JP3553887B2 - 既知の基準フレームに対する部分の第一の軸の位置と方向を決定するための装置と方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とくに、ロボット穿孔作業に使用するのに適しているが、それに限定されない、既知の基準フレームに対する第一の部分の第一の軸の位置と方向を決定するための測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット穿孔作業において、加工される部分に対して所望の角度で穿孔するためにロボットツールフレームに対するドリル軸の方向を決定する必要がある。この関係を測定するために現在各種の方法が用いられているが、そのどれもが、ドリル軸を精査するために、座標測定器（ＣＭＭ）などの、外部センサーシステムを使用するものである。これは多大な時間がかかる作業であり、ドリル軸の正確な較正を保証するためには、一般的にオフラインで毎日反復しなければならず、穿孔プロセスが中断され、その結果かなりの時間が使われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、最小限の時間で作業機械に対して最小限の外乱で所望の較正を実施する既知の基準フレームに対する部分の第一の軸の位置と方向を決定するための全体的に改良された装置と方法が必要とされる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の特徴によれば、既知の基準フレームに対して移動または操作される第一の部分の第一の軸の位置と方向を決定するための装置であって、前記第一の部分を強固に保持する第一の手段と、それぞれが前記第一の手段に取り付け可能な少なくとも２つの撮像装置と、能動光源または照明可能な反射点のいずれかである少なくとも一つの第一の光源と、前記第一の軸を中心に前記第一の部分によって解除自在に保持することが可能な較正装置であって、その第一の面に少なくとも一つの第一の光源を有し、第一の部分によって操作自在に保持され、それによって一連の作動位置を通って移動されたときに、前記第一の光源から光が投射または反射され、その光が一連の作動位置でそれぞれの撮像装置によって撮像され、一連の作動位置のそれぞれに対応して前記第一の光源から投射または反射された光を示す信号を出力するために撮像装置が作動する較正装置と、既知の基準フレームに対する第一の軸の位置と方向を決定するために前記作動位置で前記第一の光源から投射または反射された光を示す信号出力を受信し処理するためのプロセッサとを含む装置が提供される。
【０００５】
好適には既知の基準フレームは少なくとも２つの撮像装置に共通の座標フレームである。
適宜、指標手段が備えられ、第一の手段が指標手段と操作自在に組み合わされる末端エフェクタである。
有利には、第一の部分は締め付け手段と回転手段を備えている。
好適には較正装置は断面がほぼ円形なシャフトを有し、少なくとも一つの第一の光源が前記軸から放射状に移動する。
適宜、少なくとも一つの第一の光源は伸長した、断面がほぼ長方形の棒の上に位置づけられ、棒はシャフトの第一の端に強固に取り付けられ、それに対してほぼ垂直に向けられる。
有利には、較正装置のシャフトは前記締め付け手段と噛み合い、解除自在に保持され、第一の手段が作動したとき、長方形の棒と前記シャフトの第一の端が締め付け手段から突出して、第一の軸の周囲を回転する。
【０００６】
好適には、少なくとも２つの撮像装置のそれぞれは数値化可能な映像を生成するために作動することができる測定センサーである。
適宜、少なくとも２つの第二の光源が備えられ、それぞれが対応する撮像手段と組み合わせられる。
有利には、少なくとも一つの第一の光源は逆反射材料から製作される。
好適には、それぞれの作動位置で反射された光を示す出力信号を伝送するために撮像装置とプロセッサの間に通信リンクが備えられ、このリンクは同軸ケーブルとフレームグラバーポートとを有する。
【０００７】
本発明の別の特徴によれば、既知の基準フレームに対して移動または操作される第一の部分の第一の軸の位置と方向を決定するための方法において、較正装置を第一の部分によって備えられた締め付け手段に装着する工程であって、第一の部分が第一の手段によって強固に保持され、較正装置がその第一の面に少なくとも一つの第一の光源を有し、その少なくとも一つの第一の光源が能動光源または照明可能な反射点である工程と、締め付け手段を少なくとも３６０度回転させる工程と、少なくとも一つの第一の光源から反射または投射された光を少なくとも２つの撮像手段で撮像する工程と、締め付け手段の回転に対応する一連の作動位置で少なくとも一つの第一の光源から反射または投射された光を示す出力信号を、それぞれが第一の手段に取り付けられた撮像装置からプロセッサに伝送する工程と、出力信号から既知の基準フレーム内の第一の軸の位置と方向を確定する工程とを含む方法が提供される。
【０００８】
好適には、第一の軸の位置と方向を確定する工程は、第一の軸の位置と方向をそこから導き出すことができる第一の点と第一の面を画定するために、較正装置が締め付け手段によって回転したときに第一の軸に対する少なくとも一つの第一の光源の空間地図を提供する出力信号を組み合わせる工程を有する。
【０００９】
【発明の実施の態様】
本発明とその実施の方法は、添付図面を参照して例として挙げた以下の説明によって明らかになるだろう。
ロボット穿孔用途において、ロボットに対するドリル軸の位置と方向（ドリル角度）がわかっていなければならない、なぜならロボットによって実施される穿孔運動はロボット運動とドリル角度との両方が相関関係になり、また、後者が定量化できない場合、穿孔作業に大きな誤差が生じることがある。添付図面に示した本発明による既知の基準フレームに対して移動または操作される第一部分の第一軸の位置と方向を決定するための装置は、較正される軸が較正装置を位置付け、移動させるいっさいの装置のいっさいの軸を較正するのに適している。とくに、ドリル台を担持する末端エフェクタが装着されたロボットの場合、較正装置はドリル台の中に位置づけることが可能であり、その位置は写真測量によって記録される。
【００１０】
添付図面の図１に示したごとく、既知の基準フレーム３に対して移動または操作される第一部分２の第一軸１の位置と方向を決定するための装置は前記第一部分２を強固に保持する第一手段４と、それぞれが前記第一手段４に取り付け可能な少なくとも２つの撮像装置５ａ、５ｂと、図２に示した、能動光源または照明可能な反射点のいずれかである少なくとも一つの第一光源６を有する。較正装置７は、前記第一軸１を中心に前記第一部分２によって解除保持が可能であって、その第一面８に少なくとも一つの第一光源６を有し、装置７が第一部分２によって操作自在に保持され、それによって一連の作動位置９を通って移動されたときに、前記第一光源６から光が投射または反射され、その光が一連の作動位置９でそれぞれの撮像装置５ａ、５ｂによって撮像され、一連の作動位置９のそれぞれに対応して前記第一光源６から投射または反射された光を示す信号１０ａ、１０ｂを出力するために撮像装置が作動することができる。
【００１１】
装置はさらに、既知の基準フレーム３に対する第一軸１の位置と方向を決定するために前記作動位置９で前記第一光源６から投射または反射された光を示す信号出力１０ａ、１０ｂを受信し処理するためのプロセッサ１１を備えている。図１に示した実施態様において、第一部分２はドリル台、第一手段はロボット末端エフェクタであり、ロボット末端エフェクタをロボット１８に取り付けたときに、ドリル台が作動して部分を固定するかその軸１を中心に回転させる。
【００１２】
図１には座標フレーム３も示され、これは既知の基準フレームであり、両方の撮像装置５ａ、５ｂに共通の座標フレームを示している。当該技術において、写真測量撮像装置の基準共通フレームを確立する方法はいくつか知られているが、そのそれぞれは、位置と方向の単一の測定値を提供するために撮像装置５ａ、５ｂのいずれか一方の測定値がマッピングされるように、２台の撮像装置の間の関係を記述する変換を一般的に生成する。座標フレームは、いっさいの測定値を取る前にオフラインで決定されるので、第一軸の位置と方向を測定するときにはわかっている。
【００１３】
図２に示した較正装置７は断面がほぼ円形なシャフト１４を有し、第一光源は伸長した、断面がほぼ長方形の棒１６の上に位置づけられ、シャフト１４から放射状に移動する。棒１６はシャフト１４の第一端１４ａに強固に取り付けられ、それに対してほぼ垂直に向けられるので、シャフト１４が第一部分２の上に備えられた締め付け手段１３と噛み合い、第一部分２が作動し、長方形の棒１６とシャフト１４の第一端１４ａが締め付け手段１３から突出し、第一軸１の周囲を矢印１７のように回転する。
【００１４】
図１に示した撮像装置５ａ、５ｂは数値化可能な映像を生成するために作動することができる測定センサーであり、２つの第二の光源１８ａ、１８ｂが備えられ、それぞれが較正装置７の第一面８に光を投影する。これに対応して、第一光源６は逆反射材料から製作された照明可能な標的であり、第二の光源１８ａ、１８ｂから投射された光を反射する。撮像装置５ａ、５ｂは第一光源６から反射された光が黒字に白の画素の撮像として再生され、白い画素がそれぞれの撮像装置５ａ、５ｂ上の第一光源６の２次元空間位置を定義するように、数値化可能な撮像を生成するように作動する。これらの撮像は、好適には同軸ケーブルである通信リンク１９によって出力信号１０ａ、１０ｂとして、フレームグラバーポート１９ａ、１９ｂを介してプロセッサ１１に伝送される。
【００１５】
上述の本発明の装置は、較正装置７を第一部分２によって備えられた締め付け手段１３に装着する工程であって、第一部分が第一手段４によって強固に保持され、較正装置７がその第一面８に少なくとも一つの第一光源６を有する、装着工程と、締め付け手段１３を少なくとも３６０度回転させる工程と、一連の作動位置９第一光源６から反射または投射された光を少なくとも２つの撮像手段５ａ、５ｂ上に撮像する工程と、撮像装置からの出力信号１０ａ、１０ｂをプロセッサ１１に伝送する工程とを含む本発明の方法を実施することによって、既知の基準フレーム３に対して移動または操作される第一部分２の第一軸１の位置と方向を決定する作動をすることが可能である。
【００１６】
出力信号１０ａ、１０ｂはアナログ信号であり、プロセッサ１１内のフレームグラバーポートによって数値化され、既知の基準フレーム内の第一軸１の位置と方向を確定するためにビットマップ２０ａ、２０ｂとして記憶手段に保存される。記憶手段に保存されたビットマップ２０ａ、２０ｂは出力信号１０ａ、１０ｂサンプリングに対応する画素光度値の２次元配列を含んでいる。これらはそれぞれプロセッサ１１によって処理され、既知の座標系３内の、図３に示した、作動位置９を決定する。このようにして作動位置９が、締め付け手段１３の回転については、第一平面２１を定義する円形軌跡である、第一軸１に対する光源６の空間マップを提供する。第一軸１がこの第一平面２１の中心を通り、それに対して垂直であるとき、第一軸１が完全に定義される。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による、既知の基準フレームに対して移動または操作される第一部分の第一軸の位置と方向を決定するための装置を示す。
第２図は、その上に位置づけられた第一光源を有する較正装置を示す、図１の装置の透視図である。
図３は第一光源の一連の作動位置を示す、図２の較正装置の透視図である。

Claims (12)

1. 既知の基準フレームに対して移動または操作される第一の部分の第一の軸の位置と方向を決定するための装置において、
   前記第一の部分を強固に保持する第一の手段と、
   それぞれが前記第一の手段に取り付け可能な少なくとも２つの撮像装置と、
   能動光源または照明可能な反射点のいずれかである少なくとも一つの第一の光源と、
   前記第一の軸を中心に前記第一の部分によって解除自在に保持することが可能な較正装置であって、その第一の面に少なくとも一つの第一の光源を有し、第一の部分によって操作自在に保持され、それによって一連の動作位置を通って移動されたときに、前記第一の光源から光が投射または反射され、その光が一連の動作位置でそれぞれの撮像装置によって撮像され、一連の動作位置のそれぞれに応じて前記第一の光源から投射または反射された光を示す信号を出力するために撮像装置が動作する較正装置と、
   既知の基準フレームに対する第一の軸の位置と方向を決定するために前記動作位置で前記第一の光源から投射または反射された光を示す信号出力を受信し処理するためのプロセッサとを備える装置。
2. 既知の基準フレームが少なくとも２つの撮像装置に共通の座標フレームであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 第一の部分が締め付け手段と回転手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 較正装置が断面がほぼ円形なシャフトを有し、少なくとも一つの第一の光源が前記軸から放射状に移動されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 少なくとも一つの第一の光源が伸長した、断面がほぼ長方形の棒の上に配設される、棒はシャフトの第一の端に強固に取り付けられ、それに対してほぼ垂直に向けられることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 較正装置のシャフトが前記締め付け手段と噛み合い、解除自在に保持され、第一の手段が作動したとき、長方形の棒と前記シャフトの第一の端が締め付け手段から突出して、第一の軸の周囲を回転することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 少なくとも２つの撮像装置のそれぞれが数値化可能な映像を生成するために作動することができる測定センサーであることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 少なくとも２つの第二の光源が備えられ、それぞれが対応する撮像手段と組み合わせられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 少なくとも一つの第一の光源が逆反射材料から製作されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. それぞれの動作位置で反射された光を示す出力信号を伝送するために撮像装置とプロセッサの間に通信リンクが備えられ、このリンクが同軸ケーブルとフレームグラバーポートとを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 既知の基準フレームに対して移動または操作される第一の部分の第一の軸の位置と方向を決定するための方法において、
    較正装置を第一の部分によって備えられた締め付け手段に装着する工程であって、第一の部分が第一の手段によって強固に保持され、較正装置がその第一の面に少なくとも一つの第一の光源を有し、その少なくとも一つの第一の光源が能動光源または照明可能な反射点である装着工程と、
    締め付け手段を少なくとも３６０度回転させる工程と、
    少なくとも一つの第一の光源から反射または投射された光を少なくとも２つの撮像手段で撮像する工程と、
    締め付け手段の回転に対応する一連の作動位置で少なくとも一つの第一の光源から反射または投射された光を示す出力信号を、それぞれが第一の手段に取り付けられた撮像装置からプロセッサに伝送する工程と、
    出力信号から、既知の基準フレーム内の第一の軸の位置と方向を確定する工程ととからなる方法。
12. 第一の軸の位置と方向を確定する工程が、第一の軸の位置と方向とをそこから導き出すことができる第一の点と第一の面を画定するために、較正装置が締め付け手段によって回転したときに第一の軸に対する少なくとも一つの第一の光源の空間地図を提供する出力信号を合成する工程を有する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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