JP5816058B2 - 作業支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、被取付部品に部品を取付ける際、或いは被取付部品から部品を取外す際の作業支援情報を、被取付部品上に設定した描画空間に描画するようにした作業支援装置に関する。

自動車の車体を組上げる工程ではスポット溶接を用いて車体部品を溶接する場合が多く、試作車や少量産車においても同様である。しかし、試作車や少量産車では、量産車の溶接ロボットを利用した溶接作業と異なり、例えば、特許文献１（特開２００１-２２５１７４号公報）に開示されているようなポータブルスポット溶接機を使用したハンドワークによる作業が行われる場合が多い。

車体を組上げる工程でポータブルスポット溶接機を用いてスポット溶接を行う場合、大きな部品を跨いでスポット溶接を行うことから、部品の裏側に臨ませる溶接ガンを表側から視認することができず、従って、スポット溶接に際し、部品裏側の溶接部、及びその周辺の部品形状を把握することができない。

その結果、スポット溶接を行う作業者とは別に、裏側の形状の確認や溶接ガンの挿入経路をガイドするための作業者がもう１人必要となり、人件費が嵩み作業効率が悪いという問題がある。

一方、自動車を修理し、或いは部品を艤装するに際し、トリム部品を取外す作業は、例えば、トリム部品がアンカクリップを介して車体に固定されている場合、特許文献２（特開平１１−１２３６６５号公報）等に開示されているような手工具を用いて、爪状のアンカーの掛止状態を解除し、全てのアンカクリップを車体から抜いてトリム部品を取外す。

この作業は、手工具を用いて１人の作業者によって行うことができるが、袋形状になったトリム部品の見えない裏側の隙間から手工具を挿入し、アンカークリッブの位置を手探りで探し当てて取外し作業を行わなければならならず、取外し作業に手間取り、作業効率が悪いという問題がある。特に、トリム部材は複数のアンカークリッブで止められているため、全てのアンカクリップの位置を探し当てるのに時間と手間とがかかり、作業効率がより一層低下する問題がある。

これらの対策として、例えば特許文献３（特開２０１０−２５０４１５号公報）には、組立作業台の近傍にモニタを配置し、このモニタに取付け対象となる部品の情報を表示させることで、取付け作業の効率化を実現するようにした作業支援装置が開示されている。

特開２００１-２２５１７４号公報 特開平１１−１２３６６５号公報 特開２０１０−２５０４１５号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、作業者が取付け作業、或いは取外し作業を行うに際し、対象となる部品とモニタに表示されている情報とを一々照合させながら作業を行わなければならずスムーズに作業を進めることができない不都合がある。

特に、スポット溶接において作業者が確認することのできない裏側の溶接ガンの挿入経路がモニタに表示されたとしても、当該モニタに表示された挿入経路に沿って、溶接ガンを実際に導くことは困難である。

本発明は、上記事情に鑑み、１人の作業者で部品の取付け作業や取外し作業を効率よく行うことのできる作業支援装置を提供することを目的とする。

本発明による作業支援装置は、作業領域にある被取付部品上に描画空間を設定し、該描画空間にレーザ光を出射させるレーザ光源と、前記レーザ光源にて前記描画空間に、前記被取付部品に溶接部品をスポット溶接させる際の電極挿入経路を作業支援情報として描画させる支援情報描画手段とを備える。

本発明によれば、被取付部品上に設定した描画空間に作業支援情報を描画するようにしたので、部品の取付け作業や、取外し作業を１人の作業者で効率よく行うことができる。

第１実施形態による作業支援装置の構成図 同、作業支援装置の使用態様を示す説明図 同、ドアパネル上に作業支援情報を描画させる状態を示す分離斜視図 同、レーザ光にてドアパネル上に作業支援情報を描画させた状態の斜視図 同、ポータブルスポット溶接機の概略構成図 第２実施形態によるドアパネル上に作業支援情報を描画させる状態の斜視図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１〜図５に本発明の第１実施形態を示す。図１に示すように、本実施形態で採用する作業支援装置１は、被取付部品の前方に設定した描画空間に作業支援情報を描画させるレーザプロジェクタ１１と、このレーザプロジェクタ１１に出力する作業支援情報を作成する作業支援情報作成手段としてのパーソナルコンピュータ２１とを有している。尚、本実施形態では、被取付部品として右フロントドアパネル２を例示しているため、以下においては、被取付部品を右フロントドアパネル２として説明する。

レーザプロジェクタ１１は作業場の天井や壁面に固定されている自在アーム、或いは、床に設置されたスタンド等に位置調整自在に固定されている。このレーザプロジェクタ１１からは赤外線レーザ等のレーザ光が出射され、このレーザ光にて、右フロントドアパネル（以下においては、単に「ドアパネル」と称する）２上の描画空間に種々の作業支援情報を描画する。

一方、パーソナルコンピュータ２１はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える通常のマイクロコンピュータを有し、周辺機器として、ディスプレイ２１ａ、及びキーボード２１ｂやタッチバッド２１ｃ等の入力装置が設けられている。更に、このパーソナルコンピュータ２１は社内ＬＡＮ等を介してサーバコンピュータ（図示せず）に接続されており、このサーバコンピュータに格納されている部品図、組立図、仕様解説図などの図面情報を読込むことができる。

更に、パーソナルコンピュータ２１は、サーバコンピュータから読込んだ図面情報に基づき作業支援情報を作成し、作成した作業支援情報をハードディスク等の記憶手段に記憶する。

次に、レーザプロジェクタ１１の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態で採用するレーザプロジェクタ１１は、支援情報描画手段としてのプロジェクタ制御部１２、Ｉ／Ｏインターフェース１３、レーザ駆動部１４、ミラー駆動部１５、レンズ駆動部１６を有し、これらがシステムバス１７に接続されている。更に、レーザ駆動部１４にレーザ光源１８が接続されている。このレーザ光源１８は、レーザ駆動部１４からの駆動信号に従い、赤外線レーザ等、不可視光域のレーザ光を出射する。尚、このレーザ光源１８としては、ＹＡＧレーザ、Ｇｌａｓｓレーザ、ＣＯ2レーザ等がある。

プロジェクタ制御部１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える通常のマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従い、レーザプロジェクタ１１全体の動作を制御する。

又、レーザ光源１８から出射されるレーザ光の光軸上に、レーザ光の反射方向を可変させるガルバノミラーやポリゴンミラー等からなる２軸（ｘ軸、ｙ軸）走査ミラー１９が配設されている。更に、この２軸走査ミラー１９の反射方向の光軸上に、レーザ光を予め設定されている描画位置に集光させる集光レンズ２０が配設されている。

又、２軸走査ミラー１９がミラー駆動部１５に連設され、集光レンズ２０がレンズ駆動部１６に建設されている。レーザ光源１８から出射されたレーザ光は、２軸走査ミラー１９で反射され、集光レンズ２０を透過して、空中に予め設定されている描画空間に集光される。

プロジェクタ制御部１２は、パーソナルコンピュータ２１に格納されている作業支援情報を読込み、この作業支援情報を空中の描画空間に描画すべく、レーザ光源１８とミラー駆動部１５とレンズ駆動部１６とに駆動信号を出力する。すると、レーザ光源１８から出射されるレーザ光の出射タイミングに、２軸走査ミラー１９と集光レンズ２０とが同期して動作し、２軸走査ミラー１９の傾斜角度でレーザ光の描画位置を移動させると共に集光レンズ２０をレーザ光の出射方向に指向させて、レーザ光を描画位置に集光させる。

描画位置に集光されたレーザ光により空気中に絶縁破壊が生じ、局所的に気体が高密度のプラズマ状態となり、空中の描画位置（描画空間）に閃光が発生し、これが発光体として視認される。そして、この現象を連続的に発生させることで描画空間に所定の図形が描画される。尚、レーザ光による空中描画については、例えば特許第３６５０８１１号公報に詳述されている。

又、図３に示すように、ドアパネル２はインナパネル２ａとアウタパネル２ｂとで袋状に形成されており、インナパネル２ａには種々の部品を取付けるための作業用窓３が開口されている。更に、同図の符号３１は袋状に形成されたドアパネル２内に後付けにより取付けられる取付部品である溶接部品としてのドアビームであり、取付に際しては、このドアビーム３１を作業用窓３からドアパネル２内に挿入し、所定に位置決めした状態でスポット溶接する。ドアビーム３１は側面衝突時の補強部材で、ドアパネル２の変形を抑制して車室内を保護するもので、上下にフランジ部３１ａが曲げ形成されており、このフランジ部３１ａがインナパネル２ａの上下内面にそれぞれスポット溶接される。

スポット溶接は、図５に示すようなポータブルスポット溶接機４１を用いて行う。ここで、ポータブルスポット溶接機４１の構成について簡単に説明する。ポータブルスポット溶接機４１の溶接機本体４２はキャスタ４３により移動自在にされている。溶接機本体４２にはトランス（図示せず）が内装されており、このトランスの２次側に出力ケーブル４４を介してＣ型溶接ガン４５が接続されている。このＣ型溶接ガン４５は固定電極４５ａと可動電極４５ｂとを有している。

又、溶接機本体４２から上方へ支柱４６が延出され、この支柱４６の上端にハンガアーム４７の基部が支持されている。支柱４６は軸を中心として左右方向へ回動自在にされており、一方、ハンガアーム４７は基部を中心に上下方向へ揺動自在にされている。更に、ハンガアーム４７の先端にワイヤ４８が吊下され、このワイヤ４８の先端に固設されているフック４９にＣ型溶接ガン４５が取付けられている。

ドアビーム３１をインナパネル２ａの内側に溶接するに際しては、ポータブルスポット溶接機４１のＣ型溶接ガン４５の固定電極４５ａを、作業用窓３からドアパネル２内に挿入して、ドアビーム３１のフランジ部３１ａに設定されている溶接ポイントＰに当接させ、可動電極４５ｂを外側の溶接ポイントに当接させてスポット溶接を行う。

一般に、ドアパネル２の袋状に形成された内部には部品取付け用のブラケットや補強材などが溶接されている。固定電極４５ａをドアパネル２内に挿入するに際し、溶接作業者がドアパネル２の内部を外部から視認することは困難であるため、これら各部品に干渉することなく固定電極４５ａを、ドアビーム３１のフランジ部３１ａに設定されている溶接ポイントＰまで導く作業には、経験と熟練が要求される。或いは、固定電極４５ａの挿入経路を案内するもう１人の作業員が必要になる。

本実施形態は、インナパネル２ａ上に描画空間を設定し、この描画空間にレーザプロジェクタ１１にて、スポット溶接を行う際の作業支援情報である作業支援像Ｍを描画する。溶接作業者は、描画された作業支援像Ｍを視認することで、Ｃ型溶接ガン４５の固定電極４５ａを、他の作業者の案内に頼ることなく１人で溶接ポイントＰまで導くことが可能となる。

すなわち、図３に示すように、レーザプロジェクタ１１から出射されるレーザ光にて描画される作業支援像Ｍは、ドアパネル２内に位置決めされているドアビーム３１と同一形状、同一方向に指向された形状の溶接部品像としてのドアビーム像５１、及び電極挿入経路像５２ａ，５２ｂであり、ドアビーム像５１には上下にフランジ部像５１ａが描画されていると共に、フランジ部像５１ａに溶接ポイント像Ｐ’が描画されている。又、電極挿入経路像５２ａ，５２ｂは特定の作業用窓３から固定電極４５ａをドアパネル２内に挿入し、フランジ部３１ａの溶接ポイントＰに辿り着くまでの経路が描画される。尚、この作業支援像Ｍは、ドアビーム像５１、電極挿入経路像５２ａ，５２ｂ、及び溶接ポイント像Ｐ’をそれぞれ異なる色でカラー表示させるようにしても良い。

図３に示す作業支援像は、説明を容易にするために、インナパネル２ａから分離した状態で示しているが、実際は、図４に示すようにインナパネル２ａの表面を描画位置として表示される。その結果、ドアビーム像５１は、ドアパネル２内に位置決めされているドアビーム３１に対して重ね合わされるように表示され（以下、これを「オーバレイ表示」と称する）、電極挿入経路像５２ａ，５２ｂにて、固定電極４５ａを作業用窓３から溶接ポイントＰまで導く経路が描画される。

ところで、レーザプロジェクタ１１から出射するレーザ光にて、描画空間として設定されているインナパネル２ａ上に作業支援像Ｍを正確に描画させるには、レーザプロジェクタ１１とインナパネル２ａとの向き、及び位置を正確に設定する必要がある。図２はインナパネル２ａの表面とレーザプロジェクタ１１との位置関を初期設定する態様が示されている。すなわち、インナパネル２ａの表面の３つの隅の予め決められた位置に突起、或いは窪み等により基準点Ｏ１〜Ｏ３が形成されている。

一方、レーザプロジェクタ１１からは初期位置調整用の３本のレーザビームＬ１〜Ｌ３が出射自在にされている。この各レーザビームＬ１〜Ｌ３はそれぞれ出射角度が決められており、この各レーザビームＬ１〜Ｌ３と基準点Ｏ１〜Ｏ３とを一致させることで、ドアパネル２とレーザプロジェクタ１１との相対位置、傾きなどを調整する。このように、プロジェクタ制御部１２は、ドアパネル２とレーザプロジェクタ１１との初期位置を調整する初期位置調整機能が備えられている。

次に、このような構成による作業支援装置１を用いた作業支援について、ドアパネル２にドアビーム３１をスポット溶接する作業を例に掲げて説明する。

先ず、作業支援像Ｍを作成する作業について説明する。作業者はコンピュータ端末にドアパネル２の各部品図データ（或いは組立図データ）とドアビーム３１の部品図データ（ドアビーム像５１）とを読込み、ディスプレイ上でドアビーム３１を取付けた状態の三次元画像（ソリッドモデル或いはサーフェスモデル）を作成する。そして、この三次元画像に、Ｃ型溶接ガン４５の固定電極４５ａをインナパネル２ａに開口されている作業用窓３からドアビーム３１のフランジ部３１ａに設けた溶接ポイントＰまで、内部部品に干渉することなく導くことのできる経路像（電極挿入経路像）５２ａ，５２ｂを、異なるレイヤで作成する。

そして、図４に示すように、作成した電極挿入経路像５２ａ，５２ｂとドアビーム像５１とをグループ化して作業支援像Ｍとし、コンピュータ端末或いはサーバコンピュータの記憶手段に記憶させる。尚、この作業支援像Ｍは三次元モデルであり、回転、及び拡大縮小が可能である。更に、ドアビーム像５１と電極挿入経路像５２ａ，５２ｂとは、それぞれ異なる線色、線幅で作成するようにしても良い。又、作業支援像Ｍを作成するコンピュータ端末は、パーソナルコンピュータ２１に限らず設計者の使用するコンピュータ等であっても良い。

次に、スポット溶接作業を開始する前の初期設定について説明する。先ず、作業者は、作業台にセットされているドアパネル２のインナパネル２ａに対し、レーザプロジェクタ１１から三本のレーザビームＬ１〜Ｌ３を出射し、この各レーザビームＬ１〜Ｌ３を、インナパネル２ａの３つの隅に予め形成されている基準点Ｏ１〜Ｏ３に照射する（図２参照）。そして、各レーザビームＬ１〜Ｌ３が基準点Ｏ１〜Ｏ３に一致するように、レーザプロジェクタ１１とドアパネル２との相対位置を調整して、インナパネル２ａ上に描画空間が形成されるようにする。

次に、作業支援装置１を利用したスポット溶接作業について説明する。作業者は、先ず、パーソナルコンピュータ２１に作業支援像Ｍのデータを取込み、この作業支援像Ｍのデータをレーザプロジェクタ１１に出力する。

すると、レーザプロジェクタ１１のプロジェクタ制御部１２が、各駆動部１４〜１６を駆動させて、レーザ光源１８から出射されるレーザ光にて描画空間に作業支援像Ｍを描画する。この作業支援像Ｍは三次元モデルであるため、回転、及び拡大縮小させることができる。

作業者はパーソナルコンピュータ２１のタッチバッド２１ｃ（或いは、マウス）等を操作し、作業支援像Ｍを回転、及び拡大縮小させて、作業支援像Ｍのドアビーム像５１を、ドアパネル２内に実際に取付けられるドアビーム３１にオーバレイ表示させる。尚、ドアビーム３１はドアパネル２内に、所定に位置決めされた状態で仮組されている。

すると、図４に示すように、外部から実際には目視することの困難なドアビーム３１がドアビーム像５１としてオーバレイ表示され、電極挿入経路像５２ａ，５２ｂが、作業用窓３からドアビーム像５１のフランジ部像５１ａまで、固定電極４５ａを導く経路として表示される。

そして、溶接作業者は、ドアビーム３１をドアパネル２内にスポット溶接するに際し、描画空間に描画されている電極挿入経路５２ａ、或いは電極挿入経路５２ｂが示す作業用窓３から、ポータブルスポット溶接機４１に設けられているＣ型溶接ガン４５の固定電極４５ａをドアパネル２内に挿入し、この固定電極４５ａの先端を電極挿入経路５２ａ（或いは電極挿入経路５２ｂ）に沿って移動させる。

この電極挿入経路５２ａ（或いは電極挿入経路５２ｂ）は、固定電極４５ａをドアパネル２内に配設されている内部部品に干渉することなく、ドアビーム３１のフランジ部３１ａに設けた溶接ポイントＰまで導くことができるように設定されている。そのため、固定電極４５ａを電極挿入経路５２ａ（或いは電極挿入経路５２ｂ）に沿って移動させることで、この固定電極４５ａをドアパネル２の内部部品に干渉させることなく、最短距離で溶接ポイントＰに到達させることができる。

このように、本実施形態によれば、溶接作業者は、固定電極４５ａを電極挿入経路５２ａ（或いは電極挿入経路５２ｂ）に沿って移動させるだけで、この固定電極４５ａの先端を溶接ポイントＰに到達させることができるため、固定電極４５ａを案内するもう１人の作業者が不要となり、スポット溶接作業の効率化を実現することができる。

尚、本実施形態では、ドアパネル２にドアビーム３１をスポット溶接する場合の作業支援について説明したが、本実施形態は、リヤクォータパネルやフロントクォータパネル等、アウタパネルとインナパネルとで袋状に形成された部位に、補強部材等の部品をスポット溶接する際にも適用することができる。

尚、本実施形態では、溶接部品であるドアビーム３１上に、このドアビーム３１と同一形状のドアビーム像５１を溶接部品像として描画しているが、当該溶接部品像はドアビーム３１と同一形状である必要はなく、作業支援を行えるものであれば、輪郭のみ、ビードや稜線などの特徴的な部分のみ、或いは、大まかな形状のみ等であっても良い。

［第２実施形態］
図６に本発明の第２実施形態を示す。上述した実施形態では、作業者が部品をスポット溶接する際の作業支援を作業支援装置１で行う態様について説明したが、本実施形態では、部品を取外す際の作業支援を作業支援装置１で行う態様について説明する。尚、第１実施形態と同一の構成部品については、同一の符号を付して説明を省略する。

例えば、ドアパネル２内に配設されているパワーウインドモータやドアロックアクチュエータが故障した場合、インナパネル２ａを覆う取外し部品である表装部品としてのドアトリム２ｃを外して、故障している部品、或いは、故障部品を有するユニット全体を交換する必要がある。

このような場合、作業台にセットしたドアパネル２のドアトリム２ｃの表面を描画空間として設定し、この描画空間に、レーザプロジェクタ１１から作業支援像Ｍ’が描画される。本実施形態による作業支援像Ｍ’は三次元モデルであり、パーソナルコンピュータ２１の記憶手段に格納されている。尚、この作業支援像Ｍ’の作成手順は上述した第１実施形態と同じであるため説明を省略する。

作業支援像Ｍ’を描画空間に描画すると、ドアトリム２ｃの内側に突設されているアンカクリップ上に位置像５６が破線円で描画されると共に、スクリューの螺入されている位置を示す位置像５７が矢印で描画される。更に、使用する取外し工具の差し込み位置を示す位置像５８が矢印で描画される。又、アンカクリップの爪の形状を表わすクリップ像Ｑ、及び差し込む取外し工具の種別である型番を表わす型番像Ｒが描画される。更に、アンカクリップの位置を示す位置像５６の近傍には、取外すアンカクリップの順番を示す文字像（Ａ）〜（Ｊ）が描画される。

このように、本実施形態によれば、ドアパネル２のインナパネル２ａからドアトリム２ｃを取外すに際し、ドアトリム２ｃ上に作業支援像Ｍ’を描画するようにしたので、作業者は作業支援像Ｍ’に表示された位置像５６〜５８にアンカクリップが突設されていることを容易に把握することができる。又、アンカクリップの爪の形状がクリップ像Ｑで表示されると共に、使用する工具の型番像Ｒが表示され、更に、アンカクリップの取外す順番を示す文字像（Ａ）〜（Ｊ）が表示されるため、作業者は作業手順を、作業マニュアルを参照することなく、容易に把握することができ、取外し作業の効率化を実現することができる。

更に、アンカクリップの形状、取外す順番、及び使用する工具が描画空間に描画されるため、作業者はアンカクリップの位置を、ドアトリム２ｃとインナパネル２ａとの間の僅かな隙間からのぞき込んで確認する必要がなく、取外し作業のより一層の効率化を実現することができる。

尚、本実施形態では、例えは取外し工具をアンカクリップまで導く導入経路を併せて描画するようにしても良い。又、アンカクリップの取外す順番は、クリップ位置を示す位置像５６の順番に沿って点滅描画させるようにしても良い。更に、描画空間は被取付部品の表面に設定しても良い。

１…作業支援装置、
２…ドアパネル、
２ａ…インナパネル、
２ｃ…ドアトリム、
３…作業用窓、
１１…レーザプロジェクタ、
１２…プロジェクタ制御部、
１８…レーザ光源、
１９…２軸走査ミラー、
２０…集光レンズ、
２１…パーソナルコンピュータ、
３１…ドアビーム、
３１ａ…フランジ部、
４１…ポータブルスポット溶接機、
４５ａ…固定電極、
４５ｂ…可動電極、
５１…ドアビーム像、
５１ａ…フランジ部像、
５２ａ，５２ｂ…電極挿入経路像、
５６〜５８…位置像、
Ｇ…クリップ像、
Ｒ…型番像、
Ｌ１〜Ｌ３…レーザビーム、
Ｍ…作業支援像、
Ｏ１〜Ｏ３…基準点、
Ｐ…溶接ポイント像、

Claims (4)

1. 作業領域にある被取付部品上に描画空間を設定し、該描画空間にレーザ光を出射させるレーザ光源と、
   前記レーザ光源にて前記描画空間に、前記被取付部品に溶接部品をスポット溶接させる際の電極挿入経路を作業支援情報として描画させる支援情報描画手段と
   を備えることを特徴とする作業支援装置。
2. 前記被取付部品に複数の基準点が設けられ、
   前記支援情報描画手段は前記レーザ光源から前記各基準点に対して、予め設定されている出射角度でレーザビームを照射することで該レーザ光源と前記被取付部品との相対位置を調整する調整機能を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の作業支援装置。
3. 前記支援情報描画手段は前記描画空間に前記被取付部品内に取付けられている前記溶接部品に対して重ね合わせるように該溶接部品を表す形状の溶接部品像を前記電極挿入経路と共に前記作業支援情報として描画する
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載の作業支援装置。
4. 前記支援情報描画手段は前記作業支援情報をＣＡＤデータに基づいて作成する
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の作業支援装置。

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