(57)【要約】【課題】軸方向に孔が形成された軸体の孔中心を中心として正確に部品を位置決めすることができる装置を提供する。【解決手段】ハブにマスターシャフトを嵌合させた状態で、可動スリット板２が取り付けられるべき基準位置のパターンＰＴ２とマスターシャフトに設けたパターンＰＴ１との位置関係を予め記憶しておき、この位置関係を再現するように実際の可動スリット板２を位置決めする。【選択図】      図３
2004356300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に孔が形成された軸体の孔を基準として当該軸体に取り付ける部品を位置決めする部品位置決め装置であって、
前記軸体の孔に嵌合させるマスターシャフトと、
前記軸体の孔に前記マスターシャフトを嵌合させた状態で、部品が取り付けられるべき基準位置と前記マスターシャフトとの位置関係を記憶する記憶手段と、前記マスターシャフトを嵌合させた前記軸体に、実際に位置決めする部品を設置した状態で、前記マスターシャフトと当該部品との位置関係を光学的に検出する検出手段と、
記憶した位置関係と検出した位置関係との差に基づいて当該部品を移動し、位置決めする位置決め手段と
を備えたことを特徴とする部品位置決め装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、部品を前記軸体に高精度に取り付けたマスターワークについて、その軸体の孔に前記マスターシャフトを嵌合させた状態で、部品が取り付けられるべき基準位置と前記マスターシャフトとの位置関係を記憶する請求項１記載の部品位置決め装置。
【請求項３】
前記マスターシャフトの端面に、前記検出手段により検出するためのパターンが付されている請求項１記載の部品位置決め装置。
【請求項４】
前記パターンと部品とは、前記検出手段から等距離に配置される請求項３記載の部品位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に孔を有する軸体の孔を基準として部品を位置決めする装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円柱状にくりぬいた孔の中心位置を、カメラで撮像した画像に基づいて検出する場合、画像上から孔の輪郭を示す座標をサンプリングし、これらを使って計算される近似円より、その中心を求めることが一般に行われている。
また例えば、特許文献１には、孔をビデオカメラで撮影した画像の投影分布及びエッジ位置に基づいて、孔の中心位置を検出する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−４２９１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に孔の開口周縁の部分は内奥部に比べて真円度が良くない場合が多い。その場合、サンプリング数を増やしても高精度に中心位置を求めることは困難である。また、開口周縁に面取り加工が施されていると、その形状は真円には程遠く、従来の技術では正確に中心位置を求めることが困難である。
【０００５】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、軸方向に孔が形成された軸体の孔を基準として正確に部品を位置決めすることができる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸方向に孔が形成された軸体の孔を基準として当該軸体に取り付ける部品を位置決めする部品位置決め装置であって、前記軸体の孔に嵌合させるマスターシャフトと、前記軸体の孔に前記マスターシャフトを嵌合させた状態で、部品が取り付けられるべき基準位置と前記マスターシャフトとの位置関係を記憶する記憶手段と、前記マスターシャフトを嵌合させた前記軸体に、実際に位置決めする部品を設置した状態で、前記マスターシャフトと当該部品との位置関係を光学的に検出する検出手段と、記憶した位置関係と検出した位置関係との差に基づいて当該部品を移動し、位置決めする位置決め手段とを備えたものである。
【０００７】
上記のように構成された部品位置決め装置においては、部品が取り付けられるべき基準位置とマスターシャフトとの位置関係を予め記憶し、この位置関係と、実際に位置決めする部品とマスターシャフトとの位置関係との差に基づいて部品を移動させることにより、検出した位置関係を、記憶した位置関係に合わせるように位置決めすることができる。このように、軸体の孔そのものではなく、その孔に嵌合したマスターシャフトに依拠して位置決めを行うことにより、精度の出にくい孔中心の検出を回避しつつ、等価的に孔中心を中心として正確に部品を位置決めすることができる。また、絶対位置ではなく、部品とマスターシャフトとの位置関係に基づく位置決めであることにより、マスターシャフトや検出手段が多少動いても正確に位置決めを行うことができる。従って、マスターシャフトや検出手段の位置を厳密に管理する必要がなく、管理やメンテナンスが容易である。
【０００８】
また、上記部品位置決め装置において、記憶手段は、部品を軸体に高精度に取り付けたマスターワークについて、その軸体の孔にマスターシャフトを嵌合させた状態で、部品が取り付けられるべき基準位置とマスターシャフトとの位置関係を記憶するものであってもよい。
この場合、基準位置はマスターワークに基づいて設定されるので、確実に高精度を得ることができるとともに、量産にも適する。
【０００９】
また、上記部品位置決め装置において、マスターシャフトの端面に、検出手段により検出するためのパターンが付されていてもよい。
この場合、パターンはその形（輪郭）が明瞭であり、高精度な位置決めの基点として好適である。
【００１０】
また、上記部品位置決め装置において、パターンと部品とは、検出手段から等距離に配置されることが好ましい。
この場合、部品の表面及びパターンの双方に同時に、検出手段のピントを合わせることができる。これにより、一つの検出手段の一視野で位置決めを行うことができ、便利であるとともに、光学系やこれに関わる機構部の構成が簡素になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態による部品位置決め装置の構成を示すブロック図である。この装置は、ロータリエンコーダのハブ１を接着対象物として、これに部品としての回転スリット板２を取り付けるために、その位置決め及び接着を行うものである。図において、装置の制御は、ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用のコンピュータ３と、これと接続されたプログラマブルコントローラ（図ではＰＬＣと表記。）４とによって行われる。プログラマブルコントローラ４は、回転スリット板２の仮置き及び接着剤塗布を行う３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）ロボット及びコントローラ５と、紫外線硬化性の接着剤を押し出す接着剤ディスペンサ６と、接着剤を固めるためのＵＶ光照射器７とを制御する。
【００１２】
ハブ１上に仮置きされた回転スリット板２を精密に位置決めして接着するのは、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸ステージ８にＺ軸周りの回転動作をするθ軸ステージ９を加えた４軸ステージ装置１０である。回転スリット板２はＸ−Ｙ平面に平行であり、Ｚ軸はそれに対しての垂線方向となる。θ軸ステージ９は、ビーム（梁）型のロードセル１１を介して３軸ステージ８と接続されており、このロードセル１１は、回転スリット板２に対して垂直に付与される接着荷重を検出して出力する。ロードセル１１からの出力はデジタル指示計１２に表示されるとともに、プログラマブルコントローラ４に送られる。
【００１３】
上記４軸ステージ装置１０は、４軸ステージコントローラ１３によって制御され、この４軸ステージコントローラ１３はコンピュータ３からの指示により動作する。回転スリット板２に対して垂直上方には、例えば１３０万画素程度のＣＣＤカメラ１４が配置されている。ＣＣＤカメラ１４の先端に装着された同軸照明マクロレンズ１５は、光源ユニット１６から提供される光を回転スリット板２側に導くとともに、回転スリット板２等からの反射光をＣＣＤカメラ１４に取り込む。ＣＣＤカメラ１４の撮像した画像信号はコンピュータ３に入力され、コンピュータ３に接続されたモニタ１７に表示される。
【００１４】
図２の（ａ）は、図１におけるＩＩ部を拡大した断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。図において、ハブ１は、軸方向に孔が形成された略筒状の軸体である。このハブ１に回転スリット板２を位置決めして取り付けたものをユーザに納品し、ユーザは、これを、図示しないモータの出力軸に取り付ける。上記ハブ１には鍔状部１ａが形成され、その上面が、回転スリット板２の接着面１ｂとなっている。ハブ１と嵌合した状態にあるのがマスターシャフト１８であり、これは、垂直に立設された治具である。また、マスターシャフト１８は、高さ調節が可能なように、支持されている。
【００１５】
マスターシャフト１８の端部近傍の小径部１８ａは、孔１ｃの部分でハブ１に嵌合している。また、小径部１８ａの中央に円柱状の突起１８ｂが形成されており、その上端面１８ｃには正方形の小基板２０が接着されている。この小基板２０の表面には、蒸着により所定のパターンが明瞭に形成されている。小基板２０の表面の高さは、マスターシャフト１８の高さ調節により、回転スリット板２の表面と同じ高さになっている。すなわち、当該パターンと回転スリット板２の表面とは、ＣＣＤカメラ１４から等距離にある。従って、回転スリット板２の表面及びパターンの双方に同時にピントを合わせることができる。これにより、一つのＣＣＤカメラ１４の一視野で位置決めを行うことができ、便利であるとともに、光学系やこれに関わる機構部の構成が簡素になる。
【００１６】
一方、θ軸ステージ９の下端中央に位置するアクチュエータ９ａには、弾性を有する樹脂製のリング状の押し付け部材１９が取り付けられている。この押し付け部材１９としては、適度な摩擦係数を有するものが好ましく、例えばシリコンゴムが好適である。なお、アクチュエータ９ａや押し付け部材１９は共に、ＣＣＤカメラ１４の視野を妨げないように、中央が空洞の形態となっている。
【００１７】
次に、上記のように構成された部品位置決め装置の動作について説明する。まず予め、顕微鏡等を使った作業によりハブ１に対して正確に回転スリット板２が取り付けられていることが確認されているマスターワークを用意する。すなわち、マスターワークは、ハブ１の孔中心と、回転スリット板２の回転中心とが正確に一致している。このマスターワークのハブ１を、図２の（ａ）に示すように、マスターシャフト１８に嵌合させる。嵌合により、マスターワークのハブ１の孔中心は、マスターシャフト１８の中心軸上に位置する。従って、回転スリット板２の回転中心は、マスターシャフト１８の中心軸上にある。
【００１８】
次に、マスターワークのθ方向位置を微調整しながら、コンピュータ３の機能により、モニタ１７の画面が図３に示す状態になるように画像処理が行われる。ここで、ＰＴ１（点線のハッチングを付した部分）は、前述の小基板２０上に形成されたパターンであり、このパターンＰＴ１が、画面上の矩形範囲Ａ内に来る。また、回転スリット板２上に形成された位置決め用のパターンＰＴ２が、矩形範囲Ｂの範囲内の所定位置に来る。クロス線Ｃ１及びＣ２の横中心線については、Ｙ座標（図の上下方向）が互いに同一になるように設定すると、視覚的にもわかりやすい。
【００１９】
ここで、画面上のダイヤログボックスＤの「ＯＫ」をクリックすると、パターンＰＴ１の位置Ｐ１ｍ及び、パターンＰＴ２の位置Ｐ２ｍが、マスター登録位置としてコンピュータ３に記憶される。これにより、マスターシャフト１８の位置（パターンＰＴ１）と、回転スリット板２の位置決め用の基準位置（パターンＰＴ２）との位置関係がコンピュータ３に記憶される。ここで言う「位置関係」とは両位置の相対的な関係を意味し、本例では、Ｙ、θを互いに同一として、Ｘ方向（図の左右方向）に一定の隔たりがある関係である。
なお、このときのＣＣＤカメラ１４、コンピュータ３及びモニタ１７は、基準位置とマスターシャフト１８との位置関係を記憶する記憶手段を構成している。
【００２０】
上記のようにして位置関係を記憶した後、マスターワークを取り去り、実際のワークについて位置決め及び接着を行う。この動作について、図４のモニタ画面及び、コンピュータ３により実行される処理を示す図５，図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、実際のワークとしてのハブ１をマスターシャフト１８に嵌合させる。次に、コンピュータ３を操作してプログラマブルコントローラ４に指令を与える。これによって、３軸ロボット及びコントローラ５により把持された回転スリット板２の裏面に接着剤ディスペンサ６から供給された接着剤が塗布され、接着面１ｂ（図２の（ａ））上に仮置きされる。
【００２１】
次に、コンピュータ３から指示を受けた４軸ステージコントローラ１３が４軸ステージ装置１０を動作させ、図２の（ａ）に示すように、押し付け部材１９を下端に有するアクチュエータ９ａを、回転スリット板２に対して垂直に押し付け、所定の接着荷重をかける。このとき、所定の接着荷重が付与されているかどうかは、ロードセル１１の出力に基づいて、容易にこれを確認及び調整することができる。
【００２２】
ここで、コンピュータ３は、ＣＣＤカメラ１４の撮像した画像に基づいて、パターンＰＴ１，ＰＴ２についての位置サーチをパターンマッチングにより行う（図４及び、図５のステップＳ１１）。この結果、パターンＰＴ１の位置Ｐ１、パターンＰＴ２の位置Ｐ２がそれぞれ検出される。なお、位置Ｐ１は、マスター登録した位置Ｐ１ｍからずれている。これは、例えばＣＣＤカメラ１４の位置ずれや、マスターシャフト１８の位置ずれにより生じる。
そして、位置サーチの結果を、記憶している位置関係と比較し（ステップＳ１２）、マスターシャフト１８側のパターンＰＴ１についてのＰ１ｍからＰ１へのずれ量（Δｘ１，Δｙ１）及び、回転スリット板２側のパターンＰＴ２についてのＰ２ｍからＰ２へのずれ量（Δｘ２，Δｙ２，Δθ２）をそれぞれ検出する。
【００２３】
また、パターンＰＴ１についてのずれ量（Δｘ１，Δｙ１）により、回転スリット板２側のパターンＰＴ２についてのずれ量（Δｘ２，Δｙ２，Δθ２）を補正する。すなわち、補正後のずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）は、
Δｘ＝Δｘ２−Δｘ１
Δｙ＝Δｙ２−Δｙ１
Δθ＝Δθ２
である（θ補正はしない。）。これにより、パターンＰＴ２に関するずれ量は、マスター登録された位置Ｐ２ｍではなく、位置決め目標となるべき位置Ｐ２ｃからのずれ量となる。
なお、このときのＣＣＤカメラ１４及びコンピュータ３は、マスターシャフト１８と回転スリット板２との位置関係を光学的に検出する検出手段を構成している。
【００２４】
上記ずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）が位置決め目標値の許容誤差範囲内である場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）には、位置決めは完了となるが、許容誤差範囲内でなければ４軸ステージコントローラ１３により位置修正が行われる（ステップＳ１５）。位置修正は、最初はΔθについて行われ、後述の２回目からΔｘ，Δｙ，Δθのそれぞれについて同時に位置修正が行われる。
位置修正の際、押し付け部材１９は回転スリット板２を把持しておらず、単に押さえているだけであるが、その静摩擦により回転スリット板２は押し付け部材１９に従って移動する。また、接着剤の流動性・潤滑性により、回転スリット板２は接着剤を押し広げるようにしながら接着面１ｂと平行に滑動する。
【００２５】
その後、位置決め目標値の許容誤差範囲内になるまでステップＳ１１〜Ｓ１５が実行され、最終的に許容誤差範囲内となれば位置決めが完了する。
このときのコンピュータ３、４軸ステージコントローラ１３及び４軸ステージ装置１０は、記憶した位置関係と検出した位置関係との差（ずれ量）に基づいてワークを移動し、位置決めする位置決め手段を構成している。
このような位置決めにより、回転スリット板２は、マスターワークにおけるパターンＰＴ１とＰＴ２との相対的な位置関係を再現するように正確に、ハブ１に取り付けられる。
【００２６】
上記のようにして、当該部品位置決め装置によれば、回転スリット板２が取り付けられるべき基準位置とマスターシャフト１８との位置関係を予め記憶し、この位置関係と、実際に位置決めする回転スリット板２とマスターシャフト１８との位置関係との差（ずれ量）に基づいて回転スリット板２を移動させることにより、検出した位置関係を、記憶した位置関係に合わせるように位置決めすることができる。このように、ハブ１の孔そのものではなく、その孔に嵌合したマスターシャフト１８に依拠して位置決めを行うことにより、精度の出にくい孔中心の検出を回避しつつ、等価的に孔中心を中心として正確に回転スリット板２を位置決めすることができる。
【００２７】
また、絶対位置ではなく、回転スリット板２とマスターシャフト１８との位置関係に基づく位置決めであることにより、パターンＰＴ１の位置がずれると、その分、パターンＰＴ２の目標位置もずれるので、マスターシャフト１８やＣＣＤカメラ１４が多少動いても正確に位置決めを行うことができる。従って、マスターシャフト１８やＣＣＤカメラ１４の位置を厳密に管理する必要がなく、管理やメンテナンスが容易である。
また、目標位置はマスターワークにより設定するので、確実に高精度を得ることができるとともに、量産にも適する。
また、マスターシャフト１８のパターンＰＴ１はその形（輪郭）が明瞭であり、高精度な位置決めの基点として好適である。なお、パターンＰＴ１は、位置決めの基点として明確に存在していれば足り、必ずしもマスターシャフト１８の中心に付されていなくてもよい。
【００２８】
位置決めが完了すると、接着が開始される。まず、コンピュータ３からプログラマブルコントローラ４を介してＵＶ光照射器７を点灯して接着剤に紫外線を照射し、これを固化させる（図６のステップＳ２１）。続いて、θ軸ステージ９が上昇し、回転スリット板２から離脱する。
ここで、コンピュータ３は、再度、ＣＣＤカメラ１４の撮像した画像に基づいて、ステップＳ１１〜Ｓ１４と同様の処理を行う。すなわち、コンピュータ３は、位置サーチをパターンマッチングにより行う（ステップＳ２２）。そして、位置サーチの結果を、記憶されている位置関係と比較し（ステップＳ２３）、そのずれ量（Δｘ，Δｙ，Δθ）を検出する。
【００２９】
上記ずれ量が位置決め目標値の許容誤差範囲内である場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）には、位置決めＯＫで完了となるが、許容誤差範囲内でなければ位置決めＮＧ（すなわち失敗）で終わることになる。
【００３０】
なお、上記実施形態は、ハブ１に固定スリット板２を位置決めする装置について説明したが、これ以外にも、本発明の部品位置決め装置は、軸方向に孔が形成された軸体の孔を基準として部品を取り付けるために当該部品を位置決めする各種の装置に適用が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明の部品位置決め装置によれば、軸体の孔そのものではなく、その孔に嵌合したマスターシャフトに依拠して位置決めを行うことにより、精度の出にくい孔中心の検出を回避しつつ、等価的に孔中心を中心として正確に部品を位置決めすることができる。また、絶対位置ではなく、部品とマスターシャフトとの位置関係に基づく位置決めであることにより、マスターシャフトや検出手段が多少動いても正確に位置決めを行うことができる。従って、マスターシャフトや検出手段の位置を厳密に管理する必要がなく、管理やメンテナンスが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による部品位置決め装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は、図１におけるＩＩ部を拡大した断面図であり、（ｂ）は、その平面図である。
【図３】マスターワークを用いて位置関係を記憶する際のモニタ画面を示す図である。
【図４】位置決めの際のモニタ画面を示す図である。
【図５】位置決めのフローチャートである。
【図６】接着のフローチャートである。
【符号の説明】
１    ハブ（軸体）
１ｃ  孔
２    回転スリット板（部品）
３    コンピュータ
１０    ４軸ステージ装置
１３    ４軸ステージコントローラ
１４    ＣＣＤカメラ
１７    モニタ
１８    マスターシャフト
ＰＴ１，ＰＴ２    パターン
【図１】
2004356300.tif 000003
【図２】
2004356300.tif 000004
【図３】
2004356300.tif 000005
【図４】
2004356300.tif 000006
【図５】
2004356300.tif 000007
【図６】
2004356300.tif 000008