CN1680774A - 计量装置 - Google Patents

Abstract

执行从2个初始位置把用照相机4捕捉的工具前端点31的图像移到受光面中心的规定点移动处理，取得机械手位置Qf1、Qf2，根据Qf1、Qf2求出视线40的方向；接着，把机械手移动到将位置Qf1绕坐标系∑v1的Z轴旋转180度的位置上，进行规定点移动处理；旋转移动结束后，取得机械手位置Qf3；然后求出Qf1和Qf3的中点作为坐标系∑v2的原点位置；再利用视线40的位置、姿势，求得工具前端点31的位置。由此，可以使用固定的受光设备求得工具前端点相对于工具安装面的位置。通过追加计量相对位置已知的离开工具前端点的2点的位置，不仅可以求得工具前端点的位置，而且可以求出工具的姿势。

Description

计量装置

技术领域

本发明涉及对于安装在机械手的臂的前端部的工具计量工具前端点相对工具安装面的位置的计量装置，特别涉及在机械手上配合照相机或者PSD(位置检测型检测器：Position Sensing Detector；下同)那样的受光设备来计量工具前端点相对工具安装面的位置的计量装置。

背景技术

作为计量工具前端点(TCP：Tool Center Point)相对机械手的工具安装面的位置的计量方法，众所周知的方法有采用3点接触或者6点接触的方法。图1表示用于该方式的典型的配置，如该图所示，机械手1连接在控制它的机械手控制装置5上，工具30安装在机械手1的臂前端。在机械手1上设定有固定在机械手底座上的坐标系(以下称机械手坐标系)∑b和固定在工具安装面32上的坐标系(以下称机械界面坐标系)∑f；在机械手控制装置5内，可以随时知道机械界面坐标系的原点的位置·姿势(当前位置)。另外，在机械手控制装置5上连接具有众所周知的手动操作键的示范操作盘18，操作员操作手动操作键，就可以操作机械手1。

以接触方式求出工具30的前端点(工具前端点)31的位置时，准备例如具有尖顶点的触针6，将其固定在通过机械手的动作工具30的前端可达范围的合适的地方。由此，触针6的顶点就对应于空间上固定的1点。例如操作示范操作盘18的手动操作键，在微动进给中以不同的姿势(例如3姿势或6姿势)使工具前端点31与触针6接触，根据各接触时的机械手位置(机械界面坐标系的位置·姿势)，可以求得工具前端点31相对于机械手1的工具安装面(用机械界面坐标系代表)32的位置。

但是在这种方法中存在下面的问题。

(1)如上上述，虽然在接触时以微动进给移动机械手，从而使接触针的前端与机械手的工具前端点吻合，但是由于此时机械手采取的姿势的好坏以及操作者的熟练程度而引起的吻合程度的优劣，最终得到的工具的前端点位置的定位精度容易出现差异。

(2)因为该位置的吻合通过目测进行，所以即使是熟练工给出的精度也低。

(3)因为使触针的前端接近工具前端点一直到极限位置，因此工具前端点会与触针的前端碰撞，容易引起工具或者触针的损坏。

然而，目前尚未发现记载有能够简便解决这种问题的技术的公开文献。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述现有技术的问题。即，本发明的目的在于提供一种计量装置，能够稳定地高精度地测定工具前端点相对于工具安装面的位置，而无须使用触针。

本发明的基本考虑是，用设置在机械手周围的受光设备(典型的是照相机或者PSD；下同)的受光面捕捉来自工具前端点的光，移动机械手使其映射在规定处(例如在照相机图像中心或者PSD的原点位置)，由此来取得机械手的位置，以这样的功能为基础，使工具取各种姿势并配合使移动机械手，从而可以计量工具前端点(TCP)相对机械手的工具安装面的位置。

更具体说，按照本发明的第一实施例，包含在臂前端部安装了工具的机械手和受光设备的计量装置中具备：把上述机械手定位在初始位置的部件；用上述受光设备捕捉安装在上述机械手的臂前端部的工具的前端点来求得在上述受光设备的受光面上成像的工具的前端点的上述受光面上的位置的部件；求出使上述工具的前端点的上述受光面上的位置移动到上述受光面上的规定位置那样的上述机械手的移动量的部件；根据上述移动量移动上述机械手的部件；获取并存储上述移动后的上述机械手的位置的部件；以及在给出多个上述初始位置的情况下用移动并存储了上述机械手到每一初始位置的上述机械手的位置来求出上述工具的前端点相对上述机械手的工具安装面的位置的部件。

这里，可以设置在上述移动之后，取得并存储上述机械手的位置之前，判定在上述受光设备的受光面上成像的工具的前端点的位置和上述受光面上的规定位置是否在规定的误差内一致的一致判定部件(第二实施例)。在这种情况下，可以确实地使上述受光设备的受光面上成像的工具的前端点的位置和上述受光面上的规定位置一致。

另外，也可以设置在用上述一致判定部件未能判定在上述规定的误差内一致的情况下把上述机械手的位置再次作为初始位置的部件(第三实施例)。这种情况下，反复移动机械手，就可以进一步确实地使受光设备的受光面上成像的工具的前端点的位置和上述受光面上的规定位置一致。

在本发明的第四实施例中，设置有使用上述工具的姿势一致且仅该工具和受光设备的距离不同的至少两个上述机械手的位置来求出上述受光设备的视线相对于上述机械手的坐标系的方向的部件。由此，来提供求出受光设备的视线相对于机械手的方向的具体结构。

这里，可以设置根据上述求得的上述受光设备的视线相对于上述机械手的坐标系的方向、使用使包含围绕平行于该视线的方向的轴旋转的上述工具的姿势变化的至少两个上述机械手的位置来求出上述受光设备的视线相对于上述机械手的坐标系的位置的部件(第五实施例)。这种情况下，可以提供求出受光设备的视线相对于机械手的位置的具体结构。

另外，在这里，可以设置根据上述求得的相对于上述机械手的坐标系的上述受光设备的视线的位置及方向使用改变包含围绕垂直于该视线方向的轴旋转的上述工具的姿势的至少两个上述机械手的位置来求出上述工具的前端点相对于上述机械手的工具安装面的位置的部件(第六实施例)。这种情况下，可以提供求出工具的前端点相对于上述机械手的工具安装面的位置的具体结构。

在以上任何一个发明的实施例中，在进行计量时也可以把受光设备设置在该机械手周围的任意位置，而在计量结束后再收起来(第七实施例)。另外，可以使用拍摄2维图像的照相机(第八实施例)或者求受光量分布重心的PSD(第九实施例)作为受光设备。而第十实施例是进一步设置通过追加计量距工具的前端点有规定的位置关系的工具上的1点到2点来求出上述工具的前端点相对于上述机械手的工具安装面的位置及方向的部件。由此，可以提供求出工具的前端点相对于上述机械手的工具安装面的位置和姿势的具体结构。

根据本发明，可以消除使工具前端点接触触针时由于机械手采取的姿势或者操作者的熟练程度而引起的TCP位置的离散。另外，可以消除由于使用目测进行位置吻合而引起的TCP位置的误差。进而，由于进行非接触计量，可以避免接触时的触碰事故。这些优点最终可以高精度安全地进行稳定的计量。

此外，如上上述，因为可以用简便的方法求得照相机的视线，即使因机械手和照相机的相对关系改变而处于暂时不能计量的状态，也可以容易地返回能够计量的状态。即，可以仅在需要计量时设置照相机，计量一结束就收回照相机(参照第七实施例)。这意味着，实际上机械手使用安装在臂前端部的工具进行作业的情况下，可以不必考虑照相机的存在。

从在附图所示的本发明的典型的实施例的详细说明，可以进一步明了本发明的这些目的、特征和优点以及其他的目的、特征及优点。

附图说明

图1是求工具前端点的现有技术(接触方式)所使用的典型的配置图。

图2是本发明的一个实施例的整体结构略图。

图3是实施例中使用的机械手控制装置的结构框图。

图4是实施例中使用的图像处理装置的结构框图。

图5是使用监视器画面表示把工具前端点移动到受光设备的受光面的中心点的情况的示图。

图6是有关步骤T4的处理的说明图。

图7a是有关步骤T8的说明图，表示通过旋转移动使坐标系∑v1移动的情况。

图7b是有关步骤T8的说明图，表示旋转移动与坐标系∑v2的位置关系。

图8是有关求工具前端点的位置的处理的说明图。

图9是规定点移动处理概况的流程图。

图10是按照本实施例进行的处理整体概况的流程图。

图11a是关于通过追加计量来求出工具的姿势的方法的说明图，表示追加计量时的配置和向监视器画面上显示图像的情况。

图11b是关于通过追加计量求出工具的姿势的方法的说明图，说明使用在监视器画面上映射出来的图像进行追加计量的点。

具体实施方式

以下按顺序参照图2到图10说明本发明的实施例。首先，图2是本发明的一个实施例的整体结构略图。如该图所示，机械手1连接在控制它的机械手控制装置5上，工具30安装在机械手1的臂前端(工具安装面32)。在机械手1上，设定有固定在机械手底座上的机械手坐标系∑b和固定在工具安装面32上的机械界面坐标系∑f，在机械手控制装置5内可以随时知道机械界面坐标系的原点的位置·姿势(当前位置)。另外，在机械手控制装置5上连接具有众所周知的手动操作键的示范操作盘18，操作员操作手动操作键就可以操作机械手1。

机械手1是众所周知的典型的机械手，机械手控制装置5具有如图3所示的众所周知的框图结构。即，在连接主CPU(以下简称CPU)11的总线17上并行连接由RAM、ROM、非易失性存储器等组成的存储器12、示范操作盘用接口13、外部装置用的输入输出接口16、伺服控制部15以及通信接口14。

连接在示范操作盘用接口13上的示范操作盘18具有通常的显示功能，操作员通过该示范操作盘18的手动操作，除进行机械手的动作程序的制作、修改、登录或者各种参数的设定外，还进行示范过的动作程序的重放运行、微动进给等。支持机械手以及机械手控制装置的基本功能的***程序被存储在存储器12的ROM中。另外，根据应用程序示范的机械手的动作程序(例如点焊程序)以及有关设定的数据被存储在存储器12的非易失性存储器中。

用于后述各种处理(求出与TCP关联的机械手移动以及为此而进行的与图像处理装置的通信等处理)中的程序、参数等的数据也存储在存储器12的非易失性存储器中。存储器12的RAM用作临时存储主CPU11进行的各种运算处理中的数据的存储区域。伺服控制部15具有伺服控制器#1～#n(n：机械手的总轴数，这里假设n＝6)，接受经用于机械手控制的运算处理(轨道计划的制作以及基于该计划的***、逆变换等)作成的移动指令，并与从附属于各轴的脉冲编码器(图中省略)接收的反馈信号合并后，向伺服放大器A1～An输出转矩指令。各伺服放大器A1～An根据各转矩指令向各轴的伺服电动机M1～Mn供给电流，驱动这些伺服电动机M1～Mn。通信接口14连接在图像处理装置2上(参照图2)，经该通信接口14在与机械手控制装置之间进行与后述计量关联的指令、计量结果数据等的交接。

返回图2，用三角架等把照相机4设置在可拍摄工具30的工具前端点31的位置上。照相机4例如是CCD照相机，是一种具有通过拍摄而在受光面(CCD阵列面上)上检测出二维图像的功能的众所周知的受光设备(如后述，作为受光设备也可以使用PSD)。照相机4连接在具有由LCD、CRT等组成的监视器3的图像处理装置2上。

图像处理装置2具有如图4所示众所周知的框图结构。即，图像处理装置2具有由微处理器构成的CPU20，图像处理处理器22、照相机接口23、监视器接口24、输入输出设备(I/O)25、帧存储器(图像存储器)26、非易失性存储器27、RAM28以及通信接口29经总线50分别连接在CPU20上。

在照相机接口23上连接有作为拍摄装置的照相机(这里是照相机4；参照图2)，经照相机接口23发送拍摄指令时，设定在照相机4上的电子快门功能执行拍摄，并经照相机接口23把影像信号以灰度级信号的形式保存在帧存储器26中。在监视器接口24上连接有监视器(这里是监视器3；参照图2)，根据需要显示照相机拍摄过程中的图像、保存在帧存储器26中的过去的图像、接受过图像处理处理器22进行的处理的图像等。

再次回到图2，在本实施例中，虽然是计量机械手1的工具安装面32和工具前端点31的相对关系，但是如上上述，工具安装面32的位置·姿势可以由在同一面上固定的机械界面坐标系∑f来代表。因此，求出对工具安装面32的工具前端点31的位置就归结为求出在机械界面坐标系∑f上的工具前端点31的位置。同样，在求工具前端点31相对工具安装面32的“位置及姿势”的情况下，也可以求在机械界面坐标系∑f上的工具前端点31的位置及姿势。

对应于工具前端点31的实体有可能是工具30本身具备的形状特征，也有可能是设置在工具30的前端点31上的位置计量用的基准标志。不管是哪一个，后面都会详述，用照相机4把工具前端点31收到视野中进行拍摄，用图像处理装置2分析该图像。用图像处理处理器22来分析保存在帧存储器26中的工具前端点31的图像的影像信号，来求出三维位置(后面详述)。此外，为此所用的程序、参数等存储在非易失性存储器27中。RAM28用于临时存储CPU20执行的各种处理所需要的数据。通信接口29经上述机械手控制装置侧的通信接口14被连接在机械手控制装置上。

在图2中，记载有照相机4的视线，该视线是从照相机4的代表点(例如受光面的中心)到工具前端点31的直线，这里用符号40表示。与视线40相关联，在图2中记载有坐标系∑v。即，坐标系∑v是表示从照相机4的代表点(例如受光面的中心)到工具前端点31的视线40的坐标系，原点处在视线40上，假设其一个坐标轴(例如Z轴)与视线40一致。另外，如上上述，坐标系∑b是固定在机械手的基座上的坐标系，坐标系∑f是机械手的机械界面坐标系。

如上上述，机械界面坐标系∑f是代表工具安装面32的位置·姿势的坐标系，但是，在这里，同时也用作“代表机械手1的位置·姿势的坐标系”。即，只要不特别指明，所谓“机械手位置”就是“机械界面坐标系∑f的原点的机械手坐标系∑b上的位置”，认为包含姿势时，就是指“机械手坐标系∑b上的机械界面坐标系∑f的原点位置及姿势”。

在上述的结构中，设受光设备是拍摄2维图像的CCD照相机，但是也可以是具有同等功能的别的设备(CMOS照相机等)，在把工具前端点31视为点光源的情况下，也可以是求受光量的重心位置(2维位置)的PSD等。但是在采用那样的变形结构的情况下，图像处理装置2当然也要根据情况置换为适合的装置。例如，在采用2维PSD的情况下，可以使用具有处理其输出信号并求出受光量的重心位置(2维位置)的功能的处理装置。

以下，使用本发明的技术构思，说明求工具前端点31的位置的步骤的例子。取连接在图像处理装置2上的照相机(CCD照相机)作为受光设备作了说明，当然，如上上述，也可以适宜地替换为其他受光设备和与其适合的信号处理装置。在本实施例中执行的处理整体的概要表示在图10的流程图中。以下，沿该流程图的流向进行说明。在说明中，把“工具前端点31相对于工具安装面32(用机械界面坐标系∑f代表)的位置(根据情况，指位置和姿势)”适当简称为“工具前端点31的相对位置(根据情况指相对位置和相对姿势)”。

[关于步骤T1、T2]

在使用上述结构求工具前端点31的相对位置(根据情况指相对位置和相对姿势)的情况下，基本上是“求视线40”。一般，为求得视线，众所周知的方法是所谓照相机校准法，但是在本发明中不必采用这样的现有方法。即，为不依赖现有的照相机校准法来获得关于视线40的信息，基本上是使机械手移动，而使工具前端点31的受光面上的位置朝向(到达)受光面上的规定位置处。这里，由于“受光面上的规定位置处”预先被具体定义为例如“受光面上的中心点(几何学的重心位置)”作为“规定的点”，所以以下把该处理称为“规定点移动处理”。

首先，在步骤T1，使机械手1移动到照相机4可以把工具前端点31纳入视野的适宜的初始位置(把机械手定位在初始位置)；接着，执行如下上述的规定点移动处理(步骤T2)，即，沿受光设备(照相机，PSD等)捕捉到的工具前端点31朝向“受光面上的规定点”那样的方向移动工具30(用机械手移动)，实际上，执行在受光面上在规定的误差内使工具前端点31与规定点一致的处理。

这里采用“受光面(CCD阵列)的中心点”作为“受光面上的规定点”。图5是使用监视器画面表示把工具前端点31移动到受光面的中心点的情况的图。在该图中，监视器3的画面被设定为点M对应于照相机4的受光面的中心。现在，假设在把机械手1定位在适当的初始位置的状态下，工具前端点31的像31a影射在图示这样的位置上。

这种情况下，当然只要使像31a在画面上朝点M沿左斜下方向移动的方向上移动机械手1就可以，但是因为在开始一系列的处理前全然不知机械手1与照相机4的相对关系，所以从画面上的位置关系不能决定机械手1应该移动的方向。因此，为使工具前端点31的像31a沿希望的方向(这里是朝向点M的方向)移动，需要首先知道在空间内使机械手1如何动才行。

这是比较简单的，具体说，可以例如尝试沿图2中的机械界面坐标系∑f的XY平面内任意几个方向(多个方向)使机械手1运动，观察每次工具前端点31的像31a在图像上在哪个方向上运动，求得机械手1的移动方向和图像上的工具前端点的移动方向的关系以及机械手的移动量和图像上的工具前端点的移动量的关系。

因为用这样的方法求移动方向和移动量比的本身是众所周知的，因此省略详细说明，在以下的说明中假设已经完成了至此为止的准备。在图9的流程图中表示使由照相机4拍摄的工具前端点(像31a)与图像上的规定点M一致的处理的具体例。各步骤的要点如下。

步骤S1：拍摄工具前端点31，由此获得例如图5中所示那样的像31a。

步骤S2：用图像处理装置2求出图像上的工具前端点31的位置(例如图5中所示那样的像31a的图像上的位置)。

步骤S3：判断在步骤S2求出的位置是否与图像上的规定点(这里是点M)一致。例如，预先设定图像上的阈值距离δimage，如果点M与像31a的之间的距离小于等于阈值距离δimage，判断为“一致”，结束处理。如果点M和像31a的之间的距离超过阈值距离δimage，判断为“不一致”，进到步骤S4。例如可以用正方形的“像素”有几个来测定图像上的距离。

步骤S4：计算出在图像上使工具前端点(像31a)移动到点M的机械手平移指令。这里，所谓机械手平移指令是在机械手坐标系∑b(空间内固定)上为保持机械手姿势即坐标系∑f的姿势一定那样的机械手移动的移动指令。

步骤S5：根据在步骤S4计算出来的机械手平移指令移动机械手1，移动结束后回到步骤S1。以下同样，直到在步骤S3得出“一致”的判断之前，重复上述的处理循环。

[关于步骤T3]

以上是“规定点移动处理”，在该处理结束的时刻，即通过上述规定点移动处理，如果完成从在图5中用符号31a表示的工具前端点像影射成的机械手的初始位置到得到在图像中心M用符号31b表示的工具前端点像的机械手位置移动，就取得机械手坐标系∑b上的坐标系∑f的位置Qf1，并存储起来。

[关于步骤T4]

接着转移到求视线40的方向的处理。在工具前端点像影射在在图像中心的状态下，视线40是连接相当于图像中心的照相机拍摄面上的点M和工具前端点31的直线。这里，对于表示机械手的机械界面的坐标系∑f，求该直线朝向哪个方向。为此，首先通过步骤T4的处理平移机械手1。图6是关于这一处理的说明图，在该图中，坐标系∑v1是为求视线40的方而考虑的坐标系，设其满足下面的条件。

(I)坐标系∑f和坐标系∑v1具有同一原点。

(II)坐标系∑v1的Z轴方向与视线40的方向一致。

求该坐标系∑v1的Z轴在规定点移动处理结束时在坐标系∑f上朝向哪个方向。更具体地说，考虑求表示坐标系∑f上的坐标系∑v1的姿势的欧拉角(W，P，R)内的(W，P)分量。

因此，首先执行的是该步骤T4的平移。在该移动中，不改变工具的姿势把机械手向工具前端点31和照相机的距离不同的位置平移(参照箭头A)。图6中的符号30a、30b分别表示移动前、移动后的工具。

[关于步骤T5、T6]

按照步骤T4进行平移时，当然，一般工具前端点31的像会再次离开图像中心(受光面的中心)M。因此，再次执行规定点移动处理(步骤T5)。关于规定点移动处理如用步骤T2中的说明，使工具前端点31的像再次回到距离图像中心(受光面的中心)M在误差范围内的位置。在步骤T5结束后，取得机械手坐标系∑b上的坐标系∑f的位置Qf2，并存储起来。

[关于步骤T7]

连接上述步骤T3得到的Qf1和上述步骤T6得到的Qf2的直线表示视线40的方向。设从在步骤T4的机械手移动前的∑f上看到的Qf1到Qf2的相对移动量为dX、dY、dZ，则可以用下式计算表示坐标系∑f上的坐标系∑v1的姿势的欧拉角(W，P，R)。由此，就确定出坐标系∑v1，其Z轴方向表示视线40的方向。

【公式1】

$W={\tan }^{-1}$ $\left(\frac{-\mathrm{dY}}{\sqrt{{\left(\mathrm{dX}\right)}^2+{\left(\mathrm{dZ}\right)}^2}}\right)$

$P={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{dX}}{\mathrm{dZ}}\right)$

R＝0

[关于T8、T9、T10、T11]

因为在步骤T7求出了视线40的方向，下面就进到求视线40的位置的处理。图7a、图7b是关于该处理的说明图，在图7b中，坐标系∑v2是表示视线40的位置和方向的坐标系，对应于在图2中作为坐标系∑v表示的坐标系，设满足下面的条件。

(III)坐标系∑v2在视线40上具有原点。

(IV)坐标系∑v2的Z轴方向和视线40的方向一致。

已经把视线40的方向作为坐标系∑v1(参照图7a)的Z轴求了出来，坐标系∑v2的Z轴方向和坐标系∑v1的Z轴方向相同。为求原点位置，移动机械手到使Qf1绕坐标系∑v1的Z轴旋转180度的位置(步骤T8)，接着再次执行规定点移动处理(步骤T9)。图7a合并记载着该旋转移动(参照箭头B)和按照规定点移动处理的移动结束后的状态，在图7b中表示坐标系∑v2的原点位置。坐标系∑v2的原点位置由旋转移动前后的坐标系∑f的中点给出。

因此旋转移动结束后取得机械手位置Qf3，并存储起来(步骤T10)。然后把Qf1和Qf3的中点作为坐标系∑v2的原点位置求出来。

再从按照步骤T8的机械手移动前的∑f上看到的Qf1到Qf3的相对移动量作为dX、dY、dZ，用下式求出在坐标系∑f上看到的坐标系∑v2的原点(X、Y、Z)。因为坐标系∑v2的姿势和坐标系∑v1的姿势相同，最终就成为求按照步骤T8的机械手移动前的∑f上看到的坐标系∑v2的位置·姿势(步骤T11)。以后用V来表示代表该位置·姿势的行列式。

【公式2】

$X=\frac{\mathrm{dX}}{2}$

$Y=\frac{\mathrm{dY}}{2}$

$Z=\frac{\mathrm{dZ}}{2}$

[关于步骤T12、T13、T14、T15]

最后，利用视线40的位置·姿势，来进行求工具前端点的位置的处理。图8是与此相关的说明图。将机械手倾斜移动到使Qf1绕坐标系∑v2的Y轴倾斜的位置(步骤T12)。然后再次执行规定点移动处理(步骤T13)。图8连同工具30b一起表示该处理结束后的状态(坐标系∑v2向坐标系∑v2′的移动)。此外，工具30a表示倾斜移动前的工具。步骤T13结束后取得机械手位置Qf4(步骤T14)，并存储起来。

这里，从把机械手定位到Qf1时的∑f看到的∑v2是V，把机械手定位到Qf4时的∑v2′是Qf1^-1·Qf4·V。求两者的Z轴的交点的话，该交点就是机械手位置Qf1上的工具前端点的位置(步骤T15)。

以上说明的步骤是一个例子，例如也可以是下述的变形。

(a)在步骤T8(参照图7)，移动机械手到使Qf1以坐标系∑v1的Z轴旋转180度的位置，但是不一定必需180度，如果包含Z轴的旋转的话，也可以是加有其他姿势变化的复合的移动。

(b)在步骤T12(参照图8)，移动机械手使到在坐标系∑v2的Y轴上倾斜Qf1的位置，但是不一定需要是Y轴，如果包含围绕垂直Z轴的方向的旋转，则也可以是加有其他姿势变化的复合的移动。

再有，从工具前端点的相对位置追加计量已知的2点的位置不仅可以求出工具前端点的位置还能求出工具的姿势。图11是说明通过这样的追加计量来求工具的姿势的方法的图，图11a表示追加计量时的配置和向监视器画面上进行图像显示的情况，图11b是使用映射在监视器画面上的图像说明追加计量的点的图。如图11a所示，工具30的纵长方向大致沿照相机40的视线，使工具前端点31取朝向照相机4那样的机械手姿势。从图像处理装置2送出拍摄指令，由照相机4进行拍摄，在监视器3的画面上进行图像显示。

在本例中，预先在工具30的前端部描出圆形的标记(小黑圆圈)D，同时在工具30的基部描出环形的标记(大黑环)E，在其一部分上描出“小白圆圈G”。另外，在大黑环的内周形成“大白圆圈F”，把小黑圆圈D的中心描成工具前端点31。黑圆圈D和黑环E以及白圆圈G等不一定描成这样的颜色，只要黑圆圈D、黑环E、白圆圈G等是在灰度级中互相不同的颜色就行。在图11a、图11b中通过附以影线表示黑圆圈和黑环。于是，“大白圆圈F”存在的平面和“小黑圆圈D”存在的平面有平行关系，而且，设通过“大白圆圈F”的中心、垂直“大白圆圈F”存在的平面的直线通过“小黑圆圈D”的中心(工具前端点31)。代替在工具30上描绘满足这样的条件的标记的图形，而准备在工具30上嵌入的帽状部件(描绘标记的图形的部件)，在工具30上嵌入该部件时也可以提供同样的标记的图形。

在准备这样的图形的情况下，作为追加计量的点，可以选择“小白圆圈G的中心”和“大白圆圈F的中心”。这是考虑以工具前端点31(小黑圆圈D的中心)为原点的坐标系(代表工具前端点的位置和姿势的坐标系；以下称工具坐标系)，相当于在其X轴上的点选择“小白圆圈G的中心”，在其Z轴上的点选择“大白圆圈F的中心”的情况。

因此，在这种情况下，如果求“小白圆圈G的中心”和“大白圆圈F的中心”的相对位置(机械界面坐标系上的位置)，则在工具前端点31的相对位置计量完成后，就可以算出工具坐标系的相对姿势。关于这一计算方法，因为有许多众所周知的方法，因此在这里省略其说明。关于计量追加的2点的方法，也和计量工具前端点的位置的方法(上述)相同。

另外，如果合并“小白圆圈G的中心”、“大白圆圈F的中心”的相对位置的数据和已知的工具前端点31的相对位置的数据的话，则可以求出表示对于机械界面坐标系的工具坐标系的位置和姿势的行列式。

也可以在进行计量时把照相机设置在机械手周围的任意的位置上，在计量结束后再收起来。这种情况下，即使机械手和照相机间的相对位置改变而处于一时不能进行计量的状态，也可以容易地返回到能够计量的状态。

使用典型的实施例说明了本发明，但是应该理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下专业人员能够进行上述的变更以及其他各种变更、省略、追加。

Claims (10)

1.一种计量装置，包含在臂前端部安装了工具(30)的机械手(1)和受光设备(4)，其特征在于，

具备：

把上述机械手(1)定位在初始位置的部件(5，15)；

用上述受光设备(4)捕捉安装在上述机械手(1)的臂前端部的工具(30)的前端点(31)，求得在上述受光设备(4)的受光面上成像的工具的前端点(31a)的上述受光面上的位置的部件(2，20)；

求出使上述工具(30)的前端点(31)的受光面上的位置移动到上述受光面上的规定位置(M)那样的上述机械手的移动量的部件(5，11)；

根据上述移动量移动上述机械手(1)的部件(5，15)；

取得并存储上述移动后的上述机械手的位置的部件(5，12)；和

在给出多个上述初始位置的情况下、在固定上述受光设备(4)的位置的条件下、使用移动并存储了上述机械手(1)到每一初始位置的上述机械手的位置来求出上述工具(30)的前端点(31)相对上述机械手的工具安装面(32)的位置的部件(5，11)。

2.如权利要求1上述的计量装置，其特征在于，

还设置有在上述移动后、取得并存储上述机械手的位置前判定在规定的误差(δimage)内成像在上述受光设备(4)的受光面上的工具的前端点(31a)的位置与上述受光面上的规定位置(M)一致的一致判定部件(2，20)。

3.如权利要求2上述的计量装置，其特征在于，

还设置有在用上述一致判定部件(2，20)未能判定在上述规定的误差(δimage)内一致的情况下，把上述机械手的位置再次作为初始位置的部件(2，20)。

4.如权利要求1到3中任何一项上述的计量装置，其特征在于，

还设置有使用上述工具(30)的姿势一致且仅该工具(30)和受光设备(4)的距离不同的至少两个上述机械手的位置(Qf1，Qf2)来求出对上述机械手的坐标系(∑b)的上述受光设备(4)的视线方向的部件(5，11)。

5.如权利要求4上述的计量装置，其特征在于，

还设置有根据上述求得的对于上述机械手的坐标系(∑b)的上述受光设备(4)的视线方向使用使包含绕平行于该视线方向的轴旋转的上述工具(30)的姿势变化的至少两个上述机械手的位置(Qf1，Qf3)来求出对于上述机械手的坐标系(∑b)的上述受光设备(4)的视线位置的部件(5，11)。

6.如权利要求5上述的计量装置，其特征在于，

还设置有根据上述求得的对于上述机械手的坐标系(∑b)的上述受光设备(4)的视线位置及视线方向使用使包含绕垂直于该视线方向的轴旋转的上述工具(30)的姿势变化的至少两个上述机械手的位置(Qf1，Qf4)来求出对于上述机械手(1)的工具安装面(32)的上述工具(30)的前端点(31)的位置的部件(5，11)。

7.如权利要求1到6中任何一项上述的计量装置，其特征在于，

上述受光设备(4)在进行计量时被设置在该机械手(1)周围的任意位置，而在上述计量结束后撤回。

8.如权利要求1到7中任何一项上述的计量装置，其特征在于，

上述受光设备(4)是拍摄2维图像的照相机。

9.如权利要求1到7中任何一项上述的计量装置，其特征在于上述受光设备(4)是求受光量分布的重心的PSD。

10.如权利要求1到9中任何一项上述的计量装置，其特征在于，

还设置有通过追加计量离开工具(30)的前端点(31)而处于规定的位置关系的工具上的1点或者2点，来求出对于上述机械手(1)的工具安装面(32)的上述工具(30)的前端点(31)的位置及姿势的部件。

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