專利名稱：加工用機器人程序的制作裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于使用機器人進行切飛邊等的加工的加工用機器人程序的 制作裝置。
背景技術：
歷來，在用具有視覺傳感器的機器人系統檢測工件的位置姿勢進行加工 的場合，用視覺傳感器拍攝工件的形狀的特征的地方，計算和作為基準的工件 圖像之間的位置的變化量，修正加工用程序的各示教點，由此進行吸收工件的 配置誤差的加工。
另外，在機器人上安裝視覺傳感器進行工件的拍攝的場合，為制作使機 器人移動到拍攝位置的程序，也有一邊通過慢進操作等微調整視覺傳感器能夠 拍攝工件的位置姿勢一邊進行的技術。進而，也有不用視覺傳感器檢測對于工 件加工面的基準面的高度，不修正機器人的刀具的位置姿勢來對工件進行力口工 的方法。
另外，關于用機器人進行切飛邊的技術，也提出了各種提案。例如，在
特開平5—31659號/>報中，公開了活用工件的理想形狀等的設計信息，僅對 飛邊發生的區域能夠進行視覺識別的切飛邊方法及裝置。另外，在特開平5— 165509號公報中，公開了為謀求作業的筒單化 離線化，根據用CAD系統等 制作的具有自由曲線部分的畫面信息生成機器人路徑的技術。進而在特開平5 —233048號公報中，還公開了把具有復雜的形狀的棱線的多種工件作為對象、 生成用于切/磨飛邊作業的路徑示教數據的技術。
在現有的技術中，能夠用視覺傳感器檢測工件的位置及姿勢，考慮工件 的配置誤差來進行加工，但是不能連工件自身的制作誤差亦即形狀誤差一起考 慮來進行加工，因此^/L器人的刀具不能沿實際的工件形狀那樣進行正確的加 工。
另外，在機器人上安裝視覺傳感器進行工件的拍攝的場合，為決定拍攝位置，需要一邊微調整機器人的位置及姿勢一邊進行示教，需要非常多的工時。 再者，在不修正機器人的刀具的位置及姿勢進行加工的場合，有時刀具 和工件干涉而不能加工。
發明內容
因此，本發明的目的是，提供一種加工用機器人程序制作裝置，其就其 具有視覺傳感器的機器人系統來說能夠吸收工件的形狀誤差，而且有助于大幅 削減示教作業需要的工時。
為實現上述目的，本發明提供一種加工用機器人程序制作裝置，其在畫 面上顯示機器人、工件以及視覺傳感器的三維模型，制作用于機器人對于工件
進行加工的加工用程序，具有加工線指定部，其在畫面上對于所述的三維才莫 型指定加工線；加工線分割部，其把所述加工線分割為多個部分；檢測范圍決 定部，其按照包含通過所述加工線分割部分割的加工線的各部分的方式，在把 所述視覺傳感器的三維模型作為虛擬攝像機拍攝所述工件的三維模型而得到 的圖形圖像中求取多個檢測范圍；示教點生成部，其生成用于加工通過所述加 工線分割部分割的加工線的各部分的示教點；檢測模型生成部，為用所述視覺 傳感器檢測通過所述檢測范圍決定部求得的所述圖形圖像的各檢測范圍，根據 所述圖形圖像，對于該每一檢測范圍生成圖#4全測模型；檢測部，其取入使用 視覺傳感器實際拍攝預定加工的工件的圖像、檢測與所述圖f^r測模型對應的 工件部位的位置及姿勢；變化量計算部，其對于所述每一圖傳4t測模型，計算 該圖像檢測模型的位置及姿勢、和與其對應的工件的部位實際被檢測到的位置 及姿勢之間的變化量；和修正部，其對于所述每一圖傳4全測模型根據所述變化 量修正在與該圖^^會測模型對應的檢測范圍內包含的示教點的位置及姿勢。
加工用機器人程序制作裝置還可以具有程序生成部，該程序生成部，在 機器人上安裝了所述視覺傳感器使用的場合，為把機器人移動到所述視覺傳感 器可拍攝預定加工的工件的位置，指定作為拍攝對象的所述工件的三維模型， 把機器人移動成所述視覺傳感器對于所述工件的三維模型的加工面平行的位 置及姿勢，根據所述視覺傳感器的三維模型和所述工件的三維模型的相對位置 關系計算用所述視覺傳感器拍攝所述工件的三維模型的中心的位置及姿勢，生 成用于所述視覺傳感器拍攝所述工件的三維模型全體的示教點，生成拍攝部移動用機器人程序。
加工用機器人程序制作裝置還可以具有自動修正部，該自動修正部通過 所述視覺傳感器檢測距工件的基準面的該工件的加工面的高度，根據該檢測結 果自動修正示教點的位置姿勢。
通過參照
以下的優選的實施方式，本發明的上述以及其他的目 的、特征及優點將會更加明了。
圖1是表示本發明的機器人程序制作裝置的一個實施形態的概略圖，
圖2是表示圖1的程序制作裝置的一個處理的流程的流程圖， 圖3是表示把工件的加工線分割為多個部分的例子的圖， 圖4是說明工件的圖像檢測模型的圖，
圖5是表示包含工件的示教點的數據的加工用程序的例子的圖，
圖6是表示通過視覺傳感器實際檢測與檢測模型對應的工件的各部位的
例子、以及為此的檢測用程序的例子的圖，
圖7是表示求取用視覺傳感器實際拍攝的工件的圖像和檢測模型的變化
量的計算用程序的例子的圖，
圖8是與圖l類似的圖，是表示在機器人上安裝了刀具的例子的圖， 圖9是表示進行視覺傳感器的高度調整的處理的一例的流程圖， 圖10是表示使視覺傳感器移動到工件的大體正上方的例子的圖， 圖ll是表示調整視覺傳感器的水平位置的例子的圖， 圖12是表示調整視覺傳感器的位置及姿勢的例子的圖， 圖13是表示刀具干涉工件的基準面的狀態的圖，
圖14是表示修正示教點中的刀具的位置及姿勢的處理的一例的流程圖， 圖15是表示工件的圖像檢測模型的圖， 圖16是表示通過視覺傳感器實際檢測工件的例子的圖， 圖17a是表示進行刀具的高度調整的例子的圖， 圖17b是表示進行刀具的姿勢調整的例子的圖， 圖18是表示本發明的機器人程序制作裝置的結構的框圖。
具體實施方式
本發明的加工用機器人程序制作裝置，具體來說是如圖1概略表示的個
人計算機(以下筒稱PC) 10。 PCIO，在其畫面12上能夠顯示概略表示的機 器人14、被安裝在機器人14上用于進行加工的刀具16、作為加工對象的工件 18、載放工件的臺架或者夾具20、以及具有在PC上拍攝工件18的虛擬攝像 機的視覺傳感器22的三維模型。另外，PC10也能夠在畫面12上顯示用虛擬 攝像機22拍攝的工件18的三維模型的圖形圖像(在圖示的例子中從上看到工 件18的圖像)24。另外，圖示例子中的工件18，作為用于與其他種類的工件 區別的特征形狀具有兩個孔26,再者，假定具有實際用刀具16進行切飛邊等 的加工時的加工部位(加工線)28。
下面參照圖2的流程圖，說明PC10進行的處理的流程。首先在步驟Sl, 如圖1所示在畫面上配置機器人14等的三維模型，制作布局圖。接著在步驟 S2,指定對于工件18實際用刀具16加工時的工件上的加工線28。
在下一步驟S3,如圖3所示，根據加工線28的形狀將其分割為幾個部分。 具體說，把加工線28分割為角部分、直線部分以及曲線部分等單純形狀的要 素。在圖3的例子中，加工線28被分割為4個直線部分28a、 4個有圓角的角 部分28b。
在下一步驟S4，在上述的布局中，在畫面上顯示從虛擬攝像機22看時的 工件18的圖形圖像。接著，以包含在步驟S3分割的加工線的各部分的方式， 對于從虛擬攝像機22看的圖形圖像決定檢測范圍(步驟S5)。這里，在后面 的處理中在有關對于被分割的每一部分修正在加工線內包含的示教點的方面， 希望檢測范圍與各部分一對一對應。
在下一步驟S6，為了用攝像機等的視覺傳感器實際檢測在步驟S5得到 的檢測范圍，如圖4所示，對于從虛擬攝像機22看的工件18的圖形圖像24， 順序生成包含各檢測范圍的圖像檢測模型。圖像檢測模型，如在圖4中用雙線 框所示，由用于檢測工件18的特征形狀26的模型30、和用于檢測各檢測范 圍的模型32a 32h構成。
在下一步驟S7，為制作用于機器人對于工件實際進行加工的程序，例如 如圖5所示，生成包含用于分別加工工件18的加工線28的各部分的示教點的 數據的加工用程序。在圖5的例子中，給直線部分28a以及角部分28b分別設定一個以及三個示教點，生成包含指定各示教點的位置以及在各示教點位置的 加工速度等的命令語句的加工用程序。另外，示教點，可以根據各部分的形狀 自動地設定，也可以由操作員通過鼠標點擊等的操作適宜進行輸入指定。
在下一步驟S8，如圖6所示，使用與虛擬攝像機22對應的攝像機等的視 覺傳感器22，，以和在步驟Sl制作好的布局同樣的位置關系實際拍攝作為加 工對象的工件18，，制作用于檢測與在步驟S6生成的檢測模型對應的各部位 的位置及姿勢的4企測用程序。另外在上述的加工用程序中插入調用該;險測用程 序的命令。另外圖6表示通過視覺傳感器得到的圖像以及在加工用程序中插入 檢測用程序(這里假定程序名為"VISION")的例子。
在下一步驟S9,制作計算取得用視覺傳感器實際拍攝攝入的工件的圖像、 和圖^4企測模型之間各部位中的位置及姿勢的變化量的命令，追加到加工用程 序中。作為計算取得變化量的方法，有以下兩種方法在檢測工件的各部位的 位置及姿勢的檢測用程序內把位置及姿勢的變化量作為修正數據通過命令取 得的方法；以及生成圖7表示的計算各部位的位置及姿勢的位置姿勢計算用程 序(這里假定取程序名"CALC，，)、在加工用程序中插入調用該程序的命令的 方法。在圖7的例子中，假定在圖#^全測模型32h中，在用視覺傳感器22，拍 攝的實際的工件18，的圖形圖像24，中包含的加工線28'，與通過虛擬攝像機得 到的加工線28位置或者姿勢不同。在這樣的情況下，在上述的計算用程序 "CALC"中，對于檢測模型32h內的各示教點或者加工線上的幾個規定點計 算圖形圖像24和24，的差即變化量。
在最后的步驟SIO,根據在步驟S9中求得的變化量，在加工用程序中追 加修正用于加工角部分或者直線部分等的示教點的修正命令。由此，可修正各 部分的對于工件的刀具的實際的軌跡。
根據本發明，比較用虛擬攝像機拍攝的工件的三維模型的圖像檢測模型 和攝像機實際拍攝的作為加工對象的工件的圖像，來求取位置及姿勢的變化 量，進而根據該變化量修正示教點，所以即使是工件實際上包含形狀誤差的場 合，也能夠吸收該形狀誤差而正確地沿希望的加工線進行加工，能夠大幅提高 加工精度。
在上述的實施形態中，進行加工的機器人和拍攝工件的視覺傳感器被分開配置，但是如圖8所示的合適的變形例那樣，也能夠在加工工件18的機器 人12上安裝攝像機22等拍攝部來進行攝像機的位置調整。在該場合，本發明 的加工用機器人程序制作裝置進而能夠制作使用機器人的拍攝部移動用程序。 下面參照圖9的流程圖說明該處理。
首先，在步驟S21,在PC10上指定拍攝對稱的工件的三維模型。作為該 指定方法，例如，有在PC10的畫面12上顯示的幾個工件中用鼠標操作點擊 成為對象的工件的方法。
接著在步驟S22中，如圖IO所示，對于指定的工件18的三維模型，移 動機器人14，以使在機器人14的手臂前端安裝的視覺傳感器的虛擬攝像機22 位于工件18的大體正上方，而且使攝像機的姿勢和工件18的加工面34平行。 這里，用于使攝像機22采取上述那樣的位置及姿勢的校準，優選把具有和工 件加工面34平行的XY平面的用戶坐標系36(在圖IO中僅概略圖示出X、 Z 軸)作為基準來進行。
接著，在PC10的畫面12上顯示從虛擬攝像機22看的工件18的三維模 型的圖形圖像(步驟S23 )，調整虛擬攝像機22的水平位置以使工件加工面34 位于圖像的中心(步驟S24)。具體來說，如圖11所示，計算工件加工面34 的中心坐標(例如重心)和虛擬攝像機22的圖像中心(例如透鏡中心)的偏 移d，調整機器人的位置及姿勢，以使加工面34的中心在從虛擬攝像機22看 的工件18的三維模型的圖形圖像中位于中心。
在下一步驟S25,如圖12所示，操作機器人12，把虛擬攝像機22的高 度調整到預先設定的值h。從工件加工面34到虛擬攝像機22的高度h,被設 定成使其能夠通過虛擬4聶<象機22拍攝工件18全體，也可以由用戶或者操作員 設定，也可以根據經驗或者計算來確定。
如果已決定了能夠通過虛擬攝像機22拍攝工件18全體的機器人14的位 置及姿勢，則制作使機器人14移動到該已決定的位置及姿勢的拍攝部移動用 程序。進而，在已決定的位置及姿勢生成示教點(步驟S26)。
最后，制作用于使用攝像機等的視覺傳感器實際拍攝、檢測拍攝對象的 工件的命令或者程序(步驟S27),插入上述的拍攝部移動用程序中。
另外，根據作為加工對象的工件或者刀具的形狀，有時必須修正各示教點中的位置及姿勢。例如，在工件18具有圖13所示那樣的階差的場合，當使 刀具16抵接上一階的加工面34要進行加工時，有由于刀具16的姿勢刀具會 干涉下一階的基準面38的危險。在這樣的場合，必須變更刀具16的姿勢。因 此下面參照圖14的流程圖說明修正示教點處的刀具的位置及姿勢的情況。
首先，在步驟S31，和上述的步驟S2同樣，指定工件18的加工線28, 生成包含加工線28上的示教點的數據的加工用程序。示教點，例如，和圖5 所示的同樣，在角部分以及直線部分分別設定三個以及一個，生成包含指定各 示教點的位置以及在各示教點位置處的加工速度等的命令語句的加工用程序。
在下一步驟S32,在PC10的畫面12上顯示從虛擬攝像機22看時的工件 18的三維^t型的圖形圖像。另外，虛擬損J象機以及工件的配置，可以和圖1 表示的相同。
在下一步驟S33中，對于從虛擬攝像機22看的工件18的三維模型的圖 形圖像24,生成包含工件的基準面以及加工面的圖像檢測模型。具體說，圖 像檢測模型，如在圖15中用雙線框所示，由用于檢測工件18的圖形圖像24 的特征部分26的模型40、用于檢測工件的加工面34的模型42、和用于檢測 工件的基準面38的模型44構成。另外，對于基準面38的加工面34的高度， 可以從工件的三維模型取得。
在下一步驟S34，如圖16所示，用攝像機等的視覺傳感器22'實際拍攝 預定加工的工件18，，制作用于檢測從取入的圖像24，在步驟S33得到的與圖 像檢測模型對應的基準面以及加工面的命令或者程序，向加工用程序中追加。
在下一步驟S35，制作計算預定加工的工件的基準面以及加工面的高度的 命令或者程序。具體說，在使用視覺傳感器22，實際取入的工件的圖像(圖16) 和通過用虛擬攝像機拍攝得到的圖像檢測模型(圖15)之間，對于工件的基 準面以及力。工面各個求尺寸的差即變化量，把尺寸換算成高度。
最后在步驟S36,根據計算結果進行加工用程序的示教點的修正。詳細說， 如圖17a所示，首先從計算的加工面的高度，修正加工用程序的各示教點的高 度位置，以使刀具16抵接工件18的加工面34。進而，從計算的工件基準面 38的高度計算刀具尖端點16a和工件基準面38之間的間隙。這里在間隙不足 夠大的場合亦即在規定的閾值以下的場合(圖17a的實線那樣的場合)，因為在實際的加工中有刀具干涉基準面的危險，所以如圖17b所示，修正各示教點 中的刀具16的姿勢(步驟S37),在刀具和工件基準面之間得到規定的閾值以 上的間隙。
另外，專業人員一定容易理解，在圖2、圖9以及圖14的流程圖中表示 的處理，可以分別單獨進行，也可以適當組合進行。
如上所述，本發明的程序制作裝置10,如圖18所示，具有加工線指定 部10a,其在畫面上對于工件的三維模型指定加工線；加工線分割部10b，其 把加工線分割為多個部分；4全測范圍決定部10c，其按照包含通過加工線分割 部10b分割的加工線的各部分的方式，在把視覺傳感器的三維模型作為虛擬攝 像機拍攝工件的三維模型得到的圖形圖像中求多個檢測范圍；示教點生成部 10d，其生成用于加工通過加工線分割部10b分割的加工線的各部分的示教點； 檢測模型生成部10e,其為了用視覺傳感器檢測通過檢測范圍決定部10c求得 的所述圖形圖像的各檢測范圍，根據圖形圖像，對于該每一檢測范圍生成圖像 檢測模型；檢測部10f,其取入使用視覺傳感器實際拍攝了預定加工的工件的 圖像、檢測與圖像^r測模型對應的工件部位的位置及姿勢；變化量計算部10g, 其對于每一圖像檢測模型計算該圖像檢測模型的位置及姿勢、和與其對應的工 件部位被實際檢測到的位置及姿勢之間的變化量；和修正部10h，其對于每一 圖像檢測模型根據所述變化量修正在與該圖像檢測模型對應的檢測范圍內包 含的示教點的位置及姿勢。
程序制作裝置IO進而具有程序生成部10i,該程序生成部10i，在將^L覺 傳感器安裝到機器人上使用的場合，為把機器人移動到視覺傳感器可拍攝預定 加工的工件的位置，指定作為拍攝對象的工件的三維模型，將機器人移動成視 覺傳感器對于工件的三維模型的加工面平行的位置及姿勢，根據視覺傳感器的 三維模型和工件的三維模型的相對位置關系計算用視覺傳感器拍攝工件的三 維模型的中心的位置及姿勢，生成用于視覺傳感器拍攝工件的三維模型全體的 示教點，生成拍攝部移動用機器人程序。
程序制作裝置IO進而具有自動修正部10j，該自動修正部10j,通過視覺 傳感器檢測距工件的基準面的該工件的加工面的高度，根據該檢測結果自動修 正示教點的位置姿勢。根據本發明的加工用機器人程序制作裝置，因為對通過虛擬攝像機得到 的工件的圖像檢測模型和用視覺傳感器實際得到的作為加工對象的工件的圖 像進行比較來求位置及姿勢的變化量，進而根據該變化量修正示教點，所以能 夠吸收實際的工件的形狀誤差，制作能夠沿工件形狀進行加工的加工用程序。
就其將視覺傳感器安裝在機器人上使用的情況而言，通過生成用于在機 器人上安裝的視覺傳感器拍攝工件的示教點，能夠大幅削減示教作業需要的工 時。
通過由視覺傳感器檢測工件的加工面距基準面的高度，根據檢測結果自 動修正示教點的位置及姿勢，就能夠避免機器人的刀具和工件發生干涉來進行 加工。
參照為說明而選定的特定的實施形態說明了本發明，但是對于專業人員 來說，顯然，在不脫離本發明的基本的概念以及范圍的情況下，能夠進行多種 變更。
權利要求
1.一種加工用機器人程序制作裝置(10)，其在畫面上顯示機器人(14)、工件(18)以及視覺傳感器(22)的三維模型，制作用于機器人(14)對于工件(18)進行加工的加工用程序，其特征在于，具有加工線指定部(10a)，其在畫面(12)上對于所述工件(18)的三維模型指定加工線(28)；加工線分割部(10b)，其把所述加工線(28)分割為多個部分(28a、28b)；檢測范圍決定部(10c)，其按照包含通過所述加工線分割部(10b)分割的加工線的各部分(28a、28b)的方式，在把所述視覺傳感器(22)的三維模型作為虛擬攝像機(22)拍攝所述工件(18)的三維模型而得到的圖形圖像中求取多個檢測范圍；示教點生成部(10d)，其生成用于所述加工通過加工線分割部(10b)分割的加工線(28)的各部分(28a、28b)的示教點；檢測模型生成部(10e)，為用所述視覺傳感器檢測通過所述檢測范圍決定部(10c)求得的所述圖形圖像的各檢測范圍，根據所述圖形圖像，對于該每一檢測范圍生成圖像檢測模型；檢測部(10f)，其取入使用視覺傳感器(22’)實際拍攝預定加工的工件(18’)的圖像，檢測與所述圖像檢測模型相對應的工件部位的位置及姿勢；變化量計算部(10g)，其對于所述每一圖像檢測模型計算該圖像檢測模型的位置及姿勢、和與其相對應的工件部位被實際檢測到的位置及姿勢之間的變化量；和修正部(10h)，其對于所述每一圖像檢測模型根據所述變化量修正在與該圖像檢測模型相對應的檢測范圍內包含的示教點的位置及姿勢。
2. 根據權利要求1所述的加工用機器人程序制作裝置，其中，還具有程序生成部(10i)，該程序生成部(10i),在將所述視覺傳感器(22)安裝在機器人(14 )上使用時，為把機器人(14)移動到所述視覺傳感器(22)可拍攝預定加工的工件(18)的位置，指定作為拍攝對象的所述工件(18)的三維模型，將機器人(14)移動成所述視覺傳感器(22)對于所述工件(18)的三維模型的加工面平行的位置及姿勢，根據所述視覺傳感器(22)的三維模型和所述工件(18 )的三維模型的相對位置關系，計算用所述視覺傳感器(22 )拍攝所述工件(18)的三維模型的中心的位置及姿勢，生成用于所述視覺傳感器(22)拍攝所述工件(18)的三維模型全體的示教點，來生成拍攝部移動用機器人程序。
3.根據權利要求1所述的加工用機器人程序制作裝置，其中，還具有自動修正部(10j )，該自動修正部(10j )，通過所述視覺傳感器(22 )檢測距工件(18)的基準面(38)的該工件的加工面(34)的高度，根據該檢測結果自動修正示教點的位置姿勢。
全文摘要
本發明提供一種加工用機器人程序制作裝置，其對于具有視覺傳感器的機器人系統，能夠吸收工件的形狀誤差，同時有助于大幅削減示教作業需要的工時。對于從虛擬攝像機看的工件的圖形圖像，順序生成包含各檢測范圍的圖像檢測模型。生成包含用于分別加工工件的加工線的各部分的示教點的數據的加工用程序。接著實際拍攝作為加工對象的工件，制作用于檢測與檢測模型對應的各部位的位置及姿勢的檢測用程序。生成計算取得用視覺傳感器實際拍攝得到的工件的圖像、和圖像檢測模型之間的各部位中的位置及姿勢的變化量的命令，向加工用程序追加。最后，根據求得的變化量，向加工用程序追加修正用于加工各部分的示教點的修正命令。
文檔編號G05B19/19GK101493682SQ20081018600
公開日2009年7月29日 申請日期2008年12月18日 優先權日2008年1月23日
發明者井上幸三, 后平寬之, 長塚嘉治 申請人:發那科株式會社