JP6806036B2

JP6806036B2 - 主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法

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Publication number: JP6806036B2
Application number: JP2017215529A
Authority: JP
Inventors: 政彦長坂; 泰育牧野; 岳久見小林; 伊藤　康二; 康二伊藤
Original assignee: Sintokogio Ltd
Current assignee: Sintokogio Ltd
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: TWI766075B; CN111344086A; CN111344086B; JP2019084637A; DE112018005783T5; US11298832B2; TW201918351A; WO2019092923A1; US20210129346A1

Description

本発明は、主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法に関する。

従来から、鋳造時に中子を主型に載置する装置において、ＣＣＤカメラと画像処理装置の組み合わせにより、主型と中子の傾斜および垂直位置を検出し、そのデータを基に産業用ロボットを動作させて中子を主型に載置する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、鋳造時に中子を主型に載置する装置において、産業用ロボットのアーム部に力覚センサを取り付け、力覚センサより先のロボット先端部に加わる外力を検出できるようにし、そのデータを基に産業用ロボットを動作させて中子を主型に載置する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許３２２３０３３号明細書特開平６−２７７７９９号公報

しかしながら、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる方法は、存在していなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明における主型と中子の嵌合装置は、中子を把持して移動する中子把持移動手段と、前記中子把持移動手段の移動量を検出する中子移動量検出手段と、前記中子把持移動手段に把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する把持中子位置姿勢検出手段と、主型の位置、向き、及び、傾きを検出する主型位置姿勢検出手段と、前記中子に加わる物理量を検出するセンサと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記センサが検出した前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子把持移動手段を制御する制御手段と、を備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記中子に加わる物理量は、外力及びモーメントであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記制御手段は、前記センサが、前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子把持移動手段を移動させ、前記センサが、前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるのを検出するまで、前記中子把持移動手段を前記主型の方向に移動させること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記主型と前記中子の嵌合は、前記主型に設けられた嵌合部に前記中子に設けられた嵌合部を嵌合することにより行われ、前記主型に設けられた嵌合部と前記中子に設けられた嵌合部は互いにテーパー形状をしていること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する事前中子位置姿勢検出手段をさらに備えたこと、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記センサは、６軸の力覚センサであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記中子把持移動手段は産業用ロボットであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記事前中子位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記把持中子位置姿勢検出手段、及び／又は、前記主型位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記中子移動量検出手段は、エンコーダであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記制御手段は、ロボットコントローラであること、を特徴とする。

また、本発明における主型と中子の嵌合方法は、中子を把持して移動することと、把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出することと、前記中子の移動量を検出することと、主型の位置、向き、及び、傾きを検出することと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出することと、前記中子に加わる物理量を検出することと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子の移動を制御することと、を含むこと、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記制御することは、前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子を移動させることと、前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるまで、前記中子を前記主型の方向に移動させることであること、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記中子を把持した後に、前記中子に加わる物理量をリセットすること、をさらに含むこと、を特徴とする。

また、本発明の一実施態様では、前記中子を把持した後に、前記中子に物理量を記憶すること、をさらに含むこと、を特徴とする。

本発明によれば、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができるので、中子載置作業の効率化と、中子載置作業によって引き起こされる鋳物製品の不良の削減をすることができるという効果を奏する。

本実施の形態に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。本実施の形態に係る嵌合装置を用いた主型と中子の嵌合方法を示すフローチャートである。本実施の形態に係る嵌合装置を用いた主型と中子の嵌合方法を示すフローチャートである。ステップＳ１０における中子把持部に把持された中子の凸部と主型の凹部の位置関係を示す図である。ステップＳ１２３における中子把持部に把持された中子の凸部と主型の凹部の位置関係を示す図である。主型に設けられた凹部の形状と中子に設けられた凸部の形状の一例を示す図である。主型に設けられた凹部の形状と中子に設けられた凸部の形状の一例を示す図である。主型に設けられた凹部の形状と中子に設けられた凸部の形状の一例を示す図である。変形例に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。嵌合装置１は、主型２と中子３を嵌合する。具体的には、嵌合装置１は、主型２に設けられた嵌合部である凹部２Ａと、中子３に設けられた嵌合部である凸部３Ａを嵌合する。そして、前記凹部２Ａと前記凸部３Ａは互いにテーパー形状をしている。また、前記凸部３Ａのテーパー形状の部分は、水平方向の断面形状が円形をしている。

嵌合装置１は、事前中子位置姿勢検出手段４、中子把持移動手段５、中子移動量検出手段６、把持中子位置姿勢検出手段７、主型位置姿勢検出手段８、センサ９、及び、制御手段１０を備えている。

事前中子位置姿勢検出手段４は、所定の位置に置かれている中子３の三次元空間の位置、向き、及び、傾きを検出する。ここで、「傾き」とは中子３の「基準面」に対する傾きを意味し、「基準面」とは、中子把持移動手段５が設置されている設置面を意味する。なお、地面を「基準面」としないのは、鋳物工場は古い施設であることが多く床が正確な平面とは限らないため地面を基準にすると狂いが生じるためである。事前中子位置姿勢検出手段４は、ビジョンセンサで構成される。

中子把持移動手段５は、中子３を把持して移動する。中子把持移動手段５は、中子把持部１１、及び、中子移動部１２を備えている。中子把持部１１は、中子３を把持する。中子移動部１２は、中子３を把持した中子把持部１１を、主型２の位置まで移動させる。中子把持移動手段５は、産業用ロボットであり、より具体的には、垂直多関節ロボットで構成される。そして、中子移動部１２は、垂直多関節ロボットのアームに相当し、中子把持部１１は、アーム部分の先端に取り付けられたロボットハンドに相当する。

中子移動量検出手段６は、中子把持移動手段５の移動量(３次元空間の移動距離)を検出する。具体的には、中子移動量検出手段６は、中子移動部１２に相当する垂直多関節ロボットの各駆動軸の駆動量を常時検出する。そして、後述する制御手段１０が、この検出結果から中子３を把持している中子把持部１１の移動後の位置を常時算出する。本実施の形態では、中子移動量検出手段６は、中子把持移動手段５に組み込まれている。中子移動量検出手段６は、エンコーダで構成される。

把持中子位置姿勢検出手段７は、中子把持移動手段５が主型の近くに移動した後、中子把持移動手段５に把持された中子３の三次元空間の位置、向き、及び、傾きを検出する。ここで、「傾き」とは中子３の「基準面」に対する傾きを意味し、「基準面」とは、中子把持移動手段５が設置されている設置面を意味する。なお、地面を「基準面」としないのは、鋳物工場は古い施設であることが多く床が正確な平面とは限らないため地面を基準にすると狂いが生じるためである。具体的には、把持中子位置姿勢検出手段７は、中子３に設けられた凸部３Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する。把持中子位置姿勢検出手段７は、ビジョンセンサで構成される。

主型位置姿勢検出手段８は、所定の位置に置かれている主型２の三次元空間の位置、向き、及び、傾きを検出する。ここで、「傾き」とは主型２の「基準面」に対する傾きを意味し、「基準面」とは、中子把持移動手段５が設置されている設置面を意味する。なお、地面を「基準面」としないのは、鋳物工場は古い施設であることが多く床が正確な平面とは限らないため地面を基準にすると狂いが生じるためである。具体的には、主型位置姿勢検出手段８は、主型２に設けられた凹部２Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する。主型位置姿勢検出手段８は、ビジョンセンサで構成される。

センサ９は、中子把持移動手段５が中子３を把持して移動している時に、中子３に加わる物理量である外力及びモーメントを検出する。センサ９は、６軸の力覚センサで構成される。従って、センサ９は、３方向の外力、及び、モーメントを検出することが可能である。

制御手段１０は、中子把持移動手段５を制御する。制御手段１０は、その機能の一つとして、主型２と中子３の相対位置、向き、及び、傾きを常時算出する。具体的には、主型２に設けられた凹部２Ａと、中子３に設けられた凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きを常時算出する。

より詳細には、制御手段１０は、把持中子位置姿勢検出手段７が検出した、中子把持移動手段５に把持された中子３（凸部３Ａ）の位置、向き、及び、傾きに関する情報と、中子移動量検出手段６が検出した、中子把持移動手段５の移動量に関する情報と、主型位置姿勢検出手段８が検出した、主型２（凹部２Ａ）の位置、向き、及び、傾きに関する情報とを基に、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの関係を算出する。その後、中子把持移動手段５が移動した場合には、中子移動量検出手段６の情報を基に、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの関係を算出し続ける。

制御手段１０は、もう一つの機能として、算出した主型２と中子３の相対位置、向き、及び、傾きの関係と、センサ９が検出した中子３に加わる外力及びモーメントから主型２と中子３を嵌合させるように中子把持移動手段５の移動を制御する。制御手段１０は、中子移動量検出手段６によって検出される情報、把持中子位置姿勢検出手段７によって検出される情報、主型位置姿勢検出手段８によって検出される情報、及び、センサ９によって検出される情報を一体的に電算処理することができるロボットコントローラ、ＰＬＣ、ＦＡパソコン、又は、マイコン等で構成される。

（主型と中子の嵌合方法）
次に、本実施の形態に係る嵌合装置１を用いた主型と中子の嵌合方法を説明する。図２及び図３は、本実施の形態に係る嵌合装置１を用いた主型と中子の嵌合方法を示すフローチャートである。なお、図３は、主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）の詳細を説明するフローチャートである。

初めに、事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）は、所定の位置に置かれている中子３の位置、向き、及び、傾きを検出する（ステップＳ１）。

次に、中子把持移動手段５の中子移動部１２（垂直多関節ロボットのアーム）は、中子３の近くまで高速で移動する（ステップＳ２）。

次に、中子把持移動手段５の中子把持部１１（垂直多関節ロボットのロボットハンド）は、事前中子位置姿勢検出手段４が検出した中子３の位置、向き、及び、傾きを基に、中子３を把持する（ステップＳ３）。このようにすることで、中子把持部１１に把持される前の中子３が段積みなど複雑な置き方をされている場合においても、スムーズに中子３の把持を実現することができる。

次に、中子移動部１２は、中子３を把持している中子把持部１１を把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）の検出範囲まで移動させた後、停止する（ステップＳ４）。

次に、把持中子位置姿勢検出手段７は、中子把持部１１に把持された中子３の位置、向き、及び、傾き、具体的には、中子３に設けられた凸部３Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する（ステップＳ５）。

次に、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）は、所定の位置に置かれている主型２の位置、向き、及び、傾き、具体的には、主型２に設けられた凹部２Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する（ステップＳ６）。

次に、制御手段１０（ロボットコントローラ）は、中子把持部１１に把持された中子３の位置、向き、及び、傾きと、中子移動量検出手段６（エンコーダ）が検出した中子把持移動手段５の移動量と、主型２の位置、向き、及び、傾きとから、主型２と中子３の相対位置、向き、及び、傾き、具体的には、主型２に設けられた凹部２Ａと、中子３に設けられた凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きを算出する（ステップＳ７）。

次に、制御手段１０は、中子把持部１１が中子３を把持している状態で、今までセンサ９（力覚センサ）に検出されていた中子３に加わる外力及びモーメントをリセットする（ステップＳ８）。

次に、中子移動部１２は、中子把持部１１に把持された中子３を主型２の近くまで高速で移動する（ステップＳ９）。この時、ステップＳ７で算出された主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの情報、及び、中子移動部１２の移動量の情報を基に、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの情報が制御手段１０により、常に更新される。

次に、中子移動部１２は、中子把持部１１に把持された中子３を、中子３の嵌合部である凸部３Ａが主型２の嵌合部である凹部２Ａの近付くように低速で移動する（ステップＳ１０）。この時、ステップＳ７で算出された凹部２Ａと凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きの情報、及び、中子移動部１２の移動量の情報を基に、凹部２Ａと凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きの情報が制御手段１０により、常に更新される。

図４は、ステップＳ１０における中子把持部１１に把持された中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの位置関係を示す図である。図において、Ｚは、中子３と主型２（中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａ）が嵌合する軸方向、Ｘ及びＹは、嵌合軸Ｚに直交する各軸方向を表す。

次に、制御手段１０は、センサ９が、嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚ、軸Ｚに直交するＸ軸方向の外力Ｆｘ、及び／又は、軸Ｚに直交するＹ軸方向の外力Ｆｙを検出しているかを確認する（ステップＳ１１）。制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び／又は、外力Ｆｙの検出を確認しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、引き続き、中子把持部１１に把持された中子３を、中子３の嵌合部である凸部３Ａが主型２の嵌合部である凹部２Ａの近付くように低速で中子移動部１２を移動させる。

一方、制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び／又は、外力Ｆｙの検出を確認した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、中子移動部１２の移動を停止する。以後、主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）へ進む。なお、ステップＳ１１において、外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び、外力Ｆｙを検出できるのは、センサ９が６軸の力覚センサで構成されているためである。これは、ロードセルではできない利点である。

（主型・中子嵌合工程）
主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）では、初めに、制御手段１０は、中子３の凸部３Ａが主型２の凹部２Ａに嵌合されている途中かを判断する（ステップＳ１２１）。具体的には、制御手段１０は、算出した凸部３Ａの先端部の高さ（嵌合軸方向Ｚの基準面からの距離）と、算出した主型２の凹部２Ａにおける上面周縁の高さ（嵌合軸方向Ｚの基準面からの距離）の関係から判断する。

制御手段１０は、中子３の凸部３Ａが主型２の凹部２Ａに嵌合されている途中ではないと判断した場合（ステップＳ１２１：Ｎｏ）、異常が発生したと判断し、嵌合装置１を非常停止する。これは、制御手段１０が、中子３における凸部３Ａの先端部が主型２の凹部２Ａにおける上面周縁に接触する等、中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａ同士以外が接触したことにより、センサ９が外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び／又は、外力Ｆｙを検出したと判断した場合である。

一方、制御手段１０は、中子３の凸部３Ａが主型２の凹部２Ａに嵌合されている途中であると判断した場合（ステップＳ１２１：Ｙｅｓ）、制御手段１０は、センサ９が、Ｘ軸方向の外力Ｆｘ、Ｙ軸方向の外力Ｆｙ、Ｚ軸を中心として回転方向に加わるモーメントＭｚ、Ｘ軸を中心として回転方向に加わるモーメントＭｘ、及び／又は、Ｙ軸を中心として回転方向に加わるモーメントＭｙを検出しているかを確認する（ステップＳ１２２）。

制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙを検出している場合（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、センサ９が検出している外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙが減少する方向に中子移動部１２（中子３の凸部３Ａ）をＸＹ平面で低速移動させる（ステップＳ１２３）。言い換えると、制御手段１０は、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの位置が互いに一致して、もっとも抵抗なく嵌合される位置になるように中子３の凸部３Ａを移動させる。

図５は、ステップＳ１２３における中子把持部１１に把持された中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの位置関係を示す図である。本図では、センサ９が、モーメントＭｙを検出しており、制御手段１０は、中子移動部１２（中子３の凸部３Ａ）をモーメントＭｙが減少する方向にＸＹ平面で移動させる。

その後、センサ９が検出している外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙがゼロになるまで、ステップＳ１２２とステップＳ１２３を繰り返す。

一方、制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙを検出しない場合（ステップＳ１２２：Ｎｏ）、すなわち、外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙがゼロになると、中子移動部１２を軸Ｚ方向に低速移動させる。すなわち、中子３の凸部３Ａを主型２の凹部２Ａに低速移動させる（ステップＳ１２４）。これにより、中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの嵌合が開始される。

次に、制御手段１０は、センサ９が検出した嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚがあらかじめ規定された嵌合完了外力Ｆｚａに達したかを判断する（ステップＳ１２５）。制御手段１０は、センサ９が検出した嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚが嵌合完了外力Ｆｚａに達したと判断した場合（ステップＳ１２５：Ｙｅｓ）、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の嵌合は終了したと判断し、中子移動部１２の移動を停止する（ステップＳ１２６）。なお嵌合完了外力Ｆｚａは、主型２及び中子３の構成材質、圧縮強度、寸法、及び／又は、形状によって変化するが、嵌合軸Ｚ方向から見た主型２の凹部２Ａ、及び／又は、中子３の凸部３Ａの投影面積を受圧面積と定義した時に０．５〜４．０ＭＰａとなる加圧力に設定するのが好ましい。加圧力が０．５ＭＰａより小さいと、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部に発生する摩擦のため嵌合することはできない。反対に、加圧力が４．０ＭＰａを超えると、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部が壊れるおそれがある。

一方、制御手段１０は、センサ９が検出した嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚが嵌合完了外力Ｆｚａに達していないと判断した場合（ステップＳ１２５：Ｎｏ）、ステップＳ１２２へ戻る。

次に、中子把持移動手段５の中子把持部１１は、中子３の把持を解除する（ステップＳ１２７）。これにより、主型への中子載置が終了する。

次に、中子把持移動手段５の中子移動部１２は、初期位置へ高速で移動する（ステップＳ１２８）。これにより、主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）が終了する。

主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）が終了すると、主型と中子の嵌合作業が終了する。なお、次に、嵌合する予定の主型２と中子３が所定の位置に置かれている場合、主型と中子の嵌合作業が引き続き行われる。

なお、本実施の形態に係る嵌合方法において、工程の順序を変更することが可能である。例えば、ステップＳ７とステップＳ８の順序を逆にするなど、主型２内に中子３を載置嵌合することができるのであれば、各工程の順序を変更してもよい。

また、本実施の形態に係る嵌合方法において、一部の工程を削除することも可能である。例えば、中子把持移動手段５の中子把持部１１で把持される前の中子３があらかじめ決められた位置姿勢で載置されている場合、ステップＳ１を省略することできる。このように、主型２内に中子３を載置嵌合する目的を果たすことができれば途中の工程を省略してもよい。

また、ステップＳ８において、センサ９が検出した中子３に加わる外力及びモーメントをリセットする作業を変更することが可能である。例えば、制御手段１０がセンサ９で検出される外力及びモーメントを記憶して、それを基準値として用いるなど、初期状態の外力及びモーメントと、ステップＳ１１、Ｓ１２２、Ｓ１２３、及び、Ｓ１２５における外力及びモーメントとの差分を判別するようにしてもよい。

さらに、中子把持移動手段５の中子移動部１２の移動速度を変更することが可能である。例えば、ステップＳ２、Ｓ９、及び、Ｓ１２８における中子把持移動手段５の中子移動部１２の移動速度を低速にするなど、主型２内に中子３を載置嵌合する目的を果たすことができればどのような速度で移動させてもよい。

（中子と主型の寸法の例）
次に、中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの寸法の組み合わせとして３つの例を説明する。図６〜図８は、主型２に設けられた凹部２Ａの形状と中子３に設けられた凸部３Ａの形状の一例を示す図である。なお、本発明が適用される中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの組み合わせはこの事例に限定されるものではない。図６は事例１を示し、Ｄ_１１＝４０ｍｍ、Ｌ_１１＝３０ｍｍ、Ｄ_１２＝４０ｍｍ、Ｌ_１２＝２５ｍｍ、θ＝２°である。図７は事例２を示し、Ｄ_２１＝１５ｍｍ、Ｌ_２１＝４０ｍｍ、Ｄ_２２＝３５ｍｍ、Ｌ_２２＝２０ｍｍ、θ＝２°である。図８は事例３を示し、Ｄ_３１＝４０ｍｍ、Ｌ_３１＝８０ｍｍ、Ｄ_３２＝８０ｍｍ、Ｌ_３２＝３０ｍｍ、θ＝２°である。なお、各図中の符号３Ｂは、中子３の凸部３Ａにおいて、主型２に設けられた凹部２Ａに実際に嵌合する部分（テーパー形状の部分）ではない残りの部分を表している。

一般に、縦方向に互いに嵌合される中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの組み合わせでは、嵌合部のテーパー角度は２°前後であることが多い。これは経験値として導き出されており、鋳物に関する技術書にも掲載されている。なお、本発明を利用して事例１ないし３の中子３の凸部３と主型２の凹部２Ａの組み合わせで嵌合を行ったが、いずれも主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部のクリアランスを０．３ｍｍ以下にすることができた。

前述した様に、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる中子を主型に載置（嵌合）する装置は、存在していなかった。一般に主型と中子の嵌合結合部は互いに嵌合するテーパー形状に成型されているが、より良質な鋳物製品を製造するために中子載置職人が主型に中子載置するにあたり実施している作業として、このテーパー形状の嵌合結合部に中子をセットするにあたり嵌合の最後に中子が壊れない微妙な手感覚により中子を嵌合部に押し込むといった作業を実施している。

これに対して、本実施の形態に係る嵌合装置１では、中子載置職人が勘コツで実現してきた良質な鋳物づくりをロボットによる自動化で実現することができ、さらに、今まで人手に頼ることでしか実現不可能であった主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部のクリアランスを０．３ｍｍ以下の極限にまで狭めることが可能となる。

そして、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部のクリアランスを０．３ｍｍ以下にできることで、主型２と中子３の密着性を増加させることができ、いくつかの効果を得ることが可能である。１つ目に主型と中子の相対位置精度が向上することによる鋳物製品の精度向上が挙げられる。２つ目に主型と中子の間の隙間がなくなることによる鋳物製品のバリ減少が挙げられる。３つ目に嵌合部に塗布するスラリー状のモールドペーストによる主型と中子の密着性向上が挙げられる。４つ目に嵌合部に塗布するスラリー状のモールドペーストの薄層化による鋳物製品の精度向上が挙げられる。さらに、中子載置によって引き起こされる不良（例えば、はぐみ、グイチ、偏肉、型落ちなど）を削減することができる。

（変形例）
事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）、把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）、及び、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）は、いずれもその配置を変更することができる。図９は、変形例に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。図１の主型と中子の嵌合装置では、事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）、把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）、及び、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）は、それぞれ固定されているが、図９の様に、事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）、把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）、及び、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）の機能が１つのビジョンセンサに統合され、中子把持移動手段５（垂直多関節ロボットのアーム）に取り付けられ移動するようにしてもよい。

このように、所定の位置に置かれている中子３の位置、向き、及び、傾きと、所定の位置に置かれている主型２の位置、向き、及び、傾きと、中子把持部１１に把持された中子３の位置、向き、及び、傾きとを検出できる手段であれば、その配置においてどのような手段を用いてもよい。

また、本実施の形態では、主型２に設けられた嵌合部である凹部２Ａと、中子３に設けられた嵌合部である凸部３Ａとを嵌合しているが、主型２に凸部が設けられ、中子３に凹部が設けられもよい。その場合、主型２に設けられた嵌合部である凸部と、中子３に設けられた嵌合部である凹部とを嵌合することにより、主型２と中子３が嵌合される。

また、本実施の形態では、中子把持移動手段５は垂直多関節ロボットで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、協働ロボット、ＸＹＺ各３軸に直動駆動可能な駆動アクチュエータなど、３次元空間を自在に駆動搬送できる手段であればどのような手段を用いてもよい。また動力も電動に限らず、油圧や空圧を用いてもよい。

また、本実施の形態では、中子把持移動手段５の中子把持部１１はロボットハンドで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、中子３に設けられた孔空き部や凹部に差し込んで外側に開くようなハンド、中子を掬う形状のハンド、中子を刺す形状のハンドなど、中子をハンドリングできる手段であればどのような手段を用いてもよい。

また、本実施の形態では、事前中子位置姿勢検出手段４、把持中子位置姿勢検出手段７、及び、主型位置姿勢検出手段８は、ビジョンセンサで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、レーザーセンサ、リニアエンコーダ、近接センサ、赤外線センサ、ミリ波センサ、マイクロ波センサなど、距離や位置が確認できる手段であればどのような手段を用いてもよい。

また、本実施の形態では、センサ９は、６軸の力覚センサで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、加速度センサや複数個のひずみゲージからなる荷重検出器など、嵌合軸Ｚ方向の外力Ｆｚ、Ｚ軸を中心とするモーメントＭｚ、軸Ｚに直交するＸ、Ｙ各軸方向の外力Ｆｘ、Ｆｙと、Ｚ軸に直交するＸＹ各軸を中心とするモーメントＭｘおよびＭｙが検出できる手段であればどのような手段を用いてもよい。

また、本実施の形態では、中子移動量検出手段６は、エンコーダで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、レーザーセンサ、リニアエンコーダ、近接センサ、赤外線センサ、ミリ波センサ、マイクロ波センサなど、中子把持移動手段５の中子把持部１１で把持された中子３の移動方向と距離が確認できる手段であればどのような手段を用いてもよい。

以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。

１嵌合装置
２主型
２Ａ凹部
３中子
３Ａ凸部
４事前中子位置姿勢検出手段
５中子把持移動手段
６中子移動量検出手段
７把持中子位置姿勢検出手段
８主型位置姿勢検出手段
９センサ
１０制御手段
１１中子把持部
１２中子移動部
Ｘ、Ｙ軸
Ｚ嵌合軸
Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ外力
Ｍｘ、Ｍｙモーメント
Ｆｚａ嵌合完了外力

Claims

中子を把持して移動する中子把持移動手段と、
前記中子把持移動手段の移動量を検出する中子移動量検出手段と、
前記中子把持移動手段に把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する把持中子位置姿勢検出手段と、
主型の位置、向き、及び、傾きを検出する主型位置姿勢検出手段と、
前記中子に加わる外力及びモーメントである物理量を検出する６軸の力覚センサと、
前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記６軸の力覚センサが検出した前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子把持移動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記６軸の力覚センサが、前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子把持移動手段を移動させ、
前記６軸の力覚センサが、前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるのを検出するまで、前記中子把持移動手段を前記主型の方向に移動させること、
を特徴とする主型と中子の嵌合装置。
前記主型と前記中子の嵌合は、前記主型に設けられた嵌合部に前記中子に設けられた嵌合部を嵌合することにより行われ、前記主型に設けられた嵌合部と前記中子に設けられた嵌合部は互いにテーパー形状をしていること、を特徴とする請求項１に記載の主型と中子の嵌合装置。
前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する事前中子位置姿勢検出手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１または２に記載の主型と中子の嵌合装置。
前記中子把持移動手段は産業用ロボットであること、を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
前記事前中子位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする請求項３に記載の主型と中子の嵌合装置。
前記把持中子位置姿勢検出手段、及び／又は、前記主型位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
前記中子移動量検出手段は、エンコーダであること、を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
前記制御手段は、ロボットコントローラであること、を特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
中子を把持して移動することと、
把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出することと、
前記中子の移動量を検出することと、
主型の位置、向き、及び、傾きを検出することと、
前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出することと、
前記中子に加わる外力及びモーメントである物理量を６軸の力覚センサを用いて検出することと、
前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子の移動を制御することと、を含み、
前記制御することは、
前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子を移動させることと、
前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるまで、前記中子を前記主型の方向に移動させることであること、
を特徴とする主型と中子の嵌合方法。
前記中子を把持した後に、前記中子に加わる物理量をリセットすること、をさらに含むこと、を特徴とする請求項９に記載の主型と中子の嵌合方法。
前記中子を把持した後に、前記中子に加わる物理量を記憶すること、をさらに含むこと、を特徴とする請求項９に記載の主型と中子の嵌合方法。