JPH06285619A

JPH06285619A - ろう付けロボット

Info

Publication number: JPH06285619A
Application number: JP10357293A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yamamoto; 裕一山本; Makoto Kishimoto; 真岸本; Junichi Ishida; 淳一石田; Fuan Teku Rii; ファンテクリー
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1994-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】作業箇所の高速検出ができ、作業箇所の変更
に対応が容易でフレキシブルな少量生産に適した加工・
組立ロボットを提供する。【構成】３次元位置認識部２５は、シングルレーザ投
光器１７ともう一つのレーザ投光器１９とそれらを駆動
するレーザ駆動装置３２とろう付部位に投光されたスリ
ットレーザ光を撮像するＣＣＤカメラ１８と取り込んだ
撮像画像から３次元位置情報を算出するビジョンユニッ
ト２４とから成る。ろう付制御盤２６は、ろう付ユニッ
ト３を制御する。ロボット制御盤２は、垂直多関節ロボ
ット３１を制御する。ビジョンユニット２４とろう付制
御盤２６とロボット制御盤２は所定のインターフェイス
でメインコントローラ２８に接続されている。これらの
ろう付ロボットシステムはベルトコンベアを制御してい
るプログラマブルコントローラ２９や工程全体を管理し
ている上位コンピュータと接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ろう付けロボットに関
し、より詳細には３次元視覚認識部を備え、かつ熟練作
業者に依存して複雑なワークや少数ロットワークやワー
クのモデルチェンジに容易に対応でき、ユーザ指向のフ
レキシブルな自動化ラインの高効率生産に寄与する加工
・組み立て自動システム及びろう付けワークを３次元的
に認識し得るろう付けロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、大量生産では、各種自動機を用い
て組み立て、接合することが広く普及している。これら
の自動機の諸産業界における活躍は一般的となり、大抵
の量産工程では熟練作業者から専用の自動機に移行しつ
つある。しかし、専用の自動機に適してない複雑なワー
クや取り付け位置にバラツキのあるワークやまた、少数
ロットのワークなどは現在でもなお、熟練作業者に依存
しながら生産しているのが実情である。このようなろう
付けワークに対しても自動的にろう付けを行うべく、各
種装置が提案されている。この種のろう付け装置におい
て、最も重要なポイントは、ろう付けワークとマニピュ
レータ手先機器との相対的位置関係の認識である。この
ため、従来のこの種のろう付け装置では、視覚センサ
と触覚センサとを併用する方法、マニピュレータとは
別個に固定した２台のＣＣＤカメラを用いたステレオ画
像法を用いる方法、視覚センサでろう付けワークの２
次元位置を認識してマニピュレータの位置決めを行った
後、奥行き情報を用いてマニピュレータの最終的位置決
めを行う方法、発明者らが「ろう付けロボット」とし
て先に提案している１つのＣＣＤカメラと１つのシング
ルスリットレーザ投光器と１つのマルチスリットレーザ
投光器とからなるレンジファインダーでろう付け位置の
３次元位置を検出し、マニピュレータを位置決めする方
法等が提案、採用されている。

【０００３】例えば、特公平３−７３３８４号公報の
「ろう付け装置」は、３次元位置検出装置を備え、しか
も品種の切換えに容易に対応でき、ロボットとの組合せ
に好適なろう付け装置に関するもので、ろう付け部材の
ろう付け部位を加熱するバーナを有する加熱部と、視覚
センサおよびこれの光軸方向の位置を光学的手段を有
し、ろう付け部位の３次元位置検出をする位置認識部
と、ろう付け部位にろう材を案内供給する案内ノズルを
有するろう材供給部と、前記バーナと視覚センサと光学
的手段および案内ノズルを相互の位置関係を所定関係に
保って保持しながら、これらを移動位置決めする位置決
め部と、前記視覚センサに取込まれた画像の処理に基づ
き位置決め部を駆動してバーナをろう付け部位に対して
二次元的に位置決めし、光学的手段から位置情報により
バーナの光軸方向の位置決めした後、前記バーナを駆動
してろう付け部を加熱し、案内ノズルを駆動してろう付
け部にろう材を供給するように各部を制御する制御装置
とから成るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
ろう付け装置のような位置決め方法によると、触覚セン
サにより対象ワークが移動してしまったり、複雑な構造
になったり、マニピュレータと３次元位置認識センサと
が別々にある場合は、作業位置が大きく変更されると人
手による触覚センサを変更し、再調整する必要があるな
ど多品種少量生産には適さないという欠点がある。ま
た、２次元視覚認識した後、奥行き情報を付加していく
のはマニピュレータと制御部との通信時間やマニピュレ
ータの移動時間や位置検出時間がかかるという欠点があ
る。

【０００５】すなわち、前述したの方法によると、ろ
う付けワークに触覚センサが接触して移動することがあ
る。また、の方法によると、ろう付け箇所が大幅に変
更されると、ＣＣＤカメラの位置を変更して再調整する
必要が生じる。これでは、多品種少量生産には適さな
い。また、の方法によると、マニピュレータと制御部
との間の通信時間や、マニピュレータの移動時間やろう
付けワークの検出に要する時間が長くなりがちである。
さらに、の方法によると、ろう付け箇所の上下方向の
情報を得るのに、側方斜めからマルチスリットレーザを
照射する必要があるため、隣接するパイプ等がそれを遮
る場合がある。つまり、検出デッドゾーンが実使用上、
存在するという問題点があった。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、作業対象部材に接触することなしに高速に作
業箇所の検出ができ、しかも作業箇所が大きく変更され
ても対応が容易でフレキシブルな少量生産に適した加工
・組み立てロボットを提供すること、また、形状が複雑
なろう付けワークであっても容易にろう付け作業が行
え、かつろう付け箇所の大幅な変更にもフレキシブルに
対応でき、検出不可能箇所が少なく、ろう付けワークの
姿勢による検出誤差補正ができ、しかもろう付け作業が
素早くできるろう付けロボットを提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）作業対象ワークの作業箇所に対し
て進退自在に移動して位置を決めするマニピュレータ
と、該マニピュレータに設けられて前記作業箇所を加工
する加工機もしくは組み立てする組立機と、作業箇所に
対向して前記マニピュレータに設けられた少なくとも２
つのレーザ投光器と少なくとも１つのＣＣＤカメラと前
記レーザ投光器の発振波長のみを透過する光学フィルタ
と前記レーザを任意の範囲走査するガルバノメータに設
けたミラーとから成るレンジファインダーと、前記ろう
付け箇所の３次元位置を高速に認識する３次元視覚認識
部と、該３次元視覚認識部が認識した前記作業箇所の位
置と予め設定している位置から前記マニピュレータの補
正量分を命令して位置決めせしめ、前記加工機あるいは
組み立て機構によって前記作業箇所を所定の内容通りに
作業せしめる制御部とを具備したこと、更には、（２）
前記レンジファインダーには、一回の照射でより広範囲
で、より広範囲のデータを得るために、半導体レーザと
シリンドリカルレンズを用いてスリット光を生成し、か
つ円筒形等の曲面を有する計測箇所には、前記スリット
光をガルバノメータを駆動源にするミラーで走査し、前
記ＣＣＤカメラが前記計測箇所の凹凸に応じた前記スリ
ット光の変形像を確実に捕えること、或いは、（３）ろ
う付けワークのろう付け箇所に対して、ろう付け作業を
行うろう付けユニットが設けられたマニピュレータと、
前記ろう付け箇所の温度を検出する温度検出部と、前記
ろう付け箇所の３次元的位置を検出する位置検出部と、
該位置検出部の出力信号を受けてろう付けユニットとろ
う付けワークとの間の相対的位置関係が予め設定された
正規の位置関係になるように前記マニピュレータを制御
すると共に、前記温度検出部の出力信号を受けてろう付
けユニットを制御する制御部とを具備したこと、更に
は、（４）前記（３）において前記位置検出部は、少な
くとも１つの画像入力装置と少なくとも１つの平行光線
投光装置とを有するレンジファインダーと、前記画像入
力装置でろう付け箇所の形状的特徴を抽出できる照明装
置と、前記画像入力装置からの信号を受けてろう付け箇
所の３次元的位置を検出する３次元視覚認識部とを具備
したこと、更には、（５）前記（３）において前記レン
ジファインダーの平行光線投光装置は、複数のスリット
光を投光することが可能で、該投光による撮像画像から
ろう付けワークの取り付け姿勢を計測し、前記マニピュ
レータの位置移動制御の補間を行う補正部を具備したこ
とことを特徴としたものである。

【０００８】

【作用】機構部により作業箇所を加工・組み立てし、レ
ンジファインダーでろう付け部位の３次元位置を位置認
識部で検出し、作業箇所に対して前記機構部とレンジフ
ァインダーを進退自在に移動して相互の位置関係を所定
位置に保持しながらコンピュレータで位置決めし、前記
レンジファインダーにより取り込んだ画像を画像処理
し、３次元位置検出した後、マニピュレータを駆動して
加工・組み立て機構部を作業箇所に位置決めし、加工・
組み立てするように各部を制御する。また、ろう付けワ
ークのろう付け箇所に対して、ろう付け作業を行うため
にマニピュレータにはろう付けユニットが設けられ、前
記ろう付け箇所の温度と３次元的位置を検出し、位置検
出出力信号を受けて、ろう付けユニットとろう付けワー
クとの間の相対的位置関係が予め設定された正規の位置
関係になるように、前記マニピュレータを制御する。ま
た、温度検出の出力信号を受けて、ろう付けユニットを
制御する。このようにして、加工・組み立て精度及び生
産能率の向上が図れる。

【０００９】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１〜図３は、本発明によるロボットのレンジフ
ァインダーシステムの一実施例を説明するためのろう付
けロボットの構成図で、図１は全体構成図、図２は要部
平面図、図３はコンピュレータ手先の構成図である。図
中、１は画像処理部、２はロボット制御盤、３はろう付
けユニット、４は光学ユニット、５はマニピュレータ、
６は架台、７は基台、８は電気制御盤、９はガス制御
盤、１０はティーチングボックス、１１はろう材供給
部、１２はベーパータンク、１３はイグニッション、１
４はショックセンサ、１５は赤外線放射温度計、１６は
トーチ、１７はシングルスリットレーザ投光器、１８は
ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）カメ
ラ、１９はシングルスリットレーザ投光器、２０はろう
材、２１はガルバノメータ、２２は正反射ミラー、２３
はろう材リールである。

【００１０】図１において、本発明は、画像処理部１と
ロボット制御盤２とマニピュレータ５と電気制御盤８と
ガス制御盤９とから構成されており、マニピュレータ５
は基台７に設置された架台６上に固定されており、その
エンドエフェクターにはろう付けユニット３と光学ユニ
ット４が構成されている。

【００１１】図２において、ロボット制御盤２のティー
チングボックス１０とガス制御盤に付随しているベーパ
ータンク１２とろう材リール２３からろう材２０をマニ
ピュレータ５の上腕部に設置しているろう材供給部１１
を介してろう付ユニット３へ送る構成を示している。ま
た、マニピュレータ５のろう付作業範囲には着火用イグ
ニッション１３がある。

【００１２】図３において、マニピュレータ５のエンド
エフェクターに構成されているろう付けユニット３と光
学ユニット４の構成を示している。マニピュレータ５は
自由度垂直多関節型であり、その先端の旋回軸にはろう
付け部位と前記ユニット類が万が一接触した場合、損傷
を最低限にするためのショックセンサ１４があり、それ
を介して取り付け部材により次の部品を配置している。
まず、ろう付け部位を効率良く加熱するデュアルトーチ
１６とろう部材リール２３からろう材２０を供給するノ
ズル、リニアガイド、エアシリンダから成るろう材供給
部１１とろう付部位にろう材を供給する適切なタイミン
グをとる赤外線放射温度計１５が所定の位置関係を保持
してろう付部位に対向している。そして、その側面には
ＣＣＤカメラ１８とシングルスリットレーザ投光器１９
とシングルスリットレーザ投光器１７とガルバノメータ
２１と正反射ミラー２２からなる光学ユニットでレンジ
ファインダーを構成している。ＣＣＤカメラ１８には使
用するレーザ投光器の発振波長しか透過しない光学バン
ドパスフィルタがとりつけらけている。なお、ガスパイ
プや各機器へのハーネス等は図中から省いている。

【００１３】図４は、ろう付ロボットのシステム構成図
で、図中、２４はビジョンユニット、２５は３次元位置
認識部、２６はろう付制御盤、２７は上位コンピュー
タ、２８はメインコントローラ、２９はプログラマブル
コントローラ、３０は操作パネル、３１は垂直多関節ロ
ボット、３２はレーザ駆動装置で、その他、図３と同じ
作用をする部分は同一の符号を付してある。

【００１４】シングルレーザ投光器１７ともう一つのレ
ーザ投光器１９とそれらを駆動するレーザ駆動装置３２
とろう付部位に投光されたスリットレーザ光を撮像する
ＣＣＤカメラ１８と取り込んだ撮像画像から３次元位置
情報を算出するビジョンユニット２４とからなる３次元
位置認識部２５があり、またろう付ユニット３を制御す
るろう付制御盤２６があり、また、垂直多関節ロボット
３１を制御するロボット制御盤２があり、それには入力
手段である操作パネル３０、チィーチングボックス１０
が接続されている。ビジョンユニット２４とろう付制御
盤２６とロボット制御盤２は所定のインターフェイスで
メインコントローラ２８に接続されている。これらのろ
う付ロボットシステムはベルトコンベアを制御している
プログラマブルコントローラ２９や工程全体を管理して
いる上位コンピュータと接続されている。

【００１５】図５は、本発明によるろう付ロボットシス
テムの動作を説明するためのフローチャートである。以
下、各ステップに従って順に説明する。まず、ろう付部
位がパレット搬入されて位置決めされ（Step１）、ＩＤ
プレート読み込みを行う（Step２）。次にダミー位置に
移動され（Step３）、さらにティーチングろう付位に移
動される（Step４）。手先の振動静止を持って（Step
５）、システムビジョンによるろう付箇所を認識する
（Step６）。次に補正位置に移動し（Step７）、バーナ
ーで加工する（Step８）。次に、赤外線センサで母材温
度を検出し（Step９）、差しろうユニットを突き出す
（Step10）。次に、所定量のろう材を供給し（Step1
1）、差しろうユニットを戻す（Step12）。さらに、ダ
ミー位置に移動し（Step13）、ＩＤプレート書き込みを
行って（Step14）、パレット搬出を行う（Step15）。

【００１６】すなわち、ろう付部位が図示しないコンベ
アで本システムの前に搬入されて停止し、位置決めされ
るとコンベア上のパレットに植設されたＩＤプレートか
らワークの各種情報を本システムが読み込む。これによ
りメインコントローラからすでにトーチ１６着火されて
いるマニピュレータ５にワーク中のろう付部位２１近辺
に移動せしめる。さらにろう付部位２１に接近移動し、
移動停止後マニピュレータ５の移動による振動が静止す
るのを所定の時間待ち、その後実際のろう付部位の位置
を視覚センサで画像処理にて検出する。

【００１７】図６〜図８は、３次元位置認識装置による
ろう付け部位の位置検出を説明するための図で、ろう付
部位２１とガルバノメータに取り付けた正反射ミラー２
２により、所定の範囲をスキャンされるスリットレーザ
投光器１７とＣＣＤカメラとシングルスリットレーザ投
光器１９は、図６のような幾何学的関係にある。そこ
で、予め登録されているろう付部位の位置を（Ｘ_B，Ｙ_B，Ｚ
_C）、単位：ｍｍその時画面上のシングルスリット重心位置を（ｘ₀，
ｙ₀）、単位：画素スキャンされたスリット段差Ｙ座標位置をｙ₀₀、単位：
画素画像メモリの分解能を（ａ，ｂ）、単位：μｍ／画素であり、実際のシングルスリット取り込み画像が図７で
あると、図６のＸ，Ｙ方向の位置は次の式で表される。Ｘ＝Ｘ_B＋（Ｘ₁−Ｘ₀）×ａＹ＝Ｙ_B＋（ｙ₁−ｙ₀）×ｂ÷ｔａｎα また、実際のスキャンスリット取り込み画像が図８であ
ると、図６のＺ方向の位置は次の式で表される。Ｚ＝Ｚ_B＋（ｙ₀₁−ｙ₀₀）×ｂ

【００１８】以上によって検出された（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に
マニピュレータ５が補正移動される。トーチ１６で加熱
され、ろう材２０の溶融温度に達すると、赤外線放射温
度計１５にてろう付ユニット３にろう材２０をろう付部
位に供給するタイミングを与え、所定量供給する。その
後、ろう付ユニット３は所定の位置に戻り、マニピュレ
ータ５はワークの搬送に支障のない位置に移動してＩＤ
プレートに完了作業内容を書き込み、位置決めをしてい
るパレットを解除し、ワークは次のロボットステーショ
ンに移動される。以上で本システムのろう付作業は完了
する。（以下、余白）

【００１９】図９は、本発明によるろう付けロボットの
他の実施例を説明するためのろう付けユニットと位置検
出部の構成図で、図１０は、電気的構成のブロック図で
ある。図中、５１はコンピュレータ、５２はショップセ
ンサ、５３は温度検出部、５４はろう付けユニット、５
４ａはろう材供給部、５４ｂはノズル、５４ｃは加熱
部、５５はレンジファインダー、５５ａはスリットレー
ザ投光器、５５ｂはＣＣＤカメラ、５５ｃはレーザ駆動
装置、５６は照明装置、５７はろう材、５８は３次元視
覚認識部、５９は位置検出部、６０はろう付け制御部、
６１は上位コンピュータ、６２は制御部、６３はプログ
ラマブルコントローラ、６４はコンピュレータ制御部、
６５は操作パネル、６６はティーチングボックスであ
る。なお、以下の説明では、ろう付けワークＷは、太軸
部に細軸部を挿入して形成するものである。

【００２０】この実施例によるろう付けロボットは、ろ
う付けワークＷのろう付け箇所ＷＰに対して、ろう付け
作業を行うろう付けユニット５４が設けられたマニピュ
レータ５１と、前記ろう付け箇所ＷＰの温度を検出する
温度検出部５３と、前記ろう付け箇所ＷＰの３次元位置
を検出する位置検出部５９と、該位置検出部５９の出力
信号ｂを受けてろう付けユニット５４とろう付けワーク
Ｗとの間の相体的位置関係が予め設定された正規の位置
関係になるようにマニピュレータ５１を制御するととも
に、前記温度検出部５３の出力信号ｃを受けてろう付け
ユニット５４を制御する制御部６２とを有している。マ
ニピュレータ５１は６自由度垂直多関節型ロボットであ
り、そのエンドエフェクターにろう付けユニット５４が
設けらけている。

【００２１】また、該ろう付けユニット５４は、万が
一、ろう付けワークＷと接触した場合にその損傷を最小
限にくい止めるためにショックセンサ５２を介して取り
付けられている。なお、このマニピュレータ５１は、基
台に設置された架台上に固定されている。また、マニピ
ュレータ５１の周囲には、該マニピュレータ５１の動き
の邪魔にならない範囲でマニピュレータ制御盤６４等の
各種の制御機器が設けられている。さらに、基台の上に
は、点火ユニットが設けられている。該点火ユニット
は、後述する加熱部を点火させるものであって、ろう付
けユニット５４が動く範囲、すなわち、ろう付け作業範
囲（図２で二点鎖線で示された範囲）内に位置してい
る。ろう付けユニット５４は、ろう付け箇所ＷＰを加熱
するための加熱部５４ｃと、加熱されたろう付け箇所Ｗ
Ｐに対してろう材を供給するろう材供給部５４ａとを有
している。加熱部５４ｃは、ろう付け箇所ＷＰを効率良
く加熱するためのデュアルトーチから構成されており、
ろう付け箇所ＷＰに加熱炎を噴射するようになってい
る。該加熱部５４ｃは、加熱源となるガスが溜られたガ
スボンベと、このガスボンベからのガスの供給を制御す
るガス制御盤とがある。一方、ろう材供給部５４ａは、
先端が前記デュアルトーチの近傍に設けられたノズル５
４ｂと、該ノズル５４ｂへろう材５７を案内するリニア
ガイドと、ノズル５４ｂからろう材５７を押し出すため
のエアシリンダ（図示せず）とを有している。なお、ろ
う材５７は、リール型のろう材リールに巻回収納されて
いる。

【００２２】温度検出部５３には、赤外線放射温度計が
用いられており、ろう付けワークＷのろう付け箇所ＷＰ
の温度を検出するようになっている。該温度検出部５３
の検出結果は出力信号ｃとして制御部６２に送出され
る。位置検出部５９は、ろう付け箇所ＷＰの３次元的位
置を検出するためのものであって、レンジファインダー
５５と、リング上に配置された複数個のＬＥＤからなる
照明装置５６と、ＣＣＤカメラ５５ｂからの信号を受け
てろう付け箇所ＷＰの３次元的位置を検出する３次元視
覚認識部５８とを有している。前記レンジファインダー
５５は、１つのＣＣＤカメラ５５ｂとスリットレーザ投
光器５５ａを駆動するレーザ駆動装置５５ｃを有してい
る。また、前記ＣＣＤカメラ５５ｂでろう付けワークの
形状や表面状態による特徴を抽出できるような照明装置
５６がスリットレーザ投光器５５ａと同様にＣＣＤカメ
ラ５５ｂの上方にそれぞれ設けられている。

【００２３】図１１は、ろう付けワークのろう付け箇所
と位置検出部を構成するレンジファインダーとの位置関
係の説明図で、Ｚ軸方向とろう付けワークＷの長手方向
とを一致させるものとする。図１１に示すように、ＣＣ
Ｄカメラ５５ｂとスリットレーザ投光器５５ａ、照明装
置５６との間の角度はαになっている。また、ＣＣＤカ
メラ５５ｂには、スリットレーザ投光器５５ａの発振波
長と、照明装置５６のＬＥＤ発光波長しか透過しない光
学バンドパスフィルタ（図示せず）が取り付けられてい
る。スリットレーザ投光器５５ａは横方向の少なくとも
１本のレーザ光を抽出し、照明装置５６はパイプ継ぎ手
の反射光特徴を抽出するのに最適な指向性を有するＬＥ
Ｄ光をそれぞれろう付けワークに対して投射している。

【００２４】前記ＣＣＤカメラ５５ｂの信号は、３次元
視覚認識部５８に送出されている。該３次元視覚認識部
５８は、レンジファインダー５５の信号ａを受けて、ろ
う付け箇所ＷＰの３次元位置、すなわち、ろう付け箇所
ＷＰが実際にある位置を検出する。そして、その検出結
果を位置検出部５９の出力信号ｂとして制御部６２に送
出する。なお、ろう付け箇所ＷＰの座標の求め方は後述
する。制御部６２は、位置検出部５９の出力信号ｂを受
けてマニピュレータ５１を制御する。すなわち、ろう付
けユニット５４とろう付けワークＷとの間の相対的位置
関係が予め設定された正規の位置関係になるようにマニ
ピュレータ５１を制御する。また、これと同時に前記温
度検出部５３の出力信号ｃを受けてろう付けユニット５
４を制御する。すなわち、ろう付け箇所ＷＰが所定の温
度になったならば、所定量のろう材５７をろう付け箇所
ＷＰに供給させる。

【００２５】なお、前記マニピュレータ５１はマニピュ
レータ制御盤６４を介して制御部６２に制御され、ろう
付けユニット５４はろう付け制御盤６０を介して制御部
６２に制御される。なお、ろう付け制御盤６０には前記
ガス制御盤も含まれている。また、制御部６２はろう付
けワークＷの搬送装置を制御するプログラマブルコント
ローラ６３や、工程全体を管理している上位コンピュー
タ６１と接続されている。なお、前記マニピュレータ制
御盤６４には、操作パネル６５とティーチングボックス
６６とが接続されている。

【００２６】図１２は、本発明によるろう付けロボット
のろう付け作業を示すフローチャートである。以下、各
ステップに従って順に説明する。パレット（図示せず）
に載置されたろう付けワークＷが搬送装置によってろう
付けロボットの前に搬入されて位置決めされると（Step
１）、ろう付けロボットは情報読取手段によってパレッ
トに植設されたＩＤプレートからろう付けワークＷに関
する各種情報を読み込む（Step２）。ろう付けワークＷ
はダミー位置を介して所定のろう付け作業位置に移動さ
れる（Step３）。同時にマニピュレータ５１もろう付け
ユニット５４をろう付け箇所ＷＰの近傍に移動させる
（Step４）。所定時間経過後（Step５）、ろう付け箇所
ＷＰの３次元位置を位置検出部５９によって検出する
（Step６）。なお、マニピュレータ５１を駆動した後、
所定時間経過してから、ろう付け箇所ＷＰの３次元位置
を検出するようにしたのは、マニピュレータ５１の移動
に起因するろう付けユニット５４の振動がおさまるのを
待つためである。

【００２７】前記位置検出部５９によるろう付け箇所Ｗ
Ｐの３次元位置の検出は、以下のようにして行われる。
ろう付け箇所ＷＰがあるべき位置の座標を（Ｘ_B，Ｙ_B，
Ｚ_B）とし、現実にろう付け箇所ＷＰがある位置の座標
を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。なお、ろう付け箇所ＷＰがあ
るべき位置とは、ティーチングボックス６６によって予
め設定された位置座標をいう。まず、スリットレーザ投
光器５５ａからのスリットレーザ光がろう付けワークＷ
に照射されることにより、図１３に示すように、ろう付
けワークＷの表面にレーザ光の線Ｌａが形成される。こ
こで、ろう付けワークＷは丸棒状のものであるから、そ
の線Ｌａは図１３に示すように略円弧状になる。これを
ＣＣＤカメラ５５ｂによって画像としてとらえ、３次元
視覚認識部５８に送出する。また、これと同時に照明装
置５６からのＬＥＤ光がろう付けワークＷに照射され
る。ここでろう付けワークＷは段差がある丸棒状体であ
るから、図１４に示すｍ部で反射されたＬＥＤ光は、Ｃ
ＣＤカメラ５５ｂで図１５のｎ部のように強調された画
像としてとらえられる。この画像は３次元視覚認識部５
８に送出される。

【００２８】３次元視覚認識部５８では、両画像をまず
画像メモリに格納する。スリットレーザ光によって形成
されたレーザ光の線Ｌａの重心位置（ｘ₀，ｙ₀）とす
る。なお、この重心位置は画像メモリの画素を単位とし
て表されたものである。また、ろう付け箇所ＷＰの画像
メモリ上の位置を（ｘ₁，ｙ₁）とする。またろう付けワ
ークＷの段差部における輝度重心の画像メモリのＹ軸座
標をｙ₀₀とする。前記画像メモリの分解能を（ａ，ｂ）
単位：μｍ／画素であるとすると、実際にろう付け箇所
ＷＰがある位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、以下のように
なる。Ｘ＝Ｘ_B＋（Ｘ₁−Ｘ₀）×ａＹ＝Ｙ_B＋（ｙ₁−ｙ₀）×ｂ÷ｔａｎα Ｚ＝Ｚ_B＋（ｙ₀₁−ｙ₀₀）×ｂ

【００２９】制御部６２に（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が送出され、
マニピュレータ５１が制御される。すなわち、マニピュ
レータ５１が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にあるろう付け箇所ＷＰに
対して、ろう付けユニット５４が近接するように位置補
正される（Step７）。また、スリットレーザ投光器５６
から複数本のレーザ光が照射され、少なくとも２つのレ
ーザ光が図１３のように照射されれば、線Ｌａ、線Ｌｂ
の輝度重心（ｘ₁，ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₂）から図１１のＸ
軸方向の傾きが、前記Ｚの算出式から線Ｌａ、線Ｌｂ上
の図１１のＹ軸方向位置情報が得られ、その方向の傾き
もわかる。この傾き値から補正関数によりさらに精度の
良いろう付けユニット５４に位置決めができる。その
後、加熱部５４ｃがろう付け箇所ＷＰを加熱し（Step
８）、所定温度にまで達したならば、その出力信号ｃが
温度検出部５３から制御部６２に送出され（Step９）、
制御部６２はろう材供給部５４ａに対して所定量のろう
材５７を供給すべき制御信号を出力する。これによって
ろう付け作業が行われる（Step10〜12）。ろう付け作業
が完了したならば、マニピュレータ５１はろう付けワー
クＷの搬送に支障のない位置に移動するとともに（Step
13）、ろう付けユニット５４を初期の位置に復帰させ
る。また、パレットのＩＤプレートにろう付け作業完了
の情報を書き加える（Step14）。そして、次のパレット
が搬送されてくる（Step15）。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。（１）請求項１，２に対応する効果；本発明のロボット
のレンジファインダーは、非接触でマニピュレータ手先
に構成された加工ツールを３次元位置決めが可能である
とともに、加工ユニットと光学ユニットとがマニピュレ
ータに取り付けられているので、常に一体となって移動
できるから、生産設備の再調整は不要で迅速に機種切り
替えに対応できる。つまり、加工、組み立ての自動化を
確実に行うことができるため、加工・組み立て精度及び
生産能率が飛躍的に向上する。（２）請求項３〜５に対応する効果；本発明のロボット
は、ろう付けワークのろう付け箇所に対してろう付け作
業を行うろう付けユニットが設けられたマニピュレータ
と前記ろう付け箇所の温度を検出する温度検出部と、前
記ろう付け箇所の３次元位置を検出する位置検出部と、
該位置検出部の出力信号を受けてろう付けユニットとろ
う付けワークとの間の相対的位置関係が予め設定された
正規の位置関係になるようにマニピュレータを制御する
とともに前記温度検出部の出力信号を受けてろう付けユ
ニットを制御する制御部とを有しているので、形状が複
雑なろう付けワークであって容易なろう付け作業が行
え、かつろう付け箇所の大幅な変更にもフレキシブルに
対応でき、しかもろう付け作業が素早くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるろう付けロボットの一実施例を説
明するための全体構成図である。

【図２】本発明によるろう付けロボットの側面図であ
る。

【図３】本発明によるろう付けロボットのろう付けユニ
ットと位置検出部との構成図である。

【図４】本発明によるろう付けロボットの電気的構成の
ブロック図である。

【図５】本発明によるろう付けロボットのろう付け作業
のフローチャートである。

【図６】本発明によるろう付けロボットのろう付け箇所
とレンジファインダーとの位置関係の説明図である。

【図７】本発明によるろう付けロボットのレーザ光が投
射されたろう付けワークの画像を示す図である。

【図８】本発明によるろう付けロボットのレーザ光が投
射されたろう付けワークの画像を示す図である。

【図９】本発明によるろう付けロボットの他の実施例に
おけるろう付けユニットと位置検出部との構成図であ
る。

【図１０】本発明によるろう付けロボットの電気的構成
の他のブロック図である。

【図１１】本発明によるろう付けロボットのろう付け箇
所とレンジファインダーとの位置関係の他の説明図であ
る。

【図１２】本発明によるろう付けロボットのろう付け作
業の他のフローチャートである。

【図１３】本発明によるろう付けロボットのレーザ光が
投射されたろう付けワークの他の画像を示す図である。

【図１４】本発明によるろう付けロボットのＬＥＤ光が
投射されたろう付けワークの画像を示す図である。

【図１５】本発明によるろう付けロボットのＬＥＤ光が
投射されたろう付けワークの画像を示す図である。

【符号の説明】

１…画像処理部、２…ロボット制御盤、３…ろう付けユ
ニット、４…光学ユニット、５…マニピュレータ、６…
架台、７…基台、８…電気制御盤、９…ガス制御盤、１
０…ティーチングボックス、１１…ろう材供給部、１２
…ベーパータンク、１３…イグニッション、１４…ショ
ックセンサー、１５…赤外線放射温度計、１６…トー
チ、１７…シングルスリットレーザ投光器、１８…ＣＣ
Ｄ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）カメラ、
１９…シングルスリットレーザ投光器、２０…ろう材、
２１…ガルバノメータ、２２…正反射ミラー、２３…ろ
う材リール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リーファンテク大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業対象ワークの作業箇所に対して進退
自在に移動して位置を決めするマニピュレータと、該マ
ニピュレータに設けられて前記作業箇所を加工する加工
機もしくは組み立てする組立機と、作業箇所に対向して
前記マニピュレータに設けられた少なくとも２つのレー
ザ投光器と少なくとも１つのＣＣＤカメラと前記レーザ
投光器の発振波長のみを透過する光学フィルタと前記レ
ーザを任意の範囲走査するガルバノメータに設けたミラ
ーとから成るレンジファインダーと、前記ろう付け箇所
の３次元位置を高速に認識する３次元視覚認識部と、該
３次元視覚認識部が認識した前記作業箇所の位置と予め
設定している位置から前記マニピュレータの補正量分を
命令して位置決めせしめ、前記加工機あるいは組み立て
機構によって前記作業箇所を所定の内容通りに作業せし
める制御部とを具備したことを特徴とするろう付けロボ
ット。
【請求項２】前記レンジファインダーには、一回の照
射でより広範囲で、より広範囲のデータを得るために、
半導体レーザとシリンドリカルレンズを用いてスリット
光を生成し、かつ円筒形等の曲面を有する計測箇所に
は、前記スリット光をガルバノメータを駆動源にするミ
ラーで走査し、前記ＣＣＤカメラが前記計測箇所の凹凸
に応じた前記スリット光の変形像を確実に捕えることを
可能にしたことを特徴とする請求項１記載のろう付けロ
ボット。
【請求項３】ろう付けワークのろう付け箇所に対し
て、ろう付け作業を行うろう付けユニットが設けられた
マニピュレータと、前記ろう付け箇所の温度を検出する
温度検出部と、前記ろう付け箇所の３次元的位置を検出
する位置検出部と、該位置検出部の出力信号を受けてろ
う付けユニットとろう付けワークとの間の相対的位置関
係が予め設定された正規の位置関係になるように前記マ
ニピュレータを制御すると共に、前記温度検出部の出力
信号を受けてろう付けユニットを制御する制御部とを具
備したことを特徴とするろう付けロボット。
【請求項４】前記位置検出部は、少なくとも１つの画
像入力装置と少なくとも１つの平行光線投光装置とを有
するレンジファインダーと、前記画像入力装置でろう付
け箇所の形状的特徴を抽出できる照明装置と、前記画像
入力装置からの信号を受けてろう付け箇所の３次元的位
置を検出する３次元視覚認識部とを具備したことを特徴
とする請求項３記載のろう付けロボット。
【請求項５】前記レンジファインダーの平行光線投光
装置は、複数のスリット光を投光することが可能で、該
投光による撮像画像からろう付けワークの取り付け姿勢
を計測し、前記マニピュレータの位置移動制御の補間を
行う補正部を具備したことを特徴とする請求項３記載の
ろう付けロボット。