(57)【要約】      （修正有）【課題】ナット接合作業における生産性の向上を図る。【解決手段】ピアスナットの取り付け対象となる薄板材料をカシメるためのカシメ金型と、ピアスナット及び薄板材料を挟んでカシメ金型に対向配置される対向部材と、カシメ金型及び対向部材を保持するフレーム１３と、カシメ金型と対向部材の少なくともいずれか一方を他方側に押圧する駆動源となるサーボモータ１７と、サーボモータに対してカシメ金型と対向部材の押圧往復動作を設定ストロークで行う動作制御を行うコントローラを備えている。【選択図】図１
2009125840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピアスナットの取り付け対象となる薄板材料をカシメるためのカシメ金型と、
前記ピアスナット及び薄板材料を挟んでカシメ金型に対向配置される対向部材と、
前記カシメ金型及び対向部材を保持するフレームと、
前記カシメ金型と対向部材の少なくともいずれか一方を他方側に押圧する駆動源となるサーボモータと、
前記サーボモータに対して前記カシメ金型と対向部材の押圧往復動作を設定ストロークで行う動作制御を行うコントローラを備えることを特徴とするピアスナット打ち込み装置。
【請求項２】
請求項１に記載のピアスナット打ち込み装置と、
前記ピアスナット打ち込み装置を先端に搭載した、サーボモータを駆動源とするロボットとを備え、
前記コントローラは、ピアスナット打ち込み装置及びロボットの各サーボモータの動作制御を行うことを特徴とするピアスナット打ち込みロボットシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のピアスナット打ち込み装置と、
前記薄板材料を先端で保持する、サーボモータを駆動源とするロボットとを備え、
前記コントローラは、ピアスナット打ち込み装置及びロボットの各サーボモータの動作制御を行うことを特徴とするピアスナット打ち込みロボットシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、
前記ピアスナット打ち込み装置のサーボモータに流れる電流値とピアスナット打ち込み装置のフレームに生じるたわみ量との相対的な関係を記憶する記憶部と、
前記ピアスナット打ち込み装置のサーボモータに流れる電流値から前記たわみ量を求めると共に当該たわみ量に基づいて前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備えることを特徴とする請求項２又は３記載のピアスナット打ち込みロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピアスナット打ち込み装置及びピアスナット打ち込みロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の薄板材料にナットを接合する方法として、ピアスナット（SELF PIERCING AND CLINCHING NUT）が広く採用されている。かかるピアスナットとは、ナット下面側であってねじ穴の周囲に環状の突出部を形成すると共にさらにその外周に環状溝を設けたものである。
かかるピアスナットの接合には、ピアスナット打ち込み装置が使用される。従来のピアスナット打ち込み装置は、薄板材料を挟んでピアスナットの下側に配置されるカシメダイスと、ピアスナットの環状の突出部を薄板材料側に向けた状態で保持する保持体と、保持されたピアスナットを上方から薄板材料に向けて押圧するパンチと、パンチの押圧駆動源となる油圧機構とを備えるものが一般的である（例えば、特許文献１及び２参照）。
かかるピアスナット打ち込み装置によって、ピアスナットの環状の突出部を薄板材料側に向けた状態で保持すると共に、当該ピアスナットと薄板材料をカシメるカシメダイスとで薄板材料を挟むように配置し、パンチを下降させてピアスナットをカシメダイス側に押圧する。これにより、薄板材料のピアスナットの環状の突出部が圧接する部分が円形に打ち抜かれると共に、円形に打ち抜かれた薄板材料の縁部が環状溝内に入り込むようにカシメられる。これにより、ピアスナットの薄板材料への接合が行われる。
このように、ピアスナットの接合は、薄板材料とナット材料の溶接による接合が困難な組み合わせの場合にも有効な接合手段である。また、接合による材料の溶融がないことから、メッキや塗装などの表面処理を施した材料へのナット付けを行った場合にも、表面処理が剥がれることがなく、接合後に、再度の表面処理の必要がない。さらに、溶接による接合の場合のようなスパッタが発生しないため、生産工程が汚れないというメリットもある。
このため、近年、薄板材料へのナット接合として、ピアスナットは広く活用されるようになりつつある。
【特許文献１】特開平７−２２３１２９号公報
【特許文献２】特開平６−３２０３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、薄板材料に穴を打ち抜き（穿ち）、カシメるには、大きな力が必要であり、上記従来のピアスナット打ち込み装置は、その駆動源として、油圧シリンダが使用されている。油圧シリンダへは、油圧ポンプから供給される油の流れを、方向制御弁を用いて切り替え供給され、パンチを押し込み方向と開放方向とに動作させる。
油圧機構は、一般に、動作ストロークの途中での位置制御には不向きであり、押し込み位置（最前進位置）と開放位置（最後退位置）との二位置間の動作に制限される。そして、その間の動作ストローク長は油圧シリンダの長さによって決まってしまうため、動作ストロークが任意に設定できない。このため、従来のピアスナット打ち込み装置は、パンチの開放動作が、ワークの形状や厚さに依らず、最後退位置までストロークすることとなり、サイクルタイムが長くなり、生産性を高めることができないという問題があった。
【０００４】
さらに、薄板材料の複数箇所へピアスナット接合作業を行う場合には、ピアスナット打ち込み装置をロボットと同期させて作業を行うことが望ましいが、従来のピアスナット打ち込み装置は、油圧機構を駆動源とするため、サーボモータを駆動源とするロボットと動作を同期させてナット接合作業を行わせるには不適であるという問題があった。精密な同期が図れない場合、ピアスナット打ち込み装置とロボットとを併用すると、ピアスナット打ち込み装置のパンチの開放動作が終わらないとロボットによる次打点への移動動作ができず、また、次打点への移動動作が終わらないとパンチの前進動作を打ち込み動作ができないことから、サイクルタイムが長くなり、生産性を高めることができない。
また、連続的にナット接合を行う場合、油圧機構を駆動源とすると、動作時・非動作時にかかわらず、油圧ポンプを作動させ続けなければならないため、エネルギー効率を高めることができないという問題もあった。
【０００５】
また、前述したように、ピアスナットの打ち込みの際には大きな力が必要となるため、加圧の際にピアスナット打ち込み装置のフレームは、相当量のたわみを生じる。その結果、ピアスナット打ち込み装置を用いて、治具上に固定された被加工部材にピアスナットの打ち込みを行う場合、ピアスナット打ち込み装置のフレームたわみの分だけ、被加工部材は押し曲げられることとなり、このために応力を生じ、最悪の場合、歪み（変形）に至る場合があるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、ナット接合作業における生産性の向上を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、ピアスナットの取り付け対象となる薄板材料をカシメるためのカシメ金型と、前記ピアスナット及び薄板材料を挟んでカシメ金型に対向配置される対向部材と、前記カシメ金型及び対向部材を保持するフレームと、前記カシメ金型と対向部材の少なくともいずれか一方を他方側に押圧する駆動源となるサーボモータと、前記サーボモータに対して前記カシメ金型と対向部材の押圧往復動作を設定ストロークで行う動作制御を行うコントローラを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のピアスナット打ち込み装置と、前記ピアスナット打ち込み装置を先端に搭載した、サーボモータを駆動源とするロボットとを備え、前記コントローラは、ピアスナット打ち込み装置及びロボットの各サーボモータの動作制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載のピアスナット打ち込み装置と、前記薄板材料を先端で保持する、サーボモータを駆動源とするロボットとを備え、前記コントローラは、ピアスナット打ち込み装置及びロボットの各サーボモータの動作制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記コントローラは、前記ピアスナット打ち込み装置のサーボモータに流れる電流値とピアスナット打ち込み装置のフレームに生じるたわみ量との相対的な関係を記憶する記憶部と、前記ピアスナット打ち込み装置のサーボモータに流れる電流値から前記たわみ量を求めると共に当該たわみ量に基づいて前記ロボットの動作位置を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明は、カシメ金型と対向部材のいずれか一方を他方側に押圧する際の駆動源をサーボモータとしているため、油圧機構と異なり、押圧時の前進移動又は押圧から開放する際の後退移動のストロークを任意に制御することができる。このため、薄板材料の形状や厚さに応じて必要最小限にストロークの設定を行うことで、動作距離が短縮されてサイクルタイムが短縮化され、生産性の向上を図ることが可能となる。
また、コントローラによってサーボモータの動作速度を設定値となるように制御することにより、押圧動作を予定されたタイミング通りに行うことが可能となる。
また、サーボモータを使用することにより、押し込みと開放の動作時にのみ動作電流を流すようにすれば、非動作時の電力消費を抑制することができるので、省力化によるエネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、ピアスナット打ち込み装置とロボットとがいずれもサーボモータを駆動源とするので、これらを容易に精密に同期させることができる。このため、例えば、ロボットの目的位置への到達を待たずにピアスナット打ち込み装置の打ち込み動作を開始して目的位置でちょうどピアスナットの接合を行ったり、ピアスナットの開放が完了する前にロボットによる次の目的位置への移動を開始させたりすることも可能となり、ピアスナットの接合作業が連続的に行われる場合でも、そのサイクルタイムを短縮し、生産性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２と同様に、ピアスナット打ち込み装置とロボットとがいずれもサーボモータを駆動源とするので、容易且つ精密に同期させることができ、ピアスナットの接合作業が連続的に行われる場合に、サイクルタイムの短縮による生産性の飛躍的な向上を図ることが可能となる。
なお、かかる請求項３では、ロボットがピアスナット打ち込み装置を搭載していることを前提とせず、例えば、ロボットは薄板材料を保持し、固定設置されたピアスナット打ち込み装置に対して薄板材料のナット取り付け位置を位置決めしてピアスナットの接合を実行する。
【００１４】
請求項４記載の発明では、ピアスナット打ち込み装置のサーボモータに流れる電流値がトルク負荷に応じて変化するため、フレームに生じるたわみ量との相対的な関係を求めることができる。この場合、サーボモータの電流値とフレームたわみ量との関係は数式化して逐次演算により求めても良いし、サーボモータの電流値とフレームたわみ量との関係を実測などによりテーブル化しておいても良い。
そして、打ち込みの際のピアスナット打ち込み装置のサーボモータの電流値を検出し、これによりフレームのたわみ量を求め、それを打ち消すようにロボットの動作制御を行うことにより、打ち込み時のフレームたわみによる薄板材料への応力付加を回避し、不均一な加圧による接合不良や薄板材料の歪み変形等の発生をも抑止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（発明の実施形態の全体構成）
本発明の実施の形態を図１乃至図８に基づいて説明する。図１は、実施形態であるピアスナット打ち込みロボットシステム１００の概略構成図である。
上記ロボットシステム１００は、ピアスナット打ち込み装置１０と、当該ピアスナット打ち込み装置１０を先端ツールとして保持可能であると共にピアスナット打ち込み装置１０を任意の位置及び任意の向きに合わせるロボット５０と、当該ロボット５０及びピアスナット打ち込み装置１０に対して入力される教示点に基づいて再生動作を行わせるコントローラとしての制御装置８０とを備えている。
なお、ロボット５０は水平面上にボルトなどにより固定設置されていることを前提として説明を行うものとする。
【００１６】
（ロボット）
上述のロボット５０は、設置面に固定される土台となるベース５１と、ベース５１に対して垂直軸ｓ１回りの関節を介して旋回可能な旋回台５２と、水平軸ｓ２回りの関節を介して旋回台５２に基端部が軸支された第一アーム５３と、水平軸ｓ３回りの関節を介して第一アーム５３の先端部に基端部が軸支された第二アーム５５と、自らの長手方向に沿った回転軸ｓ４回りの関節を介して第二アーム５５の先端部に基端部が軸支された第三アーム５６と、自らの長手方向に直交する回転軸ｓ５回りの関節を介して第三アーム５６の先端部に基端部が軸支された第四アーム５７とを備え、当該第四アーム５７の先端部には第四アーム５７の長手方向に沿った回転軸ｓ６回りにピアスナット打ち込み装置１０が固定装着されている。
また、ロボット５０は、各軸ｓ１〜ｓ６回りの回転動作の駆動源となるサーボモータ５８及びエンコーダ５９（図４参照）と減速器（図示略）とを各軸ｓ１〜ｓ６の関節ごとに保有している。
そして、ロボット５０は、各軸ｓ１〜ｓ３の軸回転動作によりロボット先端に位置するピアスナット打ち込み装置１０の打ち込み位置を任意の位置に位置決めすることを可能とし、各軸ｓ４〜ｓ６の軸回転動作によりロボット先端に位置するピアスナット打ち込み装置１０の打ち込み位置を任意の方向に向けることを可能としている。即ち、本実施形態におけるロボット５０は垂直多関節構造のロボットに相当する。
【００１７】
（ピアスナット）
ピアスナット打ち込み装置１０の説明の前に当該ピアスナット打ち込み装置１０が薄板材料Ｐに接合を行うピアスナット２００について図２に基づいて説明することとする。ピアスナット２００は、図２（Ａ）に示すように、中心部を貫通してネジ穴２０１が形成されており、薄板材料Ｐへの接合面側（図２では下面側）にはネジ穴２０１を同心の環状の突出部２０２と、突出部２０２の外側に同心で環状溝２０３が形成されている。かかる環状溝２０３はその断面形状が溝底部に向かうに従って広がる形状となっている。環状の突出部２０２は、接合面よりも突出することで、図２（Ｂ）に示すように、ナット接合時に薄板材料Ｐ側に加圧されることにより当該薄板材料Ｐを円形に打ち抜くことを可能としている。また、図２（Ｃ）に示すように、後述するカシメダイス１２により薄板材料Ｐの打ち抜かれた穿孔の縁部が環状溝内に入り込むようにカシメられ、これにより、薄板材料Ｐに対するピアスナット２００の保持力が得られるようになっている。
【００１８】
（ピアスナット打ち込み装置）
図３は図１におけるＷ−Ｗ線に沿ったピアスナット打ち込み装置１０の断面図である。図１及び図３に基づいてピアスナット打ち込み装置１０の詳細を説明する。なお、このピアスナット打ち込み装置１０はナット打ち込み動作の駆動源として加圧用サーボモータ１７を備えており、かかる加圧用サーボモータ１７の回転軸線は前述した回転軸ｓ６の軸線方向に直交するようにピアスナット打ち込み装置１０がロボット５０に装着されている。
ここで、以下のピアスナット打ち込み装置１０の各構成の向き及び配置の説明については、ピアスナット打ち込み装置１０が備える加圧用サーボモータ１７の回転中心線に沿った方向を上下方向、回転軸ｓ６に沿った方向を前後方向、上下、前後方向の双方に直交する方向を左右方向としてピアスナット打ち込み装置１０の各構成を説明するものとする。
【００１９】
ピアスナット打ち込み装置１０は、ピアスナット２００が取り付けられる薄板材料Ｐをカシメるためのカシメ金型１１を備えるカシメダイス１２と、カシメダイス１２と後述するパンチ１６とを上下に支持するフレーム１３と、フレーム１３の上部に固定支持された外筒部１４と、外筒部１４に嵌挿されると共に当該外筒部１４に対して進退移動可能に支持された内筒部１５と、内筒部１５の下端部に設けられ、ピアスナット２００及び薄板材料Ｐを挟んでカシメダイス１２に対向配置される対向部材としてのパンチ１６と、内筒部１５に進退移動動作を付与するボールネジ機構３０と、ボールネジ機構３０の回転駆動源となる加圧用サーボモータ１７と、当該加圧用サーボモータ１７の軸角度を検出するエンコーダ２５と、加圧用サーボモータ１７の減速器２２と、サーボモータ１７の出力を減速器２２を介してボールネジ機構３０に伝達する主動歯車１８及び従動歯車１９と、加圧用サーボモータ１７と外筒部１４とを並列支持する連接板２０と、上部カバー２１と、パンチ１６の下側にピアスナット２００を一つずつ供給するナット供給機構４０とを備えている。
【００２０】
フレーム１３は、図１に示すように、側面視略コ字状に形成され、上下方向に延びる本体部１３ａと、二股状で前後方向に延出された上側及び下側の延出部１３ｂ，１３ｃとから構成されている。そして、一方の下側延出部１３ｃにはカシメダイス１２が保持され、他方の上側延出部１３ｂには外筒部１４、内筒部１５、パンチ１６及びサーボモータ１７等が保持されている。また、ピアスナット打ち込み装置１０は、フレーム１３の本体部１３ａにおける各延出部１３ｂ，１３ｃの延出方向とは逆側の端部においてロボット５０に保持されている。
【００２１】
カシメダイス１２は、下側延出部１３ｃの上面に配置され、その上部にカシメ金型１１が形成されている。かかるカシメ金型１１はピアスナット２００の環状溝２０３内に薄板材料Ｐをカシメることができるように環状に突出しており、カシメダイス１２にはカシメ金型１１の内側から下方に向けて穿孔が形成されている。フレーム１３の下側延設部１３ｃにはカシメダイス１２の穿孔に連なるように貫通穴が形成され、ピアスナット２００によるナット接合時の薄板材料Ｐから打ち抜かれた円形片（図２（Ｂ）参照）が下方に排出可能となっている。
また、カシメダイス１２と下側延出部１３の間には図示しない弾性体が介挿されている。ピアスナット２００の打ち込み時にはカシメダイス１２は上方から加圧力が付与されるのでフレーム１３に撓みを生じ、その結果、カシメ金型１１に傾きを生じてその当接領域の各部について加圧力に偏りを生じる場合がある。そのような場合でも、弾性体が変形することで傾斜を解消し、加圧力の偏りを軽減し、円周全体について均一にカシメることを可能としている。
【００２２】
サーボモータ１７は減速器２２と一体的に連結された状態で連接板２０に保持されており、減速器２２の出力軸は、連接板２０に設けられた貫通穴に遊挿されており、連接板２０の上方に突出している。そして、連接板２０の上側において、減速器２２の出力軸には主動歯車１８が装備され、主動歯車１８は隣接配置された従動歯車１９に噛合している。かかる従動歯車１９は後述するボールネジ軸３１に固定軸支されている。
【００２３】
外筒部１４は、その中心線が上下方向に沿った状態で、後部においてフレーム１３の上側延設部１３ｂに固定支持されている。また、外筒部１４の上端部には連接板２０が連結されている。
内筒部１５は、外筒部１４内に同心となるように挿入されており、外筒部１４と内筒部１５との間には当該内筒部１５の軸線方向の滑動を可能とする直動式のスライドガイド２３が介挿されている。また、外筒部１４と内筒部１５とはボールネジ機構３０を介して連結されている。
かかるボールネジ機構３０は、主にボールネジ軸３１とスライダ３２とから構成されている。ボールネジ軸３１は、前述したように連接板２０から上方に突出しており、その上端部には従動歯車１９が固定連結されている。また、その上端部近傍は外筒部１４内で軸受けにより回転可能に支持されている。さらに、ボールネジ軸３１の下半分の外周面はスライダ３２をガイドするネジ溝が形成されている。
スライダ３２は、筒状であってボールネジ軸３１が挿入されており、スライダ３２とボールネジ軸３１との間には複数のボールが介挿されている。また、スライダ３２は内筒部１５の上端部に固定連結されている。そして、内筒部１５の外周面には中心線方向に沿ってガイド溝１５ａが形成されており、外筒部１４から外部に向かって突出した回転止め２４が嵌合している。これにより、サーボモータ１７の回転が減速器２２、主動歯車１８、従動歯車１９を介してボールネジ軸３１に伝えられると、内筒部１５と共に回転が規制されたスライダ３２が上下方向に移動するようになっている。
また、パンチ１６は、内筒部１５の下部に固定装備されており、内筒部１５に伴って下降してピアスナット２００をカシメダイス１２側に加圧する。
【００２４】
ナット供給機構４０は、パンチ１６の下側においてピアスナット２００の保持を行うナット保持体４１と、図示しない送出装置から送られてくるピアスナット２００をナット保持体４１に導出するチューブ４２とを備えている。ナット保持体４１は、チューブ４２から送り出されるピアスナット２００をパンチ１６の下方において一つずつ保持する機能を有し、所定ストロークの範囲内でパンチ１６と共に昇降可能となるようにフレーム１３に支持されている。このナット保持体４１には、下方に延出されたナットガイド４３が設けられており、当該ナットガイド４３がカシメダイス１２上の薄板材料Ｐの上面に当接するまで下降することが可能となっている。さらに、内筒部１５とナット保持体４１と間にはコイルバネが介挿されており、内筒部１５及びパンチ１６の下降時にナット保持体４１はコイルバネを介して下方に押圧され、ナットガイド４３がカシメダイス１２上の薄板材料Ｐの上面に当接する位置まで内筒部１５及びパンチ１６と共に下降する。一方、ナットガイド４３によりナット保持体４１の下降が規制されても、パンチ１６及び内筒部１５はさらに下降し、これにより、ナット保持体４１に保持されたピアスナット２００がパンチ１６に押圧されて下方に押し出されて薄板材料Ｐに加圧接合されるようになっている。
【００２５】
（制御装置）
図４は制御装置８０のブロック図である。
この制御装置８０は、各種のプログラムとピアスナット２００の打ち込み位置を示す動作データを記憶するメモリ８２と、制御プログラムを実行するＣＰＵ８１と、ロボット５０及びピアスナット打ち込み装置１０の動作を入力する動作入力手段８９と、ピアスナット２００の打ち込み位置にカシメ金型１１を位置決めするためにＣＰＵ８１から順次出力されるロボット５０の各関節のサーボモータ５８の位置指令に対してエンコーダ５９の検出角度（位置）に基づいて位置フィードバック処理を行う位置制御部８３と、位置制御部８３から出力されるサーボモータ５８の速度指令に対してエンコーダ５９の検出角度（位置）を微分して求まる検出速度に基づいて速度フィードバック処理を行う速度・電流制御部８４と、速度・電流制御部８４により決定されるサーボモータ５８への駆動電流を検出する電流検出部８５と、ピアスナット２００の打ち込みを行うためにＣＰＵ８１から順次出力されるピアスナット打ち込み装置１０の加圧用サーボモータ１７の位置指令に対してエンコーダ２５の検出角度（位置）に基づいて位置フィードバック処理を行う位置制御部８６と、位置制御部８６から出力される加圧用サーボモータ１７の速度指令に対してエンコーダ２５の検出角度（位置）を微分して求まる検出速度に基づいて速度フィードバック処理を行う速度・電流制御部８７と、速度・電流制御部８７により決定される加圧用サーボモータ１７への駆動電流を検出する電流検出部８８とを備えている。
なお、ロボット５０は、各関節ごとにサーボモータ５８及びエンコーダ５９を備えるが、図４では一つのみを図示して他の図示を省略する。また、同様に、位置制御部８３、速度・電流制御部８４及び電流検出部８５は、サーボモータ５８ごとに個別に制御回路８０は備えているが、図４では一つのみを図示して、他の図示を省略する。
【００２６】
ＣＰＵ８１は、動作制御プログラムの実行により、ロボット５０の動作入力手段８９からロボット５０の実働を伴う動作軌跡の入力を受けると、これを再現するためのロボット５０の各関節のサーボモータ５８及びピアスナット打ち込み装置１０の加圧用サーボモータ１７の位置指令を生成してメモリ８２に記憶する共に、再現実行時には所定周期で各位置指令を順次出力して再現のための動作制御を行ういわゆるティーチングプレイバック機能を実行することができる。
そして、その際には、ピアスナット打ち込み装置１０の加圧用サーボモータ１７による昇降動作の上端位置（パンチ１６の待機位置）及び下端位置（パンチ１６の加圧位置）の設定を行うことができ、これにより、実質的に往復動作のストロークの設定が可能である。これにより、薄板材料Ｐの厚さに対して余剰なストロークによるサイクルタイムロスを回避するよう設定が可能である。
【００２７】
また、ティーチングの際には、ロボット５０により加圧位置到達時点に対する(1)ピアスナット打ち込み装置１０の加圧用サーボモータ１７の下降動作開始タイミング(2)下端位置到達タイミング(3)上昇動作開始タイミング(4)上端位置到達タイミングの設定を行うことができ、設定を受けると、ＣＰＵ８１は、(1)〜(4)のタイミングで加圧用サーボモータ１７を動作させるための速度パターンを生成し、さらに、位置指令を生成して、メモリ８２に記憶する。
これにより、ロボット５０の加圧位置到達前に予め加圧用サーボモータ１７の動作を開始させ、ロボット５０により加圧位置到達時点で加圧用サーボモータ１７も速やかに下端位置に到達させるよう設定することが可能となり、サイクルタイムの低減を図ることができる。
なお、予めメモリ８２内に、予め、加圧用サーボモータ１７に固定の速度パターンを用意しておき（往復動作ストロークを複数選択可能としてそれぞれのストロークごとの速度パターンを用意してもよい）、ロボット５０の動作のティーチングの際に加圧位置の設定が行われると、加圧用サーボモータ１７の速度パターンに従って当該加圧位置の到達に合わせて下端位置に到達するようＣＰＵ８１が自動的に位置指令を生成しても良い。
【００２８】
ピアスナット打ち込み装置１０に対する位置制御部８６は、ＣＰＵ８１から入力される位置指令とエンコーダ２５から入力される検出位置との偏差を求め、当該位置偏差に基づいて速度指令を出力する。
速度・電流制御部８７は、位置制御部８６から入力される速度指令とエンコーダ２５から入力される検出位置の変化から求まる検出速度との偏差を求め、当該速度偏差に基づいてトルク指令を生成する。さらに、速度・電流制御部８７は、トルク指令に基づく加圧用サーボモータ１７への必要電流値と電流検出部８８により検出される加圧用サーボモータ１７への通電電流との偏差を求め、当該速度偏差に基づいて加圧用サーボモータ１７への通電電流を加減調整する。
電流検出部８８は、前述のように、加圧用サーボモータ１７への通電電流値を検出するが、その検出電流値は速度・電流制御部８７だけではなく、ロボット５０の各サーボモータ５８の位置制御部８３にも出力している。
【００２９】
図５はロボット５０のサーボモータ５８の位置制御部８３の詳細を示すブロック図である。
ロボット５０の各サーボモータ５８の位置制御部８３は、ＣＰＵ８１から入力される位置指令とエンコーダ５９から入力される検出位置との偏差を求め、当該位置偏差に基づいて速度指令を出力するフィードバック処理部８３ａと、フィードバック処理部８３ａの処理の前段階でＣＰＵ８１から入力される位置指令に対して加圧用サーボモータ１７の検出通電電流値に基づいて補正を行う補正部８３ｂとを備えている。
【００３０】
ピアスナット２００の打ち込み作業時には、図６に示すように、例えば治具等に固定された薄板材料Ｐのナット取り付け位置にピアスナット打ち込み装置１０の打点（下降したパンチ１６とカシメ金型１１の当接位置）が一致するように、ロボット５０がピアスナット打ち込み装置１０を移動位置決めする。その際、パンチ１６の加圧力によりカシメダイス１２を介してフレーム１３の下側延出部１３ｃに撓みを生じる場合がある。そして、かかる撓みは、固定保持された薄板材料Ｐのナット取り付け位置に対してピアスナット打ち込み装置１０の打点位置の不一致を生じさせることになる。
従って、上記補正計算部８３ｂでは、加圧用サーボモータ１７の検出通電電流値から撓みを解消する位置補正量を算出し、ＣＰＵ８１からの位置指令に補正を行っている。
【００３１】
下側延出部１３ｃの撓み量及びその撓み方向は、加圧用サーボモータ１７のトルク出力と相対的な関係にある。これらの相対関係は、フレーム１３の剛性と加圧用サーボモータ１７の加圧力とによって決定されるので、フレーム１３の構造から演算により求めることも可能である。また、加圧用サーボモータ１７の出力トルクに応じてその撓み状態を実測で求めても良い。
補正部８３ｂには、上記演算又は実測データに基づく加圧用サーボモータ１７のトルク出力とピアスナット打ち込み装置１０の直交座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のたわみ量との対応関係を示すトルク−撓みテーブルを記憶する図示しないメモリが併設されている。
さらに、補正部８３ｂは、加圧用サーボモータ１７の検出電流値からトルクを算出するトルク算出処理と、算出トルクからトルク−撓みテーブルを参照して撓み量を特定する撓み算出処理と、ピアスナット打ち込み装置の座標系での撓み量をロボット座標系の撓み量に変換して現在位置からの補正動作量を算出する補正量算出処理と、補正動作量から各関節の位置補正量を算出してＣＰＵ８１からの動作指令に加算する加算処理とを行う。
これにより、ピアスナット打ち込み装置１０のパンチ１６が薄板材料Ｐに到達して加圧用サーボモータ１７のトルクが増加すると、これにより通電電流値が上昇する。補正部８３ｂでは、かかる電流変化に伴うサーボモータ１７のトルク増加及びフレーム１３の撓み量を予測的に求め、ピアスナット打ち込み装置１０の打点の位置変化を求め、ロボット５０の位置指令を補正するので、フレーム１３が撓みを生じても薄板材料Ｐのナット取り付け位置に対してピアスナット打ち込み装置１０の打点位置を常に一致させることができる。
【００３２】
ロボット５０の各サーボモータ５８に対する速度・電流制御部８４は、速度・電流制御部８７と同様に、位置制御部８３からの速度指令とエンコーダ２５の検出に基づく検出速度との偏差を求めてトルク指令を生成すると共に、トルク指令からサーボモータ５８への通電電流を調整する。
また、電流検出部８５は、電流検出部８８と同様に、サーボモータ５８への通電電流値を検出する。
【００３３】
（ピアスナット打ち込みロボットシステムの動作）
ピアスナット打ち込み作業時に制御装置８０が行う処理を図７及び図８のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ＣＰＵ８１は、ティーチングによる記録されたロボット５０及びピアスナット打ち込み装置１０の動作データから位置指令を生成し（図７のステップＳ１１）、ロボット５０の各サーボモータ５８及びピアスナット打ち込み装置１０の加圧用サーボモータ１７に対する位置指令（軸角度動作量）を位置制御部８３，８６に出力する（図７のステップＳ１２）。
位置制御部８６では位置指令に対して位置フィードバックを行い、速度・電流制御部８７では速度指令に対して速度及び電流フィードバックを行い加圧用サーボモータ１７の動作制御を行う（図７のステップＳ１３）。
【００３４】
位置制御部８３では、位置指令に対して補正処理を行う（図７のステップＳ１４）。即ち、加圧用サーボモータ１７の電流検出部８８からモータ電流を検出する（図８のステップＳ２１）。
そして、検出電流値からモータトルクを算出する（図８のステップＳ２２）。
次いで、位置制御部８３は、トルク−撓みテーブルからフレーム１３の撓み量を求める（図８のステップＳ２３）。
かかる撓み量をロボット座標系の撓み量の変換し（図８のステップＳ２４）、ロボット５０の各軸ｓ１〜ｓ６のサーボモータ５８ごとに個別に補正量を算出してＣＰＵ８１からの位置指令に加算して補正する（図８のステップＳ２５）。
【００３５】
位置制御部８３では補正された位置指令に対して位置フィードバックを行い、速度・電流制御部８７では速度指令に対して速度及び電流フィードバックを行い加圧用サーボモータ１７の動作制御を行う（図７のステップＳ１５）。
これにより、ピアスナット打ち込み装置１０は設定された通りの再現が行われ、ロボット５０は加圧用サーボモータ１７によるフレーム１３の撓みを考慮した位置にピアスナット打ち込み装置１０を位置決めしてピアスナット２００の打ち込みが行われる。
【００３６】
（発明の実施形態の効果）
ピアスナット打ち込みロボットシステム１００では、ピアスナット打ち込み装置１０のパンチ１６をカシメ金型１１側に押圧する際の駆動源をサーボモータ１７としているため、前端位置及び後端位置を任意に設定することで往復のストロークを任意に制御することができ、薄板材料Ｐの形状や厚さに応じて最小限のストロークに設定することで、動作距離が短縮されてサイクルタイムが短縮化され、生産性の向上を図ることが可能となる。
また、制御装置８０によって加圧用サーボモータ１７の動作速度を設定値となるように制御することにより、押圧動作を予定されたタイミング通りに行うことが可能となる。
また、加圧用サーボモータ１７を使用することにより、押し込みと開放の動作時にのみ動作電流を流し、それ以外はサーボロックをかけておけば、非動作時の電力消費を抑制することができるので、省力化によるエネルギー効率の向上を図ることが可能となる。
【００３７】
さらに、ピアスナット打ち込み装置１０の加圧用サーボモータ１７とロボット５０の各サーボモータ５８とを、ロボット５０による目標位置への到達前に加圧用サーボモータ１７によるパンチ１６の下降動作を開始させ、加圧用サーボモータ１７によるパンチ１６の上端位置到達までにロボット５０により次の目標位置への移動を開始するように同期制御を行うことにより、ピアスナット２００の接合作業が連続的に行われる場合でも、そのサイクルタイムを短縮し、生産性を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００３８】
さらに、制御装置８０の位置制御部８３により、加圧用サーボモータ１７に流れる電流値からモータトルクを求め、さらに、モータトルクからフレーム１３の撓み量を求めて、ロボット５０の各サーボモータ５８の位置指令に補正をかけるので、打ち込み時のフレームたわみによる薄板材料への応力付加を回避し、不均一な加圧による接合不良や薄板材料Ｐの歪み変形等の発生をも抑止することが可能となる。
【００３９】
（その他）
上記ピアスナット打ち込みロボットシステム１００では、ティーチングプレイバック方式を例示したが、これに限定されるものではなく、動作データはティーチング以外の方法で取得されたものであっても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、ロボット５０がピアスナット打ち込み装置１０を保持しているが、これに限らず、ロボット５０とピアスナット打ち込み装置１０とをそれぞれ別個に設置面に固定設置し、ロボット５０には薄板材料Ｐの保持ツールを搭載して、ピアスナット打ち込み装置１０の打点に対して薄板材料Ｐのナット取り付け位置を位置決めするように動作制御を実行しても良い。
【００４１】
また、ＣＰＵ８１がプログラムの実行により実現する位置指令の出力は、ソフトウェアを用いる演算装置に限らず、アナログ回路等のハードウェアを用いてその機能を実現しても良い。
また、各位置制御部８３，８６の構成は、サーボアンプ等のハードウェアにより実現させても良いし、同様の処理をＣＰＵに実行させるプログラムを用いて実現させても良い。
【００４２】
また、ピアスナット打ち込み装置１０では、パンチ１６によりピアスナット２００をカシメ金型１１側に押圧する構成としたが、逆に、カシメ金型１１をピアスナット２００側に押圧する構成としても良い。
また、ピアスナット２００は、上述のものに限られず、穿孔を行う機能を有するものにも限定されない。例えば、加圧力を受けて薄板材料Ｐ側にカシメを生じさせるものであればどのような形式のものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態であるピアスナット打ち込みロボットシステムの概略構成図である。
【図２】ピアスナットの打ち込み作業を示す説明図であって、図２（Ａ）は打ち込み直前の状態を示し、図２（Ｂ）は穿孔の形成及びカシメ途中の状態を示し、図２（Ｃ）はカシメ完了の状態を示す。
【図３】図１におけるＷ−Ｗ線に沿ったピアスナット打ち込み装置の断面図である。
【図４】制御装置のブロック図である。
【図５】ロボットのサーボモータの位置制御部の詳細を示すブロック図である。
【図６】ピアスナットの打ち込み作業時における撓みの発生状態を示す説明図である。
【図７】制御装置が行う処理を示すフローチャートである。
【図８】制御装置の補正部が行う処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  ピアスナット打ち込み装置
１１  カシメ金型
１２  カシメダイス
１３  フレーム
１６  パンチ（対向部材）
１７  加圧用サーボモータ
５０  ロボット
５８  サーボモータ
８０  制御装置（コントローラ）
８１  ＣＰＵ
８３ｂ  補正部
１００  ピアスナット打ち込みロボットシステム
２００  ピアスナット
Ｐ  薄板材料
【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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