JP4336667B2 - 組立方法及び組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、多軸締付ユニットによってワーク部品をワーク本体に締付固定する組立方法及び組立装置に関する。

自動車の組立工程においては、多関節式可動アームの先端に多軸締付ユニットとワーク把持装置を取り付けてワークの締付作業を行っている（特許文献１参照）。
実用新案登録第２５４８０１１号公報（図３）

しかし、最近の組立工程では、異なる種類のワークが次々に組立ラインに搬送される場合が多く、多関節式可動アームの先端にある多軸締付ユニットを、ワークの種類に応じて交換しなければならず、交換作業が面倒で生産性に問題があった。

さらに、ワーク本体に対するワーク部品と多軸締付ユニットの位置決めをそれぞれ別々に行わなければならず、多関節式可動アームの動作が複雑になる。

本発明は、このような事情に鑑み、多軸締付ユニットの交換が容易で、多関節式可動アームの動作を簡略化できる組立方法及び組立装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の組立方法は、位置決め可動アームを備える組立装置によりワーク本体にワーク部品を締付固定する組立方法において、上記位置決め可動アームは、上記ワーク部品を第１の把持手段で把持するとともに、複数の締付部材の同時締付が可能な多軸締付ユニットを第２の把持手段で把持する把持装置を備え、まず、上記ワーク部品に対応する多軸締付ユニットを、上記第２の把持手段で把持し、次いで、上記ワーク部品の各締付部材挿通孔、及び上記多軸締付ユニットの各締付工具が、締付部材と係合する状態となるように、上記ワーク部品を上記第１の把持手段で把持し、この状態で上記ワーク部品を位置決め可動アームによって上記ワーク本体の位置まで移動させて上記締付部材の締め付けを行うことを特徴とする。

上記多軸締付ユニットによる締付部材の仮締めが完了した段階で、上記把持手段によるワーク部品の把持を解除するのが好ましい。

一方、上記課題を解決するための本発明の組立装置は、位置決め可動アームの先端に設けた把持装置によって、複数の締付部材の同時締付が可能な多軸締付ユニットとワーク部品とを把持し、該多軸締付ユニットと上記ワーク部品をワーク本体の位置まで移動させ、上記ワーク部品を上記多軸締付ユニットにより上記ワーク本体に締付固定する組立装置であって、上記位置決め可動アームの動作を制御するコントローラを備え、上記把持装置は、上記ワーク部品を把持する第１の把持手段と、当該ワーク部品に対応する多軸締付ユニットを把持する第２の把持手段とを有し、上記第１の把持手段は、上記ワーク部品の各締付部材挿通孔、及び上記多軸締付ユニットの各締付工具が、締付部材と係合する状態となるように、上記ワーク部品を把持することを特徴とする。

上記位置決め可動アームは多関節式可動アームであるのが好ましい。

かかる構成によれば、第１の把持手段がワーク部品の種類に対応した多軸締付ユニットを把持し、この多軸締付ユニットの各締付工具に装着された締付部材を、第１の把持手段で把持されたワーク部品の各締付部材挿通孔と係合可能な状態にして第２の把持手段がワーク部品を把持し、この状態で位置決め可動アームがワーク部品をワーク本体の位置まで移動し、多軸締付ユニットが各締付部材を締め付けてワーク部品をワーク本体に固定する。

本発明によれば、ワーク部品の種類に応じて多軸締付ユニットを簡単に交換することができ、作業時間の短縮が可能になり、生産性が向上する。

さらに、ワーク部品と多軸締付ユニットが互いに位置決めされた状態で把持されるので、これらをワーク本体に対して位置決めするだけでよく、位置決め回数が少なくなり、位置決め可動アームの動作が簡単になる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の組立装置を据え付けたエンジン組立工程を示している。

同図において、１はワーク本体であるシリンダブロック２の搬送ラインで、シリンダブロック２はパレット３に載置されてローラコンベア４上を搬送される。パレット３には旋回装置５を介してシリンダブロック２が載置される。

この旋回装置５は、パレット３に載設した水平部６ａから斜め４５度上方に傾斜部６ｂを延出させたベースプレート６と、ベースプレート６の傾斜部６ｂに対しこれと垂直な軸Ｌ１の回りに回動自在に支持した回転部材７と、回転部材７に固設されたワーク支持部材８であって、回転部材７の軸Ｌ１と４５度で交差する軸Ｌ２の回りにシリンダブロック２を回動自在に支持するワーク支持部材８とで構成してある。つまり、シリンダブロック２は、その部品取付面が常に水平になるように旋回装置５によって回転させられ、その状態でボルト等の締め付けができるので、被取付部品に対する重力の影響を排除でき、品質と組立精度の向上に役立つ。

ローラコンベア４の側方には、先端に把持装置９を備えた多関節式可動アーム（位置決め可動アーム）１０を設置してある。このアーム１０は、ワーク本体２側へ向かって立ち上がる傾斜面を有する基台１１にスライドレール１２を介して取り付けてある。つまり、多関節式可動アーム１０は基台１１の傾斜面に沿って移動するので、その長さを大きくしなくても、広範囲の作業が可能になるばかりでなく、待機時の全高を抑えることもできる。

多関節式可動アーム１０を挟んでローラコンベア４と反対側にある別のローラコンベア１３には、ワーク部品であるシリンダヘッドカバー１４などを載置したパレット１７が搬送される。

さらに、基台１１の傾斜面には、先端に本締め装置１８を備えた多関節式可動アーム１９がスライドレール１２を介して取り付けてある。つまり、このアーム１９は、把持装置９を備えた多関節式可動アーム１０と並設されており、その先端の本締め装置１８によって、後述のように多軸締付ユニット３０で仮締めされたワーク部品に対する本締めを行う。なお、５０は撮影手段で、ローラコンベア４上を搬送されるワーク本体の撮影を行う。

図２は図１の把持装置９を拡大して示している。

多関節式可動アーム１０の先端にはベースバー２０が取り付けられている。ベースバー２０には、下端部に溝２１を有する一対の板材２２,２３を垂設してある。このうち、一方の板材２２は固設されているが、他方の板材２３はベースバー２０の長手方向（図中矢印方向）に沿って移動自在に構成してあり、これら板材２２,２３で後述の多軸締付ユニット３０を把持している（第２の把持手段）。

板材２２,２３の下端には、互いに平行なロッド２４,２５をそれぞれ固設してある。これらロッド２４,２５の両端部には、クランク状のアーム２６をピン２７でそれぞれ枢支結合してある。アーム２６は図中矢印方向に駆動源（図示せず）によって回動させられる。つまり、これらアーム２６を閉じると（互いに内側へ向くように回転させると）、後述のようにワーク部品がこれらアーム２６によって把持されることになる（第１の把持手段）。

次に、この組立装置の動作について説明する。

予め、図３に示すように、加工すべきワークに対応した多軸締付ユニット３０を把持装置９で把持しておく。多軸締付ユニット３０は、ベースプレート３１の上面側にモータ３２を設置してナットランナ３３を駆動している。なお、多軸締付ユニット３０はベースプレート３１の側縁を板材２２,２３の溝２１に係合させて板材２２,２３で把持されている。

把持装置９は、このようにして多軸締付ユニット３０を把持した状態でローラコンベア１３上のシリンダヘッドカバー１４の真上まで移動する。なお、シリンダヘッドカバー１４の各ボルト挿通孔（図示せず）にはボルトＢを挿通しておく。そして、把持装置９はアーム２６を開いた状態で降下し始め、各ナットランナ３３がボルトＢに係合して収縮すると、アーム２６が閉じ始め、その下端がシリンダヘッドカバー１４の側縁に係合して把持する（図４参照）。

このようにして多軸締付ユニット３０とシリンダヘッドカバー１４を把持した状態で把持装置９がローラコンベア４側のシリンダブロック２の真上まで移動し、そこで降下を開始する。各ボルトＢの先端がシリンダブロック２のボルト挿通孔（図示せず）に係合した段階で把持装置９が停止する。

なお、撮影手段５０で撮影された画像をコントローラ（図示せず）で処理しながら多関節式可動アーム１０の動作を制御することによって、シリンダブロック２に対するシリンダヘッドカバー１４の位置決めが行われる。これらワークの位置測定は、少なくても２つの基準点について行われる。これは、シリンダブロック２とシリンダヘッドカバー１４の各々の少なくとも２箇所の部位を測定して、シリンダブロック２とシリンダヘッドカバー１４の各々の姿勢を検知し、シリンダブロック２とシリンダヘッドカバーの各々の姿勢の検知結果を基に位置ずれ量を求め、これよって、シリンダブロック２に対するシリンダヘッドカバー１４の位置決めをすることができる。

そして、多軸締付ユニット３０はモータ３２を起動してボルトＢの締め付けを開始する。ボルトＢが所定量ねじ込まれて、シリンダヘッドカバー１４がシリンダブロック２に押し付けられた段階で（ボルトＢの仮締めが完了した段階で）、モータ３２を停止し、アーム２６を開いてシリンダヘッドカバー１４の把持を解除する。その際、コントローラはモータ３２の消費電流を監視しながらボルトＢの締め付けを行い、その値が所定値に達した段階でボルトＢの仮締めが完了したものと判定すればよい。このとき、コントローラは、未着座箇所（ボルトＢの頭部がシリンダヘッドカバー１４に当接していない箇所）のボルトＢを締め付けるモータ３２には、過電流が流れないように制御する。

そして、シリンダヘッドカバー１４の把持が解除された後、多関節式可動アーム１０が把持装置９を持ち上げて待機位置まで戻す。その後、シリンダブロック２はローラコンベア４上を多関節式可動アーム１８側へ搬送され、本締め装置１９によりボルトＢは規定トルクで締め付けられる。なお、多軸締付ユニット３０はボルトＢの仮締め付けだけを行うので、ナットランナ３３の駆動はモータ３２の代わりに圧縮空気で行ってもよく、コストの低減が可能になる。ところで、モータ３２に出力の大きなものを用いれば、多軸締付ユニット３０だけで本締めまで行うことができる。

以上の組立装置では、ローラコンベア４上を異なる種類のシリンダブロック２が搬送される場合、それに対応したシリンダヘッドカバー１４の締付が可能な多軸締付ユニット３０を使用することになるが、多軸締付ユニット３０の把持装置９に対する取り付けや交換が極めて容易であるので、作業時間の短縮が可能になり、生産性の向上が期待できる。

さらに、ワーク部品であるシリンダヘッドカバー１４と、多軸締付ユニット３０とが互いに位置決めされた状態で把持装置９により把持されるので、これらをワーク本体であるシリンダブロック２に対して位置決めするだけでよく、位置決め回数が少なくなり、多関節式可動アーム１０の動作が簡単になる。

本発明の最良の実施形態として、位置決めアームを多関節式ロボットの可動アームとして例示したが、交差する移動軸を複数備え、該移動軸に沿って移動する移動手段（一般的には、締付工具軸線方向Ｚ軸とした場合、Ｚ軸を前進・後退する移動手段と、Ｚ軸に直交する平面−ＸＹ平面を移動自在な複数または単数の移動手段とを備えたもの）である所謂、直行ロボット（図示しない）の可動アームとしてもよい。

多関節式ロボットは、直行ロボットと比較すると、直行ロボットがワーク部品にアプローチできないワーク部品の姿勢に対してアプローチすることができ、ワーク本体を載置したパレット３の旋回装置５と連動して、部品取付面が水平以外の多彩な姿勢を適宜採ることができる。また、ワーク本体の頭上に移動手段の移動軸を固定配置しなくても、ワーク本体の頭上にアプローチすることができる。

また、スライドレール１２と多関節式可動アーム10とを組合わせることによって、多関節式可動アーム10の長さを大きくしなくても、広範囲の作業が可能となるばかりでなく、直行ロボットと比較して、待機時の全高を抑えることもできる。

本発明の組立装置を据え付けたエンジン組立工程を示す図。 同組立装置の把持装置を示す図。 同把持装置で多軸締付ユニットを把持した状態を示す図。 同把持装置で多軸締付ユニットとシリンダヘッドカバーを把持した状態を示す図。

符号の説明

１ 搬送ライン
２ シリンダブロック
９ 把持装置
１０ 多関節式可動アーム
１４ シリンダヘッドカバー
２０ ベースバー
２１ 溝
２２ 板材
２３ 板材
２４ ロッド
２５ ロッド
２６ アーム
２７ ピン
３０ 多軸締付ユニット
３１ ベースプレート
３２ モータ
３３ ナットランナ
Ｂ ボルト

Claims (10)

1. 位置決め可動アームを備える組立装置によりワーク本体にワーク部品を締付固定する組立方法において、
   上記位置決め可動アームは、上記ワーク部品を第１の把持手段で把持するとともに、複数の締付部材の同時締付が可能な多軸締付ユニットを第２の把持手段で把持する把持装置を備え、
   まず、上記ワーク部品に対応する多軸締付ユニットを、上記第２の把持手段で把持し、
   次いで、上記ワーク部品の各締付部材挿通孔、及び上記多軸締付ユニットの各締付工具が、締付部材と係合する状態となるように、上記ワーク部品を上記第１の把持手段で把持し、
   この状態で上記ワーク部品を位置決め可動アームによって上記ワーク本体の位置まで移動させて上記締付部材の締め付けを行う
   ことを特徴とする組立方法。
2. 上記組立装置は、上記多軸締付ユニットによる上記締付部材の仮締めが完了した段階で、上記第１の把持手段による上記ワーク部品の把持を解除することを特徴とする請求項１に記載の組立方法。
3. 上記多軸締付ユニットによる上記締付部材の仮締めが完了後、上記第１の把持手段による上記ワーク部品の把持を解除した段階で、本締め装置により、上記締付部材を規定トルクで締め付けることを特徴とする請求項２に記載の組立方法。
4. 上記組立装置は、上記多軸締付ユニットによる上記締付部材の締め付けを行う際、上記多軸締付ユニットの駆動モータの消費電力を監視することを特徴とする請求項１に記載の組立方法。
5. 上記ワーク本体は複数種類があり、
   上記ワーク部品は上記ワーク本体の種類に応じたものであり、
   上記多軸締付ユニットは上記ワーク部品の種類に応じて複数設けられて、
   上記組立装置は、上記多軸締付ユニットを上記ワーク部品に応じて交換し、
   上記第２の把持手段は、上記多軸締付ユニットを挟持する一対の板材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の組立方法。
6. 位置決め可動アームの先端に設けた把持装置によって、複数の締付部材の同時締付が可能な多軸締付ユニットとワーク部品とを把持し、該多軸締付ユニットと上記ワーク部品をワーク本体の位置まで移動させ、上記ワーク部品を上記多軸締付ユニットにより上記ワーク本体に締付固定する組立装置であって、
   上記位置決め可動アームの動作を制御するコントローラを備え、
   上記把持装置は、上記ワーク部品を把持する第１の把持手段と、当該ワーク部品に対応する多軸締付ユニットを把持する第２の把持手段とを有し、
   上記第１の把持手段は、上記ワーク部品の各締付部材挿通孔、及び上記多軸締付ユニットの各締付工具が、締付部材と係合する状態となるように、上記ワーク部品を把持することを特徴とする組立装置。
7. 上記位置決め可動アームが多関節式可動アームであることを特徴とする請求項６に記載の組立装置。
8. 上記ワーク本体側へ向かって立ち上がる傾斜面を有する基台と、
   上記基台上で、傾斜方向に延在するスライドレールと、
   を備え、
   上記位置決め可動アームは、前記スライドレールに移動可能に取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の組立装置。
9. 上記組立装置は、上記ワーク本体を回転させる旋回装置を備え、
   上記旋回装置は、
   水平に設けられるベースプレートと、
   前記ベースプレートから斜め４５度上方に延出した傾斜部と、
   上記傾斜部に対して垂直な第１軸の回りに回動自在な回転部材と、
   上記回転部材に接続され、前記第１軸と４５度で交差する第２軸の回りに上記ワーク本体を回動自在に支持するワーク支持部材と、
   を有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の組立装置。
10. 上記ワーク本体は複数種類があり、
    上記ワーク部品は上記ワーク本体の種類に応じたものであり、
    上記多軸締付ユニットは上記ワーク部品の種類に応じて複数設けられて、
    上記組立装置は、上記多軸締付ユニットを上記ワーク部品に応じて交換し、
    上記第２の把持手段は、対向面に上記多軸締付ユニットに係合する溝を備える一対の板材を有し、該板材によって上記多軸締付ユニットを挟持することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の組立装置。

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