JP2022086336A - 治具、載置台、ロボットシステム、ロボットシステムの制御方法、ロボットシステムを用いた物品の製造方法、制御プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット装置と加工工具を用いてワークを加工する際の制御上の基準値を高精度に設定することができる治具を提供する。【解決手段】平面形状の第１面と、前記第１面に設けられ、前記第１面に対して垂直な方向に突出する突出部と、を備えたことを特徴とする治具を採用した。【選択図】図４

Description

本発明は、治具に関する。

現在、多くの産業においてロボット装置が生産現場の省人化や自動化のために工場等で搬送、組み立て、加工工程などで広く利用されている。特に近年では、ロボット装置として多関節ロボットアームに加工具を取りつけ、多関節ロボットアームの自由度を活かして、複雑かつ高精度な形状を有する部品の加工が行われている。しかしながら、ワークの形状によっては、加工中にロボットアームの特異点を通過したり、加工具の工具長によりロボットアームを構成するリンク同士が干渉して、加工ができない場合がある。その際には、加工対象となるワークの載置位置や加工具の工具長を変更することで対応することができるが、ワークと加工具との相対的な位置関係をロボット装置の制御において定義する基準値にズレが生じてしまう。

特許文献１に記載のロボット装置は、回転工具の代わりに回転工具基部の回転駆動軸に取り付けられる治具と、基準点が設定された外部基準部材とを備えている。この先行技術では、治具と外部基準部材の位置合せに基づいて、組立後の回転工具ユニットの位置および姿勢を、事前に設定された回転工具ユニットの位置および姿勢に一致させ、相対的な位置関係の調整を行うことが記載されている。

特開平６－７９５６７号公報

しかしながら特許文献１に記載の技術は、基準点の打たれた外部基準部材を有しているが、回転工具ユニットの中心軸の傾きを補正するための基準面についての記載が無い。そのため、加工具の傾きを考慮した基準値の補正を行うことができず、基準値の精度が低下してしまう。

そこで本発明の課題は、上記課題に鑑み、ロボット装置と加工工具を用いてワークを加工する際の制御上の基準値を高精度に設定することができる治具を提供する。

上記課題を解決するため、本発明においては、平面形状の第１面と、前記第１面に設けられ、前記第１面に対して垂直な方向に突出する突出部と、を備えたことを特徴とする治具を採用した。

本発明によれば、ロボット装置と加工工具を用いてワークを加工する際の制御上の基準値を高精度に設定することができる。

実施形態におけるロボットシステム１０００の概略図である。 実施形態におけるロボットシステム１０００の制御系を示した制御ブロック図である。 実施形態におけるワーク側治具１と工具側治具４を示した図である。 実施形態におけるワーク側治具１と工具側治具４の断面図と測定系を示した図である。 実施形態におけるワーク側治具１の断面を詳細に示した図である。 実施形態における制御フローチャートである。 実施形態における面振れを測定する際を示した図である。 実施形態における芯振れを測定する際を示した図である。 実施形態におけるワーク側治具１の断面を詳細に示した図である。

以下、添付図面に示す実施例を参照して本発明を実施するための形態につき説明する。なお、以下に示す実施例はあくまでも一例であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更することができる。また、本実施形態で取り上げる数値は、参考数値であって、本発明を限定するものではない。なお以下の図面において、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚはロボットシステムの全体の座標系を示す。一般に、ＸＹＺ３次元座標系は、設置環境全体のワールド座標系を示す。その他、制御の都合などによって、ロボットハンド、指部、関節などに関して適宜ローカル座標系を用いる場合がある。本実施形態では全体の座標系であるワールド座標系をＸＹＺ、ローカル座標系をｘｙｚで表すものとする。

（第１の実施形態）
本実施形態のロボットシステム１０００について、図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態におけるロボットシステム１０００を示した概略図である。図１に示すように、ロボットシステム１０００は、多関節のロボットアーム本体１００と、ロボットアーム本体１００を制御する制御装置２００と、制御装置２００に接続された外部入力装置３００とを備えている。ロボットアーム本体１００の先端部には、工具回転装置４００が設けられ、工具回転装置４００の回転チャックにワークを加工する加工工具４０５が装着されている。工具回転装置４００と加工工具４０５とがエンドエフェクタとして機能する。

また、ロボットアーム本体１００と加工工具４０５により加工を行うワークを搭載するための搭載部２と、搭載部２を作業台に固定するため台座３を備えている。搭載部２にワークと加工工具４０５との相対的な位置関係の設定を行うための治具１が設けられる。

ロボットアーム本体１００は、作業台または地面と接触するベース部１０３と、ベース部１０３に設けられた基台１２０、６つのリンク１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６を備えている。これらリンク１２１～１２６を図１に示す各矢印方向へ回動可能に連結する６つの関節Ｊ_１～Ｊ_６（１１１～１１６）と、を備えている。また、関節Ｊ_１～Ｊ_６はリンク１２１～１２６を搖動または回動させるためのアーム用モータ１３１～１３６を有している（図２）。さらに各関節１１１～１１６にはエンコーダ３０ａ（図２）を設けており、このエンコーダから各関節の角度を検出し制御装置２００にフィードバックしている。

工具回転装置４００は、加工工具４０５を回転させるための工具用モータ４０２（図２）を備えている。工具用モータ４０２にも、アーム用モータ１３１～１３６と同様にエンコーダ３０が備えられており、制御装置２００にフィードバック可能となっている。

ここで、本実施形態におけるワークはカメラ等の用いられるレンズを想定している。加工工具４０５はレンズ面の研磨を行う研磨工具である。ロボットシステム１０００は、ロボットアーム本体１００および加工工具４０５を用いて、材料としてのレンズを研磨する処理を行い、研磨仕上げされたレンズを成果物および物品として製造を行う。

ロボットアーム本体１００のＪ_１軸付け根を原点とする座標系ＸＹＺをロボットシステム１０００のグローバル座標系８とする。また、工具回転装置４００の傾きを含む姿勢を表す座標系ｘｙｚを工具回転装置４００のローカル座標系（工具座標系）６とする。グローバル座標系８における、想定されるワーク上側曲面とワーク中心軸１４との交点となる座標値をワーク中心位置９（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）とする。加工工具４０５の先端の座標値を工具オフセット位置７（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）とする。ワーク中心位置９と、工具オフセット位置７は、ロボットアーム本体１００と加工工具４０５とを用いてワークを加工する際の制御上の基準値となる。

図２は図１のロボットシステム１０００の制御系の詳細な構成を示したブロック図である。制御装置２００は、コンピュータで構成されており、プロセッサであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１を備える。また、記憶部として、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）２０４、記録ディスクドライブ２０５を備えている。また、各機器と通信を行うためのインタフェース２０６、２０７、２０８、２０９、２１０を備える。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、インタフェース２０６～２１０は、互いに通信可能にバス２１１で接続されている。このうち、ＲＡＭ２０３は外部入力装置３００の操作による教示点や制御指令などのデータの一時記憶に用いられる。ＲＯＭ２０２には、ＣＰＵ２０１に、各種演算処理を実行させるためのＢＩＯＳ等の基本プログラム２３０が格納されている。ＣＰＵ２０１は、ＨＤＤ２０４に記録（格納）された制御プログラムに基づいて各種演算処理を実行する。ＨＤＤ２０４は、ＣＰＵ２０１の演算処理結果である各種のデータ等を記憶する記憶部である。記録ディスクドライブ２０５は、記録ディスク２３１に記録された各種データやプログラム等を読み出すことができる。更に、インタフェース２０７、２０８には、各種画像が表示されるモニタ３１１や書き換え可能な不揮発性メモリや外付けＨＤＤ等の外部記憶装置３１２が接続されている。

外部入力装置３００は、例えばティーチングペンダント（ＴＰ）のような操作装置が考えられるが、ロボットプログラムを編集可能な他のコンピュータ装置（ＰＣやサーバ）であってもよい。外部入力装置３００は、制御装置２００に対して有線ないし無線の通信接続手段を介して接続することができ、ロボット操作および状態表示などのユーザインターフェース機能を有する。外部入力装置３００により入力された各関節１１１～１１６の目標関節角度をインタフェース２０６及びバス２１１を介してＣＰＵ２０１に出力する。

ＣＰＵ２０１は、例えば外部入力装置３００で入力された教示点データをインタフェース２０６から受信する。また、外部入力装置３００から入力された教示点データに基づきロボットアーム本体１００の各軸の軌道を生成し、インタフェース２０９を介し、アーム用モータドライバ２３０を用いてアーム用モータ１３１～１３６に送信することができる。ＣＰＵ２０１は、各アーム用モータ１３１～１３６の回転角度の制御量を示す駆動指令のデータを所定間隔でバス２１１及びインタフェース２０９を介してアーム用モータドライバ２３０に出力する。

アーム用モータドライバ２３０は、ＣＰＵ２０１から入力を受けた駆動指令に基づき、各アーム用モータ１３１～１３６への電流の出力量を演算し、各アーム用モータ１３１～１３６へ電流を供給して、各関節Ｊ_１～Ｊ_６の関節角度制御を行う。また、前述したエンコーダ３０からのパルス信号をインタフェース２０９及びバス２１１を介してＣＰＵ２０１に出力する。即ち、ＣＰＵ２０１は、アーム用モータドライバ２３０を介して、エンコーダ３０により検出される関節Ｊ_１～Ｊ_６の関節角度現在値が目標関節角度となるように、各アーム用モータ１３１～１３６による関節１１１～１１６のフィードバック制御を実行する。

さらに制御装置２００は工具用モータ４０１ともインタフェース２１０および工具用モータドライバ４３０を介して接続されている。工具用モータドライバ４３０は、ＣＰＵ２０１から入力を受けた駆動指令に基づき、工具用モータ４０１への電流の出力量を演算し、工具用モータ４０１へ電流を供給して、工具用モータ４０１の速度制御を行う。また、前述したエンコーダ３０からのパルス信号をインタフェース２１０及びバス２１１を介してＣＰＵ２０１に出力する。即ち、ＣＰＵ２０１は、工具用モータドライバ４３０を介して、エンコーダ３０により検出される工具用モータ４０１の速度の現在値が目標速度となるように、工具用モータ４０１のフィードバック制御を実行する。

次に、本実施形態におけるロボットアーム本体１００と加工工具４０５とを用いてワークを加工する際の制御上の基準値を設定するためのワーク側治具１と工具側治具４について詳述する。図３は本実施形態におけるワーク側治具１と工具側治具４を示した概略図である。

図３より、台座３は、作業台または地面に固定されるとともに、搭載部２が設けられている。搭載部２はワークとしてのレンズが嵌め込まれることでレンズを載置するヤトイ（載置台）である。搭載部２にワーク側治具１が嵌め込まれる。

工具側治具４は工具回転装置４００の回転チャックに装着され、ロボットアーム本体１００を駆動することで、工具側治具４の位置および姿勢を変化させることができる。工具側治具４および工具回転装置４００の姿勢は、ローカル座標系６の各軸周りの回転角度θｘ、θｙ、θｚにより制御される。

ワーク中心軸１４は、ワークとしてのレンズの中心およびワーク側治具１の中心が通る軸である。工具回転軸４１は、加工工具４０５および工具側治具４の回転中心となる軸である。

次に図４を用いてワーク側治具１と工具側治具４の具体的な構成および測定系について説明する。図４は本実施形態におけるワーク側治具１と工具側治具４のＹＺ平面に各測定手段を示したものである。

図４より、工具側治具４の先端部４５は円錐形状で、円錐形状の頂点は加工工具４０５の先端長さと同一となっている。ワーク側治具１には、平面形状の平面１２が設けられており、平面１２には加工側治具４側に所定量突出した突出部である円柱１３が設けられている。円柱１３の工具側治具４側の上面かつワーク中心軸１４を通る位置（ワーク中心軸上）に、加工側治具４の先端部４５を近接させるマーク部１７が設けられている。マーク部７は、溝部として設けられている。

また、平面１２に対する工具回転軸４１の傾きを面振れとして測定する面振れ測定手段４３が配置されている。また、ワーク側治具１の円柱１３のマーク部１７に対する工具回転軸４１のズレを芯振れとして測定する芯振れ測定手段４４が配置されている。面振れ測定手段４３と芯振れ測定手段４４は、てこ式のダイヤルゲージ等を用いることが挙げられるが、その他変位が測定できる測定機であれば、種類は問わない。本実施形態では、ミツトヨ社製のダイヤルインジケータを使用する。また、説明の便宜上、「面振れ測定手段４３」、「芯振れ測定手段４４」と分けて説明しているが、同様のダイヤルインジケータを使用するものとする。

これら治具と測定手段とを用いて、平面１２に対する工具回転軸４１の傾き、および円柱１３のマーク部１７に対する工具回転軸４１のズレを測定することで、ワークを加工する際の制御上の基準値の設定を行う。

次にワーク側治具１の詳細な形状について図５を用いて説明する。図５は本実施形態におけるワーク側治具１の断面および搭載部２の断面を詳細に示した説明図である。図５（ａ）はワーク側治具１の断面図、図５（ｂ）はワーク側治具１の断面にワーク（レンズ）の自由曲面形状を点線で示した図、図５（ｃ）は搭載部２（ヤトイ）の断面図をそれぞれ示している。

図５（ａ）より、前述したようにワーク側治具１には、工具回転軸４１との面振れを測定するために、ワーク中心軸１４と垂直な面方向（ＸＹ面方向）に広がる平面１２が形成されている。またワーク側治具１には、工具回転軸４１との芯振れを測定するために、平面１２に略垂直かつワーク中心軸１４と同軸に円柱１３が形成されている。

図５（ｂ）より、円柱１３は、円柱１３の上面１８がワーク（レンズ）の上側曲面１６の頂点を通過するように形成されている。換言すると、円柱１３は、円柱１３のＺ方向の突出長さは、ワーク（レンズ）の厚みと同程度となるように形成されている。また上面１８には、ワーク中心軸１４との交点に位置する場所にマーク部１７が形成されている。さらにワーク側治具１の搭載部２と接触する（平面１２の反対側の）曲面１５は、ワーク（レンズ）の下側曲面１９と同じ曲率を有する。なお、本実施形態ではワークのレンズとして上側曲面１６と下側曲面１９との曲率が同程度の凸レンズを例に取り説明しているかこれに限られない。例えば、上側曲面１６が凸レンズであり、下側曲面１９が凹レンズである凹凸レンズを用いても構わない。その際は、ワーク側治具１の形状を上記のように凹凸レンズの曲率に合わせて形成する。また本実施形態では、平面１２と円柱１３の側面部は、後述する測定手段のプローブが接触する部分であるため、算術平均粗さＲａが１．６以下となるように仕上げている。

図５（ｃ）より、搭載部２はワーク外形受け部２２とワーク裏面受け部２３とが設けられている。ワーク外径受け部２２は、ワーク中心軸１４と同軸となる筒状形状で形成している。ワーク裏面受け部２３は所定の傾斜を有するテーパ構造で形成している。図４および図５（ｃ）より、ワーク側治具１は、ワーク側治具１の外形部分（レンズではコバに相当する部分）がワーク外形受け部２２と接触するとともに、ワーク側治具１の曲面１５がワーク裏面受け部２３と接触するように載置される。これにより、マーク部１７がワーク中心軸１４を通るように、ワーク側治具１を、搭載部２および台座３に載置させることができる。

次にロボットシステム１０００において、ワーク中心軸１４に対する工具回転軸４１の傾き（Δθｘ，Δθｙ）、およびワーク中心位置９（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）と工具先端オフセット位置７（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を設定する方法について説明する。

図６は本実施形態におけるワーク中心軸１４に対する工具回転軸４１の傾きと、ワーク中心位置９と工具先端オフセット位置７とを設定する際のフローを示す制御フローチャートである。図７は面振れ測定手段４３を用いて面振れを測定している際の図である。図７（ａ）は実際に面振れ測定手段４３を設置した際の概略図、図７（ｂ）は面振れ測定手段４３による測定のイメージを示したグラフである。図８は芯振れ測定手段４４を用いて芯振れを測定している際の図である。図８（ａ）は実際に芯振れ測定手段４４を設置した際の概略図、図８（ｂ）は芯振れ測定手段４４による測定のイメージを示したグラフである。

以下で述べるフローは主にユーザーが制御装置２００を用いてロボットアーム本体１００を操作、および測定手段を用いることで実行されるものとする。

図６より、まずステップＳ１にて、ユーザーが、ワーク側治具１を搭載部２に載置するとともに、工具側治具４を工具回転装置４００の回転チャックに接続する。さらに、ユーザーが、工具側治具４に、面振れを測定する面振れ測定手段４３を設置する。

ここで図７（ａ）より、面振れ測定手段４３は、目盛板４３ａ、スピンドルを有するステム４３ｂ、測定子となるプローブ４３ｃを備え、固定治具４３ｄにより、工具側治具４に取り付けられている。これにより工具側治具４を、工具回転軸４１を軸として回転させることで、平面１２上を、プローブ４３ｃを工具側治具４の回転と連動させて這わせることが可能となる。また目盛板４３ａはゼロ点を基準として＋または－方向に針が振れる振分目盛であり、プローブ４３ｃはＺ軸方向において上下に可動できるようになっており、プローブ４３ｃの上下の移動に応じて、目盛板４３ａの針が動く。

次にステップＳ２にて、ロボットアーム本体１００を用いて、工具側治具４を所定の姿勢（θｘ，θｙ）に制御し、所定の姿勢（θｘ，θｙ）で工具側治具４の先端部４５を、ワーク側治具１の平面１２に近接させる。その際、工具回転軸４１とワーク中心軸１４が平行な関係となるようにする。図７（ａ）の状態では、説明都合上分かりやすくするために工具回転軸４１とワーク中心軸１４を所定の距離離しているが、工具回転軸４１とワーク中心軸１４とはできるだけ近い方が好ましい。例えば、工具回転軸４１をワーク中心軸１４上に位置させた状態で、固定治具４３ｄの取付位置を変更してプローブ４３ｃを平面１２に接触させ、円柱１３の周りをプローブ４３ｃを這わせても構わない。そして、面振れ測定手段４３のプローブ４３ｃを平面１２に接触させる（図７（ａ））。また、プローブ４３ｃを平面１２に接触させた際に目盛板４３ａの目盛りをゼロに合わせる。

次にステップＳ３にて、面振れ測定手段４３を工具回転軸４１周りに回転させて、ワーク中心軸１４に対する工具回転軸４１の面振れ量、すなわち誤差（＋Δ_面，－Δ_面）を測定する。

ここで、図７（ｂ）より、工具側治具４の工具回転軸４１が平面１２に対して傾いている場合、プローブ４３ｃは回転により上下に移動する。その際、図７（ｂ）ように回転角度によって、目盛りがゼロから＋に振れたり、－に振れたりする。この振れ量を誤差（＋Δ_面，－Δ_面）としている。

次にステップＳ４にて、誤差（＋Δ_面，－Δ_面）が、所定の閾値（規格値）以内であるか判定する。本実施形態では、ユーザーが、目盛り板４３ａを見つつ、所定の回転角度時の誤差をプロットしながら評価する。図７（ｂ）の例では、回転角度により閾値より大きい部分があるので、ステップＳ４：Ｎｏより、ステップＳ５に進む。そして、ロボットアーム本体１００に接続された外部入力装置３００を用いて、誤差（＋Δ_面，－Δ_面）が小さくなるように、工具側治具４の姿勢（θｘ，θｙ）を修正する。そして再度ステップＳ２から、面振れ測定手段４３を用いて誤差（＋Δ_面，－Δ_面）を測定する。この手順を繰り返して、誤差（＋Δ_面，－Δ_面）を閾値以下に収める。誤差（＋Δ_面，－Δ_面）が閾値以内となれば、ステップＳ４：ＹｅｓよりステップＳ６に進む。以上が、工具側治具４の面振れの修正を行うフローである。

次にワーク中心軸１４に対する工具回転軸４１の並進方向のずれ（芯振れ）を修正する。その際、工具回転軸４１周りにおいて異なる２姿勢で、ワーク中心軸１４と工具回転軸４１の位置合わせを行い、その際のロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度を取得する。異なる２姿勢とは、工具回転軸４１周りにロボットアーム本体１００の手先（工具回転装置４００）を回転させることで、ロボットアーム本体１００の姿勢を異ならせることである。

まずステップＳ６にて、工具側治具４に芯振れ測定手段４４を設置する。ここで、図８（ａ）より、面振れ測定手段４４は、目盛板４４ａ、スピンドルを有するステム４４ｂ、測定子となるプローブ４４ｃを備え、固定治具４４ｄにより、工具側治具４に取り付けられている。芯振れ測定手段４４の目盛板４４ａも、ゼロ点を基準として＋または－方向に針が振れる振分目盛であり、プローブ４４ｃがＹ軸方向において左右に可動できるようになっており、プローブ４４ｃの左右の移動に応じて、目盛板４４ａの針が動く。

次にステップＳ７にて、ロボットアーム本体１００を制御し、ステップＳ１～ステップＳ５で修正した工具回転軸４１の姿勢（θｘ，θｙ）を維持しながら、先端部４５をマーク部１７に近接させつつ、ロボットアーム本体１００を第１姿勢に取らせる。そして目盛板４４ａを紙面上側方向に向けた状態で、芯振れ測定手段４４が平面１２に接触しないようにかつ、プローブ４４ｃを円柱１３の側面部に接触させる（図８（ａ））。また、プローブ４４ｃを円柱１３の側面部に接触させた際に目盛板４４ａの目盛りをゼロに合わせる。これにより工具側治具４を、工具回転軸４１を軸として回転させることで、円柱１３の側面上を、プローブ４３ｃを工具側治具４の回転と連動させて這わせることが可能となる。

なお、工具側治具４（手先）の姿勢を固定した状態で、ロボットアーム本体１００を動作させる技術は、一般的なロボット製品において標準的に実装されている制御モードであるため、説明を省略する。

次にステップＳ８にて、芯振れ測定手段４４を工具回転軸４１周りに回転させて、ワーク中心軸１４に対する工具回転軸４１の芯振れ量、すなわち誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）を測定する。

ここで、図８（ｂ）より、工具側治具４の工具回転軸４１がワーク中心軸１４に対してズレている場合、プローブ４３ｃは偏芯しながら回転するため円柱１３により左右に移動する。その際、図８（ｂ）ように回転角度によって、目盛りがゼロから＋に振れたり、－に振れたりする。この振れ量を誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）としている。

次にステップＳ９にて、ロボットアーム本体１００が第１姿勢の場合の誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が閾値（規格値）以内であるか判定する。本実施形態では、ユーザーが、目盛り板４４ａを見つつ、所定の回転角度時の誤差をプロットしながら評価する。図８（ｂ）の例では、回転角度により閾値より大きい部分があるので、ステップＳ９：Ｎｏより、ステップＳ１０に進み、ロボットアーム本体１００に接続された外部入力装置３００を用いて、誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が小さくなるように、第１姿勢を修正する。そしてステップＳ７に進み、再度芯振れ測定手段４４を用いて誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）を測定する。この手順を繰り返して、第１姿勢における誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）を閾値以下に収める。誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が閾値以下となれば、ステップＳ９：ＹｅｓよりステップＳ１１に進む。

そしてステップＳ１１にて、誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が修正された状態の第１姿勢におけるロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度を各エンコーダ３０により取得する。

次にステップＳ１２にて、ロボットアーム本体１００を制御し、ステップＳ１～ステップＳ５で修正した工具回転軸４１の姿勢（θｘ，θｙ）を維持しながら、先端部４５をマーク部１７に近接させつつ、第１姿勢とは異なる第２姿勢を取らせる。ここで第２姿勢とは、第１姿勢の状態から、工具回転軸４１周りに工具回転装置４００を所定量回転させ、ロボットアーム本体１００の姿勢を異ならせた状態である。この状態で、工具側治具４に設置した芯振れ測定手段４４のプローブ４４ｃを円柱１３の側面部に接触させる。

次にステップＳ１３にて、芯振れ測定手段４４を工具回転軸４１周りに回転させて、ワーク中心軸１４に対する工具回転軸４１の芯振れ量、すなわち誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）を測定する。

次にステップＳ１４にて、ロボットアーム本体１００が第２姿勢の場合の誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が閾値（規格値）以内であるか判定する。本実施形態では、ユーザーが、目盛り板４３ａを見つつ、所定の回転角度時の誤差をプロットしながら評価する。誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が閾値より大きい場合はステップＳ１４：Ｎｏより、ステップＳ１５に進み、ロボットアーム本体１００に接続された外部入力装置３００を用いて、誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が小さくなるように、第２姿勢を修正する。そしてステップＳ１２に進み、再度芯振れ測定手段４４を用いて誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）を測定する。この手順を繰り返して、第２姿勢における誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）を閾値以下に収める。誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が閾値以下となれば、ステップＳ１４：ＹｅｓよりステップＳ１６に進む。

そしてステップＳ１６にて、誤差（＋Δ_芯，－Δ_芯）が修正された状態の第２姿勢におけるロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度を各エンコーダ３０により取得する。

最後にステップＳ１７にて、ワーク中心位置９（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）と工具オフセット位置７（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）の値を計算する。以下、ステップＳ１７の詳細について説明する。

まず、工具オフセット位置７の座標（Ｚｔ）を工具側治具４の寸法測定により取得する。そして座標（Ｘｔ）、座標（Ｙｔ）を算出するが、未知の座標が２つあるため、ロボットアーム本体１００を２つの異なる姿勢に制御し、芯振れを測定している。

次に前述のステップＳ１１で取得した第１姿勢におけるロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度から順運動学計算で求めた工具側治具４の位置座標を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とする。また、ステップＳ１１で取得した第１姿勢におけるロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度から順運動学計算で求めた工具側治具４の回転軸方向（θｚ方向）の角度をＲｚ１とする。

また前述のステップＳ１６で取得した第２姿勢におけるロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度から順運動学計算で求めた工具側治具４の位置座標を（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とする。また、ステップＳ１６で取得した第２姿勢におけるロボットアーム本体１００の各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度から順運動学計算で求めた工具側治具４の回転軸方向（θｚ方向）の角度をＲｚ２とする
ここで、式（１）を用いて、２つの姿勢における工具側治具４の位置座標に対して、工具オフセット位置７の座標（Ｘｔ，Ｙｔ）をＲｚ１，Ｒｚ２の角度分回転させた値を算出し、第１項と第２項の差分をｆ（Ｘｔ，Ｙｔ）と定義する。

この差分ｆ（Ｘｔ，Ｙｔ）を繰り返し計算により最小化する計算を、式（２）を用いて行い、最終的な工具オフセット位置７の座標（Ｘｔ，Ｙｔ）を求める。

さらに最終的な工具先端オフセット位置７の座標（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）と、ステップＳ９で取得した第１姿勢における各関節Ｊ_１～Ｊ_６の回転角度を用いて順運動学計算することで、ワーク中心位置９の座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）を求める。なお、順運動学計算する際に使用するロボットアーム本体１００のリンクパラメータ（３６個）については、あらかじめリンクパラメータを測定し計算することで取得されているものとする。

以上により、ワーク中心位置９の座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）と工具オフセット位置７の座標（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）を求めることができる。特にワーク側治具１において、面振れの測定を行うための平面１２と、芯振れの測定を行うための円柱１３とマーク部１７とを設けている。これにより、ワーク側治具１に対する工具回転軸４１の相対的な位置関係を制御上定義する基準値を、工具回転軸４１の傾きも考慮して高精度に設定することができる。また、ワーク側治具１の円柱１３、円柱１３の上面１８、マーク部１７および曲面１５は加工対象となるワーク（レンズ）に合わせて形成されており、加工側治具４も加工工具４に合わせて形成されている。よって、ワーク（レンズ）と加工工具４０５との相対的な位置関係の基準値を高精度に制御上で定義でき、ロボットアーム本体１００と加工工具４０５とを用いて高精度にワーク（レンズ）を加工できる。またワークを搭載部２に搭載するときと同じ接触面でワーク側治具１も当接するため、加工する際のワークと同様の設置精度を確保することができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態におけるワーク側治具１について説明する。図９は本発明の第２の実施形態におけるワーク側治具１の断面を詳細に示した図である。図９（ａ）はワーク側治具１の断面図、図９（ｂ）はワーク側治具１の断面にワーク（レンズ）の自由曲面形状を点線で示した図、図９（ｃ）は搭載部２（ヤトイ）の断面図をそれぞれ示している。

本実施形態のワーク側治具１の基本構成は、図７に示す断面形状以外は同様であるため、説明を省略する。図９（ａ）より、本実施形態におけるワーク側治具１の第１実施形態と異なる点は、工具回転軸４１との面振れを測定するための平面１２の外径側および円柱１３側は、平面１２とは同一平面でなく、逃げ形状１２ａを備えている点である。

図９（ｂ）より、円柱１３は、円柱１３の上面１８がワーク（レンズ）の上側曲面１６の頂点を通過するように形成されている。換言すると、円柱１３は、円柱１３のＺ方向の突出長さは、ワーク（レンズ）の厚みと同程度となるように形成されている。また上面１８には、ワーク中心軸１４との交点に位置する場所にマーク部１７が形成されている。さらにワーク側治具１の搭載部２と接触する曲面１５は、ワーク（レンズ）の下側曲面１９と同じ曲率を有する。

図９（ｃ）より、搭載部２はワーク外形受け部２２とワーク裏面受け部２３とが設けられている。ワーク外径受け部２２は、ワーク中心軸１４と同軸となる筒状形状で形成している。ワーク裏面受け部２３は所定の傾斜を有するテーパ構造で形成している。ワーク側治具１は、ワーク側治具１の外形部分（レンズではコバに相当する部分）がワーク外形受け部２２と接触するとともに、ワーク側治具１の曲面１５がワーク裏面受け部２３と接触するように載置される。これにより、マーク部１７がワーク中心軸１４を通るように、ワーク側治具１を、搭載部２および台座３に載置させることができる。

また図９（ｂ）図９（ｃ）より、曲面１５は、搭載部２のワーク裏面受け部２３と接する部分のみワークと同じ曲率となっており、それ以外の部分の形状は、搭載部２と干渉しなければ、どんな形状でも良い。図中では、ワーク中心軸１４付近が平面となっている。

以上、逃げ形状１２ａがあることで、面振れを測定するために仕上げを行わなければならない平面１２の範囲を減らすことができ、ワーク側治具１の加工時の負担を低減することができる。

（その他の実施形態）
以上述べた第１、第２の実施形態の処理手順は具体的には制御装置２００およびユーザーにより実行されるものである。従って上述した機能をユーザーに実行可能なようにするソフトウェアのプログラムを記録した記録媒体を制御装置２００に供給し、ＣＰＵ２０１が記録媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって達成されるよう構成することができる。この場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が上述した各実施形態の機能を実現することになり、プログラム自体およびそのプログラムを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。例えば上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

また、各実施形態では、コンピュータで読み取り可能な記録媒体がＲＯＭ２０２或いはＲＡＭ２０３であり、ＲＯＭ２０２或いはＲＡＭ２０３に制御プログラムが格納される場合について説明した。しかしながら本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明を実施するための制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば、いかなる記録媒体に記録されていてもよい。例えば、制御プログラムを供給するための記録媒体としては、ＨＤＤ、外部記憶装置、記録ディスク等を用いてもよい。

また上述した種々の実施形態では、ロボットアーム本体１００が複数の関節を有する多関節ロボットアームを用いた場合を説明したが、関節の数はこれに限定されるものではない。ロボットアームの形式として、垂直多軸構成を示したが、パラレルリンク型など異なる形式の関節においても上記と同等の構成を実施することができる。

また、上述した種々の実施形態において、ロボットアーム本体１００と台座３とを所定の作業台に設置し、セルシステムとして構成する場合、ロボットアーム本体１００と台座３とを作業台から着脱可能に構成しても構わない。

また上述した種々の実施形態は、制御装置に設けられる記憶装置の情報に基づき、伸縮、屈伸、上下移動、左右移動もしくは旋回の動作またはこれらの複合動作を自動的に行うことができる機械に適用可能である。

なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されない。

１ ワーク側治具
２ 搭載部
３ 台座
４ 工具側治具
６ ローカル座標系（工具座標系）
７ 工具オフセット位置
８ グローバル座標系
９ ワーク中心位置
１２ 平面
１３ 円柱
１４ ワーク中心軸
１５ 曲面
１６ 上側曲面
１７ マーク部
１８ 上面
１９ 下側曲面
２２ ワーク外径受け部
２３ ワーク裏面受け部
４１ 工具回転軸
４３ 面振れ測定手段
４４ 芯振れ測定手段
４５ 先端部
１００ ロボットアーム本体
１０３ ベース部
Ｊ_１～Ｊ_６（１１１～１１６） 関節
１２０ 基台
１２１～１２６ リンク
２００ 制御装置
３００ 外部入力装置
４００ 工具回転装置
４０５ 加工工具
１０００ ロボットシステム

Claims (19)

1. 平面形状の第１面と、
   前記第１面に設けられ、前記第１面に対して垂直な方向に突出する突出部と、
   を備えたことを特徴とする治具。
2. 請求項１に記載の治具において、
   前記突出部には、マーク部が設けられている、
   ことを特徴とする治具。
3. 請求項１または２に記載の治具において、
   前記第１面の反対側に、所定の曲率を有した曲面形状の第２面が設けられている、
   ことを特徴とする治具。
4. 請求項３に記載の治具において、
   前記第２面の前記所定の曲率は、ワークの曲率に基づき設定されている、
   ことを特徴とする治具。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の治具において、
   前記突出部は円柱である、
   ことを特徴とする治具。
6. 請求項５に記載の治具において、
   前記円柱の中心は、ワークの中心軸上に位置している、
   ことを特徴とする治具。
7. 請求項１に記載の治具において、
   前記第１面は、ワークの中心軸に対して垂直な方向に設けられる面である、
   ことを特徴とする治具。
8. 請求項１から４のいずれか１項に記載の治具において、
   前記突出部の突出長さは、ワークの厚みに基づき設定されている、
   ことを特徴とする治具。
9. 請求項２に記載の治具において、
   前記マーク部は、ワークの中心軸上に位置している、
   ことを特徴とする治具。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の治具において、
    前記第１面には、粗さの異なる逃げ部が設けられている、
    ことを特徴とする治具。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の治具が載置される載置台であって、
    前記治具の外形部が接触する第１受け部を備えている、
    ことを特徴とする載置台。
12. 請求項３または４に記載の治具が載置される載置台であって、
    前記治具の前記第２面が接触する第２受け部を備えている、
    ことを特徴とする載置台。
13. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の治具と、前記治具と接触させる加工側治具が設けられた複数の関節を有するロボットアームと、を備えたロボットシステム。
14. 請求項１３に記載のロボットシステムを用いて、ワークを加工する際の制御上の基準値を設定する制御方法であって、
    前記ロボットシステムは、
    制御装置と、
    前記第１面に対する前記加工側治具の傾きを測定する第１測定手段と、
    前記突出部に対する前記加工側治具のズレを測定する第２測定手段と、を備え、
    前記制御装置が、
    前記傾きと前記ズレとが閾値以下となるように修正した前記ロボットアームの前記関節の角度に基づき前記基準値を設定する、
    ことを特徴とする制御方法。
15. 請求項１４に記載の制御方法において、
    前記第１測定手段と前記第２測定手段は、ダイヤルゲージである、
    ことを特徴とする制御方法。
16. 請求項１４または１５に記載の制御方法において、
    前記基準値は、ワークの中心位置の座標と、前記加工工具の所定の位置の座標である、
    ことを特徴とする制御方法。
17. 請求項１４から１６のいずれか１項に記載の制御方法により前記基準値が設定されたロボットシステムを用いて物品の製造を行うことを特徴とする物品の製造方法。
18. 請求項１４から１６のいずれか１項に記載の制御方法をコンピュータで実行可能な制御プログラム。
19. 請求項１８に記載の制御プログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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