(57)【要約】  本発明は、ロボット・アーム若しくは同類機器に搭載され、又はそれによって制御され、且つ更に、マルチプル・パンチ７に連結された一連の穴あけ工具及び緩衝材４若しくはマルチプル工具５を保持するためのフレキシブル電気機械式穴あけ装置に関し、マルチプル・パンチ７自体は、工具交換装置６に固着された線形歯車装置１及び電気機械式駆動ユニット２を有するベース・ボディ３に連結が可能とされ、該穴あけ装置においては、同期化によってスプリング後退装置が排除され、且つ穴あけ工具ポジションが全ての方向において完全に制御され、且つまた、貫穿中のモータ電流及び工具ポジションの完全なフィードバックによって、穴あけされる材料に対して良好な穴あけが行われたことを判断することが可能とされる。
2008529801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット・アーム又はその類の一部として、１つ又は複数の形状の穴を金属、プラスチック又はその他の材料にフレキシブルに穴あけするためのフレキシブル電気機械式穴あけ装置において、
前記穴あけ装置は、線形歯車装置（１）と、電気機械式駆動ユニット（２）と、工具交換装置（６）とが固着され、且つ個々の穴あけ工具を対応する緩衝材（４）とともに有するマルチプル工具（５）を包含するマルチプル・パンチ（７）に自動的に又は人作業により連結されるベース・ボディ（３）を備えることを特徴とするフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項２】
前記電気機械式駆動ユニット（２）は、ロボット軸制御器と同期化された制御装置を有し、それによって、関係する全ての軸と同期化された運動が穴あけ工具の後退中に行われ、スプリング・バック後退装置を加える必要のないことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項３】
前記電気機械式駆動ユニット制御装置は、力がモニタされるように電流の実効値を瞬間的に監視することを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項４】
前記電気機械式駆動ユニット（２）制御装置は、前記工具の位置がモニタされるようにレゾルバ／エンコーダ値を瞬間的に監視することを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項５】
線形歯車装置（１）が穴あけ工具に直結されるか、又は工具交換装置（６）を介して間接的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項６】
ベース・ボディ（３）がマルチプル・パンチ（７）に直結されるか、又は工具交換装置（６）を介して間接的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項７】
前記マルチプル・パンチ（７）は、間欠送り、直線又は回転運動によって適正な工具がマルチプル工具（５）に着座するように構成されたマルチプル工具（５）を具備することが可能とされることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【請求項８】
穴あけ作動中に廃材が選択された所望時間まで緩衝材中に保持されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル電気機械式穴あけ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動穴あけ用としてロボット・アームに含まれるフレキシブル穴あけ装置に関する。同装置は、ロボット・アーム若しくは同類機器の最後のリンクとすることが可能とされる。また、現場搭載も可能とされ、その場合にはロボットが穴あけの詳細を操作する。
【背景技術】
【０００２】
産業用穴あけ機はよく知られ、幾十年に亘り使用されている。産業用穴あけ機は、特に、例えば、自動車ボディ部品等の製造のためのライン生産に使用される。穴あけ機は、そのような用途においては、穴あけされる部品全体を包含し、切り口が適正品質の穴の適正な位置及び許容差を受容可能とするため、一定の大きさ、工具の構成及び剛性がなければならない。
【０００３】
穴あけ機自体は、基本的に４つの個別品目によって構成される。その１つは実際に穴あけされる部品の逆形に形成された取付具を含む下方テーブルである。この逆形品は、穴あけされる各個別の穴毎に１つの緩衝材を穴の形状に関わりなく含むことが必要とされる。第２は、適正寸法の一連の穴あけ工具を含む上方テーブルである。上方テーブルは、通常、穴あけされる材料を貫穿するのに穴あけ工具が必要とする実際の間隔に見合う垂直方向間隔若しくは運動間隔を必要とする。これに加え、上方テーブルは、通常、穴あけ機に荷の出し入れを可能とするため、穴あけされる部品の高さに見合う垂直方向若しくは回動行程を有することが必要とされる。
【０００４】
これは、いわゆる機械のデイライトである。一般的に、例えば自動車バンパ用の穴あけ機のデイライトの値は、１．５メートルの２．５倍とされる。第３は、非平行な穴の穴あけ機である。上方テーブルは、穴あけしなければならない三次元物体の相互に平行でない各穴について、通常油圧駆動式の、個別の穴あけ工具を含む。それらの穴あけ工具はそれぞれに、スプリング・バック用装置を備えることが必要とされる。従来の硬化工具により材料に穴あけ時には、材料が金属かプラスチックか、或いはその他かに関わらず、穴あけ工具が部品から後退時に生成される摩擦力がある。それによって部品に力が掛かり、これを考慮しないと部品が下方テーブルから外れかねない。この問題を克服するため、従来の穴あけ機には実用工具を囲繞する装置が含まれ、それによって部品に対して、工具により掛けられた力の逆方向に力を掛ける。
【０００５】
第４の基本部品はフレームである。フレームは、下方テーブル、行程を参酌した上方テーブル、対応する油圧シリンダを伴う全ての穴あけ工具並びに穴あけされる部品を保持するのに十分な大きさと剛性を必要とする。自動車バンパの例においては、従来の穴あけ機の大きさは３．５×２×３メートル、全重量１．５トンに及ぶことが珍しくない。
【０００６】
実際には、穴あけされる部品の一般的なエンジニアリング・セッション中に、切削される部品自体に絶えず変更が加えられる。これは、特に自動車産業に当てはまり、自動車の各構成要素の設計と構造は存続し、生産開始までの全期間中、変更を受ける。従来形の部品別穴あけ機をエンジニアリングし且つ製作するには数カ月を要し、それ自体、非常にコストが掛かる。これに加え、事業に直面中の変更もあり得るため、更に時間と金員が費やされる。機械は機械的に剛性とされるが、経済的且つ設計上の意味において剛直でもある。機械の改造は容易なことではない。また、１つの自動車の全寿命期間中には、機械的或いは設計上の理由による部品の変更、いわゆる細かなモデルチェンジが幾つもあろう。
【０００７】
大抵の場合、そのようなモデルチェンジにおいては、全く新たに穴あけ機が必要とされる。それは、既存の機械の改造には多くの時間（月数）が掛かり、したがって改造は現実的に実行可能性が無いという事実による。自動車産業は、そのような生産停止は許容できない。
【０００８】
従来の穴あけ機は、組込みの品質管理系を含んでいない。品質管理は通常、機械に荷を出し入れするオペレータが手で行う。オペレータは、視認検査をその能力の最善として行う。しかし、穴の位置及び寸法の通常の許容差はミリメートルの端数とされることを考えると、オペレータが穴の位置は適正か、或いは寸法は正確か判断するのは到底不可能である。したがって、並列品質管理システムが大抵の場合に生産施設に導入される。いわゆる寸法管理ジグがしばしば製作され、或いは寸法計測機が構成要素及び部品の検査に使用される。
【０００９】
これでは、しかし、時間が掛かり、それ故に生産過程を通して各部品をことごとく管理することはできない。一般的な実績値は、シフト当たり１若しくは２とされる。正常な従来の、例えばバンパ、計器板、或いはドアの内側パネル用穴あけ機の働きは、３０秒毎におよそ１部品、シフト当たり約１０００部品とされる。最悪の場合には、要求事項に適合せず不良品としなければならない部品が１０００個に及ぶであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の知られている穴あけ機は開発が進み、且つ長年良好に機能してきたが、フレキシブルでなく、改造が困難且つ費用が掛かり、保守を行うには機械的に複雑とされる重大な制約がある。また、製品のタイプ毎に１つの穴あけ機を必要とし、その特定の製品にあけられる各個別の穴用の穴あけ工具を装備しなければならない。そのために生産はきわめて高価となる。製品が製造停止となった時（プログラム・ライフ・タイム）以後、機械は通常いずこかに送られて専ら交換部品製造機となることが多い。今や、生産量は１日（３シフト）おそらく３０００ユニットから１日３乃至４部品に減少する。しかし、機械は従前と同じく大きく、きわめて大きな床面積を要する。自動車の車体にはオプション装置のために様々な穴を個別に穴あけしなければならない部品が何百とあることに留意すれば、所要総スペース及びコストは誰でも理解する。
【００１１】
安価な実用穴あけ工具を単純に交換するだけの、たった１台のフレキシブル・マシンで、様々な形状の穴が穴あけされた様々な製品が全て生産可能とされ、しかも１００％品質管理を維持可能で、尚且つ重量１００ｋｇ以下の穴あけ機ができるならば、正に快挙である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明により、上記の需要に対応することが可能とされ、且つロボット・アームの一部として、様々な箇所に様々な形状の穴を様々な材料にフレキシブルに穴あけするためのフレキシブル電気機械式穴あけ装置であって、前記穴あけ装置は、電気サーボ・モータ若しくは同様機器と、線形歯車構成要素と、工具交換装置若しくは任意選択的に、適正寸法及び形状の所要工具を周囲若しくは縁辺に含む部材、並びに高品質のセンサ装置を有する回転装置又は間欠送り装置を保持し、且つ完成された装置をロボット・アーム若しくは同様機器に固着するための固着部材及び剛性のアーム構造、ブシュ内の穴あけ工具及び緩衝材及び廃材除去装置及び廃材カウンタを保持し、但し機械式の後退スプリング装置は除く、二次工具構成要素（マルチプル・パンチ）を自動的に固着する固着装置を一端に有するベース・ボディを備えることを特徴とするフレキシブル電気機械式穴あけ装置をもたらすことが可能とされる。
【００１３】
本発明によれば、ベース・ボディはロボット・アーム若しくは同様機器に機械的に固着される。
【００１４】
本発明によれば、電気サーボ・モータ若しくは同様機器はロボット軸コンピュータ・システムに追加の、同期化された、軸として電気的に接続される。
【００１５】
本発明によれば、サーボ・モータ若しくは同様機器は一方側をベース・ボディに且つ他方側を歯車装置に機械的に連結される。
【００１６】
本発明によれば、歯車装置は高速直線運動を可能とし、且つ一端を機械的に電気サーボ・モータ若しくは同様機器に連結され且つ他端を間接的に穴あけ工具に連結される。
【００１７】
本発明によれば、工具交換装置は一端をベース・ボディに且つ他端を二次工具構成要素の剛性アーム並びに穴あけ工具に機械的に連結される。
【００１８】
本発明によれば、二次工具構成要素の剛性アームは一端を工具交換装置に連結され且つ他端を緩衝材に機械的に連結される。
【００１９】
本発明によれば、穴あけ工具は一方側を前記アームに機械的に連結され、一方向に自由運動することを可能とされ且つ他方側を工具交換装置に連結される。
【００２０】
本発明によれば、二次工具構成要素は様々な形態に自動的に交換可能とされる。
【００２１】
本発明によれば、二次工具構成要素は任意選択的に様々な穴あけ工具を含む回転若しくは直線運動装置を具備することが可能とされる。
【００２２】
本発明によれば、完成された穴あけ装置は、穴あけ作動中に緩衝材を穴あけされる部品に対して静止状態とし、且つ後退中に穴あけ工具を正に穴あけ中の部品に対して静止状態として全ての軸の同期化された運動を可能とし、それによってスプリング後退装置の排除が可能とされる。
【００２３】
本発明によれば、高品質の制御システムが組み込まれ、材料を貫穿するのに必要とされる実際の力が制御され、それによって工具の良好な状態が保証され且つ力が予め設定された値に対して強すぎる場合には工具が摩耗したか、或いは何か不具合があったことを示して工具の交換時期であることを示し、不良品の産出が防止される。本穴あけ装置はまた、間断なく、穴あけする部品に対しても穴あけ機自体に対しても穴あけ工具の実際のポジションを制御する。本穴あけ装置はしたがって、適正な位置決めが達成されたこと並びに穴あけ毎に穴あけ工具が底の位置に到達したことをも認識し、それによって貫通孔の穴あけが保証される。
【００２４】
以下に、本発明を、穴あけ装置が穴あけ工具の保守に役立ち且つ穴あけ工具を担持する実施例について添付の図面に関して更に詳細に説明する。
【実施例】
【００２５】
図９に、本発明による電気機械式穴あけ装置を示し、そのベース・ボディはロボット・アーム、好ましくは軸６（６軸ロボットの最後の軸）に機械的に連結される。電気機械式ユニットの一部としてのサーボ・モータは、ロボット軸コンピュータに電気的に接続され、６軸ロボット・コントローラの第７軸（４軸ロボットの第５軸等のように）として識別される。この場合の第７軸は、ロボット・コントローラ手段と完全に同期化且つ較正され、その結果、該ロボットは実際に７軸ロボットとされる。用途によっては、第７軸をいわゆる独立軸として制御することが可能とされる場合もあろう。機械装置に対するモータの特性をしっかりと定義することによって、穴あけ工具ポジションの実際値に対するモータ回転ポジションの絶対的確度が保証される。サーボ・モータは駆動ユニットによって制御される。軸制御器は、穴あけ工具の実際ポジションの誤差を０．０５ｍｍ未満とするようにモータ電流及びレゾルバ又はエンコーダ値を制御し且つモニタする。穴あけ動作中、第７軸は独立運動可能とされる。サーボ・モータ仕様に従って、最大加速及び速度を得るために全モータ電流がシステムに掛けられる。質量慣性と掛けられたモータ・トルクとによって、穴あけ工具が穴あけ部分に当たった時に高い機械的力を穴あけ部分に付与する。穴あけ工具システムの速度及び重量は、一定の穴あけ容量に関して、サーボ・モータの大きさに逆比例する。モータ・サイズの一般的寸法値は、液圧装置に比して静的な力の１０分の１とされる。材料の貫穿中、電流制御器は基準特性からの偏差を即時に検知する。同システムはしたがって、穴あけ工具が損傷した場合若しくは所要の作用を遂行するのに不適切な場合を認識可能とされる。同システムはまた、穴あけされる材料の様々な差違を検知可能とされる。不正材料、不正厚さ若しくは不正荷重ポジションもしかり。不適切な荷重若しくはロボット・ポジションは、モータ電流の検知が軸のレゾルバ／エンコーダ値に直結している事実によって知られ、したがって何らかの力がシステムの予想外のポジションに掛けられた場合には、即座に検知可能とされる。
【００２６】
穴あけ工具が材料を貫穿し終えるのは、電流及びレゾルバ／エンコーダ値によって仕事が正確に遂行されたことが知られた時である。廃材部分は穴あけ工具によって緩衝材を介して更に押し下げられる。但し緩衝材は、１作用サイクル中、例えば１０穴あく間に所要数の廃材部分を含むのに十分な長さとされる。緩衝材と廃材部分の間の摩擦によって、廃材部分は緩衝材に留まる。廃材部分は、次の穴があいた時に更に下向きに進行するのみである。サイクル終了後、ロボットは容器側に移動する。穴あけ工具は次いで緩衝材を貫通し、それ故に廃材部分は押し出されて落下する。
【００２７】
貫穿後、工具と正に穴あけ中の材料の間には比較的に大きな摩擦が存在する。システムは、次いで工具中心点を先の緩衝材最上部から穴あけ工具の最上部に切り換える。システムは、穴あけ工具が穴あけ部分から、同部分に対する工具中心点の位置を変えることなく後退するように、７軸を全て移動するように命令される。この移動中、穴あけ部分に力は全く加えられない。この移動が為された時、穴あけ部分は、移動の終わりに、工具ホルダの上部に当たる。この時点で、工具中心点は再び緩衝材の最上部に変えられ、スプリング後退装置を要することなく完全な後退が遂行される。
【００２８】
図１は、線形歯車装置を示し、剛性の構造によって回転運動を直線運動に変換する。このユニットは電気機械式駆動ユニット及びベース・ボディに固着される。
【００２９】
図２は、電気機械式駆動ユニットを示し、これにおいてサーボ・モータ若しくはその類と、任意選択的に、衛星歯車装置、若しくはその類が相互に連結される。多くの場合、サーボ・モータに対して歯車装置は必要とされない。
【００３０】
図３はベース・ボディを示し、その一方側はロボット・フランジに連結され、他方側は線形歯車装置及び工具交換装置に連結される。
【００３１】
図４は、対応する緩衝材を備える穴あけ工具を示す。
【００３２】
図５はマルチプル工具を示す。マルチプル工具は、材料を実際に切削／穴あけする部分とされる。同工具は通常の油圧式穴あけ機に使用される従来の材料製とされる。環境次第によって、線形若しくは回転運動する数種の工具が同じマルチプル・パンチに搭載され、マルチプル・パンチ装置の工具ホルダに間欠送りされる。一般的で、適度な値は、２工具、例えば形状１左及び右、とされる。
【００３３】
図６は工具交換装置を示す。工具交換装置は、主に２つの基本部分から成る。工具交換装置は、ベース・ボディに固着される。このユニットは、カム・ロック装置を伴う雄雌嵌合によってマルチプル・パンチに機械的に連結する機械的装置を保持する。第２の基本部分は、ラジアル・ロック装置を介してマルチプル工具に連結する機械的装置とされる。
【００３４】
図７は、別形状の穴を穴あけする場合に自動的に（又は手動により）別のマルチプル工具と交換される部分となるマルチプル・パンチを示す。この部分は、対応する雄雌嵌合による工具交換装置に適合するように構成される。マルチプル・パンチを自動モードで交換する時間の一般的な値は４乃至５秒とされる。一組のマルチプル工具を簡潔なテーブル／ホルダに容易に配置することが可能とされる。
【００３５】
本発明は、例示の実施例に限定されず、特許請求の範囲内で様々に変形可能とされる。したがって、例えば工具交換装置の締着具は、ボディと歯車装置の間に位置することが可能とされ、且つまた、工具交換装置を皆無とすることも可能とされ、全てはその時に穴あけする様々な穴の形状の量次第による。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は線形歯車装置の側面を示す図。
【図２】図２は電気機械式駆動ユニットを示す図。
【図３】図３はベース・ボディの側面を示す図。
【図４】図４は穴あけ工具を示す図。
【図５】図５はマルチプル工具を示す図。
【図６】図６は工具交換装置を示す図。
【図７】図７はマルチプル・パンチを示す図。
【図８】図８は組上がりの穴あけ装置を示す図。
【図９】図９はロボット・アームに取り付けられたフレキシブル電気機械式穴あけ装置を示す図。
【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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【国際調査報告】
2008529801.tif 000012
2008529801.tif 000013
2008529801.tif 000014