JP6319901B2

JP6319901B2 - 車両精度評価システム

Info

Publication number: JP6319901B2
Application number: JP2014132739A
Authority: JP
Inventors: 一良細井; 亮太内山
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JP2016011013A

Description

本発明は、車両精度評価システムに関する。

現状、自動車ボデーなどの車両の組付け精度の評価は、組付け作業が完了した車両の所定部位の位置を測定し、測定した位置データと正規の位置データとを対比することにより行われている。

この種の位置測定は、専用の三次元位置測定装置を用いて行われているため、製造ラインから車両を降ろして測定する必要があり、全数測定を行うことができない。また、上記測定装置を用いた測定だと、測定作業に日単位の時間を要するため、測定効率がよいとはいえない。以上の理由から、従来の評価手法では、全数保証すべき評価項目を適切に評価しているとはいえなかった。

この問題の解決策として、例えば特許文献１には、車両のサブアッシー工程において、載置治具上に固定されたサブアッシーの所定部位を、当該工程に設置したＣＣＤカメラで撮像し、撮像して得た画像に基づき所定部位の二次元位置を測定することで、サブアッシーの組付け精度を評価する方法が提案されている。

特開２００６−２６４５２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように、カメラで撮像した画像に基づき所定部位の位置を測定したのでは、所定部位とカメラとの距離が分からないため、所定部位の三次元位置を正確に測定することは難しい。また、製造ライン上に車両があることを考慮すると、カメラを設置できる場所が限られるため、車両下面など、場所によってはカメラを設置しておけない場合もある。カメラを製造ライン外に退避できる構造とすると、その分各工程の設備が複雑化し、設置スペースの増大化や、設備投資の高騰を招くおそれがあり、好ましくない。

以上の事情に鑑み、本発明により解決すべき課題は、車両精度の全数評価を正確かつ低コストに行うことにある。

前記課題の解決は、本発明に係る車両精度評価システムによって達成される。すなわち、この評価システムは、製造ライン上で車両の所定部位の位置を検出して、検出した位置に基づき所定部位に関わる車両の精度を評価するためのシステムであって、製造ラインの周囲に配置されるロボットアームと、ロボットアームの先端に設けられ、車両の所定部位までの距離を測定する距離センサとを備え、距離センサは、スリット状のレーザー光を照射するレーザー変位センサで、レーザー光を照射しながらロボットアームの先端を移動させることで、レーザー光による所定部位の走査を行い、レーザー変位センサで測定した所定部位までの距離と、ロボットアームの先端位置とに基づき、所定部位の位置を検出する点をもって特徴付けられる。

このように、本発明では、車両の所定部位の位置を、ロボットアームの先端位置と、ロボットアームの先端に取り付けられたレーザー変位センサから所定部位までの距離とに分けて測定するようにしたので、比較的汎用な機器の組合せであっても、所定部位の三次元位置を正確に検出することができる。また、スリット状のレーザー光を照射するレーザー変位センサを用いることで、スリット状にレーザー光が伸びる方向と交差する（通常、直交する）向きにロボットアームを移動させるだけで、所定部位を含む領域を走査することができるので、走査時間（測定時間）も短くて済む。また、距離センサとしてのレーザー変位センサをロボットアームにより自在に移動させて走査することで、測定箇所の制限なく複数箇所の部位に対して上述の測定作業を行うことが可能となる。これにより、製造ライン上の車両の所定部位の位置を複数箇所にわたって漏れなく検出することができる。また、１台のロボットアームと距離センサとで複数箇所の部位を測定できるので、予め複数の距離センサを製造ラインの周辺に設置しておかずに済み、設備コストを低く抑えることができる。

また、本発明に係る評価システムは、ロボットアームの制御を行うロボット制御部と、レーザー変位センサの制御を行うセンサ制御部と、レーザー変位センサで測定した所定部位までの距離と、ロボットアームの先端位置とに基づき所定部位の位置を検出し、検出した位置から所定部位に関わる車両の精度を評価する精度評価部とをさらに備え、ロボット制御部をセンサ制御部に接続して、レーザー変位センサによるレーザー光の照射タイミングをロボット制御部で分担制御するものであってもよい。

上述のようにロボットアームとレーザー変位センサとの組合せで車両の所定部位の位置測定を行うに当っては、双方の動作を正確に同期させることが肝要になる。この種の製造ラインで使用される汎用のロボットアームは、通常、ロボット制御部の主導で駆動される。そのため、レーザー光による走査を開始するに際しては、ロボット制御部から移動開始指令をロボットアームに送ると共に、この移動開始指令をセンサ制御部にも送ることで、ロボットアームの走査のための移動を開始するのと同時にレーザー光の照射を開始する制御態様が考えられる。ところが、ロボットアームの先端位置データを車両精度の評価に用いるために、ロボット制御部を精度評価部に接続すると、ロボット制御部からの指令は少なくとも精度評価部を経由してセンサ制御部へと送られることになる。そのため、ロボット制御部から同時に指令を送ったとしても、ロボットアームが実際に移動し始めるタイミングと、レーザー変位センサが実際にレーザー光を照射し始めるタイミングとが大きくずれる（レーザー光の照射開始が遅れる）。これでは、別個に取得したロボットアームの先端位置と、レーザー光の実際の走査位置とを正確にリンクさせることができないため、三次元位置を正確に検出することは難しい。

これに対して、本発明では、上述のようにロボットアームの制御を行うロボット制御部と、レーザー変位センサの制御を行うセンサ制御部とを設けると共に、ロボット制御部をセンサ制御部に接続して、レーザー変位センサによるレーザー光の照射タイミングをロボット制御部で分担制御するようにした。これにより、ロボット制御部からの指令がダイレクトにセンサ制御部に送られるので、上述の如きタイミングのずれ（タイムラグ）を可及的に低減して、できる限り正確にロボットアームの移動とレーザー光の照射とを同期させることが可能となる。よって、レーザー光の照射及び受光により取得した距離データを実際のロボットアームの先端位置データと正確にリンクさせることができ、ロボットアームとレーザー変位センサとを組み合わせた高精度な三次元位置測定が可能となる。

以上のように、本発明によれば、車両精度の全数評価を正確かつ低コストに行うことができる。

本発明の一実施形態に係る車両精度評価システムの全体構成を概念的に示す図である。図１に示すレーザー変位センサとロボットアームによる所定部位の走査態様を示す要部斜視図である。車両精度の評価手順の流れを示すフローチャートである。図２に示す走査を実施するまでの制御信号の流れを時系列的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両精度評価システムを図面に基づき説明する。なお、本実施形態では、自動車のホワイトボデーをワーク（精度評価対象）とし、また、他部材の取付け穴を測定部位とする場合を例にとって説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両精度評価システムの全体構成を示している。図１に示す通り、この評価システムは、製造ライン１の測定エリア２に搬入されたホワイトボデー３の周囲に配置されるロボットアーム１０と、ロボットアーム１０の先端に設けられ、ホワイトボデー３の所定部位４までの距離を測定する距離センサとしてのレーザー変位センサ１１と、製造ライン１の各工程に係る設備を制御するための工程制御部１２と、ロボットアーム１０の制御を行うロボット制御部１３と、レーザー変位センサ１１の制御を行うセンサ制御部１４と、所定部位４に関わるホワイトボデー３の精度を評価する精度評価部１５とを備える。

ロボットアーム１０は、例えば可動範囲が比較的広い多関節型ロボットで構成される。本実施形態では、２台のロボットアーム１０が測定エリア２の周囲に配設される。また、このロボットアーム１０は、例えばティーチング制御で駆動され、予め測定すべき１又は複数箇所の所定部位４に対してロボットアーム１０の先端を近接させ、然る後、走査のための移動を行う一連の動作がティーチングプログラムとしてロボット制御部１３に記憶される。

距離センサとしてのレーザー変位センサ１１は、ロボットアーム１０の先端に取り付けられる。このレーザー変位センサ１１は、図２に示すように、スリット状のレーザー光Ｌを照射するもので、例えば発光子（図示は省略）から照射されたスリット状のレーザー光Ｌが対象物（ここではホワイトボデー３の表面）に反射し、反射した光の一部を受光子（図示は省略）で受光することで、対象部位（所定部位４）までの距離を測定可能としている。なお、スリット状のレーザー光Ｌとしては、図示例のように１本のレーザー光をシリンドリカルレンズでスリット状（正確には扇状）に拡げたものだけでなく、複数本のピンポイントレーザー光を平行に照射してなるものを採用することも可能である。また、対象部位までの距離の測定手段についても、上記以外の測定原理（測定構造）に限らず、任意の公知の測定構造を有するレーザー変位センサ１１が採用可能である。

ロボット制御部１３は、ロボットアーム１０に接続されると共に、工程制御部１２と接続されており、これにより工程制御部１２からの信号がロボット制御部１３に送られる。工程制御部１２は精度評価部１５と接続されており、精度評価部１５はセンサ制御部１４と接続されている。これにより、ロボット制御部１３からの信号が工程制御部１２を経由して精度評価部１５に送られると共に、センサ制御部１４からの信号が精度評価部１５に送られる。また、さらに、センサ制御部１４はロボット制御部１３と接続されている。これにより、ロボット制御部１３からの信号がセンサ制御部１４に直接的に送られ、レーザー変位センサ１１がロボット制御部１３とセンサ制御部１４とで分担制御可能とされる。詳細には、後述するように、レーザー変位センサ１１によるレーザー光の照射タイミングが実質的にロボット制御部１３で分担制御され、これ以外のレーザー変位センサ１１の動作及び動作により取得した情報（距離など）の処理等がセンサ制御部１４で制御可能とされる。

精度評価部１５は、レーザー変位センサ１１で測定した所定部位４までの距離と、ロボットアーム１０の先端位置とに基づき所定部位４の位置を検出し、検出した位置から所定部位４に関わる車両の精度、例えば測定した２つの取付け穴の中心間距離をもって車両の組付け精度を評価可能とされる。本実施形態では、ロボットアーム１０の先端位置データは、ロボット制御部１３から工程制御部１２を経由して精度評価部１５に送られる。又、レーザー変位センサ１１で測定したレーザー変位センサ１１の所定位置から測定対象となる車両の所定部位４までの距離データは、センサ制御部１４を経由して精度評価部１５に送られる。

以下、上記構成の車両精度評価システムを用いた車両精度（ホワイトボデー３の組付け精度）の評価方法の一例を図１〜図４に基づき説明する。

概要は図３に示す通りである。まず測定対象としての車両を製造ライン１の測定エリア２に搬入する。然る後、搬入したホワイトボデー３の１又は複数の所定部位４の位置測定を、ロボットアーム１０とこのロボットアーム１０の先端に取付けられたレーザー変位センサ１１により行う。具体的には、まずロボットアーム１０の先端を所定部位４の近接位置にまで移動させた後、図２に示すように、レーザー変位センサ１１によるスリット状のレーザー光Ｌの照射を開始するのと同時に、ロボットアーム１０の先端を所定部位４を含む面に沿った向き、ここではスリット状のレーザー光Ｌと直交する向きに移動させ始める。これにより、所定部位４を含む一定の領域Ｓがレーザー光Ｌにより走査され、レーザー変位センサ１１（の基準位置）から所定部位４までの距離が走査動作の間にわたって測定される。測定対象となる所定部位４が複数箇所ある場合には、上記動作を所定部位４の数だけ繰り返して、複数箇所分の位置データ及び距離を取得する。

このようにして測定が終了した後、ロボット制御部１３から走査間のロボットアーム１０の先端位置データが精度評価部１５に送られると共に、レーザー変位センサ１１からセンサ制御部１４を経由して測定した上記距離データが精度評価部１５に送られ、精度評価部１５において、双方のデータより、所定部位４の三次元位置データが算出される。そして、算出された所定部位４の位置データ、又は複数の所定部位４から算出された寸法データと、精度評価部１５又はこれに接続されたデータストレージ等に予め記憶された正規位置データ又は正規寸法データとの比較を行う。そして、測定して得た位置データ等と正規位置データ等との差が許容範囲内である場合、組付け精度は公差内である（正常である）と判定し、精度評価部１５から工程制御部１２へ搬出指令を送る。これにより、測定済みのホワイトボデー３が測定エリア２から搬出される。また、測定して得た位置データ等と正規位置データ等との差が許容範囲外である場合、組付け精度は公差外である（組付け異常である）と判定し、精度評価部１５から工程制御部１２へ停止指令を送る。これにより、製造ライン１が停止する。

また、この際、所定部位４の位置測定に係るレーザー光Ｌの走査を実施するまでの制御信号の送受信は、以下の時系列に沿って行われる。

まず図１に示すように、車両構成部品をアセンブリしてなるホワイトボデー３が製造ライン１の測定エリア２に搬入されると、工程制御部１２は、次に作業を行うロボットアーム１０のロボット制御部１３に向けて、ホワイトボデー３の搬入が完了したことの信号Ｓ１を送る（図４）。

この信号Ｓ１を受けて、ロボット制御部１３はロボットアーム１０に走査開始位置（図２中、実線で描いた位置）まで移動する旨の指令を信号Ｓ２として送る。これによりロボットアーム１０の先端を走査開始位置まで移動させる。このようにしてロボットアーム１０の先端（言い換えると先端に取付けられたレーザー変位センサ１１）が走査開始位置に到達したら、次に、ロボット制御部１３は、ロボットアーム１０に走査開始の指令を信号Ｓ３として送ると同時に、センサ制御部１４に走査開始の指令信号Ｓ３を送る。信号Ｓ３を受けたセンサ制御部１４はレーザー変位センサ１１にレーザー光Ｌの照射を開始する旨の指令を信号Ｓ４として送る。これにより、ロボットアーム１０が走査のための移動を開始するのと略同時に（無視できる程度の時間差で）レーザー変位センサ１１によるレーザー光Ｌの照射が開始される。よって、ロボットアーム１０によるレーザー変位センサ１１の走査と、レーザー変位センサ１１によるレーザー光Ｌの照射とが同期して実行される。

このようにして走査が開始されたら、走査の間のロボットアーム１０の先端位置データを信号Ｓ５として、ロボット制御部１３から工程制御部１２を経由して精度評価部１５に送る。また、走査の間にレーザー変位センサ１１により測定した所定部位４までの距離データを信号Ｓ６として、レーザー変位センサ１１からセンサ制御部１４を経由して精度評価部１５に送る。これにより、精度評価部１５において、ロボットアーム１０の先端位置データと距離データとに基づき、所定部位４の３次元位置データが算出される。

この種の産業用ロボットとしてのロボットアームは、ＮＣ制御（数値制御）ではなく、予め設定した空間座標に向けて移動するよう各関節のモータ等を駆動制御（いわばフィードフォワード制御）するものであるから、一般的に、狙った位置に正確にロボットアームの先端を配置することは難しい。特に、本実施形態に例示のようにロボットアーム１０をティーチング制御で駆動制御する場合、繰り返し精度が他の制御に比べて確保しづらく、この種の測定作業にロボットアームを適用することは従来不適であった。翻って、最近のロボットアームの繰り返し精度は飛躍的に向上しているため（従来の±１０^-1ｍｍオーダーから±１０^-2ｍｍオーダーへと向上）、ロボットアーム１０を繰り返しの位置測定作業に用いることが可能となった。本発明は以上の知見に鑑みてなされたものであり、ホワイトボデー３の所定部位４の位置を、ロボットアーム１０の先端位置と、ロボットアーム１０の先端に取り付けられたレーザー変位センサ１１から所定部位４までの距離とに分けて測定するようにした。よって、ロボットアーム１０とレーザー変位センサ１１として比較的汎用性の高い機器同士を組合せて用いた場合であっても、組付け精度の測定に十分なレベルの測定精度を確保することができる。

また、距離センサとしてのレーザー変位センサ１１をロボットアーム１０により自在に移動させて走査することで、下面や裏面（内面）などの部位であっても比較的容易にレーザー変位センサ１１を進入させて測定することができる。よって、対象となる所定部位４を漏れなく測定することが可能となる。

また、本実施形態では、ロボットアーム１０の制御を行うロボット制御部１３と、レーザー変位センサ１１の制御を行うセンサ制御部１４とを直接的に接続して、レーザー変位センサ１１によるレーザー光Ｌの照射タイミングをロボット制御部１３とセンサ制御部１４で分担制御するようにした。これにより、ロボット制御部１３からの指令（信号Ｓ４など）がダイレクトにセンサ制御部１４に送られるので、ロボットアーム１０による走査移動の開始タイミングとレーザー変位センサ１１によるレーザー光Ｌの照射タイミングのずれ（タイムラグ）を可及的に低減して、ロボットアーム１０の移動とレーザー光Ｌの照射とをできるかぎり正確に同期させることが可能となる。よって、レーザー変位センサ１１の基準位置をロボットアーム１０の先端位置と正確にリンクさせることができ、ロボットアーム１０とレーザー変位センサ１１とを組み合わせた高精度な三次元位置測定が可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明に係る精度評価システムは上記例示の形態に限定されることなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得ることはもちろんである。

例えば、測定エリア２は、製造ライン１上の各工程以外に新規に設けた工程（測定専用の工程）であってもよいが、もちろん、組付け工程など既存の工程であってもよい。既存の工程に本発明に係る車両精度評価システムを組み込むことで、各工程での作業完了直後に測定が行える点において好適である。また、測定のためのスペースを別途製造ライン１上に設けずに済む点においても好適である。

１製造ライン
２測定エリア
３ホワイトボデー
４所定部位
１０ロボットアーム
１１レーザー変位センサ
１２工程制御部
１３ロボット制御部
１４センサ制御部
１５精度評価部
Ｌレーザー光
Ｓレーザー光の照射領域
Ｓ１ホワイトボデーの搬入が完了したことの信号
Ｓ２ロボットアームを走査開始位置まで移動させる旨の指令信号
Ｓ３走査開始の指令信号
Ｓ４レーザー光の照射を開始する旨の指令信号
Ｓ５ロボットアームの先端位置データ
Ｓ６レーザー変位センサから所定部位までの距離データ

Claims

製造ライン上で車両の所定部位の位置を検出して、該検出した位置に基づき前記所定部位に関わる前記車両の精度を評価するためのシステムであって、
前記製造ラインの周囲に配置されるロボットアームと、
前記ロボットアームの先端に設けられ、前記車両の所定部位までの距離を測定する距離センサとを備え、
前記距離センサは、スリット状のレーザー光を照射するレーザー変位センサで、前記レーザー光を照射しながら前記ロボットアームの先端を移動させることで、前記レーザー光による前記所定部位の走査を行い、
前記レーザー変位センサで測定した前記所定部位までの距離と、前記ロボットアームの先端位置とに基づき、前記所定部位の位置を検出する、車両精度評価システム。
前記ロボットアームの制御を行うロボット制御部と、前記レーザー変位センサの制御を行うセンサ制御部と、前記レーザー変位センサで測定した前記所定部位までの距離と、前記ロボットアームの先端位置とに基づき前記所定部位の位置を検出し、該検出した位置から前記所定部位に関わる前記車両の精度を評価する精度評価部とをさらに備え、
前記ロボット制御部を前記センサ制御部に接続して、前記レーザー変位センサによる前記レーザー光の照射タイミングを前記ロボット制御部で分担制御する、請求項１に記載の車両精度評価システム。