(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体部品を剛性の低い組立治具により固定保持して所定の車体組立位置にセットし、前記組立治具を、剛性の高い補剛機構によって張力を付与して剛性を高めつつ固定保持した状態で、前記車体部品に対して組み立て作業を行うことを特徴とする車体組立方法。
【請求項２】
車体部品を固定保持する剛性の低い組立治具と、この組立治具を、所定の車体組立位置にて張力を付与して剛性を高めつつ固定保持する剛性の高い補剛機構とを有することを特徴とする車体組立装置。
【請求項３】
組立治具は、車体部品の一方の側面のほぼ全体を覆う枠体を備え、この枠体に車体部品をクランプ固定するクランプユニットが設けられていることを特徴とする請求項２記載の車体組立装置。
【請求項４】
枠体を構成する個々の構造物の断面形状は長方形としたことを特徴とする請求項３記載の車体組立装置。
【請求項５】
枠体を構成する個々の構造物は中空であることを特徴とする請求項３または４記載の車体組立装置。
【請求項６】
補剛機構は、組立治具の相対する両端部を、互いに離反する方向に引張る固定保持部を備えていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の車体組立装置。
【請求項７】
組立治具の相対する両端部は、先太のテーパ形状部を備え、補剛機構の固定保持部は、前記テーパ形状部の両面を挟持するよう互いに接近する方向に押圧する押圧保持部を備えていることを特徴とする請求項６記載の車体組立装置。
【請求項８】
補剛機構の固定保持部により固定保持される組立治具の両端部は、異なる車体部品に対応するもの同士が、同一位置に設定されて共通の補剛機構に対応していることを特徴とする請求項６または７記載の車体組立装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車体部品を治具により固定した状態で所定の組立作業を行う車体組立方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車における例えばボディサイドなどの車体部品に対して溶接作業を行う際には、車体部品に対し、その車種専用のゲージを備えたクランプユニットによりクランプ固定し、異なる車種を扱う場合には支持フレームなどに取り付けられているクランプユニットを車種毎に切り替える。
【０００３】
一方、図１２に示すものは、車体部品であるボディサイド１に対し、車種によらず共通したロケータと呼ばれるクランプユニット３を使用している。このクランプユニット３は、ボディサイド１の両側方に配置された支持フレーム５に対し、図中で左右方向および同上下方向にサーボモータにより移動可能であり、車種毎にほぼ共通な部分を、ピンにより位置決め固定した状態でクランプ機構によりクランプ保持する。そして異なる車種間に対しては、サーボモータにより、クランプユニット３を適宜移動させてクランプを可能とする。
【０００４】
クランプユニット３によりボディサイド１を位置決め固定した状態で、溶接ロボット７によりボディサイド１に対して溶接作業を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したいずれの車体組立装置においても、ワークであるボディサイド１に対する位置決め精度と、溶接作業時に位置決め治具が撓まないようにするために、支持フレーム５は勿論のこと、クランプユニット３についても剛性を確保する必要がある。このため、支持フレーム５およびクランプユニット３の構造が大型化し、重量も極めて重いものとなってコスト高を招き、一度設備を設置すると、移設はほとんど困難になるなど取り扱いが不便なものとなる。
【０００６】
そこで、この発明は、ワークを位置決めする治具の軽量化およびコスト低下を達成することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、車体部品を剛性の低い組立治具により固定保持して所定の車体組立位置にセットし、前記組立治具を、剛性の高い補剛機構によって張力を付与して剛性を高めつつ固定保持した状態で、前記車体部品に対して組み立て作業を行う車体組立方法としてある。
【０００８】
このような車体組立方法によれば、補剛機構によって剛性が高められる組立治具は、車体部品を位置決めするために必要最小限の剛性を確保すればよいので、組立装置全体として軽量化およびコスト低下が達成される。
【０００９】
請求項２の発明は、車体部品を固定保持する剛性の低い組立治具と、この組立治具を、所定の車体組立位置にて張力を付与して剛性を高めつつ固定保持する剛性の高い補剛機構とを有する構成としてある。
【００１０】
上記構成によれば、車体部品を固定保持する剛性の低い組立治具は、車体組立位置にて剛性の高い補剛機構により固定保持されて剛性が高まる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明の構成において、組立治具は、車体部品の一方の側面のほぼ全体を覆う枠体を備え、この枠体に車体部品をクランプ固定するクランプユニットが設けられている。
【００１２】
上記構成によれば、枠体を車体部品の一方の側面のほぼ全体を覆うように配置し、この状態でクランプユニットにより車体部品をクランプして固定保持する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３の発明の構成において、枠体を構成する個々の構造物の断面形状は長方形としてある。
【００１４】
上記構成によれば、構造物は、捻れに強いなど剛性がより高いものとなる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項３または４の発明の構成において、枠体を構成する個々の構造物は中空としてある。
【００１６】
上記構成によれば、構造物のより軽量化が可能となる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項２ないし５のいずれかの発明の構成において、補剛機構は、組立治具の相対する両端部を、互いに離反する方向に引張る固定保持部を備えている。
【００１８】
上記構成によれば、補剛機構が、固定保持部により組立治具の相対する両端部を、互いに離反する方向に引張ることで、組立治具は張力が付与されて剛性が高まる。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の発明の構成において、組立治具の相対する両端部は、先太のテーパ形状部を備え、補剛機構の固定保持部は、前記テーパ形状部の両面を挟持するよう互いに接近する方向に押圧する押圧保持部を備えている。
【００２０】
上記構成によれば、補剛機構の押圧保持部により、組立治具の両端部のテーパ形状部を挟持すべく押圧することで、両端部のテーパ形状部が互いに離反する方向に移動変位し、これに伴い組立治具には張力が付与されて剛性が高まる。
【００２１】
請求項８の発明は、請求項６または７の発明の構成において、補剛機構の固定保持部により固定保持される組立治具の両端部は、異なる車体部品に対応するもの同士が、同一位置に設定されて共通の補剛機構に対応している。
【００２２】
上記構成によれば、共通の補剛機構の固定保持部により、異なる車体部品に対応するそれぞれの組立治具に対する固定保持が可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、車体部品を固定保持する剛性の低い組立治具は、剛性の高い補剛機構によって張力が付与されて剛性が高められつつ固定保持されるので、組立装置全体として軽量化およびコスト低下を達成しつつ、車体部品の位置決め精度を高く維持することができる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、剛性の低い組立治具により車体部品を固定保持し、この組立治具を剛性の高い補剛機構により張力を付与して剛性を高めつつ固定保持するようにしたので、組立装置全体として軽量化およびコスト低下を達成しつつ、車体部品の位置決め精度を高く維持することができる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、組立治具は、クランプユニットを設ける部位を枠体で構成したので、軽量化が可能となる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、枠体を構成する個々の構造物は、断面形状を長方形としたので、捻れに強くなるなど剛性をより高めることができる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、枠体を構成する個々の構造物は、中空としたので、より軽量化が可能となる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、補剛機構は、組立治具の相対する両端部を互いに離反する方向に引張る固定保持部を備えているので、固定保持部により引張られる組立治具は、張力が付与されて剛性を高めることができる。
【００２９】
請求項７の発明によれば、補剛機構の押圧保持部により、組立治具の両端部のテーパ形状部を挟持すべく押圧し、これにより両端部のテーパ形状部が互いに離反する方向に移動変位するので、組立治具には張力が付与されて剛性を高めることができると同時に、テーパ形状部に対する固定保持もなされる。
【００３０】
請求項８の発明によれば、組立治具は、補剛機構によって固定保持される両端部が、異なる車体部品に対応するもの同士で同一位置に設定されているので、共通の補剛機構の固定保持部により、それぞれの組立治具の固定保持が行え、汎用性が向上する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３２】
図１は、この発明の実施の一形態を示す車体組立装置の側面図で、図２は同平面図である。自動車の車体部品であるボディサイド１１は、組立治具としての治具ハンド１３に位置決めされた状態で固定保持され、治具ハンド１３は補剛機構１５によって固定保持されている。
【００３３】
治具ハンド１３は、ボディサイド１１の搬送に必要なだけの最小限の低い剛性を持ち、ボディサイド１１の一方の側面のほぼ全体を覆う枠体であるフレーム１７を備え、このフレーム１７の適宜部位にゲージポスト１９が複数装着されている。このゲージポスト１９と、図３に示すようにフレーム１７側に固定されたシリンダ２１によって回動可能なクランプアーム２３とで構成されるクランプユニットにより、ボディサイド１１の所定部位をクランプ固定する。なお、このシリンダ２１およびクランプアーム２３については、図１および図２では省略してある。
【００３４】
フレーム１７は、ボディサイド１１の外形線にほぼ一致する外枠部１７ａと、車体前後方向（図１中で左右方向）両端の外枠部１７ａ相互を連結する１本の横枠部１７ｂと、上下方向両端の外枠部１７ａ相互を連結する２本の縦枠部１７ｃと、外枠部１７ａと、縦枠部１７ｃや横枠部１７ｂとを連結する５本の傾斜枠部１７ｄとから構成されている。このような枠体を構成するフレーム１７の各構造物は、断面形状が、図１の拡大されたＡ−Ａ断面図である図４に示すように、中空の長方形となっている。
【００３５】
上記したフレーム１７を備えた治具ハンド１３は、図７の作業工程全体の平面図で示すように、汎用の搬送ロボット２５のアーム先端のハンドチェンジャ２７により把持される。
【００３６】
補剛機構１５は、治具ハンド１３の車体前後方向両端に剛性の高い補剛ポスト２９が立設され、この補剛ポスト２９相互は、剛性の高いフレームベース３１で連結されている。フレームベース３１には治具ハンド１３のフレーム１７の下端を支持する支持部３３が車体前後方向２カ所に設けられている。
【００３７】
補剛ポスト２９のボディサイド１１に対向する側には、フレーム１７を固定保持する固定保持部としてのフレーム保持機構３５が設けられている。フレーム保持機構３５は、図５に図２の右側部分の要部を拡大して示すように、フレーム１７の先端に形成したブラケット３７を、図５中で上下から挟持固定する押圧保持部としての一対のクランプアーム３９を備えている。ブラケット３７は、フレーム１７の車体前後方向両端部の外枠部１７ａの上下に延長される部分の上下両端に、それぞれ補剛ポスト２９に向かって突出して形成され、図６に示すように、上下両面に傾斜面３７ａを備える先太のテーパ形状を呈している。
【００３８】
クランプアーム３９は、補剛ポスト２９に固定された支持ブラケット４１に支持軸４３を介し、矢印Ｂで示す方向に回動可能に支持されており、図５に示すように、フレーム１７のブラケット３７を挟持固定した状態で、傾斜面３７ａに密着する保持面３９ａを備えている。
【００３９】
上記支持ブラケット４１には、図２に示すように、クランプアーム３９を回動させる駆動シリンダ４５が取付部４７を介して取り付けられており、そのピストンロッド４９の先端は、クランプアーム３９にピン５１を介して回動可能に連結されている。
【００４０】
図７の作業工程図で示すように、治具ハンド１３を把持する搬送ロボット２５の作動領域Ｃの補剛機構１５と反対側の図中で上部側には、作業者５３あるは図示しないロボットなどによりボディサイド１１がセットされた治具ハンド１３が載置される治具ハンド載置台５５が設けられている。一方、補剛機構１５の前記治具ハンド載置台５５と反対側の図中で下部側には、ボディサイド１１に対して溶接作業を行う溶接ロボット５７が複数設置されている。これら各溶接ロボット５７の作業領域をＤ，Ｅ，Ｆ，Ｇで示す。
【００４１】
次に作用を説明する。作業者５３あるいはロボットなどにより、ボディサイド１１が治具ハンド１３にセットされる。このとき、治具ハンド１３における図３に示すシリンダ２１を駆動させてゲージポスト１９とクランプアーム２３とでボディサイド１１の所定部位をクランプして固定保持する。相互に一体となったボディサイド１１および治具ハンド１３は、治具ハンド載置台５３上に載置された状態では、ボディサイド１１が下部で治具ハンド１３が上部となるよう寝かせた状態となっている。
【００４２】
搬送ロボット２５は、治具ハンド載置台５５上の治具ハンド１３を把持して一対の補剛機構１５相互間の所定の車体組立位置に搬送移動させる。搬送後のボディサイド１１は、図１に示すように起立した状態となる。所定の車体組立位置にボディサイド１１とともに搬送された治具ハンド１３は、補剛機構１５の駆動シリンダ４５を作動させて一対のクランプアーム３９を相互に接近する方向に回動させて治具ハンド１３側のブラケット３７をクランプ保持する。
【００４３】
このとき、クランプアーム３９は、図８に示すように、クランプ動作の初期においては、保持面３９ａがブラケット３７の傾斜面３７ａに対して密着しておらず、先端の角部に当接している。この状態からさらに、ブラケット３７を挟持する方向にクランプアーム３９を回動させることで、クランプアーム３９の保持面３９ａがブラケット３７の傾斜面３７ａに向けて徐々に接近し、これとともにフレーム１７は、車体前後方向に引張られ、最終的には図５に示すように、保持面３９ａが傾斜面３７ａに密着する。
【００４４】
このように、元来軽量で剛性の低いフレーム１７が、高剛性の補剛機構１５によって車体前後方向に引張られることで、張力が付与されて剛性が高まり、これにより治具ハンド１３によるボディサイド１１の位置決め精度が向上し、この状態での溶接ロボット５７によるボディサイド１１に対する溶接作業も、高精度になされる。
【００４５】
また、フレーム１７は中空構造であってボディサイド１１を搬送するに必要な最小限の低い剛性としてあるので、治具ハンド１３として軽量であり、補剛機構１５およびフレームベース３１のみ高剛性とすればよいので、材料費が安くて済み、コスト低下が達成される。さらに、フレーム１７は、断面形状が長方形となっているので、軸線方向を中心としたねじれに強く、より高い剛性が得られている。
【００４６】
ボディサイド１１に対し溶接ロボット５７により溶接作業が終了したら、治具ハンド１３は、補剛機構１５のフレーム保持機構３５による保持が解除され、搬送ロボット２５により元の治具ハンド載置台５５に戻される。
【００４７】
次に、別の車種のボディサイドに対して溶接作業を行う際には、このボディサイドを固定保持する上記とは別の治具ハンドを、搬送ロボット２５で把持して上記と同様な動作を繰り返す。但し、この場合の治具ハンドは、補剛機構１５のフレーム保持機構３５によって保持可能なように、前述した治具ハンド１３のブラケット３７と同様なブラケットを同一位置に備えるものとする。
【００４８】
このように、補剛機構１５を車種によらず共通化し、軽量で安価な治具ハンド１３のみを車種別に用意すればよいので、特に多車種少量生産に対し低コストで対応することが可能となる。
【００４９】
また、補剛機構１５の構造および設置位置を同一とすることで、Ａ工場で生産していた車体部品を他のＢ工場でも生産を展開しようというとき、本車体組立装置では、軽量で安価な治具ハンドのみをＢ工場で製作すれば（またはＡ工場の治具ハンドをＢ工場に輸送すれば）、生産が可能となる。このため、工場間移設も極めて容易かつ低コストで実現可能となり、工場間の生産能力の調整が容易に行え、生産性も向上する。
【００５０】
なお、治具ハンド１３の搬送は搬送ロボット２５のほか簡易ローダを用いてもよく、このような汎用のロボットあるいは簡易ローダを用いて治具ハンド１３の搬送および交換ができるので、総設備費が安く、かつフレキシブルな生産が可能となる。
【００５１】
図９は、この発明の他の実施の形態に係わる車体組立装置における作業工程を示す平面図である。この実施の形態は、種類の全く異なる車体部品の混合生産に対応している。搬送ロボット５９の図中で上部右側には、ルーフパネル６１を固定保持する治具ハンド６３が載置され、同左側には、エアボックス６５を固定保持する治具ハンド６７が載置されている。
【００５２】
上記した各治具ハンド６３，６７は、前記図１に示したものと同様に、中空で断面形状が長方形のフレーム６３ａ，６７ａと、ゲージポスト６３ｂ，６７ｂおよびクランプアームなどを備えたクランプユニットとを備えるとともに、図９では省略してあるが、図１０および図１１に示すような剛性の高い補剛機構におけるフレーム保持機構６９によって固定保持されるブラケット７１を、周囲４カ所に備えている。ブラケット７１は、軸部７１ａの先端に、先太となるテーパ部７１ｂを備えている。
【００５３】
図９では、搬送ロボット５９の下部側の車体組立位置に、ルーフパネル６１を固定保持した治具ハンド６３がセットされている状態を示しており、ここでの治具ハンド６３の４つのブラケット７１に対応する位置に、フレーム保持機構６９が設けられている。上記フレーム保持機構６９は、図１０および、図１０の右側面図である図１１に示すように、軸部７１ａを保持する一対の保持アーム７３を備えるとともに、この保持アーム７３を支持軸７５を中心に回動させる駆動シリンダ７７を備えている。
【００５４】
保持アーム７３の先端は、半円弧状の保持爪７３ａを備えるとともに、軸部７１ａ先端のテーパ部７１ｂ側に、このテーパ部７１ｂに整合するテーパ面７３ｂが形成されている。保持アーム７３の基端側は、一方が駆動シリンダ７７に軸７９を介して回動可能に連結されるとともに、他方がピストンロッド８１の先端に軸８３を介して回動可能に連結されている。
【００５５】
上記一対の保持アーム７３相互を回動支持する支持軸７５は、アーム保持ブロック８５に保持されており、アーム保持ブロック８５は、移動体８７上に固定されている。移動体８７は、ガイドレール８９に沿って図１０中で左右方向にスライド移動可能である。図１０中でアーム保持ブロック８５の左側の移動体８７上には、シリンダ連結用の連結片９１が設けられ、この連結片９１に駆動シリンダのピストンロッド９３が連結されている。すなわち、ピストンロッド９３が図１０中で左右方向に移動することで移動体８７と一体となっているアーム保持ブロック８５および保持アーム７３が図１０中で左右方向に移動する。
【００５６】
上記したフレーム保持機構６９においては、図１１に示すように、ピストンロッド８１を突出させて保持アーム７３の保持爪７３ａにより軸部７１ａを保持する。このとき保持爪７３ａは、軸部７１ａとの間に僅かな隙間を形成しており、軸部７１ａに対して固定しないものとする。この状態で図１０に示すピストン９３を突出させて保持アーム７３を軸部７１ａの先端側に向けて移動させると、テーパ面７３ｂが軸部７１ａ先端のテーパ部７１ｂに当接し、フレーム６３ａ（６７ａ）は、周囲４カ所の角部にて引張られて剛性が高まる。これにより車体部品に対する位置決め精度が向上するとともに、フレーム６３ａ（６７ａ）は軽量で低剛性で済むのでコスト低下が図られる。
【００５７】
図９に示すように、ルーフパネル６１を固定保持する治具ハンド６３が車体組立位置に搬送ロボット５９によりセットされ、さらに上記したようにフレーム保持機構６９によってフレーム６３ａが固定保持された状態で、溶接ロボット９５によりルーフパネル６１に対して溶接作業を行うが、この溶接作業は、ルーフパネル６１が精度よく位置決めされていることから高精度になされる。
【００５８】
上記溶接作業が終了すると、フレーム保持機構６９におけるピストンロッド９３を後退させ、図１０に示すように、保持アーム７３を軸部７１ａのほぼ中央位置まで移動させる。この状態で駆動シリンダ７７を作動させて保持アーム７３の保持爪７３ａを開放させることで、搬送ロボット５９により治具ハンド６３を搬送可能となる。
【００５９】
搬送ロボット５９が、溶接作業の終了したルーフパネル６１を保持している治具ハンド６３を元の位置に戻すと、今度は搬送ロボット５９はエアボックス６５を固定保持している治具ハンド６７を固定保持して溶接ロボット９５相互間の車体組立位置まで搬送し、前記と同様にしてフレーム保持機構６９により治具ハンド６７を固定保持した状態で、エアボックス６５に対して溶接作業を行う。
【００６０】
このように、上記図９の実施の形態では、種類の全く異なる車体部品、すなわちルーフパネル６１とエアボックス６５などに対して溶接作業を行う際に、安価な治具ハンド６３，６７のみを専用のものとして用意し、他のフレーム保持機構６９は同一ものとして共通化できるので、システム全体としてコスト低下を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す車体組立装置の側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の車体組立装置における治具ハンドのクランプユニットを示す平面図である。
【図４】図１の拡大されたＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２の要部の拡大された平面図である。
【図６】図１の車体組立装置における補剛機構によって保持される治具ハンドのブラケットの斜視図である。
【図７】図１の車体組立装置による作業工程を示す平面図である。
【図８】補剛機構のフレーム保持機構による治具ハンドのブラケットに対する保持動作を示す動作説明図である。
【図９】この発明の他の実施の形態を示す車体組立装置による作業工程を示す平面図である。
【図１０】図９の車体組立装置におけるフレーム保持機構の側面図である。
【図１１】図１０の右側面図である。
【図１２】従来例を示す車体組立装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１１  ボディサイド（車体部品）
１３  治具ハンド（組立治具）
１５  補剛機構
１７  フレーム（枠体）
１９  ゲージポスト（クランプユニット）
２３  クランプアーム（クランプユニット）
３５，６９  フレーム保持機構（固定保持部）
３９  クランプアーム（押圧保持部）
６１  ルーフパネル（車体部品）
６５  エアボックス（車体部品）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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