ワークの自動加工方法およびワークの自動加工システム
【課題】 バリ取りや溶断等の作業を一層容易にできるワークの自動加工方法およびワークの自動加工システムを提供すること。
【解決手段】自動加工システム１では、ワークを第１、第２視覚センサ２３，３２で撮像するとともに、加工前パレット処理部５２や加工ステーション処理部５３によってワークの位置や輪郭を検出する。従って、検出した位置に基づいてロボット１０がワークを自動的に取りに行ったり、輪郭に応じた加工パスを自動的に選定して加工指令を生成したりするので、従来のように移送や加工に先立ってワークの図形データを作成する必要がなく、従来に比して作業を一層容易にできるのである。しかも、第１原画像等に基づき、ワークの重心位置を自動的に判断してロボット１０がワークを取りに行くので、ロボット１０の煩わしいティーチング作業も不要である。
【解決手段】自動加工システム１では、ワークを第１、第２視覚センサ２３，３２で撮像するとともに、加工前パレット処理部５２や加工ステーション処理部５３によってワークの位置や輪郭を検出する。従って、検出した位置に基づいてロボット１０がワークを自動的に取りに行ったり、輪郭に応じた加工パスを自動的に選定して加工指令を生成したりするので、従来のように移送や加工に先立ってワークの図形データを作成する必要がなく、従来に比して作業を一層容易にできるのである。しかも、第１原画像等に基づき、ワークの重心位置を自動的に判断してロボット１０がワークを取りに行くので、ロボット１０の煩わしいティーチング作業も不要である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの自動加工方法およびワークの自動加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
板金加工されたワークには、その加工の種類によりバリ、ノロ（スラグ）、あるいはスパッタ等を生じる場合があり、従来では、これらを手作業によるグラインダ仕上げにより取り除いていた。
これに対して最近では、そのようなワークのバリ取り作業を簡便に行うバリ取りシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。このバリ取りシステムでは、オペレータがワークの図形データを作成し、この図形データに基づいて制御装置がバリ取り用の加工プログラムを作成し、この加工プログラムにより多軸型のバリ取りロボットがバリ取り作業を自動的に行うようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２６９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献に記載のバリ取りシステムでは、ＮＣ装置のキーボードおよびＣＲＴディスプレイを使用して、オペレータがワークの立体姿図や展開図などの図形データを予め作成する必要があるため、そのデータ作成に手間がかかってしまい、必ずしもバリ取り作業を簡便に行えるとはいえなかった。
【０００５】
本発明の目的は、バリ取りや溶断等の作業を一層容易にできるワークの自動加工方法およびワークの自動加工システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係るワークの自動加工方法は、搬入ステーションに置かれた加工前のワークを撮像する手順と、撮像された画像に基づいて前記ワークの位置を検出する手順と、移送ロボットにより前記検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する手順と、移送させたワークを撮像する手順と、加工ステーションで撮像された画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する手順と、検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記ワークを加工する手順とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に係るワークの自動加工方法は、請求項１に記載のワークの自動加工方法において、前記ワークを表裏反転させて再度前記加工ステーションに置く手順と、反転されたワークを撮像する手順と、撮像された画像に基づいて前記表裏反転されたワークの形状パターンを検出する手順と、検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記表裏反転されたワークを加工する手順とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に係るワークの自動加工方法は、請求項１または請求項２に記載のワークの自動加工方法において、前記移送ロボットにより加工後のワークを前記加工ステーションから搬出ステーションに移送する手順を備え、この搬出ステーションでの前記ワークが置かれる位置を、前記搬入ステーションで置かれていた位置に基づいて決定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に係るワークの自動加工システムは、加工前のワークが置かれる搬入ステーションと、この搬入ステーションに置かれたワークを撮像する第１視覚センサと、 第１視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段で検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する移送ロボットと、加工ステーションでのワークを撮像する第２視覚センサと、第２視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する形状検出手段と、この形状検出手段で検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する加工指令生成手段と、この加工用の指令に基づいて作動する加工ロボットと、この加工ロボットに取り付けられて前記加工用の指令に基づき作動する加工ツールとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上において、請求項１および請求項４の発明によれば、ワークを撮像してその位置や形状パターンを検出し、検出した位置に基づいて移送ロボットがワークを自動的に取りに行ったり、形状パターンに応じた加工用の指令、例えばグラインダ仕上げにおいては、グラインダでなぞる軌跡（加工パス）を自動的に生成したりするので、従来のように移送や加工に先立ってワークの図形データを作成する必要がなく、従来に比して作業を一層容易にできる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、ワークを表裏反転させて再度加工を行うので、板状のワークの仕上げ加工等を表裏両面にわたって確実に実施でき、グラインダによる仕上げ加工等に好適である。
【００１２】
請求項３の発明によれば、ワークの搬出ステーションでの位置を、搬入ステーションでの位置に基づいて決定するので、移送ロボットによる搬出ステーションでの位置座標は、搬入ステーションでのワークを取りに行くための位置座標を所定量だけシフトさせればよく、搬出ステーション側の位置座標を含んだ指令を容易に生成でき、処理を簡便にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る加工システム１の概略構成を模式的に示す平面図、図２は、その側面図である。図３は、加工システム１で用いられるロボット１０を示す斜視図、図４は、加工システム１を示すブロック図である。
【００１４】
図１、図２において、加工システム１は、溶断等で得られた板状金属のワークＷにグラインダ仕上げを施すシステムであって、溶断時に生じたスパッタやノロを自動的に取り除くように構成されている。具体的に加工システム１は、中央に配置されたロボット１０と、このロボット１０の周囲に配置されたワークＷ搬入用の搬入ステーション２０と、ワークＷにグラインダ仕上げを施す加工ステーション３０と、作業が終了したワークＷを載置しておく搬出ステーション４０と、加工システム１全体を制御する制御装置５０とを備えている。
【００１５】
ロボット１０は、図３に示すように、６つの回動軸Ｒ１〜Ｒ６を備えた多軸型であり、専用のジョブ指令によって作動する。このようなジョブ指令は、制御盤および操作盤からなるロボットコントローラ１０Ａで読み込まれ、ジョブ指令に従って各軸用のサーボモータが駆動される。つまり、各サーボモータの駆動により、図３に示した旋回部１１、第１アーム１２、第２アーム１３、アタッチメント１４がロボット固有の３次元座標系で回動するとともに、他のジョブ指令によってはアタッチメント１４が作動する。また、本実施形態のロボット１０は、本発明に係る移送ロボットおよび加工ロボットの両方を兼ねている。
【００１６】
このロボット１０の特にアタッチメント１４は、４つの電磁石で構成された磁着部１５と、磁着部１５のワーク磁着側とは反対側に設けられたグラインダ（加工ツール）１６とを備えており、第２アーム１３の先端に取り付けられて回動軸Ｒ６回りに回動する。すなわち、図３に示した状態は、ワークＷを磁着部１５によって上方から取りに行く姿勢であり、ワークＷにグラインダ仕上げを施す場合には、アタッチメント１４を１８０度回動させ、グラインダ１６を下側にして作業を行う。また、作業時の制御として、アタッチメント１４を回動軸Ｒ５回りに所定角度傾斜させることで、グラインダ１６をワークＷに対して適切な角度で当接できるようになっている。グラインダ１６の回転方向は、正逆切換可能である。
【００１７】
搬入ステーション２０は、金属フレーム等で枠組みされた搬入基台２１を備え、搬入基台２１の上面にはワークＷを載せたパレット２２がフォークリフト等で平置きされる。搬入基台２１の上面は、高さＨ＝０「ゼロ」の基準面とされており、搬入基台２１には当該基準面内の１点を０点とした３次元座標系が設定されている。従って、搬入基台２１の基準面に載置されるパレット２２の基準高さがＨ０として既知であり、ワークＷの板厚も既知である場合、パレット２２に載せられた１枚のワークＷの上面は、前記３次元座標系ではＨ０＋板厚の高さにあるといえる。
【００１８】
また、搬入ステーション２０の上方には、パレット２２上を撮像するためのＣＣＤカメラ等からなる一対の第１視覚センサ２３が設置されている。第１視覚センサ２３が一対設けられているのは、撮像されたワークＷまでの距離をステレオ処理によって演算するためであり、より具体的には、基準面からワークＷ上面までの高さを演算するためである。つまり、第１視覚センサ２３からの画像情報は、パレット２２上にあるワークＷをロボット１０で取りに行くために用いられるのであり、第１原画像として制御装置５０に出力される。このような第１視覚センサ２３にも、固有の３次元座標系が設定されている。
【００１９】
ここで、ワークＷは通常、パレット２２上の複数の任意な位置に任意な向きで載置され、各位置において、複数枚重ねられていることが多い。本実施形態では、ワークＷが図７に示す向きで２箇所に複数枚積まれている。このようなワークＷは、例えば建設機械のフレームの一部を構成する大型で大重量の部材であり、ハンドリング性が良好とはいえないうえ、パレット２２上の決められた位置に位置決めして載置するのが困難とされている。
【００２０】
加工ステーション３０は、上面がワークＷとは対照的な色合いの加工基台３１を備え、この加工基台３１上にワークＷが置かれた状態でグラインダ仕上げが行われる。この加工基台３１上面の中央位置Ｃ２（図１０）は、前述したロボット１０の３次元座標系での位置座標として予めわかっている。このため、中央位置Ｃ２の位置座標の情報を含むジョブ指令をロボット１０に与えることで、ロボット１０は搬入ステーション２０で磁着したワークＷを加工基台３１上の中央に即座に移動させることが可能である。
【００２１】
このような加工ステーション３０の上方にも、加工基台３１上を撮像するための同様な一対の第２視覚センサ３２が設置されている。第２視覚センサ３２からの画像情報は、第２原画像として制御装置５０に出力され、ワークＷの輪郭を抽出して加工パスを選定するために用いられる。第２視覚センサ３２にも、固有の３次元座標系が設定されている。
【００２２】
さらに、加工ステーション３０近傍には、ワーク反転ステーション３３が設置されている。グラインダ仕上げは、ワークＷの表裏両面について実施されるため、表面側の作業が終了した後には、ワークＷを一旦ワーク反転ステーション３３に移動し、そこに設けられた横架台３４に上方から架け渡して置き、このワークＷを今度は下方（裏面側）から取りに行くのである。下方から磁着されたワークＷは、反転されて再度加工ステーションに３０に戻され、裏面側が表になってグラインダ仕上げされることになる。
【００２３】
搬出ステーション４０は、搬入ステーション２０と同様な搬出基台４１を備え、搬出基台４１上にはパレット４２が載せられている。パレット４２の位置は、搬入ステーション２０でのパレット２２の位置に対して所定量だけシフトした位置として与えられており、グラインダ仕上げが終了したワークＷは、搬入ステーション２０へ搬入された位置をそのまま搬出ステーション４０に移行した格好でパレット４２上に置かれる。
【００２４】
制御装置５０は、パーソナルコンピュータ等で構成されており、図４に示すように、それぞれ適宜なハードウェアあるいはソフトウェア（画像処理プログラム）からなる計測部５１、加工前パレット処理部５２、加工ステーション処理部５３、ハンドリングジョブ指令生成部５４、ロボット通信部５５、複数の記憶部５６、キーボード等の入力手段５７、および図示しないディスプレイ装置を備えている。以下に制御装置５０の各部について詳説する。
【００２５】
計測部５１は、第１、第２視覚センサ２３，３２に撮像指令を出力するシャッタトリガ手段５１０と、第１、第２視覚センサ２３，３２で撮像された被撮像物の画像を取得する画像取得手段５１１と、取得した画像のステレオ処理を行って距離画像を生成するステレオ処理手段５１２とを備えている。画像取得手段５１１で取得された被撮像物の画像は、第１、第２視覚センサ２３，３２毎にわけられ、第１原画像（左右）および第２原画像（左右）として第１、第２原画像記憶手段５６Ａ，５６Ｂに記憶される。ステレオ処理手段５１２で生成された距離画像も、第１、第２視覚センサ２３，３２からの第１、第２距離画像として距離画像記憶手段５６Ｃに記憶される。
【００２６】
加工前パレット処理部５２は、前記第１距離画像のデータに基づいて距離分布を作成する距離分布作成手段５２０と、第１視覚センサ２３の３次元座標系と搬入ステーション２０の搬入基台２１側の３次元座標系との傾きに関するずれを補正する第１センサ傾斜量補正手段５２１と、第１視覚センサ２３の３次元座標系でのデータである第１距離画像の画像データを搬入基台２１側の３次元座標系のデータに変換するとともに、変換したデータに基づいて搬入基台２１の基準面から被撮像物上面までの高さを演算する高さ演算手段５２２と、前記データに基づいて被撮像物の所定高さでの面積を演算する面積演算手段５２３と、面積を演算した結果、その被撮像物がワークＷであるか否かを判定し、ワークＷではない場合に作業を終了させる終了判定手段５２４と備えている。
【００２７】
さらに、加工前パレット処理部５２は、被撮像物がワークＷである場合に、ワークＷの輪郭のデータを抽出する輪郭抽出手段５２５と、ワークＷ自身の傾斜量を演算するワーク傾斜量演算手段５２６と、演算された傾斜量に基づき、ワークＷが異常に傾斜していないかを判定する傾斜異常判定手段５２７と、ワークＷの重心位置Ｃ１（図９）を演算する重心位置演算手段５２８と、演算された重心位置をロボット１０の３次元座標系の位置に変換する第１ロボット座標変換手段５２９とを備えている。
【００２８】
ここで、基準高さ記憶手段５６Ｄには、基準高さＨ０として、パレット２２の高さが記憶され、基準傾斜量記憶手段５６Ｅには、ワークＷの基準傾斜量が記憶され、板厚記憶手段５６Ｆには、ワークＷの厚さが記憶されている。基準傾斜量とは、ワークＷをロボット１０のアタッチメント１４で取りに行くことのできる傾斜量であり、この基準傾斜量を超えてワークＷが積み重ねられている場合には、アタッチメント１４でワークを良好に保持できない可能性があると判断される。また、以上のうち、高さ演算手段５２２および重心位置演算手段５２８により、本発明に係る位置検出手段が構成されている。
【００２９】
一方、加工ステーション処理部５３は、加工基台３１上のワークＷを第２視覚センサ３２で撮像することで得られる第２距離画像に基づき（距離画像記憶手段５６Ｃに記憶されている）、ワークＷの輪郭画像を抽出する第１輪郭抽出手段５３０と、第２視覚センサ３２の３次元座標系とロボット１０の３次元座標系との傾きに関するずれを補正する第２センサ傾斜量補正手段５３１と、抽出された輪郭画像から点状のノイズを除去する点ノイズ除去手段５３２と、点ノイズが除去された輪郭画像からベクトル化処理により直線部分のデータを抽出するとともに、スプライン化処理により曲線部分のデータを抽出する第２輪郭抽出手段５３３と、これら抽出されたデータから図形ノイズを除去する図形ノイズ除去手段５３４とを備えている。第１輪郭抽出手段５３０で抽出された輪郭画像は輪郭画像記憶手段５６Ｇに記憶される。
【００３０】
加えて、加工ステーション処理部５３は、抽出された輪郭のデータをロボット１０の座標系のデータに変換する第２ロボット座標変換手段５３５と、輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈに記憶されたテーブルを参照して該当する輪郭画像の加工パス（加工を施すためのグラインダ１６の軌跡）を選定する加工パス選定手段５３６と、選定された加工パスに応じた加工指令を汎用的なＮＣプログラム用Ｇコードとして生成するＧコード変換手段（加工指令生成手段）５３７と、ワークＷの仕上げ部分に対するグラインダ１６の当接角度を付加するツール角度付加手段５３８と、当接角度が付加されたＮＣプログラムをロボット１０専用のジョブ指令に変換するロボットジョブ変換手段５３９とを備えている。
【００３１】
ここで、前記輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈには、複数種類の代表的なワークＷの形状パターンとしての輪郭パターン、および各輪郭パターンに対応した加工パスが記憶されている。また、加工パス選定手段５３６では、パターンマッチング等の技術により、抽出した輪郭画像に最も近い輪郭パターンを検索し、これに対応した加工パスを選定する。また、以上のうち、第１、第２輪郭抽出手段５３０，５３３により、本発明の形状検出手段が構成される。
【００３２】
ハンドリングジョブ指令生成手段５４は、ワークＷの移送に関するジョブ指令を生成する機能を有しており（加工に関するジョブ指令は前記加工ステーション処理部５３で生成される）、計測部５１および加工前パレット処理部５２を起動させてワークＷを搬入基台２１から加工基台３１へ搬入する搬入ジョブ指令生成手段５４０と、片面の仕上げが終了した後にワーク反転ステーション３３を利用してワークＷを反転させる反転ジョブ指令生成手段５４１と、グラインダ仕上げが終了した後にワークＷを搬出基台４１のパレット４２上に搬出する搬出ジョブ指令生成手段５４２とを備えている。この際、反転ジョブ指令や搬出ジョブ指令は、ロボット１０を予め設定された座標位置に移動させるだけであり、加工前パレット処理部５２での３次元座標軸の補正処理のような複雑な処理は不要である。
【００３３】
ロボット通信部５５は、生成されたジョブ指令をロボットコントローラ１０Ａに送信するジョブ指令送信手段５５０と、処理済みのジョブ指令を削除するための指令を送信するジョブ指令削除手段５５１とを備えている。
【００３４】
続いて以下には、図５、図６のフローチャートを参照し、加工システム１によるグラインダ仕上げの流れについて説明する。
先ず、図５に示すワークＷ搬入時のフローチャートにおいて、作業者は予め、パレット２２の基準高さＨ０、ワークＷの基準傾斜量、および板厚を入力手段５７から入力し、各記憶手段５６Ｄ，５６Ｅ，５６Ｆに記憶させる（Ｓ１）。そして、図７にも示すように、搬入基台２１上にパレット２２毎ワークＷが運ばれてきたのを確認し、作業者は加工システム１のスタートスイッチ等をオンにし、システムを稼働させる。
【００３５】
すると、計測部５１のシャッタトリガ手段５１０が起動して、第１視覚センサ２３がパレット２２上を撮像し（Ｓ２）、画像取得手段５１１が画像を取得し、この画像を第１原画像として第１原画像記憶手段５６Ａに記憶する。また、記憶された第１原画像をステレオ処理手段５１２がステレオ処理し（Ｓ３）、処理後の画像を第１距離画像として距離画像記憶手段５６Ｃに記憶する。図８には、各第１視覚センサ２３での原画像を合わせた状態が示されている。第１視覚センサ２３が異なる位置の２台で構成されていることから、各第１視覚センサ２３での原画像を合わせると、被撮像物（ここではワークＷ）の輪郭は一見２重にぼやけて撮像されたようになるが、このステレオ処理により第１視覚センサ２３から被撮像物までの距離データ、すなわち距離画像を正確に生成できるのである。
【００３６】
続いて、加工前パレット処理部５２の距離分布作成手段５２０は、被撮像物の最上面までの距離分布を生成する（Ｓ４）。この後、第１センサ傾斜量補正手段５２１は、搬入基台２１に設定された３次元座標軸の各軸に対する第１視覚センサ２３の３次元座標軸の傾斜分の補正を行う（Ｓ５）。第１視覚センサ２３の３次元座標軸が搬入基台２１の３次元座表軸と一致するように、当該第１視覚センサ２３を設置することが好ましいが、そのような設置は実質的に困難であるため、予めそのずれ具合を補正量として調べておき、この補正量に基づいて座標軸のずれを補正するのである。これにより、後の第１視覚センサ２３の３次元座標系から搬入基台２１の３次元座標系へのデータ変換が正確かつ容易になる。
【００３７】
この後、高さ演算手段５２２は、被撮像物の上面の最高高さを演算する（Ｓ６）。これは、ワークＷが２箇所に積まれている場合、ロボット１０でより多く積まれている山から先にワークＷを取りに行くようにするためである。この最高高さは、搬入基台２１の３次元座標系での値である。つまり、この高さ演算手段５２２では、第１視覚センサ２３の３次元座標系から搬入基台２１の３次元座標系への距離データの変換が行われるようになっている。次いで、面積演算手段５２３は、基準面からパレット２２の基準高さＨ０＋例えば５ｍｍの高さ部分での被撮像物の面積Ｓ０を演算する（Ｓ７）。この面積Ｓ０はいわば、基準面に対して平行な平断面部分の面積となる。
【００３８】
本実施形態でのワークＷとしては、板厚が９ｍｍを想定している。従って、パレット２２上にワークＷが置かれている場合、Ｓ７においては当然、パレット２２の直上にあるワークＷの断面積が演算されることになる。そして、終了判定手段５２４は、その演算された面積Ｓ０が予め設定された最小面積よりも小さいか否かを判定する（Ｓ８）。面積Ｓ０が最小面積（本実施形態では、１００ｃｍ２）よりも小さい場合、終了判定手段５２４は、その面積Ｓ０を有した被撮像物をワークＷではなく、何らかの小さな異物であると判断し、パレット２２上にはワークＷが存在しないと判断して作業を終了する（Ｓ９）。
【００３９】
加えて、ワークＷの他、何ら異物がパレット２２上に存在しない場合、あるいは異物の高さが５ｍｍよりも低い場合、距離分布を構成するデータ上においては、基準面からパレット２２の基準高さＨ０＋５ｍｍの高さ部分での被撮像物が何ら存在しないことになるから、面積Ｓ０は０「ゼロ」となり、Ｓ８での終了判定手段５２４はやはり、面積Ｓ０が最小面積よりも小さいと判断し、Ｓ９に進んで作業を終了させ、移送作業を行わない。すなわち終了判定手段５２４によれば、パレット２２上にワークＷが存在しない場合を適格に判断できるのである。
【００４０】
これに対し、Ｓ８にて面積Ｓ０が最小面積よりも大きい場合には、面積Ｓ０がワークＷの面積であると判断し、パレット２２上にはワークＷが存在していると判断する。この場合、輪郭抽出手段５２５は、最上段に積まれたワークＷ、すなわち前述の最高高さの上面を有する被撮像物の輪郭を抽出する（Ｓ１０）。また、輪郭抽出手段５２５は、輪郭以外の２次元（２Ｄ）の画像データおよび３次元（３Ｄ）の距離分布データを画像処理対象から削除する（Ｓ１１，Ｓ１２）。
【００４１】
次に、ワーク傾斜量演算手段５２６は、ワークＷ自身の傾斜量を演算し（Ｓ１３）、傾斜異常判定手段５２７は、その傾斜状態がロボット１０によるハンドリングが可能であるかを判定する（Ｓ１４）。すなわち、Ｓ１３において、演算によって求められたワークＷの傾斜量が予め設定された基準傾斜量を超えている場合には、最上段のワークＷが著しく傾斜して積まれており、ロボット１０によって取りに行くことができないと判断し、作業を終了する（Ｓ１５）。
【００４２】
Ｓ１３において、ワークＷの傾斜が基準傾斜量以内である場合、重心位置演算手段５２８は、図９に示すように、ワークＷの重心位置Ｃ１を演算する（Ｓ１６）。この後、第１ロボット座標変換手段５２９は、搬入基台２１の３次元座標系で演算されたワークＷの傾きおよび重心位置Ｃ１をそれぞれ、ロボット１０が有する３次元座標系での傾きおよび重心位置Ｃ１に変換し（Ｓ１７，Ｓ１８）、このデータを搬入ジョブ指令生成手段５４０およびジョブ指令送信手段５５０を介してロボット１０のロボットコントローラ１０Ａに送信する（Ｓ１９）。
【００４３】
このことにより、搬入ジョブ指令生成手段５４０では、変換されたデータに基づいて搬入用のジョブ指令を生成し、このジョブ指令によってロボット１０にワークＷを正しい位置に正しい姿勢で取りに行かせ、図１０に示すように、加工ステーション３０の中央位置Ｃ２に重心位置Ｃ１を一致させるようにワークＷを移送する。なお、搬入基台２１の３次元座標軸とロボット１０の３次元座標軸とでは各軸の傾きが存在せず、座標系の変換は軸の傾斜補正無しに容易に行われる。また、中央位置Ｃ２の位置座標は、ロボット１０の３次元座標系の位置座表として予め与えられている。
【００４４】
加工ステーション３０では、図６に示すフローチャートに示すように、先ず、搬入時と同様、計測部５１のシャッタトリガ手段５１０が起動して、第２視覚センサ３２が加工基台３１上を撮像し（Ｓ２１）、画像取得手段５１１が画像を取得し、この画像を第２原画像として第２原画像記憶手段５６Ｂに記憶する。また、記憶された第２原画像をステレオ処理手段５１２がステレオ処理し（Ｓ２２）、処理後の画像を第２距離画像として距離画像記憶手段５６Ｃに記憶する。
【００４５】
続いて、加工ステーション処理部５３の第１輪郭抽出手段５３０は、ワークＷの輪郭画像（点群のデータ）を抽出し、輪郭画像記憶手段５６Ｇに記憶する（Ｓ２３）。そして、第２センサ傾斜量補正手段５３１により、ロボット１０に設定された３次元座標軸の各軸に対する第２視覚センサ３２の３次元座標軸の傾斜分の補正を行う（Ｓ２４）。第２視覚センサ３２の３次元座標軸がロボット１０の３次元座表軸と一致するように、当該第２視覚センサ３２を設置することがやはり好ましいが、そのような設置も実質的に困難であるため、予めそのずれ具合を補正量として調べておき、この補正量に基づいて座標軸のずれを補正するのである。これにより、後の第２視覚センサ３２の３次元座標系からロボット１０の３次元座標系へのデータ変換が正確かつ容易になる。
【００４６】
この後、点ノイズ除去手段５３２は、抽出された輪郭画像から点状のノイズを除去し（Ｓ２５）、第２輪郭抽出手段５３３は、点ノイズが除去された輪郭画像からベクトル化処理により直線部分のデータを抽出するとともに（Ｓ２６）、スプライン化処理により曲線部分のデータを抽出する（Ｓ２７）。さらに、図形ノイズ除去手段５３４により、図形ノイズを除去する（Ｓ２８）。そして、第２ロボット座標変換手段５３５は、第２視覚センサ３２の３次元座標系で演算されたワークＷの輪郭に係るデータを、ロボット１０が有する３次元座標系でのデータに変換する（Ｓ２９）。
【００４７】
次いで、加工パス選定手段５３６は、輪郭画像に基づいてワークＷの加工パスを選定する（Ｓ３０）。加工パスは、グラインダ１６をワークＷに対してどのような軌跡でなぞらせるかを決めたものであり、輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈに記憶されている。より具体的には、この輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈには、グラインダ仕上げに供される様々なワークの輪郭パターンと、これに対応した加工パスのテーブルが記憶されている。
【００４８】
本実施形態でのワークＷは、図１１に示すように、互いに平行な長尺側の辺縁６１，６２と、辺縁６１，６２に対して直交する互いに平行な短尺側の辺縁６３，６４と、辺縁６２，６４間の傾斜した１辺縁６５とを備えた５角形状の輪郭パターンをしており、この輪郭パターンにおいては、辺縁６２→辺縁６５→辺縁６４に沿ってグラインダ１６を連続して移動させる第１加工パスＰ１と、この第１加工パスＰ１に引き続いて、辺縁６３→辺縁６１に沿ってグラインダ１６を移動させる第２加工パスＰ２とが予め決められてテーブル化されている。Ｓ３０では、これらの加工パスＰ１，Ｐ２が選定される。なお、グラインダ１６の回転方向は、第１、第２加工パスＰ１，Ｐ２で逆転している。いずれの加工パスＰ１，Ｐ２での加工中にも、火花がワークＷの内部側に飛ぶようにグラインダ１６を回転させるようになっている。
【００４９】
さらに、Ｇコード変換手段５３７は、選定された加工パスＰ１，Ｐ２に応じたＮＣプログラム用のＧコードを生成し（Ｓ３１）、ツール角度付加手段５３８は、そのＧコードの一つとして、ワークＷの仕上げ部分に対するグラインダ１６の当接角度のデータを付加する（Ｓ３２）。この後、ロボットジョブ変換手段５３９は、当接角度が付加されたＮＣプログラムをロボット１０専用のジョブ指令に変換してロボット通信部５５のジョブ指令送信手段５５０に出力し（Ｓ３３）、ここを介してジョブ指令をロボットコントローラ１０Ａに送信する（Ｓ３４）。この送信が完了すると、ロボット１０が起動し、実際にグラインダ仕上げが実施される。
【００５０】
また、ワークＷの一方の面側のグラインダ仕上げが終了すると、反転ステーションを利用してワークＷを反転させ、Ｓ２１〜Ｓ３４のステップを同様に繰り返し、他方の面側のグラインダ仕上げを施す。そして、両面の仕上げ加工が終了すると、ワークＷを搬出ステーション４０に移送する。搬出ステーション４０のパレット４２上でのワークＷの位置は、図１に示すように、搬入ステーション２０でのパレット２２での位置をそのまま所定量だけ全体的にシフトした位置である。
【００５１】
以上に説明したように、本実施形態の自動加工システム１では、ワークＷを第１、第２視覚センサ２３，３２で撮像するとともに、加工前パレット処理部５２や加工ステーション処理部５３によってワークＷの位置や輪郭を検出する。従って、検出した位置に基づいてロボット１０がワークＷを自動的に取りに行ったり、輪郭に応じた加工パスＰ１，Ｐ２を自動的に選定して加工指令を生成したりするので、従来のように移送や加工に先立ってワークの図形データを作成する必要がなく、従来に比して作業を一層容易にできるのである。
しかも、第１原画像等に基づき、ワークＷの重心位置Ｃ１を自動的に判断してロボット１０がワークＷを取りに行くので、ロボット１０の煩わしいティーチング作業も不要である。
【００５２】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、１台のロボット１０により、ワークＷの移送および加工を行っていたが、搬入ステーション２０から加工ステーション３０へのワークＷの移送、および加工ステーション３０から搬出ステーション４０へのワークＷの移送を、専用の移送ロボットで行わせ、ワークＷのグラインダ仕上げを、別の専用の加工ロボットで行わせてもよい。
【００５３】
前記実施形態では、ワークＷの移送時の加速度や速度については特に述べていないが、そのような加速度や速度をワークＷの重量や大きさに応じて可変にできる手段を備えていてもよい。つまり、重量の大きいワークや大きさの大きいワークをより低加速度および低速度で移送させて、ワークの移送中の落下等を防止し、また、重量の小さいワークや大きさの小さいワークをより大きな加速度および高速で移送させて、移送効率を向上させるのである。重量は、第１視覚センサ２２からの画像に基づき、前述した面積演算手段５２３で求めた面積と既知の板厚と比重との積から演算可能であり、大きさの検出は、面積演算手段５２３等の適宜な画像処理プログラムを用いることで実現できる。
【００５４】
前記実施形態では、グラインダ１６によるグラインダ仕上げについて説明したが、本発明は、ワークをガス、プラズマ、レーザ等により切断する場合にも適用できる。このような場合、切断後に得られるワークの形状を予めサンプル等を用いて視覚センサで撮像しておき、その形状にならって母材を切断すればよい。
【００５５】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、例えばワークの輪郭等に沿って加工を行う場合に良好に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施形態に係る加工システムの概略構成を模式的に示す平面図。
【図２】前記加工システムを模式的に示す側面図。
【図３】前記加工システムで用いられる加工ロボットを示す斜視図。
【図４】前記加工システムを示すブロック図。
【図５】ワークの搬入時の処理を示すフローチャート。
【図６】ワークの加工時の処理を示すフローチャート。
【図７】搬入ステーションでのワークの載置状態を示す平面図。
【図８】２台の視覚センサでの画像を合成して示す図。
【図９】演算して得られたワークの重心位置を示す画像の図。
【図１０】ワークを加工基台に移送させた状態を示す画像の図。
【図１１】加工パスを説明するための図。
【符号の説明】
【００５８】
１…自動加工システム、１０…移送ロボットおよび加工ロボット兼用のロボット、１６…加工ツールであるグラインダ、２０…搬入ステーション、２３…第１視覚センサ、３０…加工ステーション、３２…第２視覚センサ、５２２…位置検出手段を構成する高さ演算手段、５２８…位置検出手段を構成する重心位置演算手段、５３０…形状検出手段を構成する第１輪郭抽出手段、５３３…形状検出手段を構成する第２輪郭抽出手段、５３７…加工指令生成手段であるＧコード変換手段、Ｗ…ワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの自動加工方法およびワークの自動加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
板金加工されたワークには、その加工の種類によりバリ、ノロ（スラグ）、あるいはスパッタ等を生じる場合があり、従来では、これらを手作業によるグラインダ仕上げにより取り除いていた。
これに対して最近では、そのようなワークのバリ取り作業を簡便に行うバリ取りシステムが提案されている（例えば、特許文献１）。このバリ取りシステムでは、オペレータがワークの図形データを作成し、この図形データに基づいて制御装置がバリ取り用の加工プログラムを作成し、この加工プログラムにより多軸型のバリ取りロボットがバリ取り作業を自動的に行うようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２６９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献に記載のバリ取りシステムでは、ＮＣ装置のキーボードおよびＣＲＴディスプレイを使用して、オペレータがワークの立体姿図や展開図などの図形データを予め作成する必要があるため、そのデータ作成に手間がかかってしまい、必ずしもバリ取り作業を簡便に行えるとはいえなかった。
【０００５】
本発明の目的は、バリ取りや溶断等の作業を一層容易にできるワークの自動加工方法およびワークの自動加工システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係るワークの自動加工方法は、搬入ステーションに置かれた加工前のワークを撮像する手順と、撮像された画像に基づいて前記ワークの位置を検出する手順と、移送ロボットにより前記検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する手順と、移送させたワークを撮像する手順と、加工ステーションで撮像された画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する手順と、検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記ワークを加工する手順とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に係るワークの自動加工方法は、請求項１に記載のワークの自動加工方法において、前記ワークを表裏反転させて再度前記加工ステーションに置く手順と、反転されたワークを撮像する手順と、撮像された画像に基づいて前記表裏反転されたワークの形状パターンを検出する手順と、検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記表裏反転されたワークを加工する手順とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に係るワークの自動加工方法は、請求項１または請求項２に記載のワークの自動加工方法において、前記移送ロボットにより加工後のワークを前記加工ステーションから搬出ステーションに移送する手順を備え、この搬出ステーションでの前記ワークが置かれる位置を、前記搬入ステーションで置かれていた位置に基づいて決定することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に係るワークの自動加工システムは、加工前のワークが置かれる搬入ステーションと、この搬入ステーションに置かれたワークを撮像する第１視覚センサと、 第１視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段で検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する移送ロボットと、加工ステーションでのワークを撮像する第２視覚センサと、第２視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する形状検出手段と、この形状検出手段で検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する加工指令生成手段と、この加工用の指令に基づいて作動する加工ロボットと、この加工ロボットに取り付けられて前記加工用の指令に基づき作動する加工ツールとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上において、請求項１および請求項４の発明によれば、ワークを撮像してその位置や形状パターンを検出し、検出した位置に基づいて移送ロボットがワークを自動的に取りに行ったり、形状パターンに応じた加工用の指令、例えばグラインダ仕上げにおいては、グラインダでなぞる軌跡（加工パス）を自動的に生成したりするので、従来のように移送や加工に先立ってワークの図形データを作成する必要がなく、従来に比して作業を一層容易にできる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、ワークを表裏反転させて再度加工を行うので、板状のワークの仕上げ加工等を表裏両面にわたって確実に実施でき、グラインダによる仕上げ加工等に好適である。
【００１２】
請求項３の発明によれば、ワークの搬出ステーションでの位置を、搬入ステーションでの位置に基づいて決定するので、移送ロボットによる搬出ステーションでの位置座標は、搬入ステーションでのワークを取りに行くための位置座標を所定量だけシフトさせればよく、搬出ステーション側の位置座標を含んだ指令を容易に生成でき、処理を簡便にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る加工システム１の概略構成を模式的に示す平面図、図２は、その側面図である。図３は、加工システム１で用いられるロボット１０を示す斜視図、図４は、加工システム１を示すブロック図である。
【００１４】
図１、図２において、加工システム１は、溶断等で得られた板状金属のワークＷにグラインダ仕上げを施すシステムであって、溶断時に生じたスパッタやノロを自動的に取り除くように構成されている。具体的に加工システム１は、中央に配置されたロボット１０と、このロボット１０の周囲に配置されたワークＷ搬入用の搬入ステーション２０と、ワークＷにグラインダ仕上げを施す加工ステーション３０と、作業が終了したワークＷを載置しておく搬出ステーション４０と、加工システム１全体を制御する制御装置５０とを備えている。
【００１５】
ロボット１０は、図３に示すように、６つの回動軸Ｒ１〜Ｒ６を備えた多軸型であり、専用のジョブ指令によって作動する。このようなジョブ指令は、制御盤および操作盤からなるロボットコントローラ１０Ａで読み込まれ、ジョブ指令に従って各軸用のサーボモータが駆動される。つまり、各サーボモータの駆動により、図３に示した旋回部１１、第１アーム１２、第２アーム１３、アタッチメント１４がロボット固有の３次元座標系で回動するとともに、他のジョブ指令によってはアタッチメント１４が作動する。また、本実施形態のロボット１０は、本発明に係る移送ロボットおよび加工ロボットの両方を兼ねている。
【００１６】
このロボット１０の特にアタッチメント１４は、４つの電磁石で構成された磁着部１５と、磁着部１５のワーク磁着側とは反対側に設けられたグラインダ（加工ツール）１６とを備えており、第２アーム１３の先端に取り付けられて回動軸Ｒ６回りに回動する。すなわち、図３に示した状態は、ワークＷを磁着部１５によって上方から取りに行く姿勢であり、ワークＷにグラインダ仕上げを施す場合には、アタッチメント１４を１８０度回動させ、グラインダ１６を下側にして作業を行う。また、作業時の制御として、アタッチメント１４を回動軸Ｒ５回りに所定角度傾斜させることで、グラインダ１６をワークＷに対して適切な角度で当接できるようになっている。グラインダ１６の回転方向は、正逆切換可能である。
【００１７】
搬入ステーション２０は、金属フレーム等で枠組みされた搬入基台２１を備え、搬入基台２１の上面にはワークＷを載せたパレット２２がフォークリフト等で平置きされる。搬入基台２１の上面は、高さＨ＝０「ゼロ」の基準面とされており、搬入基台２１には当該基準面内の１点を０点とした３次元座標系が設定されている。従って、搬入基台２１の基準面に載置されるパレット２２の基準高さがＨ０として既知であり、ワークＷの板厚も既知である場合、パレット２２に載せられた１枚のワークＷの上面は、前記３次元座標系ではＨ０＋板厚の高さにあるといえる。
【００１８】
また、搬入ステーション２０の上方には、パレット２２上を撮像するためのＣＣＤカメラ等からなる一対の第１視覚センサ２３が設置されている。第１視覚センサ２３が一対設けられているのは、撮像されたワークＷまでの距離をステレオ処理によって演算するためであり、より具体的には、基準面からワークＷ上面までの高さを演算するためである。つまり、第１視覚センサ２３からの画像情報は、パレット２２上にあるワークＷをロボット１０で取りに行くために用いられるのであり、第１原画像として制御装置５０に出力される。このような第１視覚センサ２３にも、固有の３次元座標系が設定されている。
【００１９】
ここで、ワークＷは通常、パレット２２上の複数の任意な位置に任意な向きで載置され、各位置において、複数枚重ねられていることが多い。本実施形態では、ワークＷが図７に示す向きで２箇所に複数枚積まれている。このようなワークＷは、例えば建設機械のフレームの一部を構成する大型で大重量の部材であり、ハンドリング性が良好とはいえないうえ、パレット２２上の決められた位置に位置決めして載置するのが困難とされている。
【００２０】
加工ステーション３０は、上面がワークＷとは対照的な色合いの加工基台３１を備え、この加工基台３１上にワークＷが置かれた状態でグラインダ仕上げが行われる。この加工基台３１上面の中央位置Ｃ２（図１０）は、前述したロボット１０の３次元座標系での位置座標として予めわかっている。このため、中央位置Ｃ２の位置座標の情報を含むジョブ指令をロボット１０に与えることで、ロボット１０は搬入ステーション２０で磁着したワークＷを加工基台３１上の中央に即座に移動させることが可能である。
【００２１】
このような加工ステーション３０の上方にも、加工基台３１上を撮像するための同様な一対の第２視覚センサ３２が設置されている。第２視覚センサ３２からの画像情報は、第２原画像として制御装置５０に出力され、ワークＷの輪郭を抽出して加工パスを選定するために用いられる。第２視覚センサ３２にも、固有の３次元座標系が設定されている。
【００２２】
さらに、加工ステーション３０近傍には、ワーク反転ステーション３３が設置されている。グラインダ仕上げは、ワークＷの表裏両面について実施されるため、表面側の作業が終了した後には、ワークＷを一旦ワーク反転ステーション３３に移動し、そこに設けられた横架台３４に上方から架け渡して置き、このワークＷを今度は下方（裏面側）から取りに行くのである。下方から磁着されたワークＷは、反転されて再度加工ステーションに３０に戻され、裏面側が表になってグラインダ仕上げされることになる。
【００２３】
搬出ステーション４０は、搬入ステーション２０と同様な搬出基台４１を備え、搬出基台４１上にはパレット４２が載せられている。パレット４２の位置は、搬入ステーション２０でのパレット２２の位置に対して所定量だけシフトした位置として与えられており、グラインダ仕上げが終了したワークＷは、搬入ステーション２０へ搬入された位置をそのまま搬出ステーション４０に移行した格好でパレット４２上に置かれる。
【００２４】
制御装置５０は、パーソナルコンピュータ等で構成されており、図４に示すように、それぞれ適宜なハードウェアあるいはソフトウェア（画像処理プログラム）からなる計測部５１、加工前パレット処理部５２、加工ステーション処理部５３、ハンドリングジョブ指令生成部５４、ロボット通信部５５、複数の記憶部５６、キーボード等の入力手段５７、および図示しないディスプレイ装置を備えている。以下に制御装置５０の各部について詳説する。
【００２５】
計測部５１は、第１、第２視覚センサ２３，３２に撮像指令を出力するシャッタトリガ手段５１０と、第１、第２視覚センサ２３，３２で撮像された被撮像物の画像を取得する画像取得手段５１１と、取得した画像のステレオ処理を行って距離画像を生成するステレオ処理手段５１２とを備えている。画像取得手段５１１で取得された被撮像物の画像は、第１、第２視覚センサ２３，３２毎にわけられ、第１原画像（左右）および第２原画像（左右）として第１、第２原画像記憶手段５６Ａ，５６Ｂに記憶される。ステレオ処理手段５１２で生成された距離画像も、第１、第２視覚センサ２３，３２からの第１、第２距離画像として距離画像記憶手段５６Ｃに記憶される。
【００２６】
加工前パレット処理部５２は、前記第１距離画像のデータに基づいて距離分布を作成する距離分布作成手段５２０と、第１視覚センサ２３の３次元座標系と搬入ステーション２０の搬入基台２１側の３次元座標系との傾きに関するずれを補正する第１センサ傾斜量補正手段５２１と、第１視覚センサ２３の３次元座標系でのデータである第１距離画像の画像データを搬入基台２１側の３次元座標系のデータに変換するとともに、変換したデータに基づいて搬入基台２１の基準面から被撮像物上面までの高さを演算する高さ演算手段５２２と、前記データに基づいて被撮像物の所定高さでの面積を演算する面積演算手段５２３と、面積を演算した結果、その被撮像物がワークＷであるか否かを判定し、ワークＷではない場合に作業を終了させる終了判定手段５２４と備えている。
【００２７】
さらに、加工前パレット処理部５２は、被撮像物がワークＷである場合に、ワークＷの輪郭のデータを抽出する輪郭抽出手段５２５と、ワークＷ自身の傾斜量を演算するワーク傾斜量演算手段５２６と、演算された傾斜量に基づき、ワークＷが異常に傾斜していないかを判定する傾斜異常判定手段５２７と、ワークＷの重心位置Ｃ１（図９）を演算する重心位置演算手段５２８と、演算された重心位置をロボット１０の３次元座標系の位置に変換する第１ロボット座標変換手段５２９とを備えている。
【００２８】
ここで、基準高さ記憶手段５６Ｄには、基準高さＨ０として、パレット２２の高さが記憶され、基準傾斜量記憶手段５６Ｅには、ワークＷの基準傾斜量が記憶され、板厚記憶手段５６Ｆには、ワークＷの厚さが記憶されている。基準傾斜量とは、ワークＷをロボット１０のアタッチメント１４で取りに行くことのできる傾斜量であり、この基準傾斜量を超えてワークＷが積み重ねられている場合には、アタッチメント１４でワークを良好に保持できない可能性があると判断される。また、以上のうち、高さ演算手段５２２および重心位置演算手段５２８により、本発明に係る位置検出手段が構成されている。
【００２９】
一方、加工ステーション処理部５３は、加工基台３１上のワークＷを第２視覚センサ３２で撮像することで得られる第２距離画像に基づき（距離画像記憶手段５６Ｃに記憶されている）、ワークＷの輪郭画像を抽出する第１輪郭抽出手段５３０と、第２視覚センサ３２の３次元座標系とロボット１０の３次元座標系との傾きに関するずれを補正する第２センサ傾斜量補正手段５３１と、抽出された輪郭画像から点状のノイズを除去する点ノイズ除去手段５３２と、点ノイズが除去された輪郭画像からベクトル化処理により直線部分のデータを抽出するとともに、スプライン化処理により曲線部分のデータを抽出する第２輪郭抽出手段５３３と、これら抽出されたデータから図形ノイズを除去する図形ノイズ除去手段５３４とを備えている。第１輪郭抽出手段５３０で抽出された輪郭画像は輪郭画像記憶手段５６Ｇに記憶される。
【００３０】
加えて、加工ステーション処理部５３は、抽出された輪郭のデータをロボット１０の座標系のデータに変換する第２ロボット座標変換手段５３５と、輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈに記憶されたテーブルを参照して該当する輪郭画像の加工パス（加工を施すためのグラインダ１６の軌跡）を選定する加工パス選定手段５３６と、選定された加工パスに応じた加工指令を汎用的なＮＣプログラム用Ｇコードとして生成するＧコード変換手段（加工指令生成手段）５３７と、ワークＷの仕上げ部分に対するグラインダ１６の当接角度を付加するツール角度付加手段５３８と、当接角度が付加されたＮＣプログラムをロボット１０専用のジョブ指令に変換するロボットジョブ変換手段５３９とを備えている。
【００３１】
ここで、前記輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈには、複数種類の代表的なワークＷの形状パターンとしての輪郭パターン、および各輪郭パターンに対応した加工パスが記憶されている。また、加工パス選定手段５３６では、パターンマッチング等の技術により、抽出した輪郭画像に最も近い輪郭パターンを検索し、これに対応した加工パスを選定する。また、以上のうち、第１、第２輪郭抽出手段５３０，５３３により、本発明の形状検出手段が構成される。
【００３２】
ハンドリングジョブ指令生成手段５４は、ワークＷの移送に関するジョブ指令を生成する機能を有しており（加工に関するジョブ指令は前記加工ステーション処理部５３で生成される）、計測部５１および加工前パレット処理部５２を起動させてワークＷを搬入基台２１から加工基台３１へ搬入する搬入ジョブ指令生成手段５４０と、片面の仕上げが終了した後にワーク反転ステーション３３を利用してワークＷを反転させる反転ジョブ指令生成手段５４１と、グラインダ仕上げが終了した後にワークＷを搬出基台４１のパレット４２上に搬出する搬出ジョブ指令生成手段５４２とを備えている。この際、反転ジョブ指令や搬出ジョブ指令は、ロボット１０を予め設定された座標位置に移動させるだけであり、加工前パレット処理部５２での３次元座標軸の補正処理のような複雑な処理は不要である。
【００３３】
ロボット通信部５５は、生成されたジョブ指令をロボットコントローラ１０Ａに送信するジョブ指令送信手段５５０と、処理済みのジョブ指令を削除するための指令を送信するジョブ指令削除手段５５１とを備えている。
【００３４】
続いて以下には、図５、図６のフローチャートを参照し、加工システム１によるグラインダ仕上げの流れについて説明する。
先ず、図５に示すワークＷ搬入時のフローチャートにおいて、作業者は予め、パレット２２の基準高さＨ０、ワークＷの基準傾斜量、および板厚を入力手段５７から入力し、各記憶手段５６Ｄ，５６Ｅ，５６Ｆに記憶させる（Ｓ１）。そして、図７にも示すように、搬入基台２１上にパレット２２毎ワークＷが運ばれてきたのを確認し、作業者は加工システム１のスタートスイッチ等をオンにし、システムを稼働させる。
【００３５】
すると、計測部５１のシャッタトリガ手段５１０が起動して、第１視覚センサ２３がパレット２２上を撮像し（Ｓ２）、画像取得手段５１１が画像を取得し、この画像を第１原画像として第１原画像記憶手段５６Ａに記憶する。また、記憶された第１原画像をステレオ処理手段５１２がステレオ処理し（Ｓ３）、処理後の画像を第１距離画像として距離画像記憶手段５６Ｃに記憶する。図８には、各第１視覚センサ２３での原画像を合わせた状態が示されている。第１視覚センサ２３が異なる位置の２台で構成されていることから、各第１視覚センサ２３での原画像を合わせると、被撮像物（ここではワークＷ）の輪郭は一見２重にぼやけて撮像されたようになるが、このステレオ処理により第１視覚センサ２３から被撮像物までの距離データ、すなわち距離画像を正確に生成できるのである。
【００３６】
続いて、加工前パレット処理部５２の距離分布作成手段５２０は、被撮像物の最上面までの距離分布を生成する（Ｓ４）。この後、第１センサ傾斜量補正手段５２１は、搬入基台２１に設定された３次元座標軸の各軸に対する第１視覚センサ２３の３次元座標軸の傾斜分の補正を行う（Ｓ５）。第１視覚センサ２３の３次元座標軸が搬入基台２１の３次元座表軸と一致するように、当該第１視覚センサ２３を設置することが好ましいが、そのような設置は実質的に困難であるため、予めそのずれ具合を補正量として調べておき、この補正量に基づいて座標軸のずれを補正するのである。これにより、後の第１視覚センサ２３の３次元座標系から搬入基台２１の３次元座標系へのデータ変換が正確かつ容易になる。
【００３７】
この後、高さ演算手段５２２は、被撮像物の上面の最高高さを演算する（Ｓ６）。これは、ワークＷが２箇所に積まれている場合、ロボット１０でより多く積まれている山から先にワークＷを取りに行くようにするためである。この最高高さは、搬入基台２１の３次元座標系での値である。つまり、この高さ演算手段５２２では、第１視覚センサ２３の３次元座標系から搬入基台２１の３次元座標系への距離データの変換が行われるようになっている。次いで、面積演算手段５２３は、基準面からパレット２２の基準高さＨ０＋例えば５ｍｍの高さ部分での被撮像物の面積Ｓ０を演算する（Ｓ７）。この面積Ｓ０はいわば、基準面に対して平行な平断面部分の面積となる。
【００３８】
本実施形態でのワークＷとしては、板厚が９ｍｍを想定している。従って、パレット２２上にワークＷが置かれている場合、Ｓ７においては当然、パレット２２の直上にあるワークＷの断面積が演算されることになる。そして、終了判定手段５２４は、その演算された面積Ｓ０が予め設定された最小面積よりも小さいか否かを判定する（Ｓ８）。面積Ｓ０が最小面積（本実施形態では、１００ｃｍ２）よりも小さい場合、終了判定手段５２４は、その面積Ｓ０を有した被撮像物をワークＷではなく、何らかの小さな異物であると判断し、パレット２２上にはワークＷが存在しないと判断して作業を終了する（Ｓ９）。
【００３９】
加えて、ワークＷの他、何ら異物がパレット２２上に存在しない場合、あるいは異物の高さが５ｍｍよりも低い場合、距離分布を構成するデータ上においては、基準面からパレット２２の基準高さＨ０＋５ｍｍの高さ部分での被撮像物が何ら存在しないことになるから、面積Ｓ０は０「ゼロ」となり、Ｓ８での終了判定手段５２４はやはり、面積Ｓ０が最小面積よりも小さいと判断し、Ｓ９に進んで作業を終了させ、移送作業を行わない。すなわち終了判定手段５２４によれば、パレット２２上にワークＷが存在しない場合を適格に判断できるのである。
【００４０】
これに対し、Ｓ８にて面積Ｓ０が最小面積よりも大きい場合には、面積Ｓ０がワークＷの面積であると判断し、パレット２２上にはワークＷが存在していると判断する。この場合、輪郭抽出手段５２５は、最上段に積まれたワークＷ、すなわち前述の最高高さの上面を有する被撮像物の輪郭を抽出する（Ｓ１０）。また、輪郭抽出手段５２５は、輪郭以外の２次元（２Ｄ）の画像データおよび３次元（３Ｄ）の距離分布データを画像処理対象から削除する（Ｓ１１，Ｓ１２）。
【００４１】
次に、ワーク傾斜量演算手段５２６は、ワークＷ自身の傾斜量を演算し（Ｓ１３）、傾斜異常判定手段５２７は、その傾斜状態がロボット１０によるハンドリングが可能であるかを判定する（Ｓ１４）。すなわち、Ｓ１３において、演算によって求められたワークＷの傾斜量が予め設定された基準傾斜量を超えている場合には、最上段のワークＷが著しく傾斜して積まれており、ロボット１０によって取りに行くことができないと判断し、作業を終了する（Ｓ１５）。
【００４２】
Ｓ１３において、ワークＷの傾斜が基準傾斜量以内である場合、重心位置演算手段５２８は、図９に示すように、ワークＷの重心位置Ｃ１を演算する（Ｓ１６）。この後、第１ロボット座標変換手段５２９は、搬入基台２１の３次元座標系で演算されたワークＷの傾きおよび重心位置Ｃ１をそれぞれ、ロボット１０が有する３次元座標系での傾きおよび重心位置Ｃ１に変換し（Ｓ１７，Ｓ１８）、このデータを搬入ジョブ指令生成手段５４０およびジョブ指令送信手段５５０を介してロボット１０のロボットコントローラ１０Ａに送信する（Ｓ１９）。
【００４３】
このことにより、搬入ジョブ指令生成手段５４０では、変換されたデータに基づいて搬入用のジョブ指令を生成し、このジョブ指令によってロボット１０にワークＷを正しい位置に正しい姿勢で取りに行かせ、図１０に示すように、加工ステーション３０の中央位置Ｃ２に重心位置Ｃ１を一致させるようにワークＷを移送する。なお、搬入基台２１の３次元座標軸とロボット１０の３次元座標軸とでは各軸の傾きが存在せず、座標系の変換は軸の傾斜補正無しに容易に行われる。また、中央位置Ｃ２の位置座標は、ロボット１０の３次元座標系の位置座表として予め与えられている。
【００４４】
加工ステーション３０では、図６に示すフローチャートに示すように、先ず、搬入時と同様、計測部５１のシャッタトリガ手段５１０が起動して、第２視覚センサ３２が加工基台３１上を撮像し（Ｓ２１）、画像取得手段５１１が画像を取得し、この画像を第２原画像として第２原画像記憶手段５６Ｂに記憶する。また、記憶された第２原画像をステレオ処理手段５１２がステレオ処理し（Ｓ２２）、処理後の画像を第２距離画像として距離画像記憶手段５６Ｃに記憶する。
【００４５】
続いて、加工ステーション処理部５３の第１輪郭抽出手段５３０は、ワークＷの輪郭画像（点群のデータ）を抽出し、輪郭画像記憶手段５６Ｇに記憶する（Ｓ２３）。そして、第２センサ傾斜量補正手段５３１により、ロボット１０に設定された３次元座標軸の各軸に対する第２視覚センサ３２の３次元座標軸の傾斜分の補正を行う（Ｓ２４）。第２視覚センサ３２の３次元座標軸がロボット１０の３次元座表軸と一致するように、当該第２視覚センサ３２を設置することがやはり好ましいが、そのような設置も実質的に困難であるため、予めそのずれ具合を補正量として調べておき、この補正量に基づいて座標軸のずれを補正するのである。これにより、後の第２視覚センサ３２の３次元座標系からロボット１０の３次元座標系へのデータ変換が正確かつ容易になる。
【００４６】
この後、点ノイズ除去手段５３２は、抽出された輪郭画像から点状のノイズを除去し（Ｓ２５）、第２輪郭抽出手段５３３は、点ノイズが除去された輪郭画像からベクトル化処理により直線部分のデータを抽出するとともに（Ｓ２６）、スプライン化処理により曲線部分のデータを抽出する（Ｓ２７）。さらに、図形ノイズ除去手段５３４により、図形ノイズを除去する（Ｓ２８）。そして、第２ロボット座標変換手段５３５は、第２視覚センサ３２の３次元座標系で演算されたワークＷの輪郭に係るデータを、ロボット１０が有する３次元座標系でのデータに変換する（Ｓ２９）。
【００４７】
次いで、加工パス選定手段５３６は、輪郭画像に基づいてワークＷの加工パスを選定する（Ｓ３０）。加工パスは、グラインダ１６をワークＷに対してどのような軌跡でなぞらせるかを決めたものであり、輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈに記憶されている。より具体的には、この輪郭パターンテーブル記憶手段５６Ｈには、グラインダ仕上げに供される様々なワークの輪郭パターンと、これに対応した加工パスのテーブルが記憶されている。
【００４８】
本実施形態でのワークＷは、図１１に示すように、互いに平行な長尺側の辺縁６１，６２と、辺縁６１，６２に対して直交する互いに平行な短尺側の辺縁６３，６４と、辺縁６２，６４間の傾斜した１辺縁６５とを備えた５角形状の輪郭パターンをしており、この輪郭パターンにおいては、辺縁６２→辺縁６５→辺縁６４に沿ってグラインダ１６を連続して移動させる第１加工パスＰ１と、この第１加工パスＰ１に引き続いて、辺縁６３→辺縁６１に沿ってグラインダ１６を移動させる第２加工パスＰ２とが予め決められてテーブル化されている。Ｓ３０では、これらの加工パスＰ１，Ｐ２が選定される。なお、グラインダ１６の回転方向は、第１、第２加工パスＰ１，Ｐ２で逆転している。いずれの加工パスＰ１，Ｐ２での加工中にも、火花がワークＷの内部側に飛ぶようにグラインダ１６を回転させるようになっている。
【００４９】
さらに、Ｇコード変換手段５３７は、選定された加工パスＰ１，Ｐ２に応じたＮＣプログラム用のＧコードを生成し（Ｓ３１）、ツール角度付加手段５３８は、そのＧコードの一つとして、ワークＷの仕上げ部分に対するグラインダ１６の当接角度のデータを付加する（Ｓ３２）。この後、ロボットジョブ変換手段５３９は、当接角度が付加されたＮＣプログラムをロボット１０専用のジョブ指令に変換してロボット通信部５５のジョブ指令送信手段５５０に出力し（Ｓ３３）、ここを介してジョブ指令をロボットコントローラ１０Ａに送信する（Ｓ３４）。この送信が完了すると、ロボット１０が起動し、実際にグラインダ仕上げが実施される。
【００５０】
また、ワークＷの一方の面側のグラインダ仕上げが終了すると、反転ステーションを利用してワークＷを反転させ、Ｓ２１〜Ｓ３４のステップを同様に繰り返し、他方の面側のグラインダ仕上げを施す。そして、両面の仕上げ加工が終了すると、ワークＷを搬出ステーション４０に移送する。搬出ステーション４０のパレット４２上でのワークＷの位置は、図１に示すように、搬入ステーション２０でのパレット２２での位置をそのまま所定量だけ全体的にシフトした位置である。
【００５１】
以上に説明したように、本実施形態の自動加工システム１では、ワークＷを第１、第２視覚センサ２３，３２で撮像するとともに、加工前パレット処理部５２や加工ステーション処理部５３によってワークＷの位置や輪郭を検出する。従って、検出した位置に基づいてロボット１０がワークＷを自動的に取りに行ったり、輪郭に応じた加工パスＰ１，Ｐ２を自動的に選定して加工指令を生成したりするので、従来のように移送や加工に先立ってワークの図形データを作成する必要がなく、従来に比して作業を一層容易にできるのである。
しかも、第１原画像等に基づき、ワークＷの重心位置Ｃ１を自動的に判断してロボット１０がワークＷを取りに行くので、ロボット１０の煩わしいティーチング作業も不要である。
【００５２】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、１台のロボット１０により、ワークＷの移送および加工を行っていたが、搬入ステーション２０から加工ステーション３０へのワークＷの移送、および加工ステーション３０から搬出ステーション４０へのワークＷの移送を、専用の移送ロボットで行わせ、ワークＷのグラインダ仕上げを、別の専用の加工ロボットで行わせてもよい。
【００５３】
前記実施形態では、ワークＷの移送時の加速度や速度については特に述べていないが、そのような加速度や速度をワークＷの重量や大きさに応じて可変にできる手段を備えていてもよい。つまり、重量の大きいワークや大きさの大きいワークをより低加速度および低速度で移送させて、ワークの移送中の落下等を防止し、また、重量の小さいワークや大きさの小さいワークをより大きな加速度および高速で移送させて、移送効率を向上させるのである。重量は、第１視覚センサ２２からの画像に基づき、前述した面積演算手段５２３で求めた面積と既知の板厚と比重との積から演算可能であり、大きさの検出は、面積演算手段５２３等の適宜な画像処理プログラムを用いることで実現できる。
【００５４】
前記実施形態では、グラインダ１６によるグラインダ仕上げについて説明したが、本発明は、ワークをガス、プラズマ、レーザ等により切断する場合にも適用できる。このような場合、切断後に得られるワークの形状を予めサンプル等を用いて視覚センサで撮像しておき、その形状にならって母材を切断すればよい。
【００５５】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、例えばワークの輪郭等に沿って加工を行う場合に良好に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施形態に係る加工システムの概略構成を模式的に示す平面図。
【図２】前記加工システムを模式的に示す側面図。
【図３】前記加工システムで用いられる加工ロボットを示す斜視図。
【図４】前記加工システムを示すブロック図。
【図５】ワークの搬入時の処理を示すフローチャート。
【図６】ワークの加工時の処理を示すフローチャート。
【図７】搬入ステーションでのワークの載置状態を示す平面図。
【図８】２台の視覚センサでの画像を合成して示す図。
【図９】演算して得られたワークの重心位置を示す画像の図。
【図１０】ワークを加工基台に移送させた状態を示す画像の図。
【図１１】加工パスを説明するための図。
【符号の説明】
【００５８】
１…自動加工システム、１０…移送ロボットおよび加工ロボット兼用のロボット、１６…加工ツールであるグラインダ、２０…搬入ステーション、２３…第１視覚センサ、３０…加工ステーション、３２…第２視覚センサ、５２２…位置検出手段を構成する高さ演算手段、５２８…位置検出手段を構成する重心位置演算手段、５３０…形状検出手段を構成する第１輪郭抽出手段、５３３…形状検出手段を構成する第２輪郭抽出手段、５３７…加工指令生成手段であるＧコード変換手段、Ｗ…ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの自動加工方法において、
搬入ステーションに置かれた加工前のワークを撮像する手順と、
撮像された画像に基づいて前記ワークの位置を検出する手順と、
移送ロボットにより前記検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する手順と、
移送させたワークを撮像する手順と、
加工ステーションで撮像された画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する手順と、
検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、
この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記ワークを加工する手順とを備えている
ことを特徴とするワークの自動加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワークの自動加工方法において、
前記ワークを表裏反転させて再度前記加工ステーションに置く手順と、
反転されたワークを撮像する手順と、
撮像された画像に基づいて前記表裏反転されたワークの形状パターンを検出する手順と、
検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、
この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記表裏反転されたワークを加工する手順とを備えている
ことを特徴とするワークの自動加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のワークの自動加工方法において、
前記移送ロボットにより加工後のワークを前記加工ステーションから搬出ステーションに移送する手順を備え、
この搬出ステーションでの前記ワークが置かれる位置を、前記搬入ステーションで置かれていた位置に基づいて決定する
ことを特徴とするワークの自動加工方法。
【請求項４】
ワークの自動加工システムにおいて、
加工前のワークが置かれる搬入ステーションと、
この搬入ステーションに置かれたワークを撮像する第１視覚センサと、
第１視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの位置を検出する位置検出手段と、
この位置検出手段で検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する移送ロボットと、
加工ステーションでのワークを撮像する第２視覚センサと、
第２視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する形状検出手段と、
この形状検出手段で検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する加工指令生成手段と、
この加工用の指令に基づいて作動する加工ロボットと、
この加工ロボットに取り付けられて前記加工用の指令に基づき作動する加工ツールとを備えている
ことを特徴とするワークの自動加工システム。
【請求項１】
ワークの自動加工方法において、
搬入ステーションに置かれた加工前のワークを撮像する手順と、
撮像された画像に基づいて前記ワークの位置を検出する手順と、
移送ロボットにより前記検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する手順と、
移送させたワークを撮像する手順と、
加工ステーションで撮像された画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する手順と、
検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、
この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記ワークを加工する手順とを備えている
ことを特徴とするワークの自動加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載のワークの自動加工方法において、
前記ワークを表裏反転させて再度前記加工ステーションに置く手順と、
反転されたワークを撮像する手順と、
撮像された画像に基づいて前記表裏反転されたワークの形状パターンを検出する手順と、
検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する手順と、
この加工用の指令に基づいて加工ロボットおよびこの加工ロボットに取り付けられた加工ツールを作動させて前記表裏反転されたワークを加工する手順とを備えている
ことを特徴とするワークの自動加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のワークの自動加工方法において、
前記移送ロボットにより加工後のワークを前記加工ステーションから搬出ステーションに移送する手順を備え、
この搬出ステーションでの前記ワークが置かれる位置を、前記搬入ステーションで置かれていた位置に基づいて決定する
ことを特徴とするワークの自動加工方法。
【請求項４】
ワークの自動加工システムにおいて、
加工前のワークが置かれる搬入ステーションと、
この搬入ステーションに置かれたワークを撮像する第１視覚センサと、
第１視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの位置を検出する位置検出手段と、
この位置検出手段で検出された位置で前記ワークを保持して加工ステーションに移送する移送ロボットと、
加工ステーションでのワークを撮像する第２視覚センサと、
第２視覚センサでの画像に基づいて前記ワークの形状パターンを検出する形状検出手段と、
この形状検出手段で検出された形状パターンに基づいた加工用の指令を生成する加工指令生成手段と、
この加工用の指令に基づいて作動する加工ロボットと、
この加工ロボットに取り付けられて前記加工用の指令に基づき作動する加工ツールとを備えている
ことを特徴とするワークの自動加工システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２１６３４（Ｐ２００７−２１６３４Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０６０６０（Ｐ２００５−２０６０６０）
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（３９３０１９９３１）コマツエンジニアリング株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１４日（２００５．７．１４）
【出願人】（３９３０１９９３１）コマツエンジニアリング株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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