ワークの挿入装置

【課題】ロボットで可撓部を有するワークを挿入孔へ嵌合する技術を提供することを課題とする。
【解決手段】ロボット３６で、ワーク１０を、矢印（９）の向きに下降させる。曲折した部位６７があるため、（ｂ）に示すように、ワークの先端５８が挿入孔２１の口元２２に干渉する。このとき、荷重計測機構４２で検出された荷重からワーク１０が曲折していることを判別すると共に偏荷重を算出し、これに基づいて、矢印（１０）のようにワーク１０を移動させ、挿入孔２２にワークの一部を挿通させる。（ｃ）に示すように、ロボット３６を少し移動させ、曲折した部位６７を補正してワーク１０を直線状にする。（ｄ）に示すように、ロボット３６を移動させ、ワーク１０を挿入孔の軸５７上に戻し、矢印（１２）に示すように移動させ、挿入孔２１に挿通する。
【効果】ワークの姿勢にかかわらず、ロボットで可撓部を有するワークを的確に挿入孔に挿通することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの挿入孔へ、一部に可撓部を有する棒状のワークを挿入するワークの挿入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの点火装置において、点火プラグに装着され高電圧を発生するプラグトップコイルが実用に供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−３３２２１２号公報（図１）
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１１は従来の技術の基本構成を説明する図であり、点火装置１０１は、高電圧を発生するプラグトップコイル１０２と、エンジン点火する点火プラグ１０３とからなる。プラグトップコイル１０２は、頭部１０４と、この頭部１０４の下方に設けられ円筒状のブーツ部１０５とからなる。
【０００４】
プラグトップコイル１０２は、シリンダヘッド１０６の挿入孔１０７に挿入されている。ブーツ部１０５の先端部１０８が、点火プラグ１０３に嵌合されている。
プラグトップコイル１０２で発生した高電圧は、プラグ側スプリング１０９を経て点火プラグ１０３に供給される。
【０００５】
次に、特許文献１に記載されているプラグトップコイル等をエンジンに組み付ける技術を説明する。従来、図１２に示すように、プラグトップコイル１０２のエンジンへの組み付けは、人による手作業で行われていた。
図１２はプラグトップコイルの挿入工程を説明する図であり、手１１１でプラグトップコイル１０２を把持し、矢印（１）のように、シリンダヘッド１０６の挿入孔１０７に挿入する。ブーツ部１０５が挿入孔１０７の孔壁に接触しても、人の手１１１であれば微調整が容易であり、先端部１０８を挿入孔の奥まで挿入することができる。
しかし、挿入組付けには３０ｋｇ程度の押し込み力が必要なため、ロボット化が求められる。
【０００６】
そこで、組立作業が段階的にロボット化されるようになってきた。ところが、ロボットに微調整を行わせながら作業させることは容易ではないため、自動化によるプラグトップコイルの挿入は困難である。その対策として、図１３に示すように、一部に可撓部を有するプラグトップコイルが使用されている。
【０００７】
図１３は一部に可撓部を有するプラグトップコイルが嵌合されている状態を説明する図であり、プラグトップコイル１１２の中心線１１３と、点火プラグ１０３の中心線１１４は、距離がδずれている。曲折自在な可撓部１１５が湾曲することで、プラグトップコイル１１２が点火プラグ１０３に嵌合されている。
このように、可撓部１１５がずれδを吸収するので、微調整が困難なロボットであっても、一部に可撓部１１５を有するプラグトップコイル１１２であれば、シリンダヘッド１０６の挿入孔１０７に嵌合することができる。
【０００８】
図１４はロボットで曲折したプラグトップコイルを挿入する工程を説明する図であり、（ａ）に示すように、ロボット１１７で、一部に可撓部１１５を有するプラグトップコイル１１２を把持する。ところで、プラグトップコイル１１２は部品箱に入れる際や取出す際に、接触により可撓部１１５が少し湾曲することがある。
【０００９】
湾曲したままで矢印（２）のように、ロボット１１７でプラグトップコイル１１２を下降させると、（ｂ）に示すように、挿入孔１０７には片側１．５ｍｍ程度の隙間しかないため、先端部１１８が挿入孔１０７の口元１１９に干渉してしまい、ワークとしてのプラグトップコイル１１２を挿入できないことがある。そのため、一部に可撓部を有する棒状ワークの挿入作業は、ロボット化が難しいと言われている。
しかし、省力化の観点から、ロボットで一部に可撓部を有する棒状のワークを挿入孔へ挿入する技術が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ロボットで一部に可撓部を有する棒状のワークを挿入孔へ挿入する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、ワークの挿入孔へ、一部に可撓部を有する棒状のワークを挿入するワークの挿入装置において、
ロボットアームに設けられ、前記棒状のワークの頭部を把持する開閉自在な複数の把持爪と、前記頭部に設けられているワーク固定用の孔に挿通自在な位置決めピンと、前記頭部を押圧する押圧部材と、この押圧部材と前記ロボットアームとの間に設けられ前記押圧部材に作用する荷重及び偏荷重を測定する荷重計測機構と、この荷重計測機構で計測した偏荷重に基づいて、前記挿入孔に対する前記ワークのずれを予測し、この予測に基づいて前記ワークを前記挿入孔に入るように移動し、前記ワークの先端を前記挿入孔に挿入し、前記ワークの曲がりを矯正する方向へ前記ワークを移動させることで前記ワークの曲がりを矯正し、次に前記ワークを前記挿入孔の奥まで挿入する、一連の制御を実施する制御部と、からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明では、ワークは、エンジンの点火プラグに装着されるプラグトップコイルであることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明は、制御部は、ワークを挿入孔の奥まで挿入するときに、挿入孔の口元における荷重の監視水準よりも大きい水準で押圧部材に作用する荷重を監視し、荷重計測機構で計測した荷重情報に基づいて、プラグトップコイルが点火プラグに適正に嵌合されたか否かを判断する機能を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、ワークの挿入装置は、押圧部材に作用する荷重及び偏荷重を測定する荷重計測機構と、この荷重計測機構で計測した偏荷重に基づいて、挿入孔に対するワークのずれを予測する制御部を備えている。ワーク挿入時、可撓部によって湾曲したワークが挿入孔の口元で干渉した場合、制御部でのずれの予測に基づいてワークを挿入孔に入るように移動し、ワークの先端を挿入孔に挿入し、ワークの曲がりを矯正する方向へワークを移動させることでワークの曲がりを矯正するので、ワークの姿勢にかかわらず、ロボットで一部に可撓部を有する棒状のワークを的確に挿入孔に挿入することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明では、ワークは、エンジンの点火プラグに装着されるプラグトップコイルである。プラグトップコイルは頭部から長いブーツ部が延びている。この長いブーツ部を円滑に挿入孔へ挿入することができるため、プラグトップコイルの装着作業の効率化を図ることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明では、ワークの挿入装置は荷重計測機構及び制御部を備えている。プラグトップコイルが正しく点火プラグに嵌合されたことが、荷重計測機構及び制御部で自動的に判定させることができるので、嵌合検査を自動化することができ、嵌合検査を迅速に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１はワークと挿入孔の位置関係を説明する図であり、ワークとしてのプラグトップコイル１０は、頭部１１と、ブーツ部１２とから構成される。頭部１１は、ワークとしてのプラグトップコイル１０を固定するワーク固定用の孔１３を備えている。
【００１８】
エンジン１４のシリンダヘッド１５は、複数のボルト１６を介してシリンダブロック１７に固定されている。シリンダヘッド１５は、プラグトップコイル１０を嵌合する複数の挿入孔２１と、頭部１１を受ける口元２２とを備えている。エンジン１４の内部には、圧縮した混合気に点火するための電気火花を飛ばす点火プラグ２３が固定されている。
プラグトップコイル１０は、挿入孔２１に挿入され、固定ボルト２４を介してシリンダヘッド１５に固定される。
【００１９】
図２は本発明に係るワークの基本構成を説明する図であり、（ａ）に示すように、ワークとしてのプラグトップコイル１０は、硬質部２５からなり高電圧を発生させる頭部１１と、頭部１１の下方に設けられ一部に曲折自在な可撓部２６を有する円筒状のブーツ部１２とからなる。ブーツ部１２は、挿入孔２１（図１を参照）に容易に挿通できるようにテーパ２７が設けられている。可撓部２６は、絶縁体であり、例えばゴム等の材料からなる。
【００２０】
また、（ｂ）に示すように、量産ラインにおいて、プラグトップコイル１０は、部品バケット２８の包装材３１に整列されている。包装材３１とプラグトップコイル１０の間には、隙間３２が設けられることで、プラグトップコイル１０を容易に取り出すことができる。
【００２１】
図３は本発明に係るワークの挿入装置の斜視図であり、ワークの挿入装置３５は、ワーク１０の挿入場所に設けられたロボット３６と、このロボット３６のロボットアーム３７に設けられワーク１０を把持する把持装置４０と、この把持装置４０の近傍に設けられシリンダヘッド１５（図１を参照）の形状確認及び位置測定を行うカメラ４１と、把持装置４０とロボットアーム３７との間に設けられ把持装置４０に作用する荷重及び偏荷重を測定する荷重計測機構４２と、カメラ４１からの情報及び荷重計測機構４２で計測した偏荷重に基づいて、挿入孔２１（図１を参照）に対するワーク１０のずれを予測し、この予測に基づいてワーク１０を挿入孔２１に入るように移動し、ワーク１０の先端を挿入孔２１に挿入し、ワーク１０の曲がりを矯正する方向へワーク１０を移動させることでワーク１０の曲がりを矯正し、次にワーク１０を挿入孔２１の奥まで挿入する、一連の制御を実施する制御部４３と、からなる。
【００２２】
図４は図３の要部を説明する図であり、把持装置４０は、ロボットアーム３７に設けられている基材４４と、この基材４４に設けられ棒状のワーク１０の頭部１１（図１を参照）を把持する開閉自在な複数の把持爪４５、４５と、この把持爪４５、４５を開閉させる把持爪駆動源４６と、ワーク１０の頭部１１に設けられているワーク固定用の孔１３（図１を参照）に挿入自在な位置決めピン４７と、この位置決めピン４７をワーク固定用の孔１３（図１を参照）から待機位置へ移動させる位置決めピン駆動源４８と、ワーク１０の頭部１１（図１を参照）を押圧する押圧部材５１と、からなる。
なお、前述の図３で説明した把持装置４０に作用する荷重及び偏荷重は、押圧部材５１に作用する荷重及び偏荷重である。
【００２３】
図５は図４の５−５線断面図であり、荷重計測機構４２は、複数の荷重センサ５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ、５４Ｆ、５４Ｇ、５４Ｈを備えている。
次に荷重計測機構４２の作用を説明する。例えば、ワークとしてのプラグトップコイル１０（図１を参照）の挿入孔２１（図１を参照）への挿通時に、荷重センサ５４Ａの荷重が最も大きく、荷重センサ５４Ｅが最も小さい荷重を検出した場合、荷重センサ５４Ａ側でワーク１０（図１を参照）が干渉していることになる。この検出された荷重情報に基づいて制御部４３（図３を参照）は曲がり量を演算する。そして、制御部４３は、ワーク１０を荷重センサ５４Ｅ側に移動させるようロボット３６（図３を参照）を制御する。
【００２４】
また、荷重センサ５４Ａ、５４Ｂの荷重が同等で最も大きい場合、荷重センサ５４Ａと５４Ｂの間でワーク１０（図１を参照）が干渉していることになる。この検出された荷重情報に基づいて制御部４３（図３を参照）は曲がり量を演算する。そして、制御部４３は、ワーク１０を荷重センサ５４Ｅと５４Ｆの間に向けて移動させるようロボット３６（図３を参照）を制御する。
【００２５】
以上の構成からなるワークの挿入装置の作用を次に述べる。
図６は部品バケットからワークを取り出す工程を説明する図であり、（ａ）に示すように、ロボット３６で把持装置４０を矢印（３）の向きに下降させ、押圧部材５１を部品バケット２８内のワーク１０の上面５５に当接させる。
（ｂ）に示すように、位置決めピン駆動源４８を作動し、位置決めピン４７を矢印（４）の向きに突出させてワーク１０のワーク固定用の孔１３へ挿入させる。これで、ワーク１０の位置が決定される。
【００２６】
（ｃ）に示すように、把持爪駆動源４６を作動し、把持爪４５、４５を矢印（５）、（５）の向きに閉動作させてワーク１０の側面５６を把持させる。
（ｄ）に示すように、ロボット３６で把持装置４０を矢印（６）の向きに上昇移動させ、部品バケット２８からワーク１０を取り出す。さらに、把持装置４０をシリンダヘッド側へ移動させる。
【００２７】
図７は直線状のワークの嵌合工程を説明する図であり、（ａ）に示すように、ロボット３６で、シリンダヘッド１５の挿入孔の軸５７上にあるワーク１０を、矢印（７）の向きに下降させる。
【００２８】
（ｂ）に示すように、深さをｈとする基準線６１に至るまで、ワーク１０の先端部５８が挿入孔２１に接触しない場合は、矢印（８）のように、さらにワーク１０を下降させる。この場合、荷重計測機構４２は、荷重を検出しない。
また、ワークの先端５８が深さ方向の基準線６１に至るまでに、荷重計測機構４２が荷重を検出した場合であっても、荷重が監視水準未満（例えば、３ｋｇ）であれば、矢印（８）のように、そのままワーク１０を下降させる。この場合は、ワークの先端５８が、挿入孔２１の孔壁に接触しつつ滑りながら下降する。
【００２９】
最終的には（ｃ）に示すように、ワーク１０が、シリンダヘッド１５の挿入孔２１の奥に挿入される。ワーク１０のブーツ部１２は、点火プラグ２３に装着される。また、ワークの先端５８が基準線６１を通過し、ワーク１０が完全に挿入される時の挿入荷重は約３０ｋｇであるが、押圧部材５１を有することで挿入孔２１の奥まで確実に押し込むことができる。
また、ワーク１０を挿入孔２１の奥まで挿入するときに、挿入孔の口元２２における荷重の監視水準よりも大きい水準で押圧部材５１（図４を参照）に作用する荷重を監視し、荷重計測機構４２で計測した荷重情報に基づいて、プラグトップコイルが点火プラグに適正に嵌合されたか否かを制御部４３（図３を参照）で判断する。
なお、プラグトップコイル１０は頭部１１から長いブーツ部１２が延びている。この長いブーツ部１２を円滑に挿入孔へ挿入することができるため、プラグトップコイル１０の装着作業の効率化を図ることができる。
【００３０】
図８は挿入孔内でのワークと点火コイルの位置関係を説明する図である。
（ａ）は挿入孔の軸５７上に点火プラグ２３の中心及びワーク１０の中心が位置している場合を説明する図である。点火プラグ１０のターミナル６２の外径より、ワークの内径６３が大きいので、挿入時、ワークの先端５８が点火プラグ２３に円滑に装着される。
【００３１】
（ｂ）は点火プラグ２３の中心とワーク１０の中心が一致していない場合を説明する図である。ワーク１０は挿入孔２１の図右端に寄った位置にある。点火プラグ２３は公差範囲限界で挿入孔の軸５７より図左に位置している。ワークの内径６３の先端部にはテーパ６４、６４が設けられており、テーパ端部６５はターミナル端部６６より外側に位置する。この結果、挿入時、ワークの先端５８が点火プラグ２３に円滑に装着される。
【００３２】
図９は曲折したワークの嵌合工程を説明する図であり、（ａ）に示すように、ワーク１０は、可撓部２６で曲折している。ロボット３６で、シリンダヘッド１５の挿入孔の軸５７上にあるワーク１０を、矢印（９）の向きに下降させる。
【００３３】
曲折した部位６７があるため、（ｂ）に示すように、ワークの先端５８が挿入孔２１の口元２２に干渉する。ワークの先端５８が深さ方向の基準線６１に至る前に、検出された荷重が３ｋｇに達した場合、ワーク１０の下降を停止させる。このとき、荷重計測機構４２で検出された荷重からワーク１０が曲折していることを判別すると共に偏荷重を算出する。この算出された偏荷重に基づいて、矢印（１０）のようにワーク１０を移動させ、挿入孔２２にワークの一部を挿通させる。
【００３４】
（ｃ）に示すように、ロボット３６を少し移動させ、ワーク１０の一部であるワークの先端５８を挿入孔２１の孔壁に当接させながら、曲折した部位６７を矯正してワーク１０を直線状にする。
（ｄ）に示すように、ロボット３６を移動させ、ワーク１０を挿入孔の軸５７上に戻す。ワーク１０を矢印（１２）に示すように移動させ、シリンダヘッド１５の挿入孔２１の奥に挿入する。ワーク１０のブーツ部１２は、点火プラグ２３に装着される。
【００３５】
なお、ワークとしてのプラグトップコイル１０が挿入孔２１の口元２２に当接しても、可撓部２６が更に曲折されるだけであるため、ワークとしてのプラグトップコイル１０や挿入孔の口元２２に疵をつけることなく、当接荷重を検出することができる。また、ワークの先端５８が基準線６１を通過し、ワーク１０が完全に挿入される時の挿入荷重は約３０ｋｇである。
【００３６】
図１０はワーク嵌合時の押圧力を示す図であり、グラフの縦軸を荷重計測機構４２（図４を参照）で検出された押圧力（荷重）とし、横軸をトライ回数とする。トライ回数Ｔ１及びＴ２は、点火プラグ無しの場合の押圧力を示す。トライ回数Ｔ３は、点火プラグ未締めの場合の押圧力を示す。トライ回数Ｔ４は、点火プラグが正常にセットされている場合の押圧力を示す。
【００３７】
また、押圧力における２つの水準をＷ１、Ｗ２とする。トライ回数Ｔ１及びＴ２の押圧力の最大値は、Ｗ１以下である。トライ回数Ｔ３の押圧力の最大値は、Ｗ２以上である。トライ回数Ｔ４の押圧力の最大値は、Ｗ１からＷ２の範囲内である。
すなわち、荷重計測機構４２の荷重状態に基づいて、ワーク１０の挿入孔２１への嵌合時に、シリンダヘッド１５（図１を参照）に嵌着されている点火プラグ２３（図１を参照）の取付状況を制御部４３（図３を参照）で自動的に判定させることができる。検出された押圧力の最大値がＷ１以下ではプラグ無し、押圧力の最大値がＷ１からＷ２の範囲ではプラグのセット状態は正常、押圧力の最大値がＷ２以上ではプラグ未締め、と判定できる。
この結果、嵌合検査を自動化することができ、嵌合検査を迅速に行わせることができる。
【００３８】
尚、本発明のワークの挿入装置は、実施の形態ではワークはプラグトップコイルに適用したが、これに限定されず、一部に可撓部を有する棒状のワークであれば、他の一般的な機械部品に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るワークの挿入装置は、プラグトップコイルをシリンダヘッドのプラグ孔へ挿入するワークの挿入装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ワークと挿入孔の位置関係を説明する図である。
【図２】本発明に係るワークの基本構成を説明する図である。
【図３】本発明に係るワークの挿入装置の斜視図である。
【図４】図３の要部を説明する図である。
【図５】図４の５−５線断面図である。
【図６】部品バケットからワークを取り出す工程を説明する図である。
【図７】直線状のワークの嵌合工程を説明する図である。
【図８】挿入孔内でのワークと点火コイルの位置関係を説明する図である。
【図９】曲折したワークの嵌合工程を説明する図である。
【図１０】ワーク嵌合時の押圧力を示す図である。
【図１１】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【図１２】プラグトップコイルの挿入工程を説明する図である。
【図１３】一部に可撓部を有するプラグトップコイルが嵌合されている状態を説明する図である。
【図１４】ロボットで曲折したプラグトップコイルを挿入する工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０…ワーク（プラグトップコイル）、１１…頭部、１２…ブーツ部、１３…ワーク固定用の孔、１４…エンジン、２１…挿入孔、２２…挿入孔の口元、２３…点火プラグ、２５…硬質部、２６…可撓部、３５…ワークの挿入装置、３７…ロボットアーム、４０…把持装置、４２…荷重計測機構、４３…制御部、４５…把持爪、４７…位置決めピン、５１…押圧部材、５５…ワークの上面、５８…ワークの先端、６７…曲折した部位。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの挿入孔へ、一部に可撓部を有する棒状のワークを挿入するワークの挿入装置において、
ロボットアームに設けられ、前記棒状のワークの頭部を把持する開閉自在な複数の把持爪と、前記頭部に設けられているワーク固定用の孔に挿通自在な位置決めピンと、前記頭部を押圧する押圧部材と、この押圧部材と前記ロボットアームとの間に設けられ前記押圧部材に作用する荷重及び偏荷重を測定する荷重計測機構と、この荷重計測機構で計測した偏荷重に基づいて、前記挿入孔に対する前記ワークのずれを予測し、この予測に基づいて前記ワークを前記挿入孔に入るように移動し、前記ワークの先端を前記挿入孔に挿入し、前記ワークの曲がりを矯正する方向へ前記ワークを移動させることで前記ワークの曲がりを矯正し、次に前記ワークを前記挿入孔の奥まで挿入する、一連の制御を実施する制御部と、からなることを特徴とするワークの挿入装置。
【請求項２】
前記ワークは、エンジンの点火プラグに装着されるプラグトップコイルであることを特徴とする請求項１記載のワークの挿入装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ワークを前記挿入孔の奥まで挿入するときに、前記挿入孔の口元における荷重の監視水準よりも大きい水準で前記押圧部材に作用する荷重を監視し、前記荷重計測機構で計測した荷重情報に基づいて、前記プラグトップコイルが前記点火プラグに適正に嵌合されたか否かを判断する機能を備えていることを特徴とする請求項２記載のワークの挿入装置。

【図１】