JP6568500B2 - 部品取付システムおよび部品取付方法 - Google Patents

Description

本発明は、骨部材に部品を取り付ける部品取付システムおよび部品取付方法に関する。

たとえば、航空機などの骨部材（たとえば、フレームやストリンガー）に部品を取り付ける場合、長さが１０〜２０ｍの骨部材に対しても部品の取付位置に高い精度（たとえば、要求精度±０．５ｍｍ）が要求される。このため、たとえば、非特許文献１および非特許文献２に示されるように、骨部材に部品を取り付ける際に組立治具を用いている。この組立治具の治具ロケータ（位置決め用ブロック、プレート）およびコンタバー（機体構造の外板表面位置決め用型板）などに部品（外板および各種ストリンガ等）を位置決めし、各部品をリベットで締結することにより、高精度な部品の取付精度を実現している。

「航空機＆ロケットの生産技術」ASTME 編著、半田邦夫・佐々木健次 共訳、１９９６年、（株）大河出版、P１６４〜１７２「組立治具のタイプ」

「航空機生産工学」半田邦夫著、２００２年、オフィスＨＡＮＳ、P２３６「３.中型旅客機の翼構造組立」

上記非特許文献１および非特許文献２では、航空機の高い部品取付精度を満足するために組立治具を用いて部品の位置決めを行っていた。これに対し、ロボットを用いて骨部材上に部品を位置決めすることが考えられる。しかしながら、単にロボットを用いただけでは、上述したような高い精度での位置決めは困難である。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ロボットを用いた骨部材に対する部品の取付位置の精度の向上を図った部品取付システムおよび部品取付方法を提供することを目的としている。

本発明のある態様に係る部品取付システムは、骨部材に部品をファスナにより取り付ける部品取付システムであって、前記骨部材および前記部品を加工軸に沿って穿孔し前記ファスナにより締結する加工機と、前記骨部材上の取付位置を前記加工軸に対して位置合わせする位置合わせ部と、前記骨部材上の取付位置に前記部品を搬送するロボットと、前記加工軸上に設けられ、かつ、前記取付位置に搬送された前記部品を撮像するカメラを含むとともに、前記取付位置に搬送された前記部品の傾きを検出するセンサを含む検出装置と、を備え、前記ロボットは、前記カメラにより撮像された画像から求められた前記部品の位置および前記センサにより検出された前記部品の傾きに基づいて前記部品の加工位置および加工方向を前記加工軸に対して位置合わせする。

この構成によれば、加工軸上に設けられたカメラにより部品の位置を検出し、センサにより部品の傾きを検出し、この加工軸に対して検出結果に基づき部品の加工位置および加工方向を調整している。これにより、部品の検出位置から加工軸上に部品を移動させる必要がなく、部品を骨部材に対して高精度に位置合わせして取り付けることができる。

この部品取付システムでは、前記位置合わせ部は、前記加工軸に対して直交する方向に前記骨部材を移動させる搬送装置であってもよい。この構成によれば、搬送装置により骨部材を加工軸に対して移動させるため、骨部材に対する部品の位置決め精度を高めることができる。

また、部品取付システムでは、前記センサは、前記部品にレーザを照射するレーザ照射部を含み、前記カメラは、前記レーザが投影された前記部品を撮像し、前記検出装置は、前記カメラにより撮像された画像を処理して前記部品の位置および傾きを求める画像処理部を含んでいてもよい。この構成によれば、カメラは、レーザ照射部による部品に投影されたレーザを検出する検出装置としても兼用されるため、コストの低減および大型化の抑制が図られる。

さらに、部品取付システムでは、前記センサは第１センサであり、前記検出装置は第１検出装置であり、前記第１センサとは異なる方向から前記部品の傾きを検出する第２センサを含む第２検出装置をさらに備えていてもよい。さらに、この部品取付システムでは、前記第２センサは、前記部品にレーザを照射するレーザ照射部と、前記レーザが投影された前記部品を撮像する画像取得部と、を含み、前記第２検出装置は、前記画像取得部により撮像された画像を処理して前記部品の傾きおよび高さを求める画像処理部を含んでもよい。この構成によれば、たとえば、部品形状などの制約によって一方から部品の傾きが検出できない場合であっても、他方から部品の傾きを検出することができる。このため、骨部材に対する部品の位置決め精度を高めることができる。

部品取付システムでは、前記カメラは第１カメラであり、前記検出装置は第１検出装置であり、前記加工軸上以外に設けられ、かつ、前記取付位置に搬送された前記部品を撮像し前記部品の位置を検出する第２カメラを含む第３検出装置をさらに備えていてもよい。さらに、この部品取付システムでは、前記第３検出装置は、前記第２カメラにより撮像された画像を処理して前記部品の位置および回転を求める画像処理部を含んでもよい。この構成によれば、たとえば、部品が大きい場合であっても、２か所で部品の位置を検出することができるため、骨部材に対する部品の位置決め精度を高めることができる。

部品取付システムでは、前記ファスナはリベットであり、前記加工機は、前記骨部材および前記部品を前記加工軸に沿って穿孔し前記リベットにより締結するリベッタであってもよい。

部品取付システムでは、前記骨部材および前記部品は航空機に用いられてもよい。この構成によれば、航空機のような非常に高い位置決め精度が求められる場合であっても、その要求精度を満たすことができる。

本発明の他の態様に係る部品取付方法では、骨部材上の取付位置を加工軸に対して位置合わせし、前記骨部材上の取付位置に部品を搬送し、前記加工軸上において前記取付位置に搬送された前記部品を撮像した画像から前記部品の位置を求め、前記取付位置に搬送された前記部品の傾きを検出し、前記部品の位置および傾きに基づいて前記部品の加工位置および加工方向を前記加工軸に対して位置合わせし、前記骨部材および前記部品を前記加工軸に沿って穿孔しファスナにより締結する。

本発明は、以上に説明した構成を有し、ロボットを用いた骨部材に対する部品の取付位置の精度の向上を図った部品取付システムおよび部品取付方法を提供することができるという効果を奏する。

本発明の上記目的、他の目的、特徴および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る部品取付システムを示す斜視図である。 図１に示す部品取付システムを上方から視た図である。 図１に示す部品取付システムを側方から視た図である。 部品の取付方法の一例を示すフローチャートである。 図５Ａは、骨部材を位置合わせ部に固定した状態を示す図である。図５Ｂは、骨部材の第１基準孔および第１ポジショナの第２基準孔に位置決めピンを挿入した状態を示す図である。 第１ポジショナを周方向、Ｘ方向およびＹ方向に移動させて、骨部材上の取付位置をリベッタの加工軸上に位置させている状態を示す図である。 図７Ａは、ハンド部をパレットに配置した状態を示す図である。図７Ｂは、ハンド部により部品を把持した状態を示す図である。 部品の加工位置をリベッタの加工軸上の所定の位置に配置した状態を示す図である。 第１センサにより部品の位置および傾きを検出している状態を示す図である。 図１０Ａは、部品を骨部材に近づけた状態を示す図である。図１０Ｂは、プレッシャーフットの中心軸を加工軸に一致させた状態を示す図である。図１０Ｃは、部品および骨部材はプレッシャーフットおよびロワークランプにより挟んで固定した状態を示す図である。 図１１Ａは、ハンド部による部品の把持を解除した状態を示す図である。図１１Ｂは、ロボットをリベッタから離した状態を示す図である。 図１２Ａは、ドリルを回転させながら加工軸に沿って下降させた状態を側方から視た図である。図１２Ｂは、ドリルにより部品および骨部材を穿孔した状態を示す断面図である。 図１３Ａは、リベットの軸部の中心軸が加工軸に一致させた状態を側方から視た図である。図１３Ｂは、アッパーアンビルを下降させた状態を側方から視た図である。図１３Ｃは、開けられた孔にリベットを挿入させた状態を側方から視た図である。 図１４Ａは、骨部材上の取付位置およびリベッタの加工軸を上方から視た図である。図１４Ｂは、骨部材上の他の取付位置およびリベッタの加工軸を上方から視た図である。 図１５Ａは、本発明の実施の形態２に係る部品取付システムを上方から視た図である。図１５Ｂは、図１５Ａの第２検出装置および部品を示す斜視図である。図１５Ｃは、第２検出装置、部品およびロボットを側方から視た図である。 本発明の実施の形態３に係る部品取付システムを上方から視た図である。 図１６の部品取付システムを側方から視た図である。 図１８Ａは、本発明のその他の実施の形態に係る部品取付システムを側方から視た図である。図１８Ｂは、図１８Ａの第１カメラをリベッタの加工軸に配置した状態を側方から視た図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、説明の便宜上、リベッタの加工軸に対し平行な方向をＺ方向と称し、リベッタの加工軸とロボットの基軸とを結びＺ方向に直交する方向をＸ方向と称し、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向をＹ方向と称する。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る部品取付システム１０の構成について、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下、航空機のフレーム（骨部材）７０に部品８０を取り付けるシステムに本発明に係る部品取付システム１０を適用した場合について説明する。ただし、骨部材７０は航空機のフレームに限定されず、ストリンガなどのフレーム以外の航空機の骨部材、および、航空機以外の骨部材を骨部材７０として採用することができる。また、部品８０は航空機の部品に限定されず、航空機以外の部品を部品８０に用いることもできる。

部品取付システム１０は、位置合わせ部２０、ロボット３０、リベッタ４０、第１検出装置５０および制御装置６０を備えている。位置合わせ部２０は、骨部材７０上の取付位置を加工軸４１に対して位置合わせする装置であり、たとえば、骨部材７０を搬送する搬送装置が用いられる。位置合わせ部２０は、骨部材７０を移動させる第１ポジショナ２１および第２ポジショナ２２を有している。

第１ポジショナ２１は、リベッタ４０の加工軸４１に直交する方向において骨部材７０の形状に対応した形状を有しており、たとえば、弧形状の骨部材７０に対して弧形状である。第１ポジショナ２１の上面は、骨部材７０を載置する面であって、リベッタ４０の加工軸４１に直交し、たとえば水平になるように配置されている。第１ポジショナ２１は弧の中心に対して周方向（θ方向）に移動可能である。

第２ポジショナ２２は第１ポジショナ２１の下に配置されており、第１ポジショナ２１を支持してＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。このように、第１ポジショナ２１および第２ポジショナ２２によって骨部材７０は加工軸４１に直交する方向（たとえば、水平方向）に移動させられる。

ロボット３０は、骨部材７０上の取付位置に部品８０を搬送し、第１カメラ５１により撮像された画像および第１センサにより検出された部品８０の位置および傾きに基づいて部品８０の加工位置および加工方向を加工軸４１に対して位置合わせする装置である。ロボット３０は、弧形状の第１ポジショナ２１よりその中心側に配置されている。たとえば、ロボット３０として、水平多関節型・垂直多関節型などのロボットが用いられる。ロボット３０は、アーム部３１、リスト部３２およびハンド部３３を有している。

アーム部３１はＺ方向に延びる基軸３４と回転関節により連結され、基軸３４のまわりに旋回したり、リスト部３２をＸ、Ｙ、Ｚの各方向に移動させたりすることが可能である。この基軸３４は、リベッタ４０の加工軸４１に対して、たとえば平行な方向に設けられる。リスト部３２は、アーム部３１の先端と回転関節により連結され、アーム部３１に対しハンド部３３をＺ方向に移動可能である。ハンド部３３は、リスト部３２に連結され、部品８０などを吸着または挟持などにより把持可能である。各関節には駆動用のサーボモータ（図示せず）、および、そのサーボモータの回転角を検出するエンコーダ（図示せず）等が設けられている。

リベッタ４０は、骨部材７０および部品８０を加工軸４１に沿って穿孔しリベット４２により締結して、部品８０を骨部材７０に取り付ける装置である。この加工軸４１は、締結の際にリベット４２の軸部の中心線を合わせる基準線である。

リベッタ４０は、たとえば、Ｃ骨部材型が用いられる。リベッタ４０は、側面視によりＣ字型の本体を有しており、本体には内部空間が設けられている。内部空間は、ロボット３０側に開口している。

内部空間より上側の空間には、ドリル４３およびアッパーアンビル４４が配置されている。ドリル４３およびアッパーアンビル４４は、互いに間隔を空けてＸ方向に並んで第１変位部４５に取り付けられている。第１変位部４５はＸ方向に延びて、ドリル４３およびアッパーアンビル４４の位置をＸ方向に移動可能であって、これらをリベッタ４０の加工軸４１へ配置する。上側の空間は内部空間に開口しているため、ドリル４３およびアッパーアンビル４４を下降させることにより、内部空間に移動させることができる。

ドリル４３は、たとえば、回転動作によって骨部材７０および部品８０を穿孔する工具であって、円柱形状を有している。ドリル４３はその回転軸が加工軸４１に対して平行になるように配置されている。アッパーアンビル４４は、リベット４２を把持して骨部材７０および部品８０の各孔に挿入し、リベット４２をその上方から押さえてかしめるための工具である。アッパーアンビル４４は、把持したリベット４２の軸部の中心線、および、リベット４２を押さえる方向が加工軸４１に対して平行になるように配置されている。

内部空間内の上部に、第１検出装置５０およびプレッシャーフット４６が配置されている。第１検出装置５０およびプレッシャーフット４６は、互いに間隔を空けてＸ方向に並んで第２変位部４７に取り付けられている。第２変位部４７は、Ｘ方向に延びて、第１検出装置５０およびプレッシャーフット４６の位置をＸ方向に移動可能であって、これらをリベッタ４０の加工軸４１へ配置する。

第１検出装置５０は、部品８０の位置および傾きを検出するものであって、カメラ（第１カメラ）５１、レーザ照射部（第１レーザ照射部）５２および画像処理部５３により構成されている。この実施の形態では、第１レーザ照射部５２は第１カメラ５１と一体的に設けられている。また、この実施の形態では、画像処理部５３は制御装置６０に設けられているが、画像処理部５３は制御装置６０とは別に設けられていてもよい。

第１カメラ５１は、加工軸４１上に設けられ、かつ、その光軸がリベッタ４０の加工軸４１に一致するように配置されている。第１カメラ５１は骨部材７０の取付位置に搬送された部品８０を撮像する。第１カメラ５１は取得した部品８０の画像を画像処理部５３に出力する。この部品８０の輪郭と制御装置６０に記憶されたＣＡＤなどの設計情報との比較により部品８０の位置（Ｘ座標およびＹ座標）および回転（Ｚ軸周りの傾きＲＺ）が求められる。

第１レーザ照射部５２は、取付位置に搬送された部品８０にレーザを照射する装置である。第１レーザ照射部５２はリベッタ４０の加工軸４１上に配置されていてもよいし、加工軸４１の近傍に配置されていてもよい。第１レーザ照射部５２によるレーザが投影された部品８０の画像は第１カメラ５１により取得され、画像処理部５３に出力される。この部品８０に投影されたレーザの位置または形などにより部品８０の高さ（Ｚ座標）および傾き（Ｘ軸周りの傾きＲＸおよびＹ軸周りの傾きＲＹ）が求められる。このため、第１カメラ５１は第１レーザ照射部５２の受光部としても機能し、第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２は取付位置に搬送された部品８０の傾きを検出するセンサ（第１センサ）として機能する。

プレッシャーフット４６は、穿孔、ならびに、リベット４２の挿入およびかしめを行う際に部品８０をその上方から押さえる工具である。プレッシャーフット４６は、その内部空間にドリル４３またはアッパーアンビル４４が挿入されるように、中空部を有する円筒形状である。円筒形状の中心軸はリベッタ４０の加工軸４１に一致またはそれに平行であって、その下端は加工軸４１に直交する面に配置される。

内部空間内の下部に、ロワークランプ４８およびロワーアンビル４９が配置されている。ロワークランプ４８は、穿孔、ならびに、リベット４２の挿入およびかしめを行う際に部品８０をその下方から押さえる工具である。ロワークランプ４８は、その内部空間にドリル４３またはロワーアンビル４９が挿入されるように、円筒形状である。中空部を有する円筒形状の中心軸はリベッタ４０の加工軸４１に一致またはそれに平行であって、その上端は加工軸４１に直交する面に配置される。

ロワーアンビル４９は、リベット４２のかしめを行う際にリベット４２をその下方から押さえて、リベット４２の下部を押し潰す工具である。ロワーアンビル４９は、円柱形状の軸部を有しており、軸部の中心線および押さえる方向が加工軸４１に一致するように配置されている。

内部空間の内部では、第１検出装置５０およびプレッシャーフット４６の下方であってロワークランプ４８およびロワーアンビル４９の上方に骨部材７０が配置されるように、位置合わせ部２０の第１ポジショナ２１が配置されている。第１ポジショナ２１は、Ｘ方向においてロボット３０との間に骨部材７０を挟むように配置されている。

制御装置６０は、演算部（図示せず）および記憶部（図示せず）を備えている。制御装置６０は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御装置６０は、集中制御する単独の制御装置６０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御装置６０によって構成されていてもよい。

記憶部には、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が用いられ、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部は、ＣＰＵ等が用いられ、記憶部に記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、部品取付システム１０の各構成部を制御する。

次に、部品取付システム１０の動作（部品取付方法）について、図４〜図１４を参照して説明する。図４の各ステップＳ１〜Ｓ１５に示される部品取付システム１０の動作は制御装置６０により制御される。

まず、位置合わせ部２０に骨部材７０を固定する(ステップＳ１)。たとえば、図５Ａに示すように、第１ポジショナ２１を移動させて所定のセット位置に配置する。骨部材７０には３か所に第１基準孔７１が予め設けられている。図５Ｂに示すように、第１基準孔７１を第１ポジショナ２１の第２基準孔２４に一致させて、第１基準孔７１および第２基準孔２４に位置決めピン２３を挿入して、骨部材７０を第１ポジショナ２１上に位置合わせして固定する。

なお、第１基準孔７１は骨部材７０の輪郭に対して所定の位置に配置され、第２基準孔２４は第１ポジショナ２１の所定の位置に配置されている。よって、第１基準孔７１と第２基準孔２４とを一致させることにより、第１ポジショナ２１に対する骨部材７０上の位置を特定することができる。また、リベッタ４０の加工軸４１に対して直交する方向の第１ポジショナ２１によって、骨部材７０はその加工面がリベッタ４０の加工軸４１に対して直交する方向に配置される。

続いて、リベッタ４０の加工軸４１に対して骨部材７０の取付位置を位置決めする(ステップＳ２)。図６に示すように、骨部材７０の取付位置がリベッタ４０の加工軸４１上に位置するように、第１ポジショナ２１を周方向、第２ポジショナ２２をＸ方向およびＹ方向に移動させる。

続いて、部品８０を把持して移動する(ステップＳ３)。図７Ａに示すように、アーム部３１を旋回させて、ハンド部３３をパレットに移動させる。このパレットには所定の位置に各種の部品８０が配置されている。このため、取付位置に応じた部品８０のあるパレットの位置にハンド部３３を移動させる。そして、図７Ｂに示すように、リスト部３２によりハンド部３３をＺ方向に移動させて、ハンド部３３で部品８０を把持する。

図８に示すように、アーム部３１を基軸３４に対して旋回させて、部品８０の加工位置をリベッタ４０の加工軸４１上の所定の位置に移動させる。この所定の位置は骨部材７０より上方であって第１検出装置５０より下方であり、部品８０は骨部材７０に接触せず、部品８０と骨部材７０との間には所定の間隔が設けられる。

続いて、部品８０の位置および傾きを計測する(ステップＳ４)。図９に示すように、第１カメラ５１の光軸が加工軸４１に一致するように、第１検出装置５０を第２変位部４７によりＸ方向に移動させる。そして、第１レーザ照射部５２により部品８０より上方から部品８０に対してレーザを照射する。このレーザが投影された部品８０の上面の画像を部品８０より上方から第１カメラ５１により取得し画像処理部５３に出力する。

画像処理部５３は、画像から部品８０の輪郭を取得し、記憶部に予め記憶されている第１基準情報に対する部品８０の輪郭のズレ量を取得する。このズレ量からＸ方向の位置ズレ量ΔＸ、Ｙ方向の位置ズレ量ΔＹおよびＺ軸周りの回転のズレ量ΔＲＺを算出する。なお、第１基準情報は、部品８０の設計情報に基づき、所定の位置における部品８０の輪郭を示す情報であり、部品８０の加工位置がリベッタ４０の加工軸４１に位置するように予め設定されている。

また、画像処理部５３は、画像から部品８０に投影されたレーザの形状および長さを取得し、記憶部に予め記憶されている第２基準情報に対するレーザの形状および長さのズレ量を取得する。このズレ量からＺ方向のズレ量ΔＺ、Ｘ軸周りの傾きのズレ量ΔＲＸ、および、Ｙ軸周りの傾きのズレ量ΔＲＹを算出する。なお、第２基準情報は、所定の位置に投影されたレーザの形状および長さを示す情報である。

続いて、部品８０の位置および傾きの各ズレ量が所定の閾値以内か否かを判定する(ステップＳ５)。各ズレ量が閾値以内であれば(ステップＳ５：ＹＥＳ)、ステップＳ７の処理に進む。一方、各ズレ量が閾値より大きければ(ステップＳ５：ＮＯ)、ステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ６の処理では、部品８０の位置などを補正する。たとえば、各ズレ量を無くすように、アーム部３１、リスト部３２およびハンド部３３を動かす。これにより、部品８０の加工位置が加工軸４１上の所定の位置に配置され、加工位置における部品８０の加工方向が加工軸４１に一致するように、部品８０の傾きおよび位置などが補正される。補正後、再び部品８０の位置および傾きを計測し(ステップＳ４)、各ズレ量が所定の閾値以内か否かを判定する(ステップＳ５)。閾値以内となるまでこの作業を繰り返す。こうして、リベッタ４０の加工軸４１に対して部品８０の位置決めが行われる。

続いて、部品８０をリベッタ４０に固定する(ステップＳ７)。図１０Ａに示すように、適正な姿勢に補正された部品８０を、その姿勢のまま、加工軸４１に沿って下降させて骨部材７０に近づける。これにより、加工軸４１に沿った部品８０のＺ方向のみの位置が変化し、これ以外のＸ方向およびＹ方向の位置および傾きは変化しない。そして、部品８０の下面を骨部材７０の上面に接触させる。この際、骨部材７０の下面がロワークランプ４８の上端上に配置されており、骨部材７０はロワークランプ４８に支持されている。

そして、図１０Ｂに示すように、プレッシャーフット４６の中心軸が加工軸４１に一致するように、プレッシャーフット４６を第２変位部４７によりＸ方向に移動させる。図１０Ｃに示すように、プレッシャーフット４６を下降させて、プレッシャーフット４６の下端を部品８０の上面に接触させる。これにより、部品８０および骨部材７０はプレッシャーフット４６およびロワークランプ４８により挟まれて固定される。

続いて、部品８０の把持を解除する(ステップＳ８)。図１１Ａに示すように、ハンド部３３による部品８０の把持を解除する。この際、部品８０はプレッシャーフット４６およびロワークランプ４８により固定されているため、部品８０の位置および傾きは変化しない。そして、図１１Ｂに示すように、アーム部３１を旋回させて、ロボット３０をリベッタ４０から離す。

続いて、部品８０および骨部材７０を加工軸４１に沿って穿孔する(ステップＳ９)。図１２Ａに示すように、ドリル４３を回転させながら加工軸４１に沿って下降させる。これにより、図１２Ｂに示すように、ドリル４３がプレッシャーフット４６の中空部に進行し、部品８０および骨部材７０を加工軸４１に沿って穿孔して、ロワークランプ４８の中空部に進入する。この部品８０の加工位置および骨部材７０の取付位置は各軸上に位置しているため、取付位置に孔（第１孔）が設けられ、加工位置に孔（第２孔）が設けられる。

続いて、部品８０および骨部材７０をリベット４２により締結する(ステップＳ１０)。図１３Ａに示すように、リベット４２の軸部の中心軸が加工軸４１に一致するように、アッパーアンビル４４を第１変位部４５によりＸ方向に移動させる。そして、図１３Ｂに示すように、アッパーアンビル４４によりリベット４２を加工軸４１に沿って下降させる。この際、図１３Ｃに示すように、ロワーアンビル４９をロワークランプ４８の中空部内に配置しておく。これにより、リベット４２の軸部、プレッシャーフット４６の中空部、第１孔、第２孔、ロワークランプ４８の中空部およびロワーアンビル４９の軸の各中心線が加工軸４１上に並ぶ。よって、リベット４２がプレッシャーフット４６の中空部、第１孔および第２孔を進行し、リベット４２の挿入が完了した後にロワーアンビル４９を上昇させる。これにより、リベット４２の下端部が押し潰されて、リベット４２がかしめられ、部品８０および骨部材７０がリベット４２により締結される。

続いて、図１４Ａに示すように、同じ部品８０において他の加工位置がある場合(ステップＳ１１：ＹＥＳ)、図１４Ｂに示すように、その骨部材７０の取付位置にリベッタ４０の加工軸４１を位置決めする(ステップＳ１２)。このステップＳ１２の処理は、ステップＳ２の処理と同様であるため、その説明を省略する。この際、プレッシャーフット４６を上昇させて、ロワークランプ４８を下降させて、骨部材７０を第１ポジショナ２１により移動させる。部品８０は骨部材７０にリベット４２により既に固定されているため、部品８０は骨部材７０と同時に加工軸４１に対して位置決めされる。

続いて、部品８０をリベッタ４０に固定する(ステップＳ１３)。このステップＳ１３の処理は、ステップＳ７の処理と同様であるため、その説明を省略する。そして、部品８０および骨部材７０を穿孔する(ステップＳ１４)。このステップＳ１４の処理は、ステップＳ９の処理と同様であるため、その説明を省略する。そして、部品８０および骨部材７０をリベット４２により締結する(ステップＳ１５)。このステップＳ１５の処理は、ステップＳ１０の処理と同様であるため、その説明を省略する。

上記構成によれば、第１カメラ５１が加工軸４１上に設けられているため、加工軸４１上における部品８０の位置および傾きを検出することができる。この位置および傾きに基づいて部品８０の加工位置およびその加工方向を加工軸４１に合わせることができる。これにより、位置合わせした場所から加工軸４１上に部品８０を移動させる必要がなく、移動による部品８０の位置ずれを防ぎ、部品８０を骨部材７０に高精度で位置決めして取り付けることができる。

また、位置合わせ部２０によりリベッタ４０の加工軸４１に対して骨部材７０の取付位置の位置合わせが行われる。また、ロボット３０によりリベッタ４０の加工軸４１に対して部品８０の加工位置の位置合わせが行われる。このため、部品８０および骨部材７０を加工軸４１に沿って穿孔し、各孔にリベット４２を挿入するだけで、骨部材７０の取付位置と部品８０の加工位置とをリベット４２により固定することができる。

さらに、部品８０の位置決めにロボット３０を用い、骨部材７０の位置決めを行う位置合わせ部２０に搬送装置を用いている。これにより、部品８０および骨部材７０の位置決め精度が向上すると共に、作業員による手作業に比べて時間およびコストの低減を図ることができる。さらに、高価な位置決め治具を用いる必要がなく、コストの削減が図られ、また、大きな位置決め治具の保管場所を確保する必要がなく、利便性に優れている。

また、第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２を一体的に設けていることにより、第１検出装置５０の小型化が図られる。第１レーザ照射部５２による部品８０に投影されたレーザの画像を第１カメラ５１により取得することにより、レーザの検出装置を設ける必要がなく、第１検出装置５０の小型化およびコスト削減が図られる。

なお、図９の例では、第１カメラ５１による部品８０の画像に基づいて画像処理部５３は部品８０の位置および回転を求めた。ただし、部品８０の加工位置を加工軸４１上に配置させ、加工位置における部品８０の加工方向を加工軸４１に一致させる場合、第１カメラ５１による画像に基づいて画像処理部５３は部品の位置だけを求めてもよい。

また、図９の例では、第１レーザ照射部５２によるレーザが投影された部品８０の画像を第１カメラ５１が撮像し、この画像に基づいて部品８０の高さおよび傾きを画像処理部５３は求めた。ただし、部品８０の加工位置を加工軸４１上に配置させ、加工位置における部品８０の加工方向を加工軸４１に一致させる場合、第１カメラ５１による画像に基づいて画像処理部５３は部品の傾きだけを求めてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る部品取付システム１０は、実施の形態１に係る部品取付システム１０の各構成に加えて、図１５Ａ〜図１５Ｃに示す第２検出装置５４をさらに備えている。第２検出装置５４は、加工軸４１上以外の位置、たとえば、リベッタ４０の内部空間以外の位置に設けられている。

第２検出装置５４は、第１センサとは異なる方向から部品８０の傾きを検出するセンサ（第２センサ）および画像処理部５３を含む。第２センサは、画像取得部５５およびレーザ照射部（第２レーザ照射部）５６により構成されている。この実施の形態では、第１検出装置５０の画像処理部５３が第２検出装置５４の画像処理部５３を兼用するが、第２検出装置５４の画像処理部５３は第１検出装置５０の画像処理部５３とは別に設けられていてもよい。また、この実施の形態では、画像処理部５３は制御装置６０に設けられているが、画像処理部５３は制御装置６０とは別に設けられていてもよい。

画像取得部５５は、第２レーザ照射部５６により照射されたレーザを受光する受光部であって、たとえば、部品８０の画像を取得するカメラが用いられる。画像取得部５５はカメラの光軸がリベッタ４０の加工軸４１に対して平行に配置されている。画像取得部５５は取得した部品８０の画像を画像処理部５３に出力する。

第２レーザ照射部５６は、部品８０にレーザを照射する装置である。第２レーザ照射部５６によるレーザが投影された部品８０の画像は画像取得部５５により取得され、画像処理部５３に出力される。この部品８０に投影されたレーザの位置または形などにより部品８０の高さ（Ｚ座標）および傾き（Ｘ軸周りの傾きＲＸおよびＹ軸周りの傾きＲＹ）が求められる。

第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２は、画像の取得およびレーザの照射の際に部品８０より上方に位置するように配置されている。これにより、第１カメラ５１により部品８０の上側の画像が取得され、第１レーザ照射部５２により部品８０の上側にレーザが照射される。これに対して、画像取得部５５および第２レーザ照射部５６は、画像の取得およびレーザの照射の際に部品８０より下方に位置するように配置されている。これにより、画像取得部５５により部品８０の下側の画像が取得され、第２レーザ照射部５６により部品８０の下側にレーザが照射される。なお、第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２と画像取得部５５および第２レーザ照射部５６との部品８０に対する位置関係は反対であってもよい。第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２が部品８０より上方に配置され、画像取得部５５および第２レーザ照射部５６が部品８０より下方に配置される。

たとえば、部品８０が小さかったり、部品８０の形状が複雑であったりして、第１検出装置５０では部品８０の高さ（Ｚ座標）および傾き（Ｘ軸周りの傾きＲＸおよびＹ軸周りの傾きＲＹ）を検出できない場合がある。この場合、第２検出装置５４を用いる。

この第２検出装置５４を用いた部品取付システム１０の動作（部品取付方法）について、図４に示す処理によって実行される。なお、ステップＳ３〜Ｓ６以外の実施の形態２における処理は、実施の形態１における処理と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ３において、部品８０を把持して移動する。

まず、アーム部３１を旋回させて、部品８０を第２検出装置５４の上方に移動させる。この部品８０と第２検出装置５４との間隔は予め定められている。

そして、部品８０の位置および傾きを計測する。第２検出装置５４の第２レーザ照射部５６により部品８０より下方から部品８０の下側にレーザを照射する。このレーザが投影された部品８０の下側の画像を部品８０より下方から画像取得部５５により取得し画像処理部５３に出力する。

画像処理部５３は、画像から部品８０に投影されたレーザの形状および長さを取得し、記憶部に予め記憶されている第２基準情報に対するレーザの形状および長さのズレ量を取得する。このズレ量からＺ方向のズレ量ΔＺ、Ｘ軸周りの傾きのズレ量ΔＲＸ、および、Ｙ軸周りの傾きのズレ量ΔＲＹを算出する。

次に、部品８０の高さおよび傾きなどの各ズレ量を無くすように、部品８０の位置などを補正する。ここで、アーム部３１、リスト部３２およびハンド部３３を動かす。

更に、図８に示すように、アーム部３１を旋回させて、部品８０の加工位置をリベッタ４０の加工軸４１上の所定の位置に移動させる。

その後、ステップＳ４において部品８０の位置および回転を計測し、ズレ量を算出する。

続いて、部品８０の位置および回転の各ズレ量が閾値より大きければ(ステップＳ５：ＮＯ)、各ズレ量を無くすように、部品８０の位置などを補正する(ステップＳ６)。ここで、アーム部３１、リスト部３２およびハンド部３３を動かす。これにより、部品８０の加工位置が加工軸４１上の所定の位置に配置され、加工位置における部品８０の加工方向が加工軸４１に一致するように、部品８０の傾きおよび位置などが補正される。これにより、リベッタ４０の加工軸４１に対して部品８０の位置決めが行われる。

上記構成によれば、第１レーザ照射部５２と異なる方向から第２レーザ照射部５６は部品８０にレーザを照射し、このレーザが投影された部品８０の画像を画像取得部５５が部品８０の画像を取得する。これにより、第１レーザ照射部５２および第１カメラ５１では部品８０の位置および傾きを検出できないような場合であっても、第２レーザ照射部５６および画像取得部５５により部品８０の位置および傾きを検出することができる。そして、この検出結果に基づいて部品８０の位置および傾きなどを補正することにより、部品８０を骨部材７０に高精度に位置決めして取り付けることができる。

なお、図１５Ａの例では、第２レーザ照射部５６および画像取得部５５が加工軸４１上以外の位置に設けられていた。しかしながら、画像取得部５５、または、画像取得部５５および第２レーザ照射部５６が加工軸４１上に設けられていてもよい。この場合、画像取得部５５は第１カメラ５１との間に部品８０を挟むように配置されている。これにより、第２レーザ照射部５６および画像取得部５５により検出した位置から加工軸４１上へ部品８０を移動させる必要がなく、部品８０と骨部材７０との位置決め精度をより高めることができる。

また、図１５Ａの例では、第２レーザ照射部５６によるレーザが投影された部品８０の画像を画像取得部５５が撮像し、この画像に基づいて部品８０の高さおよび傾きを画像処理部５３は求めた。ただし、部品８０の加工位置を加工軸４１上に配置させ、加工位置における部品８０の加工方向を加工軸４１に一致させる場合、画像取得部５５による画像に基づいて画像処理部５３は部品の傾きだけを求めてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３に係る部品取付システム１０は、実施の形態１に係る部品取付システム１０の各構成に加えて、図１７に示す第３検出装置５７をさらに備えている。第３検出装置５７は、第２カメラ５８および画像処理部５３により構成され、部品８０の位置および傾きを検出する。

この実施の形態では、第１検出装置５０の画像処理部５３が第３検出装置５７の画像処理部５３を兼用するが、第３検出装置５７の画像処理部５３は第１検出装置５０の画像処理部５３とは別に設けられていてもよい。また、この実施の形態では、画像処理部５３は制御装置６０に設けられているが、画像処理部５３は制御装置６０とは別に設けられていてもよい。

第２カメラ５８は、加工軸４１上以外の位置、たとえば、加工軸４１とロボット３０との間に設けられ、取付位置に搬送された部品８０を撮像する。第２カメラ５８はその光軸がリベッタ４０の加工軸４１に対して平行に配置されている。たとえば、第２カメラ５８は、第１検出装置５０およびプレッシャーフット４６と共にＸ方向に並んで第２変位部４７に取り付けられ、第１検出装置５０よりロボット３０側に配置されている。

第２カメラ５８は取得した部品８０の画像を画像処理部５３に出力する。この部品８０の輪郭と制御装置６０に記憶されたＣＡＤなどの設計情報との比較により部品８０の位置（Ｘ座標およびＹ座標）および回転（Ｚ軸周りの傾きＲＺ）が求められる。

第１カメラ５１は、画像の取得の際に加工軸４１上に配置されているため、加工軸４１近傍の部品８０の位置および傾きが第１カメラ５１により取得される。たとえば、部品８０が長い場合、この部品８０の位置および傾きが所望のものから僅かにずれていると、部品８０の加工位置から離れた部分のずれは加工軸４１近傍よりも大きくなる。このような場合に、第３検出装置５７を用いる。この第３検出装置５７を用いた部品取付システム１０の動作（部品取付方法）について、図４に示す処理によって実行される。なお、ステップＳ３〜Ｓ６以外の実施の形態３における処理は、実施の形態１における処理と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ３において、図１６および図１７に示すように、部品８０の加工位置をリベッタ４０の加工軸４１上の所定の位置にロボット３０により移動させる。そして、第１カメラ５１の光軸が加工軸４１に一致するように、第１カメラ５１を第２変位部４７によりＸ方向に移動させる。これにより、第２カメラ５８は加工軸４１とロボット３０との間に配置される。

そして、ステップＳ４において、部品８０の位置および傾きを計測する。第１レーザ照射部５２により加工軸４１近傍の部品８０にレーザを照射し、このレーザが投影された部品８０の画像を第１カメラ５１により取得し画像処理部５３に出力する。画像処理部５３は、この画像に基づいて、加工位置における各ズレ量を算出する。

また、部品８０において加工軸４１から離れた部分の画像を第２カメラ５８により取得し画像処理部５３に出力する。画像処理部５３は、基準位置からの部品８０のＸ方向の位置ズレ量ΔＸ、Ｙ方向の位置ズレ量ΔＹおよびＺ軸周りの回転のズレ量ΔＲＺを求める。

部品８０の位置および傾きなどの各ズレ量が閾値より大きければ(ステップＳ５：ＮＯ)、各ズレ量を無くすように、部品８０の位置などを補正する(ステップＳ６)。これにより、部品８０の傾きおよび位置などが補正され、部品８０の全体が所望の位置に配置されて、リベッタ４０の加工軸４１に対して部品８０の位置決めが行われる。

上記構成によれば、第１カメラ５１に加えて、加工軸４１とロボット３０との間に第２カメラ５８を設けている。これにより、長い部品８０など加工軸４１から離れた部分で所望の位置からずれが生じやすいような場合であっても、この部分の位置および傾きを第２カメラ５８により検出することができる。そして、この検出結果と第１検出装置５０からの検出結果に基づいて部品８０の位置および傾きなどを補正することにより、部品８０を骨部材７０に高精度に位置決めして取り付けることができる。

なお、図１７の例では、第２カメラ５８による部品８０の画像に基づいて画像処理部５３は部品８０の位置および回転を求めた。ただし、部品８０の加工位置を加工軸４１上に配置させ、加工位置における部品８０の加工方向を加工軸４１に一致させる場合、第２カメラ５８による画像に基づいて画像処理部５３は部品の位置だけを求めてもよい。

（その他の実施の形態）
なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。たとえば、実施の形態３に係る部品取付システム１０は、実施の形態２に係る第２検出装置５４をさらに備えていてもよい。

さらに、上記全実施の形態では、骨部材７０を搬送する搬送装置を位置合わせ部２０に用いた。これに対して、位置合わせ部２０は、骨部材７０の加工位置をリベッタ４０の加工軸４１に対して位置合わせするものであれば、これに限定されない。たとえば、リベッタ４０の加工軸４１を骨部材７０の加工位置に対して移動させるものであってもよい。

また、上記全実施の形態では、位置合わせ部２０に搬送装置を用いたが、これに代えて、位置決め治具を位置合わせ部２０に用いてもよい。位置決め治具は、骨部材７０の輪郭に対して取付位置（部品８０の取付位置）を示す治具である。

この場合、作業員が位置決め治具を用いて骨部材７０に取付位置を特定し、取付位置が加工軸４１上に位置するように骨部材７０をリベッタ４０に対して位置合わせする。この場合も、第１検出装置５０により検出された位置および傾きに基づいて部品８０の加工位置をリベッタ４０の加工軸４１に対してロボット３０により位置合わせする。このため、骨部材７０および部品８０にリベット４２を加工軸４１に沿ってリベッタ４０が打ち付けることにより、部品８０を骨部材７０に対して高精度に位置決めして取り付けることができる。

さらに、上記全実施の形態では、第１検出装置５０の第１レーザ照射部５２および第１カメラ５１が一体的に設けられている。これに対して、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、第１レーザ照射部５２と第１カメラ５１とが別に設けられていてもよい。この場合、第１レーザ照射部５２によるレーザを第１カメラ５１ではなく、他の受光部により取得される。この受光部はカメラであってもよいし、部品８０により反射されたレーザを検出する物であってもよい。受光部は第１レーザ照射部５２と一体的に設けられている。

この場合、第１カメラ５１、第１レーザ照射部５２およびプレッシャーフット４６がＸ方向に並んで第２変位部４７に取り付けられている。並ぶ順番はこの順に限定されない。なお、第２カメラ５８が第２変位部４７に取り付けられている場合には、第２カメラ５８は第１カメラ５１よりロボット３０に近い側に配置される。

図４のステップＳ３〜Ｓ６において、図１８Ａに示すように、第１レーザ照射部５２の加工軸４１上に配置し、部品８０の位置および傾きを検出する。また、図１８Ｂに示すように、第１カメラ５１を加工軸４１上に配置し、部品８０の位置および傾きを検出する。そして、画像処理部５３により加工位置における各ズレ量を求め、各ズレ量が無くなるようにロボット３０により部品８０の位置および傾きなどを補正する。これにより、部品８０を骨部材７０に高精度に位置決めして取り付けることができる。

また、上記全実施の形態では、第１検出装置５０に第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２を用いた。ただし、部品８０の位置および傾きを検出することができるものであれば、第１カメラ５１および第１レーザ照射部５２に第１検出装置５０は限定されない。また、第２検出装置５４に画像取得部５５および第２レーザ照射部５６を用いた。ただし、部品８０の位置および傾きを検出することができるものであれば、画像取得部５５および第２レーザ照射部５６に第２検出装置５４は限定されない。さらに、第３検出装置５７に第２カメラ５８を用いた。ただし、部品８０の位置および傾きを検出することができるものであれば、第２カメラ５８に第３検出装置５７は限定されない。

また、上記全実施の形態では、リベット４２をファスナに用い、リベッタ４０を加工機に用いたが、これに限定されない。たとえば、通称ハイロックと呼ばれるボルト・ナット型のファスナなど、リベット以外のファスナを用いることもできる。この場合、加工機は、リベット４２をかしめて締結する代わりに、ボルトをナットに嵌めて締結する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／または機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の部品取付システムおよび部品取付方法は、ロボットを用いた骨部材に対する部品の取付位置の精度の向上を図った部品取付システムおよび部品取付方法等として有用である。

１０ ：部品取付システム
２０ ：位置合わせ部
３０ ：ロボット
４０ ：リベッタ（加工機）
４１ ：加工軸
４２ ：リベット（ファスナ）
５１ ：第１カメラ（カメラ、センサ、第１カメラ、第１センサ）
５２ ：第１レーザ照射部（センサ、第１センサ）
５４ ：第２検出装置（第２センサ）
５８ ：第２カメラ
７０ ：骨部材
８０ ：部品

Claims (10)

1. 骨部材に部品をファスナにより取り付ける部品取付システムであって、
   前記骨部材および前記部品を加工軸に沿って穿孔し前記ファスナにより締結する加工機と、
   前記骨部材上の取付位置を前記加工軸に対して位置合わせする位置合わせ部と、
   前記骨部材上の取付位置に前記部品を搬送するロボットと、
   前記加工軸上に設けられ、かつ、前記取付位置に搬送された前記部品を撮像するカメラを含むとともに、前記取付位置に搬送された前記部品の傾きを検出するセンサを含む検出装置と、を備え、
   前記ロボットは、前記カメラにより撮像された画像から求められた前記部品の位置および前記センサにより検出された前記部品の傾きに基づいて前記部品の加工位置および加工方向を前記加工軸に対して位置合わせする、部品取付システム。
2. 前記位置合わせ部は、前記加工軸に対して直交する方向に前記骨部材を移動させる搬送装置である、請求項１に記載の部品取付システム。
3. 前記センサは、前記部品にレーザを照射するレーザ照射部を含み、
   前記カメラは、前記レーザが投影された前記部品を撮像し、
   前記検出装置は、前記カメラにより撮像された画像を処理して前記部品の傾きを求める画像処理部を含む、請求項１または２に記載の部品取付システム。
4. 前記センサは第１センサであり、前記検出装置は第１検出装置であり、
   前記第１センサとは異なる方向から前記部品の傾きを検出する第２センサを含む第２検出装置をさらに備えている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の部品取付システム。
5. 前記第２センサは、前記部品にレーザを照射するレーザ照射部と、前記レーザが投影された前記部品を撮像する画像取得部と、を含み、
   前記第２検出装置は、前記画像取得部により撮像された画像を処理して前記部品の傾きおよび高さを求める画像処理部を含む、請求項４に記載の部品取付システム。
6. 前記カメラは第１カメラであり、前記検出装置は第１検出装置であり、
   前記加工軸上以外に設けられ、かつ、前記取付位置に搬送された前記部品を撮像し前記部品の位置を検出する第２カメラを含む第３検出装置をさらに備えている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の部品取付システム。
7. 前記第３検出装置は、前記第２カメラにより撮像された画像を処理して前記部品の位置および回転を求める画像処理部を含む、請求項６に記載の部品取付システム。
8. 前記ファスナはリベットであり、
   前記加工機は、前記骨部材および前記部品を前記加工軸に沿って穿孔し前記リベットにより締結するリベッタである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の部品取付システム。
9. 前記骨部材および前記部品は航空機に用いられる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の部品取付システム。
10. 骨部材上の取付位置を加工軸に対して位置合わせし、
    前記骨部材上の取付位置に部品を搬送し、
    前記加工軸上において前記取付位置に搬送された前記部品を撮像した画像から前記部品の位置を求め、
    前記取付位置に搬送された前記部品の傾きを検出し、
    前記部品の位置および傾きに基づいて前記部品の加工位置および加工方向を前記加工軸に対して位置合わせし、
    前記骨部材および前記部品を前記加工軸に沿って穿孔しファスナにより締結する、部品取付方法。

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