JPS63196357A - 工作線追従装置 - 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） この発明は、被工作物の表面に付された工作線に追従し
て、所定の工作機器（たとえば産業用ロボット）を動作
させるための工作線追従装置に関する。

（従来の技術とその問題点） プレス成形された板金などのような複雑な立体形状を有
するワークを切断して所望の形状とすることのできる切
断ロボットとしては、本件出願人によって出願され、特
開昭５７−９６７９１号公報において開示されたプラズ
マ切断ロボットなど、種々のものが既に提案されて実用
化されている。

そして、このようなロボットにおいては、切断線などの
工作線を、あらかじめマニュアルでワークやティーチン
グモデル上に罫書きしておき、この罫書線に沿ってティ
ーチングを行なう必要がある。

このような工作線に沿ってティーチングを行なう作業は
従来マニュアルで行なわれてきたが、これには多大の時
間と労力とを必要とするため、最近では自動的にティー
チングを行なう装置によってその効率化が図られている
。このような装置としては、たとえば特開昭６１−１０
０８０８号公報に開示されているような装置がある。こ
の装置では、第９図に模式図として示すように、ロボッ
トのエンドエフェクタ近傍に３個以上のスポット光源１
０１〜１０３を設け、これらのスポット光ｍ１０１〜１
０３からワークＷの表面に照射された光スポットＰ　−
Ｐ３の画像をＴＶカメラ１゜４でとらえる。そして、Ｃ
ＲＴ　（図示せず）の画面上における光スポットＰ１〜
Ｐ３の位置関係に基づいてロボットとワークＷとの空間
的相対関係を求め、それに応じてロボットの姿勢などを
調整する。さらに、この状態で罫書線Ｃの画像をとらえ
、この罫書線Ｃの位置に追従してロボットを移動させる
とともに、ティーチングデータの取込みを行なっている
。

ところで、このような装置では、罫書線Ｃの位置を精密
にとらえる目的で、ＴＶカメラ１０４の撮像倍率をかな
り大きくしである。このため、ＴＶカメラ１０４でとら
えた画像はたとえば第１０図のようになっており、罫書
線Ｃは有限の幅を持った帯状像となる。ところが、罫書
線Ｃの位置を数値データとして取扱うためには、このよ
うな帯状像のままでは不便である。このため、所定本数
（Ｎ本）ごとの走査線Ｊｌ　、　（ｉ＝１．２．・・・
）が罫書線Ｃと交わる位置において、罫書線上Ｃに指示
点Ｆ（（ｉ＝１．２．・・・）を自動設定し、この指示
点Ｆ、の位置を罫書線Ｃの代表位置として認識するよう
にしている。

より具体的には、走査線１．が罫書線Ｃと交わり始める
点Ｐ、（以下、「交叉開始点」と言う。）と交わり終わ
る点Ｐｅ　（「交叉開始点」）との中の中心点を演算し
て求め、これを指示点Ｆ、とすす る。そして、モニタ用のＣＲＴの画面上では、この指示
点Ｆ、の位置に第９図のような「＋ｊ印の位置マーカＭ
、を表示させておくようにしている。

しかしながら、罫書線Ｃの像として第９図のような滑ら
かな帯状像が得られるとは限らず、罫書きの不均一性や
、画像の２値化処理におけるしきい値設定ずれなどに起
因して、罫書線Ｃの像が第１０図のようになってしまう
ことも多い。そして、このような凹凸や枝別れを持った
像が取込まれると各指示点Ｆ１を適切に設定することが
困難となり、この第１０図に示すように、罫書線Ｃの事
実上の中心からはずれた位置に一部の指示点Ｆ３が設定
されてしまうことになる。

その結果、従来の装置は、マニュアルによるティーチン
グと比較して効率性が高いという利点を有している半面
で、指示点Ｆ、の位置データを取込んで追従動作を行な
わせた場合に追従の軌跡が必ずしも罫書線Ｃに沿った適
切なものとならないという問題があった。

（発明の目的） この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、工作線の像に対して自動設定された指示点が不
適切な位置に存在する場合にも、自動追従の効率性を失
うことなく、適切な工作線追従動作を行なわせることの
できる工作線追従装置を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段） 上述の目的を達成するため、この発明は、被工作物の表
面に付された工作線の像を読取って、前記工作線の像と
所定の関係にある位置に前記工作線の位置を指示する指
示点を自動設定し、前記指示点の位置に応じて定まる動
作情報を所定の工作機器に与えて、前記工作機器を前記
工作線に沿って追従動作させる工作線追従装置において
、■自動設定された前記指示点の位置を前記工作線の像
とともに表示する表示手段と、■前記表示手段の表示内
容に応じて与えられるマニュアル入力に基いて、前記指
示点を所望の位置へと移動修正する指示点移動修正手段
とを設ける。

すなわち、自動的な画像処理においては工作線の像から
適切な指示点位置を選択することに限度があるが、これ
に対して人間の形状認識能力は格段に優れていることに
着目する。この観点から、この発明では、自動設定され
た指示点の位置を工作線の像とともに表示させ、指示点
の位置が適切でないとオペレータが判断した際には、そ
の位置をマニュアル入力によって移動修正させるような
装置とするのである。

なお、この発明における「被工作物」とは、製品そのも
のに限らず、ロボットのティーチングモデル等、被工作
対象を表現したダミーその他をも含む用語である。

また、工作機器の動作は、ティーチングのようなデータ
取込みのための動作のほか、実際の加工動作そのものな
ど、種々の動作であってもよい。

（実施例） Ａ、　施　の機構　構成の概要 第１図は、この発明の工作機追従装置を用いて罫書線（
工作線）追従を行なわせる工作機器の一例としての、直
角座標型レーザ切断ロボットの機構的構成を示す概略斜
視図である。同図において、このレーザ切断ロボットＲ
Ｂは、基台１の上に、図示しないモータＭ１によってＸ
方向（水平方向）に移動自在な移動台２を有しており、
この移動台２の上にワーク（図示せず）を載置する。基
台１の両側方に垂直に立設されたコラム３の頂部にはビ
ーム４が架設され、このビーム４には、図のＺ方向（垂
直方向）に延びるとともに、モータＭ２によってＹ方向
に移動自在な移動コラム５が設けられている。この移動
コラム５には、後述する２種類の光源を内蔵した光源装
置１４が取付けられている。

また、この移動コラム５の下端には、モータＭ３によっ
てＺ方向に上下するモータＭ４が設けられている。これ
によって、移動コラム５の中心軸から偏心した位置に設
けられているアーム６が図のθ方向に回転する。また、
このアーム６の下端側方にはモータＭ５が設けられてお
り、これによってエンドエフェクタとしてのレーザトー
チＴが図のψ方向に回動する。さらに、このレーザトー
チＴに隣接して、光学的な罫書線追従のためのセンサヘ
ッドＳＨ（後述する）が配置されている。

このうち、レーザトーチＴには、レーザ発撮装Ｎ７から
のレーザビームがレーザガイドバイブ８を通して与えら
れる。また、１１４ｍ装置９には、後述する画像処理装
置やマイクロコンピュータなどが内蔵されており、操作
盤１０には、キーボードやディスプレイ等が設けられて
いる。

さらに、外部コンピュータ１１は種々のデータの入出力
やデータ処理を行なうためのものであり、ＣＲＴ　（表
示手段）１２やキーボード（マニュアル入力手段）１３
などを備えている。そして、上記センサヘッドＳＨから
の画像は、このＣＲＴ１２においてモニタされるが、こ
のＣＲＴ１２の画面上の画像は、後述する位置スケール
の移動修正における目視に利用される。また、この発明
の特徴に応じた「指示点移動修正手段」は、上記マイク
ロコンピュータ２１や外部コンピュータ１１内に、ソフ
ト的に設けられている。

Ｂ、実施例の電気内構　の概略 第２図は、第１図に示したロボットＲＢの電気的構成の
概略図である。第２図において、制御装Ｗ１９に内蔵さ
れたマイクロコンピュータ２１には、バスＢＬを介して
、以下の各機器などが接続されている。

■上記モータＭ１〜Ｍ５や、これらのモータＭ１〜Ｍ５
の回転角を検知するエンコーダＥ１〜Ｅ５　（第１図中
には図示せず）を含んだ機構駆動系２３゜ ■レーザ発振装ｗ！７゜ ■操作盤１０゜ ■外部コンピュータ１１゜ ■光源装置１４゜ 一方、被工作物としてのワークＷに対向するセンサヘッ
ドＳＨには、ティーチング時にワークＷを照明して罫書
線Ｃを照し出すための照明光が、照明用光源２４から光
ファイバ２６を介して与えられる。また、ティーチング
時にセンサヘッドＳＨとワークＷとの相対的距離・姿勢
関係を所定の関係に保持するために使用されるスポット
光を与えるための光も、レーザダイオード光源２５から
光ファイバ２７を介してセンサヘッドＳＨに与えられる
。

さらに、センサヘッドＳＨからは、罫書線Ｃの付近の画
像信号が画像処理袋！２２に取込まれ、マイクロコンピ
ュータ２１のＩｌｌ　Ｉｌｌ下で、第１図のＣＲＴ１２
に映し出されるようになっている。ただし、画像処理袋
Ｍ２２は２値画像処理を行なう装置として構成されてい
る。なお、このシステムは、上位のホストシステム（図
示せず）の制御下で動作させることもできる。

Ｃ，センサヘラ゛ＳＨの　輻 第３図は、上述したセンサヘッドＳＨの詳細を示す部分
断面図であり、第４図はそのＡ−Ａ’　断面図である。

これらの図において、このセンサヘッドＳＨはレーザト
ーチＴと並列的に設けられており、ティーチング時には
レーザトーチＴを図示の方向からα方向に９０°回転さ
せて退避させる。

また、再生モード時には、レーザトーチＴを図示の方向
に戻すとともに、センサヘッドＳＨをγ方向（α方向と
同一）に１８０°回転させて退避させる。さらに、この
再生モード時には、レーザトーチ■とセンサヘッドＳＨ
とを、アーム６の軸線まわりのβ方向に１８０′″回転
させて、センサヘッドＳＨの図示の位置にレーザトーチ
Ｔが移動できるようになっている。これらの回転は、マ
ニュアルで行なってもよく、また、モータによって行な
ってもよい。なお、第３図のセンサヘッドＳＨの下方に
示した破線■は、β方向の回転時におけるレーザトーチ
Ｔの先端部分に対応する位置を示している。

第３図および第４図において、センサヘッドＳＨのハウ
ジング３０の下端には、第２図の照明用光源２４に接続
された３本の光ファイバ２６（２６ａ〜２６Ｃ）の投光
端が設けられている。そして、この投光端からは、ワー
クＷの表面上の領域Ｇを面状に照明するための照明光し
が照射されるようになっている。また、レーザダイオー
ド光源２５から３本の光ファイバ２７　（２７ａ　〜２
７ｃ）によって供給された光は、先端にマイクロレンズ
（図示せず）を内蔵した投光器３１８〜３１Ｃに与えら
れ、これらの投光器３１ａ〜３１ＣからワークＷの表面
に３本のスポット光として照射される。

これらの投光器３１８〜３１Ｇは、第５図に示すように
、それらからのスポット光し　〜Ｌｏが一点０で交わる
ように配置されており、センサヘッドＳＨとワークＷと
の相対的距離・姿勢関係に応じて次のような光点群をワ
ークＷ上に形成する。

すなわち、ワークＷの表面に対してセンサヘッドＳＨが
所定の距離および姿勢を保っているとき（第５図中にＷ
、で示す面がワークＷの表面となっているとき）には、
第６図（ａ）に示すように、ワークＷ上の３個の光スポ
ットＰ１〜Ｐ３は、基準位置０１〜Ｑ３内にそれぞれ形
成される。一方、これらの相対距離や姿勢が第５図中に
Ｗｂ−Ｗ。

で示すようにずれたときには、第６図（ｂ）〜（ｄ）に
それぞれ示すように、基準位置０１〜Ｑ３からずれたも
のとなる。

したがって、光スポットＰ　　−Ｐ３の位置と基単位Ｉ
Ｑ、〜Ｑ３との関係が常に第６図（ａ）の関係となるよ
うに距離・姿勢制御を行なえば、センサヘッドＳＨとワ
ークＷとの相対距離と姿勢とを所定の値に保ちつつ追従
とティーチングとを行なうことができる。このような制
御は、ＣＲＴｌ　２の画面を目視しつつキーボード１２
の操作によって行なうこともでき、また、画像処理装Ｍ
２２の出力に基いてマイクロコンピュータ２１に自動的
に行なわせることもできる。

第３図に戻って、光ファイバ２６ａ〜２６Ｇからの照明
光りによって照明されたワークＷの表面像（特に、その
表面の罫書線の像）と、投光器３１ａ〜３１Ｇによって
ワークＷの表面に形成された距離・姿勢検出用光スポッ
トＰ　　−Ｐ３とは、ハウジング３０内に設けられたレ
ンズ３２を介して、ｃｃｏｍ像素子（ＩＴＶカメラ）３
３に入射し、その表面に結像する。そして、このように
して得られる画像データは、画像伝送ライン３４を通り
で第２図の画像処理装！！２２に与えられ、後述するよ
うな画像処理を受ける。そして、それによって、あらか
じめ形成された罫書線Ｃを画像として検出しつつ、それ
に追従してセンサヘッドＳＨが移動するとともに、ティ
ーチングデータが取込まれる。

Ｄ、ティーチング動作 そこで、以下では、このような装置を利用してティーチ
ング動作を行なう際の処理を、第７図を参照して説明す
る。なお、以下の各処理は、第２図のマイクロコンピュ
ータ２１および外部コンビュータ１１の制御下で行なわ
れる。また、上述のように、光スポットＰ　〜Ｐ３の位
置関係によってセンサヘッド５ｔ−１とワークＷと空間
的関係が調整されるが、この処理は既述した通りであっ
て、この発明の要旨と関係しないため、以下ではその重
複説明を省略する。

まず、第７図のステップＳ１では、ＩＴＶカメラ３３か
ら罫書線Ｃおよびその付近の画像を入力する。この画像
データは画像処理装置２２において２値化される。次の
ステップＳ２では、第１０図において説明した処理と同
様の処理を行なって、Ｎ本ごとの走査線が罫書線Ｃとそ
れぞれ交わる部分の中心点位置をマイクロコンピュータ
２２が計算する。そして、これらの中心点の位置を指示
点の位置として、図示しないメモリ中に設定する。

ステップＳ３では、上記のようにして得られた指示点Ｆ
ｉ（ｉ−１ｙ２．・・・）の位置を示す位置マーカＭ、
　（ｉ−１，２，・・・）と、罫書線Ｃの像とを、第８
図（ａ）に示すようにＣＲＴｌ２の画面Ｒ上に表示させ
る。ただし、第８図中のＸは水平走査方向（走査線方向
）を示し、ｙは垂直走査（送り）方向を示す。

この状態において、オペレータはＣＲＴｌ　２の画面Ｒ
を目視し、罫書線Ｃの像と各位置マーカＭｉとの位置関
係の適否を判断する（ステップ８４）。第８図（ａ）の
例では、位置マーカＭ３が図の右側へとずれすぎている
ことが、目視によって判断される。この判断結果に従っ
て、次のステップＳ５では各指示点の位置の適否に応じ
た分岐がなされる。このうち、指示点Ｆ、のうちのひと
つまたはそれ以上の位置が適切でないときにはステップ
Ｓ６へ進み、キーボード１３からのキー人力などによっ
て追従動作の一時停止を行なう。

次のステップＳ７では、キーボード１３からのマニュア
ル入力によって、修正すべき指示点Ｆ３を指定するとと
もに、その移動先を指定する。このうち、修正すべき指
示点Ｆ３の指定は、たとえば画面Ｒの上方から順に各指
示点に所定の番号を対応させておき、その番号を入力す
ることによって行なうことができる。また、移動先の指
定は、キーボード１３のカーソル移動キー（図示せず）
を使用して第８図（ｂ）のＸ方向カーソルＫｘとｙ方向
カーソルに、とを画面Ｒ上で移動させ、それらの交点Ｑ
を指定することによって行なうことができる。もつとも
、マウスなどを外部コンピュータ１１に取付け、これを
用いて移動先位置指定を行なってもよく、画面Ｒ上にお
ける座標値を数値入力として与えてもよい。ライトペン
なども、もちろん使用可能である。

このようにして移動修正のデータがマニュアル入力され
ると、指定された指示点Ｆ３に対応する位置マーカＭ３
が、移動先Ｑに移動する（ステップＳ８）。また、これ
と相前後してメモリ中に記憶されていた指示点Ｆ３の位
置座標データを、上記移動先Ｑの座標データに置換させ
る。この処理が完了した後の画面Ｒ上の画像が第８図（
Ｃ）に示されており、第８図（ｂ）の点Ｑと同一の点Ｆ
ｎｅｗが新たな指示点となって、それに対応する新たな
位置マーカＭ。ｅｗがこの位置に表示されている。

そして、次のステップＳ９でオペレータがキー操作を行
なうことにより、追従動作が再開される。

なお、修正すべき指示点が複数存在するときには、各指
示点についての修正を終えた後にステップＳ９を実行す
る。

このようにして、■指示点の移動修正が完了するか、ま
たは、■ステップＳ５で各指示点Ｆｉの位置が適切であ
ると判断されたときには、ステツブＳ１０以下の処理が
実行される。ただし、上記■のように修正不要のときに
は、その旨のキー人力でステップ８１０に移るようにな
っている。

このステップ８１０以下では、まず、各指示点Ｆ・の位
置をマイクロコンピュータ２１が取込み（ステップ５１
０）、それに基いて教示点位置の算出を行なう（ステッ
プ５１１）。この教示点としては指示点Ｆ１自身を採用
してもよいが、各指示点１”　、（ｉ＝１．Ｓ’、・・
・）を清かに結ぶ曲線を求め、雷 その曲線上の点を教示点とすることにより、ざらに好ま
しい教示が行なわれる。

その後、この教示点の位置へとセンサヘッドＳＨを移動
させる。これは、たとえば、教示点の位置が画面Ｒ上に
設定された基準位Ｍ（図示せず）に一致するような動作
情報をロボット側へ与えて、ロボットの移動制御を行な
えばよい。そして、その状態におけるロボットの位置・
姿勢データをエンコーダＥ　　−Ｅ６の出力に基いて取
込み、それをティーチングデータとする（ステップ５１
２）。

これらの処理は罫ＳａＣの終端まで繰返され（ステップ
５１３）、それによってセンサヘッドＳＨが罫書線Ｃに
追従移動しつつ、−運のティーチングデータの取込み処
理が実行される。

以上の動作において、指示点Ｆ、の位置はいったん自動
設定されるため、各指示点Ｆ、をマニュアルで設定する
必要はなく、自動追従による高速性は維持されたままで
ある。一方、不適切な指示点は、目視とマニュアル入力
に基いて適切な位置へと修正されるため、追従の正確性
は著しく向上する。このため、この実施例装置を用いる
ことによって、追従処理の大幅な効率化が図れることに
なる。

旦−１１１ 以上、この発明の一実施例について説明したが、この発
明は上記実施例に限定されるものではなく、たとえば次
のような変形も可能である。

■工作線としては、単なる罫書線ではなく、たとえばワ
ークＷの表面に蛍光塗料などを帯状に塗布し、その上に
罫書きしたものであってもよい。

このようにすると罫書線がより明確に画像上に現われる
ため、自動追従にさらに適したものとなる。

また、ワークＷの表面上に塗料で線書きした工作線や、
テープを貼付けてこのテープ上に細い切欠線を設けたも
のなどであってもよい。

■上記実施例ではティーチング処理の全過程にわたって
目視判断を併用しているが、たとえばコーナ一部などの
ように、指示点設定誤差が生じやすい部分のみに目視判
断を加えてもよい。また、一度、自動設定したままのデ
ータでティーチングを行ない、再生テストを行なって不
適切と判断された部分のみに修正を加えるようにしても
よい。

さらに、実施例では工作線の中心に指示点を設定する場
合を示したが、たとえば工作線のエツジや工作線から所
定距離だけずれた位置に指示点を設定するような場合で
もよい。つまり、指示点の設定位置として工作線の像と
所定の関係にある位置を採用する場合一般に、この発明
は適用できる。

■工作線追従にあたってはセンサヘッドとワークとの相
対的空ｍｓ係を変化させればよいわけであるから、セン
サヘッドは空間的に固定され、ワークＷ側の位置・姿勢
のみを変化させるような工作機器にもこの発明は適用で
きる。

■この発明は、ロボットのティーチングに限らず、罫Ｉ
ＩＩ追従を行ないつつ所望の処理を行なう種々の工作機
器全般に適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、指示点の設定
そのものは自動的に行なわれる一方で、それを目視によ
って修正することができるため、工作線の像に対して自
動設定された指示点が不適切な位置に存在する場合にも
前記修正によってその不適切性が確消されることになり
、自動追従の効率性を失うことなく、適切な工作線追従
動作を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を産業用ロボットのティーチングに
適用した実施例の機構的構成の概略を示す斜視図、 第２図は、第１図のロボットの電気的構成を示す概略ブ
ロック図、 第３図は、センサヘッドの詳細構成を示す部分断面図、 第一４図は、第３図のＡ−Ａ’断面図、第５図および第
６図はセンサヘッドとワークとの相対距離・姿勢の制御
原理例の説明図、第７図は実施例の動作を示すフローチ
ャート、第８図は実施例の動作の説明図、 第９図ないし第１１図は従来の工作線追従方法の説明図
である。 ＲＢ・・・レーザ切断ロボット、 ９・・・制御装置、　　　　　　１０・・・操作盤、１
１・・・外部コンピュータ、 ２２・・・画像処理装置、　　　■・・・レーザトーチ
、ＳＨ・・・センサヘッド、　　　Ｗ・・・ワーク、Ｃ
・・・罫１線（工作線）、 Ｌ、〜ＬＣ・・・スポット光、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被工作物の表面に付された工作線の像を読取って
   、前記工作線の像と所定の関係にある位置に前記工作線
   の位置を指示する指示点を自動設定し、前記指示点の位
   置に応じて定まる動作情報を所定の工作機器に与えて、
   前記工作機器を前記工作線に沿つて追従動作させる工作
   線追従装置において、 自動設定された前記指示点の位置を前記工作線の像とと
   もに表示する表示手段と、 前記表示手段の表示内容に応じて与えられるマニュアル
   入力に基いて、前記指示点を所望の位置へと移動修正す
   る指示点移動修正手段とを設けたことを特徴とする工作
   線追従装置。