JP3605832B2

JP3605832B2 - 研磨ツールの制御装置

Info

Publication number: JP3605832B2
Application number: JP513293A
Authority: JP
Inventors: 良美新原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JPH06210564A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、研磨ツールの制御装置に関し、さらに詳しくは自動車のボディ等のワークにおける塗装面の欠陥部等を研磨する場合の研磨ツールの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、下塗りや中塗りされた自動車ボディ等のワークの塗装面に対しては、上塗り塗装前にその全面を研磨除去することにより塗装面のレベリングおよび上塗り塗料の密着性を向上させる作業が施されていた。この種研磨作業は、研磨ツールをハンドまたはアーム先端に備えたロボットによって行なわれることとなっており、研磨ツールをワークの湾曲面に沿って移動させるために、実際のワークを研磨ステーションに搬入して前記研磨ツールをワーク塗装面に沿ってティーチングし、該ティーチングに基づいて動作させるようにした技術が良く知られている（例えば、特開昭６０−２０８４９号公報参照）。
【０００３】
また、上記ワークの塗装面を検査し、塗装不良部分（即ち、欠陥部）を研磨ツールによって研磨除去するために、塗装面を検査する技術として塗装面をカメラ等の撮像手段で撮像し、かくして得られた撮像画像に基づいて欠陥部の位置を判別する手法が従来から多用されている。このようにして得られた欠陥部の位置データに基づいて研磨ツールの制御を行うものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように、研磨ツールによりワークの所定部位の研磨を行うに当たって、研磨ツールの作動パターンをティーチングで記憶させたり、撮像画面から得た位置データによる指令を入力する制御では、正確で質の良い研磨が行えなかったり、ティーチング処理が煩雑となるという問題を有している。
【０００５】
即ち、研磨ツールによってワークを研磨する場合には、該研磨ツールはワーク面に対して垂直な法線方向から作業を行わないと良好な研磨が得られないものであり、前記したようにティーチングによってその作動方向を記憶させる作業には極めて煩雑な処理を必要とするとともに、部分的に研磨を行う場合、当該部位の作業方向を多数のティーチングから呼び出してそれに基づいて行う必要がある。
【０００６】
また、撮像画面における位置データに基づいて研磨ツールの制御を行う場合、撮像手段により得られた平面画像での位置と３次元形状であるワーク面での位置とは一致せず各種のズレを有しており、しかもそのワーク面に対して垂直な法線方向から研磨ツールを作動させるように設定することは極めて困難な処理を伴うものである。
【０００７】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、撮像画面を複数の分割画面に分割し、欠陥部が存在する分割画面における法線データに基づいて研磨ツールの姿勢制御を高精度で行い得るようにすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明では、上記課題を解決するための手段として、撮像手段により得られたワークの画像を解析し、その解析によるワークの研磨必要部位の位置データに基づいて研磨ツールによってワークの研磨必要部位の研磨を行う研磨ツールの制御装置において、前記撮像手段と対向するワーク面の撮像手段により得られた撮像画面を複数の分割画面に分割し、該分割された各分割画面に対応するワークの３次元データに基づき、前記各分割画面におけるワーク上下方向に対応するＸ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＸ軸周りの角度を水平面における補正角として求め、かつワーク前後方向に対応するＹ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＹ軸周りの角度を前記水平面と直交し前記Ｙ軸方向から見た平面である鉛直面における補正角として求め、両補正角を法線データとして記憶する法線データ記憶手段と、前記撮像画面における研磨必要部位を前記分割画面の位置データとして求める解析手段と、該解析手段により求められた位置データおよび前記法線データ記憶手段に記憶されている前記研磨必要部位の分割画面に対応した法線データに基づいて研磨ツールのワーク面に対する姿勢を制御する姿勢制御手段とを付設するようにしている。
【０００９】
【作用】
本願発明では、上記手段によって次のような作用が得られる。
【００１０】
即ち、撮像画面を複数に分割して得られた分割画面それぞれについてのワークの３次元データに基づき、前記各分割画面におけるワーク上下方向に対応するＸ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＸ軸周りの角度を水平面における補正角として求め、かつワーク前後方向に対応するＹ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＹ軸周りの角度を前記水平面と直交し前記Ｙ軸方向から見た平面である鉛直面における補正角として求め、両補正角を法線データとして記憶しておき、研磨必要部位を有する分割画面の位置データと前記研磨必要部位の分割画面に対応した法線データとに基づいて、研磨ツールのワーク面に対する姿勢(即ち、法線方向姿勢)が制御されることとなる。
【００１１】
【発明の効果】
本願発明によれば、撮像手段により得られたワークの画像を解析し、その解析によるワークの研磨必要部位の位置データに基づいて研磨ツールによってワークの研磨必要部位の研磨を行う研磨ツールの制御装置において、前記撮像手段と対向するワーク面の撮像手段により得られた撮像画面を複数の分割画面に分割し、この分割された各分割画面に対応するワークの３次元データに基づき、前記各分割画面におけるワーク上下方向に対応するＸ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＸ軸周りの角度を水平面における補正角として求め、かつワーク前後方向に対応するＹ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＹ軸周りの角度を前記水平面と直交し前記Ｙ軸方向から見た平面である鉛直面における補正角として求め、両補正角を法線データとして記憶する法線データ記憶手段と、前記撮像画面における研磨必要部位を前記分割画面の位置データとして求める解析手段と、該解析手段により求められた位置データおよび前記法線データ記憶手段に記憶されている前記研磨必要部位の分割画面に対応した法線データに基づいて研磨ツールのワーク面に対する姿勢を制御する姿勢制御手段とを付設して、撮像画面を複数に分割して得られた分割画面それぞれについてのＸ軸方向とＹ軸方向の法線方向成分を法線データとして記憶しておき、該法線データと研磨必要部位を有する分割画面の位置データとに基づいて、研磨ツールのワーク面に対する姿勢(即ち、法線方向姿勢)を制御するようにしたので、研磨ツールを高精度で法線方向姿勢制御できるとともに、記憶データ数の削減および高速化をも図れるという優れた効果がある。
【００１２】
【実施例】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施例を説明する。
【００１３】
図２には、本実施例にかかる研磨ツールの制御装置を備えた自動車製造工場の水研加工ラインの概略平面構造が示されている。なお、以下の説明においては、ワークＷとしての車体の前後左右方向が基準とされている。
【００１４】
自動車の水研加工ラインＬは、中塗り塗装ライン（図示省略）の下流側に設けられており、上流側から撮像ステーションＬ_１、研磨ステーションＬ_２、補修ステーションＬ_３および水洗ステーションＬ_４を備えて構成されている。
【００１５】
前記撮像ステーションＬ_１には、ワークＷの表面を撮影するための前後一対の撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２が設けられており、中塗りされたワークＷはこの撮像ステーションＬ_１に搬送され、例えば前方の撮像ロボットＲ_１でワークＷの前半部を撮影し、後方の撮像ロボットＲ_２でワークＷの後半部を撮影するようになっている。この撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２におけるカメラ２８（後に詳述する）で撮影された画像は、画像処理装置１に入力されて、塗装面における欠陥部が検出されることとなっている。前記画像処理装置１は、詳細な構造については図示省略されているが、演算処理および記憶を行う本体部分と、画像表示を行うＣＲＴディスプレーと、入力操作用のキーボードおよびタブレット等により構成されている。
【００１６】
前記研磨ステーションＬ_２には、前記撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２と同型の研磨ロボットＲ_３が設けられており、該研磨ロボットＲ_３によって前記撮像ステーションＬ_１からの画像解析結果による位置データに基づいて塗装欠陥部（換言すれば、研磨必要部位）の研磨が行なわれることとなっている。
【００１７】
前記補修ステーションＬ_３は、研磨必要部位の数が多く、所定のラインタクト内で研磨ロボットＲ_３が全ての塗装欠陥部の研磨ができない場合に、作業者により残った研磨必要部位の研磨を行うために設けられるものである。
【００１８】
前記水洗ステーションＬ４には、複数の水洗シャワー３１，３１と水洗ブラシ３２，３３とが設けられており、研磨後のワークＷの水洗いをすることとなっている。
【００１９】
次に、撮像手段として作用する撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２および研磨ロボットＲ_３の機械的構造の一例について説明する。各ロボットは基本的には同型のロボットであり、それらの構造も同様なので、前方の撮像ロボットＲ_１について図３を参照して説明する。なお、各ロボットにおける同様の部材には同一の符号を付してある。
【００２０】
撮像ステーションＬ_１の前後左右の４隅には４本のコラム１０，１０・・が立設されており、左右の各２本のコラム１０，１０の上端にはそれぞれ前後方向に延びるビーム１１，１１が固着されている。左右の各ビーム１１，１１の上端にはガイドレール１２，１２が前後方向に設けられており、両側のビーム１１，１１間には左右方向に延びる可動フレーム１３が架設されている。
【００２１】
該可動フレーム１３の両端部には、前記ガイドレール１２，１２に係合されるベアリング付係合部１３ａ，１３ａが設けられており、可動フレーム１３はガイドレール１２，１２に案内されて前後方向に移動可能とされている。
【００２２】
そして、右側のビーム１１の上端には、サーボモータ（図示省略）で回転駆動されるボールネジシャフト１４が前後方向に延びて設けられており、前記可動フレーム１３の右側端部には、前記ボールネジシャフト１４に螺合するナット（図示省略）が設けられている。しかして、サーボモータでボールネジシャフト１４を回転駆動させることにより可動フレーム１３はナットを介して前後方向に移動せしめられることとなっている。
【００２３】
一方、前記可動フレーム１３には、サーボモータ１５で回転駆動される左右方向のボールネジシャフト１６と、該ボールネジシャフト１６の上下に位置する一対のガイドレール１７，１７とが設けられており、該ガイドレール１７，１７に対して摺動自在に係合する係合部（図示省略）と前記ボールネジシャフト１６に螺合するナット（図示省略）とを有する可動台１８が左右方向に移動自在に設けられている。しかして、サーボモータ１５でボールネジシャフト１６を回転駆動させることにより可動台１８はナットを介して左右方向に移動せしめられることとなっている。
【００２４】
さらに、前記可動台１８には、縦向きのサーボモータ（図示省略）で回転駆動されるボールネジナット１９と、該ボールネジナット１９の左右に位置する一対のロッドガイド２０，２０とが設けられており、該ボールネジナット１９に挿通螺合されるボールネジシャフト２１と前記ロッドガイド２０，２０にそれぞれ挿通されるガイドロッド２２，２２との下端部にはハンド保持部材２３が固着されている。しかして、前記ボールネジナット１９を回転駆動されることによりハンド保持部材２３が昇降作動されることとなっている。
【００２５】
前記ハンド保持部材２３には、サーボモータ（図示省略）により鉛直軸回りに回転するための駆動連結部２４と、サーボモータにより水平軸回りに回転駆動するための駆動連結部２５と、サーボモータによりハンド軸回りに回転駆動するための駆動連結部２６とを介してハンド２７が装着されている。該ハンド２７の先端には、撮像用のカメラ２８と照明用の投光器２９とが支持部材３０によって取り付けられている。
【００２６】
なお、研磨ロボットＲ３の場合には、前記ハンド２７の先端に対して、図４に示すような研磨ツール３４が取り付けられている。該研磨ツール３４は、先端の砥石３５と、該砥石３５を横方向に振動駆動させるアクチュエータ３６とを備えて構成されている。
【００２７】
上記のように構成された撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２および研磨ロボットＲ_３は、Ｘ軸（上下方向）、Ｙ軸（前後方向）、Ｚ軸（左右方向）、鉛直軸、水平軸およびハンド軸の６軸の自由度を備えており、撮像ステーションＬ_１および研磨ステーションＬ_２に付設されたロボット制御装置３７および研磨制御装置３８により作動制御されることとなっている。
【００２８】
前記ロボット制御装置３７は、撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２の位置制御を行うとともに、撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２のカメラ２８により撮影された画像を画像処理装置１へ入力することとなっている。
【００２９】
前記研磨制御装置３８は、前記画像処理装置１から入力される位置データおよび法線データ（後に詳述する）に基づいて研磨ロボットＲ_３の位置制御を行うとともに、研磨ツール３４の研磨条件を制御することとなっている。
【００３０】
次に、本実施例にかかる研磨ツールの制御装置について詳述する。
【００３１】
上記水研加工ラインＬに搬入されたワークＷの塗装面における欠陥部を検出するに当たっては、まずワークＷの塗装面をカメラ２８により順次撮影して画像を取り込む。かくして取り込まれた各画像は、画像処理装置１に入力されて３次元画面として表示され、ここで次のような処理がなされる。
【００３２】
即ち、図５ないし図８に示すように、各撮像画面ＫをＸ軸方向およびＹ軸方向を基準として９個の分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)に分割する。このようにすると、図６における分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)と図８における分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)とは同一の位置データを表示することとなる。ここで、点(Ｈ₀,Ｔ₀)は、カメラ２８と対向するワークＷの塗装面(即ち、撮像画面Ｋの中心点)を示している。
【００３３】
そして、例えばカメラ２８が車体の左右側方にあるとき、前記各分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）についてＸ軸方向（換言すれば、車体上下方向）とＹ軸方向（換言すれば、車体前後方向）に関する法線方向成分を水平面（図５に示す車体上方から見た平面）および鉛直面（図７に示す車体前方から見た平面）に対する補正角（θＸＡ_１〜θＸＡ_３、θＸＢ_１〜θＸＢ_３、θＸＣ_１〜θＸＣ_３）および（θＹＡ_１〜θＹＡ_３、θＹＢ_１〜θＹＢ_３、θＹＣ_１〜θＹＣ_３）として演算により求め、その結果を法線データとして法線データ記憶手段３（図１参照）に記憶する。
【００３４】
また、カメラ２８により撮像されたときの撮像画面Ｋにおける分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）のいずれか（例えば、分割画面Ｂ_３）に塗装欠陥部Ｐがある場合には、当該分割画面Ｂ_３の位置を位置データとして解析手段４（図１参照）により解析することとなっている。
【００３５】
そして、上記法線データ記憶手段３に記憶されている法線データおよび解析手段４により求められた位置データは、研磨制御装置３８に入力され、該研磨制御装置３８の姿勢制御手段５により研磨ツール３４のワーク面に対する姿勢が制御されることとなっている。
【００３６】
つまり、本実施例の研磨ツールの制御装置は、図１に示すように、撮像手段２（換言すれば、ロボットＲ_１，Ｒ_２）により得られた撮像画面Ｋを、複数（本実施例の場合、９個）の分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）に分割し、該各分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）についてＸ軸方向（換言すれば、上下方向）とＹ軸方向（換言すれば、前後方向）に関する法線方向成分を法線データとして記憶する法線データ記憶手段３と、前記撮像画面Ｋにおける研磨必要部位を前記分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）の位置データとして求める解析手段４と、該解析手段４により求められた位置データおよび前記法線データ記憶手段２に記憶されている法線データに基づいて研磨ツール３４のワーク面に対する姿勢を制御する姿勢制御手段５とを備えて構成されているのである。
【００３７】
ついで、本実施例にかかる研磨ツールの制御装置の作用を、図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３８】
ステップＳ_１において撮像手段である撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２（具体的にはカメラ２８）により画像の取り込みが行なわれ、画像処理装置１に撮像画面Ｋとして表示される。ステップＳ_２において当該撮像画面Ｋを９個の分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）に分割し、ステップＳ_３において各分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）における法線データである補正角（θＸＡ_１〜θＸＡ_３、θＸＢ_１〜θＸＢ_３、θＸＣ_１〜θＸＣ_３）および（θＹＡ_１〜θＹＡ_３、θＹＢ_１〜θＹＢ_３、θＹＣ_１〜θＹＣ_３）がワークＷの３次元データから求められ、ステップＳ_４において上記法線データが法線データ記憶手段３に記憶される。次にステップＳ_５において上記撮像画面Ｋ中に塗装欠陥部Ｐが存在しているか否かが判別され、「塗装欠陥部Ｐ有り」と判別された場合には、ステップＳ_６に進み、塗装欠陥部Ｐの位置判定がなされる。ついで、ステップＳ７において塗装欠陥部Ｐが前記分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）のいずれに属しているかの判定（即ち、面直補正分割領域判定）がなされる。例えば、塗装欠陥部Ｐは分割画面Ｂ_３に属しているとの判定がなされる。しかる後、ステップＳ_８において塗装欠陥部Ｐが属している分割画面Ｂ_３における法線データ（θＸＢ_３，θＹＢ_３）が法線データ記憶手段３から読み出されて補正角が決定され、ステップＳ_９において塗装欠陥部Ｐの位置データおよび補正角が研磨制御装置３８に出力される。上記処理が撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２による計測が終了したとステップＳ_１０において判定されるまで繰り返される。なお、ステップＳ_５において「塗装欠陥部Ｐ無し」と判別された場合にはステップＳ_１０へ直接進む。
【００３９】
研磨制御装置３８では、塗装欠陥部Ｐの位置データおよび補正角に基づいて姿勢制御手段５によって研磨ロボットＲ_３の姿勢制御がなされ、塗装欠陥部Ｐに対して法線方向（換言すれば、面直方向）から研磨ツール３４が作動せしめられる。
【００４０】
上記したように、撮像画面Ｋを複数に分割して得られた分割画面（Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３）それぞれについてのＸ軸方向とＹ軸方向の法線データ（θＸＡ_１〜θＸＡ_３、θＸＢ_１〜θＸＢ_３、θＸＣ_１〜θＸＣ_３）および（θＹＡ_１〜θＹＡ_３、θＹＢ_１〜θＹＢ_３、θＹＣ_１〜θＹＣ_３）を記憶しておき、該法線データ（θＸＡ_１〜θＸＡ_３、θＸＢ_１〜θＸＢ_３、θＸＣ_１〜θＸＣ_３）および（θＹＡ_１〜θＹＡ_３、θＹＢ_１〜θＹＢ_３、θＹＣ_１〜θＹＣ_３）と塗装欠陥部Ｐを有する分割画面（例えば、Ｂ_３）の位置データとに基づいて、研磨ツール３４のワーク面に対する姿勢（即ち、法線方向姿勢）を制御するようにしているため、研磨ツール３４を高精度で法線方向姿勢制御できるとともに、記憶データ数の削減および高速化をも図れるのである。
【００４１】
なお、上記実施例では、撮像ロボットＲ_１，Ｒ_２および研磨ロボットＲ_３はステーションに設置されたコラム１０に設置して移動する方式の構造を有しているが、本体部分から間接を有するアームが延設されたロボットの先端にカメラ２８または研磨ツール３４を設置するように構成してもよく、さらに他の形式のロボットを適宜採用してもよい。
【００４２】
また、上記実施例では、撮像ステーションＬ_１と研磨ステーションＬ_２とを別々に配置するようにしているが、同一のステーションにおいて撮像と研磨とを行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の研磨ツールの制御装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本願発明の実施例にかかる研磨ツールの制御装置を備えた水研加工ラインの概略平面図である。
【図３】図２の撮像ステーションにおける縦断正面図である。
【図４】研磨ツールの斜視図である。
【図５】カメラによる撮像領域におけるＸ軸方向断面図である。
【図６】撮像画面におけるＸ軸基準の分割画面を示す図である。
【図７】カメラによる撮像領域におけるＹ軸方向断面図である。
【図８】撮像画面におけるＹ軸基準の分割画面を示す図である。
【図９】本願発明の実施例にかかる研磨ツールの制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１は画像処理装置、２は撮像手段、３は法線データ記憶手段、４は解析手段、５は姿勢制御手段、２８はカメラ、３４は研磨ツール、３７はロボット制御装置、３８は研磨制御装置、Ｋは撮像画面、Ａ_１〜Ａ_３、Ｂ_１〜Ｂ_３、Ｃ_１〜Ｃ_３は分割画面、Ｐは塗装欠陥部、Ｒ_１，Ｒ_２は撮像ロボット、Ｒ_３は研磨ロボット、Ｗはワーク、θＸＡ_１〜θＸＡ_３、θＸＢ_１〜θＸＢ_３、θＸＣ_１〜θＸＣ_３、θＹＡ_１〜θＹＡ_３、θＹＢ_１〜θＹＢ_３、θＹＣ_１〜θＹＣ_３は法線データ（補正角）。

Claims

撮像手段により得られたワークの画像を解析し、その解析によるワークの研磨必要部位の位置データに基づいて研磨ツールによってワークの研磨必要部位の研磨を行う研磨ツールの制御装置であって、
前記撮像手段と対向するワーク面の撮像手段により得られた撮像画面を複数の分割画面に分割し、該分割された各分割画面に対応するワークの３次元データに基づき、前記各分割画面におけるワーク上下方向に対応するＸ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＸ軸周りの角度を水平面における補正角として求め、かつワーク前後方向に対応するＹ軸方向から見た各分割画面の中央部のワーク面に対して垂直な法線方向成分のＹ軸周りの角度を前記水平面と直交し前記Ｙ軸方向から見た平面である鉛直面における補正角として求め、両補正角を法線データとして記憶する法線データ記憶手段と、
前記撮像画面における研磨必要部位を前記分割画面の位置データとして求める解析手段と、
前記解析手段により求められた位置データおよび前記法線データ記憶手段に記憶されている前記研磨必要部位の分割画面に対応した法線データに基づいて研磨ツールのワーク面に対する姿勢を制御する姿勢制御手段とを備えたことを特徴とする研磨ツールの制御装置。