【実施例】
【0009】
[A]作業機の構成および撮像装置
本発明の対象となる撮像装置が取り付けられている作業機の一例である部品組付機10は、
図1に示すように、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XYZ型移動装置22と、XYZ型移動装置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。作業ヘッド24は、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26と、吸着ノズル26を昇降させるノズル昇降装置28および回転させるノズル回転装置30とを含んで構成されている。基材コンベア装置14と部品供給装置16との間において、上方を撮像するカメラ32がベース12に取り付けられており、このカメラ32が、本発明の対象となる撮像装置である。
【0010】
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34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。供給された部品Pは、作業ヘッド24が有する吸着ノズル26によって吸着保持され、XYZ型移動装置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、その位置においてノズル昇降装置28によって所定の高さまで下降させられて、基材Sの上面である取付面に取り付けられる。ちなみに、本実施例では、基材コンベア装置14による基材Sの搬送方向と平行な方向をX方向,X方向と直角かつ水平な方向をY方向、X方向およびY方向に直角な方向、つまり、鉛直方向をZ方向と呼ぶこととする。
【0011】
カメラ32は、吸着ノズル26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26による保持位置および保持姿勢が把握される。この把握された保持位置および保持姿勢を基に、XYZ型移動装置22による取付位置の調整およびノズル回転装置30による取付姿勢(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取り付けられる。
【0012】
したがって、カメラ32の光軸線の部品組付機10に対する傾きを予め把握しておかなければ、上記取付位置および取付姿勢の調整を正確に行うことができない。特に、本部品組付機10は、1つの基材Sにおいて高さが互いに比較的大きく異なる複数の取付面に、あるいは、高さが互いに比較的大きく異なる種々の基材Sに、部品Pを取り付けることができるように、吸着ノズル26がXYZ型移動装置22とノズル昇降装置28との両方によって2段階的に昇降させられるようになっており(
図1におけるZ1,Z2参照)、吸着ノズル26の上下方向における移動範囲が相当に大きくされている。つまり、本部品組付機10では、高さが互いに比較的大きく異なる位置において、カメラ32によって部品Pが撮像されるため、カメラ32の光軸線の部品組付機10に対する傾きを把握しておくことは、特に、重要なのである。
【0013】
[B]撮像装置の光軸線の傾き
カメラ32の光軸線の傾きについて説明すれば、
図2に模式的に示すように、カメラ32は筐体40(ハウジング)の中に撮像素子42,レンズ等の光学系が組み込まれた構造を有しており、筐体40の軸線である筐体軸線L
Hと光学系の軸線である光軸線L
Sとの間にズレが生じている可能性がある。言い換えれば、光軸線L
Sが筐体軸線L
Hに対してΔθ
SHだけ傾斜している可能性がある。したがって、筐体軸線L
Hではなく、光軸線L
Sの作業機10に対する傾き、つまり、光軸線L
Sの部品組付機10の基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SMを把握する必要がある。ちなみに、図では、傾斜Δθ
SH,Δθ
SMを、傾斜角として2次元的に表わしているが、Δθ
SH,Δθ
SM等の「傾斜」は、傾斜角だけでなく傾斜の方位をも含む3次元的な概念であり、実際は、傾斜角と傾斜の方位との両者を含んで傾斜として取り扱われる。また、部品組付機10の基準軸線L
Mは、Z方向に延びる仮想の基準線である。
【0014】
[C]光軸傾斜測定用治具
光軸線L
Sの部品組付機10に対する傾斜を測定するために、
図1において、カメラ32の横に配置されている実施例の光軸傾斜測定用治具50が用いられる。治具50は、
図3(a)に示すように、ベースリング52と、周方向における3等配の位置においてベースリング52に立設された3本のスタッドボルト54と、3対のナット56を介してスタッドボルト54によって支持された本体プレート58と、本体プレート58の中央部に付設された被撮像体60とを有している。そして、
図3(b)に拡大して示すように、被撮像体60は、フランジ部62と、下方に向かってフランジ部62から垂下する円柱部64と、フランジ部62から上方に向かって延設されたロッド部66とを有している。
図4をも参照して解るように、ロッド部66は、本体プレート58に穿設された取付穴を貫通し、ロッド部66に形成された雄ねじに螺合されたナット68とフランジ部62とで本体プレート58を挟むようにして、被撮像体60が、本体プレート58に取り付けられている。円柱部64は、基端側,先端側のそれぞれに、第1大径部70,第1大径部70より直径の小さな第2大径部72を有している。なお、本体プレート58の上面は、基準面P
Rと、円柱部64の中心軸線、すなわち、第1大径部70と第2大径部72とを結ぶ軸線は、治具軸線L
Jとされており、基準面P
Rに対する治具軸線L
Jの傾きは特定されている。具体的に言えば、治具軸線L
Jは、基準面P
Rに対して直角とされている。
【0015】
図4に示すように、治具50は、カメラ32の上方(前方)にて、カメラ32と対向するようにしてセットされる。詳しく言えば、カメラ32の筐体40の上端面に、ベースリング52の下面を接触させるようにして、カメラ32に載置される。本体プレート58とベースリング52とが平行である状態、つまり、標準状態では、カメラ32に治具50がセットされた場合、上述の筐体軸線L
Hと治具軸線L
Jとが一致する。一方で、治具50は、3対のナット56の位置を調整することにより、ベースリング52に対する本体プレート58の傾き、つまり、基準面P
Rの傾きを任意に調節することが可能である。したがって、3本のボルト54および3対のナット56は、治具50がカメラ32にセットされた状態において、基準面P
Rの配向、すなわち、治具軸線L
Jの配向を調整する配向調節機構を有しているのである。
【0016】
[D]治具の撮像と光軸線の傾斜の認定
治具50をカメラ32にセットした状態において、治具50の撮影像、詳しくは、被撮像体60の撮影像は、
図5に示すようなものとなる。
図5(a)は、光軸線L
Sと治具軸線L
Jとが平行である場合の撮影像である。厳密には、光軸線L
Sと治具軸線L
Jとが一致している場合の撮影像であるが、光軸線L
Sと治具軸線L
Jとは、X方向およびY方向に殆どズレていないと考えることができるため、それら2つの場合の撮影像は、同じであるとみなすことができる。光軸線L
Sと治具軸線L
Jとが平行である場合には、第1大径部70と第2大径部72の各々の輪郭像は、互いに同軸的に撮像される(それぞれの中心Oが一致する)。一方で、光軸線L
Sと治具軸線L
Jとが平行でない場合、つまり、治具軸線L
Jが光軸線L
Sに対して傾斜している場合には、
図5(b)に示すように、第1大径部70の輪郭像と第2大径部72の輪郭像とが、ズレて撮像される。
【0017】
第1大径部70のカメラ32からの距離と、第2大径部72のカメラ32からの距離は互いに異なっており、その距離差D(
図4参照)は、特定されている。したがって、治具軸線L
Jが光軸線L
Sに対して傾斜している場合において、第1大径部70の撮影像と第2大径部72の撮影像の位置関係と、距離差Dとに基づくことにより、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJを認定することができる。詳しくは、第1大径部70の撮影像の中心O
1と、第2大径部の撮影像の中心O
2との、X方向,Y方向の離間距離ΔX,ΔYと、距離差Dとに基づくことにより、その傾斜の方向および傾斜角を認定することができるのである。なお、傾斜の認定の具体的手法は、純粋な幾何学的手法であるため、本明細書での説明は、省略する。
【0018】
カメラ32の筐体40が部品組付機10に対して傾いて取り付けられている場合は、上記標準状態の治具50がセットされたとしても、基準軸線L
Mに対して治具軸線L
Jが傾いてしまう。したがって、光軸線L
Sの部品組付機10に対する傾斜、つまり、光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SMは、基準軸線L
Mに対する治具軸線L
Jの傾斜Δθ
JM(
図4参照)と、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJとが累積したものと考えることができる。したがって、先のように光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJを認定することに加えて、基準軸線L
Mに対する治具軸線L
Jの傾斜Δθ
JMを認定することにより、また、基準軸線L
Mに対する治具軸線L
Jの傾斜Δθ
JMが0である(基準軸線L
Mに対して治具軸線L
Jが傾斜していない)場合において、先のように光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJを認定することにより、光軸線L
Sの部品組付機10に対する傾斜を認定することができるのである。
【0019】
部品Pの基材Sへの組付作業において、吸着ノズル26によって保持された部品Pをカメラ32によって撮像し、その撮像によって得られた撮像データと、上記のようにして認定された光軸線L
Sの部品組付機10に対する傾斜とに基づくことにより、その部品Pの吸着ノズル26による保持位置および保持姿勢を正確に把握することができるのである。
【0020】
[E]光軸傾斜測定方法1
実施例の光軸傾斜測定方法の1つは、基準軸線L
Mに対する治具軸線L
Jの傾斜Δθ
JMと、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJとを認定して、光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SMを認定する測定方法であり、以下の工程を含むものである。ちなみに、この測定方法は、部品組付機10自らが自動で行う。なお、部品組付作業が連続して実行されている場合においてこの測定方法に従った測定が定期的に実行されることで、作業の経過に伴う部品組付機10の温度変化等の環境変化が生じる場合であっても、定期的に把握された基準軸線L
Mに対する治具軸線L
Jの傾斜Δθ
JMに基づくことにより、部品組付作業の精度を良好に保つことが可能となる。
【0021】
i)治具セット工程
まず、先に説明したように、治具50を、カメラ32にセットする。部品組付機10は、吸着ノズル26を他の作業デバイスに交換可能とされており、この工程では、吸着ノズル26が、
図1に示すデバイスステーション80に載置されている治具保持具82に交換される。治具保持具82は、チャックを有する保持具であり、作業ヘッド24が治具50の上方まで移動させられて、そのチャックによって治具50のロッド部66が保持される。そして、治具50は、作業ヘッド24によって、カメラ32の上方まで運ばれて、カメラ32にセットされる。
【0022】
ii)治具傾斜検出工程
次に、治具保持具82がタッチセンサ84に交換され、作業ヘッド24によって、セットされた治具50の基準面P
Rの部品組付機10に対する傾き、つまり、X方向およびY方向に延びる部品組付機10の仮想基準面に対する傾斜が検出される。詳しく言えば、タッチセンサ84が基準面P
Rの3点に接触させられ、そのときのXYZ型移動装置22による作業ヘッド24のX方向,Y方向,Z方向の移動位置およびノズル昇降装置28によるタッチセンサ84のZ方向の移動位置に基づいて、基準面P
Rの傾斜が検出される。その検出結果に基づいて、治具軸線L
Jの部品組付機10に対する傾斜、つまり、基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
JMが検出され、認定される。簡単に言えば、この工程では、基準面P
Rを利用して、治具軸線L
Jの部品組付機10に対する傾斜が検出され、その傾斜が認定されるのである。
【0023】
iii)撮像工程
次いで、カメラ32によって、治具50の被撮像体60が撮像される。
【0024】
iv)傾斜認定工程
撮像によって得られた撮像データを基に、第1大径部70,第2大径部72の各々の輪郭像の位置関係に基づいて、先の手法に従い、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJが認定され、さらに、その認定された傾斜Δθ
SJと、先に検出されて認定されている治具軸線L
Jの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
JMとに基づいて、カメラ32の光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SM、つまり、部品組付機10に対する傾斜が認定される。
【0025】
[F]光軸傾斜測定方法2
実施例の光軸傾斜測定方法のもう1つは、基準軸線L
Mに対する治具軸線L
Jの傾斜Δθ
JMがない状態を実現させた上で、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJを認定し、その傾斜Δθ
SJを光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SMとして認定する測定方法であり、以下の工程を含むものである。ちなみに、この測定方法では、撮像工程の前までの工程が、部品組付機10のオペレータ等の手動による作業によって行われる。
【0026】
i)治具セット工程
まず、オペレータ等が、治具50を、カメラ32にセットする。
【0027】
ii)配向調節工程
次に、セットされた治具50に対し、オペレータ等は、ダイヤルゲージ等の測定器を用いつつ、配向調節機構を構成する3対のナット56を調整して、本体プレート58の部品組付機10に対する傾きを調節する。具体的には、基準面P
Rが上記部品組付機10の仮想基準面に平行となるように、調節する。換言すれば、治具軸線L
Jの配向を、その治具軸線L
Jが部品組付機10に対して傾かないように、つまり、治具軸線L
Jの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
JMが0となるように、調節する。簡単に言えば、本工程は、基準面P
Rを利用して、治具軸線L
Jが部品組付機10に対して傾かないように調節する工程である。
【0028】
iii)撮像工程
次いで、カメラ32によって、治具50の被撮像体60が撮像される。
【0029】
iv)傾斜認定工程
撮像によって得られた撮像データを基に、第1大径部70,第2大径部72の各々の輪郭像の位置関係に基づいて、先の手法に従い、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJが認定され、その傾斜Δθ
SJが、カメラ32の光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SM、つまり、部品組付機10に対する傾斜として認定される。
【0030】
[G]光軸傾斜測定方法3
上記2つの実施例の光軸傾斜測定方法とは別の光軸傾斜測定方法は、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJがない状態を実現させた上で、治具軸線L
Jの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
JMを認定し、その傾斜Δθ
JMを光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SMとして認定する測定方法であり、以下の工程を含むものである。
【0031】
i)治具セット工程
まず、オペレータ等が、治具50を、カメラ32にセットする。
【0032】
ii)撮像および撮像データ依拠配向調節工程
次いで、カメラ32によって、治具50の被撮像体60が撮像され、その撮像によって得られた撮像データを基に、第1大径部70,第2大径部72の各々の輪郭像の位置関係に基づいて、光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJが認定される。この認定された傾斜Δθ
SJに基づいて、オペレータ等は、配向調節機構を構成する3対のナット56を調整し、傾斜Δθ
SJが0となるように、治具軸線L
Jの配向を調整する。一度の調整では、傾斜Δθ
SJが0とならない場合には、カメラ32による撮像およびその撮像によって得られた撮像データに基づく傾斜Δθ
SJの認定を再度行い、その認定された傾斜Δθ
SJに基づく治具軸線L
Jの配向の調整を再度行う。つまり、傾斜Δθ
SJが0となるまで、それら撮像,傾斜Δθ
SJの認定,配向の調整を繰り返し行うのである。
【0033】
iii)傾斜認定工程
光軸線L
Sの治具軸線L
Jに対する傾斜Δθ
SJがない状態が実現された後、オペレータ等は、ダイヤルゲージ等の測定器を用いて、治具50の基準面P
Rの傾きを測定することにより、治具軸線L
Jの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
JMを測定する。そして、その測定された傾斜Δθ
JMを、光軸線L
Sの基準軸線L
Mに対する傾斜Δθ
SM、つまり、部品組付機10に対する傾斜として認定する。