JP5127634B2 - 位置決め部保持装置、及びこれを用いたワーク位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク用の位置決め部を保持する位置決め部保持装置、及びこれを用いたワーク位置決め方法に関する。

一般的に、自動車の溶接ラインなどの場合、複数車種の部品（以下「ワーク」という）を同一ラインに流し、各車種に対応した溶接をそれぞれのワークに対して行っている。この際、ワークの位置決めは、異なる車種の様々なワークに対応して、正確且つ確実に行う必要がある。ワークは、位置決めピン等の位置決め部に直接的に当接することにより位置決めが行われる。この位置決め部は、従来、各リンクが能動的に動作する位置決め装置によって、所定の位置決め位置に移動され、その位置で保持される。

このような位置決め装置として、例えば、特許文献１には、基台上に固定されたＸ軸方向に延びるレール上を移動可能な台車と、該台車に備わりＹ軸方向（上下方向）に延びるレールに沿って昇降可能な昇降台と、該昇降台に固定されたブラケットにＹ軸の軸線回りに傾動可能に支承された可動支持枠とを備え、可動支持枠に配設されたクランプ手段によって自動二輪車のワークの位置決めを行う位置決め装置が開示されている。この位置決め装置においては、電動モータの回転力がねじ送り機構により直線的な駆動力に変換されて、台車及び昇降台が移動し、可動支持枠が傾斜している。
特開２００１−３４０９６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された位置決め装置においては、Ｘ軸方向に延びるレールが基台上に固定されるため、装置の設置に広い面積を必要とするという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、装置の設置に広い面積を必要とせずに、位置決め部を保持することが可能な位置決め部保持装置、及びこれを用いたワークの位置決め方法を提供することを目的とする。

本発明の位置決め部保持装置は、基台に固定されるリンクと、該リンクに球面ジョイントで連結されたリンクとを有するリンク機構と、該リンク機構の先端のリンクのリンク本体に設けられ、当該リンク本体に対して直線的に往復摺動可能な摺動体と、該摺動体の先端に設けられた位置決め部と、前記球面ジョイントの回動をロックする第１のロック手段と、前記摺動体の摺動をロックする第２のロック手段とを備え、前記位置決め部の移動に追従して前記リンク機構と前記摺動体とが動作することを特徴とする。なお、位置決め部とは、位置決めピン、位置決めクランプ、位置決めテンプレートなどを含み、位置決めのためにワーク等の部材を保持するものである。

本発明の位置決め部保持装置によれば、基台に固定されるリンクと、該リンクに連結されたリンクとは球面ジョイントで連結されている。そのため、前記特許文献１に開示された位置決め装置のように、Ｘ軸方向に延びるレール等の広い面積を占める設置部材を基台上に設ける必要がないので、装置の設置面積を狭くすることが可能となる。

また、位置決め部の移動に追従して、球面ジョイントが回動し、摺動体が摺動することにより、リンク機構と摺動体とが動作する。そのため、リンク機構と摺動体を能動的に動作させる機能を設ける必要がないので、装置を小型化を図ることが可能となる。

また、球面ジョイントの回動をロックする第１のロック手段と、摺動体の摺動をロックする第２のロック手段とを備える。そのため、所望の位置決め位置に位置させた位置決め部を当該位置に確実に保持することが可能となる。

また、位置決め部が先端に設けられ、リンク本体に対して直線的に往復摺動可能な摺動体と、該摺動体の摺動をロックする第２のロック手段とを備えている。そして、一般的に、摺動体の摺動をロックする保持力は、球面ジョイントの回動をロックする保持力よりも、容易に大きくすることができる。そのため、位置決め部に係止されたワークの自重によって、位置決め部が下方向きの荷重を受けても、第２のロック手段は大きな保持力で摺動体の摺動をロックするので、位置決め部を当該位置により確実に保持することが可能となる。

本発明のワーク位置決め方法は、前記位置決め部保持装置を用いたワーク位置決め方法であって、位置決め部移動装置によって、前記摺動体の軸心が垂直となる状態を維持しながら当該位置決め部を把持して所定位置まで移動させる工程と、前記第１のロック手段により前記球面ジョイントの回動をロックすると共に、前記第２のロック手段により前記摺動体の摺動をロックする工程と、前記位置決め部移動装置による前記位置決め部の把持を解除する工程と、前記位置決め部にワークを係止する工程とを備えることを特徴とする。

本発明のワーク位置決め方法によれば、位置決め部の移動に追従してリンク機構と摺動体とが動作する位置決め部保持装置を用い、該位置決め部保持装置の位置決め部を位置決め部移動装置によって把持して所定位置まで移動させる。そのため、位置決め部を所定の位置までスムースに移動させることが可能となる。更に、位置決め部移動装置は摺動体の軸心が垂直となる状態を維持しながら当該位置決め部を把持して所定位置まで移動させる。そのため、最初に、所定位置の鉛直線上に位置する任意の位置に位置決め部を移動させ、その後、該位置から位置決め部を鉛直方向に移動させて所定位置に移動させることが可能となる。この場合、位置決め部を所定位置に移動させることが更に容易となる。

また、位置決め部に係止されたワークの自重によって、位置決め部が下方向きの荷重を受けても、第２のロック手段は大きな保持力で摺動体の摺動をロックすることが可能であるので、位置決め部を当該位置により確実に保持することができる。

本発明の実施形態に係る位置決め部保持装置１０について説明する。

位置決め部保持装置１０は、位置決め部としての位置決めピン１の受動的な移動に追従して動作可能なように構成されている。図１を参照して、位置決め部保持装置１０は、一端が基台Ｍに固定される第１のリンク２と、第１のリンク２の他端に一端が回動自在に連結された第２のリンク３と、第２のリンク３の他端に一端が回動自在に連結された第３のリンク４とからなるリンク機構を備えている。そして、第１のリンク２と第２のリンク３との連結部には第１の球面ジョイント５が、第２のリンク３と第３のリンク４との連結部には第２の球面ジョイント６がそれぞれ設けられている。このように、位置決め部保持装置１０は、３つのリンク２，３，４がそれぞれ球面ジョイント５，６で連結されたリンク機構を備えている。このリンク機構の先端のリンクである第３のリンク４には、そのリンク本体４１に対して直線的に往復摺動可能な摺動体７が設けられている。摺動体７の先端には位置決めピン１が固定的に設けられている。

第１のリンク２は、一端にフランジ２１が形成され、他端に第１の球面ジョイント５の受座２２を有している。第１のリンク２は、フランジ２１が基台Ｍにボルト・ナット等の締結具（図示しない）によって固定されることにより、基台Ｍに固定されている。

第１の球面ジョイント５は、第１のリンク２の受座２２に収容される球状部５１と、球状部５１の一端に球状部５１と一体的に形成された首部５２と、首部５２の先端に首部５２と溶接等によって固定されたフランジ５３とを有している。

第２のリンク３は、一端にフランジ３１が形成され、他端に第１の球面ジョイント５の受座３２を有している。第２のリンク３は、フランジ３２が第１の球面ジョイント５のフランジ５３とボルト・ナット等の締結具（図示せず）によって固定されており、第１の球面ジョイント５と一体化されている。これにより、第２のリンク３は、第１のリンク２に対して相対回動自在に連結されている。即ち、第２のリンク３は、第１のリンク２に対して任意の方向に自在に傾斜させることが可能であり、且つその長手方向を軸として自在に回転させることも可能である。

第２の球面ジョイント６は、第２のリンク３の受座３２に収容される球状部６１と、球状部６１の一端に球状部６１と一体的に形成された首部６２と、首部６２の先端に首部６２と溶接等によって固定されたフランジ６３とを有している。

第３のリンク４は、その長手方向に伸縮可能となるように摺動機構を備えている。第３のリンク４は、摺動体７の摺動を案内するリンク本体４１と、該リンク本体４１が載置される平板状の載置板４２とを有している。リンク本体４１は、その内部に長手方向に延びる円柱状の空洞を有しており、その空洞に摺動体７を収容すると共に摺動体７の摺動を案内している。なお、リンク本体４１は、図示しないが、摺動体７がリンク本体４１から抜け出すことを防止する抜出防止手段を備えている。抜出防止手段は、例えば、リンク本体４１の上端部に設けられて摺動体７と当接する段付部やピン等からなるものである。第３のリンク４は、載置板４２が第２の球面ジョイント６のフランジ６３とボルト・ナット等の締結具（図示せず）によって固定されており、第２の球面ジョイント６と一体化されている。これにより、第３のリンク４は、第２のリンク３に対して相対回動自在に連結されている。即ち、第３のリンク４は、第２のリンク３に対して任意の方向に自在に傾斜させることが可能であり、且つその長手方向を軸として自在に回転させることも可能である。ただし、リンク本体４１の軸心と第２の球面ジョイント６の軸心とが一致しないように、ずらせている。なお、リンク本体４１の軸心と第２の球面ジョイント６の軸心とは平行になることが好ましい。

摺動体７は、リンク本体４１に対して直線的に往復摺動可能なように設けられている。摺動体７は、リンク本体４１に案内されて当該リンク本体４１の長手方向に直線状に延びる軸心と同じ軸心を有して往復摺動可能となるように構成されている。摺動体７は、直線状に延びる軸を有しており、該軸の下端には、その外径がリンク本体４１の空洞の内径より僅かに小さくなるように形成されている円板（図示せず）が一体的に形成されている。このように、リンク本体４１と摺動体７とは、それぞれシリンダとピストンの役割を果たしている。

位置決めピン１は、摺動体７の先端に固定的に設けられている。位置決めピン１は、その軸心が摺動体７の軸心と一致していることが好ましい。位置決めピン１は、従来公知のものであり、その形状や固定方法等は、任意のものである。位置決めピン１は、例えば、その下端部にテーパー状の突起が形成されており、該突起を摺動体７の先端部に形成されたテーパー穴に嵌合することにより、摺動体７に固定されるようになっている。位置決めピン１は、ワーク３０（図３（ｄ）参照）に形成された位置決め用の穴に挿入されてワーク３０の位置決めを行う。ここでは、摺動体７の先端面は、位置決めピン１の周囲部分が平面状に形成されており、この先端面がワーク３０の当接面と当接する着座面となる。なお、位置決めピン１が段部を有しており、その段部の上面をワーク３０の着座面とするものであってもよい。なお、複数の位置決めピン１が、摺動体７に対して交換可能であってもよい。これにより、異なるワーク３０に対する位置決めを行うことが可能となる。また、位置決めピン１は、複数のピンからなるものであってもよい。これにより、１つのワーク３０を複数の箇所で位置決めを行うことが可能となる。

更に、第１の球面ジョイント５及び第２の球面ジョイント６には、それぞれの回転をロックするロック機構（第１のロック機構）８，８が設けられている。ここでは、第１の球面ジョイント５の回転をロックするロック機構８を代表にして説明する。図２を参照して、第１のリンク２の先端部には、第１の球面ジョイント５の球状部５１を保持する受座２２が形成されており、この受座２２は、２つに分割されている。受座２２は、その第１の球面ジョイント５の球状部５１と対向する内側面が球面の一部として形成されている。各受座２２は、その外側面の一部にそれぞれ内方に向かって傾斜する傾斜面８１を有している。そして、これら傾斜面８１と同じ傾斜を内側面に有し、当該傾斜面８１に当接する楔状部８２が各受座２２に対してそれぞれ設けられており、２つの楔状部８２は互いに連結されて一体化され、その連結部の中央部にピストン８３が一体的に形成されている。該ピストン８３を往復摺動させるシリンダ８４が、図示しないが、第１のリンク２の壁部に固定されている。更に、各受座２２は、その外側端部が第１のリンク２の内壁面と圧縮ばね５５によって連結されている。なお、図示しないが、各ロック機構８，８のロック及びその解除を行うためのスイッチがそれぞれ設けられている。

このような構成により、ロック機構８は、第１の球面ジョイント５の回動をロック可能としている。具体的には、ロック機構８が第１の球面ジョイント５の回動のロックを解除しているときには、受座２２と第１の球面ジョイント５の球状部５１との間には微小な隙間が存在しており、第１の球面ジョイント５の球状部５１が受座２２に摺接されて、第１の球面ジョイント５が回動自在になっている。そして、ロック機構８が第１の球面ジョイント５の回動をロックさせるときには、作業者が前記スイッチを操作することにより、シリンダ８４がピストン８３を第１の球面ジョイント５の方向へ摺動させ、楔状部８２を介して受座２２を球状部５１の中心に向けて移動させて、受座２２を球状部５１に圧接させる。これにより受座２２と球状部５１との間に発生した摩擦力によって、第１の球面ジョイント５の回動をロックする。その後、ロック機構８による第１の球面ジョイント５の回動のロックを解除するときには、作業者が前記スイッチを操作することにより、シリンダ８４がピストン８３を第１の球面ジョイント５の方向とは反対方向へ摺動させ、圧縮ばね５５に収縮力によって受座２２を球状部５１の中心から遠ざかる方向に向けて移動させて、受座２２と球状部５１との圧接を解除する。なお、図示しないが、受座２２の一部に貫通穴を形成し、該貫通穴に挿通され摺動可能な軸の先端に摩擦材を設け、該摩擦材を球状部２２に圧接することにより、第１の球面ジョイント５の回動をロックするものであってもよい。

更に、摺動体７の摺動をロックするロック機構（第２のロック機構）９（図３参照）が設けられている。このロック機構９は、具体的には図示しないが、例えば、シリンダ等によって摩擦材を摺動体７に対して圧接可能に設け、摺動体７の摺動のロックとその解除が可能となるように構成されている。なお、図示しないが、ロック機構９のロック及びその解除を行うためのスイッチが設けられている。

以上のように構成された位置決め部保持装置１０によれば、基台Ｍに固定される第１のリンク２と、該第１のリンク２に連結された第２のリンク３とは第１の球面ジョイント５で連結されている。そのため、前記特許文献１に開示された位置決め装置のように、Ｘ軸方向に延びるレール等の広い面積を占める設置部材を基台Ｍ上に設ける必要がないので、装置の設置面積を狭くすることが可能となる。更に、２つの球面ジョイント５，６の回動によって様々な方向に位置決めピン１を移動させることが可能となり、前記特許文献１に開示された位置決め装置のようにスライド機構を主体とした装置に比べて、装置の小型化を図ることが可能となる。

また、位置決めピン１の移動に追従して、２つの球面ジョイント５，６が回動し、摺動体７が摺動することにより、リンク機構と摺動体７とが動作する。そのため、リンク機構と摺動体７を能動的に動作させる機能を設ける必要がないので、装置を小型化を図ることが可能となる。装置が大型化すると、溶接ロボットとの干渉が生じ易くなるため、この点からも好ましい
また、２つの球面ジョイント５，６の回動をそれぞれロックするロック手段８，８と、摺動体７の摺動をロックするロック手段９とを備える。そのため、所望の位置決め位置に位置させた位置決めピン１を当該位置に確実に保持することが可能となる。

また、位置決めピン１の軸心に平行な摺動方向にリンク本体４１に対して直線的に往復摺動可能な摺動体７と、該摺動体７の摺動をロックするロック手段９とを備えている。そして、一般的に、摺動体７の摺動をロックする保持力は、球面ジョイント５，６の回動をロックする保持力よりも容易に大きくすることができる。そのため、位置決めピン１に係止されたワーク３０（図３参照）の自重によって、位置決めピン１が下方向きの荷重を受けても、ロック手段９は大きな保持力で摺動体７の摺動をロックするので、位置決めピン１を当該位置により確実に保持することが可能となる。特に、全ての動作機構を球面ジョイントに依った装置と比べて、機構の簡素化を図りながら、保持力を大きくするための機構の大型化を防ぎ、且つリンクの折れ曲がりによる干渉を防ぐことが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係るワーク位置決め方法について説明する。このワーク位置決め方法は、位置決め部保持装置１０を用いてワークの位置決めを行う方法である。

本ワーク位置決め方法は、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して、位置決め部移動装置２０によって位置決めピン１を所定の位置決め位置まで移動させる第１の工程と、２つの球面ジョイント５，６の回動及び摺動体７の摺動をロックする第２の工程と、位置決め部移動装置２０による位置決めピン１の把持を解除する第３の工程と、位置決めピン１にワーク３０を係止する第４の工程とを備えている。

第１の工程は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、位置決め部移動装置２０によって、摺動体７の軸心が垂直となる状態を維持しながら位置決めピン１を把持して所定の位置決め位置まで移動させる工程である。位置決め部移動装置２０は、位置決めピン１を把持可能な把持部２０ａを備えたマニピュレータなどのロボットであって、能動的に動作して、把持した位置決めピン１を移動させることが可能なように構成されているものである。位置決め部移動装置２０は、従来公知のものであり、把持部２０ａが把持した位置決めピン１を鉛直方向に移動可能であれば、その機構や制御方法等は、特に限定されない。また、位置決め部移動装置２０は、図示しない制御部を備え、該制御部の制御によって、初期位置に存する位置決めピン１を把持部２０ａで把持して作業者等から指定された所定の位置決め位置に位置決めピン１を移動させる。把持部２０ａは、具体的には図示しないが、例えば、位置決めピン１を両側から均等に付勢可能な付勢手段を備えており、位置決めピン１の軸心と把持部２０ａの基部の軸心とが一致するように構成されていることが好ましい。また、位置決め部移動装置２０は、図示しない姿勢センサや位置センサを備えており、これらセンサの検知信号を制御部に送信して適切な姿勢制御を行うことによって、位置決めピン１の軸心が垂直となるように把持部２０ａで位置決めピン１を把持した状態を維持しながら位置決めピン１を移動させる。なお、位置決め部保持装置１０の位置決めピン１や摺動体７等に姿勢センサや位置センサを設け、これらセンサの検知信号を位置決め部移動装置２０の制御部に送信してもよい。

なお、最初に、図３（ｂ）に示すように、所定の位置決め位置の鉛直線上に位置する任意の位置に位置決めピン１を移動させ、その後、図３（ｃ）に示すように、該位置から鉛直方向に位置決めピン１をΔｚだけ移動させることにより、位置決めピン１を所定の位置決め位置に移動させることが好ましい。この場合、最初の移動の際には、位置決め部移動装置２０によって位置決めピン１を所定の位置決め位置の鉛直線上に位置する任意の位置に移動させればよい。そして、２つの球面ジョイント５，６の回動や摺動体７の摺動によって移動が制限される位置決めピン１を、前記鉛直線上に位置させるように移動させることは容易であるので、位置決め部移動装置２０の制御が簡易化する。そして、その後の移動の際には、位置決め部移動装置２０によって把持部２０ａを当該位置から鉛直方向に移動させて位置決めピン１を当該方向に移動させればよい。第２の球面ジョイント６と摺動体７との軸心はずれているため、２つの球面ジョイント５，６は回動しないので、このとき、摺動体７の摺動のみで足りる。そのため、位置決め部移動装置２０の制御が簡易化する。

第２の工程は、ロック手段８，８により２つの球面ジョイント５，６の回動をロックすると共に、ロック手段９により摺動体７の摺動をロックする工程である。位置決め部移動装置２０によって位置決めピン１を保持する状態を維持しながら、作業者は前記スイッチを操作することにより、各ロック手段８，８，９のロックを行う。

第３の工程は、位置決め部移動装置２０による位置決めピン１の把持を解除する工程である。各ロック手段８，８，９のロックを行いながら、位置決め部移動装置２０による位置決めピン１の把持を解除する。これにより、位置決めピン１は、位置決め部保持装置１０によって所定の位置決め位置に保持されることになる。

第４の工程は、図３（ｄ）に示すように、位置決めピン１にワーク３０を係止する工程である。これにより、ワークは、位置決め部保持装置１０によって所定の位置決め位置に保持される位置決めピン１に係止されて、所定の位置に保持されることになる。

このようなワーク位置決め方法によれば、位置決めピン１の移動に追従してリンク機構と摺動体７とが動作する位置決め部保持装置１０を用い、該位置決め部保持装置１０の位置決めピン１を位置決め部移動装置２０によって把持して所定の位置決め位置まで移動させる。そのため、位置決めピン１を所定の位置決め位置までスムースに移動することが可能となる。

また、位置決めピン１は、その軸心が垂直となる状態でワーク３０が係止される。そのため、位置決めピン１に係止されたワーク３０の自重によって、位置決めピン１が下方向きの荷重を受けても、ロック手段９は大きな保持力で摺動体７の摺動をロックすることが可能であるので、位置決めピン１を位置決め位置により確実に保持することができる。

また、位置決め部保持装置１０は、それ自身が能動的に動作するものではなく、位置決めピン１が位置決め部移動装置２０によって予め所定の位置決め位置に移動させられる。そのため、位置決めピン１の位置決め位置に対する誤差は、位置決め部移動装置２０の位置精度に依存する。しかし、一般的に、位置決め部移動装置２０に用いられるマニピュレータ等の位置精度は高い。そのため、前記特許文献１に開示された位置決め装置のように、自身のスライド機構などの動作機構の位置精度の積み重ねから生じる位置精度に比べて、位置決めピン１の位置決め位置に対する位置精度を良好とすることが容易に可能となる。

なお、上記の本発明の実施形態に係る位置決め部保持装置１０においては、３つのリンク２，３，４が２つの球面ジョイント５，６で連結されている場合について説明した。しかしながら、これに限定されず、２以上のリンクがその連結部に球面ジョイントを備えるものであればよく、複数の連結部の一部に他の連結機構を備えるものであってもよい。

また、位置決め部保持装置１０には、摺動体７の先端に位置決めピン１が固定的に設けられている。しかしながら、これに限定されず、ワーク等の位置決めを行うための位置決め部が摺動体７に固定的に設けられていればよい。例えば、図４に示すように、本発明の他の実施形態に係る位置決め部保持装置７０には、摺動体７の先端に位置決め部として位置決めテンプレート７１が固定的に設けられている。この位置決めテンプレート７１は、位置決めピン７１ａ及び位置決めクランプ７１ｂを備え、位置決めが行われたワークがその上に仮固定される。位置決め部移動装置２０は、その把持部２０ａによって位置決めテンプレート７１の端部を横方向から把持しながら、作業者等から指定された所定の位置決め位置に位置決めテンプレート７１を移動させる。

本発明の実施形態に係る位置決め部保持装置を示す模式斜視図。 ロック機構を示す模式部分断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係るワーク位置決め方法の工程を順に示す説明図。 本発明の他の実施形態に係る位置決め部保持装置を示す模式斜視図。

符号の説明

１…位置決めピン（位置決め部）、２…第１のリンク 、３…第２のリンク、４…第３のリンク（先端のリンク)、５…第１の球面ジョイント、６…第２の球面ジョイント、７…摺動体、８…ロック機構（第１のロック機構）、９…ロック機構（第２のロック機構）、１０，７０…位置決め部保持装置、２０…位置決め部移動装置、２０ａ…把持部、３０…ワーク、７１…位置決めテンプレート（位置決め部）。

Claims (2)

1. 基台に固定されるリンクと、該リンクに球面ジョイントで連結されたリンクとを有するリンク機構と、
   該リンク機構の先端のリンクのリンク本体に設けられ、当該リンク本体に対して直線的に往復摺動可能な摺動体と、
   該摺動体の先端に設けられた位置決め部と、
   前記球面ジョイントの回動をロックする第１のロック手段と、
   前記摺動体の摺動をロックする第２のロック手段とを備え、
   前記位置決め部の移動に追従して前記リンク機構と前記摺動体とが動作することを特徴とする位置決め部保持装置。
2. 請求項１に記載の位置決め部保持装置を用いたワーク位置決め方法であって、
   位置決め部移動装置によって、前記摺動体の軸心が垂直となる状態を維持しながら前記位置決め部を把持して所定位置まで移動させる工程と、
   前記第１のロック手段により前記球面ジョイントの回動をロックすると共に、前記第２のロック手段により前記摺動体の摺動をロックする工程と、
   前記位置決め部移動装置による前記位置決め部の把持を解除する工程と、
   前記位置決め部にワークを係止する工程とを備えることを特徴とするワーク位置決め方法。