JPH0418601B2 - - Google Patents
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- JPH0418601B2 JPH0418601B2 JP57201611A JP20161182A JPH0418601B2 JP H0418601 B2 JPH0418601 B2 JP H0418601B2 JP 57201611 A JP57201611 A JP 57201611A JP 20161182 A JP20161182 A JP 20161182A JP H0418601 B2 JPH0418601 B2 JP H0418601B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Machine Tool Copy Controls (AREA)
Description
本発明は、たとえばロボツトなどの作業機械の
作業端に取付けられたツールを、ワークなどの対
象物体に対して一定の距離および姿勢に保持し、
かつ溶接線や端縁などに沿つて移動させる場合に
おいて必要となる対象物体などの平面を検出する
方法に関する。 たとえばアーク溶接用産業用ロボツトの教示作
業においては、現在、作業者が操作盤上のスイツ
チなどを操作して溶接トーチの先端を溶接線に沿
つて誘導する方法が一般に行なわれている。この
ような先行技術では、トーチのねらい位置を高精
度で設定しなければならず、作業者にとつて大き
な負担となり、教示に要する時間は長い。 この教示作業を簡易化し、能率を向上する方法
として、従来から光学式センサを用いる方法が提
案されている。光学式センサを用いる従来からの
方法では、ビーム光を反射鏡の角変位によつてワ
ーク上で走査させ、そのワークの反射光を検出し
ている。このような方法では、反射鏡が機械的に
駆動されるので、衝撃力によつて故障しやすいと
いう問題がある。 教示作業を簡易化し、能率を向上させるための
他の先行技術は、複数のスタイラスをワーク上に
接触して平面を検出する方法である。この方法で
は、スタイラスがワークに接触しており、したが
つて耐久性が乏しくまた装置も大型化するという
問題がある。 本発明の目的は、対象物体の表面の3次元の形
状を検出することができ、しかも小型で耐久性が
向上され、保守が容易な改良された平面の検出方
法を提供することである。 本発明は、XYZ直角座標系のXZ平面に平行な
仮想上の正方形の受光面の各辺に配置された4つ
の電極52〜55が、高抵抗半導体内に設けられ
る検出素子20と、 検出素子20の受光面の前方に配置され、光軸
がY軸に一致し、受光面上に結像し、主点は
XYZ直角座標系の原点Oである結像手段23と、 前記光軸に垂直な平面上にある仮想上の単一円
周上に周方向に間隔をあけて配置される少なくと
も3以上の点光源21であつて、前記光軸は前記
仮想上の円の中心を通り、各点光源21は、1つ
ずつ順次的に点灯され、1つが点灯したとき残余
は消灯しており、結像手段23の前方に、その前
方になるにつれて前記光軸に近づく方向に光を照
射し、対象物体6の平坦な被照射面上の反射点P
が結像手段23によつて受光面に結像される、そ
のような点光源21とを備え、 少なくとも3つの各点光源21を点灯したと
き、各電極52〜55からの電流を検出すること
によつて、(a)前記反射点Pに対応する受光面
に結像された光点の図心を、XZ平面の2次元座
標で求め、さらに(b)XZ平面と各点光源21
の照射光の軸線との交点Qと、Y軸との間のXY
平面上への投影距離lxと、(c)XZ平面と各点光
源21の照射光の軸線との成すXY平面上への投
影角度θxとから、対象物体6の前記被照射面の
Y軸方向の位置dと、前記被照射面のX軸および
Z軸に対する回転角α、γとを求めることを特徴
とする平面の検出方法である。 第1図は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。アーク溶接用産業用ロボツトの教示の手順
は、次のように行なわれる。 (1) 作業機械1の手に本発明に従う教示用センサ
3を設置する。 (2) 操作盤4のスイツチを操作し、制御処理装置
50によつて手2に設けられている教示用セン
サ3を教示開始点5に誘導する。 (3) 教示用センサ3が対象物体であるワーク6と
の距離、姿勢並びに溶接線7の位置および方向
を検出し、制御処理装置50に含まれている制
御装置8によつてワーク6に対する教示用セン
サ3の距離および姿勢を、予め定めた一定の状
態に保ち、溶接線7に沿つて移動する。 (4) 溶接線7に沿つて移動しながら教示用センサ
3の出力信号をライン10からセンサ信号処理
装置11で情報処理を行なう。これによつて得
られるライン9からの教示情報を、一旦予め定
めた一定の時間間隔で、バツフアメモリ12に
記憶する。次にそのデータを教示データ編集装
置13で編集し、教示データ記憶用メモリ14
にストアする。 (5) 教示終了点15に教示用センサ3が達したと
き、教示終了条件を入力して溶接線7の追従動
作を行なう教示作業を終了し、ロボツトの手2
を所定の待機場所に移動する。 (6) 教示用センサ3をツールとしての溶接トーチ
にとり代え、前述の教示データに基づいて再生
作業を実施する。このようにして教示が行なわ
れる。 教示用センサ3のワーク6との距離および姿勢
並びに溶接線7の位置および方向の検出のための
本発明に従う原理を述べる。第2図は、教示用セ
ンサ3の構成を示す簡略化した断面図である。2
次元光点位置検出器51は、検出素子20と、こ
の検出素子20の受光面にワーク6の表面像を結
像するレンズ23と、光学フイルタ22とを含
む。 高指向性の赤外発光ダイオードなどの点光源2
1は、第3図に示されるように少なくとも3個以
上の複数個が、周方向に間隔をあけて仮想上の単
一円周上に隔置されている。この光源21は1つ
ずつ順次的に点灯され、1つの光源21が点灯し
たとき、残余の光源は消灯している。1つの光源
21が点灯されると、そのビーム光24はワーク
6の表面で乱反射し、反射点25はレンズ23に
よつて検出素子20の受光面に結像される。 第4図は、検出素子20の構成を示す。検出素
子20は仮想上の正方形の各辺に配置された4つ
の電極52〜55を有する。これらの電極52〜
55は、ホトダイオードを構成する高抵抗半導体
内に設けられる。これらの電極52〜55からの
電流は、検出素子20に結像される光点位置に依
存する。これらの電極52〜55からの電流を検
出することによつて、単一の光点の図心の2次元
座標が検出され、また2つの光点が結像されてい
るときには、それらの図心を結ぶ直線を両者の光
量に逆比例して内分する点の2次元座標を検出す
ることができる。 第5図は、反射点25の3次元座標を検出する
原理を示す図である。レンズ23の主点を原点O
とし、2次元光点位置検出器51に含まれている
検出素子20の受光面に垂直な縦の方向をY軸と
し、横方向に互いに直交するX軸およびZ軸をと
る。第5図aは光源21の照射光および反射光を
X−Y平面に投影した図である。照射光に関して
は第1式が成立する。 y=tanθx(x+lx) …(1) ここでθxは線分PQがx軸となす角、lxは線分
OQの長さである。 検出素子20の受光面の結像位置Rの座標を
(h,v)とし、原点Oから受光面までの距離を
Fとすると、これらの値と反射点P(x,y,z)
の座標値との間には関係式が成り立つ。 x/h=y/F=z/v△ =K …(2) 第1式および第2式から第3式が成立する。 KF=(K・h+lx)tanθx …(3) 第3式から値Kを求める。 K(F−h・tanθx)=lx・tanθx …(4) K=lx・tanθx/F−h・tanθx …(5) 第5式を第2式に代入して、x,y,zを求め
ると、第6式〜第8式のようになる。 x=lx・tanθx/F−h・tanθx ・h=lx/F・cotθx−h・h …(6) y=lx・tanθx/F−h・tanθx ・F=lx/F・cotθx−h・F …(7) z=lx・tanθx/F−h・tanθx ・v=lx/F・cotθx−h・v …(8) 第5図bは、光源21の照射光および反射光を
z−y平面に投影した図である。反射点P(x.y,
z)は次のようにして求まる。 y=tanθz(z+lz) …(9) ここでθzは線分PRがz軸となす角、lzは線分
ORの長さである。 第(9)式を第(1)式の変わりに用いると第10式〜第
12式が得られる。 x=lz/F・cotθz−v・h …(10) y=lz/F・cotθz−v・F …(11) z=lz/F・cotθz−v・v …(12) 長さlx,lzは、大きい程検出精度を向上するこ
とができる。したがつて円形上に配置された光源
21のうちlx≧lzの関係が成り立つものに対して
は、。第6式〜第8式が用いられ、lx<lzの関係
が成り立つものに対しては、第10式〜第12式を用
いる。 3つの反射点25から、その3点を含む平面を
求め、教示用センサ3およびワーク6との距離、
ならびに教示用センサ3およびワーク6との相対
的な姿勢を求めるための原理を説明する。ただし
距離は、第6図に示されるように原点Oからy軸
が平面と交わる点までの距離dで表わすことにす
る。また姿勢は第7図a〜第7図cに示されるよ
うにx軸、y軸およびz軸まわりの回転角α、β
およびγで表わすことにする。このうち回転角β
は、溶接作業の場合、溶接トーチの軸線まわりの
回転に対応させ、したがつて回転角βは演算に必
要なくこの実施例では用いられない。 平面の方程式は、一般に第13式で示される。 ax+by+cz=dp …(13) 今、3点P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),
P3(x3,y3,z3)を含む平面の方程式を考える
と、各係数a,b,c,dpと3点P1,P2,P3の
座標(xi,yi,zi)(ただしi=1〜3)の間に
は次の関係がある。 a=y2−y1 z2−z1 y3−y1 z3−z1 …(14) b=−x2−x1 z2−dz1 x3−x1 z3−z1 …(15) c=x2−x1 y2−y1 x3−x1 y3−y1 …(16) dp=x1 y1 z1 x2 y2 z2 x3 y3 z3 …(17) この平面と、レンズ23の主点OとのY軸に平
行な方向の距離d、x軸に対する回転角αおよび
z軸に対する回転角γ、ならびに各係数の間に
は、第18式〜第20式の関係がある。
作業端に取付けられたツールを、ワークなどの対
象物体に対して一定の距離および姿勢に保持し、
かつ溶接線や端縁などに沿つて移動させる場合に
おいて必要となる対象物体などの平面を検出する
方法に関する。 たとえばアーク溶接用産業用ロボツトの教示作
業においては、現在、作業者が操作盤上のスイツ
チなどを操作して溶接トーチの先端を溶接線に沿
つて誘導する方法が一般に行なわれている。この
ような先行技術では、トーチのねらい位置を高精
度で設定しなければならず、作業者にとつて大き
な負担となり、教示に要する時間は長い。 この教示作業を簡易化し、能率を向上する方法
として、従来から光学式センサを用いる方法が提
案されている。光学式センサを用いる従来からの
方法では、ビーム光を反射鏡の角変位によつてワ
ーク上で走査させ、そのワークの反射光を検出し
ている。このような方法では、反射鏡が機械的に
駆動されるので、衝撃力によつて故障しやすいと
いう問題がある。 教示作業を簡易化し、能率を向上させるための
他の先行技術は、複数のスタイラスをワーク上に
接触して平面を検出する方法である。この方法で
は、スタイラスがワークに接触しており、したが
つて耐久性が乏しくまた装置も大型化するという
問題がある。 本発明の目的は、対象物体の表面の3次元の形
状を検出することができ、しかも小型で耐久性が
向上され、保守が容易な改良された平面の検出方
法を提供することである。 本発明は、XYZ直角座標系のXZ平面に平行な
仮想上の正方形の受光面の各辺に配置された4つ
の電極52〜55が、高抵抗半導体内に設けられ
る検出素子20と、 検出素子20の受光面の前方に配置され、光軸
がY軸に一致し、受光面上に結像し、主点は
XYZ直角座標系の原点Oである結像手段23と、 前記光軸に垂直な平面上にある仮想上の単一円
周上に周方向に間隔をあけて配置される少なくと
も3以上の点光源21であつて、前記光軸は前記
仮想上の円の中心を通り、各点光源21は、1つ
ずつ順次的に点灯され、1つが点灯したとき残余
は消灯しており、結像手段23の前方に、その前
方になるにつれて前記光軸に近づく方向に光を照
射し、対象物体6の平坦な被照射面上の反射点P
が結像手段23によつて受光面に結像される、そ
のような点光源21とを備え、 少なくとも3つの各点光源21を点灯したと
き、各電極52〜55からの電流を検出すること
によつて、(a)前記反射点Pに対応する受光面
に結像された光点の図心を、XZ平面の2次元座
標で求め、さらに(b)XZ平面と各点光源21
の照射光の軸線との交点Qと、Y軸との間のXY
平面上への投影距離lxと、(c)XZ平面と各点光
源21の照射光の軸線との成すXY平面上への投
影角度θxとから、対象物体6の前記被照射面の
Y軸方向の位置dと、前記被照射面のX軸および
Z軸に対する回転角α、γとを求めることを特徴
とする平面の検出方法である。 第1図は、本発明の一実施例の全体の系統図で
ある。アーク溶接用産業用ロボツトの教示の手順
は、次のように行なわれる。 (1) 作業機械1の手に本発明に従う教示用センサ
3を設置する。 (2) 操作盤4のスイツチを操作し、制御処理装置
50によつて手2に設けられている教示用セン
サ3を教示開始点5に誘導する。 (3) 教示用センサ3が対象物体であるワーク6と
の距離、姿勢並びに溶接線7の位置および方向
を検出し、制御処理装置50に含まれている制
御装置8によつてワーク6に対する教示用セン
サ3の距離および姿勢を、予め定めた一定の状
態に保ち、溶接線7に沿つて移動する。 (4) 溶接線7に沿つて移動しながら教示用センサ
3の出力信号をライン10からセンサ信号処理
装置11で情報処理を行なう。これによつて得
られるライン9からの教示情報を、一旦予め定
めた一定の時間間隔で、バツフアメモリ12に
記憶する。次にそのデータを教示データ編集装
置13で編集し、教示データ記憶用メモリ14
にストアする。 (5) 教示終了点15に教示用センサ3が達したと
き、教示終了条件を入力して溶接線7の追従動
作を行なう教示作業を終了し、ロボツトの手2
を所定の待機場所に移動する。 (6) 教示用センサ3をツールとしての溶接トーチ
にとり代え、前述の教示データに基づいて再生
作業を実施する。このようにして教示が行なわ
れる。 教示用センサ3のワーク6との距離および姿勢
並びに溶接線7の位置および方向の検出のための
本発明に従う原理を述べる。第2図は、教示用セ
ンサ3の構成を示す簡略化した断面図である。2
次元光点位置検出器51は、検出素子20と、こ
の検出素子20の受光面にワーク6の表面像を結
像するレンズ23と、光学フイルタ22とを含
む。 高指向性の赤外発光ダイオードなどの点光源2
1は、第3図に示されるように少なくとも3個以
上の複数個が、周方向に間隔をあけて仮想上の単
一円周上に隔置されている。この光源21は1つ
ずつ順次的に点灯され、1つの光源21が点灯し
たとき、残余の光源は消灯している。1つの光源
21が点灯されると、そのビーム光24はワーク
6の表面で乱反射し、反射点25はレンズ23に
よつて検出素子20の受光面に結像される。 第4図は、検出素子20の構成を示す。検出素
子20は仮想上の正方形の各辺に配置された4つ
の電極52〜55を有する。これらの電極52〜
55は、ホトダイオードを構成する高抵抗半導体
内に設けられる。これらの電極52〜55からの
電流は、検出素子20に結像される光点位置に依
存する。これらの電極52〜55からの電流を検
出することによつて、単一の光点の図心の2次元
座標が検出され、また2つの光点が結像されてい
るときには、それらの図心を結ぶ直線を両者の光
量に逆比例して内分する点の2次元座標を検出す
ることができる。 第5図は、反射点25の3次元座標を検出する
原理を示す図である。レンズ23の主点を原点O
とし、2次元光点位置検出器51に含まれている
検出素子20の受光面に垂直な縦の方向をY軸と
し、横方向に互いに直交するX軸およびZ軸をと
る。第5図aは光源21の照射光および反射光を
X−Y平面に投影した図である。照射光に関して
は第1式が成立する。 y=tanθx(x+lx) …(1) ここでθxは線分PQがx軸となす角、lxは線分
OQの長さである。 検出素子20の受光面の結像位置Rの座標を
(h,v)とし、原点Oから受光面までの距離を
Fとすると、これらの値と反射点P(x,y,z)
の座標値との間には関係式が成り立つ。 x/h=y/F=z/v△ =K …(2) 第1式および第2式から第3式が成立する。 KF=(K・h+lx)tanθx …(3) 第3式から値Kを求める。 K(F−h・tanθx)=lx・tanθx …(4) K=lx・tanθx/F−h・tanθx …(5) 第5式を第2式に代入して、x,y,zを求め
ると、第6式〜第8式のようになる。 x=lx・tanθx/F−h・tanθx ・h=lx/F・cotθx−h・h …(6) y=lx・tanθx/F−h・tanθx ・F=lx/F・cotθx−h・F …(7) z=lx・tanθx/F−h・tanθx ・v=lx/F・cotθx−h・v …(8) 第5図bは、光源21の照射光および反射光を
z−y平面に投影した図である。反射点P(x.y,
z)は次のようにして求まる。 y=tanθz(z+lz) …(9) ここでθzは線分PRがz軸となす角、lzは線分
ORの長さである。 第(9)式を第(1)式の変わりに用いると第10式〜第
12式が得られる。 x=lz/F・cotθz−v・h …(10) y=lz/F・cotθz−v・F …(11) z=lz/F・cotθz−v・v …(12) 長さlx,lzは、大きい程検出精度を向上するこ
とができる。したがつて円形上に配置された光源
21のうちlx≧lzの関係が成り立つものに対して
は、。第6式〜第8式が用いられ、lx<lzの関係
が成り立つものに対しては、第10式〜第12式を用
いる。 3つの反射点25から、その3点を含む平面を
求め、教示用センサ3およびワーク6との距離、
ならびに教示用センサ3およびワーク6との相対
的な姿勢を求めるための原理を説明する。ただし
距離は、第6図に示されるように原点Oからy軸
が平面と交わる点までの距離dで表わすことにす
る。また姿勢は第7図a〜第7図cに示されるよ
うにx軸、y軸およびz軸まわりの回転角α、β
およびγで表わすことにする。このうち回転角β
は、溶接作業の場合、溶接トーチの軸線まわりの
回転に対応させ、したがつて回転角βは演算に必
要なくこの実施例では用いられない。 平面の方程式は、一般に第13式で示される。 ax+by+cz=dp …(13) 今、3点P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),
P3(x3,y3,z3)を含む平面の方程式を考える
と、各係数a,b,c,dpと3点P1,P2,P3の
座標(xi,yi,zi)(ただしi=1〜3)の間に
は次の関係がある。 a=y2−y1 z2−z1 y3−y1 z3−z1 …(14) b=−x2−x1 z2−dz1 x3−x1 z3−z1 …(15) c=x2−x1 y2−y1 x3−x1 y3−y1 …(16) dp=x1 y1 z1 x2 y2 z2 x3 y3 z3 …(17) この平面と、レンズ23の主点OとのY軸に平
行な方向の距離d、x軸に対する回転角αおよび
z軸に対する回転角γ、ならびに各係数の間に
は、第18式〜第20式の関係がある。
【表】
【表】
…(20)
さらに座標(xi,yi,zi)(ただしi=1〜3)
を教示用センサ3の検出素子20の受光面の座標
(hi,F,vi)(ただしi=1〜3)およびKi(た
だしi=1〜3)を用いて表わすと、第21式〜第
24式のとおりとなる。 b=K1・K2・K3(h1v2−h2v1/K3+h3v1−h1v3/K2+
h2v3−h3v2/K1)〓K1・K2・K3・K…(21) d=dp/b=F{(h1v2−h2v1)+(h3v1−h1v3)+
(h2v3−h3v2)}・K1・K2・K3/K1・K2・K3・K =F/K{(h1v2−h2v1)+(h3v1−h1v3)+(h2
v3−h3v2)}…(22) α=tan-1{F/K・(h2−h3/K1+h3−h1/K2+ h1−h2/K3)} …(23) γ=tan-1{F/K・(v2−v3/K1+v3−v1/K2+ v2−v1/K3)} …(24) 前述の検出素子20は、XYZ直角座標系のXZ
平面に平行な仮想上の正方形の受光面の各辺に配
置された4つの電極52〜55が、高抵抗半導体
内に設けられて構成される。 レンズ23は、結像手段であつて、検出素子2
0の受光面の前方に配置される。このレンズ23
の光軸は、第5図に示されるようにY軸に一致
し、前記受光面上に結像し、主点はXYZ直角座
標系の原点Oである。 光源21は、点光源であり、前記光軸に垂直な
平面上にある仮想上の単一円周上に周方向に間隔
をあけて少なくとも3以上、配置される。レンズ
23の前記光軸は、前記仮想上の円の中心を通
る。各光源21は、1つずつ順次的に点灯され、
1つが点灯したとき残余は消灯しており、さらに
レンズ23の前方に、その前方になるにつれて前
記光軸に近づく方向に光を照射し、対象物体6の
平坦な被照射面上の反射点Pがレンズ23によつ
て受光面に結像される。 このようにして少なくとも3つの各光源21を
点灯したとき、前記各電極52〜55からの電流
を検出することによつて、(a)前記反射点Pに対応
する受光面に結像された光点の図心を、XZ平面
の2次元座標で求め、さらに(b)XZ平面と各光源
21の照射光の軸線との交点Qと、Y軸との間の
XY平面上への投影距離lxと、(c)XZ平面と各光
源21の照射光の軸線との成すXY平面上への投
影角度θxとから、対象物体6の前記被照射面の
Y軸方向の距離dと、前記被照射面のX軸および
Z軸に対する回転角α、γとを求める。 このような本発明に従う検出原理によつて求め
た教示用センサ3およびワーク6との距離、姿勢
並びに他の手法によつて求めた溶接線7の位置お
よび方法を利用して、第8図に示される制御装置
を用いて作業機械の手2に従つて教示用センサ3
はワーク6に対して予め定めた距離と姿勢で溶接
線7を追従することができる。検出素子20から
の出力は、処理装置57(第4図参照)に与えら
れ、教示用センサ3の状態を示す値Δx,Δy,
Δz,Δα,Δβ,Δxv,Δyv,Δzvが得られる。こ
れらの値は、係数回路58において演算される。
この係数回路58において、K1,K2,K3,
Kα,Kγは、位置および姿勢を表わすゲインを有
する回路であり、KV1,KV2,KV3は速度の
ゲインを有する回路である。ゲインK1,K2,
K3を有する回路からの信号と、ゲインKV1,
KV2,KV3を有する回路からの出力とは、加
算回路56,60,61において加算され、座標
変換回路40に与えられる。座標変換回路40で
は、作業機械1における絶対座標系における位置
偏差Δxa,Δya,Δzaおよび姿勢偏差Δαa,Δγa
が算出される。作業機械1の5軸の各間節の角度
θ1〜θ5は、座標変換回路41によつて演算され、
絶対座標系における現在の教示用センサ3の位置
および姿勢x,y,z,α,γが演算される。座
標変換回路40,41からの出力は、加算回路6
2〜66において加算され、絶対座標系における
位置および姿勢の指令値xr,yr,zr,αr,γrを
求め、座標変換回路42に与えられる。座標変換
回路42では、各間節の角の指令値θ1r,θ2r,
θ3r,θ4r,θ5rが得られる。これらの指令値θ1r〜
θ5rは、各間節ごとの制御装置43〜47に与え
られる。制御装置43は比例、積分、演算などの
制御要素Hcと、伝達関数Gaを有する駆動手段
と、演算素子Eとを有し、残余の制御装置44〜
47もまた同様な構成を有する。 上記の実施例では、多数の光源を用いる構成で
説明したが、1つの光源とその光を走査する機構
との組合せによつて同様の機能をもたせてもよ
い。また光源の配置を円形状にしたが、対象、目
的に応じて、三角形や四角形などの形状にしても
よい。 なお上記の説明はアーク溶接作業の教示を例に
とつて行なつたが、充填剤をすき間に塗装するシ
ーリング作業などの教示時にも適用でき、さらに
再生時のツールの位置、姿勢の補正や、その他の
用途にも適用できることはいうまでもない。 これら上述の実施例によれば、次のような利点
がある。 (1) 教示に要する時間を短縮できる。 (2) 非接触で教示に必要な情報を検出できるの
で、信頼性が高い。 (3) センサ3が小形軽量であるので、作業時の障
害にならない。 (4) 他の化学式センサと比べて検出時間が短く、
作業機械1を高速度で動作させることができ
る。 以上のように本発明によれば、構成が小形化さ
れ、また 機械的衝撃力によつても故障すること
はなく耐久性が優れており、また比較的広範囲に
おける3次元の検出を行なうことができる。
さらに座標(xi,yi,zi)(ただしi=1〜3)
を教示用センサ3の検出素子20の受光面の座標
(hi,F,vi)(ただしi=1〜3)およびKi(た
だしi=1〜3)を用いて表わすと、第21式〜第
24式のとおりとなる。 b=K1・K2・K3(h1v2−h2v1/K3+h3v1−h1v3/K2+
h2v3−h3v2/K1)〓K1・K2・K3・K…(21) d=dp/b=F{(h1v2−h2v1)+(h3v1−h1v3)+
(h2v3−h3v2)}・K1・K2・K3/K1・K2・K3・K =F/K{(h1v2−h2v1)+(h3v1−h1v3)+(h2
v3−h3v2)}…(22) α=tan-1{F/K・(h2−h3/K1+h3−h1/K2+ h1−h2/K3)} …(23) γ=tan-1{F/K・(v2−v3/K1+v3−v1/K2+ v2−v1/K3)} …(24) 前述の検出素子20は、XYZ直角座標系のXZ
平面に平行な仮想上の正方形の受光面の各辺に配
置された4つの電極52〜55が、高抵抗半導体
内に設けられて構成される。 レンズ23は、結像手段であつて、検出素子2
0の受光面の前方に配置される。このレンズ23
の光軸は、第5図に示されるようにY軸に一致
し、前記受光面上に結像し、主点はXYZ直角座
標系の原点Oである。 光源21は、点光源であり、前記光軸に垂直な
平面上にある仮想上の単一円周上に周方向に間隔
をあけて少なくとも3以上、配置される。レンズ
23の前記光軸は、前記仮想上の円の中心を通
る。各光源21は、1つずつ順次的に点灯され、
1つが点灯したとき残余は消灯しており、さらに
レンズ23の前方に、その前方になるにつれて前
記光軸に近づく方向に光を照射し、対象物体6の
平坦な被照射面上の反射点Pがレンズ23によつ
て受光面に結像される。 このようにして少なくとも3つの各光源21を
点灯したとき、前記各電極52〜55からの電流
を検出することによつて、(a)前記反射点Pに対応
する受光面に結像された光点の図心を、XZ平面
の2次元座標で求め、さらに(b)XZ平面と各光源
21の照射光の軸線との交点Qと、Y軸との間の
XY平面上への投影距離lxと、(c)XZ平面と各光
源21の照射光の軸線との成すXY平面上への投
影角度θxとから、対象物体6の前記被照射面の
Y軸方向の距離dと、前記被照射面のX軸および
Z軸に対する回転角α、γとを求める。 このような本発明に従う検出原理によつて求め
た教示用センサ3およびワーク6との距離、姿勢
並びに他の手法によつて求めた溶接線7の位置お
よび方法を利用して、第8図に示される制御装置
を用いて作業機械の手2に従つて教示用センサ3
はワーク6に対して予め定めた距離と姿勢で溶接
線7を追従することができる。検出素子20から
の出力は、処理装置57(第4図参照)に与えら
れ、教示用センサ3の状態を示す値Δx,Δy,
Δz,Δα,Δβ,Δxv,Δyv,Δzvが得られる。こ
れらの値は、係数回路58において演算される。
この係数回路58において、K1,K2,K3,
Kα,Kγは、位置および姿勢を表わすゲインを有
する回路であり、KV1,KV2,KV3は速度の
ゲインを有する回路である。ゲインK1,K2,
K3を有する回路からの信号と、ゲインKV1,
KV2,KV3を有する回路からの出力とは、加
算回路56,60,61において加算され、座標
変換回路40に与えられる。座標変換回路40で
は、作業機械1における絶対座標系における位置
偏差Δxa,Δya,Δzaおよび姿勢偏差Δαa,Δγa
が算出される。作業機械1の5軸の各間節の角度
θ1〜θ5は、座標変換回路41によつて演算され、
絶対座標系における現在の教示用センサ3の位置
および姿勢x,y,z,α,γが演算される。座
標変換回路40,41からの出力は、加算回路6
2〜66において加算され、絶対座標系における
位置および姿勢の指令値xr,yr,zr,αr,γrを
求め、座標変換回路42に与えられる。座標変換
回路42では、各間節の角の指令値θ1r,θ2r,
θ3r,θ4r,θ5rが得られる。これらの指令値θ1r〜
θ5rは、各間節ごとの制御装置43〜47に与え
られる。制御装置43は比例、積分、演算などの
制御要素Hcと、伝達関数Gaを有する駆動手段
と、演算素子Eとを有し、残余の制御装置44〜
47もまた同様な構成を有する。 上記の実施例では、多数の光源を用いる構成で
説明したが、1つの光源とその光を走査する機構
との組合せによつて同様の機能をもたせてもよ
い。また光源の配置を円形状にしたが、対象、目
的に応じて、三角形や四角形などの形状にしても
よい。 なお上記の説明はアーク溶接作業の教示を例に
とつて行なつたが、充填剤をすき間に塗装するシ
ーリング作業などの教示時にも適用でき、さらに
再生時のツールの位置、姿勢の補正や、その他の
用途にも適用できることはいうまでもない。 これら上述の実施例によれば、次のような利点
がある。 (1) 教示に要する時間を短縮できる。 (2) 非接触で教示に必要な情報を検出できるの
で、信頼性が高い。 (3) センサ3が小形軽量であるので、作業時の障
害にならない。 (4) 他の化学式センサと比べて検出時間が短く、
作業機械1を高速度で動作させることができ
る。 以上のように本発明によれば、構成が小形化さ
れ、また 機械的衝撃力によつても故障すること
はなく耐久性が優れており、また比較的広範囲に
おける3次元の検出を行なうことができる。
第1図は本発明の一実施例の全体の系統図、第
2図は教示用センサ3の簡略化した構成を示す断
面図、第3図は光源21の配置を示す第2図の下
方の面−から見た教示用センサの底面図、第
4図は検出素子20と処理回路57とを示す回路
図、第5図は反射点の3次元座標の検出原理を示
す図、第6図は距離の表わし方を説明するための
図、第7図は姿勢角α,β,γの表わし方を説明
するための図、第8図は作業機械1に関連する制
御系を示すブロツク図である。 1……作業機械、3……教示用センサ、6……
ワーク、7……溶接続、20……検出素子、21
……光源、51……2次元光点位置検出器。
2図は教示用センサ3の簡略化した構成を示す断
面図、第3図は光源21の配置を示す第2図の下
方の面−から見た教示用センサの底面図、第
4図は検出素子20と処理回路57とを示す回路
図、第5図は反射点の3次元座標の検出原理を示
す図、第6図は距離の表わし方を説明するための
図、第7図は姿勢角α,β,γの表わし方を説明
するための図、第8図は作業機械1に関連する制
御系を示すブロツク図である。 1……作業機械、3……教示用センサ、6……
ワーク、7……溶接続、20……検出素子、21
……光源、51……2次元光点位置検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 XYZ直角座標系のXZ平面に平行な仮想上の
正方形の受光面の各辺に配置された4つの電極5
2〜55が、高抵抗半導体内に設けられる検出素
子20と、 検出素子20の受光面の前方に配置され、光軸
がY軸に一致し、受光面上に結像し、主点は
XYZ直角座標系の原点Oである結像手段23と、 前記光軸に垂直な平面上にある仮想上の単一円
周上に周方向に間隔をあけて配置される少なくと
も3以上の点光源21であつて、前記光軸は前記
仮想上の円の中心を通り、各点光源21は、一つ
ずつ順次的に点灯され、一つが点灯したとき残余
は消灯しており、結像手段23の前方に、その前
方になるにつれて前記光軸に近づく方向に光を照
射し、対象物体6の平坦な被照射面上の反射点P
が結像手段23によつて受光面に結像される、そ
のような点光源21とを備え、 少なくとも3つの各点光源21を点灯したと
き、各電極52〜55からの電流を検出すること
によつて、(a)前記反射点Pに対応する受光面
に結像された光点の図心を、XZ平面の2次元座
標で求め、さらに(b)XZ平面と各点光源21
の照射光の軸線との交点Qと、Y軸との間のXY
平面上への投影距離lxと、(c)XZ平面と各点光
源21の照射光の軸線との成すXY平面上への投
影角度θxとから、対象物体6の前記被照射面の
Y軸方向の位置dと、前記被照射面のX軸および
Z軸に対する回転角α、γとを求めることを特徴
とする平面の検出方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57201611A JPS5991308A (ja) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | 平面の検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57201611A JPS5991308A (ja) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | 平面の検出方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5991308A JPS5991308A (ja) | 1984-05-26 |
JPH0418601B2 true JPH0418601B2 (ja) | 1992-03-27 |
Family
ID=16443926
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57201611A Granted JPS5991308A (ja) | 1982-11-16 | 1982-11-16 | 平面の検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5991308A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60191745A (ja) * | 1984-03-13 | 1985-09-30 | Okuma Mach Works Ltd | 三次元倣い方法 |
JPS61274852A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 非接触曲面ならいセンサ |
JPS61274853A (ja) * | 1985-05-28 | 1986-12-05 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 罫書き線追従装置 |
JPS6215063A (ja) * | 1985-07-10 | 1987-01-23 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 罫書き線追従装置における距離、姿勢制御装置 |
JPH03190652A (ja) * | 1989-12-19 | 1991-08-20 | Fanuc Ltd | 非接触ならい制御装置 |
JP5548161B2 (ja) * | 2011-05-31 | 2014-07-16 | 本田技研工業株式会社 | センサ角度の測定方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5264959A (en) * | 1975-11-25 | 1977-05-28 | Atsunori Miyamura | Distance conversion apparatus with photoelectric method |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2245638T3 (es) * | 1999-01-27 | 2006-01-16 | Becker, David, Dr. | Formulaciones que comprenden nucleotidos antisentido para conexinas. |
-
1982
- 1982-11-16 JP JP57201611A patent/JPS5991308A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5264959A (en) * | 1975-11-25 | 1977-05-28 | Atsunori Miyamura | Distance conversion apparatus with photoelectric method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5991308A (ja) | 1984-05-26 |
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