(57)【要約】  ワークピースの特性を直接的に測定するゲージ・グリッパ組立体である。組立体は、ロボットアームのような搬送メカニズムに取り付けられるために適応されており、グリッパおよびゲージを有するヘッドを含む。グリッパは把手部またはその他の手段を使用してワークピースを持ち上げ、保持するために適応されており、ゲージは、ワークピースがグリッパによって保持されている間に、ワークピースの特性を直接的に測定するために適応されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの特性を直接的に測定する搬送メカニズムのゲージ・グリッパ組立体であって、
前記組立体を前記搬送メカニズムに取り付けるための部分を含むベースと、
前記ベースによって支えられ、グリッパおよびゲージを有するヘッドと、
を備え、
前記グリッパが、前記ワークピースが前記搬送メカニズムによって移動させられるときに、前記ワークピースを保持し固定するために作動可能である部分を有し、
前記ゲージが、前記ヘッド内に位置決めされ、前記ワークピースが前記グリッパによって保持されている間に、かつ、搬送中に前記ワークピースの特性を直接的に測定するように構成されている、
ゲージ・グリッパ組立体。
【請求項２】
前記ゲージが前記ワークピースの外径を測定するために適応されている、請求項１に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項３】
前記ゲージが前記ワークピースの内径を測定するために適応されている、請求項１に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項４】
前記ゲージが前記ワークピースの長さを測定するために適応されている、請求項１に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項５】
前記グリッパが前記ワークピースを把持し保持するために適応されている少なくとも１台の可動把手部を有する、請求項１に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項６】
前記ワークピースが中央部と前記中央部に横向きの端部とを有し、
前記グリッパが前記ワークピースの前記中央部を拘束するために適応されている、
請求項１に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項７】
前記グリッパが前記端部によって前記ワークピースを拘束するために適応されている、請求項６に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項８】
前記ゲージが前記少なくとも１台の可動把手部に組み込まれている、請求項６に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項９】
前記ゲージがキャリバゲージである、請求項６に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項１０】
前記ゲージが前記把手部に搭載され、前記把手部に対して移動可能であり、前記ワークピースの方へ概ね付勢させられている、請求項６に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項１１】
付勢がスプリングによって設けられている、請求項１０に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項１２】
前記ゲージは、前記ワークピースが前記グリッパによって把持され、第１の作業ステーションから第２の作業ステーションへ加速無しに移動させられている間に、前記ワークピースを拘束し測定するために適応されている、請求項１０に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項１３】
前記ゲージは、前記ワークピースが前記グリッパによって把持され、第１の作業ステーションから第２の作業ステーションへ加速下で移動させられている間に、前記ワークピースを拘束し測定するために適応されている、請求項１０に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項１４】
前記ゲージは、前記ワークピースが前記グリッパによって把持され、第１の作業ステーションから第２の作業ステーションへ減速下で移動させられている間に、前記ワークピースを拘束し測定するために適応されている、請求項１０に記載のゲージ・グリッパ組立体。
【請求項１５】
ワークピースを直接的に測定するゲージ組立体であって、
前記ワークピースに接触するように構成された部分を有するサポートと、
前記サポートに搭載され、前記サポートに対して移動可能であるゲージと、
を備え、
前記ゲージが前記ワークピースを直接的に測定するために適応されており、直線方向に付勢部材によって前記サポートに対して弾性的に付勢させられている、
ゲージ組立体。
【請求項１６】
搬送メカニズム上のベースによって支持されるゲージ・グリッパ組立体を使用して第１のステーションからワークピースを持ち上げ、前記ワークピースを第２のステーションへ移動させるステップと、
前記第１のステーションで持ち上げられた後に前記ワークピースがグリッパ組立体によって保持されている間に、前記ゲージ・グリッパ組立体と共に同様に搬送されているゲージを使用して前記ワークピースの特性を測定するステップと、
を備える、ワークピースの特性を測定する方法。
【請求項１７】
前記特性の測定値を前記特性の期待値と比較するステップをさらに備える、請求項１６に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項１８】
前記比較に応じて、前記測定値が前記期待値と一致しないならば、前記ワークピースを不合格とし、前記測定値が前記期待値と一致するならば、前記ワークピースを合格とすることを備える、請求項１６に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項１９】
前記ワークピースを不合格にするステップが前記ワークピースを再加工するステップを含む、請求項１８に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２０】
前記ワークピースを不合格にするステップが前記ワークピースを廃棄ステーションである前記第２のステーションへ供給するステップを含む、請求項１８に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２１】
前記ワークピースを、前記搬送メカニズムを使用して第２の作業ステーションへ移動させることにより前記ワークピースを合格とし、前記第２のステーションで前記ワークピースをさらに処理するステップをさらに備える、請求項１６に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２２】
前記測定するステップが、前記ワークピースが前記第２のステーションへ移動させられている間に行われる、請求項１６に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２３】
前記測定するステップが、前記ワークピースが移動させられ、前記ワークピースの加速度が実質的にゼロである間に実行される、請求項２２に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２４】
前記測定するステップが、前記ワークピースが移動させられ、かつ、加速下にある間に実行される、請求項２２に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２５】
前記測定するステップが、前記ワークピースが移動させられ、かつ、減速下にある間に実行される、請求項２２に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２６】
前記測定するステップが、前記ワークピースが静止している間に行われる、請求項１６に記載のワークピースの特性を測定する方法。
【請求項２７】
前記測定された特性に基づいてサイズ制御調節信号を金属切断機へ送信するステップをさらに備える、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にワークピースの測定に関し、特に、このようなワークピースのハンドリングおよび測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、円筒状ワークピース、すなわち、円筒状部分を有するワークピースは、処理ステーション（「マシンツールステーション」）において望ましい径まで旋削加工、穴あけ加工、切削加工、研削加工、研磨加工、押出加工され、または、そうでなければ、材料成形操作の対象とされる。製品におけるその後の組立のためワークピースを離す前に、ワークピースは、径（内径若しくは外径）またはその他の寸法（たとえば、ワークピースの長さ）が許容公差の範囲内であるかどうかを判定するために測定される。
【０００３】
いくつもの方法がこの測定のため知られている。測定は、旋削、研削、または、研磨が行われている間に、「工程内」で実施される。代替的な方法は、マシンツールステーションからワークピースを取り外し、測定ステーション内にワークピースを取り付けることを伴う。測定ステーションでは、ゲージがワークピースを拘束し、対象の寸法を測定する。ワークピースが許容公差の範囲内であるならば、ワークピースは測定ステーションから取り外され、合格とされ、さらなる作業、その後の製品への組立、または、さらなる搬送のための別のステーションへ搬送される。ワークピースを測定する別の方法は、ワークピースがマシンツールステーション内にある間に、ワークピースを測定することを伴う。これを達成するために、機械加工が停止され、ゲージ読み取りが行われる。後者の方法の不利点は、測定操作を実行するために必要とされる生産サイクルにおける時間の長さである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の点に鑑みて、工程内測定が非現実的または不可能である場合では、生産サイクル全体に及ぼす影響を低減または最小限に抑えながら測定機能を実行する測定組立体、および、方法の必要性が存在することは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の必要性を満たし、そして、従来技術の列挙された欠点およびその他の制限を克服する際に、本発明は、生産サイクル全体の長さに測定ステップが及ぼす影響を取り除きながら測定機能を実行する組立体および方法を提供する。
【０００６】
上記を達成するとき、本発明の原理を具現化する組立体は、ロボットアームの手首またはその他の部分に取り付けられるエンドエフェクタ内に一緒にゲージ・グリッパ組立体を組み込む。ロボットアーム自体は、固定位置ベースの種類でも可動ガントリータイプの種類でもよい。本発明によれば、測定は、機械加工されていないワークピースの最初のピックアップ中、または、マシンツールステーションからの機械加工されたワークピースの取り外し中のようなワークピースの把持と、生産工程内の次のステーションにおける組立体からのワークピースの次の解放との間の時点で行われる。本書中で使用されているように、この期間中、ワークピースは搬送中であると定義されている。よって、測定は、ワークピースが組立体によって把持されているが、静止している間、ステーション間で組立体によって一定速度で移動している間、加速下で移動し、または、減速下で移動している間に行われる。さらに、測定はワークピースの直接的な測定として行われる。
【０００７】
本発明のさらなる目的、特長および利点は、本明細書に添付され、かつ、本明細書の一部分を形成する図面および請求項を参照して以下の説明を精査した後に、当業者に容易に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
さて図１を参照すると、本発明の原理を具現化するゲージ・グリッパ組立体がそこに記載され、１０で指定されている。主要コンポーネントとして、ゲージ・グリッパ組立体１０は、搬送メカニズム１２およびグリッパヘッド１４を含む。搬送メカニズムは、上述されているように、ある場所から別の場所へワークピースを搬送する多種多様のメカニズムのうちの何れか１つであってもよいが、（特許請求の範囲を制限することを意図することなく）本明細書に図解されているように、搬送メカニズム１２は、床置き型ロボットまたはロボットアームである。アームは、グリッパヘッド１４を使用して、マシンツールステーション（図示せず）からワークピース１６を持ち上げ、土台１８の周りに旋回することにより次のステーション（図示せず）へワークピース１６を供給することが可能である。代替的に、搬送メカニズム１２は、メカニズム１２全体が生産ラインに沿って移動するガントリーシステムでもよい。ロボットアームと異なり、ガントリーは直線的に、かつ、垂直方向に移動する。これは、ガントリーが、グリッパヘッド１４を使用して、マシンツールステーションからワークピース１６を垂直方向へ持ち上げ、次のマシンツールステーションへ直線的に平行移動することを可能にさせる。当業者にはわかるように、ロボットアームおよびガントリーシステムは、あるマシンツールステーションから別のマシンツールステーションへワークピース１６を移動させることができるメカニズム１２のほんの２例である。たとえば、ロボットアーム自体がガントリーシステムに搭載されることがあり、または、単なるピック・アンド・プレイスタイプのシステムが利用されることがある。
【０００９】
今度は図２を参照すると、メカニズム１２の端にあるグリッパヘッド１４がより詳細に示されている。グリッパヘッド１４は、主要コンポーネントとして、ベース２０、１台以上のグリッパ把手部２４を有するグリッパ２２、および、少なくとも１台のゲージ２６を含む。ベースは、グリッパ２２、グリッパ把手部２４、および、ゲージ２６を運び、さらにグリッパヘッド１４をロボットアームに取り付ける。グリッパ把手部２４は、ワークピース１６を拘束しピックアップするために（空圧式、電気式、油圧式、または、それ以外の方式で）開閉し、そして、ロボットアームの移動と共に、第１のマシンツールステーションから次のステーションへワークピースを移動させる。次のステーションは、ワークピース１６または結果としてもたらされる製品の生産に係るステーションを含んでもよい。このようなステーションは、制限なく、上記のマシニングステーション、排出ステーション（合格または不合格）、組立ステーション、搬送ステーション、または、さらなる処理ステーションの何れを含んでいてもよい。
【００１０】
グリッパ把手部２４は、１箇所以上でワークピース１６を拘束し、ゲージ２６と相対的にワークピースを位置付けるために動作する。グリッパ１２を参照する際に本書中で使用されているように、「グリッパ」という用語は、ワークピース１６がステーション間を搬送されるときに、ワークピース１６を拘束し保持する装置の末端メカニズムを含むように意図されている。１対の概ね対向する把手部を利用する機械的グリッパの実施形態として示されているが、本発明は図解されている実施形態によって限定されることは意図されていない。グリッパは、制限されることなく、機械式、電気機械式、電気式、真空式、磁気式、または、その他の原理、或いは、これらの組み合わせを利用する把持手段を含む多数の形状およびタイプのうちの何れか１つを採用することがわかる。一部の実施形態では、グリッパ把手部２４は、図１および２に示されているように、ワークピース１６の中央部１７を拘束するか、または、代替的にワークピース１６のその他の部分を拘束する。たとえば、グリッパ把手部２４は、中央部１７まで横方向に続く端部１９上でワークピース１６を拘束し保持する２個の別々の要素を含む。したがって、グリッパ２２は、ワークピースの外径、内径、ワークピースの端と端の間、または、側面でワークピース１６を把持し、そして、ワークピースの形状（軸型ワークピース、丸型ワークピース、または、ハウジング型（長方形若しくはその他の形状の）ワークピース）に依存して、ワークピース若しくはワークピースの一部分の外径、内径、長さまたは幅を測定する。グリッパ２２およびこの付随するコンポーネント、すなわち、グリッパ把手部２４は、当業者に周知の構造からなってもよい。１つのこのような典型的なグリッパ２２が図２ａおよび２ｂに示されている。
【００１１】
図２ａおよび２ｂを参照すると、グリッパ２２がグリッパ２２による部品搬送中にワークピースを適切に測定できるように、グリッパ２２は、ワークピースを保持するときに高度の再現性を有することが必要である。この要件の一部は、グリッパ設計によって本質的に満たされるが、要件の一部は適切な把手部（治工具）設計によって満たされる必要がある。円筒状ワークピースをピックアップする一般的な方法は、互いに回転または摺動する２台の対向する把手部２４を保有するグリッパ２２を用いる。そのようにする際に、把手部２２の端にある治工具はワークピースを取り囲み、優勢なクランプ力を加え、その時に、ワークピースは搬送され（かつ、測定され）てもよい。図２ａには、説明されたタイプの１対のグリッパ把手部２２の端にある治工具２５の設計が示されている。特に着目されるのは、この治工具２５の幾何形状である。把手部２４がワークピースを挟むとき、３、７および１１で特定されている接触位置だけがワークピースに沿ったセクションでワークピースと接触する。これらの３個の位置は、このワークピースのセクションを効果的に拘束する。同様に、接触位置３’、７’および１１は、最初のセクションから把手部治工具２５の長さだけ物理的に離れているワークピースのセクションを拘束する。このようにして、ワークピースが完全に拘束される。
【００１２】
この治工具設計の一バージョンでは、治工具のため選択されている材料はやや弾性がある。このことは、接触位置３、３’、７、７’、１１および１１’が把持中に僅かに圧縮することを可能にさせる。この弾性特性の適切な選定は、６個の位置３、３’、７、７’、１１および１１’の全部が治工具２５の両端間での均衡のとれた力でワークピースと接触することを保証することを助ける。製造可能性は、より剛性のある材料の場合のように、各端の幾何形状が高い許容誤差に保たれるべきであるという要件の消去によって高められる。
【００１３】
明らかに、この３位置把持構造は、長いワークピースに関して２台のグリッパ２２の間で共有される。このような場合、第１のグリッパは、図２ｂに示されている治工具２５の左側のみと似ている治工具を収容し、位置３、７および１１でワークピースと接触する。第２のグリッパは、図２ｂに示されている治工具２５の右端と似ている治工具を収容し、位置３’、７’および１１’でワークピースと接触する。把持場所は、ワークピースに沿ってワークピースを適切に拘束するためにどうしても必要とされる距離ずつ物理的に離されている。
【００１４】
ゲージ２６を参照すると、ゲージは、グリッパ把手部２４およびこの付随したコンポーネントから分離し、かつ、別個である個別のコンポーネントとして、ベース２０に設けられている。付加的に、２台以上のゲージ２６がゲージ・グリッパ組立体１４に含まれ、ワークピース１６と相対的に、軸方向に２組のグリッパ把手部２４の間に、若しくは、外側（または両方）に位置付けられている。
【００１５】
ゲージ２６は、当業者に周知の構造からなる何れの種類でもよい。図１および２に示されているゲージ２６は、１個以上の接点２８を有し、本書中で「ジャンプオン」ゲージ２６と呼ばれる形をしている。しかし、グリッパヘッド１４は、その他のフィンガー型ゲージ、スナップゲージ、または、キャリバゲージのような、他のどのようなタイプのゲージを有していてもよい。ゲージ２６は多くの場合に、寸法が直接的に測定される上記のタイプであるが、異なるゲージがその他の特性を検査するために使用されてもよい。たとえば、渦電流ゲージがクラックの有無をチェックするために組み込まれてもよい。当業者にはわかるように、（制限されることなく）エアーゲージ、（レーザーを含む）光学ゲージ、キャパシタンスゲージ、および、その他のゲージを含むその他の多数の測定方法が本発明において利用されてもよい。
【００１６】
図３はゲージ２６をより詳細に示している。ゲージ２６は、主要コンポーネントとして、ピボット軸３２を介してゲージハウジング３４に取り付けられた１本以上のピボットフィンガーまたはアーム３０を有する。図４に示されているように、各ピボットアーム３２は、それぞれ、上側内部ピボットアーム３６および下側内部ピボットアーム３８に連結されている。内部ピボットアーム３６、３８は、次に、コア４４およびコイル４６を有する線形可変差動変換器（ＬＶＤＴ）のような公知のタイプの位置センサ４０に連結されている。一例として、上側アーム３６はコア４４に連結され、下側アーム３８はコイル４６に連結されている。センサ４０は、次に、センサ４０によって発生された信号を、この信号をコイル４６に対するコア４４の変位に対応する値に変換する装置（図示せず）へ伝達する出力ケーブル４２に電気的に接続されている。この値は、次に、ワークピース１６の対応する径を判定するために公知の中立的な距離４８に加算される。
【００１７】
図５、６および７に示されている代替的な実施形態では、ゲージ２６は、グリッパ２２の構造と一体化されている。グリッパは、主要コンポーネントとして、グリッパ２２をベース２０に取り付けるために取り付けアーム５０を備える。グリッパ２２は、代替的な把手部５１、対向するゲージ／把手部５２、および、プローブ５４で構成されている。この構造では、プローブ５４は、好ましくは、把手部５１の全体的な移動平面内に位置している。プローブ５４は、ゲージ／把手部５２に対して移動可能であり、かつ、ワークピース１６の方へほぼ付勢させられるようにゲージ／把手部５２内に搭載されている。プローブ５４に加えて、この構造は、ワークピース１６と接触する基準点５６を含む。プローブ５４の変位と、基準点５６におけるワークピース１６の接触とに基づいて、ワークピースの精密な測定量の計算が達成される。好ましい構造において、本実施形態のゲージは、それゆえにキャリバの種類である。
【００１８】
図８に示されているように、キャリバゲージ自体は、ゲージ／把手部５２に対して「浮動」し、ワークピース１６に対して自動的に位置を決めるように構成されている。図解されている構造では、ゲージ２６は、ゲージ／把手部５２の凹部内で移動可能であり、スプリング６０またはその他の手段のような適切な手段を用いて付勢させられている。ゲージ２６は、ワークピース１６を拘束し保持するゲージ／把手部５２の接触部分とほぼ対応する構成および方向を有する接点６１が設けられている。接点６１間の凹部内でゲージ２６の端から延びているのはプローブ先端６３である。ゲージ２６の接点６１がワークピース１６と接触するとき、ワークピース１６はプローブ先端６３を動かす。接点６１の表面の間の角度は公知であるので、プローブ先端６３の変位量は、ワークピース１６の径を判定できるようにさせる。付勢手段６０を介して、ゲージ２６はワークピース１６を検出し、この径を判定するが、ワークピース１６の実際の把持に関与しない。
【００１９】
グリッパヘッド１４の別の実施形態は内径（ＩＤ）ゲージ５８である。ＩＤゲージ５８（図９を参照のこと）は、本質的に、図１に示されているグリッパヘッド１４と同じコンポーネントからなる異なる配置を備える。中立的または初期位置にある間、グリッパ２２のグリッパ把手部２４およびゲージ２６の接点２８は、図１１に示されているように、ワークピース１６の内側に嵌るように配置されている。ワークピースを掴み保持するため、グリッパ把手部２４は（図１０に矢印で示されているように）外側へ移動し、ワークピース１６の内側を拘束する。これは好ましい実施形態であるが、グリッパ把手部２４が外側からワークピース１６を保持する（図７を参照のこと）ＩＤゲージ５８のその他の配置もまた可能である。
【００２０】
グリッパ把手部２４によって把持されると、ゲージ２６は、次に、ワークピース１６の内径を測定する。ＬＶＤＴ４０に関して説明された方法と同じ方法を使用して、ピボットアーム３０は、接点２８がワークピース１６の内側を拘束するまで、接点２８を外側へ移動させるために動く。ＬＶＤＴ４０の読み取りがその後に行われ、ワークピース１６の内径が計算される。図１２は、グリッパ把手部２４と接点２８の両方がワークピース１６と係合している、測定を行うＩＤゲージ５８を示している。
【００２１】
ワークピース１６がグリッパ把手部２４によって把持され、ゲージ２６を使用して測定されると、測定値が期待値と比較される。このような比較は、通常は、コントローラ、たとえば、デジタルゲージコントローラによって自動的に行われる。測定値が期待値と一致するならば、ワークピース１６は合格とされ、搬送メカニズム１２によって次の作業ステーションへ自動的に移される。測定値が期待値と一致しないならば、ワークピース１６は不合格とされ、搬送メカニズム１２は、たとえば、ワークピース１６を再加工のため第１のステーションへ戻すか、または、ワークピースを廃棄ステーションへ送る。したがって、検査工程を自動化し、検査工程をある作業ステーションから次のステーションへワークピース１６を搬送するステップに組み込むことにより、本発明は、工程ステップの数を削減し、工程時間全体を著しく減少させる。ワークピースの測定された特性に基づいて、サイズ制御調節信号が、必要とされる修正、治工具の摩耗などに合わせて調節するために金属切断機へ送られる。
【００２２】
当業者には容易にわかるように、上記の説明は、本発明の原理の実施の例示として意図されている。本発明は、請求項に記載されている本発明の精神から逸脱することなく、変更、変形、および、変化を生じることがあるので、この説明は本発明の範囲または応用を制限することを意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ロボットアームとゲージ・グリッパ組立体の斜視図である。
【図２】ロボットアーム上のゲージ・グリッパ組立体の拡大図である。
【図２ａ】グリッパ把手部および治工具構造の側面図である。
【図２ｂ】グリッパ把手部および治工具構造の斜視図である。
【図３】「ジャンプオン」ゲージの側面図である。
【図４】カバーが取り外された「ジャンプオン」ゲージの側面図である。
【図５】グリッパと一体化されたゲージの斜視図である。
【図６】グリッパと一体化されたゲージの側面図である。
【図７】グリッパと一体化されたゲージの端面図である。
【図８】グリッパからカバーが取り外され、ゲージを見えるようにした図６のゲージおよびグリッパの図である。
【図９】内径（ＩＤ）ゲージおよびグリッパの斜視図である。
【図１０】ＩＤゲージおよびグリッパの側面図である。
【図１１】ワークピースを把持し測定する前のＩＤゲージおよびグリッパの拡大平面図である。
【図１２】ワークピースを把持し測定している間のＩＤゲージおよびグリッパの拡大平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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】
2008541061.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
2008541061.tif 000015
【図１２】
2008541061.tif 000016
【国際調査報告】
2008541061.tif 000017
2008541061.tif 000018
2008541061.tif 000019