JP2009529476A - 組み立てラインで工作物担持体を搬送する方法、工作物担持体および組み立てユニット - Google Patents

Abstract

本発明によれば、組み立てラインでの工作物担持体の搬送は、一次部分がマグネットコイルと永久磁石の双方を有し且つ二次部分が固有の永久磁石を有していない新規のリニアモータを使用することによって行なう。工作物担持体（２４）は、二次部分に対し等間隔で配置されている切欠き部（２８）を備えた軟磁性板（２６）を設けることによって、且つ一次部分を適当に配置することによって移動させることができる。組み立てラインにおいては、一次部分が既存の搬送ベルト（４４）の機能を補完するようにしてよい。また、搬送ベルト（４４）がこの種の一次部分（３２）によって完全に代用されるようにしてもよい。

Description

本発明は、組み立てラインで工作物担持体を搬送する（移動させる）方法に関する。また、本発明は、新規な工作物担持体および新規な組み立てユニット（組み立てセル）にも関わる。

組み立てラインは、基本的には、複数個の組み立てユニット、たとえば組み立てセルから成っている。従来技術では、搬送ベルトが工作物担持体を組み立てセルから組み立てセルへと搬送する。工作物は工作物担持体で保持されている。工作物は各組み立てセルで加工される。１つの組み立てセルは通常少なくとも１つの加工ユニットを含んでいる。１つの組み立てセルでは、通常１つから４つの製造ステップ、典型的には２つの製造ステップが実施される。組み立てセルの内部でも搬送ベルトは工作物を備えた工作物担持体を加工ユニットから加工ユニットへと搬送する。

通常、搬送ベルトは連続作動するように構成されており、規則正しく移動する。もちろん、加工ユニットで製造ステップを実施するには、工作物担持体が搬送ベルトで動かないようにしなければならない。このため、通常は２つの段階が設けられている。すなわち、加工ユニットの受け側に、電気または空気圧で操作されるストッパーが装着される。これらのストッパーを用いて工作物担持体を搬送ベルトから持ち上げるか、或いは、工作物担持体と搬送ベルトとのそれまでの摩擦を解消させて搬送ベルトが工作物担持体の下を移動し、他方工作物担持体は停止されるように、工作物担持体を機械式にブロックさせる。

ストッパーにより、走入してくる工作物担持体が加工ユニットの前方で停止されるよう保証されている。その都度１つの工作物担持体のみが加工ユニット内へ到達する。他の工作物担持体は、現在の製造ステップが終了するまで、加工ユニットから間隔をもって待機する。その間、搬送ベルトは一定速度で作動する。このとき、工作物担持体は受け側から加工ユニットの加工位置へ移送される。この場合、搬送ベルトが再び使用されるか、或いは、グリッパーアーム等が工作物担持体を加工位置へもたらすような処置も取られる。工作物担持体を加工位置に保持するため、たとえば固定ピンのような特殊な機械要素が設けられているが、このような機械要素も電気または空気圧で駆動されねばならない。

加工位置では工作物の精密加工を行なうことができる。しかしながら、従来技術では、工作物担持体の位置の正確な制御は不可能である。従来は、工具にサーボ駆動される運動軸を具備させて、搬送ベルトの搬送方向に運動させることができるようにしていた。

電気または空気圧で操作されるストッパーを使用すること、および、工作物担持体を加工ユニットに固定するための要素を使用することは、比較的高コストを伴う。電気または空気圧で操作される部材は故障しがちである。その故障をソフトウェアを介してシミュレートし分析することも困難である。故障が発生すると、通常はそれを保守員が調べねばならず、面倒である。

システムは比較的順応性がなく、個々の組み立てセルの改装は困難である。これは、特に、組み立てラインの基本構成を利用して種々の生産物をそれほど大量に製造せず、よって頻繁な改装が必要である場合に不具合である。

本発明の課題は、順応性があり、わずかな保守コストで済み、それにもかかわらず可能な限り正確に且つ高速に進行させることのできる、組み立てラインで工作物担持体を搬送する方法を提供することである。

本発明によれば、請求項１に記載の方法と、請求項７に記載の工作物担持体と、請求項９に記載の組み立てユニットとが提供される。

本発明は、最近のリニアモータを組み立てラインで使用できるという認識に基づいている。最近のリニアモータは、マグネットコイルだけでなく永久磁石をも組み込んだ一次部分を有している。磁束はその都度二次部分へ誘導され、二次部分自体が永久磁石である必要はない。二次部分を準備するには、等間隔に配置された複数個の切欠き部を備えた軟磁性板で十分である。本発明によれば、工作物担持体がこの種の板を備えているが、一次部分との相互作用のみが全体構成により保証されている場合には、この種の板は任意の個所に取り付けられていてよい。

一次部分は適宜制御されればよい。一次部分の「制御」とは、マグネットコイルに対し直接に供給電流を供給することを意味するとともに、構成がいくぶん複雑である場合には、マグネットコイル用の適当な電流信号を生じさせるコンピュータコントロールユニットによって加工用の制御信号を供給することをも意味している。二次部分の内部に永久磁石が設けられているリニアモータの場合とは異なり、本発明によれば、最近のリニアモータを使用して工作物担持体を任意の組み立てラインで搬送することが可能になり、金属屑が発生するような場所でもこれは可能である。工作物担持体が永久磁石であれば、後者のケースは不可能である。特に、本発明による工作物担持体は、磁気が存在していてはならないような作業領域でも使用することができる。

本発明による工作物担持体には制限がない。工作物担持体は、軟磁性板を除けば任意に成形されていてよい。工作物担持体のそれぞれにはたとえば複数個の工作物受容部を装着させることができる。

有利な実施態様では、一次部分は二次部分としての工作物担持体と協働して前記ストッパーの機能を果たす。換言すれば、一次部分は、搬送ベルト上で加工ユニットの受け側から進入してくる工作物担持体を停止するように制御される。ストッパーが設けられていないので、故障の原因がない。リニアモータ自体は故障が少ない。リニアモータの保守は実質的に必要ないので、保守コストは減少している。プロセス上のエラーはソフトウェアを介してシミュレートし分析することができる。運動過程全体をプログラミングすることができるので、システム全体は総じて順応性がある。

したがって、有利な実施態様では、一次部分が、進入してくる工作物担持体を単にすぐにストッパーへもたらすのではなく、工作物担持体の速度を連続的に、たとえば直線的にゼロへ導くことが可能である。この場合、一次部分は工作物担持体を進入速度からゼロへ非常に穏やかに制動させる。

他の有利な実施態様では、一次部分は、従来工作物担持体を加工ユニットの受け側から加工位置へ移送させていた機械要素を代用する。一次部分は工作物担持体を単独で加工位置に固持することができるので、固定ピン等は設けられない。この場合、工作物担持体を受け側で停止させることは必ずしも必要でない。

したがって上記有利な実施態様の場合、従来技術で故障の原因になっていた他の構成部材を設けずに済む。

有利な実施態様では、二次部分（工作物担持体）の運動はリニアモータの一次部分によって制御されるだけでなく、調整も行なわれる。したがって、特に工作物担持体を少なくとも１つの目標位置へもたらすために（たとえば前記のように工作物担持体を加工位置へ移送する場合に）、工作物担持体の位置および／または速度に関する少なくとも１つの測定量を常時または反復して検出する。この測定量は（実際値信号として）一次部分のための制御信号を調整する際に使用する（この場合、適当なコンピュータユニットを設けることを前提としている）。

前記調整により、特定の位置への工作物担持体の高精度な位置決めが可能になる。この場合に得られる精度は、従来技術による機械式、空気圧式解決手段の場合よりも１０倍高い。

本発明による二次部分（工作物担持体）とともに一次部分を使用することの利点は多数あり、他の有利な実施態様では搬送ベルトを完全に省略できる。その代りに、組み立てラインにおいて工作物担持体の搬送はもっぱら一次部分を使用して行われる。もちろんこの場合、組み立てライン全体に沿って、組み立てセル内部の複数個の異なる加工ユニットの間、および、個々の組み立てセルの間（或いはその移行部）でも、中断のない一続きの一次部分が設けられていなければならない。しかし、これに伴うコストにはそれだけの価値がある。というのは、もっぱらリニアモータの一次部分を使用するので、搬送ベルトに比べて故障しにくい搬送システムが設けられるからである。

本発明による工作物担持体に設けられる（軟磁性）板は、すでに述べたように、等間隔に配置された複数個の切欠き部を有している。これらの切欠き部は有利には同種のものであり、特に（エッジにある切欠き部を除けば）すべて同形である。

板は、基板から垂直に上方へ向いている、いわば工作物担持体の（独立した）壁として用いることができる。

有利には、工作物担持体には（たとえば切欠き部に対し平行になるように前記板に）規則的な間隔をもって配置されたマーキング部が設けられている。これらのマーキング部は位置測定センサによる検知に用いる。たとえば、レーザ光線またはＬＥＤの光を反射させるために反射性ペイント塗装部を備えた小さな切欠き部であってよい。

本発明は、組み立てラインで使用するための組み立てユニット（たとえば組み立てセル）にも関する。この種の組み立てユニットは加工ユニットを有し、複数個のマグネットコイルおよび永久磁石を有する、リニアモータの少なくとも１つの一次部分が設けられていることを特徴としている。

一次部分は適宜位置決めされている必要がある。たとえば、組み立てユニットは連続した搬送ベルトを有している。「連続している」とは、搬送ベルトが入口側で工作物担持体を隣接の組み立てユニットから受け取り、出口側で他の隣接の組み立てユニットへ受け渡すことである。この場合、一次部分は、搬送ベルト上で進入してくる二次部分（工作物担持体）の速度を本発明にしたがって変化させることができるように搬送ベルトに位置決めされている必要がある。

また一次部分は、工作物担持体を加工ユニットの加工位置へもたらすことができるように位置決めされている必要もある。

次に、本発明の有利な実施形態を図面を参照して説明する。

図１は従来技術による組み立てセルの内部構造を示し、搬送ベルト１０は工作物（ワーク）１４を備えた複数の工作物担持体（ワークキャリア）１２を加工ユニット１６へ搬送し、ここから搬出させる。加工ユニット１６は可動な（矢印を参照）工具１８を有している。

組み立てセル内部の加工ユニット１６の受け側には、機械式、液圧式または空気圧式のストッパー２０が配置されている。このストッパー２０は、到着する工作物担持体１２に対し機械式に作用して、現時点で工作物１４’を有する工作物担持体１２’がある加工位置に工作物担持体１２が進入するのを阻止している。ストッパー２０は通常は工作物担持体１２を固持し、搬送ベルト１０はこの工作物担持体１２の下を滑動する。

加工位置において、工作物１４’を有する工作物担持体１２’は固定ピン２２により固持される。したがって、工具１８は工作物１４’に作用して本来の加工を行なうことができる。

ストッパー２０および固定ピン２２の使用は機械式に高コストであり、しばしば故障の原因になる。

本発明は、ストッパー２０および固定ピン２２の代わりにリニアモータ装置を使用する。

このためには、一次部分側に励磁部を配置したリニアモータの二次部分として機能する工作物担持体２４が準備されることが前提である。リニアモータは、実質的に従来のステータの役割を担っている一次部分と、従来のロータの役割を担っている二次部分とから成る。従来のリニアモータと異なる点は、一次部分がマグネットコイルだけでなく、複数の永久磁石を有している点である。これに対し、二次部分２４は永久磁石を有していない。その代わり、二次部分つまり工作物担持体２４には、板２６が設けられている。板２６は、本実施形態では、工作物担持体２４の基板２７から垂直に立ち上がり、いわば「側壁」として用いられる。板２６は軟磁性材、たとえば適当な鋼材から成っており、そして複数の切欠き部２８を有している。これらの切欠き部２８は互いに規則的な間隔をもっており、本実施形態では、これらの切欠き部２８の間にある細条部３０よりもわずかに幅広である。切欠き部２８は本実施形態では丸みをおびた矩形の形状を有しているが、他の形状も考えられる。これに関しては、一次部分側に励磁部を配置したリニアモータに関する、本出願以前の刊行物を参照してもらいたい。

細条部３０を介在させた切欠き部２８は本来の磁気的相互作用を生じさせる。これは図３に認められる。ここでは、一次部分が長尺の筐体３２として示されている。重要なことは、この長尺の筐体３２が作用面３４を持っており、マグネットコイルと永久磁石とによって一次部分３２の内部に発生した磁束が前記作用面３４から出て二次部分２４と相互作用することである。この場合、工作物担持体２４の切欠き部２８間の間隔は、典型的には、一次部分３２の内部におけるコイルと永久磁石との組み立て間隔（図３には図示せず）に対応している。

工作物担持体２４は、板２６を除けば、従来のように２つのいわゆる工作物受容部３６を有している。これらの工作物受容部３６は１つ（または２個）の工作物を固定するための保持溝３８をそれぞれ有している。なお、板２６には、前記切欠き部２８に加えて他の切欠き部が前記切欠き部２８の上方に設けられている。これら他の切欠き部を図では４０を付されている。切欠き部４０は、図３においてブロックで図示されて４２を付されたいわゆるリニア測定システムのためのマーキング部として用いる。リニア測定システム４２は、光信号発生器と、光信号が反射して戻ってきたかどうかを測定するセンサとを有している。工作物担持体が移動すると、切欠き部４０も移動する。１つの光信号が交互に反射して戻ってくるが、再度反射して戻ってくることはない。コンピュータユニット（図示せず）が、何番目の切欠き部４０がリニア測定システム４２を通過したかを計数して「検知し」、その結果工作物担持体の位置を正確に検出することができる。光信号を使用する代わりに、リニアシステムを磁気作動（誘導作動）させてもよい。

工作物担持体は通常どおり搬送ベルト４４上を移動する。図４は組み立てセルの説明図であるが、これは典型的な構造形式のものである。図をわかりやすくするため、一次部分３２を備えたテーブル４５は、ここでは開放して図示して全体を４６で示した組み立てセルの一部として取り出した状態で図示してある。組み立てセル４６は入口側４７と出口側４８とを有している。その横に、構造が同一である組み立てセル４６を直接設置でき、その結果一方の組み立てセルの入口側４７が他方の組み立てセルの出口側４８に接続して配置されるように構成されている。したがって、対応する搬送ベルト４４は工作物担持体を組み立てセル４６から組み立てセル４６へ搬送する。内部には加工ユニットが設けられている。この種の加工ユニットは図示を簡単にするために図４には図示していない。図１には加工ユニット１６が図示されているが、これに対応して、工作物担持体２４は搬送ベルト４４により加工ユニットの受け側へ搬送される。そこには一次部分３２がある。したがって、工作物担持体２４が組み立てセル４６の入口側４７を介して（図示していない）加工ユニットの受け側に到達すると、図３に図示した状況が生じ、すなわち板２６が一次部分３２の作用面３４と協働することができる状況が生じる。これに対応して一次部分３２が制御され、搬送ベルト４４の速度に対し工作物担持体２４を制動させる。換言すれば、一次部分３２は搬送ベルト４４が支障なく作動している間に工作物担持体２４を移動または搬送させる責務を有している。その後工作物担持体２４はたとえば図３に図示した位置へ移動される。この位置は加工位置であってよい。この場合、正確な位置決めのために、リニア測定システム４２を投入することができる。すなわち工作物担持体２４のそのときの位置が測定され、場合によってはその速度も測定され、これに依存して対応する制御信号が一次部分３２のために作成され、その結果工作物担持体２４が正確に位置決めされる。

図４の組み立てセル４６の場合、このようにして工作物担持体は加工位置に到達し、そこで工作物担持体２４上にある工作物（図示せず）を加工することができる。図４からわかるように、組み立てセル４６内にはテーブル状の２個のユニット４５が設けられている。これに対応して２個の加工ユニット（図示せず）も設けられている。それぞれの加工ユニットには対応して１つの一次部分３２が設けられている。一次部分３２の間を工作物担持体２４が搬送ベルト４４により移動させる。搬送ベルト４４は最終的に工作物担持体を（出口４８を介して）組み立てセル４６から搬出させる。

完全を期すため簡単に述べておくと、第２の搬送ベルト４４’が設けられている。この第２の搬送ベルト４４’は工作物担持体２４を出発位置へ逆送するために用いられる（搬送ベルト４４’により逆送する際、工作物担持体を他の加工ユニットに接近させることはしない）。それぞれ最後の組み立てセル４６は、搬送ベルト４４を搬送ベルト４４’と結合させているＵ字状部材の搬送ベルトと結合されている。それ故、搬送ベルト４４と搬送ベルト４４’とは、厳密に言えば、連続的に前進する同一の搬送ベルトである。

図１と図４を比較すると明らかであるように、本発明ではストッパー２０と固定要素２１とが設けられておらず、その代わり一次部分３２が使用される。一次部分３２は、機械式または空気圧式の前記部材２０，２２よりも保守の必要性が格段に少なく、故障も著しく少ない。

一歩進んで、搬送ベルト４４を完全に省略することもでき、工作物担持体２４を一次部分３２だけを用いて搬送させることができる。もちろん、この場合には、複数個の一次部分を互いに直接並設させて隙間なく連続して配置せねばならない。

一次部分３２を使用すると、工作物担持体を正確に位置決めできるという利点もある。構成全体はコンピュータユニット５０を使用して簡単に制御することができる（図４を参照）。

従来技術にしたがって組み立てラインで工作物を搬送するための方法を説明する図である。 本発明による工作物担持体の斜視図である。 一次部分と図２に図示した二次部分としての工作物担持体と搬送ベルトとを備えた組み立てセルの内部の斜視図である。 本発明による組み立てセルの構成を説明する概略図である。

符号の説明

２４ 工作物担持体（二次部分）
２６ 板
２８ 切欠き部
３２ 一次部分
４２ リニア測定システム
４４ 搬送ベルト

Claims (11)

1. 組み立てラインに、リニアモータの少なくとも１つの一次部分（３２）を配置し、一次部分（３２）は複数個のマグネットコイルおよび永久磁石を有し、
   各工作物担持体（２４）が、等間隔に配置された複数個の切欠き部（２８）を備えた軟磁性板（２６）を有し、リニアモータの二次部分として機能し、
   一次部分（３２）に輸送された工作物担持体（２４）に運動を変化させる力が作用するように一次部分（３２）を制御する
   ことを特徴とする組み立てラインで工作物担持体を搬送する方法。
2. 組み立てラインに、工作物担持体（２４）によって運ばれる少なくとも１つの工作物を加工するための複数個の加工ユニットが設けられ、複数個の工作物担持体（２４）が搬送ベルト（４４）により１つの加工ユニットからそれぞれ次の加工ユニットへ搬送され、少なくとも１つの加工ユニットの受け側に、リニアモータの一次部分（３２）が配置され、常時移動している搬送ベルト（４４）上で前記受け側から進入する工作物担持体（２４）を一次部分（３２）が停止させるように該一次部分（３２）を制御することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 工作物担持体（２４）の速度を一次部分（３２）により搬送速度から連続的にゼロへ導くことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 一次部分（３２）が、工作物担持体（２４）を停止させることなく加工ユニットへ移送することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 工作物担持体（２４）を少なくとも１つの目標位置へもたらすために、工作物担持体（２４）の位置および／または速度に関する少なくとも１つの測定量を常時または反復して検出し、一次部分（３２）用の制御信号を調整する際に使用することを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の方法。
6. 組み立てラインにおいて、リニアモータの一次部分のみを使用して工作物担持体（２４）の搬送を行なうことを特徴とする請求項１または５に記載の方法。
7. 等間隔に配置された複数個の切欠き部（２８）を備えた軟磁性板（２６）が設けられていることを特徴とする工作物担持体。
8. 位置測定センサ（４２）による検知のために、規則的な間隔をもって配置されるマーキング部（４０）が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の工作物担持体。
9. 少なくとも１つの加工ユニットを備え、組み立てラインで使用するための組み立てユニット（４６）において、複数個のマグネットコイルおよび永久磁石を有する、リニアモータの少なくとも１つの一次部分（３２）が設けられていることを特徴とする組み立てユニット。
10. 工作物担持体（２４）を入口側（４７）で受容し、出口側（４８）から搬出させる連続作動式搬送ベルト（４４）を備え、一次部分（３２）が、搬送ベルト上で進入してくる請求項７または８に記載の工作物担持体の速度を変化させることができるように、搬送ベルト（４４）に位置決めされていることを特徴とする請求項９に記載の組み立てユニット。
11. 一次部分（３２）が、工作物担持体（２４）を加工ユニットの加工位置へもたらすことができるように位置決めされていることを特徴とする請求項９または１０に記載の組み立てユニット。

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