記金属材における前記加熱された部分に曲げモーメントを与えて、前記金属材を所望の形状に曲げ加工すること、
    　変形防止機構；前記金属材の送り方向について前記第４の位置よりも下流の第５の位置に配置されて、送られる前記金属材の変形を防止すること。
  2. 　前記第２の支持機構は、少なくとも一つの第２の産業用ロボットにより支持されること
    を特徴とする請求項１に記載された曲げ加工装置。
  3. 　前記変形防止機構は、第３の産業用ロボットにより構成されることを特徴とする請求項１に記載された曲げ加工装置。
  4. 　前記第１の産業用ロボット、前記第２の産業用ロボットおよび前記第３の産業用ロボットの少なくとも一つは、垂直多関節ロボットである請求項１に記載された曲げ加工装置。
  5. 　前記垂直多関節ロボットの軸数は５以上である請求項４に記載された曲げ加工装置。
  6. 　前記曲げ加工を温間または熱間で行う請求項１に記載された曲げ加工装置。
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