JP7500615B2 - バッチ生産のための自動検査プロセス - Google Patents
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Description
本願は、2019年5月7日に出願された“Systems and Methods for Scheduling and Monitoring an Automated Inspection Process for Batch Production”なる表題の、発明者としてJonathan J. O’Hare[代理人整理番号第37401-17001号]を指名する米国仮特許出願第62/844,160号の優先権を主張し、また、2019年5月7日に出願された“Graphical User Interface for Scheduling and Monitoring and Automated Inspection Process for Batch Production”なる表題の、発明者としてJonathan J.O’Hare[代理人整理番号第37401-17101号]を指名する米国仮特許出願第62/844,162号の優先権を主張する。
例示的な実施形態は、一般に、製造に関し、より具体的には、バッチ生産方法に関する。
座標測定器(coordinate measuring machines;CMM)は、多種異なる種類の物理的なオブジェクト/ワークピースを正確に測定するためのゴールドスタンダードである。例えば、CMMは、航空機エンジンコンポーネント(例えば、ジェットエンジンブレード)、手術器具、およびタービンブレードの重要な寸法を測定することができる。精確かつ正確な測定は、航空機コンポーネントの場合における航空機のようなそれぞれの基盤となるシステムが、指定されたように動作することを保証するのに役立つ。
例示的な実施形態は、複数のワークピースのバッチのそれぞれのワークピースのバッチ検査ジョブを実行するために、検査システムの複数の装置の行動同士を調整する。この目的のために、例示的な実施形態は、ジョブオブジェクトを検査システムに提供する。座標測定器のための測定ルーチン、またはロボットのためのプログラムとは異なり、ジョブオブジェクトは、検査システム内の複数の装置が、複数のワークピース(またはバッチ)のうちのそれぞれのワークピースを順次に検査するために一緒に動作するように、これらの複数の装置の行動同士を構成および調整するために使用される。ジョブオブジェクトのいくつかの実施形態は、ロボットのオペレーションを座標測定器のオペレーションと調整して、複数のオブジェクトを、これらのオブジェクトが相互に同一である場合に、順次検査する。ジョブオブジェクトのいくつかの実施形態は、ロボットのオペレーションを座標測定器のオペレーションと調整して、複数のオブジェクトを、これらのオブジェクトが相互に同一でなく、したがってロボットまたは座標測定器またはその両方の行動がオブジェクトごとに変化するような場合に、順次検査する。
当業者は、真下に要約されている図面を参照しながら論じられる以下の「例示的な実施形態の説明」から、本発明の種々の実施形態の利点をより完全に理解すべきである。
本明細書に開示されている種々の実施形態は、ワークピースを検査する技術におけるいくつかの欠点および問題に対処するものである。ワークピースの検査は、例えば座標測定器のような検査機器によって実施可能であるが、従来の方法およびシステムは、多くの問題をもたらす。例えば、座標測定器のセットアップおよび使用の複雑さにより、座標測定器の使用は、従前、複数の製造されたワークピースのサブセットのみをサンプリングする品質管理研究室に、または製造ラインの一部ではない他のオペレーションに限定されていた。
(i)バッチローディングシステムを使用する前に、複数の異なる部品バッチに関する部品プロパティを含むデータオブジェクトを作成して、これにより、新しいジョブをスケジューリングする際にオペレータがこのデータオブジェクトを再利用できるようにする能力と、
(ii)ジョブ追跡のためのユーザ定義のトレースフィールドを使用してデータ構造を定義して、これにより、このデータ構造をオペレータ入力テンプレートとして保存して、オペレータがこのデータ構造を再利用できるようにする能力と、
(iii)自動測定システムまたはCMMにおいてこれらのバッチ内の部品を実行するために、それらのバッチをスケジューリングするためのキューを定義する能力と、
(iv)自動測定システムまたはCMMにおいて実行する前に、いつでもシステム上でまたはリモートで、スケジュールを変更する能力、またはキュー内のジョブに優先度を付け直す能力と、
(v)自動測定システムまたはCMMの実行ステータスを、いつでもシステム上でまたはリモートで監視する能力と、
(vi)ロボットの実行ステータスを、いつでもシステム上でまたはリモートで監視する能力と、
(vii)自動測定システムまたはCMMによって処理されているジョブの進行状況を、それぞれのオペレーションが完了しているかどうか監視する能力と
を提供する。
図1Aは、種々の実施形態に関する作業環境を概略的に示す。図示のように、この環境は、検査システム10を概略的に示し、検査システム10は、複数のワークピースの各々を検査するための検査装置40を含む。検査装置40に到着する前に、ワークピースを、1つまたは複数の上流のワークステーションによって処理して、一時保管装置20上に提供することができる。次に、それぞれのワークピースは、ワークピース処理装置30(例えば、ロボット)によって一時保管装置20から取り出されて、このワークピース処理装置30によって検査装置40に送達される。
図1Aの検査装置40は、例示的な実施形態では、座標測定器であり得る。当業者には周知のように、座標測定器(または「CMM」)100は、ワークピースの1つまたは複数の特徴を測定するように構成されたシステムである。
図1Bの例示的な実施形態では、CMM100は、テーブル111を有するベース110を含む。CMM100のテーブル111は、典型的には床101の平面に対して平行であるA-R平面112、およびA-R平面に対して垂直なS軸、ならびに対応するQ-S平面およびR-S平面を定義する。テーブル111は、テーブル111の上方の測定空間113の境界も定義する。いくつかの実施形態では、CMM100は、1つまたは複数の測定センサ140を保持するように構成されたプローブラック115を含む。CMM100の可動部分は、プローブラック115へと移動して、プローブラック115に測定センサ140を配置すること、および/またはプローブラック115から別の測定センサ140を取り外すことができる。
CMM100は、測定センサ140(およびいくつかの実施形態では、複数のそのような装置)をワークピース180に対して移動させて方向決めするように配置された可動特徴部(総称的に120)も有する。以下で説明するように、CMM100の可動特徴部は、測定センサ140をワークピース180に対して1次元(Q軸;R軸;またはS軸)で、2次元(Q-R平面;Q-S平面;またはR-S平面)で、または3次元(Q軸、R軸、およびS軸によって定義される体積)で移動させて方向決めするように構成されている。したがって、CMM100は、ワークピース180の1つまたは複数の特徴の場所を測定するように構成されている。
いくつかの実施形態では、測定センサ140は、ほんの数例を挙げると、(当技術分野で周知のように、プローブ先端をワークピース180に接触させることによってワークピース180上の点の場所を検出するように構成されている)触覚プローブであり得るか、当技術分野で周知の容量性プローブまたは誘導性プローブのような(ワークピース180上の点の場所をワークピース180に物理的に接触することなく検出するように構成されている)非接触プローブであり得るか、または(ワークピース180上の点の場所を光学的に検出するように構成されている)光学プローブであり得る。
CMM100のいくつかの実施形態は、CMM100を制御して、CMMによって取得されたデータを処理するように構成された制御システム150(または「コントローラ」または「制御ロジック」)を含む。図1Dは、バス151を介して電子通信しているいくつかのモジュールを有する制御システム150の実施形態を概略的に示す。
いくつかのCMMは、手動ユーザインターフェース160も含む。図示のように、手動ユーザインターフェース160は、オペレータがCMM100を手動で操作することを可能にする制御部(例えば、ボタン、ノブ等)を有することができる。とりわけ、インターフェース160は、オペレータがワークピース180に対する測定センサ140の位置を変更することを可能にする制御部を含むことができる。例えば、オペレータは、制御部161を使用してQ軸上で、制御部162を使用してR軸上で、かつ/または制御部163を使用してS軸上で、測定センサ140を移動させることができる。
いくつかの実施形態における一時保管装置20は、貯蔵装置200を含む。貯蔵装置200の例示的な実施形態は、図2Aに概略的に示されている。この実施形態では、貯蔵システム200は、1つまたは複数の貯蔵コンテナ201(例えば、引き出し;棚;1つまたは複数のパレットを含むものもある)201を含む。図2Aの例示的な実施形態は、いくつかの貯蔵コンテナ221,222,および223を含む。
ロボット300は、図3に概略的に示されている。
図4Aは、本発明の一実施形態と共に使用するための例示的なデータ構造400(または「テンプレート」)の実施形態を示す。データ構造は、ユーザ定義のジョブ情報410を含むことができ、ジョブ情報410は、例えば、オペレータ名フィールド411と、バッチ検査ジョブの一部として検査されるべき物理的なワークピース180に関連するシリアル番号のための部品シリアル番号フィールド412とを含むことができ、バッチ検査ジョブは、バッチ処理システム10を使用して実施され、本明細書に開示されているデータ構造を有するソフトウェアを実行する1つまたは複数のコントローラ50によって制御される。
使用中、オペレータは、図4Aのテンプレートを使用して、バッチジョブを定義するデータオブジェクトを作成することができる。図4Bは、図4Aのデータ構造を含むデータオブジェクトの実施形態を示し、このデータ構造の種々のフィールドには、それぞれ、オペレータ(例えば、バッチ検査ジョブを実行するエンティティ)または顧客(例えば、部品180の製造者)からのデータが記入されている。
図5Aは、検査システム10のオペレーションに関連する種々の事前定義されたデータオブジェクトを示す。事前定義されたデータオブジェクトは、それぞれのワークピースのために使用するための固定具、それぞれのワークピース180の実施のための検査ルーチン、およびそれぞれのワークピースための検査に合格するための閾値のような、送達されるべき1つまたは複数の部品種類(例えば、「部品A」)に関連するデータ510を含むことができる。
事前定義されたデータオブジェクト500を使用して、図5Bのジョブデータオブジェクトアセンブリ550を定義することができる。ジョブデータオブジェクトアセンブリ550は、バッチ検査ジョブを実行するための検査システムの複数の装置のオペレーション同士を調整するために使用される情報を、検査システム10に提供する。例えば、いくつかの実施形態では、ジョブデータオブジェクトアセンブリ550は、バッチ内の複数のワークピースのうちのそれぞれのワークピース180を測定するための座標測定器100のオペレーションとロボット300のオペレーションとを調整するために制御コンピュータ50によって使用される情報を、制御コンピュータ50に提供する。
以下の例は、部品180の種々のバッチに対する検査オペレーションを含むジョブプロセスを実行するためのコンピュータ実装方法において、これらのデータオブジェクトをどのようにして一緒に編成することができるかを示す。
以下は、本開示の(「Job_1」と題する)擬似コードの例であり、ここでは、Job_1は、(1)ジョブに関するユーザ定義のトレース可能な情報と、(2)Part_Aとして参照される、事前定義された部品種類データオブジェクト情報と、(3)Drawer_1Rと呼ばれる、Part_Aのためのコンテナとを含み、このPart_Aのためのコンテナは、コンテナ内のセルの場所のような各自の部品特有のデータが含まれた、シリアル番号001,002,003の形式の一意の部品識別子を有する3つの部品の配列を含む:
ワークフローおよびデータ管理に関して、本開示の別の実施形態は、(1)部品のバッチに関する情報と、(2)バッチの一部としての個々の部品に関する情報とを別々に定義するために、データテンプレートを使用することを含む。
図6A;図6B;図6C;図6D;および図6Eは、バッチ検査システム10上でバッチプロセスをセットアップするためのグラフィカルユーザインターフェースの実施形態を概略的に示す。
図8Aは、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたシステム10を概略的に示す。図示のように、コンピュータ50は、監視ソフトウェア51と(例えば、CMMを制御する)測定ソフトウェア52とを含み、これらのソフトウェアは、種々の他のシステムコンポーネントと通信する。具体的に、これらの他のシステムコンポーネントには、パレットを有する引き出しローダのような部品一時保管装置20と、ロボットのような自動部品移送装置30と、CMM100のような自動検査機40とが含まれる。図8Aは、オペレータ99がどのようにしてシステム10とインターフェースするか、ならびに一時保管装置20から検査機40への製造された部品の流れを示す。
本明細書で使用されている参照符号は、以下のものを含む:
10:ワークピースバッチ処理システム
13:データベース
20:製造ステーションのセット
30:ワークピース処理装置
40:ワークピース検査システム
50:中央コンピュータ
51:監視ソフトウェア
52:測定ソフトウェア
53:ネットワークインターフェース
54:ディスプレイ装置
99:オペレータ
100:座標測定器
101:床
102:環境
110:ベース
111:テーブル
112:平面
113:測定エンベロープ
115:プローブラック
120:可動特徴部
121:ブリッジの脚部
122:テーブルスケール
123:ブリッジ
124:ブリッジスケール
125:キャリッジ
126:スピンドル
127:スピンドルスケール
128:軸受
130:アーム
131:可動ジョイント
132:ロータリーエンコーダ
140:測定センサ
141:カメラ
142:環境センサ
150:制御システム
151:バス
152:通信インターフェース
153:動きコントローラ
154:測定分析器
155:センサ入力
156:メモリ
157:コンピュータプロセッサ
160:ユーザインターフェース
161:X軸制御部
162:Y軸制御部
163:Z軸制御部
165:カメラの動き制御部
166:カメラの焦点制御部
167:カメラの記録制御部
170:ホストコンピュータ
171:画面
172:キーボード
173:マウス
174:コンピュータメモリ
175:メモリインターフェース/通信ポート
176:通信リンク
178:ネットワーク
179:コンピュータ
180:ワークピース
181:幾何形状
182:縁部
183:角部
184:平坦な表面
185:湾曲した表面
186:キャビティ
187:内角
188:うねり
189:表面仕上げ
190:ジョグボックス
191:ケーブル
200:ワークピース貯蔵装置
201:貯蔵コンテナ
202:貯蔵プレートの表面
203:貯蔵プレート
221:第1のコンテナ
222:第2のコンテナ
223:第3のコンテナ
300:ロボット
610:トップページ
620:オブジェクト定義ページ
630:引き出し定義ページ
631:レイアウト領域
639:ワークピースまたはパレットのアイコン
641:引き出しのビュー
642:グリッドパターン
643:方向キー
650:ジョブ追跡テンプレート
Claims (6)
- バッチ検査システムを動作させる方法であって、
前記バッチ検査システムは、
制御コンピュータと、
CMM座標系を有する座標測定器を含む検査機器と、
前記CMM座標系から独立した座標系を有する貯蔵システムと、
ロボットの座標系を有するロボットと、
を備え、
前記貯蔵システムは貯蔵コンテナを有し、前記貯蔵コンテナは、2次元座標系を定義する表面を有し、かつ、前記2次元座標系における前記コンテナの向きを集合的に定義する物理的な参照特徴部のセットを含み、
前記方法は、
前記ロボットにより前記物理的な参照特徴部のそれぞれを順次に位置特定し、前記物理的な参照特徴部のそれぞれの、前記ロボットの3次元座標系における座標を、前記制御コンピュータに記録することにより、前記コンテナの前記2次元座標系を前記ロボットの前記3次元座標系に方向決めするステップと、
前記検査システムにジョブオブジェクトを提供するステップであって、前記ジョブオブジェクトは、前記ロボットが貯蔵情報を使用して前記貯蔵システムから各ワークピースを取り出すことができるように、前記貯蔵システム内のワークピースのセットの場所を定義する貯蔵場所情報を含む、ステップと、
前記ロボットにより、前記検査システムによって検査されるべき前記ワークピースのセットを提供するステップであって、前記ワークピースのセットは、
前記検査システムの前記検査機器による第1の検査オペレーションのセットを必要とする第1のワークピースと、
前記検査システムの前記検査機器による第2の検査オペレーションのセットを必要とする第2のワークピースと、
を含み、
前記第2のワークピースは、前記第1のワークピースと同一ではなく、前記第2の検査オペレーションのセットは、前記第1の検査オペレーションのセットと同一ではない、
ステップと、
前記制御コンピュータにより、前記第1のワークピースのために、前記第1の検査オペレーションのセットのインスタンス(第1のインスタンス)をインスタンス化するステップと、
前記ロボットにより、前記第1のワークピースを前記検査システムに自動的に提供するステップと、
前記検査機器により、前記第1のインスタンスに従って前記第1のワークピースに対して前記第1の検査オペレーションのセットを実行するステップと、その後、
前記制御コンピュータにより、前記第2のワークピースのために、前記第2の検査オペレーションのセットのインスタンス(第2のインスタンス)をインスタンス化するステップと、
前記第1のワークピースの後、介在するワークピースを前記検査システムに提供することなく、前記ロボットにより前記第2のワークピースを前記検査システムに同時にかつ自動的に提供するステップと、
前記検査機器により、前記第2のインスタンスに従って前記第2のワークピースに対して前記第2の検査オペレーションのセットを実行するステップと、
を含む、方法。 - 前記バッチ検査システムは、複数のジョブオブジェクトを格納するデータベースをさらに備え、
前記複数のジョブオブジェクトのうちのそれぞれのジョブオブジェクトは、前記第1の検査オペレーションのセットおよび前記第2の検査オペレーションのセットを含み、
当該方法は、前記制御コンピュータにより、前記第1のワークピースに合わせて製作された第1の検査オペレーションのセットと、前記第2のワークピースに合わせて製作された第2の検査オペレーションのセットとを有する前記ジョブオブジェクトを、前記データベースから検索するステップをさらに含む、
請求項1記載の方法。 - 前記第1のワークピースを前記検査機器に自動的に提供するステップは、前記第1のワークピースを前記座標測定器に自動的に提供するステップを含み、
前記第1のインスタンスに従って前記第1のワークピースに対して前記第1の検査オペレーションのセットを実行するステップは、前記第1のワークピースを測定するために前記第1のインスタンスに従って前記座標測定器を動作させるステップを含む、
請求項1記載の方法。 - 前記第1の検査オペレーションのセットは、前記第1のワークピースの物理的な寸法を測定するためのオペレーションのセットを含む、請求項1記載の方法。
- 前記第1の検査オペレーションのセットは、前記第1のワークピースの表面粗さを測定するためのオペレーションのセットを含む、請求項1記載の方法。
- 前記第2の検査オペレーションのセットは、前記座標測定器によって別のプローブを自動的に取得するステップを含む、請求項1記載の方法。
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