JP2011048467A - Machining system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械に対してワークやツールのハンドリング作業を行うロボットを有する加工システムに関する。 The present invention relates to a machining system having a robot that performs a work operation of a workpiece or a tool on a machine tool.
工作機械の座標系上およびハンドリング作業を行うロボット座標系上において、予め定めた3点以上の計測点の位置をそれぞれ計測し、その計測値に基づいて両座標系の相対関係を求め、ロボットの位置データを修正するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この特許文献1記載の装置では、ロボットのアーム先端部に装着した撮像手段により、工作機械に取り付けられた治具上の3点の3次元位置をロボット座標系上で計測し、その計測値に基づいてロボットの位置データを修正する。
On the coordinate system of the machine tool and on the robot coordinate system that performs handling operations, the positions of three or more predetermined measurement points are measured, and the relative relationship between the two coordinate systems is obtained based on the measured values. An apparatus that corrects position data is known (see, for example, Patent Document 1). In the apparatus described in
しかしながら、上記特許文献1記載の装置では、ロボットアーム先端部に撮像手段を装着するため、コスト高となる。
However, the apparatus described in
本発明は、工作機械制御装置により制御される工作機械と、ロボット制御装置により制御され、工作機械に対して作業を行うロボットとを有する加工システムであって、ロボットの所定の移動可能部位に定められた設定点のロボット制御点に対する既知の位置関係に基づき、ロボットに定めたロボット座標系上で設定点の位置データを取得するデータ取得手段と、工作機械に定めた工作機械座標系上で設定点の位置を計測する計測手段と、データ取得手段により取得されたロボット座標系上での位置データと、計測手段により計測された工作機械座標系上での位置データとに基づき、ロボット座標系と工作機械座標系の相対関係を導出する相対関係導出手段とを備えることを特徴とする。 The present invention is a machining system having a machine tool controlled by a machine tool control device and a robot controlled by the robot control device and performing work on the machine tool, and is defined as a predetermined movable part of the robot. Based on the known positional relationship of the set point to the robot control point, data acquisition means for acquiring the set point position data on the robot coordinate system determined for the robot, and setting on the machine tool coordinate system determined for the machine tool Based on the measuring means for measuring the position of the point, the position data on the robot coordinate system acquired by the data acquiring means, and the position data on the machine tool coordinate system measured by the measuring means, And a relative relationship deriving unit for deriving the relative relationship of the machine tool coordinate system.
本発明によれば、ロボット座標系と工作機械座標系の相対関係を導出するに当たり、ロボット側に位置検出器を設ける必要がないため、加工システムを安価に構成できる。 According to the present invention, since it is not necessary to provide a position detector on the robot side in deriving the relative relationship between the robot coordinate system and the machine tool coordinate system, the machining system can be configured at low cost.
以下、図1〜図7を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係る加工システムの概略構成を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a machining system according to the present embodiment.
この加工システムは、ワークWが搭載されるテーブル11およびツールTが取り付けられる刃物台12を有する工作機械1と、アーム21の先端部にエンドエフェクタとしてのハンド22が取り付けられる多関節型のロボット2と、工作機械1の動作を制御する機械制御コントローラ10と、ロボット2の動作を制御するロボット制御コントローラ20とを有する。ロボット2は、予め作成された所定の作業プログラムに従い、ロボット制御コントローラ20による制御下で動作し、ワークWやツールT等の加工関連対象物をテーブル11や刃物台12等の搭載部に供給したり、搭載部から取り出したりするハンドリング作業を実行する。
This machining system includes a
このような加工システムでは、工作機械1の搭載部上で動作するワークWやツールTの位置データは、例えばテーブル11や刃物台12の送り軸を座標軸とする直交座標系等、工作機械1の座標系(工作機械座標系)を基準にして与えられる。一方、ロボット2のハンドリング作業時のロボット自体の位置データは、例えばワールド座標系等、ロボット2の座標系(ロボット座標系)を基準にして与えられる。したがって、工作機械1に対してロボット2が精度よくハンドリング作業を実行するためには、予め工作機械座標系とロボット座標系の相対関係を求め、その相対関係を用いて工作機械座標系の位置データをロボット座標系の位置データに正確に変換する必要がある。なお、位置データは、位置と姿勢を含むデータである。
In such a machining system, the position data of the workpiece W and the tool T operating on the mounting portion of the
工作機械座標系とロボット座標系の相対関係は、例えば次のようにして求めることができる。すなわち、工作機械1に設けられた位置計測器を用いて、工作機械座標系上で異なる3点の位置をそれぞれ計測するとともに、ロボット2に設けられた位置計測器を用いて、ロボット座標系上でそれと同一の3点の位置をそれぞれ計測する。これら工作機械座標系上およびロボット座標系上における計測データを用いて、ロボット座標系から工作機械座標系に座標変換するための座標変換行列を求め、これにより工作機械座標系とロボット座標系の相対関係を表す。
The relative relationship between the machine tool coordinate system and the robot coordinate system can be obtained, for example, as follows. That is, the position measuring device provided on the
しかしながら、上述したように工作機械1とロボット2にそれぞれ位置計測器を設け、各位置計測器により工作機械座標系上およびロボット座標系上での位置計測を行うようにしたのでは、システム構成が高価となる。そこで、本実施の形態では、以下に述べるようにロボット2に位置計測器を設けずに、工作機械1に設けられた位置計測器により、ロボット2の制御基準点(ロボット制御点)に対する位置関係が既知である設定点の位置計測を行う。
However, if the
図2は、本実施の形態に係る加工システムの概略構成を示すブロック図である。機械制御コントローラ10は、CPU,ROM,RAM,通信器,その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。ロボット制御コントローラ20も同様に、CPU,ROM,RAM,通信器,その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。機械制御コントローラ10とロボット制御コントローラ20は、内部の通信器および外部ケーブル31を介して接続され、機械制御コントローラ10とロボット制御コントローラ20との間で後述するように通信が行われる。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the machining system according to the present embodiment. The
機械制御コントローラ10とロボット制御コントローラ20には、例えばキーボード、タッチパネル、各種スイッチ等からなる入力装置30を介し、工作機械1の駆動に関する各種指令やロボット2の駆動に関する各種指令、ロボット2のモード指令等が入力される。プログラムや各種データを格納した記憶媒体を介して入力装置30から各種情報を入力することもできる。
The
図示は省略するが、機械制御コントローラ10は、テーブル11(ワークW)や刃物台12(ツールT)の駆動を制御する工作機械制御部と、後述する計測モードにおいて計測器14からの信号を処理する信号処理部とを有する。工作機械制御部は、工作機械1に設けられたアクチュエータ13に制御信号を出力し、工作機械上でのワークWやツールTの位置,姿勢、およびツールTの駆動等を制御する。
Although not shown, the
図示は省略するが、ロボット制御コントローラ20は、工作機械座標系とロボット座標系との相対関係を演算し、この相対関係に基づき、ロボット2の作業プログラムを作成するプログラム作成部と、その作業プログラムに基づきロボット駆動用のアクチュエータ23に制御信号を出力し、ハンドリング作業時のロボット2の動作を制御するロボット制御部とを有する。
Although not shown, the
計測器14は、例えば刃物台12のツール取付部にツールTの代わりプローブを取り付けて構成され、プローブ先端を被測定物に押圧したときにオン信号を出力する押圧スイッチと、このオン信号出力時の工作機械座標系における被測定物の3次元位置を検出する位置検出部とを有する。
The
本実施の形態では、ロボットアーム先端部に取り付けられたハンド22の表面上の任意の複数点の位置を後述するように計測器14により計測し、この計測値に基づき、予め定めたハンド上の設定点の工作機械座標系上での位置を求める。この場合の位置計測手順はハンド22の形状に応じて異なる。図3は、ハンド22の各種形状を概略的に示す斜視図であり、図3(a)〜図3(c)の各形状をそれぞれA形状,B形状,C形状と称する。
In the present embodiment, the positions of a plurality of arbitrary points on the surface of the
図3(a)に示すA形状は、ハンド先端部に拡縮可能な2つの略直方体形状の爪22aを互いに対向して有し、これらの爪22aによってワークWが把持される。図3(b)に示すB形状は、ハンド先端部に拡縮可能な3つの略直方体形状の爪22aを120°間隔で有し、これらの爪22aによってワークWが把持される。図3(c)に示すC形状は、ハンド先端部に拡縮可能な3つの略円筒形状の爪22bを120°間隔で有し、これらの爪22bによってワークWが把持される。
The A shape shown in FIG. 3A has two substantially rectangular
図3(a)〜図3(c)において、ハンド先端の点Pは、それぞれ工作機械座標系上での位置データを求める設定点であり、ロボット座標系における位置データとして与えられる。また、点Qは、それぞれロボット制御時の制御対象となる制御規準点であり、ロボット座標系における位置データとして与えられる。なお、図では制御点Qをロボットハンド先端部の中心点に定めているが、制御点Qの位置はオペレータが任意に設定可能であり、制御点Qを設定点Pに一致させることもできる。 3A to 3C, a point P at the tip of the hand is a set point for obtaining position data on the machine tool coordinate system, and is given as position data in the robot coordinate system. Further, the point Q is a control reference point to be controlled during robot control, and is given as position data in the robot coordinate system. In the figure, the control point Q is set as the center point of the tip of the robot hand, but the position of the control point Q can be arbitrarily set by the operator, and the control point Q can be matched with the set point P.
図3に示すように制御点Qをロボットハンド先端部の中心点に定めた場合、制御点Qと所定点Pとのロボット座標系での位置関係(距離など)は、設計値あるいは実測値として予めロボット制御コントローラ20に設定できる。それにより、ロボット座標系上における制御点Qの位置データおよび設定点Pの位置データは既知のデータとなる。制御点Qに対する位置関係が既知であるロボットハンド上に設定点Pを定めることにより、ロボット2を移動した場合に、位置検出器を用いることなく、ロボット座標系上での設定点Pの位置データを求めることができる。
As shown in FIG. 3, when the control point Q is set at the center point of the tip of the robot hand, the positional relationship (distance, etc.) in the robot coordinate system between the control point Q and the predetermined point P is a design value or an actual measurement value. It can be set in the
本実施の形態に係る加工システムの主要な動作について説明する。以下では、とくに工作機械座標系とロボット座標系のロボットハンド22の各形状毎の相対関係の導出方法を中心に説明する。
(1)A形状
図4(a)は、A形状のハンド先端部を示す斜視図であり、図4(b)は、図4(a)の爪22aの拡大図である。ここでは、設定点PをPaで示している。設定点Paは、爪22aを形成する直方体の隣り合う3つの面S1〜S3が交差する点、すなわち爪22aの先端角部に設定されている。
Main operations of the machining system according to the present embodiment will be described. In the following, a method for deriving a relative relationship for each shape of the
(1) A shape FIG. 4A is a perspective view showing an A-shaped hand tip, and FIG. 4B is an enlarged view of the
まず、オペレータは、刃物台12のツール取付部にプローブを取り付けるとともに、入力装置30の操作(例えばモード選択スイッチの操作)により、ロボット2の動作モードを作業モードから計測モードに変更する。なお、作業モードはハンドリング作業を行う場合のモード、計測モードは設定点Pの位置データを求める場合のモードであり、電源オン時には、動作モードは作業モードに設定される。
First, the operator attaches the probe to the tool attachment portion of the
次いで、ロボットハンド22を第1の位置および姿勢に固定した状態で、オペレータは刃物台12のツール取付部を操作し、計測器14のプローブを面S1上の任意の3点の計測点P1〜P3に押し当てる。このときの計測器14からの信号により、機械制御コントローラ10は、工作機械座標系(例えばxyz座標系)上での計測点P1〜P3の位置データP1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)、P3(x3,y3,z3)を取得し、これらの位置データにより次のような面S1の平面式(I)を算出する。
A1・x+B1・y+C1・z=D1 (I)
Next, in a state where the
A1.x + B1.y + C1.z = D1 (I)
同様に、計測器14のプローブを面S2上の任意の計測点P4〜P6に押圧し、これにより点P4〜P6の位置データを取得し、次のような面S2の平面式(II)を算出する。
A2・x+B2・y+C2・z=D2 (II)
また、計測器14のプローブを面S3上の任意の計測点P7〜P9に押圧し、これにより点P7〜P9の位置データを取得し、次のような面S3の平面式(III)を算出する。
A3・x+B3・y+C3・z=D3 (III)
なお、上式(I)〜(III)のA1〜A3,B1〜B3,C1〜C3,D1〜D4は、それぞれ定数である。機械制御コントローラ10は、これらの式(I)〜(III)を連立させて解くことにより、設定点Paの位置データ(xa,ya,za)を算出する。
Similarly, the probe of the measuring
A2 ・ x + B2 ・ y + C2 ・ z = D2 (II)
Further, the probe of the measuring
A3 ・ x + B3 ・ y + C3 ・ z = D3 (III)
In the above formulas (I) to (III), A1 to A3, B1 to B3, C1 to C3, D1 to D4 are constants. The
次いで、オペレータは、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢とは異なる第2の位置、姿勢に操作し、ロボットハンド22を第2の位置、姿勢に固定した状態で、上述したのと同様にして面S1〜S3上の任意の計測点P1〜P9の位置を計測し、これら計測値に基づき設定点Paの位置データを算出する。さらに、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢および第2の位置、姿勢とは異なる第3の位置、姿勢に操作し、ロボットハンド22を第3の位置、姿勢に固定した状態で、上述したのと同様にして面S1〜S3の任意の計測点P1〜P9の位置を計測し、これら計測値に基づき設定点Paの位置データを算出する。
Next, the operator operates the
これにより第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢における設定点Paの位置データ、すなわち工作機械座標系における設定点Paの3つの位置データを得る。機械制御コントローラ10は、ケーブル31を介してこれらの位置データをロボット制御コントローラ20に送信する。ロボット制御コントローラ20は、第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢におけるロボット制御点Qの位置データ、および予め定めた設定点Paと制御点Qとのロボット座標系上での位置関係に基づき、ロボット座標系における設定点Paの3つの位置データを得る。
As a result, position data of the set point Pa in the first position, posture to third position, and posture, that is, three position data of the set point Pa in the machine tool coordinate system is obtained. The
このようにして工作機械座標系上での設定点Paの3つの位置データおよびロボット座標系上での設定点Paの3つの位置データを求めた後、ロボット制御コントローラ20は、例えば次式(IV)の関係を満たすロボット座標系から工作機械座標系への座標変換行列Taを求める。
Tm=Ta・Tr (IV)
ここで、Trは、ロボット座標系における位置および姿勢を表す行列であり、Tmは、工作機械座標系における位置および姿勢を表す行列である。
After determining the three position data of the set point Pa on the machine tool coordinate system and the three position data of the set point Pa on the robot coordinate system in this way, the
Tm = Ta ・ Tr (IV)
Here, Tr is a matrix representing the position and orientation in the robot coordinate system, and Tm is a matrix representing the position and orientation in the machine tool coordinate system.
この変換行列Taにより、工作機械座標系とロボット座標系の相対関係が表される。なお、この種の行列式の演算は周知であるため、変換行列Taの演算についての説明は省略する。ロボット制御コントローラ20は、この変換行列Taを用いてロボット2の作業プログラムを作成し、この作業プログラムに基づきハンドリング作業時のロボット2の動作を制御する。なお、オフライン等で予め作業プログラムが作成されている場合には、変換行列Taを用いて作業プログラムの位置データを修正し、修正後のプログラムに基づきハンドリング作業時のロボット2の動作を制御する。
This conversion matrix Ta represents the relative relationship between the machine tool coordinate system and the robot coordinate system. Since this type of determinant calculation is well known, description of the conversion matrix Ta calculation is omitted. The
(2)B形状
図5(a)は、B形状のハンド先端部を示す斜視図であり、図5(b)は、図5(a)の爪22aの拡大図である。ここでは、設定点PをPbで示している。設定点Pbは、形状Aと同様、爪22aを形成する直方体の隣り合う3つの面S1〜S3が交差する点、すなわち爪22aの先端角部に設定されている。
(2) B shape FIG. 5A is a perspective view showing a B-shaped hand tip, and FIG. 5B is an enlarged view of the
工作機械座標系とロボット座標系の相対関係は、A形状の場合と同様にして導出される。すなわち、オペレータは、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢に固定した状態で計測器14のプローブを面S1〜S3上の任意の計測点P1〜P9に押し当てる。これにより機械制御コントローラ10は、工作機械座標系における計測点P1〜P9の位置データを取得し、これら位置データに基づき面S1〜S3の平面式(I)〜(III)を算出し、これら平面式(I)〜(III)を連立させて解くことにより設定点Pbの位置データを算出する。
The relative relationship between the machine tool coordinate system and the robot coordinate system is derived in the same manner as in the case of the A shape. That is, the operator presses the probe of the measuring
次いで、ロボットハンド22を第2の位置、姿勢に操作し、ロボットハンド22を第2の位置、姿勢に固定した状態で、面S1〜S3上の任意の計測点P1〜P9の位置を計測する。さらに、ロボットハンド22を第3の位置、姿勢に操作し、ロボットハンド22を第3の位置、姿勢に固定した状態で、面S1〜S3の任意の計測点P1〜P9の位置を計測する。これら計測値に基づき、機械制御コントローラ10は、工作機械座標系における設定点Pbの3つの位置データを算出し、算出した3つの位置データをロボット制御コントローラ20に送信する。
Next, the
ロボット制御コントローラ20は、第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢のロボット制御点Qの位置データ、およびロボット座標系の設定点Pbと制御点Qの位置関係に基づき、第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢におけるロボット座標系上での設定点Pbの3つの位置データを得る。このようにして工作機械座標系上での設定点Pbの3つの位置データおよびロボット座標系上での設定点Pbの3つの位置データを求めた後、上述したように座標変換行列Taを求めることで、工作機械座標系とロボット座標系の相対関係を導出する。
Based on the first position, the posture to the third position, the position data of the robot control point Q in the posture, and the positional relationship between the set point Pb of the robot coordinate system and the control point Q, the
(3)C形状
図6(a)は、C形状のハンド先端部を示す斜視図であり、図6(b)は、図6(a)の爪22bの拡大図である。ここでは、設定点PをPcで示している。設定点Pcは、爪22bを形成する円筒の円形上端面S1の中心点に設定されている。
(3) C shape FIG. 6A is a perspective view showing a C-shaped hand tip, and FIG. 6B is an enlarged view of the
まず、オペレータは、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢に固定した状態で、計測器14のプローブを面S1上の任意の計測点P1〜P3に押し当てる。これにより機械制御コントローラ10は、工作機械座標系上での計測点P1〜P3の位置データを取得し、これらの位置データにより次のような面S1の平面式(V)を算出する。
A1・x+B1・y+C1・z=D1 (V)
なお、A1,B1,C1,D1はそれぞれ定数である。
First, the operator presses the probe of the measuring
A1 · x + B1 · y + C1 · z = D1 (V)
A1, B1, C1, and D1 are constants.
さらに、プローブを円筒側面S2の任意の点P4に押し当ててその点P4の位置を計測し、このときの位置データを用いて、面S1に垂直で、かつ円筒側面S2の点P4を通る次のような直線式(VI)を算出する。
x/A1=(y/B1)+B2=(z/C1)+C2 (VI)
なお、A1,B1,B2,C1,C2はそれぞれ定数である。機械制御コントローラ10は、この直線式(VI)と平面式(V)を連立させて解くことにより、直線と平面S1の交点P7の位置P7(x1,y1,z1)を算出する。
Further, the probe is pressed against an arbitrary point P4 on the cylindrical side surface S2, and the position of the point P4 is measured, and the position data at this time is used to pass the point P4 on the cylindrical side surface S2 perpendicular to the surface S1. A linear equation (VI) such as
x / A1 = (y / B1) + B2 = (z / C1) + C2 (VI)
A1, B1, B2, C1, and C2 are constants. The
同様に、計測器14のプローブを面S2上の任意の計測点P5,P6にそれぞれ押し当て、点P5,P6の位置データを取得する。これにより、面S1に垂直で、かつ点P5を通る直線式、および面S1に垂直で、かつ点P6を通る直線式をそれぞれ算出するとともに、これら直線と平面S1の交点P8,P9の位置P8(x2,y2,z2),P9(x3,y3,z3)をそれぞれ算出する。
Similarly, the probe of the measuring
ここで、円の中心位置をPc(xc,yc,zc)、半径をRとすると、それぞれ次式(VII),(VIII),(IX)が成り立つ。
(x1−xc)2+(y1−yc)2+(z1−zc)2=r2 (VII)
(x2−xc)2+(y2−yc)2+(z2−zc)2=r2 (VIII)
(x3−xc)2+(y3−yc)2+(z3−zc)2=r2 (IX)
さらに、平面式(V)に(xc,yc,zc)を代入すると、次式(X)となる。
A1・xc+B1・yc+C1・zc=D1 (X)
機械制御コントローラ10は、上式(VII),(VIII),(IX),(X)を連立させて解くことより、設定点Pcの位置データを算出する。
Here, assuming that the center position of the circle is Pc (xc, yc, zc) and the radius is R, the following equations (VII), (VIII), and (IX) hold respectively.
(X1-xc) 2 + ( y1-yc) 2 + (z1-zc) 2 = r 2 (VII)
(X2-xc) 2 + ( y2-yc) 2 + (z2-zc) 2 = r 2 (VIII)
(X3-xc) 2 + (y3-yc) 2 + (z3-zc) 2 = r 2 (IX)
Further, when (xc, yc, zc) is substituted into the plane formula (V), the following formula (X) is obtained.
A1.xc + B1.yc + C1.zc = D1 (X)
The
次いで、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢とは異なる第2の位置、姿勢に操作した後、ロボットハンド22の位置、姿勢を固定した状態で、上述したのと同様にして面S1上の任意の計測点P1〜P3および面S2上の任意の計測点P4〜P6の位置を計測し、設定点Pcの位置データを算出する。さらに、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢および第2の位置、姿勢とは異なる第3の位置、姿勢に操作した後、ロボットハンド22の位置、姿勢を固定した状態で、上述したのと同様にして面S1上の任意の計測点P1〜P3および面S2上の任意の計測点P4〜P6の位置を計測し、設定点Pcの位置データを算出する。
Next, after the
これにより機械制御コントローラ10は、第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢における設定点Pcの位置データ、すなわち工作機械座標系における設定点Paの3つの位置データを取得し、これらの位置データをロボット制御コントローラ20に送信する。ロボット制御コントローラ20は、第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢のロボット制御点Qの位置データ、およびロボット座標系上の設定点Pcと制御点Qの位置関係に基づき、ロボット座標系における設定点Pcの3つの位置データを算出する。
Thereby, the
このようにして工作機械座標系上での設定点Pcの3つの位置データおよびロボット座標系上での設定点Pcの3つの位置データを求めた後、上述したように座標変換行列Taを求めることで、工作機械座標系とロボット座標系の相対関係を導出する。 After obtaining the three position data of the set point Pc on the machine tool coordinate system and the three position data of the set point Pc on the robot coordinate system in this way, the coordinate transformation matrix Ta is obtained as described above. Thus, the relative relationship between the machine tool coordinate system and the robot coordinate system is derived.
機械制御コントローラ10およびロボット制御コントローラ20における動作をより具体的に説明する。なお、以下ではロボットハンド22がA形状の場合について説明する。図7は、機械制御コントローラ10およびロボット制御コントローラ20のCPUで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば機械制御コントローラ10およびロボット制御コントローラ20の電源オンにより開始される。
The operations in the
まず、機械制御コントローラ10の処理について説明する。ステップS11では、入力装置30(モード切替スイッチ)からの信号に基づきロボット2の動作モードが作業モードから計測モードに変更されたか否かを判定する。ステップS11が肯定されるとステップS12に進み、ケーブル31を介してロボット制御コントローラ20に信号を出力し、計測モードへの変更を通知する。ステップS13では、オペレータが刃物台12のツール取付部を操作したことにより、プローブがロボットハンド22の計測点P1〜P9に押圧されたか否か、すなわち計測器14からオン信号が出力されたか否かを判定する。
First, the process of the
ステップS13が肯定されるとステップS14に進み、計測器14で検出した工作機械座標系上の位置データを機械制御コントローラ10のメモリに保存する。ステップS15では、全ての計測点P1〜P9の位置データを取得したか否か、すなわち必要データの取得が終了したか否かを判定する。ステップS15が否定されるとステップ13に進み、必要データの取得が終了するまで同様の処理を繰り返す。
When step S13 is affirmed, the process proceeds to step S14, and the position data on the machine tool coordinate system detected by the measuring
ステップS15が肯定されるとステップS16に進み、計測点P1〜P9の位置データを用いて信号処理部が上述したように設定点Pの位置を演算する。すなわち計測点P1〜P3,P4〜P6,P7〜P9の位置データにより面S1〜S3の平面式(I)〜(III)をそれぞれ算出し、これらを連立させて解くことにより工作機械座標系上での設定点Pの位置データを求める。ステップS17では、ケーブル31を介してロボット制御コントローラ20に設定点Pの位置データを送信する。
If step S15 is affirmed, the process proceeds to step S16, and the signal processing unit calculates the position of the set point P as described above using the position data of the measurement points P1 to P9. In other words, the plane equations (I) to (III) of the surfaces S1 to S3 are calculated from the position data of the measurement points P1 to P3, P4 to P6, and P7 to P9, respectively. The position data of the set point P at is obtained. In step S17, the position data of the set point P is transmitted to the
ステップS18では、入力装置30の操作、例えばモード切替スイッチの操作により、計測モードの終了が指令されたか否かを判定する。計測モードの終了は、オペレータがロボットハンド22を第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢に操作した後、各位置において計測点P1〜P9の計測を終了した後に指令され、計測モードの終了が指令されるまではステップS13〜ステップS17の処理が繰り返される。これによりロボット制御コントローラ20には設定点Pの各位置に対応した3つの位置データが送信される。ステップS18が肯定されるとステップS19に進み、ケーブル31を介してロボット制御コントローラ20に信号を出力し、計測モードの終了を通知する。
In step S18, it is determined whether or not the end of the measurement mode has been commanded by an operation of the
次に、ロボット制御コントローラ20の処理について説明する。ステップS21では、機械制御コントローラ10より作業モードから計測モードへのモード変更が通知されたか否かを判定する。ステップS21が肯定されるとステップS22に進み、機械制御コントローラ10から設定点Pの位置データを受信したか否かを判定する。ステップS22が肯定されるとステップS23に進み、否定されるとステップS23をパスしてステップS24に進む。
Next, processing of the
ステップS23では、ロボット制御点Qの位置データ、および予め定められたロボット座標系上での設定点Pと制御点Qとの位置関係に基づき、ロボット座標系における設定点Pの位置を求め、この位置データをロボット制御コントローラ20のメモリに保存する。ステップS24では、機械制御コントローラ10から計測モード終了の通知があったか否かを判定する。ステップS24が肯定されるとステップS25に進み、否定されるとステップS22に進む。
In step S23, the position of the set point P in the robot coordinate system is obtained based on the position data of the robot control point Q and the positional relationship between the set point P and the control point Q on the predetermined robot coordinate system. The position data is stored in the memory of the
ステップS25では、機械制御コントローラ10から送信された工作機械座標系上での設定点Pの3つの位置データと、これに対応するロボット座標系上での設定点Pの3つの位置データに基づき、ロボット座標系から工作機械座標系への座標変換行列Taを求め、工作機械座標系とロボット座標系の相対関係を導出する。ステップS26では、この変換行列Taを用いて作業プログラムの作成や既存プログラムの座標変換を行い、作業プログラムをメモリに保存する。なお、ロボットハンド22がB形状およびC形状のときも、図7と同様な処理が行われる。
In step S25, based on the three position data of the set point P on the machine tool coordinate system transmitted from the
本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)ロボット制御コントローラ20での処理(ステップS23)により、ロボットハンド先端に定めた設定点Pのロボット制御点Qに対する既知の位置関係に基づき、ロボット座標系上の設定点Pの位置データを取得するとともに、機械制御コントローラ10での処理(ステップS16)により、工作機械1に取り付けられた計測器14を用いて工作機械座標系上の設定点Pの位置データを取得し、これらの位置データに基づき、ロボット制御コントローラ20での処理(ステップS25)により、ロボット座標系と工作機械座標系の相対関係を導出するようにした。これにより設定点Pを計測するための位置検出器をロボット2に設ける必要がなく、加工システムを安価に構成できる。
According to the present embodiment, the following operational effects can be achieved.
(1) The position data of the set point P on the robot coordinate system is obtained based on the known positional relationship of the set point P determined at the tip of the robot hand with respect to the robot control point Q by the processing in the robot controller 20 (step S23). In addition to the acquisition, position data of the set point P on the machine tool coordinate system is acquired by using the measuring
(2)ロボットハンド22の爪22aが略直方体のA形状(図4)およびB形状(図5)のとき、略直方体の互いに隣り合う3つの平面S1〜S3が交差する爪22aの角部に設定点Pを設定した。そして、計測器14により面S1〜S3上の計測点P1〜P9の位置を検出するとともに、これら計測点P1〜P9の位置データに基づき各面S1〜S3の平面式を算出し、平面式を連立させて解くことにより設定点Pの位置を演算するようにした。これにより、プローブを爪22aの角部に押し当てて計測器14で設定点Pの位置を直接計測する場合に比べ、設定点Pの計測精度が高まる。
(3)ロボットハンド22の爪22bが略円筒のC形状(図6)のとき、略円筒の上端面の中心に設定点Pを設定した。そして、計測器14により上端面と円筒側面の計測点P1〜P6の位置を検出するとともに、これら計測点P1〜P6の位置データに基づき上端面と円筒側面の交点P7〜P9を演算し、その交点P7〜P9に基づき設定点Pの位置を演算するようにした。これにより、プローブを爪22bの中心に押し当てて計測器14で設定点Pの位置を直接計測する場合に比べ、設定点Pの計測制度が高まる。
(4)ロボット制御コントローラ20での処理(ステップS25)により、ロボット座標系と工作機械座標系の相対関係を表す変換行列Taを演算し、この変換行列に基づきロボット2の作業プログラムの作成や既存プログラムの座標変換を行うようにしたので(ステップS26)、ハンドリング作業を精度よく行うことができる。
(2) When the
(3) When the
(4) A transformation matrix Ta representing the relative relationship between the robot coordinate system and the machine tool coordinate system is calculated by the processing in the robot controller 20 (step S25), and a work program for the
なお、上記実施の形態では、ロボットハンド22を第1の位置、姿勢〜第3の位置、姿勢に移動して各位置における設定点Pの位置データを求めるようにしたが、ロボットハンド22をさらに移動して設定点Pの位置データを4つ以上求め、これら位置データに基づきロボット座標系と工作機械座標系の相対関係を導出するようにしてもよい。設定点Pの数が多ければ、位置精度をより高めることができる。
In the above embodiment, the
ロボット制御点Qに対する位置関係が既知である箇所に設定点Pを定めるのであれば、設定点Pをロボットハンド以外の移動可能部位に定めてもよく、ロボット座標系上で設定点Pの位置データを取得するデータ取得手段としてのロボット制御コントローラ20の構成は、上述したものに限らない。刃物台12のツール取付部にプローブを取り付けるようにしたが、計測手段としての計測器14の構成はこれに限らず、例えばレーザ位置検出器等の非接触式の計測器を用いてもよい。工作機械に計測手段を取り付けるのではなく、他の箇所に計測手段を設けてもよい。
If the set point P is determined at a location where the positional relationship with the robot control point Q is known, the set point P may be determined as a movable part other than the robot hand, and the position data of the set point P on the robot coordinate system. The configuration of the
ロボット座標系と工作機械座標系の設定点Pの位置データが3点以上あれば、ロボット座標系と工作機械座標系の相対関係を求めることは可能であり、相対関係導出手段としてのロボット制御コントローラ20における処理はいかなるものでもよい。ロボットハンド22の爪22aがA形状およびB形状のときは、検出部としての計測器14により3つの平面上の位置データを検出し、演算部としての機械制御コントローラ10の信号処理部により設定点Pの位置を演算するようにした。また、ロボットハンド22の爪22bがC形状のときは、検出部としての計測器14により円筒上端面と側面の位置データを検出し、演算部としての機械制御コントローラ10の信号処理部により設定点Pの位置を演算するようにしたが、ロボット計測手段の構成はこれに限らない。ロボットハンド22の形状は上述したA形状〜C形状に限らない。
If the position data of the set point P in the robot coordinate system and the machine tool coordinate system is 3 points or more, the relative relationship between the robot coordinate system and the machine tool coordinate system can be obtained, and the robot control controller as a relative relationship deriving means The processing at 20 may be any. When the
本発明は、ワークWを加工する工作機械1に適用したが、射出成形機等、他の工作機械に本発明を同様に適用できる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の加工システムに限定されない。
Although the present invention is applied to the
1 工作機械
2 ロボット
10 機械制御コントローラ
14 計測器
20 ロボット制御コントローラ
22 ハンド
22a,22b 爪
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ロボットの所定の移動可能部位に定められた設定点のロボット制御点に対する既知の位置関係に基づき、前記ロボットに定めたロボット座標系上で前記設定点の位置データを取得するデータ取得手段と、
前記工作機械に定めた工作機械座標系上で前記設定点の位置を計測する計測手段と、
前記データ取得手段により取得された前記ロボット座標系上での位置データと、前記計測手段により計測された前記機械座標系上での位置データとに基づき、前記ロボット座標系と前記工作機械座標系の相対関係を導出する相対関係導出手段とを備えることを特徴とする加工システム。 A machining system having a machine tool controlled by a machine tool control device and a robot controlled by a robot control device and performing work on the machine tool,
Data acquisition means for acquiring position data of the set point on a robot coordinate system determined for the robot based on a known positional relationship with respect to a robot control point of a set point determined for a predetermined movable part of the robot;
Measuring means for measuring the position of the set point on the machine tool coordinate system defined for the machine tool;
Based on the position data on the robot coordinate system acquired by the data acquisition means and the position data on the machine coordinate system measured by the measurement means, the robot coordinate system and the machine tool coordinate system A machining system comprising: a relative relationship deriving unit for deriving a relative relationship.
前記ロボットは、アーム先端のハンド部に略直方体形状の爪を有し、
前記設定点は、略直方体の互いに隣り合う3つの平面が交差する前記爪の角部であり、
前記計測手段は、
前記3つの平面上の位置データを検出する検出部と、
これらの位置データに基づき前記設定点の位置を演算する演算部とを有することを特徴とする加工システム。 The processing system according to claim 1,
The robot has a substantially rectangular parallelepiped claw in the hand part of the arm tip,
The set point is a corner of the nail where three adjacent planes of a substantially rectangular parallelepiped intersect each other,
The measuring means includes
A detector for detecting position data on the three planes;
A processing system comprising: an arithmetic unit that calculates the position of the set point based on the position data.
前記ロボットは、アーム先端のハンド部に略円筒形状の爪を有し、
前記設定点は、略円筒の上端面の中心点であり、
前記計測手段は、
前記略円筒の上端面と側面の位置データを検出する検出部と、
これらの位置データに基づき前記上端面と前記側面との交点を演算し、その交点に基づき前記設定点の位置を演算する演算部とを有することを特徴とする加工システム。 The processing system according to claim 1,
The robot has a substantially cylindrical claw in the hand part of the arm tip,
The set point is the center point of the upper end surface of the substantially cylinder,
The measuring means includes
A detection unit for detecting position data of an upper end surface and a side surface of the substantially cylinder;
A processing system comprising: an arithmetic unit that calculates an intersection between the upper end surface and the side surface based on the position data, and calculates a position of the set point based on the intersection.
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