JP6150251B2 - 航空機の検査システム - Google Patents

Description

本発明は、航空機の検査システムに関する。

従来より、航空機の機体を構成する部材同士を、締結部品としてのいわゆるファスナを用いて締結するものが知られている。このファスナは、部材に形成された貫通孔に打ち込まれるものであり、部材同士が確実に締結されたことを確認するため、例えば、特許文献１では、部材の表面から、打ち込まれたファスナの頭部表面までの深さが所定範囲内にあるか否かを検査することが記載されている。

特開２０１２−２３３５００号公報

このような航空機の機体は大きなものであるから、部材同士を締結するファスナの数も膨大なものとなる。特に、ジャンボジェット機などの大型の航空機では、主翼だけでも数万本のファスナが用いられている。ここで、上述したようなファスナの装着状態の検査は、従来より作業者による手作業で行われており、ファスナの数が膨大となることから、検査負担も多大なものとなる。このため、複数人による検査を余儀なくされており、検査者の間で検査バラツキが発生するなど検査精度に問題が生じることもある。

本発明の航空機の検査システムは、航空機の検査を精度よく行うことを主目的とする。

本発明の航空機の検査システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の航空機の検査システムは、
画像を撮影可能なカメラを有する検査ユニットと、
航空機の検査箇所に関する位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記取得された位置情報に基づいて所定位置に前記検査ユニットを移動させる移動制御手段と、
前記検査ユニットが前記所定位置に移動した状態で前記検査箇所を撮影するよう前記カメラを制御するカメラ制御手段と、
前記撮影された画像に基づいて、前記検査ユニットの位置決めを行う位置決め手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の航空機の検査システムでは、航空機の検査箇所に関する位置情報を取得し、画像を撮影可能なカメラを有する検査ユニットを、取得した位置情報に基づいて所定位置に移動させ、検査ユニットが所定位置に移動した状態でカメラで検査箇所を撮影し、撮影した画像に基づいて検査ユニットの位置決めを行う。これにより、航空機の検査箇所に基づく所定位置に対し、検査ユニットが位置ずれするのを抑制することができる。したがって、検査ユニットによって、検査箇所の検査に必要な情報をより適切に取得することができるから、ひいては、航空機の検査を精度よく行うことができる。なお、検査ユニットは、カメラ以外に検査用の計測手段を有してもよいし、カメラのみ（ただし、撮影に必要な照明などを含んでもよい）を有してもよい。

また、本発明の航空機の検査システムにおいて、前記位置決め手段は、前記撮影された画像に基づいて前記検査ユニットの位置の補正量を設定し、該設定した補正量に基づいて前記検査ユニットを移動させるものとしてもよい。こうすれば、実際に撮影した画像に基づいて検査ユニットの位置を補正することができるから、検査ユニットが位置ずれするのをより確実に抑制することができる。

また、本発明の航空機の検査システムにおいて、前記検査ユニットは、所定の物理量を計測する計測手段を有し、前記位置決め手段により前記検査ユニットの位置決めが行われた後に、前記検査箇所の所定の物理量を計測するよう前記計測手段を制御する計測制御手段と、前記計測された所定の物理量に基づいて前記検査箇所の検査を行う検査処理手段と、を備えるものとしてもよい。こうすれば、検査箇所の検査を、検査ユニットの位置決めが行われた後に行うことになるから、航空機の検査精度を向上させることができる。なお、所定の物理量としては、検査箇所に光を発したときの受光量や検査箇所に超音波を発したときの反射波とすることができる他、磁気や温度、圧力、振動などとしてもよい。

また、本発明の航空機の検査システムにおいて、前記計測手段は、前記所定の物理量として前記検査箇所の表面の凹凸変位量をライン状に検出可能な２つの２次元変位センサであって、前記２つの２次元変位センサのうち一方が、前記検査箇所の表面における所定方向の凹凸変位量を計測し、他方が、前記所定方向に直交する方向の凹凸変位量を計測するよう構成されるものとしてもよい。こうすれば、１方向の凹凸変位量に基づいて検査を行う場合に比べて、検査精度をさらに向上させることができる。

また、本発明の航空機の検査システムにおいて、前記位置情報取得手段は、前記検査箇所に関する位置情報として、前記航空機の部材を締結するために該部材の貫通孔に装着される軸状のファスナの装着位置に関する位置情報を取得するものとしてもよい。こうすれば、ファスナの装着位置を検査箇所として検査することができる。ここで、機体の大きな航空機ではファスナの数が膨大なものとなるが、各ファスナに対して検査ユニットの精度のよい位置決めを可能として、各ファスナの装着状態を精度よく検査することができるから、航空機の検査効率を大幅に向上させることができる。

また、この態様の本発明の航空機の検査システムにおいて、前記位置情報取得手段は、前記部材の貫通孔から露出する前記ファスナの表面の中心位置と、前記ファスナの軸端面の中心位置との２点の位置情報を取得し、前記移動制御手段は、前記２点の位置情報に基づいて、該２点を通る直線上の位置を前記所定位置として、前記検査ユニットを移動させるものとしてもよい。こうすれば、検査ユニットが所定位置に移動したときに、ファスナに正対する位置（正常に埋め込まれているファスナ表面から垂直方向の位置）から画像を撮影することができるから、ファスナの装着位置に対する検査ユニットの位置決めの精度をより向上させることができる。

また、本発明の航空機の検査システムにおいて、前記検査ユニットは、多軸ロボットに搭載されるものとしてもよい。こうすれば、多軸ロボットの位置決め精度と相まって、検査ユニットの位置決め精度をさらに向上させることができるから、安定した検査を行うことができる。

また、本発明の航空機の検査システムにおいて、前記検査箇所から得られた情報を該検査箇所と対応付けて記憶する記憶手段を備えるものとしてもよい。こうすれば、検査箇所から得られた情報を容易に読み出すことができる。例えば、膨大な数のファスナの装着状態に関する情報を容易に読み出すことが可能となる。

検査システム１０の構成の概略を示す構成図である。 検査ロボット２０に搭載される検査ユニット３０の構成の概略を示す説明図である。 ファスナ１１０と検査機器との位置関係を示す説明図である。 検査処理装置６０により実行されるファスナ装着状態検査処理の一例を示すフローチャートである。 撮影画像と基準画像とを比較する様子を示す説明図である。 凹凸変位量からファスナ深さＤを求める様子を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、検査システム１０の構成の概略を示す構成図である。本実施形態の検査システム１０は、航空機機体の主翼１００において部材同士を締結するファスナ１１０の装着状態を自動で検査するためのシステムであり、各種検査機器が搭載された検査ロボット２０と、検査ロボット２０の駆動制御や各種検査機器の制御を行うロボットコントローラ４０と、システム全体の制御や検査処理を行う検査処理装置６０とを備える。ここで、図２は、検査ロボット２０に搭載される検査ユニット３０の構成の概略を示す説明図であり、図３は、ファスナ１１０と検査機器との位置関係を示す説明図である。

ここで、航空機機体の主翼１００は、詳細な図示は省略するが、主翼１００の骨組みを構成する複数のスパーやリブなどの構造部材１０２に外板１０４（主翼パネル）を貼り付けた周知の構成である。これらの構造部材１０２や外板１０４には、炭素繊維と樹脂との複合材料やアルミニウム合金などの金属材料が用いられ、締結部材であるファスナ１１０を打ち込むために、外板１０４と構造部材１０２とを貫通する貫通孔が形成されている。ファスナ１１０は、図３に示すように、皿状の頭部１１２ａと軸部１１２ｂとを有する本体１１２と、ナット１１４とにより構成されている。このファスナ１１０は、外板１０４に形成された皿もみ状の貫通孔１０４ａから専用工具を用いて打ち込まれ、構造部材１０２から突出した軸部１１２ｂの図示しないネジ溝にナット１１４が締め付けられる。これにより、ファスナ１１０が主翼１００に装着される装着状態となり、構造部材１０２と外板１０４とを締結する。

このファスナ１１０は、装着状態で、頭部１１２ａが貫通孔１０４ａに埋め込まれており、外板１０４の表面に対する頭部１１２ａの表面（貫通孔１０４ａから露出する露出面）のファスナ深さＤ（埋め込み量）は、例えば０．５ｍｍが適正値となっている。なお、いわゆるジャンボジェット機などの大型航空機の主翼１００には、１機当り（両翼）に数万本（例えば約８万本）ものファスナ１１０が使用される。このファスナ１１０は、主翼１００がその機能を発揮して安全な航行をするために、斜めに傾いて打ち込まれることなどがなく確実に装着されている必要がある。このため、ファスナ１１０の装着状態の検査は欠かせないものであり、ファスナ深さＤが基準範囲内（例えば０．５ｍｍ＋０．１５３ｍｍ，−０．２２９ｍｍなど）にあるか否かの検査が行われる。なお、本実施形態の検査システム１０では、図１に示すように、図示しないクレーンのフック１２０に主翼１００が吊り下げられた状態で検査を行うが、主翼１００を架台に立て掛けた状態や架台に横たえた状態で検査を行ってもよいし、航空機機体に主翼１００が取り付けられた状態（主翼だけでなく完成品の状態）で検査を行ってもよい。

検査ロボット２０は、複数（例えば６軸）の駆動軸を有する周知の垂直多関節ロボット（例えば、三菱電機株式会社製のＲＶ１２ＳＱや株式会社デンソー製のＶＭ−６０８３Ｇなど）として構成されている。この検査ロボット２０は、ベース２０ａが図１中のＸ軸方向に沿って敷かれたレール３１上を走行する台車３２に搭載されて、Ｘ軸方向への走行移動も可能となっている。即ち、検査ロボット２０は、ロボット自体が有する複数（６軸）の駆動に加えて、Ｘ軸方向への１軸の走行移動が可能となっている。これにより、主翼１００の全長にわたる広い検査範囲で、ファスナ１１０の装着状態を効率よく検査することができる。この検査ロボット２０は、複数のアームのうち最もベース２０ａから離れた位置にあるアーム２１の先端に、検査ユニット３０を取り付け可能な機器取付部２１ａが設けられており、この機器取付部２１ａを所望の位置に所望の向きで移動させるよう制御される。機器取付部２１ａには、矩形状の第１プレート２２が固定されており、その第１プレート２２の四隅から垂直方向に延びる４本のロッド２３を介して矩形状の第２プレート２４が固定されている。第２プレート２４は、第１プレート２２よりも一回り大きく形成されており、機器取付部２１ａの中心軸と同軸の貫通孔２４ａが形成されている。なお、これらの第１プレート２２やロッド２３、第２プレート２４は、素材にアルミニウムを用いて重量の軽減を図っている。

第１プレート２２には、Ｌ字型の取付部材２５が取り付けられ、この取付部材２５に画素数が数百万画素（例えば、２００万画素）程度のカメラ２６が取り付けられている。このカメラ２６は、光軸が機器取付部２１ａの中心軸と同軸で、レンズ２６ａが第２プレート２４の貫通孔２４ａを貫通するように配置されている。

第２プレート２４には、第１プレート２２と反対側の面に、発光源であるＬＥＤがリング状に配置されたリングライト２７が取り付けられている。このリングライト２７は、リングの中心が貫通孔２４ａと同軸となるように配置されている。なお、貫通孔２４ａを貫通するカメラ２６のレンズ２６ａは、リングライト２７内に収まっている。

また、第２プレート２４には、リングライト２７の周りに、周方向に９０度の間隔をもって２つの取付部材２８が取り付けられており、各取付部材２８にそれぞれレーザ変位センサ２９が取り付けられている。なお、図３では、図示の都合上、取付部材２８やレーザ変位センサ２９を１つだけ図示した。このように、本実施形態の検査ユニット３０は、カメラ２６と、リングライト２７と、レーザ変位センサ２９とを有するユニットとして構成されている。レーザ変位センサ２９は、レーザ光を検査面（検査箇所である外板１０４の表面）に照射すると共に検査面で拡散反射した反射光を三角測距方式により受光して、検査面の凹凸変位量（位置や形状の変化）をライン状に検出可能な２次元変位センサであり、例えば、キーエンス株式会社製の型番ＬＪ−Ｇ０８０などが用いられる。この２つのレーザ変位センサ２９は、検査面から所定の距離Ｌ０（型番ＬＪ−Ｇ０８０の仕様では８０ｍｍ）だけ離れた状態で検査面に向けてレーザ光を発光したときに、検査面上でレーザ光が交差すると共にその交差の中心位置が機器取付部２１ａの中心軸上の位置（レーザ光が照射される計測範囲の中心位置がカメラ２６の光軸上の位置）となっている。このようにするために、レーザ変位センサ２９は、レーザ光の光軸が、カメラ２６の光軸に対して所定角度Ａ（図３参照）だけ傾いた状態で取付部材２８に取り付けられており、本実施形態では、その所定角度Ａを約２０度とした。また、レーザ変位センサ２９は、周方向に９０度の間隔をもって２つ取り付けられるため、レーザ変位センサ２９から発光されるレーザ光は、検査面上で略直交することになる（図２参照）。このため、レーザ変位センサ２９により、検査面において、所定方向と、その所定方向に直交する方向との２方向の凹凸変位量を検出することができる。本実施形態では、外板１０４の表面に対し、図１中Ｘ方向と、Ｙ方向との２方向の凹凸変位量を検出可能となるように、機器取付部２１ａの位置決めを行う。

ロボットコントローラ４０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースなどにより構成されており、その機能ブロックとしては、図１に示すように、ロボット２０（ロボットコントローラ４０）の全体を制御する主制御部４１と、ロボット２０の各部（アーム２１など）の駆動を制御する駆動制御部４２と、カメラ２６やリングライト２７を制御するカメラ制御部４３と、レーザ変位センサ２９を制御するセンサ制御部４４と、ロボット２０の駆動に必要なデータやプログラムなどを記憶する記憶部４５と、表示パネル４８の表示を制御したり各種操作ボタン４９になされた操作を受け付けたりする表示操作制御部４６と、検査処理装置６０と通信するための通信制御部４７とを備える。

主制御部４１は、主翼１００におけるファスナ１１０の装着位置情報を入力し、入力した装着位置情報に基づいてロボット２０の駆動制御用（機器取付部２１ａに取り付けられる検査ユニット３０の移動制御用）の位置情報を生成し、生成した位置情報を記憶部４５に記憶する。なお、駆動制御用の位置情報としては、例えば、機器取付部２１ａのＸＹＺ座標における位置およびその位置における向きなどの情報が定められる。ここで、本実施形態のロボットコントローラ４０（主制御部４１）は、２点を通る直線上の所定位置に機器取付部２１ａの中心が位置するように駆動制御用の位置情報を生成可能な仕様となっている。このため、例えば、ファスナ１１０の装着位置情報として、図３に示すように、ファスナ１１０の頭部１１２ａの表面（貫通孔１０４ａからの露出面）の中心位置Ｐと、軸部１１２ｂの軸端面の中心位置Ｑとを入力すると、この中心位置Ｐ、Ｑを通る直線Ｓ上の位置であって、且つ、中心位置Ｐから所定距離Ｌだけ離れた位置となるように、駆動制御用の位置情報を生成することができる。この駆動制御用の位置情報を、以下、検査位置情報とする。なお、所定距離Ｌは、機器取付部２１ａの第１プレート２２の取付面からレーザ変位センサ２９の発受光部までの距離に、レーザ変位センサ２９の発受光部から外板１０４の表面（あるいはファスナ１１０の頭部１１２ａの表面）までの距離Ｌ０（例えば、８０ｍｍ）を加えた距離（例えば、１５０ｍｍや２００ｍｍなど）に定められる。

駆動制御部４２は、機器取付部２１ａが駆動制御用の位置情報に基づく位置および向きで移動するように、検査ロボット２０の各部を駆動させるサーボモータの回転角度信号や台車３２を移動させるサーボモータの回転角度信号などの駆動制御信号を生成して出力する。また、駆動制御部４２は、各サーボモータに取り付られたポジションセンサからのポジション信号（回転角度信号）を入力する。カメラ制御部４３は、リングライト２７への発光指示を伴ってカメラ２６に撮影指示を出力し、カメラ２６で撮影された画像を入力する。センサ制御部４４は、レーザ変位センサ２９にレーザ発光指示を出力し、レーザ変位センサ２９で検出された凹凸変位量を入力する。なお、カメラ制御部４３が入力した画像やセンサ制御部４４が入力した凹凸変位量は、通信制御部４７を介して検査処理装置６０に出力される。

検査処理装置６０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースなどにより構成されており、その機能ブロックとしては、図１に示すように、装置全体を制御する主制御部６１と、検査ロボット２０のカメラ２６で撮影されて入力した画像を処理する画像処理部６２と、検査ロボット２０のレーザ変位センサ２９で計測されて入力した凹凸変位量に基づいて検査処理を行う検査処理部６３と、各種処理に必要なデータやプログラムなどを記憶する記憶部６４と、ディスプレイ６８の表示を制御したりキーボードやマウスなどの入力装置６９になされた操作を受け付けたりする表示操作制御部６５と、ロボットコントローラ４０と通信するための通信制御部６６とを備える。なお、記憶部６４に記憶されるデータとしては、ファスナ１１０の装着位置（中心位置Ｐ、Ｑ）に関する情報を含む主翼１００のＣＡＤデータなどがある。

次に、こうして構成された検査システム１０の動作について説明する。図４は、検査処理装置６０により実行されるファスナ装着状態検査処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、検査システム１０を構成する検査ロボット２０やロボットコントローラ４０、検査処理装置６０の電源がオンされている状態で、検査処理の開始が指示されたときに実行される。

図４のファスナ装着状態検査処理が実行されると、検査処理装置６０の主制御部６１は、まず、ロボットコントローラ４０に検査位置情報を生成させるための検査準備処理を実行する（ステップＳ１００）。この検査準備処理では、主制御部６１は、記憶部６４に記憶されている主翼１００のＣＡＤデータを読み出し、ロボットコントローラ４０が読み取り可能な形式でファスナ１１０の装着位置情報に変換して、変換した装着位置情報をロボットコントローラ４０に送信する。ロボットコントローラ４０の制御部４１は、ステップＳ１００で送信された装着位置情報を受信すると、検査ユニット３０の検査位置情報（駆動制御用の位置情報）を生成する。上述したように、検査位置情報は、ファスナ１１０における頭部１１２ａの表面の中心位置Ｐと軸部１１２ｂの軸端面の中心位置Ｑとを通る直線Ｓ上の位置で、且つ、中心位置Ｐから所定距離Ｌだけ離れた位置の情報として生成される。また、この検査準備処理では、検査対象となるすべてのファスナ１１０のそれぞれについて、検査位置情報を生成して記憶部４５に記憶する。このように、検査準備処理では、ファスナ１１０の装着位置情報に基づいて検査ユニット３０の検査位置情報を生成することになる。

こうして検査準備処理を実行すると、検査処理装置６０の主制御部６１は、次に、検査開始指示をロボットコントローラ４０に送信し（ステップＳ１１０）、ファスナ１１０の検査位置で撮影された画像がロボットコントローラ４０から送られてくる（受信する）のを待つ（ステップＳ１２０）。なお、検査開始指示の送信のタイミングは、ロボットコントローラ４０から検査位置情報を生成（記憶）した旨の信号を受信したタイミングなどとしてもよい。ロボットコントローラ４０の制御部４１は、ステップＳ１１０で送信された検査開始指示を受信すると、記憶部４５に記憶した検査位置情報を予め定められた検査順に従って読み出し、読み出した検査位置情報に基づく検査位置に機器取付部２１ａ（検査ユニット３０）が移動するよう検査ロボット２０の駆動制御を開始する。また、ロボットコントローラ４０は、検査位置に機器取付部２１ａが移動したことを、入力したポジション信号に基づいて検出すると、リングライト２７の発光を伴ってカメラ２６で検査箇所の画像を撮影して、検査処理装置６０に送信する。このとき、上述したように、中心位置Ｐ、Ｑを通る直線Ｓ上の検査位置に機器取付部２１ａ（検査ユニット３０）が移動しているから、ファスナ１１０の頭部１１２ａに正対する位置（ファスナ１１０が正常に埋め込まれている場合に頭部１１２ａの表面に対して垂直方向の位置）からカメラ２６で撮影した撮影画像を送信することになる。

ロボットコントローラ４０からの撮影画像を受信すると、主制御部６１は、受信した撮影画像を記憶部６４に記憶された基準画像と比較して位置補正量を演算する（ステップＳ１３０）。ここで、撮影画像と基準画像とを比較する様子を図５に示す。図中点線が基準画像におけるファスナ１１０の頭部１１２ａであり、実線が撮影画像におけるファスナ１１０の頭部１１２ａである。なお、貫通孔１０４ａの図示は省略した。ここで、受信した撮影画像からのファスナ１１０の頭部１１２ａの検出は、例えば、ファスナ１１０の頭部１１２ａに対応する情報を有する画素（例えば、頭部１１２ａの色を示す階調値に近い画素）からなる領域を抽出することにより行うことができる。また、そのようにして抽出した領域の中心位置を検出し、基準画像の中心位置との位置の差分を求め、求めた差分に基づいてＸ方向の位置補正量ΔＸとＹ方向の位置補正量ΔＹとを算出することにより、位置補正量を演算する。上述したように、機器取付部２１ａが直線Ｓ上の検査位置に移動しているから、カメラ２６の光軸はファスナ１１０の軸中心と略一致しているが、ステップＳ１３０の処理は、カメラ２６の光軸とファスナ１１０の軸中心との誤差を修正して、レーザ変位センサ２９の測定範囲の中心をファスナ１１０の軸中心にさらに近付けるために機器取付部２１ａの位置の微調整量を求めるものとなる。なお、このように、常に位置補正量（微調整量）を求めるものに限られず、求めた差分が所定の閾値以下であるか否かを判定し、閾値以下であれば位置補正量を求めない（ステップＳ１４０の処理を省略する）ものとしてもよい。この場合の所定の閾値は、検査ロボットの位置決め精度に依存する（例えば、位置決め精度が±０．１ｍｍであれば、閾値を同じ±０．１ｍｍに定める）ものなどとしてもよい。

こうして位置補正量を演算すると、演算した位置補正量に基づいて位置補正指示をロボットコントローラ４０に送信して（ステップＳ１４０）、レーザ変位センサ２９によって計測された凹凸変位量がロボットコントローラ４０から送られてくる（受信する）のを待つ（ステップＳ１５０）。ロボットコントローラ４０の制御部４１は、ステップＳ１４０で送信された位置補正指示を受信すると、位置補正指示に含まれる位置補正量に基づいて機器取付部２１ａ（検査ユニット３０）の位置を微調整するよう検査ロボット２０の駆動制御を行う。ここで、航空機においては、使用中に生じる機体の変形や歪みなどにより、ＣＡＤデータ（図面）から得られる情報だけでは検査ユニット３０を精度よく位置決めするのが困難となる場合があるが、カメラ２６の撮影画像を用いて位置決め（位置の微調整）することにより、精度よく位置決めを行うことができる。また、ロボットコントローラ４０は、位置補正量に基づく位置に機器取付部２１ａの位置が微調整されたことを、入力したポジション信号に基づいて検出すると、２つのレーザ変位センサ２９によって２方向の凹凸変位量を計測し、計測した凹凸変位量を検査処理装置６０に送信する。

ロボットコントローラ４０からの凹凸変位量を受信すると、主制御部６１は、受信した２方向の凹凸変位量に基づいてファスナ深さＤを算出する（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０では、Ｘ方向の凹凸変位量に基づくＸ方向のファスナ深さＤＸと、Ｙ方向の凹凸変位量に基づくＹ方向のファスナ深さＤＹとをそれぞれを求める。ここで、凹凸変位量に基づいてファスナ深さＤを求める様子を図６に示す。なお、本実施形態では、位置補正によって、レーザ変位センサ２９の測定範囲の中心がファスナ１１０の軸中心に一致しているため、ファスナ１１０の頭部１１２ａの凹凸変位量は、受信した凹凸変位量において一定の範囲を占める。ファスナ１１０が正常に装着されている場合には、図６（ａ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の凹凸変位量において、ファスナ１１０の頭部１１２ａの表面の変位は略一定の値となる。一方、ファスナ１１０が傾いて打ち込まれたなど正常に装着されていない場合には、図６（ｂ）に示すように、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方の凹凸変位量において（図６（ｂ）では両方）、ファスナ１１０の頭部１１２ａの表面の変位が大きく変化することになる。ファスナ深さＤ（ＤＸ，ＤＹ）の算出は、このような凹凸変位量において、外板１０４の変位量の代表値（例えば、最大値など）と、ファスナ１１０の頭部１１２ａの変位量の代表値（例えば、最大値など）との差分を、Ｘ、Ｙ方向でそれぞれ求めることにより行う。本実施形態では、２方向の凹凸変位量を用いることにより、ファスナ１１０の頭部１１２ａの傾きの見逃しなどを防止することができ、１方向の凹凸変位量のみを用いるものに比べて精度のよい検査を行うことができる。

次に、算出したファスナ深さＤがいずれも上述した基準範囲内にあるか否かを判定し（ステップＳ１７０）、ファスナ深さＤが基準範囲内にあると判定すると、ファスナ１１０の装着状態がＯＫである旨の検査結果を検査箇所であるファスナ装着位置に対応付けて記憶部６５に記憶し（ステップＳ１８０）、ファスナ深さＤが基準範囲内にないと判定すると、ファスナ１１０の装着状態がＮＧである旨の検査結果をファスナ装着位置に対応付けて記憶部６５に記憶する（ステップＳ１９０）。検査結果を記憶すると、次のファスナ１１０（未検査のファスナ１１０）があるか否かを判定し（ステップＳ２００）、次のファスナ１１０があると判定すると、ステップＳ１２０に戻り処理を繰り返す。一方、次のファスナ１１０がないと判定すると、検査結果をディスプレイ６８に表示して（ステップＳ２１０）、ファスナ装着状態検査処理を終了する。なお、検査結果は一つのファスナ１１０の検査が完了する度に表示してもよいし、検査結果がＮＧとなったファスナ１１０が発生する度に表示してもよい。

以上説明した実施形態の検査システム１０によれば、カメラ２６を有する検査ユニット３０をファスナ１１０の装着位置情報に基づく検査位置に移動させてから、カメラ２６で検査箇所（ファスナ１１０の頭部１１２ａを含む外板１０４の表面）を撮影し、撮影画像に基づいて検査ユニット３０（機器取付部２１ａ）を位置決めするから、検査位置に対する検査ユニット３０の位置決めを精度よく行うことができる。また、撮影画像に含まれるファスナ１１０の軸中心が画像中心に一致するよう検査ユニット３０（機器取付部２１ａ）の位置を補正するから、簡易な処理で検査ユニット３０の位置決めをより確実に行うことができる。さらに、検査ユニット３０には、レーザ変位センサ２９と、レーザ変位センサ２９の計測範囲の中心位置が光軸上の位置となるようカメラ２６とを取り付けてあり、検査ユニット３０の位置決めを行ってから、レーザ変位センサ２９で計測した検査面の凹凸変位量に基づいてファスナ１１０の装着状態を検査するため、ファスナ１１０の一定の位置（軸中心位置）を含む凹凸変位量をもって装着状態を検査することができるから、検査バラツキを抑えて精度のよい検査を行うことができる。さらに、ライン状に凹凸変位量を計測する２次元のレーザ変位センサ２９を計測範囲が直交するように２つ取り付けて、ファスナ１１０の頭部１１２ａの表面における２方向の凹凸変位量を計測するから、ファスナ１１０の頭部１１２ａの傾きなどの見逃しを防止して、検査精度をさらに向上させることができる。

また、検査ロボット２０は、ファスナ１１０の２点の中心位置Ｐ、Ｑを結ぶ直線Ｓ上に検査位置を設定可能な仕様であるから、検査位置に機器取付部２１ａを移動させたときに、外板１０４の表面（正常に装着されたファスナ１１０の頭部１１２ａの表面）に対してカメラ２６を垂直な位置とすることができる。このため、機器取付部２１ａの位置の補正量を精度よく算出して検査ユニット３０（レーザ変位センサ２９）の位置補正を適切に行うことができる。また、検査結果をファスナ１１０の装着位置に対応付けて記憶するから、検査結果を容易に参照することができ、例えば、装着状態がＮＧのファスナ１１０の位置を容易に確認することができる。さらに、カメラ２６は、機器取付部２１ａに固定された第１プレート２２に取り付け、レーザ変位センサ２９は、第１プレート２２にロッド２３を介して固定された第２プレート２４に取り付けるから、カメラ２６やレーザ変位センサ２９などの検査機器を検査ロボット２０にコンパクトに配置することができる。また、検査ユニット３０（カメラ２６やレーザ変位センサ２９）を検査ロボット２０に搭載するから、安定した検査を行うことができる。

即ち、本実施形態の検査システム１０では、検査ロボット２０の機器取付部２１ａにレーザ変位センサ２９と、レーザ変位センサ２９の計測範囲の中心位置が光軸上の位置となるようカメラ２６とを取り付けておき、機器取付部２１ａを検査位置に移動させてから、カメラ２６で検査面を撮影し、撮影画像に含まれるファスナ１１０の軸中心が画像中心に一致するよう機器取付部２１ａの位置を補正してから、レーザ変位センサ２９で計測した検査面の凹凸変位量に基づいてファスナ１１０の装着状態を検査するのである。これらのことから、ファスナ１１０の装着状態の検査を精度よく行うことができる。また、航空機機体の主翼１００に装着されるファスナ１１０は、数万本もの膨大な数であり、検査システム１０による自動検査を可能とすることにより、検査効率を大幅に向上させることができる。

実施形態の検査システム１０では、検査ロボット２０を垂直多関節型のロボットとしたが、これに限られず、水平多関節型など他の型式の多軸ロボットとしてもよい。また、検査ロボット２０は、２点の位置座標を与えられると、その２点を結ぶ直線上に機器取付部２１ａ（検査ユニット３０）の位置を設定可能な仕様としたが、これに限られず、検査箇所（ここではファスナ１１０の装着位置）に関する位置情報に基づいて、機器取付部２１ａ（検査ユニット３０）の位置を設定可能なものであれば、如何なる仕様としてもよい。

実施形態の検査システム１０では、検査ロボット２０のベース２０ａがレール３１上を走行する台車３２に搭載されてＸ軸方向への走行移動が可能なものとしたが、これに限られず、そのような台車に搭載されないもの（即ち、所定位置で固定されるもの）としてもよい。あるいは、一方向（Ｘ軸方向）への走行移動が可能なものに限られず、Ｘ軸方向とＹ軸方向、あるいは、Ｘ軸方向とＺ軸方向など、２以上の複数の方向への走行移動が可能な台車に搭載されるものなどとしてもよい。

実施形態の検査システム１０では、検査ロボット２０を１台のみ有するものとしたが、これに限られず、複数台の検査ロボットを有するものとしてもよい。この場合、検査ロボット２０毎に検査対象の範囲をそれぞれ定め、その範囲に含まれるファスナ１１０に対してファスナ装着状態検査処理をそれぞれ行うものなどとすればよい。

実施形態の検査システム１０では、検査ユニット３０が検査ロボット２０（多軸ロボット）に搭載されるものとしたが、これに限られず、ＸＹＺ軸方向に移動が可能で且つ角度を変更可能なテーブルに搭載されるものなどとしてもよい。

実施形態の検査システム１０では、２次元のレーザ変位センサ２９を２つ用いて直交する２方向の凹凸変位量を計測したが、これに限られず、３方向以上の凹凸変位量を計測してもよいし、２方向の凹凸変位量が直交しないもの（任意の角度で交差するもの）としてもよい。また、２次元の変位センサを用いるものに限られず、３次元の変位センサ（３次元計測器）を用いるなど、外板１０４の表面の変位量やファスナ１１０の頭部１１２ａの表面の変位量を計測してファスナ１１０の装着状態を検査できるものであれば、如何なる計測手段を用いるものとしてもよい。例えば、測定対象点（１点）の変位量だけを計測可能な計測手段を用いて、検査ロボット２０のアーム２１（機器取付部２１ａ）を移動させながら計測手段に計測させることにより、ライン状に計測結果（凹凸変位量）を取得するものなどとしてもよい。

実施形態の検査システム１０では、レーザ変位センサ２９の計測範囲の中心位置がカメラ２６の光軸上の位置となるようにしたが、これに限られず、レーザ変位センサ２９の計測範囲の中心位置からＸ方向やＹ方向に所定量だけオフセットした位置がカメラ２６の光軸上の位置となるようにしてもよい。この場合、オフセットした位置が中心となるような基準画像を記憶しておけばよい。

実施形態の検査システム１０では、図４のファスナ装着状態検査処理において装着状態がＯＫかＮＧかの結果をファスナ装着位置に対応付けて記憶したが、これに限られず、ＯＫかＮＧかの結果のうちいずれか一方のみを記憶してもよいし、撮影した画像など処理中に得られた他の情報を記憶するものなどとしてもよい。あるいは、常に記憶するものに限られず、記憶しないものとしてもよいし、検査者の指示があった場合にのみ記憶するものとしてもよい。

実施形態の検査システム１０では、検査準備処理をファスナ装着状態処理中に実行することにより、ロボットコントローラ４０がファスナ１１０の装着位置情報から検査ロボット２０の駆動制御用の位置情報を生成して記憶部４５に記憶したが、これに限られるものではない。例えば、検査準備処理をファスナ装着状態処理ルーチンが実行される前に実行しておくものとしてもよい。また、位置情報がロボットコントローラ４０の記憶部４５に予め記憶されていてもよいし、検査処理装置６０の記憶部６４に検査ロボット２０の位置情報が記憶されておりファスナ装着状態検査処理の開始時にその位置情報をロボットコントローラ４０に送信してもよい。あるいは、ファスナ装着状態検査処理において、１つのファスナ１１０の装着状態の検査を行う度に、次のファスナ１１０の装着位置情報を検査処理装置６０からロボットコントローラ４０に送信し、ロボットコントローラ４０は装着位置情報を受信する度に位置情報を生成して検査ロボット２０を駆動制御するものとしてもよい。

実施形態の検査システム１０では、航空機機体の主翼１００に装着されるファスナ１１０の装着状態を検査したが、これに限られず、主翼１００以外の胴部や尾翼などに装着されるファスナの装着状態を検査してもよい。あるいは、ファスナ１１０の装着状態を検査するものに限られず、航空機機体の外板１０４の変形や損傷などの外観状態を検査したり、複合材料である外板１０４の接着異常（剥離）などの内部状態を検査したりするなど、航空機の検査を行うものであれば如何なる検査を行うものとしてもよい。例えば、内部状態を検査する場合には、検査ユニット３０が計測手段として超音波センサを有し、外板１０４に超音波を発したときの反射波を計測して検査するものとすればよい。あるいは、そのような例に限られず、磁気や温度、圧力、振動などを計測手段で計測して検査するものなどとしてもよい。

実施形態の検査システム１０では、検査ユニット３０に計測手段（レーザ変位センサ２９）を設けたが、これに限られず、検査ユニットに計測手段を設けることなくカメラ２６のみ（リングライト２７を含んでもよい）を設けてもよい。このようにしても、検査ユニットを検査位置に移動させ、移動させた状態でカメラ２６で画像を撮影し、その画像に基づいて検査ユニットの位置決めを行うことができるから、検査位置にカメラ２６を精度よく移動させることができる。なお、カメラ２６の位置決めだけを行う場合、例えば、図４のファスナ装着状態検査処理においてステップＳ１００〜Ｓ１４０の処理だけを行うものなどとすればよい。また、この場合、カメラ２６の撮影画像に基づいて、検査箇所の外観検査を行うものなどとしてもよい。この場合も、位置決めをしてからカメラ２６で画像を撮影することで、適切な位置で画像を撮影することができるから、検査精度を向上させることができる。

実施形態の検査システム１０では、検査ロボット２０を用いたファスナ装着状態の検査処理に必要な機能をロボットコントローラ４０と検査処理装置６０が分担して備えるものとしたが、分担の内訳は一例であり上述した実施形態に限られるものではない。例えば、検査機器を制御するためのカメラ制御部４３やセンサ制御部４４をロボットコントローラ４０に設けたが、検査処理装置６０に設けるものなどとしてもよい。あるいは、ロボットコントローラ４０と検査処理装置６０とに分担させるものに限られず、ロボットコントローラ４０と検査処理装置６０とを単一のコンピュータとして構成するものとしてもよい。

ここで、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。本実施形態のカメラ２６が本発明の「カメラ」に相当し、図４のファスナ装着状態検査処理のステップＳ１００の処理を実行する検査処理装置６０（主制御部６１）とファスナ１１０の装着位置情報から検査ロボット２０（検査ユニット３０）の検査位置情報を生成するロボットコントローラ４０（主制御部４１）が「位置情報取得手段」に相当し、生成された検査位置情報に基づいて検査ロボット２０の各部の駆動を制御するロボットコントローラ４０（主制御部４１と駆動制御部４２）が「移動制御手段」に相当し、カメラ２６を制御するロボットコントローラ４０（カメラ制御部４３）が「カメラ制御手段」に相当し、ファスナ装着状態検査処理のステップＳ１２０〜Ｓ１４０の処理を実行する検査処理装置６０（主制御部６１と画像処理部６２）とステップＳ１３０で送信された位置補正指示（位置補正量）に基づいて検査ロボット２０の機器取付部２１ａの位置を補正するロボットコントローラ４０（主制御部４１と駆動制御部４２）が「位置決め手段」に相当する。また、レーザ変位センサ２９が「計測手段」に相当し、レーザ変位センサ２９を制御するロボットコントローラ４０（主制御部４１とセンサ制御部４４）が「計測制御手段」に相当し、ファスナ装着状態検査処理のステップＳ１５０〜Ｓ１９０の処理を実行する検査処理装置６０（主制御部６１と検査処理部６３）が「検査手段」に相当する。さらに、検査ロボット２０が「多軸ロボット」に相当し、ファスナ装着状態検査処理のステップＳ１８０、Ｓ１９０の処理で検査結果が記憶される検査処理装置６０の記憶部６４が「記憶手段」に相当する。なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 検査システム、２０ 検査ロボット、２０ａ ベース、２１ アーム、２１ａ 機器取付部、２２ 第１プレート、２３ ロッド、２４ 第２プレート、２５，２８ 取付部材、２６ カメラ、２６ａ レンズ、２７ リングライト、２９ レーザ変位センサ、３０ 検査ユニット、３１ レール、３２ 台車、４０ ロボットコントローラ、４１ 主制御部、４２ 駆動制御部、４３ カメラ制御部、４４ センサ制御部、４５ 記憶部、４６ 表示操作制御部、４７ 通信制御部、６０ 検査処理装置、６１ 主制御部、６２ 画像処理部、６３ 検査処理部、６４ 記憶部、６５ 表示操作制御部、６６ 通信制御部、１００ 主翼、１０２ 構造部材、１０４ 外板、１１０ ファスナ、１１２ ファスナ本体、１１２ａ 頭部、１１２ｂ 軸部、１１４ ナット、１２０ フック。

Claims (6)

1. 画像を撮影可能なカメラを有する検査ユニットと、
   航空機の検査箇所に関する位置情報を取得する位置情報取得手段と、
   前記取得された位置情報に基づいて所定位置に前記検査ユニットを移動させる移動制御手段と、
   前記検査ユニットが前記所定位置に移動した状態で前記検査箇所を撮影するよう前記カメラを制御するカメラ制御手段と、
   前記撮影された画像に基づいて、前記検査ユニットの位置決めを行う位置決め手段と、
   を備え、
   前記位置情報取得手段は、前記検査箇所に関する位置情報として、前記航空機の部材を締結するために該部材の貫通孔に装着される軸状のファスナの装着位置に関する位置情報であって、前記部材の貫通孔から露出する前記ファスナの表面の中心位置と、前記ファスナの軸端面の中心位置との２点の位置情報を取得し、
   前記移動制御手段は、前記２点の位置情報に基づいて、該２点を通る直線上の位置を前記所定位置として、前記検査ユニットを移動させる
   航空機の検査システム。
2. 請求項１に記載の航空機の検査システムであって、
   前記位置決め手段は、前記撮影された画像に基づいて前記検査ユニットの位置の補正量を設定し、該設定した補正量に基づいて前記検査ユニットを移動させる
   航空機の検査システム。
3. 請求項１または２に記載の航空機の検査システムであって、
   前記検査ユニットは、所定の物理量を計測する計測手段を有し、
   前記位置決め手段により前記検査ユニットの位置決めが行われた後に、前記検査箇所の所定の物理量を計測するよう前記計測手段を制御する計測制御手段と、
   前記計測された所定の物理量に基づいて前記検査箇所の検査を行う検査処理手段と、
   を備える航空機の検査システム。
4. 請求項３に記載の航空機の検査システムであって、
   前記計測手段は、前記所定の物理量として前記検査箇所の表面の凹凸変位量をライン状に検出可能な２つの２次元変位センサであって、前記２つの２次元変位センサのうち一方が、前記検査箇所の表面における所定方向の凹凸変位量を計測し、他方が、前記所定方向に直交する方向の凹凸変位量を計測するよう構成される
   航空機の検査システム。
5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の航空機の検査システムであって、
   前記検査ユニットは、多軸ロボットに搭載される
   航空機の検査システム。
6. 請求項１ないし５いずれか１項に記載の航空機の検査システムであって、
   前記検査箇所から得られた情報を該検査箇所と対応付けて記憶する記憶手段を備える
   航空機の検査システム。

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