JPS5822689A - ロボット用センサ−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】 本発明はローラＦ用センサー装置に関する。

例えばアーク溶接又はシーリング口＆ｙ）ではアーム２
に枢着された先端アーム１にトーチ又はノズル４を取付
け、被加工物（以下ワークという）Ｓに対して、６らか
じめ作業員が手動でロゲットを動かせて作業の手本を行
ないそのときのトーチ又はノズル４の軌跡、作業内容等
を口＆ｙ）に記憶させておく、そうすると、一旦作業内
容を記憶し九〇ゲットは以後ワークｌが所定の位置に来
たとき、記憶に基づいて教示されたとおりの溶接又はシ
ーリング作業を行なう。

このような方式の口がットの使用条件としては、次々に
ラインに沿って移動してくるワークの寸法精度が個々に
又は、・ロットととにΔラツキが表いことと、ワークが
所定の位置に来たとき一旦これを停止固定する治具６０
固定精度が十分高いことが要求され、この条件が満足さ
れないときには、所定の位置からずれた位置にアーク溶
接又はシーリングが行なわれて不良品を作ることになる
。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、個
々のワークごとに作用軸の所定位置からのずれを検出し
て教示データを補正する四−ット用センサー装置を提供
することを目的とし、ｉニビーレータの先端作用軸線上
に光軸を有するカメラに内蔵され対物面上に円環状の視
野を有する環状撮像素子と、上記環状撮像素子と上記マ
ニピル−メの先端作用軸の移動すべき軌跡と交点を検出
して上記マニピーレータの先端作用軸とその移動すべき
軌跡とのずれを演算する演算回路とを具えたことを特徴
とする。

本発明をシーリング口＆ｙ）に適用したｌ実施例を図面
について説明すると、第２図はその側面図、第３図は第
２図の背面図、第４図、第５図、第６図はそれぞれ撮像
カメラの視野と結像との関係を示す説明図、第７図は第
６図の環状撮像素子の拡大正面図、第８図囚、　ＣＢ）
　、　（Ｃ）はそれぞれ第２図におけるノズル先端とシ
ールラインとの関係を示す説明図、第９図は環状撮像素
子と一次元的撮像素子との対応関係を示す説明図、第１
０図（４）、ω）、（０はそれぞれ本装置による出力波
形図、第１１図はノズル先端と円環状視野とのずれを示
す説明図゛、第１２図は本装置の回路構成管示すブロッ
ク線図、第１３図は第１２図の各部の出力波形図である
。

まず第２〜３図において、１は上端においてノズル４を
保持するとともに下端でアーム２に枢着された先端アー
ムで、その軸線が復配するビデオカメラ１の光軸Ｘ−Ｘ
と一致するように４−Ｊ、４−Ｊで屈曲している。３は
隣接アーム１゜２を相互に枢着する関節、ｙＦｉビデオ
カメラで対物レンズ８、環状撮像素子９、アンプコント
ロール基板群１０より構成されている。１１は光源で平
行光束を作るレンズ１２とラングＩＩよシ榊成されてい
る。１４は先端アームＪＫ固着されたカメラ搭載台、１
５はノズル４をカメラ搭載台１４に固着する留め具、１
６はノズル４、ビデオカメラ１、光源１１用のケーブル
である。

このような装置において、まず撮像素子９について述べ
ると、通常の撮像素子は、第４図に示すように１次元の
視野を得る−の、又はｗ、５図に示すように２次元の視
野を得るもので、それぞれ下記するように、一長一短が
ある。

すなわち、１次元タイプのものは、処理すべき信号量が
少なく判定回路が簡素である反面、視野ＶＦｆ：横切る
検出ラインが第４図のＬＪのような場合は検出できるが
、ＬＪのように視野ＶＦに平行となったものは検出でき
ないから、レンズを光軸の周りに回動する機構が必要に
なってくる。

一方、第５図て示す２次元タイプのものは、同図に示す
ように、視野ＶＦ内を横切る検出ラインＬδ、Ｌｄｉ検
出することができる反面、１次元の画素数の２乗に相当
する数の画素の信号処理を必要とするので、判定回路が
複雑高価になり、さらに処理時間が長くかかるという欠
点を有する。

そこで、本発明装置では、第６図、第７図に示すように
一周ｉＮ個に等分割して解像することのできる環状撮像
素子９を使用する。そうすると、第８図（４）、　（Ｂ
）　、　（Ｃ）にそれぞれ示すように、円環視野ＶＦの
一部如ノズルが写るために若干の死角ＤＡが生ずるが、
第４図の１次元タイプの撮像素子および第５図の２次元
タイプの撮像素子のそれぞれ長所を魚具したものとする
ことができる。

第８図はこのような環状撮像素子９を具えた本装置によ
る視野を示すもので、ノズルがシールライン上に正しく
セットされた場合は、同図（４）、　（Ｂ）のそれぞれ
ＬＪ、Ｌｌに示すように、円環状視野内に互いに１８０
°離れた位置Ａ、Ｂにシールラインの映倫が結像される
ので、２次元タイプの撮ｇ１素子と同様に、シールライ
ンを検出することができる。

これに対して、ノズルがシールラインＬ！から外れてい
るときは、同図（Ｃ’）　Ｋ示すよう［１に、？、２箇
所のシールラインの結像点ム、Ｂの相対関係は１８０°
ではなくなる。＊状撮倫素子りは、第９図に示すように
、円環を切って直線状にすることができることを考えれ
ばＮ個の素子Ｙｃ１列に並べた１次元タイプの撮像素子
と実質的に同一の作用効果１奏するから、判定回路が著
ひく簡素化される利益がある。

第１０図は以上の関係を出力波形で示したもので、ノズ
ル先端が正しくシールライン上にあれば、同図（４）、
　（Ｂ）に示すように２箇所のシールラインの結像点Ａ
、ｌは互いに距離Ｎ／２離れているので、逆に、２つの
結像点Ａ、Ｂが距離Ｎ／２離れていれば、必ずノズル先
端がシールライン上にあることが判る。

ノズル先端がシールラインからずれた場合は、同図（ロ
）に示すように、シールラインの結像点Ａ。

ＢＯｉｊｉ素間隔はＮ／２以下になる。このようにして
、出力波形に現われる２箇所のシールラインの結像点ム
、Ｂの間隔をチェックし、それが円環上で１８００離れ
ているか否かを判定することができる。

同図（ロ）に示すように、ずれがある場合の補正は下Ｉ
要領でこれを行なう、すなわち、（１）ずれの方向につ
いて； 視野の上方は画素ていえば、中心点からＮ／２番目の方
向であシ、視野の下方はＮ番目の方向であ）、左方はＮ
／４、右方は３Ｎ／４の方向であるから、ずれの方向は
（１）式で示される。

ずれの方向＝（ム十Ｂ）／２−・・（１）例えば、同図
（ロ）の場合は、ＡｙＢＡはＮ／２の方向（上方）から
等しく離れてｉるので、Ａ　−−一　α Ｂ−一÷α とすると、（１）式はＮ／２となシ、上方にずれたこと
を示すことが判る。

（２）ずれ量について； ノズル先端における対物面上で直径りの円環が撮像素子
に結健しているとすると、第１１図に示す幾何学的関係
からずれ量δは（２）式で表わされる。

ずれ量ａ　ｍ−ＸＱＩｌｌ（１８０°Ｘ−！！二２）′
　　　　÷。

Ｄ　　　　　　　＠　　Ｍ −−ａｉｒ　（１８０Ｘ−）　　　　　−、（２）２　
　　　　　　　　Ｎ 以上をまとめると、１周Ｎ個の画素を有する環状撮像素
子でＡ番目、８番目の２点でシールラインを検出したと
きの誤差は、 Ｂ−Ａ閣Ｍ 対象物面上での環状視野直径りとすると、Ａ＋Ｂ 方向は　　２ で示される。

畝上の誤差検出は、第１２図の回路により自動的に行な
われる。すなわち、同図において、環状撮像素子９から
のビデオ出力はビデオアング２０に入力する０通常開体
撮儂素子のビデオ〆 出力は７＃ルス状であるので、す）グルホールド回路１
１で逐次ピークホールドされるａｚｘＦｉクロック発生
部で環状撮像素子９に対してＮ個Ｏ画素の出力を逐次走
査するためにカウンタ２１．２１ｆ用いる。２３はピー
クディテクタで出力波形中のピーク位置を検出し、これ
により出力波形から２箇所のシールライン部を検出する
。

ピークディテクタ１１からは２箇所のシールライン部を
検出したときに／４ルス出力が出され、この出力はアン
ドｒ−トｚｒ；を通してカウンタ２１に入力し、一方の
アンドｆ−）入力を作るカウンタＸｔｔはゾーン判定用
である。１からＮまでの画素を順次走査してゆく際、第
８〜１０−Ｎ！ 図に示すように、視野の一部にノズルが写るので、この
部分の信号変化は検出範囲から除外する必要がある。２
６はカウンタ２２の出力に基づいて検出範囲を決めるカ
ウンタである。２１は検出した２進のシールラインカウ
ンタで第１パルス入力でＡ点の信号を、第２パルス入力
でＢ点の信号をそれぞれ振分ける。１３は環状撮像素子
９からの出力に同期して計数するＮ進カウンタ、２ｇは
＠１のシールライン位置でのカウント値Ａを、ＳＯは第
２のシールライン位置でのカウント値Ｂをそれぞれ保持
するラッチでそれぞれシールラインカウンタｊ７の出力
タイ々ングでＮ進カウンタ２８の値がロートされる。

このようにして１〜Ｎｔでの画素のＡ番目。

８番目の画素で円環状視野をシールラインが横切ること
を検出される。３１はＡ＋Ｂを演算する加算器、３２は
捧の乗算器で、この出力によシノズルとシールラインの
ずれの方向（Ａ十Ｂ）−！−を求めることができる。Ｊ
Ｊは減算器でＢ−ムＤ（１８０′４ −Ｍ′に：求める。３４１ｒ：Ｌａｓ演算回路で−−）
を演算する。ただしＤは環状撮像素子９の円環直径と対
物レンズ８の像倍率から定まる定数で、Ｎも定数である
。したがって（２）演算回路３４の出力はずれ量に相当
する。

第１２図の各部の出力波形は第１３図に示すようになる
。

このような装置によれば、下記効果が奏せられる。

（１）信号処理を１次元撮像素子と同等の簡単な処理回
路によって行なうことができる。

（２）　　シールラインの位置検出は、２次元撮像素子
を使ったときと同等の検出が可能となる。

（３）　　ノズルに軸線の周シの回動手段を付設する必
要がなくなるのでコストダウンを図ることができる。

要するに本発明によれば、マニピ島レータの先端作用軸
線上に光軸を有するカメラに内蔵され対物面上に円環状
の視野を有する環状撮像素子と、上記項状撮ｇＩ！素子
と上記マニピーレータの先端作用軸の移動すべき軌跡と
交点を検出して上記！エビル−タの先端作用軸とその移
動図る口＆ｙ）用センサー装置を得るから、本発明は産
業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の溶接ロゲットの斜視図、第２図は本発明
をシーリングロゲットに適用した１実施例を示す側面図
、第３図は第２図の背面図、第４図、第５図、第６図は
それぞれ撮像カメラの視野と結像との関係を示す説明図
、第７図は第６図の環状撮像素子の拡大正面図、第８図
（４）。 ω）、（Ｑはそれぞれ第２図におけるノズル先端とシー
ルラインとの関係を示す説明図、第９図は環状撮像素子
と一次元的撮像素子との対応関係を示す説明図、第１０
図（４）、　（Ｂ）　、　（（”ｌはそれぞれ本装置に
よる出力波形図、第１１図はノズル先端と円環状視野と
のずれを示す説明図、第１２図は本装置の回路構成を示
すブロック線図、第１３図は第１２図の各部の出力波形
図であゐ。 ｌ−先端アーム、２・・・アーム、１・・・関節、４・
・・ノズル、４−Ｊ、４−Ｊ−屈曲部、５−ワー／、ｇ
−治Ａ、ｙ・・・ビデオカメラ、８・・・対物レンズ、
ｅ−３ｊＩ状撮像素子、１０・−アンプコントロール基
１ｇａ、Ｊ　ｌ　書−光源、Ｊ　ｘ−・・レンズ、１１
・−レンズ、Ｊ　４−・カメラ搭載台、１５−・留め具
、１１１−・・ケーブル、２０・・・ビデオアンプ、２
１・−サンプルホールド回路、ＪＪ−・・クロック発生
部、２Ｓ・・・ピークディテクタ、１５−・アンドゲー
ト、２６・・・カウンタ、ｚｙ−・・シールラインカウ
ンタ、：ｔａ−・・カウンタ、２ｇ・・・ラッチ、１ｏ
−ラッチ、３１・・・加算器、３２・・・丁乗算器、３
１・Ｔ減算器、３４・・・（２）演算回路。 出願人復代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第４図 第５図 第８図 （Ａ） Ｕ八 （Ｂ） （Ｃ） 第９図 ０　　　／ｉ、Ｎ、、；Ｂ　　Ｎ勧 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マニビーレータの先端作用軸線上に光軸を有するカメラ
   に内蔵され対物面上に円環状の視野を有する環状撮像素
   子と、上記環状撮像素子と上記！二♂暴レータの先端作
   用軸の移動すべき軌跡と交点を検出して上記ｗ＝ビーレ
   ータの先端作用軸とその移動すべき軌跡とのずれを演算
   する演算回路とを具えたこと？：％黴とするロゲｖト用
   センサー装置。