-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensionales Messsystem.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Zum Beispiel ist ein System vorhanden, bei dem ein Roboter Werkstücke aufnimmt, die an zufälligen Positionen und in zufälligen Ausrichtungen angeordnet sind. Für dieses System kann zur Erfassung der Position und Ausrichtung jedes Werkstücks ein dreidimensionales Messsystem verwendet werden, das eine dreidimensionale Form eines Messziels misst, indem ein dreidimensionaler Sensor zur Erfassung eines Abstands zum Messziel und eines Abstands zu Objekten in der Umgebung des Messziels für jede Position in zweidimensionaler Sicht verwendet wird.
-
Zum Zwecke des genaueren Erfassens der dreidimensionalen Form des Messziels ist ebenfalls vorgeschlagen worden, die dreidimensionale Form des Messziels durch den dreidimensionalen Sensor in verschiedenen Richtungen zu messen, so dass die Form einer Rückseite des Messziels, die durch eine einzelne dreidimensionale Messung nicht überprüft werden kann, auf Grundlage der Ergebnisse einer zusätzlichen dreidimensionalen Messung ergänzt wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
-
Patentdokument 1: Japanische nicht geprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer
2019-184340 -
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
-
Manche dreidimensionale Sensoren sind in der Lage, eine genaue Erkennung innerhalb eines relativ engen Abstandsbereichs durchzuführen. Falls in diesem Fall der Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor und einem Messziel nicht angemessen ist, kann die dreidimensionale Form des Messziels nicht exakt gemessen werden. Zum Beispiel in einem Fall, bei dem sich eine Vielzahl von Werkstücken zufällig miteinander überlappen, kann es unmöglich sein, dass sich das oberste und unterste Werkstück gleichzeitig innerhalb des geeigneten Abstandsbereichs des dreidimensionalen Sensors befinden. Deshalb besteht ein Bedarf an einem dreidimensionalen Messsystem, das in der Lage ist, eine dreidimensionale Form eines Messziels unabhängig von der Position des Messziels exakt zu messen.
-
Mittel zur Lösung der Probleme
-
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein dreidimensionales Messsystem gerichtet, welches aufweist: eine dreidimensionale Messeinheit, welche eingerichtet ist, eine Position und eine Form eines Messziels unter Verwendung eines dreidimensionalen Sensors zum Messen eines Abstands zu dem Messziel zu messen; einen Roboter, der eingerichtet ist, den dreidimensionalen Sensor oder das Messziel zu bewegen; eine Abstandsmesseinheit, die eingerichtet ist, einen Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor und dem Messziel zu messen; und eine Messhaltung-Einstellungseinheit, die eingerichtet ist, für den Roboter eine Messhaltung einzustellen, in der ein Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor und dem Messziel derart eingestellt wird, dass er gleich einem vorbestimmten Referenzabstand ist, auf Grundlage dem Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor und dem Messziel, der durch die Abstandsmesseinheit gemessen wird.
-
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein dreidimensionales Messsystem gerichtet, welches aufweist: eine dreidimensionale Messeinheit, die eingerichtet ist, eine Position und eine Form eines Messziels unter Verwendung eines dreidimensionalen Sensors zum Messen eines Abstands zu dem Messziel zu messen; einen Roboter, der eingerichtet ist, den dreidimensionalen Sensor oder das Messziel zu bewegen; eine Referenzhaltung-Einstellungseinheit, die eingerichtet ist, eine Referenzhaltung für den Roboter einzustellen; eine Formspeichereinheit, die eingerichtet ist, darin die Form des Messziels vorab zu speichern; eine Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen Übereinstimmungsgrad zwischen der von der dreidimensionalen Messeinheit gemessenen Form des Messziels und der in der Formspeichereinheit gespeicherten Form des Messziels zu berechnen, eine Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit, die eingerichtet ist, einen Abweichungsbetrag, um den ein Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor und dem Messziel von einem Referenzabstand abweicht, auf Grundlage der Position und der Form des Messziels zu berechnen, die durch die dreidimensionale Messeinheit gemessen werden; und eine Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung, die eingerichtet ist, für den Roboter eine korrigierte Haltung einzustellen, in der der dreidimensionale Sensor um den Abweichungsbetrag in einem Fall bewegt wird, in dem der Übereinstimmungsgrad kleiner als ein vorbestimmter kriterieller Schwellenwert ist.
-
Wirkungen der Erfindung
-
Das dreidimensionale Messsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in der Lage, eine dreidimensionale Form eines Messziels unabhängig von der Position des Messziels exakt zu messen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
- 1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines dreidimensionalen Messsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf eines Anfangseinstellungsprozesses veranschaulicht, der von dem dreidimensionalen Messsystem aus 1 durchgeführt wird;
- 3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf eines Werkstückdetektionsprozesses veranschaulicht, der durch das dreidimensionale Messsystem aus 1 durchgeführt wird; und
- 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines dreidimensionalen Messsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
-
Ausführungsformen eines dreidimensionalen Messsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines dreidimensionalen Messsystems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
-
Das dreidimensionale Messsystem 1 umfasst einen Roboter 10, einen dreidimensionalen Sensor 20 und eine Steuerung 30. Das dreidimensionale Messsystem 1 ist zur Messung der Position und der Form eines Messziels, wie zum Beispiel der beispielhaft dargestellten Werkstücke W, geeignet und ist eingerichtet, als Aufnahmesystem zum Aufnehmen der einzelnen Werkstücke W verwendbar zu sein.
-
In dem dreidimensionalen Messsystem 1 werden die Werkstücke W auf einer Referenzfläche S platziert, also zum Beispiel auf einer Oberfläche eines Tisches, einer Bandoberfläche eines Förderbandes oder einer Bodenfläche eines Behälters. Die Werkstücke W können auf der Referenzfläche S derart angeordnet werden, dass sie sich gegenseitig überlappen.
-
Damit das dreidimensionale Messsystem 1 als Aufnahmesystem verwendet werden kann, weist der Roboter 10 an seinem distalen Ende eine Hand 11 auf, die das Werkstück W hält. Der Roboter 10 positioniert den dreidimensionalen Sensor 20 an einer Position, an der das Werkstück W (das Werkstück W, bevor es von der Hand 11 gehalten wird) gemessen werden kann. Der Roboter 10 kann ein vertikaler Knickarmroboter sein, wie in 1 dargestellt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Der Roboter 10 kann zum Beispiel ein orthogonaler Koordinatenroboter, ein skalarer Roboter oder ein Parallelgelenkroboter sein.
-
Die Hand 11 kann eine beliebige Konfiguration haben, sofern sie das Werkstück W halten kann, und kann eine Vielzahl von fingerförmigen Elementen zum Greifen des Werkstücks W, einen Saugnapf zum Halten des Werkstücks W durch Ansaugen und dergleichen aufweisen.
-
Der dreidimensionale Sensor 20 misst einen Abstand zu einem Messziel sowie Abstände zu anderen Objekten. Insbesondere detektiert der dreidimensionale Sensor 20 den Abstand zu dem Messziel sowie die Abstände zu anderen Objekten für jede zweidimensionale Position in dem Sichtfeld des dreidimensionalen Sensors 20, also für jede Position in einer ebenen Richtung senkrecht zu der Mittelachse eines Messbereichs. Mit anderen Worten erfasst der dreidimensionale Sensor 20 Informationen, die es ermöglichen, Abstandsbilder des Messziels und dreidimensionale Bilder von Punktgruppendaten des Messziels zu erzeugen. Das Messziel ist nicht auf die Werkstücke W beschränkt, sondern kann zum Beispiel eine Anfangseinstellungsvorrichtung zur Implementierung einer Anfangseinstellung sein, um Bedingungen einzustellen, die es dem dreidimensionalen Messsystem 1 ermöglichen, genaue Messung durchzuführen.
-
Der dreidimensionale Sensor 20 stellt Messung eines Abstands zu dem Messziel mit einer vorbestimmten Genauigkeit nur in einem vorbestimmten Abstandsbereich sicher, der in der Figur mit einer Schraffur markiert ist. Außerhalb dieses Abstandsbereichs besteht eine Möglichkeit, dass der dreidimensionale Sensor 20 einen großen Messfehler verursacht oder daran gehindert wird, einen Messwert zu erhalten.
-
Der dreidimensionale Sensor 20 kann zwei zweidimensionale Kameras 21 und 22 aufweisen, die zweidimensionale Bilder des Messziels aufnehmen, sowie einen Projektor 23, der ein Bild mit einem gitterförmigen Referenzpunkt auf das Messziel projiziert. Der dreidimensionale Sensor 20 mit dieser Konfiguration veranlasst die beiden zweidimensionalen Kameras 21 und 22, Bilder des Messziels aufzunehmen, auf die der gitterförmige Referenzpunkt projiziert wird, und ermöglicht eine Berechnung eines Abstands von dem dreidimensionalen Sensor 20 zu jedem Gitter auf Grundlage einer Positionsabweichung zwischen den Gittern, die durch Parallaxe der von den beiden zweidimensionalen Kameras 21 und 22 aufgenommenen Bilder verursacht wird.
-
Die Steuerung 30 umfasst eine Formspeichereinheit 31, eine dreidimensionale Messeinheit 32, eine Abstandsmesseinheit 33, eine Messhaltung-Einstellungseinheit 34, eine Referenzhaltung-Einstellungseinheit 35, eine Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit 36, eine Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit 37, eine Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung 38, eine Anfangseinstellung-Steuerungseinheit 39, eine Werkstückdetektion-Steuerungseinheit 40 sowie eine Werkstückentnahme-Steuerungseinheit 41. Die Steuerung 30 kann implementiert werden, indem eine oder mehrere Computervorrichtungen mit einem Speicher, einer CPU, einer Eingabe-/Ausgabeschnittstelle usw. dazu veranlasst werden, geeignete Programme auszuführen. Die Komponenten, aus denen sich die Steuerung 30 zusammensetzt, sind funktional voneinander unterscheidbar und müssen sich in Bezug auf die physische Konfiguration und die Programmkonfiguration nicht eindeutig voneinander unterscheiden.
-
Die Formspeichereinheit 31 speichert darin die Formen von Messzielen (zum Beispiel des Werkstücks W, der Anfangseinstellungsvorrichtung (nicht dargestellt) usw.) vorab. Das dreidimensionale Messsystem 1 erkennt ein Objekt mit einer Form, die der in der Formspeichereinheit 31 gespeicherten Form entspricht, als das Messziel.
-
Die dreidimensionale Messeinheit 32 verwendet den dreidimensionalen Sensor 20 und misst die Position und Form des Messziels und jene von Objekten in der Umgebung des Messziels. Insbesondere stellt die dreidimensionale Messeinheit 32 dem dreidimensionalen Sensor 20 einen Auslöser zur Detektion bereit, und erzeugt dreidimensionale Daten einer Oberflächenform eines Objekts wie des Messziels in einem Koordinatensystem des dreidimensionalen Sensors 20 auf Grundlage der Detektionsdaten von dem dreidimensionalen Sensor 20.
-
Die Abstandsmesseinheit 33 misst einen Abstand (im Folgenden als Anfangsanordnungsabstand bezeichnet) zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel. Obwohl die Abstandsmesseinheit 33 eingerichtet sein kann, einen dedizierten Sensor zu verwenden, kann die Abstandsmesseinheit 33 eingerichtet sein, den Anfangsanordnungsabstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel unter Verwendung einer der zwei zweidimensionalen Kameras 21 und 22 des dreidimensionalen Sensors 20 zu messen. Zum Beispiel kann die Abstandsmesseinheit 33 eingerichtet sein, den Anfangsanordnungsabstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel auf Grundlage einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern des Messziels zu berechnen, die von den zweidimensionalen Kameras 21 und 22 aus verschiedenen Positionen zusammen mit Änderungen der Haltung des Roboters 10 aufgenommen werden.
-
Die Messhaltung-Einstellungseinheit 34 stellt eine Messhaltung für den Roboter 10, bei der ein vorhergesagter Wert des Abstands zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel derart eingestellt ist, dass er gleich einem vorbestimmten Referenzabstand ist, auf Grundlage des Anfangsanordnungsabstands zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel ein, der von der Abstandsmesseinheit 33 gemessen wird. Der Referenzabstand bezieht sich auf einen Abstand, bei dem der dreidimensionale Sensor 20 eine Abstandsdetektion mit Genauigkeit durchführen kann. Mit anderen Worten ist die „Messhaltung“ eine Haltung, in der der Roboter 10 den dreidimensionalen Sensor 20 an einer Position positioniert, die es der dreidimensionalen Messeinheit 32 ermöglicht, genaue Messung durchzuführen. Es wird angemerkt, dass die „Messhaltung“ auf Grundlage eines Messwerts des Anfangsanordnungsabstands bestimmt wird, der einen Fehler enthalten kann, und dass der tatsächliche Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel nicht immer exakt mit dem Referenzabstand identisch ist, wenn sich der Roboter in der „Messhaltung“ befindet.
-
Die Referenzhaltung-Einstellungseinheit 35 stellt für den Roboter 10 eine Referenzhaltung ein, bei der ein Abstand (im Folgenden als Messanordnungsabstand bezeichnet) zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel, der auf Grundlage der von der dreidimensionalen Messeinheit 32 gemessenen Position und Form des Messziels in einem Zustand berechnet wird, in dem sich der Roboter 10 in der Messhaltung befindet, derart eingestellt wird, dass er mit dem Referenzabstand identisch ist. Mit anderen Worten ist die „Referenzhaltung“ eine Haltung, die auf Grundlage des Messanordnungsabstands zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel eingestellt wird, der von der dreidimensionalen Messeinheit 32 in einem Zustand, in dem sich der Roboter in der Messhaltung befindet, relativ genau gemessen wird, und in dem der tatsächliche Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel als genauer identisch mit dem Referenzabstand betrachtet wird.
-
Die Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit 36 berechnet einen Übereinstimmungsgrad zwischen der durch die dreidimensionale Messeinheit 32 gemessenen Form des Messziels und der in der Formspeichereinheit 31 gespeicherten Form des Messziels. In einem Fall, bei dem die Form des Messziels unverändert bleibt, nimmt der „Übereinstimmungsgrad“ aufgrund eines durch die dreidimensionale Messeinheit 32 verursachten Messfehlers ab , wenn eine Abweichung des tatsächlichen Abstands zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel von dem Referenzabstand zunimmt.
-
Die Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit 37 berechnet einen Abweichungsbetrag, um den der Messanordnungsabstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel von dem Referenzabstand abweicht, d.h. eine Differenz zwischen dem Messanordnungsabstand und dem Referenzabstand, auf Grundlage der durch die dreidimensionale Messeinheit 32 gemessenen Position und Form des Messziels. Da sich das Messziel über der Referenzfläche befindet, wird die Messanordnung kürzer als der Referenzabstand, wenn sich das Messziel mit einem anderen Objekt überlappt. Aus diesem Grund ist es einfach, als den Abweichungsbetrag einen Wert zu definieren, der durch Subtrahieren des Messanordnungsabstands von dem Referenzabstand ergibt.
-
Wenn der durch die Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit 36 berechnete Übereinstimmungsgrad kleiner als ein vorbestimmter kriterieller Schwellenwert ist, stellt die Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung 38 für den Roboter eine korrigierte Haltung ein, bei der der dreidimensionale Sensor 20 um den von der Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit berechneten Abweichungsbetrag bewegt wird. Zum Beispiel kann der Übereinstimmungsgrad erheblich abnehmen, wenn das Messziel auf einem anderen Objekt platziert wird, nachdem die Referenzhaltung-Einstellungseinheit 35 die Referenzhaltung eingestellt hat und sich der tatsächliche Abstand zu dem Messziel verkürzt hat. Daher wird, wenn der Übereinstimmungsgrad kleiner als der kriterielle Schwellenwert ist, die korrigierte Haltung eingestellt, in der der dreidimensionale Sensor 20 um den Abweichungsbetrag bewegt wird. Mit anderen Worten stellt die Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung 38 die korrigierte Haltung, die es dem dreidimensionalen Sensor 20 ermöglicht, die Position und Form des Messziels genauer zu messen, durch Herbeiführen eines Zustands ein, bei dem der tatsächliche Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel annähernd dem Referenzabstand ist.
-
Die Anfangseinstellung-Steuerungseinheit 39 führt einen Anfangseinstellungsprozess aus, um für den Roboter 10 die Referenzhaltung einzustellen, die eine Haltung ist, die als Anfangseinstellung in einem Fall dient, bei dem das dreidimensionale Messsystem 1 die Position und Ausrichtung des Werkstücks W erfassen soll, indem die dreidimensionale Messeinheit 32, die Abstandsmesseinheit 33, die Messhaltung-Einstellungseinheit 34 und die Referenzhaltung-Einstellungseinheit 35 veranlasst werden, in einer geeigneten Reihenfolge zu funktionieren.
-
2 veranschaulicht einen Ablauf des Anfangseinstellungsprozesses, der durch die Anfangseinstellung-Steuerungseinheit 39 durchgeführt wird. Der Anfangseinstellungsprozess umfasst einen Anfangspositionierungsschritt (Schritt S01), einen Abstandsmessungsschritt (Schritt S02), einen Messhaltung-Einstellungsschritt (Schritt S03), einen Messhaltung-Positionierungsschritt (Schritt S04), einen Schritt zur dreidimensionalen Messung (Schritt S05) und einen Referenzhaltungs-Einstellungsschritt (Schritt S06). Der Anfangseinstellungsprozess kann unter Verwendung des Werkstücks W durchgeführt werden. Es ist jedoch bevorzugt, eine Anfangseinstellungsvorrichtung (nicht dargestellt) zu verwenden, die eine Form und eine Farbe hat, die von der dreidimensionalen Messeinheit 32 und der Abstandsmesseinheit 33 genau detektiert werden kann, und den Anfangseinstellungsprozess unter Verwendung der Anfangseinstellvorrichtung durchzuführen, die auf der Referenzfläche S platziert ist. Als Anfangseinstellungsvorrichtung wird bevorzugt eine Vorrichtung verwendet, die eine Formcharakteristik auf im Wesentlichen derselben Höhe hat wie in einem Zustand, in dem ein Werkstück W auf der Referenzfläche S platziert ist, ohne sich mit anderen Werkstücken zu überlappen. Bevorzugt weist die Anfangseinstellungsvorrichtung einen von der dreidimensionalen Messeinheit 32 und der Abstandsmesseinheit 33 detektierbaren Merkmalspunkt auf, der rotationsasymmetrisch angeordnet ist.
-
In dem mit Schritt S01 bezeichneten Schritt der Anfangspositionierung wird der Roboter 10 veranlasst, eine Haltung einzunehmen, in der die Abstandsmesseinheit 33 einen Abstand zu einem Messziel messen kann. Diese Haltung kann zum Beispiel auf eine Haltung voreingestellt sein, bei der der Roboter 10 den dreidimensionalen Sensor 20 ausreichend von der Referenzfläche S trennt, oder kann manuell von einem Bediener oder einem Administrator eingestellt werden. Mit anderen Worten kann der Anfangspositionierungsschritt umfassen, dass der Bediener oder Administrator aufgefordert wird, den Roboter 10 zu positionieren, und eine Eingabe zur Bestätigung des Abschlusses der Positionierung zu empfangen.
-
In dem mit Schritt S02 bezeichneten Abstandsmessungsschritt wird die Abstandsmesseinheit 33 veranlasst, den Anfangsanordnungsabstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel zu messen. Insbesondere kann der Abstandsmessungsschritt zum Beispiel einen Schritt, bei dem die zweidimensionale Kamera 21 veranlasst wird, ein Bild des Messziels aufzunehmen, einen Schritt, bei dem die Haltung des Roboters 10 geändert wird, um den dreidimensionalen Sensor 20 zu bewegen, einen Schritt, bei dem die zweidimensionale Kamera 21 veranlasst wird, ein weiteres Bild des Messziels aufzunehmen, sowie einen Schritt umfassen, bei dem der Anfangsanordnungsabstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel aus den Unterschieden in der Position, Form usw. des Messziels zwischen den beiden aufgenommenen Bildern berechnet wird.
-
In dem mit Schritt S03 bezeichneten Messhaltungs-Einstellungsschritt stellt die Messhaltung-Einstellungseinheit 34 für den Roboter 10 die Messhaltung, bei der der Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel derart eingestellt wird, dass er gleich dem vorbestimmten Referenzabstand ist, auf Grundlage des in dem Abstandsmessungsschritt gemessenen Anfangsanordnungsabstands ein.
-
In dem durch Schritt S04 bezeichneten Messhaltungs-Positionierungsschritt wird der Roboter 10 dazu veranlasst, seine Haltung zu ändern, um die angenommene Haltung einzunehmen, die in dem Messhaltungs-Einstellungsschritt festgelegt wurde.
-
In dem durch Schritt S05 bezeichneten Schritt zur dreidimensionalen Messung wird die dreidimensionale Messeinheit 32 veranlasst, die Position und Form des Messziels unter Verwendung des dreidimensionalen Sensors 20 zu messen, wodurch der Messanordnungsabstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel berechnet wird.
-
In dem durch Schritt S06 bezeichneten Referenzhaltungs-Einstellungsschritt stellt die Referenzhaltung-Einstellungseinheit 35 für den Roboter 10 die Referenzhaltung, bei der der Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel derart eingestellt wird, dass er gleich dem vorbestimmten Referenzabstand ist, auf Grundlage des in dem Schritt zur dreidimensionalen Messung gemessenen Messanordnungsabstands ein.
-
Die Werkstückdetektion-Steuerungseinheit 40 führt einen Werkstückdetektionsprozess durch, um die Position und Ausrichtung des Werkstücks W zu detektieren, indem sie die dreidimensionale Messeinheit 32, die Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit 36, die Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit 37 und die Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung 38 veranlasst, in einer geeigneten Reihenfolge zu arbeiten.
-
3 veranschaulicht einen Ablauf des Werkstückdetektionsprozesses, der von der Werkstückdetektion-Steuerungseinheit 40 durchgeführt wird. Der Werkstückdetektionsprozess umfasst einen Referenzhaltung-Positionierungsschritt (Schritt S11), einen ersten Messschritt (Schritt S12), einen ersten Werkstückform-Erkennungsschritt (Schritt S13), einen Übereinstimmungsgrad-Berechnungsschritt (Schritt S14), einen Übereinstimmungsgrad-Überprüfungsschritt (Schritt S15), einen Abweichungsbetrag-Berechnungsschritt (Schritt S16), einen Schritt zur Einstellung der korrigierten Haltung (Schritt S17), einen Schritt zur Positionierung der korrigierten Haltung (Schritt S18), einen zweiten Messschritt (Schritt S19), einen Schritt zur Erkennung der zweiten Werkstückform (Schritt S20) und einen Schritt zur Identifizierung der Position des Werkstücks (Schritt S21).
-
In dem durch Schritt S11 bezeichneten Referenzhaltung-Positionierungsschritt wird der Roboter 10 veranlasst, sich zu bewegen, um die Referenzhaltung einzunehmen, die vorab in dem Anfangseinstellungsprozess festgelegt wird.
-
In dem ersten Messschritt, der durch Schritt S12 bezeichnet wird, verwendet die dreidimensionale Messeinheit 32 den dreidimensionalen Sensor 20, um die Position und die Form des Messziels und die von Objekten um das Messziel herum zu messen. In einem Fall, in dem sich das Werkstück W in demselben Zustand befindet wie das in dem Anfangseinstellungsprozess verwendete Messziel, typischerweise in einem Fall, in dem das Werkstück W auf der Referenzfläche S ohne Überlappung mit anderen Objekten platziert wird, umfasst die in dem ersten Messschritt gemessene Form einen Abschnitt, der relativ genau mit der Form des Werkstücks W übereinstimmt.
-
In dem mit Schritt S13 bezeichneten ersten Schritt zur Erkennung der Werkstückform wird ein bekanntes Mustererkennungsverfahren verwendet, um auf diese Weise aus der in dem ersten Messschritt gemessenen Form einen Abschnitt zu identifizieren, der eine Form aufweist, die der Form des in der Formspeichereinheit 31 gespeicherten Werkstücks W ähnlich ist.
-
In dem durch Schritt S14 bezeichneten Übereinstimmungsgrad-Berechnungsschritt wird die Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit 36 dazu veranlasst, einen Übereinstimmungsgrad zu berechnen, der angibt, wie sehr der in dem ersten Werkstückform-Erkennungsschritt identifizierte Abschnitt mit der in der Formspeichereinheit 31 gespeicherten Form des Werkstücks W übereinstimmt.
-
In dem durch Schritt S15 bezeichneten Übereinstimmungsgrad-Berechnungsschritt wird überprüft, ob der in dem Übereinstimmungsgrad-Berechnungsschritt berechnete Übereinstimmungsgrad nicht kleiner als ein vorbestimmter kriterieller Schwellenwert ist. Wenn der Übereinstimmungsgrad nicht kleiner als der vorbestimmte kriterielle Schwellenwert ist, fährt das Verfahren mit Schritt S21 fort, und wenn der Übereinstimmungsgrad kleiner als der vorbestimmte kriterielle Schwellenwert ist, fährt das Verfahren mit Schritt S16 fort. In einem denkbaren Fall, bei dem der Übereinstimmungsgrad gering ist, werden zum Beispiel Werkstücke W übereinander platziert und das oberste Werkstück W liegt außerhalb des optimalen Abstandsbereichs des dreidimensionalen Sensors 20.
-
In dem durch Schritt S16 bezeichneten Abweichungsbetrag-Berechnungsschritt wird die Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit 37 veranlasst, einen Abweichungsbetrag, um den der Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor 20 und dem Messziel (der Abschnitt mit der Form, auf dessen Grundlage der Übereinstimmungsgrad in dem Schritt zur Berechnung des Übereinstimmungsgrads berechnet wurde) von dem Referenzabstand abweicht, auf Grundlage der in dem ersten Messschritt gemessenen Position und Form des Messziels zu berechnen.
-
In dem mit Schritt S17 bezeichneten Schritt zum Einstellen der korrigierten Haltung stellt die Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung 38 für den Roboter die korrigierte Haltung ein, in der der dreidimensionale Sensor 20 um den in dem Schritt zum Berechnen des Abweichungsbetrags berechneten Abweichungsbetrag in Bezug auf die Referenzhaltung zurückgezogen ist.
-
In dem mit Schritt S18 bezeichneten Schritt zur Positionierung der korrigierten Haltung wird der Roboter 10 veranlasst, sich zu bewegen, um die korrigierte Haltung einzunehmen, die in dem Schritt zur Einstellung der korrigierten Haltung festgelegt wurde. Auf diese Weise wird der Abstand zu dem Werkstück W, der durch den dreidimensionalen Sensor 20 in dem ersten Werkstückform-Erkennungsschritt identifiziert wurde, dem Referenzabstand angenähert, in dem eine geeignete Messung durchgeführt werden kann.
-
In dem zweiten Messschritt, der durch Schritt S19 bezeichnet wird, wird die dreidimensionale Messeinheit 32 veranlasst, die Position und die Form des Messziels und jene von Objekten in der Umgebung des Messziels erneut zu messen. Das heißt, in dem zweiten Messschritt werden die Position und die Form des Messziels erneut in einem Zustand gemessen, in dem sich der Roboter in der korrigierten Haltung befindet.
-
In dem zweiten Werkstückform-Erkennungsschritt, der mit Schritt S20 bezeichnet wird, wird ähnlich wie bei dem ersten Schritt der Erkennung der Werkstückform aus der in dem zweiten Messschritt gemessenen Form ein Abschnitt identifiziert, der eine Form hat, die der Form des in der Formspeichereinheit 31 gespeicherten Werkstücks W ähnlich ist.
-
In dem durch Schritt S21 bezeichneten Schritt zur Identifizierung der Position des Werkstücks W werden die Position und die Ausrichtung des Werkstücks W unter der Annahme identifiziert, dass das Werkstück W an der Position und in der Ausrichtung vorhanden ist, die mit dem Abschnitt übereinstimmen, der die in dem ersten Werkstückerkennungsschritt identifizierte Form aufweist, wenn der Übereinstimmungsgrad in dem Schritt zur Überprüfung des Übereinstimmungsgrads als nicht kleiner als der kriterielle Schwellenwert bestimmt worden ist, oder unter der Annahme, dass das Werkstück W an der Position und in der Ausrichtung vorhanden ist, die mit dem Abschnitt übereinstimmen, der die Form hat, die in dem zweiten Werkstückform-Erkennungsschritt identifiziert wurde, in dem Fall, in dem der Übereinstimmungsgrad dahingehend bestimmt wurde, dass er kleiner als der kriterielle Schwellenwert in dem Übereinstimmungsgrad-Überprüfungsschritt ist.
-
Die Werkstückentnahme-Steuerungseinheit 41 führt einen Werkstückentnahmevorgang nach einem herkömmlichen Verfahren durch, so dass der Roboter 10 bewegt und veranlasst wird, das Werkstück W, das durch den von der Werkstückdetektion-Steuerungseinheit 40 durchgeführten Werkstückerfassungsvorgang identifiziert wurde, mit der Hand 11 zu greifen und zu entnehmen.
-
In einem Fall, bei dem eine Vielzahl von Werkstücken W auf der Referenzfläche S liegen, kann das dreidimensionale Messsystem 1 die Werkstücke W einzeln entnehmen, indem es abwechselnd den Werkstückdetektionsprozess und den Werkstückentnahmeprozess wiederholt.
-
Wie oben beschrieben ist das dreidimensionale Messsystem 1 in der Lage, die dreidimensionale Form eines Messziels unabhängig von der Position des Messziels genau zu messen. Daher ist das dreidimensionale Messsystem 1 in der Lage, das Werkstück W zuverlässig zu entnehmen.
-
4 veranschaulicht eine Konfiguration eines dreidimensionalen Messsystems 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In dem dreidimensionalen Messsystem 1A aus 4 sind Komponenten, die denen des dreidimensionalen Messsystems 1 aus 1 ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ihre redundante Beschreibung entfällt.
-
Das dreidimensionale Messsystem 1A umfasst einen Roboter 10 mit einer Hand 11, einen dreidimensionalen Sensor 20 und eine Steuerung 30. In dem dreidimensionalen Messsystem 1A ist der dreidimensionale Sensor 20 oberhalb des Roboters 10 angeordnet und zum Beispiel an einer Decke, einem Balken oder dergleichen eines Raums befestigt, in dem das dreidimensionale Messsystem 1A installiert ist.
-
Das dreidimensionale Messsystem 1A misst die Position und Form eines Werkstücks W in einem Zustand, in dem die Hand 11 das Werkstück W darin ergriff, und prüft dadurch eine Abweichung einer Greifposition, in der das Werkstück W von der Hand 11 ergriffen wird. Dementsprechend bewegt der Roboter 10 in dem dreidimensionalen Messsystem 1A das von der Hand 11 gehaltene Messziel in Bezug auf den dreidimensionalen Sensor 20.
-
Ähnlich wie das dreidimensionale Messsystem 1 aus 1 umfasst die Steuerung 30 für das dreidimensionale Messsystem 1A aus 4 eine Formspeichereinheit 31, eine dreidimensionale Messeinheit 32, eine Abstandsmesseinheit 33, eine Messhaltung-Einstellungseinheit 34, eine Referenzhaltung-Einstellungseinheit 35, eine Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit 36, eine Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit 37, eine Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung 38, eine Anfangseinstellung-Steuerungseinheit 39, eine Werkstückdetektion-Steuerungseinheit 40 und eine Werkstückentnahme-Steuerungseinheit 41.
-
In einem Anfangseinstellungsprozess und einem Werkstückdetektionsprozess, die durch das dreidimensionale Messsystem 1A aus 4 durchgeführt werden, tritt der Roboter 10 in die Sichtfelder der zweidimensionalen Kameras 21 und 22 ein, während die dreidimensionale Messeinheit 32 und die Abstandsmesseinheit 33 die jeweilige Messung durchführen, aber das Verfahren des Anfangseinstellungsprozesses und das des Werkstückdetektionsprozesses sind die gleichen wie jene des dreidimensionalen Messsystems 1 aus 1.
-
Das dreidimensionale Messsystem 1A aus 4 ist in der Lage, die dreidimensionale Form eines Messziels unabhängig von der Greifposition, an der das Messziel von der Hand 11 gegriffen wird, genau zu messen. Daher kann das dreidimensionale Messsystem 1A eine Abweichung der Griffposition, an der das Messziel von der Hand 11 gegriffen wird, korrigieren und den Roboter 10 veranlassen, das Werkstück W in Bezug auf eine Bearbeitungsvorrichtung oder dergleichen genau zu positionieren.
-
Obgleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den vorstehenden Ausführungen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus sind die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Wirkungen die bevorzugten Wirkungen der vorliegenden Erfindung, und die Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die in den Ausführungsformen beschriebenen beschränkt.
-
Das dreidimensionale Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann den Werkstückdetektionsprozess derart durchführen, dass die Position des dreidimensionalen Sensors und die des Messziels, die von der Abstandsmesseinheit gemessen werden, in der gleichen Weise wie in dem Anfangseinstellungsprozess überprüft werden, kann für den Roboter eine Messhaltung einstellen, eine Messhaltung für den Roboter einstellen, in der der Abstand zwischen dem dreidimensionalen Sensor und dem Messziel derart eingestellt ist, dass er gleich dem Referenzabstand ist, und kann die Position und Ausrichtung des Werkstücks auf Grundlage der Ergebnisse der Messung der Position und der Form des Messziels identifizieren, die durch die dreidimensionale Messeinheit in einem Zustand durchgeführt wird, in dem sich der Roboter in der Messhaltung befindet. In diesem Fall ist es vorteilhaft, in einem zweiten und nachfolgenden Schritten der Anfangspositionierung die in dem ersten Schritt der Anfangspositionierung eingestellte Haltung des Roboters automatisch zu reproduzieren.
-
In dem dreidimensionalen Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Referenzhaltung manuell eingestellt werden, ohne dass der Anfangseinstellungsprozess durchgeführt wird, und dann kann der Werkstückdetektionsprozess durchgeführt werden.
-
Darüber hinaus kann in dem dreidimensionalen Messsystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung die Genauigkeit der Ergebnisse der von der dreidimensionalen Messeinheit durchgeführten Messung bestimmen, zum Beispiel auf Grundlage der Anzahl der dreidimensionalen Punkte, die die dreidimensionale Messeinheit erfolgreich gemessen hat, der Anzahl der von der Werkstückerkennung-Steuerungseinheit erkannten Werkstücke, anstelle des Übereinstimmungsgrades oder zusätzlich zu diesem, und kann eine korrigierte Haltung einstellen, wenn festgestellt wird, dass die Ergebnisse der Messung ungenau sind.
-
LISTE VON BEZUGSZEICHEN
-
- 1
- dreidimensionales Messsystem
- 10
- Roboter
- 11
- Hand
- 20
- dreidimensionaler Sensor
- 21, 22
- zweidimensionale Kamera
- 23
- Projektor
- 30
- Steuerung
- 31
- Formspeichereinheit
- 32
- dreidimensionale Messeinheit
- 33
- Abstandsmesseinheit
- 34
- Messhaltung-Einstellungseinheit
- 35
- Referenzhaltung-Einstellungseinheit
- 36
- Übereinstimmungsgrad-Berechnungseinheit
- 37
- Abweichungsbetrag-Berechnungseinheit
- 38
- Einheit zur Einstellung einer korrigierten Haltung
- 39
- Anfangseinstellung-Steuerungseinheit
- 40
- Werkstückdetektion-Steuerungseinheit
- 41
- Werkstückentnahme-Steuerungseinheit
- S
- Referenzfläche
- W
- Werkstück
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
