(57)【要約】  本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、回転工具（１０Ａ）と、回転工具（１０Ａ）の位置が被接合物（５０）の接合部位に対して面直状態にあるか否かを検出する面直検出部（２０Ａ）と、を備えている。面直検出部（２０Ａ）は、接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を、例えば、位置センサ（２１）により計測する。これら計測位置は、回転工具（１０Ａ）の進退方向を法線方向とする基準平面上で多角形の頂点に位置するよう設定されている。面直検出部（２０Ａ）は、計測位置までの距離が全て同等であるときに面直状態にあると検出する。
2015097727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
当該回転工具の位置が前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあるか否かを検出する面直検出部を備え、
当該面直検出部は、
前記回転工具の進退方向を法線方向とする基準平面上に配置され、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有し、
前記計測位置までの距離に基づいて、前記面直状態にあると検出するよう構成されていることを特徴とする、
摩擦攪拌点接合装置。
【請求項２】
前記面直検出部は、少なくとも３つの前記位置センサを備え、
複数の前記位置センサは、前記基準平面上で、前記回転工具の進退軌道の中心から等距離となる位置に配置されていることを特徴とする、
請求項１に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項３】
前記回転工具の進出方向となる位置に設けられ、前記接合部位の裏面に当接される裏当て部と、
当該裏当て部と前記回転工具とを互いに対向させて保持する枠部と、
を備え、
前記面直検出部は、前記裏当て部に一体的または前記裏当て部の位置に取り換え可能に設けられていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項４】
立体的な動作が可能なアーム部と、
当該アーム部の動作を制御するアーム制御部と、を備え、
前記回転工具および前記裏当て部は、前記枠部を介して前記アーム部に取り付けられ、
当該アーム制御部は、前記面直検出部によって計測される前記計測位置までの距離が全て同等となるように、前記アーム部の動作を制御することを特徴とする、
請求項３に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項５】
前記裏当て部に対して一体的または前記裏当て部の位置に取り換え可能に設けられる接触センサを備え、
前記アーム制御部は、前記接触センサによる接触が検出されるまで、前記アーム部の動作を制御することを特徴とする、
請求項４に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項６】
床面に定置される基台部を備え、
前記回転工具および前記裏当て部は、前記枠部を介して前記基台部に設けられていることを特徴とする、
請求項３に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項７】
立体的な動作が可能であって前記被接合物を保持するアーム部と、
前記アーム部の動作を制御するアーム制御部と、を備え、
当該アーム制御部は、前記面直検出部によって計測される前記計測位置までの距離が全て同等となるように、前記アーム部の動作を制御することを特徴とする、
請求項６に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項８】
回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合装置であって、
前記回転工具の進出方向となる位置に設けられ、前記接合部位の裏面に当接される裏当て部と、
当該裏当て部と前記回転工具とを互いに対向させて保持する枠部と、
前記回転工具の位置が前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあるか否かを検出する面直検出部と、を備え、
当該面直検出部は、前記裏当て部の当接面の法線を法線方向とする基準平面上に配置され、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有し、
前記計測位置までの距離が全て同等であるときに、前記面直状態にあると検出するよう構成されていることを特徴とする、
摩擦攪拌点接合装置。
【請求項９】
前記面直検出部が備える前記位置センサは、前記接合部位の周辺に設定される４つの計測位置までの距離を計測するよう構成されていることを特徴とする、
請求項１から８のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項１０】
前記位置センサは、非接触で構成されていることを特徴とする、
請求項１から９のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合装置。
【請求項１１】
回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合方法であって、
前記回転工具の進退方向を法線方向とする基準平面上で、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測し、
前記回転工具により前記接合部位を接合する前または接合中に計測される、前記計測位置までの距離が全て同等であるときに、前記回転工具の位置が、前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあると検出することを特徴とする、
摩擦攪拌点接合方法。
【請求項１２】
回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合装置に設けられ、
前記回転工具の進退方向を法線方向とする基準平面上に配置され、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有し、
前記計測位置までの距離が全て同等であるときに、前記回転工具の位置が前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあると検出することを特徴とする、
摩擦攪拌点接合の面直検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法、並びに、摩擦攪拌点接合に用いられる面直検出装置に関し、特に、摩擦攪拌点接合の回転工具が、被接合物の接合部位に対して面直状態にあることを検出可能とする摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法と、この検出に用いられる面直検出装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、鉄道車両、航空機等の輸送機器においては、金属材料を連結するときには、スポット溶接またはリベット接合が用いられていた。しかしながら、近年では、摩擦熱を利用して金属材料を接合する摩擦攪拌点接合が注目されている。【０００３】
摩擦攪拌点接合には、円柱状の回転工具（接合ツール）が用いられる。この回転工具は、被接合物に向かって進退移動可能に構成され、高速で回転しながら被接合物（金属材料）中に押し込まれる（圧入される）。回転工具が圧入された部位では、金属材料が軟化するため、この軟化した金属材料を攪拌することで被接合物同士が接合される。【０００４】
摩擦攪拌点接合により良質な接合を実現するためには、回転工具の進退移動の変位量を適切に制御する必要があることが知られている。【０００５】
例えば、特許文献１には、積層部（複数個の部材を積層して形成される）に対する摩擦攪拌接合用工具（回転工具）の挿入量を実測し、この実測値が目標値に一致するように、摩擦攪拌接合用工具の変位量を制御する技術が開示されている。また、特許文献２には、複動式の摩擦攪拌点接合において、ショルダ部材の外側にクランプ部材が設けられている場合に、クランプ部材の先端と回転工具（ピン部材またはショルダ部材）の先端との距離を算出することにより、回転工具の圧入深さを調整する制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８９４７７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９６６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、摩擦攪拌点接合では、接合時に、回転工具が被接合物の接合部位に対して面直となるように規定される必要がある。回転工具が接合部位に対して面直となる状態とは、接合部位が平面であっても湾曲面であっても、接合部位（点）において当該面に接する接平面（接面）に対する法線方向に沿って回転工具が位置する状態である。【０００８】
例えば、航空機分野では、接合対象となる部品の種類または接合位置等に応じて非常に厳密な面直が求められることがある。それゆえ、例えば摩擦攪拌点接合装置を産業用ロボットのアーム部に取り付けて用いる場合には、部品の種類毎または接合位置毎に、面直を設定するために産業用ロボットのティーチングを行うか、面直の設定を確認する必要がある。その結果、点接合作業の煩雑化かつ長時間化を招くことになる。【０００９】
また、摩擦攪拌点接合の分野では、特許文献１に開示されるように、接合時の回転工具の変位量（進退移動量）を、接触式センサ等により実測して制御する技術、あるいは、特許文献２に開示されるように、クランプ部材の先端を基準として変位量（圧入深さ）を調整する技術は知られているものの、接合時に回転工具の面直を厳密に設定する技術については知られていなかった。【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、摩擦攪拌点接合において、回転工具の接合部位に対する面直状態を容易かつ簡潔に設定することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、前記の課題を解決するために、回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合装置であって、当該回転工具の位置が前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあるか否かを検出する面直検出部を備え、当該面直検出部は、前記回転工具の進退方向を法線方向とする基準平面上に配置され、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有し、前記計測位置までの距離に基づいて、前記面直状態にあると検出するよう構成されている。【００１２】
前記構成によれば、簡素な構成で容易に面直状態を検出することができるため、摩擦攪拌点接合の作業性の向上を図ることができる。さらに、摩擦攪拌点接合装置が例えばロボット装置に適用されれば、面直検出部により面直状態が検出されるようにロボット装置を制御することによって、自動的に回転工具の面直状態を合わせることが可能となる。この場合、ロボット装置により移動される対象は、回転工具であっても、被接合物であってもよい。【００１３】
しかも、面直状態が実現された後に、回転工具による接合を行えば、面直状態の設定と摩擦攪拌点接合とを連続的に行うことができる。また、回転工具による接合中であっても、回転工具と接合部位とのズレを補正しながら面直状態を保持することもできる。それゆえ、接合の品質の向上を図ることができるとともに、接合作業の効率性も向上することが可能となる。【００１４】
前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記面直検出部は、少なくとも３つの前記位置センサを備え、複数の前記位置センサは、前記基準平面上で、前記回転工具の進退軌道の中心から等距離となる位置に配置されている構成であってもよい。【００１５】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記回転工具の進出方向となる位置に設けられ、前記接合部位の裏面に当接される裏当て部と、当該裏当て部と前記回転工具とを互いに対向させて保持する枠部と、を備え、前記面直検出部は、前記裏当て部に一体的または前記裏当て部の位置に取り換え可能に設けられている構成であってもよい。【００１６】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、立体的な動作が可能なアーム部と、当該アーム部の動作を制御するアーム制御部と、を備え、前記回転工具および前記裏当て部は、前記枠部を介して前記アーム部に取り付けられ、当該アーム制御部は、前記面直検出部によって計測される前記計測位置までの距離が全て同等となるように、前記アーム部の動作を制御する構成であってもよい。【００１７】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記裏当て部に対して一体的または前記裏当て部の位置に取り換え可能に設けられる接触センサを備え、前記アーム制御部は、前記接触センサによる接触が検出されるまで、前記アーム部の動作を制御する構成であってもよい。【００１８】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、床面に定置される基台部を備え、前記回転工具および前記裏当て部は、前記枠部を介して前記基台部に設けられている構成であってもよい。【００１９】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、立体的な動作が可能であって前記被接合物を保持するアーム部と、前記アーム部の動作を制御するアーム制御部と、を備え、当該アーム制御部は、前記面直検出部によって計測される前記計測位置までの距離が全て同等となるように、前記アーム部の動作を制御する構成であってもよい。【００２０】
また、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合装置であって、前記回転工具の進出方向となる位置に設けられ、前記接合部位の裏面に当接される裏当て部と、当該裏当て部と前記回転工具とを互いに対向させて保持する枠部と、前記回転工具の位置が前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあるか否かを検出する面直検出部と、を備え、当該面直検出部は、前記裏当て部の当接面の法線を法線方向とする基準平面上に配置され、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有し、前記計測位置までの距離が全て同等であるときに、前記面直状態にあると検出するよう構成されてもよい。【００２１】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記面直検出部が備える前記位置センサは、前記接合部位の周辺に設定される４つの計測位置までの距離を計測するよう構成されてもよい。【００２２】
また、前記構成の摩擦攪拌点接合装置においては、前記位置センサは、非接触で構成されてもよい。【００２３】
さらに、本発明に係る摩擦攪拌点接合方法は、回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合方法であって、前記回転工具の進退方向を法線方向とする基準平面上で、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測し、前記回転工具により前記接合部位を接合する前または接合中に計測される、前記計測位置までの距離が全て同等であるときに、前記回転工具の位置が、前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあると検出する構成である。【００２４】
また、本発明に係る摩擦攪拌点接合の面直検出装置は、回転軸線に沿って進退移動する回転工具を備え、当該回転工具の先端部を被接合物に押圧し、前記被接合物との接触部を回転させることにより、当該被接合物を摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌点接合装置に設けられ、前記回転工具の進退方向を法線方向とする基準平面上に配置され、前記接合部位の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有し、前記計測位置までの距離が全て同等であるときに、前記回転工具の位置が前記被接合物の接合部位に対して面直状態にあると検出する構成である。【００２５】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、以上の構成により、摩擦攪拌点接合において、回転工具の接合部位に対する面直状態を容易かつ簡潔に設定することが可能な技術を提供することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の一例であって、摩擦攪拌点接合部がロボット装置のアーム部に取り付けられている構成を示す模式図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す摩擦攪拌点接合部が備える面直検出部の構成を示す模式図である。
【図２】図１Ａに示す摩擦攪拌点接合装置の制御構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図１Ａおよび図２に示す摩擦攪拌点接合装置において、回転工具と面直検出部が備える４つの位置センサとの位置関係を模式的に示す概略斜視図である。
【図４】図４Ａは、面直検出部を備えていない摩擦攪拌点接合装置において面直状態にない回転工具の位置を模式的に示す、摩擦攪拌点接合部の要部側面図であり、図４Ｂは、図１Ａおよび図２に示す摩擦攪拌点接合装置において面直状態を検出したときの回転工具および面直検出部の位置を模式的に示す、摩擦攪拌点接合部の要部側面図であり、図４Ｃは、図４Ｂに示す状態の面直検出部において、４つの位置センサと接合部位の裏面との位置関係を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５Ａは、図４Ｂおよび図４Ｃに示す面直検出部を上方から見た構成を示す平面図であり、図５Ｂは、面直検出部の変形例を示す平面図である。
【図６】図５Ａに示す面直検出部において設定される、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向、並びに、各軸の回転方向であるＲＸ方向、ＲＹ方向およびＲＺ方向を示す、摩擦攪拌点接合部の概略斜視図である。
【図７】図６に示すＲＸ方向およびＲＹ方向への摩擦攪拌点接合部の位置変化を示す模式図である。
【図８】図４Ｂおよび図４Ｃに示す面直検出部による面直状態の検出制御の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９Ａは、本発明の実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置の一例であって、摩擦攪拌点接合部の裏当て部と取り換え可能な面直検出部を示す模式図であり、図９Ｂは、面直検出部を裏当て部に取り換えた状態を示す模式図であり、図９Ｃは、図９Ａに示す面直検出部の構成を示す模式図である。
【図１０】図９に示す摩擦攪拌点接合装置の制御構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０に示す摩擦攪拌点接合装置が備える面直検出部による面直状態の検出制御の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１０に示す摩擦攪拌点接合装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る摩擦攪拌点接合装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る摩擦攪拌点接合装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態５に係る摩擦攪拌点接合の面直検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態６に係る摩擦攪拌点接合装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施の形態７に係る摩擦攪拌点接合装置の構成の一例であって、定置型の摩擦攪拌点接合部を備える構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施の形態８に係る摩擦攪拌点接合装置の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
［摩擦攪拌点接合装置の構成］
まず、本発明の実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置の代表的な構成について、図１Ａ、図１Ｂおよび図２を参照して具体的に説明する。
【００３０】
図１Ａの全体概要図に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、摩擦攪拌点接合を実行する摩擦攪拌点接合部３０Ａが、ロボット装置４０のアーム部４１の先端に取り付けられた構成となっている。
【００３１】
摩擦攪拌点接合部３０Ａは、図１Ａおよび図２に示すように、回転工具１０Ａ、面直検出部２０Ａ、裏当て部３１、枠部３２、回転工具駆動部３３、および接合センサ部３４（図２のみ図示）を備えている。枠部３２は、Ｃ型フレームで構成されており、その上部には回転工具駆動部３３が取り付けられ、下部には裏当て部３１が取り付けられている。回転工具１０Ａは、回転工具駆動部３３に取り付けられており、当該回転工具駆動部３３により進退駆動（図中双方向のブロック矢印Ｄｐの方向）および回転駆動（例えば図中ブロック矢印Ｄｒの方向、反対方向でもよい）が行われる。回転工具１０Ａと裏当て部３１とは互いに対向する位置に配置されている。すなわち、枠部３２は、回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐ（図中双方向のブロック矢印）上の対向位置に裏当て部３１が位置するように、回転工具駆動部３３と裏当て部３１とを固定している。そして、回転工具１０Ａおよび裏当て部３１の間に被接合物５０が配される（図２参照）。
【００３２】
回転工具１０Ａは、本実施の形態では、略円筒形または略円柱形のピン部材であり、回転工具駆動部３３に対し、回転軸線周りに回転可能であり、かつ、回転軸線に沿って進退移動可能に構成されている。裏当て部３１は、前記の通り、回転工具１０Ａに対向する位置すなわち回転工具１０Ａの進出方向となる位置に設けられ、被接合物５０の裏面に当接する当接面を有している。本実施の形態では、裏当て部３１は、上面が平坦な円柱台となっているため、当接面は平坦な面であるが、本発明はこれに限定されず、被接合物５０の裏面に当接可能な構成であれば公知の種々の構成を採用することができる。
【００３３】
回転工具１０Ａは、回転工具駆動部３３によって回転しながら突き出すように進出移動して、被接合物５０（例えば金属板）の表面に当接する。このとき、被接合物５０の裏面は、裏当て部３１により支持されているので、回転工具１０Ａの先端部は被接合物５０を押圧し、被接合物５０との接触部を回転させることにより、被接合物５０を摩擦熱で軟化させる。これにより、回転工具駆動部３３によって回転工具１０Ａが回転しながら被接合物５０の表面の内部に押し込まれる（圧入する）ことになる。その後、回転工具駆動部３３によって回転工具１０Ａが引き込む（後退移動する）ことによって、軟化した金属材料が硬化して接合部となる。
【００３４】
なお、被接合物５０は、摩擦攪拌点接合が可能な材料で構成されている板状部材であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、被接合物５０は、図２に模式的に示すような金属製の平板であってもよいし、円筒を軸方向に沿って分割した形状のように、一方向にのみ湾曲した湾曲板であってもよいし、球面状に湾曲した湾曲板であってもよい。
【００３５】
枠部３２は、前記の通り、回転工具１０Ａ（および回転工具駆動部３３等）を固定するとともに、回転工具１０Ａの進出方向となる位置に裏当て部３１を固定する枠体（フレーム）である。本実施の形態では枠部３２はＣ型フレームで構成されているが、回転工具１０Ａおよび裏当て部３１を対向させた状態で固定配置できれば、公知の他の構成であってもよい。また、回転工具駆動部３３は、摩擦攪拌点接合の分野で公知のモータおよびギア機構等から構成されており、ピン部材である回転工具１０Ａを回転および進退移動させる。回転工具駆動部３３の具体的な構成も特に限定されず、広く摩擦攪拌点接合の分野で公知の構成を好適に用いることができる。
【００３６】
接合センサ部３４は、圧力センサおよびストロークセンサ等の各種センサで構成され、図２のブロック図に模式的に示されるように、摩擦攪拌点接合部３０Ａに設けられている。また、接合センサ部３４は、後述するアーム駆動制御部４２１に対して、各種センサで検出または計測された結果を、制御用のデータとして出力する。
【００３７】
面直検出部２０Ａは、回転工具１０Ａの位置（もしくは回転工具１０Ａの姿勢）が被接合物５０の接合部位に対して面直状態にあることを検出するものであり、本実施の形態では、図１Ａおよび図２に示すように、裏当て部３１に対して一体的に設けられている。ここで、接合部位５１とは、被接合物５０において回転工具１０Ａにより点接合される部位であり（図２の点線の部位）、この接合部位の周辺に、後述する複数の計測位置が設定される。本実施の形態では、面直検出部２０Ａは、図１Ｂに示すように、計測位置までの距離を計測するために、位置センサ２１を合計４つ備えている。これら位置センサ２１は、位置センサ固定部材２３によって裏当て部３１の周囲に等間隔に配置されている。
【００３８】
位置センサ固定部材２３は、本実施の形態では、図１Ｂに示すように、円柱台形状の裏当て部３１の側面に対して、フランジのような状態で取り付けられる正方形状の枠体であり、当該正方形のそれぞれの角近傍に、それぞれ位置センサ２１が固定されている。なお、位置センサ２１およびこれを備える面直検出部２０Ａの具体的な構成については、面直状態の検出方法とともに後述する。
【００３９】
摩擦攪拌点接合部３０Ａを備えるロボット装置４０は、本実施の形態では、図１Ａに模式的に示すように多関節ロボットであり、アーム部４１、アーム制御部４２Ａ、台座部４３等を備える公知の構成となっている。なお、図１Ａは飽くまで模式図であって、摩擦攪拌点接合部３０Ａを説明する便宜上、アーム部４１またはアーム制御部４２Ａ等の図示は、実際の寸法に対応していない。
【００４０】
アーム部４１は、図２に模式的に示すように、複数の駆動軸等で構成されるアーム駆動部４１１等を備えている。アーム部４１は、図１Ａに示すように多関節アーム機構であるため、台座部４３により作業場所に設置された状態で、立体的な動作が可能となっている。回転工具１０Ａ（並びに回転工具駆動部３３）および裏当て部３１は、前記の通り枠部３２に固定されているが、アーム部４１は、この枠部３２を先端に取り付けているので、アーム部４１の立体的な動作によって、回転工具１０Ａの立体的な位置を移動させることができる。
【００４１】
アーム制御部４２Ａは、アーム部４１の動作を制御するものであり、特に本実施の形態では、面直検出部２０Ａの検出結果に基づいて、接合部位５１に対する回転工具１０Ａの位置（姿勢）を調整するようアーム部４１を制御することが可能となっている。本実施の形態では、アーム制御部４２Ａは、図１Ａに模式的に示すようにアーム部４１から独立した筐体として構成され、ケーブル４４等を介してアーム部４１に接続されている。
【００４２】
アーム制御部４２Ａは、本実施の形態では、アーム駆動制御部４２１、変位量比較部４２２、および面直調整データ生成部４２３等を備えている。アーム駆動制御部４２１は、接合センサ部３４から取得する各種データ（各種センサの検出結果または計測結果）と、面直調整データ生成部４２３から取得する「面直調整データ」とに基づいて、各種の指令信号を生成し、アーム駆動部４１１に出力する。これにより、アーム駆動部４１１を構成する複数の駆動軸等の動作が制御されるので、アーム部４１は種々の動作を円滑に実行することができる。
【００４３】
変位量比較部４２２および面直調整データ生成部４２３は、アーム制御部４２Ａの制御構成であるとともに、面直検出部２０Ａの制御構成でもある。面直検出部２０Ａが備える複数の位置センサ２１は、当該位置センサ２１と計測位置との間隔（すなわち計測位置までの距離）を変位量としてそれぞれ計測し、これら変位量が変位量比較部４２２に出力される。変位量比較部４２２は後述するように複数の変位量（距離）を比較して面直調整データ生成部４２３に出力する。面直調整データ生成部４２３は、変位量（距離）の比較結果を用いて、アーム駆動制御部４２１の制御に用いられる「面直調整データ」を生成し、アーム駆動制御部４２１に出力する。
【００４４】
なお、変位量比較部４２２および面直調整データ生成部４２３を面直検出部２０Ａの制御構成として見た場合には、変位量比較部４２２および面直調整データ生成部４２３は、実質的に、面直状態にあるか否かを判定する「面直状態判定部」として機能する。比較量変位部４２２は、複数の位置センサ２１がそれぞれ計測した計測位置までの距離を、複数の変位量として取り込み、これら変位量が同等であるか否かを比較する。面直調整データ生成部４２３は、変位量の比較結果から面直状態にあると判定すれば、面直調整データを生成せず、面直状態にないと判定すれば、面直調整データを生成する。したがって、変位量比較部４２２は、変位量の比較データを生成し、面直調整データ生成部４２３は、変位量の比較データから面直状態であるか否かを判定（検出）し、面直状態にないときに「面直調整データ」を生成することになる。
【００４５】
本実施の形態では、アーム制御部４２Ａは、マイクロコンピュータまたはマイクロコントローラのＣＰＵで構成されている。ＣＰＵは、図示しない記憶部に格納されるプログラムにしたがって動作することにより、アーム駆動制御部４２１、変位量比較部４２２、および面直調整データ生成部４２３の各機能構成を実現する。なお、アーム制御部４２Ａの具体的な構成はこれに限定されず、少なくともその一部が、公知のスイッチング素子、減産器、比較器等を用いて構成される論理回路であってもよい。また、アーム制御部４２Ａの制御構成も図２に示す例に限定されず、公知のさまざまな制御構成であってよい。
【００４６】
［面直検出部による面直状態の検出］
次に、面直検出部２０Ａによる面直状態の検出について、図１Ａ、図１Ｂおよび図２に加えて、図３、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５Ａ、図５Ｂを参照して具体的に説明する。
【００４７】
本実施の形態に係る面直検出部２０Ａは、図１Ｂに示すように、４つの位置センサ２１を備えているが、これら位置センサ２１は、図３に示すように、回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐ（図中双方向のブロック矢印）を法線方向とする平面上に、回転工具１０Ａの進退軌道（回転工具１０Ａが進退移動するときに取り得る軌跡）を中心として等距離となるように配置されている。なお、回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐを法線方向とする平面を、説明の便宜上「基準平面」と称する。また、図３には、回転工具１０Ａの回転方向Ｄｒも例示している。
【００４８】
具体的には、図３に示すように、４つの位置センサ２１の先端の計測部位を含む基準平面Ｆを想定すれば、基準平面Ｆの法線Ｌｎの方向と回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐとが一致する。また、例えば、４つの位置センサ２１を、図３における向かって右上から時計回りの順に、第一位置センサ２１−１、第二位置センサ２１−２、第三位置センサ２１−３、および第四位置センサ２１−４とし、基準平面Ｆと進退方向Ｄｐ（法線Ｌｎの方向）の交点（すなわち、回転工具１０Ａの進退軌道と基準平面Ｆとの交点）をＣ０として、第一位置センサ２１−１〜第四位置センサ２１−４のそれぞれと交点Ｃ０との距離をＲｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３，Ｒｓ４とすれば、Ｒｓ１＝Ｒｓ２＝Ｒｓ３＝Ｒｓ４となる。
【００４９】
すなわち、４つの位置センサ２１はいずれも交点Ｃ０から見て等距離にあるので、言い換えれば、第一位置センサ２１−１〜第四位置センサ２１−４は、基準平面Ｆ上であって、かつ、交点Ｃ０を中心とする円周上に位置していることになる。
【００５０】
また、第一位置センサ２１−１および第二位置センサ２１−２の間隔をＤｓ１、第二位置センサ２１−２および第三位置センサ２１−３の間隔をＤｓ２、第三位置センサ２１−３および第四位置センサ２１−４の間隔をＤｓ３、第四位置センサ２１−４および第一位置センサ２１−１の間隔をＤｓ４とすれば、Ｄｓ１＝Ｄｓ２＝Ｄｓ３＝Ｄｓ４となる。すわわち、隣接する位置センサ２１同士の間隔は等間隔であるので、４つの位置センサ２１により形成される四角形は正方向となる。
【００５１】
位置センサ２１は、当該位置センサ２１の先端（計測部位）を基準位置として、この基準位置から接合部位５１の周辺に設定される計測位置までの距離を変位量として計測する。この計測位置は、位置センサ２１の先端から被接合物５０の面直検出面に向かって、回転工具１０Ａの進退軌道（進退方向Ｄｐ）に平行に延伸する仮想線を想定したときに、この仮想線と面直検出面との交点として設定される。そして、複数の位置センサ２１で計測される変位量（距離）が全て同等であるときに、面直検出部２０Ａは、回転工具１０Ａが接合部位５１に対して面直状態にあることを検出する。
【００５２】
具体的には、まず図４Ａに示すように、被接合物５０が平板状であり、摩擦攪拌点接合部３０Ａが面直検出部２０Ａを備えていないとする。摩擦攪拌点接合部３０Ａが被接合物５０の計測位置に対して接合を行う時点では、図４Ａに示すように、回転工具１０Ａは被接合物５０の表面５１ａに対向し、裏当て部３１は被接合物５０の裏面５１ｂに対向する。なお、図中点線の部位が接合部位５１である。ここで、回転工具１０Ａと裏当て部３１とを結ぶ直線Ｌｔ（すなわち回転工具１０Ａの進退軌道に対応する直線）を工具進退線Ｌｔとすれば、回転工具１０Ａが平坦な表面５１ａに対して面直状態にあれば、工具進退線Ｌｔと表面５１ａの法線Ｌｎとは一致することになる。図４Ａでは、工具進退線Ｌｔが法線Ｌｎに対して傾斜している状態を示しているので、回転工具１０Ａは面直状態にはない。
【００５３】
これに対して、図４Ｂに示すように、本実施の形態では、面直検出部２０Ａが裏当て部３１に対して一体的に設けられている。面直検出部２０Ａの各位置センサ２１は、被接合物５０の裏面５１ｂまでの距離Ｄｈを変位量として計測するので、アーム制御部４２Ａでは、計測された４つの距離Ｄｈを比較する。これら距離Ｄｈがいずれも実質的に等しければ、面直検出部２０Ａは、被接合物５０の裏面５１ｂに対して面直状態にあり、図４Ｂに示すように、工具進退線Ｌｔと法線Ｌｎとが一致する（図４ＢではＬｔ＝Ｌｎと記載）。
【００５４】
例えば、図４Ｃに示すように、被接合物５０の裏面５１ｂ（図４Ｃでは点線で示す）の中心に、接合部位５１（図４Ｃでは点線で示す）が位置しており、その周辺に４つの計測位置Ｐが設定されるとする。そして、第一位置センサ２１−１の先端（距離計測の基準位置）から計測位置Ｐまでの距離Ｄｈを第一計測距離Ｄｈ１とし、第二位置センサ２１−２から計測位置Ｐまでの距離Ｄｈを第二計測距離Ｄｈ２とし、第三位置センサ２１−３から計測位置Ｐまでの距離Ｄｈを第三計測距離Ｄｈ３とし、第四位置センサ２１−４から計測位置Ｐまでの距離Ｄｈを第四計測距離Ｄｈ４とする。このとき、Ｄｈ１＝Ｄｈ２＝Ｄｈ３＝Ｄｈ４となれば、面直検出部２０Ａと被接合物５０の裏面５１ｂとは平行状態にあるので、面直検出部２０Ａは、接合部位５１に対して面直状態にある。
【００５５】
そして、面直検出部２０Ａは裏当て部３１に対して一体的に設けられており、裏当て部３１は、回転工具１０Ａから見て工具進退線Ｌｔに沿って対向する位置に枠部３２により固定されている。それゆえ、面直検出部２０Ａが接合部位５１に対して面直状態にあるということは、裏当て部３１も回転工具１０Ａも接合部位５１に対して面直状態にあるので、面直検出部２０Ａは、回転工具１０Ａの面直状態を検出することができる。
【００５６】
なお、本発明における「位置センサ２１により計測される距離Ｄｈが同等」とは、距離Ｄｈの数値が完全に一致する場合だけではなく、予め設定されている所定の範囲内（説明の便宜上「同等距離範囲」とする）に距離Ｄｈが入る場合も含まれる。
【００５７】
例えば、位置センサ２１による距離Ｄｈの計測精度が高い場合、それぞれの位置センサ２１で計測された距離Ｄｈが完全一致しない場合もある。あるいは、接合の適用分野によっては、計測された距離Ｄｈが完全に一致しなくても、回転工具１０Ａが面直状態にあると判定できる場合もある。それゆえ、本発明では、計測された距離Ｄｈが「同等距離範囲」に入っていれば、実質的に同等（または実質的に一致）していると判定すればよい。「同等距離範囲」の具体的な数値範囲は、位置センサ２１の計測精度、接合の適用分野、被接合物５０の形状等の諸条件に応じて適宜設定することができる。また、各計測位置Ｐが互いに十分に近接している場合には、被接合物５０の接合部位５１周辺が曲面に形成されていても面直を検出することができる。
【００５８】
また、面直検出部２０Ａに用いられる位置センサ２１の具体的な種類は特に限定されず、距離計測の分野で公知のものを好適に用いることができる。代表的な位置センサ２１としては、例えば、渦電流式センサを挙げることができる。渦電流式センサは、非接触で距離を計測することができる、他のセンサと比較して相対的に小型である、裏当て部３１等の摩擦攪拌点接合部３０Ａに対する取り付けが容易等の利点がある。
【００５９】
位置センサ２１として使用可能な他のセンサとしては、例えば、レーザセンサ、リニア可変差動トランス（ＬＶＤＴ）等を挙げることができる。レーザセンサの場合には、非接触でより精度の高い距離Ｄｈの測定が可能である。また、ＬＶＤＴの場合、位置センサ２１を被接合物５０に接触させた状態（接触式）で距離Ｄｈの測定が可能である。
【００６０】
面直検出部２０Ａが備える位置センサ２１の個数は特に限定されない。本実施の形態では、図２、図３、図４Ｃ、並びに図５Ａに示すように、面直検出部２０Ａは４つの位置センサ２１を備え、これが正方形を構成しているが、例えば、図５Ｂに示すように、面直検出部２０Ａは、少なくとも３つの位置センサ２１を備えていればよい。位置センサ２１が３つ以上あれば平面を形成することができる（言い換えれば、基準平面Ｆ上に配置可能となる）ので、進退軌道を中心として正三角形を形成することができる。また、必要に応じて、面直検出部２０Ａは５つ以上の位置センサ２１を備えてもよい。なお、位置センサ２１の個数が特に限定されないということは、面直検出面（裏面５１ｂ）上に設定される計測位置Ｐの個数も特に限定されない。
【００６１】
ここで、本実施の形態のように、面直検出部２０Ａが位置センサ２１を４つ備えていることが、図５Ｂに示す３つの場合よりも好ましい。これにより、面直検出部２０Ａの検出結果をＸ軸−Ｙ軸の二次元の面直調整データとして利用することが可能となるので、アーム制御部４２Ａは、このような二次元の面直調整データに基づいてアーム部４１の動作を制御することができる。この点について図６および図７を参照して具体的に説明する。
【００６２】
まず、４つの位置センサ２１は、対角線上で対向する２組に区分することができる。図６では、例えば、第一位置センサ２１−１および第三位置センサ２１−３を「第一組」とし、第二位置センサ２１−２および第四位置センサ２１−４を「第二組」とする。さらに、回転工具１０Ａの進退方向ＤｐをＺ軸として、基準平面Ｆ（図６には図示せず）上で第一組の位置センサ２１を通る線をＦＸ（図中破線）とし、この線ＦＸに沿った方向をＸ軸方向とする。また、基準平面Ｆ上で第二組の位置センサ２１を通る線をＦＹ（図中破線）とし、このＦＹに沿った方向をＹ軸方向とする。このとき、図６に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向は、いずれも直交した位置関係にある。そして、Ｘ軸の回転方向をＲＸ方向とし、Ｙ軸の回転方向をＲＹ方向とする。
【００６３】
より具体的には、例えば、４つの位置センサ２１が摩擦攪拌点接合部３０Ａに対して正面位置に対向して設置されていれば、図７の上方に示すように、ＲＸ方向の位置変化は、摩擦攪拌点接合部３０Ａの前後の揺動として説明することができるとともに、図７の下方に示すように、ＲＹ方向の位置変化は、摩擦攪拌点接合部３０Ａの左右の揺動として説明することができる。図７において破線で示される摩擦攪拌点接合部３０Ａは、回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐ（Ｚ軸方向）が被接合物５０の法線方向に一致している位置を指し、便宜上、この位置を「基準位置」とする。なお、図６には、回転工具１０Ａの回転方向Ｄｒも例示している。
【００６４】
図７の上方左側には、摩擦攪拌点接合部３０Ａの上部（回転工具駆動部３３）が前方に移動し、下部（面直検出部２０Ａを含む部位）が後方に移動した状態を示し、図７の上方右側には、摩擦攪拌点接合部３０Ａの上部が後方に移動し、下部が前方に移動した状態を示す。これら図示される状態は、いずれもＲＸ方向の位置変化であって、これらの位置変化は、例えば、第一組の位置センサ２１（第一位置センサ２１−１および第三位置センサ２１−３）により検出可能である。なお、図７の上方図では、線ＦＹに沿った方向（紙面の左右方向）がＹ軸方向であり、これに直交する方向（紙面に対する法線方向）がＸ軸方向である。また、図７の上方左側は＋ＲＸ方向の位置変化の例であり、上方右側は−ＲＸ方向の位置変化の例である。
【００６５】
また、図７の下方左側には、摩擦攪拌点接合部３０Ａの上部が、前方から向かって右方に移動し、下部が左方に移動した状態を示し、図７の下方右側には、摩擦攪拌点接合部３０Ａの上部が左方に移動し、下部が右方に移動した状態を示す。これら図示される状態は、いずれもＲＹ方向の位置変化であって、これらの位置変化は、例えば、第二組の位置センサ２１（第二位置センサ２１−２および第四位置センサ２１−４）により検出可能である。なお、図７の下方図では、線ＦＸに沿った方向（紙面の左右方向）がＸ軸方向であり、これに直交する方向が（紙面に対する法線方向）がＹ軸方向である。また、図７の下方左側は−ＲＹ方向の位置変化の例であり、上方右側は＋ＲＹ方向の位置変化の例である。
【００６６】
このように、面直検出部２０Ａは、２組のうちの一方（第一組、第一位置センサ２１−１および第三位置センサ２１−３）により、ＲＸ方向に沿った２つの距離Ｄｈを計測することができ、他方（第二組、第二位置センサ２１−２および第四位置センサ２１−４）により、ＲＹ方向に沿った２つの距離Ｄｈを計測することができる。これにより、変位量比較部４２２は、４つの位置センサ２１で計測された距離Ｄｈを比較するだけでなく、ＲＸ方向の距離Ｄｈ同士を比較するとともに、ＲＹ方向の距離Ｄｈ同士を比較することができる。
【００６７】
このように、ＲＸ方向の距離Ｄｈを比較することにより、基準平面Ｆに対する対象物のＹ軸方向の位置変化（Ｙ軸方向の傾き）を把握することができる。また、ＲＹ方向の距離Ｄｈを比較することにより、基準平面Ｆに対するＸ軸方向の位置変化（Ｘ軸方向の傾き）を把握することができる。それゆえ、面直調整データ生成部４２３は、変化量比較部４２２の比較結果を用いて、Ｘ軸方向の面直調整データとＹ軸方向の面直調整データとを生成することができる。
【００６８】
したがって、アーム制御部４２Ａは、Ｘ軸−Ｙ軸の二次元の面直調整データに基づいてアーム部４１を動作させて回転工具１０Ａ（摩擦攪拌点接合部３０Ａ）の面直状態を実現することができる。また、面直状態の検出は、少なくとも３つの位置センサ２１の計測結果があればよいので、残りの１つの位置センサ２１は、面直状態の検出の冗長化に寄与することになる。それゆえ、面直状態の検出の信頼性を向上させることも可能となる。
【００６９】
なお、面直検出部２０Ａが備える複数の位置センサ２１は、図５Ａおよび図５Ｂに例示するように正多角形を形成する必要はなく、少なくとも基準平面Ｆ上で多角形を形成するように配置されていればよい。例えば、被接合物５０の面直検出面（本実施の形態では裏面５１ｂ）が湾曲面である場合には、面直の検出精度を良好なものとするために、複数の位置センサ２１は、回転工具１０Ａの進退軌道の中心から等距離となる位置で正多角形を形成するように配置されていることが好ましい。これに対して、面直検出面が平面であれば、複数の位置センサ２１は、必ずしも進退軌道を中心とする正多角形を形成しなくてもよい。
【００７０】
また、本発明においては、面直検出部２０Ａは、回転工具１０Aの進退方向を法線方向とする基準平面Ｆ上に配置され、接合部位５１の周辺に設定される少なくとも３つの計測位置までの距離を計測する位置センサを有していればよく、位置センサの具体的な構成は特に限定されない。したがって、面直検出部２０Ａは、図５Ａおよび図５Ｂに例示するように、１つの距離計測手段として１つの位置センサ２１が用いられる構成に限定されない。例えば、面直検出部２０Ａは、３つ以上の距離計測手段を有する１つの位置センサを備えてもよい。また、面直検出部２０Ａが４つの距離計測手段を有する場合には、２つの距離計測手段を有する位置センサを２つ備える構成であってもよい。このとき、距離計測手段が基準平面Ｆ上で多角形（好ましくは正多角形）を形成していればよい。
【００７１】
［面直状態の検出および回転工具の位置調整］
本実施の形態では、面直検出部２０Ａによって、回転工具１０Ａが面直状態にあるか否かを検出することができるので、回転工具１０Ａが面直状態にない場合には、アーム部４１の動作を制御することで、面直状態になるまで回転工具１０Ａの位置を調整することができる。このような面直状態の検出と回転工具１０Ａの位置の調整について、図２および図８を参照して具体的に説明する。
【００７２】
アーム制御部４２Ａにより一連の制御が開始されると、面直検出部２０Ａの各位置センサ２１が計測を開始し、図８に示すように、計測された変位量（すなわち距離Ｄｈの計測結果）が変位量比較部４２２に取り込まれる（ステップＳ１０１）。変位量比較部４２２は、取り込んだ全ての変位量が同等であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。本実施の形態では、面直検出部２０Ａは、４つの位置センサ２１を備えているので、４つの変位量（第一計測距離Ｄｈ１〜第四計測距離Ｄｈ４）を比較し、これらが実質的に一致しているか否か（つまり「同等距離範囲」に入っているか否か）を判定する。
【００７３】
全ての変位量が同等でなければ（ステップＳ１０２でＮＯ）、次に、変位量比較部４２２は、複数の変位量のうち所定の許容範囲から外れた変位量が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ここでいう許容範囲とは、面直検出部２０Ａが面直検出面から大きく離れた場合、あるいは、面直検出部２０Ａが面直検出面に対して過剰に接近した場合を除いた範囲、すなわち、面直検出部２０Ａと面直検出面とが適正な間隔で離れている範囲内を指す。
【００７４】
面直検出部２０Ａが大きく離れていれば、位置センサ２１の距離の計測範囲を超過するため、適切な計測ができなくなる。また、面直検出部２０Ａが過剰に接近していれば、面直状態を実現するための調整動作を行う際に、面直検出部２０Ａまたは裏当て部３１が被接合物５０の裏面５１ｂ（面直検出面）に接触または衝突したり、回転工具１０Ａが被接合物５０の表面５１ａに接触または衝突したりするおそれがある。
【００７５】
許容範囲から外れた変位量が存在する場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）には、アーム制御部４２Ａは、一連の自動調整制御を終了し、面直検出部２０Ａと計測位置Ｐとの間隔を適正な範囲に手動で調整した上で、自動調整制御をやり直す。一方、許容範囲から外れた変位量が存在しない場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、変位量比較部４２２から面直調整データ生成部４２３に変位量の比較結果が出力され、面直調整データ生成部４２３は、全ての変位量を同等にするための位置データを算出する（ステップＳ１０４）。
【００７６】
本実施の形態では、面直検出部２０Ａが４つの位置センサ２１を備えており、図６および図７に示すように、ＲＸ方向およびＲＹ方向に沿った距離Ｄｈを計測することが可能である。それゆえ、面直調整データ生成部４２３は、４つの変位量から、Ｘ軸方向の位置データ（Ｘ位置データ）とＹ軸方向の位置データ（Ｙ位置データ）とをそれぞれ算出する。
【００７７】
次に、面直調整データ生成部４２３は制御ゲインを調整する。すなわち、面直調整データ生成部４２３は、Ｘ位置データおよびＹ位置データに基づき、回転工具１０Ａの調整距離を算出する（ステップＳ１０５）。この調整距離が面直調整データとなる。ここで、調整距離の数値は、４つの変位量を同等にできる大きさであってもよいが、同等にできる大きさの数十パーセントの大きさまたは数分の一の大きさであってもよい。つまり、面直調整データ生成部４２３は、１回の調整で面直状態を実現する距離値よりも小さな距離値を算出するように構成されてもよい。
【００７８】
調整距離が小さ目に算出されると、アーム制御部４２Ａは、回転工具１０Ａの位置を調整するためのアーム部４１の動作を複数回繰り返すことになる。ここで、アーム部４１が移動してから停止するときの慣性力、アーム部４１が備える駆動軸または駆動機構のバックラッシュ等の諸条件を考慮すれば、複数回の微調整を行うことにより回転工具１０Ａの面直状態を実現しやすくなる。特に、面直状態の厳密性が求められる場合には、調整距離は、半分以下、例えば１／３または１／４の値で算出されることが好ましい。
【００７９】
面直調整データ生成部４２３は、調整距離（面直調整データ）を生成すればアーム駆動制御部４２１に出力するので、アーム駆動制御部４２１は、調整距離に基づいて（必要に応じて、接合センサ部３４からの計測結果等も用いてよい）、アーム部４１を動作させ、回転工具１０ＡのＸ軸方向の位置（Ｘ位置）とＹ軸方向の位置（Ｙ位置）とを調整する（ステップＳ１０６）。
【００８０】
その後、アーム制御部４２Ａは、各位置センサ２１からの変位量が全て同等となるまで、一連の制御（ステップＳ１０１からステップＳ１０６の制御）を繰り返す。そして、全ての変位量が同等であると判定されれば（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、面直検出部２０Ａにより面直状態が検出されたことになる。この状態では、回転工具１０ＡのＸ位置およびＹ位置が面直状態となるように設定済であるので、アーム制御部４２Ａは、回転工具１０ＡのＺ軸方向の位置（Ｚ位置）を所定の値に調整する（ステップＳ１０７）。例えば、アーム部４１を動作させ、回転工具１０Ａと計測位置Ｐとの距離が予め設定された間隔となるようにＺ位置を調整すればよい。このＺ位置の調整が完了すれば一連の制御を終了する。
【００８１】
なお、前記の通り、回転工具１０Ａの位置は、一連の制御を繰り返すことにより面直に収束されていく。ここで、変位量が同等であるか否かの判定（ステップＳ１０２）時には、一連の制御（ステップＳ１０１〜Ｓ１０６）を何回繰り返したか、についても判定することが好ましい。
【００８２】
面直の調整がより厳密な段階に入れば、アーム部４１が大型であるほど収束点（面直となる位置）近傍で回転工具１０Ａの位置が行ったり来たりして定まらない可能性がある。それゆえ、変位量の判定とともに制御の繰り返し回数も判定することで、収束動作が無限ループに陥ったり、収束動作に要する時間が極端に長くなったりするおそれを回避することができる。制御の繰り返し回数の上限については特に限定されず、種々の条件に応じて適宜設定すればよい。
【００８３】
このように、本実施の形態では、摩擦攪拌点接合において、被接合物５０の計測位置Ｐまでの距離を計測する位置センサ２１を、回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐを法線方向とする基準平面Ｆ上に、回転工具１０Ａの進退軌道を中心として互いに等間隔となるように、少なくとも３つ配置し、それぞれの位置センサ２１により計測される距離が全て同等であるときに、回転工具１０Ａの位置が、接合部位５１に対して面直状態にあると検出する。これにより、簡素な構成で容易に面直状態を検出することができるため、摩擦攪拌点接合の作業性および品質の向上を図ることができる。
【００８４】
また、本実施の形態では、面直状態を検出するために、アーム制御部４２Ａは、複数の位置センサ２１によりそれぞれ計測される距離が全て同等となるように、アーム部４１の動作を制御して回転工具１０Ａの位置を調整する。面直状態が検出されれば、回転工具１０Ａと接合部位５１との位置関係が適切に設定されたことになる。それゆえ、面直検出部２０Ａにより面直状態が検出されるようにアーム部４１を制御することによって、自動的に回転工具１０Ａの面直状態を合わせることが可能となる。しかも、面直状態を合わせた後に、回転工具１０Ａによる被接合物５０の接合を続けて行うことができるので、面直状態の設定と摩擦攪拌点接合とを連続的に行うことができる。それゆえ、接合の品質の向上を図ることができるとともに、接合作業の効率性も向上することができる。
【００８５】
例えば、航空機分野の摩擦攪拌点接合においてロボット装置４０のティーチングを行う場合には、被接合物５０の１点の接合部位５１について面直状態を実現するために、３０分以上の時間を要するおそれがある。これに対して、本発明によれば、例えば１分未満で面直状態を実現することができる。しかも、面直検出部２０Ａが裏当て部３１に一体化されているので、摩擦攪拌点接合とは別にティーチングを行う必要がなく、面直状態を実現した後、続けて摩擦攪拌点接合を施工することが可能となる。それゆえ、航空機部品の生産性を大きく向上でき、また、厳密な面直状態を実現した上で接合が行われるため、航空機部品の品質の向上も図ることができる。
【００８６】
なお、前記の説明では、被接合物５０を接合する前に回転工具１０Ａを面直させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、被接合物５０を接合している作業中に回転工具１０Ａの面直を保持する場合にも、本発明は好適に適用することができる。この場合、接合中に発生した被接合物５０と回転工具１０Ａとのズレを補正しながら、面直状態を保持するようにアーム制御部４２Ａがアーム部４１を制御すればよい。
【００８７】
したがって、本発明に係る摩擦攪拌点接合方法は、回転工具１０Ａにより接合部位５１を接合する前または接合中に、それぞれの位置センサ２１により計測される距離が全て同等であるときに、回転工具１０Ａの位置が、被接合物５０の接合部位５１に対して面直状態にあるか否かを検出し、面直状態にあることが検出されたときに、回転工具１０Ａにより接合部位５１を接合するように構成されていればよい。
【００８８】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、回転工具１０Ａの面直状態を合わせるために、図６および図７に示すようなＸ軸方向およびＹ軸方向について微調整を行っていたが、本実施の形態２では、さらにＺ軸方向についても微調整を行うために、面直検出部に接触センサを設ける構成を採用している。この構成について、図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０を参照して具体的に説明する。
【００８９】
図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０に示すように、本実施の形態２に係る摩擦攪拌点接合装置は、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置と基本的には同様の構成を有しているが、面直検出部２０Ｂは、前記実施の形態１の面直検出部２０Ａとは異なり、摩擦攪拌点接合部３０Ｂの裏当て部３１に一体的に設けられておらず、裏当て部３１に対して取り換え可能に設けられている。
【００９０】
また、面直検出部２０Ｂは、図９Ｃに示すように、正方形の位置センサ固定部材２３のそれぞれの角近傍に４つの位置センサ２１を備えている点は、前記実施の形態１の面直検出部２０Ａと同様であるが、面直検出部２０Ａにおける裏当て部３１の位置に接触センサ２２が設けられている点が異なっている。
【００９１】
接触センサ２２は、被接合物５０の裏面５１ｂ（面直検出面）に面直検出部２０Ｂが接触したことを検出するセンサであり、本実施の形態では、例えば通電接触式のタッチセンサを用いている。もちろん接触センサ２２の具体的な構成は通電接触式に限定されず、公知の他の構成を好適に用いることができる。
【００９２】
また、図１０に示すように、アーム制御部４２Ｂの基本的な構成も、前記実施の形態１のアーム制御部４２Ａと同様であるが、接触位置データ取得部４２４を備えている点で異なっている。接触位置データ取得部４２４は、接触センサ２２が裏面５１ｂへの接触を検出すると、回転工具１０ＡのＺ軸方向の位置データ（Ｚ位置データ、図６参照）を取得し、このＺ位置データをアーム駆動制御部４２１に出力する。
【００９３】
次に、前記構成の面直検出部２０Ｂおよびアーム制御部４２Ｂによる面直状態の検出と回転工具１０Ａの位置の調整について、図９Ａ〜図９Ｃおよび図１０に加えて、図１１を参照して具体的に説明する。
【００９４】
本実施の形態では、面直検出部２０Ｂは、接触センサ２２を備えている代わりに裏当て部３１を備えていない（裏当て部３１に一体化されていない）。そのため、図９Ａに示すように、摩擦攪拌点接合部３０Ｂの枠部３２の下端に面直検出部２０Ｂを取り付けてロボット装置４０のティーチングを行ってから、面直検出部２０Ｂを取り外して裏当て部３１に取り換え、その後に摩擦攪拌点接合を実施することになる。
【００９５】
アーム制御部４２Ｂにより一連の制御が開始されると、図１１に示すように、まず、前記実施の形態１で説明した図８の面直状態検出制御が行われる（ステップＳ１００）。面直状態検出制御の最後のステップでは、回転工具１０Ａと計測位置Ｐとの距離が予め設定された間隔となるようにＺ位置を調整される。
【００９６】
次に、面直検出部２０Ｂの各位置センサ２１が計測を開始し、図１０に示すように、計測された変位量（距離Ｄｈの計測結果）が変位量比較部４２２に取り込まれるが、この変位量の取り込みとともに、アーム駆動制御部４２１はアーム駆動部４１１を制御して接触センサ２２をＺ方向に移動させる（ステップＳ２０１）。ここで、位置センサ２１から取り込んだ変位量のうち同等から外れる変位量が発生したか否か、すなわち回転工具１０Ａの位置が面直状態から外れたか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００９７】
同等から外れる変位量が発生すれば（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、回転工具１０Ａの位置が面直状態から外れてしまったため、面直状態検出制御（ステップＳ１００、図８に示すフローチャート）をやり直すために、一連の制御を終了する。一方、全ての変位量が同等で維持されていれば（ステップＳ２０２でＮＯ）、接触センサ２２が被接合物５０の裏面５１ｂに接触したか否か（接触が検出されたか否か）を判定する（ステップＳ２０３）。
【００９８】
接触が検出されなければ（ステップＳ２０３でＮＯ）、再び接触センサ２２のＺ方向への移動（ステップＳ２０１）に戻る。そして、アーム駆動制御部４２１はアーム駆動部４１１を制御して接触センサ２２をわずかにＺ方向に移動させながら、位置センサ２１で取り込んだ変位量を更新し、変位量の判定および接触の検出判定（ステップＳ２０２およびＳ２０３）を繰り返す。そして、接触センサ２２による接触が検出されれば（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、接触センサ２２から接触位置データ取得部４２４に接触検出信号が出力されるので、接触位置データ取得部４２４は、接触時の回転工具１０ＡのＺ位置データを取り込み、アーム駆動制御部４２１に出力する（ステップＳ２０４）。ティーチング時の面直状態検出制御は、このＺ位置データの取り込みで終了する。
【００９９】
その後、図９Ｂに示すように、面直検出部２０Ｂを枠部３２から取り外し、代わりに裏当て部３１を取り付けた上で、摩擦攪拌点接合の動作を行う。このとき、裏当て部３１が被接合物５０の裏面５１ｂに当接した状態で、回転工具１０Ａの面直状態が実現される。それゆえ、図示しない回転工具制御部が、回転工具１０Ａによる被接合物５０の接合動作を行えば、接合の効率および品質の向上を図ることができる。
【０１００】
このように、本実施の形態では、面直検出部２０Ｂの検出結果およびアーム制御部４２Ｂの制御により、回転工具１０Ａの面直状態を合わせるだけでなく、被接合物５０の裏面５１ｂに対する裏当て部３１の当接位置を調整することができる。それゆえ、例えばロボット装置４０に対してティーチングを行う際に、裏当て部３１を面直検出部２０Ｂに交換するだけで、回転工具１０Ａを面直状態に自動的に合わせることができるとともに、裏当て部３１を被接合物５０に穏やかに当接させた状態を設定することができる。その結果、裏当て部３１が被接合物５０に衝突するおそれを有効に抑制した上で、回転工具１０Ａの面直状態かつ裏当て部３１の当接状態という２つの準備態勢を、容易かつ簡潔に整えることができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態では、面直検出部２０Ｂは、裏当て部３１とは別体として構成されているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１２に示す摩擦攪拌点接合部３０Ｃのように、面直検出部２０Ｃは、裏当て兼用接触センサ３５を備えている構成であってもよい。この裏当て兼用接触センサ３５の具体的な構成は特に限定されず、例えば、金属製の裏当て部に対して接触検知用の電流を印加できるような公知の構成を採用とすればよい。
【０１０２】
この構成であれば、裏当て部３１が接触センサ２２を兼ねていることになるので、ティーチング後に面直検出部２０Ｂと裏当て部３１とを交換する必要がない。それゆえ、摩擦攪拌点接合部３０Ｃは、裏当て兼用接触センサ３５により面直状態を設定した後、続けて摩擦攪拌点接合に移行することができる。
【０１０３】
（実施の形態３）
前記実施の形態１および２に係る摩擦攪拌点接合装置は、いずれも回転工具１０Ａがピン部材のみからなる単動式の摩擦攪拌点接合部３０Ａ〜３０Ｃを備えていたが、本発明はこれに限定されず、図１３に示すように、複動式の回転工具１０Ｂを備える摩擦攪拌点接合部３０Ｄを備えてもよい。
【０１０４】
図１３では詳細に図示しないが、複動式の回転工具１０Ｂは、中空を有する略円筒状のショルダ部材と、このショルダ部材の中空内に内挿されるピン部材とを備える構成となっている。ショルダ部材は、ピン部材と同一の回転軸線周りに回転し、ピン部材と同様に回転軸線に沿って進退移動可能に構成されている。
【０１０５】
さらに、回転工具１０Ｂは、ショルダ部材の外部に、被接合物５０を押圧するクランプ部材が設けられてもよい。クランプ部材は、ショルダ部材の外側に設けられ、ショルダ部材と同様に、中空を有する円筒状である。したがって、クランプ部材の中空内にショルダ部材が内挿されていることになる。このように、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置においては、回転工具は、前記実施の形態１または２のような単動式であってもよいし、本実施の形態のような複動式であってもよい。
【０１０６】
なお、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合部３０Ｄが備える面直検出部２０Ｃは、前記実施の形態２で例示した裏当て兼用接触センサ３５を備えている構成である（図１２も参照）。しかしながら、面直を検出する構成はこれに限定されず、前記実施の形態１で説明した面直検出部２０Ａ（複数の位置センサ２１および裏当て部３１を備える構成）あるいは前記実施の形態２で説明した面直検出部２０Ｂ（裏当て部３１とは別体となっている構成）等であってもよいことはいうまでもない。
【０１０７】
（実施の形態４）
前記実施の形態１〜３に係る摩擦攪拌点接合装置では、面直を検出する構成（面直検出部２０Ａ〜２０Ｃ）は、被接合物５０の裏面５１ｂで面直状態を検出する構成となっていたが、本発明はこれに限定されず被接合物５０の表面５１ａで面直状態を検出するように構成されてもよい。つまり、面直検出面は裏面５１ｂであってもよいし、表面５１ａであってもよい。
【０１０８】
例えば、図１４に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、前記実施の形態３と同様に、複動式の回転工具１０Ｂを備えているが、複数の位置センサ２１は、被接合物５０の裏面５１ｂ側に設けられておらず、回転工具１０Ｂの最も外周に位置するクランプ部材に取り付けられている。すなわち、図１４に示す摩擦攪拌点接合装置では、面直検出部２０Ｄがクランプ部材（言い換えれば回転工具１０Ｂ）に一体的に設けられている。
【０１０９】
なお、本実施の形態における摩擦攪拌点接合部３０Ｅは、面直検出部２０Ｄが回転工具１０Ｂに一体化されている以外は、基本的に前記実施の形態３で説明した摩擦攪拌点接合部３０Ｄと同様である。また、本実施の形態では、被接合物５０の裏面５１ｂには、裏当て兼用接触センサ３５のみが設けられているが、前記実施の形態１のように裏当て部３１のみが設けられてもよいし、前記実施の形態２のように、裏当て部３１とは別体として構成される面直検出部２０Ｂが設けられてもよい。
【０１１０】
このように、本発明においては、面直状態の検出は、被接合物５０の表面５１ａまたは裏面５１ｂのいずれの面で行われてもよい。したがって、前記実施の形態１で説明した構成の摩擦攪拌点接合部３０Ａ、もしくは、前記実施の形態２で説明した摩擦攪拌点接合部３０Ｂまたは３０Ｃにおいても、面直検出部２０Ａ、２０Ｂまたは２０Ｃは、被接合物５０の表面５１ａ側に設けられてもよい。
【０１１１】
（実施の形態５）
前記実施の形態１〜４に係る摩擦攪拌点接合装置は、いずれも面直検出部２０Ａ〜２０Ｄが摩擦攪拌点接合装置の一部となっていたが、本発明はこれに限定されず、図１５に示すように、面直状態の検出を行う構成が面直検出装置２０Ｅとして、摩擦攪拌点接合装置から独立してもよい。
【０１１２】
面直検出装置２０Ｅは、前記実施の形態２の面直検出部２０Ｂと同様の構成の検出部と、独自の面直検出制御部２４とを備えている。この面直検出制御部２４は、前記実施の形態２または３に係るアーム制御部４２Ｂと同様に、変位量比較部４２２、面直調整データ生成部４２３、および接触位置データ取得部４２４を備えている。
【０１１３】
面直検出装置２０Ｅが適用される摩擦攪拌点接合装置は、前記実施の形態２の図１０に示す構成と同様であって、単動式の摩擦攪拌点接合部３０Ｂを備えており、枠部３２においては裏当て部３１が取り外し可能となっている。それゆえ、裏当て部３１の代わりに、本実施の形態に係る面直検出装置２０Ｅが取り付けられる。
【０１１４】
このように、面直検出装置２０Ｅは、摩擦攪拌点接合装置に対して独立した構成となっているので、前記実施の形態１ないし３に係る構成の摩擦攪拌点接合装置を新たに設計する必要がなく、既存の摩擦攪拌点接合装置に適用することができる。例えば、面直検出装置２０Ｅの面直検出制御部２４とアーム制御部４２Ｃとをデータの入出力を可能とするように接続した上で、裏当て部３１の代わりに面直検出装置２０Ｅを取り付ければ、前記実施の形態２と同様の摩擦攪拌点接合装置を実現することができる。
【０１１５】
また、面直検出装置２０Ｅは、既存の摩擦攪拌点接合装置に対して適用される場合、摩擦攪拌点接合装置に対して着脱可能に固定されてもよいし、取り外せないように（着脱不能に）固定されてもよい。面直検出装置２０Ｅを着脱可能とすることに特に利点がない場合には、面直検出装置２０Ｅは、取り外せないように固定する方が好ましい。これによって、着脱可能な構成と比較して、着脱時の面直検出装置２０Ｅの位置ずれ等の発生を抑制できるので、面直を安定的に検出することが可能となる。
【０１１６】
（実施の形態６）
本発明においては、前記実施の形態１で説明したように、面直検出部２０Ａ〜２０Ｅは、３つ以上の位置センサ２１を備え、これら位置センサ２１は、基準平面Ｆ上で多角形を形成するように配置されていればよい。ここで、複数の位置センサ２１が基準平面Ｆ上に配置されるとは、位置センサ２１そのものが基準平面Ｆ上に乗っている状態だけでなく、計測距離を較正（キャリブレーション）することによって基準平面Ｆ上に乗っている（位置する）と見なせる状態も含んでいる。
【０１１７】
例えば、摩擦攪拌点接合装置の使用条件として、任意の「第一条件」と、この「第一条件」よりも厳密な面直の検出が必要となる「第二条件」とを想定する。
摩擦攪拌点接合装置が「第一条件」で使用される場合に、全ての位置センサ２１の高さ（あるいは計測された距離Ｄｈ、前記実施の形態１参照）が、「第一条件」下で「同等距離範囲」に入っているとする。このとき、全ての位置センサ２１は基準平面Ｆ上に乗っていることになる。
【０１１８】
しかしながら、「第二条件」で摩擦攪拌点接合装置が使用される場合には、「第一条件」よりも「第二条件」の「同等距離範囲」が狭くなる。それゆえ、同じ面直検出部２０Ａ〜２０Ｅであっても、使用条件が異なると全ての位置センサ２１が基準平面Ｆに乗っていないことになる。そこで、本実施の形態では、全ての位置センサ２１が基準平面Ｆに位置していない場合であっても、全ての位置センサ２１が実質的に基準平面Ｆ上に存在するように、面直の検出前に計測距離の較正を行う。
【０１１９】
具体的には、例えば、図１６に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、基本的に前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置と同様の構成を有しているが、アーム制御部４２Ｃが、位置センサ較正部４２５を備えている点が異なっている。位置センサ較正部４２５は、変位量比較部４２２と同様に、複数の位置センサ２１が計測した距離を変位量として取り込む構成となっている。位置センサ較正部４２５は、取り込んだ変位量に基づいて、位置センサ２１の計測距離を較正する較正データを生成し、変位量比較部４２２に出力する。
【０１２０】
位置センサ較正部４２５による計測距離の較正は、接合部位５１に対する面直を検出する前に行えばよい。例えば、回転工具１０Ａが進退方向Ｄｐのうち、後退する側の方向の位置を「高さ」と定義し、図１６に模式的に示すように、例えば、右側に図示する第二位置センサ２１−２（図３および図４Ｃ参照）は、左側に図示する第四位置センサ２１−４（図３および図４Ｃ参照）よりも高い位置にあるとする。この場合、第二位置センサ２１−２と第四位置センサ２１−４とは、同一平面（基準平面Ｆ）上に乗っていないことになる（なお、図１６に示す例では、第二位置センサ２１−２および第四位置センサ２１−４の高さの違いを強調して図示している）。
【０１２１】
そこで、第二位置センサ２１−２および第四位置センサ２１−４の計測距離を較正するために、例えば図１６に示すような較正用平板６１を準備する。この較正用平板６１は、その表面が平坦な板状部材であればよく、その具体的な構成は特に限定されない。また、板状部材でなくても、複数の位置センサ２１の計測距離を較正できるような平面を有していれば、他の較正用部材を用いることができる。
【０１２２】
そして、面直を検出する前に、面直検出部２０Ａ（複数の位置センサ２１）により較正用平板６１までの距離を計測する。第二位置センサ２１−２および第四位置センサ２１−４で計測された距離（変位量）は、異なる値として位置センサ較正部４２５に入力されるので、位置センサ較正部４２５が、異なる変位量を相殺するように較正データを生成し、変位量比較部４２２に出力する。
【０１２３】
その後、面直検出部２０Ａにより計測部位Ｐまでの距離（変位量）が計測され、変位量比較部４２２に出力される。変位量比較部４２２では、変位量を較正データにより較正した上で比較し、比較結果を面直調整データ生成部４２３に出力する。面直調整データ生成部４２３は、変位量（距離）の比較結果を用いて、前記実施の形態１で説明した通り、面直調整データを生成し、アーム駆動制御部４２１に出力する。
【０１２４】
このように、本発明では、面直検出部２０Ａ〜２０Ｅが備える複数の位置センサ２１が基準平面Ｆ上に配置されていればよいが、この「複数の位置センサ２１が基準平面Ｆ上に配置されている」状態には、前記の通り、位置センサ２１で計測される距離を予め較正することによって、計測上、全ての位置センサ２１が基準平面Ｆ上に配置されると見なせる状態も含まれる。
【０１２５】
なお、本実施の形態は、前記実施の形態１で説明した摩擦攪拌点接合装置において計測距離の較正を行う場合を例示しているが、もちろん本発明はこれに限定されず、実施の形態２〜５に開示される摩擦攪拌点接合装置（すなわち、接触位置データ取得部４２４を備えるアーム制御部４２Ｂを備える構成）等にも好適に適用することができる。
【０１２６】
（実施の形態７）
前記実施の形態１〜６に係る摩擦攪拌点接合装置は、いずれもロボット装置４０に設けられる構成となっていたが、本発明はこれに限定されず、定置型の摩擦攪拌点接合装置であってもよい。
【０１２７】
具体的には、例えば、図１７に示すように、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、前記実施の形態１に係る摩擦攪拌点接合装置と同様に、回転工具１０Ａ、面直検出部２０Ａ、摩擦攪拌点接合部３０Ａ、変位量比較部４２２を備えているが、さらに、基台部４５、アーム制御データ生成部４２６を備えている。基台部４５は、床面に定置される構造体であり、摩擦攪拌点接合部３０Ａ（回転工具１０Ａを含む）を固定支持している。それゆえ、回転工具１０Ａおよび裏当て部３１は、枠部３２を介して基台部４５に設けられていることになる。
【０１２８】
アーム制御データ生成部４２６は、接合センサ部３４で検出または計測されたデータ、並びに、変位量比較部４２２で比較された変位量（距離）の比較結果のデータから、アーム部４１を制御するためのデータ（アーム制御データ）を生成してアーム制御部４２Ｄに出力する。アーム制御部４２Ｄは、前記実施の形態１で説明したアーム制御部４２Ａまたは前記実施の形態２で説明したアーム制御部４２Ｂと同様に、アーム駆動制御部４２１等を備えている。
【０１２９】
被接合物５０は、アーム部４１の先端に設けられた把持部４１２により把持されている。そこで、アーム制御部４２Ｄは、アーム制御データ生成部４２６から取得したアーム制御データに基づいて、被接合物５０の接合部位５１が回転工具１０Ａに対して面直となるようにアーム部４１を動作させる。つまり、前記実施の形態１〜６においては、被接合物５０を固定支持し、回転工具１０Ａまたは１０Ｂの位置を面直状態となるように調整していたが、本実施の形態では、回転工具１０Ａを固定支持し、被接合物５０の位置を面直状態となるように調整している。なお、把持部４１２の具体的な構成は特に限定されず、公知の構成を用いることができる。また、アーム部４１は、被接合物５０を保持できる構成であればよく、この場合、把持部４１２以外の公知の保持手段を備えていてもよい。
【０１３０】
このように、本発明においては、回転工具１０Ａまたは１０Ｂが、被接合物５０の接合部位５１に対して面直状態にあるか否かを検出できるのであれば、被接合物５０を固定支持して回転工具１０Ａまたは１０Ｂの位置を調整してもよいし、回転工具１０Ａまたは１０Ｂを固定支持して被接合物５０の位置を調整してもよい。
【０１３１】
また、前記実施の形態１〜６では、基準平面Ｆは、基本的に回転工具１０Ａの進退方向Ｄｐを法線方向とする平面として設定されている。しかしながら、本実施の形態のように、回転工具１０Ａを固定支持して被接合物５０の位置を調整するような構成であれば、基準平面Ｆは、裏当て部３１の当接面（裏当て面）を基準として、当該当接面の法線を法線方向とする平面として設定されてもよい。
【０１３２】
さらに図示しないが、前記実施の形態１〜６、並びに本実施の形態７に係るロボット装置４０は、いずれも多関節ロボットであるが、本発明が適用可能なロボット装置４０はこれに限定されず、摩擦攪拌点接合の分野で公知のロボット装置に好適に適用することができる、また、ロボット装置以外にも、例えば、ＮＣ工作機械、大型のＣフレーム、オートリベッター等の公知の加工用機器にも好適に適用することができる。
【０１３３】
加えて、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、摩擦攪拌点接合部３０Ａの動作とロボット装置４０の動作とが連携するように、実質的に一体化された構成となっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、摩擦攪拌点接合部３０Ａ（摩擦攪拌点接合装置）とロボット装置４０とがそれぞれ独立して制御され、オペレータによって、摩擦攪拌点接合部３０Ａとロボット装置４０とがそれぞれ操作される構成であってもよいし、公知の通信ネットワークを介して、摩擦攪拌点接合部３０Ａとロボット装置４０とが連携する構成であってもよい。したがって、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置においては、ロボット装置４０は必須構成として備えなくてもよい。
【０１３４】
（実施の形態８）
前記実施の形態１〜７に係る摩擦攪拌点接合装置は、いずれも、回転工具１０Ａまたは１０Ｂ、もしくは、被接合物５０の位置をロボット装置４０の動作によって調整することで、これらの間で面直状態を実現する構成となっているが、前記の通り、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、ロボット装置４０を備えていなくてもよい。具体的には、例えば、図１８に示すように、作業者６３が被接合物５０を把持してその位置を調整してもよい。
【０１３５】
図１８に示す摩擦攪拌点接合装置は、少なくとも回転工具１０Ａ（すなわち摩擦攪拌点接合部３０Ｆ）と面直検出部２０Ｆとを備えている構成である。面直検出部２０Ｆは、それぞれの位置センサ２１により計測される距離が全て同等であるときに、面直状態にあると検出可能とする構成であればよい。それゆえ、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、面直状態にあるか否かを判定する構成（面直状態判定部）を含んでいない。
【０１３６】
また、図１８に示す摩擦攪拌点接合装置は、公知の表示装置６２に外部接続されている。これにより、面直検出部２０Ｆの位置センサ２１で計測された距離（変位量）は、表示装置６２で画像として表示することが可能となる。そのため、作業者６３は、目視により表示装置６２を確認しながら、被接合物５０の位置を調整することによって、回転工具１０Ａと接合部位５１とが面直状態にあるか否かを判定することができる。このように、本発明においては、面直状態判定部は必須構成として備えなくてよい。
【０１３７】
図１８に示す摩擦攪拌点接合装置は、裏当て部３１を備えている構成ではない。つまり、本発明においては、裏当て部３１も必須構成として備えていなくてよい。図１８に示す摩擦攪拌点接合装置では、作業者６３が被接合物５０を把持した状態で、作業台４６上に裏当て部３１が保持され、この裏当て部３１上に被接合物５０を載置した状態で用いられているが、この作業台４６および裏当て部３１は、摩擦攪拌点接合装置の一部ではなく、独立した構成となっている。作業者６３は、表示装置６２を目視しながら、面直状態となるように摩擦攪拌点接合装置の位置を調整すればよい。
【０１３８】
さらに、図１８に示す表示装置６２は、摩擦攪拌点接合装置とは別体として設けられた外付けの構成であるが、本発明はこれに限定されず、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、摩擦攪拌点接合部３０Ａに一体化された「表示部」を備えてもよい。また、本実施の形態に係る摩擦攪拌点接合装置は、表示装置６２または表示部に代えて、ＬＥＤ等の照明器もしくは音声を発する報知器等を用いてもよい。この照明器または報知器は、摩擦攪拌点接合装置に一体的に設けられてもよいし、表示装置６２のように外付けの構成であってもよい。
【０１３９】
このように、本発明に係る摩擦攪拌点接合装置は、面直状態判定部が含まれていなくてもよい。この場合、回転工具１０Ａと接合部位５１とが面直状態にあることを作業者６３が確認できるような表示器、照明器または報知器等を備える構成を備えているか、表示装置６２等を外部接続できるように構成されていればよい。
【０１４０】
なお、前記実施の形態１〜８において、位置センサ２１は、回転工具１０Ａと平行となる向きに配置したが、本発明はこれに限定されず、各位置センサ２１が接合部位５１を向くように配置されていてもよい。このとき、各位置センサ２１は、それぞれが僅かに離れた点を向いて配置される。
【０１４１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、摩擦攪拌点接合に際して、回転工具と被接合物との面直状態を容易かつ簡潔に実現することができるので、摩擦攪拌点接合の分野に広く好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１４３】
１０Ａ，１０Ｂ    回転工具
２０Ａ〜２０Ｆ    面直検出部
２１    位置センサ
２２    接触センサ
２４    面直検出制御部
３０Ａ〜３０Ｆ    摩擦攪拌点接合部
３１    裏当て部
３２    枠部
３５    裏当て兼用接触センサ（裏当て部、接触センサ）
４０    ロボット装置
４１    アーム部
４２Ａ〜４２Ｄ    アーム制御部
５０    被接合物
５１    接合部位
【図１】
2015097727.tif 000003
【図２】
2015097727.tif 000004
【図３】
2015097727.tif 000005
【図４】
2015097727.tif 000006
【図５】
2015097727.tif 000007
【図６】
2015097727.tif 000008
【図７】
2015097727.tif 000009
【図８】
2015097727.tif 000010
【図９】
2015097727.tif 000011
【図１０】
2015097727.tif 000012
【図１１】
2015097727.tif 000013
【図１２】
2015097727.tif 000014
【図１３】
2015097727.tif 000015
【図１４】
2015097727.tif 000016
【図１５】
2015097727.tif 000017
【図１６】
2015097727.tif 000018
【図１７】
2015097727.tif 000019
【図１８】
2015097727.tif 000020
【国際調査報告】
2015097727.tif 000021
2015097727.tif 000022
2015097727.tif 000023
2015097727.tif 000024