JPWO2016195075A1 - 車体組立方法および車体組立装置 - Google Patents

Abstract

上治具と下治具の連結部近傍における構成を簡素化し、組立作業（溶接作業）の効率化を図ることができる車体組立方法および車体組立装置を提供する。車体組立装置（１０）は、車体構成部品（１８）を予め組立て状態に支持するための治具を備え、治具は少なくとも２箇所で相互に連結される上治具（１２）および下治具（１４）からなり、各連結箇所には、一軸回りの回動を許容しつつ三次元座標位置を固定する連結手段（５２）が設けられ、さらに、車体構成部品（１８）を支持する上治具（１２）を搬送するとともに上治具（１２）を下治具（１４）に連結する際に上治具（１２）から下治具（１４）に加わる荷重を低減させる搬送手段（１６）を備える。

Description

本発明は、車体組立方法および車体組立装置に関する。

従来、車体の複数の構成部品を溶接して車体を組み立てる技術として、例えば特開２０１３−１５９１２５号公報および特許第３６６１４６３号公報に開示されるように、上治具と下治具によって車体の構成部品を支持した状態で溶接を行うものがある。

特開２０１３−１５９１２５号公報に開示された車体組立技術では、下側治具と上側治具が互いに嵌合されて位置決めされ、下側治具および上側治具が備えるクランプ機構によって車体構造体の下部および上部が拘束された状態で、車体構造体を構成する複数の部品が溶接される。

また、特許第３６６１４６３号公報に開示された車体組立技術は、ロア治具に設けた基準ポスト等によってワークを内側から位置決めするもので、ワークのセットが容易になり、かつ、溶接ガンの進入を妨げる障害物が少なくなるとされている。このロア治具に設けた基準ポストは、アッパ治具に設けられた基準ポストと嵌まり合う。

これらの車体組立技術では、アッパ治具（上側治具）とロア治具（下側治具）との嵌合を基にワーク（車体構造体）の位置決めを行うため、アッパ治具とワークの重量に対応できるよう基準ポストないしクランプ機構の強度を高める必要がある。このため、基準ポストないしクランプ機構が大型化して溶接装置が干渉し易くなり、溶接作業の効率が低下するおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、上治具と下治具の連結部近傍における構成を簡素化し、組立作業（溶接作業）の効率化を図ることができる車体組立方法および車体組立装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車体組立方法は、相互に連結される上治具および下治具によって車体構成部品が予め組立て状態に支持されるものであって、車体構成部品が上治具に支持された状態で上治具が搬送手段により搬送され、上治具から下治具に加わる荷重が低減された状態で上治具が下治具に少なくとも２箇所で連結され、各箇所における連結は、一軸回りの回動は許容しつつ三次元座標位置が固定される態様でなされることを特徴とする。

上記の車体組立方法によれば、上治具から下治具に加わる荷重が低減された状態で上治具が下治具に連結されるので、上治具と下治具の連結部近傍における構成を簡素なものとすることができる。また、上治具と下治具の連結箇所を少なくすることができるので、組立作業（溶接作業）の効率が向上する。

上記の車体組立方法において、上治具が下治具に着座したことが検知されるのが好ましい。これによれば、上治具から下治具に加わる荷重を低減させる制御が容易になる。

また、搬送手段が上治具から受ける荷重の大きさが検出されるのが好ましい。これによれば、上治具から下治具に加わる荷重を所望の値にする制御が容易になる。

さらに、上治具と下治具の連結箇所は、上方から見て、車体構成部品の内側および外側の２箇所であるのが好ましい。これによれば、下治具に対する上治具の位置決めを効率的に行うことができる。

本発明に係る車体組立装置は、車体構成部品を予め組立て状態に支持するための治具を備え、治具は少なくとも２箇所で相互に連結される上治具および下治具からなり、各連結箇所には、一軸回りの回動を許容しつつ三次元座標位置を固定する連結手段が設けられ、さらに、車体構成部品を支持する上治具を搬送するとともに上治具を下治具に連結する際に上治具から下治具に加わる荷重を低減させる搬送手段を備えることを特徴とする。

上記の車体組立装置によれば、上治具から下治具に加わる荷重が低減した状態で上治具が下治具に連結されるので、連結手段の近傍における構成を簡素なものとすることができる。また、上治具と下治具の連結箇所を少なくすることができるので、組立作業（溶接作業）の効率が向上する。

本発明に係る車体組立方法および車体組立装置によれば、上治具および車体構成部品の重量が低減された状態で下治具に伝わるので、上治具と下治具の連結部近傍における構成を小型化することができる。また、上治具と下治具の連結箇所を少なくすることができるので、組立作業（溶接作業）が効率化する。

フロントアセンブリの斜視図である。 本発明の実施形態に係る車体組立装置（方法）において、上治具を下治具に連結した状態を示す図である。 図２を上方から見たときのフロントアセンブリと連結ポストとの位置関係を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るクランプ本体とガイドブロックの連結前の状態を示す図である。 本発明の実施形態に係るクランプ本体とガイドブロックとを連結した状態を示す図である。

以下、本発明に係る車体組立装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る車体組立装置１０は、上治具１２、下治具１４および搬送ロボット（搬送手段）１６を含む。以下においては、自動車車体のフロントアセンブリ（車体構成部品）１８を組み立てる場合を例にして説明するが、車体構成部品の種類はこれに限られるものではない。

図１に示すように、フロントアセンブリ１８は、一対のフロントサイドフレーム２０、一対のフロントホイールハウス２２、フロントバルクヘッド２４、ダッシュボード２６を含む。フロントサイドフレーム２０はエンジンの側方に配置され、フロントホイールハウス２２はフロントサイドフレーム２０上に配置される。フロントバルクヘッド２４はエンジンの前方に配置され、ダッシュボード２６はエンジンの後方に配置される。これらのフロントアセンブリ１８を構成する部品の所定の箇所には、後述する位置決めピン２８が挿入されるピン孔（図示せず）が形成されている。

図２に示すように、上治具１２は基台部２９を有し、基台部２９の下面には、フロントアセンブリ１８を把持する複数の把持部３０が突出して設けられている。また、基台部２９の端部には、下治具１４と連結可能な第１連結プレート３２が設けられ、基台部２９の中央寄りの箇所には、下方に向けて突設される支柱３８を介して下治具１４と連結可能な第２連結プレート３４が設けられている。第１連結プレート３２および第２連結プレート３４は、その下面に後述するガイドブロック３６を備える。

搬送ロボット１６は屈曲動作可能なリンク機構を備える。リンク機構の先端アーム４２は、ジョイント部４４を介して上治具１２の基台部２９の上面に回動可能に連結されている。ジョイント部４４には、先端アーム４２が上治具１２から受ける荷重を検出するセンサ（図示せず）が設けられている。センサの検出信号は、搬送ロボット１６を駆動する制御装置に入力される。搬送ロボット１６は、図示しないセットステーションと下治具１４の設置場所との間で往復移動自在となっている。

下治具１４は、床面に設置固定され、上治具１２の第１連結プレート３２および第２連結プレート３４とそれぞれ連結可能な第１連結ポスト４６および第２連結ポスト４８を備える。第１連結ポスト４６と第２連結ポスト４８の上端には、後述するクランプ本体５０が設けられている。図３に示すように、フロントアセンブリ１８を把持した上治具１２が下治具１４に連結されたとき、上方から見て、第１連結ポスト４６はフロントアセンブリ１８の外側に位置し、第２連結ポスト４８は第１連結ポスト４６から所定距離隔ててフロントアセンブリ１８の内側に位置する。

下治具１４には、フロントアセンブリ１８のピン孔に挿入可能な複数の位置決めピン２８が設けられている。各位置決めピン２８は、上下にスライド移動可能とするシリンダ機構を備えている。また、フロントアセンブリ１８の種類によって位置の異なるピン孔に対応できるように、下治具１４上で水平方向にスライド可能に支持されている。

図４および図５に示すように、クランプ装置（連結手段）５２は、第１連結ポスト４６および第２連結ポスト４８に設けられた金属製のクランプ本体５０と、第１連結プレート３２および第２連結プレート３４に設けられた金属製のガイドブロック３６とからなる。第１連結ポスト４６のクランプ本体５０と第２連結ポスト４８のクランプ本体５０は同一の構成であり、第１連結プレート３２のガイドブロック３６と第２連結プレート３４のガイドブロック３６は同一の構成である。以下においては、便宜上、クランプ装置５２が第１連結ポスト４６と第１連結プレート３２との間に設けられているものとして、その具体的構成を説明する。なお、クランプ装置５２の基本構成は公知のものである。

クランプ本体５０は、ボデイ５４、ピストンロッド５６、鋼球５８等を含む。ボデイ５４は、ガイドブロック３６が着座する着座面６０を備えたベース部６２、ベース部６２の上側に突設された円柱部６４、ベース部６２の下側に形成された円筒状のスカート部６６を備える。ボデイ５４の中央には、上下方向に貫通するとともに下方を大径のシリンダ室６８としたピストンロッド挿通穴７０が形成されている。着座面６０には着座確認用のエア吹出穴７２が設けられており、エア吹出穴７２に連通するエア通路内のエア圧を監視することにより、ガイドブロック３６の着座を検知できるようになっている。

ピストンロッド５６は、ボデイ５４のピストンロッド挿通穴７０に摺動自在に嵌合され、ピストンロッド５６の下端に形成されたピストン部７４はシリンダ室６８内に配置される。スカート部６６は、第１連結ポスト４６の上端に形成された円形凹部７６に嵌合して固定される。ピストン部７４の下面と円形凹部７６とスカート部６６によって第１圧力室７８が画定され、ベース部６２とピストンロッド５６によって第２圧力室８０が画定されている。第１圧力室７８と第２圧力室８０には、それぞれ図示しないポートを介して圧縮空気が選択的に給排される。

クランプ本体５０の円柱部６４の上端近傍には、ピストンロッド挿通穴７０と円柱部６４の側方の空間とを連通する複数の鋼球収容穴８２が形成され、各鋼球収容穴８２に鋼球５８が収容されている。鋼球収容穴８２は、円柱部６４の側方に向かって若干縮径するテーパ面として構成されており、鋼球５８の円柱部６４側方からの突出量は所定量に制限されている。

ピストンロッド５６の上端近傍の外周には、鋼球５８が所定量入り込むことができる環状の縮径凹部８４が形成され、縮径凹部８４の上方寄りの箇所は、鋼球５８を円柱部６４の側方に向けて押圧することができる押圧面８６となっている。ピストンロッド５６が下方に移動した位置にあるとき、各鋼球５８は、押圧面８６により押圧されて円柱部６４の側面から外方に突出する。一方、ピストンロッド５６が上方に移動した位置にあるとき、各鋼球５８は、縮径凹部８４に入り込んで円柱部６４の側面から突出しない位置に退避可能である。

クランプ本体５０の円柱部６４の下端部外周にはテーパスリーブ８８が上下に摺動可能に設けられている。テーパスリーブ８８の外周面は、下方に拡径する円錐面となっている。ボデイ５４のベース部６２内には小ロッド９０が収容され、小ロッド９０は、ピストン部７４の背面との間に配設されたスプリング９２の弾性力を受けてテーパスリーブ８８を上方に付勢する。円柱部６４の外周には、テーパスリーブ８８の上方への移動を規制するストッパ９４が設けられている。

第１連結プレート３２の下面には、入口側の大径穴部９６とその奥に連なる小径穴部９８からなるガイドブロック取付穴１００が形成されている。ガイドブロック３６は上方に突出する嵌合筒部１０２を有し、嵌合筒部１０２が大径穴部９６に嵌合することにより、ガイドブロック３６が第１連結プレート３２に固定される。小径穴部９８は、クランプ本体５０の円柱部６４の上端部を収容し得る。

ガイドブロック３６には上下方向に貫通する円柱部挿通穴１０４が形成されている。円柱部挿通穴１０４の上端近傍には、内方に突出して鋼球５８に当接可能な環状係合部１０６が形成されている。環状係合部１０６の下端から円柱部挿通穴１０４の下端開口に至るまでは、テーパスリーブ８８の外周面に密着し得る円錐面となっている。円柱部挿通穴１０４の下端開口の内径は、クランプ本体５０の円柱部６４の外径よりも大きい。テーパスリーブ８８が円柱部挿通穴１０４に密着した状態であっても、ガイドブロック３６はクランプ本体５０に対して円柱部６４の軸線回りに（一軸回りに）回動可能である。

本実施形態に係る車体組立装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、これを用いた車体組立方法および作用・効果を説明する。

フロントアセンブリ１８を構成するフロントサイドフレーム２０、一対のフロントホイールハウス２２、フロントバルクヘッド２４、ダッシュボード２６等の部品は、図示しないセットステーションにおいて、部品間の凹凸係合等により暫定的に組立てた状態に保持される。

暫定的に組み立てられたフロントアセンブリ１８は、複数の把持部３０により上治具１２に把持される。次いで、搬送ロボット１６が駆動され、上治具１２は水平姿勢を保ちながらセットステーションから下治具１４に対応する位置まで搬送される。このとき、下治具１４の第１連結ポスト４６および第２連結ポスト４８に設けられたクランプ本体５０は、第１圧力室７８に圧縮空気が供給されるとともに第２圧力室８０から圧縮空気が排出された状態となっている。すなわち、図４に示すように、ピストンロッド５６は上方に移動した位置にあり、各鋼球５８は円柱部６４の縮径凹部８４と向き合っている。

上治具１２は、下治具１４に対応する位置まで搬送されると、搬送ロボット１６により下治具１４に向けて下降せしめられる。第１連結ポスト４６および第２連結ポスト４８に設けられたクランプ本体５０の円柱部６４は、それぞれ第１連結プレート３２および第２連結プレート３４に設けられたガイドブロック３６の円柱部挿通穴１０４に徐々に進入する。これらの連結部において、円柱部挿通穴１０４の環状係合部１０６は、鋼球５８を円柱部６４の縮径凹部８４に押し込みながら鋼球５８のちょうど下側の位置まで移動し、円柱部挿通穴１０４の内周面はテーパスリーブ８８の外周面に密着する。そして、テーパスリーブ８８がスプリング９２の弾性力に抗してわずかに押し下げられたところで、第１連結プレート３２および第２連結プレート３４のガイドブロック３６がクランプ本体５０の着座面６０に当接する。

円柱部挿通穴１０４の内周面がテーパスリーブ８８の外周面に密着することによって、クランプ本体５０に対するガイドブロック３６の前後・左右の位置決めがなされる。すなわち、下治具１４の第１連結ポスト４６に対する上治具１２の第１連結プレート３２の水平方向（ＸＹ方向）の位置決めと、下治具１４の第２連結ポスト４８に対する上治具１２の第２連結プレート３４の水平方向（ＸＹ方向）の位置決めがなされる。

ガイドブロック３６がクランプ本体５０の着座面６０に着座したことが検知されると、上治具１２の下降を停止せしめるとともに、クランプ本体５０の第１圧力室７８から圧縮空気を排出し、第２圧力室８０に圧縮空気を供給する。

第１圧力室７８から圧縮空気が排出され、第２圧力室８０に圧縮空気が供給されると、ピストンロッド５６が下降し、ピストンロッド５６の押圧面８６が鋼球５８を押圧して円柱部６４の側面から突出させる（図５参照）。これにより、ガイドブロック３６はクランプ本体５０の着座面６０と鋼球５８との間で挟持されることになり、クランプ本体５０に対するガイドブロック３６の上下の位置決めがなされる。すなわち、下治具１４の第１連結ポスト４６に対する上治具１２の第１連結プレート３２の高さ方向（Ｚ方向）の位置決めと、下治具１４の第２連結ポスト４８に対する上治具１２の第２連結プレート３４の高さ方向（Ｚ方向）の位置決めがなされる。

その後、下治具１４に設けられた複数の位置決めピン２８がそれぞれシリンダ機構によって上方にスライドせしめられ、各位置決めピン２８がフロントアセンブリ１８のピン孔に挿入される。これにより、フロントアセンブリ１８が撓まないように支持される。

前述のとおり、各連結部において、ガイドブロック３６がクランプ本体５０の着座面６０に着座したことが検知されると、上治具１２の下降が停止する。上治具１２に連結された先端アーム４２が上治具１２から受ける荷重は常時検出されており、ガイドブロック３６が着座する前の状態では、上治具１２とフロントアセンブリ１８の合計重量に相当する荷重（Ｗ）が検出されている。上治具１２の下降を停止せしめた後に、上記荷重（Ｗ）よりも所定値（Δｗ）以上小さい荷重が検出された場合は、上治具１２をわずかに上昇させ、上治具１２から下治具１４に伝わる荷重が所定値（Δｗ）を超えないように調整する。Δｗの大きさはできるだけゼロに近い値が望ましい。

本実施形態によれば、上治具１２とフロントアセンブリ１８の重量が低減された状態で下治具１４に伝わるので、上治具１２と下治具１４の連結箇所をわずか２箇所で済ませることができる。また、第１連結ポスト４６および第２連結ポスト４８に必要な強度は小さくて済む。このため、上治具１２と下治具１４の連結に関わる構成を簡単なものとすることができ、溶接装置の進入が容易となって溶接作業が効率化する。換言すれば、上治具１２と下治具１４の連結部に必要な機能は、下治具１４に対する上治具１２の位置決めだけで足り、荷重の支持についてはほとんど考慮する必要がないため、連結部に関わる構成を簡素化することができる。

また、ガイドブロック３６がクランプ本体５０の着座面６０に当接したことを検知して上治具１２の下降を停止せしめるので、上治具１２とフロントアセンブリ１８の重量を低減した状態で上治具１２を下治具１４に連結するための制御を容易に実現できる。

さらに、搬送ロボット１６の先端アーム４２が上治具１２から受ける荷重を検出しているので、上治具１２を下治具１４に連結した際に上治具１２から下治具１４に伝わる荷重を所望の値に調整することができる。

なお、ガイドブロック３６は、下方に拡径する円柱部挿通穴１０４と摺動可能なテーパスリーブ８８との組み合わせによって、クランプ本体５０に対して前後左右の位置決めがなされるので、上治具１２を下治具１４に下降せしめるときの位置合わせが容易になる。

本実施形態では、第１連結プレート３２は、上治具１２の基台部２９に直接取り付けられているが、第２連結プレート３４と同様に、基台部２９に支柱を介して取り付けられてもよい。また、上治具１２と下治具１４は２箇所で連結されているが、必要であれば３箇所以上としてもよい。また、ガイドブロック３６の着座を検知して上治具１２の下降を停止せしめるとともに、先端アーム４２が上治具１２から受ける荷重を検出して上治具１２から下治具１４に伝わる荷重を調整しているが、これらの制御は併用しなくてもよい。

本発明に係る車体組立装置（方法）は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (8)

1. 相互に連結される上治具（１２）および下治具（１４）によって車体構成部品（１８）が予め組立て状態に支持される車体組立方法であって、
   前記車体構成部品（１８）が前記上治具（１２）に支持された状態で前記上治具（１２）が搬送手段（１６）により搬送され、
   前記上治具（１２）から前記下治具（１４）に加わる荷重が低減された状態で前記上治具（１２）が前記下治具（１４）に少なくとも２箇所で連結され、
   各箇所における連結は、一軸回りの回動は許容しつつ三次元座標位置が固定される態様でなされる
   ことを特徴とする車体組立方法。
2. 請求項１記載の車体組立方法において、
   前記上治具（１２）が前記下治具（１４）に着座したことが検知される
   ことを特徴とする車体組立方法。
3. 請求項１記載の車体組立方法において、
   前記搬送手段（１６）が前記上治具（１２）から受ける荷重の大きさが検出される
   ことを特徴とする車体組立方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車体組立方法において、
   前記上治具（１２）と前記下治具（１４）の連結箇所は、上方から見て、前記車体構成部品（１８）の内側および外側の２箇所である
   ことを特徴とする車体組立方法。
5. 車体構成部品（１８）を予め組立て状態に支持するための治具（１２、１４）を備える車体組立装置（１０）であって、
   前記治具（１２、１４）は少なくとも２箇所で相互に連結される上治具（１２）および下治具（１４）からなり、
   各連結箇所には、一軸回りの回動を許容しつつ三次元座標位置を固定する連結手段（５２）が設けられ、
   さらに、前記車体構成部品（１８）を支持する前記上治具（１２）を搬送するとともに前記上治具（１２）を前記下治具（１４）に連結する際に前記上治具（１２）から前記下治具（１４）に加わる荷重を低減させる搬送手段（１６）を備える
   ことを特徴とする車体組立装置（１０）。
6. 請求項５記載の車体組立装置（１０）において、
   前記上治具（１２）が前記下治具（１４）に着座したことを検知する手段を備える
   ことを特徴とする車体組立装置（１０）。
7. 請求項５記載の車体組立装置（１０）において、
   前記搬送手段（１６）が前記上治具（１２）から受ける荷重の大きさを検出する手段を備える
   ことを特徴とする車体組立装置（１０）。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の車体組立装置（１０）において、
   前記上治具（１２）と前記下治具（１４）の連結箇所は、上方から見て、前記車体構成部品（１８）の内側および外側の２箇所である
   ことを特徴とする車体組立装置（１０）。

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