JP6698187B2 - ビジョンユニット - Google Patents

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Description

本発明はビジョンユニットに関し、より具体的には、６軸方向に駆動するカメラを通して部品組み立てのための作業空間を、基準ピンを基準座標とする仮想のビジョン座標系として認識し、作業空間内に位置する部品、溶接機などの位置座標を生成できるようにするビジョンユニットに関する。
一般に、産業分野で部品を組み立てるためには、部品を専用治具を通して規制した状態で溶接設備を利用して組み立て作業を進行する。
つまり、部品を組み立てる過程では、作業者が各部品を専用治具上に安着させてセンサーなどを通して部品脱落の有無、安着状態などを感知した後、クランパーで各部品を固定した状態で、溶接用ロボットが定められた経路に沿って溶接機を進入させて溶接作業を進行することで組み立てが行われる。
しかし、従来の場合、部品の組み立て作業時、固定された専用治具上に作業者が部品を固定した後、溶接用ロボットが定められた経路に沿って溶接機を進入させて溶接作業を進行するため、部品の成形公差に能動的に対応できない問題点がある。
このように、部品の成形公差や作業者の誤りなどによって部品間に溶接不良が発生する場合、手動で補強溶接を進行したり、不良製品として廃棄したりする問題につながる。
一方、前記のような専用治具は当該部品の専用設備で製作されているところ、新規車種を開発するたびに新たに製作しなければならないし、これによって毎回治具製造費および電装工事などの設備投資費用が発生するという短所がある。
そこで、最近では、互いに組み立てられる部品を、アーム先端に部品規制のためのハンガーを装着した複数のハンガーロボットと、アーム先端に溶接機を装着した複数の溶接ロボットとを利用して作業空間内で規制およびマッチングさせて溶接して組み立てる部品組立システムが研究開発されている。
このような部品組立システムは、固定された専用治具に比べて部品の成形公差に能動的に対応でき、新規車種を開発するたびに新たに製作する必要がないという側面から設備投資額を節減できるという利点がある。
しかし、作業空間で、各ハンガーロボットのハンガーに規制された各部品の正確な位置決め、位置誤差に応じた位置補正、各部品の結合、および組み立て後の製品検査などの作業を正確に行うためには前記作業空間内で各部品と溶接機の正確な位置を保証しなければならず、これは作業空間を空間座標のように数値化して解決することができる。
この背景技術の部分に記載された事項は、発明の背景に対する理解を増進させるために作成されたものであって、この技術が属する分野における通常の知識を有する者にすでに知られている従来技術ではない事項を含むことができる。
本発明の目的は、フレーム上で、複数のリニアレールと複数のモータによって６軸方向に駆動するカメラを通して部品組み立てのための作業空間を、一側の基準ピンを基準座標とする仮想のビジョン座標系として認識し、作業空間内の部品、溶接機などの位置座標を生成できるようにするビジョンユニットを提供することにある。
本発明の目的は、複数のハンガーロボットと一つ以上の溶接ロボットが部品規制、位置補正、部品結合および溶接と製品検査などの作業を正確に行うことができるようにカメラを通して認識される作業空間内の部品と溶接機の正確な位置をビジョン座標系の位置座標で数値化して保証せしめるビジョンユニットを提供することにある。
本発明の実施形態に係るビジョンユニットは、作業空間をスキャンして映像情報を送出するようになっている。
前記ビジョンユニットは、前記作業空間に設けられるフレーム；前記フレーム上の上部に配置されて座標基準となる基準ピン；前記フレーム上に駆動手段および回転手段を通して設けられて前記フレーム上で上下方向に移動可能であり、左右方向を基準に回転可能な第１リニアレール；前記フレームに対して左右方向に移動可能に前記第１リニアレール上に設けられる第２リニアレール；および前記フレームに対して前後方向に移動可能に前記第２リニアレール上に設けられて前記第１、第２リニアレールの移動と共に、６軸方向に挙動が可能で、前記作業空間をスキャンして映像情報を送出するカメラ；を含むことができる。
前記フレームは、前記作業空間の底面の左右両側に立設される両側の柱ビーム；および前記両側の柱ビームの各上端を連結して設けられる上部ビーム；を含むことができる。
前記基準ピンは前記上部ビームの下面両側にそれぞれ設けられ、各基準ピンの先端は尖るように精密加工されることができる。
前記駆動手段は、前記上部ビームの前面中央に固設される第１モータ；前記上部ビームの前面両側にそれぞれ左右方向を基準にして回転可能に設けられ、前記上部ビームの前面中央に設けられるギヤボックスを通して前記第１モータの駆動軸と動力伝達可能に連結される両側の連結軸；前記両側の柱ビームの互いに向き合う面に上下方向にそれぞれ設けられる両側のガイドレール；前記両側の柱ビームの前面に上下方向に設けられ、各上端部が前記両側の柱ビームの各上端前面に設けられるギヤボックスを通して前記両側の連結軸の各端部と動力伝達可能に連結されて前記第１モータの回転動力が伝達される両側のスクリュー軸；および前記両側の柱ビーム上の各ガイドレールにスライド可能に設けられ、各スクリュー軸にスクリューハウジングを通して噛み合った状態で、各スクリュー軸の回転力によって各ガイドレールに沿って上下方向に昇降移動する両側の昇降スライダー；を含むことができる。
前記回転手段は、前記駆動手段の一側の昇降スライダー上に減速機を含んで設けられる第２モータ；前記駆動手段の他側の昇降スライダー上に設けられるベアリングブロック；および前記両側の昇降スライダーの間に配置され、その上に前記第１リニアレールが設けられ、前記第２モータの回転動力によって回転するように一端が前記減速機の回転軸と連結され、他端が前記ベアリングブロックに連結される回転板；を含むことができる。
前記第２リニアレールは、前記第１リニアレール上に左右方向に沿ってスライド移動する第１スライダーを通して設けられてもよい。
前記第２リニアレールの中央部が、前記第１リニアレール上に第１スライダーを通して設けられてもよい。
前記第１、第２リニアレールはモータとスクリュー駆動方式の直線型レールで構成してもよい。
前記第１、第２リニアレールは、コイルに供給される電流による磁束と磁石の磁束が作用して発生する推力を利用するリニアモータで構成してもよい。
前記カメラは、前記第２リニアレール上に前後方向に沿ってスライド移動する第２スライダーを通して設けられてもよい。
前記ビジョンユニットは、前記作業空間の外部に備えられて前記カメラの位置制御のためにビジョンユニットの機構学的な設定情報を貯蔵するビジョン制御器をさらに含むことができる。
前記ビジョン制御器は、前記カメラの位置制御のためのプログラムおよびデータを活用する少なくとも一つ以上のプロセッサーを含むことができる。
前記カメラの位置制御は、前記ビジョンユニットの機構学的な設定情報に基づいて計算される理想的な理論値で前記カメラを順次移動させるための複数の移動地点と各移動地点で取られる少なくとも一つの姿勢を含むことができる。
本発明の他の実施形態に係るビジョンユニットは、前記作業空間上に設けられるフレーム；前記フレーム上の上部に構成されて座標基準となる基準ピン；前記フレーム上に左右方向に延長され、前記左右方向にスライド移動する第１スライダーが構成された第１リニアレール；前記フレーム上に構成されてモータ駆動によって前記第１リニアレールを上下方向に作動させる駆動手段；前記駆動手段に連結されてモータ駆動によって回転する回転板を通して前記第１リニアレールを設けて前記第１リニアレールを左右方向を基準にして回転させる回転手段；前記フレームに対して左右方向に移動するように前記第１リニアレール上の前記第１スライダーを通して設けられ、前後方向にスライド移動する第２スライダーが構成された第２リニアレール；前記フレームに対して前後方向に移動するように前記第２リニアレール上の第２スライダーを通して設けられ、前記第１、第２リニアレールの移動と共に、６軸方向に挙動が可能で、前記作業空間をスキャンして映像情報を送出するカメラ；および前記作業空間の外部に備えられて前記カメラの位置制御のためにビジョンユニットの機構学的な設定情報を貯蔵するビジョン制御器；を含むことができる。
前記フレームは、前記作業空間の底面の左右両側に立設される両側の柱ビーム；および前記両側の柱ビームの各上端を連結して設けられる上部ビーム；を含むことができる。
前記基準ピンは、前記上部ビームの下面両側にそれぞれ設けられ、各基準ピンの先端は尖るように精密加工されることができる。
前記駆動手段は、前記上部ビームの前面中央に固設される第１モータ；前記上部ビームの前面両側にそれぞれ左右方向を基準にして回転可能に設けられ、前記上部ビームの前面中央に設けられるギヤボックスを通して前記第１モータの駆動軸と動力伝達可能に連結される両側の連結軸；前記両側の柱ビームの互いに向き合う面に上下方向にそれぞれ設けられる両側のガイドレール；前記両側の柱ビームの前面に上下方向に設けられ、各上端部が前記両側の柱ビームの各上端前面に設けられるギヤボックスを通して前記両側の連結軸の各端部と動力伝達可能に連結されて前記第１モータの回転動力が伝達される両側のスクリュー軸；および前記両側の柱ビーム上の各ガイドレールにスライド可能に設けられ、各スクリュー軸にスクリューハウジングを通して噛み合った状態で、各スクリュー軸の回転力によって各ガイドレールに沿って上下方向に昇降移動する両側の昇降スライダー；を含むことができる。
前記回転手段は、前記駆動手段の一側の昇降スライダー上に減速機を含んで設けられる第２モータ；前記駆動手段の他側の昇降スライダー上に設けられるベアリングブロック；および前記両側の昇降スライダーの間に配置され、その上に前記第１リニアレールが設けられ、前記第２モータの回転動力によって回転するように一端は前記減速機の回転軸と連結され、他端は前記ベアリングブロックに連結される回転板；を含むことができる。
前記第１、第２リニアレールはモータとスクリュー駆動方式の直線型レールで構成してもよい。
前記第１、第２リニアレールは、コイルに供給される電流による磁束と磁石の磁束が作用して発生する推力を利用するリニアモータで構成してもよい。
前記ビジョン制御器は、前記カメラの位置制御のためのプログラムおよびデータを活用する少なくとも一つ以上のプロセッサーを含み、前記カメラの位置制御は、前記ビジョンユニットの機構学的な設定情報に基づいて計算される理想的な理論値で前記カメラを順次移動させるための複数の移動地点と各移動地点で取られる少なくとも一つの姿勢を含むことができる。
本発明の実施形態はフレーム上で、２個のリニアレールと２個のモータによって６軸方向に駆動するカメラを通して部品組み立てのための作業空間を一側の基準ピンを基準座標にする仮想のビジョン座標系と認識し、作業空間内の部品、溶接機などの位置座標を生成して数値化することによって、作業空間上での部品の組み立て作業を正確に行うことができるようにする効果がある。
従って、本発明の実施形態に係るビジョンユニットは、カメラを通して認識される作業空間内で、複数のハンガーロボットと一つ以上の溶接ロボットが部品と溶接機の正確な位置を数値化して保証することで、部品規制、位置補正、部品結合および溶接と製品検査などの作業を正確に行うことができるようにする効果がある。
その他にも、本発明の実施形態によって得られるかまたは予測される効果については本発明の実施形態に対する詳細な説明で直接的または暗示的に開示されている。つまり、本発明の実施形態により予測される多様な効果については、後述する詳細な説明内で開示されるであろう。
本発明の実施形態に係るビジョンユニットが適用される部品組立システムの構成図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットが適用される部品組立システムの制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットの前方斜視図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットの後方斜視図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される駆動手段の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される第１、第２リニアレールおよびカメラの組み立て斜視図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される第１リニアレールの斜視図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される第２リニアレールの斜視図である。 本発明の実施形態に係るビジョンユニットの使用状態図である。
以下、添付した図面および詳細な説明を通して本発明の実施形態に係るビジョンユニットの実施形態に対する構成および作動原理を詳しく説明する。
ただし、下記に示される図面と後述する詳細な説明は本発明の特徴を効果的に説明するための様々な実施形態中で望ましい一つの実施形態に関するものであって、本発明が下記の図面および説明にのみ限定されるものではない。
また、下記の本発明の説明において、関連された公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
また、後述される用語は、本発明における機能を考慮して定義された用語であって、これは使用者、運用者の意図または慣例などによって変わることができ、その定義は本発明の技術全般にわたった内容を土台に解釈されなければならない。
また、本発明の実施形態は核心的な技術的特徴を効率的に説明するために、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が明確に理解できるように用語を適切に変形、統合または分離して使用するが、これによって本発明が限定されるものでは決してない。
また、本発明の実施形態を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同一の図面符号を付与して説明し、下記の説明で構成の名称を第１、第２などに区分したのは、その構成の名称が同一で、これを区分するためのものであり、必ずしもその順序に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットが適用される部品組立システムの構成図であり、図２は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットが適用される部品組立システムの制御ブロック図であり、図３は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットの前方斜視図であり、図４は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットの後方斜視図である。
図１乃至図２を参照すれば、本発明の実施形態に係るビジョンユニットＶＵは、部品組み立てが行われる部品組立システムの作業空間内に設備される。
このようなビジョンユニットＶＵが設備される部品組立システムは、第１、第２、第３ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３から構成される３基のハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、および１基の溶接ロボットＲ４を含み、前記ビジョンユニットＶＵの制御のためのビジョン制御器ＶＣ、および前記３基のハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と１基の溶接ロボットＲ４の制御のためのロボット制御器ＲＣを含む。
図３および図４を参照すれば、前記ビジョンユニットＶＵは、作業空間の一側に設けられるフレーム１３と、前記フレーム１３上の一側に構成されて座標基準となる基準ピン１５と、前記フレーム１３に対して上下方向に移動可能な第１リニアレールＬＲ１と、前記第１リニアレールＬＲ１上で左右方向に移動可能な第２リニアレールＬＲ２と、前記第２リニアレールＬＲ２上で前後方向に移動可能なカメラ１１とを含む。前記カメラ１１は、前記第１、第２リニアレールＬＲ１、ＬＲ２の移動によって上下、左右、前後方向に挙動が可能である。ここでは、左右方向をｘ軸方向、前後方向をｙ軸方向、上下方向をｚ軸方向と称す。
前記フレーム１３は、四角形状のビームで形成される２本の柱ビーム１３ａが作業空間のｘ軸方向の両側に固設され、上部ビーム１３ｂが両側の柱ビーム１３ａの各上端を連結して設けられる。
前記フレーム１３は、底面に両側の柱ビーム１３ａを固定するための別途の支持ビームを追加的に含むことができる。
前記基準ピン１５は、前記上部ビーム１３ｂの下面両側にそれぞれ設けられるが、各基準ピン１５の先端は尖るように精密加工されて構成される。本実施形態では、それぞれ２個の基準ピン１５が上部ビーム１３ｂの下面両側に設けられるものを示したが、これに限定されない。
図５は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される駆動手段の分解斜視図であり、図６は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される第１、第２リニアレールおよびカメラの組み立て斜視図であり、図７は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される第１リニアレールの斜視図であり、図８は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットに適用される第２リニアレールの斜視図である。
図５乃至図７を参照すれば、前記第１リニアレールＬＲ１は、前記両側の柱ビーム１３ａの間に配置されており、駆動手段および回転手段を通して両側の柱ビーム１３ａに沿って上下（ｚ軸方向）に移動しながらｘ軸を基準に回転可能に構成される。
前記駆動手段は、第１モータＭ１と両側の連結軸４１とギヤボックスＧＢとを含む。前記第１モータＭ１は、前記上部ビーム１３ｂの前面中央に固定板４２を通じて固定し、両側の連結軸４１が前記上部ビーム１３ｂの前面両側にそれぞれｘ軸を基準に回転可能に設けられて前記上部ビーム１３ｂの前面中央に設けられるギヤボックスＧＢを通じて前記第１モータＭ１の駆動軸と動力伝達可能に構成される。
この時、それぞれの両側の連結軸４１の中央部は、ベアリングＢを通じて前記上部ビーム１３ｂ上に回転可能に支持される。
また、両側のガイドレール４３が、前記両側の柱ビーム１３ａの互いに向き合う面に上下方向（ｚ軸方向）に形成され、両側のスクリュー軸４５が、前記両側の柱ビーム１３ａの前面に上下方向に配置されてｚ軸を基準に回転可能に設けられる。
この時、前記両側のスクリュー軸４５それぞれの上端部と下端部が両側の柱ビーム１３ａの上端部と下端部にそれぞれベアリングＢを通じてｚ軸を基準に回転可能に支持される。
また、前記両側のスクリュー軸４５それぞれの上端部が、前記両側の柱ビーム１３ａそれぞれの上端前面に設けられるギヤボックスＧＢを通じて前記両側の連結軸４１の各端部と動力伝達可能に連結されて第１モータＭ１の回転動力が伝達される。
ここで、前記ギヤボックスＧＢは、第１モータＭ１の回転動力の回転方向を９０度ほど変えて伝達するための各種ギヤが内装されているボックスを意味する。この時、前記ギヤボックスＧＢの内部に適用される各種ギヤとしては直線、曲線、ヘリカル、ゼロールタイプのベベルギヤまたはウオームギヤ、ハイポイドギヤなどが適用され得るが、必ずしもこれに限定されるものではなく、モータの回転動力の回転方向を設定された角度ほど変えて伝達できるギヤセットであれば適用可能である。
前記両側の柱ビーム１３ａ上の各ガイドレール４３と各スクリュー軸４５にはそれぞれスクリュー軸４５に噛み合った状態で、各ガイドレール４３に沿って上下方向に移動可能な両側の昇降スライダー５１、５３が構成される。
つまり、前記両側の昇降スライダー５１、５３は、それぞれがスクリューハウジング５２を通じて両側のスクリュー軸４５に噛み合う。
ここで、一側の昇降スライダー５１上には減速機５５を含む第２モータＭ２が設けられ、他側の昇降スライダー５３上にはベアリングブロックＢＢが設けられる。
また、前記両側の昇降スライダー５１、５３の間には回転板５７がその両端を通して前記減速機５５と前記ベアリングブロックＢＢにそれぞれ設けられる。前記回転板５７は、第２モータＭ２の回転動力が減速機５５を通じて減速し伝達されて両側の昇降スライダー５１、５３を基準に３６０度回転作動する。
ここで、前記第１リニアレールＬＲ１は、前記回転板５７上に設けられて前記回転板５７と共に回転し、前記第１リニアレールＬＲ１上には左右方向（ｘ軸方向）にスライド可能な第１スライダーＳＲ１が構成される。
図８を参照すれば、前記第２リニアレールＬＲ２の中央部は前記第１リニアレールＬＲ１上に第１スライダーＳＲ１を通じて設けられ、前記第２リニアレールＬＲ２上には前後方向（ｙ軸方向）にスライド可能な第２スライダーＳＲ２が構成される。
この時、前記第２リニアレールＬＲ２は、前記第１リニアレールＬＲ１上に第１スライダーＳＲ１を通じて設けられるため、前記第２モータＭ２の駆動力によって前記回転板５７と共に回転する。
ここで、前記第１、第２リニアレールＬＲ１、ＬＲ２は、通常のモータとスクリュー駆動方式の直線型レールが適用され得るが、必ずしもこれに限定されるものではなく、コイルに供給される電流による磁束と磁石の磁束が相互作用して発生する推力を利用するリニアモータが適用され得る。
前記カメラ１１は、前記第２リニアレールＬＲ２上に第２スライダーＳＲ２を通じて設けられ、被写体の空間座標の生成のための３Ｄ映像を獲得できるように３Ｄビジョンカメラが適用され得る。
このようなカメラ１１は、前記第２リニアレールＬＲ２に沿って前後方向（ｙ軸方向）に移動可能である。したがって、前記カメラ１１は、前記第１、第２リニアレールＬＲ１、ＬＲ２の移動によってｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動して被写体を撮影して映像情報を出力する。
つまり、このようなビジョンユニットＶＵは、カメラ１１を通じて基準ピン１５の先端を認識し、これを基準座標（原点座標）にして作業空間を仮想のビジョン座標系として認識できるようにし、作業空間上に位置する各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３などの被写体をカメラ１１で認識して前記基準ピン１５を基準座標にする映像情報を出力する。
一方、本発明の実施形態に係るビジョンユニットＶＵが適用される部品組立システムを付加して説明する。
図１を参照すれば、前記第１、第２、第３ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３は、６軸サーボモータの駆動で制御される多関節ロボットのアーム先端に部品規制のための各ハンガーＨ１、Ｈ２、Ｈ３を設けて構成され、作業空間上で前記ビジョンユニットＶＵの前方に配置される。
本発明の実施形態では前記ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３を３基に限定したが、２基または４基で構成することができ、作業空間と組立てられる部品の個数を考慮して効率的な運用が可能な水準で決定され得る。
また、前記溶接ロボットＲ４は６軸サーボモータの駆動で制御される多関節ロボットのアーム先端に溶接機Ｗを設けて構成され、作業空間上で前記ビジョンユニットＶＵの後方に配置される。
この時、前記溶接機Ｗはアーク溶接機、抵抗溶接機、摩擦攪拌溶接機、セルフピアシングリベッティング接合機、レーザ溶接機など溶接方式に限定されないが、部品素材の溶接特性、溶接部の構造的特徴、作業空間上で運用性などを考慮して効率的な溶接法により適用され得る。
本発明の実施形態では前記溶接ロボットＲ４を１基に限定したが、２基または３基で構成することができ、作業空間と適用される溶接方法などを考慮して効率的な運用が可能な水準で決定され得る。
また、本発明の実施形態では前記多関節ロボットを６軸サーボモータで駆動制御するものに限定したが、これに限定されるものではなく、部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３または溶接機Ｗの位置選定に支障のない範囲でサーボモータの個数が決められる。
ここで、前記ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と溶接ロボットＲ４は使用用途に応じて区分するために名称を異にしているだけであり、同一のロボットで構成してもよく、姿勢制御のためのロボット制御器ＲＣの制御信号によって全般的な動作が制御される。
図２を参照すれば、前記ビジョン制御器ＶＣは、作業空間上の外部に備えられてカメラ１１の位置制御のためにビジョンユニットＶＵの全般的な機構学的な設定情報を貯蔵し、各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を認識するようにカメラ１１の位置制御のための全般的な動作を制御し、カメラ１１を通じて認識された各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３などの映像情報を通して作業空間上での正確な位置情報を生成したり、座標補正を通して補正値を設定したりする。
このようなビジョン制御器ＶＣは、カメラ１１の位置制御のためのプログラムおよびデータを活用する少なくとも一つ以上のプロセッサーが構成されてもよく、前記カメラ１１の位置制御は、ビジョンユニットＶＵの機構学的な設定情報に基づいて計算される理想的な理論値で当該カメラ１１を順次移動させるための複数の移動地点と各移動地点で取られる少なくとも一つの姿勢を含む。
また、前記ビジョン制御器ＶＣは、ビジョンユニットＶＵ上の基準ピン１５を座標基準にして作業空間をカメラ１１を通じて認識される仮想のビジョン座標系に設定し、作業空間上に位置する各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のビジョン座標系上の座標値に基づいて各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置補正のためのキャリブレーションを行い、カメラ１１の位置、所望の位置への移動および姿勢制御を通した少なくとも一つの作業を制御することができる。
ここで、前記ビジョン座標系Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚは、ビジョン制御器ＶＣでビジョンユニットＶＵのカメラ１１を通じて作業空間内の任意の一点を基準に作業空間を仮想の空間座標で表わす座標系であって、部品組み立てのための作業空間内でカメラ１１を通じて認識される各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３または部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置を、基準ピン１５の頂点を基準とする空間座標で表わすことができる。
このようなビジョン制御器ＶＣは、部品組み立てのための作業空間上で各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の全般的な座標生成および座標補正のためのプログラムとデータを活用する多数のプロセッサーが構成されたメイン制御器であって、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、ＰＣ、ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮなどであることができるか、またはこれらによって制御されることができる。
図２を参照すれば、前記ロボット制御器ＲＣは、作業空間の外部に備えられてロボットの姿勢制御のための機構学的な設定情報を貯蔵し、部品組み立ておよび溶接作業のためにロボットの姿勢制御のための全般的な動作を制御する。
このようなロボット制御器ＲＣは、ロボットの姿勢制御のためのプログラムおよびデータを活用する少なくとも一つ以上のプロセッサーが構成されてもよく、前記ロボットの姿勢制御は、ロボットの機構学的な設定情報に基づいて計算される理想的な理論値で当該ロボットを順次に挙動させるための複数の移動地点と各移動地点で取られる少なくとも一つの姿勢を含む。
また、前記ロボット制御器ＲＣは、ロボット座標系に基づいて作業空間上で各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の挙動および姿勢制御のためのキャリブレーションを行い、各ロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の位置、所望の位置への移動および姿勢制御を通した少なくとも一つの作業を制御することができる。
ここで、前記ロボット座標系Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚは、ロボット制御器ＲＣを通じて各ハンガーＨ１、Ｈ２、Ｈ３の挙動を認識するためのロボットの固有座標系であって、ロボット制御器ＲＣにプログラムされた座標系と定義し、ロボットアーム上の補正ツール（図示せず）の頂点位置を空間座標で表わすことができる。
また、前記ロボット制御器ＲＣは、３基のハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３上の各ハンガーＨ１、Ｈ２、Ｈ３の作動、および１基の溶接ロボットＲ４上の溶接機Ｗの作動を制御するための制御ロジックを含む。
一方、本発明の実施形態ではモデル座標系Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚが使用されるが、前記モデル座標系Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚは各部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の図面プログラム上で、部品モデルの形状を空間座標で表わす座標系であって、ビジョン座標系上の座標基準となる基準ピン１５を図面プログラム上のモデルデータに挿入して前記基準ピン１５の位置座標を基準座標にするモデルデータの座標（つまり、ｃａｒ−ｌｉｎｅ座標ともいう）を生成して運用されることができる。
また、図２を参照すれば、本発明の実施形態に係る部品組み立て用ロボットシステムにはモニター２１と警報器３１とをさらに含むことができる。
前記モニター２１は、前記ロボット制御器ＲＣまたはビジョン制御器ＶＣの作動中に発生する各ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と溶接ロボットＲ４などの動作情報および結果情報を表わすことができる。つまり、前記モニター２１は、ビジョンユニットＶＵのカメラ１１で撮影した映像情報および各ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と溶接ロボットＲ４の移動経路情報を座標値で表わすことができ、作業空間内の各部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置情報などを座標値で表わすことができる。
また、前記モニター２１は、前記ロボット制御器ＲＣとビジョン制御器ＶＣの制御により不良情報を文字などで表わすことができる。
このようなモニター２１は、動作情報および結果情報などを表わすことができれば、その種類は構わない。例えば、前記モニター２１は液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、有機発光装置（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＯＬＥＤ）、電気泳動表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＥＰＤ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）表示装置のうちの一つであることもできる。
また、前記警報器３１は、前記ロボット制御器ＲＣまたはビジョン制御器ＶＣの制御により部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の不良情報を出力するが、ここで、前記不良情報は、部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３または製品に不良が発生したことを作業者に知らせるための情報を示すことができ、例えば、前記不良情報は音声、グラフィック、光などからなることができる。
したがって、前記のような構成を有するビジョンユニットＶＵは、部品組立システムに適用されて作業空間上で、ビジョン制御器ＶＣとロボット制御器ＲＣの制御によって３基のハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３と各ハンガーＨ１、Ｈ２、Ｈ３および１基の溶接ロボットＲ４と溶接機Ｗを利用して多数の部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を正確に組み立てられるように作業空間をビジョン座標系として認識できるように作動する。
図９は、本発明の実施形態に係るビジョンユニットの使用状態図である。
図９を参照すれば、本発明の実施形態に係るビジョンユニットＶＵは、第１、第２リニアレールＬＲ１、ＬＲ２の作動と共にフレーム１３に対して６軸方向に作動するカメラ１１がビジョン制御器ＶＣの制御信号により、作業空間上に３基のハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３によって位置している第１、第２、第３部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をスキャンする。
以降、前記カメラは映像情報をビジョン制御器ＶＣに送出し、ビジョン制御器ＶＣは映像情報を分析して基準ピン１５を基準座標にするビジョン座標系上の各位置座標を生成して各部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の作業空間上の正確な位置を数値化することになる。
このように、本発明の実施形態に係るビジョンユニットＶＵは、部品組立システム上の作業空間に位置する部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の正確な位置をビジョン座標系の位置座標で数値化して正確に部品を規制できるようにしており、モデルデータの座標を利用した製品検査も可能となる。
このようなビジョンユニットＶＵは、ビジョン座標系として認識される作業空間上に位置する多様な仕様の部品に対しても互換性があるため、組み立てのための設備費を節約せしめ、また、製品の不良検査のための検査治具などの装備を別途備える必要がない。
また、本発明の実施形態に係るビジョンユニットＶＵによって認識されるビジョン座標系上の部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を基準に各ハンガーロボットＲ１、Ｒ２、Ｒ３を制御できるようにして部品規制の誤差や部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の成形公差または部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の溶接に応じた変形誤差などの発生を最少化できる。
また、本発明の実施形態に係るビジョンユニットＶＵは、互いにマッチングされる部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を作業空間上の相互の一定の距離離隔した位置でカメラ１１を通じて認識される位置座標値で部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間の干渉を予め予測判断して部品の位置補正を通して部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間の干渉を回避した状態で組み立てることができる。
これによって、部品Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３間の干渉による締まりばめで発生する変形ばらつきや組み立て製品の品質ばらつきを防止でき、専用検査治具の製作が不要で治具製造費を節減できる。
以上、本発明の一つの実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって容易に変更されて均等であると認められる範囲の全ての変更を含む。
ＶＵ：ビジョンユニット
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：第１、第２、第３ハンガーロボット
Ｒ４：溶接ロボット
ＶＣ：ビジョン制御器
ＲＣ：ロボット制御器
１１：カメラ
１３：フレーム
１３ａ：柱ビーム
１３ｂ：上部ビーム
１５：基準ピン
２１：モニター
３１：警報器
４１：連結軸
４２：固定板
４３：ガイドレール
４５：スクリュー軸
５１、５３：昇降スライダー
５２：スクリューハウジング
５５：減速機
５７：回転板
ＬＲ１、ＬＲ２：第１、第２リニアレール
ＳＲ１、ＳＲ２：第１、第２スライダー
Ｍ１、Ｍ２：第１、第２モータ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３：第１、第２、第３部品
Ｔ：補正ツール
Ｂ：ベアリング
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３：第１、第２、第３ハンガー
Ｗ：溶接機
ＧＢ：ギヤボックス

Claims (15)

  1. 作業空間をスキャンして映像情報を送出するビジョンユニットにおいて、
    前記作業空間に設けられるフレーム；
    前記フレーム上の上部に配置されて座標基準となる基準ピン；
    前記フレーム上に駆動手段および回転手段を通して設けられて前記フレーム上で上下方向に移動可能であり、左右方向を基準にして回転可能な第１リニアレール；
    前記フレームに対して左右方向に移動可能に前記第１リニアレール上に設けられる第２リニアレール；および
    前記フレームに対して前後方向に移動可能に前記第２リニアレール上に設けられて前記第１、第２リニアレールの移動と共に、６軸方向に挙動が可能で、前記作業空間をスキャンして映像情報を送出するカメラ；を含み、
    前記フレームは、
    前記作業空間の底面の左右両側に立設される両側の柱ビーム；および
    前記両側の柱ビームの各上端を連結して設けられる上部ビーム；を含み、
    前記駆動手段は、
    前記上部ビームの前面中央に固設される第１モータ；
    前記上部ビームの前面両側にそれぞれ左右方向を基準にして回転可能に設けられ、前記上部ビームの前面中央に設けられるギヤボックスを通して前記第１モータの駆動軸と動力伝達可能に連結される両側の連結軸；
    前記両側の柱ビームの互いに向き合う面に上下方向にそれぞれ設けられる両側のガイドレール；
    前記両側の柱ビームの前面に上下方向に設けられ、各上端部が前記両側の柱ビームの各上端前面に設けられるギヤボックスを通して前記両側の連結軸の各端部と動力伝達可能に連結されて前記第１モータの回転動力が伝達される両側のスクリュー軸；および
    前記両側の柱ビーム上の各ガイドレールにスライド可能に設けられ、各スクリュー軸にスクリューハウジングを通して噛み合った状態で、各スクリュー軸の回転力によって各ガイドレールに沿って上下方向に昇降移動する両側の昇降スライダー；を含み、
    前記回転手段は、
    前記駆動手段の一側の昇降スライダー上に減速機を含んで設けられる第２モータ；
    前記駆動手段の他側の昇降スライダー上に設けられるベアリングブロック；および
    前記両側の昇降スライダーの間に配置され、その上に前記第１リニアレールが設けられ、前記第２モータの回転動力によって回転するように一端が前記減速機の回転軸と連結され、他端が前記ベアリングブロックに連結される回転板；を含む、ビジョンユニット。
  2. 前記基準ピンは、前記上部ビームの下面両側にそれぞれ設けられ、各基準ピンの先端は尖るように精密加工される、請求項１に記載のビジョンユニット。
  3. 前記第２リニアレールは、前記第１リニアレール上に左右方向に沿ってスライド移動する第１スライダーを通して設けられる、請求項１に記載のビジョンユニット。
  4. 前記第２リニアレールの中央部が前記第１リニアレール上に第１スライダーを通して設けられる、請求項１に記載のビジョンユニット。
  5. 前記第１、第２リニアレールはモータとスクリュー駆動方式の直線型レールで構成される、請求項１に記載のビジョンユニット。
  6. 前記第１、第２リニアレールは、コイルに供給される電流による磁束と磁石の磁束が作用して発生する推力を利用するリニアモータで構成される、請求項１に記載のビジョンユニット。
  7. 前記カメラは、前記第２リニアレール上に前後方向に沿ってスライド移動する第２スライダーを通して設けられる、請求項１に記載のビジョンユニット。
  8. 前記ビジョンユニットは、前記作業空間の外部に備えられて前記カメラの位置制御のためにビジョンユニットの機構学的な設定情報を貯蔵するビジョン制御器をさらに含む、請求項１に記載のビジョンユニット。
  9. 前記ビジョン制御器は、前記カメラの位置制御のためのプログラムおよびデータを活用する少なくとも一つ以上のプロセッサーを含む、請求項８に記載のビジョンユニット。
  10. 前記カメラの位置制御は、前記ビジョンユニットの機構学的な設定情報に基づいて計算される理想的な理論値で前記カメラを順次移動させるための複数の移動地点と各移動地点で取られる少なくとも一つの姿勢を含む、請求項９に記載のビジョンユニット。
  11. 作業空間をスキャンして映像情報を送出するビジョンユニットにおいて、
    前記作業空間上に設けられるフレーム；
    前記フレーム上の上部に構成されて座標基準となる基準ピン；
    前記フレーム上に左右方向に延長され、前記左右方向にスライド移動する第１スライダーが構成された第１リニアレール；
    前記フレーム上に構成されてモータ駆動によって前記第１リニアレールを上下方向に作動させる駆動手段；
    前記駆動手段に連結されてモータ駆動によって回転する回転板を通して前記第１リニアレールを設けて前記第１リニアレールを左右方向を基準にして回転させる回転手段；
    前記フレームに対して左右方向に移動するように前記第１リニアレール上の前記第１スライダーを通して設けられ、前後方向にスライド移動する第２スライダーが構成された第２リニアレール；
    前記フレームに対して前後方向に移動するように前記第２リニアレール上の第２スライダーを通して設けられ、前記第１、第２リニアレールの移動と共に、６軸方向に挙動が可能で、前記作業空間をスキャンして映像情報を送出するカメラ；および
    前記作業空間の外部に備えられて前記カメラの位置制御のためにビジョンユニットの機構学的な設定情報を貯蔵するビジョン制御器；を含み、
    前記フレームは、
    前記作業空間の底面の左右両側に立設される両側の柱ビーム；および
    前記両側の柱ビームの各上端を連結して設けられる上部ビーム；を含み、
    前記駆動手段は、
    前記上部ビームの前面中央に固設される第１モータ；
    前記上部ビームの前面両側にそれぞれ左右方向を基準にして回転可能に設けられ、前記上部ビームの前面中央に設けられるギヤボックスを通して前記第１モータの駆動軸と動力伝達可能に連結される両側の連結軸；
    前記両側の柱ビームの互いに向き合う面に上下方向にそれぞれ設けられる両側のガイドレール；
    前記両側の柱ビームの前面に上下方向に設けられ、各上端部が前記両側の柱ビームの各上端前面に設けられるギヤボックスを通して前記両側の連結軸の各端部と動力伝達可能に連結されて前記第１モータの回転動力が伝達される両側のスクリュー軸；および
    前記両側の柱ビーム上の各ガイドレールにスライド可能に設けられ、各スクリュー軸にスクリューハウジングを通して噛み合った状態で、各スクリュー軸の回転力によって各ガイドレールに沿って上下方向に昇降移動する両側の昇降スライダー；を含み、
    前記回転手段は、
    前記駆動手段の一側の昇降スライダー上に減速機を含んで設けられる第２モータ；
    前記駆動手段の他側の昇降スライダー上に設けられるベアリングブロック；および
    前記両側の昇降スライダーの間に配置され、その上に前記第１リニアレールが設けられ、前記第２モータの回転動力によって回転するように一端が前記減速機の回転軸と連結され、他端が前記ベアリングブロックに連結される回転板；を含む、ビジョンユニット。
  12. 前記基準ピンは、前記上部ビームの下面両側にそれぞれ設けられ、各基準ピンの先端は尖るように精密加工される、請求項１１に記載のビジョンユニット。
  13. 前記第１、第２リニアレールはモータとスクリュー駆動方式の直線型レールで構成される、請求項１１に記載のビジョンユニット。
  14. 前記第１、第２リニアレールは、コイルに供給される電流による磁束と磁石の磁束が作用して発生する推力を利用するリニアモータで構成される、請求項１１に記載のビジョンユニット。
  15. 前記ビジョン制御器は、前記カメラの位置制御のためのプログラムおよびデータを活用する少なくとも一つ以上のプロセッサーを含み、前記カメラの位置制御は、前記ビジョンユニットの機構学的な設定情報に基づいて計算される理想的な理論値で前記カメラを順次移動させるための複数の移動地点と各移動地点で取られる少なくとも一つの姿勢を含む、請求項１１に記載のビジョンユニット。
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