JP5300006B2 - 部品供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品供給装置に関し、例えば、任意に置かれた部品を所定の姿勢で取り出すものに関する。

例えば、自動組立装置によって基板に部品を装着していくような場合、部品をストックされたエリアから取り出して所定位置に搬送する必要がある。
この際、部品をチャッキングして取り出すが、このような技術として、次の特許文献１の「ワークの吸着装置」がある。
これは、部品をバキュームによって吸引することによりチャッキングし、これを取り出して所定の位置に搬送するものである。
特開２００８−１３２５７５号公報

しかし、特許文献１の技術では、穴の開いた部品の穴部分を吸引してチャッキングする場合、穴の底が部品の置かれた台によって閉じられるため穴内部が負圧となって部品が台に貼り付いてしまい、吸引することが困難であった。

そこで、本発明の目的は、部品の穴の開いた部分であっても部品を吸引して搬送することである。

本発明は、前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、部品を所定位置に定置する部品容器と、前記定置した部品を吸着する吸着手段と、前記吸着した部品を搬送する搬送手段と、前記部品の前記吸着手段が吸着する吸着部分に貫通孔が形成されている場合に、前記吸着によって当該貫通孔内部に発生する負圧を低減する負圧低減手段と、を具備し、前記部品容器には、前記部品が所定姿勢に嵌合する複数の凹部が長手方向に形成されており、前記負圧低減手段は、外気を前記貫通孔内部にリークさせる、前記部品容器の長手方向で、前記複数の凹部に渡って、前記凹部よりも深く形成された溝である、ことを特徴とする部品供給装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記部品容器には、前記部品を任意姿勢に置いて蓄積する蓄積部分と、前記複数の凹部により前記部品が所定姿勢に嵌合する嵌合部分と、が１の方向に形成されており、前記部品容器を、前記１の方向を振動面として振動させて、前記蓄積部分に蓄積された部品を前記嵌合部分に移動させて嵌合させる振動手段と、前記部品が前記嵌合部分に嵌合した後、前記嵌合部分に嵌合していない部品を前記蓄積部分に移動させる移動手段と、を具備し、前記吸着手段は、前記嵌合部分に所定姿勢で嵌合した部品を吸着することを特徴とする請求項１に記載の部品供給装置を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記吸着手段に吸着された部品の姿勢を取得する吸着姿勢取得手段と、前記取得した姿勢が予め規定されている所定の姿勢からずれているずれ量を取得するずれ量取得手段と、を具備し、前記搬送手段は、前記取得したずれ量だけ搬送量をオフセットすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の部品供給装置を提供する。

本発明によれば、負圧を低減するリーク手段を設けることにより、部品の穴の開いた部分であっても部品を吸引して搬送することができる。

（１）実施の形態の概要
図３（ａ）において、チャック３０は、部品容器５ｂに凹部７ｂに定置された部品２１の中央を吸着する。
この際、部品２１の貫通孔２２の内部の気圧が吸引により低下して負圧となり、部品２１を部品容器５ｂに貼り付ける方向に大気圧が作用するが、部品容器５ｂには、空気抜き用の溝６ｂが形成してあり、ここから外気が漏れ入るため、貫通孔２２内の負圧が緩和され、チャック３０によって容易に部品２１を持ち上げることができる。
特に、貫通孔２２がザグリ加工されており、ザグリ面が下面となる場合は負圧による影響が大きく、場合によっては、部品２１を持ち上げることができない場合もあるが、このような場合でも、溝６ｂで外気をリークさせると容易に部品２１を持ち上げることができる。

（２）実施の形態の詳細
図１は、本実施の形態の部品供給装置の部品容器を示した図である。
部品容器５ａは、上面の周囲が壁部４で囲まれ、一方向を長手方向とする矩形の皿状部材であって、上面に部品１１、１１、・・・を置くことができる。
後述するように部品容器５ａは振動するが、壁部４が形成されているため、部品１１は部品容器５ａから落下しない。

部品１１は、例えば、歯車、ナット、あるいはワッシャーなど、小型の機械部品であり、後述のチャッキング部分である中央付近に貫通孔が形成されている。
なお、部品１１を機械部品としたのは一例であって、例えば、抵抗体や半導体などの電子部品や、その他の部品とすることができる。

部品容器５ａには、長手方向の一端側に部品蓄積エリア２が形成され、他端側に部品定置エリア３が設けられている。
ここで、部品蓄積エリア２は、部品を任意姿勢に置いて蓄積する蓄積部分として機能し、部品定置エリア３は、部品が所定姿勢に嵌合する嵌合部分として機能し、部品容器５ａでは、これら蓄積部分と嵌合部分が１方向に形成されている。

部品蓄積エリア２は、担当者が部品１１を置く領域であって、部品１１の姿勢が任意となるように置くことができる。
このため、作業者は、部品１１が入れられた袋などから、適当に部品１１を部品蓄積エリア２に置くことができ、作業者の負担を軽減することができる。

部品定置エリア３は、部品１１の形状と嵌合する凹部７ａが部品容器５ａの中央長手方向に３個形成されており、同時に３個の部品１１を凹部７ａに嵌合させ、これら部品１１を規定の場所に規定の姿勢に定置して保持することができる。
図の例では、部品１１は、外形が正方形であるため、凹部７ａもこれに適合する正方形となっている。
そして、部品定置エリア３の中央長手方向には、３個の凹部７ａに渡って、凹部７ａの深さよりも深い溝６ａが形成されている。
これら溝６ａは、後述するチャックが部品１１の貫通孔１２が形成された領域を吸引した際の空気抜きの溝（空間）として機能する。

部品容器５ａは、次のようにして、部品蓄積エリア２に蓄積された部品１１を部品定置エリア３に定置する。
まず、作業者が部品１１を適当に部品蓄積エリア２に置き、その後、部品容器５ａが長手方向を振動面とするように振動する。
すると、部品蓄積エリア２に置かれていた部品１１は、振動によって部品定置エリア３の方に移動していき、凹部７ａに嵌合して定置される。

部品１１が凹部７ａに嵌合した頃合いを見計らって（画像処理やセンサなどによって部品１１が凹部７ａに嵌合したことを検知してもよい）、部品容器５ａは、部品蓄積エリア２方向に傾いて振動する。
すると、凹部７ａに嵌合しなかった残りの部品１１は、再び部品蓄積エリア２に移動する。
以上のように、部品容器５ａを振動させることにより、部品蓄積エリア２に蓄積された部品１１を部品定置エリア３の所定位置に所定姿勢で定置することができる。
このように、部品容器５ａは、部品を所定位置に定置する部品定置手段として機能している。

部品容器５ｂは、部品容器５ａに隣接して設けられている。
部品容器５ａと同様に、部品２１に嵌合する凹部７ｂや溝６ｂが形成されており、振動によって、部品２１を凹部７ｂに定置して保持する。
図の例では、部品２１は円板形状を有しており、凹部７ｂもこれに適合するように円形状に形成されている。
また、部品２１の中央には貫通孔２２が形成されており、これをチャックで吸引した場合に空気抜きの穴として溝６ｂが形成されている。

図では、部品容器５ａ、５ｂのみ示したが、更に多くの部品容器５ｃ、５ｄ、・・・を設置することができ、更に他種類の部品を供給できるように構成することができる。
以下、部品容器５ａ、５ｂ、・・・を特に区別しない場合には単に部品容器５と記す。

従来のパーツフィーダー（部品供給装置）は、例えば、特開２００４−２１７３９３号公報で示されたように、内側に螺旋状の経路が形成されたお椀型の容器に部品を入れて振動させ、当該振動によって部品が経路を移動する過程で部品の姿勢を揃えている。
このように容器が円形をしていると、大きな場所を占有し、装置の小型化が困難であるが、本実施の形態の部品容器５は、輪郭が長方形状をしているため、多数の部品容器５を隣接させることにより、これらをコンパクトに配置することができる。

また、部品定置エリア３に定置された部品１１を画像処理によって認識する場合、部品定置エリア３の表面を、例えば黒色など、部品１１とのコントラストが明確になるような色に着色すると、画像処理を良好に行うことができる。

図２は、部品容器５ｂとチャック３０を示した図である。
チャック３０は、略円筒形状に形成されており、中心軸上に吸引用の貫通孔３１が形成されている。
図示しないが、チャック３０は、ｘｙｚ軸方向に移動可能であり、中心軸を中心としてチャック３０を指定された角度だけ回転するチャック駆動装置に接続されており、チャック駆動装置は、数値制御により、チャック３０を所定量だけ移動することができる。

また、これも図示しないが、貫通孔３１の上端は、貫通孔３１を介して外気を吸気するバキュームチューブの一端に接続されており、当該バキュームチューブの他端は吸気用のポンプに接続されている。当該ポンプが作動すると、チャック３０は、貫通孔３１によって外気を吸引する。

以上のように構成されたチャック３０は、チャック駆動装置によって３個の凹部７ｂの何れかに移動し、そこに定置されている部品２１を吸引する。
その後、チャック駆動装置が、チャック３０を所定位置まで移動させ、貫通孔３１の吸引を停止すると、当該所定位置に部品２１が置かれる。
なお、チャック３０は、部品２１の中央付近で吸着し、貫通孔３１が吸引する空気は、部品２１の貫通孔２２から漏れるが、吸引用のポンプは、貫通孔３１内の気圧が外気圧より低くなり、部品２１がチャック３０に吸引される程度の吸引力で吸引を行う。
このように、チャック３０は、定置した部品を吸着する吸着手段として機能している。

図３（ａ）は、図１において、チャック３０が部品２１を吸着した場合のＡ−Ａ断面を示した図である。
図に示したように、チャック３０の吸気口の直径は、部品２１の貫通孔２２よりも大きく設定されており、チャック３０と部品２１の接合部分からは空気漏れがないようになっている。
この状態で、チャック３０を用いて部品２１を吸引すると、溝６ｂを介して貫通孔２２に外気が供給され、貫通孔２２の内部の負圧（減圧）が緩和される。
これによって、チャック３０は部品２１を部品容器５ｂから容易に引き剥がすことができる。

ここで、溝６ｂは、部品の吸着手段（チャック３０）が吸着する吸着部分に貫通孔（貫通孔２２）が形成されている場合に、当該吸着によって当該貫通孔内部に発生する負圧を低減する負圧低減手段として機能している。
そして、より具体的には、この負圧低減手段（溝６ｂ）は、外気を貫通孔（貫通孔２２）内部にリークさせる、部品位置手段（部品容器５ｂ）に形成されたリーク部（溝６ｂ）で構成されている。

仮に溝６ｂがなく、凹部７ｂの底面が平坦であった場合、貫通孔３１で吸引すると、貫通孔２２の内部が密閉されるため、貫通孔２２の内部が負圧となり、部品２１が凹部７ｂに貼り付いて、部品２１を凹部７ｂから剥がすのが困難となる。
特に、図に示したように、貫通孔２２の底部がザグリ加工されている場合、部品２１の底面が負圧となり、より取り外しにくくなる。場合によっては、チャッキングして部品２１を上昇させることが不可能となる。

また、貫通孔２２が形成された領域を避けて吸着することも考えられるが、この場合、貫通孔２２の中心を避けて吸着するため、吸着した際の部品２１のバランスが悪くなり、チャック３０で部品２１を搬送した際の組立精度が低下する。

なお、溝６ｂを設けずに、チャック３０に貫通孔２２を塞ぐような機構を設けてもよい。
ただし、この場合は、チャック３０の機構が複雑になりコストが高くなるため、溝６ｂを用いる方式の方が望ましい。

図３（ｂ）は、部品容器５ｂの変形例を示した図である。
この例では、溝６ｂの代わりに貫通孔２２と導通する貫通孔８ｂが凹部７ｂに設けてある。
これによっても、チャック３０で吸引した際に貫通孔２２をリークさせることができ、減圧を緩和することができる。
また、図示しないが、凹部７ｂの底部をメッシュで形成し、自由に外気が透過できるように構成してもよい。

図４は、部品容器５の振動機構を説明するための図であり、図１において、部品容器５ａを矢線Ｂ方向に見たところを示している。
図に示したように部品容器５ａの底面中央付近に蝶番４３が形成されており、部品容器５ａは、蝶番４３を介して基部４２に固定されている。
部品容器５ａの部品定置エリア３側の端部は、蝶番４４によって、振動装置４１の支持部材４５の先端に固定されている。
振動装置４１は、例えば、電磁力などにより支持部材４５を上下動させる。

蝶番４３と蝶番４４の回転軸は、共に部品容器５ａの長手方向と垂直となっている。
そのため、振動装置４１が支持部材４５を上下動すると、部品容器５ａは、蝶番４３を中心として矢線に示したようにシーソー状に上下動する。
そこで、振動装置４１を高速に駆動すると、部品容器５ａは、部品容器５ａの長手方向の直線を含む垂直な平面を振動面として振動する。
この振動により、部品蓄積エリア２に蓄積されている部品１１（図示せず）が部品定置エリア３の方向に移動する。

なお、部品容器５ａを部品定置エリア３の方向に傾けて振動させると、より効果的に部品１１を部品定置エリア３の方向に移動させることができる。
このように、振動装置４１は、部品定置手段（部品容器５ａ）を、１の方向（部品蓄積エリア２と部品定置エリア３を結ぶ方向）を振動面として振動させて、蓄積部分（部品蓄積エリア２）に蓄積された部品を嵌合部分（部品定置エリア３）に移動させて嵌合させる振動手段として機能している。

また、部品１１が部品定置エリア３に移動し、凹部７ａに部品１１がはまった後、残りの部品１１を部品蓄積エリア２に移動させる場合には、部品容器５ａを部品蓄積エリア２の方向に傾けて振動させると、より効果的に部品１１を部品蓄積エリア２の方向に移動させることができる。
このように、振動装置４１は、部品が嵌合部分（部品定置エリア３）に嵌合した後、嵌合部分に嵌合していない部品を蓄積部分（部品蓄積エリア２）に移動させる移動手段としても機能している。

図５は、部品１１の位置補正を説明するための図である。
凹部７ａは、部品１１が嵌合するようにある程度遊びを設けて形成されており、部品１１の定置される位置は、この遊びの範囲でばらつきがあるため、チャック３０でチャッキングした際の部品１１の位置にもばらつきが生じる。

また、部品１１が歯車のように回転に対する方向性を持っている場合、チャック３０にチャッキングした際の歯車の位置がランダムになる。
更に、部品１１は、吸着によってチャック３０に保持されているため、何らかの原因で、部品１１の吸着位置にずれが生じる可能性がある。
部品１１が小型の精密部品で、チャック３０が所定箇所に精密にこれを搬送しなくてはならない場合、このようなチャッキング位置のずれを補正することが必要となる。
以下、この補正方法について説明する。

駆動装置５１は、チャック３０を保持し、チャック３０をｘｙｚ軸方向に数値制御により移動するほか、チャック３０を中心軸の周りに回転することができる。
カメラ５３は、所定位置に固定されており、部品１１をチャック３０に対向する側（下側）から撮影する。

制御装置５２は、駆動装置５１を駆動して、チャック３０を数値制御により移動させたり、チャック３０による吸引をオンオフしたり、カメラ５３から部品１１の画像を受信して画像処理によって部品１１の位置を解析したりなどして、部品１１を部品容器５ａから予め設定された位置まで搬送する。
このように、制御装置５２は、吸着した部品を搬送する搬送手段として機能している。

そして、駆動装置５１は、次のようにして補正を行う。
まず、駆動装置５１は、部品１１を吸着した後、制御装置５２を駆動して、チャック３０を所定位置に移動する。
次に、駆動装置５１は、チャック３０がチャックした部品１１を下方からカメラ５３で撮影し、画像処理によって、部品１１の現状の位置を解析する。
このように、制御装置５２は、吸着手段（チャック３０）に吸着された部品の姿勢を取得する吸着姿勢取得手段を備えている。

そして、駆動装置５１は、部品１１の現状の位置と、予め記憶している基準となる位置との差分を計算する。
このように、制御装置５２は、部品１１の姿勢が予め規定されている所定の姿勢からずれているずれ量を取得するずれ量取得手段を備えている。
ここでは、その差分が（Δｘ、Δｙ、Δθ）であったとする。ただし、ｘ軸、ｙ軸は水平方向の軸であり、Δθは、例えば、歯車の歯の位置を調節するなど、回転角度の補正が必要な場合に計算する。

このようにして、制御装置５２は、差分（Δｘ、Δｙ、Δθ）を計算すると、駆動装置５１を駆動してチャック３０の位置を（−Δｘ、−Δｙ、−Δθ）だけ移動させてずれの分をオフセットし、その後の移動を行う。
これによって、部品１１は、チャッキングの位置ずれを補正された状態で、例えば、組立先の基板上などの所定位置に搬送される。
このように、搬送手段（制御装置５２、駆動装置５１）は、解析したずれ量だけ搬送量をオフセットする。

以上に説明した本実施の形態により次のような効果を得ることができる。
（１）部品１１に貫通孔１２が形成されており、当該貫通孔１２を含む領域をチャック３０で吸引する場合であっても、空気の流れを作って外気を貫通孔１２の内部にリークさせることにより貫通孔１２内部の負圧を低減することができ、部品容器５ａから部品１１を容易に持ち上げることができる。
部品１１の貫通孔１２がザグリ加工されており、ザグリ面が下面となっている場合に、特に効果的である。

（２）部品容器５ａを矩形形状に形成することができ、複数の部品容器５ａをコンパクトに並べることができる。
（３）振動により部品蓄積エリア２の部品１１を部品定置エリア３に移動させ、部品１１が凹部７ａに嵌合した後、残りの部品１１を振動により部品蓄積エリア２に戻すことができる。
（４）画像処理によってチャッキング後の部品１１の位置・姿勢を確認することにより、適切なオフセット量を設定して部品１１を搬送することができる。
（５）部品容器５ａ上の部品１１をカメラで認識する場合、部品容器５ａの表面を部品１１とコントラストが明確になる色に着色することにより、認識精度を高めることができる。

なお、以上に説明した部品１１には貫通孔１２が形成されていたが、チャック３０は、貫通孔が形成されていない部品も搬送することができる。
これにより、例えば、軸のある部分に他の部品の貫通孔を重ねていく工程や、穴の開いていない部品を所定位置にはめ込む工程など、各種工程が混在している場合でも、チャック３０と部品容器５により対応可能である。

本実施の形態の部品供給装置の部品容器を示した図である。 部品容器とチャックを示した図である。 チャックが部品を吸着した場合の断面を示した図である。 部品容器の振動機構を説明するための図である。 部品の位置補正を説明するための図である。

符号の説明

２ 部品蓄積エリア
３ 部品定置エリア
４ 壁部
５ａ、５ｂ 部品容器
６ａ、６ｂ 溝
７ａ、７ｂ 凹部
８ｂ 貫通孔
１１ 部品
１２ 貫通孔
２１ 部品
２２ 貫通孔
３０ チャック
３１ 貫通孔
４１ 振動装置
４２ 基部
４３ 蝶番
４４ 蝶番
４５ 支持部材
５１ 駆動装置
５２ 制御装置
５３ カメラ

Claims (3)

1. 部品を所定位置に定置する部品容器と、
   前記定置した部品を吸着する吸着手段と、
   前記吸着した部品を搬送する搬送手段と、
   前記部品の前記吸着手段が吸着する吸着部分に貫通孔が形成されている場合に、前記吸着によって当該貫通孔内部に発生する負圧を低減する負圧低減手段と、を具備し、
   前記部品容器には、前記部品が所定姿勢に嵌合する複数の凹部が長手方向に形成されており、
   前記負圧低減手段は、外気を前記貫通孔内部にリークさせる、前記部品容器の長手方向で、前記複数の凹部に渡って、前記凹部よりも深く形成された溝である、
   ことを特徴とする部品供給装置。
2. 前記部品容器には、前記部品を任意姿勢に置いて蓄積する蓄積部分と、前記複数の凹部により前記部品が所定姿勢に嵌合する嵌合部分と、が１の方向に形成されており、
   前記部品容器を、前記１の方向を振動面として振動させて、前記蓄積部分に蓄積された部品を前記嵌合部分に移動させて嵌合させる振動手段と、
   前記部品が前記嵌合部分に嵌合した後、前記嵌合部分に嵌合していない部品を前記蓄積部分に移動させる移動手段と、
   を具備し、
   前記吸着手段は、前記嵌合部分に所定姿勢で嵌合した部品を吸着することを特徴とする請求項１に記載の部品供給装置。
3. 前記吸着手段に吸着された部品の姿勢を取得する吸着姿勢取得手段と、
   前記取得した姿勢が予め規定されている所定の姿勢からずれているずれ量を取得するずれ量取得手段と、
   を具備し、
   前記搬送手段は、前記取得したずれ量だけ搬送量をオフセットすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の部品供給装置。

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