JP4014939B2 - 工具取付位置の測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多関節ロボットのエンドエフェクタなどの可動部に装着されたドリルおよびドライバビットなどの各種の工具の取付け位置を測定するため装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、航空機の外壁およびドアなどの一次構造材として、複合材から成る外板に、アルミニウム合金から成る複数の補強材を仮付けし、外板と補強材とを縦横に複数列にわたって２００〜３００個／枚程度のファスナによって結合された外壁パネルの採用が増加している。前記仮付けされた外板および補強材には、前記ファスナを装着するためのファスナ孔が形成され、このファスナ孔の形成には、ドリルを備える多関節ロボットを用いて、予め教示した所定の位置に孔および所定の皿深さの皿取り面を、いわば自動で形成する自動穿孔設備が用いられている。
【０００３】
この自動穿孔設備は、前記外板に補強材が仮付けされたワークを、治具によって保持し、多関節ロボットのアーム先端部のエンドエフェクタに、使用するファスナに対応する孔および皿取り面を形成するためのドリルが着脱可能に装着される。前記ドリルによる穿孔位置の座標データは、多関節ロボットの動作を制御するロボットコントローラに設けられているティーチングペンダントによって教示され、記憶部に設定されている。またドリルの回転・停止および前進・後退などの動作の指令データは、エンドエフェクタ制御装置の入力部から入力され、記憶部に設定されている。
【０００４】
前記ドリルは、その刃先の摩耗および破損などが生じたとき、そのドリルを新たなものと交換するが、交換された新たなドリルは、作業者の手作業によるエンドエフェクタへの取付け時の誤差によって、軸線方向の取付け位置にずれが生じるため、ドリルを交換する毎にテストピースを穿孔し、このテストピースに形成された孔の皿深さを計測し、その計測値が公差の範囲内であれば、実際の穿孔作業を開始し、公差の範囲を超えたときには、補正値を入力して、ドリルの取付け位置に関するデータを修正している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、ドリルの刃先の摩耗および異種ドリルへの変更などによって、エンドエフェクタに装着されているドリルを新たなものと交換するたびに前記テストピースを穿孔して、皿深さを測定し、その補正値を入力して、新たに装着されたドリルの位置を修正しなければならない。このようなテストピースの穿孔作業および皿深さの測定は、時間を要し、前記穿孔などの加工作業の効率を低下させてしまうという問題がある。またドリルを交換するたびに補正値を入力してドリルの位置を修正する作業は手作業であるため、入力ミスなどの人為的誤差が発生し易く、したがって加工後に不良品が発生し易く、歩留まりが悪いという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、作業効率および歩留まりを向上することができるようにした工具取付位置の測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、ワークへの予め定める加工または作業に用いられる工具２を、作動装置の可動部５に着脱可能に設け、この工具２の前記可動部５に対する取付け位置を測定する工具取付位置の測定装置であって、
基台６と、
可動部５に装着された工具２が当接する当接部材７と、
当接部材７を、基台６上で弾発的に支持する支持手段９と、
基台６に設けられ、可動部５に対する前記工具２が当接する方向の距離Ｌａ１を検出する第１変位量検出手段１０と、
基台６の設けられ、当接部材７に対する前記工具２が当接する方向の距離Ｌｂ１を検出する第２変位量検出手段１１と、
第１変位量検出手段１０によって検出された距離Ｌａ１に対する基準値Ｌａ０と、第２変位量検出手段１１によって検出された距離Ｌｂ１に対する基準値Ｌｂ０とが記憶され、これらの基準値Ｌａ０，Ｌｂ０と各距離Ｌａ１，Ｌｂ１との差ΔＬを次式、
ΔＬ＝（Ｌａ１−Ｌａ０）−（Ｌｂ１−Ｌｂ０）
によって求める取付け位置演算手段１２とを含むことを特徴とする工具取付位置の測定装置である。
【０００８】
本発明に従えば、基台６には、たとえばドリルおよびドライバビットなどの工具２が当接する当接部材７が支持手段９によって弾発的に支持されるとともに、第１および第２変位量検出手段１０，１１が設けられる。第１変位量検出手段１０は、可動部５に対する前記工具２が当接する方向の距離Ｌａ１を検出し、第２変位量検出手段１１は前記当接部材７に対する前記工具２が当接する方向の距離Ｌｂ１を検出する。取付け位置演算手段１２は、第１変位量検出手段１０によって検出された可動部５に対する距離Ｌａ１と、第２変位量検出手段１１によって検出された当接部材に対する距離Ｌｂ１と、各基準値Ｌａ０，Ｌｂ０とに基づいて、差ΔＬ＝（Ｌａ１−Ｌａ０）−（Ｌｂ１−Ｌｂ０）を求め、この差ΔＬに基づいて、前記工具２の可動部５に対する取付け位置を求める。
【０００９】
このように可動部５を、工具２が当接部材７に当接するように移動させることによって、第１および第２変位量検出手段１０，１１が前記当接部材７および可動部５の各距離Ｌａ１，Ｌｂ１をそれぞれ検出し、これらの変位量Ｌａ１−Ｌａ０，Ｌｂ１−Ｌｂ０の差ΔＬを、前記取付け位置演算手段１２が演算して求めるように構成されるので、前記従来の技術のように、テストピースを穿孔して、このテストピースに形成された孔の皿深さを計測し、その計測値が公差の範囲内であれば、実際の穿孔作業を開始し、公差の範囲を超えたときには、補正値を入力して、ドリルの取付け位置に関するデータを修正する、という作業が不要となり、前記補正量の入力ミスなどに起因する作業の中断、および不良製品の発生を防止し、作業効率および歩留まりが向上される。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の構成において、前記可動部５は、多関節ロボットのアーム６の先端部に設けられるエンドエフェクタであることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、前記可動部５が多関節ロボットのアーム６の先端部に設けられるエンドエフェクタであるので、取付け位置演算手段１２は、エンドエフェクタの動作を制御するエンドエフェクタ制御装置をハードウェア資源として利用し、当接部材の変位量（Ｌａ１−Ｌａ０）と可動部の変位量（Ｌｂ１−Ｌｂ０）との差ΔＬを求める演算処理をコンピュータプログラムとして実現し、前記ハードウェア資源によって実行することができる。したがって取付け位置演算手段１２を実現するために、別途にハードウェア資源を設ける必要がなく、既存のロボット制御システムを利用して、安価にかつ容易に、交換後の工具２の新たな取付け位置を、エンドエフェクタの動作へ反映させることが可能となる。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の構成において、前記工具２は、ドリルであることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、前記工具がドリルであるので、可動部５を移動させてワークの複数箇所にドリルによって穿孔することができる。このようなドリルのワークへの穿孔によって、ドリルの刃先の摩耗およびサイズの変更などのためにドリルを交換しても、新たに可動部５に装着されたドリルを前記当接部材７に当接させるだけで、前記新たに装着されたドリルの位置を、上記の差ΔＬに基づいて、作動装置、具体的にはエンドエフェクタの座標系に関して求め、短時間で新たなドリルによる穿孔作業を開始することができる。こうしてドリルを交換しながらドリル交換の要する時間を可及的に少なくして、実質上、継続的に穿孔作業を行なうことができ、稼働率を向上し、ワークへの穿孔作業の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００１４】
請求項４記載の本発明は、請求項１または２記載の構成において、前記工具２は、ドライバビットであることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、前記工具２がドライバビットであるので、可動部５を移動させてワークの複数箇所にドライバビットによってねじ締め作業を行なうことができる。このようなドライバビットのワークへのねじ締め作業において、ドライバビットのファスナへの掛合部のサイズまたは形状の変更などのために前記ドライバビットを交換しても、新たに可動部５に装着されたドライバビットを前記当接部材７に当接させるだけで、前記新たに装着されたドライバビットの位置を、上記の差ΔＬに基づいて、作動装置、具体的にはエンドエフェクタの座標系に関して求め、短時間で新たなドライバビットによるねじ締め作業を開始することができる。こうしてドライバビットを交換しながらドリル交換の要する時間を可及的に少なくして、実質上、継続的にねじ締め作業を行なうことができ、稼働率を向上し、ワークへのねじ締め作業の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００１６】
請求項５記載の本発明は、請求項１〜４のうちの１つに記載の構成において、第１および第２変位量検出手段１０，１１は、渦電流式変位センサであることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、前記第１および第２変位量検出手段１０，１１として渦電流式変位センサが用いられる。この渦電流式変位センサは、高い周波数の磁界を発生する発振回路、および発振および検出用コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続したＬＣ共振型の変換回路を有する。コイルＬに高周波の励磁電流を流すと、それに応じて周期的に変化する磁界が発生する。その結果、電磁誘導によって、ターゲットである当接部材および可動部に渦電流が生じ、この渦電流によって生じた高周波の磁界をコイルＬによって検出し、コイルＬのインピーダンスの変化として、当接部材および可動部までの各距離をそれぞれ計測して、各変位量（Ｌａ１−Ｌａ０），（Ｌｂ１−Ｌｂ０）を検出することができる。
【００１８】
このような渦電流式変位センサは、発振周波数を高くとることができ、発振回路の容量成分が小さいので、応答性が高く、前記工具の可動部に対する変位が微小であっても、高感度で各距離Ｌａ１、Ｌｂ１を検出することができる。したがって取付け位置演算手段は、前記渦電流式変位センサによって検出された各変位量（Ｌａ１−Ｌａ０），（Ｌｂ１−Ｌｂ０）間の差ΔＬをより高精度で求めることができ、工具の交換時に発生する工具の取付け位置の変化を、作動装置の可動部の動作に反映させ、ワークに対する工具による予め定める加工または操作を行なう上で、前記工具による加工位置または操作位置のずれをなくして、高精度で前記加工または操作を行なうことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の工具取付位置の測定装置１を示す断面図であり、図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た断面を示す。図２は図１の上方から見た平面図である。本実施の形態の工具取付位置の測定装置（以下、単に「測定装置」と略記する場合がある）１は、ワークへの予め定める加工である穿孔に用いられる工具であるドリル２が、作動装置である後述の多関節ロボット３（図５参照）の可動部であるアーム４の先端部に設けられるエンドエフェクタ５に着脱可能に設けられ、このドリル２の前記エンドエフェクタ５に対する軸線方向の取付け位置を測定するために用いられる。
【００２０】
この測定装置１は、基台６と、エンドエフェクタ５に装着されたドリル２が挿入して当接する当接部材７と、当接部材７を保持する昇降体８と、この昇降体８を基台６上で弾発的に支持する支持手段９と、基台６に設けられ、エンドエフェクタ５の前記ドリル２が当接する方向である図２の紙面に垂直な軸線方向の距離Ｌａ１を検出する第１変位量検出手段１０と、基台６に設けられ、当接部材７の前記ドリル２が当接する方向である軸線方向の距離Ｌｂ１を検出する第２変位量検出手段１１と、エンドエフェクタ５の変位量Ｌａと昇降体８の変位量Ｌｂとの差ΔＬ（＝Ｌａ−Ｌｂ）を求め、この差ΔＬに基づいて前記ドリル２のエンドエフェクタ５に対する取付け位置を求める取付位置演算手段１２とを含む。
【００２１】
前記ドリル２は、後述する図５に示されるワークＷに縦横に複数列を成すたとえば２００〜３００箇所のファスナ孔を形成するために用いられる。ワークＷは、一例として述べると、炭素繊維強化プラスチック（略称ＣＦＲＰ）から成る外板に、アルミニウム合金から成るたとえばＬ字状断面を有する長尺の補強材が仮付けされ、３次元曲面状に湾曲した航空機の外壁用パネル材である。
【００２２】
各ファスナ孔に螺着されるファスナとしては、外板の表面から突出する突出部の発生に起因する空力抵抗の増加および気流の乱れなど空力的悪影響を可及的に少なくするために、皿ねじボルトが用いられる。各ファスナ孔は、前記皿ねじボルトの軸部が挿通する直円柱状の軸孔と、頭部が嵌まり込む円錐台状の頭部嵌合凹所とを有し、頭部嵌合凹所は、ボルトの頭部が前記外板の表面と同一面を成すように埋没した状態に螺着されなければならないため、高精度の皿取り深さが要求される。
【００２３】
一方、ドリル２は、所定枚数のワーク毎、切刃の摩耗または欠損時、およびボルト孔のサイズ変更時などに交換され、エンドエフェクタ５に設けられるドリルチャック部に新たなドリル２が手作業で、または自動交換機によって装着される。このようにして交換されたドリル２の前記チャック部への取付位置は、交換する度に微小なずれを伴い、この微小なずれは、多関節ロボット３の座標系の予め教示された穿孔位置に配置されているエンドエフェクタ５から見て、皿取り深さの誤差となるため、上記の測定装置１によってドリル２のエンドエフェクタ５に対する位置を正確に測定し、この測定結果として求められた前記微小な誤差が解消されるように、ドリル２の前進および後退動作の基準位置が補正される。
【００２４】
図３は、図１の左側から見た第１変位量検出手段１０の側面図である。図１および図２をも参照して、前記第１変位量検出手段１０は、基台６上にボルト１４によって固定される取付ブロック１５と、取付ブロック１５の一側面にボルト１６によって固定される支柱１７と、支柱１７の上端面にボルト１８によって固定される取付基板１９と、取付基板１９に固定される第１変位量検出器２０と、エンドエフェクタ５にアーム２１によって連結される矩形板状のターゲット２２とを含む。
【００２５】
第１変位量検出器２０は、渦電流式変位センサによって実現される。この渦電流式変位センサは、高い周波数の磁界を発生する発振回路、および発振および検出用コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続したＬＣ共振型の変換回路を含んで構成される。コイルＬに高周波の励磁電流を流すと、それに応じて周期的に変化する磁界が発生する。その結果、電磁誘導によって、ターゲット２２に渦電流が生じ、この渦電流によって生じた高周波の磁界をコイルＬによって検出し、コイルＬのインピーダンスの変化として、ターゲット２２までの距離を検出する。すなわち、励磁電磁波の周波数、ターゲット２２の導電率、透磁率を一定にすると、コイルＬのインピーダンスはコイルＬおよびターゲット２２間の距離だけの関数となるため、インピーダンスを測定すると、コイルＬとターゲット２２との間の距離Ｌａ、すなわちエンドエフェクタ５の変位を検出することができる。
【００２６】
このような渦電流式変位センサによって実現される第１変位量検出器２０は、発振周波数を高くとることができ、発振回路の容量成分が小さいので、応答性が高い。また、ターゲット２２は強磁性であるほど磁気抵抗が小さく、換言すれば透磁率は大きくなって、磁気回路のインダクタンスを大きく変化させることができ、高い感度を得ることができる。したがってターゲット２２は、鉄またはステンレス鋼などのような導電率が高い材料を用いるほど、長い検出距離が得られる。また、ターゲット２２の厚みが小さいと、表皮効果によって表面と周囲へ渦電流が集中して多く流れるため、感度を上げることができるが、逆に厚みが大きいと、表皮効果が小さく、発生する逆磁束の発振コイルＬへの影響が少なくなり、検出距離は短くなる。このような特性を踏まえて、第１変位量検出器２０の発振周波数ならびにターゲット２２の材質および厚みは、予め想定されるドリル取付け位置のばらつき、および余裕スペースなどを考慮した最大測定距離を測定可能なように設定され、たとえば前記ドリルによってワークに形成されるべきボルト孔の皿深さの公差としてたとえば±０．１５０ｍｍが要求されるとき、前記変位量Ｌａを０．００１ｍｍの精度で検出することができるように設定されている。
【００２７】
図４は、図１の左側から見た昇降体８、支持手段９および第２変位量検出手段１１付近の側面図である。図１および図２をも参照して、前記当接部材７は、直円筒状の筒部２５と、筒部２５の軸線方向一端部に連なって半径方向外方に延びるフランジ部２６とを有する。筒部２５には、ドリル２の本体が挿入される直円柱状の第１挿入孔２７が形成され、フランジ部２６には、ドリル２の皿取り切刃部が挿入される円錐台状の第２挿入孔２８が形成される。
【００２８】
前記昇降体８は、中央に当接部材７の筒部２５が挿入され、厚み方向（図１および図４の上下方向）に貫通する筒部挿入孔２９が形成される偏平な直円柱状の支持部材３１と、支持部材３１の外周に装着され、支持部材３１が嵌まり込む下嵌合孔３２および当接部材７のフランジ部２６が嵌まり込む上嵌合孔３３が同心円状に形成される外枠部材３４と、外枠部材３４上に上載され、中央にドリル２のシャンク部が遊通し上嵌合孔３３よりも小径の遊通孔３５が形成される円環板状の押さえ部材３６と、前記当接部材７の筒部２５の下端部付近が緩やかな状態で嵌まり込む凹所３７を有し、支持部材３１が複数のボルト３８によって着脱可能な状態で同軸に固定される摺動部材３９とを含む。
【００２９】
外枠部材３４の下嵌合孔３２の周囲には、前記下嵌合孔３２に連通する３以上の複数の下ねじ孔６０が周方向に等間隔をあけて形成される。各下ねじ孔６０のうちの３以上の複数箇所には、第１ロックボルト６１が螺着される。螺着された各第１ロックボルト６１の先端部は、下嵌合孔３２に嵌合する前記支持部材３１の外周面を押圧し、外枠部材３４の軸線が支持部材３１の軸線に一致するように、正確に位置決めして、外枠部材３４が支持部材３１に固定される。
【００３０】
このように外枠部材３４は、第１ロックボルト６１によって支持部材３１に固定されるので、第１ロックボルト６１を緩めて、形状の異なる他の支持部材と容易に交換することができる。また、外枠部材３４は、３以上の複数の第１ロックボルト６１によって支持部材３１に固定されるので、外枠部材３４を支持部材３１に対して、正確かつ確実に同軸に位置決めすることができる。
【００３１】
また、前記外枠部材３１の上嵌合孔３３の周囲には、前記上嵌合孔３３に連通する３以上の複数の上ねじ孔６３が周方向に等間隔をあけて形成される。各上ねじ孔６３のうちの３以上の複数箇所には、第２ロックボルト６４が螺着される。螺着された各第２ロックボルト６４の先端部は、上嵌合孔３３に嵌合する前記当接部材７のフランジ部２６の外周面を押圧し、当接部材７の軸線が前記外枠部材３４の軸線に一致するように、正確に位置決めして、当接部材７が外枠部材３４に固定される。
【００３２】
このように当接部材７は、第２ロックボルト６４によって外枠部材３１に固定されるので、第２ロックボルト６４を緩めて、形状の異なる他の当接部材と容易に交換することができる。また、当接部材７は、３以上の複数の第２ロックボルト６４によって外枠部材３４に固定されるので、当接部材７を外枠部材３４に対して、正確かつ確実に同軸に位置決めすることができる。
【００３３】
摺動部材３９は、前記凹所３７が形成される直円筒状の摺動部４０と、摺動部４０の前記支持部材３１が固定される側とは反対側の軸線方向他端部から半径方向外方に突出して一体的に形成される円板状の当接部４１とを有する。当接部４１は、その軸線方向一端部側に臨む円環状の上面４２と、下方に臨む下面４３とを有し、これらの上面４２および下面４３は、前記摺動部４０の軸線に垂直である。
【００３４】
前記支持手段９は、上記の摺動部材３９を軸線方向に変位自在に案内する案内部材４６と、摺動部材３９に装着されるばね手段４７と、案内部材４６を基台６上で支持する支持脚４８とを有する。案内部材４６は、前記摺動部４０が軸線方向に摺動自在に挿入される直円筒状の案内筒部５０と、この案内筒部５０の図１および図４において上方の軸線方向一端部から半径方向外方に連なって延びるフランジ部５１とを有する。案内筒部５０の下方に臨む軸線方向他端部には、その軸線に垂直な円環状の下端面５２が形成され、この下端面５２には前記上面４２が下方から全面にわたって当接する。
【００３５】
前記ばね手段４７は、圧縮コイルばね７０によって実現される。この圧縮コイルばね７０の上端部である軸線方向一端部は、支持部材３１に下方から弾発的に当接し、圧縮コイルばね７０の下端部である軸線方向他端部は、案内部材４６のフランジ部５１に上方から弾発的に当接して支持される。前記支持脚４８は、図２に示されるように平面形状が矩形の偏平な連結板７１と、上端部が連結板７１の両測部にそれぞれ固定される一対の脚部７２ａ，７２ｂと、各脚部７２ａ，７２ｂの下端部がそれぞれ固定され、基台６に相互に平行に固定される一対の取付け片７３ａ，７３ｂとを含む。
【００３６】
前記第２変位量検出手段１１は、基台６にボルト６６によって固定される取付ブロック６７と、取付ブロック６７の上部に基端部がボルト６８（図１参照）によって固定される取付基板６９と、取付基板６９の遊端部に取付けられる第２変位量検出器７４とを含む。
【００３７】
第２変位量検出器７４は、前述した第１変位量検出器２０と同様な渦電流式変位センサによって実現される。この第２変位量検出器７４の直上に配置される前記摺動部材３９は、鉄などの強磁性材料から成る。摺動部材３９と第２変位量検出器７４とは、前記ドリル２の軸線上に同軸に配置されて相互に対向し、摺動部材３９の下面４３および第２変位量検出器７４の上面４４間の前記軸線方向の距離Ｌｂを検出する。これらの変位量検出器２０，７４の各出力、すなわち変位の各検出値Ｌａ１，Ｌｂ１は、前記取付け位置演算手段１２に入力され、差ΔＬが求められる。この差ΔＬは、後述の図５に示されるエンドエフェクタ制御装置８５の中央演算処理装置（略称ＣＰＵ、図示せず）に入力され、予め教示されているドリル座標値が補正される。
【００３８】
図５は、工具取付位置の測定装置１を備えるロボット穿孔装置を示す斜視図である。工場内の作業ステージ８０上には、安全柵８１によって作業空間８２が確保され、この作業空間８２内には、前記穿孔用エンドエフェクタ５と、ワークＷを保持する治具８４とが設けられる。安全柵８１の外側には、上記の取付け位置演算手段１２を含むエンドエフェクタ制御装置８５と、穿孔用エンドエフェクタ５がアーム４の先端部に連結される多関節ロボット３の動作を制御するロボットコントローラ８６とが設けられる。
【００３９】
図６は、図５に示される多関節ロボットのエンドエフェクタ５を示す側面図である。前記多関節ロボット３のアーム４の先端部には、前記ドリル２が装着された前記エンドエフェクタ５が設けられる。このエンドエフェクタ５は、前記アーム４の先端部の手首９０に連結され、この手首９０の回転軸線９１まわりに回転駆動される。手首９０は、前記回転軸線９１に垂直な軸９２まわりに角変位し、前記ロボットコントローラ８８からの指令によって予め教示された位置に移動し、ドリル２によってワークＷの所定位置に穿孔して、所定皿取り深さのボルト孔を形成することができるように構成される。
【００４０】
前記穿孔用エンドエフェクタ５は、ドリル２を前記回転軸線９１に平行なドリル回転軸線９３まわりに回転駆動するモータ９４と、ドリル２を前記モータ９４とともに前記ドリル回転軸線９３と平行に前進および後退させるためのボールねじ機構９５とを備える。モータ９４およびボールねじ機構９５は、前記エンドエフェクタ制御装置８５によって、前記ロボットコントローラ８８からの制御指令に同期して制御される。
【００４１】
ドリル２の位置測定動作が開始されるにあたっては、まず、基準のドリルを装着してテストピースに試し加工し、その皿深さが要求値であることを確認したときの距離を基準値Ｌａ０とし、また第２変位量検出器７４によって検出される距離を基準値Ｌｂ０とし、取付位置演算手段１２に記憶させる。
【００４２】
次に、エンドエフェクタ制御装置８５からの前進動作指令によってエンドエフェクタ５が測定装置１の直上から測定装置１に近接する方向に移動を開始すると、第１変位量検出器２０による検出距離Ｌａ１は減少しだすが、ドリル２が当接部材７に当接していないため、第２変位量検出器７４の検出距離Ｌｂ１は未だ変化しない。
【００４３】
エンドエフェクタ５は、さらに下方（図１の下方）に移動して測定装置１に徐々に近接し、やがてドリル２が当接部材７に当接する。このドリル２が当接部材７へ当接した状態とは、ドリル２の皿取り用切刃が当接部材７の円錐台状の皿取り面に当接した状態である。エンドエフェクタ５の下方への移動を停止すると、第１変位量検出器２０の検出値は距離Ｌａ１を維持し、第２変位量検出器７４の検出値は距離Ｌｂ１を維持する。
【００４４】
このような第１および第２変位量検出器２０，７４の各検出距離Ｌａ１，Ｌｂ１と、前記取付位置演算手段１２に記憶される各基準値Ｌａ０，Ｌｂ０とに基づいて、取付位置演算手段１２は、次式、
ΔＬ＝（Ｌａ１−Ｌａ０）−（Ｌｂ１−Ｌｂ０）
によって、基準値Ｌａ０，Ｌｂ０と変化値Ｌａ１，Ｌｂ１との差ΔＬを計算し、ドリル２の基準位置に対する現状取付け位置をずれ量として求めることができる。
【００４５】
こうして求められた値ΔＬは、ロボット座標系またはエンドエフェクタ座標系に関して予め教示されている穿孔深さに対する誤差であるので、この差ΔＬをエンドエフェクタ制御装置８５に既に設定されている皿取り深さに対して補正することによって、解消することができる。
【００４６】
以上のように本実施の形態によれば、基台６にドリル２が当接する当接部材７が支持手段９によって弾発的に支持され、かつ第１および第２変位量検出手段１０，１１が設けられるので、第１変位量検出手段１０によってエンドエフェクタ５の前記ドリル２が当接する方向への変位量Ｌａを検出し、第２変位量検出手段１１によって記当接部材７の変位量Ｌｂを検出することができ、取付位置演算手段１２によって、エンドエフェクタ５の変位量Ｌａ（＝Ｌａ０−Ｌａ１）と、当接部材７の変位量Ｌｂ（＝Ｌｂ０−Ｌｂ１）との差ΔＬを求め、ドリル２を交換した際のドリル２の取付け位置の基準位置に対するずれを解消することができる。
【００４７】
このように多関節ロボット３を、ドリル２が当接部材７に当接するように移動させることによって、第１および第２変位量検出手段１０，１１が前記当接部材７およびエンドエフェクタ５の各距離Ｌａ１，Ｌｂ１をそれぞれ検出し、これらの距離Ｌａ１，Ｌｂ１と、各基準値Ｌａ０，Ｌｂ０とに基づいて、各変位量Ｌａ，Ｌｂの差ΔＬを求めてドリル２の移動量を修正することができるので、前記従来の技術のように、ドリルを交換するたびにテストピースを穿孔して、このテストピースに形成された孔の皿深さを計測し、その計測値が公差の範囲内であれば、実際の穿孔作業を開始し、公差の範囲を超えたときには、補正値を入力して、ドリルの取付け位置に関するデータを修正する、という作業が不要となり、前記補正量の入力ミスなどに起因する作業の中断、および不良製品の発生を防止し、作業効率および歩留まりが向上される。
【００４８】
また、ドリル２は多関節ロボットのアームの先端部に設けられるエンドエフェクタ５に装着される構成であるので、取付位置演算手段１２は、エンドエフェクタ制御装置８５をハードウェア資源として利用し、当接部材７の変位量Ｌａとエンドエフェクタ５の変位量Ｌｂとの差ΔＬを求める演算処理をコンピュータプログラムとして実現し、前記ハードウェア資源によって実行することができる。
【００４９】
したがって取付位置演算手段１２を実現するために、別途にハードウェア資源を設ける必要がなく、既存のロボット制御システムを利用して、安価にかつ容易に、交換後の工具の新たな取付け位置を、エンドエフェクタ５の動作へ反映させることが可能となる。
【００５０】
さらに、ドリル２のワークＷへの穿孔によって、ドリル２の切刃の摩耗およびボルト孔形状の変更などのためにドリル２を交換しても、新たに可動部に装着されたドリルを前記当接部材７に当接させるだけで、前記新たに装着されたドリルの位置を、上記の差ΔＬに基づいて、作動装置、具体的にはエンドエフェクタ５の座標系に関して求め、短時間で新たなドリル２による穿孔作業を開始することができる。こうしてドリル２を交換しながらドリル交換に要する時間を可及的に少なくして、実質上、継続的に穿孔作業を行なうことができ、稼働率を向上し、ワークＷへの穿孔作業の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００５１】
さらに、第１および第２変位量検出手段１０，１１は渦電流式変位センサを用いることによって、各変位量Ｌａ，Ｌｂ間の差ΔＬをより高精度で求めることができ、工具の交換時に発生する工具の取付け位置の変化を、作動装置の可動部の動作に反映させ、ワークＷに対する工具による予め定める加工または操作を行なう上で、前記工具による加工位置または操作位置のずれをなくして、高精度で前記加工または操作を行なうことが可能となる。
【００５２】
上記の実施の形態では、工具であるドリル２のエンドエフェクタ５に対する軸線方向の取付け位置を測定する構成について説明したけれども、本発明の実施の他の形態では、ワークＷにボルトなどのファスナを螺着するドライバビットを、前記ドリル２に代えて、ねじ締め機によって実現されるエンドエフェクタ５に装着して用いるようにしてもよい。
【００５３】
このような構成によって、ドライバビットのファスナへの掛合部のサイズまたは形状の変更などのために、前記ドライバビットをエンドエフェクタ５に対して交換しても、新たにエンドエフェクタ５に装着されたドライバビットを前記当接部材７に当接させるだけで、前記新たに装着されたドライバビットの位置を、上記の差ΔＬに基づいて、作動装置である前記エンドエフェクタ５の座標系に関して求め、短時間で新たなドライバビットによるねじ締め作業を開始することができる。こうしてドライバビットを交換しながらドライバビット交換に要する時間を可及的に少なくして、実質上、継続的にねじ締め作業を行なうことができ、多関節ロボット３の稼働率を向上し、ワークＷへのねじ締め作業の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、可動部を、工具が当接部材に当接するように移動させることによって、第１および第２変位量検出手段が前記当接部材および可動部の各変位を各距離Ｌａ１，Ｌｂ１としてそれぞれ検出し、これらの距離Ｌａ１，Ｌｂ１から基準値Ｌａ０，Ｌｂ０を差し引いた値、すなわち各変位量Ｌａ，Ｌｂの差ΔＬを、前記取付け位置演算手段が演算して求めるように構成されるので、前記従来の技術のように、テストピースを穿孔して、このテストピースに形成された孔の皿深さを計測し、その計測値が公差の範囲内であれば、実際の穿孔作業を開始し、公差の範囲を超えたときには、補正値を入力して、ドリルの取付け位置に関するデータを修正する、という作業が不要となり、前記補正量の入力ミスなどに起因する作業の中断、および不良製品の発生を防止し、作業効率および歩留まりを向上することができる。
【００５５】
請求項２記載の本発明によれば、前記可動部が多関節ロボットのアームの先端部に設けられるエンドエフェクタであるので、取付け位置演算手段は、エンドエフェクタの動作を制御するエンドエフェクタ制御装置をハードウェア資源として利用し、当接部材の変位量Ｌａ（＝Ｌａ１−Ｌａ０）と可動部の変位量Ｌｂ（＝Ｌｂ１−Ｌｂ０）との差ΔＬを求める演算処理をコンピュータプログラムとして実現し、前記ハードウェア資源によって実行することができる。したがって取付け位置演算手段を実現するために、別途にハードウェア資源を設ける必要がなく、既存のロボット制御システムを利用して、安価にかつ容易に、交換後の工具の新たな取付け位置を、エンドエフェクタの動作へ反映させることが可能となる。
【００５６】
請求項３記載の本発明によれば、前記工具がドリルであるので、可動部を移動させてワークの複数箇所にドリルによって穿孔することができる。このようなドリルのワークへの穿孔によって、ドリルの刃先の摩耗およびサイズの変更などのためにドリルを交換しても、新たに可動部に装着されたドリルを前記当接部材に当接させるだけで、前記新たに装着されたドリルの位置を、上記の差ΔＬに基づいて、作動装置、具体的にはエンドエフェクタの座標系に関して求め、短時間で新たなドリルによる穿孔作業を開始することができる。こうしてドリルを交換しながらドリル交換の要する時間を可及的に少なくして、実質上、継続的に穿孔作業を行なうことができ、稼働率を向上し、ワークへの穿孔作業の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００５７】
請求項４記載の本発明によれば、前記工具がドライバビットであるので、可動部を移動させてワークの複数箇所にドライバビットによってねじ締め作業を行なうことができる。このようなドライバビットのワークへのねじ締め作業において、ドライバビットのボルト頭部への掛合部のサイズまたは形状の変更などのために前記ドライバビットを交換しても、新たに可動部に装着されたドライバビットを前記当接部材に当接させるだけで、前記新たに装着されたドライバビットの位置を、上記の差ΔＬに基づいて、作動装置、具体的には多関節ロボットの座標系に関して求め、短時間で新たなドライバビットによるねじ締め作業を開始することができる。こうしてドライバビットを交換しながらドライバビット交換に要する時間を可及的に少なくして、実質上、継続的にねじ締め作業を行なうことができ、稼働率を向上し、ワークへのねじ締め作業の効率を格段に向上させることが可能となる。
【００５８】
請求項５記載の本発明によれば、前記第１および第２変位量検出手段として渦電流式変位センサが用いられるので、発振周波数を高くとることができ、発振回路の容量成分が小さいので、応答性が高く、前記工具の可動部に対する変位量が微小であっても、高感度で各距離Ｌａ１、Ｌｂ１を検出することができる。したがって取付け位置演算手段は、前記渦電流式変位センサによって検出された各変位量Ｌａ，Ｌｂ間の差ΔＬをより高精度で求めることができ、工具の交換時に発生する工具の取付け位置の変化を、作動装置の可動部の動作に反映させ、ワークに対する工具による予め定める加工または操作を行なう上で、前記工具による加工位置または操作位置のずれをなくして、高精度で前記加工または操作を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の工具取付位置の測定装置１を示す図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た断面図である。
【図２】図２は図１の上方から見た平面図である。
【図３】図１の左側から見た第１変位量検出手段１０の側面図である。
【図４】図１の左側から見た昇降体８、支持手段９および第２変位量検出手段１１付近の側面図である。
【図５】工具取付位置の測定装置１を備えるロボット穿孔装置を示す斜視図である。
【図６】図５に示される多関節ロボットのエンドエフェクタ５を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 工具取付位置の測定装置
２ ドリル
３ 多関節ロボット
４ アーム
５ エンドエフェクタ
６ 基台
７ 当接部材
８ 昇降体
９ 支持手段
１０ 第１変位量検出手段
１１ 第２変位量検出手段
１２ 取付位置演算手段
２０，７４ 変位量検出器
２１ アーム
２２ ターゲット
３１ 支持部材
３９ 摺動部材
４７ ばね手段
４８ 支持脚
８５ エンドエフェクタ制御装置
８６ ロボットコントローラ

Claims (5)

1. ワークへの予め定める加工または作業に用いられる工具２を、作動装置の可動部５に着脱可能に設け、この工具２の前記可動部５に対する取付け位置を測定する工具取付位置の測定装置であって、
   基台６と、
   可動部５に装着された工具２が当接する当接部材７と、
   当接部材７を、基台６上で弾発的に支持する支持手段９と、
   基台６に設けられ、可動部５に対する前記工具２が当接する方向の距離Ｌａ１を検出する第１変位量検出手段１０と、
   基台６の設けられ、当接部材７に対する前記工具２が当接する方向の距離Ｌｂ１を検出する第２変位量検出手段１１と、
   第１変位量検出手段１０によって検出された距離Ｌａ１に対する基準値Ｌａ０と、第２変位量検出手段１１によって検出された距離Ｌｂ１に対する基準値Ｌｂ０とが記憶され、これらの基準値Ｌａ０，Ｌｂ０と各距離Ｌａ１，Ｌｂ１との差ΔＬを次式、
   ΔＬ＝（Ｌａ１−Ｌａ０）−（Ｌｂ１−Ｌｂ０）
   によって求める取付け位置演算手段１２とを含むことを特徴とする工具取付位置の測定装置。
2. 前記可動部５は、多関節ロボットのアーム６の先端部に設けられるエンドエフェクタであることを特徴とする請求項１記載の工具取付位置の測定装置。
3. 前記工具２は、ドリルであることを特徴とする請求項１または２記載の工具取付位置の測定装置。
4. 前記工具２は、ドライバビットであることを特徴とする請求項１または２記載の工具取付位置の測定装置。
5. 第１および第２変位量検出手段１０，１１は、渦電流式変位センサであることを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載の工具取付位置の測定装置。

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