JP6472360B2 - ワーク組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、被挿入ワークの内部に形成される空間を通して挿入ワークを目標位置に配置するワーク組立方法に関する。

従来から、ロボット等によりワークを目標位置に自動で配置する技術が知られている。この種の技術を開示するものとして例えば特許文献１がある。特許文献１には、自動組付け装置において、部品およびワークの少なくとも一方を、部品とワークとが接触した状態で移動させる移動部と、ワークに対する部品の接触圧を検出する接触圧検出部と、接触圧に基づいて部品の組付けの進捗度を評価する評価部と、評価の結果に基づき、移動部による移動の量を設定する設定部とを備える構成が開示されている。

特開２０１２−８６３４１号公報

ところで、被挿入ワークの内部空間の目標位置まで挿入ワークを挿入する場合、挿入ワークが被挿入ワークの内部に接触するおそれがある。そのため、移動させる対象の挿入ワークが損傷しやすい材料で構成されるもの、例えば、砂中子の被挿入ワークへの組付作業は人手で行われていた。特許文献１に開示されるような自動化技術を用いることも考えられるが、挿入ワークを被挿入ワークに接触させたまま目標位置に移動させると、挿入ワークが被挿入ワークに干渉してしまい、挿入ワークの損傷させたくない部分がダメージを受けるおそれがある。このように、従来の自動化技術には、被挿入ワークの目標位置まで挿入ワークを挿入する場合において、挿入ワークの損傷を防止するという観点から改善の余地があった。

本発明は、挿入ワークの損傷を確実に防止しつつ、被挿入ワークの内部空間の目標位置まで挿入ワークを自動搬送できるワークの組立方法を提供することを目的とする。

本発明は、被挿入ワーク（例えば、後述のウォータージャケット中子１）の内部空間（例えば、後述の内部空間５０）を通して挿入ワーク（例えば、後述の排気ポート中子１０）を目標位置（例えば、後述の目標位置１００）に配置するワーク組立方法であって、前記挿入ワークの一側を把持装置（例えば、後述の把持装置４０）で把持する把持工程と、前記把持装置により、前記挿入ワークの他側に設けられる当接部（例えば、後述の先端側幅木部１５）を前記被挿入ワークの内底部（例えば、後述の内底部５５）に当接させた状態で前記挿入ワークを挿入する挿入工程と、前記内部空間における前記目標位置の手前に設定される所定位置（例えば、後述の所定位置１１０）で前記当接部と前記内底部の接触を解除する離間工程と、前記被挿入ワークに干渉しない状態を維持しながら前記所定位置から前記目標位置まで前記挿入ワークを移動させる配置工程と、を含むワーク組立方法に関する。

これにより、損傷させたくない部分を考慮して当接部の位置を設定し、該当接部を内底部に接触させることにより、挿入ワークにおける当接部とは別の損傷させたくない部分と被挿入ワークにおける内部空間を形成する部分との間のクリアランスを大きく確保できる。従って、挿入ワークの挿入過程における挿入ワークと被挿入ワークとの干渉によって挿入ワークの損傷させたくない部分がダメージを受ける事態を確実に防止できる。また、目標位置の手前の所定位置で挿入ワークの当接部と被挿入ワークの内底部の接触が解除されるので、所定位置から目標位置に移動する間に挿入ワークが被挿入ワークに引っ掛かる事態も防止され、目標位置まで挿入ワークをスムーズに移動させることができる。

前記挿入工程では、前記当接部による前記内底部への荷重が一定になるように、前記挿入ワークの一側を支持する力を前記把持装置によって調整する制御が行われ、前記離間工程では、前記把持装置の制御が切り替えられ、前記配置工程では、前記挿入ワークの姿勢が維持されるように前記把持装置が制御されることが好ましい。

これにより、当接部による内底部への荷重を一定にすることにより、内部空間における挿入ワークの移動を安定させることができる。また、離間工程で当該制御が切り替えられ、配置工程では挿入ワークの姿勢を維持することにより、所定位置から目標位置への移動時に挿入ワークの姿勢が変化して被挿入ワークに接触する事態を防止できる。

前記被挿入ワーク及び前記挿入ワークの何れか又は両方が鋳造で用いられる組立中子であって、前記当接部は、前記挿入ワークにおける中子としての所要寸法から突出した部分であり、前記目標位置にセットされる部分（例えば、後述の先端側幅木部１５）であることが好ましい。

これにより、中子における鋳造品の形状に影響しない部分を内底部に接触する当接部とすることで、挿入ワークにおける鋳造製品の形状に影響する重要な部分の損傷を防止でき、鋳造品の品質を向上させることができる。

本発明によれば、挿入ワークの損傷を確実に防止しつつ、被挿入ワークの内部空間の目標位置まで挿入ワークを自動搬送できるワークの組立方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係るワーク組立方法で組み立てられるウォータージャケット中子及び排気ポート中子を示す斜視図である。 ウォータージャケット中子の内部を模式的に示した一部断面図である。 本実施形態のワーク組立方法を実行する組立システムを示すブロック図である。 本実施形態の組立システムが備える把持装置を示す斜視図である。 排気ポート中子の挿入開始時の様子を模式的に示す図である。 排気ポート中子を内底部に接触させる様子を模式的に示す図である。 排気ポート中子を内部空間の奥に移動させる様子を模式的に示す図である。 排気ポート中子を所定位置に移動させたところで、把持装置の制御をトルク制御から位置決め制御に切り替える様子を模式的に示す図である。 排気ポート中子を所定位置から目標位置にセットする様子を模式的に示す図である。

以下、本発明のワーク組立方法の好ましい一実施形態として、被挿入ワークとしてのウォータージャケット中子１に、挿入ワークとしての排気ポート中子１０を組み付ける方法について図面を参照して説明する。

まず、組立対象となるウォータージャケット中子１及び排気ポート中子１０について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るワーク組立方法で組み立てられるウォータージャケット中子１及び排気ポート中子１０を示す斜視図である。図２は、ウォータージャケット中子１の内部を模式的に示した一部断面図である。なお、図２において、Ｘ方向は、水平方向であって把持装置４０が排気ポート中子１０を挿入する方向である。Ｙ方向は水平方向であってＸ方向に直交する方向である。Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に直交する上下方向を示す。

ウォータージャケット中子１は、エンジンを構成するシリンダブロックの鋳造に用いられるものであり、ウォータージャケット部分を形成するための砂中子である。ウォータージャケット中子１に排気ポートを形成するための砂中子である排気ポート中子１０がセットされる。また、ウォータージャケット中子１における排気ポート中子１０が差し込まれる側と反対側には、吸気ポートを形成するための砂中子である吸気ポート中子５がセットされる。排気ポート中子１０及び吸気ポート中子５がセットされたウォータージャケット中子１が鋳造型の内部に設置され、鋳造が行われる。

排気ポート中子１０は、複数のポート部１２を有する。複数の排気ポート中子１０が合流する排気ポート中子１０の一側としての基端側には、基端側幅木部１６が設けられる。排気ポート中子１０における製品形状を鋳造するために必要とされる所要部分を基端側に延長して形成した部分である。

ポート部１２の他側としての先端側の下部には先端側幅木部１５が設けられる。先端側幅木部１５は、排気ポート中子１０における製品形状を鋳造するために必要とされる所要部分を先端側に延長して形成した部分である。なお、基端側幅木部１６の下面には、後述の把持装置４０によって把持されるための複数の凹部１３が形成される（図５Ａ〜図５Ｅ参照）。

図２に示すように、ウォータージャケット中子１には、排気ポート中子１０がセットされる内部空間５０が形成されている。内部空間５０は、排気ポート中子１０の挿入口となる開口部５１から排気ポート中子１０が設置される目標位置１００まで連通しており、挿入方向に細長くなっている。この内部空間５０が排気ポート中子１０の挿入経路となる。

本実施形態では、図２の鎖線に示すように、組立システム２０により排気ポート中子１０が開口部５１から内部空間５０を通じて目標位置１００の台部６０まで自動搬送される。次に、組立システム２０の概要について説明する。図３は、本実施形態のワーク組立方法を実行する組立システム２０を示すブロック図である。図４は、本実施形態の組立システム２０が備える把持装置４０を示す斜視図である。

図３に示すように、組立システム２０は、搬送装置２１と、該搬送装置２１に取り付けらえる把持装置４０と、搬送装置２１及び把持装置４０の各種の制御を行う制御部９０と、を備える。

搬送装置２１は、先端側に排気ポート中子１０を把持する把持装置４０が連結され、該把持装置４０を搬送する。制御部９０に接続されるコントローラ２２を介して搬送装置２１の動きが制御され、把持装置４０の位置を制御する。本実施形態の搬送装置２１は、アーム型のロボットである。なお、搬送装置２１は、アーム型以外のものでもよく、事情に応じて適宜変更することができる。

把持装置４０について説明する。図４に示すように、把持装置４０は、把持ユニット４１と、サーボモータ４２と、荷重センサ４３と、を備える。

把持ユニット４１は、排気ポート中子１０の基端側幅木部１６を把持するグリッパ型の直動シリンダである。図５Ａから図５Ｅは、把持ユニット４１により把持された排気ポート中子１０がウォータージャケット中子１の内部空間５０に挿入される様子を段階的に示す図である。

図５Ａから図５Ｅに示すように、本実施形態の把持ユニット４１は、把持ベース４４と、把持ベース４４に配置される複数の把持爪４５と、基端側幅木部１６の上面の一部に接触する上側接触部４７と、を備える。

サーボモータ４２は、把持ユニット４１による排気ポート中子１０の把持位置及びトルクの調整が可能なモータである。このサーボモータ４２の出力軸としての回転軸４６が把持ユニット４１に連結されている。把持ユニット４１は、回転軸４６の回転によってその位置や向きが調整される。即ち、回転軸４６を介して伝達されるサーボモータ４２のトルクによって把持ユニット４１の位置が保持され、把持ユニット４１に把持される排気ポート中子１０の位置が決まる。

荷重センサ４３は、上下方向（Ｚ方向）及び左右方向（Ｙ方向）の力を検出する力覚センサである（図２参照）。荷重センサ４３は、制御部９０に電気的に接続されており、荷重センサ４３の検出信号は制御部９０に送信される。この荷重センサ４３の検出信号に基づいて制御部９０は、排気ポート中子１０と内底部５５の接触を検出する。

制御部９０は、サーボモータ４２及び搬送装置２１の駆動を制御して排気ポート中子１０の位置を調整するコントローラである。制御部９０は、サーボアンプ（図示省略）を介してサーボモータ４２を駆動制御するとともに、コントローラ２２を介して搬送装置２１を駆動制御する。

本実施形態では、制御部９０により、所定のタイミングで把持装置４０の制御が位置決め制御からトルク制御又はトルク制御から位置決め制御に切り替えられる。

位置決め制御は、排気ポート中子１０の角度を決めるための角度制御である。この位置決め制御では、サーボモータ４２の制御により、回転軸４６を介して把持ユニット４１で把持される排気ポート中子１０の姿勢が所定の角度に調整される。

トルク制御は、挿入過程において、排気ポート中子１０の先端側幅木部１５による内底部５５への荷重を調整するための制御である。このトルク制御では、サーボモータ４２のトルク出力を調整することで、先端側幅木部１５が内底部５５に与える荷重が一定に調整される。

次に、図５Ａから図５Ｅを参照し、組立システム２０による排気ポート中子１０のウォータージャケット中子１内部への自動組付について段階的に説明する。

図５Ａは、排気ポート中子１０の挿入開始時の様子を模式的に示す図である。図５Ａに示すように、把持装置４０によってパレット（図示省略）にセットされている排気ポート中子１０をピックアップする。

複数の把持爪４５が基端側幅木部１６の下面に形成される複数の凹部１３にそれぞれ嵌合した上で、上側接触部４７が基端側幅木部１６の上面に接触した状態となる。これにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向で排気ポート中子１０が位置決めされた状態となる。

制御部９０は、把持装置４０の制御を位置決め制御に変更する。挿入時の位置決め制御では、排気ポート中子１０の先端側が上がるように角度α（例えば、６．０度）だけ排気ポート中子１０の基端側を下側に傾ける。図５Ａの鎖線に示すように、排気ポート中子１０と内底部５５とのクリアランスｄ１が維持された状態で、排気ポート中子１０の先端を開口部５１から挿入する。挿入開始時に、排気ポート中子１０の先端側を上げることで、排気ポート中子１０を開口部５１に接触させることなくスムーズに内部空間５０に導入することができる。

図５Ｂは、排気ポート中子１０を内底部５５に接触させる様子を模式的に示す図である。図５Ｂに示すように、開口部５１側から所定距離をあけた位置で排気ポート中子１０の先端側幅木部１５の下部を内底部５５に接触させる。このように、本実施形態では、先端側幅木部１５の下部が、排気ポート中子１０の挿入過程において、内部空間５０の内底部５５に接触する当接部として機能する。これにより、排気ポート中子１０の上部と、ウォータージャケット中子１の内部空間５０を形成する上部５６と、の間の隙間（例えば、図５Ｂのｄ２）を大きく確保できる。

制御部９０は、荷重センサ４３の検出信号に基づいて内底部５５（排気ポート中子１０）と内底部５５の接触を検出する。接触を検出した制御部９０は、把持装置４０の制御を位置決め制御からトルク制御に切り換える。

本実施形態のトルク制御は、重量バランスを考慮して行われる。ここで、トルク制御の力学モデルについて説明する。図５Ｂに示す符号は以下の通りである。Ｌ（ｍｍ）は、支持点２００から先端側幅木部１５と内底部５５の接触点２２０までの水平方向の距離を示す。Ｌｇ（ｍｍ）は、排気ポート中子１０の基端側の支持点２００から排気ポート中子１０の重心２１０までの水平方向の距離を示す。Ｎｍ（Ｎ）は、把持ユニット４１と排気ポート中子１０で生じる荷重を示す。Ｎｍ’（Ｎ）は、重心２１０にかかる荷重を示す。Ｎｗ（Ｎ）は、把持装置４０及び排気ポート中子１０による内底部５５にかけたい荷重を示す。

接触点に必要な力を仮想的な力をＮ（Ｎ）とし、把持ユニット４１に要求されるトルク値をＴ（Ｎ・ｍ）とする。把持ユニット４１と排気ポート中子１０で生じる荷重は、重心２１０に掛かる荷重を求めることで、Ｎｍ＝Ｎｍ’×（Ｌｇ／Ｌ）により求められる。接触点２２０に掛けたい荷重は、Ｎ＝Ｎｍ−Ｎｗとなるので、把持ユニット４１に要求されるトルク値Ｔ（Ｎ・ｍ）は、Ｔ＝（Ｎ×Ｌ）／１０００によって求めることができる。

本実施形態のトルク制御では、サーボモータ４２のトルク出力を一定に制御することにより、排気ポート中子１０の先端側幅木部１５によるウォータージャケット中子１の内底部５５への接触荷重が一定になる。

図５Ｃは、排気ポート中子１０を内部空間５０の奥に移動させる様子を模式的に示す図である。図５Ｃに示すように、トルク制御によってウォータージャケット中子１に与える荷重が均一に維持されつつ、内底部５５の奥側に設定される所定位置１１０まで排気ポート中子１０が移動する。所定位置１１０は、内底部５５の奥側の端部から所定距離あけた位置に設定される。なお、この排気ポート中子１０の移動は、把持装置４０を支持する搬送装置２１によって主に行われる。

鋳造品の形状に影響しない部分である先端側幅木部１５を内底部５５に当接させることで、鋳造品の形状に影響するポート部１２の上部とウォータージャケット中子１の間のクリアランスを大きくとることができる。

図５Ｄは、排気ポート中子１０を所定位置１１０に移動させたところで、把持装置４０の制御をトルク制御から位置決め制御に切り替える様子を模式的に示す図である。図５Ｄに示すように、排気ポート中子１０が所定位置１１０に到達すると、制御部９０により、把持装置４０の制御がトルク制御から位置決め制御に切り替えられる。位置決め制御により、把持装置４０に対する排気ポート中子１０の姿勢を位置決めする。

図５Ｅは、排気ポート中子１０を所定位置１１０から目標位置１００にセットする様子を模式的に示す図である。図５Ｅに示すように、位置決め制御により、排気ポート中子１０の姿勢を維持した状態で、内底部５５から先端側幅木部１５を離間させ、所定位置１１０から目標位置１００まで排気ポート中子１０を移動させる。

制御部９０は、この移動において、位置決め制御により、排気ポート中子１０の姿勢を維持し、ウォータージャケット中子１に接触しないように所定位置１１０から目標位置１００まで移動させる。なお、把持装置４０の移動は、サーボモータ４２の軸を固定した状態で搬送装置２１によって行う。

排気ポート中子１０の先端側幅木部１５が目標位置１００に配置される台部６０にセットされるとともに吸気ポート中子５がウォータージャケット中子１の所定位置１１０にセットされた状態で組立中子として鋳造型（図示省略）に固定される。鋳造工程を経てウォータージャケット、吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダブロックが鋳造される。

以上説明した本実施形態のワーク組立方法によれば、以下のような効果を奏する。本実施形態のワーク組立方法は、排気ポート中子１０の基端側を把持装置４０で把持する把持工程と、把持装置４０により、排気ポート中子１０の先端側に設けられる当接部としての先端側幅木部１５をウォータージャケット中子１の内底部５５に当接させた状態で排気ポート中子１０を挿入する挿入工程と、内部空間５０における目標位置１００の手前に設定される所定位置１１０で先端側幅木部１５と内底部５５の接触を解除する離間工程と、ウォータージャケット中子１に干渉しない状態を維持しながら所定位置１１０から目標位置１００まで排気ポート中子１０を移動させる配置工程と、を含む。

これにより、損傷させたくない部分を考慮して当接部の位置として先端側幅木部１５を設定し、該先端側幅木部１５を内底部５５に接触させることにより、排気ポート中子１０における先端側幅木部１５とは別の損傷させたくない部分とウォータージャケット中子１における内部空間５０を形成する上部５６との間のクリアランスを大きく確保できる。従って、排気ポート中子１０の挿入過程における排気ポート中子１０とウォータージャケット中子１との干渉によって排気ポート中子１０の損傷させたくない部分がダメージを受ける事態を確実に防止できる。また、目標位置１００の手前の所定位置１１０で挿入ワークの先端側幅木部１５とウォータージャケット中子１の内底部５５の接触が解除されるので、所定位置１１０から目標位置１００に移動する間に排気ポート中子１０がウォータージャケット中子１に引っ掛かる事態も防止され、目標位置１００まで排気ポート中子１０をスムーズに移動させることができる。

挿入工程では、先端側幅木部１５による内底部５５への荷重が一定になるように、排気ポート中子１０の基端側を支持するトルクを把持装置４０によって調整する制御が行われ、離間工程では、把持装置４０の制御が切り替えられ、配置工程では、排気ポート中子１０の姿勢が維持されるように把持装置４０が制御される。

これにより、先端側幅木部１５による内底部５５への荷重を一定にすることができ、内部空間５０における排気ポート中子１０の移動を安定させることができる。また、離間工程で当該制御が切り替えられ、配置工程では排気ポート中子１０の姿勢が維持されることにより、所定位置１１０から目標位置１００への移動時に排気ポート中子１０の姿勢が意図せず変化してウォータージャケット中子１に接触する事態を防止できる。

ウォータージャケット中子及び排気ポート中子１０が鋳造で用いられる組立中子であって、当接部としての先端側幅木部１５は、排気ポート中子１０における中子としての所要寸法から突出した部分であり、目標位置１００にセットされる部分である。

これにより、中子における鋳造品の形状に影響しない先端側幅木部１５を内底部５５に接触する当接部とすることで、排気ポート中子１０における鋳造製品の形状に影響する重要な部分の損傷を防止でき、鋳造品の品質を向上させることができる。

また、本実施形態のウォータージャケット中子１及び排気ポート中子１０は、互いに損傷しやすい砂中子である。内部空間５０は細長い空間となっており、排気ポート中子１０を挿入する際に排気ポート中子１０がウォータージャケット中子１に接触し、欠損等が生じ易く、ウォータージャケット中子１への排気ポート中子１０の組付作業を自動化することが難しいため、工数がかさむ原因となっていた。この点、本実施形態のワーク組立方法によれば、このような損傷しやすい中子の組付作業であっても、鋳造品の品質を低下させることなく自動化を実現できる。

以上、本発明のワーク組立方法の好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、位置決め制御において把持装置４０のサーボモータ４２の軸を固定した状態で搬送装置２１により排気ポート中子１０を移動させているが、この構成に限定されない。把持装置４０をウォータージャケット中子１に対して相対的に移動させるための他の移動装置を別途配置することもできる。また、把持装置４０の構成も、上記実施形態の構成に限定されず、適宜変更することができる。

１ ウォータージャケット中子（被挿入ワーク）
１０ 排気ポート中子（挿入ワーク）
１５ 先端側幅木部（当接部）
４０ 把持装置
５０ 内部空間
５５ 内底部
１００ 目標位置
１１０ 所定位置

Claims (2)

1. 被挿入ワークの内部空間を通して挿入ワークを目標位置に配置する鋳造用中子組立方法であって、
   前記挿入ワークの一側を把持装置で把持する把持工程と、
   前記把持装置により、前記挿入ワークの他側の先端に形成した幅木部を前記被挿入ワークの内底部に当接させた状態で前記挿入ワークを挿入する挿入工程と、
   前記内部空間における前記目標位置の手前に設定される所定位置で前記幅木部と前記内底部の接触を解除する離間工程と、
   前記被挿入ワークに干渉しない状態を維持しながら前記所定位置から前記目標位置まで前記挿入ワークを移動させる配置工程と、
   を含む中子組立方法。
2. 前記挿入工程では、前記幅木部による前記内底部への荷重が一定になるように、前記挿入ワークの一側を支持する力を前記把持装置によって調整する制御が行われ、
   前記離間工程では、前記把持装置の制御が切り替えられ、
   前記配置工程では、前記挿入ワークの姿勢が維持されるように前記把持装置が制御される請求項１に記載の中子組立方法。

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