JP2016221622A - 位置補正機能を有するロボットを備えた生産システム - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械に対するロボットの位置の測定と、測定結果に基づくロボットの動作位置の補正とを、簡易な構成で実現できる生産システムの提供。
【解決手段】ロボット１６は、ロボットアーム２０等の可動部に設けられた視覚装置２４を有し、一方、工作機械１２は、その外表面に設けられた視覚ターゲット２６を有する。カメラ２４で撮像された視覚ターゲット２６の画像は、ロボット制御装置１８又は図示しない画像処理装置にて処理され、この画像処理により、工作機械１２に対するロボット１６の相対位置を測定することができる。測定された相対位置関係に基づき、工作機械１２に対するロボット１６のワーク１４の供給及び排出に関する動作の位置を補正する補正部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械と、該工作機械において加工されるワークの供給及び排出を行うロボットとを含む生産システムに関する。

工作機械と、該工作機械に対するワークの供給及び排出をロボットとを含むシステムでは、工作機械に対するロボットの相対位置にずれが生じると正確な作業ができなくなるため、該相対位置を測定して適宜補正することが望まれる。

これに関連する周知技術例として、特許文献１には、ロボットアームと、該ロボットアームの先端に設けられ、ワーク把持用チャック部を有するロボットハンドとを含むロボットと、該ロボットに対してティーチング入力を行うための操作部と、ワークを撮影できるカメラ部と、該操作部にティーチング入力された所定の座標位置を該カメラ部で撮影された画像に基づいて補正して、補正された座標位置に移動するように該ロボットを駆動制御する制御部と、を備えたロボット制御システムが記載されている。

また特許文献２には、無人搬送車に搭載されたロボットを作業位置に搬送し、予め教示された教示点に従って該作業位置に置かれたワークに作業を行う場合に、該作業位置の所定箇所にマークを取り付け、該ロボットの画像検出手段により該マークの位置を検出し、検出されたマーク位置と教示時のマーク位置との差に基づいて教示点の位置を補正する位置補正方法が記載されている。

特開２００９−０００７８２号公報 特開昭６２−１９１９０４号公報

工作機械及びロボットを含むシステムでは、該システムの稼働中に工作機械及びロボットの設置位置がずれないように、工作機械及びロボットはそれぞれ、床面にアンカーボルト等で固定して使用されることがある。しかし、工場のレイアウト変更等、工作機械又はロボットを移設する場合は、アンカーボルトで工作機械又はロボットを固定し直す作業が生じ、非常に面倒である。従ってレイアウト変更等が頻繁にあり得る場合は、工作機械やロボットをアンカーボルトで床面に固定するのではなく、アウトリガー等を用いて簡易に設置することが好ましい。

しかし、アウトリガーを用いた場合、工作機械が稼動する際の振動や、ロボットアームの動き等によって、工作機械やロボットの設置位置が徐々にずれて、両者間の相対位置関係が変化してしまうことがある。このような変化が一定値以上になると、ロボットによる工作機械に対するワークの着脱（供給・排出）ができなくなる。そこでこのような場合は、ロボットの手先にカメラを取り付けて、ワークの位置を検出したり、ワークを取り付ける治具の位置を検出したりすることで、工作機械やロボットの設置位置がずれたとしても、該検出結果に基づいてロボットの動作位置を補正し、ワークの供給・排出を行っていた。

しかしながら、従来技術では、カメラを使ってワークや治具の位置を計測した後に、ワークの供給・排出を行う必要があり、ワークの供給・排出が完了するまでに要する時間が長くなってしまうという問題があった。また、工作機械内部にあるワークや治具の位置をカメラで計測する場合、カメラが切削油の影響を受けるため、安定した計測を行うことが困難であった。

例えば特許文献１では、ロボットアームの先端に設けられた小型カメラでワークを撮影することで、ティーチング入力された所定の座標位置を、カメラで撮影された画像に基づいて補正し、補正された座標位置にロボットを移動させることができる。しかし、ロボットは、ワークをカメラで撮像した後に該ワークを把持するために移動するので、カメラの撮像時間や、撮像された画像データを処理する間はロボットが移動できず、その分ロボットのサイクルタイムが延びる。また、工作機械に対してワークを供給・排出する際は、工作機械の機械内部にロボットのアーム先端を進入させ、カメラをワークに接近させて撮像する必要があり、カメラが切削液の影響を受け易い。

一方、特許文献２では、無人搬送車に搭載されたロボットが作業位置に移動し、作業位置に置かれたワークに作業を行う場合に、作業位置の所定箇所にマークを取り付けて、ロボットの画像検出手段によりマークの位置を検出し、マークの検出位置と教示点との差を検出することで、ロボットの教示点の位置を補正することができる。しかしこの技術は、無人搬送車が作業位置に移動した後にマークの検出を行い、さらに相対位置を算出した後にロボットの教示点の位置を補正するものであり、同じ位置で同じ作業を繰り返す際の位置のずれについての補正は何も考慮されていない。

そこで本発明は、工作機械に対するロボットの位置の測定と、測定結果に基づくロボットの動作位置の補正とを、簡易な構成で実現できる生産システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、工作機械と、該工作機械に対してワークの供給及び排出を行うロボットとを有する生産システムにおいて、前記工作機械の外表面に設けられた視覚ターゲットと、前記ロボットの可動部に設けられ、前記視覚ターゲットを撮像することによって前記ロボットと前記工作機械との相対位置関係を測定する視覚装置と、前記視覚装置によって測定された前記ロボットと前記工作機械との相対位置関係に基づき、前記工作機械に対してワークの供給及び排出を行う前記ロボットの動作の位置を補正する補正部と、を備える、生産システムを提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記視覚装置による測定を、前記工作機械の加工開始と同じタイミング、又は、加工開始から加工終了までの、予め指定されたタイミングで開始するスケジューリング部を備える、生産システムを提供する。

第３の発明は、第１の又は第２の発明において、前記視覚ターゲットは複数のマーカから構成される、生産システムを提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記工作機械及び前記ロボットの少なくとも一方は、アウトリガーを用いて床面に固定される、生産システムを提供する。

本発明によれば、工作機械及びロボットの少なくとも一方を床面に強固に固定せずに使用できるようになるため、工場レイアウトが柔軟に変更可能であり、さらに位置ずれを補正したとしても、工作機械へのワークの供給や排出にかかる時間は実質的に延びることがない。また、工作機械の計測を外部から行うことができるので、安定した計測が可能である。

本発明に係る生産システムの一実施形態を示す概略図である。 図１の生産システムにおける処理の一例を示すフローチャートである。 図１の生産システムの工作機械に設けられる視覚ターゲットの形状例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る生産システム（加工システム）の構成を示す概略図である。生産システム１０は、ＮＣ工作機械等の工作機械１２と、工作機械１２に対してワーク１４の供給及び排出を行うロボット１６と、ロボット１６を制御するロボット制御装置１８とを有し、工作機械１２を制御するＮＣ等とロボット制御装置１８との間で、後述する種々の情報（信号）を送受信できるようになっている。

例えば、ロボット１６は６軸の多関節ロボットであり、ロボットアーム２０と、ロボットアーム２０の先端に取り付けられたハンド等の作業ツール２２とを有し、工作機械１２において加工すべきワークの供給と、工作機械１２において加工されたワークの排出とを行うことができるように構成されている。

ロボット１６は、ロボットアーム２０や作業ツール２２等の、ロボット１６の可動部に設けられたカメラ等の視覚装置２４を有し、一方、工作機械１２は、その外表面（図示例では、工作機械１２の前面）に設けられた視覚ターゲット２６を有する。なお視覚ターゲット２６は、実質１つのマーカから構成されてもよいし、図示例のように、複数のマーカ２８及び３０から構成されてもよい。

カメラ２４で撮像された視覚ターゲット２６の画像は、ロボット制御装置１８又は図示しない画像処理装置にて処理され、この画像処理により、工作機械１２に対するロボット１６の相対位置（ロボット１６と工作機械１２との相対位置関係）を測定することができる。また生産システム１０は、カメラ２４によって測定されたロボット１６と工作機械１２との相対位置関係に基づき、工作機械１２に対するロボット１６のワーク１４の供給及び排出に関する動作の位置を補正する補正部を有するが、本実施形態では、当該補正部の機能、及び後述するスケジューリング部の機能は、ロボット制御装置１８が具備するものとする。

次に、生産システム１０における処理の一例を、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、工作機械１２において第１のワークの加工が開始されたら、その旨を示す情報（加工開始信号）等が、工作機械１２からロボット１６（又は制御装置１８）に送信される（ステップＳ１１、Ｓ２１）。

工作機械１２において第１のワークの加工が行われている間（ステップＳ１２）、ロボット１６では、ワークの交換準備を開始する（ステップＳ２２）。具体的には、工作機械１２で加工すべき第２のワークをハンド２２で把持し、把持した第２のワークを所定のワーク交換位置に移動させる（ステップＳ２３）。

工作機械１２において第１のワークの加工が完了したら（ステップＳ１３）、ワークを交換すべき旨を示す情報（交換要求信号）等が、工作機械１２からロボット１６（又は制御装置１８）に送信される（ステップＳ１４、Ｓ２４）。ロボット１６は、交換要求信号を受信したら、工作機械１２の内部に進入し、第１のワークを第２のワークに交換する（ステップＳ２５）。

ロボット１６によるワークの交換作業が完了したら、その旨を示す情報（交換完了信号）等が、ロボット１６（又は制御装置１８）から工作機械１２に送信される（ステップＳ２６、Ｓ１５）。工作機械１２は、交換完了信号を受信したら、第２のワークの加工を開始し、その旨を示す情報（加工開始信号）等をロボット１６（又は制御装置１８）に送信する（ステップＳ１１）。

ロボット１６は、第２のワークに関する加工開始信号を受信したら（ステップＳ２７）、上述の視覚装置２４を用いて、工作機械１２の位置の測定を行う（ステップＳ２８）。具体的には、カメラ２４を適当な位置に移動させて工作機械１２に設けた視覚ターゲット２６を撮像し、得られた画像の画像処理結果と、カメラ２４の位置及び姿勢とから、ロボット１６と工作機械１２との相対位置関係を求める。なおステップＳ２８の処理は、工作機械１２の加工開始と同じタイミングで開始してもよいし、加工中（加工開始から加工終了までの、予め指定されたタイミング）で開始してもよい。生産システム１０は、このような測定のタイミングの設定を行うスケジューリング部を具備することができ、本実施形態では、ロボット制御装置１８が該スケジューリング部の機能も担うものとする。

図３は、工作機械１２に設けた視覚ターゲット２６を構成する較正用マーカ２８及び３０の形状例を示す図である。図３の例では、較正用マーカ２８及び３０の各々は、円３２内に十字線を有し、さらに、十字線を構成する互いに直交する２つの線分３４及び３６の一方（図示例では線分３４）に平行な線分３８を有する。但し、較正用マーカの形状はこのようなものに限られず、カメラ２４の撮像結果に基づいてロボット１６及び工作機械１２の相対位置関係が特定できるものであれば、どのような形状でもよい。

また視覚ターゲット２６は、工作機械１２の内部ではなく、工作機械１２の外表面（例えば工作機械１２の筐体の前面、側面又は上面等）に形成されるが、工作機械１２の内部に配置されたワーク又は該ワークを保持する治具と、視覚ターゲット２６との相対位置関係は予め定まっているものとする。なお視覚ターゲット２６は、１つのマーカから構成されてもよいが、複数のマーカから構成することにより、ロボット１６及び工作機械１２の相対位置関係をより高精度に測定することもできる。

ステップＳ２８の処理が完了したら、測定された相対位置関係に基づいて、予め教示され又はプログラミングされている、ロボット１６の供給・排出動作の位置を補正する（ステップＳ２９）。つまり本発明では、ロボット１６の供給・排出動作は、測定された相対位置関係に基づいて逐次補正されるので、各ワークについて正確な供給・排出作業が行える。従って、工作機械１２は、アンカーボルトで床面に固定される必要はなく、例えば図１に示すように、工作機械１２から横方向に張り出すアウトリガー４０を用いて、工作機械１２の自重にて床面に固定する等、簡易な方法で設置することができる。ロボット１６についても同様に、アンカーボルトで床面に固定される必要はなく、例えば、ロボット１６から横方向に張り出すアウトリガー４２を用いて、ロボット１６の自重にて床面に固定する等、簡易な方法で設置することができる。

またステップＳ２８の処理（相対位置関係の測定）を、工作機械１２の加工開始時又は加工中に行うことにより、次のワークの交換準備を開始するまでに、相対位置関係の測定とこれに基づく動作位置の補正とを完了しておくことができるので、ロボットのサイクルタイムが相対位置関係の測定や動作位置の補正によって延びることがなく、生産システム全体としての効率化も図ることができる。

１０ 生産システム
１２ 工作機械
１４ ワーク
１６ ロボット
１８ ロボット制御装置
２０ ロボットアーム
２２ ハンド
２４ カメラ
２６ 視覚ターゲット
２８、３０ 較正用マーカ
４０、４２ アウトリガー

Claims (4)

1. 工作機械と、該工作機械に対してワークの供給及び排出を行うロボットとを有する生産システムにおいて、
   前記工作機械の外表面に設けられた視覚ターゲットと、
   前記ロボットの可動部に設けられ、前記視覚ターゲットを撮像することによって前記ロボットと前記工作機械との相対位置関係を測定する視覚装置と、
   前記視覚装置によって測定された前記ロボットと前記工作機械との相対位置関係に基づき、前記工作機械に対してワークの供給及び排出を行う前記ロボットの動作の位置を補正する補正部と、を備える、生産システム。
2. 前記視覚装置による測定を、前記工作機械の加工開始と同じタイミング、又は、加工開始から加工終了までの、予め指定されたタイミングで開始するスケジューリング部を備える、請求項１に記載の生産システム。
3. 前記視覚ターゲットは複数のマーカから構成される、請求項１又は２に記載の生産システム。
4. 前記工作機械及び前記ロボットの少なくとも一方は、アウトリガーを用いて床面に固定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生産システム。

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