JP2011121405A - 車体生産装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各溶組工程域Enで主要組製品WNを生産し、後段の溶組工程域Enに搬送することを繰り返すことで車体を製造する車体生産装置Aにおいて、溶組工程域Enには、溶組制御をする工程域制御手段30と、部品mをセット位置dに位置決めする位置決めロボット40と、部品mの溶接を行う溶接ロボット50と、部品mを支持する支持台とが配備され、工程域制御手段30は、位置決めロボット40により部品mを取り出しセット位置dへ位置決めし、溶接ロボット50により部品mの溶接を行って主要仮組製品Wnを生産し、次いで、待機位置s0に位置決めロボット40を待機させた後、溶接ロボット50にて主要仮組製品Wnの溶接箇所の増打を行い主要組製品WNが生産される。
【選択図】図1
Description
このセル生産方法では、製品仕様変更への対応が容易で、かつ設備投資も少なくて済むし、あるセル(溶組工程域)が停止したとしても、他のセル(溶組工程域)は独立して稼働でき、生産性低下の影響を抑制できる利点がある。
このような車体組立ラインの要部を成す車体生産装置は、図1、2に示すように、複数の溶組工程域Enと、それらの上方に直列状に配備された搬送手段70と、各溶組工程域En(E1〜E5)に対向配備される部品供給エリアである部品序列場80n(801〜805)と、各溶組工程域Enを登録処理する溶組生産情報により管理する溶組管理サーバ20とを備える。
各溶組工程域En(E1〜E5)は中央に溶組作業域e1を、左右端側に複数の部品mを載置して搬入する部品供給台10を、一側に溶組管理サーバ20からの溶組生産情報に応じて所定段階の主要組製品WNの溶組制御をする工程域制御手段30と、部品mの溶接を行う溶接ロボット50とを配設する。しかも、自走すると共に部品mを搬送し位置決めする位置決めロボット40を収容する。
溶組管理サーバ20は溶組生産情報である複数の部品mの溶組順情報や溶組処理情報を更新可能に登録する。なお、各工程域制御手段300は各溶組工程域Enで溶組された各部品mの溶組処理情報を検出し、これが溶組管理サーバ20の溶組処理情報データベースに更新登録する。
無線通信とするため、通信異常が無いか常時監視され、通信異常が発生した場合は、回路を遮断し、位置決めロボット40、溶接ロボット50を安全方向に停止させる。通信監視回路部は工程制御回路の誤作動などに影響されないよう、ロボットの制御とは独立した回路とする。
図17において、工程域制御手段300(工程盤300’)は溶組管理サーバ20の格納部からの主要組製品WNの製造指令、全部品の溶組情報当を受け取り、所定時系列で製造指示を、位置決めロボット40の制御盤400に送信する。しかも、工程域制御手段300は部品認識手段301と、把持位置認識手段302と、走行制御手段303と、位置決め手段304と、解放待機手段305との各制御機能を備える。
図1、図6に示すように、溶組工程域E1の近傍には、部品供給エリアである部品序列場80nが配備される。部品序列場80にはメーカーから送られてきた各部品を収納したパレット810が多数納入され、列状に配置されている。更に、部品序列場80n(801〜805)には溶組工程域Enの左右端に配備されていた2つの空となった部品供給台10が戻されている。ここでは2つの部品供給台10上の各載置位置に主要組製品WNを成す1台分の部品を分散して載置するという作業を次の溶組工程域Enへの搬入時期までに完了させている。
部品載置部102には受金具は無く、BOXの中に入れるイメージで載置され、比較的大型の部品が載置され、それらの載置場所は予め設定される。しかも、これら載置場所には各部品mの有無を重量の変化に応じて検出する重量センサSmが設けられる。この重量センサSmにより部品供給台10上の各部品mの有無を部品重量より容易に検出できる。この重量センサSmの出力信号は各工程域制御手段300に検出され、同検出信号である部品mが溶組されたとの溶組処理情報はデータ通信回線210を介して溶組管理サーバ20に送信される。
部品供給台10の溶組工程域Enへの搬入が完了すると、その搬入情報は工程域制御手段300を介し溶組管理サーバ20に登録される。これにより、溶組管理サーバ20が各溶組工程域Enにおける溶組処理部品である補充すべき部品mの種類や補充作業時期を的確に指示できる。これに応じて部品供給エリアである部品序列場80における、部品供給台10への各部品mの搭載作業の手順を容易に調整することができる。
この搬送制御手段710は信号回線201を介して溶組管理サーバ20と接続される。溶組管理サーバ20に溶組工程域En(E1〜E5)の主要組製品WNの完成情報が入力され、更新登録が成されるとする。これを搬送手段70が認識すると、予め設定された搬送タイミングに応じて、現溶組工程域Enより次の後段側の溶組工程域Enに主要組製品WNを搬送制御する搬送信号が出力される。
次に、図1において、前段側より後段側に順次配設された溶組工程域E1〜E5を具体的に説明する。
前段側の溶組工程域E1は主要組製品WNとしてのアンダーボデーアッセンブリ(以後単にアンダーボデーWN1と記す)を生産するセルを成す。
ここで、各部品供給台10の手前側となるフロアf上の位置が後述する供給位置s1となり、供給位置s1に位置決めロボット40が達したことを確認する作業位置マーカー60a(図8(a)、(b)、図11参照)がフロアfにセットされている。作業位置マーカー60aはフロアfに不図示のビスにより固着される基板601と、基板の上面に突状に形成され、基準ポイントbpを表示する十字状印字部602とを有し、左右の2つの角部にはその外側よりかみ合うズレ防止のキープレート603が嵌合するよう形成される。
なお、前後4つの受台901〜904では、各多関節アーム911のうち、増打時に不要となる部位はピンクランプ機構912を解除した上で下げ変位される。これら工程ロボット治具912の上下及び左右方向の揺動切換え、ピンクランプ機構912の切換え制御は工程域制御手段300により行われる。
図1、3に示すように、溶組作業域e1の周囲には4つの溶接ロボット50が配備される。各溶接ロボット50は基台501と、その上で水平方向において360度回転するアーム部502と、アーム部502の先端のチャック部503に交換可能に装着される溶接ガン504とを備え、全体はガンチェンジ付の7軸多関節ロボットを成す。この溶接ロボット50の溶接作業及びガンチェンジの各制御は工程域制御手段300により成される。
その上で、後述する位置決めロボット40により把持され、位置決めされた部品mの仮組溶接時のデータに沿って溶接を行い、この後、主組溶接時においては、主組時のデータに沿って溶接箇所を増加させる増打を行うよう制御する。
図4、5に示すように、位置決めロボット40は、部品mを把持する把持アーム401が上腕部402を介して取り付けられた上台403と、上台403を支持しキャタピラ走行部404を備えた下台405と、供給位置s1の供給位置マーカー60aや作業位置s2の作業位置マーカー60bの各画像を取り込み工程域制御手段300に送信するステレオビジョン410とを備える。
キャタピラ走行部404はキャタピラを使用しており、段差などに柔軟に対応して自由走行できる機能を備える。
上台403に支持された上腕部402は2本(場合により3本)腕とし、1腕7軸以上の多関節とし、各腕のツール先端での協調制御とし、十分な自由度を持たせている。把持アーム401による把持された部品mの可搬重量は1腕で30kg以上となるよう形成されている。
このステレオビジョン410は左右のビジョンカメラ410cと中央のレーザー発信機410rと、ステレオビジョン機構(画像認識部)410sを備える。ステレオビジョン機構(画像認識部)410sはレーザー光の使用により、位置決めロボット40の水平面に対する傾きを測定する機能を備える。更に、ステレオビジョン機構(画像認識部)410sはその傾きを考慮したうえで、自機(自分)の位置、把握した部品の取出し時の部品の把持位置の各認識機能や、セット位置dへの位置決め時の位置補正機能を発揮するよう構成される。
ここでは(A)部品取出し部での初期部品位置教示設定処理と、(B)溶組作業域e1(部品セット位置)での初期部品位置教示設定処理と、を順次説明する。
(A)部品取出し部での初期部品位置教示設定処理
(1)部品取り位置の基準ティーチングについて、
a:図1に示すように、位置決めロボット40には予め設定されたロボット原点である待機位置s0から、供給位置s1までの移動量を教示(教示TNo.2)する。
この場合、図11に示すように、位置決めロボット40が供給位置s1に到達する直前位置s1bに達すると、前方に配備されている供給位置マーカー60a(部品取り位置のターゲットマーカー)のマーカー位置をステレオビジョン410のステレオビジョン機構(画像認識部)410sが認識し、供給直前位置s1bを教示(教示TNo.1)する。 更に、位置決めロボット40は供給位置s1(教示TNo.2)まで移動し、供給位置マーカー60aの位置をステレオビジョン410で認識し、部品取り位置である供給位置s1を教示する。
位置決めロボット40は供給位置s1において、部品類別が出来る部品mの特殊形状部位である認識部kをステレオビジョン410で認識し、教示する。(形状教示)
たとえば、図7の部品mの場合、ビジョンセンサーで部品位置を確認可能とするため、認識部(ビジョン用穴)kを3箇所、もしくは、認識部(ビジョン用フランジ面)kを1箇所設置し、これらを認識して、部品類別を行う。
なお、図7の部品mには各認識部kのほかに、位置決めロボット40のピンクランプで把持出来るように、ロケーション穴h1〜hnが2箇所設置される。
図11,12に示すように、位置決めロボット40は供給位置s1において、供給位置マーカー60aのターゲットマーカー位置から部品mの認識部(ビジョン用フランジ面)kまでを認識し、絶対値を教示(教示TNo.3)する。
更に、供給位置s1において、把持治具401を部品のロケーション位置であるロケーション穴h1〜h2(図7参照)にあわせる教示を行う(教示TNo.4)。
(2)部品取り動作の再生キャリブレーションについて、
a:位置決めロボット40をロボット原点である待機位置s0(図1参照)から、供給位置s1に向けて移動させる。
ここで、部品取出し位置の到達手前で供給位置マーカー60a(部品取り位置のターゲットマーカー)のマーカー位置(基準ポイントbp)をステレオビジョン410が認識し、誤差dgNo.1(図11参照)を計算する。
供給位置s1(教示TNo.2)までの移動量に誤差dgNo.1を加味し、移動量キャリブレーションし、修正処理する。
たとえば、図7の部品mの場合、ビジョンセンサーで部品の確認のため、認識部(ビジョン用穴)kを3箇所、もしくは、認識部(ビジョン用フランジ面)kを1箇所認識して、部品類別を行う。
部品mが異なる場合、工程域制御手段300に部品類別異常信号が出力され、待機に保持され、作業者による部品mの入替を行って、再度の部品類別確認を行う。
図12に示すように、供給位置マーカー60a(部品取り位置のターゲットマーカー)のマーカー位置から部品mの認識部k(ビジョン用の穴)の位置までの絶対値(実測値)nc1を測定する。その際、教示値Tno.3に対する誤差誤差dgNo.3が演算される。 次いで、供給位置s1基準の部品mの教示位置No.4に誤差dgNo.3を加味し、部品把持位置のキャリブレーションを行い、部品m把持の作動を継続する。この際、キャリブレーション不可で把持不良が出た場合は、把持異常を出力し、待機に保持され、作業者による部品の把持位置修正を行って、再度の部品把持位置のキャリブレーション処理が繰り返され、完了すれば部品を溶組作業域e1(部品セット位置)へ移動する。
(B)作業位置s2(部品セット位置)での、初期部品位置教示設定処理
(1)作業位置s2(部品セット位置)での基準ティーチングについて、
a:図10に示すように、溶組作業域e1の中央にアンダー受台90(治具)及びサブベースf0上の作業位置マーカー60bがセットされ、アンダー受台90上にマスターゲージ200が配備される。
位置決めロボット40は溶組作業域e1前部の所定の作業位置s2に達したことを作業位置マーカー60bにより確認する。ここでの基準ティーチングにおいて、予め、位置決めロボット40は把持アーム401に、把持治具であるピン(ロケーター付)をセットする。その上で、マスターゲージ200とサブベースf0との相対位置のティーチングが、位置決めピン(ロケーター付)にて位置だし処理される。
供給位置s1から作業位置s2へ移動する際、その到達手前位置s2b(図10参照)において作業位置マーカー60bのマーカー位置を教示(教示TNo.5)する。
次いで、溶組作業域e1(作業位置s2)まで移動し、作業位置マーカー60bのマーカー位置を教示(教示TNo.6)する。
作業位置マーカー60bのマーカー位置からマスターゲージ200の基準位置までの絶対値を教示する。(教示TNo.7)
更に、部品基準位置(部品セット位置d)の教示では、ピン(ロケーター付)を有する把持治具401をマスターゲージ200のロケーション位置(把持位置)にあわせるよう教示する。(例えば、教示TNo.8)
(2)部品セット動作の再生キャリブレーション
a: 位置決めロボット40が部品mを把持した上で、供給位置s1から、溶組作業域e1手前の作業位置s2まで移動する。
作業位置s2に到達する手前位置s2bにおいて、作業位置マーカー60bのマーカー位置を確認、誤差dgTNo.5を計算する。
作業位置s2までの移動量に誤差dgNo.5を加味し、移動量キャリブレーション(再調整)をする。
次いで、位置決めロボット40を作業位置s2まで移動し、位置決めロボット40を誤差dgNo.5の分だけ追加移動し、再度作業位置マーカー60bのマーカー位置を確認し、作業位置s2に到達するまで誤差測定、移動の繰り返しを3回以上実施する。位置到達しなければ設定到達異常を出力する。
ここで、作業位置s2に到達できれば、次の部品セット動作を行う。
図13に示すように、ここでは作業位置マーカー60bのマーカー位置から部品mの認識部(ビジョン用の穴位置)kまでの絶対値を測定し誤差dgNo.6(不図示)を計算する。
次いで、部品セット位置d(教示TNo.8)に誤差dgNo.6を加味し、部品把持位置のキャリブレーションを行い、部品位置を修正する。位置だし完了すれば、部品セット完了を工程域制御手段300に出力する。このあと、生産時においては、溶接ロボットが所定の仮止め用の溶接位置を溶接することとなる。
工程域制御手段300より溶接完了信号を受け取ったあと、把持治具401をアンクランプし、把持治具401のみを逃がし動作させる。
次いで、溶接完了後の部品位置確認動作をする。ここでは部品位置を測定し部品セット位置d(教示TNo.8)との誤差を計算する。この誤差が、たとえば、許容誤差±1、0mm以内に入っているか確認し、入っていれば、完了信号、Ngの場合は異常信号を出力する。この後、位置決めロボット40はロボット原点である待機位置s0(図1参照)に戻る。
このステップs7、s10、s11が部品認識手段301として機能する。
ここで、異なる場合はステップs11、s12に進み、工程域制御手段300に部品類別異常信号を出力し、出力遮断回路420を介し出力回路430への駆動信号を遮断し、ロボットを安全方向に停止させ、作業者による部品入れ替え処置が成される。
再度の部品把持位置のキャリブレーション処理が繰り返され、完了すればステップs14で部品を溶組作業域e1へ移動し、NGではステップs13において教示TNo.4に誤差dcNo.3を加味したティーチング補正を行う。
その後、ステップs14で溶組作業域e1(部品セット位置)へ移動する。
ステップs15に達すると、位置決めロボット40が部品mを把持した上で、供給位置s1から移動可能か判断し、NGでは判断を繰り返し、ステップs16において、溶組作業域e1手前の作業位置s2まで移動する。
ステップs17では手前位置s2bに達したか教示TNo.6と現在の作業位置マーカー60bのマーカー位置との誤差dgNo.4を照合して判断する。NGでステップs17に進むと、作業位置s2までの移動量に誤差dgNo.4を加味し、移動量キャリブレーション(再調整)し、ステップs19に進む。
なお、ステップs16〜s19が走行制御手段303として機能する。
ここでのステップs20〜s23が位置決め手段304として機能する。
ここでは溶接ロボット50による仮組みのための溶接処理が成され、工程域制御手段300(工程盤)が溶接ロボット50より溶接完了の入力を受けると、把持部品mの把持を解放させる。
ここで、異常信号を検出すると作業員が新たに部品mを追加し、その部品mの溶組を再度繰り返すように工程域制御手段300に繰り返し処理のための入力を行う。
ステップs34より、ステップs35に達すると、待機位置s0の溶接ロボット50のバッテリーチェックを行い、設定地を下回り、低電圧化しているとNGと判断し、ステップs36,s37と進み、ここで、位置決めロボット40を充電場(図1では符号Schで示す位置)に移動させ、バッテリーを自動充電する。充電完了でステップs38に戻り、溶接ロボット50を待機位置s0(Home POS)に移動する。
ここでは、位置決めロボット40の小型化、軽量化を図る上で搭載するバッテリーの小型化の必要性が高く、頻繁に充電を行う必要がある。ここでは充電必要時には充電場Schへの移動を制御系が確実に指示するので、的確な充電が成され、バッテリーの小型化を図ることを容易化している。
この仮組みアンダーボデーWn1の仮組みがすべて完了すると位置決めロボット40は待機位置s0(Home POS)に移動する。
この後、工程域制御手段300は溶組作業域e1の中央のアンダー受台90上の仮組みアンダーボデーWn1の溶組完了を確認したうえで、溶接ロボット50にて溶接箇所を増加させる増打を行う。これにより、主要仮組製品Wnの保形性を確保し、所定強度を確保した主要組製品WNのアンダーボデーWN1を生産する。
これに応じて、溶組管理サーバ20は溶組工程域E1より後段側の溶組工程域EnにアンダーボデーWN1を搬送する搬送指示信号が出力される。
ところで、図1、2に示すように、溶組工程域E1では仮組みアンダーボデーWn1の溶組完了を確認したうえで、溶接ロボット50にて溶接箇所を増加させる増打を行い、アンダーボデーWN1(主要組製品)が生産された。
この際、並列配備された共通の段階での主要仮組製品Wnの生産に用いる部品の供給を、一つの部品序列場80nを用いて行うようにしても良い。この場合、溶組工程域E1での部品序列場801は各ラインR1〜R3毎に部品序列場801を配備する。
上述のところにおいて、図1の車体生産装置では溶組工程域E1〜E5の各工程域制御手段300(301〜305)が溶組管理サーバ20に無線で接続されていたが、この部分をデータ通信回線で接続するように構成し、簡素化を図ってもよい。
300 工程域制御手段
301 部品認識手段
302 把持位置認識手段
303 走行制御手段
304 位置決め手段
305 解放待機手段
360 工程通信監視回路
40 位置決めロボット
401 把持アーム
402 上腕部
403 上台
404 キャタピラ走行部
405 下台
400 位置決めロボットの制御盤
410 ステレオビジョン
50 溶接ロボット
60a 供給位置マーカー
60b 作業位置マーカー
70 搬送手段
701 コンベア
702 天井側レール
703 吸着基板
704 下向き孔
705 針状磁石
801〜805(80n) 部品序列場
d セット位置
k 認識部
m 部品
s0 待機位置
s1 供給位置
s2 作業位置
A 車体生産装置
C 車体
E1(E1〜En) 溶組工程域
Sm 重量センサ
Wn 主要仮組製品
WN 主要組製品
Wn1 仮組みアンダーボデー(主要仮組製品)
WN1 アンダーボデー(主要組製品)
Claims (7)
- 所定数の溶組工程域の各々において複数種の部品を所定の順に組み付けて所定段階の主要組製品を生産し、同主要組製品を次の後段の溶組工程域に搬送手段で搬送することを所定数繰り返すことで最終段階の溶組工程域で車体を製造する車体生産装置において、
前記所定段階の溶組工程域には、
前記主要組製品を組立てる複数の部品を載置して搬入される部品供給台と、
前記溶組工程域を管理する溶組管理サーバからの溶組生産情報に応じて前記所定段階の主要組製品の溶組制御をする工程域制御手段と、
前記工程域制御手段の指示に沿い、前記部品供給台に対向する供給位置で前記部品を把持した上で自走し、溶組作業域と対向する作業位置に達すると該部品をセット位置dに位置決めする位置決めロボットと、
前記工程域制御手段の指示に沿い、前記位置決めロボットによりセット位置に保持された部品の溶接を行う溶接ロボットと、
前記溶接された部品を前記溶組作業域で支持する支持台と、が配備され、
前記工程域制御手段は前記溶組管理サーバからの前記溶組生産情報に沿い、前記位置決めロボットにより前記供給位置で前記部品供給台の各部品を取り出し、前記作業位置で取り出した部品のセット位置への位置決めを行い、次いで前記溶接ロボットにより前記位置決め部品の溶接を行って主要仮組製品を生産し、次いで、該主要仮組製品を前記支持台上に配置されるように前記位置決めロボットによる主要仮組製品の把持を解放してから、所定の待機位置に位置決めロボットを待機させ、次いで、前記溶接ロボットにて前記主要仮組製品の溶接箇所を増加させる増打を行って前記主要組製品を生産するよう制御することを特徴とする車体生産装置。 - 請求項1記載の車体生産装置において、
前記位置決めロボットは、
部品供給台に載置され認識部kが形成された部品を把持する把持アームが上腕部を介して取り付けられた上台と、該上台を支持しキャタピラ走行部を備えた下台と、前記位置決めロボットに取り付けられると共に前記認識部と前記供給位置の供給位置マーカーと作業位置の作業位置マーカーとの各画像を取り込み前記工程域制御手段に送信するステレオビジョンと、を備え、
前記工程域制御手段は、
前記溶組生産情報である前記複数の部品の前記溶組順情報や溶組処理情報に基づき、複数の部品のうちの一つが把持対象の部品であるか否かを該部品の画像より認識する部品認識手段と、前記供給位置マーカーの画像に基づき認識した供給位置において3次元での位置決めロボット自身の基準位置を認識した上で把持した部品の把持位置を認識する把持位置認識手段と、前記供給位置よりフロア上を自走して、前記作業位置マーカーの画像に基づき作業位置を認識するまで走行する走行制御手段と、前記作業位置において前記作業位置マーカーに基づき3次元での自身の基準位置を認識した上で把持部品を前記認識部の画像に基づき前記セット位置に位置決めする位置決め手段と、前記主要仮組製品の仮組みがすべて完了すると把持部の把持を解放させた上で所定の待機位置に自走して戻り待機させる解放待機手段と、を備えたことを特徴とする車体生産装置。 - 請求項1又は2記載の車体生産装置において、前記溶組工程域で溶組する主要組製品はアンダーボデーアッセンブリ、左右の各サイドストラクチャーアッセンブリ、ルーフアッセンブリ、メインボデーアッセンブリのいずれか一つであることを特徴とする車体生産装置。
- 請求項1、2又は3記載の車体生産装置において、前記工程域制御手段が前記部品供給台上の各部品の有無を重量センサにより検出することを特徴とする車体生産装置。
- 請求項1〜4のいずれか一つに記載の車体生産装置において、
前記所定段階の溶組工程域で溶組された部品の溶組処理情報を前記溶組管理サーバに登録することを特徴とする車体生産装置。 - 請求項1〜5のいずれか一つに記載の車体生産装置において、所定溶組工程域の工程域制御手段により主要組製品の生産が完了したとの情報が前記溶組管理サーバに登録されると、前記搬送手段は所定溶組工程域の主要組製品を後段の所定溶組工程域に搬送することを特徴とする車体生産装置。
- 請求項6記載の車体生産装置において、前記搬送手段は天井側レールより懸架されコンベア搬送される吸着基板と、該吸着基板の下壁面に設けた多数の下向き孔のそれぞれより退却可能に突き出して主要組製品に吸着する多数の針状磁石からなることを特徴とする車体生産装置。
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