JPH0445314B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、産業用ロボツトシステムに係り、特
に、ワークのずれ量を補正する必要のあるシーリ
ングロボツトシステム等に用いて好適なワーク位
置ずれ検知装置に関するものである。

「従来の技術」 自動車の塗装ラインや溶接ラインに用いられて
いる塗装、溶接ロボツト等においては、ワークと
しての車体の位置ずれを的確に検知してロボツト
の制御装置にフイードバツクすることが必要とさ
れている。

従来、この位置ずれ検知に適用される装置とし
て、米国特許4639878号によつて開示されたもの
が知られている。

これは、二次元画像データが得られるカメラを
３台使用して、車体の３次元空間における位置ず
れ（六つの値で表されるもの）を検知するもの
で、この位置ずれ量に応じてロボツトの動作を修
正してやることにより、常に車体に対するロボツ
トの動作を相対的に一定に保つことができるとい
うものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、上記のような二次元画像データを使
用する装置であると、周知の如く、そのデータ処
理のために多大な処理時間が必要になるため、応
答速度が遅くなり、装置を適用するラインの高速
化が図れないという問題があつた。

また、データ処理に高性能な演算装置が必要に
なるとともにカメラ自体も高価なものであるた
め、装置全体が高価なものになるという問題があ
つた。

さらに、一般に上記のようなカメラは通常の一
次元センサに比し調整作業が非常に複雑であり、
ひいては装置全体の調整作業が手数のかかるもの
となつていた。

なお、上記のようなカメラを使用せずに単純に
一次元センサのみを使用して装置を構成すること
も考えられるが、この場合最悪センサが６個必要
になりかえつて装置が高価なものになつてしま
う。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたもの
であつて、少数の一次元センサのみを使用して、
しかも簡単なデータ処理で、ワークの位置ずれを
検知することができるワーク位置ずれ検知装置を
提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 本発明のワーク位置ずれ検知装置は、ワークの
検出部によつて正面から入射する光の一部が遮ら
れるように配置された一次元イメージセンサと、
前記検出部に対して前記イメージセンサと同じ側
に配置されて前記イメージセンサに入射する光束
の中心線に対して傾いた方向から前記検出部に光
線を照射する光源と、前記イメージセンサによつ
て出力される明暗パターンに表れる明暗切替り部
の位置から前記検出部の位置ずれ量を演算する演
算装置とを備えていることを特徴としている。

「作用」 上記のような構成であると、一次元イメージセ
ンサの検出幅の方向（センサに入射する光束の幅
方向）におけるワークの検出部の位置のずれ量
は、このワークの検出部がその裏側から一次元イ
メージセンサに入射する光を遮ることによつて一
次元イメージセンサが出力する明暗パターンに現
れる明暗切替り部（暗から明又は明から暗に変化
する箇所）の位置のずれ量に比例することにな
る。

また、一次元イメージセンサの検出方向（セン
サに入射する光束の中心線の方向）におけるワー
クの検出部の位置のずれ量は、光源から照射され
る光線により前記検出部の一部の明度が高まるこ
とによつて一次元イメージセンサの明暗パターン
に現れる明暗切替り部の位置のずれ量に比例する
ことになる。

なぜなら、光源は前記検出部に対して前記イメ
ージセンサの検出方向と傾斜する方向から前記検
出部に光線を照射する構成であるから、前記検出
部においてこの光源による光線の照射によつて輝
く部分の位置は、前記検出部の前記検出方向への
位置ずれ量に比例して、前記検出幅の方向にずれ
るからである。

このため、演算装置においては、ワークが基準
位置にあるときに前記イメージセンサが出力する
明暗パターンに現れる各明暗切替り部の位置と、
検出時のそれとを比較するという簡単な処理で、
容易にワークの検出部の前記二つの方向の位置ず
れ量が演算できる。

すなわち、ワークが基準位置にある場合の明暗
パターンの前記明暗切替り部の位置と、検出時の
明暗パターンの前記明暗切替り部の位置との差
に、所定の比例定数を乗算するといつた簡単な処
理で、ワークの検出部の前記二つの方向における
位置ずれ量が求まるのである。

したがつて、上記構成であると、一つの一次元
イメージセンサでワークの位置ずれ量を二つ検知
することができ、三次元空間においてあらゆる方
向にワークの位置ずれが生じる場合（この場合、
六つの値を検出する必要がある）でも、ワークの
検出部を三つ設定しそれぞれに一次元イメージセ
ンサを一つ設ければよいことになる。しかも、こ
の場合でも、各イメージセンサから出力されるデ
ータの処理は前記の如く極めて簡単なもので済
む。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

まず、第１図ないし第３図を参照してこの実施
例の位置ずれ検知装置の構成を説明する。これら
の図において符号１〜３は、それぞれフオトダイ
オードアレイからなる１次元イメージセンサであ
る。これらのイメージセンサ１〜３は、ワークと
しての車体４の位置を光学的に検出するものであ
り、その車体４が間欠的に送られているラインの
一側部に設けられている。そして、イメージセン
サ１〜３は、それらの先端をそれぞれ車体４の検
出部に向けて、すなわち、イメージセンサ１は車
体４のフロントピラー４ａに、イメージセンサ２
は車体４のフロントホイールハウス４ｂに、イメ
ージセンサ３は車体４のリアホイールハウス４ｃ
に向けて配置されている。

上記イメージセンサ１のラインを挾んで対向す
る位置には、高周波点灯蛍光灯からなる光源５が
第２図において左右方向に取り付けられており、
イメージセンサ１はその光源５から照射された光
を検出することにより、フロントピラー４ａのラ
イン進行方向（以下ｘ軸方向という）における位
置を測定するようになつている。

また、イメージセンサ２に対向する位置には、
光源５と同様の光源６が上下方向に取り付けられ
ており、さらに、イメージセンサ３と対向する位
置には、光源５，６と同様の光源７が上下方向に
取り付けられている。イメージセンサ２，３は、
それぞれ光源６，７から照射された光を検出する
とともに、詳細は後述するが、光源８，９から照
射された光Ｂ，Ｂを検出することにより、フロン
トホイールハウス４ｂ，４ｃ下端部の上下方向
（以下ｚ軸方向という）における位置、およびそ
の奥行方向（第１図において上下方向、以下ｙ軸
方向という）における位置を測定するようになつ
ている。

上記のイメージセンサ２，３のそれぞれの上部
には、第３図に示すように、光源８，９が先端を
斜め下方に向けた状態でブラケツト１０，１１に
より取り付けられている。これらの光源８，９
は、イメージセンサ２，３による位置検出面すな
わちフロントホイールハウス４ｂ、リアホイール
ハウス４ｃに対してそれぞれスリツト光Ｂ，Ｂを
照射するものであり、その照射角度はイメージセ
ンサ２，３の検出方向（イメージセンサ２，３に
入射する光束の中心線の方向）に対してそれぞれ
角度φをなすようにされている。この角度φは、
イメージセンサ２，３の視野の角度θに比して充
分大きな値とされている。

そして、上記イメージセンサ１〜３は、変換器
１２〜１４を介してそれぞれ演算装置１５に接続
されており、さらに、この演算装置１５には記憶
装置１６が接続されている。

以上の構成からなるこの位置ずれ検知装置は、
イメージセンサ１が車体４のｘ方向の位置ずれ
を、また、イメージセンサ２，３のそれぞれが車
体４のｙ方向およびｚ方向の位置ずれを検知でき
るものであり、以下にその検出原理を説明する。

まず、イメージセンサ１について説明すると、
車体４がラインを運搬されてきて所定の位置に配
置されると、光源５から照射された光の一部がフ
ロントピラー４ａにより遮られ、したがつて、イ
メージセンサ１は特定の明暗のパターンを検出す
る。そして、イメージセンサ１を構成するｎ個の
素子の内、どの位置の素子OFF（暗）となつてい
るかによりピラー４ａの位置を検知し、これよ
り、車体ｘ軸方向における位置が演算装置１５に
認識される。

ここで、車体４の位置がずれてフロントピラー
４ａの位置が上記の位置からｘ方向にずれた場
合、そのずれに対応してイメージセンサ１が検出
する明暗のパターンが変化するので、その変化し
たパターンから、ずれた後のピラー４ａの位置が
検知できる。したがつて、演算装置１５に認識さ
れている元の位置と、ずれた後の位置を比較する
ことによつて、元の位置に対する車体４のｘ軸方
向の位置ずれ量が検知できる。

次に、イメージセンサ２，３による位置ずれの
検知原理について、第４図および第５図を参照し
て説明する。なお、イメージセンサ２，３の動作
は全く同様であるので、イメージセンサ２につい
てのみ説明する。

車体４が所定の位置に配置されると、第４図に
示すように、光源６からの光の一部がフロントホ
イールハウス４ｂの下端部によつて遮られるとと
もに、第５図に示すように、そのフロントホイー
ルハウス４ｂに対して光源８からのスリツト光Ｂ
が角度φの方向より照射される。したがつて、イ
メージセンサ２は第４図に示したような明暗のパ
ターン、すなわち、スリツト光ＢによつてZiの位
置でON（明）となるとともに、光源６からの光
によつてZjの位置でON（明）となるようなパタ
ーンを検出する。これらのON（明）の位置（明
暗切替り部の位置）すなわちZi，Zjの値から、フ
ロントホイールハウス４ｂ表面におけるスリツト
光Ｂの位置と、フロントホイールハウス４ｂのｚ
軸方向における位置が演算装置１５に認識され
る。

ここで、フロントホイールハウス４ｂの位置
が、上記の位置から第５図に破線で示すように、
ｚ軸方向にΔZ，ｙ軸方向にΔYずれたとすると、
イメージセンサ２が検出する明暗のパターンは変
化し、スリツト光ＢによるON（明）の位置は元
の位置ZiからΔZi、光源６からの光によるON
（明）の位置は元の位置ZjからΔZj、それぞれず
れることになる。これらのパターン上の変化量
ΔZi，ΔZjの値と、フロントホイールハウス４ｂ
の位置ずれ量ΔZ，ΔYとの間には、φ≫θという
条件のもとでは次式の関係が成り立つ。

ΔZ＝ΔZj ΔY＝ΔZi／tanφ したがつて、イメージセンサ２の検出信号に基
づいて演算装置１５により上式の演算を行うこと
によつて、元の位置に対するフロントホイールハ
ウス４ｂのｚ軸方向の位置ずれ量ΔZと、ｙ軸方
向の位置ずれ量ΔYの双方が検知できる。

同様に、イメージセンサ３の検出信号からは、
リアホイールハウス４ｃのｚ軸方向の位置ずれ量
とｙ軸方向の位置ずれ量の双方が検知でき、さら
に、イメージセンサ２，３の検知結果から、車体
４のｙ軸回りの位置ずれと、ｚ軸回りの位置ずれ
も検知できる。

以上で説明したように、この装置では、イメー
ジセンサ２，３がそれぞれ２方向の位置ずれを検
知でき、わずか３つのイメージセンサ１〜３のみ
で５方向の位置ずれを検知することができるの
で、従来のものに比してセンサが少数で済み、し
たがつて装置を安価に製作できるとともに、セン
サの調整の手間も省くことができる。また、全て
のセンサが光学的なイメージセンサであるので、
超音波センサを用いる場合のように温度や外部ノ
イズの影響を受けることがなく、検知精度を向上
させることができる。

なお、以上で説明したように、この装置は光源
８，９からのスリツト光Ｂの照射角度φを常に一
定に保持しておくことで、基準位置に対する車体
４の位置ずれを検知するものであるので、この装
置の据え付け時あるいは保守時には、その照射角
度φを設定値に正確に調整する必要がある。その
調整は次のようにして行えば良い。まず、第７図
に示すような、下端部に照射目標位置１７ａを表
示したターゲツト板１７を用意し、このターゲツ
ト板１７を基準位置に配置する。そして、目視に
より、あるいはイメージセンサ２，３が検出する
明暗のパターンを確認しながら、第６図に示すよ
うにスリツト光Ｂが目標位置１７ａに正確に照射
するように照射角度φを調整し、その状態で光源
８，９をブラケツト１０，１１に固定する。この
ようにすることにより、照射角度φを正確に、か
つ容易に、設定値にあわせることができる。

以上で本発明の一実施例を説明したが、本発明
は上記実施例に限定されるものではない。たとえ
ば、上記実施例においては、位置検出面に対して
照射する光としてスリツト光を用いたが、それに
限らずスポツト光を用いても良い。また、その光
の種類としてはたとえばレーザ発振器を光源とす
るレーザ光が考えられるが、それに限定されるも
のではない。また、光源８，９は所定の方向から
光を照射できれば適宜位置に設ければ良く、必ず
しもイメージセンサ２，３に対して取り付けるこ
とはないが、上記実施例のようにブラケツト１
０，１１によつてイメージセンサ２，３に固定す
ることによつて、光源８，９の位置決め、照射角
度φの調整が容易となる。

また、上記実施例では、３つのイメージセンサ
を用いてｘ，ｙ，ｚの各軸方向と、ｙ軸回りおよ
びｚ軸回りの回転についての５方向の位置ずれを
測定する場合について説明したが、回転について
の位置ずれを検知する必要がなければ、イメージ
センサ２，３のいずれか一方を省略して良いこと
はいうまでもない。なお、ｘ軸回りの回転を検出
することも、イメージセンサをもう１つ付加すれ
ば容易に行うことができる。

「発明の効果」 本発明によれば、ワークの位置ずれ量を検知す
るためのデータ処理が極めて簡単になるととも
に、検知しようとする位置ずれ量二つに対して使
用する一次元イメージセンサは一つでよいので、
以下のような効果が奏される。

装置の応答速度が向上しロボツトを使用した
塗装ライン等の速度を従来よりも格段に向上で
きる。

安価な一次元イメージセンサのみを従来の装
置におけるカメラと同数使用して装置が構成で
きるとともに、演算装置は従来に比し高性能な
ものでなくてもよいので、装置が極めて安価な
ものとなる。

調整が容易な一次元イメージセンサのみを従
来の装置におけるカメラと同数使用して装置が
構成できるので、装置全体の調整作業が極めて
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一実施例を示す
もので、第１図は平面図、第２図は側面図、第３
図は正面図、第４図および第５図はそれぞれ１次
元イメージセンサによる位置ずれの検知原理を説
明するための図である。第６図および第７図はこ
の実施例の装置におけるセンサの調整方法を説明
するための図であつて、第６図は調整を行つてい
る状態を示す図、第７図は調整に用いるターゲツ
ト板を示す図である。 １，２，３……１次元イメージセンサ、４……
車体（ワーク）、４ａ……フロントピラー（位置
検出面）、４ｂ……フロントホイールハウス（位
置検出面）、４ｃ……リアホイールハウス（位置
検出面）、８，９……光源、１５……演算装置、
Ｂ……スリツト光（光）、φ……照射角度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ワークの検出部によつて正面から入射する光
   の一部が遮られるように配置された一次元イメー
   ジセンサと、前記検出部に対して前記イメージセ
   ンサと同じ側に配置されて前記イメージセンサに
   入射する光束の中心線に対して傾いた方向から前
   記検出部に光線を照射する光源と、前記イメージ
   センサによつて出力される明暗パターンに表れる
   明暗切替り部の位置から前記検出部の位置ずれ量
   を演算する演算装置とを備えていることを特徴と
   するワーク位置ずれ検知装置。