JP2001515236A - ロボット検査システムを較正するための方法 - Google Patents

ロボット検査システムを較正するための方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は全般、産業用ロボット（ロボット）及び座標測定機（ＣＭＭ）と同様に測定を行うためにロボットのフランジ（２４）に取付られた測定装置の使用に関連する。詳細には、本発明は較正技術を用いて、産業用ロボットの位置決め精度及び経時の再現性を最大限にするとともに、ロボットＣＭＭシステムの工具中心点（ＴＣＰ）と対応する測定装置（２２）（例えば、３Ｄ座標において表すことができる出力を与えるカメラ（３６）、レーザ（３４）及び他の装置）の座標系を正確に位置付けることに関連する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連特許の相互参照 本特許出願は、１９９７年９月４日出願の仮特許出願第６０／０５７，５０５
号及び１９９８年６月６日出願の仮特許出願第６０／０８８，３４４号に基づく
ものである。
【０００２】 発明の背景 本発明は全般にロボットの較正に関し、より詳細にはロボット系測定システム
の絶対精度及び再現性を最大限するためにロボットの較正を行うことに関する。
【０００３】 関連技術の説明 測定／部品検査技術の全分野の中には、座標測定機（ＣＣＭ）として知られる
装置に関連する技術が含まれる。物体を高精度に測定したいと考えるあらゆる業
種の製造御者は典型的には、そのような作業を確実に行うために座標測定機を使
用している。典型的な座標測定機は、大量に機械加工された表面上に取付られた
接触プローブを備える三次元機械からなる。一般に座標測定機はさらに、接触プ
ローブが物体の表面に接触する（一般に測定位置の「手動」指示と呼ばれる）ま
でプローブを移動するために用いることができるコントローラも備える。測定作
業を実行中に、コントローラは、測定される物体上の複数の場所において接触プ
ローブの位置を表示し、かつ記録する。
【０００４】 最近では、座標測定機技術に固有の測定プロセスに費用がかかり、速度に関し
て制約があるため、エンドユーザは、大量の物体をより高速に測定して測定デー
タを収集するために、より安価で、高速動作する産業用ロボットを用いて測定装
置を運用ことを検討し始めている。さらに、産業用ロボットが大量生産されると
う事実により、そのような「ロボット検査システム」は、従来の座標測定機技術
より低い精度しか必要としない応用例に用いる際に、従来の座標測定機技術より
、測定される物体当たり非常に低いコストで測定データを収集する機会を確実に
提供することができる。
【０００５】 ロボット検査システムの不可欠な要素は、対象となる特徴（例えば孔、端部、
表面等）が測定装置自体の視野或いは範囲内にある場所に測定機を位置付けるた
めにロボットを使用することである。典型的には、ロボット検査システムは、ロ
ボットにより搬送される三次元センサを使用する。そのような三次元センサは、
限定はしないが、カメラ、レーザ、カメラとレーザとの組み合わせ等を含む種々
の測定技術を使用することができる。しかしながら表面検査のような応用例では
、ロボット検査システムは、３次元より少ない次元で測定値を与える装置を使用
することもできる。そのような既存の測定装置の一例は、物体の二次元測定用の
パーセプトロン形状センサ（Perceptron Contour Sensor）の使用である。パー セプトロン形状センサは、ハウジング内に互いに対してある角度をなして位置付
けられるセンサ及び照明源を備える。照明源は、典型的にはレーザ光源であり、
プリズム或いは他の手段により、その光源に直角をなすレーザの平面を生成する
。その光源からの光の平面は、物体の表面に一本の線を作り出す。センサは、典
型的には電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラであり、レーザ光源により生成され
た光の平面に対してある角度をなして物体の表面を視認する。その際光学フィル
タを利用して、ＣＣＤカメラはレーザにより生成された特定の波長を検出する。
カメラがレーザに対してある角度をなして物体の表面を視認しているため、物体
の表面形状に応じて、線が形成され、それがカメラにより測定される。またこれ
らのレーザ及びカメラシステムを利用して、表面の形状や、或いは乗物の構成要
素のような２つの物体間の隙間を測定する。
【０００６】 ロボット検査システムにより用いられる測定装置の種類に関係なく、測定作業
を実行しようとする際にロボットを用いることの主な利点は、（１）産業用ロボ
ットが大量生産される、（２）従って製造時の測定量当たりのコストを潜在的に
低くすることができる、（３）そのシステムが典型的には「非接触」の測定装置
を含む、（４）作業者が、座標測定機により典型的に与えられる３つの自由度で
はなく、６つの自由度を用いて測定装置を位置付けることができる、（５）測定
位置間の移動が非常に高速になる、（６）最新の産業用ロボットが、０．１００
ｍｍより高い位置決め再現性を繰返し達成するという点である。
【０００７】 ロボット検査システムを用いる場合の主な問題点は、産業用ロボットは特定の
条件の組み合わせにおいて「再現可能に」なるように設計かつ製造されるが、産
業用ロボットは典型的には、異なる条件の組み合わせに渡って、「絶対精度」を
達成するように製造されておらず、また一定の再現性をもたらすように設計され
ていないことである。再現性は、ある特定のロボットプログラムを何度も実行す
る際に、繰返し同じ位置に位置決めするロボットの能力と定義される。それに対
して、絶対精度は、例えば三次元空間の要求された座標を用いて、所望の空間位
置を達成するロボットの能力と定義される。これまでロボット製造メーカは、た
とえ、そのロボットの種類の「公称」寸法を用いてコントローラが計算したその
位置に対する値／座標に基づいて、ロボットコントローラにより値／座標がその
位置に割り当てられたとしても、各ロボットプログラムがロボットを空間内の所
望の位置に移動する作業者により最初に教えられた通りに、ロボット再現性を改
善し、単にそれを記録することに重点を置いてきた。
【０００８】 ロボットの位置を用いて、測定された物体についての特徴（すなわち孔、端部
、表面）の場所を特定するロボット検査システムのような応用例では、エンドユ
ーザはロボット位置の絶対精度と再現性とを求める。ロボット構成要素の製造及
び組立の公差、重力に起因する歪み及び実際のロボットとロボットコントローラ
が三次元空間内の位置を計算するために用いる「公称の」ロボットとの間に生じ
る他の変動のような要因により、産業用ロボットは、実際には所望の位置とは異
なる位置すなわち三次元空間に（１０００，１０００，１０００の位置ではなく
９９８．１３５，１００２．７２３，９９９．０５２の位置）に位置付けられる
。これらの「絶対精度」に関する課題により、現在、ロボット検査システムを使
用することは、周囲温度のような環境条件が変化しないものと仮定する場合、「
プロセス変動」（特定の測定された物体とその公称寸法との間の大きさの変動を
識別できる座標測定機能力ではなく、測定された物体の寸法の現在の傾向の識別
）に制限されている。周囲温度が変化する場合、「プロセス変動」の課題が実際
の応用例において軽減されている場合であっても。例えばロボット構成要素の大
きさが、その構成要素を形成する材料の熱係数に従って変化するであろう。
【０００９】 ロボット検査システム応用例に対する絶対精度及びプロセス変動の課題を解決
しようとすることは、（１）製造測定プログラムの各ロボット位置において（ロ
ボットを搬送装置として有効に用いて）ロボットコントローラにより報告される
位置を当てにするのではなく、Nothern Digital社のOptotrackとともにSteinbic
hler社のＣＯＭＥＴ装置を使用する場合のように、外部測定システムとともにセ
ンサを用いて、三次元空間においてロボットとその測定装置とにより達成される
実際の位置を直接追跡すること、（２）Dynalog社のDynaCal Robot Cell Calibr
ation System及び任意の他の類似の技術のような外部測定システム（「外部較正
」）を用いて、ロボット検査システムを定期的に「オフライン」較正することを
含んでいる。外部測定装置を用いて、ロボットに取着された測定装置の実際の位
置を特定する方法は、（１）そのような外部システムが、標準的な産業用ロボッ
トが作業用のエンベロープ全体を通して達成することができる精度が比較的低レ
ベルであること、（２）そのような外部測定システムの購入価格が高いため、従
来の座標測定機技術と比較したロボット使用時のコスト削減及び信頼性の利点が
容易に相殺されることを含む基本的で、実用的な問題をもたらす。
【００１０】 さらに外部測定システムを使用する技術についての問題は、ロボットに取付ら
れた測定装置の「工具中心点（tool center point）」（ＴＣＰ）が「物理的な 」点ではなく、それゆえ外部測定システムの対象となる点と直接自動的には対応
しないという事実である。さらに個々の「オンライン」技術は典型的には、直接
的なロボットのベースフレームに対する固定具（測定される物体を保持する構造
体）の位置を特定しない。最終的に、個々の構成要素の外部較正を含む技術は、
ロボットと、測定装置の工具中心点との変化（例えば周囲温度の変動による変化
）を特定するために、「オンライン」で自動的に、定期的に再較正するのが容易
ではない。
【００１１】 発明の概要 本発明の目的は、ロボットに取着された測定装置により収集された測定データ
を用いて単一のステップでロボット検査システムの構成要素を較正するための方
法を提供することである。較正のための方法は、従来の座標測定機と同様に機能
する際に、ロボット検査システムの全時間に渡る位置決め精度及び再現性を最大
限にする。本発明の主な特徴は、ロボット検査システムの測定装置自体が較正プ
ロセスにおいて用いられるデータを提供することである。その結果、ロボットの
工具中心点（ＴＣＰ）は、較正プロセス中に測定装置の厳密な中心と一致するよ
うに固有に形成することができる。従って測定エンベロープの既知の位置におけ
る「較正目標物」を用いることにより、本発明は、ロボット検査システムの全て
の３つの構成要素（すなわちロボット、測定装置及びロボットのベースフレーム
に対して測定される物体を保持する固定具の位置）について「構築された（as-b
uilt）」パラメータを自動的に特定する。
【００１２】 本発明の較正方法は、実際のロボット、測定装置及び固定具と、それぞれの公
称のパラメータとの間の差の識別の態様を含むだけでなく、必要な補償の態様も
含む。以下に記載するように、本発明の好適な実施例により、エンドユーザは、
少なくとも２つの別の補償方法の間で選択を行うことができ、その補償方法は、
（１）元の測定ロボットプログラムを変更して、厳しい精度を有する所望の位置
に測定装置を位置付けるか、或いは（２）元の「未修正」の測定ロボットプログ
ラムを実行した後に収集された測定データを変更して、その測定データ上のロボ
ット位置の誤差の影響を補償するかのいずれかである。
【００１３】 本発明の較正方法は、ロボット座標測定機の製造サイクル間に定期的に、かつ
自動的に（すなわち識別及び補償の態様の両方を）実行することができる。本発
明のこの態様は、「構築された」パラメータの変化の識別を含む、ロボット検査
システムの全位置決め精度の「オンライン」での検証に関してさらに利点を与え
る。本較正方法の識別の態様は、「構築された」パラメータと公称パラメータと
の間の差に、またその時間に渡って変化し（温度のような環境要因或いは摩耗等
に起因する）、その結果ロボット検査システムの再現性に影響する「構築された
パラメータ」に適用される。
【００１４】 より詳細には、本発明の目的は、種々の測定装置を用いてロボット検査システ
ムを較正するための装置を提供することであり、その装置は、測定装置が製造工
具及び較正データ捕捉装置の両方として動作する、一次元以上の測定値を与える
装置である。本発明の好適な実施例の１つでは、レーザカメラが２次元データと
、表面及び形状についての正確な測定値を生成する。この好適な実施例は特定の
目標物を利用しており、その目標物により、その形状に関連する特定の点を決定
することができる。この好適な実施例の特徴は、２つの視点から得られた１つの
目標物に対する距離を測定することにより、１つの固有の点を決定することであ
る。この実施例は、本発明の全ての較正方法が、測定装置の自由度の量とは無関
係である、例えば典型的な三次元データを用いる必要がないという事実を示して
いる。 本発明のさらに別の特徴及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】 好適な実施例の説明 本発明の方法及び装置が図面とともに説明されるであろう。しかしながら、本
発明の方法は、他の製造業種における応用例も有しており、また記載される実施
例に関する本発明の説明は例示にずぎないことは理解されよう。 本発明の主な実施例は、以下の段落に記載される一連のステップを含む方法か
らなる。好適な実施例の第１のステップでは、１つ以上の較正目標物が測定エン
ベロープ内に配置されるであろう。好適な実施例では、これらの目標物の位置は
、ロボット検査システムの測定エンベロープを可能な限り「包囲」すべきである
。それゆえ、較正目標物の位置は同一直線上には存在すべきではなく、さらに測
定される物体を包囲する比較的大きな体積を包囲することが好ましい。
【００１６】 較正目標物の位置は、必ずしも必要ではないが（以下の段落に記載される目的
を除く）、それぞれ他の目標物（すなわち既知で、１つの共通ではあるが、任意
の座標系において表される）に関連し、較正ロボットプログラムにおいて必要な
ロボット位置の数を最小限する（従って、必要な較正目標物の数及び各較正目標
物における異なるロボット位置関係の数を低減し、較正後のロボット検査システ
ムの結果的な精度を高める）。
【００１７】 較正目標物の位置は、作業者がロボット検査システムのオフラインプログラム
（ＯＬＰ）を実行しようとする場合にのみ、既知で、固定具の座標系において表
されることが必要となる。ロボット検査システムのＯＬＰは、ＣＡＤ情報及びコ
ンピュータシミュレーションによる測定ロボットプログラムの作成を含む。ロボ
ット検査システムのＯＬＰが行われたこれらの場合には、その収集された測定デ
ータは、測定される物体の絶対精度を厳密に、かつ直接表している。
【００１８】 第２のステップは較正ロボットプログラムの作成を含む。ロボット軸の全てが
可能な限り多く用いられるように複数のロボット構成を有するプログラムを設計
することにより、ロボット及び取着された測定装置が、各較正目標物の１つの近
くに移動できるようにする。較正ロボットプログラムにおいて要求された各位置
において、測定装置は、対応する較正目標物の位置の測定値を読み、かつ記録し
なければならない。この好適な実施例では、較正ロボットプログラムは、少なく
とも特定された較正パラメータと同じ数の測定式を作成するだけの十分な数のロ
ボット位置を含まなければならない（例えば１つの３Ｄ測定値は３つの式を作成
し、１つの２Ｄ測定値は２つの式を作成する等）。
【００１９】 好適な実施例の第３のステップは、第２のステップにおいて作成された較正ロ
ボットプログラムを実行することを含む。そのプログラムは実行され、較正ロボ
ットプログラムにおいて要求された各ロボット位置におけるそれぞれの較正目標
物の測定値が測定装置により記録される。その測定値は測定装置の座標系で表さ
れ（直接的に、或いは標準的な６つの自由度の座標系変換を通して間接的に）、
それはロボットのＴＣＰと対応する。 好適な実施例の第４のステップは、２つの経路のうちの１つを用いることがで
きる。第１の経路は、ロボット検査システムの絶対精度を較正することであり、
第２の経路は、ロボット座標測定機システムの時間に渡る再現性を較正すること
である。
【００２０】 第４のステップの第１の経路は、ロボット検査システムの絶対精度の較正であ
る。そのソフトウエアを実行して、絶対精度残差を最小限にすることにより、ロ
ボット検査システムの絶対精度を最大限するのに必要なロボット検査システムパ
ラメータ（すなわちロボット検査システムの３つ全ての較正パラメータは、ロボ
ット関連パラメータ、工具中心点（ＴＣＰ）及び固定具位置を含む）を特定する
。ロボット関連パラメータは、限定はしないが、Denavit-Hartenbergパラメータ
のような幾何学的パラメータと、コンプライアンスのような非幾何学的パラメー
タとを含む場合がある。好適な実施例では、比較的多数の較正パラメータが特定
されなければならず、それゆえロボット検査システム内のいくつかの較正目標物
を使用すること、並びに又較正目標物周囲の多数の異なるロボット位置関係を含
むロボット較正プログラムのロボット位置を使用することを必要とする。
【００２１】 第４のステップの別の経路は、ロボット検査システムの時間に渡る再現性を較
正する際に実行される。この実施例では、較正ソフトウエアを実行して、第１の
時間較正の残差と現在の較正の残差との間の差を最小限することにより、ロボッ
ト位置の再現性を最大限にするのに必要なロボット検査システムパラメータ（す
なわちロボット検査システムの３つ全ての較正パラメータは、ロボット関連パラ
メータ、工具中心点（ＴＣＰ）及び固定具位置を含む）を特定する。再現性に影
響を与えやすい較正パラメータのみ（すなわち経時的変化であり、リンク長は温
度により影響され、軸オフセットは摩耗のためドリフトする等）が特定される必
要があり、この場合にはより少ない較正目標物並びに又これらの目標物のそれぞ
れの周囲のより少ないロボット位置関係しか必要としない。
【００２２】 この好適な実施例の第５のステップにより、作業者は較正プロセスにおいて特
定されたパラメータ情報を用いるために少なくとも２つの異なるオプションから
選択して、そのパラメータ情報の補償を実行することができる。第５のステップ
において可能なオプションは、測定ロボットプログラムの補償及び測定データの
補償を含む。
【００２３】 第５の好適な実施例の第１のオプションでは、特定されたロボット検査システ
ムパラメータを用いて、元々意図していた公称位置にロボットを動かそうとする
場合に元の測定ロボットプログラムを補正する。このオプションは、それ以上変
更或いは補償する必要がないロボット検査システム測定データを生成する（例え
ば、測定データは、部品の製造の解析の場合と「同様に」用いることができる）
。 第５の好適な実施例の第２のオプション、測定データの補償では、測定ロボッ
トプログラムを特定されたロボット検査システムパラメータとともに用いて、元
々意図していた公称ロボット位置と、公称ロボットから「構築された」差を有す
る、特定のロボットにより実際に実現される位置との間の差に対して、収集され
た測定データを補正する。
【００２４】 ここで特定の測定装置（すなわちパーセプトロンにより実現される二次元形状
センサ）へのこの好適な実施例の応用を記載する。ここで図１を参照すると、較
正システム２０が示される。測定装置２２は、ロボットアーム２４の端部に取付
られる。測定装置２２及びロボットアーム２４はいずれもコンピュータ２６によ
り制御される。またコンピュータ２６は、測定装置２２から画像情報を受信する
。個別のコンピュータを用いて、ロボットアーム２４、測定装置２２を操作し、
以下のように較正を行うことできることは当業者には明らかであろう。
【００２５】 ロボットアーム２４は一般に、複数の蝶着可能に、並びに又回動自在に接続さ
れるリンク３０を備え、固定されたベース３２に固定される。測定装置は、光源
３４、レーザ装置に限定はしないが、好ましくはレーザ３４を含み、レーザ３４
に概ね垂直な光の平面を生成する種類の装置であることが好ましい。さらに測定
装置２２は、レーザ３４に対してある角度で取付られたカメラ３６と、それによ
り生成される光の平面を含む。カメラ３６はＣＣＤカメラであることが好ましく
、またレーザ３４により生成される光の波長に最も感度を有するように「調整」
されることが好ましい。記載された種類の好ましい測定装置２２は、Perceptron
社（Plymouth, Michigan）から市販されている。一般にレーザ３４は、測定され
る表面上に線を映し出す。ＣＣＤカメラ３６は、レーザ３４に対して角度をなし
てその表面を視認し、その表面上の線の形状を測定し、それにより表面を測定す
る。測定装置２２を用いて、組み立てられた部品、乗物に限定はしないが、特に
乗物の構成部品間の隙間を含む、表面の形状を測定する。
【００２６】 本発明の較正システム２０は、ロボットアーム２４の端部に取付られた現存の
測定装置と、測定装置２２及びロボットアーム２４を制御し、そこから情報を受
信する既存のコンピュータプログラム２６と、ロボットアームのパラメータを較
正するために、既知の形状、好ましくは球体３８からなる目標物３８とを利用す
る。目標物が、予め確定されている形状からなることのみが必要であることは当
業者には理解されよう。好適な実施例では、目標物３８は既知の半径Ｒの球体で
ある。目標物３８は、ロボットアーム２４及び測定装置２２の作業エンベロープ
内の任意の位置に配置される。ロボットアーム２４の作業エンベロープの範囲内
への目標物３８の配置について制限することによってのみが、ロボットアーム２
４は、目標物３８をさらに視認することができる複数の（好ましくは１０より大
きい）異なる位置及び位置関係において測定装置２２を移動させることができる
。この好適な実施例に必要とされる測定回数は、較正されるパラメータの数に依
存する。
【００２７】 コンピュータ２６はプログラムされ、ロボットアーム２４を制御して測定装置
２２を複数の位置関係及び位置に移動する。これらの異なる位置及び位置関係は
、ロボット２４の異なるパラメータ（すなわちリンク３０の各隣接対内の異なる
角度）全部を用いることが好ましい。各測定点では、図２に示されるように、レ
ーザ３４は目標物３８上に線４０を映し出す。ＣＣＤカメラ３６は、図３に示さ
れるように、線４０の画像を格納するが、その画像は、目標物３８の形状に従っ
て弧４０ａを含む断続的な線４０としてＣＣＤカメラ３６に現れる画像である。
コンピュータ２６は、弧４０ａの中心（ｙｍｉ，ｚｍｉ）及び半径ｒｍｉを計算
する。線４０は、目標物３８の中心を交差して描かれていない場合もあるため、
この弧（ｒｍｉ）の計算された半径は、目標物３８の既知の半径Ｒより小さいか
もしれない。参考のために、その中心と交差する目標物３８の外側表面が、図３
において破線で示される。
【００２８】 本発明の方法を示す流れ図が図４に示される。この好適な実施例の以下の議論
では、参照するステップは流れ図５０に示されており、図１−図４に示される好
適な実施例に関連する。ステップ５２では、目標物３８が、上記のようにロボッ
ト作業エンベロープ内に配置される。その後目標物３８はステップ５４において
、多数の位置及び位置関係から測定装置２２により測定される。ステップ５６で
は、各測定からの弧の二次元の中心及び半径が計算され、測定装置２２の基準と
なる座標系において表されるｙｍｉ、ｚｍｉ及びｒｍｉに格納される。ステップ
５８では、計算された各二次元の中心及び半径（ｙｍｉ、ｚｍｉ、ｒｍｉ）に対
応するロボット位置が格納される。これらのロボット位置（ロボットベース３２
の基準座標系において表されるロボットアーム２４の端部）は、特定のロボット
インターフェースに応じて、「関節（joint）」フォーマット（ｎ個のリンクの 数に対して、ｌ１ｉ，ｊ２ｉ，ｊ３ｉ，．．．ｊｎｉ）において直接的に、或い
は「構成（configuration）」する場合に逆運動学解析により「関節」フォーマ ットに変換される必要がある「デカルト」フォーマットにおいて表される。
【００２９】 ステップ６０では、目標物３８の中心の位置は、格納されたロボット位置から
各測定位置に対して計算され、ロボットベース３２の基準座標系においてｘｔｉ
，ｙｔｉ，ｚｔｉとして格納される。最初の測定は２つの可能な中心を生成する
、すなわち測定された線４０のいずれかの側面上に中心を生成する場合があるが
、これは第２及び第３の測定により迅速に解決されることは理解されたい。各測
定値に基づいて計算されるような、目標物３８の中心の位置は異なるであろう。
これは、ロボット２４の実際のパラメータ（例えばリンク３０の長さ）が理想と
は異なり、ロボットアーム２４の端部に対する測定装置の位置が理想とは異なり
、測定装置２２の精度が欠如しているという事実により引き起こされる。 ステップ６４では、ロボットのパラメータの近似値で開始するとともに、測定
装置２２の正確さを仮定する場合に、目標物３８の中心を繰返し計算して、その
各測定からの目標物３８の中心に関する多数の計算値の偏差がそれ以上低減でき
ななくなるまで、リンク３０の長さ及び他のパラメータ（例えば機械的可撓性、
平行四辺形状等）を含むDenavit-Hartenberg（Ｄ−Ｈ）ロボットパラメータの近
似値を繰返し改善する。
【００３０】 ステップ６６では、目標物の中心に関する多数の計算値の中の偏差が調査され
る。その偏差がそれ以上低減されず、パラメータがさらに改善されない（測定装
置２２の誤差のマージン及び考慮されていない可能なパラメータに起因する）場
合には、ロボット２４は較正される。ステップ６６において、最も新しい計算の
繰返しにより低減されている場合には、その計算はステップ６４において繰り返
される。ロボット２４の全てパラメータ（アーム２４、ロボットアーム２４に対
するカメラ３６の位置及びロボットベース３２に対する目標物３８の位置）が、
以下の式を最小限にすることにより決定される。
【数１】
【００３１】 ロボットパラメータに対する初期の公称値が、いつか特定されるはずの実際の
値に十分に近いため、上記式は、変換マトリクスの示差的な変化に基づいて線形
化されるようになる。この線形化される問題は、特定されたパラメータにおいて
それ以上の改善が得られなくなるまで、既知の特異値分解技術を適用することに
より解決することができる。これはロボット２４、ロボットアーム２４に対する
カメラ３６の位置及びロボットベース３２に対する目標物３８の位置に対する実
際のパラメータを生成するであろう。
【００３２】 本発明の較正システム及び方法は高価な外部センサを必要とせず、１つの目標
物３８のみ（正確に形成はされるが）を必要とする。目標物３８は任意の形状を
なすことができるが、本実施例では球体が好ましいことは明らかであろう。さら
に、より完全にロボット２４の異なるリンク３０を用いるために、２つ以上の目
標物を、ロボット２４の作業エンベロープ内に配置できることも理解されたい。
実際には、ロボットのベースフレームに対して固定具の位置を特定する実施例で
は、そのような較正目標物の少なくとも３つの異なる位置を、固定具の座標系に
対して正確に知る必要がある。ロボットアームの較正は、組立に関する検査時間
中であっても、オンラインで行うことができる。従って、動作中に温度が変化す
る場合には、正確な動作を確保するために、ロボットアーム２４を再度較正する
ことができる。
【００３３】 上記のように好適な実施例は、特定の２次元の測定装置を使用することに適用
される。しかしながら、他の測定装置の使用は、明らかな個別事項を除いて、上
記の全般的な手順から逸脱しないであろう。 実は、典型的なｘ、ｙ、ｚ測定装置（上記二次元装置に対して）を使用するこ
とは、実際には全手順をいくぶん簡単にするであろう。詳細には、測定装置が直
接、較正目標物のｘ、ｙ、ｚ位置をもたらすため、図４の流れ図のステップ５及
びステップ６は削除することができる。基本的には手順の残りの部分は同じであ
る。
【００３４】 本発明を記載してきたが、限定はしないが、測定装置、目標物、コンピュータ
及びロボットを含む多くの変更例は、添付の請求の範囲により画定されるような
本発明の精神から逸脱することなく、関係する当業者には明らかになるであろう
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の好適な実施例の側面図である。
【図２】 第１の好適な実施例の拡大側面図である。
【図３】 軸４０に沿って見た目標物３８の側断面図である。
【図４】 好適な実施例の方法の流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，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，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロボット較正システムであって、 作業エンベロープ内を移動可能な外側端部を有するロボットと、 前記作業エンベロープ内の複数の位置に前記ロボットの前記外側端部を制御す
    るための手段と、 前記ロボットの前記外側端部に取付られたレーザ光源であって、前記レーザ光
    源が前記レーザ光源に垂直なレーザ光の平面を生成する、該レーザ光源と、 前記レーザ光源に対してある角度をなして前記ロボットアームの前記外側端部
    に取付られたカメラと、 既知の形状を有し、前記作業エンベロープ内に配置された目標物とを備え、 前記レーザ光源が前記ロボットアームの前記外側端部の複数の位置のそれぞれ
    において前記目標物上に前記レーザ光の平面を投射し、前記カメラが、前記目標
    物上前記投射されたレーザ光を視認することにより、前記複数の位置のそれぞれ
    において前記目標物の前記形状の測定値を生成し、 さらに前記目標物の前記既知の形状と、前記目標物上に投射された前記レーザ
    光の前記カメラによる前記複数の測定値とに基づいて、前記ロボットアームを較
    正するための手段とを備えたことを特徴とするロボット較正システム。
  2. 【請求項２】 ロボット較正システムであって、 可動式のロボットアームの外側端部に取付けられた測定装置と、 所定の形状を有する目標物と、 前記ロボットアームを制御して、前記測定装置を移動し、複数の位置及び位置
    関係のそれぞれにおいて前記目標物の前記形状の測定値を取得する手段と、 前記目標物の前記所定の形状と、前記複数の測定値とに基づいて、前記ロボッ
    トアームを較正するための手段とを備えたことを特徴とするロボット較正システ
    ム。
  3. 【請求項３】 前記測定装置が、互いに対して角度なして取付られたカメラ
    と光源とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のロボット較正システム。
  4. 【請求項４】 ロボット較正システムにおいて、前記ロボットが動作エンベ
    ロープ内で動作し、また距離及び形状を確定することができる関連する視認シス
    テムを備えた端部実施部（effectuator）を含み、前記ロボットを較正する方法 が、 前記ロボットの機械的モデルを格納する過程と、 所定の要素数を有する較正データ構造であって、前記各データ構造要素が公称
    値と、実際の値と、最小値とを含む、該較正データ構造を格納する過程と、 前記動作エンベロープ内に複数の目標物を配置する過程と、 前記目標物の数学的モデルを格納する過程と、 ロボット動作のシーケンスを格納する過程であって、前記動作が、前記目標物
    に対する所定の場所に、前記端部実施部と、関連する視認システムとを配置し、
    前記目標物の距離と形状とを確定し、前記較正データ構造内に前記目標物の前記
    距離を格納するように機能する、該格納過程と、 前記格納されたロボット動作のシーケンスを実行する過程と、 前記較正データ構造に基づいて絶対精度のために前記ロボットを較正する過程
    とを有することを特徴とするロボット較正システム。
  5. 【請求項５】 前記視認システムがレーザと複数のカメラとを備えることを
    特徴とする請求項４に記載のロボット較正システム。
  6. 【請求項６】 ロボット較正システムにおいて、前記ロボットが動作エンベ
    ロープ内で動作し、また距離及び形状を確定することができる関連する視認シス
    テムを備える端部実施部を含み、前記ロボットを較正する方法が、 前記ロボットの数学的モデルを格納する過程と、 所定の要素数を有するデータ較正構造であって、前記各データ構造要素が公称
    値と、実際の値と、最小値とを含む、該較正データ構造を格納する過程と、 前記動作エンベロープ内に複数の目標物を位置付ける過程と、 ロボット動作のシーケンスを格納する過程であって、前記動作が、前記目標物
    に対する所定の場所に、前記端部実施部と、関連する視認システムとを配置し、
    前記目標物の距離と形状とを確定し、前記較正データ構造内に前記目標物の前記
    距離を格納するように機能する、該格納過程と、 前記格納されたロボット動作のシーケンスを実行する過程と、 前記較正データ構造に基づいて再現性のために前記ロボットを較正する過程と
    を有することを特徴とするロボット較正システム。
  7. 【請求項７】 前記視認システムがレーザと複数のカメラとを備えることを
    特徴とする請求項６に記載のロボット較正システム。
  8. 【請求項８】 ロボット検査システムであって、 作業エンベロープ内で移動可能な外側端部を有する産業用ロボットと、 前記ロボットを制御して、前記ロボットの前記外側端部を、前記作業エンベロ
    ープ内の複数の位置に移動させるための手段と、 前記ロボットの前記外側端部に取付られた測定装置であって、前記測定装置の
    出力（例えば１Ｄ或いは２Ｄの場合のみ）を、３Ｄ（或いはより高い自由度の）
    測定データを与えるために操作することができる、該測定装置と、 前記作業エンベロープ内に位置付けられる１つ以上の目標物であって、好適な
    実施例では、そのような目標物の位置が１つの座標系内で正確に特定されている
    が、この条件は他の実施例では必要ではない、該目標物と、 前記ロボットの前記作業エンベロープ内の位置に製造部品或いは製造部品のア
    センブリを保持する固定具であって、本発明の好適な実施例では、前記目標物の
    前記位置が前記固定具と同じ測定座標系内で特定されるが、この条件は他の実施
    例では必要ではない、該固定具と、 前記ロボットと、前記測定装置の座標系の位置（ＴＣＰ）と、前記ロボットの
    関節軸の複数の構成を含む複数のロボット位置のそれぞれでの各目標物において
    測定装置により行われる測定値に基づく固定具の位置とを較正するための手段と
    、 特定のロボットと、前記測定装置のＴＣＰと、固定具の位置とに対する前記較
    正情報を用いて、前記ロボットとＴＣＰとが、例えば製造部品或いは製造部品の
    アセンブリの３Ｄ測定を、従来のＣＭＭ装置と同様に実行することができる、要
    求された場所に実際に到達することを確実にするための手段と備えることを特徴
    とするロボット検査システム。
  9. 【請求項９】 前記ロボットと、前記測定装置のＴＣＰと、前記固定具の位置とが製造測定作
    業の終了までの時間中に定期的に較正され、それにより経時的にロボット検査シ
    ステムの再現性に影響を与えるようになる摩耗、温度及び他の環境的要因の影響
    をさらに補償する必要がなくなることを特徴とする請求項１に記載のロボット検
    査システムのロボット、測定装置及び固定具を補償するための方法。
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