JPS62176741A - 罫書線追従方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、産業用ロボットのティーチング時などにお
いて利用される罫書線追従方式に関するらので、特に、
画像処１ｊｉ装置を用いて光学的に罫古ね追従を行なう
際などに追従精度を向上させることのできる罫よ線追従
方式に関する。

（従来の技術とその問題点） プレス成形された板金などのような曳雑な立体形状を有
Ｊるワークを溶断して所望の形状とすることのできる溶
断ロボットとしては、本件出願人によって出願され、１
）間昭５７−９６７９１８公報において開示されたプラ
ズマ溶断ロボットなど、種々のらのが既に提案されて実
用化されている。

そしで、このようなロボットにおいては、溶断線などの
加工線を、あらかじめマニュアルでワークやティーチン
グモデル上に罫書きしておき、このＴｒ、出線に沿って
ティーチングを行なう必要がある。

このＴｒ、よき作業において、ワークの表面を罫書針Ｃ
罫書くたけでは罫書線が不鮮明となることが多いことか
ら、従来は、紫ニスなどをワーク上に侶缶し、その上か
ら罫書くことによって、ワークの地肌を罫よ線に治って
露出させるという方法が採用されてきた。

ところが、このような方法によって得られる罫書、腺は
、肉眼による視認性はある程度確保されるしのの、ＩＴ
Ｖカメラや画像処理装置などを用いて”Ｊ’ｆ、　出線
を光学的に検出しつつティーチングを行なう処理にはあ
まり適当ではないという問題がある。その原因としては
次のような理由をあげることができる。

■　人間の肉眼によるコントラスト認識能力と、ＩＴＶ
カメラ等の分光特性とは同一ではなく、両名の間に差が
あること。

■　通常、ＩＴＶカメラどしでは、モノクロノノメラが
使用されるため、紮ニスの邑とワークの地肌の色（金属
光沢）との色の差は認識されにくいこと。

■　上記■■の欠点を補償しようとして多階調画像処理
装置を使用しても、その結果は通常の２値画像処理装置
を用いた場合とほとんど同じである。つまり、画像処理
装置側に改良を施してし、コス］・アップの割に性能向
上が見られないこと。

■　紫ニスを罫書いてワークの地肌（金属面）を露出さ
せた箇所では、ワークに照射する照明の照度や方向等に
よって金属面におＣノる光の反則強度や、反射方向が大
きく変化するために、ＩＴＶカメラの特性等に合わせて
照明を微妙に調整Ｕ−ねばならず、また、画像処理装置
側の構成も複ｉ１となること。

以上のように、ＩＴＶカメラや画像処理装置を使用しつ
つロボットのティーチングなどを行なう際に、従来の罫
古さ方法によって１！１られた”！’＋′、店線に追従
させる方式では、その精度や信頼性に限度があるという
欠点があった。

ぞして、このような問題は、溶断ロボットのティー１ン
グに限らず、各種産業用ロボットを含む種々の工作機器
において、被工作物上の罫書線に追従させつつ所定の処
理を行なう際に共通の問題となっている。

（発明の目的） この発明は従来技術にＪ３　ＬＪる」ニ述の問題の克服
を意図してＪ３す、コストアップや工程の複雑化をＲ１
＜ことなく、高精度で信頼性の高い罫出線追従方式を捉
洪づることを目的とする。

（目的を達成するための手段） 上述の問題を達成するため、この発明にｄノいては、ワ
ークなどの被工作物の表面に″Ｊｒ、古線きさ机だ’、
「１′、Ｉ−Ｊ線に４０従して所定の工作別器（ロボッ
ト等）を！ＦＪＪ　ｉ／Ｉ−さける“１１′、円線追従
方式にＪ３いて、Ｌ開被工作物の表面のうらの所望の部
分に、表面（Ｌｌを（＝ＪずことにＪ：って当該表面１
０部分の明度が大きく変化する塗料Ａｌ）顔ｉ１　（本
明細１９では［塗料１と総称する。）の層を形成し、こ
の塗料が乾燥した後に被工作物の地肌が露出しない程度
の深さで罫書きを行ない、その後、これによって１７ら
れた罫書線に追従して上記工作機器を動作させる。

これらにおいて、塗料層の形成は、ハケリリリに限らず
、スプレー・蒸着その池による被覆や何着等の種々の態
様で行なうことができる。また、「被工作物」とは、製
品そのものに限らず、ロボットのティーチングモデル等
、被Ｔ作対粂を表現したダミーその他をも含む用語であ
る。

また、工作機器の動作は、ティーチングのようなデータ
取込みのための動１′１のほか、実際の加工動作そのｂ
のや、マニュアルによってＫ　＋）ｔさせる動作など、
種々の動作であってｂよい。

さらに、表面傷によって［明１．ＩＩが大きく変化する
塗料」どしては種々の態様があり、イれらは後に例示す
るが、被工作物の材７！ｔなどに応じて適宜選択可能で
ある。

（実施例） Δ、実施例の）幾構的」灰辺１】 第１図は、この発明を適用して罫心線追従を行なわける
工作は器の一例としての、直角１標型レーザ溶断ロボツ
トの懇構的構成を示す眠略斜視図である。同図において
、このレーザ溶断［１ボツトＲＢは、基台１の上に、図
示しないモータＭ１によってＸ方向（水平方向）に移動
自在な移動台２を右しており、この移動台２の上にワー
ク（図示せず）を載置する。基台１の両側方に垂直に立
設されたコラム３の頂部にはビーム４が架設され、この
ビーム４には、図の２方向（垂直方向）に延びるとと５
に、モータＭ２によってＹ方向に移動自在な移動コラム
５が設けられている。

移動コラム５の下端には、モータＭ３によって７方向に
上下するモータＭ４が設けられている。

これによって、移動コラム５の中心軸から偏心した位置
に設けられているアーム６が図のβ方向に回転する。ま
た、このアーム６の下端側方にはモータＭ５がＸＱ　ｉ
ｔられており、これによってレーザトーチＴが図のψ方
向に回動する。さらに、このレーザトーチ［に隣接して
、光学的な罫書線追従のだめのセンサヘッドｓ＋ｚｉｖ
述する）が配置されている。

このうら、レー＋ｒ　＋−−チＴには、レーザ発振装置
７からのレーザト−チがレーザガイドバイブ８を通して
与えられる。また、制御装置９には、後述する画像処理
回路やマイクロコンピュータなどが内蔵されており、操
作盤１０には、キーボードやディスプレイ等が設けられ
ている。さらに、ＴＶモニター１は、センサヘッドＳ　
Ｎからの画像をモニタするためのものである。

Ｂ、実施例の電気的４３＋ｉの 第２図は、第１図に示したロボットＲＢの電気的構成の
概略図である。第２図において、制御装′Ｅ１９に内蔵
されたマイクロコンピュータ２１には、バスＢＬを介し
て、以下の各機器などが接続されている。

■上記モータＭ　　−Ｍ５や、これらのモータＭ１〜Ｍ
５の回転角を検知するエンコーダＥ１〜Ｅ５　（第２図
中には図示せず）をΩんだ機構駆動系２３゜ ■レーザ発振装置７゜ ■操作盤１０゜ ■ＴＶモニタ１１゜ 一方、被工作物としてのワークＷに対向するセンサヘッ
ドＳＨには、ティーチング時にワークＷを照明するため
の照明光が、照明用光源２４から光ファイバ２６を介し
て与えられる。また、ティーチング時にセンサヘッドＳ
ＨとワークＷとの相対的距離・姿勢関係を所定の関係に
保￥Ｉｖるために使用されるスポット光（後述する。）
を与えるための光も、レーザダイオード光源２５から光
ファイバ２７を介してセンサヘッド５１−１に与えられ
る。

さらに、センサヘッドＳＨからは、この発明の持金に応
じてあらかじめ形成された罫書線Ｃ付近の両像信号が画
像処理回路２２に取込まれ、マイクロコンピュータ２１
の制御下で、ＴＶモニタ１１に映し出されるようになっ
ている。なＪ３、このシステムは、上位のホス１′・シ
ステム（図示せず）のａｌｌｌ　０１１下で動作させる
こともできる。

Ｃ，センサヘッドＳＨのゴ　鷺 第３図は、上述したセンサヘッド５）−１の詳細を示す
部分断面図であり、第４図はそのＡ−Ａ’断面図である
。これらの図において、このセンサヘッドＳＨはレーザ
トーチＴと並列的に設けられてＪ３す、ティーチング時
にはレーザトーチＴを図示の方向からα方向に９０°回
転させて退避させる。

また、再生モード時には、レーザトーチヂＴを図示の方
向に戻すととらに、センサヘッド５１−１をＹ方向（α
方向と同一）に１８０°回転させて退避させる。さらに
、この再生モード時には、レーザト−チＴとセンサヘッ
ドＳＨとを、アーム６の１抽線まわりのβ方向に１８０
６回転さＵて、センサヘッドＳ　ｌ−１の図示の位ｎに
レーザトーチＴが移動できるようになっている。こＵら
の回転は、マニュアルで行なってもよく、また、モータ
にＪ：って行なってもよい。なお、第３図のセンサヘッ
ドＳト１の下方に示した破線Ｉは、β方向の回転時にお
けるレーザトーチＴの先端部分に対応する位置を示して
いる。

第３図Ｊ３よび第４図にＪ３いて、センサヘッドＳ１１
のハウジング３０の下端には、第２図の照明用光源２４
に接続された３本の光フ１イバ２６（２６ａ〜２６Ｃ）
の投光端が設けられている。また、レージ４ダイＡ−ド
光源２５から３本の光ファイバ２７　（２７ａ・〜２７
Ｇ）によって供給された光は、先端にマイクロレンズ（
図示Ｖず）を内蔵した投光Ｚ３１ａ〜３１Ｇに与えられ
、これらの投光器３１ａ〜３１ＧからワークＷの表面に
３本のスポラ１〜光として照射される。

これらの投光器３１ａ〜３１Ｃは、第５図に示ツＪ：う
に、それらからのスポット光Ｌ　〜Ｌｏが一点Ｏ″ｃ交
わるように配置されており、センサヘッド５１−１とワ
ークＷどの相対的距離・姿勢関係に応じて次のような光
点群をワークＷ上に形成する。

７１’　ＩＪわち、ワーｔ／Ｗの表面に対してセンサヘ
ッドＳ１１が所定の距離および姿勢を保っているとき（
第５図中にＷａで示す面がワークＷの表面となっている
とき）には、第６図（ａ）に示すように、ワークＷ上の
３本の投光スボツｔ−ｓ　ｐは、基準位置（白丸で示す
。）内に形成される。一方、これらの相対距離や姿勢が
第５図中Ｗｂ〜Ｗｄで示すようにずれたときには、第６
図（ｂ）・〜（ｄ）にそれぞれ示すように、丼準位置ｌ
）１らずれたものとなる。

したがって、投光スボッＩ−Ｓ　Ｉ）の位置と）；！１
４１ｊ１０００関係が常に第６図（ａ）の関係となるＪ
：うに制御を行なえば、センサヘッドＳ　ｌ−１とワー
クＷとの相対距離と姿勢とを所定の舶に保ちつつティー
チングを行なうことができる。このような制御は、後述
する搬像素子を通じて画像をモニタするＴＶ’Ｅニタ１
１を目視しつつ操作盤１０の操作によって行なうことも
でき、また、画像処Ｌ！１′！装置２２の出力に基いて
マイクロコンピュータ２１に自動的に行なわせることも
できるが、これらはこの発明のＴＩ５’ｉＦｒではない
ため、詳細は省略する。

第３図に戻って、光ファイバ２６ａ〜２６Ｇからの光に
よって照明されたワークＷの表面像と、投光器３１ａ〜
３１ＧによってワークＷの表面に形成された距離・姿勢
検出用光スポットＳＰとは、ハウジング３０内に設けら
れたレンズ３２を介しＵ、ＣＣＤＣＤ素像素子ＴＶカメ
ラ）３３に入射し、その表面に結像する。そして、その
画像データは、画像伝送ライン３４を通じて第２図の画
像処理回路２２に与えられ、後］ボするよう／、【画像
処理を受ける。そして、それによって、あらかじめ形成
された罫書線Ｃを画像として検出しつつ、それに追従し
てティーチングデータが取込まれる。

Ｄ、ティーチング動作 そこで、以下では、２このような装置を利用してティー
チング動作を行なう際の処理を順次説明する。

Ｄ　−１、塗わ１　塗　イｊ　と　１　　さまず、ティ
ーチング用のワークＷについて、その表面の所望部分に
、表面間を付づ−ことによって当該表面傷部分の明度が
大きく変化する塗わ１層を、好ましくはスプレー等によ
って均一に形成する。

そして、塗料が乾燥したｔ１２に、：ｌＴ、占針やカッ
ターナイフなどを用いて、ワークＷの地肌が露出しない
（？麻の深さでＴｒ、占きを１１なう。第２図中、ワー
クＷの表面に：１）状に示した領域「くが塗料層を形成
した領域であり、その上に罫書線Ｃが形成されている。

ここで、この発明に利用できる塗料について詳述する。

これらの塗料のうち最も好ましいしのは蛍光塗料である
。周知のように、蛍光塗料は紫外線によって固有の蛍光
を発するが、種々の波長の光に対しては全体的に透明度
が高いという性質がある。このため罫書方向と直角な方
向でのワークの拡大断面図である第７図において、塗料
層Ｐのうち、罫書きを行な・）でいない領域Ｆに照射さ
れた光［のうらのかなりの部分はこのｔ　１１層Ｐを通
過してワークＷの表面に至り、このワークＷの表面にお
いてかなりの吸収を受ける。このため、反射光Ｒの強度
は小さくなり、この領域Ｆでは、比較的明度が低くなる
。

一方、罫書ぎ部分Ｃでは、罫古き処理によって（Ｕが形
成されるに際して塗料が微細な粒子肝りどなり、照射さ
れた光りははと／υど散乱される。その結果、罫書き部
分Ｃはその蛍光塗１′４１の色彩を保ちつつら白色に近
い邑となり、明度がかなり高くなる。

このように、蛍光塗料を用いることによって、罫書線Ｃ
と池の領域Ｆとで明；復差が大きく異なる状態を１！す
ることができる。なお、この塗料を用いた場合の照明用
光源２４としては、ｔ１２述する池の塗料の場合と同様
にハロゲンランプ、キノセンランプ、通常の蛍光ランプ
や白熱灯でしよく、紫外光源（ブラックライト）を用い
て、それによって発生する蛍光を観測してらよい。この
場合には蛍光塗１３１特有の明るい光が観測されて、追
従精麿は１５に高くなる。

また、このような蛍光塗料の性質に準するものとして、
半透明の塗料を用いてらよい。この場合にも、罫西きを
行なわない領域ＦにおいてはワークＷの表面による光り
の吸収があり、′ｎ古き部分Ｃでは散乱によってほとん
どの光が反射されるため、罫書き前後の明度差は高くな
る。

さらに、透明度は比較的低い場合でも、罫書きによって
微小粒子ないしは微小凹凸面が形成されて光の故乱効宋
が大きくなる塗料も利用できる。

この場合、罫書きを行なわない塗料表面が光沢を右する
と特定の方向のみに反射を生じてしま（、光学的検出と
画像処理に影響を及ぼすこともシ５ろため、塗布表面に
光沢を有しないしの（つＡ５消し効果を有するもの）が
望ましい。

このような特性を貝漏した塗料のうち最ら望ましいのは
蛍光アクリルラッカーである。この蛍光アクリルラッカ
ーは上２３種類の特性を寸へて具備しており、最も効果
が大きい。ただし、この発明では、この塗料に限らず、
上記のいずれかの１３性を具備した塗ＩＩや、それ以外
でも明度差の大きな塗料が使用できる。

Ｄ−２０画！＆処ｌＩとティーチンノー−乞暖込ｊこの
ようにして罫円きを行なった復に、第１図の操作ｐＩＡ
１０を操作してティーチングモードとし、ティーチング
を開始Ｊる。これにあたっては、あらかじめ、センサヘ
ッドＳ１１をワークＷの溶断開始点付近に移動させてお
くものとする。以下の動作は第８図に７０−チ１シート
として示されており、この図を参照しつつ説明を行なう
。

まず、ティーチング動性が開始されると、センサヘッド
Ｓ　Ｈは、たとえば第９図のような画像を取込み（ステ
ップＳ１）、画像処理回路２２（第２図）に与えるとと
もにＴＶモニタ１１に表示する。画像処理回路２２およ
びマイクロコンピュータ２１は、第８図の画像上の各画
素を２値化して、罫書線ＣのエツジＥが伸びる方向を検
出する（ステップ８２）。そして、′！ｒ、１線Ｃ上の
ひとつの点を画面上のカーソルの中心点ＣＰに合致させ
るようにセンサヘッド５１−１の位置を変化させる（ス
テップＳ３）。

次に、記述した原理によって、３個の光スボッ１−　Ｓ
　Ｉ）の位置を検出し、基準位置からのずれに応じて、
センサヘッドＳＨとワークＷとの相対距離・姿勢を所定
の１直に補正する（ステップ８４〜Ｓ６）。この補正が
完了した段階で、当該ティーチング点に対するティーチ
ングデータを取込み（ステップＳ７）、Ｔｒ、Ｗ線のエ
ツジ［が伸びる方向に所定距離だ【ノセンサヘッドＳ　
Ｈを移動させて（ステップＳ８）、これらの動０を各テ
ィーチング点ＴＰについて順次繰返し、最終ティーチン
グ点に至るとティーチングを完了する（ステップ８９）
。

このようなティーチング動作をこの発明に従って行なう
と、罫瀦線と周囲との明度差が大ぎくなるために、この
罫書線Ｃの検出Ｂ高精度となる。

このため、上記動作の大部分または全部を自動化するこ
とが可能であり、かつその結束として取込まれるデーウ
ら高精度のものどなる。

一方、実際の製品となるワークに対するこのロボットの
再生動作は通常のプレイバック方式におＧＪる再生動作
と同様であるため、その説明は省略する。なＪ３、その
際、センサヘッドＳ　ｌ−１どレーザ！−−チＴとの位
置を交替させ、レーリ゛１−−ヂＴがらのレーザで溶断
を行なうが、第３図の構成に」；ればレーザトーヂＴは
、再生時においてディーヂング時のセンサヘッド５１−
１の位；ｉに回転移すノするために、ディーチングデー
タをこれら両者の（０首の相ヌ〃によって補正り−る必
要はない。

Ｆ、変形例 以上、この発明の一実施例について説明したが、この発
明は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば次
のような変形も可能である。

■　上記実施例では、罫；ＭさによってワークＷ−の地
１１几が全く露出しないものとしたが、手作業で罫；１
４さを行なうことが多い関係上、罫書線の仝休にわたっ
てこのような条件を常に満足できるとは限らない。した
がって、第１０図（１１）およびその１３−Ｂ’断面図
である第１０図（ｂ）に示すように、部分的にはワーク
Ｗの地肌が露出している部分４０が存在している場合も
考えられる。

しかしながら、この発明によれば、罫書線Ｃ′Ｕ）　ｒ
、’ｌ而面（第１０図（ｂ））ｆ＝ｌ近と、塗料層Ｐの
うら罫書きを行なわない部分Ｆとの明度差が大きいため
、このような部分ｌ４ｉ−右する′ｒｉ、占線Ｃ出線つ
いても、追従はかなりのＦ傾度で行なわれることになり
、実用上はあまり問題はない。

したがって、この発明における「地肌が露出しない程度
の深さでの罫書き」とは、このような部分的な露出をも
含む用語である。ｂつとも、地肌の５出（，１可能な限
り防止することが望ましい。

■　上記実施例ではＩＴＶカメラ等の光学的手段でとら
えた画像を両象処狸してティーチングの自動化を図って
いるが、この発明は、マニュアルによる罫書線追従にし
適用可能である。

■　塗料層の形成は一層のｂのに限らず、第１１図に示
すように明１身差の人さな２種類の４石を二層（Ｐ、Ｐ
）に塗布し、上層Ｐ２をＩｉ’−Ｗいて下層Ｐ１を露出
させてもよい。ただし、上述の実施例のような一層方式
の方が、塗布■稈が一回で済むため、従来の紫ニスと同
様の工稈数だけて￥ｒ、　１線追従性能を向上さけるこ
とができるという利点がある。

■　この発明は、ロボットのティーチングに限らず、罫
書線追従を行ないつつ所望の処理を１１なう種々の工作
機器全般に適用可能である。

（′ｆｅ明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、４Ｆ８１の種
類を従来の紫ニスから罫古き前１１２の明度差の大きな
塗料に変え、罫書き深さに留意する以外には格別の工程
を装置の付加を行なう必要がないため、コストアップや
工程の複雑化を招くことがない一方で、罫書線を明瞭に
検出できるために、罫よ線追従の自動化にも十分に対処
可能な高精度かつ信頼度の高い罫書線追従方式を得るこ
とができる１、 １、′］に、光学的検出手段と画像処理装置を用いて追
従を行なわＵる場合においても、高価な多階調画像処理
装置や複雑な照明方式などを用いる必要ＩＬなく、効果
は特に顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を産業用ｌコボッ１〜のティーチン
グに適用した実施例の機構的構成の概略を示す、に１１
遥１図、 第２図は、第１図のロボッ１−の電気的構成を承り（既
略ブロック図、 第３図は、センサヘッドの訂細構成を示ず部分断面図、 第４図は、第３図の八−へ′断面図、 第５図および第６図はセンサヘッドとワークとの相対距
離・姿勢の制御原理例の説明図、第７図は、実施例にお
ける塗料層と罫書き部分との関係を示す断面図、 第８図は、実施例のティーブング動作を説明するための
フローチ１１−ト、 第９図は、実施例において取込まれる画像の説明図、 第１０図は、ワークの地肌の部分的露出を承り図、 第１１図は、この発明の変形例を示ず図である。 ＲＢ・・・レーザ溶断ロボット、９・・・制御２０装置
、１０・・・操作盤、　　　　　　１１・・・ＴＶモニ
タ、２２・・・画像処理回路、　　　Ｔ・・・レーザト
−チ、５１−１・・・センサヘッド、　　　Ｗ・・・ワ
ーク、Ｒ・・・塗料塗布領域、　　　　Ｃ・・・：１１
ｉ　ｉ９線、Ｐ・・・塗料層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被工作物の表面に罫書きされた罫書線に追従して
   所定の工作機器を動作させる罫書線追従方式において、 前記被工作物の表面のうらの所望の部分に、表面傷を付
   すことによつて当該表面傷部分の明度が大きく変化する
   塗料層を形成し、前記塗料が乾燥した後に前記被工作物
   の地肌が露出しない程度の深さで罫書きを行ない、その
   後、前記罫書きによって得られた罫書線に追従して前記
   工作機器を動作させることを特徴とする罫書線追従方式
   。
2. （２）前記塗料は蛍光塗料であり、前記追従は前記罫書
   線付近に紫外光を照射しつつ行なわれる、特許請求の範
   囲第１項記載の罫書線追従方式。
3. （３）前記塗料は半透明塗料である、特許請求の範囲第
   １項記載の罫書線追従方式。
4. （４）前記塗料は、表面傷によって光の散乱効果が増大
   し、かつ、表面傷を付さない部分のつや消し効果の大き
   な塗料である、特許請求の範囲第１項記載の罫書線追従
   方式。
5. （５）前記工作機器は産業用ロボットであり、前記追従
   による動作は前記産業用ロボットのティーチング動作で
   ある、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の罫書線追従方式。