JP2582807B2 - 工業用ロボットに対する作業線教示方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式センサを用いて切断や溶接等のため
の作業線を予め工業用ロボットに記憶させる、作業線の
教示方法に関する。

〔従来の技術〕

この種の作業線教示方法としては、例えば特開昭61−
108485号公報に開示された技術がある。この技術におい
ては、ワークに作業線を中心としてテープを貼り、光学
式センサをこのテープと交差する方向に移動させ、ワー
ク表面とテープ表面からの反射光量の違いによりテープ
の境界を検出して作業線を教示するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の方法は、ワークの表面の凹凸や
傾斜により光学式センサへの反射光量が変動するので検
出される信号が不安定であり、またワークの種類により
表面の反射率も異なり同じレベルの光量信号が得られな
いので、同一設定のままではワーク表面とテープ表面の
境界を常に確実に検出することはできず、従って正確か
つ確実に作業線を教示することができないという問題が
あった。本発明はこのような問題を解決しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

このために、本発明による工業用ロボットに対する作
業線の教示方法は、添付図面に例示する如く、工業用ロ
ボットのリスト部18に取り付けられてワークに向けて測
定用レーザ光を照射すると共に同ワークからの反射光を
受光する光学式センサ45を用いた工業用ロボットに対す
る作業線教示方法において、作業線に沿って切断した周
縁Vaを有するモデルワークＶを周辺よりも高い位置に設
置し、前記光学式センサ45をその測定用レーザ光が前記
モデルワークＶ上の前記周縁Vaに接近した位置に照射さ
れた状態において同モデルワークＶの表面に対し垂直に
すると共に同表面からの距離を所定値とする第１ステッ
プと、前記光学式センサ45を第１ステップの状態を保っ
て前記周縁Vaと交差する方向に移動して同光学式センサ
45により検出される前記表面との距離が不連続的に増大
する位置を記憶装置に記憶する第２ステップと、次いで
前記光学式センサ45を前記モデルワークＶ上の前記周縁
Vaに接近した次の位置に移動する第３ステップよりなる
動作を繰り返すことを特徴とするものである。

〔作用〕

光学式センサ45はモデルワークＶに対し前記所定の状
態に保たれて、モデルワークＶの表面上に照射された測
定用レーザ光の照射位置が周縁Vaと交差する方向に移動
され、モデルワークＶの表面との距離が不連続的に増大
する位置、すなわち測定用レーザ光が周縁Vaと交差して
これから外れた位置が工業用ロボットに記憶される。次
いで光学式センサは次の位置に移動されて同様の動作を
行い、これを繰り返すことにより工業用ロボットに周縁
Vaと同一形状の作業線を教示する。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明はモデルワークの切断された周縁
により定められる作業線を、光学式センサとモデルワー
クの表面の間の距離の不連続的増大により検出している
ので、モデルワークの表面の凹凸や傾斜により光学式セ
ンサへの反射光量が変化しても検出される距離信号が変
化することはなく、またモデルワークの材質等により表
面の反射率が異っても距離信号は変化することはない。
しかして、測定用レーザ光がモデルワークの周縁と交差
すれば距離信号が不連続的に増大するので作業線を確実
に検出することができる。従って、本発明によればモデ
ルワークの表面の凹凸や傾斜や材質等が変化しても常に
確実にモデルワークの周縁を検出することができ、正確
かつ確実に作業線を教示することができる。

〔実施例〕

以下に、添付図面に示す実施例により、本発明の説明
をする。

先ず本実施例の適用対象であるレーザ加工用の工業用
ロボットの説明をする。第２図に示す如く、工業用ロボ
ットの本体装置10は直交座標系の部分と極座標系の部分
により構成されている。直交座標系の部分は、ベッド11
に立設された複数の支柱12上に固定された一対の案内部
材13と、これにより縦方向に案内支持された第１直動部
材14と、これにより横方向に案内支持された第２直動部
材15と、これにより鉛直方向に案内支持された昇降部材
16よりなり、各部材14,15,16の移動は、それぞれサーボ
モータ19,20,21を介してロボット制御装置30に制御さ
れ、それぞれの位置はエンコーダ22,23,24により検出さ
れてフィードバックされている。極座標系の部分は、昇
降部材16により鉛直軸線回りに回動可能に支持された旋
回部材17と、これにより水平軸線回りに回動可能に支持
されたリスト部18よりなり、各部材17,18の回動はそれ
ぞれ図略のサーボモータ及びエンコーダを介してロボッ
ト制御装置30により制御され、フィードバックされてい
る。

リスト部18に取り付けられたレーザトーチ27には、加
工用レーザ発振器25により発振された加工用レーザ光
が、各折曲部に反射鏡を内蔵した光学案内路26を通して
導かれ、加工用レンズにより集束されて、取付治具29を
介してベース11上に位置決め支持されたワークＷの加工
面に照射される。

第１図、第２図及び第５図に示す如く、リスト部18の
レーザトーチ27と反対側には光学式センサ45が固定され
ている。この光学式センサ45はレーザトーチ27と同軸的
に逆向きに測定用レーザ光を発射する図略のレーザ発振
器と、モデルワークＶの表面からの反射光を受光する光
位置検出素子（第３図に符号46として示す）を内蔵して
いる。光位置検出素子（以下単にPSDという）46は両端
に電極を有し、その受光量に応じ、かつその受光面上に
おける長手方向の受光位置に応じた電流を両端の電極か
ら出力するものである。

ロボット制御装置30は、第２図に示す如く、中央処理
装置（以下単にCPUという）31とメモリ32とパルス発生
回路33を主要な構成要素とし、CPU31はそれぞれ、イン
ターフェイス34,35を介して操作盤41及び教示ボックス4
2に接続され、インターフェイス36を介してエンコーダ2
2,23,24等に接続され、またインターフェイス37及びセ
ンサコントローラ50を介して光学式センサ45に接続され
ている。また、パルス発生回路33はドライブユニット40
を介してサーボモータ19,20,21等に接続されている。

センサコントローラ50は、第３図に示す如く、距離演
算回路51とこれに関連する第1,第２距離比較器53,54及
び距離設定器55、ならびに光量演算回路52とこれに関連
する光量比較器56及びピーク時光量記憶回路57よりな
り、距離演算回路51及び光量演算回路52にはPSD46の両
端の電極からの出力電流ia,ibが送出されるようになっ
ている。距離演算回路51は次式（ia−ib）／（ia＋ib） またはこれに準じた演算式に基づいてPSD46上の受光
位置を演算し、三角測量の原理により光学式センサ45と
モデルワークＶの表面との間の距離を演算するものであ
り、第１距離比較器53はこのようにして演算された距離
を距離設定器55に記憶された設定距離と比較してその比
較結果をCPU31に送出するものであり、第２距離比較器5
4は距離演算回路51により演算された距離を時間的に比
較して不連続的な変化を検出すればその結果をCPU31に
送出するものである。光量演算回路52は次式 ia＋ib またはこれに準じた演算式に基づきPSD46が受光した
光量を演算するものであり、光量比較器56はこの光量を
ピーク時光量記憶回路57に記憶されたピーク時光量と比
較して光学式センサ45がモデルワークＶの表面に対し垂
直となったことを検出し、その結果をCPU31に送出する
ものである。

次に、第１図及び第４図により、本実施例の教示方法
の説明をする。

第１図に示す如く、先ず作業線（第５図のワークＷの
符号Wa参照）に沿って切断した周縁Vaを有したモデルワ
ークＶを、取付治具25により周辺のベッド11よりも高い
位置に支持させる。次いで教示ボックス42を操作しリス
ト部18を回動して光学式センサ45をモデルワークＶ側に
割り出してから、測定用レーザ光を照射して第４図のフ
ローチャートによる作業線の教示を開始する。

先ずステップ100において、教示ボックス42の手動移
動ボタンを操作して工業用ロボットの本体装置10を作動
させ、リスト部18を動かして光学式センサ45を、その測
定用レーザ光がモデルワークＶ上の周縁Vaに接近した第
１の位置P1に照射される位置に仮位置決めする。続くス
テップ101において光学式センサ45をモデルワークＶの
表面に対して垂直にする。これには、先ず測定用レーザ
光が位置P1を中心として直交する二方向に揺動するよう
にリスト部18にあおり動作を行わせる。各あおり動作と
も、第１回目のあおり動作で光量演算回路52からのピー
ク時の光量信号値はピーク時光量記憶装置57に記憶さ
れ、光量比較器56は第２回目のあおり動作での光量信号
値を第１回目のピーク時の光量信号値と比較し、ピーク
時の光量信号値と一致した時点で信号をCPU31に送出し
て各あおり動作を停止させ、これにより光学式センサ45
はモデルワークＶの表面に対し垂直となる。続くステッ
プ102において光学式センサ45とモデルワークＶの表面
との距離を所定値とする。これはリスト部18をモデルワ
ークＶに対するアプローチ方向に移動させ、第１距離比
較器53により距離演算回路51からの距離信号値を距離設
定器55に記憶された所定値と比較し、この両者の値が一
致した時点で信号をCPU31に送出してアプローチ方向の
移動を停止させることにより行う。

続くステップ103において、教示ボックス42を作動し
て光学式センサ45をモデルワークＶに対し垂直でかつ所
定距離に保った状態で、測定用レーザ光の照射位置が第
１の仮位置P1からモデルワークＶの周縁Vaと直交する方
向に移動するようにリスト部18を移動させる。この移動
中において第２距離比較器54は、距離演算回路51からの
距離信号を時間的に比較し、光学式センサ45からの測定
用レーザ光の照射位置が第１の教示位置Q1においてモデ
ルワークＶの周縁Vaから外れて距離信号が不連続的に増
大したことを検出すれば、信号をCPU31に送出して動作
をステップ104から105に進めて光学式センサ45の移動を
停止する。次いで教示ボックス42の位置教示ボタンを押
すと、ステップ106において各エンコーダ22,23,24等か
ら位置データが送出され、メモリ32に格納されて第１の
教示位置Q1が記憶される。

この状態においてはまだ、教示位置は残っているので
ステップ107から108に動作を進め、教示ボックス42の手
動移動ボタンを操作して光学式センサ45を周縁Vaに沿っ
て次の仮位置P2に移動させ、上述したステップ100〜106
を繰り返し、第２の教示位置Q2を記憶する。以上の動作
の繰り返しにより、多数の教示位置が次々にメモリ32に
格納されて記憶され、すべての教示位置を記憶すれば、
本実施例による教示は終了する。以上により記憶された
多数の教示位置はCPU31により、周縁Vaと同じような作
業線に創成される。

次にモデルワークＶを取り外し、第５図に示す如く、
加工すべきワークＷを取付治具29により位置決め支持
し、リスト部18を回動してレーザトーチ27をワークＷ側
に割り出す。そしてレーザトーチ27から加工用レーザ光
を照射し、教示された作業線に基づいてロボットセンサ
装置30を作動させれば、ワークＷはその表面上に集束さ
れた加工用レーザ光により、破線で示す作業線Waに沿っ
て切断される。

上記実施例によれば、測定用レーザ光がモデルワーク
Ｖ上に照射されている状態における距離演算回路51から
の距離信号は、モデルワークＶからの反射光量が変化し
ても一定に保たれ、周縁Vaから外れることにより不連続
的に増大するので、モデルワークＶの材質や表面状態に
拘らず常に一定の確実さで作業線を教示することができ
る。

なお、本発明は、上記実施例に図示したような平面状
のモデルワークＶに限らず、三次元形状のモデルワーク
を用いて実施することができることは言うまでもない。

また、本発明は、周縁Vaに沿ってモデルワークＶの表
面を白色に塗装して実施してもよく、この場合はステッ
プ101における光学式センサ45を垂直にする動作は、測
定用レーザ光が非塗装位置に照射された状態において行
うようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による工業用ロボットに対する
作業線教示方法の一実施例を示し、第１図は実施状態を
示す要部の斜視図、第２図は適用される工業用ロボット
の全体を示す図、第３図はセンサコントローラのブロッ
ク図、第４図は教示動作を示すフローチャート、第５図
は教示後のワークの切断作業状態を示す図である。 符号の説明 18……リスト部、45……光学式センサ、 Ｖ……モデルワーク、Va……周縁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工業用ロボットのリスト部に取り付けられ
   てワークに向けて測定用レーザ光を照射すると共に同ワ
   ークからの反射光を受光する光学式センサを用いた工業
   用ロボットに対する作業線教示方法において、作業線に
   沿って切断した周縁を有するモデルワークを周辺よりも
   高い位置に設置し、前記光学式センサをその測定用レー
   ザ光が前記モデルワーク上の前記周縁に接近した位置に
   照射された状態において同モデルワークの表面に対し垂
   直にすると共に同表面からの距離を所定値とする第１ス
   テップと、前記光学式センサを第１ステップの状態を保
   って前記周縁と交差する方向に移動して同光学式センサ
   により検出される前記表面との距離が不連続的に増大す
   る位置を記憶装置に記憶する第２ステップと、次いで前
   記光学式センサを前記モデルワーク上の前記周縁に接近
   した次の位置に移動する第３ステップよりなる動作を繰
   り返すことを特徴とする工業用ロボットに対する作業線
   教示方法。