JP2715071B2 - 部品の組み付け位置自動調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、組み付け対象の部品を所定の位置に固定す
る際に、部品の位置合わせ点を画像処理により基準位置
に合わせるための自動調整装置に関する。 従来技術 部品例えば自動車用の電球は、製造段階でリング状の
フランジ部分に位置決め状態で取り付けられる。この場
合、電球の発光中心がフランジに対しずれていると、こ
の電球が自動車のヘッドライトなどに組み込まれたとき
に、照射方向が所定の位置からずれてしまうため、正確
な位置合わせが必要とされる。 従来、このような位置合わせは、フランジに対し電球
の口金部分を機械的に位置合わせするか、または電球を
点灯させ、その光束の方向を観測することによって行わ
れている。前者の機械的な位置合わせでは、電球の製造
段階で、フィラメントの発光中心と口金との相対的な位
置関係が正確に規制されていないため、正確な位置合わ
せは望めない。また、後者の光束の観測による位置合わ
せでは、発光中心の割り出しが難しく、正確な位置合わ
せに限界がある。以上のような理由から、この種の部品
特に自動車用の電球の正確な位置合わせ手段が望まれて
いる。 発明の目的 したがって、本発明は、従来のような機械的な位置合
わせ、または光束の観測による位置合わせに代えて、画
像処理の分野で、組み付け対象の部品の位置合わせ点を
直接観測し、その組み付け位置を４軸方向で自動的に調
整できるようにすることである。 発明の解決手段 そこで、本発明は、組み付け対象の部品例えば自動車
用電球を撮影方向から照明用ランプにより照射し、Ｘ
軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向の調整用としてＺ軸に直交す
る光軸をもつ複数の撮像カメラにより、電球の位置合わ
せ点すなわちフィラメントの発光中心を観測し、その画
像信号からフィラメントや反射板の位置を正確に測定
し、その測定結果と予め入力された基準位置とを画像処
理プログラムの分野で比較し、この比較結果に基づい
て、４軸位置調整装置のモータを駆動し、フランジに対
する電球の取り付け位置を自動的に調整するようにして
いる。 このような調整では、電球のフィラメントや反射板の
位置が直接測定され、それらの位置と基準位置との間で
調整が行われるため、製品毎にフィラメントの位置と口
金の位置とが相対的にずれていても、そのずれ量に関係
なく正確な位置合わせが行われる。また、この位置合わ
せによると、調整時に電球を必ずしも点灯させる必要が
ないため、点灯時の電球の熱的変更の影響がなく、また
点灯のための給電・点灯回路なども不要となる。 発明の構成 まず、第１図は、部品の組み付け状態を示している。
この実施例で、組み付け対象の部品は、自動車用の電球
１であり、その口金２の部分でリング状のフランジ３に
対し、基準点７を座標原点とするＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およ
びＺ軸の周りのθ軸について位置決め状態でスポット溶
接または半田付けなどにより固定されている。この電球
１は、ガラス球４の内部で、基準点７からＺ軸上でずれ
た位置（下方位置）に、位置合わせ部分としてフィラメ
ント５および反射板６を備えている。ここで、Ｚ軸（後
述の保持軸13の中心線）は、フィラメント５および反射
板６をＸ軸またはＹ軸方向に変位させるために、傾斜可
能な状態となっている。 次に、第２図ないし第８図は、本発明による組み付け
位置自動調整装置10の機械的な構成を示している。そし
て、これらの図のうち、第２図ないし第７図は、４軸位
置調整装置11の具体的な構成を示しており、また第８図
はその機構を簡略化し、スケルトンによって表してい
る。 この４軸位置調整装置11は、電球１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸およびＺ軸の周りのθ軸について位置調整可能な状態
で保持するために、Ｚ軸方向のチャック12を備えてい
る。このチャック12は、第２図に示すように、例えばコ
レット形式のものであり、Ｚ軸方向の中空の保持軸13の
下端部分に取り付けられており、その保持軸13の中間部
分で軸受け14および軸受けハウジング15により可動テー
ブル16に対し回転可能な状態で支持されている。なお、
このチャック12の開閉操作は、可動テーブル16の上部に
取り付けられたシリンダ17、保持軸13の内部のクランプ
ロッド18およびクランプロッド18の回転を許す状態で、
軸線方向の動きのみを伝達する軸継手19により、中心側
のコレット爪12aの部分に対して外側のスリーブ12bを相
対的に移動させることにより行われる。そして、チャッ
ク12のθ軸方向の回転運動は、可動テーブル16に取り付
けられたパルス駆動方式のモータ20によって行われる。
すなわち、このモータ20の回転は、タイミングベルト・
プーリ21によって保持軸13に伝達される。 また、上記可動テーブル16は、第３図、第４図および
第５図に示すように、その背面側で、Ｚ軸方向の一対の
スライダ22により、スライドテーブル23の滑り案内24に
対しＺ軸方向に移動可能な状態で支持されており、スラ
イドテーブル23側の早送りシリンダ25により、Ｚ軸方向
に早送り可能な状態で取り付けられている。なお、この
早送り方向の移動量は、可動テーブル16側のショック吸
収兼用の調整ねじ26をスライドテーブル23側の基準片27
に押し当てることによって規制されている。また、早送
り後の位置合わせは、可動テーブル16側のロケートピン
28を案内29に沿って、シリンダ30で移動させ、スライド
テーブル23側のロケート孔31に押し当てることにより行
われる。 さらに、前記スライドテーブル23は、背面側で一対の
スライダ32によりスライドベース33の滑り案内34にはま
り合い、Ｚ軸方向に移動可能な状態で支持されている。
そして、上記チャック12のＺ軸方向の移動は、スライド
ベース33に取り付けられたモータ35によって行われる。
すなわち、このモータ35の回転は、スライドベース33の
前面で軸受け36によって回転自在に支持された送りねじ
37に伝達され、スライドテーブル23側の送りナット38に
Ｚ軸方向の移動として伝達される。 さらに、このスライドベース33は、背面側の３つの溝
付ローラ39によりフレーム40の前面側の円弧状の案内体
41に対し転がり対偶で移動できるように支持されてい
る。この円弧状の案内体41は、第６図の通り、電球１の
基準点７を中心とする円弧によって形成されている。そ
して、このスライドベース33のＹ軸を中心とする回転運
動はフレーム40に取り付けられたモータ43によって行わ
れる。すなわち、このモータ43の回転は、第７図にみら
れるように、フレーム40側の軸受けブロック44、および
軸受け42によって支持された送りねじ45に伝達され、こ
れとねじ対偶をなす送りナット46にＹ軸周りの回転移動
として伝達される。そして、この送りナット46は、上記
一対の軸受けブロック44の間で、上下２本の案内シャフ
ト47に対し軸線方向に移動可能な状態で支持され、送り
ねじ45の中心線に対し回り止め状態となっており、前面
側のＺ軸方向の溝48によりスライドベース33の背面側に
取り付けられたローラ49とはまり合っている。 さらに、上記フレーム40は、正面側から見て左右対称
の門型となっており、一方の下端部分の軸受け50によ
り、機枠51の支軸52に対し回転自在に支持されており、
また他端部分に固定された駆動側の支軸53および両端の
軸受け54によって、機枠55に対し回動自在に支持されて
いる。なお、これらの支軸52および駆動側の支軸53の軸
線は、Ｘ軸の方向で、前記基準点７と一致している。な
お、このフレーム40は、基準点７を支軸52、53の軸線上
と一致させるために、側方から見て、Ｌ字状に屈曲して
いる。この結果、フレーム40の重心位置は、Ｘ軸よりも
後方にあって、支軸52、53に対し偏心荷重となってい
る。そこで、この偏心荷重は、機枠55に取り付けられた
支持スプリング59によって受け止められている。すなわ
ち、支持スプリング59は、機枠55のブラケット60とフレ
ーム40の下面との間に設けられており、フレーム40を押
し上げることにより、偏心荷重を相殺している。なお、
その移動量はブラケット60に固定されたロッド61の上下
のストッパ62、63とフレーム40側の当接体64、65とによ
って規制されている。 そして、上記駆動側の支軸53は、モータ56によって駆
動される。すなわち、このモータ56の回転は、ハーモニ
ックドライブ（登録商標）式の減速機58の入力側に伝達
され、大きな減速比の下に、出力側で四節のリンク機構
57を介して駆動側の支軸53に伝達される。 次に、第９図は、複数例えば２つの照明用ランプ71、
72と撮像カメラ73、74、75との位置関係を示している。
２つの撮像カメラ73、74は、Ｘ−Ｙ平面上で反射板６の
θ軸周りに、傾き角度αだけ傾いた軸線上に配置されて
おり、また他の１つの撮像カメラ75は、反射板６の正面
側でＹ軸上に配置されている。このように撮像カメラ7
3、74、75の光軸は、Ｘ−Ｙ平面上でＺ軸に対して直交
している。また、２つの照明用のランプ71、72は、それ
ぞれ撮像カメラ74、75の後方側に配置されている。 次に、第10図は、画像処理・制御装置81の構成を示し
ている。この画像処理・制御装置81は、撮像カメラ73、
74、75からの画像信号を画像処理プログラムに基づいて
処理し、この処理結果に基づいて、制御プログラムの過
程で前記モータ20、35、43、56の回転量を制御するため
に、コンピュータによって構成されている。すなわち、
前記プログラムは、CPU82によって実行される。このCPU
82は、プリンタ83のほかデータバス84を介し入力ポート
85、出力ポート86、３チャンネルの切り換え回路87、フ
レームメモリ88、およびモータコントローラ89、90に双
方向的に接続されており、これらは電源回路91に接続さ
れている。そして、上記切り換え回路87は、それぞれ撮
像カメラ73、74、75に切り換え可能な状態で接続されて
おり、さらに出力側でＡ−Ｄ変換回路93によりフレーム
メモリ88の入力端に、また分岐して切り換えスイッチ92
によりモニタテレビ94にも接続されている。このフレー
ムメモリ88の出力端は、Ｄ−Ａ変換回路95により切り換
えスイッチ92の他方の端子に接続されている。また、上
記モータコントローラ89、90は、それぞれドライバ96、
97、98、99を介し、パルス駆動方式のモータ20、35、4
3、56に接続されている。また入力ポート85は、入力側
で規格値や原点値、その他制御データを入力するための
キーボード100および前記４軸位置調整装置11のシーケ
ンサー101に接続されており、また出力ポート86は、上
記シーケンサー101の入力端のほか、照明用ランプ71、7
2などの制御回路102にも接続されている。 発明の作用 上記組み付け位置自動調整装置10は、電球１の製造ラ
イン中に据え付けられており、フランジ３に対する電球
１の固定位置を自動的に調整する。 電球１の製造ラインで、この電球１は、フランジ３に
対し位置調整可能に組み合わされた状態で、チャック12
の下方の位置まで、ロータリインデックス機構などによ
り案内される。電球１およびフランジ３がこの位置に案
内されて来た時点で、シーケンサー101は、その到達を
確認して、入力ポート85を介しCPU82に起動指令を与え
る。そこで、CPU82は、まず出力ポート86を介し、早送
りシリンダ25を動作させ、可動テーブル16を上昇位置か
ら基準片27により規制されるまで下降させ、次に、シリ
ンダ17を動作させ、チャック12の開放状態のコレット爪
12aを閉じることによって、電球１の口金２の部分を把
持する。なお、この下降後に、シリンダ30は、シーケン
サー101から動作指令を受けて、ロケートピン28をロケ
ート孔31に押し込むことによって、可動テーブル16をス
ライドテーブル23に対し固定状態とする。 CPU82は、この把持を確認してから、位置調整のプロ
グラムを自動的に開始する。まず、この位置調整のプロ
グラムは、照明用ランプ71を点灯させ、同時に、撮像カ
メラ73を動作させる。ここで、撮像カメラ73は、照明用
ランプ71を逆光として、電球１のフィラメント５および
反射板６を影としてとらえ、それを画像信号として切り
換え回路87を介しＡ−Ｄ変換回路93によってディジタル
信号に変換しながら、フレームメモリ88に送り込む。な
お、この画像信号は、切り換えスイッチ92の切り換えに
よって、モニタテレビ94によって必要に応じ、確認でき
るようになっている。このときの撮像画面は、第11図の
ようである。ここで、CPU82は、次のステップで、フラ
ンジ３の基準面からフィラメント５の端部までの高さｈ
を画像処理によって測定し、その測定値と予め入力され
ている基準値とを比較し、その差すなわちずれに基づい
て、調整の必要を確認する。そのずれが許容値以上であ
れば、CPU82は、その高さｈを基準値に一致させるため
に、必要な調整量を演算により求め、これに基づいてモ
ータコントローラ89を動作させ、Ｚ軸方向のモータ35を
所定の量だけ回転させることにより、送りねじ37および
送りナット38で可動テーブル16およびスライドテーブル
23を共に移動させ、電球１の口金２をＺ軸の方向に必要
な量だけ移動させる。このようにして、当該電球１につ
いて、フィラメント５の位置から、基準点７が座標原点
と一致する。 このＺ軸方向の調整の終了後に、CPU82は、再び画像
信号から、反射板６の向きを調整する。この反射板６が
所定の傾き角度αに規制されているならば、反射板６の
前面側のエッジから回転軸までの距離ｄは、最大となる
はずである。しかし、反射板６が傾き角度αに対し平行
となっていないならば、その距離ｄは、最大値よりも小
さくなっているはずである。そこで、CPU82は、その調
整プログラムのステップで回転軸から反射板６の前面ま
でとの距離ｄを測定し、最大値となるように反射板６を
所定の角度に調整するために必要な調整角度を算出し、
それを調整量としてモータコントローラ89を通じ、モー
タ20を所定の角度だけ回転させる。このモータ20の回転
によって、保持軸13がＺ軸の周りに回転し、電球１に回
転運動が与えられるため、その口金２は、固定的なフラ
ンジ３に対しθ軸を中心として、傾き角度αの向きに調
整される。このようにして、電球１は、固定的なフラン
ジ３の内部でＺ軸の方向に移動し、またその周りのθ軸
を中心として回転することにより、所定の高さｈおよび
向きに正確に調整される。 以上の調整の後に、CPU82は、照明用ランプ71を点灯
したままの状態で撮像カメラ75を動作させ、電球１を反
射板６の正面側からとらえ、その画像信号をフレームメ
モリ88に記憶させる。このときの撮像画面は、第12図の
ようになっている。このとき、フィラメント５がＺ軸の
方向に対し平行な状態になっておれば、調整の必要はな
い。しかし、そのフィラメント５がＺ軸に平行でなく、
しかもその傾きが許容値以上であるときには、CPU82
は、その調整用のプログラムを実行して、前記と同様
に、傾きを解消する方向に、モータ43を駆動して、チャ
ック12をＹ軸の周りに回転させることにより、調整を行
っていく。モータ43が回転すると、スライドベース33
は、溝付ローラ39によって円弧状の案内体41に沿って移
動するため、これによって支えられている可動テーブル
16、スライドテーブル23および保持軸13は、チャック12
と一体となって、Ｙ軸の周りに回動することになる。こ
の調整は、座標原点を中心とする円弧運動によって行わ
れるから、調整後の基準点７は、座標原点からずれない
が、位置合わせ部分としてのフィラメント５および反射
板６は、Ｘ軸方向に移動する。なお、フィラメント５の
方向は、コイル状のフィラメント外側部分に長手方向
に、側方の照明用ランプ71によって現れる輝点の直線方
向と画像上のＺ軸方向の平行度を観測することによって
行われる。 最後に、CPU82は、照明用ランプ71を消し、新たに照
明用ランプ72を点灯させるとともに、撮像カメラ73、74
を動作させ、反射板６の画像を両側面からとらえ、その
反射板６のＹ軸方向の位置を調整する。このとき、画像
は第11図および第13図のように現れている。そこで、CP
U82は、調整プログラムを実行し、撮像カメラ73の画像
による反射板６の左側のエッジと基準位置とを比較し、
また撮像カメラ74の画像による反射板６の右側のエッジ
と基準位置とを比較し、それぞれの距離ｄのずれ量に応
じて、調整の必要性を判断し、調整の必要時に、ずれを
解消する方向にモータ56を所定の回転量だけ回転させ
る。このモータ56の回転は、減速機58によって減速さ
れ、駆動側の支軸52、53に伝達され、フレーム40を支軸
53の周りすなわちＸ軸の周りに回転させることにより、
反射板６をＹ軸の方向すなわち電球１の正面から見て前
後方向に移動させる。このときのＸ軸周りの動きは、基
準点７を中心とする回転運動であるから、これより外れ
た位置合わせ対象の反射板６にＹ軸方向の移動として現
れる。しかし、このとき、既に調整済の方向にずれは、
ほとんど発生しない。 このようにして、電球１は、その製造ラインで、フラ
ンジ３に対し口金２の部分で、位置調整可能な状態では
まり合い、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸の周りに微調整
され、正確に位置決めされる。この位置決め状態で、電
球１は、その口金２の部分でフランジ３に対しスポット
溶接などの固着手段によって固定される。この固定が完
了した後、チャック12は、コレット爪12aを開放するこ
とによって電球１の口金２を離し、再び早送りシリンダ
25により上昇することにより、次に送られてくる電球１
の調整に備える。このような一連の調整は、最大調整量
の範囲でも、６秒間に１個の割合で行われる。なお、基
準値および必要な調整量や、実際のサンプリング値、さ
らに各種のデータは、必要に応じ、プリンタ83によって
記録紙に印字される。また、これらの調整量やデータな
どは、CPU82の内部に必要に応じて記録されるため、電
球１の製造ラインでの抜き取り検査の資料とすることも
できる。 発明の変形例 上記組み付け位置自動調整装置10は、部品としての電
球１のフランジ３に固定することを前提として開発され
たため、以上の説明は、部品を電球１に限って説明して
いる。しかし、組み付け対象の部品は、電球１に限ら
ず、これに類似する他のものをフランジ３に代わる基板
などに固定する場合にも利用できる。 また、４軸位置調整装置11は、フレーム40上でチャッ
ク12をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動可能で、しかもＺ
軸の周りすなわちθ軸方向にも回転可能な状態で支持さ
れておれば充分である。したがって、可動テーブル16、
スライドテーブル23およびスライドベース33などのフレ
ーム40に対する取り付け順序は、実施例のものと逆の順
序であってもよく、それらの配置の関係は必要に応じて
変更できる。もちろん、チャック12は、コレット形式の
ものに限定されず、電磁式チャック、バキューム式のチ
ャック、空気駆動形式のものなど、部品の種類に応じて
適宜選択される。 さらに、撮像カメラ73、74、75は、電球１を鮮明に写
し出す位置に調整されているが、同じカメラで被写界範
囲が大きく、縮小して写すときには、それらの撮像カメ
ラ73、74、75の位置は、移動ステージなどによって自動
的に調整される。また、照明用ライン71、72は、必ずし
も複数とする必要はなく、１個の照明でもよく、またそ
れは観測中の間継続して点灯状態にあって、必要に応じ
てシヤッターで遮光してもよい。 発明の効果 本発明では、次のような特有の効果が得られる。 まず、組み付け対象の部品が複数の撮像カメラによっ
て、光学的に測定され、画像信号に変換してから、画像
処理の分野で調整されるため、部品の位置の測定および
観測が非接触の状態で行われ、したがって、その部品の
位置調整にも測定および観測部材の近傍などによる制約
を受けず、高い自由度の下に調整が可能となる。 部品の調整位置が画像処理・制御装置に対する基準値
の入力によって簡単に変更できるため、部品の種類が変
化したときにも、基準値のデータの変更や測定プログラ
ムの処理などがプログラミングの分野で簡単に対応でき
る。 さらに、組み付け対象の部品の位置決め上の基準点、
例えば電球の場合のフィラメントや反射鏡などの位置が
離れた位置から直接測定され、それぞれの位置に基づい
て電球などの部品の位置が直接調整されるため、従来の
ように位置合わせ点の近くの他の部材の位置を観測して
調整する手段に比較して、組み付け位置の調整後のずれ
の範囲が少なく、それだけ高い精度で組み付け位置の調
整が自動的に行える。 特に、Ｚ軸の延長上に障害物があったとき、あるいは
Ｚ軸方向からの撮像に際して障害物（反射板）があって
位置決め部分の中心（フィラメント）が見えない状態に
あったとしても、Ｚ軸に対して直交する光軸をもつ他の
撮像カメラによってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸につい
て位置決めが可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は組み付け対象の部品としてのフランジおよび電
球の拡大正面図、第２図は組み付け位置自動調整装置の
機械的な４軸位置調整装置の一部破断正面図、第３図は
４軸位置調整装置の一部破断側面図、第４図は４軸位置
調整装置の異なる側からの一部破断側面図、第５図は４
軸位置調整装置の一部破断平面図、第６図は円弧状の案
内体の正面図、第７図は送りねじの部分の一部破断正面
図、第８図は４軸位置調整装置の概略的なスケルトン
図、第９図は撮像カメラおよび照明ランプの配置状態の
平面図、第10図は画像処理装置のブロック線図、第11図
ないし第13図は撮影画面の画像図である。１……電球、
２……口金、３……フランジ、５……フィラメント、６
……反射板、10……組み付け位置自動調整装置、11……
４軸位置調整装置、12……チャック、13……保持軸、16
……可動テーブル、20……モータ、23……スライドテー
ブル、28……ロケートピン、33……スライドベース、35
……モータ、39……溝付ローラ、40……フレーム、41…
…円弧状の案内体、43……モータ、51……機枠、52、53
……支軸、56……モータ、71、72……照明用ランプ、7
3、74、75……撮像カメラ、81……画像処理・制御装
置、82……CPU、88……フレームメモリ、89、90……モ
ータコントローラ、96、97、98、99……ドライバ、101
……シーケンサー、102……制御回路。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．組み付け対象の部品の基準点を座標原点に置き、基
   準点からＺ軸方向にずれた位置に位置合わせ部分を置い
   た状態で組み付け対象の部品を保持するチャック、この
   チャックをモータによりＺ軸方向に移動させる手段、チ
   ャックをモータによりＺ軸の周りのθ軸について回転さ
   せる手段、上記のＺ軸方向に移動させる手段およびθ軸
   について回転させる手段をＹ軸およびＸ軸を中心として
   モータにより回転させることにより上記部品の位置合わ
   せ部分をＹ軸およびＸ軸方向に移動させる手段とからな
   る４軸位置調整装置（11）と、 上記部品を撮影方向から照らす照明用ランプ（71、72）
   と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸の調整用としてＺ軸に
   直交する光軸をもつ複数の撮像カメラ（73、74、75）
   と、これらの撮像カメラからの画像信号を入力として、
   部品の位置合わせ部分と予め入力された基準位置とを比
   較して、その偏差に応じて、上記各軸のモータを駆動す
   る画像処理・制御装置（81）とからなることを特徴とす
   る部品の組み付け位置自動調整装置（10）。