JP6513045B2 - 旋回機構及び位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋回機構及び位置決め装置に関する。

例えば加工機械、検査機械等は、ロボットの末端に各種のツールやセンサ等を有する被位置決め部材を配設し、被位置決め部材をワークに対して位置決めするよう構成されるものが多い。また、ワークへの正対方向の中心軸（いわゆるθ軸）周りの相対角度を定めて被位置決め部材を位置決めすることが必要とされる場合も少なくない。この場合、一般に、各種ロボットの末端には、被位置決め部材を保持し、θ軸周りに回転位置決めする旋回機構が配設される。

例として、第４３３８０５１号公報に記載のプリント基板の検査装置は、プリント基板の電極パターンに接触端子を当接させてプリント基板の電気的特性を検査する電気検査ヘッドを、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に駆動可能な移動部にＺ軸方向に移動可能かつＺ軸方向の中心軸周りに回転可能に保持している。つまり、前記公報の記載のプリント基板の検査装置は、直交座標型ロボットの末端に、電気検査ヘッドを回転位置決めする旋回機構を備えている。

前記公報に記載のプリント基板の検査装置は、ロボットの末端に配設される電気検査ヘッドが、複数の接触端子と、この複数の接触端子に接続される複数の配線と、この複数の配線の中から任意の配線を選択して接続を切り換える接続切換装置と、この接続切換装置を制御するための接続切換信号を受信する接続切換信号受信装置とを有する。

つまり、前記公報に記載のプリント基板の検査装置は、ロボットによって移動させられる電気検査ヘッドと、検査装置の移動しない固定部に配設され、電気検査ヘッドの電気信号を処理する機器との間の配線を減じるために、ロボットの末端に、電気検査ヘッドと電気的に接続されて電気検査ヘッドと共に移動する接続切換信号受信装置を設けている。

さらに、ロボットの末端に、多数の接触端子を有する電気検査ヘッドと、この電気検査ヘッドに電気的に接続され、電気検査ヘッドからの電気信号を処理してより少ない配線で電送できる信号に変換する信号処理回路とを一体に配設した検査装置も用いられるようになっている。

近年のプリント基板の高密度配線化に伴って、検査点数がさらに増大し、電気検査ヘッドからの電気信号を処理する処理回路が大型化して、その処理回路の質量も増大してきている。このような質量増加は、位置決め機構の位置決め精度や位置決め速度を低下させる要因となる。特に、処理回路の質量増加は、ロボットの末端に配設されてθ軸周りの回転位置決めを行う旋回機構の動作時の振動を増大させ、振動が収束するまでの待ち時間を増加させ、プリント基板の検査効率を低下させる。

従って、ロボットによって被位置決め部材（例えば電気検査ヘッド等）をワーク（例えばプリント基板等）に対して位置決めする位置決め装置において、被位置決め部材と電気的に接続され、被位置決め部材と共に移動する付属部材（例えば接続切換信号受信装置、処理回路等）の質量増大に伴う旋回機構の位置決め精度の向上及び位置決め時間の短縮が求められている。

特許第４３３８０５１号公報

前記状況に鑑みて、本発明は、位置決め精度が比較的高く、かつ位置決め時間が比較的短い旋回機構及び位置決め装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた発明は、ロボットの末端に配設され、被位置決め部材を回転位置決めする旋回機構であって、前記ロボットの末端に固定される固定部と、前記固定部に回転可能に保持され、前記被位置決め部材を保持する第１質量部と、前記固定部に支持され、前記第１質量部を回転駆動する駆動部と、前記固定部に前記第１質量部と同軸かつ独立して回転可能に保持され、被位置決め部材と電気的に接続される付属部材を保持する第２質量部とを備え、前記第１質量部及び第２質量部の回転の周方向の相対移動を規制しつつ、回転の軸方向及び径方向の相対移動を許容するよう前記第１質量部と第２質量部との間を接続する接続構造を有することを特徴とする旋回機構である。

当該旋回機構は、前記ロボットの末端に固定される固定部と、前記被位置決め部材を保持する第１質量部と、前記固定部に支持され、前記第１質量部を回転駆動する駆動部と、前記固定部に前記第１質量部と同軸かつ独立して回転可能に保持され、被位置決め部材と電気的に接続される付属部材を保持する第２質量部とを備える。このため、当該旋回機構は、付属部材の質量を保持する第２質量部の重さを固定部によって支持し、第１質量部が第２質量部の垂直荷重を受けないので、第２質量部が第１質量部に振動を生じさせ難い。また、当該旋回機構は、第１質量部と第２質量部とが別々に支持されることによって、第２質量部の質量に起因する振動が第１質量部ひいては被位置決め部材に伝達されに難いため、第１質量部ひいては被位置決め部材の振動の収束が比較的早い。さらに、当該旋回機構は、前記第１質量部及び第２質量部の回転の周方向の相対移動を規制しつつ、回転の軸方向及び径方向の相対移動を許容するよう前記第１質量部と第２質量部との間を接続する接続構造を有する。このように、接続構造が回転の軸方向及び径方向の相対移動を許容することによって、第１質量部と第２質量部と別々に支持することによる回転軸のわずかなずれによる相対変位を可能にしつつ、第１質量部と第２質量部とを、ひいては被位置決め部材と付属部材とを同期して回動させられる。このため、当該旋回機構は、被位置決め部材と付属部材とを接続する電気配線の配設が容易で電気配線に機械的負荷が加わり難い。また、当該旋回機構では、第２質量部が第１質量部と同期して回転し、第１質量部と第２質量部とを電気的に接続する電気配線も第１質量部及び第２質量部と同期して回転する。このため、当該旋回機構は、電気配線が第１質量部に張力を作用させることを防止することができ、これにより第１質量部ひいては被位置決め部材の振動を抑制できる。以上の理由により、当該旋回機構は、被位置決め部材の位置決め精度を比較的高くすることができると共に、位置決め時間を比較的短くすることができる。

前記接続構造が、第１質量部及び第２質量部の一方に固定され、回転の径方向に延在する規制溝と、第１質量部及び第２質量部の他方に固定され、前記規制溝に傾動可能に嵌合する係合部材とを有するとよい。このように、前記接続構造が、前記規制溝と前記係合部材とを有することによって、第１質量部と第２質量部との間を回転軸の軸方向及び径方向には分離しながら、第１質量部と第２質量部とを確実に同期回転させることができる。

前記係合部材が外周に円筒面を有し、この円筒面の全周に亘って環状溝が形成された本体と、この環状溝に嵌合し、前記円筒面から径方向外側に突出して前記規制溝に当接する環状の弾性部材とを有するとよい。このように、前記係合部材が外周に円筒面を有し、この円筒面の全周に亘って環状溝が形成された本体と、この環状溝に嵌合し、前記円筒面から径方向外側に突出して前記規制溝に当接する環状の弾性部材とを有することによって、規制溝と係合部材との接触状態の変化により振動が生じることを防止することができる。

前記規制溝又は係合部材が、前記被位置決め部材と付属部材との間を接続する電気配線を保持する配線保持部材に配設されるとよい。このように、前記規制溝又は係合部材が、前記被位置決め部材と付属部材との間を接続する電気配線を保持する配線保持部材に配設されることによって、前記接続構造の質量を比較的小さくすることができる。このため、接続構造の慣性に起因する振動を防止して、被位置決め部材の位置決め精度をより向上すると共に位置決め時間をより短縮することができる。

前記被位置決め部材として、複数の電気接触子を備える電気検査ヘッドを保持するとよい。前記被位置決め部材として、複数の電気接触子を備える電気検査ヘッドを保持することによって、当該旋回機構は、比較的多数の電気接触子を備える電気検査ヘッドを比較的正確かつ短時間で回転位置決めすることができる。

また、前記課題を解決するためになされた別の発明は、直交座標型ロボットと、このロボットの末端に配設される当該旋回機構とを備える位置決め装置である。

当該位置決め装置は、当該旋回機構を備えるので、被位置決め部材の空間位置及び回転位置を比較的高精度に比較的短時間で位置決めできる。

以上のように、本発明の旋回機構及び位置決め装置は、位置決め精度が比較的高く、かつ位置決め時間が比較的短い。

本発明の一実施形態位置決め装置の構成を示す模式的平面図である。 図１の旋回機構の構成を示す模式的図断面図である。 図２の旋回機構の接続構造の構成を示す模式的斜視図である。 図３の接続構造の別の形態を示す模式的断面図である。 図３の接続構造のさらに別の形態を示す模式的断面図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。

［位置決め装置］
図１に示す本発明の一実施形態に係る位置決め装置は、直交座標型ロボット１と、直交座標型ロボット１の末端に配設され、それ自体が本発明の一つの実施形態である旋回機構２とを備える。旋回機構２は、図２に示すように、被位置決め部材３及び被位置決め部材と電気的に接続される付属部材４を保持する。直交座標型ロボット１は、旋回機構２ひいては旋回機構２に保持される被位置決め部材３を、水平なＸ方向及びＹ方向並びに鉛直なＺ方向に位置決めする。旋回機構２は、被位置決め部材３を保持し、この被位置決め部材３のＺ方向のθ軸周りの回転位置決めを行う。

当該位置決め装置は、例として、被位置決め部材として平行に配設される複数の電気接触子（プローブ）３ａを有し、このプローブ３ａをプリント基板Ｐの測定点に当接させることによって、プリント基板Ｐの電気的特性を検査する電気検査ヘッド３を旋回機構２によって保持する。この例において、当該位置決め装置は、下方に隣接するテーブル上に配置されるプリント基板Ｐに対して被位置決め部材３のθ軸周りの角度を合わせて、プリント基板Ｐに電気検査ヘッドを押圧することにより、プリント基板Ｐの電気的特性を検査するために使用される。

〔直交座標型ロボット〕
直交座標型ロボット１の具体例としては、図示するように、水平なＸ方向に延在する一対の固定ガイド１１と、この一対の定レール上をそれぞれ移動する一対のスライダー１２と、この一つのスライダー１２の間にＸ方向に垂直なＹ方向に掛け渡される可動ガイド１３と、この可動ガイド１３上を移動する水平移動体１４と、この水平移動体１４にＸ方向及びＹ方向に垂直なＺ方向（鉛直方向）に昇降可能に配設される垂直移動体１５とを備えるものとすることができる。

〔旋回機構〕
旋回機構２は、直交座標型ロボット１の末端に配設され、被位置決め部材３を回転位置決めするために用いられる。具体例としては、当該旋回機構２は、被位置決め部材３として例えばプリント基板の電気的特性を検査する電気検査ヘッドを保持する場合、平面視における電気検査ヘッド３の角度をプリント基板Ｐの角度に合わせるために使用される。また、当該旋回機構２は、被位置決め部材３と共に、被位置決め部材３と電気的に接続される付属部材４として、例えば電気検査ヘッドの電気信号を処理するための回路基板等も保持する。

当該旋回機構２は、図２に示すように、直交座標型ロボット１の末端の垂直移動体１４に固定される固定部２１と、固定部２１にθ軸周りに回転可能に保持され、前記被位置決め部材３を保持する第１質量部２２と、固定部２１に支持され、前記第１質量部２２を回転駆動する駆動部２３と、固定部２１に前記第１質量部２２と同軸かつ独立して回転可能に保持され、前記付属部材４を保持する第２質量部２４と、第１質量部２２が保持する被位置決め部材３と第２質量部２４が保持する付属部材４とを接続する電気配線Ｗを保持する配線保持部材２５とを備える。

また、当該旋回機構２は、第１質量部２２及び第２質量部２４の回転の周方向の相対移動を規制しつつ、回転の軸方向及び径方向の相対移動を許容するよう前記第１質量部２２と第２質量部２４との間を接続する接続構造２６を有する。

＜固定部＞
固定部２１は、ロボットの末端に、θ軸（Ｚ軸）に平行に固定されるベースプレート２７と、このベースプレート２７のθ軸方向一端側に水平方向に突設される第１支持部材２８と、ベースプレート２７のθ軸方向他端側に水平方向に突設される第２支持部材２９とを有する。

第１支持部材２８は、第１質量部２２を回転可能に支持するための第１軸受３０を有する。また、第２支持部材２９は、第２質量部２４を回転可能に支持するための第２軸受３１を有する。

固定部２１において、前記第１軸受３０と第２軸受３１とは、厳密な精度は要求されないが、設計上は同軸に設けられる。このため、固定部２１は、別々に成形したベースプレート２７、第１支持部材２８及び第２支持部材２９を、例えば溶接、ボルト締め等の方法により接続して形成してもよい。

＜第１質量部＞
第１質量部２２は、第１支持部材２８の第１軸受３０に支持される第１回転軸３２と、この第１回転軸３２の一端側に設けられ、被位置決め部材３を保持する第１保持部材３３とを備える。この第１保持部材３３の構成としては、特に限定されず、例えば被位置決め部材３を把持するチャック、被位置決め部材３を例えばボルト等により固定するプレート等を採用することができる。

＜駆動部＞
駆動部２３は、第１質量部２２の第１回転軸３２を回転駆動する機構である。この駆動部２３としては、例えば公知の減速機付サーボモーター等を使用することができる。この駆動部２３の出力軸は、第１質量部２２の第１回転軸３２と一体であってもよい。

＜第２質量部＞
第２質量部２４は、一端側が固定部２１の第２支持部材２９の第２軸受３１に支持される第２回転軸３４と、この第２回転軸３４の他端側に設けられ、付属部材４を保持する第２保持部材３５とを備える。この第２保持部材３５の構成としては、例えば付属部材４を収容する箱体、付属部材４を固定できるラック等を採用することができる。

＜配線保持部材＞
配線保持部材２５は、第１質量部２２又は第２質量部２４に付設される。この配線保持部材２５は、例えばダクト、パイプ、ケーブルラック等に準じた構成とすることができる。また、配線保持部材２５に接続構造２６を設ける場合、配線保持部材２５は、第１質量部２２に生じる旋回駆動力を第２質量部２４に伝達して第２質量部２４を同期回転させられるよう、十分な剛性を有する堅固な構成とされる。配線保持部材２５で電気配線Ｗを保持することで、被位置決め部材３と付属部材４とを接続する電気配線Ｗが占有する空間を小さくすると共に、電気配線Ｗの損傷を防止することができる。

＜接続構造＞
接続構造２６は、第１質量部２２及び第２質量部２４の一方に固定され、第１回転軸３２及び第２回転軸３４の径方向に延在する規制溝３６と、第１質量部２２及び第２質量部２４の他方に固定され、規制溝３６に傾動可能に嵌合する係合部材３７とを有する構成とすることができる（規制溝３６及び係合部材３７については、図３に詳しく示す）。

前記接続構造２６は、規制溝３６と係合部材３７とを有することによって、第１質量部２２と第２質量部２４との間を第１回転軸３２及び第２回転軸３４の軸方向及び径方向には分離しながら、第１質量部２２と第２質量部２４とを第１回転軸３２及び第２回転軸３４を中心に同期して回動させられる。

このため、当該旋回機構２では、第１質量部２２の第１回転軸３２と第２質量部２４の第２回転軸３４とが一体でないことにより生じるわずかな芯ずれに起因して、第１質量部２２及び第２質量部２４の回動によって生じる相対変位を吸収することができるので、第１質量部２２及び第２質量部２４に振動を生じさせ難い。

一方、接続構造２６は、第１質量部２２と第２質量部２４との間の第１回転軸３２及び第２回転軸３４の周方向の相対移動を規制するので、第１質量部２２と第２質量部２４とを第１回転軸３２及び第２回転軸３を中心に同期回転させることができる。

規制溝３６と係合部材３７との嵌合は、第１回転軸３２及び第２回転軸３４の周方向にはできるだけ遊びが小さく、第１質量部２２と第２質量部２４とを一体に回転させられることが望ましい。また、係合部材３７は、第１回転軸３２及び第２回転軸３４の軸方向に一定の範囲内であれば、規制溝３６に対して係合できるよう構成されること、つまりＺ方向の位置ずれを許容する構造を有することが好ましい。

具体的には、接続構造２６は、規制溝３６が周方向の幅が一定でかつ十分な深さ（軸方向の厚さ）を有し、係合部材３７の先端部が規制溝３６の幅と略等しい最大径を有し、軸方向断面が外側に凸状である構成、好ましくは係合部材３７の先端部が規制溝３６の幅と略等しい直径を有する球面を有する構成とすることができる。また、係合部材３７は、第１回転軸３２及び第２回転軸３４に平行な軸を中心に回転可能に支持されることが好ましい。

接続構造２６において、規制溝３６及び係合部材３７の少なくとも一方の他方への当接部分、好ましくは係合部材３７の規制溝３６に当接する部分が振動を減衰させられる樹脂等の材質から形成されることが望ましい。一方、規制溝３６及び係合部材３７の他方は、例えばＪＩＳ−Ｇ４４０４（２００６）に規定される合金工具鋼鋼材等の十分に硬度が大きく、当接面の変形を防止できる材料から形成されることが好ましい。

また、接続構造２６は、第１質量部２２と第２質量部２４との間を直接接続できるような構造、例えば規制溝３６を有する部材又係合部材３７がθ軸方向に長い構造としてもよい。しかしながら、図示するように、第１質量部２２と第２質量部２４との距離が比較的大きい場合には、接続構造２６を配線保持部材２５に配設すること、つまり配線保持部材２５を回転トルクを伝達する構造体の少なくとも一部とすることで、当該旋回機構２を小型化することができる。また、接続構造２６を配線保持部材２５に配設することにより、接続構造２６の質量を小さくできるので、接続構造２６の慣性力による第１質量部２２ひいては被位置決め部材３の位置決め精度及び位置決め速度の低下が抑制される。

＜利点＞
当該旋回機構２は、被位置決め部材３を保持する第１質量部２２と、被位置決め部材３と電気的に接続される付属部材４を保持する第２質量部２４とを同軸かつ独立して回転可能に備えることで、第１質量部２２に第２質量部２４の垂直荷重が加わらないので、第２質量部２４が第１質量部２２を振動させ難い。

また、当該旋回機構２は、第１質量部２２と第２質量部２４とが別々に支持されることによって、第２質量部２４の質量に起因する振動が第１質量部２２ひいては被位置決め部材３に伝達されに難いため、第１質量部２２ひいては被位置決め部材３の振動の収束が比較的早い。

さらに、当該旋回機構２では、接続構造２６が、回転の軸方向及び径方向の相対移動を許容するよう第１質量部２２と第２質量部２４との間を接続する。このため、当該旋回機構２では、接続構造２６第１質量部２２の第１回転軸３２と第２質量部２４の第２回転軸３４とが一体でないことにより生じるわずかな芯ずれに起因する相対変位を吸収することができるため、第１質量部２２及び第２質量部２４に振動を生じさせ難い。

一方、接続構造２６は、第１質量部及び第２質量部の回転の周方向の相対移動を規制するため、第１質量部２２と第２質量部２４とを、ひいては被位置決め部材３と付属部材４とを同期して回動させられるので、被位置決め部材３と付属部材４とを接続する電気配線Ｗの配設が容易で電気配線Ｗに機械的負荷が加わり難い。

当該旋回機構２は、以上の作用が得られることにより、被位置決め部材３を比較的短時間でかつ高精度に位置決めすることができる。

また、当該旋回機構２では、第２質量部２４が第１質量部２２と同期して回転し、第１質量部２２と第２質量部２４とを接続する電気配線Ｗも同期して回転するので、電気配線Ｗが第１質量部２２に張力を作用させることが防止され、第１質量部２２ひいては被位置決め部材３の電気配線Ｗの影響による振動が抑制される。

また、当該位置決め機構は、比較的位置決め精度が高く、かつ位置決め時間が比較的短い当該旋回機構２を備えるので、比較的安価な直交座標型ロボット１を使用しながら、比較的高精度かつ短時間で被位置決め部材３を位置決めすることができる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

当該旋回機構は、多関節型ロボットの末端に配設されてもよく、１自由度のロボット（いわゆるアクチュエーター）の末端に配設されてもよい。また、当該旋回機構は、Ｚ軸方向の自由度を有しない直交座標型ロボットやＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に加えてさらなる自由度を有する直交座標型ロボットの末端に配設されてもよい。また、当該旋回機構は、ロボットの末端に一体不可分（着脱不能）に配設されてもよい。

当該旋回機構は、第１質量部と第２質量部とを同期回転させる接続構造の代案として、例えば図４に示す係合部材３７ａ又は図５に示す係合部材３７ｂを有するものとしてもよい。これらの係合部材３７ａ，３７ｂは、外周に円筒面を有する例えば円柱状の本体３８ａ，３８ｂの外周面にその全周に亘って形成した環状溝３９ａ，３９ｂに、例えばＯリング等から形成され、本体３８ａ，３８ｂの円筒面から径方向外側に突出して規制溝３６に当接する環状の弾性部材４０ａ，４０ｂが嵌合したものである。このように、弾性部材４０ａ，４０ｂを突出させて規制溝３６に当接させることにより、円筒状の本体３８ａ，３８ｂの外径を規制溝３６の幅よりも小さくして、本体３８ａ，３８ｂと規制溝３６との間に隙間を形成し、この隙間の中で係合部材３７ａ，３７ｂを傾動させることができる。なお、係合部材３７ａと、係合部材３７ｂとは、弾性部材４０ａ，４０ｂの大きさと数とが異なる。

当該旋回機構及び位置決め装置は、回転位置を変化させる多様な装置に適用可能であるが、プリント基板等の電気的特性を検査するための電気検査ヘッドの位置決めに特に好適に利用することができる。

１ 直交座標型ロボット
２ 旋回機構
３ 被位置決め部材（電気検査ヘッド）
３ａ 電気接触子
４ 付属部材
１１ 固定ガイド
１２ スライダー
１３ 可動ガイド
１４ 水平移動体
１５ 垂直移動体
２１ 固定部
２２ 第１質量部
２３ 駆動部
２４ 第２質量部
２５ 配線保持部材
２６ 接続構造
２７ ベースプレート
２８ 第１支持部材
２９ 第２支持部材
３０ 第１軸受
３１ 第２軸受
３２ 第１回転軸
３３ 第１保持部材
３４ 第２回転軸
３５ 第２保持部材
３６ 規制溝
３７，３７ａ，３７ｂ 係合部材
３８ａ，３８ｂ 本体
３９ａ，３９ｂ 環状溝
４０ａ，４０ｂ 弾性部材
Ｐ プリント基板
Ｗ 電気配線

Claims (6)

1. ロボットの末端に配設され、被位置決め部材を回転位置決めする旋回機構であって、
   前記ロボットの末端に固定される固定部と、
   前記固定部に回転可能に保持され、前記被位置決め部材を保持する第１質量部と、
   前記固定部に支持され、前記第１質量部を回転駆動する駆動部と、
   前記固定部に前記第１質量部と同軸かつ独立して回転可能に保持され、被位置決め部材と電気的に接続される付属部材を保持する第２質量部とを備え、
   前記第１質量部及び第２質量部の回転の周方向の相対移動を規制しつつ、回転の軸方向及び径方向の相対移動を許容するよう前記第１質量部と第２質量部との間を接続する接続構造を有することを特徴とする旋回機構。
2. 前記接続構造が、第１質量部及び第２質量部の一方に固定され、回転の径方向に延在する規制溝と、第１質量部及び第２質量部の他方に固定され、前記規制溝に傾動可能に嵌合する係合部材とを有する請求項１に記載の旋回機構。
3. 前記係合部材が外周に円筒面を有し、この円筒面の全周に亘って環状溝が形成された本体と、この環状溝に嵌合し、前記円筒面から径方向外側に突出して前記規制溝に当接する環状の弾性部材とを有する請求項２に記載の旋回機構。
4. 前記規制溝又は係合部材が、前記被位置決め部材と付属部材との間を接続する電気配線を保持する配線保持部材に配設される請求項２又は請求項３に記載の旋回機構。
5. 前記被位置決め部材として、複数の電気接触子を備える電気検査ヘッドを保持する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の旋回機構。
6. 直交座標型ロボットと、このロボットの末端に配設される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の旋回機構とを備える位置決め装置。

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