JP2019098338A - 芯合わせ装置および芯合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業の簡略化および精度向上を実現する。【解決手段】芯合わせ装置２１は、位置決めブッシュ６が設けられた下筐体５に対して位置決めピン４が設けられた上筐体２２を移動軸に沿って移動させて位置決めピン４が位置決めブッシュ６に嵌め込まれることにより、上筐体２２および下筐体５の移動軸と直交する平面方向における位置を目標位置に合わせる。芯合わせ装置２１は、上筐体２２に設けられ、位置決めピン４および位置決めブッシュ６に作用する平面方向の力または位置決めピン４または位置決めブッシュ６の平面方向の変位を検出するセンサユニットを備え、そのセンサユニットによる検出の結果に基づいて、下筐体５に対する上筐体２２の平面方向における相対位置を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、一般的な設備および工程の芯合わせに用いることができる芯合わせ装置および芯合わせ方法に関する。

設備および工程において、鍛造プレス工程や組み付け工程など芯合わせ作業が必要なものがある。ここで、図１２に示すような鍛造装置による鍛造プレス工程における上記芯合わせについて説明する。図１２に示すように、鍛造装置において、上筐体１が図示しない上下機構によって下降すると、ワークは上金型２と下金型３とに挟まれて鍛造加工される。このとき、上金型２と下金型３との位置が合っていなくてはならない。そこで、上筐体１には位置決めピン４が設けられ、下筐体５には位置決めブッシュ６が設けられている。そして、位置決めピン４が位置決めブッシュ６に刺さるように、上筐体１の位置合わせ、すなわち芯合わせの調整が必要になる。

続いて、図１３に示すような組み付け装置による組み付け工程における上記芯合わせについて説明する。図１３に示すように、上筐体７および下筐体８を有する組み付け装置では、図示しないＰ＆Ｐ機構、２軸ローダまたはロボット等により動作するチャックシリンダ９が組み付けワークを被組み付けワークに組み付ける作業が行われる。ここで、組み付けワークが正しく行われるためには、組み付けワークの代わりに組付側芯出し治具１０をチャックさせるとともに、ワーク治具１１に被組み付けワークの代わりに被組付側芯出し治具１２をセットして芯合わせ調整が必要になる。なお、ロボットの場合、この芯合わせ調整は、ティーチングとなる。

芯合わせは、それを行う調整者の目視や感触などを頼りに行われるもので、非常に時間がかかる。また、鍛造装置のケースにおいて、位置決めピン４が位置決めブッシュ６に入ったとしても、位置決めブッシュ６の内径と位置決めピン４の外径には、はめあい公差の量の隙間が存在するため、隙間以下の精度で芯合わせをすることは非常に困難となる。また、上筐体１または下筐体５に力センサを設け、位置決めピン４と位置決めブッシュ６がずれて接触したときの力や方向を検出して芯合わせする方法も考えられるが、力センサは、ひずみゲージなどの抵抗体を用いるため衝撃に弱く、このような接触検知に用いるには、作業に慎重を要し、やはり時間と技量が必要となる。また、この場合、力センサ自体の弾性変形によって、上筐体１の剛性が失われるなどの課題も生じる。

特開２０１１−１２１２１０号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業の簡略化および精度向上を実現することができる芯合わせ装置および芯合わせ方法を提供することにある。

請求項１に記載の手段は、位置決め用凹部（６、１２）が設けられた第１筐体（５、８）に対して位置決め用凸部（４、１０）が設けられた第２筐体（２２、３２）を移動軸に沿って移動させて前記位置決め用凸部が前記位置決め用凹部に嵌め込まれることにより、前記第１筐体および前記第２筐体の前記移動軸と直交する平面方向における位置を目標位置に合わせる芯合わせ装置（２１、３１）である。前記芯合わせ装置は、前記第１筐体または前記第２筐体に設けられ、前記位置決め用凸部および前記位置決め用凹部に作用する前記平面方向の力または前記位置決め用凸部または前記位置決め用凹部の前記平面方向の変位を検出する検出部（２６〜２９、３６〜３９）を備え、前記検出部による検出の結果に基づいて、前記第１筐体に対する前記第２筐体の前記平面方向における相対位置を調整する。

上記構成において、第１筐体および第２筐体の平面方向における位置が目標位置からずれている場合、位置決め用凸部と位置決め用凹部とが接触するが、その接触を検出部の検出結果に基づいて検出することができる。そして、検出部による検出の結果に基づいて第１筐体および第２筐体の平面方向における相対位置が調整されることにより、第１筐体および第２筐体の平面方向における位置を目標位置に合わせることができる。したがって、上記構成によれば、芯合わせに係る作業の簡略化および精度の向上を実現することができる。

一実施形態に係る鍛造装置による鍛造プレス工程における芯合わせに用いられる芯合わせ装置の構成を模式的に示す図 一実施形態に係るセンサ部の構成を模式的に示す平面図 一実施形態に係る組み付け装置による組み付け工程における芯合わせに用いられる芯合わせ装置の構成を模式的に示す図 一実施形態に係るセンサ部の構成を模式的に示す平面図 一実施形態に係るセンサユニットの構成を模式的に示す図 一実施形態に係る芯合わせ装置の動作を説明する図 一実施形態に係る２軸テーブルの芯合わせ機構を用いた鍛造プレス装置の構成を模式的に示す図 一実施形態に係るロボットのティーチングにより芯合わせを行う場合のフィードバック制御の内容を模式的に示す図 一実施形態に係る位置決めピンが位置決めブッシュに接触した場合にセンサユニットから出力される電圧信号の波形を模式的に示す図その１ 一実施形態に係る位置決めピンが位置決めブッシュに接触した場合にセンサユニットから出力される電圧信号の波形を模式的に示す図その２ 一実施形態に係る位置決めピンが位置決めブッシュに接触しなかった場合にセンサユニットから出力される電圧信号の波形を模式的に示す図 従来の鍛造装置による鍛造プレス工程の概要を示す図 従来の組み付け装置による組み付け工程の概要を示す図

以下、本発明を鍛造装置による鍛造プレス工程および組み付け装置による組み付け工程に適用した一実施形態について図１〜図１１を参照して説明する。なお、本実施形態の構成において図１２および図１３を用いて説明した従来技術と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

図１に示す芯合わせ装置２１は、鍛造装置による鍛造プレス工程における芯合わせに用いられる。芯合わせ装置２１において、上筐体２２にはセンサ部２３が設けられている。なお、センサ部２３は、下筐体５に設けることも可能である。センサ部２３は、上ケース２４、下ケース２５および４つのセンサユニット２６、２７、２８、２９により構成される。４つのセンサユニット２６〜２９は、図２に示すような配置となっている。

また、図３に示す芯合わせ装置３１は、組み付け装置による組み付け工程における芯合わせに用いられる。芯合わせ装置３１において、上筐体３２にセンサ部３３が設けられている。なお、センサ部３３は、下筐体８に設けることも可能である。センサ部３３は、上ケース３４、下ケース３５および４つのセンサユニット３６、３７、３８、３９により構成される。４つのセンサユニット３６〜３９は、図４に示すような配置となっている。

センサユニット２６〜２９および３６〜３９の具体的な構成は、いずれも図５に示すようなものとなっている。すなわち、図５に示すように、センサユニットは、熱流センサ４０、弾性部材４１、おさえ部材４２およびおさえボルト４３により構成される。熱流センサ４０は、熱の移動量、方向を示す熱流を検出する。熱流センサ４０としては、ＰＡＬＡＰ（Patterned Prepreg Lay Up Process）技術を用いたものを用いることが望ましい。

弾性部材４１としては、ゴム、樹脂、金属など弾性変形する部材が用いられている。その他の構成については、ステンレスなどの金属が用いられている。弾性部材４１は、おさえボルト４３により、ある程度の圧縮率まで圧縮されている。なお、この圧縮の程度としては、例えば、弾性体が厚み１ｍｍの高分子ポリエチレンの場合、９％（０．９ｍｍ）まで圧縮される。

図１に示す芯合わせ装置２１において、上筐体２２が第２筐体に相当し、下筐体５が第１筐体に相当する。また、位置決めピン４が位置決め用凸部に相当し、位置決めブッシュ６が位置決め用凹部に相当する。芯合わせ装置２１は、下筐体５に対して上筐体２２を移動軸に沿って移動させて位置決めピン４が位置決めブッシュ６に嵌め込まれることにより、上筐体２２および下筐体５の移動軸と直交する平面方向における位置を目標位置に合わせる。

図３に示す芯合わせ装置３１において、上筐体３２が第２筐体に相当し、下筐体８が第１筐体に相当する。また、組付側芯出し治具１０が位置決め用凸部に相当し、被組付側芯出し治具１２が位置決め用凹部に相当する。芯合わせ装置３１は、下筐体８に対して上筐体３２を移動軸に沿って移動させて組付側芯出し治具１０が被組付側芯出し治具１２に嵌め込まれることにより、上筐体３２および下筐体８の移動軸と直交する平面方向における位置を目標位置に合わせる。なお、この場合、上記移動軸は、装置の上下方向（図１、図３などの上下方向）に沿う軸であり、以下ではＺ軸とも呼ぶ。また、このＺ軸と直交するとともに、それぞれが互いに直交する２つの軸のことを、以下ではＸ軸およびＹ軸とも呼ぶ。

図１に示す芯合わせ装置２１において、センサユニット２６〜２９は、位置決めピン４および位置決めブッシュ６に作用する上記平面方向の力または位置決めピン４および位置決めブッシュ６の上記平面方向の変位を検出する検出部に相当する。また、図３に示す芯合わせ装置３１において、センサユニット３６〜３９は、組付側芯出し治具１０および被組付側芯出し治具１２に作用する上記平面方向の力または組付側芯出し治具１０および被組付側芯出し治具１２の変位を検出する検出部に相当する。

次に、図１に示した芯合わせ装置２１の動作について図６を参照して説明する。図６に示すように、芯がずれた状態で上筐体２２を下降させた場合、位置決めピン４と位置決めブッシュ６が接触し、センサ部２３の上ケース２４および下ケース２５が変形する。このようなケースの変形により、センサユニット２６の弾性部材４１は圧縮されて発熱し、熱流センサ４０から電圧信号が発生する。これに対し、センサユニット２７の弾性部材４１は、逆に復元するので吸熱し、熱流センサ４０からセンサユニット２７の熱流センサ４０から出力される電圧信号とは、正負逆の電圧信号が発生する。

４つのセンサユニット２６〜２９から出力される各電圧信号の大きさ（レベル）と符号とから、接触とその方向が分かるため、その情報に応じて上筐体２２を芯合わせすることができる。すなわち、芯合わせ装置２１は、センサユニット２６〜２９による検出の結果に基づいて下筐体５に対する上筐体２２の上記平面方向における相対位置を調整する芯合わせを行う。この場合、センサユニット２６〜２９による検出動作が第１工程に相当し、上記相対位置の調整が第２工程に相当する。

芯合わせは、上筐体２２を上支え構造体（図示略）に取り付けているネジを緩め、上筐体２２をずらして行う、といった一般の設備組み立て調整の方法や、上筐体２２を、２軸テーブルを用いて、上筐体２２の位置を、手動またはモータで調整する方法などを採用することができる。

図７に示すように、２軸テーブル５１は、２本のＬＭガイド５２と、１本のボールねじ５３と、が平行に配置された１軸駆動構造を直交するように２段に積み上げた構成となっている。この場合、ボールねじ送り部５４は、モータまたは手動ハンドルにより構成することができる。なお、図７では、下の段のＬＭガイドは図示されていないが、実際には、ボールねじ５３の手前と奥に１本ずつ配置されている。

また、上記構成をロボット、例えば４軸の水平多関節型ロボットに適用する場合、そのロボットのティーチングにより、芯合わせを行うことができる。さらに、ボールねじ送り部５４をモータで構成した２軸テーブル５１またはロボットの場合、センサユニット２６〜２９の各出力信号を、駆動機器の制御装置に取り込み、位置決めピン４が位置決めブッシュ６に接触したら反対方向に芯をずらすなどのフィードバック制御を行い、芯合わせ（またはティーチング）を自動で行うことも可能となる。この場合、芯合わせは、センサユニット２６〜２９の検出値（以下、センサ検出値と省略する）が所定の閾値未満となるまで実施される。したがって、この場合、第１工程において検出される検出値が閾値未満となるまで、第１工程および第２工程が繰り返し実行されることとなる。

ロボットのティーチングにより芯合わせを行う場合のフィードバック制御の具体的な例としては、図８に示すような内容のものとなる。すなわち、図８に示すように、ステップＳ１０１では、ロボットの挿入動作が実行される。ステップＳ１０２では、センサ検出値がプラスの閾値以上またはマイナスの閾値以下であるか否かが判断される。

センサ検出値がプラスの閾値未満であり且つマイナスの閾値を超える値である場合、ステップＳ１０２で「ＮＯ」となり、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、ロボットの挿入目標値に到達したと判断されて処理が終了となる。一方、センサ検出値がプラスの閾値以上またはマイナスの閾値以下である場合、ステップＳ１０２で「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、下記（１）式に基づいて算出される目標値修正量が目標値に加えられる。なお、下記（１）式は、Ｘ軸に関する式となっているが、Ｙ軸およびＺ軸に関する式も同様のものとなる。
目標値修正量ａｘ＝補正係数ｋ１ｘ×検出電圧ｖｘ＋補正係数ｋ２ｘ …（１）

図９および図１０に示すように、位置決めピン４が位置決めブッシュ６に接触した場合、センサユニット２６〜２９から出力される電圧信号は、比較的大きな振幅の信号となる。一方、図１１に示すように、位置決めピン４が位置決めブッシュ６に接触しない場合、センサユニット２６〜２９から出力される電圧信号は、比較的小さな振幅の信号となる。

以上説明したように、本実施形態の芯合わせ装置２１は、上筐体２２に設けられ、位置決めピン４および位置決めブッシュ６に作用する平面方向の力または位置決めピン４または位置決めブッシュ６の平面方向の変位を検出するセンサユニット２６〜２９を備え、そのセンサユニット２６〜２９による検出の結果に基づいて、下筐体５に対する上筐体２２の平面方向における相対位置を調整する芯合わせを行うことができる。

上記構成において、下筐体５および上筐体２２の平面方向における位置が目標位置からずれている場合、位置決めピン４と位置決めブッシュ６とが接触するが、その接触をセンサユニット２６〜２９の検出結果に基づいて検出することができる。そして、センサユニット２６〜２９による検出の結果に基づいて下筐体５および上筐体２２の平面方向における相対位置が調整されることにより、下筐体５および上筐体２２の平面方向における位置を目標位置に合わせることができる。したがって、本実施形態によれば、芯合わせに係る作業の簡略化および精度の向上を実現することができる。

この場合、センサユニット２６〜２９は、熱流センサ４０を備えた構成となっており、位置決めピン４と位置決めブッシュ６がずれて接触したときの弾性部材４１の変形で生じる発熱を熱流センサ４０で検出することにより、上記接触状態を検知するようになっている。このような構成によれば、次のような効果が得られる。

すなわち、本実施形態において、例えば高分子ポリエチレンを初期状態で９０％に圧縮し、熱流センサ４０としてＰＡＬＡＰ工法による熱流センサを用いた場合、センサ部２３のケースが約１μｍ変形した場合でも弾性部材 の発熱および吸熱による約１／１０００℃の温度が生じ、センサから０．１ｍＶの電圧信号が発生する。熱は、構造体の熱伝導を通してやがて放熱するため、センサの電圧信号は０に戻る。つまり、電圧信号の波形は、接触した瞬間から生じる凸型（あるいは凹型）波形になる（図９〜図１１参照）。つまり、このセンサは、定常な状態では常に出力は０になるようになっており、これは、他のセンサよりも高感度になる理由の一つになる。

例えば、図６に示した動作において、センサユニット２６〜２９の代わりにロードセルを使った場合を考えてみる。上金型２などの質量でロードセルは下に引っ張られるため、ロードセルは初期状態から一定の出力を出すことになる。このときの出力が、例えば５Ｖと仮定する。ここで、位置決めピン４の接触が起きてロードセルに瞬間的な荷重が生じ、それが０．１ｍＶだと仮定する。この場合、測定器は、５Ｖの信号を受けるレンジが必要になるため、分解の関係で０．１ｍＶの変化は精度良く検知することは難しい。

これに対し、本実施形態で用いられる熱流センサ４０は、初期荷重がかかっても定常の出力は０であり、接触した瞬間にだけ０．１ｍＶの出力がでるため、測定器は、０．１ｍＶの信号を受けるレンジでよく、高精度に検知することができる。

また、ロードセルは荷重をひずみゲージの変形でとらえるため、衝撃に対し、ゲージが破損しやすいという課題があり、静的な荷重を計測する用途が一般的であり、本実施形態における接触のような瞬間的な動的荷重の検知に用いることは難しい。また、ロードセルは、センサ自体に電源が必要なため、電源ノイズが入り、微小なセンサ出力はＳＮ比が小さく測定が難しいという課題もある。以上の課題からロードセルによって芯合わせする方法は、精度や動作速度に制約がある。

これに対し、本実施形態のセンサユニット２６〜２９では、弾性部材４１が変形し、センサ素子である熱流センサ４０は変形しないため、衝撃荷重にも使用することができる。また、熱流センサ４０は、熱流によって自ら電圧を生じるセンサであるため電源を必要とせず、電源ノイズの影響が少ない。

なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

上記実施形態で示した芯合わせのための構成は、あくまでも一例であり、同様の芯合わせを実現することができるものであれば、その具体的な構成は適宜変更可能である。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

４…位置決めピン、５、８…下筐体、６…位置決めブッシュ、１０…組付側芯出し治具、１２…被組付け側芯出し治具、２１、３１…芯合わせ装置、２２、３２…上筐体、２６〜２９、３６〜３９…センサユニット、４０…熱流センサ。

Claims (5)

1. 位置決め用凹部（６、１２）が設けられた第１筐体（５、８）に対して位置決め用凸部（４、１０）が設けられた第２筐体（２２、３２）を移動軸に沿って移動させて前記位置決め用凸部が前記位置決め用凹部に嵌め込まれることにより、前記第１筐体および前記第２筐体の前記移動軸と直交する平面方向における位置を目標位置に合わせる芯合わせ装置（２１、３１）であって、
   前記第１筐体または前記第２筐体に設けられ、前記位置決め用凸部および前記位置決め用凹部に作用する前記平面方向の力または前記位置決め用凸部または前記位置決め用凹部の前記平面方向の変位を検出する検出部（２６〜２９、３６〜３９）を備え、
   前記検出部による検出の結果に基づいて、前記第１筐体に対する前記第２筐体の前記平面方向における相対位置を調整する芯合わせ装置。
2. 前記相対位置の調整は、前記検出部により検出される前記力または前記変位の検出値が所定の閾値未満となるまで実施される請求項１に記載の芯合わせ装置。
3. 前記検出部は、熱流を検出する熱流センサ（４０）を備えている請求項１または２に記載の芯合わせ装置。
4. 位置決め用凹部が設けられた第１筐体に対して位置決め用凸部が設けられた第２筐体を移動軸に沿って移動させて前記位置決め用凸部が前記位置決め用凹部に嵌め込まれることにより、前記第１筐体および前記第２筐体の前記移動軸と直交する平面方向における位置を目標位置に合わせる芯合わせ方法であって、
   前記位置決め用凸部および前記位置決め用凹部に作用する前記平面方向の力または前記位置決め用凸部または前記位置決め用凹部の前記平面方向の変位を検出する第１工程と、
   前記平面方向の力または前記平面方向の変位の検出結果に基づいて、前記第１筐体に対する前記第２筐体の前記平面方向における相対位置を調整する第２工程と、
   を有する芯合わせ方法。
5. 前記第１工程において検出される前記力または前記変位の検出値が所定の閾値未満となるまで、前記第１工程および前記第２工程を繰り返し実行する請求項４に記載の芯合わせ方法。

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