(57)【要約】【課題】コネクティングロッドが付いているピストンを、外観検査し、シリンダブロックのボアへ組込むことができるワーク組立技術を提供することを課題とする。【解決手段】ワーク組立装置１０は、ピストン１１を移動し所定位置に保持するワーク支持機構２０と、ピストン１１の外周面までの距離を測る非接触式距離計３０と、この非接触式距離計３０を支え周回移動させる距離計移動機構４０と、非接触式距離計３０から得た距離情報を基本データと比較して合否判定を行う合否判定部４２と、ピストン１１をシリンダブロック１２のボア１３へ組込む組込み機構５０と、ワーク支持機構２０、非接触式距離計３０、距離計移動機構４０及び組込み機構５０を一括して制御する制御部６０とからなる。【効果】静止しているピストンの周りを、距離計移動機構により非接触式距離計を旋回させる。ピストンを回転させないため、コネクティングロッドが付いていても検査可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱又は円筒状のワークの外観を検査し、検査に合格した前記ワークを被組立体へ組込むワーク組立装置であって、
所定位置に保持される前記ワークの外周面へ光線を発射し、反射光を受光して前記外周面までの距離を測る非接触式距離計と、
この非接触式距離計を支え移動させる距離計移動機構と、
この距離計移動機構を制御して前記ワークの中心を旋回中心として非接触式距離計を旋回させる制御部と、
予め与えられた基準データと前記非接触式距離計から得た距離情報とを比較して合否判定を行う合否判定部と、
この合否判定部で合格と判定されたワークにつき、前記被組立体へ組込む組込み機構とからなることを特徴とするワーク組立装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記非接触式距離計が前記ワークの廻りを１周するように、前記距離計移動機構を制御することを特徴とする請求項１記載のワーク組立装置。
【請求項３】
前記合否判定部は、前記ワーク廻りの方向をX方向にして、前記非接触式距離計から得た距離情報を、前記X方向に直交する方向のY方向に画像データに展開して合否判定することを特徴とする請求項１又は２記載のワーク組立装置。
【請求項４】
前記合否判定部は、前記ワーク廻りの方向をX方向にして、前記X方向に直交する方向をY方向にして画像データに展開し、前記非接触式距離計から得た距離情報を、その箇所の色数値に表現した画像データに変換して合否判定することを特徴とする請求項１又は２記載のワーク組立装置。
【請求項５】
前記非接触式距離計は、発光部から照射される光が実質上線とみなせるラインセンサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のワーク組立装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載のワーク組立装置を用いると共に、前記ワークがコネクティングロッド及び上下のピストンリングが付いているピストンであり、前記被組立体がシリンダブロックのボアであり、前記ボアに前記ピストンを組込むワーク組立方法であって、
前記非接触式距離計で、前記上下のピストンリングまでの距離を前記ピストンの少なくとも１周分計測する距離計測工程と、
前記合否判定部で、前記距離情報から上のピストンリングの合口と下のピストンリングの合口との位相に関して合否判定を行う合否判定工程と、
合格と判定された前記ピストンについて前記組込み機構で、前記上下のピストンリングを前記外周面まで縮径する縮径工程と、
前記組込み機構で、前記ピストンを前記ボアへ挿入するピストン挿入工程とからなることを特徴とするワーク組立方法。
【請求項７】
前記組込み機構は、前記ピストンリングを縮径する縮径爪と、前記ピストンを押出す押圧手段とを有し、
前記縮径工程では、前記縮径爪で前記ピストンリングの外径を前記ボアの内径よりも小径となるように縮径し、
前記ピストン挿入工程では、前記縮径爪で縮径状態を保ちつつ、前記押圧手段で前記ピストンを前記ボアへ挿入することを特徴とする請求項６記載のワーク組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク、特に、コネクティングロッド及び上下のピストンリングが付いているピストンを、シリンダブロックのボアへ組込むワーク組立技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダブロックにはボアと称するピストン挿入穴が設けられ、このボアにピストンが挿入される。
ピストンには、上下のピストンリングが嵌められている。ピストンリングは、縮径／拡径が行えるように、一部が欠けたリングとされる。この欠けた部位は、合口と呼ばれる。
【０００３】
上下の合口が、合っている（位相が合致している）と、燃料ガスが吹き抜けるため好ましくない。そこで、上下の合口の位相が１８０°程度異なるように、ピストンリングがピストンに嵌められる。
【０００４】
ピストンに上下のピストンリングを嵌めた段階で、上下の合口の相互位置は、作業者により目視で確認される。しかし、省人力の一環として、確認の自動化が勧めされる。自動化が可能な検査システムは、各種提案されてきた（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００５】
特許文献１の図１において、回転テーブル（４）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）に、ワーク（例えば、ピストン）（Ｗ）を載せ、鉛直軸周りに回転させつつ、カメラ（７）で撮影する。
以上により、上下のピストンリングの合口を画像的に認識し、上下の合口の位相を調べることができる。
【０００６】
合口の確認後に、ピストンに、ピストンピンを介してコネクティングロッドが取付けられ、この状態で運搬され、シリンダブロックのボアに挿入される。
コネクティングロッドを取付ける時にピストンピンを打ち込む関係で、ピストンに振動や力が加わる。結果、ピストンリングが空転する可能性はある。また、運搬中にもピストンリングが空転する可能性はある。
そこで、ボアに挿入する直前に上下の合口を確認することが望まれる。
【０００７】
しかし、ボアに挿入する直前には、ピストンにコネクティングロッドが付いており、このコネクティングロッドが自在に揺動するため、特許文献１図１の回転テーブル（４）に載せることができない。
仮に、ピストンと共にコネクティングロッドも回転テーブル（４）に固定できるように、回転テーブル（４）の構造を改造すると、回転テーブル（４）が複雑化して装置コストが嵩むと共に、ピストン及びコネクティングロッドの着脱が面倒になり、作業能率が悪くなり、生産性が低下する。
したがって、コネクティングロッドが付いているピストンは、特許文献１の技術では検査が困難であると言える。
【０００８】
組立の自動化が求められ中、コネクティングロッドが付いているピストンのようなワークを、検査し、シリンダブロックのボアのような被組立体へ組込むことができるワーク組立技術が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１９４４９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、コネクティングロッドが付いているピストンのようなワークを、検査し、シリンダブロックのボアのような被組立体へ組込むことができるワーク組立技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、円柱又は円筒状のワークの外観を検査し、検査に合格した前記ワークを被組立体へ組込むワーク組立装置であって、
所定位置に保持される前記ワークの外周面へ光線を発射し、反射光を受光して前記外周面までの距離を測る非接触式距離計と、
この非接触式距離計を支え移動させる距離計移動機構と、
この距離計移動機構を制御して前記ワークの中心を旋回中心として非接触式距離計を旋回させる制御部と、
予め与えられた基準データと前記非接触式距離計から得た距離情報とを比較して合否判定を行う合否判定部と、
この合否判定部で合格と判定されたワークにつき、前記被組立体へ組込む組込み機構とからなることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、制御部は、非接触式距離計がワークの廻りを１周するように、距離計移動機構を制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明では、合否判定部は、ワーク廻りの方向をX方向にして、非接触式距離計から得た距離情報を、X方向に直交する方向のY方向に画像データに展開して合否判定することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明では、合否判定部は、ワーク廻りの方向をX方向にして、X方向に直交する方向をY方向にして画像データに展開し、非接触式距離計から得た距離情報を、その箇所の色数値に表現した画像データに変換して合否判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る発明では、非接触式距離計は、発光部から照射される光が実質上線とみなせるラインセンサであることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のワーク組立装置を用いると共に、前記ワークがコネクティングロッド及び上下のピストンリングが付いているピストンであり、前記被組立体がシリンダブロックのボアであり、前記ボアに前記ピストンを組込むワーク組立方法であって、
前記非接触式距離計で、前記上下のピストンリングまでの距離を前記ピストンの少なくとも１周分計測する距離計測工程と、
前記合否判定部で、前記距離情報から上のピストンリングの合口と下のピストンリングの合口との位相に関して合否判定を行う合否判定工程と、
合格と判定された前記ピストンについて前記組込み機構で、前記上下のピストンリングを前記外周面まで縮径する縮径工程と、
前記組込み機構で、前記ピストンを前記ボアへ挿入するピストン挿入工程とからなることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に係る発明では、組込み機構は、ピストンリングを縮径する縮径爪と、ピストンを押出す押圧手段とを有し、縮径工程では、縮径爪でピストンリングの外径をボアの内径よりも小径となるように縮径し、ピストン挿入工程では、縮径爪で縮径状態を保ちつつ、押圧手段でピストンをボアへ挿入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明では、静止しているワークの周りを、距離計移動機構により非接触式距離計を旋回させる。ワークを回転させないため、ワークがコネクティングロッドが付いた状態のピストンであっても検査可能となる。
合格判定されたワークは、組込み機構で被組立体へ組込まれる。
すなわち、外観検査から組込みまでの一連の作業が無人化・自動化され、生産性の向上が図れる。
【００１９】
請求項２に係る発明では、非接触式距離計は、ワークの周りを１回転だけ回される。複数回回す必要がないため、検査時間が短縮され、生産性のさらなる向上が期待できる。
【００２０】
請求項３に係る発明では、合否判定部は、ワーク廻りの方向をX方向にして、非接触式距離計から得た距離情報を、X方向に直交する方向のY方向に画像データに展開して合否判定する。Ｙ方向であれば、例えばワークの端面から検査対象部位までの距離が確認でき、この検査対象部位に集中して合否判定を施すことができる。請求項２と組み合わせることで、検査の効率化及び信頼性の向上が図れる。
【００２１】
請求項４に係る発明では、合否判定部は、非接触式距離計から得た距離情報を、その箇所の色数値に表現した画像データに変換して合否判定する。色での合否判定が可能となり、合否判定作業が容易になる。
【００２２】
請求項５に係る発明では、非接触式距離計は、発光部から照射される光が実質上線とみなせるラインセンサである。ラインセンサは、三次元カメラに比較して安価であり、信号処理も容易である。したがって、装置コストを低減することができる。
【００２３】
請求項６に係る発明では、静止しているピストンの周りを、距離計移動機構により非接触式距離計を旋回させる。ピストンを回転させないため、コネクティングロッドが付いた状態であっても、ピストンリングの合口検査が可能となる。
合格判定されたピストンはコネクティングロッドと共に、組込み機構でシリンダブロックへ組込まれる。
すなわち、コネクティングロッドが付いたピストンにおいて、ピストンリングの合口の位相検査から、シリンダブロックへの組込みまでの一連の作業が無人化・自動化され、生産性の向上が図れる。
【００２４】
請求項７に係る発明では、縮径爪でピストンリングの外径をボアの内径よりも小径となるように縮径し、縮径爪で縮径状態を保ちつつ、押圧手段でピストンをボアへ挿入する。ピストンリングがボアの入口に引っ掛かる心配が無く、より円滑にピストンをボアへ挿入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るワーク組立装置の斜視図である。
【図２】ワーク支持機構の基本構成図である。
【図３】距離計測工程を説明する図である。
【図４】図３の４矢視図である。
【図５】合否判定工程を説明する図である。
【図６】合否判定工程を説明する別の図である。
【図７】組込み機構の断面図である。
【図８】図７の８−８線断面図である。
【図９】図７の９−９矢視図である。
【図１０】縮径工程及びピストン挿入工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
なお、実施例では、「ワーク」が、コネクティングロッド及び上下のピストンリングが付いているピストン、「被組立体」が内燃機関のシリンダブロックである例を説明する。ただし、ワークはピストンに限るものではなく、被組立体もシリンダブロックに限定されるものではない。
【実施例】
【００２７】
図１に示すように、ワーク組立装置１０は、ワークとしてのピストン１１を移動し所定位置に保持するワーク支持機構２０と、ピストン１１の外周面までの距離を測る非接触式距離計３０と、この非接触式距離計３０を支え周回移動させる距離計移動機構４０と、非接触式距離計３０から得た距離情報を基本データと比較して合否判定を行う合否判定部４２と、ピストン１１をシリンダブロック１２のボア１３へ組込む組込み機構５０と、ワーク支持機構２０、非接触式距離計３０、距離計移動機構４０及び組込み機構５０を一括して制御する制御部６０とからなる。
【００２８】
非接触式距離計３０は、レーザ光又は赤外線を発射する発光部３１と反射光を入光する受光部３２を１セットとし、反射光の入光角度の変化に基づいて反射面（具体的には、後述するピストンリングの外周面）までの距離を計測する。発光部３１、受光部３２、発光部３１Ｂ、受光部３２Ｂ、発光部３１Ｃ、受光部３２Ｃのように一列に複数セットが設けられるものをラインセンサと呼ぶ。セットの数を増すことで、距離情報が増し、距離を「線」状に捉えることができる。
【００２９】
また、他のラインセンサ（非接触式距離計）の例としては、発光部１つで、帯状に広げることができる投光レンズによりレーザ光又は赤外線を帯状（ライン状）に広げ、その光の帯（ライン）を軸心にして、発光部から見て時計周り又は反時計周りの位置に、受光部すなわち受光素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）を配置してペアとし、反射光を、受光素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）の面に入光させて、反射光の入光角度の変化に基づいて反射面までの距離を計測する方式もある。この方式も、距離情報を「線」状に捉えることができる。
【００３０】
非接触式距離計３０は、いわゆる三次元カメラでもよいが、高価であり、処理情報が格段に多いため演算処理に時間がかかる。一方、本実施例のように、発光部３１及び受光部３２で構成すると、安価になり処理情報が僅かであって演算時間が短くなる
【００３１】
ピストン１１には、上のピストンリング１４と下のピストンリング１５が嵌められていると共にコネクティングロッド１６が取付けられている。なお、下のピストンリング１５の下方にオイルリングが嵌められるが、このオイルリングは省略した。スカート部１７がワーク支持機構２０で把持される。
【００３２】
以下、各機構の詳細を説明する。
図２に示すように、ワーク支持機構２０は、例えば、第１ロボット２１と、この第１ロボット２１の先端に開閉可能に取付けられる一対の把持爪２２、２２と、これらの把持爪２２、２２の基部にねじ込まれる両ねじ軸２３と、この両ねじ軸２３を回す第１アクチュエータ２４とからなる。把持爪２２は、Ｖ字溝２５を有し、このＶ字溝２５にクッション材２６を備える。
【００３３】
両ねじ軸２３は、左雄ねじ部２７Ｌと右雄ねじ部２７Ｒが同軸上に設けられており、第１アクチュエータ２４で回されると、矢印（１）、（１）のように、同一速度、同タイミングで把持爪２２、２２が移動し、スカート部１７を把持する。
ピストン１１に、ピストンピン１８を介してコネクティングロッド１６が取付けられているため、ピストンピン１８を揺動中心にして、コネクティングロッド１６（大端部）は図面上下に揺動する。
【００３４】
図１に示すように、上のピストンリング１４と下のピストンリング１５が嵌められていると共にコネクティングロッド１６が取付けられているピストン１１は、第１ロボット２１により、図示せぬストッカーからピックアップされ、ボア１３の真上まで運ばれ、その位置で保持される。
【００３５】
図３に示すように、距離計移動機構４０で、ピストン１１の外周面に対面するように、非接触式距離計３０を臨ませる。距離計移動機構４０は、非接触式距離計３０を旋回させつつ三次元的に移動させることができるロボットが好適である。
【００３６】
そして、図４に示すように、距離計移動機構４０により、ピストン１１の周囲に非接触式距離計３０を周回させる（矢印（２））。好ましくは、ピストン１１の中心Ｏを周回中心にして非接触式距離計３０を周回させる。上のピストンリング１４は、１個の合口１４ａを有する。
周回中に、図３に示すように、非接触式距離計３０でピストンリング１４、１５までの距離を計測する。
【００３７】
なお、いわゆる三次元カメラ（非接触式距離計）の場合は、焦点が知られているレンズをカメラの内部で、対象物（ワーク）に遠近させて、焦点があった位置により対象物までの距離を計測する方式のことをいうが、ピストンリング１４、１５の材質、色などの影響を受けずに正確に、ピストンリング１４、１５までの距離を計測することができる。
【００３８】
距離情報のイメージを、図５で説明する。
図５に示すように、上のピストンリングにおいて、９０°付近で、距離が一旦増加した。この増加期間が上の合口（図４、符号１４ａ）と見なされる。
また、下のピストンリングにおいて、２７０°付近で、距離が一旦増加した。この増加期間が下の合口と見なされる。
【００３９】
なお、合否判定に用いられる距離情報のイメージは、例えば、図３のピストン１１の高さ方向をY方向、図４のピストン１１廻りの方向をX方向にして位置を特定し、図４のピストンリングの合口１４ａの距離が増加したところは、例えば、輝度を高くして表現（０〜２５５）したり、また、例えば、距離が近いところは赤で表現し、距離が増加するにつれて、徐々に緑色に表現し、更に距離が増加するにつれて、緑色から徐々に青色に変化させて表現した距離データを用いてもかまわない。すなわち、ピストンリングにおいて、距離が一旦増減する期間が表現できるデータであればよい。
【００４０】
合否判定に用いる基準データを、相対位相θ＝１８０°±１０°と定め、合否判定部（図１、符号４２）に予めインプットする。
図５はＸ方向でのイメージ図（ディスプレイ表示画に相当。）であって、相対位相が２７０°−９０°＝１８０°である。この相対位相１８０°は、基準データ１８０°±１０°に収まるため、合否判定部は「合格」と判定する。相対位相が１７０°未満又は１９０°超であれば「不合格」とする。
基準データは、一例を示したもので、適値（範囲）に変更することは差し支えない。
【００４１】
図６はＹ方向でのイメージ図（ディスプレイ表示画に相当。）であり、ディスプレイ４３に、ピストンの輪郭線４４が示される。矢印４５が一般面を示し、矢印４６が上のピストンリングの位置を示し、矢印４７が下のピストンリングの位置を示す。上のピストンリングの合口１４ａが表示され、確認ができる。
【００４２】
次に、組込み機構５０の詳細を説明する。
図７に示すように、組込み機構５０は、第２ロボット５１と、この第２ロボット５１で支持される厚肉筒状の本体部５２と、この本体部５２の下部に移動可能に取付けられる縮径爪５３、５３と、これらの縮径爪５３、５３を移動させる爪移動機構５４と、本体部５２の上面から上へ延ばされるブラケット５５と、このブラケット５５に支持されロッド５６が下へ延びる押圧手段５７と、ロッド５６の先端（図では下端）に設けられる押しパッド５８とからなる。
【００４３】
図８に示すように、本体部５２にＴ字溝５９が設けられる。縮径爪５３の上部がＴ断面部６１となる。このＴ断面部６１をＴ字溝５９に嵌める。結果、縮径爪５３は落下することなく、図面表裏方向へ移動可能となる。
【００４４】
図９に示すように、爪移動機構５４は、例えば、ドーナツ状の回転板６２と、この回転板６２に設けられる斜めのカム穴（又はカム溝）６３と、回転板６２を一定角度回転させる第２アクチュエータ６４とからなる。
縮径爪５３から延びる頭付きピン６５がカム穴６２に嵌る。回転板６２が、図面時計方向に回されると、カム穴６３で頭付きピン６５が押される。図８で説明したように、縮径爪５３はＴ字溝５９でガイドされて、中心に向かって移動する。
結果、図９にて、４個の縮径爪５３が同時に回転中心へ移動し、縮径状態になる。
なお、図７に示すように、回転板６２は、本体部５２に回転自在に保持されているため、本体部５２から外れる心配はない。
【００４５】
以上の構成からなる組込み機構５０の作用を次に説明する。
図１０（ａ）において、矢印（３）、（３）のように、縮径爪５３、５３で上下のピストンリング１４、１５を縮径する。縮径後のピストンリング１４、１５の外径は、ボア１３の内径より小さく、外径と内径の差の半分に相当する隙間ｔが確保される。
【００４６】
次に、把持爪２２、２２を矢印（４）、（４）を開き、待機位置へ戻す。これで、ピストン１１は、組込み機構５０に移し替えられたことになる。把持爪２２、２２、２２が邪魔にならないため、組込み機構５０と共にピストン１１を下げることができる。
【００４７】
図１０（ｂ）に示すように、ボア１３にコネクティングロッド１６を入れながら、縮径爪５３、５３をシリンダブロック１２の上面に軽く当てる。
図１０（ｃ）に示すように、押圧手段５７により押圧パッド５８を介してピストン１１を押し下げ、ピストン１１をボア１３へ挿入する。この際、ピストンリング１４、１５はボア１３より小径の縮径爪５３、５３で案内されるため、円滑にボア１３へ挿入される。すなわち、ピストンリング１４、１５がボア１３の入口に引っ掛かる心配はない。
【００４８】
以上に説明したように、図３、４で距離測定工程が行われ、図５で合否判定工程が行われ、図１０（ａ）で縮径工程が行われ、図１０（ｃ）でピストン挿入工程が行われる。これらの工程は、全て無人化・自動化されているため、省人力化が図れると共に生産性の向上が図れる。
【００４９】
尚、本発明は、コネクティングロッドが付いたピストンのように回転させることが難しいワークを、シリンダブロックのような被組立体へ組込む技術に好適である。ワークは、円柱又は円筒形状を呈するものであれば、種類は任意である。
被組立体は、ハウジング、ケース、ボディであればよく、シリンダブロックに限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックのボアに、コネクティングロッド及び上下のピストンリングが付いているピストンを組込む作業に好適である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…ワーク組立装置、１１…ピストン、１２…シリンダブロック、１３…ボア、１４…上のピストンリング、１４ａ…上の合口、１５…下のピストンリング、１６…コネクティングロッド、２０…ワーク支持機構、３０…非接触式距離計、３１、３１Ｂ、３１Ｃ…発光部、３２、３２Ｂ、３２Ｃ…受光部、４０…距離計移動機構、４２…合否判定部、５０…組込み機構、５３…縮径爪、５７…押圧手段、６０…制御部。
【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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