JP2006504958A - 製造された部品の取り付けおよび位置合わせを評価する方法 - Google Patents

Abstract

組立環境に関して組立部品の取り付けおよび位置合わせを評価する自動化方法を提供する。この方法は、前記組立部品に関する測定データを集める工程と、組立環境を示すモデルデータを定義する工程と、前記測定データを前記組立環境に関するモデルデータと比較することにより、その組立環境に関して前記組立部品を評価する工程と、を含む。前記組立環境は、組立配置において前記組立部品に隣り合う物体の表面により定義される。

Description

本出願は、米国特許法第３５巻第１１９条（ｅ）に基づき、２００２年１０月３１日に出願された、発明の名称が「製造された部品の取り付けおよび位置合わせを評価する方法」である米国仮出願第６０／４２３，０６５号に基づく優先権を主張するものであり、その明細書および図面は、この参照によって開示に含まれるものとする。

本発明は一般に、品質評価ツールに関し、特に、組立環境の仮想表示に関して、被測定物体の取り付けおよび位置合わせを評価する方法に関する。

従来の品質評価アプローチは典型的には、手動の計測技術を採用している。典型的な自動アプリケーションでは、車両部品または下位組立部品（車両のドアなど）は、特別に作られた固定具に配置される。この固定具は、組立環境において車両部品をシミュレートすることが意図されている。次いで、計測装置は、特別に作られた固定具に関して、車両のドアの取り付けおよび位置合わせを評価するために使用される。本発明は、組立環境に関して、被測定物体の取り付けおよび位置合わせを評価する改良技術を提供する。

［発明の要約］
本発明によれば、組立環境に関して、組立部品の取り付けおよび位置合わせを評価するための自動化方法が提供される。本発明は、組立部品に関する測定データを集める工程と、組立環境を示すモデルデータを定義する工程と、前記測定データを前記組立環境に関するモデルデータと比較することにより、前記組立環境に関して前記組立部品を評価する工程と、を含み、前記組立環境は、組立配置において前記組立部品に隣り合う物体の表面により定義される。

本発明、本発明の目的、および本発明の特徴をより完全に理解するために、下記の明細書および添付の図面を参照すべきである。

好ましい実施形態の詳細な説明

車両組立走査において広く行なわれているタイプのロボットに基づく計測システムの一例を図１に示す。ロボットに基づく計測システム１０は、予め設定された公差（tolerance）内での車両本体部品の組み立てを確保するために頻繁に使用される。例えば、ロボットに基づく計測システム１０は、車両本体のドア１２を測定してもよい。下記の記載は車両のドアに関して提供されるが、本発明が車両のドアおよび／または自動車のアプリケーションに限定されないことは容易に理解できる。

単一の非接触センサ２０は、ロボット２４のロボットアーム２２に取り付けられている。説明のため、非接触センサ２０は、２次元（２Ｄ）測定が可能な外観（contour）センサであってもよい。操作中、センサ２０は、平面構造の光パターンを発する。車両のドアに光を照射することにより、センサ２０によって検出可能である、反射された特徴的な光パターンが得られる。外観センサは、（三角測量を介して）２次元にて、車両のドア上の平面を測定することができる。例示的な外観センサは、米国ミシガン州プライマウス（Plymouth）にあるパーセプトロン．インク（Perceptron, Inc.）から入手可能であるトリカム（ＴＲＩＣＡＭ）（登録商標）外観センサである。しかしながら、接触および非接触を含む他の種類のセンサが本発明の範囲内であることは想定されている。通信ケーブル２８は、センサ２０およびロボット２４のコントローラを、コンピュータで実行される品質評価ツールに接続する。特に、品質評価ツールは、カソード光線チューブディスプレイ３２および任意のプリンタ３４を有する計算装置３０から構成されていてもよい。

車両のドアの３次元表示を生成するためには、ロボットアーム２２は、複数の位置にわたって移動可能である。好ましくは、ロボットアーム２２がドアの表面を横断すると、センサ２０は連続的にデータを得ることができる。言い換えれば、車両のドアに関する測定データは、車両のドアに関して２次元測定センサを「走査」または連続的に移動することにより取得可能である。

本発明によれば、組立環境に関する被測定部品（例えば、車両のドア）の取り付けおよび位置合わせを評価する改良方法が提供される。この改良方法は一般に、物理的な部品に関する測定データを集める工程と、前記測定データを、その組立環境を示すモデルデータと位置合わせする工程と、前記測定データを、前記組立環境に関するモデルデータと比較することにより、前記組立環境に関連して前記部品を評価する工程と、を含む。

この方法論の例示的な実施のより詳細な説明は、図２に関連して記述される。第１に、４２で示される被測定物体に関する走査データが集められる。走査データはさらに、被測定物体の直交座標系において、３次元測定データとして定義される。上述したように、この走査データは、ロボットに基づく計測システムを用いて得てもよい。しかしながら、被測定物体に関する不連続測定データまたは定点測定データは、本発明の範囲内であることが理解される。さらに、測定データを取得する他の技術はまた、本発明のより広い態様の範囲内であることが容易に理解される。例えば、被測定物体に関する測定データは、座標測定機器中の接触プローブを用いて得てもよい。

本発明は限定されないが、車両のドアは好ましくは、測定データの取得中に予め設定された既知の位置に固定されている。次いで、車両のドアの周辺に沿って非接触センサを横断させることにより、測定データが得られる。測定データは、品質評価ツールに関連付けられたデータ記憶装置に記憶させてもよい。得られた測定データは、ロボットの参照フレームに関連して定義されることは理解すべきである。

取り付けおよび位置合わせ評価は、組立環境の仮想表示に関して作成される。組立環境は、組立配置において被測定物体に隣り合う物体によって定義される。例えば、車両のドアに関する組立環境は、隣り合うドアおよび／または車両のドアを嵌める車両本体部分を含んでいてもよい。車両のドアに関して作られた固定具（fixture）の仮想表示が図３に示されている。組立環境の仮想表示は好ましくは、３次元モデルデータを使用して作られる。このモデルデータは、車両の設計中に作られるＣＡＤモデルデータに由来していてもよい。あるいは、このモデルデータは、組立環境にて隣り合う物体の表面をシミュレートする特別に作られた固定具に由来していてもよい。さらに、この仮想表示の少なくとも一部は、付加的な物体（例えば、隣り合うドア，フェンダー，クォーターパネルなど）からの測定データを使用して作られていると想定される。さらに、モデルデータに関する他のソースはまた、本発明の範囲内であることが想定される。

取り付けおよび位置合わせ評価は、ステップ４４にて開かれるソフトウエア実行アプリケーションによって行なわれる。例示的な実施では、評価アプリケーションは、商業的に入手可能なソフトウエアツールのカスタムインテグレーションによって達成される。特に、米国ノースキャロライナ州リサーチ・トリアングル・パーク（Research Triangle Park）のレインドロップ・ジオマジック・インク（Raindrop Geomagic Inc.）から入手可能なＧＥＯＭＡＧＩＣ（登録商標）品質検査ソフトウエアツールは、米国ミシガン州プライマウスのパーセプション・インクから入手可能なＳＣＡＮＷＯＲＫ（商標）と統合される。全体的なカスタムアプリケーションまたは商業的に入手可能なソフトウエアツールの統合は、本発明の範囲内であることは容易に理解される。さらに、プロセスのうち関連があるステップのみが下記に示されているが、システム全体の動作を制御しかつ管理するために、他のソフトウエア実行指示が必要とされるかもしれない点は理解すべきである。

評価を行なう前に、必須のデータが評価アプリケーションによってインポートされる。ステップ４６において、組立環境に関するモデルデータが、評価アプリケーションにインポートされる。同様に、ステップ５０において、被測定物体に関する測定データが、前記アプリケーションにインポートされる。

また、ステップ４８において、検査点のリストが評価アプリケーションにインポートされる。検査点は、被測定物体に沿った位置として、システムのユーザによって認識される。前記位置では、評価測定が報告される。検査点は種々の方法でインプットすることができる。例えば、検査点は、ユーザインターフェイスとの相互作用を介して確立されてもよいし、あるいは、各検査点を定義するパラメータを含むＡＳＣＩＩ型データファイルを介してインポートされてもよい。別の例としては、検査点は、位置合わせされた測定データおよび組立環境に関するモデルデータについて、ソフトウエアの実行による分析を行なうことによって決定してもよい。

測定データを仮想表示と比較するために、測定データは、ロボットの参照フレームから、組立環境に関連付けられた参照フレームへと変換（translate）される。好ましい実施では、取り付けおよび位置合わせを評価するために用いられる特別に作られた固定具に、車両部品または下位組立部品が物理的に配置されるような方法を精密に複製する方法を用いて、測定データが位置合わせされる。例えば、「上下」の方向に配置させる２つの四角形のスロット、「前後」の方向に配置させる単一の停止／ポイント、および「車を横切る」方向に配置させる３つのネットポイントを用いて、ドアの下位組立部品を、特別に作られた固定具に配置させることができる。本発明では、これらの同じ特徴が走査され、ロボットの参照フレームにてこれらの位置が計算される。次いで、これらの値は、組立環境においてモデルデータ内で見出される同じ特徴に関する名目上の値と比較されて、引き続くすべての走査データで使用される数学的変換がなされる。測定データを位置合わせするために使用される機能の種類および数が多種多様であることは、容易に理解される。本発明の重要な特徴は、製造プラントで使用される幅広い種類の物理的位置の仕組みを模倣するための融通性である。

次に、ステップ５４にて、被測定物体の周辺に沿って、切断平面が評価アプリケーションによって生成される。各切断平面３６は、図３に示されるように、被測定物体の端部に垂直であり、かつ、測定データと組立環境における参照表面との両方と交差する。切断平面は、各検査点にて生成される。

切断平面に沿ったデータは、被測定物体とその組立環境との間の取り付けを評価するために用いられる。例示的な実施形態においては、評価アプリケーションは、５６で示されるように、各検査点における隙間（gap）データおよび段差（flush）データを計算する。隙間および段差は、ＳＣＡＮＷＯＲＫＳツールキットソフトウエアによって支持される既知のアルゴリズムを用いた交差データから計算されてもよい。他の種類の評価（縁半径（hem radius）測定，シール隙間（seal gap）測定、および窓ガラス清掃測定）はまた、本発明の範囲内であることは容易に理解される。

次いで、評価結果がシステムのユーザに提供される。例えば、ステップ５８において、評価結果は、グラフィックユーザインターフェイス上に表示されてもよい。例示的な実施形態においては、図４Ａおよび図４Ｂにそれぞれ示されるように、隙間および段差の両方に関して定性的な、色でコード化されたグラフィックを、ユーザが閲覧できるようにすることができる。色でコード化されたグラフィックは、取り付けおよび位置合わせ評価を即座かつ全体的に総括することができる。付加的には、ステップ６０において、評価アプリケーションは、隙間測定および段差測定において、より定性的に表形式化されたグラフィックレポートを生成してもよい。表形式化されたグラフィックレポートの一例が、図５Ａおよび図５Ｂに示されている。いずれの場合においても、ユーザにはまた、引き続く分析および／または報告に関する評価結果を保存する選択が提示されることが想定される。これらの表示ステップおよび報告ステップは本発明において本質的ではないことは容易に理解される。そのうえ、他の種類の視覚的表示および／またはテキストでの報告はまた、本発明に適切であることはさらに理解される。

最後に、ステップ６２において、評価アプリケーションが、被測定物体が予め設定された仕様に適合するかどうかを決定する。特に、各検査点における隙間測定および段差測定を、予め設定された閾値または公差の値と比較してもよい。各評価測定が仕様に適合する場合、ステップ６２において、システムのユーザには許可の指示が提供される。次いで、ユーザは、ステップ６４において、その支持固定具から被検査物体を取り外してもよく、該当する場合、別の物体を前記固定具に取り付ける。この場合、ステップ６６において、ユーザは新しい検査サイクルを開始することができる。ユーザを警告するために、様々な種類のインディケータ（例えば、視覚的、聴覚的など）を使用してもよい。

あるいは、１またはそれ以上の評価測定が仕様に適合しない場合、ステップ７０において、システムのユーザに「誤り」のインディケータが提供される。この場合、７２にて、ユーザは、ステップ７４において、より詳細な根本的原因の分析をユーザのかわりに行なう熟練のプロセスエンジニアに通知してもよい。システムのユーザおよび／またはプロセスエンジニアによって、他の種類の救済措置が行なわれてもよいことは容易に理解される。

本発明を現在好ましい形態にて説明してきたが、本発明は、付随するクレームに記載された本発明の目的から逸脱しない範囲において変更可能であることは理解されるだろう。例えば、本発明の評価方法論は、異なる種類の物体（限定されないが、金属，プラスチックなどの異なる材料からなる物体だけでなく、彩色物体および非彩色物体を含む）に適用可能であることが想定される。

図１は、本発明にかかるロボットに基づく計測システムの一例を示す図である。 図２は、本発明にかかる組立環境に関する被測定部分の取り付けおよび位置合わせを評価する方法を示すフローチャートである。 図３（図３Ａ）は、本発明にかかる車両のドアのために作られた固定具の一例を仮想的に示す図である。 図４Ａは、その組立環境の仮想表示に関する車両のドアについて、色でコード化された隙間の測定データおよび段差の測定データを表示するユーザインターフェイスの一例を示す。 図４Ｂは、その組立環境の仮想表示に関する車両のドアについて、色でコード化された隙間の測定データおよび段差の測定データを表示するユーザインターフェイスの一例を示す。 図５Ａは、本発明にかかる車両のドアに関する隙間の測定データおよび段差の測定データのための定量的な表形式のレポートを示す。 図５Ｂは、本発明にかかる車両のドアに関する隙間の測定データおよび段差の測定データのための定量的な表形式のレポートを示す。

Claims (9)

1. 組立環境に関して、被測定物体を評価する自動化方法であって、
   被測定物体に関する測定データを集める工程と、
   前記被測定物体に関する組立環境を示すモデルデータを定義する工程と、
   前記測定データを前記組立環境に関するモデルデータと比較することにより、前記組立環境に関連して前記被測定物体を評価する工程と、
   を含み、
   前記組立環境は、組立配置において前記被測定物体に隣り合う物体の表面により定義される、方法。
2. 請求項１において、
   前記測定データを集める工程は、非接触センサを用いて、前記被測定物体を示す画像データを取り込む工程をさらに含み、
   前記画像データは、第１の参照フレームに関して定義される、方法。
3. 請求項１または２において、
   前記測定データを前記モデルデータと比較する前に、前記被測定物体に関する前記測定データを、組立環境を示すモデルデータに位置合わせする工程をさらに含む、方法。
4. 請求項３において、
   前記位置合わせする工程は、前記測定データを、前記第１のフレームから第２のフレームへと変換させる工程を含み、
   前記第２のフレームは、前記組立環境に関する前記モデルデータに関連付けられている、方法。
5. 請求項１において、
   前記被測定物体の周辺に沿って、１またはそれ以上の検査点を定義する工程と、
   各検査点において前記測定データを前記モデルデータと比較する工程と、
   をさらに含む、方法。
6. 請求項１において、
   前記測定データを前記モデルデータと比較する工程は、前記被測定物体と前記組立環境の隣り合う表面との間に、少なくとも１つの隙間指標および段差指標を計算する工程をさらに含む、方法。
7. 組立環境に関して組立部品の取り付けおよび位置合わせを評価する自動化方法であって、
   前記組立部品に関する測定データを集める工程と、
   組立環境を示すモデルデータを定義する工程と、
   前記測定データを、前記組立部品に関する組立環境を示すモデルデータに位置合わせする工程と、
   前記測定データを、前記組立環境に関するモデルデータと比較することにより、前記組立環境に関して前記組立部品の取り付けおよび位置合わせを評価する工程と、
   を含み、
   前記測定データは、第１の参照フレームに関して定義され、
   前記組立環境は、組立配置において前記組立部品に隣り合う物体の表面により定義される、方法。
8. 組立環境に関して組立部品を評価する品質評価システムであって、
   移動可能なロボット部材に設けられ、前記組立部品の表面を示す測定データを集めるように動作可能な非接触センサと、
   組立環境を示すモデルデータを記憶するデータ構造と、
   前記組立部品に関する測定データを受け取り、かつ、前記測定データを、前記組立環境に関する前記モデルデータと比較するように動作可能である評価アプリケーションと、
   を含み、
   前記組立環境は、組立配置において前記被測定物体に隣り合う物体の表面により定義され、
   前記評価アプリケーションは、前記組立環境に関して前記組立部品の取り付けおよび位置合わせを評価する、品質評価システム。
9. 請求項９に記載の品質評価システムであって、
   前記評価アプリケーションはさらに、前記測定データを前記モデルデータと比較する前に、前記測定データを、前記組立環境を示す前記モデルデータに位置合わせするように動作可能である、品質評価システム。

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