JP4734008B2

JP4734008B2 - 作業支援情報自動導出システム及び作業支援情報自動導出方法

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Publication number: JP4734008B2
Application number: JP2005097142A
Authority: JP
Inventors: 心治篠田; 明丹羽; 啓太石坂; 武志川瀬
Original assignee: 心治篠田
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006277462A

Description

本発明は、３次元データで作成された完成品データから実際に現物を完成させるために必要な一連の作業を支援するための情報を自動的に導出する作業支援情報自動導出システム及び作業支援情報自動導出方法に関する。

近年、製品を設計し生産する製造メーカーなどにおいては、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）データを合理的に活用して生産過程に至るまでのプロセスを改善する試みがなされている。例えば、３次元ＣＡＤデータを利用して、製品を完成品として完成させるために必要な組立作業に関する動画を作成し、それを表示して仮想的に作業方法などを確認することで、試作や評価といったプロセスを省略して、生産準備のプロセスに繋げるような仕組みが考案されている。

従来では、上述のような動画を作成するために必要な情報（例えば、接触関係や作業手順）は、３次元ＣＡＤ上で直接作成又は原始的に作成する手法を採用していた（例えば、特許文献１参照）。すなわち、３次元ＣＡＤ上で完成品を構成する部品を肉眼で分解又は現物を手作業で確認しながら、かかる情報を人為的に作成していた。このため、複雑な構成を有する製品又は部品点数が多い製品であるほど、動画を作成するために必要な情報の作成に手間や時間を要していた。また、かかる製品を完成品として完成させる際には、数多く（例えば、何百通り）の作業パターン（組付けパターン）が存在するため、作成した情報を入力する際の手間が発生するという問題もあった。

上述のような状況から、３次元ＣＡＤで作成されたデータを活用して、完成品を完成させるための作業を支援する際に必要な情報を容易に取得できるような仕組みが求められていた。例えば、完成品を完成させるための作業を支援する情報として、汎用性のある基礎データ（位置関係マトリクス）を３次元ＣＡＤデータ上から自動的に取得することができるような仕組みが求められている。また、例えば、複雑な構成を有する製品に対しては、完成品を完成させる過程において、組み付けの軌跡に障害物があるか否かを自動的に判断できるような仕組みが求められている。

特開２００２−２７８６１５号公報

本発明はこのような事情に鑑み、３次元データで作成された完成品データから完成品を完成させるための作業を支援する情報を作成する際の基礎となる基礎データを自動的に導出することで、完成品を完成させるための作業を支援する情報を容易に作成することができると共に、完成品の生産過程に至るプロセスの短縮及びコストの削減に寄与することができる作業支援情報自動導出システム及び作業支援情報自動導出方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、３次元データで作成された完成品データから実際に現物を完成させるために必要な一連の作業を支援するための情報を自動的に導出する作業支援情報自動導出システムであって、３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品を移動させる部品移動手段と、３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品同士の干渉状態を確認する干渉状態確認手段と、３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品間の移動距離を取得する移動距離取得手段とを少なくとも備え、３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方を固定部品として指定すると共に、他方を移動部品として指定した場合に、前記部品移動手段が、完成品を構成している位置にある移動部品を３次元上に存在する所定の各軸方向に移動させたときに、前記干渉状態確認手段が、当該移動部品と前記固定部品との干渉の有無を確認して、干渉が有った場合に移動部品が完成品を構成している位置と干渉が有った位置とから算出される固定部品に対する移動部品の移動距離を前記移動距離取得手段が取得することで、当該移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の前記所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクスとして導出されることを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第１の態様では、３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方を固定部品として指定すると共に、他方を移動部品として指定した場合に、その移動部品を３次元上に存在する所定の各軸方向に移動させたときに、移動部品と固定部品との干渉の有無を確認して、干渉が有った場合に算出される固定部品に対する移動部品の移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎に所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクスが導出される。これにより、３次元データで作成された完成品データから完成品を完成させるための作業を支援する情報を作成する際の基礎となる基礎データを位置関係マトリクスとして自動的に導出することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様における作業支援情報自動導出システムは、前記位置関係マトリクスに基づいて現物を完成させる作業を支援するための情報を導出する作業支援情報導出手段をさらに具備し、当該作業支援情報導出手段は、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、各組付軸上に存在する所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を判断して完成品を構成する全部品間における上下関係を取得することで、３次元データ上の完成品データから各部品を組付軸上に一列に分解して並べた状態からなる完成品全体における部品の並び順序を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第２の態様では、３次元データ上の完成品データから各部品を組付軸上に一列に分解して並べた状態からなる完成品全体における部品の並び順序が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として部品の並び順序を自動的に導出することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクスに基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、所定の２部品の何れか一方の部品を組付軸上に移動させる又は組付軸以外に移動させることで、当該２部品間における干渉の有無を確認して、組付軸上で接触する関係にあるか又は組付軸上以外で接触する関係にあるかを判断することで部品同士の接触関係を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第３の態様では、所定の２部品において、組付軸上で接触する関係にあるか又は組付軸上以外で接触する関係にあるかを示す部品同士の接触関係が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として部品同士の接触関係を自動的に導出することができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記作業支援情報導出手段は、導出した前記部品の並び順及び接触関係に基づいて、組付軸を基準として並べられた状態の部品同士の対応関係を一意に示す接触関係図を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第４の態様では、部品同士の対応関係を一意に示す接触関係図が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスから自動的に導出された情報に基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として接触関係図を容易に作成して自動的に導出することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクスに基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、各組付軸上に存在する所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を取得することで、固定部品に対する移動部品の分解方向を示す分解部品情報を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第５の態様では、所定の２部品間における固定部品に対する移動部品の分解方向を示す分解部品情報が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として分解部品情報を自動的に導出することができる。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記位置関係マトリクス及び前記分解部品情報に基づいて、前記部品移動手段が、所定の２部品における移動部品を組付軸方向以外の方向に移動させたときに、前記干渉状態確認手段が固定部品との干渉の有無を確認した際に、少なくとも、前記移動距離取得手段が固定部品の中心点、移動部品の中心点、及び移動部品が固定部品から完全に分解される瞬間までの移動距離を取得することで、当該中心点及び移動距離が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報として導出されることを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第６の態様では、所定の２部品における移動部品を組付軸方向以外の方向に移動させたときに、固定部品との干渉の有無が確認された際の、少なくとも、固定部品の中心点、移動部品の中心点、及び移動部品が固定部品から完全に分解される瞬間までの移動距離が固定部品と移動部品の組み合わせ毎に各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として組立位置情報を自動的に導出することができる。

本発明の第７の態様は、第３〜６の何れかの態様において、前記組付軸データには、組付軸の全体数を示す組付軸総数が含まれており、当該組付軸総数が２以上である場合に、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクス及び前記接触関係に基づいて、１の組付軸に対する部品の組付けを完成したことによりその他の組付軸に対する部品の組付けを妨げる状態を示す誤構造を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第７の態様では、１の組付軸に対する部品の組付けを完成したことによりその他の組付軸に対する部品の組付けを妨げる状態を示す誤構造が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として誤構造を自動的に導出することができる。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記作業支援情報導出手段は、前記接触関係図に基づいて、完成品の工程パターンを示す状態推移図を導出すると共に、当該状態推移図に前記誤構造を有する未完成な状態が存在しているか否かを判断して、当該状態が存在している場合には、該状態に遷移する前後の工程を削除した状態の状態推移図を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第８の態様では、誤構造を有する未完成な状態に遷移する前後の工程を削除した状態の完成品の工程パターンを示す状態推移図が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスから自動的に導出された情報に基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として状態推移図を自動的に導出することができる。

本発明の第９の態様は、第６〜８の何れかの態様において、前記作業支援情報導出手段は、前記接触関係図及び前記組立位置情報に基づいて、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第９の態様では、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスから自動的に導出された情報に基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として仮想的な動画を容易に作成して自動的に導出することができるため、完成品の生産過程に至るプロセスを短縮したり、コストを削減したりすることも可能となる。

本発明の第１０の態様は、第６〜９の何れかの態様において、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクス及び前記組立位置情報に基づいて、完成品を完成させるための各工程パターン毎の作業状態を示す仮想的な動画を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システムにある。

かかる第１０の態様では、完成品を完成させるための各工程パターン毎の作業状態を示す仮想的な動画が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスから自動的に導出された情報に基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として仮想的な動画を容易に作成して自動的に導出することができるため、完成品の生産過程に至るプロセスを短縮したり、コストを削減したりすることも可能となる。

本発明の第１１の態様は、３次元データで作成された完成品データから実際に現物を完成させるために必要な一連の作業を支援するための情報を自動的に導出する作業支援情報自動導出方法であって、３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方を固定部品として指定すると共に、他方を移動部品として指定した場合に、完成品を構成している位置にある移動部品を３次元上に存在する所定の各軸方向に移動させたときに、当該移動部品と前記固定部品との干渉の有無を確認して、干渉が有った場合に移動部品が完成品を構成している位置と干渉が有った位置とから算出される固定部品に対する移動部品の移動距離を取得することで、当該移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の前記所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクスを導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法にある。

かかる第１１の態様では、３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方が固定部品として指定されると共に、他方が移動部品として指定された場合に、移動部品と固定部品との干渉の有無が確認されて、干渉が有った場合に算出される固定部品に対する移動部品の移動距離が取得されることで、移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎に所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクスとして導出される。これにより、３次元データで作成された完成品データから完成品を完成させるための作業を支援する情報を作成する際の基礎となる基礎データを位置関係マトリクスとして自動的に導出することができる。

本発明の第１２の態様は、第１１の態様において、前記位置関係マトリクスに基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を判断して完成品を構成する全部品間における上下関係を取得することで、３次元データ上の完成品データから各部品が組付軸上で組付く際の部品の並び順序を導出すると共に、所定の２部品の何れか一方の部品を組付く方向へ移動させる又は組付く方向以外に移動させることで、当該２部品間における干渉の有無を確認して部品同士の接触関係を導出して、前記部品の並び順序に従って完成品を分解した状態における部品同士の接触関係が対応付けられた接触関係図を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法にある。

かかる第１２の態様では、部品の並び順序に従って完成品を分解した状態における部品同士の接触関係が対応付けられた接触関係図が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として接触関係図を容易に作成して自動的に導出することができる。

本発明の第１３の態様は、第１１の態様において、前記位置関係マトリクスに示された所定の２部品における移動部品を組付く方向以外の方向に移動させた場合に、固定部品との干渉の有無が確認された際の、固定部品及び移動部品の位置情報を取得することで、当該位置情報が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法にある。

かかる第１３の態様では、所定の２部品における移動部品を組付く方向以外の方向に移動させた場合に、固定部品との干渉の有無が確認された際の、固定部品及び移動部品の位置情報が取得されることで、その位置情報が固定部品と移動部品の組み合わせ毎に各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報として導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスに基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として組立位置情報を自動的に導出することができる。

本発明の第１４の態様は、第１３の態様において、前記接触関係図及び前記組立位置情報を所定の仮想データ生成プログラムに入力することで、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法にある。

かかる第１４の態様では、接触関係図及び組立位置情報が所定の仮想データ生成プログラムに入力されることで、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画が導出される。これにより、基礎データとなる位置関係マトリクスから自動的に導出された情報に基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する情報として仮想的な動画を容易に作成して自動的に導出することができるため、完成品の生産過程に至るプロセスを短縮したり、コストを削減したりすることも可能となる。

本発明によれば、３次元データで作成された完成品データから完成品を完成させるための作業を支援する情報を作成する際の基礎となる基礎データとして位置関係マトリクスが自動的に導出されるため、完成品を完成させるための作業を支援するためのあらゆる情報を自動的に導出して容易に作成することができると共に、完成品の生産過程に至るプロセスの短縮及びコストの削減に寄与することができる作業支援情報自動導出システム及び作業支援情報自動導出方法を提供することが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態に係る作業支援情報自動導出システムのシステム構成を示す図である。

図示するように、作業支援情報自動導出システム１０は、３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品を移動させる部品移動手段１１、３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品同士の干渉状態を確認する干渉状態確認手段１２、及び３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品間の移動距離を取得する移動距離取得手段１３、後述する位置関係マトリクス２３に基づいて現物を完成させる作業を支援するための情報を導出する作業支援情報導出手段１４を具備している。

このような作業支援情報自動導出システム１０に、完成品の３次元ＣＡＤデータ２１、組付軸データ及び組付軸上部品データ２２を入力することで、３次元データで作成された完成品データから実際に現物を完成させるために必要な一連の作業を支援するための各種情報として、例えば、位置関係マトリクス２３、組立位置情報２４、部品の並び順序２５、接触関係２６、接触関係図２７、分解部品情報２８、及び動画２９などが自動的に導出される。なお、入力するデータ２１及び２２、又導出される各種情報２３〜２９については、詳細に別途後述する。

上述のような作業支援情報自動導出システム１０は、例えば、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）に機能として内蔵されているものであってもよいし、３次元ＣＡＤと連携して動作する情報通信機器などであってもよい。

ここで、上述した各種情報２３〜２９の導出手順について簡単に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る作業支援情報自動導出システムの処理手順の概略を示す図である。

図示するように、まず、作業支援情報自動導出システム１０に３次元ＣＡＤデータ２１が入力されると、部品移動手段１１、干渉状態確認手段１２、及び移動距離取得手段１３により、位置関係マトリクス２３が導出される（Ｓ１）。さらに、作業支援情報自動導出システム１０に組付軸データ及び組付軸上部品データ２２が入力されると、位置関係マトリクス２３に基づいて、作業支援情報導出手段１４により、組付軸における部品の並び順序２５が導出される（Ｓ２）。ここで、入力される組付軸データ及び組付軸上部品データ２２は、ユーザにより予め指定される。そして、位置関係マトリクス２３及び部品の並び順序２５に基づいて、接触関係２６が導出される（Ｓ３）。このとき、接触関係２６は、位置関係マトリクス２３と組付軸データ及び組付軸上部品データ２２との関係から導出するようにしてもよい。そして、部品の並び順序２５及び接触関係２６に基づいて、接触関係図２７が導出されると共に（Ｓ４）、分解部品情報２８が導出される（Ｓ５）。このとき、分解部品情報２８は、位置関係マトリクス２３と組付軸データ及び組付軸上部品データ２２との関係から導出するようにしてもよい。そして、位置関係マトリクス２３及び分解部品情報２８に基づいて、部品移動手段１１、干渉状態確認手段１２、及び移動距離取得手段１３により、組立位置情報２４が導出される（Ｓ６）。そして、ステップＳ４で導出された接触関係図２７及びステップＳ６で導出された組立位置情報２４を所定の仮想データ生成プログラムに入力することで、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画が導出される（図示せず）。なお、所定の仮想データ生成プログラムとしては、例えば、動画生成機能を有するバーチャルファクトリーなどを挙げることができる。

ここで、上述したシステム構成及び各種情報２３〜２９の導出手順をオーディオプラグに適用した場合について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るオーディオプラグの構成を示す図である。なお、以降の説明において、説明の便宜上、３次元ＣＡＤデータ２１をオーディオプラグ２１と称して説明する。

図３に示す（ａ）には、オーディオプラグ２１を構成する各部品として、端子に挿入されるプラグ１、プラグ１を保持するプラグ保持部材２、プラグ１から配線される導線などを柔軟に保持させる弾性部材３、プラグ１及びプラグ保持部材２を覆うハウジング４が示されている。一方、図３に示す（ｂ）には、上述した各部品に基づき完成されたオーディオプラグ２１の完成品が示されている。このようなオーディオプラグ２１は、プラグ１をプラグ保持部材２の挿入側と反対側の下端部に固定させたものに、弾性部材３をハウジング４に貫通させてその下端部で固定させたものを嵌合させることで構成されている。そして、ハウジング４の内部では、プラグ保持部材２と弾性部材３との間に所定の空間が設けられており、弾性部材３が移動自在に設けられている。なお、以降の説明において、プラグ１、プラグ保持部材２、弾性部材３、及びハウジング４は、説明の便宜上、部品１、部品２、部品３、及び部品４として称する。

以下、図３に示すオーディオプラグ２１に基づく、各種情報２３〜２９及びその導出手順について具体的に説明する。

＜位置関係マトリクス＞
位置関係マトリクス２３とは、３次元データで作成された完成品データから完成品を完成させるための作業を支援する情報を作成する際の基礎となる基礎データであり、上述したように、入力された３次元ＣＡＤデータ２１に基づいて、部品移動手段１１、干渉状態確認手段１２、及び移動距離取得手段１３により導出される。

具体的には、３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方を固定部品として指定すると共に、他方を移動部品として指定した場合に、部品移動手段１１が、移動部品を３次元上に存在する所定の各軸方向に移動させたときに、干渉状態確認手段１２が、移動部品と固定部品との干渉の有無を確認して、干渉が有った場合に算出される固定部品に対する移動部品の移動距離を移動距離取得手段１３が取得することで、移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクス２３として導出される。ここで、所定の各軸方向とは、３次元を構成するＸ、Ｙ、Ｚ方向の各方向における＋、−からなる６方向を意味する。

ここで、オーディオプラグ２１から導出される位置関係マトリクス２３及びその導出例を図４に示す。図４に示す（ａ）には、固定部品を“１”とし、移動部品を“３”とした場合に、＋Ｚ軸方向で導出された移動距離が“１１．４３”として例示されている。一方、図４に示す（ｂ）には、オーディオプラグ２１を構成する全部品における所定の２部品を固定部品及び移動部品とした場合の各軸方向における移動距離及び干渉の有無が位置関係マトリクス２３として例示されている。ここで、図４（ｂ）に示す例では、干渉の有無として、干渉が有った場合には、上述した移動距離が示され、干渉が無かった場合には、“−１”が示されている。したがって、図４（ｂ）に示された位置関係マトリクス２３から、プラグ１と弾性部材３において、プラグ１を固定して弾性部材３を各軸方向に移動した場合、＋Ｚ方向に“１１．４３”移動すると干渉し、＋Ｚ方向以外の方向には干渉しないことを知ることができる。

＜部品の並び順序＞
部品の並び順序２５とは、３次元データ上の完成品データから各部品を組付軸上に一列に分解して並べた状態からなる完成品全体における各部品の並び順序であり、上述したように、位置関係マトリクス２３及び入力された組付軸データ及び組付軸上部品データ２２に基づいて、作業支援情報導出手段１４により導出される。

具体的には、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データ２２との関係から、各組付軸上に存在する所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を判断して完成品を構成する全部品間における上下関係を取得することで、３次元データ上の完成品データから各部品を組付軸上に一列に分解して並べた状態からなる完成品全体における部品の並び順序２５が導出される。

すなわち、所定の２部品間において、干渉しない方向を導き出すことにより、その２部品の並び順序を取得することができる。このような処理を位置関係マトリクス２３に示された完成品を構成する全ての２部品間で行うことで、完成品全体において各部品の並び順序を導出することができる。ここで、組付軸データとしては、完成品を構成する組付軸総数、及びその組付軸の組付軸方向を意味する。

図４に示す例では、組付軸データとして、組付軸総数が“１”、組付軸方向が“Ｚ”、組付軸上部品データとして、Ｚ軸上に存在する部品が“１、２、３、４”として指定される。そして、図４（ａ）を例にすると、固定部品１に対して、移動部品３を＋Ｚ軸上に移動させると干渉し、−Ｚ軸上に移動させると干渉しないことが分かる。これにより、Ｚ軸上において、移動部品３は、固定部品１より下にあるという情報（Ｚ：３＜１）を取得することができる。このような処理を位置関係マトリクス２３における６パターンで示された各２部品間で行うと、“Ｚ：２＜１、Ｚ：３＜１、Ｚ：４＜１、Ｚ：３＜２、Ｚ：４＜３”というＺ軸上における各部品の上下関係を取得することができる。そして、この上下関係を組み合わせることで、オーディオプラグ２１における部品の並び順序２５が“Ｚ：４＜３＜２＜１”として導出される。

＜接触関係＞
接触関係２６とは、組付可能な２つの部品の関係を示すものであり、上述したように、作業支援情報導出手段１４により、位置関係マトリクス２３及び部品の並び順序２５に基づいて、又は、位置関係マトリクス２３と組付軸データ及び組付軸上部品データ２２との関係から導出される。

具体的には、位置関係マトリクス２３に基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データ２２との関係から、所定の２部品の何れか一方の部品を組付軸上に移動させる又は組付軸以外に移動させることで、その２部品間における干渉の有無を確認して、組付軸上で接触する関係にあるか又は組付軸上以外で接触する関係にあるかを判断することで部品同士の接触関係２６が導出される。

ここで、組付軸上で接触する関係とは、組付軸の方向で接触がある組付軸接触関係を意味し、組付軸上以外で接触する関係とは、組付軸以外の方向で接触がある他軸接触関係を意味する。これら接触関係の判断は、予め各々の接触関係毎に設定されたみなし距離を基準にして行う。すなわち、みなし距離を満たす２つの部品同士が何れかの接触関係が成立する関係にあるとみなされることになる。このようなみなし距離は、部品や完成品など、製品の状況に応じて、予め設定されるものである。本実施形態では、組付軸接触関係が成立するためのみなし距離を“α”ｍｍとし、他軸接触関係が成立するためのみなし距離を“β”ｍｍとして想定する。

具体的に、オーディオプラグ２１を例にした場合、みなし距離は、“α＝０．７”、“β＝１．４”と設定される。すなわち、組付軸における＋、−方向の何れか一方がα以下なら組付軸接触関係にあるとみなされ、組付軸以外の２軸の少なくとも何れか１軸における＋、−方向の双方がβ以下なら他軸接触関係とみなされる。なお、他軸接触関係は、まだ接触関係が導出されていない部品同士で行われる。

図５（ａ）に示す位置関係マトリクス２３に基づけば、上述した組付軸接触関係の条件を満たす部品同士の組み合わせは、“１−４”及び“３−４”となる。すなわち、図５（ｂ）に例示するように、１と４は、組付軸となるＺ軸方向で接触する関係にあることが判断できる。一方、上述した他軸接触関係の条件を満たす部品同士の組み合わせは、“１−２”及び“２−４”となる。すなわち、図５（ｃ）に例示するように、部品２及び部品４は、組付軸上以外のＸ軸及びＹ軸方向で接触する関係にあることが判断できる。このようにして、所定の２部品間における各々の接触関係２６を導出することができる。

＜接触関係図＞
接触関係図２７は、組付軸を基準として並べられた状態の部品同士の対応関係を一意に示すものであり、上述したように、部品の並び順序２５及び接触関係２６に基づいて、作業支援情報導出手段１４により導出される。

具体的には、部品の並び順序２５に従って部品を並べた状態（Ｚ：４＜３＜２＜１）において、接触関係２６で導出された接触関係にある部品同士（１−２、１−４、２−４、３−４）を対応付けることで、図６に示す接触関係図２７を導出することができる。図６では、接触関係にある部品同士を線で結ぶことで対応付けを行って作成した接触関係図２７が例示されている。

＜分解部品情報＞
分解部品情報２８とは、２つの部品間において、指定された部品が何れの方向に分解できるのかという情報を示すものであり、上述したように、作業支援情報導出手段１４により、部品の並び順序２５及び接触関係２６に基づいて、又は、位置関係マトリクス２３と組付軸データ及び組付軸上部品データ２２との関係から導出される。

具体的には、位置関係マトリクス２３に基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データ２２との関係から、所定の２部品間に対する上下関係を取得することで、固定部品に対する移動部品の分解方向を示す分解部品情報２８が導出される。ここで、所定の２部品における固定部品と移動部品の関係、すなわち、何れを固定部品又は移動部品とするかは、ユーザなどが任意に指定することができる。

図４（ｂ）に示す位置関係マトリクス２３に基づけば、固定部品を“１”とし、移動部品をそれぞれ“２、３、４”とした場合、それら移動部品の分解方向は、何れも“−Ｚ”軸方向となる。このような処理をその他の部品間で行うことにより、分解部品情報２８を導出することができる。

一方、部品の並び順序２５及び接触関係２６から分解部品情報２８を導出した場合、例えば、図７に示す分解部品情報２８が導出される。すなわち、オーディオプラグ２１の接触関係（１−２、１−４、２−４、３−４）２６について、例えば、固定部品を１とし、移動部品を２として指定した場合に、導出された部品の並び順序（Ｚ：４＜３＜２＜１）２５に基づけば、Ｚ軸上において、移動部品２は固定部品１より下に位置するため、部品２は、部品１に対して“−Ｚ軸”方向に分解できるという情報を取得することができる。このような処理をその他の接触関係に基づいて行うことにより、分解部品情報２８を導出することができる。

＜組立位置情報＞
組立位置情報２４は、３次元ＣＡＤデータの部品を仮想工場内で組付ける際に必要な位置情報（例えば、座標や距離）であり、上述したように、位置関係マトリクス２３及び分解部品情報２８に基づいて、部品移動手段１１、干渉状態確認手段１２、及び移動距離取得手段１３により導出される。

具体的には、位置関係マトリクス２３及び分解部品情報２８に基づいて、部品移動手段１１が、所定の２部品における移動部品を組付軸方向以外の方向に移動させたときに、干渉状態確認手段１２が固定部品との干渉の有無を確認した際に、少なくとも、移動距離取得手段１３が固定部品の中心点、移動部品の中心点、及び移動部品が固定部品から完全に分解される瞬間までの移動距離を取得することで、その中心点及び移動距離が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報２４として導出される。具体的に、移動部品の中心点とは、分解方向に所定の距離だけ移動させたときの移動部品の中心点となる。

さらに詳言すれば、組立位置情報２４とは、図８に例示するように、移動部品と組付く際の固定部品の中心点（ＡＳＰ）、固定部品に組付ける際に最初に位置決めされた移動部品の中心点（ＡＰＰ）、移動部品がＡＰＰの位置から固定部品に接触するまでの移動距離（オフセット１）、及び移動部品が固定部品に接触した位置（オフセット１）から組付くまでの移動距離（オフセット２）という要素から構成されている。すなわち、完成品を基準とすると、オフセット２とは、移動部品が固定部品から完全に分解される瞬間までの移動距離であり、ＡＳＰは、その際の固定部品の中心点であり、ＡＰＰは、その際のオフセット１の起点となる点である。このうち、オフセット１は、ユーザにより予め指定され、部品同士の組付けを直線方向で確実に行うためのものであるため、組立位置情報２４に必ずしも含まれていなくてもよい。また、ＡＳＰ及びＡＰＰは、各部品が回転することなどを考慮して決定されるものであり、本実施形態では、組付軸上の中心としている。

ここで、上述のようなＡＳＰ、ＡＰＰ、及びオフセット２の取得手順について説明する。図９は、オーディオプラグ２１の組立位置情報２４を取得する際のフローチャートを示す図である。なお、図９に示す例では、固定部品を１とし、移動部品を４とした場合の処理を例示している。

まず、移動部品を組付軸以外の４方向（Ｘ、Ｙ軸における＋、−方向）に動かして（Ｓ２１）、固定部品と干渉する場合（Ｓ２２；Ｙｅｓ）には、移動部品を元の位置に戻してから、分解部品情報２８に基づいて分解方向に移動させる（Ｓ２３）。そして、ステップＳ２２において固定部品と干渉しないと判断されるまで、ステップＳ２１〜Ｓ２３までの処理を繰り返す。

一方、固定部品と干渉しない場合（Ｓ２２；Ｎｏ）には、ＡＰＰから算出される移動部品の移動距離をオフセット２として取得する（Ｓ２４）。そして、予めユーザが指定したオフセット１の距離について、移動部品を分解方向に移動させた時点の移動部品の中心点の位置をＡＰＰとして取得すると共に、固定部品の中心点をＡＳＰとして取得する（Ｓ２５）。

上述のような一連の処理をその他の２部品間において行うことで、図１０に示す組立位置情報２４を導出することができる。図１０に示す例では、図９のように導出された分解部品情報２８に示された２部品毎の組み合わせに対して取得されたＡＳＰ、オフセット１、オフセット２、及びＡＰＰがそれぞれ示されている。

＜動画＞
動画２９は、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な画像情報であり、上述したように、接触関係図２７及び組立位置情報２４を所定の仮想データ生成プログラムに入力することで、作業支援情報導出手段１４により導出される。

具体的には、接触関係図２７及び組立位置情報２４をバーチャルファクトリーに入力することで、一連の作業状態を示す仮想的な動画２９が導出される。そして、その動画２９を加工することで、完成品を完成させるための各工程パターン毎の作業状態を示す仮想的な動画２９がさらに導出される。

（応用例）
上述したオーディオプラグ２１において、分解された状態の各部品を完成品として完成させるための組立作業の工程パターンは、導出された接触関係図２７に基づけば、図１１に示すようになる。図１１に示す例では、分解された状態から完成に至るまでの各種状態が（ａ）分解状態、（ｂ）分解状態から部品１に部品２を組付けた状態、（ｃ）分解状態から部品３に部品４を組付けた状態、（ｄ）部品１と部品２、及び部品３と部品４が組付いた状態、（ｅ）部品２、３、４が組付いた状態、及び（ｆ）完成状態として示されている。そして、図１１の（ａ）〜（ｆ）に示された状態から、オーディオプラグ２１の工程パターンは、“（ａ）−（ｂ）−（ｄ）−（ｆ）、（ａ）−（ｃ）−（ｅ）−（ｆ）、及び（ａ）−（ｃ）−（ｄ）−（ｆ）”という３つのパターンからなることが分かる。

図１１に示されたオーディオプラグ２１は、１軸構造からなる完成品であるが、ここでは、例えば、図１２に示すような２軸構造からなる完成品を例に挙げてみる。

図１２（ａ）に示す例では、部品３３に対して、部品３１及び部品３２がそれぞれ組付くと共に、部品３１に対して部品３４が組付くことで、図１２（ｂ）に示すような完成品３０が完成する。すなわち、部品３３は、オーディオプラグ２１を構成する部品３が並行して２つ設けられて一体に形成されたものに相当する。以下、このような完成品３０を完成させるために必要な情報について説明する。

＜誤構造＞
完成品３０において、分解された状態の各部品を完成品として完成させるための組立作業の工程パターンは、図１３に示すようなものとなる。これを状態推移図といい、詳細は後述する。

図１３に示す例では、分解された状態から完成に至るまでの各種状態が、状態１〜状態７まで示されている。このうち、１の組付軸に対する部品の組付けを完成したことによりその他の組付軸に対する部品の組付けを妨げる状態（状態Ｘ）が存在し、これを誤構造として位置づけている。

誤構造は、組付軸データに含まれる組付軸の全体数を示す組付軸総数が２以上である場合に、位置関係マトリクス２３及び接触関係２６に基づいて、作業支援情報導出手段１４により導出される。このような誤構造は、組立作業の工程において、削除しなければならないものであるため、導出することで組立作業を支援することができる。

＜状態推移図＞
上述したように、状態推移図は、完成品の工程パターンを示すものであり、作業支援情報導出手段１４により導出される。そして、作業支援情報導出手段１４は、導出された状態推移図に誤構造を有する未完成な状態（状態Ｘ）が存在しているか否かを判断して、当該状態が存在している場合には、該状態に遷移する前後の工程を削除した状態の状態推移図を導出する。すなわち、状態４から状態Ｘに移る工程、状態３から状態Ｘに移る工程、及び状態Ｘから状態７に移る工程が削除された状態推移図が導出される。

＜誤構造導出例＞
図１４に示すような完成品４０の接触関係図２７及び図１５に示す位置関係マトリクス２３を用いる場合を想定する。

図１４に示す部品４５を例にした場合、まず、部品４５より組付軸となるＺ軸の＋方向に他軸の部品が存在するか否かを判断する。すなわち、部品４５以降に組付ける部品の組付けを妨げる部品の存在を判断する。ここでは、部品４８が該当する。そして、部品４５より下にあり且つ接触関係のある部品を取得する。すなわち、部品４５を組付ける際に、組付け対象となる中間品に含まれる必須部品の情報を取得する。ここでは、部品４７が該当する。これにより、部品４５がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品は、誤構造になり得るという情報を導出することができる。すなわち、部品４５を組付ける際に、組付けの対象となる中間品に部品４８が存在しなければよいという誤構造にかかる情報を導出することができる。

このような処理をＺ軸の−方向に対して行い、又、その他の部品に対して行うことで、完成品の完成を妨げる実行不可能な組み合わせを誤構造として導出することができる。例えば、図１４及び図１５に示す例からは、“部品４１がなく部品４８及び部品４２が存在する中間品、部品４１がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品、部品４２がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品、部品４３がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品、部品４４がなく部品４８及び部品４５が存在する中間品、部品４４がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品、部品４５がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品、及び部品４６がなく部品４８及び部品４７が存在する中間品”という８つの情報が誤構造になり得る情報として導出される。このように導出された情報に基づいて、誤構造の元となる実行不可能な組み合わせを排除した正確な状態推移図を導出することができる。

以上説明したように、本実施形態では、３次元データで作成された完成品データから完成品を完成させるための作業を支援する情報を作成する際の基礎となる基礎データとして位置関係マトリクス２３を自動的に導出することができる。そして、導出した位置関係マトリクス２３に基づいて、完成品を完成させるための作業を支援する主な情報として、接触関係図２７、組立位置情報２４、動画２９などを自動的に導出して容易に作成することができる。これにより、完成品の生産過程に至るプロセスの短縮及びコストの削減に寄与することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る作業支援情報自動導出システムのシステム構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る作業支援情報自動導出システムの処理手順の概略を示す図である。本発明の一実施形態に係るオーディオプラグの構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る位置関係マトリクス及びその導出例を示す図である。本発明の一実施形態に係る接触関係の導出について説明する図である。本発明の一実施形態に係る接触関係図を示す図である。本発明の一実施形態に係る分解部品情報を示す図である。本発明の一実施形態に係る組立位置情報を説明する図である。本発明の一実施形態に係る組立位置情報を取得する際のフローチャートを示す図である。本発明の一実施形態に係る組立位置情報を示す図である。本発明の一実施形態に係る応用例についての工程パターンを説明する図である。本発明の一実施形態に係る応用例についての完成品の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る誤構造及び状態推移図を示す図である。本発明の一実施形態に係る誤構造導出例を説明する際の完成品の構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る誤構造導出例を説明する際の完成品の位置関係マトリクスを示す図である。

符号の説明

１プラグ
２プラグ保持部材
３弾性部材
４ハウジング
１０作業支援情報自動導出システム
１１部品移動手段
１２干渉状態確認手段
１３移動距離取得手段
１４作業支援情報導出手段
２１３次元ＣＡＤデータ（オーディオプラグ）
２２組付軸データ及び組付軸上部品データ
２３位置関係マトリクス
２４組立位置情報
２５部品の並び順序
２６接触関係
２７接触関係図
２８分解部品情報
２９動画
３０完成品
３１、３２、３３、３４部品
４０完成品
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８部品

Claims

３次元データで作成された完成品データから実際に現物を完成させるために必要な一連の作業を支援するための情報を自動的に導出する作業支援情報自動導出システムであって、
３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品を移動させる部品移動手段と、
３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品同士の干渉状態を確認する干渉状態確認手段と、
３次元データ上に存在する完成品データを構成する各部品間の移動距離を取得する移動距離取得手段とを少なくとも備え、
３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方を固定部品として指定すると共に、他方を移動部品として指定した場合に、前記部品移動手段が、完成品を構成している位置にある移動部品を３次元上に存在する所定の各軸方向に移動させたときに、前記干渉状態確認手段が、当該移動部品と前記固定部品との干渉の有無を確認して、干渉が有った場合に移動部品が完成品を構成している位置と干渉が有った位置とから算出される固定部品に対する移動部品の移動距離を前記移動距離取得手段が取得することで、当該移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の前記所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクスとして導出されることを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項１における作業支援情報自動導出システムは、前記位置関係マトリクスに基づいて現物を完成させる作業を支援するための情報を導出する作業支援情報導出手段をさらに具備し、当該作業支援情報導出手段は、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、各組付軸上に存在する所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を判断して完成品を構成する全部品間における上下関係を取得することで、３次元データ上の完成品データから各部品を組付軸上に一列に分解して並べた状態からなる完成品全体における部品の並び順序を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項１又は２において、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクスに基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、所定の２部品の何れか一方の部品を組付軸上に移動させる又は組付軸以外に移動させることで、当該２部品間における干渉の有無を確認して、組付軸上で接触する関係にあるか又は組付軸上以外で接触する関係にあるかを判断することで部品同士の接触関係を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項３において、前記作業支援情報導出手段は、導出した前記部品の並び順及び接触関係に基づいて、組付軸を基準として並べられた状態の部品同士の対応関係を一意に示す接触関係図を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項１〜４の何れかにおいて、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクスに基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、各組付軸上に存在する所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を取得することで、固定部品に対する移動部品の分解方向を示す分解部品情報を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項５において、前記位置関係マトリクス及び前記分解部品情報に基づいて、前記部品移動手段が、所定の２部品における移動部品を組付軸方向以外の方向に移動させたときに、前記干渉状態確認手段が固定部品との干渉の有無を確認した際に、少なくとも、前記移動距離取得手段が固定部品の中心点、移動部品の中心点、及び移動部品が固定部品から完全に分解される瞬間までの移動距離を取得することで、当該中心点及び移動距離が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報として導出されることを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項３〜６の何れかにおいて、前記組付軸データには、組付軸の全体数を示す組付軸総数が含まれており、当該組付軸総数が２以上である場合に、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクス及び前記接触関係に基づいて、１の組付軸に対する部品の組付けを完成したことによりその他の組付軸に対する部品の組付けを妨げる状態を示す誤構造を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項７において、前記作業支援情報導出手段は、前記接触関係図に基づいて、完成品の工程パターンを示す状態推移図を導出すると共に、当該状態推移図に前記誤構造を有する未完成な状態が存在しているか否かを判断して、当該状態が存在している場合には、該状態に遷移する前後の工程を削除した状態の状態推移図を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項６〜８の何れかにおいて、前記作業支援情報導出手段は、前記接触関係図及び前記組立位置情報に基づいて、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
請求項６〜９の何れかにおいて、前記作業支援情報導出手段は、前記位置関係マトリクス及び前記組立位置情報に基づいて、完成品を完成させるための各工程パターン毎の作業状態を示す仮想的な動画を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出システム。
３次元データで作成された完成品データから実際に現物を完成させるために必要な一連の作業を支援するための情報を自動的に導出する作業支援情報自動導出方法であって、
３次元データ上で完成した完成品を構成する全部品から、所定の２部品のうちの何れか一方を固定部品として指定すると共に、他方を移動部品として指定した場合に、完成品を構成している位置にある移動部品を３次元上に存在する所定の各軸方向に移動させたときに、当該移動部品と前記固定部品との干渉の有無を確認して、干渉が有った場合に移動部品が完成品を構成している位置と干渉が有った位置とから算出される固定部品に対する移動部品の移動距離を取得することで、当該移動距離及び干渉の有無が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の前記所定の各軸方向における数値の配列で示された位置関係マトリクスを導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法。
請求項１１において、前記位置関係マトリクスに基づいて、予め指定された現物を完成させるための組付けを行う際に各部品が直線移動する軌跡となる組付軸に関する組付軸データ及び各組付軸上に存在する部品点数を示す組付軸上部品データとの関係から、所定の２部品間における干渉状態が確認される方向から上下関係を判断して完成品を構成する全部品間における上下関係を取得することで、３次元データ上の完成品データから各部品が組付軸上で組付く際の部品の並び順序を導出すると共に、所定の２部品の何れか一方の部品を組付く方向へ移動させる又は組付く方向以外に移動させることで、当該２部品間における干渉の有無を確認して部品同士の接触関係を導出して、前記部品の並び順序に従って完成品を分解した状態における部品同士の接触関係が対応付けられた接触関係図を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法。
請求項１１において、前記位置関係マトリクスに示された所定の２部品における移動部品を組付く方向以外の方向に移動させた場合に、固定部品との干渉の有無が確認された際の、固定部品及び移動部品の位置情報を取得することで、当該位置情報が固定部品と移動部品の組み合わせ毎の各軸方向における数値の配列で示された組立位置情報を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法。
請求項１３において、前記接触関係図及び前記組立位置情報を所定の仮想データ生成プログラムに入力することで、完成品を完成させる際の一連の作業状態を示す仮想的な動画を導出することを特徴とする作業支援情報自動導出方法。