JP2015093356A - 教示点補正装置および教示点補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な３次元の位置補正が可能な教示点補正装置および教示点補正方法を得ることを目的とする。
【解決手段】位置センサ３２と、位置センサ３２と向きを合わせたカメラ３３とが設けられたセンサユニット３と、ロボット２と連携してセンサユニット３による測定動作を制御する測定制御部と、位置センサ３２の位置データと、撮像器３３の画像データに基づいて、基準ワーク４Ｍに対する作業対象ワーク４Ｗの変位量を算出し、教示点（ＩＯ、ＩＰ）を補正する教示点補正部と、を備え、教示点補正部は、位置センサ３２が検知する向きを固定した状態で取得した位置データと画像データに基づいて、変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分（Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθｘ、Δθｙ、Δθｚ）で算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムにおける教示点の位置を補正する教示点補正装置と教示点補正方法に関するものである。

ロボットシステムにおいては、作業対象となるワークの設置誤差等に伴い、ロボットに設定された教示点を補正する必要がある。そこで、タッチセンサがワークの主要な面に接触を検知したときの位置座標に基づいて、補正値を算出する方法（例えば、特許文献１参照。）や、二次元変位センサを用いて補正値を算出する方法（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。

特開２０１１−１５２５９９号公報（段落００１８〜００４３、図２〜図３） 特開２０１１−１８３５３５号公報（段落００２１〜００３０、図１〜図６）

しかしながら、タッチセンサによって位置座標を求める方法では、３次元の位置情報を得るためには、３か所の面に対してタッチセンサを接触させる必要があり、面に応じてロボットの軸の向きを変更する必要があった。ロボットが動作する際には、少なからず位置ズレ（教示データと実移動量の差）を伴うものであるが、平行移動に比べて軸の向きを変更する際の位置ズレは大きく、位置情報の精度に大きな影響を与え、高精度な位置補正が困難になる。

一方、２次元変位センサを用いる方法では、１回の計測で少なくとも２つの位置情報が得られるので、ロボットの動作回数は減少させることができるが、それでも３次元の位置情報を得るためには、直交する２つの平面動作での位置情報の取得が必要となる。つまり、いずれの方法によっても、３次元の位置情報を得るためには、軸方向の変更が必要で、高精度な位置補正は困難であった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高精度な３次元の位置補正が可能な教示点補正装置および教示点補正方法を得ることを目的とするものである。

本発明にかかる教示点補正装置は、基準ワークに対して設定したロボットの教示点を、前記基準ワークに代えて設置した作業対象ワークに対して補正する教示点補正装置であって、対象物の表面までの距離を検知して前記対象物の位置を測定する位置センサと、撮像する向きを前記位置センサが検知する向きに合わせた撮像器とが設けられるとともに、前記ロボットの先端に接続されるセンサユニットと、前記ロボットと連携して前記センサユニットによる測定動作を制御する測定制御部と、前記位置センサで測定した位置データと、前記撮像器で取得した画像データに基づいて、前記基準ワークに対する前記作業対象ワークの変位量を算出し、算出した変位量に基づいて前記教示点を補正する教示点補正部と、を備え、前記基準ワークおよび前記作業対象ワークのうちの一方のワークが設置される設置面には、位置の基準となる基準ブロックが固定されており、前記測定制御部は、前記位置センサが検知する向きを前記設置面に向けたまま、前記一方のワークおよび前記基準ブロックに対して前記位置データと前記画像データを取得するように前記測定動作を制御するとともに、前記教示点補正部は、前記位置データと前記画像データに基づいて、前記変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分で算出することを特徴とする。

本発明にかかる教示点補正方法は、基準ワークに対して設定したロボットの教示点を、前記基準ワークに代えて設置した作業対象ワークに対して補正する教示点補正方法であって、位置の基準となる基準ブロックが固定された設置面に前記基準ワークを設置し、前記教示点を設定する工程と、対象物の表面までの距離を検知して前記対象物の位置を測定する位置センサと、撮像する向きを前記位置センサが検知する向きに合わせた撮像器とが設けられたセンサユニットを前記ロボットの先端に接続し、前記センサユニットを用いて前記基準ワークの前記基準ブロックに対する位置を測定する第一測定工程と、前記基準ワークに代えて、前記設置面に前記作業対象ワークを設置する工程と、前記センサユニットを用いて前記作業対象ワークの前記基準ブロックに対する位置を測定する第二測定工程と、前記第一測定工程および前記第二測定工程の測定結果から前記基準ワークに対する前記作業対象ワークの変位量を算出し、算出した変位量に基づき前記教示点を補正する工程と、を含み、前記第一測定工程および前記第二測定工程では、それぞれ前記位置センサが検知する向きを前記設置面に向けたまま、前記基準ワークおよび前記作業対象ワークのうちの前記設置面に設置されたワークと前記基準ブロックの位置データと画像データを取得するように前記ロボットと前記センサユニットの動作を連携して制御するとともに、前記教示点を補正する工程では、前記位置データと前記画像データに基づいて、前記変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分で算出することを特徴とする。

この発明によれば、ロボットの軸方向を変更することなく、３次元の位置情報を得ることができるので、高精度な３次元の位置補正が可能な教示点補正装置および教示点補正方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置を備えたロボットシステムの全体構成図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置を構成するセンサユニットの構成図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正方法のうち、基準ワークに対する教示点と位置情報を生成する部分を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正方法のうち、作業対象ワークの位置の基準ワークの位置に対する変位量を生成する部分を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置において、教示点を作成する際の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置で、基準ワークに対して教示点を作成する際の例を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置で、ある位置情報（θｘ０）を算出するための位置センサによる測定例を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置あるいは教示点補正方法で、位置センサの測定値により、位置情報の一つ（θｘ０）を算出する例を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置で、ある位置情報（θｙ０）を算出するための位置センサによる測定例を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置で、ある位置情報（ｘ、ｙ、θｚ）を算出するためのカメラによる測定（撮像）例を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置あるいは教示点補正方法で、撮像した画像情報により、位置情報（ｘ、ｙ、θｚ）を算出する例を示す図である。

実施の形態１．
図１〜図１１は、本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置および教示点補正方法について説明するためのものである。そのうち、図１〜図４は、教示点補正装置を用いたロボットシステムの機械的構成、および教示点補正方法における動作を説明するためのものであり、図１は教示点補正装置を備えたロボットシステムの全体構成図、図２は教示点補正装置を構成するセンサユニットの構成図、図３は教示点補正装置および教示点補正方法における動作のうち、基準ワークを用いて教示点を生成する部分と、基準ワークの基準ブロックに対する位置関係を示す位置情報を生成する部分を示すフローチャート、図４は実作業対象のワークの基準ワークに対する変位量を生成する部分を示すフローチャートである。

図５と図６は、基準ワークに対する教示点の生成例を示すもので、図５は教示点補正装置を備えたロボットシステムで、設置面に対して基準ブロックとを配置し、ロボットのアーム先端に挿入治具を装着した状態を示す図、図６は基準ワークに対する教示点作成における挿入治具を基準ワークに近づける際の段階ごとの状態を示す図である。

図７〜図１１は、ワークの基準ブロックに対する位置関係を示す位置情報を生成するための測定あるいは算出方法の例について説明するためのもので、図７はｘ軸を中心とする回転成分を示す位置情報（θｘ０）を算出するための位置センサによる測定例を示す図、図８は位置センサの測定値に基づいて、ｘ軸を中心とする回転成分を示す位置情報（θｘ０）を算出する例を示す図、図９はｙ軸を中心とする回転成分を示す位置情報（θｙ０）を算出するための位置センサによる測定例を示す図、図１０は位置情報のうち、ｘ方向の平行移動成分、ｙ方向の平行移動成分およびｘ軸を中心とする回転成分（ｘ、ｙ、θｚ）を算出するためのカメラによる測定（撮像）例を示す図、図１１は撮像した画像情報により、位置情報（ｘ、ｙ、θｚ）を算出する例を示す図である。

本発明の実施の形態１にかかるロボットシステム１は、図１に示すように、ワーク４に対して作業を行うため、制御装置６によって制御される所謂多関節ロボットであるロボット２を備えたものである。ロボット２のアーム先端２ｅには、センサユニット３が取り付けられている。センサユニット３は、図２に示すように、位置センサ３２、カメラ３３ならびに照明３４が設けられた筐体３１が、アーム先端２ｅのオートツールチェンジャー２ｃによって保持されている。オートツールチェンジャー２ｃは、センサユニット３ならびにハンドといった組立用のツール（図示しない）の脱着を自動で行い、ロボットシステム１における位置補正動作ならびに組立動作を全て自動で行う。

位置センサ３２については、本実施形態では、接触式変位センサを使用する。カメラ３３ならびに照明３４は、使用環境等により、適宜、最適なものを選択できる。制御装置６は、例えば、記憶装置を備えたコンピュータであり、位置センサ３２ならびにカメラ３３にて計測されたデータをもとに３次元の位置情報（直交する３軸の平行移動成分＋回転成分の計６自由度）を算出して記憶する。これにより、ワーク４に対する教示点の生成および、後述する補正（キャリブレーション）を行うことができる。すなわち、制御装置６は、ロボット２を制御する制御器であるとともに、センサユニット３と連携して教示点の生成と補正を行う教示点補正装置として機能する。

ワーク４は、部品搭載パレット、組立ユニットといった、ロボット２が作業をする対象であり、品種切り替え時などに、交換されるものである。交換作業自体は、人手交換、自動交換のどちらでも良い。基準ブロック５Ａ、５Ｂは、ロボットシステム１の設置面７に設置・固定されているもので、ロボットシステム１における４の基準となるものであるため、通常は取り外したりはしない。ワーク４および基準ブロック５Ａ、５Ｂは、剛体（例えば金属）であり、位置センサ３２にて計測が可能となるように、基準となり得る面（例えば、５Ａｆ、５Ｂｆ）が設けられている。また、カメラ３３で撮像した画像から画像処理が可能となるように、特徴的なエッジ部もしくは、マーキングが施されているものとする。

つぎに、図３と図４のフローチャートの流れに沿って、本実施の形態にかかる教示点補正装置の動作あるいは教示点補正方法について説明する。
始めに、作業対象となる複数種のワークに対して、基準となる基準ワーク（マスターワークとも称される。）に対して教示点と位置情報の生成を行う（図３）。はじめに、１種類のワーク４のなかのひとつを基準ワーク４Ｍとして選定し、設置面７に設置する（ステップＳ１０）。ここでは、ワーク４として、図５に示すように、六面体の一面に四角形の穴４ｈが開いているものを用い、ロボット２のアーム先端２ｅには、穴４ｈに対応した直方体の挿入治具８が設置されている例について説明する。

つぎに、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、挿入治具８の先端の直方体部分８ｐを、基準ワーク４Ｍの四角形の穴４ｈ部分に挿入して教示点を生成する（ステップＳ３０）。この挿入動作は、一般的に自動制御で行えるものではなく、ロボット２の向きや位置を微妙に調整しながら行われる。そして、図６（ｂ）に示す直方体部分８ｐが穴４ｈに挿入される直前での平行移動成分や回転成分の情報（ＩＯ）、および直方体部分８ｐの穴４ｈへの挿入が完了した時点での平行移動成分や回転成分の情報（ＩＰ）を、教示点としてティーチングする。

次に、教示点のティーチングを行った基準ワーク４Ｍと、設置面７に設置・固定している基準ブロック５Ａ、５Ｂとの位置関係を示す位置情報を生成する（ステップＳ３０〜Ｓ５０）。まずは、図７に示すように、基準ワーク４Ｍならびに基準ブロック５Ａの基準面４ｆ、５Ａｆのそれぞれに設定された２点（ＰＭａとＰＭｂ、およびＰＡａとＰＡｂ）に、位置センサ３２を接触させ、接触したときの位置を測定する（ステップＳ３０の一部）。接触位置としては、ｘ座標の値を一定に保ち、点に応じてｙ座標の値を設定し、位置センサ３２が基準面に接触したときのｚ座標の値を取得する。点に応じて位置センサ３２を接触させる位置は、ロボット２の教示点として、ワーク４の種類に応じて設定され、制御装置６に記憶されている。

上記のように位置センサ３２を用いて測定した接触位置データから、次のようにしてｘ軸を中心とする回転成分を示す位置情報（θｘ０）を算出する（ステップＳ５０の一部）。このとき、例えば、接触したときの位置のｙ座標（ロボット２の教示点）とｚ座標（位置センサ３２の値）を便宜的に以下のように表現すると、基準面４ｆ、５Ａｆ上の位置センサ３２が接触した部分のｚｙ面における関係は図８に示すようになる。
ＰＭａ＝（ｙ１、ｔ１）
ＰＭｂ＝（ｙ２、ｔ２）
ＰＡａ＝（ｙ３、ｔ３）
ＰＡｂ＝（ｙ４、ｔ４）

基準ブロック５Ａ、５Ｂは、加工精度ならびに取り付け精度により、点ＰＭａと点ＰＭｂとを結ぶ直線と、点ＰＡａと点ＰＡｂとを結ぶ直線とは、ある傾きをもつ。基準ワーク４Ｍならびに基準ブロック５Ａにおける、各２点によって導かれる２つの直線の傾きは、基準面４ｆの基準面５Ａｆに対する傾きである。その傾きは、位置情報のうち、ｘ軸まわりの回転成分θｘ０であり、三角関数の加法定理から、下記の式（１）のように導き出される。

求められた位置情報θｘ０は、基準ワーク４Ｍと同じ種類のワーク４の基準となる値であるため、制御装置６に記憶する。

一方、基準ブロック５Ｂを基準にして、図９に示すように、基準ワーク４Ｍならびに基準ブロック５Ｂの基準面４ｆ、５Ｂｆのそれぞれに設定された２点（ＰＭｃ、ＰＭｄ、ＰＢｃ、ＰＢｄ）に、位置センサ３２を接触させ、接触したときの位置を測定する（ステップＳ３０の一部）。接触位置としては、ｙ座標の値を一定に保ち、点に応じてｘ座標の値を設定し、位置センサ３２が基準面に接触したときのｚ座標の値を取得する。点に応じて位置センサ３２を接触させる位置は、ロボット２の教示点として、ワーク４の種類に応じて設定され、制御装置６に記憶されている。

そして、ｙ軸を中心とする回転成分を示す位置情報（θｙ０）を算出する（ステップＳ５０の一部）。ここでも、接触したときの位置のｙ座標（ロボット２の教示点）とｚ座標（位置センサ３２の値）を便宜的に以下のように表現する。
ＰＭｃ＝（ｘ５、ｔ５）
ＰＭｄ＝（ｘ６、ｔ６）
ＰＢｃ＝（ｘ７、ｔ７）
ＰＢｄ＝（ｘ８、ｔ８）

基準ワーク４Ｍならびに基準ブロック５Ｂにおける、各２点によって導かれる２つの直線の傾きが、基準面４ｆの基準面５Ｂｆに対する傾きである。その傾きは、位置情報のうち、ｙ軸まわりの回転成分θｙ０であり、三角関数の加法定理から、下記の式（２）のように導き出される。

求められた位置情報θｙ０は、基準ワーク４Ｍと同じ種類のワーク４の基準となる値であるため、制御装置６に記憶する。さらに、上記動作（ステップＳ３０）にて得られたｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４ならびにｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８は、ｚ軸方向の基準となるため、制御装置６に記憶する。

さらにまた、センサユニット３に組み込まれているカメラ３３によって、図１０に示すように基準ブロック５Ａと５Ｂのうちの一方（図では基準ブロック５Ａ）と基準ワーク４Ｍとが隣接する部分を上方向（ｚ方向で離れた位置）から撮像する（ステップＳ４０）。カメラ３３の画素数ならびに撮像エリアについては、補正精度によって、適宜選択できるものとする。カメラ３３は画像処理システム（図示しない）に接続されており、撮像した画像において、エッジ検出、エッジ間距離の測定といった、一般的な画像処理システムの機能を有するものとする。

撮像により、例えば、図１１のような画像（ｘｙ面における輪郭形状）が得られたとする。すると、画像処理システムは、基準ブロック５Ａのｘ軸と交わる輪郭線ＥＡｓと基準ワーク４Ｍに対向する輪郭線ＥＡｏ、基準ワーク４Ｍのｘ軸と交わる輪郭線ＥＭｓと基準ブロック５Ａに対向する輪郭線ＥＭｏを抽出する。そして、抽出した輪郭線ＥＡｓとＥＭｓがなす角を位置情報θｚ０（ｚ軸まわりの回転成分）、ＥＡｏのＥＡｓとの交点およびＥＭｏのＥＭｓとの交点の、ｙ軸方向の平行移動成分を位置情報ｙ０、ｘ軸方向の平行移動成分を位置情報ｘｏとして算出する（ステップＳ５０の一部）。

求められたｘ０、ｙ０ならびにθｚ０は、基準ワーク４Ｍと同じ種類の作業対象ワーク４Ｗの基準となる値であるため、制御装置６に記憶する。ここでは、基準ワーク４Ｍと基準ブロック５Ａとの位置関係を求めているが、基準ワーク４Ｍと基準ブロック５Ｂとの位置関係を求めて、その値を基準値として制御装置６に記憶してもよい。

これにより、ある種類のワークの基準ワークに対して、挿入動作を教示した基準位置となる位置情報の生成が完了する。すると、必要な種類のワークの基準ワークに対する位置情報が得られるまで（ステップＳ６０で「Ｎ」の場合）、同様の動作（ステップＳ１０〜Ｓ５０）を繰り返す。必要な種類のワークの基準ワークに対する位置情報が得られると（ステップＳ６０で「Ｙ」の場合）、基準ワークに対する位置情報の生成が完了する。

つぎに、実際に作業対象となるワーク４に対する教示点の補正（図４）について、六面体の一面に四角形の穴４ｈが開いている基準ワーク４Ｍと同じ種類のワーク（図示しないが、基準ワーク４Ｍと区別するため、作業対象ワーク４Ｗと称する。）を選定した例について説明する。

はじめに、作業対象ワーク４Ｗを設置面７に設置する（ステップＳ１１０）。このとき、作業対象ワーク４Ｗの取り付け位置は、教示点をティーチングした基準ワーク４Ｍが設置された位置とは一致しない。そこで、基準ワーク４Ｍに対して行った測定（ステップＳ３０〜Ｓ４０）と同様の測定を作業対象ワーク４Ｗに対しても実施（ステップＳ１２０〜Ｓ１３０）を実施し、その測定値に基づいて、位置情報の変位量（Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθｘ、Δθｙ、Δθｚ）を算出する（ステップＳ１４０）。

変位量のうち、ｘ軸まわりの回転成分、およびｙ軸まわりの回転成分の変位量Δθｘ、Δθｘは、まず、ステップＳ５０と同様に、作業対象ワーク４Ｗの基準ブロック５Ａ、５Ｂに対する傾き（回転成分θｘ１、θｙ１）を算出する。そして、それぞれ下記のように基準ワーク４Ｍの位置情報θｘ０、θｙ０との差を計算することで算出する（ステップＳ１４０の一部）。
Δθｘ＝θｘ１−θｘ０
Δθｙ＝θｙ１−θｙ０

そして、θｘ１、θｙ１を算出するために得られた位置センサ３２の値をそれぞれｔ９、ｔ１０、ｔ１１、ｔ１２、ならびにｔ１３、ｔ１４、ｔ１５、ｔ１６とすると、下記式（３）あるいは式（４）により、ｚ方向の平行移動成分の変位であるΔｚが得られる（ステップＳ１４０の一部）。

なお、上記式（３）あるいは式（４）は、厳密には作業対象ワーク４Ｗのｘｙ面上での位置ずれがある場合には成立しない式である。しかし、実体上は、作業対象ワーク４Ｗのｘｙ面上での位置ずれのｚ方向の位置への影響は無視できるレベルであり、上記式で得られた変位量Δｚにより、後述する補正を正確に行うことができる。

そして、残る変位量（Δｘ、Δｙ、Δθｚ）は、ステップＳ１３０で得られた画像データをもとに、ステップＳ５０と同様に、まず、作業対象ワーク４Ｗの基準ブロック５Ａに対するｘ軸方向の平行移動成分ｘ１、ｙ軸方向の平行移動成分ｙ１、およびｚ軸まわりの回転成分θｚ１を算出する。そして、それぞれ下記のように基準ワーク４Ｍの位置情報ｘ０、ｙ０、θｚとの差を計算することで算出する（ステップＳ１４０の一部）。
Δｘ＝ｘ１−ｘ０
Δｙ＝ｙ１−ｙ０
Δθｚ＝θｚ１−θｚ０

算出された３次元の変位量（Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθｘ、Δθｙ、Δθｚ）は、アーム先端２ｅを原点とするツール座標系での補正値として、教示ポイントの情報（ＩＯ、ＩＰ）へフィードバックされ、補正（キャリブレーション）される。

このように、ワーク４ならびに基準ブロック５Ａ、５Ｂに対して、１方向からのアクセスのみで、３次元の補正に必要な変位量（直交３軸の平行移動成分：Δｘ、Δｙ、Δｚ、直交３軸の回転３成分：Δθｘ、Δθｙ、Δθｚ）を得ることができる。そのため、補正に必要な位置情報の生成の際にロボット２の軸方向を変化させる必要が無く、ロボット２自身が持っている固有の位置ずれ量の影響が最小となるため、高精度な位置補正が可能となる。さらに、キャリブレーション時間の短縮も期待される。

また、補正に必要な位置情報を得るための計測動作が１方向からのアクセスのみでよいので、ワーク４の周辺部を、センサユニット３が取り付けられたロボット２が、あらゆる方向からアクセスすることを想定して構成する必要が無い。そのため、ロボットシステム１全体がコンパクトになり、省スペース化ならびに設備コストの低減もできるといった実用的な利点もある。また、組立設備においては、ワーク４に対して１方向からは必ずアクセスできるため、設備構成に制約を受けることなく、ロボットシステム１が導入できる。

なお、ここでは、１度の計測動作にて補正値を導出しているが、高い位置精度が求められる場合は、計測動作と補正動作を繰り返すことで、補正値の精度を高めるようにしても良い。また、本実施の形態１において、位置センサ３２に、接触式変位センサを用いる例を示したがこれに限られることはない。例えば、レーザ変位センサや超音波センサのような非接触式変位センサを用いても良い。この場合、センサユニット３に組み込まれるセンサは全て非接触式となるため、ワーク４が柔軟物であっても、位置補正量が導出され、ロボット教示点のキャリブレーションが可能となる。

以上のように、本発明の実施の形態１にかかる教示点補正装置によれば、基準ワーク４Ｍに対して設定したロボット２（またはロボットシステム１）の教示点（ＩＯ、ＩＰ）を、基準ワーク４Ｍに代えて設置した作業対象ワーク４Ｗに対して補正する教示点補正装置であって、対象物の表面までの距離を検知して対象物の位置を測定する位置センサ３２と、撮像する向きを位置センサ３２が検知する向きに合わせた撮像器（カメラ３３）とが設けられるとともに、ロボット２の先端（アーム先端２ｅ）に接続されるセンサユニット３と、ロボット２と連携してセンサユニット３による測定動作を制御する測定制御部（制御装置６内に形成）と、位置センサ３２で測定した位置データと、撮像器（カメラ３３）で取得した画像データに基づいて、基準ワーク４Ｍに対する作業対象ワーク４Ｗの変位量を算出し、算出した変位量に基づいて教示点（ＩＯ、ＩＰ）を補正する教示点補正部（制御装置６内に形成）と、を備え、基準ワーク４Ｍおよび作業対象ワーク４Ｗのうちの一方のワーク４が設置される設置面７には、位置の基準となる基準ブロック５Ａ、５Ｂが固定されており、測定制御部は、位置センサ３２が検知する向きを設置面７に向けたまま、一方のワーク４および基準ブロック５Ａ、５Ｂに対して位置データと画像データを取得するように測定動作を制御するとともに、教示点補正部は、位置データと画像データに基づいて、変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分（Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθｘ、Δθｙ、Δθｚ）で算出するように構成したので、ロボット２の位置ずれを最小限に抑え、高精度な３次元の位置補正が可能となる。

とくに、教示点補正部は、六自由度の成分のうち、検知する向きに垂直な２軸の回転成分（Δθｘ、Δθｙ）と検知する向きの平行移動成分（Δｚ）を位置データのみで算出するように構成したので、残る３自由度の成分（Δｘ、Δｙ、Δθｚ）のみを画像データで算出すればよい。そのため、画像解析では、図１１で示したように隣接するワーク４と基準ブロック５Ａのエッジ部分のみを抽出すればよく、複雑な画像解析を伴うことなく、容易に変位量を算出することができる。

また、位置センサ３２に、非接触式変位センサを用いると、表面が変形しやすいワークを用いても、正確に３次元の位置補正が可能となる。

また、本実施の形態１にかかる教示点補正方法によれば、基準ワーク４Ｍに対して設定したロボット２（またはロボットシステム１）の教示点（ＩＯ、ＩＰ）を、基準ワーク４Ｍに代えて設置した作業対象ワーク４Ｗに対して補正する教示点補正方法であって、位置の基準となる基準ブロック５Ａ、５Ｂが固定された設置面７に基準ワーク４Ｍを設置し、教示点（ＩＯ、ＩＰ）を設定する工程（ステップＳ１０〜Ｓ２０）と、対象物の表面までの距離を検知して対象物の位置を測定する位置センサ３２と、撮像する向きを位置センサ３２が検知する向きに合わせた撮像器（カメラ３３）とが設けられたセンサユニット３をロボット２の先端（アーム先端２ｅ）に接続し、センサユニット３を用いて基準ワーク４Ｍの基準ブロック５Ａ、５Ｂに対する位置を測定する第一測定工程（ステップＳ３０〜Ｓ４０）と、基準ワーク４Ｍに代えて、設置面７に作業対象ワーク４Ｗを設置する工程（ステップＳ１１０）と、センサユニット３を用いて作業対象ワーク４Ｗの基準ブロック５Ａ、５Ｂに対する位置を測定する第二測定工程（ステップＳ１２０〜Ｓ１３０）と、第一測定工程および第二測定工程の測定結果から基準ワーク４Ｍに対する作業対象ワーク４Ｗの変位量を算出し、算出した変位量に基づき教示点（ＩＯ、ＩＰ）を補正する工程（ステップＳ５０、Ｓ１４０〜Ｓ１５０）と、を含み、第一測定工程および第二測定工程では、それぞれ位置センサ３２が検知する向きを設置面７に向けたまま、基準ワーク４Ｍおよび作業対象ワーク４Ｗのうちの設置面７に設置されたワーク４と基準ブロック５Ａ、５Ｂの位置データと画像データを取得するようにロボット２とセンサユニット３の動作を連携して制御するとともに、教示点（ＩＯ、ＩＰ）を補正する工程では、位置データと画像データに基づいて、変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分（Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθｘ、Δθｙ、Δθｚ）で算出するように構成したので、ロボット２の位置ずれを最小限に抑え、高精度な３次元の位置補正が可能となる。

とくに、教示点を補正する工程では、六自由度の成分のうち、検知する向きに垂直な２軸の回転成分（Δθｘ、Δθｙ）と検知する向きの平行移動成分（Δｚ）を位置データのみで算出するように構成したので、残る３自由度の成分（Δｘ、Δｙ、Δθｚ）のみを画像データで算出すればよい。そのため、画像解析では、図１１で示したように隣接するワーク４と基準ブロック５Ａのエッジ部分のみを抽出すればよく、複雑な画像解析を伴うことなく、容易に変位量を算出することができる。

１：ロボットシステム、 ２：ロボット、 ３：センサユニット（教示点補正装置）、
４：ワーク、 ４ｆ：ワークの主面、 ４Ｍ：基準ワーク、 ４Ｗ：作業対象ワーク、
５：基準ブロック組、 ５Ａ：基準ブロックＡ、 ５Ａｆ：基準ブロックＡの主面、 ５Ｂ：基準ブロックＢ、 ５Ｂｆ：基準ブロックＢの主面、 ６ 制御装置（教示点補正装置）、 ７：設置面、 ８： 挿入治具、 ３１：センサユニット筐体、 ３２：位置センサ、 ３３：カメラ（撮像器）、 ３４：照明、 ３５：オートツールチェンジャー、
ＥＡｏ，ＥＡｓ：基準ブロックＡの撮像による計測対象（エッジ）、 ＥＭｏ，ＥＭｓ：の撮像による計測対象（エッジ）、 ＰＡａ〜ＰＡｂ：基準ブロックＡの主面上の位置センサによる計測対象（点）、 ＰＢｃ〜ＰＢｄ：基準ブロックＢの主面上の位置センサによる計測対象（点）、 ＰＭａ〜ＰＭｄ：ワークの主面上の位置センサによる計測対象（点）。

Claims (5)

1. 基準ワークに対して設定したロボットの教示点を、前記基準ワークに代えて設置した作業対象ワークに対して補正する教示点補正装置であって、
   対象物の表面までの距離を検知して前記対象物の位置を測定する位置センサと、撮像する向きを前記位置センサが検知する向きに合わせた撮像器とが設けられるとともに、前記ロボットの先端に接続されるセンサユニットと、
   前記ロボットと連携して前記センサユニットによる測定動作を制御する測定制御部と、
   前記位置センサで測定した位置データと、前記撮像器で取得した画像データに基づいて、前記基準ワークに対する前記作業対象ワークの変位量を算出し、算出した変位量に基づいて前記教示点を補正する教示点補正部と、を備え、
   前記基準ワークおよび前記作業対象ワークのうちの一方のワークが設置される設置面には、位置の基準となる基準ブロックが固定されており、
   前記測定制御部は、前記位置センサが検知する向きを前記設置面に向けたまま、前記一方のワークおよび前記基準ブロックに対して前記位置データと前記画像データを取得するように前記測定動作を制御するとともに、
   前記教示点補正部は、前記位置データと前記画像データに基づいて、前記変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分で算出することを特徴とする教示点補正装置。
2. 前記教示点補正部は、前記六自由度の成分のうち、前記検知する向きに垂直な２軸の回転成分と前記検知する向きの平行移動成分を前記位置データのみで算出することを特徴とする請求項１に記載の教示点補正装置。
3. 前記位置センサは、非接触式変位センサであることを特徴とする請求項１または２に記載の教示点補正装置。
4. 基準ワークに対して設定したロボットの教示点を、前記基準ワークに代えて設置した作業対象ワークに対して補正する教示点補正方法であって、
   位置の基準となる基準ブロックが固定された設置面に前記基準ワークを設置し、前記教示点を設定する工程と、
   対象物の表面までの距離を検知して前記対象物の位置を測定する位置センサと、撮像する向きを前記位置センサが検知する向きに合わせた撮像器とが設けられたセンサユニットを前記ロボットの先端に接続し、前記センサユニットを用いて前記基準ワークの前記基準ブロックに対する位置を測定する第一測定工程と、
   前記基準ワークに代えて、前記設置面に前記作業対象ワークを設置する工程と、
   前記センサユニットを用いて前記作業対象ワークの前記基準ブロックに対する位置を測定する第二測定工程と、
   前記第一測定工程および前記第二測定工程の測定結果から前記基準ワークに対する前記作業対象ワークの変位量を算出し、算出した変位量に基づき前記教示点を補正する工程と、を含み、
   前記第一測定工程および前記第二測定工程では、それぞれ前記位置センサが検知する向きを前記設置面に向けたまま、前記基準ワークおよび前記作業対象ワークのうちの前記設置面に設置されたワークと前記基準ブロックの位置データと画像データを取得するように前記ロボットと前記センサユニットの動作を連携して制御するとともに、
   前記教示点を補正する工程では、前記位置データと前記画像データに基づいて、前記変位量を直交する３軸の平行移動成分と３軸の回転成分からなる六自由度の成分で算出することを特徴とする教示点補正方法。
5. 前記教示点を補正する工程では、前記六自由度の成分のうち、前記検知する向きに垂直な２軸の回転成分と前記検知する向きの平行移動成分を前記位置データのみに基づいて算出することを特徴とする請求項４に記載の教示点補正方法。

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