(57)【要約】  計測システム（システム）の発明思想は、例えばアーム先端ツール（ＥＯＡＴ）を採用した産業ロボット等の運動装置の（６）自由度（６ＤＯＦ）姿勢を、アクティブに測定することである。システムの思想は、少なくとも一つの運動装置の異なる作業位置でＥＯＡＴの姿勢をアクティブに測定するために、如何なる固有の測距機能をも用いることなく、レーザポインティング装置をＥＯＡＴに取り付けられたターゲットと共に使用することを含む。【選択図】図６
2011515232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸運動に適応可能であり、中心軸を有するアーム先端ツールを有するアームを備え、ワークピース上で様々の作業を実行するための少なくとも一つのロボット装置と、
少なくとも一つの前記ロボット装置と相対的に指向する光線を生成するための複数の多軸装置と、
前記アーム先端ツールに接続された複数のターゲット要素と、を備え、
前記ターゲット要素の各々が前記多軸装置に起動されるときに、前記ワークピース上で種々の作業を実行するため前記アーム先端ツールを前記ワークピースと相対的に６自由度（６ＤＯＦ）で指向するために、前記ターゲット要素の各々は事前に認証されている、
ことを特徴とするロボット精度向上のためのシステム。
【請求項２】
前記ターゲット要素の各々は、金属材料及び非金属材料の少なくとも一つから形成されると共に複数の開口部を有するベースを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ベースは、前記ベースの対応する前記開口部に取り付け可能な複数のネスト要素と、対応する前記ネスト要素に支持された複数の較正ターゲットと、を備える、
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記ベースは、光検出アレイを更に備える、
ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ターゲット要素の各々を密閉するハウジングを備え、
前記ハウジングはシャッタ装置を有する、
ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記多軸装置、前記ロボット装置、及び前記ターゲット要素と操作可能に接続されたコントローラを備える、
ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
多軸運動に適応可能であり、中心軸を有するアーム先端ツールを有するアームを備え、第１の期間内に、ワークピース上で少なくとも一つの作業を実行するための複数のロボット装置と、
前記ロボット装置と相対的に指向する光線を生成するための複数の多軸装置と、
前記ロボット装置の各々の前記アーム先端ツールに接続された複数のターゲット要素と、
前記ターゲット要素、前記複数の多軸装置、及び前記複数のロボット装置と操作可能に接続され、前記第１の期間よりも短い第２の期間内に、少なくとも一つの前記ターゲット要素を起動するために少なくとも一つの前記多軸装置を操作し、これにより他の前記ロボット装置を誘導するためのコントローラと、を備え、
前記ターゲット要素の各々が前記多軸装置に起動されるときに、前記ワークピース上で作業を実行するために前記アーム先端ツールを前記ワークピースと相対的に指向するために、前記ターゲット要素の各々は事前に認証されている、
ことを特徴とするロボット精度向上のためのシステム。
【請求項８】
前記ターゲット要素の各々は、金属材料及び非金属材料の少なくとも一つから形成されると共に複数の開口部を有するベースを備える、
ことを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ベースは、前記ベースの対応する前記開口部に取り付け可能な複数のネスト要素と、対応する前記ネスト要素に支持された複数の較正ターゲットと、を備える、
ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ベースは、光検出アレイを更に備える、
ことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ターゲット要素の各々を密閉するハウジングを備え、
前記ハウジングはシャッタ装置を有する、
ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００８年３月２１日に出願された仮出願第６１／０７０，６１４号を基礎とする優先権を主張する特許出願であり、その内容の全てが参照により本明細書に取り込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、ロボット及び装置の精度向上のためのシステム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボット工学及び数値制御（Numerically Controlled；ＮＣ）運動システムの分野では、精度向上を求めて、運動装置及び運動システムのモデリング及び描写に、多大な努力と研究がささげられてきた。特に、産業ロボットについては、製造会社及びアフターマーケット会社は、主にロボットの「出来上がった」（'as-built'）状態のモデリングに、重点的に取り組んできた。一般的に、ロボットの運動学モデルにおけるパラメータは、様々な姿勢にあるロボットの、その作業範囲の全体にわたる、１回の体積較正の結果に基づいて調整される。典型的には、命令に対するロボットの実際の姿勢（又は単に位置）をあらゆる位置の区分にわたって計測及び比較するために、例えばレーザトラッカ等の外部計測装置が使用される。上記のロボットの体積較正の更なる拡張には、製造現場で定期的に実行することができる、ただし生産中に実行することは意図されていない、類似の方法が含まれる。そのようなオフラインの較正方法は、その時点でのロボットの特徴のスナップショットだけを提供するものであって、システム較正とシステム較正との間の期間に不可避的に生じる摩耗や想定され得る温度変化に起因する精度低下を考慮したものではない。
【０００４】
この技術には、種々の従来のレーザトラッキングシステム及び方法が豊富に存在し、それらは、ターゲットを３から６までの自由度（degrees of freedom；ＤＯＦ）で配置することができるため、ロボット装置をターゲットと相対的に整列し、作業をワークピース（製造過程にある製品）上で実施することができる。これらの従来のシステム及び方法は、Kremers等に対する特許文献１、Hashimoto等に対する特許文献２、Lau等に対する特許文献３、Haffnerに対する特許文献４、Cina等に対する特許文献５、Lundberg等に対する特許文献６、Snellに対する特許文献７、及びMaynardに対する特許文献８によって教授される。例えば、Lau等に対する特許文献３は、５自由度のトラッキングシステムを単純化した、３次元トラッキングシステムを教授する。
【０００５】
さらに他の精度向上方法は、ロボットの運動学モデルのパラメータのインライン更新を含み、これは、通常、（様々な姿勢にある）ロボットエンドエフェクタを典型的にはロボットの実際の「作業容積」内には存在しない固定センサに定期的に向けるか、又はロボット関節（又はその組み合わせ）に「強化型」（'enhanced'）エンコーダリードアウトを設けることによって行われる。この種の方法の少なくとも一つは、ロボットの「作業容積」内におけるロボット及びエフェクタの位置を計測することを含むが、ロボットの実際の作業サイクルの間にはこれを遂行しない。上記の全ての方法は、「１回限り」であるか定期的に更新されるかの何れを意図されていようとも、結局のところ単に予測的なものであり、エンドエフェクタの現在の姿勢を正確に知ることについては「パッシブ（消極的）」であるとみなすことができる。
【０００６】
外部計測システムによるロボットのエンドエフェクタのアクティブ（リアルタイム）な測定は、長期にわたり研究されており、多くの商業的適用が現在では開始され、あるいは既に実施されている。レーザトラッカ及びレーザレーダユニットは、様々な製造プロセス用ロボットを満足に誘導／修正するために必要とされる精度を確実に有するが、単一照準線（line of sight；ＬＯＳ）装置である。レーザトラッカの場合、これらはコーナーキューブターゲットを「探索」するために時間を必要とする。レーザレーダについては、典型的には半球状のターゲットが走査される。何れのタイプのシステムも極めて高価であり、リアルタイム・アクティブなロボット修正に広く適用されるのが遅い。従来のコーナーキューブリフレクタを用いる６自由度の世代は、複数のレーザトラッカを必要とするか、あるいは、より一般的には、ロボットのアーム先端ツール（end of arm tool；ＥＯＡＴ）上の複数のコーナーキューブターゲットの測定を必要とする。レーザトラッカ（干渉法及び／又は飛行時間法を用いるもの）からの単一照準線を使用することによって上記ターゲットの５自由度又は６自由度を判定することを目的として、多くの特殊化されたターゲットのデザインが記載されている。レーザ光線の直径よりも小さい開口部を有することで光線の一部がその背後にある光検出器に当たることを可能としたコーナーキューブを使用し、これによりターゲットの５自由度（ｘ、ｙ、ｚ、傾斜角、ヨー角）を与えるように構成された装置が、Markendorf等に対する特許文献９に記載されている。例えば、Zumbrunn等に対する特許文献１０は、パターン化された光エミッタを５自由度のターゲットに追加している。ここで、レーザトラッカに組み込まれた外部カメラで測定される場合には、ターゲットのロール角をも判定することができる。商業的には、アクティブプローブは複数のＬＥＤを有し、これらはレーザトラッカに載置されたカメラによって検出される。この場合、レーザトラッカは、カメラによるＬＥＤの測定を通して、プローブの位置の事前の情報を用いるため、コーナーキューブを探索するために時間を浪費しない。この種の手段には、幾つかの制約がある。ＬＥＤ同士の間の頂角はカメラで見ると非常に小さいため、ＬＥＤの横軸位置を判定する際の如何なる誤差も、６自由度の手段の角度誤差に寄与してしまう。同様の角度の不明確性は、光検出装置とコーナーキューブとの間の非常に小さな距離に起因して生じる。ターゲットの寸法をロボット及びエフェクタに取り付けられるように十分に小さく維持する必要性のため、光検出面上のレーザスポットの位置を計算する際の如何なる誤差も、ターゲット自体の大きな角度誤差をもたらす。さらに、このグレースケールオプションは非常に高価であり、またプローブは非常に大きくかつ方向が制約されるため、特にロボットが姿勢の全範囲を運動することを必要とするプロセスでは、多くのロボットのエンドエフェクタに取り付けることができない。Lau等に対する特許文献１１には、ターゲットの６自由度を与えるレーザトラッカと併用されるアクティブターゲットプローブが記載されており、ここでは、ターゲットのロール角を推定するために偏光が使用される。このターゲットは、��の開口部を入射レーザトラッカ光線と垂直に維持するように回転するという利点も有する。それでもなお、このターゲットは、ヨー角、ピッチ角、及びロール角の検出について角度の制約を有し、より高精密なロボット修正へ応用するために要求される精度を欠き、依然として非常に大きいために多くのエンドエフェクタのデザインに組み込むことができず、そして高価である。ここに記載されたプローブは、一般的に非常に大きいため、ロボットのツール中心点（tool center point；ＴＣＰ）の近くに位置することができず、ＴＣＰの姿勢を確認する際に「レバーアーム」（'lever-arm'）効果をもたらす。そして、それらが機能するためにレーザトラッカ又はカメラ強化型レーザトラッカを要するという事実とあいまって、そのようなシステムは、特に標準的な多関節アームロボットのベース価格と比較して、極めて高価である。
【０００７】
インドア光ＧＰＳは、近頃では多くの製造ソリューションに浸透しており、ロボットの現在の姿勢を与えることができるが、そのようなシステムは、現在のところ、高精密なロボット誘導へ応用するために必要とされるものに近い精度を示すことはできない。このシステムは、発信機のレーザ出力を検出するための広い視界をもつ受信機を備えるが、依然としてＬＯＳ装置である。高精密なロボット誘導にからみ、インドアＧＰＳのコスト対効果は、製造現場に多数の受信機が必要とされる場合にのみ、実現される。
【０００８】
写真測量（photogrammetry）は、様々な成功の度合いで、アクティブなロボット修正に採用されてきた。大部分は、エンドエフェクタに取り付けられた、例えばＬＥＤ等の、「アクティブ」ターゲットを使用し、反射ステッカーの外部照明を使用する、より伝統的な技術には頼らない。これらの写真測量手段は、一般的に、二つのカテゴリーに分類される。一つ目は、複数の光検出装置が単一のハウジングの中に分散して配置される（典型的には三つの異なるＬＯＳがハウジングから発散する）、「単一センサハウジング」手段を含む。二つ目は、関心体積内で視界が重なり合う、複数の静的に配置されたカメラを使用することを含む。写真測量手段は、リフレッシュレートがとても高いという点で、大きな利点を有する（例えば、三つのターゲットを典型的には１ミリ秒よりも小さい時間内で測定することができ、従って対象の６自由度を与えることができる）。この速さは、多様な座標系の動的追跡を可能とし、大抵の生産環境における振動をも許容することができる。これらの特徴を考慮して、この種の手段が高精密・アクティブなロボット修正に対して最も有望と、必然的に結論付けられるであろう。しかし、ここには、説明に耐える、幾つかの微妙さがある。最初に、「単一センサハウジング」写真測量手段の関心体積は、典型的には装置から６メートルだけ延びるＶ字状の範囲内に限定される（あなたがセンサに近づくほど、横の視界は小さくなる）。典型的なロボットエンドエフェクタ上に配置される必要があるＬＥＤターゲット同士の間に許される空間は通常小さいため、システムで見ると、ＬＥＤ同士の間には一般的に粗悪な頂角が生じることになる。全ての光検出装置及びオプティクスを単一センサハウジング内に配置するという目的のため、各照準線の間の頂角は同様にして損なわれる。従って、これらのタイプのセンサは典型的には横方向に非常に正確であるが、距離の判定は６自由度変換の最も弱い要素である。粗悪な頂角は、作業セル内に、第１の写真測量ヘッドと相対的にほぼ９０度で、第２の写真測量ヘッドを追加することにより補正することができるが、その結果として生じる二つのＶ字形体積の間のオーバーラップは、多くの応用には極めて小さい。単一ヘッド写真測量システムが典型的にはレーザトラッカと同等のコストがかかることを考慮すると、測定体積ごとにかかるコストは莫大なものになる。アクティブターゲット写真測量への第２のアプローチは、一般的に、オーバーラップする視界をもつ複数のセンサを使用して、カメラ同士の間の極めて良好な頂角を達成する。作業の間、センサは静的に配置されており、カメラは関心体積の全体にわたって積極的に内部的に較正されなければならない。しかしながら、やはり、オーバーラップの体積は限定される。また、これらのタイプの写真測量システムは「単一センサハウジング」の種類よりも安価であるが、それらは、ロボットのコストと比較して、依然として高価であるため、より多数のセンサを追加することによってさらなるＬＯＳ機能を追加することは、めったに実行できる選択肢ではない。
【０００９】
ロボットＥＯＡＴの姿勢を判定するために使用できる、さらに他の種の装置は、セオドライト及びトータルステーションを含む。現在では、自動化されたトータルステーションモデルが存在し、電子セオドライトをコンピュータによって遠隔照準／駆動することが可能である。これらの装置は、（数キロメートルまでの照準線測定を可能とする）反射ターゲットを採用した、又はターゲットを全く採用していない（明るい色の表面を数百メートルの距離から測定することができる）飛行時間測距装置を含む。測距精度は、典型的には、およそ２−３ｍｍである。指向精度（方位角、迎角）は、建築等級システムにおける５−８秒角から、精密システムにおける０．５秒角までの範囲である。スタンドアロンジンバルと同様に、そのようなシステムは、向上した精度のモデリングをもつロボットによって既に達成されているよりも、高い精度を提供することはできない。測距機能が、ロボットＥＯＡＴ上の３＋リフレクタの角度位置を特定すること、及び従来の写真測量で６自由度を求めることに、有利に使用されなかったとしても、やはり粗悪な頂角の手段に到達する。複数のジンバルは、より最適な頂角を可能とすることにより、ＥＯＡＴの６自由度の姿勢の写真測量判定を可能とするものであり、ここに記載される新規な発明は、如何なる測距ハードウェアをも取り除くことにより、より一層安価な代替手段を採用することにより、そうすることを模索するものである。
【００１０】
「パッシブ」ロボット修正の固有の制限は、現存する「アクティブ」ロボット修正システムの性能不足及びコスト障壁と併せて、後に続く手頃な価格の外部アクティブロボット修正システムを開発する際に、全て考慮された。付加的な手段は、レーザ、音響、又はワイヤを用いた複数の測長と、複数のカメラのようなシステムと、を含む。ステレオ三角測量は、最低でも二つのトラッキングシステムを必要とすると共に、静的測定法であるため、好ましくない。同様に、カメラによる撮影は、システムの解像度が典型的には非常に低いためにロボットの作業範囲を十分にカバーできないことに加え、そのような光学システムの内部較正を生成／維持する際に非現実的な安定度及び精度が必要とされることから、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４，４１２，１２１号明細書
【特許文献２】米国特許第４，７０７，１２９号明細書
【特許文献３】米国特許第４，７１４，３３９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７９２，２２８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，０４２，７０９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，１００，２２９号明細書
【特許文献７】米国特許第５，９０７，２２９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，４００，４５２号明細書
【特許文献９】米国特許第６，６６７，７９８号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００６０２２２３１４号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００３００４３３６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、長期にわたり、改良された外部ロボット精度向上システム及び方法に対するニーズがあった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ロボット精度向上のためのシステムは、多軸運動に適用可能な複数のロボット装置を備える。各ロボット装置は、ワークピース上で少なくとも一つの作業を実施するための、少なくとも一つの軸を有するアーム先端ツール（ＥＯＡＴ）を備える。複数の多軸装置は、前記ロボット装置と相対的に指向するレーザ光線を投射する。複数の取り外し可能なターゲット要素は、各ロボット装置のＥＯＡＴに接続される。各ターゲット要素は予めＥＯＡＴ座標系で認証されており、各ターゲット要素が多軸装置に照らされることで、ロボット装置が、ワークピース上で作業を実施する前に、ＥＯＡＴをワークピースと相対的に指向することを可能とする。各ターゲット要素は、金属及び非金属のうちの少なくとも一つで形成された、例えばプレート等のベースを備えると共に、そこに画定された複数の開口部を有する。ベースは、プレートに画定された対応する開口部に取り付け・取り外し可能な複数のネスト要素と、対応するネスト要素によって磁気的に支持された複数の較正ターゲットと、を備える。ベースは、さらに、プレートに画定された光検出アレイを備える。ハウジングは、各ターゲット要素を密閉すると共に、シャッタ装置を備える。コントローラは、少なくとも一つの多軸装置を操作して少なくとも一つのターゲット要素を駆動するために、ターゲット要素、複数の多軸装置、及び複数のロボット装置と、機能的に連絡している。
【００１４】
このシステムは、ロボット装置の６自由度の姿勢をアクティブに判定する。このシステムの発明思想は、少なくとも一つの運動装置の異なる作業位置でＥＯＡＴの姿勢をアクティブに判定するために、如何なる測距ハードウェアをも使用することなく、ＥＯＡＴに取り付けられたターゲット（アクティブターゲット）上にレーザを投射するための多軸装置（レーザポインティング装置、ここではビーコンとも称される）を使用することを含む。ビーコンは、小さく、安価で、本質的にモジュール式で、従って作業セルの至るところに分散して配置され、複数のＬＯＳを保証する。ビーコンの数量及び位置は、本願に記載されるように、本発明の範囲を限定するものでなく、作業セルのＣＡＤデザイン及び少なくとも一つの運動装置のシミュレーションされた経路に最適化される。ビーコンは、一つより多い運動装置上で動作しても良く、このようにして、複数の運動装置を使用する作業セル内における、運動装置毎のコストを削減することができる。複数のＬＯＳは、多くの写真測量計測装置とは異なり、ＥＯＡＴの姿勢をより正確に判定するための良好な頂角を確保する。アクティブターゲットは、例えばＣＭＯＳ又はＣＣＤアレイ及び／又はラインアレイ等の、少なくとも一つの安価な光検出装置を備える。これらの装置はアクティブ表面領域を有するため、レーザトラッカとは異なり、通常はアクティブターゲットを「探索」する必要が無いであろう。作業セル内の提案されたシステムの初期認証が一度完了すると、欠陥のあるビーコンやアクティブターゲットは認証情報を失うことなく交換して取り除くことができる。
【００１５】
本発明の利点の一つは、一般に産業ロボットと共に販売される高価なモデリング／修正パッケージの必要性を排除したシステムを提供することである。
【００１６】
本発明の他の利点は、従来のシステムよりもロボット毎ベースで著しく安価なシステムを、低価格で提供することである。
【００１７】
本発明の更なる他の利点は、プロセス監視ツールとして機能するシステムを提供することであり、これは、運動装置のＥＯＡＴの姿勢が、実際には、多くの現存する「パッシブ」ロボット精度向上パッケージのように単純に推量／予測されるのではなく、各作業位置で測定されるからである。そのようなシステムは、プロセス中の姿勢データを後の解析用に保存するために使用することができる。
【００１８】
本発明の更なる他の利点は、運動装置をモデリング又は描写する目的で運動プラットフォームのその場較正又は描写を実行するという必要性を、著しく減少し又は排除するシステムを提供することである。これはアクティブ測定システムであるため、提案されたシステムは、より厳しい姿勢に耐え得る、安価な運動プラットフォームをもたらすことができる。一つの例は、高価なＮＣ機械を安価な産業ロボットに置換できることである。
【００１９】
提案されたシステムは、ＥＯＡＴの姿勢をリアルタイムに監視する能力を備えるため、その（例えば穴を開ける等の）作業を実行しながら、ＥＯＡＴの姿勢を追跡／修正するという手段が可能となる。ＥＯＡＴの実際の姿勢が測定されるため、運動装置の姿勢を修正する際のバックラッシュを克服することができる、何故ならば、運動装置は、「容認できる」姿勢が達成されるまでは、作業を開始することを許可されないようにしても良いからである。
【００２０】
本発明の更なる他の利点は、ロボット精度向上に「ブラックボックス」アプローチを採用したシステムを提供することであり、これは、ロボットの姿勢誤差に寄与する全ての要因の集約結果を測定するが、全ての個別の寄与因子を暗に測定又はモデリングすることは考慮ない。例えば、運動装置に対する周囲及び内部の両方の（例えばサーボ温度等の）温度効果は、システムによって自動的に説明される。偏差もまた、システムによって説明される（ロボットが追加のスライドユニットに取り付けられる際に必要となる追加のモデリングを考慮すること）。例えば、関節の柔軟性、リンクの柔軟性、及び歯車伝達誤差等の、通常はロボットの運動学モデリングに含まれない非幾何学的効果でも、そのようなシステム内でアクティブに説明される。ロボット又はエンドエフェクタウェアの摩耗もまた、そのようなシステムを使用することにより、何千ものデューティサイクルにわたって追跡される。
【００２１】
本発明の更なる他の利点は、アクティブターゲットを作業セルに固定されたワークピース上、例えば三脚等の移動可能な装置上、又はパレットに載せたシステム上に配置することにより、種々な座標系を結合又は更新できる能力である。この能力は、例えば、部品と世界との変換を生成する、作業セル内の温度ドリフトの補償する、ビーコンの姿勢と世界とを初期的に較正する、続いてビーコンの姿勢と世界とを再度較正する、又は固定された作業セルとこれと相対的に移動するパレットに載せたロボットシステムとの関係を確立する、又は無人搬送車（automated guided vehicle；ＡＧＶ）システムを監視する等の、多数の機能を可能とする。
【００２２】
本発明の他の利点は、以下に続く詳細な説明及び添付の図面を参照することにより、容易かつ十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、光線の向きを操作するための多軸装置の正面図。
【図２】図２は、図１の多軸装置の側面図。
【図３】図３は、本発明のアクティブターゲット装置の展開斜視図。
【図４】図４は、ハウジングに収容された図３のアクティブターゲットを示す。
【図５】図５は、接続された複数のアクティブターゲットを有する、ロボット装置のアーム先端ツールの斜視図。
【図６】図６は、本発明のロボット精度向上のための外部システムの周辺図。
【図７】図７は、典型的な製造環境におけるロボット精度向上のための外部システムの作業要素の概略図。
【図８】図８は、本発明のアクティブターゲットを較正するための装置の斜視図。
【図９】図９は、図８のアクティブターゲットを較正するための装置の部分側面図。
【図１０】図１０は、較正プロセスの概略図。
【図１１】図１１は、ロボット装置のアーム先端ツール上のアクティブターゲットを認証する方法の概略図。
【図１２】図１２は、製造設備の作業セル内のアクティブターゲットを認証する方法の概略図。
【図１３】図１３は、本発明の外部ロボット精度向上方法の概略図。
【図１４】図１４は、本発明の外部ロボット精度向上方法の概略図。
【図１５】図１５は、本発明の外部ロボット精度向上方法の概略図。
【図１６】図１６は、これに接続されると共にレーザ光線で作動した複数のアクティブターゲットを有する、ロボット装置のアーム先端ツールのもう一つの斜視図。
【図１７】図１７は、本発明の外部ロボット精度向上方法の概略図。
【図１８】図１８は、本発明の外部ロボット精度向上方法の概略図。
【図１９】図１９は、本発明の外部ロボット精度向上方法の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図面を参照すると、符号は類似する又は該当する部品を示し、ロボット及び設備の精度向上のための独創的なシステム及び方法は、概ね図６の１０に示されている。システム１０は、概ね図１及び図２の１２に示された、複数の多軸装置を備える。これらの多軸装置１２、すなわちビーコンは、例えば、本発明の範囲を限定するものではないが、レーザ、ＬＥＤ，又はインコヒーレント光源等のように、光線１４の向きを操作することができるものである。典型的には、多軸装置は、多軸装置１２の正面図である図１と、多軸装置１２の側面図である図２と、に示されるようなジンバルである。当業者は、本発明の範囲を限定することなく、光線を生成及びその向きを操作するための他の装置を使用しても良いと理解するであろう。ビーコン１２は、所定の機械的指向手段（光線を命令された位置に物理的に向ける機能）と共に、機械的指向判定（場合によっては方位角及び迎角に関して較正されたエンコーダを用いて、レーザ光線１４のベクトルを判定する機能）を提供する。ビーコン１２は、ハウジング２０に収容されたレーザ光源（固体ダイオード、ファイバー結合、その他）の向きを操作し、コリメート又は半コリメートされた出力光線１４を生成する。レーザ出力は、例えば直線や十字線等の伝統的な光線のパターン以外のものであっても良い。ハウジング２０に定義されたレーザ出射開口部２２が方位角軸２６と迎角軸２４との交点と完全に一致しないならば、あらゆる指向方向を与えられ、レーザ出射開口部の（ｘ，ｙ，ｚ）位置を判定するために、ビーコン１２はモデリング／較正される必要がある。ビーコン１２は、ビーコン１２のマウントベース２８に取り付けることができるため、製造環境に容易に取り込むことができる。電力及び通信ケーブル又は通気ライン３０等のサービスが、作業セルコントローラから出て各ビーコン１２に延びる。本実施形態では、図２は、レーザ出射開口部２２は、（ハウジングの中心に取り付けられた）ジンバルの回転の中心と概ね一致する。
【００２５】
ここで提案されるシステム１０は、複数のビーコン１２を制御するソフトウェアを備える。ビーコンの製造会社は、やはり、ビーコンの内部較正／モデリングのアクセス権及び制御権を保有しても良い。しかし、本願に記載されるソフトウェアは、（場合によってはリアルタイムフィードバックを用いて）ビーコン１２の向きを変え、レーザをオン／オフし、レーザ光線１４の、そのネイティブ座標系における、（ｉ，ｊ，ｋ）ベクトル（又は方位角、迎角）を、場合によってはレーザ出射開口部２２の、やはりビーコン１２のネイティブ座標系（上記参照）における、（ｘ，ｙ，ｚ）と共に、受信することができる必要がある。提案される計測システム１０は、新規なターゲット要素、すなわち概ね図３及び図４の１６に示されるアクティブターゲットを採用するであろう。
【００２６】
図３に示されるように、ターゲット要素１６は、三つ以上の取付ポイント又は開口部４０を定義するプレート４４によって定義される、ベースを備える。ベースは他の形態を有しても良く、プレートに限定されない。プレート４４は、金属、又はその他の機械加工が可能で、好適にはＣＴＥが低い材料から形成することができる。取付ポイント４０は、較正ターゲットネスト３８上に支持される較正ターゲット３６を受ける。本実施形態では、取付ポイント４０は、ダボ穴であり、ターゲットネスト３８は、ダボのあるマグネットカップで、典型的には、セオドライトのターゲット球体、球状に取り付けられたパッシブ写真測量ターゲット、球状に取り付けられたアクティブ写真測量ターゲット、又はレーザトラッカと共に使用される球状に取り付けられたレトロリフレクタ（spherically mounted retrorefrectors；ＳＭＲｓ）を、保持するために使用されるタイプである。プレート４４に取り付けられているのは、ＣＭＯＳアレイ、ＣＣＤアレイ、又はライン走査センサ等であり得る、光検出アレイ３４である。アレイ用のサービス４２は、電力及びコミュニケーションケーブルを備えることができる。
【００２７】
図４は、保護ハウジング４６に収容又は密閉されたターゲット要素１６を示す。このハウジング４６は、空気圧式又は電気式であり得るシャッタ４８を採用しても良い。サービス５０は、シャッタ４８に延び、追加の空気ラインを使用して定期的にターゲット要素１６からダストを吹き飛ばすか、又はパック状の容器自体の中に空気の正圧を生成するか、という選択肢を有し、このようにしてダストバリアとして機能することができる。ターゲット要素１６は、運動装置、すなわちロボット装置に、又は作業セル自体に取り付けても良いため、それらは、ダボ又はその他の一般的／標準的な取り付けのために機能する特徴を有していても良い。
【００２８】
図５は、図６の概ね５５に示されるロボット装置の、図５の概ね５３に示されるアーム先端ツールすなわちＥＯＡＴ上に配置された、概ね１６に示されるターゲット要素を示す。後述のように、互いに垂直に指向する少なくとも三つのターゲット要素１６を、ＥＯＡＴ５３上に、かつＥＯＡＴ５３の中心軸５４と相対的に、取り付けること（及びＬＯＳを有すること）が望ましい。作業セルのツーリング認証の段階では、各ターゲット要素１６はツール座標系（ＥＯＡＴ系）で、ツール中心点、すなわち上記の中心軸５４と相対的に定義される。中心軸５４は、ツール系の原点として定義される。ターゲット要素のサービスは、ロボット装置５５に沿って取り付けられ、ＥＯＡＴ５３へ延びる。
【００２９】
図６は、提案されたシステムがどのように製造環境に配置されるかを示す。密閉されたターゲット要素５２は、床面、ステーションのツーリング、又は、例えば、カーボンファイバ又はコンクリート支柱６２に取り付けられる追加のターゲット要素５２と共に、ＥＯＡＴ５３に取り付けられる。ビーコン１２もまた、作業セルの至るところに分散して配置される。それらの数量及び位置は、ロボット装置５５が意図されたプロセスを実行するように、最も好ましくは、コンピュータシミュレーションに基づいて最適化される。ビーコン１２は、通常、装置５５がその作業を実行できるよりも速く、ロボット装置５５を誘導することができるため、システム１０は、大部分のビーコン１２が作業セル内の他の装置５５のために重複の誘導デューティを実行することを可能とし、このようにして、システム全体のハードウェアコストを低減することができる。例えば、ロボット装置５５がワークピース５６に穴を開けるために１０秒かかるが、そのロボット装置５５を正確な作業位置に誘導するために３秒だけかかるとすれば、これらのビーコン１２は、残りの７秒を作業セル内の他のロボット装置を誘導するために費やすことができる。本実施形態では、同様にドリルチップと整列されるツールのＴＣＰ５４は、ワークピース５６に穴を開けることを許可される前に、正確な作業姿勢、すなわち位置及び向きに誘導される。上で示唆したように、ターゲット要素１６は、ワークピース５６上のコントロールポイントに取り付けられても良い。このようにして、作業セルに入る各部品について、部品と世界との関係を判定することができる。
【００３０】
図７は、典型的な製造環境に配置されたシステム１０の相互接続を示す。コンピュータは、複数のビーコン及び、場合によってはワークピース５６に取り付けられた又は作業セル内に分散して配置された幾つかの追加のターゲット要素と共に、ＥＯＡＴのターゲット要素を制御する。ステーションのコンピュータは、一つ以上のライン／ステーションＰＬＣ（Programmable Logic Controller；プログラマブルロジックコントローラ）及び少なくとも一つのロボットコントローラと連絡することができる。各ターゲット要素が、画像処理を実行できるように、オンボードコンピュータチップを備えるようにしても良いが、コスト要素がサイクルタイムの減少の必要性よりも重要な場合には、このアップグレード（性能向上）は必ずしも保証されない。システム１０を走らせるソフトウェアが、ロボット装置５５に対して「スレーブ」（'slave'）であり、ロボット装置５５がそのように要求したときにだけ測定することは、必須ではないが、意図されている。
【００３１】
図８及び図９は、新しく製造されたターゲット要素１６を較正する、新規な方法を示す。この思想は、光検出アレイ（ピクセル空間）の座標系を、取り外し可能に入れ子になった（nested）３８計測ターゲット３６の「ターゲット座標系」における位置に関連付け、その結果をターゲット要素１６の固有のＩＤにリンクされた較正ファイルに保存することである。ターゲット座標系は、図８及び図９の６１に示された較正スタンドから導かれるであろう。追加の標準化された取り付けのための特徴が、ターゲット要素１６に含まれていても良く（例えば、プレート４４の背面から突出する三つのダボ等）、また現段階では「ターゲット座標系」で定義されていても良い。寸法の誠実性を確保するため、較正スタンド６１は、温度及び湿度が制御された容器（図示せず）内に備えられていても良い。較正のプロセスは、図１０に記載される。
【００３２】
下記の全ての部品番号は、図８及び図９のそれを意味する。セオドライト、レーザトラッカ、又は写真測量システム等の外部計測システムは、較正スタンド６１に設置される。外部計測システムに好適な計測ターゲット３６は、ダボのあるターゲットネスト３８内に配置され、続いて、ターゲットネスト３８は、（例えば）較正スタンド４１上のダボ穴４０内に配置される。較正スタンド６１が初めて認証されるときには、較正スタンド６１の各ターゲット位置の（ｘ，ｙ，ｚ）座標が「ターゲット座標系」で記録される。少なくとも三つのこれらのターゲット位置を測定することで、計測装置は較正スタンド座標で報告することができる。
【００３３】
上で示唆したように、ターゲット要素７２は、スライドユニット７０に取り付けられ、サービスケーブル４２により電力が与えられる。オペレータ（図示せず）は、少なくとも三つの入れ子になったターゲット３６，３８をターゲットプレートのダボ穴４０に差し込む。オペレータは、ストップ装置６８を、較正スタンド６１に取り付けられた二つの支柱に設置する。オペレータは、続いて、スライドユニット７０を、ストップ装置６８が光検出アレイ３４に接触するまで、レール６６に沿って前方に徐々に移動させる。この位置で、スライドユニット７０は所定の位置に固定され、オペレータはストップ装置６８を取り外す。望ましくは、ストップ装置６８が、光検出アレイ３４を囲んでいる非アクティブ領域と接触するようにしても良く、そのために必要とされることは、その面とアレイの面との間に生成される距離を判定すること、及び場合によっては制御することだけである。ここで、アレイカバーガラスの製造厚さをＤとする。
【００３４】
較正スタンド６１が初めて認証されるとき、ストップ装置６８の、アレイカバーガラスと接触する面は、（例えば）「ターゲット座標系」でｚ＝Ｄの位置にあると定義することができる。もし、ターゲット座標の「ｚ」軸が、アクティブターゲットに向かっていくのとは反対の方向に延びるなら、これは、光検出アレイの面がｚ＝０面の位置にあることを示唆している。図８に示された軸は、恐らくは光検出アレイの中心付近のどこかに位置する原点をもつ、想定され得るターゲット座標系の向きを示す。較正スタンド６１のもう一つの特徴は、レーザ出力開口部６４である。これらの開口部６４は、ｚ＝０の位置にある光検出アレイのおおよその位置で集束するレーザ光線を生成する。ここでは、光線は円形の断面で示されているが、ターゲット要素１２の光検出要素がリニアアレイであるならば、レーザ出力は一つ以上の十字線の一組であっても良い。
【００３５】
較正スタンド６１の初期認証の際には、ｚ＝Ｄ（カバーガラス）面で集束するレーザ光線の（ｘ，ｙ）位置を測定するために、セオドライトを容易に使用することができる。このようにして、アレイ３４上に集束するレーザ光線を投射するときには、（例えば）四つのレーザスポットの中心は、各々、ターゲット座標空間では既に知られている。少なくとも三つのレーザスポットの中心をピクセル空間で処理することにより、ピクセル空間と較正スタンドとの変換マトリックスを計算するために十分な情報を知ることができる。ここでは、較正スタンド座標とターゲット座標とは、同義に使用されている。このアクティブターゲット較正手順の全部は、ターゲット要素１６を精密機械加工することにより、排除することができる。この場合、残りのターゲット要素１６に対する光検出アレイの配列及び位置は、極めて正確でなければならない。
【００３６】
このアプローチの明白なマイナス面は、大きく増加するターゲット要素１６の製造コストである。しかし、各ターゲット要素１６は他のものと同一であるため、単一の、ＣＡＤにより判定された、ピクセル空間とターゲット座標との変換を用いることができる。ターゲット要素の、光検出アレイの配置／配列を除く、全ての特徴が精密機械加工で形成される場合には、外部計測装置によって入れ子になったターゲットの位置を計測する必要性を排除することができる。
【００３７】
例えばレーザトラッカ（〜＄１００，０００．００）等の外部計測装置を欠く製造会社にとっては、そのような計測装置を購入又は賃借（〜＄１０００．００／日）するための追加コストは、ターゲット要素１６のほぼ全ての寸法を精密機械加工するための追加コストよりも、大きい可能性がある。
【００３８】
要約すると、ターゲット要素１６の製造工場での較正は、光検出アレイのピクセル空間と、アクティブターゲットのプレートに一時的に取り付けられ得る外部計測ターゲットの位置と、の関係を定義する。取り付けのためのダボ等の、ターゲット要素１６の追加の特徴は、較正の際にターゲット座標空間で定義することができる。各ターゲット要素１６は、最も好ましくは、固有のＩＤを有し、アクティブターゲット較正ファイルがこの識別子にリンクされる。このプロセスは、図１０に打ち出されている。
【００３９】
製造現場での作業セルの較正の段階では、較正ファイルは、ターゲット要素１６のピクセル空間が、（例えば世界（World）、部品（Part）、又はツール（Tool）等の）もう一つの座標系と相対的に定義されることを可能とする。これは、外部計測システムを所望の座標系に設置すると共に、ターゲット要素１６上の少なくとも三つのターゲットの位置を測定することにより、達成される。三つ以上のデータのペア（較正ファイルからのアクティブターゲットの座標、外部計測装置からの外部座標系の座標）の最良適合は、アクティブターゲットと外部座標系とのマトリックスを生成する。
【００４０】
図１１には、ロボット装置５５に取り付けられたアクティブターゲットを前記のツールの座標系と相対的に定義する、新規な方法が要約されている。ターゲット要素１６は、図１０に記載された較正プロセスによって事前に定義された座標系を、既に有する。ＥＯＡＴ座標系で報告する外部計測システムを採用することにより、適当なターゲットをプレート４４のダボに差し込み、それらの位置をＥＯＡＴ座標で記録することができる。これが少なくとも三つのこれらターゲットについて完了すれば、ツール座標値と較正ファイルに保存されている事前に定義されたターゲット座標値との間で最良適合を行うことにより、アクティブターゲットとＥＯＡＴとの関係を計算することができる。もし、ターゲット要素１６をＥＯＡＴの（例えば）三つのダボ穴に挿入する前に、外部計測システムによってこれら三つのダボ穴のツール座標を測定及び記録できるなら、これは、アクティブターゲットとＥＯＡＴとの関係を判定するためのさらなる較正（及び外部計測システムの使用）を要することなく、ＥＯＡＴ上の欠陥のあるターゲット要素１６を交換用ターゲット要素１６に交換して取り除くという機能を可能とする。これは、プレート４４の背面の（例えば）三つのダボ穴を、製造工場での較正プロセスの際に、アクティブターゲット座標空間で記録することを求めることにより、遂行される。ターゲット要素１６を交換して取り除くとき、ターゲット空間における較正されたダボの位置と、ツール空間におけるＥＯＡＴのダボ穴の位置と、の最良適合を行うことにより、新しいアクティブターゲットとＥＯＡＴとの変換をコンピュータで計算することができる。
【００４１】
図１２には、ターゲット要素１６を、作業セル内に取り付け、作業セルの世界座標系と相対的に定義する、新規な方法が要約されている。ターゲット要素１６は、図１０に記載された較正プロセスによって事前に定義された座標系を、既に有する。世界座標系で報告する外部計測システムを採用することにより、適当なターゲットをアクティブターゲットのプレートのダボに差し込み、それらの位置を世界座標で記録することができる。これが少なくとも三つのこれらターゲットについて完了すれば、世界座標値と較正ファイルに保存されている事前に定義されたターゲット座標値との間で最良適合を行うことにより、アクティブターゲットと世界との関係を計算することができる。もし、アクティブターゲットを固定マウントの（例えば）三つのダボ穴に挿入する前に、外部計測システムによってこれら三つのダボ穴の世界座標を測定及び記録できるなら、これは、アクティブターゲットと世界との関係を判定するためのさらなる較正（及び外部計測システムの使用）を要することなく、固定マウント上の欠陥のあるターゲット要素１６を交換用ターゲット要素１６に交換して取り除くという機能を可能とする。これは、プレート４４の背面の（例えば）三つのダボ穴を、製造工場での較正プロセスの際に、アクティブターゲット座標空間で記録することを求めることにより、遂行される。ターゲット要素１６を交換して取り除くとき、ターゲット空間における較正されたダボの位置と、世界空間における固定マウントのダボ穴の位置と、の最良適合を行うことにより、新しいアクティブターゲットと世界との変換をコンピュータで計算することができる。
【００４２】
図１３には、部品のコントロールポイントに取り付けられたターゲット要素１６を、作業セルの世界座標系と部品座標系との両方と相対的に定義する、新規な方法が要約されている。ここでは、「コントロールポイント」とは、正確に記載／機械加工された部品上の、部品座標における位置を意味する；「コントロールポイント」は、通常は、生産／組み立てプロセスの少なくとも幾つかの部分のための、マスター配置基準として機能する。世界座標系で報告する外部計測システムを採用することにより、各コントロールポイントには、世界座標を与えることができる。このようにして少なくとも三つのコントロールポイントを計測すれば、各コントロールポイントが与えられた部品座標値を有するため、最良適合により、部品と世界との変換を計算することができる。ターゲット要素１６は、図１０に記載された較正プロセスによって事前に定義された座標系を、既に有する。
【００４３】
世界座標系で報告する外部計測システムを使用することにより、適当なターゲットをアクティブターゲットのプレートのダボに差し込み、それらの位置を世界座標で記録することができる。部品と世界との変換が既に知られているため、これらの同一のポイントにも部品座標を与えることができる。これが少なくとも三つのこれらターゲットについて完了すれば、世界／部品座標値と較正ファイルに保存されている事前に定義されたターゲット座標値との間で最良適合を行うことにより、アクティブターゲットと世界と、及びアクティブターゲットと部品と、の両方の関係を計算することができる。実際には、アクティブターゲットと部品との関係を定義するために、部品と世界との変換を判定することは必須ではない。しかし、生産プロセスのオフラインコンピュータシミュレーションで使用される部品と世界との関係と照合するために、部品と世界との変換をこの時点で測定することが賢明である；基本的に、あなたは、作業セル内の部品の出来上がった位置を、設計の意図と比較して検証する。外部計測システムによりアクティブターゲットと部品との関係を再度確立する必要なく、新しいアクティブターゲットを部品上のコントロールポイントに使用するために、新しいターゲットの製造工場での較正の際に、アクティブターゲットのプレート４４上のダボをターゲット座標で定義しなければならない。このプロセスは、ＥＯＡＴのアクティブターゲット及び固定され取り付けられたアクティブターゲットに関連して既に説明されており、ここでも何ら異なるものではない。今や、各コントロールポイントについて、アクティブターゲットと部品との関係が知られているため、ビーコンから部品上のアクティブターゲットへの三つのＬＯＳが相互に平行でない限り、この情報は、位置が決まった（as-positioned）部品の姿勢を世界座標で判定するために使用することができる。
【００４４】
図１４には、作業セル内に取り付けられたビーコン１２を作業セルの世界座標系と相対的に定義するための、新規な方法が要約されている。ビーコン１２は、レーザ光線を所望の向きに向けることを命令される。ターゲット要素１６は、場合によっては作業セルと相対的に移動可能な三脚に取り付けられ、ビーコンのレーザ光線がターゲット要素１６の光検出アレイに当たるように、配置されている。ターゲット要素１６は、図１０に記載された較正プロセスによって事前に定義された座標系を、既に有する。世界座標系で報告する外部計測システムを採用することにより、適当なターゲットをアクティブターゲットのプレート４４のダボに差し込み、それらの位置を世界座標で記録することができる。これが少なくとも三つのこれらターゲットについて完了すれば、世界座標値と較正ファイルに保存されている事前に定義されたターゲット座標値との間で最良適合を行うことにより、アクティブターゲットと世界との関係を計算することができる。コンピュータは、光検出アレイ上のレーザスポットの中心を求め、このポイントを世界座標で報告する。ビーコン１２もまた、レーザ出射開口部のビーコン座標における（ｘ，ｙ，ｚ）値と共に、レーザ光線のビーコン座標におけるベクトルを報告する。
【００４５】
このプロセスは、その後、少なくとも二つの他のビーコン姿勢について繰り返される。最適な結果を求めるため、ビーコンの第２及び第３の姿勢は、第１の姿勢と共に、相互に垂直な一組であるべきである。今や我々は、ビーコン座標系で定義された三つの異なるライン（三つのレーザ出射開口部（ｘ，ｙ，ｚ）開始位置、及び３つのベクトル）を有し、これらは世界座標における三つのポイントと交差しているはずである。これは、ビーコンと世界との変換を解くために十分な情報である。しかし、ビーコンの精度に限界がある場合（その指向ベクトル又はレーザ出射開口部の位置を判定するための生来の能力）には、ビーコンと世界との変換を計算するときに、三つよりも多い位置／姿勢測定を含むことが望まれる可能性は、十分にある。一度ビーコンと世界との変換が知られると、ビーコンはレーザ光線を、如何なる命令された世界座標のポイントに向けることができるであろう。同様に、部品と世界との変換が知られると、ビーコンは如何なる命令された部品座標をも向くことができるであろう。
【００４６】
図１５及び図１６には、レーザ光線をＥＯＡＴに取り付けられた少なくとも三つアクティブターゲットに投射することにより、運動装置のＥＯＡＴの６自由度の姿勢を判定する、新規な方法が要約されている。図１１には、ＥＯＡＴに取り付けられたアクティブターゲットをＥＯＡＴ座標系と相対的に定義するためのプロセスが記載されている。このようにして、ビーコンがレーザ光線をターゲット要素１６の光検出アレイ上に向けるときはいつでも、レーザスポットの中心にはツール座標値を与えることができる。ビーコンと世界との変換により、レーザ光線を世界座標系でラインとして記載することができる。そのため、特定のターゲット要素１６について、我々は、この「世界ライン」に沿うどこかにツール座標値が存在するはずだということを理解する。
【００４７】
この情報が三つ以上のアクティブターゲットについて知られると、ＥＯＡＴの６自由度の姿勢を計算することができ、与えられる少なくとも三つの「世界ライン」は相互に平行ではない。三つだけの「世界ライン」が使用される場合には、三つの全てが相互に垂直であり、ＴＣＰの計算された位置に関する「レバーアーム」効果を最小化するために、全てのアクティブターゲット間に十分な空間を維持しながら、アクティブターゲットの一つができるだけＥＯＡＴのＴＣＰの近くに配置されるのが、最適な状況である。この完全な状況は、必ずしも達成することはできないが、三つよりも多い照準線を使用することにより、さらに高い精度を獲得することができる。これは、三つよりも多いビーコン／アクティブターゲットのペアを採用することにより、又は、ロボットが静止している場合には、幾つかのビーコンに一つよりも多いアクティブターゲットを測定させることにより、達成することができる。
【００４８】
図１７には、レーザ光線を部品に取り付けられた少なくとも三つのアクティブターゲットに投射することにより、部品の作業セル世界系に対する６自由度の姿勢を判定する、新規な方法が要約されている。図１３には、部品に取り付けられたアクティブターゲットを、部品座標系と相対的に、初期的に定義するプロセスが記載されている。このようにして、ベーコンがレーザ光線を部品に取り付けられたアクティブターゲットの光検出アレイ上に向けるときはいつでも、レーザスポットの中心には部品座標値を与えることができる。ビーコンと部品との変換により、レーザ光線は世界座標でラインとして記載することができる。そのため、特定のアクティブターゲットについて、我々は、この「世界ライン」に沿うどこかに部品座標値が存在するはずだということを理解する。この情報が三つ以上のアクティブターゲットについて知られると、世界系における部品の６自由度の姿勢を計算することができ、与えられる少なくとも三つの「世界ライン」は相互に平行ではない。三つの相互に垂直な「世界ライン」が部品に取り付けられたアクティブターゲットに当たるのが、最適な状況である。この完全な状況は、めったに達成することはできないが、三つよりも多い照準線を使用することにより、さらに高い精度を獲得することができる。部品と世界との変換を知ることは、（運動学プログラムに保存された）運動装置の経路又は作業位置を修正することを可能とし、提供された現在の部品の位置は「ノミナル」（設計）部品位置から大きく異なることはない。
【００４９】
このノミナル部品位置は、一つ以上の装置のプログラムされた作業経路又は作業位置の初期オフラインロボットシミュレーションの際に、使用することができる。従って、オフライン運動経路シミュレーションにより、現在の部品の姿勢について「安全な」回動及び移動を定義することができる。もちろん、「安全な」部品の姿勢を定義することは、オフラインプログラミングシミュレーションの補助によらずに実行することもでき、（現在の部品の位置が）調整された運動装置の姿勢は、一つ以上の運動装置の運動学プログラムにおける各作業位置について保存されたものと比較することができる。図１７の最後のステップには、この同一の計測を「パレットに載せた」（'palletized’）誘導ロボットシステムに応用する方法が記載されている。
【００５０】
図１８には、提案される計測システムの作業セル内の「ドリフト」を保証する、新規な方法が要約されている。ドリフトは、製造環境における温度変化に起因して起こる（鉄骨構造の高所に取り付けられたビーコン、又は完了するまでに１６時間がかかる飛行機の翼の穴開けプロセスを、考慮すること）。このようにして、ビーコンと世界と、又はビーコンと部品と、の変換は、定期的に更新することができる。図１８には、同様にして温度ドリフトを修正することができる、三つの他の状況について言及されている。すなわち、欠陥のあるビーコンを交換して取り除くこと、パレットに載せた誘導ロボットシステムについてパレットと作業セルとのドリフト監視すること、又はパレットに載せた誘導ロボットシステムについてビーコンと世界との関係を再度取得すること、である。これらの何れの場合であっても、ビーコンは、（作業セル内、パレット上、又は部品上に）固定−取付された少なくとも三つのアクティブターゲットを測定することにより、そのビーコンと世界と（又はビーコンと部品と）の変換を更新する。このプロセスは、初期較正プロセスの際にアクティブターゲットが一時的にセルの周りを移動することを除けば、図４のそれと完全に同一である。
【００５１】
図１９には、新規な計測システムを使用して運動装置の姿勢を修正する方法が記載されている。これは極めて簡単明瞭であるので、ここでは深い説明はしない。手頃な価格の検査装置を作成するために、運動装置と、ツールとしての非接触計測センサと新規な計測システムと、を組み合わせるための記載もまた、含まれている。これは、システムの主要な利用法における微かに異なる観点であり、ある作業位置で計測センサの姿勢を定義することだけが必要であるため、前記センサの「視界」を提供することは運動装置の生来の誤差よりも融通が利く（すなわち、非接触センサは、運動装置の姿勢誤差を克服するのに十分に大きな「視界」を有するため、その目的とする「ターゲット」を静止して見ることができる）。ここまでは、全ての記載は、運動装置の静止指定修正を想定してきた。図１９の最後のテキストボックスには、提案される計測システムが経路修正システムとして機能することを可能とするためにどのような変形が必要とされるか、説明されている。
【００５２】
本発明を模範的な実施形態を参照して記載してきたが、本発明の範囲から離れることなく、種々の変形をすることが可能であると共に、その要素を均等物に置換することが可能であることが、当業者には理解されるであろう。さらに、個別の状況又は材料に適合するために、本発明の本質的な範囲から離れることなく、本発明の教授に多くの変形をすることが可能である。従って、本発明は、これを実施するために予期される最良の形態として記載された上記の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むものである。
【図１】
2011515232.tif 000003
【図２】
2011515232.tif 000004
【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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【国際調査報告】
2011515232.tif 000022