JP2020026032A - ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システム - Google Patents
ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システム Download PDFInfo
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Abstract
Description
110,810…多関節ロボット(ロボット)
120,130,821〜825…アーム部
125,135…回転継手
140,840…移動制御システム(処理システム)
141〜144,841〜846…検知部
145,847…ロボット位置処理部
147,849…標準ロボット位置座標モード部
150,850…補足計測位置座標決定システム
160,860…撮像構成
170,870…XYスケール
180,880…画像処理部
181,881…画像トリガ部
190,890…計測位置座標処理部
192,892…補足計測位置座標モード部
831〜835…移動機構
847…ロボット位置処理部
Claims (21)
- ロボットシステムであって、
遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール搭載構成を含む可動アーム構成であって、前記ロボットは、前記エンドツール搭載構成に搭載されたエンドツールの少なくとも一部を、エンドツール作業範囲内で少なくとも2次元に沿って移動させるように、前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備えるロボットを備え、
前記ロボットシステムは更に、補足計測位置座標決定システムであって、
第1のカメラを含み、光軸を有する第1の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むXYスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記XYスケール上の既知のXYスケール座標に位置付けられている、XYスケールと、
前記エンドツール位置に関連した少なくとも1つの入力信号を入力し、前記少なくとも1つの入力信号に基づいて第1の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第1の撮像トリガ信号を前記第1の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記第1の撮像構成は前記第1の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記XYスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記XYスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも1つの撮像可能要素及び関連する既知のXYスケール座標ロケーションを識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備える補足計測位置座標決定システムを備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成され、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち静止したものは第1の参照位置を規定し、
スケール面は前記XYスケールの前記平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定され、前記ロボットシステムは少なくともノミナルで前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように動作可能であり、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成において、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち少なくとも1つは、前記第1の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第1の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記静止したものが前記動作構成に配置され、かつ、前記XYスケールが前記第1の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、前記取得した画像内の前記識別された少なくとも1つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものと前記第1の参照位置との相対位置を示す計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成され、
前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ロボットシステム。 - 前記XYスケール又は、前記第1の撮像構成のうち前記可動のものは、第1の遠位小部分回転軸を中心として回転する少なくとも第1の遠位小部分回転要素を含む遠位小部分を介して、前記可動アーム構成の中央小部分に結合されており、前記第1の遠位小部分回転軸は、前記XYスケールが前記可動のものである場合は前記スケール面とノミナルで平行であり、前記第1の撮像構成が前記可動のものである場合は前記光軸に対してノミナルで直交する、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記中央小部分は、前記第1の遠位小部分回転軸とノミナルで平行である回転軸を中心として回転する少なくとも第1の中央小部分回転要素を含む、請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものを前記中央小部分に結合する前記遠位小部分は、前記XYスケールが前記可動のものである場合は前記スケール面にノミナルで直交する遠位小部分回転軸を含まず、前記第1の撮像構成が前記可動のものである場合は前記光軸とノミナルで平行な遠位小部分回転軸を含まない、請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記遠位小部分は、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものを前記第1の遠位小部分回転要素に結合するブラケットを含む、請求項2に記載のロボットシステム。
- 前記補足計測位置座標決定システムが前記動作構成にある間、前記ロボットは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものを前記スケール面と平行な面内で移動させるように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用される、前記ワークピースに触れるとタッチ信号を出力するタッチプローブである場合、前記画像トリガ部は、そのタッチ信号又はそれから導出された信号を少なくとも1つの入力信号として入力するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 少なくとも前記補足計測位置座標決定システムが前記動作構成にある間、前記エンドツールは、前記タッチプローブの中心軸が前記スケール撮像軸方向とノミナルに平行であるように構成されている、請求項7に記載のロボットシステム。
- 前記エンドツールが、ワークピースを測定するために使用される、各サンプルタイミング信号に対応した各ワークピース測定サンプルデータを与えるスキャンプローブである場合、前記画像トリガ部は、その各サンプルタイミング信号又はそれから導出された信号を少なくとも1つの入力信号として入力するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記エンドツールが、各ワークピース画像取得信号に対応した各ワークピース測定画像を与えるために使用されるカメラである場合、前記画像トリガ部は、そのワークピース画像取得信号又はそれから導出された信号を少なくとも1つの入力信号として入力するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記補足計測位置座標決定システムは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものの前記相対位置を示す前記決定された計測位置座標、及び、前記エンドツール位置と前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものとの間の既知の座標位置オフセットに基づいて、前記画像取得時点における前記エンドツール位置の前記計測位置座標を決定するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記XYスケールは前記可動アーム構成に結合され、前記第1の撮像構成は前記静止要素に結合されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記静止要素は前記エンドツール作業範囲の少なくとも一部よりも上方に配置されたフレームを含み、前記第1の撮像構成は前記エンドツール作業範囲の一部よりも上方で前記フレームに固定されている、請求項12に記載のロボットシステム。
- 前記XYスケールの前記撮像可能要素は、一意の識別可能パターンを有する撮像可能要素のセットを含み、前記撮像可能要素のセットは、前記第1の撮像構成の視野の直径方向の距離よりも小さい距離だけ離間するように前記基板上に分散され、
前記計測位置座標処理部は、前記XYスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも1つの撮像可能要素を、その一意の識別可能パターンに基づいて識別するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。 - 前記計測位置座標処理部は、前記XYスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも1つの撮像可能要素を、前記取得された画像内でのその画像位置に基づいて、更に、前記画像取得時点に対応して前記移動制御システムから導出されたロボット位置データに基づいて識別するように構成されている、請求項1に記載のロボットシステム。
- 前記XYスケールの前記撮像可能要素は、前記ロボット精度内で許される最大位置誤差よりも大きい距離だけ相互に等間隔で離間するように前記基板上に分散させた同様の撮像可能要素のセットを含む、請求項15に記載のロボットシステム。
- ロボットと共に利用されてロボットシステムを構成する補足計測位置座標決定システムを動作させるための方法であって、
前記ロボットは、
遠位端の近傍に位置付けられたエンドツール搭載構成を含む可動アーム構成であって、前記ロボットは、前記エンドツール搭載構成に搭載されたエンドツールの少なくとも一部を、エンドツール作業範囲内で少なくとも2次元に沿って移動させるように、前記可動アーム構成を移動させるよう構成されている、可動アーム構成と、
少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、
を備え、
前記補足計測位置座標決定システムは、
第1のカメラを含み、光軸を有する第1の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むXYスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記XYスケール上の既知のXYスケール座標に位置付けられている、XYスケールと、
画像トリガ部と、
計測位置座標処理部と、
を備え、前記補足計測位置座標決定システムは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成され、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち静止したものは第1の参照位置を規定し、
スケール面は前記XYスケールの前記平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定され、前記ロボットシステムは少なくともノミナルで前記補足計測位置座標決定システムの動作構成を与えるように動作可能であり、前記補足計測位置座標決定システムの前記動作構成において、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち少なくとも1つは、前記第1の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第1の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記方法は、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置に関連した少なくとも1つの入力信号を受信し、前記少なくとも1つの入力信号に基づいて第1の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第1の撮像トリガ信号を前記第1の撮像構成に出力し、前記第1の撮像構成は前記第1の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記XYスケールのデジタル画像を取得し、前記デジタル画像が取得される場合に前記補足計測位置座標決定システムは少なくともノミナルで前記動作構成にある、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記取得された画像を識別し、前記XYスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも1つの撮像可能要素及び関連する既知のXYスケール座標ロケーションを識別することと、
前記取得した画像内の前記識別された少なくとも1つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものと前記第1の参照位置との相対位置を示す計測位置座標を決定し、前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、ことと、
を含む方法。 - ワークピースの要素を測定するために前記相対位置を示す前記決定された計測位置座標を利用することを更に含む、請求項17に記載の方法。
- 前記相対位置は、前記ワークピース上の第1の表面ロケーションに対応する第1の相対位置であり、前記方法は更に、
前記画像トリガ部において、前記エンドツール位置に関連した少なくとも1つの第2の入力信号を受信し、前記少なくとも1つの第2の入力信号に基づいて第2の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第2の撮像トリガ信号を前記第1の撮像構成に出力し、前記第1の撮像構成は、前記第2の撮像トリガ信号の受信に応答して、第2の画像取得時点で前記XYスケールの第2のデジタル画像を取得し、前記第2のデジタル画像が取得される場合に前記補足計測位置座標決定システムは少なくともノミナルで前記動作構成にある、ことと、
前記計測位置座標処理部において、前記第2の取得された画像を受信し、前記XYスケールの前記第2の取得された画像に含まれる少なくとも1つの第2の撮像可能要素及び関連する第2の既知のXYスケール座標ロケーションを識別することと、
前記第2の取得した画像内の前記識別された少なくとも1つの第2の撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものと前記第1の参照位置との間の第2の相対位置を示す計測位置座標を決定し、前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記第2の画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示し、前記第2の相対位置は、前記第1の相対位置とは異なり、前記第1の表面ロケーションとは異なる前記ワークピース上の第2の表面ロケーションに対応する、ことと、
前記第1及び第2の相対位置を示す前記決定された計測位置座標を用いて、前記ワークピース上の前記第1及び第2の表面ロケーション間の距離に対応する前記ワークピースの寸法を決定することと、
を含む、請求項18に記載の方法。 - ロボットと共に使用される補足計測位置座標決定システムであって、
第1のカメラを含み、光軸を有する第1の撮像構成と、
ノミナルで平面状の基板と、前記基板上に分散した複数の撮像可能要素と、を含むXYスケールであって、前記撮像可能要素はそれぞれ前記XYスケール上の既知のXYスケール座標に位置付けられている、XYスケールと、
ロボットのエンドツール位置に関連した少なくとも1つの入力信号を入力し、前記少なくとも1つの入力信号に基づいて第1の撮像トリガ信号のタイミングを決定し、前記第1の撮像トリガ信号を前記第1の撮像構成に出力するよう構成された画像トリガ部であって、前記ロボットは、エンドツール搭載構成を備えた可動アーム構成と、少なくとも部分的に、前記ロボットに含まれる少なくとも1つの位置センサを用いて前記可動アーム構成の位置を検知及び制御することに基づいて、ロボット精度として規定された精度レベルでエンドツールのエンドツール位置を制御するように構成された移動制御システムと、を含み、前記第1の撮像構成は前記第1の撮像トリガ信号の受信に応答して画像取得時点で前記XYスケールのデジタル画像を取得するよう構成されている、画像トリガ部と、
前記取得された画像を入力し、前記XYスケールの前記取得された画像に含まれる少なくとも1つの撮像可能要素及び関連する既知のXYスケール座標ロケーションを識別するように構成された計測位置座標処理部と、
を備え、前記補足計測位置座標決定システムは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち可動のものが前記可動アーム構成に結合されるように構成され、他方のものが前記ロボットの近傍で静止要素に結合されるように構成され、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち静止したものは第1の参照位置を規定し、
スケール面は前記XYスケールの前記平面状の基板とノミナルで一致するように規定され、前記スケール面に対して垂直な方向はスケール撮像軸方向として規定され、前記補足計測位置座標決定システムの動作構成において、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち少なくとも1つは、前記第1の撮像構成の前記光軸が前記スケール撮像軸方向の方向と平行であるように、かつ、前記スケール面が前記スケール撮像軸方向に沿った前記第1の撮像構成の合焦範囲内に位置付けられるように配置され、
前記補足計測位置座標決定システムは、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のもの及び前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記静止したものが前記動作構成に配置され、かつ、前記XYスケールが前記第1の撮像構成の視野内にあるように前記可動アーム構成が配置されている場合、前記計測位置座標処理部が、前記取得した画像内の前記識別された少なくとも1つの撮像可能要素の画像位置の決定に基づいて、前記XYスケール又は前記第1の撮像構成のうち前記可動のものと前記第1の参照位置との相対位置を示す計測位置座標を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで決定するように動作可能であるよう構成され、
前記決定された計測位置座標は、少なくとも前記スケール撮像軸方向の横断方向又は直交方向のうち一方である前記計測位置座標のベクトル成分について、前記画像取得時点における前記エンドツール位置を前記ロボット精度よりも良好な精度レベルで示す、補足計測位置座標決定システム。 - 前記XYスケールは前記可動アーム構成に結合され、前記第1の撮像構成は前記静止要素に結合されている、請求項20に記載の補足計測位置座標決定システム。
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