JP2816089B2

JP2816089B2 - ロボットの加工経路補正方法

Info

Publication number: JP2816089B2
Application number: JP32546693A
Authority: JP
Inventors: 宏一三谷; 卓也中谷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: JPH07182016A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基準モデルに基づいて
加工経路を教示したロボットを用いてワークに穴あけ、
バリ取り、溶接などの加工を施すにあたり、基準モデル
に対するワークの誤差に応じて加工経路を補正するよう
にしたロボットの加工経路補正方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロボットを用いてワークを加工
する際には、基準モデルに基づいて教示された加工経路
に従ってロボットを動作させている。しかしながら、ロ
ボットに対するワークは３次元的な位置や姿勢が一定で
はなく、またワークには局所的な変形や反りがあること
が多く、これらの変形や反りの方向や位置は一定してい
ないものであるから、基準モデルに基づいて教示した加
工経路に対してワークごとに加工経路を修正することが
要求される。とくに、寸法の大きいワークでは局所的な
変形が大きくなるから、基準モデルで教示された加工経
路で修正を行なわずに加工すると、所望形状に加工する
ことができないという問題が生じる。

【０００３】そこで、加工経路の修正方法としては、特
開昭６３−８９０６号公報に記載されているように、ワ
ークに３個の基準点を設定し、１個の基準点を原点とし
他の２点が原点と同一平面に含まれるように加工座標系
を決定することで、基準モデルに設定した基準座標系と
ワークに設定した加工座標系とを比較し、座標系同士の
偏差について加工経路を修正することが考えられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法では、１
つのワークについて規定の３点のうちの１点を原点とし
た１つの加工座標系を設定しているものであるから、ワ
ークの局部的な変形や反りによって、原点とする１点に
対する他の２点の相対位置が変化すると、加工座標系に
歪みが生じて位置補正の誤差が大きくなるという問題が
ある。

【０００５】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ワークの局部的な変形や反りなどに起因した
誤差をワークの位置とともに補正できるようにし、加工
精度を高めることができるロボットの加工経路補正方法
を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ワー
クの一面上で異なる３点の３次元座標を、あらかじめ基
準モデルについて設定した基準座標系のいずれかの座標
軸に直交する面内で計測し、計測した３点のうちの２点
を通る直線と、他の１点を通り上記直線に直交する直線
と、両直線の交点を通り両直線により規定された平面に
直交する直線とを座標軸とする加工座標系を設定し、基
準座標系と加工座標系とを比較し、基準座標系と加工座
標系との偏差に基づいてロボットの加工経路を補正する
ロボットの加工経路補正方法であって、ワークの加工線
に沿う部位をそれぞれ直線部をなす複数の区間に分割
し、各直線部について加工座標系を設定することを特徴
とする。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、ワークの一面を囲む隣合う２本の直線部について、
各一方の直線部の上で２点を計測し、各他方の直線部の
上で計測した１点を用いて、座標原点を共通とした加工
座標系を各直線部についてそれぞれ設定することを特徴
とする。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、基準モデルに設定した加工線に対す
るワークの対応部位の偏差に応じて分割数を決定するこ
とを特徴とする。請求項４の発明は、請求項１ないし請
求項３の発明において、各区間の間の分割点の近傍を多
次曲線で補間することを特徴とする。請求項５の発明
は、請求項１または請求項２の発明において、基準モデ
ルに設定した加工線に対するワークの対応部位の偏差を
ワークの加工線に沿った各区間ごとに求め、偏差の小さ
い区間から順に加工座標系を設定するとともに加工座標
系の基準座標系に対する偏差に基づいて加工経路を補正
することを特徴とする。

【０００９】請求項６の発明は、請求項５の発明におい
て、ロボットをサーチ動作させて偏差が最小である区間
のワークの位置を計測して加工経路を補正した後に、他
の区間についてのダイレクト計測によってワークの位置
を求めることを特徴とするものである。

【００１０】請求項７の発明は、請求項１の発明におい
て、１つの加工線について２台のロボットを用いて加工
するに際して、加工線の一部を両ロボットで重複して加
工するようにし、重複部位について一方のロボットで加
工した後に、他方のロボットにセンサを取り付けて重複
部位を計測し、得られたデータに基づいて上記他方のロ
ボットに関する加工座標系を設定することを特徴とす
る。

【００１１】請求項８の発明は、請求項１の発明におい
て、互いの位置関係が規定された複数台のロボットを備
え、各ロボットで加工座標系を共通にするとともに、加
工開始前に加工経路の補正後の各ロボット間の距離を算
出し、算出結果に基づいてロボットの干渉の有無を判定
することを特徴とする。

【００１２】

【００１３】

【作用】請求項１の発明の構成によれば、ワークの一面
上で異なる３点の３次元座標を、あらかじめ基準モデル
について設定した基準座標系のいずれかの座標軸に直交
する面内で計測するから、３次元の座標値のうちの１つ
の座標値については実測する必要がなく、ワークについ
て計測すべき３点の座標値を求めるのが容易になる。し
かも、計測した３点のうちの２点を通る直線と、他の１
点を通り上記直線に直交する直線と、両直線の交点を通
り両直線により規定された平面に直交する直線とを座標
軸とする加工座標系を設定しているから、計測した３点
のうちの１点を原点とする場合のように、各点の相対位
置のずれが問題になることがなく、局部的な変形や反り
による誤差をワークの位置とともに補正することがで
き、精度のよい位置補正が可能になるのである。また、
ワークの位置については多少のばらつきがあっても加工
経路の補正によって対応することができるから、ワーク
の厳密な位置決めが不要であって生産ラインを簡素化す
ることが可能になり、生産性が向上するという利点があ
る。加えて、ワークの加工線に沿う部位をそれぞれ直線
部をなす複数の区間に分割し、各直線部について加工座
標系を設定するから、加工経路の補正をきめ細かく行な
うことができる。

【００１４】請求項２の発明の構成によれば、ワークの
一面を囲む隣合う２本の直線部について、座標原点を共
通とした加工座標系を各直線部についてそれぞれ設定す
るから、各直線部ごとにワークの変形や反りに対応した
補正が可能になり、加工精度が高くなるのである。

【００１５】請求項３の発明の構成によれば、基準モデ
ルに設定した加工線に対するワークの対応部位の偏差に
応じて分割数を決定するから、加工線に沿う部位を複数
の区間に分割する際に、分割数が自動的に決定されるこ
とになり、再現性が高くなるのである。請求項４の発明
の構成によれば、各区間の間の分割点の近傍を多次曲線
で補間するので、各区間を直線部としているにもかかわ
らず、滑らかな加工経路が得られることになる。

【００１６】請求項５の発明の構成によれば、分割した
各区間の偏差を求めて、偏差の小さい区間から順に加工
座標系を設定するとともに加工座標系の基準座標系に対
する偏差に基づいて加工経路を補正するから、偏差が最
小である区間に基づいて全体的な位置補正を行なった後
に、各部分ごとの加工経路の補正を行なうことになり、
結果的に、偏差が最小の区間について全体的な位置補正
を行なった後は、局部的な変形や反りにのみ対応するよ
うに加工経路を補正すればよく、加工経路の補正を効率
よく行なうことができるのである。

【００１７】請求項６の発明の構成によれば、ロボット
をサーチ動作させて偏差が最小である区間のワークの位
置を計測して加工経路を補正した後に、他の区間につい
てのダイレクト計測によってワークの位置を求めるので
あって、一部の区間についてのみ比較的長時間を要する
サーチ動作を行なって加工経路の補正を行なうが、他の
区間についてはサーチ動作で得た情報を加味することで
ダイレクト計測によって短時間で計測を行なうことがで
き、計測を効率よく行なうことができる。

【００１８】

【００１９】請求項７の発明の構成によれば、加工線の
一部を２台のロボットで重複して加工するようにし、重
複部位について一方のロボットで加工した後に、他方の
ロボットにセンサを取り付けて重複部位を計測し、得ら
れたデータに基づいて上記他方のロボットに関する加工
座標系を設定するから、両ロボットでの加工部位を高い
精度で滑らかに連続させることができるのである。

【００２０】請求項８の発明の構成によれば、加工開始
前に加工経路の補正後の各ロボット間の距離を算出し、
算出結果に基づいてロボットの干渉の有無を判定するか
ら、複数台のロボットを用いる場合でもロボット同士の
干渉が生じないように加工経路を設定することができ
る。

【００２１】

【００２２】

【実施例】

（実施例１）本実施例では、図２に示すように、ＦＲＰ
の成形品である直方体状のワーク１について、周縁部の
バリ取り、周壁の穴明け等の加工をロボット２を用いて
行なう例について説明する。ロボット２は先端部に加工
工具３として切断加工を行なうウォータジェットを保持
し、主制御装置４に設定されたプログラムにより設定さ
れた所定の加工経路に沿ってワーク１を加工する。ま
た、ロボット２の先端部にはセンサ５が着脱自在に取着
され、加工工具３によってワーク１を加工する際にはセ
ンサ５を外してセンサ置き台６に載せることによって、
加工の妨げにならないようにしてある。また、主制御装
置４にはロボット２に対して加工経路などを教示するた
めのティーチングペンダント７が接続されている。

【００２３】センサ５は、特定の一方向が検出方向とし
て設定された接触式の位置センサであって、検出方向に
おいて他の部材との接触時点での距離に対応したアナロ
グ値を出力するものが用いられる。すなわち、センサ５
には差動トランスやエンコーダが用いられ、一直線上で
進退する針状の測定子を繰り出したときの繰り出し量に
相当するアナログ値を出力する。したがって、ロボット
２によりセンサ５をワーク１に近付けた状態でセンサ５
の測定子を繰り出して、測定子の先端部がワーク１に接
触すると、その時点でのロボット２の座標位置と測定子
の繰り出し量とから測定子がワーク１に接触している位
置について、測定子の進退する方向での座標値を求める
ことができるようになっている。このようにして求めた
座標は、主制御装置４に取り込まれる。

【００２４】ところで、ワーク１はＦＲＰ成形品であっ
て比較的大形の成形品になると、局部的に大きな変形や
反りが生じることになる。そこで、このような変形や反
りがあっても加工後の製品が所定の寸法仕様を満たすよ
うにロボット２による加工経路を補正することが要求さ
れる。このような要求を満たすために、本実施例では、
基準になるワーク（以下、基準モデルという）１ａによ
り基準座標系を設定し、加工されるワーク（以下、加工
ワークという）１ｂについて求めた加工座標系の基準座
標系との偏差を求め、この偏差を用いてロボット２の加
工経路を補正するようにしてある。

【００２５】以下に、加工経路を補正する方法について
具体的に説明する。図１に示すように、ワーク１ａ，１
ｂは直方体状であって、いま上面の周縁となる４辺Ｌａ
〜Ｌｄのうちで図１の右上に位置する１辺Ｌａをロボッ
ト２によって加工するものとする。図１に実線で示す基
準モデル１ａは、局部的な変形や反りがなく製品の形状
として望ましいものであって規定された位置に置かれ
る。また、図１に破線で示す加工ワーク１ｂは、ロボッ
ト２によって加工されるものであり位置も不定である。
加工経路を補正する際には、まず基準モデル１ａについ
て形状に関する情報（以下、形状情報という）が主制御
装置４に設定される。形状情報は実測値や理論値に基づ
いて設定される。このように、基準モデル１ａに関する
形状情報が主制御装置４に設定されることで、主制御装
置４には加工形状のモデルが設定されるのである。

【００２６】次に、基準モデル１ａについて、加工すべ
き辺Ｌａの上の異なる２つの基準点ｐ₁，ｐ₂の座標を
決める。また、加工すべき辺Ｌａに隣合う辺Ｌｂの上の
１つの基準点ｐ₃の座標を決める。３個の基準点ｐ₁〜
ｐ₃は、そのうちの２個が加工すべき辺Ｌａの上の異な
る位置にあり、残りの１個が加工すべき辺Ｌａに隣合う
辺Ｌｂの上にあるという条件を満たしていれば、その位
置は任意に決めることができる。基準点ｐ₁〜ｐ₃が決
まれば、基準モデル１ａについての基準座標系を設定す
ることができる（図では都合上、実際の座標系の位置か
らずらして記載してある。原点を破線で延長した位置が
基準座標系の実際の原点の位置になる）。すなわち、２
個の基準点ｐ₁，ｐ₂を通る直線を１つの座標軸とし、
この座標軸に直交しかつ基準点ｐ₃を通る直線を他の座
標軸とすれば、１つの座標平面を形成することができ、
両直線の交点を原点とすることができる。したがって、
座標平面に直交して原点を通る直線を設定すれば、この
直線も座標軸となり、結果的に３次元の直交座標系を設
定することができる。このようにして求めた直交座標系
を基準座標系とするのである。ここに、辺Ｌａの上の２
個の基準点ｐ₁，ｐ ₂を通る直線をＸ軸、辺Ｌｂの上の
基準点ｐ₃を通る直線をＹ軸、残りの座標軸をＺ軸とし
て左手系の直交座標系を設定する。

【００２７】一方、加工座標系は以下のようにして設定
する。まず、基準モデル１ａについて決めた各基準点ｐ
₁，ｐ₂を通り基準モデル１ａの加工情報から求めた辺
Ｌａに直交する基準平面ｓ₁，ｓ₂を設定するととも
に、基準点ｐ₃を通り基準モデル１ａの加工情報から求
めた辺Ｌｂに直交する基準平面ｓ₃を設定する。次に、
加工ワーク１ｂについて辺Ｌａ，Ｌｂに対応する辺Ｋ
ａ，Ｋｂと各基準平面ｓ₁〜ｓ₃との交点である計測点
ｑ₁〜ｑ₃の座標を求める。ここで、計測点ｑ₁〜ｑ₃
の座標は、各基準平面ｓ₁〜ｓ₃の中で互いに異なる方
向から加工ワーク１ｂの表面の位置を求め、求めた位置
に加工情報を組み合わせて用いれば求めることができ
る。このようにして計測点ｑ₁〜ｑ₃を求めると、基準
座標系と同様の手順で加工座標系を決定することができ
る。すなわち、計測点ｑ₁，ｑ₂を通る直線をＸ′軸と
し、Ｘ′軸に直交して計測点ｑ₃を通る直線をＹ′軸と
し、さらにＸ′軸とＹ′軸とに直交しかつＸ′軸とＹ′
軸との交点を通る直線をＺ′軸として左手系の直交座標
系である加工座標系を設定することができるのである。

【００２８】たとえば、加工ワーク１ｂの加工すべき辺
Ｋａが図３のような形状であるものとし、加工線Ｅを含
む面ｖ₁に対して直交せずに交差した面（すなわち、傾
斜面）ｖ₂が加工ワーク１ｂの内側で隣接しているもの
とする。加工線Ｅの上の計測点ｑ₁ またはｑ₂の位置を
センサ５によって求めるには、各計測点ｑ ₁ ，ｑ ₂ に対
応する基準平面ｓ ₁ ，ｓ ₂ 内でまず図３に矢印で示すよ
うに上方から加工線Ｅを含む面ｖ₁の高さ（Ｚ座標）を
求め、次に図３に矢印で示すように各計測点ｑ ₁ ，ｑ ₂
に対応する基準平面ｓ ₁ ，ｓ ₂ 内で加工ワーク１ｂの内
側から面ｖ₂の位置を測定する。面ｖ ₂ の位置と加工線
Ｅとの位置関係は基準モデル１ａの加工情報により既知
であるから、面ｖ ₂ の位置に基づいて計測点ｑ ₁ ，ｑ ₂
のＹ座標が求められる。各計測点ｑ ₁ ，ｑ ₂ のＸ座標に
ついては基準モデル１ａにおいて基準平面ｓ ₁ ，ｓ ₂ の
座標によって規定される。

【００２９】以上のようにして基準座標系と加工座標系
とが決まれば、基準座標系に対する加工座標系の偏差を
求めることで、加工ワーク１ｂに関する加工すべき辺Ｋ
ａに関して加工経路の補正量を決定することができるの
である。基準座標系と加工座標系との偏差から加工経路
を補正する方法については、特開昭６３−８９０６号公
報等に記載された周知の方法を用いればよい。

【００３０】加工ワーク１ｂの辺Ｋａについて補正量が
決定されると、次に辺Ｋｂについて辺Ｋａと同様の手順
で補正量を求める。すなわち、基準モデル１ａについて
辺Ｌａの上に基準点を新たに設定し、この基準点を通り
辺Ｌａに直交する基準面の中で加工ワーク１ｂの辺Ｋｂ
との計測点ｑ₄（図４参照）を求める。ここにおいて、
辺Ｋａの補正量を決定するために求めた辺Ｋｂの上の計
測点ｑ₃と、辺Ｋａの上の２個の計測点ｑ₁，ｑ₂の一
方とを用いて加工座標系を決定することができる。すな
わち、図４に示すように、計測点ｑ₃，ｑ₄を通る直線
を加工座標系の１つの座標軸とし、この座標軸に直交し
２つの計測点ｑ₁，ｑ₂のうちの選択した一方を通る直
線を他の座標軸として座標平面を決定し、この座標平面
に直交して両座標軸の交点である原点を通る直線を残り
の座標軸として加工座標系を決定することができるので
ある。このように、補正量をすでに求めた辺Ｋａについ
て加工座標系を決定したときに用いたデータを、他の辺
Ｋｂの補正量を求める際に用いることで、データを共通
にすることができ、結果的に位置の実測に要する時間を
短縮することができるのである。要するに、請求項２の
発明に対応する方法であって、上例で言えば、２つの辺
Ｋａ，Ｋｂについてそれぞれ加工座標系を決定するため
に３個ずつの計測点を設定するとすれば、合計６個の計
測点が必要であるが、上述の方法によって各辺Ｋａ，Ｋ
ｂで計測点を共有することで４個の計測点により２つの
加工座標系を決定することができるのである。

【００３１】上述のようにして辺Ｋｂの補正量を求めた
場合には、辺Ｋａについて設定した加工座標系と辺Ｋｂ
について設定した加工座標系との原点の位置がずれるこ
とがある。そこで、両加工座標系の原点を一致させると
いう制約条件を付加すれば、加工ワーク１ｂの辺Ｋａ，
Ｋｂについて変形や反りの量および方向が各辺Ｋａ，Ｋ
ｂごとに異なっていたとしても、加工ワーク１ｂの変
形、反りの方向ごとに加工経路の補正量を変えることが
でき、結果的に加工精度が高くなるのである。

【００３２】上述の方法を採用することによって、加工
ワーク１ｂに関して加工座標系を設定する際に、３点に
ついてそれぞれ２方向からの測定を行なえばよいことに
なり、結果的にロボット２が加工ワーク１ｂに対して６
回の位置の測定を行なうだけで加工座標系を設定できる
ことになる。このことは、３点について３次元的に位置
を求める場合であれば９回の測定が必要となるのに対し
て、測定回数が減少することになり、加工座標系の設定
の短縮につながるのである。

【００３３】（実施例２）本実施例では、図５のように
加工ワーク１ｂの加工すべき辺Ｋａを複数の区間Ｋ₁〜
Ｋ₃に分割して補正量を決定する場合について説明す
る。本実施例の方法は加工すべき辺Ｋａに比較的大きな
変形や反りが生じている場合に有効である。すなわち、
図５に示すように、辺Ｋａが３区間Ｋ₁〜Ｋ₃に分割さ
れているものとする。区間Ｋ₁については実施例１と同
様にして基準座標系を設定すれば、補正量を決定するこ
とができる。一方、区間Ｋ₂，Ｋ₃については、各区間
Ｋ₂，Ｋ₃ごとに２点ずつの計測点ｑ₂₁，ｑ₂₂、ｑ₃₁，
ｑ₃₂を求め、各区間Ｋ₂，Ｋ₃の各２個の計測点ｑ₂₁，
ｑ₂₂、ｑ₃₁，ｑ₃₂を通る直線を加工座標系の１つの座標
軸とする。また、各区間Ｋ₁〜Ｋ₃の分割点ｒ₁，ｒ₂
を原点とし、区間Ｋ₁について求めた加工座標系の座標
平面内で先に求めた座標軸に直交する直線を他の座標軸
として複数個の加工座標系を設定する。

【００３４】このように、辺Ｋａを複数の区間Ｋ₁〜Ｋ
₃に分割して複数の加工座標系を設定することによっ
て、加工ワーク１ａの局所的な変形や反りに対して加工
経路を高い精度で補正することができるのである。上述
のように辺Ｋａを複数の区間に分割する際の分割数は、
加工すべき辺Ｋａの全体についての基準モデル１ａから
の偏差に基づいて決定することができる。この場合の偏
差Ｄとは、図６に示すように、基準モデル１ａにおける
辺Ｋａに対応する辺Ｌａに直交する方向での辺Ｋａの振
れ幅のことであって、この偏差Ｄが大きいほど分割数を
多くする。また、各区間Ｋ₁〜Ｋ₃は分割数にかかわら
ず基準モデル１ａの対応する辺Ｌを等分するのが望まし
い。たとえば、辺Ｌａが２ｍであって、偏差が５ｍｍで
あれば、分割数を２とし、かつ２つの区間Ｋ₁，Ｋ₂の
長さは等しくする。

【００３５】以上の手順をまとめると図７のようにな
る。すなわち、まず加工ワーク１ｂについて偏差を計測
し（Ｓ１）、偏差に応じて規定の基準に合わせて分割数
を決定する（Ｓ２）。次に、各区間について基準モデル
１ａに設定した基準点との対応点（計測点ｑ₂₁，ｑ₂₂、
ｑ₃₁，ｑ₃₂）を求め（Ｓ３）、求めた対応点に基づいて
加工座標系を設定する（Ｓ４）。このようにして加工座
標系を設定すれば、基準座標系との偏差に基づいて位置
補正を行なうことができるのである（Ｓ５）。

【００３６】上記実施例では、加工すべき辺Ｋａを折れ
線近似しているものであるが、請求項４の発明に対応す
る方法として分割点ｒ₁，ｒ₂の近傍をスプライン曲
線、ベジェ曲線のような周知の多次曲線で補間すること
によって、分割した辺Ｋａの加工経路を滑らかにしても
よい。（実施例３）本実施例では、実施例２のように辺Ｋａを複数の区間Ｋ
₁〜Ｋ₃に分割した場合について、補正により適した加
工座標系を設定する方法について説明する。この場合、
図８に示すように、請求項５の発明に対応する方法とし
てまず加工ワーク１ｂの各辺の中で偏差がもっとも小さ
い区間（図５では区間Ｋ₁ と想定している）について加
工座標系を設定する（Ｓ１）。その後、他の区間（図５
の区間Ｋ₂，Ｋ₃）について加工座標系を設定するので
ある（Ｓ２）。ここで、偏差が最小である区間Ｋ₁以外
の区間Ｋ₂，Ｋ₃については、区間Ｋ₁について設定し
た加工座標系を考慮して加工座標系を設定する。要する
に、実施例２に説明したように、区間Ｋ ₂ ，Ｋ ₃ に２個
ずつの計測点ｑ ₂₁ ，ｑ ₂₂ 、ｑ ₃₁ ，ｑ ₃₂ を設定し、加工座
標系の設定に区間Ｋ ₁ の計測点ｑ ₁ を共通に用いる。

【００３７】上述の手順を採用すれば、辺Ｋａを複数の
区間Ｋ₁〜Ｋ₃に分割したときに、偏差が小さい区間Ｋ
₁を用いて設定した加工座標系によって加工ワーク１ｂ
の全体について並進および回転による基準モデル１ａか
らのずれの量を概略修正することができるから、その
後、他の区間Ｋ₂，Ｋ₃に設定した加工座標系を用いて
補正を行なうときに、区間Ｋ₂，Ｋ₃については基準モ
デル１ａに対する全体的な並進および回転に対する補正
を行なう必要がなく、変形や反りについてのみの補正を
行なえばよいことになる。つまり、偏差が最小になる区
間Ｋ ₁ の加工座標系を用いることにより、他の区間
Ｋ ₂ ，Ｋ ₃ で設定した加工座標系による補正処理が簡略
化され、処理量の低減につながるのである。ここにおい
て、偏差が最小である区間を選択するには、概略の計測
結果に基づいて決定する方法があるが、区間数が多いと
選択に要する処理量が多くなるから、経験的な知識を用
いて偏差が最小になる可能性の高い区間を偏差が最小の
区間とみなして用いてもよい。

【００３８】また、偏差が最小である区間Ｋ₁について
加工座標系を設定する際には加工ワーク１ｂの形状が未
知であるから、ロボット２をサーチ動作させるととも
に、センサ５として非接触式のものを用いることによっ
て、センサ５が加工ワーク１ｂに対して一定の距離まで
近付いたことをセンサ５で検出した時点で加工ワーク１
ｂの位置を計測し、他の区間Ｋ₂，Ｋ₃については、区
間Ｋ₁についての加工座標系の設定によって加工ワーク
１ｂの形状がある程度既知になっているから、ダイレク
ト計測を行なってセンサ５で得たデータから加工ワーク
１ｂの位置情報を得ることができる。このような方法を
採用すれば、加工ワーク１ｂについての計測をさらに効
率的に行なうことができる。他の方法は実施例２と同様
である。

【００３９】（実施例４）上記各実施例では、１台のロ
ボット２を用いた例を示したが、本実施例では図９に示
すように、複数台（ここでは２台）のロボット２ａ，２
ｂを用いる場合について例示する。この場合、１台のロ
ボット２ａ，２ｂで得たデータを他のロボット２ａ，２
ｂでも共用できるように、各ロボット２ａ，２ｂの動作
で得たセンサ５の情報を１つのデータ記憶部８に格納す
る。データ記憶部８に格納されたデータはすべてのロボ
ット２ａ，２ｂで共用されるのである。このように、複
数台のロボット２ａ，２ｂを用いれば、１台のロボット
２では計測できないような形状や寸法を有した加工ワー
ク１ｂであっても計測が可能になり、しかも、他のロボ
ット２ａ，２ｂで計測したデータを反映させて位置や変
形に対する補正を精度よく行なうことができるのであ
る。他の構成は実施例１と同様である。

【００４０】（実施例５）本実施例は実施例４と同様に
複数台のロボット２ａ，２ｂを用いる場合の別の例であ
って、図１０に示すように、共有データ記憶部８ａ，８
ｂと、個別データ記憶部８ｃ，８ｄとを設けることによ
って、複数のロボット２ａ，２ｂで共有すべきデータは
共有データ記憶部８ａ，８ｂに格納し、各ロボット２
ａ，２ｂで個別に利用されるデータは個別データ記憶部
８ｃ，８ｄに格納するようにしてある。このように、共
有するデータと個別に用いるデータとを別の場所に格納
するようにすれば、共有するデータの伝送に要する時間
が実施例４の構成よりも短縮されることになる。他の方
法は実施例４と同様である。

【００４１】（実施例６）本実施例は、複数台のロボッ
ト２ａ，２ｂを用いて加工ワーク１ｂを加工する場合に
ついて例示する。この場合、各ロボット２ａ，２ｂが加
工する加工経路の一部に重複部分が生じる場合がある。
本実施例では、加工経路が重複する部分では、まず１台
のロボット２ａが加工した後に、他のロボット２ｂで加
工部位を計測し、先のロボット２ａによる加工誤差を修
正してロボット２ｂで加工することによって、両ロボッ
ト２ａ，２ｂによる加工部位を滑らかに連続させる。

【００４２】すなわち、図１１（ａ）に矢印で示すよう
に、ロボット２ａでは図の上および右からの計測を行な
って加工面Ｆを加工し、その後に図１１（ｂ）に矢印で
示すように、ロボット２ｂで図の上および左から加工面
Ｆを計測し、加工面Ｆの加工誤差を補正してロボット２
ｂで加工を行なうのである。さらに、複数台のロボット
２ａ，２ｂを用いて加工ワーク１ｂを加工する場合に
は、図１２に示すように、加工座標系と基準座標系との
偏差によって加工経路を補正した後（Ｓ１）、補正後の
加工経路における各ロボット２ａ，２ｂ間の距離につい
てのチェックを行ない（Ｓ２）、加工経路の全体につい
てロボット２ａ，２ｂが干渉しないような距離を保つこ
とができると判断したときにのみロボット２ａ，２ｂの
動作を開始させるようにする（Ｓ３）ことで、ロボット
２ａ，２ｂの干渉を防止することができる。

【００４３】また、図１３に示すように、目標値として
設定された加工経路（Ｓ１）に沿って加工する場合にお
けるロボット（多関節ロボット）２ａ，２ｂの各軸の回
りでの回転角度の範囲を求め（Ｓ２）、この回転角度の
範囲がロボット２ａ，２ｂの制御範囲を逸脱していない
こともチェックし（Ｓ３）、ロボット２ａ，２ｂの動作
範囲内で加工が可能である場合についてのみロボット２
ａ，２ｂを動作させるのが望ましい（Ｓ４）。このこと
は、ロボット２ａ，２ｂが複数台である場合のみではな
く１台の場合でも同様である。

【００４４】上述のようにして加工が終了した後には、
加工ワーク１ｂの加工面Ｆを再度計測して加工精度をチ
ェックし、加工精度が不十分であれば再度加工を行なう
ことによって、加工精度の高い製品を得ることができ
る。（実施例７）上記各実施例では、加工ワーク１ｂの辺Ｋ
ａの加工について例示したが、加工ワーク１ｂに円形の
穴明け加工を施すような場合であって、穴の中心位置を
原点とするような加工座標系を設定する場合には、以下
のようにして加工座標系を設定する。

【００４５】まず、実施例１と同様ようにして加工ワー
ク１ｂについての３点の計測点ｑ₁〜ｑ₃を求める。こ
のときに設定した加工座標系の原点を加工ワーク１ｂの
角位置であるとすれば、基準モデル１ａの形状情報を用
いることによって、図１４に示すように、穴Ｈの中心ｃ
の座標位置を計算によって求めることができる。次に、
辺Ｋａに関して設定した加工座標系の各座標軸に平行な
座標軸を設定すれば、穴Ｈの中心ｃを原点とする加工座
標系を設定することができるのである。ここで、さらに
正確に加工座標系を設定する場合には、穴Ｈの中心ｃを
通り、各辺Ｋａ，Ｋｂに平行な直線上の点ｄ₁，ｄ₂を
求め、中心ｃから点ｄ₁の方向をＸ軸方向、中心ｃ点ｄ
₁と点ｄ₂とを含む面をＸＹ平面としてもよい。このよ
うにして設定した加工座標系に基づいて穴明け加工を施
せばよい。他の方法は実施例１と同様である。

【００４６】上記実施例では、ワーク１として直方体状
のものを例示したが、ワーク１の形状についてはとくに
限定されるものではなく、また、加工工具３についても
ウォータジェットに限定されるものではない。さらに、
上記実施例ではセンサ５として接触式のものを用いてい
るが、レーザ光や超音波を用いた距離センサ、静電容量
式の近接センサなどの非接触式の位置センサを用いても
よい。

【００４７】

【発明の効果】請求項１の発明は、ワークの一面上で異
なる３点の３次元座標を、あらかじめ基準モデルについ
て設定した基準座標系のいずれかの座標軸に直交する面
内で計測するから、３次元の座標値のうちの１つの座標
値については実測する必要がなく、ワークについて計測
すべき３点の座標値を求めるのが容易になるという効果
がある。しかも、計測した３点のうちの２点を通る直線
と、他の１点を通り上記直線に直交する直線と、両直線
の交点を通り両直線により規定された平面に直交する直
線とを座標軸とする加工座標系を設定しているから、計
測した３点のうちの１点を原点とする場合のように、各
点の相対位置のずれが問題になることがなく、局部的な
変形や反りによる誤差をワークの位置とともに補正する
ことができ、精度のよい位置補正が可能になるという利
点がある。また、ワークの位置については多少のばらつ
きがあっても加工経路の補正によって対応することがで
きるから、ワークの厳密な位置決めが不要であって生産
ラインを簡素化することが可能になり、生産性が向上す
るという利点がある。加えて、ワークの加工線に沿う部
位をそれぞれ直線部をなす複数の区間に分割し、各直線
部について加工座標系を設定するから、加工経路の補正
をきめ細かく行なうことができる。

【００４８】請求項２の発明は、ワークの一面を囲む隣
合う２本の直線部について、座標原点を共通とした加工
座標系を各直線部についてそれぞれ設定するから、各直
線部ごとにワークの変形や反りに対応した補正が可能に
なり、加工精度が高くなるという利点がある。しかも、
隣合う２本の直線部について、各一方の直線部の上で２
点を計測し、各他方の直線部の上で計測した１点を用い
て、座標原点を共通とした加工座標系を各直線部につい
てそれぞれ設定するから、各直線部の加工座標系を設定
するに際して互いに他方の直線部の計測点を共用するこ
とになるから、計測点の個数を低減することができ、結
果的に処理量の低減につながるという利点がある。

【００４９】請求項３の発明は、基準モデルに設定した
加工線に対するワークの対応部位の偏差に応じて分割数
を決定するから、加工線に沿う部位を複数の区間に分割
する際に、分割数が自動的に決定されることになり、再
現性が高くなるという効果を奏する。請求項４の発明
は、各区間の間の分割点の近傍を多次曲線で補間するの
で、各区間を直線部としているにもかかわらず、滑らか
な加工経路が得られるという利点がある。

【００５０】請求項５の発明は、分割した各区間の偏差
を求めて、偏差の小さい区間から順に加工座標系を設定
するとともに加工座標系の基準座標系に対する偏差に基
づいて加工経路を補正するから、偏差が最小である区間
に基づいて全体的な位置補正を行なった後に、各部分ご
との加工経路の補正を行なうことになり、結果的に、偏
差が最小の区間について全体的な位置補正を行なった後
は、局部的な変形や反りにのみ対応するように加工経路
を補正すればよく、加工経路の補正を効率よく行なうこ
とができるという効果がある。

【００５１】請求項６の発明は、ロボットをサーチ動作
させて偏差が最小である区間のワークの位置を計測して
加工経路を補正した後に、他の区間についてのダイレク
ト計測によってワークの位置を求めるのであって、一部
の区間についてのみ比較的長時間を要するサーチ動作を
行なって加工経路の補正を行なうが、他の区間について
はサーチ動作で得た情報を加味することでダイレクト計
測によって短時間で計測を行なうことができ、計測を効
率よく行なうことができるという効果を奏するのであ
る。

【００５２】

【００５３】請求項７の発明は、加工線の一部を２台の
ロボットで重複して加工するようにし、重複部位につい
て一方のロボットで加工した後に、他方のロボットにセ
ンサを取り付けて重複部位を計測し、得られたデータに
基づいて上記他方のロボットに関する加工座標系を設定
するから、両ロボットでの加工部位を高い精度で滑らか
に連続させることができるという効果がある。請求項８
の発明は、加工開始前に加工経路の補正後の各ロボット
間の距離を算出し、算出結果に基づいてロボットの干渉
の有無を判定するから、複数台のロボットを用いる場合
でもロボット同士の干渉が生じないように加工経路を設
定することができるという効果がある。

【００５４】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す原理説明図である。

【図２】実施例１に用いる装置の概略構成図である。

【図３】実施例１における計測方法の具体例を示す斜視
図である。

【図４】実施例１を示す原理説明図である。

【図５】実施例２を示す原理説明図である。

【図６】実施例２の偏差の概念を説明する図である。

【図７】実施例２の手順を示すフローチャートである。

【図８】実施例３の手順を示すフローチャートである。

【図９】実施例４のブロック図である。

【図１０】実施例５のブロック図である。

【図１１】実施例６の手順を示す工程図である。

【図１２】実施例６の要部の手順を示すフローチャート
である。

【図１３】実施例６の要部の手順を示すフローチャート
である。

【図１４】実施例７の原理説明図である。

【符号の説明】

１ａ基準モデル１ｂ加工ワークＫａ，Ｋｂ辺Ｌａ，Ｌｂ辺ｐ₁〜ｐ₃ 基準点ｑ₁〜ｑ₃ 計測点ｓ₁〜ｓ₃ 平面

フロントページの続き (56)参考文献特開平５−337785（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−122179（ＪＰ，Ａ) 特開平４−268904（ＪＰ，Ａ) 特開平３−245985（ＪＰ，Ａ) 特開平３−220603（ＪＰ，Ａ) 特開平５−108126（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/404 B25J 9/10 B25J 13/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの一面上で異なる３点の３次元座
標を、あらかじめ基準モデルについて設定した基準座標
系のいずれかの座標軸に直交する面内で計測し、計測し
た３点のうちの２点を通る直線と、他の１点を通り上記
直線に直交する直線と、両直線の交点を通り両直線によ
り規定された平面に直交する直線とを座標軸とする加工
座標系を設定し、基準座標系と加工座標系とを比較し、
基準座標系と加工座標系との偏差に基づいてロボットの
加工経路を補正するロボットの加工経路補正方法であっ
て、ワークの加工線に沿う部位をそれぞれ直線部をなす
複数の区間に分割し、各直線部について加工座標系を設
定することを特徴とするロボットの加工経路補正方法。
【請求項２】ワークの一面を囲む隣合う２本の直線部
について、各一方の直線部の上で２点を計測し、各他方
の直線部の上で計測した１点を用いて、座標原点を共通
とした加工座標系を各直線部についてそれぞれ設定する
ことを特徴とする請求項１記載のロボットの加工経路補
正方法。
【請求項３】基準モデルに設定した加工線に対するワ
ークの対応部位の偏差に応じて分割数を決定することを
特徴とする請求項１または請求項２記載のロボットの加
工経路補正方法。
【請求項４】各区間の間の分割点の近傍を多次曲線で
補間することを特徴とする請求項１ないし請求項３記載
のロボットの加工経路補正方法。
【請求項５】基準モデルに設定した加工線に対するワ
ークの対応部位の偏差をワークの加工線に沿った各区間
ごとに求め、偏差の小さい区間から順に加工座標系を設
定するとともに加工座標系の基準座標系に対する偏差に
基づいて加工経路を補正することを特徴とする請求項１
または請求項２記載のロボットの加工経路補正方法。
【請求項６】ロボットをサーチ動作させて偏差が最小
である区間のワークの位置を計測して加工経路を補正し
た後に、他の区間についてのダイレクト計測によってワ
ークの位置を求めることを特徴とする請求項５記載のロ
ボットの加工経路補正方法。
【請求項７】１つの加工線について２台のロボットを
用いて加工するに際して、加工線の一部を両ロボットで
重複して加工するようにし、重複部位について一方のロ
ボットで加工した後に、他方のロボットにセンサを取り
付けて重複部位を計測し、得られたデータに基づいて上
記他方のロボットに関する加工座標系を設定することを
特徴とする請求項１記載のロボットの加工経路補正方
法。
【請求項８】互いの位置関係が規定された複数台のロ
ボットを備え、各ロボットで加工座標系を共通にすると
ともに、加工開始前に加工経路の補正後の各ロボット間
の距離を算出し、算出結果に基づいてロボットの干渉の
有無を判定することを特徴とする請求項１記載のロボッ
トの加工経路補正方法。