JP6889512B2 - ロボットの校正システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの校正システムに関し、特に製造ラインに使用されるロボットの校正技術に関する。

例えば、自動車ボデーの製造工程においては、製造ラインに沿って複数のロボットが配設されている。これら複数のロボットには、溶接などワークに対する何らかの加工を行うものや、組付けに係るワークの位置決めなど加工のための準備を行うものなど、種々の作業を行うロボットが存在する。このうち、特に、ワークの位置決めなどの加工準備を行うロボットについては、その位置精度がワークの仕上がり精度に大きな影響を及ぼすことから、当該ロボットの位置を定期的に校正することが重要となる。

ここで、例えば特許文献１には、ロボットの校正装置（キャリブレーション装置）が提案されている。この校正装置は、６以上の自由度を有するアームを備え、アーム先端部の三次元位置及び姿勢を計測する三次元測定機と、三次元測定機の先端に手先が結合された多関節ロボットとを備えるもので、手先が結合された状態で三次元測定機により計測した値に基づき多関節ロボット先端部の位置及び姿勢を算出し、算出した位置及び姿勢に応じてキャリブレーション（校正）を実施可能としている。

特開２００１−５０７４１号公報

ところで、最近では、以前にも増して、ボデーの組立て精度を左右するロボットの校正をより高精度にかつ短時間で実施したいとの要求が高まっている。そこで、例えば特許文献１に記載の三次元測定機を自動車ボデーの製造ラインに適用すれば、車種ごとにティーチゲージを設置して当該ゲージとロボットとのずれを計測する手間を省いて、より汎用的で高精度な校正手段を構築できるようにも思われる。

しかしながら、この種の製造ラインの側方には多数のロボットが配設されているのが一般的であり、他の付帯設備を含めた設置状態を考慮すると、上述した三次元測定機を新たに常設する余地（スペース）はないに等しい。そのため、たとえ当該三次元測定機の如く高精度に校正が可能なツールが調達できたとしても、実際に製造ラインに適用することは非常に難しい。また、ロボットが製造ラインの側方に多数配置される関係上、全てのロボットに対して所定の校正を行うには、相当数の三次元測定機が必要となる。よって、コスト面から見ても、三次元測定機を自動車ボデーの製造ラインに導入することは難しい。

もちろん、以上の問題は何も自動車ボデーの製造ラインに限ったことではなく、周囲に多数のロボットが設置された製造ライン全般に対して上記ロボットの校正を行う場合に同様に起こり得る。

以上の事情に鑑み、本明細書では、周囲にロボットが配設された製造ラインにおいて、ロボットの校正を高精度にかつ低コストに実施することを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るロボットの校正システムによって達成される。すなわち、この校正システムは、ワークの搬送ラインと、搬送ライン上を搬送され、搬送ラインに沿って配設されるロボットの校正を行う移動式校正機とを備えたロボットの校正システムであって、移動式校正機は、三次元位置の測定を行う三次元位置測定機を有し、移動式校正機は、搬送ライン上の所定位置で、三次元位置測定機によりロボットの三次元位置を測定可能とする点をもって特徴付けられる。

このように、本発明に係る校正システムでは、三次元位置測定機を有する移動式校正機を設け、この移動式校正機が搬送ライン上を搬送するようにした。これにより、搬送ラインの側方に設置スペースを設けることなく、三次元位置測定機が校正すべきロボットに容易にアクセスすることが可能となる。また、搬送ライン上を搬送させるだけで、ロボットの校正が可能な位置に三次元位置測定機をセットできるので、校正までに要する工数を極力少なくして短時間で校正を行うことが可能となる。また、搬送ライン上の所定位置は、各ロボットがアクセス可能な位置であるから、当該所定位置に設置した三次元位置測定機から周囲のロボットに容易にアクセスでき、最小限の三次元位置測定機で多数のロボットの校正を行うことができる。よって、設置コスト並びに作業コストを低く抑えつつ多数のロボットの校正を行うことができる。また、共通の三次元位置測定機で多数のロボットの位置を校正できるので、ロボット間の位置精度向上も期待できる。

また、本発明に係るロボットの校正システムにおいて、移動式校正機は、搬送ライン上に載置され、三次元位置測定機を取付け可能なベースを有し、ベースには、三次元位置測定機の測定基準となる基準面が設けられ、搬送ライン上でワークの位置決めを行う位置決め治具により、ベースの位置決めが行われてもよい。

このように、移動式校正機のベースに、三次元位置測定機の測定基準となる基準面を設けて、搬送ライン上でワークの位置決めを行う位置決め治具によりベースの位置決めを可能とすることで、ベースを搬送ラインから切り離して位置決めを行うことができる。これにより、搬送ラインの位置精度の影響を受けることなく基準面を精度よく位置決めできるので、基準面と被取付け部位（ベース）が共通である三次元位置測定機による校正の正確性を高めることができる。特に、搬送ライン上でワークの位置決めを行う位置決め治具を用いてベースの位置決めを可能とすることにより、基準面をワークと同等の精度で位置決めできる。従って、三次元位置測定による校正の正確性をさらに高めることができ、ひいては校正の信頼性をさらに高めることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、周囲にロボットが配設された製造ラインにおいて、ロボットの校正を高精度にかつ低コストに実施することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るロボットの校正システムの全体構成を示す平面図である。 図１に示す校正システムの要部Ａ−Ａ断面図である。 図１に示す校正システムの要部Ｂ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るロボットの校正システムの内容を図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態に係るロボットの校正システム１０の平面図を示している。図１に示すように、この校正システム１０は、ワークの搬送ライン１１と、搬送ライン１１上を搬送される移動式校正機１２とを主に備える。搬送ライン１１の側方には、ワークに対して溶接等の組付け加工を施す複数の加工用ロボット（図示は省略）と、当該加工の準備、ここではワークの位置決めを行う複数の位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆが配設されている。図１では、搬送ライン１１の左右にそれぞれ三台の位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｃ，１３ｄ〜１３ｆが配設されている。本実施形態では、ワークは自動車ボデー（ホワイトボデー）、搬送ライン１１は、自動車ボデーの組付けラインである。

移動式校正機１２は、搬送ライン１１の側方に配設される位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの校正を行うもので、三次元位置の測定を行う三次元位置測定機１４と、三次元位置測定機１４が取り付けられるベース１５と、ベース１５に設けられ、三次元位置測定機１４の測定基準となる基準面１６とを有する。

三次元位置測定機１４は、図２に示すように、多自由度のアーム部１７と、アーム部１７の先端に設けられたプローブ１８とを有する。本実施形態では、プローブ１８は接触式であり、測定対象となる位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの所定部位（例えばアーム先端部）に接触させることで、位置決め用ロボット１３ａ〜１３の所定部位の三次元位置を測定可能としている。もちろん、プローブ１８は接触式には限られない。測定精度の面あるいはコスト面で問題がなければ、非接触式のプローブ１８を使用してもかまわない。

搬送ライン１１は、本実施形態では、一対のレール１９，１９と、レール１９上を搬送される一対のパレット２０，２０とを有する。この場合、ベース１５は、図２に示すように、一対のパレット２０，２０に跨るようにして一対のパレット２０，２０上に載置され、一対のパレット２０，２０と共に搬送ライン１１上を搬送可能とされている。この場合、パレット２０の駆動は、例えば鉛直方向に伸びるパレット２０，２０の側壁部２１に図示しない駆動ローラを当接させることにより行われる。

また、パレット２０の上面には、上方に突出する突出部２２が設けられており（図２を参照）、この突出部２２にベース１５の嵌合穴２３が嵌まり合うことにより、ベース１５がパレット２０上で保持される。なお、突出部２２と嵌合穴２３との嵌合すき間２４の大きさについては、後述する位置決め治具（位置決めピン２６）によるベース１５の位置決めの際、ベース１５の取り得るスライド量を見越して設定されるのが好ましい。

一方、搬送ライン１１には、搬送ライン１１上でワークの位置決めを行うための位置決め治具が設けられている。本実施形態では、位置決め治具として、図３に示すように、床面２５から出没可能とされた位置決めピン２６が配設されており、この位置決めピン２６が突出して、パレット２０上のワークの所定部位と嵌まり合うことで、ワークの位置決めがなされるようになっている（図示は省略）。

ベース１５には、この位置決めピン２６によりベース１５の位置決めを行うための被位置決め部が設けられている。本実施形態では、被位置決め部としての複数の位置決め穴２７が設けられており（図１及び図３を参照）、これら複数の位置決め穴２７に、床面２５から突出した位置決めピン２６の先端部２８が嵌まり合うことで、ベース１５の位置決めがなされる。また、この際、先端部２８よりも大径の大径部２９（図３を参照）の端面２９ａがベース１５の下面１５ａと当接し、ベース１５を押し上げることで、ベース１５がパレット２０から切り離された状態で位置決めされるようになっている（図３中、二点鎖線で示す状態）。この際、三次元位置測定機１４は、取付け部３０を介してベース１５に固定されているので、ベース１５が位置決めピン２６の精度に準じて位置決めされることで、三次元位置測定機１４も位置決めピン２６の精度に準じて位置決めされ得る。

次に、上記構成の校正システム１０を用いた位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの校正態様の一例を説明する。

まず、図１に示すように、移動式校正機１２を搬送ライン１１上に載置し、一対のパレット２０，２０と共に搬送する。そして、搬送ライン１１上の所定位置（例えば、図１に示す位置）に到達したら、パレット２０，２０を停止し、パレット２０，２０上の移動式校正機１２を停止させる。

次に、この位置で、移動式校正機１２の位置決めを行う。本実施形態では、搬送ライン１１上でワークを位置決めするための位置決めピン２６を用いて、移動式校正機１２のベース１５の位置決めを行う。具体的には、図３に示すように、位置決めピン２６を床面２５下に埋没させた状態（同図中、実線で描く位置）から突出させて、上方に位置するベース１５の位置決め穴２７に位置決めピン２６の先端部２８を嵌め合わせる。これにより、ベース１５が位置決めピン２６の位置に応じて移動し、所定の位置に位置決めされる。また、この際、位置決めピン２６の大径部２９でベース１５を押し上げることで（同図中、二点鎖線で描く状態）、ベース１５をパレット２０，２０から切り離した状態で位置決めがなされる。これにより、位置決めピン２６を基準としてベース１５の三次元位置決めがなされるので、ベース１５に固定された基準面１６及び三次元位置測定機１４の三次元位置決めが位置決めピン２６を基準としてなされる。

このようにして、三次元位置測定機１４及び基準面１６の位置決めを行った後、三次元位置測定機１４の先端に設けたプローブ１８を基準面１６に当接させて、三次元位置測定機１４の位置基準を設定する。これにより、三次元位置測定機１４の座標系が設定された状態になるので、三次元位置測定機１４のアーム部１７を駆動し、その先端に設けたプローブ１８を校正対象となる位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの所定部位に順に接触させ、各接触部分（一又は複数箇所）の三次元位置を測定する。これにより、三次元位置測定機１４による位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの接触部分における三次元位置（第一の三次元位置）を取得する。本実施形態では、図１に示すように、全ての位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの作動範囲３２が、三次元位置測定機１４の作動範囲３１と重複しているので、図１に示す位置に配置した一台の三次元位置測定機１４のみで、全ての位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの第一の三次元位置を取得し得る。

然る後、各位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの図示しない制御部（検知部）により取得される各位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの所定部位の三次元位置（第二の三次元位置）を、三次元位置測定機１４により取得した第一の三次元位置と比較することにより、各位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの三次元位置の校正を行う。これら一連の比較及び校正は、例えば図示しない三次元位置測定機１４の制御部により行われる。もちろん、搬送ライン１１と位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆ、及び周辺設備の何れかに既設の演算機能を有する装置により、上記校正に至る一連の演算処理を行わせてもよい。

このように、本発明に係るロボットの校正システム１０では、三次元位置測定機１４を有する移動式校正機１２を設け、この移動式校正機が搬送ライン１１上を搬送するようにした。これにより、搬送ライン１１の側方に設置スペースを設けることなく、三次元位置測定機１４が校正すべきロボット（ここでは位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆ）に容易にアクセスすることが可能となる。また、搬送ライン１１上を搬送させるだけで、位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの校正が可能な位置に三次元位置測定機１４を設置できるので、校正までに要する工数を極力少なくして短時間で校正を行うことが可能となる。また、搬送ライン１１上の所定位置は、各位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆがアクセス可能な位置であるから（各位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの作動範囲３２に含まれるから）、当該所定位置に設置した三次元位置測定機１４から周囲の位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆに容易にアクセスでき、最小限の三次元位置測定機１４（本実施形態では一台）で多数のロボット（本実施形態では六台）の校正を行うことができる。よって、設置コスト並びに作業コストを低く抑えつつ多数の位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの校正を行うことができる。また、共通の三次元位置測定機１４で多数の位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの位置を校正できるので、位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆ間の位置精度向上も期待できる。

また、本実施形態では、位置決めピン２６の大径部２９でベース１５を押し上げた状態で、位置決めピン２６の先端部２８のベース１５の位置決め穴２７に嵌め合わせるようにしたので、ベース１５を搬送ライン１１、正確には搬送ライン１１上を搬送されるパレット２０，２０から切り離して位置決めを行うことができる。これにより、搬送ライン１１の位置精度の影響を受けることなく基準面１６を精度よく位置決めできるので、基準面１６と共にベース１５に固定される三次元位置測定機１４による校正の正確性を高めることができる。特に、本実施形態では、搬送ライン１１上でワークの位置決めを行う位置決め治具としての位置決めピン２６を用いて、ベース１５の位置決めを行うようにした（位置決めピン２６とベース１５の位置決め穴２７とが嵌まり合うようにした）。これにより、基準面１６をワーク（ここでは自動車ボデーを構成する部品）と同等の精度で位置決めできる。従って、三次元位置測定による校正の正確性をさらに高めることができ、ひいては校正の信頼性をさらに高めることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るロボットの校正システムは、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

例えば上記実施形態では、一個の三次元位置測定機１４をベース１５に取付けて、周囲の位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆの位置測定及び校正を行う場合を例示したが、例えば取付け部３０をベース１５の複数箇所に設けて、一個の三次元位置測定機１４を付け替えることで、搬送ライン１１の長手方向に沿って配設される多数のロボット（図示は省略）の位置測定及び校正を行うようにしてもよい。もちろん、二個以上の三次元位置測定機１４が用意できるのであれば、二個以上の移動式校正機１２をベース１５に取付けて、上記多数のロボットの位置測定及び校正を行ってもかまわない。

また、上記実施形態では、一対のパレット２０，２０に跨るようにベース１５（移動式校正機１２）を載置し、これら一対のパレット２０，２０と共に搬送ライン１１上を搬送する形態を例示したが、もちろんこれには限定されない。図示は省略するが、一対のレール１９，１９に跨って支持される一個のパレット上に移動式校正機１２を載置し、このパレットと共に移動式校正機１２を搬送する形態をとることも可能である。あるいは、これも図示は省略するが、車輪を有する台車上に移動式校正機１２を載置し、この台車が所定の経路上を移動するに伴い、台車と共に移動式校正機１２が搬送ライン１１上を搬送される形態をとることも可能である。要は、搬送ライン１１上を搬送する形態は任意であり、搬送部上に移動式校正機１２が載置され、あるいは搬送部を一部とする移動式校正機１２が搬送ライン１１上を移動する限りにおいて、任意の形態をとり得る。

また、上記実施形態では、位置決め治具（位置決めピン２６）によりベース１５をパレット２０，２０から切り離した状態で位置決めするようにしたが、もちろんこれに限定する必要はない。例えばパレット（搬送部）と移動式校正機１２とが位置決めを伴って固定されている場合には、位置決め治具によってパレット（搬送部）の位置決めを行ってもよい。もちろん、位置決め治具の形態は位置決めピン２６には限られない。移動式校正機１２、特に三次元位置測定機１４と基準面１６が正確に位置決めされ得る限りにおいて、位置決め治具の形態は任意である。もちろん、正確に位置決めされ得るのであれば、搬送ライン１１上のワークの位置決めに用いられるか否かについても問われない（移動式校正機１２専用の位置決め治具であってもよい）。

また、上記実施形態では、位置決め用ロボット１３ａ〜１３ｆを校正の対象とした場合を例示したが、もちろん校正対象はこれには限られない。ワークに対する加工の準備を行うためのロボットなど、位置決め以外の加工準備作業を行うロボットについても本発明を適用し得る。さらにいえば、溶接などワークに対する何らかの加工を行うロボットについても本発明の適用対象となり得る。

もちろん、ワークの搬送ライン１１についても特に限定されることはない。上記ロボットが周囲に配設される限りにおいて、自動車ボデーの溶接組付けライン以外の製造ラインに、本発明を適用することも可能である。

１０ ロボットの校正システム
１１ ワークの搬送ライン
１２ 移動式校正機
１３ａ〜１３ｆ 位置決め用ロボット
１４ 三次元位置測定機
１５ ベース
１６ 基準面
１７ アーム部
１８ プローブ
１９，１９ レール
２０，２０ パレット
２２ 突出部
２３ 嵌合穴
２４ 嵌合すき間
２５ 床面
２６ 位置決めピン
２７ 位置決め穴
２８ 先端部
２９ 大径部
３０ 取付け部
３１ 作動範囲（三次元位置測定機）
３２ 作動範囲（位置決め用ロボット）

Claims (2)

1. ワークの搬送ラインと、
   前記搬送ライン上を搬送され、前記搬送ラインに沿って配設されるロボットの校正を行う移動式校正機とを備えたロボットの校正システムであって、
   前記移動式校正機は、三次元位置の測定を行う三次元位置測定機を有すると共に、前記搬送ライン上の所定位置で、前記三次元位置測定機により複数の前記ロボットの三次元位置を測定可能に構成され、
   前記移動式校正機が、前記搬送ライン上の所定位置に停止した状態で、前記三次元位置測定機の作動範囲と前記複数のロボットの作動範囲とが重複するように、前記三次元位置測定機の作動範囲が設定される、ロボットの校正システム。
2. 前記移動式校正機は、前記搬送ライン上に載置され、前記三次元位置測定機を取付け可能なベースを有し、
   前記ベースには、前記三次元位置測定機の測定基準となる基準面が設けられ、
   前記搬送ライン上で前記ワークの位置決めを行う位置決め治具により、前記ベースの位置決めが行われる、請求項１に記載のロボットの校正システム。

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