JP2013166219A - 部品組み付け装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み付け対象物を手前あるいは奥方向に水平移動させるスペースを不要とし、その分の小型化を図る。
【解決手段】ワークを載置するワーク載置部４と、ワークを供給する部品供給機構８と、部品供給機構８によって供給されたねじをワークに対して組み付ける組み付け機構５と、を有する部品組み付け装置１であって、組み付け機構５をワーク載置部４に対して鉛直方向に移動させる昇降機構６と、組み付け機構５をワーク載置部４の載置面に対して平行な方向に直線的に移動させる移動機構７と、ワーク載置部７を回転中心Ｏに対して所定方向に回転させるモータユニット１２と、を備え、組み付け機構５のドライバビットの直線的な移動の移動軌跡Ｌが平面視で前記回転中心Ｏを通ることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、部品組み付け装置及び方法に係り、さらに詳しくは、例えば部品としてのねじをワークに締付ける等の部品組み付け作業に使用される部品組み付け装置、及び当該部品組み付け装置を使用して部品を組み付ける部品組み付け方法に関する。

この種の部品組み付け装置として、例えば特許文献１（特開２００７−２２２９７７号公報）に記載された発明が公知である。この発明は、ドライバビットなどの工具の昇降動作に対するワークの移動動作も考慮して、ワークに対するねじ締め作業等の部品組み付け作業をより効率よく行うことができるようにすることを目的とし、１つ以上の部品供給手段と、部品供給手段の数に応じて部品供給手段に設けた部品供給口と、部品供給口の上方側に設置され、部品供給口から供給される部品をワークに対して組み付けるための組み付け手段と、ワークを取り外し自在に載せ置く（以下、載置とも称する）ワーク載置手段と、を有する部品組み付け装置において、組み付け手段に対して部品を組み付ける部品組み付け位置と部品供給口に停止自在に昇降させる昇降手段と、ワーク載置手段をワーク待機位置と部品組み付け位置に停止自在に移動させる移動手段と、を備え、組み付け手段が待機する待機位置が部品組み付け位置の上方側に位置していることを特徴としている。

特許文献１記載の発明では、昇下降する組立て手段に対して、上側より待機位置、組み付け位置、部品供給位置を設け、対象物を手前あるいは奥方向に水平移動させて組み付け手段による組み付け位置を決定した後、組み付け手段により組み付けを行うようになっている。このように特許文献１記載の発明では、対象物を手前あるいは奥方向に水平移動させて組み付け手段による組み付け位置を決定するので、この水平移動させるためのスペースが必要であり、その分、装置が大きくなることは否めなかった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、組み付け対象物を手前あるいは奥方向に水平移動させるスペースを不要とし、その分の小型化を図ることにある。

前記課題を解決するため、本発明は、組み付け対象物を載置する載置手段と、組み付けに使用される部品を供給する部品供給手段と、前記部品供給手段によって供給された部品を前記対象物に対して組み付ける組み付け手段と、を有する部品組み付け装置であって、前記組み付け手段を前記載置手段に対して鉛直方向に移動させる第１の移動手段と、前記組み付け手段を前記載置手段に対して平行な方向に直線的に移動させる第２の移動手段と、前記載置手段を予め設定された回転中心に対して所定方向に回転させる回転駆動手段と、を備え、前記組み付け手段の前記直線的な移動の移動軌跡が平面視前記回転中心を通ることを特徴とする。

本発明によれば、組み付け対象物を手前あるいは奥方向に水平移動させるスペースが不要となり、その分の小型化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る部品組み付け装置としてのねじ締め装置の全体構成を示す斜視図である。 図１におけるねじ締め装置の正面図である。 図２の平面図である。 図２の側面図である。 ドライバビットの動作位置を説明するための図４の要部拡大図である。 部品供給機構の全体的な構成を示す斜視図である。 部品供給機構の動作説明図である。 部品としてのねじの斜視図である。

本発明は、組み付け手段を上下軸方向と水平軸方向に移動可能に、載置手段を回転可能にそれぞれ設け、載置手段の回転中心と組み付け手段の水平移行方向の移動軌跡を示す載置手段上の直線とが交わるように組み付け手段と載置手段を配置し、直線移動と回転移動を組み合わせて組み付け対象物の組み付けを可能としたことを特徴とする。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態に係る部品組み付け装置としてのねじ締め装置の全体構成を示す斜視図、図２はねじ締め装置の正面図、図３は平面図、図４は側面図である。これらの図において、本実施形態に係るねじ締め装置１は、ベース台２、フレーム３、ワーク載置部４、組み付け機構５、昇降機構６、移動機構７及び部品供給機構８から基本的に構成されている。このうち組み付け機構５、昇降機構６及び部品供給機構８は１つのユニット（以下、組み付けユニットと称す。）１０として構成されている。

ベース台２は４角形状の平板からなり、各角部にフレーム３の脚部３ａが垂直に固定されている。脚部３ａには、前面以外を除いて枠部３ｂが適宜設けられ、ベース台２上にフレーム３が設置されている。ワーク載置部４は、ベース台２上に設置され、組み付け対象物であるワークをΘ方向（以下、Θ軸方向と称す。）に回転させるものである。Θ軸方向は図１に示すようにＺ軸回りであって、ワーク載置台４の載置面（平面）に対して平行に回転する。ワーク載置台４はベース台２の下方に設けられたモータユニット１２によって回転中心Ｏを中心にΘ軸方向に回転駆動される。なお、Θ軸方向の回転は正逆両方向を含む。

組み付け機構５はねじを締めるドライバ９を備え、昇降機構６によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降する。ドライバ９はドライバ９の下方に延びるドライバビット９ａを回転駆動し、ねじ締めを行う。操作部１１が設置された側がねじ締め装置１の前部である。また、ベース台２の下面の操作部１１の背後に制御装置１１ａが設けられている。なお、ドライバ９ａは通常電動モータによって回転駆動されるドライバが使用されるが、エア駆動のものでも良いことは言うまでもない。

昇降機構６は組み付け部５をワーク載置部４及びベース台２に対して垂直に昇降させる機構であり、ワーク載置台４及びベース台２に対して長手方向が垂直になるように支持板６ａに取り付けられている。昇降機構６は電動アクチュエータによって構成され、組み付け機構５を昇降させる。なお、昇降駆動に使用される電動アクチュエータは、推力源に電気モータを用いたアクチュエータであり、モータの回転力を直線運動に変換してシリンダを伸縮させる方式、リニアモータを用いてスライド移動させるなどの方式があり、公知の機構であるので詳細についての説明は省略する。なお、電動アクチュエータに代えてエアシリンダあるいは油圧シリンダを使用したエア駆動、油圧駆動とすることも可能である。

移動機構７は組み付け部５及び昇降機構６を一体に図１に示すＸ軸方向に往復動させる機構であり、外枠３ｂ間に設置された支持枠３ｃに取り付けられ、昇降機構６と同様に電動アクチュエータによって駆動される。エア駆動、油圧駆動とすることも可能である。

部品供給機構８は組み付けに用いるねじを供給する機構であり、図６の斜視図及び図７の動作説明図に示すように、ねじ収納部８ａ、第１の排出レール８ｂ、スライダ８ｃ、落下板８ｄ、第２の排出レール８ｅ、及びねじ待機板８ｉを備え、ベース板８ｆ上にスライド可能に配されたスライド板８ｇ上に設けられている。また、スライド板８ｇ及びベース板８ｆには、ねじを保持したドライバビット９ａが通り抜け、ねじ締めを行うための長孔８ｆ１、８ｇ１が形成され、両者が重複した空隙８ｈからねじ２０及びドライバビット９ａが下降及び上昇可能となっている。なお、スライド板８ｇはベース板８ｆ上を図示しない駆動モータによって図示Ｄ方向に往復移動可能となっている。本実施形態では、図示Ｄ方向は移動機構７の移動方向に対して直交する方向である。

部品供給機構８では、ねじ収納部８ａから第１の排出レール８ｂにねじを供給し、第１の排出レール８ｂから排出された図８に示すようなねじ２０をスライダ８ｃが落下板８ｄ方向に移動させ、落下板８ｄがねじ２０を押し出すことによりねじ２０を第２の排出レール８ｅに乗せかえるようになっている。ねじ２０は第２の排出レール８ｅの斜面を滑りながら進み、ねじ待機板８ｉの切り欠き部８ｊにねじ２０が収められる。このとき、ねじ収納部８ａから供給されるねじ２０を第１の排出レール８ｂ上でスライダ８ｃ方向に進めるため、図示しない加振装置により第１の排出レール８ｂに振動を与えている。本実施形態では、この振動を第２の排出レール８ｅに直接伝達し、第２の排出レール８ｅとねじ２０の摩擦発生により第２の排出レール８ｅの斜面途中でねじ２０が停止してしまうことを防止している。振動の伝達は、特別な装置を使用しなくとも例えば第１排出レール８ｂと落下板８ｄを収納部８ａ内で連結部材により連結すれば良い。

ワーク載置部４はモータユニット１２により、ワークが当該ワーク載置部４に載置された状態で回転中心Ｏを中心にΘ軸方向に回転する。そのため、ワーク載置部４の回転と移動機構７による組み付けユニット１０のＸ軸方向の移動とを組み合わせることにより、ワーク載置部４上の任意の１点の位置決めが可能である。すなわち、組み付け位置を極座標系で考えれば、動径ｒ（Ｘ方向の距離）と偏角θ（Θ軸方向の角度）で位置決めすることができる。この位置決めには、Ｙ軸方向に移動させる必要がないので、Ｙ軸方向の移動機構及び移動スペースも不要となる。このため回転中心Ｏは、図３に示すように平面視ドライバビット９ａの中心がＸ軸方向の移動軌跡Ｌ上に位置している必要がある。これにより、Θ軸を極の中心とし、移動軌跡Ｌが基準軸となる極座標と対応させることができる。

このような極座標を導入し、ドライバビット９ａが回転中心Ｏを通る直線上を移動するようにすれば、ワーク載置部４の回転角と組み合わせることにより、ドライバビット９ａに保持されたねじ２０をワーク載置部４上の全ての位置、すなわちワーク載置部４上に載置されたワークの任意の位置に正確に誘導し、ねじ２０によって締結することが可能となる。この構成により、一般のねじ締め装置に対してワークの奥手前方向（Ｙ軸方向）への直線移動が不要になる。その結果、従来のＸ軸及びＹ軸方向に移動して位置決めするものに比べて約３０％の装置の小型化が実現できる。

図５は図４の要部拡大図で、組み付け機構５と部品供給機構８との関係を示す。同図では、ドライバビット９ａの先端の所定の位置を示す。ドライバビット９ａは、昇降機構６によって少なくとも３つの位置が設定されている。その位置は、待機位置Ｐ１、部品供給位置Ｐ２及び組み付け位置Ｐ３である。待機位置は最上位側の位置であって、ねじ待機板８ｉのよりも上の位置に設定され、この位置から最下方の組み付け位置Ｐ３の間に部品供給位置Ｐ２が設けられている。部品供給位置Ｐ２はねじ待機板８ｉ上のねじ２０を保持する位置である。すなわち、前記３位置は組み付けのための鉛直方向の経路上に位置し、この経路に沿ってドライバビット９ａは待機位置Ｐ１から部品供給位置Ｐ２まで下降し、ねじ待機板８ｉ上のねじ２０を保持する。その後、一旦上昇して部品供給機構８がスライド移動してねじ待機板８ｉがドライバビット９ａと干渉しない位置まで退避した後、組み付け位置まで下降してねじ２０による組み付けを実行する。

組み付けを行う場合、組み付け位置の真上で部品の供給を受け、一旦上昇し、その位置でねじ待機板８ｉを退避させてそのまま下降して組み付けるようにしても良いし、組み付け位置に移動する間にねじ２０を保持し、組み付け位置に位置したときには、ねじ待機板８ｉはすでに退避した状態になるようにしておき、その状態でドライバビット９ａを組み付け位置まで下降させて、組み付けを行うようにしても良い。これらは移動距離と移動機構７及び昇降機構６の動作速度との関係で、最も効率的なものが選択され、設定される。なお、本実施形態では、部品供給機構８が組み付け機構５と同一ユニット１０として構成されているので、このようなねじの保持方法と組み付け方法が採用されているが、予め設定された個所に部品供給機構８を設置した場合には、組み付け動作の度に、組み付け機構５がねじを取りに行き、その後、組み付け位置に移動することになる。前者が後者よりも効率が良いことは明らかである。

操作部１１の背後に設けられた制御装置１１ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含み、操作部１１からの指示、あるいは図示しないパーソナルコンピュータからの指示に基づいて移動機構７及びモータユニット７のモータドライバを制御し、組み付け機構５のドライバビット９ａをねじの組み付け位置に位置決めする。その際、位置決めされる位置を極座標系（ｒ，θ）で表しておけば、あるいは極座標系で入力されれば、Ｘ軸方向の座標（動径ｒ）と、Θ軸方向の回転角（偏角θ）とによって座標位置を特定することができる。直交座標系（Ｘ，Ｙ）で表してあれば、あるいは直交座標系で入力されれば、極座標系に変換して移動機構７とワーク載置台４を駆動するモータユニット１２を制御してドライバビット９を組み付け位置に位置決めする。この演算及び位置決め制御は制御装置１１ａ内のＣＰＵが実行する。

なお、ＣＰＵは、制御部と演算部を含み、制御部が命令の解釈とプログラムの制御の流れを制御し、演算部が演算を実行する。また、プログラムは図示しないＲＯＭに格納され、実行すべき命令（ある数値又は数値の並び）を前記プログラムの置かれたＲＯＭから取り出し、ＲＡＭをデータバッファ及びワークエリアとして使用しながら前記プログラムを実行する。

さらに前記ＲＯＭに、ワークの種類、組み付けを行う座標位置などに応じて効率的に組み付けできるパターンを予め記憶させておき、ワークの種類及び／又は座標の位置（移動距離）に応じて最も効率的なパターンを選択して読み出し、当該パターンに基づいて処理するようにすることもできる。

その際、図３に示すようにワーク載置部４に開口４ａ，４ｂ，４ｃを設けるとともに、ベース台２の下側に前記開口４ａ，４ｂ，４ｃに向けて例えば光反射型の検知センサを設置する。このようにすると、ワーク載置部４に載置されたワークをセンサで検知し、検知パターンとワークの形状によりワークを特定し、ワークの種類に応じて作業種類をパターン化することが可能となる。そこで、予め作業種類のパターン毎にねじ締めを行う位置を教示しておけば、本実施形態に係るねじ締め装置１台で様々なワークへのねじ締め作業が可能となる。

なお、ねじ締め作業の際には、組み付け機構５は移動機構７によってＸ軸方向に直線移動し、組み付け位置に応じてワーク載置部４が回転中心Ｏを中心に回動若しくは揺動するだけなので、Ｙ軸方向の移動機構及び移動のためのスペースが不要になるばかりでなく、ねじ締め装置１の構成も簡単となる。

以上のように、本実施形態によれば、
１）ワーク載置部４をΘ軸方向に回転させ、組み付け機構５を含む組み付けユニット１０をＸ軸方向のみ移動させてワークの任意の位置へのねじ締めを行うようにしたので、Ｙ軸方向の移動機構とＹ軸方向の移動のためのスペースが不要となり、装置の小型化を図ることができる。
２）ワーク載置部４に載置できる範囲の大きさのものであれば、大型のワークであっても十分に対応することができる。
３）部品供給機構８を組み付け手機構５に一体に配したユニット構成としたので、昇降機構６によるドライバ４のワーク載置部４への下降動作中に部品（ねじ）を受け取ることができる。これにより部品と保持するための水平方向の移動が不要となるので、最も効率の良いねじ締め動作を実現することができる。
４）第２の排出レール８ｅに対して第１の排出レール８ｂの振動を伝達しているので、第２の排出レール８ｅにおけるねじの搬送不良あるいは詰まりを防止し、効率の良い部品搬送を行うことができる。
などの効果を奏する。

なお、特許請求の範囲における組み付け対象物は本実施形態ではワークに、載置手段はワーク載置部４に、部品はねじ２０に、部品供給手段は部品供給機構８に、組み付け手段は組み付け機構５に、部品組み付け装置は符号１に、第１の移動手段は昇降機構６に、第２の移動手段は移動機構７に、回転駆動手段はモータユニット１２に、移動軌跡は符号Ｌに、回転中心は符号Ｏに、作業端はドライバビット９ａに、待機位置は符号Ｐ１に、組み付け位置は符号Ｐ３に、部品供給位置は符号Ｐ２に、組み付け位置は符号Ｐ３に、搬送手段は第２の排出レール８ｅに、それぞれ対応する。

さらに、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１ 部品組み付け装置
４ ワーク載置部
５ 組み付け機構
６ 昇降機構
７ 移動機構
８ 部品供給機構
８ｅ 第２の排出レール
９ａ ドライバビット
１０ 組み付けユニット
１２ モータユニット
２０ ねじ
Ｌ 移動軌跡
Ｏ 回転中心
Ｐ１ 待機位置
Ｐ２ 部品供給位置
Ｐ３ 組み付け位置

特開２００７−２２２９７７号公報

Claims (6)

1. 組み付け対象物を載置する載置手段と、
   組み付けに使用される部品を供給する部品供給手段と、
   前記部品供給手段によって供給された部品を前記対象物に対して組み付ける組み付け手段と、
   を有する部品組み付け装置であって、
   前記組み付け手段を前記載置手段に対して鉛直方向に移動させる第１の移動手段と、
   前記組み付け手段を前記載置手段に対して平行な方向に直線的に移動させる第２の移動手段と、
   前記載置手段を予め設定された回転中心に対して所定方向に回転させる回転駆動手段と、
   を備え、
   前記組み付け手段の前記直線的な移動の移動軌跡が平面視前記回転中心を通ること
   を特徴とする部品組み付け装置。
2. 請求項１に記載の部品組み付け装置であって、
   前記組み付け手段は部品を保持し、保持した部品を前記対象物に組み付ける作業端を含み、
   前記移動軌跡が、平面視前記作業端の中心に当たる部分の移動軌跡であること
   を特徴とする部品組み付け装置。
3. 請求項１又は２に記載の部品組み付け装置であって、
   前記組み付け手段の最上位側に待機位置、最下位側に組み付け位置、両者の中間部に部品供給位置が設定されていること
   を特徴とする部品組み付け装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の部品組み付け装置であって、
   前記部品供給手段が前記組み付け手段に一体に設けられていること
   を特徴とする部品組み付け装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の部品組み付け装置であって、
   前記部品供給手段から供給される部品を前記組み付け手段に搬送する搬送手段を備え、
   前記搬送手段は傾斜して配置され、振動することによって部品を搬送すること
   を特徴とする部品組み付け装置。
6. 組み付け対象物を載置手段上に載置する載置工程と、
   組み付けに使用される部品を部品供給手段によって供給する部品供給工程と、
   前記部品供給工程で供給された部品を前記対象物に対して組み付け手段によって組み付ける組み付け工程と、
   を有する部品組み付け方法であって、
   前記組み付け工程が、
   前記組み付け手段を第１の移動手段によって前記載置手段に対して鉛直方向に移動させる第１の移動工程と、
   前記組み付け手段を第２の移動手段によって前記載置手段に対して平行な方向に直線的に移動させる第２の移動工程と、
   前記載置手段を予め設定された回転中心に対して回転駆動手段によって所定方向に回転させる回転駆動工程と、
   を含み、
   前記第２の移動工程で、平面視前記回転中心を通る方向に移動する前記組み付け手段の移動距離と前記回転駆動工程で回転駆動される回転角度とを組み合わせ、目標とする組み付け位置に位置決めすること
   を特徴とする部品組み付け方法。

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