JPH0731853Y2 - ワーク拡管工具駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この考案はワーク拡管工具駆動装置に関し、さらに詳細
にいえば、ワークに対して拡管加工、内面研磨加工等を
施すためのワーク拡管工具を正確な相対位置にまで移動
させるためのワーク拡管工具駆動装置に関する。

〈従来の技術、および考案が解決しようとする課題〉 従来から産業用ロボットの用途が拡大の一途を辿ってお
り、切削のための産業用ロボット、研磨のための産業用
ロボット、変形加工、例えば拡管のための産業用ロボッ
ト等が提供されている。

これらの産業用ロボットは、関節型のものであっても、
直交座標型のものであっても、加工対象ワークの種類、
形状等に対応させて予め動作軌跡、動作速度等が設定さ
れているのであるから、全てのワークに対して高精度の
加工を施すためには、産業用ロボットの動作を著しく高
精度化することが必要になるのみならず、ワークの供給
位置をも著しく高精度化しなければならない。

しかし、産業用ロボット自体の動作はかなり高精度に制
御されるにも拘らずワークの供給位置は余り高精度には
制御されないことが多いため、産業用ロボットに支持さ
れた加工工具とワークとの相対位置関係は比較的大きな
ばらつきを有することになり、この結果、ワークに対し
て所期の精度の加工を施すことができなくなってしまう
という問題がある。

さらに詳細に説明すると、一般的にワークの供給は、先
ず作業者がワークを１つずつ搬送コンベア上に載置し、
搬送コンベアにより所定位置まで搬送された状態におい
て産業用ロボット等により把持し、加工のために予め設
定されているワーク支持機構までさらに搬送することに
より達成されるのであるから、ワークを搬送コンベア上
に載置する場合のばらつきがかなり大きく、この結果、
産業用ロボット等によるワーク搬送精度を高めても加工
対象部分の位置に着目すれば、必ずしも高精度の位置決
めが行なわれたことにはならない。

したがって、加工工具とワークとの相対位置関係がかな
りばらついてしまい、加工精度が低下してしまうことに
なる。

このような問題を解消させるために、産業用ロボットに
ビジョンカメラ等を装着してワークの位置のばらつきを
補償すべくロボット動作を行なわせることが考えられる
が、産業用ロボットの構成が著しく複雑化するのみなら
ず、産業用ロボットの制御も著しく複雑化してしまうと
いう問題がある。

また、自動拡管装置として、実開昭62-183934号公報に
記載されたものが提案されている。

この拡管装置は、エアシリンダにより駆動される板ばね
により、板ばねのばね力を固定力としてエキスパンダに
かかるようにしている。しかし、この拡管装置は、エキ
スパンダがワークに挿通されたことを確認するための機
構を有していないので、エキスパンダがワークに挿通さ
れていない状態であっても拡管動作を行ってしまう可能
性がある。

〈考案の目的〉 この考案は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
拡管工具がワークに挿通された状態を確認することがで
きるワーク拡管工具駆動装置を提供することを目的とし
ている。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するための、この考案のワーク拡管工具
駆動装置は、所定の拡管加工が施されるべき管体および
この管体の端部を支持する側板を有するワークを基準と
して予め設定された位置まで拡管工具を移動させるロボ
ット本体を有しているとともに、ロボット本体の先端部
にエアシリンダ装置を有しており、エアシリンダ装置に
よりワークの管体に圧接させられる拡管工具を有してお
り、さらに、拡管工具に近接させて、ワークの側板に近
接する方向に移動付勢された移動可能部材を有している
とともに、移動可能部材が付勢力に抗して移動されたこ
とを検出する確認機構を有している。

〈作用〉 以上の構成のワーク拡管工具駆動装置であれば、ロボッ
トアームを予め設定されたデータに基いて動作させるこ
とにより拡管工具とワークとをある程度近接した状態に
することができる。即ち、拡管工具とワークとの距離に
ついてはある程度の誤差を有する状態ではあるが、距離
以外の相対位置関係については正確に制御された状態に
なる。

そして、この状態においてエアシリンダ装置を動作させ
ることにより拡管工具をワークに向かって移動させるこ
とができる。この場合においてエアシリンダ装置による
拡管工具の移動範囲をある程度大きめに設定しておけ
ば、拡管工具が移動限界位置まで移動する前にワークに
到達するので、その後はエアシリンダ装置によって拡管
工具に所定の押圧力を与えることができ、この状態で拡
管工具自体を駆動することにより、所期の拡管加工を施
すことができる。この場合において、拡管工具に近接さ
せて、ワークの側板に近接する方向に移動付勢された移
動可能部材と、移動可能部材が付勢力に抗して移動され
たことを検出する確認機構とを有しているので、拡管工
具がワークの管体に挿通された場合にのみ拡管工具挿通
確認機構が動作して拡管加工を行なうことができる状態
であることを検出し、拡管加工を行なわせることができ
る。逆に、拡管工具がワークに挿通されていない場合に
は、拡管加工を行なうべきでないことを指示することが
できる。

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第３図は拡管加工が施されるべきワークの一例を示す斜
視図、第４図は縦断側面図であり、胴管（11）の両端部
に大径の側板（12）が固着されているとともに、胴管
（11）よりも長尺の複数本の小径パイプ（13）が両側板
（12）を貫通し得る状態でスライド可能に設けられてい
る。そして、胴管（11）の側面所定位置に熱交換用流体
を流通させるための１対の出入口座（14）が固着されて
いる。尚、側板（12）の周縁寄り部には、拡管作業を行
なう場合に基準位置を設定するための位置決め用の孔
（12a）が形成されているとともに、上記位置決め用の
孔（12a）と異なる位置に連結用のねじ孔（12b）が形成
されている。

第１図は拡管工具駆動装置の一実施例を示す概略斜視
図、第２図は拡管工具駆動装置の要部を示す拡大側面図
であり、直交座標型産業用ロボット（２）にエアシリン
ダ装置（３）、拡管工具（４）および挿通確認機構
（５）が装着されている。

さらに詳細に説明すると、直交座標型産業用ロボット
（２）は、Ｘ軸駆動部（2x）が所定位置に固定されてお
り、さらに、Ｘ軸駆動部（2x）により移動させられるＺ
軸駆動部（2z）が設けられているとともに、Ｚ軸駆動部
（2z）により移動させられるＹ駆動部（2y）が設けられ
ている。したがって、各軸駆動部の動作をそれぞれ制御
することにより３次元的に高精度の位置決めを達成する
ことができる。

エアシリンダ装置（３）は、シリンダ本体が上記Ｙ軸駆
動部（2y）の端部寄り所定位置に固定されている。

拡管工具（４）は、本体内部に設けられた電動機（図示
せず）の回転が直接または減速された状態で伝達される
出力軸（41）を有しているとともに、出力軸（41）の先
端部に支持部材（42）を介して拡管用のマンドリル（4
3）を有している。さらに、上記本体は、スライドベー
ス（44）を介してＹ軸駆動部（2y）にスライド可能に連
結されているとともに、エアシリンダ装置（３）のピス
トン軸と連結されている。

挿通確認機構（５）は、拡管工具（４）の本体に一体的
に連結され、かつ出力軸（41）と平行に延びる基軸（5
1）を有しているとともに、基軸（51）の先端部に挿通
確認用のリミットスイッチ（52）および大径フランジ
（53）を有している。そして、大径フランジ（53）を貫
通する軸（54）のリミットスイッチ側端部にリミットス
イッチ（52）を動作させるためのドッグ（55）を有して
いるとともに、反対側の端部にワーク（１）の拡管加工
面に圧接させられる作用平板（56）を有しており、しか
も、軸（54）には作用平板（56）をワーク（１）に近接
する方向に付勢するコイルばね（57）を有している。こ
こで、軸（54）、ドッグ（55）および作用平板（56）が
移動可能部材を構成しており、リミットスイッチ（52）
が確認機構を構成している。

また、図示しないワーク支承機構は、拡管工具（４）に
より小径パイプ（13）に対して拡管加工を施す場合にお
ける小径パイプ（13）の自転を阻止するためのウレタン
ゴム層等が側板（12）に接触する状態で設けられてい
る。

上記の構成の拡管工具駆動装置の動作は次のとおりであ
る。

ワーク（１）がある程度の位置決め精度で図示しないワ
ーク保持機構により保持された状態でおいて、直交座標
型産業用ロボット（２）を予め設定された動作パターン
に基いて動作させることにより、拡管工具（４）のマン
ドリル（43）を何れかの小径パイプ（13）と正対させ
る。

この状態においてエアシリンダ装置（３）を動作させる
ことにより、拡管工具（４）を全体としてワーク（１）
の方向に移動させ、小径パイプ（13）とマンドリル（4
3）との軸心が一致していることを条件としてマンドリ
ル（43）の先端を小径パイプ（13）に挿通することがで
きる。そして、マンドリル（43）が小径パイプ（13）に
挿通されれば作用平板（56）がワーク（１）の側板（1
2）に圧接されるので、コイルばね（57）の付勢力に抗
して軸（54）が移動させられ、ドッグ（55）によりリミ
ットスイッチ（52）が切替え動作させられて、マンドリ
ル（43）の挿通状態が確認される。

次いで、電動機に通電することによりマンドリル（43）
を回転させ、小径パイプ（13）の端部を拡管させること
により側板（12）に対する固定が行なわれる。

尚、この場合において挿通確認が行なわれた時点におけ
るエアシリンダ装置（３）の動作量が基準量に対して増
減していても、マンドリル（43）の小径パイプ（13）に
対する押圧力は一定に保持されるのであるから、均一な
拡管加工が行なわれることになる。

その後はエアシリンダ装置（３）を復動させ、直動型産
業用ロボット（２）を動作させることにより他の小径パ
イプ（13）に対応する位置まで拡管工具（４）を移動さ
せ、この状態で上記一連の動作を行なわせることにより
上記小径パイプ（13）の端部が拡管させられ、側板（1
2）に対する固定が行なわれる。

以下、同様にして全ての小径パイプ（13）の端部が拡管
され、側板（12）に対して固定される。

但し、上記一連の動作を行なっている間において、マン
ドリル（43）が小径パイプ（13）に挿通されなかった場
合、即ち拡管工具（４）とワーク（１）の小径パイプ
（13）とが正対していなかった場合には、作用平板（5
6）が側板（12）に圧接させられることがないのである
から、マンドリル（43）が挿通されていないことを認識
することができる。したがって、このような場合には、
図示しないティーチペンダント等により上記位置ずれを
解消させるべく直交座標型産業用ロボット（２）の動作
を補正することによりマンドリル（43）が小径パイプ
（13）に挿通され得るようにすることができる。

また、小径パイプ（13）を他方の側板（12）に固定する
場合には、図示しない支承機構によりワーク（１）を18
0°だけ回転させ、こ状態において上記一連の動作を行
なわせればよい。

第５図はワークを位置決めするための装置の一例を示す
側面図、第６図は第５図のV-V線断面図であり、所定位
置にワーク（１）を支承するための支承機構（６）が設
けられているとともに、支承機構（６）を中心として互
いに対向する所定位置にシリンダ装置（７）（８）が設
けられている。そして、各シリンダ装置（７）（８）に
供給する圧力流体の流路を制御する切替弁（71）（81）
および流体ポンプ（72）（82）が設けられている。ま
た、上記支承機構（６）を中心として対称位置にワーク
（１）を自転させる１対ずつのワーク支持ローラ（73）
（83）が設けられているとともに、一方のシリンダ装置
（８）の側のワーク支持ローラ（83）の間に自転位置検
出機構（９）が設けられている。さらに、上記シリンダ
装置（８）が支承機構（６）に対して退避可能に設けら
れているとともに、シリンダ装置（８）が退避した状態
において上記直交座標型産業用ロボット（２）により拡
管工具（４）がワーク（１）と正対させられるようにし
ている。

さらに詳細に説明すると、上記支承機構（６）は、基部
（61）に１対の回転アクチュエータ（62）が設けられて
いるとともに、基部（61）の上部に回転アクチュエータ
（62）により回転させられる回転テーブル（63）が設け
られている。そして、回転テーブル（63）の上面中央部
にワーク（１）をスライドのみ可能に支承する支承部材
（64）が設けられている。

上記シリンダ装置（７）は、第７図に示すように、互に
直列状に連結された１対のシリンダ装置（74）（75）か
ら構成されており、一方のシリンダ装置（74）のピスト
ン軸（74a）が支承機構（６）から離れる方向に突出さ
せられているとともに、ピストン軸（74a）の先端部が
機枠（15）の所定位置に連結されている。そして、他方
のシリンダ装置（75）のピストン軸（75a）が支承機構
（６）に近接する方向に突出させられているとともに、
他方のシリンダ装置本体（75b）が上記一方のシリンダ
装置本体（74b）と一体的に連結されている。さらに、
上記他方のシリンダ装置（75）のピストン軸（75a）の
先端部に、ワーク（１）の側板（12）より大径の押圧板
（76）が連結されており、しかも押圧板（76）の先端面
にウレタンゴム層（76a）が一体的に設けられている。
上記シリンダ装置（８）は、上記シリンダ装置（７）よ
りも発生させる駆動力が小さい点、第８図に示すよう
に、ウレタンゴム層を有していない点、押圧板（86）が
２枚に区分されているとともに、支承機構側の押圧板
（86b）が他方のシリンダ装置（85）により移動させら
れる点および他方の押圧板（86c）が押圧板（86b）を貫
通する突部（86d）を有している点が異なるだけで、他
の部分の構成は同一であるから説明を省略する。

上記切替弁（71）は、シリンダ装置（74）に対する流体
流路を切替える切替弁（71a）およびシリンダ装置（7
5）に対する流体流路を切替える切替弁（71b）とから構
成されており、それぞれソレノイド（71c）（71d）によ
り動作させられる。上記切替弁（81）の構成も同様であ
るから説明を省略する。

上記ワーク支持ローラ（73）は、上記シリンダ装置
（７）を支持する機枠（15）の所定位置に互に所定距離
だけ離れた状態で設けられており、支承機構（６）に対
向する側に大径フランジ（73a）が一体形成されてお
り、側板（12）が大径フランジ（73a）よりも外側に位
置する状態でワーク（１）を支承できるようにしてい
る。そして、図示しない駆動源により両ワーク支持ロー
ラ（73）に回転駆動力を伝達できるようにしている。上
記ワーク支持ローラ（83）の構成も同様であるから説明
を省略する。

上記自転位置検出機構（９）は、第９図に示すように、
機枠（15）の所定位置に固定したシリンダ装置（91）に
より昇降されるカムフォロワ（92）、センサユニット
（93）およびセンサ駆動用のシリンダ装置（94）とを有
している。さらに詳細に説明すると、上記カムフォロワ
（92）とセンサユニット（93）とは、シリンダ装置（9
1）により上昇させられてカムフォロワ（92）が側板（1
2）の外周面に圧接させられた状態において、側板（1
2）の外周寄り部に形成した位置決め用の孔（12a）と正
対し得るように相対位置関係が設定されている。そし
て、この状態においてシリンダ装置（94）によりセンサ
ユニット（93）を水平移動させて側板（12）の外面に圧
接させることができる。

上記の構成のワーク位置決め装置の動作は次のとおりで
ある。

押圧板（76）（86）が互に最も離れるようにシリンダ装
置（７）（８）を駆動した状態において、図示しない搬
送装置によりワーク（１）が供給され、支承機構（６）
に支承される。この際ワーク（１）は両ワーク支持ロー
ラ（73）（83）に支承できない位置にずれている場合が
あるので、シリンダ装置（74）（84）により押圧板（7
6）（86）を押出してワーク（１）を挟圧して支承部材
（64）上でスライドさせ、ワーク支持ローラ（73）（8
3）に支承可能とする。次に押圧板（86）がシリンダ装
置（84）により最も離れるように移動させた状態におい
てワーク支持ローラ（73）（83）がシリンダ装置（77）
（87）により上昇させられ、ワーク（１）を支承する
（第10図Ａ参照）。

次いで、シリンダ装置（84）を駆動することにより押圧
板（86）を、突部（86d）が側板（12）に圧接させられ
るまで移動させる。ここで、シリンダ装置（74）により
発生させられる駆動力がシリンダ装置（84）により発生
させられる駆動力よりも大きいのであるから、胴管（1
1）および側板（12）は押圧板（76）のウレタンゴム層
（76a）を基準として仮に位置決めされる（第10図Ｂ参
照）。

但し、この状態において、押圧板（76）の側の側板（1
2）から突出していた小径パイプ（13）については側板
（12）の外面まで押込まれているが、もともと側板（1
2）よりも凹入していた小径パイプ（13）については何
ら位置決めが行なわれないことになる。

しかし、この状態でシリンダ装置（85）を駆動すれば、
押圧板（86b）が突部（86d）の先端とほぼ一致する位置
まで移動し、上記位置決めされていなかった小径パイプ
（13）を移動させることにより、全ての小径パイプ（1
3）が位置決めされた状態（第10図Ｃ参照）を得ること
ができる。

そして、最後にシリンダ装置（75）を駆動することによ
りワーク（１）をさらに移動させれば、ワーク支持ロー
ラ（73）の大径フランジ（73a）と押圧板（76）との間
に側板（12）が挟圧され（第10図Ｄ参照）外力の影響に
起因するワーク（１）の位置ずれを確実に防止すること
ができる。

この結果、ワーク（１）の長手方向における位置決めを
正確に行ない、しかも位置決め状態を保持し続けること
ができる。

また、ワーク（１）の回転位置決めについては、上記長
手方向の位置決めを行なっている間に行なわれるのであ
り、具体的には、先ず、シリンダ装置（97）りワーク押
えローラ（96）を下降させてワーク（１）を下向きに押
圧させる。この状態において、第11図Ａに示すように、
当初はカムフォロワ（92）が側板（12）よりも十分に下
降した状態であるが、第11図Ｂに示すように、ワーク支
持ローラ（83）の間に位置するシリンダ装置（91）を駆
動させることによりカムフォロワ（92）およびセンサユ
ニット（93）を上昇させ、カムフォロワ（92）を側板
（12）の周面に圧接することによりセンサユニット（9
3）の高さを正確に設定する。即ち、ワーク（１）はワ
ーク押えローラ（96）により下向きに押圧されているの
であるから、ワーク（１）が浮上ることを確実に阻止
し、正確な位置決めを達成することができる。その後
は、シリンダ装置（94）を駆動することによりセンサユ
ニット（93）を側板（12）の外面に圧接させ（第11図Ｃ
参照）、位置決め用の孔（12a）およびねじ孔（12b）の
位置を検出し得る状態とする。

したがって、その後は、ワーク支持ローラ（73）（83）
を回転駆動することにより、ワーク（１）を回転させ、
センサユニット（93）により位置決め用の孔（12a）お
よびねじ孔（12b）を検出した自転でワーク支持ローラ
（73）（83）を停止させることにより、ワーク（１）の
回転位置決めを行なうことができる。

以上のように長手方向の位置決めおよび回転位置決めが
行なわれた後は、図示しない退避機構によりシリンダ装
置（８）を退避させ、次いで直交座標型産業用ロボット
（２）を予め設定されたプログラムに基いて動作させる
ことにより、拡管工具（４）のマンドリル（43）をワー
ク（１）の何れかの小径パイプ（13）と正対させること
ができる。

したがって、この状態においてエアシリンダ装置（３）
を動作させれば、ワーク（１）の長さが変動することに
起因して、直交座標型産業用ロボット（２）により位置
決めされた拡管工具（４）とワーク（１）の側板（12）
との距離が変動しても、拡管工具（４）のマンドリル
（43）を確実に小径パイプ（13）に挿通することがで
き、しかも上記距離の変動に拘らず所定の押圧力を与え
ることができる。

その後は、電動機に通電すればよく、マンドリル（43）
を回転させることにより小径パイプ（13）の端部を拡管
し、側板（12）に固定することができる。即ち、この場
合には、小径パイプ（13）の一方の端部がウレタンゴム
層（76a）に圧接させられている関係上、小径パイプ（1
3）の自転が阻止され、確実な拡管加工を行なわせるこ
とができる。

そして、全ての小径パイプ（13）に対して順次拡管工具
（４）を位置決めし、上記の動作を反復することによ
り、全てての小径パイプ（13）を側板（12）に固定する
ことができる。

以上のようにして一方の側板（12）から突出させられた
小径パイプ（13）の拡管処理を行なった後は、シリンダ
装置（７）および拡管ロボットを退避させてからシリン
ダ装置（77）（87）によりワーク支持ローラ（73）（8
3）を下降させてワーク（１）を支承部材（64）のみて
支承させ、この状態において回転アクチュエータ（62）
により回転テーブル（63）を180°回転させ、再び上記
一連の処理を行なうことにより、他方の側板（12）から
突出した小径パイプ（13）の他方の端部に対する拡管加
工をも行ない、他方の側板（12）に固定することができ
る。この結果、全ての小径パイプ（13）が、両端部を拡
管処理させられることにより、側板（12）に対して確実
に固定させられることになる。したがって、上記ワーク
（１）を熱交換器として機能させる場合に流体洩れを確
実に阻止することができる。

尚、この考案は上記の実施例に限定されるものではな
く、例えば、拡管工具（４）を、関節型産業用ロボット
に装着することも可能であり、その他、この考案の要旨
を変更しない範囲内において種々の設計変更を施すこと
が可能である。

〈考案の効果〉 以上のように第１の考案は、拡管工具が挿通されたか否
かを識別することができるので、挿通された場合にのみ
拡管加工を行なわせることができるという特有の実用的
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は拡管工具駆動装置の一実施例を示す概略斜視
図、 第２図は拡管工具駆動装置の要部を示す拡大側面図、 第３図は拡管加工が施されるべきワークの一例を示す斜
視図、 第４図は縦断側面図、 第５図はワークを位置決めするための装置の一例を示す
側面図、 第６図は第５図のV-V線断面図、 第７図および第８図は、それぞれシリンダ装置の構成を
詳細に示す側面図、 第９図は自転位置検出機構の構成を詳細に示す概略図、 第10図Ａ〜Ｄはワークの長手方向の位置決め動作を説明
する図、 第11図Ａ〜Ｃは自転位置検出機構の動作を説明する図。 （１）……ワーク、（２）……直交座標型産業用ロボッ
ト、（３）……エアシリンダ装置、（４）……拡管工具

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭61−195819（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−183934（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の拡管加工が施されるべき管体（13）
   およびこの管体（13）の端部を支持する側板（12）を有
   するワーク（１）を基準として予め設定された位置まで
   拡管工具（４）を移動させるロボット本体（２）を有し
   ているとともに、ロボット本体（２）の先端部にエアシ
   リンダ装置（３）を有しており、エアシリンダ装置
   （３）によりワーク（１）の管体（13）に圧接させられ
   る拡管工具（４）を有しており、さらに、拡管工具
   （４）に近接させて、ワーク（１）の側板（12）に近接
   する方向に移動付勢された移動可能部材（54）（55）
   （56）を有しているとともに、移動可能部材（55）が付
   勢力に抗して移動されたことを検出する確認機構（52）
   を有していることを特徴とするワーク拡管工具駆動装
   置。