JP2009148869A - 組立装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積を縮小し、小型化した組立装置を提供すること。
【解決手段】鏡枠７を支持するステージ３と、鏡枠７に取り付けるレンズ６が配置されたトレイ１１と、ステージ３を取り囲んで設けられた側壁２１，２２，２３，２４、及び天井壁２５と、側壁２３に設けられ組立作業に用いる工具が収容された工具棚３０と、側壁２１に設けられ鏡枠７、レンズ６、及び工具を把持し組立作業を行うマニピュレータ１，２と、を有することを特徴とする組立装置１００とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、組立装置に関する。

部品組立装置における部品の接着作業は、トレイ上に設置された部品をアームロボットにより組立作業テーブルに配置した後、接着剤塗布手段により塗布された接着剤をＵＶ照射装置で固化させることにより行われている。（例えば、特許文献１を参照）
特開２００１−３００８２１号公報

ところが、前記部品組立装置においては、アームロボット、接着剤塗布手段、ＵＶ照射装置などの設置スペースが確保されていた。また、接着剤塗布手段には部品の接着部まで移動させるための駆動装置が設けられていた。
これらの装置は平面的に配置されており各装置の占有面積に影響されて、部品組立装置は大きな設置面積を必要としていた。

そこで本発明は、設置面における占有面積を縮小し、小型化した組立装置を提供することを目的とする。

本発明の組立装置は、被組立部品を支持するステージと前記被組立部品に取り付ける取付部品が配置された取付部品設置台とが配置された底壁と、前記ステージを取り囲んで設けられた側壁、及び天井壁と、前記側壁に設けられ組立作業に用いる工具が収容された工具棚と、前記側壁及び前記天井壁の少なくとも何れかに設けられ前記被組立部品、前記取付部品、及び前記工具を把持し組立作業を行うマニピュレータと、を有することを特徴とする。

これにより、従来底壁に設けられていたマニピュレータが底壁の上方に配置されるので、底壁の上方の空間を有効に活用することができる。また、従来底壁に設けられていた工具棚を側壁に設けることによって、底壁の上方の空間を有効に活用することができる。
したがって、設置面における占有面積を縮小し、小型化した組立装置とすることができる。

また本発明の組立装置は、複数の前記マニピュレータを備えていることが好ましい。
これにより、異なる作業を並行して行うことができるので、組立時間を短縮し製造効率を向上させた組立装置とすることができる。
また、例えば、はんだ付けのように１つの作業にはんだごてと、はんだとを組とする複数の工具が必要な場合であっても、複数のマニピュレータを用いての組立作業を行うことが可能となる。

また本発明の組立装置は、複数の前記マニピュレータは一つの前記側壁に設けられていることが好ましい。
これにより、マニピュレータと対向する側壁と、ステージとの間隔を縮小することができるので、設置面における占有面積を縮小し、小型化した組立装置とすることができる。

また本発明の組立装置は、前記ステージは前記被組立部品を固定するクランプ機構を有することが好ましい。
これにより、被組立部品をステージに固定することができるので、正確な組立作業を行うことができ、作業効率を向上させた組立装置とすることができる。

また本発明の組立装置は、前記被組立部品及び前記取付部品の画像を撮影する撮像装置と、前記画像に基づいて前記被組立部品及び前記取付部品の所定の位置からのずれ量を検出し、前記ステージを移動させることで前記被組立部品を所定の位置に移動させ、前記ステージ及び前記マニピュレータを移動させることで前記取付部品を所定の位置に移動させる制御装置と、を有することが好ましい。
これにより、被組立装置と取付部品との相対的位置ずれ量を低減させるとともに、取付部品を被組立部品に取り付けやすくなるように被組立部品と取付部品とを移動させることができるので、組立作業を容易に行うことができる組立装置とすることができる。
また、組立作業を迅速に行うことができ作業効率を向上させることができる。

また本発明の組立装置は、前記ステージが前記側壁、前記天井壁、及び前記底壁により密閉された空間に設けられていることが好ましい。
これにより、組立装置周辺の環境の変化による影響を低減することができるので、精密な組立作業を行うことが可能な組立装置とすることができる。

本発明によれば、設置面における占有面積を縮小し、小型化した組立装置を提供することができる。

以下では、図面を参照しながら本発明の組立装置について説明する。
なお、本実施形態は、鏡枠（被組立部品）へのレンズ（取付部品）を接着して組み立てる装置を例に挙げて説明する。

また、本実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。

図１は、本発明の実施形態に係る小型組立装置１００の模式的な斜視図である。図２は、工具棚３０の一例を示す正面図である。小型組立装置１００は、筐体２０の内部に設けられたマニピュレータ１，２、ステージ３、工具棚３０、撮像装置４、及び筐体２０の下側に設けられた制御装置５を有している。

筐体２０の底壁２６の中央部にはステージ３が配置されている。ステージ３では、クランプ機構（図示は省略）により鏡枠７が固定され、鏡枠７にレンズ６を接着する組立作業が行われる。ステージ３はパラレルリンク機構を備え、その姿勢を自在に変えることができるようになっている。

ステージ３の周囲には、左方（一方）の側壁２２側にトレイ１２、対向する右方（他方）の側壁２４側にトレイ（取付部品設置台）１１、及び後方の側壁２１側にトレイ１３がステージ３を取り囲むように配置されている。
トレイ１２には被組立部品である鏡枠７が配置され、トレイ１１には取付部品であるレンズ６が配置されている。そして、トレイ１３にはステージ３で組み立てられた完成品８が配置されている。

前方の側壁２３には、組立作業に用いられる工具類を抜き差し自在に収容する工具棚３０が設置されている。工具棚３０は、側壁２３に取り付けられた設置台固定プレート３８に対して、工具類を保持するように設置台３９が固定された構造を有している。設置台３９の設置台固定プレート３８と反対側には、複数の切り込み部３９ａが形成されている。
工具棚３０に収容される工具類（デバイス）の例としては、図２に示すように、はんだごて３１、接着剤塗布用ノズル３２、ピンセット３３、はんだホルダ３４に保持されたはんだ３５、及びねじ３６などが設置される。はんだごて３１、接着剤塗布用ノズル３２、ピンセット３３、及びはんだホルダ３４にはフランジ部３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａが形成されている。これにより、切り込み部３９ａに収容された、はんだごて３１、接着剤塗布用ノズル３２、ピンセット３３、及びはんだホルダ３４は、フランジ部３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａが設置台３９に載置されることにより保持されている。また、ねじ３６は、ねじ頭部３６ａがフランジ部の役割を果たすことで設置台３９に保持されている。

後方の側壁２１には、マニピュレータ１，２が設けられている。マニピュレータ１，２は、基端部が側壁２１に固定され、先端部が移動自在になっている。
マニピュレータ１，２は複数のアクチュエータ１ａ，２ａをそれぞれ備えた多関節ロボットであり、関節ごとに設けられたアクチュエータ１ａ，２ａがそれぞれアーム部で連結された構造となっている。図１では一部のアクチュエータ１ａ，２ａの図示を省略しているが、マニピュレータ１，２にはアクチュエータ１ａ，２ａが６つ連結されており、６自由度のマニピュレータとなっている。

マニピュレータ１，２の先端部にはハンド１ｂ，２ｂが設けられている。ハンド１ｂ，２ｂは、それぞれ２つの把持部１ｃ，２ｃを有しており、２つの把持部１ｃ，２ｃの間隔を自在に変えることができるようになっている。
ハンド１ｂ，２ｂによって鏡枠７、レンズ６、接着剤塗布用ノズル３２などの工具類、及び完成品８を把持することで組立作業が行われる。

筐体２０の天井壁２５には、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどからなる撮像装置４が設置されている。撮像装置４は、鏡枠７が固定されたステージ３の画像、及びマニピュレータ２によりトレイ１１から鏡枠７上にレンズ６が搬送されたステージ３の画像を撮影するために設けられている。撮像装置４によって撮影された画像は、組立時の鏡枠７及びレンズ６の位置ずれ量を検出するために用いられるものである。

筐体２０の下方には制御装置５が配置されている。制御装置５では、撮像装置４で撮影された画像を解析して、組立時の鏡枠７及びレンズ６の位置ずれ量を検出する。このずれ量に基づいて鏡枠７の位置補正を行う場合には、制御装置５はステージ３を移動させる。一方、レンズ６の位置補正を行う場合には制御装置５はステージ３及びマニピュレータ２を移動させる。

次に、本発明の組立装置１００による組立方法について説明する。
図３は、レンズ６と鏡枠７との相対的な位置ずれを補正する動作を示す上面図である。図４は、ステージ３を揺動させながら鏡枠７とレンズ６とを嵌合させる様子を示す正面図である。

まず、マニピュレータ１を動かしてトレイ１２に配置された鏡枠７をハンド１ｂで把持しながらステージ３上に搬送し、図示は省略のクランプ機構に鏡枠７を固定する。
鏡枠７がステージ３上で固定されると、ハンド１ｂは鏡枠７を開放しステージ３から離れる。

一方、マニピュレータ２を動かしてトレイ１１に配置されたレンズ６をハンド２ｂで把持し、ステージ３の近傍まで搬送して待機させる。

そして、固定された鏡枠７が固定されたステージ３の画像を撮像装置４で撮影し制御装置５に転送する。制御装置５では、撮像装置４から送られた画像を解析し画像中の鏡枠７の位置を検出し、画像中の鏡枠７の位置と予め設定された鏡枠７の位置との位置ずれ量を検出する。
そして、検出した位置ずれ量に基づいてステージ３を移動させて、鏡枠７の位置を補正する。

次に、ステージ３の近傍に待機していたマニピュレータ２を動かし、レンズ６をクランプ機構に固定された鏡枠７の上に移動させる。

そして、鏡枠７上にレンズ６が配置されたステージ３の画像を撮像装置４で撮影し、撮影した画像を制御装置５に転送する。制御装置５では撮像装置４から送られた画像を解析し、予め設定された鏡枠７とレンズ６との間の相対的な位置との位置ずれ量を検出する。
なお、このとき鏡枠７の位置は補正されているので、鏡枠７とレンズ６との相対的な位置ずれ量は、レンズ６の位置ずれ量となっている。

そして、検出した鏡枠７とレンズ６との間の相対的位置ずれ量に基づいて、制御装置５はステージ３及びマニピュレータ２を移動させる。
このように、ステージ３とマニピュレータ２を移動させることによって、相対的位置ずれ量を補正しながら、鏡枠７とレンズ６とを容易に嵌合できる位置に配置させる。例えば、レンズ６が鏡枠７に取り付け易いようにステージ３の姿勢を変える。そして、レンズ６を鏡枠７側に移動させ、レンズ６と鏡枠７とを嵌合させる。

一方、ステージ３から離れたマニピュレータ１を工具棚３０に移動させ、工具棚３０において接着剤塗布用ノズル３２のフランジ部３２ａをハンド１ｂで把持させる。そして、接着塗布用ノズル３２をステージ３の近傍まで移動させる。（図３）

次に、鏡枠７とレンズ６との相対的位置ずれ量を補正すると、マニピュレータ２を鏡枠７側に移動させて鏡枠７とレンズ６とを嵌合させる。（図４）

鏡枠７とレンズ６とを嵌合させると、ハンド２ｂはレンズ６を開放してステージ３から離れる。そして、マニピュレータ１を動かして、ハンド１ｂで把持された接着剤塗布用ノズル３２を、鏡枠７とレンズ６とが嵌合された場所に移動させ接着剤を塗布する。

一方、マニピュレータ２を工具棚３０に移動させ、接着剤を固化させるためのＵＶ（紫外線）照射用ノズル（図示は省略）をハンド２ｂで把持しステージ３の近傍で待機させる。

接着剤塗布用ノズル３２による接着剤の塗布が完了すると、マニピュレータ１をステージ３から工具棚３０に向かって移動させる。そして、接着剤塗布用ノズル３２を工具棚３０に配置する。

一方、ステージ３の近傍で待機していたマニピュレータ２によりＵＶ照射用ノズルを移動させ、接着剤が塗布された領域にＵＶ照射用ノズルを配置する。そして、ＵＶ照射用ノズルからＵＶを照射して接着剤を固化させて完成品８を得る。

一方、接着剤塗布用ノズル３２を工具棚３０に配置したマニピュレータ１を、ステージ３の近傍に移動させ待機させる。

接着剤の固化が完了すると、ＵＶ照射用ノズルを把持しているマニピュレータ２をステージ３から離れて工具棚３０に移動させ、ＵＶ照射用ノズルを工具棚３０に配置する。

一方、完成品８をステージ３のクランプ機構（図示は省略）から開放させ、ステージ３の近傍で待機していたマニピュレータ１のハンド１ｂで完成品８を把持させる。そして、マニピュレータ１を移動させて、完成品８をトレイ１３まで搬送させる。

一方、ＵＶ照射用ノズルを工具棚３０に配置したマニピュレータ２をトレイ１２に移動させ、別の鏡枠７をハンド２ｂで把持しステージ３に搬送し、次の組立動作に移行する。

本実施形態においては、鏡枠７にレンズ６を嵌合させ接着剤で固定する作業について説明したが、他の組立作業も可能である。例えば、マニピュレータ１のハンド１ｂではんだごて３１を把持し、マニピュレータ２のハンド２ｂではんだ３４を把持することにより被組立部品と取付部品とをはんだ付けすることができる。あるいは、マニピュレータ１のハンド１ｂでねじ３５を把持し、マニピュレータ２のハンド２ｂでドライバー（図示は省略）を把持することにより、被組立部品と取付部品とをねじ止めすることができる。
また、工具棚３０に配置する工具類を変更することにより、その他の作業を行うことも可能である。

また、作業を行うための工具類、被組立部品、取付部品などは、外部から直接配置してもよいが、マニピュレータ１，２により所定の位置まで搬送させるようにしてもよい。このような方法は、工具類、被組立部品、取付部品などを直接配置することが困難な場合や、クリーンルーム内において組立作業を行う場合に有効である。

本発明の組立装置１００によれば、以下に示す効果を得ることができる。
マニピュレータ１，２を同一側の側壁２１に設けることにより、マニピュレータ１，２が底壁２６の上方に配置されるので、筐体２０内部の空間を有効に利用することができる。また、工具棚３０を側壁２６に設けることによって、筐体２０内部の空間を有効に利用することができる。したがって、設置面における占有面積を縮小し、小型化した組立装置１００とすることができる。
また、マニピュレータ１，２の下方の領域にトレイ１１，１２，１３を配置することで、筐体２０内部の空間を有効に利用することができる。

マニピュレータが複数設けられていることで、例えば、マニピュレータ２によってレンズ６を鏡枠７の上方に搬送し、マニピュレータ１は工具棚３０から接着剤塗布用ノズル３２を把持するなど、異なる作業を並行して行うことができるので、組立時間を短縮し製造効率を向上させることができる。
また、はんだ付けのように１つの作業に、はんだごてと、はんだとを組とした複数の工具を用いる際の複数のマニピュレータを必要とするような組立作業を行うことが可能である。

マニピュレータ１，２が側壁２１に設けられていることで、ステージ３と側壁２３との間隔を狭くすることができるので、組立装置１００の設置面における占有面積を縮小することができる。

撮像装置４により撮影された鏡枠７及びレンズ６の画像から検出した、鏡枠７とレンズ６との相対的な位置ずれ量に基づいて、鏡枠７及びレンズ６の位置を補正することができるので、正確な組立作業を行うことができる。

ステージ３に鏡枠７を固定するクランプ機構を有することで、鏡枠７をステージに確実に固定することができるので、正確な組立作業を行うことができ作業効率を向上させることができる。
また、ステージ３がパラレルリンク機構を備えていることで、組立作業を容易に行えるようにステージ３の姿勢を自在に変えることができる。これにより、マニピュレータ１，２の自由度を少なくすることができ、組立作業が迅速化し、作業効率を向上させることができる。

筐体２０内で組立作業を行うことで、組立作業中にごみが混入するなど、装置周辺の環境の変化による影響を受けにくくなるので、精密な組立作業を行うことができる。

なお、本実施形態では、マニピュレータを２つ備えた場合について説明したが、マニピュレータが１つだけ備えたものであってもよい。この場合には、はんだ付け、ねじ止めなどの複数のマニピュレータを同時に用いる作業を行うことができないが、１つのマニピュレータのみで行える組立作業が可能である。
また、マニピュレータを少なくすることで作業空間を狭くすることができるので、組立装置の設置面における占有面積を縮小し、小型化を実現することができる。

また、ごみを嫌うような作業でなければ、少なくともマニピュレータ１，２を設置する側壁２１、撮像装置４を設置する天井壁２５、及び底壁２６により筐体２０を構成するようにしてもよい。
なお、マニピュレータ１，２は、後方の側壁２１に設けることに限らず、他の側壁２２，２４または天井壁２５でもよく、また、それぞれが異なる面となる側壁２１，２２，２４、及び天井壁２５の何れか１つ毎に設けるようにしてもよい。
これにより、組立装置を軽量化できるとともに、製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態では、マニピュレータ１，２を自動で動作させ組立作業を行う例について説明したが、操作者が撮像装置４のからの画像を見て組立作業を行ってもよい。

本発明の実施形態に係る小型組立装置１００の斜視図である。 工具棚３０の一例を示す正面図である。 レンズ６と鏡枠７との相対的な位置ずれの補正動作を示す上面図である。 鏡枠７とレンズ６とを嵌合させる様子を示す正面図である。

符号の説明

１，２…マニピュレータ、１ａ，２ａ…アクチュエータ、３…ステージ、４…撮像装置、５…制御装置、６…レンズ（取付部品）、７…鏡枠（被組立部品）、８…完成品、１１，１２，１３…トレイ、２０…筐体、２１，２２，２３，２４…側壁、２５…天井壁、２６…底壁、３０…工具棚、３１…はんだごて（工具）、３２…接着剤塗布用ノズル（工具）、３３…ピンセット（工具）、３５…はんだ、３６…ねじ、１００…組立装置

Claims (6)

1. 被組立部品を支持するステージと、
   前記被組立部品に取り付ける取付部品が配置された取付部品設置台とが配置された底壁と、
   前記ステージを取り囲んで設けられた側壁、及び天井壁と、
   前記側壁に設けられ組立作業に用いる工具が収容された工具棚と、
   前記側壁及び前記天井壁の少なくとも何れかに設けられ前記被組立部品、前記取付部品、及び前記工具を把持し組立作業を行うマニピュレータと、
   を有することを特徴とする組立装置。
2. 請求項１に記載の組立装置であって、
   複数の前記マニピュレータを備えていることを特徴とする組立装置。
3. 請求項２に記載の組立装置であって、
   複数の前記マニピュレータは一つの前記側壁に設けられていることを特徴とする組立装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の組立装置であって、
   前記ステージは前記被組立部品を固定するクランプ機構を有することを特徴とする組立装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の組立装置であって、
   前記被組立部品及び前記取付部品の画像を撮影する撮像装置と、
   前記画像に基づいて前記被組立部品及び前記取付部品の所定の位置からのずれ量を検出し、前記ステージを移動させることで前記被組立部品を所定の位置に移動させ、前記ステージ及び前記マニピュレータを移動させることで前記取付部品を所定の位置に移動させる制御装置と、
   を有することを特徴とする組立装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の組立装置であって、
   前記ステージが前記側壁、前記天井壁、及び前記底壁により密閉された空間に設けられていることを特徴とする組立装置。

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