JP2009274194A - ワーク加工装置及びワーク加工システム並びにワーク加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状の異なる種々のワークに加工を行う場合であって低コスト且つ効率良くワーク加工作業を行うことができるようにした、ワーク加工装置及びワーク加工システム並びにワーク加工方法を提供する。
【解決手段】 ワーク移送装置５と、ワークに加工を施す加工装置と、ポジショナとを有するワーク加工装置であり、ポジショナ８は、ワークを支持するポジショナ本体と、ポジショナ本体に揺動自在に取り付けられワーク移送装置により移送されたワークを保持する第１保持装置と、ポジショナ本体に沿ってスライド移動可能な第２保持装置と、第１保持装置によりワークが保持された後に第２保持装置を移動させる移動制御装置とをそなえて構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、形状の異なる種々のワークに溶接等の加工を施すためのワーク加工装置及びワーク加工システム並びにワーク加工方法に関する。

溶接ロボット等の加工装置を用いてワークに加工を行う際にはワークを保持して位置や姿勢を適宜変化させるポジショナが用いられる場合がある。
例えば、特許文献１には、自動二輪車等の車体フレームを溶接加工するラインにおいて、車体フレームを搬送ロボットで保持して溶接ステーションで待機するポジショナに受け渡した後、ポジショナと溶接ロボットとを協働させて溶接加工を行う技術が開示されている。
加工装置とポジショナとを協働させて加工装置に対するワークの姿勢を最適化することにより、ワーク加工にかかる作業性が向上し、作業時間の短縮や加工精度の向上を図ることができる。
特許第３３５１７５３号公報

ところで、ワークをポジショナに十分に固定するためには、ワークとポジショナとの固定点を少なくとも２箇所設ける必要がある。このため、ワークにはポジショナに固定するための固定部（ブラケット）が少なくとも２箇所設けられている。

ところが、ワークに設けられる固定部の位置は、ワークの形状等の条件に応じて適宜設計されることが一般的であるため、２箇所の固定部の位置関係や固定部の形状がワークの形状等の条件毎に異なる場合がある。
一方、工場等においては、様々な形状のワークを共通の加工ラインによって行うことが一般的である。このため、１つのポジショナによって多種類のワークの加工作業を順次行う場合には、ポジショナに取り付けるワーク固定用の固定具（クランプ部材）をワーク側の固定部の形状に応じて複数種類準備しておく必要がある。

このように、従来、多種類のワークに加工を行う場合、ワーク固定用の固定具を複数種類準備する必要があり、これがコスト増大の一因となっている。
また、加工するワークの種類を切り替える毎にポジショナに組み付ける固定具を交換しなければならず、作業効率の低下を引き起こしていた。特に、多種小量のワークの加工を行う工場等では、固定具の交換に起因する作業時間のロスがより顕著となりワークの生産効率が大きく低下する場合がある。
さらに、新商品などの新たな形状のワークを加工する場合にはポジショナ側の固定具までも新たに製作する必要が生じ、これもコスト増の一因となっていた。

本発明はこのような課題に鑑み創案されたものであり、形状の異なる種々のワークに加工を行う場合であって低コスト且つ効率良くワーク加工作業を行うことができるようにした、ワーク加工装置及びワーク加工システム並びにワーク加工方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本願発明（請求項１）は、ワークを保持して移送するワーク移送装置と、前記ワークに対して加工を施す加工装置と、前記ワークの姿勢を前記加工装置に対して適宜変更させるポジショナとを有し、前記加工装置と前記ポジショナとを協働させて加工を行うワーク加工装置であって、前記ポジショナは、前記ワークを支持するポジショナ本体と、前記ポジショナ本体に揺動自在に取り付けられ前記ワーク移送装置により移送された前記ワークの第１保持部を保持する第１保持装置と、前記ポジショナ本体に沿ってスライド移動可能に取り付けられ、前記ワークの第２保持部を保持可能に構成される第２保持装置と、前記第１保持装置により前記ワークの前記第１保持部が保持された後、前記ワークの前記第２保持部を保持可能な状態となるように前記第２保持装置を移動させる移動制御装置とをそなえていることを特徴としている。
なお、ワークとしては、例えば、自動二輪車の車体フレーム等の管状の部材が好ましい。また、加工装置としては自動二輪車のフレーム部材等に溶接を行う溶接装置が良く、ポジショナと協働して溶接加工を行う溶接用ロボットが好ましい。

また、前記第１保持装置には、前記ワークに形成された管状部の一端側に開放する前記第１保持部としての保持孔に挿入可能であるとともに、前記保持孔への挿入時に開状態とすることで前記保持孔の内側から前記ワークを保持するファスナが設けられていることが好ましい（請求項２）。
これにより、ファスナによってワークの管状部の内部から前記ワークを保持することにより、例えば、ワークを外側から把持する場合と比較してより確実にワークを保持することができる。また、ファスナの開度を調整することで、ワークの管状部の径等の寸法が変更された場合であっても共通のファスナを用いることができ、作業効率の低下を防止することができる。

また、前記ワーク移送装置は、前記ワークの前記管状部の他端側に開放する移送用保持孔に挿入可能であるとともに、前記移送用保持孔への挿入時に開状態とすることで前記移送用保持孔の内側から前記ワークを保持する移送用ファスナを有していることが好ましい（請求項３）。
これにより、移送用ファスナによってワークの管状部の内部から前記ワークを保持することにより確実にワークを保持して移送することができる。
また保持孔及び移送用保持孔が共通の管状部に設けられているので、ワーク移送装置からポジショナの第１保持装置にワークを受け渡す際にワークの支持位置が変更することによるショックを低減して、ワークをより確実に受け渡すことができる。

また、前記第２保持装置は、前記ポジショナの幅方向に離接移動する一対のクランプ部材と、前記クランプ部材に取り付けられ、前記ワークの前記第２保持部に穿設されたピボット孔に挿通可能なピボットピンとからなることが好ましい（請求項４）。
これにより、一対のクランプ部材がポジショナの幅方向に離接移動することにより、幅方向の寸法が異なるワークを加工する場合であっても、共通のクランプ部材を用いてワークとポジショナとを確実に固定することができる。

また、本願発明（請求項５）は、加工前のワークを搬入するワーク搬入ラインと、加工されたワークを搬出するワーク搬出ラインと、請求項１〜４のいずれか１項に記載のワーク加工装置とを有していることを特徴としている。

また、前記ワーク移送装置は、設置面に対して垂直な軸を中心に旋回可能に構成されたアームを有する搬送用ロボットにより構成され、前記ワーク搬入ライン及び前記ワーク搬出ラインはいずれも前記搬送用ロボットの作業範囲内に配置されていることが好ましい（請求項６）。
これにより、ワーク搬入ラインにより搬入された加工前のワークの受け取りと、ワーク搬出ワインへの加工後のワークの受け渡しとを共通の搬送用ロボットで行うことができるので、ワーク加工システムをコンパクトに構築することができ、省スペース化を図ることができる。

また、前記ワーク搬入ラインと前記ポジショナと、前記ワーク搬出ラインとが、前記搬送用ロボットの前記アームの旋回方向に沿って配置されていることが好ましい（請求項７）。
これにより、ワーク搬入ラインからによって多種類のワークを順次搬入してワークの加工を行う場合であっても、低コスト且つ効率良くワーク加工を行い、ワーク搬出ラインから次工程に搬出することができる。

また、本願発明（請求項８）は、ワークに加工を施す加工装置と、前記ワークの姿勢を変更させるポジショナとを協働させて加工を行うワーク加工方法であって、第１保持部と、前記第１保持部とは別の位置に形成された第２保持部とを有するワークを準備するワーク準備ステップと、前記ワークを移送して前記ポジショナに揺動自在に設けられた第１保持装置によって前記ワークの前記第１保持部を保持する第１保持ステップと、前記第１保持装置を揺動させるとともに、前記ポジショナ上をスライド移動可能に設けられた第２保持装置を移動させて前記第２保持部と前記第２保持装置との位置を合わせる位置調整ステップと、前記第２保持装置によって前記ワークの前記第２保持部を保持する第２保持ステップと、前記加工装置と前記ポジショナとを協働させて前記ワークに加工を行うワーク加工ステップとを有していることを特徴としている。

本発明によれば、ポジショナ本体に揺動自在な第１保持部でワークの１点目の固定部である第１保持部を固定（保持）することで、第１保持部の揺動と移動制御装置による第２保持装置のスライド移動とによってワークの第２保持部のポジショナに対する高さ位置とポジショナ本体に沿う方向の位置とを適宜調整することが可能となる。これにより、形状が異なる多種類のワークに加工を行う場合であっても、固定具を交換することなく、第１保持部及び第２保持部でワーク確実に固定することができる。これにより、低コスト且つ効率良くワークに加工を施すことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本実施形態は、本発明を自動二輪車等の車体フレーム（ワーク）Ｗに溶接加工を施す自動溶接システム（ワーク加工システム）に適用したものである。

図１〜図１０は、本発明の一実施形態にかかるワーク加工装置及びワーク加工システム並びにワーク加工方法を説明するものであって、図１はその要部の構成を模式的に示す図、図２は全体構成を模式的に示す上面図、図３（Ａ）はポジショナの模式的な側面図、図３（Ｂ）はポジショナの模式的な上面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＸ矢視図、図３（Ｄ）はポジショナの下面視を模式的に示す図、図４（Ａ）は第１保持装置の模式的な側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＹ矢視図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＺ矢視図、図５及び図６はそれぞれロボットハンドを示す模式図、図７及び図８はそれぞれ自動溶接システムの動作を示すフローチャート、図９（Ａ）〜図９（Ｆ）はいずれもワークをポジショナに固定する際の動作をしめす模式図、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）はいずれも形状の異なるワークを支持したポジショナを示す模式的な側面図である。

図２に示すように、ワーク加工システムとしての自動溶接システム１は、ワーク搬入ライン２，溶接ステーション（ワーク加工装置）３，ワーク搬出ライン４及びワーク搬送ロボット（ワーク移送装置）５により構成されている。
溶接ステーション３は３箇所設けられており、各溶接ステーション３にはそれぞれ１つのポジショナ８と各ポジショナ８の両側に設置された２台の溶接ロボット（加工装置）９とが備えられている。
また、自動溶接システム１の各装置の動作を制御するために複数のコンピュータと通信手段によってライン制御システム１００が構築されている。

ライン制御システム１００は、コントローラ（移動制御装置）１０１，ワークストックセンサ１０２及び搬送ロボットコントローラ１０３によって構成されており、コントローラ１０１は各溶接ステーション３毎に設けられ、ポジショナ８及び溶接ロボット９の動作を制御するようになっている。また、コントローラ１０１は、搬送ステーション３に加工前のワークＷの受け入れが可能な場合には、搬入可能信号を発信するとともに、加工処理の後に加工されたワークＷを搬出可能な場合には搬出可能信号を発信するようになっている。
ワークストックセンサ１０２はワーク搬入ライン２にワークＷが適切にストックされていることを検知してストック信号を発信するようになっている。また、搬送ロボットコントローラは、ワーク搬送ロボット５の動作を制御するようになっている。
そして、各コントローラ１０１，ワークストックセンサ１０２及び搬送ロボットコントローラ１０３は相互に通信可能に接続されている。

ワーク搬送ロボット５は基部がフロア（設置面）に固設され、複数の駆動軸（関節）を有するアーム６が取り付けられている。このアーム６の先端にはロボットハンド７が取り付けられている。
アーム６の最も基部側の駆動軸Ｏはフロアに対して垂直方向であり図示しないモータによって回転駆動するように構成されている。即ち、アーム６は駆動軸Ｏ中心に旋回できるようになっており、ロボットハンド７が有効に作業できる範囲であるワーク搬送ロボット５の作業範囲ＷＡが円状となるようになっている。
なお、ワーク搬入ライン２、複数の溶接ステーション３及びワーク搬出ライン４は、アーム６の旋回方向に沿って（即ち、駆動軸Ｏを中心とする仮想の円弧に沿って）配設されており、アーム６の最も基部側の駆動軸Ｏのみを駆動するだけでロボットハンド７がワーク搬入ライン２、複数の溶接ステーション３及びワーク搬出ライン４に到達できるようになっている。
ワーク搬入ライン２は、図示しない前工程で、仮溶接加工（仮付け加工）が施されたワークＷを自動溶接システム１側に搬入するとともに、加工前のワークＷを一旦待機させるようになっている。一方、ワーク搬出ライン４は、溶接加工部３において溶接加工が施された加工済のワークＷを次工程に送出するための搬送装置である。

（要部構成）
ここで、本発明のワーク加工装置の要部をなす、ロボットハンド７及びポジショナ８の構成について説明する。
ロボットハンド７に保持されたワークＷは、ワーク搬入ライン２からポジショナ８側へと移送され、図１に示すように、ロボットハンド７からポジショナ８へと受け渡されるようになっている。

また、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ポジショナ８は、ベース部材１１,第１軸モータ１２,第２軸モータ１３,円板部材１４,ポジショナアーム１５及びステージ部材１６を備えており、これらよりワークＷを支持するポジショナ本体１０が形成されている。
ポジショナ本体１０の円板部材１４には、円板部材１４に固設されたヒンジ１４Ａを介してヘッドパイプチャック装置（第１保持装置）１７が揺動自在に取り付けされている。ヘッドパイプチャック装置１７は搬送用ロボット５の作業範囲ＷＡの径方向（即ち、ステージ部材１６の長手方向）を通る仮想面上を揺動するようになっており、ヘッドパイプチャック装置１７の揺動によって保持したワークＷとステージ部材１６との距離を調整可能となっている。
ポジショナアーム１５は、基端が円板部材１４の円状面に接合され、半径方向外側に傾斜するように延在し、先端がステージ部材１６に接合されている。なお、ポジショナアーム１５の基端とヒンジ１４Ａとは同一直径上に配置されている。
ステージ部材１６には、幅方向に長いスライダ板１９を介してピボットクランプ装置（第２保持装置）１８が取り付けられている。
なお、スライダ板１９は、直線駆動が可能なリニアアクチュエータ機構２０の駆動によりステージ部材１６の上面に沿ってステージ部材１６の長手方向にスライド移動可能に構成されている。

リニアアクチュエータ機構２０は、図３（Ｄ）に示すように、サーボモータ２０Ａ，スクリューシャフト２０Ｂ，スリーブ２０Ｃ，スライド部材２０Ｄによって構成されている。
サーボモータ２０Ａの駆動軸はネジ溝が切設されたスクリューシャフト２０Ｂに動力伝達可能に連結され、このスクリューシャフト２０Ｂがボール軸受けを内蔵したスリーブ２０Ｃに挿通されることにより、スクリューシャフト２０Ｂの軸周りの回転駆動が軸方向の直線駆動に変換され、スリーブ２０Ｃは直線駆動するようになっている。即ち、スクリューシャフト２０Ｂとスリーブ２０Ｃとがボールスクリューとして構成されている。
また、スライド部材２０Ｄはステージ部材１６に摺動自在に取り付けられるとともにスリーブ２０Ｃと一体に駆動するように動力伝達可能に連結されている。そして、スライド部材２０Ｄの上面にスライド板１９が取り付けられている。

ポジショナ８は可能軸を２軸有しており、第１軸モータ１２及び第２軸モータ１３の駆動により回転駆動可能に構成されている。
そして、第１軸モータ１２及び第２軸モータ１３をそれぞれ略１８０度回転させることにより、支持するワークＷを上方に保持しながら、ベース部材１１の柱部１１Ａに対して対象な位置にワークＷを移送できるようになっている。
即ち、第１軸モータ１２及び第２軸モータ１３が駆動することによりステージ部材１６は、柱部１１Ａよりも搬送用ロボット５側の待機位置Ｍと、柱部１１Ａよりも溶接ロボット９側の加工位置Ｎとを行き来できるようになっている。
なお、待機位置Ｍでは、ポジショナ８の後述するヘッドパイプチャック装置１７の位置が作業範囲ＷＡ内に位置するようにポジショナ８が配設されている。一方、加工位置Ｎは搬送用ロボット５のアーム６及びロボットハンド７が到達可能な範囲から外れるように設定されており、加工位置Ｎではポジショナ８と搬送用ロボット５のアーム６及びロボットハンド７とが干渉しないようになっている。

ヘッドパイプチャック装置１７は、ワークＷの１点目の固定部である第１保持部Ｈ１（図１参照）を保持するように構成されている。
即ち、ワークＷには両端が開放された円筒状（管状）の管状部Ｗｔが形成されており、この一端側の孔（保持孔）が第１保持部Ｈ１として構成されている、一方、管状部Ｗｔの他端側の孔（保持孔）は移送用保持孔Ｈ３として構成されている。また、ワークＷには、後述するピボット（ピボットピン）２７Ａを挿通可能なピボット孔が穿設された第２保持部Ｈ２が固定部として形成されている。
ヘッドパイプチャック装置１７は、図４（Ａ），図４（Ｂ）に示すように、爪部材（ファスナ）２１，エアチャック２２，支持ピン２３,支持部材２４,ブラケット２５及びエアシリンダ２６を備えている。

爪部材２１はエアチャック２２に取り付けられており、エアチャック２２は、ブラケット２５に取り付けられている。そして、ブラケット２５は支持ピン２３によって両端部２５Ａ,２５Ｂを支持部材２４に対して揺動可能に取り付けられ各両端部２５Ａ,２５Ｂを接続する連結部２５Ｃが形成されている。ブラケット２５の連結部２５Ｃの幅方向中央部には、エアシリンダ２６のロッド２６Ａの先端が連結部２５Ｃに回転自在に接続されている。
即ち、エアシリンダ２６のロッド２６Ａを伸縮させることにより、エアチャック２２及び爪部材２１が支持ピン２３を軸として揺動するように構成されている。

また爪部材２１は、図４（Ｃ）に示すように、３つの爪２１Ａが同一円弧に沿って略等間隔に配設されており、エアチャック２２の作用により、各爪２１Ａが半径方向に拡縮移動するようになっている。以下、３つの爪２１Ａが拡径している状態を開状態といい、３つの爪２１Ａが拡径している状態を閉状態という。

ピボットクランプ装置１８は、一対のクランプ部材２７,２７と、各クランプ部材２７,２７を幅方向に移動させるエアシリンダ２８とを備えている。
各クランプ部材２７,２７には互いの幅方向内側にそれぞれにピボット２７Ａ，２７Ａが突出している。
各クランプ部材２７,２７はそれぞれステージ部材１６の長手方向と直交する方向にスライダ板１９の上面をスライド移動可能に取り付けられており、エアシリンダ２８のロッド２８Ａの伸縮に応じてそれぞれ反対方向に移動して互いに離接移動するように構成されている。

一方、図１に示すようにロボットハンド７にはワークＷの１点目の支持点である移送用保持孔Ｈ３を保持する上部ハンド２９Ａ，２９Ｂと、ワークＷの２点目の固定部である支持部Ｈ４を保持する下部ハンド３０Ａ，３０Ｂとが設けられている。
ここでは、上部ハンド２９Ａと下部ハンド３０Ａとが対応してワークＷを保持するための保持部となり、上部ハンド２９Ｂと下部ハンド３０Ｂとが対応してワークＷを保持するための保持部となるようになっている。この各保持部は互いに面対象な位置に配設されており、ロボットハンド７のアーム延在方向の駆動軸が回転されることによりワークＷの保持に使用する各保持部を切り替え可能となっている。
なお、各保持部は、保持するワークＷの形状等に応じたサイズに形成されており、ワークＷの移送に使用する各保持部材（上部ハンド及び下部ハンド）を切り替えることにより、多種類のワークを最適に保持できるようになっている。

図５に示すように、上部ハンド２９Ａは、爪部材（移送用ファスナ）３１，エアチャック３２，支持ピン３３,支持部材３４,ブラケット３５及びエアシリンダ３６を備えている。
爪部材３１はエアチャック３２に取り付けられており、エアチャック３２は、ブラケット３５に取り付けられている。ブラケット３５には、エアシリンダ３６のロッド回転可能に接続され、エアシリンダ３６のロッドを伸縮させることにより、エアチャック３２及び爪部材３１が支持ピン３３を中心軸として揺動するようになっている。
また、爪部材３１は、３つの爪３１Ａが仮想の同一円弧上に等間隔に配設されており、エアチャック３２の作用により、各爪３１Ａが半径方向に拡縮移動することで開状態と閉状態とを切り替え可能に構成されている。

一方、下部ハンド３０Ａは、図６に示すように、一対の把持部材３７,３７及び一対のエアシリンダ３８,３８を備えている。
把持部材３７はそれぞれ対応するエアシリンダ３８，３８のロッド３８Ａ，３８Ａと接続されており、ロッド３８Ａ，３８Ａの伸縮に応じて幅方向（ワークＷを掴み離しする方向）に移動するようになっている。
また、図５に示すように、把持部材３７,３７及びエアシリンダ３８,３８は、それぞれ、ハンド構造材３９の延在方向に沿って、スライド移動可能に取り付けられており、リニアアクチュエータ４０によってハンド構造材３９の延在方向（上部ハンドと下部ハンドとを結ぶ方向）に直線駆動できるようになっている。

本発明の一実施形態にかかるワーク加工装置及びワーク加工システムはこのように構成されているので、図７のフローチャートに沿ってワークＷの溶接加工が実行される。なお、フローチャート上の判定は制御システム１００を構成するコンピュータの内のいずれかによってなされる。
まず、ステップＳ１００では、加工前のワークＷを溶接ステーション３に供給するのか否かが判定される。即ち、加工前のワークＷを溶接ステーション３に供給するのか、加工完了したワークＷを溶接ステーション３からワーク搬出ライン４へと移送するのかが判断される。
制御システム１００では、各コントローラ１０１から発信される搬入可能信号及び搬出可能信号によって判断され、最先に発信された信号（即ち、最も過去に発信された信号）が搬入可能信号である場合にはステップＳ１１０に進み、搬出可能信号である場合にはステップＳ１９０へ進む。
ステップＳ１１０では、ワークストックセンサ１０２からストック信号が発信されているか否かが判定される。

ステップＳ１２０では、３つの溶接ステーション３のうち、ステップＳ１００において最先に搬入可能信号が発信されたコントローラ１０１に対応する溶接ステーション３がどれかが識別される。
そして、ステップＳ１３０では、ワーク受け渡しルーチンが実行され、図８に示す手順で、ワーク搬入ライン２からポジショナ本体１０側へと加工前のワークＷが受け渡される。
即ち、ステップＴ１００では、搬送用ロボット５のアーム６が軸Ｏを中心にワーク搬入ライン２側に旋回駆動され、図９（Ａ）に示すように、ロボットハンド７がストッカ２Ａに待機するワークＷの近傍に配置される。なお、このときには既に、ワーク搬入ライン２のストッカ２Ａには第１保持部と第２保持部とが設けられたワークＷが準備されている（ワーク準備ステップ）。

そして、ステップＴ１１０では、図９（Ｂ）に示すように、上部ハンド２９Ａの爪部材３１が移送用保持孔Ｈ３に上方から挿入され、その状態で爪部材３１が開状態とされて各爪３１Ａが管状部Ｗｔの内側に当接して爪部材３１が移送用保持孔Ｈ３から脱落しないように保持される。
ステップＴ１２０では、図９（Ｃ）に示すように、アーム６の移動によりロボットハンド７が上部ハンド２９Ａの支持ピン３３の軸を中心に回転されて下部ハンド３０Ａの把持部材３７，３７がワークＷの支持点Ｈ４を把持できる位置まで移動される。これにあわせて、各エアシリンダ３８，３８が駆動して各ロッド３８Ａに連結された把持部材３７，３７の間隔が調整され、把持部材３７，３７に支持点Ｈ４が挟まれる。これによってワークＷが２点で搬送用ロボット５に保持される。

ステップＴ１３０では、搬送用ロボット５のアーム６が旋回して、ステップＳ１２０で判定した溶接ステーション３近傍にワークＷを移送する。
ステップＴ１４０では、図９（Ｄ）に示すように、アーム６が移動されてパイプチャック装置１７の爪部材２１がワークＷの第１保持部Ｈ１に下方から挿入される。そして、ステップＴ１５０ではエアチャック２２が作動されて各爪２１Ａが開状態とされ、ワークＷの管状部Ｗｔの内壁に各爪２１Ａが当接され、ワークＷの第１保持部Ｈ１がパイプチャック装置１７に保持される（第１保持ステップ）。

ステップＴ１６０では、図９（Ｅ）に示すようにエアシリンダ２６のロッド２６Ａが伸長されてエアチャック２２及び爪部材２１が支持ピン２３を支点に回転される。そして、ワークＷの第２保持部Ｈ２のステージ１６に対する高さ位置が、ピボットクランプ装置１８のピボット２７Ａの高さ位置と等しくなるように位置決めされる（位置調整ステップ）。

ステップＴ１７０では、ピボットクランプ装置１８のリニアアクチュエータ２０が駆動され、クランプ部材２７をステージ１６の長手方向に移動されることにより、ワークＷの第２保持部Ｈ２とピボット２７Ａとのステージ部材１６の長手方向の位置（水平位置）が一致するように調整される（位置調整ステップ）。
そして、エアシリンダ２８が駆動することにより、クランプ部材２７，２７が互いに接近して第２保持部Ｈ２の両側からピボット２７Ａ，２７Ａがピボット孔に挿通される。これにより、ワークＷとポジショナ本体１０とが２点で固定され、ポジショナ本体１０によりワークＷが支持される（第２保持ステップ）。

ステップＴ１８０では、ロボットハンド７の下部ハンド３０Ａによる支持点Ｈ４の把持が解除され、続いて、上部ハンド２９Ａのエアチャック３２が解除されて爪部材３１が閉状態とされる。これにより、図９（Ｆ）に示すように、ワークＷのロボットハンド７による保持が解除され、搬送用ロボット５のアーム６が旋回されてアーム６は、周囲の装置と干渉しない待機位置に移動されてワーク受け渡しルーチンが終了される。

ワーク受け渡しルーチンが終了すると、ステップＳ１４０では、ワークＷを支持した状態で、ポジショナ８の第１軸モータ１２と第２軸モータ１３とがともに略１８０度駆動され、ステージ部材１６上のワークＷを常時上方に支持したまま、待機位置Ｍから加工位置ＮへとワークＷが移送される。
そして、ステップＳ１５０では、溶接ロボット９によりステージ部材１６の両側からワークＷに本溶接が実施される（ワーク加工ステップ）。溶接加工を行う際には、溶接ロボット９の各関節駆動モータとポジショナ８の第１軸モータ１２及び第２軸モータ１３とがコントローラ１０１により適宜制御され、ポジショナ８によって溶接箇所に応じてワークＷの姿勢が適切に設定される。これにより、溶接加工の作業効率及び溶接品質が向上する。

ステップＳ１５０において溶接加工が終了し、溶接ロボット９のアームがワークＷ及びポジショナ８と干渉しない位置に退避すると、ステップＳ１６０では、ポジショナ８の第１軸モータ１２と第２軸モータ１３とがともに略１８０度駆動され、ステージ部材１６上のワークＷを常時上方に支持したまま、加工位置Ｎから待機位置ＭへとワークＷが移送される。そしてステップＳ１７０では、コントローラ１０１から搬出可能信号が発信され、再びステップＳ１００が実行される。

一方、ステップＳ１００において最先に発信された信号搬出可能信号であると判定された場合にはステップＳ１８０へ進む。ステップＳ１８０では、３つの溶接ステーション３のうち、ステップＳ１００において最先に搬出可能信号が発信された溶接ステーション３がどれかが識別される。
ステップＳ１９０では、搬送用ロボット５のアーム６を旋回駆動され、ステップＳ１８０で判定された対象の溶接ステーション３の近傍へ移動される。そして、ポジショナ本体１０に支持されているワークＷをロボットアーム７に保持した後にポジショナ本体１０とワークＷとの固定が解除される。

ステップＳ２００では、ロボットアーム７で保持した加工済のワークＷがワーク搬出ライン４側に搬送されてワーク搬出ライン４上に載置される。そして、ロボットアーム７によるワークＷの保持が解除されてワークＷは次工程に搬送される。
ステップＳ２１０では、搬送用ロボット５のアーム６が旋回されてアーム６は、周囲の装置と干渉しない待機位置に移動される。また、対象の溶接ステーション３のコントローラ１０１から搬入可能信号が発信される。そして、ステップＳ２１０が完了すると再びステップＳ１００が実行される。

このように、本発明のワーク加工装置及びワーク加工システムによれば、ワークＷをポジショナ８に固定する際にまず、ヘッドパイプチャック装置１７と第１保持部Ｈ１とが固定された後でヘッドパイプチャック１７のエアシリンダ２６を制御することにより、ワークＷの第２保持部Ｈ２とピボットクランプ装置１８のピボット２７Ａとの高さ方向（即ち、クランプ部材１７のステージ部材１６の平面対して直交する方向）の位置を調整することができる。
そして、高さ方向の位置調整の後に、リニアアクチュエータ２０を制御することにより、ワークＷの第２保持部Ｈ２とピボットクランプ装置１８のピボット２７Ａとのステージ部材１６の長手方向の位置を調整することができる。

これにより、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、第１保持部Ｈ１及び第２保持部Ｈ２の位置関係が異なるワークＷ１〜Ｗ３にそれぞれ加工を行う場合であっても、ポジショナ８側の固定具を交換することなく、２箇所でワークＷをポジショナ８に確実に固定することができる。つまり、ポジショナ８側に複数の固定具を準備する必要がないため、多種類のワークを加工する場合であっても、低コスト且つ効率良くワーク加工を行うことができる。

また、３つの爪２１Ａを有する爪部材２１によってワークＷの管状部Ｗｔの内壁に当接してワークＷを保持することにより、ワークＷを外側から把持する場合と比較してより確実にワークを保持することができる。
重力方向下方から爪部材２１を第１保持部Ｈ１に挿入してワークＷを保持するので、エアチャック２２によるワークＷの保持が誤って解除された場合でもワークＷの落下等を防止することができる。

さらに、ワークＷの管状部ＷＴの径寸法が異なっていても爪部材２１の開き度合いで調整されるので、ワークＷの第１保持部Ｈ１に爪部材２１が挿入可能であれば十分にワークＷを保持することができ、異なる種類のワークＷを固定する場合であっても共通のヘッドパイプチャック１７を用いることができる。
また、第１保持部Ｈ１及び移送用保持孔Ｈ３が共通の管状部ＷＴに設けられているので、ロボットハンド７からポジショナ８のヘッドパイプチャック装置１７にワークＷを受け渡す際に、受け渡しにかかるショックを低減することができる。
また、各ポジショナ８がワークＷを待機位置Ｍで受け取った後に、ワークＷを支持しているステージ部材１６を搬送用ロボット５の可到範囲外に存在する加工位置Ｎに移動させてから溶接ロボット９による溶接加工を行うようにしているので、搬送用ロボット５の作業範囲ＷＡ内にポジショナ８はより多く設置することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
実施形態では、加工装置として溶接ロボットを用いた例について説明したが、溶接加工に限らず、塗装、組み立て等の種々の加工用途に本発明を適用可能である。また、溶接加工の場合、溶接方式についても適宜選択可能である。
また、実施形態では、ワーク加工装置としての溶接ステーションが３箇所配設されているがワーク加工装置は少なくとも１箇所設けられていればよい。また、溶接ロボットがポジショナの両側に配置されているが、溶接ロボットはポジショナに対して１台でもよい。
また、ワーク移送装置についても実施形態のものに限定されず、ワークを搬送しうる構成であればどのように構成してもよい。

本発明の一実施形態を説明するものであり、その要部の構成を模式的に示すである。 本発明の一実施形態を説明するものであり、全体構成を模式的に示す上面図である。 いずれも本発明の一実施形態を説明するものであり、（Ａ）はポジショナの模式的な側面図、（Ｂ）はポジショナの模式的な上面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ矢視図、（Ｄ）はポジショナの下面視を模式的に示す図である。 いずれも本発明の一実施形態を説明するものであり、（Ａ）は第１保持装置の模式的な側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）のＺ矢視図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、ロボットハンドを示す模式図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、ロボットハンドを示す模式図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、自動溶接システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態を説明するものであり、自動溶接システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態を説明するものであり、（Ａ）〜（Ｆ）はいずれもワークをポジショナに固定する際の動作をしめす模式図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも形状の異なるワークを支持したポジショナを示す模式的な側面図である。

符号の説明

１ 自動溶接システム
２ ワーク搬入ライン
２Ａ ストッカ
３ 溶接ステーション
４ ワーク搬出ライン
５ 搬送用ロボット（移送装置）
６ アーム
７ ロボットハンド
８ ポジショナ
９ 溶接ロボット（加工装置）
１０ ポジショナ本体
１１ ベース部材
１１Ａ 柱部
１２ 第１軸モータ
１３ 第２軸モータ
１４ 円板部材１４
１５ ポジショナアーム
１６ ステージ部材
１７ ヘッドパイプチャック装置（第１保持装置）
１８ ピボットクランプ装置（第２保持装置）
１９ スライダ板１８
２０ リニアアクチュエータ
２０Ａ サーボモータ
２０Ｂ スクリューシャフト
２０Ｃ スリーブ
２０Ｄ スライド部材
２１ 爪部材（ファスナ）
２２ エアチャック
２３ 支持ピン
２４ 支持部材
２５ ブラケット
２６ エアシリンダ
２７ クランプ部材
２７Ａ ピボット（ピボットピン）
２８ エアシリンダ
２８Ａ ロッド
２９Ａ，２９Ｂ 上部ハンド
３０Ａ，３０Ｂ 下部ハンド
３１ 爪部材（移送用ファスナ）
３１Ａ 爪
３２ エアチャック
３３ 支持ピン
３４ 支持部材
３５ ブラケット
３５Ａ,３５Ｂ ブラケットの端部
３５Ｃ 連結部
３６ エアシリンダ
３７ 把持部材
３８ エアシリンダ３８,３８
３８Ａ ロッド
３９ ハンド構造材
４０ リニアアクチュエータ
Ｈ１ 第１保持部
Ｈ２ 代２保持部
Ｈ３ 移送用保持孔

Claims (8)

1. ワークを保持して移送するワーク移送装置と、前記ワークに加工を施す加工装置と、前記加工装置に対する前記ワークの姿勢を変更させるポジショナとを有し、前記加工装置と前記ポジショナとを協働させて加工を行うワーク加工装置であって、
   前記ポジショナは、
   前記ワークを支持するポジショナ本体と、
   前記ポジショナ本体に揺動自在に取り付けられ前記ワーク移送装置により移送された前記ワークの第１保持部を保持する第１保持装置と、
   前記ポジショナ本体に沿ってスライド移動可能に取り付けられ、前記ワークの第２保持部を保持可能に構成される第２保持装置と、
   前記第１保持装置により前記ワークの前記第１保持部が保持された後、前記ワークの前記第２保持部を保持可能な状態となるように前記第２保持装置を移動させる移動制御装置とをそなえている
   ことを特徴とする、ワーク加工装置。
2. 前記第１保持装置には、
   前記ワークに形成された管状部の一端側に開放する前記第１保持部としての保持孔に挿入可能であるとともに、前記保持孔への挿入時に開状態とすることで前記保持孔の内側から前記ワークを保持するファスナが設けられている
   ことを特徴とする、請求項１記載のワーク加工装置。
3. 前記ワーク移送装置は、
   前記ワークの前記管状部の他端側に開放する移送用保持孔に挿入可能であるとともに、前記移送用保持孔への挿入時に開状態とすることで前記移送用保持孔の内側から前記ワークを保持する移送用ファスナを有している
   ことを特徴とする、請求項２記載のワーク加工装置。
4. 前記第２保持装置は、
   前記ポジショナの幅方向に離接移動する一対のクランプ部材と、前記クランプ部材に取り付けられ、前記ワークの前記第２保持部に穿設されたピボット孔に挿通可能なピボットピンとからなる
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のワーク加工装置。
5. 加工前のワークを搬入するワーク搬入ラインと、
   加工されたワークを搬出するワーク搬出ラインと、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のワーク加工装置とを有している
   ことを特徴とする、ワーク加工システム。
6. 前記ワーク移送装置は、
   設置面に対して垂直な軸を中心に旋回可能に構成されたアームを有する搬送用ロボットにより構成され、
   前記ワーク搬入ライン及び前記ワーク搬出ラインはいずれも前記搬送用ロボットの作業範囲内に配置されている
   ことを特徴とする、請求項５記載のワーク加工システム。
7. 前記ワーク搬入ラインと前記ポジショナと、前記ワーク搬出ラインとが、前記搬送用ロボットの前記アームの旋回方向に沿って配置されている
   ことを特徴とする、請求項６記載のワーク加工システム。
8. ワークに加工を施す加工装置と、前記ワークの姿勢を変更させるポジショナとを協働させて加工を行うワーク加工方法であって、
   第１保持部と、前記第１保持部とは別の位置に形成された第２保持部とを有するワークを準備するワーク準備ステップと、
   前記ワークを移送して前記ポジショナに揺動自在に設けられた第１保持装置によって前記ワークの前記第１保持部を保持する第１保持ステップと、
   前記第１保持装置を揺動させるとともに、前記ポジショナ上をスライド移動可能に設けられた第２保持装置を移動させて前記第２保持部と前記第２保持装置との位置を合わせる位置調整ステップと、
   前記第２保持装置によって前記ワークの前記第２保持部を保持する第２保持ステップと、
   前記加工装置と前記ポジショナとを協働させて前記ワークに加工を行うワーク加工ステップとを有している
   ことを特徴とする、ワーク加工方法。

Images