JPH0343172A - マトリツクスボードの指定穴検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第６図、第７図、第８図）発明の解決しよ
うとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例（第１図、第２図、第３図、第４図、第５図） 発明の効果 〔概　要〕 本発明は筺体の側面に複数枚取付けられたマトリックス
ボード（ＭＢ＞の中で指定されたＭＢ内の指定された穴
（指定穴）を自動的に抽出するマトリックスボードの指
定穴検出方法に関し、従来、人手によって行なわれてい
た電話回線を決定し接続する方法を自動化し、局を無人
局化することを目的とし、マトリックスボードはピンマ
トリックスエリアとロボット座標系と、基準穴及びＭＢ
間を接続するコネクタからなるフォーマットで構成され
、さらに二次元ｘ−ｙ軸直交型ロボット機構と前記直交
型ロボットのヘッド部に取りつけられたレーザ及び−次
元レーザセンサからなる位置計測部から構成され、さら
にヘッド部は把持機構、Ｚ軸移動機構を含み、ＭＢ上の
３つの基準穴の中心と距離を検出してＭＢとロボット座
標系のずれを補正し、Ｙ軸、Ｘ軸方向で差点穴を数え、
目標指定穴に到達する方法である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、−殻内には電話回線間の接続等をマトリック
スボードを介して接続する方法に関し、さらに具体的に
は、直交型ロボットと一次元のレーザセンサを備え、筺
体の側面に複数枚取り付けられたマトリックスボード（
Ｍ　Ｂ　）の中で指定されたＭＢ内の指定された穴（指
定穴）を自動的に抽出するマトリックスボードの指定穴
検出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来電話回線を決定し、その電話回線間を接続する方法
は、マトリックスボード（ＭＢ）内の指定穴を導電性の
接続ピンを用いてショートする方法が採用されており、
このような従来方法はすべて人手を介して行なわれるこ
とが多かった。すなわち、マトリックスボード上には所
定のパターンが印刷されており、このようなＭＢは２階
層構造となされていて、所定の指定穴にピンを接続すれ
ば、所定の電話回線間が接続され、このピンを抜いて別
の指定穴にピンを挿入すれば、先の電話回線間は切断さ
れ、新たに挿入した別の電話回線間が接続されることに
なる。

第６図はこのようなマトリックスボード上のパターン配
置の概略図であり、マトリックスボード（ＭＢ）４上に
スルーホール（貫通穴）３を有する所定のパターン１が
図示されている。マトリックスボードの寸法は約１８０
ｍｍＸ　Ｉ　Ｏ５ｍｍであり、マトリックスボード自体
の経時変化、温度変化によってマトリックスボードが撓
んでしまったり、曲げられたり、或いは反ってしまった
りすることでパターン及び指定穴がずれるということが
ある。

第７図はこのようなマトリックスボード４の実際的な配
置構成図であって、１８０ｍｍＸ１０５ｍｍの寸法を有
するＭＢ４が約３００枚、同様にマトリックス状に配置
されている。第７図には本発明との関連性を明らかにす
るために、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に高速に移動可能で
、しかも高精度の位置決めが可能な二次元Ｘ−Ｙ軸ロボ
ロボット配置されている。従来、人手を介することが多
かった、ＭＢを介する電話回線間の接続は、マーカー法
と呼ばれる所定のマーキングパターンを所望のパターン
の両側に配置し、そのマーカーを計測しながら所定のパ
ターン上を追跡するトラッキング方法によって、自動化
する方法も試みられている。

第８図は二次元Ｘ−Ｙ軸ロボロボットそのヘッド部分に
取りつけられた接続ピン２及び位置計測部２２を含むロ
ボット機構と、筺体６に取り付けられた複数枚のマトリ
ックスボード（ＭＢ）４を側面から見た模式図である。

第７図に図示された約３００枚のマトリックスボードは
、第８図において図示されたように、接続ピン２を持つ
ロボット機構によってアクセスされる。

従来の、ＭＢ内の目標指定穴を接続ピンを用いてショー
トする作業を人手を介して行なう方法では、労働作業が
厳しく、コストも高くなりやすく、また時間を要すると
いう問題点があった。一方、このようなピンの抜き差し
の作業を自動化する場合、所定の指定穴を有する、所定
パターンの印刷されたマトリックスボード（ＭＢ）を自
動的にトラッキングする・方法が必要となるが従来のマ
ーキング方法ではパターンの集積密度が制限されるとい
う問題点があり、これに対しては、同一出願人、同一発
明者によるパターンの離脱を自動検出しフィードバック
機能を有する「トラッキング方法」が提案されている。

しかし、これは、所定のパターンを追跡するトラッキン
グ方法に関するものであった。

マトリックスボード（ＭＢ）自体はその材質によって経
時変化、温度変化による影響で曲がってしまったり、撓
んだり、反ったりする影響を受けやすく、従って所定の
パターン及び目標指定穴、基準穴のずれ等も生じやすい
ため、それらに対する正しい位置の把握と補正を行なう
ことが重要な課題であり、しかもこのような作業を自動
的に行うことが重要な課題となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は二次元Ｘ−Ｙ軸直交型ロボットと一次元レーザ
センサを備え、筺体の側面に複数枚取り付けられたマト
リックスボード（ＭＢ）の中で指定されたＭＢ内の指定
された穴（指定穴）を自動的に抽出するマトリックスボ
ードの指定大検出方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は二次元Ｘ−Ｙ軸ロボロボットロボット機構と、
前記ロボット機構に取り付けられた半導体レーザ等のレ
ーザ及び−次元等のレーザセンサより主として構成され
る位置計測部から構成され、さらに前記ロボット機構の
ヘッド部分には導電性接続ピンを把持するための把持機
構、コンプライアンス機構、自動調心機構、及びＺ軸移
動機構が含まれていて、筺体に対して取り付けられた複
数枚のマトリックスボードの中から指定されたＭＢを選
択し、その中の指定された穴（指定穴）を自動的に検出
するべく、マトリックスボードには３つの所定の基準穴
Ａ、Ｂ、Ｃを設定し、順次前記基準穴の中心の位置をレ
ーザセンサにおける距離信号と光強度信号によりＸ軸方
向、Ｙ軸方向に移動しながらエツジを検出することによ
って検出し、この基準穴の３ケ所の中心位置とレーザセ
ンサとの距離から各軸の回転と傾きを判断し、マトリッ
クスボード（ＭＢ）とロボット機構との座標系のずれを
補正し、この３点の基準穴のデータに基づいて所定の基
準穴の中心から指定穴をＹ軸、Ｘ軸方向に数えながら移
動し、目標指定穴に到達し、この時移動した距離と通過
した穴の数を比較し、穴検出が正常に行なわれたことを
チエツクする手段を含み、さらに目標指定穴の中心位置
を前記基準穴の中心位置の計測と同様に計測し、目標指
定穴に対して接続ビンを挿入する手段を含んでいる。

〔作　用〕

上記Ａ、Ｂ、Ｃの所定の基準穴の中心位置にレーザセン
サにおける距離信号と光強度信号により前述の如くＸ軸
方向、Ｙ軸方向にロボット機構を移動することでほぼ円
形の穴のエツジの位置をＸ軸、Ｙ軸上の座標として計測
しこれら座標の中点から中心座標を計算して決定し、こ
れら３つの基準穴の中心位置とレーザセンサとの距離か
ら各軸の回転と傾きが判断でき、従って所望のマトリッ
クスボード（ＭＢ）とロボット機構との座標系のずれを
補正でき、この３点の基準穴のデータに基づいて所定の
基準穴の中心から指定穴を数えながら移動し、目標指定
穴に到達し、この移動した距離と通過した穴の数を比較
し、穴検出が正常に行なわれたことをチエツクし、目標
指定穴の位置検出は、基準穴を計測する時と同様の方法
で中心を求め精密位置決めを行ない、さらに前記ロボッ
ト機構を動作させて、目標指定穴に対して導電性ピンを
差し入れるか或いは抜き出すという動作を行なう。

〔実施例〕

第１図は本発明による目標指定大検出方法において使用
されるマトリックスボード（ＭＢ＞４のフォーマットの
説明図である。マトリックスボード４は数十個のビンマ
トリックスエリア１２と、ロボット座標系とＭＢの座標
系とを補完するための基準穴１０Ａ、ＩＯＢ、ＩＯＣと
、並びに各々のマトリックスボード間を接続するコネク
タ１１で構成されている。第１図において明らかなよう
に、Ｘ軸、Ｙ軸方向の座標系を基準としてマトリックス
ボード（ＭＢ）４上にピンマトリックスエリア１２が配
置され、これらピンマトリックスエリア１２の３つのコ
ーナ一部分にそれぞれ基準穴１０Ａ、ＩＯＢ、ＩＯＣが
配設されている。そして、これらの基準穴！ＯＡ、ＩＯ
Ｂ、ＩＯＣの近傍の各々Ｘ軸、Ｙ軸上の中心座標を通る
座標位置にそれぞれ距離計測用パターン（ａ）、　（ｂ
）が設けられている。

指定されたマトリックスボーＪ’　（ＭＢ）４に対して
粗い精度にて位置決めを行なうための穴が基準穴１０Ａ
、ＩＯＢ、ＩＯＣであって、特に基準穴１０Ａ、１０Ｂ
ではその円形の穴の直径は約４゜２ｍｍφと設計されて
いる。この直径寸法はマトリックスボード（ＭＢ＞４の
経年変化、ずれ、撓み、傾きと及びロボット機構自体の
持つ精度等を合わせて考慮して決定されている。即ち、
基準穴の寸法が４．２ｍｍφであれば、上記のようなマ
トリックスボードの変化があったとしても、基準穴内に
センサは入るであろうと考えられる寸法となっている。

さらに第１図から明らかなように、基準穴１０Ｇの直径
寸法は通常の指定穴、目標指定穴１３を含むビンマトリ
ックスエリア１２内の穴の直径寸法と等しく設定されて
いて、その寸法は例えば９００μｍ〜９６０μｍ程度で
ある。基準穴１０Ｇに対してＹ軸方向には指定穴と同じ
寸法の穴の列がピンマトリックスエリア１２に対して一
列だけ余分に平行に設けられていて、目標指定穴１３の
Ｙ軸方向の位置を計測するための手段として用いられて
いる。同様にＹ軸方向の位置が決定されれば、Ｘ軸方向
の位置についてもＸ軸上を移動して目標指定穴１３に到
達することができる。この目標の指定穴１３を見出すた
めのトラッキング方法については、上記の目標指定穴１
３等を含む所定のパターン上をレーザ軌跡を作りながら
トラッキングし、もしも所定パターンから離脱してレー
ザが基板上に照射された場合には、その位置情報をレー
ザセンサにおける距離信号と光強度信号により特に中間
レベルの光強度信号として検出して、直ちに直前の穴の
位置に戻り、その穴の中心位置をＸ、Ｙ軸方向のエツジ
検出法により計測し、再度上記トラッキングを再開する
というフィードバック機構を有するトラッキング方法を
例えば用いるとよい。

第２図は、第７図及び第８図において模式的に図示され
た二次元Ｘ−Ｙ軸直交型ロボットのロボット機構のヘッ
ド部分の構造図を前面、上面及び側面から図示している
。ロボット機構のヘッド部分は導電性接続ピンを持つた
めの把持機構２０、接続ピンを目標指定穴１３に挿入し
たり引き抜いたりするためのＺ軸移動機構２１、位置を
計測するための位置計測部２２から戒り立っている０位
置計測部２２は半導体レーザ等のレーザとレーザセンサ
を含んでいるためセンサ部と呼ばれることもある。さら
に把持機構２０に対しては、接続ビンを穴に挿入する際
のコンプライアンスと倣い制御機能を与えるためのコン
プライアンス機構２３及び自動調心機構２４が配置され
設けられている。

このようなロボット機構のヘッド部分を指定されたマト
リックスボード（ＭＢ）４上に移動した後、基準穴１０
Ａの近傍の距離計測用パターン（ａｌに移動し、該パタ
ーンから反射した光を検出しマトリックスボード（ＭＢ
）４の基板表面とセンサ部或いはロボットのヘッド部と
の距離を計測する。

次にＸ軸方向に移動しながらレーザセンサにおける距離
信号と光強度信号の２つの信号によって基準穴１０Ａの
左右両端のエツジを検出する。このエツジの座標をＸｌ
、Ｘ２とするその中点の座標（Ｘ１＋Ｘ２）／２がＸ軸
方向の中心として計測される。さらに、別の距離計測位
置世）に移動し、距離を計測後、Ｙ軸を下方向に移動し
ながら上下のエツジを検出する。このエツジの座標をＹ
ｌ。

Ｙ２とするとその中点の座標（Ｙ１＋Ｙ２）／２がＹ軸
方向の中点として計測される。このような基準穴１０等
の円形の穴の中心位置の計測方法は、第３図に図示され
る説明図を参照すればよい。即ち穴１０に対して中心と
思われる位置近傍でそれれＸ軸方向及びＹ軸方向に二次
元Ｘ−Ｙ軸直交型ロボットを移動する。位置計測部のレ
ーザセンサにより距離信号と光強度信号の２つの信号か
らレーザの軌跡がどの位置にあるかを計測し、円形の基
準穴１０のエツジの座標Ｘｉ、Ｘ２．Ｙｌ、Ｙ２をそれ
ぞれ計測し、従ってＸ軸、Ｙ軸方向での円形穴の中心座
標（Ｘ１＋Ｘ２）／２．　　（Ｙ１十Ｙ２）／２がそれ
ぞれ求まる。

基準穴１０Ａの中心と距離を計測後、同様の方法で基準
穴１０Ｂについてもそれぞれ距離を計測用パターン（ａ
）、　（ｂ）を用いて穴の中心と距離を計測し、さらに
基準穴１０Ｃについてもその中心と距離を計測する。こ
のようにして、上記３ケ所での基準穴１０Ａ、ＩＯＢ、
ＩＯＣの中心位置とセンナ部（位置計測部）との距離か
ら各ｘ、　ｙ、　　ｚ軸に関する回転と傾きが判定され
、指定されたマトリックスボード（Ｍ　Ｂ　）とロボッ
ト機構の座標のずれの補正を行なう。

以上の基準穴１０Ａ、ＩＯＢ、ＩＯＣの３点の中心座標
と距離のデータに基づいて、第１図に図示されるように
基準穴１０Ｃの中心からＹ軸を下方向に指定穴を数えな
がらＹ軸方向の指定位置まで移動する。この場合、目標
指定穴１３を含むピンマトリックスエリア１２に対して
平行に基準穴１０Ｃを含み、１列だけ余分に同−寸の法
指定穴のダミー列が設けらされており、目標指定穴のＹ
軸方向の指定位置をこのダミーの穴の列上において把握
することができるわけである。次に同様にＸ軸方向に移
動し、目標指定穴１３に到達することができる。

この時、移動した距離と通過した穴の数を比較して、目
標指定穴１３の検出が正常に行なわれたかどうかをチエ
ツクする。指定穴の位置検出は、基準穴１０Ａ、ＩＯＢ
、ＩＯＣを計測する時と同様の方法で中心の位置計測を
行ない、精密位置決めを行なう。この場合、レーザセン
サとして（よ４分割ホトダイオード等を例えば使用し、
目標指定穴１３の映像をこの４分割ホトダイオード上に
映し出し、ホトダイオードに照射される光量の面積の大
小をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向で和と差を取り、そ
れぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向に対する位置の誤差を検出す
ることができる。即ち、例えば第４図は４分割ホトダイ
オードを用いた目標指定穴の中心位置の決定方法の説明
図である。即ち、第４図においてＡ、　Ｂ、　　Ｃ，Ｄ
は４分割ホトダイオードを示し、これらの上に目標指定
穴１３の影が映し出されている様子が描かれている。そ
れぞれのホトダイオードに入射した光量によって、例え
ば（Ｃ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｂ）によりＹ軸方向のずれを検出
し、（Ｂ＋Ｄ）−（Ａ＋Ｃ）によってＸ軸方向のずれを
検出することができる。従って、このようにして正確に
目標指定穴の中心からの補正値を検出することができ、
接続ピンの正確な位置決め等が可能となる。

一方、接続ピンの目標指定穴１３中への挿入に関しては
第５図に図示されるように接続ピン２の中心位置と目標
指定穴１３の中心位置が正確に一致していなくても穴の
境界エツジ１４部分においてピンが受ける圧力に反応し
て倣い制御機構が働くようになされている。即ち、第５
図は接続ピン２の先端部分が目標指定穴１３のエツジ１
４に接した状態の模式的拡大図である。第２図に図示さ
れるように、ロボットのヘッド部分において、接続ピン
の把握機構２０には接続ピン２がＸ軸方向に移動して目
標指定穴１３に接し、ピンが目標指定穴１３のエツジよ
り圧力を受けた時倣い制御が行なわれるべくコンプライ
アンス機構２３と自動調心機構２４が働くような動作機
構となっているわけである０例えば直径９６０μｍの目
標指定穴に対して、穴の中心位置から±３５０μｍ以内
であれば充分精度良く接続ピンを目標指定穴に挿入する
ことが可能である。

本発明の実施態様を以下に述べる。本発明はロボット機
構と前記ロボット機構に取り付けられたレーザ及びレー
ザセンサを含む位置計測部がら構成され、所定の筺体に
対して取り付けられた複数枚のマトリックスボード（Ｍ
Ｂ）の中から指定されたマトリックスボードを選択し、
その中の指定された指定穴を自動的に検出するべく、マ
トリックスボードには３つの所定の基準穴Ａ、Ｂ、Ｃを
設定し、順次前記基準穴の中心位置をレーザセンサにお
ける距離信号と光強度信号によりＸ軸方向。

Ｙ軸方向に移動しながらエツジを検出することによって
検出し、この基準穴の３ケ所の中心位置とレーザセンサ
との距離から各軸の回転と傾きを判断し、マトリックス
ボード（ＭＢ）とロボット機構との座標系のずれを補正
し、この３点の基準穴のデータに基づいて所定の基準穴
の中心から指定穴をＹ軸、Ｘ軸方向に数えながら移動し
、目標指定穴に到達するマトリックスボードの指定穴検
出方法に関するものである。

〔発明の効果〕

本発明によるマトリックスボードの指定穴検出方法によ
れば、筺体の側面に複数枚取り付けられたマトリックス
ボード（ＭＢ）の中で指定されたＭＢ内の指定された指
定穴を自動的に検出することができる。従って、このよ
うな技術を利用すれば、従来例えば人手によって行なわ
れていたＭＢ内の指定穴を接続ピンを用いてショートす
ることによる電話回線間の接続を自動化することができ
るという利点が存在し、従ってこの目的のための電話局
を無人局化することが可能となり、従来の人手を介する
方式に比ベコストの低減化、所要時間の短縮化、無人自
動化等の利点が存在し、工業上極めて価値の高い技術を
提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマトリックスボードの指定穴検出方法
の実施例を説明するためのマトリックスフォーマットの
説明図であり、第２図は本発明において使用される二次
元Ｘ−Ｙ軸直交型ロボットのヘッド部分の構造図を示し
、第３図は穴の中心位置の計測方法の説明図であり、第
４図はレーザセンサとして４分割ホトダイオードを用い
た目標指定穴の中心位置の決定方法の説明図であり、第
５図は接続ピンの先端部分が目標指定穴のエツジに接し
た状態の模式的拡大図を示し、第６図はマトリックスボ
ード上のパターン配置の概略図であり、第７図はマトリ
ックスボードの配置構成図であり、第８図は筺体に取り
付けられた複数枚のマトリックスボードにロボット機構
がアクセスする様子を模式的に表わした側面図である。 １・・・パターン ２・・・ピン、接続ピン ３・・・穴、スルーホール（貫通穴） ４・・・マトリックスボード（ＭＢ） ５・・・二次元Ｘ−Ｙ軸直交型ロボット６・・・筺体 １０、ＩＯＡ、ＩＯＢ、ＩＯＣ・・・基準穴１２・・・
ピンマトリックスエリア １３・・・目標指定穴、指定穴 １４・・・目標指定穴のエツジ ２０・！・把持機構 ２１・・・２軸移動機構 ２２・・・位置計測部（センサ部） ２３・・・コンプライアンス機構 ２４・・・自動調心機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロボット機構と前記ロボット機構に取り付けられたレー
   ザ及びレーザセンサを含む位置計測部から構成され、所
   定の筺体に対して取り付けられた複数枚のマトリックス
   ボード（ＭＢ）の中から指定されたマトリックスボード
   を選択し、その中の指定された指定穴を自動的に検出す
   るべく、マトリックスボードには３つの所定の基準穴Ａ
   、Ｂ、Ｃを設定し、順次前記基準穴の中心の位置をレー
   ザセンサにおける距離信号と光強度信号によりＸ軸方向
   、Ｙ軸方向に移動しながらエッジを検出することによつ
   て検出し、その基準穴の３ケ所の中心位置とレーザセン
   サとの距離から各軸の回転と傾きを判断し、マトリック
   スボードとロボット機構との座標系のずれを補正し、こ
   の３点の基準穴のデータに基づいて所定の基準穴の中心
   から指定穴をＹ軸、Ｘ軸方向に数えながら移動し、目標
   指定穴に到達するマトリックスボードの指定穴検出方法
   。