JP6716562B2 - 部品のコンピュータ数値制御による組み立てまたは加工 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、コンピュータ数値制御装置を使用して部品を組み立てるかまたは加工する自動化法であって、組み立てまたは加工の各ステージ中に部品のタイミング、位置、速度、速さ、および加速度がコンピュータ数値制御のプログラミングを通して同期化される、自動化方法に関する。この方法は、複数の部品を同時に取り付けかつ取り扱うための標準化プラットフォームおよび標準化キャリヤの使用を提供する。

技術の背景
製品の製造は、パーツの自動化形成および加工、ならびにパーツからの完成品の組み立てを含む。以下の記載において、用語「部品」とは、個々のパーツ、パーツのアセンブリ、材料、たとえば、接着剤、溶接消耗品、または成型されるプラスチック、および製造過程の最終製品を指すための一般用語として選択されたものである。

本出願人は、国際公報WO2014/078938（特許文献1）において、コンピュータ数値制御駆動装置を使用して様々なステージの間中部品を移動させかつ加工する製造方法であって、部品および部品を受け渡しする装置のタイミング、位置、配向、線速度または回転速度、および加速度が整合される、方法を記載している。リニアまたは駆動装置、アクチュエータ、センサ、および他の装置のコンピュータ数値制御を、「電子カミング（electronic camming）」として知られるプログラミングを通して協調させる。

電子カミングは、電子制御およびソフトウェアを通して複数の機構の動作を協調させる。これらの機構は物理的に相互作用する必要はなく、それらの動きの同期化は、ソフトウェア相互作用を通して最高の精度およびフレキシビリティで電子制御される。電子カミングは、電子的手段（すなわちソフトウェア）を通して、ギヤ、リンケージ、およびタイミングチェーンが機械的装置の動きをリンクさせるのと概念上同じやり方で、向上した精度、制御、および設計フレキシビリティで装置の動きをリンクさせる。

単一部品の加工におけるまたは複数の部品をいっしょに組み立てることにおける電子カミングの適用が、以下のように要約することができる国際公報WO2014/078938（特許文献1）に記載されている。第一の部品が載置され、取り込みストリームから切り離され、かつ加速される。部品は、所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で、同様に移動している加工ツールに送り出され、かつ、部品はこの加工ツールによって受け取られる。送り出し装置の動きと加工ツールの部品受け取りは電子的に同期化される。一方の装置からもう一方の装置への部品の移送は電子的に協調されてタイミングがはかられる。加工または組み立ての過程を通して、装置を移動させて部品を取り扱うアクチュエータはいっしょに電子的にカミング（cammed）および同期化される。

別々の装置がそれらの動きを電子カミングおよびCNCプログラムソフトウェアによって協調される製造過程の各ステージに同じ概念を適用することができる。製造は、材料／部品の貯蔵、運動制御、および材料／部品の加工、たとえば成型（molding）、成形（forming）、カッティング、結合、溶接、スタンピング、小出し、組み立て、固着ならびに点検、試験、計測、および不合格材料／部品の除去を含む。

製造ステージの多くにおいて、材料および部品の正確にタイミングがはかられかつ制御した動きがきわめて重要である。自動化製造中、ソフトウェアによってリンクされるアクチュエータ、サーボモータ、センサ、スイッチ、弁などの電子制御を通して動きおよび加工活動の正確な協調制御が提供されることができる。

以下に提示する発明の開示、図面、および詳細な説明の考察から、本発明と背景技術を区別する特徴が明らかになるであろう。

WO2014/078938

発明の開示
本発明は、個々の部品の加工および取り扱い、または、個々の部品と接触することなく加工されかつ取り扱われる、標準化プラットフォーム上もしくは標準化キャリヤ上でいっしょにグループ化された複数の部品の加工および取り扱いに関する。両方の場合を含めるために、個々の部品と複数の部品が取り付けられているプラットフォームまたはキャリヤとの両方の加工および取り扱いを包含するように一般用語「ワークピース」が使用される。

本発明は、ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置すること、ワークピースを取り込み位置から移動させることによってワークピースを切り離すこと、ワークピースを加速させること、および、ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供することで、送り出し装置によってワークピースを送り出す工程；送り出し装置から受け取り装置への送り出し位置にあるワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動する受け取り装置によって、ワークピースを受け取る工程であって、ワークピースの送り出しとワークピースの受け取りが電子的に同期化される、工程；受け取り装置上にワークピースが存在している間に、加工ツールによってワークピースを加工する工程；ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供する工程；受け取り装置から完成装置への放出位置にあるワークピースの移送を可能にするように構成された完成軌道に沿って移動する完成装置に、ワークピースを移送する工程であって、ワークピースの放出とワークピースの移送が電子的に同期化される、工程を含む、自動化製造の方法を提供する。特に、ワークピースは、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含むことができ、方法は、ワークピースの位置決め面を、送り出し装置上、受け取り装置上、および完成装置上の解放可能なコネクタと係合および係脱させる工程を含む。

別の局面において、本開示は、ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置すること、ワークピースを取り込み位置から移動させることによってワークピースを切り離すこと、ワークピースを加速させること、および、ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供することでワークピースを送り出すように構成された、送り出し装置；送り出し装置から受け取り装置への送り出し位置にあるワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動することによってワークピースを受け取るように構成され、かつワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、放出軌道に沿って移動している状態で提供するように構成された、受け取り装置；受け取り装置上にワークピースが存在している間にワークピースを加工するように構成された、加工ツール；加工後に受け取り装置からの放出位置にあるワークピースの移送を受け入れるように構成されており、完成軌道に沿って移動する、完成装置；データプロセッサ；ならびに、データプロセッサによって実行可能な機械読み取り可能な命令を含み、ワークピースの送り出しとワークピースの受け取りの同期化に、ワークピースの加工に、および完成装置へのワークピースの移送に有用な信号をデータプロセッサに生成させるように構成された、媒体を備える、システムを記載する。本発明のさらなる局面において、ワークピースは、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含み；かつ機械読み取り可能な命令は、ワークピースの位置決め面と、送り出し装置上、受け取り装置上、および完成装置上の解放可能なコネクタとの係合および係脱の同期化に有用な信号をデータプロセッサに生成させるように構成されている。本発明のさらなる局面において、送り出し装置、受け取り装置、加工ツール、および完成装置のそれぞれは、少なくとも一つの運動軸をそれぞれが有する運動アクチュエータを有し；機械読み取り可能な命令は、コード化された命令の標準化バックプレーン上でいっしょに電子的にカミングされる複数のサーボアプリケーションを使用して、少なくとも一つの運動軸の各軸上での制御運動に有用な信号をデータプロセッサに生成させるように構成されている。

別の局面において、本開示は、ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置するため、ワークピースを取り込み位置から移動させることによってワークピースを切り離すため、ワークピースを加速させるため、ならびにワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供するための数値制御送り出し駆動装置を有する、送り出し装置；送り出し装置から受け取り装置への送り出し位置にあるワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動するための数値制御受け取り駆動装置を有する、受け取り装置；受け取り装置上にワークピースが存在している間に加工ツールによってワークピースを加工するための数値制御加工駆動装置を有する、加工装置；所定の放出位置にあるワークピースを受け取り装置から完成装置に移送するように構成された完成軌道に沿って移動するための数値制御完成駆動装置を有する、完成装置を備え、数値制御受け取り装置が、ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供するように構成されており、ワークピースの送り出しとワークピースの受け取りが、数値制御送り出し駆動装置および数値制御受け取り駆動装置によって電子的に同期化され、ワークピースの加工が、数値制御加工装置によって電子的に同期化され、ワークピースの放出とワークピースの移送が、数値制御送り出し駆動装置および数値制御受け取り駆動装置によって電子的に同期化され、ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含み、かつ送り出し装置、受け取り装置、および完成装置が、ワークピースの位置決め面と係合および係脱するための解放可能なコネクタを備える、自動化装置を記載する。
[本発明1001]
ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置すること、該ワークピースを該取り込み位置から移動させることによって該ワークピースを切り離すこと、該ワークピースを加速させること、および、該ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供することで、該送り出し装置によって該ワークピースを送り出す工程；
該送り出し装置から受け取り装置への該送り出し位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動する該受け取り装置によって、該ワークピースを受け取る工程であって、該ワークピースの送り出しと該ワークピースの受け取りが電子的に同期化される、工程；
該受け取り装置上に該ワークピースが存在している間に、加工ツールによって該ワークピースを加工する工程；
該ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供する工程であって、該ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含む、工程；
該受け取り装置から完成装置への該放出位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された完成軌道に沿って移動する該完成装置に、該ワークピースを移送する工程であって、該ワークピースの放出と該ワークピースの移送が電子的に同期化される、工程；ならびに
該ワークピースの該位置決め面を、該送り出し装置上、該受け取り装置上、および該完成装置上の解放可能なコネクタと係合および係脱させる工程
を含む、方法。
[本発明1002]
前記プラットフォームが、第二の部品を支持するマウントを有し、前記方法が、
前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に、前記加工ツールによって前記第一の部品および該第二の部品をいっしょに組み立てる工程
を含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
前記プラットフォームおよび前記マウントが流体ポートを含み、前記方法が、
前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に、流体を前記加工ツールから該流体ポートへ運ぶ工程
を含む、本発明1001の方法。
[本発明1004]
ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置すること、該ワークピースを該取り込み位置から移動させることによって該ワークピースを切り離すこと、該ワークピースを加速させること、および、該ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供することで該ワークピースを送り出すように構成された、送り出し装置であって、該ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含む、送り出し装置；
該送り出し装置から受け取り装置への該送り出し位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動することによって該ワークピースを受け取るように構成され、かつ該ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供するように構成された、該受け取り装置；
該受け取り装置上に該ワークピースが存在している間に該ワークピースを加工するように構成された、加工ツール；
加工後に該受け取り装置からの該放出位置にある該ワークピースの移送を受け入れるように構成されており、完成軌道に沿って移動する、完成装置；
データプロセッサ；ならびに
該データプロセッサによって実行可能な機械読み取り可能な命令を含み、かつ
該ワークピースの送り出しと該ワークピースの受け取りの同期化に、
該ワークピースの加工に、および
該完成装置への該ワークピースの移送に
有用な信号を該データプロセッサに生成させるように構成された、媒体
を備え、
該機械読み取り可能な命令が、該ワークピースの該位置決め面と、該送り出し装置上、該受け取り装置上、および該完成装置上の解放可能なコネクタとの係合および係脱の同期化に有用な信号を該データプロセッサに生成させるように構成されている、
システム。
[本発明1005]
前記送り出し装置、前記受け取り装置、前記加工ツール、および前記完成装置のそれぞれが、少なくとも一つの運動軸をそれぞれが有するアクチュエータを含み、
前記機械読み取り可能な命令が、コード化された命令の標準化バックプレーン上でいっしょに電子的にカミングされる（cammed）複数のサーボアプリケーションを使用して、該少なくとも一つの運動軸の各軸上での制御運動に有用な信号を前記データプロセッサに生成させるように構成されている、
本発明1004のシステム。
[本発明1006]
ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置するため、該ワークピースを該取り込み位置から移動させることによって該ワークピースを切り離すため、該ワークピースを加速させるため、ならびに該ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供するための数値制御送り出し駆動装置を有する、送り出し装置であって、該ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを備える、送り出し装置；
該送り出し装置から受け取り装置への該送り出し位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動するための数値制御受け取り駆動装置を有する、該受け取り装置；
該受け取り装置上に該ワークピースが存在している間に加工ツールによって該ワークピースを加工するための数値制御加工駆動装置を有する、加工装置；
所定の放出位置にある該ワークピースを該受け取り装置から完成装置に移送するように構成された完成軌道に沿って移動するための数値制御完成駆動装置を有する、該完成装置
を備え、
該数値制御受け取り装置が、該ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供するように構成されており、
該送り出し装置、該受け取り装置、および該完成装置が、該ワークピースの該位置決め面と係合および係脱するための解放可能なコネクタを備え、
該ワークピースの送り出しおよび該ワークピースの受け取りが、該数値制御送り出し駆動装置および該数値制御受け取り駆動装置によって電子的に同期化され、
該ワークピースの加工が、該数値制御加工駆動装置によって電子的に同期化され、かつ
該ワークピースの放出および該ワークピースの移送が、該数値制御送り出し駆動装置および該数値制御受け取り駆動装置によって電子的に同期化される、
自動化装置。
[本発明1007]
前記プラットフォームが、第二の部品を支持するマウントを有し、かつ
前記加工ツールが、前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に前記第一の部品および該第二の部品をいっしょに組み立てるためのアセンブリツールを含む、
本発明1006の自動化装置。
[本発明1008]
前記プラットフォームおよび前記マウントが流体ポートを含み、かつ
前記加工ツールが、前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に流体を該流体ポートへ運ぶための出口ポートを含む、
本発明1006の自動化装置。
[本発明1009]
前記位置決め面が、位置決め溝を有するピンを含み、かつ
前記解放可能なコネクタが、開位置と、該ピンと位置決め溝を係合させる閉位置との間で動かされるグリップフィンガを含む、
本発明1006の自動化装置。
[本発明1010]
前記ワークピースが、前記ピンによって前記プラットフォームに連結されたベースを含む、本発明1009の自動化装置。
[本発明1011]
回転機関を備え、
前記送り出し装置が、類似のワークピースの入力ストリームから前記ワークピースを選び出すように構成された回転作動式入力割出しプラットフォームを備え、
前記受け取り装置が、前記加工ツールが取り付けられている回転ツールプラットフォームを備え、かつ
前記完成装置が、該ワークピースを該受け取り装置から類似のワークピースの出力ストリーム中に配置するように構成された回転作動式入力割出しプラットフォームを備える、
本発明1006の自動化装置。
[本発明1012]
ピックアンドプレース機関を備え、
前記ワークピースが個々の部品を含み、
前記送り出し装置が、類似の部品の入力ストリームから部品を選び出すように構成された回転作動式入力割出しプラットフォームを備え、
前記受け取り装置がピックアンドプレースロボットを備え、かつ
前記完成装置が、該ピックアンドプレースロボットから該部品を受け入れるように構成された線形作動式コンベヤを備える、
本発明1006の自動化装置。
[本発明1013]
前記加工ツールが、前記部品をスキャンして表面特徴を識別しかつ該表面特徴に基づいて入力配向を決定するように構成された光学スキャナを含み、かつ
前記ピックアンドプレースロボットが、該光学スキャナと連絡している回転グリップを含み、該回転グリップが、該部品を該入力配向から出力配向へ回転させるように構成されている、
本発明1012の自動化装置。
[本発明1014]
前記線形作動式コンベヤが、前記ピックアンドプレースロボットによって配置された場合の前記出力配向で複数の部品を支持する複数のマウントを有するプラットフォームを含む、本発明1013の自動化装置。
[本発明1015]
マルチプレックス機関を備え、
前記送り出し装置が回転作動式入力割出しプラットフォームを備え、
前記受け取り装置がピックアンドプレースロボットを備え、かつ
前記完成装置が、加工前に前記ワークピースを該ピックアンドプレースロボットに提供するようにかつ加工後に該ピックアンドプレースロボットから該ワークピースを受け入れるように構成された線形作動式コンベヤを備える、
本発明1006の自動化装置。
[本発明1016]
前記加工ツールが固定ベースに取り付けられている、本発明1015の自動化装置。

本発明がより容易に理解され得るように本発明の態様を例として添付の図面において説明する。
線形の入力コンベヤおよび出力コンベヤと、入力コンベヤから、表面に取り付けられた加工ツールを有する中央回転受け取り装置にワークピースを移動させるための回転送り出し装置と、ワークピースを中央回転受け取り装置から出力コンベヤに移動させるための回転完成装置とを含む「回転機関」態様の平面図である。 選択された配向で2セットの部品を支持するマウントを有するプラットフォームを有し、プラットフォームが、位置決めピン上およびベース上に支持され、位置決めピンが、加工中に組み立てのための部品をいっしょに取り扱いかつ配置するために、解放可能なグリップフィンガによって握持される、例示的なワークピースの斜視図である。 位置決めピンが回転送り出し装置のグリップフィンガによって握持され、ワークピースが入力コンベヤから取り出されようとしている、図2のワークピースの斜視図である。 同様にグリップフィンガがワークピースの位置決めピンと係合している、回転受け取り装置の斜視図であり、加工装置を、半径方向内側の二つのボディ部品の上に組み立てられる二つのキャップ部品と垂直に係合する位置で示す図である。 送り出し装置、受け取り装置、および完成装置のグリップフィンガによって握持されている三つのワークピースを示す、入力コンベヤおよび出力コンベヤを除いた図1の回転機関の斜視図である。 部品のストリームを回転入力割出しプラットフォームに供給する線形コンベヤ（すなわち、送り出し装置）と、光学スキャナ（すなわち、多くの可能な加工装置の一例）を収容する固定ポストと、部品を割出しプラットフォームから線形作動式スクリューコンベヤ（すなわち完成装置）上に配置されたワークピースのプラットフォーム上のマウントに移送し、配向させるピックアンドプレースロボット（すなわち、受け取り装置）とを示す「ピックアンドプレース機関」態様の斜視図である。 部品のストリームを回転入力割出しプラットフォームに供給する前景の線形コンベヤと、光学スキャナを収容する固定ポストと、部品を割出しプラットフォームから楕円形のサーボ作動式トラックコンベヤ上に配置された可動キャリヤのトッププラットフォーム上のマウントに移送し、配向させるピックアンドプレースロボットとを示す代替「ピックアンドプレース機関」態様の斜視図である。 線形作動式スクリューコンベヤ（すなわち完成装置）が、部品をワークピースから入力し、かつ部品を逆にワークピースに出力するように働き（部品は、ワークピースプラットフォーム、位置決めピン、およびベースによって支持されたマウントに供給される）、ピックアンドプレースロボット（すなわち受け取り装置）が、部品を回転割出しプラットフォーム（すなわち送り出し装置）上に移送し、配向させて、固定ポスト上に収容された光学スキャナ（すなわち加工装置）によって加工されるようにし、ピックアンドプレースロボット（すなわち受け取り装置）がまた、部品を回転割出しプラットフォームから移送し、配向させ、部品を、線形作動式スクリューコンベヤ（すなわち完成装置）上に配置されたワークピースのプラットフォーム上のマウントに戻す「マルチプレックス機関態様」の斜視図である。 図7の線形作動式スクリューコンベヤ（完成装置）が、部品を入力および出力するマウントを有するトッププラットフォームを有する線形作動式サーボ駆動式キャリヤ（完成装置）によって置き換えられ、その他の要素（ピックアンドプレースロボット、回転割出しプラットフォーム、光学スキャナ加工装置）は図7と同じままである、第二の「マルチプレックス機関態様」の斜視図である。 中央の楕円形トラックと、そのトラックの周囲に位置する機関または加工ステーションに部品を供給する複数の線形作動式サーボ駆動式キャリヤとを備える統合システムの平面図である。

本発明およびその利点のさらなる詳細は以下に挙げられる詳細な説明から明らかである。

好ましい態様の詳細な説明
本明細書は、ワークピースの進行または送り出しから受け取りを経て完成に至る加工を単に暗示するために、「送り出し装置」、「受け取り装置」、および「完成装置」という用語を用いる。同じ進行を暗示するために、第一、第二、および第三のような代替用語を使用することもできる。装置はいずれも、単に、ワークピースを加工または改変することなく、ワークピースを一つの場所または位置から別の場所または位置に移送することができる。また、装置はいずれも、ワークピースに対する付加価値機能、たとえばスキャニング、成形、溶接、組み立て、配向変更、または接着剤適用を実行するためのツールまたは加工を含む、プラットフォームであることができる。さらに、装置の多くは回転するものとして示されているが、本明細書における記載は、線運動、xyzデカルト運動、カーブした軌道または任意の他の運動で平行移動する装置も含むことを意図する一般用語を使用する。

図1〜5に示す回転機関態様は、最初に標準化パレットまたは「POD」1に取り付けられる二対の部品を取り扱い、加工するように構成されている。四つの部品（2、3）を有するPOD1が図2に示され、回転割出しテーブルによる取り扱いおよび中央回転ツールプラットフォーム上での加工がそれぞれ図3および4に示されている。

図2を参照すると、POD1は最初に、キャップ2およびボディ3を指定の回転配向で保持するように設計されているマウント4上に、二つのキャップ2および二つのボディ3であるスプレーボトルトップ部品を載置される。マウント4は、取り扱われ、加工される部品のタイプに依存して、容易に取り外し、交換することができる。POD1は、個々のワークピースとして取り扱われ、加工され、個々の部品（2、3）の取り扱いは制限され、それにより、配向を維持し、取り扱い中の接触から生じる損傷を回避する。POD1は、キャップ2およびボディ3を、ピックアンドプレースロボットによって、手作業によって、プラスチック成型加工中、または以下に記載されるようなピックアンドプレースロボットを含む様々な自動化手段によって、載置されることができる。図示する例は二つのキャップ2および二つのボディ3を示す。交換可能なマウント4を有するプラットフォームの標準化使用が、求められる加工または組み立てに依存してプラットフォーム5にフィットすることができる任意の数の同一パーツの取り付けまたは任意の数の異なる部品の、複数の行および列における取り付けなどの変更を可能にするということが理解されよう。

図2に示す例におけるPOD1は、二つの位置決めピン7で連結されたプラットフォーム5およびベース6を有する。各ピン7は、正確な位置決め面、形状および位置ならびに取り扱い中にグリップフィンガ9（図3〜4を参照）として示される解放可能なコネクタによって正確に係合および係脱される位置決め溝8を有する。グリップフィンガ9は、取り扱いおよび加工中、位置決めピン7と非常に正確に係合するように開閉する。たとえば、グリップフィンガ9は、位置決め溝8と嵌合して、POD1と係合しかつ確実にPOD1を高精度の取り扱い、組み立て、および加工に適した許容差内にするための位置決めリッジ（図示せず）を含むことができる。

POD1を使用する利点は、ひとたびPOD1をワークピースとして加工するようにその他の機械類がセットアップされると、様々なサイズおよび形状の部品（2、3）を加工する場合でも、その機械類の大部分を広く変更する必要がないことである。変更は、マウント4および部品（2、3）と接触する他の交換可能なツールもしくはパーツに限られる。多くの場合、異なる部品を加工するためにシステムを改変する際に伴うコストおよびダウンタイムが大幅に減る。

図1および5を参照すると、POD1は、ワークピースとして、キャップ2およびボディ3を載置され、入力ストリーム中、入力コンベヤ10に沿って、回転送り出し装置11に隣接する取り込み位置に供給される。図3は、位置決めピン7が回転送り出し装置11のグリップフィンガ9によって握持され、POD1またはワークピースが入力コンベヤ10から取り出されようとしているPOD1の詳細を示す。

POD1は、移送される際に、入力コンベヤ10上の固定されたPOD1を、受け取り装置12の回転速度に一致する回転速度にすることにより、送り出し装置11によって回転受け取り装置12に同期的に送り出される。

そのように実施する工程は、「ラピッドスピードマッチング（rapid speed matching）（RSM）と手短に述べることができ、RSMは、ワークピースPOD1を取り込み位置に載置すること；ワークピースPOD1を取り込み位置から移動させることによってPOD1を他のPOD1および入力コンベヤ10から切り離すこと；POD1を回転方向に加速すること；ならびにPOD1を所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で、回転受け取り装置12の開いているグリップフィンガ9に提供することを含む。POD1は、回転送り出し装置11のグリップフィンガ9を開くことによって解放され、所定の送り出し時間で回転受け取り装置12のグリップフィンガ9を閉じることによって係合する。これらの動きの瞬間的協調は、必要なアクチュエータすべてを制御する電子カミングソフトウェアによって提供される。そうするために、受け取り装置12は、送り出し装置11から受け取り装置12への送り出し位置にあるPOD1の移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動し、POD1の送り出しとPOD1の受け取りは電子的に同期化される。

この時点においてPOD1は、グリップフィンガ9により、図4に示すように、回転受け取り装置12に固定される。図示する例において、受け取り装置12はまた、以下のようにPOD1上の部品（2、3）をいっしょに組み立てて試験する垂直方向および水平方向作動式の加工ツール13を収容する。

図2に示すように、ボディ3はスプレーノズル開口14を含む。プラットフォーム5は、加圧された空気を、プラットフォーム5およびマウント4を通過する流路に通してスプレーノズル開口14へ送ることができる二つの流体ポート15を含む。スプレーノズル（図示せず）を開口14へと組み立てた後、キャップ2をボディ3にまで組み立てる前に、加圧された空気流を使用して、アセンブリが空気流をボディ3およびノズル（図示せず）に通して正しく送ることができるかどうかを試験する。

図4を参照すると、グリップフィンガ9がpod1を受け取り装置12上の定位置に保持する。ノズルホルダ16がノズル（図示せず）を保持し、半径方向外側に（図面では左側に）移動して、各スプレーノズル開口14中にノズルを設置する。そして、ノズルホルダ16は、ノズルホルダ16の端部を垂直方向下向きに移動させて、プラットフォーム5中の流体ポート15に当てて封じる。ノズルホルダ16および流体ポート15を通して送られる圧縮空気はノズル（図示せず）を通過してポジティブな試験結果を出す。たとえば空気圧変化がないことによって空気流が検出されないならば、組み立てられたボディ3およびノズルは下流で不合格になる。ポジティブな空気流試験が検出されるならば、加工装置13が降下してキャップ2をマウント4からピックアップする。そして、加工装置13は、半径方向内側かつ下方に移動してキャップ2をボディ3の上に配置し、アセンブリを完成させる。

図1および5に示すように、回転機関はまた、二つの完成したアセンブリ（ノズル付きボディ3およびキャップ2）を有するPOD1を中央の回転受け取り装置12から出力コンベヤ18に移動させるための、回転完成装置17を含む。

図示する例において、受け取り装置12の軸に対して考える場合、送り出し装置11と完成装置17との間の角間隔は90°未満であり、270°超の回転が残り、その間、受け取り装置12および加工ツール13は、部品（2、3）を試験しかつ組み立てるための時間を有する。しかし、受け取り装置12の回転速度は一定でなくてもよいことが理解されよう。電子カミングソフトウェアは、試験および組み立ての動作のための十分な時間を提供するために望まれる任意のやり方で回転を加速および減速するようにコード化されることができる。

受け取り装置12上にPOD1が存在している間に加工ツール13を使用した組み立てまたは加工がひとたび完了されると、POD1は、受け取り装置12の回転駆動装置のコンピュータ数値制御により、所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供される。POD1は、回転受け取り装置12のグリップフィンガ9から回転完成装置17の開いたグリップフィンガ9に移送される。回転完成装置17は、受け取り装置12から完成装置17への放出位置にあるPOD1の移送を可能にするように構成された完成軌道に沿って移動し、POD1の放出とPOD1の移送は電子的に同期化される。完成装置17は、POD1を受け取り装置12から出力コンベヤ18上の類似のPOD1の出力ストリーム中に配置するように構成されたグリップフィンガ9を有する回転作動式入力割出しプラットフォームである。そうするためには、完成装置17の回転速度が、受け取り装置12の回転速度に一致する速度から出力コンベヤ18の速度に一致する速度へ、変化しなければならない。当然、すべての装置が、噛み合ったギヤのように連続的に回転するようにプログラムされることもできるが、別々の電子カミング制御を用いると、各装置は、任意の所望のタイミングおよび加工プランに合うように回転速度および方向さえをも変化させることができる。

上記の動きはすべて、電子カミングソフトウェアおよび回転機関専用の他のソフトウェアによって制御される。回転機関は、サブシステムとしての様々なより大きなシステム中に単位としていっしょに統合されることができる、電子的にカミングされる装置のグループの例である。電子的にカミングされるシステムはデータプロセッサと、ワークピース（POD1または個々の部品2、3）の送り出しとワークピースの受け取りの同期化のため；ワークピースの加工のため；完成装置17へのワークピースの移送のため；POD1の位置決めピン7と送り出し装置11上、受け取り装置12、および完成装置17上の解放可能なコネクタまたはグリップフィンガ9との係合および係脱のための信号をデータプロセッサに生成させるように構成された、かつデータプロセッサによって実行可能な機械読み取り可能な命令を記録するための、情報記憶媒体とを備える。

上記の「回転機関」の他に、装置を標準化「機関」またはサブシステムへグループ化する利点は、より大きくより複雑な製造システムを設計して組み立てるのに有用であることがわかった。各サブシステムは、共通の機能を提供し、別々に構築し、試験することができる。図10に示すシステムによって示されるように、システムは、コア材料取り扱い装置、たとえば、ワークピース、部品またはツールを輸送する個々に制御されるキャリヤを有する楕円形の線形サーボトラックコンベヤを中心に構成されることができる。一つのそのようなサーボコンベヤが、たとえば、Rockwell AutomationによってiTRAC（商標）という名で市販されており、したがって、本明細書において詳細に説明する必要はない。

システムは、統合された装置すべてに分散された潜在的に無限またはn個の軸の動きを有するn軸システムレベルロボットとして概念化されてもよい。サーボコンベヤのような中心装置がマスタ軸装置として働くことができ、コンベヤの周囲の補助的な装置が、自らのスレーブ軸を有するスレーブ装置として、マスタ軸装置と協調して働く。システムは、ソフトウェアが、ワークピースの送り出しとワークピースの受け取りの同期化；ワークピースの加工；および完成装置へのワークピースの移送において、ならびにグリップフィンガ9の係合および係脱ならびに他すべての動きのための信号を生成する、中央制御を有する。送り出し装置、受け取り装置、加工ツール、および完成装置のそれぞれは、少なくとも一つの運動軸をそれぞれが有するアクチュエータを含み；ソフトウェアが、コード化された命令の標準化バックプレーン上でいっしょに電子的にカミングされる標準化サーボアプリケーションを使用して各運動軸上での運動を制御するための信号を生成する。共通のサーボアプリケーションソフトウェアは、本明細書では「機関」と呼ぶサブシステムへ装置をグループ化するための共通のソフトウェアということになる。電子的にカミングされるn軸システムレベルロボットへと組み合わされた共通の機関またはサブシステムソフトウェアは、標準化を通して設計および構築における効率のよさをもたらす。

図6、7、8、および9は、共通の機能および装置を、簡単な加工のために単独で使用するためのサブシステムへ、または図10に示す統合製造システムのサブシステムとしてグループ化することができる例示的な「機関」を示す。

図6は、回転入力割出しプラットフォーム21（送り出し装置）によって選び出される個々の部品（たとえばキャップ2および／またはボディ3）のストリームを供給する線形コンベヤ20を有する「ピックアンドプレース機関」態様を示す。様々な異なる部品の複数のストリームまたはPODの複数のストリームを供給するために、割出しプラットフォーム21の回転軸から放射状に延びるなど複数の線形コンベヤ20が配置されることもできるが、本概念の説明を簡略化するために、一つのコンベヤ20しか示されていない。割出しプラットフォーム21上の部品をスキャンするために、光学スキャナ22（加工装置）が固定ポスト中23に収容されている。光学スキャナ22は可能な加工装置の単なる例であり、ポスト23は、任意のタイプの動きのために動かされ得ること、または望むならば、アセンブリツールを含み得ることが理解されよう。

ピックアンドプレースロボット24（受け取り装置）は、割出しプラットフォーム21からの部品を回転および配向させて、線形作動式スクリューコンベヤ25（完成装置）上に配置されたPOD1のマウント4上に部品を移送する。したがって、ピックアンドプレース機関またはサブシステムは、線形コンベヤ20によって供給される類似の部品の入力ストリームから部品（たとえばキャップ2またはボディ3）を選び出すように構成された回転作動式入力割出しプラットフォーム21を備える送り出し装置で構成されている。受け取り装置はピックアンドプレースロボット24を備え、完成装置は、ピックアンドプレースロボット24からPOD1上に部品（2、3）を受けるように構成された線形作動式コンベヤ25を備える。

図7は、図6のピックアンドプレース機関の代替態様を示す。線形コンベヤ20は、個々の部品（たとえば2、3）のストリームを回転割出しプラットフォーム21に供給し、それらの部品を、ポスト23に取り付けられた光学スキャナ22の下に通す。ポスト23および光学スキャナ22は、任意の加工装置、たとえば回転プラットフォーム上に取り付けられたアセンブリツールによって置き換えられることもできる。図6のスクリューコンベヤ25は、図7では、その上を移動する複数のサーボ駆動装置キャリヤ27を有する線形作動式サーボ駆動装置コンベヤ26によって置き換えられている。キャリヤ27のトッププラットフォーム28はマウント4を有し、マウントの上に、部品2、3がピックアンドプレースロボット24によって配置される。ピックアンドプレースロボット24は光学スキャナ23から信号を受信し、部品2、3をマウント4に移送する間、エンドエフェクタが部品2、3をマウント4上で適切な回転配向に回転させる。POD1はまた、キャリヤ27のトッププラットフォーム28に取り付けられることもできるが、このオプションは図示されていない。

図8は、線形作動式スクリューコンベヤ25（完成装置）が、部品（キャップ2、ボディ3）をPOD1から入力し、かつ部品（2、3）を逆にPOD1に出力するための両方向コンベヤとして働く「マルチプレックス機関態様」を示す。部品（2、3）は、コンベヤ25と係合したPOD1のマウント4上に供給される。ピックアンドプレースロボット24（受け取り装置）が、個々の部品（2、3）を、加工するために、回転割出しプラットフォーム21（送り出し装置）上に移送し、配向させる。図示する例の加工は、二つのステージ、すなわちスキャニングおよび組み立てを有する。まず、回転割出しテーブル21上の部品が、固定ポスト23に収容された光学スキャナ22（加工装置）によってスキャンされ、次いで、部品は、アセンブリツール33によっていっしょに組み立てられる。アセンブリツール33は、回転割出しテーブル21上の部品にまで組み立てられる異なるパーツまたは部品をピックアップするために回転する回転プラットフォーム34上に取り付けられている。加工後に、ピックアンドプレースロボット24は、組み立てられた部品を回転割出しプラットフォーム21から移送して配向させ、かつ組み立てられた部品（2、3）を、線形作動式スクリューコンベヤ25（完成装置）上で運ばれたPOD1上のマウント4に戻す。したがって、マルチプレックス機関は、送り出し装置が回転作動式入力割出しプラットフォーム21を備え、受け取り装置がピックアンドプレースロボット24を備え、かつ完成装置が、加工前にPOD1上の部品（2、3）をピックアンドプレースロボット24に提供するようにかつ加工後にピックアンドプレースロボット24から部品（2、3）をPOD1上に受けるように構成された線形作動式コンベヤ25を備える、サブシステムである。

図9は、図8の線形作動式スクリューコンベヤ25（完成装置）が、個々の制御されるサーボ駆動式キャリヤ27を有する線形作動式コンベヤ26（完成装置）によって置き換えられている第二の「マルチプレックス機関態様」を示す。各キャリヤ27は、マウント4を有するトッププラットフォーム28を有し、マウント4上に部品（2、3）が入出力される。その他の要素、すなわちピックアンドプレースロボット24、回転割出しプラットフォーム21、光学スキャナ22加工装置、ポスト23、アセンブリツール33、および回転プラットフォーム34は図8と同じままである。

図10の統合システムを参照すると、楕円形の線形サーボコンベヤ19は、いくつかの個々のキャリヤ27を有する線形コンベヤ26を有し、それらのキャリヤのそれぞれが、様々なサブシステム間または機関間のコンベヤトラック上を移動するように個々に制御されている、図9に示すタイプであることができる。たとえば、キャリヤ27は左回りに運ばれて、二つのピックアンドプレース機関29；一つの回転機関30；および完成したアセンブリおよび不合格部品を受け入れる空気式コンベヤ31、32を通過し得る。

上記の詳細な説明は、本発明者らによって現在考慮される特定の好ましい態様に関するが、本発明は、その広い局面において、本明細書に記載された要素の機械的および機能的等価物を含むことが理解されよう。

Claims (15)

1. ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置すること、該ワークピースを該取り込み位置から移動させることによって該ワークピースを切り離すこと、該ワークピースを加速させること、および、該ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供することで、該送り出し装置によって該ワークピースを送り出す工程；
   該送り出し装置から受け取り装置への該送り出し位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動する該受け取り装置によって、該ワークピースを受け取る工程であって、該ワークピースの送り出しと該ワークピースの受け取りが電子的に同期化される、工程；
   該受け取り装置上に該ワークピースが存在している間に、加工ツールによって該ワークピースを加工する工程；
   該ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供する工程であって、該ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含む、工程；
   該受け取り装置から完成装置への該放出位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された完成軌道に沿って移動する該完成装置に、該ワークピースを移送する工程であって、該ワークピースの放出と該ワークピースの移送が電子的に同期化される、工程；ならびに
   該ワークピースの該位置決め面を、該送り出し装置上、該受け取り装置上、および該完成装置上のグリッパーと係合および係脱させる工程であって、該グリッパーが該ワークピースの該位置決め面を係合および係脱させるべく、開閉するように構成されている、工程
   を含む、方法。
2. 前記プラットフォームが、第二の部品を支持するマウントを有し、前記方法が、
   前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に、前記加工ツールによって前記第一の部品および該第二の部品をいっしょに組み立てる工程
   を含む、請求項1に記載の方法。
3. 前記プラットフォームおよび前記マウントが流体ポートを含み、前記方法が、
   前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に、流体を前記加工ツールから該流体ポートへ運ぶ工程
   を含む、請求項1または2に記載の方法。
4. ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置すること、該ワークピースを該取り込み位置から移動させることによって該ワークピースを切り離すこと、該ワークピースを加速させること、および、該ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供することで該ワークピースを送り出すように構成された、送り出し装置であって、該ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを含む、送り出し装置；
   該送り出し装置から受け取り装置への該送り出し位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動することによって該ワークピースを受け取るように構成され、かつ該ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供するように構成された、該受け取り装置；
   該受け取り装置上に該ワークピースが存在している間に該ワークピースを加工するように構成された、加工ツール；
   加工後に該受け取り装置からの該放出位置にある該ワークピースの移送を受け入れるように構成されており、完成軌道に沿って移動する、完成装置；
   データプロセッサ；ならびに
   該データプロセッサによって実行可能な機械読み取り可能な命令を含み、かつ
   該ワークピースの送り出しと該ワークピースの受け取りの同期化に、
   該ワークピースの加工に、および
   該完成装置への該ワークピースの移送に
   有用な信号を該データプロセッサに生成させるように構成された、媒体
   を備え、
   該機械読み取り可能な命令が、該ワークピースの該位置決め面と、該送り出し装置上、該受け取り装置上、および該完成装置上のグリッパーとの係合および係脱の同期化に有用な信号を該データプロセッサに生成させるように構成されており、該グリッパーが該ワークピースの該位置決め面を係合および係脱させるべく、開閉するように構成されている、
   システム。
5. 前記送り出し装置、前記受け取り装置、前記加工ツール、および前記完成装置のそれぞれが、少なくとも一つの運動軸をそれぞれが有するアクチュエータを含み、
   前記機械読み取り可能な命令が、コード化された命令の標準化バックプレーン上でいっしょに電子的にカミングされる（cammed）複数のサーボアプリケーションを使用して、該少なくとも一つの運動軸の各軸上での制御運動に有用な信号を前記データプロセッサに生成させるように構成されている、
   請求項4に記載のシステム。
6. ワークピースを送り出し装置の取り込み位置に載置するため、該ワークピースを該取り込み位置から移動させることによって該ワークピースを切り離すため、該ワークピースを加速させるため、ならびに該ワークピースを所定の送り出し時間、所定の送り出し位置、所定の送り出し速度、および送り出し軌道に沿って移動している状態で提供するための数値制御送り出し駆動装置を有する、送り出し装置であって、該ワークピースが、選択された配向で第一の部品を支持するマウントを有するプラットフォームと、位置決め面とを備える、送り出し装置；
   該送り出し装置から受け取り装置への該送り出し位置にある該ワークピースの移送を可能にするように構成された受け取り軌道に沿って移動するための数値制御受け取り駆動装置を有する、該受け取り装置；
   該受け取り装置上に該ワークピースが存在している間に加工ツールによって該ワークピースを加工するための数値制御加工駆動装置を有する、加工装置；
   所定の放出位置にある該ワークピースを該受け取り装置から完成装置に移送するように構成された完成軌道に沿って移動するための数値制御完成駆動装置を有する、該完成装置
   を備え、
   該数値制御受け取り装置が、該ワークピースを所定の放出時間、所定の放出位置、所定の放出速度、および放出軌道に沿って移動している状態で提供するように構成されており、
   該送り出し装置、該受け取り装置、および該完成装置が、該ワークピースの該位置決め面と係合および係脱するために開閉するように構成されているグリッパーを備え、
   該ワークピースの送り出しおよび該ワークピースの受け取りが、該数値制御送り出し駆動装置および該数値制御受け取り駆動装置によって電子的に同期化され、
   該ワークピースの加工が、該数値制御加工駆動装置によって電子的に同期化され、かつ
   該ワークピースの放出および該ワークピースの移送が、該数値制御送り出し駆動装置および該数値制御受け取り駆動装置によって電子的に同期化される、
   自動化装置。
7. 前記プラットフォームが、第二の部品を支持するマウントを有し、かつ
   前記加工ツールが、前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に前記第一の部品および該第二の部品をいっしょに組み立てるためのアセンブリツールを含む、
   請求項6に記載の自動化装置。
8. 前記プラットフォームおよび前記マウントが流体ポートを含み、かつ
   前記加工ツールが、前記受け取り装置上に前記ワークピースが存在している間に流体を該流体ポートへ運ぶための出口ポートを含む、
   請求項6または7に記載の自動化装置。
9. 前記位置決め面が、位置決め溝を有するピンを含み、かつ
   前記グリッパーが、開位置と、該ピンと位置決め溝を係合させる閉位置との間で動かされるように構成されたグリップフィンガを含む、
   請求項6〜8のいずれか一項に記載の自動化装置。
10. 前記ワークピースが、前記ピンによって前記プラットフォームに連結されたベースを含む、請求項9に記載の自動化装置。
11. 回転機関を備え、
    前記送り出し装置が、類似のワークピースの入力ストリームから前記ワークピースを選び出すように構成された回転作動式入力割出しプラットフォームを備え、
    前記受け取り装置が、前記加工ツールが取り付けられている回転ツールプラットフォームを備え、かつ
    前記完成装置が、該ワークピースを該受け取り装置から類似のワークピースの出力ストリーム中に配置するように構成された回転作動式入力割出しプラットフォームを備える、
    請求項6〜10のいずれか一項に記載の自動化装置。
12. ピックアンドプレース機関を備え、
    前記ワークピースが個々の部品を含み、
    前記送り出し装置が、類似の部品の入力ストリームから部品を選び出すように構成された回転作動式入力割出しプラットフォームを備え、
    前記受け取り装置がピックアンドプレースロボットを備え、かつ
    前記完成装置が、該ピックアンドプレースロボットから該部品を受け入れるように構成された線形作動式コンベヤを備える、
    請求項6〜10のいずれか一項に記載の自動化装置。
13. 前記加工ツールが、前記部品をスキャンして表面特徴を識別しかつ該表面特徴に基づいて入力配向を決定するように構成された光学スキャナを含み、かつ
    前記ピックアンドプレースロボットが、該光学スキャナと連絡している回転グリップを含み、該回転グリップが、該部品を該入力配向から出力配向へ回転させるように構成されている、
    請求項12に記載の自動化装置。
14. 前記線形作動式コンベヤが、前記ピックアンドプレースロボットによって配置された場合の前記出力配向で複数の部品を支持する複数のマウントを有するプラットフォームを含む、請求項13に記載の自動化装置。
15. マルチプレックス機関を備え、
    前記送り出し装置が回転作動式入力割出しプラットフォームを備え、
    前記受け取り装置がピックアンドプレースロボットを備え、かつ
    前記完成装置が、加工前に前記ワークピースを該ピックアンドプレースロボットに提供するようにかつ加工後に該ピックアンドプレースロボットから該ワークピースを受け入れるように構成された線形作動式コンベヤを備え、
    任意で、加工ツールが固定ベースに取り付けられている、
    請求項6〜10のいずれか一項に記載の自動化装置。

Images