JP6632367B2 - 組立装置、組立装置の制御方法、および物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、直交ロボットを用いた組立装置、その組立装置の制御方法、および物品の製造方法に関するものである。

種々の物品、工業製品の製造現場で、直交ロボットや、多軸ロボットを用いて組立ハンドによってワークを操作し、自動組立を行う組立装置が知られている。

直交ロボットを用いる組立装置は、ＸＹステージ、Ｚステージなどを組み合わせて、組立ハンドや工具などのツール類と、被作業対象であるワークとの相対的な位置関係を制御し、ワークに対する組立部品の組み付け、加工などを行う。上記のＸＹステージ、Ｚステージは、ＸＹテーブル、Ｚテーブル、あるいはＸＹロボット、Ｚロボットなどと呼ばれることもある。これらの直交ステージ（テーブル、ロボット）は、例えば直線的なガイド部材上でツールを搭載した組立ヘッド、あるいはワークを搭載した作業台を移動させる構成であり、一般に構成がシンプルであり、比較的容易に高精度な動作を行うことができる。

この種の直交ロボットを用いる組立装置は、プログラミングに応じて種々の組立操作を行うモジュールやユニットとして、例えば一定の形状、サイズを有する構成に規格化することが容易である。このように規格化された組立装置モジュール（ユニット）は、多数、配列することにより１つの生産ラインを構成することができる。

この種の直交ロボットを用いる組立装置では、例えばカメラなどの視覚系を用いずにワークとツールの相対位置姿勢を制御する場合も多い。しかしながら、要求される組立ないし加工工程によっては、例えばカメラなどの視覚系を用いて得たワークやツールの状態に関する情報を直交ロボットの動作にフィードバックする制御が必要になる場合がある。ここで、カメラなどの視覚系で検出、測定、ないし評価するワークやツールの状態には、例えばワークやツールの位置姿勢、ワークの表面状態などが含まれる。また、この種のカメラなどの視覚系は、特定の作業後において組み付け状態や加工状態を検査するための検査装置として用いられる場合もある。

例えば、従来の組立装置では、組付け作業を行う作業軸とは別に、状態検出や検査のためのカメラを複数配置し、また、撮影領域を選択するためにそれらを移動させる駆動軸を配置する構成が提案されている（例えば下記の特許文献１）。

特開２００６−８６３５７号公報

特許文献１に記載されるような従来の組立装置では、複数のカメラを用い、またそれらの位置を変化させる駆動軸を設ける必要があり、組立装置が大型化し、複雑高価になりがちな問題がある。また、このような構成では、カメラと例えばワークを特定の相対位置関係にして行う状態検出や検査のためのシーケンスを作業工程に含める必要がある。そして、このような状態検出や検査を行う区間では、本来の組立作業工程を中断しなければならないことが多い。

そこで、本発明の課題は、組立工程、検査工程を効率よく実行でき、簡単安価かつ小型軽量に構成できる組立装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、ワークに対して組立動作を行う組立ツールを水平平面内で移動させる第１の移動装置と、前記水平平面より下方の空間において作業台を垂直方向に昇降させる第２の移動装置と、前記第１および第２の移動装置の位置を制御し、前記組立ツールによって、前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する制御装置と、前記ワークの検査情報を取得する検査装置と、を備えた組立装置であって、前記制御装置が、前記第２の移動装置により、前記検査装置が対象を検査可能な検査領域内に前記作業台に搭載されたワークが入るよう前記作業台を移動させて、前記検査装置により前記作業台に搭載されたワークの検査情報を取得するワーク検査と、前記ワーク検査で取得した前記検査情報に基づき前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する組立制御と、を実行する構成を採用した。

上記構成によれば、組立に必要な移動手段を組立ツールを水平平面内で移動させる第１の移動装置と、前記水平平面より下方の空間において作業台を垂直方向に昇降させる第２の移動装置と、に分離している。このため、水平平面内を移動可能な組立ツールが別作業を行っている間に、作業台を昇降させ、検査装置により検査工程を実施できる。従って、組立作業と、ワークの状態検査を並列的に実行し、状態検査により組立工程を遅滞させることがない。また、第２の移動装置を利用して、ワークのような検査対象を検査装置の検査領域に移動して検査装置による状態検査を行う。このため、例えば、検査領域の狭い範囲に限定されているような高い検査品質を有する検査装置に容易に対応でき、高精度な状態検査に基づき、正確かつ確実な組立処理を行うことができる。また、組立操作、状態検査に必要な垂直方向の移動手段が、１つの第２の移動装置で兼用することができ、装置の位置制御に用いる駆動軸数を削減することができる。これにより、組立装置全体を簡単安価かつ小型軽量に構成することができる。即ち、上記組立装置によれば、簡単安価かつ小型軽量な構成により、視覚系を利用して組立工程、検査工程を効率よく実行でき、歩留まりよく高品質な物品を製造することができる。

本発明の実施例に係る組立装置の概略構成を示した斜視図である。 図１の組立装置の断面Ｓの概略構成を示した説明図である。 本発明の実施例に係る組立装置の制御系の構成を示したブロック図である。 本発明の実施例に係る組立装置の組立制御手順の一例を示したフローチャート図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る組立装置の組立動作を順に示した説明図である。 図５に引き続き（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る組立装置の組立動作を順に示した説明図である。 本発明を採用した組立装置の異なる部材配置を示した説明図である。 本発明を採用した組立装置のさらに異なる部材配置を示した説明図である。

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。

＜実施例＞
以下、主に図１〜図６を参照して、本発明の実施形態の好適な一実施例につき説明する。

図１、図２は本発明を採用した組立装置の概略構成を示している。複数、配列されることにより、生産装置ラインを構成できる組立装置１の構成の一例を示している。同図のような組立装置１は「組立てロボットセル（モジュールないしユニットなど）」のような名称の製品として提供されることがある。

図１の組立装置１は、基台４００上部を筐体４０１で覆った全体に直方体形状を呈し、複数、配列する組立装置１はいずれも以下に説明するのと同一ないしほぼ同様の構成を有するものとする。組立装置１は、水平平面を移動可能な組立ロボット２と、ベース上に設置された作業台ユニット３と、検査装置４を備える。

検査装置４は、作業台ユニット３の移動可能領域３２と検査装置４の検査領域３１が重なる領域（Ｋ：図２の垂直範囲）を有する位置に設置される。検査装置４は例えばデジタルカメラなどの撮像装置などから構成することができる。その場合、検査装置４の検査領域３１は、その撮影レンズによって好適な検査画像を撮影できる被写界深度などに対応する空間範囲となる。図１の構成では、検査装置４は、筐体４０１の天板内側に対して固定、配置されている。

なお、高画質の撮像結果を得て、正確かつ信頼性の高い組立（ないし製造）制御を行うなら、例えば検査装置４に歪みが小さく固定焦点でｆ（ストップ）値の小さい（明るい）撮影レンズを用いた撮像装置を採用すると良い。

組立ロボット２は、直交ロボットとして構成されたＸＹ軸移動装置１１と、ワーク（後述の組立部品５２や被組立部品５１）把持する作業ハンド１２１を備える。作業ハンド１２１は、ビス締めに用いるドライバ９２（電動ドライバなど）、あるいは塗布材料の塗布装置９３、などと共に組立ツール１２上に配置されている。ドライバ９２、塗布装置９３などを用いた組立操作については、本実施例の最後に変形例として記述する。

組立ツール１２は、組立ヘッドに相当し、ＸＹ軸移動装置１１のＸテーブル１１ｘ（Ｘロボット）によってＸ軸方向の任意の作業位置に移動される。Ｘテーブル１１ｘは、ＸＹ軸移動装置１１のYテーブル１１ｙ（Ｙロボット）の被駆動部であり、Yテーブル１１ｙによりＹ軸方向の任意の位置に移動することができる。ＸＹ軸移動装置１１を構成するＸテーブル１１ｘ、Yテーブル１１ｙは、詳細不図示であるが、例えばガイドレール上に各々の被駆動部（組立ツール１２、Ｘテーブル１１ｘ）を摺動支持し、ギア、ベルトその他任意の駆動系によって各被駆動部の位置を制御する。Ｘテーブル１１ｘ、Yテーブル１１ｙを駆動するモータなどの駆動源（不図示）は各々の端部に収容され、駆動回路４３を介して後述の制御系（図３）によって制御される。

なお、以下では、本実施例の組立ツール１２が取り扱うワーク（作業対象）は、特に組み付けの関係を重視する場合、組立部品（５１）、被組立部品（５２）などと呼ぶことがある。また、混同を生じるおそれの無い文脈では、組み付けが終了し、一体となった組立部品（５１）、被組立部品（５２）の部位をワーク（アセンブリ）などと呼ぶこともある。

組立ツール１２は、上記のように１ないし数種のツールを搭載した組立ヘッドとして構成され、ＸＹ軸移動装置１１によって、基台４００上の所定の高さを有する水平（ＸＹ）平面内の位置に移動することができる。

作業台ユニット３は、被組立部品５１を保持する作業台２１と、作業台２１をＺ軸方向（垂直方向）に昇降させるためのＺ軸移動装置２２を備える。本実施例では、このように、作業台２１側にＺ軸移動装置２２を備え、組立ツール１２（組立ロボット２）に対して、鉛直下方からアプローチできるよう構成する。従来構成では、組立ロボット２に対して、組立ツール１２（組立ロボット２）をさらにＺ軸方向に移動可能に支持する、ＸＹＺ直交ロボットとして構成することもある。

しかしながら、本実施例のように作業台２１側にＺ軸移動装置２２を備え、組立ツール１２に対して下方からアプローチする構成によると、組立ロボット２が支持すべき部位を軽量に構成し、精度の高い位置制御を容易に実現できる利点がある。また、本実施例の作業台２１側にＺ軸移動装置２２を備えた構成は、後述のように、検査装置４の検査領域３１にワークを移動し、検査させるのに利用する。

上記のＸＹ軸移動装置１１は、組立ツール１２を水平平面内で移動させる第１の移動装置を構成する。また、Ｚ軸移動装置２２は、ＸＹ軸移動装置１１が組立ツール１２を移動させる水平平面内より下方の空間において作業台を垂直方向に昇降させる第２の移動装置を構成する。

作業台ユニット３は、例えば基台４００の比較的、端部に近い領域に設置され、この位置でＺ軸移動装置２２により作業台２１を昇降させる。また、作業台ユニット３は、この位置に固定的に配置する他、さらに破線で示したように、隣接する組立装置の基台（４００）上に搬出できるよう構成してもよい。このような構成によれば、隣接する組立装置の基台（４００）上でＺ軸移動装置２２を介して作業台２１を昇降させ、隣接組立装置の組立ツール１２にアセンブリ（ワーク）を引き渡すことができる。

さらに、図１の組立装置１は、基台４００上にトレイ７０、作業台７２を配置してある。トレイ７０は、組立ツール１２にワーク（被組立部品５１、組立部品５２）を供給する供給手段を構成する。また、作業台７２は、ワーク（被組立部品５１、組立部品５２）に準備的、ないし副次的な作業工程を行う必要がある場合などにおいて、例えば第２の作業台として利用される。

トレイ７０、作業台７２上のワークは作業台２１の場合と同様に、組立ツール１２によって操作される。このため、レイ７０、作業台７２をＺ軸方向に昇降させるＺ軸移動装置７５、７６を、それぞれこれら供給トレイ７０、作業台７２の下部に配置する。なお、Ｚ軸移動装置２２、７５、７６のそれぞれには、さらにこれらのＺ軸昇降軸をＺ軸廻りに回動させる機構が設けられていてもよい。このような構成を設けておくことにより、例えば作業台２１、７２、供給トレイ７０のＺ軸廻りの姿勢を制御することができる。

図３は、図１、図２の組立装置の制御系の構成の一例を示している。図３において、CPU６０１はＲＯＭ６０２、ＨＤＤ６０４などに格納されたプログラムに従い、組立装置１全体の動作を制御する。CPU６０１はインタフェース４２および駆動回路４３を介して、ＸＹ軸移動装置１１、組立ツール１２、Ｚ軸移動装置２２の駆動を制御する。

検査装置４が撮像装置などであれば、検査装置４の検査領域３１はその撮影レンズによって好適な検査画像を撮影できる被写界深度などに対応する空間範囲となる。ＲＯＭ６０２、ＨＤＤ６０４などの記憶領域には、この検査装置４の検査領域３１の３次元空間情報（例えば矩形空間を規定する数点のＸＹＺ座標値）を格納しておく。CPU６０１は、この検査領域３１の空間情報を参照することにより、例えば後述のように、ワーク（例えば被組立部品５１、あるいはさらに組立部品５２）を検査領域３１内に移動させるよう、Ｚ軸移動装置２２を駆動制御することができる。

また、CPU６０１はインタフェース４２を介して、検査装置４を制御することができる。CPU６０１は、ワーク（例えば被組立部品５１、あるいはさらに組立部品５２）を検査領域３１内に移動させた後、検査装置４を駆動して検査情報を取得する。インタフェース４２には、操作パネル４４が接続されている。この操作パネル４４は、例えば起動スイッチ（不図示）などの操作手段を有し、作業（管理）者の操作に応じて組立プログラムを起動させるのに用いることができる。ただし、後述の組立制御は必ずしも作業（管理）者の操作を契機として起動されるものである必要はなく、もちろん、他のマスタコントローラ（不図示）などの制御信号に応じて起動されるものであってよい。

ＨＤＤ６０４は、この種の生産装置モジュールでは必須ではないが、配置した場合は、ＨＤＤ６０４はＣＰＵ６０１の演算処理結果である各種のデータ等を記憶する記憶部を構成する。また、ＨＤＤ６０４には、ＣＰＵ６０１に各種演算処理を実行させるためのプログラムを記録したファイルを格納することができる。ＣＰＵ６０１は、ＲＯＭ６０２ないしＨＤＤ６０４に記録（格納）されたプログラムに基づいて後述の組立制御手順を実行する。

後述のワーク授受制御手順を実行させるプログラムをＲＯＭ６０２ないしＨＤＤ６０４に記録（格納）する場合、これらの記録媒体は、本発明を実施するための制御手順を格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を構成する。なお、後述のワーク授受制御手順を実行させるプログラムは、ＲＯＭ６０２ないしＨＤＤ６０４のような固定的な記録媒体に格納する他、各種フラッシュメモリや光（磁気）ディスクのような着脱可能なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納してもよい。このような格納形態は、本発明を実施する生産装置ラインを構成する各生産装置に、ワーク授受制御手順を実行させるプログラムをインストールしたり更新したりする場合に利用できる。また、ワーク授受制御手順を実行させるプログラムをインストールしたり更新したりする場合、上記のような着脱可能な記録媒体を用いる他、後述のようにネットワーク（６０９）を介してプログラムをダウンロードする方式を利用できる。

次に、上記構成における自動組立制御につき、図４、図５および図６を参照して説明する。図４は、図３の制御装置により実行される自動組立制御の流れを示しており、左列（Ｓ１０１〜Ｓ１１４）でＸＹ軸移動装置１１、右列（Ｓ２０１〜Ｓ２１０）でＺ軸移動装置２２に係る制御を書き分けている。また、図５（ａ）〜（ｄ）、および図６（ａ）〜（ｄ）は、図２に準じた形式で組立装置各部の動作を示したもので、順序としては図５（ａ）〜（ｄ）に引き続き図６（ａ）〜（ｄ）の動作が起きるよう記述されている。

組立ロボット２および作業台ユニット３が部品を保持していない状態から、作業者は操作パネル４４を操作し、組立制御プログラムを起動させる。この組立制御プログラムは、特定の物品に対してこの組立装置で実行する物品組み立て工程の制御手順を記述したものであり、例えばロボット制御言語や、教示点リストのような形式で記述されている。この組立制御プログラムの格納先は、例えばＲＯＭ６０２や外部記憶装置６０４（ＨＤＤなど）などである。

組立制御プログラムが起動すると、組立ロボット２により被組立部品５１取り出す（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）。例えば、CPU６０１はＸＹ軸移動装置１１を制御して組立ツール１２をトレイ７０の位置まで水平移動する（Ｓ１０１）。続いて、CPU６０１は、被組立部品５１をトレイ７０から取り出せるようＺ軸移動装置７５を介してトレイ７０を昇降させる。そして、組立ツール１２の作業ハンド１２１を駆動して、作業ハンド１２１に被組立部品５１を保持させる（Ｓ１０２）。その後、CPU６０１は、ＸＹ軸移動装置１１を駆動し、組立ツール１２を図５（ａ）のように作業台ユニット３上の位置に移動させる（Ｓ１０３）。

次に、CPU６０１は、Ｚ軸移動装置２２を駆動して、図５（ｂ）のように作業台ユニット３を上昇させる（Ｓ２０１）。そして、組立ロボット２の作業ハンド１２１から作業台ユニット３上に被組立部品５１を受け取り、作業台２１に載置させる（Ｓ２０１）。なお、この時、作業台２１の所定位置に被組立部品５１を固定するよう、治具やストッパの固定手段が設けられている場合、CPU６０１はこの固定手段を制御して、作業台２１の所定位置に被組立部品５１を固定する。

その後、CPU６０１は作業台２１上の被組立部品５１と作業ハンド１２１が干渉しないようにＺ軸移動装置２２を介して作業台２１を降下させる。しかる後にＸＹ軸移動装置１１を駆動して組立ツール１２を組立部品供給位置、例えばトレイ７０の上空の位置まで水平方向に退避させる（Ｓ１０５）。これにより、図５（ｃ）に示すように、作業台ユニット３と検査装置４の間に組立ロボット２、特に組立ツール１２廻りの部位が存在しない状態となる。一方、上記のように、トレイ７０の組立部品供給位置に送り込んだ組立ツール１２には、上述同様の制御により、次に用いる２個めの組立部品５２を受け取り動作を行わせることができる（Ｓ１０６）。

続いて、CPU６０１はＺ軸移動装置２２を駆動し作業台２１を昇降させ、図５（ｄ）に示すように、検査装置４の検査領域３１に被組立部品５１を移動させる（Ｓ２０２：昇降制御工程）。なお、図５、図６の例では、例えばトレイ７０の上空の位置まで水平方向に退避（Ｓ１０５）させた位置より、検査領域３１の方が上方にあるため、検査装置４の検査領域３１への移動は作業台２１を上昇させるような位置関係を採用している。ただし、検査装置４の検査領域３１の配置によっては、この時の組立ツール１２と被組立部品５１が干渉しない位置から作業台２１を上昇させて検査領域３１へ被組立部品５１を移動させる場合もあり得る。

続いて、図５（ｄ）の状態で、CPU６０１は、検査装置４を駆動し、被組立部品５１に対して状態検査（１）を行う（Ｓ２０３）。検査装置４がデジタルカメラなどの撮影する撮像装置により構成されている場合、この撮像装置で撮像した画像に対する画像処理を介して検査情報を取得することができる。このようにして取得される検査情報には、被組立部品５１の装着状態（作業台２１上の被組立部品５１の位置姿勢やの有無確認を含む）や、被組立部品５１の品質、加工状態（例えば被組立部品５１の表面状態など）などが含まれる。

なお、図４のフローチャートには詳細不図示であるが、検査装置４により取得した検査情報によって、何らかのエラーが発生している場合には、CPU６０１にエラー内容に応じたエラー処理を実行させることができる。ここでは、例えば、上記の被組立部品５１の装着状態（例えば装着姿勢不良など）に係るエラーであれば、組立ツール１２の作業ハンド１２１を用いて作業台２１に対する上記の装着（載置）操作を再試行させるエラー処理などが考えられる。また、被組立部品５１の品質、加工状態に関するエラーであれば、組立ツール１２の作業ハンド１２１を用いて当該の被組立部品５１を作業台２１から除去し、トレイ７０から別の被組立部品５１を取得して装着し直す、といったエラー処理などが考えられる。また、その他の何らかの致命的なエラーが検出された場合には、作業者に警報を発生してこの組立装置１、ないしそれを含む生産ラインの組立工程を中断（中止）させてもよい。

このように、CPU６０１は、ワーク検査で取得した検査情報に基づき、ワークに対する組立処理を、様々に制御（組立制御工程）することができる。例えば、上記の被組立部品５１の姿勢補正、装着し直しや交換の位置などの他、致命的エラーが検出された場合にはエラー報知や組立工程の中断（中止）などのエラー処理を行うことができる。また、後述の状態検査（２）のように、本組立装置における作業工程終了（に近い）タイミングで行う状態検査は、例えば検品のような製品検査として実行することもできる。

状態検査（Ｓ２０３）が正常に完了すると、被組立部品５１に組立部品５２を装着する動作（状態検査（２）を含む）に入る（Ｓ１０７〜Ｓ１０９、Ｓ２０４〜Ｓ２０６）。ここでは、まず、CPU６０１がＺ軸移動装置２２を駆動して、必要に応じて検査領域３１から作業台２１を降下させる。この作業台２１の降下は、例えば次の組立部品５２と作業台２１やその上の被組立部品５１と作業ハンド１２１が干渉しないよう行うものであるが、検査領域３１のＺ軸方向の高さ位置によっては必須ではない。

組立ツール１２は、上記のように被組立部品５１を作業台２１に載置した後は、並行処理によって、例えばトレイ７０から次の組立部品５２（図４では「１個目」）を取り出す処理を行う。その後、CPU６０１は、ＸＹ軸移動装置１１の駆動によって、図６（ａ）に示すように、次の組立部品５２を作業ハンド１２１で保持した組立ツール１２を作業台ユニット３上部の位置に移動させる（Ｓ１０７）。

次に、CPU６０１は、Ｚ軸移動装置２２を駆動し、作業台２１を図６（ｂ）に示すように上昇させる。これにより、作業台２１に保持されている被組立部品５１に対して、作業ハンド１２１が把持している組立部品５２の組付け（Ｓ１０８、Ｓ２０４）が行われる。

その後、上述同様にして次サイクルの被組立部品５１（図４では「２個目」）の受領のため組立ツール１２をトレイ７０の上空に移動（Ｓ１０９）させ、作業台２１をＺ軸移動装置２２により下降させると、図６（ｃ）に示す状態となる。これにより、図示のように作業台２１と検査装置４の間に、組立ツール１２が存在しない状態となる。

組立ツール１２が上述同様にトレイ７０から次の被組立部品５１を受け取っている間に、CPU６０１は、Ｚ軸移動装置２２の駆動により作業台２１を昇降させ、検査装置４の検査領域３１に組立部品５２が組付けられた被組立部品５１を移動させる（Ｓ２０５）。これにより、図６（ｄ）に示すように、ワーク（５１、５２）が検査領域３１の内部に位置する昇降位置において、組立部品５２ないしは被組立部品５１を検査装置４で検査できる状態となる。

ここで、CPU６０１は、検査装置４を駆動して、組立部品５２が組付けられた被組立部品５１に対して状態検査（２）を行う（Ｓ２０６：ワーク検査工程）。この状態検査（２）は、上述の状態検査（（１）Ｓ２０３）と同様の検査処理である。

この状態検査（２）で取得される検査情報には、被組立部品５１の装着状態（作業台２１上の被組立部品５１の位置姿勢やの有無確認を含む）や、被組立部品５１の品質、加工状態（例えば被組立部品５１の表面状態など）などが含まれる。また、この状態検査（２）により何らかのエラーが検出された場合は、上述同様のエラー処理を実行してよい。

一方、状態検査（２）が正常に終了した場合には、被組立部品５１に組立部品５２が装着されて成るアセンブリを組立装置１から排出する。このアセンブリの排出処理は、例えば作業台ユニット３を搬送装置９１によって、隣接して配置された組立装置１と同様の構成を有する隣接組立装置の基台４００上に搬出することにより行える。この状態で、例えば作業台ユニット３のＺ軸移動装置２２を介して作業台２１を昇降させれば、隣接組立装置の組立ツール１２にアセンブリ（ワーク）を引き渡すことができる。

以後、図４のステップＳ１１０〜Ｓ１１４と、Ｓ２０８〜Ｓ２１０は、２個目の被組立部品５１を作業台２１に装着（載置）して状態検査（１）までを実行する処理を示したもので、上記と同様である。即ち、ステップＳ１１０〜Ｓ１１４と、Ｓ２０８〜Ｓ２１０は、上記のステップＳ１０２〜Ｓ１０６、およびステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理と同等である。図４では、それ以降、２個目の組立部品５２を被組立部品５１に装着して、状態検査（２）を行い、そのアセンブリを排出するまでの処理の図示は省略してあるが、これらの処理は、上記のステップＳ１０７〜Ｓ１０９やＳ２０４〜Ｓ２０７と同等である。即ち、２個目（ないし３個目以降）のアセンブリの組立制御も、上記の処理を繰り返すことによって実行することができる。

以上のように、本実施例のワーク検査は、ＸＹ軸移動装置１１によって、組立ツール１２を、作業台２１の昇降する領域とは異なる他の作業位置に移動させ、異なる作業対象に対する他の作業を実行させている間に実施できる。この時、組立ツールに実行させる他の作業は、作業台に搭載されたワークとは異なる作業対象に対する作業、例えば上記の例では、被組立部品５１や組立部品５２の供給手段からの取り出しなどである。例えば、組立ツール１２がトレイから組立部品５２を受け取っている間に、作業台２１上の被組立部品５１の状態検査（１）を行うことができる。また、組立ツール１２が次（２個目）の被組立部品５１を受け取っている間に、作業台ユニット３上の組立部品５２が組付けられた被組立部品５１に対する状態検査（２）を行うことができる。従って、本実施例によれば、組立作業のサイクルタイムをほぼ延長することなく状態検査を実施でき、高速なワーク（アセンブリ）組立処理を行うことができる。

また、本組立装置（１）では、ＸＹ軸移動装置１１、Ｚ軸移動装置２２を介して組立ツール１２とワークの相対位置姿勢を制御しつつ、被組立部品５１の供給、取り出し、組立部品５２の組み付け、など、ワークに対する複数の作業工程を実行する。そして、その複数の作業工程の間に少なくとも２回以上、ワーク（状態）検査を実行させることができる。そして、工程の進行に応じて、複数のワーク（状態）検査は、その時点で必要な、被組立部品５１の位置姿勢、表面状態などの検査、組立部品５２の装着状態検査などとして実行することができる。このため、組立処理を正確かつ確実に実行することができる。

また、上記の状態検査（１）、（２）は、作業台２１を昇降させて検査装置４の検査領域３１に被組立部品５１や組立部品５２を移動させて行う。このため、検査装置４によって、正確かつ信頼性の高い状態検査を行うことができ、それに基づき、正確かつ確実に次段の組立操作を制御することができ、歩留まりよく、工業製品（アセンブリ、ワーク）のような物品の製造を行うことが可能となる。

ここで、例えば検査装置４がデジタルカメラなどの撮像装置である場合を考える。その場合、高画質の画像を撮像し、それにより正確かつ信頼性の高い組立（ないし製造）制御を行うおうとすると、例えば検査装置４に歪みが小さく固定焦点でｆ（ストップ）値の小さい（明るい）撮影レンズを用いた撮像装置を採用したい場合がある。このような撮影レンズでは、一般に被写界深度が浅く、本実施例のような部材配置では、検査装置４の検査領域３１のＺ軸方向の高さが小さく（狭く）なる傾向がある。

しかしながら、良好に状態検査を行うための検査領域３１の範囲がＺ軸方向に著しく制限されている場合でも、本実施例によれば、状態検査（１）、（２）において、良好な検査性能を発揮できる。即ち、本実施例によれば、状態検査（１）、（２）は、検査対象（被組立部品５１、組立部品５２）を検査装置４の検査領域３１に移動してから実行するため、良好な検査性能を維持できる利点がある。これにより、正確かつ確実に次段の組立操作を制御することができ、歩留まりよく、工業製品（アセンブリ、ワーク）のような物品の製造を行うことができる。

さらに、本実施例の構成は、Ｚ軸移動装置２２が、検査装置４と検査対象のＺ軸方向の距離を調整する駆動軸と、組立作業、例えば被組立部品５１に組立部品５２を組付けるための駆動軸を兼ねる構成である、といえる。例えば本実施例によれば、検査装置（例えばカメラ）の移動制御のために別の駆動軸を用意する必要がなく、必要な装置の軸数を削減し、組立装置１を簡単安価かつ小型軽量に構成することができる。

さらに、図４〜図６に示したように、状態検査（１）、（２）の２種類の状態検査を同一サイクル中に行うことにより、１つのＺ軸移動装置２２と、１つの検査装置４で、２つの異なる状態検査を実施できる為、効果は大きくなる。例えば、状態検査（１）で組立状態を確認しながら、状態検査（２）で（半）完成状態のアセンブリ（ワーク）の検品を行う、といった検査処理が可能となり、簡単安価かつ小型軽量な構成により、正確かつ確実な物品製造（組立）を行うことができる。

以上では、ワーク、例えば、被組立部品５１に組み付ける組立部品５２として、直方体形状を簡単に例示した。しかしながら、組立部品５２としては、例えばビス、ボルト、ナットのような締結部材や、塗料や潤滑剤（材）のような塗布剤（例えば液状、ゲル状の材料、粉体なども同様）などであってよい。その場合、組立ツール１２としては、組立部品５２の性質に適合する部材を用いることになる。以下では、組立部品５２としてビスを用い、ドライバ９２でビス締めを行う作業、および塗布装置９３により何らかの塗布材を塗布する作業につき簡単に説明しておく。

図１に示した組立ツール１２には作業ハンド１２１の他にドライバ９２が装着されており、組立部品５２がビスである場合、その装着、即ちビス締め作業にはこのドライバ９２を用いることができる。また、部品供給手段としてはトレイ７０のような単純な棚板ではなく、ビス供給装置（不図示）を基台４００上に用意する。この種の自動組立には、公知のドライバ９２と、ビス供給装置を用いることができる。

この種のドライバ９２は、例えば負圧吸着機構などを備えており、十字、マイナス、星型など任意の先端形状を有するビット先端にビスを吸着することができる。そこで、CPU６０１が、ＸＹ軸移動装置１１を介して組立ツール１２（組立ヘッド）を移動し、ビス供給装置の供給位置（不図示）にドライバ９２のビット先端を整合させ、負圧吸着機構を駆動することにより、ビット先端に１個のビスを取り出すことができる。組立部品５２がビスであれば、例えば、図４の組立部品５２の取り出し（Ｓ１０５、Ｓ１１４）の際に実行する動作は上記のようなものとなる。

図４のステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ２０４の組立部品５２の装着において、ＸＹ軸移動装置１１、Ｚ軸移動装置２２の制御は、被組立部品５１に組立部品５２（ビス）を螺合させるためのドライバ９２の作動距離に応じて行うことを除けば上述と同様である。被組立部品５１の螺合位置には、例えばネジ孔（タッピングビスの場合はタップ加工不要）を設けておく。ＸＹ軸移動装置１１、Ｚ軸移動装置２２によって、このネジ孔とドライバ９２のビット先のビスを整合させ、ドライバ９２のビットを回転駆動することにより、ネジ孔にビット先のビスが締め込まれる。ビス締めに必要な圧着力は、この種の（電動）ドライバに設けられたスプリングなどの圧着機構（不図示）などによって調節される。もし、そのような機構がドライバ９２になければ、ドライバ９２の回転角度とネジのピッチなどに応じて、Ｚ軸移動装置２２を用いて除々に作業台２１を介してドライバ９２と被組立部品５１の距離を短縮していく制御を行ってもよい。

なお、このビス締め動作の後、状態検査（１）に入る前にドライバ９２を搭載した組立ツール１２は、次サイクルのビスの受領（補給、ないし取得）のために、不図示のビス供給装置の位置に移動してしまうことができる。これにより、状態検査のために本来の組立工程が遅滞することがない、という上述同様の効果を期待できる。

ビス締め後の状態検査（１）（状態検査（２）として行う場合も同様である）は、上述のステップＳ２０２、Ｓ２０３で述べたものと同様の組立制御で実施できる。即ち、状態検査に先立ち、CPU６０１は検査装置４の検査領域３１の内側に、例えばビス締めしたビスのヘッド（頭）の部位が入るように作業台２１を昇降させる（Ｓ２０２：昇降制御工程）。そして、検査装置４を駆動して、検査情報を取得する。

組立操作がビス締めであれば、この状態検査は、ビス締め状態の評価を行うものとなる。例えば検査装置４から取得した検査情報を介して、ビスの有無確認、ビス締め状態確認（ビスの姿勢などの評価を含む）などを行うことができる。例えば、検査装置４であれば、撮像結果をCPU６０１（あるいは他の画像処理デバイス）で画像認識することにより、ビス締め状態を評価することができる。例えば、画像認識により、所定のビス締め位置にビスのヘッド（頭）の部位が検出できるか、そのヘッド（頭）の姿勢が所定姿勢から傾斜していないか、などを検出することができ、これらの検出結果を介してビス締め状態を確認、評価することができる。

上述のように、組立部品５２がビスであり、その組立作業がビス締めである場合においても、上述同様の制御により組立、および検査装置４による状態確認を実行することができ、その場合も上述同様の効果を得ることができる。

組立部品５２が何らかの塗布材（塗料、潤滑材など）であり、この塗布材を塗布装置９３により塗布する場合も同様の組立、検査制御を行うことができる。

例えば、図４の組立部品５２の取り出し（Ｓ１０５、Ｓ１１４）の際に実行する動作は、例えば、塗布装置９３を塗布材供給手段（不図示）の位置に移動し塗布材供給手段（不図示）から塗布材の供給を受ける動作になる。この場合、塗布装置９３は、例えば塗布ブラシ（刷毛）や塗布スポンジなどの部材、一方、塗布材供給手段（不図示）は塗布材溜めのような部材となる。

あるいは、塗布装置９３が塗布材の噴射（吐出）ノズルのような部材で構成される場合は、組立ツール１２上の塗布装置９３に塗布材を供給ないし補充する機構が配置される。この場合には、組立ツール１２に装着した供給チューブやパイプなどを介して塗布装置９３に噴射（吐出）すべき塗布材を圧送するなどして供給ないし補充する。この場合には図４の組立部品５２の取り出し（Ｓ１０５、Ｓ１１４）に対応する動作は、この供給チューブやパイプなどを介して塗布材を塗布装置９３に供給ないし補充する動作となる。

組立部品５２が塗布材である場合、図４のステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ２０４におけるＸＹ軸移動装置１１、Ｚ軸移動装置２２の制御は、塗布装置９３の駆動条件などに応じて行うことを除けば上述と同様である。CPU６０１は、ＸＹ軸移動装置１１、Ｚ軸移動装置２２を介して、塗布装置９３の作動距離などの塗布条件に応じて塗布装置９３と被組立部品５１の相対位置姿勢を制御する。しかる後に、塗布装置９３が塗布ブラシ（刷毛）やスポンジなどであれば、組立ツール１２を往復動させるなどして塗布材の塗布を行う。また、塗布装置９３が噴射（吐出）ノズルなどであれば、CPU６０１は、その駆動バルブを開くなどして、塗布装置９３から塗布材を噴射（吐出）させる。

なお、この塗布動作の後、状態検査（１）に入る前に塗布装置９３を搭載した組立ツール１２は、次サイクルの塗布材の受領（補給、ないし取得）のために、不図示の塗布材供給手段の位置に移動してしまうことができる。これにより、状態検査のために本来の組立工程が遅滞することがない、という上述同様の効果を期待できる。

塗布後の状態検査（１）（状態検査（２）として行う場合も同様である）は、上述のステップＳ２０２、Ｓ２０３で述べたものと同様の組立制御で実施できる。即ち、状態検査に先立ち、CPU６０１は検査装置４の検査領域３１の内側に、例えば被組立部品５１の塗布部位が入るように作業台２１を昇降させる（Ｓ２０２：昇降制御工程）。そして、検査装置４を駆動して、検査情報を取得する（Ｓ２０６：ワーク検査工程）。塗布装置９３による塗布動作の場合、状態検査（１）（あるいは（２））は、塗布材の有無確認、塗布確認、塗布状態評価などを行うものとなる。これら塗布材の有無確認、塗布確認、塗布状態評価などは、検査装置４が撮像装置であれば、上述同様の撮影画像に対する画像処理や画像認識によって行うことができる。塗布材の有無や、塗面の評価は、例えば反射光量の評価などを介して行うことができる。また、塗布材に特有の色で着色されているような場合には、撮影画像の色評価などを介してこれらのこれら塗布材の有無確認、塗布確認、塗布状態評価を行うこともできる。

上述のように、組立部品５２が塗布材であり、その組立作業が塗布作業である場合においても、上述同様の制御により組立、および検査装置４による状態確認を実行することができ、その場合も上述同様の効果を得ることができる。

なお、検査装置４としては、検査装置４に単焦点レンズの撮像装置、レーザセンサ、ファイバセンサ、などの光学検査装置、磁気や電磁波、その他の任意の媒体を利用した検査装置を検査装置４として設置してよい。その場合、検査装置４の配置位置は上述の、作業台ユニット３の上部に限定されず、検査装置４の検査方式に応じて適切な設置位置に変更しても構わない。

例えば、検査装置４の配置としては、図７に示すように、検査装置４を作業台ユニット３の側方に設置する構成が考えられる。例えば、ワーク（例えば被組立部品５１＋組立部品５２）の組み付け部位や、側面の状態を詳細に検査したり、Ｚ軸（高さ）方向のワークの状態を検査する場合には、このような配置を利用できる。このような構成においても、検査装置４の検査領域３１と作業台ユニット３の移動可能領域３２が干渉するようなケースは予想され、その場合には上述同様に検査工程のタイミングで作業台ユニット３のＺ軸移動装置２２を退避させる制御を行う。これにより、検査工程を支障なく実施できるとともに、退避させる装置のサイクルタイムを延ばすことなく検査を実施する事ができる。

また、レーザセンサのように検査領域が狭い検査装置４を使用する場合、図８に示すように検査装置４を配置する。そして、本実施例によれば、検査装置４と検査対象の距離を調整する駆動軸と、被組立部品５１に組立部品５２を組付ける為の駆動軸の移動を、１つのＺ軸移動装置２２で兼用できる。このため、簡単安価な構成により、検査領域に応じた適切な検査制御を実施でき、正確かつ確実な検査制御に基づき信頼性の高い物品の組立制御を実現できる。

また、搬送装置９１（Ｘロボット）を設けている場合、搬送装置９１により、作業台２１に搭載した、例えば本組立装置の工程を終了したワークを隣接して配置された同様の構成を有する組立装置に搬入することができる。その場合、Ｚ軸移動装置２２と作業台２１を含む作業台ユニット３を搬送装置９１で隣接する組立装置の基台４００上に搬入し、本装置のＺ軸移動装置２２を用いて作業台２１に搭載したワーク（例えば被組立部品５１＋組立部品５２）を昇降させる。これにより、隣接する組立装置の作業ハンド（１２１）にワークを保持させ、引き渡すことができる。

そして、隣接する組立装置には、上記同様に検査装置４を配置しておけば、例えば、隣接する組立装置に対してワークを授受した後、隣接する組立装置の検査装置４の検査領域３１にワークを昇降させて、検査工程を実行することができる。このような組立制御によれば、隣接する組立装置のCPU６０１によって、ワーク（アセンブリ）の検査を行うことができる。このような組立制御は、例えば、本組立装置の搬出時と、隣接する組立装置の搬入時で、それぞれに異なる検査基準で検査装置４の検査情報を評価することが必要な場合に好適である。

本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１…組立装置、２…組立ロボット、３…作業台ユニット、４…検査装置、１１…ＸＹ軸移動装置、１２…組立ツール、１２１…作業ハンド、２１…作業台、２２…Ｚ軸移動装置、３１…検査領域、３２…作業台の移動可能領域、４１…ＣＰＵ、４２…インタフェース、４３…駆動回路、４４…操作パネル、５１…被組立部品、５２…組立部品。

Claims (20)

1. ワークに対して組立動作を行う組立ツールを水平平面内で移動させる第１の移動装置と、
   前記水平平面より下方の空間において作業台を垂直方向に昇降させる第２の移動装置と、
   前記第１および第２の移動装置の位置を制御し、前記組立ツールによって、前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する制御装置と、
   前記ワークの検査情報を取得する検査装置と、
   を備えた組立装置であって、
   前記制御装置が、前記第２の移動装置により、前記検査装置が対象を検査可能な検査領域内に前記作業台に搭載されたワークが入るよう前記作業台を移動させて、前記検査装置により前記作業台に搭載されたワークの検査情報を取得するワーク検査と、前記ワーク検査で取得した前記検査情報に基づき前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する組立制御と、を実行する組立装置。
2. 請求項１に記載の組立装置において、前記制御装置は、前記第１および第２の移動装置の位置を制御し、前記組立ツールで保持したワークを前記作業台に載置させ、前記第２の移動装置により前記組立ツールとワークが干渉しない位置に前記作業台を下降させた後、前記第１の移動装置により前記組立ツールを前記作業台の昇降する領域から退避させてから、前記ワーク検査、および前記組立制御を実行する組立装置。
3. 請求項１または２に記載の組立装置において、前記制御装置が、前記第１の移動装置により、前記組立ツールを、前記作業台の昇降する領域とは異なる水平平面内の他の作業位置に移動させ、その作業位置で前記組立ツールに前記作業台に搭載された前記ワークとは異なる作業対象に対する作業を実行させている間に、前記ワーク検査を実行させ、前記ワークの検査情報を取得する組立装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の組立装置において、前記検査装置が前記ワークから取得する前記検査情報に、前記ワークの姿勢、または表面状態に関する情報が含まれる組立装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の組立装置において、前記検査装置が前記ワークの状態を撮影する撮像装置により構成され、前記制御装置が当該の撮像装置で撮像した画像に対する画像処理を介して前記検査情報を取得する組立装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の組立装置において、前記制御装置が、前記第１および第２の移動装置の位置姿勢を制御して前記ワークに対する複数の作業工程を実行させ、その複数の作業工程の間に少なくとも２回以上、前記ワーク検査を実行させる組立装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の組立装置において、前記第１の移動装置が前記組立ツールを垂直方向に昇降させる駆動手段を有さず、前記第２の移動装置が前記作業台を水平平面内で移動させる駆動手段を有さない組立装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の組立装置において、前記組立ツールが、複数のツールを含む組立装置。
9. ワークに対して組立動作を行う組立ツールを水平平面内で移動させる第１の移動装置と、前記水平平面より下方の空間において作業台を垂直方向に昇降させる第２の移動装置と、前記第１および第２の移動装置の位置を制御し、前記組立ツールによって、前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する制御装置と、前記ワークの検査情報を取得する検査装置と、を備えた組立装置の制御方法において、
   前記制御装置が、前記第２の移動装置により、前記検査装置が対象を検査可能な検査領域内に前記作業台に搭載されたワークが入るよう前記作業台を移動させて、前記検査装置により前記作業台に搭載されたワークの検査情報を取得するワーク検査工程と、
   前記制御装置が、前記ワーク検査工程で取得した前記検査情報に基づき前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する組立制御工程と、
   を含む組立装置の制御方法。
10. 請求項９に記載の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
11. 請求項１０に記載のプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
12. ワークに対して組立動作を行う組立ツールを水平平面内で移動させる第１の移動装置と、前記水平平面より下方の空間において作業台を垂直方向に昇降させる第２の移動装置と、前記第１および第２の移動装置の位置を制御し、前記組立ツールによって、前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を制御する制御装置と、前記ワークの検査情報を取得する検査装置と、を備えた組立装置によって物品を組み立てる物品の製造方法において、
    前記制御装置が、前記第２の移動装置により、前記検査装置が対象を検査可能な検査領域内に前記作業台に搭載されたワークが入るよう前記作業台を移動させて、前記検査装置により前記作業台に搭載されたワークの検査情報を取得するワーク検査工程と、
    前記ワーク検査工程で取得した前記検査情報に基づき前記作業台に搭載されたワークに対する組立処理を行う組立工程と、
    を行う物品の製造方法。
13. 請求項１２に記載の物品の製造方法において、前記第１および第２の移動装置を介しての位置を移動させ、前記組立ツールで保持したワークを前記作業台に載置させ、前記第２の移動装置により前記組立ツールとワークが干渉しない位置に前記作業台を昇降させた後、前記第１の移動装置により前記組立ツールを前記作業台の昇降する領域より退避させ、前記ワーク検査工程、および前記組立工程を実行する物品の製造方法。
14. 請求項１２または１３に記載の物品の製造方法において、前記第１の移動装置により、前記組立ツールを、前記作業台の昇降する領域とは異なる水平平面内の他の作業位置に移動させ、その作業位置で前記組立ツールに前記作業台に搭載された前記ワークとは異なる作業対象に対する作業を実行させている間に、前記ワーク検査工程を実行し、前記ワークの検査情報を取得する物品の製造方法。
15. 請求項１２から１４のいずれか１項に記載の物品の製造方法において、前記検査装置が前記ワークから取得する前記検査情報に、前記ワークの姿勢、または表面状態に関する情報が含まれる物品の製造方法。
16. 請求項１２から１５のいずれか１項に記載の物品の製造方法において、前記検査装置が前記ワークの状態を撮影する撮像装置により構成され、前記制御装置が当該の撮像装置で撮像した画像に対する画像処理を介して前記検査情報を取得する物品の製造方法。
17. 請求項１２から１６のいずれか１項に記載の物品の製造方法において、前記第１および第２の移動装置の位置を制御して前記ワークに対する複数の作業工程を実行させ、その複数の作業工程の間に少なくとも２回以上、前記ワーク検査工程を実行する物品の製造方法。
18. 請求項１２から１７のいずれか１項に記載の物品の製造方法において、前記ワーク検査工程で取得されたワークの検査情報に基づき、前記第１の移動装置によって前記組立ツールに保持されたワークの位置姿勢を補正する物品の製造方法。
19. 請求項１２から１８のいずれか１項に記載の物品の製造方法において、前記ワーク検査工程で取得されたワークの検査情報に基づき、前記第２の移動装置によって前記作業台に搭載されたワークの位置姿勢を補正する物品の製造方法。
20. 請求項１２から１９のいずれか１項に記載の物品の製造方法において、前記組立工程において、前記第１の移動装置を垂直方向に昇降させず、前記第２の移動装置を垂直方向に昇降させることによって、前記組立ツールが保持したワークと前記作業台に搭載されたワークとを組み立てる組立処理を行う物品の製造方法。

Images