WO2013171782A1 - 位置決め装置、処理装置、処理システム及び位置決め方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、矩形ワークの位置決めを行う位置決め装置を提供する。この位置決め装置は、矩形ワークが水平姿勢で載置される載置部と、前記矩形ワークの位置を規定する複数の規定部を備えた調整機構と、各々の前記規定部に対して、前記載置部上の前記矩形ワークを押圧する押圧機構と、を備える。前記調整機構は、前記規定部を垂直軸周りに回動させる第1乃至第3調整機構を含む。
Description
本発明は矩形ワークの位置決め技術に関する。
矩形のワークを位置決めする装置としては、ワークの外形を利用してその位置決めを行う装置が提案されている。例えば、特許文献1には、固定の当接ピンに対して矩形基板の端縁(辺)を当接させることで、矩形基板の位置決めを行う装置が開示されている。しかし、特許文献1の装置では、ワークの外形を基準とした1種類の位置決めしか行うことができない。特許文献2には、複数の押し込み装置によりワークの位置決めを行う装置が開示されている。各押し込み装置は、ワークの端縁に当接する可動のロッドを備える。ロッドとワークとの当接位置を変更できるため、多様な位置決めが可能である。
しかし、特許文献2の装置では、ロッドがその長手方向に直線的に往復移動する構成である。ロッドのストロークを確保するために、装置が大型化し易い。
本発明の目的は、多様な位置決めを可能としながら、装置の小型化を図ることにある。
本発明によれば、矩形ワークの位置決めを行う位置決め装置であって、前記矩形ワークが水平姿勢で載置される載置部と、前記矩形ワークの位置を規定する複数の規定部を備えた調整機構と、各々の前記規定部に対して、前記載置部上の前記矩形ワークを押圧する押圧機構と、を備え、前記複数の規定部は、前記矩形ワークの4辺のうちの第1辺が当接する第1規定部と、前記矩形ワークの4辺のうちの、前記第1辺と非対向の第2辺が当接する第2及び第3規定部と、を含み、前記押圧機構は、前記矩形ワークの4辺のうちの、前記第1辺に対向する第3辺に当接して前記矩形ワークを前記第1規定部に対して押圧する第1押圧機構と、前記矩形ワークの4辺のうちの、前記第2辺に対向する第4辺に当接して前記矩形ワークを前記第2及び第3規定部に対して押圧する第2押圧機構と、を含み、前記調整機構は、前記第1規定部を第1垂直軸周りに回動させ、前記矩形ワークとの当接位置を調整する第1調整機構と、前記第2規定部を第2垂直軸周りに回動させ、前記矩形ワークとの当接位置を調整する第2調整機構と、前記第3規定部を第3垂直軸周りに回動させ、前記矩形ワークとの当接位置を調整する第3調整機構と、を含む位置決め装置が提供される。
また、本発明によれば、上記位置決め装置を利用した処理装置、処理システム及び位置決め方法が提供される。
本発明によれば、多様な位置決めを可能としながら、装置の小型化を図ることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。各図において、矢印X及びYは互いに直交する水平方向を示し、矢印Zは上下方向を示す。
<処理システム>
図1は本発明の一実施形態に係る処理システム100のレイアウト図である。処理システム100は、ワークWに対して所定の処理を行うシステムである。ワークWは、本実施形態の場合、矩形の基板である。しかし、矩形のワークであれば、基板以外のワークにも本発明は適用可能である。
図1は本発明の一実施形態に係る処理システム100のレイアウト図である。処理システム100は、ワークWに対して所定の処理を行うシステムである。ワークWは、本実施形態の場合、矩形の基板である。しかし、矩形のワークであれば、基板以外のワークにも本発明は適用可能である。
処理システム100は、格納装置101及び102、搬送装置103、測定装置105、及び、複数の処理装置106を備える。
格納装置101は、未処理のワークWを格納する装置である。搬送装置103は、格納装置101から未処理のワークWを一枚ずつ取り出し、測定装置105に供給する。格納装置102は、処理済みのワークWを格納する装置である。搬送装置103は、処理装置106から処理済みのワークWを取り出し、格納装置102へ一枚ずつ供給する。
搬送装置103は水平面における任意の搬送方向(ここではX方向)に延設されたレール状の案内部材104に沿って往復移動可能であると共に、ワークWを搬送方向と直交する方向(ここではY方向)に移載するための移載機構(不図示)を備える。この移載機構は、例えば、多関節アーム等であり、搬送装置103と格納装置101及び102との間でのワークWの移載の他、搬送装置103と測定装置105及び処理装置106との間でのワークWの移載を行う。
搬送装置103の往復移動機構としては、ボールネジ機構や、リニアサーボ機構や、ラック・ピニオン機構或いはベルト伝動機構を採用可能である。なお、本実施形態では、案内部材104の一方の側方に格納装置101及び102が配置され、他方の側方に沿って測定装置105及び処理装置106が配置された例を示している。
測定装置105は、位置決め装置1を備える。測定装置105は、位置決め装置1によって、ワークWの規定位置からの位置ずれ量を測定する。位置決め装置1の詳細は後述する。
各処理装置106は、位置決め装置1と、移動ユニット2と、処理ユニット3と、を備える。位置決め装置1は、測定装置105が備える位置決め装置1と同様の構成である。但し、測定装置105の位置決め装置1が検出ユニット15を備えているのに対して、各処理装置106の位置決め装置1は検出ユニット15を備えていない。各処理装置106の位置決め装置1は、測定装置105で測定された位置ずれ量に基づいてワークWの位置決めを行う。
処理ユニット3は、ワークWに対して所定の処理を行う。処理の内容としては、例えば、ワークWの一部の切断や、ワークWに対する塗料の塗布等が挙げられる。
移動ユニット2は、位置決めユニット1の載置部11上で位置決めされたワークWに対して処理ユニット3を3次元的に移動させる。移動ユニット2を設けたことで、ワークWの複数の作業対象部位に対して処理ユニット3を移動できる。本実施形態では、処理ユニット3を移動する構成としたが、処理ユニット3は固定し、ワークW側を処理ユニット3に対して移動する構成(例えば、位置決め装置1を移動する構成)としてもよい。或いは、ワークWと処理ユニット3との双方を移動する構成としてもよい。
移動ユニット2は、ガントリタイプのロボットであって、一対の案内部材21、21と、移動体22と、移動体22における梁部22b(後述)に沿って移動する移動体23と、昇降ユニット24と、を備える。案内部材21は、X方向に延設されたレール状の部材である。一対の案内部材21、21は、Y方向に離間して配置されており、位置決め装置1の両側に位置している。
移動体22は、一対の案内部材21、21上を移動する一対の柱部22a、22aと、これらの柱部22a、22a間に架設された梁部22bと、を備えた門型をなしている。移動体22は、一対の案内部材21、21の案内によりX方向に往復移動可能である。梁部22bは位置決め装置1を跨るように配設されている。
移動体23は、梁部22bに、梁部22bの長手方向に沿って移動可能に設けられている。移動体23は、梁部22bの案内によりY方向に不図示の駆動機構により往復移動可能である。昇降ユニット24は移動体23に支持されている。処理ユニット3は昇降ユニット24に支持されている。昇降ユニット24は処理ユニット3をZ方向に不図示の駆動機構により往復移動可能である。
このような構成により、移動ユニット2は、載置部11上のワークWの任意の部位に対して処理ユニット3を移動させ、かつ昇降させることができる。また、ワークWと平行な方向に処理ユニット3を移動させることができる。なお、移動体22及び23並びに昇降ユニット24の駆動機構としては、ボールネジ機構や、ラック・ピニオン機構或いはベルト伝動機構を採用可能である。
<処理の流れ>
次に、処理システム100による処理の流れについて概説する。処理システム100は、ホストコンピュータ(図4のホストコンピュータ107)を中心とした制御システムによって、その動作が制御される。まず、搬送装置103が格納装置101からワークWを受け取り、測定装置105へ移載する。測定装置105では、ワークWの規定位置からの位置ずれ量を測定する。位置ずれ量の測定の詳細は後述する。測定した位置ずれ量に関する位置決め情報は、ワークWに固有のIDと共にホストコンピュータに送信されて管理される。
次に、処理システム100による処理の流れについて概説する。処理システム100は、ホストコンピュータ(図4のホストコンピュータ107)を中心とした制御システムによって、その動作が制御される。まず、搬送装置103が格納装置101からワークWを受け取り、測定装置105へ移載する。測定装置105では、ワークWの規定位置からの位置ずれ量を測定する。位置ずれ量の測定の詳細は後述する。測定した位置ずれ量に関する位置決め情報は、ワークWに固有のIDと共にホストコンピュータに送信されて管理される。
次に、搬送装置103が測定装置105からワークWを受け取る。その後、ホストコンピュータは搬送装置103を任意の処理装置106の位置へ移動させ、搬送装置103から処理装置106にワークWを移載する。ホストコンピュータは、そのワークWの位置決め情報を処理装置106へ送信する。処理装置106は、受信した位置決め情報に基づいてワークWの位置決めを位置決め装置1によって行う。このときの位置決めの詳細は後述する。その後、処理ユニット3及び移動ユニット2によって、ワークWに対して所定の処理を行う。
処理装置106による処理が完了すると、搬送装置103が処理装置106からワークWを受け取る。その後、搬送装置103を格納装置102の位置へ移動させ、搬送装置103から格納装置102にワークWを移載する。以上により一単位の処理が終了する。
本実施形態では、測定装置105でワークWの規定位置からの位置ずれ量を測定することで、処理装置106でのワークWの位置決めに要する時間を短縮できる。
本実施形態では、複数の処理装置106が、同じ処理を行う場合を想定したが、異なる処理を行ってもよい。その場合、ワークWは、各処理装置106に順番に搬送され、所定の処理が行われることになる。この場合も、測定装置105で各ワークWの規定位置からの位置ずれ量がそれぞれ測定されているので、各処理装置106では各ワークWの位置決めに要する時間を短縮できる。
なお、本実施形態では、処理装置106を複数設けたが1つでもよい。また、処理装置106を3つとしたが4つ以上であってもよいし、2つであってもよい。
<位置決め装置>
次に、図2を参照して位置決め装置1について説明する。図2は位置決め装置1の斜視図である。位置決め装置1は、載置部11と、ベース部材12と、調整機構13A乃至13C(以下、総称するときは調整機構13という。)と、押圧機構14A乃至14C(以下、総称するときは押圧機構14という。)と、を主要な構成として備える。なお、上述した通り、測定装置105用の位置決め装置1は検出ユニット15を備えるが、処理装置106用の位置決め装置は検出ユニット15を備えない。
次に、図2を参照して位置決め装置1について説明する。図2は位置決め装置1の斜視図である。位置決め装置1は、載置部11と、ベース部材12と、調整機構13A乃至13C(以下、総称するときは調整機構13という。)と、押圧機構14A乃至14C(以下、総称するときは押圧機構14という。)と、を主要な構成として備える。なお、上述した通り、測定装置105用の位置決め装置1は検出ユニット15を備えるが、処理装置106用の位置決め装置は検出ユニット15を備えない。
<ベース部材>
ベース部材12は、本実施形態の場合、板状をなしている。位置決め装置1の各構成(載置部11、調整機構13、押圧機構14、及び検出ユニット15)は、ベース部材12に支持される。共通のベース部材12で各構成を支持することで、ベース部材12に対して各構成の位置合わせをしてユニット化しておけば、位置決め装置1の設置時には、設置個所に対するベース部材12の位置合わせをすることで、各構成の位置合わせが完了する。本実施形態では、ベース部材12が板状体である場合を例に挙げたが、ベース部材12の構成はこれに限られない。例えば、ベース部材12が、位置決め装置1の主要な構成を取り囲む枠体、壁体、又は殻体などであってもよい。
ベース部材12は、本実施形態の場合、板状をなしている。位置決め装置1の各構成(載置部11、調整機構13、押圧機構14、及び検出ユニット15)は、ベース部材12に支持される。共通のベース部材12で各構成を支持することで、ベース部材12に対して各構成の位置合わせをしてユニット化しておけば、位置決め装置1の設置時には、設置個所に対するベース部材12の位置合わせをすることで、各構成の位置合わせが完了する。本実施形態では、ベース部材12が板状体である場合を例に挙げたが、ベース部材12の構成はこれに限られない。例えば、ベース部材12が、位置決め装置1の主要な構成を取り囲む枠体、壁体、又は殻体などであってもよい。
<載置部、保持ユニット及び摩擦低減機構>
載置部11は、その上面に載置面111を備える。載置面111は水平面をなしており、ワークWは載置面111に水平姿勢で載置される。処理装置106では、載置面111上でワークWの位置決めを行った後、所定の処理の間、位置決め状態を維持する必要がある。そこで、位置決め装置1は載置面111上でワークWを保持解除可能に保持する保持ユニットを備える。図2及び図3を参照して保持ユニットについて説明する。図3は保持ユニット161の説明図である。なお、測定装置105用の位置決め装置1では、ワークWの保持は必須ではない。
載置部11は、その上面に載置面111を備える。載置面111は水平面をなしており、ワークWは載置面111に水平姿勢で載置される。処理装置106では、載置面111上でワークWの位置決めを行った後、所定の処理の間、位置決め状態を維持する必要がある。そこで、位置決め装置1は載置面111上でワークWを保持解除可能に保持する保持ユニットを備える。図2及び図3を参照して保持ユニットについて説明する。図3は保持ユニット161の説明図である。なお、測定装置105用の位置決め装置1では、ワークWの保持は必須ではない。
本実施形態の場合、ワークWの保持は真空吸着を利用している。保持ユニット161は、ポンプ161aと制御弁161bとを備える。載置面111には複数の空気孔112が開口している。各空気孔112は制御弁161bを介してポンプ161aと連通している。載置部11にワークWを保持する場合、ポンプ161aによって各空気孔112から空気を吸引し、載置部11にワークWを吸着保持する。ワークWの保持解除を行う場合は、ポンプ161aによる空気の吸引を停止し、載置部11によるワークWの吸着保持を解除する。
こうしてワークWを載置面111上で保持し、また、載置面111へのワークWの保持を解除することができる。なお、本実施形態では、真空吸着を利用してワークWの保持を行ったが、他の方式でワークWの保持を行ってもよい。例えば、ワークWが金属である場合、磁力によってワークWを保持する構成でもよい。また、クランプ装置のようにワークWを機械的に載置部11に保持してもよい。
ここで、ワークWを位置決めする際には、載置面111上でワークWが移動することになる。ワークWが載置面111上で円滑に移動するよう、載置面111とワークWとの摩擦は低いことが好ましい。そこで、本実施形態では、載置面111とワークWとの摩擦を低減する摩擦低減機構162を設けている。
摩擦低減機構162は、ポンプ162aと制御弁162bとを備える。ポンプ162aも、制御弁162bを介して各空気孔112と連通している。摩擦を低減する場合には、ポンプ162aによって、各空気孔112から空気を排気(ブロー)する。各空気孔112から空気を排気することで、ワークWを浮上させ、ワークWと載置面111との間に空間を生じさせることができる。この結果、載置面111とワークWとの摩擦を低下することができる。各空気孔112に対する保持ユニット161と摩擦低減機構162との接続切替は、制御弁161bおよび162bの開閉を切り替えることで行うことができる。
なお、摩擦低減機構としては、別の方式も採用可能である。図14は摩擦低減機構の別例の説明図である。同図の摩擦低減機構162’は、ノズル162cによって載置面111とワークWとの間にその側方から空気を噴出している例である。図3の例のようにワークWの下方から空気を噴出する以外に、図14の例のように、ワークWの側方から空気を噴出する構成も採用可能である。
図2に戻り、載置部11は脚部113を備える。つまり、載置部11は脚部135を介してベース部材12に支持されている。
<調整機構>
図1及び図2を参照して調整機構13について説明する。本実施形態では、調整機構13が、3つの調整機構13A乃至13Cから構成されているが、4つ以上であってもよい。
図1及び図2を参照して調整機構13について説明する。本実施形態では、調整機構13が、3つの調整機構13A乃至13Cから構成されているが、4つ以上であってもよい。
各調整機構13A乃至13Cは同じ構成であり、それぞれがワークWの位置を規定する規定部131を備える。調整機構13全体でみると、複数(3つ)の規定部131を備えていることになる。各調整機構13A乃至13Cは、載置部11の周囲に配置され、各規定部131は、載置部11の端部に接近または離間可能に構成される。
本実施形態の場合、各規定部131はZ方向に延設された円柱状をなしており、その周面にワークWの辺(端縁)が当接することでワークWの位置を規定する。なお、規定部131の形状は円柱状に限られない。
ここで、ワークWの4辺を図1に示すように辺E1乃至辺E4として表す。辺E1と辺E4、及び、辺E2と辺E3とは互いに対向している。辺E1と、辺E2及び辺E3とは非対向である。同様に辺E4と、辺E2及び辺E3とは非対向である。
調整機構13Aの規定部131は辺E1に当接する。調整機構13Bの規定部131及び調整機構13Cの規定部131は辺E2に当接する。これら3つの規定部131によって、ワークWの載置面111上におけるX-Y平面上の位置と、Z軸周りの向き(傾き)とを規定することができる。
各調整機構13A乃至13Cは、それぞれ、規定部材132と、駆動ユニット133と、支持部材134と、脚部135と、を備える。
規定部材132は、全体として円盤(円柱)状をなし、その上面に規定部131を有している。規定部材132は駆動ユニット133によって、仮想の垂直軸za、zb又はzc(以下、総称するときは垂直軸zという。)周りに回動される。具体的には、調整機構13Aでは規定部材132は垂直軸za周りに回動され、調整機構13Bでは規定部材132は垂直軸zb周りに回動され、調整機構13Cでは規定部材132は垂直軸zc周りに回動される。
規定部材132の上面は、Z方向において載置面111より下方に位置する。規定部131は、規定部材132の上面から、Z方向に載置面111よりも高い位置まで突出している。このため、載置面111上のワークWが規定部131に当接することが可能になる。
規定部131は垂直軸zから離間した位置において規定部材132に固定されている。つまり、規定部131は、規定部材132の回動中心から偏心した位置に設けられている。このため、規定部材132が垂直軸z周りに回動することにより、規定部131はX方向及びY方向に変位しつつ回動する。このように規定部131を回動させることで、ワークWと規定部131との当接位置を調整することができる。
なお、規定部材132は、本実施例においては、全体として円盤(円柱)状の部材としているが規定部131(の中心軸)がそれぞれの垂直軸zに対して水平方向にずれた位置(偏心位置)に配置させることが可能であれば、他の形状(例えば、長円、楕円、矩形など)でもよい。
駆動ユニット133は、本実施形態の場合、サーボモータであり、その出力軸(駆動軸)に規定部材132が固定されている。つまり、駆動ユニット133の出力軸が垂直軸zを構成している。本実施形態では、サーボモータの出力軸に規定部材132を直接固定する直結構造としている。しかし、サーボモータ等の駆動源に加えて減速機を設けると共に減速機の出力軸に規定部材132を固定する構成でもよい。尤も、直結構造の方が機械的誤差を小さくすることが可能となり、規定部材132の回転量の精度を向上できる場合がある。
駆動ユニット133は支持部材134に支持されている。また、駆動ユニット133には、センサ133aが設けられている。センサ133aは例えばロータリエンコーダであり、駆動ユニット133の出力軸の回転量を検出する。駆動ユニット133の出力軸の回転量は、規定部131の移動量(回動量)に関連する。本実施形態の場合、このセンサ133aによって、後述するように規定部131の基準位置からの移動量を検出する。なお、規定部131の移動量を検出するセンサは他のセンサであってもよい。
脚部135は支持部材134を支持すると共にベース部材12に固定されている。つまり、各調整機構13A乃至13Cは脚部135を介してベース部材12に支持されている。
<押圧機構>
図1及び図2を参照して押圧機構14について説明する。本実施形態では、押圧機構14が、3つの押圧機構14A乃至14Cから構成されているが、個別の押圧機構は2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。なお、2つの場合の機構例については図13を参照して後述する。
図1及び図2を参照して押圧機構14について説明する。本実施形態では、押圧機構14が、3つの押圧機構14A乃至14Cから構成されているが、個別の押圧機構は2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。なお、2つの場合の機構例については図13を参照して後述する。
各押圧機構14A乃至14Cは、同じ構成であって、各規定部131に対して、載置面111上のワークWを押圧する。具体的には、押圧機構14AはワークWの辺E4に当接してワークWを、調整機構13Aの規定部131に対して押圧する。押圧機構14B及び14Cは、それぞれ、ワークWの辺E3に当接してワークWを、調整機構13B及び13Cの規定部131、131に対して押圧する。押圧機構14でワークWを各規定部131へ押圧することによって、各規定部131の位置にしたがってワークWの位置決めを行うことができる。
各押圧機構14A乃至14Cは、それぞれ、ワークWに当接する当接部141を備える。本実施形態の場合、当接部141はZ方向の軸周りに回転自在に支持されたローラである。各押圧機構14A乃至14Cは、それぞれ、当接部141をワークWに対して進退させる駆動機構として、支持部材142、駆動ユニット143を備える。なお、押圧機構14Aの当接部141の進退方向はX方向であり、押圧機構14B及びCの各当接部141の進退方向はY方向である。
当接部141は、その下面の位置が載置面111よりも僅かに高い。このため、当接部141は載置面111上のワークWとは当接する一方、載置部11とは干渉せずに、載置面111の外方から上方に渡って進退可能となっている。
支持部材142は当接部141を、そのZ方向下側に回転自在に支持する。駆動ユニット143は支持部材143と共に当接部141を進退させる付勢力を発生する。駆動ユニット143は、例えば、モータや電動シリンダ等の駆動源を含む。駆動ユニット143は、また、駆動源からの駆動力を支持部材142の移動付勢力に変換する動力伝達機構を含んでもよい。支持部材142と駆動ユニット143との間には、コイルバネ等の弾性部材を介在させることが好ましい。これにより弾性部材の弾性変形の範囲内で当接部141及び支持部材142の自由移動が可能となり、当接部141がワークWに当接する際に、その衝撃を緩和できる他、ワークWの姿勢や位置の変化に対する当接部141の追従性を向上できる。
各押圧機構14A乃至14Cは、それぞれ、脚部144を備える。脚部144は、駆動ユニット143を支持すると共にベース部材12に固定されている。つまり、各押圧機構14A乃至14Cは脚部135を介してベース部材12に支持されている。
次に、図13を参照して押圧機構14を2つとした場合の構成例について説明する。本構成例では、押圧機構14Aについての変更はないが、図1や図2に示した押圧機構14Bと14Cを1つにまとめた押圧機構14Dで構成した場合を想定している。押圧機構14Dは、簡単にいうと、押圧機構14Bと14Cについて、1つの駆動ユニット143を共用したものである。
押圧機構14Dは、ローラである当接部141b、141cと、これらをそれぞれ回転自在に支持する支持部材142b、142cと、を備える。当接部141bと支持部材142bとは、押圧機構14Bの当接部141、支持部材142に相当する。また、当接部141cと支持部材142cとは、押圧機構14Cの当接部141、支持部材142に相当する。
支持部材142b及び142cは、X方向に延びる支持部材145の両端部にそれぞれ固定されている。支持部材145は、その中央部において軸146を介して支持部材147に連結されており、軸146周りに回動自在となっている。駆動ユニット143は支持部材147をY方向に進退させる付勢力を発生する。
係る構成からなる押圧機構14Dでは、駆動ユニット143の付勢による支持部材147の進退動作によって、当接部141b、141cをY方向に進退移動させることができる。当接部141bと当接部141cとを全く独立して進退移動させることはできないが、支持部材145が軸146周りに回動自在となっているため、当接部141bと当接部141cとのY方向の位置を互いにずらすことができる。このため、ワークWが傾いた姿勢の場合であっても、辺E3に当接部141bと当接部141cとが共に当接して、押圧することが可能である。
<検出ユニット>
図2を参照して検出ユニット15について説明する。検出ユニット15は、ワークWの位置決め用指標部を検出する。位置決め用指標部は、ワークWの位置決めの基準となる指標である。本実施形態の場合、位置決め用指標部は、後述するようにワークWの上面に記されたアライメントマークであるが、ワークWの角部等、ワークWの一部を利用するものであってもよい。
図2を参照して検出ユニット15について説明する。検出ユニット15は、ワークWの位置決め用指標部を検出する。位置決め用指標部は、ワークWの位置決めの基準となる指標である。本実施形態の場合、位置決め用指標部は、後述するようにワークWの上面に記されたアライメントマークであるが、ワークWの角部等、ワークWの一部を利用するものであってもよい。
検出ユニット15は、本実施形態の場合、ワークWの位置決め用指標部を撮影する撮像装置(カメラ)である。撮像装置はイメージセンサ等を含み、位置決め用指標部の画像データを出力する。検出ユニット15は、載置面111の上方に配置されており、不図示の支持部材を介してベース部材12に支持されている。検出ユニット15は、載置面111上の予め定めた範囲をその上方から撮影する。
本実施形態の場合、検出ユニット15を撮像装置としたが、位置決め用指標部を検出し、その位置と向きを検出可能であれば、どのようなものであってもよい。
<制御ユニット>
位置決め装置1を制御する制御ユニットについて図4を参照して説明する。図4は制御ユニット17のブロック図である。制御ユニット17は、調整機構13、押圧機構14を含む位置決め装置1全体を制御する。制御ユニット17は位置決め装置1毎に個別に設けられ、各位置決め装置1を独立して制御する。
位置決め装置1を制御する制御ユニットについて図4を参照して説明する。図4は制御ユニット17のブロック図である。制御ユニット17は、調整機構13、押圧機構14を含む位置決め装置1全体を制御する。制御ユニット17は位置決め装置1毎に個別に設けられ、各位置決め装置1を独立して制御する。
制御ユニット17は、CPU等の処理部171と、RAM、ROM等の記憶部172と、外部デバイスと処理部171とをインターフェースするインターフェース部173と、を備える。
処理部171は記憶部172に記憶されたプログラムを実行し、各種センサ175の検出結果やホストコンピュータ107からのコマンドに基づいて、各種アクチュエータ174や検出ユニット15の制御を行う。なお、ホストコンピュータ107は処理システム100全体を制御するホストコンピュータである。
各種センサ175には、センサ133a等、位置決め装置1が備える各種のセンサが含まれる。各種アクチュエータ174には、モータ133、駆動ユニット143、ポンプ161a及び162a、制御弁162b及び162b等、位置決め装置1が備える各種のアクチュエータが含まれる。
処理装置106用の位置決め装置1の場合、ワークWに固有のIDと共に、測定装置105で測定した位置ずれ量に関する位置決め情報がホストコンピュータ107から処理装置106用の位置決め装置1に送信される。処理部171は受信したIDと位置決め情報とを対応づけて記憶部172に記憶する。そして、ワークWの位置決めを行う場合に、そのIDに対応する位置決め情報を読み出してワークWの位置決めを行うことになる。
なお、本実施形態では、ホストコンピュータ107から位置決め情報を送信する構成としたが、各処理装置106が備える制御ユニットが、ワークWの情報をホストコンピュータ107の記憶部にアクセスして読み取りを行ってもよい。また、ワークWの固有のIDは、ワークWに設けられた識別部材(例えば、バーコード)であってもよい。
<位置決め装置1の制御例>
位置決め装置1の制御例について図5乃至図12を参照して説明する。図5乃至図12は、位置決め装置1の動作説明図である。ここでは、準備制御、測定制御、及び、位置決め制御について説明する。
位置決め装置1の制御例について図5乃至図12を参照して説明する。図5乃至図12は、位置決め装置1の動作説明図である。ここでは、準備制御、測定制御、及び、位置決め制御について説明する。
各制御について概説すると、測定制御は、測定装置105において位置決め装置1でワークWの位置ずれ量を測定するための制御である。この位置ずれ量の測定のためには、基準となるワークWの規定位置を事前に定義しておく必要がある。準備制御は、基準ワークを用いて、規定位置を定義するための制御である。位置決め制御は、処理装置106において位置決め装置1でワークWの位置決めを行うための制御である。以下、順次説明する。
<準備制御>
図5及び図6は準備制御における位置決め装置1の動作説明図である。準備制御は、測定装置105の位置決め装置1で行う。まず、各規定部131を基準位置に位置させる。図5の状態ST1は各規定部131が基準位置に位置している場合を示す。以下、基準位置について説明する。
図5及び図6は準備制御における位置決め装置1の動作説明図である。準備制御は、測定装置105の位置決め装置1で行う。まず、各規定部131を基準位置に位置させる。図5の状態ST1は各規定部131が基準位置に位置している場合を示す。以下、基準位置について説明する。
図5の状態ST1において、基準線Lxは垂直軸zb及びzcを通過するX方向の仮想線である。基準線Lyは垂直軸zaを通過するY方向の仮想線である。調整機構13B及び13Cの各規定部131の基準位置は、状態ST1に示すように規定部131の中心が基準線Lx上に位置する状態(原点位置)である。調整機構13Aの規定部131の基準位置は、状態ST1に示すように規定部131の中心が基準線Ly上に位置する状態(原点位置)である。それぞれの基準線Lxおよび基準線Lyは、直角に交わる。
各規定部131を基準位置に位置させた後、図5の状態ST2に示すように、基準ワークW0を載置面111上に移載する。基準ワークW0は、準備制御にのみ用いるためのダミーのワークであってもよいが、実際のワークWと同形状で、同じ位置決め用指標部SY0を有している。
本実施形態の場合、位置決め用指標部SY0は基準ワークW0の中央部分に記された十字型のアライメントマークであり、二直線が互いに直交している。二直線の交点がX-Y平面上での位置を規定し、各直線がZ軸周りの向き(傾き)を規定する。
位置決め用指標部SY0は、印刷するか、シールとして貼り付けることで基準ワークW0に設けることができる。位置決め用指標部SY0は、このようなアライメントマーク以外に、基準ワークW0の角部形状を利用してもよく、X-Y平面上での位置とZ軸周りの向きとを規定可能であればどのようなものでもよい。
次に、図6の状態ST3に示すように押圧機構14A乃至14Cによって基準ワークW0を各規定部131へ押圧し、基準ワークW0の辺E1を調整機構13Aの規定部131に当接させ、基準ワークW0の辺E2を調整機構13B及び13Cの各規定部131に当接させる。このとき、空気孔112から空気を噴出して基準ワークW0と載置面111との摩擦を低減することが好ましい。
本実施形態の場合、位置決め用指標部SYOの位置及び向きにより規定位置を定義する。具体的には、基準ワークW0の辺E1が基準位置に待機する調整機構13Aの規定部131に当接し、基準ワークW0の辺E2を基準位置に待機する調整機構13B及び13Cの各規定部131に当接したときの、位置決め用指標部SYOの位置及び向きを規定位置とする。規定位置をデータ化するため、検出ユニット15によって、基準ワークW0を撮影する。基準撮影画像IM0には位置決め用指標部SY0が含まれる。この基準撮影画像IM0は記憶部172に保存される。以上により、準備制御を終了する。
<測定制御>
図7乃至図11は測定制御における位置決め装置1の動作説明図である。測定制御は、測定装置105の位置決め装置1で行う。まず、各規定部131を基準位置に位置させた後、図7の状態ST11に示すように、処理対象となる実際のワークWを載置面111上に移載する。ワークWは、位置決め指標部SY0と同様の位置決め用指標部SYを有している。
図7乃至図11は測定制御における位置決め装置1の動作説明図である。測定制御は、測定装置105の位置決め装置1で行う。まず、各規定部131を基準位置に位置させた後、図7の状態ST11に示すように、処理対象となる実際のワークWを載置面111上に移載する。ワークWは、位置決め指標部SY0と同様の位置決め用指標部SYを有している。
次に、図7の状態ST12に示すように押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131へ押圧し、ワークWの辺E1を基準位置に待機する調整機構13Aの規定部131に当接させ、基準ワークW0の辺E2を基準位置に待機する調整機構13B及び13Cの各規定部131に当接させる。つまり、準備制御における図6の状態ST3と同じ状態とする。なお、状態ST3の場合と同様、空気孔112から空気を噴出してワークWと載置面111との摩擦を低減することが好ましく、以下において、ワークWの移動を伴う場合は同様に摩擦低減することが好ましい。
次に、図8の状態ST13に示すように検出ユニット15によって、ワークWを撮影する。撮影画像IMには位置決め用指標部SYが含まれる。本実施形態では、検出ユニット15の検出結果である撮影画像IMおよび基準撮影画像IM0に基づき、ワークWを規定位置に位置合わせする。そして、ワークWを規定位置に位置させたときの各規定部131の基準位置からの移動量を、そのワークWの位置決め情報とする。具体的には以下の通りである。
まず、記憶部172から基準撮影画像IM0を読み出し、撮影画像IMと対比する。そして、準備制御で撮影した位置決め用指標部SY0と、今回撮影した位置決め用指標部SYとの位置ずれ量を演算する。この位置ずれ量がワークWの位置ずれ量となる。
続いて演算した位置ずれ量を解消するように各規定部131を移動する。ワークWの位置ずれには、X方向及びY方向の位置ずれと、Z軸周りの向き(傾き)のずれとに大別される。位置決め用指標部SY0と位置決め用指標部SYとの対比から、これらの各ずれに基づく各規定部131の移動量を一度に演算することも可能であるが、ここでは、精度向上を目的として、順次演算する場合を例示する。その際、X方向及びY方向の位置ずれと、Z軸周りの向きのずれとのうち、どちらを先に演算してもよいが、ここではZ軸周りの向きのずれを先に演算して、位置ずれ量を解消する場合を説明する。
まず、図8に示すように位置決め用指標部SY0と位置決め用指標部SYとの対比から、Z軸周りの向きのずれ量である角度dθを演算する。そして、角d度θ分だけワークWを回転させるために必要な各規定部131の移動量を演算する。そして、演算によって得られた移動量分だけ、各規定部131を移動させる。つまり、各規定部材132を回動する。そして、押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131へ押圧する。このとき、一部の押圧機構14はその当接部141が退避方向に移動する場合がある。
図9の状態ST14は、各規定部131を移動し、押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131に対して押圧した状態を示す。この動作にともなって、ワークW全体が回動される。押圧機構14A乃至14Cのうち、押圧機構14Bについては、その当接部141が退避方向に移動している。
各当接部141は、各規定部131の移動が完了した後に移動してもよいが、各規定部131を移動させると共に各当接部141も移動させるようにしてよい。これにより、測定時間の短縮化を図れる。
続いて、X方向及びY方向の位置ずれを解消する処理に移行する。位置決め用指標部SY0と位置決め用指標部SYとの対比から、X方向及びY方向の各ずれに基づく各規定部131の移動量を一度に演算することも可能であるが、ここでは、精度向上を目的として、順次演算する場合を例示する。その際、X方向の位置ずれと、Y方向の位置ずれとのうち、どちらを先に演算してもよいが、ここではY方向の位置ずれを先に演算して、解消する場合を説明する。
まず、検出ユニット15によって、ワークWを再び撮影する。そして、記憶部172から基準撮影画像IM0を基準データとして再び読み出し、今回撮影した撮影画像IMと対比する。図9に示すように位置決め用指標部SY0と位置決め用指標部SYとの対比から、Y方向のずれ量dyを演算する。そして、ずれ量dyだけワークWを移動させるために必要な各規定部131の移動量を演算する。
3つの規定部131のうち、ワークWのY方向の移動に関与するのは、調整機構13Bの規定部131と調整機構13Cの規定部131である。これらを、Y方向にdyだけ変位させると、ワークWのZ軸周りの向きのずれを解消した状態のまま、Y方向のずれ量dyを解消できることになる。調整機構13Aの規定部131はワークWのY方向の移動に関与しないので移動させない。
図10の状態ST15は、調整機構13B及び13Cの各規定部131を移動し、押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131に対して押圧した状態を示す。この動作にともなって、ワークWは回動することなく(傾きはそのままで)、Y方向に移動される。押圧機構14A乃至14Cのうち、押圧機構14B及び14Cについては、その当接部141が退避方向に移動している。
続いて、X方向の位置ずれを解消する処理に移行する。まず、検出ユニット15によって、ワークWを再び撮影する。そして、記憶部172から基準撮影画像IM0を再び読み出し、今回撮影した撮影画像IMと対比する。図10に示すように位置決め用指標部SY0と位置決め用指標部SYとの対比から、X方向のずれ量dxを演算する。そして、ずれ量dxだけワークWを移動させるために必要な各規定部131の移動量を演算する。
3つの規定部131のうち、ワークWのX方向の移動に関与するのは、調整機構13Aの規定部131である。これを、X方向にdxだけ変位させると、ワークWのZ軸周りの向きのずれとY方向のずれを解消した状態のまま、X方向のずれ量dxを解消できることになる。調整機構13B及び13Cの規定部131はワークWのX方向の移動に関与しないので移動させない。
図11の状態ST16は、調整機構13Aの規定部131を移動し、押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131に対して押圧した状態を示す。この動作にともなって、ワークWは回動することなく(傾きはそのままで)、X方向に移動される。押圧機構14A乃至14Cのうち、押圧機構14Aの当接部141のみが進出方向に移動している。押圧機構14B及び14Cの各当接部141は退避方向に移動するか、停止している。
このようにして、位置決め用指標部SYに従ったワークWの位置決めが完了する。この位置決めの際、本実施形態では大別すると2段階で位置ずれを解消する制御を行った。つまり、Z軸周りの向きのずれ解消の第1制御と、X方向及びY方向の位置ずれ解消の第2制御と、である。
第1制御では、3つの規定部131の少なくともいずれかを移動させる制御となる。上記の例では全ての規定部131を移動させたが1つのみを移動することでワークWを回動させることも可能である。
第2制御では、3つの規定部131のうち、調整機構13Aの規定部131と、調整機構13B及び13Cの各規定部131と、の少なくともいずれかを移動させる制御となる。すなわち、上記の通り、X方向の位置ずれを解消する場合は、調整機構13Aの規定部131を移動することになる。一方、Y方向の位置ずれを解消する場合は調整機構13B及び13Cの各規定部131を移動することになる。
こうした2段階の制御を行うことで、制御プログラムの簡素化と共に、より確実に位置決め用指標部SYに準じた姿勢にワークWを位置決めすることができる。
次に、ワークWの位置決めが完了すると、そのときの各規定部131の基準位置からの移動量を検出して、そのワークWの測定結果とする。移動量はセンサ133aの検出結果から特定する。例えば、各制御で移動させたそれぞれの移動量の合計値を演算(加減算)して特定する。図11の状態ST17はワークWの位置決めが完了したときの各規定部131の基準位置からの移動量を示している。調整機構13Aの規定部131の移動量はθ1である。調整機構13Bの規定部131の移動量はθ2である。調整機構13Cの規定部131の移動量はθ3である。
これらの移動量θ1、θ2及びθ3は、位置決め情報として、ワークWに固有のIDと共にホストコンピュータ107に送信される。以上により測定制御を終了する。なお、ワークWのIDは、例えば、ワークWが測定装置105に搬送されたときホストコンピュータ107が測定装置105の位置決め装置1に送信することで特定することができる。ワークWのIDと位置決め情報とを受信したホストコンピュータ107は、これらを対応づけて記憶することになる。
<位置決め制御>
位置決め制御は、処理装置106の位置決め装置1で行う。位置決め制御では、測定制御で測定された位置決め情報に基づいて調整機構13A乃至13Cを制御し、ワークWの位置決めを行う。このため、位置決め情報を取得する必要がある。
位置決め制御は、処理装置106の位置決め装置1で行う。位置決め制御では、測定制御で測定された位置決め情報に基づいて調整機構13A乃至13Cを制御し、ワークWの位置決めを行う。このため、位置決め情報を取得する必要がある。
位置決め情報は、ホストコンピュータ107から取得する。ホストコンピュータ107はワークWのIDと位置決め情報を位置決め装置1に送信し、位置決め装置1は受信したID及び位置決め情報を記憶部172に記憶する。
ホストコンピュータ107がID及び位置決め情報を送信するタイミングとしては、例えば、ワークWを処理装置106へ搬送するときが挙げられるが、搬送前に事前に送信するようにしてもよい。事前に送信しておく場合、ホストコンピュータ107はワークWを処理装置106に搬送する際には、そのワークWのIDのみを送信すればよい。
図12は位置決め制御における位置決め装置1の動作説明図である。位置決め制御では、まず、各規定部131を基準位置に位置させておく。その後、ワークWが位置決め装置1に搬送される。図12の状態ST21はワークWが搬送されてきた状態を示す。
次に、位置決め動作を行う。まず、記憶部172からそのワークWの位置決め情報を読み出す。そして、図12の状態ST21に示すように、位置決め情報に従って各規定部131を移動させる。また、押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131へ押圧する。このとき、一部の押圧機構14はその当接部141が退避方向に移動する場合がある。
測定制御の場合と同様、各当接部141は、各規定部131の移動が完了した後に移動する。また、ワークWの移動の際は、空気孔112から空気を噴出してワークWと載置面111との摩擦を低減することが好ましい。
既に説明したとおり、処理装置106の位置決め装置1は、測定装置105の位置決め装置1と同じ構成である。したがって、位置決め情報に従って各規定部131を移動させることで、測定制御における位置決め完了時と同じ位置に各規定部131が位置することになる。そして、押圧機構14A乃至14CによってワークWを各規定部131へ押圧することで、処理装置106での載置面111上におけるワークWの位置決めが完了する。
位置決めが完了すると、保持ユニット16によりワークWを載置面111上に保持する。各規定部131を基準位置へ移動し、また、各当接部141を退避させた後、ワークWに対する処理を開始することができる。
このように本実施形態では、測定装置105においてワークWに対する測定制御を1回行えば、その後の各処理装置106における位置決めにおいては、測定結果を利用することで、短時間でワークWの位置決めを行える。
また、位置決め装置1は、各規定部131の位置を変更することができるので、ワークWの多様な位置決めを可能とする。各規定部131の位置変更は、規定部材132の回動により行うので、直線的に往復移動する構成と比較して装置の小型化を図ることができる。特に、位置決め装置1に不図示の移動機構を構成して一方向に移動させる際は、最小限の動作範囲を確保することで所定の処理を行うことも可能となる。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
Claims (15)
- 矩形ワークの位置決めを行う位置決め装置であって、
前記矩形ワークが水平姿勢で載置される載置部と、
前記矩形ワークの位置を規定する複数の規定部を備えた調整機構と、
各々の前記規定部に対して、前記載置部上の前記矩形ワークを押圧する押圧機構と、を備え、
前記複数の規定部は、
前記矩形ワークの4辺のうちの第1辺が当接する第1規定部と、
前記矩形ワークの4辺のうちの、前記第1辺と非対向の第2辺が当接する第2及び第3規定部と、を含み、
前記押圧機構は、
前記矩形ワークの4辺のうちの、前記第1辺に対向する第3辺に当接して前記矩形ワークを前記第1規定部に対して押圧する第1押圧機構と、
前記矩形ワークの4辺のうちの、前記第2辺に対向する第4辺に当接して前記矩形ワークを前記第2及び第3規定部に対して押圧する第2押圧機構と、を含み、
前記調整機構は、
前記第1規定部を第1垂直軸周りに回動させ、前記矩形ワークとの当接位置を調整する第1調整機構と、
前記第2規定部を第2垂直軸周りに回動させ、前記矩形ワークとの当接位置を調整する第2調整機構と、
前記第3規定部を第3垂直軸周りに回動させ、前記矩形ワークとの当接位置を調整する第3調整機構と、
を含む位置決め装置。 - 前記第1乃至第3調整機構は、それぞれ、
前記規定部を有する規定部材と、
前記規定部材に固定された駆動軸を前記垂直軸として備え、前記規定部材を回動する駆動ユニットと、を備え、
前記駆動軸は、前記規定部から離間した位置において前記規定部材に固定された請求項1に記載の位置決め装置。 - 前記第1乃至第3規定部のそれぞれの、基準位置からの移動量を検出するセンサを更に備える請求項1に記載の位置決め装置。
- 前記第1乃至第3調整機構を制御する制御ユニットを更に備え、
前記制御ユニットは、
前記第1乃至第3規定部のそれぞれの、基準位置からの移動量を示す情報に基づいて前記第1乃至第3調整機構を制御する請求項1に記載の位置決め装置。 - 前記矩形ワークの位置決め用指標部を検出する検出ユニットと、
前記検出ユニットの検出結果に基づいて、前記第1乃至第3調整機構を制御する制御ユニットと、を更に備える請求項1に記載の位置決め装置。 - 前記制御ユニットは、
前記第1乃至第3規定部の少なくともいずれかを移動させる第1制御と、
前記第1規定部と、前記第2及び第3規定部と、の少なくともいずれかを移動させる第2制御と、を備える請求項5に記載の位置決め装置。 - 前記第1及び第2押圧機構は、それぞれ、
前記矩形ワークに当接する当接部と、
前記矩形ワークに対して前記当接部を進退させる駆動機構と、を備える、
請求項1に記載の位置決め装置。 - 前記制御ユニットは、
前記検出ユニットの検出結果に基づいて、前記矩形ワークが所定の位置に位置決めされるように前記第1乃至第3調整機構を制御し、かつ、
前記矩形ワークの位置決めが完了したときの、前記第1乃至第3規定部の基準位置からの移動量を記憶する記憶部を備えた請求項5に記載の位置決め装置。 - 前記矩形ワークを、前記載置部上で保持解除可能に保持する保持ユニットを更に備えた請求項1に記載の位置決め装置。
- 請求項1に記載の位置決め装置と、
前記矩形ワークに所定の処理を行う処理ユニットと、
前記位置決め装置と前記処理ユニットとの少なくともいずれか一方を移動する移動ユニットと、を備える処理装置。 - 前記位置決め装置は、
前記矩形ワークを、前記載置部上で保持解除可能に保持する保持ユニットと、
前記載置部と前記矩形ワークとの摩擦を低減する摩擦低減機構と、
前記載置部と前記調整機構と前記押圧機構とを支持するベース部材と、
を更に備えた請求項10に記載の処理装置。 - 測定装置と、少なくとも1つの処理装置と、を備えた処理システムであって、
前記測定装置は、
請求項1に記載の位置決め装置を備え、
前記処理装置は、
請求項1に記載の位置決め装置と、
前記矩形ワークに所定の処理を行う処理ユニットと、
前記位置決め装置と前記処理ユニットとの少なくともいずれか一方を移動する移動ユニットと、
を備える処理システム。 - 請求項5に記載の位置決め装置である第1位置決め装置において、前記検出ユニットの検出結果に基づいて、前記矩形ワークが所定の位置に位置決めされるように前記第1乃至第3調整機構を制御する第1制御工程と、
前記第1制御工程により、前記矩形ワークの位置決めが完了したときの、前記第1乃至第3規定部の基準位置からの移動量を示す情報を取得する取得工程と、
を含む位置決め方法。 - 前記取得工程で取得された前記情報に基づいて、請求項4に記載の位置決め装置である第2位置決め装置を制御する第2制御工程を更に含む請求項13に記載の位置決め方法。
- 請求項5に記載の位置決め装置である第1位置決め装置を備えた測定装置と、
請求項4に記載の位置決め装置である第2位置決め装置を備えた少なくとも1つの処理装置と、を備えた処理システムの制御方法であって、
前記測定装置に前記矩形ワークを搬送する工程と、
前記第1位置決め装置において、前記検出ユニットの検出結果に基づいて、前記測定装置に搬送された前記矩形ワークが所定の位置に位置決めされるように前記第1乃至第3調整機構を制御する第1制御工程と、
前記第1制御工程により、前記矩形ワークの位置決めが完了したときの、前記第1乃至第3規定部の基準位置からの移動量を示す情報を取得する取得工程と、
前記矩形ワークを前記測定装置から前記処理装置へ搬送する工程と、
前記取得工程で取得された前記情報に基づいて、前記処理装置に搬送された前記矩形ワークの位置決めを行うよう、前記第2位置決め装置を制御する第2制御工程と、
を含む位置決め方法。
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- 2012-05-14 WO PCT/JP2012/003126 patent/WO2013171782A1/ja active Application Filing
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