JP2009166134A

JP2009166134A - 自動組立装置

Info

Publication number: JP2009166134A
Application number: JP2008003385A
Authority: JP
Inventors: Wataru Sakano; 亘坂野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】比較的簡易な構成によって効率的に部品を組み付けることができる、撮像手段を備えた自動組立装置を提供すること。
【解決手段】自動組立装置は、少なくとも２軸制御される移動ヘッド（１）と、移動ヘッド（１）に取り付けられた部品把持手段（３）と、移動ヘッド（１）に取り付けられた撮像手段（４）とを具備し、撮像手段（４）は、部品供給ステーション（Ｓ１）に配置された組立部品（Ｗ１）、及び部品把持手段（３）によって把持された組立部品（Ｗ１）、及び組立ステーション（Ｓ２）に配置された被組立部品（Ｗ２）を撮像視野内に収めるように、少なくとも２軸制御の制御軸に対して非平行な光軸（４ａ）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像手段を備える自動組立装置に関するものである。

カメラで撮像した画像によって部品の有無、位置、及び姿勢等を検出して、部品を他の部品に組み付ける自動組立装置が、例えば特許文献１及び２で知られている。特許文献１に記載された自動組立装置は、第１及び第２の部品を２軸で制御される装着ヘッドに設けられた吸着ノズルによって吸着保持して製品に順次組み付けるものであり、吸着保持された第１又は第２の部品を真上から観察するＣＣＤカメラが装着ヘッドの上方に設けられている。ＣＣＤカメラは鉛直方向に延びる光軸を有しておりまたその光軸は装着ヘッドの中を通ることから、ＣＣＤカメラが部品を観察できるように装着ヘッドには中空の鏡筒が設けられている。

特許文献２に記載された組立用ロボットは、ワークに設けられた貫通穴にシャフトを挿入するように作動するものであって、テレビカメラが、ワークを把持するためのチャックハンドの把握中心と同軸の鉛直上方に備えられている。ワークの貫通穴にシャフトを挿入する際には、テレビカメラは把持されたワークの貫通穴を通してシャフトを撮像することを特徴としている。

一方、微小部品をチャックによりピックアップする微小部品把持装置が特許文献３に記載されており、この装置は微小部品を撮影してその位置を検出するためにＣＣＤカメラを備えている。但し、このカメラは前述の特許文献１及び２のカメラのように部品保持手段（チャック）の真上に配置されているのではなく、チャックから水平方向にずれた位置に配置されている。このため、前記ＣＣＤカメラが微小部品を撮影するとき、及びチャックが微小部品をピックアップするときには、ＣＣＤカメラとチャックを水平に移動させてどちらかを微小部品の真上に配置するようにしている。

特開平６−９９３２１号公報特開平６−２１８６８２号公報特開平２００４−８２２３９号公報

前述の特許文献１に記載された装置のカメラは、吸着手段等の部品保持手段の真上に配置されており、このため装着ヘッドに鏡筒を設ける必要があることから構造の複雑化を招き、さらに吸着する第１部品の外形が大きくなるとそれに伴って鏡筒の直径を大きくする必要があることから構造の大型化を招くことが考えられる。また、特許文献２に記載された装置のカメラも同様に部品保持手段（チャックハンド）の真上に配置されており、このため貫通穴が開いていないワークには適用できないという問題がある。また、引用文献３の装置では、微小部品を撮影する際にテレビカメラを微小部品の真上の位置まで移動させ、また撮影した後、前記真上の位置から退去させる必要があり、装置の動作の効率が悪いということと、検出位置に対する誤差発生要因を増やすという問題がある。

本発明は前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は比較的簡易な構成によって効率的に部品を組み付けることができる、撮像手段を備えた自動組立装置を提供することである。

本発明は、上記課題を達成するための技術的手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の自動組立装置を提供する。

請求項１に記載の自動組立装置は、部品供給ステーション（Ｓ１）に配置された組立部品（Ｗ１）を取得して組立ステーション（Ｓ２）に配置された被組立部品（Ｗ２）に組付ける自動組立装置であって、少なくとも２軸制御される移動ヘッド（１）と、移動ヘッド（１）に取り付けられた部品把持手段（３）と、移動ヘッド（１）に取り付けられた撮像手段（４）と、を具備し、撮像手段（４）は、部品供給ステーション（Ｓ１）に配置された組立部品（Ｗ１）、及び部品把持手段（３）によって把持された組立部品（Ｗ１）、及び組立ステーション（Ｓ２）に配置された被組立部品（Ｗ２）を撮像視野内に収めるように、少なくとも２軸制御の制御軸に対して非平行な光軸（４ａ）を有することを特徴としている。このように、請求項１に記載の自動組立装置は、撮像手段（４）の光軸（４ａ）を傾斜させることにより、１台の撮像手段（４）で、部品供給ステーション（Ｓ１）に配置された組立部品（Ｗ１）及び把持された組立部品（Ｗ１）を、並びに把持された組立部品（Ｗ１）に視野を遮られることなく組立ステーション（Ｓ２）に配置された被組立部品（Ｗ２）を撮像することができる。また、これにより撮像手段を把持手段の真上に配置することにより生じる前述した不利益を受けることのない自動組立装置が実現される。

本発明の自動組立装置は、部品把持手段（３）に換えて、組立部品（Ｗ１）を吸着保持する真空吸着手段を具備することも可能である。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による自動組立装置の移動ヘッド１と、部品供給ステーションＳ１上に整列配置された複数の組立部品Ｗ１と組立ステーションＳ２上に整列配置された複数の被組立部品Ｗ２とを示す斜視図である。移動ヘッド１には、組立部品Ｗ１を把持するための一対の可動のチャック爪２_L、２_Rを備える把持手段３と、撮像手段であるＣＣＤカメラ４とがその光軸４ａをＺ軸から約３０度傾けられた状態で取り付けられている。移動ヘッド１は、本実施形態ではその上部に設けられた連結シャフト５によって、ＸＹＺ３軸制御される図示しない移動ロボットに結合されている。また本実施形態の自動組立装置は、図示しない画像処理部及び制御部も備えており、画像処理部にはＣＣＤカメラ４から撮像信号が伝送され、また制御部は所定のプログラムに従って移動ロボット及び従って移動ヘッド１を移動させるが、その際画像処理部が検出した位置データも利用するように構成されている。

複数の組立部品Ｗ１と複数の被組立部品Ｗ２は、図１に示されるようにそれぞれ３種のものを含んでいるが、本明細書においては前記３種のものそれぞれに個別の参照符号を与えないで説明を行なう。組立部品Ｗ１は、その中心軸線Ｗ１ａに沿う円形又は正方形の貫通穴Ｗ１ｂ穴を有している。被組立部品Ｗ２は、その中心軸線Ｗ２ａを有する段付き円筒形状を有しており、大径の円柱基部Ｗ２ｂから小径の円柱軸部又は角柱軸部Ｗ２ｃが突出している。組立完成品は、図示されないが、被組立部品の突出した円柱軸部又は角柱軸部Ｗ２ｃが組立部品の円形又は正方形の貫通穴Ｗ１ｂにそれぞれ挿入されたものである。なお、図１においては円形貫通穴Ｗ１ｂを有する組立部品Ｗ１が把持手段３のチャック爪２_L、２_Rによって把持された状態が示されている。

部品供給ステーションＳ１及び組立ステーションＳ２は、本実施形態においては各部品を整列配置できるパレットによりそれぞれ構成されている。このため、組立部品Ｗ１及び被組立部品Ｗ２の供給並びに組立完成品の移動は、図示されない例えばロボット又はベルトコンベア等の移動搬送装置が各パレットを移動することにより行なわれる。

次に、移動ヘッド１の斜視図である図２及び３面図である図３を参照して移動ヘッド１、把持手段３、及びＣＣＤカメラ４についてより詳細に説明する。

把持手段３の一対の可動のチャック爪２_L、２_Rは、移動ヘッド１の前面に取り付けられて鉛直下方に長く延びる厚板部材から形成されている。チャック爪２_L、２_Rは、移動ヘッド１内部に収納された図示されないモータと、移動ヘッドの前面側に設けられＹ軸方向にチャック爪２_L、２_Rを案内する案内機構６との働きによってその間隔が拡大又は縮小される。また、一対のチャック爪２_L、２_Rは、組立部品Ｗ１を把持したとき組立部品の中心軸線Ｗ１ａに一致する把持中心軸線２ａを有している。

ＣＣＤカメラ４は、図示しないブラケットを介して移動ヘッド１の下面に取り付けられており、その光軸４ａは、ロボットの制御軸の一つであるＺ軸から約３０度傾けられていて、本実施形態ではＸＺ平面内に含まれている。前記光軸４ａの傾き角度及びカメラ４のレンズの視野角は、部品供給ステーションＳ１に配置された把持対象の組立部品Ｗ１及び組立ステーションＳ２に配置された組立て対象の被組立部品Ｗ２だけではなく、一対のチャック爪２_L、２_Rの先端部周辺及び従って一対のチャック爪２_L、２_Rに把持された組立部品Ｗ１もＣＣＤカメラ４の撮像視野範囲に含まれるように定められている。

次に本実施形態の自動組立装置の作動の一例について、組立部品Ｗ１の把持前及び把持後の撮像画像を模擬的に表す斜視図である図４及び図５と、組立部品Ｗ１を被組立部品Ｗ２に組み付ける直前の撮像画像を模擬的に表す斜視図である図６を参照して説明する。

最初に、部品供給ステーションＳ１上の組立部品Ｗ１の中の把持すべき組立部品Ｗ１の上に移動ヘッド１を移動する。このとき、移動ヘッド１のＸＹ方向位置は、把持手段３のチャック爪２_L、２_Rの把持中心軸線２ａと前記組立部品の中心軸線Ｗ１ａとが合致するあらかじめプログラムされたＸＹ方向位置に位置決めされる。また移動ヘッド１のＺ方向位置もあらかじめプログラムされた所定の位置に位置決めされる。

次に、ＣＣＤカメラ４が把持対象の組立部品Ｗ１を撮像し、撮像データを画像処理部に伝送する。図４はこの段階の画像を表している。画像処理部は所定の画像処理手順に従って、組立部品Ｗ１の有無、姿勢、及び位置を検出及び判定して、その結果を表す信号を制御部に送出する。制御部は、組立部品Ｗ１の位置が許容範囲を外れている場合は移動ヘッド１の位置を調整し、また組立部品Ｗ１が無い場合及びその姿勢が不適正な場合はアラームを発して装置を停止する。

次に、移動ヘッド１を所定の距離下降させた後、把持手段３のチャック爪２_L、２_Rで組立部品Ｗ１を把持する。

次に移動ヘッド１を所定の高さまで上昇させる。

次に、チャック爪２_L、２_Rにより把持された組立部品Ｗ１をＣＣＤカメラ４により撮像し、撮像データを画像処理部に伝送する。図５はこの段階の画像を表している。画像処理部は所定の画像処理手順に従って、組立部品Ｗ１が把持されているかを判定し、判定結果を表す信号を制御部に送出する。組立部品Ｗ１が把持されていない場合には制御部はアラームを発して装置を停止する。

次に、組立ステーションＳ２上の被組立部品Ｗ２の中の組み付け対象となる被組立部品Ｗ２の上まで移動ヘッド１を水平に移動させて所定のＸＹ方向位置に位置決めする。移動ヘッド１の前記所定のＸＹ方向位置は、把持手段３のチャック爪２_L、２_Rの把持中心軸線２ａと被組立部品の中心軸線Ｗ２ａとが合致する位置である。

次に、ＣＣＤカメラ４が被組立部品Ｗ２を撮像し、撮像データを画像処理部に伝送する。図６はこの段階の画像を表している。画像処理部は所定の画像処理手順に従って、被組立部品Ｗ２の有無、姿勢、及び位置を検出及び判定し、その結果を表す信号を制御部に送出する。制御部は、被組立部品Ｗ２の位置が許容範囲を外れている場合は移動ヘッド１の位置を調整し、また被組立部品Ｗ２が無い場合及び姿勢が不適正な場合はアラームを発して装置を停止する。

次に、移動ヘッド１を所定の位置まで下降させた後、把持した組立部品Ｗ１の貫通穴Ｗ１ｂに被組立部品Ｗ２の円柱軸部Ｗ２ｃを挿入する。

次に、ＣＣＤカメラ４により、組立部品Ｗ１が挿入された被組立部品Ｗ２を撮像し、撮像データを画像処理部に伝送する。画像処理部は所定の画像処理手順に従って、組立部品Ｗ１が被組立部品Ｗ２に適正に組み付いているかを判定してその結果を表す信号を制御部に送出する。制御部は、組立てが不適正な場合アラームを発して装置を停止する。

次に、把持手段３のチャック爪２_L、２_Rが組立部品Ｗ１を解放した後、移動ヘッド１を所定の高さまで上昇させる。

以上で一組の組立品Ｗ１と被組立部品Ｗ２の組立が完了する。同様にして他の組立品と被組立部品の組立てを行う。

（その他の実施形態）
前述の実施形態の自動組立装置は部品を把持する把持手段３を具備していたが、部品の形状及び重量等の条件が満足されれば把持手段３に換えて、部品を吸着保持する真空吸着手段を具備してもよい。

前述の実施形態では、ＣＣＤカメラ４の光軸４ａはＸＺ平面内に含まれるようにＺ軸に対して傾けられていたが、本発明においては、前記光軸４ａはＸＺ平面内にもＹＺ平面内にも含まれずにＺ軸に対して傾けられてもよい。

前述の実施形態では、移動ヘッド１はＸＹＺ３軸で制御されるものであったが、例えば、各部品がＹ軸方向に一列に配置され且つＸ軸方向の位置調整が不要であるなら、ＹＺ２軸で制御されるものであってもよい。

前述の実施形態においては、一つの被組立部品に対して一つの組立部品を組み付ける例が説明されたが、本願発明による自動組立装置は、一つの被組立部品に対して複数の組立部品を組み付けることも制御プログラムを適宜変更することにより可能である。

本発明の実施形態に係る自動組立装置の移動ヘッドと組立部品及び被組立部品を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る自動組立装置の移動ヘッドの斜視図である。移動ヘッドの三面図である。組立部品の把持前の撮像画像を模擬的に表す斜視図である。組立部品の把持後の撮像画像を模擬的に表す斜視図である。組立部品を被組立部品に組み付ける直前の撮像画像を模擬的に表す斜視図である。

符号の説明

１移動ヘッド
２_Ｌ，２_Ｒチャック爪
３把持手段
４ＣＣＤカメラ
４ａ光軸
Ｗ１組立部品
Ｗ２被組立部品
Ｓ１部品供給ステーション
Ｓ２組立ステーション

Claims

部品供給ステーション（Ｓ１）に配置された組立部品（Ｗ１）を取得して組立ステーション（Ｓ２）に配置された被組立部品（Ｗ２）に組付ける自動組立装置であって、
少なくとも２軸制御される移動ヘッド（１）と、
前記移動ヘッド（１）に取り付けられた部品把持手段（３）と、
前記移動ヘッド（１）に取り付けられた撮像手段（４）と、を具備し、
前記撮像手段（４）は、前記部品供給ステーション（Ｓ１）に配置された前記組立部品（Ｗ１）、及び前記部品把持手段（３）によって把持された前記組立部品（Ｗ１）、及び前記組立ステーション（Ｓ２）に配置された前記被組立部品（Ｗ２）を撮像視野内に収めるように、前記少なくとも２軸制御の制御軸に対して非平行な光軸（４ａ）を有することを特徴とする自動組立装置。
前記部品把持手段（３）に換えて、前記組立部品（Ｗ１）を吸着保持する真空吸着手段を具備することを特徴とする、請求項１に記載の組立装置。