JP5348128B2 - 形状計測装置とこれを備えたロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、筐体内にレーザを備えた形状計測装置と、この形状計測装置を可動部に搭載したロボット装置に関するものである。

塵や埃のある生産現場で使用される形状計測装置は、塵や埃の侵入による、基板実装部品の端子間短絡などを起こしてしまう恐れがあるために、密閉型にしている。密閉型は、内部の発熱をそのまま取り込むと、ユニット構造が大きくなってしまうので、さまざまな工夫を行って、小型化している。
基板やモータなどを収納する電気製品のユニット構造の従来技術としては、発熱体を外部に出して、ユニット内の温度上昇を抑え密閉構造に光ディスクサブシステム装置（特許文献１参照）や、内外にファンを持つ熱交換器を設置するとともに、発熱機器であるサーボアンプのヒートシンクを外部に出し、外部に設置したファンで冷却して、ユニット内の温度上昇を抑え密閉構造にしたレーザ加工機がある（特許文献２参照）がある。

図９は特許文献１の従来技術を示すユニット構造である。図９において、ユニットの筐体５０は敷居板５２により、２室に区画形成され、その１室に電源５３が配置されている。前記電源５３は、配置されている１室の前記筐体５０の側板に設けられた通気孔５４により、冷却されている。
図１０は特許文献２の従来技術を示すユニット構造である。図１０において、制御盤５５には、熱交換器５６が設置されている。熱交換器５６は薄板をコルゲート状に折り曲げ形成した伝熱板５７を挟んで、外気ファン５８と内気ファン５９により熱交換されて、制御盤５５の内気が冷却される。また、発熱機器であるサーボアンプ６０はヒートシンク部６１を外気に出し、中央に設置された冷却ファン６２で直接冷却される。
特開平８−１０２１８０公報 特公平７−２２８７２公報

従来のユニット構造には、以下の問題点がある。
（１）特許文献１の場合、電源５３は外気の環境下に置かれるために、塵、埃等の侵入の恐れがある。また、ケーブルの引き込み口の防塵処理が複雑な構造となり、コストが掛かってしまう。
（２）特許文献２の場合、外部ファン５８、伝熱板５７、ヒートシンク６１は外気の環境下にあるために、塵、埃等の吸込みにより、伝熱板５７とヒートシンク部６１は汚れて、熱効率の低下を招くとともに、外部ファンの寿命が短くなり、頻繁に清掃や交換などのメンテナンスが必要となる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、密閉された筐体内の発熱による温度上昇を抑え、塵、埃等による影響の少ない形状計測装置の提供を目的とするものである。また、この形状計測装置を可動部に取付けたロボット装置を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するために、本発明は、ベースとカバーを有する筐体内に、レーザ光を照射するレーザを備えた形状計測装置において、前記筐体が、大気に開放された開放空間と、大気から遮断された密閉空間とを有し、前記開放空間は、前記筐体内に配置したレーザボックスで形成されるとともに、前記レーザを収納しており、前記レーザボックスは、前記密閉空間と接しない部位に、開口部を有し、かつ、前記密閉空間と接する部位に、前記レーザの軸方向の両端部が取付けられるレーザ取付穴を有し、前記密閉空間には、基板に実装された発熱素子と、前記発熱素子の熱を前記ベースに伝導する熱伝導シートとが収納されているものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
（１）請求項１から請求項５に記載の発明によると、使用温度の低いレーザは、開放部を持つレーザボックスに収納され、さらに、それを覆うカバーに、レーザボックスの開放部と合致するように、通風穴を形成することにより、密閉空間内よりも温度が低い外気温の環境下での使用が可能となる。
また、発熱素子を、ヒートシンクを兼ねるベースに熱伝導シートを挟んで密着させるために、発熱素子の発生する熱が、ベースによって冷却され、筐体の密閉空間内の温度を下げることができる。
（２）請求項６に記載の発明によると、ファンの風を発熱素子に当たるように斜めに配置することにより、発熱素子の温度上昇を抑えるとともに、筐体の密閉空間内の部分的な温度上昇を防ぐことができる。
（３）請求項７および請求項８に記載の発明によると、レーザボックス内にレーザホルダを取付けることにより、レーザの取り付けの際の位置決めと固定を確実に行なうことができる。また、レーザホルダが、開口部と向かい合う位置に配置されているので、レーザの取付作業がしやすくなる。
（４）請求項９に記載の発明によると、ミラーシャフトと連結されるモータシャフトを有するモータ本体の少なくとも一部を、筐体外に配置しているので、つまり、密閉空間の外に配置することにより、モータの熱ができるだけ密閉空間内に入り込まないようにすることができ、密閉空間内の温度の上昇を防ぐことができる。
（５）請求項１０および請求項１１の記載によると、形状計測装置をロボット装置に搭載することにより、形状計測装置を任意の位置に容易に移動させることができるとともに、被計測物に対する形状計測装置角度の角度も容易に設定・調整することができ、計測作業を効率よく行なうことができる。
（６）請求項１２から請求項１４に記載の発明によると、ロボット装置が被計測物を把持するためのハンドリングユニットを有しているので、例えば、コンベア上を流れている製品を、形状計測装置で計測後、ハンドリングユニットを用いて速やかに把持することができる。

本発明の第１の実施例における形状計測装置を示す正面図である。 図１における形状計測装置の平面図である。 図２における形状計測装置のカバーを外した状態を示す平面図である。 図１における形状計測装置のカバーと、モータカバーを断面して、内部構造を示した正面図である。 図４におけるレーザボックスを断面して、内部構造を示した正面図である。 図３におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例における形状計測装置を搭載したロボット装置の側面図である。 図７に示すロボット装置の手首周りの拡大図である。 第１の従来技術を示す説明図である。 第２の従来技術を示す説明図である。

符号の説明

Ｓ 形状計測装置
１ ベース
１ａ 通風穴
２、２ａ スタッド
３、３ａ 基板
４、４ａ 発熱素子
５ 熱伝導シート
６ ファン
７ レーザ
７ａ ケーブル
８ レーザホルダー
９ レーザボックス
９ａ 開口部
９ｂ 通風穴
９ｃ 通風穴
９ｄ レーザ取付穴
９ｅ レーザ取付穴
１０ コネクタプレート
１１ カバー
１１ａ 通風穴
１１ｂ 通風穴
１２ パッキン
１３ ミラー
１４、１４ａ アクリル板
１５ モータ
１６ モータベース
１７ レンズ
１８ カメラ
１９ ミラーシャフト
２０ モータカバー
２１ 密閉空間
２２ 開放空間
Ｒ ロボット装置
２３ 固定部
２４ 可動部
２４ａ 旋回ベース
２４ｂ 垂直アーム
２４ｃ 水平アーム
２４ｄ 手首
２４ｅ ハンドリングユニット
２４ｆ 関節
２４ｇ 関節
２５ 取付部材
２７、２８、２９、３０ 軸

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例における形状計測装置を示す正面図である。図２は、図１における形状計測装置の平面図である。図３は、図２における形状計測装置のカバーを外した状態を示す平面図である。図４は、図１における形状計測装置のカバーと、モータカバーを断面して、内部構造を示した正面図である。図５は、図４におけるレーザボックスを断面して、内部構造を示した正面図である。図６は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。

図１〜図６において、Ｓは形状計測装置、１はベース、１ａは通風穴、２、２ａはスタッド、３、３ａは基板、４、４ａは発熱素子、５は熱伝導シート、６はファン、７はレーザ、７ａはケーブル、８はレーザホルダー、９はレーザボックス、９ａは開口部、９ｂ、９ｃは通風穴、９ｄ、９ｅはレーザ取付穴、１０はコネクタプレート、１１はカバー、１１ａ、１１ｂは通風穴、１２はパッキン、１３はミラー、１４、１４ａはアクリル板、１５はモータ、１６はモータベース、１７はレンズ、１８はカメラ、１９はミラーシャフト、２０はモータカバー、２１は密閉空間、２２は開放空間である。

前記ベース１には、前記スタッド２を介して前記基板３が取付けられる。前記ベース１と前記基板３の間には、前記基板３に実装された前記発熱素子４が、前記熱伝導シート５を介して、前記ベース１に密着している。前記発熱素子４は、ヒートシンクを兼ねるベース１に放熱することによって、冷却されている。前記基板３には、スタッド２ａを介して、複数の前記基板３ａを取付けている。前記複数の基板３ａの一部には、前記発熱素子４ａが実装されている。前記ファン６は、前記発熱素子４ａを冷却するためと、前記密閉空間２１の内部の温度の部分的上昇を防止するために、前記ベース１上の斜め位置に取付けられている。つまり、前記発熱素子４、４ａが、平面状の側面を有する矩形状をしており、前記ファン６が、前記発熱素子４、４ａの側面に対して、斜めに風が当たるように、前記ベース１の上に斜めに取付けられている

前記レーザ７は、前記レーザホルダー８にクランプされて、前記レーザボックス９の前記レーザ取付穴９ｄ、９ｅに取付けられる。前記レーザボックス９は、前記レーザ７が収納される前記開放空間２２と、前記開放空間２２と正面側でつながっている開口部９ａと、前記開放空間２２と上面側でつながっている通風穴９ｂと、前記開放空間２２と下面側でつながっている通風穴９ｃとを有している。また、前記レーザボックス９の下面は、前記ベース１に取付けられている。前記ベース１は、前記レーザボックス９の前記通風穴９ｃと接する部分に、同じ大きさ、あるいは略同じ大きさの通風穴１ａを有している。前記ベース１の１端面には、前記コネクタプレート１０が取付けられ、全体を覆う前記カバー１１は、前記ベース１、前記コネクタプレート１０、前記レーザボックス９に密着するように構成している。また、前記カバー１１は、密着した前記レーザボックス９の前記通風穴９ｂ、９ｃに接する部分に、円形や長円形をした前記通風穴１１ａ、１１ｂを形成している。前記レーザ７は、前記レーザボックス９に設けられたレーザ取付穴９ｄ、９ｅに嵌合して取付けられ、隙間はパッキン１２で塞がれている。

このような構成における形状計測装置を用いて、形状測定の対象となる被計測物を計測する場合は、次のようにして行なわれる。
形状計測の対象となる被計測物は、前記アクリル板１４ａを介して前記レンズの１７の前方に置かれる。この場合、被測定物は、例えば、固定された測定台上に載置されてもよいし、可動しているコンペア上に載置されてもよい。
レーザ７から照射されたレーザ光は、ミラー１３で反射されて、カバー１１に取付けられたアクリル板１４を透って、被計測物に当たる。ミラー１３は、モータ１５により回転され、被計測物にレーザ光を照射する。モータ１５はモータベース１６を介して、ベース１に取付けられる。照射されたレーザ光は、カバー１１に取付けられたアクリル板１４ａを透し、レンズ１７を通して、カメラ１８で認識される。ミラー１３は、ミラーシャフト１９に接着され、モータ１５の出力軸に取付けられる。モータ１５は、モータベース１６に合致するモータカバー２０で覆われている。

ベース１に取付けられた基板３、３ａ、ミラー１３、レンズ１７、カメラ１８等は、ベース１、コネクタプレート１０、レーザボックス９、カバー１１によって形成された、密閉された空間２１に置かれる。これにより、外部からの埃、ごみの侵入を防止している。モータ１５のほとんど部分を、密閉された空間２１の外に配置するために、モータ１５の発熱による、密閉された空間２１の温度上昇を抑えることが出来る。
レーザ７は使用温度が低いために、密閉空間２１に配置すると、使用温度を超えてしまう。レーザ７は、レーザ光を照射する先端部分とケーブル出口の後端部を除いた、胴体部分がレーザボックス９の開放空間２２に位置し、その正面、上面、下面が開放空間になっているために、外気が入ってきて、外気温度に近い周囲温度になっている。そのために、使用温度を超えて使うことがない。仮に、レーザ７が発熱したときは、逆に、レーザの温度よりも外気で冷却されるので、密閉された空間２１に熱を与えることなく使うことが出来る。

このような構成により、ミラーや基板などを収納している空間が密閉となり、塵、埃が侵入しないために、ミラーが汚れず、ファンの寿命を延ばし、さらに不純物による基板類の短絡もなくすことが出来る。また、使用温度の低いレーザが使えるために、ユニット自体の使用温度を下げなくてよい。

図７は、本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実施例における形状計測装置を搭載したロボット装置の側面図である。図８は、図７に示すロボット装置の手首周りの拡大図である。

前記第1の実施例に示される形状計測装置Ｓは、ロボット装置Ｒに搭載して用いることができる。
前記ロボット装置Ｒは、例えば、図７および図８に示すように、固定部２３と可動部２４を有して構成されている。
前記固定部２３は、例えば、固定ベースで構成され、前記可動部２４は、例えば、前記固定部２３に、軸２７を中心にして旋回可能に連結された旋回ベース２４ａと、前記旋回ベース２４ａに、軸２８を中心にして前後方向に回転可能に連結された垂直アーム２４ｂと、前記垂直アーム２４ｂに、軸２９を中心にして上下方向に回転可能に連結された水平アーム２４ｃと、前記水平アーム２４ｃの先端部に、軸３０を中心にして回転可能に連結された手首２４ｄと、前記手首２４ｄに設けられたハンドリングユニット２４ｅとを有して構成されている。前記ハンドリングユニット２４ｅは、例えば、３本の可動する指で構成され、1本の指に２つの関節２４ｆ、２４ｇを有している。なお、前記関節は１つで構成してもよい。また、前記ハンドリングユニット２４ｅは、３本の可動する指で構成しなくとも、非計測物を把持できるものであれば、どのような構成のものでもよい。
前記ロボット装置Ｒに搭載された形状計測装置で被計測物の形状を計測する場合は、次のようにして行なう。
まず、前記被計測物の形状を計測する前記形状計測装置Ｓを、前記被計測物の位置まで移動させる。これは、前記旋回ベース２４ａを旋回させて、前記形状計測装置Ｓを前記被計測物の方向に向けさせ、その後、前記垂直アーム２４ｂを前後方向に回転させるとともに、前記水平アーム２４ｃを上下方向に回転させて、アームを伸縮させることによって行なう。
前記形状計測装置Ｓが、前記被計測物の位置まで移動し、前記レーザ７からレーザ光を照射して形状を計測すると、その位置情報をもとにして前記ハンドリングユニット２４ｅの、３つの指の前記関節２４ｆ、２４ｇが動いて、前記被計測物を把持する。
このように、前記形状計測装置Ｓをロボット装置Ｒに搭載することにより、前記形状計測装置Ｓを、任意の位置に容易に移動させることができる。また、前記被計測物に対する前記形状計測装置Ｓの角度も容易に設定・調整することができ、計測作業を効率よく行なうことができる。
さらに、前記ロボット装置Ｒが前記被計測物を把持するための前記ハンドリングユニット２４ｅを有しているので、例えば、コンベア上を流れている製品を、前記形状計測装置Ｓを用いて形状を計測し、速やかに前記ハンドリングユニット２４ｅの２つの関節を動かすことによって、前記被計測物のハンドリングを行なうことができる。

本発明は、密閉された筐体内の温度上昇を抑えるとともに、塵、埃などによる影響の少ない形状計測装置を製造、提供する分野に利用することができる。

Claims (14)

1. ベースとカバーを有する筐体内に、レーザ光を照射するレーザを備えた形状計測装置において、
   前記筐体が、大気に開放された開放空間と、大気から遮断された密閉空間とを有し、
   前記開放空間は、前記筐体内に配置したレーザボックスで形成されるとともに、前記レーザを収納しており、前記レーザボックスは、前記密閉空間と接しない部位に、開口部を有し、かつ、前記密閉空間と接する部位に、前記レーザの軸方向の両端部が取付けられるレーザ取付穴を有し、
   前記密閉空間には、基板に実装された発熱素子と、前記発熱素子の熱を前記ベースに伝導する熱伝導シートとが収納されていることを特徴とする形状計測装置。
2. 前記ベースがヒートシンクであることを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
3. 前記基板に実装された発熱素子が、熱伝導シートを挟んで、前記ベースに密着していることを特徴とする請求項１または２に記載の形状計測装置。
4. 前記密閉空間には、さらに、前記レーザ光を反射する回転可能なミラーと、前記ミラーを支持するミラーシャフトと、前記ミラーから照射されたレーザ光が物体に当たった形状を確認するレンズおよびカメラと、筐体内の収納物を冷却させるファンとが収納されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに形状計測装置。
5. 前記カバーの前記開放空間と接する部位に、通風穴が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の形状計測装置。
6. 前記発熱素子が、平面状の側面を有する矩形状をしており、前記ファンが、前記発熱素子の側面に対して、斜めに風が当たるように、前記ベースの上に斜めに取付けられていることを特徴とする請求項４記載の形状計測装置。
7. 前記レーザの軸方向の両端部間を固定するレーザホルダが、前記レーザボックス内に取付けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の形状計測装置。
8. 前記レーザホルダが、前記開口部と向かい合う位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の形状計測装置。
9. 前記ミラーシャフトと連結されるモータシャフトを有するモータ本体の、少なくとも一部が、前記筐体外に配置されていることを特徴とする請求項４または６に記載の形状計測装置。
10. 請求項１から９のいずれかの項に記載の形状計測装置を、固定部上に可動部を有するロボット装置の、前記可動部に搭載していることを特徴とするロボット装置。
11. 前記可動部が少なくとも１つの可動アームで構成され、前記可動アームの先端部に、手首部を有し、前記手首部に、前記形状計測装置が搭載されていることを特徴とする請求項１０に記載のロボット装置。
12. 前記手首が、非計測物を把持するハンドリングユニットを有することを特徴とする請求項１１に記載のロボット装置。
13. 前記ハンドリングユニットが、少なくとも３本の可動する指で構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のロボット装置。
14. 前記可動する指は、それぞれの指が少なくとも１つの関節を有して構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のロボット装置。

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