JPH0676105B2 - キャップの締結システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スクリューキャップを容器に螺合するシステ
ムに関し、特に不整列な状態で供給されるキャップを画
像処理装置を用いて検出し、仮締めと本締め工程を経て
キャップを容器に定トルクで螺合するキャップの締結シ
ステムに関する。

〔従来の技術〕

一般に、化粧品、薬品等の仕上げ工程に供給されるキャ
ップは、紙製トレー上に集積され、このトレーを段ボー
ル箱の中に多段に積み、梱包した状態でキャップメーカ
ーから供給されている。

従来、化粧品等で用いられている容器のキャッピングマ
シーンは、キャップを前述したダンボール箱より取り出
し、これを作業者がボウルフィーダ、回転フィーダ等か
らなる整列装置に供給し、製品ごとに予めガイド間隔等
が調整された供給シュートに順次直列状態で送り込み、
前記供給シュートの出口で一個ずつ正確に位置決めした
後、キャッピングマシーンのキャップホルダがこれを把
持して取り出していた。他方、これと同期して位置決
め、固定された容器に対し、キャップホルダがその上方
より、キャップを把持したまま回転・下降することによ
り、容器へのキャップのねじ込みが行われていた。ま
た、キャッピングマシーンのキャップホルダは構造上相
当重くなるため、キャップ螺合時の回転駆動部の慣性に
よるキャップの締めすぎを抑制するため、容器把持部等
にトルク検出器を取り付けて、螺合過程におけるトルク
変化に対応して、回転速度や締め付けトルクを制御する
キャッピングマシーンもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来のキャッピングマシーンでは、キャップホ
ルダにチャック方式を用いているため、キャップを供給
部から取り出す際には、１個ずつ分離して正確に位置決
めしておかなければならず、ボウルフィーダやシュート
等を組み合せたキャップ整列・分離装置が必要であっ
た。このため装置が全体として複雑であった。

又、当該キャップはキャップメーカーから紙製トレー上
に密に集積された状態で納入されると、従来のキャップ
式のキャップホルダではこれを把むことが出来ないた
め、これを作業者が全て取り出してこれをボウルフィー
ダ等に供給しなければならなかった。そのため、キャッ
プの供給作業に常時人手を要していた。

又、キャップをキャップホルダに正確に移送するためシ
ュート等を使用しているため、製品の切替ごとに熟練作
業者によるシュート等の間隔調整が必要であった。

さらに、キャップ表面にメッキをコーティングしたもの
は傷つき易いため、ボウルフィーダは使用できなかっ
た。

このため、作業者が回転フィーダにキャップを転倒させ
ないように慎重に供給しなければならず、この様なキャ
ップはその供給作業を自動化することが困難であった。

また、キャップを容器に対し一定のトルクで締結させる
ため、キャップホルダの回転駆動部にトルク検出センサ
を設けたものがあるが、これらはいずれも１つのキャッ
プホルダを用いてその締結制御を行なっているため、キ
ャップホルダは最終締め付け時の高トルク出力を必要と
することからキャップホルダはチャック方式によらざる
を得なかった。

そのため、キャップホルダは構造上回転駆動部自体の重
量が重くなるため、高精度に制御しても慣性によるキャ
ップ締めすぎを完全に抑えることは困難であった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたもので、
キャップの供給状態がキャップメーカーから供給される
状態、すなわち、キャップがトレー上に不揃いに収容さ
れていても取り出しができるもので、しかもキャップの
螺合工程を仮締めと本締めの２つの工程に分けて、それ
ぞれの役割に応じたキャップホルダを用いてキャップの
螺合を行うことにより、締付けトルクの精度が高く、か
つ均一で安定したキャップの締付けを行うことができる
キャップ締結システムを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は正立した複数のキャ
ップをランダムに収容したトレーを所定位置に供給する
供給手段と、前記所定位置に供給されたトレーの上部に
設けられ、前記トレー上のキャップの画像データを撮像
する視覚センサと、この視覚センサの画像データから個
々のキャップ位置を検出するキャップ位置検出手段と、
前記キャップを螺合する容器を固持して所定位置に供給
する容器供給手段と、支持体に設けられてそれぞれ所定
位置に供給された前記トレーと容器間を移動するアーム
と、このアーム先端に設けられ上下動する回転軸に軸着
されキャップ天面を吸着する吸着部と、この吸着された
キャップをその側面から吸着部中心に向けて把持するク
ランプ部とからなるキャップの仮締結手段と、この仮締
結された前記キャップを把持して所定トルクで本締結す
る本締結手段とからなり、前記キャップ位置検出手段に
より一定の順序で送られてくるキャップの位置データに
基づいて仮締結手段を駆動してトレー上の該当するキャ
ップ天面を吸着して取出し、該キャップを芯出し後吸着
部により容器に仮締結し、その後本締結手段によって前
記仮締めされた該キャップを所定トルクで本締めするこ
とを特徴とするキャップの締結システムから構成され
る。

〔作用〕

本発明の構成によれば、供給手段の所定位置にセットさ
れたキャップを収容したトレーに対し、視覚センサによ
りその画像データを撮像し、これを画像処理装置のキャ
ップ位置検出回路にて処理することにより、キャップの
位置を検出し、その位置データに基づき、ロボットを制
御させ、ロボットハンドを該当するキャップの真上に移
動させる。そして、ロボットハンドに設けた吸着部を下
降させて、キャップの天面を吸着させ、該キャップを吸
着後、所定のストローク量上昇させて、集積収容された
キャップ群から対象となるキャップを取り出す。その
後、ロボットハンドのクランプ部により吸着しているキ
ャップの側面を把持して芯出しを行う。次に、この状態
でロボットハンドを予め容器供給手段により搬送されて
きた固持状態の容器の真上に移動させ、ロボットハンド
のクランプ部によるキャップ側面の把持を開放し、吸着
部を下げ、吸着ヘッドを回転させつつロボットハンドを
下降させて、キャップ容器に仮締結させる。仮締結を終
えると、該吸着ヘッドの吸引を切り、一連の仮締結作業
が完了する。次に、仮締結された容器をコンベア等によ
りキャップ本締結位置まで移動させ、キャップ本締結装
置により所定トルクまで締結を行う。

すなわち、低トルク高速で回転する工程は吸着ヘッドを
用いて行ない、最後の高トルクを必要とする締付け時は
チャック式締結装置により低速で行ったから、慣性によ
る締め過ぎを防止することができる。又、仮締結手段に
吸着ヘッドとクランプ部を設けたから、密集して載置さ
れたトレーからキャップの取出し、芯出しを可能とする
ものである。

［実施例〕 この発明の一実施例を第１図から第６図に基づいて説明
する。第１図は、キャップ締結システムの全体を表わす
外観斜視図である。（11）は、キャップ（Ａ）を集積し
たトレー（Ｃ）を所定位置にセットするためのストッパ
（10）を有したキャップトレー載置台である。この載置
台（11）はコンベアを用いた供給手段により順次自動的
に供給しても良い。前記トレー（Ｃ）上にはキャップ
（Ａ）天面を上にした状態（正立状態）で密に収納され
ている。（１）は、載置台（11）上のキャップ（Ａ）の
画像データを画像処理装置（４）に取り込むためのTVカ
メラで、載置台（11）の上方に位置するように支柱（図
示せず）に取り付けられる。該TVカメラ（１）は、トレ
ー（Ｃ）全体が視野の中に入る位置に取り付けられる。
又、このトレー（Ｃ）に対する照明は、載置台（11）の
上方に１対の主照明（２）と載置台（11）のサイドに主
照明（２）と直交するように取り付けた補助照明（３）
より構成される。この様な構成にしたのは、キャップ天
面と背景にあるトレー（Ｃ）との陰影をはっきりさせる
ためである。前記TVカメラ（１）、主照明（２）および
補助照明（３）は、後で記述するキャップ取出・仮締結
ロボット（６）と干渉しないよう該ロボット（６）の動
作範囲外に取り付けられる。（４）は、TVカメラ（１）
からの画像データを処理し、各キャップの位置を検出す
る画像処理装置で、その演算出力信号はキャップ取出・
仮締結ロボット（６）の動作を制御するロボットコント
ローラ（５）とデータ通信が可能なように接続されてい
る。

この画像処理装置（４）のキャップ位置検出処理フロー
について第６図を基に説明する。

キャップ位置検出処理は、検出に必要な諸条件の設定を
行うプロトタイプ登録（図６−Ａ）と実際にトレー上よ
りキャップの位置を検出するキャップ位置検出（図６−
Ｂ）の２つの段階に分れる。まず、プロトタイプ登録に
ついて説明する。キャップをトレー上に１個だけ置き、
TVカメラ（１）により、画像を画像処理装置（４）に入
力し（STEP1）、キャップとトレーがはっきりと分離す
る２値化レベルをモニタテレビ等に出力した２値画像に
より確認し、設定する（STEP2）。次に２値画像データ
を処理することにより、形状マスクデータ、例えば、キ
ャップの重心を原点とした輪郭の位置データ列とキャッ
プの面積を抽出する（STEP3）。最後に、STEP3で抽出し
たキャップ面積を基準にキャップ位置検出判断を行うた
めの検出判断レベルを設定する（STEP4）。

以上のステップより、２値化レベル、形状マスクデー
タ、面積データおよび検出判断レベルをプロトタイプデ
ータとして登録する。キャップの検出のための特徴量
は、周囲長、重心位置のずれ等を用いてもよい。

次に、実際のキャップ締結動作におけるキャップ位置検
出処理について説明する。まず、キャップ締結システム
の立上げ時に、プロトタイプデータを読込む（STEP
6）。次に、キャップを集積したトレー（Ｃ）をキャッ
プトレー載置台（11）にセットした後、TVカメラ（１）
により、画像を画像処理装置（４）に入力し（STEP
7）、プロトタイプデータの２値化レベルで画像の２値
化を行う（STEP8）。２値画像上で、形状マスクを逐次
マスク内のキャップ部の面積を計算しながら図６−Ｃに
示すように走査させ、マスク内のキャップ部の面積が検
出判断レベルより大きくなった時点で、形状マスクとキ
ャップが一致したとみなし、形状マスクの重心位置をキ
ャップ位置としてロボットコントローラ（５）へ出力す
る。検出したキャップについては、形状マスク内の画像
を消去し、位置検出処理を続行し、１画面の走査が完了
すると処理を終了する（STEP9）。

（６）はキャップの仮締結手段であるキャップ取出・仮
締結ロボットで該キャップ取出・仮締結ロボット（６）
は、ロボットコトローラ（５）からの動作指令に従い、
載置台（11）にセットされたトレー（Ｃ）上のキャップ
（Ａ）を取り出し、同期して供給される容器（Ｂ）へキ
ャップを仮締結する。

（７）は、このキャップ取出・仮締結ロボット（６）の
アーム先端に取付台（76）を介して取り付けられたキャ
ップ仮締結ハンドで、該キャップ仮締結ハンド（７）
は、第３図に示すようにキャップ（Ａ）の側面を把持す
るクランプ部（71）とこのクランプ部（71）の動作範囲
内に位置して該クランプ部（71）の中心を軸に回転可能
な吸着ヘッド（72）とこの吸着ヘッド（72）を回転させ
る回転駆動機構（73）と、該吸着ヘッド（72）とモータ
（73）を一体的に上下動させるエアシリンダ（74）を有
する吸着部（78）とからなる。

前記クランプ部（71）は、取付台（76）の下方に固設さ
れ、対向して設けた一対のチャック（77）と、これを水
平方向に伸縮駆動させる平行駆動機構、例えば平行駆動
型エアーチャックより構成されており、該エアーチャッ
クの両側から突出している伸縮ロッドに前記チャック
（77）がそれぞれ取付けられる。又、前記吸着部（78）
は、後述する吸着ヘッド（72）を昇降させる昇降手段、
例えばエアシリンダ（74）と、このエアシリンダ（74）
の伸縮ロッド先端に固設され該エアシリンダ（74）の伸
縮動作によって前記取付台（76）と平行に上下動する基
台（80）と、この基台（80）に取付けられて吸着ヘッド
（72）を回転させるモータ（73）と、回転軸（81）の一
方は前記基台（80）に軸着され、他端はキャップ天面を
吸着する円筒状吸着ヘッド（72）と、この吸着ヘッド
（72）と、前記モータ（73）の間に張設された無端ベル
ト（75）から構成される。

この吸着ヘッド（72）の回転により、吸着したキャップ
（Ａ）を回転させ目的とする容器（Ｂ）のネジ部に螺合
させるようになっている。又、吸着ヘッド（72）の真空
吸着力によりキャップ（Ａ）を吸着しているため、一定
のトルクがかかれば該吸着ヘッド（72）が空回りするの
で、キャップの締め過ぎを防止することが出来る。

なお、該吸着ヘッド（72）への真空圧の供給は図示しな
いが公知のフレキシブルチューブ、真空バルブを介して
真空ポンプへ接続される。又、本実施例では吸着部（7
8）を昇降させているが、クランプ部（71）を昇降させ
ても良い。

また、吸着ヘッドの回転には、プーリーと伝達ベルトに
よる回転駆動の伝達を用いているが、回転駆動手段直
結、ギア伝達等を用いてもよい。クランプ部（71）のキ
ャップ挾持部分の表面には緩衝材、例えば、ゴム等が貼
着されており、クランプ時にキャップの表面に傷をつけ
ない様になっている。また、キャップ挾持部分をＶ型形
状とし、前述の吸着ヘッド（72）がキャップの中心をず
れて吸着しても、クランプ部（71）のクランプ時にキャ
ップをセンタリングさせることができる。キャップ締付
け装置は以上のように構成される。

（13）は容器（Ｂ）を順次キャップ締結ゾーンへ供給さ
せる容器供給手段で、複数の正立容器（Ｂ）の胴部をそ
の両側から固持する搬送用パレット（14）と、この搬送
用パレット（14）を搬送させるコンベアとから構成され
る。搬送用パレット（14）には、容器（Ｂ）の胴部を両
側から把持するＶ型ブロックが一定間隔で設けられてお
り、あらゆる容器寸法にも対応できるようにするため、
対峙して設けたＶ型ブロックの間隔は調整自在となって
いる。（９）は、仮締結されたキャップ（Ａ）を回転の
慣性の影響の小さい低速での回転で規準のトルクまで本
締結するキャップ本締結装置で、従来のキャップ締結装
置を低速回転で用いるこの装置（９）のキャップホルダ
（図示せず）は、高トルクでキャップ（Ａ）を締結する
ため公知のエアーチャック、又はメカニカルチャックに
より構成される。（16）（17）は、コンベアによって搬
送される搬送用パレット（14）を仮締結位置および本締
結位置で停止させるストッパである。

以上のように構成されたシステムにおいて、その動作を
以下に説明する。キャップ（Ａ）の供給は、納入状態で
あるキャップ（Ａ）を集積した紙製トレー（Ｃ）を載置
台（11）上のストッパ（10）によって規制される位置に
置くだけでよい。この載置台（11）上にセットされたキ
ャップ（Ａ）を集積したトレー（Ｃ）の画像データが視
覚センサ（１）により画像処理装置（４）に取り込まれ
ると、画像処理装置（４）は、前述したように画像デー
タを処理し、キャップ位置を検出し、キャップ位置デー
タをロボットコントローラ（５）に転送する。ロボット
コントローラ（５）は、キャップ位置データに基づき、
キャップ取出・仮締結ロボット（６）を動作させ、キャ
ップ取出・仮締結用ロボットハンド（７）をキャップ
（Ａ）の真上に移動させる。そして、キャップ取出・仮
締結用ロボットハンド（７）のエアシリンダ（74）を駆
動させて吸着ヘッド（72）を下げ、吸着ヘッド（72）に
キャップ（Ａ）の天面を吸着させる。キャップ（Ａ）を
吸着後、エアシリンダ（74）によって所定のストローク
量上昇させ、キャップ（Ａ）を抜き出し、その後、クラ
ンプ部（71）を作動させて、キャップ（Ａ）の側面を両
側から把持する。この一連の動作により、複数のキャッ
プ（Ａ）が密着した状態からでも、キャップを取り出す
ことができ、また、吸着ヘッド（72）の吸着位置がキャ
ップの中心からずれていても吸着ヘッド（72）の中心軸
にキャップ（Ａ）の位置を修正させることができる。し
たがって、キャップ位置検出手段はラフな精度のもので
も良く、公知の安価な装置で実現できる。

次に、このセンタリングされたキャップ（Ａ）を把持し
た状態でキャップ取出・仮締結ロボット（６）を動作さ
せ、キャップ取出・仮締結用ロボットハンド（７）をス
トッパ（16）によって仮締結位置に停止している搬送用
パレット（14）上の容器（Ｂ）の真上に移動させる。そ
の後、キャップ取出・仮締結用ロボットハンド（７）の
クランプ部（71）のチャック（77）によるキャップ側面
の把持を解放し、エアシリンダ（74）を作動させて吸着
部（78）を下げ、モータ（73）により吸着ヘッド（72）
とともにキャップ（Ａ）を回転させる。そして、キャッ
プ取出・仮締結ロボット（６）の動作により、キャップ
取出・仮締結用ロボットハンド（７）を下降させ、キャ
ップ（Ａ）の容器（Ｂ）への仮締結を行う。このとき、
回転するのは、キャップと軽量の吸着ヘッド（72）のみ
であり、高速回転で仮締結を行っても、回転の慣性によ
るキャップの締めすぎは発生しない。仮締結が完了する
と、吸着ヘッド（72）の吸引を切り、キャップ取出・仮
締結ロボット（６）を動作させ、次のキャップ位置へキ
ャップ取出・仮締結用ロボットハンド（７）を移動させ
る。仮締結された前記容器（Ｂ）は、仮締結位置のスト
ッパ（16）の解放後、搬送手段（13）により搬送され、
本締結位置のストッパ（17）で本締結位置に停止する。
その後、キャップ本締結装置（９）により、低速回転で
所定トルクまでの締結を行う。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、視覚センサによってトレ
ー上のキャップ群を撮像し、これを画像処理装置により
個々のキャップ位置を検出すると共に、このキャップ位
置信号に基づきキャップを締結させる手段として移動ア
ームの先端にキャップ側面を把持するクランプ部と、こ
のクランプ部の中心線上に該キャップを吸着させる吸着
部を上下運動する回転軸に軸着する構成としたから、キ
ャップが密着状態であってもこれらの中から特定のキャ
ップの取出しが出来ると共に、その吸着の位置がズレて
いてもクランプ部で芯出しすることが出来るため、キャ
ップの供給状態は、キャップメーカーから納入された状
態そのままで供給することが出来る。

これにより、キャップ供給作業の大巾な省力化を図るこ
とが出来る。

又、仮締結手段は、キャップの吸着位置をクランプ部に
よりセンタリングさせるため、画像処理装置はキャップ
位置検出精度の粗い安価なものを用いることが出来る。

又、仕掛製品の切替による切替部分がないため、仕掛製
品切替時、従来のようなシュート等の間隔調整など周辺
装置の調整における熟練作業が不要となり、切替工数の
削減、製品仕掛りの汎用性の向上を図ることができる。

又、キャップの締結方法として、軽量の吸着ヘッドによ
り高速回転でキャップの仮締結を行う仮締結手段と、キ
ャップを把持して低速高トルクでキャップを本締結する
本締結手段とによりキャップを締結させているため、回
転の慣性の影響によるキャップの締めすぎを抑えること
ができ、安定したしかも均一したトルクでキャップの締
結を行うことができる。

また、従来のキャップ締結動作のできないロボットハン
ドをもつ部品供給システムでは防ぐことのできなかった
キャップのベレー掛けの不良発生を防止することが可能
となり、品質・工程安定性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

各図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本発
明に係るキャップ締結システムの外観斜視図、第２図は
全体ブロック図、第３図はキャップ取出・仮締結用ロボ
ットハンドの外観斜視図、第４図はキャップ取出・仮締
結用ロボットハンドの側面図および正面図、第５図はキ
ャップ取出・仮締結の動作説明図、第６図は画像処理装
置のキャップ位置検出処理フローである。 （１）……TVカメラ、（２）……主照明 （３）……補助照明、（４）……画像処理装置 （５）……ロボットコントローラ （６）……キャップ取出・仮締結ロボット （７）……キャップ取出・仮締結用ロボットハンド （８）……キャップ本締結装置コントローラ （９）……キャップ本締結装置 （10）……ストッパ、（11）……載置台 （13）……搬送手段、（14）……搬送用パレット （16）……仮締結位置ストッパ （17）……本締結位置ストッパ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正立した複数のキャップをランダムに収容
   したトレーを所定位置に供給する供給手段と、前記所定
   位置に供給されたトレーの上部に設けられ、前記トレー
   上のキャップの画像データを撮像する視覚センサと、こ
   の視覚センサの画像データから個々のキャップ位置を検
   出するキャップ位置検出手段と、前記キャップを螺合す
   る容器を固持して所定位置に供給する容器供給手段と、
   支持体に設けられてそれぞれ所定位置に供給された前記
   トレーと容器間を移動するアームと、このアーム先端に
   設けられ上下動する回転軸に軸着されキャップ天面を吸
   着する吸着部と、この吸着されたキャップをその側面か
   ら吸着部中心に向けて把持するクランプ部とからなるキ
   ャップの仮締結手段と、 この仮締結された前記キャップを把持して所定トルクで
   本締結する本締結手段とからなり、 前記キャップ位置検出手段により一定の順序で送られて
   くるキャップの位置データに基づいて仮締結手段を駆動
   してトレー上の該当するキャップ天面を吸着して取出
   し、該キャップを芯出し後吸着部により容器に仮締結
   し、その後本締結手段によって前記仮締めされた該キャ
   ップを所定トルクで本締めすることを特徴とするキャッ
   プの締結システム。