(57)【要約】【課題】ロボット及びロボットを固定する固定台、被測定物を載置する測定台は環境温度の変化に伴って膨張、収縮するため、ロボットと被測定物との距離もそれに伴って変化する。そのため、被測定物と測定機器との距離、すなわち測定距離を高い精度で維持する必要があるような種類の測定、例えば渦電流による探傷等を行う場合には、上記誤差を補正しなければならなかった。【解決手段】ロボットアームのいずれかのリンクには位置基準部材を、前記固定台には接触検知手段を設け、前記測定手段を用いて被測定物を測定する工程の直前に前記位置基準部材を前記接触検知手段に接触させてロボットアーム先端の位置決め誤差を求め、前記被測定物を測定する工程では前記位置決め誤差を反映させた位置決めを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリンクからなるアームを有する多関節ロボットと、前記多関節ロボットの動作を制御する制御部と、前記多関節ロボット装置を固定するための固定台と、被測定物を載置する測定台と、前記被測定物を測定するために前記アームの先端に取り付けられた測定手段と、を有するロボット装置において、前記アームのいずれかのリンクには位置基準部材を、前記固定台には接触検知手段を設け、前記測定手段を用いて被測定物を測定する工程の直前に前記位置基準部材を前記接触検知手段に接触させてロボットアーム先端の位置決め誤差を求め、前記被測定物を測定する工程では前記位置決め誤差を反映させた位置決めを行うことを特徴とするロボット装置。
【請求項２】
前記接触検知手段の測定子のストローク方向を、前記測定手段が被測定物を測定する際の測定方向と略同一としたことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
【請求項３】
前記測定手段が渦電流を利用する非接触式の探傷センサであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロボット装置。
【請求項４】
前記接触検知手段がタッチスイッチであることを特徴とする請求項１から請求項３までに記載のロボット装置。
【請求項５】
前記接触検知手段が電気マイクロメータであることを特徴とする請求項１から請求項３までに記載のロボット装置。
【請求項６】
ワークの検査位置における位置基準部材の位置と、接触検知手段の接触子の位置を、探傷検査時の検査方向において同じとした、請求項１から請求項５までに記載のロボット装置。
【請求項７】
複数のリンクからなるアームを有する多関節ロボットと、前記多関節ロボットの動作を制御する制御部と、前記多関節ロボット装置を固定するための固定台と、被測定物を載置する測定台と、前記被測定物を測定するために前記アームの先端に取り付けられた測定手段と、を有するロボット装置において、前記アームのいずれかのリンクには位置基準部材を、前記固定台には接触検知手段を設け、前記測定手段を用いて被測定物を測定する工程の直前に前記位置基準部材を前記接触検知手段に接触させてロボットアーム先端の位置決め誤差を求め、前記被測定物を測定する工程では前記位置決め誤差を反映させた位置決めを行うことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの位置決め誤差の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産現場において人間が行ってきた作業を、いわゆる産業用ロボットに置き換えることで生産性向上やコストダウンを図る動きは従来よりあるが、ロボットに置き換える作業の内容は、当初は物品の搬送等の簡単な作業からより高度な作業に変化している。近年では、複雑な形状を持つ機械部品の組付けや測定が、動作の自由度の高い多関節ロボット等を用いて自働で行なわれている（特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、機械部品の表面と一定の距離を保ちつつ測定機器をスキャンして表面性状を検査するような作業をロボットによって行う場合、ロボットの持つ高速動作や高い位置決め精度によって、人間が行うよりも短時間で正確な測定が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２９６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような、ロボットのアーム先端に測定機器を取り付け、被測定物の測定を行う場合は通常、アームの先端にアタッチメントを取り付け、そのアタッチメントに測定機器を取り付ける。それらアタッチメントの形状誤差や測定機器の取付部の形状誤差により、ロボットの制御部が記憶している座標上における測定機器の位置は上記の各種誤差を含んでいる。
【０００６】
また、ロボット及びロボットを固定する固定台、被測定物を載置する測定台は環境温度の変化に伴って膨張、収縮するため、ロボットと被測定物との距離もそれに伴って変化する。そのため、被測定物と測定機器との距離、すなわち測定距離を高い精度で維持する必要があるような種類の測定、例えば渦電流による探傷等を行う場合には、上記誤差を補正しなければならなかった。しかしながら、これらの誤差は非常に小さいので操作者が目視で誤差の大きさを正確に把握することは困難であった。そこで本発明はロボットを用いて被測定物の測定を行う場合に、測定工程に入る直前に上記の誤差を補正することで高精度な測定を可能にするロボット装置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】
本発明は下記の構成からなる。
（１）複数のリンクからなるアームを有する多関節ロボットと、前記多関節ロボットの動作を制御する制御部と、前記多関節ロボット装置を固定するための固定台と、被測定物を載置する測定台と、前記被測定物を測定するために前記アームの先端に取り付けられた測定手段と、を有するロボット装置において、前記アームのいずれかのリンクには位置基準部材を、前記固定台には接触検知手段を設け、前記測定手段を用いて被測定物を測定する工程の直前に前記位置基準部材を前記接触検知手段に接触させてロボットアーム先端の位置決め誤差を求め、前記被測定物を測定する工程では前記位置決め誤差を反映させた位置決めを行うことを特徴とするロボット装置。
（２）前記接触検知手段の測定子のストローク方向を、前記測定手段が被測定物を測定する際の測定方向と略同一としたことを特徴とする（１）に記載のロボット装置。
（３）前記測定手段が渦電流を利用する非接触式の探傷センサであることを特徴とする（１）または（２）に記載のロボット装置。
（４）前記接触検知手段がタッチスイッチであることを特徴とする（１）から（３）までに記載のロボット装置。
（５）前記接触検知手段が電気マイクロメータであることを特徴とする（１）から（３）までに記載のロボット装置。
（６）ワークの検査位置における位置基準部材の位置と、接触検知手段の接触子の位置を、探傷検査時の検査方向において同じとした、（１）から（５）までに記載のロボット装置。（７）複数のリンクからなるアームを有する多関節ロボットと、前記多関節ロボットの動作を制御する制御部と、前記多関節ロボット装置を固定するための固定台と、被測定物を載置する測定台と、前記被測定物を測定するために前記アームの先端に取り付けられた測定手段と、を有するロボット装置において、前記アームのいずれかのリンクには位置基準部材を、前記固定台には接触検知手段を設け、前記測定手段を用いて被測定物を測定する工程の直前に前記位置基準部材を前記接触検知手段に接触させてロボットアーム先端の位置決め誤差を求め、前記被測定物を測定する工程では前記位置決め誤差を反映させた位置決めを行うことを特徴とする測定方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、環境温度が変化した場合でも測定手段と被測定物との距離を高精度に保ちつつ測定を行うことができるので、正確な測定結果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るロボット装置の全体構成図である。
【図２】本発明のロボット装置による測定手順のフローチャートである。
【図３】図１のロボット装置の要部の要部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係るロボット装置の全体構成図、図３はロボット装置の要部を示す平面図である。ロボット装置１００は、架台３０と、架台３０上に設けられ被測定物であるワークＷが載置される測定台１３と、架台３０上に設置された多関節ロボット１０と、ロボット１０のアーム先端に取り付けられた測定手段１５と、架台３０上であって測定台１３の近傍に設置された接触検知手段２０と、図示しない制御部１１０とを有する。
【００１１】
測定台１３は、上面がワークＷを載置するために高い平面度を有する平面となっている。また、測定台１３は架台３０の内部に設置された図示しない回転機構によって回転可能に支持されているので、制御部１１０からの指令に従って測定台１３に載置したワークＷを任意の角度に回転させることができる。
【００１２】
多関節ロボット１０は、いくつかのリンクにより構成されたアーム１１を持つ、いわゆる垂直多関節型ロボットである。アームの先端にはワーク把持手段や測定手段を必要に応じて取り付ける。本発明に係るロボット１０には、アーム１１先端に非接触でワークＷの内部または表面の傷を検出することができる渦電流式の探傷センサ１６が取り付けられている。また、アーム１１の先端に近いリンクに位置基準部材１７を設ける。位置基準部材１７は高い平面度で仕上げられた平面を持ち、ロボット１０の座標のズレを校正するための基準となる。
【００１３】
本発明に用いるロボットは垂直多関節型に限らず、例えば水平多関節型であっても良い。水平多関節型ロボットは垂直多関節型ロボットと比べると動作の自由度は低いものの、安価な製品が多く、設備価格を低減できる可能性がある。
【００１４】
測定手段１５は測定の内容により変化するが、本実施形態においては渦電流式の探傷センサ１６としている。渦電流式の探傷センサ１６は磁場を発生させてワークＷの表面に渦電流を生じさせ、渦電流が発生させる磁場によってコイルに生じる起電力の大きさを測定することでワークＷの表面に存在する微小な傷の有無を判別する。ワークＷに発生する渦電流の大きさは探傷センサ１６とワークＷとの距離、いわゆる測定距離に強く依存するため、正確な探傷を行うためには、測定距離を高い精度で一定に保つ必要がある。
【００１５】
接触検知手段２０は本実施形態においてはタッチスイッチ２１としている。タッチスイッチ２１は先端に設けられた接触子２２が決められた量だけ押し込まれると、ＯＮ信号を出力するものであり、高い繰り返し精度を有することが特徴である。タッチスイッチ２１は、その接触子２２のストローク方向がワークＷの測定を行う際の探傷センサ１６の測定方向と略同一となるよう架台３０上に設置されている。また、タッチスイッチ２１は可能な限り測定台１３の近傍に設置することが望ましい。具体的には、接触検知手段２０は、接触子２２の先端と測定台１３の中心との距離Ｌ２が、ロボット１０の架台３０との接地面の中心と測定台１３の中心との距離Ｌ１よりも短くなるように設置する。
【００１６】
室温の変化や稼働に伴うロボット１０の温度変化によって架台３０やアーム１１は膨張または収縮する。このような熱変形によって距離Ｌ１に生じる変化量は、距離Ｌ１の大きさに比例するため、距離Ｌ１が小さいほど探傷に対する熱変形の影響が少ない。しかしながら、ロボット装置１００は使用するロボット１０やワークＷの種類によって様々な形態を取ることが可能とはいえ、ワークＷの搬入及び搬出の作業性や種々の設計的事項により、ロボット１０は測定台１３からある程度は離れた位置に設置せざるを得ないと思われる。一方、タッチスイッチ２１は小型であるため、測定台１３の近傍に設置することで距離Ｌ２を小さくすることが可能である。距離Ｌ２が小さいほど、熱変形の影響を最小限に留めることができる。
【００１７】
制御部１１０は、ロボット１０の各リンクの動作制御と、ロボット１０の現在の状態及び目標の位置を座標上での管理と、測定台１３の回転や探傷センサ１６、タッチスイッチ２１の出力を受け取って処理を行うものであり、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等で構成される。ロボット１０のアーム１１の状態は、軸の設定方法が異なる数種類の座標によって常時管理されているが、ここでは説明を簡略化するために、ロボット１０の架台３０への接地面の中心を原点とし、前記接地面を含む平面内に互いに直交するＸ軸とＹ軸を、前記接地面に垂直かつ上方にＺ軸を設定した座標系（以下、「ベース座標系」と称する）を言うものとする。
【００１８】
次に、上記構成のロボット装置１００によるワークＷの具体的な測定手順について図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。本ロボット装置１００は、表面に傷がないマスター体（以降、マスターワークと称する）とワークＷとの間の探傷センサの出力差により傷の有無を検査する。
【００１９】
マスターワークとは、ワークＷと同一または類似の材質、形状であって同一または類似の条件での熱処理が行なわれ、かつ表面に傷がないことを顕微鏡検査等により確認されているものである。マスターワークの寸法に関する情報は、予め、図示しない記憶部８１に登録されているか、検査前に操作者が入力もしくはネットワーク経由で図示しないサーバからダウンロードして、制御部１１０が参照可能な状態にされている。
【００２０】
制御部１１０はリアルタイムでロボット１０のアームの状態（各リンクの角度、アーム先端の位置）をベース座標上で管理しており、さらに、接触検知手段２０や測定台１３の位置も予め記憶部８１に登録されているので、それらの位置もベース座標上で把握している。しかしながら、室温の変化や稼働に伴うロボット１０の温度変化によって、ロボット装置１００は熱変形を起こし膨張または収縮するため、ロボット１０と測定台１３や接触検知手段２０との距離が変化する。したがって、制御部１１０が把握している測定台１３及び接触検知手段２０の位置と、それらの実際の位置とは、わずかに異なっている可能性がある。
【００２１】
上記の位置のずれを考慮せずにワークＷの検査を行った場合、測定距離を一定に保つことが出来ない虞がある。すなわち、ワークＷを交換した場合や、あるワークＷの検査を行っている最中であってもロボット装置１００の熱変形によってロボット１０と測定台１３との距離が変化し、異なる測定距離でワークＷの検査が行われる可能性がある。渦電流による探傷では測定距離が変化すると出力値が変動し、傷の誤検出に繋がるため、測定距離を正確に保つことが非常に重要である。
【００２２】
本発明は、接触検知手段２０を用いて上記の位置ずれを補正し、測定距離を正確に保つことを特徴とする。以下、図２に示すフローチャートを参照しつつ、ワークＷの検査方法を説明する。本発明に係るワークＷの傷検査はマスターワークとワークＷとのセンサ出力を比較し、その差が許容値に収まっているかを評価する。そのため、ワークＷの傷検査に先立ってマスターワークの検査を行う。これは表面に傷が無いことが確認されているワークを用いて、探傷センサの出力の基準値を得るためである。
【００２３】
まず、操作者は図示しないボタンの押下によってロボット１０及び測定台１３を原位置に復帰させる（図２のＳ１）。そして測定台１３にマスターワークを載置し（図２のＳ２）、測定台１３の回転中心とマスターワークの中心を合わせる作業を行う（図２のＳ３）。中心合わせ作業が完了すると、操作者は図示しないボタンの押下によって制御部１１０に対してマスターワークの検査開始を指示する（図２のＳ４）。
【００２４】
マスターワークの検査が開始されると、まず制御部１１０はアーム１１に設けられた位置基準部材１７が接触検知手段２０の近傍において接触子２２と正対するよう、ロボット１０を動作させる（図２のＳ５）。ただしこの時点では位置基準部材１７は接触子２２には接触させない。なぜなら、この時点では熱変形の影響が未知であり、制御部１１０は接触子２２の実際の位置を把握していないからである。
【００２５】
次に、位置基準部材１７の平面が接触検知手段２０の接触子２２を押し込む方向にアーム１１を動作させる（図２のＳ６）。この時、制御部１１０は接触子２２のストローク方向に沿って位置基準部材１７を移動させる。そして、接触検知手段２０の出力がＯＦＦからＯＮに切り替わった時点での位置基準部材１７の位置βを記憶部８１に登録する。位置βはベース座標上では（ｘβ、ｙβ、ｚβ、θβ、φβ、Ψβ）で表される。この行列の要素であるｘβ、ｙβ、ｚβはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上の位置であり、θβ、φβ、ΨβはそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの角度である。
【００２６】
架台３０やロボット１０、アーム１１等に熱変形が発生していないならば、制御部１１０が記憶している接触検知手段２０の位置αと位置βは同じであるが、熱変形が生じている場合、位置αと位置βは異なる。そこで、位置αと位置βの差である補正量Δを求め、記憶部８１に記憶する（図２のＳ７）。Ｓ７以降、ロボット１０の動作目標位置をΔだけオフセットさせる。
【００２７】
位置αはベース座標上で（ｘα、ｙα、ｚα、θα、φα、Ψα）で表されるので、Δの要素は（ｘΔ、ｙΔ、ｚΔ）＝（ｘβ−ｘα、ｙβ−ｙα、ｚβ−ｚα、θβ−θα、φβ−φα、Ψβ−Ψα）となる。図２のＳ８以降のステップでは、目標とする位置の座標にΔを加算する補正を行う。
【００２８】
次のステップとして、探傷センサ１６を用いてマスターワークを検査し、表面に傷が無い場合の探傷センサ１６の出力値を求める作業を行う。まず、マスターワークの表面であって、ワークＷの検査位置に対応する位置に探傷センサ１６を移動させる（図２のＳ８）。そして、マスターワークの表面から決められた測定距離において探傷センサ１６によってマスターワーク表面に渦電流を発生させ、それによって探傷センサ１６側に内蔵されたコイルに発生する起電力の大きさを測定する。この時の値を基準値Ｓとする（図２のＳ９）。
【００２９】
マスターワークを検査する位置はワークＷの検査位置と同じであることが好ましい。また同一の位置で複数回検査を行って、出力値を平均しても良い。ノイズの影響が低減されて、出力値の信頼性が向上する。
【００３０】
マスターワークを用いて基準値Ｓを求めた後、制御部１１０はロボット１０を原位置に復帰させる（図２のＳ１０）。作業者は測定台１３からマスターワークを取り除き、ワークＷを載置する（図２のＳ１１）。操作者はワークＷと測定台１３の芯合わせを行った後、図示しないボタンの押下によって制御部１１０にワークＷの検査開始を指示する（図２のＳ１２）。
【００３１】
ワークＷの検査に置いても、検査の前にロボット１０の位置補正を行う。これは、マスターワークの検査からワークＷの検査までの間にロボット装置１００やアーム１１が熱変形している可能性があるからである。すなわち、ワークＷの検査が開始されると、制御部１１０は再度Ｓ５からＳ７までのステップを行う。この作業によって得られた補正量Δを、新たな補正量とする。
【００３２】
接触検知手段２０によって位置補正を行った後、制御部１１０は探傷センサ１６をワークＷの検査すべき位置に移動させる。同時に図示しない回転機構によってワークＷを検査位置が探傷センサ１６と正対するよう回転させる（図２のＳ１３）。そして、探傷センサ１６を決められた測定距離となるまでワークＷの表面に接近させ、探傷検査を行う（図２のＳ１４）。
【００３３】
探傷検査はマスターワークの出力値とワークＷの出力値とを比較することで行う。すなわち、マスターワークとワークＷの互いに同じ位置を検査し、マスターワークでの出力値ＳとワークＷでの出力値∨との差を求め、その差が予め設定された許容値より大きければ傷があると判定する（図２のＳ１５）。検査する位置は１箇所であっても良いが、ワークＷの位相を変えて複数箇所（ｎ箇所、ｎ＞１）を検査することで、探傷検査の信頼性を向上させることができる。この場合、ワークＷの検査位置と同じ位置においてマスターワークも検査し、それぞれの検査位置に対応する基準値Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎを求めておく。これら複数の基準値と、ワークＷの複数の出力値Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｎをそれぞれ比較し、許容値を超えた検査位置がなかった場合、ワークＷは傷のない良品と判定する。
【００３４】
本発明の変形例として、接触検知手段２０に電気マイクロメータを用いることもできる。タッチスイッチは出力がＯＦＦからＯＮに変わる位置は固定であり、その位置を調整するにはタッチスイッチ自体の取り付け位置を変える必要があるが、電気マイクロメータは接触子のストロークに応じてその位置を出力するので、原位置を任意に設定することができる。
【００３５】
また、本発明においては、図３に示すようにワークＷの検査位置における位置基準部材１７の位置と、接触検知手段２０の接触子２２の位置を、探傷検査時の検査方向において同じとすることが好ましい。アーム１１の位置決め誤差は原位置からの移動量に比例するので、上記の２つの位置が探傷検査時の検査方向において大きく異なっている場合、位置決め誤差によって正確な測定距離を保つことができなくなる虞がある。上記の２つの位置を探傷検査時の検査方向において同じとすることで、さらに探傷検査の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ロボット
１１  （ロボットの）アーム
１３  測定台
１５  測定手段
１６  探傷センサ
１７  位置基準部材
２０  接触検知手段
２１  タッチスイッチ
２２  接触子
３０  架台
１００  ロボット装置
Ｗ  ワーク
【図１】
2015208791.tif 000003
【図２】
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【図３】
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