JP3819432B2 - 部品に開けられた穴の幾何学的形状をチェックする装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、穴の幾何学的形状をチェックする装置および方法に関する。
本発明は、例えば金属プレート等の部品をリベットで自動的に留める装置の開発から生れた。例えば、本出願人の出願に係る欧州特許出願ＥＰ−Ａ−４０２．２２２は、リベットで一緒に留めるべき２つの部品の反対側にそれぞれ配置された２つのロボットアーム上に搭載されたシステムを含む装置を説明している。こういったシステムは、部品に穴を開け、リベットをそこに挿入し、リベットを両プレートが接合するように成形する間、２つの部品を適切な位置に保持する手段を含み、こういった作業はすべて、直接的な手動の介入なしに行われる。
リベットで一緒に留められる部品の表面状態を良好なものとするには、穴と成形前のリベットの幾何学的形状特性が良く整合していることが必要である。特に、成形されたリベットは、部品の表面と面一でなければならず、そのためには皿穴であることが必要である。穴の容積の比較的小さなばらつきであっても、明らかにリベットが部品の表面から突出したり、部品の表面の下になってしまうことがある。更には、工業的改良のためには、リベットの成形に必要なエネルギーを正確に知ることが必要であるが、このエネルギーは、穴の寸法によって定まるものである。
これまで、このような問題を回避するただ１つの方法は、一定時間おきに手動および目視でのチェックを行って、工具が毎回、許容限界内に収まる穴を作り出しているということを確認する、というものであった。特に皿穴の場合には、このようなチェックは、穴に計器を挿入することによって手動で行われている。これは、熟練工を必要とする細かい作業である。
本発明の目的は、穴の形状および容積に関して精密な表示を行う、穴の幾何学的形状をチェックする改良された装置を提供することである。
この結果を得るために、本発明は、以下のものを含む装置を提供する。すなわち、
−装置を穴に対して一定の位置に移動し、その位置に保持する手段を備え、装置をこの位置に保持する外部支持体、
−外部支持体に搭載され、外部支持体に対して、穴に向かってまたは穴から遠ざかる方向である第１の運動方向に移動することができる軸受け部材であって、かかる移動のための駆動手段、および外部支持体に対する軸受け部材の位置に応答するセンサを備える軸受け部材、
−軸を有するセンサアームを含み、軸受け部材に対して旋回可能に搭載され、一端に接触部材を、他端に光ビームを発射することができる光源を保持する感知システムであって、軸受け部材に搭載され、センサアームの軸の向きを第１の運動方向で遠ざかる方向に移動する傾向がある横の力をこのセンサアームに及ぼす手段、および、軸受け部材に対して第１の運動方向に移動することなく第１の運動方向に平行な軸を中心にセンサアームを回転する手段を備える感知システム、
−軸受け部材に固定して搭載され、センサアームの旋回中に光ビームが当たるようになっている感知面を有する光センサ、および
−軸受け部材の位置に応答したセンサからの信号および光センサからの信号を受け取り、それらから穴の形状に関する情報を演繹するようになっているデータ処理手段。
横の力は、接触部材が常時穴の表面を押しているということを保証するのに十分な大きさでなければならないが、穴の表面が永久的変形は言うに及ばず弾性変形もしないように、また、センサアームの曲がることがないように十分小さくなければならない。
軸受け部材に対する接触部材のそれぞれの位置は、光ビームが光センサの感知面に当たる衝突点の位置に対応する。穴が円形であって円筒形または円錐形であり、感知システムが穴と同軸であるとすれば、接触部材の穴内への移動によって、光ビームが感知面に当たる衝突点は、円を描く。穴が円錐形であれば、軸受け部材が穴の軸に沿って移動するにつれて、この円の半径は変化する。簡単な計算によって、穴全体の幾何学的形状が正確に特定される。
好適な実施例において、感知システムは回転体を含む。この回転体は、第１の運動方向と平行な軸を中心として軸受け部材に対して旋回することができるように、軸受け部材によって保持されており、回転体を回転する手段を備えている。回転体は、軸が第１の軸および第２の軸と垂直であるピボットによってセンサ（計測）アームに連結されており、このセンサアームに横の力を及ぼす前記手段を保持している。
なお、センサアームがボールジョイントを介して軸受け部材に搭載されており、このような横の力を及ぼしてセンサアームを旋回する手段が軸受け部材によって保持されている場合には、回転体を省くことが可能である。
この種の実施例は、同じ部材が２つの別個の移動をするように駆動せねばならないため、重量は軽くなるが、構成するのは困難になる。
横の力は、様々な方法で、例えば、センサアームの軸から偏心した重量に作用する遠心力によっても、作り出すことが可能である。この解決策は、旋回速度を高くする必要があるため、一般的に適当ではない。内部圧力を制御することができ、回転体がある場合には回転体を、回転体がない場合には軸受け部材を押す、空気シリンダを用いると都合がよい。この解決策は、圧力が、穴を開ける材料等の個々の状況に合うようにすることができ、センサアームが第１の運動方向に関してどれだけの距離で旋回するかに拘わらず、略一定の力を保証するという利点を有する。特に磁気的な応力を加える手段を用いたり、ばねを用いる場合であっても、ある程度はこのようにはならない。
センサを穴に挿入する前に、旋回角をゼロに低減しておくことが好ましいが、これは、簡単で取り外し可能な機械的保持手段を用いて手動で行うことができる。横の力を作り出す手段の作用に対抗するばね手段を設けることが好ましい。
軸受け部材は、軸受け部材を穴に向かって、または穴から遠ざかる方向に移動するように偏心のピボットに支持された、円弧に沿って等のいかなる経路に沿って移動してもよい。そうすると、データ処理手段は、この経路の実際の形状を考慮に入れてプログラムすることができる。しかし、一番簡単な解決策は、チェックする穴が軸を有すると仮定して、軸受け部材を、この穴の軸に略平行な直線の経路に沿って移動させることができるようにするというものである。
この場合には、外部支持体が、例えば、ボール・ブッシュ(ball bush)等の軸受けによる直線的な案内を保持している。
有利な特徴の一つによれば、上述の装置は、作動体上に搭載されるように設計されている。作動体には、リベットで一緒に留めるべき２つの部品を一緒に保持し、クランプする位置決め手段、部品に穴を作成する手段、穴にリベットを配置する手段、およびリベットを成形して部品を接合する手段が搭載されており、こういった手段は、連続的に略穴の軸上に移動されるようになっている。
外部支持体は、位置決め手段がリベットで一緒に留めるべき部品を保持し、クランプした時に、位置決め手段と係合するように、都合よく設計されている。
今説明した装置を用いる本発明による方法は、都合よく以下の各段階を含んでいる。すなわち、
−センサアームの軸を第１の運動方向に略平行に保持した状態で、軸受け部材を、外部支持体に対して引っ込んだ位置に配置する段階、
−センサアームの軸が穴を貫いた状態で、外部支持体を、穴に対して一定の位置になるまで移動する段階、
−外部支持体を固定して保持した状態で、接触部材が穴を貫くように、軸受け部材を延長位置に向けて移動する段階、
−接触部材が穴の内面を押すまで、センサアームに横の力を印加する段階、
−光源および光センサが動作可能な状態で、連続して、および交互に、または同時に軸受け部材の移動およびセンサアームの旋回を駆動する手段を起動する段階、
−光ビームの衝突点の位置および軸受け部材の位置を表す信号を、データ処理手段に送信する段階。
本発明を、図面によって示す実際の例によってより詳細に説明する。
図１は、本発明による装置の、軸線を通る(axial)概略断面図である。
図２は、装置の変形された、図１と同様の部分図である。
本発明による装置の不可欠な要素の一つは、一端に球形の接触部材２を搭載したセンサアーム１である。接触部材２は、部品４に開けられた、チェックすべき穴３の内面と接触する。センサアーム１は、その長さの途中にあるピボット５により支持されている。センサアームは、ここではレーザ・ダイオードからなる光源６を、接触部材２と反対側の端に保持している。光源６は、この光源６と対向している感知面９を有する光センサ８に向かって、光ビーム７を放つ。
ピボット５の軸は、センサアーム１の軸と垂直であり、ピボット５は、その全体の形状が略円筒形である「回転体」１０に搭載されている。回転体１０は、軸受け１１、２４を有しており、その機能は以下に説明する。回転体１０は、１点で回転体およびセンサアーム１をピボット５から遠ざかる方向に押す空気シリンダ１２を保持している。戻しばね１３は、シリンダ１２の作用に対抗し、シリンダ１２が起動していないときには、センサアーム１の軸を、回転体１０の軸と平行な位置に戻すように定められている。摩擦装置からなっているが歯車装置であっても同程度にふさわしい駆動手段１５によって、回転体と連結された駆動モータ１４は、回転体１０をその軸を中心にして回転する。モータ１４は、その軸が回転体の軸と平行である外部支持体１７内で滑動する、軸受け部材１６に搭載されている。軸受け部材１６は、２つのニードル状軸受けを含む軸受け１１によって回転体１０を保持しており、回転体１０が、回転体と軸受け部材に共通の軸に沿って動くことなく、回転することができるようになっている。軸受け部材１６は、外部支持体１７のスロットを通って軸受け部材を駆動する手段１９に接続された、駆動ロッド１８を保持している。駆動手段１９は、象徴的にシリンダとして示されている。実際には、電気モータで駆動される１組のボールねじが用いられる。
ばねとして象徴化した手段２０が、駆動手段１９と軸受け部材１７の間に配置され、装置を衝撃から保護している。
外部支持体用の駆動手段２１は、その位置決め円錐体(cone)を、穴付近の部品４に押しつけて係合する(into bearing engagement)ように移動する。実際の実施例では、装置は、位置決め円錐体を有するロボットの作動体によって保持され、部品と接触するのは作動体の位置決め円錐体であり、外部支持体はこの位置決め円錐体を押す。象徴的に示すセンサ２２は、外部支持体に対する軸受け部材の位置を感知する。実際には、これは、フランスのガイラード（Ｇａｉｌｌａｒｄ）のセンサレックス（ＳＥＮＳＯＲＥＸ）が販売するＬＶＤＴセンサである。
なお、センサアームの角位置および回転位置用のセンサはない。この位置は、光センサ自体によって感知される。
センサ２３は、外部支持体１７と部品４が接触した時を指示する。上述の作動体が、その位置決め手段が部品と接触した時を示すセンサを含む場合には、このセンサはなくてもよい。
位置決め円錐体には、位置決め円錐体と回転体の間に、ボール・ブッシュ２４の軸受けが配置されている。ボール・ブッシュは、回転体を案内し、従って装置、特に、センサアームがチェックすべき穴３に関する非常に正確な位置決めを保証する。
点線で示すように、制御コンピュータ２５が、光センサ８およびセンサ２２、２３に接続されており、こういったユニットの出力信号を受け取る。制御コンピュータ２５はまた、エアシリンダ１２の制御手段、駆動モータ１４、および軸受け部材および外部支持体の駆動手段１９、２１にも接続されている。
説明の簡略化のために、シリンダ１２および光源６にエネルギーを供給する手段は示していない。圧縮空気の供給は、従来技術のロータリーシールを経由してもよく、電力の供給は、回転接点(rotary contact)を経由してもよい。充電可能または再充電可能な電池または蓄圧器も、同程度にふさわしく用いることができる。光源６の代わりに、センサアーム１に取り付けた鏡であってもよい。この場合には、光線は単に鏡によって反射されて、光センサに戻る。この場合には、光線が光センサに当たる角度は、センサアーム１と回転体の軸がなす角度の２倍となる。
装置全体は、上述の欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０．４０２．２２２に説明されているように、穴の軸上に、穴を開ける装置、リベットを取り付ける手段、およびリベットを成形する手段、を連続して配置する手段を備えた作動体に合わせることができ、高品質の自動リベット留めが保証される。
図２は、穴３付近の部品４を押す滑動位置決め円錐体３１を有する作動体３０の一部を示す。この場合、外部支持具１７は、位置決め円錐体３１を経由して部品４を押す。

Claims (8)

1. 部品（４）に開けられた穴（３）の幾何学的形状をチェックする装置において、
   −装置を穴に対して一定の位置に移動させ、その位置に保持する手段を備え、かつ装置をこの位置に保持する外部支持体（１７）、
   −前記外部支持体に搭載され、この外部支持体に対して穴に向かってまたは穴から遠ざかる方向である第１の運動方向に移動することができる、軸受け部材（１６）であって、かかる移動のための駆動手段、および前記外部支持体に対する軸受け部材の位置に応答するセンサ（２２）を備える軸受け部材（１６）、
   −軸を有するセンサアーム（１）を含み、前記軸受け部材に対して旋回可能に搭載され、一端に接触部材（２）を、他端に光ビーム（７）を発射することができる光源（６）を保持する感知システムであって、前記軸受け部品上に搭載され、センサアームの軸の方向を前記第１の運動方向から遠ざかる方向に移動する傾向がある横の力を前記センサアームに及ぼす手段（１２、１３）、および、前記軸受け部材に対して第１の運動方向に移動することなく、この第１の運動方向に平行な回転軸を中心にセンサアームを回転する手段（１４、１５）を備えた感知システム、
   −前記軸受け部材に固定して搭載され、前記センサアームの旋回中に前記光ビーム（７）が当たるようになっている感知面（９）を有する光センサ（８）、および
   −前記軸受け部材の位置に応答した前記センサ（２２）からの信号および前記光センサ（８）からの信号を受け取り、そこから穴の形状に関する情報を演繹するようになっているデータ処理手段（２５）
   を備えていることを特徴とする装置。
2. 前記感知システムが、第１の運動方向と平行な軸を中心として前記軸受け部材（１６）に対して回転することができるように、前記軸受け部材によって支持されており、装置を回転する手段（１４、１５）を備えた回転体（１０）を含み、この回転体は、軸が第１の軸および第２の軸と垂直であるピボット（５）によって前記センサアーム（１）に連結されており、このセンサアームに横の力を及ぼす手段（１２、１３）を有していることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記センサアーム（１）がボール継手によって軸受け部材に搭載されており、横の力を及ぼしてこのセンサアームを回転する手段が軸受け部材によって保持されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の装置。
4. 前記横の力を及ぼす手段が、内部圧力を制御することのできる空気シリンダ（１２）からなり、この空気シリンダは、前記回転体がある場合にはこの回転体（１０）を押し、前記回転体がない場合には軸受け部材（１６）を押すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記外部支持体（１７）が、前記回転体用のボール・ブッシュ等の軸受け手段（２４）を有し、穴（３）に対する前記ピボット（５）の位置をよりよく安定させることを特徴とする請求項２記載の装置。
6. 前記装置が、その上に、連続して略穴の軸上に移動できるようになっている、リベットで一緒に留めるべき２つの部品を一緒に保持し、クランプする位置決め手段（３１）、部品に穴を作成する手段、穴にリベットを配置する手段、およびリベットを成形して部品を接合する手段が搭載されている作動体（３０）に搭載されるように設計されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記外部支持体（１７）が、前記作動体の位置決め手段がリベットで一緒に留めるべき部品を保持し、クランプした時に、この作動体の位置決め手段と係合するように設計されていることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置を用いて、穴の幾何学的形状をチェックする方法において、
   −前記センサアームの軸を第１の運動方向に略平行に保持した状態で、前記軸受け部材を、外部支持体に対して引っ込んだ位置に配置する段階、
   −前記センサアームの軸が穴を貫いた状態で、前記外部支持体を、穴に対して一定の位置になるまで移動する段階、
   −前記外部支持体を固定して保持した状態で、前記接触部材が穴を貫くように、軸受け部材を延長位置に向けて移動する段階、
   −前記接触部材が穴の内面を押すまで、前記センサアームに横の力を印加する段階、
   −前記光源および光センサが動作可能な状態で、連続しておよび交互にまたは同時に前記軸受け部材の移動およびセンサアームの旋回を駆動する手段を起動する段階、
   前記光ビームの衝突点の位置および軸受け部材の位置を示す信号を、前記データ処理手段に送信する段階
   を含む方法。

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