WO2014103027A1 - 作業機、および、位置ズレデータ取得方法 - Google Patents

作業機、および、位置ズレデータ取得方法 Download PDF

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positional deviation
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lifting
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康博 手島
崇 種池
尚 中根
加藤 正樹
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富士機械製造株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a work machine that has a work device and executes work by the work device, and a method for acquiring positional deviation data of the work device.
  • the work head includes: (a) a lifting unit having a working device and a first lifting device that lifts and lowers the working device; and (b) a second lifting device that lifts and lowers the lifting unit. It is comprised so that it may comprise. And since such a working machine has the large raising / lowering range of a working device, it can work on the location where comparatively large height mutually differs with one working device, and becomes a convenient working machine.
  • the working device is moved up and down along the first lifting axis extending in the vertical direction by the first lifting device, and the lifting unit is moved in the vertical direction by the second lifting device. Is moved up and down along a second lifting axis extending in the direction.
  • the first elevating axis and the second elevating axis are not always accurate in the extending direction, and there may be a difference in the extending direction between the first elevating axis and the second elevating axis.
  • a positional shift that is, a vertical positional shift perpendicular to the vertical direction occurs.
  • the movement of the work head by the head moving device in the perpendicular direction is controlled in consideration of the positional deviation.
  • the working device is simply used. If it is based on the ascending / descending position, the positional deviation cannot be eliminated accurately.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and the work device is capable of accurately eliminating the positional deviation of the work device even though the work device has a configuration that can be raised and lowered in two steps. It is an object of the present invention to provide a machine, and to provide a method of acquiring positional deviation data used for accurately eliminating the positional deviation.
  • the work machine of the present invention is a work machine having the above-described configuration, and the control device that controls the work machine is caused by at least the inclination of the first elevating axis and the inclination of the second elevating axis.
  • the target movement position in the perpendicular movement of the work head by the head moving device It is characterized by being comprised so that it may correct
  • the positional deviation data acquisition method of the present invention for acquiring the positional deviation data (A) the raising / lowering position of the working device and the raising / lowering position of the raising / lowering unit are changed between the set positions. And (B) a work device associated with both each of the plurality of lift positions of the work device and each of the plurality of lift positions of the lift unit based on the result of the operation. Obtaining the positional deviation in the perpendicular direction.
  • the movement of the work head in the perpendicular direction is controlled based on the positional deviation data considering both the inclination of the first elevating axis and the inclination of the first elevating axis.
  • the positional deviation of the working device in the perpendicular direction can be eliminated accurately. Also, according to the positional deviation data acquisition method of the present invention, it is possible to easily acquire such positional deviation data.
  • the working machine of the working example is a parts assembling machine 10 for assembling a part P to a base material S.
  • the parts assembling machine 10 includes a base 12 and , A substrate conveyor device 14 attached to the base 12, a tray-type component supply device 16, an XY robot-type head moving device 22 supported by a pair of fixed beams 20 mounted on a support column 18, and a head And a work head 24 that can be moved in a work space above the base 12 by a moving device 22.
  • the base material conveyor device 14 has a function of carrying in and out the base material S and holding the base material S at a set position.
  • the component supply device 16 accommodates a plurality of trays 26, and supplies one of the components P placed on one of them by pushing one of them to a set position.
  • the head moving device 22 is a device in which a device for moving the work head 24 in the X direction and a device for moving in the Y direction shown in the figure are combined, and the work head is moved along a plane parallel to the X direction and the Y direction.
  • 24 is a device that moves in a direction perpendicular to the vertical direction (hereinafter sometimes referred to as “right-angle direction”).
  • the perpendicular direction can be considered as a direction defined by an X direction component and a Y direction component.
  • the work head 24 includes (a) a suction nozzle 28 that is a component holding device (a kind of “work device”), and a nozzle lifting device 30 as a first lifting device that lifts and lowers the suction nozzle 28 in the vertical direction (Z direction).
  • An elevating unit 34 including a nozzle rotating device 32 as a device rotating device for rotating the suction nozzle 28 about its axis extending in the vertical direction, and (b) the elevating unit 34 in the vertical direction (Z direction).
  • a unit lifting / lowering device 36 as a second lifting / lowering device.
  • the direction of the elevation of the suction nozzle 28 by the nozzle elevating device 30 is a Z 1, the direction of lifting of the lifting unit 34 by the unit lifting device 36 and Z 2, the rotation of the suction nozzle 28 by the nozzle rotating device 32
  • the direction is represented as ⁇ .
  • the nozzle lifting device 30 has a shaft body with a suction nozzle 28 attached to the lower end, a guide mechanism having a guide for guiding the movement of the shaft body in the vertical direction, and the shaft body as a ball screw. And a lifting mechanism that lifts and lowers along the guide using the mechanism.
  • the unit elevating device 36 includes a guide mechanism having a guide for guiding the vertical movement of the elevating unit 34, and an elevating mechanism for elevating the elevating unit 34 along the guide using a ball screw mechanism. It consists of In the figure, a guide 36a and a screw rod 36b constituting the guide mechanism of the unit lifting device 36 and the ball screw mechanism of the lifting mechanism are shown.
  • the elevating mechanism of the unit elevating device 36 has a structure in which the screw rod 36b is fixed and the elevating unit 34 is raised and lowered by rotating a nut (not shown) that is screwed to the screw rod 36b. ing.
  • the component P supplied by the component supply device 16 is sucked and held by the suction nozzle 28 of the work head 24, and the work head 24 is moved by the head moving device 22, so that the base held by the base material conveyor device 14 is retained. It is carried to above the material S.
  • the part P carried to a predetermined position is lowered to a predetermined height by the unit elevating device 36 and the nozzle elevating device 30 at that position, and is assembled to the assembly surface which is the upper surface of the substrate S.
  • the base 12 is provided with a camera 38 as an image pickup device for picking up an image between the substrate conveyor device 14 and the component supply device 16.
  • the camera 38 is a component P held by the suction nozzle 28. Is picked up from below, and the position and posture of the component P held by the suction nozzle 28 are grasped from the image data obtained by the image pickup. Based on the grasped holding position and holding posture, adjustment of the assembling position by the head moving device 22 and adjustment of the assembling posture (rotational position and orientation) by the nozzle rotating device 32 are performed, so that the component P is The material S is assembled in an appropriate mounting position at an appropriate mounting position.
  • a control device 40 configured as a main component and disposed inside the base 12.
  • the component assembling machine 10 assembles the component P on the assembling surfaces of the base material S having relatively large heights. Alternatively, it is possible to assemble parts on the upper surfaces of a plurality of base materials S that are relatively different in height from each other. For this reason, the ascending / descending range of the suction nozzle 28 that is a work device is relatively large. In order to increase this lifting range, in the component assembling machine 10, as described above, both the nozzle lifting device 30 as the first lifting device and the unit lifting device 36 as the second lifting device, The suction nozzle 28 is configured to move up and down in two steps. Referring to FIG.
  • the suction nozzle 28 is moved up and down along the first lifting axis L 1 extending in the vertical direction by the nozzle lifting device 30, and the lifting unit 34 is
  • the unit elevating device 36 is configured to be moved up and down along the second elevating axis L 2 extending in the vertical direction.
  • first lifting axis L 1, the second lifting axis L 2 are both the reference axis of the component assembly machine 10 () some L M and should be parallel, but the manufacturing accuracy of parts assembly machine 10 related in their first lifting axis L 1, the second lifting axis L 2 is allowed forced to tilt slightly with respect to the reference axis L M.
  • the first elevating axis is determined by the inclination of the guide of the guide mechanism constituting each of the nozzle elevating device 30 and the unit elevating device 36 or the inclination of the nozzle elevating device 30 and the unit elevating device 36 itself.
  • L 1 and the second lifting axis L 2 must be allowed to tilt to some extent.
  • the positional deviation is determined by using the X direction component and the Y direction component of the positional deviation amount ( ⁇ x, ⁇ y).
  • the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) is the position of the suction nozzle 28 from the reference in the Z direction of the component assembly machine (nozzle absolute position). It is not a linear relationship (linear relationship) with respect to z A. More specifically, since the first lifting axis L 1 and the second lifting axis L 2 are not necessarily parallel, even if the nozzle absolute position z A is the same, the suction nozzle 28 by the nozzle lifting device 30 is used.
  • the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) differs depending on the combination of the nozzle raising / lowering position z 1 , which is the position of raising / lowering, and the unit raising / lowering position z 2 , which is the position of raising / lowering the lifting / lowering unit 34 by the unit lifting / lowering device 36. It will be a thing. That is, the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) depends on both the nozzle lifting position z 1 and the unit lifting position z 2 . In other words, it corresponds to the combination of the nozzle lifting position z 1 and the unit lifting position z 2 .
  • the component assembling machine 10 prepares in advance positional deviation data in which the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) is associated with both the nozzle raising / lowering position z 1 and the unit raising / lowering position z 2 .
  • FIG. 5 processing for eliminating the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) is performed.
  • the positional deviation data is as shown in FIG. 3. Specifically, the X-direction positional deviation table of FIG. 3A corresponding to the X-direction component and the Y-direction position of FIG. 3B corresponding to the Y-direction component. It is composed of a deviation table.
  • a plurality of nozzle raising / lowering positions z 1 corresponding to the raising / lowering range of the suction nozzle 28 are discretely set in a row (the values are referred to as “#. #” For convenience).
  • a plurality of unit lift positions z 2 corresponding to the lift range of the lift unit 34 are set discretely (the values are indicated as “&. &” For convenience). Values described in the cells belonging to the row corresponding to the specific nozzle lift position z 1 and belonging to the column corresponding to the specific unit lift position z 2 (for convenience, these values are “*.
  • the tilt and inclination with respect to reference axis L M of the second lifting axis L 2 with respect to the first reference axis L M of the lifting axis L 1 is working by the head moving device 22
  • the position varies depending on the position of movement of the head 24, that is, the position of movement of the work head 24 in the direction perpendicular to the head movement position (x, y).
  • positional deviation data for each of the head movement positions (x, y) set discretely according to the movement range of the work head 24 may be prepared. That is, in that case, the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) is also associated with the head movement position (x, y).
  • control device 40 can be considered to have a functional configuration as shown in FIG.
  • the control device 40 has a positional deviation data storage unit 50 for storing the positional deviation data.
  • the target head target moving position (x * , y * ) which is the target of the head moving position (x, y), corresponding to the assembling position of the part P and the height of the assembling surface.
  • nozzle target vertical position z 1 * as a first target vertical position which is a target of the nozzle vertical position z 1
  • the unit target vertical position z 2 * as a second target vertical position which is a target of the unit vertical position z 2
  • a target position determining unit 52 for determining each of them is provided.
  • the head target movement position correction unit 54 refers to the stored positional deviation data based on the determined nozzle target lifting position z 1 * and unit target lifting position z 2 *, and determines the determined head.
  • the nozzle lifting position z 1 and the unit lifting position z 2 are discretely set, and the nozzle lifting position z 1 * and the nozzle target lifting position z 2 * are set.
  • z 1 if not a unit vertical position z 2 performs an interpolation process based on a plurality of positional deviation value *.
  • the components ⁇ x and ⁇ y of the positional deviation are recognized. Since this interpolation processing follows a known pure mathematical method, description thereof is omitted here.
  • the positional deviation data corresponding to the head target movement position (x * , y * ) is selected, and the selected position is selected.
  • the positional deviation components ⁇ x and ⁇ y may be recognized based on the deviation data.
  • the work execution unit 56 determines the head target movement position (x C * , y C * ) corrected as described above, the determined nozzle target lifting position z 1 * , and the unit target lifting position z 2 * . Based on the above, by controlling the nozzle lifting / lowering device 30, the unit lifting / lowering device 36, the head moving device 22 and the like, the component assembling work by the suction nozzle 28 is executed.
  • the position shift data can be acquired according to the position shift data acquisition method of the embodiment. Specifically, (A) the suction nozzle 28 is operated by changing the nozzle lifting position z 1 at a plurality of set positions and changing the unit lifting position z 2 at the plurality of set positions. (Device operation process), (B) Based on the operation result of the suction nozzle 28 at that time, positions associated with both of the plurality of nozzle lift positions z 1 and each of the plurality of unit lift positions z 2 It is possible to acquire by certifying the deviation ( ⁇ x, ⁇ y) (position deviation certification process).
  • positional deviation data is created based on the certified positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y).
  • positional deviation data can be acquired by the following two methods, each of which is an embodiment.
  • One method of the embodiment is based on the imaging data obtained by imaging the suction nozzle 28 by operating the suction nozzle 28 above the camera 38 shown in FIG.
  • the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y) is obtained.
  • FIG. 5A in the state in which each of the plurality of combinations of the nozzle lifting position z 1 and the unit lifting position z 2 described above is realized above the camera 38.
  • the tip of the suction nozzle 28 is imaged.
  • the photographed image obtained by the imaging is as shown in FIG. 5B, and the displacement of the tip of the suction nozzle 28 from the reference point O on the assumption that there is no positional deviation is the positional deviation ( ⁇ x, ⁇ y).
  • various rotational positions the suction nozzle 28 by the nozzle rotating device 32 e.g., Based on a plurality of positional deviations ( ⁇ x, ⁇ y) determined by imaging at each rotational position, for example, by averaging them, for example, by averaging them in each combination What is necessary is just to certify a position shift.
  • the nozzle lifting position z 1 and the unit lifting position z 2 are preferably changed within a range where the tip of the suction nozzle 28 is within the depth of field of the camera 38, and the tip depth of field of the suction nozzle 28 is changed.
  • One combination of the nozzle raising / lowering position z 1 and the unit raising / lowering position z 2 located at the center height of the center may be a combination of the standard nozzle raising / lowering position z 10 and the standard unit raising / lowering position z 20 .
  • Second method Another method of the embodiment is that, instead of the base material S, a reference jig is set on the base material conveyor device 14, and the suction nozzle 28 operates as the jig by the suction nozzle 28.
  • the operation of actually assembling the component P is performed, the positional deviation of the assembled component as a result of the operation is detected by an inspection machine or the like, and the position of the suction nozzle 28 in the perpendicular direction is detected based on the detected positional deviation.
  • the deviation ( ⁇ x, ⁇ y) is certified.
  • the reference jig 60 includes a substrate 62 and a base plate 64 installed on the substrate. Parts P, because the assembled on the upper surface of the base plate 64, in order to realize various combinations of nozzle vertical position z 1 and the unit vertical position z 2, placed different base plate 64 is of a height h from each other more Using the reference jig 60, the parts P are assembled.
  • the position reference mark 66 attached to the upper surface of the corner of the substrate 62 is referred to as a detection reference.
  • the position reference mark is also attached to the actual base material S, and is desirably attached to the same height as the position reference mark attached to the base material S.
  • the head movement position (x, y) can also be changed and the component P can be assembled over the entire surface of the base plate 64. Therefore, this second method is suitable for acquiring a plurality of positional deviation data associated with the aforementioned head movement position (x, y).
  • the suction nozzle 28 by the nozzle rotating device 32 It is desirable to rotate the to various rotational positions and to assemble the component P at each rotational position. In that case, based on the positional deviation of the assembly position of the component P at each rotational position, for example, the positional deviation in each combination may be recognized by averaging them.
  • the position and posture of holding the component P by the suction nozzle 28 vary, so that there is a certain amount in one combination of the nozzle lifting position z 1 and the unit lifting position z 2 . It is desirable that the parts P are assembled and the values obtained by using a statistical method are recognized as positional deviations based on the many positional deviations detected.
  • the component assembling machine 10 of the above embodiment has the suction nozzle 28 as a component holding device in the work head 24.
  • a clamp type General-purpose work that can be equipped with various work heads, such as component holding devices, application devices for applying adhesives, processing devices for laser processing, processing devices for surface modification, etc. It is possible to function as a machine.
  • the positional deviation data in the table format is stored in the positional deviation data storage unit 50 of the control device 40.
  • a nozzle A function having each of the lift position z 1 and the unit lift position z 2 as a variable may be stored as position shift data.
  • the positional deviation data is acquired by using the actual suction nozzle 28.
  • the actual suction nozzle 28 for example, the above-described bending is managed.
  • the positional deviation data may be obtained by using a dedicated reference nozzle (jig nozzle), and in the case of the first method, it does not have a function of sucking and holding the component P.
  • the positional deviation data may be acquired using a reference jig.
  • the second method of the above embodiment is not only a working head having a plurality of lifting devices such as the nozzle lifting device 24 and the unit lifting device 36, but also only one lifting device (for example, the nozzle lifting device 24).
  • the lifting range of the lifting device is large (for example, 20 cm or more, preferably 15 cm or more). It may be applied when not obtained.
  • the unit lifting device 36 is not provided for the component assembling machine 10 of the embodiment of the present invention, the other structure may be applied to a working machine having a similar structure.
  • a working head having a lifting unit having a working device and a first lifting device that lifts and lowers the working device along a first lifting axis extending in the vertical direction, and a perpendicular direction perpendicular to the vertical direction of the working head.
  • You may apply to the working machine provided with the head moving apparatus moved to 1st, and the control apparatus which controls the said 1st raising / lowering apparatus and the said head moving apparatus.
  • the control device stores the positional deviation data corresponding to the nozzle vertical position z 1, based on the nozzle target vertical position z 1 *, with reference to the positional deviation data, the head target position after movement (X * , y * ) may be corrected. Further, in order to acquire the positional deviation data, the positional deviation data may be acquired for each nozzle raising / lowering position z 1 corresponding to the height of each assembly surface of the substrate S.

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Abstract

 (a)作業デバイス28と、作業デバイスを昇降させる第1昇降装置30とを有する昇降ユニット34と、(b)その昇降ユニットを昇降させる第2昇降装置36とを備えるように構成された作業ヘッド24を有する作業機において、作業デバイスの昇降方向に直角な方向の位置ズレ(Δx,Δy)を解消する。上記位置ズレは、第1昇降装置による作業デバイスの昇降の軸線L1の傾斜と、第2昇降装置による昇降ユニットの昇降の軸線L2の傾斜との両者に起因するものであるため、作業デバイスの昇降位置および昇降ユニットの昇降位置との両方に関連付けられた位置ズレデータに基づいて、ヘッド移動装置による作業ヘッドの上記直角方向の移動における目標移動位置を補正する。そのような補正を行うことで、上記位置ズレが解消されて、正確な作業を行うことができる。

Description

作業機、および、位置ズレデータ取得方法
 本発明は、作業デバイスを有してその作業デバイスによる作業を実行する作業機、および、その作業デバイスの位置ズレのデータを取得する方法に関する。
 作業デバイスと作業デバイスを昇降させる装置を有する作業ヘッドを、一平面に沿って移動させて作業を行う作業機の中には、例えば、下記特許文献に記載されているように、2段階的に作業デバイスを昇降させる機能を有するものが存在する。そのような作業機では、例えば、作業ヘッドが、(a)作業デバイスと、作業デバイスを昇降させる第1昇降装置とを有する昇降ユニットと、(b)その昇降ユニットを昇降させる第2昇降装置とを備えるように構成される。そして、そのような作業機は、作業デバイスの昇降範囲が大きいため、1つの作業デバイスで互いに高さが比較的大きく異なる箇所に作業を行うことができ、便利な作業機となる。
特開2011-253869号公報
発明の解決しようとする課題
 上述のような構成を有する作業ヘッドでは、作業デバイスが、上記第1昇降装置によって、上下方向に延びる第1昇降軸線に沿って昇降させられ、昇降ユニットが、上記第2昇降装置によって、上下方向に延びる第2昇降軸線に沿って昇降させられる。しかしながら、第1昇降軸線,第2昇降軸線は、延びる方向が必ずしも正確であるとは限らず、また、互いの延びる方向に差が生じている可能性もあり、作業デバイスの昇降位置に応じた位置ズレ、つまり、上下方向に直角な直角方向の位置ズレが発生する。その位置ズレを解消するためには、ヘッド移動装置による作業ヘッドの上記直角方向の移動を、位置ズレを考慮して制御するのであるが、上記2つの昇降軸線が存在するため、単に、作業デバイスの昇降位置に基づいたのでは、正確には位置ズレを解消することができない。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、作業デバイスが2段階的に昇降させられる構成を有しているにも拘わらずその作業デバイスの位置ズレを正確に解消可能な作業機を提供することを課題とし、また、その位置ズレの正確な解消のために用いられる位置ズレデータを取得する方法を提供することを課題とする。
 本発明の作業機は、上記構成を有する作業機であって、当該作業機の制御を司る制御装置が、少なくとも上記第1昇降軸線の傾斜と上記第2昇降軸線の傾斜とに起因する作業デバイスの上記直角方向の位置ズレが作業デバイスの昇降位置および上記昇降ユニットの昇降位置との両方に関連付けられた位置ズレデータに基づいて、ヘッド移動装置による作業ヘッドの上記直角方向の移動における目標移動位置を補正するように構成されたことを特徴とする。また、上記位置ズレデータを取得するための本発明の位置ズレデータ取得方法は、(A)作業デバイスの昇降位置および昇降ユニットの昇降位置の両者を設定された複数の位置の間で変更するようにして作業デバイスを動作させる工程と、(B)その動作の結果に基づいて、作業デバイスの複数の昇降位置の各々と昇降ユニットの複数の昇降位置との各々との両方に関連付けられた作業デバイスの上記直角方向の位置ズレを取得する工程とを含むことを特徴とする。
 本発明の作業機によれば、上記第1昇降軸線の傾斜と上記第1昇降軸線の傾斜との両方を考慮した位置ズレデータに基づいて、作業ヘッドの上記直角方向における移動が制御されるため、その直角方向における作業デバイスの位置ズレを正確に解消することが可能となる。また、本発明の位置ズレデータ取得方法によれば、そのような位置ズレデータを、容易に取得することが可能となる。
実施例の作業機のハードウェア構成を示す斜視図である。 作業デバイスの位置ズレを説明するための図である。 位置ズレデータの一例を示すテーブルである。 作業機が有する制御装置の機能構成を示すブロック図である。 撮像装置を利用した位置ズレデータの取得を説明するための図である。 部品組付作業によって位置ズレデータを取得する際に用いられる治具を示す斜視図である。
 以下、本発明の実施形態を、実施例として、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
[A]作業機のハードウェア構成
 実施例の作業機は、図1に示すように、部品Pを基材Sに組み付ける部品組付機10であり、この部品組付機10は、ベース12と、ベース12に取り付けられた基材コンベア装置14と、トレイ型の部品供給装置16と、支柱18によって上架された1対の固定ビーム20に支持されたXYロボット型のヘッド移動装置22と、ヘッド移動装置22によってベース12上方の作業空間を移動させられる作業ヘッド24とを備えている。
 基材コンベア装置14は、基材Sを搬入,搬出するとともに、基材Sを設定位置に保持する機能を有している。部品供給装置16は、複数のトレイ26を収容しており、それらのうちの1つを設定位置に押し出すことでその1つに載置されている部品Pを供給する。ヘッド移動装置22は、図に示すX方向に作業ヘッド24を移動させる装置とY方向に移動させる装置とが複合した装置であり、X方向およびY方向に平行な一平面に沿って、作業ヘッド24を、上下方向に直角な方向(以下、「直角方向」と言う場合がある)に移動させる装置である。ちなみに、直角方向とは、X方向成分とY方向成分とで規定される方向と考えることができる。
 作業ヘッド24は、(a)部品保持デバイス(「作業デバイス」の一種)である吸着ノズル28と、吸着ノズル28を上下方向(Z方向)に昇降させる第1昇降装置としてのノズル昇降装置30と、吸着ノズル28を上下方向に延びるそれの軸線回りに回転させるデバイス回転装置としてのノズル回転装置32とを含んで構成される昇降ユニット34と、(b)昇降ユニット34を上下方向(Z方向)に昇降させる第2昇降装置としてのユニット昇降装置36とを含んで構成されている。ちなみに、図では、ノズル昇降装置30による吸着ノズル28の昇降の方向がZ1と、ユニット昇降装置36による昇降ユニット34の昇降の方向がZ2と、ノズル回転装置32による吸着ノズル28の回転の方向がθと、それぞれ表わされている。ノズル昇降装置30は、図示を省略するが、下端部に吸着ノズル28が取り付けられた軸体と、その軸体の上下方向の移動を案内するガイドを有するガイド機構と、その軸体をボールねじ機構を利用してそのガイドに沿って昇降させる昇降機構とを含んで構成されている。同様に、ユニット昇降装置36は、昇降ユニット34の上下方向の移動を案内するガイドを有するガイド機構と、昇降ユニット34をボールねじ機構を利用してそのガイドに沿って昇降させる昇降機構とを含んで構成されている。図には、ユニット昇降装置36のガイド機構および昇降機構のボールねじ機構をそれぞれ構成するガイド36aおよびねじロッド36bが表わされている。なお、ユニット昇降装置36の昇降機構は、ねじロッド36bが固定されており、そのねじロッド36bに螺合するナット(図示を省略)を回転することによって昇降ユニット34を昇降させるような構造とされている。
 部品供給装置16によって供給された部品Pは、作業ヘッド24が有する吸着ノズル28によって吸着保持され、ヘッド移動装置22によって作業ヘッド24が移動させられることで、基材コンベア装置14に保持された基材Sの上方まで運ばれる。所定位置にまで運ばれた部品Pは、その位置において、ユニット昇降装置36およびノズル昇降装置30によって所定の高さまで下降させられて、基材Sの上面である組付面に組み付けられる。
 ベース12には、基材コンベア装置14と部品供給装置16との間において、上方を撮像する撮像装置としてのカメラ38が取り付けられており、このカメラ38は、吸着ノズル28によって保持された部品Pを下方から撮像し、その撮像によって得られた撮像データによって、部品Pの吸着ノズル28による保持の位置および姿勢が把握される。この把握された保持位置および保持姿勢を基に、ヘッド移動装置22による組付位置の調整およびノズル回転装置32による組付姿勢(回転位置,方位)の調整が行われて、部品Pは、基材Sの適正な取付位置に適正な取付姿勢で組み付けられる。このように行われる部品Pの基材Sへの組付作業(部品組付作業)に際し、ヘッド移動装置22,ノズル昇降装置30,ノズル回転装置32,ユニット昇降装置36等の作動の制御は、コンピュータを主要構成要素として構成されてベース12内部に配設された制御装置40によって行われる。
 [B]作業デバイスの昇降と直角方向の位置ズレとの関係および位置ズレデータ
 本部品組付機10は、基材Sの互いに高さが比較的大きく異なる組付面に部品Pを組み付けること、あるいは、互いに高さが比較的大きく異なる複数の基材Sの上面に部品を組み付けることが可能とされており、そのため、作業デバイスである吸着ノズル28の昇降範囲が比較的大きくされている。この昇降範囲を大きくするために、本部品組付機10では、先に説明したように、第1昇降装置であるノズル昇降装置30と第2昇降装置であるユニット昇降装置36との両者によって、吸着ノズル28を2段階的に昇降させるように構成されている。図2を参照しつつ説明すれば、部品組付機10は、吸着ノズル28が、ノズル昇降装置30によって、上下方向に延びる第1昇降軸線L1に沿って昇降させられるとともに、昇降ユニット34が、ユニット昇降装置36によって、上下方向に延びる第2昇降軸線L2に沿って昇降させられるように構成されているのである。
 上記第1昇降軸線L1,第2昇降軸線L2は、ともに、当該部品組付機10の基準軸線()LMと平行であるべきではあるが、部品組付機10の製造精度の関係で、それら第1昇降軸線L1,第2昇降軸線L2が、基準軸線LMに対して若干傾斜することを許容せざるを得ない。具体的に言えば、例えば、ノズル昇降装置30およびユニット昇降装置36の各々を構成する上記ガイド機構のガイドの傾斜や、それらノズル昇降装置30およびユニット昇降装置36自体の傾斜によって、第1昇降軸線L1,第2昇降軸線L2がある程度傾斜することを許容せざるを得ないのである。したがって、吸着ノズル28の上下方向の位置によって、直角方向の位置ズレが生じるため、部品組付作業において、その位置ズレを解消することが望ましいのである。ちなみに、図では、第1昇降軸線L1,第2昇降軸線L2の傾斜を2次元的なものとして扱っているが、それらの傾斜はX方向およびY方向における傾斜の向きと傾斜量とを含む概念である。したがって、上記位置ズレも、X方向およびY方向における位置ズレの方向と位置ズレ量とを含むことになるため、位置ズレは、位置ズレ量のX方向成分およびY方向成分を用いて位置ズレ(Δx,Δy)と表すことにする。
 しかしながら、吸着ノズル28が上述のように2段階に昇降させられるため、上記位置ズレ(Δx,Δy)は、当該部品組付機のZ方向における基準からの吸着ノズル28の位置(ノズル絶対位置)zAに対して、直線的な関係(リニアな関係)にはならない。詳しく言えば、第1昇降軸線L1と第2昇降軸線L2とが平行であるとは限らないため、たとえノズル絶対位置zAが同じであったとしても、ノズル昇降装置30による吸着ノズル28の昇降の位置であるノズル昇降位置z1と、ユニット昇降装置36による昇降ユニット34の昇降の位置であるユニット昇降位置z2との組み合わせ如何によっては、上記位置ズレ(Δx,Δy)は、異なるものとなる。つまり、位置ズレ(Δx,Δy)は、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との両方に依存するものとなる。言い換えれば、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との組み合わせに応じたものとなるのである。
 そこで、本部品組付機10では、予め、上記位置ズレ(Δx,Δy)がノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との両方に関連付けられた位置ズレデータを用意し、部品組付作業において、その位置ズレ(Δx,Δy)を解消するための処理を行うようにされている。位置ズレデータは、図3に示すものであり、詳しくは、X方向成分に対応した図3(a)のX方向位置ズレテーブルと、Y方向成分に対応した図3(b)のY方向位置ズレテーブルとによって構成されている。
 上記2つのテーブルは、いずれも、行において、吸着ノズル28の昇降範囲に応じた複数のノズル昇降位置z1が離散的に設定されており(それらの値を便宜的に“#.#”と便宜的に示す)、列において、昇降ユニット34の昇降範囲に応じた複数のユニット昇降位置z2が離散的に設定されている(それらの値を便宜的に“&.&”と示す)。特定のノズル昇降位置z1に対応する行に属し、かつ、特定のユニット昇降位置z2に対応した列に属するセルに記載された値(それらの値を便宜的に“*.***”と示す)が、それら特定のユニット昇降位置z2および特定のユニット昇降位置z2において生じる吸着ノズル28の位置ズレの成分Δx,Δyである。ちなみに、位置ズレの成分Δx,Δyが“0.000”となっているノズル昇降位置z1およびユニット昇降位置z2が、直角方向の位置ズレが生じていないとみなす標準ノズル昇降位置z10および標準ユニット昇降位置z20である。
 なお、ヘッド移動装置22の構造に起因して、上記第1昇降軸線L1の基準軸線LMに対する傾斜および上記第2昇降軸線L2の基準軸線LMに対する傾斜は、ヘッド移動装置22による作業ヘッド24の移動の位置、つまり、作業ヘッド24の直角方向による移動の位置であるヘッド移動位置(x,y)によって異なることも予想される。その場合には、例えば、作業ヘッド24の移動範囲に応じて離散的に設定されたヘッド移動位置(x,y)の各々に対しての位置ズレデータを用意すればよい。つまり、その場合、位置ズレ(Δx,Δy)は、ヘッド移動位置(x,y)にも関連付けられたものとなる。
[C]制御装置による制御および制御装置の機能構成
 部品組付作業における制御に関し、制御装置40は、図4に示すような機能構成を有すると考えることができる。図に示すように、制御装置40は、上記位置ズレデータを記憶する位置ズレデータ記憶部50を有している。そして、部品組付作業において、部品Pの組付位置および組付面の高さに対応して、ヘッド移動位置(x,y)の目標である目標ヘッド目標移動位置(x*,y*)、ノズル昇降位置z1の目標である第1目標昇降位置としてのノズル目標昇降位置z1 *,ユニット昇降位置z2の目標である第2目標昇降位置としてのユニット目標昇降位置z2 *を、それぞれ決定する目標位置決定部52を有している。
 ヘッド目標移動位置補正部54は、上記決定されたノズル目標昇降位置z1 *,ユニット目標昇降位置z2 *に基づいて、上記記憶されている位置ズレデータを参照しつつ、上記決定されたヘッド目標移動位置(x*,y*)を補正する。具体的には、位置ズレデータにおいて、ノズル目標昇降位置z1 *,ユニット目標昇降位置z2 *に対応するセルに属する位置ズレの成分Δx,Δyを認定し、その認定されたΔx,Δyに基づいて、次式に従って、補正後のヘッド目標移動位置(xC *,yC *)が決定される。
  xC *=x*-*.***  , yC *=y*-*.***
 ちなみに、上記位置ズレデータでは、ノズル昇降位置z1, ユニット昇降位置z2が離散的に設定されており、ノズル目標昇降位置z1 *,ユニット目標昇降位置z2 *が設定されたノズル昇降位置z1, ユニット昇降位置z2でない場合には、近傍のノズル昇降位置z1, ユニット昇降位置z2に対応する複数の位置ズレの値*.***に基づいて補間処理を行い、近似的に、位置ズレの成分Δx,Δyが認定される。この補間処理は、公知の純粋な数学的手法に従うものであるため、ここでの説明は省略する。
 なお、ヘッド移動位置(x,y)にも関連付けられて複数の位置ズレデータを有する場合、ヘッド目標移動位置(x*,y*)に対応する位置ズレデータを選択し、その選択された位置ズレデータに基づいて、位置ズレの成分Δx,Δyを認定するようにすればよい。
 そして、作業実行部56は、上記のようにして補正されたヘッド目標移動位置(xC *,yC *)と、決定されたノズル目標昇降位置z1 *,ユニット目標昇降位置z2 *とに基づいて、ノズル昇降装置30,ユニット昇降装置36,ヘッド移動装置22等を制御することで、吸着ノズル28による部品組付作業を実行する。
[D]位置ズレデータ取得方法
 上記位置ズレデータは、実施例の位置ズレデータ取得方法に従って、取得することができる。詳しく言えば、(A)ノズル昇降位置z1を設定され複数の位置で変更しつつ、かつ、ユニット昇降位置z2を設定された複数の位置で変更するようにして、吸着ノズル28を動作させ(デバイス動作工程)、(B)その際の吸着ノズル28の動作結果を基に、複数のノズル昇降位置z1の各々と、複数のユニット昇降位置z2の各々との両方に関連付けられた位置ズレ(Δx,Δy)を認定する(位置ズレ認定工程)ことで、取得することが可能である。言い換えれば、図3のテーブルに示されているノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との種々の組み合わせの各々を実現した状態において、吸着ノズル28の上記直角方向における位置ズレ(Δx,Δy)を認定し、その認定した位置ズレ(Δx,Δy)に基づいて上記位置ズレデータを作成するのである。具体的には、例えば、それぞれが実施例である以下の2つの方法にて位置ズレデータ取得することができる。
 i)第1の方法
 実施例の1つの方法は、吸着ノズル28を、図1に示すカメラ38の上方にて動作させて、吸着ノズル28を撮像し、その撮像によって得られた撮像データに基づいて、位置ズレ(Δx,Δy)を取得する方法である。具体的には、図5(a)に示すようにして、カメラ38の上方にて、先に説明したノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との複数の組み合わせの各々を実現した状態において、吸着ノズル28の先端を撮像する。撮像によって得られた撮影像は、図5(b)に示すようなものであり、位置ズレがないと仮定した場合の基準点Oからの吸着ノズル28の先端の変位を、位置ズレ(Δx,Δy)として認定する。
 ちなみに、吸着ノズル28の曲り等の影響を排除するために、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との組み合わせの各々において、ノズル回転装置32によって吸着ノズル28を種々の回転位置(例えば、互いに90°位相が異なる4つの回転位置)に位置させ、それぞれの回転位置における撮像によって認定した複数の位置ズレ(Δx,Δy)に基づいて、例えば、それらを平均することによって、個々の組み合わせにおける位置ズレを認定すればよい。
 なお、ノズル昇降位置z1,ユニット昇降位置z2は、吸着ノズル28の先端がカメラ38の被写界深度内に収まる範囲で変更することが望ましく、また、吸着ノズル28の先端被写界深度の中央の高さに位置するノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との1つの組み合わせを、標準ノズル昇降位置z10,標準ユニット昇降位置z20の組み合わせとすればよい。
 ii)第2の方法
 実施例のもう1つの方法は、基材Sに代えて、基準治具を基材コンベア装置14にセットし、吸着ノズル28の動作として、吸着ノズル28によってその治具に実際に部品Pを組み付ける動作を行わせ、その動作結果としての組み付けられた部品の位置ズレを、検査機等によって検出し、その検出された位置ズレを基に、吸着ノズル28の直角方向の位置ズレ(Δx,Δy)を認定するのである。
 基準治具60は、例えば、図6に示すように、基板62と、基板上に設置された台板64とを有している。部品Pは、台板64の上面に組み付けられるため、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との種々の組み合わせを実現するために、互いに高さhの異なる台板64が設置された複数の基準治具60を用いて、部品Pの組み付けを行う。部品Pの組付位置の位置ズレの検出の際には、基板62のコーナの上面に付された位置基準マーク66が、検出基準として参照される。この位置基準マークは、実際の基材Sにおいても付されており、基材Sに付されている位置基準マークと同じ高さの位置に付されることが望ましい。
 この第2の方法では、ヘッド移動位置(x,y)をも変更して、台板64の全面に亘って部品Pを組み付けることができる。したがって、この第2の方法は、前述のヘッド移動位置(x,y)にも関連付けられた複数の位置ズレデータを取得するのに好適である。
 また、第1の方法と同様に、吸着ノズル28の曲り等の影響を排除するために、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との組み合わせの各々において、ノズル回転装置32によって吸着ノズル28を種々の回転位置に回転させ、それぞれの回転位置において部品Pを組み付けることが望ましい。その場合は、各回転位置における部品Pの組付位置の位置ズレに基づいて、例えば、それらを平均することによって、個々の組み合わせにおける位置ズレを認定すればよい。
 なお、部品Pを基準治具60に組み付ける場合、吸着ノズル28による部品Pの保持の位置,姿勢がばらつくため、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との1つの組み合わせにおいて、ある程度たくさんの部品Pの組み付けを行い、検出されたたくさんの位置ズレに基づき、それらに対して統計学的手法を用いて得られた値を、位置ズレとして認定することが望ましい。
[E]変形例
 上記実施例の部品組付機10は、作業ヘッド24に部品保持デバイスとしての吸着ノズル28を有しているが、作業デバイス若しくは作業ヘッドを交換することによって、例えば、クランプ型の部品保持デバイス、接着剤等の塗布を行うためのアプリケーションデバイス、レーザ加工等を行う加工デバイス、表面改質等の処理を行う処理デバイス等を有する各種の作業ヘッドを備えることができる汎用の作業機として機能させることが可能である。
 また、上記実施例の部品組付機10では、制御装置40の位置ズレデータ記憶部50に、テーブル形式の位置ズレデータが記憶されているが、そのような位置ズレデータに代え、例えば、ノズル昇降位置z1とユニット昇降位置z2との各々を変数とする関数を、位置ズレデータとして記憶してもよい。
 上記実施例の位置ズレデータ取得方法では、実際の吸着ノズル28を利用して、位置ズレデータが取得されるようにされていたが、実際の吸着ノズル28に代え、例えば上述の曲り等が管理された専用の基準ノズル(治具ノズル)を利用して、位置ズレデータを取得してもよく、また、上記第1の方法の場合には、部品Pを吸着保持する機能を有していない基準治具を利用して、位置ズレデータを取得してもよい。
 また、上記実施例の第2の方法は、ノズル昇降装置24とユニット昇降装置36のように複数の昇降装置を備えた作業ヘッドだけでなく、昇降装置を1つ(例えばノズル昇降装置24)だけを備えた作業ヘッドにおいて、昇降装置の昇降範囲が大きく(例えば20cm以上、望ましくは15cm以上)、その昇降範囲内における位置ズレを補正しなければ作業機に必要とされる組付精度を実現し得ない場合に適用してもよい。例えば、本発明の実施例の部品組付機10に対して、ユニット昇降装置36は備えていないが、他の構造は同様の構造である作業機に適用してもよい。言い換えると、作業デバイスと、その作業デバイスを上下方向に延びる第1昇降軸線に沿って昇降させる第1昇降装置とを有する昇降ユニットを有する作業ヘッドと、その作業ヘッドを上下方向に直角な直角方向に移動させるヘッド移動装置と、前記第1昇降装置および前記ヘッド移動装置を制御する制御装置とを備えた作業機に適用してもよい。このような作業機では、制御装置は、ノズル昇降位置z1に応じた位置ズレデータを記憶し、ノズル目標昇降位置z1 *に基づいて、上記位置ズレデータを参照しつつ、ヘッド目標移動位置(x*,y*)を補正してもよい。また、位置ズレデータを取得するためには、基材Sの各組付面の高さに対応したノズル昇降位置z1毎に位置ズレデータを取得してもよい。
 10:部品組付機〔作業機〕  22:ヘッド移動装置  24:作業ヘッド  28:吸着ノズル〔部品保持デバイス,作業デバイス〕  30:ノズル昇降装置〔第1昇降装置〕  32:ノズル回転装置〔デバイス回転装置〕  34:昇降ユニット  36:ユニット昇降装置〔第2昇降装置〕  38:カメラ〔撮像装置〕  40:制御装置  50:位置ズレデータ記憶部  52:目標位置決定部  54:ヘッド目標移動位置補正部  56:作業実行部  L1:第1昇降軸線  L2:第2昇降軸線  LM:部品組付機の基準軸線  (Δx,Δy):位置ズレ  z1:ノズル昇降位置  z2:ユニット昇降位置  (x,y):ヘッド移動位置 z1 *:ノズル目標昇降位置〔第1目標昇降位置〕  z2 *:ユニット目標昇降位置〔第2目標昇降位置〕  (x*,y*):目標ヘッド移動位置  (xC *,yC *):補正後ヘッド目標移動位置
                                                                                

Claims (7)

  1.  (a)作業デバイスと、その作業デバイスを上下方向に延びる第1昇降軸線に沿って昇降させる第1昇降装置とを有する昇降ユニットと、(b)その昇降ユニットを上下方向に延びる第2昇降軸線に沿って昇降させる第2昇降装置とを有する作業ヘッドと、
     その作業ヘッドを上下方向に直角な直角方向に移動させるヘッド移動装置と、
     前記第1昇降装置、前記第2昇降装置、および、前記ヘッド移動装置を制御する制御装置と
     を備えた作業機であって、
     前記制御装置が、
     前記作業デバイスによる作業に際し、前記作業デバイスの昇降位置の目標である第1目標昇降位置、前記昇降ユニットの昇降位置の目標である第2目標昇降位置、および、前記直角方向における前記作業ヘッドの移動位置の目標であるヘッド目標移動位置を、それぞれ決定する目標位置決定部と、
     少なくとも前記第1昇降軸線の傾斜と前記第2昇降軸線の傾斜とに起因する前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレが、前記作業デバイスの昇降位置および前記昇降ユニットの昇降位置との両方に関連付けられた位置ズレデータを記憶する位置ズレデータ記憶部と、
     前記記憶されている位置ズレデータを参照しつつ、前記決定された第1目標昇降位置および第2目標昇降位置に基づいて、前記決定されたヘッド目標移動位置を補正するヘッド目標移動位置補正部と、
     前記決定された第1目標昇降位置、前記決定された第2目標昇降位置、および、前記補正されたヘッド目標移動位置に基づいて、前記第1昇降装置、前記第2昇降装置、および、前記ヘッド移動装置を制御することで、前記作業デバイスによる作業を実行する作業実行部と
     を有する作業機。
  2.  前記位置ズレデータが、それぞれが離散的に設定された前記作業デバイスの昇降位置および前記昇降ユニットの昇降位置との両方に関連付けられており、
     前記ヘッド目標移動位置補正部が、
     前記決定された第1目標昇降位置と前記決定された第2目標昇降位置との少なくとも一方が、前記位置ズレデータにおいて設定されていない前記作業デバイスの昇降位置若しくは前記昇降ユニットの昇降位置である場合に、前記位置ズレデータにおいて設定されている前記作業デバイスの昇降位置および前記昇降ユニットの昇降位置に関連付けられた位置ズレを基に補間処理を行い、その補間処理によって得られた位置ズレに基づいて前記決定されたヘッド目標移動位置を補正するように構成された請求項1に記載の作業機。
  3.  前記位置ズレデータが、
     前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレが、さらに、前記作業ヘッドの前記直角方向における移動位置にも関連付けられたものである請求項1または請求項2に記載の作業機。
  4.  請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載の作業機の前記位置ズレデータ記憶部に記憶される位置ズレデータを取得する位置ズレデータ取得方法であって、
     前記作業デバイスの昇降位置を設定された複数の位置の間で変更しつつ、かつ、前記昇降ユニットの昇降位置を設定された複数の位置の間で変更するようにして、前記作業デバイスを動作させるデバイス動作工程と、
     前記デバイス動作工程における前記作業デバイスの動作結果を基に、前記作業デバイスの複数の昇降位置の各々と前記昇降ユニットの複数の昇降位置との各々との両方に関連付けられた前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレを認定する位置ズレ認定工程と
     を含む位置ズレデータ取得方法。
  5.  前記昇降ユニットが、前記作業デバイスを上下方向に平行なそれの軸線回りに回転させるデバイス回転装置を有しており、
     前記デバイス動作工程が、前記作業デバイスの回転位置をも変更するようにして行われ工程であり、
     前記位置ズレ認定工程が、前記作業デバイスの複数の回転位置の各々における前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレに基づいて、前記作業デバイスの複数の昇降位置の各々と前記昇降ユニットの複数の昇降位置との各々との両方に関連付けられた前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレを認定する工程である請求項4に記載の位置ズレデータ取得方法。
  6.  前記作業機が、前記作業デバイスを上方若しくは下方から撮像する撮像装置を備えており、
     前記デバイス動作工程が、前記撮像装置の下方方若しくは上方において行われるとともに、前記作業デバイスを、互いに異なる前記作業デバイスの複数の昇降位置および前記昇降ユニットの複数の昇降位置において、前記撮像装置によって撮像する工程を含み、
     前記位置ズレ認定工程が、前記作業デバイスの動作結果としての、前記撮像装置によって撮像された前記作業デバイスの撮像データを基に、前記作業デバイスの複数の昇降位置の各々と前記昇降ユニットの複数の昇降位置との各々との両方に関連付けられた前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレを認定する工程を含む請求項4または請求項5に記載の位置ズレデータ取得方法。
  7.  前記作業デバイスが、部品を保持する部品保持デバイスであり、かつ、前記作業機が、その部品保持デバイスによって保持された部品を基材に組み付ける部品組付機であり、
     前記デバイス動作工程が、上下方向において互いに異なる位置に部品を組み付ける工程を含み、
     前記位置ズレ認定工程が、前記作業デバイスの動作結果としての、組み付けられた部品の前記直角方向の位置ズレを基に、前記作業デバイスの複数の昇降位置の各々と前記昇降ユニットの複数の昇降位置との各々との両方に関連付けられた前記作業デバイスの前記直角方向の位置ズレを認定する工程を含む請求項4または請求項5に記載の位置ズレデータ取得方法。
                                                                                    
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