加工用机器人程序的制作装置.pdf

本发明提供一种加工用机器人程序制作装置，其对于具有视觉传感器的机器人系统，能够吸收工件的形状误差，同时有助于大幅削减示教作业需要的工时。对于从虚拟摄像机看的工件的图形图像，顺序生成包含各检测范围的图像检测模型。生成包含用于分别加工工件的加工线的各部分的示教点的数据的加工用程序。接着实际拍摄作为加工对象的工件，制作用于检测与检测模型对应的各部位的位置及姿势的检测用程序。生成计算取得用视觉传感器实际拍摄得到的工件的图像、和图像检测模型之间的各部位中的位置及姿势的变化量的命令，向加工用程序追加。最后，根据求得的变化量，向加工用程序追加修正用于加工各部分的示教点的修正命令。

1.  一种加工用机器人程序制作装置(10)，其在画面上显示机器人(14)、工件(18)以及视觉传感器(22)的三维模型，制作用于机器人(14)对于工件(18)进行加工的加工用程序，其特征在于，
具有：
加工线指定部(10a)，其在画面(12)上对于所述工件(18)的三维模型指定加工线(28)；
加工线分割部(10b)，其把所述加工线(28)分割为多个部分(28a、28b)；
检测范围决定部(10c)，其按照包含通过所述加工线分割部(10b)分割的加工线的各部分(28a、28b)的方式，在把所述视觉传感器(22)的三维模型作为虚拟摄像机(22)拍摄所述工件(18)的三维模型而得到的图形图像中求取多个检测范围；
示教点生成部(10d)，其生成用于所述加工通过加工线分割部(10b)分割的加工线(28)的各部分(28a、28b)的示教点；
检测模型生成部(10e)，为用所述视觉传感器检测通过所述检测范围决定部(10c)求得的所述图形图像的各检测范围，根据所述图形图像，对于该每一检测范围生成图像检测模型；
检测部(10f)，其取入使用视觉传感器(22’)实际拍摄预定加工的工件(18’)的图像，检测与所述图像检测模型相对应的工件部位的位置及姿势；
变化量计算部(10g)，其对于所述每一图像检测模型计算该图像检测模型的位置及姿势、和与其相对应的工件部位被实际检测到的位置及姿势之间的变化量；和
修正部(10h)，其对于所述每一图像检测模型根据所述变化量修正在与该图像检测模型相对应的检测范围内包含的示教点的位置及姿势。

2.  根据权利要求1所述的加工用机器人程序制作装置，其中，
还具有程序生成部(10i)，该程序生成部(10i)，在将所述视觉传感器(22)安装在机器人(14)上使用时，为把机器人(14)移动到所述视觉传感器(22)可拍摄预定加工的工件(18)的位置，指定作为拍摄对象的所述工件(18)的三维模型，将机器人(14)移动成所述视觉传感器(22)对于所述工件(18)的三维模型的加工面平行的位置及姿势，根据所述视觉传感器(22)的三维模型和所述工件(18)的三维模型的相对位置关系，计算用所述视觉传感器(22)拍摄所述工件(18)的三维模型的中心的位置及姿势，生成用于所述视觉传感器(22)拍摄所述工件(18)的三维模型全体的示教点，来生成拍摄部移动用机器人程序。

3.  根据权利要求1所述的加工用机器人程序制作装置，其中，
还具有自动修正部(10j)，该自动修正部(10j)，通过所述视觉传感器(22)检测距工件(18)的基准面(38)的该工件的加工面(34)的高度，根据该检测结果自动修正示教点的位置姿势。

加工用机器人程序的制作装置
技术领域
本发明涉及用于使用机器人进行切飞边等的加工的加工用机器人程序的制作装置。
背景技术
历来，在用具有视觉传感器的机器人系统检测工件的位置姿势进行加工的场合，用视觉传感器拍摄工件的形状的特征的地方，计算和作为基准的工件图像之间的位置的变化量，修正加工用程序的各示教点，由此进行吸收工件的配置误差的加工。
另外，在机器人上安装视觉传感器进行工件的拍摄的场合，为制作使机器人移动到拍摄位置的程序，也有一边通过慢进操作等微调整视觉传感器能够拍摄工件的位置姿势一边进行的技术。进而，也有不用视觉传感器检测对于工件加工面的基准面的高度，不修正机器人的刀具的位置姿势来对工件进行加工的方法。
另外，关于用机器人进行切飞边的技术，也提出了各种提案。例如，在特开平5-31659号公报中，公开了活用工件的理想形状等的设计信息，仅对飞边发生的区域能够进行视觉识别的切飞边方法及装置。另外，在特开平5-165509号公报中，公开了为谋求作业的简单化·离线化，根据用CAD系统等制作的具有自由曲线部分的画面信息生成机器人路径的技术。进而在特开平5-233048号公报中，还公开了把具有复杂的形状的棱线的多种工件作为对象、生成用于切/磨飞边作业的路径示教数据的技术。
在现有的技术中，能够用视觉传感器检测工件的位置及姿势，考虑工件的配置误差来进行加工，但是不能连工件自身的制作误差亦即形状误差一起考虑来进行加工，因此机器人的刀具不能沿实际的工件形状那样进行正确的加工。
另外，在机器人上安装视觉传感器进行工件的拍摄的场合，为决定拍摄位置，需要一边微调整机器人的位置及姿势一边进行示教，需要非常多的工时。
再者，在不修正机器人的刀具的位置及姿势进行加工的场合，有时刀具和工件干涉而不能加工。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种加工用机器人程序制作装置，其就其具有视觉传感器的机器人系统来说能够吸收工件的形状误差，而且有助于大幅削减示教作业需要的工时。
为实现上述目的，本发明提供一种加工用机器人程序制作装置，其在画面上显示机器人、工件以及视觉传感器的三维模型，制作用于机器人对于工件进行加工的加工用程序，具有：加工线指定部，其在画面上对于所述的三维模型指定加工线；加工线分割部，其把所述加工线分割为多个部分；检测范围决定部，其按照包含通过所述加工线分割部分割的加工线的各部分的方式，在把所述视觉传感器的三维模型作为虚拟摄像机拍摄所述工件的三维模型而得到的图形图像中求取多个检测范围；示教点生成部，其生成用于加工通过所述加工线分割部分割的加工线的各部分的示教点；检测模型生成部，为用所述视觉传感器检测通过所述检测范围决定部求得的所述图形图像的各检测范围，根据所述图形图像，对于该每一检测范围生成图像检测模型；检测部，其取入使用视觉传感器实际拍摄预定加工的工件的图像、检测与所述图像检测模型对应的工件部位的位置及姿势；变化量计算部，其对于所述每一图像检测模型，计算该图像检测模型的位置及姿势、和与其对应的工件的部位实际被检测到的位置及姿势之间的变化量；和修正部，其对于所述每一图像检测模型根据所述变化量修正在与该图像检测模型对应的检测范围内包含的示教点的位置及姿势。
加工用机器人程序制作装置还可以具有程序生成部，该程序生成部，在机器人上安装了所述视觉传感器使用的场合，为把机器人移动到所述视觉传感器可拍摄预定加工的工件的位置，指定作为拍摄对象的所述工件的三维模型，把机器人移动成所述视觉传感器对于所述工件的三维模型的加工面平行的位置及姿势，根据所述视觉传感器的三维模型和所述工件的三维模型的相对位置关系计算用所述视觉传感器拍摄所述工件的三维模型的中心的位置及姿势，生成用于所述视觉传感器拍摄所述工件的三维模型全体的示教点，生成拍摄部移动用机器人程序。
加工用机器人程序制作装置还可以具有自动修正部，该自动修正部通过所述视觉传感器检测距工件的基准面的该工件的加工面的高度，根据该检测结果自动修正示教点的位置姿势。
附图说明
通过参照附图说明以下的优选的实施方式，本发明的上述以及其他的目的、特征及优点将会更加明了。
图1是表示本发明的机器人程序制作装置的一个实施形态的概略图，
图2是表示图1的程序制作装置的一个处理的流程的流程图，
图3是表示把工件的加工线分割为多个部分的例子的图，
图4是说明工件的图像检测模型的图，
图5是表示包含工件的示教点的数据的加工用程序的例子的图，
图6是表示通过视觉传感器实际检测与检测模型对应的工件的各部位的例子、以及为此的检测用程序的例子的图，
图7是表示求取用视觉传感器实际拍摄的工件的图像和检测模型的变化量的计算用程序的例子的图，
图8是与图1类似的图，是表示在机器人上安装了刀具的例子的图，
图9是表示进行视觉传感器的高度调整的处理的一例的流程图，
图10是表示使视觉传感器移动到工件的大体正上方的例子的图，
图11是表示调整视觉传感器的水平位置的例子的图，
图12是表示调整视觉传感器的位置及姿势的例子的图，
图13是表示刀具干涉工件的基准面的状态的图，
图14是表示修正示教点中的刀具的位置及姿势的处理的一例的流程图，
图15是表示工件的图像检测模型的图，
图16是表示通过视觉传感器实际检测工件的例子的图，
图17a是表示进行刀具的高度调整的例子的图，
图17b是表示进行刀具的姿势调整的例子的图，
图18是表示本发明的机器人程序制作装置的结构的框图。
具体实施方式
本发明的加工用机器人程序制作装置，具体来说是如图1概略表示的个人计算机(以下简称PC)10。PC10，在其画面12上能够显示概略表示的机器人14、被安装在机器人14上用于进行加工的刀具16、作为加工对象的工件18、载放工件的台架或者夹具20、以及具有在PC上拍摄工件18的虚拟摄像机的视觉传感器22的三维模型。另外，PC10也能够在画面12上显示用虚拟摄像机22拍摄的工件18的三维模型的图形图像(在图示的例子中从上看到工件18的图像)24。另外，图示例子中的工件18，作为用于与其他种类的工件区别的特征形状具有两个孔26，再者，假定具有实际用刀具16进行切飞边等的加工时的加工部位(加工线)28。
下面参照图2的流程图，说明PC10进行的处理的流程。首先在步骤S1，如图1所示在画面上配置机器人14等的三维模型，制作布局图。接着在步骤S2，指定对于工件18实际用刀具16加工时的工件上的加工线28。
在下一步骤S3，如图3所示，根据加工线28的形状将其分割为几个部分。具体说，把加工线28分割为角部分、直线部分以及曲线部分等单纯形状的要素。在图3的例子中，加工线28被分割为4个直线部分28a、4个有圆角的角部分28b。
在下一步骤S4，在上述的布局中，在画面上显示从虚拟摄像机22看时的工件18的图形图像。接着，以包含在步骤S3分割的加工线的各部分的方式，对于从虚拟摄像机22看的图形图像决定检测范围(步骤S5)。这里，在后面的处理中在有关对于被分割的每一部分修正在加工线内包含的示教点的方面，希望检测范围与各部分一对一对应。
在下一步骤S6，为了用摄像机等的视觉传感器实际检测在步骤S5得到的检测范围，如图4所示，对于从虚拟摄像机22看的工件18的图形图像24，顺序生成包含各检测范围的图像检测模型。图像检测模型，如在图4中用双线框所示，由用于检测工件18的特征形状26的模型30、和用于检测各检测范围的模型32a～32h构成。
在下一步骤S7，为制作用于机器人对于工件实际进行加工的程序，例如如图5所示，生成包含用于分别加工工件18的加工线28的各部分的示教点的数据的加工用程序。在图5的例子中，给直线部分28a以及角部分28b分别设定一个以及三个示教点，生成包含指定各示教点的位置以及在各示教点位置的加工速度等的命令语句的加工用程序。另外，示教点，可以根据各部分的形状自动地设定，也可以由操作员通过鼠标点击等的操作适宜进行输入指定。
在下一步骤S8，如图6所示，使用与虚拟摄像机22对应的摄像机等的视觉传感器22’，以和在步骤S1制作好的布局同样的位置关系实际拍摄作为加工对象的工件18’，制作用于检测与在步骤S6生成的检测模型对应的各部位的位置及姿势的检测用程序。另外在上述的加工用程序中插入调用该检测用程序的命令。另外图6表示通过视觉传感器得到的图像以及在加工用程序中插入检测用程序(这里假定程序名为“VISION”)的例子。
在下一步骤S9，制作计算取得用视觉传感器实际拍摄摄入的工件的图像、和图像检测模型之间各部位中的位置及姿势的变化量的命令，追加到加工用程序中。作为计算取得变化量的方法，有以下两种方法：在检测工件的各部位的位置及姿势的检测用程序内把位置及姿势的变化量作为修正数据通过命令取得的方法；以及生成图7表示的计算各部位的位置及姿势的位置姿势计算用程序(这里假定取程序名“CALC”)、在加工用程序中插入调用该程序的命令的方法。在图7的例子中，假定在图像检测模型32h中，在用视觉传感器22’拍摄的实际的工件18’的图形图像24’中包含的加工线28’，与通过虚拟摄像机得到的加工线28位置或者姿势不同。在这样的情况下，在上述的计算用程序“CALC”中，对于检测模型32h内的各示教点或者加工线上的几个规定点计算图形图像24和24’的差即变化量。
在最后的步骤S10，根据在步骤S9中求得的变化量，在加工用程序中追加修正用于加工角部分或者直线部分等的示教点的修正命令。由此，可修正各部分的对于工件的刀具的实际的轨迹。
根据本发明，比较用虚拟摄像机拍摄的工件的三维模型的图像检测模型和摄像机实际拍摄的作为加工对象的工件的图像，来求取位置及姿势的变化量，进而根据该变化量修正示教点，所以即使是工件实际上包含形状误差的场合，也能够吸收该形状误差而正确地沿希望的加工线进行加工，能够大幅提高加工精度。
在上述的实施形态中，进行加工的机器人和拍摄工件的视觉传感器被分开配置，但是如图8所示的合适的变形例那样，也能够在加工工件18的机器人12上安装摄像机22等拍摄部来进行摄像机的位置调整。在该场合，本发明的加工用机器人程序制作装置进而能够制作使用机器人的拍摄部移动用程序。下面参照图9的流程图说明该处理。
首先，在步骤S21，在PC10上指定拍摄对称的工件的三维模型。作为该指定方法，例如，有在PC10的画面12上显示的几个工件中用鼠标操作点击成为对象的工件的方法。
接着在步骤S22中，如图10所示，对于指定的工件18的三维模型，移动机器人14，以使在机器人14的手臂前端安装的视觉传感器的虚拟摄像机22位于工件18的大体正上方，而且使摄像机的姿势和工件18的加工面34平行。这里，用于使摄像机22采取上述那样的位置及姿势的校准，优选把具有和工件加工面34平行的XY平面的用户坐标系36(在图10中仅概略图示出X、Z轴)作为基准来进行。
接着，在PC10的画面12上显示从虚拟摄像机22看的工件18的三维模型的图形图像(步骤S23)，调整虚拟摄像机22的水平位置以使工件加工面34位于图像的中心(步骤S24)。具体来说，如图11所示，计算工件加工面34的中心坐标(例如重心)和虚拟摄像机22的图像中心(例如透镜中心)的偏移d，调整机器人的位置及姿势，以使加工面34的中心在从虚拟摄像机22看的工件18的三维模型的图形图像中位于中心。
在下一步骤S25，如图12所示，操作机器人12，把虚拟摄像机22的高度调整到预先设定的值h。从工件加工面34到虚拟摄像机22的高度h，被设定成使其能够通过虚拟摄像机22拍摄工件18全体，也可以由用户或者操作员设定，也可以根据经验或者计算来确定。
如果已决定了能够通过虚拟摄像机22拍摄工件18全体的机器人14的位置及姿势，则制作使机器人14移动到该已决定的位置及姿势的拍摄部移动用程序。进而，在已决定的位置及姿势生成示教点(步骤S26)。
最后，制作用于使用摄像机等的视觉传感器实际拍摄、检测拍摄对象的工件的命令或者程序(步骤S27)，插入上述的拍摄部移动用程序中。
另外，根据作为加工对象的工件或者刀具的形状，有时必须修正各示教点中的位置及姿势。例如，在工件18具有图13所示那样的阶差的场合，当使刀具16抵接上一阶的加工面34要进行加工时，有由于刀具16的姿势刀具会干涉下一阶的基准面38的危险。在这样的场合，必须变更刀具16的姿势。因此下面参照图14的流程图说明修正示教点处的刀具的位置及姿势的情况。
首先，在步骤S31，和上述的步骤S2同样，指定工件18的加工线28，生成包含加工线28上的示教点的数据的加工用程序。示教点，例如，和图5所示的同样，在角部分以及直线部分分别设定三个以及一个，生成包含指定各示教点的位置以及在各示教点位置处的加工速度等的命令语句的加工用程序。
在下一步骤S32，在PC10的画面12上显示从虚拟摄像机22看时的工件18的三维模型的图形图像。另外，虚拟摄像机以及工件的配置，可以和图1表示的相同。
在下一步骤S33中，对于从虚拟摄像机22看的工件18的三维模型的图形图像24，生成包含工件的基准面以及加工面的图像检测模型。具体说，图像检测模型，如在图15中用双线框所示，由用于检测工件18的图形图像24的特征部分26的模型40、用于检测工件的加工面34的模型42、和用于检测工件的基准面38的模型44构成。另外，对于基准面38的加工面34的高度，可以从工件的三维模型取得。
在下一步骤S34，如图16所示，用摄像机等的视觉传感器22’实际拍摄预定加工的工件18’，制作用于检测从取入的图像24’在步骤S33得到的与图像检测模型对应的基准面以及加工面的命令或者程序，向加工用程序中追加。
在下一步骤S35，制作计算预定加工的工件的基准面以及加工面的高度的命令或者程序。具体说，在使用视觉传感器22’实际取入的工件的图像(图16)和通过用虚拟摄像机拍摄得到的图像检测模型(图15)之间，对于工件的基准面以及加工面各个求尺寸的差即变化量，把尺寸换算成高度。
最后在步骤S36，根据计算结果进行加工用程序的示教点的修正。详细说，如图17a所示，首先从计算的加工面的高度，修正加工用程序的各示教点的高度位置，以使刀具16抵接工件18的加工面34。进而，从计算的工件基准面38的高度计算刀具尖端点16a和工件基准面38之间的间隙。这里在间隙不足够大的场合亦即在规定的阈值以下的场合(图17a的实线那样的场合)，因为在实际的加工中有刀具干涉基准面的危险，所以如图17b所示，修正各示教点中的刀具16的姿势(步骤S37)，在刀具和工件基准面之间得到规定的阈值以上的间隙。
另外，专业人员一定容易理解，在图2、图9以及图14的流程图中表示的处理，可以分别单独进行，也可以适当组合进行。
如上所述，本发明的程序制作装置10，如图18所示，具有：加工线指定部10a，其在画面上对于工件的三维模型指定加工线；加工线分割部10b，其把加工线分割为多个部分；检测范围决定部10c，其按照包含通过加工线分割部10b分割的加工线的各部分的方式，在把视觉传感器的三维模型作为虚拟摄像机拍摄工件的三维模型得到的图形图像中求多个检测范围；示教点生成部10d，其生成用于加工通过加工线分割部10b分割的加工线的各部分的示教点；检测模型生成部10e，其为了用视觉传感器检测通过检测范围决定部10c求得的所述图形图像的各检测范围，根据图形图像，对于该每一检测范围生成图像检测模型；检测部10f，其取入使用视觉传感器实际拍摄了预定加工的工件的图像、检测与图像检测模型对应的工件部位的位置及姿势；变化量计算部10g，其对于每一图像检测模型计算该图像检测模型的位置及姿势、和与其对应的工件部位被实际检测到的位置及姿势之间的变化量；和修正部10h，其对于每一图像检测模型根据所述变化量修正在与该图像检测模型对应的检测范围内包含的示教点的位置及姿势。
程序制作装置10进而具有程序生成部10i，该程序生成部10i，在将视觉传感器安装到机器人上使用的场合，为把机器人移动到视觉传感器可拍摄预定加工的工件的位置，指定作为拍摄对象的工件的三维模型，将机器人移动成视觉传感器对于工件的三维模型的加工面平行的位置及姿势，根据视觉传感器的三维模型和工件的三维模型的相对位置关系计算用视觉传感器拍摄工件的三维模型的中心的位置及姿势，生成用于视觉传感器拍摄工件的三维模型全体的示教点，生成拍摄部移动用机器人程序。
程序制作装置10进而具有自动修正部10j，该自动修正部10j，通过视觉传感器检测距工件的基准面的该工件的加工面的高度，根据该检测结果自动修正示教点的位置姿势。
根据本发明的加工用机器人程序制作装置，因为对通过虚拟摄像机得到的工件的图像检测模型和用视觉传感器实际得到的作为加工对象的工件的图像进行比较来求位置及姿势的变化量，进而根据该变化量修正示教点，所以能够吸收实际的工件的形状误差，制作能够沿工件形状进行加工的加工用程序。
就其将视觉传感器安装在机器人上使用的情况而言，通过生成用于在机器人上安装的视觉传感器拍摄工件的示教点，能够大幅削减示教作业需要的工时。
通过由视觉传感器检测工件的加工面距基准面的高度，根据检测结果自动修正示教点的位置及姿势，就能够避免机器人的刀具和工件发生干涉来进行加工。
参照为说明而选定的特定的实施形态说明了本发明，但是对于专业人员来说，显然，在不脱离本发明的基本的概念以及范围的情况下，能够进行多种变更。