JP6576814B2 - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置決め装置及び位置決め方法に関し、特に、ワークの曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で位置決めするための位置決め装置及び位置決め方法に関する。

例えば、金属材料等からなる測定対象物にＸ線を照射し、回折されたＸ線を検出して残留応力を算出するＸ線回折装置がある（例えば、特許文献１参照）。かかるＸ線回折装置を用いて測定対象物の残留応力を高精度に算出するためには、測定対象物にＸ線を所定の照射角度で照射する必要がある。この場合、測定対象物の測定部位が平面上にあれば、傾斜計を用いて測定部位を含む平面に対するＸ線回折装置の傾斜角度を正確に測定し、Ｘ線の照射角度を容易かつ高精度に設定することができる。

しかしながら、測定部位が曲面上にある場合、曲面上の測定部位における接平面に対するＸ線回折装置の傾斜角度を測定する必要がある。この場合、曲面の接平面を正確に求める必要があるため、Ｘ線の照射角度を容易かつ高精度に設定することは難しい。

ところで、加工対象物の曲面に対する法線方向を決定するために、ドリルの加工方向を曲面の法線方向に案内する治具が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載された治具は、ドリルを案内するガイド孔を有するガイド部材と、ガイド部材を保持し、曲面に接触する２つの接触点を有する当接部とを備える。ガイド孔は、２つの接触点を結んだ線分に直交し、線分の中点を通る軸に沿って設けられる。加工に際しては、２つの接触点を曲面に当接させてガイド孔を曲面の法線方向に設定し、このガイド孔にドリルを案内させることにより、曲面に直交するドリル孔を形成することが可能となる。

特開２０１４−２３８２９５号公報 特開２００９−５０９４６号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載された治具では、ワーク表面の曲面に対する法線方向を決定することができるだけである。それに対して、特許文献１に記載されたようなＸ線回折装置では、例えば、測定部位における接平面に対してＸ線の照射角度を３５°に設定しなければならない。したがって、特許文献２に記載された治具を特許文献１に記載されたようなＸ線回折装置に適用しても、曲面に対するＸ線の照射角度を高精度に設定することはできない。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、ワークの曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で容易かつ高精度に位置決めすることができる、位置決め装置及び位置決め方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で位置決めする位置決め装置において、前記特定部位に当接可能な接平面を有する当接部と、前記接平面に対して所定の姿勢に設定された位置決め面を有する位置決め部と、を有する位置決め治具を備え、前記特定部位に前記接平面を当接させた状態で前記位置決め面に前記対象物を宛がうことにより前記対象物を位置決めするようにした、ことを特徴とする位置決め装置が提供される。

前記位置決め治具は、前記接平面に光を透過可能な貫通孔を有していてもよい。

また、前記位置決め部は、前記当接部を挟んで一方の側に形成された第一位置決め面と、前記当接部を挟んで他方の側に形成された第二位置決め面と、を備え、前記第一位置決め面又は前記第二位置決め面の何れか一方は前記対象物の角部に当接可能な屈曲部を有し、前記第一位置決め面又は前記第二位置決め面の何れか他方は前記対象物の下面に接触可能な平面部のみを有していてもよい。

また、前記位置決め装置は、前記位置決め治具の前記接平面が前記特定部位に当接した状態を保持する治具保持手段を備えていてもよい。

また、前記対象物は、例えば、前記特定部位に対して所定の照射角度でＸ線を照射し、前記特定部位による回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置である。

また、本発明によれば、曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で位置決めする位置決め方法において、前記特定部位に当接可能な接平面を有する当接部と、前記接平面に対して所定の姿勢に設定された位置決め面を有する位置決め部と、を備えた位置決め治具を用い、前記特定部位に前記接平面を当接させ、前記位置決め面に前記対象物を宛がった後、前記対象物を固定し、前記位置決め治具を取り除く、ことを特徴とする位置決め方法が提供される。

前記位置決め治具の当接時に、前記当接部の内側から光を照射して前記接平面と前記特定部位との間から漏洩する光量を確認しながら、前記位置決め治具の姿勢を調整するようにしてもよい。

上述した本発明に係る位置決め装置及び位置決め方法によれば、測定部位に当接される当接部と対象物の姿勢を規定する位置決め部とを有する位置決め治具を用いることにより、測定部位に当接部を当接させた状態で位置決め部に対象物を宛がうことにより対象物を位置決めすることができる。したがって、本発明によれば、ワークの曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で容易かつ高精度に位置決めすることができる。

本発明の一実施形態に係る位置決め装置を示す斜視図である。 治具位置決め工程を示す斜視図である。 図２に示した工程の側面断面図である。 対象物位置決め工程を示す側面断面図であり、（Ａ）は位置決め治具に対象物を宛がった状態、（Ｂ）は位置決め治具を取り除いた状態、を示している。 位置決め治具のワーク当接状態を示す拡大断面図であり、（Ａ）はワークの曲面の法線と当接部材の軸線とが一致している状態、（Ｂ）はワークの曲面の法線と当接部材の軸線とが一致していない状態、を示している。 位置決め治具の変形例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図６（Ｂ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る位置決め装置を示す斜視図である。図２は、治具位置決めを示す斜視図である。図３は、図２に示した工程の側面断面図である。図４は、対象物位置決め工程を示す側面断面図であり、（Ａ）は位置決め治具に対象物を宛がった状態、（Ｂ）は位置決め治具を取り除いた状態、を示している。図５は、位置決め治具のワーク当接状態を示す拡大断面図であり、（Ａ）はワークの曲面の法線と当接部材の軸線とが一致している状態、（Ｂ）はワークの曲面の法線と当接部材の軸線とが一致していない状態、を示している。

本発明の一実施形態に係る位置決め装置１は、図１〜図４（Ｂ）に示したように、曲面上の特定部位ｐに対して対象物５を所定の姿勢で位置決めする位置決め装置であって、特定部位ｐに当接可能な接平面２１ａを有する当接部２１と、接平面２１ａに対して所定の姿勢に設定された位置決め面２２ａを有する位置決め部２２と、を有する位置決め治具２と、位置決め治具２の接平面２１ａが特定部位ｐに当接した状態を保持する治具保持手段３と、を備え、特定部位ｐに接平面２１ａを当接させた状態で位置決め面２２ａに対象物５を宛がうことにより対象物５を位置決めするようにしたものである。ここで、「姿勢」とは、接平面２１ａに対する傾きを意味している。

特定部位ｐは、例えば、配管等の曲面を有するワークＷ上の部位である。また、対象物５は、例えば、特定部位ｐに対して所定の照射角度ψでＸ線を照射し、特定部位ｐによる回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置である。したがって、特定部位ｐは、例えば、Ｘ線回折装置により残留応力を測定する測定部位に相当する。

対象物５（Ｘ線回折装置）は、例えば、図２に示したように、Ｘ線を出力するＸ線源５１と、ワークＷの特定部位ｐによって回折された回折Ｘ線の位置を検出するイメージングプレート５２と、を備えている。Ｘ線源５１及びイメージングプレート５２は、筐体５３に収納される。筐体５３は、例えば、Ｘ線源５１の前面に配置されるとともにＸ線源５１から出力されるＸ線の光軸５４と直交する基準面５５と、基準面５５に対してＸ線の照射方向と反対方向に略垂直に配置された側面５６と、基準面５５に隣接し基準面５５及び側面５６に対して略垂直に配置された段差面５７と、を備えている。

かかるＸ線回折装置（対象物５）は、例えば、金属材料からなる配管等の対象物であるワークＷの曲面上の特定部位ｐに対してＸ線を所定の照射角度ψで照射し、特定部位ｐによる回折Ｘ線の位置をイメージングプレート５２によって検出し、その検出位置に基づき、ワークＷの特定部位ｐにおける残留応力を算出する。この場合、残留応力を高精度に算出するためには、Ｘ線源５１と特定部位ｐとの間の距離を高精度に設定するとともに、特定部位ｐの法線ｎに対するＸ線の照射角度ψを所定の許容範囲、例えば、ψ＝３５°±２°の範囲に設定する必要がある。

そこで、本実施形態では、当接部２１と位置決め部２２とを有する位置決め治具２を用いて、対象物５（Ｘ線回折装置）の位置決めを行っている。位置決め治具２は、上述したように、ワークＷに当接される当接部２１と、対象物５（Ｘ線回折装置）に宛がわれる位置決め部２２と、を有している。

当接部２１は、例えば、図１及び図３に示したように、筒形状の本体部２１１と、本体部２１１の先端に配置され接平面２１ａを形成する縮径部２１２と、を備えている。接平面２１ａは、縮径部２１２に先端に形成された端面によって構成される。ここでは、本体部２１１が円筒形状を有し、縮径部２１２が略中空円錐台形状を有しているが、かかる形状に限定されるものではない。本体部２１１は、例えば、中空多角柱形状であってもよいし、楕円筒形状であってもよい。また、縮径部２１２は、例えば、徐々に縮径する形状であってもよいし、階段状に細くなる形状であってもよい。

接平面２１ａは、曲面に当接される部分であることから、ワークＷに対して十分小さい外形を有していることが好ましい。例えば、接平面２１ａは、特定部位ｐの接平面２１ａに対応する部分が局所的に平面とみなせる程度の大きさであってもよいし、接平面２１ａを特定部位ｐに当接させたときの隙間が１ｍｍ以下となる程度の大きさであってもよい。なお、接平面２１ａは、当接部２１の軸線２３に直交するように形成される。

位置決め部２２は、例えば、板部材を屈曲して形成した部品であり、当接部２１の本体部２１１に固定される接続部２２１と、接続部２２１に連接して形成された位置決め面２２ａと、を備えている。接続部２２１は、例えば、略長方形を有する板部材の略中央部を略コ字形状に屈曲した部分である。接続部２２１は、略中央部に当接部２１の本体部２１１の中空部と連通する開口部２２１ａを有し、開口部２２１ａの外周に沿って配置されるボルトやリベット等の締結具２２１ｂによって、当接部２１の本体部２１１に固定される。なお、位置決め部２２は、溶接や接着剤等により本体部２１１に固定してもよいし、本体部２１１と一体に形成してもよい。

位置決め面２２ａは、図１及び図３に示したように、接平面２１ａに対して照射角度ψ（傾斜角度）を有するように屈曲された平面により形成される。ここで、位置決め面２２ａは、対象物５（Ｘ線回折装置）の姿勢を安定させるために、接続部２２１の両側に形成することが好ましい。具体的には、位置決め部２２は、当接部２１を挟んで一方の側に形成された第一位置決め面２２ａ１と、当接部２１を挟んで他方の側に形成された第二位置決め面２２ａ２と、を備えている。図示したように、第一位置決め面２２ａ１は対象物５の角部（基準面５５と側面５６との境界部）に当接可能な屈曲部２２ｂを有し、第二位置決め面２２ａ２は対象物５の下面（基準面５５）に接触可能な平面部のみを有している。

また、位置決め部２２を形成する板部材は、図３に示したように、傾斜方向上方側の端部が本体部２１１の軸心方向に対して内径側に傾斜した傾斜部２２ｃを有している。傾斜部２２ｃは、対象物５の段差面５７に当接可能に形成される。かかる形状の位置決め部２２によれば、位置決め面２２ａにより対象物５の傾きを規定することができ、屈曲部２２ｂにより対象物５の横幅方向（左右方向）の位置を規定することができ、傾斜部２２ｃにより対象物５の長さ方向（高さ方向）の位置を規定することができる。なお、傾斜部２２ｃは、例えば、板部材を屈曲させて位置決め部２２を形成した後、上端側の角部を切り落とすことにより形成される。

また、図３に示したように、位置決め治具２は、接平面２１ａに光を透過可能な貫通孔２１ｂを有していてもよい。貫通孔２１ｂは、接平面２１ａに形成された開口部と、本体部２１１の内部の空洞と、接続部２２１に形成された開口部２２１ａと、により構成される。位置決め治具２に貫通孔２１ｂを形成することにより、例えば、図５（Ａ）に示したように、当接部２１がワークＷの特定部位ｐに正しく当接した場合には貫通孔２１ｂから漏洩する光量が少ない。一方、例えば、図５（Ｂ）に示したように、当接部２１がワークＷの特定部位ｐに対して斜めに当接した場合には貫通孔２１ｂから漏洩する光量が多くなる。

したがって、貫通孔２１ｂを有する位置決め治具２を用いることにより、位置決め治具２の当接時に、当接部２１の内側から光を照射して接平面２１ａと特定部位ｐとの間から漏洩する光量を確認しながら、位置決め治具２の姿勢を調整することができる。

また、図１に示したように、位置決め装置１は、位置決め治具２の接平面２１ａが特定部位ｐに当接した状態を保持する治具保持手段３を備えている。治具保持手段３は、例えば、アーム３１と、アーム３１の端部に自在継手３２を介して連結されるハンド３３と、を備えている。アーム３１は、互いに直交する矢印ｘ，ｙ，ｚ方向に移動可能に構成されている。

また、ハンド３３は、自在継手３２を中心として、互いに直交する３つの回転軸回りの矢印α，β，γ方向に回転可能である。ハンド３３は、例えば、断面コ字形状を有し、その内側の一端に配置される弾性部材３３１と、弾性部材３３１の対面に螺合されるボルト３３２と、を備えている。この弾性部材３３１とボルト３３２とにより、位置決め治具２の当接部２１（具体的には、本体部２１１）を挟持する。弾性部材３３１は、当接部２１の本体部２１１の側面を拘束する略Ｖ字形状の溝を有していてもよい。

図示しないが、アーム３１の他端は、例えば、床面や机上に載置又は固定された支持部材に接続されている。治具保持手段３は、図示した構成に限定されるものではなく、例えば、６軸ロボットアームのように、ハンド３３を矢印ｘ，ｙ，ｚ方向及び矢印α，β，γ方向に移動できるものであればよい。また、ハンド３３は、バネ部材を用いて位置決め治具２の当接部２１を把持するものであってもよい。

次に、図１〜図５（Ｂ）を参照しつつ、位置決め治具２を用いた位置決め方法について説明する。本発明の一実施形態に係る位置決め方法は、曲面上の特定部位ｐに対して対象物５を所定の姿勢で位置決めする位置決め方法であって、特定部位ｐに当接可能な接平面２１ａを有する当接部２１と、接平面２１ａに対して所定の姿勢に設定された位置決め面２２ａを有する位置決め部２２と、を備えた位置決め治具２を用い、特定部位ｐに接平面２１ａを当接させた状態で位置決め治具２を固定し、位置決め面２２ａに対象物５を宛がった状態で対象物５を固定し、位置決め治具２を特定部位ｐから取り除くようにしている。

本実施形態において、特定部位ｐに接平面２１ａを当接させた状態で位置決め治具２を固定する工程を治具位置決め工程と称し、位置決め面２２ａに対象物５を宛がった状態で対象物５を固定し位置決め治具２を特定部位ｐから取り除く工程を対象物位置決め工程と称するものとする。

治具位置決め工程では、例えば、図２に示したように、位置決め治具２をワークＷの表面に当接させた状態で治具保持手段３により位置決めする。このとき、当接部２１の内側から光を照射して接平面２１ａと特定部位ｐとの間から漏洩する光量を確認しながら、位置決め治具２の姿勢を調整するようにしてもよい。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、接平面２１ａと特定部位ｐとの間から漏洩する光量を確認することにより、位置決め治具２をワークＷの表面に正しく当接させることができる。

対象物位置決め工程では、例えば、図４（Ａ）に示したように、位置決め治具２に対象物５を当接させた状態で位置決めする。具体的には、位置決め治具２の位置決め面２２ａに対象物５の基準面５５を当接させ、第一位置決め面２２ａ１に形成された屈曲部２２ｂに対象物５の角部（基準面５５と側面５６との境界部）を当接させ、本体部２１１に形成された傾斜部２２ｃに対象物５の段差面５７を当接させる。

対象物５は、その状態で、図示しない固定治具に固定される。固定治具は、例えば、テーブル上に配置され昇降軸を備えた台座と、昇降軸に昇降可能に配置され屈曲可能に構成されたアームと、を有している。また、固定治具は、床上に配置され昇降軸を備えた三脚と、昇降軸に昇降可能に配置され屈曲可能に構成されたアームと、を有していてもよい。

このように、上述した位置決め治具２を用いることにより、位置決め面２２ａにより対象物５の傾きを規定することができ、屈曲部２２ｂにより対象物５の横幅方向（左右方向）の位置を規定することができ、傾斜部２２ｃにより対象物５の長さ方向（高さ方向）の位置を規定することができる。

対象物５を固定治具に固定した後、図５（Ｂ）に示したように、位置決め治具２をワークＷから取り除く。具体的には、対象物５の角部（基準面５５と側面５６との境界部）に当接している屈曲部２２ｂを対象物５から離隔する方向に引く抜くことにより、位置決め治具２を取り除く。このとき、治具保持手段３を外してから位置決め治具２を取り除くようにしてもよいし、治具保持手段３ごと位置決め治具２を取り除くようにしてもよい。

上述した位置決め治具２は、第一位置決め面２２ａ１に屈曲部２２ｂを有しているが、第二位置決め面２２ａ２に屈曲部が形成されておらず、平面部のみが形成されていることから、第一位置決め面２２ａ１を対象物５から引き離す方向にスライドさせることにより、容易に位置決め治具２をワークＷから取り除くことができる。

以上の工程により、ワークＷが曲面を有している場合であっても、ワークＷに対して対象物５を所定の姿勢に容易に位置決めすることができる。特に、対象物５がＸ線回折装置の場合には、測定対象物にＸ線を所定の照射角度で照射することができ、測定対象物の残留応力を高精度に算出することができる。

次に、位置決め治具２の変形例について、図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図６は、位置決め治具の変形例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図、である。上述した実施形態に係る位置決め治具２と同じ構成部品については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。

図６に示した位置決め治具２は、当接部２１の本体部２１１に接続される接続部２２１を略平面状に形成したものである。接続部２２１は、略長方形の板部材により形成され、横幅方向の一端を屈曲させた屈曲部２２ｂを有し、残りの平面部が位置決め面２２ａを形成している。位置決め面２２ａを形成する平面部には、開口部２２１ａが形成されていてもよい。

かかる位置決め治具２では、図６（Ａ）に示したように、接続部２２１を形成する平面部を照射角度ψだけ傾斜させて接続部２２１に固定している。なお、ここでは、本体部２１１と接続部２２１とを接続するボルトやリベット等の締結具については図を省略してある。また、かかる位置決め治具２では、接続部２２１を形成する平面部の上端部が対象物５の段差面５７に当接する傾斜部２２ｃを構成している。

かかる位置決め治具２では、接続部２２１を屈曲させて位置決め面２２ａを形成する必要がなく、位置決め面２２ａの面出しを容易に行うことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、例えば、対象物５は、Ｘ線回折装置以外の計測装置であってもよい、ワークＷを加工する工具であってもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 位置決め装置
２ 位置決め治具
３ 治具保持手段
５ 対象物
２１ 当接部
２１ａ 接平面
２１ｂ 貫通孔
２２ 位置決め部
２２ａ 位置決め面
２２ａ１ 第一位置決め面
２２ａ２ 第二位置決め面
２２ｂ 屈曲部
２２ｃ 傾斜部
２３ 軸線
３１ アーム
３２ 自在継手
３３ ハンド
５１ Ｘ線源
５２ イメージングプレート
５３ 筐体
５４ 光軸
５５ 基準面
５６ 側面
５７ 段差面
２１１ 本体部
２１２ 縮径部
２２１ 接続部
２２１ａ 開口部
２２１ｂ 締結具
３３１ 弾性部材
３３２ ボルト

Claims (7)

1. 曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で位置決めする位置決め装置において、
   前記特定部位に当接可能な接平面を有する当接部と、前記接平面に対して所定の姿勢に設定された位置決め面を有する位置決め部と、を有する位置決め治具を備え、
   前記特定部位に前記接平面を当接させた状態で前記位置決め面に前記対象物を宛がうことにより前記対象物を位置決めするようにした、
   ことを特徴とする位置決め装置。
2. 前記位置決め治具は、前記接平面に光を透過可能な貫通孔を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記位置決め部は、前記当接部を挟んで一方の側に形成された第一位置決め面と、前記当接部を挟んで他方の側に形成された第二位置決め面と、を備え、前記第一位置決め面又は前記第二位置決め面の何れか一方は前記対象物の角部に当接可能な屈曲部を有し、前記第一位置決め面又は前記第二位置決め面の何れか他方は前記対象物の下面に接触可能な平面部のみを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
4. 前記位置決め治具の前記接平面が前記特定部位に当接した状態を保持する治具保持手段を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
5. 前記対象物は、前記特定部位に対して所定の照射角度でＸ線を照射し、前記特定部位による回折Ｘ線を検出するＸ線回折装置である、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の位置決め装置。
6. 曲面上の特定部位に対して対象物を所定の姿勢で位置決めする位置決め方法において、
   前記特定部位に当接可能な接平面を有する当接部と、前記接平面に対して所定の姿勢に設定された位置決め面を有する位置決め部と、を備えた位置決め治具を用い、
   前記特定部位に前記接平面を当接させた状態で前記位置決め治具を固定し、前記位置決め面に前記対象物を宛がった状態で前記対象物を固定し、前記位置決め治具を前記特定部位から取り除く、
   ことを特徴とする位置決め方法。
7. 前記位置決め治具の当接時に、前記当接部の内側から光を照射して前記接平面と前記特定部位との間から漏洩する光量を確認しながら、前記位置決め治具の姿勢を調整する、ことを特徴とする請求項６に記載の位置決め方法。