(57)【要約】【課題】ティーチング時の調芯作業を短時間で精度良く行う。【解決手段】調芯制御部１１０は、スカラーロボットを制御してカソード１１を把持爪の先端部１０５ｃで把持し、第１電極棒認識カメラ４３等の撮像範囲内にカソード１１が収まるように移動させる。第１電極棒照明６２等で電極棒９とカソード１１とを照明し、第１電極棒認識カメラ４３等で撮像して電極棒９とカソード１１の中心軸ベクトルとその位置のカメラ座標を取得する。次いで、電極棒９とカソード１１との間隔Ｌ３を算出し、この間隔Ｌ３が所定の範囲内にあるか否かを判定部１１３で判定する。間隔Ｌ３が所定の範囲内にないときには、演算部１１５で誤差量を算出し、この誤差量の分だけロボットヘッドを移動させる。以上を繰り返すことで、電極棒９とカソード１１との間隔Ｌ３を所定の範囲内に収める。【選択図】図１８
2007185723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークが保持される保持手段と、第１のワークの中心軸ベクトルとその位置とを検出する検出手段と、第２のワークを保持し、検出手段の検出結果に基づいて移動して第１のワークに第２のワークを取り付ける可動アクチュエータとを有する組立装置に用いられる自動調芯装置であって、
前記可動アクチュエータを制御して第２のワークを検出手段の検出範囲内に移動させ、前記検出手段を制御して第１のワークの中心軸ベクトルおよびその位置と第２のワークの中心軸ベクトルおよびその位置とを検出させる制御手段と、
検出手段の検出結果から、第１のワークの中心軸と第2のワークの中心軸との間隔が所定の範囲内にあるか否かを判定し、かつ第１のワークの中心軸ベクトルと第２のワークの中心軸ベクトルとの成す角が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内に無いときに、その誤差量を算出する演算手段とを備え、
前記制御手段は、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内に収まるまで、演算手段で算出された誤差量の分だけ第２のワークを移動させ、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸とを検出させる動作を繰り返すことを特徴とする自動調芯装置。
【請求項２】
前記検出手段は視覚センサであることを特徴とする請求項１記載の自動調芯装置。
【請求項３】
前記視覚センサは、第１のワークと第２のワークとを異なる方向から撮像する第１の撮像手段と第２の撮像手段とを有することを特徴とする請求項２記載の自動調芯装置。
【請求項４】
前記第１の撮像手段は、第１、及び第２のワークを側方から撮像し、第２の撮像手段は、第２の撮像手段と直交する方向から該第１及び第２のワークの側方を撮像することを特徴とする請求項３記載の自動調芯装置。
【請求項５】
前記可動アクチュエータは、２軸以上、６軸以下の可動軸を有する多関節ロボットであることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の自動調芯装置。
【請求項６】
前記第１のワークはキセノン管の電極棒であり、第２のワークは電極棒に挿入されてかしめられるカソードであることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の自動調芯装置。
【請求項７】
第１のワークが保持される保持手段と、第１のワークの中心軸ベクトルとその位置とを検出する検出手段と、第２のワークを保持し、検出手段の検出結果に基づいて移動して第１のワークに第２のワークを取り付ける可動アクチュエータとを備える組立装置に用いられる自動調芯方法であって、
前記可動アクチュエータを制御して、第２のワークを検出手段の検出範囲内に移動させる第１のステップと、
前記検出手段を制御して、第１のワークと第２のワークとの中心軸ベクトルとその位置とを検出させる第２のステップと、
この検出結果から、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内にあるか否かを判定する第３のステップと、
第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内に無いときに、その誤差量を算出する第４のステップと、
この誤差量の分だけ第２のワークを移動させる第５のステップを備え、
該第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との間隔が所定の範囲内に収まるまで前記第２〜第５のステップを繰り返すことを特徴とする自動調芯方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のワークの中心軸を自動的に合せる自動調芯装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ツールを交換して様々な作業に使用することができる汎用性を備えた産業用ロボットとして、多関節ロボットが知られている。この多関節ロボットには、アームを主に水平方向で移動させる水平多関節ロボット（スカラーロボット）や、アームを主に垂直方向で移動させる垂直多関節ロボット（多軸ロボット）等がある。多軸ロボットは、ツールを任意の姿勢にすることができ、スカラーロボットに比べ、より高い汎用性を備えている。
【０００３】
多関節ロボットに所定の動作を行なわせるために、撮像カメラと画像認識装置とからなる視覚センサでワークの位置や姿勢を検出し、この検出位置にロボットハンド等のツールを移動させて、ワークをハンドリングする手法が一般に用いられている。視覚センサで検出した位置にツールを精度よく移動させるには、視覚センサの検出位置座標系と、多関節ロボットのツール位置座標系とを高精度に対応させなければならない。この二つの座標系を対応させる作業は、一般にキャリブレーションと呼ばれている。
【０００４】
また、キャリブレーションを行っただけでは多関節ロボットを正確に動作させることができない。多関節ロボットを稼働させる前に基準となるワークの位置や、この基準となるワークに作業を行う際のツールの基準姿勢等を教えるティーチングが必要となる。そして、実際に多関節ロボットが稼働する際には、視覚センサによってワークの位置を検出し、このワークの検出位置をティーチングされた基準となるワークの位置と比較して差を求め、この差の分だけツールの基準姿勢をオフセットすることにより作業を行う。
【０００５】
従来のティーチングは、オペレータが多関節ロボットのツールを手で持って基準姿勢の位置に移動させたり、ティーチングペンダントと呼ばれるリモコンで多関節ロボットのアームを動かしてツールを基準姿勢に移動させ、その位置で基準姿勢と基準位置とを登録している。
【特許文献１】特開２００３−０８６０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来のティーチング方法では、ワークの基準位置とツールの基準姿勢との中心軸を合せること、いわゆる芯合せ作業（調芯作業）が非常に難しく、時間がかかるという問題があった。また、オペレータによる作業であるため、オペレータの能力によって精度に差が出てしまうという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、ティーチング時の調芯作業を短時間で精度良く行うことができる自動調芯装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の自動調芯装置は、第１のワークが保持される保持手段と、第１のワークの中心軸ベクトルとその位置とを検出する検出手段と、第２のワークを保持し、検出手段の検出結果に基づいて移動して第１のワークに第２のワークを取り付ける可動アクチュエータとを有する組立装置に用いられ、可動アクチュエータを制御して第２のワークを検出手段の検出範囲内に移動させ、検出手段を制御して第１のワークの中心軸ベクトルおよびその位置と第２のワークの中心軸ベクトルおよびその位置とを検出させる制御手段と、検出手段の検出結果から、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内に無いときに、その誤差量を算出する演算手段とを備えており、制御手段は、第１のワークの中心軸ベクトルと第２のワークの中心軸ベクトルとの間隔が所定の範囲内に収まるまで、演算手段で算出された誤差量の分だけ第２のワークを移動させ、第１のワークの中心軸ベクトルおよびその位置と第２のワークの中心軸ベクトルおよびその位置とを検出させる動作を繰り返すようにしたものである。
【０００９】
また、検出手段として、視覚センサを用いたものである。更に、視覚センサとして、第１のワークと第２のワークとを異なる方向から撮像する第１の撮像手段と第２の撮像手段とを有するものである。また、第１の撮像手段は、第１、及び第２のワークを側方から撮像し、第２の撮像手段は、第２の撮像手段と直交する方向から該第１及び第２のワークの側方を撮像するようにしたものである。
【００１０】
また、可動アクチュエータとして、２軸以上、６軸以下の可動軸を有する多関節ロボットを用いたものである。
【００１１】
更に、第１のワークとして、キセノン管の電極棒を用い、第２のワークとして、電極棒に挿入されてかしめられるカソードを用いたものである。
【００１２】
また、本発明の自動調芯方法は、第１のワークが保持される保持手段と、第１のワークの中心軸ベクトルとその位置とを検出する検出手段と、第２のワークを保持し、検出手段の検出結果に基づいて移動して第１のワークに第２のワークを取り付ける可動アクチュエータとを備える組立装置に用いられ、可動アクチュエータを制御して、第２のワークを検出手段の検出範囲内に移動させる第１のステップと、検出手段を制御して、第１のワークと第２のワークとの中心軸ベクトルとその位置とを検出させる第２のステップと、この検出結果から第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内にあるか否かを判定する第３のステップと、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内に無いときに、その誤差量を算出する第４のステップと、この誤差量の分だけ第２のワークを移動させる第５のステップとを備え、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔が所定の範囲内に収まるまで第２〜第５のステップを繰り返すようにしている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１のワークの中心軸と第２のワークの中心軸との成す角およびその間隔を自動的に所定の範囲内に収めることができるので、ロボットのティーチング時の調芯作業が精度よく、短時間で行うことができる。また、自動的に行われるので、オペレータによる作業の忘れや、作業ミスも発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１及び図２は、本発明の自動調芯方法及び装置を用いた挿入・かしめ装置の構成を示す外観斜視図である。この挿入・かしめ装置２は、キセノン管の陰極側電極棒にカソードを挿入し、このカソードをかしめて陰極側電極棒に固着させる装置である。
【００１５】
図３及び図４の断面図及び分解斜視図に示すように、ストロボ装置の光源として用いられるキセノン管５は、筒状の透明なガラス管６と、このガラス管６の両端に形成された開口部７，８に挿入される陰極側電極棒９及び陽極側電極棒１０と、陰極側電極棒９に取り付けられるカソード１１と、ガラス管６の開口部７，８を密封するガラスビーズ１２，１３と、ガラス管６内に封入されるキセノンガスから構成されている。
【００１６】
陰極側電極棒９は、ガラス管６内に納められる電極部１６と、ガラス管６外に突出されてプリント基板等への配線に使用されるリード部１７とからなり、電極部１６とリード部１７との間には、略ボール形状の溶接玉１８が設けられている。電極部１６は、例えばタングステン（Ｗ）を用いて棒状に形成されている。リード部１７は、例えばニッケル（Ｎｉ）を用いて形成されており、電極部１６と径が同等、もしくは若干太くされている。溶接玉１８は、電極部１６とリード部１７とを溶接して接合する際に、リード部１７が溶けて電極部１６の端部を包み込むことで形成される。陽極側電極棒１０は、陰極側電極棒９と同様に、電極部１９，リード部２０，溶接玉２１からなり、電極部１９の長さが異なる以外は、同じ材質、同様の製造方法で製造される。
【００１７】
ガラスビーズ１２，１３は、ガラスで略リング形状に形成されており、中央には電極棒９，１０の電極部１６，１９が挿通される穴１２ａ，１３ａが形成されている。このガラスビーズ１２，１３は、電極部１６，１９に挿入後、ヒーターで加熱されて電極棒９，１０に溶着される。その後、ガラス管６の開口部７，８に挿入されてヒーターで加熱されることで溶融し、ガラス管６を密封する。
【００１８】
カソード１１は、金属粉末を筒状に成型，焼結したものにセシウム化合物等を添加処理したもので、放電時の電子放出効率を高めるために用いられている。このカソード１１は、ガラスビーズ１２が溶着された後で電極部１６の所定の位置に挿入され、外側からかしめられることにより電極部１６に固着される。
【００１９】
挿入・かしめ装置２は、架台３０の上部台板３０ａに設置されて加工を行う加工部３２と、下部台板３０ｂに設置されて加工部３２を制御するハードウェアである制御部３３と、この制御部３３をソフトウェア的に制御する制御コンピュータ３４とから構成されている。上部台板３０ａの側縁には、挿入・かしめ装置２の操作に用いられる各種スイッチやモニタを備えた操作盤３５が設けられている。
【００２０】
加工部３２には、陰極側電極棒（以下、電極棒と省略する）９を供給する電極棒供給台３９と、カソード１１が取り付けられた電極棒９（以下、加工済み電極棒と呼ぶ）を集積する電極棒集積台４１とが並んで配置されている。電極棒供給台３９及び電極棒集積台４１は、上面に設けられた多数の穴に電極棒９のリード部１７を挿入させ、立てた状態で収納する。また、電極棒供給台３９から取り出された電極棒９を保持して本かしめを行う組立台ユニット４２と、この組立台ユニット４２に保持された電極棒９とカソード１１との位置座標と軸方向のベクトルとを検出するために撮像する第１電極棒認識カメラ４３、第２電極棒認識カメラ４４とが設けられている。
【００２１】
更に、組立台ユニット４２の側方には、カソード１１が供給されるカソード供給ユニット４７が配置されている。また、電極棒供給台３９から電極棒９を取り出して組立台ユニット４２にセットし、カソード供給ユニット４７からカソード１１を取り出して組立台ユニット４２の電極棒９に挿入して仮かしめを行ない、加工済み電極棒を組立台ユニット４２から取り出して電極棒集積台４１に集積するスカラーロボット４８が設置されている。
【００２２】
制御部３３は、スカラーロボット４８と、組立台ユニット４２のロボシリンダとを制御するロボットコントローラ５１と、ロボット以外を制御する多数の制御基板が組み込まれたコントロールボックス５２とが設置されている。制御コンピュータ３４は、このロボットコントローラ５１とコントロールボックス５２に接続されている。なお、下部台板３０ｂには、カソード供給ユニット４７を構成するカソード認識カメラ５３も設置されている。
【００２３】
図５は、組立台ユニット４２の断面図である。組立台ユニット４２は、上部台板３０ａに取り付けられる組立台本体５５と、この組立台本体５５の上部に取り付けられて電極棒９を保持する略円筒形状の組立台５６と、電極棒９に仮かしめされたカソード１１の外周を更に強く押圧してかしめる本かしめチャック５７と、カソード１１の高さ位置に合せて本かしめチャック５７を昇降させるロボシリンダ５８等から構成されてユニット化されており、品種変更の際には、このユニット４２ごと交換することで迅速に対応することができる。
【００２４】
組立台５６の断面を表す図６に示すように、組立台５６の上面中央には、溶接玉１８よりも大きな径を有する円形の開口部５６ａが設けられ、その下方には、電極棒９のリード部１７よりも径が大きく、かつ溶接玉１８より小さな径を有する支持穴５６ｂが形成されている。開口部５６ａと支持穴５６ｂとの間は、テーパー面５６ｃによって接続されている。
【００２５】
スカラーロボット４８は、電極棒供給台３９から１本の電極棒９を取り出して組立台ユニット４２の上方に移動し、電極棒９のリード部１７を組立台５６の開口部５６ａに挿入する。組立台５６に挿入された電極棒９は、リード部１７が支持穴５６ｂに収容され、溶接玉１８がテーパー面５６ｃに引っ掛かることにより、簡易に位置決めされて電極部１６が組立台５６の上方に突出される。なお、詳しくは図示しないが、支持穴５６ｂに接続された通気穴５６ｅにはエアポンプが接続されており、組立台５６への電極棒９の挿入及び取り出しを空気の流れによってアシストする。
【００２６】
組立台ユニット４２の周囲には、組立台５６に保持された電極棒９とカソード１１の中心軸ベクトルとその位置を検出するために撮像する第１電極棒認識カメラ４３、第２電極棒認識カメラ４４が設けられている。組立台５６を挟んでこれらのカメラ４３，４４に正対する位置には、各カメラ４３，４４に対応して電極棒９とカソード１１とを照明する第１電極棒照明６２，第２電極棒照明６３とが配置されている。これらのカメラ４３，４４及び照明６２，６３は、上部台板３０ａに取り付けられたブラケットによって保持されている。なお、図５に示す第２電極棒認識カメラ４４及び第２電極棒照明６３は、組立台ユニット４２の断面方向と正確には合致していないが、第２電極棒認識カメラ４４及び第２電極棒照明６３による電極棒９とカソード１１との撮像を模式的に表すため、図示している。
【００２７】
挿入・かしめ装置２の平面座標を図１に示すＸＹ座標とし、このＸＹ座標からなる面に垂直な座標をＺ座標としたとき、第１電極棒認識カメラ４３はＸ方向から、第２電極棒認識カメラ４４はＹ方向から電極棒９とカソード１１の全体とが納められる範囲を撮像し、第１電極棒照明６２，第２電極棒照明６３は、それぞれのカメラ４３，４４に対面する位置から電極棒９とカソード１１とを照明する。第１電極棒認識カメラ４３，第２電極棒認識カメラ４４は、制御コンピュータ３４に接続されており、制御コンピュータ３４の指令で撮像を行なう。また、第１電極棒照明６２，第２電極棒照明６３は、照明コントローラ６６を介して制御コンピュータ３４に接続されており、制御コンピュータ３４の指令で輝度調整、及び点灯／消灯する。なお、電極棒９の撮像時に外乱光の影響を防止する必要がある場合には、第１電極棒認識カメラ４３，第２電極棒認識カメラ４４にシャープカットフィルタを取り付けるとよい。
【００２８】
カソード供給ユニット４７は、ボールフィーダ７０、行きラインフィーダ７１、戻りラインフィーダ７２と、ステージ照明７３と、下部台板３０ｂに設置されるカソード認識カメラ５３等から構成されており、カソード１１のストック及び供給を行う。ボールフィーダ７０は、多数のカソード１１をストックし、行きラインフィーダ７１上に所定量のカソード１１を送出する。詳しくは図示しないが、ボールフィーダ７０のカソード搬送路中１箇所は、１個のカソード１１が通過できる程度の幅となっており、カソード１１が必要以上に送出されないようにしている。また、ボールフィーダ７０の上部からは、カソード１１の酸化を防ぐために窒素が供給される。
【００２９】
行きラインフィーダ７１は、振動フィーダであり、所定量のカソード１１が供給される搬送路７６と、この搬送路７６を振動させてカソード１１を搬送する振動機構７７とを備えている。搬送路７６の上面の両側縁には、カソード１１がこぼれ落ちるのを防止するために一段高くされたガイド７６ａが設けられている。このガイド７６ａは、スカラーロボット４８によって搬送路７６上のカソード１１把持する際に、カソード１１把持する爪に干渉しない高さである。戻りラインフィーダ７２は、搬送路７６の側面に取り付けられて一緒に振動される樋状の部材からなり、搬送路７６上を搬送されてきたカソード１１を受け取り、ボールフィーダ７０に向けて搬送する。
【００３０】
振動機構７７は、搬送路７６上のカソード１１を搬送させる搬送動作と、カソード１１の位置を分散させ、かつ姿勢を変化させる分散動作とを同時に行う。スカラーロボット４８によって搬送路７６上のカソード１１を把持する際に、位置及び姿勢が適当なカソード１１がない場合には再び振動機構７７を駆動させ、取り出しに適当なカソード１１が見つかるまでこれを繰り返す。なお、分散効果を高めるために別の加振装置等による振動をあたえてもよい。
【００３１】
搬送路７６の中央部分には、透明な材質で形成された板、例えばガラス板が嵌め込まれた取出しステージ８０が設けられている。図７の断面図に示すように、上部台板３０ａには、取出しステージ８０に対面する位置に開口８１が設けられており、この開口８１の下方には前述のカソード認識カメラ５３が配置され、取出しステージ８０上に供給されたカソード１１が撮像できるようになっている。視覚センサを構成するカソード認識カメラ５３は、制御コンピュータ３４に接続されており、この制御コンピュータ３４の指令によって、取出しステージ８０上のカソード１１を撮像し、得た画像を制御コンピュータ３４に入力する。
【００３２】
ステージ照明７３は、カソード認識カメラ５３によって取出しステージ８０上のカソード１１を撮像する際に、取出しステージ８０を照明する。ステージ照明７３は、照明シリンダ８４によって取出しステージ８０上と、この取出しステージ８０から退避する位置との間で移動され、スカラーロボット４８によるカソード１１取り出しを阻害しないようになっている。このステージ照明７３は、制御コンピュータ３４に接続されており、制御コンピュータ３４の指令で輝度調整及び点灯／消灯が行われる。また、照明シリンダ８４も制御コンピュータ３４に接続されており、制御コンピュータ３４の指令でステージ照明７３を取出しステージ８０上に挿脱する。なお、ステージ照明７３をスカラーロボット４８に干渉しない高い位置に設置する場合には、照明シリンダ８４は必要ない。
【００３３】
図１に示すように、スカラーロボット４８は、アームを水平方向で移動させる水平多間接ロボットであって、上部台板３０ａに固定される基台部４８ａと、この基台部４８ａに垂直に立設される円筒形状の支持部４８ｂと、この支持部４８ｂの上端に水平方向で回転自在に取り付けられる第１アーム４８ｃと、この第１アーム４８ｃの先端に回転自在に取り付けられる第２アーム４８ｄと、この第２アーム４８ｄの先端に回転及び昇降自在に設けられるリスト部４８ｅと、このリスト部４８ｅに取り付けられるロボットヘッド８８とから構成されている。各アーム４８ｃ，４８ｄ及びリスト部４８ｅは、モータやギヤ等からなる駆動機構によって駆動され、ロボットヘッド８８は前述した加工部３２上で移動される。
【００３４】
図８は、ロボットヘッド８８の外観形状を示す斜視図である。このロボットヘッド８８は、リスト部４８ｅに取り付けられたオートツールチェンジャ９１を介してスカラーロボット４８に取り付けられる。オートツールチェンジャ９１は、ロボットヘッド８８を保持する保持機構と、この保持機構にロボットヘッド８８の保持動作と解除動作とを行わせるアクチュエータとを備えたもので、ロボットヘッド８８の自動交換に用いられる。
【００３５】
ロボットヘッド８８は、内部が空洞なフレーム状に形成されて軽量化されたヘッド本体９４と、このヘッド本体９４の上部に取り付けられてオートツールチェンジャ９１に保持されるチェンジャアタッチメント９５と、ヘッド本体９４の下部に取り付けられる３爪チャック９６と、ヘッド本体９４の側面に取り付けられるヘッドシリンダ９７と、このヘッドシリンダ９７に保持される吸着ヘッド９８、検査ヘッド９９、ＮＧ用チャック１００と、ヘッドシリンダ９７と反対側でヘッド本体９４の側面に取り付けられるキャリブレーション用照明１０１とを備える。
【００３６】
図９は、３爪チャック９６を底面側から見た状態を示す斜視図である。３爪チャック９６は、カソード供給ユニット４７の取出しステージ８０からカソード１１の外周を３個の爪で把持して取り出し、組立台５６に保持された電極棒９に挿入し、３個の爪の把持力を強くしてカソード１１の外周を押圧して仮かしめを行う。３爪チャック９６は、略円筒形状のチャック本体９６ａと、このチャック本体９６ａの下面に等角度で配置され、半径方向に移動自在とされた３個のスライド部材９６ｂと、これらのスライド部材９６ｂに取り付けられるチャック爪１０５と、チャック本体９６ａ内に組み込まれてスライド部材９６ｂを移動させる機構とを備えている。
【００３７】
チャック爪１０５は、スライド部材９６ｂに取り付けられる爪本体１０５ａと、この爪本体１０５ａに取り付けられてカソード１１把持する把持爪１０５ｂとから構成されている。把持爪１０５ｂの先端部１０５ｃは、カソード１１を把持する際にカソード供給ユニット４７のガイド７６ａとの干渉を防ぐため、下方に突出されている。図１０は、把持爪１０５ｂによるカソード１１の把持状態を示す底面図である。把持爪１０５ｂの先端部１０５ｃには、カソード１１の外径に合せて切欠１０５ｄが設けられているため、カソード１１を把持する際にカソード１１の中心と３爪チャック９６の中心とが多少ずれていても、カソード１１は３爪チャック９６の中心に位置決めされる。
【００３８】
吸着ヘッド９８は、エア吸引によって電極棒９を吸着保持する機構であり、電極棒供給台３９から電極棒９を吸着して取り出し、組立台５６に挿入し、カソード１１が組付けられた加工済み電極棒を組立台５６から取り出して、電極棒集積台４１に集積する。検査ヘッド９９は、電極棒９に取り付けられたカソード１１を軸方向で押圧して、締結力を検査する。ＮＧ用チャック１００は、ＮＧ品と判断された電極棒９を組立台ユニット４２から除去する。ヘッドシリンダ９７は、吸着ヘッド９８、検査ヘッド９９、ＮＧ用チャック１００を昇降させて、組立台ユニット４２やカソード供給ユニット４７と干渉するのを防止する。
【００３９】
キャリブレーション用照明１０１は、下面が点灯される照明であって、カソード認識カメラ５３のカメラ座標と、スカラーロボット４８のロボット座標とを対応付けるキャリブレーション時の指標として用いられる。従来のキャリブレーションでは、ロボットに設けられたキャリブレーション用の治具や、ロボットに持たせたワークの指標を照明し、これらをカメラで撮像してカメラ座標とロボット座標との対応付けを行なっていた。しかし、この方法では、大きな照明が必要であり、照明を設置するスペースも必要となるため、高コストであった。そこで、本実施形態では、ロボットヘッド８８にそれ自体が指標となる照明を持たせることで、これらの問題を解決している。
【００４０】
第１電極棒認識カメラ４３の両側方には、予備電極棒供給台１０９と、カソード排出台１１０とが設置されている。予備電極棒供給台１０９は、電極棒９を立てた状態で多数収容する台であり、組立台ユニット４２でＮＧが発生したときに、そのＮＧ品の電極棒に代わって新たな電極棒９を供給する。カソード排出台１１０は、３爪チャック９６に保持されているカソード１１を排出する際に使用される。
【００４１】
制御コンピュータ３４には、組立台ユニット４２で電極棒９とカソード１１の位置を検出する視覚センサを構成する組立部（以降Ｋ部と呼ぶ）画像処理プログラムと、カソード供給ユニット４７でカソード１１の位置及び姿勢を検出する視覚センサを構成するフィーダ部（以降Ｆ部と呼ぶ）画像処理プログラムとが組み込まれている。ロボットコントローラ５１には、スカラーロボット４８によって電極棒９を組み立てるロボットプログラムが組み込まれている。ロボットプログラムは、制御コンピュータ３４によって算出された視覚センサのカメラ座標をロボット座標に変換し、このロボット座標に基づいてスカラーロボット４８及びロボシリンダ５８を動作させる。
【００４２】
上記挿入・かしめ装置は、例えば次のように動作する。図１１のフローチャートに示すように、オペレータは電極棒供給台３９，予備電極棒供給台１０９に電極棒９がセットされていること、電極棒集積台４１が空であること等を確認して操作盤３５の自動運転スイッチを操作する。これにより、ロボットコントローラ５１のロボットプログラムが起動する。
【００４３】
ロボットプログラムは、制御コンピュータ３４にＦ部画像処理プログラムとＫ部画像処理プログラムとを起動させる。ここで、Ｆ部画像処理プログラムはカソード供給ユニット４７を制御し、カソード認識カメラ５３により取出しステージ８０上に流れてきた力ソード１１の姿勢と位置を認識して、力ソード１１の座標をロボットコントローラ５１へ返すＦ部タスクを実行する。また、Ｋ部画像処理プログラムは、第１電極棒認識カメラ４３，第２電極棒認識カメラ４４を制御し、組立台５６にセットされた電極棒９及びカソード１１の位置等の座標をロボットコントローラ５１へ返すＫ部タスクを実行する。
【００４４】
次に、１つ目の組み立てに使用するカソード１１を取得する。Ｆ部画像処理プログラムは、前回のタスクで画像サーチされた残りのカソード１１があるかどうかの確認を行い、ある場合はそのまま画像取込を行い、無い場合はボールフィーダ７０、行きラインフィーダ７１を駆動させ、取出しステージ８０上にカソード１１を払い出し＆供給を行う。行きラインフィーダ７１は一定時間駆動後停止させ、カソード認識カメラ５３により画像取込を行い取出しステージ８０上に供給されたカソード１１を検出する。
【００４５】
カソード１１が検出できない場合には、再びボールフィーダ７０、行きラインフィーダ７１を駆動させ、画像取込・カソード検出を繰り返す。検出された場合はカソード認識カメラ５３により取得した画像を２値化し、まず取出しステージ８０上にあるカソード８の個数を検出する。取出しステージ８０上にあるカソード１１の個数は、ボールフィーダ７０内にストックしているカソード１１の個数を反映しているため、その数が少ない場合には、「ボールフィーダ内のカソードの量が不足しています」等のメッセージを表示するための識別記号を出力座標に追加する。次に目標となるカソード１１の周囲に他のカソードが無いかの検査（そのカソード１１を取り出しに行くときに把持爪１０５ｂが他のカソードと干渉するのを防止するための検査）、また、カソード１１の形状が欠けていないか等を検査し、これらの検査をクリアすればこのカソード１１のカメラ座標（ｐｉｘｅｌ値）をロボットコントローラ５１へ送信する。
【００４６】
これらの検査でＮＧとなった場合は、同画像にて検出された他のカソードについて同検査を再度実施することを繰り返す。検査にてすべてＮＧとなった場合には行きラインフィーダ７１を駆動させて新たに取得できるカソード１１を捜す。カソード１１の座標出力が終わるとロボットプログラムは、受信したカメラ座標（ｐｉｘｅｌ）をロボット座標（ｍｍ）に変換する等の計算をすることでカソード１１の取出し位置を計算し、計算終了信号を出力する。なお、フローチャートには記載しないが、画像取込の際にはステージ照明７３を取出しステージ８０上に移動させ、点灯させている。座標出力後はカソード１１の取り出しに邪魔にならない位置へ移動させ照明を消灯させる。
【００４７】
図１２は、ロボット座標（Ｘ，Ｙ）とカメラ座標（ｘ，ｙ）との関係を示している。２点鎖線で示す四角形Ｆは、カソード認識カメラ５３による撮像範囲を示しており、取出しステージ８０よりも僅かに大きな面積を有している。例えば、カメラ座標（ｘ，ｙ）の基準位置Ｏｓのロボット座標が（Ｘ０，Ｙ０）であるときに、取出しステージ８０上の検出位置座標（ｘａ，ｙａ）にあるカソード１１は、ロボット座標（Ｘａ，Ｙａ）に位置することになる。
【００４８】
組立プログラムは、下記の座標変換式（１），（２）を使用して、カソード認識５３によって検出されたカソード１１のカメラ座標（ｘａ，ｙａ）から、ロボット座標（Ｘａ，Ｙａ）を算出する。なお、座標変換式（１），（２）のキャリブレーション係数α１，β１，α２，β２及び検出位置座標系の基準位置Ｏｓのツール位置座標（Ｘ０，Ｙ０）は、座標変換精度に直接影響するパラメータである。
Ｘ＝α１ｘ＋β１ｙ＋Ｘ０・・・式（１）
Ｙ＝α２ｘ＋β２ｙ＋Ｙ０・・・式（２）
【００４９】
図１３（Ａ）に示すように、組立プログラムは、上記式で得られたロボット座標と、予め設定されているカソード１１の基準取出位置（例えば、取出しステージ８０の中央）のロボット座標とを比較し、その差分から補正量Ｌ１を算出する。そして、カソード１１の基準取出位置に対応して設定されている基準取出姿勢に補正量Ｌ１を加算し、実際にカソード１１を取り出すためにロボットヘッド８８が移動されるロボット座標を算出し、ロボットヘッド８８をその算出したロボット座標に移動させる。
【００５０】
図１３（Ｂ）に示すように、ロボットヘッド８８は把持爪１０５ｂを開いた状態で下降され、把持爪１０５ｂを閉じてカソード１１を把持する。このときの把持圧力は、カソード１１を変形させない程度の圧力が用いられる。カソード１１の取り出し後、ロボットヘッド８８がステージ照明７３の稼動範囲を抜けたところで再び次の組み立てのためのカソード検出を開始する。
【００５１】
以上のようにスカラーロボット４８でカソード１１を取り出している間、Ｋ部画像処理プログラムは、第１電極棒照明６２，第２電極棒照明６３を点灯させ、第１電極棒認識カメラ４３，第２電極棒認識カメラ４４で組立台５６を撮像して電極棒９が残っていないことを確認する。前回のタスクの電極棒９が残っている場合には、ＮＧ用チャック１００によってその電極棒９を組立台５６から取り出して排出する。
【００５２】
組立台５６に電極棒９が残っていない場合、スカラーロボット４８は、電極棒９を取り出すために電極棒供給台３２の上方に移動し、吸着ヘッド９８で電極棒９６を吸い上げ、吸着した電極棒９を組立台５６に挿入する。この時、吸着ヘッド９８で吸着破壊を行うと同時に組立台５６で吸着で吸うことで挿入を安定化させている。次にカソード１１電極棒９に挿入するため、電極棒９の先端位置を検出するＫ部タスク１がスタートされる。
【００５３】
Ｋ部タスク１では第１電極棒認識カメラ４３及び第２電極棒認識カメラ４４にてそれぞれ画像取込＆サーチを行い、それぞれ電極棒９が検出されたか、また、検出された電極棒９が一定以上傾いていないかを検査したあと、問題がなければ電極棒９の先端の座標を、エラーがあればエラー内容をロボットコントローラ５１へ送信する。座標／エラー出力が終わると組立プログラムは、受信したカメラ座標（ｐｉｘｅｌ）をロボット座標（ｍｍ）に直す等の計算をすることでカソード１１の挿入位置と挿入量を計算する。
【００５４】
第１電極棒認識カメラ４３のカメラ座標（ｙ，ｚ）からロボット座標（Ｙ，Ｚ）への変換と、第２電極棒認識カメラ４４のカメラ座標（ｘ，ｚ）からロボット座標（Ｘ，Ｚ）への変換にも、上述した座標変換式（１）、（２）が用いられる。なお、座標変換式のキャリブレーション係数は、カメラごとに求められた固有の係数が用いられる。
【００５５】
図１３（Ｃ）に示すように、組立プログラムは、上記式で得られたロボット座標と、予め設定されている電極棒９の基準挿入位置のロボット座標とを比較し、その差分から補正量Ｌ２を算出する。そして、基準挿入位置に対応して設定されている基準挿入姿勢に補正量Ｌ２を加算し、実際に電極棒９にカソード１１を挿入するためにロボットヘッド８８が移動されるロボット座標を算出し、このロボット座標にロボットヘッド８８を移動させる。
【００５６】
図１３（Ｄ）に示すように、ロボットヘッド８８を下降させて電極棒９にカソード１１を挿入し、一定の挿入量のところでロボットヘッド８８を停止させた後、把持爪１０５ｂの把持圧力を上昇させ仮かしめを行う。仮かしめ後、把持爪１０５ｂを開き、ロボットヘッド８８を退避させ、力ソード１１の位置検出＆本かしめを行うＫ部タスク２をスタートさせる。
【００５７】
Ｋ部タスク２では、仮かしめ後のカソード１１の位置を検出し、その座標をロボットコントローラ５１へ送信する。組立プログラムでは受信した座標より種々の計算を経て本かしめ位置を計算してロボシリンダ５８を移動させ、本かしめを行う。本かしめの終了後、ロボシリンダ５８は下降して待機位置へ戻る。
【００５８】
一方、Ｋ部タスク２が行われている間に、スカラーロボット４８は次の組み立てのためのカソード１１の取り出しを行う。このカソード１１の取り出しがスムーズに行えるように、Ｋ部タスクと並行してＦ部のタスクが行われている。
【００５９】
力ソード１１の取り出しを終えてさらにＫ部タスク２が終了すると、カソード１１の押圧検査が行われる。スカラーロボット４８は、検査ヘッド９９でカソード１１を下方に押圧し、バネ力にてある所定の力をかけた後検査ヘッド９６が退避する。ロボットヘッド８８が十分退避した後に突出量を測定するＫ部タスク３がスタートする。
【００６０】
Ｋ部タスク３では電極棒９の先端位置検出およびカソード１１の上面の位置検出を行い、電極棒９の先端位置およびカソード１１の上面が共に検出された場合それぞれのカメラ座標を、また、エラーが発生した場合エラー信号をロボットコントローラ５１へ送信する。組立プログラムは、受信したそれぞれのカメラ座標（ｐｉｘｅｌ）をロボット座標（ｍｍ）に変換し、その高さの差をとって突出量を計算する。そして、突出量が事前に定めた規定の範囲内であるかを判別し、ＯＫであればＯＫ品として吸着ヘッド９８により組立台５６から加工済み電極棒を取り出す。その後、加工済み電極棒の取り出しでミスが発生してないか検査するＫ部タスク４がスタートする。
【００６１】
Ｋ部タスク４は加工済み電極棒の取り出し後、組立台５６に何も残っていないかを確認するためのタスクであるので、取り込んだ画像にはミスが無ければ何も写らない。その確認方法として、取得した画像を２値化し、その２値化したものの中に色が反転した部分が存在するかどうかを検出し、その結果をロボットコントローラ５１へ送信する。組立プログラムで結果を受信すると同時に、Ｋ部タスク４が終了する。
【００６２】
Ｋ部タスク４の結果より加工済み電極棒の取り出しミスが無ければ電極棒集積台４１の指定位置に加工済み電極棒を集積する。その後１バッチ終了したか、あるいは停止ＳＷが押されているかを確認し、どちらでもなければ次の電極棒９を取り出しに行き、どちらかであれば組み立てを終了し、把持しているカソード１１をカソード排出台１１０で排出し待機位置に戻り自動組立を終了する。
【００６３】
上述したように、カソード１１を電極棒９に精度良く取り付けるには、カメラ座標とロボット座標とが精度良く対応づけされている必要がある。そのため、挿入・かしめ装置では、定期的にカメラ座標とロボット座標とを対応させるキャリブレーションが行われる。例えば、カソード認識カメラ５３のカメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションには、本出願人により発明されたキャリブレーション方法（特願２００４−２６８６４０号参照）が用いられる。以下、図１４のフローチャートを参照してキャリブレーション方法について説明する。
【００６４】
キャリブレーションは、ロボットコントローラ５１に組み込まれているキャリブレーションプログラムによって制御される。図１５に示すように、カソード認識カメラ５３のカメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションでは、ロボットヘッド８８を取出しステージ８０上に移動させ、ロボット座標上に予め設定されている４点のキャリブレーション位置Ｃ１〜Ｃ４にキャリブレーション用照明１０１を移動させる。そして、各キャリブレーション位置でキャリブレーション用照明１０１を撮像してカメラ座標を取得し、このキャリブレーション位置のカメラ座標と、予め設定されているキャリブレーション位置のロボット座標とから、前述した座標変換式（１），（２）のキャリブレーション係数を算出する。
【００６５】
なお、上記先願のキャリブレーション方法では、各キャリブレーション位置でロボットヘッドを回転させ、各回転位置の平均からキャリブレーション位置のカメラ座標を求めているが、これは、多軸ロボットによって様々な方向からワークを把持するためであり、スカラーロボット４７を使用してカソード１１を上方からのみ把持する本実施形態では、各キャリブレーション位置でロボットヘッド８８を回転させる必要はない。
【００６６】
また、キャリブレーションにキャリブレーション用照明１０１を使用するのは、カソード供給ユニット４７を小形化、低コスト化するためである。従来のキャリブレーションでは、ロボットに設けられたキャリブレーション用の治具や、ロボットに持たせたワークの指標を照明し、ロボット座標上に設定されたキャリブレーション位置に指標を移動させてカメラで撮像している。しかし、この方法では、移動された指標を確実に照明するために大きな照明が必要であり、この大きな照明を設置するスペースも必要となる。そこで、本実施形態では、ロボットヘッド８８にそれ自体が指標となる照明１０１を持たせることで、これらの問題を解決している。
【００６７】
また、第１電極棒認識カメラ４３のカメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションと、第２電極棒認識カメラ４４のカメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションも同様の手法で、同時に行われる。まず、Ｆ部画像処理プログラムのＦ部タスクが実行され、ロボットヘッド８８は取出しステージ８０からロボット位置の指標となるカソード１１を取り出す。このときのカソード１１の掴み代は、カソード１１を撮像しやすくするために組立時よりも短くする。
【００６８】
次に、図１６に示すように、第１電極棒認識カメラ４３，第２電極棒認識カメラ４４の撮像範囲内に予め設定されているロボット座標上のキャリブレーション位置Ｃｒ１〜Ｃｒ８にカソード１１を移動させ、各位置でカソード１１のカメラ座標を取得する。このとき、キャリブレーション位置Ｃｒ１〜Ｃｒ８が頂点となる形は直方体であり、その各面はＸ−Ｙ面，Ｙ−Ｚ面，Ｘ−Ｚ面のいずれかと並行となる。例えば、第２電極棒認識カメラ４４で撮像された画像は、キャリブレーション位置Ｃｒ１とＣｒ２がほぼ同位置となり、同様にＣｒ３とＣｒ４、Ｃｒ５とＣｒ６、Ｃｒ７とＣｒ８もほぼ同位置となる。そこで、これらほぼ同位置の座標の平均を求め、これをキャリブレーション位置のカメラ座標とすることで、測定誤差を軽減する。
【００６９】
以上のように求めた各キャリブレーション位置Ｃｒ１〜Ｃｒ８のカメラ座標とロボット座標とから、座標変換式のキャリブレーション係数を求める。なお、キャリブレーション方法の詳細については、本出願人よる先願を参照されたい。
【００７０】
上述したキャリブレーションだけでは、カソード１１を電極棒９に取り付けることはできず、スカラーロボット４８にその動作を教えるティーチングが必要となる。このティーチングでは、ロボットに対し、対象となるワークの基準位置と、この基準位置にあるワークを取出しまたは加工する際のロボットヘッドの位置となる基準姿勢が登録される。例えば、図１３（Ｃ）に示すように、電極棒９の基準挿入位置は、組立台５６の上方に位置する電極棒９の先端であり、この基準挿入位置に対応する把持爪１０５ｂの基準挿入姿勢は、基準挿入位置の上方で、電極棒９の中心軸と同軸上に設定されている。
【００７１】
本発明では、基準挿入位置と基準挿入姿勢とを登録する際に、電極棒９とカソード１１との中心軸を合せる作業、いわゆる調芯作業をロボットコントローラ５１に組み込まれた自動調芯プログラムによって自動的に行う。調芯作業の手順を表す図１７のフローチャートに示すように、まず、基準となる電極棒９が組立台５６にセットされる。この電極棒９のセットは、スカラーロボット４８で行ってもよい。次いで、図１８に示すように、自動調芯プログラムによってロボットコントローラ５１内に構成される調芯制御部１１０が、スカラーロボット４８を制御してカソード供給ユニット４７にカソード１１を取りに行かせる。このときのカソード１１の把持は、キャリブレーション時と同様に掴み代を短くする。
【００７２】
調芯制御部１１０は、カソード１１が第１電極棒認識カメラ４３及び第２電極棒認識カメラ４４の撮像範囲に収まるように、ロボットヘッド８８を組立台５６の近傍に移動させる。そして、第１電極棒照明６２，第２電極棒照明６３を点灯させて電極棒９とカソード１１とを照明し、第１電極棒認識カメラ４３，第２電極棒認識カメラ４４で撮像して、それぞれのカメラ座標を取得する。
【００７３】
電極棒９とカソード１１との間の間隔Ｌ３は、自動調芯プログラムを構成する判定部１１３によって、予め設定されている所定の範囲内に収まるか否か判定される。間隔Ｌ３が所定の範囲を超えている場合には、自動調芯プログラムを構成する演算部１１５が誤差量を算出する。調芯制御部１１０は、誤差量分だけロボットヘッド８８を移動させて再度電極棒９とカソード１１とを撮像させ、判定部１１３で中心軸の誤差量を判定する。以上の動作を繰り返すことにより、電極棒９とカソード１１との間隔が所定の範囲内に収まるので、基準位置及び基準姿勢のティーチング精度が高くなる。調芯作業の終了後、ロボットヘッド８８を下降させてカソード１１を電極棒９に挿入し、仮かしめを行い、一連の調芯作業が正確に行われたか確認する。また、仮かしめ後に電極棒９を撮像して、カソード１１からの電極棒９の突出量を検出しカソード１１の挿入位置が適切に行われているかを確認する。
【００７４】
なお、上記実施形態では、キセノン管の電極棒にカソードを挿入する例について説明したが、その他の組立装置での調芯にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明を実施した挿入・かしめ装置の構成を示す外観斜視図である。
【図２】加工部の構成を示す外観斜視図である。
【図３】キセノン管の構成を示す断面図である。
【図４】キセノン管の構成を示す分解斜視図である。
【図５】組立台ユニットの構成を示す断面図である。
【図６】組立台の構成を示す断面図である。
【図７】カソード供給ユニットの断面図である。
【図８】ロボットヘッドの構成を示す外観斜視図である。
【図９】３爪チャックの底面側から見た斜視図である。
【図１０】チャック爪によるカソード把持状態を示す平面図である。
【図１１】挿入・かしめ装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図１２】カメラ座標とロボット座標との関係を表すグラフである。
【図１３】カソードの取り出し及び挿入手順を示す概念図である。
【図１４】カメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションの手順を示すフローチャートである。
【図１５】カソード認識カメラのカメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションを概念的に表す説明図である。
【図１６】電極棒認識カメラのカメラ座標とロボット座標とのキャリブレーションを概念的に表す説明図である。
【図１７】基準挿入位置及び基準挿入姿勢の調芯手順を表すフローチャートである。
【図１８】基準挿入位置及び基準挿入姿勢の調芯作業を概念的に表す説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
２  挿入・かしめ装置
３  キセノン管
９  陰極側電極棒
１１  カソード
３４  制御コンピュータ
４２  組立台ユニット
４３  第１電極棒認識カメラ
４４  第２電極棒認識カメラ
４７  カソード供給ユニット
４８  スカラーロボット
５１  ロボットコントローラ
５３  カソード認識カメラ
５６  組立台
８０  取出しステージ
１０１  キャリブレーション用照明
１１０  調芯制御部
１１３  判定部
１１５  演算部
【図１】
2007185723.tif 000003
【図２】
2007185723.tif 000004
【図３】
2007185723.tif 000005
【図４】
2007185723.tif 000006
【図５】
2007185723.tif 000007
【図６】
2007185723.tif 000008
【図７】
2007185723.tif 000009
【図８】
2007185723.tif 000010
【図９】
2007185723.tif 000011
【図１０】
2007185723.tif 000012
【図１１】
2007185723.tif 000013
【図１２】
2007185723.tif 000014
【図１３】
2007185723.tif 000015
【図１４】
2007185723.tif 000016
【図１５】
2007185723.tif 000017
【図１６】
2007185723.tif 000018
【図１７】
2007185723.tif 000019
【図１８】
2007185723.tif 000020