JP2001088073A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像手段を用いて検査対象物の外観を検査す
る構成において、検査対象物の位置及び姿勢が任意の場
合であっても検査対象物を高速で確実に検査することが
できるようにする。 【解決手段】 教示時において、ロボット１３のロボッ
ト先端１３ａの位置及び姿勢を教示すると、ロボットコ
ントローラ１４は、ロボット先端１３ａが教示点を通過
すると共に教示姿勢となるように動作点を補正する。検
査時においては、ロボットコントローラ１４は、位置補
正用カメラ１５によりコンベヤ１２により搬送されたワ
ーク１８の位置及び姿勢を予め検出し、その検出結果に
基づいて補正動作点の座標を変換する。そして、座標変
換した動作点を通過するようにロボット１３を制御し、
ロボット先端１３ａが教示点に位置したタイミングでシ
ャッタカメラ１６を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像手段を用いて
検査対象物の外観を検査する外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、治具上に位置決めされた立体
的なワークの外観を高速で検査するために、ロボット先
端にカメラを装着し、ロボットを停止させることなく高
速で検査する各種手法が提案されており、その手法の一
例としてＣＰ（continuous path ）制御が提案されてい
る。このＣＰ制御とは、所定の検査点間に補間用の動作
点を設定し、ロボット先端が検査点を含む動作点を通過
するように制御することによりロボット先端が検査点間
を略直線的に動作する方式である。従って、ロボット先
端は各動作点を通過すると共に動作点に位置したタイミ
ングで所定の姿勢となるように制御されるので、ロボッ
ト先端に装着されたカメラが所定の検査点に位置したタ
イミングでワークを撮像することにより画像処理装置で
ワークの外観を検査することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
外観検査装置では、ワークを撮像するためのカメラの位
置及び姿勢が検査点で固定されているので、ワークを治
具により所定位置に位置決めする必要があり、治具のコ
ストが高いと共に、治具を所定位置にセットするための
搬送コストも必要となる。

【０００４】この場合、外観検査装置のコストを低減す
るには、例えばコンベア上にワークを位置決めしない任
意の状態で投入し、その任意の姿勢で投入されたワーク
をカメラで撮像し、そのワークの位置及び姿勢を画像処
理装置により検出することにより、ロボット先端に装着
したカメラの動作経路をワークの位置及び姿勢に応じて
補正することによりワークを検査することが考えられ
る。

【０００５】しかしながら、上述したＣＰ制御では、検
査点間にも動作点を自動設定し、その動作点においてカ
メラの姿勢も同時に制御する方式であるので、ロボット
先端を所定の位置及び姿勢で与えられた動作経路を所定
速度で動作させようとすると、ロボット先端が特異点近
傍を通過することがある。この特異点とは、ロボットの
特定の軸を高速で動かさなければならずアクチュエータ
の性能上の制限となるポイントのことで、ロボット先端
の軌跡が設定された動作経路から変わってしまったり、
ロボット先端の速度が低下してしまったり、さらにはロ
ボットを停止させたりしなければならない事態を生じ
る。

【０００６】図７は２軸ロボットの動作例を示してお
り、各実線が軸（マニピュレータ）を示している。この
図７において、軸１の先端に軸２が設けられ、その軸２
の先端がロボット先端に設定されている。このロボット
先端が動作点Ａから動作点Ｂへ直線動作させたときに動
作点Ｃ（特異点）においてある軸を高速で回転させなけ
ればならず、正常に動作できなくなる。

【０００７】ところで、ワークを複数の検査点において
高速で外観検査する場合は、検査したい検査点をロボッ
ト先端が予め教示した教示位置及び教示姿勢で通過すれ
ばよく、検査点間の経路は問題ではない。従って、任意
の経路を通過しながらロボットを停止させずに高速検査
を実現するためには、ロボットをマニピュレータの各軸
レベルに対する制御を用いて動作させるＰＴＰ（point
to point）制御方式を用いるのが望ましい。

【０００８】図８はＰＴＰ制御による２軸ロボットの動
作例を図７に示すＣＰ制御と対比して示している。この
図８に示すようにロボット先端を動作点Ａから動作点Ｂ
まで動作させたときは、ロボット先端の軌跡は直線には
ならないものの、各軸は滑らかな速度変化で動作するの
で、動作可能である。

【０００９】しかしながら、ＰＴＰ制御であっても、ロ
ボットを連続動作させる際に問題となるのは、ロボット
先端が予め教示した検査点を通過しないことである。つ
まり、ロボットを連続動作させるためには、ある動作の
減速と次の動作の加速とをオーバラップさせることによ
り動作時間の短縮を実現している。具体的には、図９に
示すようにＡ，Ｂ，Ｃを動作点として設定した場合、同
図に示すように動作点Ｂで静止させるのではなく、図１
０に示すように動作点Ｂでは減速と加速とを同時に実行
しているので、Ａ→Ｂ→Ｃの連続動作の軌跡は、実線で
示すようにＢ点を通過しない。これをワーク全体の検査
のためにロボット動作経路として表すと、図１１に示す
ようになり、検査時の検査点（実線で示す）が教示時の
検査点（破線で示す）と異なってしまうことになり、カ
メラによりワーク３を正しく撮像することができない。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、撮像手段を用いて検査対象物の外観を
検査する構成において、検査対象物の位置及び姿勢が任
意の場合であっても検査対象物を高速で確実に検査する
ことができる外観検査装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、検査対象物を撮像手段により検査するのに先立っ
て、位置補正用撮像手段により検査対象物を定位置で撮
像する。すると、動作点変換手段は、位置補正用撮像手
段が撮像した検査対象物の位置及び姿勢に基づいて予め
教示された動作点の座標を変換する。これにより、検査
対象物の位置及び姿勢が教示時と検査時とにおいて異な
るにしても、検査対象物に設定された各座標系において
はロボット先端は同一の動作点を通過すると共に当該動
作点の通過時に同一の姿勢となる。

【００１２】ここで、制御手段は、ロボット先端が動作
点座標変換手段により座標変換された動作点を通過する
ように制御するので、画像処理手段は、ロボット先端が
動作点を通過したタイミングで撮像手段により検査対象
物を撮像することにより当該検査対象物を教示時と同一
の検査条件で検査することができる。

【００１３】請求項２の発明によれば、ロボット先端の
位置及び姿勢を教示すると、動作点補正手段は、ロボッ
トを連続動作させた際にロボット先端が予め教示された
教示位置及び教示姿勢となるようにロボット先端の動作
点を補正する。

【００１４】この場合、動作点変換手段は、位置補正用
撮像手段が撮像した検査対象物の位置及び姿勢に基づい
て動作点補正手段により補正された補正動作点の座標を
変換するので、制御手段によりロボット先端を教示位置
及び教示姿勢に確実に制御することができる。

【００１５】請求項３の発明によれば、動作点座標変換
手段により動作点の位置を変換した結果、動作点を動作
順に接続する軌跡がロボット先端の動作不可範囲を含む
ようになった場合は、動作点順序変更手段は、ロボット
先端が通過する動作点の順序を動作不可範囲を含まない
ように変更するので、撮像手段により検査対象物を確実
に撮像して検査することができる。

【００１６】請求項４の発明によれば、搬送手段により
搬送された検査対象物を位置補正用撮像手段及び撮像手
段が順に撮像することにより、検査対象物を効率よく検
査することができる。

【００１７】請求項５の発明によれば、撮像手段は位置
補正用撮像手段を兼用しているので、位置補正用撮像手
段を省略することができ、コストを低減することができ
る。

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
1乃至図６を参照して説明する。図２は全体構成を概略
的に示している。この図２において、外観検査装置１１
は、コンベヤ１２、ロボット１３、ロボットコントロー
ラ１４、位置補正用カメラ１５、シャッタカメラ（撮像
手段に相当）１６及び画像処理装置（画像処理手段に相
当）１７から構成されている。

【００１８】コンベヤ１２は載置されたワーク（検査対
象物に相当）１８を搬送する。このコンベヤ１２に沿っ
た位置に第１，第２の固定部材１９，２０が立設されて
おり、第１の固定部材１９に位置補正用カメラ（位置補
正用撮像手段に相当）１５が設置されている。この位置
補正用カメラ１５は、コンベヤ１２により搬送されるワ
ーク１８を上方から撮像するようになっている。

【００１９】第２の固定部材２０にはロボット１３が下
向きに装着されてコンベヤ１２の上方に位置している。
このロボット１３は複数軸のマニピュレータ２１を有し
て構成されており、ロボットコントローラ１４によりマ
ニピュレータ２１を動作させることによりロボット先端
１３ａの位置及び姿勢を制御するようになっている。ロ
ボット先端１３ａにはシャッタカメラ１６が装着されて
おり、このシャッタカメラ１６によりコンベヤ１２で搬
送されるワーク１８を撮像するようになっている。この
場合、ロボット先端１３ａを制御することによりシャッ
タカメラ１６の位置及び姿勢を制御することができる。

【００２０】ロボットコントローラ１４は、予め教示さ
れた教示位置及び教示姿勢となるようにロボット先端１
３ａをＰＴＰ制御により制御するようになっている。そ
して、画像処理装置１７は、シャッタカメラ１６及び位
置補正用カメラ１５からの画像信号を処理する。

【００２１】図１は全体の電気的構成を概略的に示して
いる。この図１において、ロボット１３は、サーボモー
タ２２によりマニピュレータ２１を駆動すると共に、そ
のマニピュレータ２１の位置をエンコーダ２３により検
出するようになっている。

【００２２】ロボットコントローラ１４は、主制御部
（制御手段に相当）２４、教示点記憶部２５、動作点補
正部（動作点補正手段に相当）２６、補正動作点記憶部
２７、動作点座標変換部（動作点座標変換手段に相当）
２８及び動作点順序変更部（動作点順序変更手段に相
当）２９から構成されている。

【００２３】教示点記憶部２５は、図示しないティーチ
ペンダントにより教示された教示点におけるロボット先
端１３ａの位置及び姿勢を順に記憶する。動作点補正部
２６は、教示点における位置及び姿勢に基づいてロボッ
ト１３を連続動作した際のロボット先端１３ａの位置及
び姿勢をシミュレーションし、そのシミュレーション結
果に基づいてロボット先端１３ａが教示位置及び教示姿
勢となるように動作点の位置を補正する。補正動作点記
憶部２７は、動作点補正部２６により補正された補正動
作点を記憶する。

【００２４】動作点座標変換部２８は、補正動作点記憶
部２７に記憶された動作点の位置及び姿勢を位置補正用
カメラ１５により撮像されたワーク１８の位置及び姿勢
に基づいて新座標に変換する。

【００２５】動作点順序変更部２９は、ロボット先端１
３ａが動作点を動作順に接続した軌跡にロボット先端１
３ａの動作不可範囲が含まれていたときは、動作不可範
囲が含まないように動作点の動作順を変更する。

【００２６】そして、主制御部２４は、動作点順序変更
部２９により変換された動作点の動作順に、ロボット先
端１３ａが動作点座標変換部２８により変換された位置
及び姿勢となるようにロボット１３を制御する。

【００２７】一方、画像処理装置１７は、位置補正用カ
メラ１５による撮像に基づいてワーク１８の位置及び姿
勢を判断すると共に、シャッタカメラ１６による撮像に
基づいてワーク１８の外観を検査する。この場合、位置
補正用カメラ１５による撮像タイミング及びシャッタカ
メラ１６による撮像タイミングは図示しないセンサの検
出結果に基づいて判断するようになっている。

【００２８】次に上記構成の作用について説明する。図
３はロボットコントローラ１４の動作を示している。こ
の図３において、ロボットコントローラ１４は、ティー
チングモードを実行してから検査モードを実行するよう
になっている。

【００２９】ティーチングモードにおいて、コンベヤ１
２上に投入されたワーク１８がコンベヤ１２により所定
位置に搬送されると、その所定位置でワーク１８が停止
するので、その停止状態でティーチペンダントにより所
望の検査点におけるロボット先端１３ａ（シャッタカメ
ラ１６）の位置及び姿勢をロボットコントローラ１４に
教示する。すると、ロボットコントローラ１４は、教示
された検査点におけるロボット先端１３ａの位置及び姿
勢を順に教示点記憶部２５に記憶する（Ｓ１０１）。

【００３０】続いて、ロボットコントローラ１４は、テ
ィーチペンダントにより所望の検査点におけるロボット
先端１３ａの位置及び姿勢の教示が終了したときは、教
示点記憶部２５に記憶された位置及び姿勢に基づいてロ
ボット先端１３ａを連続動作させた際の動作をシミュレ
ーションする（Ｓ１０２）。このシミュレーションとし
ては、ロボット先端１３ａをマニピュレータ２１の各軸
レベルに対する制御を用いて動作させるＰＴＰ（point
to point）制御方式を用いて実行する。

【００３１】ここで、ロボットコントローラ１４は、教
示された各検査点をロボット先端１３ａが連続動作する
際の通過点を求め、それらのずれ量を算出する。ここ
で、ずれ量とは、ロボット先端１３ａの位置のずれ量と
共に姿勢のずれ量も含める。

【００３２】具体的には、図４に示す○印の位置をティ
ーチングにより教示された検査点とすると、シャッタカ
メラ１６は○印の位置において所定の姿勢でワーク１８
を撮像する必要がある。この○印の位置を動作点として
ロボット先端１３ａを連続動作させた際のロボット先端
１３ａの動作軌跡をシミュレーションすると、図中に一
点鎖線で示すようになり、検査点を通過せず検査点の近
傍の＋印を通過することになる。これは、課題を解決す
るための手段で説明したように、ロボット１３が連続動
作する際は、ある動作の減速と次の動作の加速とをオー
バラップさせることにより動作時間の短縮を実現してい
るからである。

【００３３】ここで、ロボットコントローラ１４は、○
印と＋印とのずれ量を算出し（Ｓ１０３）、このずれ量
分だけ動作点の位置をずれ方向と反対側にずらすことに
より補正するようにしている（Ｓ１０４）。これによ
り、動作点が△印の位置にずれ、それだけロボット１３
が連続動作する位置がずれてロボット先端１３ａの動作
軌跡は一点鎖線から二点鎖線に示すように移動するの
で、ロボット先端１３ａは○印を通過するようになる。
この場合、１つの動作点に着目したときは動作点と教示
点とのずれ量に基づいて動作点を補正することができる
ものの、前後の動作点も補正によりずれてしまうので、
ロボットコントローラ１４は、通過点と検査点との距離
が所定値ε以内でなかったときは（Ｓ１０３：ＮＯ）、
シミュレーション動作を再度実行し、通過点と検査点と
の距離が所定値ε以内となるまで実行する。

【００３４】そして、ロボットコントローラ１４は、シ
ミュレーションにより得られた全ての通過点と対応する
検査点との距離が所定値ε以内となったときは（Ｓ１０
３：ＹＥＳ）、動作点に対する補正は終了したと判断し
て補正動作点を補正動作点記憶部２７に記憶する（Ｓ１
０５）。

【００３５】さて、上述のようにしてティーチングモー
ドにおいて全ての検査点の補正が終了したときは、コン
ベヤ１２にワーク１８を任意の位置及び姿勢（但し、コ
ンベヤ１２に接する底面部は同一）で投入する。これに
より、ワーク１８はコンベヤ１２により搬送される。

【００３６】このとき、ワーク１８はコンベヤ１２上に
任意の位置及び姿勢で投入されており、ワーク１８の位
置及び姿勢は検査点を教示したティーチングの際と異な
っているので、ロボットコントローラ１４は、ワーク１
８が所定位置に位置したところで位置補正用カメラ１５
を駆動することによりワーク１８の位置及び姿勢を計測
する（Ｓ１０６）。

【００３７】このようにして検出したワーク１８の位置
及び姿勢に基づいて、ロボットコントローラ１４は、テ
ィーチング時に生成した動作点を座標変換する（Ｓ１０
７）。つまり、ティーチング時におけるワーク１８の位
置及び姿勢に基づく座標系を検査時におけるワーク１８
の位置及び姿勢に基づく座標系に変換することにより教
示時及び検査時の各座標系におけるロボット先端１３ａ
の位置及び姿勢を一致させるのである。

【００３８】そして、コンベヤ１２により搬送されたワ
ーク１８が所定の検査位置で停止したところで、ロボッ
トコントローラ１４は、座標変換した動作点を通過する
ようにロボット先端１３ａをＰＴＰ制御方式により制御
する（Ｓ１０９）。これにより、ティーチング時と同一
の検査条件でワーク１８を検査することができる。

【００３９】ところで、このように検査時において動作
点を座標変換することによりロボット先端１３ａはワー
ク１８に対してティーチング時と同一の検査点を通過す
ることができるものの、ロボット先端１３ａの動作範囲
によっては教示時の検査順序のままでは動作できない場
合がある。つまり、各マニピュレータ２１は固有の回転
可能角度を有していることから、ロボット先端１３ａの
回転可能角度は、各マニピュレータ２１の回転の合成と
なり、ロボット先端１３ａが動作できない動作不可範囲
が存在する。このため、動作点の順序によっては、動作
点を接続した軌跡がロボット先端１３ａの動作不可範囲
に位置する場合はロボット先端１３ａを動作できなくな
るからである。

【００４０】図５はティーチング時におけるワーク１８
に対する検査点を示している。この図５において、シャ
ッタカメラ１６をワーク１８に向けた状態でのロボット
先端１３ａの動作可能範囲はαからβであるので、ロボ
ットコントローラ１４は、検査順序の検査点をＡ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈに設定している。

【００４１】さて、検査時にワーク１８が図６に示す姿
勢で位置したとすると、検査点Ａ〜Ｈはワーク１８に対
して図示に示す位置となる。つまり、ワーク１８の座標
は、教示時から回転していることになる。この場合、ロ
ボット先端１３ａの動作不可範囲はティーチング時と同
一であることから、検査点Ｅ→Ｆの移動軌跡が動作不可
範囲に位置し、ロボット先端１３ａは検査点Ｅ→Ｆ間を
移動することはできない。

【００４２】そこで、ロボットコントローラ１４は、検
査順序の検査点の移動軌跡がαからβの範囲となるよう
に変更する（Ｓ１０８）。つまり、検査順序を、Ｆ→Ｇ
→Ｈ→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅと変更して検査を実行するの
である。これにより、ロボット先端１３ａが動作不可範
囲を移動することはなくなるので、ロボット先端１３ａ
は検査点を順に移動することができる。

【００４３】このような実施の形態によれば、位置補正
用カメラ１５によりワーク１８の位置及び姿勢を検出
し、ティーチングにより設定した検査点の教示位置及び
教示姿勢を検査時のワーク１８の位置及び姿勢に基づい
て補正するようにしたので、検査時にティーチング時と
同一の検査条件でワーク１８を検査できる。従って、ロ
ボットがワークに対する検査点を通過しない従来例のも
のと比較して、ロボット先端１３ａは検査点を通過する
ことができるので、ワーク１８を確実に検査することが
できる。

【００４４】この場合、位置補正した動作点を接続した
軌跡がロボット先端１３ａの動作不可範囲を含む場合
は、動作点の動作順序を変更するようにしたので、ロボ
ット先端１３ａを確実に動作させることができる。ま
た、コンベヤ１２によりワーク１８を搬送するようにし
たので、ワーク１８の搬送を自動化することができ、搬
送コストを大幅に低減することができる。

【００４５】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、次のように変形または拡張できる。コンベ
ヤ１２に投入されたワーク１８の位置及び姿勢を検出す
る位置補正用撮像手段として、ロボット先端１３ａに装
着されたシャッタカメラ１６自身を用いるようにしても
よい。この場合、ワーク１８の位置及び姿勢を検出する
際はシャッタカメラ１６を定位置に保持する必要があ
る。ロボットとしてスカラロボットを用いるようにして
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における電気的構成を示
すブロック図

【図２】全体の斜視図

【図３】ロボットコントローラの動作を示すフローチャ
ート

【図４】ロボット先端の補正動作位置を示す図

【図５】教示時におけるロボット先端の位置及び姿勢を
示す図

【図６】検査時におけるロボット先端の位置及び姿勢を
示す図

【図７】従来例におけるＣＰ制御によるロボット先端の
位置及び姿勢の変化を示す図

【図８】ＰＴＰ制御によるロボット先端の位置及び姿勢
の変化を示す図

【図９】動作点でロボットを停止した場合におけるロボ
ット速度の変化を示す図

【図１０】動作点をロボットを停止させない場合におけ
るロボット速度の変化を示す図

【図１１】教示時と検査時におけるロボット先端の位置
及び姿勢を示す図

【符号の説明】

１１は外観検査装置、１２はコンベヤ（搬送手段）、１
３はロボット、１３ａはロボット先端、１４はロボット
コントローラ、１５は位置補正用カメラ（位置補正用撮
像手段）、１６はシャッタカメラ（撮像手段）、１７は
画像処理装置（画像処理手段）、１８はワーク（検査対
象物）、２４は主制御部（制御手段）、２６は動作点補
正部（動作点補正手段）、２８は動作点座標変換部（動
作点座標変換手段）、２９は動作点順序変更部（動作点
順序変更手段）である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットと、 このロボット先端に設けられた撮像手段と、 検査対象物を前記撮像手段に先立って定位置で撮像する
   位置補正用撮像手段と、 この位置補正用撮像手段が撮像した前記検査対象物の位
   置及び姿勢に基づいて予め教示された動作点の座標を変
   換する動作点座標変換手段と、 前記ロボット先端が前記動作点座標変換手段により座標
   変換された動作点を通過するように制御する制御手段
   と、 前記ロボット先端が動作点を通過したタイミングで前記
   撮像手段により前記検査対象物を撮像することにより当
   該検査対象物を検査する画像処理手段とを備えたことを
   特徴とする外観検査装置。
2. 【請求項２】 前記ロボットを連続動作させた際に前記
   ロボット先端が予め教示された教示位置及び教示姿勢と
   なるように前記ロボット先端の動作点を補正する動作点
   補正手段を備え、 前記動作点座標変換手段は、前記位置補正用撮像手段が
   撮像した前記検査対象物の位置及び姿勢に基づいて前記
   動作点補正手段により補正された補正動作点の座標を変
   換することを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
3. 【請求項３】 前記動作点座標変換手段により変換され
   た動作点を動作順に接続する軌跡が前記ロボット先端の
   動作不可範囲を含む場合は、前記ロボット先端の動作不
   可範囲を含まないように動作点の動作順を変更する動作
   点順序変更手段を備えたことを特徴とする請求項１また
   は２記載の外観検査装置。
4. 【請求項４】 前記検査対象物を搬送する搬送手段を設
   け、 前記位置補正用撮像手段及び前記撮像手段は前記搬送手
   段に沿って順に設けられていることを特徴とする請求項
   １乃至３の何れかに記載の外観検査装置。
5. 【請求項５】 前記撮像手段は、前記位置補正用撮像手
   段を兼用していることを特徴とする請求項１乃至３の何
   れかに記載の外観検査装置。