JP2018202542A - 計測装置、システム、制御方法及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットとビジョンとの干渉によるロボットの駆動範囲の制約が少ないビジョンシステムなどを提供すること。
【解決手段】第１のリンク３１１と第２のリンク３１２を含む複数のリンクが相対移動可能に連結されて構成されているロボット３００の第１のリンクに位置変更可能に設けられた、センサ部３を含む計測部１と、計測部の位置の変更を制御する位置変更制御部２１０と、を有する。計測部１は、ロボットの把持部によって把持されている物を計測可能な第１の位置と、把持部によって把持されていない物を計測可能な第２の位置と、に位置を変更可能に設けられる。第２の位置は、計測部１が第１の位置にあるときよりも第１のリンク３１１と第２のリンク３１２の相対移動の可動範囲が大きくなる位置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測装置、システム、制御方法及び物品の製造方法に関する。

三次元形状計測装置の一種であるマシンビジョン（以下、ビジョン（計測部）とも言う）は、特に製造業におけるコンピュータビジョンの応用に用いられる。ビジョンは、溶接、ハンドリング、組み付け、検査などの様々な工程に供するための、物の位置姿勢認識手段として利用されている。具体的には、溶接工程の場合は、溶接先をビジョンで認識し、認識結果に基づいて溶接ロボットで溶接を行う工程に利用される。また、組付け工程の場合は、パレット内の位置不定なバラ積み部品をビジョンで認識し、認識結果に基づいてロボットで部品を把持し、組付け先に組付ける工程に利用される。

従来、作業を行うロボット自体にビジョンを取り付ける「オンハンドタイプ」のビジョンが提案されている（特許文献１、２参照）。特許文献１に開示のビジョンは溶接ロボットの先端部に固定されており、ビジョンの計測結果に基づいて溶接線の位置を計算し、トラッキング用のデータを生成している。しかし、ビジョンがロボットに移動不能に固定されている。従って、例えば溶接ロボットの姿勢を変更した時に、ビジョンがワークやワーク周辺機材に接近して溶接作業ができない場合があり、ロボットによる溶接を中断し人手によって溶接を行う事があった。そこで特許文献２に開示のビジョンは、移動手段を介してロボットに取り付けられている。移動手段により、ビジョンがワークやワーク周辺機材に干渉しない方向にビジョンを移動させることで、ロボット姿勢に関わらず溶接作業を継続する事ができる。

特開平７−１０４８３１号公報 特開２０１２−１６８０６号公報

しかし、従来のオンハンドタイプのビジョンは、ロボット姿勢によってはロボットとビジョンとが干渉してしまうため、ロボットの駆動範囲が制限されてしまうことがあり得る。すると、例えば前述の溶接工程では、最適なロボット姿勢が取れないために溶接品質が低下する若しくは溶接作業ができない場合があり、人手による溶接作業が必要となってしまうことがあり得る。また、前述のバラ積み部品の組立工程では、ビジョンで認識した部品を把持するのに必要とされるロボット姿勢を取れない場合があり、部品把持ができないことがあり得る。部品把持ができないと、パレットのミキシングや部品パレットの交換等の対応頻度が増え、作業時間が長くなってしまうことになる。そこで本発明は、ロボットと計測部との干渉によるロボットの駆動範囲の制約を少なくすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクが相対移動可能に連結されて構成されているロボットの前記第１のリンクに位置変更可能に設けられた、センサ部を含む計測部と、前記計測部の位置の変更を制御する位置変更制御部と、を有する。前記計測部は、前記ロボットの把持部によって把持されている物を計測可能な第１の位置と、前記把持部によって把持されていない物を計測可能な第２の位置と、に位置を変更可能に設けられる。前記第２の位置は、前記計測部が前記第１の位置にあるときよりも前記第１のリンクと前記第２のリンクの相対移動の可動範囲が大きくなる位置である。

本発明の一側面によれば、ロボットと計測部との干渉によるロボットの駆動範囲の制約を少なくできる。

第１実施形態のロボット-ビジョンシステムを示した図である。 第１実施形態のビジョンを示した図である。 第１実施形態の位置関係及び計測範囲を示した図である。 第１実施形態の自動組立工程を示した図である。 第１実施形態の通信フローを示した図である。 第２実施形態の通信フローを示した図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１、図２を用いて、本実施形態のロボット-ビジョンシステム１００における構成、各部の機能について述べる。本実施形態におけるロボット-ビジョンシステム１００は、部品の把持、組み付けを目的にして用いられるシステムを想定している。図１に示す通り、ロボット-ビジョンシステム１００はビジョン１（計測部）、ビジョン制御装置（計測制御部）１０、ビジョンステージ部２００、ビジョンステージ制御装置２１０、ロボット３００、ロボット制御装置３１０を含む。これらを用いて、物の認識、把持、組み付けなどの組み付け工程に必要な一連の処理、動作が行われる。本実施形態において、ワーク（物）５０は、コネクタやコンデンサなどの組み付けられる電子部品、組み付け先の電子基板などを示す。ビジョンシステムが、ビジョン１、ビジョン制御装置１０、ビジョン１を位置変更可能にロボットのリンクに取り付けるビジョンステージ部２００、ビジョン１の位置を変更可能に制御する位置変更制御部であるビジョンステージ制御装置２１０などで構成される。このビジョンシステムは、下記のロボット３００やロボット制御装置３１０などを含むロボットシステムに組み付けられて、ロボット-ビジョンシステム１００を構成する。

ロボット３００は、複数のリンクが回転軸により順次連結されているロボット本体部３０１と、ロボット本体部３０１の先端部のリンク３１１に取り付けられたフランジ部３０３と、フランジ部３０３に取り付けられたマウント部３０５を有する。また、マウント部３０５に取り付けられたステー３０４と、マウント部３０５に取り付けられたエンドエフェクタ３０６（以下、ハンド部とも言う）と、ハンド部３０６先端の把持部３０７を有する。ロボット３００は、第１のリンクであるリンク３１１と第２のリンクであるリンク３１２を含み、それらは、その間に設けられた回転軸Ａの回りで相対回転可能に連結されている。ロボット制御装置３１０の出す動作指示により、把持部３０７がワーク５０に対して近接するようにロボット３００を駆動させ、ワーク５０の把持や組み付けなどを行う。より具体的には、ロボット全体の位置やリンク間の角度を適宜に制御して、把持部３０７をワーク５０に接近させて把持し、把持されたワーク５０を所望の位置に移動する。

ビジョンステージ部２００は、ステー３０４に取り付けられた固定部２０１と、ビジョン１に取り付けられた可動部２０２と、を含み、固定部２０１と可動部２０２との間で摺動可能に構成されている。ビジョンステージ制御装置２１０の出す動作指示により、ビジョンステージ部２００を駆動させ（つまり、固定部２０１に対して可動部２０２を動かし）、ビジョン１とロボット３００のフランジ部３０３との相対位置を変更することができる。

ビジョン１はビジョン制御装置１０の指令により計測領域Ｓ内のワーク５０の計測を行う。図２に本実施形態で用いられるビジョン１の詳細を示す。本図を基にビジョン１の構成及び三次元情報計測方法について説明する。ここで例示するビジョン１はパターン投影方式の三次元形状計測装置であり、投影ユニット２と、センサ部である撮像ユニット３と、を有している。投影ユニット２は、ＬＥＤなどの光源４、パターンマスクなどのパターンを生成するためのパターン生成部５、レンズなどで構成された不図示の照明光学系及び投影光学系を含む。投影ユニット２は、ビジョン制御装置１０が有する計測制御部１１から出される指令に従いパターン光６を投影する。パターン光６のパターン形態としては、明線と暗線が交互に現れるストライプパターンがある。また、これに線識別のために線上に何らかの特徴部を加えたもの、例えば、明線上にドット状の暗点を加えたパターン、ドット状の光がランダムに配置されたパターン、などの多様な形態も存在する。

パターン光６はワーク５０に照射される。パターン光６が照射されたワーク５０は、計測制御部１１から出される指令に従い撮像ユニット３により撮影される。撮像ユニット３は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像装置７、レンズなどで構成された不図示の撮影光学系、などを含む。

撮影された画像はビジョン制御装置１０内の三次元情報演算部１２に送られる。三次元情報演算部１２はこの画像を基に、ワーク５０の三次元情報を算出する。座標変換部１３は座標変換行列記憶部１４に記憶されている座標変換行列を使用しワーク５０の三次元情報を適切な座標系に変換する。記憶されている座標変換行列は、フランジ座標系から世界座標系への座標変換行列、ビジョン１の位置をパラメータとするピジョン座標系からフランジ座標系への座標変換行列、などを含む複数の座標変換行列である。こうした座標変換行列は、或る軸の回りの回転に係わる回転行列、並進移動に係わる並進ベクトルなどを含む行列で表される。通信制御部１５は、ロボット制御装置３１０との間で計測指令や計測結果等の送返信を行う。

以上が、ロボット-ビジョンシステム１００やビジョンシステムにおける構成、各部の機能である。

次に、図３を元にビジョンステージ部２００の状態（固定部２０１に対する可動部２０２の位置）と、複数のリンクが相対移動可能に連結されたロボットの駆動範囲の制約について述べる。図３はそれぞれのビジョンステージ部の状態における計測領域Ｓを示した図である。簡単のためロボット３００は先端部分のみを示している。ビジョンステージ部２００の可動部２０２は、把持部３０７で把持されたワーク６０を計測する把持中部品計測位置（図３（ｂ））と、把持部３０７で把持されていない遠方のワーク６０を計測する遠方計測位置（図３（ａ））と、の２個所に位置決めが可能である。

図３（ｂ）の把持中部品計測位置では、ビジョンステージ部２００の可動部２０２はロボット回転軸Ａに近い近傍端に位置決めされており、ビジョン１の計測領域Ｓ内に把持中のワーク６０が含まれる。この可動部２０２の位置では、ビジョン１とロボット（ここではリンク３１２）との干渉回避のために、回転軸Ａの回りのリンク３１２に対するリンク３１１の角度はθａ以下の角度範囲に制限される。ここで角度θａは、リンク３１２に対するリンク３１１の角度がゼロである基準位置から測っている。一方、図３（ａ）の遠方計測位置では、ビジョンステージ部２００の可動部２０２はロボットの回転軸Ａからより離れた遠方端に位置決めされており、把持部３０７で把持されていない遠方のワークを計測する。この位置では、ビジョンとロボット（ここではリンク３１２）との干渉は、リンクを最大限に回転させても無くなる若しくは起きにくくなり、ロボットの回転軸Ａの回りの干渉発生直前の角度θｂは上記θａよりも大きくなる。つまり、回転軸Ａの回りのリンク３１２に対するリンク３１１の角度は、上記θａよりも大きい角度θｂまでの角度範囲に制限されるか、制限されない。

ここでポイントになるのは、図３（ｂ）の把持中部品計測において、把持中のワーク６０はロボット姿勢に依らず計測できるため、回転軸Ａの角度範囲θａが小さくロボットの姿勢の自由度が制約されても、把持中部品計測に支障が無い点である。つまり、このとき、把持中のワーク６０は、把持部３０７の先にあることは決まっていて、ビジョンステージ部２００の可動部２０２が回転軸Ａに近い近傍端にある。この状態では、予めの設定により、ビジョン１が把持中部品を確実に計測可能な位置にあるはずである。従って、ロボットの姿勢の自由度（ここでは把持部３０７が取り付けられたリンク３１１の回転の自由度）が制約されても、把持中部品計測に支障が無いことになる。

一方で、図３（ａ）の遠方計測時は回転軸Ａの角度範囲が広く、ロボットの姿勢自由度の制約が無い若しくは小さいため、ロボット（ここではリンク３１１）は作業に必要な姿勢を自由に取る事ができる。つまり、このときは、非把持状態のワーク６０は比較的遠方の広い領域の中にあると予想されるので、リンクは回転軸Ａの回りで比較的広い角度範囲で回転してビジョン１の計測領域Ｓ内でワーク６０を確実に計測できるようにする必要がある。すると、例えば先述の溶接工程では、溶接品質の向上や人手作業に頼らない完全自動溶接工程を実現することができる。また、先述のバラ積み部品の組立工程では、バラ積み部品が入っているパレットのミキシングや交換等の対応は不要となり、作業時間を短縮することができる。以上の様な制御は、例えば、把持中部品計測時及び遠方計測時の回転軸Ａ回りの角度範囲の制約について予め設定されたロボット制御装置３１０により行われる。こうした制約は、各位置にあるビジョン１とリンク３１１との関係、及び各回転角度におけるリンク３１１とリンク３１２との関係は予め分かっているので、それらに基づいて設定される。

以上が、ビジョンステージ部の状態、計測領域、及びロボットの駆動制約に関する説明である。

次に図１を用いて、ロボットの駆動及びビジョンによる計測で取り扱う、世界座標系、フランジ座標系、ビジョン座標系の３つの座標系について述べる。世界座標系は、現実空間中の１点を原点とし、該原点で互いに直交する３軸をそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とする座標系である（Xw・Yw・Zw）。ロボットは世界座標系におけるフランジ部３０３の位置で制御される。フランジ座標系はフランジ部３０３に定義された座標系であり、ロボット移動により世界座標系に対して相対移動する（Xf・Yf・Zf）。ビジョン座標系はビジョンに定義された座標系であり、ビジョンステージ部２００（ここでは可動部２０２）の移動によりフランジ座標系に対して相対移動する（Xv・Yv・Zv）。ビジョン１で計測されたビジョン座標系のワーク位置は、後述する校正で取得した座標変換行列によりフランジ座標系に変換される。世界座標系におけるフランジ座標系の位置はロボット制御から既知であるため、フランジ座標系から世界座標系への変換により、世界座標系におけるワーク位置を得る事ができる。

次にビジョン座標系とフランジ座標系の間の校正について述べる。ビジョンステージ部の状態の変更によりビジョン１とフランジ部３０３の相対位置が変化するため、ビジョン座標系からフランジ座標系への座標変換行列を校正によりそれぞれ取得しておく必要がある。校正は基準となる校正冶具をそれぞれのビジョンステージ部の状態で計測することで行われる。また、それぞれのビジョンステージ部の状態で共通の計測領域を有する場合は、共通計測領域に校正冶具を配置し校正を行うことで、ビジョンステージ部の状態間の変換行列を求めても良い。すなわち、こうした変換行列は次のような方法により取得することができる。ビジョン校正用の基準冶具を共通計測領域に配置し、ビジョンの一方の位置でビジョン座標系から第１のリンクのフランジ部に定義されるフランジ座標系への第１変換行列を取得する。そして、フランジ部は固定のまま、ビジョンの位置変更前後で基準冶具を計測することによりビジョンの異なる位置間の第２変換行列を求め、これらの工程により取得した変換行列を前記座標変換行列記憶部１４に記憶する。前記座標変換部１３で座標変換計算をするにあたっては、ビジョンが一方の位置にある場合は第１変換行列を使用し、ビジョンスが他方の位置にある状態の場合は第１変換行列と第２変換行列の積を使用する。以上の場合において、各位置のビジョン１とフランジ部３０３との位置関係は分かっているので、各位置のビジョン１におけるビジョン座標系からフランジ座標系への座標変換行列が求められることになる。

次に、図３に記したロボット-ビジョンシステムの計測領域Ｓと図４に記した工程を用いて、ロボット-ビジョンシステム１００における自動組立工程について述べる。本自動組立工程は、例えばコネクタやコンデンサなどの電子部品（ワーク６０）を、組み付け先の電子基板（ワーク７０）に組付ける工程である。自動組立工程は、大きく、（1）把持前部品計測工程、（2）部品把持工程、（3）把持中部品計測工程、（4）組付け先計測工程、（5）組付け工程の５工程を含む。それぞれの工程について以下に説明する。

まず、（1）の把持前部品計測工程では、把持対象となるワーク６０の三次元情報を取得する。図３（ａ）は本工程における構成物の位置関係及び計測領域Ｓを示している。詳細工程について記述する。ワーク６０の三次元情報計測を行う際には、ビジョン１の計測領域Ｓ内に把持前のワーク６０が存在するように、ロボット３００とビジョンステージ部２００を駆動させる必要がある。そこで、ビジョンステージ部２００の可動部２０２を回転軸Ａに対して遠方端の遠方計測位置に移動し（Ｓ４０１）、ビジョン計測結果をビジョン座標系からフランジ座標系に変換するための座標変換行列を遠方計測位置のものに設定する（Ｓ４０２）。次に、ワーク６０がビジョンの計測領域Ｓ内に存在する位置に、ロボット（ここでは先端部のリンク３１１）を移動する（Ｓ４０３）。この際、ロボットの移動は上述した範囲で制約されている。その後、ビジョン１によりワーク６０の計測を行い、ビジョン座標系におけるワーク６０の位置姿勢情報を取得し、Ｓ４０２で設定された座標変換行列を用いてフランジ座標系のワーク６０の位置姿勢を出力する（Ｓ４０４）。

次に（2）部品把持工程では、（1）把持部品計測工程で取得したワーク６０の位置姿勢情報を元にハンド部３０６先端の把持部３０７でワーク６０を把持する。詳細工程について以下に記述する。Ｓ４０４で得られたフランジ座標系におけるワーク６０の位置姿勢の計測結果、及びその時のロボットのフランジ部３０３の世界座標系における位置座標から、世界座標系におけるワーク６０の位置姿勢情報を得る事が出来る。ロボット制御装置３１０は世界座標系におけるワーク６０の位置姿勢情報から、事前に設定されたワーク６０における把持部分の位置姿勢情報を算出する（Ｓ４０５）。そして、把持部３０７がその位置に動くようにフランジ部３０３の座標を設定し、ロボットの制御、駆動を行う（Ｓ４０６）。その後、把持部３０７でワーク６０の把持を行う（Ｓ４０７）。

次に（3）把持中部品計測工程では、（2）部品把持工程において把持したワーク６０が、フランジ部３０３に対してどのような位置姿勢で把持されているかを計測する。図３（ｂ）は本工程における構成物の位置関係及び計測領域Ｓを示している。ワーク６０をハンド部３０６先端の把持部３０７で把持すると、実際には、理想的な把持位置に対してわずかながらズレが生じてしまうことがある。すると、後の組付け工程に影響が出てしまうため、このズレを計測し、ロボットの組付け動作を補正する。これにより、高精度な組付けを実現することが可能となる。詳細工程について以下に記述する。

把持中のワーク６０の三次元情報計測を行う際にはビジョン１の計測領域Ｓ内に把持中のワーク６０が存在するように、ロボット（ここではリンク３１１）とビジョンステージ部２００の可動部２０２を移動する必要がある。そこで、ロボット（ここではリンク３１２）とビジョン１の干渉回避のためにロボットを駆動し（Ｓ４０８）、ビジョンステージ部２００の可動部２０２を回転軸Ａに対して近傍端の把持中部品計測位置に移動する（Ｓ４０９）。この際、ロボットとビジョン１の干渉が発生しない状態になっていれば、ロボットを駆動する必要はない。こうした判断はロボット制御装置３１０において行われる。次に、ビジョン計測結果について、ビジョン座標系からフランジ座標系に変換するための座標変換行列を把持中部品計測位置のものに設定する（Ｓ４１０）。そして、ビジョン１によりワーク６０の計測を行い、ビジョン座標系におけるワーク６０の位置姿勢情報を取得し、Ｓ４１０の座標変換行列を用いて、フランジ座標系における把持中のワーク６０の位置姿勢を求める（Ｓ４１１）。

次に（4）組付け先計測工程では、把持中のワーク６０を組付け先ワーク７０に組付ける事前準備として、組付け先ワーク７０の位置姿勢を計測する。図３（ｃ）は本工程における構成物の位置関係及び計測領域Ｓを示している。（1）把持前部品計測に対して、計測対象がワーク６０から組付け先ワーク７０に替わるが、詳細工程は同様であるため詳細説明は省略するが、本工程ではフランジ座標系における組付け先ワーク７０の位置姿勢が取得される。（4）組付け先計測工程のステップＳ４１２からＳ４１５は、それぞれ、（1）把持前部品計測工程のステップＳ４０１からＳ４０４に対応する。

次に（5）組付け工程では、（3）把持中部品計測工程及び（4）組付け先計測工程の計測結果をロボット動作に反映し、把持中のワーク６０を組付け先ワーク７０に組付ける。詳細工程について以下に記述する。

Ｓ４１５で計測した組付け先計測時のフランジ座標系における組付け先ワーク７０の位置姿勢、及びその時のロボットのフランジ部３０３の世界座標系における位置座標から、世界座標系における組付け先ワーク７０の位置姿勢情報を得る事ができる。ロボット制御装置３１０は世界座標系における組付け先ワーク７０の位置姿勢情報から、事前に設定された組付け先ワーク７０における組付け先７１の位置姿勢情報を算出する（Ｓ４１６）。すでにＳ４１１でフランジ座標系における把持中のワーク６０の位置姿勢が計測されているので、把持中のワーク６０が組付け先７１に組付くようにフランジ部３０３の座標を設定し、ロボットの制御、駆動を行う（Ｓ４１７）。その後、ハンド部３０６先端の把持部３０７でワーク６０を組付け先７１に組付ける（Ｓ４１８）。

以上が、ビジョンシステムを含むロボット-ビジョンシステム１００における自動組立工程である。上記制御は、ビジョン制御装置１０、ビジョンステージ制御装置２１０、ロボット制御装置３１０により行われる。この制御において、ビジョンの位置変更自体はビジョンステージ制御装置により実行され、リンクの設定可動範囲での移動自体はロボット制御装置により実行される。しかし、ビジョンの位置変更の制御指令やリンクの可動範囲変更の制御指令は、ビジョン制御装置とロボット制御装置のどちら側から送信されてもよい。

次に図２と図５を用いて、ビジョン制御装置１０とビジョンステージ制御装置２１０とロボット制御装置３１０の間のインターフェースの例を述べる。更に、ビジョンステージ部２００の状態の変化に付随して必要なロボットの駆動範囲の制約変更やビジョン計測結果に対して使用される座標変換行列の変更に関する通信フローに関して述べる。本実施形態では、ビジョンステージ部２００の状態の変化は、固定部２０１に対する可動部２０２の位置変化であり、ロボットの駆動範囲は、リンク３１２に対するリンク３１１の回転範囲である。

図２において、ビジョン制御装置１０とロボット制御装置３１０はビジョン-ロボット間通信部３０で接続されており、ロボット制御装置３１０とステージ制御装置２１０はロボット-ステージ間通信部４０で接続されている。これらの装置間通信部では、ステージ移動指令や座標変換行列の変更指令の送返信を行い、ロボットとビジョン１の干渉を防ぐためにロボット（ここではリンク３１１）の駆動範囲の制約を適切に設定する。図５を使用してこれらの通信フローを説明する。なお、図５の通信フローは、図４で示した自動組立工程におけるビジョンステージ移動及び座標変換行列設定に関する工程について、各制御装置間の通信レベルで記載したものに当たる。本フローに従って、ロボットの制約された駆動範囲を設定しビジョンステージ部の状態変更（ステージ移動）を行う。このことで、ロボットとビジョンの干渉を回避し安全にビジョンステージ部の状態を変更でき、必要な座標変換行列設定を行う事ができる。

はじめに、ロボット制御装置３１０はステージ移動に備えてロボット駆動制限の変更を行い（Ｓ５０１）、ロボットとビジョンの干渉を防止する。仮にロボットがビジョンステージ移動後に干渉するような位置にある場合には事前に退避駆動を行う必要がある。次に、ロボット制御装置３１０からビジョンステージ制御装置２１０にステージ移動指令（位置変更指令）を送信する（Ｓ５０２）。そして、ビジョンステージ制御装置２１０はステージ移動指令受信後に（Ｓ５０３）、ステージを指令位置に駆動し（Ｓ５０４）、ステージ移動完了後（変更完了後）にロボット制御装置３１０へステージ移動完了通知（位置変更完了通知）を送信する（Ｓ５０５）。次に、ロボット制御装置３１０はビジョンステージ制御装置２１０からの移動完了通知を受信後（Ｓ５０６）、ビジョン制御装置１０に座標変換行列の変更指令を送信する（Ｓ５０７）。最後に、ビジョンセンサ制御装置１０はロボット制御装置３１０から座標変換行列変更指令を受信し（Ｓ５０８）、ビジョン計測結果の座標変換に使用する座標変換行列を所定の行列に変更する（Ｓ５０９）。以上により、干渉なくビジョンステージ移動が行われ、ロボットのリンクの駆動範囲の制約やビジョン計測結果の座標変換行列は適切に設定される。

以上が本実施形態における制御装置間の接続、及び通信フローである。本実施形態によれば、ビジョンステージ部の各状態において、ロボットの駆動範囲の制約が適切に行われて、各位置のビジョンが果たすべき計測が、ビジョンとロボットとの干渉を発生させることなく遂行される。

＜第２実施形態＞
次に図６に基づいて第２実施形態のロボット-ビジョンシステムについて説明する。第１実施形態では、ビジョンステージ制御装置２１０はロボット制御装置３１０のスレーブであった。具体的には、ビジョン制御装置１０とロボット制御装置３１０との間、及びロボット制御装置とビジョンステージ制御装置２１０との間に装置間通信部を有する形態であった。これに対して、第２実施形態では、ビジョンステージ制御装置２１０はビジョン制御装置１０のスレーブとなる構成である。つまり、ビジョン制御装置１０とロボット制御装置３１０との間、及びビジョン制御装置１０とビジョンステージ制御装置２１０との間に、装置間通信部を有する。本実施形態の利点は、ビジョンとビジョンステージ部を一体のシステムとして取り扱う事ができ、ロボット側からのステージ位置及び座標変換行列の管理が容易になる点である。

図６は、第２実施形態のロボット-ビジョンシステムのロボットのリンクの駆動範囲の制約変更、及びビジョン計測結果に対して使用される座標変換行列の変更のフローの図である。はじめに、ロボット制御装置３１０は、ステージ移動に備えてロボット駆動範囲の制限の変更を行い（Ｓ６０１）、ロボットとビジョンの干渉を防止する。仮にロボットがビジョンステージ移動後に干渉するような位置にある場合には退避が必要となる。次にロボット制御装置３１０からビジョン制御装置１０にステージ移動指令を送信し（Ｓ６０２）、ビジョン制御装置１０はステージ移動指令受信後に（Ｓ６０３）、ビジョンステージ制御装置２１０にステージ移動指令を送信する（Ｓ６０４）。ビジョンステージ制御装置２１０はステージ移動指令を受信後（Ｓ６０５）、ステージを指令位置に駆動し（Ｓ６０６）、ステージ移動完了後にビジョン制御装置１０へステージ移動完了通知を送信する（Ｓ６０７）。ビジョン制御装置１０はステージ移動完了通知を受信後（Ｓ６０８）、ビジョン計測結果の座標変換に使用する座標変換行列を所定の行列に変更し（Ｓ６０９）、ロボット制御装置３１０にステージ移動完了通知を送信する（Ｓ６１０）。その後、ロボット制御装置３１０はビジョン制御装置１０からの移動完了通知を受信する（Ｓ５０６）。以上により、干渉なくビジョンステージ移動が行われ、ロボットの駆動範囲の制約やビジョン計測結果に対して使用される座標変換行列は適切に設定される。

以上の実施形態においては、説明のために図４を用いて部品把持から組付けまでの自動組立工程を示した。しかし、これに限らず、ビジョンの位置変更やビジョンによる計測をロボット動作と組み合わせた様々な工程に、本発明のビジョンシステムないしロボット-ビジョンシステムを使用することが可能である。また、図５及び図６においてロボット駆動制限の切り替えとビジョン計測結果の座標変換行列の切り替えの例を示したが、これらのフローに限らず切り替えを行っても良い。また、上記実施形態においてビジョンステージ部（可動部）は把持中部品計測位置と遠方計測位置の２個所に位置決めを行っているが、これに限らず３個所以上で位置決めを行っても良い。

上記の各実施形態の肝要な点は、次の点にある。すなわち、１つ目は、ビジョンステージ部の状態の変更によりビジョンの計測領域を把持中部品計測と非把持部品計測（上記実施形態では遠方計測）とで切り替える点である。２つ目は、把持中部品計測では、ビジョンとロボットとの干渉によるロボットの駆動範囲の制約が大きくなる（つまり駆動範囲が狭くなる）が、把持中部品計測には支障が無い点である。３つ目は、非把持部品計測（遠方計測）ではロボットの駆動範囲の制約が無くなる若しくは小さくなり、非把持部品計測に適するようにする点である。こうした肝要な点を満たす範囲内で、各工程やフローの順番が前後しても良い。

また、上記実施形態では三次元情報計測装置であるビジョンについてパターン投影方式の計測装置を例示したが、これに限られない。ステレオ計測方式など他の計測方式でもよい。また、上記実施形態では、ビジョン制御装置、ロボット制御装置、及びビジョンステージ制御装置を別個のものとして示したが、これらは１つ若しくは２つの装置に纏める形態でもよい。上記で示した制御装置や、把持中部品と非把持部品の計測領域をそれぞれ決定する手段を有して、各々の機能を果たす事が必要な要件であり、それらがどのような状態で存在するかは限定されない。

＜第３実施形態＞（物品の製造方法に係る実施形態）
上記実施形態に係るビジョンシステムやロボット-ビジョンシステムは、物品製造方法に使用しうる。この物品製造方法は、前記システムを用いて物ないし部品の計測を行う工程と、この工程で計測された物ないし部品の処理ないし製造を行う工程と、を含みうる。この処理は、例えば、加工、切断、搬送、組立（組付）、検査、選別などのうちの少なくともいずれか１つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能、品質、生産性、生産コストなどにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１・・・ビジョン（計測部）
３・・・ビジョンのセンサ部
１０・・・ビジョン制御装置
５０・・・ワーク
２１０・・・ビジョンステージ制御装置（位置変更制御部）
３００・・・ロボット
３０７・・・把持部
３１１・・・第１のリンク
３１２・・・第２のリンク

Claims (15)

1. 第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクが相対移動可能に連結されて構成されているロボットの前記第１のリンクに位置変更可能に設けられた、センサ部を含む計測部と、
   前記計測部の位置の変更を制御する位置変更制御部と、
   を有し、
   前記計測部は、前記ロボットの把持部によって把持されている物を計測可能な第１の位置と、前記把持部によって把持されていない物を計測可能な第２の位置と、に位置を変更可能に設けられ、
   前記第２の位置は、前記計測部が前記第１の位置にあるときよりも前記第１のリンクと前記第２のリンクの相対移動の可動範囲が大きくなる位置であることを特徴とする計測装置。
2. 回転軸の回りで相対回転可能に前記第１のリンクと前記第２のリンクは連結されていることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記第２の位置では、前記回転軸からの前記センサ部の位置が、前記第１の位置よりも遠方にあることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記回転軸の回りの回転可能な範囲が、前記第１の位置のときよりも前記第２の位置のときの方が広いことを特徴とする請求項２または３に記載の計測装置。
5. 前記計測部の位置の変更は、前記第１のリンクに固定して設けられた固定部に対して可動部が摺動することにより行われることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の計測装置。
6. 前記センサ部による計測結果を処理するように前記計測部を制御する計測制御部を有し、
   前記計測制御部は、前記センサ部による計測結果の所定の座標系のものへの変換を行うための座標変換部と、複数の座標変換行列を記憶する座標変換行列記憶部を有し、
   前記座標変換部は、前記ビジョンの位置に従って、前記座標変換行列記憶部に記憶されている前記座標変換行列において、前記変換に使用する座標変換行列を変更することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の計測装置。
7. 前記計測部は前記第１の位置と前記第２の位置において共通の計測領域を有し、
   前記計測制御部は、前記第１の位置と前記第２の位置との一方の位置におけるビジョン座標系から前記第１のリンクのフランジ部に定義されるフランジ座標系への第１変換行列を取得する工程と、前記フランジ部は固定のまま前記ビジョンの前記第１の位置と前記第２の位置間の位置変更前後で、前記共通の計測領域に配置されるビジョン校正用の基準冶具を計測することで前記第１の位置と前記第２の位置間の第２変換行列を求める工程と、により取得した変換行列を前記座標変換行列記憶部に記憶し、
   前記座標変換部で座標変換計算をするにあたって、前記一方の位置の場合は前記第１変換行列を、前記第１の位置と前記第２の位置との他方の位置の場合は前記第１変換行列と前記第２変換行列の積を使用することを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の計測装置と、
   前記把持部が設けられた前記第１のリンクと前記第２のリンクとを含む複数のリンクが相対移動可能に連結されて構成されたロボットと、
   前記複数のリンクを駆動して前記ロボットを制御するロボット制御装置と、
   を有することを特徴とするシステム。
9. 第１のリンクと第２のリンクを含む複数のリンクが相対移動可能に連結されて構成されているロボットと、
   前記複数のリンクを駆動して前記ロボットを制御するロボット制御装置と、
   前記ロボットの前記第１のリンクに位置変更可能に設けられた、センサ部を含む計測部と、
   前記計測部の位置の変更を制御する位置変更制御部と、を有し、
   前記計測部は、前記ロボットの把持部によって把持されている物を計測可能な第１の位置と、前記把持部によって把持されていない物を計測可能な第２の位置と、に位置を変更可能に設けられ、
   前記位置変更制御部による前記計測部の位置の変更によって前記第２のリンクと前記計測部とが干渉しないように、前記第１のリンクと前記第２のリンクの相対移動の可動範囲が前記ロボット制御装置によって制御されることを特徴とするシステム。
10. 前記センサ部による計測結果を処理するように前記計測部を制御する計測制御部を有し、
    前記ロボットを制御するロボット制御装置と前記位置変更制御部との間で前記ビジョンの位置変更の情報を送返信する第１の通信部と、前記ロボット制御装置と前記計測制御部との間で前記センサ部による計測結果を処理するための座標変換行列の情報を送返信する第２の通信部と、を有することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記ロボット制御装置は、前記ロボットの制約された駆動範囲を設定し、
    前記ロボット制御装置は、前記計測部の位置変更指令を前記位置変更制御部に送信し、
    前記位置変更制御部は前記ロボット制御装置からの前記位置変更指令を受信後に、前記計測部の位置を変更し、変更完了後に前記ロボット制御装置に位置変更完了通知を送信し、
    前記ロボット制御装置は前記位置変更制御部からの前記位置変更完了通知を受信後に、前記計測部による計測結果を処理するための座標変換行列を所定の行列に変更する座標変換行列変更指令を前記計測制御部に送信し
    前記計測制御部は前記ロボット制御装置からの前記座標変換行列変更指令を受信後に、前記計測部による計測結果を処理するための座標変換行列を前記所定の行列に変更することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記センサ部による計測結果を処理するように前記計測部を制御する計測制御部を有し、
    前記ロボットを制御するロボット制御装置と前記計測制御部との間で、前記計測部の位置変更の情報を送返信する第１の通信部と、前記計測制御部と前記位置変更制御部との間で前記計測部の位置変更の情報を送返信する第２の通信部を有することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
13. 前記ロボット制御装置は、前記ロボットの制約された駆動範囲を設定し、
    前記ロボット制御装置は、前記計測部の位置変更指令を前記計測制御部に送信し、
    前記計測制御部は前記ロボット制御装置からの前記位置変更指令を受信後に、前記位置変更制御部に前記位置変更指令を送信し、
    前記位置変更制御部は前記計測制御部からの前記位置変更指令を受信後に、前記計測部の位置を変更し、変更完了後に前記計測制御部に位置変更完了通知を送信し、
    前記計測制御部は前記位置変更制御部からの前記位置変更完了通知を受信後に、前記計測部による計測結果を処理するための座標変換行列を所定の行列に設定し、前記ロボット制御装置に前記位置変更完了通知を送信し、
    前記ロボット制御装置は前記計測制御部からの前記位置変更完了通知を受信することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 複数のリンクが相対移動可能に連結されて構成されているロボットの第１のリンクに位置変更可能に設けられた、センサ部を含む計測部の位置の変更を制御する方法であって、
    前記計測部を、前記ロボットの把持部によって把持されている物を計測可能な第１の位置に位置決めする工程と、
    前記計測部を、前記把持部によって把持されていない物を計測可能な第２の位置に位置決めする工程と、
    を有し、
    前記計測部の位置の変更によって前記第２のリンクと前記計測部とが干渉しないように、前記第１のリンクと前記第２のリンクの相対移動の可動範囲を制御する
    ことを特徴とする方法。
15. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の計測装置を用いて部品の計測を行う工程と、
    計測された部品を処理して物品を製造する工程と、
    を含む事を特徴とする物品製造方法。

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