JP3356028B2 - 車両用窓ガラスの自動組付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットアームを
用いて窓ガラスを車体の窓枠に組付ける車両用窓ガラス
の自動組付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の組立てラインにおける車体の窓
枠に窓ガラスを組付ける艤装ラインにおいては、ロボッ
トアームと窓ガラス位置決め装置とを備えた組付け装置
が用いられている。窓ガラス位置決め装置は、他のコン
ベアなどによって供給された窓ガラスを、一旦ラインか
ら外して位置決めするようになっている。

【０００３】ロボットアームは、フロアに取付けられる
とともに、その先端に窓ガラスを把持する把持手段を設
け、旋回自在となっている。また、ロボットアームは、
予め動作がティーチングによって記憶されており、把持
手段を用いて窓ガラス位置決め装置上に位置決めされた
窓ガラスを把持し、その後、車体の窓枠に前記窓ガラス
を組付けるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の組付け
装置は、多種多様な車種を組立てる自動車の組立てライ
ンに用いられると、形状が異なる窓ガラスが前記窓ガラ
ス位置決め装置に供給されることとなる。窓ガラスを車
体の窓枠に確実に組付けるためには、形状が異なる窓ガ
ラスが供給される度に、前記窓ガラス位置決め装置を調
整する必要があり、自動車の組立てラインの生産効率に
悪影響を及ぼすという欠点があった。

【０００５】また、従来の窓ガラス位置決め装置は、構
造が複雑で調整に手間がかかるとともに、大型であり作
業エリアに占めるスペースも大であるなどの問題があっ
た。従って本発明の目的は、多種多様な車種を組立てる
自動車の組立てラインに用いられても、従来の窓ガラス
位置決め装置のように供給される窓ガラスの形状が異な
る度に調整等を行う必要がなく、確実に車体の窓枠に窓
ガラスを組付けることができる車両用窓ガラスの自動組
付け装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するための、請求項１に記載の車両用窓ガラスの自
動組付け装置は、画像処理手段を構成する窓ガラス画像
処理手段が窓ガラスの重心位置を算出しかつこの重心回
りの角度に関連付けたガラス画像情報を得る。さらに、
画像比較手段が、撮像手段が撮像する窓枠に対する窓ガ
ラスの重心位置の位置ずれと重心回りの角度ずれとを検
出する。

【０００７】そして、ロボットアーム制御手段の補正手
段が、前記位置ずれと角度ずれとに基づいてロボットア
ームの動作を補正するので、形状が異なる窓ガラスを組
付ける際にも、調整などを施す必要もなく確実に組付け
ることができる。

【０００８】請求項２に記載の車両用窓ガラスの自動組
付け装置は、画像処理手段を構成する窓枠画像処理手段
が窓枠の基準位置を算出しかつこの基準位置回りの角度
に関連付けた窓枠画像情報を得るとともに、前記画像比
較手段が前記窓枠画像情報を基準として前記ガラス画像
情報に基いて、窓ガラスの重心位置の位置ずれと基準位
置回りの角度ずれとを検出する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態に
ついて図１から図１６を参照して説明する。図１に示す
ように、車両用窓ガラスの自動組付け装置１は、車体２
の窓枠３に窓ガラス４を組付ける装置であって、ロボッ
トアーム５と、把持手段としての把持部６と、撮像手段
としてのＣＣＤカメラ７と、画像処理手段として機能す
る画像処理ユニット８と、ロボットアーム制御手段とし
てのロボットアーム制御装置９と、モニタ１０とを備え
ている。

【００１０】車両用窓ガラスの自動組付け装置１は、自
動車の組立てラインにおいて窓ガラス４を車体２の窓枠
３に組付ける艤装ラインに設けられている。この艤装ラ
インにおいて、車体２はベルトコンベア１１などによっ
て搬送されて、一旦停止して位置決めされるようになっ
ている。

【００１１】ロボットアーム５は、艤装ラインのフロア
１２に取付けられ、このフロア１２に対し旋回自在であ
るとともに、関節駆動部１３を複数有している。ロボッ
トアーム５は、ロボットアーム制御装置９の後述する動
作制御部２４に記憶されている最適軌道経路にしたがっ
て動作するようになっている。

【００１２】ロボットアーム５の先端には、窓ガラス４
を把持する前記把持部６と、前記ＣＣＤ（固体撮像素
子）カメラ７とが設けられている。把持部６は、四隅に
吸盤１４をそれぞれ配設した吸盤保持体１５と、吸盤１
４の吸着面を前記吸盤保持体１５ごと押出す押付けシリ
ンダ１６とを備えている。把持部６は、図５に示すよう
に、押付けシリンダ１６を伸長させて、吸盤１４の吸着
面に窓ガラス４を吸着させて把持するようになってい
る。

【００１３】ＣＣＤカメラ７は、把持部６の吸盤保持体
１５に設けられている。ＣＣＤカメラ７は、その撮像レ
ンズ１７が吸盤保持体１５の吸盤１４が設けられた側に
指向しており、図３及び図４に示すように車体２の窓枠
３及び窓ガラス４を撮像するようになっている。ＣＣＤ
カメラ７は、図２に示すように、撮像した画像データ信
号を画像処理手段８に向かって出力するようになってい
る。

【００１４】前記画像処理手段８は、図１及び図２に示
すように、ＣＣＤカメラ７と接続しており、公知のＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有した演算装置である。さら
に、窓枠画像処理手段としての窓枠画像処理部１８と、
窓ガラス画像処理手段としての窓ガラス画像処理部１９
と、画像比較手段としての画像比較部２０とを備えてい
る。

【００１５】窓枠画像処理部１８は、ＣＣＤカメラ７が
撮像した車体２の窓枠３の画像を以下に示す手順にした
がって処理するようになっている。まず、図３に示すよ
うにＣＣＤカメラ７が窓枠３を撮像すると、ＣＣＤカメ
ラ７の視野２２内に図７に示すような車体２の窓枠３の
画像が得られる。図７に示す画像の画像データ信号は窓
枠画像処理部１８に入力される。

【００１６】そして、この画像を所定のしきい値によっ
て２値化して、図８に示すように、車体２の画像と背景
の画像とに分離する。なお、図８に示した画像において
黒く塗りつぶされた部分は背景を示し、白く塗りつぶし
た部分は車体２を示している。

【００１７】その後、図９に示すように、窓枠３部分の
画像のみを取り出し、この窓枠３部分の画像の重心を求
め、この窓枠３部分の画像の重心を基準位置Ｗｃｇとす
る。次に、図１０に示すように、前述した窓枠３部分の
画像から、窓枠３の輪郭３ａの画像のみを取り出し、前
記窓枠３の画像の基準位置Ｗｃｇと輪郭３ａとの間の距
離ＷＤを算出する。

【００１８】そして、図１１に示すように、前記基準位
置Ｗｃｇ回りの角度ΘＷに対する基準位置Ｗｃｇと輪郭
３ａとの間の距離ＷＤを示す窓枠画像マップ２１を形成
する。このように、窓枠画像マップ２１は、基準位置Ｗ
ｃｇと窓枠３の画像の輪郭３ａとの間の距離ＷＤを前記
基準位置Ｗｃｇ回りの角度ΘＷに関連付けた窓枠画像情
報となっている。なお、図１１においては、基準位置Ｗ
ｃｇから視野２２の鉛直方向に延びる直線Ｘを角度ΘＷ
の０度方向とし、図示中のΘＷ１〜ΘＷ３に示すように
直線Ｘから時計回りの方向を前記角度ΘＷの＋方向とし
ている。

【００１９】窓ガラス画像処理部１９は、ＣＣＤカメラ
７が撮像した窓ガラス４の画像を以下に示す手順にした
がって処理するようになっている。まず、図４に示すよ
うにＣＣＤカメラ７が窓ガラス４を撮像すると、ＣＣＤ
カメラ７の視野２２内に図１２に示すような窓ガラス４
の画像が得られる。図１２に示す画像の画像データ信号
は窓ガラス画像処理部１９に入力される。

【００２０】そして、この画像を所定のしきい値によっ
て２値化して、図１３に示すように、窓ガラス４の画像
と背景の画像とに分離する。なお、図１３に示した画像
において黒く塗りつぶされた部分は背景を示し、白く塗
りつぶした部分は窓ガラス４を示している。

【００２１】その後、図１４、図１５に示すように、窓
ガラス４の画像の重心Ｇｃｇを求めるとともに、前述し
た窓ガラス４の画像から、窓ガラス４の輪郭４ａの画像
のみを取り出し、前記窓ガラス４の画像の重心Ｇｃｇと
輪郭４ａとの間の距離ＧＤを算出する。

【００２２】そして、図１６に示すように、前記重心Ｇ
ｃｇ回りの角度ΘＧに対する重心Ｇｃｇと輪郭４ａとの
間の距離ＧＤを示す窓ガラス画像マップ２３を形成す
る。このように、窓ガラス画像マップ２３は、重心Ｇｃ
ｇと窓ガラス４の画像の輪郭４ａとの間の距離ＧＤを前
記重心Ｇｃｇ回りの角度ΘＧに関連付けたガラス画像情
報となっている。なお、図１６においては、重心Ｇｃｇ
から視野２２の鉛直方向に延びる直線Ｘを角度ΘＧの０
度方向とし、図示中のΘＧ１〜ΘＧ３に示すように直線
Ｘから時計回りの方向を前記角度ΘＧの＋方向としてい
る。

【００２３】前記画像比較部２０は、図１１に示す窓枠
画像マップ２１と図１６に示す窓ガラス画像マップ２３
とを比較して、窓枠３の画像の基準位置Ｗｃｇの位置に
対する窓ガラス４の画像の重心Ｇｃｇの位置の位置ずれ
ｄＰを検出するとともに、把持部６が窓ガラス４を把持
する水平面内における窓枠３に対する窓ガラス４の基準
位置Ｗｃｇ、重心Ｇｃｇ回りの角度ずれｄＡを検出する
ようになっている。画像比較部２０は、基準位置Ｗｃ
ｇ、重心Ｇｃｇ間の位置ずれｄＰと、Ｗｃｇ，Ｇｃｇ回
りの角度ずれｄＡと、をロボットアーム制御装置９に向
かって出力するようになっている。このように、画像比
較部２０は、前記窓枠画像マップ２１を基準として前記
窓ガラス画像マップ２３に基いて、窓ガラス４の位置ず
れｄＰと角度ずれｄＡとを検出するようになっている。

【００２４】なお、図示例においては、窓枠画像マップ
２１では角度ΘＷが０度のときに基準位置Ｗｃｇと輪郭
３ａとの間の距離が最小となっている。一方、窓ガラス
画像マップ２３において、角度ΘＧが約３０度であると
きに重心Ｇｃｇと輪郭４ａとの間の距離が最小となって
いる。このため、窓枠３に対し窓ガラス４は前記水平面
内において時計回りに約３０度傾いている。

【００２５】また、画像処理手段８には前記モニタ１０
が接続している。このため、作業者は、ＣＣＤカメラ７
が撮像しかつ画像処理手段８において前述した処理が行
われている画像を観察出来るようになっている。

【００２６】ロボットアーム制御装置９は、前記ロボッ
トアーム５と画像処理手段８とに接続しているととも
に、動作制御部２４と、補正手段としての動作補正部２
５とを備えている。

【００２７】動作制御部２４は、予めロボットアーム８
の最適軌道経路を記憶するようになっており、この最適
軌道経路にしたがって、後述する窓ガラス仮り置き部２
６から車体２の窓枠３までの間、ロボットアーム８の動
作を制御するようになっている。

【００２８】動作補正部２５は、前記画像比較部２０が
検出した基準位置Ｗｃｇ、重心Ｇｃｇ間の位置ずれｄＰ
とＷｃｇ，Ｇｃｇ回りの角度ずれｄＡとに基づいて、前
記動作制御部２４によって制御されるロボットアーム８
の動作を補正して、確実に窓ガラス４を窓枠３に組付け
るようになっている。

【００２９】前述した動作補正部２５によるロボットア
ーム８の動作補正は、窓ガラス仮り置き部２６に仮り置
きされた窓ガラス４を把持する時または、車体２の窓枠
３に窓ガラス４を組付ける時に行われても良く、また窓
ガラス４を把持する時と窓枠３に組付ける時の両方に行
われても良い。

【００３０】また、ロボットアーム５のベルトコンベア
１１の下流側には、窓ガラス４が仮り置きされる窓ガラ
ス仮り置き部２６が設けられている。この窓ガラス仮り
置き部２６には、図示しないコンベアなどによって窓ガ
ラス４が供給されるようになっている。窓ガラス仮り置
き部２６は、ロボットアーム５の把持部６が窓ガラス４
を把持できる範囲内であれば、いかなる場所に設けられ
ても良い。

【００３１】前述した構成によれば、車両用窓ガラスの
自動組付け装置１を用いて、窓ガラス４を窓枠３に組付
ける際に、まず、図３に示すように、ＣＣＤカメラ７が
車体２の窓枠３を撮像できるように、ロボットアーム制
御装置９がロボットアーム８を制御する。

【００３２】なお、このとき、窓ガラス４は窓ガラス仮
り置き部２６に仮り置きされているとともに、車体２は
コンベア１１の所定の位置に位置決めされている。そし
て、前記窓枠画像処理部１８が、前述したように窓枠３
の画像を処理し、図１１に示す窓枠画像マップ２１を形
成する。

【００３３】次に、図４に示すように、ＣＣＤカメラ７
が窓ガラス仮り置き部２６に仮り置きされている窓ガラ
ス４を撮像できるように、ロボットアーム制御装置９が
ロボットアーム５を制御する。前記窓ガラス画像処理部
１９が、前述したように窓ガラス４の画像を処理し、図
１６に示す窓ガラス画像マップ２３を形成する。

【００３４】その後、前記画像比較部２０が、前述した
ように、窓枠３の画像の基準位置Ｗｃｇに対する窓ガラ
ス４の画像の重心Ｇｃｇの位置ずれｄＰと、Ｗｃｇ，Ｇ
ｃｇ回りの角度ずれｄＡとを検出する。

【００３５】図５に示すように、把持部６の押付けシリ
ンダ１６が伸長して、吸盤１４の吸着面に窓ガラス４が
吸着されて把持される。なお、この際、前記位置ずれｄ
Ｐ及び角度ずれｄＡ分、前記動作補正部２５がロボット
アーム５の動作を補正しても良い。

【００３６】ロボットアーム５が動作制御部２５に記憶
された最適軌道経路にしたがって動作され、図６に示す
二点鎖線Ｑに示すように、窓ガラス４を窓枠３に組付け
ることとなる。なお、このとき、前記位置ずれｄＰ及び
角度ずれｄＡ分、前記動作補正部２５がロボットアーム
５の動作を補正しても良い。

【００３７】前述した図３ないし図６に示す動作を繰り
返すことによって、車両用窓ガラスの自動組付け装置１
は、窓ガラス４を車体２の窓枠３に組付けることとな
る。本実施形態によれば、窓枠画像処理部１８が窓枠３
の画像の基準位置Ｗｃｇと、この基準位置Ｗｃｇ回りの
Ｗｃｇと輪郭３ａとの間の距離ＷＤを算出して窓枠画像
マップ２１を作成するとともに、窓ガラス画像処理部１
９が窓ガラス４の画像の重心Ｇｃｇの位置と、この重心
Ｇｃｇ回りの重心Ｇｃｇと輪郭４ａとの間の距離ＧＤを
算出して窓ガラス画像マップ２３を作成する。

【００３８】さらに、画像比較装置２０が窓枠３の画像
のＷｃｇに対する窓ガラス４の画像の重心Ｇｃｇの位置
ずれｄＰと、重心回りＷｃｇ，Ｇｃｇ回りの角度ずれｄ
Ａとを検出し、かつこの位置ずれｄＰと角度ずれｄＡと
に基づいて、動作補正部２５がロボットアーム５の動作
を補正する。

【００３９】このため、形状が異なる窓ガラス４がどん
な状態で供給されても、窓ガラス仮り置き部２６などの
調整を行うことなく、確実に窓ガラス４を車体２の窓枠
３に組付けることができる。したがって、多種多様な車
種の組立てラインにおいても、生産効率を低下させるこ
とがない。

【００４０】

【発明の効果】本発明の車両用窓ガラスの自動組付け装
置によると、窓ガラスの重心位置の位置ずれと重心回り
の角度ずれとに基づいてロボットアームの動作が補正さ
れる。このため、多種・多様な車種を組立てる自動車の
組立てラインに用いられても、供給される窓ガラスの形
状が変化する度に窓ガラスの位置決め調整などをする必
要もなく、確実に車体の窓枠に窓ガラスを組付けること
ができる。したがって、自動車の組立てラインの生産効
率に悪影響を及ぼすことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の車両用窓ガラスの自動組
付け装置の斜視図。

【図２】図１に示された実施形態の車両用窓ガラスの自
動組付け装置を制御するブロック線図。

【図３】同実施形態のＣＣＤカメラが車体の窓枠を撮像
する状態を示す模式図。

【図４】同実施形態のＣＣＤカメラが窓ガラスを撮像す
る状態を示す模式図。

【図５】同実施形態のロボットアームの把持部が窓ガラ
スを把持する状態を示す模式図。

【図６】同実施形態のロボットアームの把持部が窓ガラ
スを窓枠に組付ける状態を示す模式図。

【図７】同実施形態のＣＣＤカメラが撮像した窓枠の画
像を示す図。

【図８】同実施形態の窓枠画像処理装置が図７に示され
た画像を２値化した状態を示す図。

【図９】同実施形態の窓枠画像処理装置が図８に示され
た画像の窓枠部分の基準位置を算出した状態を示す図。

【図１０】同実施形態の窓枠画像処理装置が図９に示さ
れた窓枠の画像の基準位置と輪郭との間の距離を算出す
る状態を示す図。

【図１１】同実施形態の窓枠画像処理装置が形成した窓
枠の画像の基準位置回りの角度と、重心と輪郭との間の
距離との関係を示す窓枠画像マップ。

【図１２】同実施形態のＣＣＤカメラが撮像した窓ガラ
スの画像を示す図。

【図１３】同実施形態の窓ガラス画像処理装置が図１２
に示された画像を２値化した状態を示す図。

【図１４】同実施形態の窓ガラス画像処理装置が図１３
に示された窓ガラスの画像の重心を算出した状態を示す
図。

【図１５】同実施形態の窓ガラス画像処理装置が図１４
に示された画像の重心と輪郭との間の距離を算出する状
態を示す図。

【図１６】同実施形態の窓ガラス画像処理装置が形成し
た窓ガラスの画像の重心回りの角度と、重心と輪郭との
間の距離との関係を示す窓ガラス画像マップ。

【符号の説明】

１…車両用窓ガラスの自動組付け装置 ２…車体 ３…窓枠 ４…窓ガラス ５…ロボットアーム ６…把持部（把持手段） ７…ＣＣＤカメラ（撮像手段） ８…画像処理ユニット（画像処理手段） ９…ロボットアーム制御装置（ロボットアーム制御手
段） １２…フロア １８…窓枠画像処理部（窓枠画像処理手段） １９…窓ガラス画像処理部（窓ガラス画像処理手段） ２０…画像比較部（画像比較手段） ２１…窓枠画像マップ（窓枠画像情報） ２３…窓ガラス画像マップ（ガラス画像情報） ２５…動作補正部（補正手段） Ｗｃｇ…窓枠の画像の基準位置 Ｇｃｇ…窓ガラスの画像の重心 ｄＰ…位置ずれ ｄＡ…角度ずれ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−300523（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−237782（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−58360（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−257003（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171144（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−228589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−289481（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−5191（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B62D 65/06 B23P 19/04 B23P 21/00 303 B25J 13/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体の窓枠に窓ガラスを組付ける装置であ
   って、 ロボットアームに設けられ前記窓ガラスを把持する把持
   手段と、同じくロボットアームに設けられ前記窓枠及び
   前記窓ガラスを撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により撮像された画像を画像処理する画像
   処理手段と、 前記ロボットアームを制御するロボットアーム制御手段
   と、を備えた車両用窓ガラスの自動組付け装置におい
   て、 前記画像処理手段は、前記撮像手段が撮像した前記窓ガ
   ラスの画像の重心と、かつ該窓ガラスの重心と窓ガラス
   の画像の輪郭との間の距離を算出するとともに、前記距
   離を前記窓ガラスの重心回りの角度に関連付けたガラス
   画像情報を得る窓ガラス画像処理手段と、 前記窓ガラス画像処理手段が得た上記ガラス画像情報
   と、前記撮像手段が撮像した前記窓枠の情報に基づい
   て、窓枠の基準位置を算出し該窓枠の基準位置に対する
   窓ガラスの重心位置の位置ずれを検出するとともに、前
   記基準位置回りの窓ガラスの角度ずれを検出する画像比
   較手段と、を備え、 前記ロボットアーム制御手段が、前記画像比較手段が検
   出した窓ガラスの重心位置の位置ずれと、窓ガラスの重
   心回りの角度ずれとを補正する補正手段とを備えたこと
   を特徴とする車両用窓ガラスの自動組付け装置。
2. 【請求項２】前記画像処理手段は、前記撮像手段が撮像
   した前記窓枠の画像の基準位置を算出し、かつこの基準
   位置と窓枠の画像の輪郭との間の距離を算出するととも
   に、前記基準位置と窓枠の輪郭との間の距離を前記基準
   位置回りの角度に関連付けた窓枠画像情報を得る窓枠画
   像処理手段を具備し、前記窓枠画像処理手段が得た窓枠
   画像情報を基準として、前記ガラス画像情報に基づいて
   ガラスの位置ずれと角度ずれとを検出することを特徴と
   する請求項１記載の車両用窓ガラスの自動組付け装置。