JP5526375B2 - 3D measurement system and 3D measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットによって非接触式の三次元計測器を移動させて、ワーク上の座標及び形状寸法を計測する三次元計測システム及び三次元計測方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measurement system and a three-dimensional measurement method for measuring coordinates and shape dimensions on a workpiece by moving a non-contact type three-dimensional measuring instrument by a robot.
汎用ロボットに非接触式の計測センサを取り付けて測定対象の座標及び形状寸法を計測する三次元計測システムが知られている。
測定対象の座標及び形状寸法を計測する際に多数の点を計測するため、ロボットの移動指令値であるスキャンパス情報に基づいてロボットを移動させるが、スキャンパス情報に基づいたロボットの座標と実際のロボットの位置（以下、実測値と呼ぶ。）とにズレが生じる場合がある。従来、ロボットの座標と実測値との差分をロボット補正モデル等として求め、ズレを補正することが行われている。
There is known a three-dimensional measurement system that attaches a non-contact type measurement sensor to a general-purpose robot and measures coordinates and shape dimensions of a measurement target.
In order to measure a large number of points when measuring the coordinates and shape dimensions of the measurement object, the robot is moved based on the scan path information that is the robot movement command value. There may be a deviation in the position of the robot (hereinafter referred to as an actual measurement value). Conventionally, a difference between a robot coordinate and an actual measurement value is obtained as a robot correction model or the like to correct a deviation.
図７は従来の三次元計測システム１００の概略図である。三次元計測システム１００は、ロボット１１０と、ロボット１１０の可動アーム１１１に取り付けられた三次元計測器１２０と、ロボット１１０を駆動制御するロボット制御装置１３０と、三次元計測器１２０からの三次元計測座標データを処理するデータ処理装置１４０と、ロボット１１０の実測データを計測するロボット計測装置１５０と、を備えている。 FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional three-dimensional measurement system 100. The three-dimensional measurement system 100 includes a robot 110, a three-dimensional measurement device 120 attached to the movable arm 111 of the robot 110, a robot control device 130 that drives and controls the robot 110, and a three-dimensional measurement from the three-dimensional measurement device 120. A data processing device 140 that processes coordinate data and a robot measurement device 150 that measures actual measurement data of the robot 110 are provided.
従来の三次元計測システム１００では、ロボット１１０を制御するためのスキャンパス情報に基づいたロボット座標と、実際のロボットの位置とのズレを解消するために、ズレの大きさに応じてロボット座標を補正することが行われている。計測対象を計測する際に、ロボット座標を補正できるよう、事前に補正モデルが作成される。この補正モデルは、準備段階でロボットを適当に動かした挙動に基づいて作成され、計測対象の計測時にロボット制御装置１３０からロボット１１０へ出力されるロボット座標のデータを補正するための補正値である。この補正モデルを計測時に利用することで、スキャンパス情報に基づいたロボット１１０の座標と、実際のロボット１１０の位置とを同期させることができる。 In the conventional three-dimensional measurement system 100, in order to eliminate the deviation between the robot coordinates based on the scan path information for controlling the robot 110 and the actual robot position, the robot coordinates are set according to the magnitude of the deviation. Corrections have been made. A correction model is created in advance so that the robot coordinates can be corrected when measuring the measurement target. This correction model is a correction value that is created based on the behavior in which the robot is appropriately moved in the preparation stage, and corrects the robot coordinate data that is output from the robot controller 130 to the robot 110 during measurement of the measurement target. . By using this correction model at the time of measurement, the coordinates of the robot 110 based on the scan path information and the actual position of the robot 110 can be synchronized.
移動指令値ベースのロボット座標と、実際のロボットの測定位置とのズレを解消するために、ズレの大きさに応じてロボット座標を補正する計測システムが特許文献１に開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a measurement system that corrects robot coordinates in accordance with the amount of deviation in order to eliminate the deviation between the movement command value-based robot coordinates and the actual measurement position of the robot.
特許文献１に開示されている計測システムによれば、ロボットの座標を補正することができるが、計測対象をスキャンパス情報に則って計測するためにはロボットに支持された三次元計測器の座標系をロボット座標と同じ系に同期させることが必要である。しかし、このような同期を行う場合、三次元計測器の座標系をロボット座標と同じ座標系に同期させる際のロボット座標と計測器座標との間に方位誤差が生じる。また、三次元計測器をロボットのアームの先端に取り付ける際の製作誤差も同期に影響を与える。よって、従来の計測システムでは、三次元計測器の座標系をロボット座標に同期させると、計測器座標系とロボット座標との間の誤差が三次元計測器の計測値に影響をもたらす虞がある。また、誤差を解消するためには、予めロボットを適当に動かして、補正モデルを作成しておくことが必要である。 According to the measurement system disclosed in Patent Document 1, the coordinates of the robot can be corrected. However, in order to measure the measurement target according to the scan path information, the coordinates of the three-dimensional measuring instrument supported by the robot are used. It is necessary to synchronize the system to the same system as the robot coordinates. However, when such synchronization is performed, an azimuth error occurs between the robot coordinates and the measuring instrument coordinates when the coordinate system of the three-dimensional measuring instrument is synchronized with the same coordinate system as the robot coordinates. In addition, manufacturing errors when attaching a three-dimensional measuring instrument to the tip of a robot arm also affect synchronization. Therefore, in the conventional measurement system, when the coordinate system of the three-dimensional measuring device is synchronized with the robot coordinate, an error between the measuring device coordinate system and the robot coordinate may affect the measurement value of the three-dimensional measuring device. . In order to eliminate the error, it is necessary to prepare a correction model by appropriately moving the robot in advance.
そこで、本発明は、ロボットの座標に依存しない、また座標系の補正モデルを必要としない三次元計測システム及び三次元計測方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement system and a three-dimensional measurement method that do not depend on the coordinates of a robot and do not require a correction model of a coordinate system.
上記目的を達成するために、本発明は、計測対象の位置及び形状寸法を計測する三次元計測器と、この三次元計測器を移動させるロボットと、ロボットを駆動制御するロボット制御装置と、を備えた三次元計測システムであって、ロボットのアーム先端に固定され三次元計測器を支持したベースプレートと、ベースプレートに固定された三次元計測器の傾きを計測するロボット計測装置と、以下の処理（Ａ１）〜（Ａ４）を順に行うデータ処理装置と、を備えていることを特徴としている。
（Ａ１） 三次元計測器によって予め計測されたマスターの測定箇所と、三次元計測器によって計測されたワークの測定箇所との位置ズレ量Ｄを算出。
（Ａ２） 三次元計測器のマスター測定時のワールド座標に対する傾きを表すベクトルＰをロボット計測装置の計測値より算出。
（Ａ３） （Ａ１）の位置ズレ量Ｄを（Ａ２）のベクトルＰに乗じて、マスターの測定箇所からワークの測定箇所までのベクトルＰSを算出。
（Ａ４） ロボット計測装置で計測したマスターの測定箇所の座標と（Ａ３）のベクトルＰSとに基づいて、ワールド座標系でのワークの測定箇所の座標及びワークの形状寸法を算出。
In order to achieve the above object, the present invention includes a three-dimensional measuring instrument that measures the position and shape of a measurement target, a robot that moves the three-dimensional measuring instrument, and a robot control device that drives and controls the robot. 3D measurement system equipped with a base plate fixed to the robot arm tip and supporting the 3D measurement device, a robot measurement device for measuring the inclination of the 3D measurement device fixed to the base plate, and the following processing ( And a data processing device that sequentially performs A1) to (A4).
(A1) A positional deviation amount D between the measurement point of the master measured in advance by the three-dimensional measuring instrument and the measurement point of the workpiece measured by the three-dimensional measuring instrument is calculated.
(A2) A vector P representing the inclination with respect to the world coordinates at the time of the master measurement of the three-dimensional measuring device is calculated from the measured value of the robot measuring device.
(A3) The vector P S from the measurement point of the master to the measurement point of the workpiece is calculated by multiplying the positional deviation amount D of (A1) by the vector P of (A2).
(A4) on the basis of the vector P S of the coordinates of the measuring points of the master measured by the robot measuring system (A3), calculates the geometry of the coordinates and the workpiece measurement point of the work in the world coordinate system.
さらに、上記目的を達成するために、本発明は、計測対象の座標及び形状寸法を計測する三次元計測方法であって、計測対象に対する計測の基準となる主情報を作成する準備工程と、主情報と三次元計測器によって計測されたワークの情報とに基づいて、計測対象の座標を算出する実測工程と、を含み、主情報は、ワールド座標系でのマスターの測定箇所の座標及び三次元計測器の傾きを示す情報であり、マスターの計測時と計測対象の計測時とにおける三次元計測器の傾きが同じと取り扱い、準備工程は、ロボット計測装置によってマスターの計測箇所の座標を計測する第１工程と、三次元計測器によってマスターの計測箇所を計測する第２工程と、ロボット計測装置によって三次元計測器の傾き具合を示すベクトルＰを算出する第３工程と、を含み、実測工程は、三次元計測器によって計測対象の計測箇所を計測する第４工程と、データ処理装置によって、第２工程で得た計測情報と第４工程得た計測情報とに基づいてマスターに対する計測対象のずれ量を表すベクトルＶを算出する第５工程と、データ処理装置によって、第５工程で算出したベクトルＶを第３工程で算出したベクトルＰに基づいてワールド座標系のベクトルＶ″に変換する第６工程と、データ処理装置によって、第６工程で算出したベクトルＶ″と第１工程で計測した座標に基づいて、ワールド座標系での計測対象の座標を算出する第７工程と、を含むことを特徴としている。 Furthermore, in order to achieve the above object, the present invention provides a three-dimensional measurement method for measuring coordinates and shape dimensions of a measurement object, including a preparation step for creating main information that is a measurement reference for the measurement object, A measurement process for calculating the coordinates of the measurement object based on the information and the information of the workpiece measured by the three-dimensional measuring instrument, and the main information is the coordinates of the measurement point of the master in the world coordinate system and the three-dimensional It is information indicating the tilt of the measuring instrument , and it is handled that the tilt of the three-dimensional measuring instrument is the same at the time of measurement of the master and at the time of measurement of the measurement target, and in the preparation process, the coordinates of the measurement point of the master are measured by the robot measuring device A first step, a second step of measuring a measurement point of the master by the three-dimensional measuring instrument, and a third step of calculating a vector P indicating the inclination of the three-dimensional measuring instrument by the robot measuring device Includes, found step includes a fourth step of measuring the measurement point of the measurement object by the three-dimensional measuring instrument, by the data processing apparatus, based on the measurement information and the measurement information obtained fourth step obtained in the second step A vector V in the world coordinate system based on the vector P calculated in the third step by the vector processing V calculated in the fifth step by the fifth step of calculating the vector V representing the deviation amount of the measurement object with respect to the master. A sixth step of converting to V ″, and a seventh step of calculating the coordinates of the measurement target in the world coordinate system based on the vector V ″ calculated in the sixth step and the coordinates measured in the first step by the data processing device. And a process.
本発明によれば、従来の三次元計測システムで行われているばらつき誤差が大きい処理、具体的にはロボットのアーム先端部に取り付けられたセンサ系の座標をワールド座標系に合わせる処理に代えて、マスターの絶対位置計測と準備段階で計測したセンサの傾き具合とに基づいて、ワークＷPの穴ＷHの中心座標PWCや半径を算出することができるので、センサの計測精度を従来技術に比べて向上させることができる。 According to the present invention, instead of a process with a large variation error, which is performed in a conventional three-dimensional measurement system, specifically, a process of matching the coordinates of a sensor system attached to the tip of an arm of a robot with a world coordinate system. , based on the inclination degree of the sensor measured in preparation and absolute position measurement of the master, it is possible to calculate the center coordinates P WC and radius of the hole W H of workpiece W P, the measurement accuracy of the sensor prior art It can be improved compared to
以下、下記の項目の順に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
１．概要
２．構成
３−１．準備工程
３−２．実測工程
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments in the order of the following items.
1. Overview 2. Configuration 3-1. Preparation process 3-2. Actual measurement process
１．概要
本実施形態では、製造ライン上を搬送されてくる車両ボディのパネル（以下、ワークＷPと呼ぶ。）に関して、図１に示すワークＷPに形成された穴ＷHの中心座標ＰWCや半径を計測する。本実施形態では、準備工程において計測対象の車両に対して参考となる車両をマスターとして取り扱い、マスター車両の特定箇所のパネルの座標や寸法の計測の基準となる主情報を作成し、実測工程では主情報を利用して各ワークの穴の位置や大きさを容易に計測できるように構成されている。
1. Overview embodiment, the panel of the vehicle body being conveyed on the production line (hereinafter, referred to as a workpiece W P.) With respect to, Ya center coordinates P WC hole W H formed in the workpiece W P shown in FIG. 1 Measure the radius. In this embodiment, the reference vehicle for the vehicle to be measured in the preparation process is handled as a master, and main information serving as a reference for measuring the coordinates and dimensions of the panel at a specific location of the master vehicle is created. The main information is used so that the position and size of the hole of each workpiece can be easily measured.
２．構成
三次元計測システム１は、図２に示すように、ロボット１０と、三次元計測器２０と、ロボット制御装置３０と、ロボット計測装置４０と、データ処理装置５０と、を備えている。
2. Configuration As shown in FIG. 2, the three-dimensional measurement system 1 includes a robot 10, a three-dimensional measurement device 20, a robot control device 30, a robot measurement device 40, and a data processing device 50.
ロボット１０は多関節のアーム１１を備え、各関節部１２に備えられたモータを駆動してアーム先端部を移動させる。このアーム先端部には三次元計測器２０が設けられている。 The robot 10 includes a multi-joint arm 11 and drives a motor provided in each joint portion 12 to move the tip of the arm. A three-dimensional measuring instrument 20 is provided at the tip of the arm.
三次元計測器２０は、レーザー照射とその反射光とによってワークＷPの計測箇所の位置と形状を計測する。この三次元計測器２０は、図１に示すように、ベースプレート６０に固定されている。このベースプレート６０の広い面（以下、第１面６１と呼ぶ。）に三次元計測器２０が固定されている。 Three-dimensional measuring instrument 20 measures the position and shape of the measurement points of the workpiece W P by laser irradiation and its reflected light. As shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring instrument 20 is fixed to a base plate 60. The three-dimensional measuring instrument 20 is fixed to a wide surface of the base plate 60 (hereinafter referred to as the first surface 61).
第１面６１と、この第１面６１に隣接する第２面６２と、第１面６１と第２面６２とにそれぞれ隣接する第３面６３とは、それぞれ法線成分が直交する。ベースプレート６０は、アーム先端に固定されている。 The normal components of the first surface 61, the second surface 62 adjacent to the first surface 61, and the third surface 63 adjacent to the first surface 61 and the second surface 62 are orthogonal to each other. The base plate 60 is fixed to the arm tip.
第１面６１に固定された三次元計測器２０がワークＷP（図１参照）を臨むように、後述のロボット制御装置３０によってロボット１０が制御されて、三次元計測器２０がワークＷPを計測する位置に移動する。そこで、三次元計測器２０からレーザーが照射され、ワークＷPの計測箇所の位置と形状寸法が計測される。 As the three-dimensional measuring device 20 which is fixed on the first surface 61 facing the workpiece W P (see FIG. 1), the robot 10 is controlled by the robot controller 30 will be described later, the three-dimensional measuring device 20 and a work W P Move to the position to measure. Therefore, the laser from the three-dimensional measuring instrument 20 is irradiated, the position and geometry of the measurement point of the work W P is measured.
ロボット制御装置３０は、ロボット１０を駆動制御する。予め作成されたスキャンパス情報に基づいてロボット１０を駆動してアーム先端部の三次元計測器２０を移動させる。 The robot control device 30 drives and controls the robot 10. Based on the scan path information created in advance, the robot 10 is driven to move the three-dimensional measuring device 20 at the tip of the arm.
ロボット計測装置４０は、アーム先端部に固定されたベースプレート６０の位置を計測する。具体的には、ベースプレート６０の第１面６１，第２面６２，第３面６３を計測する。ロボット計測装置４０は、接触式の計測装置であり、図示を省略した触針を第１面６１、第２面６２、第３面６３に当接させて、各面６１，６２，６３の座標を測定する。例えば、ロボット計測装置４０として、東京貿易テクノシステム株式会社製のベクトロンを利用することができる。なお、第１面６１、第２面６２、第３面６３の計測箇所は予め決められており、例えば触針を当てる位置にマークが付されている。なお、ロボット計測装置４０で計測される座標は、ワールド座標系で表される。 The robot measurement device 40 measures the position of the base plate 60 fixed to the arm tip. Specifically, the first surface 61, the second surface 62, and the third surface 63 of the base plate 60 are measured. The robot measuring device 40 is a contact-type measuring device, and a stylus (not shown) is brought into contact with the first surface 61, the second surface 62, and the third surface 63 to coordinate the surfaces 61, 62, and 63. Measure. For example, as the robot measurement device 40, a Vectron manufactured by Tokyo Trading Techno System Co., Ltd. can be used. In addition, the measurement location of the 1st surface 61, the 2nd surface 62, and the 3rd surface 63 is decided beforehand, for example, the mark is attached | subjected to the position which touches a stylus. Note that the coordinates measured by the robot measurement device 40 are expressed in the world coordinate system.
データ処理装置５０は、三次元計測器２０からの情報やロボット計測装置４０からの参照情報に基づいてデータ処理する。このデータ処理として、準備工程で参照情報を作成し、実測工程では参照情報と三次元計測器２０からの情報とに基づいてワークＷの穴Ｗ１の中心座標や半径を求める。
以下、準備工程と実測工程とについて説明する。
The data processing device 50 performs data processing based on information from the three-dimensional measuring device 20 and reference information from the robot measuring device 40. As this data processing, reference information is created in the preparation step, and in the actual measurement step, the center coordinates and radius of the hole W1 of the workpiece W are obtained based on the reference information and information from the three-dimensional measuring instrument 20.
Hereinafter, the preparation process and the actual measurement process will be described.
３−１．準備工程
図３は本発明の実施形態に係る三次元計測システム１の準備工程図を示している。
準備工程では、ステップＳ１１で、計測の基準となる図４に示すマスターパネルＭPに形成された穴ＭHの中心座標ＰMCを計測する。例えば、マスターとなる車両のパネルの特定の箇所を計測する。具体的には、ロボット計測装置４０であるベクトロンの触針をマスターパネルＭPの穴ＭHに当てて、当該穴ＭHの中心座標ＰMC、半径を計測する。ロボット計測装置４０の座標はワールド座標系と同期しており、触針を計測箇所に当てることで、当該計測箇所の座標が求められる。また、穴ＭHを形作る縁を複数個所測定し、それらの座標から穴ＭHの半径と中心座標ＰMCとをデータ処理装置５０が算出する。このようにして得た、マスターパネルＭPの穴ＭHの中心座標ＰMCや穴ＭHの半径が、主情報として、データ処理装置の記憶部に格納される。
3-1. Preparation Step FIG. 3 shows a preparation step diagram of the three-dimensional measurement system 1 according to the embodiment of the present invention.
The preparation process, in step S11, to measure the center coordinates P MC hole M H formed on the master panel M P shown in FIG. 4 as a reference of measurement. For example, a specific part of the panel of the vehicle serving as a master is measured. Specifically, by applying a probe of Vectoron a robot measuring device 40 into the hole M H of the master panel M P, the center coordinates P MC of the holes M H, to measure the radius. The coordinates of the robot measurement device 40 are synchronized with the world coordinate system, and the coordinates of the measurement location are obtained by applying the stylus to the measurement location. Also, the edge forming the hole M H measured a plurality of locations, the radius and center coordinates P MC and the data processing apparatus 50 to those coordinates from the hole M H is calculated. Thus obtained, the radius of the center coordinates P MC and holes M H of the holes M H of the master panel M P is, as the main information, are stored in the storage unit of the data processing apparatus.
さらに、ステップＳ１２で、三次元計測器２０によってマスターパネルＭPを計測する。ロボット制御装置３０は、スキャンパス情報に基づいてベースプレート６０の第１面６１に固定された三次元計測器２０を、マスターパネルＭPの穴ＭHを臨む位置へ移動させる。以下、この位置を計測位置と呼ぶ。この計測位置で、三次元計測器２０はマスターパネルＭPの穴ＭHを計測する。データ処理装置５０は、三次元計測器２０からの情報に基づいて、マスターパネルＭPの穴ＭHなどの計測箇所の位置及び形状寸法データを格納する。 Further, in step S12, the master panel MP is measured by the three-dimensional measuring instrument 20. The robot controller 30, the three-dimensional measuring device 20 which is fixed on the first surface 61 of the base plate 60 on the basis of the scan path information, is moved to a position facing the hole M H of the master panel M P. Hereinafter, this position is referred to as a measurement position. In this measuring position, the three-dimensional measuring device 20 measures the holes M H of the master panel M P. The data processing unit 50, based on information from the three-dimensional measuring device 20, stores the location and geometry data of the measuring points, such as holes M H of the master panel M P.
次に、ステップＳ１３で、三次元計測器２０の姿勢を算出する。ロボット計測装置４０の触針をベースプレート６０の第１面６１、第２面６２、第３面６３について予め決められた計測箇所に当てて、ロボット座標系における３つの各面の法線成分Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を求める。三次元計測器２０は、その座標系がベースプレート６０の第１面６１、第２面６２、第３面６３に一致するように取り付けられているため、これらの法線成分Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）は三次元計測器２０の姿勢となる。これらの成分Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から成るベクトルＰは、ワールド座標系に対する三次元計測器２０の傾き具合を表す。マスターパネルＭPを計測した際の三次元計測器２０の傾き具合を表すベクトルＰも、データ処理装置５０の記憶部に主情報として格納される。 Next, in step S13, the attitude of the three-dimensional measuring instrument 20 is calculated. The stylus of the robot measurement device 40 is applied to predetermined measurement locations for the first surface 61, the second surface 62, and the third surface 63 of the base plate 60, and the normal components P1 of the three surfaces in the robot coordinate system ( x1, y1, z1), P2 (x2, y2, z2), and P3 (x3, y3, z3) are obtained. The three-dimensional measuring instrument 20 is attached so that its coordinate system coincides with the first surface 61, the second surface 62, and the third surface 63 of the base plate 60. Therefore, these normal components P1 (x1, y1, z1), P2 (x2, y2, z2), and P3 (x3, y3, z3) are postures of the three-dimensional measuring instrument 20. A vector P composed of these components P1, P2, and P3 represents the inclination of the three-dimensional measuring instrument 20 with respect to the world coordinate system. Vector P representing the inclination degree of the three-dimensional measuring instrument 20 when measured master panel M P also stored as main information in the storage unit of the data processing unit 50.
３−２．実測工程
図５は本発明の実施形態に係る三次元計測システム１の実測工程図を示している。
実測工程では、製造ライン上を搬送されてくる計測対象の各ワークＷPの穴ＷHの中心座標ＰWCと半径を計測する。
3-2. Actual Measurement Process FIG. 5 shows an actual measurement process diagram of the three-dimensional measurement system 1 according to the embodiment of the present invention.
In actual measurement step measures the center coordinates P WC and radius of the hole W H for each work W P of the target object conveyed on the production line.
先ず、ステップＳ２１で、三次元計測器２０によってワークＷPを計測する。ロボット制御装置３０は、図６に示すように、マスターパネルＭPの穴ＭHを三次元計測した計測位置へ三次元計測器２０を移動させて、ワークＷPの穴ＷHを計測する。この時、ロボットの手先の位置、姿勢、すなわち三次元計測器のワールド座標系に対する傾き具合は準備工程の時とほぼ同じとなる。データ処理装置５０は、三次元計測器２０からの情報に基づいて、計測対象の３次元形状データを格納する。 First, in step S21, to measure the workpiece W P by a three-dimensional measuring device 20. The robot controller 30, as shown in FIG. 6, by moving the three-dimensional measuring instrument 20 holes M H of the master panel M P to a three-dimensional measurement and measurement position, to measure the hole W H of workpiece W P. At this time, the position and orientation of the hand of the robot, that is, the inclination of the three-dimensional measuring instrument with respect to the world coordinate system is substantially the same as in the preparation step. The data processing device 50 stores three-dimensional shape data to be measured based on information from the three-dimensional measuring instrument 20.
ステップＳ２２で、データ処理装置は、ステップＳ２１で三次元計測器２０によってワークＷPを計測して得た三次元形状の情報とステップＳ１２で当該三次元計測器によってマスターパネルＭPを計測して得た三次元形状の情報とに基づいて、ワークＷPの穴ＷHの位置（ＸW，ＹW，ＺW）とマスターパネルＭPの穴ＭHの位置（ＸM，ＹM，ＺM）とのずれ量Ｄ（以下、差分と呼ぶ場合がある。）を算出する。ここで、ワークＷPの穴ＷHの位置とマスターパネルＭPの穴ＭHの位置との差分を示すベクトルＶは、Ｖ＝（Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′）＝（ＸM−ＸW，ＹM−ＹW，ＺM−ＺW）と表される。
ここで、このベクトルＶは、センサ座標系上のものであって、ワールド座標系ではなく、センサの方向が変わると実際にワールド座標系上でどの方向であるかは判然としない。そこで、以下のような処理を本実施形態は行う。
In step S22, the data processing unit measures the master panel M P by the three-dimensional measuring instrument in the step S21 in the three-dimensional measuring device 20 by the three-dimensional shape obtained by measuring the workpiece W P information and S12 obtained on the basis of the information of the three-dimensional shape, the position of the hole W H of workpiece W P (X W, Y W , Z W) and the position of the holes M H of the master panel M P (X M, Y M , Z M )) and a deviation amount D (hereinafter sometimes referred to as a difference) are calculated. Here, the vector V indicating the difference between the position of the holes M H position and the master panel M P of the hole W H of workpiece W P is, V = (X ', Y ', Z ') = (X M -X W, Y M -Y W, denoted Z M -Z W).
Here, this vector V is on the sensor coordinate system, not the world coordinate system, and it is not clear which direction is actually on the world coordinate system when the direction of the sensor changes. Therefore, the present embodiment performs the following processing.
ステップＳ２３で、センサ座標系上でのずれ量を表すベクトルＶをワールド座標系に変換する。具体的には、準備工程のステップＳ１３でロボット計測装置４０によって計測した三次元計測器２０の姿勢ベクトルＰを利用する。ベースプレート６０の第１面６１、第２面６２、第３面６３の各法線成分Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を利用して、ベクトルＶ＝（Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′）を座標変換する。変換後のベクトルＶのＸ成分はＸ″＝（Ｘ′×ｘ１＋Ｙ′×ｘ２＋Ｚ′×ｘ３）、Ｙ成分はＹ″＝（Ｘ′×ｙ１＋Ｙ′×ｙ２＋Ｚ′×ｙ３）、Ｚ成分はＺ″＝（Ｘ′×ｚ１＋Ｙ′×ｚ２＋Ｚ′×ｚ３）と表される。これらのベクトル成分で表される変換後のベクトルＶ″＝（Ｘ″，Ｙ″，Ｚ″）はロボット計測装置４０の座標系で差分のベクトルＶを表したものになる。
このようにして算出されたベクトルＶ″＝（Ｘ″，Ｙ″，Ｚ″）はワールド座標系上でのマスターパネルＭPの穴ＭHの中心からワークＷPの穴ＷHの中心がずれた方向と量とを表す図６に示すベクトルＰSとなる。
In step S23, the vector V representing the amount of deviation on the sensor coordinate system is converted to the world coordinate system. Specifically, the posture vector P of the three-dimensional measuring device 20 measured by the robot measuring device 40 in step S13 of the preparation process is used. The normal components P1 (x1, y1, z1), P2 (x2, y2, z2), P3 (x3, y3, z3) of the first surface 61, the second surface 62, and the third surface 63 of the base plate 60 are used. Then, the vector V = (X ′, Y ′, Z ′) is coordinate-transformed. The X component of the vector V after conversion is X ″ = (X ′ × x1 + Y ′ × x2 + Z ′ × x3), the Y component is Y ″ = (X ′ × y1 + Y ′ × y2 + Z ′ × y3), and the Z component is Z ″ =. (X ′ × z1 + Y ′ × z2 + Z ′ × z3). The converted vector V ″ = (X ″, Y ″, Z ″) represented by these vector components is the coordinate system of the robot measuring device 40. Represents the vector V of the difference.
Thus is calculated vector V "= (X", Y ", Z") is off-center of the hole W H of workpiece W P from the center of the hole M H of the master panel M P on the world coordinate system The vector P S shown in FIG.
次に、ステップＳ２４で、ステップＳ１１で計測したマスターパネルＭPの穴ＭHの座標と、ステップＳ２３で算出したベクトルＰSとに基づいて、ワークＷPの穴ＷHの中心座標ＰWCや半径を算出する。つまり、ワークＷPの穴ＷHの中心座標ＰWCは、ワークＷPの穴ＷHのマスターパネルＭPの穴ＭHに対する移動方向を表すベクトルＰSを、当初計測したワールド座標の原点OからのマスターパネルＭPの穴ＭHの絶対座標での中心座標ＰMCを示すベクトルと合算して、求められる。半径については、半径を示す２点の座標値をベクトルＰを用いて同様にワールド座標系上でのずれ量に変換して求めることができる。 Next, in step S24, and the coordinates of the holes M H of the master panel M P measured in step S11, on the basis of the vector P S calculated in step S23, Ya center coordinates P WC hole W H of workpiece W P Calculate the radius. In other words, the center coordinates P WC hole W H of workpiece W P is the origin O of the world coordinate vector P S, which was initially measured representing the moving direction with respect to the holes M H of the master panel M P of the hole W H of workpiece W P by adding up the vector indicating the center coordinates P MC in the absolute coordinate of the hole M H of the master panel M P from obtained. The radius can be obtained by converting the coordinate values of the two points indicating the radius into a shift amount on the world coordinate system in the same manner using the vector P.
このように、本実施形態に係る三次元計測システム１によれば、従来の三次元計測システムで行われているばらつき誤差が大きい処理、具体的にはロボットのアーム先端部に取り付けられたセンサ系の座標をワールド座標に毎回合わせる処理に代えて、準備段階で計測した絶対座標とセンサの傾き具合とに基づいて、ワークＷPの穴ＷHの中心座標ＰWCや半径をセンサ測定値だけを用いて算出することができるので、センサの計測精度を従来技術に比べて向上させることができる。 As described above, according to the three-dimensional measurement system 1 according to the present embodiment, a process with a large variation error performed in the conventional three-dimensional measurement system, specifically, a sensor system attached to the arm tip of the robot. instead of the coordinates to the processing to match every world coordinates, based on the inclination degree of the absolute coordinates and the sensor measured in preparation, the center coordinates P WC and radius of the hole W H of workpiece W P only sensor measurements Therefore, the measurement accuracy of the sensor can be improved as compared with the prior art.
以上説明したが、本発明は発明の趣旨を逸脱しない範囲において様々な実施形態で実施できる。
例えば、上記説明では、製造ラインを搬送されてくる各ワークの一箇所の穴を計測対象にした場合を例示したが、各ワークに複数の穴が設けられ、各穴が計測されるように本発明は構成されてもよい。
As described above, the present invention can be implemented in various embodiments without departing from the spirit of the invention.
For example, in the above description, the case where one hole of each workpiece conveyed on the production line is set as a measurement target is illustrated. However, a plurality of holes are provided in each workpiece so that each hole is measured. The invention may be configured.
また、測定箇所は、ワークの穴に限らず、突起、切り欠き、凹み、膨らみなどのパネル上の箇所であってもよい。なお、比較の対象となるマスターは、パネル状に形成されたものに限定されるものではなく、立体的に構成された構造物などであってもよい。 Further, the measurement location is not limited to the hole of the workpiece, but may be a location on the panel such as a protrusion, a notch, a dent, or a bulge. The master to be compared is not limited to the one formed in a panel shape, and may be a three-dimensional structure.
１ 三次元計測システム
１０ ロボット
２０ 三次元計測器
３０ ロボット制御装置
４０ ロボット計測装置
５０ データ処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-dimensional measuring system 10 Robot 20 Three-dimensional measuring device 30 Robot control apparatus 40 Robot measuring apparatus 50 Data processing apparatus
Claims (2)
上記ロボットのアーム先端に固定され上記三次元計測器を支持したベースプレートと、
上記ベースプレートに固定された三次元計測器の傾きを計測するロボット計測装置と、
以下の処理（Ａ１）〜（Ａ４）を順に行うデータ処理装置と、を備えていることを特徴とする、三次元計測システム。
（Ａ１） 前記三次元計測器によって予め計測されたマスターの測定箇所と、前記三次元計測器によって計測された前記ワークの測定箇所とのズレ量Ｄを算出。
（Ａ２） 前記三次元計測器のマスター測定時のワールド座標に対する傾きを表すベクトルＰを前記ロボット計測装置の計測値より算出。
（Ａ３） （Ａ１）のズレ量Ｄを（Ａ２）のベクトルＰに乗じて、マスターの測定箇所から前記ワークの測定箇所までのベクトルＰＳを算出。
（Ａ４） 前記ロボット計測装置で計測したマスターの測定箇所の座標と（Ａ３）のベクトルＰＳとに基づいて、ワールド座標系でのワークの測定箇所の座標を算出。 A three-dimensional measurement system comprising a three-dimensional measuring instrument that measures a shape dimension of a measurement target, a robot that moves the three-dimensional measuring instrument, and a robot control device that drives and controls the robot,
A base plate fixed to the robot arm tip and supporting the three-dimensional measuring instrument;
A robot measuring device for measuring the inclination of a three-dimensional measuring instrument fixed to the base plate;
A three-dimensional measurement system comprising: a data processing device that sequentially performs the following processes (A1) to (A4).
(A1) A deviation amount D between the measurement point of the master measured in advance by the three-dimensional measuring instrument and the measurement point of the workpiece measured by the three-dimensional measuring instrument is calculated.
(A2) is calculated from the measurement value of the robot measuring device vector P representing the inclination with respect to the three-dimensional measuring device in the world coordinate at the master measurement.
(A3) The vector P S from the measurement point of the master to the measurement point of the workpiece is calculated by multiplying the deviation amount D of (A1) by the vector P of (A2).
(A4) on the basis of the vector P S of the coordinates of the measuring points of the master was measured by the robot measuring system (A3), calculates the coordinates of the measurement point of the work in the world coordinate system.
上記計測対象に対する計測の基準となる主情報を作成する準備工程と、
上記主情報と三次元計測器によって計測された前記ワークの情報とに基づいて、上記計測対象の座標を算出する実測工程と、を含み、
上記主情報は、ワールド座標系でのマスターの測定箇所の座標及び上記三次元計測器の傾きを示す情報であり、
上記マスターの計測時と上記計測対象の計測時とにおける上記三次元計測器の傾きが同じであると取り扱い、
上記準備工程は、
ロボット計測装置によってマスターの計測箇所の座標を計測する第１工程と、
上記三次元計測器によって上記マスターの計測箇所を計測する第２工程と、
上記ロボット計測装置によって上記三次元計測器の傾き具合を示すベクトルＰを算出する第３工程と、を含み、
上記実測工程は、
上記三次元計測器によって上記計測対象の計測箇所を計測する第４工程と、
データ処理装置によって、上記第２工程で得た計測情報と上記第４工程で得た計測情報とに基づいて上記マスターに対する上記計測対象のずれ量と方向とを表すセンサ座標系のベクトルＶを算出する第５工程と、
上記データ処理装置によって、上記第５工程で算出したベクトルＶを上記第３工程で算出したベクトルＰに基づいてワールド座標系のベクトルＶ″に変換する第６工程と、
上記データ処理装置によって、第６工程で算出したベクトルＶ″と第１工程で計測した座標に基づいて、ワールド座標系での上記計測対象の座標を算出する第７工程と、を含むことを特徴とする、三次元計測方法。 A three-dimensional measurement method for measuring a shape dimension of a measurement object,
A preparation step for creating main information as a reference of measurement for the measurement object;
Based on the main information and information on the workpiece measured by a three-dimensional measuring instrument, and calculating the coordinates of the measurement object,
The main information is information indicating the coordinates of the measurement point of the master in the world coordinate system and the inclination of the three-dimensional measuring instrument ,
Handle the inclination of the three-dimensional measuring instrument at the time of measurement of the master and the measurement of the measurement target as the same,
The preparatory process is
A first step of measuring the coordinates of the measurement point of the master by the robot measurement device;
A second step of measuring the measurement point of the master by the three-dimensional measuring instrument;
A third step of calculating a vector P indicating the inclination of the three-dimensional measuring instrument by the robot measuring device,
The actual measurement process is as follows:
A fourth step of measuring the measurement location of the measurement object by the three-dimensional measuring instrument;
Based on the measurement information obtained in the second step and the measurement information obtained in the fourth step, the data processing apparatus calculates a vector V of the sensor coordinate system that represents the deviation amount and direction of the measurement target with respect to the master. And a fifth step to
A sixth step of converting the vector V calculated in the fifth step into a vector V ″ of the world coordinate system based on the vector P calculated in the third step by the data processing device;
And a seventh step of calculating the coordinates of the measurement object in the world coordinate system based on the vector V ″ calculated in the sixth step and the coordinates measured in the first step by the data processing device. A three-dimensional measurement method.
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