JPS5975112A - Size and shape measuring device by industrial robot - Google Patents

Size and shape measuring device by industrial robot

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Publication number
JPS5975112A
JPS5975112A JP18563082A JP18563082A JPS5975112A JP S5975112 A JPS5975112 A JP S5975112A JP 18563082 A JP18563082 A JP 18563082A JP 18563082 A JP18563082 A JP 18563082A JP S5975112 A JPS5975112 A JP S5975112A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
robot
sensor
profile
signal
size
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP18563082A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichiro Kimura
新一郎 木村
Kazuyoshi Inouchi
井内 和義
Toshio Hirokawa
広川 登志男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP18563082A priority Critical patent/JPS5975112A/en
Publication of JPS5975112A publication Critical patent/JPS5975112A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To take a size and a shape measurement with mum high precision by utilizing an industrial robot which has not good dynamice absolute position precision, but has extremely superior repetitive reproducibility at present. CONSTITUTION:A profile signal (a) from a sensor is removed from noises by primary processing to obtain a smooth profile signal (b). This profile shows that the track of the sensor deviates from an indicated scanning path 3 to a track as shown by a dotted line 5. This signal is further corrected by utilizing Y-axis information of robot position information from a coordinate converter to obtain a real profile signal (c) as an Y-directional output. Then, X-axial movement distance information is fetched to display and calculate accurate size.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、非接触センサーを産業用ロボットの手先に搭
載し、寸法や形状を測定する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for measuring the size and shape of an industrial robot by mounting a non-contact sensor on the hand of the robot.

最近、産業用ロボットの普及によシ、いろいろな面での
利用が増えている。その中でロボットの手先にセンサー
を搭載し、形状測定を行うことも行なわれるようになっ
てきた。例えば自動車産業におけるボディラインのプロ
フィル測定に実用化されている。この方法は自動車組立
てラインにロボットを据え付け、ボディラインに沿って
測定点を多数点決め、その点に沿ってロボットによって
センサーを動かし、センサーとボディとの間隙を測定す
ることによってプロフィルを測定するものである。従来
、産業用に適用されている多関節形のロボットはティー
チング・プレイバック方式と言われ、ロボットの動作経
路およびジョブは前もってティーチングされ、スタート
指令にょシその指令どう多動作するものである。現在こ
の方式のロボットの動作精度はティーチングポイントと
言われる指定点では±0.1 w以下のロボットも出現
している。しかし指定点と指定点の間の精度は、必ずし
゛も精度のよい形状検査などに適した精度には到達して
いない。したがって現在ロボットによる形状検出などは
ロボットの途中走査精度(約0.2〜0.5 mm )
を認めた測定になっている。
Recently, with the spread of industrial robots, their use in various fields has increased. As a result, sensors are now being installed on the hands of robots to measure their shape. For example, it has been put to practical use in measuring body line profiles in the automobile industry. This method involves installing a robot on an automobile assembly line, determining multiple measurement points along the body line, moving a sensor along those points, and measuring the gap between the sensor and the body to measure the profile. It is. Articulated robots conventionally used for industrial purposes are said to be of the teaching-playback type, in which the robot's motion path and job are taught in advance, and the robot performs multiple operations in response to a start command. Currently, some robots using this method have an operating accuracy of ±0.1 w or less at a specified point called a teaching point. However, the accuracy between designated points has not necessarily reached the level of accuracy suitable for highly accurate shape inspection. Therefore, current shape detection by robots relies on the robot's intermediate scanning accuracy (approximately 0.2 to 0.5 mm).
The measurements are taken to allow for this.

本発明者等は上記測定精度を上げるだめのロポットの特
性を種々検討した結果、ロボットの移動路の動きには再
現性のあることを見い出した。このことを利用して、寸
法や形状をミクロ単位の高精度で測定可能としたもので
本発明装置の特徴は手先に搭載したセンサーを移動する
走査用ロボット本体と、該ロボットの動きを制御する制
御装置と、被測定物体とロボット手先のセンサーとの間
隔を計測するセンサーと、前記制御装置から寸法形状測
定に必要な情報としてセンサーの現在位置をと)出し、
その位置出力とセンサー出力から、被測定物体の正しい
プロフィルを演算し必要な寸法形状を算出する演算装置
とから成ることにある。
The inventors of the present invention have studied various characteristics of the robot to improve the measurement accuracy, and have found that the movement of the robot's travel path is reproducible. Utilizing this fact, it is possible to measure dimensions and shapes with high precision in microscopic units.The features of the device of the present invention are a scanning robot body that moves a sensor mounted on the hand, and a scanning robot that controls the movement of the robot. a control device, a sensor that measures the distance between the object to be measured and the sensor of the robot hand, and outputting the current position of the sensor as information necessary for dimension and shape measurement from the control device;
It consists of a calculation device that calculates the correct profile of the object to be measured and the necessary dimensions and shape from the position output and sensor output.

以下本発明を図面にもとづいて詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below based on the drawings.

第1図はロボットがA点からB点に指令にしだがって動
く場合の経路を示す。ロボット(図示しない)はA点か
らB点にある曲率で、実線に示される軌跡で動くように
指令されだにもかかわらず、実際には点線のような軌跡
で動く。この軌跡は、ロボットの稼動範囲のどの位置で
第1図のような動きが要求されるかによって、点線軌跡
の状態が異なる。それはロボット先端の位置、および動
きの速度により、手首にかかる負荷や加速度の状態が異
なるため、あらゆる位置における負荷の状態を想定して
軌跡を実線どうシに制御することは不可能に近い。従っ
て一般に途中経路は基準線(実線)から著しくずれない
程度に制動をかけているにすぎない。それでも現状の溶
接や塗装などに使われるロボットについては実用的に十
分便用可能と言える。しかしロボットはA点からB点に
移る場合その途中経路は、動きを指令信号とロボット先
端が実際に動いた信号を比較して次の指令信号を出す制
御を行っているので、ロボットがどのような経路で動い
て行ったかは必要によりロボット制御装置からその情報
を知り再現することができる。本発明はこの情報を使っ
て計測精度を向上するものである。
FIG. 1 shows the path of a robot moving from point A to point B according to instructions. Although the robot (not shown) is instructed to move along a trajectory shown by a solid line with a curvature from point A to point B, it actually moves along a trajectory like a dotted line. The state of this dotted line trajectory differs depending on where in the operating range of the robot the movement shown in FIG. 1 is required. This is because the load and acceleration applied to the wrist differ depending on the position of the robot tip and the speed of movement, so it is almost impossible to control the trajectory to a solid line while assuming the load state at every position. Therefore, in general, braking is applied only to the extent that the route does not deviate significantly from the reference line (solid line). Still, it can be said that the current robots used for welding, painting, etc. are sufficiently useful for practical use. However, when a robot moves from point A to point B, the robot is controlled to issue the next command signal by comparing the movement command signal with the signal that the robot tip actually moved. If necessary, this information can be learned from the robot control device and reproduced if the robot moved along a certain path. The present invention uses this information to improve measurement accuracy.

第2図に計測の原理図を示す。第2図(イ)は山形の被
測定物体1上をセンサー2が正確な直線3で走査した場
合で、その測定プロフィルはセンサー2から正しいプロ
フィル4として出力される。ところが第2図(ロ)のよ
うにセンサー2の走査経路5が点線に示すように波打っ
ている場合は測定プロフィルは正しいもの6′とならず
、歪んだもの6が出力される。しかし前述のようにロボ
ットは自分の手先がどのような経路を辿ったかをg識し
ているので、この情報に基づいてそのプロフィルヲ修正
することによって真のプロフィル4をとシ出すことが可
能である。
Figure 2 shows a diagram of the principle of measurement. FIG. 2(a) shows a case where the sensor 2 scans the chevron-shaped object 1 to be measured along an accurate straight line 3, and the measurement profile is outputted from the sensor 2 as a correct profile 4. However, if the scanning path 5 of the sensor 2 is wavy as shown by the dotted line as shown in FIG. 2(b), the measured profile 6' will not be correct, but a distorted one 6 will be output. However, as mentioned above, the robot is aware of the route taken by its stooges, so it is possible to derive the true profile 4 by modifying its profile based on this information. be.

これを具体的構成に基づいて説明する。第3図はロボッ
トの制御機構の全体を示す構成図である。
This will be explained based on a specific configuration. FIG. 3 is a block diagram showing the entire control mechanism of the robot.

ロボット70手先にセンサー2を取)つけており、ロボ
ット7は制御装置8による指令どうシに動く。
A sensor 2) is attached to the hand of the robot 70, and the robot 7 moves according to commands from a control device 8.

そしてセンサー信号と制御位置信号を演算装置9がうけ
て必要な処理を行い、必要な寸法形状結果が図示しない
表示装置に送られ、表示される。第4図は第3図の各装
置構成の関係を詳細に示すブロック図である。点線内は
それぞれ第3図の制御装置8、ロボット7、演算装置9
を示す。制御装置#、8内の位置指令装置10からでた
動作指令値と各関節のパルスゼネレータ14からのパル
スカウンタするパルスカウンタ15からのセンサ現在位
置を示すパルス信号は比:咬器11によって比較され、
次に移動すべき量がパルスで算出され、その信号はD−
A(デジタル/アナログ)変換器12に送られ、アナロ
グに変換された後サーボパワー系13に入力され、関節
を動かすモータ14を回転する。ここではモータに直結
するパルスゼネレータのパルスにより、どのぐらい動い
たかがパルスカウンタ15で数えられる。このような回
路系がロボットの各関節についている。16はこの各関
節のパルス情報?もとにロボットの手先のセンサーの位
置を絶対座標として計算する座標変換装置である。この
座標変換は寸法形状計測以外でもロボットを制御する必
要性から、ロボットの制御装置内部では行なわれている
。プロフィル演算装置19はこの座標変換装置16から
の位置情報とセンサー2の出力信号をA/D変換器18
で変換した信号とから正しいプロフィルを作成する演算
装置である。
Then, the arithmetic unit 9 receives the sensor signal and the control position signal, performs necessary processing, and the necessary size and shape results are sent to a display device (not shown) and displayed. FIG. 4 is a block diagram showing in detail the relationship among the apparatus configurations of FIG. 3. Inside the dotted lines are the control device 8, robot 7, and calculation device 9 in Fig. 3, respectively.
shows. The motion command value output from the position command device 10 in the control device #8 and the pulse signal indicating the current position of the sensor from the pulse counter 15 which counters pulses from the pulse generator 14 of each joint are compared by the articulator 11. ,
Next, the amount to be moved is calculated in pulses, and the signal is D-
The signal is sent to the A (digital/analog) converter 12, converted to analog, and then input to the servo power system 13, which rotates the motor 14 that moves the joint. Here, the amount of movement is counted by a pulse counter 15 using pulses from a pulse generator directly connected to the motor. Such a circuit system is attached to each joint of the robot. 16 is the pulse information of each joint? It is a coordinate conversion device that calculates the position of the sensor on the robot's hand as an absolute coordinate. This coordinate transformation is performed inside the robot control device because it is necessary to control the robot in ways other than measuring dimensions and shapes. The profile calculation device 19 transfers the position information from the coordinate conversion device 16 and the output signal of the sensor 2 to the A/D converter 18.
This is a calculation device that creates a correct profile from the converted signal.

第5図に正しいプロフィル作成の基本的考え方を示す。Figure 5 shows the basic idea of creating a correct profile.

センサー2からの出力(イ)のY方向はセンサー2と被
測定物体10間隔を示す。これには自然々からロボット
手首の走査精度のバラツキが含まれる。センサーの出力
の横軸(X方向)は時間の経過又は移動距離となる。こ
の計測時に、ロボットの座標軸のX方向々センサー走査
方向、座標軸のY方向と間隔測定方向を一致させておけ
ば、センサーからのプロフィル信号の補正も簡単である
。又、走査方向、計測方向が一致していなくともその傾
きが前もってわかれば、幾何学的に補正することはでき
る。
The Y direction of the output (A) from the sensor 2 indicates the distance between the sensor 2 and the object to be measured 10. This includes natural variations in scanning accuracy of the robot wrist. The horizontal axis (X direction) of the output of the sensor represents the passage of time or the distance traveled. At the time of this measurement, if the sensor scanning direction in the X direction of the coordinate axis of the robot and the interval measurement direction are made to coincide with the Y direction of the coordinate axis, it is easy to correct the profile signal from the sensor. Furthermore, even if the scanning direction and the measurement direction do not match, if the inclination is known in advance, it can be corrected geometrically.

まず、センサーからのプロフィル信号(イ)は−次処理
によってノイズが除かれ、滑らかなプロフィル信号(ロ
)となる。このプロフィルはセンサーの軌跡が指示通り
の走査経路3からずれ、点線5で示される軌跡になった
ものである。この信号をさらに座標変換装置16からの
ロボット位置情報のY軸情報を利用して補正することに
よシ、Y方向出力(間隔)としては真のプロフィル(ハ
)となる。次にX軸方向の移動距離情報を、取シ込むこ
とにより正確な寸法が表示され、演算される。例えばに
)図の斜辺tの長さも(L2  Lt )’ + (x
n−エ、)2として正しく演算できるものである。
First, the profile signal from the sensor (a) undergoes -order processing to remove noise, resulting in a smooth profile signal (b). In this profile, the trajectory of the sensor deviates from the scanning path 3 as instructed, resulting in a trajectory indicated by a dotted line 5. By further correcting this signal using the Y-axis information of the robot position information from the coordinate conversion device 16, the true profile (c) is obtained as the Y-direction output (interval). Next, by inputting the movement distance information in the X-axis direction, accurate dimensions are displayed and calculated. For example, the length of the hypotenuse t in the figure is also (L2 Lt )' + (x
It can be calculated correctly as n-d, )2.

さらにこのロボットの各関節のパルス情報から算出した
ロボット手先の移動経路が微細に異なることが考えられ
る。そこで標準試験片を用いてその軌跡を確認し、喰い
違いがあればその差分もプロフィル補正に用いればさら
に精度のよい測定ができる。その時標準試験片を走査し
た位Jjt情報はあらかじめ記憶装置20に記憶し必要
に応じてプロフィル演算装置19に取り出すことになる
Furthermore, it is conceivable that the movement path of the robot hand calculated from the pulse information of each joint of the robot may be slightly different. Therefore, if the trajectory is confirmed using a standard test piece, and if there is a discrepancy, the difference is used for profile correction, even more accurate measurements can be made. At that time, the Jjt information obtained by scanning the standard test piece is stored in advance in the storage device 20 and taken out to the profile calculation device 19 as necessary.

以上この測定装置は、現状の産業用ロボットが動的な絶
対位置精度は必ずしも良<d:ないがそのくり返えし再
現性が非常にすぐれている特性を利用し、高精度プロフ
ィル測定を可能にしたもので次のような効果がある。
As described above, this measuring device makes it possible to perform high-precision profile measurements by taking advantage of the fact that current industrial robots do not necessarily have good dynamic absolute position accuracy, but their repeatability is extremely high. This has the following effects:

(1)  産業用ロボットによるセンサーの走査を行う
ことによる被検畳材の大きさ、形状の複雑さにも柔軟に
対応ができる。
(1) By scanning the sensor with an industrial robot, it is possible to flexibly respond to the complexity of the size and shape of the tatami material to be inspected.

(2)  非接触センサーによるプロフィル測定を行っ
た時、そのプロフィルから必要とする寸法値や形状値の
演算を行うので多数の測定項目を短時間で計測できる。
(2) When a profile is measured using a non-contact sensor, the required dimension and shape values are calculated from the profile, so a large number of measurement items can be measured in a short time.

(3)  フレキシブルな開側装置にみられる測定精度
の悪さをロボットの特性を生かした情報により補正する
ことにより、高精度計測を可能にした。
(3) High-precision measurement was made possible by correcting the poor measurement accuracy found in flexible open-side devices using information that takes advantage of the robot's characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はロボット移動経路の説明図、第2図は本発明の
原理説明図、第3図はロボットの制御機構の概要を示す
ブロック図、第4図は制御機構のや\詳細なブロック図
、第5図は本発明にょるプロフィル作成要領の説明図で
ある。 図面で、7はロボット、2はその手先に取付けたセンサ
ー、8はロボット制御装置、9は演算装置である。 出 願 人  新日本製鐵株式会社 代理人弁理士    青 柳    稔第1図 Δ日 第2図 (イ) 〈〈〉噂
Fig. 1 is an explanatory diagram of the robot movement path, Fig. 2 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, Fig. 3 is a block diagram showing an overview of the control mechanism of the robot, and Fig. 4 is a more detailed block diagram of the control mechanism. , FIG. 5 is an explanatory diagram of the profile creation procedure according to the present invention. In the drawing, 7 is a robot, 2 is a sensor attached to its hand, 8 is a robot control device, and 9 is a calculation device. Applicant Nippon Steel Corporation Patent Attorney Minoru Aoyagi Figure 1 Δ Date Figure 2 (A) <<> Rumor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 手先に搭載したセンサーを移動する走査用ロボット本体
と、該ロボットの動きを制御する制御装置と、被測定物
体とロボット手先のセンサーとの間隔を計測するセンサ
ーと、前記制御装置から寸法形状測定に必要な情報とし
てセンサーの現在位置をとジ出し、その位置出力とセン
サー出力から、被測定物体の正しいプロフィルを演算し
必要な寸法形状を算出する演算装置とから成ることを特
徴とする産業用ロボットによる寸法形状測定装置。
A scanning robot main body that moves a sensor mounted on the hand, a control device that controls the movement of the robot, a sensor that measures the distance between the object to be measured and the sensor on the robot hand, and a device that measures dimensions and shape from the control device. An industrial robot characterized by comprising a calculation device that obtains the current position of a sensor as necessary information, calculates the correct profile of the object to be measured from the position output and the sensor output, and calculates the necessary dimensions and shape. Dimension and shape measuring device.
JP18563082A 1982-10-22 1982-10-22 Size and shape measuring device by industrial robot Pending JPS5975112A (en)

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JP18563082A JPS5975112A (en) 1982-10-22 1982-10-22 Size and shape measuring device by industrial robot

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