JP2020099969A

JP2020099969A - 位置合わせ装置

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Publication number: JP2020099969A
Application number: JP2018240270A
Authority: JP
Inventors: 功征川又; Isayuki Kawamata; 健祐垂水; Kensuke Tarumi
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: WO2020129706A1; US11922616B2; CN113165188B; EP3878606A4; US20220028056A1; EP3878606A1; CN113165188A; KR102457418B1; JP6930517B2; KR20210082202A

Abstract

【課題】第１ワークと、第１ワークから離れて配置された第２ワークとの間の相対的な位置合わせをより正確に行える位置合わせ装置を提供すること。【解決手段】位置合わせ装置が、第２ワークを保持可能な保持装置と、保持装置を第１ワークに向かって移動させる移動装置と、第１ワークに隣接して配置されて第２ワークを映し出し可能なミラー部材と、第１ワークとミラー部材に映し出された第２ワークの鏡像とを同時に連続して撮像可能に配置された画像センサと、画像センサにより撮像された第１ワークおよび第２ワークの鏡像に基づいて算出された第１ワークに対する第２ワークの位置に基づいて移動装置をフィードバック制御して、第２ワークを第１ワークに対して位置合わせする制御装置とを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、第１ワークから離れて配置された第２ワークを第１ワークに接近させるときに第２ワークを第１ワークに対して位置合わせする位置合わせ装置に関する。

特許文献１には、対象物を映す反射鏡が撮像部の撮像範囲内に入る撮像画像と、参照画像とに基づいて、ビジュアルサーボを行うロボット制御システムが開示されている。

特開２０１４−１８８６１７号公報

前記ロボット制御システムでは、反射鏡を用いることで、１台のカメラで対象物を複数の方向から撮像して、複数の方向から対象物を位置合わせすることができるように構成されている。しかし、例えば、対象物を移動させて固定された被対象物に組み付ける場合、対象物と被対象物との間の相対的な位置合わせが正確に行われていないと、対象物を被対象物に組み付けることが困難になる場合がある。

本開示は、第１ワークと第１ワークから離れて配置された第２ワークとの間の相対的な位置合わせをより正確に行える位置合わせ装置を提供することを課題とする。

本開示の一例の位置合わせ装置は、
作業面上に配置された第１ワークに対して、前記作業面に交差する第１方向において前記第１ワークから離れて配置された第２ワークを接近させつつ、前記第２ワークを前記第１ワークに対して位置合わせする位置合わせ装置であって、
前記第２ワークを保持可能な保持装置と、
前記保持装置を前記第１ワークに向かって移動させる移動装置と、
前記第１方向に交差する第２方向において前記第１ワークに隣接して配置されて、前記第２ワークを映し出し可能なミラー部材と、
前記第２ワークを保持した状態の前記保持装置を前記移動装置により前記第１ワークに向かって移動させるときに、前記第１ワークと前記ミラー部材に映し出された前記第２ワークの鏡像とを同時に連続して撮像可能に配置された画像センサと、
前記画像センサにより撮像された前記第１ワークおよび前記第２ワークの鏡像に基づいて前記第１ワークに対する前記第２ワークの位置を算出し、算出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの位置に基づいて前記移動装置をフィードバック制御して、前記第２ワークを前記第１ワークに対して位置合わせする制御装置と
を備える。

前記位置合わせ装置によれば、画像センサにより撮像された第１ワークの画像および第２ワークの鏡像の画像に基づいて第１ワークに対する第２ワークの相対的な位置を算出し、算出された第２ワークの位置に基づいて移動装置をフィードバック制御して、第２ワークを第１ワークに対して位置合わせする。このような構成により、第１ワークと第１ワークから離れて配置された第２ワークとの間の相対的な位置合わせをより正確に行える位置合わせ装置を実現できる。

本開示の一実施形態の位置合わせ装置を示す斜視図。図１の位置合わせ装置の第１ワーク、第２ワーク、ミラー部材および画像センサの位置関係を示す模式図。図１の位置合わせ装置の第１ワークと第２ワークの鏡像との位置関係を示す平面図。図１の位置合わせ装置の第１ワークに対する第２ワークの相対的な角度の算出を説明するための図。図１の位置合わせ装置の動作を説明するためのフローチャート。図１の位置合わせ装置の変形例を示すフローチャート。

以下、本開示の一例を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向あるいは位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」を含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した本開示の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本開示の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

本開示の一実施形態の位置合わせ装置１は、図１に示すように、作業面１００上に配置された第１ワーク１１０に対して、作業面１００に交差する第１方向Ｚにおいて第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０を接近させて組付可能に構成されている。詳しくは、位置合わせ装置１は、保持装置１０と、保持装置１０を移動させる移動装置２０と、第１ワーク１１０に隣接して配置されたミラー部材３０と、画像センサ４０と、移動装置２０を制御する制御装置５０とを備える。

なお、この実施形態では、第１ワーク１１０および第２ワーク１２０は、一例として、第１ワーク１１０の被接続部１１１と第２ワーク１２０の接続部１２１とが位置合わせされた状態で接続されることで、組み付けられるように構成されている。被接続部１１１および接続部１２１の各々には、図２に示すように、相互に対向するように配置されて第１方向Ｚに交差する平面（すなわち、ＸＹ平面）における第２ワークを第１ワーク１１０に組み付けるときの位置合わせの基準となる少なくとも１つの基準点１１２、１２２がそれぞれ設けられている。

保持装置１０は、第２ワーク１２０の接続部１２１を第１ワーク１１０の被接続部１１１に対向させた状態で、第２ワーク１２０を保持可能に構成されている。詳しくは、保持装置１０は、Ｙ方向に移動可能な状態で移動装置２０に接続された接続部材１１と、この接続部材１１から第１方向Ｚに延びる保持部材１２を有している。保持部材１２は、第１方向Ｚに移動可能でかつ第１方向Ｚを中心に回転可能な状態で接続部材１１に接続されている。なお、保持装置１０は、例えば、エンドエフェクタであってもよい。

移動装置２０は、保持装置１０を第１ワーク１１０に向かって移動可能に構成されている。詳しくは、移動装置２０は、保持装置１０が接続された接続部材２１と、接続部材２１をＸ方向に移動可能に支持するレール部材２２と、移動装置２０の接続部材２１および保持装置１０の保持部材１２を移動させるモータ２３と、モータの回転を検出するエンコーダ２４とを有している。エンコーダ２４は、位置検出センサの一例であり、第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置を検出する。エンコーダ２４で検出された情報は、制御装置５０に出力される。なお、移動装置２０は、例えば、多軸ロボットアームであってもよい。この場合、多軸ロボットアームは、保持装置１０を含んでもよい。すなわち、保持装置１０および移動装置２０を多軸ロボットアームで構成してもよい。

この実施形態では、移動装置２０は、第２ワーク１２０のみを移動させるように構成されているが、これに限らない。例えば、移動装置は、第１ワーク１１０をＸ方向に移動させ、第２ワーク１２０をＹ方向に移動させるように構成してもよい。

ミラー部材３０は、第１方向Ｚに交差する第２方向Ｘにおいて第１ワーク１１０に隣接して配置されている。このミラー部材３０は、第２ワーク１２０が、第１方向Ｚにおいて第１ワーク１１０から離れた初期位置Ｐ１（図２に示す）から第１ワーク１１０に接触した組付位置Ｐ２（図２に示す）まで移動するときに、第２ワーク１２０を映し出すことができるように構成されている。この実施形態では、ミラー部材３０は、第１ワーク１１０と同じ作業面１００上に配置されている。

画像センサ４０は、例えば、ＣＯＭＳエリアセンサあるいはＣＣＤエリアセンサで構成され、図２に示すように、検出面４１の中心から放射状に延びる画角４２を有している。この画像センサ４０は、第２ワーク１２０を保持した状態の保持装置１０を移動装置２０により第１ワーク１１０に向かって移動させるときに、第１ワーク１１０とミラー部材３０に映し出された第２ワーク１２０の鏡像１３０とを同時に撮像可能に配置されている。この実施形態では、画像センサ４０は、第１ワーク１１０の基準点１１２を通りかつＸ方向に延びる直線Ｌ０上に配置されて、第１ワーク１１０と第２ワーク１２０の鏡像１３０とを同一画像で連続して撮像可能に構成されている。

画像センサ４０の位置は、設計図面あるいは事前計測などにより予め検出してもよい。また、第１方向Ｚにおける第２ワーク１２０の第１ワークに対する位置と、撮像された第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０とに基づいて予め検出してもよい。この場合、例えば、事前に、第１方向Ｚの位置が異なる２つの位置の第２ワーク１２０の鏡像１３０を撮像しておく。そして、第２ワーク１２０の第１ワークに対する第１方向Ｚの位置と、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の鏡像１３０との間の第２方向Ｘの位置とから、画像センサ４０の位置を算出する。

制御装置５０は、演算等を行うＣＰＵと、移動装置２０の制御に必要なプログラムあるいはデータを記憶しておくＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶媒体と、位置合わせ装置１の外部との間で信号の入出力を行うインターフェースとを有している。

制御装置５０は、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０に基づいて第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出する。

例えば、制御装置５０は、移動装置２０のエンコーダから出力された情報に基づいて、第１方向Ｚにおける第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置を算出する。また、制御装置５０は、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０および第２ワークの鏡像１３０から、第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置を算出する。

各ワーク１１０、１２０の基準点１１２、１２２の位置は、例えば、次のように算出される。すなわち、制御装置５０は、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０および第２ワークの鏡像１３０から、各ワーク１１０、１２０の外形あるいは予め各ワーク１１０、１２０に設けられた検出マークである「特徴点」を検出する。そして、制御装置５０は、検出された「特徴点」に基づいて、各ワーク１１０、１２０の基準点１１２、１２２の位置を算出する。第１ワーク１１０の基準点１１２は、画像センサ４０により撮像された画像に表示された第１ワーク１１０の基準点１１２であり、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２は、ミラー部材３０に映し出された第２ワーク１２０の基準点１２２である。第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２は、例えば、第１方向Ｚに直交するＸＹ平面上の座標として算出される。制御装置５０は、算出された第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置に基づいて移動装置２０をフィードバック制御して、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対して位置合わせする。

また、制御装置５０は、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０および第２ワークの鏡像１３０から、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な角度を算出する。第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な角度は、例えば、図４に示すように、作業面１００に第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０を投影する。そして、作業面１００に投影された第１ワーク１１０の投影写像１１３に対する作業面１００に投影された第２ワーク１２０の鏡像１３０の投影写像１３３の角度θを第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な角度として算出する。

詳しくは、制御装置５０は、図１に示すように、位置判定部５１と、移動制御部５２と、補正部５３と、検出判定部５４とを有している。

位置判定部５１は、エンコーダ２４により検出された第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置に基づいて、第２ワーク１２０が初期位置Ｐ１（図２示す）から第１方向Ｚにおいて第１ワーク１１０に接近したときに、第２ワーク１２０が所定の位置に到達したか否かを判定する。詳しくは、位置判定部５１は、第２ワーク１２０が、初期位置Ｐ１よりも第１ワーク１１０に近い開始位置Ｐ３（図２に示す）に到達したか否かを判定する。また、位置判定部５１は、第２ワーク１２０が、開始位置Ｐ３よりも第１ワーク１１０に近い終了位置Ｐ４（図２に示す）に到達したか否かを判定する。

開始位置Ｐ３は、例えば、画像センサ４０が、第１ワーク１１０の基準点１１２と、ミラー部材３０に映し出された第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２とを同時に撮像して算出可能な第１方向Ｚの上限位置である。また、終了位置Ｐ４は、例えば、画像センサ４０が、第１ワーク１１０の基準点１１２と、ミラー部材３０に映し出された第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２とを同時に撮像して算出可能な第１方向Ｚの下限位置である。開始位置Ｐ３および終了位置Ｐ４の各々は、例えば、画像センサ４０で使用される撮像素子の性能、あるいは、レンズの焦点距離、被写界深度などの光学系の性能により定められる。

移動制御部５２は、位置判定部５１により第２ワーク１２０が開始位置Ｐ３に到達しかつ終了位置Ｐ４に到達していていないと判定されている間、移動装置２０を制御して保持装置１０を移動させて、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２を第１ワーク１１０の基準点１１２に接近させる。基準点１３２の基準点１１２に対する接近経路は、直線的な最短経路であってもよいし、例えば、湾曲あるいは蛇行した迂回経路であってもよい。

補正部５３は、図４に示すように、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像の各々を補正して、作業面１００に投影された投影写像１１３、１３３に変換する。なお、この実施形態では、補正部５３は、第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像を作業面１００に投影された投影写像１１３、１３３に変換しているが、例えば、第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の位置合わせに適した任意の平面空間に投影された投影写像に変換してもよい。

また、補正部５３は、算出された第１方向Ｚにおける第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置に基づいて、第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像の大きさを補正する。

例えば、図３に示すように、第２ワーク１２０が初期位置Ｐ１にあるとき、第２ワーク１２０の鏡像１３０は、ミラー部材３０の位置Ｍ１に映し出される。また、第２ワーク１２０が、初期位置Ｐ１と組付位置Ｐ２との間の開始位置Ｐ３および終了位置Ｐ４にあるとき、第２ワーク１２０の鏡像１３０は、ミラー部材３０の位置Ｍ３および位置Ｍ４にそれぞれ映し出される。第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像は、第１方向Ｚにおいて第１ワーク１１０から離れるに従って、第２ワーク１２０の実際の大きさから次第に小さくなっていく。補正部５３は、エンコーダ２４により検出された第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置に応じて、第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像が第２ワーク１２０の実際の大きさになるように補正する。

これらの補正を行うことで、第１ワーク１１０の基準点１１２の位置および角度と、第２ワーク１２０の基準点１２２の位置および角度との算出精度を高めている。

算出判定部５４は、画像センサ４０により撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０に基づいて、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出できるか否かを判定する。具体的には、算出判定部５４は、予め撮像した第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像と、撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像との間で、基準点１１２、１３２の形状の近似性あるいは基準点１１２、１３２の濃淡変化の急峻性などを比較する。そして、算出判定部５４は、このような比較の結果、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２が算出可能である場合は、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出できると判定し、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２が算出不可能である場合は、１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出できないと判定する。

続いて、位置合わせ装置１を用いて、初期位置Ｐ１に位置している第２ワーク１２０を組付位置Ｐ２まで移動させつつ、第１ワーク１１０に対して位置合わせする位置合わせ工程について説明する。なお、以下に説明するこれらの動作は、制御装置５０が所定のプログラムを実行することで実施される。

図５に示すように、制御装置５０は、移動装置２０を制御して保持装置１０を移動させ、初期位置Ｐ１に位置している第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に向かう移動を開始させる（ステップＳ１）。

第２ワーク１２０が第１ワーク１１０に向かって移動を開始すると、位置判定部５１は、エンコーダ２４により検出された第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置に基づいて、第２ワーク１２０が開始位置Ｐ３に到達した否かを判定する（ステップＳ２）。第２ワーク１２０が開始位置Ｐ３に到達していないと判定された場合、第２ワーク１２０が開始位置Ｐ３に到達したと判定されるまで、ステップＳ２が繰り返される。

第２ワーク１２０が開始位置Ｐ３に到達したと判定されると、制御装置５０は、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に移動させつつ、画像センサ４０により第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０を撮像する（ステップＳ３）。

第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０が撮像されると、算出判定部５４が、画像センサ４０により撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像から、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２が算出できるか否かを判定する（ステップＳ４）。画像センサ４０により撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像から、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２が算出できないと判定された場合、ステップＳ３に戻り、画像センサ４０により次の第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０が撮像される。

画像センサ４０により撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像から、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２が算出できると判定された場合、補正部５３が、撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像の各々を補正する（ステップＳ５）。そして、制御装置５０が、補正された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像に基づいて、第１ワーク１１０の基準点１１２の位置、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な角度θをそれぞれ算出する（ステップＳ６）。

第１ワーク１１０の基準点１１２の位置、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な角度θが算出されると、移動制御部５２が、移動装置２０を制御して、算出された第１ワーク１１０の基準点１１２の位置、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な角度θに基づいて把持装置１０を移動させる。これにより、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２を第１ワーク１１０の基準点１１２に接近させる（ステップＳ７）。

ステップＳ７終了後、位置判定部５１は、エンコーダ２４により検出された第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置に基づいて、第２ワーク１２０が終了位置Ｐ４に到達したか否かを判定する（ステップＳ８）。第２ワーク１２０が終了位置Ｐ４に到達していないと判定された場合、ステップＳ３に戻り、画像センサ４０により次の第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０が撮像される。

第２ワーク１２０が終了位置Ｐ４に到達していると判定された場合、制御装置５０は、第１ワーク１１０の基準点１１２の位置および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置の差と、第１ワーク１１０の基準点の角度および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の角度の差とが、閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ９）。第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および角度の差が閾値以下であると判定されると、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に組み付ける組み付け工程に進んで（ステップＳ１０）、位置合わせ工程を終了する。一方、第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および角度の差が閾値よりも大きいと判定されると、制御装置５０は、第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置合わせが失敗したと判定して（ステップＳ１１）、位置合わせ工程を終了する。なお、閾値は、要求される第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の位置合わせ精度などに応じて設定される。

また、図６に示すように、ステップＳ８の後に、第２ワーク１２０を停止させてもよい（ステップＳ１２）。この場合、ステップＳ９において、第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および角度の差が閾値よりも大きいと判定されると、ステップＳ３に戻り、第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および角度の差が閾値以下であると判定されるまで、ステップＳ３〜ステップＳ８、ステップＳ１２およびステップＳ９が順に繰り返される。

なお、制御装置５０は、ステップＳ１２において、第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２の位置および角度の差が閾値よりも大きいと判定された回数を計測するように構成してもよい。計測された判定回数が予め定められた回数を超えた場合、制御装置５０は、第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置合わせが失敗したと判定して、位置合わせ工程を終了させてもよい。

このように、位置合わせ装置１によれば、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像に基づいて第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出し、算出された第２ワーク１２０の位置に基づいて移動装置２０をフィードバック制御して、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対して位置合わせする。すなわち、制御装置５０は、現在位置から目標位置との間の位置偏差を最小化するフィードバック制御を繰り返すビジュアルフィードバック制御を行うように構成されている。このような構成により、第１ワーク１１０と第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０との間の相対的な位置合わせをより正確に行える位置合わせ装置１を実現できる。

また、制御装置５０が、エンコーダ２４により検出された第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置に基づいて、第２ワーク１２０が初期位置Ｐ１から第１方向Ｚにおいて第１ワーク１１０に接近したときに、第２ワーク１２０が、初期位置Ｐ１よりも第１ワーク１１０の近くに配置され第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置合わせを開始する開始位置Ｐ３に到達したか否かを判定すると共に、第２ワーク１２０が、開始位置Ｐ３よりも第１ワーク１１０の近くに配置され第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置合わせを終了する終了位置Ｐ４に到達したか否かを判定する位置判定部５１と、位置判定部５１により第２ワーク１２０が開始位置Ｐ３に到達しかつ終了位置Ｐ４に到達していていないと判定されている間、移動装置２０を制御して保持装置１０を移動させて、第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２を第１ワーク１１０の基準点１１２に接近させる移動制御部５２とを有している。このような構成により、第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対してより正確に位置合わせ可能な位置合わせ装置１を容易に実現できる。

なお、各ワーク１１０、１２０に複数の基準点１１２、１２２が設けられている場合、算出された第１ワーク１１０の複数の基準点１１２の位置および第２ワーク１２０の鏡像１３０の複数の基準点１３２の位置から、第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する傾きを算出することができる。

また、制御装置５０が、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像の各々を補正して作業面１００に対する投影写像１１３、１３３に変換する補正部５３を有する。この補正部５３により、撮像された第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０を補正しない場合と比較して、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置の算出精度を高めることができる。

また、補正部５３は、エンコーダ２４により検出された第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する第１方向Ｚの位置に基づいて、第２ワーク１２０の鏡像１３０の大きさを補正する。このような構成により、撮像された第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の鏡像１３０を補正しない場合と比較して、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置の算出精度を高めることができる。

また、位置判定部５１が、保持装置１０が第１ワーク１１０に接近して、画像センサ４０が第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１３０の基準点１３２を同時に撮像できなくなった場合に、第２ワーク１２０が終了位置Ｐ４に到達したと判定する。このような構成により、第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対してより正確に位置合わせ可能な位置合わせ装置１を容易に実現できる。

また、制御装置５０が、画像センサ４０により撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０に基づいて、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出できるか否かを判定する算出判定部５４を有する。この算出判定部５４により、例えば、不鮮明な画像に基づく第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置合わせを回避することができる。その結果、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に正確かつ効率よく位置合わせすることができる。

なお、位置合わせ装置１は、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０に基づいて第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置を算出し、算出された第２ワーク１２０の位置に基づいて移動装置２０をフィードバック制御して、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対して位置合わせするように構成されていればよく、前記実施形態に限らない。例えば、補正部５３および算出判定部５４は、省略してもよい。

ミラー部材３０は、作業面１００上に配置されている場合に限らず、例えば、第１方向Ｚにおいて作業面１００よりも第２ワーク１２０よりも離れた位置に配置してもよい。また、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に向かって移動させているときに、ミラー部材３０を第１方向Ｚに移動できるように構成してもよい。このように構成することで、第１ワーク１１０の基準点１１２および第２ワーク１２０の鏡像１４０の基準点１４２を同時に撮像できる範囲を広げることができる。

以上、図面を参照して本開示における種々の実施形態を詳細に説明したが、最後に、本開示の種々の態様について説明する。なお、以下の説明では、一例として、参照符号も添えて記載する。

本開示の第１態様の位置合わせ装置１は、
作業面１００上に配置された第１ワーク１１０に対して、前記作業面１００に交差する第１方向Ｚにおいて前記第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０を接近させつつ、前記第２ワーク１２０を前記第１ワーク１１０に対して位置合わせする位置合わせ装置１であって、
前記第２ワーク１２０を保持可能な保持装置１０と、
前記保持装置１０を前記第１ワーク１１０に向かって移動させる移動装置２０と、
前記第１方向Ｚに交差する第２方向Ｘ、Ｙにおいて前記第１ワーク１１０に隣接して配置されて、前記第２ワーク１２０を映し出し可能なミラー部材３０と、
前記第２ワーク１２０を保持した状態の前記保持装置１０を前記移動装置２０により前記第１ワーク１１０に向かって移動させるときに、前記第１ワーク１１０と前記ミラー部材３０に映し出された前記第２ワーク１２０の鏡像１３０とを同時に連続して撮像可能に配置された画像センサ４０と、
前記画像センサ４０により撮像された前記第１ワーク１１０および前記第２ワーク１２０の鏡像１３０に基づいて前記第１ワーク１１０に対する前記第２ワーク１２０の位置を算出し、算出された前記第２ワーク１２０の位置に基づいて前記移動装置２０をフィードバック制御して、前記第２ワーク１２０を前記第１ワーク１１０に対して位置合わせする制御装置５０と
を備える。

第１態様の位置合わせ装置１によれば、画像センサ４０により撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像に基づいて第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の相対的な位置を算出し、算出された第２ワーク１２０の位置に基づいて移動装置２０をフィードバック制御して、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対して位置合わせする。このような構成により、第１ワーク１１０と、第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０との間の相対的な位置合わせをより正確に行える位置合わせ装置１を実現できる。

本開示の第２態様の位置合わせ装置１は、
第１ワーク１１０および第２ワーク１２０の各々は、
相互に対向するように配置されて第１方向Ｚに交差する平面における第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対して位置合わせするときの位置合わせの基準となる少なくとも１つの基準点１１２、１２２をそれぞれ有し、
前記制御装置５０により算出される前記第１ワーク１１０に対する前記第２ワーク１２０の位置は、前記第１ワーク１１０の前記基準点１１２に対する前記第２ワーク１２０の鏡像１３０の前記基準点１３２の位置であり、
前記第２ワーク１２０の前記第１ワーク１１０に対する前記第１方向Ｚの位置を検出する位置検出センサ２４をさらに備え、
前記制御装置は、
前記位置検出センサ２４により検出された前記第２ワーク１２０の前記第１ワーク１１０に対する前記第１方向Ｚの位置に基づいて、前記第２ワーク１２０が初期位置Ｐ１から前記第１方向Ｚにおいて前記第１ワーク１１０に接近したときに、前記第２ワーク１２０が、前記初期位置Ｐ１よりも前記第１ワーク１１０の近くに配置され前記第２ワーク１２０の前記第１ワーク１１０に対する位置合わせを開始する開始位置Ｐ３に到達したか否かを判定すると共に、前記第２ワーク１２０が、前記開始位置Ｐ３よりも前記第１ワーク１１０の近くに配置され前記第２ワーク１２０の前記第１ワーク１１０に対する位置合わせを終了する終了位置Ｐ４に到達したか否かを判定する位置判定部５１と、
前記位置判定部５１により前記第２ワーク１２０が前記開始位置Ｐ３に到達しかつ前記終了位置Ｐ４に到達していていないと判定されている間、前記移動装置２０を制御して前記保持装置１０を移動させて、前記第２ワーク１２０の鏡像１３０の前記基準点１３２を前記第１ワーク１１０の前記基準点１１２に接近させる移動制御部５２と
を有する。

第２態様の位置合わせ装置１によれば、第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対してより正確に位置合わせ可能な位置合わせ装置１を容易に実現できる。

本開示の第３態様の位置合わせ装置１は、
前記制御装置５０は、
前記画像センサ４０により撮像された前記第１ワーク１１０の画像および前記第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像の各々を補正して任意の平面１００に対する投影写像１１３、１３３に変換する補正部５３を有する。

第３態様の位置合わせ装置１によれば、撮像された第１ワーク１１０の画像および第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像を補正しない場合と比較して、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置の算出精度を高めることができる。

本開示の第４態様の位置合わせ装置１は、
前記補正部５３は、
前記位置検出センサ２４により検出された前記第２ワーク１２０の前記第１ワーク１１０に対する前記第１方向Ｚの位置に基づいて、前記第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像の大きさを補正する。

第４態様の位置合わせ装置によれば、撮像された第２ワーク１２０の鏡像１３０の画像を補正しない場合と比較して、第１ワーク１１０に対する第２ワーク１２０の位置の算出精度を高めることができる。

本開示の第５態様の位置合わせ装置１は、
前記位置判定部５１は、
前記保持装置１０が前記第１ワーク１１０に接近して、前記画像センサ４０が前記第１ワーク１１０の前記基準点１１２および前記第２ワーク１２０の鏡像１３０の前記基準点１３２を同時に撮像できなくなった場合に、前記第２ワーク１２０が前記終了位置Ｐ４に到達したと判定する。

第５態様の位置合わせ装置１によれば、第１ワーク１１０から離れて配置された第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に対してより正確に位置合わせ可能な位置合わせ装置１を容易に実現できる。

本開示の第６態様の位置合わせ装置１は、
前記制御装置５０は、
前記画像センサ４０により撮像された前記第２ワーク１２０の鏡像１３０に基づいて、前記第１ワーク１１０に対する前記第２ワーク１２０の位置を算出できるか否かを判定する算出判定部５４を有する。

第６態様の位置合わせ装置によれば、例えば、不鮮明な画像に基づく第２ワーク１２０の第１ワーク１１０に対する位置合わせを回避することができる。その結果、第２ワーク１２０を第１ワーク１１０に正確かつ効率よく位置合わせすることができる。

なお、前記様々な実施形態または変形例のうちの任意の実施形態または変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせまたは実施例同士の組み合わせまたは実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態または実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本開示の位置合わせ装置は、例えば、自動組付装置に適用できる。

１位置合わせ装置
１０保持装置
１１接続部材
１２保持部材
２０移動装置
２１接続部材
２２レール部材
３０ミラー部材
４０画像センサ
４１検出面
４２画角
５０制御装置
５１位置判定部
５２移動制御部
５３補正部
５４算出判定部
１００作業面
１１０第１ワーク
１１１被接続部
１１２基準点
１１３投影写像
１２０第２ワーク
１２１接続部
１２２基準点
１３０鏡像
１３２基準点
１３３投影写像

Claims

作業面上に配置された第１ワークに対して、前記作業面に交差する第１方向において前記第１ワークから離れて配置された第２ワークを接近させつつ、前記第２ワークを前記第１ワークに対して位置合わせする位置合わせ装置であって、
前記第２ワークを保持可能な保持装置と、
前記保持装置を前記第１ワークに向かって移動させる移動装置と、
前記第１方向に交差する第２方向において前記第１ワークに隣接して配置されて、前記第２ワークを映し出し可能なミラー部材と、
前記第２ワークを保持した状態の前記保持装置を前記移動装置により前記第１ワークに向かって移動させるときに、前記第１ワークと前記ミラー部材に映し出された前記第２ワークの鏡像とを同時に連続して撮像可能に配置された画像センサと、
前記画像センサにより撮像された前記第１ワークおよび前記第２ワークの鏡像に基づいて前記第１ワークに対する前記第２ワークの位置を算出し、算出された前記第１ワークに対する前記第２ワークの位置に基づいて前記移動装置をフィードバック制御して、前記第２ワークを前記第１ワークに対して位置合わせする制御装置と
を備える、位置合わせ装置。
第１ワークおよび第２ワークの各々は、
相互に対向するように配置されて第１方向に交差する平面における第２ワークを第１ワークに対して位置合わせするときの位置合わせの基準となる少なくとも１つの基準点をそれぞれ有し、
前記制御装置により算出される前記第１ワークに対する前記第２ワークの位置は、前記第１ワークの前記基準点に対する前記第２ワークの鏡像の前記基準点の位置であり、
前記第２ワークの前記第１ワークに対する前記第１方向の位置を検出する位置検出センサをさらに備え、
前記制御装置は、
前記位置検出センサにより検出された前記第２ワークの前記第１ワークに対する前記第１方向の位置に基づいて、前記第２ワークが初期位置から前記第１方向において前記第１ワークに接近したときに、前記第２ワークが、前記初期位置よりも前記第１ワークの近くに配置され前記第２ワークの前記第１ワークに対する位置合わせを開始する開始位置に到達したか否かを判定すると共に、前記第２ワークが、前記開始位置よりも前記第１ワークの近くに配置され前記第２ワークの前記第１ワークに対する位置合わせを終了する終了位置に到達したか否かを判定する位置判定部と、
前記位置判定部により前記第２ワークが前記開始位置に到達しかつ前記終了位置に到達していていないと判定されている間、前記移動装置を制御して前記保持装置を移動させて、前記第２ワークの鏡像の前記基準点を前記第１ワークの前記基準点に接近させる移動制御部と
を有する、請求項１の位置合わせ装置。
前記制御装置は、
前記画像センサにより撮像された前記第１ワークの画像および前記第２ワークの鏡像の画像の各々を補正して任意の平面に対する投影写像に変換する補正部を有する、請求項２の位置合わせ装置。
前記補正部は、
前記位置検出センサにより検出された前記第２ワークの前記第１ワークに対する前記第１方向の位置に基づいて、前記第２ワークの鏡像の大きさを補正する、請求項３の位置合わせ装置。
前記位置判定部は、
前記保持装置が前記第１ワークに接近して、前記画像センサが前記第１ワークの前記基準点および前記第２ワークの鏡像の前記基準点を同時に撮像できなくなった場合に、前記第２ワークが前記終了位置に到達したと判定する、請求項２から４のいずれか１つの位置合わせ装置。
前記制御装置は、
前記画像センサにより撮像された前記第２ワークの鏡像に基づいて、前記第１ワークに対する前記第２ワークの位置を算出できるか否かを判定する算出判定部を有する、請求項１から５のいずれか１つの位置合わせ装置。