JPH06210564A

JPH06210564A - 研磨ツールの制御装置

Info

Publication number: JPH06210564A
Application number: JP513293A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Niihara; 良美新原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1994-08-02
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP3605832B2

Abstract

(57)【要約】【目的】撮像画面を複数の分割画面に分割し、欠陥部
が存在する分割画面における法線データに基づいて研磨
ツールの姿勢制御を高精度で行い得るようにする。【構成】撮像手段により得られたワークの画像を解析
し、その位置データに基づいて研磨ツールによってワー
クの所定部位の研磨を行う研磨ツールの制御装置におい
て、前記撮像手段により得られた撮像画面を複数の分割
画面に分割し、該各分割画面についてＸ軸方向とＹ軸方
向に関する法線方向成分を法線データとして記憶する法
線データ記憶手段と、前記撮像画面における研磨必要部
位を前記分割画面の位置データとして求める解析手段
と、該解析手段により求められた位置データおよび前記
法線データ記憶手段に記憶されている法線データに基づ
いて研磨ツールのワーク面に対する姿勢を制御する姿勢
制御手段とを付設するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、研磨ツールの制御装
置に関し、さらに詳しくは自動車のボディ等のワークに
おける塗装面の欠陥部等を研磨する場合の研磨ツールの
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、下塗りや中塗りされた自動車
ボディ等のワークの塗装面に対しては、上塗り塗装前に
その全面を研磨除去することにより塗装面のレベリング
および上塗り塗料の密着性を向上させる作業が施されて
いた。この種研磨作業は、研磨ツールをハンドまたはア
ーム先端に備えたロボットによって行なわれることとな
っており、研磨ツールをワークの湾曲面に沿って移動さ
せるために、実際のワークを研磨ステーションに搬入し
て前記研磨ツールをワーク塗装面に沿ってティーチング
し、該ティーチングに基づいて動作させるようにした技
術が良く知られている(例えば、特開昭６０ー２０８４
９号公報参照)。

【０００３】また、上記ワークの塗装面を検査し、塗装
不良部分(即ち、欠陥部)を研磨ツールによって研磨除去
するために、塗装面を検査する技術として塗装面をカメ
ラ等の撮像手段で撮像し、かくして得られた撮像画像に
基づいて欠陥部の位置を判別する手法が従来から多用さ
れている。このようにして得られた欠陥部の位置データ
に基づいて研磨ツールの制御を行うものも知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように、研磨ツールによりワークの所定部位の研磨を
行うに当たって、研磨ツールの作動パターンをティーチ
ングで記憶させたり、撮像画面から得た位置データによ
る指令を入力する制御では、正確で質の良い研磨が行え
なかったり、ティーチング処理が煩雑となるという問題
を有している。

【０００５】即ち、研磨ツールによってワークを研磨す
る場合には、該研磨ツールはワーク面に対して垂直な法
線方向から作業を行わないと良好な研磨が得られないも
のであり、前記したようにティーチングによってその作
動方向を記憶させる作業には極めて煩雑な処理を必要と
するとともに、部分的に研磨を行う場合、当該部位の作
業方向を多数のティーチングから呼び出してそれに基づ
いて行う必要がある。

【０００６】また、撮像画面における位置データに基づ
いて研磨ツールの制御を行う場合、撮像手段により得ら
れた平面画像での位置と３次元形状であるワーク面での
位置とは一致せず各種のズレを有しており、しかもその
ワーク面に対して垂直な法線方向から研磨ツールを作動
させるように設定することは極めて困難な処理を伴うも
のである。

【０００７】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、撮像画面を複数の分割画面に分割し、欠陥部が存
在する分割画面における法線データに基づいて研磨ツー
ルの姿勢制御を高精度で行い得るようにすることを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明では、上記課題
を解決するための手段として、撮像手段により得られた
ワークの画像を解析し、その位置データに基づいて研磨
ツールによってワークの所定部位の研磨を行う研磨ツー
ルの制御装置において、前記撮像手段により得られた撮
像画面を複数の分割画面に分割し、該各分割画面につい
てＸ軸方向とＹ軸方向に関する法線方向成分を法線デー
タとして記憶する法線データ記憶手段と、前記撮像画面
における研磨必要部位を前記分割画面の位置データとし
て求める解析手段と、該解析手段により求められた位置
データおよび前記法線データ記憶手段に記憶されている
法線データに基づいて研磨ツールのワーク面に対する姿
勢を制御する姿勢制御手段とを付設するようにしてい
る。

【０００９】

【作用】本願発明では、上記手段によって次のような作
用が得られる。

【００１０】即ち、撮像画面を複数に分割して得られた
分割画面それぞれについてのＸ軸方向とＹ軸方向の法線
方向成分を法線データとして記憶しておき、該法線デー
タと研磨必要部位を有する分割画面の位置データとに基
づいて、研磨ツールのワーク面に対する姿勢(即ち、法
線方向姿勢)が制御されることとなる。

【００１１】

【発明の効果】本願発明によれば、撮像手段により得ら
れたワークの画像を解析し、その位置データに基づいて
研磨ツールによってワークの所定部位の研磨を行う研磨
ツールの制御装置において、前記撮像手段により得られ
た撮像画面を複数の分割画面に分割し、該各分割画面に
ついてＸ軸方向とＹ軸方向に関する法線方向成分を法線
データとして記憶する法線データ記憶手段と、前記撮像
画面における研磨必要部位を前記分割画面の位置データ
として求める解析手段と、該解析手段により求められた
位置データおよび前記法線データ記憶手段に記憶されて
いる法線データに基づいて研磨ツールのワーク面に対す
る姿勢を制御する姿勢制御手段とを付設して、撮像画面
を複数に分割して得られた分割画面それぞれについての
Ｘ軸方向とＹ軸方向の法線方向成分を法線データとして
記憶しておき、該法線データと研磨必要部位を有する分
割画面の位置データとに基づいて、研磨ツールのワーク
面に対する姿勢(即ち、法線方向姿勢)を制御するように
したので、研磨ツールを高精度で法線方向姿勢制御でき
るとともに、記憶データ数の削減および高速化をも図れ
るという優れた効果がある。

【００１２】

【実施例】以下、添付の図面を参照して、本願発明の好
適な実施例を説明する。

【００１３】図２には、本実施例にかかる研磨ツールの
制御装置を備えた自動車製造工場の水研加工ラインの概
略平面構造が示されている。なお、以下の説明において
は、ワークＷとしての車体の前後左右方向が基準とされ
ている。

【００１４】自動車の水研加工ラインＬは、中塗り塗装
ライン(図示省略)の下流側に設けられており、上流側か
ら撮像ステーションＬ₁、研磨ステーションＬ₂、補修ス
テーションＬ₃および水洗ステーションＬ₄を備えて構成
されている。

【００１５】前記撮像ステーションＬ₁には、ワークＷ
の表面を撮影するための前後一対の撮像ロボットＲ₁,Ｒ
₂が設けられており、中塗りされたワークＷはこの撮像
ステーションＬ₁に搬送され、例えば前方の撮像ロボッ
トＲ₁でワークＷの前半部を撮影し、後方の撮像ロボッ
トＲ₂でワークＷの後半部を撮影するようになってい
る。この撮像ロボットＲ₁,Ｒ₂におけるカメラ２８(後に
詳述する)で撮影された画像は、画像処理装置１に入力
されて、塗装面における欠陥部が検出されることとなっ
ている。前記画像処理装置１は、詳細な構造については
図示省略されているが、演算処理および記憶を行う本体
部分と、画像表示を行うＣＲＴディスプレーと、入力操
作用のキーボードおよびタブレット等により構成されて
いる。

【００１６】前記研磨ステーションＬ₂には、前記撮像
ロボットＲ₁,Ｒ₂と同型の研磨ロボットＲ₃が設けられて
おり、該研磨ロボットＲ₃によって前記撮像ステーショ
ンＬ₁からの画像解析結果による位置データに基づいて
塗装欠陥部(換言すれば、研磨必要部位)の研磨が行なわ
れることとなっている。

【００１７】前記補修ステーションＬ₃は、研磨必要部
位の数が多く、所定のラインタクト内で研磨ロボットＲ
₃が全ての塗装欠陥部の研磨ができない場合に、作業者
により残った研磨必要部位の研磨を行うために設けられ
るものである。

【００１８】前記水洗ステーションＬ₄には、複数の水
洗シャワー３１,３１と水洗ブラシ３２,３３とが設けら
れており、研磨後のワークＷの水洗いをすることとなっ
ている。

【００１９】次に、撮像手段として作用する撮像ロボッ
トＲ₁,Ｒ₂および研磨ロボットＲ₃の機械的構造の一例に
ついて説明する。各ロボットは基本的には同型のロボッ
トであり、それらの構造も同様なので、前方の撮像ロボ
ットＲ₁について図３を参照して説明する。なお、各ロ
ボットにおける同様の部材には同一の符号を付してあ
る。

【００２０】撮像ステーションＬ₁の前後左右の４隅に
は４本のコラム１０,１０・・が立設されており、左右
の各２本のコラム１０,１０の上端にはそれぞれ前後方
向に延びるビーム１１,１１が固着されている。左右の
各ビーム１１,１１の上端にはガイドレール１２,１２が
前後方向に設けられており、両側のビーム１１,１１間
には左右方向に延びる可動フレーム１３が架設されてい
る。

【００２１】該可動フレーム１３の両端部には、前記ガ
イドレール１２,１２に係合されるベアリング付係合部
１３a,１３aが設けられており、可動フレーム１３はガ
イドレール１２,１２に案内されて前後方向に移動可能
とされている。

【００２２】そして、右側のビーム１１の上端には、サ
ーボモータ(図示省略)で回転駆動されるボールネジシャ
フト１４が前後方向に延びて設けられており、前記可動
フレーム１３の右側端部には、前記ボールネジシャフト
１４に螺合するナット(図示省略)が設けられている。し
かして、サーボモータでボールネジシャフト１４を回転
駆動させることにより可動フレーム１３はナットを介し
て前後方向に移動せしめられることとなっている。

【００２３】一方、前記可動フレーム１３には、サーボ
モータ１５で回転駆動される左右方向のボールネジシャ
フト１６と、該ボールネジシャフト１６の上下に位置す
る一対のガイドレール１７,１７とが設けられており、
該ガイドレール１７,１７に対して摺動自在に係合する
係合部(図示省略)と前記ボールネジシャフト１６に螺合
するナット(図示省略)とを有する可動台１８が左右方向
に移動自在に設けられている。しかして、サーボモータ
１５でボールネジシャフト１６を回転駆動させることに
より可動台１８はナットを介して左右方向に移動せしめ
られることとなっている。

【００２４】さらに、前記可動台１８には、縦向きのサ
ーボモータ(図示省略)で回転駆動されるボールネジナッ
ト１９と、該ボールネジナット１９の左右に位置する一
対のロッドガイド２０,２０とが設けられており、該ボ
ールネジナット１９に挿通螺合されるボールネジシャフ
ト２１と前記ロッドガイド２０,２０にそれぞれ挿通さ
れるガイドロッド２２,２２との下端部にはハンド保持
部材２３が固着されている。しかして、前記ボールネジ
ナット１９を回転駆動されることによりハンド保持部材
２３が昇降作動されることとなっている。

【００２５】前記ハンド保持部材２３には、サーボモー
タ(図示省略)により鉛直軸回りに回転するための駆動連
結部２４と、サーボモータにより水平軸回りに回転駆動
するための駆動連結部２５と、サーボモータによりハン
ド軸回りに回転駆動するための駆動連結部２６とを介し
てハンド２７が装着されている。該ハンド２７の先端に
は、撮像用のカメラ２８と照明用の投光器２９とが支持
部材３０によって取り付けられている。

【００２６】なお、研磨ロボットＲ₃の場合には、前記
ハンド２７の先端に対して、図４に示すような研磨ツー
ル３４が取り付けられている。該研磨ツール３４は、先
端の砥石３５と、該砥石３５を横方向に振動駆動させる
アクチュエータ３６とを備えて構成されている。

【００２７】上記のように構成された撮像ロボットＲ₁,
Ｒ₂および研磨ロボットＲ₃は、Ｘ軸(上下方向)、Ｙ軸
(前後方向)、Ｚ軸(左右方向)、鉛直軸、水平軸およびハ
ンド軸の６軸の自由度を備えており、撮像ステーション
Ｌ₁および研磨ステーションＬ₂に付設されたロボット制
御装置３７および研磨制御装置３８により作動制御され
ることとなっている。

【００２８】前記ロボット制御装置３７は、撮像ロボッ
トＲ₁,Ｒ₂の位置制御を行うとともに、撮像ロボット
Ｒ₁,Ｒ₂のカメラ２８により撮影された画像を画像処理
装置１へ入力することとなっている。

【００２９】前記研磨制御装置３８は、前記画像処理装
置１から入力される位置データおよび法線データ(後に
詳述する)に基づいて研磨ロボットＲ₃の位置制御を行う
とともに、研磨ツール３４の研磨条件を制御することと
なっている。

【００３０】次に、本実施例にかかる研磨ツールの制御
装置について詳述する。

【００３１】上記水研加工ラインＬに搬入されたワーク
Ｗの塗装面における欠陥部を検出するに当たっては、ま
ずワークＷの塗装面をカメラ２８により順次撮影して画
像を取り込む。かくして取り込まれた各画像は、画像処
理装置１に入力されて３次元画面として表示され、ここ
で次のような処理がなされる。

【００３２】即ち、図５ないし図８に示すように、各撮
像画面ＫをＸ軸方向およびＹ軸方向を基準として９個の
分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)に分割する。
このようにすると、図６における分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、
Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)と図８における分割画面(Ａ₁〜
Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)とは同一の位置データを表示
することとなる。ここで、点(Ｈ₀,Ｔ₀)は、カメラ２８
と対向するワークＷの塗装面(即ち、撮像画面Ｋの中心
点)を示している。

【００３３】そして、前記各分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜
Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)についてＸ軸方向(換言すれば、上下方
向)とＹ軸方向(換言すれば、前後方向)に関する法線方
向成分を水平面および鉛直面に対する補正角(θＸＡ₁〜
θＸＡ₃、θＸＢ₁〜θＸＢ₃、θＸＣ₁〜θＸＣ₃)および
(θＹＡ₁〜θＹＡ₃、θＹＢ₁〜θＹＢ₃、θＹＣ₁〜θＹ
Ｃ₃)として演算により求め、その結果を法線データとし
て法線データ記憶手段３(図１参照)に記憶する。

【００３４】また、撮像画面Ｋにおける分割画面(Ａ₁〜
Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)のいずれか(例えば、分割画
面Ｂ₃)に塗装欠陥部Ｐがある場合には、当該分割画面Ｂ
₃の位置を位置データとして解析手段４(図１参照)によ
り解析することとなっている。

【００３５】そして、上記法線データ記憶手段３に記憶
されている法線データおよび解析手段４により求められ
た位置データは、研磨制御装置３８に入力され、該研磨
制御装置３８の姿勢制御手段５により研磨ツール３４の
ワーク面に対する姿勢が制御されることとなっている。

【００３６】つまり、本実施例の研磨ツールの制御装置
は、図１に示すように、撮像手段２(換言すれば、ロボ
ットＲ₁,Ｒ₂)により得られた撮像画面Ｋを、複数(本実
施例の場合、９個)の分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ
₁〜Ｃ₃)に分割し、該各分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、
Ｃ₁〜Ｃ₃)についてＸ軸方向(換言すれば、上下方向)と
Ｙ軸方向(換言すれば、前後方向)に関する法線方向成分
を法線データとして記憶する法線データ記憶手段３と、
前記撮像画面Ｋにおける研磨必要部位を前記分割画面
(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)の位置データとして求
める解析手段４と、該解析手段４により求められた位置
データおよび前記法線データ記憶手段２に記憶されてい
る法線データに基づいて研磨ツール３４のワーク面に対
する姿勢を制御する姿勢制御手段５とを備えて構成され
ているのである。

【００３７】ついで、本実施例にかかる研磨ツールの制
御装置の作用を、図９に示すフローチャートを参照して
説明する。

【００３８】ステップＳ₁において撮像手段である撮像
ロボットＲ₁,Ｒ₂(具体的にはカメラ２８)により画像の
取り込みが行なわれ、画像処理装置１に撮像画面Ｋとし
て表示される。ステップＳ₂において当該撮像画面Ｋを
９個の分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)に分割
し、ステップＳ₃において各分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜
Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)における法線データである補正角(θＸ
Ａ₁〜θＸＡ₃、θＸＢ₁〜θＸＢ₃、θＸＣ₁〜θＸＣ₃)
および(θＹＡ₁〜θＹＡ₃、θＹＢ₁〜θＹＢ₃、θＹＣ₁
〜θＹＣ₃)が演算され、ステップＳ₄において上記法線
データが法線データ記憶手段３に記憶される。次にステ
ップＳ₅において上記撮像画面Ｋ中に塗装欠陥部Ｐが存
在しているか否かが判別され、「塗装欠陥部Ｐ有り」と判
別された場合には、ステップＳ₆に進み、塗装欠陥部Ｐ
の位置判定がなされる。ついで、ステップＳ₇において
塗装欠陥部Ｐが前記分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁
〜Ｃ₃)のいずれに属しているかの判定(即ち、面直補正
分割領域判定)がなされる。例えば、塗装欠陥部Ｐは分
割画面Ｂ₃に属しているとの判定がなされる。しかる
後、ステップＳ₈において塗装欠陥部Ｐが属している分
割画面Ｂ₃における法線データ(θＸＢ₃,θＹＢ₃)が法線
データ記憶手段３から読み出されて補正角が決定され、
ステップＳ₉において塗装欠陥部Ｐの位置データおよび
補正角が研磨制御装置３８に出力される。上記処理が撮
像ロボットＲ₁,Ｒ₂による計測が終了したとステップＳ
₁₀において判定されるまで繰り返される。なお、ステッ
プＳ₅において「塗装欠陥部Ｐ無し」と判別された場合に
はステップＳ₁₀へ直接進む。

【００３９】研磨制御装置３８では、塗装欠陥部Ｐの位
置データおよび補正角に基づいて姿勢制御手段５によっ
て研磨ロボットＲ₃の姿勢制御がなされ、塗装欠陥部Ｐ
に対して法線方向(換言すれば、面直方向)から研磨ツー
ル３４が作動せしめられる。

【００４０】上記したように、撮像画面Ｋを複数に分割
して得られた分割画面(Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、Ｃ₁〜Ｃ₃)
それぞれについてのＸ軸方向とＹ軸方向の法線データ
(θＸＡ₁〜θＸＡ₃、θＸＢ₁〜θＸＢ₃、θＸＣ₁〜θＸ
Ｃ₃)および(θＹＡ₁〜θＹＡ₃、θＹＢ₁〜θＹＢ₃、θ
ＹＣ₁〜θＹＣ₃)を記憶しておき、該法線データ(θＸＡ
₁〜θＸＡ₃、θＸＢ₁〜θＸＢ₃、θＸＣ₁〜θＸＣ₃)お
よび(θＹＡ₁〜θＹＡ₃、θＹＢ₁〜θＹＢ₃、θＹＣ₁〜
θＹＣ₃)と塗装欠陥部Ｐを有する分割画面(例えば、
Ｂ₃)の位置データとに基づいて、研磨ツール３４のワー
ク面に対する姿勢(即ち、法線方向姿勢)を制御するよう
にしているため、研磨ツール３４を高精度で法線方向姿
勢制御できるとともに、記憶データ数の削減および高速
化をも図れるのである。

【００４１】なお、上記実施例では、撮像ロボットＲ₁,
Ｒ₂および研磨ロボットＲ₃はステーションに設置された
コラム１０に設置して移動する方式の構造を有している
が、本体部分から間接を有するアームが延設されたロボ
ットの先端にカメラ２８または研磨ツール３４を設置す
るように構成してもよく、さらに他の形式のロボットを
適宜採用してもよい。

【００４２】また、上記実施例では、撮像ステーション
Ｌ₁と研磨ステーションＬ₂とを別々に配置するようにし
ているが、同一のステーションにおいて撮像と研磨とを
行うようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の研磨ツールの制御装置の基本構成を
示すブロック図である。

【図２】本願発明の実施例にかかる研磨ツールの制御装
置を備えた水研加工ラインの概略平面図である。

【図３】図２の撮像ステーションにおける縦断正面図で
ある。

【図４】研磨ツールの斜視図である。

【図５】カメラによる撮像領域におけるＸ軸方向断面図
である。

【図６】撮像画面におけるＸ軸基準の分割画面を示す図
である。

【図７】カメラによる撮像領域におけるＹ軸方向断面図
である。

【図８】撮像画面におけるＹ軸基準の分割画面を示す図
である。

【図９】本願発明の実施例にかかる研磨ツールの制御装
置の作用を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１は画像処理装置、２は撮像手段、３は法線データ記憶
手段、４は解析手段、５は姿勢制御手段、２８はカメ
ラ、３４は研磨ツール、３７はロボット制御装置、３８
は研磨制御装置、Ｋは撮像画面、Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ₁〜Ｂ₃、
Ｃ₁〜Ｃ₃は分割画面、Ｐは塗装欠陥部、Ｒ₁,Ｒ₂は撮像
ロボット、Ｒ₃は研磨ロボット、Ｗはワーク、θＸＡ₁〜
θＸＡ₃、θＸＢ₁〜θＸＢ₃、θＸＣ₁〜θＸＣ₃、θＹ
Ａ₁〜θＹＡ₃、θＹＢ₁〜θＹＢ₃、θＹＣ₁〜θＹＣ₃は
法線データ(補正角)。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像手段により得られたワークの画像を
解析し、その位置データに基づいて研磨ツールによって
ワークの所定部位の研磨を行う研磨ツールの制御装置で
あって、前記撮像手段により得られた撮像画面を複数の
分割画面に分割し、該各分割画面についてＸ軸方向とＹ
軸方向に関する法線方向成分を法線データとして記憶す
る法線データ記憶手段と、前記撮像画面における研磨必
要部位を前記分割画面の位置データとして求める解析手
段と、該解析手段により求められた位置データおよび前
記法線データ記憶手段に記憶されている法線データに基
づいて研磨ツールのワーク面に対する姿勢を制御する姿
勢制御手段とを備えたことを特徴とする研磨ツールの制
御装置。