JPH09277123A - 自動嵌合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 嵌合時間を短縮して焼き嵌めにおいても嵌合
の失敗を無くし、高速挿入時の衝撃から力覚センサを保
護することも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、穴部材が被嵌合部品に設定量挿入された後、コ
ントローラ４により把持装置による穴部材の把持固定を
開放し軸方向へのみ押圧して、被嵌合部品への挿入を高
速で行う嵌合装置において、高速挿入を開始すると、コ
ントローラ４より被嵌合部品支持装置３０の台車３１を
逃がして衝撃を緩和するように制御する、被嵌合部品の
挿入方向への保持固定力を緩減させる手段を有してい
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
る装置に関し、特に、嵌挿穴が常温において軸径よりも
小さい、いわゆる「焼き嵌め」作業を自動的に行う自動
嵌合装置に関する。

【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、嵌合物としての軸または穴部材が室温の
状態で嵌合を行うもので、挿入時間に制約がなく制御に
時間が掛かっても支障はなかったが、嵌合の対象が焼き
嵌めの場合は嵌合が始まると、穴部材と被嵌合物の間で
熱の伝達が発生して急激に嵌合隙間が少なくなり、甚だ
しい場合には嵌合の途中で締まり嵌めの状態になってし
まって、嵌合が失敗する事態が発生するという問題があ
った。

【０００４】そこで、本発明の目的は、嵌合の対象が焼
き嵌めの場合にも嵌合を始めて途中で締まり嵌めの状態
にならないように、短時間の間に被挿入部品への挿入を
高速にて行い、且つ挿入時の力覚センサへの大負荷発生
による障害よりセンサを保護し、焼き嵌め作業の自動化
を達成する自動嵌合装置を提供することにある。

【０００５】

【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、穴部材が被嵌合部品に設定量挿入された
後に把持装置による穴部材の把持固定を開放し軸方向の
み押圧して被嵌合部品への挿入を高速にて行い、高速挿
入による衝撃を緩和すべく被嵌合部品の保持固定力を緩
減させるように構成している。

【０００６】本出願に係る発明の目的を実現する構成
は、被嵌合部品に対し移動および位置決め可能なアーム
を設けた把持装置で穴部材を把持固定し、穴部材が被嵌
合部品に設定量挿入された後に把持装置による穴部材の
把持固定を開放し軸方向のみ押圧して被嵌合部品への挿
入を高速にて行う嵌合装置において、高速挿入を開始す
ると前記被嵌合部品の挿入方向への保持固定力をある設
定値以下に緩減させる手段を備えたことを特徴とする自
動嵌合装置にある。

【０００７】この構成によれば、嵌合する穴部材と被嵌
合部品の軸芯を合わせて初期挿入を行い、予め設定され
た一定量挿入された後は把持装置による穴部品の把持固
定を開放して軸芯合わせの制御を解除し、軸方向のみ押
圧させて被嵌合部品への挿入を高速で行うと共に、被嵌
合部品の挿入方向への保持固定力を緩減させることによ
り、高速挿入完了時の力覚センサへの大負荷発生による
障害より力覚センサを保護することが可能になり、挿入
時間に制約があるベアリング、カップリング等のいわゆ
る「焼き嵌め」作業が自動化できる。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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はその把持固定爪１０
ａによって穴部材１を把持している。また、把持装置１
０と位置決めアーム２５の間には、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１
６を配している。

【００１１】図２は図１（ｂ）に示す把持装置の断面図
であり、図２（ａ）は穴部材の把持状態を示す断面図
で、図２（ｂ）は開放した状態を示す断面図である。図
２（ａ）に示すように穴部材１を把持した状態でＹ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、図１
（ａ）に示す制御系の前進距離演算装置３でＸ，Ｙ，Ｚ
軸直交型ロボット制御における駆動量を演算し、コント
ローラ４を介してモータ駆動装置５のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の各モータを演算量に基づいて駆動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、初期挿入に移る。

【００１２】引き続いて、穴部材１と軸２の挿入量が設
定値に達したら、図２（ｂ）のように、コントローラ４
を介し把持装置１０による穴部材１への把持固定を、把
持固定爪１０ａを開放状態にして開放し（軸芯合わせの
制御を切り嵌合時間の短縮を図るため）、挿入方向にの
み押圧して高速で挿入し、挿入完了検知はセンサ１６の
検出値によって判定する。このように高速にて挿入を行
うため挿入終了時、あるいは挿入途中にカジリ等が発生
した場合、力覚センサ１６へ急激な大負荷が発生し破損
の恐れが生じるので、高速挿入時にコントローラ４は、
軸２の支持装置３０の台車３１を支持している圧力等を
制御することによって、軸２の挿入方向の保持固定力を
調節し、挿入時の衝撃が力覚センサ１６の許容量以下
（動作定格範囲内）に減少するように制御して、力覚セ
ンサ１６の保護を図る。

【００１３】図３は図１に示すコントローラによる嵌合
動作のフローチャートである。図４は図１に示すコント
ローラの軸芯合わせの説明図である。

【００１４】つぎに図３、図４を参照して動作について
説明する。図４（ａ）に示すように、焼き嵌めでは予め
三次元位置計測装置（図示していない）による軸２の計
測位置に合わせて、加熱した穴部材１を対向させ嵌合を
開始し、位置決めアーム２５を前方Ｙ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（Ｓ１）。

【００１５】力覚センサ１６の力覚値が、所定しきい値
Ａ未満か？を判定する（Ｓ２）。力覚値がしきい値Ａ未
満なら穴部材１と軸２が当接していないと判断して、続
けてＹ軸方向へ前進を続ける。

【００１６】前進を続けて、図４（ｂ）に示すような位
置で穴部材１と軸２が当接したとすると、力覚センサ１
６の検出値は、その時点でしきい値Ａを超えるので制御
系（コントローラ４等）は双方の軸端当接と判断して、
そのＹ軸位置を記憶する（Ｓ３）。

【００１７】ここで、図４（ｂ）のように穴部材１と軸
２が軸芯ズレの状態で当接すると、接触により発生する
Ｘ軸（横方向）およびＺ軸（縦方向）回りのモーメント
の方向は、それぞれＸ軸およびＺ軸の軸芯ズレの方向に
より発生し、力覚センサ１６の検出値となって表れる、
この検出した力覚値から軸２の中心に対して穴部品１の
中心がＸ軸、Ｚ軸方向にどれだけズレているか識別可能
である。

【００１８】よって、軸端に当接し軸芯ズレが検出され
たら、検出した力覚値（ＭＸ：Ｘ軸方向モーメント、Ｍ
Ｚ：Ｚ軸方向モーメント）が、しきい値Ｂ未満か？の判
定を行う（Ｓ４）。

【００１９】判定の結果力覚値がしきい値Ｂを超えて軸
芯ズレが大きい場合は、一旦穴部材１を軸２と当接しな
い位置までＹ方向へ後退させ、Ｘ軸方向およびＺ軸方向
のズレ分をモータ駆動回路５を制御して補正する（Ｓ
５）。

【００２０】こうして、図４（ｃ）に示すような位置に
穴部材１と軸２の軸芯合わせが済んだ後、あるいは、Ｓ
４の判定で力覚値 ＜ しきい値Ｂの場合は、Ｓ３で記
憶しているＹ軸方向の当接位置まで再び前進させ挿入方
向へ向け挿入する（Ｓ６）。

【００２１】ここで、制御系は図４（ｄ）に示すよう
に、挿入量つまりＹ軸移動量が設定値（嵌合部材の寸法
等によって決まる）まで達したか？を判定する（Ｓ
７）。挿入量が設定値に達しない時は、Ｓ４に戻り軸芯
合わせの作業を繰り返す。

【００２２】図４（ｄ）に示す位置の設定値（例えば、
幅寸法の１／３程度）まで挿入制御が完了したら、図２
（ｂ）に示す状態のように、コントローラ４は把持装置
１０による穴部材１の把持を開放して、軸芯合わせの制
御を切る（Ｓ８）。制御を切ったらＹ軸方向へ高速で前
進させて、穴部材１が冷えないうちに挿入を図る（Ｓ
９）。

【００２３】高速挿入開始と同時にコントローラ４は、
例えば、軸支持装置３０の台車３１を支持しているエア
ーシリンダー（図示していない）に与える圧力等を減少
させる手段によって、つまり高速挿入の衝撃に対して台
車３１の逃げを可能にする等の方法によって、軸２の挿
入方向の保持固定力を緩減させ力覚センサ１６、装置部
品等を破損から保護する（Ｓ１０）。

【００２４】この場合、軸２の保持固定力を緩減させる
ためエアーシリンダーに与える圧力の制御量について
は、挿入衝撃を力覚センサ１６の許容動作定格（破損の
危険が生ずる限界値）を超えない範囲内に、緩減させる
ような制御値が保護対策上の目標値となる。

【００２５】図５はこの力覚センサの出力特性を示した
図である。図中、縦軸はセンサの出力レベルＦｒを表
し、横軸は穴部材のＹ軸方向の前進距離Ｙを表し、挿入
完了時に力覚センサ１６の出力が許容動作定格値Ｆｖを
超えると、装置は非常停止あるいは力覚センサ１６の破
損等の不祥事が発生する様子を示している。なお、緩減
手段としてはエアーシリンダーに与える圧力の制御に限
定するものでは無く、それ以外でも同様な効果のある手
段なら如何なる方式でも構わない。また、本実施の形態
では、軸支持装置３０を有した移動可能な台車３１を使
用しているが、軸支持装置３０に緩減手段（エアーベア
リング等）を有していれば、固定台であってもよい。

【００２６】こうして、図４（ｅ）の位置のように挿入
が完了したら、力覚センサ１６の軸挿入方向に掛かる力
覚値が、所定のしきい値Ｃ未満か？を判定して、力覚値
がしきい値Ｃより大きければ嵌合完了と判断して作業を
終わる（Ｓ１１）。ここで、軸２の挿入方向の保持固定
力を緩減させ、力覚センサ１６を保護し、嵌合完了後に
再び保持固定力を復帰させてもよい。

【００２７】このような本実施の形態によれば、焼き嵌
めを開始して短時間の間に軸芯合わせを完了させ、軸芯
を合わせたら余分な制御は中止して高速で穴部材１と軸
２の嵌合挿入を図り、高速挿入時の衝撃から力覚センサ
１６を保護するため軸２の挿入方向への保持固定力を緩
減させるようにしたので、従来の作業に比較して嵌合作
業に要する時間の大幅な短縮が可能になり、焼き嵌め作
業の場合にも冷えてしまって嵌合に失敗するといったこ
とが避けられ、挿入時間に制約があるベアリングやカッ
プリング等の焼き嵌め作業が完全に自動化できると共
に、装置の保護、安全対策上でも向上が図られた。

【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、穴部材が軸に設定量挿入さ
れた後に、把持装置による穴部材の把持固定を開放し軸
方向のみ押圧して軸への挿入を高速にて行う嵌合装置に
おいて、高速挿入を開始すると軸の挿入方向への保持固
定力をある設定値以下に緩減させる手段を設けたので、
常温での嵌合だけではなく、種々の軸に対するベアリン
グ・カップリング・ギヤ等の焼き嵌めの場合の作業時間
が大幅に短縮でき、且つ人手を介さずに実施できるよう
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、力覚センサの保護対策等の装置自身の安
全機構の面でも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に示すコントローラによる嵌合動作のフロ
ーチャートである。

【図４】図１に示すコントローラの軸芯合わせの説明図
である。

【図５】図１に示す力覚センサ出力特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 穴部材 ２ 軸（被嵌合部品） ３ 前進距離演算装置 ４ コントローラ ５ モータ駆動装置 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 邦光 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 園田 正博 木更津市中里２丁目11番７号

Claims (1)

【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、穴
   部材が被嵌合部品に設定量挿入された後に把持装置によ
   る穴部材の把持固定を開放し軸方向のみ押圧して被嵌合
   部品への挿入を高速にて行う嵌合装置において、高速挿
   入を開始すると前記被嵌合部品の挿入方向への保持固定
   力をある設定値以下に緩減させる手段を備えたことを特
   徴とする自動嵌合装置。