JP2844660B2

JP2844660B2 - ワーク位置決め装置の初期調整方法

Info

Publication number: JP2844660B2
Application number: JP1105804A
Authority: JP
Inventors: 辰男内藤; 実能丸
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH02284831A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は工場内の組立ライン、例えば自動車の車体組
立ラインに用いるのに好適なワーク位置決め装置の、作
動機構のパラメータを自動的に初期調整する方法に関す
るものである。

（従来の技術）近年、PA（factory automation）の発達に伴い、工場
内、例えば自動車の車体組立ラインにおいて多数のワー
ク位置決め装置が使用されている。

これらワーク位置決め装置は、一般にサーボモータ等
を用いる作動機構を具えており、この作動機構を装置外
部の制御装置により制御することによって、所望のワー
ク位置決めを行うものである。

ところでワーク位置決め装置は完成後、作動確認試験
を行って種々の初期調整を行うが、この初期調整は、従
来例においてはワーク位置決め装置の１台１台について
作業者が種々の作動条件に基づく測定を行い、得られた
測定結果を分析して、作動機構の不具合を解消して所望
の位置決め精度を達成するようなパラメータの調整を繰
り返す手法により行っていた。

（発明が解決しようとする課題）このような手法を採用した場合、前述したようにワー
ク位置決め装置の使用数が極めて多数であることから、
全体として多大な初期調整時間を要し、不所望な作業時
間の増加を招く。また、初期調整を人間が行うことか
ら、調整の標準値を定めた場合においても個人差による
調整値のばらつきが生じて所望の位置決め精度に管理す
るのはかなり困難である。

本発明はワーク位置決め装置の作動機構のパラメータ
を、誤差の発生要因を解消するように自動的に初期調整
することにより上述した問題を解決することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段）この目的のため、本発明方法は、ワーク位置決め装置
の作動機構のパラメータを初期調整するに際し、振動検
出手段により該ワーク位置決め装置の振動を検出すると
ともに速度検出手段により作動速度を検出し、得られた
検出結果に基づき、低速域において正常作動可能か否か
の判別を行い、正常作動可能ならば、中速域および高速
域において、高速特性のアンダーシュートまたはオーバ
ーシュートもしくは所定の高周波振動または低周波振動
の有無に応じて、前記パラメータとしての加減速、位置
ループゲイン、速度ループゲインの少なくとも何れか一
方を減少させ、この状態で作動させたとき所定の位置決
め精度が達成されるか否かの判別を行い、所定の位置決
め精度が得られない場合には、加減速を増加させた状態
で再作動させて、所定の位置決め精度が達成させるか否
かの判別を行い、所定の位置決め精度が得られない場合
には、前記加減速を増加させた状態を取り消してから速
度ループゲインを増加させた状態で再作動させて、所定
の位置決め精度が達成されるか否かの判別を行い、所定
の位置決め精度が得られない場合には、前記速度ループ
ゲインを増加させた状態を取り消してから位置決め精度
を緩める方向に微調整した状態で当該微調整した位置決
め精度が達成されるか否かの判定を行い、当該微調整し
た位置決め精度が得られない場合には、当該微調整した
位置決め精度が得られるまで、前記加減速の増加または
速度ループゲインの増加を繰り返すことを特徴とするも
のである。

（作用）ワーク位置決め装置の作動機構のパラメータを初期調
整するに際し、速度特性にアンダーシュートまたはオー
バーシュートがあったり、所定の高周波振動または低周
波振動が生じた場合、所定の位置決め精度が達成できな
くなる。

そこで振動検出手段によりワーク位置決め装置の振動
を検出するとともに速度検出手段により作動速度を検出
し、この検出結果に基づき、まず低速域において正常作
動可能か否かの判別を行う。

ここで正常作動、例えば低速域の指令値に対し、検出
した作動速度が追随する場合には、次に中速域および高
速域において、前記パラメータとしての加減速、位置ル
ープゲイン、速度ループゲインの少なくとも何れか一方
を減少させるよう調整する（なお、異常作動、例えば低
速域の指令値に対し、検出した作動速度が明らかな異常
値を示す場合には、警報等を発して作動機構の手直しを
促すものとする）。この調整は速度特性のアンダーシュ
ートまたはオーバーシュート、所定の高周波振動または
低周波振動を解消するように行う。

次のこの状態でワーク位置決め装置を作動させて所定
の位置決め精度が達成されるか否かをチェックし、達成
出来なかったら加減速を増加させ、この状態でワーク位
置決め装置を再作動させて所定の位置決め精度が達成さ
れるか否かをチェックする。この加減速の増加によって
も所定の位置決め精度が達成出来なかったら、前記加減
速を増加させた状態を取り消してから速度ループゲイン
を増加させた状態で再作動させて、所定の位置決め精度
が達成されるか否かをチェックする。この速度ループゲ
インの増加によっても所定の位置決め精度が達成出来な
かったら、前記速度ループゲインを増加させた状態を取
り消してから位置決め精度を緩める方向に微調整した状
態で当該微調整した位置決め精度が達成されるか否かを
チェックする。そして、当該微調整した位置決め精度が
達成出来ない場合には、当該微調整した位置決め精度が
達成出来るまで、前記加減速の増加または速度ループゲ
インの増加を繰り返す（なお、前記所定の位置決め精度
は、この微調整を行っても所望の位置決め精度が確保で
きるように厳しくしておく）。

このようにして上記一連の初期調整工程が自動的に処
理されるから、いかなる場合においても所望の位置決め
精度を達成することができ、ワーク位置決め装置の初期
調整の作業時間を大幅に短縮することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は本発明方法の一実施例に用いるワーク位置決
め装置の構成を例示する線図であり、図中４はワーク位
置決め装置を示す。

ワーク位置決め装置（以下ロケータと称す）４は、三
次元直交座標系のアプローチ軸および図示しない各種の
作業手段を具えて成り、車体組立ラインには複数のロケ
ータ４を設置するため、門型のフレーム２を設ける。こ
れらロケータ４をフレーム２に取付けるに際し、車体組
立装置を、各種の車種および車型に適当可能ならしめる
目的の下で、例えば、フレーム２の外側で搬送方向、言
い換えれば、第１図に示す三次元直交座標系のＹ軸方向
へ延在させて敷設したレール６と、このレール６に掛合
されたスライダ７とからなる直動ガイドの、そのスライ
ダ７に、ロケータ４のベース８を固定することにて行う
ことができ、このことによれば、それぞれのロケータ４
は、フレーム２に、その外側にて支持された状態で、レ
ール６の延在方向へ、組立られる車体の車種、車型に応
じて自由に水平移動することができる。

これらロケータ４は、この車体組立装置においては、
ワークとしてのサイドボディのサイドルーフレールを位
置決め保持するものであり、ベース８に貫通させてフレ
ーム２の内側へ突出させたアプローチ軸５を、組立てら
れる車体に対して進退駆動するため、言い換えれば、三
次元座標系のＸ軸方向へ駆動するため、そのアプローチ
軸５の後端にサーボモータ12を連結し、このサーボモー
タ12を、アプローチ軸５の内側に延在させた、ボールね
じのねじ軸13の後端に、カップリング14を介して連結
し、そして、このねじ軸13に、ベース８に固定したボー
ルナット15を螺合させる。なおここで、ねじ軸13の先端
部は、アプローチ軸５に固定した軸受16によって回転可
能に支持する。

かかる進退構造によれば、サーボモータ12を駆動して
ねじ軸13を回転させることにより、アプローチ軸５は、
そのねじ軸13と、ベース８に固定したボールナット15と
の作用に基づき、ベース８に対し、好ましくは、直動ガ
イドの案内下で、ねじ軸13とともに、Ｘ軸方向へ所要に
応じて進退運動することができる。

さらに、フレーム２に、上述したように取付けたそれ
ぞれのロケータ４の、Ｙ軸方向への駆動をもたらすべ
く、フレーム２の外側に、ボールねじのねじ軸９を取付
け、そして、このねじ軸９に螺合するボールナット10お
よび、このボールナット10をタイミングベルトその他を
介して回転駆動するサーボモータ11のそれぞれを、各ロ
ケータ４のベース８に取付ける。

さらにまた、このロケータ４では、アプローチ軸５の
先端に、その進退方向と直交する方向、すなわち、三次
元座標系ではＺ軸方向へ進退駆動可能に手首部材17を取
付ける。

これがため、ここでは、アプローチ軸５の先端に固定
したブラケットに、サーボモータ18を取付け、そして、
このサーボモータ18に連結したねじ軸19を、手首部分17
に固定したボールナット20に螺合させる一方、これもま
たアプローチ軸側に取付けたレール21に、手首部分17に
固定したスライダ22を掛合させることによって、レール
21とスライダ22とからなる直動ガイドで、手首部分17を
アプローチ軸５に支持するとともに、定位置にて回転す
るねじ軸13に対し、ボールナット20を、手首部分17とと
もに進退運動させる。

このような手首部分17は、その中間部に、ブラケット
23を、垂直面内で回動可能に枢支してなる関節部24を有
しており、この関節部24は、手首部分17の基部材25に取
付けた車種切換シリンダ26を、そのピストンロッドにて
ブラケット23に連結することにより、所要に応じて作動
することができる。

そしてさらに、ブラケット23の先端には、ワークとし
てのサイドルーフレール27のアウターパネル27aに接触
して、それを位置決め支持する支持装置28を固定し、ま
た、このブラケット23の下方へ突出させて設けたヨーク
29には、クランプシリンダ30と、このクランプシリンダ
30に、トグル機構31を介して連結されて、サイドルーフ
レール27のインナーパネル27bに当接する、言い換えれ
ばサイドルーフレール27を支持装置28に押圧するクラン
プ爪32とをそれぞれ取付ける。

したがって、このロケータ４では、支持装置28および
クランプ爪32を、所要に応じて、三次元座標系の所要位
置へ移動させることができる他、車種切替シリンダ26の
作用によって、関節部24の周りで、垂直面内にて回動さ
せることができ、この故に、支持装置28およびクランプ
爪32は、所要の位置で、サイドルーフレール27をそれら
の間に位置決め保持することができるとともに、そのサ
イドルーフレール27を、適宜位置へ変移させることがで
きる。

第２図はロケータ４の制御回路の構成を例示する回路
図であり、図中50はサーボ制御回路を示す。

サーボ制御回路50はインターフェイス51,52、サーボ
定数設定部53,54およびサーボ増幅器55を具えている。
インターフェイス51は、サーボモータ12（Ｘ軸の場合を
示す。Y,Z軸はサーボモータ11,18）の回転数に応じたパ
ルスを検出するエンコーダ56からの入力信号をサーボ定
数設定部53,54およびコントローラ57に入力する。また
インターフェイス52は、サーボモータの振動を検出する
振動ピックアップ58からの入力信号をコントローラ57に
入力する。サーボ定数設定部53はコントローラ57からの
位置指令とインターフェイス51からの入力とを比較し
て、それらの偏差に応じて位置ループゲインを定めるサ
ーボ定数Ｋを決定し、速度指令として定数設定部54に入
力する。定数設定部54はこの入力とインタフェイス51か
らの入力とを比較して、それらの偏差に応じて速度ルー
プゲインを定めるサーボ定数Ｋ′を決定し、電流指令と
してサーボ増幅器55に入力する。サーボ増幅器55はこの
電流指令およびサーボモータからのフィードバック電流
に基づきサーボモータ12（11,18）を作動させてワーク
の位置決めを行う。

コントローラ57はエンコーダ56および振動ピックアッ
プ58より夫々X,Y,Z軸に対応するサーボモータの回転数
および振動に応じた信号を入力されて、第３図の制御プ
ログラムを実行してワーク位置決め装置のサーボ機構の
X,Y,Z軸について夫々初期調整を行う。

すなわちまずステップ101で加減速およびサーボ定数
（位置ループゲイン、速度ループゲイン）に関する標準
パラメータを設定する。この標準パラメータは、例えば
サーボモータの、負荷および無負荷状態におけるイナー
シャ、トルクより求まる設計値を用いる。

次のステップ102では低速域における作動チェックを
行う。すなわち、低速（例えばサーボモータの最高速度
の10％）の指令に対するサーボモータの作動速度をエン
コーダ56からの入力信号により所定期間（これはボール
ネジ長に基づき定める）サンプリングし、この間に極端
な速度変動がある異常時には、ステップ103で警報を発
してサーボ機構の手直しを促す。

ステップ102で正常と判別されたら、ステップ104で中
速（例えばサーボモータの最高速度の50％）指令を行
い。ステップ105〜110で中速域における作動チェックを
行う。すなわち、ステップ105で速度特性のアンダーシ
ュートまたはオーバーシュートの有無の判別を行い、所
定量のアンダーシュートまたはオーバーシュートが認め
られれば、それを解消するまでステップ106でサーボモ
ータの加減速を減少させ、解消したらステップ107で低
周波振動の有無をチェックする。ここで所定値（例えば
0.1G）を超える低周波振動が有れば、それを解消するま
でステップ108で位置ループゲインＫを減少させ、解消
したらステップ109で高周波振動の有無をチェックし、
前記所定値を超える高周波振動が有れば、それを解消す
るまでステップ110で速度ループゲインＫ′を減少させ
る。

次のステップ111では高速（例えばサーボモータの最
高速度×100％）指令を行い、ステップ112でステップ10
5〜110と同一内容の制御を実行して高速域における作動
チェックを行う。

上記各作動チェックが完了したら、ステップ113で所
定位置決め精度が達成されるか否かの判別を行い、達成
されなければステップ114で加減速を増加させ、ステッ
プ115でサーボモータを再作動させ、ステップ116で再び
アンダーシュートまたはオーバーシュートの有無をチェ
ックする（なおこのチェックは前記中速域、高速域の夫
々について実行する）。ここで所定量のアンダーシュー
トまたはオーバーシュートが認められなければ、ステッ
プ117で再び所定位置決め精度が達成されるか否かの判
別を行い、達成されなければ達成されるまでステップ11
7−114−115−116−117のループを繰り返す。

ステップ116で所定量のアンダーシュートまたはオー
バー数取が認められたら、ステップ118でステップ114の
加減速を増加させた状態をキャンセルして加減速をステ
ップ114の実行前の状態に戻し、ステップ119で速度ルー
プゲインＫ′を増加させ、ステップ120でサーボモータ
を再作動させ、ステップ121で前記高周波振動または低
周波振動の有無をチェックする（なおこのチェックは前
記中速域、高速域の夫々について実行する）。ここで振
動が認められなければ、ステップ122で再び所定位置決
め精度が達成されるか否かの判別を行い、達成されなけ
れば達成されるまでステップ122−119−120−121−122
のループを繰り返す。

ステップ121で振動が認められたら、ステップ123でス
テップ119の速度ループゲインＫ′を増加させた状態を
キャンセルしてＫ′をステップ119の実行前の状態に戻
し、ステップ124で位置決め精度を緩める方向に微調整
した後、制御を戻すステップ113で当該微調整した位置
決め精度が達成されるか否かを判別する。そして、当該
微調整した位置決め精度が達成出来ない場合には、当該
微調整した位置決め精度が達成出来るまで、ステップ11
3以降の加減速の増加または速度ループゲインの増加を
繰り返す。

上記制御の作用について説明すると、サーボモータは
まず第３図のステップ102の実行により低速域において
作動チェックされて、サーボ機構の不具合、例えばボー
ルネジの調整不良があればステップ103で警報が発せら
れる。次いでステップ104〜112の実行により、中速域お
よび高速域において作動チェックを行う。すなわち、速
度特性のアンダーシュートまたはオーバーシュートを解
消するようにサーボモータの加減速を低下させるととも
に、所定量を超える低周波振動および高周波振動を解消
するように、サーボ定数である位置ループゲインＫおよ
び速度ループゲインＫ′を低下させる調整を行って、速
度特性の異常波形および、サーボモータのボールネジの
ねじれやカップリングの剛性等に起因する上記振動に対
する、サーボ定数の補正がなされることにより、サーボ
モータの位置決め停止時のパワーを変更する。

上記調整完了後、ステップ113の実行により所定位置
決め精度が達成されたか否かをチェックし、達成できな
ければステップ114〜122の実行により、さらにパラメー
タを増加させる。なおこの所定位置決め精度のチェック
は、例えばエンコーダ56の検出結果に基づき、位置決め
目標値が達成されてからＮパルス目（Ｎは前記所定位置
決め精度に応じた定数）の測定値が再び位置決め目標値
の公差内に入っていることを２回確認したときOKとする
ものであり、前述したアンダーシュートやオーバーシュ
ートがあると、この条件をクリアしない。

上記パラメータを増加させる調整後のサーボモータ再
作動時、ステップ113と同一内容の位置決め精度チェッ
クをステップ117,122で行い、上記パラメータを増加さ
せる調整によってもなお位置決め精度条件をクリアでき
ない場合には、ステップ124で位置決め精度自体を微調
整する。この微調整は例えば前記パルス数ＮをＮ＝Ｎ＋
２と増加させることにより行い、これにより位置決め精
度が緩くなってもなお所要の位置決め精度は確保される
ようにする。

（発明の効果）かくして本発明のワーク位置決め装置の初期調整方法
は上述の如く、作動機構のパラメータを、誤差の発生要
因を解消するように自動的に初期調整するから、いかな
る場合においても所望の位置決め精度を達成することが
でき、ワーク位置決め装置の初期調整の作業時間を大幅
に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例に用いるワーク位置決め
装置の構成を例示する線図、第２図は同例のワーク位置決め装置の制御回路の構成を
例示する回路図、第３図は本発明方法の一実施例の制御プログラムを示す
フローチャートである。４……ワーク位置決め装置（ロケータ） 11,12,18……サーボモータ 50……サーボ制御回路、56……エンコーダ 57……コントローラ、58……振動ピックアップ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23P 19/04 G05D 3/12 B25J 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワーク位置決め装置の作動機構のパラメー
タを初期調整するに際し、振動検出手段により該ワーク位置決め装置の振動を検出
するとともに速度検出手段により作動速度を検出し、得られた検出結果に基づき、低速域において正常作動可
能か否かの判別を行い、正常作動可能ならば、中速域および高速域において、速
度特性のアンダーシュートまたはオーバーシュートもし
くは所定の高周波振動または低周波振動の有無に応じ
て、前記パラメータとしての加減速、位置ループゲイ
ン、速度ループゲインの少なくとも何れか一方を減少さ
せ、この状態で作動させたとき所定の位置決め精度が達成さ
れるか否かの判別を行い、所定の位置決め精度が得られない場合には、加減速を増
加させた状態で再作動させて、所定の位置決め精度が達
成されるか否かの判別を行い、所定の位置決め精度が得られない場合には、前記加減速
を増加させた状態を取り消してから速度ループゲインを
増加させた状態で再作動させて、所定の位置決め精度が
達成されるか否かの判別を行い、所定の位置決め精度が得られない場合には、前記速度ル
ープゲインを増加させた状態を取り消してから位置決め
精度を緩める方向に微調整した状態で当該微調整した位
置決め精度が達成されるか否かの判別を行い、当該微調整した位置決め精度が得られない場合には、当
該微調整した位置決め精度が得られるまで、前記加減速
の増加または速度ループゲインの増加を繰り返すことを
特徴とするワーク位置決め装置の初期調整方法。