JP2583553B2 - 車体部品の基準位置計測方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、車体部品における穴位置等の基準位置が所
定の位置にあるか否かなどを計測判定する基準位置計測
方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、穴位置等の基準位置が所定の位置にあるか否
かを、またその大きさが所定の大きさであるか否かを自
動的に計測判定する方法としては、３次元測定装置の使
用がよく知られている。しかし、この３次元測定装置
は、通常、大型でかつ高価なものであり、また、部品内
部等にある基準位置の計測ができないという欠点もある
ため、自動車の生産ラインや検査ラインでは余り用いら
れていない。

一方、このような３次元測定装置の問題点を解決する
ために、最近、多関節ロボットの先端にレーザー距離計
や触針距離計を設けてなるものが開発されてきている。
この先端に距離計を有する多関節ロボットによる基準位
置の計測方法は、例えば車体部品の穴位置を計測する場
合、先ず、基準となる車体部品において計測すべき穴位
置をロボットに覚えさせるロボットティーチングを行
う。この際、距離計により穴までの距離と穴の大きさを
計測し、この計測結果を基本データとして記憶する。そ
の後、測定する車体部品に対してロボット先端の距離計
がロボットにより自動的に位置決めされ、該距離計によ
り穴までの距離と穴の大きさを測定し、この測定結果を
上記基本データと比較して両者の偏差により良否を判定
するようになっている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記従来の多関節ロボットによる基準位置
計測方法では、距離計としてレーザー距離計を用いた場
合、ロボットティーチングの際、レーザー距離計の中心
が穴中心に完全に一致するように設定する必要があるな
ど、ロボットティーチングが非常に面倒で手間が掛かる
という問題がある。一方、距離計として触針距離計を用
いた場合、その触針のテーパ部の寸法分しか穴位置のず
れを測定することができず、位置ずれの測定範囲が非常
に狭いという問題がある。

また、車体部品の穴位置がずれていると判定された場
合、そのずれが原図座標（車体部品の設計で用いる３軸
直交座標）でどの程度のものであるかを表示することが
必要であるが、多関節ロボットの作動状態を示す座標
は、３次元計測装置の場合の如く原図座標に対応してい
ないため、ロボット座標において求められたずれを座標
変換という複雑な計算によって原図座標のずれに直さな
ければならず、その結果、コンピュータに容量の大きな
ものを使用しなければならず、コスト的に高くなるとと
もに、計測時間が長くなるという問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、従来の距離計の代りにカメラを多
関節ロボットの先端に設け、これにより、基準位置の計
測を迅速かつ確実に行うことができるとともに、位置ず
れの計測範囲が広く、また原図座標でのずれ表示を容易
に行い得る基準位置計測方法を提供せんとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、多関
節ロボットと該ロボットの先端に設けられたカメラとを
用いて車体部品の基準位置を計測する基準位置計測方法
として、基準となる車体部品に対してその計測すべき基
準位置の周辺に、原図座標軸に基づく座標軸方向と単位
長さとを示すマークを施すこと、設計原図から得た車体
部品の基準位置の基準面に対する角度情報を基本データ
として記憶すること、上記多関節ロボットのティーチン
グにより上記カメラを上記基準となる車体部品の基準位
置に対して面直となるように位置決めした状態で該カメ
ラにより上記マークをカメラ座標上に読み取り、基本デ
ータとして記憶すること、測定する車体部品に対して多
関節ロボットのプレイバック作動によって自動的に位置
決めされたカメラにより、該車体部品の基準位置をカメ
ラ座標上に読み取ること、この読み取られた車体部品の
基準位置の測定データを上記基本データと比較して該基
準位置のカメラ座標での偏差を算出し、このカメラ座標
での偏差を上記マークの座標軸方向と単位長さ及び上記
基準位置の基準面に対する角度情報に基づいて補正して
原図座標での偏差を求めることからなるものとする。

（作用） 上記の構成により、本発明では、ロボットティーグの
際、多関節ロボット先端のカメラを基準となる車体部品
の計測すべき基準位置に対して面直となるように位置合
わせして、その基準位置の周辺に施されたマークをカメ
ラ座標上に読み取る必要があるが、このカメラによるマ
ークの読み取りにおいては、カメラ座標上の中心とマー
クとが略一致すれば足り、従来のレーザー距離計の場合
の如く距離計の中心と基準位置とが完全に一致しなけれ
ばならないというものではないので、その分ロボットテ
ィーチングを容易にかつ迅速に行うことができる。

また、測定する車体部品の基準位置が所定の位置（ロ
ボットにより自動的に位置決めされるカメラに対向する
位置）からずれている場合でも、カメラによって読み取
れる範囲がかなり広いので、位置ずれの計測範囲も大幅
に拡大されることになる。

さらに、基準位置の位置ずれを原図座標で表示する場
合、原図座標での位置ずれ量を示す偏差は、多関節ロボ
ットの作動状態を示すロボット座標との間での複雑な座
標変換計算をすることなく、カメラ座標での偏差をカメ
ラにより読み取られたマークの原図座標に対応した座標
軸方向と単位長さ及び基準位置の基準面に対する角度情
報に基づいて補正することによって容易に求めることが
できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図および第３図は本発明の一実施例に係わる基準
位置計測方法を実施するために用いられる装置の概略構
成を示す。この実施例の基準位置計測方法は、自動車ボ
ディに形成されたボルト穴等、種々の穴が所定の位置に
あるか否かを、またその穴が所定の大きさであるか否か
を計測判定するものである。

第２図および第３図において、１は定盤であって、測
定盤１に対しては、基準となるボディまたは計測すべき
ボディ２が搬送コンベア（図示せず）から計測のために
搬入され、また計測後該ボディ２が搬送コンベアにより
搬出されるようになっている。３は上記定盤１の両側に
設置された多関節ロボットであって、該多関節ロボット
３は、レール4,4上を定盤１に沿って移動可能に設けら
れているとともに、胴体3aが鉛直軸回りに回転可能でか
つ各関節部（胴体3aとショルダ3bとの関節部、ショルダ
3bとアーム3cとの関節部およびアーム3cとハンド3dとの
関節部）が折り曲げ可能に設けられている。上記多関節
ロボット３の先端たるハンド3dにはカメラ５が設けられ
ている。また、６は上記多関節ロボット３およびカメラ
５の作動を制御しかつカメラ５により読み取られた画像
の処理等をするコンピュータよりなる制御・処理手段で
あって、該制御・処理手段６にはプリンタ装置７及びモ
ニタ表示装置８等が接続されている。

次に、上述の装置を用いてボディ２の穴位置を計測す
る計測方法について、第１図を参照しながら説明する。

先ず、自動車ボディの設計原図に基づいて基準ボディ
２の測定すべき各測定穴の周辺に、それぞれ原図座標の
３つの座標軸方向のうち２つの座標軸方向と単位長さと
を示すマークを施す（S1）。このマークは、透明フイル
ムに記したものを基準ボディ２の各測定穴に貼付けた
り、あるいはケガキにより直接付けたりする。また、設
計原図から各測定穴の基準面に対する角度情報を得る
（S2）。ここでいう角度情報とは、詳しくは第４図に示
すように、各測定穴H1,H2,…Hnがボディ上下方向軸WLと
ボディ幅方向軸BLとを通る面に対する角度θ、ボディ上
下方向軸WLとボディ前後方向軸TLとを通る面に対する角
度ψ、およびボディ幅方向軸BLとボディ前後方向軸TLと
を通る面に対する角度φであり、この３つの角度θ，
ψ，φのうち２つの角度が各測定穴の角度情報とされ
る。尚、第４図においては、各測定穴H1,H2,…Hnに施す
マークを例示しており、ボディ上下方向軸WLの単位長さ
はクロス符号（×）で、ボディ前後方向軸TLの単位長さ
はクロス符号を一重丸で囲んだ符号で、ボディ幅方向軸
BLの単位長さをクロス符号を二重丸で囲んだ符号でそれ
ぞれ示す。

続いて、上述のマークを施した基準ボディ２を定盤１
上に搬入載置しかつ位置決めをした（S3）後、ロボット
ティーチングを開始する（S4）。このロボットティーチ
ングの際、各測定穴に対して多関節ロボット３先端のカ
メラ５が測定穴の略中心で適宜距離隔てて面直となるよ
うにカメラ５の位置決めを行うとともに、モニタ表示装
置８に表示されたカメラモニタにより位置決めの補正を
する（S5）。この位置決めが終わったとき、カメラ５に
より測定穴付近を撮影して読み取り（S6）、これを制御
・処理手段６の記憶部に基本データとして記憶する（S
7）。上記測定穴付近の読み取りでは、カメラ座標にお
いて、測定穴の位置とその大きさとが読み取られるとと
もに、該測定穴の付近に施したマークにより原図座標の
２軸方向とその単位長さとが読み取られる。また、上記
基本データの記憶（S7）とは別に測定穴に対するロボッ
トティーチングのデータを制御・処理手段６の記憶部に
ティーチングデータとして記憶する（S8）。

ここで、ロボットティーチングにおけるカメラ５の位
置決めは、カメラ座標上の中心とマークとが略一致すれ
ば足り、またカメラ５と測定穴との距離もカメラ５のピ
ント合わせによりかなり広い範囲で補正ができるもので
あるため、従来のレーザー距離計の場合の如く距離計の
中心と計測穴の中心とを完全に一致させかつ両者間の距
離を所定の距離に設定して位置決めしなければならない
ことと比較して位置決め作業、ひいてはロボットティー
チング作業を容易にかつ迅速に行うことができる。

このような一つの測定穴に関する基本データおよびテ
ィーチングメモリを記憶した段階で、測定回数Ｎが測定
穴の総数Ntと等しいか否かを判定し（S9）、この判定が
NOのときは測定回数Ｎを一つカウントアップした（S1
0）後、次の測定穴に対してロボットティーチングを継
続する。そして、測定回数Ｎが測定穴の総数Ntと等しく
なったとき（ステップS9での判定がYESのとき）、ロボ
ットティーチングを終了する（S11）。また、制御・処
理手段６において、先にステップS2で得た各測定穴の角
度情報を入力し（S12）、この角度情報を各測定穴毎に
カメラ５による読み取りデータに加えて基本データとし
て記憶する（S13）。そして、これらの基本データのう
ち、カメラ座標での各測定穴の位置および大きさ、並び
にマークから読み取った各測定穴の図面座標の座標軸方
向およびマークの単位長さから求めたカメラ倍率を、プ
リンタ装置７によりプリントするとともに、モニタ表示
装置８によりモニタ表示し（S14,S15）、基準ボディ２
に対する計測を終了する（S16）。以上のロボットティ
ーチングと基準ボディの計測とが終了した後、基準ボデ
ィ２を定盤１から搬出する（S17）。

次に、定盤１上に測定するボディ２を搬入載置しかつ
位置決めをした（S21）後、多関節ロボット３をティー
チング側からプレイバック側に切換えて測定ボディ２の
測定穴に面直対する計測を開始する（S22）。この計測
においては、多関節ロボット３のプレイバック作動によ
り該ロボット３先端のカメラ５が自動的に測定ボディ２
の測定穴に面直に対向して位置決めされ（S24）、その
位置において該カメラ５は、測定ボディ２の測定穴付近
を撮影してカメラ座標上に測定穴の位置とその大きさを
読み取る（S24）。この際、測定ボディ２の測定穴がカ
メラ座標の中心位置つまり基準ボディの測定穴に対応し
た基準位置からずれているときでも、カメラ５によって
読み取れる範囲はかなり広いので、位置ずれの計測範囲
を大幅に拡大できることになる。

そして、上記カメラ５により読み取られた情報（カメ
ラ座標上での測定穴の位置および大きさ）は、制御・処
理手段６において、対応する測定穴の基本データのう
ち、先にカメラ５により読み取られた基準ボディのカメ
ラ座標上での測定穴の位置および大きさとそれぞれ比較
され、カメラ座標での測定穴の偏差（つまり位置ずれ量
とサイズ差）が演算される（S25）。更に、このカメラ
座標での測定穴の偏差に対し所定の換算をすることによ
り、原図座標での測定穴の偏差が算出される（S26）。
この測定穴の偏差をカメラ座標から原図座標に変換する
ための換算は、カメラ座標での測定穴の偏差に対して、
各測定穴の基本データとして記憶されているカメラ倍率
（ステップS6で読み取られたマークの単位長さから求め
たカメラ倍率）でもって割るとともに、測定穴の角度情
報（ステップS12〜S13で入力記憶された角度情報）に基
づいた三角関数演算をするだけの極めて簡単なものであ
る。従って、原図座標への換算に時間が掛かるというこ
とはなく、測定時間の短縮化を図ることができ、また制
御・処理手段６を構成するコンピュータの小型化にも寄
与することができる。

続いて、制御・処理手段６において、上記原図座標で
の測定穴の偏差が許容される誤差内か否かを判定し（S2
7）、その判定がYESの許容誤差内のときは直ちに測定穴
の偏差および良否判定（このときは「良」の判定）を記
憶する（S28）一方、判定がNOの許容誤差以上のとき
は、ランプを点灯して警報を発した（S29）後、測定穴
の偏差および良否判定（このときは「否」の判定）を記
憶する（S28）。次に、測定回数Ｎが測定穴の総数Ntと
等しいか否かを判定し（S30）、この判定がNOのときは
測定回数Ｎを一つカウントアップした（S31）後、次の
測定穴に対して上述の計測を継続する。

そして、測定回数Ｎが測定穴の総数Ntと等しくなった
とき（ステップS30での判定がYESのとき）、ロボットプ
レイバックを終了する（S32）。また、制御・処理手段
６においては、各測定穴毎に記憶した測定穴の偏差およ
び良否判定をまとめ（S33）、これをプリンタ装置７に
よりプリントするとともに、モニタ表示装置８によりモ
ニタ表示し（S34,S35）、測定ボディ２に対する計測を
終了する（S36）。以上のロボットプレイバックと測定
ボディ２の計測とが終了した後、測定ボディ２を定盤１
から搬出する（S37）。その後、次に定盤１上に搬送さ
れてくる測定ボディ２に対する計測が同様に行われる。

尚、上記実施例では、本発明を、車体部品として自動
車ボデイの穴位置計測に適用した場合について述べた
が、自動車ボデイ以外に、例えば自動車ドア等の車体部
品の穴位置計測にも同様に適用することができる。ま
た、穴位置計測以外に、エッヂ位置、隙間部または段差
部等の基準位置が所定の位置にあるか否かなどを計測判
定する場合にも適用することができる。

（発明の効果） 以上の如く、本発明における車体部品の基準位置計測
方法によれば、多関節ロボットとカメラとを用い、基準
となる車体部品の計測すべき基準位置の周辺に施された
原図座標軸に基づく座標軸方向と単位長さとを示すマー
クを、ロボットティーチングの際に上記基準位置に対し
て面直に位置決めされたカメラによりカメラ座標上に読
み取り、この基本データと、測定する車体部品の基準位
置のカメラ座標上における読み取りデータと比較するこ
とにより、ロボットティーチングを容易にしながら、基
準位置の位置ずれ等を迅速かつ正確に測定することがで
きるとともに、位置ずれの測定範囲を拡大することがで
きる。また、原図座標で位置ずれを表示するための計算
が簡単であるため、計測時間の短縮化をより図ることが
できるとともに、コンピュータの小型化により設備コス
トの低廉化を図ることができ、実施する上で非常に有利
なものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係わるもので、第１図は自動車
ボディの測定穴の計測方法を示すフローチャート図、第
２図および第３図はそれぞれ同測定方法を実施するため
に用いる装置の側面図および平面図、第４図は基準ボデ
ィの測定穴に施されたマークおよび該基準穴が図面座標
の３軸方向となす角度を示す模式図である。 ３……多関節ロボット、５……カメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 昌昭 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−44103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−189517（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多関節ロボットと該ロボットの先端に設け
   られたカメラとを用いて車体部品の基準位置を計測する
   基準位置計測方法であって、 基準となる車体部品に対してその計測すべき基準位置の
   周辺に、原図座標軸に基づく座標軸方向と単位長さとを
   示すマークを施すこと、 設計原図から得た車体部品の基準位置の基準面に対する
   角度情報を基本データとして記憶すること、 上記多関節ロボットのティーチングにより上記カメラを
   上記基準となる車体部品の基準位置に対して面直となる
   ように位置決めした状態で該カメラにより上記マークを
   カメラ座標上に読み取り、基本データとして記憶するこ
   と、 測定する車体部品に対して多関節ロボットのプレイバッ
   ク作動によって自動的に位置決めされたカメラにより、
   該車体部品の基準位置をカメラ座標上に読み取ること、 この読み取られた車体部品の基準位置の測定データを上
   記基本データと比較して該基準位置のカメラ座標での偏
   差を算出し、このカメラ座標での偏差を上記マークの座
   標軸方向と単位長さ及び上記基準位置の基準面に対する
   角度情報に基づいて補正して原図座標での偏差を求める
   こと、 からなることを特徴とする車体部品の基準位置計測方
   法。