JP2753342B2

JP2753342B2 - ワーク位置検出装置

Info

Publication number: JP2753342B2
Application number: JP23893489A
Authority: JP
Inventors: 浩久酒井; 正小山
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Koki KK
Priority date: 1989-09-13
Filing date: 1989-09-13
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JPH03104594A

Description

【発明の詳細な説明】発明の目的［産業上の利用分野］本発明はワーク位置検出装置に関し、詳しくは組立ラ
イン等に配置されたワークの位置ずれを検出するワーク
位置検出装置に関する。

［従来の技術］一般に、溶接や塗装等の各種作業に導入されている産
業用ロボット（以下、単にロボットと呼ぶ）は、ティー
チング（教示操作）によって座標値をデータとして記憶
させた複数の点を、指定された順序で動作するように構
成されている。そして、このようなロボットを用いる場
合には、組立ライン等に配置されるワークが、常に正確
な位置に配置されるか、あるいは、ワークの正確な位置
を検出して、予めティーチングしたデータを補正する必
要があった。

従来、ワークの位置を正確に検出するために、ワーク
に形成された穴等の特徴的な形状を有する３つの点の位
置をCCDカメラ等にて計測し、その３つの点の位置から
ワークの位置を特定するものがあった。そして、検出さ
れたワークの位置と予め設定された基準位置との差に基
づいて、座標変換により教示データを補正していた。
尚、ティーチングデータを補正する技術として特開昭60
−95605号公報に、予め定めた３つの基準点にロボット
を位置決めし、そのときの座標データに基づいてロボッ
トの位置ずれを補正する方法が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した特徴的な形状を有する３つの
点の位置を計測する方法では、その３点間の関係には製
造上の誤差が存在するため、３点間の相対位置がワーク
毎に異なってしまい、正確にワークの位置を検出できな
い場合があった。例えば、車両ボディの製造工程では、
スポット溶接やプレス加工の仕上げ等において、ワーク
がたわんでしまう場合があり、ワーク毎に３点の相対位
置に誤差が生じてしまうことがある。従って、ワークの
位置を正確に検出できず、ロボットとワークとの相対位
置関係にずれが生じてしまい、正確な作業ができなくな
ったり、あるいは作業が中断されたりしていた。また、
たとえこのような特徴的形状を有する穴等の部位が正確
に形成されていても、一定面積を有する穴からある一点
を特定するためには、穴の重心位置等を画像処理等の複
雑な処理を用いて算出しなければならず、そのため処理
時間が長くかかり、装置も大がかりなものとなってしま
っていた。

本発明のワーク位置検出装置は上記課題を解決し、ワ
ークの位置ずれを簡単に精度良く検出することを目的と
する。

発明の構成かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明
する。

［課題を解決するための手段］本発明の教示データ補正装置は、第１図に例示するよ
うに、産業用ロボットＲに設けられ、該ロボットＲに対して
位置決めされるワークＷの位置ずれを検出するワーク位
置検出装置であって、上記ロボットＲに設けられ、上記ワークＷ表面までの
距離の変位量を測定する変位計Ｓと、上記変位計Ｓと上記ワークＷ面に略平行で所定方向に
走査させると共に、上記走査中に上記変位計Ｓにより検
出された変位量が所定値以上になったとき上記ワークＷ
に端部，接続部等の段差部が存在するとして、そのとき
の上記変位計Ｓの位置を特定する段差部特定手段M1と、上記変位計Ｓを上記走査方向と略直交した方向で、上記
特定された段差部から各々所定距離ずらした２つの線上
にて上記ワークＷ面に略平行に各々走査させると共に、
上記各々の走査毎に上記変位計Ｓにより検出された変位
量が所定値以上になったとき上記ワークＷに段差部が存
在するとして、そのときの上記変位計Ｓの位置あるいは
該位置から一定距離ずらした位置を第１位置，第２位置
として特定する第１・第２位置特定手段M2と、上記第１位置，第２位置から各々所定距離を隔てた位
置上において、上記ワークＷ面から所定距離隔てた位置
を第３位置として特定する第３位置特定手段M3と、上記特定された第1,第2,第３位置と、予め設定した基
準位置としての３つの位置との偏差に基づいて、上記ワ
ークＷの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段M4とを備えたことを要旨とする。

［作用］上記構成を有する本発明のワーク位置検出装置は、ま
ず、段差部特定手段M1によりロボットＲに設けられた変
位計ＳをワークＷ面に略平行に走査させ、検出された変
位量が所定値以上になったときにワークＷに段差部が存
在するとして、そのときの変位計Ｓの位置を特定し、次
に、第１・第２位置特定手段M2により上記走査方向と略
直交した方向で、しかも先に検出された段差部から所定
距離ずらした２つの線上にて変位計ＳをワークＷ面に略
平行に走査させ、検出された変位量が所定値以上になっ
たときにワークＷに段差部が存在するとして、そのとき
の変位計Ｓの位置あるいはその位置から一定距離ずらし
た位置を第１位置，第２位置として特定する。更に、第
３位置特定手段M3により第１位置，第２位置から各々所
定距離隔てた位置上で、しかもワークＷ面から所定距離
隔てた位置を第３位置として特定し、位置ずれ検出手段
M4により、これら第1,第2,第３位置と予め設定した基準
位置としての３つの位置とを比べ、その偏差に基づいて
ワークＷの位置ずれを検出する。即ち、ワークＷに検出
された３つの段差部から第1,第２位置を特定し、その第
1,第２位置からの距離とワークＷ面からの距離とから第
３位置を特定することにより、ワークＷの位置が特定さ
れるのである。

［実施例］以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにする
ために、以下本発明のワーク位置検出装置の好適な実施
例について説明する。

第２図は、一実施例としてのワーク位置検出装置の概
略システム構成図である。ワーク位置検出装置は、車両
（以下、ワークＷと呼ぶ）のルーフパネルRPとクォータ
パネルQPとの溶接（プラズマ溶接）を行なうロボット１
と、ロボット１の動作制御部であるロボットコントロー
ラ３と、ロボット１の手先に溶接トーチ５と共に設けら
れワークＷの表面状態を検出するセンサ７と、センサ７
からの信号を処理するセンサコントローラ９とを備え
る。また、ロボットコントローラ３は、作業者がロボッ
ト１に仕事を教示するティーチボックス11と、入出力手
段としてのキーボードおよびCRTからなるターミナル13
とを備える。

ロボットコントローラ３は、第３図に示すように、周
知のCPU31,RAM32,ROM33から算術論理演算回路を構成す
ると共に、ロボット１と情報の授受を行なうロボットイ
ンタフェース34,入出力手段としてのターミナル13と情
報の授受を行なうターミナルインタフェース35,ティー
チボックス11の操作状態を入力するティーチボックスイ
ンタフェース36、センサ７の出力する電気信号をセンサ
コントローラ９を介して入力するセンサインタフェース
37を備え、それらは、バス38により相互に接続されてい
る。

ロボット１の手先で溶接トーチ５から所定距離を隔て
て配置されたセンサ７には、レーザ式変位計が用いられ
る。このレーザ式変位計は、第４図に示すように、レー
ザ光を発射するレーザダイオード71と、発射されたレー
ザ光を平行光にするコリメーティングレンズ72と、ワー
クＷ上に形成されるレーザ光のスポットからの乱反射を
入光し光位置検出素子73に結像させる受光レンズ74と、
レーザ光の入射位置に応じた光電流l1,12を２つの電極
からセンサコントローラ９に出力する光位置検出素子73
とからなる。ワークＷ面が、基準位置Ｏから位置Ａある
いは位置Ｂに変位すると、光位置検出素子の結像位置
は、位置Ｏ′から位置Ａ′あるいは位置Ｂ′に移動し、
それに応じて光電流l1,12が変化する。そして、この光
電流l1,12に基づいてセンサコントローラ９で演算処理
によりワークＷ面までの距離の変位を算出する。

次に、本実施例のワーク位置検出装置が実行するワー
ク位置検出処理について、第５図のワーク位置検出ルー
チンを示すフローチャートおよび第６図のセンサ７の走
査手順を示す説明図と共に説明する。

第６図は、車両のルーフパネルPRとクォータパネルQP
との接続位置近傍を表すもので、この状態から以下の処
理によりワークＷの位置を検出し、ティーチングデータ
を補正した後、ルーフパネルRPとクォータパネルQPとの
接続部（以下、ギャップＧと呼ぶ）が溶接トーチ５にて
溶接されるのである。

まず、第６図（ア）に示すように、ロボット１を駆動
してセンサ７をルーフパネルRP面に平行で矢印Ｘ方向に
走査させると共に、センサコントローラ９の出力データ
である変位量αを監視しつつ、その変位量αが予め設定
されたスレショルド値K1以上になったときのロボット座
標を、図示しないエンコーダの出力から３次元位置情報
として取り込む（第５図ステップ100）。この処理によ
れば、走査線ｘとルーフ立て壁面RWとの交点である点A1
上をセンサ７が通過したときに、センサ７とルーフパネ
ルRP面との距離が変位することにより変位量αがスレシ
ョルド値K1以上の値となり、段差の存在するこの位置で
のロボット座標が取り込まれる。

続いて、点A1と、予めマスターボディにティーチング
した設定点A0とのＸ方向のずれΔｌを算出する（ステッ
プ110）。

次に、第６図（イ）に示すように、矢印Ｙ方向（ワー
クＷ面に平行でＸ方向に対して直行する方向）にセンサ
７をステップ100と同様に走査をするが、この走査は、
予めティーチングした走査線y01に対して、上記ずれΔ
ｌだけＸ方向にシフトさせた走査線y1上にて行なわれ
る。即ち、走査線y1上にてワークＷ面の変位量αを監視
しつつ、その変位量αが予め設定されたスレショルド値
K1以上になる位置を検出するのである。従って、この走
査がギャップＧにまで達すると、変位量αはスレショル
ド値K1以上の値となり、このときの点B1が検出される
（ステップ120）。

続いて、第６図（ウ）に示すように、センサ７を点B1
を検知した位置から距離ｍだけ矢印Ｙの反対方向にシフ
トさせ、更に、矢印Z1方向（ワークＷ面に対して鉛直方
向）に移動させて、一旦センサ７の測定範囲外にまで移
し、次に、センサ７を逆にZ2方向（Z1と反対方向）に戻
しつつ、変位量αを監視する。そして、この変位量αが
予め設定された設定値K2と等しくなったときのロボット
座標を取り込み、センサ７の位置である点C1の３次元位
置情報を算出する（ステップ130）。センサコントロー
ラ９の出力する変位量αは、測定範囲内ではワークＷ面
の変位にリニアに対応するのに対し測定範囲外では急激
に変化するため、測定範囲の境界線上での変位量αの値
を設定値K2に定めることにより、センサ７がワークＷ面
から所定距離（測定範囲の境界線までの距離）隔てたと
きの位置を点C1として精度良く検出しているのである。
本実施例では、センサ７の測定範囲が35mm〜45mmである
ため、センサ７がワークＷ面から45mm離れた位置におい
てロボット座標が取り込まれるよう設定値K2が決められ
ている。

同様に、第６図（イ），（ウ）に示すように、走査線
y2（走査線y02に対してＸ方向にΔｌシフトさせた走査
線）上を走査して点B2を求め、更に、センサ７をその位
置から所定距離ｍシフトさせ、Z1,Z2方向に移動させて
変位量αと設定値K2とが等しくなったとき、即ち、セン
サ７がワークＷ面から所定距離離れたときのロボット座
標を取り込み、そのときのセンサ７の位置である点C2の
３次元位置情報を算出する（ステップ140,150）。

次に、点C1,C2から各々等距離ｎを隔てた位置上で、
センサ７を測定範囲外からワークＷ面（クォータパネル
QP面）に近づけていき、変位量αが設定値K2になったと
きのロボット座標を取り込み、そのときのセンサ７の位
置である点C3を算出する（ステップ160）。即ち、点C1,
C2を底辺とする二等辺三角計の頂点となる位置上で、し
かもワークＷ面から所定距離（本実施例では45mm）離れ
た点である点C3の３次元位置情報を算出するのである。

以上のように算出した点C1,C2,C3と、予め設定された
基準点C01,C02,C03とに基づいて座標変換を行ない、ワ
ークＷの位置ずれを算出し、ロボット１のティーチング
データを補正して（ステップ170）、本制御ルーチンを
終了する。尚、算出されたワークＷの位置ずれに基づい
て、図示しない治具を備えたロボットのワークＷの保持
位置も同時に補正される。

以上説明した本実施例のワーク位置検出装置は、ワー
クＷに形成された端部，接続部等の段差部を変位計であ
るセンサ７により検出して、まず、ワークのＸ方向のず
れ量Δｌを求め、そのずれ量Δｌに応じて他の段差部
（ギャップＧ）の検出用走査線の位置を補正して、ワー
ク位置を特定するための２点（C1,C2）を求めている。
そして、その２点から等距離で、且つ、ワークＷ面から
所定距離となる１点（C3）求め、それら３点からワーク
位置を検出するものである。従って、ワークＷの位置が
Ｘ方向にずれていても、ワークＷに対し予め設定された
走査位置にて決定されるため、段差部を検出する位置に
バラツキがなく、精度良くワークＷの位置が検出でき
る。また、ギャップＧ位置から所定距離ｍシフトさせた
位置にて点C1,C2を求めているため、ギャップＧ近傍が
鏡面状態であってもセンサ７が誤動作することがない。
更に、センサ７の測定範囲境界上での変位量αの値を設
定値K2に定めているため、センサ７がワークＷ面から所
定距離隔てたときの位置を精度良く検出することができ
る。従って、高精度にワークＷの位置を検出できるた
め、その位置ずれを補正することにより、ルーフパネル
RPとクォータパネルQP間のロー付けを精度良く行うこと
ができる。特に、本実施例のようにプラズマ溶接のため
熱集中が高く正確な位置制御が必要とされる場合には、
有効なものとなる。本実施例によれば、繰り返し精度は
±0.2mmとなり、要求精度を充分満たすものとなってい
る。加えて、従来のように画像処理等の複雑な演算処理
を行なうことなく、変位量αが所定値以上か否かを判断
するだけでワークの位置を特定する３点が求められるた
め、非常に簡易にシステムが構成できると共に、処理時
間も短縮できる。また、撮像装置を用いた場合に問題と
なる照明やワークの汚れ等による外乱の影響もない。

次に、本発明の第２の実施例として、ワーク位置検出
装置が実行するワーク位置検出処理について、第７図に
示すフローチャートと第８図のセンサ７の走査手順を示
す説明図と共に説明する。尚、上述した第１実施例の処
理と同じところは、簡単な説明にとどめる。

第８図は、車両のルーフパネルRPとクォータパネルQP
との接続位置近傍を表す側面図およびＳ−Ｓ線に沿う断
面図（第８図（イ）（ウ）（エ）のみ右側に記載する）
である。

まず、第８図（ア）に示すように、ロボットを駆動し
てセンサ７をルーフパネルRP面に平行で矢印Ｘ方向（車
両後方向）に走査させると共に、変位量αを監視つつ、
変位量αがスレショルド値K1以上になったときのロボッ
ト座標を取り込む（第７図ステップ200）。即ち、ルー
フパネルRPの端部と走査線上の交点である点Ａの位置を
検出するのである。

次に、第８図（イ）に示すように、センサ７を点Ａか
ら矢印Ｘの反対方向に距離ｌだけ平行移動させ、ワーク
Ｗ側面に平行で矢印Ｙ方向に走査を行ない、変位量αが
スレショルドK1値以上となるギャップＧ上での点B1を検
出し（ステップ210）、更に、点B1を検出した位置から
センサ７を矢印Ｚ方向（ワークＷ面に対して鉛直方向）
に移動させながら、変位量αを監視して、変位量αが設
定値K2と等しくなったときのロボット座標を取り込み、
センサ７の位置である点C1の３次元位置情報を算出する
（ステップ220）。即ち、点B1からＺ方向に所定距離離
れた点C1の位置を算出する。

続いて、第８図（ウ）に示すように、ステップで走査
した位置から所定距離ｍだけＸ方向にずらした走査位置
にて、上述したステップ210の処理と同様にギャップＧ
上での点B2を検出し（ステップ230）、更に、センサ７
をＺ方向に移動して変位量αが設定値K2と等しくなった
ときのロボット座標を取り込み、センサ７の位置である
点C2の３次元位置情報を算出する（ステップ240）。

次に、第８図（エ）に示すように、センサ７を点B2を
検出した位置からワークＷ面に平行に矢印Ｙ方向に所定
距離ｎだけ離れた位置（点B3）に移動し、更に、Ｚ方向
に移動して変位量αが設定値K2と等しくなったときのロ
ボット座標を取り込み、センサ７の位置である点C3の３
次元位置情報を算出する（ステップ250）。

以上のように算出した点C1,C2,C3と、予め設定された
基準点C01,C02,C03とに基づいて座標変換を行ない、ワ
ークＷの位置ずれを算出し、ロボット１のティーチング
データを補正して（ステップ260）、本制御ルーチンを
終了する。

以上説明した第２実施例のワーク検出装置は、第１実
施例の効果に加え、走査が簡易になり、一層処理時間が
短縮される。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこ
うした実施例に何等限定されるものではなく、例えば、
レーザ式変位計に代えて超音波式あるいは渦電流式変位
形を用いた構成であっても良く、また、点C3の位置を、
点C1,C2を底辺とする二等辺三角計の頂点に限定する必
要もなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果以上詳述したように、本発明のワーク位置検出装置に
よれば、従来のように画像処理等の複雑な演算処理を行
なうことなく、変位量が所定値以上か否かを判断するだ
けでワークの位置を特定する３点が求められるため、非
常に簡易にシステムが構成できると共に、処理時間も短
縮できる。また、撮像装置を用いた場合に問題となる照
明やワークの汚れ等による外乱の影響もない。また、ワ
ークの段差部の位置を検出して、他の段差部の走査位置
を設定しているため、ワークの位置がずれていても、予
め設定されたワークの走査位置にて決定されるため、段
差部を検出する位置にバラツキがなく、精度良くワーク
位置が検出できる。また、段差部を検出した位置から一
定距離ずらした位置を特定することにより、例えば、段
差部が鏡面状態であってもワーク面からの距離検出が可
能となる。従って、高精度にワークの位置を検出できる
ためその位置を補正することにより、ワークの加工精度
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、第
２図はワーク位置検出装置の概略システム構成図、第３
図はロボットコントローラの概略構成図、第４図はセン
サの原理を示す説明図、第５図はワーク位置検出ルーチ
ンを示すフローチャート、第６図（ア）ないし（エ）は
センサの走査手順を示す説明図、第７図は第２実施例と
してのワーク位置検出ルーチンを示すフローチャート、
第８図（ア）ないし（エ）は第２実施例としてのセンサ
の走査手順を示す説明図である。１……ロボット、３……ロボットコントローラ７……センサ（レーザ式変位計）９……センサコントローラＷ……ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−95605（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−269706（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−216006（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】産業用ロボットに設けられ、該ロボットに
対して位置決めされるワークの位置ずれを検出するワー
ク位置検出装置であって、上記ロボットに設けられ、上記ワーク表面までの距離の
変位量を測定する変位計と、上記変位計を上記ワーク面に略平行で所定方向に走査さ
せると共に、上記走査中に上記変位計により検出された
変位量が所定値以上になったとき上記ワークに端部，接
続部等の段差部が存在するとして、そのときの上記変位
計の位置を特定する段差部特定手段と、上記変位計を上記走査方向と略直交した方向で、上記特
定された段差部から各々所定距離ずらした２つの線上に
て上記ワーク面に略平行に各々走査させると共に、上記
各々の走査毎に上記変位計により検出された変位量が所
定値以上になったとき上記ワークに段差部が存在すると
して、そのときの上記変位計に位置あるいは該位置から
一定距離ずらした位置を第１位置，第２位置として特定
する第１・第２位置特定手段と、上記第１位置，第２位置から各々所定距離を隔てた位置
上において、上記ワーク面から所定距離隔てた位置を第
３位置として特定する第３位置特定手段と、上記特定された第1,第2,第３位置と、予め設定した基準
位置としての３つの位置との偏差に基づいて、上記ワー
クの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段とを備えたことを特徴とするワーク位置検出装置。