WO2012133690A1

WO2012133690A1 - インライン硬度検査装置、インライン硬度検査方法およびロボット

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Publication number: WO2012133690A1
Application number: PCT/JP2012/058441
Authority: WO
Inventors: 裕介岡田; 福田　浩史; 英明馬込
Original assignee: 日野自動車株式会社
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2012-10-04
Also published as: EP2693189A1; JP2012211775A; US20140013835A1; EP2693189A4; CN103430005A

Abstract

　製造ラインの途中でワークの硬度を非破壊で全数検査することのできるインライン硬度検査装置、インライン硬度検査方法およびロボットを提供する。本発明のインライン硬度検査装置は、ワークの硬度を検査する硬度検査部を有するロボットと、製造ラインの一部を構成し、ロボットに被検査対象となるワークを搬送するワーク搬送手段と、ワーク搬送手段により搬送されるワークに対してロボットによる硬度検査を実施する制御手段と、を有する。

Description

インライン硬度検査装置、インライン硬度検査方法およびロボット

　本発明は、インライン硬度検査装置、インライン硬度検査方法およびロボットに関する。

　製品などの硬度検査は、製品から試験試料を切り出し、この試験試料に対して試験荷重を加え、圧痕の深さや大きさを測定して評価している（たとえば特許文献１参照）。また、このような硬度検査は、専属の検査要員を配置して人が行うものである。

特開２０００－１４６７９４号公報

　上述したような硬度検査は、試験試料を切り出して用いる破壊検査であるため、製品に対して全数検査が不可能である。

　本発明は、このような背景の下に行われたものであって、製造ラインの途中でワークの硬度を非破壊で全数検査することができるインライン硬度検査装置、インライン硬度検査方法およびロボットを提供することを目的とする。

　本発明の１つの観点は、インライン硬度検査装置としての観点である。本発明のインライン硬度検査装置は、ワークの硬度を検査する硬度検査部を有するロボットと、製造ラインの一部を構成し、ロボットに被検査対象となるワークを搬送するワーク搬送手段と、ワーク搬送手段により搬送されるワークに対して硬度検査を実施する制御手段と、を有するものである。

　ロボットは、ワークを把持する把持部と、前記ワークを把持した状態で前記把持部を移動または回動させるアーム部と、を有することができ、硬度検査部は、把持部に設けられ、把持部が把持しているワークに対してその硬度を検査することができる。

　たとえば硬度検査部は、ロックウェル硬さを検査する手段を有することができる。

　本発明の他の観点は、インライン硬度検査方法としての観点である。本発明のインライン硬度検査方法は、製造ラインの一部を構成するワーク搬送手段が、被検査対象となるワークを搬送し、ワークの硬度を検査する硬度検査部を有するロボットであって、ワーク搬送手段に隣接して配置されるロボットが、ワーク搬送手段により搬送されるワークに対して硬度検査を実施するものである。

　このインライン硬度検査方法において、ロボットは、ワークを把持する把持部と、ワークを把持した状態で把持部を移動または回動させるアーム部と、を有しており、硬度検査部は、把持部に設けられ、把持部が把持しているワークに対してその硬度を検査することができる。

　本発明のさらに他の観点は、ロボットとしての観点である。本発明のロボットは、製造ラインの一部を構成し、被検査対象となるワークを搬送するワーク搬送手段に隣接して配置され、ワーク搬送手段により搬送されるワークに対して硬度検査を実施するロボットであって、ワークの硬度を検査する硬度検査部を有するものである。

　このロボットは、ワークを把持する把持部と、ワークを把持した状態で把持部を移動または回動させるアーム部と、を有し、硬度検査部は、把持部に設けられ、把持部が把持しているワークに対してその硬度を検査することができる。

　本発明によれば、製造ラインの途中でワークの硬度を非破壊で全数検査することができる。

本発明の実施の形態のインライン硬度検査装置の全体構成図である。本発明の第一の実施の形態のロボットの全体構成図である。図２の把持部を拡大して示す図である。図３の把持部を側面から見た状態を示す図である。図２のロボットがワークを把持した状態を示す図である。図５でワークを把持したロボットが硬度検査を行うために圧子を下降させている様子を示す図である。本発明の第一の実施の形態のロボットにおける硬度検査によるワーク選別工程を行う製造ラインを示す図である。本発明の第一の実施の形態のロボットにおける硬度検査によるワーク選別工程を示すフローチャートである。本発明の第二の実施の形態の把持部を示す図である。図９の把持部の硬度検査部を側面から見た状態を示す図である。

　本発明の実施の形態のインライン硬度検査装置１およびロボット２について図１～図１０を参照して説明する。

（インライン硬度検査装置１の概要について）
　インライン硬度検査装置１は、図１に示すように、ロボット２、製造ラインの一部を構成するベルトコンベア３（請求項でいうワーク搬送手段）、制御装置４（請求項でいう制御手段）を有して構成される。これにより、ベルトコンベア３上を搬送されるワーク５の全数に対し、ロボット２は、非破壊で自動的に硬度検査を実施することができる。

（ロボット２，２Ａの概要について）
　第一の実施の形態のロボット２は、図２に示すように、把持部２０、アーム部２１、および本体部２２を有して構成される。把持部２０はその一部に硬度検査部２３（請求項でいうロックウェル硬さを検査する手段）を有する。把持部２０がワーク５を把持している間に、硬度検査部２３は、ワーク５の硬度を検査することができる。第一の実施の形態では、硬度検査部２３は、平型のクランプ台座部３５を有し、ロックウェル硬さ試験を実施する。第二の実施の形態のロボット２Ａ（全体構成はロボット２と同じなので図示省略）は、図９に示すように、硬度検査部２３Ａ（請求項でいうロックウェル硬さを検査する手段）は、コの字型のクランプ台座部３５Ａを有し、ロックウェル硬さ試験を実施する。

（ロボット２の構成について）
　ロボット２の構成について、図２～図８を参照して説明する。ロボット２は、図２に示すように、把持部２０、アーム部２１、および本体部２２を有して構成される。アーム部２１は、第１のアーム２１ａ、関節部２１ｂ、第２のアーム２１ｃからなる。把持部２０は、第１のアーム２１ａの関節部２１ｂとは反対側の一端に取り付けられる。第１のアーム２１ａは、関節部２１ｂにより、把持部２０を上下方向に移動させると共に、把持部２０のワーク５に対する角度を可変することができる。さらに、第２のアーム２１ｃの本体部２２寄りの他端は、本体部２２に取り付けられており、本体部２２によって、第２のアーム２１ｃが、前後左右方向に移動可能であると共に、本体部２２を中心に回動可能である。これにより、第２のアーム２１ｃの一端にある関節部２１ｂも前後左右方向に移動可能であると共に、本体部２２を中心に回動可能である。

　さらに、把持部２０は、その一部に硬度検査部２３を有する。なお、図４は、図３の把持部２０を側面から見た状態を示す図である。把持部２０の硬度検査部２３は、圧子駆動部３０、圧子保持部３１、プローブ取付部３２、プローブ３３、圧子３４、およびクランプ台座部３５を有する。圧子３４は、ロックウェル硬さ試験を実施するため、先端半径０．２ｍｍ（ミリメートル）かつ先端角１２０度のダイヤモンド円錐または１／１６インチの鋼球を用いることができる。

　また、圧子駆動部３０は、圧子保持部３１が移動するための溝３６を有する。さらに、把持部２０の本来の構成として、ハンド部４０、ハンド駆動部４１を有する。なお、ハンド駆動部４１の内部機構については汎用の産業用ロボットが有する内部機構と同じであるので、図示および説明は省略する。

（ロボット２の動作について）
　ロボット２は、図５に示すように、ワーク５をハンド部４０によって把持することができる。ここで、ワーク５の硬度検査を実施する場合には、図６に示すように、圧子保持部３１をワーク５の方向に移動させる。これにより、プローブ３３の先端に備えられている圧子３４がワーク５に当接し、後述する所定の硬度検査手順を実施することによってワーク５の硬度を検査することができる。

　このとき、把持部２０のハンド部４０がワーク５を把持してから、把持部２０がワーク５を水平に保ち、ワーク５の把持状態が安定した後に、ワーク５の硬度を検査することが好ましい。ただし、ロボット２は、ワーク５を水平にできないような状況下では、どのような角度であっても硬度検査を実施できることが特徴であるので、ワーク５を水平に保つことは必須の要件ではない。

　ロボット２は、ロックウェル硬さ試験を実施するものである。その硬度検査手順を以下に示す。

（１）ロボット２は、基本荷重として圧子３４によりワーク５の表面に対して１０ｋｇ（キログラム）を加える。
（２）ロボット２は、初期値ａとして「１００（圧子３４がダイヤモンドのとき）」または「１３０（圧子３４が鋼球のとき）」を設定する。
（３）ロボット２は、試験荷重として圧子３４によりワーク５の表面に対して１５０ｋｇ（圧子３４がダイヤモンドのとき）または１００ｋｇ（圧子３４が鋼球のとき）を加える。
（４）ロボット２は、試験荷重（１５０ｋｇまたは１００ｋｇ）を最初の基本荷重（１０ｋｇ）まで戻す。
（５）ロボット２は、この状態での計測値を試験荷重によりワーク５が塑性変形した際の窪みの深さの値ｈ（ｍｍ）として取得する。
（６）ロボット２は、上記ａ（１００または１３０），ｈの値と、所定の定数ｂ（＝５００）とからロックウェル硬さＨＲＣ（圧子３４がダイヤモンドのとき）またはＨＲＢ（圧子３４が鋼球のとき）を、
　ＨＲＣ＝１００－５００＊ｈ
　または
　ＨＲＢ＝１３０－５００＊ｈ
として算出する。
　以上の手順を、ロボット２は、外部からの検査指示に従って実行し、さらに、算出した検査結果を外部に出力する。

（効果について）
　ロボット２によれば、ロボット２がワーク５を把持し、ワーク５を移動させる過程において、ワーク５の硬度を検査することができる。これによれば、硬度検査の自動化を図ることができる。

　また、従来の硬度検査では、検査対象から切り出した試験試料に対し、水平に置かれた所定の検査台上での検査しかできない。これに対し、ロボット２によれば、検査対象に対し、様々な角度で、圧子３４を直接押し当てて硬度を検査することができる。これにより、検査対象から試験試料を切り出す手間を省くことができると共に、試験試料を切り出すために検査対象を破壊する必要も無くなる。すなわちワーク５に対して非破壊で硬度の検査を実施できる。よって、ベルトコンベア３上を搬送されるワーク５の全数に対して非破壊で硬度検査を実施することができる。

（インライン硬度検査装置１について）
　以上説明したように、ロボット２は、ワーク５を把持しながらその硬度を検査することができる。このようなロボット２を、図７に示すように、製造ラインのベルトコンベア３に隣接させて配置することにより、ベルトコンベア３上を搬送される全てのワーク５に対する硬度検査を自動的に実施するインライン硬度検査装置１を構成することができる。その他にも、インライン硬度検査装置１は、たとえば以下に説明するような、硬度によるワーク５の選別工程を実施できる。なお、この選別工程は、製造ラインの制御装置４が制御を行うものである。また、図８のＳＴＡＲＴからＥＮＤまでの処理は１周期分の処理であり、製造ラインの稼働中は、繰り返し実行されるものである。

　ＳＴＡＲＴ：制御装置４は、ロボット２およびベルトコンベア３を含む製造ラインを起動させると、ステップＳ１の手続きに進む。

　ステップＳ１：制御装置４は、ロボット２に指示し、複数のワーク５の中のいずれかを把持させるとステップＳ２の手続きに進む。

　ステップＳ２：制御装置４は、ロボット２に指示し、上述した（１）～（５）の手順により硬度検査を実施させ、ステップＳ３の手続きに進む。

　ステップＳ３：制御装置４は、ロボット２が検査した硬度は正しいか否かを判定する。硬度は正しいと判定すると、手続きはステップＳ４に進む。一方、硬度が誤っていると判定すると、手続きはステップＳ５に進む。

　ステップＳ４：制御装置４は、ロボット２に指示し、次の加工工程にワーク５を移動させて１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

　ステップＳ５：制御装置４は、ロボット２に指示し、ワーク５を元の場所に戻させて他のワーク５を把持されるとステップＳ１の手続きに戻る。

（効果について）
　これによれば、製造ラインのベルトコンベア３に隣接して配置されたロボット２により、ワーク５の搬送に併せてワーク５の硬度検査を自動的に非破壊で実施することができる。

（ロボット２Ａについて）
　ロボット２Ａについて、図９および図１０を参照して説明する。なお、ロボット２Ａは、硬度検査部２３Ａのクランプ台座部３５Ａのみがロボット２と異なり、全体構成については、図２に示すロボット２と同じなので全体構成の図示は省略した。図１０は、図９の硬度検査部２３Ａを側面から見た状態を示す図である。ロボット２Ａの把持部２０Ａは、図９および図１０に示すように、硬度検査部２３Ａを有する。硬度検査部２３Ａは、コの字型のクランプ台座部３５Ａを有する点が第一の実施の形態の硬度検査部２３とは異なる。

（効果について）
　ロボット２Ａによれば、コの字型のワーク５Ａなどのように、凹凸を有する構造物に対する硬度検査を自動的かつ効率良く行うことができる。

（その他の実施の形態について）
　本発明の実施の形態は、その要旨を逸脱しない限り様々に変更が可能である。上述した実施の形態では、ロックウェル硬さ試験を実施する例を説明したが、硬度検査部の構成または圧子の種別などを適宜変更することにより、その他の硬さ試験（たとえばビッカース硬さ試験、ブリネル硬さ試験）にも適用することができる。もしくは、複数の異なる硬さ試験に対応可能な構成を有し、必要に応じて試験方法を切り換えるようにすることもできる。

　また、図７の製造ラインの例では、ロボット２によるワーク５の選別工程を説明したが、選別工程に限らず、製造ラインの途中でワーク５の硬度の試験を行う必要があれば、ロボット２を適用することができる。たとえば複数のワーク５を、その硬度に応じて異なる複数の次工程のいずれかに振り分けるなどにも適用できる。さらに、ワーク５の加工が完了し、出荷前の硬度検査にロボット２を適用した場合、ワーク５の輸送車両などへの積み込み工程で、併せて硬度検査を実施することができる。これにより出荷工程の自動化および効率化を図ることができる。

　また、上述の実施の形態では、把持部２０，２０Ａで把持したワーク５に対し、把持部２０，２０Ａの一部に設けられた硬度検査部２３，２３Ａにより硬度検査を実施する例を説明した。これに対し、他の例として、ベルトコンベア３上を流れるワーク５の硬度測定部位に対し、ワーク５をベルトコンベア３上に置いたままの状態で、ワーク５を把持することなく、硬度検査部２３，２３Ａでワーク５の硬度測定部位を挟み込み、硬度を検査するようにしてもよい。この場合、ロボットは、把持部２０，２０Ａを有さずに、硬度検査部２３，２３Ａのみを有してもよい。

　１…インライン硬度検査装置、２，２Ａ…ロボット、３…ベルトコンベア（ワーク搬送手段）、４…制御装置（制御手段）、５，５Ａ…ワーク、２０，２０Ａ…把持部、２１…アーム部、２３，２３Ａ…硬度検査部（ロックウェル硬さを検査する手段）。

Claims

　ワークの硬度を検査する硬度検査部を有するロボットと、
　製造ラインの一部を構成し、前記ロボットに被検査対象となるワークを搬送するワーク搬送手段と、
　前記ワーク搬送手段により搬送される前記ワークに対して前記ロボットによる硬度検査を実施する制御手段と、
　を有する、
　ことを特徴とするインライン硬度検査装置。
　請求項１記載のインライン硬度検査装置において、
　前記ロボットは、ワークを把持する把持部と、前記ワークを把持した状態で前記把持部を移動または回動させるアーム部と、を有し、
　前記硬度検査部は、前記把持部に設けられ、前記把持部が把持している前記ワークに対してその硬度を検査する、
　ことを特徴とするインライン硬度検査装置。
　請求項１記載のインライン硬度検査装置であって、
　前記硬度検査部は、ロックウェル硬さを検査する手段を有する、
　ことを特徴とするインライン硬度検査装置。
　請求項２記載のインライン硬度検査装置であって、
　前記硬度検査部は、ロックウェル硬さを検査する手段を有する、
　ことを特徴とするインライン硬度検査装置。
　製造ラインの一部を構成するワーク搬送手段が、被検査対象となるワークを搬送し、
　ワークの硬度を検査する硬度検査部を有するロボットであって、前記ワーク搬送手段に隣接して配置されるロボットが、前記ワーク搬送手段により搬送される前記ワークに対して硬度検査を実施する、
　ことを特徴とするインライン硬度検査方法。
　請求項５記載のインライン硬度検査方法において、
　前記ロボットは、ワークを把持する把持部と、前記ワークを把持した状態で前記把持部を移動または回動させるアーム部と、を有しており、
　前記硬度検査部は、前記把持部に設けられ、前記把持部が把持している前記ワークに対してその硬度を検査する、
　ことを特徴とするインライン硬度検査方法。
　製造ラインの一部を構成し、被検査対象となるワークを搬送するワーク搬送手段に隣接して配置され、前記ワーク搬送手段により搬送される前記ワークに対して硬度検査を実施するロボットであって、
　ワークの硬度を検査する硬度検査部を有する、
　ことを特徴とするロボット。
　請求項７記載のロボットにおいて、
　ワークを把持する把持部と、前記ワークを把持した状態で前記把持部を移動または回動させるアーム部と、を有し、
　前記硬度検査部は、前記把持部に設けられ、前記把持部が把持している前記ワークに対してその硬度を検査する、
　ことを特徴とするロボット。