JPH0285709A - 多関節ロボットを用いた物体計測方法と計測装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ロボットを用いて物体の寸法や物体の形状を
計測する方法と装置に係り、特に、自動車の組立ライン
などに好適な多関節ロボットを用いた物体計測装置に関
する。

［従来の技術］ 近年、多関節ロボットの手首先端部に光学式センサ等の
距離測定センサを取付け、以って自動車ボディなどの大
物品を製造ラインの中で、所謂、インラインの状態で計
測する計測システムの開発が成されている。尚、この種
の計測システムに関連する文献として、「ロボット、ナ
ンバー５９．６３頁から７１頁」に「オンライン自動車
ボディ計測システム」がある。しかしながら、これら従
来の計測システムの基本的な計測原理は、汎用のティー
チングプレイバック式の多関節ロボットを用いて、その
手首先端部に検出センサを取付け、インライン状態にあ
る車体の各部位の寸法および形状等をティーチングプレ
イバック方式により計測し、予め登録されたマスク車体
の正寸データとの照合を行い、ＯＫまたはＮＧの判定を
行うと共に、その偏差値を出力するものである。即ち、
まず、計測対象となる車体の基準となるマスク車体を製
作し、計測すべき車体の各部位の計測点をマスク車体に
よりティーチング（教示）シ１次に。

これを計測対象となる車体上にプレイバックするもので
ある。

［発明が解決しようとする課題］ これら従来計測システムには、 （１）汎用の多関節ロボットの位置決め精度は、一般の
計測装置がもつような絶対精度でなく繰返し精度である
ため、計測対象となる車体を計測する場合、前記のよう
にマスク車体を製作し、このマスク車体を予め三次元測
定機等の絶対精度を得られる計測装置で計測し、正寸デ
ータを求めておいて、前記ティーチングプレイバック方
式により計測対象車体を計測し、マスク車体計測値との
偏差値を求めることでしかその計測結果を評価できない
。

（２）計測すべき車体の各部位の計測点をマスタ車体に
よりティーチングする場合、各計測点に正確にティーチ
ングする必要がありティーチングのための時間が多くか
かる。

（３）計測すべき車体は、最初にティーチングしたマス
ク車体と同一の位置に正確に位置決めされなければなら
ず、正確な位置決め治具が必要となるという、いくつか
の問題点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を補い、イン
ライン状態にある自動車車体などの大物品の各部位の寸
法および形状等を車体上に設けられた基準位置または、
車体上の各部位毎に設けられた基準位置によって定まる
座標系により計測し、予め登録された図面等の正寸デー
タとの比較を行い、ＯＫまたはＮＧの判定を行うと共に
、その絶対座標値を出力できる物体計測方法および計測
装置を提供することにある。即ち、計測準備段階におい
て、まず、計測すべき車体の基準位置（複数点）および
各計測点に、それぞれの点に対する検出センサの位置と
姿勢を粗決定することを目的として粗ティーチングし、
また、計測すべき車体の基準位置と各計測点の座標値（
図面等の正寸データ）をキーボードよりコンピュータに
入力して、パートプログラム（ティーチングプログラム
）を作成し、次に、計測実行段階において、Ｗｉ送設備
より搬入された計測すべき車体を計測する場合、車体上
に設けた基準位置を、まず、前記パートプログラムに従
って検出センサにより計測し、基準位置のシフト量を検
出して、パートプログラムの座標系を変換し、変換した
座標系パートプログラムによって車体を計測する。その
ような物体計測方法および計測装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明では、実施例の−に則
していえば、複数の回動腕と該回動腕同士を結合する複
数の関節と複数の電動機および減速機とから成り、且つ
、前記各関節に回動腕同士のなす角度を検出できる角度
検出器を直結または回転伝達部を介して付設した高精度
検出用多関節形ロボット本体と、該ロボット本体を駆動
制御するための複数のサーボ制御部と該サーボ制御部に
駆動指令値を与える指令部と信号変換部、演算部および
記憶部等より成るロボット制御装置と、前記ロボット本
体の手首先端部に着脱可能になるように取付けられた物
体との距離および物体上にある穴径等の二次元寸法を測
定するための単数または複数の検出センサと、前記ロボ
ット本体の各関節に付設された角度検出器の角度信号を
取込み、予め記憶部に入力されている計測点目標値と比
較を行い、該目標値と角度検出器の角度信号の差分を前
記ロボット制御装置に出力することによりロボット本体
手首先端部に取付けられた検出センサを計測点目標点へ
移動可能ならしめる機能、および前記検出センサの測定
値を必要な座標系の座標値に変換し出力する機能とをも
った信号変換部、角度移動量補正部を含む演算部、記憶
部および入出力部等を有するコンピュータを設けること
により達成される。

また、ロボット等の関節部を有する駆動装置の手首先端
部に取付けた検出センサの位置と姿勢を、計測点目標点
に、ロボット制御装置等の駆動装置用制御装置に内蔵さ
れた教示部（指令部）により粗教示し、該教示値での実
回動角１度を各関節に回動腕同士のなす角度を検出する
ために取付けられた角度検出器で検出し、一方、コンピ
ュータの外部データ入力部より記憶部に各計測点目標値
（正寸データ）を入力し、機構上の誤差を補正するため
の角度移動量補正部を介して前記角度信号と比較し、目
標値と角度信号との差分を前記ロボット制御装置等の駆
動装置用制御装置に出力して、前記ロボット等の関節部
を有する駆動装置の手首先端部に取付けた検出センサの
位置と姿勢を補正移動し、補正移動完了後の前記角度検
出器信号と検出センサの測定値とより物体の目標点の計
測値を座標値として出力し、以って、物体を計測するよ
うな物体計測方法とした。更に、物体内にある複数の計
測基準点をロボット等の関節部を有する駆動装置の手首
先端部に取付けた検出センサまたは外部置きセンサによ
り検出し、コンピュータ内蔵の座標変換演算部を介して
、前記計測基準点の計測値によって定まる座標系に座標
変換し、該座標系に従って前記検出センサの位置と姿勢
および物体計測値の出力を行うようにして達成される。

［作用］ 汎用の多関節ロボットの場合、各回動腕は一次側回動腕
に取付けられた電動機により減速機を介して、二次側回
動腕を動かすのが一般的であるが、この場合、二次側回
動腕の回転角度を検出するための検出器が電動機軸に直
結付設されているため、この検出器を用いて各回動腕の
移動量を制御し位置決めすると、電動機軸の後にある減
速機のガタ等のヒステリシス分がそのまま二次側回動腕
に伝達されることになり、回動腕の長さを考えると二次
側回動腕の先端では、かなりの量の位置決め誤差を発生
する。一般的に多関節ロボットは６軸程度を持っている
ので、そのトータルの誤差量はかなり大きく、これが汎
用多関節ロボットの絶対位置決め精度を悪くしている主
原因となっている。

各関節に回動腕同士のなす角度を検出できる角度検出器
を直結または回転伝達部を介して付設したことで、前記
減速機後の二次側回動腕の回転軸の回転角度を直接検出
できるので、減速機のガタ等のヒステリシス分も検出で
き、位置決め誤差は発生しない。また、角度移動量補正
部は、ロボット製作過程で発生する機構誤差、即ち、回
動腕長さ機械加工誤差、各回転軸間の芯ずれ誤差および
各回動腕のたわみ誤差などを補正する機能、また、必要
により、温度差により生ずる回動腕の伸び量を補正する
機能を持つ。それによって、機構上の誤差、たわみ誤差
および温度差により生ずる誤差は補正可能となり、これ
ら誤差による検出センサの位置決め誤差は発生しない。

また、計測準備段階で各計測点に対する検出センサの位
置と姿勢をロボット制御装置に内蔵された指令部（教示
部）により粗ティーチングすることは、各回動腕および
検出センサが物体と干渉することを防止するためのもの
で、それによって、回動腕および検出センサが物体と干
渉することを防止するための特別の対策を行う必要がな
い。また、検出センサとして物体との距離および物体上
にある穴径等の二次元寸法を測定できる単数または複数
の検出センサを用いるようにしたのは、計測実行段階に
おいて、搬送設備より搬入された計測すべき車体の位置
決めが、かなり精度悪くても、車体上に設けた基準位置
を捜せる機能を持つようにしたもので、これによって、
搬入された車体の位置決めは、さほどの精度を必要とし
ないし、その基準は、面であっても、穴中心であっても
計測可能となり、基準位置のシフト量を検出して、座標
系を変換することが可能となる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を第１図から第６図により説明
する。

まず、第１図は、本発明の一実施例による高精度検出用
多関節ロボットを用いた物体計測装置の機器構成を示し
たもので、図中１は高精度検出用多関節ロボット本体、
２はロボット本体１を、計測すべき車体３の任意計測部
位へ移動するための移動ベース、４は車体３を搬送する
ための搬送設備、５はロボット本体１を駆動制御するた
めのロボット制御装置、６はロボット本体手首先端部に
取付けられた検出センサを、必要な座標系の計測点目標
点へ正確に移動可能ならしめる機能および検出センサの
測定値を必要な座標系の座標値に変換し出力する機能と
をもった信号変換部、角度移動量補正部を含む演算部、
記憶部、入出力部等を有するコンピュータ、７は、ロボ
ット本体１の各関節に１回動腕間士のなす角度を検出す
るために、直結または回転伝達部を介して付設された角
度検出器の波形信号を処理するための角度検出ユニット
、８は検出センサでの測定値を必要な信号形態に変換処
理するための信号処理器、９は通信ケーブルをそれぞれ
示す。

第２図および第３図は、第１図における高精度検出用多
関節ロボット本体１の詳細図を示し、第２図は高精度検
出用多関節ロボット全体図、第３図は各関節に回動腕同
士のなす角度を検出するために回転伝達部を介して付設
された角度検出器をそれぞれ示したもので、まず、第２
図において、１０−１から１０−６は各回動腕を示し、
１１−１から１１−６は各関節を示す。また、１２はロ
ボット本体を床面等に固定しておくための静止部を示し
、１３は検出センサを着脱可能なように取付けるための
手首先端部を示す。

次に、第３図において、１４は、角度検出器２゜に回動
腕間±１０および１０′のなす角度を伝達するための回
転伝達部で、一対の歯車２２−１と２２−２、軸受２４
に支持された回転軸２３およびカップリング２１より構
成されている。また、１５は電動機、１６は回動腕１０
’の動作速度と動作角度を検出するための検出器、１７
は減速機。

をそれぞれ示し、軸受１８と回転軸１９は関節１１を構
成している。

第４図は、第１図における検出センサの詳細図を示した
もので１図中２５は光点検出方式のレーザセンサを示し
、光源より照射されたレーザ光２８は車体３で乱反射し
、乱反射光の一部２９を受光して車体３とレーザセンサ
２５の間の距離を求める。また、２６はＩＴＶカメラを
示し、車体上にある穴径等の二次元寸法を求めるのに有
効なセンサである。２７はＩＴＶカメラ２６の画像を鮮
明にするために取付けられる照明装置を示す。なお、こ
のＩＴＶカメラ２６を併用することにより、第１図にお
いて、搬送設備４により搬入される車体３の位置決め精
度が多少悪くても、車体３上に設けられた基準点または
基準穴等の基準位置を視野内に捕えることができるとい
う機能も持つことが可能となる。

第５図および第６図は、第１図の高精度検出用多関節ロ
ボットを用いた物体計測装置の制御ブロック図を示した
もので、第５図は物体計測装置全体の制御ブロック図を
示し、第６図は第５図における第６回動腕、手首先端部
および検出センサ部を例にとり、更に詳細に示した制御
ブロック図を示す。

まず、第５図において、３０は電動機１５の動力を減速
機１７に伝達するための動力伝達部、３１は電動機１５
の回転速度と回転角度（即ち、これが減速機１７を介し
て二次側回動腕の動作速度と動作角度になる）を検出器
１６からの信号を受けて駆動制御するための信号変換部
、信号比較部等を有するサーボ制御部を示す。３２は教
示値（ティーチング値）を記憶しておく記憶部を有する
指令部を示し、計測準備段階で各計測点に対する検出セ
ンサの位置と姿勢を粗ティーチングするために使用され
る。３３は演算処理を行うための演算部および信号入出
力部等を有する信号処理部を示す。

次に、第６図において、３４は動力部を示し。

第５図の電動機１５および動力伝達部３０とより構成さ
れている６３５は計測すべき車体３の基準位置と各計測
点の座標値（図面等の正寸データ）を外部より人的にコ
ンピュータ６内へ入力するための外部データ入力部（キ
ーボード）、３６はロボット本体１の製造過程で発生す
る機構誤差、即ち、回動腕長さ機械加工誤差、各回転軸
間の芯ずれ誤差、および、各回動腕のたわみ誤差などの
補正、また、必要により、温度差により生ずる回動腕の
伸び量を補正するための角度移動量補正部をそれぞれ示
す。角度移動量補正部３６の補正方法は、工場内での精
度調整試験の結果を基にパラメータを設定し、関数補正
することを基本とするが、試験により、ロボット手首部
の動作領域内の誤差をマトリックス状に求めておき、そ
の各点の誤差値を補正する、所謂、マトリックス補正を
することもできる。３７は角度検出器２０によって検出
された実回転角度信号と外部より入力された図面等によ
って定まる計測点目標点の角度移動量補正された座標値
とを比較し、その差分を指令部３８へ出力するための比
較器を示し、３９は検出センサの測定結果と角度検出器
２０の実回転角度信号を基に計測結果を必要な座標系の
座標値に変換したり、基準位置のシフト量により各回動
腕の駆動座標系や計測結果の出力座標系を求めるための
座標変換をしたりするための各種演算を行う演算処理部
を示す。また、４０は演算処理部３９の演算結果に基づ
いて、外部より入力された図面等によって定まる計測点
目標点の座標値を座標変換するためのシフト量処理部を
示す。搬送設備４より搬入される車体３の位置決めが正
確であれば、シフト量処理部４０は不要となる。また、
４１は計測結果を外部へ出力するためのデータ出方部を
示す。

次に、第６図を用いて計測手順を説明する。まず、計測
準備段階において、計測すべき車種の１台目の車体３を
搬送設備４によりライン内の所定の位置に搬入し、次に
ロボット制御装置５の指令部を用いて、車体３上の計測
すべき各点および車体３上の基準となるべき各点に、即
ち、まず各回動腕１０および検出センサ２５，２６を車
体３の測定位置Ａに車体３と干渉しないように、その姿
勢と位置Ａを粗教示（粗ティーチング）し、その教示値
を指令部３２の記憶部に記憶しておく。この場合、検出
センサは車体計測面に対して横方法線方向からの計測が
可能になるような姿勢を保つようにするのが望ましい。

また、このとき、車体３の測定点に合わせて複数個所、
すなわち、Ｂ。

Ｃ，Ｄ、・・・・・・、Ｘの要点で順次、粗教示してゆ
くようにする。

一方、コンピュータ６の外部データ入力部３５を用いて
、該当する車種車体３の計測すべき各点および基準とな
るべき各点の図面図示値を基準点図示値から定まる座標
系の座標値として図示にない記憶部に記憶しておく。

次に、計測実行段階において、ロボット制御装置５また
はコンピュータ６の図示にない計測開始ボタンを押すと
、ロボット本体１は、まず、ロボット制御装置５の指令
部３２により、回動腕１゜が第４図の位置Ａにセットさ
れ、粗教示された第１魚目の計測すべき点Ａへ移動する
。第１魚目の粗教示値の姿勢と位置まで各回動腕１ｏお
よび検出センサ２５，２６が移動すると、検出器１６と
サーボ制御部３１により、第１点目Ａの粗動作は完了す
る。つまり回動腕１０はＡ位置を指示している。

他方、この粗教示における各回動腕１０の実作動量は、
各関節１１に回転伝達部１４を介して付設された、減速
機による誤差のおそれのない、角度検出器２０により検
出されるが、この位置は、ロボットの製造過程などで発
生する機構誤差やたわみ誤差を含むことにより、正確に
はＡ位置では停止していない位置として検出され、これ
らの誤差を含んだものとして、角度検出ユニット７を介
して比較器３７に供給される。

一方、コンピュータ６では、外部データ入力部３５から
入力され、図示にない記憶部に記憶されている該当車種
車体３の第１魚目の計測すべき点の図面図示値の座標値
は、シフト量処理部４ｏおよび機構誤差やたわみ誤差を
補正した角度移動量補正部３６を介して、前記の各種誤
差分を補正され、更に、各回動腕の角度値に変換されて
比較器３７に目標値として入力されている。比較器３７
においては、各回動腕１０の実回転角度値と前記各回動
腕の角度目標値の差分を検出し、指令部３８を介してロ
ボット制御表Ｎ５へ出力する。その差分の信号によりロ
ボット本体１の各回動腕１０は補正移動され、検出セン
サ２５，２６は図面図示値の計測点目標点へ正確に位置
決めされる。補正移動後の各回動腕１０の実回転角度信
号は演算処理部３９に送られ、計測結果の座標値演算に
使用される。従って、図面で入力した値に基づいて被測
定物の寸法および形状が測定できるようになり、測定を
容易に行うことが゛できる。

以上の計測手順を繰返すことにより、車体３上の計測す
べき各点および基準となるべき各点の測定が可能となる
。ただし、搬入された車体の位置決め精度が悪く、車体
３上の基準点を計測した結果、その座標値が図面等によ
って定まる、コンピュータ６に入力されている基準点座
標値との間に差を生じた場合、シフト量処理部４０を介
して図面等によって定まる計測点目標点の座標値を車体
上の基準点によって定まる座標系に一致させるよう座標
変換する。また、２台目以降の車体については車種が変
らない限り、前記計測準備段階での粗教示作業および図
面図示値の入力作業は不要である。

［発明の効果］ 本発明によれば、インライン状態にある自動車車体など
の大物品の各部位の寸法および形状を車体または物体上
に設けられた基準位置（基準点）または、車体または物
体上の各部位毎に設けられた基準位置（基準点）によっ
て定まる座標系により計測し、その計測結果を図面等の
正寸データとの比較において、絶対座標値として出力で
きるので、マスタ車体などを用いる必要がなく、容易に
、しかも正確な計測を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

２図は本発明の一実施例における高精度検出用多関節ロ
ボット本体の全体図、第３図は角度検出器の付設状態を
示す断面図、第４図は検出センサの詳細図、第５図およ
び第６図は、それぞれ本発明による高精度検出用多関節
ロボットを用いた物体計測装置の制御ブロック図を示す
。 １・・・・・・高精度検出用多関節ロボット本体、２・
・・・・・移動ベース、３・・・・・・計測すべき車体
、４・・・・・・搬送設備、５・・・・・・ロボット制
御装置、６・・・・・・コンピュータ、７・・・・・・
角度検出ユニット、８・・・・・・信号処理器、９・・
・・・・通信ケーブル、１ｏ・・・・・・回動腕、１１
・・・・・・関節、１２・・・・・・静止部、１３・・
・・・・手首先端部。 １４・・・・・・回転伝達部、１５・・・・・・電動機
、１６・・・・・・検出器、１７・・・・・・減速機、
１８・・・・・・軸受、１９・・・・・・回転軸、２０
・・・・・・角度検出器、２１・・・・・・カップリン
グ、２２・・・・・・歯車、２３・・・・・・回転軸、
２４・・・・・・軸受、２５・・・・・・レーザセンサ
、２６・・・・・・ＩＴＶカメラ、２７・・・・・・照
明装置、２８・・・・・・レーザ照射光、２９・・・・
・・乱反射光、３０・・・・・・伝達部、３１・・・・
・・サーボ制御部、３２・・・・・・指令部、３３・・
・・・・信号処理部、３４・・・・・・動力部、３５・
・・・・・外部データ入力部、３６・・・・・・角度移
動量補正部、３７・・・・・・比較器、３８・・・・・
・指令部、３９・・・・・・演算処理部、４０・・・・
・・シフト量処理部、４１・・・・・・データ出力部。 第１図 ？ ５　車体 第２因 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多関節ロボットの手首に保持した計測装置を備え、
   該多関節ロボットの制御により上記計測装置を位置決め
   して計測を行うようにした物体計測方法において、上記
   多関節ロボットの制御指令による理論位置と、同じ制御
   指令によつて得られる実際の移動位置との誤差を予め測
   定して設定値を与える手段を設け、該設定値で関数補正
   した制御指令により多関節ロボットを動作させることに
   より、上記計測装置による計測処理を実行するように構
   成したことを特徴とする多関節ロボットを用いた物体計
   測方法。 ２、請求項１の発明において、上記設定値を与える手段
   が、上記計測装置の位置と姿勢を計測目標点に移動させ
   るための上記ロボットの粗教示手段と、この粗教示によ
   り与えられた計測目標点での上記ロボットの各関節がな
   す角度を検出する角度センサ手段とを含み、該センサ手
   段による検出信号と上記制御指令で与えられる目標値と
   の差分により上記計測装置の位置と姿勢を補正し、補正
   移動後の上記センサ手段の検出信号と上記計測装置の測
   定値とにより上記物体の目標点での計測値を座標値とし
   て出力するように構成されていることを特徴とする多関
   節ロボットを用いた物体計測方法。 ３、請求項１の発明において、上記計測装置が、上記物
   体に存在する複数の計測基準点を検出する基準点検出手
   段を備え、この基準点検出手段の検出結果により上記計
   測装置の位置と姿勢を補正するように構成したことを特
   徴とする多関節ロボットを用いた物体計測方法。 ４、複数の関節での各回動腕のなす角度を検出する角度
   検出器を備えた多関節ロボット本体と、該ロボット本体
   を駆動制御するための複数のサーボ制御部と該サーボ制
   御部に駆動指令値を与える指令部と信号変換部、演算部
   及び記憶部からなるロボット制御装置と、上記ロボット
   本体の手首に保持された計測装置と、上記角度検出器の
   角度信号と上記記憶部から与えられる計測目標値との比
   較により上記ロボットを制御して上記計測装置の位置と
   姿勢を補正制御する機能及び上記計測装置の測定値を所
   定の座標系の座標値に変換して出力する機能とを備えた
   信号変換部とから構成されていることを特徴とする多関
   節ロボットを用いた物体計測装置。