JP2004090154A - ロボット、ロボットによる位置検出方法、ロボットを備えた作業装置及びロボットを備えた作業装置による位置検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハンド部8に、該ハンド部の作業対象となるワーク13の作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラ11、12を取り付け、複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はロボット、ロボットによる位置検出方法、ロボットを備えた作業装置及びロボットを備えた作業装置による位置検出方法についての技術分野に関する。詳しくは、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図る技術分野に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリント基板等のワークに対して所定の作業、例えば、各種の電子部品の組付等を行うための作業装置がある。このような作業装置は、移動可能なアーム部とその先端部に支持されたハンド部とを有するロボットを備えており、例えば、ハンド部によって電子部品を把持しアーム部を移動させて作業台にセットされたワークの所定の位置(作業位置)に電子部品を実装したり、ハンド部によってワークを把持して移動させる等の作業を行う。
【0003】
このような作業装置にあっては、予め設定されたプログラムに基づいて送出されるコントローラーからの指令信号によって、ロボットが作動されて所定の作業位置に対しての各種の作業が行われる。
【0004】
しかしながら、ワークを作業台にセットした状態やワークがハンド部に把持された状態等においては、ワーク、作業台、ハンド部等の製造上の寸法誤差やハンド部の機構上のガタツキ等によって、予め定められた設定位置に対する位置のバラツキが生じていることがある。このバラツキが作業上の許容範囲を超える場合には、予め設定された所定の作業位置に対する正確な作業を行うことができなくなり、歩留まりの低下等の不具合を生じてしまう。
【0005】
そこで、作業装置にあっては、上記したバラツキが作業上の許容範囲を超える場合には、予め設定された所定の作業位置に対する各種の作業に先立って、位置検出用カメラによるワークの作業位置の位置検出が行われる。
【0006】
位置検出用カメラによる位置検出は、ワークが作業台にセットされている場合には、ロボットのハンド部に取り付けられた位置検出用カメラを検出対象(作業位置)の近傍に移動し、この検出対象を位置検出用カメラの視野に入れて行う。また、ワークがロボットのハンド部に把持されている場合には、アーム部を移動させて所定の位置に固定された位置検出用カメラの近傍に検出対象を移動し、この検出対象を位置検出用カメラの視野に入れて行うようにしている。このとき、位置検出用カメラの位置と作業エリアの座標とは、予めキャリブレーションによって算出された正確な位置関係がコントローラーに記憶されている。
【0007】
位置検出用カメラによる検出結果は、位置情報としてコントローラーに入力され、この入力された位置情報に基づいて予めコントローラーに入力されていた作業位置における位置情報が補正されて実際の作業におけるデーターが算出され、この算出されたデーターに基づいて送出されるコントローラーからの指令信号によって各種の作業が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の電子部品の小型化、電子回路の高集積化等に伴って、電子部品用の電気的接合ピッチの微細化が顕著になっており、また、ワークの外形に対する位置検出用カメラの検出対象の大きさも微少となっている。従って、このような微細化等に対応して位置検出用カメラによる位置検出精度の向上を図る必要があるが、従来と同様の検出分解能を有する位置検出用カメラによる位置検出では、微細化等に対応した位置検出精度の向上を図ることができない。
【0009】
そこで、位置検出精度の向上を図るために、大きな画素数を有する位置検出用カメラを用いて検出分解能の高度化を図ることも考慮されるが、一般に、大きな画素数を有する位置検出用カメラは極めて高価であり、また、大きな画素数を有する位置検出用カメラを用いると演算処理に要する時間が長くなってしまい実用的でない。
【0010】
また、位置検出用カメラの位置検出精度の向上を図るために、位置検出用カメラの視野をワーク等のバラツキ分が最低限含まれる範囲に設定していることが多いが、ワーク等のバラツキが予想を超えてしまった場合等には、位置検出工程においてコントローラーの指令に応じて位置検出用カメラが検出対象の近傍に移動されたにも拘わらず、位置検出用カメラの視野範囲から検出対象が外れてしまうという検出エラーが生じ、生産性の低下を来たすという問題がある。
【0011】
そこで、本発明ロボット、ロボットによる位置検出方法、ロボットを備えた作業装置及びロボットを備えた作業装置による位置検出方法は、上記した問題点を克服し、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明ロボットは、上記した課題を解決するために、ハンド部に、該ハンド部の作業対象となるワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラを取り付け、複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにしたものである。
【0013】
本発明ロボットによる位置検出方法は、上記した課題を解決するために、ハンド部に、該ハンド部の作業対象となるワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラが取り付けておき、位置検出用カメラの数をnとし、n個の位置検出用カメラのうち任意の位置検出用カメラを第m番目の位置検出用カメラとしたときに、第1番目の位置検出用カメラから第n番目の位置検出用カメラによって順次位置検出が行われる位置検出工程において、第m番目の位置検出用カメラによって該第m番目の位置検出用カメラが有する固有の視野範囲で位置検出を行い、次に、第m+1番目の位置検出用カメラによって第m番目の位置検出用カメラより狭い視野範囲で位置検出を行うようにしたものである。
【0014】
本発明ロボットを備えた作業装置は、上記した課題を解決するために、ハンド部に保持されたワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラを設け、複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにしたものである。
【0015】
本発明ロボットを備えた作業装置による位置検出方法は、上記した課題を解決するために、ハンド部に保持されたワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラが設けておき、位置検出用カメラの数をnとし、n個の位置検出用カメラのうち任意の位置検出用カメラを第m番目の位置検出用カメラとしたときに、第1番目の位置検出用カメラから第n番目の位置検出用カメラによって順次位置検出が行われる位置検出工程において、第m番目の位置検出用カメラによって該第m番目の位置検出用カメラが有する固有の視野範囲で位置検出を行い、次に、第m+1番目の位置検出用カメラによって第m番目の位置検出用カメラより狭い視野範囲で位置検出を行うようにしたものである。
【0016】
従って、本発明ロボット、ロボットによる位置検出方法、ロボットを備えた作業装置及びロボットを備えた作業装置による位置検出方法にあっては、最終段階における位置検出用カメラによる位置検出において高い検出分解能が得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明ロボット、ロボットによる位置検出方法、ロボットを備えた作業装置及びロボットを備えた作業装置による位置検出方法の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【0018】
先ず、第1の実施の形態について説明する(図1乃至図4参照)。
【0019】
作業装置1は、ロボット2と作業台3とによって構成され、ロボット2と作業台3とがベース面4上に備えられている(図1参照)。
【0020】
ロボット2は支持部5と第1のアーム部6と第2のアーム部7とハンド部8とを有している(図1参照)。
【0021】
支持部5は、ベース面4上に固定された基台9と、該基台9から上方へ長く延びる支持柱10とから成り、該支持柱10の上面に支持軸部10aが設けられている。
【0022】
第1のアーム部6は支持柱10の上面に支持軸部10aを介して回動可能に支持され、本体部10から側方へ突出されている。
【0023】
第2のアーム部7は、その一端部に設けられた軸部7aを介して第1のアーム部6の先端部に回動可能に支持されている。
【0024】
ハンド部8は第2のアーム部7の他端部に回転可能かつ上下方向へ移動可能に支持されている。ハンド部8は本体部8aと該本体部8aの上面から上方へ突出された被支持軸8bと本体部8aの下面から下方へ突出された保持突部8c、8cとから成り、被支持軸8bを介して第2のアーム部7の他端部に回転可能かつ上下方向へ移動可能に支持されている。
【0025】
ハンド部8の側面には、例えば、互いに180°反対側の位置に、第1の位置検出用カメラ11と第2の位置検出用カメラ12とがそれぞれ取り付けられている。ハンド部8と第1の位置検出用カメラ11、第2の位置検出用カメラ12とは、予めキャリブレーションによって算出された正確な位置関係が図示しないコントローラーに記憶されている。
【0026】
上記のように、第1のアーム部6及び第2のアーム部7が回動可能とされることにより、ハンド部8がXY平面(水平面)内における所望の位置に移動され、また、ハンド部8が上下方向へ移動可能とされることにより、XY平面に直交するZ軸方向における所望の位置に移動される。
【0027】
作業台3上には、例えば、プリント基板等のワーク13が図示しない保持機構によって保持された状態でセットされる(図1参照)。
【0028】
作業装置1においては各種の作業が行われ、例えば、ロボット2のハンド部8によって図示しない電子部品が把持され、第1のアーム部6及び第2のアーム部7の回動動作とハンド部8の回転動作及び移動動作によって、把持された電子部品がワーク13の所定の位置に実装される。このような作業は、予め設定されたプログラムに基づいて送出されるコントローラーからの指令信号によって、ロボット2が作動されることにより行われる。
【0029】
作業装置1にあっては、上記した各種の作業に先立って、第1の位置検出用カメラ11、12によるワーク13の作業位置の位置検出が行われる。
【0030】
以下に、作業装置1における位置検出の方法について説明する(図2乃至図4参照)。尚、以下において説明する位置検出の方法については、ワーク13に形成された微少な孔にハンド部8に把持された物体を落とし込む作業に先立って行われる場合を例として説明する。
【0031】
第1の位置検出用カメラ11と第2の位置検出用カメラ12がワーク13の検出対象、即ち、孔13aを検出する位置及びハンド部8のワーク13に対する作業位置は、予めコントローラーにプログラムされている。
【0032】
ワーク13は、例えば、縦横30mmの正方形状を為し、寸法誤差は15mm±0.2mmであるとし、ワーク13の孔13aの径は1μmであるとする(図2参照)。
【0033】
第1の位置検出用カメラ11と第2の位置検出用カメラ12の画素数は、ともに500ピクセル×500ピクセルであるとする。尚、500ピクセル×500ピクセルの画素数は、作業装置に一般的に使用されている位置検出用カメラの画素数である。
【0034】
先ず、コントローラーからの指令信号に基づいて、第1の位置検出用カメラ11が検出対象である孔13aを視野に入れるようにロボット2が作動する。このとき、常に第1の位置検出用カメラ11の視野内に孔13aを入れるためには、寸法誤差を考慮すると、寸法誤差0.2mm×2+孔13aの径0.001mm=0.401mm角の視野が必要とされる。従って、第1の位置検出用カメラ11の視野は0.401mm角に設定されている(図3参照)。
【0035】
このときの第1の位置検出用カメラ11の検出分解能は、0.401mm÷500ピクセル=0.8μm(±0.4μm)となる。但し、一般に、1μmの作業対象に対して0.8μmの検出分解能は十分ではない。
【0036】
上記のように、第1の位置検出用カメラ11によって検出対象である孔13aの検出が行われると、この検出結果が位置情報としてコントローラーに入力される。
【0037】
次に、第1の位置検出用カメラ11によって得られた位置情報に基づいてコントローラーから指令信号が送出され、この指令信号に基づいて第2の位置検出用カメラ12が検出対象である孔13aを視野に入れるようにロボット2が作動する。このとき、常に第2の位置検出用カメラ12の視野内に孔13aを入れるためには、第1の位置検出用カメラ11の検出分解能0.8μm+孔13aの径1μm=1.8μm角の視野が必要とされる。従って、第2の位置検出用カメラ12の視野は1.8μm角に設定されている(図4参照)。
【0038】
このときの第2の位置検出用カメラ12の検出分解能は、1.8μm÷500ピクセル=0.0036μm(±0.0018μm)となり、孔13aの径1μmに対して十分な分解能が得られる。
【0039】
上記のように、第2の位置検出用カメラ12によって検出対象の検出が行われると、この検出結果が位置情報としてコントローラーに入力され、この入力された位置情報に基づいて予めコントローラーに入力されていた作業位置における位置情報が補正されて実際の作業におけるデーターが算出される。実際の作業におけるデーターが算出されると、この算出されたデーターに基づいてコントローラーから指令信号がロボット2に送出され、ハンド部8に把持された物体が孔13aに正確な精度を以て落とし込まれる。
【0040】
尚、孔13aの径1μmに対して上記と同様の0.0036μmの検出分解能を1つの位置検出用カメラで得ようとするには、10万×10万ピクセル以上の画素数を有する高価な超高精細CCDカメラを必要とする。
【0041】
以上に記載した通り、作業装置1にあっては、第1の位置検出用カメラ11と第2の位置検出用カメラ12とによってそれぞれ検出対象の位置検出が行われ、順次行われる位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにしている。
【0042】
従って、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることができる。
【0043】
また、位置検出用カメラの分解能に余裕を持たせることが可能であり、予期せぬワークのバラツキによって発生する位置検出用カメラの検出エラーを低減することができる。
【0044】
次に、第2の実施の形態について説明する(図5参照)。
【0045】
尚、以下に示す第2の実施の形態に係る作業装置1Aは、上記した作業装置1と比較して、ハンド部によってワークが把持されること及び2台の位置検出用カメラがベース面に固定されていることのみが相違するため、作業装置1と比較して異なる部分についてのみ詳細に説明をし、その他の部分については作業装置1における同様の部分に付した符号と同じ符号を付して説明は省略する。
【0046】
作業装置1Aは、ロボット2Aと第1の位置検出用カメラ14と第2の位置検出用カメラ15とによって構成され、ロボット2A、第1の位置検出用カメラ14及び第2の位置検出用カメラ15がベース面4上に備えられている。
【0047】
ロボット2Aは、上記ロボット2と同様に、支持部5と第1のアーム部6と第2のアーム部7とハンド部8とを有している。但し、ハンド部8に位置検出用カメラは取り付けられていない。
【0048】
作業装置1Aにあっては、ワーク13がハンド部8に把持された状態で、各種の作業に先立って、第1の位置検出用カメラ14及び第2の位置検出用カメラ15によるワーク13の作業位置の位置検出が行われる。
【0049】
作業装置1Aにおける位置検出は、ロボット2Aが作動されてワーク13が移動されることにより孔13aが第1の位置検出用カメラ14及び第2の位置検出用カメラ15の視野に入ることを除き、作業装置1における位置検出の動作と同様であるので、説明は省略する。
【0050】
以上に記載した通り、作業装置1Aにあっても、第1の位置検出用カメラ14と第2の位置検出用カメラ15とによってそれぞれ検出対象の位置検出が行われ、順次行われる位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにしている。
【0051】
従って、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることができる。
【0052】
また、位置検出用カメラの分解能に余裕を持たせることが可能であり、予期せぬワークのバラツキによって発生する位置検出用カメラの検出エラーを低減することができる。
【0053】
尚、上記には、第1の位置検出用カメラ11及び第2の位置検出用カメラ12、又は、第1の位置検出用カメラ14及び第2の位置検出用カメラ15の2台の位置検出用カメラを用いて位置検出を行う例を示したが、位置検出用カメラの数は2台に限られることはなく、3台以上の位置検出用カメラを用いて順次視野範囲を狭めながら位置検出を行うようにしてもよい。
【0054】
また、作業台3にセットされるワーク13を検出対象とする複数の位置検出用カメラを設けると共にハンド部8に把持されるワーク13を検出対象とする複数の位置検出用カメラを設け、それぞれのワーク13、13の位置検出を別々に行い、それぞれを組み合わせる際に位置情報を相対的に補正して位置データーを算出するようにしてもよい。
【0055】
上記した各実施の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【0056】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、本発明ロボットは、支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にワークに対して所定の作業を行うロボットであって、ハンド部に、該ハンド部の作業対象となるワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラを取り付け、複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにしたことを特徴とする。
【0057】
従って、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることができる。
【0058】
また、位置検出用カメラの分解能に余裕を持たせることが可能であり、予期せぬワークのバラツキによって発生する位置検出用カメラの検出エラーを低減することができる。
【0059】
本発明ロボットによる位置検出方法は、支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にワークに対して所定の作業を行うロボットによる位置検出方法であって、ハンド部には、該ハンド部の作業対象となるワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラが取り付けられており、位置検出用カメラの数をnとし、n個の位置検出用カメラのうち任意の位置検出用カメラを第m番目の位置検出用カメラとしたときに、第1番目の位置検出用カメラから第n番目の位置検出用カメラによって順次位置検出が行われる位置検出工程において、第m番目の位置検出用カメラによって該第m番目の位置検出用カメラが有する固有の視野範囲で位置検出を行い、次に、第m+1番目の位置検出用カメラによって第m番目の位置検出用カメラより狭い視野範囲で位置検出を行うようにしたことを特徴とする。
【0060】
従って、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることができる。
【0061】
また、位置検出用カメラの分解能に余裕を持たせることが可能であり、予期せぬワークのバラツキによって発生する位置検出用カメラの検出エラーを低減することができる。
【0062】
本発明ロボットを備えた作業装置は、支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にハンド部によってワークが保持されて所定の作業を行うロボットを備えた作業装置であって、ハンド部に保持されたワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラを設け、複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにしたことを特徴とする。
【0063】
従って、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることができる。
【0064】
また、位置検出用カメラの分解能に余裕を持たせることが可能であり、予期せぬワークのバラツキによって発生する位置検出用カメラの検出エラーを低減することができる。
【0065】
本発明ロボットを備えた作業装置による位置検出方法は、支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にハンド部によってワークが保持されて所定の作業を行うロボットを備えた作業装置による位置検出方法であって、ハンド部に保持されたワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラが設けられており、位置検出用カメラの数をnとし、n個の位置検出用カメラのうち任意の位置検出用カメラを第m番目の位置検出用カメラとしたときに、第1番目の位置検出用カメラから第n番目の位置検出用カメラによって順次位置検出が行われる位置検出工程において、第m番目の位置検出用カメラによって該第m番目の位置検出用カメラが有する固有の視野範囲で位置検出を行い、次に、第m+1番目の位置検出用カメラによって第m番目の位置検出用カメラより狭い視野範囲で位置検出を行うようにしたことを特徴とする。
【0066】
従って、高価な位置検出用カメラを用いることなく位置検出における精度の向上を図ることができる。
【0067】
また、位置検出用カメラの分解能に余裕を持たせることが可能であり、予期せぬワークのバラツキによって発生する位置検出用カメラの検出エラーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2乃至図4と共に本発明の第1の実施の形態を示すものであり、本図は作業装置の概略側面図である。
【図2】ワークを示す平面図である。
【図3】第1の位置検出用カメラによって検出したときの視野範囲を示す概念図である。
【図4】第2の位置検出用カメラによって検出したときの視野範囲を示す概念図である。
【図5】第2の実施の形態に係る作業装置の概略側面図である。
【符号の説明】
1…作業装置、2…ロボット、5…支持部、6…第1のアーム部、7…第2のアーム部、8…ハンド部、11…第1の位置検出用カメラ、12…第2の位置検出用カメラ、13…ワーク、1A…作業装置、2A…ロボット、14…第1の位置検出用カメラ、15…第2の位置検出用カメラ
Claims (4)
- 支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にワークに対して所定の作業を行うロボットであって、
ハンド部に、該ハンド部の作業対象となるワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラを取り付け、
複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにした
ことを特徴とするロボット。 - 支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にワークに対して所定の作業を行うロボットによる位置検出方法であって、
ハンド部には、該ハンド部の作業対象となるワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラが取り付けられており、
位置検出用カメラの数をnとし、n個の位置検出用カメラのうち任意の位置検出用カメラを第m番目の位置検出用カメラとしたときに、
第1番目の位置検出用カメラから第n番目の位置検出用カメラによって順次位置検出が行われる位置検出工程において、
第m番目の位置検出用カメラによって該第m番目の位置検出用カメラが有する固有の視野範囲で位置検出を行い、
次に、第m+1番目の位置検出用カメラによって第m番目の位置検出用カメラより狭い視野範囲で位置検出を行うようにした
ことを特徴とするロボットによる位置検出方法。 - 支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にハンド部によってワークが保持されて所定の作業を行うロボットを備えた作業装置であって、
ハンド部に保持されたワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラを設け、
複数の位置検出用カメラによって順次位置検出を行うと共に順次行う位置検出において視野範囲を段階的に狭めるようにした
ことを特徴とするロボットを備えた作業装置。 - 支持部と該支持部に移動可能に支持されたアーム部と該アーム部の先端部に支持されたハンド部とを有すると共にハンド部によってワークが保持されて所定の作業を行うロボットを備えた作業装置による位置検出方法であって、
ハンド部に保持されたワークの作業位置を含むそれぞれ固有の視野範囲で位置検出を行う複数の位置検出用カメラが設けられており、
位置検出用カメラの数をnとし、n個の位置検出用カメラのうち任意の位置検出用カメラを第m番目の位置検出用カメラとしたときに、
第1番目の位置検出用カメラから第n番目の位置検出用カメラによって順次位置検出が行われる位置検出工程において、
第m番目の位置検出用カメラによって該第m番目の位置検出用カメラが有する固有の視野範囲で位置検出を行い、
次に、第m+1番目の位置検出用カメラによって第m番目の位置検出用カメラより狭い視野範囲で位置検出を行うようにした
ことを特徴とするロボットを備えた作業装置による位置検出方法。
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