JP3742297B2 - イコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は産業用ロボットのアームに搭載されるポータブル型リベットかしめ機に係り、より詳しくはワークに対する正確な位置決めが可能であってかしめ締結を確実に行うことができるイコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車工場等においては、産業用ロボットのアームの先端に取り付けられて駆動するポータブル型リベットかしめ機が使用されている。
このようなポータブル型リベットかしめ機は、ロボットのアームの動きに応じて３次元的に移動して所要の位置、所要の姿勢でワークに作用することが必要であり、ワークに対する移動、位置、姿勢等はすべてロボット側の制御部により制御される。そして、ワークに対するかしめ機の位置や姿勢等のデータは、事前のティーチングによりロボット側の制御部に記憶される。
【０００３】
ところで、上記のようなリベットかしめ機では、かしめ締結時、本体の受けポンチがワークの一面を適度な接触圧で受け止めていることが望ましく、そうでないと、かしめ締結やワークに様々な不具合が生じる。例えば、受けポンチとワークとの間に間隔があると、ワークに対するリベットの打ち込み角度に狂いが生じてかしめ形状が変形したり、リベットの圧縮が不充分になってかしめ強度が不足することがある。また、受けポンチが強い圧力でワークに押し付けられると、ワークが変形することがある。したがって、かしめ機は、ワークに対して正確に精度よく位置決めする必要がある。
しかしながら、従来のこの種のリベットかしめ機は、ロボットのアームに一体に取り付けられていて、該アームの動きによりワークに対する位置決めが行われるから、高精度の位置決めが難しく、しかも、受けポンチがワークに当たるときには、ロボットアームを含むかしめ機全体の慣性力がワークに作用するから、ワークへの衝撃が過大となりやすい。
この種の問題はスポット溶接機においても見られるものであるが、リベットかしめ機はその重量が約３００ｋｇにも達し、ワークに作用するかしめ機の慣性力はスポット溶接機に比べて非常に大きいため、かしめ機の位置制御に関する精度はより強く要求されていた。
【０００４】
これに対しては、ロボット側の制御部のソフトを改良して、かしめ機がワークに近接した後、かしめ機の位置を微量的に調整すればよいが、それには、ワークとの距離を検出するセンサが新たに必要となるほか、ロボット側の制御部のソフトが複雑になり、しかも、ロボットアームを含むかしめ機全体の慣性力がワークに作用する点は変わりないので、ワークの変形を効果的に防止できない。
また、リベットかしめ機は、かしめ締結時、ワークから反力を受けるが、従来のものは、前記したようにロボットアームに一体に取り付けられているので、ワークからの反力を、かしめ機とロボットアームとの全体で受け止めることになり、後の作業でのかしめ機の位置にずれが生じたり、かしめ機とロボットアームとの剛性のためにワークが変形したりすることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ロボット側の動きによらず、リベットかしめ機自体の動作で、かしめ締結直前のワークへの受けポンチの当たりをソフトにして、かしめ締結を確実、強力にするとともに、ワークからの反力をかしめ機自体で吸収するようにして、反力の悪影響を無くすことを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、本体の先端に加圧用ステムと受けポンチとが対向して設けられ、産業用ロボットのアームに取り付けられてこれらステムと受けポンチとの間でワークにリベットを打ち込んでかしめ締結を行うポータブル型リベットかしめ機であって、ロボットのアームに固着される取り付け基部に対して本体をステムの加圧方向とほぼ同方向に変位するよう案内するガイド機構と、前記取り付け基部と本体との間に本体の変位方向に沿って伸縮するよう介装されたバランシングシリンダと、このバランシングシリンダの一端と本体との間にあって本体の変位方向に沿った重量を検出するロードセルと、このロードセルの検出信号に対応してバランシングシリンダへのエア供給を制御する空気圧回路とからなるイコライズ機構を備え、前記空気圧回路は、かしめ締結時、ロードセルによる検出信号に基づいて本体の変位方向に沿った重量に見合った圧力のエアをバランシングシリンダに供給するものであることを特徴とするイコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機に関する。
請求項２に係る発明は、バランシングシリンダは、リベットかしめ機の打点位置をロボットにティーチングする際、限度長さまで伸長もしくは短縮することで受けポンチがワークから離間した位置に本体を定位させ、前記打点位置でのかしめ締結の際には、前記の限度長さから短縮もしくは伸長することで受けポンチがワークに当接する方向に本体を変位させるものである請求項１に記載のイコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るイコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機（以下、単にリベットかしめ機と称す）の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るリベットかしめ機の側面図、図２は空気圧回路を中心に示した構成図、図３はかしめ締結の際の制御動作を示すフローチャートである。
図１に示すように、本発明に係るリベットかしめ機（１）は、ロボットのアーム（Ａ）の先端に取り付けられる取り付け基部（２）と、この取り付け基部（２）とは別体の本体（３）とからなる。本体（３）は、側面形状がほぼＣ字形のヨークを中心に構成されたもので、そのＣ字形の開口先端部に加圧用ステム（４）と受けポンチ（５）とが対向して設けられている。ステム（４）は、加圧用シリンダ（６）のロッドに取り付けられていて、該加圧用シリンダ（６）の伸長動作により受けポンチ（５）側へ突出するようになっており、先端にはエアの吸引によりリベットが吸着保持される。ステム（４）に隣り合う位置にはリベットの供給機構（７）が設けられていて、この供給機構（７）にはリベット導入路（８）を通じてリベットが送り込まれる。なお、符号（９）は、ステム（４）の突出退入の位置を検出するためのロッドで、一端がステム（４）に固着されている。
【０００８】
本発明に係るリベットかしめ機は、その具備するイコライズ機構の構成に特徴付けられるものであり、以下その構成について詳述する。
取り付け基部（２）と本体（３）との間には、本体（３）をステム（４）の加圧方向（矢印イ、図１では上下方向）に変位するよう案内するガイド機構（１０）が設けられている。このガイド機構（１０）は、種々の構造のものが採用可能であるが、図示の例では、取り付け基部（２）の一面に固着されたガイドレール（１１）と、このガイドレール（１１）にスライド自在に嵌合するスライダ（１２）とからなり、スライダ（１２）が本体（３）に固着されている。
また、取り付け基部（２）と本体（３）との間には、バランシングシリンダ（１３）とロードセル（１４）とが本体（３）の変位方向に沿って互いに直列に配列する形で介装されている。バランシングシリンダ（１３）は、本体（３）の変位方向に伸縮することで、本体（３）を取り付け基部（２）に対して変位させるものである。ロードセル（１４）は、引っ張りおよび圧縮の両荷重を検出しうるもので、前記のバランシングシリンダ（１３）のロッドと本体（３）との間に設けられることで、本体（３）の変位方向に沿った重量を検出するようになっている。
【０００９】
図１において、符号（１５）は、バランシングシリンダ（１３）へのエア供給を制御する空気圧回路であり、（１６）は、ロードセル（１４）からの検出信号に基づいて空気圧回路（１５）の動作を制御する制御部である。この制御部（１６）は、リベットかしめ機専用に設けたものであってもよいが、ロボットの制御部と併用してもよい。
前記空気圧回路（１５）は、図２に示すように、バランシングシリンダ（１３）のヘッド側へのエア供給を切り換える電磁弁（１７）と、その供給エアの圧力を増減させる電空レギュレータ（１８）と、バランシングシリンダ（１３）のロッド側へのエア供給を切り換える電磁弁（１９）と、その供給エアの圧力を増減させる電空レギュレータ（２０）とを備えたものである。
【００１０】
次に、図３のフローチャートに基づいて、上記構成のリベットかしめ機のかしめ締結時の制御動作を説明する。
まず、ロボット側の制御部（１６）には、かしめ締結を行う際の打点位置をティーチングする必要があるが、その場合、かしめ機（１）において、バランシングシリンダ（１３）は限度長さまで伸長させ、本体（３）を取り付け基部（２）に対して下限位置まで下降させておくものとする。図１や図２に示すように、ステム（４）を上に、受けポンチ（５）を下にした向きでかしめ機を使用する場合は、バランシングシリンダ（１３）のロッド側が大気開放となり、ヘッド側にエアが供給されるよう、両側の電磁弁（１７），（１９）をそれぞれ切り換えておく。
【００１１】
実際にかしめ締結を行う場合、ステップＳ１でロボットアーム（Ａ）を動かして、かしめ機（１）の全体をワーク（Ｗ）側へ移動させる。そして、かしめ機（１）が所要の位置に達し、ステム（４）と受けポンチ（５）とがワーク（Ｗ）の打点位置と対向するまでの間に、制御部（１６）はロードセル（１４）の検出信号を取り込む（ステップＳ２）。図１のように、ステム（４）が上で、本体（３）が上下に変位しうる状態にあると、本体（３）の全重量がロードセル（１４）にかかるので、ロードセル（１４）は本体（３）の全重量を検出している。これとは異なり、かしめ機（１）が傾いていて本体（３）が傾いた方向に変位可能となっていると、本体（３）の全重量の重力のうち、変位方向の分力がロードセル（１４）により検出されることになる。
【００１２】
かしめ機（１）がワーク（Ｗ）の打点位置に達すると、ステップＳ３の判断で次のステップＳ４に進むが、この状態では、まだバランシングシリンダ（１３）は限度長さに伸長しており、本体（３）は下降位置にあって、受けポンチ（５）はワーク（Ｗ）の下面から離間している。
ステップＳ４では、制御部（１６）がロードセル（１４）の検出信号のレベルに基づいて決まる信号を空気圧回路（１５）のロッド側の電空レギュレータ（２０）に送り、バランシングシリンダ（１３）のロッド側への供給エアの圧力を増加させ、その圧力を本体（３）の重量、正確には本体（３）の変位方向に沿った重量に見合った値にする。この圧力増加で、バランシングシリンダ（１３）は短縮動作し、これに伴い本体（３）が浮上して、その一部である受けポンチ（５）がワーク（Ｗ）の下面に当接することになる。
この場合、本体（３）は、バランシングシリンダ（１３）内のエアで弾力的に支持された状態で、受けポンチ（５）をワーク（Ｗ）に当接させるのであるから、ワーク（Ｗ）への受けポンチ（５）の当たりはソフトである。したがって、ワーク（Ｗ）へ過大な力を作用させることがなく、ワーク（Ｗ）の変形が未然に防止される。また、ワーク（Ｗ）と受けポンチ（５）とが強い力で押し合うことがないので、ワーク（Ｗ）が傾く恐れもない。
【００１３】
受けポンチ（５）がワーク（Ｗ）に弾力的に当接したと判断する（ステップＳ５）と、次のステップＳ６で、ワーク（Ｗ）に対してかしめ締結を行う。すなわち、加圧用シリンダ（６）を伸長させてステム（４）を突出させる。これで、リベットがワーク（Ｗ）に打ち込まれ、ステム（４）と受けポンチ（５）との間でそのリベットが圧縮されて、かしめ締結が行われる。
この場合、ワーク（Ｗ）は隙間のない状態で受けポンチ（５）に受け止められているので、ワーク（Ｗ）に対するリベットの打ち込み角度に狂いが生じたり、リベットの圧縮が不充分になるようなことがない。
また、リベットの打ち込みの際、ワーク（Ｗ）から本体（３）側には反力が作用するが、本体（３）は、ステム（４）の加圧方向に変位可能でかつエアにより支持されているから、反力を吸収し、ロボットアーム（Ａ）側には反力をほとんど伝えない。したがって、かしめ機（１）全体の位置や姿勢にずれが生じない。
【００１４】
上記の実施形態では、ステム（４）を上に、受けポンチ（５）を下にした向きでかしめ機（１）を使用する場合を示したが、異なる向きでかしめ締結を行うようにしてもよい。図４は、リベットかしめ機の他の使用状態を示すための構成図である。
図４の場合、ステム（４）を下に、受けポンチ（５）を上にした向きでかしめ機（１）を使用し、ワーク（Ｗ）に下側からリベットを打ち込むようになっている。かしめ機（１）全体が図１および図２の例と上下逆になっており、バランシングシリンダ（１３）も上下逆向きである。
かしめ機（１）をワーク（Ｗ）の打点位置に位置決めするまでは、バランシングシリンダ（１３）のヘッド側に高圧のエアを供給してバランシングシリンダ（１３）を限度長さまで上方へ伸長させ、本体（３）を取り付け基部（２）に対して限度位置まで浮上させておく。そして、かしめ機（１）がワーク（Ｗ）の打点位置に位置決めされると、バランシングシリンダ（１３）のヘッド側への供給エアの圧力を本体（３）の重量に見合った値にまで減少させて、本体（３）を下降させ、これで受けポンチ（５）をワーク（Ｗ）の上面に弾力的に接触させればよい。これによって、ワーク（Ｗ）への受けポンチ（５）の当たりがソフトとなる。また、かしめ締結の際のワーク（Ｗ）からの反力が本体（３）の動きやバランシングシリンダ（１３）に吸収される点も、図１や図２について説明した場合と同じである。
【００１５】
このほか、本発明のリベットかしめ機は水平の向きにして使用することも可能である。この場合、本体（３）の重量は取り付け基部（２）にかかり、ロードセル（１４）にはかからず、ロードセル（１４）の検出信号はほとんど「０」レベルとなるが、その場合は、バランシングシリンダ（１３）に本体（３）を水平に動かす程度の圧力のエアを供給して、本体（３）を水平に変位させ、受けポンチ（５）をワーク（Ｗ）に弾力的に当接させるようにすればよい。
すなわち、打点位置への位置決めの際には、バランシングシリンダ（１３）を限度長さに伸長もしくは短縮させて、本体（３）を一方の限度位置に定位させておき、位置決めが済むと、バランシングシリンダ（１３）への供給エアの圧力を本体（３）の変位に必要な程度の値にして、これによりバランシングシリンダ（１３）を限度長さから短縮もしくは伸長させて、受けポンチ（５）がワーク（Ｗ）に当たるように、本体（３）を水平方向に変位させればよい。
【００１６】
以上説明したイコライズ機構付きリベットかしめ機は、ステム（４）を駆動側電極に、受けポンチ（５）を従動側電極にそれぞれ置き換えて、ワークに対してリベットかしめの代わりにスポット溶接を行わせるようにすると、本発明におけるイコライズ機構をそのままスポット溶接機に転用することが可能である。尚、この場合にはリベット供給機構（７）は勿論不要となる。
【００１７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、ロボットのアームの動きによらずに、リベットかしめ機自体の動作で、ワークが適度の接触圧で受けポンチに受け止められるようにすることができ、ロボット側の制御部のソフトを複雑化することなく、ワークに対して正確で高精度の位置決めができ、その結果、的確なかしめ締結が可能になる。
しかも、受けポンチがワークに当接する際には、受けポンチを含むかしめ機本体は、取り付け基部に対してバランシングシリンダのエアにより弾力的に支持されているから、ワークへの受けポンチの当たりがソフトで、ワークに過大な力が作用せず、ワークを変形させたり、かしめ形状の不良、締結力の不足を生じたりすることがない。
また、かしめ締結の際、ワーク側からかしめ機やロボットアームに反力が作用するが、その反力は変位可能な本体やバランシングシリンダに吸収されるから、かしめ機やロボットアームに衝撃が作用せず、反力によるかしめ機やロボットアームの位置ずれが生じない。
このほか、本体の重量を検出するためのロードセルは、バランシングシリンダの一端と本体との間に介装されているので、ロードセルの検出信号のレベルは本体の重量とほぼリニアな関係となり、そのため、検出信号に補正等の面倒な処理を加えなくても、これに基づいて直接的にバランシングシリンダへの供給エアの制御ができ、ロードセルから空気圧回路に至る間の信号処理、信号変換が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るリベットかしめ機の側面図である。
【図２】本発明のリベットかしめ機の空気圧回路を中心に示した構成図である。
【図３】本発明のリベットかしめ機によるかしめ締結の際の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明のリベットかしめ機の他の使用状態を示すための構成図である。
【符号の説明】
１ リベットかしめ機
２ 取り付け基部
３ 本体
４ ステム
５ 受けポンチ
１０ ガイド機構
１３ バランシングシリンダ
１４ ロードセル
１５ 空気圧回路

Claims (2)

1. 本体の先端に加圧用ステムと受けポンチとが対向して設けられ、産業用ロボットのアームに取り付けられてこれらステムと受けポンチとの間でワークにリベットを打ち込んでかしめ締結を行うポータブル型リベットかしめ機であって、ロボットのアームに固着される取り付け基部に対して本体をステムの加圧方向とほぼ同方向に変位するよう案内するガイド機構と、前記取り付け基部と本体との間に本体の変位方向に沿って伸縮するよう介装されたバランシングシリンダと、このバランシングシリンダの一端と本体との間にあって本体の変位方向に沿った重量を検出するロードセルと、このロードセルの検出信号に対応してバランシングシリンダへのエア供給を制御する空気圧回路とからなるイコライズ機構を備え、前記空気圧回路は、かしめ締結時、ロードセルによる検出信号に基づいて本体の変位方向に沿った重量に見合った圧力のエアをバランシングシリンダに供給するものであることを特徴とするイコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機。
2. バランシングシリンダは、リベットかしめ機の打点位置をロボットにティーチングする際、限度長さまで伸長もしくは短縮することで受けポンチがワークから離間した位置に本体を定位させ、前記打点位置でのかしめ締結の際には、前記の限度長さから短縮もしくは伸長することで受けポンチがワークに当接する方向に本体を変位させるものである請求項１に記載のイコライズ機構付きポータブル型リベットかしめ機。

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