JP2006192551A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工精度を保ってタクトタイムを短縮できるように、ワークと計測機と加工機とを効率よく動作させる加工装置を提供する。
【解決手段】 搬入ステージ２に搬入ロボット１０を設け、計測ステージ３に計測ロボット１１、加工ステージ４に溶接ロボット１２を設け、搬出ステージ５に搬出ロボット１３を設け、前記計測ロボット１１と溶接ロボット１２との間にわたって複数のレーン６ａ，６ｂ，６ｃを備えたスライド装置７を設け、この複数のレーンにそれぞれ往復移動する固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃを設け、前記搬入ロボット１０で各固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃにホイール１４を順次移送すると共に、この固定ジグをスライド装置に沿って移動させて前記計測ロボット１１によるワーク計測部の計測と前記溶接ロボット１２によるワーク計測部への加工とを行った後に前記搬出ロボット１３で搬出するように制御する制御装置を設ける。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、溶接等の加工を必要とするワークに対して効率良く精度良い加工を行うことができる加工装置に関する。

従来より、複数の部材を結合する手段として、種々の分野において溶接が採用されている。この溶接は、近年、自動化が進んでおり、複数の部材の結合部を溶接して一体化するようなワーク（例えば、自動車用スチールホイール）を自動溶接する加工装置がある。

また、近年、このように溶接で部材を結合するようなワークを加工する加工装置において、より高速、高精度に加工することが要求されている。そのため、この種の加工装置では、個々のワークのばらつきをセンサで計測した後、正確な加工精度を保って加工できると共に、タクトタイムの短縮や装置全体のコスト削減等を図ることができる必要がある。

なお、製造時における生産性の低下を事前に回避しようとする従来技術として、複数の設備の累積タクトタイムが近似するように、部品データを構成する各部品の実装を各設備に割り当てて製造費を算出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、サブワイヤーハーネスの中間在庫を極力抑制するために、複数の製造ラインを設け、各製造ライン単位で制御してタクトタイムを制御しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、現物位置の位置補正にタッチセンシングを使用したものは複数あり（例えば、特許文献３，４，５参照。）、溶接ワイヤの支持を工夫して溶接トーチでタッチセンシングを行うようにしたものや（例えば、特許文献６参照。）、タッチセンシングの接触子としてアーク溶接用のタングステン電極を利用しようとするものもある（例えば、特許文献７参照。）。
特開２００２−１６９８３９号公報（第３−９頁、図２） 特開平１１−３３９５７２号公報（第２−３頁、図１） 特開２００３−２８５１６４号公報（第４頁） 特開２００３−５３５３５号公報（第４頁） 特開２０００−２２５４６７号公報（第３頁、図２，３） 特開平１１−２５４１４２号公報（第３頁、図１） 特開平９−２１６０５９号公報（第２−３頁、図３，４）

しかしながら、前記特許文献１は、製造費を算出するために各設備の累積タクトタイムを近づけるものであり、また、前記特許文献２は、中間在庫を減らすために製造ライン単位でタクトタイムを制御しようとするものであり、いずれも、本願発明のように、ワーク単位でのタクトタイムを最適にするために、複数のレーンを備えたスライド装置を設け、そのスライド装置に計測ステージと加工ステージとを設けるようなものではない。

また、前記特許文献３−７では、タッチセンシングを利用しているが、本願発明のように、タッチセシングを用いて高精度の加工が行えるように補正テーブルを作成するものではない。

このように、従来の技術には、個々のワークのばらつきを計測した後、加工精度や装置全体のコスト、段取り換えの時間短縮等を考慮して、計測機や加工機を効率よく動作させて加工するものはない。

そこで、本願発明は、加工精度を保ってタクトタイムを短縮できるように、ワークと計測機と加工機とを効率よく動作させることができる加工装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本願発明は、ワークの搬入ステージと、該ワークに計測と加工とを行う作業ステージと、該ワークの搬出ステージとを直列的に設け、前記搬入ステージに搬入機を設け、前記作業ステージに搬入ステージ側から計測機と加工機とを設け、前記計測機と前記加工機とを分離して配置し、前記搬出ステージに搬出機を設け、前記作業ステージの計測機と加工機との間にわたって複数のレーンを備えたスライド装置を設け、該複数のレーンにそれぞれ往復移動する固定ジグを設け、前記搬入機で各固定ジグにワークを順次移送すると共に、該固定ジグをスライド装置に沿って移動させて前記計測機によるワーク計測部の計測と前記加工機による該ワーク計測部への加工とを行った後に前記搬出機で搬出するように制御する制御装置を設けている。これにより、複数のレーンに設けられた固定ジグを計測ステージと加工ステージとの間で往復移動させ、この固定ジグに固定したワークを、分離して配置した加工機と計測機とを効率よく動作させることによって高精度の加工を維持したままタクトタイムを短くすることができる。その上、一部の固定ジグが故障した場合でも残りの固定ジグでスライド装置に沿ってワークを移動させて加工を継続することができる。

また、この加工装置において、前記計測機を、１台の計測センサと１台の計測ロボットとで構成すれば、複数のスライド装置での計測や、ワークの変更による計測位置変更に１台のロボットで対応して、更なるコスト削減を図ることができる。

さらに、この加工装置において、前記搬入ステージにワーク搬入時のワーク検査と位置決めを行う搬入検査装置を設け、前記搬出ステージにワーク搬出時のワーク検査を行う搬出検査装置を設け、前記搬入機を搬入ロボットで構成すると共に、前記搬出機を搬出ロボットで構成し、前記搬入検査装置から前記固定ジグへのワーク移送を搬入ロボットで行い、前記固定ジグから搬出検査装置へのワーク移送を搬出ロボットで行うようにすれば、複数のスライド装置ヘの搬入出や、搬入時のワークのチェックや位置決めや、搬出時の加工結果の検査を自動的に行うようにできるとともに、ワークの変更による把持位置変更等にも自動的に対応することができる。

また、前記加工装置において、前記計測機と前記加工機との間に遮蔽装置を設ければ、計測ステージの計測機と加工ステージの加工機とを分離して計測と加工との間で振動や、光、ノイズ、飛散物等による悪影響を及ぼすのを抑止することができる。

さらに、前記加工装置において、前記加工機を溶接ロボットで構成し、該溶接ロボットに、前記計測ロボットで計測したワーク計測部の計測位置データと溶接前のワーク計測部との位置誤差を計測するための誤差計測手段と、該誤差計測手段で計測した誤差データから補正テーブルを作成する機能と、該補正テーブルに基づいて溶接ロボットの作動を補正する補正移動手段とを具備させれば、実際のワーク計測部の位置誤差から作成した補正テーブルに基いて溶接ロボットで精度よく溶接することができる。

また、前記加工装置において、前記加工機を溶接ロボットで構成し、該溶接ロボットに、前記計測ロボットで計測したワーク計測部の計測位置データに基づく溶接ロボットの位置と姿勢とを別々に微小変化させて新しい位置データを生成する位置データ生成手段で生成した位置データにおける溶接ロボットの位置誤差を計測する誤差計測手段と、該誤差計測手段で計測した誤差データから補正テーブルを作成する機能と、該補正テーブルに基づいて溶接ロボットの作動を補正する補正移動手段とを具備させれば、実際のワーク計測部の周囲のデータから作成した補正テーブルに基いて、溶接ロボットで精度よく溶接することができる。

さらに、これらの加工装置において、前記誤差計測手段を溶接ロボット先端によるタッチセンシング手段及び／又は視覚センサによる視覚認識手段で構成すれば、より正確な補正が可能となる。

また、この加工装置において、前記溶接ロボットに、加工するワークと同一のモデルワークを用いてワーク計測部の補正テーブルを作成する機能を具備させれば、全く同じサイズで計測部の仕上げ精度の良いモデルワークを用いることで、補正テーブル作成時間を短縮し、補正テーブルの精度を向上させることができる。

その上、前記加工装置において、前記ワークが自動車用スチールホイールであり、前記搬入検査装置が、ホイール搬入時にワーク検査とバルブ孔又はワーク形状を利用して位置検出する機能を備え、前記搬出検査装置が、ホイール搬出時にブレーキキャリパーの当り検出を行う機能を備えていれば、ホイールの溶接加工を高精度を維持したままタクトタイムを短くして自動的に行うことができる。

本願発明は、以上説明したような手段により、十分なワークの加工精度を確保してタクトタイムの短縮と装置の簡素化を図ることが可能となる。

以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明の第１実施形態を示す加工装置の模式的な平面図であり、図２は同加工装置の正面図、図３は図２に示すIII−III断面図、図４は同加工装置で溶接加工する自動車用スチールホイールの一例を示す断面図である。以下の実施形態では、ワークの一例として図４に示すような自動車用スチールホイール（以下、「ホイール」という。）を例にし、タイヤを装着する「リム１７」と車両に取り付ける「ディスク１８」の２つの部材を溶接で固定する例を説明する。なお、このワークはホイールに限定されない。また、作業ステージを計測ステージと加工ステージとに分けた例を説明する。

図示するように、加工装置１には、搬入ステージ２と、計測ステージ３と、加工ステージ４と、搬出ステージ５と、の４つのステージが図の右側から直列的に設けられている。そして、計測ステージ３と加工ステージ４との間には、この実施形態では３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃを備えたスライド装置７が設けられている。このスライド装置７では、３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃを設けた例を示しているが、このレーン数は一例であり、複数であればよい。各レーン６ａ，６ｂ，６ｃには、スライド装置７に沿って高精度で往復動（図の左右方向に移動）する固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃがそれぞれ設けられている。９は制御装置であり、この制御装置９によって、後述する搬入ロボット１０で各固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃにホイール１４を順次移送すると共に、この固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃをスライド装置７の各レーン６ａ，６ｂ，６ｃに沿って移動させて後述する計測ロボット１１によるワーク計測部の計測と、後述する溶接ロボット１２によるワーク計測部への加工とを行った後に、搬出ロボット１３でホイール１４を搬出するように制御される。この制御装置９としては、パーソナルコンピュータ等によって構成される。

また、この実施形態では、搬入ステージ２に搬入機たる搬入ロボット１０が、計測ステージ３に計測機たる計測ロボット１１が、加工ステージ４に加工機たる溶接ロボット１２が、搬出ステージ５に搬出機たる搬出ロボット１３が、それぞれ設けられている。このように、この実施形態では、図の右側から左側に向けてホイール１４を移送し、各ステージにおいてはロボット１０〜１３でホイール１４の移送や計測、加工を行うように構成されている。

前記搬入ステージ２には、ホイール１４を搬入するコンベア１５と、このコンベア１５から搬入されたホイール１４の位置情報を検出する搬入検査装置１６とが設けられている。この搬入検査装置１６は、ホイール１４のバルブ孔（空気注入孔）位置を光センサーで位置検出する機能を備えている。このバルブ孔の位置から搬入時のホイール座標系（基準点に対する回転角や位置ずれ等）を検出している。搬入検査装置１６としては、ワークの座標系の基準位置を検出できるものであればよい。

そして、座標系が検出されたホイール１４は、搬入ステージ２に設けられた搬入ロボット１０によって、前記計測ステージ３のスライド装置７上に位置する固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃへと移送される。この搬入ロボット１０は、ホイール１４を搬入検査装置１６から複数の固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃのどの位置へでも移送することができる多関節型ロボットが採用されている。この多関節型の搬入ロボット１０には、図４に示すようなホイール１４を横向きにした状態でハンドリングできる把持部１９が設けられている。

前記計測ステージ３には、搬入ロボット１０によって所定の向きで所定位置の固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃに搬入されたホイール１４の座標系を正確に検出するための計測ロボット１１が設けられている。この例では、計測ロボット１１のアーム先端にレーザセンサ２０が設けられており、このレーザセンサ２０で検出されたホイール１４の座標系は、制御装置９に入力される。この計測ロボット１１も、多関節型ロボットである。

この計測ロボット１１によって検出するホイール１４の座標系は、次の加工ステージ４における加工位置（ワーク計測部）を検出するためのものである。この計測ロボット１１によって計測されたホイール１４は、正確な座標を保ったまま固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃによって加工ステージ４へと移送される。

また、この実施形態では、計測ステージ３の計測機を、レーザセンサ２０を備えた１台の計測ロボット１１で構成することにより、複数レーン６ａ，６ｂ，６ｃでの計測や、ワークの変更による位置変更にも迅速に、かつ安価な装置で対応できるようにしている。

前記加工ステージ４には、ホイール１４に対して溶接作業を行う溶接ロボット１２が４台設けられている。この実施形態では、スライド装置７の左右位置（図１の上下位置）に２台、スライド装置７の移送方向（図１の左右位置）に２台が設けられている。これらの溶接ロボット１２により、スライド装置７に設けられた３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃのどの位置へでもアーム２１を伸ばして４本同時に溶接できるように構成されている。この溶接ロボット１２も、多関節型ロボットである。溶接ロボット１２の先端には、それぞれ溶接トーチ２２が設けられている。このように４台の溶接ロボット１２を設けることにより、全ての溶接ロボット１２によって固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃ上のいずれのホイール１４にも溶接作業を行うことができるようにしている。これにより、この例では、４箇所に溶接が必要なホイール１４に対し、同時に溶接を開始して同時に終了することにより、加工時間の短縮を図っている。

また、図２に示すように、前記計測ステージ３に設けられた計測ロボット１１と、加工ステージ４に設けられた溶接ロボット１２とは、それぞれ別の架台２３，２４に分離して設けられている。このように計測ロボット１１と溶接ロボット１２とを異なった架台２３，２４に設けて分離することにより、溶接ロボット１２による加工時の振動等が計測ロボット１１に伝わらないようにして、計測ロボット１１の計測作業に悪影響を及ぼすことを少なくしている。

さらに、計測ロボット１１と溶接ロボット１２との間には、これらのロボット１１，１２の間を遮蔽する遮蔽装置２５が設けられている。この遮蔽装置２５は、ホイール１４の上部まで垂れるカーテン２６を備えており、このカーテン２６によって溶接ロボット１２による溶接時のスパッタ等が計測ロボット１１側へ飛ばないようにしている。

このように、計測ロボット１１と溶接ロボット１２との間に遮蔽装置２５を設けることにより、前記した計測ロボット１１と溶接ロボット１２とをそれぞれ別の構造物に設けて分離することによる溶接ロボット１２の振動による計測ロボット１１への悪影響と共に、その溶接時の光、ノイズ、飛散物等が計測ロボット１１へ悪影響を及ぼすことを少なくしている。

また、加工ステージ４には、スライド装置７の移送方向に設けられた溶接ロボット１２のほぼ中間部分にも遮蔽装置２７が設けられている。この遮蔽装置２７には、ホイール１４のほぼ中間部分で上下動作するスパッタカバー２８が設けられており、このスパッタカバー２８でホイール１４のほぼ中間部分を遮蔽することにより、溶接部の下側にスパッタが飛散してホイール１４の取付け面や意匠面に付着するのを防止している。

前記スライド装置７には、３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃが設けられている。これら各レーン６ａ，６ｂ，６ｃには、スライド装置７に沿って往復動（図１の左右方向移動）する固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃがそれぞれ設けられている。これらの固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃは、各レーン６ａ，６ｂ，６ｃに沿って正確にスライド（例えば、スライド全長での位相位置誤差が、１／１００ｍｍ程度）して、搬入側と搬出側との間で往復動する自走機能を備えている。

また、この実施形態の固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃには、ワークであるホイール１４を横向きにして固定することができる固定部材（図示略）を上部に備えている。この実施形態の場合はワークがホイール１４であるため、固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃはホイール１４を水平面内で回転させる機能も備えている。なお、スライド装置７の長手方向には、固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃの位置を検出するための位置センサ等が所定位置に設けられている。前記制御装置９は、この固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃを、高精度を維持したままサイクリックに往復移動させる機能を備えている。

この固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃを往復移動させるサイクルとしては、タクトタイムを最小にできるように、溶接ロボット１２（加工機）や計測ロボット１１（計測機）を効率よく動作させると共に、最適なレール６ａ，６ｂ，６ｃの数を決定し、精度を要求される固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃの数を減らすことでコストを削減できるような最適な実行時間の配分で設定される。

なお、このように複数の固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃを個々独立的に移動させる複数のレール６ａ，６ｂ，６ｃを備えたスライド装置７により、一部の固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃやスライド装置７のレール６ａ，６ｂ，６ｃが故障したとしても、残りの固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃと残りのスライド装置７のレール６ａ，６ｂ，６ｃを使用することによってワークの加工を継続することができる。

この第１実施形態におけるスライド装置７のレーン数としては、以下の計算式で最適な数を決定することができる。

計測時間をＸ、加工時間をＹ、（搬入＋スライド移動＋搬出）に要する搬送時間をＺ、（計測時間Ｘ＋加工時間Ｙ）と搬送時間Ｚの比率、すなわちＺ／（Ｘ＋Ｙ）をｐとすると、
１． Ｘ＝Ｙ＋Ｚ に近いとき［計測時間が長く、加工時間＋（搬入＋スライド移動＋搬出）時間に匹敵する場合］や、
２． Ｙ＝Ｘ＋Ｚ に近いとき［加工時間が長く、計測時間＋（搬入＋スライド移動＋搬出）時間に匹敵する場合］のように、搬送時間が相対的に短い場合には、
レーン数を「２」とする。等式が等しい程効率が良い。

３． Ｘ＝Ｙ＝Ｚ に近いとき［計測時間 ＝ 加工時間 ＝ （搬入＋スライド移動＋搬出）時間の場合］のように、それぞれの時間が等しい場合には、
レーン数を「３」とする。等式が等しい程効率が良い。

４． ｐ（Ｘ＋Ｙ）＝Ｚ （ｐ≧１） に近いとき［計測時間＋加工時間より、（搬入＋スライド移動＋搬出）時間が長い場合］のように、搬送時間が相対的に長い場合には、
レーン数を（２ｐ＋２）に近い整数とする。等式が等しい程効率が良い。例えば、
ｐ＝１のとき、レーン数＝（２ｐ＋２）＝４とする。
ｐ＝１．５のとき、レーン数（２ｐ＋２）＝５とする。
ｐ＝２のとき、レーン数（２ｐ＋２）＝６とする。
ｐ＝２．５のとき、レーン数（２ｐ＋２）＝７とする。
ｐ＝３のとき、レーン数（２ｐ＋２）＝８とする。

このような方法でレーンの数が決定され、この第１実施形態では、３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃとしている。

なお、レーン数決定後、最適な実行時間の配分を行なうように各部のタクトタイムを調整することで無駄時間を少なくすることができ、これにより、レーン数の設定や時間配分を効率的に行うことができる。

前記搬出ステージ５には、加工ステージ４で加工されたホイール１４をスライド装置７の端部から搬出する搬出ロボット１３が設けられている。この搬出ロボット１３は、複数の固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃに固定されているホイール１４をどの位置からでも搬出検査装置２９へ移送させることができる多関節型ロボットが採用されている。この搬出検査装置２９に移送されたホイール１４は、ブレーキキャリパーの当りが検出される。このようにして搬出検査装置２９で仕上げられたホイール１４は、搬出コンベア３０によって搬出される。搬出検査装置２９としては、ワークに応じた検査部分の検査や、計測、仕上げ加工等を行うことができるものであればよい。

しかも、前記搬入ステージ２の搬入ロボット１０と同様に、搬出ステージ５の搬出機を多関節型ロボットで構成することにより、複数レーン６ａ，６ｂ，６ｃからの搬出や、搬出時のワークのチェックや位置決めを最小機器数で行うことが可能となる。

図５は本願発明の加工装置において溶接箇所をタッチセンシングで検出する場合の模式図であり、図６は同加工装置において溶接箇所を視覚センサで検出する場合の模式図である。

前記計測ロボット１１で加工位置等の座標系を検出してスライド装置７で加工ステージ４へ移送されるホイール１４は、前記したように計測ロボット１１と溶接ロボット１２とが分離されて設けられているので、計測ロボット１１で検出された座標系と溶接ロボット１２で加工する座標系とを完全に一致させるのは難しい。

そこで、これらに図示するように、前記溶接ロボット１２には、この溶接ロボット１２によって溶接加工する前に、前記計測ロボット１１で検出された座標系に対し、最終的に加工を行うワーク計測部３１の座標系を検出するための最終位置誤差検出手段が備えられている。

この最終位置誤差検出手段としては、前記計測ステージ３で計測した「溶接ロボットの作業用の複数の計測位置データ」に基づき溶接ロボット１２を作業させる場合、規定の姿勢で溶接ロボット１２を移動させたときの所望の位置からの誤差を計測する溶接ロボット１２の誤差計測手段と、その誤差を連続して計測するための「溶接ロボット作業用の複数の計測位置データ」に基づき溶接ロボット１２を移動させる移動手段と、前記誤差計測手段で計測した誤差データから算出されたロボット位置に対応する補正データを格納する補正テーブルと、その補正テーブルを用いて計測ステージ３で計測した「溶接ロボットの作業用の複数の計測位置データ」に基づき溶接ロボット１２を精度良く作業させる補正移動手段とを備えていればよい。

また、他の最終位置誤差検出手段としては、溶接ロボット１２のツール姿勢は同じで先端位置を所定の方向に微少変化させて動作させた新しい「溶接ロボットの移動用の複数の計測位置データ」生成手段と、その位置データに基づく溶接ロボット１２の移動手段と誤差計測手段と、誤差計測手段で計測した誤差データから算出されたロボット位置に対応する補正データを格納する補正テーブルと、その補正テーブルを用いて計測ステージ３で計測した「溶接ロボットの作業用の複数の計測位置データ」に基づき溶接ロボット１２を精度良く作業させる補正移動手段とを備えたものでもよい。

さらに、他の最終位置誤差検出手段としては、溶接ロボット１２の先端位置は同じでツール姿勢を所定の方向に微少変化させて溶接ロボットを移動させたときの所望の位置からの誤差を計測する溶接ロボット１２の誤差計測手段と、その誤差を連続して計測するための「溶接ロボット作業用の複数の計測位置データ」に基づき溶接ロボットを移動させる移動手段と、溶接ロボット１２のツール姿勢は同じで先端位置を所定の方向に微少変化させて動作させた新しい「溶接ロボットの移動用の複数の計測位置データ」生成手段と、その位置データに基づく溶接ロボット１２の移動手段と誤差計測手段と、誤差計測手段で計測した誤差データから算出されたロボット位置に対応する補正データを格納する補正テーブルと、その補正テーブルを用いて計測ステージ３で計測した「溶接ロボットの作業用の複数の計測位置データ」に基づき溶接ロボット１２を精度良く作業させる補正移動手段とを備えたものでもよい。

そして、この実施形態では、前記最終位置誤差検出手段として、溶接ロボット１２の先端に設けられた溶接トーチ２２によるタッチセンシングでの検出方法と、溶接ロボット１２の先端に視覚センサ３２を取付けて視覚認識する検出方法とが可能なように構成されている。

図５のタッチセンシングでは、前記計測ステージ３において計測ロボット１１で検出した座標系でのホイール座標系（Ａ部）と溶接ロボット１２の座標系でのホイール座標系（Ｂ部）の相対関係はモデルワークを用いて計算で求めておく。

そして、溶接ロボット１２を使って相対変換し、溶接ロボット１２を移動させたときの最終位置誤差を、作業パス分（Ｘｔ，Ｙｔ）としてタッチセンシングによって求める（この例では、Ｂ部から）。このタッチセンシングでは、予め座標位置が設定されている溶接トーチ２２の先端を、溶接ロボット１２でホイール１４に当接させることによって、現実の座標系を求める。これが誤差計測手段としてのタッチセンシングである。このようなタッチセンシングを行えば、例えば、開先精度を０．数ｍｍ程度まで正確に補正することができる。

このようにして補正する最終位置誤差は、前記作業パス分（Ｘｔ，Ｙｔ）から誤差補正テーブルを作成することによって、以降の作業において適用することができる。この補正テーブルの作成のために、現物位置と計算上の誤差補正にタッチセンシングを用いることで、高精度の補正テーブルを作成することができる。この補正テーブルは、ワークが異なった場合には、新たに作成される。

しかも、このようなタッチセンシングを用いることにより、計測ロボット１１と溶接ロボット１２とを分離した場合でも、精度良く簡単に補正テーブルを作成して、加工の精度向上を図ることができる。

その上、加工位置（ワーク計測部）における代表的な加工動作だけの補正テーブルだけでなく、その近傍で、姿勢及び位置を微少変化させた補正テーブルを作成し、持つことでより精度を向上させることができる。

一方、図６の視覚センサ３２を用いた最終位置誤差検出手段は、加工ステージ４で溶接ロボット１２の溶接トーチ２２に代えて、ツール先端位置姿勢近傍を視野範囲とする視覚センサ３２を取付けた溶接ロボット１２により、位置姿勢を微小変化させたときの補正テーブルを求めるようにしている。

前記した溶接ロボット１２によってアーク溶接等の作業を行なう場合、誤差計測手段として、溶接ロボット１２のツール先端位置姿勢近傍を視野範囲とする視覚センサ２２を位置再現性を確保して付け外しができる方法で溶接ロボット１２のツール先端に取り付け、ツール先端のキャリブレーション時のみタッチセンシングを用い、誤差計測手段に視覚センサ２２の位置情報３３を用いれば、補正テープルの作成時間を飛躍的に短くすることができる。この視覚センサ２２は、前記タッチセンシングで較正すればよい。

また、前記タッチセンシングは精度が良い半面、計測に非常に時間を要するので、タッチセンシングで較正した視覚センサ３２を用いることで、タッチセンシングと同等の精度の補正テーブルを高速で得ることができる。

しかも、この補正テーブルを作る場合、実際のワークの代わりに実際のワークと全く同じサイズで計測部の仕上げ精度の良いモデルワークを用いることにより、タッチセンシングや視覚センサの計測精度を上げることができ、補正テーブル作成時間を短縮し、より精度の高い補正テーブルを作成することが可能になる。

このように構成することにより、計測ロボット１１と溶接ロボット１２とを分離したことによる、計測と加工間の悪影響を無くす等の点でメリットを生かしつつ、加工精度を確保するようにしている。

図７(a),(b),(c) は、図１に示す加工装置によって移送する自動車用スチールホイールの流れを示す平面視の模式図である。図示する縦の一点鎖線は、右側から「搬入」「計測」「溶接」「搬出」位置を示しており、前記加工装置１によるホイール１４の連続加工は、このように順次行われる。以下、図１の符号も使用して説明する。

図示するように、搬入ステージ２に搬入された個々のホイール１４は、前記搬入ロボット１０によってスライド装置７のレーン６ａ，６ｂ，６ｃに設けられた搬入位置の上側の固定ジグ８ａから下側の固定ジグ８ｂ，８ｃへと順次移送される。そして、これらの固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃにより、ホイール１４はスライド装置７に沿って計測ステージ３へと移送され、計測ロボット１１によってワーク計測部が計測される。計測ステージ３での計測が終了したホイール１４は、スライド装置７に沿って加工ステージ４へと移送され、溶接ロボット１２によって所定の溶接が行われる。溶接が完了したホイール１４は固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃで搬出位置へと順次移送され、搬出ロボット１３によって搬出ステージ５から搬出される。このような動作を図７(a),(b),(c) の順に順次繰り返しながら計測と加工とを行えば、３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃで連続的にホイール１４を移送して短時間で加工することができる。

また、これらの操作や搬出時の加工結果の検査を自動的に行なったり、ワークの変更による位置変更にも自動的に、かつ安価に対応できることが可能となる。

したがって、このように計測機や加工機を効率よく動作させることによりタクトタイムを最小にし、精度を要求される固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃの数を減らすことでコストを削減すると共に、品種の変更に伴う段取り替えの時間を最小限にすることができる。その上、幾つかの固定ジグ８ａ，８ｂ，８ｃが故障した場合も残りの固定ジグで加工を継続することができる。

図８は図１に示す加工装置によって自動車用スチールホイールに溶接加工を行う場合のタイムチャートを示す図面である。前記溶接ロボット１２によって自動車用スチールホイール１４の溶接加工を行った実施例を以下に説明する。この例では前記３本のレーン６ａ，６ｂ，６ｃを備えたスライド装置７を使用してホイール１４への溶接作業を行っている。３本の各レーン毎に異なる模様で示しており、「ワーク送り込み」位置の左側から示す順にレーン６ａ，６ｂ，６ｃを示している。

図の上部から順に示すように、レーン６ａからレーン６ｂ、レーン６ｃへと順に、「ワークの送り込み」「バルブ孔検出」「搬入ロボットによる搬入」「レーン６ａ：計測、溶接」「レーン６ｂ：計測、溶接」「レーン６ｃ：計測、溶接」「搬出ロボットによる搬出」「ブレーキキャリパー当り検出」が行われている。

図示する１ブロックがほぼ１秒であり、前記加工装置１によれば、図の下部に示すようにタクトタイムを約６秒とすることができる。

したがって、このようなタイムチャートで自動車用スチールホイール１４へのアーク溶接加工を行えば、タクトタイム６秒が実現できる高速、高精度な加工装置を構成することができ、計測機と加工機とを分離しても、大幅な作業効率の向上が可能となることが分かる。

図９は本願発明の第２実施形態を示す加工装置の平面図である。この第２実施形態は、図示する左右位置から中央部に向けてホイール１４を移送するように構成されている。なお、前記第１実施形態と同一の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図示するように、この第２実施形態は、搬入搬出ステージ３４が左右に設けられ、その内側に計測ステージ３がそれぞれ設けられ、その内側に加工ステージ４がそれぞれ設けられている。そして、両計測ステージ３と加工ステージ４との間に、スライド装置７がそれぞれ設けられている。この実施形態では、左右のスライド装置７に各１本のレーン６ａ，６ｂが設けられている。この第２実施形態では、左右各１本のレーン６ａ，６ｂを備えたスライド装置７を例にしているが、このレーン数はそれぞれ複数本であってもよく、この実施形態に限定されるものではない。

前記搬入搬出ステージ３４には搬入搬出機たる搬入搬出ロボット３５がそれぞれ設けられ、前記計測ステージ３には計測機たる計測ロボット１１がそれぞれ設けられ、前記加工ステージ４には加工機たる溶接ロボット１２がそれぞれ設けられている。これらの搬入搬出ロボット３５、計測ロボット１１、溶接ロボット１２は、左右のスライド装置７によって中央部に向けて交互に移送されるホイール１４に対し、計測と溶接とを順次行うように構成されている。これら搬入搬出ロボット３５と計測ロボット１１と溶接ロボット１２とは、左右が連携するように制御されている。３６は、搬入搬出検査装置であり、前記第１実施形態の搬入検査装置１６と搬出検査装置２９の両機能を備えている。

また、この実施形態では、左右に設けられたスライド装置７の間にそれぞれ遮蔽装置２５が設けられると共に、両加工ステージ４と計測ステージ３との間にも遮蔽装置２７が設けられている。

さらに、この実施形態でも、前記第１実施形態と同様に、計測ステージ３で計測した座標系と、加工ステージ４での座標系とから最終的なワーク計測部３１の位置の誤差を検出するための最終位置誤差検出手段が設けられている。これらの構成は前記第１実施形態と同一であるため、詳細な説明は省略する。

以上のように構成された第２実施形態の加工装置３８によれば、以下のようにしてホイール１４に溶接加工が行われる。

図の左右から搬入搬出ステージ３４に搬入されたホイール１４は、搬入搬出検査装置３６によってバルブ孔位置が検出され、搬入時のホイール座標系が検出される。そして、このホイール１４は、搬入搬出ロボット３５によってスライド装置７の固定ジグ８ａ，８ｂ上に載せられる。この固定ジグ８ａ，８ｂに載せられたホイール１４は、計測ステージ３の計測ロボット１１によってワーク計測部の座標系が計測された後、加工ステージ４に移送され、溶接ロボット１２によって溶接作業が行われる。このとき、前記第１実施形態と同様に、最終位置誤差の補正テーブルが作成され、加工位置の座標系が修正される。

また、この実施形態では、加工ステージ４に移送されたホイール１４に対し、図の左右に示す４台の溶接ロボット１２によって同時に溶接することができる。

このようにして溶接されたホイール１４は、スライド装置７によって加工ステージ４から計測ステージ３へと戻される。そして、計測ステージ３の端部まで移送されたホイール１４は、搬入搬出ロボット１３によって搬入搬出検査装置３６へと搬出される。この搬入搬出検査装置３６へ搬出されたホイール１４は、キャリパーの当りが検出される。そして、検査が完了したホイール１４は、搬入搬出コンベア３７によって搬出される。

この第２実施形態では、図の左右での作業が連携して進められ、加工ステージ４に順次ホイール１４を移送して溶接ロボット１２で溶接し、計測ステージ３側へ移送して搬入搬出ロボット３５で搬入搬出検査装置３６からそれぞれホイール１４を搬出した後に、次のホイール１４が搬入搬出検査装置３６へ搬入されて次の溶接作業へと進む流れになる。この第２実施形態の場合、左右一方の固定ジグ８ａ，８ｂが故障した場合でも、他の固定ジグ８ａ，８ｂでスライド装置７に沿ってホイール１４（ワーク）を移動させて加工を継続することができる。

なお、この第２実施形態のような加工装置３８を採用するか、前記第１実施形態のような加工装置１を採用するかは、設置スペースやワークの種類等の条件に応じて決定すればよい。

また、前記実施形態ではワークとして自動車用スチールホイール１４を例に説明したが、ワークは自動車用スチールホイール１４に限定されるものではない。

さらに、前述した実施形態は一例を示しており、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は前述した実施形態に限定されるものではない。

本願発明に係る加工装置は、ワークに対して効率良く溶接加工を行ってタクトタイムを短縮したい加工に有用である。

本願発明の第１実施形態を示す加工装置の模式的な平面図である。 図１に示す加工装置の正面図である。 図２に示すIII−III断面図である。 図１に示す加工装置で溶接加工する自動車用スチールホイールの一例を示す断面図である。 本願発明の加工装置において溶接箇所をタッチセンシングで検出する場合の模式図である。 本願発明の加工装置において溶接箇所を視覚センサで検出する場合の模式図である。 (a),(b),(c) は、図１に示す加工装置によって移送する自動車用スチールホイールの流れを示す平面視の模式図である。 図１に示す加工装置によって自動車用スチールホイールに溶接加工を行う場合のタイムチャートを示す図面である。 本願発明の第２実施形態を示す加工装置の模式的な平面図である。

符号の説明

１…加工装置
２…搬入ステージ
３…計測ステージ
４…加工ステージ
５…搬出ステージ
６ａ〜６ｃ…レーン
７…スライド装置
８ａ〜８ｃ…固定ジグ
９…制御装置
１０…搬入ロボット
１１…計測ロボット
１２…溶接ロボット
１３…搬出ロボット
１４…ホイール
１５…搬入コンベア
１６…搬入検査装置
１７…リム
１８…ディスク
１９…把持部
２０…レーザセンサ
２１…アーム
２２…溶接トーチ
２３，２４…架台
２５…遮蔽装置
２６…カーテン
２７…遮蔽装置
２８…スパッタカバー
２９…搬出検査装置
３０…搬出コンベア
３１…ワーク計測部
３２…視覚センサ
３３…位置情報
３４…搬入搬出ステージ
３５…搬入搬出ロボット
３６…搬入搬出検査装置
３７…搬入搬出コンベア
３８…加工装置

Claims (9)

1. ワークの搬入ステージと、該ワークに計測と加工とを行う作業ステージと、該ワークの搬出ステージとを直列的に設け、前記搬入ステージに搬入機を設け、前記作業ステージに搬入ステージ側から計測機と加工機とを設け、前記計測機と前記加工機とを分離して配置し、前記搬出ステージに搬出機を設け、前記作業ステージの計測機と加工機との間にわたって複数のレーンを備えたスライド装置を設け、該複数のレーンにそれぞれ往復移動する固定ジグを設け、前記搬入機で各固定ジグにワークを順次移送すると共に、該固定ジグをスライド装置に沿って移動させて前記計測機によるワーク計測部の計測と前記加工機による該ワーク計測部への加工とを行った後に前記搬出機で搬出するように制御する制御装置を設けた加工装置。
2. 請求項１記載の加工装置において、
   前記計測機を、１台の計測センサと１台の計測ロボットとで構成した加工装置。
3. 請求項２記載の加工装置において、
   前記搬入ステージにワーク搬入時のワーク検査と位置決めを行う搬入検査装置を設け、前記搬出ステージにワーク搬出時のワーク検査を行う搬出検査装置を設け、前記搬入機を搬入ロボットで構成すると共に、前記搬出機を搬出ロボットで構成し、前記搬入検査装置から前記固定ジグへのワーク移送を搬入ロボットで行い、前記固定ジグから搬出検査装置へのワーク移送を搬出ロボットで行うように構成した加工装置。
4. 請求項１記載の加工装置において、
   前記計測機と前記加工機との間に遮蔽装置を設けた加工装置。
5. 請求項２記載の加工装置において、
   前記加工機を溶接ロボットで構成し、該溶接ロボットに、前記計測ロボットで計測したワーク計測部の計測位置データと溶接前のワーク計測部との位置誤差を計測するための誤差計測手段と、該誤差計測手段で計測した誤差データから補正テーブルを作成する機能と、該補正テーブルに基づいて溶接ロボットの作動を補正する補正移動手段とを具備させた加工装置。
6. 請求項２記載の加工装置において、
   前記加工機を溶接ロボットで構成し、該溶接ロボットに、前記計測ロボットで計測したワーク計測部の計測位置データに基づく溶接ロボットの位置と姿勢とを別々に微小変化させて新しい位置データを生成する位置データ生成手段で生成した位置データにおける溶接ロボットの位置誤差を計測する誤差計測手段と、該誤差計測手段で計測した誤差データから補正テーブルを作成する機能と、該補正テーブルに基づいて溶接ロボットの作動を補正する補正移動手段とを具備させた加工装置。
7. 請求項５又は請求項６記載の加工装置において、
   前記誤差計測手段を溶接ロボット先端によるタッチセンシング手段及び／又は視覚センサによる視覚認識手段で構成した加工装置。
8. 請求項７記載の加工装置において、
   前記溶接ロボットに、加工するワークと同一のモデルワークを用いてワーク計測部の補正テーブルを作成する機能を具備させた加工装置。
9. 請求項３記載の加工装置において、
   前記ワークが自動車用スチールホイールであり、前記搬入検査装置が、ホイール搬入時にワーク検査とバルブ孔又はワーク形状を利用して位置検出する機能を備え、前記搬出検査装置が、ホイール搬出時にブレーキキャリパーの当り検出を行う機能を備えている加工装置。
   
   

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