JP5127634B2 - 位置決め部保持装置、及びこれを用いたワーク位置決め方法 - Google Patents

位置決め部保持装置、及びこれを用いたワーク位置決め方法 Download PDF

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Description

本発明は、ワーク用の位置決め部を保持する位置決め部保持装置、及びこれを用いたワーク位置決め方法に関する。
一般的に、自動車の溶接ラインなどの場合、複数車種の部品(以下「ワーク」という)を同一ラインに流し、各車種に対応した溶接をそれぞれのワークに対して行っている。この際、ワークの位置決めは、異なる車種の様々なワークに対応して、正確且つ確実に行う必要がある。ワークは、位置決めピン等の位置決め部に直接的に当接することにより位置決めが行われる。この位置決め部は、従来、各リンクが能動的に動作する位置決め装置によって、所定の位置決め位置に移動され、その位置で保持される。
このような位置決め装置として、例えば、特許文献1には、基台上に固定されたX軸方向に延びるレール上を移動可能な台車と、該台車に備わりY軸方向(上下方向)に延びるレールに沿って昇降可能な昇降台と、該昇降台に固定されたブラケットにY軸の軸線回りに傾動可能に支承された可動支持枠とを備え、可動支持枠に配設されたクランプ手段によって自動二輪車のワークの位置決めを行う位置決め装置が開示されている。この位置決め装置においては、電動モータの回転力がねじ送り機構により直線的な駆動力に変換されて、台車及び昇降台が移動し、可動支持枠が傾斜している。
特開2001−340962号公報
しかしながら、特許文献1に開示された位置決め装置においては、X軸方向に延びるレールが基台上に固定されるため、装置の設置に広い面積を必要とするという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑み、装置の設置に広い面積を必要とせずに、位置決め部を保持することが可能な位置決め部保持装置、及びこれを用いたワークの位置決め方法を提供することを目的とする。
本発明の位置決め部保持装置は、基台に固定されるリンクと、該リンクに球面ジョイントで連結されたリンクとを有するリンク機構と、該リンク機構の先端のリンクのリンク本体に設けられ、当該リンク本体に対して直線的に往復摺動可能な摺動体と、該摺動体の先端に設けられた位置決め部と、前記球面ジョイントの回動をロックする第1のロック手段と、前記摺動体の摺動をロックする第2のロック手段とを備え、前記位置決め部の移動に追従して前記リンク機構と前記摺動体とが動作することを特徴とする。なお、位置決め部とは、位置決めピン、位置決めクランプ、位置決めテンプレートなどを含み、位置決めのためにワーク等の部材を保持するものである。
本発明の位置決め部保持装置によれば、基台に固定されるリンクと、該リンクに連結されたリンクとは球面ジョイントで連結されている。そのため、前記特許文献1に開示された位置決め装置のように、X軸方向に延びるレール等の広い面積を占める設置部材を基台上に設ける必要がないので、装置の設置面積を狭くすることが可能となる。
また、位置決め部の移動に追従して、球面ジョイントが回動し、摺動体が摺動することにより、リンク機構と摺動体とが動作する。そのため、リンク機構と摺動体を能動的に動作させる機能を設ける必要がないので、装置を小型化を図ることが可能となる。
また、球面ジョイントの回動をロックする第1のロック手段と、摺動体の摺動をロックする第2のロック手段とを備える。そのため、所望の位置決め位置に位置させた位置決め部を当該位置に確実に保持することが可能となる。
また、位置決め部が先端に設けられ、リンク本体に対して直線的に往復摺動可能な摺動体と、該摺動体の摺動をロックする第2のロック手段とを備えている。そして、一般的に、摺動体の摺動をロックする保持力は、球面ジョイントの回動をロックする保持力よりも、容易に大きくすることができる。そのため、位置決め部に係止されたワークの自重によって、位置決め部が下方向きの荷重を受けても、第2のロック手段は大きな保持力で摺動体の摺動をロックするので、位置決め部を当該位置により確実に保持することが可能となる。
本発明のワーク位置決め方法は、前記位置決め部保持装置を用いたワーク位置決め方法であって、位置決め部移動装置によって、前記摺動体の軸心が垂直となる状態を維持しながら当該位置決め部を把持して所定位置まで移動させる工程と、前記第1のロック手段により前記球面ジョイントの回動をロックすると共に、前記第2のロック手段により前記摺動体の摺動をロックする工程と、前記位置決め部移動装置による前記位置決め部の把持を解除する工程と、前記位置決め部にワークを係止する工程とを備えることを特徴とする。
本発明のワーク位置決め方法によれば、位置決め部の移動に追従してリンク機構と摺動体とが動作する位置決め部保持装置を用い、該位置決め部保持装置の位置決め部を位置決め部移動装置によって把持して所定位置まで移動させる。そのため、位置決め部を所定の位置までスムースに移動させることが可能となる。更に、位置決め部移動装置は摺動体の軸心が垂直となる状態を維持しながら当該位置決め部を把持して所定位置まで移動させる。そのため、最初に、所定位置の鉛直線上に位置する任意の位置に位置決め部を移動させ、その後、該位置から位置決め部を鉛直方向に移動させて所定位置に移動させることが可能となる。この場合、位置決め部を所定位置に移動させることが更に容易となる。
また、位置決め部に係止されたワークの自重によって、位置決め部が下方向きの荷重を受けても、第2のロック手段は大きな保持力で摺動体の摺動をロックすることが可能であるので、位置決め部を当該位置により確実に保持することができる。
本発明の実施形態に係る位置決め部保持装置10について説明する。
位置決め部保持装置10は、位置決め部としての位置決めピン1の受動的な移動に追従して動作可能なように構成されている。図1を参照して、位置決め部保持装置10は、一端が基台Mに固定される第1のリンク2と、第1のリンク2の他端に一端が回動自在に連結された第2のリンク3と、第2のリンク3の他端に一端が回動自在に連結された第3のリンク4とからなるリンク機構を備えている。そして、第1のリンク2と第2のリンク3との連結部には第1の球面ジョイント5が、第2のリンク3と第3のリンク4との連結部には第2の球面ジョイント6がそれぞれ設けられている。このように、位置決め部保持装置10は、3つのリンク2,3,4がそれぞれ球面ジョイント5,6で連結されたリンク機構を備えている。このリンク機構の先端のリンクである第3のリンク4には、そのリンク本体41に対して直線的に往復摺動可能な摺動体7が設けられている。摺動体7の先端には位置決めピン1が固定的に設けられている。
第1のリンク2は、一端にフランジ21が形成され、他端に第1の球面ジョイント5の受座22を有している。第1のリンク2は、フランジ21が基台Mにボルト・ナット等の締結具(図示しない)によって固定されることにより、基台Mに固定されている。
第1の球面ジョイント5は、第1のリンク2の受座22に収容される球状部51と、球状部51の一端に球状部51と一体的に形成された首部52と、首部52の先端に首部52と溶接等によって固定されたフランジ53とを有している。
第2のリンク3は、一端にフランジ31が形成され、他端に第1の球面ジョイント5の受座32を有している。第2のリンク3は、フランジ32が第1の球面ジョイント5のフランジ53とボルト・ナット等の締結具(図示せず)によって固定されており、第1の球面ジョイント5と一体化されている。これにより、第2のリンク3は、第1のリンク2に対して相対回動自在に連結されている。即ち、第2のリンク3は、第1のリンク2に対して任意の方向に自在に傾斜させることが可能であり、且つその長手方向を軸として自在に回転させることも可能である。
第2の球面ジョイント6は、第2のリンク3の受座32に収容される球状部61と、球状部61の一端に球状部61と一体的に形成された首部62と、首部62の先端に首部62と溶接等によって固定されたフランジ63とを有している。
第3のリンク4は、その長手方向に伸縮可能となるように摺動機構を備えている。第3のリンク4は、摺動体7の摺動を案内するリンク本体41と、該リンク本体41が載置される平板状の載置板42とを有している。リンク本体41は、その内部に長手方向に延びる円柱状の空洞を有しており、その空洞に摺動体7を収容すると共に摺動体7の摺動を案内している。なお、リンク本体41は、図示しないが、摺動体7がリンク本体41から抜け出すことを防止する抜出防止手段を備えている。抜出防止手段は、例えば、リンク本体41の上端部に設けられて摺動体7と当接する段付部やピン等からなるものである。第3のリンク4は、載置板42が第2の球面ジョイント6のフランジ63とボルト・ナット等の締結具(図示せず)によって固定されており、第2の球面ジョイント6と一体化されている。これにより、第3のリンク4は、第2のリンク3に対して相対回動自在に連結されている。即ち、第3のリンク4は、第2のリンク3に対して任意の方向に自在に傾斜させることが可能であり、且つその長手方向を軸として自在に回転させることも可能である。ただし、リンク本体41の軸心と第2の球面ジョイント6の軸心とが一致しないように、ずらせている。なお、リンク本体41の軸心と第2の球面ジョイント6の軸心とは平行になることが好ましい。
摺動体7は、リンク本体41に対して直線的に往復摺動可能なように設けられている。摺動体7は、リンク本体41に案内されて当該リンク本体41の長手方向に直線状に延びる軸心と同じ軸心を有して往復摺動可能となるように構成されている。摺動体7は、直線状に延びる軸を有しており、該軸の下端には、その外径がリンク本体41の空洞の内径より僅かに小さくなるように形成されている円板(図示せず)が一体的に形成されている。このように、リンク本体41と摺動体7とは、それぞれシリンダとピストンの役割を果たしている。
位置決めピン1は、摺動体7の先端に固定的に設けられている。位置決めピン1は、その軸心が摺動体7の軸心と一致していることが好ましい。位置決めピン1は、従来公知のものであり、その形状や固定方法等は、任意のものである。位置決めピン1は、例えば、その下端部にテーパー状の突起が形成されており、該突起を摺動体7の先端部に形成されたテーパー穴に嵌合することにより、摺動体7に固定されるようになっている。位置決めピン1は、ワーク30(図3(d)参照)に形成された位置決め用の穴に挿入されてワーク30の位置決めを行う。ここでは、摺動体7の先端面は、位置決めピン1の周囲部分が平面状に形成されており、この先端面がワーク30の当接面と当接する着座面となる。なお、位置決めピン1が段部を有しており、その段部の上面をワーク30の着座面とするものであってもよい。なお、複数の位置決めピン1が、摺動体7に対して交換可能であってもよい。これにより、異なるワーク30に対する位置決めを行うことが可能となる。また、位置決めピン1は、複数のピンからなるものであってもよい。これにより、1つのワーク30を複数の箇所で位置決めを行うことが可能となる。
更に、第1の球面ジョイント5及び第2の球面ジョイント6には、それぞれの回転をロックするロック機構(第1のロック機構)8,8が設けられている。ここでは、第1の球面ジョイント5の回転をロックするロック機構8を代表にして説明する。図2を参照して、第1のリンク2の先端部には、第1の球面ジョイント5の球状部51を保持する受座22が形成されており、この受座22は、2つに分割されている。受座22は、その第1の球面ジョイント5の球状部51と対向する内側面が球面の一部として形成されている。各受座22は、その外側面の一部にそれぞれ内方に向かって傾斜する傾斜面81を有している。そして、これら傾斜面81と同じ傾斜を内側面に有し、当該傾斜面81に当接する楔状部82が各受座22に対してそれぞれ設けられており、2つの楔状部82は互いに連結されて一体化され、その連結部の中央部にピストン83が一体的に形成されている。該ピストン83を往復摺動させるシリンダ84が、図示しないが、第1のリンク2の壁部に固定されている。更に、各受座22は、その外側端部が第1のリンク2の内壁面と圧縮ばね55によって連結されている。なお、図示しないが、各ロック機構8,8のロック及びその解除を行うためのスイッチがそれぞれ設けられている。
このような構成により、ロック機構8は、第1の球面ジョイント5の回動をロック可能としている。具体的には、ロック機構8が第1の球面ジョイント5の回動のロックを解除しているときには、受座22と第1の球面ジョイント5の球状部51との間には微小な隙間が存在しており、第1の球面ジョイント5の球状部51が受座22に摺接されて、第1の球面ジョイント5が回動自在になっている。そして、ロック機構8が第1の球面ジョイント5の回動をロックさせるときには、作業者が前記スイッチを操作することにより、シリンダ84がピストン83を第1の球面ジョイント5の方向へ摺動させ、楔状部82を介して受座22を球状部51の中心に向けて移動させて、受座22を球状部51に圧接させる。これにより受座22と球状部51との間に発生した摩擦力によって、第1の球面ジョイント5の回動をロックする。その後、ロック機構8による第1の球面ジョイント5の回動のロックを解除するときには、作業者が前記スイッチを操作することにより、シリンダ84がピストン83を第1の球面ジョイント5の方向とは反対方向へ摺動させ、圧縮ばね55に収縮力によって受座22を球状部51の中心から遠ざかる方向に向けて移動させて、受座22と球状部51との圧接を解除する。なお、図示しないが、受座22の一部に貫通穴を形成し、該貫通穴に挿通され摺動可能な軸の先端に摩擦材を設け、該摩擦材を球状部22に圧接することにより、第1の球面ジョイント5の回動をロックするものであってもよい。
更に、摺動体7の摺動をロックするロック機構(第2のロック機構)9(図3参照)が設けられている。このロック機構9は、具体的には図示しないが、例えば、シリンダ等によって摩擦材を摺動体7に対して圧接可能に設け、摺動体7の摺動のロックとその解除が可能となるように構成されている。なお、図示しないが、ロック機構9のロック及びその解除を行うためのスイッチが設けられている。
以上のように構成された位置決め部保持装置10によれば、基台Mに固定される第1のリンク2と、該第1のリンク2に連結された第2のリンク3とは第1の球面ジョイント5で連結されている。そのため、前記特許文献1に開示された位置決め装置のように、X軸方向に延びるレール等の広い面積を占める設置部材を基台M上に設ける必要がないので、装置の設置面積を狭くすることが可能となる。更に、2つの球面ジョイント5,6の回動によって様々な方向に位置決めピン1を移動させることが可能となり、前記特許文献1に開示された位置決め装置のようにスライド機構を主体とした装置に比べて、装置の小型化を図ることが可能となる。
また、位置決めピン1の移動に追従して、2つの球面ジョイント5,6が回動し、摺動体7が摺動することにより、リンク機構と摺動体7とが動作する。そのため、リンク機構と摺動体7を能動的に動作させる機能を設ける必要がないので、装置を小型化を図ることが可能となる。装置が大型化すると、溶接ロボットとの干渉が生じ易くなるため、この点からも好ましい
また、2つの球面ジョイント5,6の回動をそれぞれロックするロック手段8,8と、摺動体7の摺動をロックするロック手段9とを備える。そのため、所望の位置決め位置に位置させた位置決めピン1を当該位置に確実に保持することが可能となる。
また、位置決めピン1の軸心に平行な摺動方向にリンク本体41に対して直線的に往復摺動可能な摺動体7と、該摺動体7の摺動をロックするロック手段9とを備えている。そして、一般的に、摺動体7の摺動をロックする保持力は、球面ジョイント5,6の回動をロックする保持力よりも容易に大きくすることができる。そのため、位置決めピン1に係止されたワーク30(図3参照)の自重によって、位置決めピン1が下方向きの荷重を受けても、ロック手段9は大きな保持力で摺動体7の摺動をロックするので、位置決めピン1を当該位置により確実に保持することが可能となる。特に、全ての動作機構を球面ジョイントに依った装置と比べて、機構の簡素化を図りながら、保持力を大きくするための機構の大型化を防ぎ、且つリンクの折れ曲がりによる干渉を防ぐことが可能となる。
以下、本発明の実施形態に係るワーク位置決め方法について説明する。このワーク位置決め方法は、位置決め部保持装置10を用いてワークの位置決めを行う方法である。
本ワーク位置決め方法は、図3(a)〜図3(d)を参照して、位置決め部移動装置20によって位置決めピン1を所定の位置決め位置まで移動させる第1の工程と、2つの球面ジョイント5,6の回動及び摺動体7の摺動をロックする第2の工程と、位置決め部移動装置20による位置決めピン1の把持を解除する第3の工程と、位置決めピン1にワーク30を係止する第4の工程とを備えている。
第1の工程は、図3(a)〜図3(c)に示すように、位置決め部移動装置20によって、摺動体7の軸心が垂直となる状態を維持しながら位置決めピン1を把持して所定の位置決め位置まで移動させる工程である。位置決め部移動装置20は、位置決めピン1を把持可能な把持部20aを備えたマニピュレータなどのロボットであって、能動的に動作して、把持した位置決めピン1を移動させることが可能なように構成されているものである。位置決め部移動装置20は、従来公知のものであり、把持部20aが把持した位置決めピン1を鉛直方向に移動可能であれば、その機構や制御方法等は、特に限定されない。また、位置決め部移動装置20は、図示しない制御部を備え、該制御部の制御によって、初期位置に存する位置決めピン1を把持部20aで把持して作業者等から指定された所定の位置決め位置に位置決めピン1を移動させる。把持部20aは、具体的には図示しないが、例えば、位置決めピン1を両側から均等に付勢可能な付勢手段を備えており、位置決めピン1の軸心と把持部20aの基部の軸心とが一致するように構成されていることが好ましい。また、位置決め部移動装置20は、図示しない姿勢センサや位置センサを備えており、これらセンサの検知信号を制御部に送信して適切な姿勢制御を行うことによって、位置決めピン1の軸心が垂直となるように把持部20aで位置決めピン1を把持した状態を維持しながら位置決めピン1を移動させる。なお、位置決め部保持装置10の位置決めピン1や摺動体7等に姿勢センサや位置センサを設け、これらセンサの検知信号を位置決め部移動装置20の制御部に送信してもよい。
なお、最初に、図3(b)に示すように、所定の位置決め位置の鉛直線上に位置する任意の位置に位置決めピン1を移動させ、その後、図3(c)に示すように、該位置から鉛直方向に位置決めピン1をΔzだけ移動させることにより、位置決めピン1を所定の位置決め位置に移動させることが好ましい。この場合、最初の移動の際には、位置決め部移動装置20によって位置決めピン1を所定の位置決め位置の鉛直線上に位置する任意の位置に移動させればよい。そして、2つの球面ジョイント5,6の回動や摺動体7の摺動によって移動が制限される位置決めピン1を、前記鉛直線上に位置させるように移動させることは容易であるので、位置決め部移動装置20の制御が簡易化する。そして、その後の移動の際には、位置決め部移動装置20によって把持部20aを当該位置から鉛直方向に移動させて位置決めピン1を当該方向に移動させればよい。第2の球面ジョイント6と摺動体7との軸心はずれているため、2つの球面ジョイント5,6は回動しないので、このとき、摺動体7の摺動のみで足りる。そのため、位置決め部移動装置20の制御が簡易化する。
第2の工程は、ロック手段8,8により2つの球面ジョイント5,6の回動をロックすると共に、ロック手段9により摺動体7の摺動をロックする工程である。位置決め部移動装置20によって位置決めピン1を保持する状態を維持しながら、作業者は前記スイッチを操作することにより、各ロック手段8,8,9のロックを行う。
第3の工程は、位置決め部移動装置20による位置決めピン1の把持を解除する工程である。各ロック手段8,8,9のロックを行いながら、位置決め部移動装置20による位置決めピン1の把持を解除する。これにより、位置決めピン1は、位置決め部保持装置10によって所定の位置決め位置に保持されることになる。
第4の工程は、図3(d)に示すように、位置決めピン1にワーク30を係止する工程である。これにより、ワークは、位置決め部保持装置10によって所定の位置決め位置に保持される位置決めピン1に係止されて、所定の位置に保持されることになる。
このようなワーク位置決め方法によれば、位置決めピン1の移動に追従してリンク機構と摺動体7とが動作する位置決め部保持装置10を用い、該位置決め部保持装置10の位置決めピン1を位置決め部移動装置20によって把持して所定の位置決め位置まで移動させる。そのため、位置決めピン1を所定の位置決め位置までスムースに移動することが可能となる。
また、位置決めピン1は、その軸心が垂直となる状態でワーク30が係止される。そのため、位置決めピン1に係止されたワーク30の自重によって、位置決めピン1が下方向きの荷重を受けても、ロック手段9は大きな保持力で摺動体7の摺動をロックすることが可能であるので、位置決めピン1を位置決め位置により確実に保持することができる。
また、位置決め部保持装置10は、それ自身が能動的に動作するものではなく、位置決めピン1が位置決め部移動装置20によって予め所定の位置決め位置に移動させられる。そのため、位置決めピン1の位置決め位置に対する誤差は、位置決め部移動装置20の位置精度に依存する。しかし、一般的に、位置決め部移動装置20に用いられるマニピュレータ等の位置精度は高い。そのため、前記特許文献1に開示された位置決め装置のように、自身のスライド機構などの動作機構の位置精度の積み重ねから生じる位置精度に比べて、位置決めピン1の位置決め位置に対する位置精度を良好とすることが容易に可能となる。
なお、上記の本発明の実施形態に係る位置決め部保持装置10においては、3つのリンク2,3,4が2つの球面ジョイント5,6で連結されている場合について説明した。しかしながら、これに限定されず、2以上のリンクがその連結部に球面ジョイントを備えるものであればよく、複数の連結部の一部に他の連結機構を備えるものであってもよい。
また、位置決め部保持装置10には、摺動体7の先端に位置決めピン1が固定的に設けられている。しかしながら、これに限定されず、ワーク等の位置決めを行うための位置決め部が摺動体7に固定的に設けられていればよい。例えば、図4に示すように、本発明の他の実施形態に係る位置決め部保持装置70には、摺動体7の先端に位置決め部として位置決めテンプレート71が固定的に設けられている。この位置決めテンプレート71は、位置決めピン71a及び位置決めクランプ71bを備え、位置決めが行われたワークがその上に仮固定される。位置決め部移動装置20は、その把持部20aによって位置決めテンプレート71の端部を横方向から把持しながら、作業者等から指定された所定の位置決め位置に位置決めテンプレート71を移動させる。
本発明の実施形態に係る位置決め部保持装置を示す模式斜視図。 ロック機構を示す模式部分断面図。 (a)〜(d)は、本発明の実施形態に係るワーク位置決め方法の工程を順に示す説明図。 本発明の他の実施形態に係る位置決め部保持装置を示す模式斜視図。
符号の説明
1…位置決めピン(位置決め部)、2…第1のリンク 、3…第2のリンク、4…第3のリンク(先端のリンク)、5…第1の球面ジョイント、6…第2の球面ジョイント、7…摺動体、8…ロック機構(第1のロック機構)、9…ロック機構(第2のロック機構)、10,70…位置決め部保持装置、20…位置決め部移動装置、20a…把持部、30…ワーク、71…位置決めテンプレート(位置決め部)。

Claims (2)

  1. 基台に固定されるリンクと、該リンクに球面ジョイントで連結されたリンクとを有するリンク機構と、
    該リンク機構の先端のリンクのリンク本体に設けられ、当該リンク本体に対して直線的に往復摺動可能な摺動体と、
    該摺動体の先端に設けられた位置決め部と、
    前記球面ジョイントの回動をロックする第1のロック手段と、
    前記摺動体の摺動をロックする第2のロック手段とを備え、
    前記位置決め部の移動に追従して前記リンク機構と前記摺動体とが動作することを特徴とする位置決め部保持装置。
  2. 請求項1に記載の位置決め部保持装置を用いたワーク位置決め方法であって、
    位置決め部移動装置によって、前記摺動体の軸心が垂直となる状態を維持しながら前記位置決め部を把持して所定位置まで移動させる工程と、
    前記第1のロック手段により前記球面ジョイントの回動をロックすると共に、前記第2のロック手段により前記摺動体の摺動をロックする工程と、
    前記位置決め部移動装置による前記位置決め部の把持を解除する工程と、
    前記位置決め部にワークを係止する工程とを備えることを特徴とするワーク位置決め方法。
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