JP5823730B2 - ホイールリムに取り付けられた空気タイヤの回転方向角度位置を変更するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールリムに取り付けられた空気タイヤの回転方向角度位置を変更するための装置及び方法に関し、空気タイヤはリムに組みつけられ、タイヤビードがリムの着座面に対して着座している。装置は、リムを保持するための把持具と、リム及び空気タイヤのマーカーの回転方向角度位置を測定し記憶するための測定装置と、回転方向角度を計算する評価制御ユニットと、評価制御ユニットにより制御可能な位置決め可能な回転駆動機構とを備える。

本願のタイプの装置は、マッチングと称されるホールリムへの空気タイヤの取付け(lining)のために使用される。マッチングは、タイヤの走行性能を最適化するために、タイヤ取付け時に行われる作業である。製造時に、マッチポイントと呼ばれるマーカーが、測定されたラジアルランアウトの極端な位置を特定するためタイヤ及びホイールリムに付けられる。空気タイヤ上で、マッチポイントは、第１の調和ラジアルフォースバリエーションを最大にし、ホイールリムのラジアルランアウトが最小半径となる状態に一致する。タイヤのマーカーがリムのマーカーと並ぶ場合に、実際のタイヤの走行性能が好ましい値となる。

自動車用タイヤの大量生産において、品質要求を満たすことが強く求められる場合に、タイヤとリムのマッチングが行われる。マッチング作業を行うために、例えば、ドイツ国特許出願２００４ ００６ ８２２ Ａ１明細書には、組た立てられたホイールのリムを把持ユニットにより把持し、リム及びタイヤのマーカーをカメラシステムにより感知し、タイヤビードをタイヤのサイドウォール内に力を加えることによりリムから外し、それに続いて、タイヤ及びリムのマーカーが同じ回転方向角度位置になるように、回転把持ユニット手段により計算された回転方向角度だけリムを回転させる装置が開示されている。

本発明の課題は、上記のようなタイプの装置であって、生産の経済性を向上させ、自動車ホイールの大量生産のための設備へ容易に統合することができ、マッチングに関連する運送作業を簡単にする装置を提供することである。

上記の課題は、請求項１に記載された特徴を含む装置により達成される。装置の有利な態様は、請求項２から１０に記載されている。本発明の有利な方法は、請求項１１から１３に記載されている。

本発明によれば、ホイールリムに対する空気タイヤの回転方向角度を変更する装置であって、空気タイヤはリムに組み付けられ、かつ、そのタイヤビードがリムの着座面に着座した状態にあり、この装置はリムを保持する把持具と、リム及び空気タイヤ上の回転方向角度位置を測定及び記憶するための測定装置と、回転方向角度を計算する評価制御ユニットと、評価制御ユニットにより制御可能な位置決め可能な回転駆動機構と、把持具に対して移動可能でありかつ半径方向に調整可能なグリッパフィンガを有するグリッパを備えたマニュピレータ装置と、を備え、グリッパフィンガはリムの着座面からタイヤビードを離れるように付勢するための、対向して設けられた取り外し装置を有する。

空気タイヤの回転方向角度位置を変更するために、本発明の装置は、リムを保持するための把持具に装着し、リムを把持して所定位置に保持した後、タイヤビードを押すことによりタイヤを取り外し、そして、ホイールを回転させ、例えば、膨張ステーション又は出荷コンベアユニットへと移送することが可能である。他方、本発明の装置は、ホイールを把持具へ取付け、把持具から取り外すのに適当な運搬装置が存在する場合には、グリッパの運搬機能を用いることがなく有利である。本発明の装置は、グリッパ及びマニピュレータ装置の移動機能がマッチング作業を行うためにも利用できるため、シンプルな構造である。

把持具は、所定の位置に固定され、回転駆動機構は、中心軸を中心にマニピュレータ装置に対してグリッパを配置できるので有利である。これは、把持具がとてもシンプルな形態であることを可能とし、位置決め可能な回転駆動機構を備えていない予め設置された把持具の使用を可能とする。

マニピュレータ装置は、いくつかの軸を中心に回転可能であり、自由端に配置されたグリッパを有する連結アームを備えたロボットであってもよい。さらに、グリッパを回転させるように設計された回転駆動機構は、連結アームの自由端に配置されてもよい。これに代えて、グリッパが、その中心軸を中心に回転できず、把持具が回転駆動機構により回転可能かつ位置決め可能であってもよい。後者の形態は、グリッパを回転及び位置決めするために好適な回転駆動機構を備えていないマニピュレータ装置を用いる場合に有利である。

本発明の他の態様によれば、リフトオフ装置が剛性リフトオフ要素を含み、グリッパが、タイヤビードを取り外すためのマニピュレータ装置により、リムに対して軸方向に移動可能である。これは、マニピュレータ装置の移動性と力を使用した廉価な形態であり、有利である。

さらに、少なくともタイヤの一方の側部に配置されたリフトオフ装置は、アクチュエータによりタイヤに対して上昇移動可能なリフトオフ要素を含むとよい。これらの移動可能なリフトオフ要素を使用することにより、タイヤビードをリムの着座面から取り外すことができるだけではなく、リフトオフ要素と協働するタイヤを、グリッパ又はリムが回転した場合に、グリッパに対する回転方向角度位置が変化しないように、タイヤの反対側に回転に対して固定された状態に保つことができる。

有利な実施形態では、グリッパは本体と、グリッパの中心軸に対して半径方向に移動可能な少なくとも２つのグリッパアームを含み、グリッパアームは、グリッパアームの半径方向移動を同期させる同期装置に結合されている。これにより、グリッパは、グリッパアームを開閉する際に、保持されたホイール又はタイヤに対して、中心軸が変わることがなく、これにより、グリッパの移動の正確な制御を非常に簡単にすることができることが保証される。

グリッパフィンガは、好ましくは、移動可能なグリッパアームの自由端に配置されおり、グリッパの中心軸に平行に配置され、空気タイヤのトレッドと係合するように形成された部分を有する保持板を含む。本発明によれば、保持板の自由端は、グリッパの中心に対して、直角に伸びるベンドを含む。

さらに、グリッパフィンガは、ベンドから所定距離だけ離れたところで、グリッパフィンガと平行に、グリッパ中心方向に延びているプレートを含み、移動可能なアクチュエータ及びリフトオフ要素は、これにより、前記プレートに取り付けられる。

本発明によれば、生産の経済性を向上し、自動車ホイールの大量生産のための設備へ容易に統合することができ、マッチングに関する運送作業を単純化することができる。

マニピュレータロボットと、グリッパと、把持具とを含む本発明の装置の側面図である。 図１の装置のグリッパの断面図である。

以下、本発明を、添付の図面に示された一又は二以上の実施形態を参照して、詳細に説明する。
図１に示す装置は、マニピュレータロボット１と、空気タイヤを把持及び保持するように形成された移動可能なグリッパ２を備えている。マニュピレータロボット１は、固定ベース３を備え、このベース３上で、スイベル５と、アーム６と、ロボットハンド７とを有する回転ラック４が垂直軸Ａ１を中心に回転する。スイベル５は、回転ラック４上を水平軸Ａ２を中心に回転するように設置され、アーム６はスイベル５上を水平軸Ａ３を中心に回転するように設置されている。アーム６は、二つの部品により構成され、これら二つの部品は、アーム６の長手方向に延びる軸Ａ４を中心に互いに回転可能である。ロボットハンド７は、アーム６の長手方向軸を横切って延びる軸Ａ５を中心に回転可能に、アーム６に接続されている。ロボットハンド７は、その自由端に軸Ａ６を中心に回転可能なフランジ８を有する。マニピュレータロボット１の全ての軸Ａ１−Ａ６は、制御されたサーボモータにより駆動されるように構成されている。ブレーキ及び回転方向角度を測定するためのレゾルバーがサーボモータに組み込まれている。ロボットは、前記軸のそれぞれが個々にいかなる角度位置にも移動可能であり、その角度位置で固定可能な自由にプログラム可能なコントローラを備える。

図２に詳細に示されているグリッパは、中央の環状本体１２から半径方向に外方に延びる十字型本体１０を有する。グリッパアーム１５の外側リンク１４が回転ジョイント１３によりアーム１１の半径方向外端部に回転可能に取り付けられている。グリッパフィンガ１７が回転ジョイント１６を介して、リンク１４の外側に回転可能に取り付けられている。各リンク１４の回転ジョイント１３及び１６の軸は平行であり、かつ、グリッパ２の中央軸に対して接線方向に、半径方向平面を延びる。グリッパ中央に対向するリンク１４の側部に、内側リンク１８がリンク１４に対して平行距離で配置され、内側リンク１８は、グリッパフィンガ１７に回転ジョイント１９により接続された一端を有し、他端は回転ジョイント２０によりアーム１１に接続される。回転ジョイント１９と回転ジョイント１６の軸の間の距離は、回転ジョイント２０と回転ジョイント１３の軸との距離に等しい。さらに、回転ジョイント１９、２０の相対距離は、回転ジョイント１３、１６の軸の相対距離に実質的に等しい。結果として、リンク１４、１８は、回転平行ガイドを形成し、このガイドにより、リンクに接続されたグリッパフィンガ１７は、グリッパ２が開閉した時にグリッパ２の中央軸に対する所定の姿勢を維持する。

各グリッパフィンガ１７は、グリッパ２の中央軸に実質的に平行に整列し、かつ、軸１６から離れる方向に延びる保持板２１を含む。保持板２１は、空気タイヤのトレッドと当接することができる軸の近くのスタッドが設けられた部分２２と、軸から離れた部分２３を有する。部分２３の自由端には、グリッパ中心に向かって垂直に延び、かつ、本体に向かって延びる板状のリフトオフ要素２５を備えるベンド２４が設けられている。保持板２１の取付端部には着座面２６が形成され、この着座面２６は、半径方向内方に、かつ、保持板２１に垂直に延びており、これにより、グリッパが空気タイヤのサイドウォールに支持することができる。

さらに、グリッパ中央方向に延びるプレート２７と、運搬アクチュエータ２８と、これによりリフトオフ要素２５の方向に移動可能なリフトオフ要素２９と、が回転ジョイント１６、１９に非常に近接してグリッパフィンガ１７に固定されている。アクチュエータ２８は、空気シリンダ、水圧シリンダ、又は、電動のリニアモータであるのがよい。

グリッパを開閉するために、グリッパアーム１５が互いに向かって、又は互いから離れて同期して動く必要がある。この同期移動を行うために、回転ディスク３０が設けられ、回転ディスク３０は４点回転接触ベアリング３１により環状本体１２の中央開口に回転可能に取り付けられている。ディスク３０が、柱状の連結部材３２によりそれぞれのグリッパアーム１５に接続されている。連結部材３２は等しい長さであり、少なくとも二つの自由角を有するジョイント、特にボールアンドソケットジョイントに設けられている。ジョイント３３は、結合部材３２をディスク３０に固定している。この構成において、ジョイント３３は、９０°の角度距離で、かつ、ディスク３０の軸から等距離に配置されている。ジョイント３４は、回転ジョイント１３の軸から所定の距離で、結合部材３２を外リンクに固定する。ディスク３０が回転するときに、結合部材３２は本体１０の隣接するアーム１１に対して半径方向に移動し、この結果、アーム１１に設置されたグリッパアーム１５は、対応する方向に回転する。

ホイールを把持するために、図示しないサーボ駆動機構によりディスク３０が制御されて回転することにより、グリッパ２は開状態へと移動し、この状態において、対向するリフトオフ要素２５の相対距離は、把持すべきホイールの空気タイヤの外径よりも大きい。グリッパフィンガ１７の平行ガイドにより、グリッパ２が開いた状態にもかかわらず、保持プレート２１はグリッパ中心軸に平行に配置され、これにより、グリッパ２が閉じたときにこれらがタイヤの周面に対して均一に当接するようになる。保持プレート２１をタイヤと接触させるため、サーボ駆動機構はディスク３０を反対向きに回転させる。これにより、グリッパアーム１５は、着座面２６及び保持プレート２１が空気タイヤの一部分２２と係合するまで、グリッパ２の中心軸の方向に同期して移動する。

グリッパ２は、ロボットハンド７に対して軸Ａ６に一致するグリッパ２の中央軸を中心にロボットハンド７に対して回転し、高精度に回転方向角度に位置決めできるように、ロボットハンド７に設置されている。これにより、グリッパ２の環状本体１２は、ロボットハンド７のフランジ８に固定され、このフランジは、ロボットハンド７に配置されたサーボモータにより、いかなる所望の角度位置にも移動可能であり、これらの角度位置で固定可能である。このようにして、グリッパ２は、グリッパ２により保持されたタイヤを、特定の角度位置へ回転軸を中心に回転し、例えば、タイヤにマークされたマッチングポイントを割り当てられたリムに設けられたマッチングポイントと同じ角度位置へ回転することが可能となる。

リムを把持するための把持具３６が図１に概略的に示される。半径方向に可動顎部４０を有するつかみ部３９が上端に設置された柱型のポスト３８が台３７上に配置される。つかみ部は、上端に着座面４１と、リム穴に係合する中央配置マンドレル４２と、を有する。顎部４０は、ポスト３８内に配置された空気レシプロシリンダーにより、内部に位置するつかみくさびを介して駆動され、リムのへこみの内面に係合する。

上述の装置により、以下のように、空気タイヤが設置されたリムに対して、空気タイヤの角度位置を選択的に変更することにより、マッチングと称される作業が行われる。
まず、リム及び空気タイヤにより構成されるホイールが、リムを把持し保持する把持具に装着される。リム把持具は、リムのへこみに対して、内側に押圧されるいくつかの弾性変形可能なプラスチック顎部を有する簡単なつかみ部を有するとよい。もちろん、他のリム把持具、例えば、中央穴でリムを把持するタイプのものを用いてもよい。グリッパ２及びマニピュレータロボット１により、ホイールの把持具への装着が行われるが、他の装着装置、例えば、垂直ステップコンベアもこのために役立つ。

リムが把持されると、測定装置、例えば、カメラシステムが、タイヤ及びリムのマッチングポイントの位置を測定し、評価制御ユニットにより、マッチングポイント間の角度の差を計算する。グリップ２によりホイールが正確に把持具に装着された場合に、この測定のためにグリッパ２をホイールから外す必要がある。

次の段階では、マニピュレータロボット１は、グリッパ２をホイール上中央で軸方向に、グリッパ２のリフトオフ要素２５、２９がホイールの側方境界面の外側に位置する状態へとガイドする。グリッパアーム１５及びグリッパフィンガ１７がグリッパ中心方向へ移動することにより、グリッパが、リフトオフ要素２５、２９が持ち上げるのに適した位置にリムの端部から間をあけて位置するように、リムの直径に対して調整される。これにより、剛性リフトオフ要素２５が隣接するタイヤビードと係合し、タイヤビードをリムの着座部から離れるように付勢する。リフトオフ状態に達するとすぐに、グリッパは静止し、次に、リフトオフ要素２９のアクチュエータ２８が作動する。これにより、リフトオフ要素２９がリムの着座面から隣接する第２のタイヤビードを取り外す。そして、空気タイヤは、リフトオフ要素２５、２９の助けにより、グリッパ２により単独で保持され、これによりグリッパ２により容易に回転させることができる。

次の段階では、評価制御ユニットが、ロボットハンド７内のサーボモータを駆動し、回転後に両方のマッチングポイントが同じ角度位置となるように、検知したマッチングポイントにより正確に計算された角度差だけグリッパ２が回転される。グリッパ２がこの位置に或る状態で、アクチュエータ２８がリフトオフ要素２９を初期の位置に戻すように、後退させる。同時にマニピュレータロボット１は、グリッパ２を、剛性リフトオフ要素２５が空気タイヤなしで持ち上げられた初期状態へ戻るように移動する。マッチング作業の連続するチェックのために、グリッパ２は、再び開き、マニピュレータロボット１によりホイールから外される。チェック測定により、マッチング作業の結果が正しいことがわかると、把持具はリムから解放され、ホイールは把持具から取り外される。この作業はグリッパ及びマニピュレータロボット又は他のいかなる運搬装置により行われてもよい。

上述した装置は、慣例的な構成のマニピュレータロボット機能を利用する単刀直入な経済的な機械設計により特徴付けられ、この構成はマッチングステーションへのホイールの設置及びマッチングステーションでの移動機能を同じ装置を用いて行うことを可能にする。タイヤ固定における適用でも見られるように、リムを把持するために、精巧な駆動機構を用いない把持具で十分である。

１ マニピュレータロボット
２ グリッパ
６ アーム
１０ 本体
１５ グリッパアーム
１７ グリッパフィンガ
２５ リフトオフ要素
２８ アクチュエータ
２９ リフトオフ要素
３６ 把持具

Claims (13)

1. ホイールリムに対する空気タイヤの回転方向角度位置を変更するための装置であって、
   空気タイヤが前記ホイールリムに取り付けられ、かつ、前記ホイールリムの着座面に対して前記空気タイヤのタイヤビードが着座しており、
   前記ホイールリムを保持するための把持具と、
   前記ホイールリム及び空気タイヤの複数のマーカーの回転角度位置を測定し記憶するための測定装置と、
   前記マーカーの回転角度位置の間の角度差を計算する評価制御ユニットと、
   前記評価制御ユニットにより制御可能な位置決め可能な回転駆動機構と、を有し、
   さらに、グリッパ（２）を備えたマニピュレータ装置（１）を有し、前記グリッパ（２）は、前記把持具（３６）に対して軸方向に移動可能であり、かつ、中心軸及び半径方向に調整可能なグリッパフィンガ（１７）を有し、
   前記グリッパフィンガ（１７）はそれぞれ前記中心軸に平行な方向に前記タイヤビードないしその近傍に対向し、前記ホイールリムの着座面から軸方向にはなれるようにタイヤビードを付勢するようになっているリフトオフ装置を有し、
   前記ホイールリムに対して前記空気タイヤの回転角度位置を変更するため、前記グリッパ（２）及び前記把持具（３６）は前記回転駆動機構により前記中心軸周りに互いに回転可能である、ことを特徴とする装置。
2. 前記把持具（３６）は、所定の位置に固定され、前記回転駆動機構が、前記グリッパ（２）を、前記中心軸を中心に前記把持具（３６）に対して回転しかつ軸方向に位置決めできることを特徴とする請求項１に記載された装置。
3. 前記マニピュレータ装置（１）は、いくつかの軸を中心に回転可能な連結アーム（６）を備えたロボットであり、前記グリッパ（２）は前記連結アーム（６）の自由端に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載された装置。
4. 前記回転駆動機構は、前記連結アーム（６）の自由端に配置され、中心軸を中心にグリッパ（２）を回転するように設計されていることを特徴とする請求項３に記載された装置。
5. グリッパ（２）はその中心軸を中心に回転できず、把持具（３６）が前記回転駆動機構により回転可能、かつ、位置決め可能であることを特徴とする請求項１又は３に記載された装置。
6. 前記リフトオフ装置は、少なくともタイヤの一方の側面に剛性リフトオフ要素（２５）を含み、グリッパ（２）は、タイヤビードを取り外すため、マニピュレータ装置（１）により軸方向に前記ホイールリムに対して移動可能であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載された装置。
7. 少なくともタイヤの一方の側面に設置されたリフトオフ装置は、アクチュエータ（２８）により移動可能なリフトオフ要素（２９）を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載された装置。
8. グリッパ（２）は、本体（１）と、グリッパの中心軸に対して半径方向に移動可能な少なくとも二つのグリッパフィンガ（１７）を含み、前記グリッパフィンガ（１７）は前記グリッパフィンガ（１７）の半径方向移動を同期させる同期装置に結合されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載された装置。
9. 前記グリッパフィンガ（１７）は、移動可能なグリッパアームの前記自由端に配置され、グリッパ（２）の中心軸に平行に配置され、空気タイヤのトレッドと係合するように形成された一部分を有する保持プレート（２１）を含むことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載された装置。
10. 剛性リフトオフ要素（２５）が前記保持プレート（２１）の自由端に配置されていることを特徴とする請求項９に記載された装置。
11. ホイールリムに対する空気タイヤの回転方向角度位置を変更する方法であって、
    前記空気タイヤは前記ホイールリムに取り付けられ、前記空気タイヤのタイヤビードが前記ホイールリムの着座面に対して着座しており、
    前記ホイールリム及び空気タイヤを備えたホイールを把持具（３６）に装填するステップと、
    把持具（３６）において前記ホイールリムを把持及び保持するステップと、
    測定装置により前記ホイール及び空気タイヤの複数のマーカーの回転角度位置を測定及び記憶するステップと、
    評価制御ユニットにより、前記マーカーの回転角度位置の間の角度差を計算するステップと、
    グリッパ（２）を用いて前記ホイールの前記空気タイヤを把持するステップと、を備え、前記グリッパ（２）はマニピュレータ装置（１）に配置され、前記グリッパ（２）は中心軸を有し、前記グリッパ（２）は前記中心軸を中心に前記グリッパ（２）を回転させるための位置決め可能な回転駆動機構と、前記中心軸に平行な方向に前記タイヤビードないしその近傍に対向し、前記ホイールリムの着座面からタイヤビードを取り外すようになっているリフトオフ装置とを含み、
    さらに、
    グリッパ（２）の前記リフトオフ装置により、前記タイヤビードを前記ホイールリムの着座面から離れるように軸方向に付勢するステップと、
    前記評価制御ユニットにより制御された前記グリッパの回転駆動機構により、前記計算された角度差だけ空気タイヤを把持した前記グリッパ（２）を回転させることにより、前記空気タイヤを回転させるステップと、
    前記リフトオフ装置を最初の位置に戻し、把持具（３６）を解放するステップと、
    前記把持具からホイールを取り外すステップと、を備えることを特徴とする方法。
12. 前記ホイールは、グリッパ（２）により把持装置（３６）に装填されることを特徴とする請求項１１に記載された方法。
13. 前記タイヤビードを前記ホイールリムの着座面から離れるように軸方向に付勢するステップにおいて、前記グリッパ（２）を上昇させることにより前記タイヤビードを取り出すことを特徴とする請求項１１又は１２に記載された方法。

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