ワーク位置決め方法及び装置
【課題】フレームを精度よく組み立てることができるワーク位置決め方法及び装置を提供する。
【解決手段】溶接を実行する前に、後部フレーム組立体１６の前部フレーム組立体１４に対する正規姿勢を基準とした位置ズレである変位量Ｌαと、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した状態での作用力ｐｘ（反力）とを計測し、計測した当該変位量Ｌαと作用力ｐｘとに基づいて、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出し、後部フレーム組立体１６を矯正変位させる。
【解決手段】溶接を実行する前に、後部フレーム組立体１６の前部フレーム組立体１４に対する正規姿勢を基準とした位置ズレである変位量Ｌαと、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した状態での作用力ｐｘ（反力）とを計測し、計測した当該変位量Ｌαと作用力ｐｘとに基づいて、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出し、後部フレーム組立体１６を矯正変位させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのワークを溶接することによりフレームを組み立てる際に当該ワークを位置決めするワーク位置決め方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車用車体フレームの組立てにおいて、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体とを位置決めした後、溶接によって両組立体を相互に結合することは、従来公知である（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４０９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術にあっては、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体に製作上の誤差がある場合に、組立体の個体によっては、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体との嵌合部や当接部に干渉或いは隙間が発生する。このような干渉或いは隙間は、部品同士の干渉に起因する変位（部品干渉変位）や、溶接後変位等が生じる原因となり、溶接後に位置決めを解除した際に、組み立てられた車体フレームに変位（変形）が発生し、前部フレーム組立体に対する後部フレーム組立体の取付け姿勢（取付け角度）において、設計上の姿勢（正規姿勢）に対して大きなズレが生じる場合がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、フレームを精度よく組み立てることができるワーク位置決め方法及び装置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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め方法であって、前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク位置決め工程と、位置決めされた前記第１のワークに対し、前記第２のワークを装着する装着工程と、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測工程と、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測工程と、前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出工程と、算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の本発明のワーク位置決め方法によれば、溶接を実行する前に、第２のワークの第１のワークに対する正規姿勢を基準とした位置ズレである変位量と、第２のワークを正規姿勢に保持した状態での作用力（反力）とを計測し、計測した当該変位量と作用力とに基づいて、溶接後に第２のワークの位置決めを解除したときに第２のワークが正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出し、第２のワークを矯正変位させるので、溶接後のフレームにおける第２のワークの正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。従って、第１のワークと第２のワークとからなるフレームを精度よく製作することができる。
【０００８】
上記のワーク位置決め方法において、前記変位量計測工程では、前記第２のワークを固定して位置決めするためのクランプユニットと、変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構とを用い、前記第２のワークを固定して前記正規姿勢に位置決めするワーク配置工程と、前記ワーク配置工程後に、前記フローティング機構による前記クランプユニットの変位規制を解除する規制解除工程と、前記変位規制の解除に伴って変位した前記第２のワークの前記正規姿勢からの移動量を前記変位量として計測する工程とを有するとよい。
【０００９】
これにより、個々の第２のワークごとに、正規姿勢を基準とした変位量を簡単に計測することができる。
【００１０】
上記のワーク位置決め方法において、前記作用力計測工程では、前記自由姿勢に位置する前記第２のワークを、前記クランプユニットにより前記正規姿勢に変位させる工程と、前記クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測する工程とを有するとよい。
【００１１】
これにより、個々の第２のワークごとに、第１のワークに装着された状態での第２のワークを正規姿勢に保持するのに必要な作用力を簡単に計測することができる。
【００１２】
上記のワーク位置決め方法において、前記フレームは、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体とにより構成される自動二輪車用車体フレームであり、前記第１のワークは、前記前部フレーム組立体であり、前記第２のワークは、前記後部フレーム組立体であるとよい。
【００１３】
これにより、自動二輪車用車体フレームを精度よく製作することができる。
【００１４】
また、本発明は、第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め装置であって、前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク用位置決め機構と、位置決めされた前記第１のワークに装着された状態の前記第２のワークをクランプするクランプユニットと、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測手段と、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測手段と、前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出手段と、算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、溶接後に第２のワークの位置決めを解除したときに第２のワークが正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出し、第２のワークを矯正変位させるので、溶接後のフレームにおける第２のワークの正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。従って、第１のワークと第２のワークとからなるフレームを精度よく製作することができる。
【００１６】
上記のワーク位置決め装置において、変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構をさらに備えるとよい。
【００１７】
これにより、第２のワークを正規姿勢に保持した後に、変位規制を解除することで確実且つスムーズに第２のワークを自由変位させることができる。
【００１８】
上記のワーク位置決め装置において、前記変位量計測手段は、前記フローティング機構に設けられ、当該フローティング機構を構成する可動部の変位を計測するとよい。
【００１９】
これにより、個々の第２のワークごとに、正規姿勢を基準とした変位量を簡単に計測することができる。
【００２０】
上記のワーク位置決め装置において、前記作用力計測手段は、クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測するとよい。
【００２１】
これにより、個々の第２のワークごとに、第１のワークに装着された状態での第２のワークを正規姿勢に保持するのに必要な作用力を簡単に計測することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のワーク位置決め方法及び装置によれば、溶接後のフレームにおける第２のワークの正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。すなわち、フレームを精度よく組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のワーク位置決め装置の一実施形態としての自動二輪車用フレームの位置決め装置の側面図である。
【図２】図２Ａは、自動二輪車用フレームの斜視図であり、図２Ｂは、溶接によって結合する前の前部フレーム組立体と後部フレーム組立体の斜視図である。
【図３】図３Ａは、図１に示したフローティング機構の第１ステージの平面模式図であり、図３Ｂは、同フローティング機構の第２ステージの平面模式図であり、図３Ｃは、同フローティング機構の第３ステージの側面模式図である。
【図４】図４Ａは、車体フレームの溶接後精度がばらつくメカニズムを説明するための平面模式図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ部拡大図であり、図４Ｃは、図４Ａ中のＣ部拡大図であり、図４Ｄは、図４Ａ中のＤ部拡大図である。
【図５】図５Ａは、後部フレーム組立体を正規姿勢に保持に保持するのに必要な作用力と、溶接後の車体フレームにおける後部フレーム組立体の正規姿勢からの変位量との関係を示すグラフであり、図５Ｂは、溶接前の位置決め解除時の後部フレーム組立体の変位量と、溶接後変位量との関係を示すグラフである。
【図６】矯正移動量を算出するアルゴリズムを作成する手順を示すフローチャートである。
【図７】自動二輪車用フレームの位置決め装置の動作（位置決め方法）を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａは、部品セット時の状態を示す図であり、図８Ｂは、変位規制を解除した状態を示す図であり、図８Ｃは、後部フレーム組立体を正規姿勢に保持して反力を計測する状態を示す図であり、図８Ｄは、後部フレーム組立体を矯正変位させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るワーク位置決め方法及び装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明のワーク位置決め装置の一実施形態に対応する自動二輪車用フレーム位置決め装置１０（以下、「位置決め装置１０」という）の全体構成を示す側面図である。この位置決め装置１０は、自動二輪車用車体フレーム１２（以下、単に「車体フレーム１２」という）を組み立てるに際して、当該車体フレーム１２を構成する前部フレーム組立体１４（第１のワーク）と後部フレーム組立体１６（第２のワーク）とを所定位置に固定して位置決めするための装置である。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、車体フレーム１２は、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とからなる。前部フレーム組立体１４は、その先端部に設けられたヘッドパイプ１８と、ヘッドパイプ１８から後方且つ斜め下方に延出したメインパイプ２０と、メインパイプ２０の後端下部に設けられた支持部２２とを有する。後部フレーム組立体１６は、メインパイプ２０の後端よりも若干前方寄りの箇所に連結され後方且つ上方に延出し後端が互いに連結してＵ字状をなした左右のアッパーパイプ２４と、メインパイプ２０の後端に連結しアッパーパイプ２４に沿って延在するダウンパイプ２６とを有する。アッパーパイプ２４の後端部にはステー２８が固定されている。
【００２７】
このような後部フレーム組立体１６は、前部フレーム組立体１４のメインパイプ２０における後端部にダウンパイプ２６の先端部を溶接するとともに、メインパイプ２０におけるダウンパイプ２６との接合箇所よりも先端側の箇所にアッパーパイプ２４の先端部を溶接するようにして、前部フレーム組立体１４に組みつけられ、これにより図２Ａに示す状態の車体フレーム１２が構成される。
【００２８】
図１に示すように、位置決め装置１０は、基台３０と、前部フレーム組立体１４のヘッドパイプ１８を固定して位置決めするためのヘッドパイプ位置決めユニット３２と、前部フレーム組立体１４の支持部２２を固定して位置決めするための支持部位置決めユニット３４と、後部フレーム組立体１６を固定して位置決めするための後部位置決めユニット３６と、これらの位置決めユニット３２、３４、３６の動作を制御する制御ユニット３８（矯正量算出手段）とを備える。以下、位置決め装置１０の前後方向（図１の左右方向）をＸ方向、Ｘ方向に直交する水平方向をＹ方向、位置決め装置１０の上下方向をＺ方向と呼ぶ。
【００２９】
ヘッドパイプ位置決めユニット３２は、ヘッドパイプ１８をクランプするための第１クランプ機構４０と、第１クランプ機構４０の上下方向の位置調整を行うための昇降機構４２と、第１クランプ機構４０の前後方向の位置調整を行うための進退機構４４とを有する。
【００３０】
第１クランプ機構４０は、支持枠４６と、支持枠４６に固定された固定把持部４８と、この固定把持部４８に対向するように配置された可動把持部５０と、可動把持部５０を固定把持部４８に対して進退移動させるクランプ用アクチュエータ５２とを有し、固定把持部４８と可動把持部５０との間にヘッドパイプ１８をクランプすることが可能である。
【００３１】
昇降機構４２は、支柱５４と、この支柱５４に固定され上下方向に沿って配置された第１レール５６と、第１レール５６を上下方向に移動可能な第１スライダ５８と、第１スライダ５８に固定され第１クランプ機構４０を支持して昇降可能な昇降台６０と、支柱５４に固定され昇降台６０を昇降駆動させる昇降用アクチュエータ６２とを有する。昇降台６０に対する第１クランプ機構４０の固定角度は、調整可能となっている。昇降用アクチュエータ６２は、制御ユニット３８により制御される。
【００３２】
進退機構４４は、基台３０上に設置された第１支持ベース６４と、支持ベース上にＸ方向に沿って配設された第２レール６５と、第２レール６５上をＸ方向に移動可能な第２スライダ６６と、第２スライダ６６に固定され第２スライダ６６と一体となってＸ方向に移動する可動ステージ６８と、第１支持ベース６４に固定され可動ステージ６８をＸ方向に進退駆動させる進退用アクチュエータ７０とを有する。進退用アクチュエータ７０は、制御ユニット３８により制御される。
【００３３】
このようなヘッドパイプ位置決めユニット３２によれば、ヘッドパイプ１８のＸ方向の位置、基台３０からのヘッドパイプ１８の高さ及びヘッドパイプ１８の傾斜角に応じて、第１クランプ機構４０をヘッドパイプ１８の位置及び角度に対応した任意の位置及び角度に移動させることができる。
【００３４】
支持部位置決めユニット３４は、支持部２２を左右両側からクランプするための第２クランプ機構７２と、第２クランプ機構７２を支持する第２支持ベース７４とを有する。第２クランプ機構７２は、詳細な構成は図示しないが、支持部２２を把持する把持部と、制御ユニット３８により制御されることで把持部を駆動するアクチュエータとを備える。第２支持ベース７４は、基台３０上に固定されている。すなわち、支持部位置決めユニット３４は、第２支持ベース７４に対して位置が固定であり、支持部位置決めユニット３４による固定位置を基準として、前部フレーム組立体１４の形状及び大きさに合わせてヘッドパイプ位置決めユニット３２の位置調整がなされて、前部フレーム組立体１４が位置決めされる。
【００３５】
本実施形態において、上述したヘッドパイプ位置決めユニット３２と支持部位置決めユニット３４により、第１のワーク（前部フレーム組立体１４）を固定して位置決めする第１ワーク用位置決め機構が構成されている。
【００３６】
後部位置決めユニット３６は、後部フレーム組立体１６をクランプするための第３クランプ機構７６（クランプユニット）と、第３クランプ機構７６の変位を規制可能であるとともに変位規制を解除可能なフローティング機構７８と、このフローティング機構７８を支持するとともに当該フローティング機構７８を変位させることが可能なロボット８０（矯正変位手段）とを有する。
【００３７】
第３クランプ機構７６は、後部フレーム組立体１６を把持可能な把持部８２と、制御ユニット３８により制御されて把持部８２を駆動するアクチュエータ（図示せず）と、把持部８２及び当該アクチュエータを支持する第３支持ベース８４とを有する。本実施形態において、把持部８２は、後部フレーム組立体１６の後端部（ステー２８）を把持するように配設されている。このような第３クランプ機構７６は、後部フレーム組立体１６の形態（機種）ごとに用意される。このため、第３クランプ機構７６は、機種を交換するためのツールチェンジャー７９を介してフローティング機構７８上に固定されている。
【００３８】
フローティング機構７８は、Ｘ方向にスライド可能な第１ステージ７８Ａと、Ｙ方向にスライド可能な第２ステージ７８Ｂと、Ｚ方向にスライド可能な第３ステージ７８Ｃとを有し、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃが積層された構成となっている。なお、本実施形態では、上から下に向かって、第１ステージ７８Ａ、第２ステージ７８Ｂ及び第３ステージ７８Ｃがこの順で積層されているが、この順序は変更してもよい。
【００３９】
フローティング機構７８は、変位規制状態（ロック状態）では、ロボット８０（の手首）に対する第３クランプ機構７６の変位を規制（ロック）し、規制解除状態（ロック解除状態）では、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃのスライド作用により、可動範囲内において第３クランプ機構７６を自在に変位可能である。
【００４０】
図３Ａは、第１ステージ７８Ａの平面模式図である。図３Ａに示すように、第１ステージ７８Ａは、第１ベースプレート８６と、第１ベースプレート８６上にＸ方向に沿って配置された第１スライドレール８８と、第１スライドレール８８上をＸ方向に移動可能な第１スライドステージ９０と、第１ベースプレート８６に固定された２つの第１アクチュエータ９２と、各第１アクチュエータ９２の出力部９５に設けられた第１荷重計測器９４と、第１ベースプレート８６上に配置された第１変位量計測器９６と、第１ベースプレート８６に設けられた第１ロック機構９８とを有する。
【００４１】
第１スライドステージ９０上には、第１上部ベース１００が固定されている。第１上部ベース１００上には、上述したツールチェンジャー７９（図１参照）が配置される。２つの第１アクチュエータ９２は、第１上部ベース１００のＸ方向両端部を、第１荷重計測器９４を介して押圧することで当該第１上部ベース１００をＸ方向に移動させることが可能である。第１荷重計測器９４は、第１アクチュエータ９２が第１上部ベース１００をＸ方向に移動させる際に作用する荷重を計測する。
【００４２】
第１上部ベース１００には、第１突起部１０１が設けられ、当該第１突起部１０１が、第１変位量計測器９６の検出部９６ａに連結されている。第１変位量計測器９６は、第１上部ベース１００のＸ方向の変位を計測する。第１ロック機構９８は、第１上部ベース１００に対して進退可能に駆動される第１ロックピン９９を有する。第１ロックピン９９が進出して第１上部ベース１００の側面に形成された第１係合凹部１００ａに係合すると、第１上部ベース１００のＸ方向の移動が規制される。従って、第３クランプ機構７６のＸ方向の変位が規制される。第１ロックピン９９が後退して前記第１係合凹部１００ａから離脱すると、第１上部ベース１００に対するＸ方向の移動規制が解除される。従って、第３クランプ機構７６がＸ方向に変位可能となる。
【００４３】
図３Ｂは、第２ステージ７８Ｂの平面模式図である。図３Ｂに示すように、第２ステージ７８Ｂは、第２ベースプレート１０４と、第２ベースプレート１０４上にＹ方向に沿って配置された第２スライドレール１０６と、第２スライドレール１０６上をＹ方向に移動可能な第２スライドステージ１０８と、第２ベースプレート１０４に固定された２つの第２アクチュエータ１１０と、各第２アクチュエータ１１０の出力部１１１に設けられた第２荷重計測器１１２と、第２ベースプレート１０４上に配置された第２変位量計測器１１４と、第２ベースプレート１０４に設けられた第２ロック機構１１６とを有する。
【００４４】
第２スライドステージ１０８上には、第２上部ベース１１８が固定されている。第２上部ベース１１８は、上述した第１ベースプレート８６であってもよい。２つの第２アクチュエータ１１０は、第２上部ベース１１８のＹ方向両端部を、第２荷重計測器１１２を介して押圧することで当該第２上部ベース１１８をＹ方向に移動させることが可能である。第２荷重計測器１１２は、第２アクチュエータ１１０が第２上部ベース１１８をＹ方向に移動させる際に作用する荷重を計測する。
【００４５】
第２上部ベース１１８には、第２突起部１１９が設けられ、当該第２突起部１１９が、第２変位量計測器１１４の検出部１１４ａに連結されている。第２変位量計測器１１４は、第２上部ベース１１８のＹ方向の変位を計測（検出）する。第２ロック機構１１６は、第２上部ベース１１８に対して進退可能に駆動される第２ロックピン１１７を有する。第２ロックピン１１７が進出して第２上部ベース１１８の側面に形成された第２係合凹部１１８ａに係合すると、第２上部ベース１１８のＹ方向の移動が規制される。従って、第３クランプ機構７６のＹ方向の変位が規制される。第２ロックピン１１７が後退して前記第２係合凹部１１８ａから離脱すると、第２上部ベース１１８に対するＹ方向の移動規制が解除される。従って、第３クランプ機構７６がＹ方向に変位可能となる。
【００４６】
図３Ｃは、第３ステージ７８Ｃの側面模式図である。図３Ｃに示すように、第３ステージ７８Ｃは、第３ベースプレート１２０と、第３ベースプレート１２０の上方に配置されＺ方向に沿って移動可能な第３上部ベース１２２と、第３上部ベース１２２に固定され第３ベースプレート１２０に設けられたガイド部１２１にガイドされてＺ方向に摺動可能なガイドロッド１２３と、第３ベースプレート１２０と第３上部ベース１２２との間に配置された第３荷重計測器１２４と、第３ベースプレート１２０に設けられた第３変位量計測器１２６と、第３ベースプレート１２０に設けられた第３ロック機構１２８とを有する。
【００４７】
第３上部ベース１２２は、上述した第２ベースプレート１０４に固定される。あるいは、第３上部ベース１２２は、第２ベースプレート１０４であってもよい。第３荷重計測器１２４は、第３上部ベース１２２に対するＺ方向の荷重を計測（検出）する。第３変位量計測器１２６は、その検出部１２６ａが第３上部ベース１２２に連結され、第３上部ベース１２２のＺ方向の変位を計測する。
【００４８】
第３ロック機構１２８は、第３上部ベース１２２に対して進退可能に駆動される第３ロックピン１２９を有する。第３ロックピン１２９が進出して第３上部ベース１２２の側面に形成された第３係合凹部１２２ａに係合すると、第３上部ベース１２２のＺ方向の移動が規制される。従って、第３クランプ機構７６のＺ方向の変位が規制される。第３ロックピン１２９が後退して前記第３係合凹部１２２ａから離脱すると、第３上部ベース１２２に対するＺ方向の移動規制が解除される。従って、第３クランプ機構７６がＺ方向に変位可能となる。
【００４９】
上記のように構成されたフローティング機構７８は、第１〜第３ロック機構９８、１１６、１２８のロックピンが進出して第１〜第３係合凹部１００ａ、１１８ａ、１２２ａに係合することにより、第１〜第３上部ベース１００、１１８、１２２の変位が規制された「変位規制状態」となる。一方、フローティング機構７８は、第１〜第３ロック機構９８、１１６、１２８の第１〜第３ロックピン９９、１１７、１２９が後退して第１〜第３係合凹部１００ａ、１１８ａ、１２２ａから離脱することにより、第１〜第３上部ベース１００、１１８、１２２の変位が許容された「規制解除状態」となる。規制解除状態では、第３クランプ機構７６をフローティング状態（自由変位可能な状態）で支持することが可能である。このようなフローティング機能により、後述するように、後部フレーム組立体１６を正規姿勢で保持した状態から変位規制を解除した際に、後部フレーム組立体１６の変位に追従するように第３クランプ機構７６を変位させることが可能となっている。
【００５０】
次に、図１に示すロボット８０について説明する。本実施形態において、ロボット８０は、複数の駆動軸を有する多関節ロボットである。具体的には、ロボット８０は、ベース台１３０と、鉛直な駆動軸を中心としてベース台１３０に回動可能に支持された旋回部１３２と、旋回部１３２に回動可能に支持された多関節アーム１３４と、多関節アーム１３４の先端に設けられた手首部１３６とを有し、手首部１３６上に上述したフローティング機構７８が固定されている。図１において、旋回部１３２の旋回方向を矢印Ａで示す。手首部１３６は、図１中の矢印Ｂ方向の旋回機能を備えている。
【００５１】
ロボット８０は、多関節アーム１３４及び手首部１３６の動作により、３次元空間上で手首部１３６の位置及び姿勢を変化させる。ロボット８０は、制御ユニット３８の制御により、ロボット８０に設けられた各駆動軸が数値制御され、３次元空間上での手首部１３６の位置及び姿勢が制御されるようになっている。本実施形態において、ロボット８０は、制御ユニット３８により算出された後部フレーム組立体１６の矯正変位量Ｄに基づいて、後部フレーム組立体１６を矯正変位させる矯正変位手段として機能する。
【００５２】
なお、矯正変位手段は、ロボット８０以外により構成されてもよく、例えば、複数のアクチュエータ（シリンダ装置、電気モータ等）の駆動により３次元的に変位可能な可動部を有する手段であってもよい。
【００５３】
制御ユニット３８は、上述したヘッドパイプ位置決めユニット３２、支持部位置決めユニット３４及び後部位置決めユニット３６を統括的に制御する。本実施形態において、制御ユニット３８は、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出する矯正量算出手段として機能する。制御ユニット３８の矯正変位量算出手段としての機能については、後述する。
【００５４】
ところで、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を設計上の取付け姿勢（取付け角度）で位置決めした状態で、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合して車体フレーム１２として組み立てた場合、溶接後に後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除したときに、車体フレーム１２に変位が生じることがある。また、このような変位は、個々の車体フレーム１２ごとに区々であり、溶接後精度のばらつきがある。これは以下のメカニズムによる。
【００５５】
図４Ａは、溶接前の車体フレーム１２（前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６）の平面模式図であり、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、それぞれ図４Ａ中のＢ部、Ｃ部、Ｄ部の部分拡大図である。図４Ｂにおいて、θは、前部フレーム組立体１４のメインパイプ２０と後部フレーム組立体１６のアッパーパイプ２４の先端との間の当接面の傾きである。ｌは、メインパイプ２０とアッパーパイプ２４との間の干渉又は隙間の大きさである。図４Ｃにおいて、ｐは、メインパイプ２０の後端部とダウンパイプ２６の先端部との「嵌め合いきつさ」である。図４Ｄにおいて、ｄは、ダウンパイプ２６後端部に取り付けられたステー２８の設計上の位置からの「取付けズレ」である。部品同士の干渉による変位（部品干渉変位）Ｌは、下記（１）式で表される。
Ｌ＝ｆ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）…（１）
【００５６】
そして、溶接後変位量Ｌｗは、部品干渉変位Ｌに、溶接に起因する歪変位ωを加えたものであり、下記（２）式で表される。
Ｌｗ＝Ｌ＋ω＝ｆ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）＋ω…（２）
【００５７】
このように車体フレーム１２の溶接後変位は、複数のパラメータ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）の複合要素で発生する。本発明は、このような溶接後精度のばらつきのメカニズムを考慮し、前部フレーム組立体１４に対する後部フレーム組立体１６の位置決め時に後部フレーム組立体１６を矯正変位させることにより、溶接後の車体フレーム１２の形状精度を高めるものである。
【００５８】
後部フレーム組立体１６の矯正変位に際しての矯正変位量Ｄを算出するアルゴリズムを作成する方法を以下に説明する。矯正変位量算出アルゴリズムの作成方法は、概略、複合部品内部応力（荷重と変位量）計測機構を取り付けた治具に車体フレーム１２をセットし、溶接結合前に変位量Ｌαを計測し、その後、正規姿勢（基準姿勢）へ戻した状態で溶接を実施する、というものである。具体的には、以下のようにして矯正変位量算出アルゴリズムを作成する。
【００５９】
図５Ａは、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持に保持するのに必要な作用力ｐｘ（以下、「基準位置荷重」ともいう）と、溶接後の車体フレーム１２における後部フレーム組立体１６の正規姿勢からの変位量、すなわち上述した溶接後変位量Ｌｗとの関係を示すグラフである。ここで、上記「正規姿勢」は、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６が設計上の位置（前部フレーム組立体１４の平面視中心線上）にくる姿勢である。図５Ａから了解されるように、作用力ｐｘと溶接後変位量Ｌｗとには一定の相関関係がある。従って、このような相関グラフを作成しておくことにより、作用力ｐｘから溶接後変位量Ｌｗを予測することが可能である。
【００６０】
図５Ｂは、溶接前に前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した状態から、後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除したときの当該後部フレーム組立体１６の変位量Ｌαと、溶接後変位量Ｌｗとの関係を示すグラフである。図５Ｂから了解されるように、溶接前変位量（変位量Ｌα）と溶接後変位量Ｌｗとには一定の相関関係がある。従って、このような相関グラフを作成しておくことにより、個々の前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６との組合せごとに、組立体溶接前に計測した後部フレーム組立体１６の変位量Ｌαから、溶接後変位量Ｌｗを予測することができる。
【００６１】
図６は、矯正移動量算出アルゴリズムを作成する手順を示すフローチャートである。先ず、治具に前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６をセットする（ステップＳ１）。ステップＳ１で用いる治具は、図１に示したヘッドパイプ位置決めユニット３２、支持部位置決めユニット３４及び後部位置決めユニット３６である必要はなく、これらとは別構成のもので、前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６を位置決めできる治具であればよい。後部フレーム組立体１６は、前部フレーム組立体１４に対して正規姿勢となるように位置決めされる。
【００６２】
次に、後部フレーム組立体１６をクランプした治具に対する反力を計測する（ステップＳ２）。この反力は、正規姿勢から変形しようとする後部フレーム組立体１６の内部応力による反力荷重であり、上述した作用力ｐｘに対応する。次に、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合し（ステップＳ３）、溶接後の車体フレーム１２の変位量Ｌα（位置決めが解除された後部フレーム組立体１６の正規姿勢からのズレ量）を計測する（ステップＳ４）。ここでは、変位量Ｌαを計測する位置は、後部フレーム組立体１６の後端部（ステー２８）とする。従って、矯正変位させる箇所は、後部フレーム組立体１６の後端部となる。
【００６３】
次に、車体フレーム１２の仮矯正変位量Ｄｋを決定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で決定する仮矯正変位量Ｄｋは、溶接後の車体フレーム１２の精度誤差をなくすような位置決め時の後部フレーム組立体１６の矯正変位量の仮の値であって、ステップＳ２で計測した反力荷重（作用力ｐｘ）を生じさせる後部フレーム組立体１６の正規姿勢からの変形を打ち消す方向の変位量である。
【００６４】
仮矯正変位量Ｄｋが決定したら、次に、仮矯正変位量Ｄｋの決定に際して使用したものとは別の前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６を用意し、治具にセットする（ステップＳ６）。そして、ステップＳ２と同様に、後部フレーム組立体１６をクランプした治具に対する反力荷重を計測する（ステップＳ７）。次に、ステップＳ５で決定した仮矯正変位量Ｄｋに基づき、車体フレーム１２（具体的には、前部フレーム組立体１４に装着された後部フレーム組立体１６）に対して仮矯正を実行する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、仮矯正により変位させる箇所は、仮矯正変位量Ｄｋの決定に際して計測した後部フレーム組立体１６の後端部である。
【００６５】
次に、後部フレーム組立体１６を矯正変位させた状態で、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合する（ステップＳ９）。溶接が完了したら、後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除し、後部フレーム組立体１６の正規姿勢からのズレ量（変位量）を計測する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ１０で計測した変位量に基づいて、ステップ５で最初に決定した仮矯正変位量Ｄｋを修正して新たな仮矯正変位量Ｄｋを決定する（ステップ１１）。さらに、別の前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６に対して、上述したステップＳ６〜ステップＳ１１を実施し、これを複数回繰り返してデータ取得することより、矯正変位量算出アルゴリズムとして完成させる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る位置決め装置１０は、上述した矯正変位量算出アルゴリズムを利用して溶接前の車体フレーム１２（前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６）の位置決めを行う。以下、図１、図７及び図８Ａ〜図８Ｄを参照し、位置決め装置１０の作用及び効果との関係で、本実施形態に係るワーク位置決め方法を説明する。
【００６７】
図７は、位置決め装置１０の動作（位置決め方法）を示すフローチャートである。図７に示すように、先ず、治具へワークをセットする（ステップ２０）。具体的には、ヘッドパイプ位置決めユニット３２の第１クランプ機構４０で前部フレーム組立体１４のヘッドパイプ１８をクランプするとともに、支持部位置決めユニット３４の第２クランプ機構７２で前部フレーム組立体１４の支持部２２をクランプすることにより、前部フレーム組立体１４を所定の位置に固定して位置決めする（第１ワーク位置決め工程）。次に、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を装着する（装着工程）。続いて、前部フレーム組立体１４に対して正規姿勢となる状態で後部フレーム組立体１６を第３クランプ機構７６でクランプする（図８Ａ参照）。フローティング機構７８は、第１〜第３ロックピン９９、１１７、１２９を進出位置に変位させておき、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃが変位しない変位規制状態としておく。これにより、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６の部品干渉変位Ｌがゼロでない場合でも、後部フレーム組立体１６は第３クランプ機構７６により拘束される。この場合、後部フレーム組立体１６は、弾性変形して内部応力が発生した状態となる。ここで、部品干渉変位Ｌは、上述したように上記（１）式で表され、溶接後変位量Ｌωは、上記（２）式で表される。
【００６８】
次に、フローティング機構７８における第１〜第３ロックピン９９、１１７、１２９を後退させ、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃの自由変位が可能な規制解除状態とする。そうすると、後部フレーム組立体１６から内部応力による反力荷重を受ける第３クランプ機構７６は、フローティング機構７８によるフローティングの作用により、後部フレーム組立体１６の変位に追従して変位する（図８Ｂ参照）。ステップ２１において、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６は、後部フレーム組立体１６の変位量を計測する（変位量計測工程）。具体的には、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６が計測する変位量は、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８ＣのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動量であるが、フローティング機構７８に第３クランプ機構７６が固定され、第３クランプ機構７６により後部フレーム組立体１６がクランプされているため、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６により計測された各変位量の合成値が、後部フレーム組立体１６の変位量となる。このため、制御ユニット３８は、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６により計測された各変位量から、後部フレーム組立体１６の変位量Ｌαを算出する。
【００６９】
次に、フローティング機構７８の第１及び第２アクチュエータ９２、１１０を作動させ、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃをゼロ位置（第１〜第３ロック機構９８、１１６、１２８により変位を規制していた位置）に復帰させる（図８Ｃ参照）。これにより、後部フレーム組立体１６は前部フレーム組立体１４に対して正規姿勢となる位置に矯正変位（一次矯正変位）させられる。そして、この状態で、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持するのに必要な作用力ｐｘを計測する作用力測定工程を実施する（ステップＳ２２）。具体的には、第３クランプ機構７６によって正規姿勢に保持された後部フレーム組立体１６から第３クランプ機構７６が受ける反力を前記作用力ｐｘとして計測する。
【００７０】
次に、ステップＳ２１で計測（算出）した変位量と、ステップＳ２２で計測した作用力ｐｘとに基づいて、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出する矯正量算出工程を実施する（ステップＳ２３）。矯正変位量Ｄは、下記（３）式で表される。
Ｄ＝Ｌα＋Ｌｐ＋ω…（３）
【００７１】
ここで、Ｌαは、後部フレーム組立体１６の位置決め解除時（内部応力開放時）の変位量であり、下記（４）式で表される。またこのとき、下記（５）式が成立する。
Ｌα＝Ｌ＝ｆ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）…（４）
ｆ（ｐ１）＝ｆ（ｐ２）＝ｆ（ｐ３）＝ｆ（ｐ４）…（５）
【００７２】
上記（３）式中のＬｐは、反力荷重分の矯正変位量であり、下記（６）式で表される。
Ｌｐ＝ｆ（ｐ）又はｆ（ｐ／Ｌα）…（６）
【００７３】
次に、算出された矯正変位量Ｄに基づいて、後部フレーム組立体１６を矯正変位させる（ステップ２４）。具体的には、ロボット８０（矯正変位手段）は、制御ユニット３８による制御作用下に、手首部１３６の位置を移動させることにより、正規姿勢を基準として矯正変位量Ｄの分だけ第３クランプ機構７６にクランプされた後部フレーム組立体１６を矯正変位（二次矯正変位）させる矯正変位工程を実施する（ステップＳ２４。図８Ｄ参照）。そして、後部フレーム組立体１６を矯正変位量Ｄの分だけ矯正変位させた状態で、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合する（ステップ２５）。溶接後、後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除すると、後部フレーム組立体１６は正規姿勢の位置に戻る。
【００７４】
上記の説明から了解されるように、本実施形態では、第１変位量計測器９６、第２変位量計測器１１４及び第３変位量計測器１２６により、第１のワーク（前部フレーム組立体１４）に装着された状態での第２のワーク（後部フレーム組立体１６）の、矯正変位させない状態での第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量Ｌαを計測する変位量計測手段が構成されている。
【００７５】
また、実施形態では、第１荷重計測器９４、第２荷重計測器１１２及び第３荷重計測器１２４により、第１のワークに装着された状態での第２のワークを正規姿勢に保持するのに必要な作用力ｐｘを計測する作用力計測手段が構成されている。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態に係る位置決め装置１０及びその動作方法（位置決め方法）によれば、溶接を実行する前に、後部フレーム組立体１６の前部フレーム組立体１４に対する正規姿勢を基準とした位置ズレである変位量Ｌαと、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した状態での作用力（反力）ｐｘとを計測し、当該変位量Ｌαと作用力ｐｘとに基づいて、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出し、後部フレーム組立体１６を矯正変位させるので、溶接後の車体フレーム１２における後部フレーム組立体１６の正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。従って、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とからなる車体フレーム１２を精度よく製作することができる。
【００７７】
本実施形態に係る位置決め装置１０は、変位規制状態で、第３クランプ機構７６の変位を規制する一方、規制解除状態で、第３クランプ機構７６に対する変位規制を解除することによって第３クランプ機構７６の自由変位を可能にするフローティング機構７８を備えるので、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した後に、変位規制を解除することで確実且つスムーズに後部フレーム組立体１６を自由変位させることができる。
【００７８】
本実施形態の場合、変位量計測手段として機能する第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６は、フローティング機構７８に設けられ、当該フローティング機構７８を構成する可動部（第１〜第３上部ベース１００、１１８、１２２）の変位を計測するので、個々の後部フレーム組立体１６ごとに、正規姿勢を基準とした変位量Ｌαを簡単且つ精度よく計測することができる。なお、変位量計測手段としては、上記の構成に限らず、後部フレーム組立体１６の変位を直接計測する構成であってもよく、例えば、ステレオカメラを利用した変位計や、レーザ測距計であってもよい。
【００７９】
本実施形態の場合、作用力計測手段として機能する第１〜第３荷重計測器９４、１１２、１２４は、第３クランプ機構７６によって正規姿勢に保持された後部フレーム組立体１６から第３クランプ機構７６が受ける反力を作用力ｐｘとして計測するので、個々の後部フレーム組立体１６ごとに、前部フレーム組立体１４に装着された状態での後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持するのに必要な作用力ｐｘを簡単に計測することができる。
【００８０】
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８１】
１０…自動二輪車用車体フレーム位置決め装置（ワーク位置決め装置）
１２…自動二輪車用車体フレーム
１４…前部フレーム組立体（第１のワーク）
１６…後部フレーム組立体（第２のワーク）
３２…ヘッドパイプ位置決めユニット ３４…支持部位置決めユニット
３６…後部位置決めユニット ３８…制御ユニット（矯正量算出手段）
７６…第３クランプ機構（クランプユニット）
７８…フローティング機構 ８０…ロボット（矯正変位手段）
９４…第１荷重計測器 ９６…第１変位量計測器
１１２…第２荷重計測器 １１４…第２変位量計測器
１２４…第３荷重計測器 １２６…第３変位量計測器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのワークを溶接することによりフレームを組み立てる際に当該ワークを位置決めするワーク位置決め方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車用車体フレームの組立てにおいて、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体とを位置決めした後、溶接によって両組立体を相互に結合することは、従来公知である（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４０９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術にあっては、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体に製作上の誤差がある場合に、組立体の個体によっては、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体との嵌合部や当接部に干渉或いは隙間が発生する。このような干渉或いは隙間は、部品同士の干渉に起因する変位（部品干渉変位）や、溶接後変位等が生じる原因となり、溶接後に位置決めを解除した際に、組み立てられた車体フレームに変位（変形）が発生し、前部フレーム組立体に対する後部フレーム組立体の取付け姿勢（取付け角度）において、設計上の姿勢（正規姿勢）に対して大きなズレが生じる場合がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、フレームを精度よく組み立てることができるワーク位置決め方法及び装置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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め方法であって、前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク位置決め工程と、位置決めされた前記第１のワークに対し、前記第２のワークを装着する装着工程と、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測工程と、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測工程と、前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出工程と、算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記の本発明のワーク位置決め方法によれば、溶接を実行する前に、第２のワークの第１のワークに対する正規姿勢を基準とした位置ズレである変位量と、第２のワークを正規姿勢に保持した状態での作用力（反力）とを計測し、計測した当該変位量と作用力とに基づいて、溶接後に第２のワークの位置決めを解除したときに第２のワークが正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出し、第２のワークを矯正変位させるので、溶接後のフレームにおける第２のワークの正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。従って、第１のワークと第２のワークとからなるフレームを精度よく製作することができる。
【０００８】
上記のワーク位置決め方法において、前記変位量計測工程では、前記第２のワークを固定して位置決めするためのクランプユニットと、変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構とを用い、前記第２のワークを固定して前記正規姿勢に位置決めするワーク配置工程と、前記ワーク配置工程後に、前記フローティング機構による前記クランプユニットの変位規制を解除する規制解除工程と、前記変位規制の解除に伴って変位した前記第２のワークの前記正規姿勢からの移動量を前記変位量として計測する工程とを有するとよい。
【０００９】
これにより、個々の第２のワークごとに、正規姿勢を基準とした変位量を簡単に計測することができる。
【００１０】
上記のワーク位置決め方法において、前記作用力計測工程では、前記自由姿勢に位置する前記第２のワークを、前記クランプユニットにより前記正規姿勢に変位させる工程と、前記クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測する工程とを有するとよい。
【００１１】
これにより、個々の第２のワークごとに、第１のワークに装着された状態での第２のワークを正規姿勢に保持するのに必要な作用力を簡単に計測することができる。
【００１２】
上記のワーク位置決め方法において、前記フレームは、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体とにより構成される自動二輪車用車体フレームであり、前記第１のワークは、前記前部フレーム組立体であり、前記第２のワークは、前記後部フレーム組立体であるとよい。
【００１３】
これにより、自動二輪車用車体フレームを精度よく製作することができる。
【００１４】
また、本発明は、第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め装置であって、前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク用位置決め機構と、位置決めされた前記第１のワークに装着された状態の前記第２のワークをクランプするクランプユニットと、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測手段と、前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測手段と、前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出手段と、算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、溶接後に第２のワークの位置決めを解除したときに第２のワークが正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出し、第２のワークを矯正変位させるので、溶接後のフレームにおける第２のワークの正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。従って、第１のワークと第２のワークとからなるフレームを精度よく製作することができる。
【００１６】
上記のワーク位置決め装置において、変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構をさらに備えるとよい。
【００１７】
これにより、第２のワークを正規姿勢に保持した後に、変位規制を解除することで確実且つスムーズに第２のワークを自由変位させることができる。
【００１８】
上記のワーク位置決め装置において、前記変位量計測手段は、前記フローティング機構に設けられ、当該フローティング機構を構成する可動部の変位を計測するとよい。
【００１９】
これにより、個々の第２のワークごとに、正規姿勢を基準とした変位量を簡単に計測することができる。
【００２０】
上記のワーク位置決め装置において、前記作用力計測手段は、クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測するとよい。
【００２１】
これにより、個々の第２のワークごとに、第１のワークに装着された状態での第２のワークを正規姿勢に保持するのに必要な作用力を簡単に計測することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のワーク位置決め方法及び装置によれば、溶接後のフレームにおける第２のワークの正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。すなわち、フレームを精度よく組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のワーク位置決め装置の一実施形態としての自動二輪車用フレームの位置決め装置の側面図である。
【図２】図２Ａは、自動二輪車用フレームの斜視図であり、図２Ｂは、溶接によって結合する前の前部フレーム組立体と後部フレーム組立体の斜視図である。
【図３】図３Ａは、図１に示したフローティング機構の第１ステージの平面模式図であり、図３Ｂは、同フローティング機構の第２ステージの平面模式図であり、図３Ｃは、同フローティング機構の第３ステージの側面模式図である。
【図４】図４Ａは、車体フレームの溶接後精度がばらつくメカニズムを説明するための平面模式図であり、図４Ｂは、図４Ａ中のＢ部拡大図であり、図４Ｃは、図４Ａ中のＣ部拡大図であり、図４Ｄは、図４Ａ中のＤ部拡大図である。
【図５】図５Ａは、後部フレーム組立体を正規姿勢に保持に保持するのに必要な作用力と、溶接後の車体フレームにおける後部フレーム組立体の正規姿勢からの変位量との関係を示すグラフであり、図５Ｂは、溶接前の位置決め解除時の後部フレーム組立体の変位量と、溶接後変位量との関係を示すグラフである。
【図６】矯正移動量を算出するアルゴリズムを作成する手順を示すフローチャートである。
【図７】自動二輪車用フレームの位置決め装置の動作（位置決め方法）を示すフローチャートである。
【図８】図８Ａは、部品セット時の状態を示す図であり、図８Ｂは、変位規制を解除した状態を示す図であり、図８Ｃは、後部フレーム組立体を正規姿勢に保持して反力を計測する状態を示す図であり、図８Ｄは、後部フレーム組立体を矯正変位させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るワーク位置決め方法及び装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明のワーク位置決め装置の一実施形態に対応する自動二輪車用フレーム位置決め装置１０（以下、「位置決め装置１０」という）の全体構成を示す側面図である。この位置決め装置１０は、自動二輪車用車体フレーム１２（以下、単に「車体フレーム１２」という）を組み立てるに際して、当該車体フレーム１２を構成する前部フレーム組立体１４（第１のワーク）と後部フレーム組立体１６（第２のワーク）とを所定位置に固定して位置決めするための装置である。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、車体フレーム１２は、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とからなる。前部フレーム組立体１４は、その先端部に設けられたヘッドパイプ１８と、ヘッドパイプ１８から後方且つ斜め下方に延出したメインパイプ２０と、メインパイプ２０の後端下部に設けられた支持部２２とを有する。後部フレーム組立体１６は、メインパイプ２０の後端よりも若干前方寄りの箇所に連結され後方且つ上方に延出し後端が互いに連結してＵ字状をなした左右のアッパーパイプ２４と、メインパイプ２０の後端に連結しアッパーパイプ２４に沿って延在するダウンパイプ２６とを有する。アッパーパイプ２４の後端部にはステー２８が固定されている。
【００２７】
このような後部フレーム組立体１６は、前部フレーム組立体１４のメインパイプ２０における後端部にダウンパイプ２６の先端部を溶接するとともに、メインパイプ２０におけるダウンパイプ２６との接合箇所よりも先端側の箇所にアッパーパイプ２４の先端部を溶接するようにして、前部フレーム組立体１４に組みつけられ、これにより図２Ａに示す状態の車体フレーム１２が構成される。
【００２８】
図１に示すように、位置決め装置１０は、基台３０と、前部フレーム組立体１４のヘッドパイプ１８を固定して位置決めするためのヘッドパイプ位置決めユニット３２と、前部フレーム組立体１４の支持部２２を固定して位置決めするための支持部位置決めユニット３４と、後部フレーム組立体１６を固定して位置決めするための後部位置決めユニット３６と、これらの位置決めユニット３２、３４、３６の動作を制御する制御ユニット３８（矯正量算出手段）とを備える。以下、位置決め装置１０の前後方向（図１の左右方向）をＸ方向、Ｘ方向に直交する水平方向をＹ方向、位置決め装置１０の上下方向をＺ方向と呼ぶ。
【００２９】
ヘッドパイプ位置決めユニット３２は、ヘッドパイプ１８をクランプするための第１クランプ機構４０と、第１クランプ機構４０の上下方向の位置調整を行うための昇降機構４２と、第１クランプ機構４０の前後方向の位置調整を行うための進退機構４４とを有する。
【００３０】
第１クランプ機構４０は、支持枠４６と、支持枠４６に固定された固定把持部４８と、この固定把持部４８に対向するように配置された可動把持部５０と、可動把持部５０を固定把持部４８に対して進退移動させるクランプ用アクチュエータ５２とを有し、固定把持部４８と可動把持部５０との間にヘッドパイプ１８をクランプすることが可能である。
【００３１】
昇降機構４２は、支柱５４と、この支柱５４に固定され上下方向に沿って配置された第１レール５６と、第１レール５６を上下方向に移動可能な第１スライダ５８と、第１スライダ５８に固定され第１クランプ機構４０を支持して昇降可能な昇降台６０と、支柱５４に固定され昇降台６０を昇降駆動させる昇降用アクチュエータ６２とを有する。昇降台６０に対する第１クランプ機構４０の固定角度は、調整可能となっている。昇降用アクチュエータ６２は、制御ユニット３８により制御される。
【００３２】
進退機構４４は、基台３０上に設置された第１支持ベース６４と、支持ベース上にＸ方向に沿って配設された第２レール６５と、第２レール６５上をＸ方向に移動可能な第２スライダ６６と、第２スライダ６６に固定され第２スライダ６６と一体となってＸ方向に移動する可動ステージ６８と、第１支持ベース６４に固定され可動ステージ６８をＸ方向に進退駆動させる進退用アクチュエータ７０とを有する。進退用アクチュエータ７０は、制御ユニット３８により制御される。
【００３３】
このようなヘッドパイプ位置決めユニット３２によれば、ヘッドパイプ１８のＸ方向の位置、基台３０からのヘッドパイプ１８の高さ及びヘッドパイプ１８の傾斜角に応じて、第１クランプ機構４０をヘッドパイプ１８の位置及び角度に対応した任意の位置及び角度に移動させることができる。
【００３４】
支持部位置決めユニット３４は、支持部２２を左右両側からクランプするための第２クランプ機構７２と、第２クランプ機構７２を支持する第２支持ベース７４とを有する。第２クランプ機構７２は、詳細な構成は図示しないが、支持部２２を把持する把持部と、制御ユニット３８により制御されることで把持部を駆動するアクチュエータとを備える。第２支持ベース７４は、基台３０上に固定されている。すなわち、支持部位置決めユニット３４は、第２支持ベース７４に対して位置が固定であり、支持部位置決めユニット３４による固定位置を基準として、前部フレーム組立体１４の形状及び大きさに合わせてヘッドパイプ位置決めユニット３２の位置調整がなされて、前部フレーム組立体１４が位置決めされる。
【００３５】
本実施形態において、上述したヘッドパイプ位置決めユニット３２と支持部位置決めユニット３４により、第１のワーク（前部フレーム組立体１４）を固定して位置決めする第１ワーク用位置決め機構が構成されている。
【００３６】
後部位置決めユニット３６は、後部フレーム組立体１６をクランプするための第３クランプ機構７６（クランプユニット）と、第３クランプ機構７６の変位を規制可能であるとともに変位規制を解除可能なフローティング機構７８と、このフローティング機構７８を支持するとともに当該フローティング機構７８を変位させることが可能なロボット８０（矯正変位手段）とを有する。
【００３７】
第３クランプ機構７６は、後部フレーム組立体１６を把持可能な把持部８２と、制御ユニット３８により制御されて把持部８２を駆動するアクチュエータ（図示せず）と、把持部８２及び当該アクチュエータを支持する第３支持ベース８４とを有する。本実施形態において、把持部８２は、後部フレーム組立体１６の後端部（ステー２８）を把持するように配設されている。このような第３クランプ機構７６は、後部フレーム組立体１６の形態（機種）ごとに用意される。このため、第３クランプ機構７６は、機種を交換するためのツールチェンジャー７９を介してフローティング機構７８上に固定されている。
【００３８】
フローティング機構７８は、Ｘ方向にスライド可能な第１ステージ７８Ａと、Ｙ方向にスライド可能な第２ステージ７８Ｂと、Ｚ方向にスライド可能な第３ステージ７８Ｃとを有し、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃが積層された構成となっている。なお、本実施形態では、上から下に向かって、第１ステージ７８Ａ、第２ステージ７８Ｂ及び第３ステージ７８Ｃがこの順で積層されているが、この順序は変更してもよい。
【００３９】
フローティング機構７８は、変位規制状態（ロック状態）では、ロボット８０（の手首）に対する第３クランプ機構７６の変位を規制（ロック）し、規制解除状態（ロック解除状態）では、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃのスライド作用により、可動範囲内において第３クランプ機構７６を自在に変位可能である。
【００４０】
図３Ａは、第１ステージ７８Ａの平面模式図である。図３Ａに示すように、第１ステージ７８Ａは、第１ベースプレート８６と、第１ベースプレート８６上にＸ方向に沿って配置された第１スライドレール８８と、第１スライドレール８８上をＸ方向に移動可能な第１スライドステージ９０と、第１ベースプレート８６に固定された２つの第１アクチュエータ９２と、各第１アクチュエータ９２の出力部９５に設けられた第１荷重計測器９４と、第１ベースプレート８６上に配置された第１変位量計測器９６と、第１ベースプレート８６に設けられた第１ロック機構９８とを有する。
【００４１】
第１スライドステージ９０上には、第１上部ベース１００が固定されている。第１上部ベース１００上には、上述したツールチェンジャー７９（図１参照）が配置される。２つの第１アクチュエータ９２は、第１上部ベース１００のＸ方向両端部を、第１荷重計測器９４を介して押圧することで当該第１上部ベース１００をＸ方向に移動させることが可能である。第１荷重計測器９４は、第１アクチュエータ９２が第１上部ベース１００をＸ方向に移動させる際に作用する荷重を計測する。
【００４２】
第１上部ベース１００には、第１突起部１０１が設けられ、当該第１突起部１０１が、第１変位量計測器９６の検出部９６ａに連結されている。第１変位量計測器９６は、第１上部ベース１００のＸ方向の変位を計測する。第１ロック機構９８は、第１上部ベース１００に対して進退可能に駆動される第１ロックピン９９を有する。第１ロックピン９９が進出して第１上部ベース１００の側面に形成された第１係合凹部１００ａに係合すると、第１上部ベース１００のＸ方向の移動が規制される。従って、第３クランプ機構７６のＸ方向の変位が規制される。第１ロックピン９９が後退して前記第１係合凹部１００ａから離脱すると、第１上部ベース１００に対するＸ方向の移動規制が解除される。従って、第３クランプ機構７６がＸ方向に変位可能となる。
【００４３】
図３Ｂは、第２ステージ７８Ｂの平面模式図である。図３Ｂに示すように、第２ステージ７８Ｂは、第２ベースプレート１０４と、第２ベースプレート１０４上にＹ方向に沿って配置された第２スライドレール１０６と、第２スライドレール１０６上をＹ方向に移動可能な第２スライドステージ１０８と、第２ベースプレート１０４に固定された２つの第２アクチュエータ１１０と、各第２アクチュエータ１１０の出力部１１１に設けられた第２荷重計測器１１２と、第２ベースプレート１０４上に配置された第２変位量計測器１１４と、第２ベースプレート１０４に設けられた第２ロック機構１１６とを有する。
【００４４】
第２スライドステージ１０８上には、第２上部ベース１１８が固定されている。第２上部ベース１１８は、上述した第１ベースプレート８６であってもよい。２つの第２アクチュエータ１１０は、第２上部ベース１１８のＹ方向両端部を、第２荷重計測器１１２を介して押圧することで当該第２上部ベース１１８をＹ方向に移動させることが可能である。第２荷重計測器１１２は、第２アクチュエータ１１０が第２上部ベース１１８をＹ方向に移動させる際に作用する荷重を計測する。
【００４５】
第２上部ベース１１８には、第２突起部１１９が設けられ、当該第２突起部１１９が、第２変位量計測器１１４の検出部１１４ａに連結されている。第２変位量計測器１１４は、第２上部ベース１１８のＹ方向の変位を計測（検出）する。第２ロック機構１１６は、第２上部ベース１１８に対して進退可能に駆動される第２ロックピン１１７を有する。第２ロックピン１１７が進出して第２上部ベース１１８の側面に形成された第２係合凹部１１８ａに係合すると、第２上部ベース１１８のＹ方向の移動が規制される。従って、第３クランプ機構７６のＹ方向の変位が規制される。第２ロックピン１１７が後退して前記第２係合凹部１１８ａから離脱すると、第２上部ベース１１８に対するＹ方向の移動規制が解除される。従って、第３クランプ機構７６がＹ方向に変位可能となる。
【００４６】
図３Ｃは、第３ステージ７８Ｃの側面模式図である。図３Ｃに示すように、第３ステージ７８Ｃは、第３ベースプレート１２０と、第３ベースプレート１２０の上方に配置されＺ方向に沿って移動可能な第３上部ベース１２２と、第３上部ベース１２２に固定され第３ベースプレート１２０に設けられたガイド部１２１にガイドされてＺ方向に摺動可能なガイドロッド１２３と、第３ベースプレート１２０と第３上部ベース１２２との間に配置された第３荷重計測器１２４と、第３ベースプレート１２０に設けられた第３変位量計測器１２６と、第３ベースプレート１２０に設けられた第３ロック機構１２８とを有する。
【００４７】
第３上部ベース１２２は、上述した第２ベースプレート１０４に固定される。あるいは、第３上部ベース１２２は、第２ベースプレート１０４であってもよい。第３荷重計測器１２４は、第３上部ベース１２２に対するＺ方向の荷重を計測（検出）する。第３変位量計測器１２６は、その検出部１２６ａが第３上部ベース１２２に連結され、第３上部ベース１２２のＺ方向の変位を計測する。
【００４８】
第３ロック機構１２８は、第３上部ベース１２２に対して進退可能に駆動される第３ロックピン１２９を有する。第３ロックピン１２９が進出して第３上部ベース１２２の側面に形成された第３係合凹部１２２ａに係合すると、第３上部ベース１２２のＺ方向の移動が規制される。従って、第３クランプ機構７６のＺ方向の変位が規制される。第３ロックピン１２９が後退して前記第３係合凹部１２２ａから離脱すると、第３上部ベース１２２に対するＺ方向の移動規制が解除される。従って、第３クランプ機構７６がＺ方向に変位可能となる。
【００４９】
上記のように構成されたフローティング機構７８は、第１〜第３ロック機構９８、１１６、１２８のロックピンが進出して第１〜第３係合凹部１００ａ、１１８ａ、１２２ａに係合することにより、第１〜第３上部ベース１００、１１８、１２２の変位が規制された「変位規制状態」となる。一方、フローティング機構７８は、第１〜第３ロック機構９８、１１６、１２８の第１〜第３ロックピン９９、１１７、１２９が後退して第１〜第３係合凹部１００ａ、１１８ａ、１２２ａから離脱することにより、第１〜第３上部ベース１００、１１８、１２２の変位が許容された「規制解除状態」となる。規制解除状態では、第３クランプ機構７６をフローティング状態（自由変位可能な状態）で支持することが可能である。このようなフローティング機能により、後述するように、後部フレーム組立体１６を正規姿勢で保持した状態から変位規制を解除した際に、後部フレーム組立体１６の変位に追従するように第３クランプ機構７６を変位させることが可能となっている。
【００５０】
次に、図１に示すロボット８０について説明する。本実施形態において、ロボット８０は、複数の駆動軸を有する多関節ロボットである。具体的には、ロボット８０は、ベース台１３０と、鉛直な駆動軸を中心としてベース台１３０に回動可能に支持された旋回部１３２と、旋回部１３２に回動可能に支持された多関節アーム１３４と、多関節アーム１３４の先端に設けられた手首部１３６とを有し、手首部１３６上に上述したフローティング機構７８が固定されている。図１において、旋回部１３２の旋回方向を矢印Ａで示す。手首部１３６は、図１中の矢印Ｂ方向の旋回機能を備えている。
【００５１】
ロボット８０は、多関節アーム１３４及び手首部１３６の動作により、３次元空間上で手首部１３６の位置及び姿勢を変化させる。ロボット８０は、制御ユニット３８の制御により、ロボット８０に設けられた各駆動軸が数値制御され、３次元空間上での手首部１３６の位置及び姿勢が制御されるようになっている。本実施形態において、ロボット８０は、制御ユニット３８により算出された後部フレーム組立体１６の矯正変位量Ｄに基づいて、後部フレーム組立体１６を矯正変位させる矯正変位手段として機能する。
【００５２】
なお、矯正変位手段は、ロボット８０以外により構成されてもよく、例えば、複数のアクチュエータ（シリンダ装置、電気モータ等）の駆動により３次元的に変位可能な可動部を有する手段であってもよい。
【００５３】
制御ユニット３８は、上述したヘッドパイプ位置決めユニット３２、支持部位置決めユニット３４及び後部位置決めユニット３６を統括的に制御する。本実施形態において、制御ユニット３８は、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出する矯正量算出手段として機能する。制御ユニット３８の矯正変位量算出手段としての機能については、後述する。
【００５４】
ところで、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を設計上の取付け姿勢（取付け角度）で位置決めした状態で、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合して車体フレーム１２として組み立てた場合、溶接後に後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除したときに、車体フレーム１２に変位が生じることがある。また、このような変位は、個々の車体フレーム１２ごとに区々であり、溶接後精度のばらつきがある。これは以下のメカニズムによる。
【００５５】
図４Ａは、溶接前の車体フレーム１２（前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６）の平面模式図であり、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄは、それぞれ図４Ａ中のＢ部、Ｃ部、Ｄ部の部分拡大図である。図４Ｂにおいて、θは、前部フレーム組立体１４のメインパイプ２０と後部フレーム組立体１６のアッパーパイプ２４の先端との間の当接面の傾きである。ｌは、メインパイプ２０とアッパーパイプ２４との間の干渉又は隙間の大きさである。図４Ｃにおいて、ｐは、メインパイプ２０の後端部とダウンパイプ２６の先端部との「嵌め合いきつさ」である。図４Ｄにおいて、ｄは、ダウンパイプ２６後端部に取り付けられたステー２８の設計上の位置からの「取付けズレ」である。部品同士の干渉による変位（部品干渉変位）Ｌは、下記（１）式で表される。
Ｌ＝ｆ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）…（１）
【００５６】
そして、溶接後変位量Ｌｗは、部品干渉変位Ｌに、溶接に起因する歪変位ωを加えたものであり、下記（２）式で表される。
Ｌｗ＝Ｌ＋ω＝ｆ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）＋ω…（２）
【００５７】
このように車体フレーム１２の溶接後変位は、複数のパラメータ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）の複合要素で発生する。本発明は、このような溶接後精度のばらつきのメカニズムを考慮し、前部フレーム組立体１４に対する後部フレーム組立体１６の位置決め時に後部フレーム組立体１６を矯正変位させることにより、溶接後の車体フレーム１２の形状精度を高めるものである。
【００５８】
後部フレーム組立体１６の矯正変位に際しての矯正変位量Ｄを算出するアルゴリズムを作成する方法を以下に説明する。矯正変位量算出アルゴリズムの作成方法は、概略、複合部品内部応力（荷重と変位量）計測機構を取り付けた治具に車体フレーム１２をセットし、溶接結合前に変位量Ｌαを計測し、その後、正規姿勢（基準姿勢）へ戻した状態で溶接を実施する、というものである。具体的には、以下のようにして矯正変位量算出アルゴリズムを作成する。
【００５９】
図５Ａは、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持に保持するのに必要な作用力ｐｘ（以下、「基準位置荷重」ともいう）と、溶接後の車体フレーム１２における後部フレーム組立体１６の正規姿勢からの変位量、すなわち上述した溶接後変位量Ｌｗとの関係を示すグラフである。ここで、上記「正規姿勢」は、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６が設計上の位置（前部フレーム組立体１４の平面視中心線上）にくる姿勢である。図５Ａから了解されるように、作用力ｐｘと溶接後変位量Ｌｗとには一定の相関関係がある。従って、このような相関グラフを作成しておくことにより、作用力ｐｘから溶接後変位量Ｌｗを予測することが可能である。
【００６０】
図５Ｂは、溶接前に前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した状態から、後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除したときの当該後部フレーム組立体１６の変位量Ｌαと、溶接後変位量Ｌｗとの関係を示すグラフである。図５Ｂから了解されるように、溶接前変位量（変位量Ｌα）と溶接後変位量Ｌｗとには一定の相関関係がある。従って、このような相関グラフを作成しておくことにより、個々の前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６との組合せごとに、組立体溶接前に計測した後部フレーム組立体１６の変位量Ｌαから、溶接後変位量Ｌｗを予測することができる。
【００６１】
図６は、矯正移動量算出アルゴリズムを作成する手順を示すフローチャートである。先ず、治具に前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６をセットする（ステップＳ１）。ステップＳ１で用いる治具は、図１に示したヘッドパイプ位置決めユニット３２、支持部位置決めユニット３４及び後部位置決めユニット３６である必要はなく、これらとは別構成のもので、前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６を位置決めできる治具であればよい。後部フレーム組立体１６は、前部フレーム組立体１４に対して正規姿勢となるように位置決めされる。
【００６２】
次に、後部フレーム組立体１６をクランプした治具に対する反力を計測する（ステップＳ２）。この反力は、正規姿勢から変形しようとする後部フレーム組立体１６の内部応力による反力荷重であり、上述した作用力ｐｘに対応する。次に、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合し（ステップＳ３）、溶接後の車体フレーム１２の変位量Ｌα（位置決めが解除された後部フレーム組立体１６の正規姿勢からのズレ量）を計測する（ステップＳ４）。ここでは、変位量Ｌαを計測する位置は、後部フレーム組立体１６の後端部（ステー２８）とする。従って、矯正変位させる箇所は、後部フレーム組立体１６の後端部となる。
【００６３】
次に、車体フレーム１２の仮矯正変位量Ｄｋを決定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で決定する仮矯正変位量Ｄｋは、溶接後の車体フレーム１２の精度誤差をなくすような位置決め時の後部フレーム組立体１６の矯正変位量の仮の値であって、ステップＳ２で計測した反力荷重（作用力ｐｘ）を生じさせる後部フレーム組立体１６の正規姿勢からの変形を打ち消す方向の変位量である。
【００６４】
仮矯正変位量Ｄｋが決定したら、次に、仮矯正変位量Ｄｋの決定に際して使用したものとは別の前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６を用意し、治具にセットする（ステップＳ６）。そして、ステップＳ２と同様に、後部フレーム組立体１６をクランプした治具に対する反力荷重を計測する（ステップＳ７）。次に、ステップＳ５で決定した仮矯正変位量Ｄｋに基づき、車体フレーム１２（具体的には、前部フレーム組立体１４に装着された後部フレーム組立体１６）に対して仮矯正を実行する（ステップＳ８）。ステップＳ８において、仮矯正により変位させる箇所は、仮矯正変位量Ｄｋの決定に際して計測した後部フレーム組立体１６の後端部である。
【００６５】
次に、後部フレーム組立体１６を矯正変位させた状態で、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合する（ステップＳ９）。溶接が完了したら、後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除し、後部フレーム組立体１６の正規姿勢からのズレ量（変位量）を計測する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ１０で計測した変位量に基づいて、ステップ５で最初に決定した仮矯正変位量Ｄｋを修正して新たな仮矯正変位量Ｄｋを決定する（ステップ１１）。さらに、別の前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６に対して、上述したステップＳ６〜ステップＳ１１を実施し、これを複数回繰り返してデータ取得することより、矯正変位量算出アルゴリズムとして完成させる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る位置決め装置１０は、上述した矯正変位量算出アルゴリズムを利用して溶接前の車体フレーム１２（前部フレーム組立体１４及び後部フレーム組立体１６）の位置決めを行う。以下、図１、図７及び図８Ａ〜図８Ｄを参照し、位置決め装置１０の作用及び効果との関係で、本実施形態に係るワーク位置決め方法を説明する。
【００６７】
図７は、位置決め装置１０の動作（位置決め方法）を示すフローチャートである。図７に示すように、先ず、治具へワークをセットする（ステップ２０）。具体的には、ヘッドパイプ位置決めユニット３２の第１クランプ機構４０で前部フレーム組立体１４のヘッドパイプ１８をクランプするとともに、支持部位置決めユニット３４の第２クランプ機構７２で前部フレーム組立体１４の支持部２２をクランプすることにより、前部フレーム組立体１４を所定の位置に固定して位置決めする（第１ワーク位置決め工程）。次に、前部フレーム組立体１４に対して後部フレーム組立体１６を装着する（装着工程）。続いて、前部フレーム組立体１４に対して正規姿勢となる状態で後部フレーム組立体１６を第３クランプ機構７６でクランプする（図８Ａ参照）。フローティング機構７８は、第１〜第３ロックピン９９、１１７、１２９を進出位置に変位させておき、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃが変位しない変位規制状態としておく。これにより、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６の部品干渉変位Ｌがゼロでない場合でも、後部フレーム組立体１６は第３クランプ機構７６により拘束される。この場合、後部フレーム組立体１６は、弾性変形して内部応力が発生した状態となる。ここで、部品干渉変位Ｌは、上述したように上記（１）式で表され、溶接後変位量Ｌωは、上記（２）式で表される。
【００６８】
次に、フローティング機構７８における第１〜第３ロックピン９９、１１７、１２９を後退させ、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃの自由変位が可能な規制解除状態とする。そうすると、後部フレーム組立体１６から内部応力による反力荷重を受ける第３クランプ機構７６は、フローティング機構７８によるフローティングの作用により、後部フレーム組立体１６の変位に追従して変位する（図８Ｂ参照）。ステップ２１において、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６は、後部フレーム組立体１６の変位量を計測する（変位量計測工程）。具体的には、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６が計測する変位量は、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８ＣのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動量であるが、フローティング機構７８に第３クランプ機構７６が固定され、第３クランプ機構７６により後部フレーム組立体１６がクランプされているため、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６により計測された各変位量の合成値が、後部フレーム組立体１６の変位量となる。このため、制御ユニット３８は、第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６により計測された各変位量から、後部フレーム組立体１６の変位量Ｌαを算出する。
【００６９】
次に、フローティング機構７８の第１及び第２アクチュエータ９２、１１０を作動させ、第１〜第３ステージ７８Ａ〜７８Ｃをゼロ位置（第１〜第３ロック機構９８、１１６、１２８により変位を規制していた位置）に復帰させる（図８Ｃ参照）。これにより、後部フレーム組立体１６は前部フレーム組立体１４に対して正規姿勢となる位置に矯正変位（一次矯正変位）させられる。そして、この状態で、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持するのに必要な作用力ｐｘを計測する作用力測定工程を実施する（ステップＳ２２）。具体的には、第３クランプ機構７６によって正規姿勢に保持された後部フレーム組立体１６から第３クランプ機構７６が受ける反力を前記作用力ｐｘとして計測する。
【００７０】
次に、ステップＳ２１で計測（算出）した変位量と、ステップＳ２２で計測した作用力ｐｘとに基づいて、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出する矯正量算出工程を実施する（ステップＳ２３）。矯正変位量Ｄは、下記（３）式で表される。
Ｄ＝Ｌα＋Ｌｐ＋ω…（３）
【００７１】
ここで、Ｌαは、後部フレーム組立体１６の位置決め解除時（内部応力開放時）の変位量であり、下記（４）式で表される。またこのとき、下記（５）式が成立する。
Ｌα＝Ｌ＝ｆ（θ、ｌ、ｐ、ｄ）…（４）
ｆ（ｐ１）＝ｆ（ｐ２）＝ｆ（ｐ３）＝ｆ（ｐ４）…（５）
【００７２】
上記（３）式中のＬｐは、反力荷重分の矯正変位量であり、下記（６）式で表される。
Ｌｐ＝ｆ（ｐ）又はｆ（ｐ／Ｌα）…（６）
【００７３】
次に、算出された矯正変位量Ｄに基づいて、後部フレーム組立体１６を矯正変位させる（ステップ２４）。具体的には、ロボット８０（矯正変位手段）は、制御ユニット３８による制御作用下に、手首部１３６の位置を移動させることにより、正規姿勢を基準として矯正変位量Ｄの分だけ第３クランプ機構７６にクランプされた後部フレーム組立体１６を矯正変位（二次矯正変位）させる矯正変位工程を実施する（ステップＳ２４。図８Ｄ参照）。そして、後部フレーム組立体１６を矯正変位量Ｄの分だけ矯正変位させた状態で、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とを溶接により接合する（ステップ２５）。溶接後、後部フレーム組立体１６に対する位置決めを解除すると、後部フレーム組立体１６は正規姿勢の位置に戻る。
【００７４】
上記の説明から了解されるように、本実施形態では、第１変位量計測器９６、第２変位量計測器１１４及び第３変位量計測器１２６により、第１のワーク（前部フレーム組立体１４）に装着された状態での第２のワーク（後部フレーム組立体１６）の、矯正変位させない状態での第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量Ｌαを計測する変位量計測手段が構成されている。
【００７５】
また、実施形態では、第１荷重計測器９４、第２荷重計測器１１２及び第３荷重計測器１２４により、第１のワークに装着された状態での第２のワークを正規姿勢に保持するのに必要な作用力ｐｘを計測する作用力計測手段が構成されている。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態に係る位置決め装置１０及びその動作方法（位置決め方法）によれば、溶接を実行する前に、後部フレーム組立体１６の前部フレーム組立体１４に対する正規姿勢を基準とした位置ズレである変位量Ｌαと、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した状態での作用力（反力）ｐｘとを計測し、当該変位量Ｌαと作用力ｐｘとに基づいて、溶接後に後部フレーム組立体１６の位置決めを解除したときに後部フレーム組立体１６が正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量Ｄを算出し、後部フレーム組立体１６を矯正変位させるので、溶接後の車体フレーム１２における後部フレーム組立体１６の正規姿勢からの位置ズレをなくし或いは低減することができる。従って、前部フレーム組立体１４と後部フレーム組立体１６とからなる車体フレーム１２を精度よく製作することができる。
【００７７】
本実施形態に係る位置決め装置１０は、変位規制状態で、第３クランプ機構７６の変位を規制する一方、規制解除状態で、第３クランプ機構７６に対する変位規制を解除することによって第３クランプ機構７６の自由変位を可能にするフローティング機構７８を備えるので、後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持した後に、変位規制を解除することで確実且つスムーズに後部フレーム組立体１６を自由変位させることができる。
【００７８】
本実施形態の場合、変位量計測手段として機能する第１〜第３変位量計測器９６、１１４、１２６は、フローティング機構７８に設けられ、当該フローティング機構７８を構成する可動部（第１〜第３上部ベース１００、１１８、１２２）の変位を計測するので、個々の後部フレーム組立体１６ごとに、正規姿勢を基準とした変位量Ｌαを簡単且つ精度よく計測することができる。なお、変位量計測手段としては、上記の構成に限らず、後部フレーム組立体１６の変位を直接計測する構成であってもよく、例えば、ステレオカメラを利用した変位計や、レーザ測距計であってもよい。
【００７９】
本実施形態の場合、作用力計測手段として機能する第１〜第３荷重計測器９４、１１２、１２４は、第３クランプ機構７６によって正規姿勢に保持された後部フレーム組立体１６から第３クランプ機構７６が受ける反力を作用力ｐｘとして計測するので、個々の後部フレーム組立体１６ごとに、前部フレーム組立体１４に装着された状態での後部フレーム組立体１６を正規姿勢に保持するのに必要な作用力ｐｘを簡単に計測することができる。
【００８０】
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８１】
１０…自動二輪車用車体フレーム位置決め装置（ワーク位置決め装置）
１２…自動二輪車用車体フレーム
１４…前部フレーム組立体（第１のワーク）
１６…後部フレーム組立体（第２のワーク）
３２…ヘッドパイプ位置決めユニット ３４…支持部位置決めユニット
３６…後部位置決めユニット ３８…制御ユニット（矯正量算出手段）
７６…第３クランプ機構（クランプユニット）
７８…フローティング機構 ８０…ロボット（矯正変位手段）
９４…第１荷重計測器 ９６…第１変位量計測器
１１２…第２荷重計測器 １１４…第２変位量計測器
１２４…第３荷重計測器 １２６…第３変位量計測器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め方法であって、
前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク位置決め工程と、
位置決めされた前記第１のワークに対し、前記第２のワークを装着する装着工程と、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測工程と、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測工程と、
前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出工程と、
算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位工程と、を含む、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項２】
請求項１記載のワーク位置決め方法において、
前記変位量計測工程では、
前記第２のワークを固定して位置決めするためのクランプユニットと、
変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構とを用い、
前記第２のワークを固定して前記正規姿勢に位置決めするワーク配置工程と、
前記ワーク配置工程後に、前記フローティング機構による前記クランプユニットの変位規制を解除する規制解除工程と、
前記変位規制の解除に伴って変位した前記第２のワークの前記正規姿勢からの移動量を前記変位量として計測する工程とを有する、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のワーク位置決め方法において、
前記作用力計測工程では、
前記自由姿勢に位置する前記第２のワークを、前記クランプユニットにより前記正規姿勢に変位させる工程と、
前記クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測する工程とを有する、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のワーク位置決め方法において、
前記フレームは、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体とにより構成される自動二輪車用車体フレームであり、
前記第１のワークは、前記前部フレーム組立体であり、
前記第２のワークは、前記後部フレーム組立体である、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項５】
第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め装置であって、
前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク用位置決め機構と、
位置決めされた前記第１のワークに装着された状態の前記第２のワークをクランプするクランプユニットと、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測手段と、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測手段と、
前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出手段と、
算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位手段とを備える、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項６】
請求項５記載のワーク位置決め装置において、
変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構をさらに備える、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項７】
請求項６記載のワーク位置決め装置において、
前記変位量計測手段は、前記フローティング機構に設けられ、当該フローティング機構を構成する可動部の変位を計測する、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のワーク位置決め装置において、
前記作用力計測手段は、クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測する、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項１】
第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め方法であって、
前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク位置決め工程と、
位置決めされた前記第１のワークに対し、前記第２のワークを装着する装着工程と、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測工程と、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測工程と、
前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出工程と、
算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位工程と、を含む、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項２】
請求項１記載のワーク位置決め方法において、
前記変位量計測工程では、
前記第２のワークを固定して位置決めするためのクランプユニットと、
変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構とを用い、
前記第２のワークを固定して前記正規姿勢に位置決めするワーク配置工程と、
前記ワーク配置工程後に、前記フローティング機構による前記クランプユニットの変位規制を解除する規制解除工程と、
前記変位規制の解除に伴って変位した前記第２のワークの前記正規姿勢からの移動量を前記変位量として計測する工程とを有する、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のワーク位置決め方法において、
前記作用力計測工程では、
前記自由姿勢に位置する前記第２のワークを、前記クランプユニットにより前記正規姿勢に変位させる工程と、
前記クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測する工程とを有する、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のワーク位置決め方法において、
前記フレームは、前部フレーム組立体と後部フレーム組立体とにより構成される自動二輪車用車体フレームであり、
前記第１のワークは、前記前部フレーム組立体であり、
前記第２のワークは、前記後部フレーム組立体である、
ことを特徴とするワーク位置決め方法。
【請求項５】
第１のワークと第２のワークとを溶接することによりフレームを組み立てる際に、前記第１のワークと前記第２のワークとを位置決めするワーク位置決め装置であって、
前記第１のワークを固定して位置決めする第１ワーク用位置決め機構と、
位置決めされた前記第１のワークに装着された状態の前記第２のワークをクランプするクランプユニットと、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークの、矯正変位させない状態での前記第１のワークに対する自由姿勢と、設計上の正規姿勢との位置の差である変位量を計測する変位量計測手段と、
前記第１のワークに装着された状態での前記第２のワークを前記正規姿勢に保持するのに必要な作用力を計測する作用力計測手段と、
前記変位量と前記作用力とに基づいて、溶接後に前記第２のワークの位置決めを解除したときに前記第２のワークが前記正規姿勢に戻るようにするための矯正変位量を算出する矯正量算出手段と、
算出された前記矯正変位量に基づいて、前記第２のワークを矯正変位させる矯正変位手段とを備える、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項６】
請求項５記載のワーク位置決め装置において、
変位規制状態で前記クランプユニットの変位を規制する一方、規制解除状態で前記クランプユニットの自由変位を可能にするフローティング機構をさらに備える、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項７】
請求項６記載のワーク位置決め装置において、
前記変位量計測手段は、前記フローティング機構に設けられ、当該フローティング機構を構成する可動部の変位を計測する、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載のワーク位置決め装置において、
前記作用力計測手段は、クランプユニットによって前記正規姿勢に保持された前記第２のワークから前記クランプユニットが受ける反力を前記作用力として計測する、
ことを特徴とするワーク位置決め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９４８５２（Ｐ２０１３−９４８５２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６３６２（Ｐ２０１１−２３６３６２）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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