JP5452979B2 - 部品供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホッパー内に貯留される部品をトレー上に供給する部品供給装置に関する。

一般に、自動車のエンジン等の組立ラインでは、作業員が組立作業を行う作業台または組立ロボット等の組立装置の周囲に部品供給装置が設置されている。この種の部品供給装置は、ボルト等の部品を作業員または組立装置に供給する装置であり、螺旋状の搬出路が内面に形成されたボウルに部品を投入し、ボウルに振動を与えることで搬出路に沿って部品を１つずつ上方に搬送する振動ボウル式が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来の部品供給装置では、ボウル等によりその体格が大きくなる他、搬送された部品を整列させるために直進フィーダ等の整列装置が付設されることで、設置スペースや設備コストが大きくなることが避けられなかった。
特開２００３−３４１８２５号公報

これを解消するために、部品を貯留したホッパーと、このホッパーから供給される複数の部品を並べるトレーとを備えて構成を簡素化し、設置スペースや設備コストの低減を図るとともに、トレー上に並べた部品の個数を計数する計数手段を備えて作業員または組立装置に必要量の部品を過不足なく供給可能とする部品供給装置が想定されている。ここで、トレー上に並べた部品の個数を計数する計数手段として、対象となる部品のシルエット像を予め登録しておき、このシルエット像とトレー上の撮像画像のシルエットパターンとを比較して部品の個数を計数するパターンマッチングを用いた構成が知られている。
しかし、パターンマッチングによる手法では、部品の位置姿勢まで認識するため、計算処理に時間がかかり、多数の部品の個数を計数する場合には、サイクルタイムが長くなるといった問題がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、トレー上に並べた部品の個数を計数する際の処理速度を向上させ、サイクルタイムを短縮化できる部品供給装置を提供することを目的とする。

上述課題を解決するため、本発明は、部品を貯留したホッパーと、前記ホッパーから供給される複数の部品を並べるトレーと、前記トレー上に並べた部品の個数を計数する計数手段とを備え、前記計数手段が、前記トレーの面に、計数対象となる部品の種類に応じた大きさ及び配置間隔に設定された複数の独立したマークをマトリックス状に備えると共に、前記トレーの上方に配置される撮像装置を備え、前記マークの面積または画素数を前記撮像装置で撮像して計測する構成とし、前記トレー上に前記部品が無い状態で撮像された前記各マークのそれぞれの面積または画素数と、該トレー上に部品を並べた状態で撮像された前記各マークのそれぞれの面積または画素数とを比較し、前記部品を並べた状態での或る前記マークの面積または画素数が所定の閾値よりも小さくなった場合に、該マーク上に前記部品が延在すると判断する手段を備え、前記部品が延在することにより隠された前記マークを除外して、残りのマークの個数に基づき、前記部品の個数を計数することを特徴とする。

この構成によれば、部品により隠されたマーク又は光源を除外した残りのマーク又は光源の個数に基づき、トレー上に並べた部品の個数を簡単に計数することができるため、当該部品の個数を計数する際の処理速度を向上させ、サイクルタイムを短縮することができる。また、部品を貯留したホッパーと、このホッパーから供給される複数の部品を並べるトレーと、このトレー上に並べた部品の個数を計数する計数手段とを備えて部品供給装置が構成されるため、当該部品供給装置の構成を簡素化することができ、製造コストの低減化を実現できる。

この構成において、前記計数手段が、前記残りのマークの個数を撮像装置で撮像して計数する構成としても良い。この構成によれば、撮像装置で撮像した画像から、部品により隠されたマークを除外した残りのマークの個数を簡単に計数することができ、簡単な構成でトレー上に並べた部品の個数を計数することができる。

この構成において、前記トレー上に並べられた前記部品を取得するロボットを備えると共に、前記ロボットが前記部品を取得した後に、前記計数手段が前記部品を計数し、前記トレー上の部品数が予め決められた所定数となるように、前記ホッパーから前記トレーに供給される部品数を調整する手段を備えたことを特徴とする。

この構成において、前記部品の個数と前記マークの個数との関係を、実験による実験値で求めておいて、該実験値に従い、前記部品の個数を計数する構成としても良い。この構成によれば、部品の個数と前記マークの個数との関係を求めた実験値から、部品の個数が計数されるため、当該部品の個数を計数する際の処理速度の向上及び処理の精度の向上を図ることができる。

本発明によれば、部品により隠されたマーク又は光源を除外した残りのマーク又は光源の個数に基づき、トレー上に並べた部品の個数を簡単に計数することができるため、当該部品の個数を計数する際の処理速度を向上させ、サイクルタイムを短縮することができる。また、部品を貯留したホッパーと、このホッパーから供給される複数の部品を並べるトレーと、このトレー上に並べた部品の個数を計数する計数手段とを備えて部品供給装置が構成されるため、当該部品供給装置の構成を簡素化することができ、製造コストの低減化を実現できる。
また、本発明によれば、撮像装置で撮像した画像から、部品により隠されたマークを除外した残りのマークの個数を簡単に計数することができ、簡単な構成でトレー上に並べた部品の個数を計数することができる。
また、本発明によれば、受光装置が受光した光源の個数から、部品により隠された光源を除外した残りの光源の個数を簡単に計数することができ、簡単な構成でトレー上に並べた部品の個数を計数することができる。
また、本発明によれば、部品の個数と前記マーク又は光源の個数との関係を求めた実験値から、部品の個数が計数されるため、当該部品の個数を計数する際の処理速度の向上及び処理の精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を添付した図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る部品供給装置を備える部品供給システムを示す全体構成図である。
部品供給システム１０は、図１に示すように、エンジン等のワークＷの組立ライン２０に設置され、この組立ライン２０の作業台２１でワークＷの組立作業を行う作業員Ｐにボルト（部品）を供給するものである。組立ライン２０には、複数の作業台２１、２１・・が設けられ、これら作業台２１は、それぞれ搬送コンベア２２によって連結されている。ワークＷは、この搬送コンベア２２で搬送されて各作業台２１を順次移動する。
部品供給システム１０は、作業台２１に隣接して配置されるロボット１１と、このロボット１１の周囲に配置される複数の部品供給装置１２とを備える。これら部品供給装置１２は、ボルトの種類（例えば、径や長さ等）ごとに設けられ、本実施形態では、種類の異なる３種類のボルト１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃに対応して３台の部品供給装置１２が設置されている。なお、これらボルト１３Ａ〜１３Ｃについて区分けが不要の場合には、単にボルト１３と記載する。

ロボット１１は多軸式の汎用ロボットであり、各部品供給装置１２からそれぞれ所定数のボルト１３Ａ〜１３Ｃを取得し、これらボルト１３Ａ〜１３Ｃを所定の組立の順番に作業者用トレー２３の上に並べる動作を行う。ロボット１１は、画像認識により、部品供給装置１２のトレー３２上に供給されたボルト１３の位置及び姿勢を認識する。作業者用トレー２３は、作業台２１の近くで作業者の手元に設けられている。これにより、作業者は、作業者用トレー２３に並べられた各ボルト１３Ａ〜１３Ｃの順番に従うことにより、ワークＷに対して、各ボルト１３Ａ〜１３Ｃを容易に定められた順番に組み付けることができる。

部品供給装置１２は、ボルト１３が貯留されるホッパー３１と、このホッパー３１から供給される複数のボルト１３を並べるトレー３２と、このトレー３２の上方に配置されるカメラ（撮像装置）３３と、部品供給装置１２全体の動作を制御する制御装置３４とを備える。本実施形態では、カメラ３３で撮像した画像に基づいて、制御装置３４がトレー３２上に並べたボルト１３の個数を計数する。このため、カメラ３３及び制御装置３４を備えて計数手段を構成する。
また、トレー３２には、このトレー３２上に供給されたボルト１３同士の重なりを防止するために、トレー３２に振動を与えるバイブレータ３５が配置されている。このバイブレータ３５は制御装置３４により動作が制御される。
ホッパー３１には、このホッパー３１内のボルト１３をトレー３２に供給するための供給口３１Ａが形成され、この供給口３１Ａには、当該供給口３１Ａを開閉するシャッタ機構３６が設けられている。このシャッタ機構３６は、不図示の駆動モータの動作により、供給口３１Ａを開閉し、この供給口３１Ａが開放された際にボルト１３をトレー３２に供給する。駆動モータの動作タイミング及び駆動時間（シャッタの開閉時間）は制御装置３４により制御されている。

このように、部品供給システム１０では、部品供給装置１２のトレー３２上に並べられたボルト１３をロボット１１が取得する。この場合、所定時間内でワークＷの組立工程を終了させるために、ロボット１１は、ワークＷが作業台２１に搬送される前に、作業者用トレー２３に必要なボルト１３Ａ〜１３Ｃを並べることが要求される。このため、ロボット１１の動作時間を短縮するために、トレー３２上に並べられたボルト１３の個数を、当該ロボット１１が取得する個数と略同一にすることが望ましく、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数管理が重要となる。
すなわち、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数管理をしない場合、当該供給されるボルト１３の個数が、ロボット１１が取得する個数よりも少ないと、ホッパー３１からトレー３２に新たにボルト１３が供給されるまでロボット１１の動作が停止するため、その分、ワークＷの組立作業が遅れてしまう。一方、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数が、ロボット１１が取得する個数に比べて多い場合には、時間経過とともに、過剰に供給されたボルト１３同士がトレー３２上で重なるため、バイブレータ３５を駆動させて重なりを防止する必要があり、その分、ワークＷの組立作業が遅れてしまう。

このため、本実施形態では、制御装置３４は、ロボット１１がボルト１３の取得動作をした後に、トレー３２上に残存するボルト１３の個数をカメラ３３を用いて計数し、この計数した個数に基づいて、シャッタ機構３６の駆動モータの駆動時間を調整することにより、トレー３２上に供給されるボルト１３の個数を調整している。
具体的には、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数が通常１０個であるとした場合について説明する。
（１）トレー３２上に残存するボルト１３の個数が０個の場合には、ホッパー３１からトレー３２上に１０個のボルト１３を供給すれば良いため、制御装置３４は、シャッタ機構３６の駆動モータの駆動時間を基準値（１０個に相当する時間）に設定して制御する。
（２）また、トレー３２上に残存するボルト１３の個数が１個または２個の場合には、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数が通常の状態よりも多いため、制御装置３４は、シャッタ機構３６の駆動モータの駆動時間を基準値よりも僅かに短い時間に設定して制御する。これにより、トレー３２上に残存するボルト１３の個数が徐々に０個に近づくため、当該個数が０個となったら、駆動モータの駆動時間を基準値に戻せば良い。
（３）また、トレー３２上に残存するボルト１３の個数が８個または９個の場合には、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数が通常よりも少ない状態にある。この場合、制御装置３４は、ロボット１１が動作するよりも前に、シャッタ機構３６の駆動モータの駆動時間を基準値よりも遥かに短い時間、ずなわち、ホッパー３１からトレー３２上に２、３個のボルト１３を供給できる時間に設定して制御する。これにより、トレー３２上には、１０個以上のボルト１３が並べられるため、ロボット１１の動作が停止することが防止され、ワークＷの組立作業の遅れを回避できる。ここで、ロボット１１の動作後には、トレー３２上に１個または２個のボルト１３が残存するが、この場合には、（２）の制御に移行すれば良い。

次に、トレー３２上のボルト１３の個数を計数する構成について説明する。図２Ａは、トレー３２上にボルト１３が並べられた状態を示す上面図であり、図２Ｂは、図２Ａを画像処理した状態を示す図である。
本実施形態では、図２Ａに示すように、トレー３２の上面３２Ａには、複数の独立した円形のマーク３２Ｂがマトリックス状に形成されている。この図２Ａでは、４列×４行で合計１６個のマーク３２Ｂが形成されている。このマーク３２Ｂは、背景となるトレー上面３２Ａに比べて、コントラストの高い色彩等が施されており、カメラ３３で撮像した際に、マーク３２Ｂを容易に認識しやすいようになっている。また、マーク３２Ｂの形状は、簡単であって、回転しても形状の変化の少ない円形状とすることが望ましい。また、マーク３２Ｂの形状は、円形状の外に正方形状や正三角形状としても良い。なお、正方形状や正三角形状が良いという理由は、マーク３２Ｂとマーク３２Ｂとの間の隙間が小さい方が、ボルト１３がちょうど当該隙間に入ることを防ぐことができるからである。
制御装置３４は、トレー３２上にボルト１３が並べられた状態をカメラ３３で撮像し、この撮像画像において、ボルト１３により隠されたマーク３２Ｂを除外して、残りのマーク３２Ｂの個数に基づいて、ボルト１３の個数を計数する。

このため、マーク３２Ｂの大きさ及び配置間隔はボルト１３の種類に応じて設定されている。具体的には、マーク３２Ｂの直径Ｄは、ボルト１３の頭部１３０の直径ｄ１と略同一に形成されている。また、マーク３２Ｂ、３２Ｂ間の距離Ｌ１は、ボルト１３の軸部１３１の直径ｄ２よりも大きく形成されている。さらに、マーク３２Ｂ、３２Ｂの中心間の距離Ｌ２は、ボルト１３の長さＨよりも大きく形成されている。これにより、本実施形態では、マーク３２Ｂは、ボルト１３がトレー３２上に並べられた場合に、通常、ボルト１３により２つのマーク３２Ｂが覆われるような大きさ及び配置間隔に形成されている。
制御装置３４は、トレー３２上にボルト１３が無い状態での各マーク３２Ｂの面積または画素数と、トレー３２上にボルト１３を並べた状態での各マーク３２Ｂの面積または画素数とを比較して、当該マーク３２Ｂ上にボルト１３が延在しているか否かを判断する。具体的には、各マーク３２Ｂの面積または画素数が所定の閾値よりも小さくなった場合には、当該マーク３２Ｂ上にボルト１３が延在していると判断する。

図２Ｂにおいて、十字マーク３８が設けられたマーク３２Ｂは、制御装置３４により、ボルト１３で隠されたマーク３２Ｂを除外した残りのマーク３２Ｂと判断されたものである。制御装置３４は、この残りのマーク３２Ｂの個数（８個）から、ボルト１３の個数を計数する。この残りのマーク３２Ｂの個数とボルト１３の個数とは、予め実験を繰り返すことにより、この実験値によって関係付けられている。例えば、残りのマーク３２Ｂの個数とボルト１３の個数との関係を、当該ボルト１３の個数ごとに繰り返し実験し、この実験の平均値により関係付けておく。そして、この平均値に従って計数すれば、簡単にボルト１３の個数を計数することができる。
この構成によれば、ボルト１３で隠されたマーク３２Ｂを除外した残りのマーク３２Ｂの個数を認識するだけで、ボルト１３の個数を計数できるため、この計数処理の高速化を図ることができる。また、残りのマーク３２Ｂの個数とボルト１３の個数とを、繰り返し実験により関係付けておき、この実験の平均値からボルト１３の個数を計数するため、当該ボルト１３の個数を計数する際の精度を向上させることができる。

本実施形態によれば、ボルト１３を貯留したホッパー３１と、このホッパー３１から供給される複数のボルト１３を並べるトレー３２と、このトレー３２上に並べたボルト１３の個数を計数するカメラ３３及び制御装置３４とを備え部品供給装置１２が構成されるため、当該部品供給装置１２の構成を簡素化することができ、製造コストの低減化を実現できる。また、この部品供給装置１２では、トレー３２の上面３２Ａに、複数の独立したマーク３２Ｂをマトリックス状に備えると共に、制御装置３４が、カメラ３３によって撮像された撮像画像から、ボルト１３により隠されたマーク３２Ｂを除外して、残りのマーク３２Ｂの個数に基づき、トレー３２上に並べたボルト１３の個数を簡単に計数することができるため、当該ボルト１３の個数を計数する際の処理速度を向上させ、サイクルタイムを短縮することができる。
このため、ホッパー３１からトレー３２上に供給されるボルト１３の個数管理を簡単な構成で、かつ高速に処理することができるため、トレー３２上に必要量のボルト１３の個数を並べておくことができ、ロボット１１がトレー３２上のボルト１３を確実に作業者用トレー２３に移すことができる。このため、組立ライン２０を流れるワークＷの組立作業を遅滞なく実行することができる。

また、本実施形態によれば、ボルト１３の個数とマーク３２Ｂの個数との関係を、実験による平均値で求めておいて、制御装置３４はこの平均値に従い、ボルト１３の個数を計数するため、ボルト１３の個数を計数する際の処理速度の向上及び処理の精度の向上を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、トレー３２の上面にマーク３２Ｂを設け、当該トレー３２上のボルト１３により隠されたマーク３２Ｂを除外して、残りのマーク３２Ｂの個数に基づき、ボルト１３の個数を計数する構成について説明したが、マーク３２Ｂの変わりに、トレー３２の上面にマトリクス状に光源を配置するとともに、トレー３２の上方の光源に対向する位置に受光装置を設け、この受光装置で光源から発せられた光を受光することにより、ボルト１３の個数を計数する構成としても良い。
この構成によれば、受光装置が受光した光源の個数から、ボルト１３により隠された光源を除外した残りの光源の個数を簡単に計数することができ、簡単な構成でトレー３２上に並べたボルト１３の個数を計数することができる。
また、上記実施形態では、１つの作業台２１に対して、ロボット１１が１台配置した構成としているが、このロボット１１を複数の作業台２１に対して設けても良い。なお、計数するカメラ３３は、ホッパー３１から供給を受けるトレー３２の上方に配置されるものの例を示したが、当該カメラ３３は、ロボット１１の腕に１台取り付けてもかまわない。

本実施形態に係る部品供給装置を備える部品供給システムを示す全体構成図である。 図２Ａは、トレー上にボルトが並べられた状態を示す上面図であり、図２Ｂは、図２Ａを画像処理した状態を示す図である。

１０ 部品供給システム
１１ ロボット
１２ 部品供給装置
１３ ボルト
１３Ａ ボルト
２０ 組立ライン
２１ 作業台
２２ 搬送コンベア
２３ 作業者用トレー
３１ ホッパー
３１Ａ 供給口
３２ トレー
３２Ａ 上面
３２Ａ トレー上面
３２Ｂ マーク（撮像装置）
３３ カメラ（計数手段）
３４ 制御装置（計数手段）
３６ シャッタ機構
３８ 十字マーク
Ｐ 作業員
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 部品を貯留したホッパーと、
   前記ホッパーから供給される複数の部品を並べるトレーと、
   前記トレー上に並べた部品の個数を計数する計数手段とを備え、
   前記計数手段が、
   前記トレーの面に、計数対象となる部品の種類に応じた大きさ及び配置間隔に設定された複数の独立したマークをマトリックス状に備えると共に、前記トレーの上方に配置される撮像装置を備え、前記マークの面積または画素数を前記撮像装置で撮像して計測する構成とし、
   前記トレー上に前記部品が無い状態で撮像された前記各マークのそれぞれの面積または画素数と、該トレー上に部品を並べた状態で撮像された前記各マークのそれぞれの面積または画素数とを比較し、前記部品を並べた状態での或る前記マークの面積または画素数が所定の閾値よりも小さくなった場合に、該マーク上に前記部品が延在すると判断する手段を備え、
   前記部品が延在することにより隠された前記マークを除外して、残りのマークの個数に基づき、前記部品の個数を計数することを特徴とする部品供給装置。
2. 前記部品の個数と前記マークの個数との関係を、予め繰り返し実験による実験値で求めておいて、該実験値に従い、前記部品の個数を計数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. 前記トレー上に並べられた前記部品を取得するロボットを備えると共に、前記ロボットが前記部品を取得した後に、前記計数手段が前記部品を計数し、前記トレー上の部品数が予め決められた所定数となるように、前記ホッパーから前記トレーに供給される部品数を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の部品供給装置。

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