JP2012014569A

JP2012014569A - 組立シーケンス生成システム、プログラム及び方法

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Publication number: JP2012014569A
Application number: JP2010152143A
Authority: JP
Inventors: Atsuko Enomoto; 敦子榎本; Daisuke Tsutsumi; 大輔堤; Junichi Hirai; 純一平井; Kiichiro Iida; 喜一郎飯田; Tsutomu Sasaki; 勤佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: JP5686538B2

Abstract

【課題】
周辺部品との干渉を回避した組立運動と組立順序に基づいて組立品の組立シーケンスを生成する。
【解決手段】
組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立シーケンスを生成する組立シーケンス生成システムを、複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得する部品配置・近接関係取得部と、複数の部品の組立単位を設定する組立単位設定部と、部品配置・近接関係取得部で取得した部品配置、部品近接関係と組立単位設定部で設定した組立単位とから、複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成する組立シーケンス生成部と、組立シーケンス生成部で生成した組立シーケンスから複数の部品の組立の動作とこの組立の動作を観察するカメラ視点とを生成する組立アニメ生成部と
を備えて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明はコンピュータを用いて組立順序と組立運動から成る組立シーケンス及び分解順序と分解運動から成る分解シーケンスを生成する技術、特に組立シーケンス生成システム、プログラム及び方法に関する。

組立品のＣＡＤモデルから取得される幾学的なアセンブリ拘束情報から構成部品の分解及び組立運動を生成する技術が在る。例えば特許文献１には、アセンブリ拘束情報から構成部品の分解及び組立運動を生成する際の組立及び分解順序は、アセンブリ拘束の1つである平面拘束の順序を順列により生成して設定している。

特開２００８−４６９２４号公報

ＣＡＤ上で部品を組み立てる際に部品間に設定する幾何学的拘束関係であるアセンブリ拘束により、部品の配置は空間上で一意に決定される。しかし、６次元を超える幾何学的拘束関係を付けられないため、周辺の部品との全ての幾何学的拘束関係を含んではいない。従って、アセンブリ拘束情報から部品の組立運動を生成した場合、周辺の部品と干渉する運動も生成してしまう可能性がある。部品の組立順序を変更した場合には周辺部品の有無により干渉を回避した組立運動を生成することもできない。本発明は、周辺部品との干渉を回避する組立運動と組立順序を生成することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明では、組立及び分解運動を生成しようとする対象部品に対し、対象部品の周辺に配置されている周辺部品群との幾何学的近接関係をＣＡＤから取得し、幾何学的近接関係から周辺部品群と干渉しない運動方向を算出するようにした。

即ち、本発明では、組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立シーケンスを生成する組立シーケンス生成システムを、複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得する部品配置・近接関係取得部と、複数の部品の組立単位を設定する組立単位設定部と、部品配置・近接関係取得部で取得した部品配置、部品近接関係と組立単位設定部で設定した組立単位とから、複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成する組立シーケンス生成部と、この組立シーケンス生成部で生成した組立シーケンスから複数の部品の組立の動作とこの組立の動作を観察するカメラ視点とを生成する組立アニメ生成部とを備えて構成した。

また、上記目的を達成するために、本発明では、組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立シーケンスを生成する組立シーケンス生成プログラムを、複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得する部品配置・近接関係取得機能と、複数の部品の組立単位を設定する組立単位設定機能と、部品配置・近接関係取得部で取得した部品配置、部品近接関係と組立単位設定部で設定した組立単位とから、複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成する組立シーケンス生成機能と、この組立シーケンス生成部で生成した組立シーケンスから複数の部品の組立の動作と該組立の動作を観察するカメラ視点とを生成する組立アニメ生成機能とを備えて構成した。

更に、本発明では、組立シーケンス生成方法を、複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得し、複数の部品の組立単位を設定し、ＣＡＤから取得した部品配置、部品近接関係の情報と設定した組立単位の情報とから、複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成し、この生成した組立シーケンスに基づいて複数の部品の組立の動作とこの組立の動作を観察するカメラ視点とを決めて組立アニメを生成するようにした。

本発明により、周辺部品と干渉しない組立及び分解動作と組立及び分解順序をＣＡＤのアセンブリモデルから自動的に生成することが可能となり、組立作業指示の工数の低減効果を得られる。

本発明の一実施例にかかるシステムの構成図である。本発明の一実施例にかかる組立シーケンス生成処理の流れである。本発明の一実施例にかかる部品の近接関係の例である。本発明の一実施例にかかる組立単位の設定の例である。本発明の一実施例にかかる組立運動生成処理の流れである。本発明の一実施例にかかる分解運動の例である。本発明の一実施例にかかる組立アニメデータの構成を示すデータリストの図である。本発明の一実施例にかかる組立アニメを表示した画面の一例を示す画面の正面図である。本発明の一実施例にかかる作業支持図を表示した画面の一例を示す画面の正面図である。

図１に本発明を実現するコンピュータシステムの構成を示す。本コンピュータシステムは、制御手段１、処理手段２、記憶手段３、入力手段４、出力手段５及びそれらを接続する接続線６の構成から成る。接続線６にはＣＡＤシステム７も接続されている。制御手段１及び処理手段２は例えばＣＰＵなどのプロセッサであり、記憶手段３は例えばＨＤＤや半導体メモリであり、入力手段４は例えばキーボードやマウスであり出力手段５は例えばディスプレイやプリンタであり、接続線６は例えば接続コードやネットワークである。
処理手段２は制御手段１に制御されて、ＣＰＵなどのプロセッサに記憶されたプログラムを実行することによって、部品配置・近接関係取得部２０１、組立単位設定部２０２、組立シーケンス生成部２０３、組立アニメ生成部２０４、作業指示書作成部２０５として機能する。記憶手段３は、制御手段１で制御されてＣＡＤ７からダウンロードされた組立モデルデータ３０１、処理手段２で処理して得られた部品間近接関係データ３０２、組立単位データ３０３、組立シーケンスデータ３０４、組立アニメデータ３０５、作業指示書３０６を記憶している。

次に、本システムの処理フローを図２を用いて説明する。ステップＳ２１では、制御手段１で制御してＣＡＤ７から組立シーケンスを生成しようとする組立モデルに関連する部品のリストをダウンロードして出力手段５の画面上に表示する。オペレータは、この部品リストが表示された画面上で組立シーケンスの対象となる部品を選択する。この選択された組立シーケンスの対象となる部品のデータを登録して、記憶手段３の組立モデルデータ記憶部３０１に記憶する。

ステップＳ２２で、処理手段２は、ＣＡＤ７からダウンロードされた部品リストから抽出されて組立モデルデータ記憶部３０１に記憶された組立モデルデータから、部品配置・近接関係取得部２０１で各部品の配置及び部品間の近接関係を評価して部品配置・近接関係データ３０２を取得して記憶手段３に格納する。
ステップＳ２３では、組立モデルデータ記憶部３０１に記憶された組立モデルデータを出力手段５の画面上に表示し、オペレータによりこの画面上で同時に組立を行う組立単位を設定して処理手段２の組立単位設定部２０２で入力手段４からユーザにより入力された部組として動かす部品群や同時の組み立て動作で組み立てる部品群について、組立単位データ３０３として記憶手段３に格納する。

ステップＳ２４では、処理手段２ですでに求めて記憶手段３に記憶してある部品配置・近接関係データ３０２と組立単位データ３０３とを用いて処理手段２の組立シーケンス生成部２０３で処理して組立シーケンスデータ３０４を生成し記憶手段３に格納する。

ステップＳ２５では、処理手段２のカメラ視点付組立アニメ生成部２０４で記憶手段３に記憶されている組立シーケンスデータ３０４を用いて視点付組立アニメデータ３０５を生成し記憶手段３に格納する。

ステップＳ２６では、作成した視点付組立アニメデータ３０５に基づいて、作業指示書を作成する。
次に、図２の各ステップの詳細について説明する。
[ステップＳ２２：部品配置・近接関係の取得]
ステップＳ２２は組立品及び、その構成部品の配置情報として、組立品または構成部品を内包する最小の直方体の８頂点のＣＡＤのワールド座標における座標を取得する。

次にステップＳ２２のもう１つの機能である部品間近接関係の取得について説明する。

図３のように組立品３０を構成する部品３１は周辺の部品３２、部品３３と近接して配置されている。部品３１と部品３２とは同軸の円筒面３１１で近接しており、部品３１と部品３３は平面３１２で近接している。部品配置・近接関係取得部２０１は、近接するサーフェスの種類と幾何情報を以下のように取得する。
（１）円筒面：円筒軸の方向ベクトル３４と円筒底面の円の中心の座標値と半径
（２）平面：ソリッド外向き法線ベクトル３５と平面上の直行２軸３６、３７と
原点座標
（３）円錐面：円錐軸の方向ベクトルと円錐底面の円の中心の座標値と半径
ここで２つの部品において、あるサーフェス間の距離が、ユーザが指定する閾値以下の場合にこれらの部品の２つのサーフェスは近接すると判断する。

[ステップＳ２３：組立単位の設定]
処理手段２の組立単位設定部２０２で実行するステップＳ２３の組立単位の設定について図４を用いて説明する。ステップＳ２１によりロードされる組立モデルは図４（ｂ）に示すような設計者の構成した部品単位４１となるため、図４（ａ）に示すような一つのユニット４０を組み立てるときの組立単位と異なる場合が多い。そこでステップＳ２３では組立シーケンスの部品単位４２を以下のように設定する。
組立シーケンス生成の対象となる部品の設定４３
部組品として組立てる部品群の設定４４
部組品ではないが同時に組み立て動作を行う部品の設定４５
図４の例では、図４（ｂ）に示すように設計上の部品単位４１は８つであるが、図４（ｃ）に示すように組立シーケンスの部品単位４２は４つに設定されている。以後の説明での組立シーケンス生成における部品とは、ステップＳ２３で設定された図４（ｃ）に示すような構成の部品単位を指す。

[ステップＳ２４：組立シーケンス生成]
処理手段２の組立シーケンス生成部２０３で実行するステップＳ２４の組立シーケンス生成について説明する。本実施例では、ＣＡＤの組立モデルから分解シーケンスを生成し、分解シーケンスの分解順序を逆順に、分解運動ベクトルの符号を反転することにより組立シーケンスを生成する。

図５に分解シーケンスの生成と分解シーケンスから組立シーケンスを生成する処理フローを示す。

ステップＳ５１は記憶手段３に記憶されている部品配置・近接関係データ３０２の各対象部品を内包する最小直方体の８頂点から最小直方体の６つの構成平面を構成し以下のような部品の分解順序案を生成する。
構成部品うち、最小直方体の６つの構成平面のいずれかが、鉛直方向で高い順に構成部品の順序を並べる。
ユーザにより指定された方向軸に対し、最小直方体の４つの構成面が平行な部品群について、該当する４つの構成面に対し、部品間で内包関係が成立する部品群を、内側からあるいは外側からの順序に並べる。

ここで、（２）の方法において互いに内包・外包関係にあたらない２部品については、順位が決定できない。その場合、（１）により部品間の順序に序列をつけることにより、全ての部品間に序列を付けることが可能である。（１）の方法は単独で全ての部品間に序列をつけることができるが、同じ順位となる部品については、例えば、最小直方体の６つの構成平面のいずれかが左側の部品を高い順位にするなどのように条件を付加することも可能である。

ステップＳ５２はステップＳ５１で生成した分解順序の順番iを初期化する。ステップＳ５３で順番iが分解順序の最終順番に達したか否かを判断し、達していないと判断した場合（Noの場合）、ステップＳ５４では、分解順序iの対象部品p(i)について、後述する方法により分解運動ベクトル集合v(i)を算出する。ステップＳ５５で分解運動が生成されたか否かを判定する。近接部品との干渉で分解運動が生成されない場合（Yesの場合）、ステップＳ５６で対象部品p(i)の順序をi+1に先送りしてステップＳ５３に戻る。分解運動が生成された場合は（Noの場合）、ステップＳ５７により次の順序であるi+1に処理を進めてステップＳ５３に戻る。
次に、ステップＳ５３において分解順序の最終順番まで分解運動生成を終了したと判断された場合（Yesの場合）、ステップＳ５８に進んで分解順序を逆順にして組立順序として格納する。次にステップＳ５９により組立順序の全ての順番iについて分解運動v(i)のベクトル符号を反転して組立運動u(i)として格納する。

[ステップＳ５４：分解運動の算出]
ステップＳ５４の分解運動の算出について図６に示した構成のモデルの場合について説明する。
まず、ここでは分解運動算出の対象部品p(i)をaとする。図６の例では６１が部品a、部品６２が部品aと円筒面６１１で近接し、部品６３が部品aと平面６１２で近接している。部品aと近接するサーフェスｊについて、サーフェスｊの種類が円筒面及び円錐面の場合、運動ベクトルの集合は、円筒面の中心軸e_iを用いて(数１)のように算出する。

サーフェスｊの種類が平面の場合、運動ベクトルの集合は、部品６３の平面のソリッド外向き法線と平面上の直交ベクトルから(数２)のように算出する。

部品aに複数の近接サーフェスが在る場合は、サーフェスごとの運動ベクトル集合の和集合を部品aの運動ベクトル集合（数３）とする。

ここで対象部品aは、近接平面により運動の動作領域が制限され、部品aは近接平面ｊと干渉する可能性がある。

近接平面ｊの運動領域集合を以下の(数４)のように算出する。

運動ベクトル集合M_aに属する運動ベクトルm_iに対し、動作領域集合D_aの要素ベクトルd_jによる制限を加味した

零ベクトル以外の再補正運動ベクトルを要素として、部品aの分解運動ベクトル集合V(i)とすると、V(i)は(数７)で表される。

以上の処理により部品aについて近接面と干渉しない複数の組立運動ベクトルが生成され、符号を反転して(数８)で表される組立運動ベクトル集合U(i)として組立順序とともに記憶部２に組立シーケンスデータとして格納される。

[ステップＳ２５:カメラ視点付組立アニメ生成]
ステップＳ２５の組立アニメ生成について説明する。ステップＳ２５は、ステップＳ２４で作成されて記憶手段２に記憶されている組立シーケンスデータ１３から組立アニメデータを生成し、記憶手段２の組立アニメデータ１４として格納する。

組立アニメデータは図７に示すように、動かす対象の部品名７０１と動かす方向である組立運動ベクトル７０２とカメラ視点７０３のデータから成る。これらのデータを、総組７１０の単位で、部組品７２０ごとに関連付けて記憶手段２に組立アニメデータ１４として格納されている。

次に、カメラ視点を設定するためのカメラ姿勢の算出方法について説明する。組立順序の順番iで組み立てる部品p(i)の組立運動ベクトルをu_kとし、組立品のアセンブリモデルの基準座標系を[X,Y,Z]とし、カメラ姿勢を[X_c,Y_c,Z_c]としたとき、（数９）により初期カメラ姿勢を算出する。

算出した初期カメラ姿勢の各軸X_c, Y_c,Z_c周りに、ユーザがあらかじめ設定した角度だけカメラ姿勢を回転することにより組立運動ベクトルu_kに対するカメラ姿勢を算出する。

この算出したカメラ姿勢から組立品のアセンブリモデルを観察している状態で、部品p(i)が組立運動ベクトルu_kで移動して組立品のアセンブリモデルに組みつけられる様子をアニメとして作成する。

次に、カメラ姿勢を調整する方法について説明する。算出したカメラ姿勢から見た組立品の三次元モデルを出力手段４の画面上に例えば図８のように画面８００上の三次元モデル表示領域８０１にアニメ画像８０２を表示する。オペレータはこの画面８００上で、表示されたアニメ画像８０２を直接操作(上下、左右、回転、拡大、縮小)して、カメラ姿勢（位置も含む）を調整することができる。

カメラ姿勢調整はアセンブリモデルに組み付ける順番に組立品毎に行われ、変更した順番以降のカメラ姿勢が全て変更されるようになっている。

例えば、a(aは任意の自然数)番目まである組立順番においてn(n≦a)番でカメラ姿勢をＡに変更したならば、ｎ以上ａ以下までの組立順番に対してカメラ姿勢Ａが反映される。あらかじめm(n＜m≦a)の組立順番でカメラ姿勢をＢに変更している場合はn以上m-1以下までの組立順番に対してカメラ姿勢Ａが反映される。逆に後からm番の組立順番でカメラ姿勢をＢに変更すればm以上a以下の組立順番に対してカメラ姿勢Ｂが反映される
組立順番通りに三次元モデルを組立てる様子を、設定したカメラ姿勢で表示するアニメを見て、組立順番とカメラ姿勢を確認することができる。

アニメは任意の順番から再生することができ、また、任意の順番で終了することができる。アニメの再生スピードを変更することや、一つのブロックが一フレームを構成するようなフレーム単位でフレーム送りやフレーム戻しを行うことができ、作業者は自分に合ったスピードでアニメを見て確認することができる。

アニメを見る場合は、図８の「アニメ再生」ボタン８１２を押す。アニメ再生ボタン８１２を押すと三次元モデル表示領域８０１に表示されている三次元モデル８０２が動き出し、前記のアニメを見ることが可能となる。このとき、アニメの開始位置を予め設定しておくことにより指定した組立順番から組立てアニメを見ることが可能になる。アニメ再生を途中で終了する場合は、再生中にボタン８１２が「アニメ停止」ボタンに変わっているので、このボタンを押してアニメを停止する。組立順番とカメラ姿勢の確認が終わり、作成したアニメを保存する場合は「アニメ保存」ボタン８１３を押して編集したアニメを保存し、「終了」ボタン８１４を押すことでアニメ編集作業を終了する。

つぎに、この編集したアニメに基づいて、作業指示書を作成する。図８の画面において「作業指示書作成」ボタン８１４を押すと、図９に示すような作業指示書の画面に変わる。この図では、作業指示書表示領域９０１にハイライト部品として部品９０２の作業指示書が表示されている場合について示している。９０３の欄には、ハイライト部品９０２に関する品質確認情報として、部品名や図番、員数などの情報が表示され、９０４の欄には、ハイライト部品９０２を組み付ける作業をする上での注意事項が表示される。画面右下の「次へ」ボタン９１１をクリックすると、現在表示されているハイライト部品９０２の次に組み付ける部品に関する情報が作業指示書表示領域９０１に表示される。また「戻る」ボタン９１２をクリックすると、現在表示されているハイライト部品９０２の前に組み付ける部品に関する情報が作業指示書表示領域９０１に表示される。

各部品の作業指示書の確認が終わると、「終了」ボタン８１５をクリックして作業を終了する。

１・・・処理部２・・・記憶部３・・・入力部４・・・出力部
５・・・接続線６・・・ＣＡＤ７・・・部品配置・近接関係取得部
８・・・組立単位設定部９・・・組立シーケンス生成部、
１０・・・組立アニメ生成部１１・・・部品間近接関係データ
１２・・・組立単位データ１３・・・組立シーケンスデータ
１４・・・組立アニメデータ。

Claims

組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立シーケンスを生成する組立シーケンス生成システムであって、
前記複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得する部品配置・近接関係取得部と、
前記複数の部品の組立単位を設定する組立単位設定部と、
前記部品配置・近接関係取得部で取得した部品配置、部品近接関係と前記組立単位設定部で設定した組立単位とから、前記複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成する組立シーケンス生成部と、
該組立シーケンス生成部で生成した組立シーケンスから前記複数の部品の組立の動作と該組立の動作を観察するカメラ視点とを生成する組立アニメ生成部と
を備えたことを特徴とする組立シーケンス生成システム。
前記組立アニメ生成部で生成した前記複数の部品の組立の動作に基づいて作業指示書を作成する作業指示書作成部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の組立シーケンス生成システム。
前記組立単位設定部は、前記組立品を構成する部品を組立作業の動作単位である組立単位に設定しなおし、前記組立シーケンス生成部は、前記組立単位設定部で設定しなおした組立単位を用いて前記組立シーケンスを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の組立シーケンス生成システム。
前記組立アニメ生成部で生成した前記複数の部品の組立の動作を画面上に表示する表示手段と、該複数の部品の組立の動作が表示された表示手段の画面上で前記カメラ視点におけるカメラ姿勢を調整するカメラ視点調整手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の組立シーケンス生成システム。
組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立シーケンスを生成する組立シーケンス生成プログラムであって、
前記複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得する部品配置・近接関係取得機能と、
前記複数の部品の組立単位を設定する組立単位設定機能と、
前記部品配置・近接関係取得部で取得した部品配置、部品近接関係と前記組立単位設定部で設定した組立単位とから、前記複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成する組立シーケンス生成機能と、
該組立シーケンス生成部で生成した組立シーケンスから前記複数の部品の組立の動作と該組立の動作を観察するカメラ視点とを生成する組立アニメ生成機能と
を備えたことを特徴とする組立シーケンス生成プログラム。
前記組立アニメ生成機能により生成した前記複数の部品の組立の動作に基づいて作業指示書を作成する作業指示書作成機能を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の組立シーケンス生成プログラム。
前記組立単位設定機能は、前記組立品を構成する部品を組立作業の動作単位である組立単位に設定しなおし、前記組立シーケンス生成機能は、前記組立単位設定機能により設定しなおした組立単位を用いて前記組立シーケンスを生成することを特徴とする請求項５又は６に記載の組立シーケンス生成プログラム。
前記組立アニメ生成機能により生成した前記複数の部品の組立の動作を画面上に表示する表示機能と、該複数の部品の組立の動作が表示された表示手段の画面上で前記カメラ視点におけるカメラ姿勢を調整するカメラ視点調整機能とを更に備えたことを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の組立シーケンス生成プログラム。
組立品を構成する複数の部品を順次組み立てる組立シーケンスを生成する組立シーケンス生成方法であって、
前記複数の部品のそれぞれの配置と他の部品との近接関係の情報をＣＡＤから取得し、
前記複数の部品の組立単位を設定し、
前記ＣＡＤから取得した部品配置、部品近接関係の情報と前記設定した組立単位の情報とから、前記複数の部品の組立シーケンスを近接する部品と干渉しないようにして生成し、
該生成した組立シーケンスに基づいて前記複数の部品の組立の動作と該組立の動作を観察するカメラ視点とを決めて組立アニメを生成する
ことを特徴とする組立シーケンス生成方法。
前記生成した組立アニメにより前記複数の部品の組立の動作に基づいて作業指示書を作成することを特徴とする請求項９記載の組立シーケンス生成方法。
前記組立単位を設定することが、前記組立品を構成する部品を組立作業の動作単位である組立単位に設定しなおし、前記組立単位で設定しなおした組立単位を用いて前記組立シーケンスを生成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の組立シーケンス生成方法。
前記生成した組立アニメによる前記複数の部品の組立の動作を画面上に表示し、該複数の部品の組立の動作が表示された画面上で前記カメラ視点におけるカメラ姿勢を調整することを特徴とする請求項９乃至１１の何れかに記載の組立シーケンス生成方法。