JP2010105140A - 自動組立装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性体部品の平面部の穴に対して組付部品を正確に位置合わせすることができる自動組立装置を提供する。
【解決手段】自動組立装置は、鉄板７と隙間を有して対向するように配置され、平面部に対して略垂直なリング穴を有し、かつリング穴の中心軸方向に磁化されたリング型磁石１０と、ネジ２６をリング穴の中心軸とを合わせて保持して上記中心軸方向に移動する自動ドライバと、リング型磁石１０および自動ドライバを鉄板７に対して平行に移動可能に支持するスカラロボットとを備えている。これによって、リング型磁石１０は、鉄板７の穴２４に対して、ネジ２６を位置合わせすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性体部品の平面部に形成された穴に組付部品を組み付ける自動組立装置に関するものであり、より具体的には、上記穴に組付部品を位置合わせして組み付ける自動組立装置に関するものでる。

多数の穴が開けられた大型の鉄板に対して、個別の小型部品を挿入したりネジ止めしたりする組立は、産業において一般的に行われている。このような組立では、鉄板における穴の位置精度が必要最低限に抑えられており、ばらつきが大きい。したがって、現状、このような組立は、人による作業によって行われている。これを自動化するためには、個々の穴に対して、個別に位置検出を行うことや、組立部品の位置合わせを行うことが必要となる。

従来の自動組立においては、部品の組付け位置に対する位置検出手段として、画像による測定方法が広く利用されている。例えば、電子部品の実装機では、基板上の基準マークを画像によって検出する位置検出方法が行われている。しかしながら、この画像計測方法を、上述した大型の鉄板に対する組立において用いる場合には、いくつかの問題が存在する。

まず、画像による測定方法では、画像処理のために、複数の演算を行う時間が必要となる。このため、部品の組付け位置ごとに位置検出を行おうとすると、その組付け位置の数だけ時間がかかり、組立時間が長くなる。したがって、画像による測定方法は、穴の位置精度にばらつきがある大型部品に対する穴位置検出には適さない。

また、画像処理において良好な結果を得るためには、カメラを部品に対して静止させてから撮像を行う必要がある。このため、カメラを測定位置へ移動した後には、制振のための待ち時間が必要となり、これが時間増加の原因となる。また、固定式のカメラを用いて部品全体を撮像しようとする場合、撮像画像において必要な精度を得るためには、分解能および画素数が高い撮像機器を必要とするため、コストがかかる。さらに、画像処理において安定な結果を得るためには照明条件を一定に保つことが必要であり、このためには、暗室や高性能の照明などを用意しなくてはならない。しかしながら、撮像対象が大型である場合には、大型の暗室および照明を用意する必要があり、これは大きなコスト増加につながる。

一方、組立部品の位置合わせをする手段として、磁力を利用した部品同士の位置合わせ技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１は、軸部品同士の組立に関する技術であり、２つの軸部品の一方に磁石を接触させている。軸部品間には磁力による吸引力が発生するため、軸部品同士の位置合わせを行うことができる。
特開昭６０−５７４８３号公報（１９８５年４月３日公開）

しかしながら、引用文献１に開示された技術は、軸同士の位置合わせ技術であり、これを、穴の位置検出のために用いることは困難である。例えば、棒状の磁石と穴の中心との位置合わせによって穴の位置検出をすることは、以下の理由により行うことができない。

まず、磁石と磁性体との間に働く磁力は、距離の２乗に反比例する引力である。このため、穴の上から棒状の磁石を近づけると、磁石は穴の縁に対して、当該磁石から遠い側の縁よりも近い側の縁に、より強く引き付けられる。その結果、磁石は穴の一番近い縁に近づいて行き、この縁に接した状態が安定となってしまう。このため、穴の中心が安定点とならず、検出位置を収束させることができない。

したがって、引用文献１に開示された技術を用いたとしても、自動組立装置において正確に穴の位置を検出することができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁性体部材に形成された穴位置を正確に検出し、かつその穴に組付部品を組み付けることのできる自動組立装置を提供することにある。

本発明に係る自動組立装置は、磁性体部品の平面部に形成された穴に組付部品を挿入する自動組立装置であって、上記平面部と隙間を有して対向するように配置され、上記平面部に対して略垂直なリング穴を有し、かつ当該リング穴の中心軸に対して略軸対称に磁化されたリング型磁石と、上記組付部品を、当該組付部品の中心軸と上記リング穴の中心軸とを合わせて保持し、かつ上記中心軸方向に移動する部品保持部と、上記リング型磁石および上記部品保持部を、上記平面部に対して平行に移動可能に支持する案内部とを、備えていることを特徴としている。

上記構成では、リング型磁石は、磁性体部品の平面部に対して隙間を有して対向しており、リング型磁石の中心軸はこの平面部に対して略垂直である。また、リング型磁石は、案内部の支持によって、磁性体部品に対して水平方向の移動のみが可能となっている。

なお、以下、磁性体部品の配置される側を下方とし、リング型磁石の配置される側を上方として説明する。また、磁性体部品の穴とリング型磁石のリング穴の対面する形状が略同一である場合について説明する。

リング型磁石は、当該リング型磁石の一方の側から出てもう一方の側に入る磁力線を発生する。一般に、磁石の磁力線は、より透磁率の高い物質を通る方向に磁力を発生する。このため、リング型磁石は、磁性体部品の穴よりも磁性体部品自体を通る方向に磁力を発生する。

リング型磁石の中心軸が、磁性体部品の穴の中心軸とずれた位置にあるとき、リング型磁石において穴の上部に位置する部位は、最も近くにある磁性体部品の縁に対して磁力を発生する。この磁力は、磁性体部品に対して水平な方向にリング型磁石のずれを戻す成分を有する。一方、リング型磁石において磁性体部品の上部に位置する部位は、下側の磁性体部品に磁力を発生する。すなわち、リング型磁石の全体には、ずれを戻す方向と下方とに磁力が発生する。リング型磁石が移動可能な方向は、磁性体部品に対して水平な方向であるため、リング型磁石はずれを戻す方向のみに移動する。

また、リング型磁石の中心軸が穴の中心軸と一致するとき、リング型磁石と、穴周囲の磁性体部品の縁とが引き合う力は軸対称となる。このとき、磁性体部品に対して平行な方向において、リング型磁石を引っ張る力は釣り合うため、リング型磁石の位置は安定する。

したがって、上記構成では、リング型磁石が、磁力によって、磁性体部品に形成された穴の位置が重なる方向に移動する。

また、上記構成では、組付部品の挿入方向の中心軸がリング型磁石の中心軸と同軸になるよう、部品保持部は組付部品を保持する。このため、リング型磁石が磁性体部品に形成された穴の位置と重なることによって、部品保持部を磁性体部品上の穴に位置合わせすることができる。その後、部品保持部がリング型磁石の中心軸方向に移動すると、部品保持部は、組付部品を穴に正確に挿入することができる。

また、本発明に係る自動組立装置は、上記リング型磁石に働く磁力の強さおよび方向を検知する検知部と、上記案内部を上記平面部に対して平行に移動する駆動部と、上記検知部が検知した磁力に基づいて上記駆動部を制御する制御部とを、備えていることが好ましい。

上記構成では、検知部は、リング型磁石に働く磁力の強さおよび方向を検知し、駆動部
は案内部を上記平面部に対して平行に移動し、制御部は、検知部が検知した磁力に基づいて駆動部を制御する。

したがって、上記構成では、磁性体部品に対して磁石が発生する微小な磁力に基づいて、部品保持部を磁性体部品上の穴に位置合わせすることができる。

また、本発明に係る自動組立装置は、上記磁性体部品の画像を取得する撮像手段と、上記画像から上記穴の概略位置を算出する画像処理手段とを、備えていることが好ましい。

上記構成では、撮像手段は磁性体部品の画像を取得し、画像処理手段は、上記画像から磁性体部品の穴の概略位置を算出する。

したがって、上記構成によれば、磁力によってリング型磁石が穴位置に正確に位置合わせされる前に、予め、穴の概略位置に位置合わせすることができる。これによって、組付部品の位置合わせを迅速にすることができる。

また、本発明に係る自動組立装置は、上記案内部の移動を固定する固定部を備えていることが好ましい。

上記構成では、固定部は案内部の移動を固定する。リング型磁石が穴位置に重なった後、固定部が案内部を固定すれば、リング型磁石および部品保持部が移動することはない。したがって、部品保持部は、リング型磁石によって位置合わせされた穴の位置からぶれることなく、組付部品を穴により正確に挿入することができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記リング型磁石は、上記磁性体部品と対面する側が開口したコの字状の断面を有するリング形状のヨークと、上記ヨークの開口内に固定された磁石部とから構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、リング型磁石の磁力は磁性体部品側にのみ発生する。このため、リング型磁石の磁力が、当該リング型磁石に対して磁性体部品とは反対側にある他の構成部材や組付部品に対して働くことはない。したがって、自動組立装置の組付け動作が磁力によって阻害されることを避けることができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記磁石部は電磁石であり、上記電磁石の電源操作を行う電磁石制御部を備えていることが好ましい。

上記構成によれば、十分な強さの磁力を必要な時にのみ発生させることができる。したがって、位置合わせ以外の自動組立装置の動作が、磁力によって阻害されることを避けることができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記磁石部は、上記ヨークのリング形状に沿って等間隔に配置された複数の磁石であることが好ましい。

上記構成によれば、小型の磁石を利用してリング型磁石を構成することができるため、より安価な自動組立装置を実現することができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記リング型磁石は、支持部を介して上記案内部に支持されており、上記支持部は、上記リング型磁石と共に回転移動するリング型磁石退避機構を備えていることが好ましい。

上記構成によれば、支持部が回転することによって、リング型磁石はその位置から素早く退避することができる。このため、組付部品の寸法がリング型磁石のリング穴の寸法よりも大きい場合であっても、リング型磁石による組付部品の位置合わせが行われた後に支持部が回転すれば、組付部品とリング型磁石とが接触することを防止できる。したがって、組付部品を穴に挿入する動作が滑らかに行われる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記リング型磁石は、互いに接してリング形状を形成する複数の分割磁石から構成されており、上記分割磁石は、支持部を介して上記案内部にそれぞれ支持されており、上記支持部は、上記平面部に対して略水平な軸を中心にして、上記分割磁石と共に回転移動するリング型磁石退避機構を備えていることが好ましい。

上記構成によれば、上記リング型磁石は、支持部が回転することによって、複数の分割磁石が互いに接した状態から、各分割磁石それぞれに分離される。このととき、支持部は平面部に対して略水平な軸を中心にして回転するため、各分割磁石は、リング穴の中心位置からより素早く退避することができる。

また、組付部品の寸法がリング型磁石のリング穴の寸法よりも大きい場合であっても、リング型磁石による組付部品の位置合わせが行われた後に支持部が回転すれば、組付部品とリング型磁石とが接触することを防止できる。

したがって、上記構成では、組付部品を穴に挿入する動作が素早く滑らかに行われる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記リング穴の形状は、上記穴、または上記磁性体部品が当該穴の周囲に有する段落ち部と同じ形状を有することが好ましい。

さらに、本発明に係る自動組立装置において、上記リング穴の寸法は、上記穴の寸法、または上記段落ち部の外径の寸法に対して、１倍以下であることが好ましい。

上記構成によれば、リング型磁石による組付部品の位置合わせを、より高精度に行うことができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記リング型磁石の外形寸法は、上記リング穴の寸法の２倍以上であることとが好ましい。

上記構成によれば、穴の周囲において、リング型磁石による位置合わせが可能な範囲を十分に広くすることができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記制御部が、上記検知部から出力された磁力の強さと方向に基づいた補正移動量を算出し、上記案内部が、上記制御部の算出情報に基づいた補正移動を行うことが好ましい。

上記構成によれば、穴の周囲において、リング型磁石による位置合わせが可能な範囲をより広くすることができる。

また、本発明に係る自動組立装置において、上記制御部が、前記検知部から出力される磁力の強さが所定の閾値を下回るまで、前記検知部から出力された磁力の強さと方向に基づいた補正移動量を算出し、上記案内部が、上記制御部の算出情報に基づいた補正移動を繰り返すことが好ましい。

上記構成によれば、リング型磁石による組付部品の位置合わせが、より高精度に行われる。

本発明に係る自動組立装置は、磁性体部品の平面部に形成された穴に組付部品を挿入する自動組立装置であって、上記平面部と隙間を有して対向するように配置され、上記平面部に対して略垂直なリング穴を有し、かつ当該リング穴の中心軸方向に磁化されたリング型磁石と、上記記組付部品を、当該組付部品の中心軸と上記リング穴の中心軸とを合わせて保持し、かつ上記中心軸方向に移動する部品保持部と、上記リング型磁石および上記部品保持部を、上記平面部に対して平行に移動可能に支持する案内部とを、備えているため、リング型磁石の磁力によって、磁性体部材に形成された穴に対して、組付部品を正確に位置合わせし、組み付けることができる。

〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態について、図１から図８に基づいて説明すると以下の通りである。

本実施形態において、自動組立装置１は、鉄板７をその下に置かれた樹脂フレーム８に対してネジ止め固定するネジ締め装置である。まず、図２に基づいて、自動組立装置１の概略構成について説明する。図２は、自動組立装置１を示す側面図である。自動組立装置１は、スカラロボット２、組付け部３、ネジ供給機４、ワーク台５、測定カメラ６、およびコントローラ（図示しない）を備えている。スカラロボット２の基部は、ワーク台５と一体に構成されており、組付け部３は、スカラロボット２の先端に取り付けられている。ネジ供給機４は、ワーク台５の一端に固定されている。ワーク台５上のワーク設置領域には、鉄板７および樹脂フレーム８が外部の投入装置によって設置され、ネジ止め後、鉄板７および樹脂フレーム８はワーク台５から払い出される。

なお、本明細書において、自動組立装置１における上下方向を述べるときは、特段の断りがない限り、ワーク台５側を下方とし、組付け部３側を上方とする。

次に、本実施形態におけるスカラロボット２について説明する。

スカラロボット２はスカラ型のロボットである。スカラロボット２は、それぞれ接続されたロボット基部１４、および、リンク１５〜１７を備えている。さらに、スカラロボット２は、ワーク台５に対して鉛直軸周りに移動する２軸の回転関節１８ａ、１８ｂと、先端を上下させる直動関節１９の３つの関節を有している。回転関節１８ａは、ロボット基部１４とリンク１５とを接続している。回転関節１８ｂは、リンク１５とリンク１６とを接続している。直動関節１９は、リンク１６とリンク１７とを接続している。

スカラロボット２およびコントローラは、図２左下に示す装置座標系で位置情報を管理している。装置座標系は、図２における右方向をｘ軸正方向、紙面奥方向をｙ軸正方向、上方向をｚ軸正方向とする。

スカラロボット２は、コントローラからの直交座標ｘ、ｙ、ｚによる移動指示に従って、回転関節１８ａ、１８ｂおよび直動関節１９を駆動する。これによって、到達可能範囲内における任意の位置に、組付け部３を移動させることができる。

本実施形態では、スカラロボット２の寸法について、回転関節１８ａと１８ｂとの距離を５００ｍｍとし、回転関節１８ｂと組付け部３の中心軸（後述するビット２２の軸線）との距離を５００ｍｍとし、直動関節１９の可動範囲を１００ｍｍとする。直動関節１９が可動範囲の中央にあるとき、組付け部３の下端（後述するビット２２の先端）は、ワーク台５上に設置されたワーク（鉄板７）の上面と同じ高さになるように構成されている。また、スカラロボット２の基部であるロボット基部１４は、ワーク台５のワーク設置領域に対して長辺側の中央部に隣接して配置されており、回転関節１８ａおよび１８ｂの駆動によって組付け部３の下端がワーク設置領域全域に届くように構成されている。

次に、本実施形態における組付け部３について説明する。

組付け部３は、電磁石を利用した鉄板７の穴２４への位置合わせと、ネジ締めとを行う機構である。組付け部３は、検知部１３と自動ドライバ９とから構成される。

検知部１３は、センサ基部１２、力センサ１１、およびリング型磁石１０を備えている。センサ基部１２は剛性の高い梁であり、検知部１３は、センサ基部１２の根元側において、スカラロボット２のリンク１６に接続されている。力センサ１１は、リング型磁石１０側において水平２軸方向に加えられた力を検出するセンサである。

リング型磁石１０は、電磁石であり、力センサ１１を介してセンサ基部１２に取り付けられている。リング型磁石１０は、中央にリング穴の開いたリング形状をしている。このリング穴は円に限られず、リング穴の形状は後述する鉄板７の穴２４または段落ち部２５と同じ形状を有するように決定すればよく、四角または三角であってもよい。また、リング型磁石１０の取り付け位置は、ワーク台５に鉄板７および樹脂フレーム８が置かれたとき、鉄板７との間に隙間を有する位置であり、上記隙間は、リング型磁石１０が鉄板７との間に磁力を有する距離であればよい。また、リング型磁石１０の取り付け方向は、リング穴の方向がワーク台５に対して略垂直になる方向であればよい。

自動ドライバ９は、スカラロボット２のリンク１７に接続されており、スカラロボット２が直動関節１９を駆動することによって上下方向に移動する。自動ドライバ９の下端にはビット２２が取り付けられている。図１（ａ）における破線に示すように、ビット２２の軸線は、リング型磁石１０の軸線と一致している。スカラロボット２が直動関節１９を下端まで下降させるとき、ビット２２の先端は、リング型磁石１０のリング穴を通って下側へ突き出る。

また、自動ドライバ９は、自動締め付け機能を持つ電動式のドライバである。自動ドライバ９は、コントローラから開始信号を受けるとビット２２の回転を開始し、その後、ビット２２からの反トルクが既定値に達すると回転を停止し、完了信号を出力する。ビット２２は磁化されていることが好ましく、これによってネジ２６を吸着保持することができる。

リング型磁石１０およびその周辺部の詳細について、図１（ａ）（ｂ）を参照して以下に説明する。図１（ａ）は、リング型磁石１０の軸線を通る平面において、リング型磁石１０およびその周辺部を示す断面図であり、図１（ｂ）は、リング型磁石１０の断面の拡大図である。

図１（ａ）に示すように、リング型磁石１０は、ヨーク２０とコイル２１とから構成される。ヨーク２０は、リング形状の外周および内周に当たる壁面と、両壁面を結ぶ片側の平面とを有する、断面がコの字型の形状をしている。なお、リング型磁石１０のコの字型断面は、ワーク台５と対面する側が開口している形状である。

ヨーク２０におけるコの字型の内側にはコイル２１が接着固定されている。コイル２１が通電されると、リング型磁石１０は図１（ａ）における上下方向、すなわちリング型磁石１０の軸線方向に磁化される。リング型磁石１０の上面がＮ極であり、下面がＳ極であってもよいし、またはその逆の組合せでもよい。

ヨーク２０はパーマロイ等の高透磁性材料で作られることが好ましい。これによれば、図１（ｂ）に示すように、リング型磁石１０の全ての磁力線はヨーク２０を通って、ヨーク２０の下面のみに形成される。よって、ヨーク２０の上面には磁力線が形成されないため、ビット２２およびビット２２に吸着されたネジ２６に対しては磁力が及ばず、吸着されたネジ２６が落下することはない。

また、ヨーク２０は均一な透磁率を有している。これによれば、コイル２１が通電されたとき、リング型磁石１０は、自身の中心軸に対して対称な磁場を発生する。具体的には、この対称性は、リング型磁石１０の中心軸に対する角度を３０度毎に見た場合の磁束の変化が、全体の平均磁束に対して±５％以内であることが好ましい。

本実施形態では、リング型磁石１０および周辺各部の寸法が以下のように設定されている。ヨーク２０のリング穴径はφ１０ｍｍであり、外径はφ３０ｍｍである。ビット２２の外径はφ５ｍｍである。ビット２２の保持するネジ２６は、Ｍ３のなべネジであり、頭部の外径はφ５ｍｍである。なお、リング型磁石１０は、ヨーク２０の下面がワーク台５上に設置されたワーク（鉄板７）の上面から１ｍｍ上に位置するように、センサ基部１２に取り付けられている。

次に、自動組立装置１が組立を行う対象であるワーク（鉄板７および樹脂フレーム８）について説明する。鉄板７は、長辺１０００ｍｍ、短辺５００ｍｍ、および厚み１ｍｍの鋼板をプレス加工した平面状部材である。なお、図２において、ｘ軸（左右方向）が短辺方向であり、ｙ軸（紙面垂直方向）が長辺方向である。鉄板７の平面上には、ネジ止め用の穴２４および段落ち部２５が複数設けられている。段落ち部２５とは、プレス加工による凹み形状の部位であり、穴２４と同軸を有しており、平面状の底部と、底部と上面の間のテーパ部とからなる。穴２４の寸法はφ４ｍｍであり、段落ち部２５の寸法については、底部の径がφ７．６ｍｍであり、テーパ部の上部の径がφ１１．７ｍｍである。穴２４および段落ち部２５の中心軸の鉄板７上における位置は、設計図上の位置に対して１ｍｍの公差を有する。

一方、樹脂フレーム８は、外径が鉄板７とほぼ同寸の平面状の樹脂製部品である。樹脂フレーム８には、鉄板７の穴２４と重なる位置に、ボス２３が形成されている。ボス２３にはＭ３用の下穴が開けられている。

次に、リング型磁石１０が、穴２４の位置に重なる方向に磁力を発生する仕組みについて、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）（ｂ）は、リング型磁石１０の中心軸と、穴２４の中心軸とを通る平面において、リング型磁石１０および穴２４を示す断面図である。

一般に磁石は、磁石のＮ極から出てＳ極に入る磁力線が、より透磁率の高い物質を通る方向に磁力を発生する。また、鉄の比透磁率は約３であり、空気の約１よりも高い。

まず、例えば図３（ａ）に示すように、リング型磁石１０の中心軸が穴２４の中心軸よりも右側にずれた状態について説明する。このとき、図３（ａ）における左側部分のように、リング型磁石１０の下面が段落ち部２５の上にある領域では、リング型磁石１０は最も近い鉄板７の縁に向かって吸着力を発生する。一方、図３（ａ）における右側部分のように、リング型磁石１０の下面が段落ち部２５の上にない、すなわち鉄板７の上にある領域では、リング型磁石１０は真下へ向かって磁力を発生する。このため、リング型磁石１０に働く横方向の合力は、リング型磁石１０を左方向に引っ張る力となる。

また、図３（ｂ）に示すように、リング型磁石１０と穴２４との軸線が一致している状態について説明する。このとき、リング型磁石１０を左右へ引っ張る磁力がつり合っており、全体として、横方向の合力は０になる。

リング型磁石１０において横方向に発生する磁力の強さは、穴２４の中心軸とのずれ量に対して、図４に示す関係を有する。図４は、試験用のリング型磁石を鉄板７の表面に沿って水平移動させたときの、水平方向の反力を示すグラフである。図４の横軸はリング型磁石の位置を示す軸であり、原点においてリング型磁石が穴２４の直上にある。図４の縦軸はリング型磁石の移動に対する反力をｘ軸正方向に取ったものである。反力について、リング型磁石の＋方向移動に対して押し戻す力を負の値とし、リング型磁石の−方向移動に対して押し戻す力を正の値とする。

図４に示す関係おいて、リング型磁石１０の位置が穴２４の中心軸に対して−側にあるとき、反力が＋の値であれば、磁力はずれを戻す方向に働いている。また、リング型磁石１０の位置が＋側にあるとき、反力が−の値であれば、磁力はずれを戻す方向に働いている。

図４において、原点を中心とするｘ方向の約±５ｍｍでは、磁力はずれを戻す方向に単調増加する。この範囲を単調増加範囲とする。これより広い一定の範囲では、磁力は減少するが、やはりリング型磁石を原点に戻す方向に働く。この範囲と単調増加範囲を含めた磁力がずれを戻す方向に働く範囲を復元範囲とする。

したがって、リング型磁石１０が復元範囲にあるとき、リング型磁石１０はその中心軸を、穴２４の中心軸に対して位置合わせすることができる。

なお、リング型磁石１０のずれ量が復元範囲を越えると、反力の正負は逆転する。例えば、リング型磁石１０が図３（ａ）に示す位置よりもさらに右方向にずれると、リング型磁石１０の左側が、穴２４を越えた反対側にある、鉄板７の縁に吸引されるようになるためである。すなわち、ずれ量が大きすぎる場合にはリング型磁石１０を使った穴２４への補正を適用することができなくなる。

このため、本実施形態のように、測定カメラ６による予備測定を行う構成であることが好ましい。本実施形態では、測定カメラ６が予備測定を行うことによって穴２４の概略位置が算出される。これによって、スカラロボット２は、組付け部３を、リング型磁石１０が復元範囲内に収まるような初期位置に移動する。この初期位置として許容可能なずれ量は、概ね段落ち部２５の半径と同程度である。図４における反力の値はノイズによる細かな凹凸を含んでいるが、これを無視したとき、単調増加範囲では、ずれ量と反力とに対して１対１の対応付けをすることができる。このため、予めずれ量と反力の関係が記憶されていれば、発生した反力を元にずれ量を逆算することが可能となる。

また、リング型磁石１０による位置合わせを高精度に行うためには、リング型磁石１０のリング穴の寸法は、穴２４の寸法または段落ち部２５の外径の寸法に対して、１倍以下であることが好ましい。上述したように、リング型磁石１０が穴２４または段落ち部２５に重ならないと補正力が働かない。よって、リング型磁石１０のリング穴の寸法が穴２４の寸法または段落ち部２５の外径の寸法より大きいと、補正力の働かない範囲が現れてしまい、位置合わせの機能が低下してしまう。

また、リング型磁石１０による位置合わせをより高精度に行うためには、リング型磁石１０の外形寸法はリング穴の寸法の２倍以上であることが好ましい。リング型磁石１０の外形寸法が異なる２つの場合について図１６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。例えば、リング型磁石１０の外形寸法がリング穴の寸法の２倍である場合は、穴２４に対するリング型磁石１０のずれ量が大きくとも、図１６（ａ）に示すようにリング型磁石１０の縁と穴２４とが重なった部分に補正力が働く。しかし、図１６（ａ）と同じずれ量であっても、リング型磁石１０の外形寸法がリング穴の寸法の２倍より小さい場合は、図１６（ｂ）に示すように、リング型磁石１０の外側に穴２４がかかるようになる。図１６（ｂ）におけるＡの領域は、リング型磁石１０があれば右への補正力を発生したはずの領域である。このため、図１６（ｂ）では、図１６（ａ）に示す場合と比べて補正力が減少する。また図１６（ｂ）では、穴２４に重なるリング型磁石１０が発生する磁力の総和が０になるときのずれ量が小さくなり、補正可能範囲が減少する。したがって、リング型磁石１０の外形寸法は、リング型磁石１０が穴２４の径の半分までずれて補正力がほぼなくなるときにリング型磁石１０の外側が穴２４の縁に一致するための寸法である、リング穴の寸法の２倍以上であることが好ましい。なお、ここでは穴２４を用いて説明したが、段落ち部２５であっても同様である。

測定カメラ６は、画像処理機能を持つカメラであり、パターンマッチングで予め登録された形状を検出し、検出位置を出力することができればよい。自動組立装置１において、測定カメラ６は、鉄板７の角部の上方に位置するように据え付けられている。測定カメラ６の視野は、図２中の破線で示されており、鉄板７の角部を中心とする５０ｍｍ四方の領域である。

ネジ供給機４は、ネジ２６を供給する自動フィーダである。ネジ供給機４は、上面の供給位置にネジ２６を１本ずつ供給する。ネジ供給機４はワーク台５に隣接して設置されている。ネジ供給機４における供給位置の高さは、ワーク台５に置かれた鉄板７の上面より数ｍｍ低い位置とする。この構成によれば、スカラロボット２を駆動し、ドライバ９をネジ供給機４におけるネジ２６供給位置の真上へ移動させた後に下降させることによって、ドライバ９のビット２２に対して、ネジ２６を磁力吸着させて供給することができる。

次に、コントローラ１００について図５を参照して以下に説明する。図５は、コントローラ１００、およびこのコントローラ１００によって制御される各部を示すブロック図である。

コントローラ１００は一般的なコンピュータである。図５に示すように、コントローラ１００は、配線によって他の機器に接続されており、他の機器を制御して位置合わせの動作を実行する。

コントローラ１００は、スカラロボット２、ネジ供給機４、自動ドライバ９、力センサ１１、および測定カメラ６に接続されている。コントローラ１００は、測定カメラ６が測定対象とする鉄板７の角を基準とした、全ての穴２４の相対位置を予め記憶している。さらに、コントローラ１００は、測定カメラ６が出力する鉄板７の角部の位置と、予め記憶している穴２４の相対位置とを組み合わせて、ワーク台５における穴２４の絶対位置を算出する。なお、本実施形態において算出される穴２４の絶対位置には、測定カメラ６の測定誤差、鉄板７の寸法公差、および絶対位置算出時の計算誤差等が複合されて、最大３ｍｍ程度の誤差が含まれる。

コントローラ１００は、スカラロボット２に対して装置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を指示する。この指示に従ってスカラロボット２が移動することによって、組付け部３も移動する。この際、コントローラ１００は、スカラロボット２の関節角度を読み出し、これを元に組付け部３の装置座標および組付け部３の方位角θを算出することができる。

コントローラ１００は、力センサ１１から力センサ１１の水平方向基準軸（ｘ’、ｙ’）の各軸に沿った力Ｆｘ’およびＦｙ’を読み出す。コントローラ１００は、力Ｆｘ’およびＦｙ’と、組付け部３の方位角θとを元にして、装置座標系における磁力ＦｘおよびＦｙを算出することができる。コントローラ１００は、算出した磁力ＦｘおよびＦｙの大きさに対応する補正移動量をテーブルとして予め記憶している。

コントローラ１００は、ネジ供給機４のネジ供給位置の座標についても、予め記憶している。また、自動ドライバ９のネジ締め動作において、コントローラ１００は、自動ドライバ９に対する開始信号の出力と、自動ドライバ９からの完了信号の受信とを行うことができる。

コントローラ１００は、図６に示すように自動組立装置１を制御する。図６は、コントローラ１００の制御による自動組立装置１の動作を示すフローチャートである。以下、コントローラ１００の制御による自動組立装置１の動作ついて、図６を参照して説明する。

始め、外部の投入装置によって、自動組立装置１に対して樹脂フレーム８と鉄板７とが重ねて投入され、ワーク台５の上に設置される。このとき、自動ドライバ９は、ネジ２６の取得を終了した状態で、ネジ供給機４の上に位置している。

この後、コントローラ１００は図６の制御フローを開始する。

図６において、コントローラ１００は、測定カメラ６を制御して鉄板７の所定のコーナー位置を測定する（ステップＳ６１）。続いてコントローラ１００は、測定カメラ６が測定したコーナー位置を読出し、予め記憶しているコーナー位置から穴２４の相対位置を加算して、穴２４の補正前位置を算出する（ステップＳ６１）。コントローラ１００は、以上の計算を複数の穴２４の全てについて行う。

次に、コントローラ１００は、全ての穴２４に対してネジ締めを行ったか調べる（ステップＳ６２）。全ての穴２４に対してネジ締めが行われている場合、コントローラ１００は、ネジ締め完了と判定してステップＳ６Ｂの処理に進む。ステップＳ６Ｂにおいて、コントローラ１００は、スカラロボット２の退避を行い、その後、動作を完了する。一方、ステップＳ６２において全てのネジ締めが行われていなかった場合、コントローラ１００はステップＳ６３の処理に進む。

ステップＳ６３において、コントローラ１００は、スカラロボット２を駆動して、組付け部３の先端を１つ目の穴２４の補正前位置に移動させる。

次に、コントローラ１００は、リング型磁石１０の電源をオンに切替え、磁力を発生させる（ステップＳ６４）。続いてステップＳ６５において、コントローラ１００は、リング型磁石１０と鉄板７との間に働く磁力の水平成分を、力センサ１１の出力Ｆｘ’およびＦｙ’として読み取る。続いて、コントローラ１００はスカラロボット２の関節角度を読み出し、この関節角度を元にして、組付け部３の方位角θを算出する。続いて、コントローラ１００は、出力Ｆｘ’およびＦｙ’と方位角θとを元にして、装置座標における磁力ＦｘおよびＦｙを算出する。

その後、コントローラ１００は、リング型磁石１０の電源をオフにする（ステップＳ６６）。これによってリング型磁石１０における磁力が消滅する。

次に、コントローラ１００は、先にステップＳ６５にて検出した磁力の大きさと方向とに基づいて、補正移動量を算出する（ステップＳ６７）。具体的には、まず、コントローラ１００は、磁力のｘ軸成分Ｆｘとｙ軸成分Ｆｙとを元に、以下の式(１)の計算によって、反力の方向θｆを算出する。

θｆ ＝ ａｔａｎ（Ｆｙ／Ｆｘ） ・・・式（１）
続いて、コントローラ１００は、磁力のｘ軸成分Ｆｘとｙ軸成分Ｆｙとを元に、以下の式(２)の計算によって、反力の絶対値Ｆａｂｓを算出する。

Ｆａｂｓ ＝ √（Ｆｘ＾２ ＋ Ｆｙ＾２） ・・・式（２）
続いてコントローラ１００は、予め記憶している補正量テーブルにＦａｂｓを照合して、反力Ｆａｂｓに対応する補正量Ｃを読み出す。続いてコントローラ１００は、以下の式(３)の計算によって、補正量Ｃをｘ軸成分Ｃｘとｙ軸成分Ｃｙとに分解する。

Ｃｘ ＝ Ｃ × ｃｏｓθ
Ｃｙ ＝ Ｃ × ｓｉｎθ ・・・式（３）
以上の計算によって補正移動量ＣｘおよびＣｙが算出される。

次に、コントローラ１００は、補正移動を実行する（ステップＳ６８）。具体的には、コントローラ１００は、スカラロボット２に対して、現在位置に補正移動量ＣｘおよびＣｙを加えた位置を、新たな目標位置として指示する。

その後、コントローラ１００はネジ挿入およびネジ締めを行う（ステップＳ６９）。具体的には、コントローラ１００は、スカラロボット２の直動関節１１を駆動して自動ドライバ９を下降させると共に、自動ドライバ９に対してネジ締め動作の開始信号を出力する。これによって、自動ドライバ９は、ビット２２を回転させながら下降する。コントローラ１００は、開始信号の出力後、自動ドライバ９が発生する完了信号を待つ。コントローラ１００は、完了信号を受信すると、スカラロボット２の直動関節１１を駆動して、自動ドライバ９を上昇させる。

なお、本実施形態において、補正前位置と真の穴２４の位置との誤差は３ｍｍ以内であり、この誤差は図４に示す単調増加範囲内にあるため、ステップＳ６８における補正移動によって穴２４に対する自動ドライバ９の誤差は０．３ｍｍ以下に補正される。これによってステップＳ６９のネジ挿入が確実に行われ、信頼性の高いネジ締めを行うことができる。

次に、コントローラ１００はネジ２６の取得を行う（ステップＳ６Ａ）。具体的には、コントローラ１００は、スカラロボット２を駆動して、自動ドライバ９をネジ供給機４の供給位置の上に移動する。続いて、コントローラ１００は、スカラロボット２を駆動して、自動ドライバ９を下降し、ネジ供給機４の供給位置に供給されているネジ２６に押し当てる。続いて、コントローラ１００は、スカラロボット２を駆動して、自動ドライバ９を上昇させる。以上によりネジ２６がビット２２に吸着され、ネジ２６の供給が完了する。なお、ネジ供給機４は、ネジ２６がビット２２に吸着されて離脱すると、次のネジ２６を自動的に供給位置へ供給する。

コントローラ１００は、ステップＳ６Ａの完了後、再びステップＳ６２に戻り、ネジ締めを未実施の穴２４があるか調べる。

予め記憶されている穴２４の数に応じてステップＳ６３〜ステップＳ６Ａのネジ締め操作を繰り返したのち、コントローラ１００はステップＳ６２にて全ての穴２４にネジ締めを行ったと判定して、制御フローは完了する。

最後に、外部の投入装置によって樹脂フレーム８と鉄板７とが一体で搬出される。

以上の動作によって、自動組立装置１は鉄板７に対するネジ締めを自動で行うことができる。自動組立装置１によれば、非接触であって、かつ１回の補正動作によって、単調増加範囲内の初期位置にある組付け部３を規定誤差（０．３ｍｍ）以内に位置合わせすることができる。このため、自動組立装置１は非常に高速なネジ締めを行うことができる。

また、自動組立装置１では、測定カメラ６を用いているものの、その分解能および精度は低いもので済むため、全体として低コストの自動組立装置１を実現することができる。

さらに、自動組立装置１によれば、位置合わせのために画像処理のような複雑な処理を行う必要がなく、リング型磁石１０に発生する磁力に対応する移動量を照合するのみによって、組付け部３の補正移動量を得ることができる。このため、組付け位置の検出を失敗する余地がなくなり、信頼性が高い位置合わせを行うことができる。

また、リング型磁石１０に電磁石を用いることによって、必要時だけ磁力を発生することができ、さらに発生する磁力を下方に集中させることができるため、ネジ２６が磁性体であっても問題なくネジ締めを行うことができる。

（制御フローの変形例）
本実施形態において、コントローラ１００の制御フローは、上述した図６に限定されない。コントローラ１００は前述の記憶に加えて、反力に関する閾値を予め記憶していてもよい。この制御フローの変形例について図７を参照して以下に説明する。

図７において、図６と同じ番号を付しているステップ（ステップＳ６１〜ステップＳ６Ｂ）の内容は、上述の説明と同様である。図７における図６との相違点は、ステップＳ６６の後にステップＳ６Ｃが入っていることと、ステップＳ６８の後にステップＳ６４に戻ることの２点である。

具体的には、コントローラ１００は、ステップＳ６８にて補正移動を実行した後、ステップＳ６４〜ステップＳ６５のステップを再度行って反力を検出し、ステップＳ６Ｃにおいて、反力の大きさが所定の閾値より小さくなったかどうかを判断する。所定の閾値とは、組付部品（ネジ２６）を穴２４に挿入するときの許容ずれ量（本実施例では０．３ｍｍ）だけずれた位置で電磁石を通電させた場合に発生する反力を測定し、これを基準として安全率０．８倍をかけた値とする。

反力の大きさが所定の閾値より小さいと判断した場合、コントローラ１００は補正完了と判定して、ステップＳ６９のネジ締めの処理に進む。一方、反力の大きさが所定の閾値より小さくないと判断した場合、コントローラ１００は、ステップＳ６７以降の補正動作を繰り返す。

以上のように、反力が十分小さくなるまで補正動作と反力検出とを繰り返すことによって、より確実に、組付け部３の位置合わせを行うことができる。本変形例によれば、補正前のリング型磁石１０の位置が図４中の復元範囲内にあれば、位置合わせが可能となるため、組付け部３の初期位置について、より広い誤差を吸収することができる。

（リング型磁石１０の変形例）
また、本実施形態において、リング型磁石１０は、コイル２１の代わりに円筒形の永久磁石２１ａを用いた構成であってもよい。この変形例について、図８を参照して以下に説明する。

図８に示すように、リング型磁石１０は、リング型をしたヨーク２０の内側に６つの円筒形の永久磁石２１ａを軸対称に配置した構成を有している。なお、永久磁石２１ａの形状は、円筒形に限られず、同一の形状と磁化方向を持つ６つの磁石であればよい。

図８は、リング型磁石１０を斜め下側から示す図である。６つの円筒永久磁石２１ａは、ヨーク２０の軸を中心として６０度ごとに配置されている。また、６つの円筒永久磁石２１ａは上下方向に磁化されていればよく、上面がＮ極に磁化され、かつ下面がＳ極に磁化されていてもよいし、その逆であってもよい。６個の磁束のばらつきは平均値±１０％以内であることが好ましい。または永久磁石２１ａの磁極方向は、Ｎ→Ｓ極のベクトルがリング型磁石１０の軸と半径方向との平面内にあれば、軸と平行でなくてもよい。例えば、リング型磁石１０の中心側にＮ極、外周側にＳ極を向けるように永久磁石２１ａを配置してもよい。

本変形例において、コントローラ１００は、図６または図７における制御フローを実行する。ただし、リング型磁石１０は電磁石を使用しないため、コントローラ１００は、ステップＳ６４およびステップＳ６６の処理を行わずに次のステップに進む。これによる自動組立装置１の動作は、電磁石のオン・オフ操作がなくなったこと以外は、上述の説明と同様である。

リング型磁石１０における磁束は、６つの磁石の配置によって、６０度周期の非対称性を有する。例えば、コントローラ１００が図７の制御フローを実施する場合、ステップＳ６Ｃにて使用する閾値を、「リング型磁石１０の磁束が少ない方向のずれ量が許容範囲にある位置において、リング型磁石１０の発生する磁力」に合わせて設定しておく。これによって、リング型磁石１０の位置ずれの方向によらず、ずれ量が十分小さいかどうかを正しく判定することができる。

なお、円筒永久磁石２１ａの数は、６個に限られず、ヨーク２０の軸を中心として対称に配置することができればよい。

以上の変形例によれば、小さくて安価な磁石を利用することができる。また、電磁石に変えて永久磁石を使用するため、電磁石用の制御回路等が不要となる。したがって、より安価な自動組立装置１を実現することができる。

〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図９から図１５に基づいて説明すると以下の通りである。

図９に示すように、自動組立装置３０は、ワーク台３３上に置かれた鉄板２７の穴４４に対して樹脂部品２８を挿入する装置である。図９は、本実施形態における自動組立装置３０を示す側面図である。自動組立装置３０は、直交ロボット３１、組付け部３２、部品供給機（図示しない）、ワーク台３３、コントローラ（図示しない）から構成される。直交ロボット３１の基部は、ワーク台３３と一体に構成されている。組付け部３２は直交ロボット３１の先端に取り付けられている。

直交ロボット３１は、３軸の直動軸３４ｘ、３４ｙ、および３４ｚを連結した直交型のロボットである。直動軸３４ｙはワーク台３３に対してｙ方向（紙面に対して垂直な方向）に門型のリンク３５を移動させる直動機構である。直動軸３４ｙは左右に配置された２つの直動機構から構成されており、２つの直動機構は同期して動く。直動軸３４ｘはリンク３５に対してｘ方向（左右方向）に、板状のリンク３６を移動させる直動機構である。直動軸３４ｚはリンク３６に対してｚ方向（上下方向）に柱状のリンク３７を移動させる直動機構である。

ワーク台３３は金属製の台である。ワーク台３３の上面には冶具３８が固定的に配置されている。冶具３８上には鉄板２７が載置される。冶具３８は、鉄板２７における周囲の壁面部において、鉄板２７を粗位置決めするための冶具である。冶具３８に設置された鉄板２７は、基準位置に対してｘ、ｙ方向の公差が各±１．５ｍｍ以内、および角度の公差が±１度以内に収まるように位置決めされる。

部品供給機は、樹脂部品２８を連続して所定の供給位置に供給する、自動フィーダである。部品供給機の供給位置の高さは、ワーク台５上に鉄板２７が設置されたときの鉄板２７の上面と同じ高さになるように構成されている。

ここで、自動組立装置３０において組付けを行われるワーク（鉄板２７、樹脂部品２８）について図１０（ｂ）（ｃ）を参照して以下に説明する。

鉄板２７は、外径が略長方形の鉄板である。鉄板２７の内部には複数の穴４４が設けられている。図１０（ｂ）に示すように、穴４４は長方形の打ち抜き穴である。穴４４の寸法はｘ方向にＬｘ，ｙ方向にＬｙである。穴４４の位置公差はｘ、ｙ方向に各±１．５ｍｍ、方向の公差が±１度である。

図１０（ｃ）に示すように、樹脂部品２８は直方体状の本体と爪２９とからなる。樹脂部品２８の本体寸法は穴４４よりも大きい。爪２９ははめ込み固定用の爪であり、樹脂部品２８の本体下面の左右２ヶ所に対向して配置されている。２つの爪２９の外面同士の距離Ｌｘと爪２９の幅Ｌｙは、穴４４の２辺の寸法とそれぞれ等しい。

次に、自動組立装置３０における組付け部３２について説明する。

組付け部３２は、樹脂部品２８の把持と挿入を行うための機構である。組付け部３２は調整機構４１、挿入機構４２、把持機構４３、磁石支持部３９および２つのコの字型磁石４０から構成される。

調整機構４１は、直交ロボット３１のリンク３７の下側に配置されている。挿入機構４２および左右２つの磁石支持部３９は、調整機構４１の下面に取り付けられている。把持機構４３は、挿入機構４２の下側の先端部分に取り付けられている。コの字型磁石４０は、磁石支持部３９の下面にそれぞれ固定されている。また、コの字型磁石４０は端部が接触することによってリング型磁石を構成する。

調整機構４１は、リンク３７に配置された基部と、当該基部の下側に配置された先端部とを有している。調整機構４１は、水平２軸（ｘ、ｙ）および鉛直軸周りの回転１軸（θ）について、それぞれ限定された範囲において、先端部を外力に従って移動可能にする受動移動機構でもある。調整機構４１の先端部の移動範囲は、調整機構４１の先端部と基部との中心が重なった位置を基準として、ｘ軸およびｙ軸方向にそれぞれ±５ｍｍ、ｚ軸周りに±５°である。

また、調整機構４１はロック機能を有しており、先端部を基部に対して任意の時点の位置で固定し、また固定を解除することができる。

挿入機構４２は、伸縮式の空圧シリンダである。挿入機構４２は外部の空圧源（図示しない）に接続されており、外部からの指令によってシリンダを伸長または収縮することができる。

把持機構４３は２つのを有する空圧式のグリッパである。把持機構４３は外部の空圧源（図示しない）に接続されており、外部からの指令によって２つの爪の間隔を開くまたは閉じることができる。

磁石支持部３９は、下面にコの字型磁石４０を支持する柱状部材であり、根元側は水平軸周りに回転可能になっている。具体的な形状について、磁石支持部３９の下面は、コの字型磁石４０と同じ形状をしており、上部が太さ一定の柱形状である。下面と上部との中間部は、把持機構４３と対向する内面側において、把持機構４３との接触を避けるように斜面を形成しており、下部に向けて太くなっている。

磁石支持部３９の基部にはコイルばねが内蔵されており、上記回転軸に沿って磁石支持部３９を内側へ押付けている。挿入機構４２が収縮した状態では、２つの磁石支持部３９の先端が接触して押し合った状態でつりあっている。このとき、２つのコの字型磁石４０の先端も互いに接触し、２つのコの字型磁石４０はリング型磁石となる。

コの字型磁石４０について、図１０（ａ）を参照して以下に説明する。本実施形態において、コの字型磁石４０にはネオジウム磁石を用いる。なお、本発明におけるコの字型磁石４０は、ネオジウム磁石に限られるものではないが、調整機構４１を磁力によって移動させる機構であるため、できるだけ軽量かつ磁束の大きい磁石が好ましい。

コの字型磁石４０は、上下方向に磁化されていればよく、上面がＮ極に磁化され、下面がＳ極に磁化されていてもよいし、その逆であってもよい。コの字型磁石４０は、上下面内の磁束が均一になるよう作製されている。具体的には、コの字型磁石４０の上下面における１ｍｍ^２ごとの磁束のばらつきが、面全体の平均値に対して±１０％以内となっていることが好ましい。

コの字型磁石４０の内側の切欠き部の寸法は、鉄板２７における穴４４の寸法の半分と同じである。２つのコの字型磁石４０を向かい合わせた際に発生する反発力は上述のコイルばねによる押付け力よりも低くなっており、２つのコの字型磁石４０が接触してリング型磁石となるとき、このリング穴は、穴４４の寸法と同一である。

次に、コントローラ１１０について図１１を参照して以下に説明する。

コントローラ１１０は一般的なコンピュータである。図１１に示すように、コントローラ１１０は、直交ロボット３１、調整機構４１、挿入機構４２、および把持機構４３等と配線接続されており、各機構を制御することができる。

具体的には、コントローラ１１０は、ｘ、ｙ、およびｚの３つの座標を指令することによって、直交ロボット３１を駆動し、組付け部３２の先端位置を指定した位置へ移動させることができる。なお、コントローラ１１０は、冶具３８上の所定位置に載置された鉄板２７の穴４４の既定位置を予め記憶している。また、コントローラ１１０は、調整機構４１のロックとフリー状態を切替え、挿入機構４２を伸長または収縮させ、さらに、把持機構４３を開閉することができる。

コントローラ１１０は、図１２に示すように、自動組立装置３０を制御する。図１２は、コントローラ１１０の制御による自動組立装置３０の動作を示すフローチャートである。以下、コントローラ１１０の制御による自動組立装置３０の動作ついて、図１２を参照して説明する。

始め、外部の投入装置によって鉄板２７が搬入され、冶具３８上に設置される。鉄板２７が設置されると、コントローラ１１０は図１２の制御フローを開始する。このとき、組付け部３２は、樹脂部品２８の取得を完了した状態で、部品供給機４５の上空に位置している。

図１２において、コントローラ１１０は全ての穴４４に樹脂部品２８を挿入したかどうかを調べる（ステップＳ９１）。全ての穴４４に樹脂部品２８を挿入したと判断した場合、コントローラ１００は、組付け動作を完了する。

一方、全ての穴４４に樹脂部品２８を挿入していないと判断した場合、コントローラ１１０は、ステップＳ９２の処理に移る。ステップＳ９２において、コントローラ１１０は、予め記憶している次の穴４４の既定位置を読み出す。続いて、コントローラ１１０は直交ロボット３１を制御して、組付け部３２を次の穴４４の既定位置へ移動させる。このとき、コントローラ１１０は、直交ロボット３１を制御して、組付け部３２の高さを既定の補正高さに下降させる。ここで、既定の補正高さとは、組付け部３２の下部に備えられたコの字型磁石４０の下面が、冶具３８上に設置された鉄板２７の上面から約２ｍｍ上空に来る高さとする。

続いてステップＳ９３において、コントローラ１１０は、コの字磁石４０を利用して位置補正を行う。具体的には、まずコントローラ１１０は、調整機構４１を制御して、その先端部をフリー状態にする。続いてコントローラ１１０は、所定の補正待ち時間だけ待機する。この所定の補正待ち時間は０．５秒とする。コの字型磁石４０と穴４４との位置がずれている場合には、コの字型磁石４０と鉄板２７との間に働く磁力によって、前述の実施形態１における補正と同様の、ずれを補正する力が発生する。調整機構４１がフリー状態になると、調整機構４１の先端部は、補正待ち時間の間に磁力を受けて、ｘ、ｙおよびθ方向の誤差が補正されるように移動する。これによって、コの字型磁石４０の合わさって形成されたリング型磁石と穴４４との位置が完全に重なる。所定の補正待ち時間が経過後、コントローラ１１０は調整機構４１をロックする。

続いてステップＳ９４にて、コントローラ１１０は樹脂部品２８の挿入をおこなう。

このときの自動組立装置３０の動作について、図１３を参照して以下に説明する。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、自動組立装置３０の組付け部３２周辺と、鉄板２７の穴４４周辺を示す図であり、鉄板２７は穴４４を通る断面を示している。

始め、図１３（ａ）に示すように、調整機構４１の作動によってコの字型磁石４０と穴４４との位置が完全に重なる。

次に、図１３（ｂ）に示すように、挿入機構４２が伸長して樹脂部品２８が穴４４に組付けられる。具体的には、まずコントローラ１１０は、挿入機構４２を伸長させつつ、直交ロボット３１を制御して、直動軸３４ｚを既定の組付け高さまで上昇させる。挿入機構４２が伸長すると、先端の把持機構４３が左右の磁石支持部３９の斜面に接触し、磁石支持部３９を閉じようとするコイルばねの力に打ち勝って左右に押し広げる。磁石支持部３９はその基部を中心に回転運動するため、コの字型磁石４０の下端は磁石支持部３９が広がるにつれて初期位置よりも下へ突き出る。このとき、コの字型磁石４０の下端が鉄板２７に接触しないように、組付け高さが設定されている。組付け高さは上述の補正高さから５ｍｍ上とする。挿入機構４２は空圧シリンダであるため、推力が反力と拮抗するまで伸長する。挿入機構４２が伸長すると樹脂部品２８が鉄板２７に接触し、爪２９が穴４４に入り込む。挿入機構４２の伸長は、樹脂部品２８の本体下面が鉄板２７上面と接触したところで停止する。この結果、図１３(ｂ)に示す状態となり、樹脂部品２８の組付けが達成される。続いてコントローラ１１０は把持機構４３を開いて、樹脂部品２８の把持を解除する。

次に、図１３（ｃ）に示すように、コントローラ１１０は直交ロボット３１を制御して直動軸３４ｚを所定の退避距離だけ上昇させる。この退避距離は２０ｍｍとする。この時点では、挿入機構４２は最大長まで伸長した状態にある。この最大長は、図１３(ｂ)における伸長の停止した長さよりも約５ｍｍ長いとする。以上によって、組付け部３２の退避が完了する。

続いてステップＳ９５において、コントローラ１１０は、以下の手順を用いて樹脂部品２８を取得する。まず、コントローラ１１０は、直交ロボット３１を制御して組付け部３２を部品供給機４５の供給位置の上に移動する。この移動先の位置は、コントローラ１１０に予め記憶されている。続いてコントローラ１１０は、調整機構４１をフリー状態に切り替える。続いてコントローラ１１０は、直交ロボット３１を制御して組付け部３２を部品取得高さまで下降させる。部品取得高さとは、上述した組付け高さと同じとする。続いてコントローラ１１０は、把持機構４３を閉じる。この把持機構４３によって、新たな樹脂部品２８が把持される。続いてコントローラ１１０は、挿入機構４２を収縮させる。これによって、把持機構４３および把持された樹脂部品２８が持ち上げられ、これに伴い、左右の磁石支持部３９がその基部のコイルばねの力によって閉じ合わされる。続いてコントローラ１１０は、調整機構４１をロックする。これは直交ロボット３１の移動の際に、調整機構４１の先端部が振り回されるのを防止するためである。

続いてコントローラ１１０はステップＳ９１の処理に戻る。コントローラ１００が組付け動作を完了した場合には、外部の搬出装置によって組付け済みの鉄板２７が搬出される。

以上のように、自動組立装置３０によって鉄板２７に対する樹脂部品２８の組付けが行われる。

本実施形態における自動組立装置３０では、四角の穴４４の形状に対し、水平２軸および方位角の補正を行いつつ、樹脂部品２８を組付けることができる。また、磁石支持部３９を介してコの字型磁石４０が分離退避することができるため、コの字型磁石４０が合わさったリング型磁石のリング穴よりも、樹脂部品２８が大型であってもよい。また、コの字型磁石４０の磁力自体を用いて補正移動を行うため、検知や補正移動の制御システムが不要であるため、実施形態１よりも安価な自動組立装置を実現することができる。

本実施形態において、組付部品２８および穴４４形状が四角形の場合を説明したが、本発明はこれに限られない。組付部品２８および穴４４の形状を変更する場合であっても、コの字型磁石４０の形状を変更することによって対応することができる。

例えば、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示すように、組付部品２８ａ、穴４４ａおよびコの字型磁石４０ａの形状が三角形であってもよい。また、図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示すように、組付部品２８ｂ、穴４４ｂおよびコの字型磁石４０ｂの形状が半円であってもよい。なお、図１５（ａ）に示す２つのコの字型磁石４０ｂのうち、一方は穴４４と同じ半円形状に切欠きされた形状であり、他方は切欠きなしの形状である。このように、穴４４の形状が非対称な場合であっても、異なる形状である２つのコの字型磁石４０を組み合わせることによって、非対称な穴４４の形状に合わせることが出来る。このため、様々な穴形状に対応できるリング型磁石を用いた自動組立装置を実現することができる。

（本発明の他の構成）
本発明に係る自動組立装置の構成は以下のように表現することもできる。

本発明の自動組立装置は、磁性体部品の平面部と対向するように配置され該対向面上に穴を有するリング型磁石と、前記リング型磁石を支持するための磁石支持部と、組付部品を保持し磁性体部品に挿入する部品保持部と、前記磁石支持部および部品保持部を磁性体部品の平面部に対して平行に移動可能にする平行案内部とを備える。

または、本発明の自動組立装置は、磁性体部品の平面部と対向するように配置され該対向面上に穴を有するリング型磁石と、前記リング型磁石を支持するための磁石支持部と、前記リング型磁石が磁性体部品に対して発生する磁力を検知するための磁力検知部と、組付部品を保持し磁性体部品に挿入する部品保持部と、前記磁石支持部および部品保持部を磁性体部品の平面部に対して平行に移動可能にする平行案内部と、前記磁石支持部および部品保持部を平行案内部に沿って駆動する平行駆動部と、前記磁力検知部が検知した磁力に従って平行駆動部を駆動する制御部とを備える。

さらに、前記リング型磁石は、前記磁性体部品の穴と同形状の穴を有する。

または、前記磁性体部品は穴の周囲に凹部を有し、前記リング型磁石は該凹部と同形状の穴を有する。

さらに、前記組付部品はネジである。

さらに、前記リング型磁石は電磁石として構成され、さらに電磁石の電源操作を行う電磁石制御部を持つ。

または、前記リング型磁石は複数の磁石を並べて前記穴の形状を構成する。

さらに、前記磁石支持部は前記リング型磁石が前記部品保持部と前記磁性体部品との間に配置されるように構成され、前記部品支持部が組付部品を挿入する際には前記リング型磁石を退避させる退避機構をさらに持つ。

さらに、前記リング型磁石は複数の磁石で構成されており、前記退避機構は該円弧型磁石を分離させて退避させる。

さらに本発明の自動組立装置は、前記平行案内部を固定および固定解除するための平行固定部をさらに持つ。

さらに、前記リング型磁石の穴の寸法は前記磁性体部品上の穴寸法に対して０．８倍以上１倍以下に構成する。

または、前記リング型磁石の穴の寸法は前記磁性体部品上の凹部寸法に対して０．８倍以上１倍以下に構成する。

さらに、前記リング型磁石の外形寸法は前記リング型磁石の穴部の寸法の３倍以上として構成する。

さらに、前記制御部は、前記磁力検知部から出力された磁力の強さと方向に基づいた補正移動量を１回だけ算出し、前記平行駆動部を制御して補正移動を行う。
または、前記制御部は、前記磁力検知部から出力された磁力の強さが所定の閾値を下回るまで、前記磁力検知部から出力された磁力の強さと方向に基づいた補正移動量の算出と、前記平行駆動部を制御しての補正移動とを繰り返す。

さらに本発明の自動組立装置は、大域測定手段をさらに持ち、該大域測定手段が出力した大域的な磁性体部品の位置を元に穴の概略位置を算出する穴位置算出手段をさらに持ち、穴位置算出手段が算出した穴位置へと前記部品保持部を移動させるように前記平行駆動部を駆動する初期移動制御部をさらに持つ。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、磁性体板に部品の組み付けを行う自動組立装置全般に適用できる。

（ａ）は、リング型電磁石の軸線を通る平面において、リング型磁石およびその周辺部を示す断面図であり、ｂ）は、リング型電磁石の拡大図である。 第１の実施形態に係る自動組立装置を示す側面図である。 （ａ）（ｂ）は、リング型電磁石の中心軸と、穴の中心軸とを通る平面において、リング型電磁石および穴を示す断面図である。 リング型磁石を鉄板の表面に沿って水平移動させたときの、水平方向の反力を示すグラフである。 コントローラ、およびこのコントローラによって制御される各部を示すブロック図である。 コントローラの制御による自動組立装置の動作を示すフローチャートである。 コントローラの制御による自動組立装置の動作の変形例を示すフローチャートである。 リング型磁石の変形例を斜め下側から示す図である。 第２の実施形態に係る自動組立装置を示す側面図である。 （ａ）はリング型磁石を示す斜視図であり、（ｂ）は鉄板の穴を示す拡大図であり、（ｃ）は、樹脂部品を示す斜視図である。 コントローラ、およびこのコントローラによって制御される各部を示すブロック図である。 コントローラの制御による自動組立装置の動作を示すフローチャートである。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、自動組立装置による組立動作を説明する図である。 （ａ）はリング型磁石を示す斜視図であり、（ｂ）は鉄板の穴を示す拡大図であり、（ｃ）は、樹脂部品を示す斜視図である。 （ａ）はリング型磁石を示す斜視図であり、（ｂ）は鉄板の穴を示す拡大図であり、（ｃ）は、樹脂部品を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）は、リング型磁石と穴との位置関係を示す模式図である。

符号の説明

１、３０ 自動組立装置
２ スカラロボット
３、３２ 組付け部
６ 測定カメラ
７、２７ 鉄板
１０、４０ リング型電磁石
１１ 力センサ
２０ ヨーク
２１ コイル
２４、４４ 穴
２８ 樹脂部品
２９ 爪
３１ 直交ロボット
４０ コの字型磁石
１００、１１０ コントローラ

Claims (14)

1. 磁性体部品の平面部に形成された穴に組付部品を挿入する自動組立装置であって、
   上記平面部と隙間を有して対向するように配置され、上記平面部に対して略垂直なリング穴を有し、かつ当該リング穴の中心軸に対して略軸対称に磁化されたリング型磁石と、
   上記組付部品を、当該組付部品の中心軸と上記リング穴の中心軸とを合わせて保持し、かつ上記中心軸方向に移動する部品保持部と、
   上記リング型磁石および上記部品保持部を、上記平面部に対して平行に移動可能に支持する案内部とを、備えていることを特徴とする自動組立装置。
2. 上記リング型磁石に働く磁力の強さおよび方向を検知する検知部と、
   上記案内部を上記平面部に対して平行に移動する駆動部と、
   上記検知部が検知した磁力に基づいて上記駆動部を制御する制御部とを、備えていることを特徴とする請求項１に記載の自動組立装置。
3. 上記磁性体部品の画像を取得する撮像手段と、上記画像から上記穴の概略位置を算出する画像処理手段とを、備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の自動組立装置。
4. 移動後の上記案内部を固定する固定部を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の自動組立装置
5. 上記リング型磁石は、上記磁性体部品と対面する側が開口したコの字状の断面を有するリング形状のヨークと、上記ヨークの開口内に固定された磁石部とから構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の自動組立装置。
6. 上記磁石部は電磁石であり、
   上記電磁石の電源操作を行う電磁石制御部を備えていることを特徴とする請求項５に記載の自動組立装置。
7. 上記磁石部は、上記ヨークのリング形状に沿って等間隔に配置された複数の磁石であることを特徴とする請求項５に記載の自動組立装置。
8. 上記リング型磁石は、磁石支持部を介して上記案内部に支持されており、
   上記磁石支持部は、上記リング型磁石と共に回転移動するリング型磁石退避機構を備えていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の自動組立装置。
9. 上記リング型磁石は、互いに接してリング形状を形成する複数の分割磁石から構成されており、
   上記分割磁石は、磁石支持部を介して上記案内部にそれぞれ支持されており、
   上記磁石支持部は、上記平面部に対して略水平な軸を中心にして、上記分割磁石と共に回転移動するリング型磁石退避機構を備えていることを特徴とする請求項４に記載の自動組立装置。
10. 上記リング穴の形状は、上記穴、または上記磁性体部品が当該穴の周囲に有する段落ち部と同じ形状を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の自動組立装置。
11. 上記リング穴の寸法は、上記穴の寸法、または上記段落ち部の外径の寸法に対して、１倍以下であることを特徴とする、請求項１０に記載の自動組立装置。
12. 上記リング型磁石の外形寸法は、上記リング穴の寸法の２倍以上であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の自動組立装置。
13. 上記制御部が、上記検知部から出力された磁力の強さと方向に基づいた補正移動量を算出し、上記案内部が、上記制御部の算出情報に基づいた補正移動を行うことを特徴とする請求項２に記載の自動組立装置。
14. 上記制御部が、前記検知部から出力される磁力の強さが所定の閾値を下回るまで、前記検知部から出力された磁力の強さと方向に基づいた補正移動量を算出し、上記案内部が、上記制御部の算出情報に基づいた補正移動を繰り返すことを特徴とする請求項２に記載の自動組立装置。

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