JP5700788B2 - 部品組立機及び部品組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品を挿入する穴の芯出しを行う芯出し装置及び部品組立機並びに芯出し方法及び部品組立方法に関する発明である。

例えば、スプールバルブ等の軸状の部品を、クリアランスの小さい穴に挿入する作業を自動化するために、特許文献１（特開２００６−２６７８１号公報）に記載されているように、部品挿入用の穴が形成された本体部品を、該穴が鉛直方向となるように治具に固定し、ロボットハンドで軸状部品を掴んだ状態で該穴に該軸状部品の先端部を挿入し、ロボットハンドを開いて該軸状部品を解放した後、該本体部品を固有振動数で振動させることで、軸状部品を穴に挿入するようにしたものがある。

特開２００６−２６７８１号公報（請求項２等参照）

しかし、上記特許文献１の方法では、穴の芯出しを自動的に行う機能がないため、部品挿入用の穴が形成された本体部品を固有振動数で振動させて、穴の位置を探りながら軸状部品を穴に挿入するようにしている。このため、挿入作業の時間がばらついたり、軸状部品に擦り傷ができる可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、部品を挿入する穴の芯出しを自動的に行うことができる部品組立機及び部品組立方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、芯出しシャフトのＸ−Ｙ方向の位置と鉛直方向からの傾き角度を調整する倣い機構と、前記芯出しシャフトを上下動させる昇降機構とを備え、前記芯出しシャフトの下端部に、該芯出しシャフトの径方向に拡縮動作する芯出し治具を設け、該芯出し治具を縮径させた状態で該昇降機構により該芯出しシャフトを下降させて該芯出し治具を前記穴内に挿入した後、該芯出し治具を拡径させて該芯出し治具の外周面を該穴の内周面に当接させることで、該倣い機構により該芯出しシャフトの軸芯を該穴の軸芯に合致させるように該芯出しシャフトをＸ−Ｙ方向に移動させ且つ該芯出しシャフトの傾き角度を変化させて芯出しした状態で該芯出しシャフトをロックした後、該芯出し治具を縮径させて該昇降機構により該芯出しシャフトを上昇させて該芯出し治具を該穴から抜き出すようにした部品組立機及び部品組立方法であって、前記穴に挿入する部品を掴むチャックを前記芯出しシャフトと同芯状に設けると共に、前記芯出しシャフトを前記チャックとは独立して該芯出しシャフトの軸芯方向に上下動可能に設け、前記穴に対して前記芯出しシャフトの芯出しを行った後、該芯出しシャフトをその軸芯方向に上昇させて前記チャックに前記部品を掴ませるスペースをあけ、該チャックで前記部品を掴んで該チャックを該芯出しシャフトにより芯出しした状態で該チャックを下降させて該部品の下端を該穴に合致させた後、該チャックを開いて該部品を該穴内に挿入することを特徴とするものである。このようにすれば、部品を挿入する穴の芯出しを自動的に精度良く行うことができる。

更に、本発明は、穴に挿入する部品を掴むチャックを備え、穴に対して芯出しシャフトの芯出しを行った後、前記チャックで部品を掴んで該チャックを該芯出しシャフトにより芯出しした状態で該チャックを下降させて該部品の下端を該穴に合致させた後、該チャックを開いて該部品を該穴内に挿入するようにしている。この場合、部品を穴内に挿入する前に、穴の芯出しが自動的に精度良く行われているため、穴への部品挿入動作を自動的にスムーズに行うことができ、部品の傷付きを低減することができる。しかも、複数サイズの部品に対して段取り替え無しで対応できる。

更に、本発明は、チャックを芯出しシャフトと同芯状に設けると共に、芯出しシャフトをチャックとは独立して該芯出しシャフトの軸芯方向に上下動するように設け、穴に対して芯出しシャフトの芯出しを行った後、該芯出しシャフトをその軸芯方向に上昇させてチャックに部品を掴ませるスペースをあけるようにしている。このようにすれば、チャックを芯出しシャフトと同芯状に設けた構成としながら、チャックに部品を掴む際に、芯出しシャフトの下端部の芯出し治具が邪魔にならずに部品を掴むことができる。

ところで、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に移動するヘッド本体に芯出しシャフトとチャックを支持させて、芯出しシャフトとチャックを一体的にＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させる構成では、芯出し時のヘッド本体のＺ方向位置と部品挿入時のヘッド本体のＺ方向位置が異なると、穴に対する芯出しシャフトの芯出し位置と傾き角度のデータ（以下これらを「芯出しデータ」という）を用いても、部品挿入時にチャックで掴んだ部品の下端の位置が穴からずれる可能性がある。

この対策として、本発明は、穴に対する芯出しシャフトの芯出しデータを記憶手段に記憶し、チャックで掴んだ部品の下端を穴に合致させる際に、芯出し時と部品挿入時との前記ヘッド本体のＺ方向位置の差に応じて芯出しデータを補正するようにしても良い。このようにすれば、芯出し時と部品挿入時とでヘッド本体のＺ方向位置が異なっても、チャックで掴んだ部品の下端を穴に精度良く合致させることができる。

また、本発明を一定の位置関係の複数の穴にそれぞれ部品を挿入する部品組立機に適用する場合は、複数の穴に対してそれぞれ芯出しシャフトの芯出しを行って各穴に対する芯出しシャフトの芯出しデータを記憶手段に記憶した後、前記チャックで掴んだ部品の下端を各穴に合致させる際に、前記記憶手段から各穴に対する芯出しシャフトの芯出しデータを読み込んで、その芯出しデータに基づいて各穴に対する該チャックの位置と傾き角度を調整するようにしても良い。このようにすれば、一定の位置関係の複数の穴にそれぞれ部品を挿入する作業を能率良く行うことができる。

更に、本発明は、チャックで掴んだ部品の下端を穴に合致させて該部品を該穴内に挿入する際に、該チャックの開閉動作を高速で繰り返すようにしても良い。これにより、部品の自由落下と芯出しとを高速で交互に行って部品を穴内に徐々に挿入することが可能となる。このような部品の挿入方法は、部品の高さ寸法が大きい場合や穴の傾斜角度が大きい場合に効果がある。

或は、部品を穴内に挿入する際に、チャックを僅かに開いた状態で穴とその周辺を含む領域内をＸ−Ｙ方向に移動させるようにしても良い。このようにすれば、最初は、部品と穴との芯出し誤差によって該部品の下縁が穴の上端外縁にひっ掛かった状態になっていても、チャックを移動させる途中で、該部品の下縁が該穴の上端外縁から外れて該部品が自然に該穴内に挿入される。

図１は本発明の一実施例における部品組立機の主要部の構成を示す図である。 図２は芯出しシャフト下降動作を説明する図である。 図３は芯出し治具による芯出し動作を説明する図である。 図４はチャックによる芯出しピックアップ動作を説明する図である。 図５は穴への部品挿入動作を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて部品組立機の構成を説明する。
ヘッド本体１１は、Ｘ−Ｙ−Ｚ移動機構（図示せず）に保持され、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に移動するように構成されている。このヘッド本体１１の下面側には、Ｘ方向倣い機構１２、Ｙ方向倣い機構１３及び傾き角度倣い機構１４が設けられ、これら３種類の倣い機構１２〜１４によって芯出しシャフト１５のＸ−Ｙ方向の位置と鉛直方向からの傾き角度を調整するように構成されている。

この場合、Ｘ方向倣い機構１２とＹ方向倣い機構１３は、リニアモータ等のアクチュエータで芯出しシャフト１５をＸ方向とＹ方向に独立して移動させるものであっても良いし、アクチュエータ無しで芯出しシャフト１５のＸ方向とＹ方向の動きに追従するものであっても良く、要は、芯出しシャフト１５を芯出した任意の位置でロック（保持）する機能があれば良い。

また、傾き角度倣い機構１４は、アクチュエータで芯出しシャフト１５の鉛直方向からの傾き角度を変化させるものであっても良いし、アクチュエータ無しで芯出しシャフト１５の傾き角度の変化に追従するものであっても良く、要は、芯出しシャフト１５を芯出した任意の傾き角度でロック（保持）する機能があれば良い。傾き角度倣い機構１４の一例としては、球面状凹面と球面状凸面とを嵌合させて両者間に正圧を導入することで、任意の傾き角度に調整可能とし、両者間に負圧を導入することで、両者を密着させて傾き角度をロックする構成のものが挙げられる。

また、各倣い機構１２〜１４にアクチュエータを設ける場合は、エンコーダ等の位置認識手段を設け、芯出しシャフト１５のＸ−Ｙ方向の芯出し位置と傾き角度のデータをコンピュータ（制御手段）の記憶手段に記憶するようにすると良い。

ヘッド本体１１には、芯出しシャフト１５の任意の傾き角度で該芯出しシャフト１５を軸方向に上下動させる昇降機構（図示せず）が設けられている。
芯出しシャフト１５の下端部には、該芯出しシャフト１５の径方向に対称に拡縮動作する芯出し治具１６が設けられている。芯出し治具１６は、複数に分割され、後述する芯出し動作により拡径したときに、外周面が穴２２（図４参照）の内周面に倣う形状に形成されている。芯出し治具１６の拡縮動作の駆動源は、エアー圧力、電磁石等を用いれば良い。

一方、傾き角度倣い機構１４の下面側には、部品２１（図４参照）を掴むチャック１７が芯出しシャフト１５と同芯状に組み付けられ、常にチャック１７の軸芯が芯出しシャフト１５の軸芯と合致した状態で両者が一体的に動くように構成されている。チャック１７の駆動源は、エアー圧力、電磁石等を用いれば良い。

以上のように構成した部品組立機は、部品２１を挿入する穴２２の芯出し動作と部品挿入動作をコンピュータ（制御手段）によって次のように制御する。

まず、ヘッド本体１１をＸ−Ｙ−Ｚ移動機構により穴２２の真上の位置へ移動させて、芯出しシャフト１５を穴２２の真上の位置へ移動させる。この際、穴２２の位置は、予め決められた位置であっても良いし、作業者が入力した位置であっても良い。或は、部品組立機に搭載したカメラで穴２２を撮像して、画像処理により穴２２の位置を計測しても良い。

この後、ヘッド本体１１をＸ−Ｙ−Ｚ移動機構により所定のＺ方向位置（但しチャック１７の下端が穴２２の外周部分に接触しない高さ位置）まで下降させた後、図２に示すように、芯出し治具１６を縮径させた状態で昇降機構により芯出しシャフト１５を下降させて芯出し治具１６を穴２２内に挿入する。この場合、芯出し治具１６を縮径させた状態では、穴２２の内径寸法と芯出し治具１６の外径寸法との差が、ヘッド本体１１と穴２２との位置ずれ量よりも大きくなるように設定されており、芯出し治具１６を縮径させた状態で穴２２内に確実に挿入できるようになっている。

この後、各倣い機構１２〜１４が芯出しシャフト１５の動きに自由に追従できるように各倣い機構１２〜１４をフリーにした状態で、図３に示すように、穴２２内で芯出し治具１６を拡径させて該芯出し治具１６の外周面を穴２２の内周面に当接させる。これにより、各倣い機構１２〜１４が追従して芯出しシャフト１５の軸芯を穴２２の軸芯に合致させるように該芯出しシャフト１５をＸ−Ｙ方向に移動させ且つ該芯出しシャフト１５の傾き角度を変化させて、該穴２２に対して該芯出しシャフト１５を芯出しし、この状態で、各倣い機構１２〜１４をロックして芯出しシャフト１５のＸ−Ｙ方向の位置と傾き角度を保持する。これにより、芯出しシャフト１５と同芯状に設けられたチャック１７も芯出しした状態に保持される。

この後、芯出し治具１６を縮径させた後、ヘッド本体１１の昇降機構により芯出しシャフト１５をその軸芯方向に上昇させて該芯出し治具１６を該穴２２から抜き出し、上限位置まで上昇させる。これにより、チャック１７に部品２１を掴ませるスペースをあける。

この後、ヘッド本体１１をＸ−Ｙ−Ｚ移動機構により部品２１が供給される位置までＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させてチャック１７で部品２１を掴んでピックアップした後、該ヘッド本体１１を穴２２の真上の位置まで戻す。この後、ヘッド本体１１を下降させて、図４に示すように、チャック１７に掴まれた部品２１の下端を穴２２の上端開口に合致させた状態にしてヘッド本体１１の下降を停止させる。

この後、チャック１７を開いて、チャック１７から部品２１を解放し、該部品２１を自重により穴２２内に挿入する。この際、芯出しシャフト１５をその軸芯方向に軽い力で下降させることで、穴２２内への部品２１の挿入を補助するようにしても良く、これにより、穴２２内に部品２１を確実に挿入することができる。

また、穴２２内に部品２１を挿入する際に、チャック１７の開閉動作を高速で繰り返すようにしても良い。これにより、部品２１の自由落下と芯出しとを高速で交互に行って部品２１を穴２２内に徐々に挿入することが可能となる。このような部品２１の挿入方法は部品２１の高さ寸法（長さ寸法）が大きい場合や穴２２の傾斜角度が大きい場合に効果がある。

或は、穴２２内に部品２１の挿入する際に、チャック１７を僅かに開いた状態で穴２２とその周辺を含む領域内をＸ−Ｙ方向に例えば渦巻状に移動させるようにしても良い。このようにすれば、最初は、部品２１と穴２２との芯出し誤差によって該部品２１の下縁が穴２２の上端外縁にひっ掛かった状態になっていても、チャック１７を移動させる途中で該部品２１の下縁が該穴２２の上端外縁から外れて該部品２１が自然に該穴２２内に挿入される。

以上説明した本実施例によれば、芯出しシャフト１５のＸ−Ｙ方向の位置と鉛直方向からの傾き角度を調整する倣い機構１２〜１４と、芯出しシャフト１５を上下動させる昇降機構とを備え、芯出しシャフト１５の下端部に、該芯出しシャフト１５の径方向に拡縮動作する芯出し治具１６を設け、該芯出し治具１６を縮径させた状態で該昇降機構により該芯出しシャフト１５を下降させて該芯出し治具１６を穴２２内に挿入した後、該芯出し治具１６を拡径させて該芯出し治具１６の外周面を該穴２２の内周面に当接させることで、該倣い機構により該芯出しシャフト１５の軸芯を該穴２２の軸芯に合致させるように該芯出しシャフト１５をＸ−Ｙ方向に移動させ且つ該芯出しシャフト１５の傾き角度を変化させて芯出しした状態で該芯出しシャフト１５をロックした後、該芯出し治具１６を縮径させて該昇降機構により該芯出しシャフト１５を上昇させて該芯出し治具１６を該穴２２から抜き出すようにしたので、部品２１を挿入する穴２２の芯出しを自動的に精度良く行うことができる。

更に、本実施例では、穴２２に対して芯出しシャフト１５の芯出しを行った後、チャック１６で部品を掴んで該チャック１６を該芯出しシャフト１５により芯出しした状態で該チャック１６を下降させて該部品２１の下端を該穴２２に合致させた後、該チャック１６を開いて該部品２１を該穴２２内に挿入するようにしたので、部品２１の芯出しから穴２２への挿入までの一連の動作を自動的にスムーズに行うことができ、部品２１を穴２２に挿入する際の部品２１の傷付きを低減することができる。しかも、複数サイズの部品に対して段取り替え無しで対応でき、生産性を向上できる。

また、本実施例では、チャック１６を芯出しシャフト１５と同芯状に設けると共に、芯出しシャフト１５をチャック１６とは独立して該芯出しシャフト１５の軸芯方向に上下動するように設け、穴２２に対して芯出しシャフト１５の芯出しを行った後、該芯出しシャフト１５をその軸芯方向に上昇させてチャック１６に部品２１を掴ませるスペースをあけるようにしたので、チャック１７を芯出しシャフト１５と同芯状に設けた構成としながら、チャック１７に部品２１を掴む際に、芯出しシャフト１５の下端部の芯出し治具１６が邪魔にならずに部品２１を掴むことができる。

尚、本発明に関連する参考例として、例えば、芯出しシャフトを保持する芯出し用のヘッドと、チャックを保持するチャック用のヘッドとを別々に設けると共に、両方のヘッドにそれぞれＸ方向、Ｙ方向、傾き方向の各倣い機構を設け、芯出し用のヘッドで芯出しした芯出しデータ（Ｘ−Ｙ方向の位置と傾き角度）を記憶手段に記憶し、その後、チャックで部品を掴んでチャック用のヘッドを穴の真上の位置まで移動させて、チャックで掴んだ部品の下端を穴に合致させる際に、上記記憶手段から芯出しデータ（Ｘ−Ｙ方向の位置と傾き角度）を読み出して、芯出し用のヘッドのＸ方向、Ｙ方向、傾き方向の各倣い機構のアクチュエータを駆動してチャックのＸ−Ｙ方向の位置と傾き角度を調整してチャックを芯出しすることが考えられる。

また、最初に、１つの穴に対する芯出しデータ（Ｘ−Ｙ方向の位置と傾き角度）を記憶手段に記憶しておき、芯出しデータを共通して使用可能な複数の穴に対して、芯出し動作を行わずに部品を各穴に挿入するようにしても良い。このようにすれば、例えば、ロット単位で共通の芯出しデータを使用することで、ロット当たり１回の芯出し動作を行うだけで済み、生産性を向上できる。

また、一定の位置関係の複数の穴にそれぞれ部品を挿入する場合は、複数の穴に対してそれぞれ芯出しシャフトの芯出しを行って各穴に対する芯出しデータをそれぞれ記憶手段に記憶した後、チャックで掴んだ部品の下端を各穴に合致させる際に、前記記憶手段から各穴に対する芯出しデータを読み込んで、その芯出しデータに基づいて各穴に対する該チャックの位置と傾き角度を調整するようにしても良い。このようにすれば、一定の位置関係の複数の穴にそれぞれ部品を挿入する作業を能率良く行うことができる。

ところで、本実施例のように、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に移動するヘッド本体に芯出しシャフトとチャックを支持させて、芯出しシャフトとチャックを一体的にＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させる構成では、芯出し時のヘッド本体のＺ方向位置と部品挿入時のヘッド本体のＺ方向位置が異なると、穴に対する芯出しシャフトの芯出しデータを用いても、部品挿入時にチャックで掴んだ部品の下端の位置が穴からずれる可能性がある。

この対策として、穴に対する芯出しシャフトの芯出しデータを記憶手段に記憶し、チャックで掴んだ部品の下端を穴に合致させる際に、芯出し時と部品挿入時とのヘッド本体のＺ方向位置の差に応じて芯出しデータを補正するようにしても良い。このようにすれば、芯出し時と部品挿入時とでヘッド本体のＺ方向位置が異なっても、チャックで掴んだ部品の下端を穴に精度良く合致させることができる。

その他、本発明は、上記実施例に限定されず、種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…ヘッド本体、１２…Ｘ方向倣い機構、１３…Ｙ方向倣い機構、１４…傾き角度倣い機構、１５…芯出しシャフト、１６…芯出し治具、１７…チャック、２１…部品、２２…穴

Claims (6)

1. 部品を挿入する穴の芯出しを行う芯出し装置を備えた部品組立機において、
   前記芯出し装置は、
   芯出しシャフトと、
   前記芯出しシャフトのＸ−Ｙ方向の位置と鉛直方向からの傾き角度を調整する倣い機構と、
   前記芯出しシャフトを上下動させる昇降機構と、
   前記芯出しシャフトの下端部に設けられ、該芯出しシャフトの径方向に拡縮動作する芯出し治具と、
   前記穴に挿入する部品を掴むチャックと
   を備え、
   前記芯出し治具を縮径させた状態で前記昇降機構により前記芯出しシャフトを下降させて該芯出し治具を前記穴内に挿入した後、該芯出し治具を拡径させて該芯出し治具の外周面を該穴の内周面に当接させることで、前記倣い機構により該芯出しシャフトの軸芯を該穴の軸芯に合致させるように該芯出しシャフトをＸ−Ｙ方向に移動させ且つ該芯出しシャフトの傾き角度を変化させて芯出しした状態で該芯出しシャフトをロックした後、該芯出し治具を縮径させて該昇降機構により該芯出しシャフトを上昇させて該芯出し治具を該穴から抜き出す制御手段を備えた部品組立機であって、
   前記チャックは、前記芯出しシャフトと同芯状に設けられ、
   前記芯出しシャフトは、前記チャックとは独立して該芯出しシャフトの軸芯方向に上下動可能に設けられ、
   前記制御手段は、前記穴に対して前記芯出しシャフトの芯出しを行った後、該芯出しシャフトをその軸芯方向に上昇させて前記チャックに前記部品を掴ませるスペースをあけ、該チャックで前記部品を掴んで該チャックを該芯出しシャフトにより芯出しした状態で該チャックを下降させて該部品の下端を該穴に合致させた後、該チャックを開いて該部品を該穴内に挿入することを特徴とする部品組立機。
2. 前記芯出しシャフトと前記チャックは、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に移動するヘッド本体に支持され、
   前記制御手段は、前記穴に対する前記芯出しシャフトの芯出し位置と傾き角度のデータ（以下これらを「芯出しデータ」という）を記憶手段に記憶し、前記チャックで掴んだ部品の下端を前記穴に合致させる際に、芯出し時と部品挿入時との前記ヘッド本体のＺ方向位置の差に応じて前記芯出しデータを補正することを特徴とする請求項１に記載の部品組立機。
3. 一定の位置関係の複数の穴にそれぞれ部品を挿入する部品組立機であって、
   前記制御手段は、前記複数の穴に対してそれぞれ前記芯出しシャフトの芯出しを行って各穴に対する該芯出しシャフトの芯出しデータをそれぞれ記憶手段に記憶した後、前記チャックで掴んだ部品の下端を各穴に合致させる際に、前記記憶手段から各穴に対する該芯出しシャフトの芯出しデータを読み込んで、その芯出しデータに基づいて各穴に対する該チャックの位置と傾き角度を調整することを特徴とする請求項２に記載の部品組立機。
4. 前記制御手段は、前記チャックで掴んだ部品の下端を前記穴に合致させて該部品を該穴内に挿入する際に、該チャックの開閉動作を高速で繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品組立機。
5. 前記制御手段は、前記チャックで掴んだ部品の下端を前記穴に合致させて該部品を該穴内に挿入する際に、該チャックを僅かに開いた状態で該穴とその周辺を含む領域内をＸ−Ｙ方向に移動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品組立機。
6. 部品を挿入する穴の芯出しを行った後、該部品を該穴内に挿入する部品組立方法において、
   芯出しシャフトの下端部に、該芯出しシャフトの径方向に拡縮動作する芯出し治具を設け、前記穴に挿入する部品を掴むチャックを該芯出しシャフトと同芯状に設けると共に、該芯出しシャフトを該チャックとは独立して該芯出しシャフトの軸芯方向に上下動可能に設け、
   該芯出し治具を縮径させた状態で該芯出しシャフトを下降させて該芯出し治具を前記穴内に挿入した後、該芯出し治具を拡径させて該芯出し治具の外周面を該穴の内周面に当接させることで、該芯出しシャフトの軸芯を該穴の軸芯に合致させるように該芯出しシャフトをＸ−Ｙ方向に移動させ且つ該芯出しシャフトの傾き角度を変化させて芯出しした状態で該芯出しシャフトをロックした後、該芯出し治具を縮径させて該芯出しシャフトを上昇させて該芯出し治具を該穴から抜き出すことにより前記穴に対して前記芯出しシャフトの芯出しを行った後、該芯出しシャフトをその軸芯方向に上昇させて前記チャックに前記部品を掴ませるスペースをあけ、該チャックで前記部品を掴んで該チャックを該芯出しシャフトにより芯出しした状態で該チャックを下降させて該部品の下端を該穴に合致させた後、該チャックを開いて該部品を該穴内に挿入することを特徴とする部品組立方法。

Images