测量系统的制作方法

本发明涉及测量系统，更具体地，涉及用于对机器人的前端部的位置进行校准的测量系统。

背景技术：

近年来，通过离线示教设定实际的设置位置的机器人的作业(机器人的运行)，以缩短设定实际的设置地点的机器人所花费的时间。

离线示教是在模拟装置上设定机器人的模型、设置位置的机器人周边设备的模型、工件的模型等，并在模拟装置上创建设置地点的机器人的动作程序。

实际的机器人的前端部的位置因组装误差、重力的影响等，与模拟装置上所计算的机器人的前端部的位置有些许差异。该差异会因机器人的尺寸、机器人所处理的工件的重量等而不同，有时差异会达到5mm的程度。因此，若通过用离线示教创建的动作程序其本身使设置位置的机器人运行，则可能发生不良情况。

因此，对设置位置的机器人的前端部的位置与用动作程序预期的位置之间的差进行测量，并基于该测量结果进行动作程序的修正(校准)。

作为测量机器人的前端部的位置的测量系统，已知一种由测量装置测量反射器单元的位置的测量系统(例如，参照专利文献1)，该反射器单元固定于机器人的前端部，并具备：长轴以相互成为直角的方式相交的3个轴；以及分别安装于各个轴的两端的6个反射器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－019072号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

用于所述测量系统的6个反射器为球形，将相对球的中心120°的角度范围设定为入射范围。此外，在球形的各个反射器中，入射范围设置于反射器单元的朝向外侧的位置。由于这种反射器安装于以直角相交的3个轴的两端，因而无论机器人的前端部呈何种姿态，测量装置发出的激光都会由任意一个反射器反射。即是说，所述测量系统构成为，无论机器人的前端部呈何种姿态，都能够由测量装置测量机器人的前端部的位置。

其中，测量装置基于激光的射出角度、由受光部接收的反射光的相位等，测量安装有反射器的机器人的前端部的位置。由于所述测量系统构成为，若测量装置发出的激光入射至配置有6个反射器的范围，则测量装置接收反射光，因而测量位置也会因由哪个的反射器反射的而变化，不能精密地测量机器人的前端部的位置。

并且，实际的机器人的前端部的位置与由模拟装置计算的机器人的前端部的位置之间的差异会因机器人的姿态而发生变化。因此，为了进行准确的校准，需要针对几十个或几百个测量位置，由测量装置对机器人的前端部的位置进行测量。例如手动进行机器人的前端部向各个测量位置的移动以及测量装置的激光射出方向的调整的情况下，校准所需的时间变长。

本发明是鉴于该情况而做出的，其目的在于提供一种测量系统，能够缩短校准所需的时间，且能够进行准确的校准。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明采用以下方案。

本发明的第一方案的测量系统具备：多个反射器，其安装于机器人的前端部；测量装置，其具有激光头和头驱动装置，所述激光头朝向该反射器射出激光并接收来自该反射器的反射光，所述头驱动装置改变该激光头的朝向；机器人控制装置，其存储有校准动作程序，并基于该校准动作程序控制所述机器人，所述校准动作程序将所述机器人的前端部依次配置于校准用的多个测量位置；以及头驱动控制单元，其向所述头驱动装置发送控制指令，所述控制指令用于接收将所述机器人的前端部依次配置在所述多个测量位置时的所述多个反射器中的任意一个反射器的控制上的坐标数据，并使用所接收的所述坐标数据改变所述激光头的朝向。

根据该方案，由于向头驱动装置发送控制指令，所述控制指令用于使用多个反射器中的任意一个反射器的控制上的坐标数据改变激光头的朝向，因而防止了激光头发出的激光照射到非预期的反射器而由测量装置测量该反射器的位置。由于多个反射器不会被配置于相同的坐标位置，因而通过防止将非预期的反射器用于测量，从而能够进行精确校准。

并且，将使用控制上的坐标数据改变激光头的朝向的控制指令发送至头驱动装置。即是说，由于无需控制激光头始终追随机器人的前端部的动作，因而能够缩短将机器人的前端部快速移动至下一个测量位置并进行校准所需的时间。

在上述方案中，优选地，所述多个反射器以使能够反射所述激光的范围、即入射范围所面对的方向相互不重叠的方式安装于所述机器人的前端部。

在该方案中，当预期的反射器的入射范围朝向激光头侧时，其他反射器的入射范围不朝向激光头侧，因而更切实地防止了激光向非预期的反射器的照射。

本发明的第二方案的测量系统具备：多个反射器，其安装于机器人的前端部；测量装置，其具有激光头和头驱动装置，所述激光头朝向该反射器射出激光并接收来自该反射器的反射光，所述头驱动装置改变该所述激光头的朝向，所述测量系统通过由所述激光头接收所述反射光，从而测量该反射器的位置；机器人控制装置，其存储有校准动作程序，并基于该校准动作程序控制所述机器人，所述校准动作程序将所述机器人的前端部配置于校准用的测量位置；以及头驱动控制单元，其向所述头驱动装置发送控制指令，所述控制指令用于使用将所述机器人的前端部配置于所述测量位置时的所述多个反射器中的任意一个反射器的坐标数据，改变所述激光头的朝向，所述多个反射器以使能够反射所述激光的范围、即入射范围所面对的方向相互不重叠的方式安装于所述机器人的前端部，所述机器人控制装置在利用所述头驱动控制单元将所述控制指令发送至所述头驱动装置后，在所述激光头未接收到所述反射光的情况下，控制所述机器人，以使所述机器人的所述前端部向与由重力引起的挠曲方向相反的方向慢慢移动。

由于机器人因重力而发生挠曲，因而机器人的前端部例如配置于比模拟装置上的机器人的前端部更靠下方的可能性很高。与此相对，在该方案中，因机器人的挠曲的影响而导致激光头接收不到反射光时，控制机器人，以使机器人的前端部向与由重力引起的挠曲方向相反的方向慢慢移动，因而通过该机器人的移动，能够实现或者迅速进行由测量装置对反射器的位置的测量。

机器人的校准是将机器人的前端部配置于多个测量位置而进行上述反射器的位置测量，测量位置的数量越多，校准的精度越高。因此，存在当激光头接收不到反射光时不进行上述反射器的位置测量的情况，但在该方案中，由于通过机器人的移动能够实现或者迅速地进行反射器的位置测量，因而有利于进行准确的校准。

此外，向头驱动装置发送控制指令，所述控制指令使用多个反射器中的任意一个反射器的坐标数据，改变激光头的朝向。即是说，由于无需控制激光头始终追随机器人的前端部的动作，因而能够缩短将机器人的前端部快速移动至下一个测量位置并进行校准所需的时间。

在上述方案中，优选地，在利用所述机器人控制装置使所述机器人的所述前端部向所述相反的方向慢慢移动时，若所述激光头接收到所述反射光并进行所述反射器的位置测量，则所述机器人控制装置使用进行所述位置测量时的所述反射器在所述机器人控制装置的控制上的坐标数据、以及通过所述位置测量所获得的测量坐标数据，进行所述机器人的校准。

发明效果

根据本发明，能够缩短校准所需的时间，且能够进行准确的校准。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的测量系统的俯视示意图；

图2是利用本实施方式的测量系统进行测量的机器人的主视示意图；

图3是利用本实施方式的测量系统进行测量的机器人的框图；

图4是本实施方式的测量系统的反射器支撑板和反射器的主视图；

图5是本实施方式的测量系统的测量装置的侧视图；

图6是本实施方式中所使用的测量装置的框图；

图7是示出校准动作程序的数据结构例的图。

附图标记说明

1测量系统

2机器人

2c反射部件(基准反射部)

3底板

11伺服马达

12加工工具

20机器人控制装置

21机器人控制部

23存储装置

23b动作程序

23c校准动作程序

30反射器支撑板

31a、31b、31c反射器

40测量装置

41激光头

41a激光射出部

41b光接收传感器

42竖直轴马达(头驱动装置)

43水平轴马达(头驱动装置)

50测量控制装置

51控制部

53存储装置

53b测量程序(头驱动控制单元)

53c坐标关系获取程序(坐标关系获取单元)

w工件

ia入射范围

具体实施方式

下面参照附图对本发明的第一实施方式所涉及的测量系统1进行说明。

该测量系统1用于机器人2的校准。

机器人2例如图1所示对工件w进行点焊等预定的作业，具备多个臂部件和关节，并且具备分别驱动多个关节的多个伺服马达11(参照图3)。可采用旋转式马达、直动式马达等各种伺服马达作为各个伺服马达11。各个伺服马达11内置有检测其运行位置的编码器等运行位置检测装置，运行位置检测装置的检测值被发送至机器人控制装置20。

机器人2的前端部安装有加工工具12，利用加工工具12对工件w实施点焊。当机器人2用于搬运工件时，机器人2的前端部安装有作为用于保持工件的保持装置的卡盘、吸附装置等代替加工工具12。

如图1和图2所示，机器人2致密地定位于准确定位的底板3上。并且，对精密的平面的底板3的上表面的多个点的位置进行测量，由此设定关于机器人2的机器人坐标系的水平面(与机器人坐标系的x轴和y轴平行的平面)。

此外，如图1和图2所示，在精密地设置于机器人2的底部2a上的两个基准孔2b内分别安装有反射部件(基准反射部)2c，基于各个反射部件2c的位置设定机器人坐标系的x轴和y轴的方向。进一步地，基于各个反射部件2c的位置和所述水平面，在所述水平面的略上方设定机器人坐标系的原点，并以原点为中心，设定x轴、y轴、以及与所述水平面垂直的z轴。

如图3所示，机器人控制装置20具备：机器人控制部21，其具有例如cpu、ram等；显示装置22；存储装置23，其具有非易失性存储器、rom等；多个伺服控制器24，其分别与机器人2的伺服马达11对应而设置；以及示教操作盘25，其与机器人控制装置20连接，并可由操作者携带。示教操作盘25可以与机器人控制装置20进行无线通信。

存储装置23中存储有系统程序23a，系统程序23a承担着机器人控制装置20的基本功能。并且，存储装置23中至少存储有一个利用模拟装置(未图示)创建的动作程序23b。具体地，在模拟装置上创建机器人2的模型、以及图1和图2所示的工件w的模型，在模拟装置上创建机器人2的动作程序23b，并存储于存储装置23中，以便机器人2以不与工件w接触的方式对工件w内外的多个焊接点进行焊接。此外，存储装置23中还存储有校准动作程序23c。

机器人控制部21通过系统程序23a进行运行，在对工件w进行焊接时，读取存储于存储装置23中的动作程序23b，并暂时存储于ram中，按照读取的动作程序23b向各个伺服控制器24发送控制信号，由此控制机器人2的各个伺服马达11的伺服放大器，并控制来自加工工具12的激光的射出，以进行工件w的焊接。

如图1、图2、图4和图5所示，测量系统1具备：多个反射器31a、31b、31c，其通过反射器支撑板30安装于机器人2的前端部；以及测量装置40，还具备图6所示的测量控制装置50。在本实施方式中，测量控制装置50内置于测量装置40中，但测量控制装置50也可以设置于测量装置40外的其他位置。

反射器支撑板30例如由薄金属板构成，固定于机器人2的前端部与加工工具12之间。各个反射器31a、31b、31c是使入射的激光反射至与入射方向几乎相同的方向的球形部件，这种反射称为逆反射。各个反射器31a、31b、31c进行逆反射的范围被限定，设定以球的中心为顶点，顶角例如为15°的圆锥状形状c，仅将圆锥状形状c所包含的范围设定为进行逆反射的入射范围ia。

此外，由于各个反射器31a、31b、31c的直径为十几毫米或几毫米，因此各个反射器31a、31b、31c的入射范围ia的直径为1mm左右～2mm左右。这样，由于入射范围ia的直径小，因而能够准确地对机器人2的前端部位置进行校准。在点焊等要求精度的作业中，有时也要求误差为1mm以下，此时也会产生进一步缩小入射范围ia的需要。

并且，如图4所示，以各个反射器31a、31b、31c的入射范围ia的光轴相互成为90°角的方式，将各个反射器31a、31b、31c固定于反射器支撑板30。由此，来自测量装置40的激光不会同时被多个反射器31a、31b、31c反射。

测量装置40具备：激光头41，其朝向反射器31a、31b、31c射出激光，并接收来自反射器31a、31b、31c的反射光；以及竖直轴马达42和水平轴马达43，其作为头驱动装置改变激光头41的朝向。

竖直轴马达42使激光头41和水平轴马达43围绕竖直轴线旋转，水平轴马达43使激光头41围绕水平轴线旋转。竖直轴马达42和水平轴马达43与测量控制装置50连接，利用测量控制装置50控制竖直轴马达42和水平轴马达43。并且，各个马达42、43内置有检测其运行位置的编码器等运行位置检测装置，运行位置检测装置的检测值被发送至测量控制装置50。

激光头41上设有激光射出部41a，激光振荡器(未图示)发出的激光从激光射出部41a射出。并且，激光头41的激光射出部41a内设置有光接收传感器41b，该光接收传感器41b接收由反射器反射的反射光。激光头41与测量控制装置50连接，由测量控制装置50控制从激光头41的激光射出部41a的激光的射出，激光头41的光接收传感器41b的检测结果被发送至测量控制装置50。

如图6所示，测量控制装置50具备：控制部51，其具有例如cpu、ram等；显示装置52；存储装置53，其具有非易失性存储器、rom等；以及输入装置54。输入装置54可以构成为与测量控制装置50进行无线通信。

存储装置53中存储有系统程序53a，系统程序53a承担着测量控制装置50的基本功能。并且，存储装置53存储有：测量程序(头驱动控制单元)53b，其对安装于机器人2的前端部的反射器31a、31b、31c的位置进行测量；以及坐标关系获取程序(坐标关系获取单元)53c，其获取作为测量装置40的坐标系的测量装置坐标系相对于作为机器人2的坐标系的机器人坐标系的对应关系。

对获取测量装置坐标系相对于机器人坐标系的对应关系时的控制部51的动作进行说明。将测量装置40设置于用于测量的大体位置，例如在控制部51接收到由输入装置54等输入的获取坐标系的对应关系的请求信号时，控制部51通过坐标关系获取程序53c进行动作，由激光头41分别向安装于机器人2的基部2a上的两个基准孔2b内的反射部件(基准反射部)2c照射激光，并利用光接收传感器41b接收来自各个反射部件2c的反射光，由此测量各个反射部件2c相对于测量装置40的位置。

其中，可以通过控制部51控制竖直轴马达42和水平轴马达43而调整激光头41的朝向，从而使激光头41向各个反射部件2c照射激光，也可以通过作业人员手动调整激光头41的朝向，使激光头41向各个反射部件2c照射激光。

接着，控制部51基于测量的各个反射部件2c的位置，获取测量装置坐标系的原点相对于机器人坐标系的原点的位置，并获取测量装置坐标系的x轴和y轴各自相对于机器人坐标系的x轴和y轴的方向(倾斜度)。由此，获取测量装置坐标系相对于机器人坐标系的对应关系(位置和方向)。另外，还可以构成为获取测量装置坐标系的x轴、y轴和z轴各自相对于机器人坐标系的x轴、y轴和z轴的方向(倾斜度)。

接着，对进行校准时的机器人控制部21和控制部51的动作进行说明。若机器人控制部21和控制部51接收到预定的触发信号、例如由输入装置54等输入的校准请求信号，则机器人控制部21读取校准动作程序23c，并按照读取的校准动作程序23c将控制信号发送至各伺服控制器24，从而控制机器人2的各个伺服马达11的伺服放大器。

其中，校准动作程序23c将机器人2的前端部依次配置于预设的几十个至几百个测量位置。优选地，几十个至几百个测量位置为，沿着由动作程序23b使机器人2的前端部运动的轨迹的位置。为了使做出各种姿态的机器人2的动作尽可能地接近于模拟装置上的机器人2的动作，优选这样在许多的测量位置进行测量并进行校准。另外，根据测量位置，机器人2的前端部的姿态也会相应变化。

其中，各个测量位置被设定为：反射器31a、31b、31c中的任意一个的入射范围ia朝向测量装置40侧。

即是说，在校准动作程序23c中，对于各测量位置，用于控制各个伺服马达11的多个参数值、与反射器31a、31b、31c中的入射范围ia朝向测量装置40侧的反射器编号相对应(例如参照图7)。

这种校准动作程序23c使用例如模拟装置(未图示)作为进行离线示教的装置而创建。例如，在模拟装置上创建机器人2的模型、图1和图2所示的工件w的模型、以及测量装置40的模型，在模拟装置上使机器人2移动，以使机器人2的前端部配置于沿着动作程序23b的前端部的轨迹的几百个测量位置。并且，该几百个测量位置的每一个测量位置的用于控制各个伺服马达11的多个参数值均存储于模拟装置的存储装置中。

此外，以在几百个测量位置的每一个测量位置，使反射器31a、31b、31c中的任意一个的入射范围ia朝向测量装置40的激光头41侧的方式在模拟装置上对机器人2的前端进行定位。并且，对于该几百个测量位置的每一个测量位置，将入射范围ia朝向测量装置40侧的反射器编号存储于模拟装置的存储装置中。

模拟装置并非实际操纵机器人2，因而能够快速地将机器人2的前端部配置于几百个测量位置。此外，也可以进行模拟装置的条件设定，以自动确定沿着动作程序23b的前端部的轨迹的几百个测量位置，也可以进行模拟装置的条件设定，以使得在各个测量位置，任意一个反射器31a、31b、31c的入射范围ia朝向测量装置40的激光头41侧。

此外，在施加于机器人2的整体或前端部的负荷所引起的机器人2的挠曲也加入模拟装置的条件的状态下，可以构成为，在该状态下将所述几百个测量位置的所述参数值和反射器编号存储于存储装置中。

接着，机器人控制部21每当将机器人2的前端部配置于各个测量位置时，便将反射器31a、31b、31c中的入射范围ia朝向测量装置40侧的反射器的反射器编号、和该反射器的位置坐标发送至测量装置40。另外，机器人控制部21可以将几十个至几百个测量位置中的每一个测量位置的反射器编号和反射器的位置坐标一次发送至测量装置40，并且每当将机器人2的前端部配置于各个测量位置时，将其测量位置、测量位置编号等发送至测量装置40。另外，并不是必须要发送反射器编号。

接着，控制部51通过测量程序53b进行运行，若从机器人控制部21接收到反射器的位置坐标(控制上的坐标数据)，则基于测量装置坐标系相对于机器人坐标系的对应关系，将该位置坐标转换为测量装置坐标系中的位置坐标，并创建用于使竖直轴马达42和水平轴马达43运行的控制指令，以使激光射出部41a朝向转换后的位置坐标。然后，利用该控制指令控制竖直轴马达42和水平轴马达43，并从激光头41照射激光。

然后，若激光头41的光接收传感器41b接收到反射光，则使用接收到反射光时的激光头41的仰角和头摆动角度、以及基于接收到的反射光的相位等获取的测量装置40与照射激光的反射器之间的距离，获取照射激光的反射器的测量位置坐标，并将测量位置坐标发送至机器人控制部21。仰角和头摆动角度基于例如内置于竖直轴马达42和水平轴马达43中的运行位置检测装置的检测值而获取。另外，也可以基于测量装置坐标系相对于机器人坐标系的对应关系，将测量位置坐标转换为机器人坐标系的位置坐标，并将转换后的测量位置坐标发送至机器人控制部21。

接着，机器人控制部21从控制部51接收测量位置坐标或转换后的测量位置坐标，获取其与发送至控制部51的反射器的位置坐标之间的差异，并基于该差异对动作程序23b进行修正。由此，能够针对动作程序23b进行机器人2的校准。

另外，仅基于所述控制上的坐标数据控制竖直轴马达42和水平轴马达43，有时也会使激光头41发出的激光准确地照射到反射器31a、31b、31c的入射范围ia内。然而，在入射范围ia较小的情况下，仅基于所述控制上的坐标数据控制竖直轴马达42和水平轴马达43，有时会使激光头41发出的激光照射到反射器31a、31b、31c的入射范围ia的附近。

在这种情况下，控制部51通过测量程序53b进行运行，例如使激光头41进行探索动作，该探索动作使激光的照射位置以画圆的方式进行扫描。尤其是，为了更准确地对机器人2的前端部的位置进行校准，当减小反射器31a、31b、31c的入射范围ia的直径时，会更多地进行探索动作。

也可以在开始该探索动作后立即、或经过预定的时间时，控制部51通知机器人控制装置20：其通过测量程序53b进行动作，正在进行探索动作。机器人控制装置20的机器人控制部21控制各个伺服马达11，以使机器人2的前端部向上方慢慢移动。

由于机器人2的前端部因重力配置于比模拟装置上的机器人2的前端部更靠下方的可能性很高，因而通过使机器人2的前端部向上方慢慢移动，能够缩短探索动作所花费的时间。

若通过探索动作，激光头41发出的激光照射到入射范围ia并进行了位置测量，则控制部51立即通知机器人控制装置20：其通过测量程序53b进行动作，已进行了位置测量。另一方面，机器人控制装置20的机器人控制部21将接收到所述通知时的对应的反射器的控制上的坐标数据作为探索动作后的位置坐标存储于存储装置23中。然后，机器人控制部21从控制部51接收测量位置坐标或转换后的测量位置坐标，获取其与探索动作后的位置坐标之间的差异，并基于该差异对动作程序23b进行修正，并进行所述校准。

这样，根据本实施方式，由于使用多个反射器31a、31b、31c中的例如反射器31a的控制上的坐标数据改变激光头41的朝向的控制指令被发送至竖直轴马达42和水平轴马达43，因此防止了激光头41发出的激光照射到非预期的反射器31b、31c而使该反射器31b、31c的位置被测量装置测量的情况。由于多个反射器31a、31b、31c不会配置于相同的坐标位置，因此通过防止非预期的反射器31b、31c被用于测量，从而能够进行准确的校准。

并且，使用控制上的坐标数据改变激光头41朝向的控制指令被发送至竖直轴马达42和水平轴马达43。即是说，由于无需激光头41始终追随机器人2的前端部的动作这种控制，因而能够缩短将机器人2的前端部快速移动至下一个测量位置并进行校准所需的时间。

在本实施方式中，多个反射器31a、31b、31c以能够反射激光的范围、即入射范围ia所面对的方向相互不重叠的方式安装于机器人2的前端部。

因此，使例如反射器31a的入射范围朝向激光头41侧时，其他的反射器31b、31c的入射范围不会朝向激光头41侧，因此更加切实地防止了激光向非预期的反射器31b、31c的照射。

此外，由于机器人2因重力而发生挠曲，因而机器人2的前端部例如配置于比模拟装置上的机器人2的前端部更靠下方的可能性很高，但在本实施方式中，在激光头41因机器人2的挠曲的影响而未接收到反射光时，控制机器人2，以使机器人2的前端部向与由重力引起的挠曲方向相反的方向慢慢移动。通过这样的机器人2的移动，能够实现或者迅速地进行预期的反射器31a的位置的测量。

机器人2的校准通过将机器人2的前端部配置于多个测量位置并对反射器31a、31b、31c的位置进行测量，测量位置的数量越多，校准的精度越高。激光头41在预定的时间未接收到反射光时，有时会停止上述反射器31a、31b、31c的位置测量，但在该方案中，通过机器人2的移动能够实现或者迅速地进行对反射器31a、31b、31c的位置的测量，从而有利于进行准确的校准。

另外，在本实施方式中，示出了进行探索动作，使激光的照射位置以画圆的方式进行扫描的示例。与此相对，当激光照射到入射范围ia附近的位置时，还可以由设置于测量装置40上的视觉传感器拍摄激光的照射方向，并通过对拍摄数据进行图像处理，得到激光的位置与入射范围ia之间的位置关系，基于该位置关系，由控制部51控制竖直轴马达42和水平轴马达43，以使激光进入入射范围ia。