JP6628170B1 - 計測システム及び計測方法 - Google Patents

計測システム及び計測方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6628170B1
JP6628170B1 JP2019047274A JP2019047274A JP6628170B1 JP 6628170 B1 JP6628170 B1 JP 6628170B1 JP 2019047274 A JP2019047274 A JP 2019047274A JP 2019047274 A JP2019047274 A JP 2019047274A JP 6628170 B1 JP6628170 B1 JP 6628170B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
work
points
displacement
reference plane
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019047274A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020146808A (ja
Inventor
教晃 吉井
教晃 吉井
治樹 古川
治樹 古川
公平 鶴岡
公平 鶴岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp filed Critical Omron Corp
Priority to JP2019047274A priority Critical patent/JP6628170B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6628170B1 publication Critical patent/JP6628170B1/ja
Priority to PCT/JP2020/010360 priority patent/WO2020184575A1/ja
Publication of JP2020146808A publication Critical patent/JP2020146808A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Programmable Controllers (AREA)

Abstract

【課題】ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正するための補正値を簡易なシステム構成で計算する。【解決手段】プログラマブルコントローラが、ワークの３点のＺ座標の３つの変位センサによる測定結果を入力するステップ６０１と、ワークの２点のＸＹ座標の１つ又は２つの画像センサによる測定結果を入力するステップ６０２と、３点のＺ座標及び２点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、ワークの基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面に対するワークの変位を６自由度の成分で計算するステップ６０３と、基準平面に対するワークの変位に基づいて、基準平面との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの点に対するワークの校正点の変位を計算するステップ６０４を実行する。【選択図】図６

Description

本発明は計測システム及び計測方法に関わる。
ファクトリーオートメーションの分野では、ロボットによるワークの組み立て作業が自動化されている。例えば、自動車部品の溶接工程においては、作業台に置かれたワークにロボットが溶接を行うようにロボットの動作が制御される。このとき、作業台に置かれるワークの位置及び姿勢は、ワーク毎に異なり得る。このような事情に鑑み、作業台に対するワークの標準的な位置及び姿勢を予め定めておき、ワークの位置及び姿勢がその標準的な位置及び姿勢からどの程度ずれているかを検出し、ロボットによるワークの溶接位置を補正することが行われている。例えば、特許文献１は、基準ブロックに対するワークの標準的な位置及び姿勢を予め設定しておき、画像センサ及び変位センサを用いて基準ブロックに対するワークのずれをＸＹＺ直交座標系の各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算することにより、ワークに対するロボットの位置及び姿勢の補正量を計算する方法を提案している。
特開２０１５−９３３５６号公報
しかし、特許文献１に記載の方法では、ワーク毎に基準ブロックを用意する必要があるため、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正するための補正値を計算するためのシステムの構築が煩雑となる。
そこで、本発明は、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正するための補正値を簡易なシステム構成で計算することのできる計測システム及び計測方法を提案することを課題とする。
上述の課題を解決するため、本発明に関わる計測システムは、ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内におけるワークの３点のＺ座標を測定する３つの変位センサと、ワークの２点のＸＹ座標を測定する１つ又は２つの画像センサと、プログラマブルコントローラであって、３点のＺ座標及び２点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、ワークの基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面に対するワークの変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算する第１の計算手段と、基準平面に対するワークの変位に基づいて基準平面の位置及び姿勢をワークの位置及び姿勢に整合させたときの基準平面との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの校正点の変位を計算する第２の計算手段と、３つの校正点の変位の計算結果を、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正する補正値としてロボットコントローラに出力する手段と、を備えるプログラマブルコントローラと、を備える。ここで、基準平面に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ基準平面に垂直な軸がＺ軸となるようにＸＹＺ直交座標系が定義されている。このような構成によれば、ワークの位置及び姿勢を測定するための基準となる基準ブロックは不要となり、簡易なシステム構成でワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正することが可能となる。
ワークの２点は、ワークの外観的特徴点でもよい。これにより、画像センサによるワークの撮像点の識別精度を高めることができる。
第２の計算手段は、行列演算を用いて前３つの校正点のそれぞれの変位を計算してもよい。行列演算により、座標変換を用いた校正点の計算が可能となる。
本発明に関わる計測方法は、プログラマブルコントローラが、ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内におけるワークの３点のＺ座標の３つの変位センサによる測定結果を入力するステップと、ワークの２点のＸＹ座標の１つ又は２つの画像センサによる測定結果を入力するステップと、３点のＺ座標及び２点のＸＹ座標の測定結果に基づいてワークの基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面に対するワークの変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算するステップと、基準平面に対するワークの変位に基づいて基準平面の位置及び姿勢をワークの位置及び姿勢に整合させたときの基準平面との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの校正点の変位を計算するステップと、３つの校正点の変位の計算結果を、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正する補正値としてロボットコントローラに出力するステップとを実行する。ここで、基準平面に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ基準平面に垂直な軸がＺ軸となるようにＸＹＺ直交座標系が定義されている。このような方法によれば、ワークの位置及び姿勢を測定するための基準となる基準ブロックは不要となり、簡易な手法でワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正することが可能となる。
本発明によれば、ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正するための補正値を簡易なシステム構成で計算することができる。
本発明の実施形態に関わる計測システムの概略構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる基準平面に対するワークの変位を測定する様子を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる基準平面に対するワークの変位を測定する様子を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測システムの一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わるプログラマブルコントローラの構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測方法の計算処理を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わる計測システムの一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に関わるワークの説明図である。 本発明の実施形態に関わるワークの説明図である。
以下、本発明の一側面に関わる実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るととともに、本発明には、その等価物も含まれる。なお、同一符号は、同一の構成要素を示すものとし、重複する説明は省略する。
［適用例］
まず、図１乃至図３を参照しながら、本発明の適用例について説明する。
図１は本発明の実施形態に関わる計測システム１０の概略構成を示す説明図である。計測システム１０は、３つの変位センサ２０及び２つの画像センサ３０を備えている。ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内には、ワークの基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面８０が予め定義されている。ワークの基準位置及び基準姿勢とは、作業台に置かれるワークの位置及び姿勢の基準を定めるものである。図２及び図３に示すように、計測システム１０は、作業台に置かれたワーク７０の実際の位置及び姿勢がそれぞれ基準位置及び基準姿勢からどの程度ずれているのかを３つの変位センサ２０及び２つの画像センサ３０を用いて測定する。なお、基準平面８０に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ基準平面８０に垂直な軸がＺ軸となるようにＸＹＺ直交座標系を定義する。
本明細書で使用する用語を以下のように定義する。
ロボットが操作するワーク７０を「作業ワーク」と呼ぶ。
基準平面８０を「マスターワーク」と呼ぶ。マスターワークは、仮想上のワークの測定面（凹凸のない平坦面）である。
マスターワークとの相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの点を「マスターワークの校正点（キャリブレーションポイント）」と呼ぶ。マスターワークの３つの校正点は、「MasterCalibPoint」と総称することがある。また、マスターワークの３つの校正点を区別するときは、「MasterCalibPoint1」,「 MasterCalibPoint2」, 「MasterCalibPoint3」と呼ぶことがある。但し、マスターワークの３つの校正点によって画定される平面は、基準平面８０と同一でもよく、この場合、各校正点は、基準平面８０上に存在する。
マスターワークの位置及び姿勢を作業ワークの位置及び姿勢に整合させたときにマスターワークの校正点に一致する点を作業ワークの校正点と呼ぶ。作業ワークの３つの校正点は、「WorkCalibPoint」と総称することがある。また、作業ワークの３つの校正点を区別するときは、「WorkCalibPoint1」,「 WorkCalibPoint2」, 「WorkCalibPoint3」と呼ぶことがある。
変位センサ２０によって変位センサ２０との間のＺ軸方向の距離が測定されるマスターワーク上の３つの点を「マスターワークの測距点」と呼ぶ。マスターワークの３つの測距点は、「MasterDistanceMeasuPoint」と総称することがある。また、３つのMasterDistanceMeasuPointを区別するときは、「MasterDistanceMeasuPoint1」, 「MasterDistanceMeasuPoint2」, 「MasterDistanceMeasuPoint3」と呼ぶことがある。マスターワークの３つの測距点は、同一平面上に存在し、それらのＺ座標は同一であるものとする。
変位センサ２０によって変位センサ２０との間のＺ軸方向の距離が測定される作業ワーク上の３つの点を「作業ワークの測距点」と呼ぶ。作業ワークの３つの測距点は、「WorkDistanceMeasuPoint」と総称することがある。また、３つのWorkDistanceMeasuPointを区別するときは、「WorkDistanceMeasuPoint1」, 「WorkDistanceMeasuPoint2」, 「WorkDistanceMeasuPoint3」と呼ぶことがある。作業ワークの３つの測距点は、同一平面上に存在するものとする。
特に、WorkDistanceMeasuPoint1のＺ座標をWorkDistanceMeasuPoint1_zと呼ぶ。WorkDistanceMeasuPoint2のＺ座標をWorkDistanceMeasuPoint2_zと呼ぶ。WorkDistanceMeasuPoint3のＺ座標をWorkDistanceMeasuPoint3_zと呼ぶ。
画像センサ３０によって撮像されるマスターワーク上の２つの点を「マスターワークの撮像点」と呼ぶ。マスターワークの２つの撮像点は、「MasterImagePoint」と総称することがある。また、２つのMasterImagePointを区別するときは、「MasterImagePointA」, 「MasterImagePointB」と呼ぶことがある。
画像センサ３０によって撮像される作業ワーク上の２つの点を「作業ワークの撮像点」と呼ぶ。作業ワークの２つの撮像点は、「WorkImagePoint」と総称することがある。また、２つのWorkImagePointを区別するときは、「WorkImagePointA」, 「WorkImagePointB」と呼ぶことがある。
マスターワークの撮像点を始点とし、作業ワークの撮像点を終点とする移動ベクトルをWorkImagePointDiff_xyと呼ぶ。特に、MasterImagePointAを始点とし、WorkImagePointAを終点とする移動ベクトルをWorkImagePointADiff_xyと呼ぶ。MasterImagePointBを始点とし、WorkImagePointBを終点とする移動ベクトルをWorkImagePointBDiff_xyと呼ぶ。
マスターワークに対する作業ワークのＸＹＺ軸周りの回転角をWorkAngleDiffと呼ぶ。特に、マスターワークに対する作業ワークのＺ軸周りの回転角をWorkAngleDiff_zと呼ぶ。
MasterCalibPoint1を始点とし、WorkCalibPoint1を終点とする移動ベクトルをWorkCalibPointDiff1と呼ぶ。MasterCalibPoint2を始点とし、WorkCalibPoint2を終点とする移動ベクトルをWorkCalibPointDiff2と呼ぶ。MasterCalibPoint3を始点とし、WorkCalibPoint3を終点とする移動ベクトルをWorkCalibPointDiff3と呼ぶ。
例えば、図２に示すように、計測システム１０は、マスターワークの３つの測距点のそれぞれのＺ座標と作業ワークの３つの測距点のそれぞれのＺ座標との差分から、基準平面８０に対するワーク７０の変位をＺ軸方向の平行移動成分及びＸＹ軸周りの回転成分からなる３自由度の成分で計算する。また、例えば、図３に示すように、計測システム１０は、マスターワークの２つの撮像点のそれぞれのＸＹ座標と作業ワークの２つの撮像点のそれぞれのＸＹ座標との差分から、基準平面８０に対するワーク７０の変位をＸＹ軸方向の平行移動成分及びＺ軸周りの回転成分からなる３自由度の成分で計算する。このようにして、計測システム１０は、基準平面８０に対するワーク７０の変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算する。
マスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位は、基準平面８０に対するワーク７０の変位に等しい。計測システム１０は、基準平面８０に対するワーク７０の変位からマスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位を計算する。計測システム１０は、マスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位の計算結果を、ワーク７０に対するロボットの位置及び姿勢を補正するための補正値として、ロボットコントローラに出力する。ロボットコントローラは、この補正値に基づいて、ワーク７０に対するロボットの位置及び姿勢を補正する。このような構成によれば、ワーク７０の位置及び姿勢を測定するための基準となる基準ブロックは不要となり、簡易なシステム構成でワーク７０に対するロボットの位置及び姿勢を補正することが可能となる。
なお、ワーク７０の外観的特徴点を、作業ワークの撮像点としてもよい。外観的特徴点とは、その形状、模様、又は色彩がワーク７０の他の部分の形状、模様、又は色彩と比較して区別し易い点を意味する。ワーク７０の外観的特徴点を、作業ワークの撮像点とすることにより、画像センサ３０による作業ワークの撮像点の識別精度を高めることができる。
また、画像センサ３０の測定誤差を低減するために、作業ワークの２つの撮像点の距離は、長い方が望ましい。このため、２つの画像センサ３０のそれぞれは、作業ワークの異なる撮像点を撮像するように配置される。但し、計測システム１０は、必ずしも、２つの画像センサ３０を備える必要はなく、例えば、１つの画像センサ３０で２つの撮像点を撮像してもよい。以下の説明では、計測システム１０が２つの画像センサ３０を備える構成について例示的に説明する。
[システム構成]
図４は本発明の実施形態に関わる測定システム１０の構成を示す説明図である。測定システム１０は、３つの変位センサ２０と、２つの画像センサ３０と、各画像センサ３０に接続するコントローラ３１と、コントローラ３１及び各変位センサ２０に接続するプログラマブルコントローラ４０とを備える。プログラマブルコントローラ４０は、各変位センサ２０から出力される測定信号を入力し、各測距点のＺ座標の値を演算する。コントローラ３１は、各画像センサ３０から出力される測定信号を入力し、撮像点のＸＹ座標をプログラマブルコントローラ４０に出力する。
プログラマブルコントローラ４０は、コントローラ３１及び各変位センサ２０の出力から、マスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位を計算し、その計算結果を、ワーク７０に対するロボット６０の位置及び姿勢を補正するための補正値として、ロボットコントローラ５０に出力する。ロボットコントローラ５０は、この補正値に基づいて、ワーク７０に対するロボット６０の位置及び姿勢を補正する。なお、ワーク７０は、作業台９０に置かれる部品（例えば、自動車の部品）であり、ロボット６０は、例えば、ワーク７０をスポット溶接する溶接ロボットである。ロボットコントローラ５０は、プログラマブルコントローラ４０から出力される補正値に基づいて、例えば、溶接ロボットによるスポット溶接の打点位置を補正する。
なお、ワーク７０が自動車部品のように、例えば、数メートル程度の大きさである場合、ワーク７０を３次元測定するセンサを用いて基準平面８０に対するワーク７０の変位を測定すると、視野が狭い上に、センサの費用が高価になるという欠点を有する。これに対し、変位センサ２０と画像センサ３０とを組み合わせることにより、視野を大きくとることが可能となり、また、センサの費用も安価になるという利点を有する。
図５はプログラマブルコントローラ４０の構成を示す説明図である。プログラマブルコントローラ４０は、プロセッサ４１と、補助記憶装置４２と、主記憶装置４３と、ネットワークコントローラ４４と、チップセット４５とを備えている。補助記憶装置４２は、例えば、ディスク媒体（例えば、磁気記録媒体又は光磁気記録媒体）又は不揮発性半導体メモリなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。主記憶装置４３は、例えば、揮発性半導体メモリである。ネットワークコントローラ４４は、コントローラ３１とプログラマブルコントローラ４０との間の通信、及びロボットコントローラ５０とプログラマブルコントローラ４０との間の通信を制御する。チップセット４５は、プログラマブルコントローラ４０の各部（プロセッサ４１、補助記憶装置４２、主記憶装置４３、及びネットワークコントローラ４４）を制御する。
補助記憶装置４２には、制御プログラム４６が格納されている。制御プログラム４６は、補助記憶装置４２から主記憶装置４３に読み込まれ、プロセッサ４１によって解釈及び実行される。制御プログラム１１０は、コントローラ３１及び各変位センサ２０の出力から、基準平面８０に対するワーク７０の変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算する処理と、基準平面８０に対するワーク７０の変位から、マスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位を計算する処理とを実行する。制御プログラム１１０は、例えば、行列演算を用いてマスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位を計算してもよい。制御プログラム１１０は、例えば、ＳＴ（Structured Text）言語で記述することができる。ＳＴ言語によれば、プログラマブルコントローラ４０による行列演算が可能となる。
[計測方法]
図６は本発明の実施形態に関わる計測方法の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップ６０１において、プログラマブルコントローラ４０は、ワーク７０上の３つの測距点のＺ座標の３つの変位センサ２０による測定結果を入力する。
ステップ６０２において、プログラマブルコントローラ４０は、ワーク７０上の２つの撮像点のＸＹ座標の２つの画像センサ３０による測定結果を入力する。
ステップ６０３において、プログラマブルコントローラ４０は、３つの測距点のＺ座標及び２つの撮像点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、基準平面８０に対するワーク７０の変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算する。
ステップ６０４において、プログラマブルコントローラ４０は、基準平面８０に対するワーク７０の変位から、マスターワークの校正点に対する作業ワークの校正点の変位を計算する。
次に、図７乃至１３を参照しながら、ステップ６０３，６０４の計算処理の詳細について説明する。
図７に示すように、マスターワークの２つの測距点（MasterDistanceMeasuPoint1, MasterDistanceMeasuPoint2）のそれぞれのＹ座標は、同じであるものとする。また、マスターワークに対する作業ワークの回転角の範囲は、±４５度の範囲内であるものとする。
図８に示すように、マスターワークの撮像点（MasterImagePoint）、測距点１（MasterDistanceMeasuPoint1）、測距点２（MasterDistanceMeasuPoint1）、測距点３（MasterDistanceMeasuPoint1）間のベクトルを計算する。
測距点１と撮像点との間のベクトルd1(x, y, z)（式１）により計算する。
測距点１と測距点２との間のベクトルd2(x)を（式２）により計算する。
測距点１と測距点３との間のベクトルd3(x, y)を（式３）により計算する。
測距点１とWorkDistanceMeasuPoint1_zとの間のベクトルd4(z)を（式４）により計算する。
図９に示すように、作業ワークの測距点１（WorkDistanceMeasuPoint1）を基準として、作業ワークのＸＹ軸方向の回転成分を算出する。マスターワークに対して作業ワークが異なる位置に存在するとき、作業ワーク上の測距点１、作業ワーク上の測距点２、及び作業ワーク上の測距点３のそれぞれのＺ座標（WorkDistanceMeasuPoint1_z、WorkDistanceMeasuPoint2_z、WorkDistanceMeasuPoint3_z）から、Ｘ軸及びＹ軸方向の作業ワークの傾きを求め、Ｚ軸周りの回転角(WorkAngleDiff_z)とＸ軸及びＹ軸方向の作業ワークの傾きとから、ＸＹ軸周りの回転角を求める。
図１０に示すように、Ｙ軸周りの作業ワークの傾きθ（y）slopeを（式５）により計算する。
図１１に示すように、Ｘ軸周りの作業ワークの傾きθ（x）slopeを（式６）により計算する。
図１２に示すように、作業ワークの撮像点Ａを回転中心として、作業ワークの２つの撮像点Ａ，ＢのＸＹ座標を（式７）〜（式８）から計算する。
作業ワークの撮像点Ａを回転中心する作業ワークのＺ軸周りの回転角を（式９）から計算する。
（式１０）〜（式１２）を用いて、作業ワークの測距点１，２，３をＺ軸周りに回転させる(θ(z)=WorkAngleDiff_z)。
（式１３）〜（式２１）を用いて、(x1,y1) (x2,y2) (x3,y3)座標におけるＺ座標を計算する。
Ｙ軸周りの作業ワークの回転角を（式２２）から計算する。
Ｘ軸周りの作業ワークの回転角を（式２３）から計算する。
撮像点を回転中心として、作業ワークのＸＹ方向の平行移動成分を（式２４）から計算する。
回転中心のＺ座標は、ワーク全体の移動とＸＹ軸の回転による移動の和から求まる。Ｙ軸の回転によるＺ座標の移動を（式２５）から計算する。
Ｘ軸の回転によるＺ座標の移動を（式２６）から計算する。
図１３に示すように、撮像点と測距点の高さが異なるときのＸＹ軸の回転によるＺ座標の移動を（式２７）〜（式３１）から計算する。
図１４に示すように、回転中心のＺ座標を（式３２）から計算する。
撮像点を回転中心として回転行列を計算し、作業ワークの校正点を計算する。
撮像点を原点に移動したときの校正点の座標(X0,Y0,Z0,1)を（式３３）から計算する。
校正点の座標(X0,Y0,Z0,1)をＸ軸周りに回転させて得られる座標(X1,Y1,Z1,1)を（式３４）から計算する。
校正点の座標(X1,Y1,Z1,1)をＹ軸周りに回転させて得られる座標(X2,Y2,Z2,1)を（式３５）から計算する。
校正点の座標(X2,Y2,Z2,1)をＺ軸周りに回転させて得られる座標(X3,Y3,Z3,1)を（式３６）から計算する。
回転中心に戻したときの作業ワークの校正点の座標を（式３７）から計算する。
マスターワークの校正点と作業ワークの校正点との差分を（式３８）から計算する。
マスターワークの回転中心と作業ワークの回転中心との差分を（式３９）から計算する。
マスターワークに対する作業ワークの回転角を（式４０）〜（式４１）から計算する。
プログラマブルコントローラ４０は、本発明の実施形態に関わる計測方法（図６のステップ６０１〜６０４）を実行する手段（ステップ６０１，６０２を実行する入力手段、及びステップ６０３，６０４を実行する計算手段）として機能する。
なお、図４では、３つの変位センサ２０及び２つの画像センサ３０をワーク７０の作業台９０の周囲に配置する例を示したが、図１５に示すように、３つの変位センサ２０及び２つの画像センサ３０を備えるセンサユニット１００をロボット６０の手首に取り付けてもよい。或いは、１つの画像センサ３０で２つの撮像点を撮像する場合には、センサユニット１００は、３つの変位センサ２０及び１つの画像センサ３０を備えてもよい。図１５に示すロボット６０は、例えば、ワーク７０の組み立てを行う組立ロボットである。
図１６及び図１７は、ワーク７０としての自動車部品の例を示す。図１６及び図１７において、WorkImagePointA, WorkImagePointBは、自動車部品の外観的特徴点である。これらの外観的特徴点は、例えば、自動車部品の凹凸部分でもよく、或いは色彩が他の部分の色彩と異なる部分でもよい。
上述の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載され得るが、以下には限定されない。
（付記１）
ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内におけるワーク７０の３点のＺ座標を測定する３つの変位センサ２０と、
ワーク７０の２点のＸＹ座標を測定する１つ又は２つの画像センサ３０と、
プログラマブルコントローラ４０であって、
３点のＺ座標及び２点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、ワーク７０の基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面８０に対するワーク７０の変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算する第１の計算手段６０３と、
基準平面８０に対するワーク７０の変位に基づいて、基準平面８０の位置及び姿勢をワーク７０の位置及び姿勢に整合させたときの基準平面８０との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの校正点の変位を計算する第２の計算手段６０４と、
を備えるプログラマブルコントローラ４０と、
を備え、基準平面８０に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ基準平面８０に垂直な軸がＺ軸となるようにＸＹＺ直交座標系が定義されている、計測システム１０。
（付記２）
付記１に記載の計測システム１であって、
ワーク７０の２点は、ワーク７０の外観的特徴点である、計測システム１０。
（付記３）
付記１又は２に記載の計測システム１０であって、
第２の計算手段６０４は、行列演算を用いて３つの校正点のそれぞれの変位を計算する、計測システム１０。
（付記４）
プログラマブルコントローラ４０が、
ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内におけるワーク７０の３点のＺ座標の３つの変位センサ２０による測定結果を入力するステップ６０１と、
ワーク７０の２点のＸＹ座標の１つ又は２つの画像センサ３０による測定結果を入力するステップ６０２と、
３点のＺ座標及び２点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、ワーク７０の基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面８０に対するワーク７０の変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算するステップ６０３と、
基準平面８０に対するワーク７０の変位に基づいて、基準平面８０の位置及び姿勢をワーク７０の位置及び姿勢に整合させたときの基準平面８０との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの校正点の変位を計算するステップ６０４と、
を実行する計測方法であって、
基準平面８０に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ基準平面８０に垂直な軸がＺ軸となるようにＸＹＺ直交座標系が定義されている、計測方法。
１０…計測システム ２０…変位センサ ３０…画像センサ ３１…コントローラ ４０…プログラマブルコントローラ ４１…プロセッサ ４２…補助記憶装置 ４３…主記憶装置 ４４…ネットワークコントローラ ４５…チップセット ４６…制御プログラム ５０…ロボットコントローラ ６０…ロボット ７０…ワーク ８０…基準平面 ９０…作業台 １００…センサユニット

Claims (4)

  1. ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内におけるワークの３点のＺ座標を測定する３つの変位センサと、
    前記ワークの２点のＸＹ座標を測定する１つ又は２つの画像センサと、
    プログラマブルコントローラであって、
    前記３点のＺ座標及び前記２点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、前記ワークの基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面に対する前記ワークの変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算する第１の計算手段と、
    前記基準平面に対する前記ワークの変位に基づいて、前記基準平面の位置及び姿勢を前記ワークの位置及び姿勢に整合させたときの前記基準平面との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの校正点の変位を計算する第２の計算手段と、
    前記３つの校正点の変位の計算結果を、前記ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正する補正値としてロボットコントローラに出力する手段と、
    を備えるプログラマブルコントローラと、
    を備え、前記基準平面に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ前記基準平面に垂直な軸がＺ軸となるように前記ＸＹＺ直交座標系が定義されている、計測システム。
  2. 請求項１に記載の計測システムであって、
    前記ワークの２点は、前記ワークの外観的特徴点である、計測システム。
  3. 請求項１又は２に記載の計測システムであって、
    前記第２の計算手段は、行列演算を用いて前記３つの校正点のそれぞれの変位を計算する、計測システム。
  4. プログラマブルコントローラが、
    ＸＹＺ直交座標系により定義される空間内におけるワークの３点のＺ座標の３つの変位センサによる測定結果を入力するステップと、
    前記ワークの２点のＸＹ座標の１つ又は２つの画像センサによる測定結果を入力するステップと、
    前記３点のＺ座標及び前記２点のＸＹ座標の測定結果に基づいて、前記ワークの基準位置及び基準姿勢を規定する基準平面に対する前記ワークの変位を各座標軸方向の平行移動成分及び各座標軸周りの回転成分からなる６自由度の成分で計算するステップと、
    前記基準平面に対する前記ワークの変位に基づいて、前記基準平面の位置及び姿勢を前記ワークの位置及び姿勢に整合させたときの前記基準平面との相対的な位置関係が予め定められている平面を画定する３つの校正点の変位を計算するステップと、
    前記３つの校正点の変位の計算結果を、前記ワークに対するロボットの位置及び姿勢を補正する補正値としてロボットコントローラに出力するステップと、
    を実行する計測方法であって、
    前記基準平面に平行な平面がＸＹ平面となり、且つ前記基準平面に垂直な軸がＺ軸となるように前記ＸＹＺ直交座標系が定義されている、計測方法。
JP2019047274A 2019-03-14 2019-03-14 計測システム及び計測方法 Active JP6628170B1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019047274A JP6628170B1 (ja) 2019-03-14 2019-03-14 計測システム及び計測方法
PCT/JP2020/010360 WO2020184575A1 (ja) 2019-03-14 2020-03-10 計測システム及び計測方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019047274A JP6628170B1 (ja) 2019-03-14 2019-03-14 計測システム及び計測方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6628170B1 true JP6628170B1 (ja) 2020-01-08
JP2020146808A JP2020146808A (ja) 2020-09-17

Family

ID=69101120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019047274A Active JP6628170B1 (ja) 2019-03-14 2019-03-14 計測システム及び計測方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6628170B1 (ja)
WO (1) WO2020184575A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116424279B (zh) * 2023-06-13 2023-11-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种姿态调整方法、姿态调整装置、控制设备及存储介质

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2527849Y2 (ja) * 1991-02-15 1997-03-05 富士電機株式会社 プログラマブルコントローラおよびそのプログラミング装置
JPH04104302U (ja) * 1991-02-19 1992-09-08 株式会社日立製作所 手動調節器
JPH06143166A (ja) * 1992-11-06 1994-05-24 Meidensha Corp 多関節ロボットの位置ずれ補正方法
JPH1073422A (ja) * 1996-08-29 1998-03-17 Saginomiya Seisakusho Inc キャスタ角測定装置、ホイールアラインメント測定装置、キャスタ角測定方法及びホイールアラインメント測定方法
JP6129058B2 (ja) * 2013-11-13 2017-05-17 三菱電機株式会社 教示点補正装置および教示点補正方法
JP6555271B2 (ja) * 2014-11-06 2019-08-28 日産自動車株式会社 自動車の開閉部品の取り付け装置及び取り付け方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020146808A (ja) 2020-09-17
WO2020184575A1 (ja) 2020-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4737668B2 (ja) ３次元計測方法および３次元計測システム
JP4171488B2 (ja) オフラインプログラミング装置
JP6129058B2 (ja) 教示点補正装置および教示点補正方法
JP2015136770A (ja) 視覚センサのデータ作成システム及び検出シミュレーションシステム
US11554494B2 (en) Device for acquiring a position and orientation of an end effector of a robot
JP3644991B2 (ja) ロボット−センサシステムにおける座標系結合方法
JP2010149267A (ja) ロボットのキャリブレーション方法および装置
KR20080088165A (ko) 로봇 캘리브레이션 방법
JP2016013608A (ja) ロボットの教示点変換方法、装置、及びロボットセル
JP4613955B2 (ja) 回転軸線算出方法、プログラムの作成方法、動作方法およびロボット装置
JP2011224672A (ja) ロボットのツールベクトルの導出方法及び較正方法
US20110118876A1 (en) Teaching line correcting apparatus, teaching line correcting method, and program thereof
JPH09128549A (ja) ロボット装置の相対位置姿勢検出方法
JP6628170B1 (ja) 計測システム及び計測方法
CN109773589B (zh) 对工件表面进行在线测量和加工导引的方法及装置、设备
EP3693697A1 (en) Method for calibrating a 3d measurement arrangement
CN114012719A (zh) 一种六轴机器人的零点标定方法及***
JP6912529B2 (ja) 視覚誘導ロボットアームの補正方法
JP2640339B2 (ja) ロボット定数の自動補正方法
KR100301231B1 (ko) 로봇의작업경로자동보정방법
JPH0774964B2 (ja) ロボットの位置決め誤差補正方法
Chalus et al. Calibration and using a laser profile scanner for 3D robotic welding
Motta Robot Calibration: Modeling, Measurement and Applications
JPH012104A (ja) ロボットの位置決め誤差補正方法
JP3562096B2 (ja) 位置検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190314

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190314

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190423

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190920

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191121

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6628170

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250