JP7204806B2

JP7204806B2 - ロボットアームの繰り返し位置決め精度測定の装置及び方法

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Publication number: JP7204806B2
Application number: JP2021062913A
Authority: JP
Inventors: 黄宜裕; 劉立中
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2023-01-16
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: JP2022158182A

Description

本発明は、ロボットアームの繰り返し位置決め精度測定の装置及び方法に関し、特に、ロボットアームを１点に繰り返し位置決めすることができるだけでなく、レーザースペックルの３次元絶対位置決め空間におけるロボットアームの運動軌跡を繰り返し位置決めすることができるロボットアームの繰り返し位置決め精度測定の装置及び方法に関する。

労働者をロボットに置き換える傾向になりつつある。Ｔｒａｃｔｉｃａは、２０２０年にロボットの全世界における売上高の市場価値が初めて１，０００億米ドルを超え、２０２５年には５，０００億米ドルに達すると予測している。すなわち、今後６年間で、世界のロボット産業の売上高は５００％以上伸び、ロボットが人間の生活に与える影響が日々高まっている。ロボットの主な技術的パラメータには、通常、自由度、解像度、精度、繰り返し位置決め精度、動作範囲、可搬質量、最高速度の７つが挙げられる。ロボットの精度について話すとき業者は、通常まずその繰り返し位置決め精度が使用の要件を満たしているかどうかを考慮し、位置の繰り返し性は、産業用ロボットメーカーによって指定された唯一の位置決め性能指標でする。

従来のロボットアームの繰り返し位置決め精度の測定方法は、レーザートラッカーを使用することと、３軸レーザー変位センサーを使用することと、３次元プローブを使用することと、を含む。レーザートラッカーの測定原理は、レトロリフレクターミラーとレーザーヘッドを利用し、レーザーヘッドがレーザー光を放射すると、レトロリフレクターミラーを経由してレーザー光を平行に反射し、レーザーヘッドに戻り、トラッカーが放射と受信の時間差から距離を計算（ＡＤＭモード）するか、またはレーザー光波の干渉で距離を計算（ＩＦＭモード）してレーザーヘッドとレトロリフレクターミラーの間の距離を測定することである。次に、レーザーヘッドの水平角とピッチ角のパラメータと距離のパラメータから、レトロリフレクターミラーの３次元位置座標を算出する。レーザートラッカーをロボットアームの位置決めに応用する場合、レトロリフレクターミラーをロボットアームエンドエフェクタに付着することで、エンドエフェクタの３次元位置を随時測定する。先行技術は、空間内で互いに垂直な３つのレーザー変位センサーを架設し、空間内の３次元座標系に類似し、測定時ロボットアームを３つのレーザー変位のテスト中心範囲に到達するように制御させ、３つの経路の光がロボットアームエンドエフェクタに投射されることを確保し、レーザーの拡散反射原理によって空間の３つの座標軸におけるロボットアームエンドエフェクタの位置を測定できる。

レーザートラッカーをロボットアームの位置決め精度のキャリブレーションに使用する場合、３つの欠点がある。すなわち１．その位置決め精度が低く、追跡距離が長くなるにつれて大きくなる。位置決め精度性能はブランドによって異なるが、一般的に５メートル程度で約２５ｕｍ、８０メートルで約８０ｕｍである。２．レーザートラッカーの追従と位置決めの速度が遅いため、ロボットアームの移動速度が制限される。３．この測定キャリブレーションシステムは、より高価である。

ロボットアームの位置決め精度を測定するための三次元レーザー変位計または三次元接触プローブの使用は、一般に同じ点でなく３方向の測定点を有し、計算によってのみ測定点の位置座標を得ることができ、この間接的な測定方法は、位置決め精度に影響を与え、またあらかじめ設定された範囲内でのみ測定でき、異なる位置が３つの互いに垂直な測定装置を再構築する必要があり、非常に面倒である。

したがって本発明者は、これに着目し、関連産業での設計、開発及び実際の製造において長年の豊富な経験に基づいて、現在の在来のロボットアームの繰り返し位置決め精度測定方法の欠陥について研究及び改良し、ロボットアームの繰り返し位置決め精度測定の装置及び方法を提供することで、好ましい実用価値の目的を達成していく。

台湾特許発明番号第Ｉ３４０９１０号米国特許番号第ＵＳ７，７１５，０１６Ｂ２号台湾特許発明番号第Ｉ６４６３０５号米国特許番号第ＵＳ１０，６３２，６２２Ｂ２号日本特許番号第６６６８３２１号

上記の既知の技術の欠点に鑑み、本発明の主な目的は、測定の架設は簡単であり、無限に多点、多方向のキャリブレーションが可能で、各軸の３次元絶対位置決め精度は０．１ｕｍ未満であり、位置決め速度が速く、キャリブレーションモジュール全体が非常に安価であるロボットアームの繰り返し測位精度測定の装置及び方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明によって提案される１つの解決手段に基づいて、２つの互いに垂直な不変形レーザースペックル画像取り込み装置と、レーザー変位センサーと、を有するレーザースペックル３次元変位センサーと、レーザースペックル画像３次元位置決め基台と、前記レーザースペックル３次元変位センサーと、を有し、前記レーザースペックル３次元変位センサーは３つのレーザービームを前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の同じ位置に放射して、前記位置の２つのレーザースペックル画像及び１つの高さ値をキャプチャし、前記レーザースペックル３次元変位センサーの３つのレーザービームが当たった前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の複数の位置に各々対応する２つのレーザースペックル画像及び高さ値を２つの座標レーザースペックル画像と３次元位置決め座標とを有するレーザースペックル座標データベースとして構築するように構成される２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームと、３面の互いに垂直な前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台で構成され、各前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台はすでに前記レーザースペックル座標データベースを構築したロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤と、前記レーザースペックル３次元変位センサーを取り付けたエンドエフェクタを含むロボットアームと、を備えたロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置を提供する。ここで、前記ロボットアームを動かすことにより、前記レーザースペックル３次元変位センサーを前記ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせて位置決め点のレーザースペックル画像をキャプチャさせ、前記レーザースペックル画像と前記レーザースペックル座標データベースの前記座標レーザースペックル画像とを比較して、前記座標レーザースペックル画像のＸ軸及びＹ軸に対する前記位置決め点の相対変位量を得、さらに前記レーザースペックル３次元変位センサーのＺ軸高さパラメータ及び前記座標レーザースペックル画像の前記３次元位置決め座標と組み合わせると、この時の前記ロボットアームエンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標を得ることができる。

好ましくは、不変形レーザースペックル画像取り込み装置は、Ｘ軸変位センサーと、Ｙ軸変位センサーと、を含み、前記Ｘ軸変位センサーが物体表面上の任意の点のＸ軸方向の変位量を測定するために用いられ、前記Ｙ軸変位センサーが物体表面上の任意の点のＹ軸方向の変位量を測定するために用いられる。

好ましくは、レーザー変位センサーは、Ｚ軸変位センサーであり、かつ共焦点式レーザー変位センサー、カラー共焦点式変位センサー、白色光干渉変位センサーまたは三角測量式レーザー変位センサーを含み得る。

好ましくは、前記Ｘ軸変位センサー、前記Ｙ軸変位センサー及び前記Ｚ軸変位センサーのプローブレーザービームは、すべて前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の表面上の同じ点に当たり、各レーザービームの動作波長の差が少なくとも１０ｎｍであり、各変位センサーの受光レンズの前に±５ｎｍの干渉式フィルタを取り付けて他の２つのレーザー散乱光を除去することで、３つのレーザービームが互いに干渉しないようにさせる。

好ましくは、前記レーザースペックル３次元絶対位置決め空間は、前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の上方、及び前記レーザースペックル３次元変位センサーの測定高さ内の３次元空間である。

好ましくは、前記レーザースペックル３次元変位センサーは、１０ｋＨｚを超える周波数で連続的に画像を取り込む。

上記目的を達成するため、本発明によって提案される解決手段によれば、以下のステップ（Ａ）～（Ｄ）を含むロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法を提供する。すなわち（Ａ）２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームを構築し、レーザースペックル３次元変位センサーの３つのレーザービームをレーザースペックル画像３次元位置決め基台の同じ位置に放射して、前記位置の２つのレーザースペックル画像及び１つの高さ値をキャプチャし、前記レーザースペックル３次元変位センサーの３つのレーザービームが当たった前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の複数の位置に各々対応する２つのレーザースペックル画像及び高さ値を２つの座標レーザースペックル画像と３次元位置決め座標とを有するレーザースペックル座標データベースとして構築するステップ、（Ｂ）前記レーザースペックル座標データベースの構築済みで、３面の互いに垂直な前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台で構成したロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤を構築するステップ、（Ｃ）前記レーザースペックル３次元変位センサーを前記ロボットアームエンドエフェクタ上に取り付けるステップ、（Ｄ）前記ロボットアームを動かすことにより、前記レーザースペックル３次元変位センサーを前記ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせて位置決め点のレーザースペックル画像をキャプチャさせ、前記レーザースペックル画像と前記レーザースペックル座標データベースの前記座標レーザースペックル画像とを比較して、前記座標レーザースペックル画像のＸ軸及びＹ軸に対する前記位置決め点の相対変位量を得、さらに前記レーザースペックル３次元変位センサーのＺ軸高さパラメータ及び前記座標レーザースペックル画像の前記３次元位置決め座標と組み合わせると、この時の前記ロボットアームエンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標を得ることができるステップ。

上記の概要と後記の詳細な説明及び添付図面は、すべて意図された目的を達成するために本発明によって講じられる方法、手段及び効果をさらに説明するためのものである。本発明の他の目的及び利点に関しては、後記の説明及び図面内に記述する。

本発明のレーザースペックル３次元変位センサーの構築を示す模式図である。本発明の２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームの構築を示す模式図である。本発明のレーザースペックル画像３次元位置決め基台に構築され、Ｘ軸座標レーザースペックル画像、Ｙ軸座標画像及び３次元位置決め座標を有するレーザースペックル座標データベースを示す図である。本発明のロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤模式図である。本発明のテスト面に対するロボットアーム姿勢のロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤の模式図である。本発明のテスト面に対するロボットアーム姿勢のロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤の模式図である。本発明のテスト面に対するロボットアーム姿勢のロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤の模式図である。本発明のテスト面のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間におけるロボットアームの位置決め軌跡のロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤の模式図である。本発明のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法のフローチャートである。

以下、特定の具体的実施例を通じて本発明の実施形態を説明し、当業者は本明細書に開示されている内容から本発明の利点及び効果を容易に理解することができる。

図１～図９を参照されたい。本発明は、ロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置を提供し、出願人が開発したレーザースペックル３次元変位センサー２を利用し、構築されたレーザースペックル座標データベースの低熱膨張量のレーザースペックル画像３次元位置決め基台１と組み合わせて、レーザースペックル３次元絶対位置決め空間を構築する。レーザースペックル３次元変位センサー２をロボットアームエンドエフェクタ２１に取り付け、ロボットアーム２０を動かしてレーザースペックル３次元変位センサー２をレーザースペックル画像３次元位置決め基台１のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせ、位置決め点９、１０、１１のレーザースペックル画像及び高さ値をキャプチャし、さらにリアルタイムでキャプチャされたレーザースペックル画像とレーザースペックル座標データベースの座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸とを比較すると、この時ロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標を得ることができる。

詳しく言うと、本発明のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置は、レーザースペックル３次元変位センサー２と、２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームと、ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤と、を備える。

レーザースペックル３次元変位センサー２は、２つの互いに垂直な不変形レーザースペックル画像取り込み装置と、レーザー変位センサーと、を有する。本出願の出願人の特許文献１及び特許文献２に開示されている不変形レーザースペックル画像取り込み装置を参照されたい。２つの不変形レーザースペックル画像取り込み装置及びレーザー変位センサーでレーザースペックル３次元変位センサー２を構築し、図１を参照すると、３次元変位センサー基台５に２つの互いに垂直な不変形レーザースペックル画像取り込み装置を取り付けて、物体表面上の任意の点のＸ軸方向及びＹ軸方向の変位量を測定するために用いられ、これらはそれぞれＸ軸変位センサー８及びＹ軸変位センサー６である。３次元変位センサー基台５の真上にＺ軸方向変位を正確に測定できるＺ軸変位センサー７が取り付けられ、これは共焦点式レーザー変位センサー、カラー共焦点式変位センサー、白色光干渉変位センサーまたは三角測量式レーザー変位センサー等であり得る。Ｘ軸変位センサー８、Ｙ軸変位センサー６及びＺ軸変位センサー７のプローブレーザービームは、すべて物体表面の同じ点に当たり、各レーザービームの動作波長の差が少なくとも１０ｎｍであり、各変位センサーの受光レンズの前に±５ｎｍの干渉式フィルタを取り付けて他の２つのレーザー散乱光を除去することで、３つのレーザービームが互いに干渉しないようにさせる。

２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォーム１００は、光学テーブル１０１に高剛性低熱膨張量のレーザースペックル画像３次元位置決め基台１、Ｘ軸レーザー干渉計３、Ｙ軸レーザー干渉計４、Ｘ軸平行移動ステージ１１０、Ｙ軸平行移動ステージ１２０及びレーザースペックル３次元変位センサー２等が架設され、周囲温度によって変化しないスポット画像変位の正確な測定値を取得するため、低い熱膨張係数（長さを変更しにくい）、高い硬度係数（変形しにくい）のレーザースペックル画像３次元位置決め基台１でレーザースペックル座標データベースを構築する必要がある。このような変形しにくく、長さを変更しにくい位置決め基台は、花崗岩の位置決め基台、ゼロ膨張ガラスの位置決め基台、ゼロ膨張セラミックプレートの位置決め基台などであり得る。図１、図２を参照すると、Ｘ軸平行移動ステージ１１０は、Ｙ軸平行移動ステージ１２０に架設され、２つが互いに垂直であり、この架設はＸ軸平行移動ステージ１１０をＹ軸平行移動ステージ１２０のスライダーとして使用するのと同等であり；Ｘ軸レーザー干渉計３は、レーザー送受信ヘッド３０と、干渉鏡３２と、レトロリフレクターミラー３１と、を含み、前記レーザー送受信ヘッド３０及び干渉鏡３２がＸ軸平行移動ステージ１１０の側面に取り付けられ、前記レトロリフレクターミラー３１がＸ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１に取り付けられて、レーザービームの方向を調整する。スライダー１１１が動かされると、レトロリフレクターミラーから反射されたレーザービームが前記レーザー送受信ヘッド３０の受光穴内に安定して投射することができる。Ｙ軸レーザー干渉計４は、レーザー送受信ヘッド４０と、干渉鏡４２と、レトロリフレクターミラー４１と、を含み、前記レーザー送受信ヘッド４０及び干渉鏡４２が光学テーブル１０１の一側に取り付けられ、Ｙ軸レーザー干渉計４のレトロリフレクターミラー４１がＸ軸平行移動ステージ１１０に取り付けられ、Ｙ軸レーザー干渉計４のレーザービームをＸ軸レーザー干渉計３のレーザービームに対して垂直になるように調整させ、Ｘ軸平行移動ステージ１１０が動かされると、レトロリフレクターミラー４１によって反射して戻ってきたレーザービームは前記レーザー送受信ヘッド４０の受光穴内に安定して投射される。レーザースペックル３次元変位センサー２は、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１に取り付けられる。レーザースペックル３次元変位センサー２は、３つのレーザービームをレーザースペックル画像３次元位置決め基台１の同じ位置に放射でき、レーザースペックル３次元変位センサー２の高さを調整することにより、Ｘ軸変位センサー８及びＹ軸変位センサー６が良好かつリアルタイムレーザースペックル画像をキャプチャでき、Ｚ軸変位センサー７がレーザースペックル画像３次元位置決め基台１のリアルタイム高さ値を側的できるようにさせる。

次に図１乃至図４に示すように、測って得られたレーザースペックル画像３次元位置決め基台１の複数の位置の複数のレーザースペックル画像及び複数の高さ値を座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸及び３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）を有するレーザースペックル座標データベースを構築するために使用し、詳しく言うと、２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォーム１００のＸ軸平行移動ステージ１１０及びＸ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を動かせ、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１上のレーザースペックル３次元変位センサー２から放射された３つのレーザービームをレーザースペックル画像３次元位置決め基台１の原点に当たらせ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，１－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，１－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びこの時点のＺ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_１，１）を記録する。ここで座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}は、このレーザースペックル画像がｎ_×ｍアレイ配列の画像マトリックスであることを表し；座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，１－Ｘ軸}は、Ｘ軸変位センサー８が（１、１）位置で測って得られたレーザースペックル画像であることを表し；座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，１－Ｙ軸}は、Ｙ軸変位センサー６が（１、１）位置で測って得られたレーザースペックル画像であることを表す。Ｘ軸レーザー干渉計３及びＹ軸レーザー干渉計４の変位出力をそれぞれゼロリセットすると、この点の空間座標は（ｘ_１、ｙ_１、ｈ_１、１）＝（０、０、ｈ_１、１）である。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の原点にこの点の３次元位置決め座標（０、０、ｈ_１、１）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，１－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，１－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録した。

図１乃至図４に示すように、Ｘ軸平行移動ステージ１１０は動かせず、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を一定距離Δに移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，１－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，１－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_２、１）、Ｘ軸干渉計３の変位量ｘ_２及びＹ軸干渉計４の変位量ｙ_１（この場合、ｙ_１＝０）を記録した、総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の（２、１）の位置で、この点の３次元位置決め座標（ｘ_２、０、ｈ_２、１）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，１－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，１－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録した。同様の方法で類推され、Ｘ軸平行移動ステージ１１０は動かせず、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を（ｕ－１）回目移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，１－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，１－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_ｕ、１）、Ｘ軸レーザー干渉計３の変位量ｘ_ｕ及びＹ軸レーザー干渉計４の変位量ｙ_１（この場合、ｙ_１＝０）を記録した。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台（ｕ、１）の位置で、この点の３次元位置決め座標（ｘ_ｕ、０、ｈ_ｕ、１）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，１－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，１－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録することで、１列目の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸及び３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）のレーザースペックル座標データベースの構築を完了させた。

図１乃至図４に示すように、Ｘ軸レーザー干渉計３の読み取り値で位置決めし、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１の位置を原点（Ｘ軸レーザー干渉計３の位置読み取り値を０にする）に戻し、Ｙ軸平行移動ステージ１２０は光学テーブル１０１に固定され、Ｘ軸平行移動ステージ１１０を一定距離Δに移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，２－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，２－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_１、_２）、Ｘ軸干渉計３の変位量ｘ_１（この場合、ｘ_１＝０）及びＹ軸干渉計４の変位量ｙ_２を記録した。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の（１、２）の位置で、この点の３次元位置決め座標（０、ｙ_２、ｈ_１、２）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，２－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，２－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録した。Ｘ軸平行移動ステージ１１０は動かせず、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を一定距離Δに移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，２－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，２－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_２、２）、Ｘ軸干渉計３の変位量ｘ_２及びＹ軸干渉計４の変位量ｙ_２を記録した、総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の（２、２）の位置で、この点の３次元位置決め座標（ｘ_２、ｙ_２、ｈ_２，２）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，２－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{２，２－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録した。同様の方法で類推され、Ｘ軸平行移動ステージ１１０は動かせず、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を（ｕ－１）回目移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，２－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，２－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_ｕ、２）、Ｘ軸レーザー干渉計３の変位量ｘ_ｕ及びＹ軸レーザー干渉計４の変位量ｙ_２を記録した。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台（ｕ、２）の位置で、この点の３次元位置決め座標（ｘ_ｕ、ｙ_２、ｈ_ｕ，２）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，２－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，２－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録することで、２列目の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸及び３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）のレーザースペックル座標データベースの構築を完了させた。

図１乃至図４に示すように、Ｘ軸レーザー干渉計３の読み取り値で位置決めし、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１の位置を原点（Ｘ軸レーザー干渉計３の位置読み取り値を０にする）に戻し、Ｘ軸平行移動ステージ１１０を一定距離Δに移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，３－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，３－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_１、_３）、Ｘ軸干渉計３の変位量ｘ_１（この場合、ｘ_１＝０）及びＹ軸干渉計４の変位量ｙ_３を記録した。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の（１、３）の位置で、この点の３次元位置決め座標（０、ｙ_３、ｈ_１、３）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，３－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{１，３－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録した。同様の方法で類推され、Ｘ軸平行移動ステージ１１０は動かせず、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を（ｕ－１）回目移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，３－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，３－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_ｕ、３）、Ｘ軸レーザー干渉計３の変位量ｘ_ｕ及びＹ軸レーザー干渉計４の変位量ｙ_３を記録した。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台（ｕ、３）の位置で、この点の３次元位置決め座標（ｘ_ｕ、ｙ_３、ｈ_ｕ，３）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，３－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，３－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録することで、３列目の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸及び３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）のレーザースペックル座標データベースの構築を完了させた。

図１乃至図４に示すように、同様の方法で類推され、Ｘ軸平行移動ステージ１１０を（ｖ－１）回名動かし、Ｘ軸平行移動ステージ１１０のスライダー１１１を（ｕ－１）回目移動させ、この時点のＸ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｙ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}、Ｚ軸変位センサー７の高さ値（ｈ_ｕ、ｖ）、Ｘ軸レーザー干渉計３の変位量ｘ_ｕ及びＹ軸レーザー干渉計４の変位量ｙ_ｖを記録した。総合測定記録：レーザースペックル画像３次元位置決め基台（ｕ、ｖ）の位置で、この点の３次元位置決め座標（ｘ_ｕ、ｙ_ｖ、ｈ_ｕ、ｖ）、Ｘ軸変位センサー８の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸変位センサー６の座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を記録することで、レーザースペックル画像３次元位置決め基台１のｕ_×ｖ配列、Ｘ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、Ｙ軸座標画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸及び３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）データベースの構築を完了させた。図３に示すように、花崗岩の３次元位置決め基台にＸ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、Ｙ軸座標画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸及び３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）データベースを構築し、花崗岩の３次元位置決め基台上の各レーザースペックル位置決め点（ｕ、ｖ）は、位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）_ｕ，ｖ、Ｘ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}。を含む。

本実施例において、レーザースペックル３次元変位センサー２上のＸ軸変位センサー８、Ｙ軸変位センサー６及びＺ軸変位センサー７は、すべてＺ軸上に一定の測定範囲を有し、測定面に近過ぎたり遠すぎたりすると、Ｘ軸変位センサー８、Ｙ軸変位センサー６及びＺ軸変位センサー７が正確な変位量を測定できなくなる。レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の上方に架設されたレーザースペックル３次元変位センサー２は、一定の測定高さ内でレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するレーザースペックル３次元変位センサー２の３次元絶対位置決め座標を正確かつ迅速に得ることができるため、レーザースペックル画像３次元位置決め基台１の上方のレーザースペックル３次元変位センサー２の測定高さ内の３次元空間をレーザースペックル３次元絶対位置決め空間として定義することができる。レーザースペックル３次元変位センサー２をレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に移動させるだけで、レーザースペックル３次元変位センサー２の３次元絶対位置決め座標を正確かつ迅速に測定することができる。

図３乃至図８に示すように、ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤２００は、３面が互いに垂直なレーザースペックル画像３次元位置決め基台１で構成され、各レーザースペックル画像３次元位置決め基台１にはすでにレーザースペックル座標データベースが構築されている。本実施例において、ロボットアームの性能テストニーズに応じてレーザースペックル画像３次元位置決め基台１を任意に組み合わせることができ、図４に示すように、位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）_ｕ，ｖ、Ｘ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}のレーザースペックル座標データベースを構築した３面のレーザースペックル画像３次元位置決め基台１を互いに垂直なロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤２００として組み立て、レーザースペックル３次元変位センサー２を取り付けたロボットアーム２０をテスト定盤２００の任意の３次元位置決め基台１表面のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に移動させ、Ｘ軸レーザースペックル画像、Ｙ軸レーザースペックル画像及びＺ軸のリアルタイム高さをキャプチャし、Ｘ、Ｙ軸レーザースペックル画像と座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸のデータベースとを比較すると、レーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアームエンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標をリアルタイムで得ることができる。

詳しく言うと、ロボットアーム２０の繰り返し位置決め精度テスト定盤の３つのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１の表面をテスト面Ａ、Ｂ、Ｃ等の３つのテスト面に標定し、各テスト面Ａ、Ｂ、Ｃは、図５に示すように互いに垂直である。ロボットアームエンドエフェクタ２１にレーザースペックル３次元変位センサー２が取り付けられ、ロボットアーム２０を動かしてロボットアームエンドエフェクタ２１上のレーザースペックル３次元変位センサー２をテスト面Ａのレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせ、位置決め点９のＸ軸レーザースペックル画像、Ｙ軸レーザースペックル画像及びＺ軸のリアルタイム高さをキャプチャし、この２つのリアルタイムなレーザースペックル画像をそのレーザースペックル座標データベースと比較すると、テスト面Ａのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標をリアルタイムで得ることができ、この時のロボットアーム２０の各回転軸の回転角度及びテスト面Ａのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアーム２０の３次元絶対位置決め座標を記録して、１回目のロボットアームエンドエフェクタ２１の位置決めテストを完了させる。ロボットアーム２０を取り除くか、元の位置に戻してから命令をロボットアーム２０の各回転軸に発行し、テスト記録角度に順番に回転し、ロボットアームエンドエフェクタ２１が所定の位置に到達した後に位置決め点９のＸ軸レーザースペックル画像、Ｙ軸レーザースペックル画像及びＺ軸リアルタイム高さをキャプチャし、この２つのリアルタイムなレーザースペックル画像をレーザースペックル座標データベースと比較すると、テスト面Ａのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対する２回目のロボットアームエンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標を得ることができる。同様の方法で、テスト面Ａのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するｎ回のロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標を実行し、ｎ回の位置決め３次元絶対位置決め座標データを集計すると、テスト面Ａに対するロボットアーム２０の姿勢の繰り返し位置決め精度の関連パラメータを得ることができる。

同様の方法で、図６に示すように、ロボットアームエンドエフェクタ２１をテスト面Ｂのレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るように移動させ、位置決め点１０のＸ軸レーザースペックル画像、Ｙ軸レーザースペックル画像及びＺ軸のリアルタイム高さをキャプチャし、この２つのリアルタイムなレーザースペックル画像をそのレーザースペックル座標データベースと比較すると、テスト面Ｂのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標をリアルタイムで得ることができ、この時のロボットアーム２０の各回転軸の回転角度及びテスト面Ｂのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアーム２０の３次元絶対位置決め座標を記録する。テスト面Ｂのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するｎ回のロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標を実行し、ｎ回の位置決め３次元絶対位置決め座標データを集計すると、テスト面Ｂに対するロボットアーム２０の姿勢の繰り返し位置決め精度の関連パラメータを得ることができる。

同様の方法で、図７に示すように、ロボットアームエンドエフェクタ２１をテスト面Ｃのレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るように移動させ、位置決め点１１のＸ軸レーザースペックル画像、Ｙ軸レーザースペックル画像及びＺ軸のリアルタイム高さをキャプチャし、この２つのリアルタイムなレーザースペックル画像をそのレーザースペックル座標データベースと比較すると、テスト面Ｃのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標をリアルタイムで得ることができ、この時のロボットアーム２０の各回転軸の回転角度及びテスト面Ｃのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するロボットアーム２０の３次元絶対位置決め座標を記録する。テスト面Ｃのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１に対するｎ回のロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標を実行し、ｎ回の位置決め３次元絶対位置決め座標データを集計すると、テスト面Ｃに対するロボットアーム２０の姿勢の繰り返し位置決め精度の関連パラメータを得ることができる。

以上、ロボットアーム２０を動かすことにより、レーザースペックル３次元変位センサー２をロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせ、キャプチャした位置決め点９、１０、１１のレーザースペックル画像とレーザースペックル座標データベースの座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸とを比較して、座標画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸に対する位置決め点９、１０、１１のＸ軸及びＹ軸相対変位量を得、さらに前記レーザースペックル３次元変位センサー２のＺ軸高さパラメータ及び座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸の３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）と組み合わせると、この時のロボットアームエンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標を得ることができる。

図５乃至図７からはっきりと分かるように、空間の異なる位置決め点９、１０、１１におけるロボットアーム２０の姿勢は明らかに互いに異なり、レーザースペックル３次元絶対位置決め空間がロボットアーム１０の様々な姿勢の繰り返し位置決め精度テストを満たすことができる。空間内の１点の繰り返し位置決め精度テストだけでなく、ロボットアーム２０が連続移動の位置決め軌跡１２も繰り返し位置決め精度テストを実施できる。図８に示すように、ロボットアームエンドエフェクタ２１は、レーザースペックル３次元変位センサー２を挟持してテスト面Ａのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に四角形の軌跡１２１を描き、テスト面Ｂのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に三角形の軌跡１２２を描き、テスト面Ｃのレーザースペックル画像３次元位置決め基台１のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に円形の軌跡１２３を描く。レーザースペックル３次元変位センサー２のＸ軸変位センサー８及びＹ軸変位センサー６は、１０ｋＨｚを超える周波数で連続的に取り込んだ画像の比較を通じて位置決めすることができ、Ｚ軸変位センサー７が周波数４９ｋＨｚで連続的に位置決めすることができ、１ｍ／ｓｅｃ速度で運動するロボットアーム２０の場合、レーザースペックル絶対位置決め空間内に正しく位置決めされることができるため、いかなる運動軌跡を問わず、レーザースペックル絶対位置決め空間内にある限り、ロボットアーム２０の繰り返し位置決め精度を正しく測定することができる。

図９及び図１乃至図８を併せて参照すると、ロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法のフローチャートである。そのステップとしては次の通りである。２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームを構築し、レーザースペックル３次元変位センサー２の３つのレーザービームをレーザースペックル画像３次元位置決め基台１の同じ位置に放射して、前記位置の２つのレーザースペックル画像及び高さ値をキャプチャし、レーザースペックル３次元変位センサー２の３つのレーザービームが当たったレーザースペックル画像３次元位置決め基台１の複数の位置に各々対応する２つのレーザースペックル画像及び高さ値を位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）_ｕ，ｖ、Ｘ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｘ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}及びＹ軸座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_{ｕ，ｖ－Ｙ軸，ｐ＝１－ｎ，ｑ＝１－ｍ}を有するレーザースペックル座標データベースとして構築するステップＳ１、Ｓ２；レーザースペックル座標データベースの構築済みで、３面の互いに垂直なレーザースペックル画像３次元位置決め基台１で構成したロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤２００を構築するステップＳ３；レーザースペックル３次元変位センサー２をロボットアーム２０のロボットアームエンドエフェクタ２１上に取り付け、ロボットアーム２０を動かすことにより、レーザースペックル３次元変位センサー２をロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤２００のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせて位置決め点９、１０、１１のレーザースペックル画像をキャプチャさせ、前記レーザースペックル画像と前記レーザースペックル座標データベースの座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸とを比較して、前記座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸のＸ軸及びＹ軸に対する前記位置決め点９、１０、１１の相対変位量（_Δｘ、_Δｙ）を得、さらにレーザースペックル３次元変位センサー２のＺ軸高さパラメータ（_Δｚ）及び前記座標レーザースペックル画像（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸の３次元位置決め座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）と組み合わせると、この時の前記ロボットアームエンドエフェクタ２１の３次元絶対位置決め座標（ｘ_ｉ＋_Δｘ、ｙ_ｊ＋_Δｙ、ｚ_ｋ＋_Δｚ）を得ることができるステップＳ４、Ｓ５。

産業利用上の可能性

上記をまとめると、ロボットの価値を高める最も直接的な方法は、ロボットアームの位置決め精度を向上することである。本発明は、ロボットの繰り返し位置決め精度測定の装置及び方法を開示し、本発明者の研究開発済みの多軸ロボットアームの精密測定・位置決め技術（参照：特許文献３、特許文献４、特許文献５）と組み合わせることで、ロボットアームの各回転軸の角度誤差、変形誤差等のデータを正確に測定し、ロボットアームエンドエフェクタの位置決め誤差測定データと組み合わせて、我々はロボットアーム位置決め誤差を正確に補正できる技術を開発できる機会があり、国内ロボットの品質を効果的に向上し、国際的な一流レベルに達す。したがって、本出願の特許技術は、関連業界に数十億台湾ドルの収益を増加させることができると予測される。

以上に述べた実施例は、あくまでも本発明の特徴及び効果を説明するための単なる例示であり、本発明の本質的な技術内容の範囲を限定することを意図するものではない。当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で上記実施例へ潤色や変動を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、後記の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１００２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォーム
１０１光学テーブル
１０位置決め点
１レーザースペックル画像３次元位置決め基台
１１位置決め点
１１０Ｘ軸平行移動ステージ
１１１スライダー
１２位置決め軌跡
１２０Ｙ軸平行移動ステージ
１２１四角形の位置決め軌跡
１２２三角形の位置決め軌跡
１２３円形の位置決め軌跡
２００ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤
２０ロボットアーム
２レーザースペックル３次元変位センサー
２１ロボットアームエンドエフェクタ
３０レーザー送受信ヘッド
３Ｘ軸レーザー干渉計
３１レトロリフレクターミラー
３２干渉鏡
４０レーザー送受信ヘッド
４Ｙ軸レーザー干渉計
４１レトロリフレクターミラー
４２干渉鏡
５３次元変位センサー基台
６Ｙ軸変位センサー
７Ｚ軸変位センサー
８Ｘ軸変位センサー
９位置決め点
Ａ、Ｂ、Ｃテスト面
（ｘ_ｉ、ｙ_ｊ、ｚ_ｋ）位置決め座標
（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｘ軸、（Ｉ_ｐ、Ｉ_ｑ）_Ｙ軸座標レーザースペックル画像

Claims

２つの互いに垂直な不変形レーザースペックル画像取り込み装置と、レーザー変位センサーと、を有するレーザースペックル３次元変位センサーと、
レーザースペックル画像３次元位置決め基台と、前記レーザースペックル３次元変位センサーと、を有し、前記レーザースペックル３次元変位センサーは、３つのレーザービームを前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の同じ位置に放射して、前記位置の２つのレーザースペックル画像及び１つの高さ値をキャプチャし、前記レーザースペックル３次元変位センサーの３つのレーザービームが当たった前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の複数の位置に各々対応する２つのレーザースペックル画像及び高さ値を２つの座標レーザースペックル画像と３次元位置決め座標とを有するレーザースペックル座標データベースとして構築するように構成される２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームと、
３面の互いに垂直な前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台で構成され、各前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台はすでに前記レーザースペックル座標データベースを構築したロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤と、
前記レーザースペックル３次元変位センサーを取り付けたエンドエフェクタを含むロボットアームと、
を備えたロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置であって、
前記ロボットアームを動かすことにより、前記レーザースペックル３次元変位センサーを前記ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせて位置決め点のレーザースペックル画像をキャプチャさせ、前記レーザースペックル画像と前記レーザースペックル座標データベースの前記座標レーザースペックル画像とを比較して、前記座標レーザースペックル画像のＸ軸及びＹ軸に対する前記位置決め点の相対変位量を得、さらに前記レーザースペックル３次元変位センサーのＺ軸高さパラメータ及び前記座標レーザースペックル画像の前記３次元位置決め座標と組み合わせると、この時の前記ロボットアームの前記エンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標を得ることができるロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置。
前記不変形レーザースペックル画像取り込み装置は、Ｘ軸変位センサーと、Ｙ軸変位センサーと、を含み、前記Ｘ軸変位センサーが物体表面上の任意の点のＸ軸方向の変位量を測定するために用いられ、前記Ｙ軸変位センサーが物体表面上の任意の点のＹ軸方向の変位量を測定するために用いられる請求項１に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置。
前記レーザー変位センサーは、Ｚ軸変位センサーであり、かつ共焦点式レーザー変位センサー、カラー共焦点式変位センサー、白色光干渉変位センサーまたは三角測量式レーザー変位センサーを含む請求項２に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置。
前記Ｘ軸変位センサー、前記Ｙ軸変位センサー及び前記Ｚ軸変位センサーのプローブレーザービームは、すべて前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の表面上の同じ点に当たり、各レーザービームの動作波長の差が少なくとも１０ｎｍであり、各変位センサーの受光レンズの前に±５ｎｍの干渉式フィルタを取り付けて他の２つのレーザー散乱光を除去することで、３つのレーザービームが互いに干渉しないようにさせる請求項３に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置。
前記レーザースペックル３次元絶対位置決め空間は、前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の上方、及び前記レーザースペックル３次元変位センサーの測定高さ内の３次元空間である請求項１に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置。
前記レーザースペックル３次元変位センサーは、１０ｋＨｚを超える周波数で連続的に画像を取り込む請求項１に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の装置。
（Ａ）２次元レーザー干渉計キャリブレーションプラットフォームを構築し、レーザースペックル３次元変位センサーの３つのレーザービームをレーザースペックル画像３次元位置決め基台の同じ位置に放射して、前記位置の２つのレーザースペックル画像及び１つの高さ値をキャプチャし、前記レーザースペックル３次元変位センサーの３つのレーザービームが当たった前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の複数の位置に各々対応する２つのレーザースペックル画像及び高さ値を２つの座標レーザースペックル画像と３次元位置決め座標とを有するレーザースペックル座標データベースとして構築するステップと、
（Ｂ）前記レーザースペックル座標データベースの構築済みで、３面の互いに垂直な前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台で構成したロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤を構築するステップと、
（Ｃ）前記レーザースペックル３次元変位センサーを前記ロボットアームのエンドエフェクタ上に取り付けるステップと、
（Ｄ）前記ロボットアームを動かすことにより、前記レーザースペックル３次元変位センサーを前記ロボットアームの繰り返し位置決め精度テスト定盤のレーザースペックル３次元絶対位置決め空間内に入るようにさせて位置決め点のレーザースペックル画像をキャプチャさせ、前記レーザースペックル画像と前記レーザースペックル座標データベースの前記座標レーザースペックル画像とを比較して、前記座標レーザースペックル画像のＸ軸及びＹ軸に対する前記位置決め点の相対変位量を得、さらに前記レーザースペックル３次元変位センサーのＺ軸高さパラメータ及び前記座標レーザースペックル画像の前記３次元位置決め座標と組み合わせると、この時の前記ロボットアームの前記エンドエフェクタの３次元絶対位置決め座標を得ることができるステップと、
を含むロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法。
前記レーザースペックル３次元変位センサーは、２つの互いに垂直な不変形レーザースペックル画像取り込み装置と、レーザー変位センサーと、を有し、前記不変形レーザースペックル画像取り込み装置がＸ軸変位センサーと、Ｙ軸変位センサーと、を含み、前記Ｘ軸変位センサーが物体表面上の任意の点のＸ軸方向の変位量を測定するために用いられ、前記Ｙ軸変位センサーが物体表面上の任意の点のＹ軸方向の変位量を測定するために用いられる請求項７に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法。
前記レーザー変位センサーは、Ｚ軸変位センサーであり、かつ共焦点式レーザー変位センサー、カラー共焦点式変位センサー、白色光干渉変位センサーまたは三角測量式レーザー変位センサーを含む請求項８に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法。
前記Ｘ軸変位センサー、前記Ｙ軸変位センサー及び前記Ｚ軸変位センサーのプローブレーザービームは、すべて前記レーザースペックル画像３次元位置決め基台の表面上の同じ点に当たり、各レーザービームの動作波長の差が少なくとも１０ｎｍであり、各変位センサーの受光レンズの前に±５ｎｍの干渉式フィルタを取り付けて他の２つのレーザー散乱光を除去することで、３つのレーザービームが互いに干渉しないようにさせる請求項９に記載のロボットアーム繰り返し位置決め精度測定の方法。