JPS63196909A - 部品の組み付け位置自動調整装置 - 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】 発明の技術分野 本発明は、組み付け対象の部品を所定の位置に固定する
際に、部品の位置合わせ点を画像処理により基準位置に
合わせるための自動調整装置に関する。

従来技術 部品例えば自動車用の電球は、製造段階でリング状のフ
ランジ部分に位置決め状態で取り付けられる。この場合
、電球の発光中心がフランジに対しずれていると、この
電球が自動車のヘッドライトなどに組み込まれたときに
、照射方向が所定の位置からずれてしまうため、正確な
位置合わせが必要とされる。

従来、このような位置合わせは、フランジに対し電球の
口金部分を機械的に位置合わせするか、または電球を点
灯させ、その光束の方向を観測することによって行われ
ている。前者の機械的な位置合わせでは、電球の製造段
階で、フィラメントの発光中心と口金との相対的な位置
関係が正確に規制されていないため、正確な位置合わせ
は望めない、また、後者の光束の観測による位置合わせ
では、発光中心の割り出しが難しく、正確な位置合わせ
に限界がある０以上のような理由から、この種の部品特
に自動車用の電球の正確な位置合わせ手段が望まれてい
る。

発明の目的 したがって、本発明は、従来のような機械的な位置合わ
せ、または光束の観測による位置合わせに代えて、画像
処理の分野で、組み付け対象の部品の位置合わせ点を直
接観測し、その組み付け位置を４軸方向で自動的に調整
できるようにすることである。

発明の解決手段 そこで、本発明は、組み付け対象の部品例えば自動車用
電球を撮影方向から照明用ランプにより照射し、Ｘ軸、
Ｙ軸およびＺ軸の方向毎に複数の撮像カメラにより、電
球の位置合わせ点すなわちフィラメントの発光中心を観
測し、その画像信号からフィラメントや反射板の位置を
正確に測定し、その測定結果と予め入力された基準位置
とを画像処理プログラムの分野で比較し、この比較結果
に基づいて、４軸位置調整装置のモータを駆動し、フラ
ンジに対する電球の取り付け位置を自動的に調整するよ
うにしている。

このような調整では、電球のフィラメントや反射板の位
置が直接測定され、それらの位置と基準位置との間で調
整が行われるため、製品毎にフィラメントの位置と口金
の位置とが相対的にずれていても、そのずれ量に関係な
（正確な位置合わせが行われる。また、この位置合わせ
によると、調整時に電球を必ずしも点灯させる必要がな
いため、点灯時の電球の熱的変更の影響がなく、また点
灯のための給電・点灯回路なども不要となる。

発明の構成 まず、第１図は、部品の組み付け状態を示している。こ
の実施例で、組み付け対象の部品は、自動車用の電球１
であり、その口金２の部分でリング状のフランジ３に対
し、基準点７を座標原点とするＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸および
Ｚ軸の周りのθ軸について位置決め状態でスポット溶接
または半田付けなどにより固定されている。なお、この
電球１は、ガラス球４の内部で、位置合わせ部分として
フィラメント５および反射板６を備えている。

次に、第２図ないし第８図は、本発明による組み付け位
置自動調整装置１０の機械的な構成を示している。そし
て、これらの図のうち、第２図ないし第７図は、４軸位
置調整装置１１の具体的な構成を示しており、また第８
図はその機構を簡略化し、スケルトンによって表してい
る。

この４軸位置調整装置１１は、電球１をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸およびＺ軸の周りのθ軸について位置調整可能な状態
で保持するために、Ｚ軸方向のチャック１２を備えてい
る。このチャック１２は、第２図に示すように、例えば
コレット形式のものであり、Ｚ軸方向の中空の保持軸１
３の下端部分に取り付けられており、その保持軸１３の
中間部分で軸受け１４および軸受はハウジング１５によ
り可動テーブル１６に対し回転可能な状態で支持されて
いる。なお、このチャック１２の開閉操作は、可動テー
ブル１６の上部に取り付けられたシリンダ１７、保持軸
１３の内部のクランプロッド１８およびクランブロンド
１８の回転を許す状態で、軸線方向の動きのみを伝達す
る軸継手１９により、中心側のコレット爪１２ａの部分
に対して外側のスリーブ１２ｂを相対的に移動させるこ
とにより行われる。そして、チャック１２のθ軸方向の
回転運動は、可動テーブル１６に取り付けられたパルス
駆動方式のモータ２０によって行われる。すなわち、こ
のモータ２０の回転は、タイミングベルト・プーリ２１
によって保持軸１３に伝達される。

また、上記可動テーブル１６は、第３図、第４図および
第５図に示すように、その背面側で、Ｚ軸方向の一対の
スライダ２２により、スライドテーブル２３の滑り案内
２４に対しＺ軸方向に移動可能な状態で支持されており
、スライドテーブル２３側の早送りシリンダ２５により
、Ｚ軸方向に早送り可能な状態で取り付けられている。

なお、この早送り方向の移動量は、可動テーブル１６側
のショック吸収兼用の調整ねじ２６をスライドテーブル
２３側の基準片２７に押し当てることによって規制され
ている。また、早送り後の位置合わせは、可動テーブル
１６側のロケートピン２８を案内２９に沿って、シリン
ダ３０で移動させ、スライドテーブル２３例のロケート
孔３１に押し当てることにより行われる。

さらに、前記スライドテーブル２３は、背面側で一対の
スライダ３２によりスライドベース３３の滑り案内３４
にはまり合い、Ｚ軸方向に移動可能な状態で支持されて
いる。そして、上記チャック１２のＺ軸方向の移動は、
スライドベース３３に取り付けられたモータ３５によっ
て行われる。

すなわち、このモータ３５の回転は、スライドベース３
３の前面で軸受け３６によって回転自在に支持された送
りねじ３７に伝達され、スライドテーブル２３側の送り
ナツト３８にＺ軸方向の移動として伝達される。

さらに、このスライドベース３３は、背面側の３つの溝
付ローラ３９によりフレーム４０の前面側の円弧状の案
内体４１に対し転がり対偶で移動できるように支持され
ている。この円弧状の案内体４１は、第６図の通り、電
球１の基準点７を中心とする円弧によって形成されてい
る。そして、このスライドベース３３のＹ軸を中心とす
る回転運動はフレーム４０に取り付けられたモータ４３
によって行われる。ずなわち、このモータ４３の回転は
、第７図にみられるように、フレーム４０側の軸受はブ
ロック４４、および軸受け４２によって支持された送り
ねじ４５に伝達され、これとねじ対偶をなす送りナツト
４６にＹ軸周りの回転移動として伝達される。そして、
この送りナンド４６は、上記一対の軸受はブロック４４
の間で、上下２本の案内シャフト４７に対し軸線方向に
移動可能な状態で支持され、送りねじ４５の中心線に対
し回り止め状態となっており、前面側のＺ軸方向の溝４
８によりスライドベース３３の背面側に取り付けられた
ローラ４９とはまり合っている。

さらに、上記フレーム４０は、正面側から見て左右対称
の門型となっており、一方の下端部分の軸受け５０によ
り、機枠５１の支軸５２に対し回転自在に支持されてお
り、また他端部分に固定された駆動側の支軸５３および
両端の軸受けＳ４によって、機枠５５に対し回動自在に
支持されている。なお、これらの支軸５２および駆動側
の支軸５３の軸線は、Ｘ軸の方向で、前記基準点７と一
敗している。なお、このフレーム４０は、基準点７を支
軸５２．５３の軸線上と一敗させるために、側方から見
て、Ｌ字状に屈曲している。この結果、フレーム４０の
重心位置は、Ｘ軸よりも後方にあって、支軸５２．５３
に対し偏心ｒＩＭとなっている。そこで、この偏心荷重
は、機枠５５に取り付けられた支持スプリング５９によ
って受は止められている。すなわち、支持スプリング５
９は、機枠５５のブラケット６０とフレーム４０の下面
との間に設けられており、フレーム４０を押し上げるこ
とにより、偏心荷重を相殺している。なお、その移動量
はブラケット６０に固定されたロッド６１の上下のスト
ツバ６２．６３とフレーム４０側の当接体６４．６５と
によって規制されている。

そして、上記駆動側の支軸５３は、モータ５６によって
駆動される。すなわち、このモータ５６の回転は、ハー
モニックドライブ（登録商標）式の減速機５８の入力側
に伝達され、大きな減速比の下に、出力側で四節のリン
ク機構５７を介して駆動側の支軸５３に伝達される。

次に、第９図は、複数例えば２つの照明用ランプ７１．
７２と撮像カメラ７３．７４．７５との位置関係を示し
ている。２つの撮像カメラ７３．７４は、Ｘ−Ｙ平面上
で反射板６のθ軸周りに、傾き角度αだけ傾いた軸線上
に配置されており、また他の１つの撮像カメラ７５は、
反射板６の正面側でＹ軸上に配置されている。また、２
つの照明用のランプ７１．７２は、それぞれ撮像カメラ
７４．７５の後方側に配置されている。

次に、第１０図は、画像処理・制御装置８１の構成を示
している。この画像処理・制御装置８１は、撮像カメラ
７３．７４．７５からの画像信号を画像処理プログラム
に基づいて処理し、この処理結果に基づいて、制御プロ
グラムの過程で前記モータ２０．３５．４３．５６の回
転量を制御するために、コンビエータによって構成され
ている。

すなわち、前記プログラムは、ＣＰＵ８２によって実行
される。このＣＰＵ８２は、プリンタ８３のばかデータ
バス８４を介し入力ボート８５、出カボート８６．３チ
ヤンネルの切り損え回路８７、フレームメモリ８８、お
よびモータコントローラ８９．９０に双方向的に接続さ
れており、これらは電源回路９１に接続されている。そ
して、上記切り換え回路８７は、それぞれ撮像カメラ７
３．７４．７５に切り換え可能な状態で接続されており
、さらに出力側でＡ−Ｄ変換回路９３によりフレームメ
モリ８８の入力端に、また分岐して切り換えスイッチ９
２によりモニタテレビ９４にも接続されている。なお、
このフレームメモリ８８の出力端は、Ｄ−Ａ変換回路９
５により切り換えスイッチ９２の他方の端子に接続され
ている。また、上記モータコントローラ８９．９０は、
それぞれドライバ９６．９７．９８．９９を介し、パル
ス駆動方式のモータ２０．３５．４３．５６に接続され
ている。また入力ボート８５は、入力側で規格値や原点
値、その他制御データを入力するためのキーボード１０
０および前記４軸位置調整装置１１のシーケンサ−１０
１に接続されており、また出力ポート８６は、上記シー
ケンサ−１ｏｔの入力端のほか、照明用ランプ７１．７
２などの制御回路１０２にも接続されている。

発明の作用 上記組み付け位置自動調整装置ｌＯは、電球ｌの製造ラ
イン中に据え付けられており、フランジ３に対する電球
１の固定位置を自動的にｖ４！！する。

電球ｌの製造ラインで、この電球ｌは、フランジ３に対
し位置調整可能に組み合わされた状態で、チャック１２
の下方の位置まで、ロータリインデックス機構などによ
り案内される。電球ｌおよびフランジ３がこの位置に案
内されて来た時点で、シーケンサ−１０１は、その到達
を確認して、入力ボート８５を介しＣＰＵ８２に起動指
令を与える。そこで、ＣＰＵ８２は、まず出力ポート８
６を介し、早送りシリンダ２５を動作させ、可動テーブ
ル１６を上昇位置から基準片２７により規制されるまで
下降させ、次に、シリンダ１７を動作させ、チャック１
２の開放状態のコレット爪１２ａを閉じることによって
、電球ｌの口金２の部分を把持する。なお、この下降後
に、シリンダ３０は、シーケンサ−１０１から動作指令
を受けて、ロケートピン２８をロケート孔３１に押し込
むことによって、可動テーブル１６をスライドテーブル
２３に対し固定状態とする。

ＣＰＵ８２は、この把持を確認してから、位置調整のプ
ログラムを自動的に開始する。まず、この位置調整のプ
ログラムは、照明用ランプ７１を点灯させ、同時に、撮
像カメラ７３を動作させる。

ここで、撮像カメラ７３は、照明用ランプ７１を逆光と
して、電球１のフィラメント５および反射板６を影とし
てとらえ、それを画像信号として切り換え回路８７を介
しＡ−Ｄ変換回路９３によってディジタル信号に変換し
ながら、フレームメモリ８８に送り込む、なお、この画
像信号は、切り換えスイッチ９２の切り換えによって、
モニタテレビ９４によって必要に応じ、確認できるよう
になっている。このときの逼像画面は、第１１図のよう
である。ここで、ＣＰＵ８２は、次のステップで、フラ
ンジ３０基準面からフィラメント５の端部までの高さｈ
を画像処理によって測定し、その測定値と予め入力され
ている基準値とを比較し、その差すなわちずれに基づい
て、調整の必要を確認する。そのずれが許容値以上であ
れば、ＣＰＵ８２は、その高さｈを基準値に一致させる
ために、必要な調整量を演算により求め、これに基づい
てモータコントローラ８９を動作させ、Ｚ軸方向のモー
タ３５を所定の量だけ回転させることにより、送りねじ
３７および送りナツト３８で可動テーブル１６およびス
ライドテーブル２３を共に移動させ、電球１の口金２を
Ｚ軸の方向に必要な量だけ移動させる。このようにして
、当該電球ｌについて、フィラメント５の位置から、基
準点７が座標原点と一致する。

このＺ軸方向の１ｌｌｌの終了後に、ＣＰＵ８２は、再
び画像信号から、反射板６の向きを調整する。

この反射板６が所定の傾き角度αに規制されているなら
ば、反射板６の前面側のエツジから回転軸までの距１！
ｌｄは、最大となるはずである。しかし、反射板６が傾
き角度αに対し平行となっていないならば、その距離ｄ
は、最大値よりも小さくなっているはずである。そこで
、ＣＰＵ８２は、その調整プログラムのステップで回転
軸から反射板６の前面までとの距Ｍｄを測定し、最大値
となるように反射板６を所定の角度に調整するために必
要な調整角度を算出し、それを調整量としてモータコン
トローラ８９を通じ、モータ２０を所定の角度だけ回転
させる。このモータ２０の回転によって、保持軸１３が
Ｚ軸の周りに回転し、電球１に回転運動が与えられるた
め、その口金２は、固定的なフランジ３に対しθ軸を中
心として、傾き角度αの向きに調整される。このように
して、電球ｌは、固定的なフランジ３の内部でＺ軸の方
向に移動し、またその周りのθ軸を中心として回転する
ことにより、所定の高さｈおよび向きに正確に調整され
る。

以上の調整の後に、ＣＰＵ８２は、照明用ランプ７１を
点灯したままの状態で撮像カメラ７５を動作させ、電球
ｌを反射板６の正面側からとらえ、その画像（８号をフ
レームメモリ８８に記憶させる。

このときの撮像画面は、第１２図のようになっている。

このとき、フィラメント５がＺ軸の方向に対し平行な状
態になっておれば、調整の必要はない。しかし、そのフ
ィラメント５がＺ軸に平行でなく、しかもその傾きが許
容値以上であるときには、ＣＰＵ８２は、その調整用の
プログラムを実行して、前記と同様に、傾きを解消する
方向に、モータ４３を駆動して、チャック１２をＹ軸の
周りに回転させることにより、調整を行っていく。

モータ４３が回転すると、スライドベース３３は、溝付
ローラ３９によって円弧状の案内体４１に沿って移動す
るため、これによって支えられている可動テーブル１６
、スライドテーブル２３および保持軸１３は、チャック
１２と一体となって、Ｙ軸の周りに回動することになる
。この調整は、座標原点を中心とする円弧運動によって
行われるから、調整後の基準点７は、座標原点からずれ
ない。

なお、フィラメント５の方向は、コイル状のフィラメン
ト外側部分に長手方向に、側方の照明用ランプ７１によ
って現れる輝点の直線方向と画像上のＺ軸方向の平行度
を観測することによって行われる。

最後に、ＣＰＵ８２は、照明用ランプ７１を消し、新た
に照明用ランプ７２を点灯させるとともに、撮像カメラ
７３．７４を動作させ、反射板６の画像を両側面からと
らえ、その反射板６のＹ軸方向の位置を調整する。この
とき、画像は第１１図および第１３図のように現れてい
る。そこで、ＣＰＵ８２は、調整プログラムを実行し、
撮像カメラ７３の画像による反射板６の左側のエツジと
基準位置とを比較し、また撮像カメラ７４の画像による
反射板６の右側のエツジと基準位置とを比較し、それぞ
れの距［ｄのずれ量に応じて、調整の必要性を判断し、
調整の必要時に、ずれを解消する方向にモータ５６を所
定の回転量だけ回転させる。このモータ５６の回転は、
減速機５８によって減速され、駆動側の支軸５２．５３
に伝達され、フレーム４０を支軸５３の周りすなわちＸ
軸の周りに回転させることにより、反射板６をＹ軸の方
向すなわち電球１の正面から見て前後方向に移動させる
。このときのＸ軸周りの動きは、基準点７を中心とする
回転運動であるから、これより外れた位置合わせ対象の
反射板６にＹ軸方向の移動として現れる。しかし、この
とき、既に調整済の方向にずれは、はとんど発生しない
。

このようにして、電球ｌは、その製造ラインで、フラン
ジ３に対し口金２の部分で、位置調整可能な状態ではま
り合い、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびθ軸の周りに微調整さ
れ、正確に位置決めされる。

この位置決め状態で、電球ｌは、その口金２の部分でフ
ランジ３に対しスポット溶接などの固着手段によって固
定される。この固定が完了した後、チャック１２は、コ
レット爪１２ａを開放することによって電球１の口金２
を離し、再び早送りシリンダ２５により上昇することに
より、次に送られて（る電球１の調整に備える。このよ
うな一連の調整は、最大調整量の範囲でも、６秒間に１
個の割合で行われる。なお、基準値および必要な調整量
や、実際のサンプリング値、さらに各種のデータは、必
要に応じ、プリンタ８３によって記録紙に印字される。

また、これらの調整量やデータなどは、ＣＰＵ８２の内
部に必要に応じて記録されるため、電球１の製造ライン
での抜き取り検査の資料とすることもできる。

発明の変形例 上記組み付け位置自動調整装２１０は、部品としての電
球ｌをフランジ３に固定することを前提として開発され
たため、以上の説明は、部品を電球ｌに限って説明して
いる。しかし、組み付け対象の部品は、電球ｌに限らず
、これに類偵する他のものをフランジ３に代わる基板な
どに固定する場合にも利用できる。

また、４軸位置調整装置１１は、フレーム４゜上でチャ
ック１２をＸ軸方向およびＸ軸方向に移動可能で、しか
もＺ軸の周りすなわちθ軸方向にも回転可能な状態で支
持されておれば充分である。

したがって、可動テーブル１６、スライドテーブル２３
およびスライドベース３３などのフレーム４０に対する
取り付け順序は、実施例のものと逆の順序であってもよ
く、それらの配置の関係は必要に応じて変更できる。も
らろん、チッヤク１２は、コレット形式のものに限定さ
れず、［ｌａ式チャック、バキューム式のチャック、空
気駆動形式のものなど、部品の種類に応じて適宜選択さ
れる。

さらに、撮像カメラ７３．７４．７５は、電球ｌを鮮明
に写し出す位置に調整されているが、同じカメラで被写
界範囲が大きく、縮小して写すときには、それらの撮像
カメラ７３．７４．７５の位置は、移動ステージなどに
よって自動的に調整される。また、照明用ランプ７１．
７２は、必ずしも複数とする必要はなく、１個の照明で
・もよく、またそれは観測中の間ｍ続して点灯状態にあ
って、必要に応じてシャッターで遮光してもよい。

発明の効果 本発明では、次のような特有の効果が得られる。

まず、組み付け対象の部品が複数の搬像カメラによって
、光学的に測定され、画像信号に変換してから、画像処
理の分野で調整されるため、部品の位置の測定および観
測が非接触の状態で行われ、したがって、その部品の位
置調整にも測定および観測部材の近傍などによる制約を
受けず、高い自由度の下に調整が可能となる。

部品の調整位置が画像処理・制御装置に対する基準値の
入力によって簡単に変更できるため、部品の種類が変化
したときにも、基準値のデータの変更や測定プログラム
の処理などがプログラミングの分野で簡単に対応できる
。

さらに、組み付け対象の部品の位置決め上の基準点、例
えば電球の場合のフィラメントや反射鏡などの位置が離
れた位置から直接測定され、それぞれの位置に基づいて
電球などの部品の位置が直接調整されるため、従来のよ
うに位置合わせ点の近くの他の部材の位置を観測して調
整する手段に比較して、組み付け位置の調整後のずれの
範囲が少なく、それだけ高い精度で組み付け位置の調整
が自動的に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は組み付け対象の部品としてのフランジおよび電
球の拡大正面図、第２図は組み付け位置自動調整装置の
機械的な４軸位置調整装置の一部破断正面図、第３図は
４軸位置調整装置の一部破断側面図、第４図は４軸位置
！ＪＲ整装置の異なる側からの一部破断側面図、第５図
は４軸位置調整装置の一部破断平面図、第６図は円弧状
の案内体の正面図、第７図は送りねじの部分の一部破断
正面図、第８図は４軸位置調整装置の概略的なスケルト
ン図、第９図は撮像カメラおよび照明ランプの配置状態
の平面図、第１θ図は画像処理装置のブロック線図、第
１１図ないし第１３図は逼影画面の画像図である。　１
・・電球、２・・口金、３・・フランジ、５・・フィラ
メント、６・・反射板、ｌＯ・・組み付け位置自動調整
装置、１１・・４軸位置調整装置、１２・・チャック、
１３・・保持軸、１６・・可動テーブル、２０・・モー
タ、２３・ニスライドテーブル、２８・・ロケートピン
、３３・・スライドベース、３５・・モータ、３９・・
溝付ローラ、４０・・フレーム、４１・・円弧状の案内
体、４３・・モータ、５１・・機枠、５２．５３・・支
軸、５６・・モータ、？！、７２・・照明用ランプ、７
３．７４．７５・・撮像カメラ、８１・・画像処理・制
御装置、８２・・ＣＰＵ、８８・・フレームメモリ、８
９．９０・・モータコントローラ、９６．９７．９８．
９９・・ドライバ、１０１・・シーケンサ−１１０２・
・制御回路。 第７図 第８図 第９図 怜 第７０図 第７７図 第７２図 Ｘ− 第７３図 千ＭＥネ甫正書（自発） 昭和６２年０３月１２日 特許庁長官　　黒　　１）　明　　雄　　殿１、事件の
表示 昭和６２年特許願第０２８５６６号 ２、発明の名称　部品の組み付け位置自動調整装置３、
補正をする者 事件との関係　特　許　出　願人 住　所　冨山県東砺波郡福野町二日町１３３１番地の１
名　称　株式会社　ロ　ゼ　フ 代表者　山　本　　　昭 ４、代理人＠１６０ ５、補正命令の日付　なし ６、補正の対象　　　図面 ７、補正の内容 （１１第１図および第５図を別紙の通り訂正する。 以上 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 組み付け対象の部品をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸およびＺ軸の周
   りのθ軸について各モータにより位置調整可能な状態で
   保持する４軸位置調整装置（１１）と、上記部品を撮影
   方向から照らす照明用ランプ（７１、７２）と、Ｘ軸、
   Ｙ軸およびＺ軸の方向毎に設けられた複数の撮像カメラ
   （７３、７４、７５）と、これらの撮像カメラからの画
   像信号を入力として、部品の位置合わせ部分と予め入力
   された基準位置とを比較して、その偏差に応じて、上記
   各軸のモータを駆動する画像処理・制御装置（８１）と
   からなることを特徴とする部品の組み付け位置自動調整
   装置（１０）。