JP4697635B2 - ピックアンドプレースユニット - Google Patents

Description

この発明は、トッププレートに取り付けたエンドツールを第１作業点（例えば、供給個所）と第２作業点（同、排出個所）の２点間で繰返し移動させ、ワークを供給、排出、あるいは移転させるなどの操作を行う機器に関する。

エンドツールを第１作業点と第２作業点の２点間で繰返し移動させる装置としてピックアンドプレースユニット（ＰＰＵ）は周知である。ＰＰＵには基本的に旋回型と直線移動型があり、直線移動型ではｘ軸方向の移動とｚ軸方向の移動を組み合わせている。さらに、これらｘ方向、ｚ方向の移動を行わせるのに種々な方法がある（特許文献１〜３）が、ｘ軸用カム板とｚ軸用カム板を用い、それぞれのカム曲線に沿ってカムフォロアを確動させる構造（特許文献３）は、位置決め精度、繰返し精度及び耐久性の点で優れている。また、カム式のＰＰＵは構造が簡素で頑丈であり、耐久性に優れる利点がある。

特開２００２−２７３６７３号公報 特開２００４−２６８２１８号公報 特開２０００−１９３０６０号公報

しかし、ｘ軸用カム板とｚ軸用カム板を用いたＰＰＵは、従来、両カム板の駆動回転を一つのモーターで行っており、機構上、そのストロークやモーションが固定されていて変更することができない。このため、例えば、第１作業点のワークを第２作業点へ移転させるゲートモーションＰＰＵにおいて、ＰＰＵを配置する環境として、第２作業点付近に障害物があるために、第２作業点の位置を標準の下端位置よりも上方個所へ変更したい場合であっても、これを避けることできない。このような場合、従来のカム式ＰＰＵでは、この個所だけ別規格のものにするか、カム板を取り替える必要がある。しかし、このような処置は、特に障害物が一時的であったり、特殊な環境により生じるものである場合に割高なものとなる。
この発明は、２枚のカム板を用いることによるＰＰＵの優れた性能を維持して、ＰＰＵが実行するストロークあるいはモーションの任意の位置でトッププレートを位置決めできるＰＰＵの提供を課題とする。

ＰＰＵにおいて、ｘ軸用カム板をｘ軸用ステッピングモーターで駆動し、ｚ軸用カム板をｚ軸用ステッピングモーターで駆動する構成とし、ｘ軸用ステッピングモーターとｚ軸用ステッピングモーターの作動を制御する制御装置を設ける。
また、これに伴う構造の大型化を抑制するためにｘ軸用カム板、ｚ軸用カム板及び精度を増すために配置する確動用カム板を従来と同様に同軸に配置する。しかし、モーターによる駆動は個別に行う構造とする。その他カム式ＰＰＵとしての精度を確保するためにカム板とカムフォロア間のがたを解消する構造を採用する。

ｘ軸用カム板とｚ軸用カム板の回転量、回転速度、及び両カムの回転タイミングを任意に設定することによって、トッププレートのストローク範囲とモーションの形態を設定することができるので、カム式ＰＰＵの位置決め精度及び繰返し精度の高さおよび耐久性を維持しながら、全ストロークの任意の２点間を、選択したモーション形態でピックアンドプレース作業を行うことができる。これにより、同じ機種では配置が難しかった個所にも同種ＰＰＵを配置してピックアンドプレース作業を行うことができる。

ＰＰＵ１（図1）は、機構を支持する基体２に、ｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４及び確動用カム板５の３枚のカム板と、ｘ軸用レバー６とｚ軸用レバー７及び確動用レバー８、ｘ軸スライダー９とｚ軸スライダー１０を備え、ｘ軸スライダー９の前端（移動方向での先端）にトッププレート１１が固定されている。ｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４及び確動用カム板５は周囲が変形等速度曲線によるそれぞれのカム曲線となっている。

基体２（図２）は、底壁１２と後壁１３及び前壁１４を有し、後壁１３の下部が底壁１２ヘ強固に固定されている。前壁１４は、下部を支持壁１５に固定されるとともに、後壁１３との間に設けた架橋部材１６で間隔が維持されて、後壁１３と平行に立設されている。前壁１４は、ＰＰＵ１の前面を形成するカバーをかねている。符号１７は後部カバー、符号１８は前部カバーである。後部カバー１７は頂部カバーを一体に有している。
後壁１３には、上方からレバー軸１９、ｚ軸駆動用モーター２０（ｚ軸用ステッピングモーター）とその出力軸２１及びｘ軸用プーリー軸２２が軸架され、これらの先端が前壁１４に支持されている。後壁１３にはまた、ｘ軸駆動用モーター２３（ｘ軸用ステッピングモーター）がその出力軸２４を後壁１３の前面側に突出させて固定されている。

レバー軸１９には、前方にｘ軸用レバー６と確動用レバー８が回動自在に軸支され（図２）、後方にｚ軸用レバー７が回動自在に軸支されている。符号２５は結合ねじであり、ｘ軸用レバー６と確動用レバー８が一体に回動するようこれらのレバー６，７を結合している。ｚ軸駆動用モーター２０の出力軸２１にはｚ軸用カム板４が固定され、又、この出力軸２１にｘ軸用プーリー軸２２が同軸に軸支されている。出力軸２１に対してｘ軸用プーリー軸２２はベアリング２６で回動自在であり、この個所の前記プーリー軸２２側にプーリー２７がねじ２８固定されている。また、ｘ軸用プーリー軸２２には前方からｘ軸用カム板３と確動用カム板５が平行に固定され、これらは結合ねじ２９で結合されている。結合ねじ２９は、ｘ軸用カム板３と確動用カム板５の回転に差動が生じないようにするためである。

ｘ軸駆動用モーター２３の出力軸２４には、駆動ギア３０が固定され、駆動ギア３０と前記のプーリー２７との間にタイミングベルト３１が張設されている。つまり、ｘ軸用カム板３は、ｘ軸用プーリー軸２２、プーリー２７、タイミングベルト３１、駆動ギア３０を介して駆動回転される。なお、図の構造において、モーター２０，２３の位置を取り替え、これに対応して軸の構造を変えて、ｘ軸駆動用モーター２３によりｘ軸用カム板３が、ｚ軸駆動用モーター２０によりｚ軸用カム板４がタイミングベルト３１、プーリー２７を介して駆動回転されるようにしても同じである。

ｘ軸用レバー６は、駆動側アーム３２と従動側アーム３３をく字形に一体に形成されたものであり、駆動側アーム３２の先端にカムフォロア３４が取り付けられ、また、従動側アーム３３の先端（下端）に係合部材３５が取り付けられている。カムフォロア３４はｘ軸用カム板３の周面（カム曲線）に接し、押出しローラー３６ａと引きローラー３６ｂは、ｘ軸スライダー９の後端に固定された垂直ガイド３７の前後両側に配置される。

係合部材３５（図３、図１１、図１２）は、取付け板３５ａに押出しローラー３６ａと引きローラー３６ｂを軸支し、取付け板３５ａの両ローラー間にすり割３５ｂが形成され、すり割３５ｂの間隔をねじ３５ｃにより調整固定することにより、両ローラー３６ａ，３６ｂと垂直ガイド３７間に予圧を付与するものである。なお、予圧を付与する構造はこれに限らず、引きローラー３６ｂを偏心カムローラーとして、偏心程度を調整することでも達成できる。
この構造は、従来の断面溝型のチャンネル材からなる垂直ガイドの溝内にローラーを配置した構造に比較して、垂直ガイドとローラー間のがたを解消しやすく、確動用カム板５に関する構造と共に、ｘ軸用カム板３でｘ軸スライダー９を正確に移動させることができる。

確動用レバー８は、先端に取り付けたカムフォロア３８が、ｘ軸用レバー６のカムフォロア３４に対して従動側アーム３３と同じ側に位置するようにレバー軸１９に固定され、カムフォロア３８を確動用カム板５の周面（カム曲線）に接している。確動用レバー８の下端からｘ軸用レバー６の軸方向に向けて長いスリット８ａを入れてスリット８ａよりも前方を弾性部分３８ａとし、弾性部分３８ａの下端に確動用のカムフォロア３８を取付け、前記の確動用カム板の周面に圧接してある（図１３）。

ｘ軸用レバー６のカムフォロア３４と確動用レバー８のカムフォロア３８のレバー軸１９周りの間隔は常に一定でカムフォロア３８により、ｘ軸用レバー６のカムフォロア３４とｘ軸用カム板３の周面との間にがたが生じないようにされている。前記の弾性部分３８ａは、圧接を維持する弾力のためとカム板周面に生じることがあるわずかな凹凸を吸収してカムフォロア３８の耐久性を増すためである。

ｚ軸用レバー７はレバー軸１９から前方に突出した形態であり、先端に押上げローラー３９を有し、中間部にカムフォロア４０を有する。ｚ軸用レバー７先端の押上げローラー３９は前方に位置したｚ軸スライダー１０の上端に固定した係合プレート４１の下面に当接し、中間のカムフォロア４０は、ｚ軸用カム板４の周面（カム曲線）に当接している。

ｘ軸スライダー９は、水平リニアガイド４２のスライド部分であり、水平リニアガイド４２は、ｚ軸スライダー１０の下端部に固定されている。ｘ軸スライダー９の先端にはトッププレート１１が固定され、後端には前記垂直ガイド３７が固定されている（図１、図５）。そして、ｚ軸スライダー１０は、垂直リニアガイド４３のスライド部であり、垂直リニアガイド４３は、後壁１３に固定されている。

前記のｘ軸駆動用モーター２３とｚ軸駆動用モーター２０はいずれもステッピングモーターであり、ＰＷＭ回路や周辺機器制御用ＩＣを用いて通常の制御装置４４で制御される。制御装置４４からこれらモーター２０，２３に送り込まれる駆動パルスの送り込み量、周波数、デューティ比を変更することにより、ｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４の回転量、回転速度、駆動力などを調整することができる。なお、この実施例では、トッププレート１１の上下左右移動を１パルス当り０．１ｍｍという端数の出ない値に設定し、ｘ軸方向、ｚ軸方向共にストローク長の調整をし易くしている。

図６は、この実施例の標準タイミングチャートであり、縦軸に変位を横軸に回転角度を取ってｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４の回転によるトッププレート１１のｘ軸方向（前後）とｚ軸方向（上下）の作動を表示している。すなわち、ｘ軸駆動用モーター２３、ｚ軸駆動用モーター２０の回転で、ｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４のカム曲線により、ｘ軸用レバー６、ｚ軸用レバー７がレバー軸１９を中心に所定のタイミングと移動量で揺動する。ｘ軸用レバー６の揺動により、ｘ軸スライダー９が前後に移動し、ｚ軸スライダー１０が上下に移動してストロークの軌跡が門形となる標準のゲートモーション（図７）を繰り返す。

このゲートモーションは、図７において、始点Ａ（○印）から終点（△印）に至るもので、後端上昇位置Ａ（始点）から第１作業点Ｂに向けて下降し、ついで、後端上昇位置Ｃまで上昇し、ついで、前方へ移動し、上昇前端位置Ｄで再び下降して第２作業点Ｅに達し、再び上昇前端位置Ｆまで上昇し、そして、後方上昇位置まで移動し、終点（△印）に至る。実際には、始点と終点及び上昇前端位置Ｄ、上昇前端位置Ｄ，Ｆはそれぞれ同じ位置である。ただしゲートモーションの、垂直部から水平部へ移行する部分、及び水平部から垂直部ヘ移行する部分では、ｘ軸方向移動とｚ軸方向移動がオーバーラップされ、滑らかに、かつ、短時間で移行できる曲線となっている。

実施例の装置は通常、前記標準のゲートモーションとストロークで使用されるが、仮にこのモーションのＧ点を第２の作業点にする必要が生じたときは、ｘ軸駆動用モーター２３、ｚ軸駆動用モーター２０を、Ｇ点におけるワークの排出作業の後、タイミングチャートのＧ点から逆転させる設定とする。この設定は、ｘ軸駆動用モーター２３、ｚ軸駆動用モーター２０の回転量をそれぞれに変更するだけのことであるから簡単に調整することができる。これにより、ＰＰＵ１は、第１作業点Ｂのワークを、変更された第２作業点Ｇに移転させ、もとの経路をたどってもとに戻る作動を繰り返す。本願において、“回転”は３６０°以下の設定された範囲を往復回動する態様も包含する。

このようにして、同じ機種のＰＰＵであっても、第１作業点Ｂあるいは第２作業点Ｅの位置を任意の個所に変更することができる。また、このような変更は、図６のタイミングチャートにおけるｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４の回転タイミングを変更すること（図８）や回転速度の調整（供給パルス密度の調整）（図９）することで種々に可能であり、第１作業点と第２作業点間のストロークの変更ばかりでなく、第１作業点から第２作業点に至るモーション形態も選択することができる（図１０）。

そして、トッププレート１１の移動は、２枚のカム板のカム曲線によるので、位置決め精度及び繰返し精度は従来のカム式ＰＰＵと同様に高い。この結果、カム式ＰＰＵは汎用性の高いものとなる。
以上、ゲートモーションを行う直線移動型のＰＰＵを実施例として説明したが、この発明は旋回型のＰＰＵにも同様に適用することができる。
また、実施例は、ｘ軸用カム板３、ｚ軸用カム板４が通常は１方向に連続回転するタイプのもので説明したが、これらのカムは、３６０°以下の設定された範囲を往復回動するタイプのものであっても良い。そして、例えば、ｘ軸方向のみストローク変更をしたい場合は、その区間のカム曲線を、ｘ軸側では等速カム曲線部とし、ｚ軸側では変形正弦曲線部にして作動を滑らかにすることも行われる 。

機構を概略で示す側面図 機構を概略で示す正面図 ｘ軸スライダーを中心に示した概略平面図 カムフォロア及びローラーの配置を中心に示した概略平面図 ｚ軸スライダーを中心に示した概略正面図 標準としたタイミングチャート 標準としたストロークとモーションを示した図 回転タイミングを調整したタイミングチャート ｘ軸駆動モーターの回転速度を調整したタイミングチャート 選択可能なモーションの例 係合部材を拡大して示す側面図 主として係合部材を示す平面図 確動用レバーの側面図

符号の説明

１ ＰＰＵ
２ 基体
３ ｘ軸用カム板
４ ｚ軸用カム板
５ 確動用カム板
６ ｘ軸用レバー
７ ｚ軸用レバー
８ 確動用レバー
８ａ スリット
９ ｘ軸スライダー
１０ ｚ軸スライダー
１１ トッププレート
１２ 底壁
１３ 後壁
１４ 前壁
１５ 支持壁
１６ 架橋部材
１７ 後部カバー
１８ 前カバー
１９ レバー軸
２０ ｚ軸駆動用モーター
２１ 出力軸（ｚ軸モーター）
２２ ｘ軸用プーリー軸
２３ ｘ軸駆動用モーター
２４ 出力軸（ｘ軸モーター）
２５ 結合ねじ
２６ ベアリング
２７ プーリー
２８ ねじ
２９ 結合ねじ
３０ 駆動ギア
３１ タイミングベルト
３２ 駆動側アーム
３３ 従動側アーム
３４ カムフォロア
３５ 係合部材
３５ａ 取付け板
３５ｂ すり割
３５ｃ ねじ
３６ａ 押出しローラー
３６ｂ 引きローラー
３７ 垂直ガイド
３８ カムフォロア
３８ａ 弾性部分
３９ 押上げローラー
４０ カムフォロア
４１ 係合プレート
４２ 水平リニアガイド
４３ 垂直リニアガイド
４４ 制御装置

Claims (3)

1. エンドツールを取り付けるトッププレートのｘ軸方向移動とｚ軸方向移動を、基体に軸支しｘ軸、ｚ軸方向のそれぞれに対応させた回転カム板のカム曲線で生成するピックアンドプレースユニットであって、ｘ軸用カム板を駆動回転するｘ軸用ステッピングモーターとｚ軸用カム板を駆動回転するｚ軸用ステッピングモーターおよびこれら２つのモーターの回転量と回転タイミングを設定する制御装置を備え、
   基体は後壁と前壁を有し、後壁と前壁間にｘ軸用カム板とｚ軸用カム板が、後壁に取り付けたｚ軸用ステッピングモーターの一方の出力軸軸線と前後方向で同軸に軸支され、ｘ軸用カム板は出力軸線をｚ軸用ステッピングモーターの出力軸軸線と平行に配置したｘ軸用ステッピングモーターの出力軸と連動連結されており、
   ｘ軸用カム板のカム曲線によるｘ軸方向移動を、中間部をレバー軸によって基体に軸支したく字形をしたｘ軸用レバーによってｘ軸スライダーに伝達する構造を備え、ｘ軸用レバーの先端にｘ軸用カム板の周面を転動するカムフォロアが取付けられ、ｘ軸用レバーの下端に押出しローラーと引きローラーを間隔をとって配置した係合部材が取付けられ、押出しローラーと引きローラーとの間に、ｘ軸スライダーの後端に固定した垂直ガイドを差込んで押出しローラーを垂直ガイドの後面に当接させ、引きローラーを前面に当接させて、両ローラーと垂直ガイド間に予圧を付与してある、
   ことを特徴としたストローク可変のピックアンドプレースユニット。
2. く字形をしたｘ軸用レバーの下端に取り付けた係合部材は、取付け板に押出しローラーと引きローラーを軸支し、取付板の両ローラー間にすり割が形成され、すり割の間隔をねじにより調整固定することにより、両ローラーと垂直ガイド間に予圧を付与することを特徴とした請求項１に記載のストローク可変のピックアンドプレースユニット。
3. ｘ軸用カム板と同軸に軸支された確動用カム板を有すると共に、ｘ軸用レバーに固定され、かつ、ｘ軸用レバーのレバー軸と同軸に確動用レバーの上部が軸支されており、確動用レバーの下端からｘ軸用レバーの軸方向に向けて長いスリットを入れてスリットよりも前方を弾性部分とし、弾性部分の下端に確動用のカムフォロアを取付け、前記の確動用カム板の周面に圧接してあることを特徴とした請求項１に記載のストローク可変のピックアンドプレースユニット。

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