特開 2024-165872 ワーク位置取得方法およびワーク位置取得装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165872

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】ワーク位置取得方法およびワーク位置取得装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20241121BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

G01B11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082432

(22)【出願日】2023-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】カナデビア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】小林 優一

(72)【発明者】

【氏名】中野 真克

(72)【発明者】

【氏名】田畑 裕輔

【テーマコード（参考）】

2F065

3C707

【Ｆターム（参考）】

2F065AA01

2F065AA17

2F065AA51

2F065AA52

2F065BB15

2F065BB27

2F065DD06

2F065FF04

2F065GG04

2F065JJ19

2F065JJ26

2F065MM04

3C707AS14

3C707BS10

3C707KS03

3C707KS04

3C707KS06

3C707KS17

3C707KS21

3C707KW06

3C707KX07

3C707NS09

(57)【要約】

【課題】ワークの回転面の中心を容易に、かつ、精度よく取得する。
【解決手段】ワーク位置取得方法は、ワーク９に対して着脱可能である３個以上の被検出部８を、ワーク９の回転面上において周方向に沿って配列する工程と、形状測定機４が設けられたロボット２のアーム２１の移動を行いつつ、回転面上の被検出部８を形状測定機４により順に測定する工程と、各被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果を用い、回転面上における当該被検出部８の取付位置の座標を求める工程と、被検出部８の取付位置の座標に基づいて、回転面の中心を求める工程とを備える。これにより、ワーク９の回転面の中心を容易に、かつ、精度よく取得することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットの座標系において、回転面を有するワークにおける前記回転面の中心を取得するワーク位置取得方法であって、
ａ）前記ワークに対して着脱可能である３個以上の被検出部を、前記ワークの前記回転面上において周方向に沿って配列する工程と、
ｂ）前記ロボットのアームに非接触式の形状測定機が設けられており、前記アームの移動、および／または、前記回転面の中心軸に平行な軸を中心とした前記ワークの回転を行いつつ、前記回転面上の前記３個以上の被検出部を前記形状測定機により順に測定する工程と、
ｃ）前記ｂ）工程において前記アームを移動する場合、各被検出部の測定時における前記アームの座標、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記ｂ）工程において前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記ワークの回転角、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記ｂ）工程において前記アームを移動し、かつ、前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記アームの座標および前記ワークの回転角、並びに、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記回転面上における前記各被検出部の取付位置の座標を求める工程と、
ｄ）前記３個以上の被検出部の取付位置の座標に基づいて、前記回転面の中心を求める工程と、
を備えるワーク位置取得方法。

【請求項2】

請求項１に記載のワーク位置取得方法であって、
前記形状測定機が、物体の断面プロファイルを測定するレーザセンサであるワーク位置取得方法。

【請求項3】

請求項２に記載のワーク位置取得方法であって、
前記ｂ）工程において、前記形状測定機が前記周方向に略垂直な前記断面プロファイルを測定する状態で、前記形状測定機が前記回転面に沿って前記周方向に相対移動するワーク位置取得方法。

【請求項4】

請求項２に記載のワーク位置取得方法であって、
前記ｃ）工程において、前記断面プロファイルが示す前記回転面上の物体の高さが、所定範囲に含まれる場合に、前記物体が被検出部として扱われるワーク位置取得方法。

【請求項5】

請求項２ないし４のいずれか１つに記載のワーク位置取得方法であって、
前記各被検出部において、前記回転面に接触する第１面と、前記第１面に対向する第２面とが平行であり、
前記ｂ）工程において、前記各被検出部に対して２箇所以上で前記断面プロファイルが測定され、
前記ｃ）工程において、前記各被検出部の前記第２面が求められ、前記各被検出部の取付位置が、前記第２面上の所定の点から、前記第２面に垂直かつ前記第１面に向かう方向にずれた位置として求められるワーク位置取得方法。

【請求項6】

請求項５に記載のワーク位置取得方法であって、
前記各被検出部の前記第２面および前記第１面の形状が円であり、前記第２面上の前記所定の点が前記円の中心であるワーク位置取得方法。

【請求項7】

ロボットの座標系において、回転面を有するワークにおける前記回転面の中心を取得するワーク位置取得装置であって、
前記ロボットのアームに設けられる非接触式の形状測定機と、
前記ワークに対して着脱可能である３個以上の被検出部が、前記ワークの前記回転面上において周方向に沿って配列されており、前記アームの移動、および／または、前記回転面の中心軸に平行な軸を中心とした前記ワークの回転を行いつつ、前記回転面上の前記３個以上の被検出部を前記形状測定機により順に測定する測定制御部と、
前記測定制御部が前記アームを移動する場合、各被検出部の測定時における前記アームの座標、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記測定制御部が前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記ワークの回転角、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記測定制御部が前記アームを移動し、かつ、前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記アームの座標および前記ワークの回転角、並びに、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記回転面上における前記各被検出部の取付位置の座標を求める取付位置算出部と、
前記３個以上の被検出部の取付位置の座標に基づいて、前記回転面の中心を求める中心算出部と、
を備えるワーク位置取得装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの座標系において、回転面を有するワークにおける当該回転面の中心を取得する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

産業用ロボットを用いて溶接やガス切断等の加工を行う場合、ロボットに加工対象のワークの位置を事前に教示する作業が必要となる。当該作業では、例えば、オペレータがティーチングペンダントを操作して、ロボットのアームの先端をワーク表面に移動させ、ワーク表面の位置をロボットに教示（手動教示）する。円筒胴等の円筒面を有するワークでは、オペレータがロボットのアームの先端を円筒面上の複数の位置に移動させることにより、ロボットの座標系における当該円筒面の中心が取得される。

【0003】

特許文献１のロボット制御装置では、ワークの基準となる３つ以上の点がカメラによって認識され、認識された各点とカメラとの相対位置関係が決定される。そして、当該相対位置関係により、ＣＡＤ／ＣＡＭで得られた仮想的なプログラム位置に補正がかけられる。特許文献２および３では、ワークに取り付けられたマーク（ターゲット）を撮像することにより、ワークの位置を特定する手法が開示されており、ワークに対して着脱可能な磁石を当該マークとして用いることも記載されている。特許文献４では、レーザセンサを用いてワークの位置を検出することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第２７６７４１７号公報

【特許文献2】特開２０１９－２００６７７号公報

【特許文献3】特開２００９－１２５８３９号公報

【特許文献4】特許第５８０５４５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように、ロボットの座標系における円筒面の中心を取得する場合、オペレータがロボットのアームの先端を円筒面上の複数の位置に移動させる（すなわち、手動教示する）必要がある。しかしながら、作業に長時間を要したり、オペレータによって精度がばらつくことがある。また、ワークが大径の円筒胴である等、円筒面の直径が大きい（例えば、数ｍである）場合には、円筒面を目視確認しながら手動教示するのは容易ではなく、足場等の段取りも必要となる。これらの問題は、円筒面以外の回転面（例えば、半球面や円錐面等）を有するワークにおいても同様である。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、ワークの回転面の中心を容易に、かつ、精度よく取得することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様１は、ロボットの座標系において、回転面を有するワークにおける前記回転面の中心を取得するワーク位置取得方法であって、ａ）前記ワークに対して着脱可能である３個以上の被検出部を、前記ワークの前記回転面上において周方向に沿って配列する工程と、ｂ）前記ロボットのアームに非接触式の形状測定機が設けられており、前記アームの移動、および／または、前記回転面の中心軸に平行な軸を中心とした前記ワークの回転を行いつつ、前記回転面上の前記３個以上の被検出部を前記形状測定機により順に測定する工程と、ｃ）前記ｂ）工程において前記アームを移動する場合、各被検出部の測定時における前記アームの座標、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記ｂ）工程において前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記ワークの回転角、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記ｂ）工程において前記アームを移動し、かつ、前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記アームの座標および前記ワークの回転角、並びに、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記回転面上における前記各被検出部の取付位置の座標を求める工程と、ｄ）前記３個以上の被検出部の取付位置の座標に基づいて、前記回転面の中心を求める工程とを備える。

【0008】

本発明の態様２は、態様１のワーク位置取得方法であって、前記形状測定機が、物体の断面プロファイルを測定するレーザセンサである。

【0009】

本発明の態様３は、態様２のワーク位置取得方法であって、前記ｂ）工程において、前記形状測定機が前記周方向に略垂直な前記断面プロファイルを測定する状態で、前記形状測定機が前記回転面に沿って前記周方向に相対移動する。

【0010】

本発明の態様４は、態様２（態様２または３であってもよい。）のワーク位置取得方法であって、前記ｃ）工程において、前記断面プロファイルが示す前記回転面上の物体の高さが、所定範囲に含まれる場合に、前記物体が被検出部として扱われる。

【0011】

本発明の態様５は、態様２ないし４のいずれか１つのワーク位置取得方法であって、前記各被検出部において、前記回転面に接触する第１面と、前記第１面に対向する第２面とが平行であり、前記ｂ）工程において、前記各被検出部に対して２箇所以上で前記断面プロファイルが測定され、前記ｃ）工程において、前記各被検出部の前記第２面が求められ、前記各被検出部の取付位置が、前記第２面上の所定の点から、前記第２面に垂直かつ前記第１面に向かう方向にずれた位置として求められる。

【0012】

本発明の態様６は、態様５のワーク位置取得方法であって、前記各被検出部の前記第２面および前記第１面の形状が円であり、前記第２面上の前記所定の点が前記円の中心である。

【0013】

本発明の態様７は、ロボットの座標系において、回転面を有するワークにおける前記回転面の中心を取得するワーク位置取得装置であって、前記ロボットのアームに設けられる非接触式の形状測定機と、前記ワークに対して着脱可能である３個以上の被検出部が、前記ワークの前記回転面上において周方向に沿って配列されており、前記アームの移動、および／または、前記回転面の中心軸に平行な軸を中心とした前記ワークの回転を行いつつ、前記回転面上の前記３個以上の被検出部を前記形状測定機により順に測定する測定制御部と、前記測定制御部が前記アームを移動する場合、各被検出部の測定時における前記アームの座標、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記測定制御部が前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記ワークの回転角、および、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記測定制御部が前記アームを移動し、かつ、前記ワークを回転する場合、前記各被検出部の測定時における前記アームの座標および前記ワークの回転角、並びに、前記形状測定機による前記各被検出部の測定結果を用い、前記回転面上における前記各被検出部の取付位置の座標を求める取付位置算出部と、前記３個以上の被検出部の取付位置の座標に基づいて、前記回転面の中心を求める中心算出部とを備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、ワークの回転面の中心を容易に、かつ、精度よく取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】加工システムの構成を示す図である。

【図2】コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。

【図3】ワーク位置取得処理の流れを示す図である。

【図4】ワークの端部の断面図である。

【図5】被検出部を示す図である。

【図6】被検出部の断面プロファイルを示す図である。

【図7】縦置きしたワークを示す平面図である。

【図8】ワークを示す側面図である。

【図9】ターンテーブル上のワークを示す平面図である。

【図10】断面プロファイルの測定時のワークを示す図である。

【図11】ワークの他の例を示す平面図である。

【図12】ワークを示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明の一の実施の形態に係る加工システム１の構成を示す図である。加工システム１は、加工対象であるワーク９に対してロボット２を利用して溶接やガス切断等の加工を行う。図１の例では、ワーク９は、炭素鋼等の金属にて形成される、大径（例えば、直径数ｍの）円筒胴であり、同心の円筒面（回転面）である内周面９１および外周面９２を有する。ワーク９は、図示省略の支持部により支持される。図１では、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向として矢印にて示す（ワーク９を示す他の図において同様）。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向であり、Ｚ方向は、上下方向（鉛直方向）である。Ｘ方向およびＹ方向が、水平方向に対して傾斜してもよく、Ｚ方向が、上下方向に対して傾斜してもよい。

【0017】

加工システム１は、ロボット２と、コンピュータ３とを備える。ロボット２は、例えば、垂直多関節ロボットであり、図１の例では、６個の関節（６軸）を有するアーム２１を備える。アーム２１の関節の個数は、５個以下であってもよく、７個以上であってもよい。また、ロボット２は、垂直多関節ロボット以外であってもよい。ロボット２は、周知の産業用ロボットであるため、詳細な説明を省略する。コンピュータ３は、ＣＰＵ、メモリ等を備える。

【0018】

図２は、コンピュータ３が実現する機能構成を示すブロック図である。コンピュータ３のＣＰＵ等が、所定のプログラムに従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）、図２中の測定制御部３１、取付位置算出部３２および中心算出部３３の機能が実現される。これらの機能は専用の電気回路により実現されてもよく、部分的に専用の電気回路が用いられてもよい。測定制御部３１、取付位置算出部３２および中心算出部３３の機能の詳細については後述する。図２では、ロボット２、並びに、後述の形状測定機４およびターンテーブル（またはポジショナー）７１もブロックにて示している。ターンテーブル７１は、後述の処理例で用いられる。

【0019】

図３は、ロボット２の座標系においてワーク９の円筒面の中心を取得するワーク位置取得処理の流れを示す図である。ワーク位置取得処理は、ロボット２を利用したワーク９の加工の前に、ロボット２にワーク９の位置を教示する処理である。図１の例では、円筒胴であるワーク９が倒れた状態であり、ワーク９の中心軸Ｊ１がＸ方向におよそ沿っている。なお、ワーク位置取得処理の開始時には、ワーク９の中心軸Ｊ１の正確な位置は不明である。中心軸Ｊ１はＸ方向に対して傾斜していてもよい。以下の説明では、ワーク９の中心軸Ｊ１に沿う方向を軸方向という。軸方向は、ワーク９の長さ方向である。

【0020】

ワーク位置取得処理では、まず、ワーク９の（－Ｘ）側の端部９６において、オペレータにより、複数の被検出部８がワーク９の円筒面上に取り付けられる（ステップＳ１１）。本処理例におけるワーク９の（－Ｘ）側の端部９６および（＋Ｘ）側の端部９７のそれぞれでは、軸方向における所定位置において、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に延びる線（ゲージ線とも呼ばれる。）が内周面９１に予め設けられている。複数の被検出部８は、内周面９１上において当該線上に配置される。図１では、（＋Ｘ）側の端部９７にも、複数の被検出部８を図示している。複数の被検出部８は、専用の装置により内周面９１に取り付けられてもよい。

【0021】

図４は、ワーク９の端部９６における断面図であり、図１中の矢印IV－IVの位置における中心軸Ｊ１に垂直な断面を示している。ステップＳ１１では、３個以上の被検出部８が、およそ等角度間隔にて周方向に配列される。図４の例では、４個の被検出部８が、約９０°間隔にて周方向に配列される。ワーク９が磁性体により形成される場合、被検出部８は、磁石であることが好ましく、ワーク９の内周面９１に磁力により着脱可能に固定される。

【0022】

図１および図４に示す各被検出部８は、円柱状であり、互いに対向する２つの底面８１，８２（以下、「第１面８１」および「第２面８２」という。）を有する。第１面８１および第２面８２は、互いに平行である。第１面８１は、ワーク９の内周面９１に接触する面であり、図４の例では、中心軸Ｊ１を中心とする径方向の外側を向く。第２面８２は、ワーク９の内周面９１に接触しない面であり、図４の例では、径方向の内側を向く。第１面８１および第２面８２は、共に円形である。第１面８１と第２面８２との間の距離、すなわち、被検出部８の高さは既知である。被検出部８の形状は、円柱以外であってよく、第１面８１および第２面８２は、円形以外の形状（例えば、矩形、多角形、楕円形等）であってもよい。被検出部８は、磁石以外であってもよく、例えば、クランプ、吸盤、両面粘着テープ等を用いて、ワーク９に対して着脱可能に取り付けられてもよい。

【0023】

続いて、図１に示すように、ロボット２のアーム２１の先端に、非接触式の形状測定機４が取り付けられる。形状測定機４は、アーム２１の先端に設けられたロボットハンドに保持されてもよい。形状測定機４は、例えば、２次元のレーザセンサ（レーザ変位計）であり、物体の断面プロファイルを測定する。測定制御部３１が、ロボット２を制御してアーム２１を移動することにより、図４に示すように、ワーク９の内部において、形状測定機４が内周面９１からある程度離れた位置に配置される。その後、アーム２１の動作により、形状測定機４が、内周面９１に沿って周方向全周に亘って連続的に移動する。すなわち、形状測定機４が、内周面９１に沿って一周回転する。図４では、形状測定機４の移動経路を破線の矢印にて示している。周方向に移動する形状測定機４により、内周面９１上の複数の被検出部８が順に測定される（ステップＳ１２）。

【0024】

形状測定機４の周方向の移動では、帯状のレーザ光が広がる方向（または、レーザ光のスキャン方向）が径方向および軸方向に沿うように、ロボット２により形状測定機４の姿勢が調整される。換言すると、形状測定機４では、周方向に略垂直な断面における、物体の表面プロファイル（すなわち、断面プロファイル）を測定可能な状態が維持される。周方向に略垂直な断面とは、例えば、周方向とのなす角度が６０°～９０°となる断面である。形状測定機４では、所定の周期にて断面プロファイルが測定されており、各被検出部８に対して、周方向における複数の位置にて断面プロファイルが取得される。各断面プロファイルのデータは、取付位置算出部３２に出力される。また、当該断面プロファイルの測定時におけるアーム２１の先端の座標が、ロボット２から取付位置算出部３２に出力される。アーム２１の先端の座標は、ロボット２の座標系における座標である。以下の説明において、単に「座標」という場合、ロボット２の座標系における座標を意味する。

【0025】

図５は、径方向に沿って見た１つの被検出部８を示す図である。図５の上下方向が、周方向に対応し、断面プロファイルが測定される複数の位置Ｍ１～Ｍ７を破線にて示している。図６は、位置Ｍ４における被検出部８の断面プロファイルを示す図である。取付位置算出部３２では、各断面プロファイルにおいて、角部が検出される。角部は、例えば、傾きの変化量が所定値以上となる点である。断面プロファイルでは、両端の部分（図６中の左右方向における両端の部分であり、以下、「ベース部」という。）が、ワーク９の内周面９１を示す直線状となっており、検出された角部のうち、ベース部からの高さが所定範囲に含まれる角部が、特徴点として特定される。

【0026】

図６の断面プロファイルでは、２つの特徴点Ｆが特定される。特徴点Ｆは、被検出部８の第２面８２のエッジを示す。被検出部８が存在しない位置で測定された断面プロファイルでは、原則として角部が検出されない。また、内周面９１上にごみ等の不要物が付着している場合、当該不要物は、通常、被検出部８に比べて十分に小さい。したがって、当該不要物に由来する角部が検出された場合でも、ベース部からの高さが所定範囲に含まれないため、当該角部が、特徴点Ｆとして特定されることが防止される。

【0027】

取付位置算出部３２では、連続して測定された２以上の断面プロファイルのそれぞれに特徴点Ｆが含まれる場合に、当該２以上の断面プロファイルの特徴点Ｆの集合が、特徴点群として１つの被検出部８に対応付けられる。図５の例では、連続して測定された、位置Ｍ３～Ｍ５の断面プロファイルのそれぞれに特徴点Ｆが含まれており、位置Ｍ３～Ｍ５の断面プロファイルの特徴点Ｆの集合が特徴点群として扱われる。実際には、複数の被検出部８にそれぞれ対応付けられた複数の特徴点群が特定される。

【0028】

既述のように、各断面プロファイルの測定時におけるアーム２１の先端の座標が取得されており、各特徴点群に含まれる複数の特徴点Ｆについて、ロボット２の座標系における座標が求められる。なお、ステップＳ１２における形状測定機４の周方向の移動（回転移動）では、回転中心が決まっており、各断面プロファイルの測定時における、アーム２１の先端と形状測定機４との相対位置関係が算出可能である。

【0029】

各被検出部８について、特徴点群に含まれる複数の特徴点Ｆの座標が求められると、当該被検出部８の第２面８２の中心が、当該複数の特徴点Ｆの座標から求められる。既述のように、複数の特徴点Ｆは、円形である第２面８２のエッジ上の点である。３次元空間において複数の点を通る円の中心を求める手法は周知であるため、説明を省略する。３次元空間における円の中心は、当該円周上の３点から求めることが可能であるため、第２面８２の中心を求める際に、複数の特徴点Ｆのうち３個の特徴点Ｆのみが用いられてもよい。換言すると、特徴点Ｆの個数は３個以上であればよい。

【0030】

その後、第２面８２の中心から、第２面８２に垂直かつ第１面８１に向かう方向に被検出部８の高さの距離だけずれた位置を、当該被検出部８の取付位置として、当該取付位置の座標が求められる（ステップＳ１３）。第２面８２に垂直な方向は、当該複数の特徴点Ｆを含む面の法線方向であり、被検出部８の高さは既知である。図６では、位置Ｍ４の断面プロファイル上に第２面８２の中心Ｃ２が位置するものと仮定し、中心Ｃ２から被検出部８の高さの距離だけずれた取付位置Ｃ１を図示している。なお、取付位置算出部３２の設計によっては、断面プロファイルに基づいてベース部からの第２面８２の高さが求められ、中心Ｃ２から当該高さだけずれた位置が取付位置Ｃ１とされてもよい。この場合に、断面プロファイルの測定方向（すなわち、レーザセンサの照射方向）と第２面８２とが直交しないときには、両者がなす角度を取得することにより、断面プロファイルに基づく第２面８２の高さが補正されてもよい。

【0031】

中心算出部３３では、複数の被検出部８の取付位置Ｃ１の座標に基づいて、ワーク９の（－Ｘ）側の端部９６における内周面９１の中心の座標が求められる（ステップＳ１４）。例えば、被検出部８の第２面８２の中心を求める場合と同様に、複数の被検出部８の取付位置Ｃ１を通る円の中心が、端部９６における内周面９１の中心として求められる。以上のように、図２に示す形状測定機４、測定制御部３１、取付位置算出部３２および中心算出部３３により、ロボット２の座標系において、ワーク９の円筒面（ここでは、内周面９１）の中心を取得するワーク位置取得装置４０が実現される。内周面９１の中心が求められると、内周面９１上の複数の被検出部８が取り外されて回収される。

【0032】

ステップＳ１４では、第２面８２の中心を求める場合と同様に、複数の被検出部８の取付位置Ｃ１のうち３個の被検出部８の取付位置Ｃ１のみを用いて、内周面９１の中心が求められてもよい。換言すると、被検出部８の個数は３個以上であればよい。内周面９１の中心をより精度よく求めるには、内周面９１の中心の算出に用いる被検出部８の個数は多いことが好ましい。一方、被検出部８の個数が多い場合、ステップＳ１１における被検出部８の配置（および、被検出部８の内周面９１からの回収）に要する時間が長くなる。被検出部８の個数は、上記等を考慮して適宜決定されてよい。例えば、被検出部８の個数は、１０個以下である。

【0033】

本処理例では、上記ステップＳ１１～Ｓ１４と同様の処理が、ワーク９の（＋Ｘ）側の端部９７に対して行われ、端部９７における内周面９１の中心が求められる。そして、（－Ｘ）側の端部９６における内周面９１の中心と、（＋Ｘ）側の端部９７における内周面９１の中心との間の中点が、ワーク９の加工に係る原点（ワーク原点）として設定される。また、両中心を結ぶ線が、ワーク９の中心軸Ｊ１として取得される。ワーク位置取得処理では、ワーク９の外周面９２において、複数の被検出部８が配列され、円筒面である外周面９２の中心が求められてもよい。

【0034】

以上に説明したように、ワーク位置取得処理は、３個以上の被検出部８を、ワーク９の円筒面上において周方向に沿って配列する工程（ステップＳ１１）と、形状測定機４が設けられたロボット２のアーム２１を移動しつつ、円筒面上の被検出部８を形状測定機４により順に測定する工程（ステップＳ１２）と、各被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果を用い、円筒面上における当該被検出部８の取付位置の座標を求める工程（ステップＳ１３）と、被検出部８の取付位置の座標に基づいて、円筒面の中心を求める工程（ステップＳ１４）とを備える。ワーク位置取得処理では、ワーク９が大径である場合であっても、ロボット２の座標系において、ワーク９の円筒面の中心を容易に、かつ、精度よく（例えば、オペレータによって精度がばらつくことなく）取得することができる。

【0035】

ところで、各被検出部８の測定において、形状測定機４に代えてカメラを用いることも考えられる。しかしながら、カメラを用いて被検出部８の３次元座標を取得するには、被検出部８の撮像方向を複数通りに変更する必要があるため、被検出部８の測定に長時間を要してしまう。これに対し、上記ワーク位置取得処理では、断面プロファイルを短い周期にて測定可能な形状測定機４を、被検出部８に対して連続的に移動することにより、被検出部８の測定を短時間で完了することが可能である。

【0036】

好ましくは、ステップＳ１２において、形状測定機４が周方向に略垂直な断面プロファイルを測定する状態で、形状測定機４が円筒面に沿って周方向に移動する。これにより、被検出部８の測定を容易に（上記処理例では、自動的に）行うことができる。

【0037】

好ましくは、ステップＳ１３において、断面プロファイルが示す円筒面上の物体の高さが、所定範囲に含まれる場合に、当該物体が被検出部８として扱われる。その結果、円筒面上のごみ等が被検出部８として検出されることを容易に防止することができ、異常値に基づいてワーク９の円筒面の中心が求められることを回避することができる。

【0038】

好ましいワーク位置取得処理では、ステップＳ１２において、各被検出部８に対して２箇所以上で断面プロファイルが測定される。また、ステップＳ１３において、各被検出部８の第２面８２（第２面８２を示す方程式）が求められ、各被検出部８の取付位置が、第２面８２上の所定の点から、第２面８２に垂直かつ第１面８１に向かう方向にずれた位置として求められる。これにより、形状測定機４が測定する断面が、被検出部８の第２面８２の法線に対して傾いている場合でも、被検出部８の取付位置を精度よく求めることができる。また、各被検出部８の第２面８２および第１面８１の形状が円であり、第２面８２上の上記所定の点が当該円の中心であることがより好ましい。この場合、被検出部８の取付位置を安定して精度よく求めることができる。

【0039】

ワーク位置取得装置４０は、形状測定機４と、測定制御部３１と、取付位置算出部３２と、中心算出部３３とを備える。形状測定機４は、ロボット２のアーム２１に設けられる。測定制御部３１は、ワーク９の円筒面上において周方向に沿って配列された３個以上の被検出部８を、アーム２１を移動しつつ形状測定機４により順に測定する。取付位置算出部３２は、各被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果を用い、円筒面上における当該被検出部８の取付位置の座標を求める。中心算出部３３は、被検出部８の取付位置の座標に基づいて、円筒面の中心を求める。ワーク位置取得装置４０では、ロボット２の座標系において、ワーク９の円筒面の中心を自動的に、かつ、適切に取得することができる。

【0040】

図７は、縦置きしたワーク９を示す平面図であり、図８は、ワーク９を示す側面図である。図７および図８に示す例では、ワーク９は、直立した状態で（すなわち、中心軸Ｊ１がＺ方向に略平行となる状態で）、ターンテーブル７１の上面上に載置される。ターンテーブル７１は、中心軸Ｊ１に平行な回転軸を中心として回転可能である。

【0041】

図７および図８に示すワーク９に対するワーク位置取得処理では、円筒面である外周面９２において、軸方向における所定位置（例えば、軸方向の中央）にて周方向に延びる線が描かれ、外周面９２上において当該線上に複数の被検出部８が配列される（図３：ステップＳ１１）。当該線は、ワーク９の外周面９２に予め設けられていてもよい。複数の被検出部８が配列されると、ロボット２を制御してアーム２１を移動することにより、複数の被検出部８が形状測定機４により順に測定される（ステップＳ１２）。図７および図８では、ロボット２の図示を省略している。ステップＳ１３，Ｓ１４の処理は、上記の処理例と同様である。これにより、軸方向の所定位置におけるワーク９の外周面９２の中心が求められる。当該中心は、ワーク９の加工に係る原点として設定される。図７および図８に示すワーク９においても、内周面９１の中心が求められてもよい。

【0042】

次に、ロボット２のアーム２１の位置を固定し、ターンテーブル７１によりワーク９を回転するワーク位置取得処理について説明する。図９は、ターンテーブル７１上のワーク９を示す平面図であり、図９では、ターンテーブル７１の回転軸に符号Ｒ１を付す。ワーク位置取得処理では、事前準備として、ロボット２の座標系において、ターンテーブル７１の回転軸Ｒ１の位置が予め特定される。例えば、オペレータがロボット２を操作して、ターンテーブル７１の外周面における複数の位置にアーム２１の先端を接触させることにより、回転軸Ｒ１の位置が取得可能である。回転軸Ｒ１の位置は、他の手法により求められてよい。回転軸Ｒ１は、ワーク９の中心軸Ｊ１に平行である。

【0043】

続いて、ワーク９の外周面９２に対して、軸方向における所定位置にて周方向に延びる線が描かれ（当該線が予め設けられていてもよい。）、外周面９２上において当該線上に複数の被検出部８が配列される（図３：ステップＳ１１）。また、ロボット２のアーム２１の先端は、ワーク９の外周面９２に対向する位置に配置されており、アーム２１の先端には、形状測定機４が取り付けられる。形状測定機４は、例えば、回転軸Ｒ１を含む面における、外周面９２の断面プロファイルを測定可能である。

【0044】

その後、ターンテーブル７１が回転を開始し、ワーク９が回転軸Ｒ１を中心として回転基準位置から回転する。回転基準位置は、例えば、ターンテーブル７１の回転の原点である。図９では、ターンテーブル７１が回転基準位置に位置する際のワーク９（以下、単に「回転基準位置のワーク９」という。）において、１つの被検出部８ａの、回転軸Ｒ１を中心とする角度位置を一点鎖線Ｋ１により示している。ワーク位置取得装置４０では、外周面９２上の各被検出部８が形状測定機４に対向する位置を通過する際に、形状測定機４により当該被検出部８の断面プロファイルが取得される。このようにして、外周面９２上の複数の被検出部８が形状測定機４により順に測定される（ステップＳ１２）。

【0045】

形状測定機４による各断面プロファイルの測定時には、ワーク９の回転角（すなわち、回転軸Ｒ１を中心とする、回転基準位置からの回転角）も取得されており、当該回転角は取付位置算出部３２に出力される。図１０に示す状態では、被検出部８ａが形状測定機４に対向する位置に到達しており、図１０に示す被検出部８ａの角度位置と、角度位置Ｋ１とがなす角度θ１がワーク９の回転角となる。図１０では、回転基準位置のワーク９を二点鎖線にて示している。なお、図９および図１０の例では、ターンテーブル７１の回転軸Ｒ１と、ワーク９の中心軸Ｊ１は一致していない。

【0046】

取付位置算出部３２では、上記処理例と同様に、連続して測定された２以上の断面プロファイルのそれぞれに特徴点Ｆ（図６参照）が含まれる場合に、当該２以上の断面プロファイルの特徴点Ｆの集合が、特徴点群として１つの被検出部８に対応付けられる。ここで、断面プロファイルにおける各特徴点Ｆが示す被検出部８上の点（以下、「被検出部８上の特徴点」という。）は、ワーク９の回転により、回転軸Ｒ１を中心として回転する。取付位置算出部３２では、アーム２１の先端の座標、および、断面プロファイルにおける当該特徴点Ｆの位置から、当該断面プロファイルの測定時における被検出部８上の当該特徴点の座標が求められる。そして、測定時における被検出部８上の当該特徴点の位置を、回転軸Ｒ１を中心として、当該測定時におけるワーク９の回転角だけワーク９（ターンテーブル７１）の回転方向とは反対側に回転移動することにより、回転基準位置のワーク９における被検出部８上の当該特徴点の座標が求められる。

【0047】

続いて、回転基準位置のワーク９における各被検出部８の第２面８２（図９に示すように、外周面９２に接触しない面である。）の中心が、回転基準位置のワーク９における当該被検出部８上の複数の特徴点の座標から求められる。第２面８２の中心が求められると、第２面８２の中心から、第２面８２に垂直かつ第１面８１に向かう方向に被検出部８の高さの距離だけずれた位置が、回転基準位置のワーク９における当該被検出部８の取付位置として求められる（ステップＳ１３）。中心算出部３３では、回転基準位置のワーク９における複数の被検出部８の取付位置の座標に基づいて、回転基準位置のワーク９の外周面９２の中心が求められる（ステップＳ１４）。当該中心は、ワーク９の加工に係る原点として設定される。もちろん、ワーク９の内周面９１の中心が求められてもよい。

【0048】

以上のように、図９および図１０を参照して説明したワーク位置取得処理は、３個以上の被検出部８を、ワーク９の円筒面上において周方向に沿って配列する工程（ステップＳ１１）と、円筒面の中心軸Ｊ１に平行な回転軸Ｒ１を中心としてワーク９を回転しつつ、円筒面上の被検出部８を形状測定機４により順に測定する工程（ステップＳ１２）と、各被検出部８の測定時におけるワーク９の回転角、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果を用い、円筒面上における当該被検出部８の取付位置の座標を求める工程（ステップＳ１３）と、被検出部８の取付位置の座標に基づいて、円筒面の中心を求める工程（ステップＳ１４）とを備える。これにより、ロボット２のアーム２１の位置を固定し、ターンテーブル７１によりワーク９を回転する場合であっても、ロボット２の座標系において、ワーク９の円筒面の中心を容易に、かつ、精度よく取得することができる。なお、上記処理例では、ステップＳ１２において、形状測定機４が周方向に略垂直な断面プロファイルを測定する状態で、形状測定機４が円筒面に沿って周方向に相対移動していると捉えることが可能である。

【0049】

ターンテーブル７１によりワーク９を回転するワーク位置取得処理において、各被検出部８を形状測定機４により測定する際に、ワーク９の回転が一時的に停止されてもよい。例えば、図９のように、ワーク９の外周面９２（内周面９１であってもよい。）に被検出部８が配列される場合に、ワーク９の回転により各被検出部８が形状測定機４におよそ対向する対向位置へと到達すると、ワーク９の回転が停止される。例えば、形状測定機４が測定する断面プロファイルにおいて、ベース部からの高さが所定範囲に含まれる角部（すなわち、特徴点）が特定された場合に、被検出部８の対向位置への到達が検出される。各被検出部８が対向位置へと到達するワーク９の回転角が設定回転角として予め設定され、ワーク９の回転において回転角が設定回転角に到達した際に、ワーク９の回転が停止されてもよい。

【0050】

続いて、ワーク９の回転が停止した状態で、ロボット２のアーム２１を、所定の範囲内において外周面９２に沿って移動することにより、形状測定機４により当該被検出部８に対して複数の断面プロファイルが取得される（図３：ステップＳ１２）。形状測定機４による当該被検出部８の測定の完了後、ワーク９の回転が再開される。取付位置算出部３２では、ロボット２のアーム２１を移動して被検出部８を測定する図４および図７の例と同様に、当該被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果を用い、外周面９２上における当該被検出部８の取付位置の座標が求められる。その後、当該被検出部８の取付位置を、測定時のワーク９（すなわち、回転停止時のワーク９）の回転角だけ、回転軸Ｒ１を中心としてワーク９の回転方向とは反対側に回転移動することにより、回転基準位置のワーク９における当該被検出部８の取付位置の座標が求められる（ステップＳ１３）。そして、回転基準位置のワーク９における複数の被検出部８の取付位置の座標に基づいて、回転基準位置のワーク９の外周面９２の中心が求められる（ステップＳ１４）。

【0051】

以上のように、ワーク９の回転を一時的に停止するワーク位置取得処理では、ステップＳ１２において、複数の被検出部８を形状測定機４により順に測定する際に、アーム２１の移動、および、回転面の中心軸Ｊ１に平行な軸を中心としたワーク９の回転の双方が行われる。このように、ステップＳ１２において、アーム２１を移動し、かつ、ワーク９を回転する場合、ステップＳ１３では、各被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標およびワーク９の回転角、並びに、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果を用い、回転面上における当該被検出部８の取付位置の座標が求められる。これにより、ワーク９の回転面の中心を容易に、かつ、精度よく取得することができる。

【0052】

図１１は、他の例に係るワーク９ａを示す平面図であり、図１２は、ワーク９ａを示す側面図である。図１１および図１２に示すワーク９ａは、鏡板であり、略半球状の球面部と、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の円筒部とを有し、球面部と円筒部とが互いに接続する。球面部では、中心軸Ｊ１を含む面における断面が、例えば、半楕円または半円である。ワーク９ａは、円筒部が下側に配置された状態で、ターンテーブル７１上に載置される。後述するように、鏡板であるワーク９ａは、略半球状の球面部のみを有していてもよい。ターンテーブル７１は、中心軸Ｊ１に平行な回転軸を中心として回転可能である。

【0053】

ワーク９ａに対するワーク位置取得処理では、円筒部の外周面９２に対して、所定の高さ位置にて周方向に延びる線が描かれ（当該線が予め設けられていてもよい。）、外周面９２上において当該線上に複数の被検出部８が配列される（図３：ステップＳ１１）。ワーク位置取得装置４０では、形状測定機４が設けられたロボット２のアーム２１の移動、および／または、ターンテーブル７１の回転軸を中心としたワーク９ａの回転を行いつつ、外周面９２上の複数の被検出部８が形状測定機４により順に測定される（ステップＳ１２）。

【0054】

続いて、外周面９２上における各被検出部８の取付位置の座標が求められる（ステップＳ１３）。このとき、ステップＳ１２においてアーム２１を移動する場合、各被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果が用いられる。また、ステップＳ１２においてワーク９ａを回転する場合、各被検出部８の測定時におけるワーク９ａの回転角、および、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果が用いられる。ステップＳ１２においてアーム２１を移動し、かつ、ワーク９ａを回転する場合、各被検出部８の測定時におけるアーム２１の座標およびワーク９ａの回転角、並びに、形状測定機４による当該被検出部８の測定結果が用いられる。その後、複数の被検出部８の取付位置の座標に基づいて、ワーク９ａの外周面９２の中心が求められる（ステップＳ１４）。鏡板であるワーク９ａでは、例えば、当該中心から所定の高さの位置（例えば、球面部の外面上の位置）が、ワーク９ａの加工に係る原点として設定される。ワーク９ａにおいても、円筒部の内周面の中心が求められてもよい。

【0055】

上記ワーク位置取得方法およびワーク位置取得装置４０では様々な変形が可能である。

【0056】

上記実施の形態では、円筒面を有するワーク９，９ａにおいて当該円筒面の中心を取得する場合について説明したが、例えば、略半球状の球面部のみを有する鏡板であるワークにおいて、軸方向の所定位置における当該球面部の断面中心が求められてもよい。このように、ワークは、円筒面以外に、半球面や円錐面等の回転面を有するもの（すなわち、円形断面を有するもの）であってよく、上記ワーク位置取得方法およびワーク位置取得装置４０では、当該回転面の中心を容易に、かつ、精度よく取得することができる。

【0057】

図３のステップＳ１２において、複数の被検出部８を形状測定機４により順に測定する際に、アーム２１の移動、および、回転面の中心軸Ｊ１に平行な軸を中心としたワーク９，９ａの回転の双方が行われる場合に、必ずしもワーク９，９ａの回転が一時的に停止される必要はない。すなわち、各被検出部８を形状測定機４により測定する際に、アーム２１の移動、および、ワーク９，９ａの回転が並行して行われていてもよい。

【0058】

ステップＳ１２においてアーム２１を移動する場合に、ワーク９，９ａのサイズ等によっては、形状測定機４をワーク９，９ａの円筒面に沿って周方向に移動することなく、複数の被検出部８の近傍のみに順次配置してもよい。

【0059】

ステップＳ１３では、被検出部８の第２面８２において、中心以外の任意の位置が求められてもよい。また、断面プロファイルが示す被検出部８の第１面８１のエッジの位置に基づいて、被検出部８の取付位置の座標が求められてもよい。

【0060】

形状測定機４は、３次元のレーザセンサ、３次元レーザスキャナ等であってもよい。

【0061】

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

【符号の説明】

【0062】

２ ロボット
４ 形状測定機
８，８ａ 被検出部
９，９ａ ワーク
２１ アーム
３１ 測定制御部
３２ 取付位置算出部
３３ 中心算出部
４０ ワーク位置取得装置
８１ （被検出部の）第１面
８２ （被検出部の）第２面
９１ （ワークの）内周面
９２ （ワークの）外周面
Ｃ１ 取付位置
Ｓ１１～Ｓ１４ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】