(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を研磨又は塗装するロボットに動作内容を教示する自動ティーチングシステムにおいて、
三次元形状計測装置と、
基準マーカーと、
画像解析装置と、
ロボット制御装置と、を備え、
前記三次元形状計測装置によって、前記基準マーカーに対する前記処理対象物における処理対象領域の形状データを取得し、
前記画像解析装置によって、所定のアルゴリズムに従い、前記処理対象領域の形状データを連続する複数の基準面に分割し、前記基準面ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、前記ロボットの研磨装置又は塗装装置を動作させる動作パスのプログラムを自動生成し、前記動作パスのプログラムを前記ロボット制御装置に送信し、
前記基準面のサイズが前記ロボットの研磨装置又は塗装装置のサイズよりも小さい場合に、前記研磨装置の中心又は前記塗装装置の中心が前記基準面に対してずれるように、前記動作パスのプログラムが自動生成されることを特徴とする自動ティーチングシステム。
【請求項２】
前記画像解析装置がさらに、生成された前記動作パスに対する、前記研磨装置又は塗装装置の角度と位置に関するプログラムを自動生成し、前記研磨装置又は塗装装置の角度と位置に関するプログラムを前記ロボット制御装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項３】
前記所定のアルゴリズムは、前記処理対象物の処理対象領域の曲率半径に基づいて、前記処理対象領域の形状データを連続する複数の基準面に分割するものであること特徴とする請求項１又は２に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項４】
前記所定の動作パス生成ルールは、前記形状データから前記画像解析装置によって検出された前記処理対象領域の特徴部分に基づいて設定されるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項５】
前記処理対象領域の特徴部分が、前記基準面に対する凹部、凸部、又は開口部であることを特徴とする請求項４に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項６】
前記凹部の深さに基準が設けられており、前記画像解析装置によって、基準深さ内では窪みとして判定され、基準を超える深さでは貫通孔として判定され、基準未満の深さを有する場合は、同一面として判定されて凹部としては判定されないように構成されている請求項５に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項７】
前記凸部の高さに基準が設けられており、前記画像解析装置によって、基準高さ内では大凸部として判定され、基準を超える高さでは突起として判定され、基準未満の高さを有する場合は、同一面として判定されて凸部としては判定されないように構成されている請求項５に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項８】
前記凸部が前記動作パスから外されて、前記ロボットの研磨装置又は塗装装置が、前記凸部をスポットで研磨又は塗装する請求項５又は７に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項９】
前記処理対象物に多孔部が形成されている場合において、前記多孔部の開口率が大きいほど、前記ロボットの研磨装置の移動速度が上がるように、前記動作パスのプログラムが自動生成される請求項１〜８のいずれか１項に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項１０】
前記基準面と、前記ロボットの研磨装置との接触面積が小さいほど、前記研磨装置の移動速度が上がるように、前記動作パスのプログラムが自動生成される請求項１〜９のいずれか１項に記載の自動ティーチングシステム。
【請求項１１】
前記処理対象物を積載するパレット部材を備え、
前記基準マーカーが前記パレット部材に設けられており、前記処理対象物を積載したパレット部材について、前記基準マーカーに対する前記処理対象物における処理対象領域の形状データを取得することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の自動ティーチングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車、二輪自動車、鉄道車両、航空機、船舶などの輸送機器、建設機械、農業機械、建築・住宅設備機器、建築物の内外装品、漆器などの製品本体又は部品、あるいは、金属、石材、セラミック、ガラス、樹脂、木材、複合材料などの固体材料などの処理対象物を研磨又は塗装するロボットに教示するための自動ティーチングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自動研磨方法では、先ず、研磨対象物に対する動作内容を事前に研磨ロボットに教示し、次いで、研磨対象物の形状を計測し、その形状に沿った動作プログラムを研磨ロボットに与えて、動作プログラムを再生させる。
尚、このような自動研磨方法については、広く一般に知られているものであるため、先行技術文献を開示しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の自動研磨方法によれば、動作内容を事前に研磨ロボットに教示する必要があり、教示を行う専門の技術者が必要となる。したがって、研磨対象物が多品種に及ぶ場合、教示するために多くの時間と手間とを要することとなり、自動化を導入することが困難となっている。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、研磨や塗装が施される処理対象物が少量多品種の場合でも、容易に自動化を図ることのできる自動ティーチングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る自動ティーチングシステムの特徴は、処理対象物を研磨又は塗装するロボットに動作内容を教示する自動ティーチングシステムにおいて、
三次元形状計測装置と、
基準マーカーと、
画像解析装置と、
ロボット制御装置と、を備え、
前記三次元形状計測装置によって、前記基準マーカーに対する前記処理対象物における処理対象領域の形状データを取得し、
前記画像解析装置によって、所定のアルゴリズムに従い、前記処理対象領域の形状データを連続する複数の基準面に分割し、前記基準面ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、前記ロボットの研磨装置又は塗装装置を動作させる動作パスのプログラムを自動生成し、前記動作パスのプログラムを前記ロボット制御装置に送信し、
前記基準面のサイズが前記ロボットの研磨装置又は塗装装置のサイズよりも小さい場合に、前記研磨装置の中心又は前記塗装装置の中心が前記基準面に対してずれるように、前記動作パスのプログラムが自動生成される点にある。
【０００６】
本構成によれば、三次元形状計測装置と、基準マーカーとを組み合わせることによって、処理対象物における処理対象領域の形状データを、基準マーカー（基準座標）に対する相対位置で取得するため、より正確な形状データを得ることができる。さらに画像解析装置を使用して、取得された処理対象領域の形状データを複数の基準面に分割することにより、基準面毎に解析処理が実施されることで特徴部分が抽出され易くなり、ロボットの研磨装置又は塗装装置をくまなくスムーズに動作させる動作パスのプログラムを、効率良く自動で生成することができる。
【０００７】
従って、従来は専門の技術者が、処理対象物における処理対象領域の三次元形状データから描かれた形状をモニターで目視しながら複数の基準面に分割して、各基準面の法線を目視で合わせてロボットの研磨装置又は塗装装置を動作させる動作パスを教示していたものが、本発明では、自動的に動作パスを生成することが可能であるため、教示時間が著しく短縮化され、処理対象物が少量多品種の場合でも容易に対応することができる。
【０００８】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記画像解析装置が、生成された前記動作パスに対する、前記研磨装置又は塗装装置の角度と位置に関するプログラムをさらに自動生成し、前記研磨装置又は塗装装置の角度と位置に関するプログラムを前記ロボット制御装置に送信すると好適である。
【０００９】
本構成のごとく、研磨装置又は塗装装置の角度と位置に関するプログラムが自動生成されることによって、研磨又は塗装するロボットによる研磨又は塗装作業をより確実かつ正確に実施することができるようになる。
【００１０】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記所定のアルゴリズムは、前記処理対象物の処理対象領域の曲率半径に基づいて、前記処理対象領域の形状データを連続する複数の基準面に分割するものであると好適である。
【００１１】
本構成によれば、処理対象物の処理対象領域の曲率半径に基づいて複数の基準面に分割するため、基準面ごとに、処理効率の良い動作パスを生成することができる。
【００１２】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記所定の動作パス生成ルールは、前記形状データから前記画像解析装置によって検出された前記処理対象領域の特徴部分に基づいて設定されるものであると好適である。
【００１３】
本構成によれば、所定の動作パス生成ルールが、処理対象領域の特徴部分に基づいて設定されるものであるため、特徴部分については動作パスから外すなどして、より処理効率の良い動作パスを生成することができる。
【００１４】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記処理対象領域の特徴部分が、前記基準面に対する凹部、凸部、又は開口部であると好適である。
【００１５】
本構成によれば、処理対象領域の特徴部分を、基準面に対する凹部、凸部、又は開口部とすることによって、特徴部分を検出し易くなり、より効率的に動作パスを生成することができる。
【００１６】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記凹部の深さに基準が設けられており、前記画像解析装置によって、基準深さ内では窪みとして判定され、基準を超える深さでは貫通孔として判定され、基準未満の深さを有する場合は、同一面として判定されて凹部としては判定されないように構成されていると好適である。
【００１７】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記凸部の高さに基準が設けられており、前記画像解析装置によって、基準高さ内では大凸部として判定され、基準を超える高さでは突起として判定され、基準未満の高さを有する場合は、同一面として判定されて凸部としては判定されないように構成されていると好適である。
【００１８】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記凸部が前記動作パスから外されて、前記ロボットの研磨装置又は塗装装置が、前記凸部をスポットで研磨又は塗装すると好適である。
【００１９】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記処理対象物に多孔部が形成されている場合において、前記多孔部の開口率が大きいほど、前記ロボットの研磨装置の移動速度が上がるように、前記動作パスのプログラムが自動生成されると好適である。
【００２０】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記基準面と、前記ロボットの研磨装置との接触面積が小さいほど、前記研磨装置の移動速度が上がるように、前記動作パスのプログラムが自動生成されると好適である。
【００２１】
本発明に係る自動ティーチングシステムにおいては、前記処理対象物を積載するパレット部材を備え、前記基準マーカーが前記パレット部材に設けられており、前記処理対象物を積載したパレット部材について、前記基準マーカーに対する前記処理対象物における処理対象領域の形状データを取得するようにすると好適である。
【００２２】
本構成によれば、パレット部材に処理対象物を積載した状態で、その処理対象領域の形状データを取得することができるため、処理対象物が少量多品種の場合でも、各処理対象物をパレット部材に載せることによって、例えば、ベルトコンベア等を使用するライン方式で連続的に各処理対象物を処理することができるようになり、より一層、研磨又は塗装の処理効率が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】パレット部材に載置した処理対象物を自動研磨するシステムの概略平面図である。
【図２】パレット部材に載置した処理対象物を自動研磨するシステムの概略側面図である。
【図３】スキャンエリアの概略正面図である。
【図４】研磨エリアの概略正面図である。
【図５】処理対象物を積載するパレット部材の概略平面図である。
【図６】パレット部材に設けられている基準マーカーの斜視図である。
【図７】処理対象物を積載する別形態のパレット部材の概略平面図である。
【図８】別形態のパレット部材の分解斜視図の一部を拡大した図である。
【図９】３Ｄスキャナーの、Ｘ軸方向の走査線間距離が等間隔でないスキャン方法を模式的に示す図である。
【図１０】３Ｄスキャナーの、Ｘ軸方向の走査線間距離が等間隔のスキャン方法を模式的に示す図である。
【図１１】処理対象領域の形状データを複数の基準面に分割する様子を示す説明図である。
【図１２】図１１の一部を拡大した図である。
【図１３】パレット部材に載置したプレーンタイプの処理対象物の外観斜視図である。
【図１４】プレーンタイプの処理対象物の縦断面図である。
【図１５】プレーンタイプの処理対象物について生成される動作パスを示す図である。
【図１６】パレット部材に載置した多孔部付きタイプの処理対象物の外観斜視図である。
【図１７】多孔部付きタイプの処理対象物の平面図である。
【図１８】多孔部付きタイプの処理対象物について生成される動作パスを示す図である。
【図１９】パレット部材に載置した凸部付きタイプの処理対象物の外観斜視図である。
【図２０】凸部付きタイプの処理対象物の平面図である。
【図２１】凸部付きタイプの処理対象物について生成される動作パスを示す図である。
【図２２】凸部付きタイプの処理対象物について生成される動作パスを示す図である。
【図２３】開口部付きタイプの処理対象物の外観斜視図である。
【図２４】開口部付きタイプの処理対象物の平面図である。
【図２５】開口部付きタイプの処理対象物について設定される基準面を示す図である。
【図２６】動作パス上の任意の点における法線ベクトルに関するプログラムを自動生成する様子を示す図である。
【図２７】研磨ロボットによる研磨作業を示す図である。
【図２８】図２７の一部を拡大した図である。
【図２９】研磨作業の処理フローを示す図である。
【図３０】鉄道車両の車両全体の形状データを取得する方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
〔実施形態〕
本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、本実施形態では、本発明に係る自動ティーチングシステムを、自動車のボディなどの処理対象物を研磨する研磨ロボットを備える自動研磨システム１に適用した例を説明する。また本実施形態では、自動車のボディやその構成部品（車両部材）などを含めて、それらの処理対象物のことを「ワーク」と称する。
【００２５】
（自動研磨システム）
図１及び図２に示されるように、本実施形態における自動研磨システム１は、スキャンエリア２、研磨エリア３、ライン作業を構成するためのベルトコンベア４（自動搬送装置の一例）、ワークＷを積載するためのパレット部材５、図示しないＰＣ（画像解析装置の一例）を備える。スキャンエリア２と研磨エリア３が隣接しており、ベルトコンベア４によって、ワークＷを積載したパレット部材５がスキャンエリア２から研磨エリア３に自動搬送されるように構成されている。
【００２６】
図３に示すように、スキャンエリア２は、棒状のアルミフレームなどで箱型に組み立てられた本体フレーム２０と、光切断式の３Ｄレーザースキャナー２１（三次元形状計測装置の一例）と、３Ｄレーザースキャナー２１の動作を制御する図示しない制御装置とを備える。
【００２７】
尚、本実施形態では、三次元形状計測装置のスキャン方式として、非接触の光切断式を例示しているが、これに限定されるものではない。本発明に適用可能なその他のスキャン方式としては、例えば、三角法方式、タイム・オブ・フライト方式、位相差方式などが挙げられる。
【００２８】
本実施形態では、２台の３Ｄレーザースキャナー２１が、本体フレーム２０内の上部に設けられている。３Ｄレーザースキャナー２１は、ベルトコンベア４の搬送方向に沿う方向に延設されている一軸スライダー２２と、一軸スライダー２２の延設方向と直交する支持部材とを介して支持されている。一軸スライダー２２は、ベルトコンベア４の搬送方向に沿う方向に延設されており、３Ｄレーザースキャナー２１が一軸スライダー２２の延設方向に沿って水平移動するように構成されている。尚、３Ｄレーザースキャナー２１は、支持部材の両端側のそれぞれに設けられている。
【００２９】
図４に示すように、研磨エリア３には、研磨ロボット３０が設置されている。研磨ロボット３０は、ワークＷを研磨する研磨装置３１と、研磨装置３１を支持する多軸型のロボットアーム３２と、研磨装置３１とロボットアーム３２の動きを制御する図示しないロボット制御装置とを備える。
【００３０】
図５及び図６に示すように、本実施形態におけるパレット部材５は、矩形平板形状をなすのもであって、その四隅のうちの三か所に基準マーカーＭが設けられている。
【００３１】
尚、基準マーカーＭに係る構成はこれに限定されるものではなく、例えば図７及び図８に示すように、パレット部材５とは別に構成されていても良い。つまり、基準マーカーＭが、ベース部材Ｂの所定の位置に設けられており、パレット部材５をベース部材Ｂの上に乗せるとき、ベース部材Ｂの基準マーカーＭを、パレット部材５に設けてある貫通穴５０に挿通させることによって、ベース部材Ｂにおけるパレット部材５の位置決めがなされると同時に、パレット部材５に基準マーカーＭが設けられることとなる。即ち、ベース部材Ｂの基準マーカーＭは、パレット部材５の位置決め部材としての機能をも担う。
【００３２】
パレット部材５の形状については、矩形平板形状に限定されるものでなく、ワークＷを所定の位置に積載可能であり、かつ基準マーカーを設けることができるものであれば、その形状や大きさは必要に応じて任意に変更しても良い。またパレット部材５は、積載したワークＷの位置ずれを防止するために、ゴム材料で構成されていることが望ましい。
【００３３】
（自動ティーチングシステム）
本実施形態における自動ティーチングシステムは、３Ｄレーザースキャナー２１、パレット部材５、基準マーカーＭ、ＰＣ、及びロボット制御装置を備える。
【００３４】
３Ｄレーザースキャナー２１は、ワークＷを積載したパレット部材５について、基準マーカーに対するワークＷにおける処理対象領域の形状データを取得する。３Ｄレーザースキャナー２１は、レーザー光切断法により、三次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の点群データを取得する。
【００３５】
３Ｄレーザースキャナー２１によって通常計測される形状データは、図９に示すように、スキャナーとワークＷとの距離が近いほどＸ軸方向の走査線間隔が小さくなり、スキャナーとワークＷとの距離が遠いほどＸ軸方向の走査線間隔が大きくなり、Ｘ軸方向の距離が等間隔ではないデータとなる[（Ｘ１、Ｘ７）＞（Ｘ２、Ｘ６）＞（Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５）]。そのため、図１０に示すように、Ｘ軸方向の走査線間隔が等間隔となるように形状データを置き換えるような工夫を加えることが望ましい[Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３＝Ｘ４＝Ｘ５＝Ｘ６＝Ｘ７]。そうすることにより、ワークＷの座標を真上から見た場合、Ｘ軸とＹ軸とが直交する座標となり、画像のように扱うことができ、座標取得が容易となる。
【００３６】
ＰＣは、３Ｄレーザースキャナー２１によって取得された形状データを、所定のアルゴリズムに従い、連続する複数の基準面Ｄに分割する。所定のアルゴリズムとしては、例えば、ワークＷの処理対象領域の曲率半径Ｒに基づいて、形状データを連続する複数の基準面Ｄに分割するように構成されているものが挙げられる。
【００３７】
例えば、図１１及び図１２に示すように、ワークＷが、平板に半円筒状の凸部Ｗ１が形成されているような形状を有する場合、ワークＷの断面形状は、半円形部分Ｗ１の両端に直線部分Ｗ２を備える構成となる。ここで、半円形状部分Ｗ１の曲率半径Ｒが５００であり、直線部分Ｗ２と半円形部分Ｗ１との接続部分の曲率半径Ｒが１０であって、曲率半径Ｒが２０未満である否かを判断基準とするアルゴリズムを設定したとき、図に示すように、ワークＷの形状データが３つの基準面Ｄ１〜Ｄ３に分割されることとなる。
【００３８】
次いで、ＰＣは、生成された基準面Ｄのそれぞれについて、凹部、凸部、又は開口部など特徴部分の座標を取得する。
【００３９】
例えば、図１３に示すように、ワークＷが、両端に２つのフランジ面をもつプレーンタイプの形状を有するようなものである場合、ＰＣは特徴部分を抽出せず、図１４に示すように、曲率半径に基づいて形状データを４つの基準面Ｄ１〜Ｄ４に分割するのみとなる。
【００４０】
しかしながら例えば図１６及び図１７に示すように、前述の図１３で示したワークＷの基準面Ｄ２に、特徴部分として、多数の小孔からなる多孔部Ｗ３（凹部の一例）が形成されている場合、ＰＣは、基準面Ｄ２において、小孔を検出してその分布領域を多孔部Ｗ３として特定し、多孔部Ｗ３の四隅を特定点（多孔部座標特定点ＷＰ１）として設定する。
【００４１】
本実施形態における凹部は、その深さに基準が設けられており、基準深さ内では「窪み」として判定され、基準を超える深さでは「貫通孔」として判定される。尚、基準未満の深さを有する凹部は、「同一面」として判定され、「凹部」としては判定されない。例えば、ワークＷの板厚分の段差に相当する程度の深さの場合は、「同一面」として判定される。
【００４２】
また例えば図１９及び図２０に示すように、前述の図１３で示したワークＷの基準面Ｄ２に、特徴部分としての凸部Ｗ４が形成されている場合、ＰＣは、基準面Ｄ２において、凸部Ｗ４を検出してその領域を特定し、その領域内に特定点（凸部座標特定点ＷＰ２）を設定する。
【００４３】
本実施形態における凸部は、その高さに基準が設けられており、基準高さ内では「大凸部」として判定され、基準を超える高さでは「突起」として判定される。尚、基準未満の高さを有する凸部は、「同一面」として判定され、「凸部」としては判定されない。
【００４４】
また例えば図２３及び図２４に示すように、前述の図１３で示したワークＷの基準面Ｄ２に、特徴部分としての開口部Ｗ５が形成されている場合、ＰＣは、基準面Ｄ２において、開口部Ｗ５を検出してその領域を特定し、その領域の四隅を特定点（開口部座標特定点ＷＰ３）として設定する。
【００４５】
次いで、ＰＣは、基準面Ｄ１〜Ｄ４ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、ロボットの研磨装置３１を動作させる動作パス６のプログラムを自動生成する。
【００４６】
ここで、前述の所定の動作パス生成ルールは、ＰＣによって検出されたワークＷの特徴部分に基づいて設定される。
【００４７】
例えば、図１３に示すように、ワークＷが、両端に２つのフランジ面をもつプレーンタイプの形状を有するようなものである場合、図示しないが、基準面Ｄ１については、研磨装置が、端部の研磨開始位置から長手方向に沿って所定の速度で移動しながら研磨処理を実施するように動作パスが設定される。
【００４８】
図１５に示すように、基準面Ｄ２については、研磨装置３１が、隅部の研磨開始位置６０から長手方向に沿って所定の速度で移動しながら研磨処理を実施し、端部において所定のピッチで折り返し、再び長手方向に沿って所定の速度で移動することを繰り返しながら、研磨終了位置６１まで研磨処理を実施するように動作パス６が設定される。研磨装置３１のオーバーラン設定値、パスピッチ（隣接する動作パス間の距離）、移動速度、研磨処理に関するパラメータ等は、作業者によって予め設定される。
【００４９】
尚、オーバーラン設定値とは、動作パスの折り返し地点におけるワークの端部から研磨装置までの距離を意味する。図１５の場合、オーバーラン設定値は０であり、これをプラス方向に設定した場合、研磨装置３１はワークＷの外側にはみ出して折り返し、逆にマイナス方向に設定した場合、研磨装置３１はワークＷの内側で折り返すことになる。
【００５０】
また、基準面Ｄ２のように、長手方向及び短手方向の両方に、研磨装置３１が移動できる程度の長さがある場合には、長手方向及び短手方向のいずれかを作業者が予め選択して動作パス６を設定するようにしても良い。
【００５１】
図示しないが、基準面Ｄ３と基準面Ｄ４については、基本的には基準面Ｄ１のときと同様の動作パスが設定される。しかしながら、図２７及び図２８に示すように、基準面Ｄの短辺方向の長さが、研磨装置３１のサイズよりも小さい場合（本実施形態では基準面Ｄ３の場合）は、研磨装置３１の中心を基準面Ｄに対してずらすようにして動作パスを設定しても良い。尚、基準面の面積が、使用する研磨装置に比べて小さ過ぎるような場合には、動作パスが設定されないように構成しても良い。
【００５２】
また、過剰な研磨を防ぐため、基準面と研磨装置との接触面積が小さいほど、研磨装置の移動速度を上げるようにすることで、単位面積当たりの研磨時間が調整されるように動作パスが設定されるように構成しても良い。
【００５３】
また、ワークＷに多孔部Ｗ３が形成されている場合、動作パス６の基本設定は、前述のプレーンタイプのワークＷの場合と同じであるが、図１８に示すように、基準面Ｄ２における多孔部Ｗ３については、過剰な研磨を防ぐため、その開口率が大きいほど研磨装置３１の移動速度を上げるようにすることで、単位面積当たりの研磨時間が調整されるように動作パス６（図１８の二点鎖線を参照）が設定される。
【００５４】
また、ワークＷに凸部Ｗ４が形成されている場合、動作パス６の基本設定は、前述のプレーンタイプのワークＷの場合と同じであるが、図２１に示すように、基準面Ｄ２における凸部Ｗ４については動作パス６から外し、一通り研磨した後、図２２に示すように、凸部Ｗ４のみをスポットで研磨するように動作パス６が設定される。
【００５５】
また、ワークＷに開口部Ｗ５が形成されている場合、動作パス６の基本設定は、前述のプレーンタイプのワークＷの場合と同じであるが、図２５に示すように、基準面Ｄ２における開口部Ｗ５については動作パスから外し、基準面Ｄ２をさらに複数に分割し（本実施形態では、基準面Ｄ２−１〜Ｄ２−４）、それぞれを個別に研磨するように動作パスが設定される。
【００５６】
またＰＣは、生成された動作パス６に対する、研磨装置３１の角度と位置に関するプログラムを自動生成する。詳細には、図２６に示すように、動作パス６上の任意の点における法線ベクトル６２を取得し、これを研磨装置３１の教示点に設定する。
【００５７】
法線ベクトル６２を規定する面の形状は、面の形状に応じて、教示点周辺の所定の面積を有する四角形又は円形とすることが望ましい。取得した法線データをそのまま研磨装置３１の教示点として使用すると、面の細かい変化をそのまま反映してしまうため、ティーチングした研磨ロボットの研磨装置の動きが揺れるような動きとなる。これを防ぐため、教示点周辺の所定の面積の四角形範囲内のポリゴンの法線を平均化したものを教示点に利用することで、研磨装置３１の動きを安定化させることができる。また、全方位に一定の曲率半径を有するワークＷの場合は、四角形よりも円形とすることが望ましい。
【００５８】
（研磨処理方法）
本発明の自動ティーチングシステムを研磨ロボット３０に適用してワークＷの研磨処理を実施する方法の一例を、図２９に沿って説明する。
【００５９】
先ず、スキャンエリア２においてワークＷの三次元形状を測定する（＃１）。
基準マーカーＭを有するパレット部材５をベルトコンベア４に載せて、さらに当該パレット部材５の上に処理対象となるワークＷを積載する。
【００６０】
３Ｄレーザースキャナー２１によるスキャンを実施し、パレット部材５を含むワークＷの三次元点群データを取得する（＃２）。このとき、ワークＷと基準マーカーＭとを一度にスキャンすることによって、基準マーカーＭに対するワークＷの相対位置を把握する。
【００６１】
次いで、ＰＣにより、３Ｄレーザースキャナー２１によって取得された三次元点群データについて三次元形状解析を行う（＃３）。具体的には、Ｘ軸方向の走査線間隔が等間隔となるように三次元点群データの置き換えが行われる。
【００６２】
ＰＣは、取得されたパレット部材５を含むワークＷの三次元点群データから、ワークＷにおける処理対象領域を自動抽出する（＃４）。
【００６３】
ＰＣは、所定のアルゴリズムに従って、抽出した処理対象領域を連続する複数の基準面Ｄに分割することにより、基準面Ｄを自動生成する（＃５）。
【００６４】
ＰＣは、生成された基準面Ｄのそれぞれについて、凹部、凸部、又は開口部などの特徴部分の座標を取得する（＃６）。そして、ワークＷの処理対象領域の三次元座標を作成する（＃７）。
【００６５】
次いで作業者が、研磨装置３１に関する設定値、例えば、研磨装置３１のオーバーラン設定値、パスピッチ、移動速度、研磨処理に関するパラメータ等をＰＣに手動で入力する（＃８）。尚、♯８の操作については、図２９のフローに従うことなく、作業者が予め設定しておいても良い。
【００６６】
次いでＰＣが、基準面ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、ロボットの研磨装置３１を動作させる動作パス６のプログラムを自動生成する（＃９）。
【００６７】
さらにＰＣは、生成された動作パス６に対する、研磨装置３１の角度と位置に関するプログラムを自動生成する（＃１０）
【００６８】
そして、動作パス６および研磨装置３１の角度と位置に関するプログラムが、ＰＣから研磨エリア３のロボット制御装置に送信されて、研磨ロボット３０に対するティーチングが終了する（＃１１）。
【００６９】
ワークＷを載せたパレット部材５が、ベルトコンベア４によってスキャンエリア２から研磨エリア３に自動搬送された後、研磨ロボット３０による研磨処理が、ワークＷの処理対象領域に対して実行される（＃１２）。
【００７０】
上述のように、本発明に係る本発明の自動ティーチングシステムを実施することによって、従来は、専門の技術者がおよそ８時間かけて動作内容を研磨ロボット３０に教示していたところ、およそ１分でティーチングを行うことができるようになり、ロボット教示時間が大幅に短縮化される。通常、研磨処理においては、数ワークＷについて実施する必要があるため、例えば５つのワークＷを処理する場合、従来では１週間（８時間×５ワークＷ＝４０時間）ほどかかっていたものが、本発明に係る本発明の自動ティーチングシステムを実施することによって、研磨処理を立上げる際に要する時間は１日で済むようになる。
【００７１】
（その他の実施形態）
１．上述の実施形態では、スライダー方式による３Ｄレーザースキャナーを使用しているが、この構成に限定されるものではなく、３Ｄレーザースキャナーを備えるロボットハンド装置を使用してスキャンを実施するようにしても良い。これによれば、スライダー方式ではスキャンが難しい又はできない、スライダーに垂直な処理対象物の妻面や、処理対象物の裏面なども、ロボットハンド装置の可動範囲においてスキャンすることができる。
【００７２】
２．上述の実施形態では、ワークとして自動車のボディなどの一部を構成するパーツについて研磨する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば図３０に示すように、ワークとして自動車や鉄道車両などのボディ全体を研磨又は塗装するような場合にも、本発明に係る自動ティーチングシステムを適用しても良い。
【００７３】
例えば、鉄道車両７のボディ全体を研磨又は塗装する場合、スキャン装置として門型スキャナー装置８を使用し、作業装置として研磨装置や塗装装置を装着した作業ロボット（図示せず）を使用するとよい。門型スキャナー装置８には、上部分と側面部分のそれぞれに複数の３Ｄスキャナー８０が設けられており、鉄道車両７の上面及び側面を測定できるように構成されている。
【００７４】
鉄道車両７の全長にわたる走行用レール９を鉄道車両７の近くに設置し、当該走行用レール９の上を、門型スキャナー装置８と作業ロボットが移動できるように構成する。そして、作業ロボットの可動範囲を１ブロックとして、作業工程を複数のブロックに分割して、各ブロックに３つの基準マーカーＭを設ける。そして、各ブロックについて、上述の研磨処理方法の場合と同様にスキャン、スキャン後の画像解析、及び研磨作業を実施する。
【００７５】
尚、図３０に示すように、本実施形態では、必要に応じて、門型スキャナー装置８の他に、３Ｄレーザースキャナー２１を備えるロボットハンド装置２３を使用しても良い。ロボットハンド装置２３は、走行用レール９の上を走行可能であり、門型スキャナー装置８ではスキャンし難い部分やスキャンできない部分をスキャンできるように構成されている。また、ロボットハンド装置２３は、例えばツールチェンジャによって、３Ｄレーザースキャナー２１を、所定の研磨装置又は塗装装置に交換できるように構成されているものであっても良い。
【００７６】
３．ワークとして自動車や鉄道車両などのボディ全体を研磨又は塗装する上述の実施形態では、門型スキャナー装置８を使用したが、この構成に限定されるものではなく、他にも例えば、多軸型自走式ロボットを使用するような構成としても良い。この場合、アームの先端に三次元形状計測装置を設けた多軸型自走式ロボットと、アームの先端に研磨装置を装着した多軸型自走式ロボットとを使用して、これらのロボットの可動範囲内に３つの基準マーカーを設けて、上述の研磨処理方法の場合と同様にスキャン、スキャン後の画像解析、及び研磨作業を実施する。
【００７７】
４．上述の実施形態においては、本発明に係る自動ティーチングシステムを、ワークを研磨する研磨ロボットに適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、他にも例えば、本発明に係る自動ティーチングシステムを、ワークを塗装する塗装ロボットに適用しても良い。
【００７８】
５．固定型の三次元形状計測装置を用いて、大きな処理対象物と基準マーカーとを一度にスキャンするようにしても良い。
【００７９】
尚、上述のように図面を参照しつつ本発明を説明したが、本発明は当該図面の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の自動ティーチングシステムは、例えば自動車、鉄道車両、航空機、船舶などにおけるボディ全体又はこれを構成する種々のパーツについての塗装又は研磨を行う技術分野において特に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  自動研磨システム
２  スキャンエリア
２０  本体フレーム
２１  ３Ｄレーザースキャナー（三次元形状計測装置の一例）
２２  一軸スライダー
２３  ロボットハンド装置
３  研磨エリア
３０  研磨ロボット
３１  研磨装置
３２  ロボットアーム
４  ベルトコンベア
５  パレット部材
５０  貫通穴
６  動作パス
６０  研磨開始位置
６１  研磨終了位置
６２  法線ベクトル
７  鉄道車両
８  門型スキャナー装置
８０  ３Ｄスキャナー
９  走行用レール
Ｗ  ワーク
Ｗ１  半円筒状の凸部（半円形部分）
Ｗ２  直線部分
Ｗ３  多孔部（凹部の一例）
Ｗ４  凸部
Ｗ５  開口部
ＷＰ１  多孔部座標特定点
ＷＰ２  凸部座標特定点
ＷＰ３  開口部座標特定点
Ｄ  基準面
Ｒ  曲率半径
Ｍ  基準マーカー
Ｂ  ベース部材
【要約】
【課題】研磨や塗装が施される処理対象物が少量多品種の場合でも、容易に自動化を図ることのできる自動ティーチングシステムを提供すること。
【解決手段】三次元形状計測装置と、基準マーカーと、画像解析装置と、ロボット制御装置と、を備え、三次元形状計測装置によって、基準マーカーに対する処理対象物における処理対象領域の形状データを取得し、画像解析装置によって、所定のアルゴリズムに従い、処理対象領域の形状データを連続する複数の基準面に分割し、基準面ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、ロボットの研磨装置又は塗装装置を動作させる動作パスのプログラムを自動生成し、動作パスのプログラムをロボット制御装置に送信することを特徴とする。
【選択図】図２９【図１】
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【図２】
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【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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