JP2010221381A - 部品組立方法および部品組立装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立パレットの姿勢が傾いていてもその傾いた組立パレット上の第１の部品に第２の部品を組み立てることができる部品組立方法および部品組立装置を提供する。
【解決手段】 組立パレット１０の上面に５つのＬＥＤが配置されたＬＥＤ基板１２０を設ける。このＬＥＤ基板の表面に４個のＬＥＤ１２１が置かれ、もう１個のＬＥＤ１２２は、その４個のＬＥＤが置かれた面から垂直方向に離れた位置に置かれている。カメラ３０を、このＬＥＤ基板１２０の表面への垂線Ｐから離れた位置において、その位置に置いたカメラ３０からＬＥＤ１２１，１２２を撮影し撮影画像に基づいて位置・姿勢認識部で位置・姿勢を認識し、さらに位置・姿勢算出部５１でＬＥＤ基板１２０の３次元座標を算出する。これにより組立パレットが傾いていてもその傾いた組立パレット上の第１の部品に第２の部品を精度良く組み付けることを可能にする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、部品組立方法および部品組立装置に関する。

特許文献１には、組立パレットに位置あわせ用のマークを設けておいて、ロボットアームに付けたカメラでそのマークを撮影し撮影したマークを表わす画像に基づいてその組立パレットへの部品の組立をロボットアーム先端のロボットハンドに行なわせるロボット制御装置が開示されている。

また特許文献２には、ロボットアームの先端に着脱自在に取り付けた視覚センサで位置較正用の基準画像を撮影しておいて、ロボットアーム先端の溶接ガンを溶接位置に配置するにあたってその位置較正用の基準画像を使ってスポット溶接ガンの置き位置を補正する技術が開示されている。

特許文献３には、作業台にマークを設けるとともに無人搬送車に視覚センサを搭載しておいて、その視覚センサを通して無人搬送車に作業台のマークの位置を認識させ、その無人搬送者に搭載された多軸ロボットにそのマークの位置にあわせて作業を行なわせる移動ロボット装置が開示されている。

特開平０５−３０１１８３号公報 特開２００５−１３８２２３号公報 特開平１１−１５６７６４号公報

本発明は、組立パレットの位置・姿勢がずれたり傾いたりしてもその位置のずれた、あるいは傾いた組立パレット上の第１の部品に第２の部品を組み立てることができる部品組立方法および部品組立装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の部品組立方法は、
カメラで、複数の光点からなる光点群を有し位置および姿勢の計測の対象となる被計測体と第１の部品とをそれぞれ予め定められた各位置に支持した組立パレットに支持された被計測体の上記光点群を撮影する撮影過程と、
上記カメラでの撮影により得られた撮影画像上の、光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
位置・姿勢認識過程で認識した被計測体の位置および姿勢と、組立パレットに支持された被計測体および第１の部品の幾何学的な配置位置とに基づいて第１の部品の位置および姿勢を算出する位置・姿勢算出過程と、
ロボットに第２の部品を把持させ、位置・姿勢認識過程で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいてその第２の部品を第１の部品に正対させて、その第２の部品を上記第１の部品に組み立てさせる部品組立過程とを有する部品組立方法である。

尚、本発明にいう「把持」は、部品を機械的に挟むものであってよいが、それに限られるものではなく、部品を真空吸着するもの、あるいは電磁石で部品を磁気的に吸着するもの等、部品を持ち上げ得る状態にするものであればよい。

請求項２記載の部品組立方法は、請求項１の部品組立方法において、被計測体が、互いに離れた位置に置かれた３つの光点とそれら３つの光点それぞれを頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの光点とを含む光点群を有し、上記撮影過程が、上記１つの光点を通る上記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置に置かれたカメラで被計測体上の上記光点群を撮影する過程を含む部品組立方法である。

請求項３記載の部品組立方法は、請求項１又は２記載の部品組立方法において、上記部品組立過程が、組立パレットに支持された第１の部品に第２の部品が組み立てられた状態の部品群を新たな第１の部品とし、新たな第１の部品にさらに組み立てられる部品を新たな第２の部品として、部品の組立てを複数回繰り返す過程である部品組立方法である。

請求項４記載の部品組立装置は、
カメラと、
上記カメラに、複数の光点からなる光点群を有し位置および姿勢の計測の対象となる被計測体と第１の部品とをそれぞれ予め定められた各位置に支持した組立パレットに支持された被計測体の光点群を撮影させる撮影制御部と、
上記カメラでの撮影により得られた撮影画像上の、光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識部と、
位置・姿勢認識部で認識した被計測体の位置および姿勢と、組立パレットに支持されたその被計測体および第１の部品の幾何学的な配置位置とに基づいてその第１の部品の位置および姿勢を算出する位置・姿勢算出部と、
第１の部品に組み立てられる第２の部品を把持し把持した第２の部品に組み立てるためのロボットと、
上記ロボットに第２の部品を把持させ、位置・姿勢認識部で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいて第２の部品を第１の部品に正対させ、第２の部品を第１の部品に組み立てさせる部品組立制御部とを備えた部品組立装置である。

請求項５記載の部品組立装置は、請求項４記載の部品組立装置において、上記被計測体は、互いに離れた位置に置かれた３つの光点とそれら３つの光点それぞれ頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの光点とを含む光点群を有し、上記撮影制御部が、上記１つの光点を通る上記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置に置かれたカメラで被計測体上の光点群を撮影する部品組立装置である。

請求項６記載の部品組立装置は、請求項４又は５記載の部品組立装置において、上記部品組立制御部が、組立パレットに支持された第１の部品に第２の部品が組み立てられた状態の部品群を新たな第１の部品とし、その新たな第１の部品にさらに組み立てられる部品を新たな第２の部品として、部品の組立てを複数回繰り返させる部品組立装置である。

請求項７記載の部品組立装置は、請求項６記載の部品組立装置において、順次組み立てられていく複数の部品のうちの少なくとも一部の部品が、それら複数の部品の組立ての段階に応じて光点のあらわれる態様が変化する位置に光点を有する部品組立装置である。

請求項８記載の部品組立装置は、請求項４から請求項７のうちのいずれか１項記載の部品組立装置において、上記カメラと上記ロボットが、互いに固定されて一体的にのみ位置および姿勢の変更が可能な部品組立装置である。

請求項９記載の部品組立装置は、請求項４から請求項７のうちのいずれか１項記載の部品組立装置において、上記カメラと上記ロボットは、互いに独立に位置および姿勢の変更が可能な部品組立装置である。

請求項１０記載の部品組立装置は、請求項４から請求項９のうちのいずれか１項記載の部品組立装置において、上記光点が発光ダイオードである部品組立装置である。

請求項１１記載の部品組立装置は、請求項４から請求項９のうちのいずれか１項記載の部品組立装置において、上記光点が入射光を入射方向に反射させる再帰反射体である部品組立装置である。

請求項１記載の部品組立方法および請求項４記載の部品組立装置によれば、組立パレットの位置がずれたり姿勢が傾いたりしても組立パレット上の第１の部品に第２の部品を組み立てることができる。

請求項２記載の部品組立方法および請求項５記載の部品組立装置によれば、複数の光点が平面上に設けられている場合よりも被計測体の位置・姿勢を正確に算出することができる。

請求項３記載の部品組立方法および請求項６記載の部品組立装置によれば、組立の順序にしたがって、第２の部品を第１の部品に順次に組み立てていくことができる。

請求項７記載の部品組立装置によれば、組立の順序にしたがって、どの段階まで組み付けたかを、光点のあらわれる態様の変化により認識することができる。

請求項８の部品組立装置によれば、移動・姿勢制御機構が１つで済む。

請求項９の部品組立装置によれば、カメラ、ロボットそれぞれに必要な動作のみ行なわさせることができる。

請求項１０の部品組立装置によれば、カメラによる撮影画像上で明るい光像を得ることができる。

請求項１１の部品組立装置によれば、被計測体への発光のための電力の供給が不要である。

従来の部品組立方法を説明する図である。 計測法の説明図である。 本発明の第１実施形態の部品組立方法の説明図である。 本発明の第２実施形態の部品組立方法の説明図である。 本発明の第３実施形態の部品組立方法の説明図である。 本発明の第４実施形態の部品組立方法の説明図である。 ＬＥＤ基板の固定位置を示す図である。 画像形成装置の主要部の概略構成図である。 感光体組立体の組立てに用いられるロボットの斜視図である。 組立パレットとその組立パレットに支持された樹脂部品である枠体を示した斜視図である。 整列トレイとその整列トレイ上に並べられた清掃部材を示す斜視図である。 清掃部材の取出し前の、整列トレイにロボットが近づいてきた状態を示す斜視図である。 整列トレイ上の清掃部材のうちの一本がロボットにより取り出された状態を示す斜視図である。 清掃部材を吸着した状態のロボットが組立パレットに近づいてきた様子を示す斜視図である。 枠体に清掃部材が組み付けられた状態を示す斜視図である。 組立て終了後の感光体組立体の斜視図である。 組立て終了後の感光体組立体を図１６とは別の視点から見たときの斜視図である。 枠体を示す図である。 枠体に清掃部材が組み付けられた状態を示す図である。 さらに感光体が組み付けられた状態を示す図である。 さらに感光体保持体が組み付けられた状態を示す図である。 感光体保持体が組み付けられた状態の部分拡大斜視図である。 さらに支持板が組み付けられた状態を示す図である。 支持板組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。 さらに後カバーが組み付けられた状態を示す図である。 後カバーが組み付けられた状態の部分拡大斜視図である。 さらに前カバーが組み付けられた状態を示す図である。 前カバーの組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。 さらに露光器が組み付けられた状態を示す図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

ここでは先ず、比較例として、従来の部品組立方法について説明し、次いで、本発明の部品組立方法に適用される新規な計測法について説明し、その後で本発明の各種実施形態について説明する。

図１は、従来の部品組立方法を説明する図である。

図１（ａ）には、組立ポイントに組立パレット１０が搬送されてきたときにその組立ポイントで組立パレット１０が突当部１５に衝突して停止した後の状態が示されている。

図１（ｂ）には、図１（ａ）の状態になったときに組立パレット１０が動くことを防止するために停止後に位置決め用のピン１４で組立パレット１０が位置決めされ第２の部品１３が組み立てられることが示されている。

図１（ｃ）には、位置決め用のピン１４で組立パレット１０を位置決めする代わりに、組立パレット１０が停止した直後に組立パレット１０を昇降機構１６を使って上昇させて位置決めが行なわれた後の状態が示されている。

図１（ｄ）には、図１（ｃ）の状態になった後で第２の部品１３が第１の部品１１に組み立てられることが示されている。なお、図示は省略してあるが、これらの例では、組立ポイントにロボットが配備されていて組立パレットが停止した後にそのロボットによって第２の部品１３が自動的に組立パレット上の第１の部品１１に組み立てられる。以下も、これを前提として説明する。

図１を参照して従来の部品組立方法を説明する。

組立パレット１０上に第１の部品１１が置かれている。この組立パレット１０は、第１の部品１１を載せた状態で搬送台１２により矢印Ｄの方向に搬送され、概ねこの図１（ａ）に示す位置で、突当部１５（この例では昇降するピンで構成されている）に突き当たるなどして停止する。停止時には突き当たった衝撃で組立パレット１０が傾くことがあるため、図１（ｂ）に示す位置決め用のピンをスライドさせる機構１４や図１（ｃ）のような組立パレット１０を昇降させる機構１６を設けて停止直後に組立パレット１０の位置決めが行なわれる。

こうして精度良く位置決めされた組立パレット１０に載せられている第１の部品１１にロボットにより第２の部品１３が組み立てられる。

このように従来の部品組立方法では、位置決め機構等の機構を設ける必要があために設備が大型化するという問題を抱えている。

これらを踏まえて本発明の各種実施形態を説明する。

図２は、以下の各実施形態で採用される新規な計測法の説明図である。

ここには、ＬＥＤ基板１２０とカメラ３０が示されている。

このＬＥＤ基板１２０には、複数のＬＥＤ１２１，１２２が配置されている。このＬＥＤ基板１２０には、その表面に配置されたＬＥＤ１２１と、そのＬＥＤ基板１２０の表面から少し高い位置にあるもう１つのＬＥＤ１２２とが固定されている。

以下の各実施形態では、新規な計測法を用いてこのＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を計測することにより計測精度が高められている。

このカメラ３０による撮影画像に基づく従来の計測法は、基本的には以下の通りである。ここでは、ＬＥＤ基板１２０の表面に配置されたＬＥＤ１２１を計測するものとして説明する。

カメラ３０の位置および姿勢は既知であり、その位置および姿勢が既知のカメラ３０でＬＥＤ基板１２０上のＬＥＤ１２１を撮影し、撮影画像上のＬＥＤ１２１の像の位置からカメラ３０から見たときのＬＥＤ１２１の方向が求められる。各ＬＥＤ１２１相互の相対位置関係はあらかじめ分かっており、したがってカメラ３０から見たときの各ＬＥＤ１２１の方向が求められると、それらの情報からそれらのＬＥＤ１２１で決める平面、すなわちＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が求められる。あるいは、球面収差の大きな撮影レンズを搭載したカメラを使用し、各ＬＥＤ１２１の撮影画像上の像の寸法を利用してもよい。球面収差の大きな撮影レンズを使用すると、ＬＥＤ１２１の撮影画像上の像は略円形にボケた像となる。しかもその像の寸法は、カメラ３０からＬＥＤ１２１までの距離によって異なる。これを利用し、そのＬＥＤ１２１の像の寸法に基づいて、カメラ３０からＬＥＤ１２１までの距離が求められる。

このようにして、ＬＥＤ基板１２上の３個のＬＥＤ１２１のそれぞれの方向と距離を求めると、３個のＬＥＤ１２１それぞれの三次元的な位置が求められ、その３個のＬＥＤ１２１で決まる参照面の位置および姿勢、すなわち３個のＬＥＤ１２１が配置されたＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が求められる。ここでは従来の計測法を２例紹介したが、それらの計測法を併用してもよい。尚、図２では、ＬＥＤ基板１２０の表面に４個のＬＥＤ１２１が示されているが、４個目のＬＥＤ１２１は、ＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を計測する際の精度向上のために用いられる。あるいは、４個目のＬＥＤ１２１の位置をＬＥＤ基板１２０ごとに変更し、ＬＥＤ基板を特定するためのＩＤとしてその４個目のＬＥＤ１２１を用いても良い。

このＬＥＤ基板１２０を図１の組立パレット１０のあらかじめ定められた位置に固定すると、ＬＥＤ基板１２１の位置及び姿勢が求められ、組立パレット１０上の第１の部品１１の位置および姿勢が求められる。このようにして、組立パレット１０に支持された第１の部品１１の位置および姿勢が求められると、例え組立パレット１０が傾いたとしてもロボットにその傾いた組立パレット１０上の第２の部品１１に対して第１の部品を正確に組み立てさせることができる。

ここまで説明してきた従来の計測法の場合、カメラ３０から見たときの各ＬＥＤ１２１の方向についてはかなり高精度に計測されるが、カメラ３０と各ＬＥＤ１２１との間の距離については方向についての計測精度ほどの精度はない。

そこでここでは、以下に説明する様に、もう１つのＬＥＤ１２２を追加して距離の分解能を向上させている。

前述した様に、もう１個のＬＥＤ１２２は、上記参照面（ここではＬＥＤ基板１２０の表面と重なっている）から垂直方向に離れた位置に置かれている。

図２では、カメラ３０は、このＬＥＤ基板１２０の表面（３個のＬＥＤ１２１により形成される三角形の参照面）へのＬＥＤ１２２を通る垂線Ｐと撮影レンズの光軸とが不一致の位置から、その参照面を向いた姿勢に置かれている。このように、カメラ３０を垂線Ｐと撮影光軸とが不一致の位置に置いて、その位置に置いたカメラ３０からＬＥＤ１２１，１２２を撮影すると、その撮影方向に応じてＬＥＤ基板１２０の表面のＬＥＤ１２１とその表面から少し立ち上がった位置にある１個のＬＥＤ１２２の、撮影画面上での位置のずれ方が異なる。

このようにして、上述した従来の計測法を採用し、さらにその従来の計測法に加え、ＬＥＤ１２１とＬＥＤ１２２の、撮影画面上での位置のずれ方の違いを利用することで、参照面の位置および姿勢、すなわち図２の例ではＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を、上述の従来の計測法による計測、すなわち、ＬＥＤ１２０の表面に平面的に配置されたＬＥＤ１２１の方向と距離の計測よりも高精度に特定することができる。

図３は、本発明の第１実施形態としての部品組立方法の説明図である。

図３には、図１と同様であって、図２で説明した新規な蛍狩り計測法が適用された例が示されている。詳細は後述するが、上記の新規な計測法を用いると、図１には必要であった位置決め機構１４，１６を廃止することができる。

図３を参照して、部品組立方法を説明する。

図３（ａ）には、組立ポイントに組立パレット１０が搬送されてきたときにその組立ポイントで組立パレット１０が突当部１５（この例では昇降するピンで構成されている）停止した後の状態が示されている。図３（ｂ）、図３（ｃ）には、図３（ａ）の状態になった後で停止時の衝撃で組立パレット１０が傾いた後の状態がそれぞれ示されている。

図３を参照して本実施形態の部品組立方法を説明する。

組立パレット１０上に第１の部品１１が置かれている。この組立パレット１０は、第１の部品１１を載せた状態で搬送台１２により矢印Ｄの方向に搬送され、概ねこの図３（ａ）に示す位置で、突当部１５に突き当たるなどして停止する。この組立パレット１０の予め決められた位置に図２のＬＥＤ基板１２０が設けられている。本実施形態では、ＬＥＤ基板１２０が本発明にいう被計測体の一例を構成する。

組立ポイントで停止した組立パレット１０の上部には、ロボット２０が置かれている。このロボット２０は、ロボットアーム２１と、部品１３を組み立てるためのロボットハンド２２とを有する。またその組立パレット１０のＬＥＤ基板１２０の上方には、カメラ３０が固定されている。

このカメラ３０は、制御部４０によりその動作が制御される。またこのロボット２０は、制御部４０によりその位置や姿勢が制御される。この制御部４０は、本発明にいう、撮影制御部と部品組立制御部とを兼ねたものであり、例えばコンピュータとそのコンピュータ内で実行される制御プログラムとで構成される。

カメラ３０でＬＥＤ基板１２０の撮影が行なわれると、その撮影画像を基に位置・姿勢認識部５０が参照面の位置および姿勢、すなわち図３の例ではＬＥＤ基板１２０が上面に固定されている組立パレット１０の位置および姿勢を高精度に特定することができる。この位置・姿勢認識部５１も、制御部４０と同様、コンピュータとそのコンピュータ内で実行される位置・認識プログラムにより構成することができる。コンピュータは、制御部２２を構成するコンピュータと共用してもよい。また、後述する位置・姿勢算出部５２も、コンピュータとそのコンピュータ内で実行される位置・姿勢算出プログラムとで構成することができ、そのコンピュータは、制御部４０および位置・姿勢認識部５０を構成するコンピュータと共用してもよい。

こうして、組立パレット１０が図３（ｂ）、図３（ｃ）のように傾いたような場合であっても、その組立パレット１０の位置及び姿勢が高精度に特定され、位置・姿勢算出部５１において、その組立パレット１０の位置及び姿勢を基に第１の部品１１の位置及び姿勢が算出され、制御部４０の指示の下に図３（ｃ）に示すようにロボットハンド２２が組立パレット１０の第１の部品１１に正対して置かれて、第２の部品１３が第１の部品に正確に組み付けられる。

なお、この第１実施形態では、カメラ３０は固定されているものとしたが、カメラ３０を移動可能とし、ＬＥＤ基板１２０を最適な位置から撮影するようにしてもよい。またカメラ３０を移動可能とするにあたっては、ロボット２０に一体的に固定しても良い。その場合には、一体的な位置および姿勢の変更が可能であり、この場合、カメラ３０独自の移動機構は不要である。

また、ＬＥＤ１２１，１２２を点灯させるための電力供給方法については、ＬＥＤ基板１２０上に電池が搭載され、その電池からＬＥＤ１２１，１２２に電力を供給してもよい。あるいはＬＥＤ基板１２０上にコイル又はアンテナを搭載し、外部から電磁誘導あるいは電波により電力を供給し、その供給を受けた電力でＬＥＤ１２１，１２２を点灯させてもよい。この場合、ＬＥＤ基板１２０上に消耗品である電池を搭載する必要がなく、保守性の向上につながる。

さらに、この第１実施形態におけるＬＥＤ１２１，１２２に代えて、再帰反射体（再帰反射体）を用いてもよい。再帰反射体は、その再帰反射体への入射光をその入射方向に反射させる性質を有する。ＬＥＤ基板１２０上のＬＥＤ１２１，１２２の代わりに再帰反射体を置き、カメラ３０側から照明してその反射光をカメラ３０で撮影することによりＬＥＤ１２１，１２２を置いたときと同等の計測が可能であり、かつ再帰反射体自体には電力は不要であるため、この場合も保守性の向上が図られる。

再帰反射体の場合、組立パレット１０側に電力を供給したり電力発生源を置かずに済むため、防爆環境にも適性がある。

次に第２実施形態を説明する。

図４は、本発明の第２実施形態の部品組立方法の説明図である。尚、以降の図４から図６では、図３に示す位置・姿勢認識部５１、位置・姿勢算出部５１および制御部４０の図示は省略し、必要に応じて図３を参照するものとする。

この図４に示す第２実施形態は、図３に示す第１実施形態と同様の実施形態である。

ここでは、組立パレット７１上の、それぞれあらかじめ定められた各位置にＬＥＤ基板１２０と第１の部品７２が置かれている。ＬＥＤ基板１２０は、図２を参照して説明した形状のものである。この組立パレット７１は、ＬＥＤ基板１２０と第１の部品７２を載せた状態で搬送台７９により矢印Ｄ方向に搬送され、概ねこの図４に示す位置で、例えば図示できない突当部に突き当たるなどして停止する。

カメラ３０は、停止した組立パレット７１上のＬＥＤ基板１２０を斜めに撮影する位置および姿勢に固定されている。このＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が求められると、それに基づいて、同じ組立パレット７１のあらかじめ定められた位置に載せられている第１の部品７２の位置および姿勢も求められる。

一方、ロボットハンド２２には第２の部品７３が把持されている。この第２の部品７３は組立パレット７１上の第１の部品７２に組み付けられる部品である。ロボット２０は、カメラ３０での撮影画像に基づいて求めた第１の部品７２の位置および姿勢の情報に基づいてその位置および姿勢を変え、第２の部品７３を組立パレット７１上の第１の部品７２に正対させ、その第２の部品７３を第１の部品７２に組み付ける。

また、この第２実施形態では、カメラ３０は固定されているものとして説明したが、カメラ３０の位置や姿勢を変えるための移動機構を設けてもよい。

図５は、本発明の第３実施形態の部品組立方法の説明図である。ここでは図４に示す第２実施形態との相違点について説明する。

この図５に示す第３実施形態の場合は、ＬＥＤ基板１２０が組立パレット７１上のあらかじめ定められた位置に斜めに固定されており、カメラ３０はその斜めに固定されたＬＥＤ基板１２０直上から撮影する位置に固定されている。

こうすると、ＬＥＤ基板１２０をその垂線に対し斜めの方向から撮影してＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を高精度に求めるという作用はそのまま維持した上で、カメラ３０を直上に固定することができることから設備配置空間の削減が図られる。

図６は、本発明の第４実施形態としての部品組立方法の説明図である。図４に示す第２実施形態との相違点について説明する。

図４に示す第２実施形態の場合、カメラ３０は移動不能に固定されているが、この図６に示す第４実施形態の場合、カメラ３０がロボットハンド２２に固定されていて、ロボットハンド２２の移動とともに移動する。

この図６に示すように、カメラ３０をロボット２０に固定すると、組付け時にロボット２０とカメラ３０との干渉を確実に避けることができ、組み付けのためのロボット２０の移動の自由度が向上する。

ここで、組立パレット１０に固定されるＬＥＤ基板１２０の固定位置ついて説明する。

図７は、ＬＥＤ基板１２０の固定位置を示す図である。

図７（ａ）には上記実施形態で用いられたＬＥＤ基板１２０の固定位置が示されている。この図７（ａ）の位置にＬＥＤ基板１２０が固定されていると、図７（ａ）の右側に示す様に組立パレット１０が回転しても回転した後の組立パレット１０の位置および姿勢が精度良く認識され、第２の部品１３が第１の部品１１に組み立てられる。

図７（ａ）の位置にＬＥＤ基板１２０を固定するだけでも充分であるが、より精度を上げるために、図７（ｂ）に示す様に、対角位置に２つＬＥＤ基板１２０を設けても良い。また、図７（ｃ）に示す様に、４個のＬＥＤ１２１を組立パレットの４隅に１つずつ設け、中央にＬＥＤ１２２を設ける構成にしても良い。この図７（ｃ）の構成にすると、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す構成よりも組立パレット１０を小型にすることが可能となる。

最後に、本発明の部品組立方法の第５実施形態について説明する。ここでは先ず、その前提となる画像形成装置についてその概要を説明する。

図８は、画像形成装置の主要部の概略構成図である。

図８に示すように、この画像形成装置１００には、４つの画像形成部１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋが備えられており、各画像形成部には、それぞれ、矢印Ａ方向に回転する感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ、帯電器１１３Ｙ，１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋ、露光器１１４Ｙ，１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋ、現像ロール１１２Ｙ，１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋ、一次転写ロール１２０Ｙ，１２０Ｍ，１２０Ｃ，１２０Ｋ、および清掃部材１１５Ｙ，１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋが備えられている。

尚、この画像形成装置１００では、フルカラーの印刷が可能となっており、上記の各構成要素の末尾に付された符号Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、および黒の画像形成用の構成要素であることを示している。

また、この画像形成装置１００には、矢印Ｂ方向に循環する中間転写ベルト１３０、二次転写ロール１４０、テンションローラ１３１、および、各画像形成部１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋに画像情報を送信する画像情報処理部１５０も備えられている。

この画像情報処理部１５０は、外部から入力されてきた画像情報を各色毎の画像情報に分解して露光器１１４Ｙ，１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋに送信する。

この画像形成装置１００の基本的な画像形成動作について説明する。

この画像形成装置１００では、先ず、イエローの画像形成部１１０Ｙによるトナー像形成が開始され、矢印Ａ方向に回転する感光体１１１Ｙの表面に、帯電器１１３Ｙにより所定の電荷が付与される。次に、画像情報処理部１５０から送信されてくる画像情報に応じて、露光器１１４Ｙにより生成されたイエロー画像に相当する露光光が感光体１１１Ｙの表面に照射され、静電潜像が形成される。その静電潜像は現像ロール１１２Ｙによりイエローのトナーで現像されて感光体１１１Ｙ上にイエローのトナー像が形成される。そのトナー像は一次転写ロール１２０Ｙの作用により中間転写ベルト１３０に転写される。

ここで、この画像形成装置１００では、トナーと、トナーの帯電特性を確保するための外添剤によって被覆された磁性キャリアを含む現像剤が用いられ、画像情報に応じて感光体上に形成された静電潜像が現像剤のうちのトナーで現像される。また、この画像形成装置１００では、上記のような現像剤が充填された現像剤カートリッジが装置内に装填された後はトナーの充填のみが行なわれ、トナーと磁性キャリアとが混ざりあうことで、トナーはマイナスに帯電され、磁性キャリアの外添剤はプラスに帯電される。

中間転写ベルト１３０は、その中間転写ベルト１３０上に転写されたイエローのトナー像が次の色の画像形成部１１０Ｍの一次転写ロール１２０Ｍに到達するタイミングに合わせて、次の色のマゼンタのトナー像が一次転写ロール１２０Ｍに到達するように、マゼンタの画像形成部１１０Ｍによるトナー像形成が行なわれる。こうして形成されたマゼンタのトナー像は、一次転写ロール１２０Ｍの作用により、中間転写ベルト１３０上のイエローのトナー像の上に重ねて転写される。

続いて、シアンおよび黒の画像形成部１１０Ｃ，１１０Ｋによるトナー像形成が上記と同様のタイミングで行なわれ、各一次転写ロール１２０Ｃ，１２０の作用により中間転写ベルト１３０のイエローおよびマゼンタのトナー像の上に順次重ねて転写される。

こうして、中間転写ベルト１３０上に転写された多色トナー像は、二次転写ロール１４０によって最終的に用紙１５０に二次転写され、多色トナー像は用紙１５０とともに矢印Ｃ方向に搬送され、図示しない定着器により定着されることにより用紙１５０上にカラー画像が形成される。

中間転写ベルト１３０への転写後に各感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ上に残有するトナーは清掃部材１１５Ｙ,１１５Ｍ,１１５Ｃ,１１５Ｋで感光体１１１Ｙ,１１１Ｍ,１１１Ｃ,１１１Ｋ上から掻き落とされて排トナーとなる。この掻き落とされた排トナーは図示しない機構により、図８の紙面に垂直な方向に搬送され、図示しない排トナー受けタンク等に排出される。

ここで、例えばイエローの画像形成部１１０Ｙを例に挙げると、感光体１１１Ｙと、帯電器１１３Ｙと、清掃部材１１５Ｙは１つの感光体組立体として本発明の部品組立方法により組み立てられて、この画像形成装置１００に配備される。他の画像形成部についても同様である。

以下では、この感光体組立体の組立てを例にした本発明の第５実施形態について説明する。

図９は、感光体組立体の組立てに用いられるロボットの斜視図である。

ここには、ロボット２００を構成するロボットアーム２０１とロボットハンド２０２が示されている。ロボットハンド２０２には、真空吸着により部品を吸着（本発明にいう把持の一例）して部品を持ち上げる吸着パッド２０３が備えられている。また、このロボットハンド２０２には、計測用のカメラ２９０も固定されている。ロボットハンド２０２は、位置および姿勢が自在に変更される。

図１０は、組立パレットとその組立パレットに支持された樹脂部品である枠体を示した斜視図である。この枠体４１０は感光体組立体の枠体であって感光体組立体を構成する部品の１つである。

組立パレット３００には、４つの保持片３０１が固定されており、その保持片３０１により、組立パレット３００上にＬＥＤ基板３１０が固定されている。このＬＥＤ基板３１０上には、計測用の３個のＬＥＤ３１１と、このＬＥＤ基板３１０を他のＬＥＤ基板と区別して特定するためのＩＤとして使用されるＬＥＤ３１２と、ＬＥＤ基板３１０よりも少し立ち上がった位置に固定された１個のＬＥＤ３１３とを有する。ＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢計測用としては、３個のＬＥＤ３１１と１個のＬＥＤ３１３が用いられる。１個のＬＥＤ３１２は、その配置位置がＬＥＤ基板３１０ごとに異なり、この配置位置を特定することによりこのＬＥＤ基板３１０を他のＬＥＤ基板から区別することができる。ＬＥＤ基板３１０上のＬＥＤ３１１，３１３を用いてＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢を求める方法は、図２を参照して説明した方法と同様であり、ここでの詳細説明は省略する。

この組立パレット３０には、枠体４１０を保持するための２つの保持片３０２と、組立パレット３００上での枠体４１０の位置決めのための２つの位置決めピン３０３が図示されている。枠体４１０には２つの位置決め穴４１１が設けられており、この枠体４１０は、保持片３０２に載せられ位置決めピン３０３が位置決め穴４１１に入り込むことにより、組立パレット３００のあらかじめ定められた定位置に置かれている。

このように、この組立パレット３００上には、それぞれ定まった位置にＬＥＤ基板３１０と枠体４１０が配置されており、ＬＥＤ基板３００の位置および姿勢を求めることにより、枠体４１０の位置および姿勢も一義的に求められる。

図１１は、整列トレイとその整列トレイ上に並べられた清掃部材を示す斜視図である。

この図１１に示す整列トレイ３３０には、１０本の清掃部材４２０が整列している。この清掃部材４２０は、その１本ずつが、図８に示す清掃部材１１５Ｙ，１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋの１本に相当するものである。図１１に示す清掃部材４２０は、感光体に直接に接するゴム部品４２１と、そのゴム部品４２１を支持する板金部品４２２との複合部品である。

整列トレイ３３０には、清掃部材４２０が１本ずつ収容される１０本の収容溝３３１を有し、清掃部材４２０は、各収容溝３３１に１本ずつ収容され、これにより、各清掃部材４２０の整列トレイ３３０上での位置および姿勢が、あらかじめそれぞれ定められた位置および姿勢に保たれている。

また、この整列トレイ３３０には、ＬＥＤ基板３４０が嵌り込む窪み３３２が設けられており、その窪み３３２にはＬＥＤ基板３４０が嵌り込んでいる。ＬＥＤ基板３４０は、窪み３３２に嵌り込むことにより、整列トレイ３３０上の位置および姿勢があらかじめ定められた位置および姿勢に固定されている。

このＬＥＤ基板３４０には、図１０に示すＬＥＤ基板３１０と同じ位置に、３個のＬＥＤ３４１と１個のＬＥＤ３４３を備えている。もう１個のＬＥＤ３４２は、図１０に示すＬＥＤ基板３１０上のＬＥＤ３１２とはその配置位置が異なっている。これは配置位置をＬＥＤ基板ごとに変えることにより、ＬＥＤ基板を特定するＩＤとしての役割りを担わせるためである。

図１１のＬＥＤ基板３４０についても、カメラ２９０による計測によりそのＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢が認識され、これに基づいて整列トレイ３３０に並んだ清掃部材４２０一本一本の位置および姿勢が求められる。この整列トレイ３３０に並んだ清掃部材４２０のうちの一本が図９に示すロボット２００により取り出されて、図１０に示す枠体４１０に組み付けられる。

以下では、清掃部材４２０の、枠体４１０への組付け順序について説明する。

図１２は、清掃部材４２０の取出し前の、整列トレイ３３０にロボット２００が近づいてきた状態を示す斜視図である。

この後、カメラ２９０でＬＥＤ基板３４０の位置および姿勢が計測され、それに基づいて清掃部材４２０の位置および姿勢が把握され、ロボットハンド２２０の吸着パッド２２１が、取り出そうとする清掃部材４２０に正対する位置および姿勢に制御される。

図１３は、整列トレイ３３０上の清掃部材４２０のうちの一本がロボット２００により取り出された状態を示す斜視図である。

ロボット２００は、吸着パッド２０３を、整列トレイ３３０上の清掃部材４２０のうちの今回取り出そうとしている清掃部材に正対させた後、吸着パッド２０３がその清掃部材４２０に押し当てられ、真空吸着によりその清掃部材４２０を吸着パッド２０３に吸着させ、そのままその清掃部材４２０が上に持ち上げられることにより、清掃部材４２０が整列トレイ３３０から取り出される。

図１４に、清掃部材を吸着した状態のロボットが組立パレットに近づいてきた様子を示す斜視図である。

組立パレット３３０に近づいてきたロボッ２００は、そのロボット２００に取り付けられたカメラ２９０によってＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢が計測され、それに基づいて枠体４１０の位置および姿勢が把握され、ロボットハンド２０２の吸着パッド２０３に吸着された清掃部材４２０が組立パレット３００に固定された枠体４１０に対し正対した位置および姿勢となるようにロボット２００が移動する。

図１５は、枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられた状態を示す斜視図である。

上記のようにして清掃部材４２０を枠体４１０に正対させた後、図１５に示すように枠体４１０上に清掃部材４２０が組み付けられる。その後、吸着パッド２０３による吸着が解除され、ロボット２００が上昇して吸着パッド２０３が清掃部材４２０から離れる。

枠体４１０に清掃部材４２０を組み付けた後は、その清掃部材４２０の組付けと同様にして、後述する各種の部材が順次組み付けられる。

図１６、図１７は、組立て終了後の感光体組立体を互いに別の視点から見たときの各斜視図である。

ここには、感光体組立体４００の構成部品として、枠体部材４１０、感光体４３０、感光体保持体４４０、支持板４５０、後カバー４６０、前カバー４７０および帯電器４８０が示されている。感光体４３０は、図８に示す感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋのうちの１つに相当し、帯電器４８０は、図８に示す帯電器１１３Ｙ，１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋの１つに相当する。

尚、枠体４１０に最初に組み付けられた清掃部材４２０（例えば図１３参照）は、感光体４３０に覆われていて図１６、図１７には示されていない。

感光体保持体４４０、支持板４５０は、感光体４３０のそれぞれ後端、前端の支持する部材であり、後カバー４６０、前カバー４７０は、この感光体組立体４００の、それぞれ後方、前方を覆うカバーである。ただし、後カバー４５０には感光体４３０に回転駆動力を伝えるための開口４６１が形成されている。また前カバー４７０には、感光体４３０の累計の回転回数を記録しておくメモリを搭載した基板４７１が固定されている。

次に、感光体組立体４００を構成する各部品の組立て手順を説明する。

図１８は、枠体４１０を示す図である。

上述の説明では不要であったため省略したが、以下に説明する各図には、以下に説明するように、組付けの各段階を判別するための目印が付されている。これらの目印は、例えばＬＥＤや再帰反射体等、カメラ２９０（図９参照）で明瞭に撮影されるものであることが望ましい。

この図１８に示す枠体４１０には、支持板判別目印５０１、清掃部材判別目印５０２、感光体判別目印５０３および帯電器判別目印５０４が形成されている。

図１９は枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられた状態を示す図である。

ここでは、枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられたことにより、その清掃部材４２０で清掃部材判別目印５０２（図１８参照）が覆われ、カメラ２９０により、あるいは作業者の目により容易に、枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図２０は、さらに感光体４３０を組み付けた状態を示す図である。

感光体４３０の組み付けにより、それまで見えていた感光体判別目印５０３（図１９参照）が覆われる。これにより、カメラ２９０あるいは作業者の目により容易に、感光体４３０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図２１は、さらに感光体保持体４４０が組み付けられた状態を示す図、図２２はその状態の部分拡大斜視図である。

感光体保持体４４０には、新たな目印である感光体保持体判別目印５０５が形成されており、カメラ２９０又は作業者の目で、支持板判別目印５０１および露光器判別目印５０４のほかに、新たに感光体保持体判別目印５０５が加わったことを認識することにより、感光体保持体４４０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図２３は、さらに支持板４５０が組み付けられた状態を示す図、図２４は、支持板組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。

支持板４５０は、図２４に示すように、感光体４３０の前端から矢印Ｅ方向に差し込むようにして組み付けられる。この支持板４５０の組付け前は支持板判別目印５０１が見えているが、支持板４５０の組付けによりその支持板判別目印５０１が覆われる。カメラ２９０又は作業者によりこの支持板判別目印５０１が覆われたことが認識され、これにより支持板４５０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図２５は、さらに後カバー４６０が組み付けられた状態を示す図、図２６は、その状態の部分拡大斜視図である。

後カバー４６０には新たな目印である後カバー判別目印５０６が形成されており、この後カバー判別目印５０６が追加されたことがカメラ２９０又は作業者の目で認識され、これにより後カバー４６０が組み付けられた状態にあることが容易に認識される。

図２７は、さらに前カバー４７０が組み付けられた状態を示す図、図２８は、前カバー４７０の組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。

前カバー４７０は図２８に示すように支持板４５０に前方から矢印Ｆ方向に押し当てるようにして支持板４５０に組み付けられる。

この前カバー４７０には新たな目印である前カバー判別目印５０７が形成されており、この前カバー判別目印５０７が新たに追加されたことで、カメラ２９０により、又は作業者の目により容易に、前カバー４７０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図２９は、さらに帯電器４８０が組み付けられた状態を示す図である。

帯電器４８０が組み付けられるとその帯電器４８０で帯電器判別目印５０４が覆われる。これによりカメラ２９０により、あるいは作業者により一目で、帯電器４８０が組み付けられた状態にあることが認識される。

以上のように、感光体組立体を構成する各部品の組付けの各段階に応じて、目印があらわれるパターンが変化するように目印を形成しておくことで、カメラにより、あるいは作業者により一目で容易に、組付け段階を認識することができる。

１０ 組立パレット
１１ 第１の部品
１２ 搬送台
１３ 第２の部品
１４ 位置決めピン
１５ 突当部
１６ 昇降機
１２０， ＬＥＤ基板
１２１，１２２，３１２，３１３，３４１，３４２，３４３ ＬＥＤ
１３ 部品
２０ ロボット
２２ ロボットハンド
３０ カメラ
４０ 制御部
５０ 位置・姿勢認識部
５１ 位置・姿勢算出部
７０ 部品
７１ 再帰反射体
７２ 第１の部品
７３ 第２の部品
１００ 画像形成装置
１１０Ｙ,１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋ 画像形成部
１１１Ｙ,１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ 感光体
１１２Ｙ,１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋ 現像ロール
１１３Ｙ,１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋ 帯電器
１１４Ｙ,１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋ 露光器
１１５Ｙ,１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋ 清掃部材
１２０ 一次転写ロール
１３０ 中間転写ベルト
１３１ テンションローラ
１４０ 二次転写ロール
１５０ 画像情報処理部
２００ ロボット
２０１ ロボットアーム
２０２ ロボットハンド
２０３ 吸着パット
２９０ カメラ
３００ 組立パレット
４００ 感光体組立体
４１０ 枠体
４２０ 清掃部材
４３０ 感光体
４４０ 感光体保持体
４５０ 支持板
４６０ 後カバー
４７０ 前カバー
４８０ 帯電器
５０１ 支持板判別目印
５０２ 清掃部材判別目印
５０３ 感光体判別目印
５０４ 帯電器判別目印
５０５ 感光体保持体判別目印
５０６ 後カバー判別目印
５０７ 前カバー判別目印

Claims (11)

1. カメラで、複数の光点からなる光点群を有し位置および姿勢の計測の対象となる被計測体と第１の部品とをそれぞれ予め定められた各位置に支持した組立パレットに支持された該被計測体の前記光点群を撮影する撮影過程と、前記カメラでの撮影により得られた撮影画像上の、該光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて該被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
   前記位置・姿勢認識過程で認識した前記被計測体の位置および姿勢と、前記組立パレットに支持された該被計測体および前記第１の部品の幾何学的な配置位置とに基づいて該第１の部品の位置および姿勢を算出する位置・姿勢算出過程と、
   ロボットに第２の部品を把持させ、前記位置・姿勢認識過程で認識した前記被計測体の位置および姿勢に基づいて該第２の部品を前記第１の部品に正対させて、該第２の部品を前記第１の部品に組み立てさせる部品組立過程とを有することを特徴とする部品組立方法。
2. 前記被計測体は、互いに離れた位置に置かれた３つの光点と該３つの光点それぞれを頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの光点とを含む光点群を有し、
   前記撮影過程は、前記１つの光点を通る前記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置に置かれた前記カメラで該被計測体上の前記光点群を撮影する過程を含むものであることを特徴とする請求項１記載の部品取出方法。
3. 前記部品組立過程が、前記組立パレットに支持された前記第１の部品に前記第２の部品が組み立てられた状態の部品群を新たな第１の部品とし、該新たな第１の部品にさらに組み立てられる部品を新たな第２の部品として、部品の組立てを複数回繰り返す過程であることを特徴とする請求項１又は２記載の部品組立方法。
4. カメラと、
   前記カメラに、複数の光点からなる光点群を有し位置および姿勢の計測の対象となる被計測体と第１の部品とをそれぞれ予め定められた各位置に支持した組立パレットに支持された該被計測体の前記光点群を撮影させる撮影制御部と、
   前記カメラでの撮影により得られた撮影画像上の、該光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて該被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識部と、
   前記位置・姿勢認識部で認識した前記被計測体の位置および姿勢と、前記組立パレットに支持された該被計測体および前記第１の部品の幾何学的な配置位置とに基づいて該第１の部品の位置および姿勢を算出する位置・姿勢算出部と、
   前記第１の部品に組み立てられる第２の部品を把持し把持した第２の部品に組み立てるためのロボットと、
   前記ロボットに前記第２の部品を把持させ、前記位置・姿勢認識部で認識した前記被計測体の位置および姿勢に基づいて該第２の部品を前記第１の部品に正対させ、該第２の部品を前記第１の部品に組み立てさせる部品組立制御部とを備えたことことを特徴とする部品組立装置。
5. 前記被計測体は、互いに離れた位置に置かれた３つの光点と該３つの光点それぞれ頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの光点とを含む光点群を有し、
   前記撮影制御部は、前記１つの光点を通る前記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置に置かれた前記カメラで該被計測体上の前記光点群を撮影するものであることを特徴とする請求項４記載の部品組立装置。
6. 前記部品組立制御部は、前記組立パレットに支持された前記第１の部品に前記第２の部品が組み立てられた状態の部品群を新たな第１の部品とし、該新たな第１の部品にさらに組み立てられる部品を新たな第２の部品として、部品の組立てを複数回繰り返させるものであることを特徴とする請求項４又は５記載の部品組立装置。
7. 順次組み立てられていく複数の部品のうちの少なくとも一部の部品が、該複数の部品の組立ての段階に応じて光点のあらわれる態様が変化する位置に光点を有することを特徴とする請求項６記載の部品組立装置。
8. 前記カメラと前記ロボットは、互いに固定されて一体的にのみ位置および姿勢の変更が可能なものであることを特徴とする請求項４から７のうちのいずれか１項記載の部品組立装置。
9. 前記カメラと前記ロボットは、互いに独立に位置および姿勢の変更が可能なものであることを特徴とする請求項４から７のうちのいずれか１項記載の部品組立装置。
10. 前記光点が発光ダイオードであることを特徴とする請求項４から９のうちのいずれか１項記載の部品組立装置。
11. 前記光点が入射光を入射方向に反射させる再帰反射体であることを特徴とする請求項４から９のうちのいずれか１項記載の部品組立装置。

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