JPH05293725A - フリーベアリングテーブルの組立システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フリーベアリング付のテーブルを効率的に組
立てるたのに好適な組立システムを提供する。 【構成】 フリーベアリングを一個づつ吸着しテーブル
面上の組立位置に対し所定のオフセットを与えた位置に
移送するロボットハンド３を設け、この位置で前記テー
ブル面上の組立位置を撮像し、この位置と予定の位置と
のずれを算出する画像処理装置９を設け、該装置で算出
された補正量を参照して前記ロボットハンド３を駆動す
るロボットコントローラ７を設け、ハンド３に備えたね
じ締め装置４の駆動により、前記フリーベアリングを所
定の組立位置に組付けると共に、ねじ締め装置４のねじ
締め状態を検査しつつ、多数のフリーベアリングに対し
繰り返しの組立て作業を実行させる管理コンピュータを
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面に多数のフリーベ
アリングを備えたフリーベアリングテーブルを効率良く
組立てる組立システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種加工機に用いられる固定式または移
動式のテーブルには、フリーベアリング付のものが多用
されている。これは、駆動機構を持たないベアリングの
球上を各種ワークが任意に移動できるようにしたもので
あり、一般にはテーブル面上に、格子状に多数のフリー
ベアリングが固定される。

【０００３】従来、この種フリーベアリング付のテーブ
ル（フリーベアリングテーブル）は、手作業によりテー
ブル面上の各フリーベアリング組立位置に一個づつフリ
ーベアリングをねじで固定することで組立てられてい
た。

【０００４】また、省力化のため、ロボットを用いて組
立てることも一部で行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ロボットによるフリーベアリングテーブルの組立作業で
は、あらかじめティーチングされた組立位置に位置決め
を行い、部品組付とボルト締め付けを行い、次にボルト
締め付けトルクを確認して組立良否の判定をするという
ようなものであったため、組立位置ずれが生じた場合ボ
ルトが入らず組立が行えなかったり、ボルトの締りが硬
い場合には締り切らないことを検出できず組立不良を発
生するという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明は、組立位置の正確な検出
により確実な組立ができると共に、ねじ締め状態検査装
置を一体化させて設けることにより組立不良をその場で
発見することができるフリーベアリングテーブルの組立
システムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、特許請求の範囲に記載の通りのフリー
ベアリングテーブルの組立システムを構成した。

【０００８】

【作用】本発明のフリーベアリングテーブルの組立シス
テムは、上記構成であるので、組立位置にずれがなく円
滑にねじ締め作業をすることができ、かつねじ締め終了
後のねじ締め状態をその場で検査するので効率的であ
る。

【０００９】ねじ締め検査は、例えば締付けトルクが一
定値以上であること、締付け時間が一定値内であるこ
と、締付けストロークが一定量であることで判別すれば
良い。この場合、ねじ締めを一定トルクが出るまで行う
と、一定ストロークが得られたことでねじ部がねじ込ま
れたことを知ることができ、また、一定時間内にねじ込
まれたことを条件化することでねじ部材自体に異常がな
かったことや不測の事故が生じていないこと等を総括的
に判別できるものである。

【００１０】

【実施例】以下、添附図面を参照して本発明の実施例を
説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係る組立システ
ムの概要を示す説明図である。

【００１２】図示のように、ロボットＲ／Ｂの本体１に
は多関節アーム２を介してハンド３が設けられ、このハ
ンド３には、組立工具としてのねじ締め装置４とＣＣＤ
カメラ５及び照明器具６から成る撮像装置が固定されて
いる。

【００１３】前記ロボットＲ／Ｂ及び前記ねじ締め装置
４を制御するロボットコントローラ７は接続部材の作動
タイミングを制御する管理コンピュータ８と接続されて
いる。該管理コンピュータ８は、撮像装置と接続される
画像処理装置９と接続されている。

【００１４】図２及び図３は、ねじ締め装置４及び撮像
装置（５，６）を持たせたハンド３の詳細を示す正面図
及び側面図である。但し、図２の正面図では撮像装置を
取り除いた状態で示している。

【００１５】図２において、ハンド３には、組立工具と
しての一対のねじ締め装置４が設けられている。

【００１６】本例での組立作業は、図２の下方に示すよ
うに、テーブルＷ１の裏面からフリーベアリングＷ２を
組付けるものであるとする。このフリーベアリングＷ２
は、中央部にベアリングボールを収納した楕円状の板に
一対の貫通孔を有し、この貫通孔にそれぞれボルトを挿
通して組立用に供されるものである。このボルトを前記
テーブルＷ１の対応するねじ穴（ナット穴）Ｈ１，Ｈ２
に螺入するのが前記ねじ締め装置４の役目である。

【００１７】ねじ締め装置４は、ナットランナ本体１０
と、ハンド３に対して上下動するナットランナソケット
１１と、前記ナットランナ本体１０に対しこのソケット
１１を常時下方向に付勢するばね１３と、前記ソケット
１１の回転に伴って回転するレンチ１４とを備えて成
る。

【００１８】前記ナットランナ本体１０に対し固定的に
設けられるブラケット１５には、センサ取付板１６が設
けられ、このセンサ取付板１６には、前記ナットランナ
ソケット１１の上端位置を締付け開始位置及び締付け終
了位置の２位置で検出するストローク検出用近接スイッ
チ１７が設けられている。

【００１９】また、両ナットランナソケット１１の中間
部にはその下面をレンチ１４の下面に略一致させてバキ
ュームパッド１８が設けられ、ハンド３の上部に設けた
真空発生器１９でその下面に位置するフリーベアリング
Ｗ２を吸着できるようになっている。各ナットランナ本
体１０には一定トルク以上でオン作動するトルク検出用
のリミットスイッチ２０が設けられている。

【００２０】したがって、本例のハンド部によれば、レ
ベルＬ１の高さに位置するフリーベアリングＷ２に対し
ハンド３を移動させ、次いでばね１３に抗してハンド３
を下降させ、フリーベアリングＷ２をバキュームパッド
１８で吸着することにより、図３の右側に示す状態にて
フリーベアリングＷ２をハンド３の先端部に固定するこ
とができる。

【００２１】また、その後、ハンド３を移動させ、後述
の位置補正動作を行ってのち、フリーベアリングＷ２を
テーブルＷ１の組立位置に移動させ、適宜下降させてフ
リーベアリングＷ２のボルト２１をねじ穴Ｈ１，Ｈ２に
螺入すべくレンチ１４を回転させることができる。レン
チ１４を回転させると、ボルト２１がねじ穴Ｈ１，Ｈ２
に螺入され、ナットランナ本体１０に対しナットランナ
ソケット１１が下降する。ボルト２１の締付後は、図２
の左半分に示す状態からハンド３を次の作業に対して移
動させれば良い。

【００２２】図３に示すように、前記ハンド３の前方
（図において右側）には、その下方にレンズ部２２を備
えたＣＣＤカメラ５が設けられている。ＣＣＤカメラ５
の両側面には、一対の照明器具６が設けられている。こ
の照明器具６の取付間隔は、前記テーブルＷ１のねじ穴
Ｈ１, Ｈ２の間隔と略一致される。

【００２３】カメラ５は、図２のハンド部により、フリ
ーベアリングＷ２がバキュームパッド１８で吸着された
後、テーブルＷ１の組立位置に移動されたとき作動され
る。ハンド３は、テーブルＷ１の組立位置の上位置にカ
メラ５を移動させ、この位置でねじ穴Ｈ１, Ｈ２を照明
してねじ穴Ｈ１, Ｈ２を含めてテーブルＷ１を撮像し、
後で詳述するように、画像処理装置９で撮像位置を予定
の位置と比較し、ハンド３に対するテーブルＷ１の被作
業位置のずれを演算し、補正量を算出し、ロボットコン
トローラ７に対して出力し、ロボットＲ／Ｂに位置補正
動作をさせる。

【００２４】図４は、図１に示すシステム構成につき、
特に画像処理装置９の詳細を示したブロック図である。

【００２５】図示のように、画像処理装置９は、前記管
理コンピュータ８と接続される通信部２３と、カメラ５
及び照明装置６から成る撮像装置５，６と接続される撮
像指令信号出力部２４及び撮像信号入力部２５と、これ
らに接続される中央処理部２６及び画像処理部２７を有
して成る。画像処理部２７には、２値化レベル調整部２
８とロボット補正量算出部２９が接続されている。

【００２６】画像処理部２７は、フレームメモリに取込
んだ組立位置の前記ねじ穴Ｈ１, Ｈ２を含めた画像を処
理し、数値解析するものである。２値化レベル調整部２
８は、画像処理部２７の形状認識に際し２値化レベルを
適正化するものである。ロボット補正量算出部２９は、
画像処理部２７の数値解析結果に応じ、ロボットＲ／Ｂ
の補正量を得るものである。

【００２７】図５は、ロボットコントローラ７の構成を
示すブロック図である。

【００２８】図において、ロボットコントローラ７は、
前記管理コンピュータ８とデータ通信するデータ通信部
３０と、この通信部３０と接続される中央処理部３１と
を備えている。この中央処理部３１は、ロボットＲ／Ｂ
を数値制御するためのいわゆるＮＣ装置の中核をなすも
のである。

【００２９】前記中央処理部３１と接続されるシステム
バス３２には、ロボットＲ／Ｂの各種サーボモータＭ_i
を駆動するモータ駆動部３３と、その他のアクチュエー
タ、例えば前記ねじ締め装置４が内蔵するナットランナ
や真空発生器１９を駆動するアクチュエータ駆動部３４
と、各種センサ信号、例えば前記ストローク検出用近接
スイッチ１７やトルク検出用のリミットスイッチ２０の
検出信号を入力するセンサ信号入力部３５と、検査部３
６及び時計３７が接続されている。検査部３６はねじ締
め終了後にねじ締付け状態その場でを検査するためのも
のである。

【００３０】上記構成のロボットコントローラ７におい
て、中央処理部３１は、モータ駆動部３３を介しロボッ
トＲ／Ｂを予め定めた目標位置に移動させ、ねじ締め装
置４のナットランナを駆動してのち、検査部３６でねじ
締付け状態を検査させ、順次のねじ締め、組立作業を遂
行する。

【００３１】図６は、組立作業の全体の流れを示すフロ
ーチャートである。

【００３２】ステップ６０１で作業内容の条件設定を
し、ステップ６０２でバキュームパッド１８でフリーベ
アリングＷ２を吸着した上で組立位置までロボットＲ／
Ｂを移動させ、カメラ５をねじ穴Ｈ１及びＨ２の中心位
置の直上に位置させた状態でステップ６０３で組立位置
としてのテーブルＷ１のねじ穴Ｈ１，Ｈ２を撮像する。
ステップ６０４ではロボットＲ／Ｂに補正動作をさせ、
ステップ６０５でねじ締め作業を実行させ、ステップ６
０６でねじ締め状態を検査する。ねじ締め不良の場合に
はステップ６０８でアラーム処理をする。

【００３３】図７に、撮像時のカメラ５とテーブルＷ１
の対応関係を示す。図中、部品取付穴Ｈ３は、ねじ穴Ｈ
１，Ｈ２の中央部に設けられ、フリーベアリングＷ２の
ボール部が配置される穴である。通常ロボットＲ／Ｂ
は、この穴Ｈ３の中心位置Ｐ３（図示せず）に対して移
動され、穴Ｈ１，Ｈ２の中心位置Ｐ１，Ｐ２（図示せ
ず）を通る直線でフリーベアリングＷ２の取付方向を定
める。

【００３４】図８は、画像処理部２７のフレームメモリ
ＦＭの平面座標（ＸＹ）上に撮像された画像を示す説明
図である。図示のように、ある２値化レベルで白黒画素
を判定し形状認識すると、ねじ穴Ｈ１，Ｈ２及び取付穴
Ｈ３に対応して円Ｈ１´Ｈ２´Ｈ３´が現われる。各形
状の中心位置をＰ１´，Ｐ２´，Ｐ３´とする。

【００３５】ここに、図８に示す形状Ｈ１´，Ｈ２´，
Ｈ３´は、照明により、またはねじ穴Ｈ１，Ｈ２のねじ
の性状、取付穴の破断面の状態等により、それぞれゆが
められて認識されている恐れがある。したがって、ある
２値化レベルで認識された形状Ｈ１´，Ｈ２´，Ｈ３´
により各穴Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３位置をそのまま認識する
と、認識誤りを生じ、後で計算される補正値に大きな誤
差を発生し、取付失敗し、不良品を発生してしまう恐れ
がある。

【００３６】そこで、本例では、図９に示す手順によ
り、２値化レベルを調整し形状Ｈ１´，Ｈ２´，Ｈ３´
を適正に認識した上でロボットＲ／Ｂに対して出力すべ
き補正量を演算する。

【００３７】まず、ステップ９０１で撮像による画像を
得ると、ステップ９０２で、各ねじ穴形状Ｈ１´，Ｈ２
´について、実測面積Ｓｉ（ｉ＝１，２）と基準の面積
Ｓioの差△Ｓｉを求める。

【００３８】△Ｓｉ＝Ｓｉ−Ｓio 次いで、ステップ９０３、９０４で、この差△Siが許容
値△Ｓio以下であるか否か、また許容値以上である場合
はその方向（正，負）を判別する。

【００３９】差△Ｓｉが許容値内であればステップ９０
５以下の処理へ移行するが、差△Ｓｉが許容値外の場合
には、その正負に応じ、ステップ９０６またはステップ
９０７へ移行し、図１０に示すように２値化レベル（明
るさ）を△Ｌだけ減少または増加させ、ステップ９０２
へ返る。

【００４０】したがって、本例では、各形状Ｈ１´，Ｈ
２´の面積がＳｉ基準値Ｓioとなるよう、２値化レベル
が調整されるので、図１１に示すように図１０に示すレ
ベル変化に応じて得られる２値化画像から正規の形状Ｈ
１´，Ｈ２´が得られる。

【００４１】そこで、本例では、ステップ９０５でねじ
穴Ｈ１，Ｈ２の中心座標Ｐ１´（Ｘ１，Ｙ１），Ｐ２´
（Ｘ２，Ｙ２）を算出し、その中心座標Ｐ３´（Ｘ３，
Ｙ３） Ｘ３＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２ Ｙ３＝（Ｙ１＋Ｙ２）／２ を取付穴Ｈ３の中心座標として求め、ねじ穴中心座標Ｐ
１，Ｐ２を結ぶ直線ｍを求め、ステップ９０６で補正量
を算出する。

【００４２】補正量は、取付穴Ｈ３の中心座標Ｐ３´と
正規の値との差△Ｐ３と、直線ｍの正規の直線に対する
ずれ角△Ａとで算出される。かくして算出された補正量
は管理コンピュータ８を介してロボットコントローラ７
に出力され、ロボットＲ／Ｂは補正量を加味して移動位
置及び回転角度を求め、図６及び図４に示した関係でレ
ンチ１４を回転させ、ねじ締め作業を行う。

【００４３】ねじ締め時には、トルク検出が行われ、ま
たストローク検出用近接スイッチ１７によってレンチ１
４のストローク量が検出され、確実にねじ締めされたこ
とを確認してのち、次の動作に移る。もしアラーム発生
した場合には発生アラーム内容を記憶した上で、そのと
きの作業を中断して次のフリーベアリングＷ２について
組立作業を続行する。アラーム発生確率は例えば数千分
の１以下の如く小さな値である。

【００４４】図１２は、アクチュエータ駆動部３４及び
検査部３６が行うねじ締め方式を示すフローチャートで
ある。

【００４５】ステップ１２０１で上側近接スイッチ１７
（ＬＳ１）のオフ作動によりねじ締め開始位置を確認す
ると、ステップ１２０２へ移行し、ねじ締め装置４のナ
ットランナを、ステップ１２０３で駆動トルクＴが所定
値Ｔｏに達したことが確認されるまで駆動する。ただ
し、駆動時間には上限が設けられており、何時までたっ
ても駆動トルクが上昇しないような場合には、その設定
時間経過後に駆動を停止する。本例では、駆動トルクＴ
が一定トルクＴｏ以上になったらリミットスイッチ２０
がオンするよう構成されているので、ステップ１２０３
では、実際にはリミットスイッチ２０のオンの判別によ
る。

【００４６】ステップ１２０４でねじ締め装置４が停止
されると、ステップ１２０５で駆動時間ｔが一定値ｔｏ
以内であったか否かを判別し、またステップ１２０６で
下側近接スイッチ１７（ＬＳ２）のオン作動によりねじ
締め終了位置を判別し、両ステップ１２０５，１２０６
で適（Ｙｅｓ）の場合には、締付け良としてステップ１
２０７へ移行し、良品処理、即ち、これで次のねじ締め
作業へ移行する。

【００４７】一方、ステップ１２０５または１２０６で
否（Ｎｏ）が判別された場合には、ステップ１２０８へ
移行し、不良処理、即ちこの状態を記憶して次のねじ締
め作業へ移行する。ここでの状態記憶は、その場所と、
不良の原因（時間オーバ、またはストローク不足）であ
る。

【００４８】以上により、本例では、バキュームパッド
１８で吸着したねじ部材としてのボルト２１をナットラ
ンナの駆動にて一定トルクでねじ締めすることができ、
時計３７とリミットスイッチ等による位置検出とで一定
時間内に締付け終了したこと及び所定のストロークを得
たことを検出し締付け状態を確実に判別することができ
る。

【００４９】ここに、ねじ締めを一定トルクが出るまで
行うと、一定ストロークが得られたことでねじ部がねじ
込まれたことを知ることができ、また、一定時間内にね
じ込まれたことを条件化することでねじ部材自体に異常
がなかったことや不測の事故が生じていないこと等を総
括的に判別できるものである。

【００５０】因みに、ねじ締め失敗の生ずる要因を想定
すると、 ねじが合わない ねじに異物が付いている 位置合わせ不良 その他不測の要因 等が考えられるが、の要因はトルクが出ないまたはス
トロークが出ないことで判別できる。の要因は一定ト
ルクを与えてもストロークが出ないことで判別できる。
の要因はと同様にトルクやストロークが出ないこと
で判別できる。の要因も一定トルクを与えてのちの一
定時間内であること及び一定ストロークが得られるとい
う条件から外れることでほとんど１００％判別できるも
のである。

【００５１】また、本例では、めったに生じない不良に
対し、このように不良箇所及び内容を記憶して次の処理
へ移行するので、不良発生によって組立作業に遅延を生
じることがない。不良箇所に対しては、その部分のみを
後で修理すれば良い。

【００５２】以上により、本例のフリーベアリングテー
ブルの組立システムによれば、テーブルＷ１面へのフリ
ーベアリングＷ２の組立作業に関し、一対のボルト２１
を一対のねじ穴Ｈ１，Ｈ２に対し同時的に組付けて行く
ことができる。

【００５３】組立手順は、フリーベアリングＷ１をバキ
ュームパッド１８で吸着した上で、レンチ１４を回転さ
せ、レンチ１４の回転に行ってナットランナソケット１
１をナットランナ本体１０に対してスライドさせてゆく
だけのものであるので、装置構成が簡単で、かつロボッ
トＲ／Ｂの制御手順に無理が無い。

【００５４】さらに、本例では、画像処理装置９を設
け、テーブルＷ１のねじ穴Ｈ１，Ｈ２を撮像した上で、
撮像された一対の穴Ｈ１，Ｈ２に対して一対のボルト２
１を螺入するので取付失敗の恐れが少なく、アラーム発
生機会を少なくする。また、特に２値化レベル調整部２
８により図８〜図１０に示す方式で面積Ｓｉが正規の面
積Ｓioとなるよう２値化レベルの調整が為されるので、
ねじ穴Ｈ１，Ｈ２の画像に多少の乱れがあっても正規の
中心位置を正確に求めることができ、高精度の組立て作
業を行うことができる。

【００５５】本発明は上記実施例に限定されるものはな
く、適宜の設計的変更を行うことにより、適宜態様で実
施し得るものである。

【００５６】

【発明の効果】以上の通り、本発明は特許請求の範囲に
記載の通りのフリーベアリングテーブルの組立システム
であるので、組立位置にずれがなく円滑にねじ締め作業
することができ、かつねじ締め終了後のねじ締め状態を
その場で検査するので効率的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例に係る組立システム
の概要を示す説明図である。

【図２】図２は、ねじ締め装置をロボットハンドに一体
的に取付けた状態を示す正面図である。

【図３】図３は、上記ねじ締め装置の側面図である。

【図４】図４は、組立ロボットの制御システムの構成を
示すブロック図である。

【図５】図５は、ロボットコントローラの詳細を示すブ
ロック図である。

【図６】図６は、上記ロボットの組立方式を示すフロー
チャートである。

【図７】図７は、撮像位置と組立位置との配置関係を示
す説明図である。

【図８】図８は、画像の説明図である。

【図９】図９は、画像処理方式を示すフローチャートで
ある。

【図１０】図１０は、Ｘ軸に沿った画像信号（ビデオ信
号）の説明図である。

【図１１】図１１は、図１０のビデオ信号を２値化処理
した信号の説明図である。

【図１２】図１２は、ねじ締め方式を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

３ ロボットハンド ４ ねじ締め装置 １７ ストローク検出用近接スイッチ ２０ トルク検出用のリミットスイッチ ３６ 検査部 Ｗ１ テーブル Ｗ２ フリーベアリング Ｈ１，Ｈ２ ねじ穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テーブル面に対し多数のフリーベアリン
   グを順次ねじ止めすることによりフリーベアリングテー
   ブルを組立てる組立システムにおいて、 前記フリーベアリングを一個づつ吸着し、吸着されたフ
   リーベアリングを前記テーブル面上の組立位置に対し所
   定のオフセットを与えた位置に移送するロボットハンド
   を設け、 この位置で前記テーブル面上の組立位置を撮像し、この
   位置と予定の位置とのずれを算出し、前記ロボットハン
   ドに与えるための補正量を算出する画像処理装置を設
   け、 該装置で算出された補正量を参照して前記ロボットハン
   ドを駆動し、前記フリーベアリングを前記組立位置に合
   せるロボットコントローラを設け、 前記ロボットハンドに備えたねじ締め装置の駆動によ
   り、前記フリーベアリングを所定の組立位置に組付ける
   と共に、前記ねじ締め装置のねじ締め状態を検査しつ
   つ、多数のフリーベアリングに対し繰り返しの組立て作
   業を実行させる管理コンピュータを設けたことを特徴と
   するフリーベアリングテーブルの組立システム。