JPH09277125A

JPH09277125A - ボルトナット自動着脱装置における処理順序設定方法

Info

Publication number: JPH09277125A
Application number: JP11212096A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takihara; 和彦瀧原; Kiyoharu Takase; 清春高瀬; Kenichi Kushibiki; 賢一櫛引; Toshiyuki Naoi; 利幸直井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-28
Anticipated expiration: 2016-04-10
Also published as: JP3280569B2

Abstract

(57)【要約】【課題】減速機でのボルト締め付け作業初期の対角締
め付け順序を自動設定とする方法。【解決手段】ボルトナットの座標及びサイズの検出手
段を有し、減速機等のボルト着脱を行うボルト自動着脱
装置において、外形寸法、サイズ等に関係なく、締め付
け作業初期の対角締め付け順序を、各ボルトナット２の
座標点とその座標点を結んでできる図形４の図心５およ
び各ボルトナットのサイズ情報より、対角四隅を締め付
けるボルトの締め付け順序を自動設定するもである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトナット締結
物に対しボルトナットの自動着脱を行う装置において、
対角締め付け処理を行う際の処理順序設定方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】旧来より、大きなサイズのボルト緩め／
締め作業は機械化、自動化が切望されてきた作業である
が、対象設備が多岐にわたること、ボルトの位置ならび
にサイズも各設備まちまちであり、単一設備の中におい
てもボルトのサイズは数種類ににも及ぶこと等から、自
動化が遅々として進まなかった。

【０００３】こうした中で一部自動車部品の組立てライ
ン等においては、各種のボルト自動組み付け装置の提案
がなされていて、認識手段を備えた自動組立装置とし
て、特開平２−２５６４３０号公報に開示されている
「自動組立装置および方法」が良く知られている。この
装置は、自動組立ラインにおけるタイヤの自動車本体ド
ラムへの取付け作業を自動化したもので、タイヤのボル
ト穴並びに自動車本体ドラムのボルトを、ビジョンカメ
ラにより認識し、その位置情報に基づいてロボットにて
把持するタイヤの姿勢を修正した後、ドラムに取り付け
るようにしている。

【０００４】この場合の作業は、ロボットにてタイヤを
自動車本体のドラムへ取付ける単純繰り返し作業であっ
て、タイヤの寸法ならびにボルトのサイズなどは一定
で、ビジョンカメラによる認識手段も位置情報のみの認
識しか行っていない。従って、先のように対象設備が多
岐にわたり、ボルトの位置ならびにサイズがランダムな
一般の機械設備に対しては適用不可能なものである。

【０００５】この点を改善して、ボルトの位置ならびに
サイズがランダムな機械設備に対して、ボルトの位置な
らびにサイズを認識することによりボルトの緩め／締め
作業を自動化しようとする試みが、特開平７−１０８４
２６号の「ボルト自動着脱装置」に提案されている。

【０００６】図９は従来のボルト自動着脱装置の外観を
示す正面図である。図９に示す装置は、ＸＹＺ方向の調
整移動機構を備えたカメラ移動台車１２によって、照明
装置１５と回転機構２４，２５を備えたビジョンカメラ
１４を移動させ、対象設備１６上の各部を撮影して画像
処理および認識によりボルト２を識別し、当該ボルト２
の頭頂面にビジョンカメラ１４が正対面する姿勢でボル
ト２の位置およびサイズを算出することによって、当該
ボルト２の姿勢（カメラの姿勢）、位置およびサイズを
認識する。

【０００７】この認識した大きさに対応するソケット
（ツールユニット１３先端に取付ける工具）が、ツール
ユニット１３に装着されている場合は、コントローラ
（図示していない）はツール移動台車１１より回転機構
２１，２２を介してツールユニット１３をボルト２の姿
勢に対応する姿勢に定め、ボルト２の位置情報に基づい
てツールユニット１３をボルト２に対して位置決めす
る。こうしてツールユニット１３の先端に装着するソケ
ットがボルト２に結合し、ツールユニット１３がソケッ
トを回転させてボルト２を緩め、又は締める。なお、装
着しているソケットが認識したボルト２の大きさに合わ
ない時はソケット台４１ｓより選択して交換する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例における、特開平７−１０８４２６号に開示されて
いる装置は、ボルト認識手段であるビジョンカメラ１４
によって、ボルト２の位置だけではなくボルトサイズも
認識できるようになったので、特開平２−２５６４３０
号の位置認識のみの方式に比較したら格段の改善であ
り、ボルト２の位置およびサイズがランダムに設けられ
ているような一般の機械設備に対して、困難であった作
業自動化の道を開くものとして画期的な装置の提案であ
るが、ボルトの締め付け順序を自動設定する方法までは
考慮されていないという問題がある。

【０００９】依って、本発明の目的は、上記ボルトナッ
ト自動着脱装置の機能拡大として、単純な連続順ではな
いボルト締め付け作業時の締め付け順序等の作業順序を
自動設定することが可能なボルトナット自動着脱装置に
おける処理順序設定方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、例えば、並行軸または直交軸を持つ減速
機等に対し、ボルトナット検出手段により得た情報を基
にボルトナット着脱を行う着脱装置で、締め付け作業初
期の対角締め付け順序を、自動的に設定できるように構
成している。

【００１１】本出願に係る発明の目的を実現する構成
は、請求項１に記載のように、ボルトナット締結物に対
し緩め締め対象ボルトナットの座標およびサイズを検出
するボルトナット検出手段を有し、該検出手段によって
得た情報を基に前記ボルトナット締結物に対しボルトナ
ット着脱を行うボルトナット着脱手段を備えたボルトナ
ット自動着脱装置において、外形寸法およびサイズの変
化等に関係なく締め付け作業初期の対角締め付け順序
を、各ボルトナットの座標点と該座標点を結んでできる
図形の図心および各ボルトナットのサイズ情報より自動
設定することを特徴とするボルトナット自動着脱装置に
おける処理順序設定方法にある。

【００１２】この構成によれば、ボルトナット締結物等
における初期作業の対角締め付け順序を、各ボルトナッ
トの座標点と、その座標点の結ぶ図形および図心と、各
ボルトナットのサイズの４点の情報を基に自動設定する
ことができる。

【００１３】本出願に係る発明の目的を実現する具体的
な構成は、請求項２に記載のように、前記ボルトナット
締結物は、並行軸または直交軸を有する減速機であるこ
とを特徴とする請求項１記載のボルトナット着脱装置に
おける処理順序設定方法にある。

【００１４】この構成によれば、並行軸または直交軸を
有する減速機のケーシング締め付け初期作業を、人作業
ノウハウを取り入れた対角締め付け順序に自動設定する
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施の形態に係
る減速機の一平面内撮像図である。図２は図１に示す減
速機の一平面内ボルトナットの位置及びサイズを示す図
である。図３は図２に示す全ボルトナットを結び作成し
た図形を示す図である。図４は図３に示す図形に外接し
た長方形を示す図である。

【００１６】本実施の形態では具体的に、図１に示す並
行軸または直交軸を持つような減速機ケーシングを、人
作業ノウハウを取り入れたボルトの対角締め付け方法に
より、図９に示したボルト自動着脱装置（ロボット）を
使用して自動的に締結する例を取り上げて説明する。

【００１７】図１において、１はビジョンカメラ１４に
よって撮像した減速機のケーシング上面等の一平面を示
し、２はその中の複数の種類のボルト類である。Ａはビ
ジョンカメラ１４の画像枠を表し、Ｘ，Ｙはそのロボッ
ト撮像系の座標軸である。

【００１８】図２において、減速機１の一平面内に存在
するボルトナット２は後述するボルトナット検出手段に
より、位置およびサイズがそれぞれ検出される。ここで
はボルトサイズ３を、サイズ大３ａ、サイズ中３ｂ、サ
イズ小３ｃに分類して示しているが、減速機１において
は仮に図の左側が出力軸側で右側を入力軸側とすると、
ボルトサイズの構成は動作力の大きい出力軸側のボルト
２のサイズが大きい様子を示している。

【００１９】図３において、４は検出したボルトナット
２の全位置を結んで作成した図形であり、５は図形４の
図心である。ここで、図形４を作成するに当たっては、
ボルトナット２の各々のＸ，Ｙ座標値の和をボルトナッ
ト数で割算した座標値を求め、その座標値と各々のボル
トナット座標を結んで作成される各々の線について、例
えば反時計回りに角度の大きいもの順に指定して、その
順番通りにボルトナットを結んでいってもよい。

【００２０】図４において、６は図形４に外接して、且
つ面積が最小となるように作成した長方形であり、Ｘ
０，Ｙ０は長方形６の各辺に並行に引いたボルトナット
側座標軸であって、先の撮像系の座標軸Ｘ，Ｙとは異な
る。

【００２１】図５は図４に示すボルト座標軸よりＮＯ
１、ＮＯ２ボルトを選出する際の説明図である。図６は
図５に示すＮＯ１ボルトを選出する際の座標点を示す図
である。図７は図５に示すＮＯ１、ＮＯ２ボルトよりＮ
Ｏ３、ＮＯ４ボルトを選出する際の説明図である。図８
は図７に示すボルトナット座標点の撮像系座標への変換
を示す図である。

【００２２】つぎに各図を参照して動作を説明する。先
ず、図９に示したボルト自動着脱装置を使用して対象設
備１６の位置に減速機１を配置し、ビジョンカメラ１４
を移動して図１に示すように上面から全体の一平面像を
撮像する。この場合、撮像系の座標Ｘ，Ｙに対して減速
機１の像は、パターンマッチングを取り易くするため
に、画面に傾斜を持たせて撮像している。図１からはボ
ルトナット２の全体の配置関係が分かる。

【００２３】いま仮に、形状が六角ボルトだとしても、
このままでは各ボルトの頭部の輪郭がハッキリしない場
合もあるので、続いて、それぞれ個々のボルト２の頭頂
面にビジョンカメラ１４を正対面させズームして、例え
ば、照明灯１５によりボルト２の左右２方向から照明し
た影付きのボルト画像を撮像し、画像処理回路（図示し
ていない）で各画像を論理和処理することで影の部分を
除去した六角ボルトの頭部形状を抽出し、抽出した六角
形状から１２０°角を確認する輪郭特徴の照合判定によ
り、ボルト２の形状を自動認識する。また、カメラ１４
の位置座標、三角法、ズーム倍率等よりボルト２までの
距離を測定し、先に認識したボルト２の形状と合わせ六
角形状部の実際の長さ・大きさを算出することによっ
て、ボルト２の位置とサイズを自動的に認識する。以上
がボルトナット検出手段の動作であり、これによって全
ボルトにつき位置とサイズを検出する。この状態が図２
に示す状態であり、図２ではこれら認識したボルトサイ
ズ３を大、中、小の３ａ、３ｂ、３ｃに分けて示してい
る。

【００２４】次に、図３に示すように、検出した全ボル
トナット位置情報より全ボルトナット２を結ぶ図形４を
作成し、この図形の図心５を算出する。ここで、ＣＲＴ
上に全ボルトナットの画像を提示して、人（オペレー
タ）によって、それぞれ個々のボルトナットをどのよう
に結ぶかを入力してもよい。続いて、図４に示すよう
に、作成した図形４に外接し面積が最小の長方形６を作
成して、その長方形６の各辺に並行な図心５を通る２直
線をＸ０，Ｙ０とする。これは計算誤差を避けるため、
先の撮像系座標Ｘ，Ｙを、独立のボルトナット側座標Ｘ
０，Ｙ０に、一度座標変換処理するものである。

【００２５】次に、対角締め付けボルトのＮＯ１〜ＮＯ
４の自動設定方法について述べる。

【００２６】（１）ＮＯ１ボルトの選出図５に示すように、図２で検出した最大サイズ３ａ内に
含まれるボルト２（４個図示）と、座標点との照合判定
処理によってＮＯ１ボルトの位置を選出する。照合判定
処理については、図６を参照して説明する。図６（ａ）
はボルトナットの座標Ｘ０，Ｙ０内の象限表示であり、
第１象限〜４象限によってボルト２の座標点を区分けし
ている。すなわち、図６（ｂ）に示す座標点表は、左欄
に「最大サイズボルト位置」を、右欄に「ＮＯ１ボルト
座標」を示し、「最大サイズボルト位置」は図５に示す
ような最大サイズ３ａのボルト２が、第何象限と第何象
限に存在するかの象限ＮＯを表している。図５を例にと
れば最大サイズ３ａ内に含まれるボルトは４個であっ
て、上下に２個づつ、つまり第２象限と第３象限に２個
づつ存在しているので、表の２段目の象限ＮＯは「２，
３」であり、この場合の右欄の「ＮＯ１ボルト座標」は
（Ｘ０ｍｉｎ，Ｙ０ｍａｘ）で、この座標を図５上で見
ればＸ０軸のＸ０−側最左側点と、Ｙ０軸のＹ０＋側最
上点の交点、つまりＮＯ１の位置となる。

【００２７】また、表の１段目のように、「最大サイズ
ボルト位置」が「１，２」なら、第１象限と第２象限の
存在になるから、右欄の「ＮＯ１ボルト座標」は（Ｘ０
ｍａｘ，Ｙ０ｍａｘ）となり、図５で言うと図上右上の
位置で、Ｙ０直線に対し先のＮＯ１ボルトの位置の座標
点と点対称となる点を、この場合のＮＯ１ボルトの位置
に選出することになる。このように、「最大サイズボル
ト位置」は減速機１の向きも表しているので、これによ
って減速機１の向きも認識できる。

【００２８】（２）ＮＯ２ボルトの選出最初に締め付けを行うＮＯ１ボルトの位置が決定した
ら、次に図５に示すように、図心５に対し先に選出した
ＮＯ１ボルトの座標点と点対称となる位置近傍に存在す
るボルトナット２中、サイズの最大なものを選出してＮ
Ｏ２ボルトとする。

【００２９】（３）ＮＯ３、ＮＯ４ボルトの選出ＮＯ１、ＮＯ２ボルトナットの座標点が決定したら、図
７に示すように、ＮＯ１ボルトとＮＯ２ボルトの座標を
通ってＸ０，Ｙ０直線に平行な直線を引いて、出来る交
点４点の中のＮＯ１、ＮＯ２ボルトの位置を除いた、交
点の近傍にあるボルトナット２点を選出し、第３象限側
は３ａ内なので交点に近い大きいサイズのボルトをＮＯ
３とし、第１象限側は交点に近く軸側のサイズの大きい
方のボルトをＮＯ４として選出する。

【００３０】ＮＯ１〜ＮＯ４の座標点が決まったら、図
８に示すように、再び座標変換を行って、Ｘ０，Ｙ０座
標をＸ，Ｙ座標に戻す。コントローラはツールユニット
１３を制御して、ＮＯ１−ＮＯ２−ＮＯ３−ＮＯ４ボル
トの順序で対角締め付けを行い、続いて、その他の中間
にある全ボルト２を順番に締め付けていって、減速機１
のケーシングの締結を終了する。ボルトを緩めてボルト
２を外す場合には逆の手順をとり、外したボルト２は順
番にボルト台４１上に並置される。このように、自動的
に対角締め付けが行われるようにすれば、平均的な加重
付加型の締め付け作業が可能になり、締め付け不良が発
生するような不都合は回避される。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
減速機等のボルトナット締結物に対しボルトナット着脱
を行うボルトナット自動着脱装置で、外形寸法およびサ
イズの変化等に関係なく締め付け作業初期の対角締め付
け順序を、各ボルトナットの座標点と座標点を結んでで
きる図形の図心と、各ボルトナットのサイズ情報より自
動設定するように構成したので、対角締め付けというよ
うな人作業のノウハウを自動化作業に取入れることで確
実な締め付け組立て作業が可能になり、且つ、これらを
自動設定可能とすることで省力化を達成し、対称とする
ワークも減速機、軸流ポンプ、流体継手等と不特定多数
とすることで、汎用性を向上させ設備集約化が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る減速機の一平面内
撮像図である。

【図２】図１に示す減速機の一平面内ボルトナットの位
置及びサイズを示す図である。

【図３】図２に示す全ボルトナットを結び作成した図を
示す図である。

【図４】図３に示す図形に外接した長方形を示す図であ
る。

【図５】図４に示すボルト座標よりＮＯ１、ＮＯ２ボル
トを選出する説明図である。

【図６】図５に示すＮＯ１ボルトの座標点を示す図であ
る。

【図７】図５に示すＮＯ１、ＮＯ２ボルトよりＮＯ３、
ＮＯ４ボルトを選出する際の説明図である。

【図８】図７に示すボルト座標点の撮像系座標への変換
を示す図である。

【図９】従来のボルト自動着脱装置の外観を示す正面図
である。

【符号の説明】

１減速機２ボルトナット３ボルトサイズ４全ボルトナットを結ぶ図形５図心６長方形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者直井利幸君津市人見1421番地５

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボルトナット締結物に対し緩め締め対象
ボルトナットの座標およびサイズを検出するボルトナッ
ト検出手段を有し、該検出手段によって得た情報を基に
前記ボルトナット締結物に対しボルトナット着脱を行う
ボルトナット着脱手段を備えたボルトナット自動着脱装
置において、外形寸法およびサイズの変化等に関係なく締め付け作業
初期の対角締め付け順序を、各ボルトナットの座標点と
該座標点を結んでできる図形の図心および各ボルトナッ
トのサイズ情報より自動設定することを特徴とするボル
トナット自動着脱装置における処理順序設定方法。
【請求項２】前記ボルトナット締結物は、並行軸また
は直交軸を有する減速機であることを特徴とする請求項
１記載のボルトナット着脱装置における処理順序設定方
法。