JPS633311A - 三次元位置検出装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は対象物（ワーク）上に表示された位置設定点に
対するヘッドの三次元位置を所定の相対位置関係となる
ように設定する際に使用される三次元位置検出装置に関
する。

（従来の技術） 例えば、製造ラインにおける部品の秦械加工工程や材料
の切断工程及び製品の組立て工程等に設置される産業用
ロボットにおいては、実際に稼動させる前にロボットに
対して作業ヘッドの移動経路および動作手順を三次元的
なワークの形状に即して教え込む必要がある。この作業
ヘッドの三次元動作を教え込む作業をティーチングと言
うが、このティーチングは一般に作業者の手１Ｉｌｌ操
作によって行なっている。例えば、ＣＯ２レーザ切断ロ
ボットにティーチングを行なう場合は、作業者がティー
チングペンダントを操作しながら加工ヘツドをワークの
表面に描かれたけかき線の教示点に接近させ、その後教
示点に対し加工ヘッドの三次元位置を所定の相対位置関
係となるように位置設定してこのときの三次元位置情報
を記憶させることによりティーチングを行なっている。

しかし、このような従来のティーチング作業では作業者
がワークとヘッドとの相対的な位置関係を直接目視しな
がら行なっているため、ティーチングに手間と時間を要
し、しかも正確な（ｌｉ２置設窓設定なうには熟練を要
する欠点がある。

そこで、最近ではティーチング作業の能率向上のために
、例えば加工ヘッドの近くに磁気センサを配置し、この
磁気センサによりワークに生じた渦電流を検出してヘッ
ドとワーク表面とのＹ１離を求めることが行なわれてい
る。しかし、このような位置設定装置を使用した場合に
は、ワークに対するヘッドとの対向距離については簡単
に求められるが、ワークに対するヘッドの姿勢制徨０は
以前として作業者の目視設定に頼らざるを得ず、ティー
チングヘッド能率および精度の大幅な向上は望めなかっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来のロボットに対するティーチング作業は
教示点への接近作業を目視により試行錯誤的に行なって
いたため、ティーチングに多くの手間と時間がかかるば
かりでなく、相当の熟練者でなければ正確な位置設定を
行なうことができない。また、例えば磁気センサにより
ワークに生じた渦電流の大きさを検出してワークとヘッ
ドとの対向距離を求める手段を採用してもヘッドの姿勢
制御はやはり目視に頼らざるを得ず、ティーチング作業
および精度を充分に上げることができないという問題が
あった。

そこで、本発明は類時間にしかも熟練を要しないで、正
確にティーチングを行なうことができ、もってティーチ
ング作業の能率および精度の大幅な向上を実現できる三
次元位置検出装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、対雫物上に表示され
た位置設定点に対するヘッドの三次元位置を所定の相対
位置関係に設定する三次元位置情報Ｈｆｆｉにおいて、
前記ヘッド内に設けられ前記対象物表面を緻像するカメ
ラと、このカメラにより県会された映像を表示する表示
モニタと、前記ヘッドに取付けられ前記対象物との距離
を測定するための距離測定用センサと１、前記ヘッドに
取付けられこのヘッドの姿勢を制御２Ｄするための少な
くとも３個の姿勢制御用センサと、前記ヘッド主軸の位
置合せ目標となる基準点及び基準線の基準パターンを発
生する基準バクーン発生装置と、この基準パターン発生
装置より発生する基準点及び基準線を前記表示モニタに
表示させると共に前記距離測定用センサ及び姿勢制（財
）用センサの各位置情報を前記表示モニタの画面上に輝
点として表示させる信号処理装置とを具備する構成とし
たものである。

（作用） 従って、かかる構成の三次元位置検出装置にあっては基
準パターン発生装置より発生するヘッド主軸の位置合せ
目標となる基準点及び基準線の基準パターンを表示モニ
タに表示させると共に距離測定用センサ及び姿９！！Ｉ
ゐ１１１１１用センサの各位置情報を前記表示モニタの
画面上に輝点として表示し、表示モニタ上の画ａｔ目視
しなから各輝点と基準原点との相対位置を調整してワー
クに対するヘッドの相対距離及び対向姿勢をそれぞれ調
整することにより、ヘッドの三次元位置を正確に、しか
も高精度に設定できることになる。

（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。

第１図は本発明による三次元位置検出装置の構成例を示
すものである。本実施例による三次元位置検出装置は第
１図に示すようにティーチングヘンド１と、このティー
チングヘッド１内に設けられた詳細を後述するカメラに
より撮像された画像信号を表示するＣＲＴデイスプレィ
よりなる表示モニタ２と、このモニタ２に基準位置パタ
ーンを発生させる基準パターン発生回路３と、ティーチ
ングヘッド１に取付けられる詳細を後ｉ１するタッチセ
ンサにより検出されるワーク７に対する対向距離および
対向位置を数滴として表示する表示ユニット６と、この
表示ユニット６に表示された値をディジタル信号に変換
するＡ　／’　Ｄ変換器５及びこのＡ／Ｄ変換器５によ
り変換された数値を表示モニタ２の表示信号に変換する
マイクロプロセッサ４とから構成されている。

上記ティーチングヘッド１には例えばポテンショメータ
からなる１個の距離測定用タッチセンサ８と４個の姿勢
制御用タッチセンサ１２とが付設されている。距離測定
用タッチセンサ８は第２図に示すようにワーク７と対応
するヘッド筐体１６の外周面部に距ｉｌｌ測定用タッチ
センサ８が取付けられ、またこれとは１８０度異α６位
置に保持体９が取付けられている。この距離開窓用タッ
チセンサ８と保持体９との間にはほぼコの字形のアーム
１０が設けられ、その−方の脚部が距離測定用タッチセ
ンサ８の中空部に挿通されると共に他方の脚部は保持体
９の中空部に挿通され、アーム１０がこれら距離測定用
タッチセンサ８および保持体９に対して上下動可能にな
っている。そしてこのアーム１０はその中央部から垂下
するロッドの先端に接触プローブ１１が取付けられてい
る。

また、４個の姿勢制御用タッチセンサ１２はヘッド筐体
１６の内壁面の適宜部泣に適宜の間隔な存してそれぞれ
取付けられたセンサ保持体１８に保持されており、その
中空部には前述同様に先端に接触プローブ１１が取付け
られたロッドが上下動可能に挿通させて設けられている
。したがって、距離測定用タッチセンサ８の接融プロー
ブ１１がワーク７との接触する位置に応じてアーム１０
が上下動すると、また姿勢制御用ヘッド１２の接触プロ
ーブ１１がワーク７との接触する位置に応じてロッドが
上下動すると、これら距離設定用タッチセンサ８および
姿勢制御用タッチセンサ１２はワーク７に対するヘッド
１の対向距離および対向位置に応じた電気信号が表示ユ
ニット６に入力され、ここでその電気信号をワーク８に
対する対向距離および対向位置を数値として表示される
。

またティーチングヘッド１はヘッド筐体１６の内壁面に
ワーク７の表面を照明する半導体レーザ装置からなる４
周の照明用光源１３が適宜の間隔を存して設けられた光
源保持体１つによりそれぞれ保持されている。

さらにヘッド筐体１６内の中央部には固体撮像素子ＣＣ
Ｄ１５ａを内臓したカメラ１５がカメラ保持体１７によ
って取付けられており、このカメラ１５は照明用光源１
３により照明されたワーク７の表面状態を表示モニタ２
に写し出すものである。なお、１４はヘッド筺陣１６を
取付けるためのベース、２０は防塵用の光フィルタ、２
１はカメラ１５で写し出された映像信号を伝送するため
の信号線ケーブルである。

上記基準パターン発生回路３はワーク７に対する対向姿
勢を制御するために使用する直交する２本の直線を発生
するもので、これらの直線は第１図に示すように表示モ
ニタ２の画面上の所定の位置にカメラ１５からの浸酸画
像に合せて表示され、その２直線の交点はヘッドの姿勢
ｉｌｌ　ｍの原点となるものである。またＡ／Ｄ変換器
５は表示ユニット６で表示された位置情報をＡ　／　Ｄ
変換するものであり、さらにマイクロプロセッサ４はこ
のＡ／Ｄ変換器５より出力される距離３１Ｉｌ定用タツ
チセンサ８および姿勢制御用タッチセンサ１２の位置情
報を処理して表示モニタ２の基準直線上に輝点として表
示させるものである。

次に上記のように構成された本実施例装置の作用を位置
設定操作の順序に従って説明するに、ここではワーク７
の表面に表示されたけかきＩＫ上の教示点Ｐａに対し、
ティーチングヘッド１の三次元位置を設定する場合を例
にとって述べる。

今、表示モニタ２の表示画面上には基準パターン発生回
路３から発生した直交する２本の直線およびその交点が
第１図に示すように所定の位置に固定さ机て表示されて
いるものとする。このような状態にあるとき作業者がテ
ィーチングペンダントを操作して距離測定用タッチセン
サ８に設けられている接触プローブ１１をワーク７に接
触さぜると表示ユニット６に数値が表示されるので、そ
の数値によりティーチングヘッド１とワーク７表面との
距離を所定の位置に設定することができる。

−方、姿勢制御用タッチセンサ１２に設けられているプ
ローブ１１もワーク７の表面に接触し、その数値を表示
ユニット６に８１〜Ｓ４として表示し、同時にＡ／Ｄ変
換器５およびマイクロブセッサ４を経て表示モニタ２上
にも輝点Ｓ１〜Ｓ４を表示する。

さて、この状態で作業者は表示モニタ２の画面および表
示ユニット６を目視しながらティーチングペンダントを
操作して表示モニタ２上に固定表示されている基準原点
Ｏに教示点Ｐａを一致させるようにティーチングヘッド
１をワーク７の表面に沿って移動させる。そして、教示
点Ｐａの画１粂を基準原点Ｏの表示位置が一致すると改
めて表示ユニット６の数値を所定の数値に一致させるよ
うにティーチングヘッド１を移動させる。

こようにしてティーチングヘッド１と教示点ＰＧ　との
対向距離の設定が終了すると、作業者は輝点Ｓｏ〜Ｓ４
に注目してこれらの輝点Ｓａ〜Ｓ４と基準とする２本の
直交線との位置関係からワークに対するティーチングヘ
ッド１の姿勢を判断し、表示モニタ２の画面を目視しな
がらティーチングペンダントを操作して上記各輝点Ｓｏ
〜Ｓ４と基準直線との位置関係が各直交基準軸について
等距離になるように調整する。

例えば第３図（ａ）はワーク７が平面の場合であって、
ティーチングヘッド１の姿勢を調整して同図（ｂ）のよ
うにＳｌ、Ｓ３およびＳ２　、　Ｓ４を原点より等距離
になるように調整すれば、ティーチングヘッド１はワー
ク７に対して法線方向の姿勢をとっていると判断するこ
とができる。

次に第４図（ａ）の場合はワーク７の表面が円筒上凸面
の場合であって、輝点Ｓ、Ｓ３は原点より等距離にある
が、８２．３４は画面上左方にずれている。この場合、
ティーチングヘッド１はワーク７の法線に対して右方に
傾いていると判断して作業者はティーチングペンダント
を操作して第４図（ｂ）の状態から第５図（ｂ）に示す
ようにＳ２．８４が基準原点○より等距離になるように
調整することにより、同図（ａ）のようにティーチング
へラド１含ワーク７に対して法線方向に制御することが
できる。

また第６図（ａ）はワーク７の表面が円筒状凹面の場合
であるが、前述した凸面の場合と同様の操作により、同
図（ｂ）に示すＳ２　、Ｓ４を基準原点○より等距離と
なるように調整することにより、ティーチングヘッド１
の姿勢をワーク７に対して法線方向に制御することがで
きる。

さらに第７図（ａ）の例はワーク７が三次元曲面の場合
であるが、同図（ｂ）のように輝点Ｓｔ。

Ｓ３および輝点Ｓ２．８４がそれぞれ基準原点０より等
距離になるようにティーチングペンダントにより調整し
てティーチングヘッド１をワーク７に対して法線方向と
なるように制御することができる。

このように本実施例であれば、作業者は表示ユニット６
の数値と表示モニタ２上の輝点Ｓｌ〜＄４の位置を目視
しながらティーチングペンダントを操作することにより
、ワーク７の表面に対するティーチングヘッド１の三次
元位置を制御すればよく、この結果対向距離および対向
姿勢のいずれをも作業者の肋に頼ることなく、正確にし
かも短時間で設定することができ、これによりティーチ
ングの能率および精度を大幅に向上させることができる
。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定
されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種
々変更して実施できるものである例えば上記実施例では
表示モニタ２と表示ユニット６とを別体としているが、
表示ユニットへの入力信号を表示モニタ２へ入力してそ
の数置を表示させるようにすれば、両者を一体化するこ
とができる。またワーク表面に対する対向距離および対
向ｆｉＬ置をタッチセンサにより検知するようにしたが
、このタッチセンサに代わって近接スイッチを使用する
ようにしてもよく、その数も１個の距離測定用センサと
４個の姿勢制頗用センサを用いたが、姿勢制御用センサ
としては３個以上であれば何個であっても本発明の目的
を達成することができる。さらに上記実施例では照明用
光源をヘッド筺体に内臓する場合について述べたが、外
部光源を照明用に利用するようにしてもよく、また２本
の基準直線上に基準マークを設けて調整作業の容易化を
図るようにしてもよい。またプローブ１１の中央に孔を
明け、この孔を通し、てワーク７面上の点Ｐ口をカメラ
で撮影して表示モニタ２上で直接目視できるようにすれ
ば、位置設定の作業能率を上げることもできる。

さらに表示モニタ２に画像処理回路および演算回路を設
け、この画像処理回路により表示画面上の各輝点の位置
座標値よりティーチングヘッド１の三次元位置の計算を
行ない、定量的にワークに対するヘッドの対向姿勢を求
めて調整するようにしてもよい。その他、カメラとして
は工業用テレビジョンカメラを用いてもよく、また表示
モニタとしてはＣＲＴ以外の液晶デイスプレィを用いて
もよいことは勿論のことである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、対象物上に表示された位
置設定点に対するヘッドの三次元位置を所定の相対位置
関係に設定する三次元位置検出装置において、前記ヘッ
ド内に設けられ前記対象物表面を撮像するカメラと、こ
のカメラにより撮像された映像を表示する表示モニタと
、前記ヘッドに取付けられ前記対象物との距離を測定す
るための距離測定用センサと、前記ヘッドに取付けられ
このヘッドの姿勢を制御するための少なくとも３個の姿
勢制御用センサと、前記ヘッド主軸の位置合せ目゛標と
なる基準点及び基準線の基準パターンを発生する基準パ
ターン発生装置と、この基準パターン発生装置より発生
する基準点及び基準線を前記表示モニタに表示させると
共に前記距離測定用センサ及び姿勢制御用センサの各位
置情報を前記表示モニタの画面上に輝点として表示させ
る信号処理装置とを具備する構成として、基準パターン
発生装置より発生するヘッド主軸の位置合せ目標となる
基準点及び基準線の基準パターンを表示モニタに表示さ
せると共に距離測定用センサ及び姿勢制御用センサの各
位置情報を前記表示モニタの画面上に輝点として表示し
、表示モニタ上の画像を目視しなから各輝点と基準原点
との相対位置な調整してワークに対するヘッドの相対距
離及び対向姿勢をそれぞれ調整することにより、ヘッド
の三次元位置を設定できるようにしたものである。

従ってかかる構成の本発明によれば、短時間にしかも熟
練を要することなく正確にティーチングを行なうことが
でき、これによりティーチング作業の能率および精度の
大幅な向上を図ることができる三次元位置検出装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三次元位置検出装置の一実施例の
構成を示す斜視図、第２図は同実施例におけるティーチ
ングヘッドの構成を示すもので、第１図のＩ−Ｉ線に沿
う矢視断面図、第３図（ａ＞、（ｂ）乃至第７図（ａ）
、（ｂ）は同実施例の作用をそれぞれ説明するためのも
ので、各図（ａ）はヘッドとワークとの位置関係を示す
模式図、各図（ｂ）は表示モニタの表示画像を示す模式
図である。 １・・・・・・ティーチングヘッド、２・・・・・・表
示モニタ、３・・・・・・基準パターン発生回路、４・
・・・・・マイクロプロセッサ、５・・・・・・Ａ／Ｄ
変換器、６・・・・・・表示ユニット、７・・・・・・
ワーク、８・・・・・・距離測定用タッチセンサ、９・
・・・・・保持体、１ｏ・・・・・・アーム、１１・・
・・・・プローブ、１２・・・・・−姿勢制御用タッチ
センサ、１３・−・・・・照明用光源、１４・・・・・
・ベース、１５・・・・・・カメラ、１５ａ・・・・・
・固体＠機素子、１６・・・・・・ヘッド筐体、１７・
・・・・・カメラ保持体、１８・・・・・・センサ保持
体、１９・・・・・・光源保持体、２０・・・・・・光
フィルタ、２１・・・・・・信号線ケーブル。 出願代理人　弁理士　鈴　江　武　彦 第２図 つ 図　　　（ｂ） 口≧１・（ｂン 図　　　（ｂ） （ｂ） 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対象物上に表示された位置設定点に対するヘッドの三次
   元位置を所定の相対位置関係に設定する三次元位置検出
   装置において、前記ヘッド内に設けられ前記対象物表面
   を撮像するカメラと、このカメラにより撮像された映像
   を表示する表示モニタと、前記ヘッドに取付けられ前記
   対象物との距離を測定するための距離測定用センサと、
   前記ヘッドに取付けられこのヘッドの姿勢を制御するた
   めの少なくとも３個の姿勢制御用センサと、前記ヘッド
   主軸の位置合せ目標となる基準点及び基準線の基準パタ
   ーンを発生する基準パターン発生装置と、この基準パタ
   ーン発生装置より発生する基準点及び基準線を前記表示
   モニタに表示させると共に前記距離測定用センサ及び姿
   勢制御用センサの各位置情報を前記表示モニタの画面上
   に輝点として表示させる信号処理装置とを具備したこと
   を特徴とする三次元位置検出装置。