JP6947619B2 - 精密機器用の組立・検査台車 - Google Patents

Description

本発明は精密機器の本体移動装置に関する。特に、組立現場または検査現場において精密機器を載せたまま移動可能な台車に関する。

従来、三次元測定機などの精密機器は、自動車や家電製品と異なり、組立工程を流れ作業で行うには不向きであり、組立・検査の現場で精密機器を移動させることも避けられてきた。組立・検査の現場に一度、機器本体を置いた後は、その工程が完了するまで動かさないことが通常である。その理由は、組立中の機器本体に与える振動の影響が大きいからである。例えば、一般的なキャスター付きの台車で精密機器を移動させた場合に、組立段階にある精密機器が受けたくない振動を発生要因ごとに列挙すると、(1)床面の凹凸に起因する振動、(2)加減速時に生じる振動、(3)走行時の衝撃的な振動となる。

組立段階の精密機器が振動を避ける理由を説明する。三次元測定機などの精密機器には、スライダーなどの案内ガイドにエアーベアリングを採用するものが多い。完成品については、案内ガイドなどの可動部を完全に固定してしまうので、搬送中に振動がエアーベアリングに影響を与えることはない。しかし、組立中や検査中に本体を移動させると、振動の影響によってエアーベアリングのベアリング面（約１０μｍ以下の隙間）に「かじり」などの損傷を受けて、本体性能を維持できなくなってしまう。例えば、非特許文献１に記載のエアーベアリングの取扱説明書にも、強い振動が加わる運搬を厳禁とする注意事項がある。そのため、組立中などに、本体を移動させるためには、完成品と同様に、可動部の固定をその都度実施しなければならず、そのようなことは避けられてきた。なお、エアーベアリングを例示したが、各種の精密機器には、他にも振動の影響を受けたくない構成要素が含まれている。

また、精密機器の本体は重く、５００ｋｇから数１０ｔｏｎ程度までの重量物も存在する。このような重量物に対して振動の影響を避けながら、所望の位置まで移動可能な台車は見つからない。

"オイレスベアリング2016-2017"、２７７頁、［online］、オイレス工業株式会社、［平成２８年１０月３１日検索］、インターネット＜URL:http://www.oiles.co.jp/bearing/e_catalog/html5/book.html?fileName=bearing&page=278＞

例えば三次元測定機ではワーク用のテーブルの大きさなどで型式を設定する場合があるが、測定範囲（Ｘ軸／Ｙ軸）は、比較的狭いもので５００ｍｍ／４００ｍｍであり、広いものでは１２００ｍｍ／３０００ｍｍになる。さらに大型のものもある。そうすると、組立工程や検査工程において、精密機器の本体を固定したまま、部品や検査機器とともに作業者が移動するという条件では、作業効率が良くならない。精密機器の生産数量が増加すると、本体設置のためのスペースの確保という問題も生じてくる。これらの課題を解決するには、今まで以上に生産リードタイムを短縮して、生産性を向上させるしかない。

本発明は、精密機器の移動に伴う振動の影響が機器本体に及ばないようにすることが可能な精密機器用の台車を提供することを目的とし、組立現場や検査現場において精密機器を適宜移動させて生産性の向上につなげる。

前記課題を解決するために本発明は、精密機器用の組立・検査台車であって、前記精密機器を三点支持するための３つの支持部を有するフレームと、前記フレームの３箇所に取り付けられたエアー浮上手段と、前記フレームに対して昇降自在に設けられた駆動ローラおよび回転駆動手段とを備える。そして、前記エアー浮上手段は、前記精密機器ごと該フレームを浮上させるとともに該フレームと床面との間にエアー層を形成するように設けられる。また、前記駆動ローラは、前記フレームの浮上状態において昇降手段によって下降して前記床面を押す状態で維持されるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、エアー浮上手段によって精密機器ごとフレームが浮上し、床面との間にエアー層が形成されることで、床面との摩擦係数がほぼゼロとなる。よって、わずかな力で精密機器を移動させることができる。また、エアー層の形成の効果として、パルス的（衝撃的）な振動が精密機器に加わりにくくなる。
さらに、昇降手段が駆動ローラを床面に押した状態にするので、回転駆動手段からの小さな駆動力で駆動ローラを回転させるだけでフレームが移動して、精密機器の運搬が可能になる。また、エアー浮上手段がフレームを浮上させなければ、フレームが床面に接地して、精密機器が三点支持によって安定して置かれた状態になる。

ここで、前記駆動ローラは、前記フレームに対する該駆動ローラの水平方向の位置が前記台車の重心に一致するように配置されており、また、前記エアー浮上手段は、前記駆動ローラを中央に配置されていることが好ましい。
この構成によれば、水平方向において駆動ローラが台車全体の重心に位置し、複数のエアー浮上手段の中央に位置するため、重量物を載せた台車の発進・停止時にバランスを保ちやすい。また、エアー浮上に与える影響が小さい。

また、前記駆動ローラは、一対のローラを有し、それぞれの回転軸が同一線上にあり、前記回転駆動手段はそれぞれのローラに設けられていることが好ましい。
この構成によれば、台車に旋回機能を付与できる。つまり、フレームのほぼ中央に配置された駆動ローラが、独立した駆動源を有する一対のローラで構成され、各回転軸が同一線上になるように配置されているから、それぞれのローラを逆向きに駆動させることで、駆動ローラを中心にフレームがその場で旋回する。

また、前記駆動ローラ用の昇降手段は、エアーシリンダを利用して前記駆動ローラを床面に押し付ける構成であることが好ましい。
この構成によれば、エアーシリンダへの供給エアーの圧力に応じた押付力が得られるので、例えば、台車に載せる精密機器の重量が変化しても、床面に対する駆動ローラの押付力を一定にすることができる。よって、適正な大きさの駆動トルクを駆動ローラに加えて台車を移動させることができる。

また、本発明の台車は、更に、前記駆動ローラの速度制御および加速度制御を行う制御手段を備えることが好ましい。
この構成によれば、精密機器の移動速度を作業のタクトタイムに合わせて設定できるので、増減産などに対応しやすくなる。また、加速度を制御することにより、加減速時に生じる振動を抑制することができる。

また、本発明の台車は、更に、前記フレームの高さを変更する高さ変更手段を備えることが好ましい。
この構成によれば、台車に精密機器のレベルを変更するリフト機能が付与されるから、作業内容に応じて精密機器の高さを変更することによって、作業者の作業高さを一定にすることができる。

また、前記３つの支持部には、それぞれの支持部の高さを調整するレベル調整手段が設けられていることが好ましい。
現場の床面は、平たん度がそれほど高くはない。従来は精密機器が設置された際に、一度の水平レベル出しで済んだが、本発明の台車を用いれば、精密機器の移動位置ごとに水平レベルを出す作業が必要になる。この構成のように、台車自身にレベル調整手段を備えていれば、移動の際のレベル調整の負担が減り、作業性の改善を図ることができる。

また、本発明の台車には、更に、安全性を考慮して衝突防止センサを備えることが好ましい。

また、本発明の台車は、更に、前記床面に設けられた誘導テープを検出する検出手段を備え、前記検出手段の検出内容に基づいて台車を移動させる移動制御手段を備えることが好ましい。
この構成によれば、ユーザーは、台車の検出手段が検出可能な誘導テープを床面に貼り付けるだけで、台車の移動ルートを容易に設定できる。よって、既存の組立現場であっても、様々な作業レイアウトを構築しやすくなる。

本発明の精密機器の組立・検査方法は、組立または検査の現場を作業内容の異なる複数のステーションに区画して、請求項１から９のいずれかに記載の台車を用いて、組立中または検査中の前記精密機器を前記台車に載せたまま、次のステーションへ移動させることを特徴とする。

本発明の構成によれば、精密機器の移動に伴う振動の影響が機器本体に及ばないようにすることが可能な台車を提供することができる。その結果、本発明の台車を組立現場や検査現場に用いれば、精密機器を適宜移動させることで、作業者のポジションを固定できて、部品や検査機器の供給のジャスト・イン・タイムが可能となる。よって、精密機器の組立作業および検査作業の標準化、作業効率の改善が進み、生産性の飛躍的向上が期待できる。

本発明の実施形態に係る台車を下方から見た全体斜視図である。 前記台車の概略構成を示す（Ａ）正面図と（Ｂ）底面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は前記台車の動作を説明するための概略正面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は前記台車の動作を説明するための概略平面図である。 前記台車を用いた精密機器の組立方法を説明する図である。

以下、図面に基づき、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る精密機器用の組立台車を、精密機器が載置された状態で示した下方向からの斜視図である。また、図２（Ａ）は、この台車の概略構成を示す正面図であり、図２（Ｂ）は底面図である。この台車１０は自走式であり、組立中の精密機器の機器本体を、さまざまな位置へ移動させるとともに、移動後の位置では、そのまま組立用の台として用いられる装置である。台車１０の主要な構成要素は、フレーム２０と、フレーム２０の上部３箇所に設けられたレベル維持機構３２付きの三点支持部材３０と、フレーム２０の下部３箇所に設けられたエアー浮上装置４０と、これらのエアー浮上装置４０の中央に配置された駆動ローラ５０である。以下、組立台車として説明するが、台車１０を検査工程にも適用できる。

図１および図２に示すフレーム２０は、一例に過ぎない。フレーム２０は、全体が四角形に形成された枠体２２と、その長辺の中央同士を連結する部材２４とを有する。四角形の枠体２２の４隅のうち、図１の手前の２隅（手前の長辺の両端）には、高さ方向に伸びる垂直部材２６がそれぞれ設けられている。また、四角形の枠体２２の後方の長辺の中央部（中央の連結部材２４の後方の一端）にも、同様に、垂直部材２６が１本設けられている。これら３本の垂直部材２６には、それぞれの上端にレベル維持機構３２付きの支持部材３０が設けられ、これらで精密機器を三点支持できるようになっている。
また、上記の３本の垂直部材２６のそれぞれの下端には、エアー浮上装置４０が設けられている。なお、垂直部材２６には、エアー浮上装置４０を上下方向に４００ｍｍ程度昇降させるリフト装置が内蔵されている。３箇所のエアー浮上装置４０を床面に接地させて、この台車１０を床面に立脚させた状態で、３つのリフト装置を電動もしくはエアー駆動で動作させると、四角形の枠体２２ごとフレーム２０が上下方向に移動して、三点支持される精密機器の高さ調整が行われる。このようなリフト装置を動作させれば、作業内容に応じて異なる組立作業の高さを揃えることができる。

次に、エアー浮上装置４０について説明する。
エアー浮上装置４０の目的は、精密機器の移動中の振動の発生を抑制することである。図１に示すエアー浮上装置４０は、基盤４２と、基盤４２の裏面（床側の面）に配置された接地パッド４４（中央部）およびドーナツ状のバッグ４６（周辺部）とを備える。ドーナツ状のバッグ４６は、基盤４２内に形成された流路からのエアー（圧縮空気）が送り込まれることで膨らみ、接地パッド４４よりも厚くなる。また、バッグ４６は、エアーを停止させると収縮して、接地パッド４４よりも薄くなる。よって、エアー停止状態では、バッグ４６ではなくて接地パッド４４が床面に当たって、３箇所の接地パッド４４により台車１０全体が三点で立脚する。一方、エアー供給状態では、膨らんだバッグ４６が精密機器ごとフレーム２０を持ち上げる。同時に、膨らんだバッグ４６によって、ドーナツ状の中心部に閉ざされた空間が形成され、そこにもエアーが送られる。このようにして、エアー圧で重量物が床面から所定高さ（５ｍｍ〜数１０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ程度）まで持ち上げられた状態が維持される。また、ドーナツ状のバッグ４６と床面との隙間からエアーが外部に漏れ出た状態となり、そこに０．５ｍｍから数ｍｍ程度の空気層が形成される。このようにして、重量物が浮上した状態で維持される。

なお、外部からホース等を通ってエアーがフレーム２０に固定されたエアー制御ユニット６０に供給され、制御ユニット６０で圧力調整されたエアーが各エアー浮上装置４０へ分配されるようになっている。外部からのホース供給に代えて、必要な圧縮空気を蓄えたタンクを台車自体に保持させてもよい。

フレーム２０上部の三点支持部３０に搭載されたレベル維持機構３２は、支持部材３０の高さをそれぞれ±１５ｍｍ程度調整することが可能であり、各支持部材３０の高さを電動または手動で調整することによって、三点支持された精密機器のレベル（水平）出しが実行される。なお、組立工程や検査工程では精密機器本体のレベル調整が非常に重要になる。通常、組立工場の床の平たん度（Flatness）はレベルが低く、機器本体の設置位置ごとにそのレベル調整が欠かせない。本実施形態のように台車１０がレベル維持機構３２を備えていれば、移動後の位置での機器本体のレベル調整をスムーズに実行できる。さらに、水平方向を電気水準器などで検知することによって、自動レベル調整も可能になる。

次に、駆動ローラ５０について説明する。
駆動ローラ５０は、一対のウレタンゴム製のローラ５２で構成され、水平方向において台車１０全体の重心位置に配置されている。具体的には、台車１０の重心を中心に点対称となる位置に、回転軸が同じ線上となるように２つのローラ５２が並んでいる。ローラ５２としては、例えばウレタンゴム等のゴム製ローラが好ましい。各ローラ５２には、独立した駆動用モータ５４が接続されている。なお、図１に示すように、駆動ローラ５０の中心位置を、３つのエアー浮上装置４０で形成される三角形の重心位置と一致するように配置するとよい。

駆動ローラ５０の昇降手段について説明する。それぞれのローラ５２を軸受けするローラ保持部材５６は、エアーシリンダ５８によって昇降自在に支持されている。図１では、各ローラ５２が独立して昇降できるように構成されているが、２つのローラ５２を共通の昇降手段で昇降させても構わない。エアーシリンダ５８の固定端は、フレーム２０に固定された基板に接続され、エアーシリンダ５８の可動端は、ローラ保持部材５６に接続されている。

＜本実施形態の台車の動作＞
台車１０の動作を図３に基づいて説明する。図３（Ａ）は、台車１０が精密機器を三点支持で安定的に載置した状態を示している。つまり、エアー浮上装置４０は停止状態であり、接地パッド４４が床面に当たった状態で台車１０が立脚している。駆動ローラ５０はエアーシリンダ５８によって上昇して上限位置にある。この状態で台車１０に載置された精密機器の組立作業が行われる。

組立中の精密機器の位置を移動させる際は、図３（Ｂ）に示すように、エアー浮上装置４０にエアーを供給して精密機器ごと台車１０を浮上させる。これによって、台車１０と床面との間の摩擦力がほとんど無くなる。また、図３（Ｃ）に示すように、エアーシリンダ５８を動作させてローラ５２が床面と接触する位置まで下降させる。図３（Ｃ）の状態でローラ５２を回転させると、小さい駆動力で台車１０を移動させることができる。

なお、エアー浮上装置４０の起動と駆動ローラ５０の下降動作を同時に実行してもよいし、駆動ローラ５０を下降させてから台車１０を浮上させてもよい。

図４に基づいて、台車１０の移動および旋回動作について説明する。図４（Ａ）のように、２つのローラ５２を同時に同方向（正転または逆転）に回転させると、台車１０が前進／後退する。これに対して、図４（Ｂ）のように、２つのローラ５２を同時に逆方向（一方を正転、他方を逆転）に回転させると、台車１０がその場で旋回（右回り又は左回り）する。これらの動作を組み合わせることで、台車１０に載置された精密機器を組立現場の任意の位置に移動させることが可能になる。
なお、例えば、右側ローラに対して、左側ローラを停止または低速度で回転させれば、台車１０の進行方向が左へと曲がっていく。逆に、左側ローラに対して、右側ローラを停止または低速度で回転させると、台車１０の進行方向が右へと曲がっていく。

以上の動作によって精密機器を目的の位置まで移動させた後は、エアー浮上装置４０を停止させて、駆動ローラ５０をエアーシリンダ５８によって上昇させることで、台車１０を組立作業時の状態（図３（Ａ））にして、次の組立作業が行われる。

本実施形態では、駆動ローラ５０を駆動制御する移動速度・加速度制御装置が設けられている。この制御手段は、生産数量に応じたタクトタイムに合わせて台車１０の移動速度を制御する。更に、制御手段は、振動を抑えて重量物を移動させるため、台車１０の発進時・停止時の加速度を制御する。

また、本実施形態では、台車１０に磁気センサを取り付けることが好ましい。磁気センサは、床に貼られた磁気テープの磁気特性（磁界強度、磁束密度など）を読み取ることができる。台車１０の移動制御装置が、読み取った情報に基づいて駆動ローラを制御すれば、磁気テープで形成されたラインを追従するように台車１０を移動させることができる。これによって台車１０の直進性が維持される。また、磁気テープを適宜貼り換えたり、テープ表面をシールドテープで覆ったりすることで、ルート変更を容易に行える。

台車１０には安全対策として衝突防止センサを前後に取り付けることが好ましい。また、挟まれ防止の圧力センサを台車１０の前後に（左右に曲がる場合の挟まれ防止を考慮すれば、台車１０の両サイドにも）取り付けることが好ましい。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態の台車１０によれば、精密機器を三点支持した状態のまま、エアー浮上装置４０によって精密機器ごと台車１０が浮上して、駆動ローラ５０による台車１０の移動・旋回の動作が可能になった。しかも、載置された精密機器が移動・旋回の動作による振動の影響を受けることなく、組立中の精密機器を所望の位置まで運搬することができる。さらに、移動先において直ぐに安定した三点支持の状態を作ることができる。

本実施形態の台車１０を用いれば、５００ｋｇから数１０ｔｏｎまでの三次元測定機などの重量物を移動させることができる。

本実施形態では、駆動ローラ５０をエアーシリンダ５８で上下させる構造を採用したので、エアー浮上させた状態で適正な駆動トルクを発生させることができる。その結果、精密機器の重量物を最小の力で移動させることができる。

本実施形態の台車１０には、フレーム２０の高さを変更できるリフト装置が搭載されているので、作業内容に応じて精密機器の高さを変更することが可能となり、作業者の作業高さを一定にすることができる。

本実施形態の台車を用いれば、例えば図５のように組立現場を作業内容の異なる複数のステーションＡ〜Ｆに区画して、組立中の精密機器を台車に載せたまま、必要な作業を行うためのステーション（例えばＡ→Ｅ→Ｆ）へ順次移動させるという組立方法を実現できる。

このように、本実施形態の台車１０を組立現場や検査現場に用いれば、精密機器を適宜移動させることで、作業者のポジションを固定できて、部品や検査機器の供給のジャスト・イン・タイムが可能となる。よって、精密機器の組立作業および検査作業の標準化、作業効率の改善が進み、生産性の飛躍的向上が期待できる。

本発明は、三次元測定機を初めとする、座標測定機、画像測定機、工作機械、精密位置決め装置といった精密機器用の本体移動装置に適用され得る。

１０ 自走台車
２０ フレーム
３０ 三点支持部材（支持部）
３２ レベル維持機構（レベル調整手段）
４０ エアー浮上装置
５０ 駆動ローラ
５４ モータ（回転駆動手段）
５８ エアーシリンダ（昇降手段）

Claims (10)

1. 精密機器用の組立・検査台車であって、
   前記精密機器を三点支持するための３つの支持部を有するフレームと、
   前記フレームの３箇所に取り付けられたエアー浮上手段と、
   前記フレームに対して昇降自在に設けられた駆動ローラおよび回転駆動手段と、
   を備え、
   前記エアー浮上手段は、前記精密機器ごと該フレームを浮上させるとともに該フレームと床面との間にエアー層を形成するように設けられ、
   前記駆動ローラは、前記フレームの浮上状態において昇降手段によって下降して前記床面を押す状態で維持されるように構成されていることを特徴とする台車。
2. 請求項１記載の台車において、前記駆動ローラは、前記フレームに対する該駆動ローラの水平方向の位置が前記台車の重心に一致するように配置され、
   前記エアー浮上手段は、前記駆動ローラを中央に配置されていることを特徴とする台車。
3. 請求項２記載の台車において、前記駆動ローラは、一対のローラを有し、それぞれの回転軸が同一線上にあり、前記回転駆動手段はそれぞれのローラに設けられていることを特徴とする台車。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の台車において、前記駆動ローラ用の昇降手段は、エアーシリンダを利用して前記駆動ローラを床面に押し付ける構成であることを特徴とする台車。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の台車において、前記駆動ローラの速度制御および加速度制御を行う制御手段を備えることを特徴とする台車。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の台車において、前記フレームの高さを変更する高さ変更手段を備えることを特徴とする台車。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の台車において、前記３つの支持部にはそれぞれの支持部の高さを調整するレベル調整手段が設けられていることを特徴とする台車。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の台車において、衝突防止センサを備えることを特徴とする台車。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の台車において、前記床面に設けられた誘導テープを検出する検出手段を備え、前記検出手段の検出内容に基づいて台車を移動させる移動制御手段を備えることを特徴とする台車。
10. 組立または検査の現場を作業内容の異なる複数のステーションに区画して、請求項１から９のいずれかに記載の台車を用いて、組立中または検査中の前記精密機器を前記台車に載せたまま、次のステーションへ移動させることを特徴とする精密機器の組立・検査方法。

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