JP2011183535A - Device and method for correcting teaching point - Google Patents
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本発明は、所謂ティーチングプレイバック方式を採用する作業ロボットにおいて、その教示点の位置を適正に補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法に関する。 The present invention relates to a teaching point correction apparatus and a teaching point correction method capable of appropriately correcting the position of a teaching point in a work robot that employs a so-called teaching playback system.
この種のティーチングプレイバック方式を採用する作業ロボットは、予め教示した作業内容に基づいて所定の動作を行うようにされたものであり、全体のシステムが比較的簡易に構成できるという利点を有するために、現在幅広く使用されるに至っている。 A work robot that employs this type of teaching playback system is designed to perform a predetermined operation based on work contents taught in advance, and has the advantage that the entire system can be configured relatively easily. Now, it has been widely used.
従来、このような作業ロボットの教示点補正装置としては、例えば次のようなものが存在する。即ち、この従来のものは、処理すべきワークの設置状態により生じるばらつきが距離センサにより測定され、この測定によって得られるデータと予め設定された基準データとから、ワークに生じている設置誤差が求められる。かかる設置誤差を考慮して、予め教示した作業ロボットの動作データが補正手段により補正され、補正後のロボット動作データが伝送手段によりロボット制御装置に伝送されて、教示点が補正される（特許文献１参照）。 Conventionally, as a teaching point correction device for such a working robot, for example, the following devices exist. That is, in this conventional one, the variation caused by the installation state of the workpiece to be processed is measured by the distance sensor, and the installation error occurring in the workpiece is obtained from the data obtained by this measurement and the preset reference data. It is done. In consideration of such an installation error, the motion data of the work robot taught in advance is corrected by the correction means, and the corrected robot motion data is transmitted to the robot controller by the transmission means to correct the teaching point (Patent Document) 1).
また、従来の教示点補正方法としては、特許文献２に示すようなものが存在する。これは、ワークを平面で切った時の断面の輪郭形状を検出できるセンサを使用したものであり、このセンサにより、先ず教示時及び再生時に於けるワークの輪郭形状が検出される。検出された輪郭線上には特徴点が設定されており、各時点に於ける特徴点の位置が比較される。これが一致しない場合は、その差分がワークの設置誤差として測定されることになる。かかる測定結果に基づいて、作業ロボットの教示点が補正される。 Further, as a conventional teaching point correction method, there is one as shown in Patent Document 2. This uses a sensor capable of detecting the contour shape of a cross section when the workpiece is cut in a plane, and the sensor first detects the contour shape of the workpiece during teaching and during reproduction. Feature points are set on the detected outline, and the positions of the feature points at each time point are compared. If this does not match, the difference is measured as a workpiece placement error. Based on the measurement result, the teaching point of the work robot is corrected.
しかしながら、上記従来のものは、何れもワークを設置する際に生じた設置誤差を測定し、これに基づいて教示点を補正せんとするものであり、個々のワークが有する形状の相違や変形による誤差（以下、形状誤差という）については一切考慮されていない。例えば、ワークとしては断面略Ｌ字状やＣ字状の長尺ワークも存在するが、このようなワークは撓み、捩れ、開き等の変形が生じ易いという特性を有している。このようなワークについて各種の作業を正確に施す必要がある場合は、上記従来技術のように、単にワークの設置誤差に基づいて教示点を補正するだけでは不十分である。即ち、処理すべき個々のワークが有する形状誤差をも考慮して教示点を補正しなければ、ロボットによる各種作業を正確に行うことができない。 However, each of the above conventional methods measures an installation error that occurs when a workpiece is installed, and corrects the teaching point based on this measurement error. No error (hereinafter referred to as shape error) is taken into consideration. For example, a long workpiece having a substantially L-shaped or C-shaped cross section exists as a workpiece, but such a workpiece has a characteristic that deformation such as bending, twisting, and opening is likely to occur. When it is necessary to accurately perform various operations on such a workpiece, it is not sufficient to simply correct the teaching point based on the workpiece installation error as in the above-described conventional technology. That is, unless the teaching point is corrected in consideration of the shape error of each workpiece to be processed, various operations by the robot cannot be performed accurately.
それ故に、本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象ワークの設置誤差に加えて形状誤差をも考慮した上で、作業ロボットの教示点を補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to correct the teaching point of the work robot in consideration of the shape error in addition to the installation error of the target workpiece. It is an object of the present invention to provide a teaching point correction apparatus and a teaching point correction method.
本発明に係る教示点補正装置は、作業ロボットに予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワークに応じて補正する教示点補正装置であって、所定箇所に設置された補正の基準となる基準ワークと、前記基準ワークに代えて前記所定箇所に設置された対象ワークとを計測対象として、前記基準ワーク及び前記対象ワークに設定された特徴点の位置と、前記基準ワーク及び前記対象ワークの断面形状との計測が可能な、前記作業ロボットに設けられたセンサと、前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって前記対象ワークの設置誤差を演算すると共に、前記基準ワークの断面形状と前記対象ワークの断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された設置誤差及び形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正する補正手段と、を備えたものである。 A teaching point correction device according to the present invention is a teaching point correction device that corrects a reference teaching point set in advance in a work robot in accordance with a target workpiece to be a work target, and a correction reference installed at a predetermined location. The reference workpiece and the position of the feature point set in the target workpiece, the reference workpiece and the target, with the reference workpiece as a measurement target instead of the reference workpiece instead of the reference workpiece An installation error of the target workpiece by comparing the position of the feature point of the reference workpiece and the position of the feature point of the target workpiece with a sensor provided in the work robot capable of measuring the cross-sectional shape of the workpiece And calculating means for calculating the shape error of the target workpiece by comparing the cross-sectional shape of the reference workpiece and the cross-sectional shape of the target workpiece, Based on the installation error and the shape error calculated by the calculating means, in which and a correcting means for correcting the reference teaching point.
上記教示点補正装置によれば、基準ワーク及び対象ワークの特徴点の位置の比較によって設置誤差が演算されると共に、断面形状の比較によって形状誤差が演算される。そして、補正手段によって、設置誤差だけでなく形状誤差をも考慮したうえで、基準教示点が補正される。したがって、従来よりも高度な教示点の補正が可能となる。なお、「特徴点の位置の比較」には、特徴点の位置そのものを比較することに限らず、複数の特徴点によって定められる点または線等を想定し、その点または線等同士を比較することも含まれる。即ち、特徴点を利用する比較のすべてが含まれる。「作業ロボット」とは、一般に種々のツールが装備されて、ワークに対して各種作業を行うことのできる機械をいう。 According to the teaching point correction apparatus, the installation error is calculated by comparing the positions of the feature points of the reference workpiece and the target workpiece, and the shape error is calculated by comparing the cross-sectional shapes. Then, the correction means corrects the reference teaching point in consideration of not only the installation error but also the shape error. Therefore, it is possible to correct the teaching points at a higher level than before. Note that the "comparison of feature point positions" is not limited to comparing feature point positions themselves, and points or lines defined by a plurality of feature points are assumed, and the points or lines are compared with each other. It is also included. That is, all comparisons using feature points are included. A “working robot” is a machine that is generally equipped with various tools and can perform various operations on a workpiece.
前記基準ワーク及び前記対象ワークは、略Ｌ字状または略Ｃ字状のコーナー部を有する横断面形状を有する長尺物からなり、前記センサは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測するように構成され、前記演算手段は、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算するものであってもよい。 The reference workpiece and the target workpiece are formed of a long object having a cross-sectional shape having a substantially L-shaped or substantially C-shaped corner portion, and the sensor has a cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece. It is comprised so that it may measure, The said calculating means may calculate the shape error of the said object workpiece | work by comparing the cross-sectional shape of the said reference | standard workpiece | work with the cross-sectional shape of the said object workpiece | work.
上記のような長尺物は、撓み、捩れ、開き等の変形が生じ易いという特性を有している。特に、長手方向と直交する断面（即ち、横断面）の形状が、長手方向に沿って変化しやすい。そのため、上述の通り、基準ワーク及び対象ワークの横断面形状を比較することによって、対象ワークの形状誤差を良好に求めることができる。上記のような長尺物を対象とする場合、本発明の効果は特に顕著に発揮される。 The long object as described above has a characteristic that deformation such as bending, twisting, and opening easily occurs. In particular, the shape of the cross section (that is, the cross section) orthogonal to the longitudinal direction is likely to change along the longitudinal direction. Therefore, as described above, the shape error of the target workpiece can be favorably obtained by comparing the cross-sectional shapes of the reference workpiece and the target workpiece. The effect of the present invention is particularly prominent when the long object as described above is targeted.
前記基準ワーク及び前記対象ワークには、少なくとも長手方向に離れた複数の特徴点が設定され、前記演算手段は、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算するものであってもよい。 A plurality of feature points separated at least in the longitudinal direction are set in the reference workpiece and the target workpiece, and the calculation means is determined from a predetermined feature point or the plurality of feature points of the reference workpiece and the target workpiece. A translation component with three degrees of freedom of installation error is calculated from a change in position with respect to a specific point, and a rotation component with two degrees of freedom of installation error is calculated from a change in inclination of a straight line determined from the plurality of feature points. It may be a thing.
このことにより、設置誤差に関して、５自由度分の誤差が演算される。なお、残りの１自由度分の誤差は、横断面形状の形状誤差と一緒にまとめて補正することができる。そのため、上記により、対象ワークについての基準教示点を十分に補正することができる。 As a result, an error corresponding to five degrees of freedom is calculated regarding the installation error. The remaining error for one degree of freedom can be corrected together with the shape error of the cross-sectional shape. Therefore, the reference teaching point for the target workpiece can be sufficiently corrected by the above.
前記センサは、２次元変位センサからなっていてもよい。 The sensor may be a two-dimensional displacement sensor.
このことにより、２次元変位センサによって、基準ワーク及び対象ワークの特徴点の位置と断面形状とが計測されることになる。 As a result, the positions and cross-sectional shapes of the feature points of the reference workpiece and the target workpiece are measured by the two-dimensional displacement sensor.
本発明に係る教示点補正方法は、作業ロボットに予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワークに応じて補正する教示点補正方法であって、補正の基準となる基準ワークを所定箇所に設置するステップと、前記基準ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、前記基準ワークの所定の断面形状を計測するステップと、前記基準ワークに代えて対象ワークを前記所定箇所に設置するステップと、前記対象ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、前記対象ワークの所定の断面形状を計測するステップと、前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって、前記対象ワークの設置誤差を演算するステップと、前記基準ワークの前記断面形状と前記対象ワークの前記断面形状とを比較することによって、前記対象ワークの形状誤差を演算するステップと、前記設置誤差及び前記形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正するステップと、を備えた方法である。 A teaching point correction method according to the present invention is a teaching point correction method for correcting a reference teaching point set in advance in a work robot in accordance with a target workpiece to be a work target. A step of installing at a location; a step of measuring a position of a feature point set on the reference workpiece; a step of measuring a predetermined cross-sectional shape of the reference workpiece; and replacing the reference workpiece with the target workpiece at the predetermined location A step of measuring the position of the feature point set on the target workpiece, a step of measuring a predetermined cross-sectional shape of the target workpiece, the position of the feature point of the reference workpiece, and the position of the target workpiece A step of calculating an installation error of the target workpiece by comparing the position of the feature point; and the cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece By comparing the surface shape, a step of computing the shape error of the objective workpiece, on the basis of the installation error and the shape error, and correcting the reference teaching points, a method comprising a.
前記基準ワーク及び前記対象ワークは、略Ｌ字状または略Ｃ字状のコーナー部を有する横断面形状を有する長尺物からなり、前記基準ワーク及び前記対象ワークの前記断面形状を計測する各ステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測する各ステップであり、前記形状誤差を演算するステップは、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算するステップであってもよい。 Each of the steps of measuring the cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece, wherein the reference workpiece and the target workpiece are formed of a long object having a cross-sectional shape having a substantially L-shaped or substantially C-shaped corner portion. Are each step of measuring the cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece, and the step of calculating the shape error is comparing the cross-sectional shape of the reference workpiece and the cross-sectional shape of the target workpiece. The step of calculating the shape error of the target workpiece may be performed.
前記基準ワーク及び前記対象ワークには、少なくとも長手方向に離れた複数の特徴点が設定され、前記設置誤差を演算するステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算するステップであってもよい。 The reference workpiece and the target workpiece are set with a plurality of feature points separated at least in the longitudinal direction, and the step of calculating the installation error includes the predetermined feature points of the reference workpiece and the target workpiece or the plurality of features. A translation component with three degrees of freedom of installation error is calculated from a change in position with respect to a specific point determined from the points, and a rotation with two degrees of freedom of installation error is calculated from a change in the slope of a straight line determined from the plurality of feature points. It may be a step of calculating a component.
以上のように、本発明によれば、個々のワークが有している設置誤差及び形状誤差に応じて適正に作業ロボットの教示点を補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法を得ることができる。 As described above, according to the present invention, there is provided a teaching point correction device and a teaching point correction method capable of correcting a teaching point of a work robot appropriately according to an installation error and a shape error of each workpiece. Obtainable.
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に示す作業ロボット１は、ティーチングプレイバック方式のロボットであり、所謂多自由度ロボットによって構成されている。作業ロボット１のアーム２には、２次元変位センサ３が取付けられている。２次元変位センサ３は、計測対象物（本実施形態ではワーク３０）の断面形状を計測することのできるセンサである。本実施形態では、２次元変位センサ３として２次元レーザセンサを使用している。２次元レーザセンサは、計測対象物に帯状のレーザを照射し、その反射光をＣＣＤで撮像することによって、計測対象物の断面形状を計測する非接触型センサである。ただし、２次元変位センサ３の種類は何ら限定されず、２次元レーザセンサ以外のセンサを使用しても構わない。アーム２には、ワーク３０に対して所定の作業、例えば溶接や研磨等の作業を行うためのツール４が取付けられている。なお、２次元変位センサ３は、その光軸を一軸とする３次元直交座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、即ち、２次元変位センサ３の位置姿勢によって一義的に定まるセンサ座標系１０に基づいて計測を行う。２次元変位センサ３によって計測される形状等は、センサ座標系１０で表現することができる。これに対して、作業ロボット１に対しては、３次元直交座標系（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）（以下、「機械座標系」という）１１が定義されている。作業ロボット１の各種作業は、機械座標系１１に基づいて行われる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. A work robot 1 shown in FIG. 1 is a teaching playback type robot, and is configured by a so-called multi-degree-of-freedom robot. A two-dimensional displacement sensor 3 is attached to the arm 2 of the work robot 1. The two-dimensional displacement sensor 3 is a sensor that can measure the cross-sectional shape of a measurement object (the workpiece 30 in the present embodiment). In the present embodiment, a two-dimensional laser sensor is used as the two-dimensional displacement sensor 3. The two-dimensional laser sensor is a non-contact type sensor that measures a cross-sectional shape of a measurement object by irradiating a measurement object with a belt-like laser and imaging the reflected light with a CCD. However, the type of the two-dimensional displacement sensor 3 is not limited at all, and a sensor other than the two-dimensional laser sensor may be used. The arm 2 is provided with a tool 4 for performing a predetermined operation such as welding or polishing on the workpiece 30. The two-dimensional displacement sensor 3 is a three-dimensional orthogonal coordinate system (X s , Y s , Z s ) whose optical axis is one axis, that is, a sensor coordinate system that is uniquely determined by the position and orientation of the two-dimensional displacement sensor 3. Measurement is performed based on 10. The shape or the like measured by the two-dimensional displacement sensor 3 can be expressed by the sensor coordinate system 10. On the other hand, a three-dimensional orthogonal coordinate system (X B , Y B , Z B ) (hereinafter referred to as “machine coordinate system”) 11 is defined for the work robot 1. Various operations of the work robot 1 are performed based on the machine coordinate system 11.
詳細は後述するが、本実施形態は、基準ワーク３０ａを基準として、対象ワーク３０ｂに対する作業ロボット１の教示点を補正するものである。即ち、対象ワーク３０ｂの設置位置及び形状が基準ワーク３０ａからどれだけずれているかを計測し、そのずれ量に応じて、作業ロボット１の教示点を補正するものである。図２（ａ）は基準ワーク３０ａ、図２（ｂ）は対象ワーク３０ｂの一例を表している。図２（ａ）に示すように、本実施形態では基準ワーク３０ａは、断面略Ｌの字状に形成された長尺状の山形鋼からなっている。本実施形態では、基準ワーク３０ａの各フランジ部３１ａ及びコーナー部３４ａには撓みや捩れ等の変形は殆んどなく、その開き角である２φｍは略直角となるように形成されているものとする。ただし、基準ワーク３０ａは、対象ワーク３０ｂの比較の基準となるものに過ぎず、その形状及び寸法等が厳密に設計値通りである必要はない。、図２（ｂ）に示す対象ワーク３０ｂは、基本的には基準ワーク３０ａと略同様の形態からなるものの、基準ワーク３０ａと異なる形状誤差を有している。例えば、各フランジ部３１ｂやコーナー部３４ｂには、基準ワーク３０ａと異なる撓みや捩れ等の変形が生じている。また、コーナー部３４ｂの開き角２φｒは、基準ワーク３０ａのコーナー部３４ａの開き角２φｍと若干相違している。 Although details will be described later, in the present embodiment, the teaching point of the work robot 1 with respect to the target work 30b is corrected based on the reference work 30a. That is, how much the installation position and shape of the target work 30b are deviated from the reference work 30a is measured, and the teaching point of the work robot 1 is corrected according to the deviation amount. 2A shows an example of the reference workpiece 30a, and FIG. 2B shows an example of the target workpiece 30b. As shown to Fig.2 (a), the reference | standard workpiece | work 30a consists of a long angle iron formed in the cross-sectional substantially L character shape in this embodiment. In the present embodiment, as the reference deformation such as deflection or twisting in the flange portions 31a and corner portions 34a of the workpiece 30a is Donaku N殆, is 2 [phi m is its opening angle being formed in a substantially right angle And However, the reference workpiece 30a is merely a reference for comparison with the target workpiece 30b, and the shape, size, and the like thereof do not have to be exactly as designed. The object workpiece 30b shown in FIG. 2 (b) basically has substantially the same form as the reference workpiece 30a, but has a shape error different from that of the reference workpiece 30a. For example, each flange portion 31b and corner portion 34b are deformed such as flexure and twist that are different from the reference workpiece 30a. Moreover, the opening angle 2 [phi r of the corner portion 34b is slightly different from the opening angle 2 [phi m corner portion 34a of the reference work 30a.
基準ワーク３０ａの一方のフランジ部３１ａ（ここでは、設置台（図示せず）に固定される方のフランジ部３１ａ、すなわち、水平に延びるフランジ部３１ａ）には、円形の孔３２ａが２個形成されている。これらの孔３２ａは、基準ワーク３０ａの長手方向に所定間隔を有して配設されている。対象ワーク３０ｂの一方のフランジ部３１ｂにも、同様の孔３２ｂが形成されている。詳細は後述するが、本実施形態では、基準ワーク３０ａ及び対象ワーク３０ｂに特徴点を設定し、その特徴点を利用して対象ワーク３０の設置誤差を算出する。本実施形態では、孔３２ａの中心３３ａと孔３２ｂの中心３３ｂとを特徴点とする。ただし、特徴点は孔３２ａ、３２ｂの中心３３ａ、３３ｂに限定されるものではなく、任意に設定することができる。また、孔３２ａ、３２ｂは円形の孔に限らず、角孔であってもよく、角孔の中心を特徴点としてもよい。また、孔に限らず、例えば各ワーク３０ａ、３０ｂのフランジ部３１ａ、３１ｂに予め凸状部（図示せず）を形成しておき、その凸状部の中心を特徴点としてもよい。 Two circular holes 32a are formed in one flange portion 31a of the reference workpiece 30a (here, the flange portion 31a fixed to the installation base (not shown), that is, the horizontally extending flange portion 31a). Has been. These holes 32a are arranged at a predetermined interval in the longitudinal direction of the reference workpiece 30a. A similar hole 32b is also formed in one flange portion 31b of the target workpiece 30b. Although details will be described later, in the present embodiment, feature points are set in the reference workpiece 30a and the target workpiece 30b, and the installation error of the target workpiece 30 is calculated using the feature points. In the present embodiment, the center 33a of the hole 32a and the center 33b of the hole 32b are feature points. However, the feature points are not limited to the centers 33a and 33b of the holes 32a and 32b, and can be arbitrarily set. The holes 32a and 32b are not limited to circular holes but may be square holes, and the center of the square hole may be a feature point. Moreover, not only a hole but a convex part (not shown) is previously formed in the flange parts 31a and 31b of the workpieces 30a and 30b, for example, and the center of the convex part may be used as a feature point.
本実施形態では、設置誤差の算出のために、図３に示すような補正治具４０を用いる。補正治具４０は、各ワーク３０ａ、３０ｂの孔３２ａ、３２ｂに嵌め込まれる。補正治具４０は、一定の半径Ｒを有して半真球状に形成された半球部４１と、半球部４１の底面中央に突設された円筒状の固定部４２とからなっている。固定部４２の直径Ｄは、孔３２ａ、３２ｂの内径ｄと略同一に設定されている。半球部４１の中心Ｐは、孔３２ａ、３２ｂの中心３３ａ、３３ｂと一致している。また、固定部４２の軸心Ｓは、半球部４１の中心Ｐ及び孔３２ａ、３２ｂの中心３３ａ、３３ｂを通るように設定されている。なお、以下では便宜上、センサ座標系１０から見た中心ＰをＰ´、機械座標系１１からみた中心ＰをＰ″と表記することとする。 In the present embodiment, a correction jig 40 as shown in FIG. 3 is used for calculating the installation error. The correction jig 40 is fitted into the holes 32a and 32b of the workpieces 30a and 30b. The correction jig 40 includes a hemispherical portion 41 formed in a semi-spherical shape having a certain radius R, and a cylindrical fixing portion 42 protruding from the center of the bottom surface of the hemispherical portion 41. The diameter D of the fixed portion 42 is set to be substantially the same as the inner diameter d of the holes 32a and 32b. The center P of the hemispherical portion 41 coincides with the centers 33a and 33b of the holes 32a and 32b. The axis S of the fixed portion 42 is set so as to pass through the center P of the hemispherical portion 41 and the centers 33a and 33b of the holes 32a and 32b. Hereinafter, for the sake of convenience, the center P viewed from the sensor coordinate system 10 is expressed as P ′, and the center P viewed from the machine coordinate system 11 is expressed as P ″.
作業ロボット１には、複数の基準教示点が設定されている。ここでは、図４に示すように、起立したフランジ部３１ａ、３１ｂの外側（図４（ａ）の右側）に設定される複数の基準教示点をＴとし、起立したフランジ部３１ａの内側且つ水平なフランジ部３１ａの上側に設定される複数の基準教示点をＵと称することとする。なお、図４では、ワーク３０ａ、３０ｂの長手方向に沿って並ぶ３つの基準教示点Ｔ、Ｕしか図示していないが、実際には、基準教示点Ｔ、Ｕはワーク３０ａ、３０ｂの表面の全域にわたって設定されている。例えば、複数の基準教示点が長手方向に沿って配列されてなる基準教示点列が、上下に複数列設定されている。ただし、基準教示点は、ワーク３０ａ、３０ｂの形状等に応じて適宜設定することができる。また、詳細は後述するが、本実施形態では、対象ワーク３０ｂの形状誤差を計測するために、形状計測教示点Ｔ′、Ｕ′を用いる。形状計測教示点Ｔ′、Ｕ′は基準教示点Ｔ，Ｕと一致していてもよく、異なっていてもよい。ここでは、形状計測教示点Ｔ′、Ｕ′は、基準教示点Ｔ、Ｕと異なっており、それぞれ基準教示点Ｔ、Ｕの近傍の位置に設定されている。 A plurality of reference teaching points are set in the work robot 1. Here, as shown in FIG. 4, a plurality of reference teaching points set on the outside (right side of FIG. 4 (a)) of the standing flange portions 31a and 31b are T, and the inside and horizontal of the standing flange portion 31a. A plurality of reference teaching points set on the upper side of the flange portion 31a will be referred to as U. In FIG. 4, only three reference teaching points T and U arranged in the longitudinal direction of the workpieces 30a and 30b are shown, but in actuality, the reference teaching points T and U are on the surfaces of the workpieces 30a and 30b. It is set over the entire area. For example, a plurality of reference teaching point sequences in which a plurality of reference teaching points are arranged along the longitudinal direction are set up and down. However, the reference teaching point can be appropriately set according to the shapes of the workpieces 30a and 30b. Although details will be described later, in this embodiment, the shape measurement teaching points T ′ and U ′ are used to measure the shape error of the target workpiece 30 b. The shape measurement teaching points T ′ and U ′ may coincide with the reference teaching points T and U or may be different. Here, the shape measurement teaching points T ′ and U ′ are different from the reference teaching points T and U, and are set at positions near the reference teaching points T and U, respectively.
図１に示すように、作業ロボット１には制御装置７が設けられている。制御装置７は作業ロボット１に内蔵されていてもよいが、本実施形態では、作業ロボット１の外部に配置されたパーソナルコンピュータによって構成されている。このように、制御装置７は、作業ロボット１の内部にあっても外部にあってもよく、また、専用の装置に限らず、汎用的な装置であってもよい。制御装置７は、演算部５と、記憶部８と、演算部５の演算結果に基づいて基準教示点Ｔ、Ｕを補正する補正部６とを備えている。演算部５、記憶部８及び補正部６が行う具体的な処理については後述する。 As shown in FIG. 1, the work robot 1 is provided with a control device 7. The control device 7 may be built in the work robot 1, but in the present embodiment, the control device 7 is configured by a personal computer arranged outside the work robot 1. As described above, the control device 7 may be inside or outside the work robot 1, and is not limited to a dedicated device but may be a general-purpose device. The control device 7 includes a calculation unit 5, a storage unit 8, and a correction unit 6 that corrects the reference teaching points T and U based on the calculation result of the calculation unit 5. Specific processing performed by the calculation unit 5, the storage unit 8, and the correction unit 6 will be described later.
作業ロボット１または制御装置７は、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の位置姿勢（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ，α，β，γ）、即ち機械座標系１１からみた２次元変位センサ３の位置姿勢情報を取得する機能を有している。ここで、「Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ」は、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の原点位置情報であり、「α，β，γ」は、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の姿勢情報である。なお、「α，β，γ」はＺ−Ｙ−Ｚ系のオイラー角で表される。ただし、上記原点位置情報及び上記姿勢情報の表記方法は、これらに限定されるものではない。 The work robot 1 or the control device 7 is a position / orientation (X k , Y k , Z k , α, β, γ) of the sensor coordinate system 10 viewed from the machine coordinate system 11, that is, a two-dimensional displacement sensor viewed from the machine coordinate system 11. 3 has a function of acquiring position and orientation information. Here, “X k , Y k , Z k ” is origin position information of the sensor coordinate system 10 viewed from the machine coordinate system 11, and “α, β, γ” is a sensor coordinate system viewed from the machine coordinate system 11. 10 posture information. Note that “α, β, γ” is expressed by the Euler angles of the ZYZ system. However, the notation method of the origin position information and the posture information is not limited to these.
本実施形態に係る教示点補正装置は、以上のように構成されている。次に、作業ロボット１の基準教示点Ｔ、Ｕを補正する方法について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係る補正方法のフローチャートである。本補正方法は、対象ワーク３０ｂの設置誤差だけでなく、形状誤差をも考慮したものである。 The teaching point correction apparatus according to the present embodiment is configured as described above. Next, a method for correcting the reference teaching points T and U of the work robot 1 will be described. 5 and 6 are flowcharts of the correction method according to this embodiment. This correction method considers not only the installation error of the target workpiece 30b but also the shape error.
始めに、ステップＳ１１において、設置台の上に基準ワーク３０ａを設置する。次に、ステップＳ１２において、基準ワーク３０ａを対象として基準教示点Ｔ、Ｕ（図４参照）を作成する。なお、基準教示点Ｔ、Ｕは、オペレータが制御装置７を用いて手動で作成してもよく、予め定められたプログラムに従って制御装置７自体が自動的に作成してもよい。作成された基準教示点Ｔ、Ｕは、制御装置７の記憶部８に記憶される。次に、ステップＳ１３に進み、基準ワーク３０ａを対象として、形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´（図４参照）を作成する。形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´についても、手動で作成されてもよく、自動的に作成されてもよい。作成された形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´も、制御装置７の記憶部８に記憶される。 First, in step S11, the reference workpiece 30a is installed on the installation table. Next, in step S12, reference teaching points T and U (see FIG. 4) are created for the reference workpiece 30a. The reference teaching points T and U may be manually created by the operator using the control device 7, or may be automatically created by the control device 7 itself according to a predetermined program. The created reference teaching points T and U are stored in the storage unit 8 of the control device 7. In step S13, shape measurement teaching points T ′ and U ′ (see FIG. 4) are created for the reference workpiece 30a. The shape measurement teaching points T ′ and U ′ may also be created manually or automatically. The created shape measurement teaching points T ′ and U ′ are also stored in the storage unit 8 of the control device 7.
次に、ステップＳ１４において、以下のようにして基準ワーク３０ａの特徴点（以下、基準特徴点という）を測定する。前述したように、基準ワーク３０ａの孔３２ａには、補正治具４０が嵌め込まれている。図３に示すように、固定部４２の軸心Ｓは補正治具４０の半球部４１の中心Ｐを通るので、孔３２ａの中心３３ａは、基準ワーク３０ａの上面を含む平面上において、半球部４１の中心Ｐと一致する。従って、半球部４１の中心Ｐを求めることは、基準特徴点たる孔３２ａの中心３３ａの位置を求めることとなる。そのため、ここでは基準特徴点として、中心Ｐの位置を求める。 Next, in step S14, a feature point of the reference workpiece 30a (hereinafter referred to as a reference feature point) is measured as follows. As described above, the correction jig 40 is fitted in the hole 32a of the reference workpiece 30a. As shown in FIG. 3, since the axis S of the fixing portion 42 passes through the center P of the hemispherical portion 41 of the correction jig 40, the center 33a of the hole 32a is a hemispherical portion on a plane including the upper surface of the reference workpiece 30a. It coincides with the center P of 41. Accordingly, obtaining the center P of the hemispherical portion 41 means obtaining the position of the center 33a of the hole 32a as the reference feature point. Therefore, here, the position of the center P is obtained as the reference feature point.
具体的には、作業ロボット１のアーム２を半球部４１の上方位置に移動させた後、２次元変位センサ３により、半球部４１の断面形状を計測する。そして、これを断面情報として、制御装置７の記憶部８に記憶させる。 Specifically, after the arm 2 of the work robot 1 is moved to a position above the hemispherical portion 41, the cross-sectional shape of the hemispherical portion 41 is measured by the two-dimensional displacement sensor 3. And this is memorize | stored in the memory | storage part 8 of the control apparatus 7 as cross-sectional information.
なお、前述したように、本実施形態では２次元変位センサ３として、２次元レーザセンサを用いている。２次元変位センサ３によるレーザの照射は、半球部４１の一箇所について１度だけ行えばよく、しかも半球部４１に対して任意の角度で照射すればよい。そのため、一連の検出作業を煩雑化せしめるようなことはなく、効率的に作業を行うことができる。また、レーザが照射可能な範囲内にあれば、基準ワーク３０ａは作業ロボット１に対してどのように配置されていてもよく、この手法は柔軟に幅広く適用できるという利点がある。 As described above, a two-dimensional laser sensor is used as the two-dimensional displacement sensor 3 in this embodiment. The laser irradiation by the two-dimensional displacement sensor 3 may be performed only once at one location of the hemispherical portion 41, and the hemispherical portion 41 may be irradiated at an arbitrary angle. Therefore, a series of detection operations are not complicated, and the operations can be performed efficiently. Further, as long as the laser can be irradiated, the reference workpiece 30a may be arranged in any manner with respect to the work robot 1, and this method has an advantage that it can be applied flexibly and widely.
更に、２次元変位センサ３によるレーザの照射は、基準ワーク３０ａの孔３２ａに対して直接行われるのではなく、孔３２ａに固定した補正治具４０の半球部４１に対して行われる。これによれば、レーザの光軸方向と平行な部位における検出精度に欠けるとされている２次元変位センサ３の欠点を適切に補完しつつ、半球部４１の断面形状を精度良く的確に計測することができる。その結果、基準特徴点である孔３２ａの中心３３ａの検出精度が向上することになる。 Further, the laser irradiation by the two-dimensional displacement sensor 3 is not performed directly on the hole 32a of the reference workpiece 30a but on the hemispherical portion 41 of the correction jig 40 fixed to the hole 32a. According to this, the cross-sectional shape of the hemispherical portion 41 is accurately and accurately measured while appropriately complementing the defect of the two-dimensional displacement sensor 3 that is supposed to lack detection accuracy in a portion parallel to the optical axis direction of the laser. be able to. As a result, the detection accuracy of the center 33a of the hole 32a, which is the reference feature point, is improved.
前記断面情報は、図７（ａ）に示すように、センサ座標系１０の原点Ｏを基準とするものであり、Ｙｓ−Ｚｓ平面において、半球部４１から取得した円弧部５０の曲線上にある複数の座標点（ｙｉ，ｚｉ）からなっている。演算部５は、かかる断面情報から、円の最小二乗法や後述する三平方の定理等を用いて、センサ座標系１０からみた半球部４１の中心Ｐ′の座標（ａ，ｂ，ｃ）を算出する。なお、以下に説明する各演算は、全てこの演算部５により行われる。 The cross-sectional information is based on the origin O of the sensor coordinate system 10 as shown in FIG. 7A, and is on the curve of the arc portion 50 acquired from the hemispherical portion 41 in the Y s -Z s plane. Are composed of a plurality of coordinate points (y i , z i ). The calculation unit 5 uses the cross-sectional information to determine the coordinates (a, b, c) of the center P ′ of the hemispherical part 41 as viewed from the sensor coordinate system 10 using the least square method of circles, the three-square theorem described later, or the like. calculate. Note that each calculation described below is performed by the calculation unit 5.
Ｙｓ−Ｚｓ平面において、中心座標（ｂ，ｃ）、半径ｒからなる円の一般式は、（Ｙｓ−ｂ）２＋（Ｚｓ−ｃ）２＝ｒ２で表される。先ず、この円の方程式の最小二乗法を用いて、下記の式からＡ、Ｂ、Ｃの値を求める。
これにより得られるＡ、Ｂ、Ｃは、Ａ＝−２ａ、Ｂ＝−２ｂ、Ｃ＝ａ２＋ｂ２−ｒ２という関係を有している。これらにより、センサ座標系１０からみた半球部４１の円弧部５０の中心（ｂ，ｃ）と半径ｒとが算出される。 A, B, and C obtained in this manner have a relationship of A = −2a, B = −2b, and C = a 2 + b 2 −r 2 . Thus, the center (b, c) and the radius r of the arc portion 50 of the hemispherical portion 41 viewed from the sensor coordinate system 10 are calculated.
次に、半球部４１の中心Ｐ′（ａ，ｂ，ｃ）のＸｓ軸成分ａを演算する。図７（ｂ）に示すように、センサ座標系１０のＸｓ−Ｚｓ平面に着目すると、Ｘｓ軸成分ａは円弧部５０の半径ｒと、既知である半球部４１の半径Ｒとから、三平方の定理ａ２＝Ｒ２−ｒ２で求めることができる。 Next, operation center P 'of the hemispherical portion 41 (a, b, c) and X s axis component a. As shown in FIG. 7B, when attention is paid to the X s -Z s plane of the sensor coordinate system 10, the X s axis component a is determined from the radius r of the arc portion 50 and the known radius R of the hemispherical portion 41. The three-square theorem a 2 = R 2 −r 2 .
このようにして、センサ座標系１０における半球部４１の中心Ｐ′（ａ，ｂ，ｃ）が算出される。次に、半球部４１の中心Ｐに関して、センサ座標系１０から機械座標系１１への座標変換を行う。即ち、センサ座標系１０における中心Ｐ′（ａ，ｂ，ｃ）から、機械座標系１１における中心Ｐ″（ａ´，ｂ´，ｃ´）を演算する。具体的には、前述のようにして得られたセンサ座標系１０からみた半球部４１の位置情報（ａ，ｂ，ｃ）と、作業ロボット１が取得した、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の位置姿勢（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）とから、以下の式により、機械座標系１１からみた半球部４１の中心Ｐ″の位置（ａ´，ｂ´，ｃ´）が算出される。
ここで、Ｒｙ、Ｒｚは、それぞれＹ軸回り、Ｚ軸回りの回転行列である。このようにして求められた半球部４１の中心Ｐ″が、基準ワーク３０ａの上面を含む平面上における孔３２ａの中心として検出されることになる。これにより、基準ワーク３０ａの孔３２ａの中心３３ａの位置を、機械座標系の座標値で表すことができる。 Here, R y and R z are rotation matrices around the Y axis and around the Z axis, respectively. The center P ″ of the hemispherical portion 41 thus obtained is detected as the center of the hole 32a on the plane including the upper surface of the reference work 30a. Thereby, the center 33a of the hole 32a of the reference work 30a. Can be expressed by coordinate values in the machine coordinate system.
次に、同様にして、基準ワーク３０ａの他方の孔３２ａの中心３３ａの座標を求める。以下、このようにして求められた基準ワーク３０ａの一方の孔３２ａの中心３３ａを座標（Ａ１Ｘ，Ａ１Ｙ，Ａ１Ｚ）、他方の孔３２ａの中心３３ａを座標（Ｂ１Ｘ，Ｂ１Ｙ，Ｂ１Ｚ）で表すこととする（図１０参照）。これら基準特徴点の位置は、記憶部８に記憶される。以上がステップＳ１４における処理である。 Next, similarly, the coordinates of the center 33a of the other hole 32a of the reference workpiece 30a are obtained. Hereinafter, the center 33a of one hole 32a of the reference workpiece 30a obtained in this way is the coordinates (A1 X , A1 Y , A1 Z ), and the center 33a of the other hole 32a is the coordinates (B1 X , B1 Y , B1). Z )) (see FIG. 10). The positions of these reference feature points are stored in the storage unit 8. The above is the process in step S14.
次に、ステップＳ１５に進み、形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´において、基準ワーク３０ａの２次元断面形状を測定する。形状測定教示点Ｔ´においては、図８に示すように、２次元変位センサ３によって、起立しているフランジ部３１ａの断面形状に関する情報（以下、断面情報という）を取得する。かかる断面情報は、ｚ＝ａｍｙ＋ｂｍという直線を表す式の形で表される。定数ａｍ、ｂｍは、最小二乗法を用いて求められる。形状測定教示点Ｕ´においては、図９に示すように、２次元変位センサ３によって、両フランジ部３１ａとコーナー部３４ａの断面情報を取得する。起立しているフランジ部３１ａ、水平なフランジ部３１ａの断面情報は、それぞれ直線Ｌ１、Ｌ２を表す式の形で取得される。直線Ｌ１及び直線Ｌ２は、上述と同様の方法によって求められる。一方、コーナー部３４ａの断面情報は、直線Ｌ１及び直線Ｌ２に内接する内接円の中心Ｖ（ｙｃ，ｚｃ）と半径ｒ２とで表される。なお、ここでは、基準教示点Ｕは内接円の中心Ｖとほぼ一致している。また、基準教示点Ｕはコーナー部３４ａの中心に位置しており、直線Ｌ１及び直線Ｌ２の２等分線Ｍ上に位置している。コーナー部３４ａは、上記内接円上に位置する点群（ｙ２ｉ，ｚ２ｉ）で表現することができる。 In step S15, the two-dimensional cross-sectional shape of the reference workpiece 30a is measured at the shape measurement teaching points T ′ and U ′. At the shape measurement teaching point T ′, as shown in FIG. 8, the two-dimensional displacement sensor 3 acquires information related to the sectional shape of the standing flange portion 31 a (hereinafter referred to as sectional information). Such cross-sectional information is represented in the form of an equation representing a straight line z = a m y + b m . The constants a m and b m are obtained using the least square method. At the shape measurement teaching point U ′, as shown in FIG. 9, the two-dimensional displacement sensor 3 acquires the cross-sectional information of both the flange portions 31a and the corner portion 34a. The cross-sectional information of the standing flange portion 31a and the horizontal flange portion 31a is acquired in the form of equations representing the straight lines L1 and L2, respectively. The straight line L1 and the straight line L2 are obtained by the same method as described above. On the other hand, the cross-sectional information of the corner portion 34a is expressed by the center V (y c , z c ) and the radius r 2 of the inscribed circle inscribed in the straight line L1 and the straight line L2. Here, the reference teaching point U substantially coincides with the center V of the inscribed circle. The reference teaching point U is located at the center of the corner portion 34a, and is located on the bisector M of the straight line L1 and the straight line L2. The corner portion 34a can be expressed by a point group (y 2i , z 2i ) located on the inscribed circle.
内接円の中心（ｙｃ，ｚｃ）は、以下の式で表される。
このようにして算出された基準ワーク３０ａの断面情報は、記憶部８に記憶される。以上がステップＳ１５における処理である。ステップＳ１４及びステップＳ１５によって、基準の設置位置及び形状が計測されたことになる。 The cross-sectional information of the reference workpiece 30a calculated in this way is stored in the storage unit 8. The above is the process in step S15. In step S14 and step S15, the reference installation position and shape are measured.
次に、ステップＳ１６において、設置台から基準ワーク３０ａを取り外し、代わりに対象ワーク３０ｂを設置する。即ち、ワークを対象ワーク３０ｂに交換する。 Next, in step S16, the reference workpiece 30a is removed from the installation table, and the target workpiece 30b is installed instead. That is, the workpiece is replaced with the target workpiece 30b.
次に、ステップＳ１７に進み、対象ワーク３０ｂの特徴点（以下、対象特徴点という）を測定する。前述したように本実施形態では、対象ワーク３０ｂの孔３２ｂの中心３３ｂが対象特徴点となる。対象特徴点の具体的な測定方法は、基準ワーク３０ａの基準特徴点の測定方法（ステップＳ１４参照）と同様であるので、ここではその説明は省略する。以下、対象ワーク３０ｂの一方の孔３２ｂの中心３３ｂを座標（Ａ２Ｘ，Ａ２Ｙ，Ａ２Ｚ）、他方の孔３２ｂの中心３３ｂを座標（Ｂ２Ｘ，Ｂ２Ｙ，Ｂ２Ｚ）で表すこととする（図１０参照）。 Next, it progresses to step S17 and the feature point (henceforth a target feature point) of the object workpiece | work 30b is measured. As described above, in the present embodiment, the center 33b of the hole 32b of the target work 30b is the target feature point. Since the specific measurement method of the target feature point is the same as the measurement method of the reference feature point of the reference workpiece 30a (see step S14), the description thereof is omitted here. Hereinafter, it is assumed that represents the center 33b of one hole 32b of the objective workpiece 30b in coordinates (A2 X, A2 Y, A2 Z), the center 33b of the other hole 32b coordinates (B2 X, B2 Y, B2 Z) (See FIG. 10).
次に、ステップＳ１８に進み、演算部５が対象ワーク３０ｂの設置誤差を演算する。設置誤差は、図１０に示す平行移動成分Δｘｙｚと、図１０に示すＺＢ軸回りの回転成分θｚと、図１１に示すＹＢ軸回りの回転成分θｘｙとによって表すことができる。なお、θｘｙは、ＸＢ−ＹＢ平面に対する傾斜角度に関する成分と言うこともできる。図１０において、点３５ａは基準ワーク３０ａの両孔３２ａの中心３３ａ同士の中間点を表し、点３５ｂは対象ワーク３０ｂの両孔３２ｂの中心３３ｂ同士の中間点を表している。平行移動成分Δｘｙｚ（ｘ，ｙ，ｚ）は、点３５ａと点３５ｂとの位置の差を演算することによって求められる。このように、平行移動成分Δｘｙｚを算出する際には、特徴点そのものでなく、特徴点から定められる特定の点を利用してもよい。なお、このような特定の点は上記中間点３５ａ、３５ｂに限定される訳ではなく、任意に設定することができる。もちろん、特徴点そのものを利用して平行移動成分Δｘｙｚを算出するようにしてもよい。 Next, it progresses to step S18 and the calculating part 5 calculates the installation error of the object workpiece | work 30b. Installation error may be expressed and translation component Δxyz shown in FIG. 10, the rotational component theta z of Z B-axis shown in FIG. 10, by the Y B axis of the rotational component theta xy shown in FIG. 11. Note that θ xy can also be said to be a component related to the tilt angle with respect to the X B -Y B plane. In FIG. 10, a point 35a represents an intermediate point between the centers 33a of both holes 32a of the reference workpiece 30a, and a point 35b represents an intermediate point between the centers 33b of both holes 32b of the target workpiece 30b. The translation component Δxyz (x, y, z) is obtained by calculating the position difference between the point 35a and the point 35b. Thus, when calculating the translation component Δxyz, a specific point determined from the feature point may be used instead of the feature point itself. Such specific points are not limited to the intermediate points 35a and 35b, and can be arbitrarily set. Of course, the translation component Δxyz may be calculated using the feature points themselves.
以上のような５自由度の各補正量は、以下の各式から求められる。
以上の演算結果は、演算部５から補正部６に送られる。補正部６は、上記演算結果に基づいて、基準教示点Ｔ、Ｕの設置誤差を補正し（ステップＳ１９）、形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´の設置誤差を補正する（ステップＳ２０）。具体的には、基準教示点Ｔ、Ｕ及び形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´を平行移動成分Δｘｙｚ（ｘ、ｙ、ｚ）だけ移動させ、且つ、回転成分θｚ及びθｘｙだけ中間点３５ｂ回りに回転させる。 The above calculation results are sent from the calculation unit 5 to the correction unit 6. The correction unit 6 corrects the installation error of the reference teaching points T and U based on the calculation result (step S19), and corrects the installation error of the shape measurement teaching points T ′ and U ′ (step S20). Specifically, the reference teaching points T and U and the shape measurement teaching points T ′ and U ′ are moved by the translation component Δxyz (x, y, z), and the intermediate point 35b by the rotation components θ z and θ xy. Rotate around.
次に、ステップＳ２１に進み、設置誤差の補正を行った後の形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´において、対象ワーク３０ｂの２次元断面形状の測定を行う。なお、対象ワーク３０ｂの２次元断面形状の測定は、基準ワーク３０ａの２次元断面形状の測定（ステップＳ１５参照）と同様である。形状測定教示点Ｔ´における測定（図８参照）では、起立しているフランジ部３１ｂの断面情報は、ｚ＝ａｒｙ＋ｂｒという形で表される。定数ａｒ、ｂｒは、最小二乗法を用いて求められる。形状測定教示点Ｕ´における測定（図９（ｂ）参照）では、直線Ｌ１´及びＬ２´と、それらに内接する内接円の中心Ｖ´及びその半径ｒ２´が求められる。 Next, the process proceeds to step S21, and the two-dimensional cross-sectional shape of the target workpiece 30b is measured at the shape measurement teaching points T ′ and U ′ after correcting the installation error. The measurement of the two-dimensional cross-sectional shape of the target work 30b is the same as the measurement of the two-dimensional cross-sectional shape of the reference work 30a (see step S15). In the measurement at the shape measurement teaching point T ′ (see FIG. 8), the sectional information of the standing flange portion 31b is expressed as z = a r y + b r . The constants a r and b r are obtained by using the least square method. In the measurement at the shape measurement teaching point U ′ (see FIG. 9B), the straight lines L1 ′ and L2 ′, the center V ′ of the inscribed circle inscribed therein and the radius r 2 ′ thereof are obtained.
次に、ステップＳ２２に進み、演算部５が対象ワーク３０ｂの形状誤差を演算する。即ち、演算部５は、記憶部８に記憶されている基準ワーク３０ａの形状と、測定された対象ワーク３０ｂの形状とを比較し、その差を形状誤差として算出する。 Next, it progresses to step S22 and the calculating part 5 calculates the shape error of the object workpiece | work 30b. That is, the calculation unit 5 compares the shape of the reference workpiece 30a stored in the storage unit 8 with the measured shape of the target workpiece 30b, and calculates the difference as a shape error.
具体的には、起立したフランジ部３１ｂについては、下記の式によって、形状誤差（Δｙ１，Δｚ１，θ１）が求められる。ここで、θｍ＝ａｒｃｔａｎ（ａｍ）、θｒ＝ａｒｃｔａｎ（ａｒ）である。
なお、このようにして求められた形状誤差は、センサ座標系１０からみたものである。そのため、補正部６は、この形状誤差を機械座標系１１の形状誤差に変換する。機械座標系１１からみた形状誤差、言い換えると較正量（Δｘ１´，Δｙ１´，Δｚ１´）は、下記の式にて表される。
コーナー部３４ｂの形状誤差は、図９（ｂ）に示すように、位置成分変化量Δｙｚ（Δｙ２，Δｚ２）と姿勢変化量θ２とで表される。ここでは、位置成分変化量Δｙｚ（Δｙ２，Δｚ２）は、基準ワーク３０ａの内接円の中心Ｖと、対象ワーク３０ｂの内接円の中心Ｖ´との間の移動量によって求められる。姿勢変化量θ２は、基準ワーク３０ａの直線Ｌ１及びＬ２の２等分線Ｍと、対象ワーク３０ｂの直線Ｌ１´及びＬ２´の２等分線Ｍ´との間の変化量によって求められる。なお、φｍは直線Ｌ１と直線Ｌ２との間の２等分角であり、φｒは直線Ｌ１´と直線Ｌ２´との間の２等分角である。 The shape error of the corner portion 34b is represented by a position component change amount Δyz (Δy 2 , Δz 2 ) and a posture change amount θ 2 as shown in FIG. 9B. Here, the position component change amount Δyz (Δy 2 , Δz 2 ) is obtained from the amount of movement between the center V of the inscribed circle of the reference workpiece 30a and the center V ′ of the inscribed circle of the target workpiece 30b. Posture variation theta 2 is a bisector M of the reference work 30a of the straight line L1 and L2, is determined by the amount of change between the bisector M'linear L1' and L2' the objective workpiece 30b. Note that φ m is a bisector between the straight line L1 and the straight line L2, and φ r is a bisector between the straight line L1 ′ and the straight line L2 ′.
このようにして求められた形状誤差も、センサ座標系１０からみたものである。そのため、補正部６は、この形状誤差を機械座標系１１の形状誤差に変換する。機械座標系１１からみた形状誤差、言い換えると較正量（Δｘ２´，Δｙ２´，Δｚ２´）は、下記の式にて表される。
以上のようにして、対象ワーク３０ｂの形状誤差が算出される。なお、設置誤差に関する残りの１自由度の誤差は、形状誤差の補正と一緒にまとめて補正されることになる。ステップＳ２２の後はステップＳ２３に進み、補正部６は、機械座標系１１からみた形状誤差を補正後の教示点（ステップＳ１９参照）に加えることにより、対象ワーク３０ｂの補正後の教示点を算出する。これが、対象ワーク３０ｂに対して作業を行う際の作業ロボット１の教示点となる。本補正の終了後、補正後の基準教示点に基づいて作業ロボット１が作動し、ツール４によって対象ワーク３０ｂに所定の作業が行われる。 As described above, the shape error of the target workpiece 30b is calculated. The remaining one-degree-of-freedom error related to the installation error is corrected together with the correction of the shape error. After step S22, the process proceeds to step S23, and the correction unit 6 calculates the corrected teaching point of the target workpiece 30b by adding the shape error viewed from the machine coordinate system 11 to the corrected teaching point (see step S19). To do. This is the teaching point of the work robot 1 when working on the target work 30b. After completion of the main correction, the work robot 1 operates based on the corrected reference teaching point, and the tool 4 performs a predetermined work on the target work 30b.
なお、設置誤差または形状誤差が予め設定されている公差の範囲内である場合は、特に補正をする必要はない。前述の各補正は、対象ワーク３０ｂに応じて適宜に実行してもよい。 When the installation error or the shape error is within a tolerance range set in advance, no particular correction is necessary. Each of the above-described corrections may be appropriately performed according to the target work 30b.
以上のように、本実施形態によれば、形状誤差を演算することができるので、設置誤差を従来よりも正確に求めることができる。また、設置誤差及び形状誤差の両方を考慮した上で基準教示点を補正することができるので、作業ロボット１による対象ワーク３０ｂに対する各種作業を、より的確に行うことが可能となる。即ち、従来は、形状誤差がある対象ワーク３０ｂの場合、形状誤差の影響が設置誤差に含まれてしまい、設置誤差を正確に特定することができなかった。また、そもそも形状誤差を考慮することができなかった。しかし、本実施形態によれば、より正確に特定できた設置誤差に加えて、形状誤差をも考慮することができるので、基準教示点を高度に補正することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the shape error can be calculated, the installation error can be obtained more accurately than in the past. In addition, since the reference teaching point can be corrected in consideration of both the installation error and the shape error, various operations on the target workpiece 30b by the work robot 1 can be performed more accurately. That is, conventionally, in the case of the target workpiece 30b having a shape error, the influence of the shape error is included in the installation error, and the installation error cannot be accurately specified. In the first place, the shape error could not be considered. However, according to the present embodiment, in addition to the installation error that can be specified more accurately, the shape error can also be taken into consideration, so that the reference teaching point can be highly corrected.
また、本実施形態に係る補正作業は一連の作業が簡易であるために、ツール４による本来の作業に支障を与えるようなこともなく、効率良く迅速に行うことができる。 Further, the correction work according to the present embodiment can be performed efficiently and quickly without causing any trouble in the original work by the tool 4 because the series of work is simple.
更に、本実施形態に係る教示点補正装置は、全体が簡易に構成されているために、その製作も容易に且つ安価に行えるという実用的な利点もある。 Furthermore, since the teaching point correction apparatus according to the present embodiment is simply configured as a whole, it has a practical advantage that it can be manufactured easily and inexpensively.
なお、対象ワーク３０ｂの設置誤差及び形状誤差を求める具体的手段は、上記実施形態のものに限られるものではない。要は、２次元変位センサ３により計測された各ワーク３０ａ、３０ｂの位置及び断面形状に関する情報に基づいて、誤差が求められるものであればよい。 In addition, the specific means for obtaining the installation error and the shape error of the target work 30b are not limited to those in the above embodiment. The point is that any error can be obtained based on information on the position and cross-sectional shape of each workpiece 30a, 30b measured by the two-dimensional displacement sensor 3.
上記実施形態では、単一の２次元変位センサ３によって、特徴点の位置及び断面情報を取得することとしていた。しかし、特徴点の位置を他のセンサで検出することも可能である。 In the above embodiment, the position of the feature point and the cross-section information are acquired by the single two-dimensional displacement sensor 3. However, the position of the feature point can be detected by another sensor.
また、作業ロボット１に設定される基準教示点Ｔ、Ｕの具体的な位置や方向等は一切問うものではなく、これらは例えば対象ワーク３０ｂに対して作業を行うツール４の種類や形状等に応じて適宜変更される。 Further, the specific positions and directions of the reference teaching points T and U set in the work robot 1 are not questioned at all. These are, for example, the type and shape of the tool 4 that performs work on the target work 30b. It will be changed accordingly.
更に、本発明が適用可能なワーク３０の種類は、決して上記実施形態の如き断面略Ｌの字状に形成された長尺状の山形鋼に限定されるものではない。例えば、断面略Ｃの字状に形成された長尺状の溝形鋼は勿論のこと、その他種々の形状を有するワーク３０に対して幅広く適用可能である。ただし、本発明に係る教示点補正装置や補正方法は、形状誤差についても補正するものであるために、一般に変形が生じ易いとされる、前記断面略Ｌの字状又はＣの字状の長尺ワークに対して、特に好適である。 Furthermore, the type of workpiece 30 to which the present invention can be applied is not limited to the long angle steel formed in a substantially L-shaped cross section as in the above embodiment. For example, the present invention can be widely applied to a workpiece 30 having various shapes as well as a long groove steel formed in a substantially C-shaped cross section. However, since the teaching point correction apparatus and the correction method according to the present invention correct the shape error, the length of the substantially L-shaped section or C-shaped section, which is generally considered to be easily deformed. It is particularly suitable for a scale work.
その他、作業ロボット１の各部の具体的な構成も、本発明の意図する範囲内において任意に設計変更自在である。 In addition, the specific configuration of each part of the work robot 1 can be arbitrarily changed within the intended scope of the present invention.
１ 作業ロボット
３ ２次元変位センサ（センサ）
５ 演算部（演算手段）
６ 補正部（補正手段）
８ 記憶部
３０ａ 基準ワーク
３０ｂ 対象ワーク
３１ａ、３１ｂ フランジ部
３４ａ、３４ｂ コーナー部
Ｔ、Ｕ 基準教示点
1 Working robot 3 Two-dimensional displacement sensor (sensor)
5 Calculation unit (calculation means)
6 Correction part (correction means)
8 Storage part 30a Reference work 30b Target work 31a, 31b Flange part 34a, 34b Corner part T, U Reference teaching point
Claims (7)
所定箇所に設置された補正の基準となる基準ワークと、前記基準ワークに代えて前記所定箇所に設置された対象ワークとを計測対象として、前記基準ワーク及び前記対象ワークに設定された特徴点の位置と、前記基準ワーク及び前記対象ワークの断面形状との計測が可能な、前記作業ロボットに設けられたセンサと、
前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって前記対象ワークの設置誤差を演算すると共に、前記基準ワークの断面形状と前記対象ワークの断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算された設置誤差及び形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正する補正手段と、
を備えた教示点補正装置。 A teaching point correction device that corrects a reference teaching point set in advance in a working robot according to a target workpiece to be worked,
A reference workpiece that is a reference for correction installed at a predetermined location, and a target workpiece that is installed at the predetermined location instead of the reference workpiece, and measurement points of the feature points set on the reference workpiece and the target workpiece. A sensor provided in the work robot capable of measuring a position and a cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece;
The installation error of the target workpiece is calculated by comparing the position of the feature point of the reference workpiece and the position of the feature point of the target workpiece, and the sectional shape of the reference workpiece is compared with the sectional shape of the target workpiece. Calculating means for calculating the shape error of the target workpiece by:
Correction means for correcting the reference teaching point based on the installation error and the shape error calculated by the calculation means;
A teaching point correction apparatus comprising:
前記センサは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測するように構成され、
前記演算手段は、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算する、請求項１に記載の教示点補正装置。 The reference workpiece and the target workpiece are composed of a long object having a cross-sectional shape having a substantially L-shaped or substantially C-shaped corner portion,
The sensor is configured to measure a cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece,
The teaching point correction apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a shape error of the target workpiece by comparing a cross-sectional shape of the reference workpiece and a cross-sectional shape of the target workpiece.
前記演算手段は、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算する、請求項２に記載の教示点補正装置。 The reference workpiece and the target workpiece are set with a plurality of feature points separated at least in the longitudinal direction,
The calculation means calculates a translation component with three degrees of freedom of installation error from a change in position regarding a predetermined point determined from the predetermined feature point or the plurality of feature points of the reference workpiece and the target workpiece, The teaching point correction apparatus according to claim 2, wherein a rotational component having two degrees of freedom of installation error is calculated from a change in the slope of a straight line determined from a plurality of feature points.
補正の基準となる基準ワークを所定箇所に設置するステップと、
前記基準ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、
前記基準ワークの所定の断面形状を計測するステップと、
前記基準ワークに代えて対象ワークを前記所定箇所に設置するステップと、
前記対象ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、
前記対象ワークの所定の断面形状を計測するステップと、
前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって、前記対象ワークの設置誤差を演算するステップと、
前記基準ワークの前記断面形状と前記対象ワークの前記断面形状とを比較することによって、前記対象ワークの形状誤差を演算するステップと、
前記設置誤差及び前記形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正するステップと、
を備えた教示点補正方法。 A teaching point correction method for correcting a reference teaching point set in advance in a work robot according to a target work to be a work target,
Installing a reference work as a reference for correction at a predetermined location;
Measuring the position of the feature point set in the reference workpiece;
Measuring a predetermined cross-sectional shape of the reference workpiece;
Installing the target workpiece at the predetermined location instead of the reference workpiece;
Measuring the position of the feature point set in the target workpiece;
Measuring a predetermined cross-sectional shape of the target workpiece;
Calculating the installation error of the target workpiece by comparing the position of the feature point of the reference workpiece and the position of the feature point of the target workpiece;
Calculating the shape error of the target workpiece by comparing the cross-sectional shape of the reference workpiece and the cross-sectional shape of the target workpiece;
Correcting the reference teaching point based on the installation error and the shape error;
A teaching point correction method comprising:
前記基準ワーク及び前記対象ワークの前記断面形状を計測する各ステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測する各ステップであり、
前記形状誤差を演算するステップは、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算するステップである、請求項５に記載の教示点補正方法。 The reference workpiece and the target workpiece are composed of a long object having a cross-sectional shape having a substantially L-shaped or substantially C-shaped corner portion,
Each step of measuring the cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece is each step of measuring the cross-sectional shape of the reference workpiece and the target workpiece,
The teaching according to claim 5, wherein the step of calculating the shape error is a step of calculating a shape error of the target workpiece by comparing a cross-sectional shape of the reference workpiece and a cross-sectional shape of the target workpiece. Point correction method.
前記設置誤差を演算するステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算するステップである、請求項６に記載の教示点補正方法。 The reference workpiece and the target workpiece are set with a plurality of feature points separated at least in the longitudinal direction,
In the step of calculating the installation error, a translation component having three degrees of freedom of installation error is obtained from a change in position with respect to a predetermined feature point of the reference workpiece and the target workpiece or a specific point determined from the plurality of feature points. The teaching point correction method according to claim 6, wherein the teaching point correction method is a step of calculating a rotation component having two degrees of freedom of installation error from a change in inclination of a straight line determined from the plurality of feature points.
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