CN103221187A

CN103221187A - 部件位置测量方法

Info

Publication number: CN103221187A
Application number: CN2011800541435A
Authority: CN
Inventors: 高田和彦
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: JP5713634B2; EP2637828B1; CN103221187B; US20130250309A1; BR112013011545B1; RU2542960C2; BR112013011545A2; US8576411B2; EP2637828A1; WO2012063968A1; JP2012103099A; RU2013126520A

Abstract

本发明提供一种部件位置测量方法，例如，即使当夹头倾斜地夹持部件时也能够使用该部件位置测量方法准确地识别部件的前端位置。该部件位置测量方法包括：在夹持位置处使用夹头（2）夹持部件（1）；相对于被记录为测量基准位置（A）的夹持位置，移动该部件；在阻挡位置处在与部件相交的方向上阻挡光束（3）和（4）；使用测量单元，测量在阻挡位置处部件在相对于夹头的倾斜方向上的位置偏差；通过比较测量值和记录的测量基准位置（A），获得偏差量（H）；基于两个虚拟三角形（a、b）之间的相似关系，获得部件的前端位置（C）的测量校正值（h）：所述虚拟三角形（a）是通过将偏差量设为一边并且将测量基准位置A设为一点而获得的，虚拟三角形（b）是经由阻挡位置（B和B'）以及部件的前端的虚拟三角形；以及，通过将偏差量（H）和测量校正值（h）相加，获得部件前端位置偏差量（ΔZ）。

Description

部件位置测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于当部件阻挡了诸如激光束的光束时，基于三角形的相似关系而不是测量结果，来测量该部件的位置并且获得该部件的前端位置的部件位置测量方法。

背景技术

在相关技术中，为了在各种电气或者电子部件等的各种元件的组装过程中识别位置，已知各种部件位置识别方法。

例如，部件位置识别方法包括：作为定位所述部件的前端的第一方法、作为使用机械引导件引导所述部件的第二方法，以及作为使用CCD（成像设备）识别所述部件的第三方法。

例如，专利文献1公开了如下一种技术：考虑到当使用吸附喷嘴将部件转移到基垫时该部件自身的倾斜（变形），通过照射激光束并且测量部件在高度方向上的两个固所的位置而获得该部件的倾斜度，并且校正该部件相对于垫的位置。

引用列表

专利文献

[专利文献1]日本专利文献JP-A-2010-29897

发明内容

技术问题

在上述用于定位所述部件的前端的第一方法中，存在如下可能性：难以小型化部件（为了减少节距）并且在部件的组装次序方面存在限制。在用于使用机械引导件来引导所述部件的第二方法中，例如，难以形成凹凸形状，并且可适用的部件受到限制。另外，由于引导件是专用部件，所以可适用部件的类型受到限制。在用于使用CCD（成像设备）识别所述部件的第三方法中，存在如下可能性：精度可能受到像素数或者镜头焦点调整的影响，或者可能增加花费时间或者设备成本。

除了第一到第三方法之外，在专利文献1中公开的部件位置测量方法中，当单一部件的位置改变时，有必要执行两次测量。因此，这花费很多的工时，并且这使得工作繁琐。

在不使用吸附喷嘴而是使用夹头来移动部件的情形下，部件可能以大的倾斜度夹持，并且部件前端的位置可能颠倒。

有必要提供一种能够有助于部件小型化、能够提供凹凸形部件、宽广的部件应用范围、宽广的可用性、高测量精度和低成本，并且能够即使当利用夹头倾斜地夹持部件时也准确地识别部件的前端位置的部件位置测量方法。

解决问题的方案

根据本发明的第一方面，提供一种部件位置测量方法，包括：在夹持位置处使用夹头夹持部件；相对于被记录为测量基准位置的所述夹持位置，移动所述部件；由所述部件在阻挡位置处阻挡在与所述部件相交的方向上的光束；利用测量单元，测量在所述阻挡位置处所述部件在相对于所述夹头的倾斜方向上的位置偏差；通过比较所述测量值和记录的所述测量基准位置，获得偏差量；基于两个虚拟三角形之间的相似关系，获得所述部件的前端位置的测量校正值；所述两个虚拟三角形的其中一个是通过将所述偏差量设为一边并且将所述测量基准位置设为一点而获得的，所述两个虚拟三角形的其中另一个是经由所述阻挡位置和所述部件的前端的虚拟三角形；以及通过将所述偏差量和所述测量校正值相加，获得部件前端位置偏差量。

在前述构造中，当利用夹头夹持部件时产生振动（倾斜）。在这种状态下，部件与夹头一起移动。在运动当中，从激光传感器等照射的光束受到阻挡。使用测量单元，测量在阻挡期间部件的阻挡位置在倾斜方向上的位置偏差量。将测量值与事先记录的测量基准位置相比较以计算偏差量。通过在如下两个虚拟三角形之间建立相似关系的事实来计算偏差量的比率，从而计算部件的前端位置的测量校正值；两个虚拟三角形中的第一虚拟三角形是通过将在部件无任何倾斜的情形下经由测量基准位置（即使当存在倾斜时该测量基准位置也是相同的）的部件的一条边、测量基准位置以及位置偏差量的测量点、即光束阻挡位置（将偏差量设定为一侧）相连结而获得的，两个虚拟三角形中的另一个虚拟三角形是通过将相同光束阻挡位置、与经由阻挡位置的部件的一条边平行的一条边以及部件的前端点相连结而获得的。通过将偏差量和测量校正值相加以计算部件前端位置的偏差量。

可以通过使用测量单元（将激光传感器等用作开关）测量直至在光束被部件阻挡之前该部件的运动距离来执行偏差量的测量。可替代地，可以将用于照射光束的激光传感器等用作测量单元，并且可以直接地使用激光传感器等测量部件的位置。作为测量单元，除了激光束传感器之外，可以使用光学纤维传感器、光学射线传感器等。

根据本发明的第二方面，在根据本发明的第一方面的部件位置测量方法中，在将所述部件的所述前端设定为前侧并且将所述部件的前后方向设定为Y方向的情形下，所述光束照射到X和Z方向中的每一个方向，并且对于X和Z方向中的每一个方向获得所述部件前端位置偏差量。

在前述配置中，在X和Z坐标中准确地获得了部件的前端的位置偏差。由于与部件在Y方向（纵向方向）上的位置偏差相比较，在X方向和Z方向（横向方向和高度方向）上的测量误差是微不足道的，所以它能够是可以忽略的。使用用于测量部件的运动距离的测量单元来获得在Y方向上的位置偏差。

本发明的有利效果

根据本发明，即使当在使用夹头夹持部件的情形下该部件倾斜时，也能够准确地识别部件在倾斜方向上的位置偏差量。此外，可以基于所述位置偏差量来准确地识别部件的前端位置。因此，能够容易地以高精度将部件和配对部件组装。例如，使用超细激光束，能够有助于部件小型化、能够提供凹凸形部件、宽广的部件应用范围、宽广的可用性、高测量精度和低成本。

根据本发明，由于在X和Z方向上准确地识别部件的前端的位置偏差，所以能够以更高精度将部件和配对部件组装。

附图说明

图1是示意根据本发明的一个实施例的部件位置测量方法的透视图。

图2是示意用于测量同一部件的Z方向位置的设备的侧视图。

图3是示意图2的F部分的放大解释图。

图4（a）是示意部件在Y方向上的位置偏差和Z方向上的测量误差之间的关系的侧视图；

图4（b）是示意图4（a）中的G部分的放大解释图。

附图标记列表

1 部件

2 夹头

3、4 激光束（光束）

A 测量基准位置

B、B' 阻挡位置（测量位置）

C 前端位置

H 偏差量

ΔZ 部件前端位置偏差量

a、b 虚拟三角形

h 测量校正值

具体实施方式

图1到3示意根据本发明的一个实施例的部件位置测量方法。

根据该部件位置测量方法，如在图1中所示使用夹头2夹持纵向延伸部件1的后侧1a，并且移动部件1。在运动当中的部件1的前侧1b上，阻挡了在X方向（部件横向方向或者水平方向）上照射的激光束（光束）3和/或在Z方向（部件高度方向或者垂直方向）上照射的激光束（光束）4（B表示在Z方向上的阻挡位置，并且B'表示在X方向上的阻挡位置）。如在图2（示意获得Z方向上的位置偏差的情形）中所示，相对于部件1的夹头位置A测量当激光束被阻挡时的部件1的位置B（激光束阻挡位置）。由于如在图2中所示在使用夹头期间部件1产生大幅振动（倾斜），所以基于如在图3中所示的三角形相似关系，相于部件1的激光束阻挡位置B的偏差量H的测量值，利用倾斜角度θ以计算部件1的前端（前端）C的位置。

参考图1，在X方向上照射的激光束3是测量部件1的Z方向位置B，并且在Z方向上照射的激光束4是测量部件1的X方向位置（B'）。X方向激光束3在Z方向上被部件1阻挡或者通过部件1透射，并且Z方向激光束4在X方向上被部件1阻挡或者通过部件1透射。

在图1中，参考符号B表示：对于X方向激光束3，部件1的Z方向测量位置。参考符号B'表示：对于Z方向激光束4，部件1的X方向测量位置。参考符号C表示基于三角形相似关系获得的部件前缘位置，即，在X方向和Z方向上相交的前端角部位置。将每一个激光束3和4从每一个激光传感器（未示出）照射。使用超细激光束3和4，可以将测量位置B和B'界定为精确位置。

夹头2包括：例如，一对左右的垂直夹持部分2a。可替代地，夹头2包括一对左右的垂直夹持部分2a和上下的水平夹持部分2b。夹头2是用于固定部件1的现有夹头。可以根据部件1的类型或者形状适当地设定夹头2的形状。利用移动装置，夹头2能够在三维方向（X、Y和Z）上移动。例如，使用现有的移动装置，诸如通过以可螺纹旋拧方式将设置在夹头螺母（未示出）中的螺母安装在滚珠丝杠轴上，并且使用伺服马达以可旋转方式驱动滚珠丝杠轴，来执行夹头2的运动。伺服马达与每一个激光传感器（未示出）一起连接到控制单元并且能够测量部件1的运动距离。

在图2中，参考符号A表示作为部件1的夹头位置的测量基准位置。由实线示意的部件1处于运动当中。处于运动当中的部件1倾斜，以相对于夹头位置A以倾斜度θ在向前方向上上升。未确定倾斜度θ的大小。由双点划线示意的附图标记1'表示无倾斜地水平地放置的部件1的位置。参考符号B表示部件测量位置。部件测量位置B是部件1的前侧1b的下端（下部）1c。

参考符号C表示基于三角形相似关系获得的部件1的前端位置。部件1的前端位置C是部件1的前端（前端）表面1d和下端表面1c的延长线之间的交叉点。在凹口（斜面）1e设置在部件1的前端底部中时，能够利用三角形相似关系精确地界定（识别）虚拟部件前端位置C。由单点划线示意的参考符号F表示在下述图3中描述的三角形相似关系的匹配位置。

参考符号L表示从夹头位置A到水平地放置的部件1'的前端1d'的Y方向水平距离，即，部件的长度。参考符号L1表示从倾斜的部件1的部件测量位置B到水平地放置的部件1'的前端1d'的Y方向水平距离。参考符号H表示从水平地放置的部件1'的下端（下边）1c'到倾斜的部件1的部件测量位置B的Z方向垂直距离，即，Z方向位置偏差测量值（偏差量）。参考符号h表示从部件测量位置B到前端位置C的Z方向垂直距离，即，测量校正值。参考符号ΔZ表示从水平地放置的部件1'的下边1c'到倾斜的部件1的前端底部C的Z方向垂直距离，即，Z方向部件前端位置偏差量。

在下文中，将详细描述根据本发明的一个实施例的Z方向部件位置测量方法。首先，使用图1的夹头2确定部件1的夹持位置（如在图2中所示，部件1无意地振动并且稍微地倾斜），并且部件1在Z方向上平移。在运动当中，部件1阻挡激光传感器的X方向激光束3。激光传感器布置在由部件1阻挡激光束3的位置处。使用诸如NC伺服或者编码器的测量单元测量用于阻挡光束的部件位置B。

激光传感器、移动装置和测量单元连接到控制单元（未示出），并且当激光束被阻挡时使用测量单元测量：夹头2连同部件1利用移动装置在Z方向上共同移动的距离。然而，与水平地放置的部件1'（无倾斜）相比，部件测量位置B阻挡激光束3的时间延迟了部件1的向上倾斜的程度。与水平地放置的部件1'的情形相比，阻挡期间的测量值增大（如果部件1被倾斜为在向前方向上降低，则加快了阻挡时间，并且阻挡期间的测量值减小）。

将测量结果（测量位置）与事先记录的测量基准位置A相比，以识别部件测量位置B。即，将测量结果与事先存储的基准位置A相比，以计算相于基准位置A在Z方向上的相对偏差量H。使用基准夹具等测量基准位置A，并且将基准位置A事先记录在控制单元中。

接着，如在图3中所示，基于相对于基准位置A的相对偏差量H，利用不同大小的前述虚拟三角形a和b具有相似关系的事实，计算从测量位置B到部件前端位置C的Z方向距离，即，测量校正值h。然后，通过将测量校正值h加到测量位置B的偏差量H而获得部件前端位置偏差量ΔZ。

通过连结基准位置A、基准位置B以及从基准位置B下降到水平地放置的部件1'的下边1c的位置D，形成布置在图3的后侧中的大虚拟三角形a。通过连结基准位置B、部件前端位置C以及从该部件前端位置C下降到经由基准位置B的水平线1f的位置E，形成布置在图3的前侧中的小虚拟三角形b。三角形a和b这两者具有相似关系，因为在斜边1c和1g与下边1c'和1f之间的倾斜角度θ等于在下边1c'和1f与垂直于高度方向（直角）的短边H和h之间的角度。

在图2中，事先测量Y方向部件长度L，即，从基准位置A到水平地放置的部件1'的前端1d'的距离，并且使用移动装置和测量单元测量在光束阻挡期间从测量位置（阻挡位置）B到夹头2（基准位置A）的Y方向水平距离L2（图3）。因此，例如，通过利用从部件长度L（图2）减去Y方向水平距离L2来计算计算与从图1的水平地放置的部件1'的前端1d'到测量位置B的水平距离L1相近似的L1'（图3），依照在水平距离L2'和L1'之间的比率，能够获得对于测量值H的测量校正值h，即，前端位置C。

图4（a）和4（b）示意即使当在激光束3被部件1阻挡的情形下该部件1的位置在Y方向（部件纵向方向）上偏离时，Z方向测量误差Δz也可忽略的事实（其中，Δy表示偏差量）。

在部件倾斜时该部件的位置从双点划线1（图4（a））如由实线1"所示水平地向前偏离的情形下，激光束3被照射到部件1的下部的位置B"比在位置偏离之前的位置B稍微地降低。然而，由于部件1的倾斜度θ起初小，所以如在图4（b）中所示，与Y方向部件位置偏差量Δy相比较，测量误差Δz是可以忽略的。即，测量误差Δz等于部件位置偏差Δy×tanθ。

在图2中，在部件1即使当使用夹头2夹持时也不倾斜的情形下（在如由单点划线示意地水平地放置的部件1'的情形下），部件1'的测量位置变成D而不是B。因此，事先记录的Z方向基准位置A与测量位置D的Z方向测量结果（测量值H）相同，并且部件前端位置偏差ΔZ变为零，从而没有必要使用三角形的相似关系。

虽然已经结合图2到4描述了部件1的Z方向位置偏差校正，但是使用图1的Z方向激光束4以与图2和3的类似的方式执行部件1的X方向位置偏差校正（在图1的部件1的横向方向上）。

具体地，在图2中，假设部件1的Z方向下端表面1c是X方向的一个侧表面（左侧），并且部件1并不是在垂直方向上而是在水平方向上倾斜，使用在后侧1a的夹头2（测量基准位置A）定位部件1并且使该部件1在X方向上移动，图1的Z方向激光束4在部件1的前侧1b中的一个侧表面上被阻挡，以在阻挡期间测量该一个侧表面（一个侧部）的位置B，将其测量结果与事先存储的测量基准位置A相比较以计算在水平方向上对于基准位置A的相对偏差量H，依照三角形相似关系利用该偏差量H计算部件1的前端位置C。如在图4（a）和4（b）中所示，虽然由于部件1的Y方向位置偏差而在X方向测量精度方面发生误差，但是它是可以忽略的。

通过识别部件1在Z方向和/或X方向上的前端位置，能够不带任何位置偏差地容易地执行用于将（凸形）部件1与配对部件（未示出）即凹形部件的凹形部分相组装的工作。因此，即使当部件1的前端位置改变时，也可以可靠地识别部件1的前端位置。

根据前述实施例，与相关技术的使用机械引导件或者CCD的部件前端位置的确定或者识别方法相比，部件适用范围变宽，并且提高了自动化率。另外，由于没有必要考虑由部件精度（诸如部件的质量）引起的偏差，所以能够稳定工艺质量，并且降低设备或者部件成本。另外，能够将根据本发明的一个实施例的部件位置测量方法广泛地应用于各种部件。

另外，根据上述实施例，激光传感器被用作开/关切换器，并且使用测量单元诸如用于驱动滚珠螺杆轴以移动夹头的伺服马达的NC伺服来测量当激光束3和4被阻挡时部件1的位置。然而，相比之下，激光传感器可以被用作测量单元（测量单元）以直接地使用激光束3和4来测量部件1的位置。在此情形中，能够使用Z方向激光束4测量在图1中的部件1的Z方向位置B，并且使用X方向激光束3测量部件1的X方向位置B'。另外，除了激光传感器之外，光学纤维传感器或者光学射线传感器也可以被用作测量单元。

该申请基于在2010年11月10日提交的日本专利申请No.2010-251662要求优先权利益，该专利申请的内容通过引用并入此处

工业适用性

可以将根据本发明的部件位置测量方法应用于任何部件/构件（称作部件）。例如，本发明可以用于容易地以高精度将这种部件/构件与配对物的部件/构件组装。

Claims

1.一种部件位置测量方法，包括：

在夹持位置处使用夹头夹持一部件；

相对于被记录为测量基准位置的所述夹持位置，移动所述部件；

由所述部件在阻挡位置处阻挡在与所述部件相交的方向上的光束；

利用测量单元，测量在所述阻挡位置处所述部件在相对于所述夹头的倾斜方向上的位置偏差；

通过比较所述测量值和记录的所述测量基准位置，获得偏差量；

基于两个虚拟三角形之间的相似关系，获得所述部件的前端位置的测量校正值；所述两个虚拟三角形的其中一个是通过将所述偏差量设为一边并且将所述测量基准位置设为一点而获得的，所述两个虚拟三角形的其中另一个是经由所述阻挡位置和所述部件的前端的虚拟三角形；以及

通过将所述偏差量和所述测量校正值相加，获得部件前端位置偏差量。

2.根据权利要求1所述的部件位置测量方法，

其中，在将所述部件的所述前端设定为前侧并且将所述部件的前后方向设定为Y方向的情形下，所述光束照射到X和Z方向中的每一个方向，并且对于X和Z方向中的每一个方向获得所述部件前端位置偏差量。