JP2007203345A - 姿勢制御治具 - Google Patents

Abstract

【課題】車体フレーム等のワークを溶接するにあたり、高精度に位置決め保持するとともに、姿勢の変換を簡単な構成で行うことができるようにし、しかも、すべての機種に簡易に対応できるようにする。
【解決手段】基台２０の枢支軸２１周りに回動自在な回転体２２に、車体フレーム（ワークＷ）のヘッドパイプを保持するヘッドパイプ固定部２３と、ピボットを保持するピボット支持台２６の基準ピン部２７を設け、ピボット支持台２６をスライド自在にすることで、基準ピン部２７とヘッドパイプ固定部２３の相互距離を調整可能にする。また、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を固定、フリー状態自在にし、あらゆる機種のワークＷを保持できるようにする。また、枢支軸２１と基準ピン部２７を結ぶ線周りに回転体２２を回転自在にする。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば自動二輪車等のバイク型車両の車体フレームを溶接する際、あらゆる方向から最適な姿勢で溶接することができ、また、すべての機種の車体フレームを確実に位置決め保持できる簡易な構造の姿勢制御治具に関する。

従来、溶接時において車体フレーム等のワークを精度良く保持し、また、ワークの姿勢を自在に変化させることのできるワーク受台として、昇降機構とスイング機構と回転機構を備えた溶接作業台が知られており、この技術では、溶接箇所に応じてワークを昇降させたり、ワークを傾けたり、ワークを回転させたりすることで溶接作業を効率的に行うようにしている。（例えば、特許文献１参照。）
また、溶接時に車体フレームの機種に合わせて高精度に位置決めする装置として、ワークが位置決め固定される位置決め治具を、位置決めロボットと、位置決め治具保持機構によって保持すると同時に、ワークの作業姿勢を変更するため、位置決め保持機構の係合部を変位可能にした技術も知られている。（例えば、特許文献２参照。）
特開２００１−１９８６９７号公報 特開２００４−２８４５５３号公報

ところが、前記特許文献１のような溶接作業台は、ワークの姿勢を自在に変化させることができるものの、ワークの保持が、車体フレームのヘッドパイプの一ヶ所だけであるため、位置決め精度に限度があり、高精度に位置決めしておく必要のある場合には適用することができない。
また、特許文献２のように、ワークが位置決めされる位置決め治具を、位置決めロボットと、位置決め治具保持機構によって保持する技術は、位置決め治具を機種に合わせて複数準備する必要が生じると同時に、設備スペースが広がり、また装置構成も複雑化するという問題がある。

そこで本発明は、車体フレーム等のワークを溶接するにあたり、高精度に位置決め保持するとともに、姿勢の変換を簡単な構成で行うことができるようにし、しかも、すべての機種に簡易に対応できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、溶接時にワークを保持して姿勢を制御する姿勢制御治具において、基台の枢支軸周りに回動自在な回転体と、この回転体に所定の距離間隔で配設される第１、第２のクランプ部を設け、前記回転体を、前記枢支軸と直交する一軸周りに回動自在にするとともに、前記第２のクランプ部を第１のクランプ部に対して接近、離反方向にスライド自在にし、また、前記第１のクランプ部として、ワークの所定箇所をクランプする際は傾動角が固定状態となり、その後傾動角がフリーになるようにした。

そして、回転体の第１、第２のクランプ部でワークを保持することにより、位置決め精度を高めるようにし、回転体を枢支軸と、これに直交する一軸との二軸周りに回動させることにより、ワークの姿勢を変化させる。このことにより、溶接に最適な方向から精度よく溶接することができるようになり、また、溶接時のスパッタがワークに与える悪影響を避けることができる。
また、第１のクランプ部を固定、フリー状態自在にし、第２のクランプ部をスライド自在にすれば、異なった機種のワークでも簡易にクランプして位置決めできるようになり、設備スペースも広がらない。

この際、前記ワークをバイク型車両の車体フレームとし、前記第１のクランプ部を、車体フレームのヘッドパイプを保持するヘッドパイプ固定部にするとともに、前記第２のクランプ部を、車体フレームのピボットを保持するピボット支持部にすれば好適であり、すべての機種の車体フレームの溶接に適用できるようになる。
なお、バイク型車両としては、オートバイ等の二輪車のほか、四輪バイクや三輪バイク等も含まれるものとする。

溶接時にワークを保持して姿勢を制御する姿勢制御治具として、二軸周りに回動自在な回転体に第１、第２のクランプ部を設け、第２のクランプ部を第１のクランプ部に対して接近、離反方向にスライド自在にするともに、第１のクランプ部を固定、フリー状態自在にすれば、ワークの機種が異なる場合でも容易に対応できる。
この際、ワークをバイク型車両の車体フレームとし、第１のクランプ部を、車体フレームのヘッドパイプを保持するヘッドパイプ固定部にするとともに、第２のクランプ部を、車体フレームのピボットを保持するピボット支持部にすれば好適である。

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は自動溶接システムの構成概要の一例を示す全体図、図２は搬送ロボットの説明図、図３は二輪バイク型車両の車体フレームの一例を示す斜視図、図４は二輪バイク型車両の車体フレームの機種による形態の違いの一例を示す説明図、図５は搬送ロボットによるワーク把持要領の一例を示す説明図、図６は増打ステーションに配置されるワークセット・姿勢制御治具の説明図、図７はワークセット・姿勢制御治具によるワーク保持要領の一例を示す説明図、図８はワークセット・姿勢制御治具によるワーク姿勢制御の一例を示す説明図である。

本発明に係る姿勢制御治具は、本実施例では、仮付け溶接されたバイク用車両の車体フレーム等のワークを増打溶接する自動溶接システムの増打ステーションに配設され、ワークを高精度に位置決め保持するとともに、姿勢の変換を簡単な構成で行うことができるようにし、しかも、すべての機種に簡易に対応できるようにされている。

まず、自動溶接システム全体から説明すると、図１に示すように、自動溶接システム１は、作業者が手作業で仮付け治具２上に部品をセットする部品セット部３と、部品セット部３から搬送された仮付け治具２上の部品を不図示の溶接ロボットで仮付け溶接する仮付けステーション４と、仮付けステーション４で仮付けされたワークＷを増打ステーション６に搬送する搬送ロボット５と、増打ステーション６に配設されるワークセット・姿勢制御治具７を備えており、搬送ロボット５は仮付けされたワークＷをワークセット・姿勢制御治具７に受渡すようにされるとともに、このワークセット・姿勢制御治具７上で不図示の溶接ロボットで本付け溶接を行うようにされている。そして前記部品セット部３がワーク投入部とされるとともに、前記搬送ロボット５の可動範囲内に不図示のワーク払出部が設けられており、増打ステーション６で本付け溶接されたワークＷは、搬送ロボット５に把持されてワーク払出部に払出されるようにされている。

ここで、一台の搬送ロボット５の可動範囲内に仮付けステーション４や増打ステーション６のような複数の溶接ステーションを設ければ、設備スペースを縮小化することができるが、搬送ロボット５の役割として、仮付けステーション４で仮付けされたワークを増打ステーション６に搬送する役割と、増打ステーション６で本付けされたワークＷをワーク払出部に搬送する役割との両方を果す必要があるため、一般的に搬送ロボット５のロボットハンドの移動軌跡に無駄が多くなりがちである。
このため、本システムでは、搬送ロボット５の移動軌跡の無駄をなくすと同時に、ワークＷの機種が変更された場合でも簡易に対応できるようにされ、本実施例では、バイク型車両のすべての車体フレームの溶接に適用できるようにされている。

すなわち、搬送ロボット５は、図２に示すように、多関節ロボットとして構成されるロボットアームの先端に、上下一対の把持部８ａ、８ｂを備えており、これら把持部８ａ、８ｂによって複数のワークＷを同時に把持できるようにされている。

前記把持部８ａ、８ｂは、アーム１０の中心軸ｘを基本にして上下対称形に同じ形態で設けられており、アーム１０は中心軸ｘ周りに回転自在にされている。このため、任意の側の把持部８ａ、８ｂを下向きにすることができるようにされるとともに、アーム１０の先端部には、二輪バイク型車両の車体フレームのヘッドパイプを保持するためのそれぞれのヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂと、このヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を変化させるためのエアシリンダ１３が設けられており、またアーム１０の上面と下面には、スライド部１０ｓが設けられている。そしてヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉは、ヘッドパイプ内に挿入された後、例えば拡縮自在な爪チャック機構によりヘッドパイプ内に固定できるような構造にされている。

そして、各スライド部１０ｓには、それぞれ紙面垂直方向の左右一対のフレームクランプ部１４ａ、１４ｂが矢印方向にスライド自在に設けられ、また、ヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂよりやや内側に奥まった箇所には、四輪バイク型車両のフロントフレームをクランプするためのフロント固定部１５ａ、１５ｂが設けられ、クランプ部が矢印方向に進退動自在にされている。そして、一方側のヘッドパイプ固定部１１ａと同側のフレームクランプ部１４ａ、フロント固定部１５ａにより一方側の把持部８ａが構成され、他方側のヘッドパイプ固定部１１ｂと同側のフレームクランプ部１４ｂ、フロント固定部１５ｂにより他方側の把持部８ｂが構成されている。

そして、いずれの把持部８ａ、８ｂでも、二輪バイク型車両の場合、ヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉを図３に示すワークＷのヘッドパイプａ内に挿入して内側から固定し、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂにより、ワークＷのリヤフレームの所定位置ｃを両側から挟み込んでクランプするようにされ、四輪バイク型車両の場合、フロント固定部１５ａ、１５ｂによりフロントフレームをクランプし、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂにより、ワークＷのリヤフレームの所定のクランプ位置を両側から挟み込んでクランプするようにされている。

ここで、二輪バイク型車両の車体フレームの形態の違いの一例について図４に基づき説明する。
二輪バイク型車両の車体フレームのヘッドパイプａとリヤフレームのクランプ位置ｃ（ハッチングで示す。）とピボットｂの水平、垂直距離の関係や、ヘッドパイプａの傾斜角は、ワークＷの機種によってすべて異なっている。

このため、搬送ロボット５の把持部８ａ、８ｂでワークＷを把持する際、機種に合わせてヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を調整することは勿論であるが、挿入バーｉをヘッドパイプａに挿入して固定しただけでは、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂを水平、垂直の二軸方向に移動させなければ、リヤフレームの所望のクランプ位置ｃをクランプすることはできない。
しかしながら、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂを二軸方向に移動させようとすると、装置が複雑化して重量増加を招くようになり、この場合は、ロボットアーム先端の重量増加を招くため好ましくない。

そこで、本システムでは、搬送ロボット５でワークＷを把持する際、まず、ヘッドパイプ固定部１１ａ、１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を、エアシリンダ１３の作動により、取扱う機種のヘッドパイプａの傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に挿入して固定し、その後、エアシリンダ１３の圧力を抜いて挿入バーｉの傾斜角がフリーになるようにし、その後、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂをスライドさせてリヤフレームの所望のクランプ位置ｃを把持するようにしている。
このような把持方法を採用することで、図５に示すように、機種によってヘッドパイプａの傾斜角や、所望のクランプ位置ｃまでの位置関係が異なる場合であっても、フレームクランプ部１４ａ、１４ｂを一軸方向にスライドさせるだけでリヤフレームの所望のクランプ位置ｃを把持できるようになり、装置の簡素化、軽量化が図られる。

次に、前記増打ステーション６に配設される本発明のワークセット・姿勢制御治具７について図６乃至図８に基づき説明する。
このワークセット・姿勢制御治具７は、基台２０に対して枢支軸２１周りに回動自在な回転体２２と、この回転体２２の基台２０寄り側に設けられる第１のクランプ部としてのヘッドパイプ固定部２３と、このヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を変化させるためのエアシリンダ２４と、回転体２２のスライド台２５にスライド自在に設けられる左右一対のピボット支持台２６と、スライド台２５の基台２０寄り側に設けられるフロント固定部３０を備えており、前記ピボット支持台２６は、駆動モータ２８の作動によって、図６の矢印方向にスライド自在にされるとともに、各ピボット支持台２６の上部には、車体フレームのピボットｂを支持することのできる第２のクランプ部としての基準ピン部２７が設けられている。また、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊは、ヘッドパイプａ内に挿入された後、例えば拡縮自在な爪チャック機構によりヘッドパイプａ内に固定できるような構造にされている。

このワークセット・姿勢制御治具７でワークＷを保持する場合、機種に応じた車体フレームのヘッドパイプａの傾斜角に合わせてヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を調整することは勿論であるが、挿入バーｊをヘッドパイプａに挿入して固定しただけでは、ピボット支持台２６を上下、水平の二軸方向に移動させなければ、基準ピン部２７を所望のピボットｂの位置に合わせることはできない。
このため、本ワークセット・姿勢制御治具７では、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を、エアシリンダ２４の作動により、取扱う機種のヘッドパイプａの傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に挿入して固定し、その後、エアシリンダ２４の圧力を抜いて挿入バーｊの傾斜角がフリーになるようにし、その後、ピボット支持台２６を一軸方向にだけスライドさせて各基準ピン部２７により左右のピボットｂを保持できるようにしている。

このような保持方法を採用することで、図７に示すように、機種によってヘッドパイプａの傾斜角や、ピボットｂ位置までの水平、垂直距離が異なる場合であっても、ピボット支持台２６を一軸方向にスライドさせるだけでの基準ピン部２７によりピボットｂを保持できるようになり、装置の簡素化、軽量化が図られる。
なお、ワークセット・姿勢制御治具７により車体フレームの両側のピボットｂを保持するのは、溶接段階では正確に位置決め保持する必要があるからであり、前記搬送ロボット５が車体フレームのリヤフレームのクランプ位置ｃを把持するのは、搬送段階ではさほど正確な位置決めは必要とされないからである。

なお、このワークセット・姿勢制御治具７にセットされたワークの姿勢は、図８に示すように、回転体２２が枢支軸２１周りに回転自在にされるとともに、枢支軸２１と基準ピン部２７を結ぶ軸線ｙ周りに回動自在にされることから、ワークＷの姿勢を任意に変更することができ、最適の方向から溶接できるとともに、溶接時のスパッタの発生方向等がワークＷに不具合を与えない姿勢で溶接することができる。

以上のような自動溶接システム１全体の作用等を説明する。
図１の部品セット部３において仮付け治具２上に作業者が組付部品をセットし、その後、仮付け治具２を仮付けステーション４に搬送する。すると、仮付けステーション４では不図示の溶接ロボットにより部品の仮付け溶接が行われる。

仮付け治具２上で部品が仮付け溶接されると、搬送ロボット５が作動し、いずれか一方側の把持部８ｂでワークＷを把持する。すなわち、エアシリンダ１３の作動により、ヘッドパイプ固定部１１ｂの挿入バーｉの傾斜角を、所定のヘッドパイプａの傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に上方から挿入して固定し、その後、エアシリンダ１３の圧力を抜いて挿入バーｉの傾斜角がフリーになるようにし、その後、フレームクランプ部１４ｂをスライドさせてリヤフレームのクランプ位置ｃを把持する。

次いで、把持したワークＷを増打ステーション６に搬送し、ワークＷをワークセット・姿勢制御治具７に受渡すが、この際、ワークセット・姿勢制御治具７上には、その前の段階で本付け溶接されたワークＷが存在するため、この本付け溶接されたワークＷを払出さなければ、仮付けしたワークＷを受渡すことができない。
そこで、搬送ロボット５は、アーム１０が中心軸ｘ周りに１８０度回転して、他方側の把持部８ａが下方向きとなり、この把持部８ａで払出し用のワークＷを把持した後、再び反転して仮付けしたワークＷをワークセット・姿勢制御治具７に受渡す。

すなわち、ワークセット・姿勢制御治具７では、ヘッドパイプ固定部２３の挿入バーｊの傾斜角を、エアシリンダ２４の作動により、ヘッドパイプａの所定の傾斜角に合わせた後、ヘッドパイプａ内に下方から挿入して固定し、その後、エアシリンダ２４の圧力を抜いて挿入バーｊの傾斜角がフリーになるようにし、その後、ピボット支持台２６を一軸方向にだけスライドさせて基準ピン２７によりピボットｂを保持する。そして、ワークセット・姿勢制御治具７がワークＷを保持すると、搬送ロボット５の把持部８ｂは把持を開放して離脱し、他方側の把持部８ａで把持するワークＷをワーク払出部に搬送する。

以上のような要領により、搬送ロボット５の移動軌跡を最小にすることができ、搬送効率を高めることができる。

そして、本発明に係るワークセット・姿勢制御治具７では、位置決めされたワークＷを本付け溶接するにあたり、図８に示すように、ワークＷの姿勢を任意に変更しながら行うことで、最適な方向から溶接できるとともに、溶接時のスパッタがワークＷに与える悪影響を避けることができる。
また、ワークセット・姿勢制御治具７本体の構成は簡素であり、あらゆる機種のワークＷに一台で対応できるため、設備スペースをみやみに広げる必要がない。

なお、以上の実施例では、二輪バイク型車両の車体フレームを例にとって説明したが、四輪バイク型車両を把持する場合は、搬送ロボット５においては、フロント固定部１５ａ、１５ｂとフレームクランプ部１４ａ、１４ｂによって行い、ワークセット・姿勢制御治具７においては、フロント固定部３０とピボット支持台２６の基準ピン２７によって行う。

以上のように、本姿勢制御治具は、ワークの複数箇所をクランプして正確に位置決めできるとともに、任意の姿勢に変換して溶接できるので、自動化率が向上し、スパッタによる不具合も抑制されると同時に、すべての機種のワークに一台で対応することができるので、特にバイク型車両の車体フレームの自動溶接に効果的である。

自動溶接システム全体の構成概要の一例を示す全体図 搬送ロボットの説明図 二輪バイク型車両の車体フレームの一例を示す斜視図 二輪バイク型車両の車体フレームの機種による形態の違いの一例を示す説明図 搬送ロボットによるワーク把持要領の一例を示す説明図 増打ステーションに配置されるワークセット・姿勢制御治具の説明図 ワークセット・姿勢制御治具によるワーク保持要領の一例を示す説明図 ワークセット・姿勢制御治具によるワーク姿勢制御の一例を示す説明図

符号の説明

６…増打ステーション、７…ワークセット・姿勢制御治具、２０…基台、２１…枢支軸、２２…回転体、２３…ヘッドパイプ固定部、２６…ピボット支持台、２７…基準ピン部、Ｗ…ワーク、ａ…ヘッドパイプ、ｂ…ピボット。

Claims (2)

1. 溶接時にワークを保持して姿勢を制御する姿勢制御治具であって、基台の枢支軸周りに回動自在な回転体と、この回転体に所定の距離間隔で設けられる第１、第２のクランプ部を備え、前記回転体は、前記枢支軸と直交する一軸周りに回動自在にされるとともに、前記第２のクランプ部は第１のクランプ部に対して接近、離反方向にスライド自在にされ、また、前記第１のクランプ部は、ワークの所定箇所をクランプする際は傾動角が固定状態とされ、その後傾動角がフリーにされることを特徴とする姿勢制御治具。
2. 前記ワークはバイク型車両の車体フレームであり、前記第１のクランプ部は、車体フレームのヘッドパイプを保持するヘッドパイプ固定部であり、前記第２のクランプ部は、車体フレームのピボットを保持するピボット支持部であることを特徴とする請求項１に記載の姿勢制御治具。