专利名称：工件定位装置和使用该装置的生产系统的制作方法
技术领域：
本文讨论的实施方式涉及工件定位装置和使用该装置的生产系统。
背景技术：
工业机器人传统上设置在制造工厂的生产线上。为了使这种工业机器人对传送来的工件准确地执行相同的重复任务，每次必须将工件固定在预定位置。为了使一个生产线对应于多种工件的固定，日本专利特开2002-263965公开的一种工件定位装置采用了正交三轴机构。例如，在汽车业中，因为很多情况下诸如车身的工件比工件定位装置大，通常使用四至八个工件定位装置来固定一个工件。因此，多个正交三轴工件定位装置在生产线上联合执行加工任务，这样的生产线的问题在于难以节省空间并因而难以节省加工区域的面积。本实施方式的一个方面的目的是提供一种可用于减少加工区域面积的工件定位
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发明内容
根据本实施方式的方面的工件定位装置包括第一移动单元，其能够在水平方向上移动；第二移动单元，其能够在垂直方向上移动；以及旋转单元，其布置在所述第二移动单元的上端或者下端。所述第二移动单元和所述旋转单元保持在所述第一移动单元的宽度内，该宽度在水平面上与所述第一移动单元的移动方向垂直。根据本实施方式的方面，可以将该工件定位装置用于减少加工区域面积。
由于通过参考以下详细描述并结合附图思考时将更好地理解，因此将容易获得对本发明和随之而来的优点的更完整的理解，其中图1是根据实施方式的工件定位装置的平面图；图2是根据实施方式的工件定位装置的侧视图；图3是根据实施方式的工件定位装置的正视图；图4是根据实施方式的生产系统的平面图；以及图5是根据实施方式的生产系统的侧视图。
具体实施例方式根据实施方式的方面的工件定位装置包括能够在水平方向上移动的第一移动单元、能够在垂直方向上移动的第二移动单元、以及布置在第二移动单元的上端或者下端的旋转单元。第二移动单元和旋转单元保持在第一移动单元的宽度内，该宽度在水平面上与第一移动单元的移动方向垂直。
下面将参照图1到图3具体说明根据实施方式的工件定位装置。图1是根据实施方式的工件定位装置15的平面图。图2是根据实施方式的工件定位装置15的侧视图。图 3是根据实施方式的工件定位装置15的正视图。根据实施方式的工件定位装置15包括X轴框2和X轴可移动单元3。X轴框2固定在地板上。X轴框2设置有未示出的滚珠丝杠(下文中称为X轴滚珠丝杠)和未示出的 X轴导轨(下文中称为X轴导轨)。X轴可移动单元3连接至X轴滚珠丝杠的螺母以被X轴导轨在X轴方向上引导。接头盒13布置在X轴框2的一端并且位于Z轴框5之下。接头盒13包括X轴电机1，该电机用作使X轴滚珠丝杠旋转的驱动源。X轴电机1的旋转运动被X轴滚珠丝杠和X轴导轨转换为X轴方向的直线运动。结果，X轴可移动单元3在X轴方向上移动。由此，工件定位装置15包括第一移动单元，该第一移动单元包括X轴框2和X 轴可移动单元3，并且能够在水平的X轴方向上移动。在本实施方式中，在水平面上与X轴可移动单元3的移动方向(X轴方向)垂直的Y轴方向是X轴框2和X轴可移动单元3的宽度方向。这里，将X轴框2和X轴可移动单元3形成为具有相同宽度。Z轴框5布置在X轴可移动单元3上。另外，Z轴框5按照如下方式形成，即，Z轴框5的针对作为X轴可移动单元3的行进方向的X轴方向的宽度与X轴框2的宽度相同或者比X轴框2的宽度小。换句话说，当Y轴方向是Z轴框5的宽度方向时，Z轴框5的宽度保持在X轴框2的宽度内。Z轴框5设置有未示出的滚珠丝杠(下文中称为Z轴滚珠丝杠) 和导轨(下文中称为Z轴导轨)。Z轴可移动单元6连接至Z轴滚珠丝杠的螺母以被Z轴导轨在Z轴方向上引导。Z轴可移动单元6连接至Z轴框5的前部。此外，充当使Z轴滚珠丝杠旋转的驱动源的Z轴电机4设置在Z轴框5的后部。Z轴电机4的旋转移动被Z轴滚珠丝杠和Z轴导轨转换为Z轴方向的直线运动。结果，Z轴可移动单元6在Z轴方向上移动。由此，工件定位装置15还包括第二移动单元，该第二移动单元包括Z轴框5和Z轴可移动单元6，并且能够在垂直Z轴方向上移动。如国际公开W02009/034817公报中公开的中空致动器7作为旋转单元设置在Z轴可移动单元6的上端。中空致动器7的输出轴是与Z轴平行的旋转轴。中空致动器7的直径等于或者小于X轴框2的宽度方向长度，其中所述宽度方向是当X轴可移动单元3的行进方向是X轴方向时与行进方向相反的方向。法兰8连接至中空致动器7的输出轴。法兰8围绕与Z轴平行的轴随中空致动器7的输出轴的旋转一起旋转。中空致动器7的原点是其中法兰8的长度方向轴线和X轴可移动单元3的行进方向轴线具有相同方向的位置，其中X轴可移动单元3的行进方向是X轴方向。在此情况下，当中空致动器7的旋转位置处于原点时，法兰8的位置变为初始状态位置。法兰8的宽度方向长度等于或者小于X轴框2的宽度方向长度，其中所述宽度方向是当X轴可移动单元3的行进方向是X轴方向时与该行进方向相反的方向。换句话说， 当初始状态的法兰8的宽度方向是Y轴方向时，法兰8的宽度保持在X轴框2的宽度内。此外，法兰8的长度方向的长度是Y轴的可移动范围的一半。法兰8的一端固定至中空致动器7的输出轴，并且另一端具有开口，包括接触传感器、接近开关等的夹具附接至该开口。下面，将说明布线结构。来自未示出的控制面板的、对轴进行驱动的X轴电机1的电缆、Z轴电机4的电缆、以及中空致动器7的电缆连接至接头盒(connector box)13。X轴
4电机1的电缆直接连接到X轴电机1的接头区域。Z轴电机4的电缆经由连接至X轴框2 的顶部的X轴电缆拖链(Cablevey0r)9连接到Z轴电机4的接头区域。与Z轴电机4的电缆相似，中空致动器7的电缆经由X轴电缆拖链9和固定至Z 轴框5的Z轴电缆拖链10连接至中空致动器7的接头区域。用于激活连接至法兰8的夹具的电缆穿过中空致动器7的中空部分。接着，将对动作进行描述。当X轴电机1被驱动时，通过使经由X轴联轴器与X轴电机1衔接起来的X轴滚珠丝杠在X轴方向上滑动X轴可移动单元3来执行水平动作。当执行X轴方向定位时，执行该水平动作。当Z轴电机4被驱动时，通过利用使Z轴电机4的皮带轮与Z轴滚珠丝杠的皮带轮啮合的皮带使ζ轴滚珠丝杠升降Z轴可移动单元6来执行升降动作。当执行Z轴方向定位时，执行该升降动作。通过使中空致动器7旋转被连接在其顶部的法兰8以使能Y轴方向移动来执行旋转动作。当执行Y轴方向定位时，执行该旋转动作。上述工件定位装置15具有这样的结构，装置尺寸不大于X轴框的宽度并且通过旋转动作来实现Y轴方向移动。因此，可减小面积。换句话说，因为工件定位装置15具有如下构造而使得能够减少面积，根据该构造，包括Z轴框5和Z轴可移动单元6的第二移动单元的宽度和中空致动器7的宽度保持在包括X轴框2和X轴可移动单元3的第一移动单元的宽度内。另外，因为工件定位装置15具有如下构造而使得可以减少面积，根据该构造，当 X轴框2的宽度小于X轴可移动单元3的宽度时，Z轴框5的宽度和中空致动器7的宽度保持在X轴可移动单元3的宽度内。在本实施方式中，已经说明了将Z轴框5设置在X轴框2上并且将用于执行旋转动作的中空致动器7和法兰8设置在Z轴框5上的情况。然而，实施方式不限于此。例如， 可以通过如下构造来实现工件定位装置，根据该构造，中空致动器设置在X轴框上，Z轴框设置在中空致动器上，并且法兰连接至Z轴框的远端。另外，已经说明了 X轴可移动单元3和Z轴可移动单元6均包括电机和滚珠丝杠的情况。然而，X轴可移动单元3和Z轴可移动单元6可以例如由直线电机替代。尽管详细描述了实施方式，但应理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下可进行各种变化、替换和修改。下面，将参照图4和图5说明使用工件定位装置15的生产系统的示例。图4是根据实施方式的生产系统11的平面图。图5是根据实施方式的生产系统11的侧视图。将说明通过使用工件传送装置16来定位对应于工件14的车辆车身的生产系统。如图4所例示，根据实施方式的生产系统11具有如下构造，用于传送工件14的工件传送装置16在X轴方向上延伸，并且按照各工件定位装置15的X轴框2的长度方向与工件14的传送方向和X轴方向相同的方式，将工件定位装置15布置在中心焦点位于X轴方向轴线12上的对称位置处。例如，本实施方式具如下构造，六个工件定位装置15被布置在中心焦点位于X轴方向轴线12上的对称位置处，其中三个装置位于一侧的对称位置处。如图5所例示，工件定位装置15具有如下构造，工件定位夹具17连接至法兰8。 在初始状态，工件定位夹具17的高度低于工件传送装置16的高度。按照X轴框2的长度方向与工件14的传送方向和X轴方向相同的方式布置工件定位装置15。当法兰8被中空致动器7旋转时，在工件定位夹具17与工件传送装置16不接触的状态下，工件定位夹具17布置在工件传送装置16附近。在本实施方式中，已经说明了因为使用对称工件而将工件定位装置15布置在对称位置的情况。然而，实施方式不限于此。例如，当工件具有不对称形状或者工件在其边缘具有空隙时，可以按照使质心平衡点位于工件的中心部分的方式恰当地布置工件定位装置 15。换句话说，位于对称两侧中的一侧的工件定位装置15的数量可以与位于另一侧的工件定位装置15的数量不同。接着，将对动作进行描述。将工件14安放在工件传送装置16上并使用工件传送装置16传送。工件传送装置16例如是传送机或者可移动台。当工件被预定位置的工件传送装置16传送时，中空致动器7旋转预定角度，因而将工件定位夹具设置在工件14下方。接着，X轴可移动单元3驱动以水平地动作，因此工件定位夹具17被设置在工件 14的附接位置下方。接着，Z轴可移动单元6驱动以垂直地动作，因此工件定位夹具17固定在工件14的附接位置下方。为了调整和确定工件14的位置，每一个工件定位装置15驱动X轴可移动单元3、 Z轴可移动单元6和中空致动器7，以在需要的情况下根据未示出的控制器的命令来设定位置。本实施方式所采用的六个工件定位装置15顺序地执行一系列动作，以将工件定位夹具17固定在工件14上，同步地执行Z轴可移动单元6的动作以将工件定位夹具17固定在工件14上。因此，工件定位夹具17被激活以大致同时地固定在工件14上。结果，工件14被工件定位装置15定位。即使工件具有不对称形状或者在边缘具有空隙时，通过执行上述操作，工件定位装置15可以按照使质心平衡点位于工件的中心位置的方式恰当地定位工件。在定位工件14之后，由设置在工件周围的诸如焊接机器人或者密封机器人的机器人对工件14进行加工。在加工完成之后，工件14与工件定位装置15脱离并且被工件传送装置16传送到随后的工序。如上所述，因为生产系统具有设置了工件定位装置15以定位工件的构造，所以可减少生产系统的面积。另外，由于实施方式的工件定位装置15通过使用旋转机构来执行在水平面上与工件14的传送方向垂直的方向(Y轴方向)上的移动，该生产系统可由相同类型的工件定位装置构成。在另一方面，当如以前那样采用正交三轴工件定位装置时，准备具有不同构造的两种类型的单元以在将装置布置在隔着工件的行进方向相对的位置处。
权利要求
1.一种工件定位装置，该工件定位装置包括第一移动单元，其能够在水平方向上移动；第二移动单元，其能够在垂直方向上移动；以及旋转单元，其设置在所述第二移动单元的上端或下端，其中所述第二移动单元和所述旋转单元保持在所述第一移动单元的宽度内，该宽度在水平面上与所述第一移动单元的移动方向垂直。
2.根据权利要求1所述的工件定位装置，其中所述第一移动单元和所述第二移动单元中的至少一方由利用滚珠丝杠将电机的旋转转换为直线运动的机构所驱动。
3.根据权利要求1所述的工件定位装置，其中所述旋转单元由中空致动器构成，并且与所述第二移动单元相连通的布线与所述中空致动器的中空部分连通。
4.根据权利要求1所述的工件定位装置，该工件定位装置还包括法兰部件，所述法兰部件连接至所述旋转单元的输出轴，其中在水平面上与所述第一移动单元的移动方向垂直的方向上的定位是通过旋转所述法兰部件来执行的。
5.根据权利要求1所述的工件定位装置，该工件定位装置还包括法兰部件，所述法兰部件连接至所述旋转单元的输出轴，其中在初始状态中，所述法兰部件处于与所述第一移动单元的移动方向相同的方向。
6.根据权利要求4所述的工件定位装置，其中所述法兰部件的长度方向的长度是在水平面上与所述第一移动单元的移动方向垂直的方向上的可移动范围的一半。
7.一种生产系统，该生产系统包括工件；工件传送装置，所述工件被安放在所述工件传送装置上；加工装置，其对所述工件进行加工；以及工件定位装置，各个工件定位装置对所述工件进行定位，并且所述工件定位装置包括能够在水平方向上移动的第一移动单元、能够在垂直方向上移动的第二移动单元、以及布置在所述第二移动单元的上端或下端的旋转单元，其中所述第二移动单元和所述旋转单元保持在所述第一移动单元的宽度内，该宽度在水平面上与所述第一移动单元的移动方向垂直，所述工件定位装置布置在所述工件的移动方向的两侧，并且所述工件定位装置按照所述工件定位装置的所述第一移动单元的长度方向与所述工件的移动方向相同的方式布置。
8.根据权利要求7所述的生产系统，其中所述工件定位装置按照所述工件的质心位置位于所述工件的中心部分的方式布置在所述工件的移动方向的两侧。
9.根据权利要求7所述的生产系统，其中所述工件定位装置关于所述工件的移动方向对称布置。
10.根据权利要求7所述的生产系统，其中，布置在所述工件的移动方向的两侧的所述工件定位装置在被固定到所述工件上时同步地垂直动作并且将所述工件的位置调整到预定位置。
全文摘要
本发明涉及工件定位装置和使用该装置的生产系统。根据实施方式的工件定位装置包括能够在水平方向上移动的第一移动单元、能够在垂直方向上移动的第二移动单元、以及布置在第二移动单元的上端或下端的旋转单元。第二移动单元和旋转单元保持在第一移动单元的宽度内，该宽度在水平面上与第一移动单元的移动方向垂直。
文档编号B25B11/00GK102554911SQ201110404148
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月7日 优先权日2010年12月10日
发明者白木知行, 金森贵彦, 铃村和毅 申请人:株式会社安川电机