JP3796370B2

JP3796370B2 - 成形品の位置合せ部の位置調整方法及び位置調整装置

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Publication number: JP3796370B2
Application number: JP13729699A
Authority: JP
Inventors: 博充原田; 禎二逢坂
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2019-05-18
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形品の他の部材に対する位置決め精度を向上させるために成形品の突き当て部を位置調整するための、成形品の突き当て部の位置調整方法及び位置調整装置に関するものである。
【０００２】
また、成形品の整形部位を超音波振動により熱変形させて、その整形部位を目標変形量だけ整形する成形品の整形方法および整形装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、成形により加工された部品を使用する製品の場合、複数の部品を組合わせて所定の精度を出すためには、単部品の精度の積上げでは限界があるため、複数の部品を組付け後、測定をして、切削等の加工をしていた。しかしながら、このような方法では、加工の際の変形を考慮する必要があったり、製品への切子の混入の対策をする必要があるなどの問題があり、さらに、製品によっては、形状的にあるいは剛性上の問題で、加工が非常に難しいものもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この問題を解決するためには、加工をなくし、シム等の調整用の部材を選択して組付けしたり、あるいは、調整用の機構を新たに設ける必要があった。
【０００５】
また、消耗品等の交換が前提の製品の場合、交換時に製品本体にかかる負荷による変形を考慮する必要があり、そのマージンを見込んで、さらに高度で複雑な装置の開発や、新機構の部品を設けて負荷をかけたままの調整が可能な新規部品を追加する必要があった。
しかしながら、上記のような従来技術では、ますます高度化し、高精度を要求される製品の部品点数の増加、複雑化、及び生産設備のコストアップは避けられず、製品のコストダウンの大きな障害となっていた。
【０００６】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形品を用いた製品の精度をローコストに向上させることができる成形品の位置合せ部の位置調整方法及び位置調整装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、超音波振動停止後における成形品の変形の程度を考慮して、より高精度な整形を実施することができる成形品の整形方法および整形装置を提供することである。
また、本発明のさらに他の目的は、精度良く部品を位置合せすることができる部品の位置合せ方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる成形品の位置合せ部の位置調整方法は、成形品の他の部材に対する位置決め精度を向上させるために、前記成形品の位置合せ部を加工して位置調整するための、成形品の位置合せ部の位置調整方法であって、前記位置合せ部に、前記成形品を前記他の製品に組み付けた状態と同様の負荷を加えた状態で、前記位置合せ部に前記超音波振動子を突き当て、超音波振動によって熱変形させ、前記熱変形による前記成形品の位置の変化を測定することで、前記位置合せ部に超音波振動子に突き当てたままの状態で、前記位置合せ部を前記他の製品に精度よく組み付く所望の寸法になるように加工することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係わる成形品の位置合せ部の位置調整装置は、成形品の他の部材に対する位置決め精度を向上させるために、前記成形品の位置合せ部を加工して位置調整するための、成形品の位置合せ部の位置調整装置であって、前記位置合せ部に当接し、超音波振動により前記位置合せ部を発熱させ熱変形させるための超音波振動子と、該超音波振動子に対して前記位置合せ部を付勢し、前記位置合せ部に前記成形品を前記他の製品に組み付けた状態と同様の負荷を加える付勢手段と、
前記熱変形による前記成形品の位置を測定するための第１の測定手段と、を具備することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる成形品の突き当て部の位置調整装置の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１において、基台１上には、一対のコラム４によって支持された状態で搬送機構３が配置されており、搬送機構３は、コラム４に支持されたＸ軸ガイド３Ａと、これに沿ってＸ軸方向に往復移動自在なＺ軸ガイド３Ｂと、Ｚ軸ガイド３Ｂに沿ってＺ軸方向に往復移動自在であるＺ軸アーム３Ｃと、その下端に懸架された把持装置５を有し、Ｚ軸ガイド３Ｂ、Ｚ軸アーム３Ｃは図示されていない駆動機構によってそれぞれＸ軸、Ｚ軸に沿って駆動され、把持装置５を基台１上で移動させる。
【００１７】
基台１上には補正加工装置２が固定され、その近傍にはワーク搬送用のコンベアＣが配設されている。コンベアＣはワークＷを保持する搬送パレットＰを紙面に垂直な軸方向に搬送する。また、基台１上には、コンベアＣによって搬入された搬送パレットＰを所定位置に決め停止するための位置決めユニットＳが設けられる。
【００１８】
把持装置５は、把持機構５Ａと一対のジョー５Ｂとを有し、把持機構５Ａの図示されていない駆動機構によって開閉駆動されるジョー５Ｂによってワークを把持するように構成されている。そして把持装置５は、位置決めユニットＳによって、コンベアＣ上の所定位置に位置決め停止された治具パレットＰ上のワークＷ上に下降して、ジョー５ＢによってワークＷを把持し、搬送機構３によって補正加工装置２上に搬送し、下降し、補正加工装置２にワークを受け渡すように構成されている。
【００１９】
図２は、本実施形態のワークＷの概略図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ上面図、正面図、下面図、右側面図である。
【００２０】
ワークＷは、Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗの外形寸法を持つ直方体形状のベースＷ１に一体成形された突起部Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を有している。またベースＷ１には図示されていない幾つかの部品を間に介してワークＷ５が組付けされている。また、ワークＷ５には、製品本体に組付けられた際に位置精度を出したい穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂが形成されている。
【００２１】
ワークＷは製品本体Ｗ０に組付けされる際には、Ｘ方向はＷ１ａ，Ｗ２ａ，Ｗ３ａの３ヶ所、Ｙ方向はＷ４ａの１ヶ所、Ｚ方向はＷ２ｂ，Ｗ３ｂの２ヶ所を突き当て基準として組付けられ、それぞれの方向にＷ１ｂ，Ｗ１ｃ，Ｗ１ｄの部分に所定の荷重を加えることによって保持されている。
【００２２】
図３は、本実施形態のワークＷが、製品本体Ｗ０に組付けされた際のモデル図であり、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ上面図、正面図、下面図、右側面図である。ワークＷのＸ方向はＷ１ａ，Ｗ２ａ，Ｗ３ａの３ヶ所、Ｙ方向はＷ４ａの１ヶ所、Ｚ方向はＷ２ｂ，Ｗ３ｂの２ヶ所を突き当て基準として、それぞれ製品本体Ｗ０の部材Ｗ１０，Ｗ２０，Ｗ３０，Ｗ４０に設けられたＸ方向はＷ１０ａ，Ｗ２０ａ，Ｗ３０ａの３ヶ所、Ｙ方向はＷ４０ａの１ヶ所、Ｚ方向はＷ２０ｂ，Ｗ３０ｂの２ヶ所に突き当てして組付けられ、それぞれ既知のバネ機構を有したクランプ部材Ｗ１０ｂ，Ｗ１０ｃ，Ｗ１０ｄによって、所定の荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚで保持される。
【００２３】
ワークＷの概略寸法は、Ｘｗは４０mm、Ｙｗは４０mm、Ｚｗは８０mmであり、突起Ｗ２とＷ３は直径４mmで高さ２mmであり、Ｗ４は直径５mmで高さ２mmである。穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂの直径は約０.０２mmであり、穴ピッチは約１２mmである。また荷重Ｆｘは約１.８Kgf、Ｆｙは３.０Kgf、Ｆｚは約２.５Kgfである。また、ワークＷは、熱可塑性樹脂を材料とする成形品である。
【００２４】
本実施形態で位置調整する部位は、図２（ｃ）において、穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂを基準にして、Ｘ方向の突き当て部Ｗ２ａまでの寸法Ｘ１、Ｘ方向の突き当て部Ｗ２ｂまでの寸法Ｘ２、Ｙ方向の突き当て部Ｗ４ａまでの寸法Ｙ１の３ヶ所であり、それぞれの寸法は、Ｘ１，Ｘ２は１０mm、Ｙ１は１５mmであり、それぞれ補正加工による位置調整精度は±０.０１mm以下である。
【００２５】
図４、図５、図６は本実施形態の補正加工装置２のそれぞれ上面図、正面図、右側面図である。
【００２６】
図４乃至図６において、基台１上に載置されたベース部材６上の所定位置に移載されたワークＷの位置調整しない突き当て部Ｗ１ａ，Ｗ２ｂ、及びＷ３ｂは、それぞれベース部材６上に固定された基準部材８の８ａ部、基準部材７の７ａ，７ｂにそれぞれ突き当てられる。またワークＷの調整対象の突き当て部Ｗ２ａ，Ｗ３ａ，Ｗ４ａは、それぞれ超音波加熱装置Ｈ，Ｉ，Ｊの超音波振動子９，１３，１７の振動子側面９ａ，１３ａ，１７ａに突き当てられる。
【００２７】
ここで超音波発振装置Ｈ，Ｉ，Ｊの超音波振動子９，１３，１７は、それぞれ超音波発振器１２，１６，２０に接続され、超音波発振器１２，１６，２０は、それぞれブラケット１１，１５，１９によりベース部材６上に固定されている。またベース部材６上に固定されたガイド１０，１４，１８によって超音波振動子９，１３，１７の無振動点（最大応力点）９ｂ，１３ｂ，１７ｂを、振動子に発生させる超音波振動に影響を与えることなく支持している。
【００２８】
またワークＷは、前記製品本体Ｗ０と同様に、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ押付け加圧装置Ｋ，Ｍ，Ｌによって押付け加圧される。押付け加圧装置Ｋ，Ｍ，Ｌは、それぞれクランプ部材２１，２４，２７を有し、これらのクランプ部材は、それぞれブラケット２２，２５，２８によりベース部材６に固定された流体圧シリンダー２３，２６，２９に接続されており、流体圧シリンダー２３，２６，２９によって駆動される。流体圧シリンダー２３，２６は直動タイプであり、流体圧シリンダー２９は回動タイプである。
【００２９】
またクランプ部材２１，２４，２７による押付け加圧荷重の設定は、本実施形態では流体圧シリンダー２３，２６，２９の流体圧を、圧力調整弁にて、製品本体Ｗ０に組込まれた状態と同様の荷重に調整して行っているが、既知のバネ機構により行ってもよい。
【００３０】
またクランプ部材２１，２４，２７のワークＷとの当接部には、押付け加圧が確実に行われるように、既知の転がり機構を設けてもよい。
【００３１】
またベース部材６の下部には、ワークＷ５の穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂの位置を測定するための測定装置３１がブラケット３２により取付けされている。またベース部材６にはワークＷ５の穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂを測定するために穴６ａが明けられている。測定装置３１は、本実施形態では要求精度と測定部位の形状から判断して、穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂのそれぞれに１台、計２台のＣＣＤカメラにより画像を取込み、これを画像処理することによって測定を行うことにしている。
【００３２】
さらに本実施形態では、超音波振動子９，１３，１７にかかる負荷による位置の変化を測定するため、それぞれ図示されていない部材によってベース部材６に固定された第２の測定装置４１，４２，４３を設けている。第２の測定装置４１，４２，４３は、本実施形態では、要求精度と使い勝手の良さからレーザー式測長器を使用している。
【００３３】
さらに本実施形態では、加工量の測定のために、測定装置３１とは別に、図示されていない部材によってベース部材６に固定された第３の測定装置５１，５２，５３を設けている。第３の測定装置５１，５２，５３は、本実施形態では、要求精度と使い勝手の良さからレーザー式測長器を使用している。
【００３４】
図７は上述した各装置を作動制御する制御ブロック図を示し、各装置はコントローラ６１により駆動制御される。
【００３５】
次に、上記のように構成される位置調整装置の動作について、図１乃至図７及び図８に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３６】
まず、コンベアＣによって搬入された搬送パレットＰを、位置決めユニットＳによってコンベアＣ上の所定位置に位置決め停止させる（ステップ１）。
【００３７】
次に、把持装置５を治具パレットＰ上のワークＷ上に下降させ、ワークＷをジョー５Ｂによって把持し、把持装置５を上昇させ、次に把持装置５を搬送機構３によって補正加工装置２上に移動させる。そして、そのまま把持装置５を下降させ、把持装置５のワークＷの把持を解除し、次に把持装置５を上昇させ、ワークＷの治具パレットＰから補正加工装置２への受け渡しを完了する（ステップ２）。
【００３８】
次に、流体圧シリンダー２３を作動させ、クランプ部材２１を前進動作させることによりワークＷをＸ方向に押付け加圧する。続いて、流体圧シリンダー２６を作動させ、クランプ部材２４を前進動作させることによりワークＷをＹ方向に押付け加圧する。続いて、流体圧シリンダー２９を作動させ、クランプ部材２７を回転前進動作させることによってワークＷをＺ方向に押付け加圧する。以上の動作で、ワークＷの突き当て部は基準部材７，８及び超音波振動子９，１３，１７に隙間なく突き当てられ、ワークＷのクランプ動作を完了する（ステップ３）。
【００３９】
本実施形態の方式では、ワークの形状によっては、ステップ２の受け渡し完了状態の姿勢が不安定であるため、ステップ３のワークＷの突き当てが隙間なく突き当てられない場合が考えられるが、その場合には、ワークＷが突き当て及び加工時のワークの移動に影響しない様に、クッション機構を有したワークＷの仮受け手段を設けると良い。
【００４０】
次に、測定装置３１によりワークＷ５の穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂの位置測定を開始すると共に、超音波発振装置Ｈ，Ｉ，Ｊの超音波発振器１２，１６，２０を作動させ、超音波振動子９，１３，１７に発生する超音波振動によって、超音波振動子１３，９，１７に接触しているワークＷの突き当て基準Ｗ２ａ，Ｗ３ａ，Ｗ４ａの発熱が始まる（ステップ４）。
【００４１】
この発熱によって、突き当て基準を押し付けられたワークＷは、突き当て基準Ｗ２ａ，Ｗ３ａ，Ｗ４ａの熱変形により、それぞれ振動子側に移動し始める。次に、測定装置３１によりワークＷ５の穴Ｗ５ａ，Ｗ５ｂの位置が所定の位置になったことが測定装置３１により検出されたところで、超音波発振器１２，１６，２０の発振を停止する。実際には発振停止後、熱変形部位が冷却して熱変形が停止するまでに、数μｍ〜数十μｍの変形が続くため、それを考慮して停止信号を出している。以上の動作によって、突き当て部の超音波振動を利用した加工による所定寸法への位置調整が完了する（ステップ５）。
【００４２】
なお、本実施形態では、超音波振動子と測定装置との位置関係を出す手段として、精度上のマスターとなるダミーワークを用いている。
【００４３】
次に、流体圧シリンダー２３，２６，２９を作動させ、クランプ部材２１，２４，２７の後退動作によりワークＷのＸ，Ｙ，Ｚ方向の押付け加圧を解除する（ステップ６）。
【００４４】
次に、把持装置５を調整装置２上のワークＷ上に下降させ、ワークＷをジョー５Ｂによって把持し、把持装置５を上昇させ、次に把持装置５を搬送機構３によって治具パレットＰ上に移動させる。そして、そのまま把持装置５を下降させ、把持装置５によるワークＷの把持を解除し、次に把持装置５を上昇させ、ワークＷの補正加工装置２から治具パレットＰへの排出を完了する（ステップ７）。
【００４５】
以下、以上のステップ１からステップ７までの動作の繰り返しである。
【００４６】
超音波発振器の振動の種類は、図９のように（ａ）縦振動、（ｂ）横振動、（ｃ）ねじり振動が考えられるが、本実施形態では、ワークにダメージを与えにくいことと、ワークに対する超音波振動子のレイアウトの関係から、図１０のように縦振動する振動子の側面を使い、ワークに対しては横振動で接するようにしている。
【００４７】
また、発振周波数は、ワークＷの突き当て部以外への超音波振動による悪影響及び測定部位の振動による測定装置の誤測定を防止するため、ワークＷへの振動の伝達距離が浅くなるように、通常の溶着で使用されるよりも高い周波数である６０KHzとした。また、振幅は、約２０μｍである。
【００４８】
また、超音波振動子の形状は、ワークＷと製品本体Ｗ０との突き当ての安定性から、ワークＷの突き当て部がＲ形状に形成されるように、ワークＷのＷ４部は図１１の形状にし、Ｗ２，Ｗ３部は図１２の形状にした。図１１，図１２において、（ａ）が押付け加圧前の状態、（ｂ）が押付け加圧した状態、（ｃ）が超音波発振による熱変形状態、（ｄ）が本実施形態の調整完了の状態である。
【００４９】
また、本実施形態でのステップ４とステップ５までの時間は、本実施形態で想定した必要最大加工量：０.３mmの場合で、約２秒であった。
【００５０】
また、ワークによっては押付け加圧力が不足し、超音波発振による発熱と変形に時間がかかる場合があると考えられるが、その場合は、押付け加圧装置の圧力調整弁を切換えする等の方法で、加工時の押付け加圧力を一時的に上げるとよい。ただし、加圧力の差による変形量の違いを考慮して加工量は補正する必要がある。
【００５１】
また、本実施形態では３個所同時に加工しているが、測定装置の処理上の問題やワークの形状等によっては、本実施形態を例にすると、先にＸ方向の２個所を加工した後、残りのＹ方向１個所を加工する等のように、加工を分割して行う方法が適している場合も考えられる。
【００５２】
また、押付け加圧力と要求精度によっては、超音波振動子にかかる加圧力による超音波振動子の変位、あるいは超音波振動子の位置のヒステリシス特性を考慮する必要があるが、この場合、本実施形態の中の超音波振動子の位置を第２の測定装置４１，４２，４３のデーターを測定で得られた加工データーにフィードバックして加工寸法を補正すればよい。
【００５３】
さらに、ワークＷの測定内容によっては、例えば、プリンターヘッドのように紙等に印字させた位置を測定装置３１で測定し、そのデーターに基づいた調整を行う場合には、超音波の発振停止のタイミングを測定装置３１だけでコントロールするのは難しい。あるいは、測定装置３１の方式によっては、測定のサンプリングタイムが長いため、事前に加工量を測定装置３１によって測定した後、超音波による加工量を別な測定装置によって制御して、発振を停止させたほうがサイクルタイム上有利な場合があると考えられる。この場合、本実施形態にもあるように、ワークＷの加工時の移動量を測定し、超音波の発振停止のタイミングをコントロールするための第３の測定装置５１，５２，５３を設けるとよい。
また、本実施形態では超音波振動による加工時に、ほとんど加工カスは発生せず、実用上まったく問題ないレベルであったが、ワーク材質等の条件によってはわずかではあろうが加工カスが生じる場合もあると考えられ、この場合は、本加工方式は切削加工のように切子が大きく飛散しないので、集塵機構を設ける等の簡単な対策で容易に解決できる。
なお、上記の説明では、成形品の突き当て部を超音波振動により補正加工（位置調整）する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、突き当て以外で位置決めを行う場合の位置決め部の位置調整にも適用可能である。
【００５４】
（第２の実施形態）
上記の第１の実施形態では、成形品の整形部位を超音波振動により熱変形させて整形する方法および装置を提案した。かかる整形方法によれば、成形品を簡易に整形（位置調整）することができる。
【００５５】
ところが、本願発明者等は、超音波振動によって成形品を熱変形させた場合に、その超音波振動を停止させても成形品の変形が直ちに止まらないことを見出した。すなわち、成形品の超音波振動を停止させた後に、成形品が、その材質、形状、変形量などの条件に応じて、例えば、数μｍから数１０μｍの範囲に渡って変形することを見出した。
【００５６】
この第２の実施形態は、この超音波振動を停止させた後の成形品の変形も考慮するようにしたものである。
【００５７】
図１３は、第２の実施形態の整形装置の概略構成図である。図１３において、定位置に固定された超音波発振器１０１には、矢印Ｙ方向に振動される超音波振動子１０２が取り付けられている。１０５は、成形品としてのワークであり、そのワーク突き当て部１０７を基準として製品に組み付けられるようになっている。このワーク１０５は、ワーク押さえ機構１０３により矢印Ｘ１方向に押されて、その整形部位としての突き当て部１０７が超音波振動子１０２に押し付けられる。変位センサ１０４は、ワーク１０５の矢印Ｘ方向の移動量を連続的に測定することにより、突き当て部１０７の変形量を測定する。図示しないＣＣＤカメラと画像処理装置は、ワーク１０５に形成された基準穴１０６の位置の検出が可能である。
【００５８】
図１４は、超音波振動子１０２の矢印Ｙ方向の超音波振動により、ワーク１０５の突き当て部１０７を熱変形させて、その突き当て部１０７を整形した場合の変形カーブを示す。図１４の横軸は、超音波振動子１０２による突き当て部１０７の加振後からの経過時間ｔ、その縦軸は、変位センサ１０４によって測定した突き当て部１０７の変形量である。
突き当て部１０７に超音波振動を加えていくことにより、その突き当て部１０７の熱変形による変形が進行する。そして、超音波振動子１０２の超音波振動を停止した時点ｔ１においては、突き当て部１０７の変形が止まらずに、その後においても点Ｐ１から図１４のようなカーブを描いて突き当て部１０７の変形が進行する。超音波振動停止後における図１４中の点線の冷却範囲Ｓに着目した場合、突き当て部１０７の変形が指数曲線に近似したカーブを描いて進行していく。その冷却範囲Ｓ内のカーブが指数曲線に近似することにより、点Ｐ１における変形速度Ｖ（点Ｐを通る斜めの直線の傾きに相当）と、時定数Ｔｓとの積によって、超音波振動停止後の変形量ｈｃを求めることができる。
【００５９】
図１５は、整形方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ１０１；まず、人手またはロボットなどを用いて、ワーク１０５をセットする。
【００６１】
ステップＳ１０２；ワーク押さえ機構１０３によって、ワーク１０５の位置決めをする。
【００６２】
ステップＳ１０３；図示しないＣＣＤカメラおよび画像処理装置により、ワーク１０５における基準穴１０６の位置を測定する。
【００６３】
ステップＳ１０４；目標変形量Ｈ（図１４参照）を算出する。その目標変形量Ｈは、予め設定されているワーク１０５の目標寸法に対応する基準穴１０６の位置と、ステップＳ１０３にて測定された基準穴１０６の位置との差から算出することができる。この目標変形量は、例えば本実施形態では１５０μｍである。
【００６４】
ステップＳ１０５；変位センサ１０４によって、整形開始前のワーク１０５のＸ方向の位置を測定し、それを基準位置Ｘ０とする。
【００６５】
ステップＳ１０６；変位センサ１０４によって、現時点のワーク１０５のＸ方向の位置Ｘを測定し、その現時点の位置Ｘと基準位置Ｘ０から、下式（１）により現時点までの変形量ｈを算出する。この変形量ｈは、例えば１３６μｍなどである。
【００６６】
ｈ＝Ｘ−Ｘ０・・・（１）
ステップＳ１０７；変位センサ１０４の前回の測定値Ｘ’と今回の測定値Ｘとの差（Ｘ−Ｘ’）と、それらの測定時の時間間隔Ｔ０とに基づき、下式（２）から変形速度Ｖを算出する。
【００６７】
Ｖ＝（Ｘ−Ｘ’）／Ｔ０・・・（２）
ここで、Ｔ０は、制御の処理間隔時間であり、１０ｍｓｅｃとした。この変形速度Ｖは、例えば本実施形態では１００μｍ／ｓｅｃである。また、加工される成形品の材質は、本実施形態では変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）などであり、また、超音波振動数は６０ｋＨｚ、振幅は２０μｍとした。
【００６８】
ステップＳ１０８；超音波振動停止後の変形量ｈｃを下式（３）により予測計算する。
【００６９】
ｈｃ＝Ｖ・ｆ（ｔ）・・・（３）
ここで、ｆ（ｔ）＝Ａ・ｔとする。ｔは、ステップＳ１０５からの経過時間、Ａは定数（本実施形態では、例えば１００ｍｓｅｃ／ｓｅｃ）である。ｔは、突き当て部１０７の振動開始から現時点までの経過時間（本実施形態では、例えば１．３６ｓｅｃ）に相当し、またｆ（ｔ）は、その時間ｔの単調増加関数である。この超音波停止後の変形量ｈｃは、上記の数値からして、たとえば１３．６μｍなどである。
【００７０】
ステップＳ１０９；（ｈ＋ｈｃ）と目標変形量Ｈとを比較し、ｈ＋ｈｃ＜ＨのときはステップＳ１１０に進み、ｈ＋ｈｃ≧ＨのときはステップＳ１１１に進む。
【００７１】
ステップＳ１１０；超音波発振器１０１によって超音波振動子１０２を振動させる。ステップＳ１０５にて基準位置Ｘ０を測定してから、ステップＳ１０６，Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９に進む初期の時点では、ｈ＋ｈｃ＜Ｈとなるため、このステップＳ１１０に進むことになる。
【００７２】
ステップＳ１１１；超音波発振器１０１による超音波振動子１０２の振動を停止させる。
【００７３】
ステップＳ１１２；変形量ｈが目標変形量Ｈに達しているか否かを判定し、変形量ｈが目標変形量Ｈに達していないときは、ステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２を１０ｍｓｅｃに１回の制御サイクルで実行する。変形量ｈが目標変形量Ｈに達しているときは、整形作業を終了する。
【００７４】
その後は、ワーク押さえ機構１０３を解除して、ワーク１０５を取り出せばよい。このようにして、１個のワーク１０５の突き当て部１０７に対する整形作業が終了する。
【００７５】
なお、ステップＳ１０７において、変形速度Ｖの算出に際しては、変位センサ１０４の前回と今回の測定値だけではなく、変位センサ１０４の過去数回分の測定値に基づいて算出した方がより正確に求めることができる。例えば、過去数回分の測定値の変化率から変化傾向を求めた上、より正確に変形速度Ｖを求めることができる。
【００７６】
また、ステップＳ１０８において、振動停止後の変形量ｈｃを下式（３’）により算出することも可能である。
【００７７】
ｈｃ＝Ｖ・ｆ（ｈ）・・・（３’）
ここで、ｆ（ｈ）＝Ａ・ｈとする（Ａは定数）。ｈは、突き当て部１０７の振動開始から現時点までの変形量であり、ｆ（ｈ）は、その変形量ｈの単調増加関数である。
【００７８】
（第３の実施形態）
本実施形態は、ワーク１０５の複数箇所を超音波振動により溶融変形させて、それらを整形する場合の適用例である。
【００７９】
図１６および図１７は、ワーク１０５の２箇所の突き当て部１０７Ａ，１０７Ｂを整形するための整形装置の概略構成図であり、突き当て部１０７Ａは、超音波発振器１０１Ａによって矢印Ｙ方向に振動される超音波振動子１０２Ａにより整形され、突き当て部１０７Ｂは、超音波発振器１０１Ｂによって矢印Ｙ方向に振動される超音波振動子１０２Ｂにより整形される。ワーク１０５は矢印Ｘ１方向から押し付けられる。
比較例では、図１９のように、超音波発振器１０１ＡのＯＮ／ＯＦＦ制御による突き当て部１０７Ａの整形（ステップＳ１２１）と、超音波発振器１０１ＢのＯＮ／ＯＦＦ制御による突き当て部１０７Ｂの整形（ステップＳ１２４）が並行して行われる。そして、それらの整形作業の終了時に終了フラグ１，２がセットされ（ステップＳ１２２，Ｓ１２３、およびステップＳ１２５，Ｓ１２６）、それらの終了フラグ１，２が共にセットされたときに、整形作業を終了する（ステップＳ１２７）ようになっている。いま、突き当て部１０７Ａの目標変形量Ｈ１が突き当て部１０７Ｂの目標変形量Ｈ２よりも小さい場合には、図２０のように、先に、突き当て部１０７Ａの変形が終了し、その後に突き当て部１０７Ｂの変形が終了することになる。図２０において、突き当て部１０７Ａ、１０７Ｂは、対応する超音波発振器１０１Ａ，１０１Ｂの発振停止後において、前述した第２の実施形態のように変形が進行することになる。また、突き当て部１０７Ａは、その変形終了後にも、突き当て部１０７Ｂが変形されることによる悪影響を受けることになる。
【００８０】
図１８は、このような突き当て部１０７Ａに関し、その変形終了後にも、突き当て部１０７Ｂが変形されることによる悪影響を説明するための図１７中点線部分の拡大図である。突き当て部１０７Ａの変形終了後に、突き当て部１０７Ｂの変形によってワーク１０５が傾くことになるため、突き当て部１０７Ａの接触面は、図１８中のΔＸだけずれて隙間があいてしまう。その隙間ΔＸは、下式（４）により求めることができる。
【００８１】
ΔＸ＝Ｌ・（Ｈ２−Ｈ１）／Ｙｗ・・・（４）
ここで、ＹｗおよびＬはワーク５の寸法（図１６および図１８参照）、Ｈ１は突き当て部１０７Ａの目標変形量、Ｈ２は突き当て部１０７Ｂの目標変形量である。具体例として、Ｙｗ＝４０ｍｍ，Ｌ＝１ｍｍ，Ｈ１＝５０μｍ、Ｈ２＝３００μｍとした場合、ΔＸは１２．５μｍとなり、その分、ワーク１０５の整形精度には限界があった。
【００８２】
本発明の第３の実施形態は、このように突き当て部１０７Ａ，１０７Ｂの変形終了時点に大きなずれが生じた場合の問題を解消して、ワーク１０５の整形精度を向上させるものである。
【００８３】
図２１は、本実施形態における整形動作の手順を説明するためのフローチャートである。
【００８４】
ステップＳ１３１；突き当て部７Ａ，７Ｂの目標変形量Ｈ１，Ｈ２の大きさを比較し、Ｈ１がＨ２以上のときはステップＳ１３２に進み、Ｈ１がＨ２未満のときはステップＳ１３４に進む。
【００８５】
ステップＳ１３２；目標変形量の差｜Ｈ２−Ｈ１｜と平均変形速度Ｖ０から、下式（５）により、目標変形量が小さい突き当て部１０７Ｂの整形開始の遅れ時間Ｔｄを算出する。ここで、平均変形速度Ｖ０は一定とする。
【００８６】
Ｔｄ＝｜Ｈ２−Ｈ１｜／Ｖ０・・・（５）
平均変形速度Ｖ０は、予め、いくつかのワーク１０５の突き当て部を整形することにより求めることができる。また、この平均変形速度Ｖ０は、ワーク１０５の材質、突き当て部１０７Ａ，１０７Ｂの形状、突き当て部１０７Ａ，１０７Ｂに対する矢印Ｘ１方向の加圧力、超音波振動子１０２Ａ，１０２Ｂの振幅や周波数などによって決まるが、それらの要因はほぼ一定とすることができる。
【００８７】
ステップＳ１３３；目標変形量が大きい突き当て部１０７Ａの振動開始時間Ｔ０を”０”とし、目標変形量が小さい突き当て部１０７Ｂの振動開始時間を”Ｔｄ”とする。
【００８８】
ステップＳ１３４；目標変形量の差｜Ｈ２−Ｈ１｜と平均変形速度Ｖ０から、上式（５）により、目標変形量が小さい突き当て部１０７Ａの振動開始の遅れ時間Ｔｄを算出する。
【００８９】
ステップＳ１３５；目標変形量が大きい突き当て部１０７Ｂの振動開始時間Ｔ０を”０”とし、目標変形量が小さい突き当て部１０７Ａの振動開始時間を”Ｔｄ”とする。
【００９０】
ステップＳ１３６；現時刻ｔと、突き当て部１０７Ａの振動開始時間Ｔ１とを比較し、振動開始時間Ｔ１に達したときにステップＳ１３７に進む。
ステップＳ１３７；超音波発振器１０１ＡをＯＮ／ＯＦＦ制御して、突き当て部１０７Ａを振動させて整形する。その整形作業に際しては、前述した第２の実施形態と同様に、超音波停止後における突き当て部１０７Ａの変形量を考慮して超音波発振器１０１Ａを制御し、目標変形量Ｈ１まで突き当て部１０７Ａを変形させる。
【００９１】
ステップＳ１３８；突き当て部１０７Ａが目標変形量Ｈ１まで整形されたか否かを判定する。その判定に際しては、前述した第２の実施形態と同様に、超音波振動停止後の変形を考慮する。突き当て部１０７Ａの整形が終了していないときはステップＳ１４０に進み、それが終了したときはステップＳ１３９に進む。
【００９２】
ステップＳ１３９；終了フラグ１をセットする。
【００９３】
ステップＳ１４０；現時刻ｔと、突き当て部１０７Ｂの振動開始時間Ｔ２とを比較し、振動開始時間Ｔ２に達したときにステップＳ１４１に進む。
【００９４】
ステップＳ１４１；超音波発振器１０１ＢをＯＮ／ＯＦＦ制御して、突き当て部１０７Ｂを振動させて整形する。その整形作業に際しては、前述した第２の実施形態と同様に、超音波停止後における突き当て部１０７Ｂの変形量を考慮して超音波発振器１０１Ｂを制御し、目標変形量Ｈ２まで突き当て部１０７Ｂを変形させる。
【００９５】
ステップＳ１４２；突き当て部１０７Ｂが目標変形量Ｈ２まで整形されたか否かを判定する。その判定に際しては、前述した第２の実施形態と同様に、超音波振動停止後の変形を考慮する。突き当て部１０７Ｂの整形が終了していないときはステップＳ１４４に進み、それが終了したときはステップＳ１４３に進む。
【００９６】
ステップＳ１４３；終了フラグ２をセットする。
【００９７】
ステップＳ１４４；終了フラグ１、および２が共にセットされているか否かを判定し、それらが共にセットされていないときはステップＳ１３６に戻り、それらが共にセットされているときは、整形作業が終了したと判定して作業を終了する。ステップＳ１３６からステップＳ１４４は、１０ｍｓｅｃのサイクルで実行させた。
【００９８】
このような整形作業において、突き当て部１０７Ａの目標整形量Ｈ１が突き当て部１０７Ｂの目標変形量Ｈ２よりも小さい場合は、図２２のように、突き当て部１０７Ａ，１０７Ｂの振動がほぼ同時に終了することになる。この結果、突き当て部１０７Ａ，１０７Ｂの変形終了時間が大幅にずれることによる問題、つまり突き当て部１０７Ａの接触面が大きく傾くことを防止できることになる。
【００９９】
なお、本実施形態では、２箇所の突き当て部の整形例について説明したが、３箇所以上の突き当て部に対しても同様の整形作業を実施して、それらの変形をほぼ同時に終了させることができる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、成形品の突き当て部を加工により所定寸法に仕上げる加工手段として、超音波振動を利用することで、一体成形の従来ワーク形態のままで、高精度で切子の出ないクリーンな位置調整を実現できる。
【０１０１】
また、成形品の突き当て部を、固定された超音波発振器の振動子に押付け加圧して加工することで、ローコストでシンプルな位置調整を実現できる。
【０１０２】
また、成形品の調整寸法を測定するための測定手段を具備することで、ローコストでシンプルな位置調整の自動化を実現できる。
【０１０３】
また、超音波振動子の位置を測定するための第２の測定手段を具備することで、より高精度な位置調整を実現できる。
【０１０４】
また、成形品の加工量を測定するための第３の測定手段を具備することで測定手段を限定しない、より自由度の高い位置調整を実現できる。
【０１０５】
また、成形品の突き当て部を、超音波振動子に突き当てしたままで測定し、その状態のまま続けて突き当て部を測定で得られた加工寸法に加工することで、ローコストでシンプル、かつ高速で高精度な位置調整の自動化を実現できる。
【０１０６】
また、成形品の突き当て部を、超音波振動子に突き当てしたままで測定しつつ、所定寸法になるまで加工することで、より高速な位置調整を実現できる。
【０１０７】
また、成形品の突き当て部に、製品に組付けられた状態と同様の負荷を加えて測定、及び加工をすることで、非常に信頼性の高い位置調整を実現できる。
【０１０８】
また、成形品の突き当て部を、複数箇所同時に加工することで非常に高速な位置調整を実現できる。
【０１０９】
以上のように本発明は、成形品を使った単部品の製品から、複数部品の組合わせで構成される製品の要求精度を実現するために、超音波を利用した新規な位置調整方法と装置を提案することにより、クリーンでシンプルな、さらに非常に高速で高精度な位置調整を実現させ、製品の部品点数の削減、シンプル化、生産設備のコストダウン、及び製品のコストダウンを高いレベルで実現することが出来る。
【０１１０】
また、本発明によれば、成形品の整形部位の変形速度に基づいて、その整形部位の振動停止後の変形量を予測し、現時点までの整形部位の変形量に、予測した振動停止後の変形量を加味した変形量が目標変形量に達したときに、整形部位の振動を終了することにより、整形部位を目標変形量まで高精度に整形することができる。
【０１１１】
整形部位の振動停止後の変形量は、例えば、超音波振動による整形開始から現時点までの経過時間ｔの単調増加関数ｆ（ｔ）、または現時点までの変形量ｈの単調増加関数ｆ（ｈ）を用いて、求めることができる。
【０１１２】
また、複数の整形部位の変形をほぼ同時に終了するように、各整形部位の目標変形量に応じて、各整形部位に対する振動開始時刻をずらすことにより、整形作業中における成形品の大きな傾きを防止して、複数の整形部位を目標変形量だけより高精度に整形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる成形品の突き当て部の位置調整装置の概略構成を示す図である。
【図２】ワークの概略図である。
【図３】ワークが製品本体に組付けられた際のモデル図である。
【図４】補正加工装置の上面図である。
【図５】補正加工装置の正面図である。
【図６】補正加工装置の右側面図である。
【図７】制御系のブロック図である。
【図８】位置調整装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】超音波振動の種類の説明図である。
【図１０】第１の実施形態の超音波振動の説明図である。
【図１１】第１の実施形態の超音波振動子の形状の説明図である。
【図１２】第１の実施形態の超音波振動子の形状の説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における整形装置の概略構成図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態における変形量の変化の説明図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態における整形作業の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明の第３の実施形態における整形装置の整形作業前の状態の概略構成図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態における整形装置の整形作業後の状態の概略構成図である。
【図１８】図１７中の点線部分の拡大図である。
【図１９】従来の整形作業の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２０】従来の整形作業による変形量の変化の説明図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態における整形作業の手順を説明するためのフローチャートである。
【図２２】本発明の第３の実施形態における変形量の変化の説明図である。
【符号の説明】
Ｗワーク
Ｐ搬送パレット
１基台
２補正加工装置
３搬送機構
５把持装置
６ベース部材
７，８基準部材
９，１３，１７超音波振動子
１２，１６，２０超音波発振器
Ｋ，Ｍ，Ｌクランプ装置
３１測定装置
４１，４２，４３測定装置
５１，５２，５３測定装置
１０１超音波発振器
１０２超音波振動子
１０３ワーク押さえ機構
１０４変位センサ
１０５ワーク（成形品）
１０６基準穴
１０７ワーク突き当て部（整形部位）

Claims

成形品の他の部材に対する位置決め精度を向上させるために、前記成形品の位置合せ部を加工して位置調整するための、成形品の位置合せ部の位置調整方法であって、
前記位置合せ部に、前記成形品を前記他の製品に組み付けた状態と同様の負荷を加えた状態で、前記位置合せ部に前記超音波振動子を突き当て、超音波振動によって熱変形させ、前記熱変形による前記成形品の位置の変化を測定することで、前記位置合せ部に超音波振動子に突き当てたままの状態で、前記位置合せ部を前記他の製品に精度よく組み付く所望の寸法になるように加工することを特徴とする成形品の位置合せ部の位置調整方法。
前記成形品の位置合せ部の加工は、前記位置合せ部の加工中の変形速度に基づいて、該位置合せ部の振動を停止させた後における該位置合せ部の変形量を予測し、前記測定した成形品の位置の変化量に、該予測した変形量を加味した変形量が前記所望の寸法に達したときに、前記超音波振動子の振動を終了させることを特徴とする請求項１に記載の成形品の位置合せ部の位置調整方法。
成形品の他の部材に対する位置決め精度を向上させるために、前記成形品の位置合せ部を加工して位置調整するための、成形品の位置合せ部の位置調整装置であって、
前記位置合せ部に当接し、超音波振動により前記位置合せ部を発熱させ熱変形させるための超音波振動子と、
該超音波振動子に対して前記位置合せ部を付勢し、前記位置合せ部に前記成形品を前記他の製品に組み付けた状態と同様の負荷を加える付勢手段と、
前記熱変形による前記成形品の位置を測定するための第１の測定手段と、
を具備することを特徴とする成形品の位置合せ部の位置調整装置。
前記第１の測定手段は、レーザ測長器であることを特徴とする請求項３に記載の成形品の位置合せ部の位置調整装置。
前記超音波振動子の位置を測定するための第２の測定手段をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の成形品の位置合せ部の位置調整装置。
前記第２の測定手段は、レーザ測長器であることを特徴とする請求項５に記載の成形品の位置合せ部の位置調整装置。
前記位置合せ部の加工量を測定するための第３の測定手段をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載の成形品の位置合せ部の位置調整装置。
前記第３の測定手段は、レーザ測長器であることを特徴とする請求項７に記載の成形品の位置合せ部の位置調整装置。