JPH07210222A - 位置決め制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ティーチング作業を簡単かつ短時間で行える
位置決め制御装置を提供する。 【構成】 ＣＣＤセンサ等で撮像したワーク平面像とポ
イント指定用の指標（カーソル）を重ね合わせて表する
表示手段ｄと、その表示の指標を移動とポイント指定を
行うための入力手段ｉと、その指定ポイントの位置デー
タを記憶する記憶手段ｍと、この記憶内容に基づいてツ
ールを上記の指定ポイントに対応する位置に一致させる
べく、ホルダｈとワークテーブルＴとを相対的に移動す
るための駆動制御手段ａ，ｂを設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、組立・加工機械の位置
決め制御装置に関し、特に、ねじ締め等の作業を行う卓
上型組立機などの２軸位置決めに適した制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】組立・加工機械等の位置決めにおいてロ
ボットシステムを導入する場合、一般に、ロボットの作
業手順や作業ポイントの指定などを予め設定しておく、
いわゆるティーチング作業が必要となる。

【０００３】そのティーチングの手法としては、従来、
以下の方法がある。 (1)ＭＤＩ（マニュアル・ダイレクト・インプット）
法：作業手順等をステップ単位でプログラムする方法 (2)数値入力方式：数値キーにより作業ポイントを入力
する方法 (3)ダイレクト入力方式：ツールをワークに対して移動
させて現物合わせで作業ポイントを指令する方法

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した方
法のうち(1) 及び(2) の方法によれば、作業開始前のテ
ィーチングの際に相当な労力を時間を要し、しかも、プ
ログラミングや制御システムなどの高度な専門知識が必
要とされるため、それらの知識を持った熟練のオペレー
タが必要となる。また、この種の方法は、作業点、動作
軌跡及び動作速度などの複雑な動作を必要とする各種産
業機械のロボットのティーチング作業には適しているも
のの、ねじ締め程度の簡単な作業を行う卓上型組立機へ
の利用には不向きである。

【０００５】一方、(3) の方法によると、現物合わせで
ティーチングを行うことからプログラミング等の専門知
識が必要でなく、汎用の卓上型組立機の作業者レベルで
ティーチングが可能であるものの、ツールをマニュアル
操作により実際に移動させて作業ポイントを指定すると
いった作業は面倒で多くの時間を要する。しかも、ティ
ーチングの際には、ツールの作業ポイントへの３次元的
な位置合わせを目視により行う必要があることから、そ
の位置合わせが非常に困難で不正確となる。

【０００６】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、ティーチング作業を
簡単かつ短時間で行える位置決め制御装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、図１の基本概念図を参照しつつ説明する
と、本発明の位置決め制御装置は、ワークテーブルＴと
ツールｔ保持用のホルダｈとを、当該テーブル上面と平
行な２軸（Ｘ−Ｙ）の方向に沿って相対的に移動する駆
動手段ａと、テーブルＴ上のワークｗの平面像を撮像す
る撮像手段ｓと、この撮像手段ｓの出力に基づく画像デ
ータを記憶する画像記憶手段ｍと、その記憶データに基
づいてワークｗの平面像を表示する表示手段ｄと、入力
手段ｉと、表示手段ｄに指標を上記ワーク平面像に重ね
合わせて表示し、かつ、その表示位置を入力手段ｉから
の位置情報に基づいて移動する信号を出力する指標信号
発生手段ｇと、入力手段ｉにより位置指定の旨が入力さ
れた時点で、画像記憶手段ｍの画像データ及び指標信号
発生手段ｇの出力信号に基づいて上記ワーク平面像上の
ポイントを記憶するポイント記憶手段ｐと、その記憶内
容に基づいてホルダｈに装着のツールｔを上記指定ポイ
ントに対応する位置に一致させるべく駆動手段ａを制御
する制御手段ｂを備えていることによって特徴づけられ
る。

【０００８】

【作用】まず、表示手段ｄには、撮像手段ｓにより作業
ポイントが撮像されたワークｗの平面像が表示されると
ともに、表示手段ｄには指標（カーソル）がワーク平面
像に重ね合わせて表示される（図４の表示例参照）。

【０００９】この状態で、入力手段ｉの操作により指標
Ｃを移動させ、ワークｗの一つの作業ポイントＰ1 に一
致させた状態で入力手段ｉを操作（例えば実行キー操
作）して、そのポイントＰ1 の位置データをポイント記
憶手段ｐに格納する。次いで、同様な操作によりワーク
ｗの他の作業ポイントＰ2,Ｐ3 の各位置データを格納す
る、といった操作によりティーチングを完了する。この
ように、本発明では画像上の位置指定操作のみで作業ポ
イントの入力を行える。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図２は本発明実施例の構成図で、(a) 及び(b)
はそれぞれ装置本体１の正面図及び平面図である。ま
た、図３はその側面図である。さらに、図４は本発明実
施例のティーチングボックス２の平面図である。

【００１１】装置本体１の主要構造部は、ベース１ａ
と、このベース上に位置しＸ方向（左右方向）に沿って
延びる形状のビーム１ｂと、その両端を支持する柱１ｃ
によって構成されている。

【００１２】ベース１ａ上にはワークテーブル１１が、
Ｙ方向（前後方向）に沿って摺動自在に配設されてお
り、また、ビーム１ｂにはホルダ１２が設けられてい
る。ホルダ１２は、ビーム１ｂに摺動自在に配設された
支持台１２ｂと、この台に装着されたＺ軸（鉛直方向）
移動ユニット１２ａを備えており、そのユニット１２ａ
の前面側に、ねじ締め等の作業用のツール１３が着脱自
在に装着される。

【００１３】また、ホルダの支持台１２ｂには、カメラ
１４とその照明用のランプ１５が配設されている。カメ
ラ１４にはＣＣＤラインセンサ（図示せず）が内蔵され
ており、このセンサの出力信号は後述する制御系に供給
される。なお、ＣＣＤラインセンサは、画素の配列方向
がＸ軸方向に沿うように配置されており、また、この実
施例では、ラインセンサの１画素当たりが、ワークテー
ブル１１上で例えば0.1mm に対応するようにカメラ１４
とワークテーブル１１との位置関係が設定されている。

【００１４】そして、装置本体１のベース１ａ及びビー
ム１ｂには、それぞれ、ワークテーブル１１，ホルダの
支持台１２ｂに、それぞれ移動を与えるための移動機構
（図示せず）が内蔵されている。この各移動機構は、ス
テッピングモータ（図５参照）と、その回転運動を直線
運動に変換する機構、例えばタイミングベルトを利用し
た機構を組み合わせたものである。

【００１５】なお、この例の各移動機構では、ステッピ
ングモータに１個のパルス信号が入力されたとき、つま
りモータが１ステップだけ回転したときの送り量は0.1m
m となるように設定されており、従って、ワークテーブ
ル１１及びホルダ１２はそれぞれ最小：0.1mm ピッチで
の送りが可能である。

【００１６】一方、ティーチングボックス２は、液晶デ
ィスプレイ(640×480 ドット) ２１及びキーボード２２
が組み込まれており、また、ディスプレイ２１の駆動制
御を行う液晶コントローラ（図４には図示せず）などの
制御機器が内蔵されている。

【００１７】キーボード２２には、カーソルキー２２ａ
と実行キー２２ｂ及びティーチングの際の各モードを設
定するためのファンクションキー２２ｃ、さらにテンキ
ー（図示せず）などが配列されている。

【００１８】図５は本発明実施例の制御系の回路構成を
示すブロック図である。演算処理回路３は、ＣＰＵ３
１、ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３などによって構成されて
いる。また、この演算処理回路３には、前述したティー
チングボックス２の液晶コントローラ２１ａ及びキーボ
ード２２のほかに、画像用ＲＡＭ５ならびにモータコン
トローラ８ａが接続されている。

【００１９】画像用ＲＡＭ５には、前述したカメラ１４
のＣＣＤラインセンサ４から出力され、シェーディング
補正回路６によって補正された後の信号が格納される。
なおこの画像信号の入力系には、ＣＣＤラインセンサ４
の電荷蓄積・信号電荷転送のタイミングを制御する信号
を発生するＣＣＤタイミング発生回路７が接続されてい
る。

【００２０】モータコントローラ８ａは、ＣＰＵ３１か
らの指令信号に従って、前述した装置本体１のＸ，Ｙ方
向の各移動機構のステッピングモータＭx,Ｍy の駆動制
御を行うべくドライバ８ｂに制御信号を供給するように
構成されている。

【００２１】そして、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に書き
込まれたプログラムに基づいて、次に述べるフローチャ
ートの動作を行うとともに、液晶ディスプレイ２１の画
面上にクロスカーソルＣを表示し、かつ、キーボード２
２のカーソルキー２２ａの操作に応じて、そのカーソル
表示位置を変更する旨の指令信号を液晶コントローラ２
１ａに供給するように構成されている。

【００２２】図６は、制御系の動作内容を示すフローチ
ャートで、以下、この図を参照しつつ本発明実施例の作
用を述べる。まず、ティーチング作業の開始時には、カ
メラ１４のＣＣＤラインセンサ４の中心画素が、ワーク
テーブル１１のＸ軸方向の中心位置に一致する状態に設
定される。

【００２３】さて、動作が開始されると、ＣＣＤライン
センサ４の出力信号に対するシェーディング補正を行う
(ST1) 。この後、コマンド入力(ST2) により「画像表
示」モードが設定された時点で(ST3) 、まずはワークテ
ーブル１１を移動（Ｙ軸方向）にするとともに、この移
動の過程でＣＣＤラインセンサ４の出力信号（画像デー
タ）を刻々と採取して画像用ＲＡＭ５に順次に格納して
ゆく(ST4) 。そして、テーブル１１上のワークｗの全体
の平面像の撮像が完了した後、画像用ＲＡＭ５の記憶内
容に基づいて液晶ディスプレイ２１にワーク平面像を表
示する(ST5, 図４の参照）。このとき同時に、ディスプ
レイ２１にはクロスカーソルＣを、例えば画面の中央位
置に表示する。

【００２４】次に、コマンド入力により「作業ポイント
指定」モードが設定され(ST6) 、この状態で、表示画面
上の作業ポイントＰ1 にクロスカーソルＣを一致させる
べくカーソルキー２２ａが操作されると、そのキー入力
に応じて画面上のクロスカーソルＣを移動し、次いで、
実行キー２２ｂが操作された時点つまりポイント指定の
旨が入力された時点で(ST7) 、カーソルＣの位置データ
と画像用ＲＡＭ５の画像データを基にしてポイント指定
位置のデータを決定し、その位置データをＲＡＭ３３に
格納する(ST8) 。これにより、１か所の作業ポイントの
指定操作が完了する。なお、上記の位置データの決定
は、例えばクロスカーソルＣで指定された位置周辺の７
〜１０mm角の領域の画素を対象として重心計算を行って
中心位置を割り出して数値データ化するといった手法を
採用する。また、このように重心計算で指定ポイントを
決定することにより、クロスカーソルＣで指定する位置
が作業ポイントに対して多少ずれていても、そのずれ分
は吸収することができる。

【００２５】そして、ワークｗの他の部位の作業ポイン
トＰ2,Ｐ3 の位置指定を、先と同様な手順により行っ
て、ワークｗの全ての作業ポイントの位置データをＲＡ
Ｍ３３に格納する。この時点でティーチング作業が完了
する。

【００２６】ここで、以上の手順により採取した位置デ
ータには、カメラ１４のレンズの収差、カメラの傾き及
びワークｗの段差等の要因による誤差が含まれており、
このため、正確な位置決め制御を行うには誤差の補正が
必要となる。そこで、この実施例では位置データの補正
モードを設けている。

【００２７】すなわち、この実施例では、上述したティ
ーチング作業が完了した後に、コマンド入力により「寸
法補正」の旨が命令されると(ST9) 、まずは、ＲＡＭ３
３に格納の位置データに基づいて、カメラ１４を先の重
心計算で求めた作業ポイントＰ1 へと移動して、そのポ
イントにＣＣＤラインセンサ４の中心画素を一致させ(S
T10)、この状態でＣＣＤラインセンサ４の１ライン分の
画像データを採取し(ST11)、この採取した１ラインの画
像データと、画像用ＲＡＭ５に格納済みの画像データと
を比較して、演算（重心計算）で求めた作業ポイントの
センサ中心画素に対するずれ量を求める(ST12)。次い
で、ずれ量の算出値を用いてＲＡＭ３３に格納の位置デ
ータを補正し、この補正後の位置データをＲＡＭ３３内
に格納する(ST13)。以後、同様な手順を順次に繰り返し
て、ワークｗの全ての部位の作業ポイントに対してデー
タ補正を行う。

【００２８】そして、以上のデータ補正が完了した後、
実際の作業を行う旨の命令が与えられると、ＲＡＭ３３
に格納された位置データに基づいて駆動信号がモータコ
ントローラ８ａに順次に供給され、その信号に従ってコ
ントローラ８ａが、各モータＭx,Ｍy を駆動する旨の制
御信号をドライバ８ｂに供給する。これにより、ホルダ
１２に装着したツール１３の中心がワークｗの各作業ポ
イントへと自動的に位置決めされてゆく。

【００２９】なお、以上の実施例では、ワーク平面像の
撮像法としてＣＣＤラインセンサをワークテーブル１１
上で走査するといった手段を採用しているが、この構成
に代えて２次元ＣＣＤアレイセンサを用いてもよい。ま
た、撮像手段としてＣＣＤセンサなどの固体撮像デバイ
スに代えて、イメージ撮像管などを用いても本発明は実
施可能である。さらに、カーソルＣの移動を操作する手
段としてカーソルキーに代えてマウスを用いてもよい。

【００３０】また、以上の実施例では、ティーチングボ
ックス２を別置きタイプとしているが、このティーチン
グボックスのディスプレイ及びキーボード等の各機能部
品は装置本体１のベース１ａに組み込んでもよい。

【００３１】なお、本発明の位置決め制御装置は卓上型
組立機のほか、ワークに対して２軸（Ｘ−Ｙ）の位置決
めを必要する各種の組立・加工機械にも適用可能である
ことは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置決め
制御装置によれば、ワークの平面像を撮像し、その画像
及びポイント指定用の指標（カーソル）を画面上に表示
するように構成したので、ティーチングの際には、キー
操作等により表示画面上での指標の移動と位置指定を行
うだけでよく、その作業を非常に簡単かつ短時間で行え
る。しかも、ポイントを２次元の画面上で指定するの
で、作業ポイントを正確に入力することができる。ま
た、プログラミング等の専門知識が不要で、例えば卓上
型組立機の作業者レベルでもティーチング操作を容易に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す基本概念図

【図２】本発明実施例の構成図で、(a) 及び(b) はそれ
ぞれ装置本体１の正面図及び平面図

【図３】同じく装置本体の右側面図

【図４】本発明実施例のティーチングボックス２の構成
を示す平面図

【図５】本発明実施例の制御系の構成を示すブロック

【図６】その制御系の動作内容を示すフローチャート

【符号の説明】

１ 装置本体 １１ ワークテーブル １２ ホルダ １３ ツール １４ カメラ ２ ティーチングボックス ２１ 液晶ディスプレイ Ｃ クロスカーソル ２２ キーボード ２２ａ カーソルキー ２２ｂ 実行キー ３ 演算処理回路 ３１ ＣＰＵ ３２ ＲＯＭ ３３ ＲＡＭ ４ ＣＣＤラインセンサ ５ 画像用ＲＡＭ ＭX,Ｍy ステッピングモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｑ 17/24 Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークテーブルと、このテーブルの上方
   に位置するツール支持用のホルダを備えた機械におい
   て、上記ホルダに装着されるツールを上記テーブルに対
   して位置決めするための装置であって、上記テーブルと
   上記ホルダとを当該テーブル上面と平行な２軸の方向に
   沿って相対的に移動する駆動手段と、上記テーブル上の
   ワークの平面像を撮像する撮像手段と、この撮像手段の
   出力に基づく画像データを記憶する画像記憶手段と、そ
   の記憶データに基づいてワークの平面像を表示する表示
   手段と、入力手段と、上記表示手段に指標を上記ワーク
   平面像に重ね合わせて表示し、かつ、その表示位置を上
   記入力手段からの位置情報に基づいて移動する信号を出
   力する指標信号発生手段と、上記入力手段により位置指
   定の旨が入力された時点で、上記画像記憶手段の画像デ
   ータ及び上記指標信号発生手段の出力信号に基づいて上
   記ワーク平面像上のポイントを記憶するポイント記憶手
   段と、その記憶内容に基づいて上記ホルダに装着のツー
   ルを上記指定ポイントに対応する位置に一致させるべく
   上記駆動手段を制御する制御手段を備えていることを特
   徴とする位置決め制御装置。