(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分離した車体コンポーネントから自動車車体を組み立てる方法であって、
前記自動車車体の底板を底板支持手段に取り付ける工程と、
前記分離した車体コンポーネントの少なくとも一部を前記底板にロボット手段で係合させる工程と、
前記車体コンポーネントを前記底板とおよび／または互いに他の車体コンポーネントと予備組み立てして、前記自動車車体の外形を有する予備組立自動車車体とする予備組立工程と、
前記予備組立自動車車体を支持する支持手段を、固定ユニットにより互いにクランプさせることができる複数の分離した支持要素から形成して、前記支持要素の少なくとも一部を前記底板支持手段および／または他の支持要素にロボット手段で係合させる工程とを備えた自動車車体の組立方法において、
前記支持要素を互いにクランプさせて支持手段網を形成し、前記支持手段網が、その構造および形状が前記自動車車体の構造および形状にほぼ倣うように、かつ、後の溶接作業用または後のさらなる車体コンポーネントの挿入用のロボット手段が、前記自動車車体に接近できるように、車体の側面を前記支持要素で覆わないように形成され、
前記支持要素のそれぞれが、前記固定ユニット手段により、少なくとも他の２つの支持要素および前記底板支持手段、または、少なくとも他の３つの支持要素にクランプされるクランピング工程を備えたことを特徴とする自動車車体の組立方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記クランピング工程が、１つの支持要素に取り付けられた自動固定ユニットの凸部を対応する支持要素に取り付けられた前記自動固定ユニットの凹部に挿入して、制御手段からの制御信号に応じて自動固定を行う液圧駆動手段および／または機械的駆動手段および／または電気的駆動手段により前記固定を行う工程を有する自動車車体の組立方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記予備組立工程、クランピング工程および後の溶接作業工程を分離した組立ステーションで行う自動車車体の組立方法。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記予備組立工程、クランピング工程および溶接作業工程を単一の組立ステーションで行う自動車車体の組立方法。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記底板支持手段が組立ステーションに入る前に、前記底板が前記底板支持手段に取り付けられ、次に、前記底板支持手段が前記車体予備組立作業のために前記組立ステーションに移動される自動車車体の組立方法。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかにおいて、
前記車体コンポーネントの少なくとも一部を、前記組立ステーションでの予備組立作業に供給する自動車車体の組立方法。
【請求項７】
複数の分離した車体コンポーネント1,2,3,4,5,6から自動車車体を組み立てる組立ステーション設備であって、
前記自動車車体の底板1を受け取って支持する底板支持手段10と、
前記底板支持手段10に底板1をクランプする取り付け手段9と、
前記分離した車体コンポーネント2,3,4の少なくとも１つを前記底板1に係合させるロボット装置21,26,27と、
前記車体コンポーネントを前記底板とおよび／または互いに他の車体コンポーネントと予備組み立てして、前記自動車車体の外形を形成する予備組立手段と、
複数の分離した支持要素から形成され、予備組立された自動車車体を支持する支持手段と、
前記複数の支持要素の少なくとも１つを前記底板支持手段10および／または少なくとも他の１つの支持要素に係合させるロボット装置23,24,25,26とを備えた自動車車体の組立設備において、
前記支持要素12,13,14,15,16で支持手段網11を形成し、前記支持要素のそれぞれが、前記支持要素12,13,14,15,16が有する固定ユニット手段30により、少なくとも他の２つの支持要素および前記底板支持手段10、または、少なくとも他の３つの支持要素にクランプされ、
前記支持手段網11が、その構造および形状が前記自動車車体の構造および形状に倣うように、かつ、後の溶接作業用または後のさらなる車体コンポーネントの挿入用のロボット手段が、前記自動車車体に接近できるように、車体の側面を前記支持要素で覆わないように形成されていることを特徴とする自動車車体の組立設備。
【請求項８】
請求項７において、
前記固定ユニット手段30が、１つの支持要素12,14に取り付けられた凸部32および対応する支持要素13,15に取り付けられた凹部34と、前記凸部を前記凹部に挿入して、制御手段からの制御信号に応じて自動固定を行う液圧駆動手段、空気圧駆動手段、機械的駆動手段または電気的駆動手段35,36により固定を行う手段35とを有する自動車車体の組立設備。
【請求項９】
請求項８において、
前記固定ユニット30が自動工具ホルダーを有する自動車車体の組立設備。
【請求項１０】
請求項８または９において、
前記ロボット装置のアームが、前記支持要素の固定ユニット手段と加圧された液および／または加圧された空気の供給源との間を接続する貫通手段を有する自動車車体の組立設備。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
前記支持要素の少なくとも１つが、前記車体コンポーネントを把持して位置決めし、前記組立作業中に前記車体コンポーネントを保持する把持手段18を有する自動車車体の組立設備。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかにおいて、
前記支持要素の少なくとも１つが、支持する前記自動車車体の部分の形状に適合する形状を有し、前記自動車車体の表面を支えるのに適した位置決め機能および／または支持面を有する自動車車体の組立設備。
【請求項１３】
請求項７ないし１２のいずれかにおいて、
前記支持要素12,13,14,15,16が、アルミニウムのような軽金属もしくは軽合金、または、カーボンファイバーもしくはファイバーグラスのような複合材料もしくは強化複合材料からなる自動車車体の組立設備。
【請求項１４】
請求項７ないし１３のいずれかにおいて、
前記支持要素12,13,14,15,16が、少なくとも部分的に格子構造または強化軽量構造を形成するように構成されている自動車車体の組立設備。
【請求項１５】
請求項７ないし１４のいずれかにおいて、
個々の前記支持要素12,13,14,15,16のそれぞれが、３００Ｋｇよりも軽い重量を有する自動車車体の組立設備。
【請求項１６】
請求項７ないし１５のいずれかにおいて、
前記自動車車体の幅方向に延び、車体後側を支持する支持要素対12,13と、車体前側を支持する支持要素対14,15を形成する２つの前記支持要素が、車体の長手方向の中心線に対して、非対称的である自動車車体の組立設備。
【請求項１７】
請求項７ないし１６のいずれかにおいて、
少なくとも２つの予備組立ステーション100,102と、分離した溶接ステーション101とを備えた自動車車体の組立設備。
【請求項１８】
複数の分離した車体コンポーネント1,2,3,4,5,6から自動車車体を組み立てる支持装置であって、
前記自動車車体の底板1を受け取って支持する底板支持手段10と、
前記底板支持手段10に底板1をクランプする取り付け手段9と、
前記分離した車体コンポーネントを、前記底板とおよび／または互いに他の車体コンポーネントと予備組み立てして、前記自動車車体の外形を形成する予備組立手段と、
ロボット装置により移動でき互いにクランプされて支持手段網11を形成する複数の分離した支持要素から形成され、前記予備組み立てされた自動車車体を支持する支持手段であって、前記支持手段網11を形成する前記支持要素12,13,14,15,16のそれぞれが、前記支持要素が有する固定ユニット手段30により、少なくとも他の２つの支持要素および前記底板支持手段10、または、少なくとも他の３つの支持要素にクランプされる支持手段と、
前記支持手段網11により前記車体コンポーネントの少なくとも一部を移動できるように保持する把持手段18とを備え、
前記支持手段網11が、その構造および形状が前記自動車車体の構造および形状に倣うように、かつ、後の溶接作業用または後のさらなる車体コンポーネントの挿入用のロボット手段が、前記自動車車体に接近できるように、車体の側面を前記支持要素で覆わないように形成されていることを特徴とする自動車車体の組立装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記固定ユニット手段30が、１つの支持要素12,14に取り付けられた凸部32および対応する支持要素13,15に取り付けられた凹部34と、前記凸部を前記凹部に挿入して、制御信号に応じて自動固定を行う液圧駆動手段、空気圧駆動手段、機械的駆動手段または電気的駆動手段35,36により固定を行う手段35とを有する自動車車体の組立装置。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記固定ユニット30が自動工具ホルダーを有する自動車車体の組立装置。
【請求項２１】
請求項１８ないし２０のいずれかにおいて、
前記支持要素12,13,14,15,16が、アルミニウムのような軽金属もしくは軽合金、または、カーボンファイバーもしくはファイバーグラスのような複合材料または強化複合材料からなる自動車車体の組立装置。
【請求項２２】
請求項１８ないし２１のいずれかにおいて、
前記支持要素12,13,14,15,16が、少なくとも部分的に格子構造または強化軽量構造を形成するように構成されている自動車車体の組立装置。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、自動車車体の組立方法、詳しくは請求項１の説明文に基づく車体コンポーネントの組立のための方法に関するものである。さらに、本発明は、自動車車体の組立に用いられる設備および装置、詳しくは、請求項７の説明文による自動車車体の組立に用いられる設備および装置と、請求項１８の説明文による自動車車体の組立のための装置に関するものである。
発明の背景
自動車の製造、特に車体の製造時に従来のシステムは車体組立ラインを備え、その上で車体が組み立てられ、組立作業が進むにつれて送られる。組立ステーションが前記組立ライン上に設けられ、組立ラインの鍵となる要素の一つを形成する。前記組立ステーションは、車体要素、例えば底板、側板、前後のクロスメンバ、エンジンコンパートメント、屋根等を互いに相対的に正確に位置決めするために用いられる。車体コンポーネントは、組立ラインの前段階では概略的に予備組み立てしておくことができる。前記組立ステーションは、正確に位置決めされた部材の溶接により堅牢な車体を作るためにも使用される。
従来の組立ステーションシステムは、組立ステーションを含む重量のある固定的に取り付けられたフレーム（またはゲージ）構造および溶接中概略的に予備組み立てされた車体コンポーネントを保持するための適切な強固な保持手段を含む。
図１は、その中で重量のあるジグが用いられている一つの公知の組立設備の概略を示している。重量のあるフレーム構造は、わかりやすくするために図１からは除外されている。図１により開示されている公知のジグは、一つ当り１０００Ｋｇを越える重量を普通もつ。これにより組立作業中のジグのハンドリングには、重量のある高価な装置が必要となる。
米国特許４，６６７，８６６号（Tobitaほか）は、組立ラインに固定的に取り付けられた組立ステーションを開示している。この公知の組立ステーションは、前記と同様に重量のあるフレーム構造をもち、組立ステーションは主組立ステーションの中へおよびその中でおよびそれから外へ動くいくつかのジグを利用する。より詳しくは、これらのジグはそのそれぞれが主組立ステーションへの独立したコンベアにより、またその後は組立ステーションの中の“車体アセンブリ”の特殊な固定的に装着された位置決め装置により動かされる。システムは、重量のあるフレーム構造および著しく大きく重量のあるジグのための複数の各種のコンベアと固定的に取り付けられたハンドリング装置をもっていた。したがって車体の柔軟な製造のために設定された要求を満足するためのシステムの柔軟性は、充分とは考えられない。
例えば米国特許５，０１１，０６８号（Stoutenburgほか）および５，４２７，３００号（Quagline）により開示された別のアプローチによれば、ほぼ堅牢で重量がありピボット運動の可能なアームまたはクランプ（留め具）が，フレームの頂部に，通常それらがほぼ水平軸のまわりに上下にピボット運動できるように取り付けられている。前記アームが概略的にアセンブルされた車体に接触するために下方にピボット運動すると、それらは車体コンポーネント（またはメンバ）を確実にクランプしてその後の溶接に備える。
前記公知のシステムは、各種の短所をもつ。大抵の場合にジグ、またはクランプアームは、一つの車体モデルにしか適合せぬために同じラインで他のモデルが作られる場合には変えねばならない。ジグの大きな重量は、それらの動作および／または変更を複雑、困難にし、その設備は高価につく。これらは、すべて異なった車種を同じ組立ステーションにおいて生産することの可能性を限定する。例えばクランプアームを用いるいわゆるレボルバーステーションは、通常４種に限定される。この事は、製造システムができる限り各種の車種に関して高い柔軟性が許されるべきいわゆる柔軟製造の近代的なアイディアに逆行するものである。さらに一つの組立ステーションにおいて何種かのモデルの組立をある公知の組立ステーションが可能にすると言っても、車種の数は一つの車体タイプの底板の上に形成することのできるモデルに限定される。
さらに前記従来の組立ステーションは、高価であり、その製作時間（すなわち複雑で重量のあるフレーム構造および各種の特殊コンベアの製作）は著しく長くなる。一つの車種の寿命期間は短くなり、また車種の数は増大するために，作るべき車種の数は増大し、個々の車種の車の数は大幅に低下した。したがって一種、または数種の車種のためにのみ適合した従来の組立ステーションの組立時間とコストはあまりにも長く、高くなる。
さらに重く、スペースを必要とするジグ、またはクランプアームが全車体をほぼ覆うために、例えば溶接のために車体に接近できる度合いは乏しくなる。
堅牢で，ある車種（複）にのみ特別に製作された組立ステーションは、特殊で独自の部材を使用する。機械が破損した場合、通常特殊な熟練および／または独特の取替え部品を必要とする。これは重大な短所である、なぜならば組立ステーションにわずかな欠陥が生じても、車の製造のための鍵となる部材の一つが長期にわたって作動しなくなる状況をもたらすことがあるからである。この事は、この車種、またはいくつかの車種の製造に対して重大な影響をもたらす。車のメーカー全体がこの事から痛手を蒙ることもある、なぜならばこの一つの事故により、例えば在庫管理や会社のイメージさえ損害を招くことになるからである。
従来のシステムの前記およびその他の短所を克服するための各種の試みが従来から行なわれた。そのうちのＷＯ９５／３２８８６は、５つ、または６つのホールディングフレームを利用する設備を開示し、この場合には、車体は前記ホールディングフレームによりその全周を立方体状に囲まれ支持される。少なくとも車体コンポーネントのあるものは、組立の前にホールディングフレームに取り付けられて組立ステーションに装入され、車体に前記ホールディングフレームの一つにより接触する。ここでホールディングフレームは、マニピュレータにより動かされる。ホールディングフレームは、そのコーナーの中の位置決め装置により互いに強固に結合されることにより、それらは互いに正確に９０°の角度で位置決めされる。前述のようにこのホールディイングフレームアセンブリは、四辺および上部から立方体的に車体を取囲む。
しかしこのような設備は、従来のマニピュレータ、特に工業用ロボットによりハンドリングされるにはあまりにも重く、したがって３００Ｋｇ、通常は２００Ｋｇよりも軽いハンドリングを取扱うことができるに過ぎない。必要な装置のコストを考慮に入れると、大負荷容量への要求の高まりは必要なマニピュレータまたは工業用ロボットの急速なコストの上昇を招き、この事が実現を阻んでいる。したがって各組立ステーションごとにマニピュレータまたは工業用ロボットのいくつかが要求される時に必要となるコストの上昇は、ＷＯ９５／３２８８６による設備の経済上の有利さを低下させ、実施を不能にすることさえ考えられる。
重量のある構造に加え、ＷＯ９５／３２８８６のホールディングフレームは、車体を取囲むことにより車体への接近を阻害し、したがって溶接をより困難にする。この支持フレームの全体構造は、ホールディングブレームのビームが車体から充分な間隔を隔てているためにビームと車体の間に用いられる支持要素の長さが異なる結果を招く。この事は、重量、サイズおよび複雑さをさらに増大することになる。単一のホールディングフレーム部材のサイズと重量は、全体の形状とその重量的な構造のために本質的に重くなるために、何種かの車種に必要なホールディングフレーム部材の数は大きな保管スペースを要求する。さらに、車体コンポーネントは別個のステーションにおいてホールディングフレーム部材に予備組み立てされねばならず、これは組立プロセスの工程を増やすことになる。開示された固定機構は、その各コーナーにおいてフレーム部材と複雑な位置決め装置との間のジョイントが正確に９０°であることを要求する。
前記理由で公知のシステムの短所なしに車体の柔軟な製造を可能にする改善された組立の方法、設備および装置に対する要求が生まれる。
発明の概要
したがって本発明の目的は、公知の設備の短所を解消し、柔軟な車体組立を可能にするための改善された解決方法を提供することにある。
必要な支持手段を標準的な工業用ロボットにより動かすことのできる方法と設備を提供することが本発明の目的である。
いくつかの個別の支持要素により組み立てられる網状の支持構造を使用することを可能にし、しかも前記網状の構造は車体への接近性を改善する方法、設備および装置を提供することが、本発明の目的である。
各種の車体モデルの間の組立ステーションの組立時間を最小にすることのできる方法、設備および装置を提供することが、本発明の目的である。
設備に故障の生じた場合の修理時間の長くなることを本発明により避けることを可能にする方法と設備を提供することが、本発明の目的である。
いくつかの支持要素を互いに固定し、車体を支持するためのクランピングネット（留め手段網）構造を形成するための改善された解決方法を提案する方法、設備および装置を提供することが、本発明の目的である。
フロアスペースを節約し、車体組立ラインの全長を短縮することを可能にする方法と設備を提供することが、本発明の目的である。
本発明の他の目的および長所は、添付の図面とともに下記の明細書の中から知ることができる。
本発明は、あらかじめ組み立てられた車体のまわりに発明による方法で互いに強固に固定された多数の特別の形状とサイズをもつ支持要素からなる新しいタイプの軽量の支持要素を設け、この中での車体コンポーネントと支持要素のハンドリングにはロボットまたは類似の手段（ロボット手段）が用いられることにより、車体組立のための改善された柔軟で自動的な解決方法が提供されるアイディアに主として基づくものである。
さらに詳しくは、本発明は付随の請求項に開示されるものを特徴としている。本発明の方法は、正確には請求項１により、発明の設備は請求項７により、また同じく装置は請求項１８によりそれぞれ限定されている。
本発明の好ましい実施形態によれば、複数の別個の車体コンポーネントから車体を組み立てるための方法は、車体の底板を底板支持手段に取り付け、別個の車体コンポーネントの少なくとも一部をロボットまたは類似の装置（ロボット装置）により底板に取り付け、前記車体コンポーネントを底板に相対的におよび／または相互に対してあらかじめ組み立てることにより車体の外部形状を形成し、複数の別個の支持要素を用いて前記あらかじめ組み立てられた車体を支持するために支持手段を形成することにより、前記支持要素の少なくとも一部が前記底板支持手段および／または別の支持要素にロボットまたは類似の装置により取り付けられる。支持要素は、互いにクランプされる（留められる）ことにより支持手段網を形成し、この際支持手段網の形成は支持要素のそれぞれが少なくとも２つの他の支持要素および前記底板支持手段に、もしくは少なくとも３つの支持要素に対し前記支持要素に設けられた固定ユニット手段によりクランプされる方法で実施される。
さらに本発明は、複数の別個の車体コンポーネントからの車体組立のための、車体の底板を受取り支持するための底板支持手段；底板支持手段上に底板をクランプするための取り付け手段；別個の車体コンポーネントの少なくとも一つを底板に取り付けるためのロボットまたは類似の装置；底板に相対的におよび／または互いに相対的に前記車体コンポーネントをあらかじめ組み立てることにより車の外形を形成するための手段；あらかじめ組み立てられた車体を支持するための複数の別個の支持要素により形成される支持手段；および前記複数の支持要素の少なくとも一つおよび／または少なくとも一つの別の支持要素に取り付けるための機構をもつロボットまたは類似の装置からなる組立ステーション設備を提供する。本発明によれば、支持手段は支持手段網を構成することにより、前記支持手段網を形成する支持要素のそれぞれが少なくとも２つの他の支持要素および前記底板支持手段に、もしくは少なくとも３つの他の支持要素に、支持要素に設けられた固定ユニット手段によりクランプされるような機構をもつ。
複数の別個の車体コンポーネントからの車体組立のための支持装置は、下記の要素の組合せからなっている：車体の底板を受取り、支持するための底板支持手段；底板を底板支持手段にクランプするための取り付け手段；前記別個の車体コンポーネントを底板に相対的におよび／または互いに対して相対的にあらかじめ組み立てることにより車体の外形を形成するための取り付け手段；ロボットまたは類似の装置により動かすことのできるように設けられ、またあらかじめ組み立てられた車体を支持するための支持手段網を形成するために互いに対してクランプされることにより、前記支持手段網を形成する支持要素のそれぞれが少なくとも２つの他の支持要素および前記底板支持要素に、もしくは少なくとも３つの他の支持要素に、支持要素に設けられた固定ユニット手段によりクランプされる複数の別個の支持要素により形成される支持手段；および車体コンポーネントの少なくとも一部を支持手段網により取外すことのできるように保持するための把握手段。前記支持手段網は、好ましくはその構造と形状が車体の形状と構造にほぼ一致すると同時にその後の組立作業のための車体への接近の可能性を良好に保つように配置される。
本明細書に用いられる“ｐｒｅａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ”（予備組立て）、または同等の語は、それにより車体がほぼ予備組み立てされることのできる準備作業、すなわち隣合う車体メンバが互いに相対的に多少とも仮の状態の結合手段、例えばクリンチング、溶接、接着、リベッティング、または他の適切な手段により保持される作業を指すものと考える。
本発明の解決方法が車体の組立のための信頼し得る、自動的で柔軟な方法を提供するためにいくつかの長所が得られる。
原則的に本発明による柔軟な解決方法は、量産数が１台に設定されることができるほどに任意の順序で車体を作ることを可能にする。底板に関しても制約は存在せず、したがって異なった底板すらもその後の運転サイクルに用いることができる。さらに設備が著しく低コストの標準工業ロボットのような標準的な装置を利用するから、そのメンテナンスおよび修理、ならびに例えばロボットの数とレイアウトのすべての変更が容易に迅速に行なうことができる。したがって本発明は、正当なコストで高いレベルの自動化を可能にする。
組立構造を形成する単一組立要素のサイズと重量は大幅に軽減されるために、普通の工業用ロボットでもそれらをハンドリングすることができる。別個の組立要素からの組立網構造の組立は容易で迅速に行なうことができる。にもかかわらず本発明の組立構造は、車体コンポーネント、またはメンバに対して堅牢な支持を提供すると同時に、例えば溶接ロボットに対して高い接近性を可能にし、またその構造は簡素化され、その保管用のスペースも小さくて済む。さらに単一の組立要素の製造コストは安く、取扱いと保管が容易であるために公知の設備に比較して、より合理的な条件で広汎な車体モデルのための各種の組立要素を特別に製作することを可能にする。
下記においては、本発明および本発明の別の目的および長所が添付の図面を参照して実施形態の形で記載され、図において類似の要部には類似の記号が用いられる。
【図面の簡単な説明】
図１は、１つの公知の組立ステーションの概略図である。
図２は、本発明による網状の支持構造の好ましい実施形態の概略斜視図である。
図３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅおよび３ｆは、本発明の一実施形態による作動原理を示す概略斜視図であり、本発明による１動作サイクルの主たるステップを示す。
図４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅおよび４ｆは、本発明の他の実施形態による作動原理を示す概略斜視図である。
図５は、支持網要素を相互間で固定するための適切な手段の概略部分断面図を示す。
図６は、一つの組立ステーション機構の概略全体図である。
図７は、一つの代案としての支持要素構造を示す。
発明の詳細な説明
先ず、用語“サポーティング手段ネット（支持手段網）”、“クランピングネット（留め手段網）”、または“フレーミングネット（組立て手段網）”は、図２の符号１１で示す組み立てられた形態の組立て構造体（フレーミング構造体）を指す。また、用語“サポート要素（支持要素）”、または“フレーミング要素（組立て要素）”は、一緒にクランプされた（留められた）時にフレーミングネット、またはクランピングネット（留め手段網）を形成する図２の部品１２、１３、１４、１５および１６のような部品、またはコンポーネントを指す。
図２の概略斜視図は、車体の遊びを残すように緩く取付けられた車体コンポーネントのまわりに配置された一つの好ましいサポーティング手段ネット１１を開示する。車体の底板１は、底板支持手段であるベッド手段１０の上に適切な取付け手段９、例えばクランプ（留め具）、ブラケット、クリップ等で配置され取付けられる。サイドパネル２，３およびこれとは別部材とされることが多いフロントエンドクロスメンバ４のような他の車体要素は、締結（clinch）または接着により前記の底板１に緩く予備組み立てされることによって、車体の基本的な外形が形成される。この予備組立動作は、図３ｂに関連してさらに詳述される。
図２のサポーティング手段ネット１１は、５つの分離したサポート要素を含む。サポート要素のそれぞれは、サポーティング手段ネット１１の軽いが堅牢なサブ要素を形成するようにデザインされている。図２の実施形態では、車体の右前側のサポート要素１４のような個々のサブ要素は、閉じた、角型ビーム部分を適切な位置で互いに溶接することにより形成される。このサブ要素構造は、高い堅牢性と安定性を保障すると同時に、多くの異なった車体モデルと外形に対して、製作が容易で経済的な軽量のデザインを提供する。個々のサポート要素に対する別のデザインは、図７に関連してさらに説明される。
いくつかの分離したサポート要素の内で要素１４および１５は、車体の前端の両側、すなわち右側と左側に、他の要素１５が片側に、それぞれ配置され、それを車体および屋根のセンターラインに向かって延ばし、また一方の要素１４は前記のセンターラインの反対側に同じく配置される。同様に、２つの他のサポート要素１２および１３が車体の後端に配置される。第５サポート要素、または車体頂部のサポート要素１６（屋根要素）は、車体後側の要素と車体前側の要素を連結して、溶接作業中に車体をサポート、すなわちフレーミングする強固なサポーティング手段ネット１１、すなわちクランピングネット（留め手段網）を構成する。サポート要素１２、１３、１４および１５は、ベッド手段１０および２つの他のサポート要素に（例えば要素１２はベッド手段１０および要素１３および１６に、要素１４はベッド手段１０および要素１５および１６に、等々）クランプされて係合される。車体頂部のサポート要素１６は、他の４つのサポート要素１２〜１５のそれぞれに、それらの間の取付け点でクランプされる。このようにして、ネット構造、または格子構造ができあがり、これが分離した要素から強固にクランプされた構造を形成する。図２から容易にわかるように、クランピングネット１１の各種の部分要素の間のジョイントは高い堅牢性と安定性が得られるようなものである。
サポート要素のグリッピング手段（把持手段）、またはいわゆる“フィンガーユニット”１８もまた示されている。これらは車体コンポーネントにグリップするようにデザインされ、フレーミング動作中に車体コンポーネントを位置決めし保持するために用いられる。グリッピング手段１８の必要数および適切な配置は、各種の車体モデルに対して自由にデザインすることができる。グリッピング手段１８は、適切なグリッピングフィンガーをもつ、例えば空圧、または油圧のような液圧のアクチュエータを用いることができる。
一つの代案（図示されず）によれば、サポート要素は車体コンポーネントが後続の作業のために配置され、これにより強固に保持されるように、適切な位置で車体に取付けられるのに適した支持面を備えている。サポート要素は、また車体の全体の形状に正確に合致し、したがってその全支持面に均等に分布したサポートを提供するような形状を備えることもできる。車体コンポーネントの配置および保持のために前記の代案の各種の組合せもまた可能である。
図２からわかるように車体の側面は完全に開放されている。これは本発明により可能となる、なぜならば軽量のフレーミング要素１２〜１６は、それらが車体の頂面上で車体の輪郭にほぼ合致するのに対し、フレーミング要素の固定（ロッキング）点の位置は、フレーミングネット１１のコーナーのような特定の位置に結合していないからである。これにより、ある車体モデルのためのクランピングネット１１のデザイナーにとって、各単一のフレーミング要素の形状、サイズ、クランプ点等のような各種のパラメータと、できる限り軽量でコンパクト、単純で経済的とすることのできる方法でサポーティング手段ネット１１を形成するのに必要な要素の数とを最適化することが可能にする。
必要と考えられる時には、非対称的なフレーミング要素を使用することもできる。クランピングネット１１のデザイナーは、例えば車体の形状、その全体構造、または必要な組立および／または溶接作業のために必要となることのある任意の形状、および対称的または非対称的な構造および形状を、自由に使用することができる。例えば“ルーフインジェクション”と呼ばれる組立の工程は、非対称的で、他の側がより開放されたネット、または部分的に取外すことができるか、“開放される”ことのできるネット構造を要求することがある（例えば図４ｅを参照のこと）。
図５を参照して詳述される本発明のロッキング（クランピング）設備は、できる限り軽量で開放的なフレーミング構造を得るためにさらに役立ち、かつ、溶接のような後続のフレーミング動作（組立て動作）に堅牢で強固なサポートを与える方法で、各種の要素相互の、およびベッド手段もしくはキャリッジ１０への、確実で、強固で正確な固定を可能にする。
一つの好ましい実施形態の動作を、記載の設備の動作のためにコンピュータを用いて行なわれたシミュレーションの図である図３ａ〜３ｆを参照して詳しく説明する。なお、ここでは、簡単のために、すべての図は必ずしもすべての用いられたコンポーネントまたは装置を示すことはなく、その特定のステップにとって不可欠なもののみを示している。
図３は、動作サイクルが予備組立のステップを開始した段階を示す。車体底板１は、ベッド手段１０の上で組み立てられ、工業用ロボット２１は底板に相対的に、車体コンポーネントである右側パネル２を係合させて組み立てている。ロボット２４および２５は、既にそれぞれフレーミング要素１２および１３をグリップ（把持）し、それらを保持することにより、フレーミング要素１２，１３を次のステップで組立てるための準備が整っている。ロボット２３および２６は、車体前側のフレーミング要素１４および１５をそれぞれ保持している。
底板１をベッド手段１０に取付ける方法は、当業者には公知であり、したがってここでは詳述しない。取付けは分離したステーション、またはフレーミングステーションにおいて行なうことができる。
一つの代案としての機構においては、ベッド手段１０はキャリッジにより形成され、その上に底板１が以前の段階で予備組み立てされ、その後にキャリッジが前記の底板１をもつフレーミングステーションに持ち込まれる。キャリッジ１０は、任意の適切なタイプ、例えば自動的にガイドされる車輛、シャトルコンベア、アセンブリライン上のキャリッジ、または類似の公知の器具等を用いることができる。キャリッジ１０は、また車体モデルに関する情報を、例えばコードキャリヤ、バーコード等の適切なものにより含むことができる。一つの代案によれば、底板１は、ロボットによって固定ベッド手段１０上に置かれ、次にベッド手段に、サイクルの初めにおいてクランピング手段により固定される。
図３ｂにおいては、予備組立はさらに進み、左側サイドパネルおよびリアおよびフロントエンドクロスメンバ４および５、または類似のメンバ並びに屋根クロスメンバ７さえも、それぞれの位置において、例えばこの目的に特に採用されたロボット２１および２７により組み立てられる。仮組立手段において、コンポーネントの“緩い（遊びを残した）”、つまり仮取付けのための各種の適切な技術を予備組立に用いることにより、車体コンポーネントが互いの相手から、またベッド手段に取付けられた底板１から外れることを防止することができる。各種の“トイジョイント（Toy joints）”、曲折可能なクリップ、クランプまたはリベット、および接着およびタグ溶接は、当業者には公知であり、これらが適切な予備組立手段の例としてここで挙げられる。車体コンポーネントの前記の予備組立およびハンドリングは、適切なクリッピングおよび予備組立のためのツールを備えたロボットにより行なわれる。予備組立の結果は、軽く取付けられた（仮組立された）、つまり遊びを残して組み立てられた車体である。しかしこの例では、屋根プレート６はこの段階で設置されず、後に最終位置に持ち込まれる。
図３ｂは、ロボット２４および２５によりその最終位置に持ち込まれようとする車体後側のフレーミング要素１２および１３も示す。車体前側のフレーミング要素１４および１５並びに車体頂部のフレーミング要素１６は、ロボット２３、２６および２７によりクランピングネットの中のそれぞれの最終位置に向かっているところが示されている。
図３ｃにおいて、車体前側のフレーミング要素１４、１５および車体後側のフレーミング要素１２、１３が車体頂部のフレーミング要素１６により互いにクランプされるように、ロボット２７が車体頂部のフレーミング要素１６を車体後側のフレーミング要素１２、１３および車体前側のフレーミング要素１４，１５に係合させるため位置にセットした後、フレーミングネット１１が閉じられる。クランピングネット１１は、これででき上がり、車体は、フレーミングされる、すなわち図３ｄおよび３ｅに示されたように、後続の組立のための充分な剛性を維持する方法で支持される。
図３ｄは、第１溶接段階を示し、ロボットは車体を公知の方法で溶接する。この段階で、車体コンポーネントであるサイドパネル２および３、クロスメンバおよび底板１は、適切な方法で互いにタグ溶接される。図３ｅでは、ロボットは車体のあらかじめ定められた点を引続きタグ溶接している。さらに組立ロボットは、屋根プレート６を車体に相対的な最終位置に持ち込みつつあり、その後、車体の残りの部分に適切な方法で溶接されることになる。
図３ｅに開示されたように、車体コンポーネントは、この時互いに充分な剛性を以ってタグ溶接されるので、屋根プレート６が例えばロボットの一つにより容易に組み立てられるように、クランピングネットを開放、すなわちフレーミング要素１６を一時的に取外す。屋根を収める段階は、車体の屋根部分に追加クロスメンバを先ず持ち込み、その後初めて実際の屋根プレート６を持ち込むための予備段階を含むことができる。
一つの代案によれば、溶接ロボットは、フレーミングおよび車体予備組立作業を行なうロボットと異なる、これは溶接ロボットに対する要求と組立ロボットに対する要求が異なり、それらは異なったツーリングとプログラミングを必要とすることによるものである。分離したロボットを用いることにより得られる別の利点は、総合的なサイクル時間がこれにより極めて短くなることにある。
しかし場合によっては、適切なツール変更装置を利用し、同じロボットを使用することも勿論可能であり、あるいは組立ロボットの少なくとも一部を必要な動作のすべてに使用することも可能である。この方法によれば必要なロボットの数を減らすことが可能であり、総数は５台程度となる。これは、比較的小さいロットの製造時でオペレーションサイクルがいくらか延びることが許される時に有利に利用することのできる比較的コスト効果比の高い装備である。
図３ｆは、サイクルの終りを示す。完全に溶接された車体は、ベッド手段１０上に載ったままでフレーミングステーションを離れ、次の底板１は次のベッド手段、すなわちキャリッジ１０上にあり、フレーミングステーションに入ろうとしている。サイドパネル２および３は、対応するロボットにより既に保持され、したがって予備組立の準備が完了している。これらの車体の間で車種の変更がない場合には、ロボットとツールのすべての設定およびフレーミング要素１２〜１６は同じままである。しかし若し次の車体の車種が異なる時には、プログラム、グリッピングツール、フレーミング要素等のセッティングは、自動的に選ばれ、次の車体のフレーミング動作の開始前に変更される。異なったフレーミング要素および車体コンポーネントに対し適切な貯蔵および／または供給施設をもつフレーミングステーションの一つの適切な設備が図６に示されている。
図４ａ〜ｆは、本発明の他の実施形態による別のシミュレーションの図である。図３ａ〜ｆの設備との動作における主たる差異は、図４ａの全体図から直ちに知ることができる。この設備は、分離した溶接および予備組立のステーションを含む。さらにこの例の設備では、２つの分離した予備組立ステーション１００および１０２が使用され、この両者は単独の溶接ステーション１０１に送り出す構造をもつ。さらに屋根インジェクタ４０は、溶接ステーション１０１の一部として示されている。
車体コンポーネントの仮組立のステップ（図４ｂ）およびクランピングネットの閉鎖（図４ｃ）は、図３ａ〜ｆの設備とほぼ同じである。組立ステーション１００の中で行なわれる図４ｃに示されたステップの次に、キャリッジ１０は別の溶接ステーション１０１に移され、この中で最初の溶接段階（図４ｄ）および屋根プレートの送りこみとタグ溶接作業（図４ｅ）が行なわれる。屋根プレート６は、いわゆる屋根インジェクション装置４０により送り込まれ、この装置４０は屋根プレート６を水平に最終位置に挿入する。図４ｆは、溶接サイクルの終りを示し、このサイクルから、溶接された車体は、キャリッジ１０に乗って予備組立ステーション１００、または１０２に戻され、フレーミングネット１１が分解されて除去される。
前記のシステムの長所は、システムの運転時間が、溶接ステーション１０１およびそのロボットが作動して、溶接を全シフトにわたって有効に行なうので、さらに短縮されることにある。言い換えれば、特殊溶接ロボットの平均待時間は最短となる。組立、クランピングネット１１の取付けおよびクランピングネット１１の取外しの動作が一般に若干長い時間を必要とし、クランピングネット１１は、溶接動作の前に組み立てられ、その後に取外さねばならないから、この種の設備はある条件下では、シミュレーションによれば、システム全体をより効率よく動作させて、主装置およびコンポーネントの停止時間を最小にする。
図５は、本発明の１４および１５で示すようなフレーミング要素の間のクランピングネットに対する好ましいロッキング（固定）装置３０の概略図を示す。開示されたロッキングユニット３０は、それ自体公知のロッキングシステムを用いるが、これは従来から機械工具に関連して、詳しくは自動車工具ホルダーとして用いられているものである。
適切な自動工具ホールダシステムの例としては、下記を挙げることができる：クルップビディア社（KRUPP WIDIA GmbH）製のWidaflex UTS（商品名）およびサンドウィク社（SANDVIK AB）製のCoromant Capto（商品名）がある。この両者は、自動クランピングユニットであり、その中で前者は機械的な回転動作、または液圧により作動し、この力により、テーパーアーム（雄部分）によって支持されたツールが強固に正確に、かつ取外しの可能な形で相手のテーパー付ホールダ（雌部分）の中にロックされる。後者の場合には、ロッキング力は強力なスプリング手段により行なわれ、このスプリング手段は液圧により操作される。これに対応する自動および液圧ツールロッキングシステムは、この中に参照の形で引用されている米国特許４，８６４，７１４（Von Haasほか）により開示されている。これらのロッキングシステムに対するロッキングおよび解除時間は１秒以下である（これらのロッキングシステムの技術的な詳細は、例えば前記のメーカーのパンフレットを参照のこと）。
これらのシステムが一般に耐えることのできる外力の例およびそれらが保障する精度と作動時間の例として、ＤＩＮ規格６９  ８９３その１を挙げることができるが、前記の規格はいわゆる機械工具のためのＨＳＫ中空テーパー付シャンクの一般特性を記載している。
図５の装置は、液圧により作動する自動ロッキング（固定）システムを利用するロッキングユニットを含む。フレーミング要素のアバットメントジョイント３０が開示されており、このロッキング機構３０の雄部分（凸部）である円錐３２は、サポート要素１４のビーム端に配置され、またクランピング手段３５を含む相手の雌部分（凹部）３４は、要素１５のビームの長手方向端部の中に配置されることにより、雄部分３２が雌部分３４の中に入り、クランピング動作が完了すると、ロッキング（固定）ユニット３０は、それぞれのサポート要素１４と１５との間に強固で、確実かつ正確な連結を作り出す。この実施形態では、クランピング手段３５は雄円錐３２をロックするためのプレートリングのセットをもつ。液圧（または空圧）シリンダ３６は、プレートスプリングセット３５を作動させて、プレートスプリングセット、したがって雄円錐３２を前記のシリンダ３６により解除させる。
類似の装置は、同様にネット構造の他のジョイントにも用いることができ、その場合、ジョイントの形状がアバットメントジョイントからＴジョイント、またはＬジョイントに変化し、または２つの組合せ要素の間の角度が２５°、３０°または４５°のような異なった角度が用いられることもある。言い換えれば、ジョイントは、任意の形とすることができる（例えば図２の屋根要素とサポート要素１４との間、またはベッド手段１０とサポート要素１４との間のジョイントを参照）。
機械的な装置を用いる時には、回転クランプ運動はロボットの一つにより、または例えばフレーミング要素におけるロッキングユニットに関連して設けられた小型の簡単なサーボモータにより、行なうことができる。図５におけるように液圧クランピングユニットを用いる時には、加圧された作動油は適切な方法でロッキングユニット３０に導かれる。
一つの解決手段は、当業者に公知のロボットアームの中の適切な液圧の貫通手段（lead through）、またはカップリング手段を使用することである。これらは、フレーミング要素の内部液圧システムを、加圧された作動油の中央供給源に接続する。貫通手段は、好ましくはサポート要素の保持のために用いられるグリッピング手段に隣接するか、またはその中のロボットアームの端末に設けられる。ロボットアームに関連して設けられる液圧ラインまたはホースは、コントロールされた方法で貫通手段を液圧源に接続する。車体コンポーネントにサポート要素のグリッピングを設けるために空圧手段が用いられる時には、空圧を同じ貫通手段を通ってサポート要素に誘導することができる。さらに、電機コントロール信号等のメディアを通す線のような他の接続は、好ましくは一つの単独の貫通ユニットに組合わされる。
フレーミング要素は、代案として加圧された作動油の中央供給源に接続される油用導管を含む。作動油は、各種のフレーミング要素の各種のロッキングユニットに、例えばベッド手段に関連して設けられた液圧回路を通して供給することが可能であり、作動油はこの場合ロッキング手段に適切な液圧ラインとコネクタを通して導かれる。
ロッキング手段３０の動作は、フレーミング装置の総合的な動作をコントロールする中央コントロールユニット（図示されず）によりコントロールされる。コントロールユニットは、コンピュータ、またはマイクロコンピュータを含むことができる。コントロールシステムは、当業者に公知のいくつかのバルブ、センサ、スイッチ等コントロール装置をも含むことが可能であり、したがって詳述することは避ける。
前記のロッキング装置を用いて作られるサポーティング手段ネットの強度は、いわゆるＦＥＭ−分析（ＦＥＭ＝有限要素法）により分析された。驚くべきことに、サポーティング手段ネット１１の全体構造が公知のシステムよりも本質的により軽く、より開放的であるにもかかわらず、フレーミング装置に対して定められた機械的強度の規定を満足することが判明した。したがって、ここに記載の装置と方法は、大幅な改善をもたらす。なぜならば、本質的に軽く小型のフレーミング要素の使用が可能であり、この事は必要なハンドリング装置のサイズとコストに有効に働き、事実、本質的に廉価な標準ロボットをこれらの目的に使用することができるからである。
図６は、前述のいくつかのロボットを含む、本発明による一つのフレーミングセルの概略の全体平面図である。ロボットの一部は溶接作業用であり、一部は車体メンバの予備組立およびクランピングネットの組立と移動のためのものであり、一部は多目的の用途のためである。各種のフレーミング要素および／または車体コンポーネントに対する保管場所、またはマガジンおよび／または供給手段は、ステーションのまわりに配置されることにより、その中に貯えられる要素とコンポーネントに、次に説明するように、それぞれのロボットが到達することができる。
各種の車体前部のフレーミング要素１４および１５並びに車体後部のフレーミング要素１２および１３は、マガジン４４、４５および４２、４３にそれぞれ貯えられる。当業者ならばこのようなマガジンに対する適切な代案をもっており、このような代案には、単純な棚、各種の循環エレベータ装置、コンベア装置等の貯蔵設備が含まれる。したがってこれらを詳述することは避ける。適切なマガジンの特徴は、フレーミング要素がそれぞれのロボットによりピックアップされ、またマガジンに戻されることである。
前記に対応して、車体コンポーネントマガジン５０、５１および５２も開示される。その作動原理は、フレーミング要素マガジンのそれとほぼ同じである。しかしフレーミング要素１２から１６は、繰り返して検索され、マガジンに戻されるから、車体コンポーネントはマガジンから１回ピックアップされるのみであり、その後は車体に組み立てられる。この事は、これらの２つのマガジンのタイプにある差異をもたらす。例えば車体コンポーネントマガジンは、適切なコンベア手段（図示せず）により該当の緩衝保管所（buffer storage）に運ばれる車体コンポーネントのための緩衝保管所であるに過ぎない。この目的に対する適切な設備は、当業者に公知であり、したがって詳述は避ける。
開示されたマガジンにおいて、マガジン５０はフロントクロスメンバのためのものであり、マガジン５１はリアクロスメンバのためのものであり、マガジン５２は別のリアクロスメンバのためのものである。
この実施形態では、サイドパネル２および３は、公知の方法で、セルの上に設けられたコンベア４８および４９によりそれぞれのロボットに対して供給される。このようにしてサイドパネル２および３は、セルの上から供給される。
一つの代案によれば、サイドパネルは、キャリッジ１０によりセルに運ばれるか、または別の車体コンポーネントに類似の方法で、マガジンに保管される。キャリッジ１０上のセルの外側で、車体コンポーネント、またはその一部について、遊びを残した最初の予備組立を行なうことも可能である。これは手作業によっても行なうことができる。しかし現在、組立ラインは、すべての予備組立および溶接作業が、図６に開示されているように単一セルの中で行なわれる時には、大幅に短くなると信じられている。
図６の実施形態の車体頂部のフレーミング要素１６は、各種の車体モデルのための各種のサポーティングネットに用いることができるようにデザインされ、したがって図６は、特定のサポーティングネットのための場所を開示しない。要素１６は、各種の長さの車体が一つの車体頂部のサポート要素１６によりフレーミングされるように、例えばリアまたはフロントサポート要素の取付け点（すなわちロッキング手段のいくつかの該当部分）を含むこともある。しかし各車体モデルは、独自のトップコンポーネントをもつことがあるので、屋根、または車体頂部のサポート要素１６のための適切な保管、または供給装備もまた必要であると考えられる。このマガジンまたは供給システムは、セルの上に配置することも可能である。
さらに、他のサポート要素１２から１５も一つの要素がいくつかの車体モデルに適合するように設けることができる。例えば類似のフロント要素は、セダンステーションワゴンおよびスポーツルーフモデルに対して用いることができる。
図７は、別の実施形態を開示し、これによれば、開示されたサポート要素１４のようなサポート要素は、格子構造により設けられる。図４に例として示されている格子構造は、要素１４のビームのコーナーに延びるＬ型材と、複数のＬ型材の間に延びる対角メンバとにより形成される。格子構造により、個々のサポート要素の全重量を軽くすることが可能である一方で、この構造は堅牢で剛体的である。なお、格子構造は、一つまたは２つの中間ビームのような、ある要素のある部分に対してのみ設けることができ、またサポートネットのエレメントの一部のみに格子構造を設けることもできる。
ある実施形態によれば、サポートネット構造を形成するエレメントは、少なくとも部分的にアルミもしくは類似の軽金属、または合金で作られる。一つの代案によれば、材料はカーボンファイバー、ファイバーグラス、または適切な複合材料、好ましくは強化複合材料である。前記の材料は、勿論あらゆる種類のエレメント構造、例えば図２の閉鎖ビーム構造または図７の格子構造において利用できるし、Ｕビーム、Ｌビーム、Ｔビーム、他の適切なタイプのビームまたはポストが剛体的なフレーミングネットサブ要素を作るために用いられる構造においても利用される。
このように本発明は、車体のフレーミングの領域において、自動的な、フレキシブルで信頼し得る方法で大幅な改善を可能にする装置と方法を提供する。しかし本発明の前記の実施形態は、これに関する特定の形態に本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明は付随の請求項により限定された本発明の精神と範囲の中に含まれるすべての変更、類似物および代案をカバーするものと解釈されるべきである。例えば、添付の図面と共に前記の明細書を読んだ場合、当業者には、ベッド手段を用いる代わりに、垂直位置、または水平以外の別の位置にあるサポート手段を使用することは自明である。さらに当業者には、ロボットが、空間的、または３次元の動作を行なうことのできる適切な手段、例えば適切なマニピュレータ、または類似の自動ハンドリング装置で置き換え得ることは明白であり、したがってロボットなる用語は、あらゆるこのような手段をカバーすると解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
0004174078.tif 000014
【図４ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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