(57)【要約】【課題】  厳格な位置決めを必要とせず、ワークを測定できる三次元ワーク測定方法を提供する【解決手段】  測定対象であるワーク４０を、測定用ロボット２０により三次元測定するための三次元ワーク測定方法であって、ワーク４０上に設定された基準点のうち一点を位置決めピン１２ａに位置合わせして、基準点を測定する第１測定工程（ステップＳ５、Ｓ９、Ｓ２１〜Ｓ３７）と、ワーク４０と同様の基準点が設定された設計値通りの理想ワークを、該基準点のうちの一点を位置決めピン１２ａに合わせた所定の姿勢で配置したと想定して、該理想ワーク上の基準点とワーク４０の基準点の測定結果とを比較する比較工程（ステップＳ３８）と、比較結果に基づいて、ワーク４０上の測定点を測定するための前記ロボットの測定位置を補正する補正工程（ステップＳ６、Ｓ１０、Ｓ４１）と、補正した測定位置から、ワーク４０上の測定点を測定する第２測定工程（ステップＳ４２〜Ｓ４８）と、を有する三次元ワーク測定方法。【選択図】            図３
2006308500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象であるワークを、測定用ロボットにより三次元測定するための三次元ワーク測定方法であって、
前記ワーク上に設定された基準点のうち一点を所定の位置に位置合わせして、前記基準点を測定する第１測定工程と、
前記ワークと同様の基準点が設定された設計値通りの理想ワークを、該基準点のうちの一点を前記所定の位置に合わせた所定の姿勢で配置したと想定して、該理想ワーク上の基準点と前記ワークの基準点の測定結果とを比較する比較工程と、
比較結果に基づいて、前記ワーク上の測定点を測定するための前記ロボットの測定位置を補正する補正工程と、
補正した前記測定位置から、前記ワーク上の測定点を測定する第２測定工程と、
を有する三次元ワーク測定方法。
【請求項２】
前記測定位置を補正する工程は、
前記比較工程の比較結果に基づいて、前記ワークの前記理想ワークに対する姿勢の誤差を算出する工程と、
算出した姿勢の誤差に基づいて、前記測定点が測定できるように、前記測定位置を補正する工程と、
を含む請求項１に記載の三次元ワーク測定方法。
【請求項３】
前記第１測定工程および第２測定工程は、
前記ロボットに設けられた撮像装置およびレーザ距離計により実行され、
前記ワーク上の前記測定点の画像を前記撮像装置により撮影する工程と、
撮影画像に含まれる穴部の中心を求め、該中心から前記穴部の半径以上離れた位置に、前記レーザ距離計によりレーザ照射して、奥行き位置を測定する工程と、
を含む請求項１または請求項２に記載の三次元ワーク測定方法。
【請求項４】
設計値に基づいて作成したマスターワークを、予め前記ロボットは用いずに精密測定し、さらに、予め前記ロボットを用いて前記ワークと同様に測定する工程と、
前記第２測定工程により測定した前記ワークの測定値と前記ロボットにより測定した前記マスターワークの測定値との誤差に、精密測定により測定した前記マスターワークの精密測定値と前記理想ワークの設計値との誤差を加えて、前記理想ワークに対する前記ワークの誤差を求め、求めた誤差が所定値以下の場合に前記ワークが良品であると判断する良否判定方法をさらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元ワーク測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを三次元測定するための三次元ワーク測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品などのワークは、製造後に測定され、設計原図に対してどの程度ずれているか判定される。これにより、製造されたワークが良品か不良品かが判別される。
【０００３】
ワークの判定方法としては、測定用ロボットによりワークを測定して、測定結果により判定する判定方法が知られている。この方法では、まず、最初のワークの計測すべき計測箇所の周辺にマークを施す。施したマークを撮影できるように、カメラを装備したロボットの経路をティーチングする。ティーチングの際に、各マークを撮影する。撮影した画像を基本画像とする。以降のワークについては、ティーチング通りにロボットを動かし、ワークの各部を撮影する。撮影した画像を、基本画像と比較し、その誤差に基づいて、ワークの良否を判定する（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−２０７６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記判定方法では、最初のワーク以外にはマークを施さず、ティーチング通りにロボットが移動しワークを撮影していく。したがって、最初のワークと以降の測定ワークとが全く同じ位置に配置されていないと、ロボットの経路、すなわち、カメラが撮像する範囲から、ワークの計測箇所が外れてしまう。
【０００５】
これでは、測定ワークを測定台などに非常に慎重に配置しなくてはならず、複雑な手順が必要になったりして、位置決めが非常に煩雑になってしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、厳格な位置決めを必要とせず、ワークを測定できる三次元ワーク測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の三次元ワーク測定方法は、測定対象であるワークを、測定用ロボットにより三次元測定するための三次元ワーク測定方法であって、前記ワーク上に設定された基準点のうち一点を所定の位置に位置合わせして、前記基準点を測定する第１測定工程と、前記ワークと同様の基準点が設定された設計値通りの理想ワークを、該基準点のうちの一点を前記所定の位置に合わせた所定の姿勢で配置したと想定して、該理想ワーク上の基準点と前記ワークの基準点の測定結果とを比較する比較工程と、比較結果に基づいて、前記ワーク上の測定点を測定するための前記ロボットの測定位置を補正する補正工程と、補正した前記測定位置から、前記ワーク上の測定点を測定する第２測定工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の三次元ワーク測定方法によれば、理想ワークを所定の姿勢で配置したと想定して、理想ワーク上の基準点とワーク上の基準点の測定結果とを比較し、比較結果に基づいて、測定位置を補正する。したがって、仮想的な理想ワークとは異なる姿勢でワークがワーク置き台に載置されても、ワークの姿勢に左右されずに、ロボットの測定位置（姿勢）を変えることによって、正確にワークを測定できる。結果として、ワークをワーク置き台に載置する際に、厳格な位置合わせが必要なく、ワークの載置が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
（構成）
図１はワーク測定に関する概略構成を示す斜視図、図２はワーク置き台を示す斜視図である。なお、図１では、説明の容易のために、ロボットの先端部を一部切り欠いて図示している。
【００１１】
図１に示すように、ワークを測定する構成には、ワーク置き台１０と、ロボット２０と、制御装置３０とが含まれる。
【００１２】
ワーク置き台１０は、後述するマスターワークや測定ワーク４０を載置するための台である。ワーク置き台１０には、図２に示すように、位置決めピン１２ａ、ｂが設けられている。位置決めピン１２ａ、ｂは、ワーク４０の穴部に対応する箇所に設けられている。ワーク４０の穴部４２に位置決めピン１２ａ、ｂが通るように、ワーク４０がワーク置き台１０上に載置される。
【００１３】
位置決めピン１２ａは、ワーク４０の穴部４２と略合致する太さを有する。一方、位置決めピン１２ｂは、ワーク４０の穴部４２よりも細い太さを有する。したがって、ワーク４０をワーク置き台１０上に載置する際には、まず、位置決めピン１２ａがワーク４０の所定の穴部４２に嵌るように位置決めし、あとは、適当に、位置決めピン１２ｂがワーク４０の所定の穴部４２を通るようにする。これにより、位置決めピン１２ａの位置では、精度良くワーク４０の位置が規制され、位置決めピン１２ｂの位置では、ワーク４０の位置がある程度自由である。このように、位置決めピン１２ａ、ｂにより、ワーク４０の置かれ方が簡単に規制される。
【００１４】
なお、位置決めピン１２ａの位置は、図１に示すＸＹＺ空間の原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０）である。ＸＹＺ空間は、後述のワーク４０の姿勢を算出する際のワーク４０の絶対位置を決定するために定義される空間である。
【００１５】
ワーク置き台１０には、図示しないクランプ機構が設けられている。クランプ機構は、ワーク４０を挟み込んで固定し、ワーク測定中にワーク４０が動くことを防止する。
【００１６】
ロボット２０は、ワーク置き台１０の略正面に配置されている。ロボット２０は、多関節ロボット２０であり、自由な姿勢に動いて、ワーク４０を測定する。測定のために、ロボット２０の先端には、カメラ２２（撮影手段）と、レーザ距離計２４とを備える。
【００１７】
カメラ２２は、ワーク４０上の測定点を含む平面画像を撮影する。カメラ２２が撮影する平面は、たとえば、図１に示すＸＹ平面である。ワークの測定点の位置や向きによっては、カメラ２２は、ＸＺ平面や、ＹＺ平面や、これらより傾いた平面を撮影できる。測定点とは、ワーク４０の測定時に測定される点であり、ワーク４０上の穴部４２などの特徴的な部分に設定される。以下では、ワーク４０に設けられた穴部４２に測定点が設定されているものとして説明する。
【００１８】
レーザ距離計２４は、レーザをワーク４０表面に照射することにより、ワーク４０との直線距離を測り、ワーク４０の奥行き方向の位置を測定する。奥行き方向の位置とは、たとえば、図１に示すＺ方向の位置である。ワークの測定点の位置や向きによっては、レーザ距離計２４は、Ｘ方向や、Ｙ方向や、これらより傾いた方向の位置を測定できる。
【００１９】
カメラ２２により撮像した画像およびレーザ距離計２４により測定した距離は、ロボット２０に接続されている制御装置３０に送信される。
【００２０】
制御装置３０は、カメラ２２の撮影画像およびレーザ距離計２４の計測結果に基づいて、ワークのＸＹＺ空間での位置を算出する。また、制御装置３０は、ワーク４０上の測定点を測定するためのロボット２０の測定位置を記憶する。測定位置は、作業者により教示され、複数の測定点ごとに複数設定される。測定位置は、作業者がロボット２０を手動で動かすことにより、測定時のロボット２０の動作の一環として教示される。制御装置３０は、ロボット２０による測定結果も記憶する。
【００２１】
また、制御装置３０は、ロボット２０によりワーク４０を測定した結果を演算し、上記測定位置を補正する。
【００２２】
（三次元ワーク測定方法）
次に、三次元ワーク測定方法の手順を説明する。
【００２３】
図３は三次元ワーク測定方法の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、測定対象となるワークは、図１に示すように平らな部品であり、カメラ２２によりＸＹ平面画像が撮影され、レーザ距離計２４により垂直位置が計測されるものとする。
【００２４】
まず、通常の測定工程の前に、作業者により、マスターワークが用意され、精密に測定される（ステップＳ１）。ここで、マスターワークとは、所望の設計図に基づいて作成したワークであり、たとえば、量産されるワークのうち、最初に製造されたものである。また、マスターワークの精密な測定は、たとえば、接触式の測定機により実行される。
【００２５】
次に、精密測定により得られたマスターワークの形状と、設計値通りの理想ワークの形状との誤差が算出される（ステップＳ２）。誤差は、たとえば、コンピュータにより算出される。この場合、接触式の測定機によるマスターワークの測定値や、理想ワークの設計値は、作業者によりコンピュータに入力される。誤差は、制御装置３０に送信される。
【００２６】
マスターワークが、通常の測定工程に搬入される（ステップＳ３）。この通常の測定工程とは、上述のロボット２０によりワークを測定する工程である。
【００２７】
ワーク上の所定の測定点を測定できる測定位置に、作業者が順にロボット２０を動かし、ロボット２０に測定位置を教示し、各測定位置においてロボット２０に測定点の画像を撮影させ、撮った画像を登録させる（ステップＳ４）。教示された測定位置や撮影された画像は、ロボット２０から制御装置３０に送信され、記憶される。
【００２８】
続けて、ロボット２０および制御装置３０により、マスターワークの姿勢が算出される（ステップＳ５）。マスターワークの姿勢の算出について、詳細は後述する。
【００２９】
ステップＳ５において算出されたマスターワークの姿勢を考慮して、マスターワークが測定される（ステップＳ６）。ここで、マスターワークの測定について、詳細は後述する。
【００３０】
ロボット２０の測定位置ごとに、ステップＳ２で算出された理想ワークとの誤差が算出されて、該誤差情報が対応付けられて、制御装置３０に記憶される（ステップＳ７）。
【００３１】
そして、マスターワークが測定工程から搬出される（ステップＳ８）。
【００３２】
続けて、測定ワーク４０が測定工程に搬入される（ステップＳ９）。ここで、測定ワーク４０とは、たとえば、マスターワークの次に製造され、製品として適当かどうかが測定されるための測定対象となるワークである。
【００３３】
ロボット２０および制御装置３０により、測定ワーク４０の姿勢が算出される（ステップＳ１０）。測定ワーク４０の姿勢の算出は、ステップＳ５のマスターワークの姿勢の算出と同様である。マスターワークの姿勢の算出と共に、詳細は後述する。
【００３４】
ステップＳ１０において算出された測定ワーク４０の姿勢を考慮して、測定ワーク４０が測定される（ステップＳ１１）。ここで、測定ワーク４０の測定は、ステップＳ６のマスターワークの測定と同様である。マスターワークの測定と共に、詳細は後述する。
【００３５】
測定ワーク４０の測定結果に基づいて、理想ワークに対する誤差が算出される（ステップＳ１２）。測定ワーク４０と理想ワークとの算出は、次のように行われる。まず、測定ワーク４０の測定結果（上記ステップＳ１１）とマスターワークの測定結果（上記ステップＳ６）との誤差が算出される。これは、上述のロボット２０のカメラ２２の撮影画像の比較、およびレーザ距離計２４の奥行き位置の測定結果の誤差により算出される。この誤差に、ステップＳ７において測定位置ごとに対応付けられているマスターワークと理想ワークとの誤差を加える。これにより、マスターワークを基準として、測定ワーク４０と理想ワークとの誤差を算出できる。
【００３６】
算出された誤差について、許容範囲内か否か、すなわち、製品としてワークがＯＫかＮＧかが判断される（ステップＳ１３）。この判断は、たとえば、制御装置３０により実行される。
【００３７】
誤差が許容範囲内である場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、測定された測定ワーク４０は製品として規格内の良品であるので、良品格納用のＯＫシュートに搬出される（ステップＳ１４）。一方、誤差が許容範囲内でない場合（ステップ１３：ＮＯ）、測定ワーク４０は不良品なので、不良品格納用のＮＧシュートに搬出される（ステップＳ１５）。
【００３８】
測定すべき全ての測定ワーク４０について測定が終了したか否かが判断される（ステップＳ１６）。全ての測定ワーク４０について測定が終了していない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ９の処理に戻り、次の測定ワーク４０が搬入される。
【００３９】
測定すべき全ての測定ワーク４０について測定が終了した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、測定工程が終了される。
【００４０】
次に、上述の測定工程におけるステップＳ５およびステップＳ１０の「ワーク姿勢算出」、ステップＳ６およびステップＳ１１の「ワーク測定」の処理を詳細に説明する。
【００４１】
（ワーク姿勢算出）
図４はワークの姿勢を算出する流れを示すフローチャートであり、図５はワークの例を示す図、図６は垂直位置の測定を説明するための図である。マスターワークおよび測定ワーク４０のいずれの姿勢を算出する手順も同様である。以下では、ワーク４０には、測定ワークおよびマスターワークの両者が含まれるものとする。
【００４２】
まず、ロボット２０が基準位置に移動される（ステップＳ２１）。基準位置とは、ワーク４０上の基準点をロボット２０が測定するための位置である。基準点は、ワーク４０の姿勢を算出するために予め設定された点であり、測定点に含まれている。基準点は、図５に示すように、ワーク４０の穴部４２などの特徴的な部分に設定され、ワークの姿勢を調べるために、少なくとも３箇所に設けられる。基準点は、ワークの外縁近傍に設定されることが好ましい。
【００４３】
ロボット２０のカメラ２２によりワーク４０の測定点の画像が撮影される（ステップＳ２２）。すなわち、ワーク４０の測定点のＸＹ平面の画像が撮影される。
【００４４】
撮影された画像が制御装置３０により解析され、撮影画像に含まれる穴部４２の中心Ｏ、つまり中心Ｏの座標が算出される（ステップＳ２３）。穴部４２の中心座標は、穴部４２を直径で２分割する直線４４を２本適当に引き、それらの交点を求めることにより算出できる。
【００４５】
求めた中心座標から少なくとも穴部４２の半径以上離れた位置４６において、垂直位置を測定できるように、ロボット２０の基準位置が補正される（ステップＳ２４）。ここで、垂直位置の測定は、中心座標から等距離の複数点、たとえば、図６に示すように、１２０度間隔の３点にそれぞれレーザが照射されることにより実行される（ステップＳ２５）。この場合、ロボット２０の基準位置が３回補正される。
【００４６】
そして、中心座標の周りの３点の平均値が、基準点の奥行き方向の位置として、制御装置３０に記憶される（ステップＳ２６）。
【００４７】
全ての基準位置について、測定が終了したか否かが制御装置３０により判断される（ステップＳ２７）。全ての基準位置の測定が終了していない場合（ステップＳ２７：ＮＯ）、ステップＳ２１の処理に戻る。
【００４８】
全ての基準位置の測定が終了した場合（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、理想ワークがワーク置き台１０に所定の姿勢で置かれたときの基準点と、上記ステップＳ２１〜ステップＳ２６において測定されたワーク４０の基準点とが比較され（ステップＳ２８）、ワーク４０の姿勢が算出される（ステップＳ２９）。
【００４９】
ここで、ワーク４０の姿勢の算出では、まず、仮想的にワーク置き台１０に置かれた理想ワークと、実際にワーク置き台１０に置かれたワーク４０とが、位置決めピン１２ａが嵌挿された穴部４２の位置で位置合わせされる。つまり、原点で合わせられる。そして、残りの２つの穴部４２の位置で、理想ワークに対してワークがＸＹ平面、ＹＺ平面でどれだけ傾いているかが算出される。これにより、理想ワークに対するワークの姿勢が算出される。
【００５０】
（ワーク測定）
図７は、ワークを測定する流れを示すフローチャートである。マスターワークおよび測定ワーク４０のいずれを測定する手順も同様である。以下では、ワーク４０には、測定ワークおよびマスターワークの両者が含まれるものとする。
【００５１】
まず、測定位置が補正される（ステップＳ３１）。ここでは、既に、上記のステップＳ２１〜Ｓ２９において、ワーク４０の姿勢が算出されているので、理想ワークとの姿勢の違いがわかっている。したがって、理想ワークとの姿勢の違いに合わせて、ロボット２０の測定位置も補正される。
【００５２】
次に、ロボット２０が補正された測定位置に移動される（ステップＳ３２）。そして、ロボット２０のカメラ２２により、ワーク４０上の測定部が撮影される（ステップＳ３３）。
【００５３】
続けて、上述のステップＳ２３と同様に、測定点の穴部４２中心の座標が算出される（ステップＳ３４）。そして、上述のステップＳ２４と同様に、ロボット２０のレーザ距離計２４のレーザ光が穴部４２を通過しないように、測定位置が３点に分割され補正される（ステップＳ３５）。補正された３点の測定位置について、奥行き位置が測定され（ステップＳ３６）、測定結果が制御装置３０に記憶される（ステップＳ３７）。
【００５４】
最後に、全ての測定位置において測定が終了したか否かが判断される（ステップＳ３８）。全ての測定位置が終了していない場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、ステップＳ３１の処理に戻る。
【００５５】
全ての測定位置が終了した場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ワーク４０測定の処理が終了される。
【００５６】
以上のように、マスターワークおよび測定ワーク４０のいずれも、カメラ２２およびレーザ距離計２４により、ワークの２次元画像および奥行き位置が測定され、制御装置３０に記憶される。マスターワークの測定結果については、上述のステップＳ１１において、測定ワークと理想ワークとの誤差を算出するために用いられる。
【００５７】
なお、マスターワークを用いて、測定位置を教示する際にマスターワーク上の測定点を一度は測定している。しかし、実際にロボット２０を教示に従って動かした場合、ロボットの移動による慣性などにより、必ずしも教示の動きと一致するとは限らない。したがって、マスターワークについても、ステップＳ５、ステップＳ６において、教示通りに測定することによって、測定ワークの測定結果と同条件で比較しえる情報が得られる。
【００５８】
（効果）
以上のような三次元ワーク測定方法によれば、理想ワークの仮想的な基準点と、ワーク４０上の基準点の測定値とに基づいて、ワーク４０の姿勢を算出し、測定位置を補正する。したがって、マスターワークおよび測定ワーク４０のいずれを測定する場合においても、ワークの姿勢に左右されずに、ロボット２０の測定位置（姿勢）を変えることによって、正確に測定ワーク４０を測定できる。結果として、測定ワークをワーク置き台１０に載置する際に、厳格な位置合わせが必要なく、ワークの載置が容易になる。
【００５９】
また、測定ワーク４０姿勢算出および測定ワーク４０測定において、測定ワーク４０上の基準点や測定点の奥行き位置を測定する際、まず穴部４２の中心を求め、中心から該穴部４２の半径以上離れた位置にレーザ照射するので、レーザが誤って穴部４２を通り抜けることがない。したがって、レーザを確実にワーク表面に照射でき、ワークの基準点および測定点の位置を正確に測定できる。
【００６０】
さらに、上記三次元ワーク測定方法によれば、ステップＳ６のマスターワークの測定値とステップＳ１１の測定ワーク４０の測定値との誤差に、ステップＳ２のマスターワークの測定値と理想ワークの設計値との誤差を加えて、理想ワークに対する測定ワーク４０の誤差を求めている。したがって、実在しない理想ワークと、測定ワーク４０との誤差を、マスターワークを介して求められる。これにより、測定ワーク４０の良否を判定できる。
【００６１】
なお、上記説明では、カメラ２２によりワークの測定点のＸＹ平面を撮影し、レーザ距離計２４により測定点のＺ方向の位置を測定していた。しかし、これに限定されない。カメラ２２により、測定点のＹＺ平面や、ＸＺ平面や、これらに対して傾いた平面画像を撮影し、レーザ距離計２４により、該平面画像に垂直な距離を測定してもよい。すなわち、カメラ２２によりいかなる方向の平面を撮影してもよく、レーザ距離計２４によりこの平面に垂直な距離を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】ワーク測定に関する概略構成を示す斜視図である。
【図２】ワーク置き台を示す斜視図である。
【図３】三次元ワーク測定方法の流れを示すフローチャートである。
【図４】ワークの姿勢を算出する流れを示すフローチャートである。
【図５】測定ワークの例を示す図である。
【図６】奥行き位置の測定を説明するための図である。
【図７】測定ワークを測定する流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１０…ワーク置き台、
１２ａ、１２ｂ…位置決めピン、
２０…ロボット、
２２…カメラ、
２４…レーザ距離計、
３０…制御装置、
４０…ワーク、
４２…穴部。
【図１】
2006308500.tif 000003
【図２】
2006308500.tif 000004
【図３】
2006308500.tif 000005
【図４】
2006308500.tif 000006
【図５】
2006308500.tif 000007
【図６】
2006308500.tif 000008
【図７】
2006308500.tif 000009