(57)【要約】【課題】本発明は、形状が複雑で輪郭が不明瞭な曲面が多い製品部を有する鋳造品であっても、また製品部相互の位置や姿勢が変動している場合であっても、良好に湯道を切断することができる方法を提供することを目的としている。【解決手段】教示再生方式のロボットシステムで切断用トーチを位置制御し、型バラシ後の、１個ないし複数個の製品部が方案部で繋がった状態の鋳造品であるワークの湯道を切断する方法において、再生工程では、所定具にセットされた切断対象の実ワークに対し、教示用ワークの製品部上に選定した複数の指定点に相当する実ワーク上の点を、教示工程時と同じ位置、姿勢に位置決めした三次元視覚センサで計測し、それらの三次元座標値を基に製品部毎の製品座標系を定義し、教示用ワークの製品部座標系と実ワークの製品部座標系のズレを基に、トーチの教示データを補正し、補正した教示データに基づいてロボットを位置制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
教示再生方式のロボットシステムで切断用トーチを位置制御し、型バラシ後の、１個ないし複数個の製品部が方案部で繋がった状態の鋳造品であるワークの湯道を切断する方法において、
教示工程では、所定具にセットされた教示用のワークに対し、
（１）製品部上に選定した複数の指定点をロボットに取付けた三次元視覚センサで計測し、それらの三次元座標値を基にして製品部毎の製品座標系を定義し、
（２）製品部の湯道を切断するためのトーチの移動経路を教示して教示データを該製品座標系で記憶させ、
再生工程では、所定具にセットされた切断対象の実ワークに対し、
（３）前記教示用ワークの製品部上に選定した複数の指定点に相当する実ワーク上の点を、教示工程時と同じ位置、姿勢に位置決めした三次元視覚センサで計測し、それらの三次元座標値を基に製品部毎の製品座標系を定義し、
（４）教示用ワークの製品部座標系と実ワークの製品部座標系のズレを基に、前記トーチの教示データを補正し、補正した教示データに基づいてロボットを位置制御することを特徴とする鋳造品の湯道切断方法。
【請求項２】
前記指定点としては、一義的に規定できる点だけでなく、複数の座標値を演算処理することで線または面を規定できる点をとることができる請求項１に記載の鋳造品の湯道切断方法。
【請求項３】
前記指定点において、三次元座標値が一義的に特定できる指定点を特徴点と称すると、製品毎に定義される座標系は、前記特徴点の数に基づいて下記４つの方法のうちから選定されて定義される請求項１又は２に記載の鋳造品の湯道切断方法。
Ａ１：３つの特徴点による 
Ａ２：１つの特徴点と、一義的に規定される１方向基準線による
Ａ３：１つの特徴点と、その特徴点を通る一義的に規定された法線と、別の１つの特徴点よる
Ａ４：平面部上の複数の指定点をもとに一義的に規定される１平面と、その平面に投影された一義的に規定される２点による
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットに取り付けたプラズマトーチ等を移動させて鋳造品の湯道や押湯部を切断するための方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
鋳型には鋳造方案に基づいた湯口、湯道、堰、押湯等が設けられており、型バラシ後の鋳造品は製品部と方案部（湯口、押湯、湯道等）が繋がっており、製品化の過程で製品部と方案部を分離する作業が必要とされる。前記分離作業は、通常湯道や堰を切断する（湯道切断と総称する）ことで行われる。湯道を切断する方法としては、鋳物（製品部）の材質、形状、大きさ、数量などに合わせて、プレス方式、砥石切断方式、ガスやプラズマなどの熱切断方式など種々の方法がとられているが、折れ難い材質や複雑形状品、また曲線切断品に対しては熱切断用トーチを装着したロボットで行う方法がとられることが多い。ロボットで湯道切断を行うためには、トーチを製品部近傍の所定経路を通過するように教示して再生動作を行わせる方式がとられるが、鋳造品の位置決め精度が悪かったり歪みが生じている場合などは、トーチを教示データ通りに位置制御したのでは良好に湯道を切断できないという問題が生じる。
【０００３】
上記問題を解決するためには、教示データを切断対象の実鋳造品の位置、姿勢に合わせて補正することが考えられ、例えば特許文献１にこのための技術が開示されている。特許文献１の技術は、アーク溶接、スポット溶接等の加工作業をロボットで実現する場合における作成済みの教示データの位置及び姿勢の補正を行うロボットの制御方法に関するものである。即ち、加工対象のワークが基準位置に設置されている時に、ワーク上の複数の特徴点を指定することによって直交座標系の原点及び軸方向が所望値であるユーザ座標系を定義し、教示時にこのユーザ座標系の軸方向に従ってロボットを移動させて作業経路を教示してこの作業経路上の教示点の位置姿勢データをロボット個体に固有の直交座標であるベース座標系（ロボット座標系ともいう）を基準としたベース座標値データで記憶し、再生時にこのベース座標値データに基づいてロボットの各関節角度データを算出して動作制御を行う産業用ロボットの制御方法において、教示時に前記教示点の位置姿勢データを前記ユーザ座標系を基準としたユーザ座標値データで記憶し、再生時にこのユーザ座標値データ及び前記ユーザ座標系に基づいて前記ベース座標値データを算出し、このベース座標値データに基づいてロボットの各関節角度データを算出し、ワークが前記基準位置とは異なる位置に設置されたときは、前記複数の特徴点の位置を再指定して前記ユーザ座標系を再定義し、再生時に前記ユーザ座標値データ及び前記再定義されたユーザ座標系に基づいて前記ベース座標値データを再算出し、この再算出されたベース座標値データに基づいてロボットの各関節データを算出することを特徴としている。また、前記複数の特徴点の位置の再指定を位置測定器によって測定して、ユーザ座標系の再定義をロボットが自動的に行うことも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、自動車部品に用いられる鋳物製品は、公害対策や軽量化の要求から、例えばマニホールドやタービンハウジングなどは、耐熱性が高くかつ薄肉で複雑形状のものが製造されるようになってきた。一般に、湯道切断作業には、型バラシ後の製品部と方案部とが繋がった一体の鋳造品（前記特許文献１のワークに相当するので、以降ワークと呼ぶ）を精度よく位置決めするために品種毎に専用の位置決め治具が必要とされる。しかし、前記ワークは湯道に歪みが出やすく、このような場合は治具を用いても精度良く位置決めすることは難しく、位置や姿勢の変動が大きい場合は良好な湯道切断ができない。この問題に対して、前記特許文献１に開示された技術は有効であるが、ユーザ座標系の定義を行うためには、一義的に規定される点である特徴点を複数（特許文献１の実施の形態１では３点）指定しなければならない。しかし、前記ワークでは、方案部に比べて変形や歪みの少ない製品部上で特徴点を指定することになるが、製品部は形状が複雑で輪郭が不明瞭な曲面が多く、特徴点を３点も有するようなものは稀である。従って、１つの鋳型に１個の製品部が配置されたいわゆる１個込めのワークに対しては、ほとんど特許文献１の技術では対応できない。ただし、特徴点を１点しか有しない製品部であっても、３個以上の製品部が配置されているワークであれば、このワークは特徴点を３点以上有することになり、ユーザ座標系を定義することができる。しかし、この場合には、湯道等の歪みによってワーク内における製品部間の相対位置や姿勢が変動すると、前記特徴点の相互位置関係が変化し、精度よくユーザ座標系を再定義することができず、良好に湯道を切断することが難しくなるという問題がある。
従って、本発明は、形状が複雑で輪郭が不明瞭な曲面が多い製品部を有する鋳造品であっても、また製品部相互の位置や姿勢が変動している場合であっても、良好に湯道を切断することができる方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、教示再生方式のロボットシステムで切断用トーチを位置制御し、型バラシ後の、１個ないし複数個の製品部が方案部で繋がった状態の鋳造品であるワークの湯道を切断する方法において、
教示工程では、所定具にセットされた教示用のワークに対し、
１）製品部上に選定した複数の指定点をロボットに取付けた三次元視覚センサで計測し、それらの三次元座標値を基にして製品部毎の製品座標系を定義し、
２）製品部の湯道を切断するためのトーチの移動経路を教示して教示データを該製品座標系で記憶させ、
再生工程では、所定具にセットされた切断対象の実ワークに対し、
３）前記教示用ワークの製品部上に選定した複数の指定点に相当する実ワーク上の点を、教示工程時と同じ位置、姿勢に位置決めした三次元視覚センサで計測し、それらの三次元座標値を基に製品部毎の製品座標系を定義し、
４）教示用ワークの製品部座標系と実ワークの製品部座標系のズレを基に、前記トーチの教示データを補正し、補正した教示データに基づいてロボットを位置制御することを特徴としている。
すなわち、本発明は、製品部毎に製品座標系を定義し、教示時と再生時における製品座    
標系のズレをもとに切断トーチの教示データを補正することで、製品部毎に位置や姿勢がある程度異なっても良好に湯道を切断できるようにしたものである。
【０００７】
前記本発明においては、前記指定点としては、一義的に規定できる点だけでなく、複数の座標値を演算処理することで線または面を規定できる点をとることができる。
また、前記本発明においては、前記指定点において、三次元座標値が一義的に特定できる指定点を特徴点と称すると、製品毎に定義される座標系は、前記特徴点の数に基づいて下記４つの方法のうちから選定されて定義されるようにすることが好ましい。
Ａ１：３つの特徴点による 
Ａ２：１つの特徴点と、一義的に規定される１方向基準線による
Ａ３：１つの特徴点と、その特徴点を通る一義的に規定された法線と、別の１つの特徴点よる
Ａ４：平面部上の複数の指定点をもとに一義的に規定される１平面と、その平面に投影された一義的に規定される２点による
本発明は、三次元視覚センサを用いることで、特徴点の座標値だけでなく、所定方向に存する複数の点の座標値を計測して一義的に規定された基準線や面を求め、これらを基にして座標系を定義するようにしており、複雑形状で外形輪郭が不明瞭な製品部を有するワークに対しても自動で湯道切断を行うことができる品種を拡大することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、形状が複雑な製品部を有する鋳造品に対しても、また製品部相互の位置や姿勢が変動する場合でも、自動で良好に湯道を切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の概要を説明するためのフローチャート
【図２】本発明に係わる座標系を説明するための概念図
【図３】座標系定義方法を選定するためのフローチャート
【図４】座標系定義方法Ａ１を説明するための図
【図５】座標系定義方法Ａ２を説明するための図
【図６】座標系定義方法Ａ３を説明するための図
【図７】座標系定方法Ａ４を説明するための図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、教示再生方式のロボットシステムを用いて、プラズマトーチ等を位置制御して鋳造品の湯道を自動的に切断するための方法であり、前記特許文献１における技術を基本としているが、最大の相違点はユーザ座標系の定義方法にある。詳細は後述するが、第一に、本ユーザ座標系は製品部個々に対して設定される。従って、１個込めのワークの場合は１つでよいが、２個込めのワークの場合は２つ定義される。以降、前記ユーザ座標系を製品座標系と称し、Ｓ座標と略称する。第二に、前記Ｓ座標の定義を教示時及び再生時とも自動で行うとともに、ロボット手先部に設けた三次元視覚センサを用いて、後述するように所定の指定点を計測することで、製品部に特徴点が３点得られない場合や或いは全く得られない場合でも可能としている。三次元視覚センサ（以降、３Ｄセンサと略す）は、レーザスリット光撮像画像やステレオ撮像画像などを画像処理し、所定位置の３次元座標値や所定面の傾きなどを算出する撮像装置であり、川崎重工業製やＦＡＮＵＣ製などのロボットには搭載されているものもあり公知の計測機器である。
【００１１】
まず、本発明の概要を図１のフローチャート、及び図２の座標系に係わる概念図をもとに説明するが、以下、ワークは２個込めで２個の製品部が配置されているとし、図２では説明をわかり易くするために座標系は２次元で示している。
【００１２】
図１のフローチャートにおいて、教示工程をＫ１〜Ｋ３に示すが、所定具にセットされた教示用ワークＷに対して行われる。
１）工程Ｋ１において、２個の製品部Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）の各々について、Ｓ座標を定義するために選定された複数の指定点を計測するように３Ｄセンサの位置、姿勢を決め、該指定点の三次元座標値を算出する。前記指定点は、後述する座標系の定義方法の中で説明するように、特徴点でなくてもよく、また３点でなくてもよい。
２）工程Ｋ２において、前記計測した複数の指定点の三次元座標値を基に、ロボット制御装置等で２個の製品部毎に２つのＳ座標（以降、教示Ｓ１座標、教示Ｓ２座標と称す）を定義する。定義方法については後述する。前記指定点の計測データは該教示Ｓ座標のデータとして記憶される。
３）工程Ｋ３において、製品部Ｃ１、Ｃ２毎に湯道切断用トーチの作業経路を教示し、教示点の位置、姿勢データＴ（Ｔ１、Ｔ２）を前記教示Ｓ１座標、教示Ｓ２座標で記憶させる。
【００１３】
再生工程を図１のＫ４〜Ｋ６で示すが、所定具にセットされた湯道切断対象の実ワークＷａに対して行われる。実ワークＷａは、教示用ワークと同様に２個の製品部Ｃａ（Ｃａ１、Ｃａ２）を有している。
４）工程Ｋ４において、３Ｄセンサを前記教示用ワークＷの製品部Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）の指定点を計測した時と同じ位置、姿勢に順次位置決めし、実ワークＷａの各製品部Ｃａ（Ｃａ１、Ｃａ２）における実Ｓ座標定義用の指定点の三次元座標値を計測する。
５）工程Ｋ５において、前記計測された複数の指定点の三次元座標値を基に、ロボット制御装置等で実ワークＷａの２つの製品部毎に２つのＳ座標（実Ｓ１座標、実Ｓ２座標）を定義する。通常、実ワークＷａの製品部は教示ワークＷの製品部と位置や傾きなどが異なることが多く、図２に示すように、製品部Ｃａ１における実Ｓ１座標は、教示Ｓ１座標とは位置、傾きなどが異なってくる。製品部Ｃａ２についても同様である。
６）工程Ｋ６において、製品部Ｃａ１について、教示Ｓ１座標と実Ｓ１座標のズレをもとに、教示Ｓ１座標で記憶された湯道切断用トーチの教示点データＴ１を補正し、実Ｓ１座標における教示点位置データＴａ１とする。製品部Ｃａ２についても同様に行う。切断のためにトーチを移動させる時は、前記実Ｓ座標（実Ｓ１座標、実Ｓ２座標）における教示点データＴａ（Ｔａ１、Ｔａ２）はロボット座標系データに変換され、ロボットが位置制御される。なお、この変換方法は前記特許文献１にも記載されているように公知であり、説明は省略する。
【００１４】
次に、本発明における座標系の定義方法について詳しく説明する。  
前述したように、座標系は３Ｄセンサで計測した指定点の座標データを基に定義されるが、この指定点としては、穴中心点、図心点、端点、交点、円弧中心点などをとることができる。前記指定点のうち、例えば平面に形成された円状穴部の中心点や突起状平面部の図心点は、一義的に規定される点であり、以降特徴点と記して説明する。一方、二面が交差するエッジ部や稜線部に存する端点や交点、また所定長さを有した円柱状部の軸心に存する円弧中心点などは、該部位の所定方向には無数に存在して一義的に規定できない点であるが、前記所定方向に沿った複数の点を測定し、それらの座標値を例えば直線補間処理すれば方向基準線を規定することができる。この方向基準線は一義的に方向が規定されたもので、座標系を定義するのに用いることができる。すなわち、前記指定点は座標系を定義するのに用いることができる。
【００１５】
すなわち、本発明では、３点の特徴点が得られなくても、他の指定点から方向基準線を規定する等で下記に示すような４つの方法で製品座標系を定義している。これにより、自動湯道切断を適用することができる品種を拡大することができる。
Ａ１：３つの特徴点による（特許文献１と同一の方法）                
Ａ２：１つの特徴点と、方向性を有する部材の該方向に沿った複数の指定点をもとに一義的に規定される１方向基準線による
Ａ３：１つの特徴点と、その特徴点を通る一義的に規定される法線と、別の１つの特徴点よる
Ａ４：平面状部材上の複数の指定点をもとに規定される１平面と、平面上に対し一義的に規定される２つの方向基準線から投影される２点による
【００１６】
本発明は、対象となるワーク毎に製品部の性状を検討し、前記Ａ1〜Ａ４のいずれかの座標系定義方法を選定するために必要とされる特徴点を含む指定点を、製品部上で選定することが重要である。以下、対象とする製品部の性状に合わせた座標系の定義方法を図３に示すフローチャートに従って説明する。
【００１７】
ステップＳ１において、該製品部が３Ｄセンサで特徴点Ｐが計測できるか否かを検討する。計測できる場合はステップＳ２に移り、できない場合はステップＳ１０に移る。特徴点が計測できるのは、該製品部に、安定した平面に形成された穴部、又は形状は問わないが安定した平面の突起部があればよく、前記平面部を選定部位として十字レーザスリット光を照射することで、穴中心或いは突起平面の図心を算出することができる。
【００１８】
ステップＳ２においては３次元的に異なる位置に特徴点Ｐが３点あるか否かを検討する。前記特徴点が３点ある場合はステップＳ３に、特徴点が１点又は２点しかない場合はステップＳ４に移る。ステップＳ３は前記Ａ１の方法で座標系が定義できる場合であり、図４に示すように、例えば一つの特徴点Ｐ１を原点、前記特徴点Ｐ１と他の第２の特徴点Ｐ２を結ぶ方向をＸ軸、他の第３の特徴点Ｐ３からＸ軸に下ろした線分とＸ軸とでなす平面をＸＹ平面とし、原点を通りＸＹ平面に直交した方向をＺ軸とする等の公知の方法で、製品座標系を規定することができる。前記３点はできるだけ離れた点が好ましく、近接してしか存しない場合にはステップＳ４に移るのがよい。
【００１９】
ステップ４では、１つの特徴点を原点とした時に、該原点を含まない方向基準線が一義的に規定できるか否かを検討する。規定できる場合はステップＳ５に、できない場合はステップ６に移る。方向基準線が規定できるためには、安定した方向性を示す部位があればよく、例えば図５に示すように、エッジ部が直線状をなしているフランジＦ１があれば、そのエッジ部を選定部位とし、直線方向の複数のエッジを指定点Ｑ（ｎ）として指定し、３Ｄセンサによる例えばエッジ計測で各エッジＱ（ｎ）の座標値を計測し、直線補間で近似直線Ｘｕを算出することで行うことができる。
【００２０】
ステップ５は前記Ａ２の方法で座標系が定義できる場合であり、図５において、１つの特徴点Ｐ１を原点、前記特徴点Ｐ１から方向基準線Ｘｕの方向に引いた軸をＸ軸、特徴点Ｐ１から方向基準線Ｘｕに下ろした線分方向をＹ軸方向としてワーク座標系を規定することができる。
【００２１】
ステップ６においては、１つの特徴点を通る法線が一義的に規定できるか否かを検討する。規定できる場合はステップＳ７に、できない場合はステップ８に移る。一義的に規定できるためには、この特徴点の周辺が安定した所定広さを持つ平面であればよく、３Ｄセンサで計測された平面の傾きを基に該法線を規定することができる。
【００２２】
ステップ７は前記Ａ３の方法で座標系が定義できる場合であり、図６（ａ）に示すように、例えば１つの特徴点Ｐ１を原点、前記原点周辺平面と直交し前記特徴点Ｐ１を通る法線ＵをＸ軸とする。ここで、特徴点がもう１点ある場合は、該特徴点Ｐ２からＸ軸に下ろした線分とＸ軸とでなす平面をＸＹ平面とすることで座標系を規定することができる。製品部に特徴点Ｐ１が一つしかない場合は、前記方法はとれないが、ワークが２個込め以上で製品部同士の相対変位が小さい場合であれば、図６（ｂ）に示すように、他の製品部のうち該製品部と相対変位が小さいものを利用し、この製品部の特徴点Ｐ２から該製品部の特徴点Ｐ１を通る法線Ｕ（Ｘ軸）に下ろした線分方向をＹ軸とし、Ｘ軸とでなす平面をＸＹ平面として製品座標系を規定することができる。ワークが１個込めの場合はステップ８に移る。
【００２３】
以上は、特徴点が１点でも計測できる場合であるが、全く計測できない場合はステップ１０以下の手順で検討する。ステップ１０においては、仮想平面Ｍが一義的に規定できるか否かを検討する。できる場合はステップ１１に、できない場合はステップ８に移る。仮想平面Ｍが一義的に規定されるためには、安定した平面性を示す形状部位があればよく、例えば図７に示すように、接続用フランジＦ２などの板状面があれば、２箇所以上の一直線上にないエッジ部を選定部位とし、該エッジ部から少なくとも３点以上のエッジを指定点Ｒ（ｎ）として指定し、エッジ計測或いはＲ交点計測を行って座標値を計測し、平面補間を行えばよい。
【００２４】
ステップ１１においては、前記規定した仮想平面Ｍ上に投影される２点Ｈ１、Ｈ２が一義的に得られるか否かを検討する。得られる場合はステップ１２へ移り、得られない場合はステップ８に移る。前記仮想平面Ｍ上に２点が投影されるためには、例えば図７に示すように、前記接続用フランジＦ２からボス部又は接続パイプ部などの円筒形状部材Ｋ（Ｋ１、Ｋ２）が、少なくとも２箇所安定して所定方向に派生している場合であって、この円筒形状部Ｋ１、Ｋ２の接続用フランジＦ２から離れた位置を選定部位とし、円弧断面計測により複数の円筒中心点ｈ１（ｎ）、ｈ２（ｎ）を指定点として計測し、これら円筒中心点ｈ１（ｎ）、ｈ２（ｎ）座標値を直線補間して近似直線が算出できればよく、この近似直線と仮想平面Ｍの交点座標が投影点Ｈ１、Ｈ２とされる。
【００２５】
ステップ１２は前記Ａ４の方法で座標が定義できる場合であり、例えば１つの投影点Ｈ１を原点、投影点Ｈ１ともう一つの投影点Ｈ２を結んだ方向基準線をＸ軸、前記投影点Ｈ１を通り前記仮想平面Ｍに直交する法線をＹ軸、投影点Ｈ１を通り前記ＸＹ平面に直交する方向をＺ軸として製品座標系を規定することができる。
【００２６】
以上、前記Ａ１〜Ａ４の座標系定義方法について、座標系定義方法を選択するための手順の中で説明したが、前記座標系定義のための条件が得られなかった場合はステップ８に移るとした。ステップ８では、処理対象のワークが、製品品質に関係しない部位等で製品部形状又は方案が変更できるか否かを検討する。３Ｄセンサで特徴点が計測できるような部位、例えば変形の少ない適宜な堰部に穴部や平面突起部を形成することができれば、前記Ａ１〜Ａ４のいずれかの方法で座標系を定義することが可能となる。
【符号の説明】
【００２７】
Ｃ、Ｃａ      製品部
Ｗ、Ｗａ      ワーク
Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）        特徴点
Ｑ、Ｒ        指定点
H            投影点  
Ｆ１、Ｆ２    フランジ
Ｍ            仮想平面
【図１】
2010234430.tif 000003
【図２】
2010234430.tif 000004
【図３】
2010234430.tif 000005
【図４】
2010234430.tif 000006
【図５】
2010234430.tif 000007
【図６】
2010234430.tif 000008
【図７】
2010234430.tif 000009