JP7602103B2 - ロボットの制御方法、ロボットの制御装置、検査システム - Google Patents

Description

本発明は、ワークに形成されている孔部を栓ゲージにより検査するロボットの制御方法、ロボットの制御装置、および、検査システムに関する。

従来、ワークに形成されている孔部を検査する際にロボットを利用することがある。例えば特許文献１では、ロボットに力覚センサを設け、その力覚センサの検出値に基づいて検査ゲージを移動させながら検査ゲージを穴に嵌合させて寸法を検査することが提案されている。

特開２０１６－２８２２７号公報

しかしながら、ロボットに力覚センサを設けて位置を補正できるようにしたとしても、検査のためにはゲージを正しく孔部に挿入する必要があり、予めゲージを孔部との位置関係を精度よくティーチングしておく必要があった。そして、従来では、ベテランの作業者であっても、姿勢制御用のパラメータやティーチング位置を何度も調整し直すなどの多大な時間と労力を掛けて安定した検査を行うことができる動作を実現していた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、寸法公差が小さい孔部であっても検査を迅速に行うことができるロボットの制御方法、ロボットの制御装置、および、検査システムを提供することにある。

請求項１記載のロボットの制御方法は、手先側にワークを保持可能なロボットの手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサが設けられており、栓ゲージがロボットの動作範囲内の予め定められた位置に固定されている状態において、ワークを回転させつつ、力覚センサで検知される外力が減少する方向にワークを移動させながら孔部に栓ゲージを挿入する回転挿入工程と、栓ゲージが孔部に挿入された状態でワークが所定の目標位置に到達したか否かに基づいて孔部の良否を判定する判定工程と、を含む。

栓ゲージを用いて孔部を検査する場合、栓ゲージを孔部に挿入することが必要になる。その場合、力覚センサを用いて外力が減少する側に位置を補正することにより、栓ゲージの挿入を補助することが可能になると考えられる。しかし、単純に外力が減少する方向に移動させる制御を繰り返すと、ロボットの手先が直線上を往復する振り子のような振動的な動きをしながら、栓ゲージが孔部に挿入されることになる。

その場合、剛性が高い材質で形成され、また、実施形態のように小径部の上端がフラットな形状となっている栓ゲージが孔部の内壁と噛み合って挿入できなくなり、検査ができなくなるおそれがある。

そこで、ワークを回転させつつ、力覚センサで検知される外力が減少する方向にワークを移動させながら孔部に栓ゲージを挿入する回転挿入工程を含む制御方法を採用する。この場合、孔部は、その中心位置が常に外力が減少する方向、すなわち、栓ゲージの中心軸に向かって移動することになる。換言すると、ワークを回転させることにより、孔部の中心位置を栓ゲージの中心軸に徐々に近づけながら栓ゲージを挿入することが可能になる。

これにより、寸法公差が小さい孔部と栓ゲージとが干渉してしまうおそれを低減しつつ、栓ゲージを孔部に挿入することが可能になる。また、実動作時に孔部と栓ゲージとの位置関係を補正することができることから、孔部が形成されているワークの載置位置が微妙にずれるような実際の現場においても検査を行うことができる。したがって、栓ゲージを用いて孔部の検査を迅速に行うことができる。

請求項２記載のロボットの制御方法では、孔部に栓ゲージの先端を挿入する段階において、力覚センサで外力が検知された位置に対して栓ゲージの軸を挟んだ反対側にワークを傾けつつ、力覚センサで検知される外力が減少する方向にワークを移動させながら孔部に栓ゲージを挿入する探り工程を含む制御方法によりロボットを制御する。

寸法公差が小さい孔部を検査対象とする場合、栓ゲージの挿入時に、栓ゲージが孔部の縁に引っ掛かる可能性が高くなる。その場合、仮に事前に厳密な位置決めをしていたとしても、ワークの載置位置が微妙にずれるような実際の現場においては、栓ゲージが孔部の縁に引っ掛かるおそれがある。

そこで、栓ゲージの先端を挿入する際、外力が検知された位置に対して反対側にワークを傾ける。これは、栓ゲージの上端のある位置が孔部の縁に引っ掛かった場合、その位置と中心軸を挟んだ反対側の位置は、その上方が孔部の幅の範囲内にあると考えられるためである。これにより、検査の基本となる栓ゲージの孔部への挿入について、挿入ミスが起こる可能性を低減しつつ、容易に栓ゲージを孔部に挿入することができる。

請求項３記載のロボットの制御方法では、探り工程は、ワークが、栓ゲージの先端位置から所定の確認位置に移動するまで行われる。寸法公差が小さい孔部を検査対象とする場合、栓ゲージと孔部との隙間は非常に小さいと考えられる。そのため、栓ゲージの先端側がある程度挿入できれば、すなわち、ワークが確認位置まで移動できれば、その状態のまま栓ゲージを最後まで挿入できると考えられる。これにより、栓ゲージと孔部とが干渉するおそれを低減することができる。

請求項４記載のロボットの制御方法では、栓ゲージは、先端側に、孔部の最小寸法を検査するための小径部が設けられており、小径部の後端側に、相対的に直径が大きく孔部の最大寸法を検査するための大径部が設けられており、判定工程では、孔部の最小寸法および最大寸法の双方の検査結果に基づいて孔部の良否を判定する。これにより、１回の検査サイクルにより、孔部の最小径と最大径とを検査することができ、効率よく検査することができる。

請求項５記載のロボットの制御装置は、ロボットの手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサを備え、栓ゲージがロボットの動作範囲内の予め定められた位置に固定されている場合において、孔部が形成されているワークを回転させつつ、力覚センサで検知される外力が減少する方向にワークを移動させながら孔部に栓ゲージを挿入する回転挿入動作を行うようにロボットを制御する制御部と、栓ゲージが孔部に挿入された状態でワークが所定の目標位置に到達したか否かに基づいて孔部の良否を判定する判定部とを備える。

このような構成により上記した制御方法を実施する制御装置によっても、実動作時に孔部と栓ゲージとの位置関係を補正することができることから、孔部が形成されているワークの載置位置が微妙にずれるような実際の現場においても検査を行うことができる、栓ゲージを用いて孔部の検査を迅速に行うことができるなど、制御方法と同様の効果を得ることができる。

請求項６記載の検査システムは、ロボットと、ロボットに設けられ、ロボットの手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサと、ロボットの動作範囲内の予め定められた位置に固定されている栓ゲージと、ワークを回転させつつ、力覚センサで検知される外力が減少する方向にワークを移動させながら孔部に栓ゲージを挿入する回転挿入動作を行うようにロボットを制御する制御部と、栓ゲージが孔部に挿入された状態でワークが所定の目標位置に到達したか否かに基づいて孔部の良否を判定する判定部とを有する制御装置とを備える。

このような検査システムによっても、実動作時に孔部と栓ゲージとの位置関係を補正することが可能となり、孔部が形成されているワークの載置位置が微妙にずれるような実際の現場においても検査を行うことができる、栓ゲージを用いて孔部の検査を迅速に行うことができるなど、上記した制御方法や制御装置と同様の効果を得ることができる。

検査システム、ロボットの制御装置の構成を模式的に示す図 ワークの孔部を栓ゲージに挿入する態様を模式的に示す図 ロボットが振動的に動作する態様を態様を模式的に示す図 検査処理の流れを示す図 探り動作の態様を模式的に示す図 栓ゲージと孔部とが干渉した状態を模式的に示す図 回転挿入動作の態様を模式的に示す図 ワークが停止位置にある状態を模式的に示す図 他の孔部の構成例を模式的に示す図

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の検査システム１は、ロボット２と、ロボット２を制御する制御装置３と、ロボット２の先端側に設けられている力覚センサ４と、ロボット２の動作範囲内の予め定められた位置に固定されている栓ゲージ５とを備えている。

ロボット２は、水平多関節型のいわゆる６軸ロボットであり、設置面６に設置されるベース２ａと、設置面６に垂直となる第１軸（Ｊ１）を中心に回転可能に設けられている第１アーム２ｂと、第１軸と垂直な第２軸（Ｊ２）を中心に回転可能に設けられている第２アーム２ｃと、第２軸と垂直な第３軸（Ｊ３）を中心に回転可能に設けられている第３アーム２ｄと、第３軸と垂直な第４軸（Ｊ４）を中心に第３アーム２ｄに対して同軸で回転可能に設けられている第４アーム２ｅと、第４軸と垂直な第５軸（Ｊ５）を中心に回転可能に設けられている第５アーム２ｆと、第５軸と垂直な第６軸（Ｊ６）を中心に回転可能に設けられているフランジ２ｇとを備えている。本実施形態の場合、フランジ２ｇは、その回転範囲に制限がない構成となっている。

以下、フランジ２ｇが設けられている側を、ロボット２の手先と称して説明する。また、以下では、ロボット２の設置面６に対して垂直となる１軸をＺ軸、そのＺ軸に直交して設置面６に平行な平面を形成する２軸をＸ軸およびＹ軸と称して説明する。本実施形態の場合であれば、図１に示すロボット２の第１軸がＺ軸、図示左右方向がＸ軸、紙面に垂直な方向がＹ軸となっている。また、第１軸が設置面６と交わる点が、ロボット２の座標系における原点となる。

制御装置３は、制御部３ａおよび判定部３ｂを備えている。制御部３ａは、図示しないマイクロコンピュータで構成されており、ロボット２が備える図示しないモータを駆動するための制御指令を生成および出力することにより、ロボット２の動作つまりはロボット２の姿勢を制御する。判定部３ｂは、詳細は後述するが、図２に示すワーク７に形成されている孔部１０の良否を、栓ゲージ５が孔部１０に挿入された状態でワーク７が所定の目標位置に到達できたかに基づいて判定する。なお、本実施形態では、判定部３ｂは、制御部３ａでプログラムを実行することによりソフトウェアで実現されている。

力覚センサ４は、図１および図２に示すように、概ね円筒状の外形を有しており、その中心軸がロボット２の第６軸と一致する状態で、ロボット２のフランジ２ｇに取り付けられている。この力覚センサ４は、互いに直交する３軸方向に作用する力成分と、各軸回りに作用するトルク成分とを検知することで、ロボット２の手先に加わる外力の向きと大きさとを６方向の力成分で検知する。

力覚センサ４には、フランジ２ｇと反対側に、ワーク７を把持するためのツール８が取り付けられている。このツールは、２つの把持部８ａ間の距離を変化させることにより、ワーク７を把持する。このため、力覚センサ４は、そのワーク７あるいはツール８に加わった外力の向きと大きさを、ロボット２の手先に加わる外力の向きと大きさとして検知することになる。本実施形態の場合であれば、力覚センサ４は、ロボット２の第６軸に沿った１方向とその第６軸に直交する２方向とに作用する力成分、および、それらの軸回りに作用するトルク成分を検知する。

栓ゲージ５は、ロボット２の動作範囲内であって、本実施形態では設置面６と平行に設けられている載置面９に固定されている。この栓ゲージ５は、図２に示すようなワーク７に形成されている孔部１０の直径（Ｄ）や深さが、所定の寸法公差内であるかを検査するために用いられる。そのため、栓ゲージ５は、寸法精度を保つために剛性が高い材料で形成されている。なお、本実施形態の場合、孔部１０として貫通孔を想定しているため、孔部１０の深さは、その孔部１０が形成されている部位の厚みに相当する。また、孔部１０は、開口側にいわゆる面取りが施されておらず断面視にてフラットな形状となっている。

さて、ワーク７に形成される孔部１０には、直径の最小値と最大値とが寸法公差として設定されている。そのため、栓ゲージ５は、図示上方となる先端側に、相対的に直径が小さい棒状に形成されている小径部５ａが設けられており、その小径部５ａの図示下方となる後端側に、相対的に直径が大きい棒状の大径部５ｂが設けられている。

そして、小径部５ａは、孔部１０の最小値を検査できる直径（Ｄ１）に形成されており、大径部５ｂは、孔部１０に許容される最大値を検査できる直径（Ｄ２）に設定されている。また、栓ゲージ５は、その中心軸（ＪＧ）が載置面９に垂直なＺ軸方向に沿った状態で設けられている。また、小径部５ａの長（Ｈ１）は、孔部１０の深さよりも長く形成されている。これにより、通り側となる小径部５ａが孔部１０に挿入でき、止まり側となる大径部５ｂが孔部１０に挿入できなければ、孔部１０が寸法公差の範囲内で形成されていると判定できる。また、小径部５ａの上端は、いわゆる面取りが施されておらず、断面視にてフラットな形状となっている。

また、栓ゲージ５は、その全長（Ｈ２）が固定されており、載置面９から図示上方側の先端までの距離となっている。このため、ロボット２の座標系のＸＹ平面における栓ゲージ５の中心軸の位置を示すＸ座標およびＹ座標、ならびに、Ｚ軸方向における栓ゲージ５の先端となる先端位置に相当する上端位置を示すＺ座標は、予め把握しておくことができる。なお、栓ゲージ５の構成は一例であり、大径部５ｂの図示下方に取り付け構造を有するものなどを採用することもできる。

そして、検査システム１は、ロボット２を用いてツール８でワーク７を把持し、ワーク７を栓ゲージ５の上方まで移動させ、ワーク７の孔部１０に栓ゲージ５を挿入することによって孔部１０を検査する。

次に、上記した構成の作用について説明する。
栓ゲージ５を用いて孔部１０を検査するためには、ロボット２に力覚センサ４を設け、力覚センサ４で検知した外力を減少させる側に位置を補正することにより、栓ゲージ５の挿入を補助することが可能になると考えられる。

しかし、力覚センサ４を設けて位置を補正できるようにしたとしても、ゲージが正しく孔部１０に挿入されるように、ベテランの作業者であっても、姿勢制御用のパラメータやティーチング位置を何度も調整し直すなどの多大な時間と労力を掛けて安定した検査を行うことができる動作を実現していた。このパラメータは、例えば検知された外力に対してどの向きにどの程度の姿勢変化をさせるかといったものである。

さらに、寸法公差が小さい孔部１０を検査対象とする場合には、以下に述べるように栓ゲージ５が挿入できなくなるという別の問題が発生するおそれがある。具体的には、例えば図３に示すように栓ゲージ５を孔部１０に挿入する際に点Ｐ１にて両者が干渉つまりは接触した場合、力覚センサ４は、矢印Ｆ１にて示す外力を検知する。このとき、外力は、栓ゲージ５の中心軸と点Ｐ１とを通る向きで検出される。

そして、外力が検知されると、制御装置３は、外力が小さくなるようにロボット２を制御する。このとき、本実施形態であれば栓ゲージ５が固定され、孔部１０つまりはワーク７が移動する構成であるため、制御装置３は、外力が小さくなるように、外力の向きに沿って矢印Ｖ１にて示す栓ゲージ５の径方向外側に向かって孔部１０を移動させることになる。

しかし、寸法公差が小さい孔部１０が検査対象である場合、栓ゲージ５と孔部１０との隙間が非常に小さいことが想定される。例えば孔部１０の寸法公差がＪＩＳ Ｂ ０４０１のはめあい公差でいうＨ７相当であった場合、栓ゲージ５と孔部１０の内壁との隙間は極めて小さくなることが想定される。なお、Ｈ７相当の許容範囲は一例であり、検査システム１の対象を限定する意図はなく、他のはめあい公差の孔部１０であっても対象とすることができる。

そのため、外力が小さくなる方向に孔部１０を移動させると、点Ｐ１とは栓ゲージ５を挟んだ反対側の点Ｐ２で孔部１０が栓ゲージ５に干渉する可能性がある。そして、点Ｐ２で干渉した際に矢印Ｆ２で示す外力が生じると、その外力が減少する方向に孔部１０が移動するように制御されるため、再び反対側の点Ｐ３で干渉する可能性がある。その場合、矢印Ｆ３にて示す外力が検知されることから、再びその外力が減少する方向への移動が行われることになる。

このため、外力が減少する方向へ単純に移動させる態様の制御が繰り返されると、ロボット２の手先が振り子のように直線上を往復する振動的な動きをしながら栓ゲージ５を孔部１０に挿入することになる。しかし、そのような振動的な動きが生じると、剛性が高い材質で形成され、また、小径部５ａの上端がフラットな形状となっている栓ゲージ５は、孔部１０の内壁に噛み合って挿入できなくなり、検査ができなくなるおそれがある。

勿論、外力が検知された際、ロボット２を例えば最小動作単位といった微小距離で外力が検知されなくなる位置まで移動させれば、栓ゲージ５と孔部１０とが干渉しない状態で挿入可能になると考えられる。しかし、その場合には、外力が検知されなくなる位置まで移動させるために時間を掛かって検査時間が長くなると予想される。そして、ロボット２が繰り返し作業を行うものであることに鑑みれば、１回の検査時間が長くなることは、最終的に大きな作業効率の低下を招くことになる。

そこで、本実施形態の検査システム１および制御装置３では、以下に述べる制御方法を採用することにより、寸法公差が小さい孔部１０の検査を迅速に行うことができるようにしている。なお、以下の処理は制御部３ａおよび判定部３ｂによって行われるものであるが、説明の簡略化のために、制御装置３を主体にして説明する。

制御装置３は、図４に示す検査処理を実行しており、ステップＳ１において、ワーク７を栓ゲージ５の上方まで移動させる。このとき、制御装置３は、予め把握している栓ゲージ５の中心軸の位置と上端位置の座標に基づいて、図２に示したように、ツール８で把持したワーク７を、孔部１０の中心が栓ゲージ５の中心軸と一致する位置であって栓ゲージ５に接触しない所定の高さの位置まで移動させる。なお、ワーク７は、ツール８で把持される前には予め定められた載置位置に載置されており、基本的には、その載置位置でワーク７を把持することによって孔部１０の中心とロボット２の第６軸とが一致した状態でツール８に把持される。

続いて、制御装置３は、ステップＳ２において、ワーク７を栓ゲージ５の上端位置まで移動する。このとき、制御部３ａは、図２に示すワーク７の下面すなわち孔部１０が形成されている面が、栓ゲージ５の上端位置にとなるように、ワーク７を栓ゲージ５の中心軸に沿って移動させる。そして、制御部３ａは、ステップＳ３において、探り動作を行う。このステップＳ３は、探り工程に相当する。

上記したように、載置位置に載置されているワーク７をツール８で把持すれば、基本的には孔部１０の中心と第６軸とが一致した状態になると考えられる。ただし、孔部１０の寸法公差が小さい場合には、ワーク７の載置位置が若干ずれると、図５に接触状態として示すように孔部１０の中心と栓ゲージ５の中心とがずれてしまい、孔部１０の縁に栓ゲージ５の上端が接触するおそれがある。

このとき、力覚センサ４は、接触位置において矢印Ｆ４にて示す外力を検知することになる。そして、力覚センサ４は上記したように外力を６方向で検知するため、孔部１０の周方向におけるどの位置で接触したかを把握することができる。

そのため、制御装置３は、ワーク７を接触位置まで移動させた際に外力が検知された場合には、図５に傾け動作として示すように、外力が検知された位置とは反対側にワーク７を傾けながら、図５に挿入動作として示すように、ゲージが孔部１０に挿入されるようにワーク７を移動させる。これは、栓ゲージ５の上端のある位置に外力が検知された場合、その位置と反対側の位置は、その上方が孔部１０の範囲内であると考えられるためである。

そして、制御装置３は、挿入した際に新たに外力が検知された場合には、ワーク７を逆側に傾けながら挿入する探り動作を繰り返しつつ、ワーク７を栓ゲージ５の中心軸に沿って移動させることにより、孔部１０に栓ゲージ５を挿入していく。このとき、制御装置３は、本実施形態ではワーク７を回転させながら傾け挿入動作を行うことにより、栓ゲージ５の周方向の全体に対して干渉が生じていないかを確認しながら栓ゲージ５を孔部１０に挿入させている。これにより、栓ゲージ５の端部が引っ掛かる挿入ミスを抑制することが可能になる。

続いて、制御装置３は、ステップＳ４において、ワーク７が所定の確認位置に到達できたかを判定する。換言すると、制御装置３は、栓ゲージ５の上端側が孔部１０の縁に引っ掛かることなく、孔部１０にある程度挿入できたかを判定する。これは、寸法公差が小さい孔部１０の場合、上記したように孔部１０と栓ゲージ５との隙間が小さいことから、栓ゲージ５をある程度挿入できれば、その姿勢であれば継続して挿入が可能と推測できるためである。

一例ではあるが、孔部１０の深さが例えば１５ｍｍであれば、その１０～２０％程度を確認位置に設定することで、栓ゲージ５の挿入が可能であるかを推測できるようになると考えられる。ただし、確認位置は、上記の数値範囲に限定されず、孔部１０の深さや寸法公差に基づいて適宜設定することができる。

そして、制御装置３は、例えば孔部１０が寸法通りに形成されていないなどの理由によってワーク７が確認位置に到達できなかった場合には、ステップＳ４においてＮＯとなることから、ステップＳ１１に移行してエラー処理を行い、今回の検査を終了する。このエラー処理では、孔部１０の検査が不合格であることなどが報知あるいは検査履歴として記録される。なお、ワーク７が確認位置に到達できたか否かの判定は、ワーク７を移動させるために出力した制御指令値と実際のワーク７の位置との関係などに基づいて行うことができる。

一方、制御装置３は、ワーク７が確認位置に到達できた場合には、ステップＳ４においてＹＥＳとなることから、ステップＳ５に移行して回転挿入動作を行う。このステップＳ５は、回転挿入工程に相当する。この回転挿入動作では、制御装置３は、確認位置に到達した時点でのワーク７の姿勢を保ちつつ、ワーク７を回転させながら、且つ、力覚センサ４で検知される外力が減少する方向にワーク７を移動させながら孔部１０に栓ゲージ５を挿入する。換言すると、回転挿入動作は、ワーク７を回転させる回転動作と、孔部１０に栓ゲージ５を挿入する挿入動作と、外力に応じてワーク７を移動させる移動動作とを組み合わせた動作である。

例えば、図６に確認位置状態として示すように、確認位置に到達した時点でのワーク７の姿勢が若干傾いていた場合、孔部１０の深さにもよるものの、そのままの姿勢でワーク７を移動させると、干渉状態として示すように、点Ｐ４において栓ゲージ５が孔部１０の内壁に干渉する可能性がある。そして、点Ｐ４で干渉した際に検知された外力に基づいて、その外力が減少する向きに単純にワーク７を移動させると、前述のように振動的な動きとなって栓ゲージ５の挿入ができなくなるおそれがある。

そのため、制御装置３は、ステップＳ５において、図７に示すように、ワーク７を矢印Ｒにて示すように、栓ゲージ５の中心軸に垂直となる平面視において図示時計回りで回転させつつ、栓ゲージ５を孔部１０に挿入するようにワーク７を移動させている。このとき、本実施形態では、ワーク７が後述する目標位置に到達するまでの間に１回転以上する回転速度でワーク７を回転させている。

なお、図７に四角い黒塗りとして示すマークＭ１は、ワーク７が回転する態様を示す参照用として付したものである。また、ワーク７を図示時計回りに回転させるか図示反時計回りに回転させるかは任意に選択することができる。本実施形態の場合、制御装置３は、回転挿入動作ではフランジ２ｇを回転させることによりワーク７を回転させている。

これにより、図７に干渉状態として示すように点Ｐ４にて栓ゲージ５と干渉した場合には、回転移動状態Ａとして示すように、ワーク７は、回転しつつ、矢印Ｖ４にて示す外力が減少する方向に移動しつつ、栓ゲージ５が挿入されることになる。このとき、ワーク７の移動量を、栓ゲージ５の直径と孔部１０の直径とに想定される差分の最小値を超えない範囲に設定しておくことで、過大な力で両者が衝突するおそれを低減できる。

そして、制御部３ａは、ワーク７を回転および移動した際に仮に点Ｐ５にて栓ゲージ５と干渉し、矢印Ｆ５にて示す外力が検知された場合には、回転移動状態Ｂとして示すように、ワーク７を回転させつつ、矢印Ｖ５にて示す外力が減少する方向にワーク７を移動させつつ、栓ゲージ５を孔部１０に挿入するようにワーク７を移動させる。

このように、ワーク７を回転させながら栓ゲージ５を挿入することにより、孔部１０の中心位置は、外力が検知された場合は常にその外力が減少する方向、すなわち、栓ゲージ５の中心軸に向かって移動することになる。換言すると、ワーク７を回転させながら栓ゲージ５を挿入することにより、孔部１０の中心位置を栓ゲージ５の中心軸に近づけることが可能になる。その結果、孔部１０と栓ゲージ５とが干渉するおそれを低減しつつ、栓ゲージ５を孔部１０に挿入することが可能になる。

さて、制御装置３は、回転移動状態Ｃや回転移動状態Ｄとして示すように、ワーク７が目標位置に到達するまで、回転挿入動作を継続する。この目標位置は、本実施形態であれば、孔部１０の深さに相当する。そして、制御装置３は、ステップＳ６において、栓ゲージ５が孔部１０に挿入された状態でワーク７が目標位置まで到達できたかを判定する。

このとき、制御装置３は、制御指令と実際のワーク７の位置との関係などに基づいてワーク７が目標位置に到達できたかを判定し、例えば孔部１０の不要などによってワーク７が目標位置まで到達できなかった場合には、ステップＳ６においてＮＯとなることから、ステップＳ１１に移行してエラー処理を行い、今回の検査を終了する。

一方、制御装置３は、ワーク７が目標位置に到達できた場合には、ステップＳ６においてＹＥＳとなることから、ワーク７をさらに移動させて、ステップＳ７においてワーク７を停止位置まで移動させる。この停止位置は、栓ゲージ５の大径部５ｂの上端の位置に相当する。具体的には、栓ゲージ５の上端からＨ１の距離を移動した位置、あるいは、載置面９の表面から（Ｈ２－Ｈ１）となる位置に相当する。なお、ステップＳ７および後述するステップＳ８は、孔部１０の最大径を検査するためのステップであるため、孔の最小径を検査すればよい場合には省略することができる。

制御装置３は、ワーク７を停止位置まで移動させると、ステップＳ８において、ワーク７が停止位置を超えて移動するかを判定する。この判定は、停止位置を超える位置までワーク７を移動させるための制御指令値を出力し、実際のワーク７の位置を確認することにより行うことができる。

栓ゲージ５の径大部は、孔部１０の最大径を検査する部位であるため、孔部１０の直径が寸法公差の範囲内であれば、図８に示すように、径大部が孔部１０に挿入されることはなく、且つ、停止位置を超えてワーク７が図示下方に移動することもない。換言すると、ワーク７が停止位置を超えた位置まで移動してしまう状況は、栓ゲージ５の大径部５ｂが孔部１０に挿入された状態であり、孔部１０が寸法公差を超える大きさで形成されていることを意味する。そのため、制御装置３は、ワーク７が停止位置を超えて移動する場合には、ステップＳ８においてＹＥＳとなることから、ステップＳ１１に移行してエラー処理を行い、今回の検査を終了する。

一方、制御装置３は、ワーク７が停止位置を超えて移動しない場合には、ステップＳ８においてＮＯとなることから、ステップＳ９において孔部１０を良と判定する。すなわち、孔部１０が寸法公差の範囲内に形成されていると判定する。このステップＳ９は、判定工程に相当する。そして、制御装置３は、ステップＳ１０において、ワーク７を回転させながら栓ゲージ５から取り外す回転取り外し動作を行い、今回の検査を終了する。このようにして、検査システム１は、栓ゲージ５を用いてワーク７に形成されている孔部１０を検査しているとともに、判定工程では、孔部１０の最小寸法および最大寸法の双方の検査結果に基づいて孔部１０の良否を判定する。

以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
ワーク７に形成されている孔部１０を栓ゲージ５を用いて検査する際、ロボット２は、手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサ４が設けられており、栓ゲージ５は、ロボット２の動作範囲内の予め定められた位置に固定されている。そして、ワーク７を回転させつつ、力覚センサ４で検知される外力が減少する方向にワーク７を移動させながら孔部１０に栓ゲージ５を挿入する回転挿入工程と、栓ゲージ５が孔部１０に挿入された状態でワーク７が所定の目標位置に到達したか否かに基づいて孔部１０の良否を判定する判定工程と、を含む制御方法によりロボット２を制御する。

栓ゲージ５を用いて孔部１０を検査する場合、栓ゲージ５を孔部１０に挿入することが必要になる。その場合、力覚センサ４を用いて外力が減少する側に位置を補正することにより、栓ゲージ５の挿入を補助することが可能になると考えられる。しかし、単純に外力が減少する方向に移動させる制御を繰り返すと、ロボット２の手先が直線上を往復する振り子のような振動的な動きをしながら、栓ゲージ５が孔部１０に挿入されることになる。

その場合、剛性が高い材質で形成され、また、実施形態のように小径部５ａの上端がフラットな形状となっている栓ゲージ５が孔部１０の内壁と噛み合って挿入できなくなり、検査ができなくなるおそれがある。

そこで、ワーク７を回転させつつ、力覚センサ４で検知される外力が減少する方向にワーク７を移動させながら孔部１０に栓ゲージ５を挿入する回転挿入工程を含む制御方法を採用する。この場合、孔部１０は、その中心位置が常に外力が減少する方向、すなわち、栓ゲージ５の中心軸に向かって移動することになる。換言すると、ワーク７を回転させることにより、孔部１０の中心位置を栓ゲージ５の中心軸に徐々に近づけながら栓ゲージ５を挿入することが可能になる。

これにより、寸法公差が小さい孔部１０と栓ゲージ５とが干渉してしまうおそれを低減しつつ、栓ゲージ５を孔部１０に挿入することが可能になる。また、実動作時に孔部１０と栓ゲージ５との位置関係を補正することができることから、孔部１０が形成されているワーク７の載置位置が微妙にずれるような実際の現場においても検査を行うことができる。したがって、栓ゲージ５を用いて孔部１０の検査を迅速に行うことができる。

また、孔部１０に栓ゲージ５の先端を挿入する段階において、力覚センサ４で外力が検知された位置に対して栓ゲージ５の軸を挟んだ反対側にワーク７を傾けつつ、力覚センサ４で検知される外力が減少する方向にワーク７を移動させながら孔部１０に栓ゲージ５を挿入する探り工程を含む制御方法によりロボット２を制御する。

寸法公差が小さい孔部１０を検査対象とする場合、栓ゲージ５の挿入時に、栓ゲージ５が孔部１０の縁に引っ掛かる可能性が高くなる。その場合、仮に事前に厳密な位置決めをしていたとしても、ワーク７の載置位置が微妙にずれるような実際の現場においては、栓ゲージ５が孔部１０の縁に引っ掛かるおそれがある。

そこで、栓ゲージ５の先端を挿入する際、外力が検知された位置に対して反対側にワーク７を傾ける。これは、栓ゲージ５の上端のある位置が孔部１０の縁に引っ掛かった場合、その位置と中心軸を挟んだ反対側の位置は、その上方が孔部１０の幅の範囲内にあると考えられるためである。これにより、検査の基本となる栓ゲージ５の孔部１０への挿入について、挿入ミスが起こる可能性を低減しつつ、容易に栓ゲージ５を孔部１０に挿入することができる。

また、探り工程は、ワーク７が、栓ゲージ５の先端位置から所定の確認位置に移動するまで行われる。寸法公差が小さい孔部１０を検査対象とする場合、栓ゲージ５と孔部１０との隙間は非常に小さいと考えられる。そのため、栓ゲージ５の先端側がある程度挿入できれば、すなわち、ワーク７が確認位置まで移動できれば、その状態のまま栓ゲージ５を最後まで挿入できると考えられる。これにより、栓ゲージ５と孔部１０とが干渉するおそれを低減することができる。

栓ゲージ５は、先端側に、孔部１０の最小寸法を検査するための小径部５ａが設けられており、小径部５ａの後端側に、相対的に直径が大きく孔部１０の最大寸法を検査するための大径部５ｂが設けられており、回転挿入工程では、小径部５ａを孔部１０に挿入した後、大径部５ｂまでワーク７を移動させる。これにより、１回の検査サイクルにより、孔部１０の最小径と最大径とを検査することができ、効率よく検査することができる。

また、ロボット２の手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサ４を備え、栓ゲージ５がロボット２の動作範囲内の予め定められた位置に固定されている場合において、孔部１０が形成されているワーク７を回転させつつ、力覚センサ４で検知される外力が減少する方向にワーク７を移動させながら孔部１０に栓ゲージ５を挿入する回転挿入動作を行うようにロボット２を制御する制御部３ａと、栓ゲージ５が孔部１０に挿入された状態でワーク７が所定の目標位置に到達したか否かに基づいて孔部１０の良否を判定する判定部３ｂとを備え、上記した制御方法を実施可能な制御装置３によっても、実動作時に孔部１０と栓ゲージ５との位置関係を補正することができることから、孔部１０が形成されているワーク７の載置位置が微妙にずれるような実際の現場においても検査を行うことができる、栓ゲージ５を用いて孔部１０の検査を迅速に行うことができるなど、制御方法と同様の効果を得ることができる。

また、ロボット２と、ロボット２に設けられ、ロボット２の手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサ４と、ロボット２の動作範囲内の予め定められた位置に固定されている栓ゲージ５と、ワーク７を回転させつつ、力覚センサ４で検知される外力が減少する方向にワーク７を移動させながら孔部１０に栓ゲージ５を挿入する回転挿入動作を行うようにロボット２を制御する制御部３ａ、および、栓ゲージ５が孔部１０に挿入された状態でワーク７が所定の目標位置に到達したか否かに基づいて孔部１０の良否を判定する判定部３ｂを有する制御装置３と、を備える検査システム１によっても、実動作時に孔部１０と栓ゲージ５との位置関係を補正することができることから、孔部１０が形成されているワーク７の載置位置が微妙にずれるような実際の現場においても検査を行うことができる、栓ゲージ５を用いて孔部１０の検査を迅速に行うことができるなど、上記した制御方法や制御装置３と同様の効果を得ることができる。

本発明は上記した、あるいは、図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変形又は拡張することができる。
例えば、実施形態では貫通孔の孔部１０を検査する構成を例示したが、図９に非貫通孔として示すように、貫通していない孔部１０を検査することもできる。この場合、図４に示す検査処理において、ステップＳ８の停止位置を、孔部１０の深さの最大長に設定すればよい。

あるいは、図９に多段孔として示すように、小孔１０ａと大孔１０ｂとが同心で形成されているような孔部１０を検査することができる。この場合、小孔１０ａ側を接触位置とすることで実施形態と同様の検査を行うことができる。また、小孔１０ａを検査するための小径部５ａと大径部５ｂ、ならびに、大孔１０ｂを検査するための小径部５ａと大径部５ｂを備える栓ゲージ５を用いれば、１回の検査により小孔１０ａおよび大孔１０ｂを検査することができる。なお、多段孔については、３段以上のものを検査対象とすることもできる。

また、実施形態ではいわゆる６軸ロボットを用いる構成を例示したが、自由度が１つ多いいわゆる７軸ロボットや、水平多関節型のいわゆる４軸ロボットを採用する構成とすることができる。
また、実施形態ではロボット２のフランジ２ｇを回転させることにより回転挿入動作を行う例を示したが、ツール８を回転させることで回転挿入動作を行う構成とすることができる。
また、実施形態ではワーク７が目標位置に到達するまでの間に１回転以上する回転速度でワーク７を回転させる例を示したが、ワーク７が回転していれば、１回転未満になる回転速度とすることもできる。

また、実施形態ではワーク７を回転させながら取り外す例を示したが、取り外す際には必ずしも回転動作を組み合わせる必要はない。ただし、例えばフランジ２ｇの回転範囲に制限がある構成の場合において、回転挿入動作時にフランジ２ｇを回転させているのであれば、回転挿入動作時とは逆回りに回転させながらワーク７を取り外すことにより、ワーク７を取り外す動作とフランジ２ｇを元の回転位置に戻す動作とを同時に実行でき、検査サイクルの短縮に繋げることができる。

図面中、１は検査システム、２はロボット、３は制御装置、３ａは制御部、３ｂは判定部、４は力覚センサ、５は栓ゲージ、５ａは小径部、５ｂは大径部、７はワーク、１０は孔部、Ｓ３は探り工程、Ｓ５は回転挿入工程、Ｓ９は判定工程を示す。

Claims (6)

1. ワークに形成されている孔部を栓ゲージを用いて検査するロボットの制御方法であって、
   前記ロボットは、手先側に、前記ワークを前記栓ゲージの先端位置から所定の確認位置に移動させ、前記ワークを前記確認位置から前記孔部の深さに相当する所定の目標位置に到達させるまでに１回転以上回転可能な回転速度で前記ワークを保持するものであり、手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサが設けられており、
   前記栓ゲージは、前記ロボットの動作範囲内の予め定められた位置に固定されており、
   前記ロボットを、前記回転速度で前記ワークを回転させつつ、前記力覚センサで検知される外力が減少する方向に前記ワークを移動させながら前記孔部に前記栓ゲージを挿入する回転挿入工程と、
   前記栓ゲージが前記孔部に挿入された状態で前記ワークが前記目標位置に到達したか否かに基づいて前記孔部の良否を判定する判定工程と、を含めて制御するロボットの制御方法。
2. 前記孔部に前記栓ゲージの先端が挿入される接触位置まで前記ワークを移動させた段階において前記力覚センサで外力が検知された場合には、前記力覚センサで外力が検知された位置に対して前記栓ゲージの軸を挟んだ反対側に前記ワークを傾けつつ、前記力覚センサで検知される外力が減少する方向に前記ワークを移動させながら前記孔部に前記栓ゲージを挿入する探り工程を含む請求項１記載のロボットの制御方法。
3. 前記探り工程は、前記ワークを前記栓ゲージの前記先端位置から前記確認位置に移動させるまで行われる請求項２記載のロボットの制御方法。
4. 前記栓ゲージは、先端側に、前記孔部の最小寸法を検査するための小径部が設けられており、前記小径部の後端側に、相対的に直径が大きく前記孔部の最大寸法を検査するための大径部が設けられており、
   前記判定工程では、前記孔部の最小寸法および最大寸法の双方の検査結果に基づいて前記孔部の良否を判定する請求項１から３のいずれか一項記載のロボットの制御方法。
5. ワークに形成されている孔部を栓ゲージを用いて検査するロボットの制御装置であって、
   前記ロボットは、手先側に、前記ワークを前記栓ゲージの先端位置から所定の確認位置に移動させ、前記ワークを前記確認位置から前記孔部の深さに相当する所定の目標位置に到達させるまでに１回転以上回転可能な回転速度で前記ワークを保持するものであり、手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサを備えており、
   前記栓ゲージは、前記ロボットの動作範囲内の予め定められた位置に固定されており、
   前記孔部が形成されている前記ワークを前記回転速度で回転させつつ、前記力覚センサで検知される外力が減少する方向に前記ワークを移動させながら前記孔部に前記栓ゲージを挿入する回転挿入動作を行うように前記ロボットを制御する制御部と、
   前記栓ゲージが前記孔部に挿入された状態で前記ワークが前記目標位置に到達したか否かに基づいて前記孔部の良否を判定する判定部と、
   を備えるロボットの制御装置。
6. ロボットの動作範囲内の予め定められた位置に固定されている栓ゲージと、
   孔部が形成されているワークを、手先側に、前記栓ゲージの先端位置から所定の確認位置に移動させ、前記ワークを前記確認位置から前記孔部の深さに相当する所定の目標位置に到達させるまでに１回転以上回転可能な回転速度で保持するロボットと、
   前記ロボットに設けられ、前記ロボットの手先に加わる外力の向きと大きさとを検知する力覚センサと、
   前記ワークを前記回転速度で回転させつつ、前記力覚センサで検知される外力が減少する方向に前記ワークを移動させながら前記孔部に前記栓ゲージを挿入する回転挿入動作を行うように前記ロボットを制御する制御部と、前記栓ゲージが前記孔部に挿入された状態で前記ワークが前記目標位置に到達したか否かに基づいて前記孔部の良否を判定する判定部とを有する制御装置と、
   を備える検査システム。

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