JP4632525B2

JP4632525B2 - 微小構造体組立装置

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Publication number: JP4632525B2
Application number: JP2000373237A
Authority: JP
Inventors: 幹夫中村; 治男小川; 敬一関; 清彦館山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: JP2002172597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の微小部品からなる微小構造体を組み立てるための微小構造体組立装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の携帯化、医療機器等の低侵襲化等にともない、このような精密な機器を組み立てる技術が注目されている。精密な機器を組み立てるために、複数の微小部品からなる微小構造体を組み立てる装置が必要とされている。
【０００３】
このような装置は、例えば特開２０００−５２２８９号公報に開示されている。この装置は、図１１（特開２０００−５２２８９号公報に含まれている図面中の図１を引用）に示されるように、複数の顕微鏡光学系２００１とカメラからなり、微小部品を撮影する撮像系と、この撮像系からの画像をステレオ処理し、３次元モデルを作成する３次元モデル形成部２００２と、３次元モデルをもとに右目、左目用に視差画像を生成する立体画像生成部２００３と、この視差画像を人間の目前に表示し、立体画像を表示する画像表示装置２００４と、この画像表示装置に取り付けられ、頭の位置や顔の方向を計測する位置・姿勢センサ２００５と、人間の腕の動きを計測し反力を返すことのできる操作部２００６と、微小部品からなる微小構造体を操作し、マイクロ力センサが取り付けられたマイクロオペレーション部２００７と、操作部２００６により計測された人間の腕の動きを縮小し、マイクロオペレーション部２００７を操作するコントローラ部２００８とを具備している。この装置の使用者はあたかも通常の物体を扱っているかのように微小部品を観察し操作する。マイクロオペレーション部２００７は、微小部品を裁置するためのテーブル２０１０と、このテーブル２０１０の両側から夫々延びており、微小部品を操作する２つのマニピュレータ２０１１，２０１２とを有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の装置では、マイクロオペレーション部２００７が微小部品を操作できるのは、テーブル２０１０の中央部の限られた領域でしかなく、微小部品を操作できる内容は限られる。特に、複数の微小部品からなる複雑な微小構造体を組み立てるような、複数の組立工程を必要とする操作に対応することができず、各々の工程に対応して異なる装置が必要となる。従って、微小部品に小ささのわりに、比較的規模の大きい設備を必要とする。
【０００５】
また、微小部品をテーブル２０１０上に裁置した状態、あるいはマイクロオペレーション部２００７が微小部品を支持した状態からのみしか微小な操作を行うことができないため、微小な操作が可能な状態に微小部品やマイクロオペレーション部２００７をセッティングするまで、又は微小な操作が終了した後に微小部品を取り出す際に非常な困難を伴う。
【０００６】
また、マイクロオペレーション部２００７の２つのマニピュレータ２０１１，２０１２は、テーブル２０１０の中央部のような限られた領域内で微小部品を操作するように設けられているため、複数の微小部品からなる複雑な微小構造体を組み立てるような複雑な操作の際、マニピュレータ２０１１，２０１２が互いに干渉し、マニピュレータの操作が困難となる。
【０００７】
また、マニピュレータの干渉を防止するために、例えば多数の関節を有するマニピュレータのような大きな自由度を有するマニピュレータを用いることが考えられる。しかしながら、このようなマニピュレータは大型であるので、微小部品に小ささのわりに、比較的規模の大きい設備を必要とする。
【０００８】
また、マニピュレータ２０１１，２０１２はテーブル２０１０の両側から夫々延びている。テーブル２０１０上において微小部品を操作する領域を確保しつつテーブル２０１０にマニピュレータ２０１１，２０１２を取り付けるためには、一般に、テーブル２０１０から側方に突出するように固定され、マニピュレータ２０１１，２０１２の一端を支持する部材をさらに設ける必要がある。従って、多数のマニピュレータをテーブル２０１０に取り付けると、装置が大型になる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、複数の微小部品からなる微小構造体を確実かつ容易に組み立てる小型の微小構造体組立装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる微小構造体組立装置は、複数の微小部品からなる微小構造体を組み立てる微小構造体組立装置であって、
側面と、移動領域として使用される上面と、を有するテーブルと、
前記テーブルの前記上面の前記移動領域に移動可能に載置された複数の移動ユニットと、
前記テーブルの前記上面の前記移動領域で前記複数の移動ユニットの夫々の移動と位置決めとを行う駆動手段と、
前記複数の移動ユニットに設けられており、前記微小部品を支持する組立手段と、
前記テーブルの前記側面に配置されており、近接した前記移動ユニットの前記組立手段に複数の前記微小部品を供給する複数の部品供給ユニットを含む複数の作業ユニットと、
を具備しており、
前記組立手段は、前記複数の作業ユニットの前記複数の部品供給ユニットから供給され支持している複数の前記微小部品の位置及び姿勢を決め移動させ相互に当接させる位置決めツール，組立治具，そして組立ツールを有しており、
前記作業ユニットはさらに、近接した前記移動ユニットの前記組立手段の前記位置決めツール，前記組立治具，そして組立ツールにより位置及び姿勢が決められ移動され相互に当接されている複数の前記微小部品を、締結させる締結手段を含んでいる、
ことを特徴としている。
【００１１】
駆動手段は移動ユニットをテーブルの上面の移動領域で自在に移動させる。移動ユニットの組立手段は微小部品を支持することができる。移動ユニットの組立手段が微小部品を支持しつつ、移動ユニットはテーブルの移動領域で移動することができる。移動ユニットはテーブルの側面に配置されている作業ユニットが設けられている場所まで移動できる。これを利用して複数の微小部品からなる微小構造体を組み立てることができる。従って、微小構造体を確実かつ容易に組み立てる小型の微小構造体組立装置を提供することができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係わる微小構造組立装置では、複数の前記作業ユニットの各々は、各々における前記微小部品を撮影するための撮影ユニットを備えていることを特徴としている。
【００１３】
作業ユニットの各々は撮影ユニットを備えているため、拡大観察下で微小構造体を組み立てることができ、移動ユニット及び作業ユニットのテーブルの移動領域での位置調整等を容易に行うことができる。
【００１６】
本発明の請求項１に係わる微小構造体組立装置では、前記テーブルは側面を備えており、前記作業ユニットはこのテーブルの側面に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
作業ユニットを移動テーブルの側面に配置することにより、作業ユニットはテーブルの移動領域を占有しないので、作業ユニットは移動ユニットの移動の障害となることがない。また微小構造体組立装置において移動領域が占める割合を大きくすることができる。
【００１８】
本発明の請求項２に係わる微小構造体組立装置では、前記駆動手段は、サーフェイスリニアモータを有していることを特徴としている。
【００１９】
サーフェイスリニアモータは、移動ユニットを極めて自在に移動させることができるので、移動ユニットが移動できる範囲、即ちテーブルにおいて移動領域として活用できる範囲は大きくなる。従って、微小構造体組立装置において移動領域が占める割合を大きくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１ないし図１０を参照して、本発明の実施の形態に係わる微小構造体組立装置を説明する。図１は微小構造体組立装置の平面図であり、図２の（Ａ）は微小構造体組立装置の斜視図である。図中１は側面と、移動領域として使用されている上面１０１とを有しているテーブルである。テーブル１の上面１０１は、約８００ｍｍ×８００ｍｍ以下の面積、好ましくは８００ｍｍ×８００ｍｍ程度の面積を有する。テーブル１の上面１０１には、操作ユニット３と組立ユニット５とが裁置されている。操作ユニット３と組立ユニット５とは移動ユニットとして用いられている。テーブル１には駆動手段として用いられている表面２軸型のサーフェイスリニアモータ７が設けられている（図２の（Ａ））。サーフェイスリニアモータ７は、テーブル１の上面１０１に網目状に形成された微小な多数の歯と、操作ユニット３と組立ユニット５との底面に夫々設けられた電磁石とを有している。テーブル１の上面１０１からは上方に、又は組立ユニット３と操作ユニット５とからは下方に空気を吹き出すことが可能であり、この空気が吹き出す力により操作ユニット３と組立ユニット５とを浮上させる。操作ユニット３及び組立ユニット５の電磁石とテーブル１の微小な歯のと間の励磁状態を制御することで、操作ユニット３及び組立ユニット５の移動及び位置決めを行う。
【００２１】
操作ユニット３の上面３０２には図３に示されている吸着式部品供給マニピュレータ３０１が取り付けられている。吸着式部品供給マニピュレータ３０１は組立手段として用いられている。吸着式部品供給マニピュレータ３０１は移載ツール３０１１と、この移載ツール３０１１を図３に示されたｘ，ｙ，ｚの３方向に動かす駆動部３０１３とを有している。駆動部３０１３はｘ，ｙ，ｚ方向に夫々動くｘ軸ステージ３０１５、ｙ軸ステージ３０１６及びｚ軸ステージ３０１７を組み合わせて構成されている。ステージ３０１５，３０１６，３０１７の、動く方向に沿った長さは９０ｍｍ程度である。ステージ３０１５，３０１６，３０１７は超音波リニアモータにより動かされる。超音波リニアモータは、超音波を発振する駆動子と被駆動子とを有している。駆動子により発振された超音波振動を利用して摩擦力を発生させ、この摩擦力により被駆動子を移動させることで、駆動子に対する被駆動子の移動及び位置決めを行う。移載ツール３０１１は針状の部材であり、真空吸着を利用して微小部品を支持する。移載ツール３０１１には真空吸着のための吸引器（図示せず）が接続されている。吸引器に吸引させると微小部品が移載ツール３０１１に吸着される。この後、吸引器の吸引を止めると微小部品が移載ツール３０１１から離れる。
【００２２】
操作ユニット３の上面３０２にはさらに図４に示されている組立マニピュレータ３０３が取り付けられている。組立マニピュレータ３０３は組立手段として用いられている。組立マニピュレータ３０３は、組立部材として用いられている組立ツール３０３１と、この組立ツール３０３１を図４に示されたｘ，ｙ，ｚの３方向に動かす駆動部３０３３とを有している。駆動部３０３３は吸着式部品供給マニピュレータ３０１の駆動部３０１３と同様の構成及び作用を有する。駆動部３０３３はｘ軸ステージ３０３５、ｙ軸ステージ３０３６及びｚ軸ステージ３０３７を組み合わせて構成されている。組立ツール３０３１は針状の部材である。
【００２３】
組立ユニット５の上面５０２には図５に示されている組立治具５０１が取り付けられている。組立治具５０１は組立手段として用いられている。組立治具５０１は、組立ユニット５の上面５０２に固定された基台５０１１と、この基台５０１１の側面から水平に延びているガイド部５０１３を有している。ガイド部５０１３には、ガイド部５０１５が延びる方向に案内溝５０１５が設けられている。案内溝５０１５には微小部品が裁置される。案内溝５０１５の断面形状等は微小部品の形状、大きさ等に依存して適切に決められる。
【００２４】
組立ユニット５の上面５０２にはさらに図６に示されている位置決めマニピュレータ５０３が取り付けられている。位置決めマニピュレータ５０３は組立手段として用いられている。位置決めマニピュレータ５０３は、位置決めツール５０３１と、図６に示されたｘ，ｙの２方向にこの位置決めツール５０３１を動かす駆動部５０３３とを有している。駆動部５０３３はｘ軸ステージ５０３５とｙ軸ステージ５０３７とを組み合わせて構成されている。ｘ軸ステージ５０３５とｙ軸ステージ５０３７とは、吸着式部品供給マニピュレータ３０１のｘ軸ステージ３０１５とｙ軸ステージ３０１６と同様の構成及び作用を有する。位置決めツール５０３１は駆動部５０３３から延びている、例えば平板状の部材である。位置決めツール５０３１の先端には微小部品に当接するための切り欠き５０３９が設けられている。切り欠き５０３９の形状は微小部品の形状、大きさ等に依存して適切に決められる。切り欠き５０３９の形状は例えば矩形であっても良いし、またその他の形状であっても良い。
【００２５】
再び図１及び図２の（Ａ）を参照して説明する。テーブル１の側面には適切な基台を介して第１部品供給ユニット９、把持式マニピュレータ１１及び第２部品供給ユニット１３が配置されている。第１部品供給ユニット９と把持式マニピュレータ１１とは隣接している。さらにテーブル１の側面から延びる適切な支柱を介して溶接ヘッド１５がテーブル１の上面１０１の上方に配置されている。第１部品供給ユニット９、把持式マニピュレータ１１、第２部品供給ユニット１３及び溶接ヘッド１５は作業ユニットとして用いられている。図２の（Ａ）に示されているように、テーブル１の側面１０２には側方に引き出すことができる引き出し１０３が設けられている。引き出し１０３にはテーブル１の中に収納される電装部１０５が取り付けられている。図２の（Ｂ）はテーブル１の側面から引き出し１０３が引き出された状態を示している。電装部１０５はメンテナンス等のために引き出し１０３を引き出すことにより容易に取り出すことができる。
【００２６】
図７に示すように、第１部品供給ユニット９は、基台９０１と、この基台９０１上に取り付けられたパレット９０３とを有している。パレット９０３には第１の微小部品９０２を配列させることができる。基台９０１には基台９０１から上方に延びている支柱９０７を介してペン型ＣＣＤカメラ９０５がパレット９０３の上方に固定されている。ペン型ＣＣＤカメラ９０５は撮影ユニットとして使用されており、パレット９０３に配列された第１の微小部品９０２を上方から撮影する。
【００２７】
図８に示すように、把持式マニピュレータ１１は、微小部品を挟持するためのチャックユニット１１０１と、チャックユニット１１０１を図８に示されたｘ，ｙ，ｘ，θｘ，θｙ，θｚ方向に動かす６軸テーブル１１０３とを有している。チャックユニット１１０１は、６軸テーブル１１０３から延びているアーム１１０５の先端に固定されている。６軸テーブル１１０３には撮影ユニットとして使用されているペン型ＣＣＤカメラ１１０７が、チャックユニット１１０１を撮影するように配置されている。ＣＣＤカメラ１１０７の方向は電動で変更可能である。チャックユニット１１０１には圧電チャック、エアチャック等が用いられる。
【００２８】
図９に示すように、第２部品供給ユニット１３は、基台１３０１と、この基台１３０１上に取り付けられたパーツフィーダ１３０３とを有している。パーツフィーダ１３０３は、本体１３０５と本体１３０５の上に設けられた操作面１３０７とを有している。操作面１３０７には第２の微小部品が裁置される。パーツフィーダ１３０３は振動を利用して裁置された第２の微小部品を操作面１３０７の上で移動させることができる。また第２の微小部品の姿勢を任意に変更することができる。例えば第２の微小部品が６面体であり、夫々の面に１〜６の数字が夫々描かれている物体である場合を考える。この第２の微小部品の姿勢は、数字１が描かれた面が上に向いておりかつ数字２の面が右を向いているような姿勢であるとする。パーツフィーダ１３０３は、この姿勢を例えば数字３の面が上を向いておりかつ数字５の面が右を向いている姿勢に変更することができる。パーツフィーダ１３０３は、第２の微小部品の移動及び姿勢の変更を利用して第２の微小部品を整列することができる。基台１３０１には、基台１３０１から上方に延びている支柱１３０９を介してペン型ＣＣＤカメラ１３１１がパーツフィーダ１３０３の上方に固定されている。ペン型ＣＣＤカメラ１３１１は撮影ユニットとして使用されており、パーツフィーダ１３０３の操作面１３０７を上方から撮影する。
【００２９】
図１０に示すように、溶接ヘッド１５は、集光光学系１５０１と集光光学系１５０１に接続されている光ファイバ１５０３と撮影光学系１５０５と同一軸光学系１５０７とこれらの光学系１５０１，１５０５，１５０７を収納する本体１５０９とを有している。本体１５０９の大きさは、１００ｍｍ×２０ｍｍ×１５ｍｍ程度である。溶接ヘッド１５は、光ファイバ１５０３から供給されたレーザ光を溶接ヘッド１５の下方に位置する微小部品に照射することができる。光ファイバ１５０３からのレーザ光は集光光学系１５０１により集光された後、同一軸光学系１５０７を介して下方に出射される。微小部品においてレーザ光が照射される部分は撮影光学系１５０５を用いて撮影される。撮影される光は、微小物体においてレーザ光が照射される部分から反射される可視光であり、照射されるレーザ光の光軸を通って同一軸光学系１５０７に入射する。この光は同一軸光学系１５０７で可視光のみが反射されて撮影光学系１５０５に導かれる。同一軸光学系１５０７から微小部品に照射されるレーザ光の光軸（レーザ光軸）と微小部品から同一軸光学系１５０７に入射する可視光の光軸（撮影光軸）とが平行でないように、レーザ光軸と撮影光軸とが本体に固定されている溶接ヘッドでは微小部品とこの溶接ヘッドとの距離が変わると、撮影光学系により撮影される画像の画面上において、レーザ光が微小部品に照射される位置（照射位置）が動く。また、レーザ光軸と撮影光軸とが平行であるが、重なっていないように構成された溶接ヘッドでは、照射位置が画面の中央に位置しない。レーザ光軸と撮影光軸とが重なるように構成された溶接ヘッド１５では、微小部品と溶接ヘッドとの距離に関わりなく常に照射位置を画面のほぼ中央に位置させることができる。
【００３０】
再び図１及び図２の（Ａ）を参照して説明する。テーブル１の上面１０１の中央部の上方には、テーブル１の側面から延びる適切な支柱を介して撮影器１７が配置されている。撮影器１７は双眼の実体顕微鏡と、この実体顕微鏡の２つの接眼部の接眼レンズの結像位置に夫々配設された２つのＣＣＤカメラとを有している。実体顕微鏡の撮影倍率を変更するための倍率切換部にはモータが連結されており、このモータには撮影倍率を変更するための適切な制御がなされる。実体顕微鏡はテーブル１の上面１０１の中央部に向いている。
【００３１】
図１を参照して説明する。テーブル１の近くには操作台１９が設置されている。操作台１９の上部には上面パネル１９０１が設けられている。上面パネル１９０１には、マニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１を操作するためのジョイスティック１９０３及びトラックボール１９０５並びにマニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１の内から操作されるマニピュレータを選択するためのマニピュレータ切換スイッチ１９０７が配設されている。マニピュレータにおいて動かされるもの、例えば吸着式部品供給マニピュレータ３０１において駆動部３０１３により動かされる移載ツール３０１１、の変位量は、ジョイスティック１９０３及びトラックボール１９０５の操作量に比例する。上面パネル１９０１にはさらに、この比例関係に関する比例定数、即ち変位倍率を切り換えるための変位倍率切換スイッチ１９０９が設けられている。操作台１９の内部には電装部（図示せず）が配設されている。上面パネル１９０１は操作台１９に枢支されており、上面パネル１９０１を跳ね上げることにより開くことができる。これにより、容易に操作台１９の内部に配設された電装部をメンテナンスすることができる。オペレータ１９１１は操作台１９に対峙して微小構造体組立装置を運転する。上記撮影器１７により撮影された画像はオペレータ１９１１の頭部に装着された双眼の頭部装着型表示器１９１３に表示される。撮影器１７の双眼の実体顕微鏡により撮影され、双眼の頭部装着型表示器１９１３に表示された対象物の画像をオペレータ１９１１が観察すると、オペレータ１９１１は撮影器１７の実体顕微鏡の接眼レンズから直接観察するように対象物を拡大して観察できる。上面パネル１９０１の上にはパーソナルコンピュータ１９１５が裁置されている。このパーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイには、撮影器１７により撮影される画像、第１部品供給ユニット９、把持式マニピュレータ１１及び第２部品供給ユニット１３、溶接ヘッド１５の夫々ＣＣＤカメラ９０５，１１０７，１３１１、撮影光学系１５０５により夫々撮影される画像、操作ユニット３及び組立ユニット５の位置及び向きに関する情報、並びにマニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１の変位量及び上記変位倍率に関する情報等が表示される。ディスプレイには、マルチウィンドウ機能等を利用して、これらの画像及び情報の内の少なくとも１つを表示することができる。ＣＣＤカメラ９０５，１１０７，１３１１、撮影光学系１５０５により夫々撮影される対象物は拡大してパーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイに表示されることが可能である。頭部装着型表示器１９１３は表示器１９１３を装着していないときにオペレータ１９１１が観察する風景を撮影器１７により撮影された画像に重畳して表示することができる。これにより、撮影器１７により撮影された画像とパーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイに表示された画像を同時に観察することができる。
【００３２】
図１及び図２の（Ａ）を参照して、微小構造体組立装置を用いて第１の微小部品と第２の微小部品とからなる微小構造体を組み立てる方法を説明する。第１部品供給ユニット９のパレット９０３には第１の微小部品が配列されている。一方、第２部品供給ユニット１３のパーツフィーダ１３０３の操作面１３０７には第２の微小部品が配列されている。以下の工程では、オペレータ１９１１は撮影器１７により撮影された対象物を拡大して観察しながら微小構造体組立装置を運転することができる。
【００３３】
先ず、第１の工程を説明する。第１部品供給ユニット９のパレット９０３上の第１の微小部品９０２（図７）を把持式マニピュレータ１１のチャックユニット１１０１（図８）により挟持させる。組立ユニット５をテーブル１の上面１０１で移動して第１部品供給ユニット９と把持式マニピュレータ１１とに近接させる。把持式マニピュレータ１１を用いて挟持させた第１の微小部品を組立治具５０１の案内溝５０１５（図５）に適切な姿勢で裁置させる。本工程が進行する間、第１部品供給ユニット９のＣＣＤカメラ９０５と微小部品を把持式マニピュレータ１１のＣＣＤカメラ１１０７とにより撮影された画像がパーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイに表示される。
【００３４】
次に、第２の工程を説明する。第２部品供給ユニット１３のパーツフィーダ１３０３の操作面１３０７（図９）上の第２の微小部品を所定の位置に移動させるとともに、第２の微小部品の姿勢を所定の姿勢に変更する。操作ユニット３をテーブル１の上面１０１で移動して第２部品供給ユニット１３に近接させる。吸着式部品供給マニピュレータ３０１の吸引器に吸引を行わせて移載ツール３０１１（図３）に操作面１３０７上の第２の微小部品を吸着させる。本工程が進行している間、パーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイには、第１の工程が進行する間このディスプレイに表示されていた画像に替わり、第２部品供給ユニット１３のＣＣＤカメラ１３１１により撮影された画像がこのディスプレイに表示される。上述したようにディスプレイには、マルチウィンドウ機能等を利用して、撮影器１７により撮影された画像及びＣＣＤカメラ９０５，１１０７，１３１１、撮影光学系１５０５により夫々撮影された画像を選択的に表示することができる。オペレータ１９１１はマルチウィンドウ機能を利用して画像の切り替えを行う。例えば、第１の工程ではＣＣＤカメラ９０５，１１０７の画像が表示されたウィンドウを開いておき、第１の工程から第２の工程に移り変わるときに、このウィンドウを閉じて、ＣＣＤカメラ１３１１の画像が表示されたウィンドウを開くことで画像の切り替えを行っても良い。また、このような画像の切り替えは、操作台１９の上面パネル１９０１に設けられた適切なスイッチをオペレータ１９１１が操作することにより実行されても良い。また、第１の工程から第２の工程に移り変わるときに、オペレータ１９１１による操作なしに自動的にこのような画像の切り替えを行う機能をパーソナルコンピュータ１９１５に設けても良い。これにより、画像の切り替えの際にオペレータ１９１１による特別な操作を必要としない。上記の画像の切り替えは第１の工程から第２の工程に移り変わるときに、行われるけれども以下の工程において、工程が移り変わるときには同様の画像の切り替えが行われる。
【００３５】
次に、第３の工程を説明する。撮影器１７により操作ユニット３上の吸着式部品供給マニピュレータ３０１と組立ユニット５上の組立治具５０１とが撮影されるように、操作ユニット３と組立ユニット５とを移動させる。吸着式部品供給マニピュレータ３０１の移載ツール３０１１（図３）に吸着させた第２の微小部品が組立治具５０１の案内溝５０１５（図５）の上に位置されるように、操作ユニット３と組立ユニット５とを移動させる。このとき、第２の微小部品の特定の部分（当接部分）は位置決めマニピュレータ５０３に面している。吸着式部品供給マニピュレータ３０１の吸引器による吸引を止める。このとき、移載ツール３０１１から第２の微小部品が離れる。この結果、第２の微小部品が案内溝５０１５に裁置される。
【００３６】
次に、第３の工程を説明する。位置決めマニピュレータ５０３の位置決めツール５０３１の切り欠き５０３９（図６）を第１の微小部品の当接部分に押し当てる。切り欠き５０３９は第１の微小部品の当接部分に嵌合するような形状を有している。切り欠き５０３９をこの当接部分に押しつけると、切り欠き５０３９が第１の微小部品の当接部分に嵌合するとともに、第１の微小部品において当接部分とは反対側の部分が案内溝５０１５の内面に当接する。この結果、案内溝５０１５（図５）における第１の微小部品の位置及び姿勢が決められる。
【００３７】
次に、第４の工程を説明する。操作ユニット３を移動させることにより、組立マニピュレータ３０３の組立ツール３０３１（図４）を第２の微小部品に当接させながら、第２の微小部品の姿勢を維持しつつ案内溝５０１５に沿って第２の微小部品を移動させる。第２の微小部品は第１の微小部品に当接する。第１の微小部品が第２の微小部品に当接する部分（第１部分）と第２の微小部品が第１の微小部品に当接する部分（第２部分）の夫々の形状は、第１部分が第２部分に嵌合するような形状であっても良い。例えば第１部分は凸形状を有しており、第２部分はこの凸形状に適合する凹形状を有していても良い。第１の微小部品が第２の微小部品に当接したとき、操作ユニット３の移動を止める。
【００３８】
次に、第５の工程を説明する。組立ユニット３を移動させることにより、組立マニピュレータ３０３の組立ツール３０３１（図４）を第２の微小部品から離す。この後、組立治具５０１の案内溝５０１５（図５）の上で互いに当接している第１の微小部品と第２の微小部品とが溶接ヘッド１５（図１０）により出射されるレーザ光の光軸上に位置するように、組立ユニット５を移動させる。次に、溶接ヘッド１５からレーザ光を第１の微小部品が第２の微小部品に当接している部分に照射する。これにより、第１の微小部品が第２の微小部品に溶接され、互いに締結される。本工程が進行する間、撮影光学系１５０５により撮影された画像がパーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイに表示される。
【００３９】
次に、第６の工程を説明する。組立ユニット３を移動させることにより、組立治具５０１を把持式マニピュレータ１１に近接させる。この後、第１の微小部品に嵌合している位置決めツール５０３１の切り欠き５０３９（図６）を第１の微小部品から離す。次に、把持式マニピュレータ１１を用いて、組立治具５０１の案内溝５０１５（図５）から締結された第１の微小部品と第２の微小部品とを把持して取り出す。そして取り出された第１の微小部品と第２の微小部品とを第１部品供給ユニット９のパレット９０３（図７）に裁置する。
【００４０】
以上詳述した如く構成されている微小構造体組立装置の実施の形態においては、サーフェイスリニアモータ７を用いることにより、移動ユニットを極めて自在に移動させることができるので、移動ユニットが移動できる範囲、即ちテーブルにおいて移動領域として活用できる範囲は大きくなる。従って、微小構造体組立装置において移動領域が占める割合を大きくすることができる。
【００４１】
また、組立ユニット３と操作ユニット５とがテーブル１の上面１０１で自在に移動することを利用して２つの微小部品からなる微小構造体を組み立てるので、テーブル１から延びる複数の多関節のマニピュレータを用いて微小構造体を組み立てるときに起こり得るマニピュレータの干渉を防止することができる。
【００４２】
また、把持式マニピュレータ１１により第１の微小部品を第１部品供給ユニット９から組立治具５０１に移裁する第１の工程の間、オペレータ１９１１は、ＣＣＤカメラ９０５，１１０７により撮影された第１の微小部品の側方からの画像と、撮影器１７により撮影された第１の微小部品の上方からの画像とを同時に観察しながら行うことができる。ＣＣＤカメラ９０５，１１０７は第１の微小部品を異なる２つの方向から撮影することができ、これらの画像をパーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイに同時に表示することができる。従って、把持式マニピュレータ１１と第１の微小部品との３次元空間での相対位置を容易に把握できるので、微小部品からなる微小構造体を容易に組み立てることができる。また、パーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイには、撮影器１７により撮影された画像及びＣＣＤカメラ９０５，１１０７，１３１１、撮影光学系１５０５により夫々撮影された画像を表示することができる。即ち、このディスプレイには把持式マニピュレータ１１のような作業ユニットを夫々表示することができる。従って、連続的に工程を進行させる（第１の工程が終了したらすぐ第２の工程を始める）場合、現在行われている工程が終了する前に次に行う工程で使用する作業ユニットの状態を確認することができるので、工程のスケジュールを管理するのに便利である。
【００４３】
また、頭部装着型表示器１９１３は撮影器１７により撮影される対象物を立体的に表示することができるので、オペレータ１９１１はマニピュレータ３０１，３０３，１１，５０３と微小部品との３次元空間での相対位置を容易に把握できる。また、頭部装着型表示器１９１３により表示される３次元画像は、特開２０００−５２２８９号公報において説明されている装置で表示されるような仮想の３次元モデルではなく、３次元の実像であるため、オペレータ１９１１は細部まで実際の微小部品と差のない画像を観察しながらマニピュレータ３０１，３０３，１１，５０３を操作することができる。従って、微小部品からなる微小構造体を容易に組み立てることができる。
【００４４】
また、微小構造体組立装置を小型にできるため、微小部品を組み立てるために不可欠な、温湿度やクリーン度などの環境調整された空間を必要最小限にすることができる。
【００４５】
また、テーブル１の側面に作業ユニットととして用いられている第１部品供給ユニット９、把持式マニピュレータ１１、第２部品供給ユニット１３及び溶接ヘッド１５が設置されているため、これらの作業ユニットがテーブル１の外側に大きく突出ことがなく、装置をより小型にできる。テーブル１の側面を利用すれば、各作業ユニットの配置も自由となり、組み立てるための工程の増減や対象部品の変更などにも容易に対応できる。
【００４６】
また、移動領域として用いられているテーブル１の上面１０１には全く障害物がなくなるため、移動ユニットとして用いられている組立ユニット３と操作ユニット５との移動順等も自由に設定することができる。
【００４７】
また、全ての作業ユニットはＣＣＤカメラを夫々備えているため、これらの作業ユニットに係わる全ての組み立てるための工程を拡大観察下で行うことができる。従って、各作業ユニットの位置調整等が容易である。
【００４８】
また、パーソナルコンピュータ１９１５のディスプレイに表示される画像及び情報を利用して、作業ユニットの位置補正等を自動で行うことも可能となり、微小構造体の複雑な組立作業を確実に行うことができる。
【００４９】
なお、この発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。本発明の実施の形態では、第１の微小部品を組立治具５０１に裁置するために、第１の工程に従って第１部品供給ユニット９のパレット９０３と把持式マニピュレータ１１とが操作される。また、第２の微小部品を組立治具５０１に裁置するために、第２の工程に従って第２部品供給ユニット１３のパーツフィーダ１３０５と吸着式部品供給マニピュレータ３０１とが操作される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。微小部品を組立治具５０１に裁置するための作業ユニットの構成、配置及び位置の組み合わせはこれに限るものではない。
【００５０】
また、移動ユニットに設けられている組立手段の構成や配置は本実施の形態の組合せに限るものではない。
【００５１】
また、微小構造体組立装置は、オペレータ１９１１が表示器１９１３とパーソナルコンピュータ１９１５とに表示される画像を観察しつつ、ジョイスティック１９３０とトラックボール１９０５とを操作することにより運転される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、撮影器１７、ＣＣＤカメラ９０５，１１０７，１３１１、撮影光学系１５０５により撮影された画像に基づいて組立ユニット３、操作ユニット５の位置並びにマニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１により動かされるもの（例えばチャックユニット１１０１）の位置及び向きを特定し、この特定された位置に基づいて組立ユニット３、操作ユニット５、マニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１、パーツフィーダ１３０５、溶接ヘッド１５を夫々操作する制御部を設けて、オペレータ１９１１なしにこの制御部を利用して微小構造体組立装置を自動的に運転しても良い。
【００５２】
また、マニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１を操作するためにジョイスティック１９０３とトラックボール１９０５とを用いているけれども、本発明はこれに限定されるものではない。例えばセンサ式グローブ等を用いても良い。
【００５３】
また、本発明の実施の形態では、２つの微小部品からなる微小構造体を組み立てるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば３つ以上の微小部品からなる微小構造体を組み立てても良い。
【００５４】
また、組立ユニット３及び操作ユニット５をテーブル１の上面１０１で移動させるためにサーフェイスリニアモータ７を使用しているけれども、本発明はこれに限定されるものではない。例えば超音波モータ等を使用しても良い。
【００５５】
また、本発明の実施の形態では、２つの移動ユニット、組立ユニット３及び操作ユニット５を用いて、４つの組立手段吸着式部品供給マニピュレータ３０１、組立マニピュレータ３０３、組立治具５０１及び位置決めマニピュレータ５０３を移動させているけれども、本発明はこれに限定されるものではない。移動ユニットの数並びに夫々の移動ユニットに取り付けられる組立手段の数及び種類は本発明の実施の形態に限定されない。また、組立ユニット３及び操作ユニット５に第１部品供給ユニット９、把持式マニピュレータ１１、第２部品供給ユニット１３及び溶接ヘッド１５を取り付けても良い。
【００５６】
また、本発明の実施の形態では、作業ユニットとして第１部品供給ユニット９、把持式マニピュレータ１１、第２部品供給ユニット１３及び溶接ヘッド１５を用いているけれども、本発明はこれに限定されるものではない。微小構造体の構造や微小部品の形状によって最適な作業ユニットを選択して設置して構わない。例えば、本実施の形態では部品の締結手段として溶接ヘッドを使用したが、締結手段が接着の場合は接着剤塗布装置や接着剤の硬化装置を搭載することができる。また、作業ユニットの配置や数も、組立作業の内容によって自在に選択して構わない。
【００５７】
また、本発明の実施の形態では、ペン型のＣＣＤカメラを使用した場合について説明したが、カメラの種類や設置位置、観察方向などは、観察する作業によって自在に変更が可能である。
【００５８】
また、撮影器１７のみが、電動ズーム機能を備え、３Ｄ映像の観察が可能となっているが、必要であればＣＣＤカメラ９０５，１１０７，１３１１、撮影光学系１５０５を電動ズーム機能を備え、３Ｄ映像の観察が可能としても良い。
【００５９】
また、ＣＣＤカメラ９０５，１１０７の組み合わせのみが、同一箇所を異なる方向から撮影しているが、これに限るものではない。
【００６０】
また、ＣＣＤカメラ１１０７の撮影方向のみが、電動で変更可能となっているが、これに限るものではない。
【００６１】
また、マニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１は、超音波リニアモータを直交３軸に組み合わせた駆動部で駆動されるが、電磁モータを用いた駆動部で駆動されても良い。また、マニピュレータ３０１，３０３，５０３，１１は、多関節マニピュレータ等の直交座標系以外で駆動するマニピュレータでも構わない。
【００６２】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したことから明らかなように、本発明に従った微小構造体組立装置においては、複数の微小部品からなる微小構造体を確実かつ容易に組み立てる小型の微小構造体組立装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における微小構造体組立装置の平面図である。
【図２】（Ａ）は図１の微小構造体組立装置の斜視図、（Ｂ）はこの微小構造体組立装置のテーブルの側面から引き出しが引き出された状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における吸着式部品供給マニピュレータの斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における組立マニピュレータの斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態における組立治具の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態における位置決めマニピュレータの斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態における第１部品供給ユニットの斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態における把持式マニピュレータの斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態における第２部品供給ユニットの斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態における溶接ヘッドの斜視図である。
【図１１】微小部品からなる微小構造体を組み立てるための従来の装置を示す図である。
【符号の説明】
１テーブル
１０１上面（移動領域）
３組立ユニット（移動ユニット）
３０１吸着式部品供給マニピュレータ（組立手段）
３０３組立マニピュレータ（組立手段）
５操作ユニット（移動ユニット）
５０１組立治具（組立手段）
５０３位置決めマニピュレータ（組立手段）
７サーフェイスリニアモータ（駆動手段）
９第１部品供給ユニット（作業ユニット）
９０２第１の微小部品
９０５ＣＣＤカメラ（撮影ユニット）
１１把持式マニピュレータ（作業ユニット）
１１０７ＣＣＤカメラ（撮影ユニット）
１３第２部品供給ユニット（作業ユニット）
１３１１ＣＣＤカメラ（撮影ユニット）
３０３１組立ツール（組立部材）
１５溶接ヘッド（作業ユニット）
１５０５撮影光学系（撮影ユニット）

Claims

複数の微小部品からなる微小構造体を組み立てる微小構造体組立装置であって、
側面と、移動領域として使用される上面と、を有するテーブルと、
前記テーブルの前記上面の前記移動領域に移動可能に載置された複数の移動ユニットと、
前記テーブルの前記上面の前記移動領域で前記複数の移動ユニットの夫々の移動と位置決めとを行う駆動手段と、
前記複数の移動ユニットに設けられており、前記微小部品を支持する組立手段と、
前記テーブルの前記側面に配置されており、近接した前記移動ユニットの前記組立手段に複数の前記微小部品を供給する複数の部品供給ユニットを含む複数の作業ユニットと、
を具備しており、
前記組立手段は、前記複数の作業ユニットの前記複数の部品供給ユニットから供給され支持している複数の前記微小部品の位置及び姿勢を決め移動させ相互に当接させる位置決めツール，組立治具，そして組立ツールを有しており、
前記作業ユニットはさらに、近接した前記移動ユニットの前記組立手段の前記位置決めツール，前記組立治具，そして組立ツールにより位置及び姿勢が決められ移動され相互に当接されている複数の前記微小部品を、締結させる締結手段を含んでいる、
ことを特徴とする微小構造体組立装置。
前記駆動手段はサーフェイスリニアモータを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の微小構造体組立装置。
複数の前記作業ユニットの各々は、各々における前記微小部品を撮影するための撮影ユニットを備えている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の微小構造体組立装置。
前記テーブルの前記上面の上方に配置され前記上面に向いている撮影器を更に備えているとともに、
前記撮影器により撮影された画像及び複数の前記作業ユニットの前記撮影ユニットにより撮影された画像を表示させるディスプレイを更に備えている、
ことを特徴とする請求項３に記載の微小構造体組立装置。