JP2002192293A

JP2002192293A - イコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機

Info

Publication number: JP2002192293A
Application number: JP2000395018A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ikegami; 誠池上; Toshiyuki Katagiri; 俊行片桐
Original assignee: Fukui Byora Co Ltd
Current assignee: Fukui Byora Co Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP3742297B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ロボット側の動きによらず、リベットかしめ
機自体の動作で、かしめ締結直前のワークへの受けポン
チの当たりをソフトにして、かしめ締結を確実、強力に
するとともに、ワークからの反力をかしめ機自体で吸収
するようにしたリベットかしめ機を提供する。【解決手段】ロボットのアームに固着される取り付け
基部２に対して本体３をステム４の加圧方向とほぼ同方
向に変位するよう案内するガイド機構１０と、前記取り
付け基部２と本体３との間に本体３の変位方向に沿って
伸縮するよう介装されたバランシングシリンダ１３と、
このバランシングシリンダ１３の一端と本体３との間に
あって本体３の変位方向に沿った重量を検出するロード
セル１４と、このロードセル１４の検出信号に対応して
バランシングシリンダ１３へのエア供給を制御する空気
圧回路１５とからなるイコライズ機構を備えたイコライ
ズ機構付きポータブル型リベットかしめ機１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボットのア
ームに搭載されるポータブル型リベットかしめ機に係
り、より詳しくはワークに対する正確な位置決めが可能
であってかしめ締結を確実に行うことができるイコライ
ズ機構付きポータブル型リベットかしめ機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車工場等においては、産業
用ロボットのアームの先端に取り付けられて駆動するポ
ータブル型リベットかしめ機が使用されている。このよ
うなポータブル型リベットかしめ機は、ロボットのアー
ムの動きに応じて３次元的に移動して所要の位置、所要
の姿勢でワークに作用することが必要であり、ワークに
対する移動、位置、姿勢等はすべてロボット側の制御部
により制御される。そして、ワークに対するかしめ機の
位置や姿勢等のデータは、事前のティーチングによりロ
ボット側の制御部に記憶される。

【０００３】ところで、上記のようなリベットかしめ機
では、かしめ締結時、本体の受けポンチがワークの一面
を適度な接触圧で受け止めていることが望ましく、そう
でないと、かしめ締結やワークに様々な不具合が生じ
る。例えば、受けポンチとワークとの間に間隔がある
と、ワークに対するリベットの打ち込み角度に狂いが生
じてかしめ形状が変形したり、リベットの圧縮が不充分
になってかしめ強度が不足することがある。また、受け
ポンチが強い圧力でワークに押し付けられると、ワーク
が変形することがある。したがって、かしめ機は、ワー
クに対して正確に精度よく位置決めする必要がある。し
かしながら、従来のこの種のリベットかしめ機は、ロボ
ットのアームに一体に取り付けられていて、該アームの
動きによりワークに対する位置決めが行われるから、高
精度の位置決めが難しく、しかも、受けポンチがワーク
に当たるときには、ロボットアームを含むかしめ機全体
の慣性力がワークに作用するから、ワークへの衝撃が過
大となりやすい。この種の問題はスポット溶接機におい
ても見られるものであるが、リベットかしめ機はその重
量が約３００ｋｇにも達し、ワークに作用するかしめ機
の慣性力はスポット溶接機に比べて非常に大きいため、
かしめ機の位置制御に関する精度はより強く要求されて
いた。

【０００４】これに対しては、ロボット側の制御部のソ
フトを改良して、かしめ機がワークに近接した後、かし
め機の位置を微量的に調整すればよいが、それには、ワ
ークとの距離を検出するセンサが新たに必要となるほ
か、ロボット側の制御部のソフトが複雑になり、しか
も、ロボットアームを含むかしめ機全体の慣性力がワー
クに作用する点は変わりないので、ワークの変形を効果
的に防止できない。また、リベットかしめ機は、かしめ
締結時、ワークから反力を受けるが、従来のものは、前
記したようにロボットアームに一体に取り付けられてい
るので、ワークからの反力を、かしめ機とロボットアー
ムとの全体で受け止めることになり、後の作業でのかし
め機の位置にずれが生じたり、かしめ機とロボットアー
ムとの剛性のためにワークが変形したりすることがあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点に鑑みてなされたものであって、ロボット側の動
きによらず、リベットかしめ機自体の動作で、かしめ締
結直前のワークへの受けポンチの当たりをソフトにし
て、かしめ締結を確実、強力にするとともに、ワークか
らの反力をかしめ機自体で吸収するようにして、反力の
悪影響を無くすことを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
本体の先端に加圧用ステムと受けポンチとが対向して設
けられ、産業用ロボットのアームに取り付けられてこれ
らステムと受けポンチとの間でワークにリベットを打ち
込んでかしめ締結を行うポータブル型リベットかしめ機
であって、ロボットのアームに固着される取り付け基部
に対して本体をステムの加圧方向とほぼ同方向に変位す
るよう案内するガイド機構と、前記取り付け基部と本体
との間に本体の変位方向に沿って伸縮するよう介装され
たバランシングシリンダと、このバランシングシリンダ
の一端と本体との間にあって本体の変位方向に沿った重
量を検出するロードセルと、このロードセルの検出信号
に対応してバランシングシリンダへのエア供給を制御す
る空気圧回路とからなるイコライズ機構を備えたことを
特徴とするイコライズ機構付きポータブル型リベットか
しめ機に関する。請求項２に係る発明は、バランシング
シリンダは、リベットかしめ機の打点位置をロボットに
ティーチングする際、限度長さまで伸長もしくは短縮す
ることで受けポンチがワークから離間した位置に本体を
定位させ、前記打点位置でのかしめ締結の際には、前記
の限度長さから短縮もしくは伸長することで受けポンチ
がワークに当接する方向に本体を変位させるものである
請求項１に記載のイコライズ機構付きポータブル型リベ
ットかしめ機に関する。請求項３に係る発明は、空気圧
回路は、かしめ締結時、ロードセルによる検出信号に基
づいて本体の変位方向に沿った重量に見合った圧力のエ
アをバランシングシリンダに供給するものである請求項
１または２に記載のイコライズ機構付きポータブル型リ
ベットかしめ機に関する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るイコライズ機
構付きポータブル型リベットかしめ機（以下、単にリベ
ットかしめ機と称す）の好適な実施形態を図面に基づい
て説明する。図１は本発明に係るリベットかしめ機の側
面図、図２は空気圧回路を中心に示した構成図、図３は
かしめ締結の際の制御動作を示すフローチャートであ
る。図１に示すように、本発明に係るリベットかしめ機
（１）は、ロボットのアーム（Ａ）の先端に取り付けら
れる取り付け基部（２）と、この取り付け基部（２）と
は別体の本体（３）とからなる。本体（３）は、側面形
状がほぼＣ字形のヨークを中心に構成されたもので、そ
のＣ字形の開口先端部に加圧用ステム（４）と受けポン
チ（５）とが対向して設けられている。ステム（４）
は、加圧用シリンダ（６）のロッドに取り付けられてい
て、該加圧用シリンダ（６）の伸長動作により受けポン
チ（５）側へ突出するようになっており、先端にはエア
の吸引によりリベットが吸着保持される。ステム（４）
に隣り合う位置にはリベットの供給機構（７）が設けら
れていて、この供給機構（７）にはリベット導入路
（８）を通じてリベットが送り込まれる。なお、符号
（９）は、ステム（４）の突出退入の位置を検出するた
めのロッドで、一端がステム（４）に固着されている。

【０００８】本発明に係るリベットかしめ機は、その具
備するイコライズ機構の構成に特徴付けられるものであ
り、以下その構成について詳述する。取り付け基部
（２）と本体（３）との間には、本体（３）をステム
（４）の加圧方向（矢印イ、図１では上下方向）に変位
するよう案内するガイド機構（１０）が設けられてい
る。このガイド機構（１０）は、種々の構造のものが採
用可能であるが、図示の例では、取り付け基部（２）の
一面に固着されたガイドレール（１１）と、このガイド
レール（１１）にスライド自在に嵌合するスライダ（１
２）とからなり、スライダ（１２）が本体（３）に固着
されている。また、取り付け基部（２）と本体（３）と
の間には、バランシングシリンダ（１３）とロードセル
（１４）とが本体（３）の変位方向に沿って互いに直列
に配列する形で介装されている。バランシングシリンダ
（１３）は、本体（３）の変位方向に伸縮することで、
本体（３）を取り付け基部（２）に対して変位させるも
のである。ロードセル（１４）は、引っ張りおよび圧縮
の両荷重を検出しうるもので、前記のバランシングシリ
ンダ（１３）のロッドと本体（３）との間に設けられる
ことで、本体（３）の変位方向に沿った重量を検出する
ようになっている。

【０００９】図１において、符号（１５）は、バランシ
ングシリンダ（１３）へのエア供給を制御する空気圧回
路であり、（１６）は、ロードセル（１４）からの検出
信号に基づいて空気圧回路（１５）の動作を制御する制
御部である。この制御部（１６）は、リベットかしめ機
専用に設けたものであってもよいが、ロボットの制御部
と併用してもよい。前記空気圧回路（１５）は、図２に
示すように、バランシングシリンダ（１３）のヘッド側
へのエア供給を切り換える電磁弁（１７）と、その供給
エアの圧力を増減させる電空レギュレータ（１８）と、
バランシングシリンダ（１３）のロッド側へのエア供給
を切り換える電磁弁（１９）と、その供給エアの圧力を
増減させる電空レギュレータ（２０）とを備えたもので
ある。

【００１０】次に、図３のフローチャートに基づいて、
上記構成のリベットかしめ機のかしめ締結時の制御動作
を説明する。まず、ロボット側の制御部（１６）には、
かしめ締結を行う際の打点位置をティーチングする必要
があるが、その場合、かしめ機（１）において、バラン
シングシリンダ（１３）は限度長さまで伸長させ、本体
（３）を取り付け基部（２）に対して下限位置まで下降
させておくものとする。図１や図２に示すように、ステ
ム（４）を上に、受けポンチ（５）を下にした向きでか
しめ機を使用する場合は、バランシングシリンダ（１
３）のロッド側が大気開放となり、ヘッド側にエアが供
給されるよう、両側の電磁弁（１７），（１９）をそれ
ぞれ切り換えておく。

【００１１】実際にかしめ締結を行う場合、ステップＳ
１でロボットアーム（Ａ）を動かして、かしめ機（１）
の全体をワーク（Ｗ）側へ移動させる。そして、かしめ
機（１）が所要の位置に達し、ステム（４）と受けポン
チ（５）とがワーク（Ｗ）の打点位置と対向するまでの
間に、制御部（１６）はロードセル（１４）の検出信号
を取り込む（ステップＳ２）。図１のように、ステム
（４）が上で、本体（３）が上下に変位しうる状態にあ
ると、本体（３）の全重量がロードセル（１４）にかか
るので、ロードセル（１４）は本体（３）の全重量を検
出している。これとは異なり、かしめ機（１）が傾いて
いて本体（３）が傾いた方向に変位可能となっている
と、本体（３）の全重量の重力のうち、変位方向の分力
がロードセル（１４）により検出されることになる。

【００１２】かしめ機（１）がワーク（Ｗ）の打点位置
に達すると、ステップＳ３の判断で次のステップＳ４に
進むが、この状態では、まだバランシングシリンダ（１
３）は限度長さに伸長しており、本体（３）は下降位置
にあって、受けポンチ（５）はワーク（Ｗ）の下面から
離間している。ステップＳ４では、制御部（１６）がロ
ードセル（１４）の検出信号のレベルに基づいて決まる
信号を空気圧回路（１５）のロッド側の電空レギュレー
タ（２０）に送り、バランシングシリンダ（１３）のロ
ッド側への供給エアの圧力を増加させ、その圧力を本体
（３）の重量、正確には本体（３）の変位方向に沿った
重量に見合った値にする。この圧力増加で、バランシン
グシリンダ（１３）は短縮動作し、これに伴い本体
（３）が浮上して、その一部である受けポンチ（５）が
ワーク（Ｗ）の下面に当接することになる。この場合、
本体（３）は、バランシングシリンダ（１３）内のエア
で弾力的に支持された状態で、受けポンチ（５）をワー
ク（Ｗ）に当接させるのであるから、ワーク（Ｗ）への
受けポンチ（５）の当たりはソフトである。したがっ
て、ワーク（Ｗ）へ過大な力を作用させることがなく、
ワーク（Ｗ）の変形が未然に防止される。また、ワーク
（Ｗ）と受けポンチ（５）とが強い力で押し合うことが
ないので、ワーク（Ｗ）が傾く恐れもない。

【００１３】受けポンチ（５）がワーク（Ｗ）に弾力的
に当接したと判断する（ステップＳ５）と、次のステッ
プＳ６で、ワーク（Ｗ）に対してかしめ締結を行う。す
なわち、加圧用シリンダ（６）を伸長させてステム
（４）を突出させる。これで、リベットがワーク（Ｗ）
に打ち込まれ、ステム（４）と受けポンチ（５）との間
でそのリベットが圧縮されて、かしめ締結が行われる。
この場合、ワーク（Ｗ）は隙間のない状態で受けポンチ
（５）に受け止められているので、ワーク（Ｗ）に対す
るリベットの打ち込み角度に狂いが生じたり、リベット
の圧縮が不充分になるようなことがない。また、リベッ
トの打ち込みの際、ワーク（Ｗ）から本体（３）側には
反力が作用するが、本体（３）は、ステム（４）の加圧
方向に変位可能でかつエアにより支持されているから、
反力を吸収し、ロボットアーム（Ａ）側には反力をほと
んど伝えない。したがって、かしめ機（１）全体の位置
や姿勢にずれが生じない。

【００１４】上記の実施形態では、ステム（４）を上
に、受けポンチ（５）を下にした向きでかしめ機（１）
を使用する場合を示したが、異なる向きでかしめ締結を
行うようにしてもよい。図４は、リベットかしめ機の他
の使用状態を示すための構成図である。図４の場合、ス
テム（４）を下に、受けポンチ（５）を上にした向きで
かしめ機（１）を使用し、ワーク（Ｗ）に下側からリベ
ットを打ち込むようになっている。かしめ機（１）全体
が図１および図２の例と上下逆になっており、バランシ
ングシリンダ（１３）も上下逆向きである。かしめ機
（１）をワーク（Ｗ）の打点位置に位置決めするまで
は、バランシングシリンダ（１３）のヘッド側に高圧の
エアを供給してバランシングシリンダ（１３）を限度長
さまで上方へ伸長させ、本体（３）を取り付け基部
（２）に対して限度位置まで浮上させておく。そして、
かしめ機（１）がワーク（Ｗ）の打点位置に位置決めさ
れると、バランシングシリンダ（１３）のヘッド側への
供給エアの圧力を本体（３）の重量に見合った値にまで
減少させて、本体（３）を下降させ、これで受けポンチ
（５）をワーク（Ｗ）の上面に弾力的に接触させればよ
い。これによって、ワーク（Ｗ）への受けポンチ（５）
の当たりがソフトとなる。また、かしめ締結の際のワー
ク（Ｗ）からの反力が本体（３）の動きやバランシング
シリンダ（１３）に吸収される点も、図１や図２につい
て説明した場合と同じである。

【００１５】このほか、本発明のリベットかしめ機は水
平の向きにして使用することも可能である。この場合、
本体（３）の重量は取り付け基部（２）にかかり、ロー
ドセル（１４）にはかからず、ロードセル（１４）の検
出信号はほとんど「０」レベルとなるが、その場合は、
バランシングシリンダ（１３）に本体（３）を水平に動
かす程度の圧力のエアを供給して、本体（３）を水平に
変位させ、受けポンチ（５）をワーク（Ｗ）に弾力的に
当接させるようにすればよい。すなわち、打点位置への
位置決めの際には、バランシングシリンダ（１３）を限
度長さに伸長もしくは短縮させて、本体（３）を一方の
限度位置に定位させておき、位置決めが済むと、バラン
シングシリンダ（１３）への供給エアの圧力を本体
（３）の変位に必要な程度の値にして、これによりバラ
ンシングシリンダ（１３）を限度長さから短縮もしくは
伸長させて、受けポンチ（５）がワーク（Ｗ）に当たる
ように、本体（３）を水平方向に変位させればよい。

【００１６】以上説明したイコライズ機構付きリベット
かしめ機は、ステム（４）を駆動側電極に、受けポンチ
（５）を従動側電極にそれぞれ置き換えて、ワークに対
してリベットかしめの代わりにスポット溶接を行わせる
ようにすると、本発明におけるイコライズ機構をそのま
まスポット溶接機に転用することが可能である。尚、こ
の場合にはリベット供給機構（７）は勿論不要となる。

【００１７】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、ロボッ
トのアームの動きによらずに、リベットかしめ機自体の
動作で、ワークが適度の接触圧で受けポンチに受け止め
られるようにすることができ、ロボット側の制御部のソ
フトを複雑化することなく、ワークに対して正確で高精
度の位置決めができ、その結果、的確なかしめ締結が可
能になる。しかも、受けポンチがワークに当接する際に
は、受けポンチを含むかしめ機本体は、取り付け基部に
対してバランシングシリンダのエアにより弾力的に支持
されているから、ワークへの受けポンチの当たりがソフ
トで、ワークに過大な力が作用せず、ワークを変形させ
たり、かしめ形状の不良、締結力の不足を生じたりする
ことがない。また、かしめ締結の際、ワーク側からかし
め機やロボットアームに反力が作用するが、その反力は
変位可能な本体やバランシングシリンダに吸収されるか
ら、かしめ機やロボットアームに衝撃が作用せず、反力
によるかしめ機やロボットアームの位置ずれが生じな
い。このほか、本体の重量を検出するためのロードセル
は、バランシングシリンダの一端と本体との間に介装さ
れているので、ロードセルの検出信号のレベルは本体の
重量とほぼリニアな関係となり、そのため、検出信号に
補正等の面倒な処理を加えなくても、これに基づいて直
接的にバランシングシリンダへの供給エアの制御がで
き、ロードセルから空気圧回路に至る間の信号処理、信
号変換が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るリベットかしめ機の
側面図である。

【図２】本発明のリベットかしめ機の空気圧回路を中心
に示した構成図である。

【図３】本発明のリベットかしめ機によるかしめ締結の
際の制御動作を示すフローチャートである。

【図４】本発明のリベットかしめ機の他の使用状態を示
すための構成図である。

【符号の説明】

１リベットかしめ機２取り付け基部３本体４ステム５受けポンチ１０ガイド機構１３バランシングシリンダ１４ロードセル１５空気圧回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体の先端に加圧用ステムと受けポンチ
とが対向して設けられ、産業用ロボットのアームに取り
付けられてこれらステムと受けポンチとの間でワークに
リベットを打ち込んでかしめ締結を行うポータブル型リ
ベットかしめ機であって、ロボットのアームに固着され
る取り付け基部に対して本体をステムの加圧方向とほぼ
同方向に変位するよう案内するガイド機構と、前記取り
付け基部と本体との間に本体の変位方向に沿って伸縮す
るよう介装されたバランシングシリンダと、このバラン
シングシリンダの一端と本体との間にあって本体の変位
方向に沿った重量を検出するロードセルと、このロード
セルの検出信号に対応してバランシングシリンダへのエ
ア供給を制御する空気圧回路とからなるイコライズ機構
を備えたことを特徴とするイコライズ機構付きポータブ
ル型リベットかしめ機。
【請求項２】バランシングシリンダは、リベットかし
め機の打点位置をロボットにティーチングする際、限度
長さまで伸長もしくは短縮することで受けポンチがワー
クから離間した位置に本体を定位させ、前記打点位置で
のかしめ締結の際には、前記の限度長さから短縮もしく
は伸長することで受けポンチがワークに当接する方向に
本体を変位させるものである請求項１に記載のイコライ
ズ機構付きポータブル型リベットかしめ機。
【請求項３】空気圧回路は、かしめ締結時、ロードセ
ルによる検出信号に基づいて本体の変位方向に沿った重
量に見合った圧力のエアをバランシングシリンダに供給
するものである請求項１または２に記載のイコライズ機
構付きポータブル型リベットかしめ機。