自動車用ドア組立ラインにおけるねじ締め装置の開発

生産システム技術系 開発課題
自動車用ドア組立ラインにおけるねじ締め装置の開発
グループ 5 生産機械システム技術科
生産電子システム技術科
生産情報システム技術科
伊藤
勇太
片柳 友章
佐竹 達也
奈良
祐真
星野 拓也
山口 勇人
小倉
圭司
小林 秋民
鈴木 強
橋本
征洋
細川 凌
峯澤 誠紀
○小林 新人
1．はじめに
自動車のドア組立工程における作業は，複雑な部品
が多いうえ，様々なドアがあるので自動化が困難であ
る．そこで，自動車の左右対称構造に着目し，機械に
人の作業を反転コピーさせ，人との協業可能な装置を
作り，作業効率の向上を図りたいというテーマを A 社
から頂いた．
そのための第 1 ステップとして私たちは，
図 1 の「ドアロックのねじ 3 本を確実に締める」装置
の開発を行った．
鈴木 桂太
鈴木 聖
鈴木 武秀
図 3 流れ図
2-1 ワークナビ部
ワークナビ部は，ドアの品質管理，作業工程の表示，
作業者への警告などを行っている．まず，IC タグにて
コードを読み取り，コードに見合った自動車のドア情
報をデータベースより取得する． それを基に作業工
程を表示し，作業の進捗に合わせて表示内容を変更す
る．図 4 に作業指示表示例を示す．また，ねじ締め不
良などの警告の表示や工具劣化などの警告にも対応可
能となっている．視覚的に誰が見ても分かりやすくな
るよう，画像を用いて指示を行っている．
図 1 ねじ及びねじ締め付け穴
２．装置概要
開発した装置を図 2 に示す．装置は，ねじ締め部，
ねじ供給部，ワークナビ部，画像処理部の４部構成と
なっている．ねじ締め部とねじ供給部は，それぞれ別
の PIC を用いて制御し，ワークナビ部，画像処理部は，
管理用 PC を用いて処理を行っている．
システム全体の流れを図 3 に示す．
図 4 作業指示表示例
ねじ供給部
2-2 ねじ供給部
ねじ供給部とは，大量にストックされたねじを１本
ずつねじ締部のビットに装着できる姿勢で供給するも
のである．
図５にねじ供給部外観図を示す．外側に傾斜を持た
せた供給プレートを自作のカム機構で上下運動させ，
その溝に，はまったねじを搬送する．異なる向きのね
じの多くは供給プレートの傾斜により落下するが，落
下しなかったねじは，図６に示すような供給プレート
に装着したワイヤにより除かれる．個数制御機構は，
ねじを１本ずつたま込め機構へ送るためのもので，カ
ムプレートをロータリソレノイドに取り付けている．
搬送部の出入口付近に透過型光電センサを取り付けね
じの個数をカウントし，ねじの個数を制御することで
ワークナビ部
ねじ締め部
図 2 全体図
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ねじの流れすぎを防止している．
た，ねじ締めユニット軸については，ねじ穴が垂直平
面とは限らないので，ある程度の角度調整が可能な機
構にした．
各軸には，
市販の電動シリンダを用いたが，
ねじ締めユニットの重量，ねじ締め時の衝撃荷重，ロ
ボット動作時の荷重に耐えられるよう，
リニアガイド，
イケールなどを使用して，強度を向上させた．
ねじ締めは，実験の結果，ロボットの動作だけでは
上手くいかないことが判明したので，ばねを用いてね
じを押さえつけて回転させる構造とした．
供給プレート
搬送機構
たま込機構
個数制御機構
ねじ締めユニット軸
リニアガイド
図 5 ねじ供給部
ばね
図 6 ワイヤ
イケール
たま込め機構は，磁石を利用して位置決めを行い，
少し傾けて，ねじをセットする．たま込め機構から突
図 9 ねじ締め部
き出しているセンサによりたま込めが正確に行えたか
３．開発目標及び装置評価
の判断をしている．
開発目標及び装置評価を以下に示す．
2-3 画像処理部
表 1 開発目標及び装置評価
画像処理部は，ワークナビ部がデータベースより取
得したドアねじ穴の図面データの座標と実際のドアね
じ穴の座標との誤差を検出するために用いられる．
まず，データベースより取得した３つのねじ穴の中
心がカメラの撮像範囲の中心となる座標にて撮影を行
う．次に，撮影した画像に予め用意されたマッチング
画像を用いて，テンプレートマッチングを行う．画像
上のねじ穴の座標から，図面データとのずれを割り出
す．Ｙ軸の座標は，ドアのねじ穴の傾きにより補正が
必要となるので，
補正をした後３つのねじ穴の座標
（Ｘ， ４．製作費用
Ｙ）を，ねじ締め部を制御している PIC へ送信する． 今回の製作費用を以下に示す．
表 2 製作費用
５．おわりに
A 社から頂いたテーマの第１ステップについては，
多くの創意工夫の結果，満足のいく結果が得られたと
考えている．ねじを複数個同時に締め付けるなどの細
かい改良も必要だが，今後，左右のドアを同時にねじ
締め作業ができる装置の完成に向け，取り組む必要が
あると考える．
図 8 マッチング画像
図 7 補正画像
2-4 ねじ締め部
ねじ締め部は，ユニット化のしやすさ，制御の容易
さから直交ロボットを参考に設計・製作を行った．ま
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