JPS6295605A - 三次元位置設定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は対象物（ワーク）上に表示された位置設定点に
対するヘッドの三次元位置を所定の相対位置関係となる
ように設定する際に使用される二次元位置設定装置に関
する。

〔発明の技術的前頭とその問題点〕

例えば、製造ラインにおける部品の機械加工工程や材料
の切断工程および製品の組立て工程等に設置される産業
用ロボットにおいては、実際に稼働させる前にロボット
に対して作業ヘッドの移動経路および動作手順を三次元
的なワークの形状に即して教え込む必要がある。この作
業ヘッドの三次元動作を教え込む作業をティーチングと
言うが、このティーチングは一般に作業者の手動操作に
よって行なっている。例えば、ＣＯ２レーザ切断ロボッ
トにティーチングを行なう場合は、作業者がティーチン
グペンダントを操作しながら加工ヘッドをワーク表面に
描かれたけがき線の教示点に接近させ、その後教示点に
対し加工ヘッドの三次元位置を所定の相対位置関係とな
るように位置設定してこのときの三次元位置情報を記憶
させることによりティーチングを行なっている。

ところが、このような従来のティーチング作業は作業者
がワークとヘッドとの相対的な位置関係を直接目視しな
がら行なっているため、ティーチングに手間と時間を要
し、しかも正確な位置設定を行なうには熟練を要すると
いう欠点がある。

そこで、最近ではティーチング作業の能率向上のために
、例えば加工ヘッドの近くに磁気センサを配置し、この
磁気センサによりワークに生じた渦′Ｒ流を検出してヘ
ッドとワーク表面との距離を求めることが行なわれてい
る。しかし、このような従来の位置設定装置を使用した
場合には、ワークに対するヘッドとの対向距離について
は簡単に求められるが、ワークに対するヘッドの姿勢制
御は以前として作業者の目視設定に頼らざるを得ず、テ
ィーチング能率および精度の大幅な向上は望めなかった
。

〔発明の目的〕

本発明は短時間にしかも熟練を要しないで、正確にティ
ーチングを行なうことができ、従って、ティーチング作
業の能率および精度の大幅な向上を実現できる三次元位
置設定装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するためになされたものであっ
て、ヘッド内に対象物上に斜方から投光してそれぞれ輝
点を形成する少なくとも３個の投光器とこれら投光器に
より対象物上に形成された各輝点および対象物上に予め
表示された位置設定点とをそれぞれ撮像するカメラとを
それぞれ設けると共にヘッドに対象物との距離を測定す
るためのタッチセンサを取付けて上記位置設定点の位置
合せ目標となり且つ対象物が平面であってヘッドが対象
物に垂直な三次元位置となったときに上記輝点と一致す
るべく複数の基準位置マークが固定的に表示されたモニ
タ上に前記カメラによりＷｉ像された上記輝点および位
置設定点をモニタに表示し、ヘッドの位置設定時に上記
モニタを目視しながら且つタッチセンサによる距離測定
値を確認しながら各基準位置マークと各輝点との相対位
置が一致するように対象物に対するヘッドの対向距離及
び対向姿勢を調整することにより、ヘッドのヘッドの三
次元位置を正確に、しかも高精度で設定でるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による三次元位置設定装置の構成例を示
すものである。

即ち、本実施例の三次元位置設定装置は第１図に示すよ
うにティーチングヘッド１と、このティーチングヘッド
１内に設けられた詳細を後述するカメラにより撮像され
た画像信号を表示するＣＲＴディスプレイよりなるモニ
タ２と、このモニタ２に基準位置パターンを表示させる
基準位置発生回路３およびティーチングヘッド３に取付
けられた後述するタッチセンサにより検出されるワーク
８に対する対向距離を数値として表示する表示ユニット
４とから構成されている。

上記ティーチングヘッド１のワークと対応する側の外周
面部に例えばポテンショメータからなるタッチセンサ５
が取付けられ、またこれとは１８０度異α６位置にスラ
イドガイド７ａが取付けられている。このタッチセンサ
５とスライドガイド７ａとの間にはほぼコの字形のアー
ム７が設けられ、その一方の脚部がタッチセンサ５の中
空部に挿通されると共に他方の脚部はスライドガイド７
ａの中空部に挿通され、アーム７がこれらタッチセンサ
５およびスライドガイド７ａに対して上下動可能になっ
ている。そしてこのアーム７にはその中央部から垂下す
るロンドの先端に接触プローブ６が取付けられている。

したがって、接触プローブ６がワーク８と接触する位置
に応じて、アーム７が上下動するとタッチセンサ５はワ
ーク８に対するヘッド１の対向距離に応じた電気信号が
表示ユニット４に入力され、ここでその電気信号をディ
ジタル信号に変換すればヘッド１のワーク８に対する対
向距離を数値として表示することができる。

またティーチングヘッド１はヘッド筺体９内に４個の投
光器１０８〜１０ｄ、これら各投光器から発生する光を
ワーク８へ反射する反射１１１ａ〜１１ｄとワーク８の
表面を照明する４個の照明器１２ａ〜１２ｄおよびカメ
ラ１３をそれぞれ収容したもので、その構成は第２図お
よび第３図のようになっている。つまり、投光器１０８
〜１０ｄとしては半導体レーザ装置が使用され、ヘッド
筺体９の内壁面の中間部に等間隔を存して配設固定され
ている。また反射鏡１１８〜ｌｉｄはヘッド筺体９の先
端部位に投光器１０ａ〜１０ｄからのレーザ光がワーク
８面に反射できるように保持体１４ａ〜１４ｄにより固
定されている。これらの投光器１０８〜１０ｄから発射
されたレーザ光は反射１ｉ１１ａ〜１１ｄでそれぞれ反
射してワーク８の表面に投光し、これによりワーク８の
表面上に輝点を形成するもので、これらの輝点８１〜Ｓ
４は第１図に示すようにヘッドの姿勢設定用として使用
されるものである。一方、カメラ１３は固体Ｗｉ画像子
１３ａを備えており、ヘッド筺体９内の中央部にカメラ
保持体１５により固定されている。このカメラ１３はワ
ーク８の表面上に上記各投光器１０８〜１０ｄにより作
られた輝点Ｓ１〜Ｓ４およびワーク８の表面上に予め示
゛されたけかき線に上の教示点ＰをそれぞれＩｌ像する
′ものである。また、照明器１２ａ〜１２ｄは輝点の明
るさと外乱光の明るさとの中間の任意の明るさでワーク
８の表面を照明するもので、ヘッド筐体９の先端部位に
保持体１６ａ〜１６ｄにより固定されている。尚、１７
は防塵用の光フィルタ、１８はティーチングヘッド１を
ヘッド本体に取付けるためのベースである。

上記基準位置パターン発生回路３はワーク８に対する対
向姿勢を設定するために使用される直交する２本の直線
および前述した基準位置マークＭ７〜Ｍ４を発生するも
ので、これらの直線および基準位置マークＭ１〜Ｍ４は
第１図に示すようにモニタ２の画面上の設定位置にカメ
ラからの撮像画像に重合せて表示される。

次に以上のように構成された実施例装置の作用を位置操
作設定手順に従って説明するに、ここではワーク８の表
面に表示されたけがき線に上の教示点ＰＯに対し、ティ
ーチングヘッド１の三次元位置を設定する場合を例にと
って述べる。

今、モニタ２の表示画面上には基準パターン発生回路３
から発生した直交する２本の直線と基準位置マークＭ１
〜Ｍ４が第１図に示すように所定の位置に固定されて表
示されている。一方、ティーチングヘッド１の各投光器
１０ａ〜１０ｄより発した光ビームはワーク８の表面に
照射されるとそれぞれ輝点８１〜Ｓ４がそれぞれ形成さ
れ、これらの輝点Ｓ１〜Ｓ４はワーク８の表面に表示さ
れたけがき線ＫＩ３よび教示点ＰＯと共にカメラ１３に
より撮像されてモニタ２に画像表示される。

さて、この状態で作業者はモニタ２を目視しながらティ
ーチングペンダントを操作してモニタ２上に固定表示さ
れている基準原点Ｏに教示点ＰＯの画像が一致するよう
にティーチングヘッド１をワーク８の表面に沿って移動
させる。この場合、表示ユニット４には接触プローブ６
とワーク８の表面との接触位置に応じたワークの表面に
対するティーチングヘッド１の対向距離が表示されてい
る。そして教示点ＰＯの画像と基準原点Ｏとの表示位置
が一致すると、ここで表示ユニット４に表示されている
数値を目視し、この数値が予め定められた所定の数値と
なるように改めてティーチングペンダントによりティー
チングヘッド１を移動する。尚、基準原点０に教示点Ｐ
Ｏが一致すると、モニタ２の表示画面にはこの教示点Ｐ
Ｏの像が接触プローブ６の影に隠れて表示されないが、
この場合には接触プローブ６の像を教示点ＰＯの像とし
て代用する。

かくして、ティーチングヘッド１と教示点ＰＯとの対向
距離の設定が終了すると、作業者は輝点Ｓ１〜Ｓ４に注
目してこれらの輝点Ｓ１〜Ｓ４と基準位置マークＭ１〜
Ｍ４との位置関係か′らワーク８の表面に対するティー
チングヘッド１の姿勢を判断し、モニタ２の画面を目視
しながらティーチングペンダントを操作して上記各輝点
Ｓ１〜Ｓ４と基準位置マークＭ１〜Ｍ４との位置関係が
各直交基準軸について等距離となるように調整する。

例えば第４図（ａ）はワーク８が平面の場合であって、
ティーチングヘッド１の姿勢を調整して同図（ｂ）のよ
うに８１〜Ｓ４をＭ１〜Ｍ４に一致させれば、ティーチ
ングヘッド１はワーク８に対して法線下方の姿勢をとっ
ているものと判断することができる。また、第５図（ａ
＞は円筒状の凸面ワークの場合であって、同図（ｂ）に
示すように輝点３１．８３は基準マークＭ１．Ｍ３に一
致し得たが、輝点８２．３４が基準マークＭ２゜Ｍ４に
対して画面上右方にずれている例を示すものである。こ
の場合にはティーチングヘッド１はワーク８の法線に対
して右方に傾いているものと判断して作業者はティーチ
ングペンダントを操作して第６図（ｂ）に示すように輝
点３２，８４が基準マークＭ２．Ｍ４に対し外側に同じ
距離となるように調整して同図（ａ）のようにワーク８
に対して法線下方に設定することができる。さらに、第
７図（ａ）は凹面円筒状のワークの場合であるが、同図
（ｂ）において凸面ワークの場合と同様の操作により輝
点８２．８４を基準マークＭ２゜Ｍ４と等距離になるよ
うに調整すれば、ティーチングヘッド１の姿勢をワーク
８に対して法線下方に設定することができる。また、第
８図（ａ）はワーク８が三次元曲面の場合であるが、同
図（ｂ）に示すように輝点８１，８３および輝点８２゜
Ｓ４が基準位置マークＭ１．Ｍ３およびＭ２゜Ｍ４より
等距離となるようにティーチングペンダントの操作によ
り調整すれば、ティーチングヘッド１をワーク８に対し
て法線下方となるように設定することができる。

このように本実施例であれば、表示ユニット４に接触プ
ローブ６とワーク８表面との接触位置に応じたワーク表
面に対するティーチングヘッド１の対向距離を表示させ
、この表示ユニット４の数値とモニタ２上の輝点Ｓ１〜
Ｓ４の位置を目視しながらティーチングペンダントを操
作することにより、ワーク８の表面に対するティーチン
グヘッド１の三次元位置を設定するようにしたので、ワ
ーク８の表面に対するティーチングヘッド１の対向距離
および対向姿勢のいずれをも作業者の勘に頼ることなく
正確に、しかも短時間で設定することができ、これによ
りティーチングの能率および精度を大幅に向上させるこ
とができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではない
。例えば、上記実施例では、モニタ２と表示ユニット４
とを別体としているが、表示ユニット４の信号をモニタ
２に入力して両者を一体化してもよい。また、輝点Ｓの
個数を本実施例では４個として説明したが、３１１！１
以上であれば何個であっても本発明の目的を達成するこ
とができるものであり、特に数が多くなればなるほどヘ
ッドの姿勢設定の精度を上げることができ、しかもモニ
タ上の直交する２直線を省略しても差支えない。

また、ワーク８の表面に表示された教示点ＰＯが接触プ
ローブ６の影にならないようにするため、接触プローブ
６の中央に孔を明けてモニタ２上で直接教示点ＰＯを目
視可能にして作業能率の向上を図るようにしてもよい。

さらにモニタ２に画像処理回路および演算回路を設け、
この画像処理回路により表示画面上の各輝点の位置座標
を求めて、この位置座標から三次元位置の計算を行ない
、定量的にワーク８に対するヘッド１の対向姿勢を求め
て位置調整するようにしてもよい。その他、投光器とし
ては半導体レーザ装置に限らず、ランプ光をレンズとス
リット孔等によりビーム光として用いるようにしてもよ
く、またカメラしては工業用テレビジョンカメラを用い
ても良く、ざらにモニタとしてはＣＲＴ以外に液晶ディ
スプレイ等を用いても良く、適宜その種類や構成を本発
明の要旨を変更ない範囲で変形しても前述同様に実施す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、ヘッド内に対象物上
に斜方から投光してそれぞれ輝点を形成する少なくとも
３個の投光器とこれら投光器により対象物上に形成され
た各輝点および対象物上に予め表示された位置設定点と
をそれぞれ撮像するカメラとをそれぞれ設けると共にヘ
ッドに対象物との対向距離を測定するためのタッチセン
サを取付けて上記位置設定点の位置合せ目標となり且つ
対象物が平面であってヘッドが対象物に垂直な三次元位
置となったときに上記輝点と一致するべく複数の基準位
置マークが固定的に表示されたモニタ上に前記カメラに
より撮像された上記輝点および位置設定点をモニタに表
示し、ヘッドの位置設定時に上記モニタを目視しながら
且つ上記タッチセンサにより測定された対向距離を確認
しながら上記各基準位置マークと各輝点との相対位置が
一致するように対象物に対するヘッドの対向距離及び対
向姿勢を調整してヘッドの三次元位置を設定でるように
したものである。

従って、本発明によれば短時間に、しかも熟練を要する
ことなく正確にティーチングを行なうことができ、これ
によりティーチング作業の能率および精度の大幅な向上
を図ることができる三次元位置設定装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三次元位置設定装置の一実施例の
構成を示す斜視図、第２図及び第３図は同実施例におけ
るティーチングヘッドの構成を示すもので、第２図は第
１図のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図、第３図は第２図の■
−■線に沿う矢視断面図、第４図（ａ）、（ｂ）乃至第
８図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ同実施例の作用を説明するための図で
、各図（ａ）はティーチングヘッドとワークとの位置関
係を示す模式図、各図（ｂ）はモニ　・夕の表示画像を
示す模式図である。 １・・・・・・ティーチングヘッド、２・・・・・・モ
ニタ、３・・・・・・基準位置パターン発生回路、４・
・・・・・表示ユニット、５・・・・・・タッチセンサ
、６・・・・・・接触プローブ、７・・・・・・アーム
、８・・・・・・ワーク、９・・・・・・ヘッド筐体、
１０ａ〜１０ｄ・・・・・・投光器、１１ａ〜１１ｄ・
・・・・・反射鏡、１２ａ〜１２ｄ・・・・・・照明器
、１３・・・・・・カメラ、１４ａ〜１４ｄ・・・・・
・保持体、１５・・・・・・カメラ保持体、１６ａ〜１
６ｄ・・・・・・照明器の保持体、１７・・・・・・光
フィルタ、１８−・・・・・ベース、Ｓ１〜Ｓ４・・・
・・・対向姿勢設定用の輝点、Ｍ１〜Ｍ４・・・・・・
基準位置マーク、Ｐ、ＰＯ・・・、・・・教示点。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１代 第５　図 （ａ） ｍ８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物上に表示された位置設定点に対するヘッド
   の三次元位置を所定の相対位置関係に設定する三次元位
   置設定装置において、前記ヘッド内に設けられ前記対象
   物上に斜方から投光してそれぞれ輝点を形成する少なく
   とも３個の投光器と、前記ヘッド内に設けられ前記各投
   光器により対象物上に形成された各輝点および対象物上
   に予め表示された位置設定点とをそれぞれ撮像するカメ
   ラと、前記ヘッドに取付けられ前記対象物との対向距離
   を測定するためのタッチセンサと、このタッチセンサに
   より測定された前記ヘッドと前記対象物との間の距離を
   表示する表示部と、上記位置設定点の位置合せ目標とな
   り且つ対象物が平面であってヘッドが対象物に垂直な三
   次元位置となったときに上記輝点と一致するべく複数の
   基準位置マークを発生する基準位置パターン発生回路と
   、この基準位置パターン発生回路から出力される複数の
   基準位置マークを固定的に表示し且つ前記カメラにより
   撮像された前記輝点および位置設定点を表示するモニタ
   とを備え、ヘッドの位置設定時に前記モニタを目視しな
   がら且つ前記表示部に表示されたタッチセンサによる距
   離測定値を確認しながら前記各基準位置マークと各輝点
   との相対位置が一致するように対象物に対するヘッドの
   対向距離及び対向姿勢を調整してヘッドの三次元位置を
   設定可能にしたことを特徴とする三次元位置設定装置。
2. （２）モニタはその表示画面に表示された各輝点の位置
   を電気的に検出する画像処理部を備えたものである特許
   請求の範囲第１項記載の三次元位置設定装置。
3. （３）投光器は各輝点の明るさと外乱光の明るさとの中
   間の任意の明るさで前記対象物表面を照明する照明器を
   備えたものである特許請求の範囲第１項に記載の三次元
   位置設定装置。
4. （４）ヘッドと対象物との間の距離を表示する表示部は
   モニタと一体化したものである特許請求の範囲第１項に
   記載の三次元位置設定装置。