JPH05337785A - 研削ロボットの研削経路修正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】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で、教示された研削経路と実
際の研削位置との位置ずれを検出し、教示された研削経
路を自動的に修正する。 【構成】教示された研削経路の位置データに基づき溶接
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。実際の溶接ビード２１に対してスリ
ット光を照射する投光器６と、スリット光の像２２を撮
るテレビカメラ７と、テレビカメラで得られたスリット
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とに
よって実際の溶接ビード２１の位置を検出し、検出され
た交点位置に基づいて実際の研削位置を求め、実際の研
削位置と教示された研削経路の位置とを比較し、差異が
見出された時に、実際の研削位置を用いて既存の研削経
路を修正する経路修正手段１０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は研削ロボットの研削経路
修正装置に係り、特に、研削作業前に教示された研削経
路に基づいて研削工具を移動し溶接ビードや鋳バリ等を
研削する研削ロボットにおいて、研削対象である溶接ビ
ードや鋳バリ等の実際の位置が、教示された研削経路と
一致しないとき、正しい研削経路を生成して既存の研削
経路を修正する研削経路修正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば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研削ロボットでは、予め設定され
た既存の研削経路の情報が、ワーク上の溶接ビードの位
置情報として作業開始前に教示される。教示作業によっ
て、ロボットには、その手先部に装着された研削工具の
研削経路が設定される。研削経路に関する情報は、ロボ
ットの制御部の記憶装置に、研削工具を所定の順序で移
動させるための位置データとして格納される。

【０００３】溶接ビードの研削作業では、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
る。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、前記の既存の研削
経路に従って研削工具を移動させ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、作業開始前に教示された既存の研削経路
に従って研削工具を移動しながら研削作業を行う。しか
し、ワークに形成された溶接ビードの実際の位置は、設
定された既存の研削経路の位置からずれることもある。
この位置ずれの発生は、ロボットに対するワークの設置
位置の誤差や溶接組立てにおける誤差に起因する。この
ように実際の研削経路と設定された研削経路との間に位
置ずれが発生すると、従来の溶接ビード研削ロボットで
は、ロボット自身で位置ずれを自動的になくすように対
応することができなかった。

【０００５】そこで、従来の溶接ビード研削ロボットで
は、研削作業の仕上げ精度を保証するために、位置ずれ
を計測する計測装置を別途に設け、この計測装置で位置
ずれを計測し、その計測結果に基づいてオペレータ自身
がロボットに対して研削位置を再教示するか、又はワー
クを設置し直す等の対策を施していた。

【０００６】従来の位置ずれ計測装置では、基本的に、
良好な計測精度を得ることができない。また、たとえ、
良好な計測精度を得ることができたとしても、計測のた
めに多大な時間を要する。更に、従来の研削経路修正方
法では、オペレータの判定及びオペレータによる人為的
作業を必要とするため、修正作業のコストも高くなる。
加えて、研削ロボットの研削作業全体の自動化を図る場
合に、位置ずれ修正の自動化がネックとなって作業全体
の自動化を困難なものとしていた。

【０００７】本発明の目的は、設定された既存の研削経
路と研削しようとする実際の研削対象物との間に位置ず
れが存在するとき、この位置ずれを自動的に修正して研
削作業を実行する研削ロボットの研削経路修正装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る研削ロボッ
トの研削経路修正装置は、前記の目的を達成するため
に、次のように構成される。

【０００９】研削作業を行う前に既存の研削経路が教示
され、教示された研削経路の位置データは記憶手段に格
納され、制御手段は、格納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よう
にティーチングプレイバック方式で構成され、更に、研
削しようとする実際の研削対象物の位置を検出する研削
対象物検出手段と、この研削対象物検出手段で検出され
た位置に基づいて実際の研削位置を求め、実際の研削位
置と教示された研削経路の位置とを比較し、差異が見出
された時に実際の研削位置を用いて既存の研削経路を修
正する経路修正手段を備える。研削対象物検出手段は、
好ましくは、視覚センサとして構成され、且つ研削工具
の近傍に所定の位置関係にて配設される。

【００１０】前記の構成において、研削対象物検出手段
を、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の像を撮るテレビカメラ
と、テレビカメラ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によって構成することができる。前
記２つの交点によって、研削対象物のワーク面での位置
を知ることができる。

【００１１】更に前記の構成において、好ましくは、経
路修正手段は、２つの交点の中間点の位置を求め、この
中間点を実際の研削対象物の位置とすることができる。

【００１２】更に、好ましくは、前記２つの交点の座標
は画像データ上での座標である場合において、この座標
をロボット本体上で定義された座標に変換する座標変換
手段を備えるようにする。

【００１３】

【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スリット光投光器とテレビカメ
ラを配設した視覚センサとして構成を有する。研削作業
前に、予め定められた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、研削作業の開
始前に実際の研削対象物の研削位置を検出する。この実
際の研削位置の検出では、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
ことによって行われる。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、所定のタイミング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。投光器
から研削対象物に照射されたスリット光は、母材面に対
応する部分と溶接ビードに対応する部分で区分けされる
ので、スリット光像において境界点となる２つの点が存
在する。２つの交点の座標を幾何学的関係を利用した所
定の計算式で求め、更に、経路修正手段においてロボッ
ト固有の座標系に変換して、最終的に変換後の２つの交
点の中間点を求めて溶接ビードにおける実際の研削位置
を算出する。そして、得られた中間点と、既存の研削経
路上の教示点とを比較し、位置ずれの量を算出し、必要
があるときには教示された研削経路を修正する。

【００１４】

【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。

【００１５】図１は本発明に係る研削ロボットの研削経
路修正装置の構成図、図２は実際の溶接ビードの位置を
計測する手法を説明するための図、図３は研削経路の修
正方法を説明するための図である。

【００１６】図１において、一例として溶接ビードを研
削する産業用ロボット（以下ロボットという）１を示
す。このロボット１はティーチングプレイバック方式で
構成される。ロボット１の手先部２にはグラインダ等の
研削工具３が取り付けられる。４は作業台５に載置され
たワークで、ワーク４の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
ード及びその周辺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で得られた撮像信号は、画像入
力装置８に入力される。投光器６の光源としては、外乱
光の影響を受けにくい特性が必要であり、可視光領域の
波長、例えば６７０ｎｍ〜６８０ｎｍのレーザ光を出射
する半導体レーザを使用する。またテレビカメラ７の受
光部には、当該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好ましい。

【００１７】ワーク５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
用プログラム及び教示された既存の研削経路に関する位
置データ等に基づいて、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。研削経路は、複数の教
示点によって経路として与えられる。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、研削工具の姿勢及び位置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。

【００１８】上記ロボット１のロボットコントローラ９
には、更に、経路修正演算装置１０と撮像指令部１１が
設けられる。経路修正演算装置１０は、後述するよう
に、記憶装置に教示作業に基づき格納された既存の研削
経路と実際の溶接ビードとの間に位置ずれが存在する場
合に、既存の研削経路の修正を行う機能を有する。撮像
指令部１１は、本発明による研削経路修正装置ではテレ
ビカメラ７や画像入力装置等の視覚センサユニットが必
要となることから、この撮像装置に動作指令を与えるた
めの手段である。

【００１９】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。

【００２０】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、得られたスリット光
像において、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（境界点）の座標を求める演算
である。これらの交点の座標は、テレビカメラ７で得ら
れた画像の上で定義される座標系上で与えられる。

【００２１】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、更にロボットコント
ローラ９の経路修正演算装置１０に与えられる。経路修
正演算装置１０は、２つの交点の変換後の座標に基づい
て、実際の溶接ビードの中間点の座標を算出する。中間
点は中心点が好ましい。算出された実際の溶接ビードの
中心点の座標は、作業開始前に教示され記憶装置に格納
された既存の研削経路に対応する教示点の座標と比較さ
れる。この比較によって、実際の溶接ビードの中心点の
位置と教示点の位置との間に所定の差異が存在すると判
定された場合には、教示された既存の研削経路の位置デ
ータを修正し、修正された位置データを記憶装置に格納
する。

【００２２】ティーチングプレイバック方式の産業用ロ
ボットによる溶接ビードの研削作業において、予め教示
した既存の研削経路に従って、始点から終点に至るまで
研削工具３を移動させる。このとき、研削しようとする
溶接ビードの実際の位置と既存の研削経路の位置との間
にずれが存在する場合には、ロボット１自身がこのずれ
の大きさを判定し、教示された研削経路に関する位置デ
ータを修正する。前述の位置ずれを判定するために、ワ
ーク５における実際の溶接ビードの位置を、投光器６、
テレビカメラ７、画像入力装置８、画像メモリ１２、交
点座標演算装置１３等を用いて検出する。

【００２３】本実施例の溶接ビード研削ロボットは、研
削作業を行う前に、実際の溶接ビードの位置と教示され
た既存の研削経路とが一致している否かについて検査
し、位置ずれが存在する場合には、既存の研削経路を、
実際の溶接ビードの位置と一致するように修正する。次
に、研削経路修正のための動作について説明する。

【００２４】研削経路を修正するためには、先ず実際の
溶接ビードの位置を検出し、既存の研削経路との間で位
置ずれが存在するか否かを調べる必要がある。

【００２５】図２を参照して、母材面上のスリット光像
部分と、研削対象の溶接ビード上の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画像処理に
ついて説明する。

【００２６】ワーク４の上に溶接ビード２１が形成され
る。この溶接ビード２１に対して接近状態で研削工具３
が配置される。研削工具３は、教示された既存の研削経
路に沿って、送り方向Ａに向かって移動する。この移動
において、研削工具３の先端部に付設された投光器６
は、スリット光を溶接ビード２１に向けて照射する。２
２はスリット光を照射することによりワーク表面（母材
面）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、その照射方向中心軸と
撮像方向中心軸との交差点をＳとする。溶接ビード２１
の実際の位置を検出するための作業において、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１
２に格納される。所定の間隔（教示点に対応）で撮像さ
れたスリット光像は、画像メモリ１２で、ＸＹ平面で表
現される。画像メモリ１２に格納されるスリット光像に
基づいて、交点座標演算装置１３で母材面と溶接ビード
との交点が演算される。画像メモリ１２には、複数のス
リット光像が格納される。こうして実際の溶接ビード２
１に関して始点から終点に至る全行程に関し各教示点に
対応する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に格納されるスリット光像の数
は、画像メモリ１２の容量に依存する。従って、画像メ
モリ１２の容量が小さい場合には、格納されるスリット
光像が１つであることも可能である。この場合、１つの
スリット光像を画像メモリ１２に入力し、交点を演算し
て求め、他の記憶装置に格納した後、次のスリット光像
を画像メモリ１２に入力して、前のスリット光像と取り
替える。

【００２７】前記の交点座標演算装置１３は、画像メモ
リ１２に格納された複数のスリット光像２３のそれぞれ
について、母材面（ワーク表面）上の直線状スリット光
像部分２３ａと溶接ビード２１上の曲線状スリット光像
部分２３ｂ等の交点ａ，ｂの座標値を求める。座標変換
演算装置１４は、求めた交点ａ，ｂの座標値を、ロボッ
ト１の固有座標系へ座標変換を行い、研削対象である母
材面と溶接ビード部との交点ａ_n ，ｂ_n のロボット１上
の座標値を求める。

【００２８】経路修正演算装置１０では、ａ_n とｂ_n と
の平均値を求め、実際の溶接ビード２１の幅方向の中心
点ｃ_n の座標を算出する。得られた中心点ｃ_n の座標
を、教示された研削経路の対応する点の座標と比較し、
両者が一致しないときには、教示された研削経路対応点
を、中心点ｃ_n で更新する。こうして元の教示点を得ら
れた実際の中心点ｃ_n で修正する。このような修正は、
得られたすべてのスリット画像に関し中心点を求めるこ
とにより、必要に応じて行われる。

【００２９】図３に基づいて研削経路の修正をより具体
的に説明する。便宜上、教示された研削経路３１を形成
する例えば３つの教示点Ｌ，Ｍ，Ｎを例にとって説明す
る。４は前記ワーク、２１は実際の溶接ビード、３は研
削工具、６は投光器、７はテレビカメラである。

【００３０】投光器６の中心軸とテレビカメラ７の中心
軸との交差点Ｓを、研削経路３１に沿って移動させる。
交差点Ｓが教示点Ｌに達した時、テレビカメラ７を動作
させ、スリット光像を取得する。画像入力装置８を通し
て画像メモリ１２に格納されたスリット光像に基づき、
前述の研削経路修正の処理プロセスに従って、実際の溶
接ビード２１の中心点Ｌ′の座標値を算出する。得られ
た中心点Ｌ′の座標値を使用して教示点Ｌの座標値を更
新する。

【００３１】次に、交差点Ｓが、教示点Ｍ．Ｎのそれぞ
れに到達すると、前記と同様に、中心点Ｍ′，Ｎ′の各
座標値を求める。これにより、教示点Ｍ，Ｎは対応する
中心点Ｍ′，Ｎ′の各座標値で更新される。

【００３２】上記により、教示された既存の研削経路３
１は、実際の溶接ビード２１の位置を調べることによっ
て、研削しようとする実際の溶接ビード２１の位置を表
す研削経路３２に修正される。

【００３３】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。

【００３４】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。この座標系４１において、母材面のスリット光像
部分と溶接ビード上のスリット光像部分の間の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２
３においても交点ａの像が示される。

【００３５】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。

【００３６】

【数１】

【００３７】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 Ｐ_IX ：画像メモリ上のＸ方向での１画素当りの分解能 Ｐ_IY ：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、本発明による研削経路修正装置は、
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。

【００３８】研削経路を修正するための処理は、通常、
実際の研削作業を行う前に行われるが、研削作業を行い
ながら経路修正を行うように構成することもできる。こ
の場合、研削経路修正の処理の高速化を図る必要があ
る。

【００３９】前述の研削作業の実施例では、基本的な研
削作業を前提としている。すなわち溶接ビード２１の幅
は、中央位置の研削と、その両サイドの研削で、研削作
業を完了とする幅を有するものである。溶接ビードの幅
がそれ以上に広くなる場合には、研削姿勢は幅の広さに
応じ、経路修正の処理は変更される。

【００４０】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。

【００４１】

【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、次の効果が生じる。

【００４２】研削ロボットにおいて、研削作業前に教示
した既存の研削経路と実際の研削対象物の間に位置ずれ
を検出し、既存の研削経路を自動的に修正する構成を付
加したため、研削作業の作業精度を高めることができる
と共に、研削作業の全体の自動化を達成することができ
る。従来のごとく、教示データを変更したり、研削対象
物の位置を調整したりする必要がないので、計測時間が
全体的に短くなる。また計測速度が実質的に早くなる。
更に、人手の介入をできる限り省くことができ、作業効
率を向上させることができる。

【００４３】光切断像を利用して研削対象物を視認する
視覚センサを使用し、この視覚センサで得られる像デー
タを用いて実際の研削経路を得るように構成したため、
最初に作業者が行う教示が大まかでも良く、作業者の教
示作業が楽になる。

【００４４】更に、実際の研削対象物に関し位置ずれが
発生しても、これに正確に即応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研削ロボットの研削経路修正装置の全
体構成を示す構成図である。

【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。

【図３】研削経路の修正方法を説明するための図であ
る。

【図４】スリット光像における交点の座標値を算出する
式を説明するための図である。

【符号の説明】

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 …経路修正演算装置 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削作業前に教示された研削経路の位置
   データが記憶手段に格納され、前記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、 研削しようとする実際の前記研削対象物の位置を検出す
   る研削対象物検出手段と、この研削対象物検出手段で検
   出された位置に基づいて実際の研削位置を求め、実際の
   研削位置と教示された前記研削経路の位置とを比較し、
   差異が見出された時、前記実際の研削位置を用いて前記
   研削経路を修正する経路修正手段を備えることを特徴と
   する研削ロボットの研削経路修正装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の研削ロボットの研削経路
   修正装置において、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の像を撮る撮像装置と、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
   手段とからなることを特徴とする研削ロボットの研削経
   路修正装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の研削ロボットの研削経路
   修正装置において、前記経路修正手段は、前記２つの交
   点の中間点の位置を求め、この中間点を前記実際の研削
   位置とすることを特徴とする研削ロボットの研削経路修
   正装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の研削ロボットの研
   削経路修正装置において、前記２つの交点の座標は画像
   データ上での座標であり、この座標をロボット本体上で
   定義された座標に変換する座標変換手段を備えることを
   特徴とする研削ロボットの研削経路修正装置。