(57)【要約】  ロボット作業対象セル較正システムは、較正デバイスを含む。較正デバイスから出射された一対のビーム投射レーザは、照準線として機能し、ツール接触点において交差する。較正デバイスはまた、４つの平面投影レーザを出射する。４つの平面投影レーザを用いて、ツール接触点に相対するロボットツールのヨー、ピッチおよびロールを調節する。先ず、較正デバイスを、固定具または作業現場上のワークピース上の選択された位置に配置する。ロボット作業対象セル較正方法は、オフラインプログラミングの精度を高め、ロボット学習時間を短縮する。ロボット作業対象セル較正システムおよび方法は、従来技術と比較してより簡単であり、投資コストが低く、動作コストも低く、また、各ロボットツールに対して再較正を行う必要無く、作業現場上において異なるロボットツールに対して用いることが可能である。
2014508050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットツールの加工経路を較正するデバイスであって、
当該較正デバイスが、フレームを有し、
前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、
前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、
前記フレームが、使用時において、少なくとも２つの平面投影レーザを出射し、
前記フレームが、固定具上に取り付け可能であり、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にし、
前記少なくとも２つの平面投影レーザが、前記既知の空間点に相対する前記ロボットツールの角度位置の調節を可能にする、
較正デバイス。
【請求項２】
前記フレームが、４つの平面投影レーザを含み、
前記平面投影レーザが、それぞれ、投影面レーザを出射し、
前記平面投影レーザにより、前記ロボットツールのヨー、ピッチおよびロールの調節が可能になる、請求項１に記載の較正デバイス。
【請求項３】
前記フレームが、内側および外側に調節可能である、請求項１に記載の較正デバイス。
【請求項４】
前記フレームの端部が、回転調節可能である、請求項１に記載の較正デバイス。
【請求項５】
ロボットツールの加工経路を較正するデバイスであって、
当該較正デバイスが、フレームを有し、
前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、
前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、
前記フレームが、使用時において、少なくとも４つの平面投影レーザを出射し、
前記フレームが、固定具上に取り付け可能であり、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にし、
前記少なくとも４つの平面投影レーザが、前記ロボットツールのヨー、ピッチおよびロールを前記既知の空間点に対して調節することを可能にする、
較正デバイス。
【請求項６】
前記フレームが、内側および外側に調節可能である、請求項５に記載の較正デバイス。
【請求項７】
前記フレームの端部が、回転調節可能である、請求項５に記載の較正デバイス。
【請求項８】
フレームを有するデバイスであって、
前記フレームが、使用時において、少なくとも平面投影レーザを出射し、
前記フレームからはアームが延び、
第１のビーム投射レーザが、前記アームから出射され、
前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記平面投影レーザと交差し、
別の前記レーザが、前記フレームから出射され、
当該デバイスは、固定具上に取り付け可能であり、ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にする、
デバイス。
【請求項９】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、前記フレームが、使用時において、少なくとも２つの平面投影レーザを出射し、当該較正デバイスが、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にする、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記較正デバイスが固定具上に取り付け可能である場合、前記ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して較正し、前記少なくとも２つの平面投影レーザにより、少なくとも２つの面に相対する前記既知の空間点に相対して前記ロボットツールの角度位置を調節することが可能になり、前記２つの面が、ロール、ヨーおよびピッチから選択される、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項１０】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、前記フレームが、使用時において、少なくとも４つの平面投影レーザを出射し、当該較正デバイスが、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にする、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記較正デバイスが固定具上に取り付け可能である場合、前記ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して較正し、前記少なくとも４つの平面投影レーザにより、前記既知の空間点に相対して前記ロボットツールのヨー、ピッチおよびロールを調節することが可能になる、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項１１】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、少なくとも第１の平面投影レーザを出射し、前記フレームからはアームが延び、ビーム投射レーザが、前記アームから出射され、前記ビーム投射レーザが、既知の空間点において前記平面投影レーザと交差する、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記デバイスが固定具上に取り付け可能である場合、ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して較正する、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項１２】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、前記較正デバイスが、４つの平面投影レーザおよび２つのビーム投射レーザを出射し、前記ビーム投射レーザが、ツール接触点において交差し、
当該方法は、
ａ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置に相対して前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具またはワークピースが、作業現場上に配置される、工程と、
ｂ．前記ツール接触点を前記作業現場上の前記ビームおよび平面投影レーザに対して配置する工程と、
ｃ．前記作業現場上の前記ビームおよび平面投影レーザに相対して、前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程と、
ｄ．前記複数の平面投影レーザを用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチ、ヨーおよびピッチまたはロール、ヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【請求項１３】
ＮＡＭＭ穴パターンマウントを用いて、前記デバイスを前記固定具上に配置する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程において、前記ロボットの較正制御ユニットまたは制御インターフェースを備えたラップトップコンピュータが用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
２つのビーム投射レーザの交差により、前記ツール接触点が規定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、前記デバイスが、少なくとも２つのビーム投射レーザおよび複数の平面投影レーザを出射し、前記デバイスのレーザが、ツール接触点において交差し、
当該方法が、
ｅ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置へ前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具またはワークピースが、作業現場上に配置される、工程と、
ａ．前記作業現場上の前記デバイスに相対して前記ツール接触点を配置する工程と、
ｂ．前記作業現場上の前記ビームおよび平面投影レーザに対して、前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程と、
ｃ．前記複数の平面投影レーザを用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチまたはヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【請求項１７】
ＮＡＭＭ穴パターンマウントを用いて、前記デバイスを前記固定具上に配置する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程において、前記ロボットの較正制御ユニットまたは制御インターフェースを備えたラップトップコンピュータが用いられる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記較正デバイスは４つの平面投影レーザを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
２つのビーム投射レーザの交差により、前記ツール接触点が規定される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、前記デバイスが、少なくとも１つのビーム投射レーザおよび少なくとも１つの平面投影レーザを出射し、前記レーザが、ツール接触点において交差し、
当該方法は、
ｆ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置へ前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具またはワークピースは、作業現場上に配置される、工程と、
ａ．前記作業現場上の前記較正デバイスに相対して前記ツール接触点を配置する工程と、
ｂ．前記作業現場上の前記ビームに対して、前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程と、
ｃ．複数の前記平面投影レーザを用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチまたはヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【請求項２２】
前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程において、前記ロボットの較正制御ユニットまたは制御インターフェースを備えたラップトップコンピュータが用いられる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
標準的なＮＡＭＭ穴パターンマウントを用いて、前記較正デバイスを前記固定具上に取り付ける、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
２つのビーム投射レーザの交差により、前記ツール接触点が規定される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業ロボットのための較正デバイス、システムおよび方法に関し、より詳細には、加工工具および加工位置を検出するため視覚センサーの画像化デバイスを備えた産業ロボット用の較正デバイス、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業ロボットの販売高は自動車産業によって延びてきたが、現在では、産業ロボットの用途は下水管洗浄、爆弾検出、複雑な外科手術の実行など、多岐にわたっている。産業ロボットの販売数は、２０１０年には前年比２倍の１２０，０００台まで増加しており、自動車、金属および電子産業への用途が増加している。
【０００３】
ロボットの較正のための従来のアプローチにおいては、ロボット製造後の当該ロボットの誤差を測定するデバイスまたはロボット位置に相対するワークピース位置を測定した後にプログラムをオフラインするデバイスが用いられる。
【０００４】
従来技術のシステムをいくつか以下に挙げる。
【０００５】
特許文献１(de Smet)には、ロボットおよびその周辺物のためのロボットセル較正システムが開示されている。このシステムは、エミッタと、受信器と、を含む。エミッタは、ロボットまたはその周囲物に取り付けられ、レーザビームを出射する。受信器も、同様にロボットまたはその周囲物に較正が可能な点に取り付けられ、レーザビームを受光し、エミッタと受信器との間の寸法を決定するための計算を可能とする。
【０００６】
特許文献２(de Smet)には、ロボットシステムを較正するための較正システムおよび変位測定デバイスが開示されている。このシステムは、直線変位測定デバイスをロボット較正システムと共に含む。直線変位測定デバイスは、細長部材と、ドラムと、シャフトと、ドラム変位機構と、ドラム回転センサーとを含む。細長部材が移動してドラムが回転するのと共に、ドラムはシャフト上において軸方向に変位する。ドラム回転センサーにより、細長部材の移動距離についての高精度な情報が得られる。変位測定デバイスは、ロボットデバイス較正の目的のために、較正システムと共に反復的に用いられる。
【０００７】
特許文献３(de Smet)には、ロボット検査システムの較正のための方法が開示されている。このシステムは、生産ワークピース検査時においてロボット精度を維持するためのワークピース検査に用いられる。このシステムは、ロボットの数学的モデルを記憶する手段と、標的の位置を測定した後、数学的モデルおよび標的位置からの入力に基づいてロボットを較正する手段と、を含む。
【０００８】
特許文献４(Huissoon)には、内部においてロボット制御ツールがロボットの端点に取り付けられたツールセンサー手段に対するロボット制御ツールのツール接触点の姿勢の較正方法が開示されている。ツール接触点センサーは、ツール接触点位置を感知するための基準固定具に対して、事前選択された秒単位での姿勢で配置される。この方法は、基準固定具がツールセンサーの視野内に入るようにツールセンサーを位置決めする工程と、ロボットフレーム基準に対するロボット端点の姿勢を計算することと、基準固定具の４つの地形的に規定されたフィーチャの感知位置から、ツールセンサー手段に対する基準固定具の姿勢を計算する工程と、ツール接触点センサー手段に対するツール接触点の感知位置から、基準固定具に対するツール接触点の位置を計算する工程と、を含む。
【０００９】
これらの従来技術のシステムの場合、概して高価な装置および専門知識のあるユーザが必要となり、時間も要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９０１５７２２６号明細書
【特許文献２】米国特許第６４０８２５２号明細書
【特許文献３】米国特許第６３２１１３７号明細書
【特許文献４】米国特許第６０４４３０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明のロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法の主な目的は、オフラインプログラムの精度を高めることおよびロボット学習時間を短縮することである。本発明のロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法のさらに別の目的は、従来技術の場合よりもより簡単であり、高精度が得られ、かつ投資コストおよび作動コストが低い較正方法を提供することである。必要とされているのは、各ツールの再較正を行う必要無く作業現場上において異なるロボットツールを用いるための、ロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法である。必要とされているのは、ロボットツール精度または周囲装置位置を決定するために（既存のホワイトボディ手順、パーソナルコンピュータおよびソフトウェアと、トレード間において情報を通信する方法と、を用いる）コンピュータまたはソフトウェアを追加する必要が無く、かつ展開時において再学習の必要がほとんど無いロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法は、これらの目的および必要について対処する。
【００１３】
本発明のロボット作業対象セル較正システムおよび方法において用いられる較正デバイスは、先ず、ロボットの近隣の作業現場上の固定具またはワークピース上の選択された位置に配置される。
【００１４】
本発明の第１の好適な実施形態において、較正デバイスは、中央フレームから延びたＥ字型延長部から一対のビーム投射レーザを出射する。これらのビーム投射レーザは、照準線として機能し、ツール接触点において交差する。較正デバイスは、水平フレーム部材と、垂直フレーム部材と、を含む。水平フレーム部材は、一対の対向するフレーム端部を含む。垂直フレーム部材は、一対の対向するフレーム端部を含む。平面投影レーザは、好適には各フレーム端部にそれぞれ配置され、投影レーザ面は、平面投影レーザからそれぞれ出射される。これらの平面投影レーザを用いて、作業現場上のツール接触点に配置されたロボットツールのロール、ヨーおよびピッチを調節する。
【００１５】
較正デバイスを用いてロボットを較正する方法は、以下のとおりである。
【００１６】
先ず、エミッタを固定具に取り付ける。ロボットの較正制御ユニットまたは制御インターフェースを備えたラップトップコンピュータを用いて、ツール接触点と、較正デバイスから出射された水平ビーム投射レーザとをアライメントさせる。水平平面投影レーザおよび垂直平面投影レーザを用いて、ロボットツールをロール、ヨーおよびピッチについてアライメントさせる。これを行った後、座標を記録し、ロボット制御ユニット内のまたはロボットの制御に用いられるラップトップ上の制御パネル内におけるゼロ位置としてこの位置を設定する。その結果、ロボットによって加工経路として用いられる点が設定される。点を設定した後、ロボット加工経路が使用可能となる。
【００１７】
次に、較正を試験する。ロボットが較正デバイスに対していかなる様態においても影響を与えることが無く、かつ意図される動作を完了した場合、較正が完了する。そうではない場合、加工経路が適切に設定されるまで、上記を繰り返す。
【００１８】
ロボット作業対象セル較正システムは、較正デバイスを含む。較正デバイスは、水平に配置された中央フレームから延びたＥ字型延長部から一対のビーム投射レーザを出射する。これらのビーム投射レーザは照準線として機能し、ツール接触点において交差する。較正デバイスは、一対の対向するフレーム端部を含む水平フレーム部材と、一対の対向するフレーム端部を含む垂直フレーム部材と、を含む。平面投影レーザは、好適には各フレーム端部にそれぞれ配置され、投影レーザ面は、各平面投影レーザからそれぞれ出射される。これらの平面投影レーザを用いて、ロボットツールのツール接触点に相対するロール、ヨーおよびピッチを調節する。
【００１９】
本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法において用いられる較正デバイスの第２および第３の好適な実施形態は、水平フレーム端部または垂直フレーム端部に取り付けられた平面投影レーザを２つだけ含む。平面投影レーザが２つだけ用いられる場合、較正デバイスの一対の平面投影レーザを用いたロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチまたはヨーおよびピッチの調節のみが行われる。
【００２０】
本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法において用いられる較正デバイスの第４の好適な実施形態は、較正デバイスの中間に取り付けられた平面投影レーザを１つだけ含む。レーザヘッドは３６０度の回転が可能であるため、レーザヘッドを回転させた後、ロボットツールを先ずｘ軸上においてアライメントさせた後、その後ｙ軸上においてアライメントさせることが可能になる。
【００２１】
本発明のロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法の完全な理解のために、以下の発明の詳細な説明の要旨と、添付図面とを参照する。図面中、本発明の好適な実施形態が例示的に図示される。本発明は、その本質的な特性の意図から逸脱すること無く具現化することが可能であるため、図面はひとえに例示および説明目的のためのものであり、本発明を限定することを意図していないことが明示的に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態を示し、２つのビーム投射レーザを用いて、ツール接触点と較正デバイスとをアライメントさせる。
【図２】図１のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態の第１の好適な実施形態を示し、４つの平面投影レーザが、較正デバイスの先端から出射される。
【図３】図１のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態の分解図を示し、溶接ガンをさらに示す。溶接ガンのツール接触点は、２つのビーム投射レーザとアライメントされる。
【図４】図３のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態の分解図であり、２つの対の平面投影レーザを較正デバイス先端から出射して、溶接ガンのツールヘッドのロール、ヨーおよびピッチを調節する様子をさらに示す。
【図５】図１のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態の組み立て図であり、較正デバイスを固定具上に取り付けられている様子をさらに示す。ツール接触点を用いて、ロボットツールヘッドを２つのビーム投射レーザとアライメントさせる。
【図６】図５のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態の組み立て図であり、ロボットのツールヘッドのロール、ヨーおよびピッチを調節するために用いられる４つの平面投影レーザをさらに示す。
【図７】図１のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第１の好適な実施形態の別の分解図であり、較正デバイスが固定具へ固定されている様子をさらに示す。ロボットツールは、ツール接触点アライメントレーザならびにロールアライメントレーザ、ヨーアライメントレーザおよびピッチアライメントレーザとアライメントされる。
【図８】本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第２の好適な実施形態の組み立て図である。２つの平面投影レーザがｔｈｅ較正デバイスの水平軸に沿って出射され、一対のビーム投射レーザがツール接触点において交差し、ロボットツールは、ツール接触点と、この一対の水平平面投影レーザとにアライメントされる。
【図９】本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第３の好適な実施形態の組み立て図であり、２つの平面投影レーザが較正デバイスの垂直軸に沿って出射され、一対のビーム投射レーザがツール接触点において交差し、ロボットツールは、ツール接触点およびこの一対の垂直平面投影レーザとアライメントされる。
【図１０】本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイスの第４の好適な実施形態を示し、１つの平面投影レーザが較正デバイスの垂直軸に沿って出射され、ビーム投射レーザは、ツール接触点において垂直平面投影レーザのうちの１つと交差する。
【図１１Ａ】図１の較正デバイスを用いずに従来技術実施形態の作業現場において用いられるロボットおよび固定具を示す。
【図１１Ｂ】本発明において較正デバイスと共に用いられる類似のロボット、固定具を示し、較正デバイスを用いて新規ゼロ位置を入手し、固定具とロボットとの間の経路を較正する簡単な方法を示す。
【図１１Ｃ】本発明において較正デバイスと共に用いられる類似のロボット、固定具を示し、較正デバイスを用いて新規ゼロ位置を入手し、固定具とロボットとの間の経路を較正する簡単な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ここで図面を参照して、図１および図２は、本発明のロボット作業対象較正システムおよび方法の較正デバイス［１０］の第１の好適な実施形態を開示する。較正デバイス［１０］を用いて、ツール接触点（空間点）［６０］に基づいてロボットツールの加工経路を較正する。既知の空間点［６０］は、三次元（Ｘ、ＹおよびＺ）において、回転軸Ｒｘ（ピッチ）、Ｒｙ（ヨー）およびＲｚ（ロール）に相対して規定される。
【００２４】
較正デバイス［１０］は、一対の対向するフレーム端部［３２Ａおよび３２Ｂ］を含む水平フレーム部材［２２］と、一対の対向するフレーム端部［３２Ｃおよび３２Ｄ］を含む垂直フレーム部材［２４］と、を含む。平面投影レーザ［４１、４２、４３および４４］は好適には、各フレーム端部［３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび３２Ｄ］にそれぞれ配置され、投影レーザ面［５１、５２、５３および５４］は、各平面投影レーザ［４１、４２、４３および４４］からそれぞれ出射される。
【００２５】
水平フレーム部材［２２］に沿って、３本の軸が平行に延びる。これらの軸が協働して、四角形の「Ｅ字型」構造［２５］を形成する。Ｅ字型構造［２５］は、水平方向にアライメントされ、水平フレーム部材［２２］および垂直フレーム部材［２４］に相対して概して中央に配置される。Ｅ字型構造［２５］の中央アーム（参照符号無し）は、２つの端部アーム［２６Ａおよび２６Ｂ］よりも短い。
【００２６】
第１のビーム投射レーザ［５８］は、較正デバイス［１０］の近位中央に配置された「Ｅ字型」構造［２５］の短尺の中央アームから出射される。第２のビーム投射レーザ［５６］は、Ｅ字型構造［２５］のアーム［２６Ａ］のうちの１つから出射され、反対側アーム［２６Ｂ］内へ方向付けられる。第１のビーム投射レーザ［５８］は、既知の空間点［６０］において第２のビーム投射レーザ［５６］と交差しかつ第２のビーム投射レーザ［５６］に対して本質的に垂直かつ同一平面上にある。既知の空間点［６０］は、Ｘ座標、Ｙ座標およびＺ座標により三次元で規定される。
【００２７】
図２に示す好適な実施形態において、「Ｅ字型」構造［２５］が水平フレーム部材［２２］および垂直フレーム部材［２４］の中央に配置されているため、レーザビーム［５８］は、フレーム端部［３２Ａおよび３２Ｂ］から出射された平面投影レーザ［４１および４２］から出射された２つの投影レーザ面［５１および５２］と本質的に同一平面上にある。同様に、ビーム投射レーザ［５８］は、フレーム端部［３２Ｃおよび３２Ｄ］から出射された平面投影レーザ［４３および４４］から出射された２つの投影レーザ面［５３および５４］と本質的に同一平面上にある。較正デバイス［１０］は、固定具［９０］上に取り付け可能であり、ロボット加工経路を既知の空間点［６０］に対して較正することを可能にする。
【００２８】
平面投影レーザ［４１、４２、４３および４４］は、４つの投影レーザ面［それぞれ、５１、５２、５３および５４］を較正デバイス［１０］のフレーム端部［それぞれ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃおよび３２Ｄ］から投射する。平面投影レーザ［４１、４２、４３および４４］は、赤色レーザモジュールであり、集束線（３．５ｖ〜４．５ｖ、１６ｍｍ、５ｍｗ）を有する。
【００２９】
ビーム投射レーザ［５６および５８］は、集束可能点であり、較正デバイス［１０］のアーム［２６Ａ］から出射された２つのレーザビームを投射する。ビーム投射レーザ［５６および５８］は、赤色レーザモジュールであり、集束可能なドット（３．５ｖ〜４．５ｖ、１６ｍｍ、５ｍｗ）を有する。
【００３０】
図３は、溶接ガンと共に用いられる較正デバイス［１０］の分解図である。溶接ガンのツール接触点［６０］を、２つのビーム投射アライメントレーザ［５６および５８］とアライメントさせる。図４は、４つの投影レーザ面［それぞれ、５１、５２、５３および５４］を平面投影レーザ［それぞれ、４１、４２、４３および４４］から付加して、ロボットツールヘッド［８０］のをロール、ヨーおよびピッチ調節する様子をさらに示す。
【００３１】
図５は、較正デバイス［１０］が固定具［９０］に取り付けられた様子を示す。ロボットツールヘッド［８０］は、ツール接触点［６０］によって２つのビーム投射レーザ［５６および５８］へとアライメントされる。図６は、ワークピース［１０］の平面投影レーザ［それぞれ、４１、４２、４３および４４］からの４つの投影レーザ面［それぞれ、５１、５２、５３および５４］をさらに示す。平面投影レーザ［それぞれ、４１、４２、４３および４４］は、ロボットツールヘッド［８０］のロール、ヨーおよびピッチの調節のために用いられる。
【００３２】
図７は、較正デバイス［１０］が固定具［９０］へ取り付けられた様子を示す。ロボットツール［８０］は、ツール接触点［６０］およびＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標を設定するアライメントレーザビーム［５６および５８］とアライメントされる。
【００３３】
図８は、本発明のロボット作業対象較正方法において用いられる較正デバイス［１１０］の第２の好適な実施形態を示す。この実施形態において、２つの投影レーザ面［５１および５２］は、較正デバイス［１１０］のフレーム部材［３２］の水平軸に沿って、２つの平面投影レーザ［それぞれ、４１および４２］から出射される。ロボットツール［８０］は、ツール接触点［６０］およびこの一対の投影レーザ面［５１および５２］とアライメントされる。
【００３４】
図９は、本発明のロボット作業対象較正方法において用いられる較正デバイス［２１０］の第３の好適な実施形態を示す。この実施形態において、２つの投影レーザ面［５３および５４］が、較正デバイス［２１０］のフレーム部材［２４］の垂直軸に沿って、２つの平面投影レーザ［４３および４４］から出射される。ロボットツール［８０］は、ツール接触点［６０］およびこの一対の投影レーザ面［５３および５４］とアライメントされる。
【００３５】
図１０は、本発明のロボット作業対象較正方法において用いられる較正デバイス［３１０］のさらに別の好適な実施形態を示す。この実施形態において、１つの平面投影レーザ［５１］は、較正デバイス［３１０］の垂直軸に沿って、平面投影レーザ［４３］から出射される。ビーム投射レーザ［５６］は、ツール接触点［６０］において垂直平面投影レーザ［５３］と交差する。平面投影レーザ［５１］は、３６０度回転が可能な回転ヘッドを有するため、レーザヘッドを回転させた後、先ずロボットツールをｘ軸上においてアライメントさせた後、ｙ軸上においてアライメントさせることが可能になる。
【００３６】
図１１Ａは、従来技術の実施形態において作業現場において本発明の較正デバイス無しに用いられるロボット［８１］および固定具［９０］を示す。図１１Ｂおよび図１１Ｃは、類似のロボット［８１］および固定具［９０］を較正デバイス［１０］と共に示し、較正デバイス［１０］を用いて新規ゼロ位置を入手し、固定具［９０］とロボット［８１］との間の経路を較正するための簡単な方法を示す。
【００３７】
ＣＡＤシミュレーションソフトウェアを用いて、ＣＡＤユーザは、他のツーリングとの衝突の回避およびロボット［８１］または腕先ツーリングへのアクセス容易性の点において最良のツールの配置位置を選択する。その後、オフラインプログラムが、較正デバイス［１０］へダウンロードされる。その後、作業現場においてＣＡＤユーザによって規定された位置にあるツールまたはワークピース上へ較正デバイス［１０］を配置する。その後、ロボット技術者は、ロボットツール［８０］のツール接触点［６０］をデバイス内へと走査して、ビーム投射レーザ［５６および５８］とアライメントさせて、ＣＡＤ界と作業現場との間の差を入手する。その後、この差をロボット［８１］に入手し、この差を用いて新規較正デバイス［１０］を規定する。その結果、オフラインプログラムが較正され、ツール、固定具および周囲物の距離および方向が規定される。
【００３８】
固定具［９０］上の較正デバイス［１０］とのオフラインプログラミングにより、較正デバイス［１０］を用いて、固定具［９０］の「実世界位置」をロボット［８１］に合わせて適合させることが可能になる。固定具［９０］を移動させる必要があるかまたは不慮に衝突した場合、較正デバイス［１０］を適合させるだけで、全体経路が適切に移動する。
【００３９】
本発明のロボット作業セル較正方法は、ロボットシミュレーションパッケージ（例を非限定的に挙げると、ＲＯＢＣＡＤ、Process Simulate、ＤＥＬＭＩＡ、RoboguideおよびRobotStudioＣＡＤソフトウェア）に適合する。
【００４０】
ビーム投射レーザ［５６および５８］ならびに投影レーザ面［５１、５２、５３および５４］をロボットツール［８０］の既知のフィーチャ上に投射した後、ビーム投射レーザ［５６および５８］ならびに投影レーザ面［５１、５２、５３および５４］を用いてロボットツール［８０］の経路を較正し、固定具［９０］とロボットツール［８０］との関係を測定する。
【００４１】
先ず、ＣＡＤユーザは、他のツーリングとの衝突およびロボットまたは腕先ツーリングへのアクセス容易性の点において最良の位置をツールまたはワークピース上において選択する。較正デバイス［１０］は好適には、標準的なＮＡＭＭ穴パターンマウント［４０］により、固定具［９０］上へ取り付けられる。これらのマウントはレーザ切断され、これにより、取付部分に適合した穴サイズが高精度に得られる。
【００４２】
本発明の較正デバイス［１０］は、ゼロ点と、ゼロ基準フレームと、固定具［９０］上に配置された空中ゼロ理論フレームとを含む。
【００４３】
較正デバイス［１０］を固定具［９０］上に配置し、溶接ガンのツール接触点を較正デバイス［１０］内へと方向付けることを視覚的に可能にすることで、ロボットツール［８０］と固定具［９０］との「実世界」関係対して較正デバイス［１０］を更新しつつ、「実世界」関係を得る。
【００４４】
本発明のロボット作業対象セル較正システムの場合、較正デバイス［１０］の位置をロボットツール［８０］の位置と相関付けることにより、ロボットツール［８０］の経路を較正する必要があり、また、ロボットツール［８０］に対する固定具［９０］の「実世界」の距離および方向を得る必要もある。
【００４５】
ロボット作業対象セル較正方法は、ロボットツール［８０］と較正デバイス［１０］と共に位置決めし、この差を決定する。
【００４６】
本発明のロボット作業対象セル較正方法は、「既知の」較正デバイスまたはフレームを較正するために用いられる（ロボットシミュレーションＣＡＤソフトウェアを用いた較正デバイス）。本発明のロボット作業対象セル較正方法は、レーザビームを既知のＸ位置、Ｙ位置およびＺ位置へと投射し、ロボットツール［８０］のロール、ヨーおよびピッチの調節に用いられる既知の幾何学面をツール接触点［６０］に相対して規定することにより、機能する。
【００４７】
レーザをロボットアームツーリングのロボット端部（例えば、溶接ガン、マテリアルハンドラー、ミグトーチ）上へと投射して、ユーザは、ロボットを腕先ツーリングと共にこれらのレーザ中に操作して、「既知の」オフラインプログラム（シミュレーションによる較正デバイス）と実際の（作業現場の）較正デバイスとの間の位置の差を得る。この逆も可能である。例えば、マテリアルハンドラーロボットにより、既知のフィーチャを有する既知のワークピースへ較正デバイス［１０］を搬送することができる。
【００４８】
較正デバイス［１０］のＣＡＤモデルを、ロボットシミュレーションＣＡＤ界内に配置する。ＣＡＤユーザは、他のツーリングとの衝突の回避およびロボットまたは腕先ツーリングへのアクセス容易性の点において最適な位置をツールまたはワークピースにおいて選択する。その後、オフラインプログラムを較正デバイス［１０］へダウンロードする。ＣＡＤユーザが作業現場において規定した位置にあるツールまたはワークピース上に、較正デバイス［１０］が配置される。その後、ロボット技術者は、ツール接触点［６０］をデバイス内へと操作し、レーザビームとアライメントさせて、ＣＡＤ界と作業現場との間の差を入手する。その後、この差をロボットに入力し、この差を用いて新規較正デバイスを規定することにより、オフラインプログラムを較正し、ツール、固定具、周囲物および他の主要構成要素の距離および方向を規定する。
【００４９】
本発明のロボット作業対象セル較正方法は、ロボットの周囲物の較正を行いつつ、ロボット［８１］への経路を較正する。
【００５０】
本発明のロボット作業対象セル較正システムおよび方法において用いられるレーザ面生成システムは、当該分野において周知であり、例えば、米国特許第５６８９３３０号明細書（Ｇｅｒａｒｄら）（名称：「Laser Plane Generator Having Self-Calibrating Levelling System」）および米国特許第６３１４６５０号明細書（Ｆａｌｂ）（名称：「Laser System for Generating a Reference Plane」）を参照されたい。
【００５１】
本発明のロボット作業対象セル較正システムおよび方法は、ロボットシミュレーションソフトウェアと共に将来用いられるロボットシステムのカイティングまたはリバースエンジニアリングを支援し、これにより、シミュレーションＣＡＤファイルを「実世界」位置に適合した様態で更新できる能力をインテグレータに提供する。
【００５２】
この技術は、既存のホワイトボディ手順、パーソナルコンピュータおよびソフトウェアと、トレード間の通信方法とを用いる。
【００５３】
本出願全体において、多様な特許および出願をその番号および発明者によって参照した。本発明の関連する分野の現状をより詳細に記述する目的のため、本明細書中、これらの文書の開示内容全体を参考のため援用する。
【００５４】
当業者であれば、本明細書中の開示を鑑みれば、本発明のロボット作業対象セル較正デバイス、システムおよび方法において、多数の代替例、改変例および変更例を想起することが明らかである。本発明の範囲は、上記の明細書の内容によって規定されるのではなく特許請求の範囲によって規定されるものであり、協働して相当物を形成する代替例、改変例および変更例は、これらの特許請求の範囲の意図および範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１０．較正デバイス（第１の好適な実施形態）
２２．水平フレーム部材
２４．垂直フレーム部材
２５．Ｅ字型構造
２６Ａおよび２６Ｂ．アーム
３２Ａ．左フレーム端部（水平）
３２Ｂ．右フレーム端部（水平）
３２Ｃ．上側フレーム端部（垂直）
３２Ｄ．下側フレーム端部（垂直）
４０．ＮＡＭＭ取付部
４１．水平フレームの左側からの面出射レーザ
４２．水平フレームの右側からの面出射レーザ
４３．上側垂直フレームからの面出射レーザ
４４．下側垂直フレームからの面出射レーザ
５１．面出射レーザ（４１）からの投影レーザ面
５２．面出射レーザ（４２）からの投影レーザ面
５３．面出射レーザ（４３）からの投影レーザ面
５４．面出射レーザ（４４）からの投影レーザ面
５６．アーム（２６Ａ）からのレーザビーム
５８．「Ｅ」の中央からのレーザビーム
６０．ツール接触点
８０．ロボットツール
８１．ロボット
８２．ロボット接合部
８５Ａおよび８５Ｂ．ロボット連結部
８７．ロボットベース
９０．固定具
１１０．第２の較正デバイス
２１０．第３の較正デバイス
３１０．第４の較正デバイス
【図１】
2014508050.tif 000003
【図２】
2014508050.tif 000004
【図３】
2014508050.tif 000005
【図４】
2014508050.tif 000006
【図５】
2014508050.tif 000007
【図６】
2014508050.tif 000008
【図７】
2014508050.tif 000009
【図８】
2014508050.tif 000010
【図９】
2014508050.tif 000011
【図１０】
2014508050.tif 000012
【図１１Ａ】
2014508050.tif 000013
【図１１Ｂ】
2014508050.tif 000014
【図１１Ｃ】
2014508050.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月13日(2013.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットツールの加工経路を較正するデバイスであって、
当該較正デバイスが、フレームを有し、
前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、
前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、
前記フレームが、使用時において、少なくとも２つの平面投影レーザを出射し、
前記フレームが、固定具上に取り付け可能であり、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にし、
前記少なくとも２つの平面投影レーザが、前記既知の空間点に相対する前記ロボットツールの角度位置の調節を可能にする、
較正デバイス。
【請求項２】
前記フレームが、４つの平面投影レーザを含み、
前記平面投影レーザが、それぞれ、投影面レーザを出射し、
前記平面投影レーザにより、前記ロボットツールのヨー、ピッチおよびロールの調節が可能になる、請求項１に記載の較正デバイス。
【請求項３】
ロボットツールの加工経路を較正するデバイスであって、
当該較正デバイスが、フレームを有し、
前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、
前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、
前記フレームが、使用時において、少なくとも４つの平面投影レーザを出射し、
前記フレームが、固定具上に取り付け可能であり、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にし、
前記少なくとも４つの平面投影レーザが、前記ロボットツールのヨー、ピッチおよびロールを前記既知の空間点に対して調節することを可能にする、
較正デバイス。
【請求項４】
フレームを有するデバイスであって、
前記フレームが、使用時において、少なくとも平面投影レーザを出射し、
前記フレームからはアームが延び、
第１のビーム投射レーザが、前記アームから出射され、
前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記平面投影レーザと交差し、
別の前記レーザが、前記フレームから出射され、
当該デバイスが、固定具上に取り付け可能であり、ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にする、
デバイス。
【請求項５】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、前記フレームが、使用時において、少なくとも２つの平面投影レーザを出射し、当該較正デバイスが、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にする、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記較正デバイスが固定具上に取り付け可能である場合、前記ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して較正し、前記少なくとも２つの平面投影レーザにより、少なくとも２つの面に相対する前記既知の空間点に相対して前記ロボットツールの角度位置を調節することが可能になり、前記２つの面が、ロール、ヨーおよびピッチから選択される、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項６】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、第１および第２のビーム投射レーザを出射し、前記第１のビーム投射レーザが、既知の空間点において前記第２のビーム投射レーザと交差し、前記フレームが、使用時において、少なくとも４つの平面投影レーザを出射し、当該較正デバイスが、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にする、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記較正デバイスが固定具上に取り付け可能である場合、前記ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して較正し、前記少なくとも４つの平面投影レーザにより、前記既知の空間点に相対して前記ロボットツールのヨー、ピッチおよびロールを調節することが可能になる、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項７】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、少なくとも第１の平面投影レーザを出射し、前記フレームからはアームが延び、ビーム投射レーザが、前記アームから出射され、前記ビーム投射レーザが、既知の空間点において前記平面投影レーザと交差する、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記デバイスが固定具上に取り付け可能である場合、ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して較正する、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項８】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、前記較正デバイスが、４つの平面投影レーザおよび２つのビーム投射レーザを出射し、前記ビーム投射レーザが、ツール接触点において交差し、
当該方法は、
ａ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置に相対して前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具またはワークピースが、作業現場上に配置される、工程と、
ｂ．前記ツール接触点を前記作業現場上の前記ビームおよび平面投影レーザに対して配置する工程と、
ｃ．前記作業現場上の前記ビームおよび平面投影レーザに相対して、前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程と、
ｄ．前記複数の平面投影レーザを用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチ、ヨーおよびピッチまたはロール、ヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【請求項９】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、前記デバイスが、少なくとも２つのビーム投射レーザおよび複数の平面投影レーザを出射し、前記デバイスのレーザが、ツール接触点において交差し、
当該方法が、
ａ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置へ前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具またはワークピースが、作業現場上に配置される、工程と、
ｂ．前記作業現場上の前記デバイスに相対して前記ツール接触点を配置する工程と、
ｃ．前記作業現場上の前記ビームおよび平面投影レーザに相対して、前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程と、
ｄ．前記複数の平面投影レーザを用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチまたはヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【請求項１０】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、前記デバイスが、少なくとも１つのビーム投射レーザおよび少なくとも１つの平面投影レーザを出射し、前記レーザが、ツール接触点において交差し、
当該方法は、
ａ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置へ前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具またはワークピースは、作業現場上に配置される、工程と、
ｂ．前記作業現場上の前記較正デバイスに相対して前記ツール接触点を配置する工程と、
ｃ．前記作業現場上の前記ビームに対して、前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程と、
ｄ．複数の前記平面投影レーザを用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチまたはヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記ロボットツールを操作して前記ツール接触点とアライメントさせる工程において、前記ロボットの較正制御ユニットまたは制御インターフェースを備えたラップトップコンピュータが用いられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ロボットツールの加工経路を較正するデバイスであって、
当該較正デバイスが、フレームを有し、
前記フレームが、使用時において、第１および第２のレーザを出射し、
前記第１のレーザが、既知の空間点において前記第２のレーザと交差し、
前記フレームが、固定具上に取り付け可能であり、前記ロボット加工経路を前記既知の空間点に対して較正することを可能にし、
前記第１および第２のレーザが、前記既知の空間点に相対する前記ロボットツールの角度位置の調整を可能にする、
較正デバイス。
【請求項１３】
ロボット加工経路を較正するシステムであって、
固定具上に取り付け可能な較正デバイスであって、当該較正デバイスが、フレームを有し、前記フレームが、使用時において、すくなくとも第１のレーザおよび第２のレーザを出射し、前記第１のレーザが、既知の空間点において前記第２のビームと交差する、較正デバイスと、
前記既知の空間点において前記デバイスとアライメント可能なロボットツールであって、前記デバイスが前記固定具上に取り付け可能である場合、前記ロボット加工経路を前記ロボットツールに対して構成する、ロボットツールと、
を含む、システム。
【請求項１４】
作業現場においてロボットを較正デバイスを用いて較正する方法であって、
前記ロボットが、固定具およびロボットツールを含む周囲物を有し、
前記デバイスが、使用時において、第１のレーザおよび第２のレーザを出射し、
前記第１のレーザが、既知の空間点において前記第２のレーザと交差し、
前記方法が、
ａ．前記固定具またはワークピース上の選択された位置に相対して前記較正デバイスを配置する工程であって、前記固定具または前記ワークピースが、作業現場上に配置される、工程と、
ｂ．前記作業現場上の前記較正デバイスに相対して前記既知の空間点を配置する工程と、
ｃ．前記作業現場上の前記ビームに対して、前記ロボットツールを操作して前記既知の空間点とアライメントさせる工程と、
ｄ．前記既知の空間点を用いて、前記ロボットツールのロールおよびヨー、ロールおよびピッチまたはヨーおよびピッチを調節する工程と、
を含む、方法。
【国際調査報告】
2014508050.tif 000016
2014508050.tif 000017