JP2022025338A - ティーチングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でありながら、ワークの供給位置情報を容易に教示し得るティーチングシステムを提供する。【解決手段】本実施形態のティーチングシステムでは、ロボット２０の制御装置は、レーザ照射装置３０から出射されるレーザ光面Ｌａ～Ｌｃに対して、ロボット２０のハンド２４に把持されるレーザ検出装置５０がレーザ光を検出し得るようにハンド２４を移動させる。レーザ検出装置５０からレーザ光の検出情報が入力される制御装置は、当該検出情報が入力されたときのレーザ検出装置５０の位置情報をレーザ光面Ｌａ～Ｌｃのそれぞれについて取得してレーザ光面Ｌａ～Ｌｃにおけるそれぞれの位置情報に基づいて、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃまたはレーザ光面Ｌａ～Ｌｃを拡張したそれぞれの仮想面が１点（交点Ｐｏ）で交差する交点位置情報を求める。そして、この交点位置情報に基づいて供給位置情報を算出して教示する。【選択図】図８

Description

本発明は、ロボットがワークを加工機に供給する工程の前準備においてワーク供給位置に関する供給位置情報をロボットに教示するティーチングシステムに関するものである。

ワークとの位置関係をロボットに教示させる技術として、例えば、下記特許文献１に「ワークとの相関位置決め方法」が開示されている。この技術では、測定対象点ごとに、カメラ画像から測定対象点の位置とカメラ補正計測位置を測定し、さらにレーザ変位計で測定対象点の奥行位置を計測して基準奥行位置からの位置ずれを検出し、すべての測定対象点について得られた３次元の位置ずれの分だけ当該ワークに対する教示位置データを補正する。これにより、カメラのレンズ歪み等による位置ずれや、測定対象点の基準奥行位置からの位置ずれ等による誤差を解消している。

特開２０１４－１４９１８２号公報

しかしながら、この先行技術では、ロボットに教示させるワークの位置をカメラにより撮像しその画像データを画像処理等により解析することを前提にしている。つまり、ワークを撮像するカメラの存在が必須である。そのため、レーザ変位計のほかにカメラが必要になることから、廉価なカメラと言えども設備コストの増大を招く。また、センサとしてレーザ変位計だけを用いる場合に比べてシステム構成も複雑になり易い。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成でありながら、ワークの供給位置情報を容易に教示し得るティーチング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、特許請求の範囲に記載された請求項１の技術的手段を採用する。この手段によると、本ティーチングシステムの発明では、少なくとも３つのレーザ光面を形成可能なレーザ光を異なる三方向に照射するレーザ照射装置が加工機のワーク供給位置または当該位置付近に設けられ、このレーザ照射装置から照射されたレーザ光を検出した場合に検出情報を出力するレーザ検出装置がエンドエフェクタに保持されて、このレーザ検出装置から出力された検出情報が演算装置に入力される。そして、３つのレーザ光面に対してレーザ検出装置がレーザ光をそれぞれ検出し得るようにエンドエフェクタが移動した場合、演算装置は、検出情報が入力されたときにおけるレーザ検出装置またはエンドエフェクタの所定部位の位置情報を３つのレーザ光面のそれぞれについて取得し、３つのレーザ光面におけるそれぞれの位置情報に基づいて、３つのレーザ光面または３つのレーザ光面を拡張したそれぞれの仮想面が１点で交差する交点位置情報を求め、この交点位置情報に基づいて供給位置情報を算出してロボットに教示する。これにより、加工機のワーク供給位置または当該位置付近に設けられるレーザ照射装置と、ロボットのエンドエフェクタに保持されるレーザ検出装置と、このレーザ検出装置の検出情報が入力される演算装置と、という簡素な構成でワーク供給位置に関する供給位置情報をロボットに教示することが可能になる。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載された請求項２の技術的手段を採用する。この手段によると、本ティーチングシステムの発明では、少なくとも３つのレーザ光面を形成可能なレーザ光を異なる三方向に照射するレーザ照射装置が加工機のワーク供給位置または当該位置付近に設けられ、このレーザ照射装置から照射されたレーザ光を検出した場合に検出情報と検出した時のタイミング情報を出力するレーザ検出装置がエンドエフェクタに保持されて、このレーザ検出装置から出力された検出情報およびタイミング情報が演算装置に入力される。そして、３つのレーザ光面に対してレーザ検出装置がレーザ光をそれぞれ検出し得るようにエンドエフェクタが移動した場合、演算装置は、タイミング情報に基づいて、検出情報が検出された時におけるレーザ検出装置またはエンドエフェクタの所定部位の位置情報を３つのレーザ光面のそれぞれについて取得し、３つのレーザ光面におけるそれぞれの位置情報に基づいて、３つのレーザ光面または３つのレーザ光面を拡張したそれぞれの仮想面が１点で交差する交点位置情報を求め、この交点位置情報に基づいて供給位置情報を算出してロボットに教示する。これにより、３つのレーザ光面のそれぞれについて取得されるレーザ検出装置またはエンドエフェクタの所定部位の位置情報の精度が高まることから、これらの基づいて得られる交点位置情報や供給位置情報の精度も向上する。そのため、加工機のワーク供給位置または当該位置付近に設けられるレーザ照射装置と、ロボットのエンドエフェクタに保持されるレーザ検出装置と、このレーザ検出装置の検出情報が入力される演算装置と、という簡素な構成でワーク供給位置に関する高精度な供給位置情報をロボットに教示することが可能になる。

また、特許請求の範囲に記載された請求項３の技術的手段を採用する。この手段によると、３つのレーザ光面または３つの仮想面は互いに直交する。これにより、３つのレーザ光面または３つの仮想面は互いに鋭角に交わる場合に比べて、例えば、レーザ検出装置またはエンドエフェクタの所定部位の位置情報が三次元座標情報で表される場合には、取得された三次元座標情報を組み合わせるだけで、３つのレーザ光面または３つの仮想面が１点で交差する交点位置情報を容易に求めることが可能になる。したがって、交点位置情報を求める情報処理のアルゴリズムを簡素に構成することができる。

また、特許請求の範囲に記載された請求項４の技術的手段を採用する。この手段によると、３つのレーザ光面または３つの仮想面は、互いに鋭角に交わる。これにより、３つのレーザ光面または３つの仮想面は互いに直交する場合に比べてエンドエフェクタが移動しなければならない範囲を狭く設定することが可能になるので、３つのレーザ光面におけるそれぞれの位置情報を短時間に取得することができる。したがって、ワーク供給位置に関する供給位置情報の教示時間を短縮することができる。

また、特許請求の範囲に記載された請求項５の技術的手段を採用する。この手段によると、演算装置は、エンドエフェクタを制御するロボットの制御装置である。これにより、ロボットの制御装置と別体に演算装置を設ける必要がないので、さらにシステムを簡素に構成することが可能になる。また、設備コストも低減することが可能になる。

本発明によると、レーザ照射装置、レーザ検出装置および演算装置という簡素な構成でワーク供給位置に関する供給位置情報や高精度な供給位置情報をロボットに教示することが可能になる。したがって、簡素な構成でありながら、ワークの供給位置情報を容易に教示することができる。

本発明の一実施形態に係るティーチングシステム、このシステムが適用されるロボットや、このロボットがワークを供給する工作機械の構成例を示す説明図である。 図２(A)は、図１に示す工作機械にロボットがワークを供給する工程を説明するための模式図であり、図２(B)は、図２(A)の工程の前準備におけるロボットのティーチングを説明するための模式図である。 本実施形態のティーチングシステムを構成するレーザ照射装置を工作機械に装着した例を示す説明図である。 図４(A)は、レーザ照射装置の機械的な構成例を示す説明図であり、図４(B)は、この装置の電気的な構成例を示すブロック図である。 図５(A)は、レーザ検出装置の機械的な構成例を示す説明図であり、図５(B)は、この装置の電気的な構成例を示すブロック図である。 ロボットの制御装置により実行されるティーチング制御処理の流れを表したフローチャートである。 図６に示す第１走査処理、第２走査処理および第３走査処理の流れを表したフローチャートである。 ロボットのハンドとレーザ光面との位置関係を表す説明図である。 レーザ光面を直交させた場合におけるレーザ光面、それを拡張した仮想面や交点を表した説明図である。 レーザ光面を直交させない場合におけるレーザ光面、それを拡張した仮想面、交点やロボットを表した説明図である。 図１０において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向から見た説明図である（図１１(A)はＸ軸方向、図１１(B)はＹ軸方向、図１１(C)はＺ軸方向）。 図６に示す第１走査処理、第２走査処理および第３走査処理の流れを表したフローチャートであり、レーザ光面を直交させない場合に使用されるものである。

以下、本発明のティーチングシステムの実施形態について図を参照して説明する。まず、図１および図２に基づいて、本実施形態のティーチングシステムが適用されるロボット２０や、ロボット２０がワークＷを供給する工作機械１０の構成を説明する。説明の便宜上、工作機械１０から説明する。

＜工作機械１０＞
図１に示すように、工作機械１０は、所定形状や所定寸法にワークＷを加工する装置であり、特許請求の範囲の記載の「加工機」に相当し得るものである。工作機械１０は、例えば、旋盤やフライス盤等の切削加工機、研削盤や表面仕上盤等の研削加工機等であったり、これらを組み合わせたターニングセンタであったりする。また、工作機械１０には、放電加工や超音波加工を行う特殊加工機、冷間鍛造を行う鍛造加工機等の各種の加工機が含まれる。本実施形態では、工作機械１０として、旋盤を複合化させたターニングセンタの場合を例示して説明する。

工作機械１０は、ターニングセンタ型のＣＮＣ旋盤であり、その全体が外装パネル１１に覆われている。内部には、旋盤等を構成する機構部分や内装パネル１２で区画形成される加工室ＳＰが収容されている。なお、旋盤機構等を数値制御する制御装置やその制御盤は図示されていない。加工室ＳＰは、ワークＷに対し旋削加工等が行われる部屋であり、ワークＷを回転させる主軸１３、主軸１３においてワークＷを爪１５で把持するチャック１４、心押し台１６やタレット型の刃物台１７等が収容されている（図２参照）。

加工室ＳＰは、その前面（手前）および上面（上方）の一部が扉１８により開閉可能に構成されており、ワークＷの加工中は扉１８により閉じられる。扉１８には、透明パネルの窓１９が設けられているため、加工中のワークＷ等を外部から目視確認することができる。図１には、扉１８が開けられた状態が表されており、加工室ＳＰの前面には、ワークＷが載置されたワークストッカ４１や、ロボット２０が据え付けられたロボット架台４５が配置されている。なお、図示されていないが、実際にはワークストッカ４１やロボット架台４５の周囲に安全柵が設けられている。

＜ロボット２０＞
ロボット２０は、ワークストッカ４１のワークＷを工作機械１０の加工室ＳＰに搬入（供給）するとともに、旋削加工等が施された加工済みのワークＷを加工室ＳＰから搬出して別のワークストッカやトレイチェンジャ等に搬送する作業を自動的に行うものである。ロボット２０は、例えば、垂直多関節ロボットである。ロボット２０は、主に、複数のアーム２１，２２，２３、ハンド（ロボットハンド）２４、ベース２５等により構成されており、ロボット架台４５の天板部４５ａにベース２５が固定されている。ロボット架台４５内には、アーム２１等やハンド２４の関節部を駆動するサーボモータを制御可能な制御装置２７が収容されている。

制御装置２７は、通信機能付きのコンピュータであり、本実施形態では、無線ユニット２８を備えている。無線ユニット２８は、例えば、無線ＬＡＮや、ZigBee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）等の近距離無線通信に対応した無線データ通信装置であり、天板部４５ａに設けられたアンテナ２９を介して外部とのデータ通信を可能にしている。なお、制御装置２７は、無線ユニット２８に代えて、有線ＬＡＮやＵＳＢ等の有線データ通信が可能なユニット（装置）を備えていてもよい。

図２(A)に示すように、ワークＷを工作機械１０に供給する工程（供給工程）では、ロボット２０は、ワークストッカ４１に載置されたワークＷをハンド２４で掴んで工作機械１０の加工室ＳＰに搬入しチャック１４の爪１５に当該ワークＷを把持させた後、加工室ＳＰから退避して旋削加工等が完了するまで待機するように制御される。そして、当該加工が完了すると、ロボット２０は、加工済みのワークＷをハンド２４で掴んで加工室ＳＰから搬出し、元のワークストッカ４１に戻したり別のワークストッカ等に搬送したりするように制御される。ワークＷを工作機械１０に供給したり工作機械１０から取り出したりする工程においては、ロボット２０はこのように制御装置２７に制御されて動作する。

しかし、ワークＷを工作機械１０に供給する位置、即ちチャック１４の爪１５に把持させるのに適した位置をロボット２０の制御装置２７に設定するためにはワークＷを供給する位置の情報（供給位置情報）をロボット２０（制御装置２７）に教示する必要がある。また、加工済みのワークＷを加工室ＳＰからハンド２４が取り出すのに適した位置の情報が供給位置情報と異なる場合、その情報（取出し位置情報）も教示する必要がある。このような教示は、例えば、工作機械１０による加工工程前の段取り作業において、作業員がロボット２０のハンド２４をワークＷの供給位置や取出し位置に手動で移動させて行われるが、安全管理上、作業員の身体の一部が工作機械１０の加工室ＳＰ内に入る機会がないか、機会があってもその時間は極力短い方が望ましい。

そこで、本実施形態では、本発明のティーチングシステムをロボット２０に適用することにより、ワークＷの供給工程の前準備における供給位置情報や取出し位置情報の教示を容易にロボット２０（制御装置２７）に行うことを可能にしている。具体的には、本実施形態のティーチングシステムでは、例えば、工作機械１０による加工工程前の段取り作業において、作業員がワークＷの代わりにレーザ照射装置３０を爪１５に把持させて工作機械１０のチャック１４に取り付ける。また、ロボット２０のハンド２４にはレーザ検出装置５０を掴ませる。そして、後述のティーチング制御処理を制御装置２７に実行させる。

本実施形態のティーチングシステムでは、このような簡素な構成や簡単な作業によりワークＷの供給位置情報や取出し位置情報をロボット２０に教示させることを可能にする。そのため、作業員がワークＷの加工工程前に行う段取り作業の負担を大幅に軽減することができる。また、作業員の身体の一部が工作機械１０の加工室ＳＰ内に入る時間を短時間に抑えることも可能になるため、段取り作業における安全性も高められる。

なお、制御装置２７により制御されるロボット２０のハンド２４の先端位置は、例えば、ロボット２０のベース２５の据え付け位置の中心（以下「据付け中心」という）Ｒｏを原点にしてロボット２０の周囲や加工室ＳＰ内の位置情報を三次元座標で表す三次元座標情報に基づいて制御される。

ここからは、本実施形態のティーチングシステムを構成するレーザ照射装置３０およびレーザ検出装置５０の構成等や、ロボット２０の制御装置２７が行うティーチング制御処理の流れ等について、図３～図９を参照しながら説明する。まず、レーザ照射装置３０およびレーザ検出装置５０の構成等を図３～図５に基づいて説明する。

＜レーザ照射装置３０＞
図３および図４に示すように、レーザ照射装置３０は、所定波長の可視光のレーザ光を異なる三方向（例えば互いに直交する三方向）に照射する機能を有するものであり、本実施形態では、工作機械１０のチャック１４に取り付けられて使用される。レーザ照射装置３０が取り付けられる位置は、ワークＷの供給位置や当該供給位置に近い位置（供給位置付近）である。そのため、レーザ照射装置３０の外観は、例えば、樹脂製の中空立方体形状を有するケース３１と、チャック１４の爪１５に把持させて工作機械１０に取付可能にケース３１から垂直に突出する丸棒形状（円柱形状）のポスト３２と、により構成されている。

ケース３１を構成する６つのパネルのうち、当該レーザ照射装置３０がチャック１４に取り付けられた状態（以下「取付状態」という）において主軸１３の先端方向（Ｘ軸先端方向）に向く正面パネル３１ａには、２つのスリット３１ｘ，３１ｙが形成されている。なお、図４(A)には、図３に示すレーザ照射装置３０の取付状態における座標系が表されている。正面パネル３１ａに対向する背面パネル３１ｂには前述のポスト３２が突設されている。また、取付状態において、主軸１３の径方向かつ加工室ＳＰの前面方向（Ｙ軸先端方向）に向く側面パネル３１ｃには、スリット３１ｚが形成されている。

このような取付状態において、スリット３１ｘおよびスリット３１ｚは、それぞれＺ軸方向に延びる長孔であり、またスリット３１ｙはＹ軸方向に延びる長孔である。これらのスリット３１ｘ，３１ｙ，３１ｚからは、ケース３１内のレーザ発光素子３７ａ，３７ｂ，３７ｃから発せられるレーザ光が外部に向けて出射される。ケース３１内には、これらのレーザ発光素子３７ａ，３７ｂ，３７ｃやレンズ３８ａ，３８ｂ，３８ｃのほかに、レーザ発光素子３７ａ等の発光を制御するコントローラ３５およびドライバ３６、またこれらに駆動電力を供給するバッテリ３９等が収容されている。

図４(B)に示すように、レーザ発光素子３７ａ～３７ｃは、例えば、可視光半導体レーザダイオードであり、コントローラ３５およびドライバ３６により所定光量のレーザ光を射出し得るように制御されている。本実施形態では、レーザ発光素子３７ａ～３７ｃから射出されたレーザ光は、それぞれに対応するレンズ３８ａ～３８ｃにより所定角度（例えば、光軸を中心に±６０°(１２０°)）で扇状に拡がるラインレーザ光（線状のレーザ光）に変換されてスリット３１ｘ～３１ｚから外部に出射される。これらのラインレーザ光は互いに直交するレーザ光面Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを形成する。ラインレーザ光を出射することが可能であれば、レーザ発光素子３７ａ～３７ｃやレンズ３８ａ～３８ｃに代えて、他の光学的、電気的または機械的な構造を採用してもよい。

即ち、図３および図４(B)に示すように、ケース３１内のレーザ発光素子３７ａから射出されたレーザ光は、レンズ３８ａによりＺ軸方向の線状に拡がるラインレーザ光に変換された後、スリット３１ｘからＸ軸方向に向けて外部に出射される。これにより、ＸＺ平面において扇形状の面状に拡がるレーザ光面Ｌａを形成することが可能になる。同様に、レーザ発光素子３７ｂから射出されたレーザ光は、レンズ３８ｂによりＹ軸方向の線状に拡がるラインレーザ光に変換された後、スリット３１ｙからＸ軸方向に向けて外部に出射される。これにより、ＸＹ平面において扇形状の面状に拡がるレーザ光面Ｌｂを形成することが可能になる。また同様に、レーザ発光素子３７ｃから射出されたレーザ光は、レンズ３８ｃによりＺ軸方向の線状に拡がるラインレーザ光に変換された後、スリット３１ｚからＹ軸方向に向けて外部に出射される。これにより、ＹＺ平面において扇形状の面状に拡がるレーザ光面Ｌｃを形成することが可能になる。

本実施形態では、前述したように、これらのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃは、例えば、互いに直交する位置関係にある。そのため、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃやこれらを拡張したそれぞれの仮想面（図９に示す符号Ｌａ’～Ｌｃ’）のすべてが交差する位置は１点に定まる。この交点Ｐｏの位置は、予め定められた位置に固定することが可能である。交点Ｐｏの位置精度は、例えば、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃを互いに高精度で直交（９０°で交差）させることで高められる。

このため、本実施形態では、ケース３１内におけるレーザ発光素子３７ａ～３７ｃやレンズ３８ａ～３８ｃ等の光学系の組付け精度が厳密に管理されるとともに、ケース３１と一体成形されるポスト３２は、背面パネル３１ｂの表面に対して高精度に垂直に立ち上がるように形成されている。そして、レーザ発光素子３７ａ，３７ｂから射出されるレーザ光の光軸が主軸１３と平行に位置し、かつレーザ発光素子３７ｃから射出されるレーザ光の光軸が主軸１３と垂直に位置するように、チャック１４にレーザ照射装置３０が取り付けられる。

なお、レーザ発光素子３７ａ～３７ｃ等の光学系を、機械式または電子式のジンバル機構を介在させてケース３１内に組み付ける構成を採用してもよい。これにより、地平線に対してレーザ光面Ｌａ～Ｌｃを垂直や平行に自動的に維持することが可能になる。そのため、例えば、工作機械１０およびロボット２０が重力方向に対して垂直（地平線に平行）を保つように設置されている場合には、主軸１３に対するレーザ発光素子３７ａ～３７ｃの光軸を容易かつ高精度に垂直や水平に位置させることが可能になる。

また、この交点Ｐｏの位置精度を高めるためには、交点Ｐｏの大きさが小さい方が望ましい。そのため、本実施形態では、レーザ照射装置３０から出射されるレーザ光面Ｌａ～Ｌｃの厚さが薄くなるように、例えば、レーザ照射装置３０から１ｍ（メートル）離れた位置においてレーザ光面Ｌａ～Ｌｃが１mm（ミリメートル）以下になるように、レーザ発光素子３７ａ～３７ｃやレンズ３８ａ～３８ｃ等の光学系が構成される。

＜レーザ検出装置５０＞
図３および図５に示すように、レーザ検出装置５０は、レーザ照射装置３０から出射されたレーザ光を検出する機能を有するものであり、本実施形態では、ロボット２０のハンド２４に把持されて使用される。そのため、レーザ検出装置５０は、その外観が薄箱形状を有する樹脂製の中空矩形状のケース５１により構成されており、ロボット２０のハンド２４が掴み易い形状に形成されている。ケース５１の一端側には、レーザ照射装置３０から出射されたレーザ光が透光可能な透光部５１ａが形成されており、この透光部５１ａ内には、レーザ受光素子５４ａ，５４ｂが収容されている。なお、図５(A)においては、図面表現上の便宜から透光部５１ａはグレーに着色されている。

図５(B)に示すように、ケース５１内には、レーザ受光素子５４ａ，５４ｂのほかに、レーザ受光素子５４ａ，５４ｂがレーザ光を受光したか否かを判断したり、レーザ光を受光した場合には検出情報を外部に出力したりするコントローラ５３や、このような検出情報を無線通信回線を介して外部に出力する無線ユニット５５、またこれらに駆動電力を供給するバッテリ５８や無線ユニット５５の内蔵アンテナ５６等が収容されている。

無線ユニット５５は、ロボット２０を制御する制御装置２７の無線ユニット２８と同様に、例えば、無線ＬＡＮや、ZigBee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）等の近距離無線通信に対応した無線データ通信装置であり、制御装置２７の無線ユニット２８と無線通信可能に構成されている。ロボット２０の制御装置２７が有線ＬＡＮやＵＳＢ等の有線データ通信可能なユニット（装置）を備えている場合には、レーザ検出装置５０は、当該無線ユニット５５に代えて制御装置２７と有線通信可能な有線データ通信装置を有する。

レーザ受光素子５４ａ，５４ｂは、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタであり、レーザ照射装置３０が出射する所定波長のレーザ光の受光を検出し得るように構成されている。典型的なフォトダイオードやフォトトランジスタは、プリント配線板等に実装されることから、受光可能な方向は当該部品のセンサ面が向く方向に限られセンサ面の反対方向から到来するレーザ光は受光することができない。

このため、本実施形態では、例えば、受光可能な方向がそれぞれ反対方向を向く２つのレーザ受光素子５４ａ，５４ｂを透光部５１ａ内に設ける（図５(A)参照）。これにより、ケース５１の厚さ方向のいずれの方向からレーザ光が透光部５１ａに入射しても当該レーザ光を検出することが可能になる。つまり、レーザ検出装置５０は、ケース５１の厚さ方向の両面でレーザ光を受光することができる。したがって、ロボット２０は、ハンド２４でレーザ検出装置５０を掴む場合に当該レーザ検出装置５０の表面や裏面を考慮することなく掴んでもレーザ光を検出することが可能になる。なお、表裏の判断が不要である場合やその判断を容易に行える場合には、所定方向にセンサ面を向けたレーザ受光素子を一つだけ設ける構成にしてもよい。

このように構成されるレーザ検出装置５０がロボット２０のハンド２４に把持されて当該ハンド２４が所定方向に移動するようにアーム２１～２３やハンド２４が制御装置２７により制御されることによって、レーザ照射装置３０から出射されるレーザ光をレーザ受光素子５４ａまたはレーザ受光素子５４ｂが受光（検出）した場合には、レーザ光の検出情報を無線ユニット５５等を介してロボット２０の制御装置２７に送信する。これにより、アーム２１～２３やハンド２４の移動を制御する制御装置２７は、次に説明するティーチング制御処理における処理ステップのように、レーザ光を検出したレーザ検出装置５０からその検出情報が入力されたときにおけるレーザ検出装置５０の位置情報またはハンド２４等の位置情報を得ることが可能になる。

なお、レーザ検出装置５０のケース５１には、ロボット２０のハンド２４に把持される位置を所定の位置に定め得る図略の位置決めマークが表示されている。これにより、例えば、ロボット２０のハンド２４にレーザ検出装置５０を掴ませる際において、常にレーザ検出装置５０の同じ位置を把持させることが可能になる。これにより、例えば、ハンド２４に掴まれたレーザ検出装置５０の透光部５１ａと、ロボットハンド２４の先端部との位置関係を常に一定にすることが可能になる。なお、レーザ検出装置５０は、作業員の操作によりロボット２０に掴ませてもよいし、また所定の制御プログラムによる自動制御によりワークストッカ４１から掴んでもよい。

次に、ロボット２０の制御装置２７が行うティーチング制御処理の流れ等を図１，図６～図９に基づいて説明する。このティーチング制御処理は、制御装置２７の磁気ハードディスク装置やフラッシュメモリ装置等にインストールされているティーチング制御プログラムを制御装置２７のマイクロプロセッサが実行することにより行われる。このプログラムの実行は、例えば、作業員が制御装置２７の操作パネル（不図示）を操作することにより開始される。制御装置２７は、これらのほかに主記憶メモリ装置（以下単に「メモリ」という）や入出力インタフェース装置等を備えている。

なお、ティーチング制御処理が行われる場合には、図１に示したように、工作機械１０にはレーザ照射装置３０が取り付けられており、ロボット２０のハンド２４にはレーザ検出装置５０が把持されている。また、図８に示すように、工作機械１０に取り付けられたレーザ照射装置３０からはレーザ光が出射されて３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃが形成されていることを前提にする。また、ロボット２０のハンド２４のことを「ロボットハンド２４」を表現する場合がある。

図６に示すように、ティーチング制御処理では、まずステップＳ１０１により所定の初期化処理が行われる。この処理では、例えば、メモリの作業エリア等がクリアされたり、ロボットハンド２４が予め定められた所定の初期位置に位置するようにアーム２１等が制御されたりする。なお、当該ティーチング制御処理の開始時にロボットハンド２４が既にこの初期位置に位置している場合には、この制御は行われない。

次のステップＳ１０３では開始位置設定処理が行われる。この処理では予め定められた所定の開始位置の三次元座標情報が設定される。これにより、ロボットハンド２４の移動制御が開始されて所定の開始位置に向けてロボットハンド２４が移動し始めるため、続くステップＳ１０５の判定処理によりロボットハンド２４が開始位置に到達するまで待つ（Ｓ１０５；Ｎｏ）。そして、ロボットハンド２４が開始位置に到達した場合には（Ｓ１０５；Ｙｅｓ）、次のステップＳ１０７に処理を移行して第１走査処理を行う。

ステップＳ１０７の第１走査処理では、レーザ検出装置５０を把持しているロボットハンド２４をレーザ照射装置３０から出射されるレーザ光面Ｌａの方向に移動（走査）させるとともに、レーザ検出装置５０から検出情報が入力されたときのロボットハンド２４等の位置情報を取得する処理等が行われる。これらの処理の流れは、サブルーチンとして図７に表されているので、ここからは図７も参照しながら説明する。

なお、図７には、処理の表題（始端）を「第ｎ走査処理」と表記している。第２走査処理（Ｓ１０８）や第３走査処理（Ｓ１０９）も、後述するように第１走査処理（Ｓ１０７）とほぼ同様の処理の流れを有することから、これらの走査処理のいずれの説明時に使用できるように「第ｎ」と記載している。したがって、ここでは「第ｎ」を「第１」に読み替えて参照されたい。

図７に示すように、第１走査処理では、まずステップＳ２０１により走査情報読出し処理が行われる。この処理では、当該処理において行われるレーザ検出装置５０による走査に関する情報（走査情報）が制御装置２７のメモリに格納されているため、それを当該メモリから読み出す。

例えば、第１走査処理では、レーザ照射装置３０から出射されるレーザ光面Ｌａの方向にロボットハンド２４を移動させてレーザ検出装置５０でレーザ光を検出する。そのため、ロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０の透光部５１ａやセンサ面を向ける方向の情報（検出方向情報）やロボットハンド２４を移動させる方向の情報（移動方向情報）等の走査情報をステップＳ２０１により読み出す。

次のステップＳ２０３では検出方向設定処理が行われる。即ち、走査情報読出し処理（Ｓ２０１）によりメモリから読み出した検出方向情報に基づいて、ロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０の透光部５１ａやレーザ受光素子５４ａ等のセンサ面がレーザ光を受光し易い方向を向くようにロボットハンド２４の角度や方向を設定する。ロボットハンド２４の角度や方向として、読み出した検出方向情報がそのまま設定される場合や、読み出した検出方向情報とロボットハンド２４の開始位置の三次元座標情報とに基づいて算出される場合がある。

続くステップＳ２０５では移動方向設定処理が行われる。ここでも走査情報読出し処理（Ｓ２０１）によりメモリから読み出した移動方向情報に基づいて設定される。第１走査処理では、レーザ光面Ｌａの方向にロボットハンド２４を移動させることから、ロボットハンド２４を移動させる方向として、図８に示すＹ軸根元方向、即ち加工室ＳＰの後面側（奥側）に向かう方向が設定される。これにより、続くステップＳ２０７による移動開始処理によってロボットハンド２４が加工室ＳＰ内の後面方向に移動し始めるため、次のステップＳ２０９による受光情報取得処理が行われる。

この移動開始処理（Ｓ２０７）から後述の移動停止処理（Ｓ２１５）に至るまでの間に行われるステップＳ２０９，Ｓ２１１，Ｓ２１３の３ステップについては、ロボットハンド２４が最小単位移動距離を移動する時間内に複数回実行可能な処理速度でこれらの情報処理が行われる。この最小単位移動距離は、ロボットハンド２４の位置決め精度とほぼ同じであり、例えば、ロボット２０では０．１mm以下（例えば、±０．０５mm）に設定されている。

移動中のロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０がレーザ照射装置３０から出射されるレーザ光を受光（検出）した場合には、当該レーザ検出装置５０からレーザ光の検出情報が無線ユニット５５等を介して制御装置２７に直ちに送信される。そのため、制御装置２７は、次のステップＳ２０９により無線ユニット２８等を介してレーザ検出装置５０から受光情報を取得するとともに、ステップＳ２１１により受光の有無を判定する。

そして、ステップＳ２１１による判定処理により、レーザ検出装置５０から送出された検出情報を制御装置２７が取得した場合、つまりレーザ光を受光した（受光あり）と判定した場合には（Ｓ２１１；Ｙｅｓ）、その取得した（検出情報が入力された）タイミングにおけるロボットハンド２４等の位置情報（三次元座標情報）を次のステップＳ２１３の座標情報取得処理により取得する。

ロボットハンド２４等の位置情報とは、例えば、ロボットハンド２４の先端部や関節部（所定部位）の位置情報、当該ハンド２４に掴まれているレーザ検出装置５０の透光部５１ａの位置情報等である。レーザ検出装置５０には所定の位置決めマークが表示されており、ロボットハンド２４に掴まれているレーザ検出装置５０の位置は常に同じである。そのため、例えば、ロボットハンド２４の先端部とレーザ検出装置５０の透光部５１ａとの位置関係は一定であることから、この位置関係を表すオフセット量が、所定の三次元オフセット値として予めメモリに記憶されている。

例えば、ロボットハンド２４の先端部の位置情報は、据付け中心Ｒｏを原点（０,０,０）にした三次元座標情報であり、例えば、アーム２１～２３やロボットハンド２４を駆動するサーボモータの制御情報や、アーム２１等の各関節部に設けられるインクリメンタルエンコーダやアブソリュートエンコーダ等から得られる情報に基づいて取得される。そのため、ロボットハンド２４の先端部の三次元座標情報と、前述の所定の三次元オフセット値（ｄ_x,ｄ_y,ｄ_z）とを加算することで、検出位置αの三次元座標情報（α_x,α_y,α_z）が得られる。取得された検出位置αの三次元座標情報はメモリに記憶される。

これに対して、レーザ検出装置５０から検出情報を制御装置２７がまだ取得していないと判定した場合には（Ｓ２１１；Ｎｏ）、ロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０がまだレーザ光面Ｌａに到達してないため、ステップＳ２０９に戻り、再度、受光情報取得処理を行ってレーザ検出装置５０から検出情報の取得を試みる。つまり、レーザ検出装置５０がレーザ光を受光するまでステップＳ２０９による受光情報取得処理が繰り返し行われてロボットハンド２４が移動し続ける。

ステップＳ２１５ではロボットハンド２４の移動停止処理が行われる。レーザ光面Ｌａ～Ｌｃには１mm以下の厚さがある一方で、ロボットハンド２４の位置決め精度は０．１mm以下（例えば、±０．０５mm）であることから、この処理により停止したロボットハンド２４に把持されるレーザ検出装置５０はレーザ光を受光し続け得る。そのため、続くステップＳ２１７により、ロボットハンド２４の移動方向が先ほどとは反対側のＹ軸先端方向（加工室ＳＰの前面側（手前側）に向かう方向）に設定される。これにより、ステップＳ２１９による移動開始処理によってロボットハンド２４が加工室ＳＰ内の前面方向に移動し始める。

なお、この移動開始処理（Ｓ２１９）から後述の移動停止処理（Ｓ２２７）に至るまでの間に行われるステップＳ２２１，Ｓ２２３の２ステップについても、前述の移動開始処理（Ｓ２０７）から後述の移動停止処理（Ｓ２１５）に至るまでの間に行われるステップＳ２０９，Ｓ２１１，Ｓ２１３と同様に、ロボットハンド２４が最小単位移動距離を移動する時間内に複数回実行可能な処理速度でこれらの情報処理が行われる。

ここでも移動中のロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０がレーザ照射装置３０から出射されるレーザ光を受光（検出）した場合には、当該レーザ検出装置５０からレーザ光の検出情報が無線ユニット５５等を介して制御装置２７に直ちに送信される。そのため、ステップＳ２０９と同様にステップＳ２２１では、制御装置２７が無線ユニット２８を介してレーザ検出装置５０から受光情報を取得するとともに、ステップＳ２２３により受光の有無を判定する。

そして、ステップＳ２２３よる判定処理により、レーザ光を受光しない（受光なし）と判定した場合には（Ｓ２２３；Ｙｅｓ）、次のステップＳ２２７によりロボットハンド２４の移動を停止させてその位置情報をステップＳ２２８により取得する。これに対して、移動中のロボットハンド２４がまだレーザ光を受光している（受光あり）と判定した場合には（Ｓ２２３；Ｎｏ）、ステップＳ２２１に戻りレーザ検出装置５０がレーザ光を受光しなくなるまでステップＳ２２１による受光情報取得処理が繰り返し行われてロボットハンド２４が移動し続ける。

ステップＳ２２８の位置情報取得処理によりロボットハンド２４の移動が停止した位置の三次元座標情報が取得されると、本第１走査処理を終了して図６のティーチング制御処理に戻り、次にステップＳ１０８による第２走査処理を行う。

ステップＳ１０８の第２走査処理では、ロボットハンド２４をレーザ照射装置３０から出射されるレーザ光面Ｌｂの方向に移動（走査）させるとともに、レーザ検出装置５０から検出情報が入力されたときのロボットハンド２４等の位置情報を取得する処理等が行われる。これらの処理は、図７を参照しながら既に説明したステップＳ１０７の第１走査処理とほぼ同様に行われるが、ロボットハンド２４の移動方向が異なる。そのため、ここでは第１走査処理（Ｓ１０７）との相違点を中心に説明する。なお、図７の「第ｎ走査処理」は「第２走査処理」に読み替えて参照する。

図７に示すように、第２走査処理における検出方向設定処理（Ｓ２０３）では、ステップＳ２０１の走査情報読出し処理によりメモリから読み出した検出方向情報に基づいて、ロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０の透光部５１ａやレーザ受光素子５４ａ等のセンサ面がレーザ光を受光し易い方向を向くようにロボットハンド２４の角度や方向を設定する。このロボットハンド２４の角度や方向は、先の位置情報取得処理（Ｓ２２８）により取得したロボットハンド２４の現在の停止位置における三次元座標情報と読み出した検出方向情報とに基づいて算出される。

また、第２走査処理においては、移動方向設定処理（Ｓ２０５）では、ロボットハンド２４の現在の停止位置からレーザ光面Ｌｂの方向にロボットハンド２４を移動させる必要があることから、図８に示すＺ軸根元方向、即ち加工室ＳＰの下面側（下側）に向かう方向が設定される。これにより、移動開始処理（Ｓ２０７）から移動停止処理（Ｓ２１５）までの各処理が行われることによって、レーザ検出装置５０がレーザ光面Ｌｂのレーザ光を検出すると、検出情報を制御装置２７に出力する。

このため、この検出情報が制御装置２７に取得された（検出情報が入力された）タイミングにおけるロボットハンド２４等の位置情報（三次元座標情報）が座標情報取得処理（Ｓ２１３）により取得される。例えば、レーザ光面Ｌｂの場合もレーザ光面Ｌａと同様に、ロボットハンド２４の先端部の三次元座標情報と、前述の所定の三次元オフセット値（ｄ_x,ｄ_y,ｄ_z）とが加算されることによって、検出位置βの三次元座標情報（β_x,β_y,β_z）が得られメモリに記憶される。

さらに、第２走査処理においては、移動方向設定処理（Ｓ２１７）では、ロボットハンド２４の移動方向が先ほどとは反対側のＺ軸先端方向（加工室ＳＰの上面側（上側）に向かう方向）に設定されて、移動開始処理（Ｓ２１９）から移動停止処理（Ｓ２２７）までの間、ロボットハンド２４が加工室ＳＰ内の上面方向に移動する。そして、位置情報取得処理（Ｓ２２８）によりロボットハンド２４の移動が停止した位置の三次元座標情報が取得されると本第２走査処理を終了して図６のティーチング制御処理に戻る。図６に示すティーチング制御処理に戻ると、今度は、ステップＳ１０９による第３走査処理が行われる。

ステップＳ１０９の第３走査処理では、ロボットハンド２４をレーザ照射装置３０から出射されるレーザ光面Ｌｃの方向に移動（走査）させるとともに、レーザ検出装置５０から検出情報が入力されたときのロボットハンド２４等の位置情報を取得する処理等が行われる。これらの処理も、図７を参照しながら既に説明したステップＳ１０７の第１走査処理とほぼ同様に行われるが、ロボットハンド２４の移動方向が異なる。そのため、ここでも第１走査処理（Ｓ１０７）との相違点を中心に説明する。なお、図７の「第ｎ走査処理」は「第３走査処理」に読み替えて参照する。

図７に示すように、第３走査処理における検出方向設定処理（Ｓ２０３）では、ステップＳ２０１の走査情報読出し処理によりメモリから読み出した検出方向情報に基づいて、ロボットハンド２４に把持されたレーザ検出装置５０の透光部５１ａやレーザ受光素子５４ａ等のセンサ面がレーザ光を受光し易い方向を向くようにロボットハンド２４の角度や方向を設定する。このロボットハンド２４の角度や方向は、先の位置情報取得処理（Ｓ２２８）により取得したロボットハンド２４の現在の停止位置における三次元座標情報と読み出した検出方向情報とに基づいて算出される。

また、第３走査処理においては、移動方向設定処理（Ｓ２０５）では、ロボットハンド２４の現在の停止位置からレーザ光面Ｌｃの方向にロボットハンド２４を移動させる必要があることから、図８に示すＸ軸根元方向、即ち加工室ＳＰのチャック１４側に向かう方向が設定される。これにより、移動開始処理（Ｓ２０７）から移動停止処理（Ｓ２１５）までの各処理が行われることによって、レーザ検出装置５０がレーザ光面Ｌｃのレーザ光を検出すると、検出情報を制御装置２７に出力する。

このため、この検出情報が制御装置２７に取得された（検出情報が入力された）タイミングにおけるロボットハンド２４等の位置情報（三次元座標情報）が座標情報取得処理（Ｓ２１３）により取得される。例えば、レーザ光面Ｌｃの場合もレーザ光面Ｌａと同様に、ロボットハンド２４の先端部の三次元座標情報と、前述の所定の三次元オフセット値（ｄ_x,ｄ_y,ｄ_z）とが加算されることによって、検出位置γの三次元座標情報（γ_x,γ_y,γ_z）が得られメモリに記憶される。

さらに、第３走査処理においては、移動方向設定処理（Ｓ２１７）では、ロボットハンド２４の移動方向が先ほどとは反対側のＸ軸先端方向（加工室ＳＰの心押し台側に向かう方向）に設定されて、移動開始処理（Ｓ２１９）から移動停止処理（Ｓ２２７）までの間、ロボットハンド２４が加工室ＳＰ内の心押し台方向に移動する。そして、位置情報取得処理（Ｓ２２８）によりロボットハンド２４の移動が停止した位置の三次元座標情報が取得されると本第３走査処理を終了して図６のティーチング制御処理に戻る。図６に示すティーチング制御処理に戻ると、ステップＳ１１１による待機位置設定処理が行われる。

即ち、ステップＳ１１１の待機位置設定処理では、ワークＷの加工工程に備えて予め定められているロボットハンド２４の待機位置の三次元座標情報が設定される。これにより、ロボットハンド２４の移動制御が開始されて所定の待機位置に向けてロボットハンド２４が移動し始めるため、続くステップＳ１１３の判定処理によりロボットハンド２４が待機位置に到達するまで待つ（Ｓ１１３；Ｎｏ）。そして、ロボットハンド２４が待機位置に到達した場合には（Ｓ１１３；Ｙｅｓ）、次のステップＳ１１５に処理を移行する。なお、待機位置は、前述の開始位置と同じである場合もある。

次のステップＳ１１５では交点座標取得処理が行われる。この処理では、第１走査処理（Ｓ１０７）、第２走査処理（Ｓ１０８）および第３走査処理（Ｓ１０９）によりそれぞれ取得された「レーザ光の検出情報がレーザ検出装置５０から入力されたタイミングにおけるロボットハンド２４の三次元座標情報」に基づいて、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃまたはレーザ光面Ｌａ～Ｌｃを拡張したそれぞれの仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が１点で直交する交点Ｐｏの三次元座標情報を得る。

図９に示すように、本実施形態では、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃのそれぞれは１点で直交しないため、それらをそれぞれの面内において点線矢印方向に拡張したそれぞれの仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が１点で直交する交点Ｐｏの三次元座標情報を求める。なお、図９においては、図面表現上の便宜から符号を付していないが、交点Ｐｏを囲む立方体形状は、レーザ照射装置３０を表している。

第１～第３走査処理（Ｓ１０７～Ｓ１０９）では、前述したように、レーザ検出装置５０がレーザ光を受光した場合に移動を停止したその位置において、ロボット２０の据付け中心Ｒｏを原点（０,０,０）にしたロボットハンド２４の三次元座標情報がそれぞれ取得されてメモリに記憶されている。したがって、例えば、第１走査処理（Ｓ１０７）ではレーザ光面Ｌａを検出した位置αの座標情報（α_x,α_y,α_z）、第２走査処理（Ｓ１０８）ではレーザ光面Ｌｂを検出した位置βの座標情報（β_x,β_y,β_z）、第３走査処理（Ｓ１０９）ではレーザ光面Ｌｃを検出した位置γの座標情報（γ_x,γ_y,γ_z）、がそれぞれ得られている。

このため、ＸＺ平面に拡がるレーザ光面Ｌａの検出位置αの座標情報（α_x,α_y,α_z）から、交点ＰｏのＹ軸方向の位置情報であるＹ座標値α_yを取り出す。また、ＸＹ平面に拡がるレーザ光面Ｌｂの検出位置βの座標情報（β_x,β_y,β_z）から、交点ＰｏのＺ軸方向の位置情報であるＺ座標値β_zを取り出す。同様に、ＹＺ平面に拡がるレーザ光面Ｌｃの検出位置γの座標情報（γ_x,γ_y,γ_z）から、交点ＰｏのＸ軸方向の位置情報であるＸ座標値γ_xを取り出す。レーザ光面ＬｃのＸ軸座標、レーザ光面ＬａのＹ軸座標およびレーザ光面ＬｂのＺ軸座標は、交点ＰｏのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各座標を表すことから、これらの各座標値α_y，β_z，γ_xを組み合わせることにより、各レーザ光面Ｌａ～Ｌｃを拡張した各仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が１点で交差する交点Ｐｏの三次元座標情報（γ_x,α_y,β_z）を得ることが可能になる。

続くステップＳ１１７では目標座標算出処理が行われる。即ち、ステップＳ１１５の交点座標取得処理により得られた交点Ｐｏの三次元座標情報（γ_x,α_y,β_z）に基づいて、ロボットハンド２４がワークＷを供給すべき目標位置Ｐｔ（ワークの供給位置）の座標を算出する処理が行われる。例えば、交点Ｐｏを基準にした目標位置Ｐｔの相対的な位置関係は既知であり、交点Ｐｏと目標位置Ｐｔとの間における位置の差やズレ量は、オフセット値Ｄovとして、例えば、Ｄov（δ_x,δ_y,δ_z）のように三次元オフセット値として予めメモリに記憶されている。

このため、ステップＳ１１７の目標座標算出処理では、両者の位置関係を表す三次元オフセット値をメモリから読み出してロボットハンド２４がワークＷを供給すべき目標位置Ｐｔの座標情報を算出する。先の例では、交点Ｐｏの三次元座標情報（γ_x,α_y,β_z）にオフセット値Ｄov（δ_x,δ_y,δ_z）を加算することによって、目標位置Ｐｔの三次元座標情報（γ_x+δ_x,α_y+δ_y,β_z+δ_z）が得られる。本実施形態では、図８に示すように、目標位置Ｐｔは、交点Ｐｏと同じ位置に設定されているため、オフセット値Ｄov（０,０,０）になる。

このように算出された目標位置Ｐｔの座標情報は、次のステップＳ１１９によりメモリに記憶される。即ち、ロボット２０がワークＷを供給すべき位置（ワーク供給位置）に関する位置情報（供給位置情報）が制御装置２７に教示される。本実施形態では、ロボット２０の制御装置２７をティーチングする演算装置が当該制御装置２７自体である。そのため、制御装置２７がワークＷの供給位置情報を学習することにもなる。なお、制御装置２７とは独立したコンピュータ（演算装置）を、上述した制御装置２７の代わりも設けて、同コンピュータのインタフェースに無線ユニット２８等を接続し上述のティーチング制御プログラムをインストールして本実施形態のティーチングシステムを構成してもよい。

ところで、上述した実施形態では、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃまたはそれらを拡張した仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が互いに直交する場合を説明したが、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃや仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’は必ずしも直交するとは限らない。そのため、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃや仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が互いに非直交で交わる（直交でなく交わる）場合には、前述したティーチング制御処理における交点座標取得処理（Ｓ１１５）は、次のような情報処理が行われる。ここからは、図１０～図１２を参照しながら説明する。なお、図１０および図１１においては、レーザ照射装置は図示されていないことに注意されたい。

図１０および図１１に示すように、例えば、レーザ照射装置から出射されるレーザ光が９０度未満の頂角を有する三角錐の側面を形成し得る場合には、各レーザ光面Ｌｒ，Ｌｓ，Ｌｔは、交点Ｐｏにおいて鋭角に交わる。即ち、各レーザ光面Ｌｒ，Ｌｓ，Ｌｔは交点Ｐｏにおいて直交していないことから、前述の交点座標取得処理（Ｓ１１５）で説明したように、各レーザ光面Ｌｒ，Ｌｓ，Ｌｔでレーザ光を検出しその座標情報を得ても、それらを組み合わせることでは交点Ｐｏの三次元座標情報を得ることはできない。

そこで、レーザ光面Ｌｒ，Ｌｓ，Ｌｔやそれらを拡張した仮想面が互いに鋭角に交わる場合においては、図６に示すティーチング制御処理の第１～第３走査処理（Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９）に対応するサブルーチン（第ｎ走査処理）を、図１２に示す第ｎ走査処理に変更したうえで後述する演算処理を行う。図１２の第ｎ走査処理では、レーザ光を受光した場合に（Ｓ２１１；Ｙｅｓ）座標情報を３回、取得し得るようにロボットハンド２４の移動（走査）が制御される。つまり、それぞれのレーザ光面Ｌｒ～Ｌｔにおいて、異なる３つの位置で入力されたレーザ光の検出情報に基づいて３箇所の位置情報を取得する処理が行われる。

具体的には、受光有無の判定処理（Ｓ２２３）の後において、座標情報を取得した回数をカウントし（Ｓ２２５）その直後で取得回数を判定する（Ｓ２２６）。また、カウント値が１以上の場合（つまり２回目および３回目の走査の場合）には、移動方向設定処理（Ｓ２０５）において、検出対象のレーザ光が形成するレーザ光面の面方向（レーザ光面が拡がる方向に所定距離だけ移動した後、当該面に対向する方向）にロボットハンド２４が移動（走査）するように当該ロボットハンド２４の移動方向が設定される。なお、座標情報の取得回数をカウントするカウンタは、第１～第３走査処理（Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９）のそれぞれに備えており、図６のティーチング制御処理の初期化処理（Ｓ１０１）において各カウンタのカウント値が０（ゼロ）にリセットされる。

図１２に示す第ｎ走査処理のアルゴリズムをこのように構成することにより、３つのレーザ光面Ｌｒ～Ｌｔのそれぞれについてレーザ光面を形成するレーザ光の位置情報を３点（３箇所）において取得することが可能になる。そのため、まず各レーザ光面Ｌｒ～Ｌｔ上における、任意の３点の三次元座標を次のように定義する。なお、三次元座標の原点（０，０，０）は据付け中心Ｒｏである。

レーザ光面Ｌｒの３点 （Ｒ_1x,Ｒ_1y,Ｒ_1z）,（Ｒ_2x,Ｒ_2y,Ｒ_2z）,（Ｒ_3x,Ｒ_3y,Ｒ_3z）
レーザ光面Ｌｓの３点 （Ｓ_1x,Ｓ_1y,Ｓ_1z）,（Ｓ_2x,Ｓ_2y,Ｓ_2z）,（Ｓ_3x,Ｓ_3y,Ｓ_3z）
レーザ光面Ｌｔの３点 （Ｔ_1x,Ｔ_1y,Ｔ_1z）,（Ｔ_2x,Ｔ_2y,Ｔ_2z）,（Ｔ_3x,Ｔ_3y,Ｔ_3z）

一方、直交三次元座標空間における平面の方程式は、次式(1)のように表現されることから、レーザ光面Ｌｒ～Ｌｔは式(2)～(4)のように表すことができる。

ここで、未知数ａ_*，ｂ_*，ｃ_*（「_*」は、「_r」、「_s」または「_t」である）を求めるため、ベクトル演算を行う。例えば、レーザ光面Ｌｒについては、前述したように、それぞれの３点（Ａ，Ｂ，Ｃ）が三次元座標で、Ａ＝（Ｒ_1x,Ｒ_1y,Ｒ_1z），Ｂ＝（Ｒ_2x,Ｒ_2y,Ｒ_2z），Ｃ＝（Ｒ_3x,Ｒ_3y,Ｒ_3z）と定義されている。そのため、このレーザ光面Ｌｒの法線ベクトルは、次式(5)により求められる。

ここで、式(5)の各要素を次式(6)のように置いたうえで、式(5)から距離Ｌを求めると次式(7)が得られる。

これにより、法線ベクトル（ａ_r,ｂ_r,ｃ_r）は、式(8)で表されるため、前述の式(2)から任意の式を選択してｄ_rを算出する。これにより、式(2)の未知数が定められてレーザ光面Ｌｒの方程式が得られる。

レーザ光面Ｌｓおよびレーザ光面Ｌｔについても、レーザ光面Ｌｒと同様に演算を行うことによってそれぞれを表す平面の方程式が得られる。即ち、次式(9)が得られる。

そして、レーザ光面Ｌｒ～Ｌｔの交点Ｐｏ（ｘ,ｙ,ｚ）は、式(9)の連立方程式を解くことにより算出することが可能になる。これにより、交点Ｐｏの三次元座標情報を得ることができる。

ただし、上記式(9)において、次の３つの条件[１]～[３]のいずれかに該当する場合には、第１～第３走査処理（Ｓ１０７～Ｓ１０９）の座標情報取得処理（Ｓ２１３）により取得された三次元座標情報が適正ではないと判定して、再度、第１～第３走査処理（Ｓ１０７～Ｓ１０９）を実行する。
[１]ｄ_r＝ｄ_s＝ｄ_t＝０である。
[２]（ａ_r,ｂ_r,ｃ_r）、（ａ_s,ｂ_s,ｃ_s）および（ａ_t,ｂ_t,ｃ_t）のそれぞれの比が一致する。
[３]ロボット２０の可動範囲外にある。

なお、図１０および図１１で示した例では、レーザ照射装置から出射されるレーザ光により形成されるレーザ光面Ｌｒ，Ｌｓ，Ｌｔが交点Ｐｏにおいて鋭角に交わる場合を挙げて説明したが、３つのレーザ光面のうち隣合う２つのレーザ光面が直角に交わり、これらの２つのレーザ光面と残りの１つのレーザ光面が鋭角に交わる場合（直角と鋭角が混在する場合）にも、上述と同様に式(1)～式(9)を用いて交点Ｐｏの三次元座標情報を得ることができる。

以上説明したように本実施形態のティーチングシステムでは、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃを形成可能なレーザ光を異なる三方向に照射するレーザ照射装置３０が工作機械１０のワーク供給位置または当該位置付近に設けられ、このレーザ照射装置３０から照射されたレーザ光を検出した場合に検出情報を出力するレーザ検出装置５０がロボット２０のハンド２４に保持されて、このレーザ検出装置５０から出力された検出情報がロボット２０の制御装置２７に入力される。そして、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃに対してレーザ検出装置５０がレーザ光をそれぞれ検出し得るようにロボットハンド２４が移動（走査）した場合（Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ１０９）、制御装置２７は、検出情報が入力されたときにおけるレーザ検出装置５０またはロボットハンド２４の所定部位の位置情報をレーザ光面Ｌａ～Ｌｃのそれぞれについて取得し（Ｓ２１３）、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃにおけるそれぞれの位置情報に基づいて、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃまたはレーザ光面Ｌａ～Ｌｃを拡張したそれぞれの仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が１点で交差する交点Ｐｏの交点位置情報を求め（Ｓ１１５）、この交点位置情報に基づいて供給位置情報を算出して（Ｓ１１７）、ロボット２０の制御装置２７に教示する（Ｓ１１９）。

これにより、工作機械１０に設けられるレーザ照射装置３０と、ロボットハンド２４に保持されるレーザ検出装置５０と、このレーザ検出装置５０の検出情報が入力される制御装置２７と、という簡素な構成でワーク供給位置に関する供給位置情報をロボット２０（制御装置２７）に教示することが可能になる。したがって、簡素な構成でありながら、ワークＷの供給位置情報を容易に教示することができる。

また、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃまたは３つの仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が互いに直交する場合には、これらのレーザ光面や仮想面が互いに直交しない（例えば、互いに鋭角に交わる）場合に比べて、レーザ検出装置５０またはロボットハンド２４の所定部位の位置情報（三次元座標情報）を組み合わせるだけで、交点Ｐｏの交点位置情報を容易に求めることが可能になる。したがって、交点Ｐｏの交点位置情報を求める情報処理のアルゴリズムを簡素に構成することができる。

さらに、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃまたは３つの仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が互いに鋭角に交わる場合には、これらのレーザ光面や仮想面が互いに直交する場合に比べてハンド２４が移動しなければならない範囲を狭く設定することが可能になるので、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃにおけるそれぞれの位置情報を短時間に取得することができる。したがって、ワーク供給位置に関する供給位置情報の教示時間を短縮することができる。

なお、本実施形態のティーチングシステムでは、ロボット２０のハンド２４に把持されるレーザ検出装置５０は、レーザ照射装置３０から出射されるレーザ光を受光（検出）すると、レーザ光の検出情報を無線ユニット５５等を介してロボット２０の制御装置２７に送信（出力）するように構成する場合を例示して説明したが、制御装置２７に送信（出力）する情報として、例えば、レーザ光を検出した時のタイミング情報を含めてもよい。タイミング情報は、例えば、レーザ光を検出した時刻、レーザ光を検出してから送信するまでに経過した時間等である。このようなタイミング情報を含めて制御装置２７に送信することによって、制御装置２７においては当該タイミング情報に基づいてレーザ光が検出された時（タイミング）におけるレーザ検出装置５０の位置情報またはハンド２４等の位置情報を得ることが可能になる。

この場合、過去のレーザ検出装置５０やハンド２４等の位置情報として、これらの位置情報の履歴（ログ情報）を制御装置２７のメモリに記憶（保持）している必要がある。これにより、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃのそれぞれについて取得されるレーザ検出装置５０等の位置情報の精度が高まることから、これらに基づいて得られるレーザ光面Ｌａ等の交点Ｐｏや目標位置Ｐｔの精度も向上する。そのため、工作機械１０に設けられるレーザ照射装置３０と、ロボットハンド２４に保持されるレーザ検出装置５０と、このレーザ検出装置５０の検出情報が入力される制御装置２７と、という簡素な構成でワーク供給位置に関する「高精度な」供給位置情報をロボット２０（制御装置２７）に教示することが可能になる。

また、本実施形態のティーチングシステムでは、ロボットとして、垂直多関節タイプのロボット２０の場合を例示して説明したが、本発明が適用されるロボットはこれに限られることはなく、ロボットハンド等、ワークを保持（または、把持、挟持、吸着等）し得るエンドエフェクタを有するロボットであれば、例えば、水平多関節ロボットやパラレルリンクロボット等のいわゆる産業用ロボットであってもよい。

また、本実施形態のティーチングシステムでは、加工機として、旋盤を複合化させたターニングセンタの工作機械１０の場合を例示して説明したが、本発明が適用される加工機はこれに限られることはなく、例えば、切削加工機、研削加工機、特殊加工機、鍛造加工機等であってもよい。

また、本実施形態のティーチングシステムでは、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃを形成可能なレーザ光を異なる三方向に照射（出射）するレーザ照射装置３０を例示して説明したが、これらのレーザ光面Ｌａ等以外のレーザ光面を形成するレーザ光を出射するようにレーザ照射装置３０が構成されていてもよい。例えば、５つのレーザ光面Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅを形成可能なレーザ光を異なる五方向に照射（出射）するレーザ照射装置でもよい。また、３つのレーザ光面Ｌａ～Ｌｃ以外のレーザ光面Ｌｄ等がレーザ光面Ｌａ～Ｌｃのように、交点位置情報を求める過程で関与しても関与しなくてもよい。

また、本実施形態のティーチングシステムでは、レーザ光面Ｌａ～Ｌｃのそれぞれを拡張した仮想面Ｌａ’～Ｌｃ’が１点（交点Ｐｏ）で交差する場合の構成等を例示して説明したが、本発明はこれに限られることはなく、例えば、出射したラインレーザ光により形成されるレーザ光面Ｌａ～Ｌｃが１点で交差し得る、レーザ発光素子や、光学的、電気的または機械的な構造を有するレーザ照射装置を採用してもよい。

また、本実施形態のティーチングシステムでは、工作機械１０においては、本来はワークＷが供給されて取り付けられるべきチャック１４にワークＷの代わりにレーザ照射装置３０を取り付ける構成を例示して説明したが、このようなチャック１４自体にレーザ照射装置３０の機能を組み込んでもよい。例えば、チャック１４を構成する複数の爪１５の一つまたは二つ以上によって、異なる３方向にラインレーザ光を出射することができるようにチャック１４や爪１５を構成してもよい。

また、本実施形態のティーチングシステムでは、ロボット２０においては、本来はワークＷを掴むべきハンド２４がワークＷの代わりにレーザ検出装置５０を掴んでレーザ照射装置３０のレーザ光を走査する構成を例示して説明したが、このようなロボットハンド２４自体にレーザ検出装置５０の機能を組み込んでもよい。例えば、ロボットハンド２４の先端によってレーザ光を受光可能にするとともにレーザ光を受光した場合には検出情報を制御装置２７に送信することができるようにハンド２４を構成してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、上述した具体例を様々に変形または変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。さらに、本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つ。なお、[符号の説明]の欄における括弧内の記載は、上述した各実施形態で用いた用語と、特許請求の範囲に記載の用語との対応関係を明示し得るものである。

１０…工作機械（加工機）
１３…主軸
１４…チャック
１５…爪
１６…心押し台
１７…刃物台
２０…ロボット
２１～２３…アーム
２４…ハンド（エンドエフェクタ）
２５…ベース
２７…制御装置（演算装置）
２８…無線ユニット
３０…レーザ照射装置
３１…ケース
３２…ポスト
３５…コントローラ
３６…ドライバ
３７ａ～３７ｃ…レーザ発光素子
３８ａ～３８ｃ…レンズ
３９…バッテリ
４１…ワークストッカ
４５…ロボット架台
５０…レーザ検出装置
５１…ケース
５３…コントローラ
５４ａ，５４ｂ…レーザ受光素子
５５…無線ユニット
５８…バッテリ
Ｐｏ…交点
Ｐｔ…目標位置
Ｒｏ…据付け中心
ＳＰ…加工室
Ｌａ～Ｌｃ，Ｌｒ～Ｌｔ…レーザ光面
Ｌａ’～Ｌｃ’…仮想面
Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. アームとこのアームの先端に設けられるエンドエフェクタを有するロボットがそのエンドエフェクタで保持したワークを加工機に供給する工程の前準備においてワーク供給位置に関する供給位置情報を前記ロボットに教示するティーチングシステムであって、
   前記加工機の前記ワーク供給位置または当該位置付近に設けられて少なくとも３つのレーザ光面を形成可能なレーザ光を異なる三方向に照射するレーザ照射装置と、
   前記エンドエフェクタに保持されるとともに前記レーザ照射装置から照射された前記レーザ光を検出した場合に検出情報を出力するレーザ検出装置と、
   前記レーザ検出装置から出力された前記検出情報が入力される演算装置と、を含み、
   前記３つのレーザ光面に対して前記レーザ検出装置が前記レーザ光をそれぞれ検出し得るように前記エンドエフェクタが移動した場合、
   前記演算装置は、前記検出情報が入力されたときにおける前記レーザ検出装置または前記エンドエフェクタの所定部位の位置情報を前記３つのレーザ光面のそれぞれについて取得し、前記３つのレーザ光面におけるそれぞれの前記位置情報に基づいて、前記３つのレーザ光面または前記３つのレーザ光面を拡張したそれぞれの仮想面が１点で交差する交点位置情報を求め、この交点位置情報に基づいて前記供給位置情報を算出して前記ロボットに教示する、ことを特徴とするティーチングシステム。
2. アームとこのアームの先端に設けられるエンドエフェクタを有するロボットがそのエンドエフェクタで保持したワークを加工機に供給する工程の前準備においてワーク供給位置に関する供給位置情報を前記ロボットに教示するティーチングシステムであって、
   前記加工機の前記ワーク供給位置または当該位置付近に設けられて少なくとも３つのレーザ光面を形成可能なレーザ光を異なる三方向に照射するレーザ照射装置と、
   前記エンドエフェクタに保持されるとともに前記レーザ照射装置から照射された前記レーザ光を検出した場合に検出情報と検出した時のタイミング情報を出力するレーザ検出装置と、
   前記レーザ検出装置から出力された前記検出情報および前記タイミング情報が入力される演算装置と、を含み、
   前記３つのレーザ光面に対して前記レーザ検出装置が前記レーザ光をそれぞれ検出し得るように前記エンドエフェクタが移動した場合、
   前記演算装置は、前記タイミング情報に基づいて前記検出情報が検出された時における前記レーザ検出装置または前記エンドエフェクタの所定部位の位置情報を前記３つのレーザ光面のそれぞれについて取得し、前記３つのレーザ光面におけるそれぞれの前記位置情報に基づいて、前記３つのレーザ光面または前記３つのレーザ光面を拡張したそれぞれの仮想面が１点で交差する交点位置情報を求め、この交点位置情報に基づいて前記供給位置情報を算出して前記ロボットに教示する、ことを特徴とするティーチングシステム。
3. 前記３つのレーザ光面または前記３つの仮想面は、互いに直交する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のティーチングシステム。
4. 前記３つのレーザ光面または前記３つの仮想面は、互いに鋭角に交わる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のティーチングシステム。
5. 前記演算装置は、前記アームおよび前記エンドエフェクタを制御する前記ロボットの制御装置である、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のティーチングシステム。

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