JP3600878B2

JP3600878B2 - レーザー測定機を利用したロボット位置補正方法

Info

Publication number: JP3600878B2
Application number: JP2001212553A
Authority: JP
Inventors: 嵎ドン黄
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: DE10136691B4; KR100345150B1; KR20020025455A; US6509576B2; DE10136691A1; US20020038855A1; JP2002103259A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法に関し、より詳しくは、レーザー測定機を用いて自動車の車体ラインに適用される溶接ガン，溶接ロボット，各種ジグの位置を同時に補正することによりロボットティーチング作業時間を短縮し、車体パネルのロボットティーチング溶接点の位置精度を向上させるレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の車体ラインで適用されている主要技術の一つである仮想生産技術は、コンピュータシミュレーションによって事前に問題点を抜き出し、品質を早期に確保して生産準備期間を短縮する技術として注目されている。
【０００３】
このような仮想生産技術は、全ての製品の製造プロセス、または製造ラインを設計製作して現場に設置した後、問題点を把握し、製品を生産するまで一連の過程をコンピュータを用いてモデリングし、シミュレーションすることにより、現場に設置した後に発生する可能性がある問題点を事前に検討して対処することができるようにするものであり、これにより、生産準備期間の短縮，原価低減，設備の信頼性向上などの目標を達成することができるように支援する。
【０００４】
一方、このような技術を用いて装備の問題点を検討することは可能であるが、最終的な結果物はロボットなど設備のプログラムを作成することであって、これをオフラインプログラミング（ｏｆｆｌｉｎｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）技術といい、生産準備期間を短縮することができる核心技術のうちの一つである。
【０００５】
しかし、シミュレーションによって作成されたロボットプログラムは、現場をモデリングする時に、殆どがＣＡＤデータを基準にモデリングしているために、実際の現場で設備を設置する場合とは差異があり、これを現場でそのまま用いることはできない。つまり、現場での溶接ガン（ＧＵＮ）も設計されたデータとは異なって、ロボット位置，ジグ位置なども全て設計データとは差異がある。
【０００６】
したがって、オフラインで作成されたプログラムは、設計データと実際の現場との差異が補正された後で、実際のロボットコントローラにダウンロードされて用いられるが、これをカリブレーション（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）、またはロボットカリブレーション技術という。
【０００７】
本発明では、このような脈絡から、前記のようなロボットカリブレーション技術を、自動車の車体ラインに適用される溶接ガン，溶接ロボット，各種ジグの位置を補正するための技術としてのロボット位置補正方法と命名すれば、従来のロボット位置補正方法には、溶接ガンのＣＡＤモデリングデータと実際の現場の溶接ガンとの差異を補正するガンカリブレーション方法と、ＣＡＤモデリングデータ上のロボット及びジグの位置と実際の現場のロボット及びジグの位置との差異を補正するレイアウトカリブレーション方法との二つの方法に大まかに分けることができる。
【０００８】
前記ガンカリブレーション方法の一例として、図３と図４に示したように、６軸関節がサーボモーター（図示せず）によって駆動される車体パネル溶接用ロボット５１の腕に溶接ガン５３が装着された状態で、溶接ガン５３の製作誤差及びロボット５１の付着角度などの誤差を補正するが、まず、先端が鋭利なスチール（ＳＴＥＥＬ）製ニードルピン（ＮＥＥＤＬＥＰＩＮ）５５を製作して、ロボット５１の作業半径内に設置し（Ｓ１００）、作業者がロボットコントローラ６１を通じてロボット５１をティーチング（ＴＥＡＣＨＩＮＧ）して溶接ガン５３の下部チップ（ＴＩＰ）５７を前記ニードルピン５５の先端に一致させる（Ｓ１１０）。
【０００９】
次に、前記のように、溶接ガン５３の下部チップ５７が前記ニードルピン５５の先端に一致した状態で基準点を定めてロボットを４種類以上の姿勢にティーチング（ＴＥＡＣＨＩＮＧ）し（Ｓ１２０）、これによるロボットティーチングプログラムデータをメインコンピュータ５９に伝送する（Ｓ１３０）。この時、前記ロボットティーチングプログラムにおいて、ロボット５１の４種類以上の姿勢による基準点は、ロボットの姿勢などの誤差（バックラッシュなど）によって実際には一点に集まらない。
【００１０】
そして、前記メインコンピュータ５９は、アップロード（ＵＰＬＯＡＤ）されたロボットティーチングプログラムを駆動して、一点に集まらない４点以上の基準点を一点に位置補正し（Ｓ１４０）、図３で示した溶接ガン５３の下部チップ５７先端の第１軸と、溶接ガン５３の連結部である第２軸との間の距離に対するＣＡＤデータとシミュレーションでモデリングされたデータとの誤差を設定値と比較する（Ｓ１５０）。
【００１１】
前記段階（Ｓ１５０）で、前記第１，２軸間の距離誤差が設定値より小さければ溶接ガン５３の位置補正を完了し、ロボットティーチングプログラムをロボットコントローラ６１にダウンロード（ＤＯＷＮＬＯＡＤ）する（Ｓ１６０）。前記第１，２軸間の距離誤差が設定値より大きければシミュレーションでモデリングされた溶接ガンデータを修正して（Ｓ１７０）、前記段階（Ｓ１６０）に進むことによりガンカリブレーション方法が行われる。
【００１２】
一方、レイアウトカリブレーション方法は、その一例として、図５と図６に示したように、６軸関節がサーボモーター（図示せず）によって駆動される車体パネル溶接用ロボット５１の腕に溶接ガン５３が装着されて、車体パネル６３を規制するためクランプ，ロケーター及びツーリングピン（ＴＯＯＬＩＮＧＰＩＮ）を指し示すジグ６５をカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標（つまり、製品図面上の座標）を基準に設置した状態で、ロボット５１とジグ６５との位置誤差を補正する。この場合、まず、ロボット５１が設置された位置を知るために、巻尺で図５のように距離Ｔ１を計測し、距離Ｔ２をロボット製品図面から確認した後、ロボット位置を計算する（Ｓ２００）。
【００１３】
次に、先端がとがっているスチール（ＳＴＥＥＬ）からなるダウルピン（ＤＯＷＥＬＰＩＮ、つまりジグとジグとを結合するためにＮＣホールに挿入されるピン）６７を製作してジグ６５に設置し（Ｓ２１０）、作業者がロボットコントローラ６１を通じてロボット５１をティーチング（ＴＥＡＣＨＩＮＧ）して、溶接ガン５３の下部チップ５７を前記ダウルピン６７の先端に一致させた状態で基準点を定め、ロボット５１を４種類以上の姿勢にティーチング（ＴＥＡＣＨＩＮＧ）する（Ｓ２２０）。
【００１４】
これによるロボットティーチングプログラムデータをメインコンピュータ５９に伝送する（Ｓ２３０）。前記メインコンピュータ５９は、アップロード（ＵＰＬＯＡＤ）されたロボットティーチングプログラムを駆動し、一点に集まらない４つ以上の基準点を考慮してシミュレーションでモデリングされたデータと比較し、現場の基準でロボットデータを位置移動して位置補正する（Ｓ２４０）。このように、溶接ガン５３の位置補正を完了した後に、ロボットティーチングプログラムをロボットコントローラ６１にダウンロード（ＤＯＷＮＬＯＡＤ）することにより（Ｓ２５０）、レイアウトカリブレーション方法が終了する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記ような従来のロボット位置補正方法は、溶接ガンのＣＡＤモデリングデータと実際の現場の溶接ガンとの差異を補正するガンカリブレーション方法と、ＣＡＤモデリングデータ上のロボット及びジグの位置と実際の現場のロボット及びジグの位置との差異を補正するレイアウトカリブレーション方法とを各々別個の補正段階で進めていたことからその分の作業時間が増加し、また、ロボット位置の設定が実測によることから誤差が多く、その後の作業者が微細ティーチングを通じて再び位置補正をしなければならない煩わしさがあるなどの問題点を内包している。
【００１６】
本発明は、前述した問題点を解決するために創出されたものであり、その目的は、レーザー測定機を用いて自動車の車体ラインに適用される溶接ガン，溶接ロボット，各種ジグの位置を同時に補正することにより、ロボットティーチング作業時間を短縮し、車体パネルのロボットティーチング溶接点の位置精度を向上させるレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するために、本発明によるレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法は、製品図面上のカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系を基準にして正確な位置を知っているジグテーブル上の少なくとも３個のジグＮＣホールに各々反射鏡を設置し、各反射鏡にレーザー測定機によってレーザービームを照射して前記レーザー測定機のセンサーヘッドに戻ってくるレーザービームの時間に対する波長を計算して距離を算出し、前記ジグテーブル上のジグＮＣホールのうちのいずれか一つを原点、他の一つを第１点、さらに他の１つを第２点とし、前記原点と前記第１点をつなぐ線をＸ軸、前記原点と前記第２点をつなぐ線をＹ軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とからなる平面の法線をＺ軸として原点座標系を設定する原点座標系設定段階と；前記原点座標系設定段階で生成された原点座標系をレーザー測定機がカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系として認識することができるように、レーザー測定機の制御部で原点座標系を設定座標系に変換する座標系変換段階と；溶接ロボットの溶接ガン下部チップ先端に反射鏡を設置し、この反射鏡にレーザー測定機のレーザービームを照射して前記レーザー測定機のセンサーヘッドに戻るレーザービームの時間に対する波長を計算して距離を算出し、これにより溶接ガンの下部チップ先端の座標を生成するチップ座標検出段階と；前記原点座標系設定段階とチップ座標検出段階とで測定された座標を用いてジグＮＣホールと溶接ガンの下部チップ先端との相対距離を計算して溶接ガンの下部チップ先端の絶対座標を計算し、前記溶接ガンの下部チップ先端の絶対座標を用いてロボットの位置及び姿勢を計算するロボット位置設定段階と；ロボットの溶接ガンの下部チップ先端を基準点としてロボットを４種類以上の姿勢にティーティングするロボットティーチング段階と；前記ロボット位置設定段階とロボットティーチング段階とで測定されたロボットの位置座標とロボットティーチングプログラムデータとをメインコンピュータに伝送するロボット現場情報アップローディング段階と；前記メインコンピュータがアップロード（ＵＰＬＯＡＤ）されたロボットティーチングプログラムデータを駆動して溶接ガンの下部チップ先端の一点に集まらない四つ以上の点を基準点として位置補正し、測定されたジグ上の少なくとも３個の点を考慮してシミュレーションでモデリングされたデータと比較し、現場の基準に合うように一致させる誤差補正段階と；前記誤差補正段階の次に、前記溶接ガンの下部チップ先端と溶接ガンの連結部との間の距離に対するＣＡＤデータとシミュレーションでモデリングされたデータとの間の誤差を設定値と比較する誤差大きさ判断段階と；前記誤差大きさ判断段階で前記溶接ガンの下部チップ先端と溶接ガンの連結部との間の距離に対する誤差が設定値より小さければ、溶接ガン，ロボット，ジグの位置補正を完了して、ロボットティーチングプログラムデータをロボットコントローラにダウンロード（ＤＯＷＮＬＯＡＤ）する位置補正完了段階とを含んで構成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい構成及び作用を、添付した図面に基づいてより詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明を説明するためのロボット位置補正システムの概略図であって、本発明のレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法を実現するためのロボット位置補正システムは、製品図面上のカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系を基準にして正確な位置を知っている（与えられている）四つのジグＮＣホールに各々第１，２，３，４反射鏡ＮＯ１，ＮＯ２，ＮＯ３，ＮＯ４を設置し、溶接ガン１の下部チップ３先端には第５反射鏡ＮＯ５を設置する。
【００２０】
そして、ジグテーブル５の一側にはレーザー測定機７を設置構成され、前記レーザー測定機７は制御部９を含むメインコンピュータ１１と連結される。
【００２１】
このように構成されるロボット位置補正システムを用いた本発明によるレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法は、まず、製品図面上のカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系を基準にして正確な位置を知っている前記四つのジグＮＣホールに設置された第１，２，３，４反射鏡ＮＯ１，ＮＯ２，ＮＯ３，ＮＯ４に、レーザー測定機７のレーザービームを順次に照射し、前記レーザー測定機７のセンサーヘッドに戻るレーザービームの時間に対する波長を計算してそれぞれの距離を算出する。
【００２２】
そして、前記ジグテーブル上のジグＮＣホールのうちの任意の一つを原点ＮＯ１とし、前記ジグテーブル５上の任意の２点ＮＯ２，ＮＯ３をつなぐ線をＸ，Ｙ軸とし、前記３点ＮＯ１，ＮＯ２，ＮＯ３からなる平面の法線をＺ軸として原点座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を生成する原点座標系設定段階を行う（Ｓ１０）。
【００２３】
前記原点座標系設定段階（Ｓ１０）で生成された原点座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をレーザー測定機７がカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系として認識することができるように、レーザー測定機７の制御部９で原点座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１またはＸ２，Ｙ２，Ｚ２またはＸ３，Ｙ３，Ｚ３またはＸ４，Ｙ４，Ｚ４のうちの任意の一つの座標）を設定座標系に変換する座標系変換段階を行う（Ｓ２０）。
【００２４】
前記座標系変換段階（Ｓ２０）を行った後には、溶接ロボット１３の溶接ガン１の下部チップ３先端に第５反射鏡ＮＯ５を設置した状態で、前記第５反射鏡ＮＯ５にレーザー測定機７のレーザービームを照射し、前記レーザー測定機７のセンサーヘッドに戻るレーザービームの時間に対する波長を計算して距離を算出することにより、溶接ガン１の下部チップ３先端を第１軸として座標（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を生成するチップ座標検出段階を行う（Ｓ３０）。
【００２５】
そして、前記原点座標系設定段階（Ｓ１０）とチップ座標検出段階（Ｓ３０）とで測定された座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ及びＸ’，Ｙ’，Ｚ’）を用いてＮＣホールと溶接ガン１の下部チップ３先端との相対距離を計算して溶接ガン１の下部チップ３先端の絶対座標（計算値）を計算し、同時にロボット１３のベース軸１５を第３軸として座標（Ｘ’’’，Ｙ’’’，Ｚ’’’）を形成して、第３軸に対する前記溶接ガン１の下部チップ３先端の第１軸（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）の位置を計算することにより、溶接ロボット１３の位置及び姿勢を計算するロボット位置設定段階を行う（Ｓ４０）。
【００２６】
次に、溶接ロボット１３の溶接ガン１の下部チップ３先端を基準点として、ロボット１３を４種類以上の姿勢にティーチング（ＴＥＡＣＨＩＮＧ）するロボットティーチング段階（Ｓ５０）を行った後、前記ロボット位置設定段階（Ｓ４０）とロボットティーチング段階（Ｓ５０）とで測定されたロボット１３の位置座標とロボットティーチングプログラムデータとをメインコンピュータ１１に伝送するロボット現場情報アップローディング段階を行う（Ｓ６０）。
【００２７】
その後、前記メインコンピュータ１１がアップロード（ＵＰＬＯＡＤ）されたロボットティーチングプログラムデータを駆動して、溶接ガン１の下部チップ３先端の一点に集まらない四つ以上の点を基準点として位置補正し、測定されたジグ上の少なくとも３個の点を考慮してシミュレーションでモデリングされたデータと比較し、現場の基準に合うように一致させる誤差補正段階を行う（Ｓ７０）。
【００２８】
前記誤差補正段階（Ｓ７０）の次に、前記メインコンピュータ１１は、溶接ガン１の連結部を第２軸とした座標（Ｘ’’’，Ｙ’’’，Ｚ’’’）を用いて前記溶接ガン１の下部チップ３先端との距離に対するＣＡＤデータとシミュレーションでモデリングされたデータとの誤差を設定値と比較する（Ｓ８０）が、この時、前記溶接ガン１の下部チップ３先端と溶接ガン１の連結部との距離に対する誤差が設定値より小さければ、溶接ガン１，ロボット１３，ジグ１７の位置補正を完了して、ロボットティーチングプログラムデータをロボットコントローラにダウンロード（ＤＯＷＮＬＯＡＤ）し、位置補正を完了する（Ｓ９０）。
【００２９】
また、前記段階で溶接ガン１の下部チップ３先端と溶接ガン１の連結部との距離に対する誤差が設定値より大きければ、シミュレーションでモデリングされた溶接ガンデータを修正した後、前記位置補正を完了する段階に進む（Ｓ８１）。
【００３０】
【発明の効果】
前述のように、本発明によるレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法によれば、レーザー測定機を用いて自動車の車体ラインに適用される溶接ガン，溶接ロボット，各種ジグの位置を同時に補正することでロボットティーチング作業時間を短縮することができるようになり、車体パネルのロボットティーチング溶接点の位置精度を向上させるようになるので、全体的な位置精度の誤差を最小化して製品の質的向上を実現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を達成するためのロボット位置補正システムの概略図である。
【図２】本発明によるレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法のフローチャートである。
【図３】従来の技術による溶接ガン位置補正システムの概略図である。
【図４】従来の技術による溶接ガン位置補正方法のフローチャートである。
【図５】従来の技術によるロボット及びジグ位置補正システムの概略図である。
【図６】従来の技術によるロボット及びジグ位置補正方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１，５３・・・溶接ガン
３，５７・・・下部チップ
５・・・ジグテーブル
７・・・レーザー測定機
９・・・制御部
１１，５９・・・メインコンピュータ
１３，５１・・・車体パネル溶接用ロボット
１５・・・ベース軸
１７，６５・・・ジグ
５５・・・ニードルピン
６１・・・ロボットコントローラ
６３・・・車体パネル
６７・・・ダウルピン
ＮＯ１，ＮＯ２，ＮＯ３，ＮＯ４，ＮＯ５・・・反射鏡

Claims

製品図面上のカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系を基準にして正確な位置を知っているジグテーブル上の少なくとも３個のジグＮＣホールに各々反射鏡を設置し、各反射鏡にレーザー測定機によってレーザービームを照射して前記レーザー測定機のセンサーヘッドに戻ってくるレーザービームの時間に対する波長を計算して距離を算出し、前記ジグテーブル上のジグＮＣホールのうちのいずれか一つを原点、他の一つを第１点、さらに他の１つを第２点とし、前記原点と前記第１点をつなぐ線をＸ軸、前記原点と前記第２点をつなぐ線をＹ軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とからなる平面の法線をＺ軸として原点座標系を設定する原点座標系設定段階と；前記原点座標系設定段階で生成された原点座標系をレーザー測定機がカーライン（ＣＡＲＬＩＮＥ）座標系として認識することができるように、レーザー測定機の制御部で原点座標系を設定座標系に変換する座標系変換段階と；溶接ロボットの溶接ガン下部チップ先端に反射鏡を設置し、この反射鏡にレーザー測定機のレーザービームを照射して前記レーザー測定機のセンサーヘッドに戻るレーザービームの時間に対する波長を計算して距離を算出し、これにより溶接ガンの下部チップ先端の座標を生成するチップ座標検出段階と；前記原点座標系設定段階とチップ座標検出段階とで測定された座標を用いてジグＮＣホールと溶接ガンの下部チップ先端との相対距離を計算して溶接ガンの下部チップ先端の絶対座標を計算し、前記溶接ガンの下部チップ先端の絶対座標を用いてロボットの位置及び姿勢を計算するロボット位置設定段階と；ロボットの溶接ガンの下部チップ先端を基準点としてロボットを４種類以上の姿勢にティーティングするロボットティーチング段階と；前記ロボット位置設定段階とロボットティーチング段階とで測定されたロボットの位置座標とロボットティーチングプログラムデータとをメインコンピュータに伝送するロボット現場情報アップローディング段階と；前記メインコンピュータがアップロード（ＵＰＬＯＡＤ）されたロボットティーチングプログラムデータを駆動して溶接ガンの下部チップ先端の一点に集まらない四つ以上の点を基準点として位置補正し、測定されたジグ上の少なくとも３個の点を考慮してシミュレーションでモデリングされたデータと比較し、現場の基準に合うように一致させる誤差補正段階と；前記誤差補正段階の次に、前記溶接ガンの下部チップ先端と溶接ガンの連結部との間の距離に対するＣＡＤデータとシミュレーションでモデリングされたデータとの間の誤差を設定値と比較する誤差大きさ判断段階と；前記誤差大きさ判断段階で前記溶接ガンの下部チップ先端と溶接ガンの連結部との間の距離に対する誤差が設定値より小さければ、溶接ガン，ロボット，ジグの位置補正を完了して、ロボットティーチングプログラムデータをロボットコントローラにダウンロード（ＤＯＷＮＬＯＡＤ）する位置補正完了段階と；を含むことを特徴とするレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法。
前記誤差大きさ判断段階で前記溶接ガンの下部チップ先端と溶接ガンの連結部との間の距離に対する誤差が設定値より大きければ、シミュレーションでモデリングされた溶接ガンデータを修正した後、前記位置補正完了段階に進むことを特徴とする請求項１に記載のレーザー測定機を利用したロボット位置補正方法。