(57)【要約】【課題】測定された対象物の位置データに基づいて得られる補正後のデータの精度を高める。【解決手段】対象物を実測して得た位置データに基づき該対象物の位置の基準となるマスターデータに対する補正値を算出し、該マスターデータに補正値を加味した補正位置データに基づいて前記対象物の所定部位に作業を行う構成の装置に適用される位置測定方法であって、対象物の複数のサンプル各々に設けられている基準点の位置を測定して該基準点の位置データを取得する事前測定ステップと、該事前測定ステップで取得された前記各サンプルの基準点の位置データに基づいて前記マスターデータを事前に算出する事前算出ステップと、対象物に設けられている基準点の位置を測定して該基準点の位置データを取得する実測ステップと、該実測ステップで取得された前記位置データに基づいて前記事前算出ステップで算出されたマスターデータに対する補正値を算出する補正値算出ステップとを有する。【選択図】図１６
2010032339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を実測して得た位置データに基づき該対象物の位置の基準となるマスターデータに対する補正値を算出し、該マスターデータに補正値を加味した補正位置データに基づいて前記対象物の所定部位に作業を行う構成の装置に適用される位置測定方法であって、
対象物の複数のサンプル各々に設けられている基準点の位置を測定して該基準点の位置データを取得する事前測定ステップと、
該事前測定ステップで取得された前記各サンプルの基準点の位置データに基づいて前記マスターデータを事前に算出する事前算出ステップと、
対象物に設けられている基準点の位置を測定して該基準点の位置データを取得する実測ステップと、
該実測ステップで取得された前記位置データに基づいて前記事前算出ステップで算出されたマスターデータに対する補正値を算出する補正値算出ステップと
を有することを特徴とする位置測定方法。
【請求項２】
前記事前測定ステップにおいて、ステレオ視により前記サンプルを撮影した一対の画像に基づいて、三次元の前記位置データが取得され、
前記実測ステップにおいて、ステレオ視により前記対象物を撮影した一対の画像に基づいて、三次元の前記位置データが取得されることを特徴とする請求項１に記載の位置測定方法。
【請求項３】
前記事前算出ステップにおいて、前記マスターデータが各サンプルの基準点の位置データを平均することによって算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の位置測定方法。
【請求項４】
前記事前測定ステップにおいて、前記各サンプルに設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、
前記事前算出ステップにおいて、該複数の基準点の各々について前記マスターデータを算出し、
前記実測ステップにおいて、対象物に設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、
前記補正値算出ステップが、
前記マスターデータ間の位置関係を、前記各マスターデータが通る第１の円によって定義するステップと、
前記実測ステップで測定された各基準点間の位置関係を、各基準点が通る第２の円によって定義するステップと、
前記第１の円を規定する第１の座標系を前記第２の円を規定する第２の座標系に変換するための座標変換量を算出するステップと、
式Ｌ１(φ)２＋Ｌ２（φ）２＋……＋Ｌｎ（φ）２が最小値をとるときの角度φを求めるステップとを有し、
ここで、φは、前記第１の円の法線周りに回転したときの回転角、Ｌｎ（φ）は、前記第１の円が角度φだけ法線回りに回転したときの、ｎ個目のマスターデータと該ｎ個目のマスターデータと対応する基準点の位置データとの間の距離であり、
更に、前記座標変換量及び前記角度φを前記補正値として算出するステップとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置測定方法。
【請求項５】
前記事前測定ステップにおいて、前記各サンプルに設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、
前記事前算出ステップにおいて、該複数の基準点の各々について前記マスターデータを算出し、
前記実測ステップにおいて、対象物に設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、
前記補正値算出ステップが、
前記各マスターデータ間の位置関係を規定する第１座標系と、前記実測ステップで測定された前記各基準点間の位置関係を規定する第２座標系とを定めるステップと、
前記第１座標系を前記第２座標系に変換するための座標変換量を前記補正値として算出するステップとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置測定方法。
【請求項６】
測定対象物の位置の基準となるマスターデータを記憶する記憶部と、
対象物に設けられた基準点の位置を測定して位置データを取得する測定部と、
該測定部で取得された位置データに基づいて前記マスターデータを補正するための補正値算出部とを有する位置測定装置であって、
測定対象物の実測の事前に、前記測定部により前記測定対象物の複数のサンプルの各々に設けられた基準点の位置が測定されて各サンプルの基準点の位置データが取得され、前記記憶部に該取得された各位置データに基づいて算出された前記マスターデータが記憶され、
測定対象物の実測時に、前記補正値算出部が、前記記憶部に記憶された前記マスターデータを、実測された測定対象物の基準点の位置データに基づいて補正する構成であることを特徴とする位置測定装置。
【請求項７】
前記基準点をステレオ視により撮影する第１及び第２のカメラを備え、前記測定部は該第１及び第２のカメラで撮影された一対の画像に基づいて基準点の位置データを取得する構成であり、
該第１及び第２のカメラが、単一のロボットアームに取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の位置測定装置。
【請求項８】
前記ロボットアームに、前記補正部により補正された位置データに基づいて測定対象物に所定の作業を行う作業装置が搭載されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の位置を測定するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の生産現場では、所定箇所まで搬送されて停止した車体に、防錆、防振、防音用のシーラ剤が塗装される。通常、この塗装作業はロボットアームに搭載されたシーリングガンを用いることによって自動化され、シーリングガンから吐出されるシーラ剤が車体の所定部位に塗布されるようロボットアームの駆動制御が実行されている。
【０００３】
適切な部位にシーラ剤を塗装すべく車体の搬送や停止の制御を精密に実行すると多大なイニシャルコスト及びメンテナンスコストを要するため、車体の停止位置の精度は塗装作業で要求される精度よりも低くなりがちである。このため、ロボットアームを制御する装置は、まず停止した車体に設けられている基準点の位置を測定し、予め記憶されたマスターデータを測定された位置のずれ量に相当する補正値を算出する。ロボットアームの駆動制御はマスターデータをこの補正値を用いて補正することにより得られる位置データに基づいて実行され、これにより車体の停止位置の精度を過度に高くすることなくシーラ剤が適切な部位に塗布され得る（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、ＣＡＤ値やＣＡＭ値等の理想的ではあるが机上の設計データをマスターデータとして利用し、このマスターデータを測定された三次元の位置データに応じて補正するよう構成された位置測定装置が開示されている。また、この位置測定装置は、６本のロボットアームの各々に１台ずつカメラが設けられて構成されている。これら６台のカメラは３組に分けられ、各組２台のカメラがステレオ視により基準点を撮像する。この撮像結果に基づいて３つの基準点の三次元の位置データを取得するようになっている。
【特許文献１】特許第２７６７４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、実際には、複数の鋼板を溶接してなる車体を設計データどおりに生産することは困難であるため、実際に生産された車体の寸法と設計データの寸法との間には不可避的な偏差がある。このため、特許文献１のように設計データをマスターデータとして利用すると、補正後のデータには実際の寸法と設計上の寸法との偏差が残ったままとなる。このようにマスターデータとして設計データを利用した場合には、特異解が発生して補正値を精度よく算出することが困難となり、シーラ剤の塗布位置がずれる場合がある。
【０００６】
しかも、特許文献１によると、ロボットアーム１台につきカメラが１台設けられており、別個のロボットアームに取り付けられた２台のカメラでステレオ視による画像を生成する構成となっている。ロボットアームにはカメラの重量や自重に基づいて鉛直下向きの撓みが不可避的に発生するため、この各ロボットアームの撓みによってステレオベースや挟角が所望の値から外れ、基準点の位置測定を高精度に行うことが困難となっている。ロボットアームの撓みを予め考慮したロボットアームの駆動制御を実行するとなると、制御内容が煩雑になってカメラのセッティングに要する時間が長くなる。このため、塗装作業に要する時間が長くなり、自動車の生産性に影響を及ぼすおそれがある。
【０００７】
そこで本発明は、対象物の位置の測定を精度よく行うこと、さらには対象物の位置データの補正を精度よく行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る位置測定方法は、対象物を実測して得た位置データに基づき該対象物の位置の基準となるマスターデータに対する補正値を算出し、該マスターデータに補正値を加味した補正位置データに基づいて前記対象物の所定部位に作業を行う構成の装置に適用される位置測定方法であって、対象物の複数のサンプル各々に設けられている基準点の位置を測定して該基準点の位置データを取得する事前測定ステップと、該事前測定ステップで取得された前記各サンプルの基準点の位置データに基づいて前記マスターデータを事前に算出する事前算出ステップと、対象物に設けられている基準点の位置を測定して該基準点の位置データを取得する実測ステップと、該実測ステップで取得された前記位置データに基づいて前記事前算出ステップで算出されたマスターデータに対する補正値を算出する補正値算出ステップとを有することを特徴としている。
【０００９】
かかる構成によれば、対象物のサンプルを利用して対象物の基準点の位置の基準となるマスターデータが作成され、実測された位置データに基づいて該マスターデータを補正するための補正値が算出される。このように、理想的な設計データをマスターデータとして用いるのではなく、実測によって取得したデータをマスターデータとして利用し、同じく実測された位置データに基づいて補正値を算出し、この補正値に従ってマスターデータを補正して取得されたデータに基づいて対象物に対する作業を行うようになっている。このため、対象物に対する作業を正確に行うことができるようになる。
【００１０】
前記事前測定ステップにおいて、ステレオ視により前記サンプルを撮影した一対の画像に基づいて、三次元の前記位置データが取得され、前記実測ステップにおいて、ステレオ視により前記対象物を撮影した一対の画像に基づいて、三次元の前記位置データが取得されてもよい。かかる構成によれば、三次元の位置データが取得され、高度な位置測定が実現される。
【００１１】
前記事前算出ステップにおいて、前記マスターデータが各サンプルの基準点の位置データを平均することによって算出されてもよい。かかる構成によれば、マスターデータの算出を平易に行うことができるとともに、サンプル数を増やすことによって信頼性の高いデータを作成することができるようになる。
【００１２】
前記事前測定ステップにおいて、前記各サンプルに設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、前記事前算出ステップにおいて、該複数の基準点の各々について前記マスターデータを算出し、前記実測ステップにおいて、対象物に設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、
前記補正値算出ステップが、前記マスターデータ間の位置関係を、前記各マスターデータが通る第１の円によって定義するステップと、前記実測ステップで測定された各基準点間の位置関係を、各基準点が通る第２の円によって定義するステップと、前記第１の円を規定する第１の座標系を前記第２の円を規定する第２の座標系に変換するための座標変換量を算出するステップと、式Ｌ１(φ)２＋Ｌ２（φ）２＋……＋Ｌｎ（φ）２が最小値をとるときの角度φを求めるステップとを有し、ここで、φは、前記第１の円の法線周りに回転したときの回転角、Ｌｎ（φ）は、前記第１の円が角度φだけ法線回りに回転したときの、ｎ個目のマスターデータと該ｎ個目のマスターデータと対応する基準点の位置データとの間の距離であり、更に、前記座標変換量及び前記角度φを前記補正値として算出するステップとを有していてもよい。かかる構成によれば、最小二乗法を利用して補正値が算出されており、複数の基準点それぞれについてバランスよく補正することができるようになる。
【００１３】
前記事前測定ステップにおいて、前記各サンプルに設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、前記事前算出ステップにおいて、該複数の基準点の各々について前記マスターデータを算出し、前記実測ステップにおいて、対象物に設けられている複数の基準点の位置を測定して各基準点の位置データを取得し、前記補正値算出ステップが、前記各マスターデータ間の位置関係を規定する第１座標系と、前記実測ステップで測定された前記各基準点間の位置関係を規定する第２座標系とを定めるステップと、前記第１座標系を前記第２座標系に変換するための座標変換量を前記補正値として算出するステップとを有していてもよい。かかる構成によれば、座標の変換を行うだけで補正値を算出することができるようになり、補正値を簡便に算出することができるようになる。
【００１４】
本発明に係る位置測定装置は、測定対象物の位置の基準となるマスターデータを記憶する記憶部と、対象物に設けられた基準点の位置を測定して位置データを取得する測定部と、該測定部で取得された位置データに基づいて前記マスターデータを補正するための補正値算出部とを有する位置測定装置であって、測定対象物の実測の事前に、前記測定部により前記測定対象物の複数のサンプルの各々に設けられた基準点の位置が測定されて各サンプルの基準点の位置データが取得され、前記記憶部に該取得された各位置データに基づいて算出された前記マスターデータが記憶され、測定対象物の実測時に、前記補正値算出部が、前記記憶部に記憶された前記マスターデータを、実測された測定対象物の基準点の位置データに基づいて補正する構成であることを特徴としている。かかる装置においても上記同様の作用を生じる。
【００１５】
前記基準点をステレオ視により撮影する第１及び第２のカメラを備え、前記測定部は該第１及び第２のカメラで撮影された一対の画像に基づいて基準点の位置データを測定するよう構成されており、該第１及び第２のカメラが、単一のロボットアームに取り付けられていることが好ましい。かかる構成によれば、同一のロボットアームにステレオ視するカメラが取り付けられることにより、ロボットアームに撓みが発生してもステレオベースや挟角が変更されることはない。したがって、ステレオ視により撮影した画像に基づく位置測定を高精度に行うことができるようになる。
【００１６】
前記ロボットアームに、前記補正部により補正された位置データに基づいて対象物に所定の作業を行う作業装置が搭載されていることを特徴とする請求項７に記載の位置測定装置。かかる構成によれば、撮像結果に基づく位置の測定及び位置データの補正処理の終了後ただちに所定の作業に移行することができ、位置計測を利用した作業に要する時間の短縮化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明によれば、特異解を発生することなく対象物の位置データの補正を精度よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付する図面を参照して本発明に係る実施の形態について説明する。
【００１９】
ここでは、本発明に係る対象物の実施例を自動車の車体として説明する。図１は自動車の生産現場の一部概要を平面視で模式的に示す説明図、図２はそれを背面視で模式的に示す説明図である。図１及び図２に示す生産現場には、多数の鋼板を溶接してなる車体１００の搬送経路をなすレール１が設けられている。レール１には走行ユニット２を介して複数のハンガー３が吊るされており、各ハンガー３は車体１００の側方の窓枠部１０１に係合している。このようにハンガー３によって吊り下げられた車体１００は、走行ユニット２の動作に基づいてレール１に沿って搬送される。
【００２０】
この搬送経路中には、車体１００の床裏部１０２や鋼板の合わせ目に防錆用、防音用、防振用のシーラ剤をシーリング塗布したりスプレー塗装するための塗装エリア５が設定されている。この塗装エリア５には、複数台の多関節型のロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが設けられている。各ロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、複数のアーム７と、アーム同士を揺動可能に連結する関節８とを有してなる。ロボット６ａ，６ｂ，６ｃの先端アーム９には、後述する車体に防錆及び防水用のシーラ材を塗布するために用いるシーリングガン２５や、搬送されて停止した車体の位置を計測するために用いるカメラ３３等が搭載されており、ロボット６ｄにはシーリングガン２５が搭載されている。なお、図３は、ロボット６ａ，６ｂ，６ｃの全体の外観を参照するための左側面図であり、その先端アーム９には、１台のシーリングガン２５と、左右に並ぶ２台のカメラ３３が搭載されている。
【００２１】
この塗装エリア５は掘割状になっており、一対の上床面１０の相互間を車体１００が搬送される。各上床面１０，１０及び下床面１１のそれぞれには、車体１００の搬送方向に延在するスライドレール１２が設けられている。ロボット６ａ，６ｂ，６ｃは、上床面に設けられたスライドレール１２に沿ってスライド可能になっており、ロボット６ｄは下床面に設けられたスライドレール１２に沿ってスライド可能になっている。
【００２２】
また、この塗装エリア５には、後述する原点位置の確認のために利用され、キャリブレーション孔１３ａが形成されたキャリブレーションスタンド１３が設けられている。
【００２３】
図４は先端アーム９の正面斜視図、図５はその背面斜視図、図６はその正面図、図７はその背面図、図８はその平面図、図９はその底面図、図１０はその右側面図、図１１はその左側面図、図１２はその正面視断面図である。以下のロボットハンド９についての方向は、便宜上カメラの光軸を水平に向けた場合にカメラの被写体側を前側、その反対側を後側としている。但し、この方向の概念は、上記塗装エリア内でのロボットの動作に応じて適宜変更されるものである。
【００２４】
図４乃至図１２に示すように、先端アーム９は関節８に揺動可能に取り付けられた基部ブラケット２１を有し、この基部ブラケット２１には先端側に延びるブラケット２３が締結されている。
【００２５】
ブラケット２３の先端面には更に先端側に延びるステー２４が締結されている。このステー２４の先端部にはブラケット２３の延在方向に対して傾斜する傾斜面２４ａが形成されており、この傾斜面２４ａにシーリングガン２５が締結されている。シーリングガン２５は上記シーラ剤を車体１００（図１，図２，図１５参照）に噴射する装置であり、シーリングガン２５にはシーラ剤を供給するホース２６が接続されている。ブラケット２３にはこのホース２６を固定するためのホースブラケット２７が外側に締結されている。
【００２６】
また、ブラケット２３にはカメラブラケット２８が締結されている。カメラブラケット２８は、ブラケット２３から起立するように設けられた起立部２９と、起立部２９の上端面に締結されてブラケット２３と平行に延びる取付部３０とを有し、起立部２９と取付部３０とは正面視でＴ字形状をなしている。
【００２７】
取付部３０は、起立部２９に対して先端側に延在している。このため、起立部２９の先端面には、先端側に突出して取付部３０の裏面に固定されたリブ３１が接合されており、このリブ３１によって取付部３０に固定される部材の重量が支えられている。これにより取付部３０の撓みが防止される。
【００２８】
取付部３０は起立部２９に対して左右方向に延在しており、この取付部３０の上面の左右各端部には、カメラホルダ３２が１つずつ締結され、各カメラホルダ３２によって円筒状の鏡筒３４を有したカメラ３３が保持されている。このカメラ３３は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の光電変換素子を備え、撮像結果をこの光電変換素子において電気信号に変換して外部に出力する構成となっている。カメラ３３の焦点距離や倍率等は、鏡筒３４の外面に設けられたダイヤル３５によって撮影するのに適切な所定値に設定されている。なお、カメラ３３が取り付けられた取付部３０の鉛直下向きの撓みを防止するため、取付部３０の裏面に、リブ３１から取付部３０の延在方向に延びるブラケットを設けてもよい。
【００２９】
また、取付部３０にはカメラカバー３６が締結され、このカメラカバー３６によってカメラ３３の表面全体が覆われている。これら一対のカメラ３３は、ステレオ視による画像処理を可能にすべく、互いの光軸が交わるようにして配置されている。このように、同一のカメラブラケット２８にステレオ視する２台のカメラ３３を設置したことにより、アーム７（図１参照）の動作、および該アーム７の鉛直下向きの撓み量に関わらず、ステレオベースδ及び挟角θが一定になる。したがって、いわゆるハンドアイタイプにおいて、ステレオ視による画像に基づいた位置計測を精巧に行うことができるようになる。
【００３０】
取付部３０の前端面には、一対のカメラカバー３６の相互間において、ランプカバー３７が締結されており、このランプカバー３７によってリング蛍光ランプ等の照明光源３８が取り付けられている。
【００３１】
ホース２６はカメラ３３に対して下側に配置されており、ランプカバー３７はカメラ３３の対物レンズの後方に配置されており、シーリングガン２５は一対のカメラ３３の相互間に配置されている。このため、ブラケット２３に対して多種の部品が固定されているが、カメラの視野内にこれらの部品が位置することはなく、その上でこれら部品の集約配置が実現されている。
【００３２】
図１３は上記カメラ３３により撮像された画像を処理するとともにシーリングガン２５の動作を制御する制御系の構成を説明するブロック図である。図１３に示す制御装置４０は、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３及び入出力インターフェイス（以下、Ｉ／Ｆ）４４を備えたマイクロコンピュータであり、これら各要素４１〜４４はバス４５を介して接続されている。ＣＰＵ４１は、Ｉ／Ｆ４４を介して入力された情報やＲＡＭ４３に記憶されている情報に基づいてＲＯＭ４２に記憶されたプログラムを実行し、Ｉ／Ｆ４４を介して接続される機器の動作制御を行う。
【００３３】
Ｉ／Ｆ４４には、入力装置として６台のカメラ３３が接続されている。これらカメラ３３は３組に分けられ、各組はステレオ視する２台のカメラ３３から構成されている。これら各組を構成する２台のカメラ３３は、前述したように、同一のカメラブラケット２８（先端アーム９）に取り付けられている。このため、前述したように、各組の２台のカメラ３３によってステレオ視による画像に基づいた位置計測を精巧に行うことができる。
【００３４】
Ｉ／Ｆ４４には、出力装置として、複数の上記シーリングガン２５、複数の走行軸モータ４６、複数のアーム駆動モータ４７が接続されている。走行軸モータ４６は各ロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ（図１，図２参照）をスライドレール１２（図１，図２参照）に沿って走行させる駆動源である。アーム駆動モータ２８は各ロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの関節８を駆動してアーム７（図１，図２参照）を揺動させる駆動源である。なお、ここでは、複数のロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの動作を単一の制御装置によって制御する形態を例示したが、各ロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに対して個別のコントローラを分散して設けるようなシステム構成であってもよい。
【００３５】
以下、上記ロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの動作と上記制御装置４０により実行される制御の内容とについて説明する。
【００３６】
まず、各ロボットの可動範囲内において共通の座標系を使用可能なようにする。この処理自体は公知であるため、その概要を簡単に説明する。各ロボット６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにニードルバー（図示せず）を取り付ける。このニードルバーは、カメラ３３（図２参照）は取り付けたままとしてシーリングガン２５（図２参照）に替えて設けられる。次に、ロボットの動作範囲内の任意の接触点を設定する。この接触点は、単一でもよいが複数であることが好ましい。また、この接触点は隣接するロボットの姿勢が同じ姿勢をとったときに互いのニードルバーが接触するものと予め想定される点に設定されていることが好ましい。これは、アームの撓みによる影響を極力避けるためである。
【００３７】
次に、隣接する２つのロボットに取り付けられたニードルバーの先端が上記のように設定された任意の接触点に移動するよう、２つのロボットを駆動する。そして、一方のニードルバーの所定部位と、他方のニードルバーの所定部位とを点接触させる。そのときのロボットの座標値とロボットの座標値を出力する。２つの座標値に基づいて、一方のロボットの座標値を他方の座標値に変換するための変換行列を算定する。任意の接触点が複数設定されている場合には、この手順が接触点ごとに繰り返し行われることとなる。
【００３８】
このようにして算定された変換行列を用いることにより、あるロボットの座標を隣接するロボットの座標域に拡張可能となる。なお、複数の接触点を設定した場合には、接触点ごとに変換行列が算定されることとなる。このため、これら複数の変換行列を平均して得られた平均変換行列を、座標の拡張に使用することもできる。上記の処理は、隣接するロボットの組の全てに対して行われる。
【００３９】
次に、カメラ３３のキャリブレーション処理が行われる。この処理自体は公知であるため、その概要を簡単に説明する。まず、上記のニードルバーを用いてキャリブレーションスタンド１３（図２参照）の座標位置を測定する。上記のとおりキャリブレーションスタンド１３は、塗装エリア５の適当な位置に設置されており、所定の孔１３ａが形成されている。この座標位置は、例えばニードルバーをキャリブレーションスタンド１３の孔１３ａ内に挿入し、ニードルバーが孔１３ａ内に挿入されたときのロボットの座標値を座標位置として特定することにより測定される。このようにキャリブレーションスタンド１３の座標位置の測定後には、カメラ３３（図２参照）を用いてキャリブレーションスタンド１３の孔１３ａを撮影し、この孔１３ａの撮像結果に基づいてカメラ寸法の校正を行う。このキャリブレーションの処理は、後述する基準点の測定に用いるカメラ３３が搭載される予定の全てのロボット６ａ，６ｂ，６ｃについて行われる。
【００４０】
次に、本制御装置４０は、ある車種に対して実際に塗装作業を行う前に、この実際の作業時に実行される処理で必要とするマスターデータの作成を行う。マスターデータの作成に際しては、生産現場において今後実際に塗装作業を行う予定の車種の車体１００のサンプルを複数台（例えば３乃至１０台）用意しておき、この生産現場においてこれらサンプルをハンガー３に吊り下げる。すなわち、このマスターデータは、理想的であるが机上の設計値であるＣＡＤ値やＣＡＭ値等に基づいて作成されるものではなく、実際に塗装作業を行う生産現場での事前トレーニングを通じて車種ごとに１つずつ作成される。
【００４１】
図１４はマスターデータを作成する手順を説明するフローチャートである。図１４に示すように、まず、生産現場においてハンガー３に吊り下げられた車体１００のサンプルをレール１に沿って搬送し、塗装エリア５で停止させる（ステップＳ１）。次いで、車体１００のカメラ群３３を用いてサンプルを撮像し（ステップＳ２）、カメラ群３３から入力した画像データに基づいて、車体１００に適宜定義される基準点の位置を測定する（ステップＳ３）。
【００４２】
図１５はこの車体１００の撮像処理及び基準点の位置測定処理の概念図である。ここでは、いわゆるフロントエンジンタイプの車体（サンプルを含む）１００を例示している。車体１００の床裏部１０２には多数の貫通孔が形成されており、例えば、リアトランクに浸入した水を抜くための小孔１０３、フロントボンネットに収容されるべきエンジンを車体１００に固定する際に利用される小孔１０４，１０５が形成されている。ここでは、これら小孔１０３，１０４，１０５をそれぞれ、カメラ３３の撮像対象であってその後の位置測定の対象である基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３として利用している。
【００４３】
図１４中ステップＳ２においては、例えばロボット６ａに取り付けられた２台のカメラ３３で基準点Ｐ１に対応する小孔１０３を、ロボット６ｂに取り付けられた２台のカメラ３３で基準点Ｐ２に対応する小孔１０４を、ロボット６ｃに取り付けられた２台のカメラ３３で基準点Ｐ３に対応する小孔１０５をそれぞれステレオ視で撮像する。
【００４４】
図１４中ステップＳ３においては、各組の２台のカメラ３３が撮像した２つの画像から小孔の像１０３，１０４，１０５をパターンマッチングによって特定し、特定した像位置について三角測量の原理を利用した計算式から基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３としての三次元位置を検出する。基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置は三次元座標系において定義される。なお、このステップＳ３には、二値化処理などの他の画像処理を適宜追加してもよい。
【００４５】
図１４に戻り、位置検出の処理（ステップＳ３）が終了すると、次いでこの検出した位置情報をＲＡＭ４３（図１３参照）に記憶する（ステップＳ４）。そして、位置データを取得したサンプルの台数が所定値に達したか否かが判断され（ステップＳ５）、所定値に達していない場合は、次のサンプルに対してステップＳ１〜Ｓ４の処理が再び行われる。
【００４６】
所定台数のサンプルの位置データを取得した場合には、これら位置データに基づいて各基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置のマスターデータが作成される（ステップＳ６）。各マスターデータは、基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ごとに取得された複数の位置データを平均することによって作成される。このとき適宜外れ値を除外した上でマスターデータを作成するようにしてもよい。この外れ値を選定するために、ＣＡＤ値やＣＡＭ値を利用することも可能である。そして、このように作成された各基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３についてのマスターデータがＲＡＭ４３に記憶される（ステップＳ７）。
【００４７】
次に、上記事前トレーニングを通じて作成されたマスターデータを利用して行われる実際の塗装作業を行う手順について図１６に基づいて説明する。図１６に示すように、まず、事前トレーニングと同様にして車体１００を搬送して塗装エリア５で停止させ（ステップＳ１１）、停止した車体１００に形成されている小孔１０３、１０４，１０５をステレオ視により撮像し（ステップＳ１２）、入力された画像データに基づいて基準点Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′の位置を測定し（ステップＳ１３）、測定されたデータに基づいてマスターデータを補正するための補正値を算出する（ステップＳ１４）。
【００４８】
図１７はこの補正の手順を説明するフローチャートであり、図１８はこの補正処理の概念図である。図１７及び図１８に示すように、まず、マスターデータによって定義される基準点Ｐ１をＸ軸上に位置させる座標系を規定し、その座標系の原点を中心Ｏとして基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る円Ｃを求める。また、計測された基準点Ｐ１′をＸ′軸上に位置させる座標系を設定し、その座標系の原点を中心Ｏ′として基準点Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′を通る円Ｃ′を求める（ステップＳ４１）。すなわち、ステップＳ４１においては、基準点Ｐ１を基準にした３つの基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３間の位置関係と、基準点Ｐ１′を基準にした３つの基準点Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′間の位置関係とをそれぞれ、二次元座標系に規定される円によって定義する処理が実行されている。
【００４９】
次いで、マスターデータ側の円Ｃの中心が計測値側の円Ｃ′の中心Ｏ′と一致するように円Ｃを平行移動させる（ステップＳ４２）。そして、この平行移動後の円Ｃを規定する平面を計測値側の円Ｃ′を規定する平面と一致させるため、円Ｃを規定する平面を回転移動させる（ステップＳ４３）。すなわち、ステップＳ４２，Ｓ４３においては、基準点Ｐ１を基準にして設定された座標系を、基準点Ｐ１′を基準にして設定された座標系に変換する処理が実行されている。
【００５０】
そして、この回転移動後の面内で規定される円Ｃを、中心Ｏ′を通る法線回りに角度φだけ回転したときに、Ｌ１(φ)2＋Ｌ２(φ)2＋Ｌ３(φ)2が最小値をとる角度φを求める（ステップＳ４４）。ここで、Ｌ１(φ)は、角度φだけ回転した後の基準点Ｐ１と測定値Ｐ１′との距離、Ｌ２(φ)は、同基準点Ｐ２と測定値Ｐ２′との距離、Ｌ３(φ)は、同基準点Ｐ３と測定値Ｐ３′との距離である。すなわち、ステップＳ４４においては、最小二乗法の原理を利用して、マスターデータにおける基準点間の位置関係を定義する円Ｃを、測定された基準点間の位置関係を定義する円Ｃ′に近似させる処理が実行されている。
【００５１】
そして、ステップＳ４２〜Ｓ４４を経て円Ｃが移動した量を補正値として算出する（ステップＳ４５）。
【００５２】
図１６に戻り、このようにして算出された補正値を用いてマスターデータを補正し、補正されたデータ（補正位置データ）に基づいて車体１００の所定部位に塗装作業が行われる（ステップＳ１５）。図１５を参照して、この塗装作業によって、フェンダー１０６にシーラ剤が塗布されるとともに、車体１００の床裏部１０２に複数条のシーリングビード１０７が形成される。シーリングビード１０７の形成は窓枠部１０１を通じて車体１００内にオペレートされたシーリングガン２５により行われる。本実施形態では、このように室内シーリングを行うロボット６ａ，６ｂ、６ｃにカメラ３３を搭載していることから、位置計測を終了した後直ちに塗装作業に移行することができる。また、カメラを持たないロボット６ｄの駆動制御も、ロボット６ａ，６ｂ，６ｃを利用して算出された補正位置データに基づいて実行するようにしている。このように、カメラ３３が搭載されたロボット６ａ，６ｂ，６ｃをマスターロボット、シーリングガン２５のような作業装置のみを搭載したロボット６ｄをスレーブロボットとするシステム構成によって塗装作業を行うこともできる。
【００５３】
このようにＣＰＵ４１の処理内容に基づけば、ＣＰＵ４１は、カメラ３３から入力した撮像結果を示す画像信号に基づいて車体１００の基準点の三次元位置を測定する測定部と、測定部により測定された基準点の位置データに基づいてマスターデータを補正するための補正値を算出する補正値算出部と、補正値算出部により補正された車体の補正位置データに基づいてアーム７（図１参照）の揺動制御とシーリングガン２５の揺動制御を実行する作業制御部とを機能的に有することとなる。該測定部においては事前トレーニングでのサンプルの基準点の位置の測定が行われ、ＣＰＵ４１は更にこの測定部によって事前測定されたサンプルの位置データに基づいて車体の基準点のマスターデータを算出するマスターデータ算出部を機能的に有することとなる。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、事前トレーニングで作成されたマスターデータに基づいて測定された基準点Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′の位置を補正している。このため、現実の生産過程に即した補正値を得ることができ、塗装作業を適切に行うことができるようになる。より具体的には、設計データと実際に生産された車体のデータとの間の公差をなくすことができ、また、この公差を生み出す車体１００を形成するときに利用される溶接ロボットの動作の癖や、走行ユニット２の停止動作の癖などをマスターデータ側に吸収することができ、補正誤差を小さくすることができるようになっている。また、ロボット６ａ，６ｂ，６ｃのアーム７の撓みも事前トレーニングによってマスターデータ内に吸収することができ、補正誤差を小さくすることができる。アーム７の撓みはカメラ３３の解像度に比べて大きいことが一般的であるため、位置計測を正確に行う上で、この撓みを吸収することができることは特に有効である。
【００５５】
なお、カメラ３３を搭載したロボット６ａ，６ｂ，６ｃは噴霧されたシーラ剤が付着して汚れ易い下床面１１には配置されていない。このため、カメラ３３にはシーラ剤の付着を防護するシャッター機構を設ける必要がなくなり、カメラの周辺構造及び制御系の構成を簡略化することができる。また、シャッター機構の開閉時間を確保する必要がなくなるため、塗装作業に要する時間の短縮化にも繋がる。照明光源３８も同様にして下床面１１から除かれるため、照明光源３８の汚れも防ぐことができるようになる。
【００５６】
このように下床面１１には撮像に関係する多数の部品が省略されているため、複数車種に対応するカメラ及び照明光源の点数の削減を図ることができるとともに、ここに塗装専用のロボットを多数配置することができるようになる。このため、コンベア長やブース長の短縮化及び全工程時間の短縮化を図ることができ、初期設備投資額を少なくすることができる。また、生産現場の保全作業を安価に行うことができるようになる。
【００５７】
また、同一の生産現場において異なる車種を作業対象として取り扱ういわゆる混流生産を実施する場合には、追加される車種に対して実際に作業を行う事前にトレーニングを行ってマスターデータを作成することとなる。このように車種ごとにマスターデータを作成しておくだけで、容易に混流生産に対応することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態ではロボット６ａ，６ｂ，６ｃにカメラ３３を搭載しているため、車種間で基準点の位置が大幅に変更されることがあっても、ロボット６ａ，６ｂ，６ｃの動作に基づいて容易に各車種の基準点を視野内に収めることができる。また、スライドレール１２に沿って各ロボット６ａ〜６ｄは移動可能になっている。したがって、混流生産が実施される場合であっても、カメラ３３及び照明光源３８の台数を増加させる必要はない。最終的に塗装エリア５をコンパクトに建設でき、環境面からも良好である。
【００５９】
次に、マスターデータの補正処理の別の手順を説明する。図１９はその手順を説明するフローチャートであり、図２０はこの補正処理の概念図である。図１９及び図２０に示すように、まず、基準点Ｐ１についてのマスターデータを原点とし、基準点Ｐ２についてのマスターデータをＰ軸上にとり、基準点Ｐ３をＰＱ平面上に位置させるようなＰＱ座標系を設定し、測定された基準点Ｐ１′を原点とし、基準点Ｐ２′をＰ′軸上にとり、基準点Ｐ３′をＰ′Ｑ′平面上に位置させるようなＰ′Ｑ′座標系を設定する（ステップＳ１４１）。このように、本実施形態においては、基準点Ｐ３を基準点Ｐ１，Ｐ２を基準にした二次元座標系に位置させることによって基準点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３間の位置関係を定義し、基準点Ｐ３′を基準点Ｐ１′，Ｐ２′を基準にした二次元座標系に位置させることによって基準点Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′間の位置関係を定義している。
【００６０】
次に、基準点Ｐ１についてのマスターデータの座標をＰ１′上に平行移動し（ステップＳ１４２）、Ｐ軸をＰ′軸に一致させるように変換し（ステップＳ１４３）、Ｑ軸をＱ′軸に一致させるように変換する（ステップＳ１４４）。そして、ステップＳ１４２〜Ｓ１４３における座標の変換量を補正値として算出する（ステップＳ１４５）。すなわち、ステップＳ１４２〜Ｓ１４３においては座標を定義する軸の移動によって基準点間の位置関係を互いに近似させる処理が実行されている。
【００６１】
このように本変更例においても、事前トレーニングにおいて作成されたマスターデータに基づいて測定値が補正されるため、この補正後の補正位置データに基づいて適切に塗布作業を行うことができるようになる。
【００６２】
しかも、この補正方法は、簡単な座標変換のみで行うことができるため、上記実施形態と比べて簡便に補正値を算出することができる点で有利となっている。但し、この変更例においては、ステップＳ１４２〜Ｓ１４４の手順の順番に応じた重み付けがなされてしまうため、基準点Ｐ３の補正精度は基準点Ｐ１の補正精度に比べて低くなる。上記の実施形態は、最小二乗法を利用することによってこのような基準点相互間での重み付けが解消され、基準点の位置関係をバランスよく補正することができる点で本変更例に対して有利となっている。
【００６３】
これまで、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明の範囲は上記の構成に限られず、適宜変更可能である。例えば、カメラの焦点距離は固定であっても可変であっても良い。さらに、取付部３０上に設置されるカメラ３３が、そのステレオベースδや挟角θが変化するよう可動に構成されていてもよい。
【００６４】
なお、本実施形態においては、多関節型ロボットを例示したが、ロボットの形態はこれに限られず、円筒座標型ロボットや直交座標型ロボット等の他の形態のロボットにも好適に適用される。また、塗装作業に限らず、他の用途においても本位置計測方法を適宜適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、対象物の位置の測定を行う技術分野において広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】自動車の生産現場の一部概要を平面視で模式的に示す説明図である。
【図２】自動車の生産現場の一部概要を背面視で模式的に示す説明図である。
【図３】ロボットの全体の外観を示す右側面図である。
【図４】先端アームの正面斜視図である。
【図５】先端アームの背面斜視図である。
【図６】先端アームの正面図である。
【図７】先端アームの背面図である。
【図８】先端アームの平面図である。
【図９】先端アームの底面図である。
【図１０】先端アームの右側面図である。
【図１１】先端アームの左側面図である。
【図１２】先端アームの正面断面図である。
【図１３】カメラにより撮像された画像の処理とシーリングガンの駆動制御を実行する制御系の構成を説明するブロック図である。
【図１４】マスターデータの作成手順を説明するフローチャートである。
【図１５】図１４及び図１６に示す撮像処理及び基準点の位置測定処理の概念図である。
【図１６】塗装作業の手順を説明するフローチャートである。
【図１７】補正処理の手順を説明するフローチャートである。
【図１８】図１７に示す補正処理の概念図である。
【図１９】補正処理の変更例の手順を説明するフローチャートである。
【図２０】図１９に示す補正処理の変更例の概念図である。
【符号の説明】
【００６７】
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  ロボット
２５  シーリングガン
２８  カメラブラケット
３３  カメラ
１００  車体（サンプル含む）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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