JP2021080043A - 反転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な種類及びサイズのワークを反転させる際の作業負担を低減した反転装置を提供する。【解決手段】反転装置は、被把持位置にワークを位置決めする位置決め装置と、水平面において第１方向に直交する第２方向にワークを挟んで対向配置され、ワークを把持する一対の把持装置と、一対の把持装置を昇降させる昇降装置と、一対の把持装置を第２方向に延びる回転軸周りに回転させる回転装置と、反転装置の動作を制御するコントローラとを備え、コントローラは、位置決め装置によりワークを被把持位置に位置決めさせ、被把持位置のワークを、ワークの中心から第２方向の一方側及び他方側にずれた位置で一対の把持装置により把持させ、ワークを把持した一対の把持装置を昇降装置により上昇させ、載置面から上昇した一対の把持装置を回転装置により回転させ、回転した一対の把持装置を昇降装置により下降させる。【選択図】図４

Description

本発明は、ワークを反転させる反転装置に関するものである。

従来より、建設機械の旋回フレーム等のワークは、生産ラインを通過する過程で複数のステージ（例えば、溶接、組み立て等）を経て生産される。例えば、特許文献１には、複数のステージそれぞれで異なる溶接作業が行われる生産ラインが開示されている。

このような生産ラインの中には、ワークの下面に対する作業をしやすくするために、ワークの天地を反転させる反転ステージを備えるものがある。反転ステージでは、ワークを把持した把持装置が回転することによって、ワークを反転させるのが一般的である。

特許第５４２１１７２号公報

このような生産ラインには、様々な種類及びサイズのワークが搬入される。そのため、反転ステージでは、ワークの種類やサイズに応じて、把持装置の位置調整やアタッチメントの着脱などが必要になる。しかしながら、従来では、位置調整やアタッチメントの着脱などを人手で行っているので、作業員の作業負担が大きいという課題がある。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、様々な種類及びサイズのワークを反転させる際の作業負担を低減した反転装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、第１方向からステージに搬入されたワークの天地を反転させる反転装置において、前記ステージ上の被把持位置に前記ワークを位置決めする位置決め装置と、水平面において前記第１方向に直交する第２方向に前記ワークを挟んで対向配置され、前記ワークを把持する一対の把持装置と、前記一対の把持装置を昇降させる昇降装置と、前記一対の把持装置を前記第２方向に延びる回転軸周りに回転させる回転装置と、前記反転装置の動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記位置決め装置により前記ワークを前記被把持位置に位置決めさせ、前記被把持位置の前記ワークを、前記ワークの中心から前記第２方向の一方側及び他方側にずれた位置で前記一対の把持装置により把持させ、前記ワークを把持した前記一対の把持装置を前記昇降装置により上昇させ、載置面から上昇した前記一対の把持装置を前記回転装置により回転させ、回転した前記一対の把持装置を前記昇降装置により下降させることを特徴とする。

本発明によれば、様々な種類及びサイズのワークを反転させる際の作業負担を低減することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態に係る生産ラインのフローチャートである。 トラックフレームの上方斜視図である。 トラックフレームの下方斜視図である。 反転装置の全体構成を示す斜視図である。 反転装置のハードウェア構成図である。 把持装置の斜視図である。 把持装置の側面図である。 位置決めシリンダを伸長させた状態の位置決めユニットの斜視図である。 反転処理のフローチャートである。 Ｘ方向及びθ方向の位置合わせをする反転装置の模式図である。 把持装置でトラックフレームを把持した反転装置の模式図である。 Ｘ方向及びθ方向の位置合わせをする前のトラックフレーム及び位置決めユニットの平面図である。 Ｘ方向及びθ方向の位置合わせをした後のトラックフレーム及び位置決めユニットの平面図である。 トラックフレームを把持した把持装置を上昇させた反転装置の模式図である。 トラックフレームを把持した把持装置を回転させる反転装置の模式図である。 トラックフレームを正姿勢にした後の反転装置の模式図である。

本発明に係る生産ラインについて、図面を用いて説明する。本実施形態に係る生産ラインでは、建設機械（例えば、油圧ショベル、クレーン車）の下部走行体となるトラックフレーム１（図２及び図３参照）を生産する。但し、ワークの具体例はトラックフレーム１に限定されず、上部旋回体の旋回フレーム等であってもよい。

図１は、本実施形態に係る生産ラインにおける生産手順を示すフローチャートである。図２は、トラックフレーム１の上方斜視図である。図３は、トラックフレーム１の下方斜視図である。なお、本明細書中の前後左右は、特に断らない限り、建設機械に搭乗して操作するオペレータの視点を基準としている。

本実施形態に係る生産ラインは、複数のステージを有し、各ステージでトラックフレーム１への部品の組付け、トラックフレーム１の姿勢変化（反転）等が実行される。この生産ラインでは、形状や大きさ（例えば、サイドフレーム３の長さ）が異なる複数種類のトラックフレーム１を生産することができる。

図２及び図３に示すように、トラックフレーム１は、概ねＨ形状の外形を呈する。トラックフレーム１は、センタフレーム２と、センタフレーム２の左右に配置される一対のサイドフレーム３と、センタフレーム２及びサイドフレーム３に取り付けられる各種部品４〜９とで構成される。

センタフレーム２は、円筒形状の丸胴２ａと、上下方向から丸胴２ａを挟む上面板２ｂ及び下面板２ｃと、上面板２ｂ及び下面板２ｃとを接続する複数の側面板２ｄとで構成される中空（ボックス形状）のフレームである。さらに、センタフレーム２の中心より前方にずれたには、上面板２ｂを上下方向に貫通する貫通孔２ｅが形成されている。

丸胴２ａは、旋回輪４を支持すると共に、内部にセンタジョイント５を収容する。上面板２ｂ及び下面板２ｃは、上面視でＸ字形状の外形を呈する板状の部材である。上面板２ｂ、下面板２ｃ、及び側面板２ｄで画定される内部空間は、一対のサイドフレーム３それぞれの前方側及び後方側に接続されている。そして、サイドフレーム３の後方側に接続される内部空間には、走行モータ６に対して作動油を給排する走行ホース６ａが配策されている。

一対のサイドフレーム３は、センタフレーム２の左右において、前後方向に延設されている。一対のサイドフレーム３それぞれは、後端で走行モータ６を支持し、前端でアイドラ７を回転自在に支持し、上面の前後方向の中央部で上ローラ８ａを支持し、下面で前後方向に配列された複数の下ローラ８ｂを支持し、外側面でステップ９を支持している。

一対のサイドフレーム３それぞれは、後端に立設された後側壁３ａと、後端に立設された前側壁３ｂとを有する。すなわち、後側壁３ａは、センタフレーム２の中心より後方にずれた位置に配置されている。また、前側壁３ｂは、センタフレーム２の中心より前方にずれた位置に配置されている。

後側壁３ａは、その外面において走行モータ６を支持している。前側壁３ｂは、アイドラ７の支軸７ａを支持している。一方、後側壁３ａ及び前側壁３ｂの内面は、概ね上下方向及び前後方向に広がる平坦面である。そして、一対のサイドフレーム３それぞれの後側壁３ａの内面は、左右方向に対向する一対の対向面である。また、一対のサイドフレーム３それぞれの前側壁３ｂの内面は、左右方向に対向する一対の対向面である。

そして、本実施形態に係る生産ラインには、各種部品４〜９が取り付けられる前のトラックフレーム１が搬入される（Ｓ１１）。図４に示すように、トラックフレーム１は、パレット１１に載置されて生産ラインに搬入される。生産ラインに搬入されるときのトラックフレーム１の姿勢は、「正姿勢」である。

正姿勢は、トラックフレーム１が使用されるときの姿勢（図２参照）であって、上面板２ｂが下面板２ｃより上方に位置する。一方、正姿勢から１８０°回転したトラックフレーム１の姿勢は、「逆姿勢」である。逆姿勢は、正姿勢から反転した姿勢（図３参照）であって、上面板２ｂが下面板２ｃより下方に位置する。

第１ステージでは、旋回輪４及び上ローラ８ａが正姿勢のトラックフレーム１に取り付けられる（Ｓ１２）。部品の取り付けは、ロボットアーム及び手作業の一方或いは両方で行われる。後述するステップＳ１４、Ｓ１６でも同様である。そして、部品が取り付けられたトラックフレーム１は、第１ステージから第２ステージに搬送される。

第２ステージでは、旋回輪４に受け台１２（図４参照）が取り付けられ、トラックフレーム１が正姿勢から逆姿勢に反転される（Ｓ１３）。すなわち、ステップＳ１３の終了後には、逆姿勢のトラックフレーム１が受け台１２を介してパレット１１上に載置される。ステップＳ１３の工程は、後述するステップＳ１５と同様の手順で実現できる。そして、逆姿勢のトラックフレーム１は、第２ステージから第３ステージに搬送される。

第３ステージでは、センタジョイント５、走行モータ６、走行ホース６ａ、及び下ローラ８ｂが逆姿勢のトラックフレーム１に取り付けられる（Ｓ１４）。そして、部品が取り付けられたトラックフレーム１は、第３ステージから第４ステージに搬送される。

第４ステージでは、トラックフレーム１が逆姿勢から正姿勢に反転される（Ｓ１５）。より詳細には、トラックフレーム１は、第４ステージ上の被把持位置に位置決めされ、パレット１１から上方に持ち上げられ、前後方向に延びる回転軸周りに１８０°回転され、再びパレット１１に載置される。ステップＳ１５の工程の詳細は、後述する。そして、正姿勢のトラックフレーム１は、受け台１２が取り外されて、第４ステージから第５ステージに搬送される。

第５ステージでは、アイドラ７及びステップ９がトラックフレーム１に取り付けられると共に、走行モータ６、アイドラ７、上ローラ８ａ、及び下ローラ８ｂにグリスが塗布される（Ｓ１６）。そして、ステップＳ１６の工程が終了したトラックフレーム１は、生産ラインから搬出される（Ｓ１７）。なお、生産ライン上のトラックフレーム１は、コンベア等に載置されて搬送される。

第４ステージでは、反転装置１０を用いてトラックフレーム１を反転させる。図４は、反転装置１０の全体構成を示す斜視図である。図５は、反転装置１０のハードウェア構成図である。反転装置１０は、一対のベースフレーム１３ａ、１３ｂと、レール１４と、一対のアームユニット１５ａ、１５ｂと、一対の把持装置２０ａ、２０ｂと、一対の位置決めユニット３０ａ、３０ｂと、光学センサ４０（図５参照）と、コントローラ５０（図５参照）とを主に備える。

なお、本明細書では、水平方向のうち、反転装置１０に対するトラックフレーム１の搬出入方向を「Ｘ方向（第１方向）」とし、Ｘ方向に直交する方向を「Ｙ方向（第２方向）」と定義し、Ｘ方向及びＹ方向に直交する鉛直方向を「Ｚ方向（第３方向）」と定義する。そして、パレット１１の上面（載置面）は、Ｘ方向及びＹ方向に広がる水平面である。第１〜第３方向の組み合わせは、相対的なものであって、前述の例に限定されない。

ベースフレーム１３ａ、１３ｂは、Ｙ方向に対向して配置されている。ベースフレーム１３ａ、１３ｂのＹ方向の間隔は、パレット１１の長手方向の全長より長く設定されている。すなわち、図４に示すように、長手方向をＹ方向に沿わせたパレット１１をＸ方向に搬送すると、ベースフレーム１３ａ、１３ｂの間に収まる。

レール１４は、ベースフレーム１３ａ、１３ｂ上に掛け渡されている。すなわち、レール１４は、Ｙ方向に延設されている。より詳細には、レール１４は、その両端がベースフレーム１３ａ、１３ｂの上端で且つＸ方向の中央に支持されている。

アームユニット１５ａ、１５ｂは、Ｙ方向にスライド可能な状態でレール１４に支持されている。すなわち、アームユニット１５ａ、１５ｂは、Ｙ方向に対向して配置されている。そして、アームユニット１５ａ、１５ｂそれぞれは、レール１４上をＹ方向に走行する台車１６ａ、１６ｂと、台車１６ａ、１６ｂから下方に延設された第１アーム１７ａ、１７ｂと、第１アーム１７ａ、１７ｂに昇降可能に支持された第２アーム１８ａ、１８ｂとを主に備える。

台車１６ａ、１６ｂは、スライドモータ５４ａ、５４ｂの駆動力が伝達されて、互いに独立してレール１４上を走行する。第２アーム１８ａ、１８ｂは、昇降モータ５５ａ、５５ｂの駆動力が伝達されて、互いに独立して第１アーム１７ａ、１７ｂに対して昇降する。また、第２アーム１８ａ、１８ｂは、把持装置２０ａ、２０ｂを回転させる回転モータ５６ａ、５６ｂをさらに備える。スライドモータ５４ａ、５４ｂ、昇降モータ５５ａ、５５ｂ、及び回転モータ５６ａ、５６ｂは、例えば、電力の供給を受けて回転する電動モータである。

各モータには、回転量に応じた数にパルス信号をコントローラ５０に出力するロータリーエンコーダが取り付けられている。ロータリーエンコーダ５７ａ、５７ｂは、スライドモータ５４ａ、５４ｂの回転量に対応する数のパルス信号をコントローラ５０に出力する。ロータリーエンコーダ５８ａ、５８ｂは、昇降モータ５５ａ、５５ｂの回転量に対応する数のパルス信号をコントローラ５０に出力する。ロータリーエンコーダ５９ａ、５９ｂは、回転モータ５６ａ、５６ｂの回転量に対応する数のパルス信号をコントローラ５０に出力する。

アームユニット１５ａ、１５ｂは、Ｙ方向に離間した退避位置（図４、図１６）、位置決め位置（図１０）、及び把持位置（図１１、図１４、図１５）の間で、把持装置２０ａ、２０ｂをＹ方向にスライドさせる。把持装置２０ａ、２０ｂをＹ方向にスライドさせるアームユニット１５ａ、１５ｂは、スライド装置の一例である。

退避位置は、Ｙ方向におけるトラックフレーム１より外側の位置である。位置決め位置は、退避位置よりトラックフレーム１に近い位置であって、後述するＸ方向及びθ方向の位置決めをするときの位置である。把持位置は、位置決め位置よりトラックフレーム１に近い位置であって、把持装置２０ａ、２０ｂにトラックフレーム１を把持させるときの位置である。

また、アームユニット１５ａ、１５ｂは、Ｚ方向に離間した上昇位置（図４、図１４〜図１６）及び下降位置（図１０、図１１）の間で、把持装置２０ａ、２０ｂをＺ方向に昇降させる。把持装置２０ａ、２０ｂをＺ方向に昇降させるアームユニット１５ａ、１５ｂは、昇降装置の一例である。上昇位置は、トラックフレーム１より上方の位置である。下降位置は、上昇位置より下方の位置であって、パレット１１上に載置されたトラックフレーム１と同じ高さ位置である。

さらに、アームユニット１５ａ、１５ｂは、Ｙ方向に延びる回転軸線回りに把持装置２０ａ、２０ｂを回転させる。すなわち、アームユニット１５ａ、１５ｂは、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを回転させることによって、トラックフレーム１を正姿勢及び逆姿勢の一方から他方に姿勢変化させる。Ｙ方向に延びる回転軸線回りに把持装置２０ａ、２０ｂを回転させるアームユニット１５ａ、１５ｂは、回転装置の一例である。

把持装置２０ａ、２０ｂは、第２アーム１８ａ、１８ｂの先端に支持されて、Ｙ方向に対向して配置されている。把持装置２０ａ、２０ｂは、第４ステージに搬入されたトラックフレーム１を把持する。より詳細には、把持装置２０ａは、トラックフレーム１の中心よりＹ方向の一方側にずれた位置を把持する。把持装置２０ｂは、トラックフレーム１の中心よりＹ方向の他方側にずれた位置を把持する。

図６は、把持装置２０ａの斜視図である。図７は、把持装置２０ａの側面図である。なお、把持装置２０ｂの構成は把持装置２０ａと概ね共通するので、把持装置２０ａについて詳細に説明する。図６及び図７に示すように、把持装置２０ａは、第１爪２１ａと、第２爪２２ａと、スライド板２３ａと、レール２４ａと、把持シリンダ２５ａとを主に備える。

第１爪２１ａは、把持装置２０ａの上端に固定されている。第２爪２２ａは、Ｚ方向において第１爪２１ａと対向する位置で、スライド板２３ａに支持されている。スライド板２３ａは、Ｚ方向に延びるレール２４ａに沿ってスライド可能に構成されている。すなわち、第２爪２２ａは、スライド板２３ａと共に第１爪２１ａに切離する。

把持シリンダ２５ａは、シリンダチューブ２６ａと、シリンダチューブ２６ａ内を軸方向に移動するピストン２７ａと、一端がピストン２７ａに接続され、他端がシリンダチューブ２６ａから上方に突出したロッド２８ａとを備える。また、ロッド２８ａの先端には、スライド板２３ａとロッド２８ａとを連結するクレビス２９ａが取り付けられている。

油圧ポンプ（図示省略）からシリンダチューブ２６ａのボトム室に作動油が供給され、ロッド室の作動油が作動油タンク（図示省略）に排出されると、ピストン２７ａの上昇に伴ってロッド２８ａがシリンダチューブ２６ａから突出する。これにより、クレビス２９ａを介してロッド２８ａの先端に接続されたスライド板２３ａがレール２４ａに沿って上昇する。その結果、第２爪２２ａが第１爪２１ａに近接する。

一方、シリンダチューブ２６ａのロッド室に作動油が供給され、ボトム室の作動油が排出されると、ピストン２７ａの下降に伴ってロッド２８ａがシリンダチューブ２６ａ内に没入する。これにより、クレビス２９ａを介してロッド２８ａの先端に接続されたスライド板２３ａがレール２４ａに沿って下降する。その結果、第２爪２２ａが第１爪２１ａから離間する。

位置決めユニット３０ａ、３０ｂは、第４ステージに搬入されたトラックフレーム１を予め定められた被把持位置に位置決めする位置決め装置の１つである。より詳細には、位置決めユニット３０ａ、３０ｂは、Ｘ方向において、トラックフレーム１の現実位置と被把持位置とのずれを補正（Ｘ方向の位置決め）する。また、位置決めユニット３０ａ、３０ｂは、載置面上において、トラックフレーム１の現実位置と被把持位置との間の角度θを補正（θ方向の位置決め）する。

位置決めユニット３０ａ、３０ｂは、把持装置２０ａ、２０ｂに取り付けられている。図８は、位置決めシリンダ３１ａ、３２ａを伸長させた状態の位置決めユニット３０ａの斜視図である。位置決めユニット３０ａ、３０ｂの構成は共通するので、以下、位置決めユニット３０ａについて詳細に説明する。図６及び図８に示すように、位置決めユニット３０ａは、一対の位置決めシリンダ３１ａ、３２ａと、一対のラック３３ａ、３４ａと、ピニオン３５ａとを備える。

位置決めシリンダ３１ａ、３２ａは、作動油の給排によってＸ方向の反対向きに伸縮する油圧シリンダであって、例えば、多段伸縮式のテレスコ（登録商標）シリンダを採用することができる。また、位置決めシリンダ３１ａ、３２ａのロッドには、ラック３３ａ、３４ａの端部が接続されている。そして、一対のラック３３ａ、３４ａは、共通のピニオン３５ａに噛合されている。

位置決めシリンダ３１ａ、３２ａのボトム室に作動油が供給されると、ロッドの伸長に伴ってラック３３ａ、３４ａが移動する。このとき、位置決めシリンダ３１ａへの作動油の供給量が位置決めシリンダ３２ａより多い場合、ラック３３ａ、３４ａ及びピニオン３５ａは、位置決めシリンダ３１ａのロッドの伸長を阻害し、位置決めシリンダ３２ａのロッドの伸長を促進する。すなわち、ラック３３ａ、３４ａ及びピニオン３５ａは、位置決めシリンダ３１ａ、３２ａを連動して伸長させる連動機構の一例である。

さらに、位置決めユニット３０ａは、Ｙ方向にスライド可能な状態で、把持装置２０ａに支持されている。より詳細には、位置決めユニット３０ａは、把持装置２０ａ上をＹ方向に延びるレール３６ａに沿って、Ｙ方向にスライド可能に構成されている。位置決めユニット３０ａは、例えば、スライドシリンダ３７ａが作動油の給排を受けて伸縮するのに伴って、Ｙ方向にスライドする。位置決めユニット３０ｂについても同様である。

把持装置２０ａは、光学センサ４０を搭載している。一方、把持装置２０ｂには、光学センサ４０が搭載されていてもよいし、搭載されていなくてもよい。光学センサ４０は、第４ステージに搬入されたトラックフレーム１を検知して、検知結果を示す検知信号をコントローラ５０に出力する。図６及び図７に示すように、光学センサ４０は、発光部４１と、受光部４２とで構成されている。

また、スライドシリンダ３７ａには、リニアエンコーダ６０が内蔵されている。リニアエンコーダ６０は、スライドシリンダ３７ａの直線的な変位量に対応する数のパルス信号をコントローラ５０に出力する。これにより、高精度にシリンダロッドの変位を検出することが可能である。そして後述するように、検出した変位量を用いてワークの把持状態を把握することができる。

発光部４１は、Ｚ方向に光（例えば、レーザ光）を照射するＬＥＤである。受光部４２は、発光部４１から照射される光の光路上に配置され、受光した光を電気信号（検知信号）に変換して、コントローラ５０に出力するフォトダイオードである。すなわち、光学センサ４０は、発光部４１から照射された光が受光部４２で受光された場合に検知信号を出力し、発光部４１から照射された光が受光部４２で受光されない場合に検知信号を出力しない。

発光部４１は、第１爪２１ａと第２爪２２ａとの間に配置されている。一方、受光部４２は、第２爪２２ａ内に収容されている。そして、発光部４１から照射される光の光路上で且つ第２爪２２ａの上面には、位置決め突起４３が設けられている。位置決め突起４３は、第２爪２２ａの上面から第１爪２１ａに向けてＺ方向に突出している。また、位置決め突起４３の中央には、Ｚ方向に延びる貫通孔が形成されている。これにより、発光部４１から照射された光は、位置決め突起４３の貫通孔を通過して受光部４２に至る。

光学センサ４０は、第４ステージに搬入されたトラックフレーム１を予め定められた被把持位置に位置決めする位置決め装置の１つである。より詳細には、光学センサ４０は、Ｙ方向において、トラックフレーム１の現実位置と被把持位置とのずれを補正（Ｙ方向の位置決め）するのに用いられる。

コントローラ５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５３を備える。コントローラ５０は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムコードをＣＰＵ５１が読み出して実行することによって、後述する処理を実現する。ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５１がプログラムを実行する際のワークエリアとして用いられる。

但し、コントローラ５０の具体的な構成はこれに限定されず、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウェアによって実現されてもよい。

コントローラ５０は、反転装置１０の動作を制御する。または、コントローラ５０は、生産システム全体の動作を制御するものであってもよい。より詳細には、コントローラ５０は、光学センサ４０から出力される検知信号、及びロータリーエンコーダ５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂ、５９ａ、５９ｂ、リニアエンコーダ６０から出力されるパルス信号に基づいて、スライドモータ５４ａ、５４ｂ、昇降モータ５５ａ、５５ｂ、把持シリンダ２５ａ、２５ｂ、位置決めシリンダ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、スライドシリンダ３７ａを駆動する。

図４及び図９〜図１６を参照して、反転装置１０の動作を説明する。図９は、反転処理のフローチャートである。図１０は、Ｘ方向及びθ方向の位置合わせをする反転装置１０の模式図である。図１１は、把持装置２０ａ、２０ｂでトラックフレーム１を把持した反転装置１０の模式図である。図１２は、Ｘ方向及びθ方向の位置合わせをする前のトラックフレーム１及び位置決めユニット３０ａ、３０ｂの平面図である。図１３は、Ｘ方向及びθ方向の位置合わせをした後のトラックフレーム１及び位置決めユニット３０ａ、３０ｂの平面図である。図１４は、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを上昇させた反転装置１０の模式図である。図１５は、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを回転させる反転装置１０の模式図である。図１６は、トラックフレーム１を正姿勢にした後の反転装置１０の模式図である。

まず、図４に示すように、トラックフレーム１が第４ステージに搬入される（Ｓ２１）。第４ステージに搬入されるトラックフレーム１は、逆姿勢で、受け台１２を介してパレット１１に載置されている。さらに、第４ステージに搬入されるトラックフレーム１は、前後方向をＹ方向に向けた状態で、Ｘ方向に搬入される。このとき、把持装置２０ａ、２０ｂは、退避位置で且つ上昇位置に配置されている。

理想的には、トラックフレーム１は、予め定められた被把持位置に配置される。被把持位置は、例えば、第４ステージの中心とトラックフレーム１の中心とが一致し、トラックフレーム１の前後方向がＹ方向に一致し、トラックフレーム１の左右方向がＸ方向に一致する位置である。しかしながら、実際には、図１２に示すように、第４ステージに搬入されたトラックフレーム１は、被把持位置からずれた位置に配置される場合がある。

本実施形態では、図１２に示すように、トラックフレーム１の中心Ｏ’は、被把持位置の中心ＯからＸ方向にΔｘだけずれ、且つ載置面上で角度θだけ回転しているものとする。そこで、コントローラ５０は、搬入されたトラックフレーム１をＸ方向及びθ方向に位置決めする（Ｓ２２）。

より詳細には、コントローラ５０は、把持装置２０ａ、２０ｂを、昇降モータ５５ａ、５５ｂを駆動して上昇位置から下降位置に移動させ、スライドモータ５４ａ、５４ｂを駆動して退避位置から位置決め位置に移動させる。次に、コントローラ５０は、スライドシリンダ３７ａを駆動して、位置決めシリンダ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを、後側壁３ａ及び前側壁３ｂの対向面に対面させる。

この時、スライドシリンダ３７ａに内蔵されたリニアエンコーダ６０の検出値からスライドシリンダ３７ａの変位量を求め、変位量が所定の範囲であるか否かによってワークが正確に把持されたか、またワークがどの建設機械向けであるかを把握することもできる。

そして、図１０に示すように、コントローラ５０は、位置決めシリンダ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを伸長させて、後側壁３ａ及び前側壁３ｂの対向面を押圧させる。その結果、図１３に示すように、トラックフレーム１は、現実位置から被把持位置にＸ方向にΔｘだけ移動すると共に、載置面上において角度θだけ回転する。

次に、コントローラ５０は、トラックフレーム１をＹ方向に位置決めする（Ｓ２３）。なお、Ｘ方向及びθ方向に位置決めされたトラックフレーム１の貫通孔２ｅは、Ｙ方向における光学センサ４０の移動経路上に位置する。また、把持装置２０ａが位置決め位置に配置されているとき、発光部４１から照射される光は、受光部４２で受光される。すなわち、光学センサ４０は、コントローラ５０に検知信号を出力している。

より詳細には、コントローラ５０は、スライドモータ５４ａ、５４ｂを駆動して、把持装置２０ａ、２０ｂを位置決め位置から把持位置に移動させる。ここで、第１爪２１ａ、２１ｂは下面板２ｃより上方に位置し、発光部４１は上面板２ｂ及び下面板２ｃの間に位置し、第２爪２２ａ、２２ｂ及び受光部４２は上面板２ｂより下方に位置する。

そのため、把持装置２０ａが位置決め位置から把持位置に移動する過程で、発光部４１及び受光部４２の間の光路は、上面板２ｂによって一旦遮断される。そして、把持装置２０ａがさらに把持位置に近づいて、発光部４１及び受光部４２の間の光路に貫通孔２ｅが対面すると、発光部４１から照射された光が受光部４２で再び受光される。すなわち、光学センサ４０は、把持装置２０ａが位置決め位置から把持位置に移動する過程で、検知信号の出力を一旦停止し、貫通孔２ｅが光路に対面したタイミングで再開する。

コントローラ５０は、例えば、位置決め位置の把持装置２０ａの移動を開始してから検知信号の出力が再開されるまで、ロータリーエンコーダ５７ａから出力されるパルス信号の数をカウントする。また、コントローラ５０は、光学センサ４０からの検知信号の出力が再開されたタイミングで、スライドモータ５４ａ、５４ｂを停止する。検知信号の出力が再開されるタイミングは、光学センサ４０によってトラックフレーム１が現実に検知されたタイミングの一例である。

次に、コントローラ５０は、図１１に示すように、把持シリンダ２５ａを伸長させて、トラックフレーム１の中心からＹ方向の一方側にずれた位置を、第１爪２１ａ及び第２爪２２ａに挟持させる。同様に、コントローラ５０は、把持シリンダ２５ｂを伸長させて、トラックフレーム１の中心からＹ方向の他方側にずれた位置を、第１爪２１ｂ及び第２爪２２ｂに挟持させる。

これにより、第１爪２１ａ及び第２爪２２がトラックフレーム１を挟持すると、位置決め突起４３が貫通孔２ｅに進入する。また、コントローラ５０は、位置決めシリンダ３１ｂ、３２ｂを伸長させて、後側壁３ａの対向面を押圧させる。一方、ここでは、位置決めシリンダ３１ａ、３２ａを伸長させてもよいし、伸長させなくてもよい。

次に、コントローラ５０は、カウントしたパルス信号の数と、ＲＯＭ５２に予め記憶された基準値との差分を演算する。基準値は、トラックフレーム１が被把持位置に配置されているときに、位置決め位置の把持装置２０ａの移動を開始してから検知信号の出力が再開されるまでにロータリーエンコーダ５７ａから出力されるパルス信号の数であって、予め定められたタイミングの一例である。カウントしたパル信号の数と基準値との差分は、トラックフレーム１の現実位置と被把持位置とのＹ方向のずれ量に相当する。

次に、コントローラ５０は、図１４に示すように、昇降モータ５５ａ、５５ｂを駆動して、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを上昇位置に移動させる。そして、コントローラ５０は、スライドモータ５４ａ、５４ｂを駆動して、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを、演算したＹ方向のずれ量を相殺する向きにスライドさせる。これにより、トラックフレーム１が被把持位置に位置決めされる。

次に、コントローラ５０は、図１５に示すように、回転モータ５６ａ、５６ｂを駆動して、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを１８０°反転させる（Ｓ２４）。次に、コントローラ５０は、昇降モータ５５ａ、５５ｂを駆動して、トラックフレーム１を把持した把持装置２０ａ、２０ｂを下降位置に移動させる。これにより、正姿勢のトラックフレーム１がパレット１１に載置される。

次に、コントローラ５０は、図１６に示すように、把持シリンダ２５ａ、２５ｂを駆動して把持装置２０ａ、２０ｂによるトラックフレーム１の把持を解除し、スライドモータ５４ａ、５４ｂを駆動して把持装置２０ａ、２０ｂを退避位置に移動させ、昇降モータ５５ａ、５５ｂを駆動して把持装置２０ａ、２０ｂを上昇位置に移動させる。そして、コントローラ５０は、コンベア（図示省略）を駆動して、正姿勢のトラックフレーム１が載置されたパレット１１を、第４ステージからＸ方向に搬出する（Ｓ２５）。

上記の実施形態によれば、例えば以下の作用効果を奏する。

上記の実施形態によれば、トラックフレーム１を被把持位置に位置決めしてから反転させるので、様々な種類及びサイズのトラックフレーム１を反転させる際に、作業員による位置調整やアタッチメントの着脱などを省略することができる。すなわち、反転処理における作業員の作業負担が低減される。

また、上記の実施形態によれば、一対の位置決めシリンダ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂで対向面を押圧することによって、Ｘ方向及びθ方向の位置決めを同時に行うことができる。また、位置決めシリンダ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂにテレスコシリンダを採用することによって、全長の短いシリンダで必要なストロークを確保することができる。但し、テレスコシリンダ以外の油圧シリンダを採用してもよい。

また、油圧シリンダである一対の位置決めシリンダ３１ａ、３２ａは、作動油の供給量を調整するだけで伸長量を高精度に連動させるのは難しい。そこで上記構成のように、連動機構によって伸長量を連動させることにより、Ｘ方向及びθ方向の位置決め精度が向上する。なお、連動機構の具体例は、一対のラック３３ａ、３４ａ及びピニオン３５ａの組み合わせに限定されない。他の例として、連動機構は、リンク機構、ねじ機構、円錐機構などの周知の機構を採用することができる。

また、上記の実施形態によれば、光学センサ４０による現実の検知タイミングと、予め定められたタイミングとのずれに相当する距離だけ、トラックフレーム１をＹ方向に移動させる。これにより、パレット１１上の被把持位置に配置されたトラックフレーム１を、第４ステージから搬出することができる。

また、上記の実施形態では、検知信号の出力が一旦停止して再開されたタイミングを、トラックフレーム１の現実の検知タイミングとした。しかしながら、トラックフレーム１の検知タイミングの具体例はこれに限定されない。他の例として、検知信号の出力が停止したタイミングを現実の検知タイミングとしてもよい。

また、上記の実施形態によれば、位置決め突起４３を貫通孔２ｅに進入させると共に、位置決めシリンダ３１ｂ、３２ｂに後側壁３ａの対向面を押圧させることによって、トラックフレーム１を反転させる際の位置ずれを防止することができる。但し、位置決め突起４３を省略して、位置決めシリンダ３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂに、後側壁３ａ及び前側壁３ｂの対向面を押圧させてもよい。

また、上記の実施形態によれば、第２爪２２ａ、２２ｂを第１爪２１ａ、２１ｂに近接させる把持シリンダ２５ａ、２５ｂに押しシリンダを採用した。押しシリンダは、ピストン２７ａのボトム側の受圧面積がロッド側より大きい。そのため、引きシリンダを採用する場合と比較して、同一の油圧で高い把持力が得られ、小さい油圧で同一の把持力が得られる。但し、把持シリンダ２５ａ、２５ｂは、押しシリンダに限定されず、引きシリンダであってもよい。

なお、第４ステージでは、各部品４〜９が取り付けられて重量が重くなったトラックフレーム１を反転させる。把持装置２０ａ、２０ｂで強固に把持するためには、トラックフレーム１の被把持位置への位置決めを高精度に行う必要がある。そこで、上記実施形態のように、第４ステージに反転装置１０を採用することにより、トラックフレーム１を逆姿勢から正姿勢に適切に反転させることができる。但し、反転装置１０を採用するのは、第４ステージに限定されず、トラックフレーム１を正姿勢から逆姿勢に反転させる第２ステージであってもよい。

上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１ トラックフレーム
２ センタフレーム
２ａ 丸胴
２ｂ 上面板
２ｃ 下面板
２ｄ 側面板
２ｅ 貫通孔
３ サイドフレーム
３ａ 後側壁
３ｂ 前側壁
４ 旋回輪
５ センタジョイント
６ 走行モータ
６ａ 走行ホース
７ アイドラ
７ａ 支軸
８ａ 上ローラ
８ｂ 下ローラ
９ ステップ
１０ 反転装置
１１ パレット
１２ 受け台
１３ａ，１３ｂ ベースフレーム
１４ レール
１５ａ，１５ｂ アームユニット
１６ａ，１６ｂ 台車
１７ａ，１７ｂ 第１アーム
１８ａ，１８ｂ 第２アーム
２０ａ，２０ｂ 把持装置
２１ａ，２１ｂ 第１爪
２２ａ，２２ｂ 第２爪
２３ａ，２３ｂ スライド板
２４ａ，２４ｂ レール
２５ａ，２５ｂ 把持シリンダ
２６ａ シリンダチューブ
２７ａ ピストン
２８ａ ロッド
２９ａ クレビス
３０ａ，３０ｂ 位置決めユニット
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ 位置決めシリンダ
３３ａ，３４ａ ラック
３５ａ ピニオン
３７ａ スライドシリンダ
４０ 光学センサ
４１ 発光部
４２ 受光部
４３ 位置決め突起
５０ コントローラ
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ａ，５４ｂ スライドモータ
５５ａ，５５ｂ 昇降モータ
５６ａ，５６ｂ 回転モータ
５７ａ，５７ｂ，５８ａ、５８ｂ，５９ａ、５９ｂ ロータリーエンコーダ
６０ リニアエンコーダ

Claims (8)

1. 第１方向からステージに搬入されたワークの天地を反転させる反転装置において、
   前記ステージ上の被把持位置に前記ワークを位置決めする位置決め装置と、
   水平面において前記第１方向に直交する第２方向に前記ワークを挟んで対向配置され、前記ワークを把持する一対の把持装置と、
   前記一対の把持装置を昇降させる昇降装置と、
   前記一対の把持装置を前記第２方向に延びる回転軸周りに回転させる回転装置と、
   前記反転装置の動作を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記位置決め装置により前記ワークを前記被把持位置に位置決めさせ、
   前記被把持位置の前記ワークを、前記ワークの中心から前記第２方向の一方側及び他方側にずれた位置で前記一対の把持装置により把持させ、
   前記ワークを把持した前記一対の把持装置を前記昇降装置により上昇させ、
   載置面から上昇した前記一対の把持装置を前記回転装置により回転させ、
   回転した前記一対の把持装置を前記昇降装置により下降させることを特徴とする反転装置。
2. 請求項１に記載の反転装置において、
   前記位置決め装置は、前記第１方向の反対向きに伸縮する一対のシリンダを備え、
   前記コントローラは、前記ワークの中心から前記第２方向にずれた位置で前記一対のシリンダを連動して伸長させて、前記第１方向に対向する前記ワークの一対の対向面を押圧させることによって、前記第１方向における前記ワークの位置ずれ及び前記第１方向及び前記第２方向を含む載置面上における前記ワークの角度を補正することを特徴とする反転装置。
3. 請求項２に記載の反転装置において、
   前記一対のシリンダは、作動油の給排によって伸縮する油圧シリンダであり、
   前記位置決め装置は、前記一対のシリンダを連動して伸長させる連動機構を備えることを特徴とする反転装置。
4. 請求項２に記載の反転装置において、
   前記第２方向における前記ワークより外側の退避位置、前記退避位置より前記ワークに近い位置決め位置、及び前記位置決め位置より前記ワークに近く且つ前記被把持位置の前記ワークを把持可能な把持位置の間で、前記一対の把持装置それぞれを前記第２方向にスライドさせるスライド装置を備え、
   前記一対のシリンダは、前記把持装置に対して前記第２方向にスライド可能な状態で、前記把持装置に支持され、
   前記コントローラは、前記把持装置が前記位置決め位置に位置しているときに、前記一対のシリンダを、前記対向面に対向する位置まで前記把持装置に対してスライドさせたうえで、前記第１方向の反対向きに伸長させることを特徴とする反転装置。
5. 請求項１に記載の反転装置において、
   前記第２方向における前記ワークより外側の退避位置、前記退避位置より前記ワークに近い位置決め位置、及び前記位置決め位置より前記ワークに近く且つ前記被把持位置の前記ワークを把持可能な把持位置の間で、前記一対の把持装置それぞれを前記第２方向にスライドさせるスライド装置を備え、
   前記位置決め装置は、前記把持装置に支持され、前記ワークを検知するセンサを備え、
   前記コントローラは、
   前記把持装置が前記位置決め位置から前記把持位置に移動する過程で、前記センサに前記ワークを検知させ、
   前記センサによって前記ワークが現実に検知されたタイミングと、予め定められたタイミングとのずれに相当する距離だけ、前記ワークを把持した前記一対の把持装置を前記第２方向にスライドさせることによって、前記第２方向における前記ワークの位置ずれを補正することを特徴とする反転装置。
6. 請求項５に記載の反転装置において、
   前記センサは、
   前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に光を照射する発光部と、
   前記発光部から照射される光を受光する受光部とを備え、
   前記コントローラは、前記ワークによって前記光路が一旦遮断され、前記ワークを前記第３方向に貫通する貫通孔が前記光路に対面して前記受光部で再び光を受光したタイミングを、前記ワークが現実に検知されたタイミングとすることを特徴とする反転装置。
7. 請求項６に記載の反転装置において、
   前記一対の把持装置のうち、
   一方側の前記把持装置は、
   前記センサと、
   前記光路上で前記第３方向に突出し、前記発光部から照射された光を通過させる位置決め突起を有し、
   他方側の前記把持装置は、前記第１方向の反対向きに伸縮する一対のシリンダを有し、
   前記コントローラは、
   前記位置決め突起を前記貫通孔に進入させた状態で、前記一方側の把持装置により前記ワークを把持させ、
   前記他方側の把持装置により前記ワークを把持させた状態で前記一対のシリンダを伸長させて、前記第１方向において対向する前記ワークの一対の対向面を押圧させた状態で、
   前記回転装置により前記一対の把持装置を回転させることを特徴とする反転装置。
8. 請求項１に記載の反転装置において、
   前記一対の把持装置それぞれは、
   第１爪と、
   前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向において、前記第１爪と対向する第２爪と、
   前記第２爪を前記第１爪に切離させる油圧シリンダとを備え、
   前記油圧シリンダは、シリンダチューブのボトム側に作動油が供給されてロッドが突出したときに、前記第２爪を前記第１爪に近接させることを特徴とする反転装置。

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