JP2000512558A - 製品位置決めシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 位置決めヘッド（２，１２，２７）の工作物に対する位置を位置決めするための生産システム用の位置決め方法であって、位置決めボディ（１，１１）例えばロボットまたは機械工具とこの位置決めボディ（１，１１）のための位置決め制御ユニット（３）とおよびこの位置決め制御ユニット（３）のための制御データシステム（４）とを含む位置決め方法において、制御データシステム（４）が、位置決めヘッド（２，１２，２７）の空間内における位置を決定および調節する少なくとも１つの記録装置（７）を含む３次元位置測定システム（６）と連通している位置決め方法、並びに、位置決めヘッド（２，１２，２７）の工作物に対する位置を位置決めするための生産システム用の位置決め装置であって、位置決めボディ（１，１１）例えばロボットまたは機械工具とこの位置決めボディ（１，１１）のための位置決め制御ユニット（３）とおよびこの位置決め制御ユニット（３）のための制御データシステム（４）とを含む位置決め装置において、制御データシステム（４）が、位置決めヘッド（２，１２，２７）の空間内における位置を決定および調節するための少なくとも１つの記録装置（７）を含む３次元位置測定システム（６）と連通するよう構成されている位置決め装置。

Description

【発明の詳細な説明】 製品位置決めシステム 技術分野 本発明は、製造業、計測システム、外科手術等に対する工業ロボット設備等の 制御生産システムに関する。本発明は、また、機械工具に対する制御設備にも関 する。 更に詳細には、本発明は、前記設備制御と協働される電気光学測定システムに 関する。 背景技術 この位置決め方法および位置決め装置に使用される個々の要素は、その殆どが 既に公知であるが、しかしながらこれらは従来この方法のようには組合わされて いなかった。 例えば、従来公知の工業ロボット用の位置決めシステムは、数値制御の機械工 具と同じ方法で制御される。すなわち、位置決め制御ユニットが制御データシス テムから入力データ値を受領し、その上でこの制御ユニットが３次元位置、回転 速度およびその他の動作に関する制御データを、位置決めヘッドを有する位置決 め部材へ伝達するよう構成されている。 この制御は、工作物の位置には全く無関係に行われる。位置決めヘッドの全て の動作および位置は、所定の位置および所定の寸法を有する工作物を予期してい る。従って、工作品の固定および工作品の全部分の位置が、工作工程で達成され る公差を決定する。例えば、温度変化、軸受内摩耗、および工作物と位置決めヘ ッドとの間で最初に決定された位置に関してマイナス要因となるその他のファク タは、調節されなければならない。このことは、従来のシステムにおける１つの すくなからぬ欠点となる。 本発明の目的 本発明の目的は、ロボット或いは上述したようなその他のシステムを、従来技 術の前記欠点を有することのない装置および方法を用いて、３次元視覚システム 、 レーザ追跡システム、干渉計システム等のような電気光学システムを備える種々 の用途に対して制御することにある。本発明の特有の特徴は、工作物に対して位 置決めヘッドを制御することにある。 この制御は、本発明の一部としての、基本的な位置測定システム手段によって 達成されるが、このシステムは、ターゲットポイントに対する空間座標を極めて 精度良く決定できると共に、ターゲットポイントを備えた剛体に連結される別の 機械要素の空間位置をも計算することができる。 本発明における制御データシステムは、位置決めヘッドの実位置と規定位置と の間の変位を決定することにより制御プログラムを更新することができると共に 、この位置決めヘッドを所要に応じて制御することにより前記のような変位を補 正することもできる。 記録装置は、位置決めヘッドおよび工作物の間の関係位置を決定するために設 けられ、そしてこの記録装置は、位置決めヘッドの位置を校正するために、例え ば写真測量法および／または３次元視覚技術を用いることができる。 本発明の別の目的は、下記のような形式のロボット、すなわち、方法に関して はスウェーデン国特許第８５０２３２７−３号公報に規定されそして本発明によ って開示されるような装置を使用する形式のロボットを、制御することにある。 本発明の概要 本発明によれば、位置決めヘッドの工作物に対する位置を位置決めするための 生産システム用の方法および装置であって、位置決めボディ例えばロボットまた は機械工具とこの位置決めボディのための位置決め制御ユニットとおよびこの位 置決め制御ユニットのための制御データシステムとを含む方法および装置におい て、制御データシステムが、位置決めヘッドの空間内における位置を決定および 調節する少なくとも１つの記録装置を含む３次元位置測定システムと連通してい る方法および装置を開示する。 本発明は、また、上記に係る方法および装置であって、記録装置が、更に、空 間内における位置決めヘッドの位置および工作物の位置を同時に記録および決定 することができる方法および装置をも開示する。 図面の簡単な説明 次に、本発明を添付図面を参照しながら更に詳細に説明する。ここで 図１は、本発明に係る製品位置決めシステムを示し、 図２は、ロボットを意図される、本発明に係る製品位置決めシステムを示し、 図３は、図２に係るロボットの斜視図を示す。 本発明の説明 位置決め装置は、位置決めヘッド２を有する位置決めボディ１を含み、このヘ ッドとボディとは、位置決め制御ユニット３を介して、所定の工作容積内におい て任意の位置へ繰返し制御されるよう構成されている。位置決め装置は、更に、 位置決め制御ユニット３と連通する制御データシステム４を含む。制御データシ ステム４と位置決め制御ユニット３との間は、図１に２方向の連通矢印で示すよ うに、送受信の２方向連通が行われる。 位置決めボディ１、位置決めヘッド２、位置決め制御ユニット３および制御デ ータシステム４は、通常のＮＣ機械或いは通常の工業ロボット等の公知の方法で 構成される。 本発明の図１に示す実施例に係る位置決め装置は、また、制御データシステム ４に制御データを直接供給することができるＣＡＤシステム５を有する。制御デ ータシステム４は、入力データとしての制御データを、ここに示すＣＡＤシステ ムとは異なる種々の方法で受領することもできる。 ３次元の位置測定システムが２方向連通の制御データシステム４に接続されて いることは、前記システムが、記録装置内の測定点を記録しそしてその後この記 録データを処理することにより前記点の空間座標を決定できることを意味してい る。位置測定システムは、空間内の測定点の位置を記録し且つ決定するために用 いられる。測定システムは、ターゲット装置−これは、工作物上および／または 位置決めヘッド２の近傍内固定点上に位置されて正確に測定され得なければなら ない−を必要とする。ターゲット装置は、その位置が電気光学装置で決定され得 るものであれば如何なるものであっても良い。ターゲット装置は、例えば、反射 ターゲット面、光ダイオード、プリズム、工具穴、球体等であって良い。このよ うなターゲット装置を介して、位置測定システムが所定の工作空間内におけるタ ーゲット装置の位置の空間座標を記録および計算することにより、この情報が制 御データシステム４に伝達され、次いでこのシステムが位置決め制御ユニット３ と連通され、そして位置決めヘッド２が制御されることができる。 １つまたはそれ以上の記録装置７が、位置測定システム６に接続されていてタ ーゲット装置の空間座標を位置的に決定する。これらの記録装置７は電気光学装 置から構成されることができ、そしてこれらは位置測定システムに直接接続され ていて、空間座標を引続き計算する。このように、記録装置７は、ターゲット装 置の或る所定時間毎の位置を記録することにより前記引続き計算を可能とする。 位置計測システム６或いは制御データシステム４は、また、２つの連続する記録 および位置決定時刻の間の差異を計算することができ、そしてこれにより位置決 め制御ユニット３を介して、位置決めヘッド２を前記差異に対して調節すること ができる。このことは、位置決めヘッド２の位置に対する工作物の位置的変位− 例えば、温度に基因する等の−の全てが、位置決め装置を介して実時間−すなわ ち、工作作業が進行中の時間−に調節されることを意味している。 図１に示す実施例では、物体識別器８が位置決め制御ユニット３に接続されて いて、位置決めヘッド２がこの位置に到達する前に工作物の表面を直接追跡する ことにより、前記表面の位置がずれている場合には、位置決めヘッド２を位置決 め制御ユニット３を介して直接調節するようにする。すなわち、物体識別器８は システム内の補足的な調節手段である。 すなわち、位置測定システム６は、位置決めヘッド２の、工作物またはその他 別の基準座標システムに対する関係位置を決定するための電気光学システムであ る。 位置決め装置は、また、位置決めボディおよび位置決めヘッドにその経路調節 を提供するための、および／または所要位置および観察位置に基づく最新の位置 を直接計算するための制御システムを構成する。 本発明に係る位置決め方法は、下記の工程で説明することができる。 工程１：ターゲット装置を、工作物および／またはこの工作物を固定関係空間 位置に保持する要素に対し固定する。 工程２：これらターゲット装置からの空間座標を或る種の記録装置を用いて決 定する。この装置は、上述したと同じ電気光学装置からか、或いは座標測定機械 、 セオドライト、レーザ追跡器等のような別の測定装置から構成することができる 。 工程３：ターゲット装置を、位置決めされるべきボディおよび／または位置決 めされるべきボディと固定関係のアダプタに対し固定する。ターゲット装置は、 例えばドリル操作のためドリル軸上に或いはドリル軸と固定関係のアダプタ上に 固定することができる。 工程４：ボディ上のターゲット装置−例えば、ドリル軸の端縁部或いは位置決 めされるべきアダプタ等−の間の関係を、外部測定装置によるか或いは上述した 電気光学システムを用い特定ルーチンを介して決定する。 工程５：例えば本実施例における３次元視覚システムのような電気光学装置が 、工程１および工程３に従って固定されたターゲット装置を用いて、或る座標シ ステム内における位置決めヘッド２の空間位置を決定する。しかしながら、別の 装置でも可能である。この座標システムは、工作室に対する座標システム、固定 物に対する座標システム、物体に対する座標システム、すなわち、位置決めシス テムが配置されるべき関係の工作物に対する座標システム、またはその他別の座 標システムであっても良い。 工程６： 操作１：工程５は複数の位置で実施され、そして平均差の形の調節が、位置決 めヘッド２の位置−すなわち、ロボットが“考える”位置−と測定位置との間で 計算される。この調節が、これらの位置−これに限定はされないが−で画定され る工作容積内の位置決めヘッド２の制御に用いられて、空間位置が調節される。 この目的のため、ロボットおよび／または機械制御プログラムが更新されること ができそして調節値がロボットおよび／または機械へ送られることができる。 操作２：位置決めヘッドが、フィードバック・ループ−このループの中で、上 述した電気光学システムが実時間で測定されて位置決めヘッド２を制御する−を 用いて正確な位置へ制御される。 これにより、記録、位置の決定および調節が達成される。すなわち、座標決定 が、空間内の位置決めヘッド２および工作物の位置調節により追随される。 上述した位置測定システム６は、マルチヘッドの干渉計システム−これは、固 定位置に配置されると共に、生産ヘッドすなわち前述した位置決めヘッド２を位 置決めする−であっても良い。 図２に、本発明の特定実施例を示すが、その位置決めボディは、序文で述べた スウェーデン国特許第８５０２３２７−３号公報に記載される形式のロボット１ １から構成されている。その他の位置決め装置および位置決め方法は上述したも のと同一である。図２に示す、ロボット位置決めヘッド１２を有する本発明に係 るロボット１１は、高精度のロボット制御システムを有する。 位置決めボディとして用いられる、図２に示すロボット１１は（図３参照）、 ３つのアクチュエータ２１からなり、そしてその各々は、シリンダ２３内に配置 されるピストン２２形式から形成されている。ピストン２２は、シリンダ２３内 に通常の駆動手段（図示せず）−これは、液圧または空気圧からなり或いはねじ ナット機構または液圧流体から構成されることができる−を介して配置されてい る。各シリンダの端縁部は、接手２４を介し固定スタンドまたはフレーム２５に 固定されている。接手２４−これは、そのシリンダ２３およびピストン２２がフ レーム２５に対し全ての方向へ揺動されることができる−は、ここではカルダン 接手で示されているが、その他適宜形式の自在接手から構成しても良い。各ピス トン２２は、ロボット位置決めヘッド２７に対し同じ接手２６を介して連結され ている。アクチュエータ２１は仮想三角錐の側縁部に沿って配置されており、従 ってピストン２２がそれぞれのシリンダ２３内で変位されると、ロボット位置決 めヘッド２７は所望の位置に設定される−何となれば、ロボット位置決めヘッド ２７の位置はアクチュエータ２１の有効長さで確実に決定されるので−。ロボッ トは、上述した位置決め制御ユニット３−これが、アクチュエータ２１へ信号を 送出してロボット位置決めヘッドを所望の位置へ移動させる−を含む。 アーム２８が、スリーブ２１０とこのスリーブ２１０内に枢支される軸（図示 せず）とから形成され、そしてロボット位置決めヘッド２７からアクチュエータ ２１の間を対称的に延在されている。スリーブ２１０は、ロボット位置決めヘッ ド２７に固定的に結合されると共にスリーブの各端縁部に１つずつ配置される２ つの軸受を含み、この軸受の中に軸が揺動可能に枢支されている。自在接手２１ １が、仮想三角錐の対称軸に沿う領域内においてフレーム２５に対し保持されて いる。自在接手２１１は、中央開口部−その断面は、スリーブ２１０の外径より も幾らか大きい−を有する。スリーブ２１０は、接手の中央開口部内を貫通延在 しそしてフレーム２５および接手２４に対し軸方向に変位され得ると共にフレー ム２５に対し任意の角度で組付けられることができ、すなわち、このスリーブ２ １０は、接手２４内で軸方向に制御されると共に耐回転的に保持されるよう構成 されている。スリーブ２１０は、ロボット位置決めヘッド２７の全動作範囲にお いて常に自在接手２１１の中央開口部内に位置されるような十分な長さを有する 。 スリーブ２１０は旋回モータ（図示せず）を有し、その回転動作が適宜の伝導 部を介し軸に所望の回転動作を提供する。 軸の端縁部は、ロボット位置決めヘッド２７を貫通突出して適宜の操作装置− これは、モータ駆動の把持装置２９から構成することができる−を支持している 。把持装置の把持動作は、操作ロッド−これは、スリーブ２１０内を軸方向回転 可能に走行してスリーブ２１０の他端縁部外へ延在しそして適宜の操作手段に接 続されている−を介して制御されることができる。 アクチュエータ２１の間のアーム２８は、図３では軸およびスリーブからなる ユニットに構成されているが、しかしながらこれは、自在接手２１１内およびロ ボット位置決めヘッド２７内に枢支される軸のみから構成することもできる。ア クチュエータの数は、図示されている３つよりも多くても良い。また、これらは アーム２８周りに対称的に配置される必要もない。更に、軸はスリーブ２１０内 に移動可能に配置しても良い。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月４日（１９９８．６．４） 【補正内容】 補正・請求の範囲 １．位置決めヘッド（２，１２，２７）の工作物に対する位置を位置決めする ための生産システム用の位置決め方法であって、位置決めボディ（１，１１）例 えばロボットまたは機械工具とこの位置決めボディ（１，１１）のための位置決 め制御ユニット（３）とおよびこの位置決め制御ユニット（３）のための制御デ ータシステム（４）とを含み、そして、制御データシステム（４）が、位置決め ヘッド（２，１２，２７）の空間内における位置を決定および調節する少なくと も１つの記録装置（７）を含む３次元位置測定システム（６）と連通する位置決 め方法において、 記録装置（７）が、工作物であって、この工作物および／またはこの工作物に 固定且つ安定関係を有する物体と位置決めヘッドおよび／またはこの位置決めヘ ッドに既知の関係を有する装置との双方の上に位置されて正確に測定されること ができるターゲット装置を備えた工作物、に対する位置決めヘッド（２，１２， ２７）の空間位置を記録および決定することを特徴とする位置決め方法。 ２．位置決めヘッド（２，１２，２７）の工作物に対する位置を位置決めする ための生産システム用の位置決め装置であって、位置決めボディ（１，１１）例 えばロボットまたは機械工具とこの位置決めボディ（１，１１）のための位置決 め制御ユニット（３）とおよびこの位置決め制御ユニット（３）のための制御デ ータシステム（４）とを含み、そして、制御データシステム（４）が、位置決め ヘッド（２，１２，２７）の空間内における位置を決定および調節するための少 なくとも１つの記録装置（７）を含む３次元位置測定システム（６）と連通する よう構成される位置決め装置において、 記録装置（７）が、工作物であって、この工作物および／またはこの工作物に 固定且つ安定関係を有する物体と位置決めヘッドおよび／またはこの位置決めヘ ッドに既知の関係を有する装置との双方の上に位置されて正確に測定されること ができるターゲット装置を備えた工作物、に対する位置決めヘッド（２，１２， ２７）の空間位置を記録および決定するよう構成されることを特徴とする位置決 め装置。 ３．記録装置（７）は、電気光学記録装置、例えば３次元視覚システムまたは レーザ追跡器からなることを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。 ４．記録装置（７）は、マルチヘッドの干渉計システムからなることを特徴と する請求項３記載の位置決め装置。 ５．１つまたはそれ以上の電気光学記録装置（７）が位置決めボディ（１，１ １）の近傍に配置されて、位置測定システム（６）が、空間内における位置決め ボディ（１，１１）および工作物の位置を、三角測量を介し記録可能とされるこ とを特徴とする請求項３記載の位置決め装置。 ６．物体識別器（８）が位置決め制御ユニット（３）に接続されることを特徴 とする請求項１乃至５のいずれかに記載の位置決め装置。 ７．記録装置（７）が、空間内における位置決めヘッド（２，１２，２７）お よび工作物の位置を同時に記録するよう構成されることを特徴とする請求項１乃 至６のいずれかに記載の位置決め装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ 【要約の続き】 決定および調節するための少なくとも１つの記録装置 （７）を含む３次元位置測定システム（６）と連通する よう構成されている位置決め装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．位置決めヘッド（２，１２，２７）の工作物に対する位置を位置決めする ための生産システム用の位置決め方法であって、位置決めボディ（１，１１）例 えばロボットまたは機械工具とこの位置決めボディ（１，１１）のための位置決 め制御ユニット（３）とおよびこの位置決め制御ユニット（３）のための制御デ ータシステム（４）とを含む位置決め方法において、 制御データシステム（４）が、位置決めヘッド（２，１２，２７）の空間内に おける位置を決定および調節する少なくとも１つの記録装置（７）を含む３次元 位置測定システム（６）と連通することを特徴とする位置決め方法。 ２．記録装置（７）が、空間内における位置決めヘッド（２，１２，２７）の 位置および工作物の位置を同時に記録および決定することを特徴とする請求項１ 記載の位置決め方法。 ３．位置決めヘッド（２，１２，２７）の工作物に対する位置を位置決めする ための生産システム用の位置決め装置であって、位置決めボディ（１，１１）例 えばロボットまたは機械工具とこの位置決めボディ（１，１１）のための位置決 め制御ユニット（３）とおよびこの位置決め制御ユニット（３）のための制御デ ータシステム（４）とを含む位置決め装置において、 制御データシステム（４）が、位置決めヘッド（２，１２，２７）の空間内に おける位置を決定および調節するための少なくとも１つの記録装置（７）を含む ３次元位置測定システム（６）と連通するよう構成されることを特徴とする位置 決め装置。 ４．記録装置（７）が、空間内における位置決めヘッド（２，１２，２７）の 位置および工作物の位置を同時に記録および決定するよう構成されることを特徴 とする請求項３記載の位置決め装置。 ５．記録装置（７）は、電気光学記録装置、例えば３次元視覚システムまたは レーザ追跡器からなることを特徴とする請求項４記載の位置決め装置。 ６．記録装置（７）は、マルチヘッドの干渉計システムからなることを特徴と する請求項５記載の位置決め装置。 ７．２つの電気光学記録装置（７）が位置決めボディ（１，１１）の近傍に配 置されて、位置測定システム（６）が、空間内における位置決めボディ（１，１ １）および工作物の位置を、三角測量を介し記録可能とされることを特徴とする 請求項５記載の位置決め装置。 ８．物体識別器（８）が位置決め制御ユニット（３）に接続されることを特徴 とする請求項１乃至７のいずれかに記載の位置決め装置。 ９．記録装置（７）が、位置決めボディ（１，１１）の近傍に配置され、そし て空間内における位置決めヘッド（２，１２，２７）および工作物の位置を同時 に記録するよう構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の 位置決め装置。 １０．位置決めボディ（１，１１）は、長手方向へ伸長または縮短され得る少 なくとも３つのアクチュエータ（２１）を含むロボット（１１）からなり、そし て、各アクチュエータ（２１）の一方の端縁部は第一の接手（２４）を介し固定 フレーム（２５）に固定されていて各アクチュエータ（２１）がフレーム（２５ ）に対し全方向へ旋回可能であると共に、各アクチュエータ（２１）の他方の端 縁部は第二の接手（２６）を介し可動位置決めヘッド（２，１２，２７）に固定 されており、そして更に、位置決めヘッド（２，１２，２７）から突出される中 間アーム（２８）がアクチュエータ（２１）の間に配置され、フレーム（２５） は、アーム（２８）の断面よりも僅かに大きな断面の貫通中央開口部を有する自 在接手（２１１）を備え、そしてアーム（２８）が自在接手（２１１）の中央穴 部を貫通延在することにより、このアーム（２８）が半径方向へ制御されて軸方 向に配置されると共にフレーム（２５）に対し異なる角度でセットされることが できることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の位置決め装置。