(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材を載置する支持台と、ベース部材に作用する位置決め用の治具ユニットと、ベース部材に取付けられる他部材に作用する位置決め用の治具ユニットと、治具ユニットを搬入および搬出するロボットとを備え、
前記ロボットのヘッドに前記治具ユニットを支持するユニット支持装置を装備するとともに、このユニット支持装置に、治具ユニットを前記ロボットのヘッドに対して位置決めした状態で支持する位置決め手段と、治具ユニットを前記支持台あるいはベース部材に固定および固定解除するアクチュエータを備えてあることを特徴とする治具設備。
【請求項２】
マグネットブロックに位置決めピンを備えてベース部材用の治具ユニットを構成するとともに、マグネットブロックに位置決めブロックを取付けて他部材用の前記治具ユニットを構成してあることを特徴とする請求項１記載の治具設備。
【請求項３】
永磁マグネット利用のマグネットブロックに磁気吸着機能入り切り用の操作軸を備え、この操作軸を前記アクチュエータで回転操作するよう構成してあることを特徴とする請求項２記載の治具設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械や各種産業機械の製造工程において、ベースとなる部材に各種の他部材を仮組み溶接する工程などで利用する治具設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械の一例であるバックホウの製造工程には、旋回台の基体となる旋回フレームを溶接して組上げる工程がある。この旋回フレーム製造工程では、ベースプレートに、掘削装置を左右揺動可能に連結支持するスイングブラケットや各種の強度メンバーなどの他部材を溶接連結しており、ベースプレートに各種の他部品を手作業によって仮止めしておく仮組み溶接工程と、仮組みした各他部材をベースプレート材に溶接ロボットを用いて最終的に溶接する自動溶接工程とを経て旋回フレームが組上げられるようになっている。そして、仮組み溶接工程では、ベース部材であるベースプレートに対して各種の他部材を所定の位置に正しく位置決め配置して溶接するための治具が準備されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ベースプレートに対して各種の他部材を所定の位置に正しく位置決め配置するための治具は、部材の仕様に応じてそれぞれ専用のものが製作されており、仕様の異なる多くの機種を製造するためには同じ台数の治具を必要とし、その保管に多くのスペースを必要とするとともに、ワークの変更に伴う治具の段取り替えにおいては、仮組み溶接作業箇所に治具を入れ替えを行わねばならず、旋回フレームの組立て用治具のように大型の治具の入れ替えには手間のかかるものとなっていた。また、仕様の異なる機種を製造するつど、新たに治具を製作する必要があり、設備コストが嵩む一因となるものであった。
【０００４】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、治具の汎用性を高めることで、治具の種類を少なくすることができるとともに、保管スペースの削減が可能となり、設備コストの節減に有効であるとともに、ワークの変更に伴う治具の段取り替えを簡単容易かつ迅速に行うことができる治具設備を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１に係る発明の構成、作用および効果〕
【０００６】
請求項１に係る発明の治具設備は、ベース部材を載置する支持台と、ベース部材に作用する位置決め用の治具ユニットと、ベース部材に取付けられる他部材に作用する位置決め用の治具ユニットと、治具ユニットを搬入および搬出するロボットとを備え、前記ロボットのヘッドに前記治具ユニットを支持するユニット支持装置を装備するとともに、このユニット支持装置に、治具ユニットを前記ロボットのヘッドに対して位置決めした状態で支持する位置決め手段と、治具ユニットを前記支持台あるいはベース部材に固定および固定解除するアクチュエータを備えてあることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によると、ワークを認識する所要のデータを入力することで、予めプログラム設定された手順でロボットが作動し、先ず、ベース部材位置決め用の治具ユニットがロボットのユニット支持装置で位置決めされた状態で把持されて、ワークに対応して予め設定された位置に移動され、支持台上に所定の姿勢で固定される。
【０００８】
ベース部材の位置決め固定が完了すると、次に、保管箇所に保管されていた他部材位置決め用の治具ユニットがロボットのユニット支持装置によって位置決め状態で取り出されて、支持台あるいはベース部材自体の上面に位置決めされて所定の姿勢で搭載されて固定される。
【０００９】
他部材位置決め用の治具ユニットの装填固定が完了すると、各種の他部材をベース部材上に搬入し、所定の治具ユニットに他部材の適所を押し当てて位置決めし、必要に応じて他部材をクランプ金具などで固定した上で、仮組み溶接などを行う。
【００１０】
この場合、予め複数種の治具ユニットを準備しておき、これらを組合せて使い分けることで各種仕様のワークに対応することができ、新規な仕様のワークに対しても専用の治具を個別に製作する必要はない。また、使用しない治具ユニットは保管しておくことになるが、治具ユニット自体は従来の専用の治具に比較して十分小さいものとなるので、その保管に要するスペースは小さいものですむ。
【００１１】
又、上記構成によると、ロボットのユニット支持装置で位置決め支持した治具ユニットを所定の位置へ位置決め装填した後、そのままアクチュエータを使って治具ユニットを支持台あるいはベース部材に固定することができ、治具ユニットの搬入から位置決め固定セット、および、位置決めセットされた治具ユニットの固定解除から搬出を自動化することができ、治具の段取り替えを能率良く行うことができる。
【００１２】
従って、請求項１に係る発明によると、任意に移動させて固定できる治具ユニットを利用することで専用の治具を廃止でき、治具の保管スペースを削減することができるとともに、設備コストの節減にも大きく貢献する。
【００１３】
また、ロボットを使用して治具ユニットの搬入セットおよび搬出を行うことで、ワークの仕様の対応した所定の位置へ治具ユニットを高い位置精度で、かつ速やかに設置することができ、治具ユニットの搬入から位置決め固定セット、固定解除及び搬出を自動化することができ、治具の段取り替えを短時間で行うことができ、作業能率を向上する上で有効となる。
【００１４】
〔請求項２に係る発明の構成、作用および効果〕
【００１５】
請求項２に係る発明の治具設備は、請求項１の発明において、マグネットブロックに位置決めピンを備えてベース部材用の治具ユニットを構成するとともに、マグネットブロックに位置決めブロックを取付けて他部材用の前記治具ユニットを構成してあることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によると、マグネットブロックの磁気吸着機能を入り操作することで、治具ユニットを任意の位置に瞬時に固定することができるとともに、マグネットブロックの磁気吸着機能を解除操作することで、治具ユニットの固定を瞬時に解除することができ、位置精度の高い固定を確実に行うことができるとともに、取扱い操作性に優れたものとなる。
【００１７】
〔請求項３に係る発明の構成、作用および効果〕
【００１８】
請求項３に係る発明の治具設備は、請求項２の発明において、永磁マグネット利用のマグネットブロックに磁気吸着機能入り切り用の操作軸を備え、この操作軸を前記アクチュエータで回転操作するよう構成してあることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によると、ロボットのユニット支持装置で位置決め支持した治具ユニットを所定の位置へ位置決め装填した後、直ちにアクチュエータを使って操作軸を回転操作することで、マグネットブロックの磁気吸着機能を発揮させ、治具ユニットをそのまま支持台あるいはベース部材に固定することができる。また、段取り替えのために治具ユニットを支持台上から搬出する場合も、ユニット支持装置で治具ユニットを位置決め支持した後、アクチュエータを使って操作軸を回転操作することで、マグネットブロックの磁気吸着機能を解除し、直ちに治具ユニットを支持台あるいはベース部材から取外して搬出することができる。
【００２０】
従って、請求項３の発明によると、治具ユニットの搬入から位置決め固定セット、および、位置決めセットされた治具ユニットの固定解除から搬出を一層速やかに行うことができ、作業能率の向上に有効となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の治具設備を、バックホウの製造工程における仮組み溶接工程で使用する場合の例を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１にバックホウの一例が示されている。このバックホウは、クローラ型の走行装置１を左右に備えるとともにドーザ装置２を備えたトラックフレーム３の上部に、旋回台４が縦軸心Ｐ１周りに全旋回可能に搭載され、この旋回台４の前端部に、ブーム５、アーム６、および、バケット７を順次連結してなる掘削装置８が縦軸心Ｐ２周りに左右揺動（スイング）可能に連結されるとともに、旋回台４上にエンジンを収容した原動部９と運転部１０が搭載された構造となっている。
【００２３】
図２は、前記旋回台４を構成する基体である旋回フレーム４Ａが示されており、この旋回フレーム４Ａは、鋼板製のベースプレート１１の前端に、前記掘削装置８を左右揺動可能に連結する鋳鋼製のスイングブラケット１２が溶接固定されるとともに、このスイングブラケット１２の後端左右からベースプレート１１の後部に亘って、背骨材となる鋼板製の縦フレーム材１３がベースプレート１１上面に沿って溶接固定されるとともに、その他の枠部材１４などの部品も溶接固定されている。
【００２４】
縦フレーム材１３や枠部材１４などの他の部材は、ベース部材であるベースプレート１１に人手で仮組み溶接した後、自動溶接工程で最終的な溶接を行うものであり、本発明の治具設備は、この仮組み溶接工程で利用されるものである。
【００２５】
図３〜図５に、ベース部材であるベースプレート１１を仮組み溶接する治具の構造の一例が示されている。図示のように、ベース部材であるベースプレート１１は支持台１５の上に水平に載置されて２台の治具ユニット１６(1) で位置決めされて固定されるとともに、このベースプレート１１および支持台１５の上面に、複数台（この例では７台）の治具ユニット１７が固定され、この治具ユニット１７を介して前記縦フレーム材１３や枠部材１４などの他部材を位置決めしてベースプレート１１上に載置固定した状態で、作業者が手作業で各部材の適所を仮組み溶接するのである。
【００２６】
前記支持台１５は、上段面Ｓ１と下段面Ｓ２とを備えた２段構造に構成されており、その上段面Ｓ１の適所にボール式のフリーコンベア２０群が位置固定状態で設置されるとともに、下段面Ｓ２にはベースプレート位置決め用の前記治具ユニット１６が設置される。この治具ユニット１６に備えたボール式のフリーコンベア２１は位置固定の前記フリーコンベア２０と同レベルとなっており、支持台１５上に搬入されてきたベースプレート１１をこれらフリーコンベア２０，２１群上に載置して自由な方向に押し動かすことができるようになっている。
【００２７】
ベースプレート位置決め用の治具ユニット１６の詳細な構造が図６〜図８に示されている。この治具ユニット１６は、マグネットブロック２２の上面に支持板２３を取付け、この支持板２３に複数の前記フリーコンベア２１を装着するとともに、支持板２３の端部にシリンダ２４によって昇降される位置決めピン２５を装備した構造となっている。この位置決めピン２５は、フリーコンベア２１の搬送レベルより上方に突出する状態と、搬送レベルより下方に没入する状態とに切換え昇降可能であり、突出させた位置決めピン２５にベースプレート１１の所定部位を押し当てることでベースプレート１１の位置決めを行うようになっている。また、位置決めピン２５を没入させた状態の治具ユニット１６(2) は、上段面Ｓ１が欠如された箇所（下段面Ｓ２相当部位）でベースプレート１１を支持する単なるコンベアブロックとしても機能する。
【００２８】
また、他部材位置決め用の治具ユニット１７は、ベースプレート位置決め用の治具ユニット１６に用いたものと同一のマグネットブロック２２の側面に各種形状の位置決めブロック２６を取付けて構成されており、ベースプレート１１に載置される他部材を所定の治具ユニット１７の位置決めブロック２６に当て付けることで、各他部材をベースプレート１１上で位置決めするようになっている。なお、各種仕様の治具ユニット１７のいくつかが図１０〜図１６に示されている。ここで、図１５，図１６で示される治具ユニット１７は、異なった仕様の２種の位置決めブロック２６を取付けたものに構成されている。
【００２９】
そして、前記治具ユニット１６，１７のマグネットブロック２２は永磁マグネットを内臓したものであり、両端面に突設した六角軸状の操作軸２７を正逆に回転することで、ブロック下面での磁気吸着機能を入り・ 切りすることができるようになっている。
【００３０】
前記治具ユニット１６，１７は、ベースプレート１１の仕様によって、使用するユニットの種類、個数、設置位置、および、設置姿勢が異なることになり、図１７，１８および図１９，２０に、仕様の異なったベースプレート１１に対応させてセッティングした治具の例が示されている。そして、図３，４の例では、フリーコンベア付きの治具ユニット１６が４台、位置決めブロック付きの治具ユニット１７が７台使用され、また、図１７，１８の例では、フリーコンベア付きの治具ユニット１６が４台、位置決めブロック付きの治具ユニット１７が５台使用され、さらに、図１９，２０の例でも、フリーコンベア付きの治具ユニット１６が４台、位置決めブロック付きの治具ユニット１７が５台使用されている。
【００３１】
治具ユニット１６，１７をワークに応じて予め決められた位置および姿勢に設置するのに、マイコン制御される多関節型のロボット３０が利用され、ロボット先端のヘッドブラケット３１にはユニット支持装置３２が取付けられている。
【００３２】
図２１，２２に、前記ユニット支持装置３２の詳細な構造が示されている。このユニット支持装置３２のフレーム３３は、ヘッドブラケット３１に植設した４本のガイド軸３４に対して上下スライド可能に支持されるとともに、ガイド軸３４に外嵌装着したバネ３５によって下向き付勢されている。そして、フレーム３３の一端部から下方に延出された固定支持枠３６の内側面にユニット支持具３７が取付けられるとともに、フレーム３３の他端部から下方に取付けられた支持ブラケット３８に前記固定支持枠３６に対向する可動支持枠３９が装着されている。この可動支持枠３９は、ガイド軸４０を介して直線的に進退移動可能に支持されるとともに、支持ブラケット３８に装着されたシリンダ４１によって進退駆動されるようになっている。また、この可動支持枠３９の内側面にも、固定支持枠３６のユニット支持具３７と対をなすユニット支持具３７が取付けられている。
【００３３】
固定支持枠３６および可動支持枠３９に取付けられたユニット支持金具３７の対向面には、治具ユニット１６，１７におけるマグネットブロック２２の上面に取付けた支持板２３の両端辺を係入する凹溝４３が水平に形成されるとともに、その凹溝４３の底には、支持板２３の両端面に形成した位置決め穴４４に挿入される位置決めピン４５が備えられており、シリンダ４１によって可動支持枠３９を進出させて、治具ユニット１６，１７の支持板２３の両端部を両ユニット支持具３７の凹溝４３に係入するように挟み込むとともに、ユニット支持具３７の位置決めピン４５を位置決め穴４４に挿入することで、治具ユニット１６，１７を落下させることなく、かつ、ヘッドブラケット３１に対して位置決めした状態で把持することができるようになっているのである。
【００３４】
また、可動支持枠３９の下部には、治具ユニット１６，１７におけるマグネットブロック２２の端面に突設された操作軸２７に外嵌する六角形の操作孔４６を備えたソケット４７が回転自在に装備されるとともに、このソケット４７がロータリ型のアクチュエータ４８によって正逆に回転駆動されるようになっている。
【００３５】
従って、治具のセッティングに際しては、ワークを認識する所要のデータをキー操作あるいはバーコードリーダなどで入力することで、予めプログラム設定された手順でロボット３０が作動する。この場合、治具ユニット１６，１７のうち、ベース部材位置決め用の４台の治具ユニット１６は、支持台１５における下段面Ｓ２の所定位置に搭載されて待機しており、先ず、ベース部材位置決め用の４台の治具ユニット１６がロボット３０のユニット支持装置３２で位置決め把持されてワークに対応して予め設定された位置に移動される。治具ユニット１６が下段面Ｓ２の所定位置に所定の姿勢で移動されると、ソケット４７が回転操作されて吸着ブロック２２の磁気吸着機能が発揮され、治具ユニット１６が吸着ブロック２２の磁気吸着力によって支持台１５の下段面Ｓ２に強固に固定される。この場合、図３，４、図１７，１８、および、図１９，２０に示すように、装着された４台の治具ユニット１６のうち、実際にベースプレート１１の位置決めに利用されるのは２台だけで、残りの１台の治具ユニット１６(2) は位置決めピン２５を没入させてコンベアブロックとして使用し、他の１台の治具ユニット１６(3) は、後述のように、他部材の一つであるスイングブラケット１２の位置決めに利用される。
【００３６】
ベース部材位置決め用の治具ユニット１６のセッティングが完了すると、ベース部材であるベースプレート１１が支持台１５上に搬入されてくる。このワーク搬入時には、治具ユニット１６の位置決めピン２５はフリーコンベア２０，２１の搬送面より没入した位置にあり、フリーコンベア２０，２１上のベースプレート１１を自由な方向に手押し移動させることができる。そして、凡その位置にベースプレート１１を移動させた状態で２台の治具ユニット１６(1) の位置決めピン２５が突出され、突出された各位置決めピン２５にベースプレート１１の所定箇所（孔縁あるいは外端縁など）を押し当てるまで押し動かし、これによってベースプレート１１の最終的な位置決めが完了する。位置決めが完了すると、図２３に示すように、支持台１５の適所に備えたクランプ金具５１を手作業で装着してベースプレート１１が支持台１５上に固定される。
【００３７】
ベースプレート１１の位置決め固定が完了すると、支持台１５外の保管箇所に整列保管されている他部材位置決め用の治具ユニット１７群の内から現在仮組み作業の対象となっているワークに対応した所定の仕様の治具ユニット１７がロボット３０のユニット支持装置３７で順次取り出されて、支持台１５の上段面Ｓ１あるいはベースプレート１１自体の上面に位置決めされて所定の姿勢で搭載される。この際、上記のようにユニット支持装置３２は弾性支持されているので、吸着ブロック２２を上段面Ｓ１あるいはベースプレート１１上に衝撃少なく載置することができる。そして、治具ユニット１７の位置決め載置が完了すると、吸着ブロック２２の操作軸２７がアクチュエータ４８で正転操作されて、治具ユニット１７は磁気吸着力によって支持台１５の上段面Ｓ１あるいはベースプレート１１自体の上面に強固に固定される。
【００３８】
他部材位置決め用の治具ユニット１７の装填固定が完了すると、スイングブラケット１２、縦フレーム材１３、その他の枠部材１４などの各種の部材をベースプレート１１上に搬入した上で、所定の治具ユニット１７の位置決めブロック２６に他部材の適所を押し当てて位置決めし、図２４に示すように、必要に応じて他部材を位置決めブロック２６に対してクランプ金具５２などで固定する。なお、他部材のうちの、スイングブラケット１２は、治具ユニット１６(3) の位置決めピン２５を利用して芯合わせすることになり、この場合、スイングブラケット１２のボス内径は位置決めピン２５より大きいので、図９に示すように、位置決めピン２５にカラー５３を外嵌装着した上でスイングブラケット１２のボスに内嵌することで芯合わせを行う。この場合、位置決めピン２５へのカラー５３の装着は手作業あるいはロボット３０で行う。
【００３９】
ベースプレート１１への他部材位置決め装填が完了すると、各他部品とベースプレート１１との接合箇所の適所、および、隣接する部品同士の接合箇所の適所を人手によってポイント状に仮組み溶接し、仮組み構造体が完成する。
【００４０】
仮組み溶接が完了すると、他部材位置決め用の治具ユニット１７をロボット３０によって一個づつ磁気吸着を解除して保管箇所に戻すとともに全てのクランプ金具５１，５２を外し、仮組み構造体を支持台１５上から取り出して自動溶接ロボットに搬入し、所定の連続溶接を施して旋回フレーム４Ａが完成する。
【００４１】
以後、同じ仕様のワークを仮り止め溶接処理する場合には、他部材位置決め用の治具ユニット１７のみを上記要領で装填することになる。
【００４２】
また、ワークの仕様変更に伴って治具の段取り替えを行う場合には、他部材位置決め用の治具ユニット１７をロボット３０によって保管箇所に戻すとともに、ベース部材位置決め用の治具ユニット１６を下段面Ｓ２上の所定位置に移動させ、全ての治具ユニット１６，１７を初期位置に戻した上で、改めて上記した手順でワークの仕様に対応した治具のセッティングを行う。
【００４３】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、ユニット支持装置３２に備えたアクチュエータ４８でマグネットブロック２２による磁気吸着の入り・切りを行うようにしているが、簡易には、マグネットブロック２２の操作軸２７を人手によって操作するようにして実施することもできる。これによると、ユニットの搬入搬出および精度の要求される位置決めをロボット３０で行い、固定および固定解除を人手で行うことになる。
（２）治具ユニット１６，１７の固定手段としては、上記のようにマグネットブロック２２を利用する他に、位置決めブロック２６を取付け用のブロックに装着し、ロボット３０によって搬入され位置決め載置された治具ユニット１６，１７を、取付け用のブロックに備えたクランプ金具やボルトなどによって固定することも可能である。この場合、固定用のクランプ金具やボルトをユニット支持装置３２に備えたアクチュエータで行うようにすればユニットの固定および固定解除を自動化することができ、また、簡易にはクランプ金具やボルトを人手で操作するようにすることもできる。
（３）前記ロボット３０としては、多関節型を利用する他に、直線アクチュエータを３組利用した３軸型のロボットを利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  バックホウの全体側面図
【図２】  旋回フレームの斜視図
【図３】  ベース部材位置決め用の治具ユニットをセットした例を示す平面図
【図４】  ベースプレートおよび他部材を位置決めセットした例を示す平面図
【図５】  支持台と位置決めユニット搬送用ロボットを示す側面図
【図６】  ベース部材位置決め用の治具ユニットの平面図
【図７】  ベース部材位置決め用の治具ユニットの正面図
【図８】  ベース部材位置決め用の治具ユニットの一部切欠き側面図
【図９】  スイングブラケットの位置決め形態を示す一部切欠き側面図
【図１０】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１１】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１２】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１３】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１４】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１５】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１６】  他部材位置決め用の治具ユニットの例を示す斜視図
【図１７】  ベース部材位置決め用の治具ユニットをセットした他の例を示す平面図
【図１８】  ベースプレートおよび他部材を位置決めセットした他の例を示す平面図
【図１９】  ベース部材位置決め用の治具ユニットをセットした更に別の例を示す平面図
【図２０】  ベースプレートおよび他部材を位置決めセットした更に別の例を示す平面図
【図２１】  治具ユニット搬送用ロボットに備えたユニット支持装置を示す側面図
【図２２】  ユニット支持装置で治具ユニットを支持した状態を示す側面図
【図２３】  ベースプレートの固定手段の一例を示す側面図
【図２４】  他部材の位置決め固定構造の一例を示す側面図
【符号の説明】
１１            ベース部材
１５            支持台
１６            治具ユニット
１７            治具ユニット
２２            マグネットブロック
２５            位置決めピン
２６            位置決めブロック
２７            操作軸
３０            ロボット
３２            ユニット支持装置
４８            アクチュエータ
【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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【図１１】
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【図１２】
0003871533.tif 000013
【図１３】
0003871533.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003871533.tif 000017
【図１７】
0003871533.tif 000018
【図１８】
0003871533.tif 000019
【図１９】
0003871533.tif 000020
【図２０】
0003871533.tif 000021
【図２１】
0003871533.tif 000022
【図２２】
0003871533.tif 000023
【図２３】
0003871533.tif 000024
【図２４】
0003871533.tif 000025