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公開番号2025090544
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-17
出願番号2024209919
出願日2024-12-03
発明の名称カメラ及びプリントヘッドを備える多軸ロボットを較正する方法と、そのような方法を実装するように構成されたロボット
出願人エクセルインダストリー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類B05D 3/00 20060101AFI20250610BHJP(霧化または噴霧一般;液体または他の流動性材料の表面への適用一般)
要約【課題】カメラ及びプリントヘッドを備えた多軸ロボットのための効果的な較正方法を提供する。
【解決手段】数学的表面(P_ref ^BF)が決定され(104)、プリントヘッドが、第1の位置に、その後第2の位置に、持ち込まれ、そこで第1のインパクト及び第2のインパクトが塗布され(106、110)、第1又は第2のインパクトの特徴点(P_1,4 ^BF、P_2,4 ^BF)が測定される(108、112)。第1の交点(I_1,4 ^BF)の座標及び第2の交点(I_2,4 ^BF)の座標を表現する(114)。特徴点(P_k,j ^BF)及び交点(I_k,j ^BF)の座標に基づき、偏差(ε_k)を表現する(120)。その変数が偏差(ε_k)である目的関数(F)を構成する(122)。目的関数(F)を最小化する、通過行列(T^TCP→PG)の6つのパラメタ(X₁-X₆)の値を決定する(124)。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
多軸ロボット（２０）を較正する方法であって、前記多軸ロボットは、基本フレーム（ＢＦ）に関連付けられており、かつ、カメラ（３０）と、第１のノズル（Ｂ４）を少なくとも備えるプリントヘッド（１０）と、を備えており、前記カメラ及び前記プリントヘッドは、前記多軸ロボットの手首部（２１）に取付けられており、この方法は、前記手首部（２１）に結合された基準フレーム（ＰＧ）における前記プリントヘッド（１０）に関連付けられたフレーム（ＴＣＰ）の方向位置を決定することを含んでおり、前記プリントヘッドに結合された前記フレームの前記方向位置は、前記プリントヘッドに結合された前記フレーム（ＴＣＰ）と前記手首部に結合された前記フレーム（ＰＧ）の間での通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）の６つのパラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
６
）によって定められており、かつ、この方法は、少なくとも、
（ａ）前記カメラ（３０）を用いて、前記基本フレーム（ＢＦ）において固定された表面（Ｓ）上の、少なくとも１つの点を標的とするステップ（１０２）と、
（ｃ）前記プリントヘッドを前記固定された表面（Ｓ）に対する第１の位置に持ち込むステップであって、前記第１の位置においては、前記プリントヘッドは前記固定された表面に向かうように方向づけられている、ステップと、
（ｄ）前記プリントヘッドが前記第１の位置にあるときに、前記第１のノズル（Ｂ４）によって、前記固定された表面上に少なくとも１つの第１のインパクトを塗布するステップ（１０６）と、
（ｅ）前記カメラ（３０）を用いて、前記基本フレームにおける、前記第１のインパクトの第１の特徴点（Ｐ
１，４
ＢＦ
）の座標を測定するステップ（１０８）と、
（ｆ）前記プリントヘッドを前記固定された表面（Ｓ）に対する少なくとも１つの第２の位置に持ち込むステップであって、前記第２の位置は、前記第１の位置と異なっており、かつ、前記第２の位置においては、前記プリントヘッドは前記固定された表面に向かうように方向づけられている、ステップと、
（ｇ）前記プリントヘッドが前記第２の位置にあるときに、前記第１のノズル（Ｂ４）によって、前記固定された表面上に少なくとも１つの第２のインパクトを塗布するステップ（１１０）と、
（ｈ）前記カメラ（３０）を用いて、前記基本フレームにおける、前記第２のインパクトの第２の特徴点（Ｐ
２，４
ＢＦ
）の座標を測定するステップ（１１２）と、
を含んでいる、方法において、
前記方法は、少なくとも、
（ｂ）ステップ（ａ）の結果から、前記固定された表面を示す数学的表面（Ｐ
ｒｅｆ
ＢＦ
）を決定するステップ（１０４）と、
（ｉ）前記固定された表面（Ｓ）を示す前記数学的表面（Ｐ
ｒｅｆ
ＢＦ
）と、前記第１の位置にある前記第１のノズル（Ｂ４）を通る線（Ｄ４）との間の、第１の交点（Ｉ
１，４
ＢＦ
）の座標を、前記基本フレーム（ＢＦ）において、かつ前記通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）を用いて、表現するステップ（１１４）と、
（ｊ）前記固定された表面を示す前記数学的表面と、前記第２の位置にある前記第１のノズル（Ｂ４）を通る前記線との間の、第２の交点（Ｉ
２，４
ＢＦ
）の座標を、前記ＢＦ基本フレームにおいて、かつ前記通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）を用いて、表現するステップ（１１６）と、
（ｋ）前記プリントヘッドの各位置及び各インパクトについて、その特徴点（Ｐ
ｋ，ｊ
ＢＦ
）の座標及びその交点（Ｉ
ｋ，ｊ
ＢＦ
）の座標に基づいて、偏差（ε
ｋ
）を表現するステップ（１２０）と、
（ｌ）目的関数（Ｆ）を構成するステップ（１２２）であって、前記目的関数（Ｆ）の変数は、ステップ（ｋ）において表現された前記偏差（ε
ｋ
）である、ステップ（１２２）と、
（ｍ）前記目的関数（Ｆ）を最小化する、前記通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）の前記６つのパラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
６
）の値を決定するステップ（１２４）と、
（ｎ）前記手首部（２１）に結合された前記フレームにおける、前記プリントヘッド（１０）に結合された前記フレーム（ＴＣＰ）の前記方向位置を定めるように、ステップ（ｍ）において決定された前記６つのパラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
６
）を用いるステップ（１２８）と、をさらに含んでいる、ことを特徴とする、方法。
続きを表示（約 3,500 文字）【請求項２】
前記方法は、少なくとも１つの第２のノズル（Ｂ２８）を備えるプリントヘッドを用いて実行される、方法において、
ステップ（ｄ）の間に、第３のインパクトが、前記第２のノズル（Ｂ２８）によって、前記固定された表面（Ｓ）上に塗布され、
ステップ（ｅ）の間に、人物が、前記基本フレーム（ＢＦ）における、前記第３のインパクトの第３の特徴点（Ｐ
１，２８
ＢＦ
）の座標を、前記カメラ（３０）を用いて測定し、
ステップ（ｇ）の間に、第４のインパクトが、前記第２のノズル（Ｂ２８）によって、前記固定された表面（Ｓ）上に塗布され、
ステップ（ｈ）の間に、前記人物が、前記基本フレーム（ＢＦ）における、前記第４のインパクトの第４の特徴点（Ｐ
２，２８
ＢＦ
）の座標を、前記カメラ（３０）を用いて測定し、
ステップ（ｉ）の間に、前記固定された表面（Ｓ）を示す前記数学的表面（Ｐ
ｒｅｆ
ＢＦ
）と、前記第１の位置にある前記第２のノズルを通る線（Ｄ２８）との間の、第３の交点（Ｉ
１，２８
ＢＦ
）の座標が、前記基本フレーム（ＢＦ）において、かつ前記通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）を用いて表現され、
ステップ（ｊ）において、前記固定された表面（Ｓ）を示す前記数学的表面（Ｐ
ｒｅｆ
ＢＦ
）と、前記第２の位置にある前記第２のノズルを通る前記線（Ｄ２８）との間の、第４の交点（Ｉ
２，２８
ＢＦ
）の座標が、前記基本フレーム（ＢＦ）において、かつ前記通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）を用いて表現される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プリントヘッド（１０）に結合された前記フレーム（ＴＣＰ）の軸（ｚ）が、前記プリントヘッドの前記２つのノズル（Ｂ４、Ｂ２８）の噴出方向に平行であること、及び、
前記２つのノズルは、前記軸（ｚ）が通っている前記プリントヘッドの基準ノズル（Ｂ１６）の各側に、かつ前記基準ノズル（Ｂ１６）から等距離にあるように、配置されていること、を特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記通過行列（Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
）の前記６つのパラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
３
）が、
３つの並進パラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
３
）と、
３つの回転パラメタ（Ｘ
４
－Ｘ
６
）と、に分解されることができること、及び、
ステップ（ｍ）は、
（ｍ１）ステップ（ｌ）で構成された前記目的関数（Ｆ）を最小化することによって、前記３つの回転パラメタ（Ｘ
４
－Ｘ
６
）を決定するサブステップ（１２４Ａ）と、
（ｍ２）各プリントヘッドの位置及び各ノズル（Ｂ４、Ｂ２８）について、その特徴点（Ｐ
ｋ，ｊ
ＢＦ
）の座標及びその交点（Ｉ
ｋ，ｊ
ＢＦ
）の座標に基づいて、さらなる偏差（ａ
ｋ
）を表現するサブステップ（１２４Ｂ）であって、前記他の偏差はステップ（ｋ）で表現されたものとは異なっている、サブステップ（１２４Ｂ）と、
（ｍ３）他の目的関数（Ｇ）を構成するサブステップ（１２４Ｃ）であって、前記他の目的関数（Ｇ）の変数は、サブステップ（ｍ２）で表現された前記偏差である、サブステップ（１２４Ｃ）と、
（ｍ４）ステップ（ｍ３）で構成された前記目的関数（Ｇ）を最小化することによって、前記３つの並進パラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
３
）を決定するサブステップ（１２４Ｄ）と、を含むこと、を特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記他の偏差は、
JPEG
2025090544000027.jpg
17
78
の形態で表現されるか、又は、
JPEG
2025090544000028.jpg
8
80
の形態で表現され、
ａ
ｋ
は、位置ｋについての、サブステップ（ｍ２）で表現された前記他の偏差であり、
Ｉ
ｋ，ｊ
ＢＦ
は、前記基本フレーム（ＢＦ）における、位置ｋについてのランクｊのノズルの交点の座標であり、
Ｐ
ｋ，ｊ
ＢＦ
は、前記基本フレーム（ＢＦ）における、位置ｋについてのランクｊの前記ノズルを用いて塗布されたインパクトの特徴点の座標であり、
Ｔ
ＴＣＰ→ＰＧ
は、前記プリントヘッドに結合された前記フレーム（ＴＣＰ）から前記手首部（２１）に結合された前記フレーム（ＰＧ）への前記通過行列であり、
JPEG
2025090544000029.jpg
18
20
は、前記プリントヘッドのフレームにおける、前記プリントヘッドのフレームの原点（Ｏ
ＴＣＰ
）の表現であること、を特徴とする、請求項３及び４に記載の方法。
【請求項６】
それは、前記プリントヘッド（１０）に結合された前記フレーム（ＴＣＰ）の原点（Ｏ
ＴＣＰ
）を補正するステップ（１２６）を含んでおり、ステップ（１２６）は、ステップ（ｍ）とステップ（ｎ）の間で実装され、かつ、
（ｐ１）前記プリントヘッド（１０）を、前記固定された表面（Ｓ）に向かい合っておりかつ前記固定された表面に直交するように、前記プリントヘッド（１０）に結合された前記フレーム（ＴＣＰ）の前記原点（Ｏ
ＴＣＰ
）が前記固定された表面（Ｓ）を示す前記数学的表面（Ｐ
ｒｅｆ
ＢＦ
）内にある位置に、配置するステップ（１２６Ａ）と、
（ｐ２）前記プリントヘッド（１０）と前記固定された表面（Ｓ）の間の距離（ｄ
１４－Ｓ
）を測定するステップ（１２６Ｃ）と、
（ｐ３）前記並進パラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
３
）を、前記プリントヘッドに結合された前記基準フレーム（ＴＣＰ）の高さの軸（ｚ）に沿った並進を適用することによって、ステップ（ｐ２）で測定された前記距離が事前決定された距離（ｄ
０
）と等しいように、補正するステップ（１２６Ｄ）と、を含んでいる、ことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｃ）及びステップ（ｄ）はステップ（ｅ）の前に実行され、かつ、ステップ（ｆ）及びステップ（ｇ）はステップ（ｈ）の前に実行される、ことを特徴とする、請求項１から４及び６のうち一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の位置及び前記第２の位置は、任意に選択される、ことを特徴とする、請求項１から４及び６のうち一項に記載の方法。
【請求項９】
前記目的関数又は各目的関数（Ｆ、Ｇ）は、ステップ（ｋ）で、かつ任意にはステップ（ｍ２）で表現された前記偏差の平方の合計である、ことを特徴とする、請求項１から４及び６のうち一項に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｍ）において前記６つのパラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
６
）の前記値を決定することは、非線形方程式系を、近傍の位置からはじめて、最小二乗法、ニュートン法、勾配法、レーベンバーグ－マルカート法、ニュートン－ラプソン法、割線法、二分法、又は反復法に従って偏微分によって解くことによって実行されるか、又は、近傍の位置からはじめて、前記近傍の位置の周辺で前記６つのパラメタ（Ｘ
１
－Ｘ
６
）の領域を離散化し、かつ前記目的関数（Ｆ、Ｇ）を評価することによって解くことによって実行される、ことを特徴とする、請求項１から４及び６のうち一項に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、基本フレーム（ｂａｓｅｆｒａｍｅ）に関連付けられておりかつカメラ及びプリントヘッドを備えている多軸ロボットを較正する方法に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
プリントヘッドを備えた多軸ロボットを用いてコーティング用製品を塗布する分野においては、このプリントヘッドの動作を精確に制御できることが重要であり、特に、このプリントヘッドの、コーティングされる表面に対する位置決めを考慮に入れることによって制御できることが重要である。このようにするために、多軸ロボットは、ロボットの環境を、特に、プリントヘッドがそれに対して位置決めされる、コーティングされる表面を特定できるカメラを、備えている。
【０００３】
現在では、プリントヘッドを備える多軸ロボットの動作は、プリントヘッドに結合された直交フレームの位置及び方向づけは、ロボットの手首部に結合されたフレームに対して、かつ多軸ロボットが配置されている場所に結合された固定された基本フレームに対して知られる、という想定に基づいている。プリントヘッドに結合されたこのフレームの正確な位置は、特に、プリントヘッドがロボットの手首部に取付けられるやり方及びその精度に依存している。
【０００４】
仏国特許出願公開第３０６１０７６号明細書（特許文献１）から、このプリントヘッドの各動作サイクルの前に、プリントヘッドの基準点に対するプリント点の実際の位置の自動検査を実行することによって、そして必要であればプリント点とプリントヘッドの基準点の間の偏差を補正することによって、ロボット上に取付けられたプリントヘッドの位置を較正することが、知られている。この方法は、実装するにはかなり複雑であり、かつこの文献の教示は、較正を最適化しはしない。
【０００５】
他方、独国特許出願公開第１０２０１６２０４１２３号明細書（特許文献２）は、プリントヘッドの微細な位置決めが用いられるラベルを用いたマーキングする方法を開示しているが、どのようにしてこのような微細な位置決めが達成されることができるかを説明してはいない。
【０００６】
したがって、カメラ及びプリントヘッドを備えた多軸ロボットのための効果的な較正方法についてのニーズが存在している。このような方法は、複雑でありすぎることなくかつラベルの使用を必要とすることもなく、容易かつ正確にプリントヘッドをセットアップすることができるものであるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
仏国特許出願公開第３０６１０７６号明細書
独国特許出願公開第１０２０１６２０４１２３号明細書
【発明の概要】
【０００８】
この目的のため、本発明は、多軸ロボットを較正する方法であって、多軸ロボットは、基本フレームに関連付けられており、かつ、カメラと、第１のノズルを少なくとも備えるプリントヘッドと、を備えており、カメラ及びプリントヘッドは、多軸ロボットの手首部に取付けられている、方法に関する。本発明によれば、この方法は、手首部に結合されたフレームにおけるプリントヘッドに関連付けられたフレームの方向位置を決定することから成るのであり、プリントヘッドに結合されたフレームの方向位置は、プリントヘッドに結合されたフレームと手首部に結合されたフレームの間を移る行列の６つのパラメタによって定められている。この方法は、少なくとも、
（ａ）カメラを、基本フレーム内で固定された表面上の、少なくとも１つの点を標的とさせるステップと、
（ｂ）ステップ（ａ）の結果から、固定された表面を示す数学的表面を決定するステップと、
（ｃ）プリントヘッドを固定された表面に対する第１の位置に持ち込むステップであって、第１の位置においては、プリントヘッドは固定された表面に向かうように方向づけられている、ステップと、
（ｄ）プリントヘッドが第１の位置にあるときに、第１のノズルによって、固定された表面上に少なくとも１つの第１のインパクトを塗布するステップと、
（ｅ）カメラを用いて、基本フレームにおける、第１のインパクトの第１の特徴点の座標を測定するステップと、
（ｆ）プリントヘッドを固定された表面に対する少なくとも１つの第２の位置に持ち込むステップであって、第２の位置は、第１の位置と異なっており、かつ、第２の位置においては、プリントヘッドは固定された表面に向かうように方向づけられている、ステップと、
（ｇ）プリントヘッドが第２の位置にあるときに、第１のノズルによって、固定された表面上に少なくとも１つの第２のインパクトを塗布するステップと、
（ｈ）カメラを用いて、基本フレームにおける、第２のインパクトの第２の特徴点の座標を測定するステップと、
（ｉ）固定された表面を示す数学的表面と、第１の位置にある第１のノズルを通る線との間の、第１の交点の座標を、ＢＦ基本フレームにおいて、かつ通過行列を用いて、表現するステップと、
（ｊ）固定された表面を示す数学的表面と、第２の位置にある第１のノズル（Ｂ４）を通る線との間の、第２の交点の座標を、ＢＦ基本フレームにおいて、かつ通過行列を用いて、表現するステップと、
（ｋ）プリントヘッドの各位置及び各インパクトについて、その特徴点の座標及びその交点の座標に基づいて、偏差を表現するステップと、
（ｌ）目的関数を構成するステップであって、目的関数の変数は、ステップ（ｋ）において表現された偏差である、ステップと、
（ｍ）目的関数を最小化する、通過行列の６つのパラメタの値を決定するステップと、
（ｎ）手首部に結合されたフレームにおける、プリントヘッドに結合されたフレームの方向位置を定めるように、ステップ（ｍ）において決定された６つのパラメタを用いるステップと、を含んでいる。
【０００９】
本発明の方法におけるステップにより、手首部に結合されたフレームにおけるプリントヘッドに結合されたフレームの方向位置を定めることが可能になり、それによりプリントヘッドを所定の位置に正しく位置決めすることが可能になる。換言すれば、本発明は、ロボットの手首部に結合された基準フレームにおけるプリントヘッドの位置及び方向づけを知ることを可能にしつつ、一方では、ロボットモデルが、ロボットが設置された部屋に結合された基本基準フレームにおける手首部の位置を知ることを可能にする。したがって、本発明の方法は、プリントヘッドと、このプリントヘッドによってコーティングされる固定された表面の間での相対的な位置を精確に決定することを可能にするのである。
【００１０】
本発明の有利ではあるが必須ではない態様によれば、このような方法は、技術的に可能な組み合わせを考慮に入れつつ、以下の特徴のうち１つ以上を組み入れることができる。
ステップ（ｄ）において、第３のインパクトが、第２のノズルによって、固定された表面上に塗布され、
ステップ（ｅ）において、人物が、基本フレームにおける、第３のインパクトを特徴づける第３の点の座標を、カメラを用いて測定し、
ステップ（ｇ）において、第４のインパクトが、第２のノズルによって、固定された表面上に塗布され、
ステップ（ｈ）において、人物が、基本フレームにおける、第４のインパクトを特徴づける第４の点の座標を、カメラを用いて測定し、
ステップ（ｉ）において、固定された表面を示す数学的表面と、第１の位置にある第２のノズルを通る線との間の、第３の交点の座標が、基本フレームにおいて、かつ通過行列を用いて表現され、
ステップ（ｊ）において、固定された表面を示す数学的表面と、第２の位置にある第２のノズルを通る線との間の、第４の交点の座標が、基本フレームにおいて、かつ通過行列を用いて表現される。
（【００１１】以降は省略されています）

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