(57)【要約】【課題】連結装置のダイと連結対象であるワークピースとを、簡単且つ経済的な方法で穏やかに係合させることができる、ロボットに固定された連結装置の初期位置から操作位置への前進動作を制御するための方法及び装置を提供すること。【解決手段】連結装置の初期位置から操作位置への前進動作を制御する方法であって、ロボットの位置決め手段の支援により、ロボットに固定した連結装置を、初期位置から、連結装置のダイがワークピースから所定距離だけ離隔している予備位置へと移動させる工程と、距離信号を発生させるために、ダイとワークピースとの間の距離を距離検出手段によって検出する工程と、前記距離信号に応答して、ロボットの位置決め手段によって、連結装置を前記予備位置から前記操作位置へと移動させる工程とを含む、連結装置の前進動作を制御する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットに固定した連結装置の、初期位置から、静止している少なくとも一つのワークピースに対して連結操作を行う操作位置への前進動作を制御する方法であって、該連結装置は操作パンチとダイとを備え、該ロボットには位置決め手段が設けられており、該方法は、
ａ）ロボットの位置決め手段の支援により、ロボットに固定した連結装置を、初期位置から、連結装置のダイがワークピースから所定距離だけ離隔している予備位置へと移動させる工程と、
ｂ）距離信号を発生させるために、ダイとワークピースとの間の距離を距離検出手段によって検出する工程と、
ｃ）前記距離信号に応答して、ロボットの位置決め手段によって、連結装置を前記予備位置から前記操作位置へと移動させる工程と
を含む、連結装置の前進動作を制御する方法。
【請求項２】
前記距離を、機械的手段又はオプトエレクトロニック式手段によって検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予備位置から前記操作位置への前記連結装置の前進動作を、オープンループ制御手段によって制御する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記予備位置から前記操作位置への前記連結装置の前進動作を、クローズドループ制御手段によって制御する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ロボットに固定した連結装置の、初期位置から予備位置を介して、静止している少なくとも一つのワークピースに対して連結操作を行う操作位置への前進動作を制御するための装置であって、連結装置が予備位置にある時、ワークピースは連結装置のダイから所定距離だけ離隔しており、
前記連結装置は、中間部分、上方脚部、及び下方脚部を含むＣ型フレームを備え、該上方脚部は操作パンチを含む作動機構を担持しており、該下方脚部はダイを担持しており、
前記制御するための装置は、前記予備位置において、前記ダイと前記ワークピースとの間の距離に応じた距離信号を発生するように該Ｃ型フレームに載置された距離検出手段を含み、該Ｃ型フレームは、ロボットの位置決め手段が前記連結装置を前記操作位置へと移動させることができるように、位置決め手段に接続するようになっている、
連結装置の前進動作を制御するための装置。
【請求項６】
前記距離検出手段が、ダイに近接した状態で、Ｃ型フレームの下方脚部に載置されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記距離検出手段が、オプトエレクトロニック式位置測定装置を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記オプトエレクトロニック式位置測定装置が、三角測量式のレーザー測定装置である、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記距離検出手段が、機械的プローブ機構を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記機械的プローブ機構が、ワークピースに接触させるために弾性的に付勢されるプローブエレメントと、該プローブエレメントの位置を検出するための位置センサとを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記Ｃ型フレームの下方脚部が、前記連結装置を前記ロボットに固定するための固定手段を含み、該固定手段が、連結装置をダイに近接した状態でロボットに固定することができるように、Ｃ型フレームの下方脚部に取り付けられている、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
前記固定手段が、Ｃ型フレームの下方脚部に沿って長手方向に延在し、ロボットから離隔し且つダイの下方の位置でＣ型フレームの下方脚部に固定された端部を有する固定アームを含む、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに固定された連結装置の前進動作を制御するための方法及び装置に関し、特に自己穿孔型リベット装置又はクリンチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような連結装置は、例えば自動車産業において車体板を連結するために用いられている。組立ラインにおいて連結対象であるワークピース（車体板）に位置決め交差(例えば±２mm)が生じることは避けられない。よってロボットの位置決め手段が、連結装置のダイと連結対象であるワークピースとが係合する操作位置へ連結装置を正確に移動させることは困難である。
【０００３】
連結装置のダイと連結対象であるワークピースとを穏やかに係合させるために、例えばワークピースの位置決め交差を補償するために連結装置の軸方向に補償動作を行う比較的洗練された補償スライドを、連結装置とワークピースとの間に設けることが知られている。このような補償スライドは比較的複雑であり、取り扱いが難しく、高価である。それにもかかわらず、このような補償スライドは、連結装置のダイと連結対象であるワークピースとを常に穏やかに係合させることができているとは言えない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、連結装置のダイと連結対象であるワークピースとを、簡単且つ経済的な方法で穏やかに係合させることができる、ロボットに固定された連結装置の初期位置から操作位置への前進動作を制御するための方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、ロボットに固定された連結装置は、ロボットの位置決め手段の支援により、初期位置から、連結装置のダイとワークピースとが干渉しないような距離だけ離隔している予備位置へと移動する。次いで、ダイと連結対象であるワークピースとの間の距離を距離検出手段によって検出して、対応する距離信号を発生させる。この信号により、ロボットの位置決め手段が、ショックを与えることなく穏やかに、連結装置を操作位置へと移動させる、つまりワークピースと係合させることができる。
【０００６】
その結果、補償スライド等の複雑な補償装置を使わずに、連結対象であるワークピースの位置決め交差を補償することができる。本発明によれば、ワークピースの比較的大きな位置決め交差を補償することができるので、ワークピースを非常に正確に配置する必要はなくなる。よってワークピースを保持するためのクランプ装置を簡略化することができる。
【０００７】
距離検出手段は特に位置測定装置であり、機械的若しくはオプトエレクトロニック式のものが好ましいが、レジスタンス、キャパシタンス、又はインダクション式の位置測定装置であってもよい。連結装置の予備位置から操作位置への移動は、オープンループ制御又はクローズドループ制御によって制御することができる。
【０００８】
ロボットに固定される自己穿孔型リベット装置やクリンチ装置等の連結装置は一般に、上方脚部が操作パンチを含む作動機構を担持し、下方脚部がダイを担持しているＣ型フレームを備えている。本発明の好ましい実施態様においては、Ｃ型フレームの下方脚部が、連結装置をロボットに固定するための固定手段を含み、この固定手段は、ダイに近接した状態でロボットに固定することができるように、下方脚部に取り付けられる。その結果、Ｃ型フレームが連結力によって上方脚部と下方脚部が引き離されるように撓んでも、連結操作中のワークピースに対するダイの位置は全く若しくは実質的に変化しない。
【０００９】
以下に本発明の実施態様を列挙する。
【００１０】
ロボットに固定した連結装置の、初期位置から、静止している少なくとも一つのワークピースに対して連結操作を行う操作位置への前進動作を制御する方法であって、該連結装置は操作パンチとダイとを備え、該ロボットには位置決め手段が設けられており、該方法は、
ａ）ロボットの位置決め手段の支援により、ロボットに固定した連結装置を、初期位置から、連結装置のダイがワークピースから所定距離だけ離隔している予備位置へと移動させる工程と、
ｂ）距離信号を発生させるために、ダイとワークピースとの間の距離を距離検出手段によって検出する工程と、
ｃ）前記距離信号に応答して、ロボットの位置決め手段によって、連結装置を前記予備位置から前記操作位置へと移動させる工程と
を含む、連結装置の前進動作を制御する方法。
【００１１】
前記距離を、機械的手段又はオプトエレクトロニック式手段によって検出する、上記１に記載の方法。
【００１２】
前記予備位置から前記操作位置への前記連結装置の前進動作を、オープンループ制御手段によって制御する、上記１に記載の方法。
【００１３】
前記予備位置から前記操作位置への前記連結装置の前進動作を、クローズドループ制御手段によって制御する、上記１に記載の方法。
【００１４】
ロボットに固定した連結装置の、初期位置から予備位置を介して、静止している少なくとも一つのワークピースに対して連結操作を行う操作位置への前進動作を制御するための装置であって、連結装置が予備位置にある時、ワークピースは連結装置のダイから所定距離だけ離隔しており、
前記連結装置は、中間部分、上方脚部、及び下方脚部を含むＣ型フレームを備え、該上方脚部は操作パンチを含む作動機構を担持しており、該下方脚部はダイを担持しており、
前記制御するための装置は、前記予備位置において、前記ダイと前記ワークピースとの間の距離に応じた距離信号を発生するように該Ｃ型フレームに載置された距離検出手段を含み、該Ｃ型フレームは、ロボットの位置決め手段が前記連結装置を前記操作位置へと移動させることができるように、位置決め手段に接続するようになっている、
連結装置の前進動作を制御するための装置。
【００１５】
前記距離検出手段が、ダイに近接した状態で、Ｃ型フレームの下方脚部に載置されている、上記５に記載の装置。
【００１６】
前記距離検出手段が、オプトエレクトロニック式位置測定装置を含む、上記５に記載の装置。
【００１７】
前記オプトエレクトロニック式位置測定装置が、三角測量式のレーザー測定装置である、上記７に記載の装置。
【００１８】
前記距離検出手段が、機械的プローブ機構を含む、上記５に記載の装置。
【００１９】
前記機械的プローブ機構が、ワークピースに接触させるために弾性的に付勢されるプローブエレメントと、該プローブエレメントの位置を検出するための位置センサとを含む、上記９に記載の装置。
【００２０】
前記Ｃ型フレームの下方脚部が、前記連結装置を前記ロボットに固定するための固定手段を含み、該固定手段が、連結装置をダイに近接した状態でロボットに固定することができるように、Ｃ型フレームの下方脚部に取り付けられている、上記５に記載の装置。
【００２１】
前記固定手段が、Ｃ型フレームの下方脚部に沿って長手方向に延在し、ロボットから離隔し且つダイの下方の位置でＣ型フレームの下方脚部に固定された端部を有する固定アームを含む、上記１１に記載の装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
保護を受けようとする主題の理解を助けるために、添付図面に実施態様を示す。この図面を以下の説明と組合わせて検討すると、保護を受けようとする主題、その構成及び操作、並びにその効果の多くを容易に理解することができるであろう。
【００２３】
図１を参照して、自己穿孔型リベット装置２は、従来通り、中間部分６と、上方脚部８と、下方脚部１０とを有するＣ型フレーム４を備える。上方脚部８は、直線的に移動可能な操作パンチ１４を含む作動機構１２を担持している。下方脚部１０は、操作パンチ１４と同軸上に配置されたダイ１６を担持している。
【００２４】
このような連結装置の構造及び操作は既知のものであるので、これ以上の説明はしない。
【００２５】
連結装置２は、ロボット（図示せず）に固定するための固定手段１８を備える。この固定手段１８の構造は、特に図６を参照して後述する。
【００２６】
連結装置２は、少なくとも一つのワークピース、特に二つ以上のワークピースＷを、自己穿孔型リベット（図示せず）によって連結するように構成されている。ワークピースＷは、クランプ装置（図示せず）によって固定保持されている。ワークピースＷは、例えば組立ラインにおいて連結される自動車の車体板である。
【００２７】
ワークピースＷを固定する際の位置は、所定の位置決め交差（例えば±２mm）の範囲内で変化し得る。そのためロボットに固定した連結装置２には、その初期位置から、ワークピースＷの連結操作を行うことができる位置、つまりワークピースＷがダイ１６と係合する操作位置への前進動作を制御するための装置が設けられている。この制御装置は、ダイ１６とワークピースＷとの間の距離ａを検出して、距離ａに従った距離信号を供給することができるようにＣ型フレーム４に載置された距離検出手段２８を備える。この距離信号は、以下に詳細に説明するように、ロボット（図示せず）の位置決め手段が、連結装置２の前進動作を制御するために利用することができる。
【００２８】
連結装置の前進動作を制御する方法では、まず、ロボットの位置決め手段（図示せず）の支援によって、ロボットに固定した連結装置２を、初期位置から、連結装置２がワークピースＷから距離ａだけ離れている予備位置へと移動させる。距離ａは、ワークピースＷの位置決め交差を考えても連結装置２とワークピースＷとが衝突しないように選択される（図１及び図２）。
【００２９】
連結装置２が予備位置に到達すると、距離検出手段２８が、ダイ１６の上面とワークピースＷの底面との間の距離を検出し、対応する（電気的若しくは電子的)距離信号を発生する。この距離信号は、ロボットの位置決め手段（図示せず）に供給される。
【００３０】
位置決め手段は、公知のロボット多軸位置制御装置であり、操作パンチ１４とダイ１６との共通軸上に連結装置２を正確に位置決めすることができる。このような位置制御装置は既知のものであるので、これ以上の説明はしない。
【００３１】
ロボットの位置決め手段は、距離信号に応答して、予備位置（図１及び図２に示す）から、ワークピースＷの底面がダイ１６の上面と係合する操作位置（図３）まで、連結装置２を移動させる。この連結装置２の移動は、オープンループ制御若しくはクローズドループ制御のいずれによっても制御することができる。いずれにせよ、この制御によって確実に、ダイ１６がワークピースＷにショックを与えることなく穏やかに係合することができるので、ワークピースＷが破損したり変形したりするリスクを回避することができる。
【００３２】
そして、連結装置２は通常の態様でワークピースＷを連結する連結操作を行うことができる。
【００３３】
図１〜図３に示す実施態様では、距離検出手段２８はオプトエレクトロニック位置測定装置であり、好ましくはレーザービーム３０をワークピースＷに向けて発射し、反射ビームを受光し、レーザービームの発射から受光までの時間を測定し、それに基づいて距離ａを表す距離信号を発生する、三角測量式のレーザー位置測定装置である。
【００３４】
図４及び図５に示す実施態様では、距離検出手段２８は機械的測定装置、つまりプローブ装置である。この検出手段２８は、バネ３４によって検出位置へ付勢されるプローブピンを有するプローブエレメント３２を備える。このプローブエレメント３２には、プローブエレメント３２の位置を検出する位置測定装置３６が連携している。
【００３５】
連結装置２が予備位置に到達すると、プローブエレメント３２がワークピースＷに接触する（図４）。位置測定装置３６の支援により距離信号が発生し、ロボットの位置決め手段（図示せず）に供給される。この距離信号に応答して、ロボットの位置決め手段が連結装置を操作位置へと移動させ、ダイ１６がワークピースＷと係合する（図５）。
【００３６】
距離検出手段は、距離ａを充分正確に検出することができ、適当な方法で連結装置２に組み込むことができるものであれば、他の設計のものとすることもできる。
【００３７】
図６に概略的に示すように、連結操作中に操作パンチ１４からワークピースＷを介してダイ１６にかかる連結力は、Ｃ型フレーム４を上方脚部８と下方脚部１０とを引き離すように撓ませることがある。このことにより、ダイ１６及びワークピースＷが配置されているダイ面Ｍ（一点鎖線で示す）の位置が変化する。ダイ１６及びワークピースＷのこのような位置変化は、これを防止する特別の手段を設けない限り生じ得るものである。
【００３８】
上述したように、固定手段１８は、Ｃ型フレーム４をできるだけダイ１６に近接した状態でロボットに固定するように、Ｃ型フレーム４の下方脚部１０に取り付けられている。
【００３９】
図６に示す実施態様では、固定手段１８は固定アーム２０を備える。この固定アーム２０は、（図６において）右端がロボット（図示せず）に固定され、左端がダイ１６の下方で下方脚部１０に固定されている。より詳細には、固定アーム２０の左端はピン２２によって下方脚部に固定され、中間領域は、ピン２４、及び二つのピン２２、２４間の間隔の交差を補償するために固定アーム２０に設けた長孔２６によって下方脚部１０に載置されている。
【００４０】
連結装置２をダイ１６に近接した状態でロボットに固定することにより、連結操作中にダイ１６の位置、よってダイ面Ｍ及びワークピースＷの位置が実質的に変化せず、Ｃ型フレーム４の撓みの影響を全く若しくはほとんど受けないようにすることができる。
【００４１】
図６に示したような連結装置２のロボットへの固定は単なる一例であり、連結装置２をダイに近接した状態でロボットに固定するには様々な方法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、ロボットに固定するように適合された自己穿孔型リベット装置を含む連結装置の概略図である。
【図２】図２は、図１の連結装置の詳細をある操作条件で示す図である。
【図３】図３は、図１の連結装置の詳細を図２とは別の操作条件で示す図である。
【図４】図４は、別の実施態様に係る図２及び図３と同様の図である。
【図５】図５は、図４の実施態様に係る図２及び図３と同様の図である。
【図６】図６は、連結操作中の連結装置に係る図１と同様の図である。
【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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