JP2010218174A - 自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品の経年変化等によるツール先端の位置ずれ補正を行う自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び方法を提供する。
【解決手段】ツール先端が接触する接触面１０ａを有する接触部１０と、接触部が一軸方向に移動可能となるようにこれを支持する支持部３０と、支持部を接触位置に位置決めした状態でツール先端が経年変化や交換により接触面に接触する位置を接触部の一方向への変位量として計測する変位量計測手段４０と、前記ツール先端の経年変化や交換前後でそれぞれ計測した変位量の差をＺ軸方向のずれ量にすると共に、Ｚ軸方向のずれ量と接触面に形成されＺ軸方向を法線とする平面と所定の傾斜角度をなす斜面にツール先端が接触する際の経年変化や交換前後の変位量の差とからＺ軸方向と直交する直交座標系のＸ軸方向及びＹ軸方向に関するずれ量を算出するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半田ごてやドリルなど定期的な交換を必要とする消耗部品を備えた自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法に関する。

近年、自動装置によって製造される製品の小型化や実装部品の高密度化により、製品の組立作業には高度なスキルが要求されるようになっている。そして、人手による作業では作業者の能力により組立てられる製品の品質が左右されることから、前記要求に伴って係る製品の組立ラインの自動化が進んでいる。しかしながら、自動装置の構成部品の経年劣化によって自動装置自体にも微妙な変化が生じることがあり、これに起因して自動装置を介して組立てられる製品品質の低下を招く虞がある。このような事態を防止するために自動装置のメンテナンスを慎重に行わなければならず、多大な労力を要する。その結果、このような装置の経年変化に柔軟に対応できる自動装置の需要が高まっている。

より具体的には、ロボットを用いた自動装置において、例えば、自動装置の作業上の手先となるドリル、半田ごてなどは使用により摩耗してしまうし、ディスペンサのノズルなどは詰まりが発生したりする。この場合、ツールを交換するなどして対応するが、先端の位置がずれてしまい、ロボットの教示を交換の度にやり直すことが必要となっている。この教示作業は非常に手間がかかり、作業者にとっては負担となっている。そして、従来は、例えば特許文献１に記載されたような位置補正装置を用いてロボットの軸とツール先端との偏心量を求めることで自動で位置補正できるようにしている。

特開２００６−１９８６３６号公報

上述した従来の位置補正装置を用いた位置補正方法によると、例えば、ツールが半田ごての場合、ロボットアームに半田ごてを取り付けて半田作業を行う形態に限られてしまう。また、鏝先位置検出装置にＸ−Ｙ−Ｚの３軸のセンサを設けることが必要となり、コスト高となる。

更には、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸のセンサを設けると、鏝先位置検出装置を小型にすることが困難になってしまう等の問題がある。

本発明の目的は、構成部品の経年変化やツールの交換等によるツール先端の位置補正を行うことにより、構成部品の経年変化やこれに伴う部品交換時の人為的な教示作業等のメンテナンスの手間を低減できると共に、それに必要なずれ量検出装置のセンサを削減することで小型及び安価にできることを特徴とした自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置は、
使用による経年変化や交換の必要を伴うツールの先端位置補正を行う自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置であって、
前記ツール先端が接触する接触面を有する接触部と、
前記接触部が一軸方向に移動可能となるように当該接触部を支持する支持部と、
前記支持部を接触位置に位置決めした状態で前記ツール先端が前記接触面に接触する位置を前記接触部の一方向への変位量として計測する変位量計測手段と、
前記ツール先端の経年変化や交換前後でそれぞれ計測した変位量の差を直交座標系のＺ軸方向のずれ量にすると共に、更なる接触位置であって前記Ｚ軸方向のずれ量と前記接触面に形成されＺ軸方向を法線とする平面と所定の傾斜角度をなす斜面に前記ツール先端が接触する際の経年変化や交換前後における接触部の変位量の差とから前記Ｚ軸方向と直交する直交座標系のＸ軸方向及びＹ軸方向に関する前記ツール先端の経年変化や交換によるずれ量をそれぞれ算出するずれ量算出手段と、
前記算出した各ずれ量を出力する出力手段とを備えたことを特徴としている。

また、本発明の請求項３に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法は、
使用による経年変化や交換の必要を伴うツールの先端位置補正を行う自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法であって、
前記ツール先端が接触する接触面を有する接触部と、前記接触部が一軸方向に移動可能となるように当該接触部を支持する支持部を用意し、
前記支持部を接触位置に位置決めした状態で前記ツール先端が前記接触面に接触する位置を前記接触部の一方向への変位量として計測し、
前記ツール先端の経年変化や交換前後でそれぞれ計測した変位量の差を直交座標系のＺ軸方向のずれ量にすると共に、更なる接触位置であって前記Ｚ軸方向のずれ量と前記接触面に形成されＺ軸方向を法線とする平面と所定の傾斜角度をなす斜面に前記ツール先端が接触する際の経年変化や交換前後における接触部の変位量の差とから前記Ｚ軸方向と直交する直交座標系のＸ軸方向及びＹ軸方向に関する前記ツール先端の経年変化や交換によるずれ量をそれぞれ算出し、
前記算出した各ずれ量を出力することを特徴としている。

ツール先端の摩耗や交換などによる位置ずれをずれ量算出手段からの計測データに基づき基準位置とのずれ量として算出することで、ツール先端の位置補正を自動的に行うことができる。これにより、使用により経年変化を伴うツールを交換する際やツール先端の基準位置からのずれ量をロボット教示内容に反映させる際に作業者が再教示する必要がなくなり、ツール管理に伴うメンテナンスの手間が低減し、ロボットによって組立てられる製品の品質向上にも役立つ。

また、ずれ量算出手段に備わった変位量計測手段が一方向（Ｚ軸方向）のツールのずれ量のみを検出すれば良いので、単一の変位量計測手段をツール先端位置の自動補正装置が備えるだけで済む。そのため、従来の問題、即ち鏝先位置検出装置にＸ−Ｙ−Ｚの３軸のセンサを設けることでコストが嵩んだり、小型にすることが困難になったりする等の問題を解決することができる。

また、本発明の請求項２に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置は、請求項１に記載のツール先端位置の自動補正装置において、
前記ずれ量算出手段によって算出するＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を、ロボットが備えている回転軸を用いて算出するようになっており、当該回転軸を用いて前記ツール先端の前記基準位置とのＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を算出することを特徴としている。

また、本発明の請求項４に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法は、請求項３に記載の自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法において、
前記ずれ量算出手段によって算出するＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を、ロボットが備えている回転軸を用いて算出するようになっており、当該回転軸を用いて前記ツール先端の前記基準位置とのＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を算出することを特徴としている。

ロボットの回転軸を用いることで、特別な斜面を接触部の接触面にＸ軸方向とＹ軸方向に別々に設ける必要がなく、簡易な構成でツール先端位置補正が可能となる。

本発明によると、構成部品の経年変化やツールの交換等によるツール先端の位置ずれを補正することにより、構成部品の経年変化やこれに伴う部品交換時のメンテナンスの手間を低減できると共に、それに必要なずれ量検出装置のセンサを削減することで小型および安価にできることを特徴とした自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法を提供することができる。

本発明に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置を概略的に示す斜視図である。 図１に示したツール先端位置の自動補正装置の概略ブロック図である。 図１に示したツール先端位置の自動補正装置を用いたツール先端位置の自動補正方法を説明するための基本的フローチャートである。 図１に示したツール先端位置の自動補正装置を用いたツール先端位置の自動補正方法を説明する説明図である。 図４に続いてツール先端位置の自動補正装置によるツール先端位置の自動補正方法を説明する説明図である。 図１に示したツール先端位置の自動補正装置の第１変形例を概略的に示す斜視図である。 図１に示したツール先端位置の自動補正装置の第２変形例を概略的に示す斜視図である。 本発明に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置の具体的形態の一例を示す斜視図である。 図８とは異なる本発明の範疇に含まれる自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に対応する実施例１に係るツール先端位置の自動補正装置の斜視図である。 図１０に示した実施例１に係るツール先端位置の自動補正装置を用いたツール自動補正方法の基準位置測定フローチャートである。 図１０に示したツール先端位置の自動補正装置によるツール先端位置の自動補正方法を説明する説明図である。 図１０に示した実施例１に係るツール先端位置の自動補正装置を用いたツール自動補正方法のツール交換、劣化後の位置測定フローチャートである。 図１２の説明図に対応する説明図で、ツールの劣化した後又はツールを交換した後のツール先端位置の自動補正方法を示す説明図である。 図１２及び図１４の計測結果からツール先端位置の補正量を算出するツール先端位置の自動補正方法を示す説明図である。 本発明の一実施形態に対応する実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置の斜視図である。 図１６に示した実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置のテーブルをＺ軸回りに９０°回転した状態を示す斜視図である。 図１６に示した実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法の基準位置測定フローチャートである。 図１６に示した実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法のツール交換、劣化後の位置測定フローチャートである。 本発明の一実施形態に対応する実施例３に係るツール先端位置の自動補正装置の斜視図である。 図２０に示したツール先端位置の自動補正装置の斜面形成状態を示す斜視図である。 図２１に示したツール先端位置の自動補正装置のテーブルをＺ軸回りに９０°回転した状態を示す斜視図である。 図２０に示した実施例３に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法の基準位置測定フローチャートである。 図２０に示した実施例３に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール自動補正方法のツール交換、劣化後の位置測定フローチャートである。 実施例４におけるツール先端位置の自動補正装置の概略ブロック図である。 実施例４においてロボットのハンドと弾性体を介して構造的に連結されたＺ方向測定面が先端ツールに向かって移動した状態（図２６（ａ））、ツール先端と接触面が接触した状態（図２６（ｂ））、弾性体を介してマイクロＳＷや光電ＳＷ、近接ＳＷ等からなるツール接触検知手段が接触を検知した状態（図２６（ｃ））を示す図である。 図２５に示した実施例４に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法の基準位置測定フローチャートである。 図２５に示した実施例４に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法のツール交換、劣化後の位置測定フローチャートである。

以下、本発明の一実施形態及びその各変形例に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法について図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る自動装置にはツール先端位置補正用の自動補正装置が備わり、図１及び図２に示すように直交座標系としてのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向において対象物であるツール先端にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向から接触する接触機構（垂直多関節型ロボット、スカラー型ロボット、直動型ロボットなどをいう）が作用し、ツール先端のＺ軸方向の変位を計測することで、ツール先端のＺ軸方向のずれ量のみならずＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量も算出するようになっている。

本発明の一実施形態に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置は、図１に示すように、ツールの作業用局所部分（ツール先端位置のことであり、図８に示すツール先端部５０ａに相当）に接触するツール接触面１０ａを上面に有するテーブル（接触部）１０と、テーブル１０を所定の基準位置に移動させてツール先端に接触させる接触機構２０と、接触機構２０とテーブル１０との間に介在し、バネ等の弾性体を介してテーブル１０を接触機構２０に対して常に一軸（Ｚ軸）方向に移動可能に支持する支持体３０と、ツール接触面１０ａのツール移動方向における接触位置を検知する単一の変位計４０（図２参照）と、単一の変位計４０の出力に基づいてツールの作業用局所部分の位置ずれをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ごとに算出する位置自動補正装置１００を有している。

ツールには、図８に例えば半田ごて５０で示すツールや、ディスペンサ、ドリル等が適用される。また、ツール先端部５０ａは、図８に示すように一般にツール５０の下端に位置している。

接触機構２０は、図１では模式的に示しているが、実際には垂直多関節型ロボット、スカラー型ロボット、直動型ロボット等からなり、これらの接触機構で接触面とツール先端を直交座標系をなすＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に接触させるようになっている。

接触機構２０は、通常は作業用ロボットとしての役目を果たし、先端にワークを載せて自動装置の所定のステーションに設けられた半田ごて等のツール先端にワークを位置決めしてツール先端を介して所定の作業を行なうようになっている。

支持体３０の端面には、上述した変位計４０が設置されている。変位計４０は、支持体３０が所定位置にある場合にテーブル１０のツール接触面１０ａがツール先端に押されて基準位置からＺ軸方向にどの程度変位したかを計測する役目を果たしている。なお、変位計４０には、磁気抵抗素子等を利用した変位計が用いられているが、上述した変位自体を計測できれば必ずしもこのような変位計に限定する必要はない。

ツール接触面１０ａは、Ｚ軸方向のずれ量計測のための平面であるツール接触面に加えて、Ｘ軸方向のずれ量計測のための第１の傾斜部１１と、Ｙ軸方向のずれ量計測のための第２の傾斜部１２をそれぞれ設けている。第１の傾斜部１１の計測用斜面１１ａ（以下、「斜面部１１ａ」とする）とツール接触面１０ａとは角度αをなしており、第２の傾斜部１２の計測用斜面１２ａ（以下、「斜面部１２ａ」とする）とツール接触面１０ａとは角度βをなしている。また、第１の傾斜部１１の斜面部１１ａと第２の傾斜部１２の斜面部１２ａの各法線は互いに直交するようになっている。

位置自動補正装置１００は、図２に示すように変位計４０とロボット教示装置との間に介在されており、変位計計測値取得手段１０１と、Ｚ軸ずれ量算出手段１０２と、Ｘ軸及びＹ軸ずれ量算出手段１０３と、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸ずれ量出力手段１０４と、ツール先端部接触検知手段１０５を備えている。そして、ツール自動補正方法は、図３に示すように基本的に以下のルーチンに沿って行われる。

最初に、ロボットをＺ軸方向測定位置へ移動させツール先端をツール接触面１０ａに接触させ（ステップＳ１１）、変位計４０の計測値を取得する（ステップＳ１２）。次いで、基準位置とＺ軸方向のずれ量を変位計４０の計測値から算出する（ステップＳ１３）。同様にしてＸ軸及びＹ軸のずれ量を変位量から算出する（ステップＳ１４〜Ｓ１９）。このＸ軸及びＹ軸のずれ量の算出方法については、後に詳細に説明する。次いで、算出したずれ量をロボット教示装置へ転送する（ステップＳ２０）。次いで、教示装置が転送されたずれ量に応じてツール先端位置の教示位置をデータ上で（作業者が実際に再教示することなく）補正する（ステップＳ２１）。

図４及び図５は、変位計４０のＺ軸方向計測値をツール先端部のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位後の位置（ずれ量）に換算する原理を示している。Ｚ軸方向に関して、ツール先端部５０ａがツール接触面１０ａに接触した変位計４０の計測値とＺ軸方向基準位置との差ａがＺ方向の真のずれ量ΔＺとなる。これは、上述のステップＳ１３で求められる。

上述したステップＳ１４〜Ｓ１９におけるＸ軸及びＹ軸方向のツール先端の真のずれ量算出は以下のようにして行われる。まず、ツール先端部がＸ軸方向ずれ量検出用の第１の傾斜部１１の斜面部１１ａに接触した変位計４０の計測値とＸ軸方向基準位置との差から、Ｚ軸方向の見かけ上のずれ量ｂを算出する。ここで、Ｚ軸方向の見かけ上のずれ量ｂのうち、Ｘ軸方向の真のずれ量ΔＸに関与するずれ量ΔＸｚはＺ方向のずれ量ΔＺ＝ａを除いたｂ−ａとなる。そして、Ｘ軸方向の真のずれ量ΔＸは、このＸ軸方向の真のずれ量に関与するＺ軸方向のずれ量ｂ−ａを角度αの正接値（ｔａｎα）で除算した値、即ちΔＸ＝（ｂ−ａ）／ｔａｎαである。なお、αは上述したようにＸ軸方向のずれ量を検出する斜面部１１ａのツール接触面１０ａに対する傾斜角である。

また、ツール先端部がＹ軸方向ずれ量検出用の第２の傾斜部１２の斜面部１２ａに接触した変位計４０の計測値とＹ軸方向基準位置との差から、Ｚ軸方向の見かけ上のずれ量ｃを算出する。ここで、Ｚ軸方向の見かけ上のずれ量ｃのうち、Ｙ軸方向の真のずれ量ΔＹに関与するずれ量ΔＹｚはＺ方向のずれ量ΔＺ＝ａを除いたｃ−ａとなる。そして、Ｙ軸方向の真のずれ量ΔＹは、このＹ軸方向の真のずれ量に関与するＺ軸方向のずれ量ｃ−ａを角度βの正接値（ｔａｎβ）で除算した値、即ちΔＹ＝（ｃ−ａ）／ｔａｎαである。なお、角度βは上述したようにＹ軸方向のずれ量を検出する斜面部１２ａのツール接触面１０ａに対する傾斜角である。

このような、接触面とツール先端部が接触する位置を接触機構の所定の位置とすれば、ツールの摩耗、交換前後の差分から補正値としてのＸ方向の真のずれ量ΔＸ及びＹ軸方向の真のずれ量ΔＹを算出する。

そして、この各ずれ量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺをロボット等からなる接触機構の教示装置へ転送する。そして、教示装置においてこの真のずれ量に応じて教示位置を補正する。この補正は初期の教示データを変更するだけで済み、作業者が実際に再教示することはない。これは上述のステップＳ２１及びステップＳ２２に相当する。

このようにして、ドリルのように経年変化によりツール先端位置がずれたときに真のツール先端位置を計測する必要がある場合や、半田ごてやディスペンサのようにツールを定期的に交換する必要がある場合に、真のツール先端位置や交換後の新しいツールの正しい先端位置を計測し、これらの先端位置の情報を最初にツールを取付けた際に行った教示データに取り入れてツール先端位置の補正を行う。これによって、経年変化によりツール先端位置がずれたり定期的な交換作業を必要とするツールを交換した場合であっても、ツール先端の初期位置からのずれに合わせて再び教示（ティーチング）する必要がなくなり、従来人が作業を行っていたツール摩耗やツール交換に伴う先端位置のずれ量補正のメンテナンスの手間を省くことができる。

なお、図６は、図１に示したツール先端位置の自動補正装置の第１変形例を概略的に示す斜視図である。また、図７は、図１に示したツール先端位置の自動補正装置の第２変形例を概略的に示す斜視図である。

図６は、後述する実施例２に対応する構成を有したツール先端位置の自動補正装置であり、図７は後述する実施例３に対応する構成を有したツール先端位置の自動補正装置である。

図６に示すツール先端位置の自動補正装置は、Ｚ軸周りの回転（図中矢印Ｚｒ参照）をロボットのＲ軸等接触装置に備わった機構を介して代用し、テーブル上の傾斜部を単一の傾斜部のみにして構造の簡単化を図っている。

また、図７に示すツール先端位置の自動補正装置は、図６に示すＺ軸周りの回転機構に加えて、回転軸１１６の回転（図中矢印ｐ参照）を介してテーブル１１０自体を傾斜させ、Ｘ軸及びＹ軸方向ずれ量を計測する斜面を形成するようにしている。

次いで、本実施形態に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置のより具体的な態様について図８に基づいて説明する。この具体的な態様については半田付け用自動装置の実施例として説明する。

接触機構２０が、図８に示す極座標系ロボットのように回転軸を有する場合、変位計４０の計測値と回転軸の回転数により、Ｚ軸、Ｘ軸、Ｙ軸のずれ量を算出する。ここで、接触機構にＺｒ、接触面にＸｒ、Ｙｒ何れかの回転軸を有する場合には、回転軸を利用することで設置する計測用斜面を削減しつつ、この計測値をツール先端部のＸ軸方向の真のずれ量ΔＸ及びＹ軸方向の真のずれ量ΔＹに換算することができる。これは、同図のテーブル１０に傾斜部が全く設けられていないことからも理解できる。

即ち、ツール接触面は変位計の計測端に設置されＺ軸方向計測のための平面と、Ｘ軸及びＹ軸方向計測のためにそれぞれ１つずつ斜面が必要となるが、図８に示すように接触機構にＺｒ、即ちツール接触面の法線周りに回転する機構、又は計測面にＸｒ，Ｙｒ何れかの回転軸を有することで、回転軸を効率良く利用することができ、ツール接触面上に設置する計測用斜面を削減することができる。

具体的には、図８に示すツール先端位置の自動補正装置では、半田付けを行うワークをスカラー型ロボット２１が搬送し、筐体に設置された半田付けステーション２５で半田付けを行う。ロボット先端部２１ａには変位計４１が設置され、変位計４１の計測端にテーブル１０を設置する。この場合、テーブル上面のツール接触面１０ａは、ワークの設置面を兼ねている。ツール接触面１０ａは、ＲＸ軸の回転機構を有するため、スカラー型ロボット２１のＲＺ軸と併用してツール傾斜面１０ｂとしての役目も兼ねる。

そして、半田ごての摩耗やコテ先の交換によりコテ先先端の位置ずれが生じた場合、図３乃至図５に示した方法でＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置を計測し、Ｚ軸方向の真のずれ量ΔＺとＸ軸方向の真のずれ量を含むＺ軸方向の見かけ上のずれ量ΔＸｚからＺ軸方向の真のずれ量ΔＺを減算した後、Ｘ軸方向ずれ量測定時のツール接触面の傾斜角の正接値で除算して、Ｘ軸方向の真のずれ量ΔＸを求める。更には、Ｚ軸方向の真のずれ量ΔＺとＹ軸方向の真のずれ量を含むＺ軸方向の見かけ上のずれ量ΔＹｚからＺ軸方向の真のずれ量ΔＺを減算した後、Ｙ軸方向のずれ量測定時のツール接触面の傾斜角の正接値で除算してＹ軸方向の真のずれ量ΔＹを求める。ここで、ツールが複数ある場合には、それぞれのツールの補正値を求めた後、それぞれの作業で使用するツールの補正値を教示位置に反映する。

なお、別の実施例として、図９に示したように直動型ロボット２２を利用した３軸ロボットによるディスペンスロボットに本発明を適用しても良い。このようなディスペンスロボットを用いると、ノズルの詰まりや曲がり等によるノズルの交換によりディスペンサ５２のノズル先端位置（図中ノズル先端５２ａの位置）は変化するため、高精度の塗布を行うには調整作業が必要となる。しかしながら、本発明によると、先に述べた平面と傾斜面を計測端に備える変位計４２を筐体２９に設置し、ノズル先端５２ａを変位計４２に接触させることで、交換後のノズル先端位置の計測が可能となる。

このように、本発明は、半田ごてやディスペンサ、ドリルに限らず、あらゆるツール先端の位置計測とその位置ずれ補正に適用可能である。なお、接触機構２０としては、垂直多関節型ロボット、スカラー型ロボット、直動型ロボット等様々なロボットを適用することができる。また、接触機構２０は、図８及び図９に示すようにツール自体を移動させるようにしても良く、ツール先端接触面を上面に形成するテーブル自体を移動させても良い。

また、接触機構の端面に設置された変位計４０の変位検出原理は、接触式、非接触式の何れであっても良い。

以下、上述の実施形態及びその変形例に基づいた自動装置におけるツール自動補正装置及びツール先端位置の自動補正方法のより具体的な形態について実施例１乃至実施例３として説明する。

最初に実施例１について説明する。図１０は、本発明の実施例１に係る自動装置におけるツール自動補正装置の斜視図である。また、図１１は、図１０に示した実施例１に係る自動装置におけるツール自動補正方法の基準位置測定フローチャートである。また、図１２は、図１０に示したツール自動補正装置によるツール先端位置の自動補正方法を説明する説明図である。また、図１３は、図１０に示した実施例１に係る自動装置におけるツール自動補正方法のツール交換、劣化後の位置測定フローチャートである。また、図１４は、図１２の説明図に対応する説明図で、ツールの劣化した後又はツールを交換した後のツール先端位置の自動補正方法を示す説明図である。また、図１５は、図１１及び図１２の計測結果からツール先端位置補正量を算出する方法を示す説明図である。

実施例１に係るツール先端位置の自動補正装置は、図１０に示すように、ツールの作業用局所部分（ツール先端位置）に接触するツール接触面１１０ａを上面に有するテーブル（接触部）１１０と、テーブル１１０を所定の接触位置に移動させてツール先端に接触させる接触機構１２０と、テーブル１１０と接触機構１２０との間に介在し、図示しないバネ等の弾性体を介してテーブル１１０を接触機構１２０に対して常に一軸方向（図中Ｚ軸方向）に移動可能に支持する支持体１３０と、ツール接触面１１０ａの移動方向におけるツール先端との接触位置を検知する単一の変位計（図２参照）と、単一の変位計の出力に基づいてツールの作業用局所部分の位置ずれを演算する位置自動補正装置１００（図２参照）を有している。

ツール接触面１１０ａは、Ｚ軸方向計測のための平面に加えて、Ｘ軸方向計測のための第１の傾斜部１１１と、Ｙ軸方向計測のための第２の傾斜部１１２をそれぞれ設けている。また、第１の傾斜部１１１には、ツール接触面１１０ａと角度αをなし、ツール先端部と接触する第１の斜面部１１１ａが形成されている。また、第２の傾斜部１１２には、ツール接触面１１０ａと角度βをなし、ツール先端部と接触する第２の斜面部１１２ａが形成されている。

以下、実施例１におけるツール先端位置の自動補正方法に関する基準位置測定フローについて図１１及び図１２に基づき説明する。図１１に示すフローチャートから、最初に基準ツールの先端をＺ方向測定位置へ移動させ、Ｚ方向測定面であるテーブル１１０のツール接触面１１０ａに接触させる（ステップＳ１０１）。続いて、変位計の値を読み取り、Ｚ方向基準位置（Ｚｓ）として記憶する（ステップＳ１０２）。これは、図１２（ａ）におけるステップＳ１０１，Ｓ１０２状態に対応する。ここで、図１２（ａ）中の点線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、テーブル１１０がＺ軸方向のずれ検出用のＺ方向測定位置に位置決めされ、テーブル１１０のＺ軸方向に力が一切作用しない状態、即ちＺ方向測定位置にあるツール先端部５０ａが存在しないと仮定し、テーブル１１０が支持体１３０（図１０参照）に対してＺ軸方向に相対的に変位していない状態を示している。また、図１２（ａ）中の実線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、Ｚ方向測定位置にあるツール先端部５０ａがテーブル１１０のツール接触面１１０ａをＺ軸方向に押し下げた状態を示している。

次いで、テーブル１１０をＸ方向測定位置に移動させ、基準ツールの先端をＸ方向測定面である第１の傾斜部１１１の第１の斜面部１１１ａに接触させる（ステップＳ１０３）。続いて、変位計の値を読み取り、Ｘ方向基準位置（Ｘｓ）として記憶する（ステップＳ１０４）。これは、図１２（ｂ）におけるステップＳ１０３，Ｓ１０４状態に相当する。ここで、図１２（ｂ）中で点線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、Ｘ方向測定位置にあるツール先端部５０ａが第１の斜面部１１１ａに接触していないと仮定した状態を示し、実線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、Ｘ方向測定位置にあるツール先端部５０ａが第１の斜面部１１１ａを実際に押している状態を示している。

次いで、テーブル１１０をＹ方向測定位置に移動させ、基準ツールの先端をＹ方向測定面である第２の傾斜部１１２の第２の斜面部１１２ａに接触させる（ステップＳ１０５）。そして、変位計の値を読み取り、Ｙ方向基準位置（Ｙｓ）として記憶する（ステップＳ１０６）。これは、図１２（ｃ）におけるステップＳ１０５，Ｓ１０６状態に相当する。ここで、図１２（ｃ）中で点線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、Ｙ方向測定位置にあるツール先端部５０ａが第２の斜面部１１２ａに接触していないと仮定した状態を示し、実線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、Ｙ方向測定位置にあるツール先端部５０ａが第２の斜面部１１２ａを押している状態を示している。

次いで、基準ツールでロボットの教示を行う（ステップＳ１０７）。これは最初に１度だけ行う教示作業となる。

続いて、ステップＳ１０７における教示作業からある程度の時間が経過してツールが劣化したりツールを交換したりする必要が生じた場合の実施例１におけるツール交換、劣化後の位置測定フローについて、図１３に示すフローチャート及び図１４、図１５に示すツール先端状態説明図に基づいて説明する。

図１３のフローチャートに示すように、最初にテーブル１１０をＺ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＺ方向測定面であるテーブル１１０のツール接触面１１０ａに接触させる（ステップＳ１１１）。そして、変位計の値を読み取り、Ｚ方向現在位置（Ｚｐ）として記憶する（ステップＳ１１２）。これは、図１４（ａ）におけるステップＳ１１２状態に相当する。ここで、図１４（ａ）中の点線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、テーブル１１０がＺ軸方向のずれ検出用のＺ方向測定位置に位置決めされ、テーブル１１０のＺ軸方向に力が一切作用しない状態、即ちＺ方向測定位置にあるツール先端部５０ａが存在しないと仮定し、テーブル１１０が支持体１３０（図１０参照）に対してＺ軸方向に相対的に変位していない状態を示している。また、図１４（ａ）中の実線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、位置ずれ後のツール先端部５０ａがテーブル１１０のツール接触面１１０ａをＺ軸方向に押し下げた状態を示している。

次いで、Ｚ方向現在位置とＺ方向基準位置のずれ量ΔＺ（=Ｚｐ−Ｚｓ）を算出する（ステップＳ１１３）。これは、図１５（ａ）におけるステップＳ１１３状態に相当する。ここでのＺ方向基準位置ＺｓはステップＳ１０２で計測した計測値を用いる。

次いで、テーブル１１０をＸ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＸ方向測定面である第１の傾斜部１１１の第１の斜面部１１１ａに接触させる（ステップＳ１１４）。そして、変位計の値を読み取り、Ｘ方向現在位置（Ｘｐ）として記憶する（ステップＳ１１５）。これは、図１４におけるステップＳ１１４，Ｓ１１５状態に相当する。ここで、図１４（ｂ）中で点線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、位置ずれ後のツール先端部５０ａが第１の斜面部１１１ａに接触していないと仮定した状態を示し、実線で示すテーブル１１０のツール接触面１１０ａは、位置ずれ後のツール先端部５０ａが第１の斜面部１１１ａを実際に押している状態を示している。

次いで、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＸｐ’（=Ｘｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ１１６）。そして、Ｘ方向現在位置とＸ方向基準位置のずれ量ΔＸ（=（Ｘｐ’−Ｘｓ）／ｔａｎα（αは、第１の傾斜部１１１の第１の斜面部１１１ａとテーブル１１０のツール接触面１１０ａとのなす角））を算出する（ステップＳ１１７）。これは、図１５におけるステップＳ１１６状態に相当する。

次いで、テーブル１１０をＹ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＹ方向測定面である第２の傾斜部１１２の第２の斜面部１１２ａに接触させる（ステップＳ１１８）。そして、変位計の値を読み取り、Ｙ方向現在位置（Ｙｐ）として記憶する（ステップＳ１１９）。これは、図１４（ｃ）におけるステップＳ１１８，Ｓ１１９状態に相当する。

次いで、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＹｐ’（=Ｙｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ１２０）。そして、Ｙ方向現在位置とＹ方向基準位置のずれ量ΔＹ（=（Ｙｐ’−Ｙｓ）／ｔａｎβ（βは、第２の傾斜部１１２の第２の斜面部１１２ａとテーブル１１０のツール接触面１１０ａとのなす角））を算出する（ステップＳ１２１）。これは、図１５（ｃ）におけるステップＳ１２１状態に相当する。

次いで、各軸方向のずれ量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺの分だけ、最初に設置した教示位置を再度教示することなく（データ上で）オフセットする（ステップＳ１２２）。

本発明の実施例１によると、ツール先端部の摩耗や交換などにより、ツール先端の位置にずれが生じた場合であっても、変位計をロボットなどの接触機構の端面に設置することで、この変位計からの計測値により基準位置とのずれ量を算出し、このずれ量を自動的に補正することでロボット教示に反映することが可能となる。これにより、装置の変化に柔軟に対応することが可能となり、教示作業を行う時間を短縮できると共に、ロボットによって製造される製品の一定した品質を確保することができる。

続いて、実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法について説明する。図１６は、本発明の一実施形態に対応する実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置の斜視図である。また、図１７は、図１６に示した実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置のテーブルをＺ軸回りに９０°回転した状態を示す斜視図である。

実施例２に係るツール先端位置の自動補正装置は、図１６及び図１７に示すように、ツールの作業用局所部分（ツール先端位置）に接触するツール接触面２１０ａを上面に有するテーブル（接触部）２１０と、テーブル２１０を所定の接触位置に移動させてツール先端に接触させる接触機構（図示せず）と、接触機構とテーブル２１０との間に介在し、バネ等の弾性体を介してテーブルを接触機構に対して常に一軸（Ｚ軸）方向に移動可能に支持する支持体２３０と、ツール接触面の移動方向におけるツール先端との接触位置を検知する単一の変位計（図２参照）と、単一の変位計の出力に基づいてツールの作業用局所部分の位置ずれを演算する演算装置（図２参照）を有している。

ツール接触面２１０ａは、Ｚ軸方向計測のための平面に加えて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のツール先端位置計測のための傾斜部２１１を設けている。傾斜部２１１には、ツール接触面２１０ａと角度αをなし、ツール先端部と接触する斜面部２１１ａが形成されている。また、支持体２３０のＺ軸周りには、傾斜部２１１の斜面部２１１ａの法線方向をＺ軸方向から見てＸ軸方向及びＹ軸方向とそれぞれ合致させる回転機構（図示せず）が備わっている。これによって、実施例２においては、実施例１と異なり傾斜部を単一の傾斜部としてテーブル２１０の上に設けることができ、構造を簡略化している。接触機構が、Ｚｒ、即ちＺ軸回りに回転軸を有する場合には、回転軸を利用することで設置する計測用斜面を実施例２のように削減できる。

以下、実施例２における基準位置測定フローについて図１８のフローチャートに基づき説明する。最初に、テーブル２１０をＺ方向計測位置に移動させ、基準ツールの先端をＺ方向測定面であるツール接触面２１０ａに接触させる（ステップＳ２０１）。そして、変位計の値を読み取り、Ｚ方向基準位置（Ｚｓ）として記憶する（ステップＳ２０２）。

次いで、テーブル２１０をＸ方向測定位置に移動させ、基準ツールの先端をＸ方向測定面である傾斜部２１１の斜面部２１１ａに接触させる（ステップＳ２０３）。そして、変位計の値を読み取り、Ｘ方向基準位置（Ｘｓ）として記憶する（ステップＳ２０４）。

次いで、図１６から図１７に示すように、Ｘ方向測定面をＺ軸回りに９０°回転させ、Ｙ方向測定面とする（ステップＳ２０５）。そして、テーブル２１０をＹ方向測定位置に移動させ、基準ツールの先端をＹ方向測定面である傾斜部２１１の斜面部２１１ａに接触させる（ステップＳ２０６）。そして、変位計の値を読み取り、Ｙ方向基準位置（Ｙｓ）として記憶する（ステップＳ２０７）。

次いで、基準ツールを取付けた状態でロボットの教示を行う（ステップＳ２０８）。

続いて、実施例２におけるツール交換、劣化後の位置測定フローについて図１９のフローチャートに基づき説明する。最初に、テーブル２１０をＺ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＺ方向測定面であるツール接触面２１０ａに接触させる（ステップＳ２１１）。そして、変位計の値を読み取り、Ｚ方向現在位置（Ｚｐ）として記憶する（ステップＳ２１２）。そして、Ｚ方向現在位置とＺ方向基準位置のずれ量ΔＺ（=Ｚｐ−Ｚｓ）を算出する（ステップＳ２１３）。

次いで、テーブル２１０をＸ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＸ方向測定面である傾斜部２１１の斜面部２１１ａに接触させる（ステップＳ２１４）。そして、変位計の値を読み取り、Ｘ方向現在位置（Ｘｐ）として記憶する（ステップＳ２１５）。そして、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＸｐ’（=Ｘｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ２１６）。そして、Ｘ方向現在位置とＸ方向基準位置のずれ量ΔＸ（=（Ｘｐ’−Ｘｓ）／ｔａｎα）を算出する（ステップＳ２１７）。ここで、αは、ツール接触面２１０ａと斜面部２１１ａとのなす角である。

次いで、図１６及び図１７に示すように、Ｘ方向測定面である傾斜部２１１の斜面部２１１ａをＺ軸回りに９０°回転させ、Ｙ方向測定面とする（ステップＳ２１８）。そして、テーブル２１０をＹ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＹ方向測定面に接触させる（ステップＳ２１９）。そして、変位計の値を読み取り、Ｙ方向現在位置（Ｙｐ）として記憶する（ステップＳ２２０）。そして、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＹｐ’（=Ｙｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ２２１）。そして、Ｙ方向現在位置とＹ方向基準位置のずれ量Ｙ（=Ｙｐ’−Ｙｓ）を算出する（ステップＳ２２２）。この際、実際のＹ方向のずれ量ΔＹは、（Ｙｐ'−Ｙｓ）／ｔａｎαである。ここで、αは、ツール接触面２１０ａと斜面部２１２ａとのなす角である。

次いで、各軸方向のずれ量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの分だけ、初期に入力した教示位置を作業者が実際に再教示することなくデータ上でオフセットする（ステップＳ２２３）。

本発明の実施例２によると、ツール先端部の摩耗や交換などにより、ツール先端の位置にずれが生じた場合であっても、変位計をロボットなどの接触機構の端面に設置することで、この変位計からの計測値により基準位置とのずれ量を算出し、このずれ量を自動的に補正することでロボット教示に反映することが可能となる。これにより、装置の変化に柔軟に対応することが可能となり、教示作業を行う時間を短縮できると共に、ロボットによって製造された製品の一定した品質を確保することができる。また、接触機構２２０のＺ軸回りの回転駆動機構を利用して、テーブル２１０を図１６から図１７に示すように９０度回転させるようになっているので、単一の傾斜部を２１１をテーブル上に設けるだけ良く、構造の簡略化を図ることができる。

続いて、実施例３に係る自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置及び自動補正方法について説明する。図２０は、本発明の一実施形態に対応する実施例３に係るツール先端位置の自動補正装置の斜視図である。また、図２１は、図２０に示したツール先端位置の自動補正装置の斜面形成状態を示す斜視図である。また、図２２は、図２１に示したツール先端位置の自動補正装置のテーブルをＺ軸回りに９０°回転した状態を示す斜視図である。

この実施例３のツール先端位置の自動補正装置は、図２０乃至図２２に示すように、ツールの作業用局所部分（ツール先端位置）に接触するツール接触面３１０ａを上面に有するテーブル（接触部）３１０と、テーブル３１０を所定の接触位置に移動させてツール先端に接触させる接触機構３２０と、接触機構３２０とテーブル３１０との間に介在し、バネ等の弾性体を介してテーブル３１０を接触機構３２０に対して常に一軸（Ｚ軸）方向に移動可能に支持する支持体３３０と、ツール接触面３１０ａの移動方向におけるツールとの接触位置を検知する単一の変位計（図２参照）と、単一の変位計の出力に基づいてツールの作業用局所部分の位置ずれを演算する演算装置（図２参照）を有している。なお、実施例３は、実施例１と異なり、テーブル上に単一の傾斜部のみを設ければ良いので、その構造を単純化できる。この際、テーブル３１０を回転させる回転機構をロボットハンド先端のｒ軸で代用することで全体構造をより単純化することができる。

ツール接触面３１０ａには、Ｚ軸方向計測のための平面に加えて、Ｘ軸方向計測のための第１の傾斜面３５１（図２１参照）と、Ｙ軸方向計測のための第２の傾斜面３５２（図２２参照）を形成する傾斜板３５０、及びこの傾斜板３５０をツール接触面３１０ａに対して例えば角度αなど所定の角度をなすように傾ける回転軸３６１及び回転軸駆動機構３６２が備わっている。また、支持体３３０は、傾斜板３５０によって形成された第１の傾斜面３５１及び第２の傾斜面３５２の双方の法線がＺ軸方向から見てＸ軸及びＹ軸にそれぞれ一致するようにＺ軸回りに回転可能となっている。即ち、このような傾斜板３５０、回転軸３６１、回転軸駆動機構３６２を備えることで、ツール接触面３１０ａ上に設ける計測用斜面を削減している。

以下、実施例３における基準位置測定フローについて、図２３のフローチャートに基づき説明する。最初に、テーブル３１０をＺ方向測定位置に移動させ、基準ツールの先端をＺ方向測定面に接触させる（ステップＳ３０１）。そして、変位計の値を読み取り、Ｚ方向基準位置（Ｚｓ）として記憶する（ステップＳ３０２）。

次いで、図２０から図２１に示すように、Ｚ方向測定面を既知の角度αだけ回転させ、Ｘ方向測定面として第１の傾斜面３５１を形成する（ステップＳ３０３）。次いで、テーブル３１０をＸ方向測定位置に移動させ、基準ツールの先端をＸ方向測定面である第１の傾斜面３５１に接触させる（ステップＳ３０４）。次いで、変位計の値を読み取り、図２１から図２２に示すように、Ｘ方向基準位置（Ｘｓ）として記憶する（ステップＳ３０５）。

次いで、Ｘ方向測定面をＺ軸回りに９０°回転させ、Ｙ方向測定面としての第２の傾斜面３５２を形成する（ステップＳ３０６）。そして、テーブル３１０をＹ方向測定位置まで移動させ、基準ツールの先端をＹ方向測定面としての第２の傾斜面３５２に接触させる（ステップＳ３０７）。そして、変位計の値を読み取り、Ｙ方向基準位置（Ｙｓ）として記憶する（ステップＳ３０８）。

次いで、基準ツールを取付けた状態でロボットの教示を行う（ステップＳ３０９）。

続いて、実施例３におけるツール交換、劣化後の位置測定フローについて図２４のフローチャートに基づき説明する。最初に、テーブル３１０をＺ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＺ方向測定面に接触させる（ステップＳ３１１）。そして、変位計の値を読み取り、Ｚ方向現在位置（Ｚｐ）として記憶する（ステップＳ３１２）。そして、Ｚ方向現在位置とＺ方向基準位置のずれ量ΔＺ（=Ｚｐ−Ｚｓ）を算出する（ステップＳ３１３）。

次いで、図２０から図２１に示すように、Ｚ方向測定面を既知の角度であるα度だけ回転し、Ｘ方向測定面としての第１の傾斜面を形成する（ステップＳ３１４）。そして、テーブル３１０をＸ方向測定位置に移動させ、ツールの先端をＸ方向測定面に接触させる（ステップＳ３１５）。そして、変位計の値を読み取り、Ｘ方向現在位置（Ｘｐ）として記憶する（ステップＳ３１６）。そして、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＸｐ’（=Ｘｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ３１７）。そして、Ｘ方向現在位置とＸ方向基準位置のずれ量ΔＸ＝（Ｘｐ'−Ｘｓ）／ｔａｎα（αは、ツール先端のＸ軸方向ずれ量を測定している時の傾斜板３５０のテーブル３１０のツール接触面３１０ａに対する傾斜角）を算出する（ステップＳ３１８）。

次いで、図２１から図２２に示すように、Ｘ方向測定面をＺ軸回りに９０°回転させ、Ｙ方向測定面としての第２の傾斜面を形成する（ステップＳ３１９）。そして、テーブル３１０をＹ方向測定位置まで移動させ、ツールの先端をＹ方向測定面としての第２の傾斜面に接触させる（ステップＳ３２０）。そして、変位計の値を読み取り、Ｙ方向現在位置（Ｙｐ）として記憶する（ステップＳ３２１）。そして、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＹｐ’（=Ｙｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ３２２）。そして、Ｙ方向現在位置とＹ方向基準位置のずれ量ΔＹ＝（Ｘｐ'−Ｘｓ）／ｔａｎα（αは、ツール先端のＸ軸方向ずれ量を測定している時の傾斜板３５０のテーブル３１０のツール接触面３１０ａに対する傾斜角）を算出する（ステップＳ３２３）。

次いで、各軸方向のずれ量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの分だけ、初期に入力した教示位置を作業者が再教示することなくデータ上でオフセットする（ステップＳ３２４）。

本発明の実施例３によると、ツール先端部の摩耗や交換などにより、ツール先端の位置にずれが生じた場合であっても、変位計をロボットなどの接触機構の端面に設置することで、この変位計からの計測値により基準位置とのずれ量を算出し、このずれ量を自動的に補正することでロボット教示に反映することが可能となる。これにより、装置の変化に柔軟に対応することが可能となり、教示作業を行う時間を短縮できると共に、ロボットを用いて製造した製品の一定した品質を確保することができる。

なお、上述の実施例に加えて新たな実施例、即ち実施例４として、ロボットを用いた自動装置において、変位計４０としてロボットのＺ軸に含まれる変位計を利用する形態をとっても良い。この場合、図２５に示すように、例えばマイクロＳＷや光電ＳＷ、近接ＳＷ等のツール先端部接触検知手段（コテ先接触検知手段）１０５が必要となる。なお、その他の構成要素については、図２に示したツール先端位置の自動補正装置の概略ブロック図と同様であるので、それらの詳細な説明を省略する。

図２６は、実施例４においてロボットのハンドと弾性体を介して構造的に連結されたＺ方向測定面が先端ツールに向かって移動した状態（図２６（ａ））、ツール先端と接触面が接触した状態（図２６（ｂ））、弾性体を介してマイクロＳＷや光電ＳＷ、近接ＳＷ等からなるツール接触検知手段が接触を検知した状態（図２６（ｃ））を示している。

即ち、本実施例においてはマイクロＳＷや光電ＳＷ、近接ＳＷ等からなるツール接触検知手段がロボットハンド先端とＺ方向測定面との間に介在する弾性体内配置若しくはその近傍に配置され、ツール先端と接触面が接触することで弾性体が一定量圧縮された状態になる際の状態変化を、これらのマイクロＳＷや光電ＳＷ、近接ＳＷ等を介して機械的、光学的、又は磁気的に検出するようになっている。

以下、ロボットのＺ軸を利用した本実施例の基準位置測定フローについて図２７に基づいて説明する。図２７は、図２５に示した実施例４に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法の基準位置測定フローチャートである。

最初に、Ｚ方向測定開始位置へ移動し、基準ツールの先端とＺ方向測定面が接触するまでＺ方向に移動する（ステップＳ４０１）。この際、基準ツールの先端とＺ方向測定面が接触するのを検知するためにロボットハンド先端とＺ方向測定面との間に備わったマイクロＳＷ、光電ＳＷ、近接ＳＷなどの接触検知手段が接触を検知するまでロボット先端をＺ軸方向に移動させる。次いで、ロボットのＺ軸座標を読み取り、Ｚ方向基準位置(Ｚｓ)として記憶する（ステップＳ４０２）。次いで、Ｘ方向測定開始位置へ移動し、基準ツールの先端とＸ方向測定面が接触するまでＺ方向に移動する（ステップＳ４０３）。次いで、ロボットのＺ軸座標を読み取り、Ｘ方向基準位置(Ｘｓ)として記憶する（ステップＳ４０４）。次いで、Ｚ方向測定開始位置へ移動し、基準ツールの先端とＹ方向測定面が接触するまでＺ方向に移動する（ステップＳ４０５）。次いで、ロボットのＺ軸座標を読み取り、Ｙ方向基準位置(Ｙｓ)として記憶する（ステップＳ４０６）。そして、基準ツールでロボットの教示を行う（ステップＳ４０７）。

続いて、同様にロボットのＺ軸を利用した本実施例のツール交換、劣化後の位置測定フローについて図２８に基づいて説明する。図２８は、図２５に示した実施例４に係るツール先端位置の自動補正装置におけるツール先端位置の自動補正方法のツール交換、劣化後の位置測定フローチャートである。

最初に、Ｚ方向測定開始位置へ移動し、基準ツールの先端とＺ方向測定面が接触するまでＺ方向に移動する（ステップＳ４１１）。この際、基準ツールの先端とＺ方向測定面が接触するのを検知するためにロボットハンド先端とＺ方向測定面との間に備わったマイクロＳＷ、光電ＳＷ、近接ＳＷなどの接触検知手段が接触を検知するまでロボット先端をＺ軸方向に移動させる。

次いで、ロボットのＺ軸座標を読み取り、Ｚ方向現在位置(Ｚｐ)として記憶し（ステップＳ４１２）、Ｚ方向現在位置とＺ方向基準位置のずれ量ΔＺ（=Ｚｐ−Ｚｓ）を算出する（ステップＳ４１３）。次いで、Ｘ方向測定開始位置へ移動し、基準ツールの先端とＸ方向測定面が接触するまでＺ方向に移動する（ステップＳ４１４）。次いで、ロボットのＺ軸座標を読み取り、Ｘ方向現在位置(Ｘｐ)として記憶する（ステップＳ４１５）。次いで、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＸｐ'（=Ｘｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ４１６）。そして、Ｘ方向現在位置とＸ方向基準位置のずれ量ΔＸ=（Ｘｐ'−Ｘｓ）／ｔａｎαを算出する（ステップＳ４１７）。次いで、Ｙ方向測定開始位置へ移動し、基準ツールの先端とＹ方向測定面が接触するまでＺ方向に移動する（ステップＳ４１９）。次いで、ロボットのＺ軸座標を読み取り、Ｙ方向現在位置(Ｙｐ)として記憶し（ステップＳ４２０）、Ｚ方向ずれ量の影響を除くためＹｐ'（=Ｙｐ−ΔＺ）を算出する（ステップＳ４２１）。そして、Ｙ方向現在位置とＹ方向基準位置のずれ量ΔＹ=（Ｙｐ'−Ｙｓ）／ｔａｎβを算出する（ステップＳ４２２）。そして、各軸方向のずれ量ΔＸ，ΔＹ，ΔＺの分だけ、教示位置をオフセットする（ステップＳ４２３）。

このようにロボットの先端部にツール先端部接触検知手段を設けても上述した実施例１乃至３と同等の効果を奏することが可能である。

以上説明したように、本発明に係るツール先端位置の自動補正装置は、ツール先端の摩耗や交換などによる微妙な位置ずれをずれ量算出手段からの計測データを元に基準位置とのずれ量として算出することで、ツール先端の位置補正を自動的に行うことができる。これにより、使用により経年変化を伴うツールを交換する際やツールの基準位置からのずれ量をロボット教示内容に反映させる際にわざわざ作業者が直接教示する必要がなくなり、メンテナンスの手間が低減し、ロボットによって組立てられる製品の品質向上にも役立つ。

また、本発明に係るツール先端位置の自動補正装置は、ツール先端部の摩耗や交換などにより、ツール先端の位置にずれが生じた場合であっても、変位計をロボットなどの接触機構の端面に設置することで、この変位計からの計測値により、基準位置とのずれ量を算出し、このずれ量を自動的に補正することで、ロボット教示に反映することが可能となる。これにより、装置の変化に柔軟に対応することが可能となり、教示作業を行う時間を短縮できると共に、ロボットを用いて製造した製品の一定した品質を確保することができる。

特に、半田ごてや切削工具、切削用ドリル等は摩耗により日々ツールの状態が変化しているため、このようなツールを用いて製造した製品の品質が安定しないが、本発明のように自動装置に計測機能を備えることで自動装置におけるツール先端位置の経年変化に柔軟に対応することができ、自動装置におけるツールを用いて製造した製品品質の安定化につながる。

なお、本発明は、図８に示したように接触機構、支持体、変位計、テーブルを作業ステーションの所定箇所に設けると共に、ツールをこの作業ステーションの適所に固定した第１の形態をなしていても良く、図９に示すようにツールを設けた接触機構を作業ステーションの所定位置に配置すると共に、支持体、変位計、テーブルをこの作業ステーションの適所に設置した第２の形態をなしていても良い。

１０ テーブル（接触部）
１０ａ ツール接触面
１１ 第１の傾斜部
１１ａ 計測用斜面（斜面部）
１２ 第２の傾斜部
１２ａ 計測用斜面（斜面部）
２０ 接触機構
２１ スカラー型ロボット
２１ａ ロボット先端部
２２ 直動型ロボット
２５ 半田付けステーション
２９ 筐体
３０ 支持体
４０，４１，４２ 変位計
５０ ツール（半田ごて）
５０ａ ツール先端部（ツールの作業用局所部分）
５１ シリンジ
５２ ディスペンサ
５２ａ ノズル先端
１００ 位置自動補正装置
１０１ 変位計計測値取得手段
１０２ Ｚ軸ずれ量算出手段
１０３ Ｘ軸及びＹ軸ずれ量算出手段
１０４ Ｘ，Ｙ，Ｚずれ量出力手段
１０５ ツール先端部接触検知手段
１１０ テーブル（接触部）
１１０ａ ツール接触面
１１１ 第１の傾斜部
１１１ａ 第１の斜面部
１１２ 第２の傾斜部
１１２ａ 第２の斜面部
１１６ 回転軸
１２０ 接触機構
１３０ 支持体
２１０ テーブル（接触部）
２１０ａ ツール接触面
２１１ 傾斜部
２１１ａ 斜面部
２２０ 接触機構
２３０ 支持体
３１０ テーブル（接触部）
３１０ａ ツール接触面
３２０ 接触機構
３３０ 支持体
３５０ 傾斜板
３５１ 第１の傾斜面
３５２ 第２の傾斜面
３６１ 回転軸
３６２ 回転軸駆動機構

Claims (4)

1. 使用による経年変化や交換の必要を伴うツールの先端位置補正を行う自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置であって、
   前記ツール先端が接触する接触面を有する接触部と、
   前記接触部が一軸方向に移動可能となるように当該接触部を支持する支持部と、
   前記支持部を接触位置に位置決めした状態で前記ツール先端が前記接触面に接触する位置を前記接触部の一方向への変位量として計測する変位量計測手段と、
   前記ツール先端の経年変化や交換前後でそれぞれ計測した変位量の差を直交座標系のＺ軸方向のずれ量にすると共に、更なる接触位置であって前記Ｚ軸方向のずれ量と前記接触面に形成されＺ軸方向を法線とする平面と所定の傾斜角度をなす斜面に前記ツール先端が接触する際の経年変化や交換前後における接触部の変位量の差とから前記Ｚ軸方向と直交する直交座標系のＸ軸方向及びＹ軸方向に関する前記ツール先端の経年変化や交換によるずれ量をそれぞれ算出するずれ量算出手段と、
   前記算出した各ずれ量を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置。
2. 前記ずれ量算出手段によって算出するＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を、ロボットが備えている回転軸を用いて算出するようになっており、当該回転軸を用いて前記ツール先端の前記基準位置とのＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を算出することを特徴する、請求項１に記載の自動装置におけるツール先端位置の自動補正装置。
3. 使用による経年変化や交換の必要を伴うツールの先端位置補正を行う自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法であって、
   前記ツール先端が接触する接触面を有する接触部と、前記接触部が一軸方向に移動可能となるように当該接触部を支持する支持部を用意し、
   前記支持部を接触位置に位置決めした状態で前記ツール先端が前記接触面に接触する位置を前記接触部の一方向への変位量として計測し、
   前記ツール先端の経年変化や交換前後でそれぞれ計測した変位量の差を直交座標系のＺ軸方向のずれ量にすると共に、更なる接触位置であって前記Ｚ軸方向のずれ量と前記接触面に形成されＺ軸方向を法線とする平面と所定の傾斜角度をなす斜面に前記ツール先端が接触する際の経年変化や交換前後における接触部の変位量の差とから前記Ｚ軸方向と直交する直交座標系のＸ軸方向及びＹ軸方向に関する前記ツール先端の経年変化や交換によるずれ量をそれぞれ算出し、
   前記算出した各ずれ量を出力することを特徴とする自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法。
4. 前記ずれ量算出手段によって算出するＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を、ロボットが備えている回転軸を用いて算出するようになっており、当該回転軸を用いて前記ツール先端の前記基準位置とのＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を算出することを特徴する、請求項３に記載の自動装置における自動装置におけるツール先端位置の自動補正方法。
   

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