JP6938673B2

JP6938673B2 - 作業装置及びその制御方法

Info

Publication number: JP6938673B2
Application number: JP2019559882A
Authority: JP
Inventors: 稔頼木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: WO2019123517A1; JPWO2019123517A1

Description

本明細書は、作業装置及びその制御方法を開示する。

従来、作業装置としては、例えば、電子構造データを用いてワークに対して加工などの所定作業を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、設計者によりワークの設計が行われる３次元ＣＡＤシステムとリンクされており、電子構造データとしてワークの形状を示す形状レイヤデータやワークになされる加工内容を示す加工データが入力され、それらのデータに基づいて所定作業を行っている。

特開２００３−２９８１０号公報

このような作業装置では、ワークを保持した状態で所定作業が行われるが、ワークを保持する位置などにずれが生じていることがある。上述した特許文献１の作業装置では、そのようなワークの位置ずれに対処することは十分検討されておらず、立体形状のワークに対する作業精度を向上させるために、さらなる改善が求められる。

本開示は、立体形状のワークの位置ずれを適切に補正して、作業精度を向上させることを主目的とする。

本開示は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の作業装置は、基準マークが設けられた立体形状のワークに所定作業を行う作業部と、前記ワークの作業対象箇所の傾き角度に応じて前記ワークの保持角度を変更可能に前記ワークを保持する保持部と、前記保持部に前記ワークが保持された状態で前記基準マークを撮像可能な撮像部と、前記ワークの前記保持角度が変更されると前記基準マークを撮像するように前記撮像部を制御し、撮像された画像から前記基準マークを検出し、該検出した前記基準マークの位置に基づいて前記ワークの位置ずれを補正する補正値を設定し、該設定した補正値を用いて位置補正して前記所定作業を行うように前記作業部を制御する制御部と、を備えることを要旨とする。

本開示の作業装置は、立体形状のワークの保持角度が変更されると基準マークを撮像するように撮像部を制御し、撮像された画像から基準マークを検出して、その検出した位置に基づいてワークの位置ずれを補正する補正値を設定し、設定した補正値を用いて位置補正して所定作業を行うように前記作業部を制御する。これにより、ワークの作業対象箇所の傾き角度に応じてワークの保持角度が変更される度に、基準マークの位置から補正値を適切に設定して所定作業を行うことができる。したがって、立体形状のワークの位置ずれを適切に補正して、所定作業の作業精度を向上させることができる。

実装システム１０の構成の概略の一例を示す説明図。３次元実装装置１１及び情報処理装置６０の構成の概略を示すブロック図。対象物としてのワーク５０の一例を示す説明図。情報処理記憶部６３に記憶された作業位置データ６４ｃの説明図。情報処理記憶部６３に記憶された基準マーク位置データ６４ｄの説明図。実装処理ルーチンの一例を示すフローチャート。ワーク５０の保持角度を変更する様子の一例を示す説明図。

次に、本開示の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は実装システム１０の構成の概略の一例を示す説明図であり、図２は３次元実装装置１１及び情報処理装置６０の構成の概略を示すブロック図であり、図３は対象物としてのワーク５０の一例を示す説明図である。実装システム１０は、図１に示すように、３次元実装装置１１と、図示しないリフロー装置と、情報処理装置６０とを備える。３次元実装装置１１は、立体基板などのワーク５０（図３参照）に対して粘性流体の塗布や部品Ｐなどの部材の実装（配置）を行う装置である。なお、粘性流体には、はんだペーストや導電性ペースト、接着剤、グリスなどが含まれる。リフロー装置は、粘性流体上に部品が配置されたワーク５０を加熱するリフロー処理を行う装置である。情報処理装置６０は、ワーク５０の生産を管理する管理サーバである。なお、本実施形態において、左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）及び上下方向（Ｚ軸）は、図１に示した通りとする。

ワーク５０は、図３に示すように、長手方向（図３の左右方向）に沿って上方に凹状に湾曲した湾曲面５０ａを有する長板状の立体物である。ワーク５０の湾曲面５０ａには、図示しない回路などが形成され粘性流体の塗布や部品Ｐの実装などの作業が行われる５つの対象面５１〜５５と、湾曲面５０ａの隅に設けられた２つの基準マーク５６とを有する。各対象面５１〜５５には、部品Ｐが配置される実装位置（配置位置）が含まれる。本実施形態では、ワーク５０の各対象面５１〜５５のうち１の対象面が水平となるようにワーク５０が保持された状態で、その１の対象面に粘性流体の塗布や部品Ｐの実装などの作業が行われる。なお、対象面５１〜５５は湾曲しているから、その中央位置や作業の対象位置などが水平となるようにワーク５０の保持角度が調整される。このように、ワーク５０の対象面または対象面内の作業位置である作業対象箇所を水平として、作業が行われる。また、同一の対象面内であっても対象位置の違いによりワーク５０の傾きや高さを調整して作業が行われることもある。なお、ワーク５０として湾曲面５０ａに複数の対象面５１〜５５が設けられるものを例示するが、異なる角度で設けられた複数の対象面を有するものや階段状に設けられた複数の対象面を有するもの、側面や底面などに設けられた複数の対象面を有するものなどとしてもよい。

３次元実装装置１１は、図２に示すように、部品供給部１２、パーツカメラ１３、マークカメラ１４、制御部１５、支持搬送部２０、塗布部３０及び実装部３５などを備える。

部品供給部１２は、実装部３５へ部品Ｐを供給するユニットである。この部品供給部１２は、例えば、部品Ｐが保持されたテープを装着したフィーダや部品Ｐが配列載置されたトレイなどを備える。パーツカメラ１３は、実装部３５の実装ヘッド３７に採取された１以上の部品Ｐを下方から撮像するものであり、その上方が撮像範囲である。マークカメラ１４は、ワーク５０の画像や基準マーク５６を撮像するものである。マークカメラ１４は、塗布ヘッド３２や実装ヘッド３７のうちいずれかの下面側に配設されており、これらの移動に伴って装置内をＸＹ方向に移動する。マークカメラ１４は、その下方が撮像範囲である。

制御部１５は、ＣＰＵ１６を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、各種データを記憶する記憶部１７などを備える。この制御部１５は、部品供給部１２、パーツカメラ１３、マークカメラ１４、支持搬送部２０、塗布部３０、実装部３５などと情報のやりとりを行い、これらを制御する。本実施形態では、制御部１５は、ワーク５０の基準マーク５６をマークカメラ１４に撮像させたり、塗布部３０によりワーク５０の各対象面５１〜５５内の位置に粘性流体を塗布させたり、実装部３５によりワーク５０の各対象面５１〜５５内の位置に部品Ｐを実装させたりする。記憶部１７には、実装条件情報が記憶されている。実装条件情報には、どの部品をどの順番でどの対象面５１〜５５のどの位置に実装するか、また、ワーク５０の生産必要数などの各種情報が含まれる。

支持搬送部２０は、ワーク５０を搬送すると共にワーク５０の保持角度を変更可能に保持するユニットである。支持搬送部２０は、第１搬送部２１と、第２搬送部２２と、多関節ロボット２４と、駆動部２８とを備える。第１搬送部２１は、ワーク５０が固定された搬送パレット４０を装置入口から導入位置へ搬入するコンベアである。第１搬送部２１は、図１の前後に間隔を開けて設けられ左右方向に架け渡された１対のコンベアベルトを有しており、搬送パレット４０を搬送する。第２搬送部２２は、ワーク５０が固定された搬送パレット４０を排出位置から装置出口へ排出するコンベアであり、第１搬送部２１と同様に構成されている。

多関節ロボット２４は、第１搬送部２１と第２搬送部２２との間の可動空間２９に配設される垂直多関節ロボットであり、ワーク５０が固定された搬送パレット４０を導入位置、作業位置及び排出位置へ移動させる。多関節ロボット２４は、軸方向がワーク５０の移動方向（Ｘ軸）となるように装置筐体に固定された基部２５と、軸回転や揺動動作が可能な複数のアーム（例えば第１〜第５アーム）を有するアーム部２６と、アーム部２６の先端に配設されるメカニカルチャック２７とを備える。メカニカルチャック２７は、本体から供給される圧力により開閉動作して、搬送パレット４０を把持可能となっている。多関節ロボット２４は、アーム部２６とメカニカルチャック２７とによりワーク５０が固定された搬送パレット４０を複数の方向へ傾ける動作が可能であり、塗布ヘッド３２や実装ヘッド３７に対してワーク５０の保持角度（姿勢）を変更可能に保持する。駆動部２８は、例えば、第１搬送部２１や第２搬送部２２のコンベアベルトを駆動するモータやアーム部２６の各部材を軸回転や揺動させるモータなどを含む。

塗布部３０は、支持搬送部２０に固定されたワーク５０へ粘性流体を塗布する塗布ユニットである。この塗布部３０は、ヘッド移動部３１と、塗布ヘッド３２と、塗布ノズル３３とを備える。ヘッド移動部３１は、ガイドレールに導かれてＸＹ方向へ移動するスライダと、スライダを駆動するモータとを備え、塗布ヘッド３２をＸＹ方向に移動させる。塗布ノズル３３は、塗布ヘッド３２の下面側に取り外し可能に装着されており、粘性流体を収容した収容部に圧力が加えられると先端から粘性流体を所定量供給する。

実装部３５は、部品Ｐを部品供給部１２から採取し、支持搬送部２０に固定されたワーク５０へ配置する実装ユニットである。この実装部３５は、ヘッド移動部３６と、実装ヘッド３７と、採取部３８とを備える。ヘッド移動部３６は、ガイドレールに導かれてＸＹ方向へ移動するスライダと、スライダを駆動するモータとを備え、実装ヘッド３７をＸＹ方向に移動させる。採取部３８は、実装ヘッド３７の下面側に取り外し可能に装着されており、Ｚ軸方向に昇降して部品Ｐを採取する。採取部３８は、負圧を利用して部品Ｐを採取する吸着ノズルとしてもよいし、部品Ｐを機械的に把持するメカニカルチャックとしてもよい。実装ヘッド３７では、１以上の採取部３８を装着可能に構成されている。なお、ヘッド移動部３６は、スライダの一部をヘッド移動部３１と共用してもよい。また、塗布ヘッド３２と実装ヘッド３７は、同様の構造を有するものとしてもよく、ツールとしての塗布ノズル３３や採取部３８を自由に着脱可能としてもよい。

情報処理装置６０は、実装システム１０の各装置の情報を管理するコンピュータである。情報処理装置６０は、図２に示すように、情報処理制御部６１と、情報処理記憶部６３と、ディスプレイ６８と、入力装置６９とを備える。情報処理制御部６１は、ＣＰＵ６２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されている。情報処理記憶部６３は、処理プログラムなどの各種データを記憶するＨＤＤなどの装置である。ディスプレイ６８は、各種情報を表示する液晶画面である。入力装置６９は、作業者が各種指令を入力するキーボード及びマウス等を含む。情報処理記憶部６３は、ワーク５０の情報を含むワークデータ６４を記憶している。ワークデータ６４は、例えばＣＡＤなどのソフトウエアにより作成された設計データである。ワークデータ６４は、３次元形状データ６４ａと、形成パターンデータ６４ｂと、作業位置データ６４ｃと、基準マーク位置データ６４ｄを含む。

情報処理記憶部６３の３次元形状データ６４ａは、ワーク５０の外形の情報を含むデータである。３次元形状データ６４ａは、例えば、ワーク５０の所定の基準位置（例えば図３の×印）の接平面を水平とする基準状態（水平状態）において、基準位置を原点とした３次元座標における外表面の特徴点の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）や、その座標における外表面の方向（その座標の接平面の法線ベクトルなど）に関する情報などを含む。形成パターンデータ６４ｂは、ワーク５０の表面に形成された図示しない回路などの形成パターンの３次元構造の情報を含むデータである。形成パターンデータ６４ｂは、電極パッドの形状や配線の形状などを含む。作業位置データ６４ｃは、ワーク５０のどの位置で作業を行うかの情報を含む。作業位置データ６４ｃは、図４に示すように、ワークの識別情報（ＩＤ）と、作業の対象面ＩＤ、作業の対象位置ＩＤ、位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）、対象位置におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の傾き（回転角）を示す傾き角度（α，β，γ）などを含む。作業の対象位置には、粘性流体の塗布位置や部品Ｐの配置位置などを含む。位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、例えば部品Ｐを配置する際の中央の座標などが規定される。傾き角度（α，β，γ）は、対象位置の接平面を水平とするための角度情報即ち対象位置における接平面の法線ベクトルをＺ軸方向と一致させるための角度情報として規定される。この傾き角度（α，β，γ）は、多関節ロボット２４の組立誤差や角度誤差、アームの撓みなどを考慮して、同じ対象面における近傍の対象位置で異なる角度とすることなく共通の角度とされる場合がある。一方で、傾き角度（α，β，γ）は、対象面の湾曲度合いや対象位置間の距離によっては、同じ対象面における対象位置でも異なる角度とされる場合がある。ただし、同じ対象面での傾き角度の違いは、対象面が異なる場合に比べて小さなものとなる。基準マーク位置データ６４ｄは、ワーク５０の基準状態における２つの基準マーク５６の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関する情報を含む。基準マーク位置データ６４ｄは、図５に示すように、ワークの識別情報（ＩＤ）と、基準マーク５６の識別情報（ＩＤ）、基準位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）などを含む。情報処理装置６０は、このようなワークデータ６４を作成する処理を実行し、作成したワークデータ６４を含む実装条件情報を３次元実装装置１１へ出力する。

次に、こうして構成された本実施形態の実装システム１０の動作について説明する。ここでは、ワーク５０へ部品Ｐを実装する際の動作を説明する。図６は３次元実装装置１１のＣＰＵ１６により実行される実装処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、記憶部１７に記憶され、作業者の実装開始入力に基づいて実行される。このルーチンが開始されると、ＣＰＵ１６は、まず、ワーク５０の作業位置データ６４ｃや基準マーク位置データ６４ｄなどを含む実装条件情報を情報処理装置６０から取得する（Ｓ１００）。次に、ＣＰＵ１６は、ワーク５０が固定された搬送パレット４０を搬入するように第１搬送部２１を制御すると共に搬送パレット４０の把持を介してワーク５０を保持するように多関節ロボット２４を制御する（Ｓ１１０）。

続いて、ＣＰＵ１６は、実装条件情報の順番に基づいて実装対象面を設定し（Ｓ１２０）、実装対象面に含まれる対象位置を実装対象位置に設定してその対象位置の傾き角度（α，β，γ）を実装条件情報から取得する（Ｓ１３０）。ＣＰＵ１６は、図３のワーク５０の場合、対象面５１〜５５のいずれかを実装対象面に設定することになる。そして、ＣＰＵ１６は、取得した傾き角度（α，β，γ）が前回と異なる角度であるか否かを判定する（Ｓ１４０）。なお、ＣＰＵ１６は、現在のワーク５０に対する最初の対象位置を処理する場合には、Ｓ１４０で前回と異なる角度であると判定する。ＣＰＵ１６は、Ｓ１４０で前回と異なる角度であると判定すると、実装対象位置（接平面）が水平となるように、傾き角度（α，β，γ）に応じてワーク５０の保持角度を変更するように多関節ロボット２４を制御する（Ｓ１５０）。図７はワーク５０の保持角度を変更する様子の一例を示す説明図である。図７は、ワーク５０を基準Ｙ軸回りに回転させて保持角度を変更する様子を示す。図７Ａは、ワーク５０が基準状態（水平状態）で保持される様子である。図７Ｂは、対象面５２の略中心の対象位置を水平とするためＹ軸回りに角度β１回転するようにワーク５０の保持角度が調整された様子である。図７Ｃは、対象面５３の略中心の対象位置を水平とするためＹ軸回りに角度β２回転するようにワーク５０の保持角度が調整された様子である。ＣＰＵ１６は、Ｓ１５０ではこのようにしてワーク５０の保持角度を調整するように多関節ロボット２４を制御する。なお、図示は省略するが、ＣＰＵ１６は、ワーク５０の保持角度を調整した後に、実装対象位置のＺ方向における位置が、部品Ｐの実装に適した所定の高さ位置となるように多関節ロボット２４を制御する。

次に、ＣＰＵ１６は、実装条件情報の基準マーク位置をワーク５０の保持角度に応じて変換する変換処理を行う（Ｓ１６０）。ＣＰＵ１６は、以下に示すように、保持角度に対応する回転行列を用いて基準マーク５６の位置座標の変換処理を行う。式（１）はＸ軸回りに角度α回転させる際の回転行列Ｒｘを示し、式（２）はＹ軸回りに角度β回転させる際の回転行列Ｒｙを示し、式（３）はＺ軸回りに角度γ回転させる際の回転行列Ｒｚを示す。これらの回転行列Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚから、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りにこの順で回転させる際の回転行列Ｒは、式（４）のようになる。このため、任意の点（ｘ，ｙ，ｚ）を回転行列Ｒにより位置変換した座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）は式（５）のように求めることができる。なお、回転させる必要のない軸回りの角度は値０として演算すればよい。このように、ＣＰＵ１６は、角度（α，β，γ）に対応する回転行列Ｒを用いて、基準マーク５６の基準位置座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を変換することで、ワーク５０の保持角度に応じた基準マーク５６の変換位置を演算することができる。本実施形態では、ワーク５０が２つの基準マーク５６を有するから、ＣＰＵ１６はＳ１６０でそれぞれの変換位置を演算する。なお、このような回転行列を用いた位置座標の変換は一例であり、他の手法により基準マーク５６の位置座標を変換するものなどとしてもよい。

そして、ＣＰＵ１６は、Ｓ１５０で変更した今回の保持角度が、前回の実装対象位置に部品Ｐを実装した際のワーク５０の保持角度に対し所定角度範囲内の変更であるか否かを判定する（Ｓ１７０）。ＣＰＵ１６は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における前回の角度（α、β、γ）と今回の角度（α、β、γ）を各軸毎にそれぞれ比較し、一つでも所定角度を超える差があるものがあれば、所定角度範囲内の変更ではないと判定することなどにより、Ｓ１７０の処理を行う。なお、ＣＰＵ１６は、現在のワーク５０に対する最初の対象位置を処理する場合には、Ｓ１７０で所定角度範囲内の変更ではないと判定する。ＣＰＵ１６は、Ｓ１７０で所定角度範囲内の変更でないと判定すると、Ｓ１６０で演算した各基準マーク５６の変換位置上にマークカメラ１４を移動させて画像を撮像させ（Ｓ１８０）、その撮像画像を画像処理して各基準マーク５６の位置を検出する（Ｓ１９０）。次に、ＣＰＵ１６は、Ｓ１９０で検出した各基準マーク５６の検出位置と、Ｓ１６０で演算した各基準マーク５６の変換位置との位置ずれに基づいて補正値を設定する（Ｓ２００）。なお、Ｓ１９０では撮像画像から基準マーク５６の位置のＸＹ座標が検出されるから、Ｓ２００では変換位置のＸＹ座標との位置ずれに基づいて、ＸＹ方向の補正値が設定されることになる。続いて、ＣＰＵ１６は、設定した補正値に基づき実装対象位置の補正（座標補正）を行い（Ｓ２１０）、実装部３５によりワーク５０の実装対象位置に部品Ｐを実装させる（Ｓ２２０）。

こうして部品Ｐを実装すると、ＣＰＵ１６は、同じ実装対象面に次の対象位置があるか否か（Ｓ２３０）、ワーク５０に次の対象面があるか否か（Ｓ２４０）、をそれぞれ判定する。ＣＰＵ１６は、Ｓ２３０で次の対象位置があると判定すると、Ｓ１３０に戻り同じ実装対象面における次の実装対象位置を設定し、その実装対象位置に対する処理を行う。また、ＣＰＵ１６は、同じ実装対象面に次の対象位置がなくても、Ｓ２４０でワーク５０に次の対象面があると判定すると、Ｓ１２０に戻り次の実装対象面を設定し、その実装対象面における対象位置に対する処理を行う。

ここで、図７に示すように、実装対象面が変わるとワーク５０の保持角度も大きく変更されることになる。このため、ＣＰＵ１６は、次の実装対象面を設定した場合には、通常はＳ１７０で所定角度範囲内の変更ではないと判定することになる。一方で、ＣＰＵ１６は、同じ実装対象面における近傍の対象位置をＳ１３０で実装対象位置に設定した際などに、Ｓ１４０で前回と同じ傾き角度と判定する場合がある。その場合、Ｓ１５０〜Ｓ２００のワーク５０の保持角度の変更や補正値の設定に関する処理を行うことなく、Ｓ２１０で前回と同じ補正値に基づいて実装対象位置の補正を行うことになる。このため、共通の補正値を用いて、効率よく実装作業を行うことができる。

また、ＣＰＵ１６は、同じ実装対象面における対象位置をＳ１３０で実装対象位置に設定した際などに、Ｓ１７０で保持角度の変更が所定角度範囲内であると判定する場合がある。その場合、ＣＰＵ１６は、前回の撮像画像における基準マーク５６の検出位置を保持角度の変更に応じて位置変化させた基準マーク５６の位置を導出する（Ｓ２６０）。例えば、ＣＰＵ１６は、前回の保持角度と今回の保持角度とにおける角度変更量をそれぞれ算出し、前回のＳ１９０で検出した基準マーク５６の検出位置を、角度変更量に対応する回転行列を用いて変換することにより基準マーク５６の位置を導出するものなどとする。この導出位置は、今回の基準マーク５６をマークカメラ１４で撮像したとしたときに画像から検出される基準マーク５６の位置を推定するものとなる。そして、ＣＰＵ１６は、Ｓ２６０で導出した基準マーク５６の導出位置と、Ｓ１６０で演算した基準マーク５６の変換位置との位置ずれに基づいて補正値を設定する（Ｓ２７０）。このように、ＣＰＵ１６は、保持角度の変更が所定角度範囲内であると判定すると、マークカメラ１４による画像の撮像を省略し、前回と今回の保持角度の違いから推定される基準マーク５６の位置を導出して、補正値を設定するのである。したがって、補正の精度としては、Ｓ１８０〜Ｓ２００で設定する補正値の方がより高いものといえる。ただし、ＣＰＵ１６は、マークカメラ１４による画像の撮像を省略することができるから、実装の作業効率を向上させることができる。これらのことから、３次元実装装置１１は、所定角度として、実装対象の部品Ｐのサイズや部品Ｐに許容される実装位置の誤差などに応じて実装精度に影響を及ぼさない程度の角度範囲を定めておけば、実装精度に影響を及ぼすことなく作業効率の向上を図ることができる。

また、ＣＰＵ１６は、Ｓ２３０，Ｓ２４０で、同じ実装対象面に次の対象位置がなく、次の対象面もないと判定すると、ワーク５０を搬出するように多関節ロボット２４と第２搬送部２２とを制御して（Ｓ２５０）、実装処理ルーチンを終了する。なお、ＣＰＵ１６は、次のワーク５０がある場合には、実装処理ルーチンを再度実行するものとする。

ここで、本実施形態の構成要素と本開示の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の実装部３５が作業部に相当し、多関節ロボット２４が保持部に相当し、マークカメラ１４が撮像部に相当し、制御部１５（ＣＰＵ１６）が制御部に相当する。また、記憶部１７が記憶部に相当する。なお、図６では実装処理を例示したが塗布処理に適用するものとしてもよく、その場合には塗布部３０が作業部に相当する。また、本実施形態では、３次元実装装置１１の動作を説明することにより本開示の作業装置の制御方法の一例も明らかにしている。

以上説明した本実施形態の３次元実装装置１１では、立体形状のワーク５０が多関節ロボット２４に保持される保持角度が変更されると基準マーク５６を撮像するようにマークカメラ１４を制御し、撮像された画像から基準マーク５６を検出し、その検出位置に基づいてワーク５０の位置ずれを補正する補正値を設定し、設定した補正値を用いて位置補正して部品Ｐの実装を行う。このため、ワーク５０の保持角度が変更される度に、撮像画像から検出した基準マーク５６の検出位置から補正値を適切に設定することができるから、位置ずれを適切に補正して実装精度を向上させることができる。なお、３次元実装装置１１は、実装対象位置を水平とした状態で部品Ｐを適切に実装することができる。

また、３次元実装装置１１は、ワーク５０の保持角度に応じた基準マーク５６の位置を求め、求めた位置と基準マーク５６の検出位置とに基づいて補正値を設定するから、複数の作業位置毎に対応する基準マークを設けないものとしても、補正値を適切に設定することができる。このため、ワーク５０に設ける基準マーク５６の数を削減してワーク５０のコストを抑えることができる。

また、３次元実装装置１１は、基準マーク５６の基準位置を保持角度に対応する回転行列により変換処理することで、保持角度に応じた基準マーク５６の変換位置を演算するから、基準マーク５６の位置を簡易な処理で求めることができる。

また、３次元実装装置１１では、水平状態のワーク５０における基準マーク５６の位置を記憶部１７に記憶し、その位置を変換処理するから、様々な保持角度に応じた基準マーク５６の位置を簡易な処理で求めることができる。

また、３次元実装装置１１では、保持角度が所定角度範囲内で変更された場合には、マークカメラ１４による基準マーク５６の撮像を省略し、変更前の撮像画像を用いて保持角度の変更に応じた補正値を設定するから、実装の作業効率を向上させることができる。

なお、本開示の３次元実装装置１１は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態では、ＣＰＵ１６が実装処理ルーチンのＳ１７０で保持角度が所定角度範囲内で変更されたと判定した場合には、変更前の撮像画像から検出された基準マークの検出位置を保持角度の変更に対応する回転行列により変換して導出した導出位置を用いて補正値を設定するものとしたが、これに限られるものではない。即ち、保持角度が所定角度範囲内で変更されたと判定した場合に、マークカメラ１４による基準マーク５６の撮像を省略し、前回の撮像画像を用いて保持角度の変更量に応じた補正値を設定する処理を行うものであればよい。また、保持角度の変更が所定角度範囲内の場合に、ワーク５０や部品Ｐに求められる実装精度などを考慮してマークカメラ１４による画像の撮像を省略するか否かを判定するものなどとしてもよい。あるいは、このようにマークカメラ１４による画像の撮像を省略することなく、所定角度範囲を超える場合と同様にマークカメラ１４による画像の撮像を行って補正値を設定するものなどとしてもよい。そのようにする場合、実装処理ルーチンのＳ１７０，Ｓ２６０，Ｓ２７０の処理を省略すればよい。

上述した実施形態では、ＣＰＵ１６が実装処理ルーチンのＳ１４０で前回の実装対象位置と同じ傾き角度であると判定した場合に、前回の補正値を用いたが、これに限られるものではない。例えば、前回と同じ傾き角度だけでなく、傾き角度が僅かに変化して保持角度の変更が微小となる場合にも前回の補正値を用いるものなどとしてもよい。そのようにする場合、保持角度がＳ１７０で用いられる所定角度範囲よりも小さな範囲内で変更されるのであれば前回の補正値を用いるものとすればよい。即ち、ＣＰＵ１６は、Ｓ１４０で保持角度が第１角度範囲内で変更されたと判定すると前回の補正値を用い、Ｓ１７０で保持角度が第１角度よりも大きな第２角度範囲内で変更されたと判定すると前回の撮像画像を用いて保持角度の変更量に応じた補正値を設定するものなどとすればよい。

上述した実施形態では、基準マーク５６の位置としてワーク５０の基準位置の接平面が水平となる状態を基準状態としたが、これに限られず、水平とは異なる所定角度の状態を基準状態としてもよい。

上述した実施形態では、基準マーク５６の位置を２つとしたが、これに限られず、３つ以上の複数としてもよいし、１つとしてもよい。また、全ての対象面５１〜５５に共通の基準マーク５６を設けるものとしたが、これに限られず、いくつかの対象面に共通の基準マークを設けるものとしてもよい、対象面毎に基準マークを設けるものとしてもよい。

上述した実施形態では、３次元実装装置１１が、基準マーク５６を撮像するようにマークカメラ１４を制御し、撮像された画像から基準マーク５６の位置を検出し、検出した基準マーク５６の位置に基づいて補正値を設定するものとしたが、これらの処理の全てを３次元実装装置１１が行うものに限られない。例えば、撮像された画像から基準マーク５６の位置を検出する処理や、検出した基準マーク５６の位置に基づいて補正値を設定する処理などを、情報処理装置６０などの他の装置が行うものなどとしてもよい。

上述した実施形態では、ワーク５０を保持する支持部は多関節ロボット２４としたが、これに限られず、ワーク５０の保持角度を変更可能に保持するものであればよい。

上述した実施形態では、３次元実装装置１１は、塗布ヘッド３２と実装ヘッド３７とを備えてワーク５０に塗布及び実装を行うものとしたが、これに限られず、いずれか一方の作業のみを行うものとしてもよい。

本開示の作業装置において、前記作業部は、前記作業対象箇所を水平とする前記保持角度で前記ワークが前記保持部に保持された状態で、前記所定作業を行うものとすることもできる。これにより、作業対象箇所を水平とした状態で所定作業を適切に行うことができる。

本開示の作業装置において、前記制御部は、前記保持角度に応じて異なる位置に変化する前記基準マークの位置を求め、該求めた前記基準マークの位置と前記検出した前記基準マークの位置とに基づいて前記補正値を設定するものとすることもできる。これにより、ワークの作業対象箇所毎に対応する基準マークを設けないものとしても、補正値を適切に設定することができる。このため、ワークに設ける基準マークの数を削減してワークのコストを抑えることができる。

本開示の作業装置において、前記制御部は、前記基準マークの基準位置を取得し、該取得した基準位置を前記保持角度に対応する回転行列により変換することで、前記保持角度に応じた前記基準マークの位置を求めるものとすることもできる。これにより、保持角度に応じて異なる位置に変化する基準マークの位置を簡易な処理で求めることができる。

本開示の作業装置において、前記基準マークの基準位置として、所定の基準角度状態の前記ワークにおける前記基準マークの位置を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記基準角度状態の前記ワークにおける前記基準マークの位置を前記変換処理することで、前記保持角度に応じた前記基準マークの位置を求めるものとすることもできる。これにより、所定の基準角度状態における基準マークの位置から、様々な保持角度に応じた基準マークの位置を簡易な処理で求めることができる。このため、ワークに設ける基準マークの数をより削減してワークのコストを一層抑えることができる。

本開示の作業装置において、前記制御部は、前記保持角度が所定の角度範囲内で変更された場合には、前記撮像部による前記基準マークの撮像を省略し、変更前に撮像された前記画像を用いて前記保持角度の変更に応じた前記補正値を設定するものとすることもできる。これにより、保持角度が所定の角度範囲内で変更された場合には、撮像部による基準マークの撮像を省略して作業効率を向上させることができる。なお、所定の角度範囲は、所定作業の内容や求められる位置精度などに応じて、作業に影響を及ぼさない程度の角度範囲に定めることができる。

本開示の作業装置の制御方法は、基準マークが設けられた立体形状のワークに所定作業を行う作業部と、前記ワークの作業対象箇所の傾き角度に応じて前記ワークの保持角度を変更可能に前記ワークを保持する保持部と、前記保持部に前記ワークが保持された状態で前記基準マークを撮像可能な撮像部と、を備える作業装置の制御方法であって、（ａ）前記ワークの前記保持角度が変更されると前記基準マークを撮像するように前記撮像部を制御するステップと、（ｂ）前記ステップ（ａ）で撮像された画像から前記基準マークを検出し、該検出した前記基準マークの位置に基づいて前記ワークの位置ずれを補正する補正値を設定するステップと、（ｃ）前記ステップ（ｂ）で設定した補正値を用いて位置補正して前記所定作業を行うように前記作業部を制御するステップと、を含むことを要旨とする。

本開示の作業装置の制御方法は、立体形状のワークの保持角度が変更されると基準マークを撮像するように撮像部を制御し、撮像された画像から基準マークを検出して、その検出した位置に基づいてワークの位置ずれを補正する補正値を設定し、設定した補正値を用いて位置補正して所定作業を行うように作業部を制御する。これにより、上述した作業装置と同様に、ワークの作業対象箇所の傾き角度に応じてワークの保持角度が変更される度に、基準マークの位置から補正値を適切に設定して所定作業を行うことができる。したがって、立体形状のワークの位置ずれを適切に補正して、所定作業の作業精度を向上させることができる。なお、この制御方法において、上述した作業装置の種々の態様を採用してもよいし、上述した作業装置の各機能を実現するようなステップを追加してもよい。

本開示の３次元実装装置は、立体物である対象物を採取、配置などの処理を行う装置の技術分野に利用可能である。

１０実装システム、１１３次元実装装置、１２部品供給部、１３パーツカメラ１４マークカメラ、１５制御部、１６ＣＰＵ、１７記憶部、２０支持搬送部、２１第１搬送部、２２第２搬送部、２４多関節ロボット、２５基部、２６アーム部、２７メカニカルチャック、２８駆動部、２９可動空間、３０塗布部、３１ヘッド移動部、３２塗布ヘッド、３３塗布ノズル、３５実装部、３６ヘッド移動部、３７実装ヘッド、３８採取部、４０搬送パレット、５０ワーク（立体基板）、５０ａ湾曲面、５１〜５５対象面、５６基準マーク、６０情報処理装置、６１情報処理制御部、６２ＣＰＵ、６３情報処理記憶部、６４ワークデータ、６４ａ３次元形状データ、６４ｂ形成パターンデータ、６４ｃ作業位置データ、６４ｄ基準マーク位置データ、６８ディスプレイ、６９入力装置、Ｐ部品。

Claims

基準マークが設けられた立体形状のワークに所定作業を行う作業部と、
前記ワークの作業対象箇所の傾き角度に応じて前記ワークの保持角度を変更可能に前記ワークを保持する保持部と、
前記保持部に前記ワークが保持された状態で前記基準マークを撮像可能な撮像部と、
前記傾き角度が、前回の作業対象箇所と異なる角度であるか否かを判定する判定部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記判定部が異なる角度であると判定した場合には、前記ワークの前記保持角度を変更して前記基準マークを撮像するように前記撮像部を制御し、撮像された画像から前記基準マークを検出し、該検出した前記基準マークの位置に基づいて前記ワークの位置ずれを補正する補正値を設定し、該設定した補正値を用いて位置補正して前記所定作業を行うように前記作業部を制御し、
前記判定部が異なる角度ではないと判定した場合には、前記補正値を変更せずに、該補正値を用いて位置補正して前記所定作業を行うように前記作業部を制御する
作業装置。
請求項１に記載の作業装置であって、
前記作業部は、前記作業対象箇所を水平とする前記保持角度で前記ワークが前記保持部に保持された状態で、前記所定作業を行う
作業装置。
請求項１または２に記載の作業装置であって、
前記制御部は、前記保持角度に応じて異なる位置に変化する前記基準マークの位置を求め、該求めた前記基準マークの位置と前記検出した前記基準マークの位置とに基づいて前記補正値を設定する
作業装置。
請求項３に記載の作業装置であって、
前記制御部は、前記基準マークの基準位置を取得し、該取得した基準位置を前記保持角度に対応する回転行列により変換することで、前記保持角度に応じた前記基準マークの位置を求める
作業装置。
請求項４に記載の作業装置であって、
前記基準マークの基準位置として、所定の基準角度状態の前記ワークにおける前記基準マークの位置を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記基準角度状態の前記ワークにおける前記基準マークの位置を前記変換処理することで、前記保持角度に応じた前記基準マークの位置を求める
作業装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の作業装置であって、
前記制御部は、前記保持角度が所定の角度範囲内で変更された場合には、前記撮像部による前記基準マークの撮像を省略し、変更前に撮像された前記画像を用いて前記保持角度の変更に応じた前記補正値を設定する
作業装置。
基準マークが設けられた立体形状のワークに所定作業を行う作業部と、前記ワークの作業対象箇所の傾き角度に応じて前記ワークの保持角度を変更可能に前記ワークを保持する保持部と、前記保持部に前記ワークが保持された状態で前記基準マークを撮像可能な撮像部と、を備える作業装置の制御方法であって、
（ａ）前記ワークの前記保持角度が変更されると前記基準マークを撮像し、前記保持角度が変更されないと前記基準マークを撮像しないように前記撮像部を制御するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）で撮像された画像から前記基準マークを検出し、該検出した前記基準マークの位置に基づいて前記ワークの位置ずれを補正する補正値を設定するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で設定した補正値を用いて位置補正して前記所定作業を行うように前記作業部を制御するステップと、
を含む作業装置の制御方法。