JPH09272025A - 自動嵌合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 嵌合作業の自動化によって嵌合時間を短縮
し、更に段付き軸への複数の穴部材の嵌合作業も効率的
に自動化できる自動嵌合装置。 【解決手段】 被嵌合部品２に対し移動及び位置決め可
能なアーム２５に設けた把持装置１０で穴部材１を把持
固定して被嵌合部品へ穴部材を挿入する自動嵌合装置に
おいて、被嵌合部品の軸端面３と嵌合開始部４の三次元
位置を自動計測する手段３０を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベアリング・カッ
プリング・ギヤ等の嵌挿穴を有する穴部材を軸に嵌合す
る作業を自動的に行う自動嵌合装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動嵌合技術として、例えば、特
開昭４９−１００６６７号には、位置決め機構と物体保
持機構とこれらを柔軟に結合する機構を持ち、この保持
機構の保持する物体に加わる外力によって保持機構と位
置決め機構の相対位置関係が変化しうるように構成され
た自動挿入組立装置において、物体挿入方向に生じる相
対位置変化を感圧素子等を用い、少なくとも３値以上の
段階信号として検出できる相対変位検出器を配して、挿
入物体に加わる反力をほぼ一定に保つように構成した自
動挿入組立装置が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の装置は、被嵌合部品（軸）の挿入装置との位置関
係が、挿入装置に予め指示されているものであり、従っ
て、任意位置に設置された被嵌合部品（軸）に対して
は、挿入動作を行うことができないという問題がある。

【０００４】また、実際に行われている軸径が６０φと
いうような嵌合の場合の軸形状は、例えば、ある長さを
持つ軸先端の軸径が５０φで次段の嵌合部分の軸径が６
０φというような、いわゆる段付き軸が大多数であっ
て、この軸先端の端面部には穴部材であるカップリング
を嵌合し（通常、カップリングを介しその先には軸駆動
用のモータ等が連結される）、次段の嵌合部分には別の
穴部材であるベアリングを嵌合し、次次段の更に軸径の
大きい嵌合部分には別の穴部材であるギヤを嵌合すると
いうような構造となっているが、このように複数の穴部
材を嵌合する作業の場合は、長手方向にある程度の距離
を置いて存在する軸端面と次段の嵌合開始部分等の、そ
れぞれの三次元位置を正確に把握できないと、適確で効
率的な自動嵌合作業の制御が不可能になるという問題が
ある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、任意位置に設置
された被嵌合部品（軸）に対しても位置を正確に自動的
に計測して嵌合作業を自動化できると共に、実際の被嵌
合部品の大多数を占める段付き軸に複数の穴部材を嵌合
する嵌合作業も同様に、自動的に効率的に実施できる自
動嵌合装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、上下および左右２対の透過型レーザセン
サにより軸断面影を検出する投光／受光装置、もしくは
スポット式レーザ変位計または位置計測用カメラ等によ
って、被嵌合部品の軸端面および嵌合開始部分の三次元
位置を自動的に計測する手段を構成している。

【０００７】本出願に係る発明の目的を実現する構成
は、請求項１に記載のように、被嵌合部品に対し移動お
よび位置決め可能なアームに設けた把持装置で穴部材を
把持固定して被嵌合部品へ穴部材を挿入する嵌合装置に
おいて、被嵌合部品の軸端面および嵌合開始位置の三次
元位置を自動計測する手段を備えたことを特徴とする自
動嵌合装置にある。

【０００８】この構成によれば、段付き被嵌合部品の軸
端および嵌合開始部分に複数の穴部材を嵌合するような
場合にも、予め自動的に軸端面および嵌合開始部分の三
次元位置を計測してそれぞれの嵌合位置を合わせるの
で、段付き被嵌合部品に複数の穴部材を嵌合する嵌合作
業等の自動化が容易になる。

【０００９】本出願に係る発明の目的を実現する具体的
な構成は、請求項２に記載のように、前記三次元位置を
自動計測する手段は、左右および上下２対の透過型レー
ザセンサにより断面影を検出する投光／受光装置または
スポット式レーザ変位計または被嵌合部品を撮影して画
像処理する位置計測用カメラにより構成することを特徴
とする請求項１記載の自動嵌合装置にある。

【００１０】この構成によれば、レーザセンサユニット
から軸の上下および左右の２方向で投受光する投光／受
光型の投光／受光装置によって軸の断面影を検出して、
軸端面および次段の嵌合開始部分の三次元位置を求める
ことができる。

【００１１】又は、スポットレーザ方式でスポット投光
により走査して、反射受光するスポット式レーザ変位計
を用いても、軸の外径を検出して軸端面および次段の嵌
合開始部分の三次元位置を求めることができる。

【００１２】又は、長手方向から位置計測用カメラによ
って撮影した軸画像の画像処理によっても、軸端面およ
び次段の嵌合開始部分の三次元位置を求めることができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係
る自動嵌合装置の構成図である。図２は図１に示す把持
装置の断面図である。

【００１４】図１（ａ）は自動嵌合装置の全体構成図で
あり、挿入を行う嵌合装置２０の先端に設けた把持装置
１０にて嵌合部品である穴部材１を把持し、被嵌合部品
である軸２に嵌合挿入動作を行う。被嵌合部品２は段付
き軸であり、例えば、カップリングを嵌合する軸端面３
側の小軸径の部分と、次段のベアリングを嵌合する嵌合
開始部４の大軸径の部分との間に段差がある。計測装置
３０はレーザセンサによる投光／受光装置（スポット式
レーザ変位計、もしくは位置計測用カメラ等でもよい）
により、嵌合前に自動的に軸２の軸端面３と嵌合開始部
４で示す軸心位置および軸径等を計測して、挿入時の位
置調整用データとする。

【００１５】図１（ｂ）は把持装置の拡大斜視図であ
り、図示のように、把持装置１０は把持固定爪１０ａに
よって穴部材１を把持している。また、把持装置１０と
位置決めアーム２５の間に、挿入時の偏角修正用の受動
コンプライアンス要素１５と、荷重検出用の力覚センサ
１６を配置している。

【００１６】図２は図１（ｂ）に示す把持装置の断面図
であり、図２のように把持装置１０で穴部材１を把持し
た状態で軸方向へ前進させて軸２と接触した時に、力覚
センサ１６に発生する力およびモーメントの検出値を使
用して、位置決めアーム２５を調整し、穴部材１と軸２
が最適な位置関係になるように穴部材１の位置を補正し
ながら、芯合わせと偏角修正を行い、初期挿入を行う手
順となる。

【００１７】図３は図１に示す被嵌合部品を計測する計
測装置の側面図である。図４は図３に示す矢視Ａによる
計測装置の正面図であるつぎに図３、図４を参照して動
作について説明する。図１に示すように、段付き軸２を
囲むように計測装置３０の四角い枠型をしたレーザセン
サユニットを配設している。レーザセンサユニット内に
は図４に示すように、投光側のレーザダイオードと受光
トランジスタを組合わせたレーザセンサ３１を垂直（上
下）方向と、水平（左右）方向に２対配設している。且
つ、レーザセンサ３１はラインセンサ構成として、上下
左右の四角の辺全長をカバーし軸径全体を直接検出でき
るようになっている。

【００１８】軸２の三次元位置の自動計測の手順は、図
３に示すように、計測装置３０のレーザセンサユニット
によって、軸端面３の位置より軸２の長手方向へ向かっ
て走査することにより、図４に示すように、先ず軸端面
３位置の軸径３２を検出する。次に、そのまま長手方向
へスキャンして行くと、図３上の嵌合開始部４位置で
は、予め作業開始前に計測して装置側に記憶されている
今回使用する穴部材１の内径寸法に等しい軸外径とし
て、つまり図４に示す嵌合開始部４位置の軸径３３が検
出される。

【００１９】図４に示すような軸径３３が検出された
ら、検出装置３０はレーザセンサ３１による検出データ
中、上下、左右の各最長データ位置の照合等で中心点４
位置を求め記憶する。また、レーザセンサユニットに対
し軸２が正確に直交している場合の軸径標準値と、軸２
がＹ軸方向あるいはＺ軸方向に傾斜している場合の検出
径寸法の比較または、軸端面３と嵌合開始部４の三次元
座標値等によって、軸２の傾斜度を算出し記憶する。軸
端面３位置の中心点と傾斜度も同様とし、軸端面３と嵌
合開始部４の間隔距離も記憶する。この記憶データによ
って位置決めアーム２５を調節して穴部材１の位置およ
び移動軌跡を決める。

【００２０】以上、透過型のいわゆるフォトインタラプ
タ型のレーザセンサによるラインセンサ構成の自動計測
装置について説明したが、部品点数を削減できる次に示
す反射型の装置によっても自動計測は可能である。

【００２１】図５は計測装置にスポット式レーザ変位計
を用いた説明図である。図５では、ラインセンサ構成の
レーザダイオード群ではなく、スポット構成のレーザダ
イオードを用い反射受光型のいわゆるフォトリフレクタ
型のスポット式レーザ変位計４０により、上下又は左右
にスキャンして軸端径３２、軸外径３３等を検出するも
のである。従って、ここでは軸径を検出するための上下
又は左右へのスキャンと、長手方向に向かい軸端面３と
嵌合開始部４の位置、間隔を求めるためのスキャンと、
スキャン回数が増えるので、先の透過型の装置に比較し
て部品点数は削減できるが処理時間は長くなる。

【００２２】その他、よく使用される装置としては位置
計測用のＣＣＤカメラ等がある。位置計測用のカメラは
軸２を撮影して、計測装置で画像処理するものであり、
撮影操作そのものは簡単であるが、カメラ位置を動かす
と基準値の補正が必要になったり、位置読出し精度をよ
り高精度なものにするには複数のカメラを用いて相対的
な位置データ検出を行う必要がある等の問題はある。以
上３つの位置計測装置について説明したが、これら以外
のものでも、例えば接触式位置検出方式や磁気式位置検
出方式等でも、さらに、これらの組み合わせ（例えば、
上下，左右の一方のみを測定するコ形状の透過型レーザ
センサ＋スポット式レーザセンサ、または、上下，左右
の一方のみを測定するコ形状の透過型レーザセンサ＋接
触式位置検出方式等）でも同様な効果が得られる装置で
あれば使用可能である。

【００２３】以上のような計測装置３０により計測した
軸２の三次元位置データを基に、図１に示すように、嵌
合装置２０の位置決めアーム２５を前方軸方向へ移動さ
せ把持装置１０で把持した穴部材１を軸２に向けて前進
させる。この場合、予め確認した軸２の位置データに基
づいて穴部材１の傾斜を補正しながら、位置決めアーム
２５を移動させるので、軸芯合わせは微調整で済む範囲
の嵌合開始位置に移動させることができる。

【００２４】位置決めアーム２５によって嵌合開始位置
まで移動したら、穴部材１を軸２に当接させ、把持装置
１０と位置決めアーム２５の間に設置した力覚センサ１
６に発生する力およびモーメントの検出値を使用して、
穴部材１と軸２が最適な位置関係になるように穴部材１
の位置を補正しながら軸芯合わせを行う。

【００２５】軸芯合わせが終了したら、基本的には嵌合
装置２０を前進させることで挿入可となるが、微調整と
して、軸２と挿入移動軸との間に角度ズレがある場合
は、嵌合装置２０と把持装置１０との間に設けられた受
動コンプライアンス要素１５による角度ズレ吸収と、力
覚センサ１６による穴部材１への外力情報に基づく芯ズ
レ修正動作を行って、所定位置まで穴部材１を挿入し嵌
合する。このようにして、段付き軸の挿入の場合も記憶
している軸端面３と嵌合開始部４の位置の三次元位置デ
ータを用いて、自動的にスムースな嵌合作業が可能にな
る。

【００２６】このような本実施の形態によれば、予め軸
２の軸端面３と次段の嵌合開始部４の三次元位置を自動
で計測して、位置情報を基に嵌合作業を進めるようにし
たので、任意位置に設定された軸２に対する挿入作業の
自動化が可能になり、特に段付き軸２に対する複数の穴
部材の嵌合作業の自動化も容易になる。

【００２７】また、軸端面３と嵌合開始部４の両方の三
次元位置を求めて、傾斜している軸２に対しても挿入装
置２０で位置を補正しながら穴部材１を嵌合開始位置ま
で移動するので、穴部材１と軸２の無駄な接触を避け軸
芯合せの時間を短縮して効率の良い嵌合作業が可能にな
る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
軸に対し移動および位置決め可能なアームに設けた把持
装置で穴部材を把持固定して軸へ挿入する嵌合装置にお
いて、軸の軸端面と次段の嵌合開始部分の三次元位置
を、透過型のレーザセンサ、スポット式レーザ変位計ま
たは位置測定用カメラ等を用いて自動計測する手段を備
えたので、種々の軸に対する穴部材の嵌合作業が人手を
介さずに実施できるようになり、特に段付き軸への複数
の穴部材の嵌合作業も効率的に自動化できるようになっ
たために、高熱・重筋下での作業から作業者を解放す
る、いわゆる３Ｋ作業の排除が可能になると共に、これ
まで相当の熟練を要した作業を機械に代替えさせて省力
化を達成し、顕著な改善効果を挙げることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る自動嵌合装置の構
成図である。

【図２】図１に示す把持装置の断面図である。

【図３】図１に示す被嵌合部品を計測する計測装置の側
面図である。

【図４】図３に示す矢視Ａによる計測装置の正面図であ
る。

【図５】図１に示す計測装置にスポット式レーザ変位計
を用いた説明図である。

【符号の説明】

１ 穴部材 ２ 被嵌合部品 ３ 軸端面 ４ 嵌合開始部 １０ 把持装置 １５ 受動コンプライアンス要素 １６ 力覚センサ ２０ 嵌合装置 ２５ 位置決めアーム ３０ 計測装置 ３１ レーザセンサ ３２ 軸端外径 ３３ 嵌合開始部軸外径 ４０ レーザ変位計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園田 正博 木更津市中里２丁目11番７号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被嵌合部品に対し移動および位置決め可
   能なアームに設けた把持装置で穴部材を把持固定して被
   嵌合部品へ穴部材を挿入する嵌合装置において、被嵌合
   部品の軸端面および嵌合開始部分の三次元位置を自動計
   測する手段を備えたことを特徴とする自動嵌合装置。
2. 【請求項２】 前記三次元位置を自動計測する手段は、
   左右および上下２対の透過型レーザセンサにより断面影
   を検出する投光／受光装置またはスポット式レーザ変位
   計または被嵌合部品を撮影して画像処理する位置計測用
   カメラにより構成することを特徴とする請求項１記載の
   自動嵌合装置。