位置合わせ装置及び保持装置
【課題】 複雑な位置合わせであっても精度良く行えるようにすること。
【解決手段】 支持部材１１０に取り付けられた光発生部１０１は、光源１０２が発生した光を、コーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５によって直角方向に反射し、放射状の測定用光１３０を出力する。光センサ１０７は、円柱状穴１１６を有する対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９で反射した測定用光１３０を検出して対応する検出信号を出力する。制御部１２１及び制御装置１１４は、前記検出信号に基づいて円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸との距離が許容値内になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御し、両者の位置合わせが終わった後、チャック１２０を制御して爪部材１１１〜１１３を円柱状穴内壁面１０９に当接させ、チャック１２０によって対象物１１５を保持する。
【解決手段】 支持部材１１０に取り付けられた光発生部１０１は、光源１０２が発生した光を、コーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５によって直角方向に反射し、放射状の測定用光１３０を出力する。光センサ１０７は、円柱状穴１１６を有する対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９で反射した測定用光１３０を検出して対応する検出信号を出力する。制御部１２１及び制御装置１１４は、前記検出信号に基づいて円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸との距離が許容値内になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御し、両者の位置合わせが終わった後、チャック１２０を制御して爪部材１１１〜１１３を円柱状穴内壁面１０９に当接させ、チャック１２０によって対象物１１５を保持する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材の相対的な位置関係を所定関係に位置合わせする位置合わせ装置、及び、前記位置合わせ装置を用いて部材を保持する保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の部材の相対的な位置関係を所定関係に合わせるようにした位置合わせ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
前記特許文献１に記載された発明では、複数の部材を位置合わせするために、所定の位置合わせ用マークを用いて、前記マークの位置が一致するようにして複数の部材の位置合わせを行っている。
【０００３】
特許文献１に記載の発明によって、位置合わせマークを用いた簡単な構成の部材であれば位置合わせを容易に行うことが可能になる。
しかしながら、ロボットや工作機械等では、ハンドやチャック等をワーク等の部材に位置合わせを行うような複雑な位置合わせ処理が行われるが、特許文献１記載の発明ではこれらに対応することが困難であるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９６０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、複数の部材を位置合わせする場合、複雑な位置合わせであっても精度良く行えるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、光源と、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源から出力された光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射し放射状の測定用光を出力するコーンミラーとを有する光発生部と、その中心軸上に前記コーンミラーの頂部が位置するように前記光発生部が取り付けられた支持部材と、円柱状穴を有する対象物の円柱状穴内壁面で反射した前記測定用光を検出して対応する検出信号を出力する光検出手段と、前記光検出手段からの検出信号に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸との距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする位置合わせ装置が提供される。
制御手段は、光検出手段からの検出信号に基づいて、円柱状穴の中心軸と支持部材の中心軸との距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御する。
【０００７】
ここで、前記コーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されて成るように構成してもよい。
また、前記コーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成るように構成してもよい。
【０００８】
また、前記光発生部は相互に所定距離離れて２つ配置されると共に、前記光検出手段は前記各光発生部に対応して２つ設けられ、一方の光発生部のコーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されると共に、他方の光源のコーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成り、前記制御手段は、前記２つの光検出手段からの検出信号及び前記２つの光発生部の距離に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御すると共に、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の傾斜角が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御するように構成してもよい。
【０００９】
また、前記放射状光を通過させる複数のスリットを有し、前記制御手段は、各スリットを介して前記円柱状穴に照射された測定用光の円周方向にそった長さが所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御するように構成してもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、支持部材に取り付けられ複数の可動の爪部材を有するチャックを有し、対象物に形成された円柱状穴の円柱状穴内壁面に前記複数の爪部材を当接させることによって前記対象物を保持する保持装置において、前記支持部材と対象物との位置合わせを行う位置合わせ装置として前記いずれか一に記載の位置合わせ装置を用いると共に、前記制御手段は、前記支持部材と前記円柱状穴の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御した後、前記複数の爪部材が前記対象物の円柱状穴内壁面に当接するよう制御して前記対象物を保持することを特徴とする保持装置が提供される。
【００１１】
制御手段は、支持部材と円柱状穴の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御した後、複数の爪部材が前記対象物の円柱状穴内壁面に当接するよう制御して前記対象物を保持する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る位置合わせ装置によれば、複数の部材を位置合わせする場合、複雑な位置合わせであっても精度良く行うことが可能になる。
本発明に係る保持装置によれば、チャックと対象物の複雑な位置合わせを行って前記対象物を保持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置について説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一機能を有する部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置を用いた保持装置の概略構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１において、保持装置は、円柱状の支持部材１１０の円柱中心軸上に取り付けられた光発生部１０１、光発生部１０１に取り付けられたレンズ１０６、光センサ１０７、支持部材１１０をＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置１１４、制御部１２１、複数の可動の爪部材（可動爪）１１１、１１２、１１３を有するチャック１２０を備えている。
光発生部１０１、レンズ１０６、光センサ１０７、支持部材１１０、駆動装置１１４、制御部１２１は位置合わせ装置を構成している。
【００１５】
光発生部１０１は、レーザやＬＥＤ（発光ダイオード）等によって構成され、測定用の光１１７を発生する光源１０２、その頂部１０４を含む所定領域に反射部１０５を有する円錐形状のコーンミラー（円錐ミラー）１０３、光源１０２及びコーンミラー１０３を一体に保持する透光性のケース１０８を備えている。
光源１０２の光軸１１８は、支持部材１１０の円柱中心軸に一致しており又、コーンミラー１０３の中心軸１１９と一致している。中心軸１１９は頂部１０４を通り、コーンミラー円形底面の中心を通る線分である。
【００１６】
光源１０２が発生したビーム状の光１１７は、コーンミラー１０３の頂部１０４に向けて照射される。光１１７は、頂部１０４を含む所定領域の反射部１０５によって光軸１１８と交差する方向（本実施の形態では光軸と直交する方向）に反射され、薄い円板状の放射状光となって対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９を照射する。円柱状穴内壁面１０９は、その内壁面１０９の円周方向に沿って、線状の光１３０によって照射される。
ケース１０８には、対象物１１５の円柱状穴１１６の円柱状穴内壁面１０９によって反射した測定用光１１７を受光するレンズ１０６およびレンズ１０６を介して検出した測定用光に対応する検出信号を出力する光センサ１０７が一体に設けられている。光センサ１０７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等によって構成することができる。
【００１７】
支持部材１１０には、チャック１２０を構成する３つの爪部材１１１〜１１３が支持部材１１０の半径方向に移動可能に保持されている。爪部材１１１〜１１３は制御部１２１のチャック制御部１２４によって、支持部材１１０の半径方向に移動制御される。
支持部材１１０は、駆動装置１１４によって、Ｘ方向及びＹ方向に移動制御される。これにより、支持部材１１０の移動にともなって光り発生部１０１、レンズ１０６及び光センサ１０７も移動することになる。駆動装置１１４は、例えばゴニオメータによって構成することができる。
【００１８】
制御部１２１は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて、支持部材１１０の中心軸、換言すれば、光発生部１０１の中心軸である光軸１１８と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との間の距離（離芯量）を算出し、前記離芯量を所定値以下にするための是正量δＸ、δＹを算出し、前記是正量が所定の基準値以下（即ち、前記離芯量が所定値以下）になるように、駆動装置１１４を駆動制御する支持部材制御部１２３を備えている。また、制御部１２１は、是正量が所定の基準値以下になった場合に各爪部材１１１〜１１３を支持部材１１０の半径外側方向に移動制御するチャック制御部１２４を備えている。
【００１９】
制御部１２１は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測値法を用いて、支持部材１１０の中心軸換言すれば、光発生部１０１の中心軸である光軸１１８と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離を算出し、駆動装置１１４を制御することによって支持部材１１０の位置をＸ方向、Ｙ方向に移動制御し、前記距離が所定値以下になるようにする。前記所定値は、支持部材１１０の中心、換言すればチャック１２０の中心軸と円柱状穴１１６の中心軸との距離（位置ズレ）が所定の許容範囲内にある状態である。
【００２０】
制御部１２１は、前記距離が前記所定値以下になったとき、即ち、前記チャックの中心軸と円柱状穴１１６の中心軸が略一致したとき各爪部材１１１〜１１３を支持部材１１０の半径方向外側に向けて移動させ、全ての爪部材１１１〜１１３が対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９に当接するように制御する。これにより、対象物１１５は、内側からチャック１２０によって保持される。
尚、光レンズ１０６及び光センサ１０７は光検出手段を構成し、又、制御部１２１及び駆動装置１１４は制御手段を構成している。また、演算部１２２は演算手段を構成し、チャック制御部１２４はチャック制御手段を構成し、支持部材制御部１２３は支持部材制御手段を構成している。
【００２１】
図２、図３は、各々、図１に示した第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図、平面図である。図３において、対象物１１５の円柱状穴１１６の半径をＲとし、又、３０１は円柱状穴１１６の中心軸である。
また、図４は本発明の第１の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
以下、図１乃至図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を詳細に説明する。
【００２２】
先ず、支持部材１１０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸とを位置合わせする場合、図１及び図２に示すように、光発生部１０１を円柱状穴１１６に挿入した状態で、光源１０２からコーンミラー１０３の頂部１０４に向けて測定用光１１７を出力させる。光源１０２から出力されたビーム状の光１１７はコーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５によって直角方向に反射され、厚みの薄い円板状の光となって対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９を、円柱状穴内壁面１０９の円周方向に沿って照射する。これにより、円柱状穴内壁面１０９は、細い線状の測定用光１３０によって環状に照射されることになる。
【００２３】
対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９によって反射した前記測定用光１３０は、レンズ１０６で集光された後、光センサ１０７によって検出される。光センサ１０７は、対象物１１５で反射した光１３０を検出して対応する検出信号を出力する。
演算部１２２は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて、支持部材１１０の中心軸、換言すれば、チャック１２０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離を所定の許容値δ内にするための制御信号を支持部材制御部１２３に出力して、中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離を所定の許容値δ内に入るように制御する。
【００２４】
この処理を図４に沿って説明すると、予め許容誤差δを決定して演算部１２２内のメモリ（図示せず）に記憶しておく（ステップＳ４０１）。
次に、演算部１２２は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測量法を用いて、Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、Ｒｙ２を測定する（ステップＳ４０２）。ここで、支持部材１１０の中心軸に一致するコーンミラー１０３の頂部１０４を通る軸（即ち光軸１１８）を通り相互に直交する線分と、対象物１１５の円柱状穴１１６の周囲（即ち円柱状穴内壁面１０９）とが交差する４つの点と、頂部１０４を通る軸との距離を各々Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、Ｒｙ２としている。
【００２５】
次に、演算部１２２は、差（Ｒｘ１−Ｒｘ２）の絶対値｜Ｒｘ１−Ｒｘ２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ４０３）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｘ方向に（Ｒｘ１−Ｒｘ２）だけ移動させた後、処理ステップＳ４０２に戻る（ステップＳ４０４）。
【００２６】
一方、演算部１２２は、処理ステップＳ４０３において｜Ｒｘ１−Ｒｘ２｜が許容値δよりも大きくなく、且つ、差（Ｒｙ１−Ｒｙ２）の絶対値｜Ｒｙ１−Ｒｙ２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ４０５）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｙ方向に（Ｒｙ１−Ｒｙ２）だけ移動させた後、処理ステップＳ４０２に戻る（ステップＳ４０６）。
【００２７】
演算部１２２は、｜Ｒｘ１−Ｒｘ２｜と｜Ｒｙ１−Ｒｙ２｜が許容値δ以下になるまで前記処理を繰り返すことにより、前記チャックの中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸３０１との距離が所定の許容値δ内に入るように支持部材制御部１２３に制御信号を出力して支持部材制御部１２３を制御する。
支持部材制御部１２３は、演算部１２２からの制御信号に応答して支持部材制御信号を出力して、前記距離が許容値δ以下になるように駆動装置１１４を駆動制御する。駆動装置１１４は、前記支持部材制御信号に応答して、支持部材１１０をＸ方向及びＹ方向に移動制御する。
【００２８】
これにより、チャック１２０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離は、所定の許容値δ以下の位置ズレになり、位置合わせ処理が終了する。
この状態で、チャック制御部１２４は、チャック１２０を制御して、全ての爪部材１１１〜１１３を、支持部材１１０の半径方向の外側方向に移動させ、対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９に当接させる。これにより、対象物１１５はチャック１２０によって保持されることになる。
【００２９】
以上述べたように本実施の形態に係る位置合わせ装置によれば、支持部材１１０に取り付けられた光発生部１０１は、光源１０２が発生した光を、コーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５によって直角方向に反射し、放射状の測定用光１３０を出力する。光センサ１０７は、円柱状穴１１６を有する対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９で反射した測定用光１３０を検出して対応する検出信号を出力する。制御部１２１及び制御装置１１４は、前記検出信号に基づいて円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸との距離が許容値内になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御し、両者の位置合わせを行う。
【００３０】
また、本実施の形態に係る保持装置によれば、位置合わせ装置によってチャック１２０の中心軸と対象物１１５の軸の位置合わせが終わった後、チャック１２０を制御して各爪部材１１１〜１１３を円柱状穴内壁面１０９に当接させ、チャック１２０によって対象物１１５を保持する。
したがって、複数の部材（例えば、チャック１２０及び対象物１１５）を位置合わせする場合、複雑な位置合わせであっても精度良く行うことが可能になる。
また、本実施の形態に係る保持装置によれば、チャック１２０と対象物１１５の複雑な位置合わせを行って対象物１１５を保持することが可能になる。
【００３１】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
図２に示した例では、コーンミラー１０３の頂部１０４は支持部材１１０に対向するように配置したが、図５に示す本第２の実施の形態では、コーンミラー１０３の頂部１０４は支持部材１１０の反対方向を向くように配置されている。
【００３２】
本第２の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にして、支持部材１１０に可動に取り付けられたチャック１２０と対象物１１５の中心軸を所定の許容値内に収めて位置合わせをすることができる。また、前記チャック１２０によって対象物１１５を保持することができる。
図６、図７は、各々、本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図、平面図である。
【００３３】
また、図８は、本発明の第３の実施の形態における処理を示すフローチャートである。
本第３の実施の形態では、複数（本実施の形態では２個）の光発生部１０１−１、１０１−２、各光発生部１０１−１、１０１−２に対応する複数（本実施の形態では２個）のレンズ１０６−１、１０６−２及び光センサ１０７−１、１０７−２を備えている。
各光発生部１０１−１、１０１−２に共通する光源１０２が出力する測定用光、コーンミラー１０３−１、１０３−２の頂部１０４−１、１０４−２は光軸１１８上に配置されている。両コーンミラー１０３−１、１０３−２の頂部１０４−１、１０４−２の距離は既知の距離Ｈに設定されている。
【００３４】
このように、光発生部１０１−１、１０１−２は相互に所定距離Ｈ離れて２つ配置されると共に、光センサ１０６−１、１０６−２は各光発生部１０１−１、１０１−２に対応して２つ設けられている。また、一方の光発生部１０１−１又は１０１−２のコーンミラー１０３−１又は１０３−２の頂部１０４−１又は１０４−２は、支持部材１１０に対向するように配置されると共に、他方の光発生部１０１−２又は１０１−１のコーンミラー１０３−２又は１０３−１の頂部１０４−２又は１０４−１は支持部材１１０の反対方向を向くように配置されている。このように構成することにより、１つの光源１０２を両光発生部１０１−１、１０１−２に共通して使用することができ、構成を簡略化することができる。尚、両コーンミラー１０３−１、１０３−２は、頂部１０４−１、１０４−２が対向するように配置したが、底面側が対向するように配置してもよい。
【００３５】
本第３の実施の形態における回路ブロック図は図１と同様であるが、２つの光センサ１０７−１、１０７−２からの検出信号が制御部１２１に入力され、制御部１２１は、２つの光センサ１０７−１、１０７−２からの検出信号及び２つの光発生部１０１−１、１０１−２の距離（即ち、両コーンミラー１０３−１、１０３−２間の距離）Ｈに基づいて、円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸間の距離が所定の許容値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御すると共に、円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸間の傾斜角が所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方（本実施の形態では支持部材１１０）の位置を制御する。
【００３６】
即ち、本第３の実施の形態では、制御部１２１は、２つの光センサ１０７−１、１０７−２からの検出信号及び光発生部１０１−１、１０１−２間距離Ｈに基づいて、支持部材１１０と対象物１１５との距離が所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５を相対的に光軸１１８と直行する方向に平行移動するように駆動装置１１４を制御すると共に、支持部材１１０の軸と対象物１１５の軸の傾きが所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５とを相対的に回転させるように駆動装置１１４を制御する。これにより、支持部材１１０と対象物１１５の中心軸が所定の許容値に入り、位置合わせが完了する。
【００３７】
前記位置合わせ処理を図８に沿って説明する。
尚、以下の説明において、コーンミラー１０３−１の頂部１０４−１を通り相互に直交する線分と対象物１１５の円柱状穴１１６の円柱状穴内壁面１０９とが交差する４つの点と頂部１０４−１との距離（測定値）を各々Ｒｘ１１、Ｒｘ２１、Ｒｙ１１、Ｒｙ２１とする。また、コーンミラー１０３−２の頂部１０４−２を通り相互に直交する線分と対象物１１５の円柱状穴１１６の円柱状穴内壁面１０９とが交差する４つの点と頂部１０４−２との距離（測定値）を各々Ｒｘ１２、Ｒｘ２２、Ｒｙ１２、Ｒｙ２２としている。
【００３８】
先ず、支持部材１１０と対象物１１５との距離が所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５を相対的に光軸１１８と直行する方向に平行移動するように駆動装置１１４を制御する処理を行う。
この場合、予め許容誤差δを決定して演算部１２２内のメモリ（図示せず）に記憶しておく（ステップＳ８０１）。
【００３９】
次に、演算部１２２は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測量法を用いて、Ｒｘ１１、Ｒｘ２１、Ｒｙ１１、Ｒｙ２１を測定する（ステップＳ８０２）。
次に、演算部１２２は、差（Ｒｘ１１−Ｒｘ２１）の絶対値｜Ｒｘ１１−Ｒｘ２１｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８０３）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｘ方向に（Ｒｘ１１−Ｒｘ２１）だけ移動させた後、処理ステップＳ８０２に戻る（ステップＳ８０４）。
【００４０】
一方、演算部１２２は、処理ステップＳ８０３において｜Ｒｘ１１−Ｒｘ２１｜が許容値δよりも大きくなく、且つ、差（Ｒｙ１１−Ｒｙ２１）の絶対値｜Ｒｙ１１−Ｒｙ２１｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８０５）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｙ方向に（Ｒｙ１１−Ｒｙ２１）だけ移動させた後、処理ステップＳ８０２に戻る（ステップＳ８０６）。
【００４１】
演算部１２２は、｜Ｒｘ１１−Ｒｘ２１｜と｜Ｒｙ１１−Ｒｙ２１｜が許容値δ以下になるまで前記処理を繰り返すことにより、前記チャックの中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸３０１との距離が所定の許容値δ内に入るように支持部材制御部１２３に制御信号を出力して支持部材制御部１２３を制御する。
【００４２】
続いて、支持部材１１０の軸と対象物１１５の軸の傾きが所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５とを相対的に回転させるように制御する処理を行う。
即ち、演算部１２２は、処理ステップＳ８０５において、｜Ｒｙ１１−Ｒｙ２１｜が許容値δ以下になると、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測量法を用いて、Ｒｘ１２、Ｒｘ２２、Ｒｙ１２、Ｒｙ２２を測定する（ステップＳ８０７）。
【００４３】
次に、演算部１２２は、差（Ｒｘ１２−Ｒｘ２２）の絶対値｜Ｒｘ１２−Ｒｘ２２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８０８）、制御装置１１４のゴニオステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｙ軸回りにｔａｎ−１（（Ｒｘ１２−Ｒｘ２２）／Ｈ）だけ軸を傾けた後、処理ステップＳ８０７に戻る（ステップＳ８０９）。
【００４４】
一方、演算部１２２は、｜Ｒｘ１２−Ｒｘ２２｜が許容値δよりも大きくなく、且つ、差（Ｒｙ１２−Ｒｙ２２）の絶対値｜Ｒｙ１２−Ｒｙ２２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８１０）、制御装置１１４のゴニオステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｘ軸回りにｔａｎ−１（（Ｒｙ１２−Ｒｙ２２）／Ｈ）だけ軸を傾けた後、処理ステップＳ８０７に戻る（ステップＳ８１１）。
【００４５】
これにより、前記チャックの中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸とが平行になると共に両者の距離は所定の許容値δ内になり、位置合わせが完了することになる。
本第３の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にして、支持部材１１０に可動に取り付けられたチャック１２０と対象物１１５の中心軸を所定の許容値内に収めて位置合わせをすることができる。また、チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能である。
【００４６】
また、所定の位置関係を有する複数の光発生部１０１−１、１０１−２を使用することにより、支持部材１１０と対象物１１５が相対的に傾斜している場合も、相互に平行にして位置合わせを行うことが可能になり、又、チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能になるという効果を奏する。
【００４７】
図９、図１０は、各々、本発明の第４の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図、平面図である。また、図１１は、光発生部１０１の概略構成を示す斜視図である。
図９〜図１１において、本第４の実施の形態では、光源１０２は細いビーム状ではなく一定範囲に拡散する光を発生する。コーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５の所定範囲に前記拡散する光を照射することによって、光発生部１０１で円柱状の放射状光を発生する。
【００４８】
光発生部１０１は、前記放射状光を通過させる複数（本実施の形態では４つ）のスリット７０１を有しており、各スリット７０１を通った光１３０が測定用の光として対象物１１５に照射される。前記測定用光１３０は、光軸１１８方向に所定の長さを有する線分の光（光切断ライン）となる。
【００４９】
本第４の実施の形態における回路ブロック図は図１と同様であるが、制御部１２１は、前記各スリットを介して円柱状穴１１６に照射された測定用光の円周方向にそった長さΔｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４が、各々、所定の許容値δ以下になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御する。
これにより、チャック１２０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離が所定の許容値δ内になり、位置合わせが完了することになる。
【００５０】
本第４の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にして、支持部材１１０に取り付けられたチャック１２０と対象物１１５の中心軸を所定の許容値内に収めて位置合わせをすることができる。また、前記チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能である。
また、光軸１１８方向に沿って細長の開口を有する複数のスリット７０１を用いて光切断ラインを生成し、前記光切断ラインを用いて位置合わせを行うようにしているため、簡単な構成で位置合わせを行うことが可能になり、又、チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能になるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
ロボットや工作機械をはじめとして種々の分野で使用する位置合わせ装置、保持装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置を用いた保持装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための平面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に使用する光発生部の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１・・・光発生部
１０２・・・光源
１０３・・・コーンミラー
１０４・・・頂部
１０５・・・反射部
１０６・・・レンズ
１０７・・・光センサ
１０８・・・ケース
１０９・・・円柱状穴内壁面
１１０・・・支持部材
１１１〜１１３・・・爪部材
１１４・・・駆動装置
１１５・・・対象物
１１６・・・円柱状穴
１１７、１３０・・・光
１１８・・・光軸
１１９・・・中心軸
１２０・・・チャック
１２１・・・制御部
１２２・・・演算部
１２３・・・支持部材制御部
１２４・・・チャック制御部
３０１・・・中心
７０１・・・スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材の相対的な位置関係を所定関係に位置合わせする位置合わせ装置、及び、前記位置合わせ装置を用いて部材を保持する保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の部材の相対的な位置関係を所定関係に合わせるようにした位置合わせ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
前記特許文献１に記載された発明では、複数の部材を位置合わせするために、所定の位置合わせ用マークを用いて、前記マークの位置が一致するようにして複数の部材の位置合わせを行っている。
【０００３】
特許文献１に記載の発明によって、位置合わせマークを用いた簡単な構成の部材であれば位置合わせを容易に行うことが可能になる。
しかしながら、ロボットや工作機械等では、ハンドやチャック等をワーク等の部材に位置合わせを行うような複雑な位置合わせ処理が行われるが、特許文献１記載の発明ではこれらに対応することが困難であるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９６０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、複数の部材を位置合わせする場合、複雑な位置合わせであっても精度良く行えるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、光源と、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源から出力された光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射し放射状の測定用光を出力するコーンミラーとを有する光発生部と、その中心軸上に前記コーンミラーの頂部が位置するように前記光発生部が取り付けられた支持部材と、円柱状穴を有する対象物の円柱状穴内壁面で反射した前記測定用光を検出して対応する検出信号を出力する光検出手段と、前記光検出手段からの検出信号に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸との距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする位置合わせ装置が提供される。
制御手段は、光検出手段からの検出信号に基づいて、円柱状穴の中心軸と支持部材の中心軸との距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御する。
【０００７】
ここで、前記コーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されて成るように構成してもよい。
また、前記コーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成るように構成してもよい。
【０００８】
また、前記光発生部は相互に所定距離離れて２つ配置されると共に、前記光検出手段は前記各光発生部に対応して２つ設けられ、一方の光発生部のコーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されると共に、他方の光源のコーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成り、前記制御手段は、前記２つの光検出手段からの検出信号及び前記２つの光発生部の距離に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御すると共に、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の傾斜角が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御するように構成してもよい。
【０００９】
また、前記放射状光を通過させる複数のスリットを有し、前記制御手段は、各スリットを介して前記円柱状穴に照射された測定用光の円周方向にそった長さが所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御するように構成してもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、支持部材に取り付けられ複数の可動の爪部材を有するチャックを有し、対象物に形成された円柱状穴の円柱状穴内壁面に前記複数の爪部材を当接させることによって前記対象物を保持する保持装置において、前記支持部材と対象物との位置合わせを行う位置合わせ装置として前記いずれか一に記載の位置合わせ装置を用いると共に、前記制御手段は、前記支持部材と前記円柱状穴の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御した後、前記複数の爪部材が前記対象物の円柱状穴内壁面に当接するよう制御して前記対象物を保持することを特徴とする保持装置が提供される。
【００１１】
制御手段は、支持部材と円柱状穴の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御した後、複数の爪部材が前記対象物の円柱状穴内壁面に当接するよう制御して前記対象物を保持する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る位置合わせ装置によれば、複数の部材を位置合わせする場合、複雑な位置合わせであっても精度良く行うことが可能になる。
本発明に係る保持装置によれば、チャックと対象物の複雑な位置合わせを行って前記対象物を保持することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置について説明する。尚、以下の説明で使用する各図において、同一機能を有する部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置を用いた保持装置の概略構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１において、保持装置は、円柱状の支持部材１１０の円柱中心軸上に取り付けられた光発生部１０１、光発生部１０１に取り付けられたレンズ１０６、光センサ１０７、支持部材１１０をＸ方向及びＹ方向に移動させる駆動装置１１４、制御部１２１、複数の可動の爪部材（可動爪）１１１、１１２、１１３を有するチャック１２０を備えている。
光発生部１０１、レンズ１０６、光センサ１０７、支持部材１１０、駆動装置１１４、制御部１２１は位置合わせ装置を構成している。
【００１５】
光発生部１０１は、レーザやＬＥＤ（発光ダイオード）等によって構成され、測定用の光１１７を発生する光源１０２、その頂部１０４を含む所定領域に反射部１０５を有する円錐形状のコーンミラー（円錐ミラー）１０３、光源１０２及びコーンミラー１０３を一体に保持する透光性のケース１０８を備えている。
光源１０２の光軸１１８は、支持部材１１０の円柱中心軸に一致しており又、コーンミラー１０３の中心軸１１９と一致している。中心軸１１９は頂部１０４を通り、コーンミラー円形底面の中心を通る線分である。
【００１６】
光源１０２が発生したビーム状の光１１７は、コーンミラー１０３の頂部１０４に向けて照射される。光１１７は、頂部１０４を含む所定領域の反射部１０５によって光軸１１８と交差する方向（本実施の形態では光軸と直交する方向）に反射され、薄い円板状の放射状光となって対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９を照射する。円柱状穴内壁面１０９は、その内壁面１０９の円周方向に沿って、線状の光１３０によって照射される。
ケース１０８には、対象物１１５の円柱状穴１１６の円柱状穴内壁面１０９によって反射した測定用光１１７を受光するレンズ１０６およびレンズ１０６を介して検出した測定用光に対応する検出信号を出力する光センサ１０７が一体に設けられている。光センサ１０７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等によって構成することができる。
【００１７】
支持部材１１０には、チャック１２０を構成する３つの爪部材１１１〜１１３が支持部材１１０の半径方向に移動可能に保持されている。爪部材１１１〜１１３は制御部１２１のチャック制御部１２４によって、支持部材１１０の半径方向に移動制御される。
支持部材１１０は、駆動装置１１４によって、Ｘ方向及びＹ方向に移動制御される。これにより、支持部材１１０の移動にともなって光り発生部１０１、レンズ１０６及び光センサ１０７も移動することになる。駆動装置１１４は、例えばゴニオメータによって構成することができる。
【００１８】
制御部１２１は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて、支持部材１１０の中心軸、換言すれば、光発生部１０１の中心軸である光軸１１８と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との間の距離（離芯量）を算出し、前記離芯量を所定値以下にするための是正量δＸ、δＹを算出し、前記是正量が所定の基準値以下（即ち、前記離芯量が所定値以下）になるように、駆動装置１１４を駆動制御する支持部材制御部１２３を備えている。また、制御部１２１は、是正量が所定の基準値以下になった場合に各爪部材１１１〜１１３を支持部材１１０の半径外側方向に移動制御するチャック制御部１２４を備えている。
【００１９】
制御部１２１は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測値法を用いて、支持部材１１０の中心軸換言すれば、光発生部１０１の中心軸である光軸１１８と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離を算出し、駆動装置１１４を制御することによって支持部材１１０の位置をＸ方向、Ｙ方向に移動制御し、前記距離が所定値以下になるようにする。前記所定値は、支持部材１１０の中心、換言すればチャック１２０の中心軸と円柱状穴１１６の中心軸との距離（位置ズレ）が所定の許容範囲内にある状態である。
【００２０】
制御部１２１は、前記距離が前記所定値以下になったとき、即ち、前記チャックの中心軸と円柱状穴１１６の中心軸が略一致したとき各爪部材１１１〜１１３を支持部材１１０の半径方向外側に向けて移動させ、全ての爪部材１１１〜１１３が対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９に当接するように制御する。これにより、対象物１１５は、内側からチャック１２０によって保持される。
尚、光レンズ１０６及び光センサ１０７は光検出手段を構成し、又、制御部１２１及び駆動装置１１４は制御手段を構成している。また、演算部１２２は演算手段を構成し、チャック制御部１２４はチャック制御手段を構成し、支持部材制御部１２３は支持部材制御手段を構成している。
【００２１】
図２、図３は、各々、図１に示した第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図、平面図である。図３において、対象物１１５の円柱状穴１１６の半径をＲとし、又、３０１は円柱状穴１１６の中心軸である。
また、図４は本発明の第１の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
以下、図１乃至図４を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を詳細に説明する。
【００２２】
先ず、支持部材１１０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸とを位置合わせする場合、図１及び図２に示すように、光発生部１０１を円柱状穴１１６に挿入した状態で、光源１０２からコーンミラー１０３の頂部１０４に向けて測定用光１１７を出力させる。光源１０２から出力されたビーム状の光１１７はコーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５によって直角方向に反射され、厚みの薄い円板状の光となって対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９を、円柱状穴内壁面１０９の円周方向に沿って照射する。これにより、円柱状穴内壁面１０９は、細い線状の測定用光１３０によって環状に照射されることになる。
【００２３】
対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９によって反射した前記測定用光１３０は、レンズ１０６で集光された後、光センサ１０７によって検出される。光センサ１０７は、対象物１１５で反射した光１３０を検出して対応する検出信号を出力する。
演算部１２２は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて、支持部材１１０の中心軸、換言すれば、チャック１２０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離を所定の許容値δ内にするための制御信号を支持部材制御部１２３に出力して、中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離を所定の許容値δ内に入るように制御する。
【００２４】
この処理を図４に沿って説明すると、予め許容誤差δを決定して演算部１２２内のメモリ（図示せず）に記憶しておく（ステップＳ４０１）。
次に、演算部１２２は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測量法を用いて、Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、Ｒｙ２を測定する（ステップＳ４０２）。ここで、支持部材１１０の中心軸に一致するコーンミラー１０３の頂部１０４を通る軸（即ち光軸１１８）を通り相互に直交する線分と、対象物１１５の円柱状穴１１６の周囲（即ち円柱状穴内壁面１０９）とが交差する４つの点と、頂部１０４を通る軸との距離を各々Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｙ１、Ｒｙ２としている。
【００２５】
次に、演算部１２２は、差（Ｒｘ１−Ｒｘ２）の絶対値｜Ｒｘ１−Ｒｘ２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ４０３）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｘ方向に（Ｒｘ１−Ｒｘ２）だけ移動させた後、処理ステップＳ４０２に戻る（ステップＳ４０４）。
【００２６】
一方、演算部１２２は、処理ステップＳ４０３において｜Ｒｘ１−Ｒｘ２｜が許容値δよりも大きくなく、且つ、差（Ｒｙ１−Ｒｙ２）の絶対値｜Ｒｙ１−Ｒｙ２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ４０５）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｙ方向に（Ｒｙ１−Ｒｙ２）だけ移動させた後、処理ステップＳ４０２に戻る（ステップＳ４０６）。
【００２７】
演算部１２２は、｜Ｒｘ１−Ｒｘ２｜と｜Ｒｙ１−Ｒｙ２｜が許容値δ以下になるまで前記処理を繰り返すことにより、前記チャックの中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸３０１との距離が所定の許容値δ内に入るように支持部材制御部１２３に制御信号を出力して支持部材制御部１２３を制御する。
支持部材制御部１２３は、演算部１２２からの制御信号に応答して支持部材制御信号を出力して、前記距離が許容値δ以下になるように駆動装置１１４を駆動制御する。駆動装置１１４は、前記支持部材制御信号に応答して、支持部材１１０をＸ方向及びＹ方向に移動制御する。
【００２８】
これにより、チャック１２０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離は、所定の許容値δ以下の位置ズレになり、位置合わせ処理が終了する。
この状態で、チャック制御部１２４は、チャック１２０を制御して、全ての爪部材１１１〜１１３を、支持部材１１０の半径方向の外側方向に移動させ、対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９に当接させる。これにより、対象物１１５はチャック１２０によって保持されることになる。
【００２９】
以上述べたように本実施の形態に係る位置合わせ装置によれば、支持部材１１０に取り付けられた光発生部１０１は、光源１０２が発生した光を、コーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５によって直角方向に反射し、放射状の測定用光１３０を出力する。光センサ１０７は、円柱状穴１１６を有する対象物１１５の円柱状穴内壁面１０９で反射した測定用光１３０を検出して対応する検出信号を出力する。制御部１２１及び制御装置１１４は、前記検出信号に基づいて円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸との距離が許容値内になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御し、両者の位置合わせを行う。
【００３０】
また、本実施の形態に係る保持装置によれば、位置合わせ装置によってチャック１２０の中心軸と対象物１１５の軸の位置合わせが終わった後、チャック１２０を制御して各爪部材１１１〜１１３を円柱状穴内壁面１０９に当接させ、チャック１２０によって対象物１１５を保持する。
したがって、複数の部材（例えば、チャック１２０及び対象物１１５）を位置合わせする場合、複雑な位置合わせであっても精度良く行うことが可能になる。
また、本実施の形態に係る保持装置によれば、チャック１２０と対象物１１５の複雑な位置合わせを行って対象物１１５を保持することが可能になる。
【００３１】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
図２に示した例では、コーンミラー１０３の頂部１０４は支持部材１１０に対向するように配置したが、図５に示す本第２の実施の形態では、コーンミラー１０３の頂部１０４は支持部材１１０の反対方向を向くように配置されている。
【００３２】
本第２の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にして、支持部材１１０に可動に取り付けられたチャック１２０と対象物１１５の中心軸を所定の許容値内に収めて位置合わせをすることができる。また、前記チャック１２０によって対象物１１５を保持することができる。
図６、図７は、各々、本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図、平面図である。
【００３３】
また、図８は、本発明の第３の実施の形態における処理を示すフローチャートである。
本第３の実施の形態では、複数（本実施の形態では２個）の光発生部１０１−１、１０１−２、各光発生部１０１−１、１０１−２に対応する複数（本実施の形態では２個）のレンズ１０６−１、１０６−２及び光センサ１０７−１、１０７−２を備えている。
各光発生部１０１−１、１０１−２に共通する光源１０２が出力する測定用光、コーンミラー１０３−１、１０３−２の頂部１０４−１、１０４−２は光軸１１８上に配置されている。両コーンミラー１０３−１、１０３−２の頂部１０４−１、１０４−２の距離は既知の距離Ｈに設定されている。
【００３４】
このように、光発生部１０１−１、１０１−２は相互に所定距離Ｈ離れて２つ配置されると共に、光センサ１０６−１、１０６−２は各光発生部１０１−１、１０１−２に対応して２つ設けられている。また、一方の光発生部１０１−１又は１０１−２のコーンミラー１０３−１又は１０３−２の頂部１０４−１又は１０４−２は、支持部材１１０に対向するように配置されると共に、他方の光発生部１０１−２又は１０１−１のコーンミラー１０３−２又は１０３−１の頂部１０４−２又は１０４−１は支持部材１１０の反対方向を向くように配置されている。このように構成することにより、１つの光源１０２を両光発生部１０１−１、１０１−２に共通して使用することができ、構成を簡略化することができる。尚、両コーンミラー１０３−１、１０３−２は、頂部１０４−１、１０４−２が対向するように配置したが、底面側が対向するように配置してもよい。
【００３５】
本第３の実施の形態における回路ブロック図は図１と同様であるが、２つの光センサ１０７−１、１０７−２からの検出信号が制御部１２１に入力され、制御部１２１は、２つの光センサ１０７−１、１０７−２からの検出信号及び２つの光発生部１０１−１、１０１−２の距離（即ち、両コーンミラー１０３−１、１０３−２間の距離）Ｈに基づいて、円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸間の距離が所定の許容値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御すると共に、円柱状穴１１６の中心軸と支持部材１１０の中心軸間の傾斜角が所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方（本実施の形態では支持部材１１０）の位置を制御する。
【００３６】
即ち、本第３の実施の形態では、制御部１２１は、２つの光センサ１０７−１、１０７−２からの検出信号及び光発生部１０１−１、１０１−２間距離Ｈに基づいて、支持部材１１０と対象物１１５との距離が所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５を相対的に光軸１１８と直行する方向に平行移動するように駆動装置１１４を制御すると共に、支持部材１１０の軸と対象物１１５の軸の傾きが所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５とを相対的に回転させるように駆動装置１１４を制御する。これにより、支持部材１１０と対象物１１５の中心軸が所定の許容値に入り、位置合わせが完了する。
【００３７】
前記位置合わせ処理を図８に沿って説明する。
尚、以下の説明において、コーンミラー１０３−１の頂部１０４−１を通り相互に直交する線分と対象物１１５の円柱状穴１１６の円柱状穴内壁面１０９とが交差する４つの点と頂部１０４−１との距離（測定値）を各々Ｒｘ１１、Ｒｘ２１、Ｒｙ１１、Ｒｙ２１とする。また、コーンミラー１０３−２の頂部１０４−２を通り相互に直交する線分と対象物１１５の円柱状穴１１６の円柱状穴内壁面１０９とが交差する４つの点と頂部１０４−２との距離（測定値）を各々Ｒｘ１２、Ｒｘ２２、Ｒｙ１２、Ｒｙ２２としている。
【００３８】
先ず、支持部材１１０と対象物１１５との距離が所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５を相対的に光軸１１８と直行する方向に平行移動するように駆動装置１１４を制御する処理を行う。
この場合、予め許容誤差δを決定して演算部１２２内のメモリ（図示せず）に記憶しておく（ステップＳ８０１）。
【００３９】
次に、演算部１２２は、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測量法を用いて、Ｒｘ１１、Ｒｘ２１、Ｒｙ１１、Ｒｙ２１を測定する（ステップＳ８０２）。
次に、演算部１２２は、差（Ｒｘ１１−Ｒｘ２１）の絶対値｜Ｒｘ１１−Ｒｘ２１｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８０３）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｘ方向に（Ｒｘ１１−Ｒｘ２１）だけ移動させた後、処理ステップＳ８０２に戻る（ステップＳ８０４）。
【００４０】
一方、演算部１２２は、処理ステップＳ８０３において｜Ｒｘ１１−Ｒｘ２１｜が許容値δよりも大きくなく、且つ、差（Ｒｙ１１−Ｒｙ２１）の絶対値｜Ｒｙ１１−Ｒｙ２１｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８０５）、制御装置１１４のＸＹステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｙ方向に（Ｒｙ１１−Ｒｙ２１）だけ移動させた後、処理ステップＳ８０２に戻る（ステップＳ８０６）。
【００４１】
演算部１２２は、｜Ｒｘ１１−Ｒｘ２１｜と｜Ｒｙ１１−Ｒｙ２１｜が許容値δ以下になるまで前記処理を繰り返すことにより、前記チャックの中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸３０１との距離が所定の許容値δ内に入るように支持部材制御部１２３に制御信号を出力して支持部材制御部１２３を制御する。
【００４２】
続いて、支持部材１１０の軸と対象物１１５の軸の傾きが所定値以下になるように支持部材１１０と対象物１１５とを相対的に回転させるように制御する処理を行う。
即ち、演算部１２２は、処理ステップＳ８０５において、｜Ｒｙ１１−Ｒｙ２１｜が許容値δ以下になると、光センサ１０７からの検出信号に基づいて三角測量法を用いて、Ｒｘ１２、Ｒｘ２２、Ｒｙ１２、Ｒｙ２２を測定する（ステップＳ８０７）。
【００４３】
次に、演算部１２２は、差（Ｒｘ１２−Ｒｘ２２）の絶対値｜Ｒｘ１２−Ｒｘ２２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８０８）、制御装置１１４のゴニオステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｙ軸回りにｔａｎ−１（（Ｒｘ１２−Ｒｘ２２）／Ｈ）だけ軸を傾けた後、処理ステップＳ８０７に戻る（ステップＳ８０９）。
【００４４】
一方、演算部１２２は、｜Ｒｘ１２−Ｒｘ２２｜が許容値δよりも大きくなく、且つ、差（Ｒｙ１２−Ｒｙ２２）の絶対値｜Ｒｙ１２−Ｒｙ２２｜が許容値δよりも大きい場合（ステップＳ８１０）、制御装置１１４のゴニオステージを駆動制御することにより、支持部材１１０と対象物１１５を相対的に（本実施の形態では支持部材１１０を）Ｘ軸回りにｔａｎ−１（（Ｒｙ１２−Ｒｙ２２）／Ｈ）だけ軸を傾けた後、処理ステップＳ８０７に戻る（ステップＳ８１１）。
【００４５】
これにより、前記チャックの中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸とが平行になると共に両者の距離は所定の許容値δ内になり、位置合わせが完了することになる。
本第３の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にして、支持部材１１０に可動に取り付けられたチャック１２０と対象物１１５の中心軸を所定の許容値内に収めて位置合わせをすることができる。また、チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能である。
【００４６】
また、所定の位置関係を有する複数の光発生部１０１−１、１０１−２を使用することにより、支持部材１１０と対象物１１５が相対的に傾斜している場合も、相互に平行にして位置合わせを行うことが可能になり、又、チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能になるという効果を奏する。
【００４７】
図９、図１０は、各々、本発明の第４の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図、平面図である。また、図１１は、光発生部１０１の概略構成を示す斜視図である。
図９〜図１１において、本第４の実施の形態では、光源１０２は細いビーム状ではなく一定範囲に拡散する光を発生する。コーンミラー１０３の頂部１０４を含む反射部１０５の所定範囲に前記拡散する光を照射することによって、光発生部１０１で円柱状の放射状光を発生する。
【００４８】
光発生部１０１は、前記放射状光を通過させる複数（本実施の形態では４つ）のスリット７０１を有しており、各スリット７０１を通った光１３０が測定用の光として対象物１１５に照射される。前記測定用光１３０は、光軸１１８方向に所定の長さを有する線分の光（光切断ライン）となる。
【００４９】
本第４の実施の形態における回路ブロック図は図１と同様であるが、制御部１２１は、前記各スリットを介して円柱状穴１１６に照射された測定用光の円周方向にそった長さΔｔ１、Δｔ２、Δｔ３、Δｔ４が、各々、所定の許容値δ以下になるように支持部材１１０と対象物１１５の少なくとも一方の位置を制御する。
これにより、チャック１２０の中心軸と対象物１１５の円柱状穴１１６の中心軸との距離が所定の許容値δ内になり、位置合わせが完了することになる。
【００５０】
本第４の実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様にして、支持部材１１０に取り付けられたチャック１２０と対象物１１５の中心軸を所定の許容値内に収めて位置合わせをすることができる。また、前記チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能である。
また、光軸１１８方向に沿って細長の開口を有する複数のスリット７０１を用いて光切断ラインを生成し、前記光切断ラインを用いて位置合わせを行うようにしているため、簡単な構成で位置合わせを行うことが可能になり、又、チャック１２０によって対象物１１５を保持することが可能になるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
ロボットや工作機械をはじめとして種々の分野で使用する位置合わせ装置、保持装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置を用いた保持装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための平面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための正面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る位置合わせ装置及び保持装置の動作を説明するための平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に使用する光発生部の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１・・・光発生部
１０２・・・光源
１０３・・・コーンミラー
１０４・・・頂部
１０５・・・反射部
１０６・・・レンズ
１０７・・・光センサ
１０８・・・ケース
１０９・・・円柱状穴内壁面
１１０・・・支持部材
１１１〜１１３・・・爪部材
１１４・・・駆動装置
１１５・・・対象物
１１６・・・円柱状穴
１１７、１３０・・・光
１１８・・・光軸
１１９・・・中心軸
１２０・・・チャック
１２１・・・制御部
１２２・・・演算部
１２３・・・支持部材制御部
１２４・・・チャック制御部
３０１・・・中心
７０１・・・スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源から出力された光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射し放射状の測定用光を出力するコーンミラーとを有する光発生部と、
その中心軸上に前記コーンミラーの頂部が位置するように前記光発生部が取り付けられた支持部材と、
円柱状穴を有する対象物の円柱状穴内壁面で反射した前記測定用光を検出して対応する検出信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段からの検出信号に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸との距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記コーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されて成ることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記コーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成ることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記光発生部は相互に所定距離離れて２つ配置されると共に、前記光検出手段は前記各光発生部に対応して２つ設けられ、
一方の光発生部のコーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されると共に、他方の光源のコーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成り、
前記制御手段は、前記２つの光検出手段からの検出信号及び前記２つの光発生部の距離に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御すると共に、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の傾斜角が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記放射状光を通過させる複数のスリットを有し、前記制御手段は、各スリットを介して前記円柱状穴に照射された測定用光の円周方向にそった長さが所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
支持部材に取り付けられ複数の可動の爪部材を有するチャックを有し、対象物に形成された円柱状穴の円柱状穴内壁面に前記複数の爪部材を当接させることによって前記対象物を保持する保持装置において、
前記支持部材と対象物との位置合わせを行う位置合わせ装置として請求項１乃至５のいずれか一に記載の位置合わせ装置を用いると共に、前記制御手段は、前記支持部材と前記円柱状穴の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御した後、前記複数の爪部材が前記対象物の円柱状穴内壁面に当接するよう制御して前記対象物を保持することを特徴とする保持装置。
【請求項１】
光源と、その頂部を含む所定領域に反射部を有し、前記光源から出力された光を前記反射部によってその中心軸と交差する方向に反射し放射状の測定用光を出力するコーンミラーとを有する光発生部と、
その中心軸上に前記コーンミラーの頂部が位置するように前記光発生部が取り付けられた支持部材と、
円柱状穴を有する対象物の円柱状穴内壁面で反射した前記測定用光を検出して対応する検出信号を出力する光検出手段と、
前記光検出手段からの検出信号に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸との距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御する制御手段とを備えて成ることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記コーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されて成ることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記コーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成ることを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記光発生部は相互に所定距離離れて２つ配置されると共に、前記光検出手段は前記各光発生部に対応して２つ設けられ、
一方の光発生部のコーンミラーの頂部は前記支持部材に対向するように配置されると共に、他方の光源のコーンミラーの頂部は前記支持部材の反対方向を向くように配置されて成り、
前記制御手段は、前記２つの光検出手段からの検出信号及び前記２つの光発生部の距離に基づいて、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御すると共に、前記円柱状穴の中心軸と前記支持部材の中心軸間の傾斜角が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記放射状光を通過させる複数のスリットを有し、前記制御手段は、各スリットを介して前記円柱状穴に照射された測定用光の円周方向にそった長さが所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御することを特徴とする請求項１記載の位置合わせ装置。
【請求項６】
支持部材に取り付けられ複数の可動の爪部材を有するチャックを有し、対象物に形成された円柱状穴の円柱状穴内壁面に前記複数の爪部材を当接させることによって前記対象物を保持する保持装置において、
前記支持部材と対象物との位置合わせを行う位置合わせ装置として請求項１乃至５のいずれか一に記載の位置合わせ装置を用いると共に、前記制御手段は、前記支持部材と前記円柱状穴の中心軸間の距離が所定値以下になるように前記支持部材と対象物の少なくとも一方の位置を制御した後、前記複数の爪部材が前記対象物の円柱状穴内壁面に当接するよう制御して前記対象物を保持することを特徴とする保持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１８４０８１（Ｐ２００９−１８４０８１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７９６７（Ｐ２００８−２７９６７）
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（３９１０３００７７）株式会社ソアテック (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【出願人】（３９１０３００７７）株式会社ソアテック (30)
【Ｆターム（参考）】
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