特許 6805080 ワーク組立装置及びワーク組立方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6805080

(24)【登録日】2020年12月7日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】ワーク組立装置及びワーク組立方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 11/11 20060101AFI20201214BHJP

   B23P 19/04 20060101ALI20201214BHJP

   B23P 19/00 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   B23K11/11 593A

   B23K11/11 570Z

   B23P19/04 B

   B23P19/00 304E

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-104057(P2017-104057)

(22)【出願日】2017年5月26日

(65)【公開番号】特開2018-199138(P2018-199138A)

(43)【公開日】2018年12月20日

【審査請求日】2019年11月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000157083

【氏名又は名称】トヨタ自動車東日本株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101878

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 茂

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 貴洋

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 実開平６−８３１７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平９−１９３８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６１５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１４４６０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−６２６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ １１／００ − １１／３６

Ｂ２３Ｐ １９／００ − １９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの仮付け工程の際、ワークエリアにおいて前記ワークを固定するクランプ装置と、前記ワークエリアにおいて前記ワークを溶接する溶接手段と、複数の爪部を有し、前記ワークに形成された穴に上方から爪部を挿入することにより該ワークを把持し、該ワークを上下移動可能なマテハン装置とを備えるワーク組立装置であって、
前記クランプ装置は、少なくとも２本の筒状の位置決めピンを有し、
前記ワークの増打ち工程の際、前記マテハン装置は、前記ワークを把持した状態で、前記クランプ装置の上方から、さらに前記爪部を前記位置決めピンに挿入することにより前記ワークを配置することを特徴とするワーク組立装置。

【請求項2】

前記クランプ装置が有する前記位置決めピンは、仮想矩形の一対角線上の頂点にそれぞれ配置され、且つ前記ワークエリアを挟んだ両側に１本ずつ配置され、前記マテハン装置が有する前記爪部は、前記仮想矩形の４つの頂点にそれぞれ配置され、前記仮想矩形の中心を軸に９０°または１８０°回転可能となされるとともに、前記ワークエリアを挟んだ両側に２本ずつ配置されていることを特徴とする請求項１に記載されたワーク組立装置。

【請求項3】

複数の部材からなるワークの仮付け工程の後、増打ち工程を行うワーク組立方法であって、
ワークエリアにおいて仮付け治具上にワークを配置するステップと、
クランプ装置により前記ワークを固定するステップと、
前記ワークを溶接により仮付けするステップと、
前記クランプ装置による固定を解除するステップと、
複数の爪部を有するマテハン装置により、前記ワークに形成された穴に上方から前記爪部を挿入して該ワークを把持し、持ち上げるステップと、
前記仮付け治具を退避させるステップと、
前記ワークエリアにおいて、前記マテハン装置により前記ワークを下降し、前記ワークを把持した状態で、さらに爪部を前記クランプ上に設けられた少なくとも２本の筒状の位置決めピンに挿入し、前記ワークを配置するステップと、
前記ワークに対し溶接の増打ちを行うステップと、
を備えることを特徴とするワーク組立方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワーク組立装置及びワーク組立方法に関し、例えば、複数の鉄板部材からなるワークをスポット溶接により組み立てる際、従来よりもスペースの削減、及びコスト削減を実現することのできるワーク組立装置及びワーク組立方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄板部材からなる複数のワークを一つの形状に組み立てる場合、先ず、仮付け用のライン（スペース）において、各ワークを支持する支持手段を多数有する仮付け治具上に前記各ワークをセットする。次いでアーム先端でスポット溶接を行う溶接ロボットにより、各ワーク同士を仮付けする。

【0003】

仮付け工程が終了すると、マテハン（マテリアル・ハンドリング）機器により仮付け済ワークを持ち上げて増打ち用のライン（スペース）に移動し、ライン上に配置されたワーク支持手段である増打ち治具上にセットする。次いで、溶接ロボットにより、仮付け済ワークに対し増打ちを行い、ワーク組立を行っている。
尚、このように仮付け工程と増打ち工程とを別々のラインで行う（ワークを支持する治具を替える）のは、仮付け治具では多数の支持手段を有するために、溶接ロボットのアーム先端がワーク裏側に進入できず、増打ちができないためである。

【0004】

しかしながら、前記のような方法では、仮付け用のスペース（ライン）と、増打ち用のスペース（ライン）が必要になることから、溶接ロボット等がライン毎に必要となり、コストが嵩張るという課題があった。また、省スペース化の要求もあった。
この課題を解決する方法として、仮付け用のラインと増打ち用のラインとを共用化することが考えられる。この場合について、図５を用いて説明する。

【0005】

先ず、図５（ａ）に示すようにライン上に配置された仮付け治具５１上に複数板からなるワークＷをセットし、それらをクランプ装置５２により押さえ固定する。そして、溶接ロボット５３により仮付け処理を行う。尚、仮付け治具５１には、図示するように多数の支持手段５１ａが設けられているため、溶接ロボット５３のアーム先端がワークＷ裏側へ進入することが困難であり、この状態で増打ちを行うことはできない。

【0006】

仮付けが完了すると、図５（ｂ）に示すように、クランプ装置５２による押さえ付けを解除し、マテハン装置５４により仮付け済ワークＷを持ち上げる。
その間に、仮付け治具５１を作業スペース６０から退避スペース６１にベルト搬送により移動する。
仮付け治具５１を移動させると、図５（ｃ）に示すように待機スペース６２から増打ち治具５５をベルト搬送により作業スペース６０に移動する。そして、マテハン装置５４により図示するようにワークＷを増打ち治具５５上にセットし、クランプ装置５２により固定し、溶接ロボット５３により増打ち作業を行う。
このような方法によれば、従来２本のラインを１本のラインにすることができ、作業の効率化、及び装置にかかるコストの低減を実現することができる。

【0007】

一方、特許文献１には、マテハン装置によりワークを増打ち治具上に配置するとともに、ワークを把持した状態で、増打ちを行う方法が開示されている。
この特許文献１に開示された方法によれば、マテハン装置によりワークを、その上側から支持するため、増打ち治具における支持手段を削減でき、コストを低減することができる。また、マテハン装置の移動が必要ないため、サイクルタイムを短縮することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０００−６１６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

前記のように、図５に示した組立方法にあっては、一つのラインで仮付け工程と増打ち工程とを行うことができるため、省スペース化だけでなく溶接ロボット５３やクランプ装置５２、マテハン装置５４の共用ができ、装置にかかるコストを大幅に低減することができる。
しかしながら、従来同様、仮付け治具５１と増打ち治具５５の２つの治具が必要であり、また、治具の退避スペースもそれぞれ必要となるため、十分に省スペース化がなされているとは言えなかった。

【0010】

また、特許文献１に開示された方法にあっても、仮付け治具と増打ち治具の２つの治具が必要であるため、その退避スペースが必要となり、十分な省スペース化を図ることができないという課題があった。

【0011】

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、複数の部材からなるワークを溶接して組み立てるワーク組立方法において、従来よりも十分な省スペース化が実現でき、かつコストを低減することのできるワーク組立方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記した課題を解決するために、本発明に係るワーク組立装置は、ワークの仮付け工程の際、ワークエリアにおいて前記ワークを固定するクランプ装置と、前記ワークエリアにおいて前記ワークを溶接する溶接手段と、複数の爪部を有し、前記ワークに形成された穴に上方から爪部を挿入することにより該ワークを把持し、該ワークを上下移動可能なマテハン装置とを備えるワーク組立装置であって、前記クランプ装置は、少なくとも２本の筒状の位置決めピンを有し、前記ワークの増打ち工程の際、前記マテハン装置は、前記ワークを把持した状態で、前記クランプ装置の上方から、さらに前記爪部を前記位置決めピンに挿入することにより前記ワークを配置することに特徴を有する。
尚、前記クランプ装置が有する前記位置決めピンは、仮想矩形の一対角線上の頂点にそれぞれ配置され、且つ前記ワークエリアを挟んだ両側に１本ずつ配置され、前記マテハン装置が有する前記爪部は、前記仮想矩形の４つの頂点にそれぞれ配置され、前記仮想矩形の中心を軸に９０°または１８０°回転可能となされるとともに、前記ワークエリアを挟んだ両側に２本ずつ配置されていることが望ましい。
また、前記ワークとの距離を検出することにより、前記マテハン装置の爪部が前記位置決めピンに正しく挿入されているかを検出するセンサを備えることが望ましい。

【0013】

このような構成によれば、ワークの仮付けの際にワークを固定するクランプ装置に、少なくとも２つの筒状の位置決めピンを設け、マテハン装置で把持したワークを前記位置決めピン上にセットするようにしたため、ワークの下方空間が確保され、溶接手段のアーム先端（スポットガン）をワークの下方に侵入させて増打ちすることが可能となる。即ち、従来必要であった増打ち治具が不要となり、また、その退避エリアも不要となる。
したがって、従来よりも十分な省スペース化が実現でき、かつ装置にかかるコストを低減することができる。

【0014】

また、前記した課題を解決するために、本発明に係るワーク組立方法は、複数の部材からなるワークの仮付け工程の後、増打ち工程を行うワーク組立方法であって、ワークエリアにおいて仮付け治具上にワークを配置するステップと、クランプ装置により前記ワークを固定するステップと、前記ワークを溶接により仮付けするステップと、前記クランプ装置による固定を解除するステップと、複数の爪部を有するマテハン装置により、前記ワークに形成された穴に上方から前記爪部を挿入して該ワークを把持し、持ち上げるステップと、前記仮付け治具を退避させるステップと、前記ワークエリアにおいて、前記マテハン装置により前記ワークを下降し、前記ワークを把持した状態で、さらに爪部を前記クランプ上に設けられた少なくとも２本の筒状の位置決めピンに挿入し、前記ワークを配置するステップと、前記ワークに対し溶接の増打ちを行うステップと、を備えることに特徴を有する。

【0015】

このような方法によれば、ワークの下方空間が確保され、溶接手段のアーム先端（スポットガン）をワークの下方に侵入させて増打ちすることが可能となる。即ち、従来必要であった増打ち治具が不要となり、また、その退避エリアも不要となる。
したがって、従来よりも十分な省スペース化が実現でき、かつ装置にかかるコストを低減することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、複数の部材からなるワークを溶接して組み立てるワーク組立方法において、従来よりも十分な省スペース化が実現でき、かつコストを低減することのできるワーク組立方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るワーク組立装置の構成を示すとともに、ワーク組立方法の各工程を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、ワークの一例を示す斜視図である。

【図3】図３は、位置決めピン付近に設けられる検出センサを示す側面図である。

【図4】図４は、本発明に係るワーク組立方法の流れを示すフローである。

【図5】図５（ａ）〜（ｃ）は、従来のワーク組立方法の流れを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明にかかるワーク組立方法の実施の形態につき、図面に基づいて説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係るワーク組立装置の構成を示すとともに、ワーク組立方法の各工程を模式的に示す斜視図である。

【0019】

図１に示すようにワーク組立装置１は、ベルトコンベアによる搬送機能を持つワークエリア２と、その搬送方向の前後いずれか側に配置される退避エリア３を備える。また、ワーク組立装置１は、仮付け治具４を備え、前記退避エリア３には、ワークエリア２で用いた仮付け治具４が使用後に移動されるようになっている。
尚、前記仮付け治具４は、ワークＷを支持するために多数の支持手段４ａを有し、これらの先端部は、例えば図２に示すワークＷに複数形成された小穴ｈに下方から挿入され、ワークＷを支持するようになっている。

【0020】

また、図１（ａ）に示すように、ワークエリア２の左右両側に配置され、ワークＷを固定するための４基のクランプ装置１１、１２、１３、１４を備える。本実施形態において、ワークエリア２の一方の側方に２基、他方の側方に２基配置され、ワークＷの４隅を押さえ固定する構成となっている。
また、４基のクランプ装置１１〜１４のうち、対角線上にある２基（本実施形態ではクランプ装置１２、１３）には、垂直上方に突出する筒状の位置決めピン１５、１６がそれぞれ設けられている。より詳しくは、前記位置決めピン１５、１６は、仮想正方形の一対角線上の頂点にそれぞれ配置され、且つ前記ワークエリア２を挟んだ左右両側に１本ずつ配置される。この位置決めピン１５、１６の機能については後述する。

【0021】

また、ワークエリア２の左右両側には、前記クランプ装置１１〜１４の他に、溶接ロボット（溶接手段）５、６がそれぞれ配置されている。これら溶接ロボット５、６は、仮付け工程及び増打ち工程において用いられるものであり、ロボットアーム先端にスポットガンを備え、複数の部材（ワーク）を接合するためのスポット溶接を行うようになっている。

【0022】

さらに、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、ワーク組立装置１にあっては、少なくともワークＷを把持し、ワークエリア２の上方に持ち上げることが可能なマテハン装置８を備えている。マテハン装置８は、本実施の形態において４本の爪（爪部）８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを有し、図２に示すようなワークＷに設けられた対応する穴Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４にそれぞれ挿入可能（係止可能）とされ、挿入されることでワークＷが把持される。

【0023】

また、４本の爪８ａ〜８ｄのうち、爪８ｂ、８ｃの先端は、図１（ｃ）に一部拡大して示すように、前記したクランプ装置１２、１３に設けられた筒状の位置決めピン１５、１６に挿入可能となっている。即ち、図１（ｃ）に示すようにマテハン装置８は、ワークＷを把持した状態で、前記爪８ｂ、８ｃを位置決めピン１５、１６に挿入するようにしてワークＷの位置決めを行うようになっている。

【0024】

また、図３に示すように、位置決めピン１５、１６側に検出センサ２０が設けられる。これにより、ワークＷが載置された際の位置ずれを検出することができ、より高精度なワーク位置決めを行うことができる。
また、マテハン装置８の４本の爪８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄにあっては、仮想正方形（仮想矩形であればよい）の４つの頂点位置に配置されており、仮想正方形の中心を軸にして９０°回転可能となされている（仮想長方形の場合は１８０°回転可能）。そして、９０°回転しても対角線上の２本の爪（爪８ｂ、８ｃの組み合わせ、または爪８ａ、８ｄの組み合わせ）が筒状の位置決めピン１５、１６に挿入されるように構成されている。

【0025】

尚、以上説明したワーク組立装置１の各部は、図示しないコンピュータからなる制御装置によって動作制御される。即ち、制御装置の記憶装置には、ワーク組立装置１の各部を所定の手順で動作させるためのコンピュータプログラムが記録されており、このプログラムが実行されることにより各部が動作するものとなっている。

【0026】

続いて、図４のフローに基づいて、ワーク組立装置１を用いたワーク組立方法の一連の流れについて説明する。尚、以下の各部の動作は、前記したように図示しない制御装置によって動作制御されるものとする。
先ず、図１（ａ）に示すようにワークエリア２に仮付け治具４を配置し、その上にワークＷをセットする（図４のステップＳ１）。

【0027】

次にクランプ装置１１〜１４を開から閉状態とし、ワークＷの上から押さえつけ固定する。そして、溶接ロボット５、６により仮付け処理を行う（図４のステップＳ２）。
仮付け工程が終了すると、クランプ装置１１〜１４を開き、マテハン装置８によりワークＷを把持して持ち上げ（図４のステップＳ３）、仮付け治具４を退避エリア３に移動する（図４のステップＳ４）。

【0028】

次いで、クランプ装置１１〜１４を閉じ、位置決めピン１５、１６をセットする（図４のステップＳ５）。
そしてマテハン装置８によりワークＷを下降し、マテハン装置８の爪８ｂ、８ｃを位置決めピン１５、１６に挿入し、位置決めを行う（図４のステップＳ６）。このとき、検出センサ２０によってワークＷの高さ位置が検出され、位置がずれていた場合にはマテハン装置８の動作によって修正がなされる。

【0029】

ワークＷが位置決めピン１５、１６上にセットされると、マテハン装置８は、そのままワークＷを支持した状態とされ（即ち、ワークＷの位置を固定する手段として機能する）、溶接ロボット５、６により増打ちを行う（図４のステップＳ７）。
次いで、マテハン装置８によりワークＷを持ち上げ、９０°回転させてワークＷを下降し、マテハン装置８の爪８ａ、８ｄを位置決めピン１５、１６に挿入し、位置決めを行う（図４のステップＳ８）。このとき、検出センサ２０によってワークＷの高さ位置が検出され、位置がずれていた場合にはマテハン装置８の動作によって修正がなされる。
そして溶接ロボット５，６により増打ちを行い、組立が完了する（図４のステップＳ９）。

【0030】

以上のように、本発明に係る実施の形態によれば、ワークＷの仮付けの際にワークＷを固定するクランプ装置１１〜１４に、少なくとも２つの位置決めピン１５、１６を設け、マテハン装置８で把持したワークＷを前記位置決めピン１５、１６上にセットするようにしたため、ワークＷの下方空間が確保され、溶接ロボット５，６のアーム先端をワークＷの下方に侵入させて増打ちすることが可能となる。即ち、従来必要であった増打ち治具が不要となり、また、その退避エリアも不要となる。
したがって、従来よりも十分な省スペース化が実現でき、かつ装置にかかるコストを低減することができる。

【0031】

尚、前記実施の形態においては、クランプ装置上に２つの位置決めピンを設けた例を示したが、本発明にあっては、その例に限定されるものではなく、２つ以上の位置決めピンを設けた構成としてもよい。
また、前記実施の形態においては、クランプ装置が有する位置決めピン及びマテハン装置が有する爪部は、仮想正方形の一対角線上の頂点にそれぞれ配置された例を示したが、本発明にあっては、その例に限定されるものではなく、配置される位置は仮想矩形の一対角線上の頂点であればよい。本発明において「矩形」とは、正方形と長方形のいずれかを指すものとし、前記位置決めピン及び爪部は、仮想長方形の一対角線上の頂点にそれぞれ配置された構成としてもよい。

【符号の説明】

【0032】

１ ワーク組立装置
２ ワークエリア
３ 退避エリア
４ 仮付け治具
５ 溶接ロボット（溶接手段）
６ 溶接ロボット（溶接手段）
８ マテハン装置
８ａ 爪（爪部）
８ｂ 爪（爪部）
８ｃ 爪（爪部）
８ｄ 爪（爪部）
１１ クランプ装置
１２ クランプ装置
１３ クランプ装置
１４ クランプ装置
１５ 位置決めピン
１６ 位置決めピン
２０ 検出センサ
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】