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技術 トラッキング搬送によるマーキング装置

出願人 セイコー精機株式会社
発明者 池沢信一郎
出願日 1999年3月18日 (21年9ヶ月経過) 出願番号 1999-072946
公開日 2000年9月26日 (20年3ヶ月経過) 公開番号 2000-263475
状態 特許登録済
技術分野 作業場における印付けまたは芯出し プッシャコンベヤ
主要キーワード 待機状態位置 停止ユニット ワーク整列装置 マーキング作業 印字エリア内 マーキングデータ 簡略平面図 アームロボット
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年9月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

ワークの整列や停止の必要がなく、ワークを搬送しながらマーキングの可能なトラッキング搬送によるマーキング装置を提供する。

解決手段

コンベア1上に、ワーク3を複数個間隔、位置、姿勢ランダムに載置する。カメラ9により予め設定した撮像距離間隔(1ピッチ)毎に1回撮像を行う。アームロボット17は、印字部15をワーク3の上空に移動させ、ワーク3の追従を開始する。印字部15の移動はコンベア1と同じ速度で継続しつつ印字作業を行う。このときの移動速度の追従は、エンコーダーパルスの信号により行う。

概要

背景

従来のマーキング装置は、インク吹付けによる印字装置、またはレーザー装置によるドット印字による印字装置と、ワークの搬送装置、更に、印字対象のワークを整列させるための整列装置の組み合わせで構成される。

そして、搬送装置の上流で、又は搬送しながらワークを整列させ、印字装置位置を通過させる。この時、ワークを通過させながら、または一旦停止させて印字装置によりワークに印字を行っている。

概要

ワークの整列や停止の必要がなく、ワークを搬送しながらマーキングの可能なトラッキング搬送によるマーキング装置を提供する。

コンベア1上に、ワーク3を複数個間隔、位置、姿勢ランダムに載置する。カメラ9により予め設定した撮像距離間隔(1ピッチ)毎に1回撮像を行う。アームロボット17は、印字部15をワーク3の上空に移動させ、ワーク3の追従を開始する。印字部15の移動はコンベア1と同じ速度で継続しつつ印字作業を行う。このときの移動速度の追従は、エンコーダーパルスの信号により行う。

目的

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、ワークの整列や停止の必要がなく、ワークを搬送しながらマーキングの可能なトラッキング搬送によるマーキング装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

モータにより駆動される搬送装置と、該搬送装置の移動距離を検出するエンコーダと、前記搬送装置に間隔、位置、姿勢ランダム給材された少なくとも一つのワークと、該ワークを前記エンコーダで検出された移動距離が所定距離になる毎に撮像するカメラと、該カメラで撮像された前記ワークの初期位置及び/又は姿勢を演算する画像処理手段と、前記ワークの給材地点より前記搬送装置の移動方向下流に設定され、前記ワークに対するマーキングが可能な印字エリアと、前記画像処理手段で演算された前記ワークの初期位置及び/又は姿勢に対し、前記エンコーダで検出された移動距離を加算して前記ワークの現在位置及び/又は姿勢を演算する現在位置・姿勢演算手段と、前記印字エリア内に前記ワークが入ったとき、前記エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ、前記現在位置・姿勢演算手段で演算された前記ワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、前記ワークに対しマーキングを行うため水平面内の回動平行移動下降及び上昇の内のいずれか少なくとも一つの動作を行うアームロボットと、該アームロボットの端部に配設され、前記ワークに対するマーキングを行うマーカーヘッドと、該マーカーヘッドより前記ワークに付与されるマーキングデータの読み込み、編集及び保存の内のいずれか少なくとも一つを行うマーキングデータ処理手段とを備えたことを特徴とするトラッキング搬送によるマーキング装置

請求項2

前記アームロボットは、前記印字エリア内に前記ワークが入ったとき、前記現在位置・姿勢演算手段で演算された前記ワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、前記ワークに対するマーキングのスタート点に移動し、該スタート点を基準として、前記エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ、前記マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータの全てを前記ワークに対し一時にマーキングすることを特徴とする請求項1記載のトラッキング搬送によるマーキング装置。

請求項3

前記マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータは行方向及び/又は列方向に連続する文字、図形、記号模様、画像及び色彩のいずれか少なくとも一つを含む連続データであり、前記アームロボットは、前記印字エリア内に前記ワークが入ったとき、前記現在位置・姿勢演算手段で演算された前記ワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、前記ワークに対するマーキングのスタート点に移動し、該スタート点より前記エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ前記姿勢から算出されるマーキング方向に向けて、前記マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータを前記ワークに対し順次連続的に行方向又は列方向にマーキングすることを特徴とする請求項1記載のトラッキング搬送によるマーキング装置。

技術分野

0001

本発明はトラッキング搬送によるマーキング装置に係わり、特にワークの整列や停止の必要がなく、ワークを搬送しながらマーキングの可能なトラッキング搬送によるマーキング装置に関する。

背景技術

0002

従来のマーキング装置は、インク吹付けによる印字装置、またはレーザー装置によるドット印字による印字装置と、ワークの搬送装置、更に、印字対象のワークを整列させるための整列装置の組み合わせで構成される。

0003

そして、搬送装置の上流で、又は搬送しながらワークを整列させ、印字装置位置を通過させる。この時、ワークを通過させながら、または一旦停止させて印字装置によりワークに印字を行っている。

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、従来のマーキング装置では、印字対象のワークを整列させなければならないため、パーツフィーダ等の整列装置が必要であったり、整列が困難なワークに対し人手による整列が行われていた。また、ワークを印字位置で停止させる場合には、停止ユニットが必要であった。

0005

このように、整列装置や、停止ユニット、更に人手の介入など余分な装置や行程入り、装置のトラブルにより稼働率が低下したり、搬送効率や、作業効率においても無駄を生じていた。

0006

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、ワークの整列や停止の必要がなく、ワークを搬送しながらマーキングの可能なトラッキング搬送によるマーキング装置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

0007

このため本発明は、モータにより駆動される搬送装置と、該搬送装置の移動距離を検出するエンコーダと、前記搬送装置に間隔、位置、姿勢ランダム給材された少なくとも一つのワークと、該ワークを前記エンコーダで検出された移動距離が所定距離になる毎に撮像するカメラと、該カメラで撮像された前記ワークの初期位置及び/又は姿勢を演算する画像処理手段と、前記ワークの給材地点より前記搬送装置の移動方向下流に設定され、前記ワークに対するマーキングが可能な印字エリアと、前記画像処理手段で演算された前記ワークの初期位置及び/又は姿勢に対し、前記エンコーダで検出された移動距離を加算して前記ワークの現在位置及び/又は姿勢を演算する現在位置・姿勢演算手段と、前記印字エリア内に前記ワークが入ったとき、前記エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ、前記現在位置・姿勢演算手段で演算された前記ワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、前記ワークに対しマーキングを行うため水平面内の回動平行移動下降及び上昇の内のいずれか少なくとも一つの動作を行うアームロボットと、該アームロボットの端部に配設され、前記ワークに対するマーキングを行うマーカーヘッドと、該マーカーヘッドより前記ワークに付与されるマーキングデータの読み込み、編集及び保存の内のいずれか少なくとも一つを行うマーキングデータ処理手段とを備えて構成した。

0008

搬送装置はモータにより駆動される。エンコーダは搬送装置の移動距離を検出可能である。ワークは少なくとも一つ搬送装置に載置等される。このワークは、間隔、位置、姿勢がランダムに給材されている。カメラは、ワークをエンコーダで検出された移動距離が所定距離になる毎に撮像する。カメラは、カメラの視野範囲内で少なくとも1回はワークの全姿を撮像する。

0009

所定距離は、このように少なくとも1回はワークの全姿を撮像可能なように設定する。例えば、この所定距離をカメラの視野範囲内で間隔を開け過ぎると、ワークの全姿を撮像出来ない場合が出てくる。

0010

一方、間隔を狭くし過ぎると、カメラの視野範囲内でワークの全姿を短距離毎に何枚も撮像することになり無駄である。但し、この複数枚の画像の内、例えば最初の1枚のみを用いる等することは可能である。なお、エンコーダで検出された移動距離を基に撮像するのは、後のマーキング処理との間に時間的な関連を持たせるためである。

0011

画像処理手段では、カメラで撮像されたワークの初期位置及び/又は姿勢を演算する。印字エリアは、ワークの給材地点より搬送装置の移動方向下流に設定され、ワークに対するマーキングが可能な領域である。

0012

現在位置・姿勢演算手段は、画像処理手段で演算されたワークの初期位置及び/又は姿勢に対し、エンコーダで検出された移動距離を加算してワークの現在位置及び/又は姿勢を演算する。

0013

アームロボットは、印字エリア内にワークが入ったとき、エンコーダで検出した移動距離に追従させる。そして、現在位置・姿勢演算手段で演算されたワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、ワークに対しマーキングを行うため、水平面内の回動、平行移動、下降及び上昇の内のいずれか少なくとも一つの動作を行う。

0014

座標系は、カメラの属するカメラ座標系やアームロボットの属するロボット座標系がそれぞれ存在するが、ワークの初期位置及び/又は姿勢、ワークの現在位置及び/又は姿勢は、処理のし易さや演算効率を考え、予め仮想した一つの座標系に対しデータ化する。

0015

印字エリア内にワークが入ったか否かは、現在位置・姿勢演算手段で演算されたワークの現在位置から判断する。このために特別な位置検出センサ等を要しないので安価に構成可能である。

0016

マーカーヘッドは、アームロボットの端部に配設され、ワークに対するマーキングを行う。マーカーヘッドは例えば印字、焼き付け刻印捺印等が可能なものであり、ワークに対する接触、非接触を問わない。アームロボットを下降や上昇させるのは、ワークが凹凸のある場合に、ワークの凹部に対しマーキングをする際等に、凸部にマーカーヘッドが衝突しないようにするためである。

0017

マーキングデータ処理手段は、マーカーヘッドよりワークに付与されるマーキングデータの読み込み、編集及び保存の内のいずれか少なくとも一つを行う。マーキングデータは、別のコンピュータ等で作成されたものを読み込んで使用してもよいし、また、マーキングデータ処理手段で編集したものを用いてもよい。以上により、ワーク整列の必要がないため、整列装置が不要である。また、整列装置のトラブルによる稼働率低下が無くなる。

0018

更に、ワークに追従する形でアームロボットはマーキングを行うため、ワーク停止ユニットが不要である。そして、停止ユニットのトラブルによる稼働率低下も無くなる。搬送しながらマーキング作業を行うために作業効率が上がる。また、ワーク形状の違いによるツーリング(例えばクランパー等)が必要無い。整列困難なワークの場合でも、人手の介入が必要なくなる。

0019

また、本発明は、前記アームロボットは、前記印字エリア内に前記ワークが入ったとき、前記現在位置・姿勢演算手段で演算された前記ワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、前記ワークに対するマーキングのスタート点に移動し、該スタート点を基準として、前記エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ、前記マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータの全てを前記ワークに対し一時にマーキングすることを特徴とする。

0020

アームロボットは、ワークに対するマーキングのスタート点に移動する。そして、このスタート点を基準として、エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ、マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータの全てを、ワークに対し一時にマーキングする。このことにより、捺印等の場合のマーキングが簡単に行える。マーキングデータの全てとは、マーカーヘッドにより一時にマーキング可能なデータをいう。

0021

更に、本発明は、前記マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータは行方向及び/又は列方向に連続する文字、図形、記号模様、画像及び色彩のいずれか少なくとも一つを含む連続データであり、前記アームロボットは、前記印字エリア内に前記ワークが入ったとき、前記現在位置・姿勢演算手段で演算された前記ワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、前記ワークに対するマーキングのスタート点に移動し、該スタート点より前記エンコーダで検出した移動距離に追従させつつ前記姿勢から算出されるマーキング方向に向けて、前記マーキングデータ処理手段で保存されたマーキングデータを前記ワークに対し順次連続的に行方向又は列方向にマーキングすることを特徴とする。

0022

マーキングデータは、連続する文字、図形、記号、模様、画像及び色彩のいずれか少なくとも一つを含む連続データである。このマーキングデータは、行方向に連続していてもよいし、また列方向に連続していてもよい。更に、双方向共に連続していてもよい。

0023

この場合、アームロボットは、印字エリア内にワークが入ったとき、現在位置・姿勢演算手段で演算されたワークの現在位置及び/又は姿勢に基づき、ワークに対するマーキングのスタート点に移動する。この姿勢からは、マーキング方向が算出される。そして、このスタート点よりエンコーダで検出した移動距離に追従させつつマーキング方向に向けて、マーキングデータをマーキングする。

0024

このときのマーキングの方法は、ワークに対し順次連続的に行方向又は列方向に対し行う。即ち、複数ドットを行方向にマーキングした後、アームロボットを列方向に移動し、再び複数ドットを行方向にマーキングする作業を繰り返す。又は、一文字等の単位毎にマーキングを繰り返してもよい。以上により、位置及び/又は姿勢が異なるワークに対しても、容易に連続データをマーキング出来る。

発明を実施するための最良の形態

0025

以下、本発明の実施形態について説明する。図1に、本発明の実施形態の全体外観図を示す。図1において、コンベア1には、ワーク3が複数個間隔、位置、姿勢をランダムに載置されている。コンベア1は、モータ5により回転されるようになっている。コンベア1の移動距離は、エンコーダ7から出力されるエンコーダーパルスにより検出されるようになっている。

0026

コンベア1上の所定範囲監視するようにカメラ9がコンベア1の上方に配設されている。ワーク3の陰影を明確にするために照明11及び照明13が設けられている。そして、印字部15は、アームロボット17の先端に取り付けられている。

0027

図2に本発明の実施形態の簡略平面図を、また図3に本発明の実施形態の簡略正面図を示す。図2及び図3において、印字エリア19は、アームロボット17が動作可能な範囲で、ワーク3ヘの印字作業を行う領域である。

0028

次に、本発明の実施形態の主要構成要素であるコンベア1、カメラ9及びアームロボット17の各相互間の位置合わせについて説明する。まずエンコーダーパルス1パルス当たりのコンベア1の移動距離を実測により算出する。コンベア1の所定位置を移動させ、そのときのコンベア1の移動距離とその移動に追随させたときのアームロボット17の位置関係補正する。そして、カメラ9の1画素当たりのアームロボット17の移動距離を補正する。

0029

カメラ9の属するカメラ座標系とアームロボット17の属するロボット座標系とが存在するが、データ処理のし易さや演算効率を考え、コンベア1の移動方向をX軸に一致させたグローバル座標系を定義する。以上のように、前もって、コンベア1、カメラ9及びアームロボット17の位置関係をキャリブレーションによって求めておく。

0030

次に、本発明の実施形態の動作を図4及び図5フローチャートに従い説明する。まず、図4画像認識タスクについて説明する。ステップ0で画像認識タスクを開始する。ステップ1(図中S1と略す。以下同旨)でモータ5を駆動し、コンベア1を動作させる。コンベア1上には、図2に示すようにワーク3を複数個間隔、位置、姿勢をランダムに載置する。但し、印字対象となる面は上方に位置させる。

0031

ステップ2では、予め設定した撮像距離間隔(1ピッチ)か否かを判断し、1ピッチに至った場合にはステップ3に進み、カメラ9による撮像を行う。例えば、400mmの視野範囲のカメラを用いた場合には、約100〜200mmを1ピッチとして、1ピッチ毎に1回撮像を行う。

0032

このように、撮像距離間隔は視野範囲で必ず1回以上、ワーク3の全姿の撮像が可能となるように設定する。ワーク3の途中で切れた画像は画像処理により破棄する。1ピッチへのカウントは、エンコーダ7から出力されるエンコーダーパルスにより行う。

0033

また、ステップ4では、最初にワーク3の全姿を捉えたもののみを検出し、画像処理を簡単にするため、以降のピッチで視野範囲内において検出したワーク3の姿はすべて破棄する。

0034

ステップ5では、ワーク3の傾き及び印字を開始するスタート点21をグローバル座標系での座標値と共に保存登録する。登録されたデータは、コンベア1の移動量により、随時その値が変化する。そして、ステップ6で停止ボタンが押されていなければステップ2に戻り、カメラ9による撮像から繰り返す。ステップ6で停止ボタンが押された場合には、ステップ7で画像認識タスクを終了する。

0035

次に、図5ロボット動作タスクについて説明する。ステップ10でロボット動作タスクを開始する。ステップ11では、ステップ5で登録された、ワーク3のデータがあるか否かが判定される。ワーク3のデータが登録されていれば、ステップ12に進み印字作業に入る。

0036

但し、ワーク3が印字エリア19に完全に入るまでは、アームロボット17は印字エリア19の上流の所定位置に待機している。上流で待機するのは、ワーク3が上流から流れてくるため、アームロボット17の移動距離を出来るだけ少なくするためである。 ワーク3のデータが登録されていなければ、アームロボット17はずっと待機状態を続ける。

0037

ステップ12では、アームロボット17に取り付けられた印字部15を図6(a)に示すようにワーク3の上空に移動させる。このとき、ステップ5で登録されたワーク3の傾き及び印字を開始するスタート点21を基に印字部15を水平面内で回動させ、かつ印字を開始するスタート点21まで平行移動させる。

0038

次に、ステップ13でアームロボット17は、ワーク3の追従を開始する。そして、ステップ14で図6(b)に示すように印字部15を下降する。ステップ15では、図6(b)から図6(c)に移動する最中に、移動をコンベア1と同じ速度で継続しつつ印字作業を行う。

0039

このときの移動速度の追従は、エンコーダーパルスの信号により行う。そして、ステップ16で図6(d)に示すように印字部15を上昇させる。ステップ17でアームロボット17は、ワーク3の追従を終了する。

0040

図7に示すように、ワーク3への印字が例えば一文字の場合には、コンベア1の移動速度に追従させつつアームロボット17を移動し、ワーク3の現在位置と姿勢を基に算出したスタート点21を基準としてスポット的に印字が可能である。この場合、印字は短時間で行うことが出来る。

0041

一方、図8に示すように、ワーク3への印字が例えば連続データの場合には、ワーク3の現在位置と姿勢を基に算出したスタート点21に、アームロボット17をまず移動する。また、この姿勢からは連続データを印字する印字方向が算出可能である。

0042

そして、このスタート点21より、エンコーダ7で検出した移動距離に追従させつつ、印字方向に向けて、印字データを印字する。この場合、位置や姿勢が異なるワーク3に対しても、容易に連続データを印字出来る。

0043

なお、ワーク3が複数個の場合には、印字エリア19に入った順序毎に、優先順位を付けて印字作業を繰り返す。ワーク3への印字が一つ終了した段階で一時、待機状態位置まで戻ってもよいし、戻らずに次のワーク3の現在位置及び姿勢にまで移動し、続けて印字を行ってもよい。

0044

ステップ14での印字部15の下降及びステップ16での印字部15の上昇は、例えばワーク3に凹凸が存在し、凹部に対し印字する場合に印字部15が凸部に衝突し、破損等するのを避けるためである。

0045

ステップ18で停止ボタンが押された場合には、ステップ19でロボット動作タスクを終了する。ステップ18で停止ボタンが押されていない場合には、ステップ11に戻り、ステップ11からステップ17の動作をワーク3が存在する限り繰り返し行う。

発明の効果

0046

以上説明したように本発明によれば、エンコーダで検出された移動距離を基に、マーカーヘッドをワークの現在位置及び/又は姿勢に追従させつつワークに対しマーキングするように構成したので、ワークの整列や停止の必要がない。このため、ワーク整列装置や停止ユニットが不要であり、安価かつ整列装置等のトラブルによる稼働率低下が無くなる。搬送しながらマーキング作業を行うために作業効率が上がる。

図面の簡単な説明

0047

図1本発明の実施形態の全体外観図
図2本発明の実施形態の簡略平面図
図3本発明の実施形態の簡略正面図
図4画像認識タスクについて説明するフローチャート
図5ロボット動作タスクについて説明するフローチャート
図6印字作業の様子を示す図
図7ワークに対しスポット的に印字する場合を示す図
図8ワークに対し連続データを印字する場合を示す図

--

0048

1コンベア
3 ワーク
5モータ
7エンコーダ
9カメラ
15印字部
17アームロボット
19印字エリア
21 スタート点

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