(57)【要約】      （修正有）【課題】画像処理によるワーク形状および加工部位の認識率を向上させることができるロボット加工用治具を提供する。【解決手段】ワーク１を支持する支持アーム１１０と、ワーク１の背景を構成する半透光性部材１３０と、半透光性部材１３０を介してワーク１に光を照射する光源１４０と、を備えたロボット加工用治具。前記半透光性部材１３０は柔軟性を有するシート部材、または剛性のある板部材とする。【選択図】図１
2009202304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記ワークを支持する支持アームと、
前記ワークの背景を構成する半透光性部材と、
前記半透光性部材を介してワークに光を照射する光源と、
を有することを特徴とするロボット加工用治具。
【請求項２】
前記半透光性部材が柔軟性を有するシート部材であることを特徴とする請求項１に記載のロボット加工用治具。
【請求項３】
前記半透光性部材が剛性のある板部材であることを特徴とする請求項１に記載のロボット加工用治具。
【請求項４】
前記半透光性部材が、前記支持アームを取り付けた基台に配設されていることを特徴とする請求項３に記載のロボット加工用治具。
【請求項５】
ワークを支持アームによって支持するステップと、
前記ワークに対し、前記支持アームのある側から半透光性部材を介して光を照射するステップと、
撮像装置により、前記半透光性部材が撮像背景となるようにして前記ワークを撮像し、画像処理を行うステップと、
前記画像処理に基づいてロボットを制御して加工装置を位置決めするステップと、
位置決めされた前記加工装置により前記ワークの加工部位を加工するステップと、
を有することを特徴とするロボット加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを撮像して画像処理し、加工装置の位置決め調整を行う加工ロボットの加工に用いるロボット加工用治具およびこれを用いたロボット加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットを用いた加工方法として、撮像装置が撮像した画像から、画像処理によってワーク形状や位置を求めて、その結果をロボットの位置決めなどに使用する技術がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１３４７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術では、ワークの背景によっては画像処理の段階で撮影したワークをうまく検出できないという問題があった。これは、たとえば、ワークの背景となる治具の形状がワーク外形と同様な形状で重なるような場合や、治具や床面などの色がワークの色と似ているような場合に起こる。
【０００４】
そこで本発明の目的は、画像処理によるワーク形状および加工部位の認識率を向上させることができるロボット加工用治具およびこれを用いたロボット加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【０００６】
本発明は、ワークを支持する支持アームと、ワークの撮像背景を構成する半透光性部材と、この半透光性部材を介してワークに光を照射する光源とを有することを特徴とするロボット加工用治具である。
【０００７】
また、本発明は、ワークを支持アームによって支持するステップと、このワークに対して、支持アームのある側から半透光性部材を介して光を照射するステップと、撮像装置により、半透光性部材が撮像背景となるようにしてワークを撮像し、画像処理を行うステップと、画像処理に基づいてロボットを制御して加工装置を位置決めするステップと、位置決めされた加工装置により前記ワークの加工部位を加工するステップと、を有することを特徴とするロボット加工方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のロボット加工用治具およびロボット加工方法によれば、半透光性部材がワークの撮像背景を構成し、この半透光性部材を介して光源からワークに光が照射されるので、撮像背景が間接照明の光となる。したがって、撮像装置の撮像背景が均一となり、背景とワークとの色差を大きくすることができ、画像処理によるワーク形状および加工部位の認識率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るロボット加工用治具の第１の実施形態および加工ロボットを示す概略構成図である。図２は、第１の実施形態のロボット加工用治具を模式的に示す概略図である。図３は、ワークとして自動車用バンパーを例示する概略図である。
【００１１】
図１および図２を参照して、第１の実施形態のロボット加工用治具１００は、ワーク１を、撮像装置３０を備えた加工ロボット１０によって加工する際に用いる治具である。
【００１２】
まず、第１の実施形態のロボット加工用治具１００を説明する前に、この治具１００を用いる加工ロボット１０や、その加工対象物であるワーク１について説明する。
【００１３】
図１を参照して、本実施形態の加工ロボット１０は、固定もしくは移動式の搭載台１１上に、ＸＹＺ軸駆動可能なロボットアーム１２を備えている。すなわち、本実施形態の加工ロボット１０は、図１のＸＹＺ軸方向において、搭載台１１上でＸＺ平面で回動可能に設けられた回動基部１３と、この基部１３の先端の第１関節１４を介してＸＹ平面で回動可能に設けられた第１アーム部１５と、この第１アーム部１５の先端の第２関節１６を介してＸＹ平面で回動可能に設けられた第２アーム部１７と、この第２アーム部１７の先端の第３関節１８を介してＸ方向に回動可能に設けられ、かつ軸回りにＹＺ平面で回転可能な取り付け台１９と、この取り付け台１８の先端面に取り付けられた加工装置２０および撮像装置３０と、からなっている。
【００１４】
本実施形態の加工装置２０としては、たとえば、所定形状の穴開けが可能なピアス刃を備えたアームガン方式のパンチ穴加工装置が挙げられる。この加工装置２０はロボットアーム１２の先端に取り付けられている。
【００１５】
図３を参照して、本実施形態のワーク１としては、たとえば、自動車用バンパー４０が挙げられる。このバンパー４０には、パンチ穴加工装置２０によって、バックソナー取り付け穴４１が所定の複数箇所に開口される。このバックソナー取り付け穴４１は、たとえば、円形穴４１Ａに複数の矩形溝４１Ｂを有する異形状の穴であり、車種によって溝位置が異なっている。
【００１６】
本実施形態の撮像装置３０としては、たとえば、ＣＣＤカメラ等が挙げられる。この撮像装置３０は、たとえば、ＰＣ（パソナルコンピュータ）等の不図示の画像処理装置に電気的に接続されている。
【００１７】
なお、加工ロボット１０の各駆動部にはサーボモータ等の不図示の駆動手段が備えられており、画像処理装置による画像処理に基づいて加工装置２０の位置決め調整を行うべく、駆動手段は画像処理装置と電気的に接続されている。
【００１８】
つぎに、第１の実施形態のロボット加工用治具１００について説明する。
【００１９】
再び図１を参照して、第１の実施形態のロボット加工用治具１００は、概説すれば、ワーク１を支持する複数の支持アーム１１０と、ワーク１の撮像背景を構成する半透光性部材１３０と、この半透光性部材１３０を介してワーク１に光を照射する光源１４０と、を備えている。
【００２０】
複数の支持アーム１１０は、略長方形の板状の基台１２０に取り付けられている。そしてワーク１の大きさや形状等に合わせてＸＹＺ軸方向に位置調整可能となっている。本実施形態では、複数の支持アーム１１０は、ワーク１の中央部分を幅方向外方から２対が相対向して支持すると共に、ワーク１の長手方向の両端部を１対が支持しており、合計６台の支持アーム１１０が配設されている。
【００２１】
各支持アーム１１０は、Ｘ方向に移動調整可能なＸ方向ガイド部材１１１と、Ｚ方向に移動調整可能なＺ方向ガイド部材１１２と、Ｙ方向に移動調整可能なＹ方向ガイド部材１１３と、を備えている。Ｙ方向ガイド部材１１３にはアーム部材１１４が延在され、その先端部にはワーク１を下方から支持する略Ｌ字状の支持部１１５が設けられている。
【００２２】
なお、支持アーム１１０の構造は、本実施形態の構造に限定されない。したがって、支持アーム１１０は、可動式ではなく、あらかじめワーク１の形状や大きさに合わせて固定されているものであってもよい。
【００２３】
本実施形態では、６台の支持アーム１１０の支持部１１５上に、ワーク１としてのバンパー４０が載置されている。このバンパー４０は、バンパー４０の外面を上方に臨ませて、基台１２０との間に空間部を隔てた状態で支持されている。
【００２４】
図１および図２を参照して、第１の実施形態の半透光性部材１３０は、柔軟性を有する半透光性のシート部材、たとえば、半透明の合成樹脂シートによって形成されている。より具体的には、白色半透明のビニールシートやポリエチレンシートなどが好ましい。このような半透光性部材１３０は、柔軟性を有しているので、ワーク１と基台１２０との空間部に一様に拡げやすく、撮像装置３０でワークを撮像した際の背景を構成することができる。本実施形態では、支持アーム１１０に取り付けた敷設ガイド部材１５０にシート端部を引っ掛けて、ワーク１と基台１２０との空間部に半透光性部材１３０を凹状に配置している。
【００２５】
半透光性部材１３０の形状は、少なくとも光源１４０からワーク１へ、この半透光性部材１３０を通して光を照射したときに、光がワーク１の外形よりも広がって照射される程度の大きさとする。このような形状とすることで、撮像された画像内において、ワーク１が間接照明された背景の中に浮き立ってワーク１を認識しやすくなる。なお、ワーク１の外形全体を認識する必要がない場合は、画像処理に必要な部分だけワーク１の外側まで間接照明されるような形状としてもよい。
【００２６】
光源１４０は、半透光性部材１３０の下側に配置されている。本実施形態では、光源１４０は、たとえば、白熱電球（白色や昼光色）等のランプによって構成されている。図２では、支持アーム１１０に光源１４０が取り付けられているが、基台１２０上に設けても構わない。また、半透光性部材１３０に一様に光を照射するため、複数の光源１４０を等間隔で配置することが好ましい。
【００２７】
なお、本実施形態では、半透光性部材１３０として白色半透明の合成樹脂シートを例示すると共に、光源１４０として白色または昼光色の電球を例示しているが、それぞれの色は限定されない。撮像背景の色は光源１４０の光を半透光性部材１３０に透した色となるので、少なくとも半透光性部材１３０には、ワーク１の材質色と色差の大きい色を採用することが好ましい。
【００２８】
つぎに、図１から図３を参照して、上述のように構成されたロボット加工用治具１００の作用と共に、本発明に係るロボット加工方法について説明する。
【００２９】
図１および図２を参照して、本実施形態のロボット加工方法は、まず、ロボット加工用治具１００における複数の支持アーム１１０の支持部１１５上にワーク１を載置して支持する。複数の支持アーム１１０は、あらかじめワークの形状や大きさに合わせてＸＹＺ軸方向に位置調整されている。
【００３０】
このロボット加工用治具１００には、支持アーム１１０に取り付けられた敷設ガイド部材１５０等を利用して、ワーク１と基台１２０との間となる空間部に、撮像装置３０の撮像背景を構成する半透光性部材１３０が敷設されている。上述したように、第１の実施形態では、半透光性部材１３０が柔軟性および半透光性を有するシート部材によって形成され、このシート部材の端部を敷設ガイド部材１５０に引っ掛けて、ワーク１と基台１２０との空間部に半透光性部材１３０を凹状に配置している。
【００３１】
図３を参照して、本実施形態のワーク１は自動車用のバンパー４０であり、このバンパー４０の外面を上方に臨ませて、基台１２０との間に空間部を隔てた状態で支持アーム１１０に支持する。また、本実施形態の加工ロボット１０はピアス穴加工ロボットであり、このピアス穴加工ロボット１０により、バンパー４０のバックソナー取り付け穴４１を穴開け加工する。支持アーム１１０上への支持に際して、バンパー４０の穴開け加工部位に穴位置のケガキ線を形成しておく。
【００３２】
つぎに、再び図１および図２を参照して、半透光性部材１３０を介して、光源１４０からワーク１に光を照射する。光源１４０の光は、複数の支持アーム１１０側から、この半透光性部材１３０を透し手、ワークを照らすことになる。これによりワーク１の背景は間接照明となるので、加工ロボット１０に搭載された撮像装置３０の均一な撮像背景が構成される。
【００３３】
つぎに、この半透光性部材１３０を撮像背景として、撮像装置３０によりワーク１を撮像して、不図示の画像処理装置により撮像画像の画像処理を行う。画像処理は、たとえば、ラスター画像をベクター画像に変換することにより、穴開けのケガキ線の位置座標を求めて行うが、これに限定されない。
【００３４】
この画像処理装置の画像処理に基づいて、加工ロボット１０のＸＹＺ軸駆動可能なロボットアームを制御してパンチ穴加工装置２０を穴開けのケガキ線位置に位置決めする。そして、位置決めされたパンチ穴加工装置２０のピアス刃によりワーク１の加工部位（ケガキ線位置）を打ち抜いて穴開け加工する。図３で例示するバックソナー取り付け穴４１は、たとえば、円形穴４１Ａの四方に矩形溝４１Ｂを有する異形状の穴であるが、車種によって溝位置や形状が異なっている。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態のロボット加工用治具１００およびロボット加工方法によれば、半透光性部材１３０がワーク１の撮像背景を構成する。そしてこの半透光性部材１３０を介して光源１４０からワーク１に光が照射される。これにより撮像背景、すなわち、撮像装置によって撮像される側をワークの表としたとき、ワークの裏面側が間接照明されることともに光が分散して照射されることになる。したがって、撮像装置２０の撮像背景が均一となって、ワーク１との色差を大きくすることができて、画像処理によるワーク形状および加工部位の認識率を向上させることができる。
【００３６】
また、半透光性部材１３０が柔軟性を有するシート部材とすることで、ワーク１の裏面側で、支持アーム１１０の間に容易に設置することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態のロボット加工用治具を模式的に示す概略図である。なお、第１の実施形態と同一の構成の装置や部材については、同一の符号を付して説明する。
【００３８】
図４を参照して、第２の実施形態のロボット加工用治具２００では、半透光性部材２３０が剛性のある板部材により構成されている。この種の半透光性部材２３０としては、たとえば、白色等の半透明のアクリル板等の合成樹脂板が挙げられる。
【００３９】
本実施形態では、合成樹脂製の半透光性部材２３０は、接着剤等により接合されて凸形状に形成されている。この凸形状の半透光性部材２３０は、支持アーム１１０に取り付けられた敷設ガイド部材１５０に支持され、ワーク１と基台１２０との間の空間部に配置されて、撮像装置３０の撮像背景を構成している。そして、光源１４０は、支持アーム１１０の基部に取り付けられ、凸形状の半透光性部材２３０の内部に配置されている。
【００４０】
半透光性部材２３０の形状は、第１の実施形態同様に、半透光性部材２３０を透して光を照射したときに、光がワーク１の外形よりも広がって照射される大きさとする。
【００４１】
第２のロボット加工用治具２００は、基本的に第１の実施形態のロボット加工用治具１００と同様の作用効果を奏するが、特に第２の実施形態では、半透光性部材２３０として半透明の合成樹脂板を使用するので、半透光性部材２３０を透した間接照明がより均一になり易い。
【００４２】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態のロボット加工用治具を模式的に示す概略図である。なお、第１の実施形態と同一の構成の装置や部材については、同一の符号を付して説明する。
【００４３】
図５を参照して、第３の実施形態のロボット加工用治具３００では、この治具３００の基台３２０の中央部分を切り欠いて収容凹部３１０を形成し、この収容凹部３１０内に光源３４０を収容している。本実施形態の光源３４０は、たとえば、蛍光灯等が採用されている。
【００４４】
そして、基台３２０上には、第２の実施形態と同様に、半透光性の剛性のある板状部材からなる半透光性部材３３０として、平板状の半透明の合成樹脂板が配置されており、蛍光灯３４０を収容する収容凹部３１０の開口部を覆っている。半透光性部材３３０の形状は、第１の実施形態同様に、半透光性部材３３０を透して光を照射したときに、光がワーク１の外形よりも広がって照射される大きさとする。
【００４５】
第３のロボット加工用治具３００は、基本的に第１および第２の実施形態のロボット加工用治具１００、２００と同様の作用効果を奏するが、特に第３の実施形態では、基台３２０内に蛍光灯３４０が収容され、基台３２０上に平板状の半透光性部材３３０が配置されているので、半透光性部材３３０の敷設が容易であり、また、半透光性部材３３０を支持アーム１１０の邪魔にならない位置に設けることができる。
【００４６】
なお、上述した各実施形態では、光源１４０、３４０として電球（ランプ）や蛍光灯を例示したが、これに限定されず、有機発光素子（ＥＬ）、ＬＥＤ、および冷陰極管などの他の方式の光源を採用してもよい。
【００４７】
また、半透光性部材１３０、３３０として、合成樹脂シートや合成樹脂板を例示したが、これに限定されず、和紙や布、磨りガラスなどを採用してもよい。
【００４８】
さらに、加工装置２０としてパンチ穴加工装置を例示したが、これに限定されず、切断や研磨等の他の機械加工を行う加工装置であっても構わない。
【００４９】
そして、ワーク１として、自動車用バンパー４０を例示したが、これに限定されず、他の自動車部品や、自動車部品以外のワークにも適用しうる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るロボット加工用治具およびロボット加工方法は、ワークを撮像して画像処理により加工装置の位置決めを行う加工ロボットであれば、穴開け可能のみならず、種々の機械加工を行う加工ロボットに対して広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るロボット加工用治具の第１の実施形態および加工ロボットを示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態のロボット加工用治具を模式的に示す概略図である。
【図３】ワークとして自動車用バンパーを例示する概略図である。
【図４】第２の実施形態のロボット加工用治具を模式的に示す概略図である。
【図５】第３の実施形態のロボット加工用治具を模式的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ワーク、
１０  加工ロボット、
１００、２００、３００  ロボット加工用治具、
１１０  支持アーム、
１２０、３２０  基台、
１３０、３３０  半透光性部材、
１４０、３４０  光源。
【図１】
2009202304.tif 000003
【図２】
2009202304.tif 000004
【図３】
2009202304.tif 000005
【図４】
2009202304.tif 000006
【図５】
2009202304.tif 000007