JPH08243455A

JPH08243455A - 印字・マーキング装置

Info

Publication number: JPH08243455A
Application number: JP5423995A
Authority: JP
Inventors: Kengo Sugiyama; 謙吾杉山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】被印字物体である板材の端面に印字するとき
の板材端部の３次元的位置・姿勢偏差を生じた場合に、
この偏差を吸収して、正しく目的の印字個所に印字・マ
ーキングを実行可能にする。【構成】６軸多関節ロボット４の手先５に印字ヘッド
６、タッチセンサ接触子７を取り付け、被印字体である
板材２の端面部の３次元的位置を検出し、端面に対向す
るように印字ヘッド６を高精度に位置決めし、狭い端面
でも良質な印字を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板材や棒材等にその材質
や識別番号，バーコード等を印字する印字・マーキング
装置に係り、特に、板材，棒材等の端面に印字するのに
好適な印字・マーキング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅用壁ボードや鋼板等の板材には、そ
の材質等を示す必要情報を直接印字したり、ラベルとし
て貼り付けておく必要がある。また、１枚１枚を商品と
して識別するために、バーコードを印字したりする場合
もある。

【０００３】この様な印字やラベリングを行う装置とし
て、従来は、特公平６−４５０４８号公報記載の鋼管自
動印字装置が知られている。この印字装置は、管材の内
表面に所要の印字を行うものであり、印字ヘッドをロボ
ットの手先に取り付けて印字制御している。この従来技
術は、管材の内表面を印字領域としているが、一般的に
は、板材であればその上面または下面の端に近い領域を
印字領域として、棒材であれば、その外表面を印字領域
とし、ロボット手先に設けた印字ヘッドで印字を行って
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】板材等に印字する場
合、従来の様に、その上面，下面に必要情報を印字して
しまうと、多数の板材を重ねて保管している状態や物流
段階でそれを見ることができないという問題がある。そ
こで、板材等の端面に必要情報を印字したいという要望
が高い。板材等に印字やラベリングする場合、多数の板
材等を重ねた状態で印字等をするのではなく、板材等の
製造ラインにおいて、コンベア上に流れてきた板材１枚
１枚に必要情報の印字等を行う。従って、板材等の端面
に印字する場合もコンベア上の板材に印字等する必要が
ある。

【０００５】コンベア上の板材の端部は、板材個々の撓
みの違いや材質の違いにより板材毎にその位置は不定と
なる。この位置の不定は、板材が薄いほど大きくなる。
しかも幅の狭い端面に印字等するのであるから、印字ヘ
ッド等の位置合わせも、mmオーダ，サブmmオーダの精度
が必要となる。上述した従来技術は、ある程度広い面領
域の一部に印字等するために、それほどの位置合わせの
精度は要求されておらず、数１０mm程度の誤差を許容範
囲としている。従って、従来の印字・マーキング装置を
用いてその印字ヘッド等を板材の端面に高精度に位置決
めして印字等することは不可能である。

【０００６】本発明の目的は、板材等の端面に高精度に
位置決めして必要情報を印字等する印字・マーキング装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、６軸多間接
ロボットと、該ロボットの手先に取り付けた印字手段
（マーキング手段，ラベラーを含む概念として印字手段
という。）及び相対的３次元６自由度分の相対位置偏差
を検出する手段と、該手段で検出した位置に前記印字手
段を対向させるべく前記手先位置を位置決めして印字さ
せる制御手段とを設けることで、達成される。

【０００８】

【作用】板材の端面位置が不定となるため、これを検出
し、その検出位置に印字ヘッドを位置決めする必要があ
る。空間的に３次元（回転方向を入れると６自由度分）
の相対的位置偏差が生じているため、この偏差に対応で
きるように、６軸多関節ロボットを使用すると共に、こ
の偏差を検出できる検出手段をロボットの手先に取り付
けることで、印字手段の位置・姿勢を補正して正しく板
材等の端面に印字・マーキングが可能となる。

【０００９】

【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。図１は、本発明の一実施例に係る印字・マーキ
ング装置を板材搬送用ローラコンベアの脇に設置したと
ころの平面図（ａ）及び要部側面図（ｂ）と、ロボット
手先の拡大図（ｃ）である。ローラコンベア１上を板材
２（印字対象）が流れて来て、所定の位置３で停止させ
る。そして、６軸多関節ロボット４の手先５に装着した
印字手段（本実施例では印字ヘッド６：（ｃ）図参照）
を、（ｂ）図に示す様に、板材２の端面に高精度に位置
決めし、端面に必要情報を例えばインクジェット方式で
印字する。印字ヘッド６を高精度に位置決めするには、
手先５に取り付けてあるタッチセンシングヘッド７を用
いて板材２の端部位置を検出する。尚、８はロボット及
び全体システムの制御装置である。

【００１０】板材２の端面への印字は、上述した様に行
うが、一般的に、板材２が所定の位置３にて所定の姿勢
（（ｂ）図の実線位置）で停止することはない。つま
り、搬送装置の制御性能および印字対象そのものの材質
による曲がり，反りのため、板材２の端部は、（ｂ）図
の点線で示す様に、どの位置にくるかわからない。つま
り、当初計画したロボットと被印字物体の相対的位置関
係には、計画値からある偏差を生じるのが普通である。

【００１１】そこで、本発明では、このような偏差のあ
る場合でも正しく印字ができるように、６軸多関節ロボ
ット４と、被印字物の端部の３次元的位置偏差を高精度
に検出するセンサとを組み合わせる。なお、インクジェ
ットプリンタを印字手段としたが、ラベラ等も含めて、
他の印字・マーキング手段を用いてよいことはいうまで
もない。

【００１２】次に、前述した３次元的な相対的位置偏差
について、図２を参照して詳細に説明する。９の破線で
示す位置を、被印字物２の正規（当初計画）の位置（図
１の定位置３で停止した場合の）とする。１１の破線に
よる矩形枠，丸枠等は、この当初計画位置での印字位置
であり、その印字位置は、被印字物２の端点からの距離
α，β，γにより定められる。

【００１３】しかし、前述したように、実際の被印字物
の端部の位置は、９ではなく、１０の位置となる。この
時、計画位置（ロボットが正規に印字出来る位置関係）
との間に、△Ｘ，△Ｙ，△Ｚの平行位置偏差とθ−
θ’，ψ−ψ’，ζ−ζ’の回転（姿勢）偏差を生じて
いる。従って、この位置偏差を検出し、ロボットの有す
る補正機能により位置修正させ、正しく印字・マーキン
グする必要がある。

【００１４】図２に示す偏差を具体的に吸収する一例と
して、例えば図３に示すタッチセンシング方式がある。
このタッチセンシング方式は、アーク溶接用ロボットの
機能として従来から用いられてきたものであるが、本実
施例では、溶接ワイヤや溶接トーチの替わりに、図１
（ｃ）のタッチセンシングヘッド７をロボット４の手先
５に取り付けることで、従来のタッチセンサと全く同様
の働きをさせることができる。即ち、タッチセンシング
ヘッド７が被印字物体２に接触した時のロボット４自身
の位置情報を制御装置８に取り込む。このようにして、
被印字物体２の端部の何点かの情報（すなわち、各点に
おける各々のロボット４の位置・姿勢情報）を取り込み
し、制御装置８内で演算することにより、被印字物２の
位置・姿勢偏差を認識する。この認識結果に基づき、手
先５を平行シフトさせたり、回転シフトさせることで、
新しいロボット動作経路指令値とし、３次元位置・姿勢
の偏差を修正することができる。

【００１５】図４は、タッチセンス箇所を示している。
図４では、予め被印字物体２の形状が与えられている場
合の標準的タッチセンス方式であり、最小３点のタッチ
センスでも可能である。図５に、実際のロボットを用い
た場合のシミュレーション結果を示す。

【００１６】図６は、本発明の第２実施例に係る倣い制
御による印字方式を示す図である。図６において、１４
は倣い制御開始点検出センサ(図示の例では、板材の実
際位置における端部の一側縁を検出する）、１５，１６
は倣い制御用距離センサ(図示の例では、１５は板材１
０表面からの距離わ検出し、１６は、板材１０の端面か
らの距離を検出する）であり、これに３つのセンサ及び
印字ヘッド（図示せず：１６と並び、端面に対向するよ
うに配置される）は、センサユニット１７内に一体に設
けられている。１８は、ロボットコントローラであり、
１９，２０はセンサの信号からのある定められた認識閾
値設定器、２１はロボット軌跡演算装置、２２，２３は
ロボット本体への指令である。

【００１７】本実施例では、被印字物体１０の端面２５
に対し、センサユニット１７を手前上方から矢印１２方
向に近づけ、端面２５に印字を行い、印字終了後にセン
サユニット１７を離す。以下この条件下での動作につい
て説明する。センサおよび印字ヘッドを装着したユニッ
ト１７を多関節ロボット４の手先部に取り付けた状態
で、ロボットを図中１２の矢印の方向から被印字物体１
０に接近させ、センサ１４，１５，１６の検出信号が認
識閾値設定器１９で設定された値に達した時、１２方向
のロボット動作を停止させ、直ちに矢印１３方向つまり
端面に沿う方向に倣い動作にてロボットを動作させ、同
時に端面２５に印字させて行く。

【００１８】倣い動作は、センサ１５，１６の出力を設
定器２０にて比較し、この偏差量を軌跡演算回路２１に
て演算処理することにより、ロボットの手先部の運動軌
跡を被印字物体の端面２５に沿わせることにより達成さ
せる。

【００１９】以上の装置および運転制御方式により、３
次元的位置偏差がある場合も自動的に所定の位置に、印
字・マーキングすることが可能となる。図中、１５，１
６のセンサは、それぞれ被印字物体１０の上面、側面と
の間の距離を検出するもので、被印字物体１０と印字ヘ
ッド装置ユニット１７との位置関係をロボット運動方向
１３の方向に対して、常に一定の距離になるように制御
するためのセンサとしての働きをするものである。

【００２０】以上説明した方法・装置により、低コスト
で信頼性の高い、全方向、全姿勢的な形での印字・マー
キングを達成することが可能となる。

【００２１】図７は、図１に示す実施例でのシステムに
おける全体の制御装置のブロック線図を示したもので、
上位計算機システムからの被印字・マーキング生産情報
により、パソコン（データ変換、編集、ロボット、印字
装置の運動制御プログラム選択等を実施）を介して、シ
ステム中の各機器を制御し、全体として所定の印字・マ
ーキング作業を完成させるものであり、制御系をかかる
構成とすることでも容易に端面への制御が可能となる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、板状，柱状等の被印字
物体の幅の狭い端面にも自動的に高精度に位置決めして
印字・マーキングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る印字・マーキング装置
をローラコンベアの脇に設置したところを示す平面図
(ａ）と要部側面図(ｂ）並びに手先拡大図(ｃ）であ
る。

【図２】被印字物体の位置・姿勢偏差および座標系を定
義した説明図である。

【図３】ロボットとタッチセンサの動作説明図である。

【図４】タッチセンシング方法説明図である。

【図５】タッチセンシングシミュレーション結果説明図
である。

【図６】倣い制御方式説明図である。

【図７】システムの全体制御を行う制御装置の一例を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１…ローラコンベア、２…被印字体（板材）、４…６軸
多関節ロボット、５…手先、６…印字ヘッド、７…タッ
チセンサ接触子、１４，１５，１６…倣い方式用距離セ
ンサ、１８…ロボットコントローラ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月１３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】６軸多関節ロボットと、該６軸多関節ロ
ボットの手先に取り付けた位置検出センサ及び印字・マ
ーキング手段またはラベラと、被印字物の印字箇所の三
次元的位置を前記位置検出センサの検出出力から求め該
印字箇所に前記印字・マーキング手段またはラベラを対
向させるべく前記手先を位置決め制御して印字・マーキ
ングまたはラベリングを行う制御手段とを備えることを
特徴とする印字・マーキング装置。
【請求項２】請求項１において、位置検出センサはタ
ッチングセンサであり、被印字物を数点位置でタッチン
グしたときの各々の点における６軸多関節ロボットの位
置・姿勢を求めて被印字物の印字箇所の三次元的位置を
決めることを特徴とする印字・マーキング装置。
【請求項３】請求項１において、位置検出センサは、
被印字物端部における倣い点の開始位置を検出するセン
サと、ロボットの持つ倣い機能を使用して倣い方向への
倣い制御動作を行わせたときに印字・マーキング手段ま
たはラベラと被印字箇所との位置関係を設定通りになる
ように検出するセンサとで構成したことを特徴とする印
字・マーキング装置。