(57)【要約】【課題】対象ワークの設置誤差に加えて形状誤差をも考慮した上で、作業ロボットの教示点を補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法を提供する。【解決手段】作業ロボット１に予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワーク３０ｂの状況に応じて補正する教示点補正装置である。教示点補正装置は、基準ワーク３０ａ及び対象ワーク３０ｂに設定された特徴点の位置と、基準ワーク３０ａ及び対象ワーク３０ｂの断面形状との計測が可能な２次元変位センサ３と、基準ワーク３０ａの特徴点の位置と対象ワーク３０ｂの特徴点の位置とを比較することによって対象ワーク３０ｂの設置誤差を演算すると共に、基準ワーク３０ａの断面形状と対象ワーク３０ｂの断面形状とを比較することによって対象ワーク３０ｂの形状誤差を演算する演算部５と、設置誤差及び形状誤差に基づいて基準教示点を補正する補正部６と、を備えている。【選択図】図１
2011183535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業ロボットに予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワークに応じて補正する教示点補正装置であって、
所定箇所に設置された補正の基準となる基準ワークと、前記基準ワークに代えて前記所定箇所に設置された対象ワークとを計測対象として、前記基準ワーク及び前記対象ワークに設定された特徴点の位置と、前記基準ワーク及び前記対象ワークの断面形状との計測が可能な、前記作業ロボットに設けられたセンサと、
前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって前記対象ワークの設置誤差を演算すると共に、前記基準ワークの断面形状と前記対象ワークの断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算する演算手段と、
前記演算手段によって演算された設置誤差及び形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正する補正手段と、
を備えた教示点補正装置。
【請求項２】
前記基準ワーク及び前記対象ワークは、略Ｌ字状または略Ｃ字状のコーナー部を有する横断面形状を有する長尺物からなり、
前記センサは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測するように構成され、
前記演算手段は、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算する、請求項１に記載の教示点補正装置。
【請求項３】
前記基準ワーク及び前記対象ワークには、少なくとも長手方向に離れた複数の特徴点が設定され、
前記演算手段は、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算する、請求項２に記載の教示点補正装置。
【請求項４】
前記センサは、２次元変位センサからなっている、請求項１〜３のいずれか一つに記載の教示点補正装置。
【請求項５】
作業ロボットに予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワークに応じて補正する教示点補正方法であって、
補正の基準となる基準ワークを所定箇所に設置するステップと、
前記基準ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、
前記基準ワークの所定の断面形状を計測するステップと、
前記基準ワークに代えて対象ワークを前記所定箇所に設置するステップと、
前記対象ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、
前記対象ワークの所定の断面形状を計測するステップと、
前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって、前記対象ワークの設置誤差を演算するステップと、
前記基準ワークの前記断面形状と前記対象ワークの前記断面形状とを比較することによって、前記対象ワークの形状誤差を演算するステップと、
前記設置誤差及び前記形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正するステップと、
を備えた教示点補正方法。
【請求項６】
前記基準ワーク及び前記対象ワークは、略Ｌ字状または略Ｃ字状のコーナー部を有する横断面形状を有する長尺物からなり、
前記基準ワーク及び前記対象ワークの前記断面形状を計測する各ステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測する各ステップであり、
前記形状誤差を演算するステップは、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算するステップである、請求項５に記載の教示点補正方法。
【請求項７】
前記基準ワーク及び前記対象ワークには、少なくとも長手方向に離れた複数の特徴点が設定され、
前記設置誤差を演算するステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算するステップである、請求項６に記載の教示点補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂ティーチングプレイバック方式を採用する作業ロボットにおいて、その教示点の位置を適正に補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のティーチングプレイバック方式を採用する作業ロボットは、予め教示した作業内容に基づいて所定の動作を行うようにされたものであり、全体のシステムが比較的簡易に構成できるという利点を有するために、現在幅広く使用されるに至っている。
【０００３】
従来、このような作業ロボットの教示点補正装置としては、例えば次のようなものが存在する。即ち、この従来のものは、処理すべきワークの設置状態により生じるばらつきが距離センサにより測定され、この測定によって得られるデータと予め設定された基準データとから、ワークに生じている設置誤差が求められる。かかる設置誤差を考慮して、予め教示した作業ロボットの動作データが補正手段により補正され、補正後のロボット動作データが伝送手段によりロボット制御装置に伝送されて、教示点が補正される（特許文献１参照）。
【０００４】
また、従来の教示点補正方法としては、特許文献２に示すようなものが存在する。これは、ワークを平面で切った時の断面の輪郭形状を検出できるセンサを使用したものであり、このセンサにより、先ず教示時及び再生時に於けるワークの輪郭形状が検出される。検出された輪郭線上には特徴点が設定されており、各時点に於ける特徴点の位置が比較される。これが一致しない場合は、その差分がワークの設置誤差として測定されることになる。かかる測定結果に基づいて、作業ロボットの教示点が補正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−２５２３８１号公報
【特許文献２】特開２００２−８１９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のものは、何れもワークを設置する際に生じた設置誤差を測定し、これに基づいて教示点を補正せんとするものであり、個々のワークが有する形状の相違や変形による誤差（以下、形状誤差という）については一切考慮されていない。例えば、ワークとしては断面略Ｌ字状やＣ字状の長尺ワークも存在するが、このようなワークは撓み、捩れ、開き等の変形が生じ易いという特性を有している。このようなワークについて各種の作業を正確に施す必要がある場合は、上記従来技術のように、単にワークの設置誤差に基づいて教示点を補正するだけでは不十分である。即ち、処理すべき個々のワークが有する形状誤差をも考慮して教示点を補正しなければ、ロボットによる各種作業を正確に行うことができない。
【０００７】
それ故に、本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象ワークの設置誤差に加えて形状誤差をも考慮した上で、作業ロボットの教示点を補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る教示点補正装置は、作業ロボットに予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワークに応じて補正する教示点補正装置であって、所定箇所に設置された補正の基準となる基準ワークと、前記基準ワークに代えて前記所定箇所に設置された対象ワークとを計測対象として、前記基準ワーク及び前記対象ワークに設定された特徴点の位置と、前記基準ワーク及び前記対象ワークの断面形状との計測が可能な、前記作業ロボットに設けられたセンサと、前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって前記対象ワークの設置誤差を演算すると共に、前記基準ワークの断面形状と前記対象ワークの断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された設置誤差及び形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正する補正手段と、を備えたものである。
【０００９】
上記教示点補正装置によれば、基準ワーク及び対象ワークの特徴点の位置の比較によって設置誤差が演算されると共に、断面形状の比較によって形状誤差が演算される。そして、補正手段によって、設置誤差だけでなく形状誤差をも考慮したうえで、基準教示点が補正される。したがって、従来よりも高度な教示点の補正が可能となる。なお、「特徴点の位置の比較」には、特徴点の位置そのものを比較することに限らず、複数の特徴点によって定められる点または線等を想定し、その点または線等同士を比較することも含まれる。即ち、特徴点を利用する比較のすべてが含まれる。「作業ロボット」とは、一般に種々のツールが装備されて、ワークに対して各種作業を行うことのできる機械をいう。
【００１０】
前記基準ワーク及び前記対象ワークは、略Ｌ字状または略Ｃ字状のコーナー部を有する横断面形状を有する長尺物からなり、前記センサは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測するように構成され、前記演算手段は、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算するものであってもよい。
【００１１】
上記のような長尺物は、撓み、捩れ、開き等の変形が生じ易いという特性を有している。特に、長手方向と直交する断面（即ち、横断面）の形状が、長手方向に沿って変化しやすい。そのため、上述の通り、基準ワーク及び対象ワークの横断面形状を比較することによって、対象ワークの形状誤差を良好に求めることができる。上記のような長尺物を対象とする場合、本発明の効果は特に顕著に発揮される。
【００１２】
前記基準ワーク及び前記対象ワークには、少なくとも長手方向に離れた複数の特徴点が設定され、前記演算手段は、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算するものであってもよい。
【００１３】
このことにより、設置誤差に関して、５自由度分の誤差が演算される。なお、残りの１自由度分の誤差は、横断面形状の形状誤差と一緒にまとめて補正することができる。そのため、上記により、対象ワークについての基準教示点を十分に補正することができる。
【００１４】
前記センサは、２次元変位センサからなっていてもよい。
【００１５】
このことにより、２次元変位センサによって、基準ワーク及び対象ワークの特徴点の位置と断面形状とが計測されることになる。
【００１６】
本発明に係る教示点補正方法は、作業ロボットに予め設定された基準教示点を、作業対象となる対象ワークに応じて補正する教示点補正方法であって、補正の基準となる基準ワークを所定箇所に設置するステップと、前記基準ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、前記基準ワークの所定の断面形状を計測するステップと、前記基準ワークに代えて対象ワークを前記所定箇所に設置するステップと、前記対象ワークに設定された特徴点の位置を計測するステップと、前記対象ワークの所定の断面形状を計測するステップと、前記基準ワークの特徴点の位置と前記対象ワークの特徴点の位置とを比較することによって、前記対象ワークの設置誤差を演算するステップと、前記基準ワークの前記断面形状と前記対象ワークの前記断面形状とを比較することによって、前記対象ワークの形状誤差を演算するステップと、前記設置誤差及び前記形状誤差に基づいて、前記基準教示点を補正するステップと、を備えた方法である。
【００１７】
前記基準ワーク及び前記対象ワークは、略Ｌ字状または略Ｃ字状のコーナー部を有する横断面形状を有する長尺物からなり、前記基準ワーク及び前記対象ワークの前記断面形状を計測する各ステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの横断面形状を計測する各ステップであり、前記形状誤差を演算するステップは、前記基準ワークの横断面形状と前記対象ワークの横断面形状とを比較することによって前記対象ワークの形状誤差を演算するステップであってもよい。
【００１８】
前記基準ワーク及び前記対象ワークには、少なくとも長手方向に離れた複数の特徴点が設定され、前記設置誤差を演算するステップは、前記基準ワーク及び前記対象ワークの所定の特徴点または前記複数の特徴点から定められる特定の点に関する位置の変化から、設置誤差の３自由度の平行移動成分を演算し、前記複数の特徴点から定められる直線の傾きの変化から、設置誤差の２自由度の回転成分を演算するステップであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、個々のワークが有している設置誤差及び形状誤差に応じて適正に作業ロボットの教示点を補正することのできる教示点補正装置及び教示点補正方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る教示点補正装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は基準ワークの斜視図、（ｂ）は対象ワークの斜視図である。
【図３】補正治具の一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は基準教示点及び形状計測教示点を示す斜視図である。
【図５】基準教示点の補正方法のフローチャートである。
【図６】基準教示点の補正方法のフローチャートである。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は孔の中心たる特徴点を計測する手順を示す説明図である。
【図８】基準ワークと対象ワークとの間に生じている形状誤差を示す説明図である。
【図９】（ａ）は基準ワークのコーナー部を示す説明図、（ｂ）は対象ワークのコーナー部を示す説明図である。
【図１０】基準ワークと対象ワークとの間に生じている設置誤差を示す説明図である。
【図１１】基準ワークと対象ワークとの間に生じている設置誤差を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に示す作業ロボット１は、ティーチングプレイバック方式のロボットであり、所謂多自由度ロボットによって構成されている。作業ロボット１のアーム２には、２次元変位センサ３が取付けられている。２次元変位センサ３は、計測対象物（本実施形態ではワーク３０）の断面形状を計測することのできるセンサである。本実施形態では、２次元変位センサ３として２次元レーザセンサを使用している。２次元レーザセンサは、計測対象物に帯状のレーザを照射し、その反射光をＣＣＤで撮像することによって、計測対象物の断面形状を計測する非接触型センサである。ただし、２次元変位センサ３の種類は何ら限定されず、２次元レーザセンサ以外のセンサを使用しても構わない。アーム２には、ワーク３０に対して所定の作業、例えば溶接や研磨等の作業を行うためのツール４が取付けられている。なお、２次元変位センサ３は、その光軸を一軸とする３次元直交座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、即ち、２次元変位センサ３の位置姿勢によって一義的に定まるセンサ座標系１０に基づいて計測を行う。２次元変位センサ３によって計測される形状等は、センサ座標系１０で表現することができる。これに対して、作業ロボット１に対しては、３次元直交座標系（ＸＢ，ＹＢ，ＺＢ）（以下、「機械座標系」という）１１が定義されている。作業ロボット１の各種作業は、機械座標系１１に基づいて行われる。
【００２２】
詳細は後述するが、本実施形態は、基準ワーク３０ａを基準として、対象ワーク３０ｂに対する作業ロボット１の教示点を補正するものである。即ち、対象ワーク３０ｂの設置位置及び形状が基準ワーク３０ａからどれだけずれているかを計測し、そのずれ量に応じて、作業ロボット１の教示点を補正するものである。図２（ａ）は基準ワーク３０ａ、図２（ｂ）は対象ワーク３０ｂの一例を表している。図２（ａ）に示すように、本実施形態では基準ワーク３０ａは、断面略Ｌの字状に形成された長尺状の山形鋼からなっている。本実施形態では、基準ワーク３０ａの各フランジ部３１ａ及びコーナー部３４ａには撓みや捩れ等の変形は殆んどなく、その開き角である２φｍは略直角となるように形成されているものとする。ただし、基準ワーク３０ａは、対象ワーク３０ｂの比較の基準となるものに過ぎず、その形状及び寸法等が厳密に設計値通りである必要はない。、図２（ｂ）に示す対象ワーク３０ｂは、基本的には基準ワーク３０ａと略同様の形態からなるものの、基準ワーク３０ａと異なる形状誤差を有している。例えば、各フランジ部３１ｂやコーナー部３４ｂには、基準ワーク３０ａと異なる撓みや捩れ等の変形が生じている。また、コーナー部３４ｂの開き角２φｒは、基準ワーク３０ａのコーナー部３４ａの開き角２φｍと若干相違している。
【００２３】
基準ワーク３０ａの一方のフランジ部３１ａ（ここでは、設置台（図示せず）に固定される方のフランジ部３１ａ、すなわち、水平に延びるフランジ部３１ａ）には、円形の孔３２ａが２個形成されている。これらの孔３２ａは、基準ワーク３０ａの長手方向に所定間隔を有して配設されている。対象ワーク３０ｂの一方のフランジ部３１ｂにも、同様の孔３２ｂが形成されている。詳細は後述するが、本実施形態では、基準ワーク３０ａ及び対象ワーク３０ｂに特徴点を設定し、その特徴点を利用して対象ワーク３０の設置誤差を算出する。本実施形態では、孔３２ａの中心３３ａと孔３２ｂの中心３３ｂとを特徴点とする。ただし、特徴点は孔３２ａ、３２ｂの中心３３ａ、３３ｂに限定されるものではなく、任意に設定することができる。また、孔３２ａ、３２ｂは円形の孔に限らず、角孔であってもよく、角孔の中心を特徴点としてもよい。また、孔に限らず、例えば各ワーク３０ａ、３０ｂのフランジ部３１ａ、３１ｂに予め凸状部（図示せず）を形成しておき、その凸状部の中心を特徴点としてもよい。
【００２４】
本実施形態では、設置誤差の算出のために、図３に示すような補正治具４０を用いる。補正治具４０は、各ワーク３０ａ、３０ｂの孔３２ａ、３２ｂに嵌め込まれる。補正治具４０は、一定の半径Ｒを有して半真球状に形成された半球部４１と、半球部４１の底面中央に突設された円筒状の固定部４２とからなっている。固定部４２の直径Ｄは、孔３２ａ、３２ｂの内径ｄと略同一に設定されている。半球部４１の中心Ｐは、孔３２ａ、３２ｂの中心３３ａ、３３ｂと一致している。また、固定部４２の軸心Ｓは、半球部４１の中心Ｐ及び孔３２ａ、３２ｂの中心３３ａ、３３ｂを通るように設定されている。なお、以下では便宜上、センサ座標系１０から見た中心ＰをＰ´、機械座標系１１からみた中心ＰをＰ″と表記することとする。
【００２５】
作業ロボット１には、複数の基準教示点が設定されている。ここでは、図４に示すように、起立したフランジ部３１ａ、３１ｂの外側（図４（ａ）の右側）に設定される複数の基準教示点をＴとし、起立したフランジ部３１ａの内側且つ水平なフランジ部３１ａの上側に設定される複数の基準教示点をＵと称することとする。なお、図４では、ワーク３０ａ、３０ｂの長手方向に沿って並ぶ３つの基準教示点Ｔ、Ｕしか図示していないが、実際には、基準教示点Ｔ、Ｕはワーク３０ａ、３０ｂの表面の全域にわたって設定されている。例えば、複数の基準教示点が長手方向に沿って配列されてなる基準教示点列が、上下に複数列設定されている。ただし、基準教示点は、ワーク３０ａ、３０ｂの形状等に応じて適宜設定することができる。また、詳細は後述するが、本実施形態では、対象ワーク３０ｂの形状誤差を計測するために、形状計測教示点Ｔ′、Ｕ′を用いる。形状計測教示点Ｔ′、Ｕ′は基準教示点Ｔ，Ｕと一致していてもよく、異なっていてもよい。ここでは、形状計測教示点Ｔ′、Ｕ′は、基準教示点Ｔ、Ｕと異なっており、それぞれ基準教示点Ｔ、Ｕの近傍の位置に設定されている。
【００２６】
図１に示すように、作業ロボット１には制御装置７が設けられている。制御装置７は作業ロボット１に内蔵されていてもよいが、本実施形態では、作業ロボット１の外部に配置されたパーソナルコンピュータによって構成されている。このように、制御装置７は、作業ロボット１の内部にあっても外部にあってもよく、また、専用の装置に限らず、汎用的な装置であってもよい。制御装置７は、演算部５と、記憶部８と、演算部５の演算結果に基づいて基準教示点Ｔ、Ｕを補正する補正部６とを備えている。演算部５、記憶部８及び補正部６が行う具体的な処理については後述する。
【００２７】
作業ロボット１または制御装置７は、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の位置姿勢（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ，α，β，γ）、即ち機械座標系１１からみた２次元変位センサ３の位置姿勢情報を取得する機能を有している。ここで、「Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ」は、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の原点位置情報であり、「α，β，γ」は、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の姿勢情報である。なお、「α，β，γ」はＺ−Ｙ−Ｚ系のオイラー角で表される。ただし、上記原点位置情報及び上記姿勢情報の表記方法は、これらに限定されるものではない。
【００２８】
本実施形態に係る教示点補正装置は、以上のように構成されている。次に、作業ロボット１の基準教示点Ｔ、Ｕを補正する方法について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係る補正方法のフローチャートである。本補正方法は、対象ワーク３０ｂの設置誤差だけでなく、形状誤差をも考慮したものである。
【００２９】
始めに、ステップＳ１１において、設置台の上に基準ワーク３０ａを設置する。次に、ステップＳ１２において、基準ワーク３０ａを対象として基準教示点Ｔ、Ｕ（図４参照）を作成する。なお、基準教示点Ｔ、Ｕは、オペレータが制御装置７を用いて手動で作成してもよく、予め定められたプログラムに従って制御装置７自体が自動的に作成してもよい。作成された基準教示点Ｔ、Ｕは、制御装置７の記憶部８に記憶される。次に、ステップＳ１３に進み、基準ワーク３０ａを対象として、形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´（図４参照）を作成する。形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´についても、手動で作成されてもよく、自動的に作成されてもよい。作成された形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´も、制御装置７の記憶部８に記憶される。
【００３０】
次に、ステップＳ１４において、以下のようにして基準ワーク３０ａの特徴点（以下、基準特徴点という）を測定する。前述したように、基準ワーク３０ａの孔３２ａには、補正治具４０が嵌め込まれている。図３に示すように、固定部４２の軸心Ｓは補正治具４０の半球部４１の中心Ｐを通るので、孔３２ａの中心３３ａは、基準ワーク３０ａの上面を含む平面上において、半球部４１の中心Ｐと一致する。従って、半球部４１の中心Ｐを求めることは、基準特徴点たる孔３２ａの中心３３ａの位置を求めることとなる。そのため、ここでは基準特徴点として、中心Ｐの位置を求める。
【００３１】
具体的には、作業ロボット１のアーム２を半球部４１の上方位置に移動させた後、２次元変位センサ３により、半球部４１の断面形状を計測する。そして、これを断面情報として、制御装置７の記憶部８に記憶させる。
【００３２】
なお、前述したように、本実施形態では２次元変位センサ３として、２次元レーザセンサを用いている。２次元変位センサ３によるレーザの照射は、半球部４１の一箇所について１度だけ行えばよく、しかも半球部４１に対して任意の角度で照射すればよい。そのため、一連の検出作業を煩雑化せしめるようなことはなく、効率的に作業を行うことができる。また、レーザが照射可能な範囲内にあれば、基準ワーク３０ａは作業ロボット１に対してどのように配置されていてもよく、この手法は柔軟に幅広く適用できるという利点がある。
【００３３】
更に、２次元変位センサ３によるレーザの照射は、基準ワーク３０ａの孔３２ａに対して直接行われるのではなく、孔３２ａに固定した補正治具４０の半球部４１に対して行われる。これによれば、レーザの光軸方向と平行な部位における検出精度に欠けるとされている２次元変位センサ３の欠点を適切に補完しつつ、半球部４１の断面形状を精度良く的確に計測することができる。その結果、基準特徴点である孔３２ａの中心３３ａの検出精度が向上することになる。
【００３４】
前記断面情報は、図７（ａ）に示すように、センサ座標系１０の原点Ｏを基準とするものであり、Ｙｓ−Ｚｓ平面において、半球部４１から取得した円弧部５０の曲線上にある複数の座標点（ｙｉ，ｚｉ）からなっている。演算部５は、かかる断面情報から、円の最小二乗法や後述する三平方の定理等を用いて、センサ座標系１０からみた半球部４１の中心Ｐ′の座標（ａ，ｂ，ｃ）を算出する。なお、以下に説明する各演算は、全てこの演算部５により行われる。
【００３５】
Ｙｓ−Ｚｓ平面において、中心座標（ｂ，ｃ）、半径ｒからなる円の一般式は、（Ｙｓ−ｂ）２＋（Ｚｓ−ｃ）２＝ｒ２で表される。先ず、この円の方程式の最小二乗法を用いて、下記の式からＡ、Ｂ、Ｃの値を求める。
【数１】
2011183535.tif 000003
【００３６】
これにより得られるＡ、Ｂ、Ｃは、Ａ＝−２ａ、Ｂ＝−２ｂ、Ｃ＝ａ２＋ｂ２−ｒ２という関係を有している。これらにより、センサ座標系１０からみた半球部４１の円弧部５０の中心（ｂ，ｃ）と半径ｒとが算出される。
【００３７】
次に、半球部４１の中心Ｐ′（ａ，ｂ，ｃ）のＸｓ軸成分ａを演算する。図７（ｂ）に示すように、センサ座標系１０のＸｓ−Ｚｓ平面に着目すると、Ｘｓ軸成分ａは円弧部５０の半径ｒと、既知である半球部４１の半径Ｒとから、三平方の定理ａ２＝Ｒ２−ｒ２で求めることができる。
【００３８】
このようにして、センサ座標系１０における半球部４１の中心Ｐ′（ａ，ｂ，ｃ）が算出される。次に、半球部４１の中心Ｐに関して、センサ座標系１０から機械座標系１１への座標変換を行う。即ち、センサ座標系１０における中心Ｐ′（ａ，ｂ，ｃ）から、機械座標系１１における中心Ｐ″（ａ´，ｂ´，ｃ´）を演算する。具体的には、前述のようにして得られたセンサ座標系１０からみた半球部４１の位置情報（ａ，ｂ，ｃ）と、作業ロボット１が取得した、機械座標系１１からみたセンサ座標系１０の位置姿勢（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）とから、以下の式により、機械座標系１１からみた半球部４１の中心Ｐ″の位置（ａ´，ｂ´，ｃ´）が算出される。
【数２】
2011183535.tif 000004
【００３９】
ここで、Ｒｙ、Ｒｚは、それぞれＹ軸回り、Ｚ軸回りの回転行列である。このようにして求められた半球部４１の中心Ｐ″が、基準ワーク３０ａの上面を含む平面上における孔３２ａの中心として検出されることになる。これにより、基準ワーク３０ａの孔３２ａの中心３３ａの位置を、機械座標系の座標値で表すことができる。
【００４０】
次に、同様にして、基準ワーク３０ａの他方の孔３２ａの中心３３ａの座標を求める。以下、このようにして求められた基準ワーク３０ａの一方の孔３２ａの中心３３ａを座標（Ａ１Ｘ，Ａ１Ｙ，Ａ１Ｚ）、他方の孔３２ａの中心３３ａを座標（Ｂ１Ｘ，Ｂ１Ｙ，Ｂ１Ｚ）で表すこととする（図１０参照）。これら基準特徴点の位置は、記憶部８に記憶される。以上がステップＳ１４における処理である。
【００４１】
次に、ステップＳ１５に進み、形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´において、基準ワーク３０ａの２次元断面形状を測定する。形状測定教示点Ｔ´においては、図８に示すように、２次元変位センサ３によって、起立しているフランジ部３１ａの断面形状に関する情報（以下、断面情報という）を取得する。かかる断面情報は、ｚ＝ａｍｙ＋ｂｍという直線を表す式の形で表される。定数ａｍ、ｂｍは、最小二乗法を用いて求められる。形状測定教示点Ｕ´においては、図９に示すように、２次元変位センサ３によって、両フランジ部３１ａとコーナー部３４ａの断面情報を取得する。起立しているフランジ部３１ａ、水平なフランジ部３１ａの断面情報は、それぞれ直線Ｌ１、Ｌ２を表す式の形で取得される。直線Ｌ１及び直線Ｌ２は、上述と同様の方法によって求められる。一方、コーナー部３４ａの断面情報は、直線Ｌ１及び直線Ｌ２に内接する内接円の中心Ｖ（ｙｃ，ｚｃ）と半径ｒ２とで表される。なお、ここでは、基準教示点Ｕは内接円の中心Ｖとほぼ一致している。また、基準教示点Ｕはコーナー部３４ａの中心に位置しており、直線Ｌ１及び直線Ｌ２の２等分線Ｍ上に位置している。コーナー部３４ａは、上記内接円上に位置する点群（ｙ２ｉ，ｚ２ｉ）で表現することができる。
【００４２】
内接円の中心（ｙｃ，ｚｃ）は、以下の式で表される。
【数３】
2011183535.tif 000005
ここで、ａｙ，ｂｙ，ａｚ、ｂｚは、直線Ｌ１及びＬ２より定まる定数である。一方、円の方程式は、（Ｙｓ−ｙｃ）２＋（Ｚｓ−ｚｃ）２＝ｒ２２で表される。そこで、下式が最小となるｒ２を求め、このｒ２を上式に代入することによって、内接円の中心（ｙｃ，ｚｃ）を算出することができる。
【数４】
2011183535.tif 000006
【００４３】
このようにして算出された基準ワーク３０ａの断面情報は、記憶部８に記憶される。以上がステップＳ１５における処理である。ステップＳ１４及びステップＳ１５によって、基準の設置位置及び形状が計測されたことになる。
【００４４】
次に、ステップＳ１６において、設置台から基準ワーク３０ａを取り外し、代わりに対象ワーク３０ｂを設置する。即ち、ワークを対象ワーク３０ｂに交換する。
【００４５】
次に、ステップＳ１７に進み、対象ワーク３０ｂの特徴点（以下、対象特徴点という）を測定する。前述したように本実施形態では、対象ワーク３０ｂの孔３２ｂの中心３３ｂが対象特徴点となる。対象特徴点の具体的な測定方法は、基準ワーク３０ａの基準特徴点の測定方法（ステップＳ１４参照）と同様であるので、ここではその説明は省略する。以下、対象ワーク３０ｂの一方の孔３２ｂの中心３３ｂを座標（Ａ２Ｘ，Ａ２Ｙ，Ａ２Ｚ）、他方の孔３２ｂの中心３３ｂを座標（Ｂ２Ｘ，Ｂ２Ｙ，Ｂ２Ｚ）で表すこととする（図１０参照）。
【００４６】
次に、ステップＳ１８に進み、演算部５が対象ワーク３０ｂの設置誤差を演算する。設置誤差は、図１０に示す平行移動成分Δｘｙｚと、図１０に示すＺＢ軸回りの回転成分θｚと、図１１に示すＹＢ軸回りの回転成分θｘｙとによって表すことができる。なお、θｘｙは、ＸＢ−ＹＢ平面に対する傾斜角度に関する成分と言うこともできる。図１０において、点３５ａは基準ワーク３０ａの両孔３２ａの中心３３ａ同士の中間点を表し、点３５ｂは対象ワーク３０ｂの両孔３２ｂの中心３３ｂ同士の中間点を表している。平行移動成分Δｘｙｚ（ｘ，ｙ，ｚ）は、点３５ａと点３５ｂとの位置の差を演算することによって求められる。このように、平行移動成分Δｘｙｚを算出する際には、特徴点そのものでなく、特徴点から定められる特定の点を利用してもよい。なお、このような特定の点は上記中間点３５ａ、３５ｂに限定される訳ではなく、任意に設定することができる。もちろん、特徴点そのものを利用して平行移動成分Δｘｙｚを算出するようにしてもよい。
【００４７】
以上のような５自由度の各補正量は、以下の各式から求められる。
【数５】
2011183535.tif 000007
【数６】
2011183535.tif 000008
【００４８】
以上の演算結果は、演算部５から補正部６に送られる。補正部６は、上記演算結果に基づいて、基準教示点Ｔ、Ｕの設置誤差を補正し（ステップＳ１９）、形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´の設置誤差を補正する（ステップＳ２０）。具体的には、基準教示点Ｔ、Ｕ及び形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´を平行移動成分Δｘｙｚ（ｘ、ｙ、ｚ）だけ移動させ、且つ、回転成分θｚ及びθｘｙだけ中間点３５ｂ回りに回転させる。
【００４９】
次に、ステップＳ２１に進み、設置誤差の補正を行った後の形状測定教示点Ｔ´、Ｕ´において、対象ワーク３０ｂの２次元断面形状の測定を行う。なお、対象ワーク３０ｂの２次元断面形状の測定は、基準ワーク３０ａの２次元断面形状の測定（ステップＳ１５参照）と同様である。形状測定教示点Ｔ´における測定（図８参照）では、起立しているフランジ部３１ｂの断面情報は、ｚ＝ａｒｙ＋ｂｒという形で表される。定数ａｒ、ｂｒは、最小二乗法を用いて求められる。形状測定教示点Ｕ´における測定（図９（ｂ）参照）では、直線Ｌ１´及びＬ２´と、それらに内接する内接円の中心Ｖ´及びその半径ｒ２´が求められる。
【００５０】
次に、ステップＳ２２に進み、演算部５が対象ワーク３０ｂの形状誤差を演算する。即ち、演算部５は、記憶部８に記憶されている基準ワーク３０ａの形状と、測定された対象ワーク３０ｂの形状とを比較し、その差を形状誤差として算出する。
【００５１】
具体的には、起立したフランジ部３１ｂについては、下記の式によって、形状誤差（Δｙ１，Δｚ１，θ１）が求められる。ここで、θｍ＝ａｒｃｔａｎ（ａｍ）、θｒ＝ａｒｃｔａｎ（ａｒ）である。
【数７】
2011183535.tif 000009
【００５２】
なお、このようにして求められた形状誤差は、センサ座標系１０からみたものである。そのため、補正部６は、この形状誤差を機械座標系１１の形状誤差に変換する。機械座標系１１からみた形状誤差、言い換えると較正量（Δｘ１´，Δｙ１´，Δｚ１´）は、下記の式にて表される。
【数８】
2011183535.tif 000010
ここで、Ｒｙ、Ｒｚは、それぞれＹＢ軸回り、ＺＢ軸回りの回転行列である。較正角度θ１は変換せずにそのまま用いることとする。
【００５３】
コーナー部３４ｂの形状誤差は、図９（ｂ）に示すように、位置成分変化量Δｙｚ（Δｙ２，Δｚ２）と姿勢変化量θ２とで表される。ここでは、位置成分変化量Δｙｚ（Δｙ２，Δｚ２）は、基準ワーク３０ａの内接円の中心Ｖと、対象ワーク３０ｂの内接円の中心Ｖ´との間の移動量によって求められる。姿勢変化量θ２は、基準ワーク３０ａの直線Ｌ１及びＬ２の２等分線Ｍと、対象ワーク３０ｂの直線Ｌ１´及びＬ２´の２等分線Ｍ´との間の変化量によって求められる。なお、φｍは直線Ｌ１と直線Ｌ２との間の２等分角であり、φｒは直線Ｌ１´と直線Ｌ２´との間の２等分角である。
【００５４】
このようにして求められた形状誤差も、センサ座標系１０からみたものである。そのため、補正部６は、この形状誤差を機械座標系１１の形状誤差に変換する。機械座標系１１からみた形状誤差、言い換えると較正量（Δｘ２´，Δｙ２´，Δｚ２´）は、下記の式にて表される。
【数９】
2011183535.tif 000011
ここで、Ｒｙ、Ｒｚは、それぞれＹＢ軸回り、ＺＢ軸回りの回転行列である。較正角度θ２は変換せずにそのまま用いることとする。
【００５５】
以上のようにして、対象ワーク３０ｂの形状誤差が算出される。なお、設置誤差に関する残りの１自由度の誤差は、形状誤差の補正と一緒にまとめて補正されることになる。ステップＳ２２の後はステップＳ２３に進み、補正部６は、機械座標系１１からみた形状誤差を補正後の教示点（ステップＳ１９参照）に加えることにより、対象ワーク３０ｂの補正後の教示点を算出する。これが、対象ワーク３０ｂに対して作業を行う際の作業ロボット１の教示点となる。本補正の終了後、補正後の基準教示点に基づいて作業ロボット１が作動し、ツール４によって対象ワーク３０ｂに所定の作業が行われる。
【００５６】
なお、設置誤差または形状誤差が予め設定されている公差の範囲内である場合は、特に補正をする必要はない。前述の各補正は、対象ワーク３０ｂに応じて適宜に実行してもよい。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、形状誤差を演算することができるので、設置誤差を従来よりも正確に求めることができる。また、設置誤差及び形状誤差の両方を考慮した上で基準教示点を補正することができるので、作業ロボット１による対象ワーク３０ｂに対する各種作業を、より的確に行うことが可能となる。即ち、従来は、形状誤差がある対象ワーク３０ｂの場合、形状誤差の影響が設置誤差に含まれてしまい、設置誤差を正確に特定することができなかった。また、そもそも形状誤差を考慮することができなかった。しかし、本実施形態によれば、より正確に特定できた設置誤差に加えて、形状誤差をも考慮することができるので、基準教示点を高度に補正することができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る補正作業は一連の作業が簡易であるために、ツール４による本来の作業に支障を与えるようなこともなく、効率良く迅速に行うことができる。
【００５９】
更に、本実施形態に係る教示点補正装置は、全体が簡易に構成されているために、その製作も容易に且つ安価に行えるという実用的な利点もある。
【００６０】
なお、対象ワーク３０ｂの設置誤差及び形状誤差を求める具体的手段は、上記実施形態のものに限られるものではない。要は、２次元変位センサ３により計測された各ワーク３０ａ、３０ｂの位置及び断面形状に関する情報に基づいて、誤差が求められるものであればよい。
【００６１】
上記実施形態では、単一の２次元変位センサ３によって、特徴点の位置及び断面情報を取得することとしていた。しかし、特徴点の位置を他のセンサで検出することも可能である。
【００６２】
また、作業ロボット１に設定される基準教示点Ｔ、Ｕの具体的な位置や方向等は一切問うものではなく、これらは例えば対象ワーク３０ｂに対して作業を行うツール４の種類や形状等に応じて適宜変更される。
【００６３】
更に、本発明が適用可能なワーク３０の種類は、決して上記実施形態の如き断面略Ｌの字状に形成された長尺状の山形鋼に限定されるものではない。例えば、断面略Ｃの字状に形成された長尺状の溝形鋼は勿論のこと、その他種々の形状を有するワーク３０に対して幅広く適用可能である。ただし、本発明に係る教示点補正装置や補正方法は、形状誤差についても補正するものであるために、一般に変形が生じ易いとされる、前記断面略Ｌの字状又はＣの字状の長尺ワークに対して、特に好適である。
【００６４】
その他、作業ロボット１の各部の具体的な構成も、本発明の意図する範囲内において任意に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００６５】
１          作業ロボット
３          ２次元変位センサ（センサ）
５          演算部（演算手段）
６          補正部（補正手段）
８          記憶部
３０ａ          基準ワーク
３０ｂ          対象ワーク
３１ａ、３１ｂ  フランジ部
３４ａ、３４ｂ  コーナー部
Ｔ、Ｕ      基準教示点
【図１】
2011183535.tif 000012
【図２】
2011183535.tif 000013
【図３】
2011183535.tif 000014
【図４】
2011183535.tif 000015
【図５】
2011183535.tif 000016
【図６】
2011183535.tif 000017
【図７】
2011183535.tif 000018
【図８】
2011183535.tif 000019
【図９】
2011183535.tif 000020
【図１０】
2011183535.tif 000021
【図１１】
2011183535.tif 000022