JP5509645B2 - 位置・姿勢認識方法、部品把持方法、部品配置方法、部品組立方法、位置・姿勢認識装置、部品把持装置、部品配置装置、および部品組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、位置・姿勢認識方法、部品把持方法、部品配置方法、部品組立方法、位置・姿勢認識装置、部品把持装置、部品配置装置、および部品組立装置に関する。

特許文献１には、球面収差の大きい撮影レンズを持つカメラを用いてＬＥＤ等の光点を撮影し、撮影画像上の光像の位置から光点の方向を求め、その光像の径から光点までの距離を求めるという、いわゆる計測法が開示されている。

また、特許文献２には、その計測法における計測対象へのＩＤの付与方法が開示されている。

特開２００４−２１２３２８号公報

特開２００８−７０３４３号公報

本発明は、位置および姿勢の高精度な計測が可能な位置・姿勢認識方法および位置・姿勢認識装置、並びに、位置および姿勢の高精度な計測法を活用した部品把持方法および部品把持装置、部品配置方法および部品配置装置、部品組立方法および部品組立装置を提供することを目的とする。

請求項１の位置・姿勢認識方法は、
一つの平面上に置かれないように三次元的に分散配置された複数の光点からなる光点群が配置された被計測体上の該光点群をカメラで撮影する第１の撮影過程と、
第１の撮影過程での撮影で得られた第１の撮影画像上の、上記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、被計測体の位置および姿勢を認識する第１の認識過程とを有する。

また、請求項２の位置・姿勢認識方法は、請求項１記載の位置・姿勢認識方法において、上記被計測体が、互いに離れた位置に置かれた３つの第１の光点と該３つの第１の光点それぞれを頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの第２の光点とを含む光点群が配置された被計測体であって、上記第１の撮影過程は、上記第２の光点を通る参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の第１の位置にカメラを置いて、該カメラで被計測体上の光点群を撮影する撮影過程である。

また、請求項３の位置・姿勢認識方法は、請求項２記載の位置・姿勢認識方法において、上記第１の撮影過程が、上記カメラを、上記第１の位置であって、かつ参照面を向く姿勢に置いて、そのカメラで光点群を撮影する過程である。

また、請求項４の位置・姿勢認識方法は、請求項２記載の位置・姿勢認識方法において、上記第１の撮影過程が、上記カメラを、上記第１の位置であって、かつ垂線と平行な方向を向く姿勢に置いて、カメラで光点群を撮影する過程である。

また、請求項５の位置・姿勢認識方法は、請求項２から４のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法において、上記第１の撮影過程における撮影に先立って実行される、
上記カメラを第２の位置に置いてそのカメラにより光点群を撮影する第２の撮影過程と、
上記第２の撮影過程で得られた第２の撮影画像上の、上記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、被計測体の位置および姿勢を認識する第２の認識過程とを有し、
上記第１の撮影過程が、上記カメラを、上記第２の光点を通る上記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置であって、かつ被計測体の位置および姿勢についての上記第２の認識過程での認識よりも高精度な認識のための撮影が可能な上記第１の位置に移動させて、カメラで光点群を撮影する過程である。

また、請求項６の部品把持方法は、請求項１から５のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法により被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
上記被計測体自体からなる部品又は上記被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた部品を把持するロボットを、位置・姿勢認識過程で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいてその部品に正対させて、ロボットに部品を把持させる部品把持過程とを有する。

尚、本発明にいう「把持」は、部品を機械的に挟むものであってよいが、それに限られるものではなく、部品を真空吸着するもの、あるいは電磁石で部品を磁気的に吸着するもの等、部品を持ち上げ得る状態にするものであればよい。

また、請求項７の部品配置方法は、請求項１から５のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法により被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
部品を把持し把持した部品を上記被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に配置するためのロボットにその部品を把持させ、位置・姿勢認識過程で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいてその部品をあらかじめ定められた位置および姿勢に正対させて、その部品をあらかじめ定められた位置および姿勢に配置させる部品配置過程とを有する。

さらに、請求項８の部品組立方法は、請求項１から５のうちいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法により被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
第１の部品に組み立てられる第２の部品をロボットに把持させ、位置・姿勢認識過程で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいて、第２の部品を、被計測体自体からなる第１の部品又は被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた前記第１の部品に正対させて、第２の部品を第１の部品に組み立てさせる部品組立過程とを有する。

また、請求項９の位置・姿勢認識装置は、
カメラと、
一つの平面上に置かれないように三次元的に分散配置された複数の光点からなる光点群が配置された被計測体上の該光点群を上記カメラに撮影させる第１の撮影過程を実行するカメラ制御部と、
第１の撮影過程での撮影で得られた第１の撮影画像上の、上記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、被計測体の位置および姿勢を認識する第１の認識過程を実行する位置・姿勢認識部とを備えている。

また、請求項１０の位置・姿勢認識装置は、請求項９の位置・姿勢認識装置において、上記被計測体が、互いに離れた位置に置かれた３つの第１の光点と該３つの第１の光点それぞれを頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの第２の光点とを含む光点群が配置された被計測体であって、上記カメラが、上記第２の光点を通る上記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の第１の位置に置かれたカメラである。

また、請求項１１の位置・姿勢認識装置は、請求項９記載の位置・姿勢認識装置の前記第１の撮影過程において、上記カメラが、上記第１の位置であって、かつ参照面を向く姿勢に置かれたカメラである。

また、請求項１２の位置・姿勢認識装置は、請求項９記載の位置・姿勢認識装置の前記第１の撮影過程において、上記カメラが、上記第１の位置であって、かつその垂線と平行な方向を向く姿勢に置かれたカメラである。

また、請求項１３の位置・姿勢認識装置は、請求項９から１２のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置において、上記カメラは、位置および姿勢の変更が自在なカメラであり、上記カメラ制御部が、上記第１の撮影過程における撮影に先立ってカメラを第２の位置に置いて第２の位置にあるカメラにより光点群を撮影させる第２の撮影過程を実行するものであり、
上記位置・姿勢認識部が、上記第２の撮影過程で得られた第２の撮影画像上の、上記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、被計測体の位置および姿勢を認識する第２の認識過程を実行するものであって、
上記カメラ制御部は、上記第１の撮影過程において、上記カメラを、上記第２の法点を通る上記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置であって、かつ被計測体の位置および姿勢についての上記第２の認識過程での認識よりも高精度な認識のための撮影が可能な上記第１の位置に移動させて、カメラに光点群を撮影させるものである。

また、請求項１４の位置・姿勢認識装置は、請求項９から１２のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置において、カメラとロボットは、互いに固定されて一体的にのみ位置および姿勢の変更が可能なものである。

また、請求項１５の位置・姿勢認識装置は、請求項９から１２のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置において、カメラとロボットは、互いに独立に位置および姿勢の変更が可能なものである。

また、請求項１６の位置・姿勢認識装置は、請求項９から１５のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置において、上記光点が発光ダイオードである。

また、請求項１７の位置・姿勢認識装置は、請求項９から１５のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置において、上記光点が入射光を入射方向に反射させる再帰反射体である。

さらに、請求項１８の部品把持装置は、請求項９から１７のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置と、
被計測体自体からなる部品又は被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた部品を把持するためのロボットと、
ロボットを位置・姿勢認識過程で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいて部品に正対させてロボットにその部品を把持させるロボット制御部とを備えている。

さらに、請求項１９の部品配置装置は、請求項９から１７のうちのいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置と、
部品を把持し把持した部品を被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に配置するためのロボットと、
ロボットに部品を把持させ、位置・姿勢認識装置で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいてその部品をあらかじめ定められた位置および姿勢に正対させて、その部品をあらかじめ定められた位置および姿勢に配置させるロボット制御部とを備えている。

さらに、請求項２０の部品組立装置は、請求項９から１７のうちいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置と、
第１の部品に対し組み立てられる第２の部品を把持し把持した第２の部品を該第１の部品に組み立てるロボットと、
ロボットに第２の部品を把持させ、位置・姿勢認識装置で認識した被計測体の位置および姿勢に基づいて、第２の部品を、被計測体自体からなる第１の部品又は被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた第１の部品に正対させて、第２の部品を第１の部品に組み立てさせるロボット制御部とを備えている。

請求項１の位置・姿勢認識方法および請求項９の位置・姿勢認識装置によれば、光点が二次元的に配置されている場合と比べ高精度な計測が可能となる。

また、請求項２の位置・姿勢認識方法および請求項１０の位置・姿勢認識装置によれば、請求項１の位置・姿勢認識方法および請求項９の位置・姿勢認識装置と比べ、より高精度な計測が可能となる。

また、請求項３の位置・姿勢認識方法および請求項１１の位置・姿勢認識装置によれば、参照面が撮影画像の隅に写し込まれる場合と比べ、より高精度な計測が可能となる。

また、請求項４の位置・姿勢認識方法および請求項１２の位置・姿勢認識装置によれば、カメラの姿勢調整は不要である。

また、請求項５の位置・姿勢認識方法および請求項１３の位置・姿勢認識装置によれば、高精度な二段階計測が可能である。

また、請求項６の部品把持方法および請求項１８の部品把持装置によれば、本発明の計測法を採用しない場合と比べ部品の正確な把持が可能となる。

また、請求項７の部品配置方法および請求項１９の部品配置装置によれば、本発明の計測法を採用しない場合と比べ部品の正確な配置が可能となる。

さらに、請求項８の部品組立方法および請求項２０の部品組立装置によれば、本発明の計測法を採用しない場合と比べ部品の正確な組立てが可能となる。

また、請求項１４の位置・姿勢認識装置によれば、移動・姿勢制御機構が１つで済む。

また、請求項１５の位置・姿勢認識装置によれば、カメラ、ロボットそれぞれに必要な動作のみ行なわさせることができる。

また、請求項１６の位置・姿勢認識装置によれば、カメラによる撮影画像上で明るい光像を得ることができる。

さらに、請求項１７の部品把持装置によれば、被計測体への発光のための電力の供給が不要である。

従来の計測法を用いた部品把持方法の一例を示す模式図である。 図１に示す部品把持方法の問題点を示す模式図である。 新規な計測法の説明図である。 本発明の第１実施形態としての部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第１実施形態としての部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第１実施形態としての部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第１実施形態としての部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第２実施形態の部品把持方法で採用される整列トレイ積載板および整列トレイ等の平面図である。 整列トレイを載せた整列トレイ積載板の搬送機構を示す、側面図（Ａ）および平面図（Ｂ）である。 昇降機構に載って停止した状態の整列トレイ積載板および整列トレイを示す図ある。 整列トレイ上の部品の把持および取出方法のうちの１つの過程を示す図である。 整列トレイ上の部品の把持および取出方法のうちの１つの過程を示す図である。 整列トレイ上の部品の把持および取出方法のうちの１つの過程を示す図である。 整列トレイ上の部品の把持および取出方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第３実施形態の部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第３実施形態の部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第３実施形態の部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第３実施形態の部品把持方法のうちの１つの過程を示す図である。 本発明の第４実施形態としての部品配置方法および部品組立方法の説明図である。 本発明の第５実施形態としての部品配置方法および部品組立方法の説明図である。 本発明の第６実施形態としての部品配置方法および部品組立方法の説明図である。 画像形成装置の主要部の概略構成図である。 感光体組立体の組立てに用いられるロボットの斜視図である。 組立パレットとその組立パレットに支持された樹脂部品である枠体を示した斜視図である。 整列トレイとその整列トレイ上に並べられた清掃部材を示す斜視図である。 清掃部材の取出し前の、整列トレイにロボットが近づいてきた状態を示す斜視図である。 整列トレイ上の清掃部材のうちの一本がロボットにより取り出された状態を示す斜視図である。 清掃部材を吸着した状態のロボットが組立パレットに近づいてきた様子を示す斜視図である。 枠体に清掃部材が組み付けられた状態を示す斜視図である。 組立て終了後の感光体組立体の斜視図である。 組立て終了後の感光体組立体を図３０とは別の視点から見たときの斜視図である。 枠体を示す図である。 枠体に清掃部材が組み付けられた状態を示す図である。 さらに感光体が組み付けられた状態を示す図である。 さらに感光体保持体が組み付けられた状態を示す図である。 感光体保持体が組み付けられた状態の部分拡大斜視図である。 さらに支持板が組み付けられた状態を示す図である。 支持板組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。 さらに後カバーが組み付けられた状態を示す図である。 後カバーが組み付けられた状態の部分拡大斜視図である。 さらに前カバーが組み付けられた状態を示す図である。 前カバーの組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。 さらに帯電器が組み付けられた状態を示す図である。

ここでは先ず、比較例として、従来の計測法について説明し、次いで、本発明の各種実施形態について説明する。

図１は、従来の計測法を用いた部品把持方法の一例を示す模式図である。

図１には、整列トレイ１１が複数段積み重ねられており、各整列トレイ１１には、ＬＥＤ基板１２と、この整列トレイ１１からの取出し対象の複数の部品１３が整列している。

積み重ねられた整列トレイ１１の上部には、ロボット２０が置かれている。このロボット２０は、ロボットアーム２１と、部品１３を取り出すためのロボットハンド２２とを有し、このロボットハンド２２にカメラ３０が固定されている。このロボット２０は、制御部４０によりその位置や姿勢が制御される。カメラ３０は、ロボットハンド２２に固定されているため、ロボットハンド２２の移動や姿勢と一体的に移動や姿勢が制御される。また、この制御部４０は、ロボットハンド２２による部品１３の把持の制御、カメラ３０による撮影制御も行なう。この制御部４０は、例えばコンピュータとそのコンピュータ内で実行される制御プログラムとで構成される。

また、ＬＥＤ基板１２には、複数のＬＥＤ１２ａが配置されている。基本的にはＬＥＤ基板１２上の互いに離れた位置にＬＥＤ１２ａが３個配置されていれば、それら３個のＬＥＤ１２ａを撮影して得た撮影画像が位置・姿勢認識部５０に入力され、位置・姿勢認識部５０内での演算により求められる。位置・姿勢認識部５０では、さらにそれら３個のＬＥＤ１２ａそれぞれを頂点とする三角形の平面の位置および姿勢が求められ、このＬＥＤ基板１２の位置および姿勢が認識される。ＬＥＤ基板１２は、整列トレイ１１のあらかじめ決められた位置に固定されており、その整列トレイ１１上の複数の部品１３も、それぞれあらかじめ定められた各位置に置かれている。位置・姿勢認識部５０ではさらに、これらの情報を基に、その整列トレイ１１上の各部品１３のそれぞれの位置および姿勢が認識される。この位置・姿勢認識部５０も、制御部４０と同様、コンピュータとそのコンピュータ内で実行される位置・認識プログラムにより構成することができる。コンピュータは、制御部４０を構成するコンピュータと共用してもよい。

ここで、カメラ３０による撮影画像に基づく計測法は、基本的には以下の通りである。すなわち、カメラ３０の位置および姿勢は既知であり、その位置および姿勢が既知のカメラ３０でＬＥＤ基板１２上の各ＬＥＤ１２ａを撮影し、撮影画像上のＬＥＤ１２ａの像の位置から、カメラ３０から見たときの各ＬＥＤ１２ａの方向が求められる。各ＬＥＤ１２ａ相互の相対位置関係はあらかじめ分かっており、したがってカメラ３０から見たときの各ＬＥＤ１２ａの方向が求められると、それらの情報からそれらのＬＥＤ１２ａで決まる平面、すなわちＬＥＤ基板１２の位置および姿勢が求められる。

あるいは、球面収差の大きな撮影レンズを搭載したカメラ３０を使用し、各ＬＥＤ１２ａの撮影画像上の像の寸法を利用してもよい。球面収差の大きな撮影レンズを搭載したカメラ３０を使用すると、各ＬＥＤ１２ａの撮影画像上の像は略円形にボケた像となる。しかもその像の寸法は、カメラ３０から各ＬＥＤ１２ａまでの距離によって異なる。これを利用し、そのＬＥＤ１２ａの像の寸法に基づいて、カメラ３０から各ＬＥＤ１２ａまでの距離が求められる。またカメラ３０から見たときの各ＬＥＤ１２ａの方向は、上記と同様、撮影画像上の像の位置から求められる。このようにして、ＬＥＤ基板１２上の３個のＬＥＤ１２ａのそれぞれの方向と距離が求められると、３個のＬＥＤ１２ａそれぞれの三次元的な位置が求められ、その３個のＬＥＤ１２ａで決まる平面、すなわちＬＥＤ基板１２の位置および姿勢が求められる。ここでは従来の計測法を２例紹介したが、それらの計測法を併用してもよい。

上述したように、ＬＥＤ基板１２には整列トレイ１１のあらかじめ定められた位置に固定されているため、ＬＥＤ基板１２の位置及び姿勢が求められると整列トレイ１１自体の位置および姿勢も求められ、その整列トレイ１１上の各部品１３それぞれの位置および姿勢も求められる。

このようにして、各部品１３の位置および姿勢が求められると、ロボット２０は、そのロボットハンド２２を、順次、各部品１３に正対させて整列トレイ１１から取り出す。最上段に積み重ねられた整列トレイ１１上の全ての部品１３が取り出されると、その空の整列トレイ１１自体が積み重ねの最上段から取り外され、この取り外しによって新たに最上段になった整列トレイ１１について同様の処理が行なわれる。

図２は、図１に示す部品把持方法の問題点を示す模式図である。

上述した計測法の場合、カメラ３０から見たときの各ＬＥＤ１２ａの方向についてはかなり高精度に計測されるが、距離の分解能が低く、カメラ３０と各ＬＥＤ１２ａとの間の距離については低い精度でしか計測できない。

このため、図２（Ａ）に示すように部品１３を把持することができなかったり、あるいは図２（Ｂ）に示すようにロボットハンド２２が部品１３あるいは整列トレイ１１に衝突してしまう可能性がある。衝突が発生すると、部品１３を把持することができないばかりか、部品１３を破損させてしまうおそれもある。

以上の比較例を踏まえ、以下本発明の各種実施形態を説明する。

図３は、以下の各実施形態で採用される、新規な計測法の説明図である。

ここには、ＬＥＤ基板１２０とカメラ３０が示されている。

ＬＥＤ基板１２０には、そのＬＥＤ基板１２０の表面の互いに離れた位置に４個のＬＥＤ１２１が配置されており、その表面から少し立ち上がった位置に１個のＬＥＤ１２２が配置されている。これら合計５個のＬＥＤ１２１，１２２の配置位置は、既知である。

ここで、ＬＥＤ基板１２０の表面に配置された４個のＬＥＤ１２１のうちの３個は、その３個のＬＥＤ１２１それぞれを頂点とする三角形の参照面（すなわち、ここではＬＥＤ基板１２０の表面と重なる三角形の面）の位置および姿勢を決めるためのＬＥＤであり、ＬＥＤ基板１２０の表面に配置されたもう１個のＬＥＤ１２１は、その配置位置がＬＥＤ基板１２０ごとに異なっている。この１個のＬＥＤ１２は、そのＬＥＤ基板１２０を他のＬＥＤ基板１２０と区別してそのＬＥＤ基板１２０を特定するためのＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）としての機能を有するＬＥＤである。ただし、それら４個のＬＥＤ１２１の全てをＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢の認識に利用することで、認識精度をさらに高めてもよい。

さらにもう１個のＬＥＤ１２２は、上記参照面（ここではＬＥＤ基板１２０の表面と重なっている）から垂直方向に離れた位置に置かれている。

図３では、カメラ３０は、このＬＥＤ基板１２０の表面（３個のＬＥＤ１２１により形成される三角形の参照面）へのＬＥＤ１２２を通る垂線Ｐと撮影レンズの光軸とが不一致の位置から、その参照面を向いた姿勢に置かれている。このように、カメラ３０を垂線Ｐと光軸とが不一致の位置に置いて、その位置に置いたカメラ３０からＬＥＤ１２１，１２２を撮影すると、その撮影方向に応じてＬＥＤ基板１２０の表面のＬＥＤ１２１とその表面から少し立ち上がった位置にある１個のＬＥＤ１２２の、撮影画面上での位置のずれ方が異なる。

このようにして、前述した従来の計測法の２例のうちのいずれか又は双方を採用し、さらにその計測法に加え、ＬＥＤ１２１とＬＥＤ１２２の、撮影画面上での位置のずれ方の違いを利用することで、参照面の位置および姿勢、すなわち図３の例ではＬＥＤ基板１２の位置および姿勢を、従来の計測法による計測よりも高精度に特定することができる。

図４〜図７は、本発明の第１実施形態としての部品把持方法の各過程を示す図である。

図１、図２に示す比較例と同一の要素には同一の符号を付して示し説明は省略する。相違点は、この第１実施形態では、整列トレイ１１上に図３に示すＬＥＤ基板１２０が置かれている点である。また、制御部４０によるロボット２０およびカメラ３０の制御内容および位置・姿勢認識部５０による位置・姿勢の認識のための演算も、図１、図２の比較例とは異なり、制御部４０および位置・姿勢認識部５０では、以下に説明する制御や位置・姿勢認識が行なわれる。

この第１実施形態としての部品把持方法の場合、先ず図４に示すように、積み重ねられた整列トレイ１１のうちの最上段に置かれた整列トレイ１１上のＬＥＤ基板１２０が、ロボット２０が初期位置にあるときに、カメラ３０により撮影される。

ロボット２０が初期位置にあるとき、カメラ３０は、ＬＥＤ基板１２０の直上にある。ただし、積み重ねられた整列トレイ１１は、作業者により台の上にラフに置かれたものであり、カメラ３０は整列トレイ１１が標準の位置に置かれた場合の真上にあるのであって、整列トレイ１１が実際に置かれた位置によっては、ＬＥＤ基板１２０はカメラ３０の直下から外れる場合もある。ただし、ＬＥＤ基板１２０は、ロボット２０が初期位置にあるときのカメラ３０の撮影画角内には十分に入っているものとする。

ここでは先ず、図４に示すように、ロボット２０が初期位置にあるときのカメラ３０により第一段階目の位置・姿勢計測が行なわれる。

ここで採用されているＬＥＤ基板１２０は、図３に示すように、１個のＬＥＤ１２２が他のＬＥＤ１２１よりも少し立ち上がった位置にあるが、第一段階目の計測の場合、カメラ３０はＬＥＤ基板１２０のほぼ直上にあり、かつ距離の分解能が低いため、１個のＬＥＤ１２２が少し立ち上がった位置にあってもＬＥＤ基板１２０の位置や姿勢を特定するための精度向上にはあまり寄与せず、したがってこの第一段階目の計測では、低い精度での位置・姿勢の特定となる。

次に、この第一段階目での計測により得られたＬＥＤ基板１２０の位置・姿勢を元に、原理上最も高精度な計測が可能な位置にロボット２０を移動させる（図３参照）。この高精度計測が可能な位置は、カメラ３０の撮影光軸とＬＥＤ基板１２０への図３に示す少し立ち上がったＬＥＤ１２２を通る垂線とが不一致の位置であり、図３に示す少し立ち上がったＬＥＤ１２２の、カメラ３０による撮影画面上での撮影位置のずれ方が大きい位置である。

また、この第１実施形態ではカメラ３０の位置を移動させるだけでなく、ＬＥＤ基板１２０がカメラ３０の撮影光軸上に置かれるようにカメラ３０の姿勢も変更している。

カメラ３０を高精度な計測が可能な位置に移動させた後、第二段階目の撮影が行なわれる（図６参照）。

この第二段階目の計測では、従来の計測法に加え、図３に示すＬＥＤ１２２が他のＬＥＤ１２１により形成される平面（ＬＥＤ基板１２０の表面）から立ち上がった位置に置かれていることに起因して撮影画面上の位置がずれていることに基づく計測を行なうことにより、ＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が高精度に求められる。

この第二段階目の計測によりＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が高精度に特定されることになり、そのＬＥＤ基板１２０があらかじめ定められた位置に置かれている整列トレイ１１の位置および姿勢も高精度に特定され、その整列トレイ１１上のあらかじめ定められた各位置に置かれた複数の部品１３それぞれの位置および姿勢も高精度に特定される。

次に、図７に示すようにロボットハンド２２が整列トレイ１１から取り出そうとしている部品１３に正対する位置および姿勢に置かれて、その部品１３がロボットハンド２２により把持されて整列トレイ１１から取り出される。取り出そうとする部品１３の位置および姿勢は高精度に特定されているため、ロボットハンド２２による部品１３の把持およびその把持した部品１３の整列トレイ１１からの取出しの失敗を大きく減らすことができる。

最上段の整列トレイ１１内の部品１３が全て取り出されて最上段の整列トレイ１１が空になると、その最上段の整列トレイ１１自体が最上段から取り外され、新たに最上段になった整列トレイ１１について同様の作業が行なわれる。

最上段の空の整列トレイ１１の取り外しは、人手によって行なってよく、あるいはロボット２０により取り外す構成としてもよい。

ここで、図４〜図７に示す第１実施形態の場合、図５、図６に示すように、第二段階目の撮影の際、カメラ３０は、ＬＥＤ基板１２０の方向を向くように斜めの姿勢に移動させているが、カメラ３０は、垂線Ｐと同一方向を向けたままとし、カメラ３０の撮影画面上の中心から外れた位置にＬＥＤ基板１２０上のＬＥＤ１２１，１２２が写し込まれるようにしてもよい。その場合、カメラ３０の撮影レンズの、ＬＥＤ１２１，１２２が撮影画面上の中央から外れることにより生じる収差も考慮に入れることが好ましい。

また、この第１実施形態では、ＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を特定するにあたり、第一段階目の撮影と第二段階目の撮影とに分けて最終的に高精度な計測を行なっているが、整列トレイ１１の置き場所や置いたときの姿勢が大きくはばらつかないことが予想できるときは、第一段階目の撮影を省略し、ＬＥＤ基板１２０が標準的な位置および姿勢にあるものとして、いきなり第二段階目の撮影を行なって、ＬＥＤ１２１，１２２の方向および距離を測定してもよい。

また、この第１実施形態では、カメラ３０とロボット２０は一体的にのみ、位置および姿勢の変更が可能であり、この場合、移動機構は１つで済むが、ロボット２０とカメラ３０を別々に移動可能としてもよい。こうすると、ロボット２０用とカメラ３０用のそれぞれの移動機構が必要となるが、ロボット２０に撮影のための無駄な動作を行なわさせる必要がなく、またカメラ３０に部品１３の取り出しのための無駄な動作を行なわさせる必要がなく、無駄な動きが減ることによる移動機構の寿命の延長が期待できる。

また、この第１実施形態ではＬＥＤ１２１，１２２を点灯させるための電力供給方法については言及していないが、ＬＥＤ基板１２０上に電池が搭載され、その電池からＬＥＤ１２１，１２２に電力を供給してもよい。あるいはＬＥＤ基板１２０上にコイル又はアンテナを搭載し、外部から電磁誘導あるいは電波により電力を供給し、その供給を受けた電力でＬＥＤ１２１，１２２を点灯させてもよい。この場合、ＬＥＤ基板１２０上に消耗品である電池を搭載する必要がなく、保守性の向上につながる。

さらに、この第１実施形態におけるＬＥＤ１２１，１２２に代えて、再帰反射体（再帰反射体）を用いてもよい。再帰反射体は、その再帰反射体への入射光をその入射方向に反射させる性質を有する。ＬＥＤ基板１２０上のＬＥＤ１２１，１２２の代わりに再帰反射体を置き、カメラ３０側から照明してその反射光をカメラ３０で撮影することによりＬＥＤ１２１，１２２を置いたときと同等の計測が可能であり、かつ再帰反射体自体には電力は不要であるため、この場合も保守性の向上が図られる。

再帰反射体の場合、整列トレイ１１側に電力を供給したり電力発生源を置かずに済むため、防爆環境にも適性がある。

次に、本発明の第２実施形態の部品把持方法について説明する。尚、この第２実施形態以降の各実施形態では、図示の煩雑さを避けるため、図４〜図７に示した制御部４０および位置・姿勢認識部５０に対応する要素の図示は省略する。

図８は、本発明の第２実施形態の部品把持方法で採用される整列トレイ積載板および整列トレイ等の平面図である。

この第２実施形態では、整列トレイ６２は、整列トレイ積載板６１上に置かれている、整列トレイ積載板６１には、整列トレイ６２の４隅に対応する各位置に整列トレイ固定部６１１を備えており、整列トレイ６２は、それらの整列トレイ固定部６１１により確実に位置決めされた状態で整列トレイ積載板６１に積載される。この整列トレイ６２上のそれぞれあらかじめ定められた各位置に取出し対象の部品である部品１３が載せられている。また、整列トレイ積載板６１には、あらかじめ定められた位置にＬＥＤ基板１２０が固定されている。このＬＥＤ基板１２０は、図３に示す形状のものであり、ＬＥＤ基板１２０の表面に４個のＬＥＤ１２１、その表面から少し立ち上がった箇所に１個のＬＥＤ１２２を備えている。ここで、前述と同様な計測によりＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が認識されると、この整列トレイ積載板６１に積載されている整列トレイ６２の位置および姿勢が一義的に定められ、その整列トレイ６２に載せられている複数の部品１３それぞれの位置および姿勢も一義的に定められる。

図９は、整列トレイ６２に載せた整列トレイ積載板の搬送機構を示す、側面図（Ａ）および平面図（Ｂ）である。

ここでは、部品１３が載せられた整列トレイ６２が整列トレイ積載板６１に積載された状態で搬送台６４上に置かれ、矢印Ａ方向に搬送され、Ａ方向先頭にある整列トレイ６２が昇降機構６５に載せられ、突当部６６に当接して停止する。

図１０は、昇降機構６５に載って停止した状態の整列トレイ積載板６１および整列トレイ６２を示す図である。

図１０に示す破線は、整列トレイ積載板６１の正規の位置および姿勢を示している。

整列トレイ積載板６１は、搬送台６４上に適当な姿勢に置かれることも多く、また、昇降機構６５の突当部６６に突き当たる際に傾いたりして、図１０に示すように位置ずれや傾きをもって停止する場合がある。

ここでは、整列トレイ積載板６１が昇降機構６５上に、図１０に示すように位置ずれや傾きをもって停止した場合であっても、カメラ３０によるＬＥＤ基板１２０に配置されたＬＥＤ１２１，１２２（図３参照）の撮影およびその撮影画像に基づくＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢の認識により、整列トレイ積載板６１の位置および姿勢が正確に認識され、整列トレイ６２の位置および姿勢およびその整列トレイ６２に載せられている各部品１３の位置および姿勢も正確に定められる。各部品１３の位置および姿勢が正確に定められた後、ロボットハンド２２が、位置および姿勢が正確に定められた部品１３に正対し、その部品１３を確実に把持し、その整列トレイ６２から部品１３が確実に取り出される。搬送台６４から昇降機構６５に移動した整列トレイ積載板６１に載置させられている整列トレイ６２上の部品１３が全て取り出されると、昇降機構６５が矢印Ｂ方向に下降し、さらに空の整列トレイ６２を積載した整列トレイ積載板６１が昇降機構６５から搬送台６４に渡され、搬送台６４により矢印Ｃ方向に搬送される。

昇降機構６５は、再び上昇し、搬送台６４によって矢印Ａ方向に搬送させてきた次の整列トレイ積載板６１を受け入れる。

以上を繰り返すことにより、複数の整列トレイ積載板６１に積載された複数の整列トレイ６２上の部品１３が次々と取り出される。

図１１〜図１４は、整列トレイ６２上の部品１３の把持および取出方法の各過程を示す図である。

図１１〜図１４に示す各過程は、図４〜図７に示す第１実施形態における、図４〜図７に示す各過程にそれぞれ対応している。すなわち、この第２実施形態では、整列トレイ６２の形状が異なり、また整列トレイ６２が整列トレイ積載板６１に積載されていること、およびＬＥＤ基板１２０が整列トレイ積載板６１に固定されていることを除き、ＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢の求め方や部品１３の把持や取出し方法等は図４〜図７に示す第１実施形態と同一である。したがってここでは詳細説明は省略する。

図１５〜図１８は、本発明の第３実施形態の部品把持方法の各過程を示す図である。これらの図１５〜図１８は、第１実施形態における図４〜図７にそれぞれ対応する図である。

ここでは、ロボットハンド２２により部品７０が把持される。

この部品７０には、その表面の形態により再帰反射体７１が形成されている。この再帰反射体７１は、その再帰反射体７１がどの方向から入射光を受けても、その入射光の入射方向と同一方向に反射光を返す性質を有する。再帰反射体７１は、１つずつが図３に示すＬＥＤ基板１２０上のＬＥＤ１２１，１２２に対応するものであり、部品７０の表面の、あらかじめ定められた互いに離れた各位置に、合計４個以上形成されている。その４個以上の再帰反射体７１のうちの３個により、それら３個の再帰反射体７１のそれぞれを頂点とする三角形の参照面が定まる。もう１個の再帰反射体７１は、その参照面からは、その参照面への垂線の方向に少しずれた位置に置かれている。

また、この第３実施形態では、カメラ３０が、その前面の撮影レンズ３１の周りを取り巻く環状光源３２を備えている。この環状光源３２は、部品７０に形成された再帰反射体７１を照明するためのものである。各再帰反射体７１は環状光源３２からの照明光を受けるとその光をカメラ３０に向けて反射する。カメラ３０はその反射光を捉えた撮影を行ない、その撮影画像に基づいて部品７０の位置および姿勢が認識される。

図１５〜図１８に示す第３実施形態の、図４〜図７に示す第１実施形態からの相違点は以上の点である。すなわち、図４〜図７に示す第１実施形態ではＬＥＤ基板１２０上のＬＥＤ１２１，１２２からＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が求められ、それに基づいて部品１３の位置および姿勢が求められ、その部品１３がロボットハンド２２により把持されて整列トレイ１１から取り出されたが、この図１５〜図１８に示す第３実施形態の場合、ＬＥＤに代わる再帰反射体７１からの反射光を捉えて部品７０自身の位置および姿勢が求められ、ロボットハンド２２によりその部品７０が把持されて持ち上げられる。これらの点を除き、部品７０の位置および姿勢の求め方や部品７０の把持方法等は図４〜図７に示す第１実施形態と共通であり、共通点についての説明は省略する。

図１９は、本発明の第４実施形態としての部品配置方法および部品組立方法の説明図である。これまで説明してきた第１〜第３実施形態から自明の点については図示および説明を省略する。

ここでは、組立パレット７１上の、それぞれあらかじめ定められた各位置にＬＥＤ基板１２０と第１の部品７２が置かれている。ＬＥＤ基板１２０は、図３を参照して説明した形状のものである。この組立パレット７１は、ＬＥＤ基板１２０と第１の部品７２を載せた状態で搬送台７９により矢印Ｄ方向に搬送され、概ねこの図１９に示す位置で、例えば図示できない突当部に突き当たるなどして停止する。

カメラ３０は、停止した組立パレット７１上のＬＥＤ基板１２０を斜めに撮影する位置および姿勢に固定されている。すなわち、この第４実施形態では、例えば図４〜図７に示す第１実施形態のような２段階にわたる計測は行われず、その第１実施形態の第二段階目に相当する計測のみが行なわれる。こうすることにより、第１実施形態のように２段階の計測を行なう場合と比べ計測時間が短縮される。組立パレット７１の停止位置や停止姿勢が大きくは変動しない場合、この図１９に示す第４実施形態のようにＬＥＤ基板１２０の垂線から傾いた位置から１回だけ撮影、計測を行なってＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を求めてもよい。ＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢が求められると、それに基づいて、同じ組立パレット７１のあらかじめ定められた位置に載せられている第１の部品７２の位置および姿勢も求められる。

一方、ロボットハンド２２には第２の部品７３が把持されている。この第２の部品７３は組立パレット７１上の第１の部品７２に組み付けられる部品である。ロボット２０は、カメラ３０での撮影画像に基づいて求めた第１の部品７２の位置および姿勢の情報に基づいてその位置および姿勢を変え、第２の部品７３を組立パレット７１上の第１の部品７２に正対させ、その第２の部品７３を第１の部品７２に組み付ける。

この第４実施形態は、第２の部品７３を第１の部品７２に組み付けるという観点では、本発明の部品組立方法の一実施形態に相当し、第２の部品７３を組立パレット７１上に置くという観点からすると本発明の部品配置方法の一実施形態にも相当する。

また、この第４実施形態では、カメラ３０は固定されているものとして説明したが、カメラ３０の位置や姿勢を変えるための移動機構を設けて、カメラ３０をロボット２０とは独立に移動させ、図４〜図７に示す第１実施形態のような２段階の計測を行なってもよい。

図２０は、本発明の第５実施形態としての部品配置方法および部品組立方法の説明図である。ここでは図１９に示す第４実施形態との相違点について説明する。

この図２０に示す第５実施形態の場合は、ＬＥＤ基板１２０が組立パレット７１上のあらかじめ定められた位置に斜めに固定されており、カメラ３０はその斜めに固定されたＬＥＤ基板１２０直上から撮影する位置に固定されている。

こうすると、ＬＥＤ基板１２０をその垂線に対し斜めの方向から撮影してＬＥＤ基板１２０の位置および姿勢を高精度に求めるという作用はそのまま維持した上で、カメラ３０を直上に固定することができることから設備配置空間の削減が図られる。

図２１は、本発明の第６実施形態としての部品配置方法および部品組立方法の説明図である。図１９に示す第４実施形態との相違点について説明する。

図１９に示す第４実施形態の場合、カメラ３０は移動不能に固定されているが、この図２１に示す第６実施形態の場合、カメラ３０は図４〜図７に示す第１実施形態の場合と同様、ロボットハンド２２に固定されていて、ロボットハンド２２の移動とともに移動する。

２段階の計測を行なわずにＬＥＤ基板１２０を斜めからのみ撮影することで位置および姿勢を求める場合であっても、この図２１に示すように、カメラ３０をロボット２０に固定してもよい。カメラ３０をロボット２０に固定すると、組付け時にロボット２０とカメラ３０との干渉を確実に避けることができ、組み付けのためのロボット２０の移動の自由度が向上する。

次に、本発明の位置・姿勢認識方法、部品把持方法、部品配置方法および部品組立方法の全てを総合した実施形態である第７実施形態について説明する。ここでは先ず、その前提となる画像形成装置についてその概要を説明する。

図２２は、画像形成装置の主要部の概略構成図である。

図２２に示すように、この画像形成装置１００には、４つの画像形成部１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋが備えられており、各画像形成部には、それぞれ、矢印Ａ方向に回転する感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ、帯電器１１３Ｙ，１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋ、露光器１１４Ｙ，１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋ、現像ロール１１２Ｙ，１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋ、一次転写ロール１２０Ｙ，１２０Ｍ，１２０Ｃ，１２０Ｋ、および清掃部材１１５Ｙ，１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋが備えられている。

尚、この画像形成装置１００では、フルカラーの印刷が可能となっており、上記の各構成要素の末尾に付された符号Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、および黒の画像形成用の構成要素であることを示している。

また、この画像形成装置１００には、矢印Ｂ方向に循環する中間転写ベルト１３０、二次転写ロール１４０、テンションローラ１３１、および、各画像形成部１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋに画像情報を送信する画像情報処理部１５０も備えられている。

この画像情報処理部１５０は、外部から入力されてきた画像情報を各色毎の画像情報に分解して露光器１１４Ｙ，１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋに送信する。

この画像形成装置１００の基本的な画像形成動作について説明する。

この画像形成装置１００では、先ず、イエローの画像形成部１１０Ｙによるトナー像形成が開始され、矢印Ａ方向に回転する感光体１１１Ｙの表面に、帯電器１１３Ｙにより所定の電荷が付与される。次に、画像情報処理部１５０から送信されてくる画像情報に応じて、露光器１１４Ｙにより生成されたイエロー画像に相当する露光光が感光体１１１Ｙの表面に照射され、静電潜像が形成される。その静電潜像は現像ロール１１２Ｙによりイエローのトナーで現像されて感光体１１１Ｙ上にイエローのトナー像が形成される。そのトナー像は一次転写ロール１２０Ｙの作用により中間転写ベルト１３０に転写される。

ここで、この画像形成装置１００では、トナーと、トナーの帯電特性を確保するための外添剤によって被覆された磁性キャリアを含む現像剤が用いられ、画像情報に応じて感光体上に形成された静電潜像が現像剤のうちのトナーで現像される。また、この画像形成装置１００では、上記のような現像剤が充填された現像剤カートリッジが装置内に装填された後はトナーの充填のみが行なわれ、トナーと磁性キャリアとが混ざりあうことで、トナーはマイナスに帯電され、磁性キャリアの外添剤はプラスに帯電される。

中間転写ベルト１３０は、その中間転写ベルト１３０上に転写されたイエローのトナー像が次の色の画像形成部１１０Ｍの一次転写ロール１２０Ｍに到達するタイミングに合わせて、次の色のマゼンタのトナー像が一次転写ロール１２０Ｍに到達するように、マゼンタの画像形成部１１０Ｍによるトナー像形成が行なわれる。こうして形成されたマゼンタのトナー像は、一次転写ロール１２０Ｍの作用により、中間転写ベルト１３０上のイエローのトナー像の上に重ねて転写される。

続いて、シアンおよび黒の画像形成部１１０Ｃ，１１０Ｋによるトナー像形成が上記と同様のタイミングで行なわれ、各一次転写ロール１２０Ｃ，１２０の作用により中間転写ベルト１３０のイエローおよびマゼンタのトナー像の上に順次重ねて転写される。

こうして、中間転写ベルト１３０上に転写された多色トナー像は、二次転写ロール１４０によって最終的に用紙１５０に二次転写され、多色トナー像は用紙１５０とともに矢印Ｃ方向に搬送され、図示しない定着器により定着されることにより用紙１５０上にカラー画像が形成される。

中間転写ベルト１３０への転写後に各感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ上に残有するトナーは清掃部材１１５Ｙ,１１５Ｍ,１１５Ｃ,１１５Ｋで感光体１１１Ｙ,１１１Ｍ,１１１Ｃ,１１１Ｋ上から掻き落とされて排トナーとなる。この掻き落とされた排トナーは図示しない機構により、図２２の紙面に垂直な方向に搬送され、図示しない排トナー受けタンク等に排出される。

ここで、例えばイエローの画像形成部１１０Ｙを例に挙げると、感光体１１１Ｙと、帯電器１１３Ｙと、清掃部材１１５Ｙは１つの感光体組立体として組み立てられて、この画像形成装置１００に配備される。他の画像形成部についても同様である。

以下では、この感光体組立体の組立てを例にした本発明の第７実施形態について説明する。

図２３は、感光体組立体の組立てに用いられるロボットの斜視図である。

ここには、ロボット２００を構成するロボットアーム２０１とロボットハンド２０２が示されている。ロボットハンド２０２には、真空吸着により部品を吸着（本発明にいう把持の一例）して部品を持ち上げる吸着パッド２０３が備えられている。また、このロボットハンド２０２には、大きな球面収差を持つ撮影レンズを備えた計測用のカメラ２９０も固定されている。ロボットハンド２０２は、位置および姿勢が自在に変更される。

図２４は、組立パレットとその組立パレットに支持された樹脂部品である枠体を示した斜視図である。この枠体４１０は感光体組立体の枠体であって感光体組立体を構成する部品の１つである。

組立パレット３００には、４つの保持片３０１が固定されており、その保持片３０１により、組立パレット３００上にＬＥＤ基板３１０が固定されている。このＬＥＤ基板３１０上には、計測用の３個のＬＥＤ３１１と、このＬＥＤ基板３１０を他のＬＥＤ基板と区別して特定するためのＩＤとして使用されるＬＥＤ３１２と、ＬＥＤ基板３１０よりも少し立ち上がった位置に固定された１個のＬＥＤ３１３とを有する。ＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢計測用としては、３個のＬＥＤ３１１と１個のＬＥＤ３１３が用いられる。１個のＬＥＤ３１２は、その配置位置がＬＥＤ基板３１０ごとに異なり、この配置位置を特定することによりこのＬＥＤ基板３１０を他のＬＥＤ基板から区別することができる。ＬＥＤ基板３１０上のＬＥＤ３１１，３１３を用いてＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢を求める方法は、これまでに説明した実施形態と同様であり、ここでの詳細説明は省略する。

この組立パレット３００には、枠体４１０を保持するための２つの保持片３０２と、組立パレット３００上での枠体４１０の位置決めのための２つの位置決めピン３０３が図示されている。枠体４１０には２つの位置決め穴４１１が設けられており、この枠体４１０は、保持片３０２に載せられ位置決めピン３０３が位置決め穴４１１に入り込むことにより、組立パレット３００のあらかじめ定められた定位置に置かれている。

このように、この組立パレット３００上には、それぞれ定まった位置にＬＥＤ基板３１０と枠体４１０が配置されており、ＬＥＤ基板３００の位置および姿勢を求めることにより、枠体４１０の位置および姿勢も一義的に求められる。

図２５は、整列トレイとその整列トレイ上に並べられた清掃部材を示す斜視図である。

この図２５に示す整列トレイ３３０には、１０本の清掃部材４２０が整列している。この清掃部材４２０は、その１本ずつが、図２２に示す清掃部材１１５Ｙ，１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋの１本に相当するものである。図２５に示す清掃部材４２０は、感光体に直接に接するゴム部品４２１と、そのゴム部品４２１を支持する板金部品４２２との複合部品である。

整列トレイ３３０には、清掃部材４２０が１本ずつ収容される１０本の収容溝３３１を有し、清掃部材４２０は、各収容溝３３１に１本ずつ収容され、これにより、各清掃部材４２０の整列トレイ３３０上での位置および姿勢が、あらかじめそれぞれ定められた位置および姿勢に保たれている。

また、この整列トレイ３３０には、ＬＥＤ基板３４０が嵌り込む窪み３３２が設けられており、その窪み３３２にはＬＥＤ基板３４０が嵌り込んでいる。ＬＥＤ基板３４０は、窪み３３２に嵌り込むことにより、整列トレイ３３０上の位置および姿勢があらかじめ定められた位置および姿勢に固定されている。

このＬＥＤ基板３４０には、図２４に示すＬＥＤ基板３１０と同じ位置に、３個のＬＥＤ３４１と１個のＬＥＤ３４３を備えている。もう１個のＬＥＤ３４２は、図２４に示すＬＥＤ基板３１０上のＬＥＤ３１２とはその配置位置が異なっている。これは配置位置をＬＥＤ基板ごとに変えることにより、ＬＥＤ基板を特定するＩＤとしての役割りを担わせるためである。

図２５のＬＥＤ基板３４０についても、カメラ２９０による計測によりそのＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢が認識され、これに基づいて整列トレイ３３０に並んだ清掃部材４２０一本一本の位置および姿勢が求められる。この整列トレイ３３０に並んだ清掃部材４２０のうちの一本が図２３に示すロボット２００により取り出されて、図２４に示す枠体４１０に組み付けられる。

以下では、清掃部材４２０の、枠体４１０への組付け順序について説明する。

図２６は、清掃部材４２０の取出し前の、整列トレイ３３０にロボット２００が近づいてきた状態を示す斜視図である。

この後、カメラ２９０でＬＥＤ基板３４０の位置および姿勢が計測され、それに基づいて清掃部材４２０の位置および姿勢が把握され、ロボットハンド２２０の吸着パッド２２１が、取り出そうとする清掃部材４２０に正対する位置および姿勢に制御される。

図２７は、整列トレイ３３０上の清掃部材４２０のうちの一本がロボット２００により取り出された状態を示す斜視図である。

ロボット２００は、吸着パッド２０３を、整列トレイ３３０上の清掃部材４２０のうちの今回取り出そうとしている清掃部材に正対させた後、吸着パッド２０３がその清掃部材４２０に押し当てられ、真空吸着によりその清掃部材４２０を吸着パッド２０３に吸着させ、そのままその清掃部材４２０が上に持ち上げられることにより、清掃部材４２０が整列トレイ３３０から取り出される。

図２８に、清掃部材を吸着した状態のロボットが組立パレットに近づいてきた様子を示す斜視図である。

組立パレット３３０に近づいてきたロボッ２００は、そのロボット２００に取り付けられたカメラ２９０によってＬＥＤ基板３１０の位置および姿勢が計測され、それに基づいて枠体４１０の位置および姿勢が把握され、ロボットハンド２０２の吸着パッド２０３に吸着された清掃部材４２０が組立パレット３００に固定された枠体４１０に対し正対した位置および姿勢となるようにロボット２００が移動する。

図２９は、枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられた状態を示す斜視図である。

上記のようにして清掃部材４２０を枠体４１０に正対させた後、図２９に示すように枠体４１０上に清掃部材４２０が組み付けられる。その後、吸着パッド２０３による吸着が解除され、ロボット２００が上昇して吸着パッド２０３が清掃部材４２０から離れる。

枠体４１０に清掃部材４２０を組み付けた後は、その清掃部材４２０の組付けと同様にして、後述する各種の部材が順次組み付けられる。

図３０、図３１は、組立て終了後の感光体組立体を互いに別の視点から見たときの各斜視図である。

ここには、感光体組立体４００の構成部品として、枠体部材４１０、感光体４３０、感光体保持体４４０、支持板４５０、後カバー４６０、前カバー４７０および帯電器４８０が示されている。感光体４３０は、図２２に示す感光体１１１Ｙ，１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋのうちの１つに相当し、帯電器４８０は、図２２に示す帯電器１１３Ｙ，１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋの１つに相当する。

尚、枠体４１０に最初に組み付けられた清掃部材４２０（例えば図２７参照）は、感光体４３０に覆われていて図３０、図３１には示されていない。

感光体保持体４４０、支持板４５０は、感光体４３０のそれぞれ後端、前端の支持する部材であり、後カバー４６０、前カバー４７０は、この感光体組立体４００の、それぞれ後方、前方を覆うカバーである。ただし、後カバー４５０には感光体４３０に回転駆動力を伝えるための開口４６１が形成されている。また前カバー４７０には、感光体４３０の累計の回転回数を記録しておくメモリを搭載した基板４７１が固定されている。

次に、感光体組立体４００を構成する各部品の組立て手順を説明する。

図３２は、枠体４１０を示す図である。

上述の説明では不要であったため省略したが、以下に説明する各図には、以下に説明するように、組付けの各段階を判別するための目印が付されている。これらの目印は、例えばＬＥＤや再帰反射体等、カメラ２９０（図２３参照）で明瞭に撮影されるものであることが望ましい。

この図３２に示す枠体４１０には、支持板判別目印５０１、清掃部材判別目印５０２、感光体判別目印５０３および帯電器判別目印５０４が形成されている。

図３３は枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられた状態を示す図である。

ここでは、枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられたことにより、その清掃部材４２０で清掃部材判別目印５０２（図３２参照）が覆われ、カメラ２９０により、あるいは作業者の目により容易に、枠体４１０に清掃部材４２０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図３４は、さらに感光体４３０を組み付けた状態を示す図である。

感光体４３０の組み付けにより、それまで見えていた感光体判別目印５０３（図３３参照）が覆われる。これにより、カメラ２９０あるいは作業者の目により容易に、感光体４３０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図３５は、さらに感光体保持体４４０が組み付けられた状態を示す図、図３６はその状態の部分拡大斜視図である。

感光体保持体４４０には、新たな目印である感光体保持体判別目印５０５が形成されており、カメラ２９０又は作業者の目で、支持板判別目印５０１および帯電器判別目印５０４のほかに、新たに感光体保持体判別目印５０５が加わったことを認識することにより、感光体保持体４４０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図３７は、さらに支持板４５０が組み付けられた状態を示す図、図３８は、支持板組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。

支持板４５０は、図３８に示すように、感光体４３０の前端から矢印Ｅ方向に差し込むようにして組み付けられる。この支持板４５０の組付け前は支持板判別目印５０１が見えているが、支持板４５０の組付けによりその支持板判別目印５０１が覆われる。カメラ２９０又は作業者によりこの支持板判別目印５０１が覆われたことが認識され、これにより支持板４５０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図３９は、さらに後カバー４６０が組み付けられた状態を示す図、図４０は、その状態の部分拡大斜視図である。

後カバー４６０には新たな目印である後カバー判別目印５０６が形成されており、この後カバー判別目印５０６が追加されたことがカメラ２９０又は作業者の目で認識され、これにより後カバー４６０が組み付けられた状態にあることが容易に認識される。

図４１は、さらに前カバー４７０が組み付けられた状態を示す図、図４２は、前カバー４７０の組付け直前の状態を示す部分拡大斜視図である。

前カバー４７０は図４２に示すように支持板４５０に前方から矢印Ｆ方向に押し当てるようにして支持板４５０に組み付けられる。

この前カバー４７０には新たな目印である前カバー判別目印５０７が形成されており、この前カバー判別目印５０７が新たに追加されたことで、カメラ２９０により、又は作業者の目により容易に、前カバー４７０が組み付けられた状態にあることが認識される。

図４３は、さらに帯電器４８０が組み付けられた状態を示す図である。

帯電器４８０が組み付けられるとその帯電器４８０で帯電器判別目印５０４が覆われる。これによりカメラ２９０により、るあいは作業者により一目で、帯電器４８０が組み付けられた状態にあることが認識される。

以上のように、感光体組立体を構成する各部品の組付けの各段階に応じて、目印があらわれるパターンが変化するように目印を形成しておくことで、カメラにより、あるいは作業者により一目で容易に、組付け段階を認識することができる。

１１，６２ 整列トレイ
１２，１２０，３１０ ＬＥＤ基板
１２ａ，１２１，１２２，３１２，３１３，３４１，３４２，３４３ ＬＥＤ
１３ 部品
２０ ロボット
２２ ロボットハンド
３０ カメラ
４０ 制御部
５０ 位置・姿勢認識部
６１ 整列トレイ積載板
６４ 搬送台
６５ 昇降機構
７０ 部品
７１ 再帰反射体
７２ 第１の部品
７３ 第２の部品
１００ 画像形成装置
１１０Ｙ,１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋ 画像形成部
１１１Ｙ,１１１Ｍ，１１１Ｃ，１１１Ｋ 感光体
１１２Ｙ,１１２Ｍ，１１２Ｃ，１１２Ｋ 現像ロール
１１３Ｙ,１１３Ｍ，１１３Ｃ，１１３Ｋ 帯電器
１１４Ｙ,１１４Ｍ，１１４Ｃ，１１４Ｋ 露光器
１１５Ｙ,１１５Ｍ，１１５Ｃ，１１５Ｋ 清掃部材
１２０ 一次転写ロール
１３０ 中間転写ベルト
１３１ テンションローラ
１４０ 二次転写ロール
１５０ 画像情報処理部
２００ ロボット
２０１ ロボットアーム
２０２ ロボットハンド
２０３ 吸着パット
２９０ カメラ
３００ 組立パレット
４００ 感光体組立体
４１０ 枠体
４２０ 清掃部材
４３０ 感光体
４４０ 感光体保持体
４５０ 支持板
４６０ 後カバー
４７０ 前カバー
４８０ 帯電器
５０１ 支持板判別目印
５０２ 清掃部材判別目印
５０３ 感光体判別目印
５０４ 帯電器判別目印
５０５ 感光体保持体判別目印
５０６ 後カバー判別目印
５０７ 前カバー判別目印

Claims (10)

1. 一つの平面上に置かれないように三次元的に分散配置された複数の光点からなる光点群が配置された被計測体上の該光点群をカメラで撮影する第１の撮影過程と、
   前記第１の撮影過程での撮影で得られた第１の撮影画像上の、前記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、前記被計測体の位置および姿勢を認識する第１の認識過程とを有し、
   前記被計測体が、互いに離れた位置に置かれた３つの第１の光点と該３つの第１の光点それぞれを頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの第２の光点とを含む光点群が配置された被計測体であり、
   前記第１の撮影過程が、前記第２の光点を通る前記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の第１の位置であって、かつ該垂線と平行な方向を向く姿勢にカメラを置いて、該カメラで該被計測体上の前記光点群を撮影する過程であることを特徴とする位置・姿勢認識方法。
2. 前記第１の撮影過程における撮影に先立って実行される、
   前記カメラを第２の位置に置いて該カメラにより前記光点群を撮影する第２の撮影過程と、
   前記第２の撮影過程で得られた第２の撮影画像上の、前記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、前記被計測体の位置および姿勢を認識する第２の認識過程とを有し、
   前記第１の撮影過程が、前記カメラを、前記第２の光点を通る前記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置であって、かつ前記被計測体の位置および姿勢についての前記第２の認識過程での認識よりも高精度な認識のための撮影が可能な前記第１の位置に移動させて、該カメラで前記光点群を撮影する過程であることを特徴とする請求項１項記載の位置・姿勢認識方法。
3. 請求項１又は２のいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法により前記被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
   前記被計測体自体からなる部品又は該被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた部品を把持するロボットを、前記位置・姿勢認識過程で認識した該被計測体の位置および姿勢に基づいて該部品に正対させて、該ロボットに該部品を把持させる部品把持過程とを有することを特徴とする部品把持方法。
4. 請求項１又は２のいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法により前記被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
   部品を把持し把持した部品を前記被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に配置するためのロボットに該部品を把持させ、前記位置・姿勢認識過程で認識した該被計測体の位置および姿勢に基づいて該部品を該あらかじめ定められた位置および姿勢に正対させて、該部品を該あらかじめ定められた位置および姿勢に配置させる部品配置過程とを有することを特徴とする部品配置方法。
5. 請求項１又は２のいずれか１項記載の位置・姿勢認識方法により前記被計測体の位置および姿勢を認識する位置・姿勢認識過程と、
   第１の部品に組み立てられる第２の部品をロボットに把持させ、前記位置・姿勢認識過程で認識した前記被計測体の位置および姿勢に基づいて、該第２の部品を、該被計測体自体からなる第１の部品又は該被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた前記第１の部品に正対させて、該第２の部品を前記第１の部品に組み立てさせる部品組立過程とを有することを特徴とする部品組立方法。
6. カメラと、
   一つの平面上に置かれないように三次元的に分散配置された複数の光点からなる光点群が配置された被計測体上の該光点群を前記カメラに撮影させる第１の撮影過程を実行するカメラ制御部と、
   前記第１の撮影過程での撮影で得られた第１の撮影画像上の、前記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、前記被計測体の位置および姿勢を認識する第１の認識過程を実行する位置・姿勢認識部とを備え、
   前記被計測体が、互いに離れた位置に置かれた３つの第１の光点と該３つの第１の光点それぞれを頂点とする三角形の参照面から垂直方向に離れた位置に置かれた１つの第２の光点とを含む光点群が配置された被計測体であり、
   前記カメラが、前記第２の光点を通る前記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の第１の位置であって、かつ前記垂線と平行な方向を向く姿勢に置かれたカメラであることを特徴とする位置・姿勢認識装置。
7. 前記カメラは、位置および姿勢の変更が自在なカメラであって、
   前記カメラ制御部が、前記第１の撮影過程における撮影に先立って前記カメラを第２の位置に置いて該第２の位置にあるカメラにより前記光点群を撮影させる第２の撮影過程を実行するものであり、
   前記位置・姿勢認識部が、前記第２の撮影過程で得られた第２の撮影画像上の、前記光点群を構成する各光点を表わす光像に基づいて、前記被計測体の位置および姿勢を認識する第２の認識過程を実行するものであって、
   前記カメラ制御部は、前記第１の撮影過程において、前記カメラを、前記第２の光点を通る前記参照面への垂線と撮影光軸とが不一致の位置であって、かつ前記被計測体の位置および姿勢についての前記第２の認識過程での認識よりも高精度な認識のための撮影が可能な前記第１の位置に移動させて、該カメラに前記光点群を撮影させるものであることを特徴とする請求項６項記載の位置・姿勢認識装置。
8. 請求項６又は７のいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置と、
   前記被計測体自体からなる部品又は該被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた部品を把持するためのロボットと、
   前記ロボットを前記位置・姿勢認識過程で認識した該被計測体の位置および姿勢に基づいて該部品に正対させて該ロボットに該部品を把持させるロボット制御部とを備えたことを特徴とする部品把持装置。
9. 請求項６又は７のいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置と、
   部品を把持し把持した部品を前記被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に配置するためのロボットと、
   前記ロボットに前記部品を把持させ、前記位置・姿勢認識装置で認識した前記被計測体の位置および姿勢に基づいて該部品を前記あらかじめ定められた位置および姿勢に正対させて、該部品を該あらかじめ定められた位置および姿勢に配置させるロボット制御部とを備えたことを特徴とする部品配置装置。
10. 請求項６又は７のいずれか１項記載の位置・姿勢認識装置と、
    第１の部品に対し組み立てられる第２の部品を把持し把持した第２の部品を該第１の部品に組み立てるロボットと、
    前記ロボットに前記第２の部品を把持させ、前記位置・姿勢認識装置で認識した前記被計測体の位置および姿勢に基づいて、該第２の部品を、前記被計測体自体からなる第１の部品又は該被計測体に対し相対的にあらかじめ定められた位置および姿勢に置かれた前記第１の部品に正対させて、該第２の部品を該第１の部品に組み立てさせるロボット制御部とを備えたことを特徴とする部品組立装置。
    

Images