JP2005059043A - 位置決め装置および搬送パレット - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡略化を図ることで設備投資額を抑制しつつ、ワークの種類に応じて位置や形状の異なる位置決め部材を迅速に切り替えることができる、汎用性の高い位置決め装置を提供する。
【解決手段】位置決め孔ｈが形成されたワークＷを位置決めする位置決め装置１であって、回転体１２と、回転体１２を回動させる回動手段１０と、回転体１２に配設される複数のホルダ１４と、ホルダ１４に対して昇降可能かつ回転不能に嵌装される位置決め部材１６と、位置決め部材１６を昇降移動させる駆動手段２０とを備えるとともに、回動手段２０により複数のホルダ１４のうち任意のホルダ１４を所定位置に到達させた後に当該任意のホルダ１４に嵌装される位置決め部材１６を駆動手段２０により一定距離上昇移動させて位置決め孔ｈが位置決め部材１６に嵌合可能となるように構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、位置決め装置に関し、特に自動車の生産ラインにおいて、搬送パレットなどのワーク支持体に載置されるワークの位置決めを行う位置決め装置および搬送パレットに関する。

自動車の生産ラインにおいて、例えばドアなどの外装部品を製作する場合、ワーク受け部材にインナパネルなど一方のワークを位置決めし、アウタパネルなど他方のワークを当該一方のワークに位置決めして溶接などの組み付け作業を行っている。このような部品の組み付けの際には、完成車の品質維持の観点より各ワークの位置決めを高精度で行うことが要求される。ところで、位置決めの対象となるワークは複雑な形状をなしている場合が多く、通常、鉛直上方向に先端を向けて立設したピンなどの位置決め部材に、ワークの少なくとも２箇所に形成された円形の位置決め孔を嵌合させて、水平方向の位置決めを行っている。また、位置決め部材の所定の位置にワークとの当接面を形成し、当該当接面とワークの下面が当接することで高さ方向の位置割り出しを行い、三次元空間における位置決めを可能にしたものも一般的に使用されている。

一方、近年の自動車製造においては、多様化する消費者ニーズに応えられるように、複数車種の部品を同一ラインで組み立てる混流生産が主流となっている。混流生産においては、位置決め対象となるワークの種類が異なれば、ワークに形成される位置決め孔の形成位置も異なるので、ワークの種類に対応して位置決め部材を移動可能に構成している。具体的には、サーボモータなどの駆動源を利用して位置決め部材自体をＸＹＺの３軸方向に独立して摺動自在なユニットを構成し、ワークの種類に応じて位置決め部材を任意の位置に配置している。しかし、上述のような構成を有する位置決め装置は、複数種類のワークの位置決めを行えるものの、上記ユニットは構造が複雑なため高価となり、設置スペースも大きくなる。また、最近では同一ラインで生産できる車種数をさらに増やす多車種混流生産への対応が求められている。多車種混流生産では、ワークの種類の増加に応じて位置決め孔の形状（径）が異なる場合も生じる。そして位置決め孔の形状が異なる場合を考慮すると、上述の位置決め装置では、別の位置決め部材と切り替えて使用可能なユニットに仕様変更する必要がるので、さらに設備の構造が複雑になるとともに設備投資額が嵩むという問題がある。

そこで、位置決め孔の径が異なる場合でも、位置決め部材のみを専用部品として交換可能に構成し、汎用性を高めた位置決め装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１１３６２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている位置決め装置では、位置決め装置全体としての汎用性が高められる一方で、位置決め部材を交換するためには一旦生産ラインを停止して交換作業を行う必要があり、多車種混流生産において生産効率の低下を招くという問題があった。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、構造の簡略化を図ることで設備投資額を抑制しつつ、ワークの種類に応じて位置や形状の異なる位置決め部材を迅速に切り替えることができる、汎用性の高い位置決め装置を提供することを課題とする。

本発明の第１の側面によると、位置決め孔が形成されたワークを位置決めする位置決め装置であって、回転体と、当該回転体を回動させる回動手段と、上記回転体に配設される複数のホルダと、上記ホルダに対して昇降可能かつ回転不能に嵌装される位置決め部材と、上記位置決め部材を昇降移動させる駆動手段とを備えるとともに、上記回動手段により上記複数のホルダのうち任意のホルダを所定位置に到達させた後に当該任意のホルダに嵌装される位置決め部材を上記駆動手段により一定距離上昇移動させて上記位置決め孔が上記位置決め部材に嵌合可能となるように構成されていることを特徴とする、位置決め装置が提供される。

このような構成の位置決め装置を用いると、複数の位置決め部材を回動手段により切り替えられるので、位置決め孔の位置や形状の異なるワークに対しても、対応する位置決め部材を迅速に適正な位置に配備することができる。本発明でいう「適正な位置」とは、三次元空間における所定の位置、換言するとＸＹＺ座標系の所定の位置のことを意味する。具体的には、ホルダに嵌装される位置決め部材は、所定位置で一定距離上昇移動したときに適正な位置に配備されるように、あらかじめワークの種類毎に製作する専用部品としている。位置決め部材はホルダに対して昇降可能かつ回転不能に嵌装されているとともに、当該ホルダを回動手段により所定位置に到達するまで回動させることができるので、任意の一つの位置決め部材に着目すると、当該位置決め部材が所定位置に配備されるときは常に同一姿勢を保つこととなる。そして当該所定位置において、駆動手段により位置決め部材を一定距離上昇移動させるので、上昇移動後の位置決め部材はＸＹＺ座標系の同一位置に来ることが保証される。また、駆動手段による位置決め部材の上昇移動量が一定となるように構成することで、複雑な制御機構や移動量を多段階調整するストッパ機構などは不要となり、駆動手段の構造を簡略化できる。そして、位置決め部材は所定位置において一定距離上昇移動したときに、ワークの位置決め孔と嵌合できるようにあらかじめワークの種類毎に適合する形状をなしている。さらに、複数のホルダにあらかじめワークの種類毎に対応する位置決め部材を嵌装しておくことにより、多車種混流生産においてワークに対応する位置決め部材の切り替えを迅速に行えるので、位置決め作業を伴う工程のサイクルタイムを短縮し、生産効率を改善できる。

また、本発明の第１の側面にかかる位置決め装置において、上記位置決め部材は、上記位置決め孔に嵌合するピンと、当該ピンを止着するとともにワークの下面と当接する当接面を備えたブラケットとを備えていることが好ましい。

このような構成によると、位置決め部材をピンとブラケットの別体により構成することで、ピンを水平面方向の位置決めとして機能させ、ブラケットを高さ方向の位置出しとして機能させることができるので、両機能を一体で製作する場合と比べて汎用性を高められるとともに生産準備リードタイムを短縮できる。

また、本発明の第１の側面にかかる位置決め装置において、上記位置決め部材をホルダに対して下降位置に付勢する付勢手段を備えていることが好ましい。

このような構成によると、所定位置での使用時以外に位置決め部材を確実に下降させることができるので、ワークとの当接などの不具合をあらかじめ回避することができる。具体的に説明すると、位置決め部材は使用する際に所定位置に配置され、かつシリンダなどの駆動手段により、付勢手段に抗して押し上げられている。当該位置決め部材の使用を終了し、次のワークに対応する別の位置決め部材に切り替えるときに、まず駆動手段による上昇移動作用を解放する（シリンダの場合はピストンロッドを後退させる）。このとき付勢手段を設けない場合には、位置決め部材は自重により下降することとなる。しかし、ホルダと位置決め部材の摺動部の摩擦抵抗などにより、自重では下降しないおそれがある。これに対し本発明では、位置決め部材をホルダに対して下降位置に付勢する付勢手段を備えているので、付勢手段の作用により位置決め部材は確実に下降側へ戻される。そうすることにより、搬送された次のワークを位置決め部材に嵌合する際に、位置決め部材の戻り不良によるワークとの当接などの不具合は生じない。また、位置決め部材の切り替え中において、常に位置決め部材は下降位置に退避した状態にあるので、ホルダの回動経路の上方にある他の装置類と干渉するおそれもない。

また、本発明の第１の側面にかかる位置決め装置において、上記所定位置において上記位置決め部材を識別するための識別手段が設けられていることが好ましい。

このような構成によると、あらかじめ設定した通りに回動手段が制御されて、適正な位置決め部材が所定位置に配置されているかを、外部からの識別手段によって確認できるので、回動手段の故障や設定ミスなどに起因するワークの載置不良やワークの損傷といった不具合を、事前に回避できる。

また、本発明の第１の側面にかかる位置決め装置において、上記ピンは、上記ブラケットに対して水平方向に位置調整可能に構成されていることが好ましい。

このような構成によると、ブラケットに対するピンの取付け位置を調整できるので、新しいワーク（新車種生産時）に対しても位置決め部材を共用することができる。その結果、新車種生産時の生産準備リードタイムを短縮できるとともに、部品の共用化によるコスト削減も達成される。

本発明の第２の側面によると、本発明の第１の側面によって提供される位置決め装置を複数備えている、搬送パレットが提供される。

このような搬送パレットを用いると、位置決め対象となるワークに対して２箇所以上において位置決めされるので、ワークの位置決めを確実にできる。

本発明の第１の実施形態について、図１〜図７を参照しつつ具体的に説明する。図１および図２は、本発明の第１の実施形態にかかる位置決め装置を搬送パレットに載置固定して適用した例を示し、１は位置決め装置、２は搬送パレットを表す。位置決め装置１は、搬送パレット２の上面の適宜間隔をおいた２箇所に設けられている。搬送パレット２は、基台である搬送台車（図示せず）に載置固定されており、当該搬送台車は組立ライン上を走行移動可能に構成されている。位置決め装置１は、回動手段１０、ホルダ１４、位置決め部材１６、駆動手段２０を備えている。

図２〜図４に示すように、回動手段１０は、回転駆動体１１と回転体としての回転テーブル１２とを備えている。回転駆動体１１は、均等な回動角度の割り出しが可能な公知のロータリーインデックスなどで構成され、支持台３を介して搬送パレット２に固定されているとともに、コントローラ（図示せず）により作動制御されている。回転テーブル１２は、回転駆動体１１の上部に連結固定され、回転駆動体１１の駆動力を得て回転する。回転テーブル１２における同一の回転軌跡円上には、ホルダ１４（１４Ａ〜１４Ｆ）が鉛直方向上向きに突出する状態に連設されているとともに、各ホルダ１４の近傍には、後述する識別手段の一部であるドグ１３が固設されている。

各ホルダ１４は、位置決め部材１６を鉛直方向に摺動可能に嵌装する円筒内面形状の嵌装部１４ａを有し、該ホルダ１４には、位置決め部材１６の側面（後述する図５および図６に示された回転規制面１８ｄ）と当接して位置決め部材１６のホルダ内での回転を防止する回転防止体１５が止着されている。本実施形態では、６個のホルダを配設しているので最大６種類のワークに対応できるが、配設するホルダの数はこれに限定されず、必要に応じて任意に設定すればよい。

位置決め部材１６は、ピン１７とブラケット１８より構成され、ピン１７はブラケット１８に対して着脱可能に螺着されている。また、ブラケット１８は軸部材１８Ａと調整部材１８Ｂを備えている。軸部材１８Ａの上部には、ワークＷの下面と当接してワークＷを受け止める当接面１８ａと、ホルダ１４と当接して下降移動を規制する係止面１８ｂとが形成されている。図５および図６に示すように、軸部材１８Ａの中間部には、ホルダの嵌装部１４ａに嵌装された状態で鉛直方向に摺動する円筒外面形状の摺動面１８ｃと、回転防止体１５との当接で回転を防止する回転規制面１８ｄが形成されている。摺動面１８ｃは、嵌装部１４ａに対して嵌め合い精度が高く、高精度な位置決めを可能にしている。図７に示すように軸部材１８Ａの下部には、雌ねじ１８ｅが形成されるとともに、軸部材１８Ａの径方向に進退可能な係止部材１８Ｃが配設されている。調整部材１８Ｂは、雄ねじ１８ｆと膨出部１８ｇとを備えている。軸部材の雌ねじ１８ｅに調整部材の雄ねじ１８ｆを所定の位置までねじ込んだ後に係止部材１８Ｃを螺入させることにより、軸部材１８Ａと調整部材１８Ｂは相対回転不能に係止されている。雄ねじ１８ｆの雌ねじ１８ｅに対するねじ込み深さを変更することにより、後述する適正な位置（駆動手段により一定距離上昇移動した後の位置決め部材の位置）における当接面の高さの微調整を容易に行える。

図２〜図４に示すように、本実施形態においては、３個の位置決め部材１６（１６Ａ，１６Ｃ，１６Ｅ）が、隣接するホルダ１４（１４Ａ〜１４Ｆ）のうち、１個おきに隔てたホルダ１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｅに嵌装されている。さらに軸部材１８Ａには、膨出部上面１８ｈとホルダ下面１４ｂの両方に当接する状態で伸長側に付勢する、付勢手段としてのコイルスプリング１９が外嵌されている。

図２〜図４に示すように、駆動手段２０は、支持台３に載置固定されるシリンダ装置２１と、シリンダ装置２１より進出後退するピストンロッド２２を備えている。シリンダ装置２１は、回転軌跡円上の所定位置に停止するホルダ１４に嵌装された位置決め部材１６を押し上げることが可能な特定位置に固定されている。換言するとシリンダ装置２１は所定位置の鉛直下方向に配設され、ピストンロッド２２は鉛直上方向に進出する。ピストンロッド２２は、一定ストロークを往復動するとともに、ピストンロッド２２の先端面２２ａは、上昇時にはブラケットの下面１８ｍ（調整部材の下面）と当接して位置決め部材１６を押し上げ、下降時にはブラケットの下面１８ｍと若干の隙間を有する。

ここで回動手段１０の作動制御によりホルダ１４が停止する所定位置と、シリンダ装置２１の取り付け位置の関係についてさらに詳しく説明する。本実施形態においては、回転駆動体１０は、回転角６０度毎に停止する精密割り出しが可能なものを採用している。回転駆動体１１の６箇所の停止位置の一つを所定位置として選択設定し、回転駆動体１１を支持台３に固定している。シリンダ装置２１は、所定位置に配置された位置決め部材１６を鉛直上方向に押し上げることができるように、位置決め部材１６の摺動部軸心とピストンロッド２２の軸心が略合致する位置（上述の特定位置）に取り付けられている。

識別手段３０は、シリンダ装置２１に連結固定される３個のセンサ３１（３１Ａ〜３１Ｃ）と、ホルダ１４の近傍に固設されたドグ１３（１３Ａ〜１３Ｃ）をもって構成されている。ここで使用するセンサ３１は種々の形式のものを選択できるが、本実施形態においては、一定距離以内に近接するドグ１３を検出可能な近接センサなどが好適である。ドグ１３は、センサ３１に対応する３箇所の検出ポイントに選択的に設置することにより、６種類の異なる組み合わせを形成している。なお、センサおよび検出ポイントの設置数は、これに限定されず、配設するホルダの数に応じて適宜増減すればよい。

さらにシリンダ装置２１には、ピストンロッド２２が後退したときに位置決め部材１６が下降位置に戻っていることを確認する戻り確認センサ３２が配設されている。戻り確認センサ３２は、位置決め部材１６が所定の下降位置に戻ったときに、ブラケット１８の膨出部１８ｇを検出している。

次に、上述の位置決め装置１を用いた位置決め方法について、図２〜図４に基づいて具体的に説明する。位置決め装置１を搭載した複数の搬送台車（図示せず）が、図示しない循環式の組立ライン上を、切替ステーション、ワーク供給ステーション、作業ステーションの順に走行移動している。切替ステーションでは、位置決め部材１６の切り替え作業が行われる。ワーク供給ステーションでは、ワークＷが搬送ロボット（図示せず）により供給され、搬送パレット２にワークＷが載置固定される。作業ステーションでは、ワークＷに溶接ロボット（図示せず）による溶接などの作業が施される。なお、搬送パレット２に載置固定された２個の位置決め装置１は、相互に同調するように制御されているので、以下にその一方の位置決め装置１についてのみ説明し、他方の説明を省略する。

まず、ワークＷ１が供給される場合について説明する。切替ステーションにおいて、コントローラによる制御信号に基づいて回転駆動体１１が回動し、ワークＷ１に適合する位置決め部材１６（本実施形態においては１６Ａ）を嵌装するホルダ１４Ａが所定位置に到達したときに回転駆動体１１が停止する。このとき、所定位置に配置された位置決め部材１６Ａが間違いないかをセンサ３１で検出して確認する。ここで万一、あらかじめ設定した位置決め部材と異なるものとして検出された場合には、その情報がコントローラに伝送され、位置決め装置１が停止するとともに、エラー発生を管理者に認知させる。このようにあらかじめ設定した通りの適正な位置決め部材が所定位置に配置されているかを、外部からの識別手段によって確認できるので、回転駆動体１１の故障や設定ミスなどによって所定位置に不適正な位置決め部材１６が配置されることを防止でき、その結果、ワークの載置不良や損傷といった不具合を事前に回避できる。

引き続き、シリンダ装置２１のピストンロッド２２を進出させて位置決め部材１６Ａを上昇移動させる。ピストンロッド２２が一定ストローク進出したときに、位置決め部材１６Ａは、ワークＷ１を所望の位置で受け止めることができる適正な位置に配置されている（図２〜図４参照）。また、このときコイルスプリング１９Ａは圧縮されている。次に、搬送台車はワーク供給ステーションに走行移動する。ワークＷ１は搬送ロボットにより搬送され、位置決め孔ｈがピン１７に嵌合するように位置決め装置１上に載置される。そしてクランプ装置（図示せず）などの適宜手段によってワークＷ１が搬送パレット２に固定されたあと、搬送台車は作業ステーションに走行移動し、位置決め固定されたワークＷ１に対して部品の溶接などの各種作業が行われる。組立ライン上に同一種類のワークＷ１が流されている間は、搬送台車に搭載されている位置決め装置１はすべて上述の状態（位置決め部材１６ＡがワークＷ１を受け止め可能な適正な位置に配置されている状態）を維持し続ける。

次に、異なる種類のワークＷ２を搬送する際の位置決め装置１の切り替え方法について説明する。切替ステーションにおいて、シリンダ装置のピストンロッド２２を後退させる。ピストンロッド２２が一定ストローク後退したあとに、位置決め部材１６Ａが所定の下降位置に到達する。このときブラケット１８は、コイルスプリング１９Ａによって鉛直下方へ付勢されているので、位置決め部材１６Ａは確実に下降側へ戻される。さらに、下降位置に位置決め部材１６Ａが戻っているかを戻り確認センサ３２で検出して確認する。ここで万一、シリンダ装置２１の故障などにより位置決め部材１６Ａが下降位置に戻っていない場合には、その情報がコントローラに伝送され、位置決め装置１が停止するとともにエラー発生を管理者に認知させる。このように位置決め部材が下降位置に適正に戻っているかを、外部からの検出手段によって確認できるので、シリンダ装置２１の故障などに起因する位置決め装置１の破損や損傷といった二次的損失を事前に回避できる。

引き続き、コントローラによる制御信号に基づいて回転駆動体１１が回動し、ワークＷ２に適合する位置決め部材１６Ｃを嵌装するホルダ１４Ｃが所定位置Ｐに配置される。そして位置決め部材１６Ｃをシリンダ装置２１を使用して上昇移動させて、ワークＷ２を位置決め装置１にセットするが、上述のワークＷ１における手順と同様であるため、その説明は省略する。

図８および図９は、本発明の第２の実施形態にかかる位置決め装置の位置決め部材１６を表す。当該位置決め部材１６の当接面１８ａとピン１７とは水平方向に離隔する位置に設けられている。本実施形態におけるワークＷ３は、位置決め孔ｈとの連続面にワークと当接する平滑面が形成されておらず、このような場合は位置決め孔ｈより離隔する位置に形成された平滑面を当接面として設定することになる。また、ピン１７はブラケット１８に対して取付位置を調整可能に構成されている。具体的には、ブラケット１８に形成された長孔１８ｎに、ピン１７に一体形成された雄ねじ１７ａを通し、締結具４０で固定している。このような構成とすることで、長孔１８ｎに対する雄ねじ１７ａの融通の範囲で、ピン１７の取付け位置の調整が可能となり、位置決め部材の共用化が図られる。その他の構成については、第１の実施形態のものと同様であるために、同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。

このように、本発明の実施形態によると、位置決め対象となるワークＷに対応する位置決め部材１６を、回転駆動体１１によって迅速に切り替えることができるので、多車種混流生産においても汎用性および生産性の高い位置決め装置を提供することができる。さらに、新車種生産時においては、位置決め部材１６のみを新規に製作することにより、多車種混流生産への対応が可能となるため、生産準備リードタイムを短縮できる。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。例えば、位置決め対象となるワークＷの大きさや形状によっては、位置決め装置１を搬送パレット２の３箇所以上に設けてもよい。

本発明に係る位置決め装置を搬送パレットに搭載した例を示す斜視図である。 本発明に係る位置決め装置の第１実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る位置決め装置の第１実施形態を示す平面図である。 本発明に係る位置決め装置の第１実施形態を示す側面図である。 本発明に係る位置決め部材とホルダを示す断面平面図（図４におけるＡ−Ａ断面図）である。 本発明に係る位置決め部材とホルダを示す断面平面図（図４におけるＢ−Ｂ線断面図）である。 本発明に係る位置決め部材の要部を示す縦断面図である。 本発明に係る位置決め部材の第２実施形態を示す平面図である。 図８におけるＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ 位置決め装置
１０ 回動手段
１２ 回転体（回転テーブル）
１４，１４Ａ〜１４Ｆ ホルダ
１６，１６Ａ〜１６Ｆ 位置決め部材
１７ ピン
１８ ブラケット
１８ａ 当接面
２０ 駆動手段
３０ 識別手段
Ｗ，Ｗ１〜Ｗ３ ワーク
ｈ 位置決め孔

Claims (8)

1. 位置決め孔が形成されたワークを位置決めする位置決め装置であって、回転体と、当該回転体を回動させる回動手段と、上記回転体に配設される複数のホルダと、上記ホルダに対して昇降可能かつ回転不能に嵌装される位置決め部材と、上記位置決め部材を昇降移動させる駆動手段とを備えるとともに、上記回動手段により上記複数のホルダのうち任意のホルダを所定位置に到達させた後に当該任意のホルダに嵌装される位置決め部材を上記駆動手段により一定距離上昇移動させて上記位置決め孔が上記位置決め部材に嵌合可能となるように構成されていることを特徴とする、位置決め装置。
2. 上記位置決め部材は、上記位置決め孔に嵌合するピンと、当該ピンを止着するとともにワークの下面と当接する当接面を備えたブラケットとを備えている、請求項１に記載の位置決め装置。
3. 上記位置決め部材を、ホルダに対して下降位置に付勢する付勢手段を備えている、１または２に記載の位置決め装置。
4. 上記位置決め部材は、ホルダに対して着脱可能に構成されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の位置決め装置。
5. 上記所定位置において上記位置決め部材を識別するための識別手段が設けられている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の位置決め装置。
6. 上記位置決め部材は、駆動手段による一定距離上昇移動後における上記当接面の高さを調整可能に構成されている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の位置決め装置。
7. 上記ピンは、上記ブラケットに対して水平方向に位置調整可能に構成されている、請求項２に記載の位置決め装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の位置決め装置を複数備えている、搬送パレット。

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