JP3886386B2 - ヘミング加工システム及びヘミング加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車ドアのアウタパネルとインナパネル等の板金製ワークの周縁部をロボットアームで折り曲げるヘミング加工システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車ドアのアウタパネルとインナパネルのヘミング加工は、定位置の作業ステージに位置決めされた下型上にアウタパネルを位置決め保持し、アウタパネル上にインナパネルを位置決め保持して、アウタパネルの周縁に予め上方に折り曲げて形成したフランジ部をロボットアームでインナパネルの周縁部上に約９０°折り曲げることで行われる。ロボットアームは、アーム先端に設けたヘム刃でアウタパネルのフランジ部の一部に振動を加えながら順に折り曲げていくものと、アーム先端のローラでアウタパネルのフランジ部の一部を順々に押圧して折り曲げていくものがある。
【０００３】
自動車ドアのアウタパネルとインナパネルは車種によって形状寸法が異なることから、ヘミング加工に使用される下型は車種毎のアウタパネルに合わせた専用型が使用される。また、ヘミング加工時には下型上のアウタパネルの周縁部上にインナパネルの周縁部を位置決めして安定した状態で押圧しておく必要があり、このインナパネル等のワークの位置決め手段として特定ワーク専用の下型と一対を成す特定ワーク専用の上型か、複数種類のワークに共用されるワーク位置決め押圧部材が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特定ワーク専用の下型と上型の一対でワークを上下から位置決め保持するヘミング加工システムの場合、アウタパネル等のワークの種類切り替えに伴う下型の種類切り替え（下型段替え）時に特定ワーク専用の下型と上型の両方を切り替える必要があるために、下型段替えの作業が工数多くて長時間を要し、さらに、ワークの種類毎に高価な下型と上型を必要とすることから、多品種（多車種）少量生産のワークには不適当である。
【０００５】
また、下型上のワークを真上からワーク位置決め押圧部材で押圧して位置決め保持するヘミング加工システムは、特開平１０−２４９４５４号公報等に開示されているように下型上のワークの真上にワーク位置決め押圧部材を特定の昇降装置で上下動可能に配置し、ワーク位置決め時にワーク位置決め押圧部材を下降させてワークの周縁部を除く中央部を押圧（係合、チャック等）して位置決め保持する。このヘミング加工システムは、下型段替え時に汎用のワーク位置決め押圧部材を段替えする必要が無くて、下型段替えが作業性良く行え、多品種少量生産のワークに好適となる。しかし、汎用のワーク位置決め押圧部材を支持して上下動させる昇降装置が、作業ステージの周辺に設置される複数本の支柱等を有する構造複雑で高価、大型なものとなって、ヘミング加工システムの設置スペース、設備投資費を増大させる不具合があった。
【０００６】
本発明の目的は、システム全体の設置スペースや設備投資費を低減させると共に、下型段替えが作業性良く行える多品種少量生産のワークに好適なヘミング加工システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、定位置の作業ステージ上に位置決め保持された下型にワークを位置決め保持してワーク周縁部をロボットアームでヘミング加工するシステムであって、複数種類のワークに専用の下型の選択された任意種類の下型を上面で位置決め保持する汎用治具と、この汎用治具の上面の任意の複数箇所に位置移動可能に、かつ、設置箇所で上下方向に開閉動可能に設置されて、閉動作することで下型上のワークの周辺部を押圧して下型に位置決め保持する複数のクランプ機構を有し、下型を位置決め保持した汎用治具を作業ステージ上に位置決めするシステムにより、上記目的を達成するものである。
【０００８】
ここで、ヘミング加工されるワークは自動車ドア等の板金であり、形状寸法の異なる複数種類のワークを対象としている。ワークが種類毎に専用の下型に位置決めされ、ワークの周縁部がロボットアームの先端のヘム刃又はローラでヘミング加工される。複数種類のワークに専用の下型が、複数種類の下型に共用される汎用治具上に位置決めされる。特定ワーク専用の下型は、既存のヘミング加工システムにおいて使用されている既存の特定ワーク専用下型が適用できる。汎用治具は上面に下型位置決め用ピン等を有し、上面に下型を位置決め保持した状態で定位置のヘミング加工用作業ステージ上に位置決め保持される。ヘミング加工されるワークの種類変更により行われる下型段替え作業は、下型と汎用治具を一体にした状態で行うことが可能であり、このような下型段替えは形状寸法の一定した汎用治具をフォークリフトの昇降爪で持ち上げて移動させる等することで下型段替え作業が簡単、迅速に行えるようになる。また、下型の保管が汎用治具と一体にした状態で行うことができ、このようにすることで下型が汎用治具で保護された形で保管できる。
【０００９】
また、汎用治具の上面に設置される複数のクランプ機構は、ワークを直接にクランプしたときの姿勢がロックされるトグルクランプ構造が望ましい。このクランプ機構は、汎用治具上で上下方向に開閉動作して閉動作時に汎用治具上のワークの周辺部を押圧してワークを下型上に位置決め保持する。そのため、下型上でワークを押圧して位置決めする従来のワーク位置決め押圧部材やその昇降装置を不要にして、ヘミング加工システムの設置スペースの縮小、設備投資費の低減を容易にする。かかるクランプ機構の開閉動作は手動と自動のいずれも可能であり、自動開閉の場合はクランプ機構の個々に装備させたエアーシリンダ等の駆動源を使って独自に自動開閉させることも可能であるが、ロボットアームで自動開閉させることがクランプ機構を簡略化する上で望ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、作業ステージ上に汎用治具が載置されるときに汎用治具の外周を摺動させてガイドするガイド突起と、このガイド突起でガイドされる汎用治具の外周に当接し従動回転して汎用治具を作業ステージ上の最終位置で位置決め保持するガイドローラとを作業ステージ上に設置したことを特徴とする。
【００１１】
ここでのガイド突起は、汎用治具をガイドローラへとガイドし、ガイドローラはガイド突起でガイドされて最終位置へと移動する汎用治具を保持しながらガイドする。このガイド突起とガイドローラによる汎用治具の２段階的なガイドで、汎用治具が作業ステージに対して多少の位置ズレがあっても作業ステージ上の定位置に常に円滑な動作でもってガイドされ、また、作業ステージ上の位置決め最終位置から汎用治具を上昇させて取り出すときにガイドローラでガイドされることから常に円滑な動作でもって汎用治具の取り出しが行える。従って、下型を位置決め保持した汎用治具の一式の重量物を、例えばフォークリフトで運搬して作業ステージ上に位置決め保持し、作業ステージ上からフォークリフトで取り出す作業が容易となる。作業ステージ上のガイド突起とガイドローラの配置関係、構造は限定されず、ガイド突起を中空構造にしてその中にガイドローラを回転自在に設置する構造や、作業ステージ上の離隔した箇所にガイド突起とガイドローラを別々に設置する配置関係が可能である。
【００１２】
請求項３の発明は上記本発明のヘミング加工システムによるヘミング加工方法で、下型を位置決め保持した汎用治具を作業ステージ上に位置決め保持して、下型上にワークを載せてロボットアームで複数のクランプ機構を順に閉じてワークを下型に押圧して位置決め固定した状態で、ロボットアームで複数のクランプ機構を開閉制御しながらワークの周縁部をヘミング加工することを特徴とする。
【００１３】
この発明におけるロボットアームは、ワーク周縁部のヘミング加工と汎用治具上のクランプ機構の開閉を同時進行的に行う。つまり、汎用治具上の下型に位置決めされたワークは周辺部がクランプ機構で押圧されているため、ワーク周縁部をロボットアームで順にヘミング加工していくと、閉じたクランプ状態にあるクランプ機構で押圧されている周縁部ではクランプ機構が邪魔になってヘミング加工できなくなるので、ロボットアームによるヘミング加工を中断して閉状態のクランプ機構をロボットアームで開いてアンクランプ状態にしてからヘミング加工を続行させる。このようなロボットアームによるヘミング加工動作とクランプ機構の開閉動作を適宜に繰り返し行うことで、ワーク周縁部は部分的にクランプ機構で押圧されて位置決め保持されていてもロボットアームで順にヘミング加工される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を図面（図１乃至図１６）を参照して説明する。
【００１５】
図１及び図２に示されるヘミング加工システムは、定位置に水平に固定された作業ステージ２０上に汎用治具４０と下型１０の一式を位置決め保持し、下型１０上に位置決め保持されたワーク１の周縁部をロボットアーム３０でヘミング加工するシステムである。下型１０は複数種類のワーク１の種類毎に用意される特定ワーク専用型であり、汎用治具４０は複数種類の下型１０のいずれの種類にも共用される汎用型である。汎用治具４０上に下型１０が位置決め保持され、下型１０を保持した汎用治具４０が作業ステージ２０上に位置決め保持されて、下型１０上にワーク１がセットされる。汎用治具４０上の複数箇所にクランプ機構５０が設置され、１箇所に下型種類設定部６０が設置される。クランプ機構５０は、汎用治具４０上の下型１０にセットされたワーク１の周辺部の任意の複数箇所を押圧してクランプする。下型種類設定部６０は、汎用治具４０上の特定ワーク専用下型１０の種類を手動で設定するためのもので、ここで設定された下型の種類はロボットアーム３０や図示しない光学センサー等で検知できるようにしてある。
【００１６】
作業ステージ２０上の所定の複数箇所には、汎用治具４０をガイドして位置決め保持する図４に示すようなガイド突起２１とガイドローラ２２が設置される。ガイド突起２１は作業ステージ２０の側面に固定されて作業ステージ２０上へと突出し、作業ステージ２０の真上から汎用治具４０が位置決め載置のために下降するとガイド突起２１のテーパー状の内面が汎用治具４０の外周に摺動して下降方向をガイドする。ガイドローラ２２はガイド突起２１に内蔵されて、ガイドローラ２２の外周一部がガイド突起２１の下部内面から少し突出する。この突出したガイドローラ外周一部にガイド突起２１でガイドされて下降する汎用治具４０の外周が当接すると、ガイドローラ２２が定位置で従動回転して汎用治具４０を作業ステージ２０上の最終の位置決め位置へとガイドして、最終位置で位置決め保持する。このように作業ステージ２０に汎用治具４０を載置するときにガイド突起２１とガイドローラ２２で２段階的に位置決めすることで、汎用治具４０が作業ステージ２０に対して多少位置ズレしていても常に良好な位置決めが可能となる。ガイドローラ２２は汎用治具４０の最終位置決め時の上下動を円滑なものにして、汎用治具４０の作業ステージ２０上への位置決め搬入動作と作業ステージ２０からの搬出動作を円滑なものにする。そのため、下型１０を搭載した汎用治具４０の重量物をフォークリフト（図示せず）で運搬して作業ステージ２０に位置決め保持する作業が容易となる。
【００１７】
また、作業ステージ２０の上面には上記フォークリフトの２本の昇降爪が挿入される平行な２本の溝２３が形成され、この溝２３を利用して汎用治具４０の搬入搬出が行われる。作業ステージ２０の真横の定位置にはロボット本体３１が設置され、このロボット本体３１の上端から任意方向にロボットアーム３０が延びる。ロボットアーム３０の先端には、ワーク１の周縁部を順にヘミング加工する加工ユニット３２が設置される。加工ユニット３２は、例えばヘム刃３３と、ヘム刃３３を軸方向に振動させるエアーシリンダ３４を具える。作業ステージ２０とロボット本体３１の周辺には、図３の見取り図で示すような安全柵５が設置される。
【００１８】
安全柵５は例えばアルミ枠に透明樹脂板を取付けた柵で、部分的にシャッター５ａや安全柵扉５ｂ、…を有する。ロボットアーム３０にヘミング加工のための起動が自動でかかった場合、シャッター５ａで作業員の安全柵５内への進入を防ぎ、作業員が進入しようとした場合は安全マット５ｃのオン動作で一時停止となり、作業員が進入した場合は安全柵５の内部に設置されたエリアセンサー５ｄのオン動作で非常停止がかかる。安全柵扉５ｂは安全柵５の内部の作業ステージ２０からワークや下型、汎用治具を取り出す用途と、安全柵５の外部から作業ステージ２０に汎用治具と下型の一式を搬入する用途に使用される。また、安全柵５の近くの床上に上下複数段構造の下型置台７０が設置されて、下型置台７０からフォークリフトで汎用治具と下型の一式が作業ステージ２０へと搬入される。
【００１９】
特定ワーク専用の下型１０は、従来のヘミング加工システムで使用されていた既存の下型を、必要に応じて不要部分を取り外すなどしてそのまま適用できる。このように下型１０に既存品を適用することで、設備投資費の大幅な節約ができる。形状寸法の異なる複数種類の下型１０の任意の種類が、共通の汎用治具４０上に位置決め保持される。
【００２０】
汎用治具４０は平板状の金属プレートで、作業ステージ２０との間に図示しない凸部と凹部等の位置決め手段が形成されて、作業ステージ２０上に着脱自在に位置決め保持される。クランプ機構５０は汎用治具４０の上面の複数箇所に位置移動可能に設置されて、設置箇所で上下方向に開閉動作する。例えば図５（Ａ）は汎用治具４０上の６箇所にクランプ機構５０を設置した平面図で、各クランプ機構５０は開いたアンクランプ状態にあって下型１０の周辺部に配置される。図５（Ｂ）は汎用治具４０の下型１０の種類が変更された場合の平面図で、変更された下型１０に応じて汎用治具４０上に設置されるクランプ機構５０の位置、数が変更される。このような汎用治具４０上でのクランプ機構５０の位置変更は手動又は自動で行われる。また、複数のクランプ機構５０は下型１０とワーク１の形状寸法に応じた複数種類のものが用意され、その構造の一例を図６と図７に示す。
【００２１】
同図のクランプ機構５０はトグルクランプで、図６は開いたアンクランプ状態、図７は閉じたクランプ状態が示される。クランプ機構５０は、汎用治具４０上に突設された支柱５１の上端部に設置したトグル機構５２から開閉レバー５３と操作レバー５４を突出させて構成される。支柱５１は汎用治具４０上に位置決め保持される下型１０の側方に設置され、支柱５１の上端部に開閉レバー５３と操作レバー５４が下型１０に対して接近及び離反する上下方向に開閉する。開閉レバー５３の先端部にはワーク位置決め押圧用パッド５６，５７が固定され、操作レバー５４の先端には水平方向に延びる操作ロッド５５が一体に形成される（図９参照）。図６の開状態のときの開閉レバー５３と操作レバー５４は下型１０から十分に離れた定姿勢でロックされた状態にあり、図７の開状態のときの開閉レバー５３は下型１０の上方へと傾いて下型１０上のワーク１を位置決めする定姿勢で、操作レバー５４は真上に延びた垂直な定姿勢でロックされた状態にある。これら各レバー５３，５４の開時及び閉時の姿勢のロックはトグル機構５２で自動的に行われる。
【００２２】
複数のクランプ機構５０の全てが開状態にあるときに、汎用治具４０上の下型１０にワーク１が手作業でセットされる。ワーク１は、例えば自動車ドアのアウタパネル２とインナパネル３で、１車種のアウタパネル専用の下型１０上にアウタパネル２が手動で位置決め載置され、このアウタインナパネル２上にインナパネル３が手作業で載置される。アウタパネル２の周縁には予め略垂直に折曲されたフランジ部２ａが形成され、このフランジ部２ａの内側の周縁部上にインナパネル３の周縁部が載置されて、後述するようにフランジ部２ａがロボットアーム３０の先端のヘム刃３３でインナパネル３の周縁部上へと約９０°折り曲げられる。
【００２３】
図６のように下型１０上にアウタパネル２とインナパネル３を位置決め保持した状態で、操作レバー５４をトグル機構５２を支点にして上方に回転させると、トグル機構５２を介して開閉レバー５３が上方に回転して、図７に示すように開閉レバー５３の先端部のパッド５６，５７がインナパネル３の周縁部とその近くの周辺部を押圧して、インナパネル３をアウタパネル２に位置決め保持する。
【００２４】
操作レバー５４の開閉は、各クランプ機構５０に装備させたエアーシリンダー等の専用のレバー駆動源で自動で、或いは、操作レバー５４の操作ロッド５５を使って作業員が手作業で、又は、操作ロッド５５を利用してロボットアーム３０で自動で行われる。開状態と閉状態での操作レバー５４の回転移動角度は約１５０°〜１８０°であり、操作ロッド５５が開状態から閉状態まで、また、その逆の状態までに移動する距離は十分に大きく設定されて、操作ロッド５５を使用した手動或いはロボットアーム３０による自動による開閉動作が容易に行えるようにしてある。
【００２５】
操作レバー５４の開閉をロボットアーム３０で自動で行う場合、例えば図８（Ａ）、（Ｂ）に示すようにロボットアーム３０の先端のヘム刃３３に円形の作業穴３５を貫通させて形成し、この作業穴３５に操作レバー５４の操作ロッド５５を遊嵌させることで行われる。この開閉の要領が図９（Ａ）〜（Ｄ）に示され、その詳細は後述する。なお、図８に示されるヘム刃３３は、その上下２箇所に作業穴３５を形成しているが、１箇所の穴だけが操作レバー開閉に使用され、他の１箇所の穴はヘム刃軽量化等の目的で必要に応じ形成される。
【００２６】
また、汎用治具４０上にクランプ機構５０と共に設置される下型種類表示部６０は、汎用治具４０上に位置決め保持される下型１０の種類を形態変更で設定するもので、その具体例が図１０及び図１１に示される。この下型種類表示部６０は、汎用治具４０上の定位置に固定された筒状のスタンド６１と、スタンド６１の上端に水平に固定された１枚の設定板６２を有する。設定板６２には複数種類の下型１０の種類数と同じ数の穴６３が形成され、この穴６３の内の選択されたいずれか１つに突起物６４が嵌挿される。例えば穴６３はネジ穴であり、突起物６４はボルトである。
【００２７】
複数の穴６３の個々のＸＹ座標と下型１０の複数の種類の関係が１対１で決められ、汎用治具４０上に位置決め保持される下型１０の１種類で決められた１箇所の指定された座標の穴６３に突起物６４が嵌挿される。汎用治具４０と下型１０の一式が作業治具４０上に載置されると、必要時に選別板６２上の指定された座標での突起物６４の有無が図示しない光学センサーで検知され、或いは、図１１の鎖線で示すようにロボットアーム３０でヘム刃３３を突起物６４に接触させて導通チェックする等して検知される。この検知信号に基づいて汎用治具４０上に載置された下型１０の種類が判別され、この判別から下型１０上に位置決め保持されるワーク１の種類が判別される。
【００２８】
以上の実施の形態のヘミング加工システムによるワーク１のヘミング加工は、次のように行われる。
【００２９】
図３で示した下型置台７０は例えば図１２に示すような３段ラック構造で、各段の桟７１上にはフォークリフトの昇降爪が入る２本の平行な溝７２が形成され、各段の桟７１上に汎用治具４０と下型１０の一式が載置されて保管される。このような３段ラックによる下型保管形態は、個々の下型１０が汎用治具４０に載置されて保護された形で保管されることになり、下型１０の保管時や運搬時の取り扱いが容易になる。また、厚みのある下型１０でも上下３段に保管することで、床上での保管スペースが少なくて済む。
【００３０】
下型置台７０から選別された一式の汎用治具４０と下型１０をフォークリフトで取り出して、図３の安全柵５内の作業ステージ２０上に搬入し、汎用治具４０をガイド突起２１とガイドローラ２２でガイドして作業ステージ２０上に位置決め保持する。この後、汎用治具４０上の下型１０に作業員がワーク１（アウタパネル２とインナパネル３）をセットして安全柵５から退出する。セットされたワーク１をロボットアーム３０がヘミング加工する動作の前に、ロボットアーム３０は次の安全確認動作やヘム刃品質確認動作を行う。
【００３１】
作業ステージ２０上のロボット本体３１の近くに図１３に示すようなアーム位置検知装置８０とヘム刃位置検知装置９０が設置され、ヘミング加工の作業開始前にロボットアーム３０はその先端のヘム刃３３をアーム位置検知装置８０からヘム刃位置検知装置９０へと移動させる。一対の検知装置８０，９０は市販品の適用が可能である。アーム位置検知装置８０は、上端にリミットスイッチ８１を有し、ロボットアーム３０はヘム刃３３でリミットスイッチ８１を押してオンさせる定位置に静止している。リミットスイッチ８１がオン状態にある間に作業員による設備の点検や、下型１０へのワークセットの各作業が行われる。この作業中にロボットアーム３０が誤って起動してヘム刃３３を動かすと、リミットスイッチ８１がオフになって非常停止がかけられる。
【００３２】
アーム位置検知装置８０でロボットアーム３０が正常な位置に在ると確認された後、ロボットアーム３０が起動してヘム刃３３をヘム刃位置検知装置９０へと移動させる。ヘム刃位置検知装置９０はヘム刃３３の摩耗量や位置ズレ量を検知する。例えば図１４に示すようなレーザーセンサー９１でヘム刃３３の先端中央の平坦面と、先端と側面の間のアール部を含む複数箇所の摩耗量を検出する。ヘム刃３３は先端中央の平坦面やその両端のアール部を使ってヘミング加工するため、先端の平坦面やアール部の摩耗量が許容値を超えるとヘミング加工精度が低下する。そこで、ヘム刃位置検知装置９０で検出された摩耗量が許容値の例えば０．５ｍｍ未満であれば次のヘミング加工の動作に移り、０．５ｍｍ以上であればヘム刃３３の交換が行われる。
【００３３】
ヘム刃位置検知装置９０でヘム刃３３の摩耗量等が検査された後、ロボットアーム３０はヘミング加工前に必要とされる各種の確認動作、例えば下型１０上のワーク１の種類（車種）確認、下型１０上でのワーク１の有無確認、下型１０の周辺にあるクランプ機構５０の開閉状態の確認の各動作をする。これらの確認動作は、光学センサーを使って自動的に行うか、或いは、ロボットアーム３０を使った導通チェックで行うようにすればよい。例えば、下型１０上のワーク種類確認は、図１１で説明したようにロボットアーム３０でヘム刃３３を下型種類表示部６０における指定座標での突起物６４に接触させてヘム刃３３と突起物６４の間で導通があるか否かをチェックして行う。また、下型１０上でのワーク１の有無確認は、ロボットアーム３０でヘム刃３３をワーク１のインナパネル１ｂに接触させて導通があるか否かで行う。クランプ機構５０の開閉状態の確認は、次のように行えばよい。
【００３４】
下型１０上にワーク１をセットするとき、各クランプ機構５０は開状態にあり、ワークセット後も開状態が維持されて、ロボットアーム３０はまず各クランプ機構５０が開状態にあるか否かの確認動作をしてから、各クランプ機構５０を順に閉じる開閉切り替え動作に移行する。つまり、ロボットアーム３０が開状態にあるクランプ機構５０を閉状態に切り替える場合、クランプ機構５０が既に閉状態にあるときにこれを閉じるようにロボットアーム３０が動作すると閉状態のクランプ機構５０でロボットアーム３０の動きが邪魔されることがあるので、これを回避するためにロボットアーム３０はまず各クランプ機構５０が開状態にあるか否かの確認動作をする。この確認動作は図９（Ａ）→（Ｂ）→（Ａ）の動作順序で行われる。
【００３５】
図９（Ａ）は図６の開状態のクランプ機構５０における略水平な操作レバー５４と操作ロッド５５が示される。この操作ロッド５５の先端近くにヘム刃３３をロボットアーム３０で移動させてから、図９（Ｂ）のようにヘム刃３３を前進させて１つの操作穴３５の中心部に操作ロッド５５を挿入した後、ヘム刃３３を少しだけ上下或いは左右移動させて操作穴３５の内面が操作ロッド５５と接触するか否かをチェックする。例えば、ヘム刃３３と操作ロッド５５の間に両者が接触すると導通するようにしておいて、操作穴３５の中心部に操作ロッド５５が入るタイミングで初めの導通チェックをし、このときは導通無しのオフ信号でチェックＯＫとし、次にヘム刃３３を少し上下或いは左右移動させて操作穴３５の内面が操作ロッド５５に接触するタイミングで導通チェックして、このときは導通有りのオン信号でチェックＯＫとする。この２回のチェックＯＫでクランプ機構５０が図６の開状態にあることが正確に確認される。
【００３６】
全てのクランプ機構５０が開状態にあると確認されると、ロボットアーム３０は図６の開状態の各クランプ機構５０を図７の閉状態になるように順に閉じていく。その要領を図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すと、まずロボットアーム３０がヘム刃３３を図９（Ａ）から図９（Ｂ）の位置に移動させた後、ヘム刃３３を図９（Ｃ）の上限位置まで上昇移動させ、この上昇移動で操作ロッド５５を介して操作レバー５４を略垂直な姿勢まで開く。その後、図９（Ｄ）に示すようにヘム刃３３を後退させて操作ロッド５５から離脱させ、次の開状態にあるクランプ機構５０を閉じるための動作に移行する。
【００３７】
ロボットアーム３０が全てのクランプ機構５０を順に閉じると、ロボットアーム３０は下型１０上のワーク１のヘミング加工動作に移行する。例えば、自動車ドアのワーク１のヘミング加工される周縁部が図１５で示す連続した第１周縁部ＡＢ、第２周縁部ＢＣ、第３周縁部ＣＤとすると、ロボットアーム３０はヘム刃３３を図１５の矢印で示すステップ▲１▼〜▲９▼でヘミング加工する。なお、ステップ▲１▼、▲２▼は端処理加工、ステップ▲３▼、▲５▼、▲６▼、▲８▼はプリヘム加工、ステップ▲４▼、▲７▼、▲９▼は本ヘム加工のステップである。
【００３８】
ステップ▲１▼とステップ▲２▼の端処理加工は、第１周縁部ＡＢと第２周縁部ＢＣのコーナ部と、第２周縁部ＢＣと第３周縁部ＣＤのコーナ部に順にヘム刃３３を移動させて、コーナ部をプリヘム加工し易いように曲げ加工する。
【００３９】
ステップ▲２▼の後、ステップ▲３▼によって第１周縁部ＡＢがプリヘム加工される。つまり、図１６（Ａ）に示すように、ワーク１であるアウタパネル２の周縁のフランジ部２ａをヘム刃３３の先端面で約４５°折り曲げるプリヘム加工が行われる。この第１周縁部ＡＢのプリヘム加工は、第１周縁部ＡＢをクランプしているクランプ機構を一時的に開状態にして行われ、このときのワーク位置決め保持は第２周縁部ＢＣと第３周縁部ＣＤをクランプしているクランプ機構で継続される。ステップ▲３▼のプリヘム加工が終了すると、ステップ▲４▼に移行して同じ第１周縁部ＡＢの本ヘム加工が行われる。この本ヘム加工は図１６（Ｂ）に示すようにプリヘム加工されたフランジ部２ａをヘム刃３３の先端面で押圧してインナパネル３の周縁部上に重合させる加工で、第１周縁部ＡＢのヘミング加工が終了する。
【００４０】
第１周縁部ＡＢのヘミング加工が終了すると、ロボットアーム３０は第１周縁部ＡＢのクランプ機構を閉じ、次の加工対象である第２周縁部ＢＣのクランプ機構を開く動作をしてから、第２周縁部ＢＣをステップ▲５▼とステップ▲６▼で２回に分けてプリヘム加工をし、ステップ▲７▼で本ヘム加工する。
【００４１】
ステップ▲７▼で第２周縁部ＢＣのヘミング加工が終了すると、第２周縁部ＢＣのクランプ機構が閉じられ、第３周縁部ＣＤのクランプ機構が開かれてから、ステップ▲８▼で第３周縁部ＣＤのプリヘム加工が行われ、最後にステップ▲９▼で本ヘム加工が行われて、ワーク周縁部のヘミング加工が終了する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数種類のワークに専用の下型を複数種類の下型に共用される汎用治具上に位置決めして、汎用治具をヘミング加工用作業ステージ上に位置決め保持し、汎用治具上のクランプ機構で下型上のワークの周辺部をクランプするようにしたので、ヘミング加工されるワークの種類が変更されて下型を変更させる下型段替え作業が下型と一体の汎用治具をフォークリフト等で移動させることで行え、この下型段替え作業中や下型保管中に下型が汎用治具で保護されて下型の取り扱いが容易になり、下型段替え作業や下型保管作業が簡単、迅速に行えるようになる。また、汎用治具上のクランプ機構は下型上のワークの周辺部を部分的に押圧するだけの小形で構造簡単なものが適用でき、而も、クランプ機構は複数種類の下型、ワークに適用できるので、設備投資的に有利で多品種少量生産にワークに好適なヘミング加工システムが提供できる。
【００４３】
また、作業ステージ上のガイド突起とガイドローラが汎用治具を２段階的にガイドして作業ステージへの汎用治具の位置決め保持と作業ステージ上からの汎用治具の取り外しの各動作を常に円滑にし、下型と汎用治具の一式の重量物の作業ステージ上での位置決め動作を正確で容易なものにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すヘミング加工システムの側面図である。
【図２】図１のヘミング加工システムの平面図である。
【図３】図１のヘミング加工システムとその周辺の見取り図である。
【図４】汎用治具のガイド突起とガイドローラのある部分の拡大側面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は汎用治具の平面図である。
【図６】クランプ機構の開状態時の側面図である。
【図７】クランプ機構の閉状態時の側面図である。
【図８】（Ａ）はロボットアームの先端の加工ユニットの正面図、（Ｂ）は加工ユニットにおけるヘム刃の側面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）はヘム刃とクランプ機構の一部の関係を示す部分斜視図である。
【図１０】汎用治具上の下型種類表示部の平面図である。
【図１１】図１０の下型種類表示部の正面図である。
【図１２】汎用治具と下型の一式を保管する下型置台の正面図である。
【図１３】作業ステージ上のアーム位置検知装置とヘム刃位置検知装置の正面図である。
【図１４】ヘム刃位置検知装置のレーザーセンサーの正面図である。
【図１５】ヘミング加工されるワークの概要を示す平面図である。
【図１６】（Ａ）はワークのプリヘム加工時の断面図、（Ｂ）は本ヘム加工時の断面図である。
【符号の説明】
１ ワーク
２ アウタパネル
２ａ フランジ部
３ インナパネル
１０ 下型
２０ 作業ステージ
２１ ガイド突起
２２ ガイドローラ
３０ ロボットアーム
３１ ロボット本体
３２ 加工ユニット
３３ ヘム刃
３４ エアーシリンダ
３５ 作業穴
４０ 汎用治具
５０ クランプ機構
５１ 支柱
５２ トグル機構
５３ 開閉レバー
５４ 操作レバー
５５ 操作ロッド
６０ 下型種類表示部
６２ 設定板
６３ 穴
６４ 突起物
７０ 下型置台
８０ アーム位置検知装置
９０ ヘム刃位置検知装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車ドアのアウタパネルとインナパネル等の板金製ワークの周縁部をロボットアームで折り曲げるヘミング加工システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車ドアのアウタパネルとインナパネルのヘミング加工は、定位置の作業ステージに位置決めされた下型上にアウタパネルを位置決め保持し、アウタパネル上にインナパネルを位置決め保持して、アウタパネルの周縁に予め上方に折り曲げて形成したフランジ部をロボットアームでインナパネルの周縁部上に約９０°折り曲げることで行われる。ロボットアームは、アーム先端に設けたヘム刃でアウタパネルのフランジ部の一部に振動を加えながら順に折り曲げていくものと、アーム先端のローラでアウタパネルのフランジ部の一部を順々に押圧して折り曲げていくものがある。
【０００３】
自動車ドアのアウタパネルとインナパネルは車種によって形状寸法が異なることから、ヘミング加工に使用される下型は車種毎のアウタパネルに合わせた専用型が使用される。また、ヘミング加工時には下型上のアウタパネルの周縁部上にインナパネルの周縁部を位置決めして安定した状態で押圧しておく必要があり、このインナパネル等のワークの位置決め手段として特定ワーク専用の下型と一対を成す特定ワーク専用の上型か、複数種類のワークに共用されるワーク位置決め押圧部材が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特定ワーク専用の下型と上型の一対でワークを上下から位置決め保持するヘミング加工システムの場合、アウタパネル等のワークの種類切り替えに伴う下型の種類切り替え（下型段替え）時に特定ワーク専用の下型と上型の両方を切り替える必要があるために、下型段替えの作業が工数多くて長時間を要し、さらに、ワークの種類毎に高価な下型と上型を必要とすることから、多品種（多車種）少量生産のワークには不適当である。
【０００５】
また、下型上のワークを真上からワーク位置決め押圧部材で押圧して位置決め保持するヘミング加工システムは、特開平１０−２４９４５４号公報等に開示されているように下型上のワークの真上にワーク位置決め押圧部材を特定の昇降装置で上下動可能に配置し、ワーク位置決め時にワーク位置決め押圧部材を下降させてワークの周縁部を除く中央部を押圧（係合、チャック等）して位置決め保持する。このヘミング加工システムは、下型段替え時に汎用のワーク位置決め押圧部材を段替えする必要が無くて、下型段替えが作業性良く行え、多品種少量生産のワークに好適となる。しかし、汎用のワーク位置決め押圧部材を支持して上下動させる昇降装置が、作業ステージの周辺に設置される複数本の支柱等を有する構造複雑で高価、大型なものとなって、ヘミング加工システムの設置スペース、設備投資費を増大させる不具合があった。
【０００６】
本発明の目的は、システム全体の設置スペースや設備投資費を低減させると共に、下型段替えが作業性良く行える多品種少量生産のワークに好適なヘミング加工システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、定位置の作業ステージ上に位置決め保持された下型にワークを位置決め保持してワーク周縁部をロボットアームでヘミング加工するシステムであって、複数種類のワークに専用の下型の選択された任意種類の下型を上面で位置決め保持する汎用治具と、この汎用治具の上面の任意の複数箇所に位置移動可能に、かつ、設置箇所で上下方向に開閉動可能に設置されて、閉動作することで下型上のワークの周辺部を押圧して下型に位置決め保持する複数のクランプ機構を有し、下型を位置決め保持した汎用治具を作業ステージ上に位置決めするシステムにより、上記目的を達成するものである。
【０００８】
ここで、ヘミング加工されるワークは自動車ドア等の板金であり、形状寸法の異なる複数種類のワークを対象としている。ワークが種類毎に専用の下型に位置決めされ、ワークの周縁部がロボットアームの先端のヘム刃又はローラでヘミング加工される。複数種類のワークに専用の下型が、複数種類の下型に共用される汎用治具上に位置決めされる。特定ワーク専用の下型は、既存のヘミング加工システムにおいて使用されている既存の特定ワーク専用下型が適用できる。汎用治具は上面に下型位置決め用ピン等を有し、上面に下型を位置決め保持した状態で定位置のヘミング加工用作業ステージ上に位置決め保持される。ヘミング加工されるワークの種類変更により行われる下型段替え作業は、下型と汎用治具を一体にした状態で行うことが可能であり、このような下型段替えは形状寸法の一定した汎用治具をフォークリフトの昇降爪で持ち上げて移動させる等することで下型段替え作業が簡単、迅速に行えるようになる。また、下型の保管が汎用治具と一体にした状態で行うことができ、このようにすることで下型が汎用治具で保護された形で保管できる。
【０００９】
また、汎用治具の上面に設置される複数のクランプ機構は、ワークを直接にクランプしたときの姿勢がロックされるトグルクランプ構造が望ましい。このクランプ機構は、汎用治具上で上下方向に開閉動作して閉動作時に汎用治具上のワークの周辺部を押圧してワークを下型上に位置決め保持する。そのため、下型上でワークを押圧して位置決めする従来のワーク位置決め押圧部材やその昇降装置を不要にして、ヘミング加工システムの設置スペースの縮小、設備投資費の低減を容易にする。かかるクランプ機構の開閉動作は手動と自動のいずれも可能であり、自動開閉の場合はクランプ機構の個々に装備させたエアーシリンダ等の駆動源を使って独自に自動開閉させることも可能であるが、ロボットアームで自動開閉させることがクランプ機構を簡略化する上で望ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、作業ステージ上に汎用治具が載置されるときに汎用治具の外周を摺動させてガイドするガイド突起と、このガイド突起でガイドされる汎用治具の外周に当接し従動回転して汎用治具を作業ステージ上の最終位置で位置決め保持するガイドローラとを作業ステージ上に設置したことを特徴とする。
【００１１】
ここでのガイド突起は、汎用治具をガイドローラへとガイドし、ガイドローラはガイド突起でガイドされて最終位置へと移動する汎用治具を保持しながらガイドする。このガイド突起とガイドローラによる汎用治具の２段階的なガイドで、汎用治具が作業ステージに対して多少の位置ズレがあっても作業ステージ上の定位置に常に円滑な動作でもってガイドされ、また、作業ステージ上の位置決め最終位置から汎用治具を上昇させて取り出すときにガイドローラでガイドされることから常に円滑な動作でもって汎用治具の取り出しが行える。従って、下型を位置決め保持した汎用治具の一式の重量物を、例えばフォークリフトで運搬して作業ステージ上に位置決め保持し、作業ステージ上からフォークリフトで取り出す作業が容易となる。作業ステージ上のガイド突起とガイドローラの配置関係、構造は限定されず、ガイド突起を中空構造にしてその中にガイドローラを回転自在に設置する構造や、作業ステージ上の離隔した箇所にガイド突起とガイドローラを別々に設置する配置関係が可能である。
【００１２】
請求項３の発明は上記本発明のヘミング加工システムによるヘミング加工方法で、下型を位置決め保持した汎用治具を作業ステージ上に位置決め保持して、下型上にワークを載せてロボットアームで複数のクランプ機構を順に閉じてワークを下型に押圧して位置決め固定した状態で、ロボットアームで複数のクランプ機構を開閉制御しながらワークの周縁部をヘミング加工することを特徴とする。
【００１３】
この発明におけるロボットアームは、ワーク周縁部のヘミング加工と汎用治具上のクランプ機構の開閉を同時進行的に行う。つまり、汎用治具上の下型に位置決めされたワークは周辺部がクランプ機構で押圧されているため、ワーク周縁部をロボットアームで順にヘミング加工していくと、閉じたクランプ状態にあるクランプ機構で押圧されている周縁部ではクランプ機構が邪魔になってヘミング加工できなくなるので、ロボットアームによるヘミング加工を中断して閉状態のクランプ機構をロボットアームで開いてアンクランプ状態にしてからヘミング加工を続行させる。このようなロボットアームによるヘミング加工動作とクランプ機構の開閉動作を適宜に繰り返し行うことで、ワーク周縁部は部分的にクランプ機構で押圧されて位置決め保持されていてもロボットアームで順にヘミング加工される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を図面（図１乃至図１６）を参照して説明する。
【００１５】
図１及び図２に示されるヘミング加工システムは、定位置に水平に固定された作業ステージ２０上に汎用治具４０と下型１０の一式を位置決め保持し、下型１０上に位置決め保持されたワーク１の周縁部をロボットアーム３０でヘミング加工するシステムである。下型１０は複数種類のワーク１の種類毎に用意される特定ワーク専用型であり、汎用治具４０は複数種類の下型１０のいずれの種類にも共用される汎用型である。汎用治具４０上に下型１０が位置決め保持され、下型１０を保持した汎用治具４０が作業ステージ２０上に位置決め保持されて、下型１０上にワーク１がセットされる。汎用治具４０上の複数箇所にクランプ機構５０が設置され、１箇所に下型種類設定部６０が設置される。クランプ機構５０は、汎用治具４０上の下型１０にセットされたワーク１の周辺部の任意の複数箇所を押圧してクランプする。下型種類設定部６０は、汎用治具４０上の特定ワーク専用下型１０の種類を手動で設定するためのもので、ここで設定された下型の種類はロボットアーム３０や図示しない光学センサー等で検知できるようにしてある。
【００１６】
作業ステージ２０上の所定の複数箇所には、汎用治具４０をガイドして位置決め保持する図４に示すようなガイド突起２１とガイドローラ２２が設置される。ガイド突起２１は作業ステージ２０の側面に固定されて作業ステージ２０上へと突出し、作業ステージ２０の真上から汎用治具４０が位置決め載置のために下降するとガイド突起２１のテーパー状の内面が汎用治具４０の外周に摺動して下降方向をガイドする。ガイドローラ２２はガイド突起２１に内蔵されて、ガイドローラ２２の外周一部がガイド突起２１の下部内面から少し突出する。この突出したガイドローラ外周一部にガイド突起２１でガイドされて下降する汎用治具４０の外周が当接すると、ガイドローラ２２が定位置で従動回転して汎用治具４０を作業ステージ２０上の最終の位置決め位置へとガイドして、最終位置で位置決め保持する。このように作業ステージ２０に汎用治具４０を載置するときにガイド突起２１とガイドローラ２２で２段階的に位置決めすることで、汎用治具４０が作業ステージ２０に対して多少位置ズレしていても常に良好な位置決めが可能となる。ガイドローラ２２は汎用治具４０の最終位置決め時の上下動を円滑なものにして、汎用治具４０の作業ステージ２０上への位置決め搬入動作と作業ステージ２０からの搬出動作を円滑なものにする。そのため、下型１０を搭載した汎用治具４０の重量物をフォークリフト（図示せず）で運搬して作業ステージ２０に位置決め保持する作業が容易となる。
【００１７】
また、作業ステージ２０の上面には上記フォークリフトの２本の昇降爪が挿入される平行な２本の溝２３が形成され、この溝２３を利用して汎用治具４０の搬入搬出が行われる。作業ステージ２０の真横の定位置にはロボット本体３１が設置され、このロボット本体３１の上端から任意方向にロボットアーム３０が延びる。ロボットアーム３０の先端には、ワーク１の周縁部を順にヘミング加工する加工ユニット３２が設置される。加工ユニット３２は、例えばヘム刃３３と、ヘム刃３３を軸方向に振動させるエアーシリンダ３４を具える。作業ステージ２０とロボット本体３１の周辺には、図３の見取り図で示すような安全柵５が設置される。
【００１８】
安全柵５は例えばアルミ枠に透明樹脂板を取付けた柵で、部分的にシャッター５ａや安全柵扉５ｂ、…を有する。ロボットアーム３０にヘミング加工のための起動が自動でかかった場合、シャッター５ａで作業員の安全柵５内への進入を防ぎ、作業員が進入しようとした場合は安全マット５ｃのオン動作で一時停止となり、作業員が進入した場合は安全柵５の内部に設置されたエリアセンサー５ｄのオン動作で非常停止がかかる。安全柵扉５ｂは安全柵５の内部の作業ステージ２０からワークや下型、汎用治具を取り出す用途と、安全柵５の外部から作業ステージ２０に汎用治具と下型の一式を搬入する用途に使用される。また、安全柵５の近くの床上に上下複数段構造の下型置台７０が設置されて、下型置台７０からフォークリフトで汎用治具と下型の一式が作業ステージ２０へと搬入される。
【００１９】
特定ワーク専用の下型１０は、従来のヘミング加工システムで使用されていた既存の下型を、必要に応じて不要部分を取り外すなどしてそのまま適用できる。このように下型１０に既存品を適用することで、設備投資費の大幅な節約ができる。形状寸法の異なる複数種類の下型１０の任意の種類が、共通の汎用治具４０上に位置決め保持される。
【００２０】
汎用治具４０は平板状の金属プレートで、作業ステージ２０との間に図示しない凸部と凹部等の位置決め手段が形成されて、作業ステージ２０上に着脱自在に位置決め保持される。クランプ機構５０は汎用治具４０の上面の複数箇所に位置移動可能に設置されて、設置箇所で上下方向に開閉動作する。例えば図５（Ａ）は汎用治具４０上の６箇所にクランプ機構５０を設置した平面図で、各クランプ機構５０は開いたアンクランプ状態にあって下型１０の周辺部に配置される。図５（Ｂ）は汎用治具４０の下型１０の種類が変更された場合の平面図で、変更された下型１０に応じて汎用治具４０上に設置されるクランプ機構５０の位置、数が変更される。このような汎用治具４０上でのクランプ機構５０の位置変更は手動又は自動で行われる。また、複数のクランプ機構５０は下型１０とワーク１の形状寸法に応じた複数種類のものが用意され、その構造の一例を図６と図７に示す。
【００２１】
同図のクランプ機構５０はトグルクランプで、図６は開いたアンクランプ状態、図７は閉じたクランプ状態が示される。クランプ機構５０は、汎用治具４０上に突設された支柱５１の上端部に設置したトグル機構５２から開閉レバー５３と操作レバー５４を突出させて構成される。支柱５１は汎用治具４０上に位置決め保持される下型１０の側方に設置され、支柱５１の上端部に開閉レバー５３と操作レバー５４が下型１０に対して接近及び離反する上下方向に開閉する。開閉レバー５３の先端部にはワーク位置決め押圧用パッド５６，５７が固定され、操作レバー５４の先端には水平方向に延びる操作ロッド５５が一体に形成される（図９参照）。図６の開状態のときの開閉レバー５３と操作レバー５４は下型１０から十分に離れた定姿勢でロックされた状態にあり、図７の開状態のときの開閉レバー５３は下型１０の上方へと傾いて下型１０上のワーク１を位置決めする定姿勢で、操作レバー５４は真上に延びた垂直な定姿勢でロックされた状態にある。これら各レバー５３，５４の開時及び閉時の姿勢のロックはトグル機構５２で自動的に行われる。
【００２２】
複数のクランプ機構５０の全てが開状態にあるときに、汎用治具４０上の下型１０にワーク１が手作業でセットされる。ワーク１は、例えば自動車ドアのアウタパネル２とインナパネル３で、１車種のアウタパネル専用の下型１０上にアウタパネル２が手動で位置決め載置され、このアウタインナパネル２上にインナパネル３が手作業で載置される。アウタパネル２の周縁には予め略垂直に折曲されたフランジ部２ａが形成され、このフランジ部２ａの内側の周縁部上にインナパネル３の周縁部が載置されて、後述するようにフランジ部２ａがロボットアーム３０の先端のヘム刃３３でインナパネル３の周縁部上へと約９０°折り曲げられる。
【００２３】
図６のように下型１０上にアウタパネル２とインナパネル３を位置決め保持した状態で、操作レバー５４をトグル機構５２を支点にして上方に回転させると、トグル機構５２を介して開閉レバー５３が上方に回転して、図７に示すように開閉レバー５３の先端部のパッド５６，５７がインナパネル３の周縁部とその近くの周辺部を押圧して、インナパネル３をアウタパネル２に位置決め保持する。
【００２４】
操作レバー５４の開閉は、各クランプ機構５０に装備させたエアーシリンダー等の専用のレバー駆動源で自動で、或いは、操作レバー５４の操作ロッド５５を使って作業員が手作業で、又は、操作ロッド５５を利用してロボットアーム３０で自動で行われる。開状態と閉状態での操作レバー５４の回転移動角度は約１５０°〜１８０°であり、操作ロッド５５が開状態から閉状態まで、また、その逆の状態までに移動する距離は十分に大きく設定されて、操作ロッド５５を使用した手動或いはロボットアーム３０による自動による開閉動作が容易に行えるようにしてある。
【００２５】
操作レバー５４の開閉をロボットアーム３０で自動で行う場合、例えば図８（Ａ）、（Ｂ）に示すようにロボットアーム３０の先端のヘム刃３３に円形の作業穴３５を貫通させて形成し、この作業穴３５に操作レバー５４の操作ロッド５５を遊嵌させることで行われる。この開閉の要領が図９（Ａ）〜（Ｄ）に示され、その詳細は後述する。なお、図８に示されるヘム刃３３は、その上下２箇所に作業穴３５を形成しているが、１箇所の穴だけが操作レバー開閉に使用され、他の１箇所の穴はヘム刃軽量化等の目的で必要に応じ形成される。
【００２６】
また、汎用治具４０上にクランプ機構５０と共に設置される下型種類表示部６０は、汎用治具４０上に位置決め保持される下型１０の種類を形態変更で設定するもので、その具体例が図１０及び図１１に示される。この下型種類表示部６０は、汎用治具４０上の定位置に固定された筒状のスタンド６１と、スタンド６１の上端に水平に固定された１枚の設定板６２を有する。設定板６２には複数種類の下型１０の種類数と同じ数の穴６３が形成され、この穴６３の内の選択されたいずれか１つに突起物６４が嵌挿される。例えば穴６３はネジ穴であり、突起物６４はボルトである。
【００２７】
複数の穴６３の個々のＸＹ座標と下型１０の複数の種類の関係が１対１で決められ、汎用治具４０上に位置決め保持される下型１０の１種類で決められた１箇所の指定された座標の穴６３に突起物６４が嵌挿される。汎用治具４０と下型１０の一式が作業治具４０上に載置されると、必要時に選別板６２上の指定された座標での突起物６４の有無が図示しない光学センサーで検知され、或いは、図１１の鎖線で示すようにロボットアーム３０でヘム刃３３を突起物６４に接触させて導通チェックする等して検知される。この検知信号に基づいて汎用治具４０上に載置された下型１０の種類が判別され、この判別から下型１０上に位置決め保持されるワーク１の種類が判別される。
【００２８】
以上の実施の形態のヘミング加工システムによるワーク１のヘミング加工は、次のように行われる。
【００２９】
図３で示した下型置台７０は例えば図１２に示すような３段ラック構造で、各段の桟７１上にはフォークリフトの昇降爪が入る２本の平行な溝７２が形成され、各段の桟７１上に汎用治具４０と下型１０の一式が載置されて保管される。このような３段ラックによる下型保管形態は、個々の下型１０が汎用治具４０に載置されて保護された形で保管されることになり、下型１０の保管時や運搬時の取り扱いが容易になる。また、厚みのある下型１０でも上下３段に保管することで、床上での保管スペースが少なくて済む。
【００３０】
下型置台７０から選別された一式の汎用治具４０と下型１０をフォークリフトで取り出して、図３の安全柵５内の作業ステージ２０上に搬入し、汎用治具４０をガイド突起２１とガイドローラ２２でガイドして作業ステージ２０上に位置決め保持する。この後、汎用治具４０上の下型１０に作業員がワーク１（アウタパネル２とインナパネル３）をセットして安全柵５から退出する。セットされたワーク１をロボットアーム３０がヘミング加工する動作の前に、ロボットアーム３０は次の安全確認動作やヘム刃品質確認動作を行う。
【００３１】
作業ステージ２０上のロボット本体３１の近くに図１３に示すようなアーム位置検知装置８０とヘム刃位置検知装置９０が設置され、ヘミング加工の作業開始前にロボットアーム３０はその先端のヘム刃３３をアーム位置検知装置８０からヘム刃位置検知装置９０へと移動させる。一対の検知装置８０，９０は市販品の適用が可能である。アーム位置検知装置８０は、上端にリミットスイッチ８１を有し、ロボットアーム３０はヘム刃３３でリミットスイッチ８１を押してオンさせる定位置に静止している。リミットスイッチ８１がオン状態にある間に作業員による設備の点検や、下型１０へのワークセットの各作業が行われる。この作業中にロボットアーム３０が誤って起動してヘム刃３３を動かすと、リミットスイッチ８１がオフになって非常停止がかけられる。
【００３２】
アーム位置検知装置８０でロボットアーム３０が正常な位置に在ると確認された後、ロボットアーム３０が起動してヘム刃３３をヘム刃位置検知装置９０へと移動させる。ヘム刃位置検知装置９０はヘム刃３３の摩耗量や位置ズレ量を検知する。例えば図１４に示すようなレーザーセンサー９１でヘム刃３３の先端中央の平坦面と、先端と側面の間のアール部を含む複数箇所の摩耗量を検出する。ヘム刃３３は先端中央の平坦面やその両端のアール部を使ってヘミング加工するため、先端の平坦面やアール部の摩耗量が許容値を超えるとヘミング加工精度が低下する。そこで、ヘム刃位置検知装置９０で検出された摩耗量が許容値の例えば０．５ｍｍ未満であれば次のヘミング加工の動作に移り、０．５ｍｍ以上であればヘム刃３３の交換が行われる。
【００３３】
ヘム刃位置検知装置９０でヘム刃３３の摩耗量等が検査された後、ロボットアーム３０はヘミング加工前に必要とされる各種の確認動作、例えば下型１０上のワーク１の種類（車種）確認、下型１０上でのワーク１の有無確認、下型１０の周辺にあるクランプ機構５０の開閉状態の確認の各動作をする。これらの確認動作は、光学センサーを使って自動的に行うか、或いは、ロボットアーム３０を使った導通チェックで行うようにすればよい。例えば、下型１０上のワーク種類確認は、図１１で説明したようにロボットアーム３０でヘム刃３３を下型種類表示部６０における指定座標での突起物６４に接触させてヘム刃３３と突起物６４の間で導通があるか否かをチェックして行う。また、下型１０上でのワーク１の有無確認は、ロボットアーム３０でヘム刃３３をワーク１のインナパネル１ｂに接触させて導通があるか否かで行う。クランプ機構５０の開閉状態の確認は、次のように行えばよい。
【００３４】
下型１０上にワーク１をセットするとき、各クランプ機構５０は開状態にあり、ワークセット後も開状態が維持されて、ロボットアーム３０はまず各クランプ機構５０が開状態にあるか否かの確認動作をしてから、各クランプ機構５０を順に閉じる開閉切り替え動作に移行する。つまり、ロボットアーム３０が開状態にあるクランプ機構５０を閉状態に切り替える場合、クランプ機構５０が既に閉状態にあるときにこれを閉じるようにロボットアーム３０が動作すると閉状態のクランプ機構５０でロボットアーム３０の動きが邪魔されることがあるので、これを回避するためにロボットアーム３０はまず各クランプ機構５０が開状態にあるか否かの確認動作をする。この確認動作は図９（Ａ）→（Ｂ）→（Ａ）の動作順序で行われる。
【００３５】
図９（Ａ）は図６の開状態のクランプ機構５０における略水平な操作レバー５４と操作ロッド５５が示される。この操作ロッド５５の先端近くにヘム刃３３をロボットアーム３０で移動させてから、図９（Ｂ）のようにヘム刃３３を前進させて１つの操作穴３５の中心部に操作ロッド５５を挿入した後、ヘム刃３３を少しだけ上下或いは左右移動させて操作穴３５の内面が操作ロッド５５と接触するか否かをチェックする。例えば、ヘム刃３３と操作ロッド５５の間に両者が接触すると導通するようにしておいて、操作穴３５の中心部に操作ロッド５５が入るタイミングで初めの導通チェックをし、このときは導通無しのオフ信号でチェックＯＫとし、次にヘム刃３３を少し上下或いは左右移動させて操作穴３５の内面が操作ロッド５５に接触するタイミングで導通チェックして、このときは導通有りのオン信号でチェックＯＫとする。この２回のチェックＯＫでクランプ機構５０が図６の開状態にあることが正確に確認される。
【００３６】
全てのクランプ機構５０が開状態にあると確認されると、ロボットアーム３０は図６の開状態の各クランプ機構５０を図７の閉状態になるように順に閉じていく。その要領を図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すと、まずロボットアーム３０がヘム刃３３を図９（Ａ）から図９（Ｂ）の位置に移動させた後、ヘム刃３３を図９（Ｃ）の上限位置まで上昇移動させ、この上昇移動で操作ロッド５５を介して操作レバー５４を略垂直な姿勢まで開く。その後、図９（Ｄ）に示すようにヘム刃３３を後退させて操作ロッド５５から離脱させ、次の開状態にあるクランプ機構５０を閉じるための動作に移行する。
【００３７】
ロボットアーム３０が全てのクランプ機構５０を順に閉じると、ロボットアーム３０は下型１０上のワーク１のヘミング加工動作に移行する。例えば、自動車ドアのワーク１のヘミング加工される周縁部が図１５で示す連続した第１周縁部ＡＢ、第２周縁部ＢＣ、第３周縁部ＣＤとすると、ロボットアーム３０はヘム刃３３を図１５の矢印で示すステップ▲１▼〜▲９▼でヘミング加工する。なお、ステップ▲１▼、▲２▼は端処理加工、ステップ▲３▼、▲５▼、▲６▼、▲８▼はプリヘム加工、ステップ▲４▼、▲７▼、▲９▼は本ヘム加工のステップである。
【００３８】
ステップ▲１▼とステップ▲２▼の端処理加工は、第１周縁部ＡＢと第２周縁部ＢＣのコーナ部と、第２周縁部ＢＣと第３周縁部ＣＤのコーナ部に順にヘム刃３３を移動させて、コーナ部をプリヘム加工し易いように曲げ加工する。
【００３９】
ステップ▲２▼の後、ステップ▲３▼によって第１周縁部ＡＢがプリヘム加工される。つまり、図１６（Ａ）に示すように、ワーク１であるアウタパネル２の周縁のフランジ部２ａをヘム刃３３の先端面で約４５°折り曲げるプリヘム加工が行われる。この第１周縁部ＡＢのプリヘム加工は、第１周縁部ＡＢをクランプしているクランプ機構を一時的に開状態にして行われ、このときのワーク位置決め保持は第２周縁部ＢＣと第３周縁部ＣＤをクランプしているクランプ機構で継続される。ステップ▲３▼のプリヘム加工が終了すると、ステップ▲４▼に移行して同じ第１周縁部ＡＢの本ヘム加工が行われる。この本ヘム加工は図１６（Ｂ）に示すようにプリヘム加工されたフランジ部２ａをヘム刃３３の先端面で押圧してインナパネル３の周縁部上に重合させる加工で、第１周縁部ＡＢのヘミング加工が終了する。
【００４０】
第１周縁部ＡＢのヘミング加工が終了すると、ロボットアーム３０は第１周縁部ＡＢのクランプ機構を閉じ、次の加工対象である第２周縁部ＢＣのクランプ機構を開く動作をしてから、第２周縁部ＢＣをステップ▲５▼とステップ▲６▼で２回に分けてプリヘム加工をし、ステップ▲７▼で本ヘム加工する。
【００４１】
ステップ▲７▼で第２周縁部ＢＣのヘミング加工が終了すると、第２周縁部ＢＣのクランプ機構が閉じられ、第３周縁部ＣＤのクランプ機構が開かれてから、ステップ▲８▼で第３周縁部ＣＤのプリヘム加工が行われ、最後にステップ▲９▼で本ヘム加工が行われて、ワーク周縁部のヘミング加工が終了する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、複数種類のワークに専用の下型を複数種類の下型に共用される汎用治具上に位置決めして、汎用治具をヘミング加工用作業ステージ上に位置決め保持し、汎用治具上のクランプ機構で下型上のワークの周辺部をクランプするようにしたので、ヘミング加工されるワークの種類が変更されて下型を変更させる下型段替え作業が下型と一体の汎用治具をフォークリフト等で移動させることで行え、この下型段替え作業中や下型保管中に下型が汎用治具で保護されて下型の取り扱いが容易になり、下型段替え作業や下型保管作業が簡単、迅速に行えるようになる。また、汎用治具上のクランプ機構は下型上のワークの周辺部を部分的に押圧するだけの小形で構造簡単なものが適用でき、而も、クランプ機構は複数種類の下型、ワークに適用できるので、設備投資的に有利で多品種少量生産にワークに好適なヘミング加工システムが提供できる。
【００４３】
また、作業ステージ上のガイド突起とガイドローラが汎用治具を２段階的にガイドして作業ステージへの汎用治具の位置決め保持と作業ステージ上からの汎用治具の取り外しの各動作を常に円滑にし、下型と汎用治具の一式の重量物の作業ステージ上での位置決め動作を正確で容易なものにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すヘミング加工システムの側面図である。
【図２】図１のヘミング加工システムの平面図である。
【図３】図１のヘミング加工システムとその周辺の見取り図である。
【図４】汎用治具のガイド突起とガイドローラのある部分の拡大側面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は汎用治具の平面図である。
【図６】クランプ機構の開状態時の側面図である。
【図７】クランプ機構の閉状態時の側面図である。
【図８】（Ａ）はロボットアームの先端の加工ユニットの正面図、（Ｂ）は加工ユニットにおけるヘム刃の側面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）はヘム刃とクランプ機構の一部の関係を示す部分斜視図である。
【図１０】汎用治具上の下型種類表示部の平面図である。
【図１１】図１０の下型種類表示部の正面図である。
【図１２】汎用治具と下型の一式を保管する下型置台の正面図である。
【図１３】作業ステージ上のアーム位置検知装置とヘム刃位置検知装置の正面図である。
【図１４】ヘム刃位置検知装置のレーザーセンサーの正面図である。
【図１５】ヘミング加工されるワークの概要を示す平面図である。
【図１６】（Ａ）はワークのプリヘム加工時の断面図、（Ｂ）は本ヘム加工時の断面図である。
【符号の説明】
１ ワーク
２ アウタパネル
２ａ フランジ部
３ インナパネル
１０ 下型
２０ 作業ステージ
２１ ガイド突起
２２ ガイドローラ
３０ ロボットアーム
３１ ロボット本体
３２ 加工ユニット
３３ ヘム刃
３４ エアーシリンダ
３５ 作業穴
４０ 汎用治具
５０ クランプ機構
５１ 支柱
５２ トグル機構
５３ 開閉レバー
５４ 操作レバー
５５ 操作ロッド
６０ 下型種類表示部
６２ 設定板
６３ 穴
６４ 突起物
７０ 下型置台
８０ アーム位置検知装置
９０ ヘム刃位置検知装置
Claims (3)
- 定位置の作業ステージ上に位置決め保持された下型にワークを位置決め保持してワーク周縁部をロボットアームでヘミング加工するシステムであって、
複数種類のワークに対応する複数種類の下型の選択された任意種類の下型を上面で位置決め保持する汎用治具と、この汎用治具の上面の任意の複数箇所に位置移動可能に、かつ、設置箇所で開閉動可能に設置されて、閉動作することで下型上のワークの周辺部を押圧して下型に位置決め保持する複数のクランプ機構を有し、下型を位置決め保持した汎用治具を作業ステージ上に位置決め保持してワークをヘミング加工することを特徴とするヘミング加工システム。 - 作業ステージ上に、作業ステージ上に汎用治具が載置されるときに汎用治具の外周を基準にガイドするガイド突起と、このガイド突起でガイドされる汎用治具の外周に当接し従動回転して汎用治具を作業ステージ上の最終位置で位置決め保持するガイドローラを設置した請求項１記載のヘミング加工システム。
- 定位置の作業ステージ上に位置決め保持された下型にワークを位置決め保持してワーク周縁部をロボットアームでヘミング加工する方法において、
複数種類のワークに対応する複数種類の下型の選択された任意種類の下型を上面で位置決め保持する汎用治具の上面に、この上面の任意の複数箇所に位置移動可能に、かつ、設置箇所で開閉動可能に設置されて、閉動作することで下型上のワークの周辺部を押圧して下型に位置決め保持する複数のクランプ機構を設け、下型を位置決め保持した汎用治具を作業ステージ上に位置決め保持し、ロボットアームで複数のクランプ機構を順に閉じて下型上のワーク周辺部を下型に押圧して位置決め保持した状態で、ロボットアームで複数のクランプ機構を開閉制御しながらワークの周縁部をヘミング加工することを特徴とするヘミング加工方法。
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