WO2019092923A1 - 主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法 - Google Patents

主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法 Download PDF

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WO2019092923A1
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WO
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core
main mold
fitting
orientation
detecting
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PCT/JP2018/026431
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政彦 長坂
泰育 牧野
岳久見 小林
伊藤　康二
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新東工業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C23/00—Tools; Devices not mentioned before for moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J9/1697—Vision controlled systems

Definitions

  • the present invention relates to a fitting device for a main mold and a core, and a method for fitting a main mold and a core.
  • a force sensor is attached to the arm of the industrial robot so that external force applied to the tip of the robot ahead of the force sensor can be detected.
  • a method of operating an industrial robot on the basis and mounting a core on a main mold see, for example, Patent Document 2.
  • An object of the present invention is to provide a fitting device and a fitting method of a main mold and a core.
  • the fitting device for the main mold and the core in the present invention comprises a core gripping and moving means for gripping and moving a core, and the core gripping and moving means
  • a core movement amount detection means for detecting a movement amount
  • a holding core position and posture detection means for detecting the position, orientation and inclination of the core held by the core holding movement means, and a position of the main mold
  • Main position / posture detecting means for detecting the orientation and inclination
  • a sensor for detecting the physical quantity applied to the core and constantly calculating the relationship between the relative position, orientation and inclination of the main type and the core
  • control means for controlling the core gripping and moving means so that the main mold and the core are fitted from the relationship between them and the physical quantity applied to the core detected by the sensor.
  • the physical quantity applied to the core is an external force and a moment.
  • control means is an external force applied to the core in two axial directions orthogonal to the fitting direction, a moment applied in a rotational direction around the fitting axis, and
  • the core gripping and moving means is moved so that the external force and the moment disappear, and the sensor is applied to the core
  • the core gripping and moving means is moved in the direction of the main mold until it is detected that the external force in the fitting direction becomes a predetermined value.
  • the fitting of the main mold and the core is performed by fitting the fitting part provided in the core to the fitting part provided in the main mold.
  • the fitting portion provided in the main mold and the fitting portion provided in the core have a tapered shape.
  • one embodiment of the present invention is characterized by further comprising a pre-core position and orientation detection means for detecting the position, the orientation, and the inclination of the core.
  • the senor is a six-axis force sensor.
  • the core gripping and moving means is an industrial robot.
  • the pre-core position and orientation detection unit is a vision sensor.
  • the grasping core position and orientation detection means and / or the main type position and orientation detection means is a vision sensor.
  • the core movement amount detection means is an encoder.
  • control means is a robot controller.
  • the fitting method of the main mold and the core in the present invention holding and moving the core, detecting the position, direction, and inclination of the gripped core, and the core Detecting the amount of movement of the main mold, detecting the position, orientation, and inclination of the main mold, and constantly calculating the relationship between the relative position, orientation, and inclination of the main mold and the core;
  • the relationship between the relative position of the main mold and the core, the direction, and the inclination is constantly calculated by detecting the physical quantity to be added to the core, and from the relationship and the physical quantity to be added to the core, the main And controlling the movement of the core so as to fit the mold and the core.
  • the physical quantity applied to the core is an external force and a moment.
  • the controlling includes: applying an external force in two axial directions orthogonal to the fitting direction to be applied to the core; a moment applied in a rotational direction around the fitting axis; When the moment applied in the rotational direction about two axes orthogonal to the direction is detected, the core is moved so that the external force and the moment disappear, and the external force in the fitting direction applied to the core is predetermined. It is characterized in that the core is moved in the direction of the main mold until it becomes a value.
  • the method further comprises resetting a physical quantity applied to the core after gripping the core.
  • the method further comprises storing a physical quantity in the core after gripping the core.
  • the efficiency of the core placement work and the core placement work can be improved. It is effective in the ability to reduce the defect of the cast product caused by the placing operation.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the overall structure of a fitting device for a main die and a core according to the present embodiment.
  • the fitting device 1 fits the main mold 2 and the core 3.
  • the fitting device 1 fits the concave portion 2A, which is a fitting portion provided in the main mold 2, and the convex portion 3A, which is a fitting portion provided in the core 3.
  • the concave portion 2A and the convex portion 3A have a tapered shape.
  • the tapered portion of the convex portion 3A has a circular cross-sectional shape in the horizontal direction.
  • the fitting device 1 includes an advance core position and attitude detection unit 4, a core gripping and moving unit 5, a core movement amount detection unit 6, a grip core position and attitude detection unit 7, a main mold position and attitude detection unit 8, and a sensor 9. And, the control means 10 is provided.
  • the pre-core position / posture detection unit 4 detects the position, orientation, and inclination of the three-dimensional space of the core 3 placed at a predetermined position.
  • inclination means the inclination of the core 3 with respect to the "reference plane”
  • reference plane means the installation surface on which the core gripping and moving means 5 is installed.
  • the ground is not referred to as the "reference surface” because a foundry is often an old facility and the floor is not necessarily an accurate plane, so that the ground may be distorted.
  • the pre-core position / posture detection unit 4 is configured of a vision sensor.
  • the core gripping and moving means 5 grips and moves the core 3.
  • the core gripping and moving means 5 includes a core gripping portion 11 and a core moving portion 12.
  • the core gripping portion 11 grips the core 3.
  • the core moving unit 12 moves the core gripping portion 11 holding the core 3 to the position of the main mold 2.
  • the core gripping and moving means 5 is an industrial robot, and more specifically, is constituted by a vertical articulated robot.
  • the core moving unit 12 corresponds to an arm of the vertical articulated robot, and the core holding unit 11 corresponds to a robot hand attached to the tip of the arm portion.
  • the core movement amount detection means 6 detects the movement amount of the core gripping movement means 5 (moving distance in three-dimensional space). Specifically, the core movement amount detection means 6 constantly detects the drive amount of each drive shaft of the vertical articulated robot corresponding to the core movement unit 12. And the control means 10 mentioned later calculates always the position after the movement of the core holding part 11 holding the core 3 from this detection result.
  • the core movement amount detecting means 6 is incorporated in the core gripping and moving means 5.
  • the core movement amount detection means 6 is constituted by an encoder.
  • the grasping core position and posture detecting means 7 the position, orientation, and position of the three-dimensional space of the core 3 grasped by the core grasping and moving means 5 after the core grasping and moving means 5 is moved close to the main mold. Detect inclination.
  • inclination means the inclination of the core 3 with respect to the "reference plane”
  • reference plane means the installation surface on which the core gripping and moving means 5 is installed.
  • the ground is not referred to as the "reference surface” because a foundry is often an old facility and the floor is not necessarily an accurate plane, so that the ground may be distorted.
  • the gripping core position / posture detecting unit 7 detects the position, the direction, and the inclination of the convex portion 3A provided on the core 3.
  • the grip core position / posture detection unit 7 is configured of a vision sensor.
  • the main mold position and orientation detection means 8 detects the position, orientation, and tilt of the three-dimensional space of the main mold 2 placed at a predetermined position.
  • “inclination” means the inclination of the main mold 2 with respect to the “reference plane”
  • the “reference plane” means the installation plane on which the core gripping and moving means 5 is installed.
  • the ground is not referred to as the "reference surface” because a foundry is often an old facility and the floor is not necessarily an accurate plane, so that the ground may be distorted.
  • the main mold position and orientation detection unit 8 detects the position, the direction, and the inclination of the recess 2A provided in the main mold 2.
  • the main type position and orientation detection means 8 is constituted by a vision sensor.
  • the sensor 9 detects an external force and a moment which are physical quantities applied to the core 3 when the core gripping and moving means 5 is moving by gripping the core 3.
  • the sensor 9 is composed of a six-axis force sensor. Therefore, the sensor 9 can detect external forces and moments in three directions.
  • the control means 10 controls the core gripping and moving means 5.
  • the control means 10 constantly calculates the relative position, orientation, and inclination of the main mold 2 and the core 3 as one of its functions. Specifically, the relative position, the direction, and the inclination of the concave portion 2A provided in the main mold 2 and the convex portion 3A provided in the core 3 are constantly calculated.
  • control unit 10 detects information on the position, orientation, and inclination of the core 3 (convex portion 3A) gripped by the core gripping movement unit 5 detected by the gripping core position and posture detection unit 7 And information on the movement amount of the core gripping and moving means 5 detected by the core movement amount detecting means 6 and the position, orientation, and position of the main mold 2 (concave portion 2A) detected by the main mold position and orientation detecting means 8 Based on the information on the inclination, the relationship between the relative position, orientation, and inclination of the main mold 2 (concave portion 2A) and the core 3 (convex portion 3A) is calculated.
  • control means 10 uses the relationship between the calculated relative position, orientation, and inclination of the main mold 2 and the core 3 and the external force and moment applied to the core 3 detected by the sensor 9 to the main mold 2.
  • the movement of the core gripping and moving means 5 is controlled so that the core 3 and the core 3 are fitted.
  • the control means 10 includes information detected by the core movement amount detection means 6, information detected by the grasping core position and attitude detection means 7, information detected by the main pattern position and attitude detection means 8, and the sensor 9. It is configured by a robot controller, PLC, FA personal computer, microcomputer or the like that can carry out integrated computer processing of detected information.
  • FIG.2 and FIG.3 is a flowchart which shows the fitting method of the main type
  • FIG. 3 is a flow chart for explaining the details of the main mold / core fitting step (step S12).
  • the pre-core position / posture detection unit 4 detects the position, orientation, and tilt of the core 3 placed at a predetermined position (step S1).
  • the core moving unit 12 (the arm of the vertical articulated robot) of the core gripping and moving means 5 moves at high speed to near the core 3 (step S2).
  • the core gripping portion 11 (robot hand of the vertical articulated robot) of the core gripping movement means 5 is based on the position, orientation, and inclination of the core 3 detected by the core position / posture detecting means 4 in advance. And hold the core 3 (step S3). In this way, even when the core 3 before being gripped by the core gripping portion 11 is placed in a complicated manner such as stacking, gripping of the core 3 can be realized smoothly. .
  • the core moving unit 12 moves the core gripping portion 11 gripping the core 3 to the detection range of the gripping core position and orientation detection means 7 (vision sensor), and then stops (step S4). ).
  • the grasping core position and orientation detection means 7 determines the position, the direction, and the inclination of the core 3 grasped by the core grasping portion 11, specifically, the convex portion 3A provided on the core 3 The position, orientation, and tilt are detected (step S5).
  • the main mold position and orientation detection means 8 is the position, orientation, and inclination of the main mold 2 placed at a predetermined position, and more specifically, a recess 2A provided in the main mold 2 Position, orientation, and tilt of the object are detected (step S6).
  • control means 10 holds the core grasped by the core grasping portion 11, the position, the direction, and the inclination, and the core grasp detected by the core movement amount detecting means 6 (encoder)
  • the relative position, orientation, and inclination of the main mold 2 and the core 3 are provided based on the amount of movement of the moving means 5 and the position, orientation, and inclination of the main mold 2.
  • the relative position, the direction, and the inclination of the concave portion 2A and the convex portion 3A provided on the core 3 are calculated (step S7).
  • control means 10 resets the external force and the moment applied to the core 3 which has been detected by the sensor 9 (force sensor) up to now, in a state where the core gripping portion 11 grips the core 3 (Step S8).
  • the core moving unit 12 moves the core 3 gripped by the core gripping portion 11 to near the main mold 2 at high speed (step S9).
  • the relative position, direction, and tilt information of the main mold 2 (concave portion 2A) and the core 3 (convex portion 3A) calculated in step S7, and the information of the movement amount of the core moving portion 12 Based on the relative position, orientation, and inclination information of the main mold 2 (concave portion 2A) and the core 3 (convex portion 3A), the control means 10 constantly updates information.
  • the core moving portion 12 brings the core 3 gripped by the core gripping portion 11 closer to the recess 2A where the convex portion 3A which is the fitting portion of the core 3 is the fitting portion of the main mold 2 To move at a low speed (step S10).
  • the recess 2A and the protrusion 3A are Information on relative position, orientation, and tilt is constantly updated by the control means 10.
  • FIG. 4 is a view showing the positional relationship between the convex portion 3A of the core 3 gripped by the core gripping portion 11 and the concave portion 2A of the main mold 2 in step S10.
  • Z is an axial direction in which the core 3 and the main mold 2 (the convex portion 3A of the core 3 and the concave portion 2A of the main mold 2) fit
  • X and Y are axes orthogonal to the fitting axis Z Represents a direction.
  • the control means 10 detects the external force Fz in the fitting axis direction Z, the external force Fx in the X axis direction orthogonal to the axis Z, and / or the external force Fy in the Y axis direction orthogonal to the axis Z It is confirmed whether it is done (step S11).
  • the control means 10 continues the core 3 gripped by the core gripping portion 11, The core moving portion 12 is moved at a low speed so that the convex portion 3A which is the fitting portion of the core 3 approaches the concave portion 2A which is the fitting portion of the main mold 2.
  • step S11 when the sensor 9 confirms the detection of the external force Fz, the external force Fx, and / or the external force Fy (step S11: Yes), the control means 10 stops the movement of the core moving unit 12. Thereafter, the process proceeds to the main mold / core fitting process (step S12).
  • step S11 the external force Fz, the external force Fx, and the external force Fy can be detected because the sensor 9 is a six-axis force sensor. This is an advantage not possible with load cells.
  • step S12 the control means 10 determines whether the convex portion 3A of the core 3 is in the process of being fitted in the concave portion 2A of the main mold 2 (step S121). ). Specifically, the control means 10 calculates the height (the distance from the reference plane in the fitting axial direction Z) of the calculated tip of the convex portion 3A and the height of the upper surface peripheral edge of the calculated recess 2A of the main mold 2 It judges from the relationship of (the distance from the reference plane of the fitting axial direction Z).
  • control means 10 determines that the projection 3A of the core 3 is not in the middle of being fitted in the recess 2A of the main mold 2 (step S121: No), it determines that an abnormality has occurred and the fitting device Emergency stop 1 This is because the control means 10 makes the tip end of the convex portion 3A in the core 3 contact the upper surface peripheral edge in the concave portion 2A of the main mold 2, and so on. In this case, it is determined that the sensor 9 detects the external force Fz, the external force Fx, and / or the external force Fy due to the contact.
  • control means 10 determines that the convex portion 3A of the core 3 is in the process of being fitted in the concave portion 2A of the main mold 2 (step S121: Yes)
  • the control means 10 has the sensor 9 External force Fx in the X-axis direction, external force Fy in the Y-axis direction, moment Mz applied in the rotational direction about the Z-axis, moment Mx applied in the rotational direction about the X-axis, and / or rotational direction about the Y-axis It is checked whether the applied moment My is detected (step S122).
  • the control means 10 detects the external force Fx detected by the sensor 9;
  • the core moving part 12 (convex part 3A of the core 3) is moved at low speed in the XY plane in the direction in which the external force Fy, the moment Mz, the moment Mx and / or the moment My decreases (step S123).
  • the control means 10 sets the convex portion 3A of the core 3 so that the positions of the concave portion 2A of the main mold 2 and the convex portion 3A of the core 3 coincide with each other to be fitted most without resistance. Move it.
  • FIG. 5 is a view showing the positional relationship between the convex portion 3A of the core 3 gripped by the core gripping portion 11 and the concave portion 2A of the main mold 2 in step S123.
  • the sensor 9 detects the moment My
  • the control means 10 moves the core moving part 12 (the convex part 3A of the core 3) in the direction in which the moment My decreases in the XY plane.
  • steps S122 and S123 are repeated until the external force Fx, external force Fy, moment Mz, moment Mx, and / or moment My detected by the sensor 9 become zero.
  • step S122 when the sensor 9 does not detect the external force Fx, the external force Fy, the moment Mz, the moment Mx, and / or the moment My (step S122: No), that is, the external force Fx, the external force Fy, the moment Mz
  • the core moving unit 12 is slowly moved in the Z-axis direction. That is, the convex portion 3A of the core 3 is moved at low speed to the concave portion 2A of the main mold 2 (step S124). Thereby, fitting of convex part 3A of core 3 and crevice 2A of main model 2 is started.
  • the control means 10 determines whether the external force Fz in the fitting axial direction Z detected by the sensor 9 has reached a predetermined fitting completion external force Fza (step S125).
  • the control means 10 determines that the external force Fz in the fitting axial direction Z detected by the sensor 9 has reached the fitting completion external force Fza (step S125: Yes)
  • the main mold 2 refcess 2A
  • the core 3 core 3
  • the fitting completion external force Fza changes depending on the constituent material, compression strength, size, and / or shape of the main die 2 and the core 3, but the recess 2A of the main die 2 viewed from the fitting axis Z direction,
  • the projected area of the convex portion 3A of the core 3 is defined as a pressure receiving area
  • the applied pressure exceeds 4.0 MPa, the fitting portion between the recess 2A of the main mold 2 and the protrusion 3A of the core 3 may be broken.
  • step S125: No when the control means 10 determines that the external force Fz in the fitting axial direction Z detected by the sensor 9 has not reached the fitting completion external force Fza (step S125: No), the process returns to step S122.
  • step S127 the core gripping portion 11 of the core gripping moving means 5 releases the gripping of the core 3 (step S127). This completes the core placement on the main mold.
  • step S12 the core moving unit 12 of the core gripping and moving means 5 moves to the initial position at high speed.
  • step S12 the main mold / core fitting step
  • step S12 When the main mold / core fitting step (step S12) is finished, the work of fitting the main mold and the core is finished. Next, when the main die 2 and core 3 to be fitted are placed at predetermined positions, the fitting operation of the main die and core is continuously performed.
  • the order of steps can be changed.
  • the order of each step may be changed.
  • step S1 can be omitted.
  • the process in the middle may be omitted.
  • step S8 it is possible to change the operation of resetting the external force and moment applied to the core 3 detected by the sensor 9.
  • the control means 10 stores the external force and moment detected by the sensor 9 and uses it as a reference value, and the external force and moment in the initial state and the external force and moment in steps S11, S122, S123 and S125. You may make it discriminate
  • the moving speed of the core moving unit 12 of the core gripping and moving means 5 is changed, and the purpose of mounting and fitting the core 3 in the main mold 2 is achieved. You can move at any speed if you can.
  • the reference numeral 3B represents the remaining portion of the projection 3A of the core 3 which is not a portion (a tapered portion) which is actually fitted in the recess 2A provided in the main mold 2. .
  • the taper angle of the fitting part is often around 2 °. This is derived as an experience value and is also included in the technical book on casting.
  • the fitting is performed by the combination of the convex portion 3 of the core 3 and the concave portion 2A of the main mold 2 according to the first to third examples.
  • the clearance of the fitting portion of the convex portion 3A was able to be 0.3 mm or less.
  • the apparatus for placing (fitting) the core on the main mold which can completely reproduce the core placing operation which has been carried out by the core placing worker with subtle hand feeling by automation is: It did not exist.
  • the fitting connection between the main mold and the core is formed into a tapered shape to be fitted to each other, but in order to manufacture a casting product of higher quality, the core placement craftsman places the core on the main mold As the work being carried out, when setting the core in this taper-shaped fitting joint, the core is pushed into the fitting portion with a delicate hand feeling that the core is not broken at the end of the fitting. ing.
  • the fitting device 1 in the fitting device 1 according to the present embodiment, the high quality casting that the core placement crafter realized by the trick can be realized by automation by a robot, and further, until now, it can be manually operated. It is possible to narrow the clearance of the fitting portion between the concave portion 2A of the main mold 2 and the convex portion 3A of the core 3 which can only be realized by recourse to the limit of 0.3 mm or less.
  • the adhesion between the main mold 2 and the core 3 can be increased. It is possible to obtain the effect of
  • the first problem is the improvement in the accuracy of the cast product due to the improvement in the relative position accuracy between the main mold and the core.
  • the second factor is the reduction of burrs in cast products due to the elimination of the gap between the main mold and the core.
  • the third one is improvement in the adhesion between the main mold and the core by the slurry-like mold paste applied to the fitting portion.
  • the fourth is the improvement in the accuracy of the cast product by thinning of the slurry-like mold paste applied to the fitting portion.
  • defects caused by core mounting e.g., rolling, squeezing, uneven thickness, mold loss, etc.
  • FIG. 9 is a view schematically showing the entire structure of a fitting device for a main die and a core according to a modification.
  • the core position and orientation detection means 4 (vision sensor), the grasping core position and orientation detection means 7 (vision sensor), and the main type position and orientation detection means 8
  • the vision sensors are respectively fixed, but as shown in FIG.
  • the pre-core position and orientation detection means 4 (vision sensor), the grasping core position and orientation detection means 7 (vision sensor), and the main position and orientation
  • the function of the detection means 8 may be integrated into one vision sensor, and may be attached to and moved by the core gripping movement means 5 (the arm of the vertical articulated robot).
  • the core gripping portion As long as it is a means that can detect the position, the orientation, and the inclination of the core 3 gripped by 11, any means may be used in its arrangement.
  • the concave portion 2A which is the fitting portion provided in the main mold 2 and the convex portion 3A which is the fitting portion provided in the core 3 are fitted.
  • a convex portion may be provided at 2 and a concave portion may be provided at the core 3.
  • the main mold 2 and the core 3 are fitted by fitting the convex portion which is the fitting portion provided in the main mold 2 and the recess which is the fitting portion provided in the core 3 Be done.
  • the core gripping and moving means 5 is constituted by a vertical articulated robot, but other means can be used.
  • any means capable of freely driving and conveying three-dimensional space such as a horizontal articulated robot, a parallel link robot, a cooperative robot, and a drive actuator capable of linearly moving along three axes of XYZ can be used.
  • the power is not limited to electric power, and oil pressure or air pressure may be used.
  • the core gripping portion 11 of the core gripping movement means 5 is configured by a robot hand, but other means can be used.
  • a means that can handle the core such as a hand that is inserted into a hole or a recess provided in the core 3 and opens outward, a hand with a shape that holds the core, a hand with a shape that pierces the core, Any means may be used.
  • the pre-core position / posture detecting means 4, the grasping core position / posture detecting means 7, and the main pattern position / posture detecting means 8 are constituted by vision sensors, but other means It is possible to use.
  • any means such as a laser sensor, a linear encoder, a proximity sensor, an infrared sensor, a millimeter wave sensor, and a microwave sensor may be used as long as the means can confirm the distance and the position.
  • the senor 9 is configured by a six-axis force sensor, but other means can be used.
  • an external force Fz in the fitting axis Z direction, a moment Mz centered on the Z axis, an external force Fx in the X and Y axial directions orthogonal to the axis Z such as an acceleration sensor or a load detector composed of a plurality of strain gauges.
  • Any means can be used as long as it can detect Fy and moments Mx and My centered on each of the XY axes orthogonal to the Z axis.
  • the core movement amount detection means 6 is configured by an encoder, but other means can be used.
  • the moving direction and distance of the core 3 gripped by the core gripping portion 11 of the core gripping moving means 5 such as a laser sensor, linear encoder, proximity sensor, infrared sensor, millimeter wave sensor, microwave sensor, etc. can be confirmed Any means may be used.

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Abstract

【課題】中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法を提供すること。 【解決手段】中子を把持して移動する中子把持移動手段と、前記中子把持移動手段の移動量を検出する中子移動量検出手段と、前記中子把持移動手段に把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する把持中子位置姿勢検出手段と、主型の位置、向き、及び、傾きを検出する主型位置姿勢検出手段と、前記中子に加わる物理量を検出するセンサと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記センサが検出した前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子把持移動手段を制御する制御手段と、を備えた。

Description

主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法
　本発明は、主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法に関する。
　従来から、鋳造時に中子を主型に載置する装置において、ＣＣＤカメラと画像処理装置の組み合わせにより、主型と中子の傾斜および垂直位置を検出し、そのデータを基に産業用ロボットを動作させて中子を主型に載置する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、鋳造時に中子を主型に載置する装置において、産業用ロボットのアーム部に力覚センサを取り付け、力覚センサより先のロボット先端部に加わる外力を検出できるようにし、そのデータを基に産業用ロボットを動作させて中子を主型に載置する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許３２２３０３３号明細書 特開平６－２７７７９９号公報
　しかしながら、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる方法は、存在していなかった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明における主型と中子の嵌合装置は、中子を把持して移動する中子把持移動手段と、前記中子把持移動手段の移動量を検出する中子移動量検出手段と、前記中子把持移動手段に把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する把持中子位置姿勢検出手段と、主型の位置、向き、及び、傾きを検出する主型位置姿勢検出手段と、前記中子に加わる物理量を検出するセンサと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記センサが検出した前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子把持移動手段を制御する制御手段と、を備えたこと、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子に加わる物理量は、外力及びモーメントであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記制御手段は、前記センサが、前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子把持移動手段を移動させ、前記センサが、前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるのを検出するまで、前記中子把持移動手段を前記主型の方向に移動させること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記主型と前記中子の嵌合は、前記主型に設けられた嵌合部に前記中子に設けられた嵌合部を嵌合することにより行われ、前記主型に設けられた嵌合部と前記中子に設けられた嵌合部は互いにテーパー形状をしていること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する事前中子位置姿勢検出手段をさらに備えたこと、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記センサは、６軸の力覚センサであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子把持移動手段は産業用ロボットであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記事前中子位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記把持中子位置姿勢検出手段、及び／又は、前記主型位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子移動量検出手段は、エンコーダであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記制御手段は、ロボットコントローラであること、を特徴とする。
　また、本発明における主型と中子の嵌合方法は、中子を把持して移動することと、把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出することと、前記中子の移動量を検出することと、主型の位置、向き、及び、傾きを検出することと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出することと、前記中子に加わる物理量を検出することと、前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子の移動を制御することと、を含むこと、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子に加わる物理量は、外力及びモーメントであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記制御することは、前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子を移動させることと、前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるまで、前記中子を前記主型の方向に移動させることであること、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子を把持した後に、前記中子に加わる物理量をリセットすること、をさらに含むこと、を特徴とする。
　また、本発明の一実施態様では、前記中子を把持した後に、前記中子に物理量を記憶すること、をさらに含むこと、を特徴とする。
　本発明によれば、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができるので、中子載置作業の効率化と、中子載置作業によって引き起こされる鋳物製品の不良の削減をすることができるという効果を奏する。
本実施の形態に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。 本実施の形態に係る嵌合装置を用いた主型と中子の嵌合方法を示すフローチャートである。 本実施の形態に係る嵌合装置を用いた主型と中子の嵌合方法を示すフローチャートである。 ステップＳ１０における中子把持部に把持された中子の凸部と主型の凹部の位置関係を示す図である。 ステップＳ１２３における中子把持部に把持された中子の凸部と主型の凹部の位置関係を示す図である。 主型に設けられた凹部の形状と中子に設けられた凸部の形状の一例を示す図である。 主型に設けられた凹部の形状と中子に設けられた凸部の形状の一例を示す図である。 主型に設けられた凹部の形状と中子に設けられた凸部の形状の一例を示す図である。 変形例に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明による主型と中子の嵌合装置、及び、主型と中子の嵌合方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
　図１は、本実施の形態に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。嵌合装置１は、主型２と中子３を嵌合する。具体的には、嵌合装置１は、主型２に設けられた嵌合部である凹部２Ａと、中子３に設けられた嵌合部である凸部３Ａを嵌合する。そして、前記凹部２Ａと前記凸部３Ａは互いにテーパー形状をしている。また、前記凸部３Ａのテーパー形状の部分は、水平方向の断面形状が円形をしている。
　嵌合装置１は、事前中子位置姿勢検出手段４、中子把持移動手段５、中子移動量検出手段６、把持中子位置姿勢検出手段７、主型位置姿勢検出手段８、センサ９、及び、制御手段１０を備えている。
　事前中子位置姿勢検出手段４は、所定の位置に置かれている中子３の三次元空間の位置、向き、及び、傾きを検出する。ここで、「傾き」とは中子３の「基準面」に対する傾きを意味し、「基準面」とは、中子把持移動手段５が設置されている設置面を意味する。なお、地面を「基準面」としないのは、鋳物工場は古い施設であることが多く床が正確な平面とは限らないため地面を基準にすると狂いが生じるためである。事前中子位置姿勢検出手段４は、ビジョンセンサで構成される。
　中子把持移動手段５は、中子３を把持して移動する。中子把持移動手段５は、中子把持部１１、及び、中子移動部１２を備えている。中子把持部１１は、中子３を把持する。中子移動部１２は、中子３を把持した中子把持部１１を、主型２の位置まで移動させる。中子把持移動手段５は、産業用ロボットであり、より具体的には、垂直多関節ロボットで構成される。そして、中子移動部１２は、垂直多関節ロボットのアームに相当し、中子把持部１１は、アーム部分の先端に取り付けられたロボットハンドに相当する。
　中子移動量検出手段６は、中子把持移動手段５の移動量(３次元空間の移動距離)を検出する。具体的には、中子移動量検出手段６は、中子移動部１２に相当する垂直多関節ロボットの各駆動軸の駆動量を常時検出する。そして、後述する制御手段１０が、この検出結果から中子３を把持している中子把持部１１の移動後の位置を常時算出する。本実施の形態では、中子移動量検出手段６は、中子把持移動手段５に組み込まれている。中子移動量検出手段６は、エンコーダで構成される。
　把持中子位置姿勢検出手段７は、中子把持移動手段５が主型の近くに移動した後、中子把持移動手段５に把持された中子３の三次元空間の位置、向き、及び、傾きを検出する。ここで、「傾き」とは中子３の「基準面」に対する傾きを意味し、「基準面」とは、中子把持移動手段５が設置されている設置面を意味する。なお、地面を「基準面」としないのは、鋳物工場は古い施設であることが多く床が正確な平面とは限らないため地面を基準にすると狂いが生じるためである。具体的には、把持中子位置姿勢検出手段７は、中子３に設けられた凸部３Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する。把持中子位置姿勢検出手段７は、ビジョンセンサで構成される。
　主型位置姿勢検出手段８は、所定の位置に置かれている主型２の三次元空間の位置、向き、及び、傾きを検出する。ここで、「傾き」とは主型２の「基準面」に対する傾きを意味し、「基準面」とは、中子把持移動手段５が設置されている設置面を意味する。なお、地面を「基準面」としないのは、鋳物工場は古い施設であることが多く床が正確な平面とは限らないため地面を基準にすると狂いが生じるためである。具体的には、主型位置姿勢検出手段８は、主型２に設けられた凹部２Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する。主型位置姿勢検出手段８は、ビジョンセンサで構成される。
　センサ９は、中子把持移動手段５が中子３を把持して移動している時に、中子３に加わる物理量である外力及びモーメントを検出する。センサ９は、６軸の力覚センサで構成される。従って、センサ９は、３方向の外力、及び、モーメントを検出することが可能である。
　制御手段１０は、中子把持移動手段５を制御する。制御手段１０は、その機能の一つとして、主型２と中子３の相対位置、向き、及び、傾きを常時算出する。具体的には、主型２に設けられた凹部２Ａと、中子３に設けられた凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きを常時算出する。
　より詳細には、制御手段１０は、把持中子位置姿勢検出手段７が検出した、中子把持移動手段５に把持された中子３（凸部３Ａ）の位置、向き、及び、傾きに関する情報と、中子移動量検出手段６が検出した、中子把持移動手段５の移動量に関する情報と、主型位置姿勢検出手段８が検出した、主型２（凹部２Ａ）の位置、向き、及び、傾きに関する情報とを基に、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの関係を算出する。その後、中子把持移動手段５が移動した場合には、中子移動量検出手段６の情報を基に、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの関係を算出し続ける。
　制御手段１０は、もう一つの機能として、算出した主型２と中子３の相対位置、向き、及び、傾きの関係と、センサ９が検出した中子３に加わる外力及びモーメントから主型２と中子３を嵌合させるように中子把持移動手段５の移動を制御する。制御手段１０は、中子移動量検出手段６によって検出される情報、把持中子位置姿勢検出手段７によって検出される情報、主型位置姿勢検出手段８によって検出される情報、及び、センサ９によって検出される情報を一体的に電算処理することができるロボットコントローラ、ＰＬＣ、ＦＡパソコン、又は、マイコン等で構成される。
（主型と中子の嵌合方法）
　次に、本実施の形態に係る嵌合装置１を用いた主型と中子の嵌合方法を説明する。図２及び図３は、本実施の形態に係る嵌合装置１を用いた主型と中子の嵌合方法を示すフローチャートである。なお、図３は、主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）の詳細を説明するフローチャートである。
　初めに、事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）は、所定の位置に置かれている中子３の位置、向き、及び、傾きを検出する（ステップＳ１）。
　次に、中子把持移動手段５の中子移動部１２（垂直多関節ロボットのアーム）は、中子３の近くまで高速で移動する（ステップＳ２）。
　次に、中子把持移動手段５の中子把持部１１（垂直多関節ロボットのロボットハンド）は、事前中子位置姿勢検出手段４が検出した中子３の位置、向き、及び、傾きを基に、中子３を把持する（ステップＳ３）。このようにすることで、中子把持部１１に把持される前の中子３が段積みなど複雑な置き方をされている場合においても、スムーズに中子３の把持を実現することができる。
　次に、中子移動部１２は、中子３を把持している中子把持部１１を把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）の検出範囲まで移動させた後、停止する（ステップＳ４）。
　次に、把持中子位置姿勢検出手段７は、中子把持部１１に把持された中子３の位置、向き、及び、傾き、具体的には、中子３に設けられた凸部３Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する（ステップＳ５）。
　次に、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）は、所定の位置に置かれている主型２の位置、向き、及び、傾き、具体的には、主型２に設けられた凹部２Ａの位置、向き、及び、傾きを検出する（ステップＳ６）。
　次に、制御手段１０（ロボットコントローラ）は、中子把持部１１に把持された中子３の位置、向き、及び、傾きと、中子移動量検出手段６（エンコーダ）が検出した中子把持移動手段５の移動量と、主型２の位置、向き、及び、傾きとから、主型２と中子３の相対位置、向き、及び、傾き、具体的には、主型２に設けられた凹部２Ａと、中子３に設けられた凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きを算出する（ステップＳ７）。
　次に、制御手段１０は、中子把持部１１が中子３を把持している状態で、今までセンサ９（力覚センサ）に検出されていた中子３に加わる外力及びモーメントをリセットする（ステップＳ８）。
　次に、中子移動部１２は、中子把持部１１に把持された中子３を主型２の近くまで高速で移動する（ステップＳ９）。この時、ステップＳ７で算出された主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの情報、及び、中子移動部１２の移動量の情報を基に、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の相対位置、向き、及び、傾きの情報が制御手段１０により、常に更新される。
　次に、中子移動部１２は、中子把持部１１に把持された中子３を、中子３の嵌合部である凸部３Ａが主型２の嵌合部である凹部２Ａの近付くように低速で移動する（ステップＳ１０）。この時、ステップＳ７で算出された凹部２Ａと凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きの情報、及び、中子移動部１２の移動量の情報を基に、凹部２Ａと凸部３Ａの相対位置、向き、及び、傾きの情報が制御手段１０により、常に更新される。
　図４は、ステップＳ１０における中子把持部１１に把持された中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの位置関係を示す図である。図において、Ｚは、中子３と主型２（中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａ）が嵌合する軸方向、Ｘ及びＹは、嵌合軸Ｚに直交する各軸方向を表す。
　次に、制御手段１０は、センサ９が、嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚ、軸Ｚに直交するＸ軸方向の外力Ｆｘ、及び／又は、軸Ｚに直交するＹ軸方向の外力Ｆｙを検出しているかを確認する（ステップＳ１１）。制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び／又は、外力Ｆｙの検出を確認しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、引き続き、中子把持部１１に把持された中子３を、中子３の嵌合部である凸部３Ａが主型２の嵌合部である凹部２Ａの近付くように低速で中子移動部１２を移動させる。
　一方、制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び／又は、外力Ｆｙの検出を確認した場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、中子移動部１２の移動を停止する。以後、主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）へ進む。なお、ステップＳ１１において、外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び、外力Ｆｙを検出できるのは、センサ９が６軸の力覚センサで構成されているためである。これは、ロードセルではできない利点である。
（主型・中子嵌合工程）
　主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）では、初めに、制御手段１０は、中子３の凸部３Ａが主型２の凹部２Ａに嵌合されている途中かを判断する（ステップＳ１２１）。具体的には、制御手段１０は、算出した凸部３Ａの先端部の高さ（嵌合軸方向Ｚの基準面からの距離）と、算出した主型２の凹部２Ａにおける上面周縁の高さ（嵌合軸方向Ｚの基準面からの距離）の関係から判断する。
　制御手段１０は、中子３の凸部３Ａが主型２の凹部２Ａに嵌合されている途中ではないと判断した場合（ステップＳ１２１：Ｎｏ）、異常が発生したと判断し、嵌合装置１を非常停止する。これは、制御手段１０が、中子３における凸部３Ａの先端部が主型２の凹部２Ａにおける上面周縁に接触する等、中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａ同士以外が接触したことにより、センサ９が外力Ｆｚ、外力Ｆｘ、及び／又は、外力Ｆｙを検出したと判断した場合である。
　一方、制御手段１０は、中子３の凸部３Ａが主型２の凹部２Ａに嵌合されている途中であると判断した場合（ステップＳ１２１：Ｙｅｓ）、制御手段１０は、センサ９が、Ｘ軸方向の外力Ｆｘ、Ｙ軸方向の外力Ｆｙ、Ｚ軸を中心として回転方向に加わるモーメントＭｚ、Ｘ軸を中心として回転方向に加わるモーメントＭｘ、及び／又は、Ｙ軸を中心として回転方向に加わるモーメントＭｙを検出しているかを確認する（ステップＳ１２２）。
　制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙを検出している場合（ステップＳ１２２：Ｙｅｓ）、センサ９が検出している外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙが減少する方向に中子移動部１２（中子３の凸部３Ａ）をＸＹ平面で低速移動させる（ステップＳ１２３）。言い換えると、制御手段１０は、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの位置が互いに一致して、もっとも抵抗なく嵌合される位置になるように中子３の凸部３Ａを移動させる。
　図５は、ステップＳ１２３における中子把持部１１に把持された中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの位置関係を示す図である。本図では、センサ９が、モーメントＭｙを検出しており、制御手段１０は、中子移動部１２（中子３の凸部３Ａ）をモーメントＭｙが減少する方向にＸＹ平面で移動させる。
　その後、センサ９が検出している外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙがゼロになるまで、ステップＳ１２２とステップＳ１２３を繰り返す。
　一方、制御手段１０は、センサ９が、外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙを検出しない場合（ステップＳ１２２：Ｎｏ）、すなわち、外力Ｆｘ、外力Ｆｙ、モーメントＭｚ、モーメントＭｘ、及び／又は、モーメントＭｙがゼロになると、中子移動部１２を軸Ｚ方向に低速移動させる。すなわち、中子３の凸部３Ａを主型２の凹部２Ａに低速移動させる（ステップＳ１２４）。これにより、中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの嵌合が開始される。
　次に、制御手段１０は、センサ９が検出した嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚがあらかじめ規定された嵌合完了外力Ｆｚａに達したかを判断する（ステップＳ１２５）。制御手段１０は、センサ９が検出した嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚが嵌合完了外力Ｆｚａに達したと判断した場合（ステップＳ１２５：Ｙｅｓ）、主型２（凹部２Ａ）と中子３（凸部３Ａ）の嵌合は終了したと判断し、中子移動部１２の移動を停止する（ステップＳ１２６）。なお嵌合完了外力Ｆｚａは、主型２及び中子３の構成材質、圧縮強度、寸法、及び／又は、形状によって変化するが、嵌合軸Ｚ方向から見た主型２の凹部２Ａ、及び／又は、中子３の凸部３Ａの投影面積を受圧面積と定義した時に０．００５～４．０ＭＰａとなる加圧力に設定するのが好ましい。加圧力が０．００５ＭＰａより小さいと、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部に発生する摩擦のため嵌合することはできない。反対に、加圧力が４．０ＭＰａを超えると、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部が壊れるおそれがある。
　一方、制御手段１０は、センサ９が検出した嵌合軸方向Ｚの外力Ｆｚが嵌合完了外力Ｆｚａに達していないと判断した場合（ステップＳ１２５：Ｎｏ）、ステップＳ１２２へ戻る。
　次に、中子把持移動手段５の中子把持部１１は、中子３の把持を解除する（ステップＳ１２７）。これにより、主型への中子載置が終了する。
　次に、中子把持移動手段５の中子移動部１２は、初期位置へ高速で移動する（ステップＳ１２８）。これにより、主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）が終了する。
　主型・中子嵌合工程（ステップＳ１２）が終了すると、主型と中子の嵌合作業が終了する。なお、次に、嵌合する予定の主型２と中子３が所定の位置に置かれている場合、主型と中子の嵌合作業が引き続き行われる。
　なお、本実施の形態に係る嵌合方法において、工程の順序を変更することが可能である。例えば、ステップＳ７とステップＳ８の順序を逆にするなど、主型２内に中子３を載置嵌合することができるのであれば、各工程の順序を変更してもよい。
　また、本実施の形態に係る嵌合方法において、一部の工程を削除することも可能である。例えば、中子把持移動手段５の中子把持部１１で把持される前の中子３があらかじめ決められた位置姿勢で載置されている場合、ステップＳ１を省略することできる。このように、主型２内に中子３を載置嵌合する目的を果たすことができれば途中の工程を省略してもよい。
　また、ステップＳ８において、センサ９が検出した中子３に加わる外力及びモーメントをリセットする作業を変更することが可能である。例えば、制御手段１０がセンサ９で検出される外力及びモーメントを記憶して、それを基準値として用いるなど、初期状態の外力及びモーメントと、ステップＳ１１、Ｓ１２２、Ｓ１２３、及び、Ｓ１２５における外力及びモーメントとの差分を判別するようにしてもよい。
　さらに、中子把持移動手段５の中子移動部１２の移動速度を変更することが可能である。例えば、ステップＳ２、Ｓ９、及び、Ｓ１２８における中子把持移動手段５の中子移動部１２の移動速度を低速にするなど、主型２内に中子３を載置嵌合する目的を果たすことができればどのような速度で移動させてもよい。
（中子と主型の寸法の例）
　次に、中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの寸法の組み合わせとして３つの例を説明する。図６～図８は、主型２に設けられた凹部２Ａの形状と中子３に設けられた凸部３Ａの形状の一例を示す図である。なお、本発明が適用される中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの組み合わせはこの事例に限定されるものではない。図６は事例１を示し、Ｄ１１＝４０ｍｍ、Ｌ１１＝３０ｍｍ、Ｄ１２＝４０ｍｍ、Ｌ１２＝２５ｍｍ、θ＝２°である。図７は事例２を示し、Ｄ２１＝１５ｍｍ、Ｌ２１＝４０ｍｍ、Ｄ２２＝３５ｍｍ、Ｌ２２＝２０ｍｍ、θ＝２°である。図８は事例３を示し、Ｄ３１＝４０ｍｍ、Ｌ３１＝８０ｍｍ、Ｄ３２＝８０ｍｍ、Ｌ３２＝３０ｍｍ、θ＝２°である。なお、各図中の符号３Ｂは、中子３の凸部３Ａにおいて、主型２に設けられた凹部２Ａに実際に嵌合する部分（テーパー形状の部分）ではない残りの部分を表している。
　一般に、縦方向に互いに嵌合される中子３の凸部３Ａと主型２の凹部２Ａの組み合わせでは、嵌合部のテーパー角度は２°前後であることが多い。これは経験値として導き出されており、鋳物に関する技術書にも掲載されている。なお、本発明を利用して事例１ないし３の中子３の凸部３と主型２の凹部２Ａの組み合わせで嵌合を行ったが、いずれも主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部のクリアランスを０．３ｍｍ以下にすることができた。
　前述した様に、中子載置職人が微妙な手感覚で実施してきた中子載置作業を自動化により完全に再現することができる中子を主型に載置（嵌合）する装置は、存在していなかった。一般に主型と中子の嵌合結合部は互いに嵌合するテーパー形状に成型されているが、より良質な鋳物製品を製造するために中子載置職人が主型に中子載置するにあたり実施している作業として、このテーパー形状の嵌合結合部に中子をセットするにあたり嵌合の最後に中子が壊れない微妙な手感覚により中子を嵌合部に押し込むといった作業を実施している。
　これに対して、本実施の形態に係る嵌合装置１では、中子載置職人が勘コツで実現してきた良質な鋳物づくりをロボットによる自動化で実現することができ、さらに、今まで人手に頼ることでしか実現不可能であった主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部のクリアランスを０．３ｍｍ以下の極限にまで狭めることが可能となる。
　そして、主型２の凹部２Ａと中子３の凸部３Ａの嵌合部のクリアランスを０．３ｍｍ以下にできることで、主型２と中子３の密着性を増加させることができ、いくつかの効果を得ることが可能である。１つ目に主型と中子の相対位置精度が向上することによる鋳物製品の精度向上が挙げられる。２つ目に主型と中子の間の隙間がなくなることによる鋳物製品のバリ減少が挙げられる。３つ目に嵌合部に塗布するスラリー状のモールドペーストによる主型と中子の密着性向上が挙げられる。４つ目に嵌合部に塗布するスラリー状のモールドペーストの薄層化による鋳物製品の精度向上が挙げられる。さらに、中子載置によって引き起こされる不良（例えば、はぐみ、グイチ、偏肉、型落ちなど）を削減することができる。
（変形例）
　事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）、把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）、及び、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）は、いずれもその配置を変更することができる。図９は、変形例に係る主型と中子の嵌合装置の全体構造の概略を表す図である。図１の主型と中子の嵌合装置では、事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）、把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）、及び、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）は、それぞれ固定されているが、図９の様に、事前中子位置姿勢検出手段４（ビジョンセンサ）、把持中子位置姿勢検出手段７（ビジョンセンサ）、及び、主型位置姿勢検出手段８（ビジョンセンサ）の機能が１つのビジョンセンサに統合され、中子把持移動手段５（垂直多関節ロボットのアーム）に取り付けられ移動するようにしてもよい。
　このように、所定の位置に置かれている中子３の位置、向き、及び、傾きと、所定の位置に置かれている主型２の位置、向き、及び、傾きと、中子把持部１１に把持された中子３の位置、向き、及び、傾きとを検出できる手段であれば、その配置においてどのような手段を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、主型２に設けられた嵌合部である凹部２Ａと、中子３に設けられた嵌合部である凸部３Ａとを嵌合しているが、主型２に凸部が設けられ、中子３に凹部が設けられもよい。その場合、主型２に設けられた嵌合部である凸部と、中子３に設けられた嵌合部である凹部とを嵌合することにより、主型２と中子３が嵌合される。
　また、本実施の形態では、中子把持移動手段５は垂直多関節ロボットで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、協働ロボット、ＸＹＺ各３軸に直動駆動可能な駆動アクチュエータなど、３次元空間を自在に駆動搬送できる手段であればどのような手段を用いてもよい。また動力も電動に限らず、油圧や空圧を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、中子把持移動手段５の中子把持部１１はロボットハンドで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、中子３に設けられた孔空き部や凹部に差し込んで外側に開くようなハンド、中子を掬う形状のハンド、中子を刺す形状のハンドなど、中子をハンドリングできる手段であればどのような手段を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、事前中子位置姿勢検出手段４、把持中子位置姿勢検出手段７、及び、主型位置姿勢検出手段８は、ビジョンセンサで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、レーザーセンサ、リニアエンコーダ、近接センサ、赤外線センサ、ミリ波センサ、マイクロ波センサなど、距離や位置が確認できる手段であればどのような手段を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、センサ９は、６軸の力覚センサで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、加速度センサや複数個のひずみゲージからなる荷重検出器など、嵌合軸Ｚ方向の外力Ｆｚ、Ｚ軸を中心とするモーメントＭｚ、軸Ｚに直交するＸ、Ｙ各軸方向の外力Ｆｘ、Ｆｙと、Ｚ軸に直交するＸＹ各軸を中心とするモーメントＭｘおよびＭｙが検出できる手段であればどのような手段を用いてもよい。
　また、本実施の形態では、中子移動量検出手段６は、エンコーダで構成されているが、他の手段を用いることが可能である。例えば、レーザーセンサ、リニアエンコーダ、近接センサ、赤外線センサ、ミリ波センサ、マイクロ波センサなど、中子把持移動手段５の中子把持部１１で把持された中子３の移動方向と距離が確認できる手段であればどのような手段を用いてもよい。
　以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
１　嵌合装置
２　主型
２Ａ　凹部
３　中子
３Ａ　凸部
４　事前中子位置姿勢検出手段
５　中子把持移動手段
６　中子移動量検出手段
７　把持中子位置姿勢検出手段
８　主型位置姿勢検出手段
９　センサ
１０　制御手段
１１　中子把持部
１２　中子移動部
Ｘ、Ｙ　軸
Ｚ　嵌合軸
Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ　外力
Ｍｘ、Ｍｙ　モーメント
Ｆｚａ　嵌合完了外力

Claims (16)

  1. 　中子を把持して移動する中子把持移動手段と、
    　前記中子把持移動手段の移動量を検出する中子移動量検出手段と、
    　前記中子把持移動手段に把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する把持中子位置姿勢検出手段と、
    　主型の位置、向き、及び、傾きを検出する主型位置姿勢検出手段と、
    　前記中子に加わる物理量を検出するセンサと、
    　前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記センサが検出した前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子把持移動手段を制御する制御手段と、を備えたこと、
    を特徴とする主型と中子の嵌合装置。
  2. 　前記中子に加わる物理量は、外力及びモーメントであること、を特徴とする請求項１に記載の主型と中子の嵌合装置。
  3. 　前記制御手段は、
    　前記センサが、前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子把持移動手段を移動させ、
    　前記センサが、前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるのを検出するまで、前記中子把持移動手段を前記主型の方向に移動させること、を特徴とする請求項２に記載の主型と中子の嵌合装置。
  4. 　前記主型と前記中子の嵌合は、前記主型に設けられた嵌合部に前記中子に設けられた嵌合部を嵌合することにより行われ、前記主型に設けられた嵌合部と前記中子に設けられた嵌合部は互いにテーパー形状をしていること、を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  5. 　前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出する事前中子位置姿勢検出手段をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  6. 　前記センサは、６軸の力覚センサであること、を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  7. 　前記中子把持移動手段は産業用ロボットであること、を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  8. 　前記事前中子位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  9. 　前記把持中子位置姿勢検出手段、及び／又は、前記主型位置姿勢検出手段は、ビジョンセンサであること、を特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  10. 　前記中子移動量検出手段は、エンコーダであること、を特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  11. 　前記制御手段は、ロボットコントローラであること、を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合装置。
  12. 　中子を把持して移動することと、
    　把持された前記中子の位置、向き、及び、傾きを検出することと、
    　前記中子の移動量を検出することと、
    　主型の位置、向き、及び、傾きを検出することと、
    　前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出することと、
    　前記中子に加わる物理量を検出することと、
    　前記主型と前記中子の相対位置、向き、及び、傾きの関係を常時算出し、これらの関係と、前記中子に加わる物理量とから前記主型と前記中子を嵌合させるように前記中子の移動を制御することと、を含むこと、
    を特徴とする主型と中子の嵌合方法。
  13. 　前記中子に加わる物理量は、外力及びモーメントであること、を特徴とする請求項１２に記載の主型と中子の嵌合方法。
  14. 　前記制御することは、
    　前記中子に加わる、嵌合方向と直交する２軸方向の外力、嵌合軸を中心として回転方向に加わるモーメント、及び、嵌合方向と直交する２軸を中心として回転方向に加わるモーメントを検出した時に、これらの外力及びモーメントがなくなるように前記中子を移動させることと、
    　前記中子に加わる嵌合方向の外力が所定の値になるまで、前記中子を前記主型の方向に移動させることであること、
    を特徴とする請求項１３に記載の主型と中子の嵌合方法。
  15. 　前記中子を把持した後に、前記中子に加わる物理量をリセットすること、をさらに含むこと、を特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合方法。
  16. 　前記中子を把持した後に、前記中子に加わる物理量を記憶すること、をさらに含むこと、を特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の主型と中子の嵌合方法。
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