JP7360342B2 - ツール位置検出装置及び該装置を備えたロボット - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対しツールを相対移動させ作業を行うロボットのツール位置検出装置に関する。

ワークに対しツールを相対移動させ作業を行うロボットにおいては、ツールの実際の位置（ツールの座標情報）を検出してロボットに取り込み、ロボットに記憶させているツールの座標情報を実際の座標情報で補正する、所謂ツール位置検出・補正作業（キャリブレーション）が必要となる。

このような産業用ロボットにおいて、例えばワークに対して塗布剤を塗布する塗布ロボットでは、多くの場合、先端にノズルを設けたシリンジが使用され、シリンジに収容した塗布剤が減ると、作業性を考慮して、塗布剤が充填されたシリンジ自体を交換することが一般的である。シリンジを交換すると、シリンジの製造上の誤差や取り付け誤差等に起因して、ノズルの先端部の位置にわずかなずれが発生することがあり、その結果、ワークに対して狙いとする位置に塗布剤を塗布することができなくなる。このような不具合を防止するべく、従来、ノズルの位置を検出し、その検出結果に基づいて記憶されている塗布パターンを補正する技術が種々提案されている。

例えば特許文献１では、塗布ロボットにおいて、光軸が交差するように配置された２個の光センサとエリアセンサの３つのセンサを備えたノズル位置検出装置を用いることによって、ノズルのＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を検出し、その検出値からティーチングデータを補正する技術が提案されている。また特許文献２に記載されているように、光軸が交差するように配置された２個の光センサだけでＸ、Ｙ、Ｚ座標を検出可能な技術も提案されている。

特開２００３－１４５００４号公報 独国特許出願公開第１０２００７０１８６４０号明細書

特許文献１におけるエリアセンサは、光センサを光軸が平行になるよう複数並べたものであって、光軸が交差するように配置された２個の光センサに加えて更に複数の光センサを必要としている。すなわち、位置検出装置として多数の光センサを必要としているため、装置の大型化、高コスト化、システムの複雑化につながることになる。

一方、特許文献２の如き２個の光センサだけでＸ、Ｙ、Ｚ座標を検出する技術においては、Ｚ軸方向のずれが分からないままＸ、Ｙ座標を検出しなければならない。従って、ノズルと位置検出装置との衝突を防止するため、図８に示すように、ノズル先端部の検出開始位置を少し高めに設定しておき、Ｚ方向に少しずつノズルを下げながらこれをＸ軸方向（又はＹ軸方向）に往復動作（ジグザグ動作、探り動作）させなければならず、ノズルの位置検出に多大な時間を要している。

このように、ノズル等のツールの位置を検出するためのツール位置検出装置においては、使用するセンサの数とツール位置の検出に要する時間は、トレードオフの関係にある。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明は、従来のツール位置検出装置におけるトレードオフを解消し、多数のセンサを使用せずとも位置検出に要する時間を短縮することが可能なツール位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、ワークに対しツールを相対移動させ作業を行うロボットのツール位置検出装置において、発光部と受光部とを設けた光センサを備える検出部と、前記発光部から前記受光部への検出光の光軸方向に対して交差する方向に沿う軸を中心として前記検出部を回転させる回転部と、を備え、前記回転部の回転に伴う前記検出光による走査エリアで前記ツールの先端部の位置を検出するよう構成している。

このようなツール位置検出装置においては、前記走査エリアにおける第一位置に前記ツールの先端部があるときに当該先端部が前記光センサで検出される時間である第一検出時間と、当該走査エリアにおける第二位置に当該ツールの先端部があるときに当該先端部が当該光センサで検出される時間である第二検出時間と、に基づいて前記ツールの先端部の位置を検出することが好ましい。

また上記のツール位置検出装置においは、前記回転部を回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の位置を検出する位置検出モードと、前記回転部を回転させつつ前記ツールを前記走査エリアに対して交差する方向に移動させることによって前記ツールの傾きを検出する傾き検出モードと、に切り替え可能であることが好ましい。

そして、前記回転部を回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の有無を検出する回転検出モードと、前記回転部の回転を停止させ、前記検出光を横切る方向に前記ツールの先端部を移動させることによって当該先端部の位置を検出する回転停止検出モードと、に切り替え可能であることが好ましい。

また、前記回転部を第一回転速度で回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の有無を検出する第一回転速度モードと、前記回転部を前記第一回転速度よりも遅い第二回転速度で回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の位置を検出する第二回転速度モードと、に切り替え可能であることが好ましい。

また本発明は、上記何れかのツール位置検出装置を備えるロボットでもある。

本発明のツール位置検出装置によれば、１つの光センサであっても基準となるツールの位置と実際のツールの位置とのずれを検出することが可能であり、また従来のように、ツールと位置検出装置との衝突を防止するための往復動作（ジグザグ動作）を行う必要も無いため、ノズルの位置検出に要する時間を短縮することができる。

本発明に係るツール位置検出装置の一実施形態を含んだ塗布ロボットの全体斜視図である。 図１に示した塗布ロボットの構成を示すブロック図である。 ノズル位置検出装置の斜視図である。 ノズルのＺ座標を検出する方法に関する説明図である。 ノズルのＹ座標、及びＸ座標を検出する方法に関する説明図である。 ノズルの傾きを検出する方法に関する説明図である。 回転部の回転を停止させた状態でノズルの位置を検出する方法に関する説明図である。 ノズルのＺ座標を検出するための従来の方法について示した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るツール位置検出装置の一実施形態を含んだ塗布ロボットについて説明する。

図１に示すように本実施形態の塗布ロボット１は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動する３軸ロボット２と、塗布装置３と、３軸ロボット２を制御するロボット制御装置４と、塗布装置３を制御する塗布制御装置５と、塗布ロボット１に対して操作教示を行うための教示・操作装置６と、後述するノズル１３の先端部の位置を検出する際に使用されるノズル位置検出装置（ツール位置検出装置）７で構成されていて、ワーク８に塗布剤を塗布するものである。

３軸ロボット２は、ワーク８をＸ軸方向に移動せるＸテーブル９と、Ｚユニット１１及び塗布装置３をＹ軸方向に移動させるＹユニット１０と、塗布装置３をＺ軸方向に移動させるＺユニット１１とを備えている。そして塗布装置３は、塗布剤を収容するシリンジ１２と、シリンジ１２の先端に設けられ、シリンジ１２に収容した塗布剤を吐出するノズル１３とを備えている。

図２は、塗布ロボット１の構成を示すブロック図である。図２に示すようにロボット制御装置４は、教示・操作装置６、塗布制御装置５、ノズル位置検出装置７、３軸ロボット２と接続されている。また塗布制御装置５は、塗布装置３と接続されており、ロボット制御装置４と連携して塗布装置３を制御する。またロボット制御装置４は、プログラム・教示データ記憶部１４とノズル位置情報記憶部１５を備えている。プログラム・教示データ記憶部１４には、教示・操作装置６を介し、塗布パターン（塗布の座標情報）や塗布速度情報や塗布量情報等の他、後述するようにノズル位置情報を検出するため、塗布装置３と検出部１７とを相対移動させる検出駆動パターンといった教示データ（ティーチングデータ）が入力され、記憶される。ロボット制御装置４は、教示データに基づき、Ｘテーブルを駆動させるＸ駆動モータ及び、Ｙユニット１０を駆動させるＹ駆動モータ、Ｚユニット１１を駆動させるＺ駆動モータを駆動制御することで、ワーク８とツールである塗布装置３とを相対移動させると同時に、塗布制御装置５を介し塗布装置３を制御することでワーク８に対し塗布作業を行う。そしてノズル位置情報記憶部１５には、教示データとして記憶された塗布パターンを塗布する際に使用される基準となるノズル１３の先端部の位置に関する情報（基準ノズル位置情報）や後述する現ノズル位置情報及びそれらから算出された補正値が記憶される。

ノズル位置検出装置７は、ノズル１３に対してＸＹＺ方向に相対的に移動可能な場所に設けられるものであり、本実施形態ではＸテーブル９に取り付けられている。図２、図３に示すようにノズル位置検出装置７は、光センサ１６を備える検出部１７と、検出部１７を回転させる（本実施形態では右回りに回転させる）回転部１８とを備えている。ここで光センサ１６は、発光部１９と受光部２０が対向するように設けられ、発光部１９から受光部２０に向けて検出光２１を出力して、受光すると電気信号を出力する受光部２０の受光状況を検出することで発光部１９と受光部２０の間に検出光２１を遮光する物体が存在するか否かを検出するものである。本実施形態では１軸の光センサ１６を使用している。なお、ここで言う光軸とは、発光部１９から受光部２０へと照射される光（検出光２１）の軌跡を表した仮想的な線を意味している。

上述した回転部１８は、本実施形態では回転部１８が回転する際の中心Ｃが、検出光２１の光軸と直角に交わっていて、且つ検出光２１の中間地点に位置する（検出光２１の光軸長さ（発光部１９と受光部２０の距離）を２×Ｒとする場合、回転部１８の中心Ｃは、発光部１９と受光部２０から距離Ｒのところに位置する）ように設けられている。すなわち、回転部１８によって検出部１７を回転させた場合、検出光２１の軌跡は、中心Ｃを中心として半径がＲとなる円状の領域を形成する。この円状の仮想的な領域を走査エリアβと称する。なお、回転部１８の中心Ｃと走査エリアβの中心は一致するため、以下の説明においては、走査エリアβの中心を示す際も中心Ｃを使うこととする。ここで回転部１８は、図２に示すようにロボット制御装置４に接続されていて、回転角度や回転速度が制御される。また検出部１７もロボット制御装置４に接続されていて、検出部１７が備える光センサ１６による出力は、ロボット制御装置４に伝送される。また詳細については後述するが、図４、図５に示すように本実施形態の光センサ１６は、発光部１９からの検出光２１を照射し、遮蔽物を検知していない場合は、受光部２０が検出光２１を受光し、その信号つまりＯＰＥＮ信号を出力する。一方、光軸上に遮蔽物が存在すると、遮蔽物によって検出光２１が遮蔽され受光部２０まで到達しないため、受光部２０の出力は著しく低下するかもしくはゼロとなる。この状態をＣｌｏｓｅ状態と称する。この出力値の変化を検出することで、光軸上に遮蔽物が存在するかどうかを検知する。なお検出部１７に用いられるセンサは、遮蔽物を検知した場合と検知していない場合で出力状態が変わるものであればよく、光センサに限らず、他にも例えば超音波センサを用いたとしても良い。

このような構成の塗布ロボット１では、塗布パターン等の作業・加工用データを、作業者が教示・操作装置６を使用して教示データ（ティーチングデータ）としてロボット制御装置４のプログラム・教示データ記憶部１４に記憶させておく。そして塗布剤を塗布するにあたっては、プログラム・教示データ記憶部１４に記憶されているプログラム及び記憶されている教示データに基づいて３軸ロボット２と塗布装置３を連動して駆動させ、ワーク８に対してノズル１３を相対移動させるとともに塗布装置３の吐出量を制御して、ワーク８に所定の塗布パターンの塗布を行う。

また本実施形態の塗布ロボット１では、例えばシリンジ１２を交換した場合でも、記憶した塗布パターン通りに適切に塗布が行われるように、教示データとして記憶された塗布パターンを塗布する際に使用される基準となるノズル１３の先端部の位置に関する情報（基準ノズル位置情報）がノズル位置情報記憶部１５に記憶されていて、実際に塗布を行うノズル１３の先端部の位置に関する情報（現ノズル位置情報）を取得して基準ノズル位置情報とのずれを算出し、そのずれを補正するキャリブレーションが行われる。つまり、一般的に塗布ロボット１に塗布パターンを教示させる際、代表ワーク８と代表シリンジ１２を用い、相互の位置関係を確認しながら塗布パターンを教示・記憶させる。そのため、記憶された塗布パターンは代表シリンジ１２のノズル１３の先端部の位置を基準として設定されている。したがって、代表シリンジ１２を用い塗布パターンを記憶させた後、後述する方法で代表シリンジ１２とノズル１３の先端部の位置情報を検出し、その情報を基準ノズル位置情報として、ノズル位置情報記憶部１５に記憶する。その後、シリンジ１２を交換した後等、ノズル１３の先端部の位置が変化した可能性がある場合に、同様の方法でノズル１３の先端部の位置情報を検出し、その検出座標を現ノズル位置情報として先に記憶させた基準ノズル位置情報と比較することで補正値を算出し、その補正値を基に塗布パターンを補正する。

以下、基準ノズル位置情報と現ノズル位置情報として、ノズル１３の先端部のＸ、Ｙ、Ｚ座標を検出する方法について詳細に説明する。ここで、ノズル１３の先端部の位置として検出するＸ、Ｙ、Ｚ座標とは、ノズル１３の先端部が走査エリアβ上にあり（先端部の高さが走査エリアβの高さと同一であり）、且つその先端部が中心Ｃと一致する位置における３軸ロボット２のＸテーブル、Ｙユニット、Ｚユニットの位置（座標）である。なお本実施形態では、Ｚ座標、Ｙ座標、Ｘ座標の順にノズル１３の先端部の位置を検出するようにしているが、検出順序は適宜入れ替えてもよい。

まず図４を参照しながら、ノズル１３における先端部のＺ座標を検出する方法について説明する。なお、図４（ａ）における上図は、ノズル１３とノズル位置検出装置７との位置関係を概略的に示した図であり、下図は、光センサ１６が半回転するときの時間と光センサ１６の出力信号との関係を示している（図４（ｂ）の上図と下図も同様）。

本実施形態ではまず、ロボット制御装置４はからの指令によって３軸ロボット２を駆動させ、図４（ａ）の上図に示すように、ノズル１３をノズル位置検出装置７の上方に移動させる。また回転部１８を駆動させて、検出光２１による走査エリアβを形成しておく。なお、この時点において回転部１８は停止していてもよい（走査エリアβが形成されていなくてもよい）が、後述するようにノズル１３の下降を行う時点（図４（ｂ）に示す時点）では、回転部１８を駆動させおくこととする。ここで、図４（ａ）に示すようにノズル１３をノズル位置検出装置７の上方に移動させた状態では、走査エリアβには遮蔽物となるノズル１３が無いため、光センサ１６の出力は、図４（ａ）の下図に示すように常にＯＰＥＮ信号を出力する。

次いで、Ｚユニット１１を駆動させて、図４（ｂ）に示すようにノズル１３を下降させる。なお、図４（ａ）の時点でノズル１３の先端部の位置は正確には分からないものの、シリンジ１２を通常通りに交換すると、ノズル１３の先端部の位置がばらつくとしてもその量は微小であって、ＸＹ方向のずれは走査エリアβの大きさよりも十分に小さい範囲に収まる。従ってノズル１３を下降させても、これが検出部１７に干渉することはない。

そしてノズル１３を下降させていくと、ある段階でノズル１３の先端部が走査エリアβに到達する。その瞬間から光センサ１６の出力は、図４（ｂ）に示すように所定時間Ｃｌｏｓｅ状態となる。本実施形態では、光センサ１６が半回転する時間を１サイクルとする場合、１サイクルあたりに１回、信号幅Ｗ１のＣｌｏｓｅ状態となる。そして、このときのＺユニット１１のＺ座標がノズル位置情報のＺ座標として記憶される。

次に、図５を参照しながらノズル１３の先端部のＹ座標、Ｘ座標を検出する方法について説明する。図５（ａ）～（ｇ）における左図は、平面視における走査エリアβと、走査エリアβと交差する高さでのノズル１３の先端部との位置関係を示していて、右図は光センサ１６が半回転するときの時間と光センサ１６の出力信号との関係を示している。なお図５（ａ）は、図４（ｂ）の状態を示していて、本実施形態では、ノズル１３の先端部のＺ座標を検出した後、引き続きそのＹ座標を検出する動作を行っている。

ノズル１３の先端部のＹ座標を検出するにあたっては、ロボット制御装置４からの指令によってＹユニット１０を駆動させて、ノズル１３を＋Ｙ方向、又は－Ｙ方向に移動させて走査エリアβの中心Ｃに近づける。例えば、図５（ａ）に示す位置から図５（ｂ）に示す位置までノズル１３を－Ｙ方向に移動させる場合、図５（ｂ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ２は、図５（ａ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ１よりも小さくなる。すなわち、図５（ａ）の位置から図５（ｂ）の位置へノズル１３を移動させることによって、走査エリアβの中心Ｃにノズル１３の先端部が近づくため、中心Ｃまわりに回転する検出光２１がノズル１３によって遮光される時間は、図５（ａ）での位置よりも図５（ｂ）での位置の方が長くなる。従って、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅は、図５（ａ）での信号幅Ｗ１に対し、図５（ｂ）での信号幅Ｗ２は大きくなる。換言すると、ノズル１３の先端部のＹ座標を検出する動作を行う際、走査エリアβの中心Ｃとノズル１３の先端部との位置関係が図５（ａ）や図５（ｂ）の状態にあることは実際には不明であるが、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅が、ノズル１３を－Ｙ方向に動かすことによって大きくなっているため、走査エリアβの中心Ｃにノズル１３の先端部が近づいていることが判別できる。また、ノズル１３を－Ｙ方向に移動させることによって走査エリアβの中心Ｃにノズル１３の先端部が近づいていることから、－Ｙ方向に移動させる前の状態において、ノズル１３の先端部は、走査エリアβにおけるＹ方向プラス側の領域に位置していることが判別できる。なお、図５（ａ）に示す位置からノズル１３を＋Ｙ方向に動かした際は、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅は次第に小さくなる。すなわち、走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部が遠ざかっていることが判別できるため、このような場合は、ノズル１３を動かす向きを逆方向に切り替えることによって、ノズル１３の先端部の位置を検出する時間を短縮することができる。

そして図５（ｂ）に示す位置から図５（ｃ）に示す位置へ、ノズル１３を更に－Ｙ方向に移動させる場合、図５（ｃ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ３は、図５（ｂ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ２よりも大きくなる。すなわち、図５（ｂ）の位置から図５（ｃ）の位置へノズル１３を移動させることによって、ノズル１３の先端部は、走査エリアβの中心Ｃから遠ざかるため、中心Ｃまわりに回転する検出光２１がノズル１３によって遮光される時間は短くなる。従って、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅は、図５（ｂ）での信号幅Ｗ２に対し、図５（ｃ）での信号幅Ｗ３は小さくなる。なお、本実施形態の信号幅Ｗ３は、図５（ａ）に示す信号幅Ｗ１と同一である。

そして、このようにして得られるＣｌｏｓｅ状態の信号幅に基づき、ノズル１３がＹ軸方向において走査エリアβの中心Ｃと一致する位置を求めることによって、ノズル１３の先端部が中心Ｃと一致する位置でのＹ座標を検出する。ノズル１３がＹ軸方向において走査エリアβの中心Ｃと一致する位置は、種々の方法で算出可能である。例えば、Ｃｌｏｓｅ状態の信号幅の値が最大で且つ極大となるとき（本実施形態では信号幅Ｗ２となるとき）は、ノズル１３はＹ軸方向において走査エリアβの中心Ｃに最も近づいたことになるため、ノズル１３は、Ｙ軸方向において走査エリアβの中心Ｃと一致する。またノズル１３をＹ軸に沿って移動させる際に、ある位置でのＣｌｏｓｅ状態の信号幅と別の位置でのＣｌｏｓｅ状態の信号幅が同一となる場合（例えば図５（ａ）に示した位置での信号幅Ｗ１と図５（ｃ）に示した位置での信号幅Ｗ３は同一である）、これらの位置の中間点は、走査エリアβの中心Ｃと一致する。そして、検出されたＹユニット１０のＹ座標がノズル位置情報のＹ座標として記憶される。

このようにしてノズル１３の先端部のＹ座標を検出した後は、同様の手順で、ノズル１３の先端部のＸ座標を検出する。本実施形態では、図５（ｄ）～（ｇ）に示す手順で行うこととする。なお図５（ｄ）に示すように、本実施形態ではノズル１３がＹ軸方向において走査エリアβの中心Ｃと一致するところを開始点としているが、これに限られず、Ｙ軸方向において走査エリアβの中心Ｃからずれたところを開始点としてもよい。

ノズル１３の先端部のＸ座標を検出するにあたっては、ロボット制御装置４からの指令によってＸテーブル９を駆動させて、ノズル１３を＋Ｘ方向、又は－Ｘ方向に移動させて走査エリアβの中心Ｃに近づける。例えば、図５（ｄ）に示す状態から図５（ｅ）に示す状態までノズル１３を－Ｘ方向に移動させる場合、図５（ｅ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ４は、図５（ｄ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ２よりも小さくなる。すなわち、図５（ｄ）の位置から図５（ｅ）の位置へノズル１３を移動させることによって、走査エリアβの中心Ｃにノズル１３の先端部が近づくため、中心Ｃまわりに回転する検出光２１がノズル１３によって遮光される時間は長くなる。従って、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅は、図５（ｄ）での信号幅Ｗ２に対し、図５（ｅ）での信号幅Ｗ４は大きくなる。なお、図５（ｄ）に示す位置からノズル１３を＋Ｘ方向に動かした際は、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅は次第に小さくなる。すなわち、走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部が遠ざかっていることが判別できるため、先に説明したノズル１３を＋Ｙ方向に動かしたときと同様に、ノズル１３を動かす向きを逆方向に切り替えることによって、ノズル１３の先端部の位置を検出する時間を短縮することができる。

そしてノズル１３を更に－Ｘ方向に移動させると、図５（ｆ）に示すようにノズル１３は、走査エリアβの中心Ｃに差し掛かる。この状態おいては、回転部１８が何れの回転位置にあっても光センサ１６の検出光２１はノズル１３によって遮光されることになる。すなわち、この状態において光センサ１６は、常にＣｌｏｓｅ状態となる。なお、ノズル１３を更に－Ｘ方向へ移動させても、ノズル１３が検出光２１を遮光している限り、光センサ１６は常にＣｌｏｓｅ状態となる。すなわち、光センサ１６が常にＣｌｏｓｅ状態となっている間のノズル１３のＸ軸方向の移動量は、ノズル１３の先端部の直径に相当するため、この移動量に基づいてノズル１３の直径を算出することができる。

そして図５（ｆ）に示す位置から図５（ｇ）に示す位置へ、ノズル１３を更に－Ｘ方向に移動させる場合、図５（ｇ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ６は、図５（ｆ）に示す状態での走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部までの距離Ｒ５よりも大きくなる。すなわち、図５（ｆ）の位置から図５（ｇ）に示す位置へノズル１３を移動させることによって、走査エリアβの中心Ｃからノズル１３の先端部が遠ざかるため、中心Ｃまわりに回転する検出光２１がノズル１３によって遮光される時間は短くなり、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅は、図５（ｆ）での信号幅Ｗ５に対し、図５（ｇ）での信号幅Ｗ６は小さくなる。なお、本実施形態の信号幅Ｗ６は、図５（ａ）に示す信号幅Ｗ４と同一である。

そして、このようにして得られるＣｌｏｓｅ状態の信号幅に基づき、ノズル１３がＸ軸方向において走査エリアβの中心Ｃと一致する位置を求めることによって、ノズル１３の先端部が中心Ｃと一致する位置でのＸ座標を検出する。例えば図５（ｆ）に示した光センサ１６が常にＣｌｏｓｅ状態になった位置からノズル１３の半径分進んだ位置が、ノズル１３がＸ軸方向において走査エリアβの中心Ｃと一致する位置となる。またノズル１３をＸ軸に沿って移動させる際に、ある位置でのＣｌｏｓｅ状態の信号幅と別の位置でのＣｌｏｓｅ状態の信号幅が同一となる場合（例えば図５（ｅ）に示した位置での信号幅Ｗ４と図５（ｇ）に示した位置での信号幅Ｗ６は同一である）、これらの位置の中間点は、走査エリアβの中心Ｃと一致する。そして、検出されたＸテーブル９のＸ座標がノズル位置情報のＸ座標として記憶される。

以上がノズル位置情報の検出方法である。そして、教示データとして記憶された塗布パターンを塗布する際に使用される基準となるノズル１３について、上記の手順でその先端部のＸ、Ｙ、Ｚ座標を検出し、この座標を基準ノズル位置情報としてノズル位置情報記憶部１５に記憶させておく。一方、シリンジ１２を交換した場合には、実際に塗布を行うノズル１３の現ノズル位置情報として、上記の手順によってＸ、Ｙ、Ｚ座標を検出する。そして、基準ノズル位置情報としてのＸ、Ｙ、Ｚ座標と現ノズル位置情報としてのＸ、Ｙ、Ｚ座標とを比較した際の差分をノズル１３の位置ずれ量とし、記憶された教示データをこのずれ量で補正することによって、基準のノズルと実際のノズル１３とにおける位置ずれの影響が排除され、ワーク８に対して塗布剤を正確な位置に塗布することができる。

以上のように本実施形態の塗布ロボット１は、発光部１９から受光部２０に向けて検出光２１を出力する光センサ１６を備える検出部１７と、検出光２１の光軸方向に対して交差する方向（上記の実施形態で中心Ｃは検出光２１の光軸方向に対して直角に交わっていたが、交差する方向であればよい）を中心として検出部１７を回転させる回転部１８と、を備え、回転部１８の回転に伴う検出光２１による走査エリアβでノズル１３の先端部の位置を検出する構成を含むものであるため、光センサ１６が１個であっても、往復動作（ジグザグ動作）させずにノズル１３の位置（ノズル１３の先端部の位置）を検出することができる。

つまり、本実施形態の塗布ロボット１によれば、走査エリアβにおける第一位置（上記実施形態では例えば図５（ａ）に示す位置）にノズル１３の先端部があるときにこの先端部が光センサ１６で検出される時間である第一検出時間（上記実施形態では、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅Ｗ１から算出可能）と、走査エリアβにおける第二位置（上記実施形態では例えば図５（ｃ）に示す位置）にノズル１３の先端部があるときにこの先端部が光センサ１６で検出される時間である第二検出時間（上記実施形態では、光センサ１６から出力されるＣｌｏｓｅ状態の信号幅Ｗ３から算出可能）と、に基づいて、ノズル１３の先端部の位置（上記実施形態ではノズル１３の先端部のＹ座標）を検出することができる、とも言い換えることができる。

なお、ノズル１３の先端部のＸ、Ｙ、Ｚ座標を検出する際、回転部１８の回転速度は、全て同一でもよいし、各座標の特性に合わせて異なる速度としてもよい。特に、Ｚ座標を算出する工程では、光センサ１６がＯＰＥＮ信号を出力するかＣｌｏｓｅ状態であるか（走査エリアβにノズル１３が有るか無いか）によって検出を行っており、回転部１８の回転速度が検出精度に大きく影響することはない。従って、Ｚ座標を算出する工程における回転部１８の回転速度（以下、第一回転速度と称する）は可能な限り速くしておくことが好ましい。これにより、ノズル１３の先端部の位置検出に要する時間を短縮することができる。一方、Ｘ座標及びＹ座標を算出する工程では、光センサ１６の信号幅に基づいてノズル１３の位置検出を行っており、この工程での回転部１８の回転速度（以下、第二回転速度と称する）が速くなり過ぎると、検出分解能は低下することになる。従って、Ｘ座標及びＹ座標を算出する工程においては、少なくとも回転部１８の第二回転速度を第一回転速度よりも遅くすることが好ましく、これにより位置検出に要する時間の短縮と検出精度の維持を両立することができる。

このように塗布ロボット１に対して、回転部１８を第一回転速度で回転させて走査エリアβ内におけるノズル１３の先端部の有無を検出する第一回転速度モードと、回転部１８を第一回転速度よりも遅い第二回転速度で回転させて走査エリアβ内におけるノズル１３の先端部の位置を検出する第二回転速度モードと、に切り替え可能な機能を持たせてもよい。

ところで、図４、図５に示した手順によって、ノズル１３の先端部のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標の他、ノズル１３の直径を算出することが可能であるが、更に、図６を参照しながら説明するノズル１３の傾きを検出する工程を加えることによって、ノズル１３の傾きに起因する塗布位置のずれを防止することも可能である。ここで、図６（ａ）は図４（ｂ）の状態を示していて、以下の説明では、ノズル１３の先端部のＺ位置を検出した後、引き続きノズル１３の傾きを検出する工程を実行している。

ノズル１３が傾いていない場合（ノズル１３の軸方向が中心Ｃと平行である場合）は、ノズル１３をＺ軸方向に移動させても、走査エリアβと交差するノズル１３の位置は変わることがないため、光センサ１６の出力状態も変化することはない。一方、ノズル１３が傾いている場合（ノズル１３の軸方向が中心Ｃに対して傾いている場合）は、ノズル１３をＺ軸方向に移動させると、走査エリアβと交差するノズル１３の位置が変わることになる。またその際、走査エリアβと交差するノズル１３の位置の変化量は、ノズル１３が傾く量と比例する（ノズル１３をＺ軸方向に移動させる量は同じでも、ノズル１３の傾き量が大きいと、走査エリアβと交差するノズル１３の位置の変化量は大きくなる）。ここで、図６（ａ）に示す状態では、光センサ１６からＣｌｏｓｅ状態が信号幅Ｗ（Ｚ１）で出力され、図６（ａ）に示す状態からノズル１３をΔＺ下降させた図６（ｂ）に示す状態では、光センサ１６からＣｌｏｓｅ状態が信号幅Ｗ（Ｚ２）で出力されるとする場合、ノズル１３の傾き量は、（（Ｗ（Ｚ１）－Ｗ（Ｚ２））／ΔＺ）で表すことができる。このようにしてノズル１３の傾き量を検出する工程を設けることによって、例えばノズル１３の先端部のＺ位置を検出した後、引き続きノズル１３の傾きを検出する工程を実行し、検出したノズル１３の傾き量が規定した範囲に収まっていれば次の工程を実行する一方、規定した範囲から外れていれば次の工程は実行せずにエラー表示を行うことで、ノズル１３の傾きに起因する塗布位置のずれを防止することができる。

このように塗布ロボット１に対して、回転部１８を回転させて走査エリアβ内におけるノズル１３の先端部の位置を検出する位置検出モードと、回転部１８を回転させつつノズル１３を走査エリアβに対して交差する方向に移動させることによってノズル１３の傾きを検出する傾き検出モードと、に切り替え可能な機能を持たせてもよい。

なお、図４、図５に示した手順では、ノズル１３の先端部のＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標を検出するにあたり、全て回転部１８を回転させていたが、例えばＸ座標、Ｙ座標については、回転部１８を回転させずに検出することも可能である。この場合は、ノズル１３の先端部のＺ座標を検出した後、例えば図７に示すように、検出光２１がＹ軸と平行になる角度で回転部１８を停止させる。そしてノズル１３をＸ軸方向に移動させて、ノズル１３の先端部が検出光２１を遮光した位置に基づいてノズル１３の先端部のＸ座標を検出することができる。その後は、検出光２１がＸ軸と平行になる角度で回転部１８を停止させ、更にノズル１３をＹ軸方向に移動させて、ノズル１３の先端部が検出光２１を遮光した位置に基づいてＹ座標を検出することができる。この手順においても、図８に示すようなノズル１３を往復動作（ジグザグ動作）させてＺ座標を求める動作は不要であるため、位置検出に要する時間を短縮することができる。

このように塗布ロボット１に対して、回転部１８を回転させて走査エリアβ内におけるノズル１３の先端部の有無を検出する回転検出モードと、回転部１８の回転を停止させ、検出光２１を横切る方向にノズル１３の先端部を移動させることによってこの先端部の位置を検出する回転停止検出モードと、に切り替え可能な機能を持たせてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上記の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、上記の実施形態における効果は、本発明から生じる効果を例示したに過ぎず、本発明による効果が上記の効果に限定されることを意味するものではない。

例えば、回転部１８の回転方向は上述した右回りに限定されず、左回りでもよい。また回転部１８は３６０度回転させなくてもよく、回転部１８を少なくとも１８０度回転させれば走査エリアβを形成することができる。なおこの場合は、１８０度で右回りと左回りを繰り返す往復半回転動作を行うものでもよい。このような往復半回転動作を行う回転部１８によれば、３６０度回転させる場合に対してケーブルの配線等が容易になるという利点がある。

また上記の実施形態では、回転部１８が回転する際の中心Ｃは、検出光２１の光軸と直角に交わっていていたが、検出光２１の光軸に対して傾いていればよい（検出光２１の光軸に対して平行でなければよい）。また中心Ｃは、検出光２１の中間地点に位置していて、これにより走査エリアβの範囲を最大限に確保できるという利点があるが、走査エリアβの範囲を狭めても支障がなければ、回転部１８が回転する際の中心Ｃは、検出光２１の中間地点からずらしてもよい。

また、ノズル位置検出装置７により現ノズル位置情報を取得するタイミングとして、シリンジ１２を交換した時に、例えば教示・操作装置６を介し作業者によって特定の操作がなされたタイミングであっても良い。その他にも、塗布作業に伴い何らかの原因でノズル１３の位置がズレたり、ノズル１３が曲がったりする可能性もあるため、例えば、所定の作業サイクル毎、もしくは所定時間ごとに現ノズル位置情報の取得を自動実行する、もしくはロボットの電源が投入された時に自動実行する、さらには、位置検出実行命令（検出駆動パターン）を塗布パターンに組み入れることで、塗布作業前後もしくは最中に自動実行するように設定しても良い。

また本発明は、上記のようなノズル１３を持つ塗布ロボット１だけに適用されるものではなく、例えばはんだロボットにおけるはんだコテ先の位置検出や、切削加工ロボットにおけるドリル（エンドミルやリュータでもよい）の先端部の位置検出、ねじ締めロボットのドライバー先端部の位置検出等の各種ロボットのツール位置検出に適用することができる。

１：塗布ロボット（ロボット）
８：ワーク
１３：ノズル（ツール）
１６：光センサ
１７：検出部
１８：回転部
１９：発光部
２０：受光部
２１：検出光
β：走査エリア

Claims (6)

1. ワークに対しツールを相対移動させ作業を行うロボットのツール位置検出装置において、
   発光部と受光部とを設けた光センサを備える検出部と、
   前記発光部から前記受光部への検出光の光軸方向に対して交差する方向に沿う軸を中心として前記検出部を回転させる回転部と、を備え、
   前記回転部の回転に伴う前記検出光による走査エリアで前記ツールの先端部の位置を検出するツール位置検出装置。
2. 前記走査エリアにおける第一位置に前記ツールの先端部があるときに当該先端部が前記光センサで検出される時間である第一検出時間と、当該走査エリアにおける第二位置に当該ツールの先端部があるときに当該先端部が当該光センサで検出される時間である第二検出時間と、に基づいて前記ツールの先端部の位置を検出する請求項１に記載のツール位置検出装置。
3. 前記回転部を回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の位置を検出する位置検出モードと、
   前記回転部を回転させつつ前記ツールを前記走査エリアに対して交差する方向に移動させることによって前記ツールの傾きを検出する傾き検出モードと、に切り替え可能な請求項１又は２に記載のツール位置検出装置。
4. 前記回転部を回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の有無を検出する回転検出モードと、
   前記回転部の回転を停止させ、前記検出光を横切る方向に前記ツールの先端部を移動させることによって当該先端部の位置を検出する回転停止検出モードと、に切り替え可能な請求項１～３の何れか一項に記載のツール位置検出装置。
5. 前記回転部を第一回転速度で回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の有無を検出する第一回転速度モードと、
   前記回転部を前記第一回転速度よりも遅い第二回転速度で回転させて前記走査エリア内における前記ツールの先端部の位置を検出する第二回転速度モードと、に切り替え可能な請求項１～４の何れか一項に記載のツール位置検出装置。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載のツール位置検出装置を備えたことを特徴とするロボット。

Images