JP4138599B2

JP4138599B2 - Robot arm calibration method and calibration apparatus

Info

Publication number: JP4138599B2
Application number: JP2003207079A
Authority: JP
Inventors: 隆史松矢; 健彦近藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: JP2005059103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットアームを基準点に位置合わせすることにより、ロボットアームの校正（位置合わせ）を行うロボットアームの校正方法及び校正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、オシロスコープの複数のプローブを電子部品が実装された基板の各部に当て、各部の信号波形を同時に比較観察する場合に、複数のロボットアームを用い、その先端部を上記の各プローブで構成すれば、複数のプローブを自動的に基板上の所定の接触位置に移動できる。
【０００３】
この場合、各プローブの移動先である基板上の接触点の相対位置関係は、基板設計データ（ＣＡＤデータ等）からわかるので、このデータに基づき、各プローブを所定の接触位置に移動させることになる。しかし、各プローブを所定の接触位置に正確に移動させるためには、各プローブの座標上の原点を正確に一致させねばならない。そこで、各ロボットアームの校正が必要になる。
【０００４】
この校正は、各ロボットアームを基準点に実際に移動させ、そのときの各ロボットアームの座標が同じになるように補正することで行う。よって、このような場合の校正の精度は、如何に正確に各ロボットアームを基準点に移動できるかにかかっている。
【０００５】
従来、ロボットアーム（プローブ）を基準点に持って行く際に、基準点にパターンを形成しておき、このパターンとロボットアーム先端との接触により、ロボットアーム先端の基準点への到達を検知していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−０３９７３８公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ロボットアームとパターンとの接触を伴う特許文献１に記載の構成では、ロボットアーム先端やパターンに、摩耗・変形・破損が生じるため、ロボットアーム先端を基準点に正確に移動できず、校正精度が低いという問題がある。
【０００８】
本発明はこの問題を解決しようとするもので、ロボットアーム先端を基準点に正確に移動して校正を行うことができるロボットアームの校正方法及び校正装置を実現することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明（ロボットアームの校正方法）は、Ｘ軸方向からロボットアーム２に向けて、Ｚ軸方向に対してビーム厚Ｔを有する平行光線を出射し、ロボットアーム２を照射後の平行光線の受光量とロボットアーム２がビーム厚を全て遮る位置にある場合に安定した出力となるように設定された閾値との関係に応じた信号を基に、ロボットアーム２のＹ軸方向のエッジを求め、このエッジからロボットアーム２先端のＹ座標を算出し、この値が所定の値になるようにロボットアーム２先端をＹ軸方向に移動し、Ｙ軸方向からロボットアーム２に向けて平行光線を出射し、ロボットアーム２を照射後の平行光線の受光量と閾値との関係に応じた信号を基に、ロボットアーム２のＸ軸方向のエッジを求め、このエッジからロボットアーム２先端のＸ座標を算出し、この値が所定の値になるようにロボットアーム２先端をＸ軸方向に移動し、上記移動後のロボットアーム２の先端位置をＸ軸及びＹ軸方向の基準点として、ロボットアーム２の先端位置のＸ軸及びＹ軸方向の校正を行うと共に、Ｚ軸方向の校正の際には、Ｘ軸方向からロボットアーム２に向けて出射した平行光線中にロボットアーム２先端をＺ軸方向から挿入した状態において、ロボットアーム２を照射後の平行光線を検出し、その受光量が閾値を越えると、この閾値を越えた時点でのロボットアーム２のＺ軸方向の先端位置をＺ軸方向の基準点として、ロボットアーム２の先端位置のＺ軸方向の校正を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
この発明では、ロボットアーム先端が基準点に来たか否かを平行光線の照射により検出するので、検出時のロボットアーム先端は非接触状態にある。このため、ロボットアーム先端は変形しておらず、ロボットアーム先端を基準点に正確に移動して校正を行うことができる。
【００１１】
請求項２に係る発明（ロボットアームの校正装置）は、Ｘ軸方向からロボットアーム２に向けて、Ｚ軸方向に対してビーム厚Ｔを有する平行光線を出射する第１ビーム発生部３と、Ｙ軸方向からロボットアーム２に向けて平行光線を出射する第２ビーム発生部４と、
第１ビーム発生部３から出射されロボットアーム２を照射後の平行光線の受光量とロボットアーム２がビーム厚を全て遮る位置にある場合に安定した出力となるように設定された閾値との関係に応じた信号を出力する第１受光部５と、第２ビーム発生部４から出射されロボットアーム２を照射後の平行光線の受光量と閾値との関係に応じた信号を出力する第２受光部６と、第１受光部５の出力信号からロボットアーム２のＹ軸方向のエッジを検出し、ロボットアーム２先端のＹ座標を求めるＹ座標計算手段７と、第２受光部６の出力信号からロボットアーム２のＸ軸方向のエッジを検出し、ロボットアーム２先端のＸ座標を求めるＸ座標計算手段８とを有し、Ｙ座標計算手段７及びＸ座標計算手段８の出力信号が所定の値になるようにロボットアーム２先端の移動を行い、この移動後の位置をＸ軸及びＹ軸方向の基準点として、ロボットアーム２の先端位置のＸ軸及びＹ軸方向の校正を行うと共に、Ｚ軸方向の校正の際には、第１ビーム発生部３よりＸ軸方向からロボットアーム２に向けて出射した平行光線中にロボットアーム２先端をＺ軸方向から挿入した状態において、第１受光部５の出力信号が、ロボットアーム２を照射後の平行光線の受光量が閾値を越えたことを示すと、この閾値を越えた時点でのロボットアーム２のＺ軸方向の先端位置をＺ軸方向の基準点として、ロボットアーム２の先端位置のＺ軸方向の校正を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明においても、ロボットアーム先端が基準点に来たか否かを平行光線の照射により検出するので、検出時のロボットアーム先端は非接触状態にあるため、ロボットアーム先端は変形しておらず、ロボットアーム先端を基準点に正確に移動して校正を行うことができる。
【００１５】
【実施の形態】
（第１の実施の形態例）
本発明の第１の実施の形態例を図１〜図４を用いて説明する。これらの図において、平板１上には、Ｘ軸方向からロボットアーム２に向けて平行光線を出射する第１ビーム発生部３と、Ｙ軸方向からロボットアーム２に向けて平行光線を出射する第２ビーム発生部４とが配置されている。
【００１６】
更に、この平板１上には、第１ビーム発生部３から出射されロボットアーム２を照射後の平行光線を検出する第１受光部５と、第２ビーム発生部４から出射されロボットアーム２を照射後の平行光線を検出する第２受光部６とが配置されている。
【００１７】
本形態例における第１ビーム発生部３は、図３中に示すように、半導体レーザ等のレーザ光源１１から出たレーザビームを、Ｚ軸と平行な軸を中心に時計方向に定速回転するポリゴンミラー（回転多面鏡）１２に入射させて回転させ、この回転ビーム（反射光）をコリメータレンズ（ｆθレンズ）１３でＸ軸方向の平行ビームに変換し、これをＹ軸方向に一定速度で移動させるものである。
【００１８】
第１ビーム発生部３からＸ軸方向に出射したレーザビームのＹ軸方向の移動は、ポリゴンミラー１２の反射面が切り替わる毎に繰り返される。受光素子１４はこのＹ軸方向の移動の始点を決めるもので、レーザビームが走査開始端を通過することを検知すると、その旨を示す同期信号を出力する。
【００１９】
第２ビーム発生部４も、レーザビームの移動方向が第１ビーム発生部３と異なるだけで、基本的には、同じ構造を有している。この構成により、第１ビーム発生部３の出力ビームと第２ビーム発生部４の出力ビームとは、Ｘ−Ｙ平面と平行なそれぞれの平面上で移動する。本形態例では、第１ビーム発生部３と第２ビーム発生部４の直交する出力ビームが重ならない程度に、両ビームの移動平面がＺ方向にずれるように構成している（両ビームが重なるように配置してもよい）。
【００２０】
本形態例における第１受光部５は、図３中に示すように、第１ビーム発生部３から出射されロボットアーム２を照射後の平行光線を集束させる受光レンズ２１と、受光レンズ２１の焦点位置にて受光量を検出する受光素子２２と、受光素子２２の出力を一定の閾値で二値化する二値化回路２３とから構成されている。
【００２１】
第１ビーム発生部３（コリメータレンズ１３）から出射された平行ビームがロボットアーム２により遮られない場合には、第１受光部５の出力信号はハイレベル（又はローレベル）を維持するが、ロボットアーム２により遮られる場合には、ローレベル（又はハイレベル）になる。従って、第１受光部５の出力信号の変化から、レーザビームがロボットアーム２のＹ軸方向のエッジを通過する時刻を知ることができる。
【００２２】
校正制御部１０内のＹ座標計算手段７は、第１受光部５の出力信号からロボットアーム２のＹ軸方向のエッジを検出し、ロボットアーム２先端のＹ座標Ｙｃを求めるものである。具体的には、受光素子１４の同期信号を受けた時刻をｔ０、第１受光部５の出力信号がハイレベルになった時刻をｔ１、第１受光部５の出力信号が再びローレベルになった時刻をｔ２としたとき、ｔ１−ｔ０を測定し、この値にレーザビームのＹ軸方向の移動速度を掛けることにより、ロボットアーム２のＹ軸方向の上側エッジ（受光素子１４側のエッジ）のＹ座標Ｙａ（図２参照）を求めることができ、ｔ２−ｔ０を測定し、この値にレーザビームのＹ軸方向の移動速度を掛けることにより、ロボットアーム２のＹ軸方向の下側エッジ（受光素子１４側のエッジ）のＹ座標Ｙｂ（図２参照）を求めることができる。ここで、ロボットアーム２の先端形状が図２に示すように円錐形であれば、ロボットアーム２先端のＹ座標Ｙｃは、Ｙｃ＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２となる。
【００２３】
第２受光部６も、第１受光部５と同様な構成を有し、第２ビーム発生部４から出射されロボットアーム２を照射後の平行光線を検出している。そして、第２ビーム発生部４から出射された平行ビームがロボットアーム２により遮られない場合には、第２受光部６の出力信号はハイレベル（又はローレベル）を維持するが、ロボットアーム２により遮られる場合には、ローレベル（又はハイレベル）になる。従って、第２受光部６の出力信号の変化から、レーザビームがロボットアーム２のＸ軸方向の左側及び右側エッジを通過する時刻を知ることができる。
【００２４】
校正制御部１０内のＸ座標計算手段８は、第２受光部６の出力信号からロボットアーム２のＸ軸方向の２つのエッジを検出し、ロボットアーム２先端のＸ座標Ｘｃを求めるもので、Ｙ座標計算手段７と同様の構成を有している。そして、ロボットアーム２のＸ軸方向の右側エッジのＸ座標Ｘａ（図２参照）と左側エッジのＸ座標Ｘｂ（図２参照）を求めることにより、ロボットアーム２先端のＸ座標Ｘｃ＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２を計算している。
【００２５】
校正制御部１０は、上記Ｙ座標計算手段７及びＸ座標計算手段８を有し、これら計算手段７，８の出力信号を受け、ロボットアーム２先端のＸ座標ＸｃとＹ座標Ｙｃが所定の値になるように、ロボットアーム２先端を移動させるものである。この校正制御部１０は、アクチュエータ制御部３０を介して、Ｘ軸方向駆動部３１及びＹ軸方向駆動部３２を制御し、Ｙ座標計算手段７とＸ座標計算手段８にて求められるロボットアーム２先端のＸ座標Ｘｃ，Ｙ座標Ｙｃが、それぞれ、所定の値Ｘｐ，Ｙｐになるまで、ロボットアーム２先端を移動させる。
【００２６】
この移動後の座標位置（Ｘｐ，Ｙｐ）は基準点Ｐ（図２参照）の座標であり、ロボットアーム２が、その停止位置の座標を（Ｘｐ，Ｙｐ）であると正しく認識できるように、ロボットアーム２の位置制御系を校正する。尚、ロボットアーム２はＺ軸方向駆動部３３にＺ軸方向に駆動可能に搭載され、Ｚ軸方向駆動部３３はＹ軸方向駆動部３２にＹ軸方向に移動可能に搭載され、Ｙ軸方向駆動部３２はＸ軸方向駆動部３１にＸ軸方向に移動可能に搭載されており、これにより、ロボットアーム２の３次元方向の駆動が確保されている。
【００２７】
上記形態例において、Ｚ軸方向の位置合わせは、校正制御部１０が、アクチュエータ制御部３０を介して、Ｚ軸方向駆動部３３を駆動制御し、図４に示すように、第１ビーム発生部３から出射された平行光線Ｈ中に、Ｚ軸方向からロボットアーム２を挿入していくことにより行う。図４(ａ)の状態では、ロボットアーム２の挿入がなされていないので、当然ながら第１受光部５の出力信号には変化がない。一方、図４(ｂ)の状態になると、ロボットアーム２一部が平行光線Ｈ中に挿入されるため、受光素子２２の出力信号に変化が出る。しかし、遮られる光線が少ないため、第１受光部５の出力信号（測定値）の揺れやバラツキが大きい。
【００２８】
図４(ａ)の状態から図４(ｂ)の状態を経て、更に挿入すると、第１受光部５の出力信号が安定する。この安定した時のロボットアーム２の位置（図４(ｃ)の状態）に到達した時点で、ロボットアーム２を停止させる。そして、この位置をＺ軸方向の基準点として、ロボットアーム２の先端位置のＺ軸方向の校正を行う。
【００２９】
ここで、第１受光部５の出力信号は、上記の通り、第１ビーム発生部３（コリメータレンズ１３）から出射された平行光線がロボットアーム２により遮られた場合にローレベルになるが、受光素子２２の出力信号がどれだけ低下したときにローレベルとなるかは、二値化回路２３の閾値により決まる。そして、第１受光部５の出力信号が安定した時（図４(ｃ)の状態）のロボットアーム２の先端位置も、この閾値により変化する。
【００３０】
本形態例では、第１ビーム発生部３から出射された平行光線Ｈ中へのロボットアーム２先端の挿入完了時（平行光線Ｈの図４(ｃ)における上下方向の全幅Ｔにわたって、ロボットアーム２の先端が差し込まれた時）に、第１受光部５の出力信号が安定するように、上記閾値が選ばれている。このＺ軸方向の位置合わせは、Ｘ，Ｙ軸方向の位置合わせの前でも後でもよい。
【００３１】
上記形態例では、複数のロボットアーム２先端を一つの基準点に移動して、校正を行う。そして、ロボットアーム２先端が基準点に来たか否かの検出は、平行光線の照射により行うので、検出時のロボットアーム２先端は非接触状態にある。このため、ロボットアーム２先端は変形しておらず、ロボットアーム２先端を基準点に正確に移動して校正を行うことができる。
【００３２】
又、本形態例において、第１及び第２ビーム発生部３，４から同時にレーザビームを出射するようにし、且つ、この時に両平行光線中にロボットアーム２先端が挿入されているように構成すれば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に関する位置合わせを同時に行うことができる。又、上記形態例のように、第１ビーム発生部３と第２ビーム発生部４の直交する出力ビームが重ならない程度に、両ビームの移動平面をＺ方向にずらせた場合、第１ビーム発生部３ではなく第２ビーム発生部４から出射された各平行光線中にロボットアーム２先端を挿入し、上記Ｚ軸方向の位置合わせを行うようにしてもよい。
（第２の実施の形態例）
第２の実施の形態例は、ロボットアーム２が傾斜して設けられたもので、その特徴は、Ｙ座標計算手段７とＸ座標計算手段８でのロボットアーム２先端のＹ座標，Ｘ座標の算出方法にあり、その他の構成は、第１の実施の形態例と同様である。そこで、相違点であるロボットアーム２先端の座標Ｘｓの算出方法についてのみ説明する。
【００３３】
まず、Ｘ座標計算手段８でのロボットアーム２先端のＸ座標の算出方法を図５を用いて説明する。図５中の円錐形のロボットアーム２の先端形状、Ｙ軸方向から見たときのロボットアーム２先端の傾斜角θ、平行光線Ｈの幅Ｔは既知である。ロボットアーム２のＸ軸方向の右上側エッジＣのＸ座標ＸＣ、左上側エッジＢのＸ座標ＸＢ、先端ＡのＸ座標ＸＡとしたとき、右上側エッジＣと先端Ａとの中点ｎのＸ座標Ｘｎと、左上側エッジＢと先端Ａとの中点ｍのＸ座標Ｘｍとは、次式のようになる。
【００３４】
Ｘｎ＝（ＸＡ＋ＸＣ）／２
Ｘｍ＝（ＸＡ＋ＸＢ）／２
第２受光部６の出力信号からロボットアーム２のＸ軸方向のエッジを検出するが、ここで検出されたＸ軸方向の右側エッジのＸ座標は中点ｎのＸ座標Ｘｎに等しいと推定され、Ｘ軸方向の右側エッジのＸ座標は中点ｍのＸ座標Ｘｍに等しいと推定される。
【００３５】
又、アームセンターＳのＸ座標Ｘｓは、中点ｎと中点ｍとの中点であることから、次式のようになる。
【００３６】
Ｘｓ＝（Ｘｎ＋Ｘｍ）／２
そこで、このアームセンターＳとロボットアーム２の先端Ａとの距離をＬとし、ロボットアーム２先端ＡのＸ座標ＸＡとアームセンターＳとのＸ座標Ｘｓの差をΔとすれば、次の関係が成り立つ。
【００３７】
Δ＝Ｌ・sinθ
よって、ロボットアーム２の先端ＡのＸ座標ＸＡは、次式のようになる。
【００３８】
ＸＡ＝Ｘｓ＋Δ
＝（Ｘｎ＋Ｘｍ）／２＋Ｌ・sinθ
ここで、Ｘｎ，Ｘｍは第２受光部６の出力信号から求まり、Ｌ・sinθはロボットアーム２の先端形状（ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ），Ｔ，θから求まる。Ｘ座標計算手段８は、上式からロボットアーム２の先端ＡのＸ座標ＸＡを計算する。一方、ロボットアーム２の先端ＡのＹ座標ＹＡについては、Ｙ座標計算手段７が、全く同様にして、第１受光部５の出力信号等を用いて計算する。
【００３９】
本形態例における校正制御部１０は、アクチュエータ制御部３０を介して、Ｘ軸方向駆動部３１及びＹ軸方向駆動部３２を制御し、Ｙ座標計算手段７とＸ座標計算手段８にて求められるロボットアーム２先端のＸ座標ＸＡ，Ｙ座標ＹＡが、それぞれ、所定の値Ｘｐ，Ｙｐになるまで、ロボットアーム２先端を移動させることになる。
（上記以外の実施の形態例）
本発明は上記の各実施の形態例に限定されるものではない。例えば、上記形態例では、図３に示したようなポリゴンミラー１２等を用いた高速走査光学系を用いたが、一本のレーザビームを出射する第１及び第２ビーム発生部３，４を用い、図６に示すように、第１ビーム発生部３と第１受光部５とが同期してＹ軸方向に走行するようにガイドシャフト４１，４３でもって案内され、第２ビーム発生部４と第２受光部６とが同期してＸ軸方向に走行できるようにガイドシャフト４２，４４でもって案内されるように構成してもよい。
【００４０】
又、上記各形態例は、レーザビームを走査してロボットアーム２のエッジを検出したが、ロボットアーム２を覆う程度の広がりを持った平行光線を同時に照射し、ロボットアーム２を通過後の平行光線を撮像素子で受け、その画像からロボットアーム２のエッジを検出し、ロボットアーム２先端のＸ，Ｙ座標を求めるようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る校正方法の発明では、ロボットアーム先端が基準点に来たか否かを平行光線の照射により検出するので、検出時のロボットアーム先端は非接触状態にある。このため、ロボットアーム先端は変形しておらず、ロボットアーム先端を基準点に正確に移動して校正を行うことができる。
【００４２】
請求項２に係る校正装置の発明においても、ロボットアーム先端が基準点に来たか否かを平行光線の照射により検出するので、検出時のロボットアーム先端は非接触状態にあるため、ロボットアーム先端は変形しておらず、ロボットアーム先端を基準点に正確に移動して校正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す図である。
【図２】Ｘ，Ｙ座標計算の説明図である。
【図３】ビーム発生部及び受光部の構成図である。
【図４】Ｚ軸方向の位置合わせの説明図である。
【図５】傾斜しているロボットアームでの座標計算の説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態例を示す図である。
【符号の説明】
１平板
２ロボットアーム
３第１ビーム発生部
４第２ビーム発生部
５第１受光部
６第２受光部
７Ｙ座標計算手段
８Ｘ座標計算手段
１０校正制御部
１１光源
１２ポリゴンミラー
１３コリメータレンズ
１４受光素子
２１受光レンズ
２２受光素子
２３二値化回路
３０アクチュエータ制御部
３１Ｘ軸方向駆動部
３２Ｙ軸方向駆動部
３３Ｚ軸方向駆動部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot arm calibration method and calibration apparatus that perform calibration (position alignment) of a robot arm by aligning the robot arm with a reference point.
[0002]
[Prior art]
For example, when a plurality of probes of an oscilloscope are applied to each part of a board on which electronic components are mounted and the signal waveforms of each part are simultaneously compared and observed, a plurality of robot arms are used, and the tip of each probe is composed of the above probes. Thus, the plurality of probes can be automatically moved to a predetermined contact position on the substrate.
[0003]
In this case, since the relative positional relationship between the contact points on the substrate to which each probe is moved is known from the substrate design data (CAD data or the like), each probe is moved to a predetermined contact position based on this data. Become. However, in order to accurately move each probe to a predetermined contact position, the origins on the coordinates of each probe must be exactly matched. Therefore, it is necessary to calibrate each robot arm.
[0004]
This calibration is performed by actually moving each robot arm to the reference point and performing correction so that the coordinates of each robot arm at that time are the same. Therefore, the accuracy of calibration in such a case depends on how accurately each robot arm can be moved to the reference point.
[0005]
Conventionally, when the robot arm (probe) is brought to the reference point, a pattern is formed at the reference point, and the contact of this pattern with the tip of the robot arm detects the arrival of the robot arm tip at the reference point. (For example, refer to Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-039738 A (FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the configuration described in Patent Document 1 that involves contact between the robot arm and the pattern, the robot arm tip or pattern is worn, deformed, or damaged, so the robot arm tip cannot be accurately moved to the reference point, and the calibration accuracy is high. There is a problem that it is low.
[0008]
The present invention is intended to solve this problem, and an object of the present invention is to realize a robot arm calibration method and calibration apparatus that can perform calibration by accurately moving the tip of the robot arm to a reference point. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 (method for calibrating a robot arm) is toward the X-axis direction on the robot arm 2, emits a collimated light beam having a beam thickness T to the Z-axis direction, after irradiation with the robot arm 2 Based on the signal according to the relationship between the amount of received parallel light rays and the threshold value set so that the output is stable when the robot arm 2 is in a position that blocks all the beam thickness , the robot arm 2 in the Y-axis direction An edge is obtained, the Y coordinate of the tip of the robot arm 2 is calculated from this edge, the tip of the robot arm 2 is moved in the Y axis direction so that this value becomes a predetermined value, and the robot arm 2 is directed from the Y axis direction toward the robot arm 2. emits a collimated light beam, based on a signal corresponding to the relationship between the light reception amount and the threshold value of parallel rays after irradiation robot arm 2, we obtain the X-axis direction of the edge of the robot arm 2, the robot arm 2 from the edge Calculating the X-coordinate of the end, this value moves the robot arm 2 tip to a predetermined value in the X-axis direction, the reference point of the tip position of the robot arm 2 after the mobile X-axis and Y-axis directions As described above, the X-axis and Y-axis directions of the tip position of the robot arm 2 are calibrated, and when calibrating in the Z-axis direction, the robot arm 2 is included in the parallel rays emitted toward the robot arm 2 from the X-axis direction. In a state where the tip is inserted from the Z-axis direction, parallel rays after irradiating the robot arm 2 are detected, and when the amount of received light exceeds a threshold value, the tip of the robot arm 2 in the Z-axis direction when the threshold value is exceeded. Using the position as a reference point in the Z-axis direction, the tip position of the robot arm 2 is calibrated in the Z-axis direction .
[0010]
In the present invention, whether or not the tip of the robot arm has reached the reference point is detected by irradiating parallel rays, so that the tip of the robot arm at the time of detection is in a non-contact state. For this reason, the tip of the robot arm is not deformed, and calibration can be performed by accurately moving the tip of the robot arm to the reference point.
[0011]
The invention (the robot arm calibration apparatus) according to claim 2 is directed to a first beam generation unit 3 that emits a parallel beam having a beam thickness T with respect to the Z-axis direction from the X-axis direction toward the robot arm 2 ; A second beam generating unit 4 that emits parallel rays from the Y-axis direction toward the robot arm 2 ;
The first beam is emitted from the generator 3 the relationship between the stable output to become as set threshold when the received light quantity and the robot arm 2 of the parallel rays after irradiation robot arm 2 is in the position blocking all the beam thickness a first light receiving portion 5 which outputs a signal corresponding to the second light receiving and outputting a signal corresponding to the relationship between the light reception amount and the threshold value of the emitted parallel light after irradiation robot arm 2 from the second beam generating portion 4 Y-coordinate calculating means 7 for detecting the Y-axis direction edge of the robot arm 2 from the output signal of the unit 6 and the first light-receiving unit 5 , and obtaining the Y-coordinate of the tip of the robot arm 2, and the output signal of the second light-receiving unit 6 from detecting the X-axis direction of the edge of the robot arm 2, and a X-coordinate calculating unit 8 for determining the X-coordinate of the robot arm 2 tip, the output signal of the Y-coordinate computing means 7 and X coordinate calculating means 8 is given Robot to become value Perform movement of the arm 2 tip, the position after the movement as the reference point of the X-axis and Y-axis direction, performs calibration of the X-axis and Y-axis direction of the distal end position of the robot arm 2, the Z-axis direction of the calibration In this case, the output signal of the first light receiving unit 5 is output in the state where the tip of the robot arm 2 is inserted from the Z axis direction into the parallel light beam emitted from the first beam generating unit 3 toward the robot arm 2 from the X axis direction. When the amount of received parallel rays after irradiating the robot arm 2 exceeds a threshold value, the tip position in the Z-axis direction of the robot arm 2 when the threshold value is exceeded is used as a reference point in the Z-axis direction. The tip position of the robot arm 2 is calibrated in the Z-axis direction .
[0012]
Also in this invention, since the detection of whether or not the robot arm tip has reached the reference point by irradiation of parallel rays, the robot arm tip at the time of detection is in a non-contact state, the robot arm tip is not deformed, Calibration can be performed by accurately moving the tip of the robot arm to the reference point.
[0015]
Embodiment
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, on the flat plate 1, a first beam generating unit 3 that emits parallel rays from the X-axis direction toward the robot arm 2, and a first beam that emits parallel rays from the Y-axis direction toward the robot arm 2. A two-beam generator 4 is arranged.
[0016]
Further, on the flat plate 1, a first light receiving unit 5 that detects a parallel light beam emitted from the first beam generation unit 3 and irradiates the robot arm 2, and a robot arm 2 emitted from the second beam generation unit 4. A second light receiving unit 6 for detecting parallel light rays after irradiation is disposed.
[0017]
As shown in FIG. 3, the first beam generation unit 3 in this embodiment rotates a laser beam emitted from a laser light source 11 such as a semiconductor laser at a constant speed clockwise about an axis parallel to the Z axis. It is incident on a polygon mirror (rotating polygonal mirror) 12 and rotated, and this rotated beam (reflected light) is converted into a parallel beam in the X-axis direction by a collimator lens (fθ lens) 13 and is converted at a constant speed in the Y-axis direction. It is to be moved.
[0018]
The movement in the Y-axis direction of the laser beam emitted from the first beam generating unit 3 in the X-axis direction is repeated each time the reflecting surface of the polygon mirror 12 is switched. The light receiving element 14 determines the starting point of the movement in the Y-axis direction. When it detects that the laser beam passes through the scanning start end, it outputs a synchronization signal indicating that fact.
[0019]
The second beam generation unit 4 also basically has the same structure except that the moving direction of the laser beam is different from that of the first beam generation unit 3. With this configuration, the output beam of the first beam generating unit 3 and the output beam of the second beam generating unit 4 move on respective planes parallel to the XY plane. In this embodiment, the moving planes of both beams are shifted in the Z direction so that the orthogonal output beams of the first beam generating unit 3 and the second beam generating unit 4 do not overlap (both beams overlap). May be arranged as follows).
[0020]
As shown in FIG. 3, the first light-receiving unit 5 in the present embodiment includes a light-receiving lens 21 that converges parallel light beams emitted from the first beam generating unit 3 and irradiated on the robot arm 2, and the focus of the light-receiving lens 21. The light receiving element 22 detects the amount of light received at the position, and a binarization circuit 23 that binarizes the output of the light receiving element 22 with a certain threshold value.
[0021]
When the parallel beam emitted from the first beam generating unit 3 (collimator lens 13) is not blocked by the robot arm 2, the output signal of the first light receiving unit 5 is maintained at a high level (or low level). When it is blocked by the robot arm 2, it becomes a low level (or a high level). Therefore, the time when the laser beam passes through the edge of the robot arm 2 in the Y-axis direction can be known from the change in the output signal of the first light receiving unit 5.
[0022]
The Y coordinate calculation means 7 in the calibration control unit 10 detects an edge in the Y axis direction of the robot arm 2 from the output signal of the first light receiving unit 5 and obtains the Y coordinate Yc of the tip of the robot arm 2. Specifically, the time when the synchronization signal of the light receiving element 14 is received is t0, the time when the output signal of the first light receiving unit 5 becomes high level, t1, and the output signal of the first light receiving unit 5 becomes low level again. When t2 is set to t2, t1-t0 is measured, and by multiplying this value by the moving speed of the laser beam in the Y-axis direction, the upper edge of the robot arm 2 in the Y-axis direction (the edge on the light receiving element 14 side) Y coordinate Ya (see FIG. 2) can be obtained, t2-t0 is measured, and the lower edge of the robot arm 2 in the Y-axis direction is obtained by multiplying this value by the moving speed of the laser beam in the Y-axis direction. The Y coordinate Yb (see FIG. 2) of the (light receiving element 14 side edge) can be obtained. If the tip shape of the robot arm 2 is conical as shown in FIG. 2, the Y coordinate Yc of the tip of the robot arm 2 is Yc = (Ya + Yb) / 2.
[0023]
The second light receiving unit 6 also has a configuration similar to that of the first light receiving unit 5, and detects parallel rays emitted from the second beam generating unit 4 and irradiating the robot arm 2. When the parallel beam emitted from the second beam generating unit 4 is not blocked by the robot arm 2, the output signal of the second light receiving unit 6 maintains a high level (or low level). When it is interrupted by the low level (or high level). Therefore, the time when the laser beam passes through the left and right edges in the X-axis direction of the robot arm 2 can be known from the change in the output signal of the second light receiving unit 6.
[0024]
The X coordinate calculation means 8 in the calibration control unit 10 detects two edges in the X axis direction of the robot arm 2 from the output signal of the second light receiving unit 6, and obtains the X coordinate Xc of the tip of the robot arm 2. It has the same configuration as the Y coordinate calculation means 7. Then, by obtaining the X coordinate Xa (see FIG. 2) of the right edge of the robot arm 2 in the X-axis direction and the X coordinate Xb (see FIG. 2) of the left edge, the X coordinate Xc = (Xa + Xb) of the tip of the robot arm 2 / 2 is calculated.
[0025]
The calibration control unit 10 includes the Y coordinate calculation means 7 and the X coordinate calculation means 8, and receives the output signals of these calculation means 7 and 8, and the X coordinate Xc and Y coordinate Yc of the tip of the robot arm 2 have predetermined values. The tip of the robot arm 2 is moved so that The calibration control unit 10 controls the X-axis direction driving unit 31 and the Y-axis direction driving unit 32 via the actuator control unit 30, and the robot arm 2 obtained by the Y coordinate calculation unit 7 and the X coordinate calculation unit 8. The tip of the robot arm 2 is moved until the X coordinate Xc and Y coordinate Yc of the tip become predetermined values Xp and Yp, respectively.
[0026]
The coordinate position (Xp, Yp) after this movement is the coordinate of the reference point P (see FIG. 2), so that the robot arm 2 can correctly recognize that the coordinate of the stop position is (Xp, Yp). The position control system of the robot arm 2 is calibrated. The robot arm 2 is mounted on the Z-axis direction drive unit 33 so as to be driven in the Z-axis direction, and the Z-axis direction drive unit 33 is mounted on the Y-axis direction drive unit 32 so as to be movable in the Y-axis direction. The drive unit 32 is mounted on the X-axis direction drive unit 31 so as to be movable in the X-axis direction, thereby ensuring the driving of the robot arm 2 in the three-dimensional direction.
[0027]
In the above-described embodiment, the alignment in the Z-axis direction is performed by the calibration control unit 10 controlling the drive of the Z-axis direction drive unit 33 via the actuator control unit 30, and as shown in FIG. This is performed by inserting the robot arm 2 into the parallel light beam H emitted from 3 from the Z-axis direction. In the state of FIG. 4A, since the robot arm 2 is not inserted, naturally, the output signal of the first light receiving unit 5 is not changed. On the other hand, in the state shown in FIG. 4B, since a part of the robot arm 2 is inserted into the parallel light beam H, the output signal of the light receiving element 22 changes. However, since there are few light rays to be blocked, the output signal (measured value) of the first light receiving unit 5 is greatly fluctuated and varied.
[0028]
When further inserted from the state of FIG. 4A through the state of FIG. 4B, the output signal of the first light receiving unit 5 is stabilized. The robot arm 2 is stopped when it reaches the position of the robot arm 2 when stabilized (state shown in FIG. 4C). Then, using this position as a reference point in the Z-axis direction, the tip position of the robot arm 2 is calibrated in the Z-axis direction.
[0029]
Here, as described above, the output signal of the first light receiving unit 5 becomes a low level when the parallel beam emitted from the first beam generating unit 3 (collimator lens 13) is blocked by the robot arm 2, The level at which the output signal of the light receiving element 22 decreases to become low level is determined by the threshold value of the binarization circuit 23. Then, the tip position of the robot arm 2 when the output signal of the first light receiving unit 5 is stabilized (the state shown in FIG. 4C) also changes according to this threshold value.
[0030]
In this embodiment, when the end of the robot arm 2 is completely inserted into the parallel light beam H emitted from the first beam generating unit 3 (the robot arm 2 extends over the full width T of the parallel light beam H in FIG. 4C). The threshold value is selected so that the output signal of the first light receiving unit 5 is stabilized when the tip of the first light receiving unit 5 is inserted. The alignment in the Z-axis direction may be performed before or after the alignment in the X and Y axis directions.
[0031]
In the above embodiment, calibration is performed by moving the tips of the plurality of robot arms 2 to one reference point. Since the detection of whether or not the tip of the robot arm 2 has reached the reference point is performed by irradiation with parallel rays, the tip of the robot arm 2 at the time of detection is in a non-contact state. Therefore, the tip of the robot arm 2 is not deformed, and calibration can be performed by accurately moving the tip of the robot arm 2 to the reference point.
[0032]
In this embodiment, the first and second beam generators 3 and 4 emit laser beams at the same time, and at this time, the tip of the robot arm 2 is inserted into both parallel beams. For example, alignment in both the X-axis direction and the Y-axis direction can be performed simultaneously. In addition, as in the above-described embodiment, the first beam is generated when the planes of movement of both beams are shifted in the Z direction so that the orthogonal output beams of the first beam generator 3 and the second beam generator 4 do not overlap. The tip of the robot arm 2 may be inserted into each parallel beam emitted from the second beam generating unit 4 instead of the unit 3, and the alignment in the Z-axis direction may be performed.
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the robot arm 2 is tilted, and the feature is that the Y coordinate and X coordinate of the tip of the robot arm 2 in the Y coordinate calculation means 7 and the X coordinate calculation means 8 are as follows. There is a calculation method, and other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the calculation method of the coordinate Xs of the tip of the robot arm 2 which is a difference will be described.
[0033]
First, a method for calculating the X coordinate of the tip of the robot arm 2 by the X coordinate calculation means 8 will be described with reference to FIG. The tip shape of the conical robot arm 2 in FIG. 5, the tilt angle θ of the tip of the robot arm 2 when viewed from the Y-axis direction, and the width T of the parallel light beam H are known. When the X coordinate XC of the upper right edge C of the robot arm 2 in the X axis direction, the X coordinate XB of the upper left edge B, and the X coordinate XA of the tip A, the X of the middle point n between the upper right edge C and the tip A The coordinate Xn and the X coordinate Xm of the midpoint m between the upper left edge B and the tip A are as follows.
[0034]
Xn = (XA + XC) / 2
Xm = (XA + XB) / 2
The X-axis direction edge of the robot arm 2 is detected from the output signal of the second light receiving unit 6, and the X-coordinate of the right-side edge detected here is estimated to be equal to the X-coordinate Xn of the middle point n. The X coordinate of the right edge in the X axis direction is estimated to be equal to the X coordinate Xm of the midpoint m.
[0035]
Further, since the X coordinate Xs of the arm center S is the midpoint between the midpoint n and the midpoint m, the following equation is obtained.
[0036]
Xs = (Xn + Xm) / 2
Therefore, if the distance between the arm center S and the tip A of the robot arm 2 is L and the difference between the X coordinate XA of the robot arm 2 tip A and the X coordinate Xs of the arm center S is Δ, the following relationship is obtained. It holds.
[0037]
Δ = L · sinθ
Therefore, the X coordinate XA of the tip A of the robot arm 2 is as follows.
[0038]
XA = Xs + Δ
= (Xn + Xm) / 2 + L · sinθ
Here, Xn and Xm are obtained from the output signal of the second light receiving unit 6, and L · sin θ is obtained from the tip shape (XA, XB, XC), T, and θ of the robot arm 2. The X coordinate calculation means 8 calculates the X coordinate XA of the tip A of the robot arm 2 from the above equation. On the other hand, the Y coordinate YA of the tip A of the robot arm 2 is calculated by the Y coordinate calculation means 7 using the output signal of the first light receiving unit 5 in the same manner.
[0039]
The calibration control unit 10 in this embodiment controls the X-axis direction drive unit 31 and the Y-axis direction drive unit 32 via the actuator control unit 30 and is obtained by the Y coordinate calculation unit 7 and the X coordinate calculation unit 8. The tip of the robot arm 2 is moved until the X coordinate XA and Y coordinate YA of the tip of the robot arm 2 become predetermined values Xp and Yp, respectively.
(Example embodiments other than the above)
The present invention is not limited to the embodiments described above. For example, in the above embodiment, a high-speed scanning optical system using the polygon mirror 12 or the like as shown in FIG. 3 is used. However, the first and second beam generating units 3 and 4 that emit a single laser beam are used. As shown in FIG. 6, the first beam generating unit 3 and the first light receiving unit 5 are guided by the guide shafts 41 and 43 so as to run in the Y-axis direction synchronously, and the second beam generating unit 4 is used. And the second light receiving unit 6 may be configured to be guided by the guide shafts 42 and 44 so that they can run in the X-axis direction in synchronization.
[0040]
In each of the above-described embodiments, the edge of the robot arm 2 is detected by scanning the laser beam. However, the parallel light beam that is spread so as to cover the robot arm 2 is simultaneously irradiated and the parallel beam after passing through the robot arm 2 is irradiated. The light beam may be received by the imaging device, the edge of the robot arm 2 may be detected from the image, and the X and Y coordinates of the tip of the robot arm 2 may be obtained.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, in the invention of the calibration method according to the first aspect, whether or not the tip of the robot arm has reached the reference point is detected by irradiating with parallel rays, so the tip of the robot arm at the time of detection is in a non-contact state. . For this reason, the tip of the robot arm is not deformed, and calibration can be performed by accurately moving the tip of the robot arm to the reference point.
[0042]
Also in the invention of the calibration device according to the second aspect, since whether or not the tip of the robot arm has reached the reference point is detected by irradiation of parallel rays, the tip of the robot arm is in a non-contact state at the time of detection. Is not deformed and can be calibrated by accurately moving the tip of the robot arm to the reference point.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of X and Y coordinate calculation.
FIG. 3 is a configuration diagram of a beam generating unit and a light receiving unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram of alignment in the Z-axis direction.
FIG. 5 is an explanatory diagram of coordinate calculation in an inclined robot arm.
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flat plate 2 Robot arm 3 1st beam generation part 4 2nd beam generation part 5 1st light-receiving part 6 2nd light-receiving part 7 Y coordinate calculation means 8 X coordinate calculation means 10 Calibration control part 11 Light source 12 Polygon mirror 13 Collimator lens 14 Light receiving element 21 Light receiving lens 22 Light receiving element 23 Binary circuit 30 Actuator control unit 31 X-axis direction drive unit 32 Y-axis direction drive unit 33 Z-axis direction drive unit

Claims

Towards the X-axis direction on the robot arm 2, emits a collimated light beam having a beam thickness T to the Z-axis direction, the light receiving amount and the robot arm 2 of the parallel rays after irradiation robot arm 2 intercepts all the beam thickness Based on the signal according to the relationship with the threshold value set so that the output is stable when in position, the edge in the Y-axis direction of the robot arm 2 is obtained, and the Y coordinate of the tip of the robot arm 2 is obtained from this edge. Calculate, move the tip of the robot arm 2 in the Y-axis direction so that this value becomes a predetermined value,
The parallel beam is emitted from the Y-axis direction toward the robot arm 2 and the edge of the robot arm 2 in the X-axis direction is based on a signal corresponding to the relationship between the received amount of the parallel beam after irradiation of the robot arm 2 and the threshold value. And the X coordinate of the tip of the robot arm 2 is calculated from this edge, the tip of the robot arm 2 is moved in the X-axis direction so that this value becomes a predetermined value,
Using the tip position of the robot arm 2 after the movement as a reference point in the X-axis and Y-axis directions, the tip position of the robot arm 2 is calibrated in the X-axis and Y-axis directions ,
When calibrating in the Z-axis direction, the parallel rays after irradiating the robot arm 2 are irradiated in the state where the tip of the robot arm 2 is inserted from the Z-axis direction into the parallel rays emitted from the X-axis direction toward the robot arm 2. When the detected amount of light exceeds a threshold value, the tip position in the Z-axis direction of the robot arm 2 at the time when the threshold value is exceeded is used as a reference point in the Z-axis direction. Calibration method for the robot arm that performs calibration.

A first beam generator 3 that emits parallel light beams having a beam thickness T with respect to the Z- axis direction from the X-axis direction toward the robot arm 2 ;
A second beam generating unit 4 that emits parallel rays from the Y-axis direction toward the robot arm 2 ;
The first beam is emitted from the generator 3 the relationship between the stable output to become as set threshold when the received light quantity and the robot arm 2 of the parallel rays after irradiation robot arm 2 is in the position blocking all the beam thickness A first light receiving unit 5 that outputs a signal corresponding to
A second light receiving unit 6 that outputs a signal according to the relationship between the amount of received parallel light beams emitted from the second beam generating unit 4 and irradiated on the robot arm 2 and a threshold ;
Y coordinate calculation means 7 for detecting the Y-axis direction edge of the robot arm 2 from the output signal of the first light receiving unit 5 and obtaining the Y coordinate of the tip of the robot arm 2 ;
X coordinate calculation means 8 for detecting the X-axis direction edge of the robot arm 2 from the output signal of the second light receiving unit 6 and obtaining the X coordinate of the tip of the robot arm 2 ;
The tip of the robot arm 2 is moved so that the output signals of the Y coordinate calculation means 7 and the X coordinate calculation means 8 become predetermined values, and the position after this movement is used as a reference point in the X-axis and Y-axis directions. While calibrating the tip position of 2 in the X-axis and Y-axis directions ,
When calibrating in the Z-axis direction, the first light receiving portion 3 is inserted in the parallel beam emitted from the first beam generating unit 3 toward the robot arm 2 from the X-axis direction and inserted in the Z-axis direction. When the output signal of the unit 5 indicates that the amount of parallel light received after irradiating the robot arm 2 exceeds the threshold value, the tip position in the Z-axis direction of the robot arm 2 when the threshold value is exceeded is indicated as the Z-axis. A robot arm calibration device that calibrates the tip position of the robot arm 2 in the Z-axis direction as a direction reference point .