JP4906901B2 - 位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの位置決めを行う位置決め装置に関し、例えば、形状の異なるワークに対して共用で使用することができる位置決め装置に関する。

従来から、例えば、自動車の生産ラインでは、同一ライン上に複数車種のワークを流し、各車種に対応した加工作業を施すことが一般的に行われている。このような、同一ライン上に複数車種のワークを流す多品種ラインでは、各作業領域において、ワークの形状毎に、専用のワークの位置決め装置が設置されていた。
しかし、生産ラインの各作業領域に、ワークの形状毎に専用の位置決め装置を設置した場合、広い設置スペースが必要になるという問題があった。

そして、上記の設置スペースの問題を解決する手段として、特許文献１には、異なる形状のワークに共用で使用できる位置決め装置の構成が提案されている。
ここで、図５を参照しながら、特許文献１に記載された従来技術の位置決め装置（位置決め機構）の構成を説明する。

図示するように、位置決め装置１００は、ＮＣ制御される直交３軸のＮＣ制御軸を有するロケータ１０７を複数備え、このロケータ１０７のそれぞれが３軸方向に動作自由度を有している。
また、ロケータ１０７は、ワークＷ２を把持するクランプ、ワークＷ２に形成される孔部に挿入されるロケートピン等を備えており、ＮＣ制御により任意の位置に、クランプやロケートピンを制御できるようになっている。
そして、従来技術の位置決め装置１００は、上記の構成により、複数の種類の形状の異なるワークＷ２に汎用的に対応して位置決めすることができ、その結果、生産ラインの作業領域の省スペース化を実現している。

特開２００７−１９０６２７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の位置決め装置は、ＮＣ制御される直交３軸の制御軸を有するロケータを多数配置する構成を採用しているため、位置決め装置が高額なものとなり、生産ラインのコストアップの招くという技術的課題を有している。
なお、上記の位置決め装置は、ワークに形成される孔部にロケートピンを挿入してワークの位置決めを行っているため、孔部が形成されていないワークには対応できないという技術的課題も有している。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数の種類のワークに共用で使用できる位置決め装置を低コストで提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、高さ方向と横幅方向とが水平方向に向けられ、前後方向が垂直方向に向けられたワークの位置決めを行う位置決め装置であって、前記ワークの横幅方向に沿って往復自在に移動可能に設けられたスライド部と、前記スライド部に搭載され、前記ワークの前後方向の一端部が上面に載置されることにより、該ワークを支持すると共に、該ワークの前後方向の位置を規定する第１支持部と、前記第１支持部に載置された前記ワークを、その高さ方向の両端部に当接して支持し、該ワークの高さ方向の位置を規定する第２支持部と、前記スライド部に搭載され、前記スライド部が移動することにより、前記第１支持部及び前記第２支持部に支持されている前記ワークの側面部に当接して押圧し、該ワークを横幅方向に変形させて押し広げ、該ワークの横幅方向の位置を規定する押し広げ手段とを備えることを特徴としている。

このように本発明の位置決め装置は、ワークを第１支持部及び第２支持部にセットして２軸方向（前後方向、高さ方向）の位置決めをした後、押し広げ手段によりワークを押し広げることにより、ワークを変形させて横幅方向の位置を規定することができるようになっている。
そのため、本発明の位置決め装置は、位置決めする対象のワークに形状が異なるものが混在していても、ワークの一端部側の輪郭が重なるような類似する形状を有し且つ弾性変形するもの（例えば、自動車用のバンパー等）であれば、ワークの一端側を第１支持部及び第２支持部に当接させて２軸方向（前後方向、高さ方向）の位置を規定し、その後、ワークを押し広げて横幅方向の位置を規定することにより、３軸方向（前後方向、高さ方向、横幅方向）の位置決めを行うことができる。
すなわち、本発明の位置決め装置は、弾性変形する類似形状のワークに対して、共用で使用することができるため（汎用性が高いため）、専用治具等の投資コストを軽減できると共に、生産ラインの省スペース化を図ることができる。

また、本発明の位置決め装置は、上述した従来技術の位置決め装置（図５参照）のように、直交３軸の制御軸を有する高額なロケータを多数配置するのではなく、第１支持部及び第２支持部と、ワークを横幅方向に押し広げる押し広げ手段とにより、３軸方向の位置決めを行うように構成されている。そのため、本発明の位置決め装置は、上述した従来技術の位置決め装置（図５参照）に比べて、低コストでの提供が可能となり、設備コストの削減を図ることができる。
また、本発明によれば、押し広げ手段によりワークを横幅方向に押し広げることにより、位置決めを行っているため、孔部が形成されていないワークの位置決めにも対応することができる。

また、前記押し広げ手段により押し広げられた前記ワークの側面部に吸着し、該押し広げられた状態にワークを保持する保持手段を備えることが望ましい。
このように保持手段を設けることにより、押し広げ手段により横幅方向に押し広げて変形させたワークをその状態で維持することができるため、位置決めされたワークの加工を正確に行うことができる。

また、本発明は、横幅方向（１軸方向）に沿って往復移動するスライド部により、押し広げ手段を移動させて、ワークの側面部を押圧して、該ワークを横幅方向に押し広げるようになされている。
すなわち、本発明は、１軸駆動する駆動機構（例えば、１軸駆動のサーボ機構等）により押し広げ手段を動作させることができるため、上述した従来技術の位置決め装置に比べて、コストを抑えた位置決め装置を提供することができる。

また、前記第１支持部は、前記ワークとの当接部が半円形状になされていることが望ましい。
このようにワークとの当接部を半円形状に形成したのは、押し広げ手段によりワークを押し広げる際に、ワークがキズ付くのを防止するためである。また、ワークとの当接部を半円形状に形成することにより、ワークの形状が違っても、確実に、第１支持部の上にワークを着座させることができるためである。

本発明によれば、複数の種類のワークに共用で使用できる位置決め装置を低コストで提供することができる。

本発明の実施形態の位置決め装置の模式図である。 本発明の実施形態の位置決め装置によるワークの位置決め作業の手順を示した模式図である。 本発明の実施形態の位置決め装置によるワークの位置決め動作を示した模式図である。 弾性変形可能なワークのＷ方向の押し広げ量と、Ｌ方向及びＨ方向の位置決め精度との関係を模式的に示した図である。 従来技術の位置決め装置の概略構成を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態の位置決め装置について説明する。
先ず、本発明の実施形態の位置決め装置の概略構成について図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態の位置決め装置の模式図であり、図１（ａ）は、本実施形態の位置決め装置にワークをセットした状態を示した模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ部を拡大して示した模式図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の位置決め装置及びワークを側面から見た模式図である。

また、以下では、位置決めの対象となるワークＷ１が、正面部Ｗ１ａと、その正面部Ｗ１ａの左右両端から折れ曲がった側面部Ｗ１ｂとを有する自動車用のバンパーである場合を例にするが、あくまでもこれは一例である。また、前記バンパーは、合成樹脂により形成され、弾性変形可能になされているものとする。
また、本実施形態では、ワークＷ１の位置を規定する直交する３軸方向を、ワークＷ１が取り付けられる車両を基準にした車両の高さ方向（Ｈ方向）、車両の横幅方向（Ｗ方向）、車両前後の長さ方向（前後方向（Ｌ方向））で示す。

図示するように、位置決め装置１は、生産ラインの作業台等に設置される矩形枠状の基台１０と、基台１０の４角の近傍にそれぞれ設置され且つ横幅方向（Ｗ方向）に沿って往復移動可能になされたスライダ２２（図１（ｂ）参照）を有するスライド機構２０と、スライダ２２に搭載されている第１支持部（Ｌ基準部）３０と、スライダ２２に搭載されている押し広げロッド（押し広げ手段）４０及び吸着パッド（保持手段）４５（図１（ｂ）参照）と、各スライド機構２０と並列に基台１０に設置された第２支持部（Ｈ基準部）５０とを備えている。

また、位置決め装置１には、スライド機構２０の駆動を制御する制御部（図示せず）が設けられており、作業者が前記制御部を操作することにより、スライド機構２０のスライダ２２が駆動するようになっている。
なお、前記制御部は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を備えたコンピュータにより構成することができる。この場合、前記ＣＰＵが前記メモリに格納された制御プログラムを実行することにより、スライド機構２０の駆動が制御される。

そして、図１（ｃ）に示すように、ワークＷ１は、その両側面部Ｗ１ｂの自由端（Ｌ方向の一端部）が第１支持部３０の上に載置され支持（当接）されることにより、Ｌ方向の位置が規定されるようになっている。また、ワークＷ１は、その高さ方向（Ｈ方向）の両端部が第２支持部５０に支持（当接）されることにほり、ワークＷ１のＨ方向の位置が規定されるようになっている。

また、各スライダ２２に搭載されている押し広げロッド４０及び吸着パッド４５は、いずれも、第１支持部３０及び第２支持部５０に支持されているワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの内側面に相対向して配置されている。
そして、押し広げロッド４０は、スライド機構２０の駆動により動作するスライダ２２とともに移動してワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの内側面に当接し、その当接した側面部Ｗ１ｂを押圧し（側面部Ｗ１ｂにＷ方向の荷重を加えて）、ワークＷ１を変形させて押し広げる。また、スライド機構２０は、予め設定されている位置にスライダ２２（及び押し広げロッド４０）を停止させるようになされており、これにより、ワークＷ１のＷ方向の位置が規定される。
また、吸着パッド４５は、押し広げロッド４０が押し広げたワークＷ１の側面部Ｗ１ｂに吸着し、ワークＷ１を押し広げた状態を維持できるようになっている。

そして、本実施形態の位置決め装置１は、位置決めする対象のワークＷ１のなかに形状が異なるものが混在していても、ワークＷ１の一端側の輪郭がある程度似ている形状であれば、その一端側を第１支持部３０及び第２支持部５０に支持（当接）させることにより、２軸方向（Ｌ方向、Ｈ方向）の位置決めを行うことができ、さらに、ワークＷ１を押し広げることによりＷ方向の位置決めを行うことができる。
すなわち、本実施形態の位置決め装置１は、位置決めする対象のワークＷ１のなかに形状が異なるものが混在していても、ワークＷ１の一端側の輪郭がある程度似ている形状であれば、３軸方向（Ｌ方向、Ｈ方向、Ｗ方向）の位置決めに共用で使用できる。

このように、本実施形態の位置決め装置１は、生産ラインに形状が異なるワークＷ１が混在している場合においても、それが弾性変形する類似形状のものであれば共用で使用することができるため、専用治具等の投資コストを軽減できると共に、生産ラインの省スペース化を図ることができる。
また、本実施形態の位置決め装置１は、上述した従来技術の位置決め装置（図５参照）のように、直交３軸の制御軸を有する高額なロケータを多数配置する構成ではなく、Ｗ方向（１軸方向）に移動するスライド機構２０により、押し広げロッド４０を移動させてワークＷ１の位置決めを行うため、従来技術の位置決め装置（図５参照）に比べて、装置コストを抑制することができる。

つぎに、本実施形態の位置決め装置１の各構成について詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、スライド機構２０は、矩形枠状の基台１０の４角部の近傍において、それぞれ、基台１０から立設している一対の柱状支持部１２ａ、１２ｂに支持されている。なお、スライド機構２０は、基台１０の長辺方向（図示するＷ方向）と平行に配置されている。
また、図１（ｂ）に示すように、各スライド機構２０は、上面部にＷ方向と平行に延設されたガイド部（図示せず（ガイド溝や、ガイドレール等））が形成された本体部２１と、前記ガイド部に摺動自在に支持されている板状のスライダ２２とを備えている。
また、本体部２１は、前記ガイド部に沿って、スライダ２２を往復自在に移動させる１軸方向の駆動機構を備えている。

そして、位置決め装置１には、上述した制御部（図示せず）からの指示により、前記駆動機構を駆動させ、前記ガイド部に沿ってスライダ２２を所定位置に移動させることができるようになされている。
なお、前記駆動機構の構成は、具体的に限定されるものではないが、例えば、前記駆動機構に、サーボモータを備えるサーボ機構を用いることができる。
このようにサーボ機構を用いることにより、スライダ２２を最適位置に移動させる高精度な制御ができるため、正確な位置決めを実現することができる。

また、図１（ｂ）に示すように、スライダ２２には、上面が半円形状になされた第１支持部３０と、柱状の保持部材４７とが搭載されており、この保持部材４７が、押し広げロッド４０及び吸着パッド４５を保持している。
そして、押し広げロッド４０は、一端部が支持部材４７に支持され、他端部（先端部）が、第１支持部３０に支持されたワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの内側面と相対向するように配置されている。
また、吸着パッド４５は、一端部が支持部材４７に支持され、他端部（先端部）の吸着面が、第１支持部３０に支持されたワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの内側面と相対向するように配置されている。
なお、吸着パッド４５は、ワークＷ１の側面部Ｗ１ｂに吸着できるようになされていればよく、その具体的な構成について特に限定されるものではない。

また、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、第２支持部５０は、円柱形状になされており、スライド機構２０を支持している柱状支持部１２ａ、１２ｂに並列させて基台１０に立設した柱状支持部１４ａ、１４ｂに支持されている。また、第２支持部５０は、スライド機構２０の外側（基台１０のＨ方向における外側）に配置されている。
なお、第２支持部５０が、Ｈ方向の任意の位置に移動できるようになされていてもよい。例えば、基台１０に、柱状支持部１４ａ、１４ｂを、Ｈ方向に沿って移動自在に支持するスライド機構を設け、柱状支持部１４ａ、１４ｂを移動させることにより、第２支持部５０のＨ方向の位置を調節できるようにする。この構成により、Ｈ方向の形状が大きく異なるワークＷ１や、Ｈ方向における位置決めの位置が異なるワークＷ１に対しても対応することができる。

つぎに、本実施形態の位置決め装置１によるワークＷ１の位置決め作業について、図２及び図３を用いて説明する。
図２は、本発明の実施形態の位置決め装置によるワークの位置決め作業の手順を示した模式図である。なお、図２（ａ）は、位置決め装置にワークをセットする前の状態を示した模式図であり、図２（ｂ）は、位置決め装置にワークがセットされた状態を示した模式図であり、図２（ｃ）は、ワークがセットされた位置決め装置が、ワークを横方向に押し広げている状態を示した模式図である。
また、図３は、本実施形態の位置決め装置によるワークの位置決め動作を示した模式図である。なお、図３（ａ）は、本実施形態の位置決め装置にワークをセットした際の、ワークと、位置決め装置との関係を示した模式図であり、図３（ｂ）は、本実施形態の位置決め装置の押し広げロッドがワークの側面部を押圧している状態を示した模式図であり、図３（ｃ）は、本実施形態の位置決め装置の吸着パッドが押し広げられたワークを保持している状態を示した模式図であり、図３（ｄ）は、位置決め装置により、位置決めされたワークを示した模式図である。

具体的には、本実施形態の位置決め装置１によりワークＷ１の位置決めを行う場合、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、作業者がワークＷ１を持って、位置決め装置１の上にワークＷ１をセットする。
なお、上記の場合、位置決め装置１の第１支持部３０に、ワークＷ１の両側面部Ｗ１ｂの自由端を当接させて載置すると共に、第２支持部５０に、ワークＷ１の上下両端部を当接させる。
これにより、図３（ａ）に示すように、ワークＷ１が第１支持部３０に当接して、ワークＷ１のＬ方向の位置が規定され、ワークＷ１のＨ方向の両端部が第２支持部５０に当接して、ワークＷ１のＨ方向の位置が規定される。
なお、第１支持部３０は、ワークＷ１と当接する上面が半円形状になされているためワークＷ１がキズ付くことを防止できる。また、ワークＷ１との当接部が半円形状に形成されているため、ワークＷ１の形状が違っても、確実に、第１支持部３０の上にワークＷ１を着座させることができる。

なお、本実施形態では、位置決めする対象のワークＷ１に形状が異なるものが混在していても、ワークＷ１の一端側（図３（ａ）に示す下端側）の輪郭が類似する形状を有していれば、ワークＷ１の一端側（図３（ａ）に示す下端側）を第１支持部３０及び第２支持部５０に当接させることにより、２軸方向（Ｌ方向、Ｈ方向）の位置決めを行うことができる。
すなわち、本実施形態の位置決め装置１は、図３（ａ）の実線で示すワークＷ１に対しても、破線で示すワークＷ１に対しても共用で使用することができる。

つぎに、図２（ｃ）及び図３（ｂ）に示すように、位置決め装置１の制御部（図示せず）を操作してスライド機構２０を駆動させ、スライド機構２０の上に搭載された押し広げロッド４０を移動させ、この押し広げロッド４０でワークＷ１の両側面部Ｗ１ｂを押圧して、ワークＷ１をＷ方向に変形させて押し広げる。これにより、ワークＷ１のＷ方向の位置が規定される。

また、押し広げロッド４０によるワークＷ１の押し広げ量は、ワークＷ１の種類に応じて定められており、スライド機構２０により制御されている。
なお、本願の発明者は、ワークＷ１の位置決めについて研究を重ねた結果、図４に示すように、合成樹脂等により形成された弾性変形可能なワークＷ１は、Ｗ方向の押し広げ量が所定量（最適量）を超えると、Ｌ方向及びＨ方向の歪みが発生し、位置決めの精度が低下していく傾向があることを見出した。また、Ｗ方向の押し広げ量が所定量（最適量）を超えなければ、ワークＷ１を押し広げても、Ｌ方向及びＨ方向の歪みが小さく、位置決めの精度に影響を与えないことを見出した。

そのため、本実施形態では、予め、ワークＷ１の種類毎に、所定量（最適量）を考慮して押し広げ量を算出しておき、スライド機構２０の駆動を制御するコントローラ（図示せず）に、その算出した押し広げ量を設定できるようにしている。
これにより、位置決め装置１は、弾性変形する類似形状のワークＷ１に対して、精度の高い位置決めを実現することができる。

図３に戻り、ワークＷ１の位置決め作業の説明を続ける。
上述した図３（ｂ）に示すように、押し広げロッド４０によるワークＷ１のＷ方向への押し広げが完了すると、吸着パッド４５によるワークＷ１の保持作業が行われる。

具体的には、図３（ｃ）に示すように、位置決め装置１の吸着パッド４５が、押し広げロッド４０が押し広げたワークＷ１の両側面部Ｗ１ｂに吸着し、ワークＷ１を押し広げた状態を維持する。これにより、図３（ｄ）に示すように、位置決め装置１により、ワークＷ１が、３軸方向（Ｌ方向、Ｈ方向、Ｗ方向）に位置決めされる。
なお、位置決め装置１により、ワークＷ１が、３軸方向（Ｌ方向、Ｈ方向、Ｗ方向）に位置決めされた後は、ワークＷ１に対して各種の加工が施される。

以上説明したように、本実施形態の位置決め装置１によれば、弾性変形する類似形状のワークＷ１に対して、共用で使用することができるため（汎用性が高いため）、専用治具等の投資コストを軽減できると共に、生産ラインの省スペース化を図ることができる。

また、本実施形態の位置決め装置１は、上述した従来技術の位置決め装置（図５参照）のように、直交３軸の制御軸を有する高額なロケータを多数配置するのではなく、押し広げロッド４０を駆動する１軸の駆動機構を備える構成を採用しているため、上述した従来技術の位置決め装置（図５参照）に比べて、設備コストの削減を図ることができる。

また、本実施形態によれば、押し広げロッド４０によりワークＷ１を横幅方向に押圧して押し広げることにより、位置決めを行っているため、孔部が形成されていないワークＷ１の位置決めにも対応することができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。

例えば、上述した実施形態の説明では、ワークＷ１が自動車用のバンパーである場合を示したが、弾性変形できるワークであれば、本実施形態の位置決め装置１を利用することができる。

また、上述した実施形態では、吸着パッド４５が、第１支持部３０に支持されたワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの内側面と相対向するように配置され、当該側面部Ｗ１ｂの内側面に吸着するように構成されているが、特にこれに限定されるものではない。
例えば、吸着パッド４５は、第１支持部３０に支持されたワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの外側面と相対向するように配置され、ワークＷ１の側面部Ｗ１ｂの外側面に吸着するように構成されていてもよい。

また、例えば、上述した実施形態では、スライド機構２０が４つ設けられており、４つのスライド機構２０にそれぞれ搭載されている押し広げロッド４０により、ワークＷ１を押し広げているが、特にこれに限定されるものではない。ワークＷ１の両側面部Ｗ１ｂのうちの一方を固定保持しておいて、他方の側面部Ｗ１だけに荷重を加えて、ワークＷ１をＷ方向に押し広げるようにしてもよい。

Ｗ１ ワーク
Ｗ１ａ 正面部（ワーク）
Ｗ１ｂ 側面部（ワーク）
１ 位置決め装置
１０ 基台
１２ａ、１２ｂ 柱状支持部
１４ａ、１４ｂ 柱状支持部
２０ スライド機構
２１ 本体部（スライド機構）
２２ スライダ（スライド機構）
３０ 第１支持部（Ｌ基準部）
４０ 押し広げロッド（押し広げ手段）
４５ 吸着パッド（保持手段）
４７ 支持部材
５０ 第２支持部（Ｈ基準部）

Claims (6)

1. 高さ方向と横幅方向とが水平方向に向けられ、前後方向が垂直方向に向けられたワークの位置決めを行う位置決め装置であって、
   前記ワークの横幅方向に沿って往復自在に移動可能に設けられたスライド部と、
   前記スライド部に搭載され、前記ワークの前後方向の一端部が上面に載置されることにより、該ワークを支持すると共に、該ワークの前後方向の位置を規定する第１支持部と、
   前記第１支持部に載置された前記ワークを、その高さ方向の両端部に当接して支持し、該ワークの高さ方向の位置を規定する第２支持部と、
   前記スライド部に搭載され、前記スライド部が移動することにより、前記第１支持部及び前記第２支持部に支持されている前記ワークの側面部に当接して押圧し、該ワークを横幅方向に変形させて押し広げ、該ワークの横幅方向の位置を規定する押し広げ手段とを備えることを特徴とする位置決め装置。
2. 前記押し広げ手段により押し広げられた前記ワークの側面部に吸着し、該押し広げられた状態にワークを保持する保持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記保持手段は、前記スライド部に搭載され、
   前記保持手段は、前記押し広げ手段が該ワークを横幅方向に変形させて押し広げると、該ワークの側面部に吸着するようになされていることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
4. 前記第１支持部は、前記ワークとの当接部が半円形状になされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の位置決め装置。
5. 前記第２支持部は、前記ワークの横幅方向に沿って延設された円柱形状になされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された位置決め装置。
6. 前記第２支持部を前記ワークの高さ方向に沿って移動自在に支持するスライド機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された位置決め装置。

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