CN111085775B - 激光加工机器人的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开激光加工机器人(1)的校准方法，其包括以下步骤：在激光加工机器人(1)的基座(2)固定具有测定对象部位(9a)的测定用夹具(9)；激光加工工具(8)具有使测量用激光(L)二维扫描的功能、和接收测量用激光在物体中的反射光来测定至物体的距离的测距功能，将激光加工工具配置在测量用激光能够扫描测定对象部位的位置；使测量用激光进行扫描，来测定到测定对象部位的各部分的距离；计算坐标转换函数，所述坐标转换函数将基于测定出的到测定对象部位的各部分的距离来能够获取的测定对象部位的位置以及姿态，转换为实际的测定对象部位的位置以及姿态；以及利用计算的坐标转换函数，校正激光加工工具的工具前端点(TCP)。

Description

激光加工机器人的校准方法
技术领域
本发明涉及激光加工机器人的校准方法。
背景技术
目前，已知具有附加轴的激光加工机器人的校准方法(例如，参照专利文献1。)。
专利文献1的校准方法为，使包含附加轴的机器人动作，实际移动加工工具并进行校准。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-55901号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，存在如下不良情况，为了通过利用示教操作盘使机器人动作，从而精确实现校准的姿态需要熟练，校准作业花费时间。
本发明的目的在于提供一种激光加工机器人的校准方法，其在更换安装在机器人的前端的激光加工工具时等，能够降低校准作业的所需时间。
用于解决问题的方案
本发明的一种方案是如下激光加工机器人的校准方法，所述激光加工机器人具备：基座，其固定在被设置面；以及可动部，其相对于该基座能够进行动作，在所述激光加工机器人的前端安装有激光加工工具，所述激光加工工具具有使测量用激光进行二维扫描的功能，并且具有接收所述测量用激光在物体中的反射光从而测定至所述物体为止的距离的测距功能，所述激光加工机器人的校准方法包括以下步骤：在所述基座固定具有预定形状的测定对象部位的测定用夹具；使所述激光加工机器人进行动作，由此将所述激光加工工具配置在所述测量用激光能够扫描所述测定对象部位的位置；使所述测量用激光扫描所述测定对象部位，由此测定到所述测定对象部位的各部分的距离；计算坐标转换函数，所述坐标转换函数将基于测定出的到所述测定对象部位的各部分的距离来能够获取的所述测定对象部位的位置以及姿态，转换为实际的所述测定对象部位的位置以及姿态；以及利用计算出的坐标转换函数，校正所述激光加工工具的工具前端点。
根据本方案，使激光加工机器人动作，从而将激光加工工具配置在来自安装在前端的激光加工工具的测量用激光能够照射安装在基座的测定用夹具的测定对象部位的位置，从激光加工工具射出测量用激光，二维扫描测定对象部位。由此，利用激光加工工具接收来自测定对象部位的各部反射的反射光，通过激光加工工具的测距功能，能够测定从激光加工工具到测定对象部位的各部为止的距离。
另外，测定时的激光加工机器人的各轴的角度为已知，因此从测定出的到测定对象部位的距离，能够计算以机器人的坐标系作为基准的位置以及姿态。测定用夹具固定在机器人的基座，因此实际的测定对象部位以机器人的坐标系作为基准的位置以及姿态是已知的。
当激光加工工具的实际的工具前端点，与在激光加工机器人的控制装置侧识别出的工具前端点相一致的情况下，虽然计算出的测定对象部位的位置以及姿态、和实际的测定对象部位的位置以及姿态相一致，但是当更换了激光加工工具等的情况下，根据个体差会有不一致的情况。在此情况下，计算坐标转换函数，所述坐标转换函数将计算出的测定对象部位的位置以及姿态，转换为实际的测定对象部位的位置以及姿态，利用计算的坐标转换函数，来校正在控制装置侧识别出的工具前端点，由此能够消除工具前端点的偏移。
即，即使将激光加工工具相对于测定用夹具没有进行精确的位置对准，也能够校准工具前端点，在更换了安装在机器人的前端的激光加工工具等的情况下，也能够降低校准所需的时间。
在上述方案中，所述测定对象部位还可以具有非对称的形状。
根据该结构，通过由测量用激光的扫描来测定到测定对象部位为止的距离，识别测定对象部位的形状，此时，也能够简易地识别旋转角度。
在上述方案中，所述测定对象部位还可以为平面。
根据该结构，能够将用于运算坐标转换函数的测定对象部位的形状最简易化，从而能够降级运算量。
在上述方案中，所述测定对象部位还可以在对称形状的平面的非对象位置具备形状识别部。
根据该结构，作为构成测定对象部位的平面即使是具有对称形状，也可以使测定对象部位包括在非对象位置配置的形状识别部而成为非对称形状，还能够简易地识别旋转角度。
发明效果
根据本发明，起到在更换了安装在机器人的前端的激光加工工具等的情况下能够降低校准所需的时间的效果。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的利用于激光加工机器人的校准方法中使用的机器人系统的全体结构图。
图2是示出图1的机器人系统所具备的测定用夹具的测定对象部位的一例、和利用激光加工工具的激光的扫描轨迹的一例的图。
图3是示出图1的机器人系统所具备的控制装置内的与校准相关的部分的功能框图。
图4是示出图1的激光加工机器人的校准方法的流程图。
图5是示出通过图1的机器人系统的激光加工工具的测距功能来获取的点云的一例的图。
附图标记说明
1：激光加工机器人
2：基座
3：可动部
8：激光加工工具
9：测定用夹具
9a：测定对象部位
9b：孔(形状识别部)
TCP：工具前端点
L：示教用激光(测量用激光)
具体实施方式
以下参照附图对本发明的一个实施方式的激光加工机器人1的校准方法进行说明。
如图1所示，本实施方式的利用于校准方法的机器人系统100具备：激光加工机器人1；以及控制装置10，其控制激光加工机器人1。
例如，激光加工机器人1为六轴多关节型机器人，其具备：基座2；其固定于地面(被设置面)；以及可动部3，其相对于该基座2动作。例如，激光加工机器人1具备固定于基座2的机器人坐标系XYZ。
例如，可动部3具备：回转体4，其相对于基座2围绕竖直的第一轴线旋转；第一臂5，其相对于回转体4围绕水平的第二轴线旋转；第二臂6，其相对于第一臂5围绕水平的第三轴线旋转；以及三轴手腕单元7，其设置在第二臂6的前端。
激光加工机器人1为，在三轴手腕单元7的前端安装激光加工工具8，在基座2固定测定用夹具9。激光加工工具8能够输出加工用激光以及与加工用激光分开的示教用激光(测量用激光)L。
如图2的轨迹所示，激光加工工具8具备：例如，使示教用激光L以光栅扫描的方式进行二维扫描的功能；以及，在扫描的各位置接收从物体反射回来的反射光，测定以在工具前端点TCP设置的工具坐标系xyz为基准的到物体为止的距离的测距功能。
测定用夹具9，使激光加工机器人1以如图1所示的姿态动作，当设定有激光加工工具8的姿态时，该测定用夹具9具备配置在与激光加工工具8几乎对置的位置的测定对象部位9a。在图1以及图2所示的例中，测定对象部位9a为具备正方形的平面的平板状部分，如图2所示，测定对象部位9a在三处具备沿板厚方向贯穿的孔(形状识别部)。在构成测定对象部位9a的平面内的非对象位置的三处，隔开间隔配置孔9b。
测定用夹具9固定在基座2，由此测定对象部位9a在机器人坐标系XYZ中配置在高精度定位的位置。由此，已知实际的测定对象部位9a在机器人坐标系XYZ中的位置以及姿态。
如图3所示，控制装置10具备：位置姿态计算部11，其基于利用激光加工工具8测定出的到测定对象部位9a的各部为止的距离信息、和根据激光加工机器人1的各轴的角度信息，来计算测定出的测定对象部位9a的位置以及姿态；存储部12，其存储在如图1所示的机器人坐标系XYZ中的激光加工工具8的工具前端点TCP的坐标、和实际的测定用夹具9的测定对象部位9a的位置以及姿态；函数计算部13，其计算坐标转换函数，该坐标转换函数用于使测定出的测定对象部位9a的位置以及姿态、和实际的测定对象部位9a的位置以及姿态相一致；以及校正部14，其利用计算出的坐标转换函数来校正被存储的激光加工工具8的工具前端点TCP。
函数计算部13，能够通过ICP(Iterative Closest Point，迭代最近点)匹配等众所周知的手法，获得类似形状的物体的位置关系作为坐标转换函数。
以下对本实施方式的激光加工机器人1的校准方法进行说明。
如图4所示，本实施方式的激光加工机器人1的校准方法为，首先使控制装置10自动地动作，或者工作人员利用示教操作盘使激光加工机器人1动作，并移动至如图1所示的校准位置(步骤S1)。校准位置不是精确的位置，而是使从激光加工工具8射出的激光能够在测定用夹具9的测定对象部位9a上扫描的大概位置。
接下来，从激光加工工具8射出示教用激光L，如图2所示，在测定对象部位9a中二维扫描，并且在扫描路径的各位置，接收从测定对象部位9a反射回来的反射光，在如图1所示的坐标系xyz中，测定到测定对象部位9a的各部分的距离(步骤S2)。示教用激光L的各照射位置的坐标，基于激光加工工具8的未图示的电流镜的角度来确定。因此，如图5所示，将该坐标和测定出的距离相关联地进行存储，由此在作为测定对象部位9a的平面的形状的各部中，能够获取具有自激光加工工具8起的距离信息的点云。
当获取出的点云的信息发送至控制装置10时，在控制装置10中，将测定时的激光加工机器人1的各轴的角度信息发送至位置姿态计算部11，计算被测定出来的测定对象部位9a在如图1所示的机器人坐标系XYZ中的位置以及姿态(步骤S3)。向函数计算部13发送基于测定出的距离来计算出的测定对象部位9a的位置以及姿态、和存储在存储部11的实际的测定对象部位9a的位置以及姿态，计算坐标转换函数(步骤S4)。
然后，当计算出的坐标转换函数以及存储在存储部12的工具前端点TCP的坐标发送至校正部14时，工具尖端点TCP的坐标乘以坐标转换函数，从而校正工具尖端点TCP的坐标(步骤S5)。
如此，根据本实施方式的激光加工机器人1的校准方法，测定用夹具9对激光加工工具8无需高精度定位就能够进行校准。其结果，能够省略激光加工工具8在高精度定位时所需的作业，起到降低校准作业所需的时间的效果。
根据本实施方式的激光加工机器人1的校准方法，作为测定用夹具9的测定对象部位9a，采用正方形的平面，因此具有简易的结构、并且容易地计算坐标转换函数的优点。虽然使用了对称形状的平面，但是当包括三处的孔9b时能够成为非对称的形状，具有计算坐标转换函数时的旋转方向的相关联能够容易进行的优点。
在本实施方式中，虽然作为测定对象部位9a采用了在正方形的平面开设非对称的孔9b的例子，但取而代之，还可以采用其他任意形状的测定对象部位9a。例如，不局限于平面，还可以采用球状、椎体状、长方体状等的任意立体。当采用平面时，还可以采用非旋转对称的多边形等任意形状。
在测定对象部位9a还可以涂布或者涂覆复原性反射材料，使由激光加工工具8接收的反射光的强度增大，从而将检测出超过预定的阈值的强度的反射光的区域，抽取为测定对象部位9a。由此，能够容易地抽取测定对象部位9a。
在本实施方式中，作为在激光加工工具8中能够输出的激光，例示了加工用激光以及示教用激光，但是取而代之，还可以输出诱导到与激光加工工具8的激光同轴的位置上的测距用激光，并采用利用了此激光的手法。
在本实施方式中，作为激光加工工具8例示了内置电流镜的例子，但并不限于此，只要能够将激光的照射路径任意改变即可，例如也可以采用棱镜等。
在本实施方式中，作为激光加工工具8例举了内置电流镜的例子，但是在激光加工工具8不具有能够改变激光的照射方向的功能的情况下，还可以采用利用激光加工机器人1使激光加工工具8的姿态移动从而进行扫描的手法。

Claims (4)

1.一种激光加工机器人的校准方法，其特征在于，
所述激光加工机器人具备：
基座，其固定在被设置面；以及
可动部，其相对于该基座能够进行动作，
在所述激光加工机器人的前端安装有激光加工工具，
所述激光加工工具具有使测量用激光进行二维扫描的功能，并且具有接收所述测量用激光在物体上的反射光从而测定至所述物体为止的距离的测距功能，
所述激光加工机器人的校准方法包括以下步骤：
在所述基座固定具有预定形状的测定对象部位的测定用夹具；
使所述激光加工机器人进行动作，由此将所述激光加工工具配置在所述测量用激光能够扫描所述测定对象部位的位置；
使所述测量用激光扫描所述测定对象部位，由此测定到所述测定对象部位的各部分的距离；
计算坐标转换函数，所述坐标转换函数将基于测定出的到所述测定对象部位的各部分的距离来能够获取的所述测定对象部位的位置以及姿态，转换为实际的所述测定对象部位的位置以及姿态；以及
利用计算出的坐标转换函数，校正所述激光加工工具的工具前端点。
2.根据权利要求1所述的激光加工机器人的校准方法，其特征在于，
所述测定对象部位具有非对称的形状。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工机器人的校准方法，其特征在于，
所述测定对象部位为平面。
4.根据权利要求2所述的激光加工机器人的校准方法，其特征在于，
所述测定对象部位在对称形状的平面的非对象位置具有形状识别部。
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