JP7362776B2 - 部品供給装置および部品搬送システム - Google Patents

Description

本開示は、部品をピッキングして搬送する搬送ロボットなどの搬送装置を含む部品搬送システムおよびその構成要素である搬送装置に部品を供給する部品供給装置に関する。

例えば搬送ロボットなどの搬送装置が部品を適切にピッキングできるように、その部品の向き（姿勢）を揃えて配置するパーツフィーダなどの装置が知られている。例えば特許文献１に記載された装置の場合、複数の部品それぞれは、ステージの載置面上に搬送され、その載置面に形成された複数の直線溝に一部分が係合することにより、その向きが揃えられる。

実開平５－５６８２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置の場合、部品が例えば有底円筒状の形状を備えていると、その開口方向が１８０度異なる複数の部品がステージの載置面上に混在する可能性がある。そのために、その部品をピッキングする搬送ロボットなどの搬送装置は、正しい向きで部品をピッキングできない可能性がある。

そこで、本開示は、より確実に部品を正しい向きでピッキングすることを課題とする。

上記技術的課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
複数の部品が載置される載置面を有するステージと、
前記ステージの載置面に対して斜め上方向から前記部品を撮像する撮像システムと、
前記撮像システムによって得られた画像情報に基づいて、前記ステージの載置面上の部品の位置および向きを検出する部品検出部と、
を備える、部品供給装置が提供される。

また、本開示の別態様によれば、
本開示の一態様に係る部品供給装置と、
部品をピッキングして搬送する搬送装置と、
を備える部品搬送システムが提供される。

本開示によれば、より確実に部品を正しい向きでピッキングすることができる。

本開示の一実施の形態に係る部品搬送システムの概略的な側面図 部品搬送システムの概略的な上面図 部品搬送システムの構成を示すブロック図 部品搬送システムが取り扱う一例の部品の斜視図 ステージに照射されたライン光を示す斜視図 ライン光撮像装置よって撮像された、ステージの載置面の一部分上の複数のライン光を示す図 図６に示す複数のライン光が照射されたステージの載置面の一部分の斜視図 サーボモータの回転角度と移動ヘッドの位置との間の関係を示す図 部品搬送システムにおける部品搬送動作の流れの一例を示す図

本開示の一態様の部品供給装置は、複数の部品が載置される載置面を有するステージと、前記ステージの載置面に対して斜め上方向から前記部品を撮像する撮像システムと、前記撮像システムによって得られた画像情報に基づいて、前記ステージの載置面上の部品の位置および向きを検出する部品検出部と、を備える。

このような態様によれば、より確実に部品を正しい向きでピッキングすることができる。

例えば、前記部品供給装置は、前記撮像システムが、前記ステージ側に且つ前記ステージの載置面に対して鋭角な第１の角度で、前記斜め上方向に対して交差する方向に延在するライン光を照射するライン光照射装置と、前記ステージ側に且つ前記ステージの載置面に対して鋭角な第２の角度で前記ステージの載置面上の前記ライン光を撮像するライン光撮像装置と、を備え、前記画像情報が、前記ライン光照射装置が照射する前記ライン光を前記載置面に対し走査させ、この走査による複数のライン光それぞれを前記ライン光撮像装置によって撮像し、この撮像された複数のライン光それぞれの形状に基づいて算出された、前記ステージの載置面における高さ分布である、と好ましい。

例えば、前記部品供給装置は、移動ヘッドを、さらに有し、前記移動ヘッドに、前記撮像システムが搭載され、前記移動ヘッドが、前記ステージの載置面に対して相対的に且つ平行に、前記ライン光が延在する方向に対して交差する方向に移動する、と好ましい。

例えば、前記部品供給装置は、部品の三次元形状を示す部品形状データを記憶する記憶部を、さらに有していると好ましい。この場合、前記部品検出部が、前記高さ分布と前記部品形状データとに基づいて、前記載置面上における部品の位置および姿勢を検出する、と好ましい。

例えば、前記部品供給装置は、前記高さ分布と前記部品の形状情報とに基づいて、前記部品が存在する前記ステージの載置面内の領域の面積を算出し、その算出面積と前記部品の大きさとに基づいて、前記載置面上の部品の個数を推定する部品数推定部を、さらに有する、と好ましい。

例えば、前記部品供給装置は、前記ステージを揺動するステージ揺動装置を、さらに有する、と好ましい。

例えば、前記部品が、有底円筒状の形状を備える部品である、と好ましい。

例えば、前記ステージの載置面が、前記移動ヘッドの移動方向に延在し、前記部品の外周面の一部分と係合する複数の溝を備えている、と好ましい。

例えば、前記部品供給装置は、前記移動ヘッドを前記ステージに対して直線的に接近させるまたは離間させる移動ヘッド駆動装置を、さらに有している、と好ましい。また、前記移動ヘッド駆動装置が、サーボモータと、前記サーボモータに一端が連結された第１のリンクアームと、前記第１のリンクアームの他端に一端が連結されるとともに、他端が前記移動ヘッドに連結された第２のリンクアームと、を含んでいる、と好ましい。

例えば、前記ライン光撮像装置が、前記サーボモータの回転角度と、予め求められた前記回転角度と前記移動ヘッドの位置との間の非線形関係とに基づいて、前記移動ヘッドが一定の移動量で移動する度に前記ライン光を撮像するように構成されている、と好ましい。

本開示の別態様の部品搬送システムは、前記部品供給装置と、部品をピッキングして搬送する搬送装置と、を備える。

このような態様によれば、より確実に部品を正しい向きでピッキングすることができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本開示の一実施の形態に係る部品搬送システムの概略的な側面図である。また、図２は、部品搬送システムの概略的な上面図である。さらに、図３は、部品搬送システムの構成を示すブロック図である。なお、図面に示すＸ－Ｙ－Ｚ座標系は、本開示の理解を容易にするためのものであって、本開示の実施の形態を限定するものではない。このＸ－Ｙ－Ｚ座標系において、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は水平方向を示し、Ｚ軸方向は鉛直方向を示している。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る部品搬送システム１０は、部品Ｐを搬送するためのシステムであって、クリーンルームＣＲ内で部品Ｐを搬送するシステムである。

図４は、部品搬送システムが取り扱う一例の部品の斜視図である。

図４に示すように、本実施の形態の場合、部品搬送システム１０は、有底円筒状の部品Ｐを取り扱う。具体的には、部品Ｐは、長さがＬであって外径がφの円筒状であって、第１の端面Ｐａと第２の端面Ｐｂとを備える。第１の端面Ｐａに開口Ｐｃが形成されている。一方、第２の端面Ｐｂには、開口が形成されていない。

図１および図２に示すように、本実施の形態の場合、部品搬送システム１０は、部品Ｐをピッキングして搬送する搬送装置としての搬送ロボット２０と、その搬送ロボット２０に部品Ｐを供給する部品供給装置３０とを含んでいる。

部品搬送システム１０の搬送ロボット２０は、部品Ｐをピッキングし、所定の場所（図示せず）に搬送し、そしてその所定の場所に所定の向き（例えば開口Ｐｃが下向き状態）の部品Ｐを載置する多関節ロボットである。また、搬送ロボット２０は、部品Ｐを保持するためのエンドエフェクタ２２を備えている。エンドエフェクタ１４は、例えば部品Ｐを吸引保持するように構成されている。なお、本実施の形態の場合、搬送ロボット２０は、クリーンルームＣＲでの使用に適したクリーン環境用搬送ロボットである。

部品搬送システム１０の部品供給装置３０は、搬送ロボット２０に部品Ｐを供給するための装置であって、特に搬送ロボット２０がピッキング可能に部品Ｐを供給するように構成されている。

例えば具体的には、部品供給装置３０は、複数の部品Ｐが載置される載置面３２ａを有するステージ３２と、前記ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐに対して斜め上方向から撮像する撮像システムと、前記撮像システムによって得られた画像情報に基づいて、前記ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの位置および向きを検出する部品検出部と、を備える。さらに具体的には、部品供給装置３０は、複数の部品Ｐが載置されるステージ３２と、ステージ３２に対して相対的に移動する移動ヘッド３４と、を備える。撮像システムは、移動ヘッド３４に搭載された、ライン光をステージ３２に照射するライン光照射装置３６と、ステージ３２上のライン光を撮像するライン光撮像装置３８と、を備える。

ステージ３２は、水平（Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して平行）に展開して複数の部品Ｐが載置される載置面３２ａを備える。この載置面３２ａ上の部品Ｐを、搬送ロボット２０がピッキングする。部品Ｐは、搬入装置４０を介してクリーンルームＣＲの外部から内部に搬入され、ステージ３２の載置面３２ａ上に配置される。このとき、複数の部品Ｐは、ランダムな位置および向き（姿勢）で載置される。

また、本実施の形態の場合、ステージ３２の載置面３２ａは、水平面部３２ｂと、その水平面部３２ｂに移動ヘッド３４の移動方向（Ｘ軸方向）に延在するように形成された複数の溝３２ｃとから構成されている。溝３２ｃは、搬送ロボット２０がピッキング可能な状態で部品Ｐの外周面の一部分と係合する断面形状を備える。本実施の形態の場合、部品Ｐのほぼ半分が溝３２ｃに係合し、残りの部分が水平面部３２ｂから突出する。さらに、本実施の形態の場合、部品供給装置３０は、ステージ３２を揺動させてその載置面３２ａ上の複数の部品Ｐの位置および向きを変更するアクチュエータなどのステージ揺動装置４２を含んでいる。これらの溝３２ｃおよびステージ揺動装置４２の役割については後述する。

部品供給装置３０の移動ヘッド３４は、ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの位置および向きを検出するためのライン光照射装置３６とライン光撮像装置３８を搭載する移動体である。

具体的には、移動ヘッド３４は、ステージ３２の載置面３２ａに対して相対的に且つ平行（Ｘ軸方向）に移動する。本実施の形態の場合、移動ヘッド３４は、水平方向には移動しないステージ３２に対して接近するまたは離間する。また、移動ヘッド３４は、接近した状態のとき、その一部分がステージ３２の載置面３２ａの上方に位置する。さらに、移動ヘッド３４は、移動ヘッド駆動装置４４によって駆動される。

図１および図２に示すように、本実施の形態の場合、移動ヘッド駆動装置４４は、サーボモータ４６と、サーボモータ４６に一端が連結された第１のリンクアーム４８と、第１のリンクアーム４８の他端に一端が連結されるとともに、他端が移動ヘッド３４に連結された第２のリンクアーム５０とを含んでいる。

サーボモータ４６は、タイミングプーリ５２を備え、そのタイミングプーリ５２を鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する回転中心線Ｃ１を中心にして回転させる。第１のリンクアーム４８の一端には、鉛直方向に延在する駆動シャフト５４が取り付けられている。その駆動シャフト５４にタイミングプーリ５６が設けられている。このタイミングプーリ５６は、タイミングベルト５８を介してサーボモータ４６のタイミングプーリ５２に対して駆動連結されている。この駆動連結により、駆動シャフト５４が鉛直方向に延在する回転中心線Ｃ２を中心にして回転される。

第２のリンクアーム５０の一端は、第１のリンクアーム４８の他端に対して、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する回転中心線Ｃ３を中心にして回動可能に連結されている。また、第２のリンクアーム５０の他端は、移動ヘッド３４に対して、鉛直方向に延在する回転中心線Ｃ４を中心にして回動可能に連結されている。

なお、サーボモータ４６と、タイミングプーリ５２、５６と、タイミングベルト５８とがクリーンルームＣＲの外部に配置され、駆動シャフト５４がクリーンルームＣＲの内部から外部に延在している。

このような移動ヘッド駆動装置４４によれば、サーボモータ４６が、タイミングプーリ５２、５６、タイミングベルト５８を介して駆動シャフト５４を回転させることにより、第１および第２のリンクアーム４８、５０が移動ヘッド３４を駆動する。このような駆動連結によれば、サーボモータ４６が正転または逆転することにより、移動ヘッド３４がステージ３２に対して接近するまたは離間することができる。

なお、移動ヘッド駆動装置４４（そのサーボモータ４６）によって駆動される移動ヘッド３４が直線的に移動してステージ３２に対して接近するまたは離間するように、ガイド装置６０が設けられている。ガイド装置６０は、水平方向（Ｘ軸方向）に延在するレール６２と、レール６２に係合してレール６２の延在方向に移動するガイドブロック６４とから構成されている。このガイドブロック６４が移動ヘッド３４に取り付けられることにより、移動ヘッド３４が直線的に移動する。

このような構成の移動ヘッド駆動装置４４によれば、移動ヘッド３４に搭載されたライン光照射装置３６とライン光撮像装置３８に接続する複数のケーブル（電源ケーブル、信号ケーブルなど）を、第１および第２のリンクアーム４８、５０、駆動シャフト５４の内部を通過させてクリーンルームＣＲの外部に引き出すことができる。

移動ヘッド３４に搭載されたライン光照射装置３６は、ステージ３２にライン光を照射する。

図５は、ステージに照射されたライン光ＬＬを示す斜視図である。なお、図５では、ステージ３２は、概略的に示されている。

図５に示すように、ライン光照射装置３６は、ステージ３２の載置面３２ａ上に、ライン光ＬＬを照射するように構成されている。例えば、ライン光照射装置３６は、スリット状の出射口を備えるレーザ装置である。

具体的には、ライン光照射装置３６は、撮像システムの撮像方向（ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐに対して斜め上方向）、すなわち本実施の形態の場合には移動ヘッド３４の移動方向（Ｘ軸方向）に交差する方向（Ｙ軸方向）に延在するライン光ＬＬを照射する。ライン光ＬＬの長さ（Ｙ軸方向のサイズ）は、ステージ３２の載置面３２ａの幅Ｗに実質的に一致する。

また、ライン光照射装置３６は、図１に示すように移動ヘッド３４に対してステージ３２側に、且つ、ステージ３２の載置面３２ａに対して鋭角な第１の角度αで、ライン光ＬＬを照射する。第１の角度αは、例えば、６０度である。

そして、移動ヘッド３４がステージ３２の載置面３２ａに対して移動することにより、具体的にはライン光ＬＬが延在する方向（Ｙ軸方向）に対して交差する方向（Ｘ軸方向）に移動することにより、ライン光ＬＬがステージ３２の載置面３２ａ上を移動、すなわち走査、する。なお、移動ヘッド３４とステージ３２の載置面３２ａとは相対的に移動するものであればよく、ステージ３２の載置面３２ａが移動ヘッド３４に対して移動する態様であっても構わない。

移動ヘッド３４に搭載されたライン光撮像装置３８は、ステージ３２の載置面３２ａ上のライン光ＬＬを撮像する。

図６は、ライン光撮像装置によって撮像された、ステージの載置面の一部分上の複数のライン光ＬＬを示す図である。なお、図６は、異なるタイミングにそれぞれ撮像された複数のライン光ＬＬを示している。また、図７は、図６に示す複数のライン光ＬＬが照射されたステージの載置面の一部分の斜視図である。

ライン光撮像装置３８は、例えばカメラであって、移動ヘッド３４が予め決められた一定の距離を移動する度に、ステージ３２の載置面３２ａ上のライン光ＬＬを撮像する。すなわち、ライン光ＬＬの反射光が、ライン光撮像装置３８の撮像素子の受光面に入射する。

また、ライン光撮像装置３８は、図５に示すように、移動ヘッド３４に対してステージ３２側に、且つ、ステージ３２の載置面３２ａに対して鋭角な第２の角度βで、ステージ３２上のライン光ＬＬを撮像する。すなわち、ライン光撮像装置３８の光軸ＯＡが、ステージ３２と第２の角度βで交差する。第２の角度βは４５度である。なお、第２の角度βは、第１の角度αに近い角度である方が好ましく、第１の角度αと等しくてもよい。

図６および図７に示すように、ライン光撮像装置３８によって撮像されるライン光ＬＬの形状は、そのライン光ＬＬが照射された物体（ステージ３２の載置面３２ａや部品Ｐ）の部分の表面形状に対応する。すなわち、ライン光ＬＬの形状は、ライン光ＬＬが照射された物体の部分の高さ分布を表している。例えば、溝３２ｃの最底部を基準（Ｚ＝０）とする高さの分布を表している。したがって、移動ヘッド３４の移動中にライン光撮像装置３８によって撮像された複数のライン光ＬＬそれぞれの形状から、ステージ３２の載置面３２ａ全体における高さ分布を得ることができる。

図３に示すように、部品搬送システム１０は、制御装置７０を備える。

制御装置７０は、移動ヘッド駆動装置４４、ライン光照射装置３６、ライン光撮像装置３８、およびステージ揺動装置４２を制御し、搬送ロボット２０がピッキング可能な部品Ｐを供給するように構成されている。そのために、制御装置７０は、ステージ３２の載置面３２ａに載置された複数の部品Ｐの位置および向きを検出するように構成されている。

具体的には、制御装置７０は、移動ヘッド駆動装置４４を制御する移動ヘッド制御部７２と、ライン光照射装置３６を制御する照射装置制御部７４と、ライン光撮像装置３８を制御する撮像装置制御部７６と、ステージ揺動装置４２を制御するステージ制御部７８と、ステージ３２の載置面３２ａ全体における高さ分布を算出する高さ分布算出部８０と、算出された高さ分布に基づいて載置面３２ａ上における部品Ｐの位置および向きを検出する部品検出部８２と、搬送ロボット２０がピッキングして搬送する部品を決定する搬送部品決定部８４と、ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの個数を推定する部品数推定部８６と、ハードディスクなどの記憶部８８とを備える。

制御装置７０は、例えば、ＣＰＵとメモリやハードディスクなどの記憶装置とから構成されている。記憶装置（記憶部８８）に記憶されているプログラムにしたがって動作することにより、ＣＰＵは、移動ヘッド制御部７２、照射装置制御部７４、撮像装置制御部７６、ステージ制御部７８、高さ分布算出部８０、部品検出部８２、搬送部品決定部８４、および部品数推定部８６として機能する。

移動ヘッド制御部７２は、ステージ３２の載置面３２ａ上に載置された複数の部品Ｐの位置および向きを検出するために、移動ヘッド駆動装置４４を制御して移動ヘッド３４を移動させる。そのために、移動ヘッド制御部７２は、移動ヘッド駆動装置４４のサーボモータ４６を制御することにより、移動ヘッド３４の移動速度や位置を制御する。具体的には、サーボモータ４６に搭載されたエンコーダからの信号に基づいて、サーボモータ４６の回転角度θを制御する。この回転角度θを制御することにより、移動ヘッド３４の移動速度や位置を制御する。

なお、本実施の形態の場合、図１および図２に示すように、サーボモータ４６は、第１のリンクアーム４８と第２のリンクアーム５０とからなるリンク機構部を介して移動ヘッド３４に駆動連結されている。したがって、サーボモータ４６の回転角度θと移動ヘッド３４の位置は、線形性の関係ではない。

図８は、サーボモータの回転角度と移動ヘッドの位置との間の関係を示す図である。

図８に示すように、サーボモータ４６の回転角度θの変化に対して、移動ヘッド３４の位置Ｈｘ（Ｘ軸方向の位置）は、線形的に変化せず、非線形的に変化する。なお、移動ヘッド３４がステージ３２から最も離れた待機位置（図１および図２において実線で示す位置）に位置するとき、位置Ｈｘと回転角度θはゼロである。したがって、移動ヘッド制御部７２は、サーボモータ４６のエンコーダから取得した回転角度θと、予め求められた図８に示す非線形な関係とに基づいて、移動ヘッド３４の移動速度や位置を制御する。

制御装置７０における照射装置制御部７４は、ステージ３２の載置面３２ａ上に載置された複数の部品Ｐの位置および向きを検出するときに、ライン光照射装置３６を起動させる。これにより、ライン光照射装置３６は、ライン光ＬＬを照射し続ける。その結果、移動ヘッド３４が移動しているとき、ライン光ＬＬがステージ３２の載置面３２ａ上を移動する。部品Ｐの位置および向きの検出が完了すると、照射装置制御部７４は、ライン光照射装置３６を停止させる（ライン光ＬＬの照射が停止する）。

制御装置７０における撮像装置制御部７６は、ライン光撮像装置３８を制御することにより、移動ヘッド３４が一定の移動量で移動する度に、ライン光撮像装置３８にステージ３２上のライン光ＬＬを撮像させる。移動ヘッド３４が一定の移動量で移動したタイミングは、サーボモータ４６の回転角度θと、図８に示すような予め求められたサーボモータ４６の回転角度θと移動ヘッド３４の位置Ｈｘとの間の非線形な関係とに基づいて得ることができる。より具体的には、例えば、制御装置７０は、リンク駆動のサーボモータ４６からエンコーダパルス情報を取り込み、記憶部８８内に保有するリンク機構部の駆動軸回転量とライン光撮像装置３８の水平移動量の変換テーブルをもとにタイミングを補正した撮像トリガをライン光撮像装置３８に出力する。その撮像トリガにしたがって撮像したスキャンデータ（すなわち複数のライン光画像データ）を、制御装置７０はライン光撮像装置３８から取得する。これにより、図６に示すように、ステージ３２の載置面３２ａの複数の異なる位置、すなわち移動ヘッド３４の一定の移動量に対応する一定の間隔をあけた複数の位置に照射された複数のライン光ＬＬを撮像することができる。

制御装置７０におけるステージ制御部７８は、所定のタイミングに、図１に示すステージ揺動装置４２を制御してステージ３２を揺動させる。これにより、ステージ３２の載置面３２ａ上の複数の部品Ｐの位置および向きを変更する。本実施の形態の場合、ステージ３２の揺動により、いくつかの部品Ｐは、その一部分が載置面３２ａの溝３２ｃに係合する。その結果、そのいくつかの部品Ｐの開口Ｐｃは、移動ヘッド３４に向くまたはその反対方向に向く。

ステージ制御部７８がステージ揺動装置４２を介してステージ３２を揺動させる所定のタイミングは、例えば、図１および図２に示す搬入装置４０がステージ３２の載置面３２ａ上に複数の部品Ｐを搬入（配置）したタイミングである。このタイミングにステージ３２が揺動されることにより、搬入装置４０を介して搬入されて載置面３２ａ上で積み重なる複数の部品Ｐが、載置面３２ａ全体にわたってならされる。なお、別の所定のタイミングについては後述する。

制御装置７０における高さ分布算出部８０は、図６に示すように、ライン光撮像装置３８によって撮像された複数のライン光ＬＬの形状に基づいて、ステージ３２の載置面３２ａにおける高さ分布を算出する。例えば、載置面３２ａの溝３２ｃの最底部を基準（Ｚ＝０）とする高さ分布を算出する。

制御装置７０における部品検出部８２は、分布算出部８０によって算出された高さ分布に基づいて、ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの位置および向きを検出する。

具体的には、本実施の形態の場合、部品Ｐの外径φや長さＬについての情報が予め記憶部８８に記憶されている。これらのサイズの情報と高さ分布とに基づいて、部品Ｐの位置が検出される。例えば、図６に示すように、部品Ｐの外周面に照射されたライン光ＬＬの部分ＬＬａ上の点Ｓ１の高さは部品Ｐの外径φと実質的に一致する。この高さが部品Ｐの長さＬと実質的に同一長さの直線上に分布する高さ分布の領域（対応するステージ３２の載置面３２ａ内の領域）が、部品Ｐの位置として検出される。なお、本実施の形態の場合、高さの基準が溝３２ｃの最底部であるため、溝３２ｃに係合する部品Ｐが検出される。

また、本実施の形態の場合、部品Ｐの肉厚（外周面と内周面との間の距離）についての情報が予め記憶部８８に記憶されている。この肉厚の情報と高さ分布とに基づいて、部品Ｐの向きが検出される。例えば、図６に示すように、部品Ｐの内周面Ｐｄに照射されたライン光ＬＬの部分ＬＬｂ上の点Ｓ２の高さは、溝３２ｃの最底部がゼロであるので、部品Ｐの肉厚に実質的に一致する。この高さの分布に基づいて、部品Ｐの向きが検出される、すなわち開口Ｐｃの向きが検出される。

この開口Ｐｃの向きの検出は、上述したようにまた図５に示すように、ライン光照射装置３６がステージ３２の載置面３２ａに対して鋭角な第１の角度αでライン光ＬＬを照射することによって実現する。すなわち、ライン光ＬＬが部品Ｐの内周面に照射されることによって実現する。さらに加えて、ライン光撮像装置３８がステージ３２の載置面３２ａに対して鋭角な第２の角度βで撮像することによって実現する。すなわち、部品Ｐの内周面を撮像することによって実現する。

なお、高さ分布に基づいて部品Ｐの位置および向きを高い精度で検出するために、部品検出部８２は、部品Ｐの三次元形状を示す部品形状データ９０、例えば３Ｄ－ＣＡＤデータや点群データを用いてもよい。高さ分布は、ステージ３２の載置面３２ａ上の物体の表面形状を示している。その表面形状の一部分と３Ｄ－ＣＡＤデータ上の表面形状または点群データの複数の点とが実質的に一致すれば、その一部分が部品Ｐの表面であると高い確度で判断することができる。その結果、部品Ｐの位置および向きを高い精度で検出することができる。この場合、部品Ｐの部品形状データ９０は、記憶部８８に記憶されている。

制御装置７０における搬送部品決定部８４は、部品検出部８４によって位置および向きが検出された複数の部品Ｐの中から、搬送ロボット２０が搬送する対象の部品Ｐを決定する。

具体的には、複数の部品Ｐが接触している状態および重なる状態である場合、そのような部品Ｐを搬送ロボット２０がピッキングできない可能性がある。したがって、本実施の形態の場合、搬送部品決定部８４は、搬送ロボット２０のエンドエフェクタ２２が同一の姿勢でピッキング可能な部品Ｐ、すなわちステージ３２の載置面３２ａの溝３２ｃ上の部品Ｐを、搬送対象の部品として決定する。そして、その決定した部品Ｐの位置および向きについて情報を、搬送ロボット２０に送信する。これにより、搬送ロボット２０は、部品Ｐを正しい向きでピッキングすることができる。

なお、搬送ロボット２０が、複数の部品Ｐそれぞれの位置および向きの情報に基づいて、ピッキング可能な部品Ｐを判別するように構成されている場合には、この搬送部品決定部８４とステージ３２の溝３２ｃを省略することが可能である。

制御装置７０の部品数推定部８６は、ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの個数を推定する。

本実施の形態の場合、搬入装置４０は、ステージ３２の載置面３２ａ上に任意の個数の部品Ｐを配置する。そのために、部品数推定部８６が、その載置面３２ａ上の部品Ｐの個数を推定する。具体的には、部品数推定部８６は、高さ分布算出部８０によって算出された高さ分布に基づいて部品Ｐの個数を推定する。

まず、部品数推定部８６は、高さ分布と部品Ｐの形状情報とに基づいて、部品Ｐが存在するステージ３２の載置面３２ａ内の領域の面積を算出する。本実施の形態の場合、部品Ｐが円筒状であるため、形状情報の一部である外径φの半分または長さＬに比べて大きい高さが分布するステージ３２の載置面３２ａ内の領域を特定し、その面積を算出する。なお、本実施の形態の場合、載置面３２ａには部品Ｐの半分と係合する複数の溝３２ｃが設けられているので、載置面３２ａの水平面部３２ｂの高さに比べて高い領域の面積が算出される。次に、部品数推定部８６は、その算出面積と部品Ｐの大きさとに基づいて、部品Ｐの個数を算出する。例えば、算出面積を部品Ｐの平均断面積で割り算することにより、部品Ｐの概ねの個数を算出することができる。

部品数推定部８６によって推定された部品Ｐの個数の情報は、種々の用途で使用される。

例えば、搬送ロボット２０がステージ３２上の複数の部品Ｐの搬送を開始する前に、部品数推定部８６によって部品Ｐの個数が推定される。この推定された部品Ｐの個数と搬送ロボット２０によって搬送された部品Ｐの個数とにより、ステージ３２上に残る部品Ｐの個数を確認することができる。

例えば、このステージ３２上に残る部品Ｐの個数が所定数以下になると、ステージ３２の載置面３２ａ上に新たな複数の部品Ｐが配置される。これにより、搬送ロボット２０は、高い稼働率で部品搬送を実行し続けることができる。また例えば、ステージ３２上に残る部品Ｐの数が十分に多いにもかかわらず、搬送部品決定部８４が搬送対象の部品Ｐを決定することができない場合、ステージ制御部７８によってステージ３２が揺動される。これにより、ステージ３２上に残っていた部品Ｐが、搬送ロボット２０がピッキング可能な位置および向きに変更される。

ここからは、部品搬送システム１０における部品搬送動作の流れについて説明する。

図９は、部品搬送システムにおける部品搬送動作の流れの一例を示す図である。

図９に示すように、まず、ステップＳ１００において、図１および図２に示すように、搬入装置４０によってステージ３２の載置面３２ａ上に複数の部品Ｐが搬入（配置）される。

次に、ステップＳ１１０において、制御装置７０のステージ制御部７８が、ステージ揺動装置４２を介してステージ３２を揺動させる。これにより、ステップＳ１００で配置されて積み重なる複数の部品Ｐが、ステージ３２の載置面３２ａ全体にわたってならされる。

続いて、ステップＳ１２０において、制御装置７０の移動ヘッド制御部７２が移動ヘッド駆動装置４４を介して移動ヘッド３４を移動させる。その移動ヘッド３４の移動とともに、照射装置制御部７４がライン光照射装置３６にライン光ＬＬをステージ３２の載置面３２ａに照射させつつ、撮像装置制御部７６がライン光撮像装置３８にステージ３２の載置面３２ａ上のライン光ＬＬを撮像させる。

ステップＳ１３０において、制御装置７０の高さ分布算出部８０が、ステップＳ１２０でライン光撮像装置３８によって撮像された複数のライン光ＬＬそれぞれの形状に基づいて、ステージ３２の載置面３２ａにおける高さ分布を算出する。

ステップＳ１４０において、制御装置７０の部品数推定部８６が、ステップＳ１３０で算出された高さ分布に基づいて、ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの個数を推定する。

ステップＳ１５０において、制御装置７０の部品検出部８２が、ステップ１３０で算出された高さ分布に基づいて、ステージ３２の載置面３２ａ上の部品Ｐの位置および向きを検出する。

ステップＳ１６０において、制御装置７０の搬送部品決定部８４は、ステップＳ１５０で位置および向きが検出された複数の部品Ｐの中から、搬送ロボット２０が搬送する搬送対象の部品Ｐを決定する。

ステップＳ１７０において、搬送ロボット２０が、ステップＳ１６０で搬送対象として決定された部品Ｐをピッキングし、所定の場所に搬送する。

ステップＳ１８０において、ステップＳ１７０で搬送ロボット２０が部品Ｐを搬送した後、ステージ３２上に残る部品Ｐの個数が所定数以上であるか否かが判定される。ステージ３２上に残る部品Ｐの個数が所定数以上である場合、ステップＳ１９０に進む。そうでない場合、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１９０において、ステージ３２上に残る部品Ｐの中に搬送対象の部品Ｐが存在するか否かが判定される。搬送対象の部品Ｐがステージ３２上に存在する場合には、ステップＳ２００に進む。そうでない場合、ステップＳ１１０に戻る。

ステップＳ２００において、部品Ｐの搬送を終了する指示の有無が判定される。搬送終了の指示がある場合、部品搬送が終了する。そうでない場合、ステップＳ１７０に戻る。

以上、本実施の形態によれば、部品をピッキングして搬送する部品搬送において、部品を正しい向きでピッキングすることができる。

以上、上述の実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示の実施の形態はこれらに限らない。

例えば、上述の実施の形態においては、ライン光照射装置３６が照射するライン光ＬＬを載置面３２ａに対して走査させ、この走査による複数のライン光ＬＬそれぞれをライン光撮像装置３８によって撮像し、この撮像された複数のライン光ＬＬそれぞれの形状に基づいて、ステージ３２の載置面３２ａにおける高さ分布を算出する。そのための手段の一つとして、複数の部品Ｐが載置されるステージ３２と、ステージ３２に対して相対的に移動する移動ヘッド３４と、この移動ヘッド３４に、ライン光照射装置３６とライン光撮像装置３８と、を搭載し、この移動ヘッド３４をステージ３２の載置面３２ａに対して相対的に且つ平行に移動させる、という構成を例示したが、この構成に限定されるものではない。

例えば、「移動」は、平行ではない移動、すなわち、移動ヘッド３４とステージ３２の載置面３２ａとの間隔（距離）が変化するような移動、であっても構わない。このような場合、例えば、ライン光撮像装置３８により載置面３２ａ上に照射されたライン光ＬＬを撮像する際に、撮像箇所の載置面３２ａとライン光撮像装置３８との間隔（距離）も何らかの手段で取得する。そして、その取得した間隔（距離）を、撮像された複数のライン光ＬＬそれぞれの形状に基づいてステージ３２の載置面３２ａにおける高さ分布を算出する際の補正データとして用いる。

また例えば、平行／非平行に限らず、移動を伴わない手段であっても構わない。具体的には、ライン光照射装置３６および／またはライン光撮像装置３８は固定されており、その固定角度のみを制御することによって、例えばライン光ＬＬの載置面３２ａでの位置を移動（走査）させたり、必要に応じて、そのライン光ＬＬの移動（走査）に追従して、ライン光撮像装置３８の撮像ポジションを変化させたりする態様、を例示することができる。このような場合においても、撮像時の条件等を、適宜取得し、撮像された複数のライン光それぞれの形状に基づいてステージ３２の載置面３２ａにおける高さ分布を算出する際の補正データとして用いればよい。

また例えば、上述の実施の形態の場合、図４に示すように、搬送対象の部品は有底円筒状の形状を備えるが、本開示の実施の形態は、これに限らず、様々な形状の部品にも適用可能である。

また例えば、上述の実施の形態の場合、部品をピッキングして搬送する搬送装置は部品を吸引保持するエンドエフェクタを備える多関節ロボットであるが、本開示の実施の形態はこれに限らない。ステージに載置されている部品をピッキングして搬送できるのであれば、搬送装置の形態は多関節ロボットに限らない。

すなわち、本開示の一実施の形態に係る部品搬送システムは、広義には、複数の部品が載置される載置面を有するステージと、前記ステージの載置面に対して斜め上方向から前記部品を撮像する撮像システムと、前記撮像システムによって得られた画像情報に基づいて、前記ステージの載置面上の部品の位置および向きを検出する部品検出部と、を備える。

また、本開示の別の実施の形態に係る部品供給システムは、広義には、本開示の別態様に係る部品供給装置と、部品をピッキングして搬送する搬送装置と、を備える。

本開示は、部品をピッキングして搬送する搬送ロボットなどの搬送装置を使用する部品搬送において適用可能である。

Claims (9)

1. 複数の部品が載置される載置面を有するステージと、
   前記ステージの載置面に対して斜め上方向から前記部品を撮像する撮像システムと、
   前記撮像システムによって得られた画像情報に基づいて、前記ステージの載置面上の部品の位置および向きを検出する部品検出部と、
   前記撮像システムが搭載される移動ヘッドと、を有し、
   前記撮像システムが、
   前記移動ヘッドから前記ステージの載置面に向かって且つ前記ステージの載置面に対して鋭角な第１の角度で、前記斜め上方向に対して交差する方向に延在するライン光を照射するライン光照射装置と、
   前記移動ヘッドから前記ステージの載置面に向かって且つ前記ステージの載置面に対して鋭角な第２の角度で前記ステージの載置面上の前記ライン光を撮像するライン光撮像装置と、
   を備え、
   前記画像情報が、
   前記ライン光照射装置が照射する前記ライン光を前記載置面に対し走査させ、
   この走査による複数のライン光それぞれを前記ライン光撮像装置によって撮像し、
   この撮像された複数のライン光それぞれの形状に基づいて算出された、前記ステージの載置面における高さ分布であって、
   前記移動ヘッドが、前記ステージの載置面に対して相対的に且つ平行に、前記ライン光が延在する方向に対して交差する方向に移動する、部品供給装置。
   
2. 部品の三次元形状を示す部品形状データを記憶する記憶部を、さらに有し、
   前記部品検出部が、前記高さ分布と前記部品形状データとに基づいて、前記載置面上における部品の位置および姿勢を検出する、請求項１に記載の部品供給装置。
   
3. 前記高さ分布と前記部品の形状情報とに基づいて、前記部品が存在する前記ステージの載置面内の領域の面積を算出し、その算出面積と前記部品の大きさとに基づいて、前記載置面上の部品の個数を推定する部品数推定部を、さらに有する、請求項１または２に記載の部品供給装置。
   
4. 前記ステージを揺動するステージ揺動装置を、さらに有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の部品供給装置。
   
5. 前記部品が、有底円筒状の形状を備える、１から４のいずれか一項に記載の部品供給装置。
   
6. 前記ステージの載置面が、前記移動ヘッドの移動方向に延在し、前記部品の外周面の一部分と係合する複数の溝を備える、請求項５に記載の部品供給装置。
   
7. 前記移動ヘッドを前記ステージに対して直線的に接近させるまたは離間させる移動ヘッド駆動装置を、さらに有し、
   前記移動ヘッド駆動装置が、
   サーボモータと、
   前記サーボモータに一端が連結された第１のリンクアームと、
   前記第１のリンクアームの他端に一端が連結されるとともに、他端が前記移動ヘッドに連結された第２のリンクアームと、を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の部品供給装置。
   
8. 前記ライン光撮像装置が、前記サーボモータの回転角度と、予め求められた前記回転角度と前記移動ヘッドの位置との間の非線形関係とに基づいて、前記移動ヘッドが一定の移動量移動する度に前記ライン光を撮像する、請求項７に記載の部品供給装置。
   
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の部品供給装置と、
   部品をピッキングして搬送する搬送装置と、
   を備える部品搬送システム。

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