JPH05318280A - 研削ロボットの研削姿勢生成装置 - Google Patents
研削ロボットの研削姿勢生成装置Info
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- JPH05318280A JPH05318280A JP12637692A JP12637692A JPH05318280A JP H05318280 A JPH05318280 A JP H05318280A JP 12637692 A JP12637692 A JP 12637692A JP 12637692 A JP12637692 A JP 12637692A JP H05318280 A JPH05318280 A JP H05318280A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ティーチングプレイバック方式の研削ロボット
で、実際の研削対象物の形態等の状況を測定し、研削作
業を行うための研削経路の各教示点での研削工具の最適
な研削姿勢を自動的に生成する。 【構成】教示された研削経路に基づき溶接ビードを研削
するティーチングプレイバック方式の産業用ロボットで
ある。溶接ビード２１の状況を検出する研削対象物検出
手段と、検出された形態に基づいてロボット研削姿勢を
生成する姿勢生成手段１０を備える。研削対象物検出手
段は、スリット光投光器６と、照射されたスリット光を
撮像するテレビカメラ７と、スリット光像２３における
母材面部分と研削対象物部分の間の２つの交点ａ，ｂの
座標を演算する交点演算手段１３とから構成される。２
つの交点の座標値を用いて溶接ビードの形態を求め、研
削工具３の姿勢を決定する。
で、実際の研削対象物の形態等の状況を測定し、研削作
業を行うための研削経路の各教示点での研削工具の最適
な研削姿勢を自動的に生成する。 【構成】教示された研削経路に基づき溶接ビードを研削
するティーチングプレイバック方式の産業用ロボットで
ある。溶接ビード２１の状況を検出する研削対象物検出
手段と、検出された形態に基づいてロボット研削姿勢を
生成する姿勢生成手段１０を備える。研削対象物検出手
段は、スリット光投光器６と、照射されたスリット光を
撮像するテレビカメラ７と、スリット光像２３における
母材面部分と研削対象物部分の間の２つの交点ａ，ｂの
座標を演算する交点演算手段１３とから構成される。２
つの交点の座標値を用いて溶接ビードの形態を求め、研
削工具３の姿勢を決定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は研削ロボットの研削姿勢
生成装置に係り、特に、教示された研削情報に基づき研
削工具を移動し溶接ビード等を研削するティーチングプ
レイバック方式の産業用ロボットにおいて、研削対象物
の状況に応じて研削姿勢を自動的に生成する研削姿勢生
成装置に関する。
生成装置に係り、特に、教示された研削情報に基づき研
削工具を移動し溶接ビード等を研削するティーチングプ
レイバック方式の産業用ロボットにおいて、研削対象物
の状況に応じて研削姿勢を自動的に生成する研削姿勢生
成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ティーチングプレイバック方式の研削用
産業ロボットでは、研削工具の既存の研削位置と研削姿
勢が、作業開始前に教示される。この教示作業で、ロボ
ットの制御部には、研削工具の研削位置と研削姿勢が設
定される。研削工具の研削位置及び研削姿勢に関する情
報は、ロボット制御部の記憶装置に、位置データ及び姿
勢データとして記憶される。
産業ロボットでは、研削工具の既存の研削位置と研削姿
勢が、作業開始前に教示される。この教示作業で、ロボ
ットの制御部には、研削工具の研削位置と研削姿勢が設
定される。研削工具の研削位置及び研削姿勢に関する情
報は、ロボット制御部の記憶装置に、位置データ及び姿
勢データとして記憶される。
【０００３】プレイバックによる溶接ビード研削作業で
は、溶接ビードが形成されたワークが、ロボット上の所
定位置にセットされ、当該溶接ビードの研削開始点に研
削工具が配置され、その後、研削工具によって溶接ビー
ドの研削作業を開始する。溶接ビードの研削作業は、教
示された研削位置及び研削姿勢に従って研削工具の移動
経路を制御することによって行われる。
は、溶接ビードが形成されたワークが、ロボット上の所
定位置にセットされ、当該溶接ビードの研削開始点に研
削工具が配置され、その後、研削工具によって溶接ビー
ドの研削作業を開始する。溶接ビードの研削作業は、教
示された研削位置及び研削姿勢に従って研削工具の移動
経路を制御することによって行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の溶接ビード研削
ロボットでは、作業開始前に既存の研削位置及び研削姿
勢を教示する。研削姿勢の教示作業では、作業者が目測
で姿勢教示を行うのが一般的である。従って、研削姿勢
の教示では、作業者の経験が重要な要素となり、作業者
が非熟練者の場合、最適な研削姿勢を教示できない。研
削姿勢が最適な状態で教示されないと、仕上げ精度が低
減するという問題を提起する。
ロボットでは、作業開始前に既存の研削位置及び研削姿
勢を教示する。研削姿勢の教示作業では、作業者が目測
で姿勢教示を行うのが一般的である。従って、研削姿勢
の教示では、作業者の経験が重要な要素となり、作業者
が非熟練者の場合、最適な研削姿勢を教示できない。研
削姿勢が最適な状態で教示されないと、仕上げ精度が低
減するという問題を提起する。
【０００５】またロボットが、教示された研削姿勢に従
って研削作業を行う場合、実際の溶接ビードの位置が教
示された本来の位置からずれると、教示された研削姿勢
で対応することができないことがある。このような場
合、仕上げ精度を保証するために、溶接ビードの位置ず
れを測定し、ずれの量を判断して、研削姿勢を再教示す
ることが必要となる。
って研削作業を行う場合、実際の溶接ビードの位置が教
示された本来の位置からずれると、教示された研削姿勢
で対応することができないことがある。このような場
合、仕上げ精度を保証するために、溶接ビードの位置ず
れを測定し、ずれの量を判断して、研削姿勢を再教示す
ることが必要となる。
【０００６】本発明の目的は、実際の研削対象物の形態
等の状況を測定し、研削作業を行うための研削位置の各
教示点での研削工具の最適な研削姿勢を自動的に生成す
る研削ロボットの研削姿勢生成装置を提供することにあ
る。
等の状況を測定し、研削作業を行うための研削位置の各
教示点での研削工具の最適な研削姿勢を自動的に生成す
る研削ロボットの研削姿勢生成装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る研削ロボッ
トの研削姿勢生成装置は、上記目的を達成するため、次
のように構成される。
トの研削姿勢生成装置は、上記目的を達成するため、次
のように構成される。
【０００８】研削作業前に教示された研削位置のデータ
と研削姿勢のデータに基づき研削工具を移動して研削対
象物を研削するティーチングプレイバック方式の研削ロ
ボットであり、研削しようとする研削対象物の形態等の
状況を検出する研削対象物検出手段と、この研削対象物
検出手段で検出された形態に関するデータに基づいてロ
ボット研削姿勢を生成する姿勢生成手段を備えるように
構成される。研削対象物研削手段は、研削ロボットの手
先部に配置された視覚センサを含む。ロボット研削姿勢
は、グラインダ等の研削工具の姿勢である。研削ロボッ
トにおいて教示された研削経路は、複数の教示点によっ
て形成されるが、前記の研削姿勢は各教示点において求
められる。研削姿勢を生成する作業は、通常、研削作業
を開始する前に行われる。また研削作業を行う時に研削
姿勢を生成しながら、当該研削作業を行うように構成す
ることもできる。
と研削姿勢のデータに基づき研削工具を移動して研削対
象物を研削するティーチングプレイバック方式の研削ロ
ボットであり、研削しようとする研削対象物の形態等の
状況を検出する研削対象物検出手段と、この研削対象物
検出手段で検出された形態に関するデータに基づいてロ
ボット研削姿勢を生成する姿勢生成手段を備えるように
構成される。研削対象物研削手段は、研削ロボットの手
先部に配置された視覚センサを含む。ロボット研削姿勢
は、グラインダ等の研削工具の姿勢である。研削ロボッ
トにおいて教示された研削経路は、複数の教示点によっ
て形成されるが、前記の研削姿勢は各教示点において求
められる。研削姿勢を生成する作業は、通常、研削作業
を開始する前に行われる。また研削作業を行う時に研削
姿勢を生成しながら、当該研削作業を行うように構成す
ることもできる。
【０００９】前記の構成において、好ましくは、研削対
象物検出手段は、研削対象物に対してスリット光を照射
する投光器と、照射されたスリット光を撮像する撮像装
置と、撮像装置で得られたスリット光像における母材面
部分と研削対象物部分の間の２つの交点の座標を演算す
る交点演算手段とから構成され、２つの交点の座標値を
用いて研削対象物の前記形態を求めるように構成され
る。
象物検出手段は、研削対象物に対してスリット光を照射
する投光器と、照射されたスリット光を撮像する撮像装
置と、撮像装置で得られたスリット光像における母材面
部分と研削対象物部分の間の２つの交点の座標を演算す
る交点演算手段とから構成され、２つの交点の座標値を
用いて研削対象物の前記形態を求めるように構成され
る。
【００１０】上記投光器の光源としては、外乱光の影響
を受けにくい可視光領域の波長の光を出射する半導体レ
ーザが望ましい。一方、テレビカメラ等の撮像装置の受
光部には前記波長領域に対応した分光感度特性を有する
干渉フィルタを取り付けることが望ましい。
を受けにくい可視光領域の波長の光を出射する半導体レ
ーザが望ましい。一方、テレビカメラ等の撮像装置の受
光部には前記波長領域に対応した分光感度特性を有する
干渉フィルタを取り付けることが望ましい。
【００１１】研削対象物としては溶接ビードがある。母
材面であるワーク表面に溶接ビードが形成されている場
合に、当該溶接ビードにスリット光を照射し、そのスリ
ット光像を得ると、ワーク表面に対応する直線状スリッ
ト光像部分と溶接ビードに対応する曲線状スリット光像
部分が生じ、それらの間の交点が求められる。
材面であるワーク表面に溶接ビードが形成されている場
合に、当該溶接ビードにスリット光を照射し、そのスリ
ット光像を得ると、ワーク表面に対応する直線状スリッ
ト光像部分と溶接ビードに対応する曲線状スリット光像
部分が生じ、それらの間の交点が求められる。
【００１２】前記の構成において、姿勢生成手段は、２
つの交点の座標を用いて母材面に含まれる方向ベクトル
を求めることを特徴とする。
つの交点の座標を用いて母材面に含まれる方向ベクトル
を求めることを特徴とする。
【００１３】更に、前記構成において、姿勢生成手段
は、２つの交点の座標を用いて母材面に含まれる方向ベ
クトルを求め、２つの交点の中間点と前記２つの交点の
近くに存する他の２つの交点の中間点とを求め且つ２つ
の中間点の座標を用いて研削対象物の長手方向の方向ベ
クトルを求め、求められた２つの方向ベクトルに外積演
算を適用して第３の方向ベクトルを求め、３つの方向ベ
クトルに基づきロボット研削姿勢を生成するように構成
される。
は、２つの交点の座標を用いて母材面に含まれる方向ベ
クトルを求め、２つの交点の中間点と前記２つの交点の
近くに存する他の２つの交点の中間点とを求め且つ２つ
の中間点の座標を用いて研削対象物の長手方向の方向ベ
クトルを求め、求められた２つの方向ベクトルに外積演
算を適用して第３の方向ベクトルを求め、３つの方向ベ
クトルに基づきロボット研削姿勢を生成するように構成
される。
【００１４】
【作用】本発明では、研削ロボットの手先部に取り付け
られた研削工具の近くに例えばスリット光投光器と撮像
装置であるテレビカメラを配設し、視覚センサとしての
構成を有する。研削作業前に既存の研削経路が教示され
るティーチングプレイバック方式の研削ロボットにおい
て、溶接ビード等の研削対象物が与えられた時、研削作
業を行う前に研削対象物の形態を測定し、この形態情報
を用いてロボット研削姿勢を求める。
られた研削工具の近くに例えばスリット光投光器と撮像
装置であるテレビカメラを配設し、視覚センサとしての
構成を有する。研削作業前に既存の研削経路が教示され
るティーチングプレイバック方式の研削ロボットにおい
て、溶接ビード等の研削対象物が与えられた時、研削作
業を行う前に研削対象物の形態を測定し、この形態情報
を用いてロボット研削姿勢を求める。
【００１５】研削対象物の形態の検出は、スリット光投
光器からスリット光を照射し、テレビカメラがスリット
光像を撮像することにより行われる。投光器の中心軸と
テレビカメラの中心軸とを交差させ、その交点を、教示
された研削経路に沿って始点から終点まで移動させる。
その移動において、各教示点でテレビカメラで撮像を行
い、スリット光像を取得し、画像メモリに格納する。こ
の場合において、投光器から溶接ビードに照射されたス
リット光は、母材面と溶接ビードの境界点で区分けされ
るので、スリット光像においてその境界点に対応した２
つの交点が存在する。そこで、これらの２つの交点の座
標を幾何学的な所定の計算式で求める。更に、姿勢生成
手段において、２つの交点の座標値をロボット固有の座
標系に変換する。
光器からスリット光を照射し、テレビカメラがスリット
光像を撮像することにより行われる。投光器の中心軸と
テレビカメラの中心軸とを交差させ、その交点を、教示
された研削経路に沿って始点から終点まで移動させる。
その移動において、各教示点でテレビカメラで撮像を行
い、スリット光像を取得し、画像メモリに格納する。こ
の場合において、投光器から溶接ビードに照射されたス
リット光は、母材面と溶接ビードの境界点で区分けされ
るので、スリット光像においてその境界点に対応した２
つの交点が存在する。そこで、これらの２つの交点の座
標を幾何学的な所定の計算式で求める。更に、姿勢生成
手段において、２つの交点の座標値をロボット固有の座
標系に変換する。
【００１６】研削工具を、教示された経路に沿って始点
から終点まで移動させ、一連の前記２つの交点を得る。
これらの交点の位置情報を用いて、提供された実際の研
削対象物に対応する最適な研削姿勢を生成する。
から終点まで移動させ、一連の前記２つの交点を得る。
これらの交点の位置情報を用いて、提供された実際の研
削対象物に対応する最適な研削姿勢を生成する。
【００１７】
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。
て説明する。
【００１８】図１は本発明に係る研削ロボットの研削姿
勢生成装置の全体構成図、図２は実際の溶接ビードの形
態を測定する方法を説明するための図、図３は研削姿勢
を決定する方法を説明するための図である。
勢生成装置の全体構成図、図２は実際の溶接ビードの形
態を測定する方法を説明するための図、図３は研削姿勢
を決定する方法を説明するための図である。
【００１９】図１において、１は溶接ビードを研削する
産業用ロボット（以下ロボットという）である。ロボッ
ト１の手先部２には、研削工具３が取り付けられる。研
削工具３はグラインダである。４は作業台５に載置され
たワークで、ワーク４の表面上には研削対象である溶接
ビードが形成される。研削工具３には、ワーク４の溶接
ビード部分にスリット光を照射する投光器６と、上記ス
リット光の反射光を受光し、スリット光が照射された溶
接ビード部分を撮影するテレビカメラ７が付設される。
テレビカメラ７で得られた映像信号は画像入力装置８に
入力される。
産業用ロボット（以下ロボットという）である。ロボッ
ト１の手先部２には、研削工具３が取り付けられる。研
削工具３はグラインダである。４は作業台５に載置され
たワークで、ワーク４の表面上には研削対象である溶接
ビードが形成される。研削工具３には、ワーク４の溶接
ビード部分にスリット光を照射する投光器６と、上記ス
リット光の反射光を受光し、スリット光が照射された溶
接ビード部分を撮影するテレビカメラ７が付設される。
テレビカメラ７で得られた映像信号は画像入力装置８に
入力される。
【００２０】スリット光投光器６の光源としては、６７
０ｎｍ〜６９０ｎｍの発振領域を有する半導体レーザを
使用する。またテレビカメラ７には前記波長領域に対応
する分光感度特性を有する干渉フィルタを備える。これ
により、外乱光の影響を排除できる。また、投光器６か
ら照射されるスリット光は可視光であるので、研削姿勢
を生成するためのスリット光の照射位置が良く分かると
共に、作業者の安全にも役立つ。
０ｎｍ〜６９０ｎｍの発振領域を有する半導体レーザを
使用する。またテレビカメラ７には前記波長領域に対応
する分光感度特性を有する干渉フィルタを備える。これ
により、外乱光の影響を排除できる。また、投光器６か
ら照射されるスリット光は可視光であるので、研削姿勢
を生成するためのスリット光の照射位置が良く分かると
共に、作業者の安全にも役立つ。
【００２１】ワーク４上の溶接ビードを研削するロボッ
ト１の研削作業の全動作は、ロボットコントローラ９に
よって制御される。ロボットコントローラ９は演算装置
及び記憶装置を内蔵し、記憶装置に格納された動作指令
用プログラム、教示された既存の研削経路に関する位置
データ及び生成された研削姿勢のデータに基づいて、研
削作業を実行するための制御指令をロボット１に対し与
える。ロボット１は、各関節部に配設された駆動装置を
制御指令に基づいて動作させ、研削作業に必要とされる
研削工具の位置及び姿勢を所要の状態にする。ロボット
コントローラ９の制御指令に基づいて、ロボット１は、
その手先部２に設けられた研削工具３を、研削経路に従
って始点から終点まで移動させる。
ト１の研削作業の全動作は、ロボットコントローラ９に
よって制御される。ロボットコントローラ９は演算装置
及び記憶装置を内蔵し、記憶装置に格納された動作指令
用プログラム、教示された既存の研削経路に関する位置
データ及び生成された研削姿勢のデータに基づいて、研
削作業を実行するための制御指令をロボット１に対し与
える。ロボット１は、各関節部に配設された駆動装置を
制御指令に基づいて動作させ、研削作業に必要とされる
研削工具の位置及び姿勢を所要の状態にする。ロボット
コントローラ９の制御指令に基づいて、ロボット１は、
その手先部２に設けられた研削工具３を、研削経路に従
って始点から終点まで移動させる。
【００２２】上記ロボット１のロボットコントローラ９
は、更に、姿勢生成演算装置１０と撮像指令部１１を備
えている。姿勢生成演算装置１０は、後述するように、
測定で得られた実際の溶接ビードの形態データに基づい
て、溶接ビードの形態に対応した最適な研削姿勢のデー
タを生成する機能を有する。撮像指令部１１は、本発明
による研削姿勢生成装置ではテレビカメラ７や画像入力
装置等の撮像装置が必要となるが、この撮像装置に動作
指令を与えるための手段である。
は、更に、姿勢生成演算装置１０と撮像指令部１１を備
えている。姿勢生成演算装置１０は、後述するように、
測定で得られた実際の溶接ビードの形態データに基づい
て、溶接ビードの形態に対応した最適な研削姿勢のデー
タを生成する機能を有する。撮像指令部１１は、本発明
による研削姿勢生成装置ではテレビカメラ７や画像入力
装置等の撮像装置が必要となるが、この撮像装置に動作
指令を与えるための手段である。
【００２３】画像入力装置８に与えられた画像データは
画像メモリ１２に格納される。１３は交点座標演算装
置、１４は座標変換演算装置である。画像入力装置８、
画像メモリ１２、交点座標演算装置１３、座標変換演算
装置１４は、コンピュータで構成され、それぞれ機能手
段として実現される。
画像メモリ１２に格納される。１３は交点座標演算装
置、１４は座標変換演算装置である。画像入力装置８、
画像メモリ１２、交点座標演算装置１３、座標変換演算
装置１４は、コンピュータで構成され、それぞれ機能手
段として実現される。
【００２４】交点座標演算装置１３は画像メモリ１２に
格納された所定の画像データに対し所定のタイミングで
画像処理を行う。この画像処理は、母材面に対応するス
リット光像部分と、研削対象の溶接ビード部に対応する
スリット光像部分との間に形成される２つの交点の座標
を求める演算である。この交点の座標は、テレビカメラ
７で得られた画像の上で定義される座標である。
格納された所定の画像データに対し所定のタイミングで
画像処理を行う。この画像処理は、母材面に対応するス
リット光像部分と、研削対象の溶接ビード部に対応する
スリット光像部分との間に形成される２つの交点の座標
を求める演算である。この交点の座標は、テレビカメラ
７で得られた画像の上で定義される座標である。
【００２５】座標変換演算装置１４は、交点座標演算装
置１３で求められた２つの交点の座標を、ロボット１の
上で定義された固有の座標系へ変換する。座標変換演算
装置１４で得られた交点の座標は、ロボットコントロー
ラ９の姿勢生成演算装置１０に与えられる。姿勢生成演
算装置１０は、２つの交点の変換後の座標に基づいてロ
ボット１の研削姿勢に関するデータを生成する。こうし
て生成される研削姿勢は、教示された研削位置の各教示
点に対応して求められる。生成された研削姿勢のデータ
は記憶装置に格納される。
置１３で求められた２つの交点の座標を、ロボット１の
上で定義された固有の座標系へ変換する。座標変換演算
装置１４で得られた交点の座標は、ロボットコントロー
ラ９の姿勢生成演算装置１０に与えられる。姿勢生成演
算装置１０は、２つの交点の変換後の座標に基づいてロ
ボット１の研削姿勢に関するデータを生成する。こうし
て生成される研削姿勢は、教示された研削位置の各教示
点に対応して求められる。生成された研削姿勢のデータ
は記憶装置に格納される。
【００２６】ロボット１の研削姿勢は、一般的に、ロボ
ット１の手先部２に取り付けられる研削工具３に固定さ
れたツール座標系で表現される。ツール座標系は、ロボ
ットの固定座標系で表現した直交座標系であり、下記の
要素から構成される。
ット１の手先部２に取り付けられる研削工具３に固定さ
れたツール座標系で表現される。ツール座標系は、ロボ
ットの固定座標系で表現した直交座標系であり、下記の
要素から構成される。
【００２７】 Ｏ …ツール座標系の原点座標 ｎ …ツール座標系のＸ軸の方向ベクトル ｏ …ツール座標系のＹ軸の方向ベクトル ａ …ツール座標系のＺ軸の方向ベクトル また研削工具３を、ワーク表面に対して或る角度を持た
せて配設し、研削工具３によってワーク表面に形成され
た溶接ビードを研削する作業を実行する。この研削作業
では、研削工具３とワーク４の表面の間の相対角度を固
定させる目的で、ワーク表面の状況に従って変化するワ
ーク座標系を定義する。ワーク座標系は下記の要素によ
って構成される。
せて配設し、研削工具３によってワーク表面に形成され
た溶接ビードを研削する作業を実行する。この研削作業
では、研削工具３とワーク４の表面の間の相対角度を固
定させる目的で、ワーク表面の状況に従って変化するワ
ーク座標系を定義する。ワーク座標系は下記の要素によ
って構成される。
【００２８】 ｆ …ワーク座標系のＸ軸の方向ベクトル ｇ …ワーク座標系のＹ軸の方向ベクトル ｈ …ワーク座標系のＺ軸の方向ベクトル 上記２つの座標系において、ワーク座標系からツール座
標系への変換は回転変換だけである。ワーク座標系と回
転角度とが決まれば、ツール座標系を求めることができ
る。研削姿勢をワーク座標系ｆ，ｇ，ｈで表現できれ
ば、ツール座標系でも表現できる。そこで、以下の説明
では、ワーク座標系の生成方法のみを説明する。
標系への変換は回転変換だけである。ワーク座標系と回
転角度とが決まれば、ツール座標系を求めることができ
る。研削姿勢をワーク座標系ｆ，ｇ，ｈで表現できれ
ば、ツール座標系でも表現できる。そこで、以下の説明
では、ワーク座標系の生成方法のみを説明する。
【００２９】研削姿勢として、図２に示す如く、例えば
方向ベクトルｆが研削工具３の送り方向Ａの反対方向と
一致し、方向ベクトルｈがワーク４の表面（母材面）の
垂直方向と一致し、方向ベクトルｇが方向ベクトルｆ，
ｈの外積方向と一致するように設定する。以上の３つの
方向ベクトルの中において、方向ベクトルｈを求めるこ
とが一番重要となる。
方向ベクトルｆが研削工具３の送り方向Ａの反対方向と
一致し、方向ベクトルｈがワーク４の表面（母材面）の
垂直方向と一致し、方向ベクトルｇが方向ベクトルｆ，
ｈの外積方向と一致するように設定する。以上の３つの
方向ベクトルの中において、方向ベクトルｈを求めるこ
とが一番重要となる。
【００３０】ワーク座標系Ｍの方向ベクトルｆ，ｇ，ｈ
の求め方は次の通りである。
の求め方は次の通りである。
【００３１】図２を参照して、母材面上のスリット光像
部分と、溶接ビード部上のスリット光像部分との間に形
成される２つの交点ａ，ｂを求める画像処理について説
明する。
部分と、溶接ビード部上のスリット光像部分との間に形
成される２つの交点ａ，ｂを求める画像処理について説
明する。
【００３２】図２に示されるように、ワーク４の表面に
垂直な方向をＺｃ軸とし、溶接ビードが形成される長手
方向をＸｃ軸とし、ＺｃとＸｃの各軸に直角な方向をＹ
ｃ軸としている。研削工具３に関するツール座標系に関
し、方向ベクトルｈがＺｃ軸方向と、方向ベクトルｆが
Ｘｃ軸方向と、方向ベクトルｇがＹｃ軸方向と一致する
ように設定される。
垂直な方向をＺｃ軸とし、溶接ビードが形成される長手
方向をＸｃ軸とし、ＺｃとＸｃの各軸に直角な方向をＹ
ｃ軸としている。研削工具３に関するツール座標系に関
し、方向ベクトルｈがＺｃ軸方向と、方向ベクトルｆが
Ｘｃ軸方向と、方向ベクトルｇがＹｃ軸方向と一致する
ように設定される。
【００３３】ワーク４の表面上に形成された溶接ビード
２１に対して、所定の位置関係にて投光器６とテレビカ
メラ７が配置される。投光器６とテレビカメラ７は、図
１に示す如く、研削工具３の先端部に付設される。研削
工具３は送り方向Ａに向かって移動する。投光器６は、
スリット光を溶接ビード２１に向けて照射する。２２は
スリット光を照射することによりワーク及び溶接ビード
の表面に形成されるスリット光の照射軌跡を示す。テレ
ビカメラ７は照射軌跡２２を撮影する。投光器６とテレ
ビカメラ７は、それらの中心軸が角度θで交差するよう
に配置される。その中心軸の交差点はＳである。溶接ビ
ード２１の実際の位置を検出するための作業で、ロボッ
ト１の研削工具３の位置の制御では、交差点Ｓが、教示
された研削経路の上に来るように移動制御を行う。投光
器６からのスリット光照射で形成された照射軌跡２２を
テレビカメラ７で撮像する。テレビカメラ７で得られた
スリット光像２３（前記の照射軌跡２２に対応し、ＵＶ
平面で表示される）は画像入力装置８を経て画像メモリ
１２に格納される。画像メモリ１２では、各教示点に対
応して撮像されたスリット光像が格納される。画像メモ
リ１２で、スリット光像はＸＹ平面で表示される。こう
して実際の溶接ビード２１に関して始点から終点に至る
全行程に関し各教示点に対応した所定数のスリット光像
を得る。図２中の拡大領域Ｂには、１つのスリット光像
を拡大して示している。なお、画像メモリ１２に関する
他の構成として、１つのスリット光像を画像メモリに格
納して交点を検出した後、交点のデータを他のコンピュ
ータ等のメモリに格納し、画像メモリの格納内容は次の
スリット光像によって更新することもできる。
２１に対して、所定の位置関係にて投光器６とテレビカ
メラ７が配置される。投光器６とテレビカメラ７は、図
１に示す如く、研削工具３の先端部に付設される。研削
工具３は送り方向Ａに向かって移動する。投光器６は、
スリット光を溶接ビード２１に向けて照射する。２２は
スリット光を照射することによりワーク及び溶接ビード
の表面に形成されるスリット光の照射軌跡を示す。テレ
ビカメラ７は照射軌跡２２を撮影する。投光器６とテレ
ビカメラ７は、それらの中心軸が角度θで交差するよう
に配置される。その中心軸の交差点はＳである。溶接ビ
ード２１の実際の位置を検出するための作業で、ロボッ
ト１の研削工具３の位置の制御では、交差点Ｓが、教示
された研削経路の上に来るように移動制御を行う。投光
器６からのスリット光照射で形成された照射軌跡２２を
テレビカメラ７で撮像する。テレビカメラ７で得られた
スリット光像２３（前記の照射軌跡２２に対応し、ＵＶ
平面で表示される）は画像入力装置８を経て画像メモリ
１２に格納される。画像メモリ１２では、各教示点に対
応して撮像されたスリット光像が格納される。画像メモ
リ１２で、スリット光像はＸＹ平面で表示される。こう
して実際の溶接ビード２１に関して始点から終点に至る
全行程に関し各教示点に対応した所定数のスリット光像
を得る。図２中の拡大領域Ｂには、１つのスリット光像
を拡大して示している。なお、画像メモリ１２に関する
他の構成として、１つのスリット光像を画像メモリに格
納して交点を検出した後、交点のデータを他のコンピュ
ータ等のメモリに格納し、画像メモリの格納内容は次の
スリット光像によって更新することもできる。
【００３４】前記の交点座標演算装置１３は、画像メモ
リ１２に格納されたスリット光像２３について、母材面
上の直線状のスリット光像部分２３ａと溶接ビード２１
上の曲線状のスリット光像部分２３ｂ等の交点ａ，ｂを
求める。交点ａ，ｂはワーク表面の上に位置する。座標
変換演算装置１４は、求めた交点ａ，ｂの座標を、ロボ
ット１の固有座標系へ座標変換を行い、母材面と溶接ビ
ード部との交点を求める。このようにして、複数組の２
つの交点の座標を求める。そして、姿勢生成演算装置１
０は、座標変換演算装置１４で得られた２つの交点の座
標データを入力し、複数の２つの交点の組を用いて研削
姿勢の生成を行う。以下に、研削姿勢の生成方法につい
て説明する。
リ１２に格納されたスリット光像２３について、母材面
上の直線状のスリット光像部分２３ａと溶接ビード２１
上の曲線状のスリット光像部分２３ｂ等の交点ａ，ｂを
求める。交点ａ，ｂはワーク表面の上に位置する。座標
変換演算装置１４は、求めた交点ａ，ｂの座標を、ロボ
ット１の固有座標系へ座標変換を行い、母材面と溶接ビ
ード部との交点を求める。このようにして、複数組の２
つの交点の座標を求める。そして、姿勢生成演算装置１
０は、座標変換演算装置１４で得られた２つの交点の座
標データを入力し、複数の２つの交点の組を用いて研削
姿勢の生成を行う。以下に、研削姿勢の生成方法につい
て説明する。
【００３５】図３を参照して、研削姿勢の生成方法を説
明する。この説明では便宜的に、互いに近くに存在する
交点ｄ，ｄ′の組と交点ｅ，ｅ′の組のそれぞれの座標
値が得られているとし、これらの交点の座標値を用いて
研削姿勢を生成する。
明する。この説明では便宜的に、互いに近くに存在する
交点ｄ，ｄ′の組と交点ｅ，ｅ′の組のそれぞれの座標
値が得られているとし、これらの交点の座標値を用いて
研削姿勢を生成する。
【００３６】先ず、交点ｄ，ｄ′の中間点ｄ″の座標と
交点ｅ，ｅ′の中間点ｅ″の座標を求める。これらの中
間点ｄ″，ｅ″も、ワーク表面上に位置する。
交点ｅ，ｅ′の中間点ｅ″の座標を求める。これらの中
間点ｄ″，ｅ″も、ワーク表面上に位置する。
【００３７】次に２つの中間点ｄ″とｅ″に基づいて方
向ベクトルｉを求める。
向ベクトルｉを求める。
【００３８】また交点ｄ，ｄ′によって方向ベクトルｍ
を求める。
を求める。
【００３９】方向ベクトルｋは、外積（×）の演算、ｋ
＝ｉ×ｍによって求める。方向ベクトルｋは、現在の検
出点におけるワーク４の表面の法線方向と反対方向のベ
クトルである。
＝ｉ×ｍによって求める。方向ベクトルｋは、現在の検
出点におけるワーク４の表面の法線方向と反対方向のベ
クトルである。
【００４０】方向ベクトルｊは、外積の演算、ｊ＝ｋ×
ｉを用いて求める。
ｉを用いて求める。
【００４１】以上により研削工具３の研削姿勢は、ワー
ク座標系（ｆ，ｇ，ｈ）のｆ，ｇ，ｈの各方向ベクトル
を、ｆ＝ｉ、ｇ＝ｊ、ｈ＝ｋと取ることによって、現在
点から近傍点までの研削動作に対してワーク座標系を生
成することができる。またワーク座標系については、回
転変換に基づき、生成されたツール座標系に対応する研
削姿勢を生成することができる。
ク座標系（ｆ，ｇ，ｈ）のｆ，ｇ，ｈの各方向ベクトル
を、ｆ＝ｉ、ｇ＝ｊ、ｈ＝ｋと取ることによって、現在
点から近傍点までの研削動作に対してワーク座標系を生
成することができる。またワーク座標系については、回
転変換に基づき、生成されたツール座標系に対応する研
削姿勢を生成することができる。
【００４２】例えば、ワーク座標系のＹ軸ｇをツール座
標系のＹ軸ｏと一致させ、ワーク座標系のＹ軸ｇを回転
軸として、角度β回転させる場合には、次の座標変換式
でワーク座標系からツール座標系までの変換を行うこと
ができる。
標系のＹ軸ｏと一致させ、ワーク座標系のＹ軸ｇを回転
軸として、角度β回転させる場合には、次の座標変換式
でワーク座標系からツール座標系までの変換を行うこと
ができる。
【００４３】
【数１】
【００４４】姿勢生成演算装置１０は、前記の演算式に
よって研削工具３の一連の研削姿勢を生成する。
よって研削工具３の一連の研削姿勢を生成する。
【００４５】最後に、図４を参照して、一例として前述
の交点ａの座標値を算出するための計算式を明示する。
の交点ａの座標値を算出するための計算式を明示する。
【００４６】ロボット１の手先部２に設定された基準点
Ｄを原点とする座標系４１（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を定義
する。座標系４１は図２に示された座標系と同じであ
る。この座標系４１において、母材面のスリット光像と
溶接ビード上のスリット光像の間の１つの交点をａ、ス
リット光の光軸とテレビカメラ７の中心軸とのなす角度
をθ、前記光軸と前記中心軸との交点をＰ、テレビカメ
ラ７のレンズ４２の主点をＱ、距離ＱＰをｐ、レンズ主
点Ｑからカメラ受光部４３までの距離をｑとする。カメ
ラ受光部４３の上における交点ａの像は、点Ｆとなる。
テレビカメラ７で得られたスリット光像２３においても
交点ａの像が示される。
Ｄを原点とする座標系４１（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を定義
する。座標系４１は図２に示された座標系と同じであ
る。この座標系４１において、母材面のスリット光像と
溶接ビード上のスリット光像の間の１つの交点をａ、ス
リット光の光軸とテレビカメラ７の中心軸とのなす角度
をθ、前記光軸と前記中心軸との交点をＰ、テレビカメ
ラ７のレンズ４２の主点をＱ、距離ＱＰをｐ、レンズ主
点Ｑからカメラ受光部４３までの距離をｑとする。カメ
ラ受光部４３の上における交点ａの像は、点Ｆとなる。
テレビカメラ７で得られたスリット光像２３においても
交点ａの像が示される。
【００４７】基準点Ｄに対する交点ａの座標値（Ｘca，
Ｙca，Ｚca）は、図４に示した幾何的関係から明らかな
ように、次の式によって与えられる。
Ｙca，Ｚca）は、図４に示した幾何的関係から明らかな
ように、次の式によって与えられる。
【００４８】
【数２】
【００４９】上記の式において、 Ｘmax ：画像メモリ上のＸ方向の最大値 Ｙmax ：画像メモリ上のＹ方向の最大値 ＰIX ：画像メモリ上のＸ方向での１画素当りの分解能 ＰIY ：画像メモリ上のＹ方向での１画素当りの分解能 Ｘp ：画像メモリ上の交点ａのＸ座標値 Ｙp ：画像メモリ上の交点ａのＹ座標値 Ｌx ：基準点Ｄから点ＰまでのＸｃ方向の距離 Ｌy ：基準点Ｄから点ＰまでのＹｃ方向の距離 Ｌz ：基準点Ｄから点ＰまでのＺｃ方向の距離 前記の実施例では溶接ビードを研削する研削ロボットに
ついて説明したが、本発明による研削姿勢生成装置は、
同様な研削対象物を研削するロボットに適用することが
できる。
ついて説明したが、本発明による研削姿勢生成装置は、
同様な研削対象物を研削するロボットに適用することが
できる。
【００５０】前記の研削姿勢の生成の作業は、研削作業
を行う前に実施されるのが一般的である。また研削姿勢
生成の処理の高速化を図ることにより、研削作業を行い
ながら直前に研削姿勢を生成するように構成することも
できる。
を行う前に実施されるのが一般的である。また研削姿勢
生成の処理の高速化を図ることにより、研削作業を行い
ながら直前に研削姿勢を生成するように構成することも
できる。
【００５１】前述のスリット投光器とテレビカメラの代
わりに、ＣＣＤ素子をライン上に配置してなる一次元Ｃ
ＣＤカメラまたはＰＳＤ（position sensing device)を
利用した装置構成などを、研削対象物である溶接ビード
の形態を検出するための視覚センサとして用いることが
できる。
わりに、ＣＣＤ素子をライン上に配置してなる一次元Ｃ
ＣＤカメラまたはＰＳＤ（position sensing device)を
利用した装置構成などを、研削対象物である溶接ビード
の形態を検出するための視覚センサとして用いることが
できる。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。
れば、次の効果を奏する。
【００５３】研削ロボットの研削工具の近傍に例えば投
光器と撮像装置からなる視覚センサを設けて、研削対象
物の形態を測定し、その測定データに基づいて最適な研
削姿勢を生成するようにしたため、研削対象物を精度良
く仕上げることができる。
光器と撮像装置からなる視覚センサを設けて、研削対象
物の形態を測定し、その測定データに基づいて最適な研
削姿勢を生成するようにしたため、研削対象物を精度良
く仕上げることができる。
【００５４】またティーチングプレイバック式の研削ロ
ボットによる研削作業において、研削作業前に研削対象
物に応じて研削姿勢を自動的に生成することができ、そ
のために研削姿勢の教示を簡略して行うことができ、研
削ロボットの自動化を促進し、作業効率の向上を達成す
ることができる。
ボットによる研削作業において、研削作業前に研削対象
物に応じて研削姿勢を自動的に生成することができ、そ
のために研削姿勢の教示を簡略して行うことができ、研
削ロボットの自動化を促進し、作業効率の向上を達成す
ることができる。
【図１】本発明に係る研削ロボットの全体構成を示す構
成図である。
成図である。
【図２】実際の溶接ビードの位置を検出する方法を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】研削姿勢の生成方法を説明するための図であ
る。
る。
【図４】スリット光像における２つの交点の座標値を算
出する式を説明するための図である。
出する式を説明するための図である。
１ …ロボット ２ …手先部 ３ …研削工具 ４ …ワーク ６ …投光器 ７ …テレビカメラ ８ …画像入力装置 ９ …ロボットコントローラ １０ …姿勢生成演算装置 １２ …画像メモリ １３ …交点座標演算装置 １４ …座標変換演算装置 ２１ …溶接ビード ２２ …照射軌跡 ２３ …スリット光像
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２４Ｂ 49/12 9135−3Ｃ Ｂ２５Ｊ 9/22 Ｚ 13/08 Ａ
Claims (4)
- 【請求項１】 研削作業前に教示された研削経路の位置
データに基づき研削工具を移動して研削対象物を研削す
る研削ロボットにおいて、 研削しようとする研削対象物の形態を検出する研削対象
物検出手段と、この研削対象物検出手段で検出された形
態データに基づいてロボット研削姿勢を生成する姿勢生
成手段を備えることを特徴とする研削ロボットの研削姿
勢生成装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の研削ロボットの研削姿勢
生成装置において、前記研削対象物検出手段は、前記研
削対象物に対してスリット光を照射する投光器と、照射
された前記スリット光を撮像する撮像装置と、前記撮像
装置で得られたスリット光像における母材面部分と研削
対象物部分の間の２つの交点の座標を演算する交点演算
手段とからなり、前記２つの交点の座標を用いて研削対
象物の前記形態を求めることを特徴とする研削ロボット
の研削姿勢生成装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の研削ロボットの研削姿勢
生成装置において、前記姿勢生成手段は、前記２つの交
点の座標を用いて母材面に含まれる方向ベクトルを求め
ることを特徴とする研削ロボットの研削姿勢生成装置。 - 【請求項４】 請求項２記載の研削ロボットの研削姿勢
生成装置において、前記姿勢生成手段は、前記２つの交
点の座標を用いて母材面に含まれる方向ベクトルを求
め、前記２つの交点の中間点と前記２つの交点の近くに
存する他の２つの交点の中間点とをそれぞれ求め且つ前
記２つの中間点の座標を用いて前記研削対象物の長手方
向の方向ベクトルを求め、求められた前記２つの方向ベ
クトルに外積演算を適用して第３の方向ベクトルを求
め、前記３つの方向ベクトルに基づき前記ロボット研削
姿勢を生成することを特徴とする研削ロボットの研削姿
勢生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12637692A JPH05318280A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 研削ロボットの研削姿勢生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12637692A JPH05318280A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 研削ロボットの研削姿勢生成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05318280A true JPH05318280A (ja) | 1993-12-03 |
Family
ID=14933639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12637692A Pending JPH05318280A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 研削ロボットの研削姿勢生成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05318280A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07299700A (ja) * | 1994-05-11 | 1995-11-14 | Yotaro Hatamura | 工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削システム |
| JPH08174415A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-09 | Noritake Co Ltd | 自動疵取り装置 |
| JP2013119138A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Japan Transport Engineering Co | ベルト研磨装置 |
| JP2013202692A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Fanuc Robotics America Corp | ロボット溶接ガンの姿勢の正規化 |
| JP2014037042A (ja) * | 2012-08-20 | 2014-02-27 | Dainippon Printing Co Ltd | 枠体搬送装置および枠体搬送装置を用いた枠体搬送方法 |
| JP2016155202A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 三菱重工業株式会社 | 研磨装置及び研磨方法 |
| WO2019069933A1 (ja) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | ヘキサゴン・メトロジー株式会社 | 加工装置 |
| JP2021003794A (ja) * | 2019-06-27 | 2021-01-14 | ファナック株式会社 | ツールの作業位置のずれ量を取得する装置、及び方法 |
| KR20240031464A (ko) * | 2022-08-29 | 2024-03-08 | 한국로봇융합연구원 | 용접 비드 교차점 검출에 따른 작업 경로 생성 장치 및 방법 |
-
1992
- 1992-05-19 JP JP12637692A patent/JPH05318280A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07299700A (ja) * | 1994-05-11 | 1995-11-14 | Yotaro Hatamura | 工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削システム |
| JPH08174415A (ja) * | 1994-12-21 | 1996-07-09 | Noritake Co Ltd | 自動疵取り装置 |
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| WO2019069933A1 (ja) * | 2017-10-06 | 2019-04-11 | ヘキサゴン・メトロジー株式会社 | 加工装置 |
| JP2019069486A (ja) * | 2017-10-06 | 2019-05-09 | ヘキサゴン・メトロジー株式会社 | 加工装置 |
| JP2021003794A (ja) * | 2019-06-27 | 2021-01-14 | ファナック株式会社 | ツールの作業位置のずれ量を取得する装置、及び方法 |
| US11964396B2 (en) | 2019-06-27 | 2024-04-23 | Fanuc Corporation | Device and method for acquiring deviation amount of working position of tool |
| KR20240031464A (ko) * | 2022-08-29 | 2024-03-08 | 한국로봇융합연구원 | 용접 비드 교차점 검출에 따른 작업 경로 생성 장치 및 방법 |
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