WO2017126218A1 - 隙間計測装置及び隙間計測方法 - Google Patents

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WO2017126218A1
WO2017126218A1 PCT/JP2016/084834 JP2016084834W WO2017126218A1 WO 2017126218 A1 WO2017126218 A1 WO 2017126218A1 JP 2016084834 W JP2016084834 W JP 2016084834W WO 2017126218 A1 WO2017126218 A1 WO 2017126218A1
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gap
upper plate
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祐一 佐々野
圭 吉富
後藤　拓也
窪田　隆博
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三菱重工業株式会社
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    • G01B11/0608—Height gauges

Definitions

  • the present invention relates to a clearance measurement device and a clearance measurement method.
  • a gap gauge is used to measure a narrow gap which can not be measured by a caliper or a taper gauge or the like.
  • a gap gauge is a tool for inserting a thin metal plate called a leaf into a gap and measuring the dimension of the gap.
  • the feeler gauge requires that the leaf be inserted horizontally with respect to the gap in order to accurately measure the dimension of the gap.
  • Patent Document 1 also describes a method of measuring a gap in which the positions of two triangles formed on both sides of a gap between surfaces are measured by a pattern matching method, and the gap is measured based on the positions of the two triangles. ing.
  • the shape of the part forming the gap is a requirement, such as triangles are formed on both sides of the gap. Therefore, it is not possible to measure the gap of the material formed by stacking the plates in the thickness direction.
  • This invention is made in view of the above, and when measuring the crevice of the material which piled up and was formed in the direction of a board, the variation by a worker is controlled and the wound on the material which forms a crevice is measured. It is an object of the present invention to provide a clearance measurement apparatus and a clearance measurement method which reduce the application of
  • the clearance measurement device of the present invention is a material formed by stacking an upper plate and a lower plate in the thickness direction, wherein the upper plate and the lower plate A thickness measuring sensor for measuring a thickness which is the thickness of the upper plate, and a step which is a distance between the upper surface of the upper plate and the upper surface of the lower plate It is characterized by having a level difference measurement sensor which measures, and a calculation part which calculates a crevice between the upper board and the lower board by deducting the board thickness from the level difference.
  • this gap measuring device calculates the gap by subtracting the thickness measured by the thickness measuring sensor from the step measured by the step measuring sensor, the variation due to workers is suppressed and the material forming the gap is damaged. Can be reduced.
  • a displacement sensor that measures a first displacement that is a displacement in the thickness direction of a support portion that supports the thickness measurement sensor in the vertical direction, and the plate thickness that faces the upper surface of the upper plate
  • a posture determination unit that determines a posture of the measurement sensor, wherein the step measurement sensor is configured to measure a second displacement that is a displacement of the step measurement sensor in the thickness direction and the step measurement facing the upper surface of the upper plate.
  • a first attitude angle which is an attitude angle of a sensor, is measured, and the calculation unit is based on the first displacement and the second displacement between the measurement points of the plate thickness measurement sensor and the step measurement sensor.
  • the plate thickness measurement sensor, the step measurement sensor, and the displacement sensor are movably held along an arc surface whose radius is a distance from the upper surface of the upper plate.
  • the calculating unit calculates a correction value of the posture when it is determined that the posture is unsuitable for measurement of the gap, and the correction value is used as the goniostage.
  • the gonio stage corrects the posture according to the correction value received from the calculation unit.
  • the displacement sensor further measures the pressure applied to the upper plate by the plate thickness measurement sensor.
  • the pressure which is one of the conditions of the measurement of the gap Can be measured.
  • the plate thickness measurement sensor generates ultrasonic waves from above the upper plate toward the upper surface of the upper plate, and detects ultrasonic waves reflected on the upper surface and the lower surface of the upper plate, respectively. It is preferable that it is an ultrasonic sensor. As a result, it is possible to measure the plate thickness with high accuracy and only in contact with the upper surface of the upper plate using ultrasonic waves, so it is possible to more reliably reduce the scratching of the material forming the gap. And, the measurement accuracy of the gap can be improved.
  • the plate thickness measurement sensor is rotatably supported around an axis along a direction parallel to the material, and has a roller sensor unit that rotates with movement relative to the material. Is preferred.
  • each sensor can be moved continuously on the material by rotating the roller sensor unit on the material, so that measurement can be performed continuously at a plurality of clearance measurement points.
  • the plate thickness measuring sensor according to the present invention is provided parallel to the roller sensor unit, and supported rotatably around an axis parallel to the axis of the roller sensor unit. It is preferable to further have a roller that rotates with the roller sensor unit as it moves relative to the material. As a result, since the roller sensor unit can be moved continuously and stably on the material, it is possible to more reliably suppress variations due to workers even when continuously measuring at a plurality of gap measurement points. it can.
  • the step measurement sensor irradiates a laser from above the upper plate toward a portion where the upper plate and the lower plate are both exposed to the upper side of the material, and It is preferable that it is a laser sensor which detects the laser respectively reflected by the upper surface of a board, and the upper surface of the said lower board.
  • the step can be measured with high accuracy and with no contact with the material using a laser, so it is possible to more reliably reduce the damage to the material forming the gap and to improve the measurement accuracy of the gap. It can be done.
  • the clearance measurement device of the present invention it is preferable to further include a drive device that holds the plate thickness measurement sensor and the step difference measurement sensor so as to be movable in a three-dimensional direction.
  • a drive device that holds the plate thickness measurement sensor and the step difference measurement sensor so as to be movable in a three-dimensional direction.
  • the clearance measurement method of the present invention is a measurement method for measuring the clearance between the upper plate and the lower plate, in a material formed by overlapping the upper plate and the lower plate in the thickness direction, Step thickness measurement step of measuring the plate thickness which is the thickness of the upper plate by a measurement sensor, and step difference measurement step of measuring the step difference which is the distance between the upper surface of the upper plate and the upper surface of the lower plate by a step difference measurement sensor And a gap calculating step of calculating a gap between the upper plate and the lower plate by subtracting the plate thickness from the step.
  • a first displacement measurement step of measuring a first displacement which is a displacement in the thickness direction of the support portion supporting the thickness measurement sensor in the vertical direction, and the thickness direction of the step measurement sensor A second displacement measuring step of measuring a second displacement which is a displacement at the first position, a first attitude angle measuring step of measuring a first attitude angle which is an attitude angle of the step measuring sensor facing the upper surface of the upper plate; A component of an attitude angle of the plate thickness measurement sensor facing the upper surface of the upper plate based on the first displacement and the second displacement based on the distance between each measurement point of the plate thickness measurement sensor and the step measurement sensor, the first displacement and the second displacement.
  • a posture correction value calculation step of calculating a correction value of the posture when it is determined that the posture is unsuitable for the measurement of the clearance, a posture correction value calculation step of calculating a correction value of the posture; It is preferable to further have an attitude correction step of correcting the attitude accordingly.
  • the plate thickness measurement step generates ultrasonic waves from above the upper plate toward the upper plate, and detects ultrasonic waves reflected on the upper surface and the lower surface of the upper plate, respectively.
  • the plate thickness is measured.
  • the step measurement step irradiates a laser from above the upper plate toward a portion where the upper plate and the lower plate are both exposed to the upper side of the material, and It is preferable to measure the said level
  • the step can be measured with high accuracy and with no contact with the material using a laser, so it is possible to more reliably reduce the damage to the material forming the gap and to improve the measurement accuracy of the gap. It can be done.
  • the clearance measurement method of the present invention it is preferable to further include a measurement location moving step of moving the location where the clearance is to be measured along the horizontal direction of the material.
  • the method further includes a pressure application step of applying a pressure to the material along the thickness direction of the material when measuring the clearance, and a pressure measurement step of measuring the pressure.
  • a pressure application step of applying a pressure to the material along the thickness direction of the material when measuring the clearance and a pressure measurement step of measuring the pressure.
  • the gap formed between the upper plate and the lower plate can be measured even if the upper plate and the lower plate constituting the material are not joined. Therefore, the gap formed in advance before manufacturing the material Can be measured.
  • the pressure which is one of the conditions of the measurement of the gap is used. It can be measured.
  • a gap measurement device when measuring a gap between materials formed by stacking plates in a thickness direction, a gap measurement device that suppresses variation due to workers and reduces damage to the material forming the gap. And the gap measurement method can be obtained.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a clearance measurement device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is one example of a side view showing the configuration of the clearance measurement device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an example of the side view which shows the structure of the clearance gap measuring apparatus based on the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a data flow of the clearance measurement device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the correlation between the positional relationship between the ultrasonic inspection unit and the upper plate and the path of the ultrasonic waves.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the correlation between the positional relationship between the ultrasonic inspection unit and the upper plate and the path of the ultrasonic waves.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the correlation between the positional relationship between the ultrasonic inspection unit and the upper plate and the path of the ultrasonic waves.
  • FIG. 7 is a flowchart of the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart related to posture determination in the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a clearance measurement device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a clearance measurement device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a clearance measurement device 20 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of the side view which shows the structure of the clearance gap measurement apparatus 20 which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 2 is a side view seen from the direction orthogonal to the XZ plane described later.
  • FIG. 3 is an example of a side view showing the configuration of the clearance measurement device 20 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view seen from the direction orthogonal to the YZ plane described later.
  • FIG. 4 is a data flow of the gap measuring device 20 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 also shows the data flow of the gap measuring device 50 according to the third embodiment described later.
  • the gap measuring device 20 will be described using FIGS. 1 to 4.
  • the clearance measurement device 20 As shown in FIG. 1, in the material 10 formed by stacking the upper plate 12 and the lower plate 14 in the Z-axis direction, which is the thickness direction, as the clearance measurement device 20, between the upper plate 12 and the lower plate 14. Is used as a measurement device for measuring the gap G (see FIG. 2). Specifically, as shown in FIG. 2, the gap G is a distance between the lower surface 12 b of the upper plate 12 and the upper surface 14 a of the lower plate 14.
  • the clearance measurement device 20 can be used manually by a worker, as shown in FIG. 1, the end face of the upper plate 12 extends perpendicularly to the three-dimensional direction, that is, the Z-axis direction by the robot arm 16.
  • the gap measuring device 20 is gripped using the robot arm 16
  • the present invention is not limited to this, and a gap measuring using a known driving device that is gripped movably in three-dimensional directions
  • the device 20 can be gripped.
  • the robot arm 16 is controlled by the robot control unit 18, and can automatically move the gripped gap measuring device 20 in a three-dimensional direction.
  • the gap measuring device 20 can automatically move each sensor included in the gap measuring device 20 automatically on the material 10 by being held by a drive device exemplified by the robot arm 16, ie, The measurement point by the ultrasonic sensor 22 and the measurement point by the laser sensor 26 can be automatically moved. Therefore, the gap measuring device 20 can automatically move the measurement point of the gap.
  • the measurement point by the ultrasonic sensor 22 and the measurement point by the laser sensor 26 can both be processed by the computer 30 communicably connected to the robot control unit 18. Further, the difference in coordinates between the measurement point by the ultrasonic sensor 22 and the measurement point by the laser sensor 26 can be corrected by the computer 30.
  • the gap measuring device 20 can suppress the variation in measurement of the gap G by the worker and can reduce the load of the task of measuring the gap G by the worker.
  • the material 10 is preferably exemplified as an aviation material such as a wrap portion of an aircraft skin in which the upper plate 12 and the lower plate 14 are both formed of an aluminum alloy plate.
  • the upper plate 12 and the lower plate 14 are preferably solid plates and plate members made of a single material, as exemplified in the aluminum alloy plate used in this aviation material.
  • the upper plate 12 and the lower plate 14 may be painted with a negligible thickness with respect to the thickness of each plate.
  • This material 10 may be after the upper plate 12 and the lower plate 14 are joined by the joining member exemplified by the rivet used in this aviation material, or before being joined by the joining material.
  • the gap measuring device 20 can also measure the gap G before bonding the upper plate 12 and the lower plate 14, and can also measure the gap G after bonding the upper plate 12 and the lower plate 14. .
  • the gap measuring device 20 preferably measures the gap G while applying pressure from above to the upper surface 12 a of the upper plate 12.
  • the pressure is, for example, 30 kPa in this embodiment.
  • the pressure may be applied by pressing the roller sensor portion 22a of the ultrasonic sensor 22 from above the material 10 onto the upper surface 12a of the upper plate 12, or may be applied using a pressure device or the like provided near the gap measuring device 20. It may be done. In this case, the gap G formed in advance can be measured before the bonding of the material 10.
  • the gap measuring device 20 is a displacement in the vertical direction of the ultrasonic sensor 22 functioning as a plate thickness measuring sensor and a support portion supporting the ultrasonic sensor 22, that is, in the Z axis direction. It has displacement sensor 24 which measures the 1st displacement, laser sensor 26 which functions as a level difference measurement sensor, and computer 30.
  • the computer 30 is communicably connected to the ultrasonic sensor 22, the displacement sensor 24, and the laser sensor 26, and controls and assists the measurement of each sensor. Further, the computer 30 adds predetermined calculation operations to the information obtained by measurement, and calculates the attitudes of the calculation unit 32 for acquiring new numerical information and the ultrasonic sensor 22 facing the upper surface 12 a of the upper plate 12. And a posture determination unit 34 to determine.
  • the ultrasonic sensor 22 has a roller sensor portion 22a, a side member 22b, a shaft support member 22c, and a vertical support member 22d.
  • the roller sensor portion 22a has a roller shape, and is rotatably supported around an axis parallel to the material 10, more specifically, an axis directed in a direction along the Y-axis direction.
  • the roller sensor unit 22a internally has an ultrasonic inspection unit 22s (see FIGS. 5 and 6) for generating and emitting ultrasonic waves in the circumferential direction and detecting ultrasonic waves incident from the circumferential direction.
  • the side members 22b are members provided on both side surfaces of the roller sensor unit 22a.
  • the side member 22b has a flat side surface facing the side surface of the roller sensor portion 22a, and the side surface opposite to the side where the roller sensor portion 22a faces is along the axial direction of the roller sensor portion 22a in the central region. It has a cylindrical axial projection.
  • the shaft support member 22c is a member provided so as to sandwich the side surface not facing the side surface of the roller sensor portion 22a of the side surface member 22b in a U-shape.
  • the shaft support member 22c has a fitting hole into which the protrusion is fitted at a position corresponding to the position of the protrusion of the side member 22b.
  • the shaft support member 22c rotatably supports the roller sensor portion 22a and the side members 22b provided on the both side surfaces thereof about an axis.
  • the vertical support member 22d is a rod-like member extending in the Z-axis direction, and is fixed at a location straddling the roller sensor portion 22a of the shaft support member 22c and the side surface member 22b, that is, a U-shaped central location. .
  • the vertical support member 22d supports the shaft support member 22c from the upper side in the Z-axis direction.
  • the ultrasonic sensor 22 has the configuration as described above, and is supported by a common support mechanism with the laser sensor 26 from the upper side in the Z-axis direction.
  • the roller sensor portion 22a and the side member 22b function as a movable portion of the roller
  • the shaft support member 22c and the vertical support member 22d function as a fixed portion of the roller.
  • the ultrasonic sensor 22 rotates as the roller sensor unit 22 a moves along the X-axis direction of the material 10 of the gap measuring device 20. That is, while the ultrasonic sensor 22 is supported from the upper side in the Z-axis direction, the roller sensor portion 22a rotationally moves the upper surface 12a of the upper plate 12 along the X-axis direction.
  • the ultrasonic sensor 22 generates the ultrasonic wave US from the ultrasonic emission port 22o located above the upper plate 12 toward the upper surface 12a of the upper plate 12 from the ultrasonic inspection unit 22s inside the roller sensor unit 22a and emits it. .
  • the ultrasonic sensor 22 detects the ultrasonic wave US reflected by the upper surface 12 a and the lower surface 12 b of the upper plate 12 by the ultrasonic inspection unit 22 s inside the roller sensor unit 22 a.
  • a portion where the ultrasonic wave US is generated and emitted and the reflected ultrasonic wave US is detected is referred to as a measurement portion by the ultrasonic sensor 22.
  • the ultrasonic sensor 22 acquires the information of the generated ultrasonic wave US and the detected ultrasonic wave US.
  • the ultrasonic sensor 22 measures the thickness T.
  • the thickness measuring sensor is the ultrasonic sensor 22 in the present embodiment, but is not limited to this, and it partially transmits the upper plate 12 and reflects it on the upper surface 12 a and the lower surface 12 b of the upper plate 12.
  • Well-known measurement sensors that use media can be used.
  • the displacement sensor 24 is supported from the upper side in the Z-axis direction.
  • the displacement sensor 24 is fixed so that its tip end contacts the top surface of the shaft support member 22c.
  • a damper is used as the displacement sensor 24 in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and a known displacement sensor can be used.
  • the displacement sensor 24 measures a first displacement ⁇ Z1 which is a displacement in the Z-axis direction of the shaft support member 22c and the vertical support member 22d.
  • the information on the first displacement ⁇ Z 1 includes information on an attitude angle which is a solid angle of the ultrasonic sensor 22 facing the upper surface 12 a of the upper plate 12.
  • the information on the first displacement ⁇ Z1 includes information in which the first attitude angle ⁇ , which is the first component of the attitude angle, and the second attitude angle ⁇ , which is the second component of the attitude angle, are mixed.
  • the first posture angle ⁇ is an angle in the rotational direction around the X axis of the laser sensor 26 facing the upper surface 12 a of the upper plate 12 as shown in FIG. 3, and supports the ultrasonic sensor 22 and the laser sensor 26.
  • the second posture angle ⁇ is an angle in the rotation direction around the Y axis of the ultrasonic sensor 22 facing the upper surface 12 a of the upper plate 12 as shown in FIG. 2.
  • the information of the first displacement ⁇ Z1 includes the information of the pressure applied by the gap measuring device 20 from the upper side to the upper surface 12a of the upper plate 12 by the roller sensor unit 22a of the ultrasonic sensor 22. That is, when measuring the gap G, the displacement sensor 24 can measure the pressure which is one of the conditions of measurement of the gap G.
  • the laser sensor 26 is supported above the Z-axis direction by a common support mechanism with the ultrasonic sensor 22.
  • the laser sensor 26 is exposed from the laser irradiation port 26o above the upper plate 12 to the vicinity of the end face of the upper plate 12, that is, the upper surface 12a of the upper plate 12 and the upper surface 14a of the lower plate 14 are exposed above the material 10.
  • the portion is irradiated with a laser beam LB.
  • the laser sensor 26 detects the laser beam LB reflected by the upper surface 12 a of the upper plate 12 and the upper surface 14 a of the lower plate 14. Thereby, the laser sensor 26 acquires information of the irradiated laser beam LB and the detected laser beam LB.
  • a portion where the laser beam LB is emitted and the reflected laser beam LB is detected is referred to as a measurement portion by the laser sensor 26.
  • the information on the laser beam LB irradiated by the laser sensor 26 and the information on the detected laser beam LB include the information on the upper surface 12 a of the upper plate 12 measured by the laser beam LB and the information on the upper surface 14 a of the lower plate 14. Therefore, the information of the laser beam LB irradiated by the laser sensor 26 and the detected laser beam LB is used to measure the step D which is the distance between the upper surface 12 a of the upper plate 12 and the upper surface 14 a of the lower plate 14. That is, the laser sensor 26 measures the step D.
  • the information of the laser beam LB irradiated by the laser sensor 26 and the information of the detected laser beam LB are used to measure the distance between the laser irradiation port 26 o and the upper surface 12 a of the upper plate 12, whereby the Z-axis direction of the laser sensor 26.
  • the information on the second displacement ⁇ Z2 includes information on the first attitude angle ⁇ . That is, the laser sensor 26 measures the first attitude angle ⁇ .
  • the step measurement sensor is the laser sensor 26 in the present embodiment
  • the present invention is not limited to this, and a known measurement sensor using a medium that reflects on the upper surface 12 a of the upper plate 12 and the upper surface 14 a of the lower plate 14 may be used. It can be used.
  • the calculation unit 32 acquires information on the thickness T from the ultrasonic sensor 22, and acquires information on the step D from the laser sensor 26.
  • the calculation unit 32 calculates the gap G by subtracting the plate thickness T from the step D, as shown in Equation 1.
  • the calculating unit 32 causes the display unit connected to the computer 30 to display the calculated value of the gap G, or stores the calculated value of the gap G in a storage unit connected to the inside or the outside of the computer 30. It can be recorded.
  • Gap G step D-plate thickness T formula 1
  • the calculation unit 32 acquires information of the first displacement ⁇ Z1 from the displacement sensor 24 and acquires information of the second displacement ⁇ Z2 from the laser sensor 26. In addition, the calculation unit 32 acquires, from the storage unit connected to the computer 30, information of the distance L of each measurement point between the ultrasonic sensor 22 and the laser sensor 26, which is one of the storage data. The calculation unit 32 calculates the second attitude angle ⁇ based on the distance L, the first displacement ⁇ Z1, and the second displacement ⁇ Z2, as shown in Expression 2. The calculation unit 32 outputs the information on the second posture angle ⁇ to the posture determination unit 34.
  • Second posture angle ⁇ sin ⁇ 1 ((first displacement ⁇ Z1 ⁇ second displacement ⁇ Z2) / distance L) Equation 2
  • FIG. 5 is a view for explaining the correlation between the positional relationship between the ultrasonic inspection unit 22s and the upper plate 12 and the path of the ultrasonic wave US.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the correlation between the positional relationship between the ultrasonic inspection unit 22s and the upper plate 12 and the path of the ultrasonic wave US.
  • the posture of the clearance measurement device 20, that is, the posture of the clearance measurement device 20 suitable for measuring the clearance G will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the ultrasonic sensor 22 is directed in the direction along the Z-axis direction with respect to the upper surface 12 a of the upper plate 12 as shown in FIG.
  • the outgoing wave US1 is emitted in the direction along the Z-axis direction to the upper surface 12a of the upper surface 12a, and the outgoing wave US1 is reflected by the lower surface 12b of the upper plate 12 to become a reflected wave US2 advancing in the direction along the Z-axis Since the wave US2 is detected by the ultrasonic inspection unit 22s and the plate thickness T can be measured appropriately, the posture is appropriate for measuring the gap G.
  • the ultrasonic sensor 22 is directed from the direction along the Z-axis direction with respect to the upper surface 12 a of the upper plate 12 as shown in FIG.
  • the emission wave US3 Emits the emission wave US3 in a direction inclined from the direction along the Z-axis direction with respect to the upper surface 12a of the upper plate 12, the emission wave US3 is reflected by the lower surface 12b of the upper plate 12, and the direction along the Z-axis direction Since the reflected wave US4 is not detected by the ultrasonic inspection unit 22s and the plate thickness T can not be appropriately measured, the posture is not appropriate for the measurement of the gap G. That is, when measuring the gap G, the gap measuring device 20 takes the posture that the ultrasonic sensor 22 is not inclined with respect to the upper surface 12 a of the upper plate 12 from the direction along the Z-axis direction, so that the distance of the gap is accurate. Can be measured.
  • the posture determination unit 34 determines the posture of the clearance measurement device 20, that is, determines whether the posture of the clearance measurement device 20 is a posture appropriate for the measurement of the clearance G.
  • the posture determination unit 34 acquires information on the second posture angle ⁇ from the calculation unit 32, as shown in FIG.
  • the posture determination unit 34 acquires information on the first posture angle ⁇ from the laser sensor 26.
  • the posture determination unit 34 determines the posture of the gap measurement device 20 based on the first posture angle ⁇ and the second posture angle ⁇ . Specifically, as shown in Equation 3, the posture determination unit 34 first sets the first posture angle ⁇ within a range defined by the threshold, for example, within a range of not less than ⁇ 0.5 ° and not more than 0.5 °. Determine if there is.
  • the posture determination unit 34 determines whether the second posture angle ⁇ is in a range defined by the threshold, for example, in a range of not less than ⁇ 0.5 ° and not more than 0.5 °. Determine When the posture determination unit 34 determines that both the first posture angle ⁇ and the second posture angle ⁇ are within the predetermined range, the posture measuring unit 34 is appropriate, that is, the clearance measurement device 20 is appropriate for measuring the clearance G. In the case where it is determined that the posture is not determined and at least one of the first posture angle ⁇ and the second posture angle ⁇ is not within the predetermined range, the gap measuring device 20 is inappropriate. It is determined that the posture is inappropriate for The posture determination unit 34 outputs the determination result of the posture to the calculation unit 32.
  • the calculation unit 32 acquires the determination result of the posture from the posture determination unit 34.
  • the calculating unit 32 can display or store the determination result of the posture by the posture determining unit 34 together.
  • the calculation unit 32 causes the value of the gap G to be displayed or stored only when the determination result of the posture is appropriate, and the value of the gap G when the determination result of the posture is inappropriate. It is also possible to remeasure the gap G after correcting the attitude of the gap measuring device 20 without displaying or storing.
  • FIG. 7 is a flowchart of the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart related to posture determination in the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention. A clearance measurement method executed by the clearance measurement device 20 will be described using FIGS. 7 and 8.
  • the clearance measurement method includes, as shown in FIG. 7, a thickness measurement step S12, a step measurement step S14, and a clearance calculation step S16.
  • the gap measuring device 20 is arranged so that the roller sensor portion 22a of the ultrasonic sensor 22 can be moved along the X axis direction in which the end surface extends on the upper surface 12a of the upper plate 12 near the end surface of the upper plate 12. Ru.
  • the laser irradiation port 26 o of the laser sensor 26 is disposed above the vicinity of the end face of the upper surface 12 a of the upper plate 12.
  • the ultrasonic inspection unit 22 s In the ultrasonic sensor 22, the ultrasonic inspection unit 22 s generates an ultrasonic wave US from the ultrasonic emission port 22 o toward the upper plate 12.
  • the ultrasonic sensor 22 detects the ultrasonic waves US reflected by the upper surface 12 a and the lower surface 12 b of the upper plate 12 by the ultrasonic inspection unit 22 s.
  • the ultrasonic sensor 22 measures the thickness T based on the information of the generated ultrasonic wave US and the detected ultrasonic wave US (step S12).
  • the laser sensor 26 irradiates the laser beam LB from the laser irradiation port 26 o toward the upper plate 12 and the lower plate 14.
  • the laser sensor 26 detects the laser beam LB reflected by the upper surface 12 a of the upper plate 12 and the upper surface 14 a of the lower plate 14.
  • the laser sensor 26 measures the step D based on the information of the irradiated laser beam LB and the detected laser beam LB (step S14).
  • the plate thickness measuring step S12 and the step difference measuring step S14 may be performed in this order, may be performed simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • the calculation unit 32 acquires information on the plate thickness T from the ultrasonic sensor 22 and acquires information on the step difference D from the laser sensor 26.
  • the calculation unit 32 calculates the gap G by subtracting the plate thickness T from the step D (step S16).
  • the calculation unit 32 can display the calculated value of the gap G on a display unit connected to the computer 30, or can store the calculated value in a storage unit connected to the inside or outside of the computer 30.
  • the clearance measurement method by the clearance measurement device 20 according to the first embodiment includes steps S12 to S16 as described above. That is, in the clearance measurement method by the clearance measurement device 20 according to the first embodiment, the clearance G is calculated by subtracting the thickness T measured by the thickness measurement sensor from the step D measured by the step measurement sensor. Therefore, it is possible to suppress variations due to workers and to reduce damage to the material forming the gap.
  • the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention further includes a first displacement measurement step S22, a second displacement measurement step S24, and a first attitude angle measurement step S26. It is preferable to have a second attitude angle calculation step S28 and an attitude determination step S30.
  • the displacement sensor 24 measures a first displacement ⁇ Z1 which is a displacement in the Z-axis direction of the shaft support member 22c and the vertical support member 22d (step S22).
  • the laser sensor 26 measures the second displacement ⁇ Z2 based on the information of the irradiated laser beam LB and the detected laser beam LB (step S24).
  • the first displacement measuring step S22 and the second displacement measuring step S24 may be performed in this order, may be performed simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • the laser sensor 26 also measures the first posture angle ⁇ based on the information of the second displacement ⁇ Z2 (step S26).
  • the calculation unit 32 acquires the information of the first displacement ⁇ Z1 from the displacement sensor 24, and the information of the second displacement ⁇ Z2 from the laser sensor 26. get. In addition, the calculation unit 32 acquires, from the storage unit connected to the computer 30, information on the distance L of each measurement point between the ultrasonic sensor 22 and the laser sensor 26. The calculation unit 32 calculates a second posture angle ⁇ based on the distance L, the first displacement ⁇ Z1 and the second displacement ⁇ Z2 (step S28). The calculation unit 32 outputs the information on the first posture angle ⁇ and the information on the second posture angle ⁇ to the posture determination unit 34.
  • first attitude angle measuring step S26 and the second attitude angle calculating step S28 may be performed in this order, may be performed simultaneously, or may be performed in the reverse order.
  • the posture determination unit 34 acquires information on the second posture angle ⁇ from the calculation unit 32.
  • the posture determination unit 34 acquires information on the first posture angle ⁇ from the laser sensor 26.
  • the posture determination unit 34 determines the posture of the gap measurement device 20 based on the first posture angle ⁇ and the second posture angle ⁇ . Specifically, the posture determination unit 34 determines whether or not the first posture angle ⁇ is in a range defined by the threshold value, for example, in a range of not less than ⁇ 0.5 ° and not more than 0.5 °.
  • the posture determination unit 34 determines whether or not the second posture angle ⁇ is in a range defined by the threshold value, for example, in a range of not less than ⁇ 0.5 ° and not more than 0.5 °.
  • the posture measuring unit 34 determines that both the first posture angle ⁇ and the second posture angle ⁇ are within the predetermined range, the posture measuring unit 34 is appropriate, that is, the clearance measurement device 20 is appropriate for measuring the clearance G. In the case where it is determined that the posture is not determined and at least one of the first posture angle ⁇ and the second posture angle ⁇ is not within the predetermined range, the gap measuring device 20 is inappropriate. It is determined that the posture is inappropriate for the user (step S30). The posture determination unit 34 outputs the determination result of the posture to the calculation unit 32.
  • the calculation unit 32 acquires the determination result of the posture from the posture determination unit 34.
  • the calculating unit 32 can display or store the determination result of the posture by the posture determining unit 34 together.
  • the calculation unit 32 causes the value of the gap G to be displayed or stored only when the determination result of the posture is appropriate, and the value of the gap G when the determination result of the posture is inappropriate. It is also possible to remeasure the gap G after correcting the attitude of the gap measuring device 20 without displaying or storing.
  • the clearance measurement method by the clearance measurement apparatus 20 according to the first embodiment further includes steps S22 to S30 as described above. That is, since the clearance measurement method by the clearance measurement device 20 according to the first embodiment can determine whether the postures of the respective sensors of the clearance measurement device 20 are appropriate for the measurement of the clearance, the variation by the worker Can be suppressed more reliably.
  • the clearance is measured by moving the measurement point by the ultrasonic sensor 22 and the measurement point by the laser sensor 26 using a drive device such as the robot arm 16 or the like. It is preferable to have a measurement point moving step of moving the point to measure G in the XY plane direction which is a direction along the horizontal direction of the material 10, more specifically, in the direction along the X axis direction.
  • the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention can suppress the variation in measurement of the clearance G by the worker and reduce the burden of the measurement operation of the clearance G by the worker. .
  • the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention preferably further includes a pressure application step of applying pressure in the direction along the thickness direction of the material 10, ie, the direction along the Z-axis direction.
  • the pressure may be applied by pressing the roller sensor portion 22a of the ultrasonic sensor 22 from above the material 10 onto the upper surface 12a of the upper plate 12, or may be applied using a pressure device or the like provided near the gap measuring device 20. It is also good.
  • the gap G can be measured before the upper plate 12 and the lower plate 14 are joined.
  • the clearance measurement method according to the first embodiment of the present invention further includes a pressure measurement step of measuring the pressure.
  • the pressure can be measured by the displacement sensor 24.
  • FIG. 9 is a view showing the configuration of a clearance measurement device 40 according to a second embodiment of the present invention.
  • a clearance measurement device 40 according to the second embodiment is a clearance measurement device 20 according to the first embodiment, in which a roller unit 42 is additionally provided.
  • the clearance measurement device 40 according to the second embodiment is a bogie member 44 between the shaft support member 22c and the vertical support member 22d in the clearance measurement device 20 according to the first embodiment.
  • the shaft support member 46, the bearing 48a and the shaft member 48b are newly provided.
  • the clearance measurement device 20 according to the second embodiment supports the shaft at a position where the tip of the displacement sensor 24 is fixed.
  • the clearance measurement apparatus 40 according to the second embodiment uses the same code group as that of the first embodiment for the same configuration as that of the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted.
  • the roller unit 42 has substantially the same configuration as that of the ultrasonic sensor 22 from which the ultrasonic inspection unit 22s that generates and detects ultrasonic waves is removed. That is, the roller unit 42 includes a roller 42a, a side member 42b, and a shaft support member 42c.
  • the vertical support member 22 d included in the ultrasonic sensor 22 has a configuration common to the ultrasonic sensor 22 and the roller unit 42.
  • the roller 42a has a roller shape similar to the roller sensor unit 22a, and an axis around an axis along a direction parallel to the axis of the roller sensor section 22a, more specifically, an axis directed in a direction along the Y-axis direction Is rotatably supported.
  • the side member 42 b is a member provided on both sides of the roller 42 a. That is, the side member 42b has a flat side surface facing the side surface of the roller 42a, and the side surface opposite to the side facing the roller 42a has a cylindrical axis along the axial direction of the roller 42a in the central region. It has a projection.
  • the shaft support member 42c is a member provided to sandwich the side surface of the side member 42b not facing the side surface of the roller 42a in a U-shape, like the shaft support member 22c in the ultrasonic sensor 22. That is, the shaft support member 42c has a fitting hole into which the protrusion is fitted at a position corresponding to the position of the protrusion of the side member 42b.
  • the shaft support member 42c rotatably supports the roller 42a and the side members 42b provided on both side surfaces thereof about the axis. In the roller unit 42, the roller 42a and the side member 42b function as a movable portion of the roller, and the shaft support member 42c functions as a fixed portion of the roller.
  • the roller unit 42 rotates with the ultrasonic sensor 22 as the roller 42 a moves along the X-axis direction with respect to the material 10 of the gap measuring device 40. That is, the roller unit 42 rotationally moves the upper surface 12 a of the upper plate 12 along the X-axis direction while being supported from the upper side in the Z-axis direction together with the ultrasonic sensor 22.
  • the carriage member 44 is a plate-like member extending in the XY plane direction, and the lower surface of the carriage member 44 extends across the roller sensor portion 22a of the shaft support member 22c and the side member 22b, that is, a U-shaped central surface
  • the shaft supporting member 42c is fixed to a portion straddling the roller 42a and the side surface member 42b, that is, to a surface of a U-shaped central portion.
  • the carriage member 44 supports the shaft support member 22c and the shaft support member 42c from the upper side in the Z-axis direction, and functions as a fixed portion common to the ultrasonic sensor 22 and the roller unit 42.
  • the bogie member 44 is a surface direction along the XY plane above the upper plate 12 as the roller sensor portion 22a of the ultrasonic sensor 22 and the roller 42a of the roller unit 42 rotationally move the upper surface 12a of the upper plate 12 Move to
  • the roller unit 42 can stabilize the gap measuring device 40 on the upper surface 12 a of the upper plate 12, and can reduce the inclination of the upper plate 12 of each sensor of the gap measuring device 40 with respect to the upper surface 12 a. That is, the roller unit 42 facilitates the posture of the clearance measurement device 40 to be appropriate for the measurement of the clearance G.
  • the gap measuring device 40 preferably has two roller units 42 and preferably forms a triangle with two roller units 42 and the ultrasonic sensor 22. In this case, the ultrasonic sensor 22 and the two roller units 42 As it is supported by 3 points, it stabilizes more.
  • the clearance measurement device 40 can suppress the inclination of the clearance measurement device 40 in the ⁇ direction by arranging a plurality of roller units 42 in the direction orthogonal to the traveling direction, that is, the Y-axis direction.
  • the roller unit 42 is preferably farther from the laser sensor 26 than the ultrasonic sensor 22. That is, the ultrasonic sensor 22 is preferably closer to the laser sensor 26 than the roller unit 42. In this case, the difference in coordinates between the measurement point of the ultrasonic sensor 22 and the measurement point of the laser sensor 26 can be accurately corrected.
  • the shaft support member 46 is fixed to the upper surface of the carriage member 44.
  • the shaft support member 46 rotatably supports the shaft member 48b via a bearing 48a about an axis along a direction parallel to the material 10, more specifically, an axis directed in a direction along the Y-axis direction. doing.
  • the shaft support member 46 supports the shaft member 48b at a position closer to the upper side in the direction along the Z-axis direction via the bearing 48a and at a central position in the direction along the X-axis direction.
  • the shaft member 48 b is a rod-like member extending along a direction parallel to the material 10, more specifically, a rod-like member extending along the Y-axis direction.
  • the shaft member 48 b is rotatably supported by the shaft support member 46 via the bearing 48 a about an axis parallel to the material 10, more specifically, an axis directed in a direction along the Y-axis direction. doing.
  • the vertical support member 22d is fixed to the shaft member 48b.
  • the vertical support member 22d and the shaft member 48b function as fixed parts, and the shaft support member 46 and the carriage member 44 function as movable members.
  • a first displacement ⁇ Z1 which is a displacement in the Z-axis direction of the support member 22d is measured.
  • the first displacement ⁇ Z1 is a measurement amount including the same information as that of the first embodiment.
  • the roller sensor portion 22a can be moved continuously and stably on the material 10, so a plurality of gaps can be measured. Even in the case of continuous measurement at points, it is possible to more reliably suppress variations among workers.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a clearance measurement device 50 according to a third embodiment of the present invention.
  • a clearance measurement apparatus 50 according to the third embodiment is the same as the clearance measurement apparatus 20 according to the first embodiment, including a casing 52 for supporting and storing the ultrasonic sensor 22, the displacement sensor 24, and the laser sensor 26, and a gonioio.
  • a stage 54 is additionally provided.
  • the clearance measurement apparatus 50 according to the third embodiment uses the same code group as that of the first embodiment for the same configuration as that of the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted.
  • the gonio stage 54 has a stage unit 54 a and a stage drive unit 54 b.
  • the stage portion 54 a movably holds the casing 52 along a circular arc surface of radius R centered on the ultrasonic emission port 22 o of the ultrasonic sensor 22.
  • the radius R is the distance between the central portion of the stage portion 54 a of the gonio stage 54 and the upper surface 12 a of the upper plate 12. That is, the stage portion 54a holds the casing 52 movably in the direction of the first attitude angle ⁇ and the direction of the second attitude angle ⁇ with respect to the upper surface 12a of the upper plate 12 centering on the ultrasonic wave emission port 22o. .
  • the stage drive unit 54 b is a drive unit that drives the stage unit 54 a and is communicably connected to the computer 30.
  • the calculation unit 32 determines the first posture angle. According to the posture correction value calculated based on the information of ⁇ and the second posture angle ⁇ , the stage portion 54 a can be driven to correct the posture of the gap measuring device 50. Since the gonio stage 54 has the above configuration, it functions as an attitude control device that controls the attitude of the gap measuring device 50.
  • the calculation unit 32 and the posture determination unit 34 have more functions than the clearance measurement device 20 according to the first embodiment in the clearance measurement device 50 according to the third embodiment.
  • the posture determination unit 34 determines that the posture of the gap measurement device 50 is a posture unsuitable for measuring the gap G
  • the posture determination unit 34 outputs information of the determination result to the calculation unit 32.
  • the calculation unit 32 acquires, from the posture determination unit 34, information on the determination result that the posture of the gap measuring device 50 is a posture unsuitable for measuring the gap G, the first posture angle ⁇ and the second posture angle are obtained. Based on the information of ⁇ , a posture correction value is calculated, and the calculated posture correction value is transmitted to the stage drive unit 54b of the gonio stage 54.
  • the clearance measurement device 50 can further execute a posture correction value calculation step and a posture correction step.
  • the posture correction value calculation step when the calculation unit 32 acquires information on the determination result that the posture of the gap measuring device 50 is a posture unsuitable for measuring the gap G from the posture determination unit 34, the first posture This is a step of calculating a posture correction value based on the information of the angle ⁇ and the second posture angle ⁇ .
  • the posture correction step is performed after the posture correction value calculation step, and the stage drive unit 54 b drives the stage unit 54 a according to the correction value of the posture received from the calculation unit 32 to set the posture of the gap measuring device 50. It is a step to correct.
  • the clearance measurement method by the clearance measurement device 50 according to the third embodiment further includes the posture correction value calculating step and the posture control step as described above. That is, since the clearance measurement method by the clearance measurement device 50 according to the third embodiment can correct the posture of each sensor to a posture suitable for the measurement of the clearance G, the variation due to the worker can be further surely suppressed. can do.

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Abstract

作業員によるばらつきを抑制し、隙間を形成する材料に傷をつけることを低減する隙間計測装置及び隙間計測方法を提供する。隙間計測装置（２０）は、上板（１２）と下板（１４）とが厚み方向であるＺ軸方向に沿った方向に重ねられて形成された材料（１０）において、上板（１２）の下面（１２ｂ）と下板（１４）の上面（１４ａ）との間の距離、すなわち上板（１２）と下板（１４）との間の隙間（Ｇ）を計測する計測装置である。隙間計測装置（２０）は、上板（１２）の厚みである板厚（Ｔ）を計測する板厚計測センサとしての超音波センサ（２２）と、上板（１２）の上面（１２ａ）と下板（１４）の上面（１４ａ）との間の距離である段差（Ｄ）を計測する段差計測センサとしてのレーザセンサ（２６）と、段差（Ｄ）から板厚（Ｔ）を差し引くことで、上板（１２）と下板（１４）との間の隙間（Ｇ）を算出する算出部（３２）と、を有する。

Description

隙間計測装置及び隙間計測方法
　本発明は、隙間計測装置及び隙間計測方法に関する。
　従来、ノギス又はテーパゲージ等では計測できない狭い隙間の計測には、隙間ゲージが用いられている。隙間ゲージは、リーフと呼ばれる薄い金属板を隙間に挿入し、その隙間の寸法を計測するための工具である。隙間ゲージは、正確に隙間の寸法を計測するために、リーフが隙間に対して水平に挿入される必要がある。また、特許文献１には、面間のギャップの両側に構成される２つの三角形の位置をパターンマッチング法で計測し、２つの三角形の位置に基づいてギャップを計測するギャップの測定方法が記載されている。
特開平６－２８８７１３号公報
　しかしながら、隙間ゲージを用いて隙間を計測する場合、隙間ゲージを使用する作業員によって、リーフが隙間に対してどの程度水平に挿入されるかが異なる可能性がある。また、リーフが隙間を形成する材料に傷をつけてしまう可能性がある。また、計測する隙間の箇所が多い場合には、作業員に負担がかかってしまう可能性がある。
　特許文献１に記載されている方法では、ギャップの両側に三角形が構成されていること等、ギャップを形成するものの形状が要件になる。そのため、板が厚み方向に重ねられて形成された材料の隙間を計測することはできない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、板が厚み方向に重ねられて形成された材料の隙間を計測する場合に、作業員によるばらつきを抑制し、隙間を形成する材料に傷をつけることを低減する隙間計測装置及び隙間計測方法を提供することを目的とする。
　上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の隙間計測装置は、上板と下板とが厚み方向に重ねられて形成された材料において、前記上板と前記下板との間の隙間を計測する計測装置であって、前記上板の厚みである板厚を計測する板厚計測センサと、前記上板の上面と前記下板の上面との間の距離である段差を計測する段差計測センサと、前記段差から前記板厚を差し引くことで、前記上板と前記下板との間の隙間を算出する算出部と、を有することを特徴とする。
　この隙間計測装置は、段差計測センサで計測する段差から板厚計測センサで計測する板厚を差し引くことで隙間を算出しているので、作業員によるばらつきを抑制し、隙間を形成する材料に傷をつけることを低減することができる。
　本発明の隙間計測装置において、前記板厚計測センサを鉛直方向に支持する支持部の前記厚み方向における変位である第１変位を計測する変位センサと、前記上板の上面に対向する前記板厚計測センサの姿勢を判定する姿勢判定部と、をさらに有し、前記段差計測センサは、前記段差計測センサの前記厚み方向における変位である第２変位及び前記上板の上面に対向する前記段差計測センサの姿勢角である第１姿勢角を計測し、前記算出部は、前記板厚計測センサと前記段差計測センサとの各計測点の間の距離、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて、前記上板の上面に対向する前記板厚計測センサの姿勢角の成分である第２姿勢角を算出し、前記姿勢判定部は、前記第１姿勢角及び前記第２姿勢角に基づいて、前記姿勢を判定することが好ましい。これにより、各センサの姿勢が隙間の計測に適切か否かを判定することができるので、作業員によるばらつきをより確実に抑制することができる。
　本発明の姿勢判定部を有する隙間計測装置において、前記板厚計測センサ、前記段差計測センサ及び前記変位センサを、前記上板の上面との距離を半径とする円弧面に沿って移動可能に把持するゴニオステージと、をさらに有し、前記算出部は、前記姿勢が前記隙間の計測に不適切であると判定された場合、前記姿勢の修正値を算出し、前記修正値を前記ゴニオステージに送信し、前記ゴニオステージは、前記算出部から受信した前記修正値に応じて前記姿勢を修正することが好ましい。これにより、各センサの姿勢を隙間の計測に適切な姿勢に修正することができるので、作業員によるばらつきをさらに確実に抑制することができる。
　本発明の隙間計測装置において、前記変位センサは、さらに、板厚計測センサが前記上板に対してかけている圧力を計測することが好ましい。これにより、材料を構成する上板と下板とが接合していない場合に上板と下板との間に形成される隙間を計測する際に、隙間の計測の条件の１つである圧力を計測することができる。
　本発明の隙間計測装置において、前記板厚計測センサは、前記上板の上方から前記上板の上面に向けて超音波を発生させ、前記上板の上面及び下面でそれぞれ反射した超音波を検出する超音波センサであることが好ましい。これにより、超音波を用いて、上板の上面にのみ接触して、かつ、精度よく、板厚を計測することができるので、隙間を形成する材料に傷をつけることをより確実に低減し、かつ、隙間の計測精度を向上させることができる。
　本発明の隙間計測装置において、前記板厚計測センサは、前記材料に平行な方向に沿った軸周りに回動可能に支持されており、前記材料に対する移動に伴って回転するローラセンサ部を有することが好ましい。これにより、ローラセンサ部を材料の上で回転させることで材料の上で連続的に各センサを移動させることができるので、複数の隙間計測ポイントで連続的に計測することができる。
　本発明の板厚計測センサがローラセンサ部を有する隙間計測装置において、前記ローラセンサ部に対して平行に設けられ、前記ローラセンサ部の軸に平行な軸周りに回動可能に支持されており、前記材料に対する移動に伴って前記ローラセンサ部と共に回転するローラと、をさらに有することが好ましい。これにより、材料の上で連続的に安定してローラセンサ部を移動させることができるので、複数の隙間計測ポイントで連続的に計測する場合にも作業員によるばらつきをより確実に抑制することができる。
　本発明の隙間計測装置において、前記段差計測センサは、前記上板の上方から前記上板と前記下板とが共に前記材料の上側に露出している箇所に向けてレーザを照射し、前記上板の上面及び前記下板の上面でそれぞれ反射したレーザを検出するレーザセンサであることが好ましい。これにより、レーザを用いて材料に非接触で、かつ、精度よく、段差を計測することができるので、隙間を形成する材料を傷つけることをより確実に低減し、かつ、隙間の計測精度を向上させることができる。
　本発明の隙間計測装置において、前記板厚計測センサ及び前記段差計測センサを３次元方向に移動可能に把持する駆動装置と、をさらに有することが好ましい。これにより、材料の上を自動で各センサを移動させることができるので、作業員によるばらつきをより抑制し、かつ、作業員の負担を低減することができる。
　本発明の隙間計測方法は、上板と下板とが厚み方向に重ねられて形成された材料において、前記上板と前記下板との間の隙間を計測する計測方法であって、板厚計測センサで前記上板の厚みである板厚を計測する板厚計測ステップと、段差計測センサで前記上板の上面と前記下板の上面との間の距離である段差を計測する段差計測ステップと、前記段差から前記板厚を差し引くことで、前記上板と前記下板との間の隙間を算出する隙間算出ステップと、を有することを特徴とする。
　この隙間計測方法は、段差計測センサで計測する段差から板厚計測センサで計測する板厚を差し引くことで隙間を算出しているので、作業員によるばらつきを抑制し、隙間を形成する材料に傷をつけることを低減することができる。
　本発明の隙間計測方法において、前記板厚計測センサを鉛直方向に支持する支持部の前記厚み方向における変位である第１変位を計測する第１変位計測ステップと、前記段差計測センサの前記厚み方向における変位である第２変位を計測する第２変位計測ステップと、前記上板の上面に対向する前記段差計測センサの姿勢角である第１姿勢角を計測する第１姿勢角計測ステップと、前記板厚計測センサと前記段差計測センサとの各計測点の間の距離、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて、前記上板の上面に対向する前記板厚計測センサの姿勢角の成分である第２姿勢角を算出する第２姿勢角算出ステップと、前記第１姿勢角及び前記第２姿勢角に基づいて、前記姿勢を判定する姿勢判定ステップと、をさらに有することが好ましい。これにより、各センサの姿勢が隙間の計測に適切か否かを判定することができるので、作業員によるばらつきをより確実に抑制することができる。
　本発明の姿勢判定ステップを有する隙間計測方法において、前記姿勢が前記隙間の計測に不適切であると判定された場合、前記姿勢の修正値を算出する姿勢修正値算出ステップと、前記修正値に応じて前記姿勢を修正する姿勢修正ステップと、をさらに有することが好ましい。これにより、各センサの姿勢を隙間の計測に適切な姿勢に修正することができるので、作業員によるばらつきをさらに確実に抑制することができる。
　本発明の隙間計測方法において、前記板厚計測ステップは、前記上板の上方から前記上板に向けて超音波を発生させ、前記上板の上面及び下面でそれぞれ反射した超音波を検出することで、前記板厚を計測することが好ましい。これにより、超音波を用いて、上板の上面にのみ接触して、かつ、精度よく、板厚を計測することができるので、隙間を形成する材料に傷をつけることをより確実に低減し、かつ、隙間の計測精度を向上させることができる。
　本発明の隙間計測方法において、前記段差計測ステップは、前記上板の上方から前記上板と前記下板とが共に前記材料の上側に露出している箇所に向けてレーザを照射し、前記上板の上面及び前記下板の上面でそれぞれ反射したレーザを検出することで、前記段差を計測することが好ましい。これにより、レーザを用いて材料に非接触で、かつ、精度よく、段差を計測することができるので、隙間を形成する材料を傷つけることをより確実に低減し、かつ、隙間の計測精度を向上させることができる。
　本発明の隙間計測方法において、前記隙間を計測する箇所を前記材料の水平方向に沿って移動させる計測箇所移動ステップと、をさらに有することが好ましい。これにより、材料の上を自動で各センサを移動させることができるので、作業員によるばらつきをより抑制し、かつ、作業員の負担を低減することができる。
　本発明の隙間計測方法において、前記隙間を計測する際に、前記材料に前記材料の厚み方向に沿って圧力をかける圧力付加ステップと、前記圧力を計測する圧力計測ステップと、をさらに有することが好ましい。これにより、材料を構成する上板と下板とが接合していなくても上板と下板との間に形成される隙間を計測できるので、材料の製造前に、事前に形成される隙間を計測することができる。また、材料を構成する上板と下板とが接合していない場合に上板と下板との間に形成される隙間を計測する際に、隙間の計測の条件の１つである圧力を計測することができる。
　本発明によれば、板が厚み方向に重ねられて形成された材料の隙間を計測する場合に、作業員によるばらつきを抑制し、隙間を形成する材料に傷をつけることを低減する隙間計測装置及び隙間計測方法を得ることができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置の概略を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置の構成を示す側面図の１例である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置の構成を示す側面図の１例である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置のデータフローである。 図５は、超音波検査部及び上板の位置関係と超音波の経路との相関関係を説明する図である。 図６は、超音波検査部及び上板の位置関係と超音波の経路との相関関係を説明する図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法のフローチャートである。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法における姿勢判定に関するフローチャートである。 図９は、本発明の第２の実施の形態に係る隙間計測装置の構成を示す図である。 図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る隙間計測装置の構成を示す図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係る隙間計測装置及び隙間計測方法を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明は、本発明を限定するものではなく、適宜変更して実施可能である。
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０の概略を示す図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０の構成を示す側面図の１例である。図２は、後述するＸＺ面に直交する方向から見た側面図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０の構成を示す側面図の１例である。図３は、後述するＹＺ面に直交する方向から見た側面図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０のデータフローである。図４は、後述する第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０のデータフローもあわせて示している。以下、図１から図４を用いて、隙間計測装置２０について説明する。
　隙間計測装置２０は、図１に示すように、上板１２と下板１４とが厚み方向であるＺ軸方向に重ねられて形成された材料１０において、上板１２と下板１４との間の隙間Ｇ（図２参照）を計測する計測装置として用いられる。隙間Ｇは、具体的には、図２に示すように、上板１２の下面１２ｂと下板１４の上面１４ａとの間の距離である。隙間計測装置２０は、作業員が手動で使用することも可能であるが、図１に示すように、ロボットアーム１６により３次元方向、すなわちＺ軸方向に直交し上板１２の端面が延在するＸ軸方向と、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交するＹ軸方向と、Ｚ軸方向と、に移動可能に把持されて使用されることが好ましい。本実施の形態では、ロボットアーム１６を用いて隙間計測装置２０を把持しているが、本発明はこれに限定されず、３次元方向に移動可能に把持する周知の駆動装置を用いて隙間計測装置２０を把持することができる。ロボットアーム１６は、ロボット制御部１８により制御されており、把持している隙間計測装置２０を自動で３次元方向に移動させることができる。隙間計測装置２０は、ロボットアーム１６に例示される駆動装置で把持されることにより、材料１０の上を自動で、隙間計測装置２０に含まれる各センサを自動で移動させることができる、すなわち、超音波センサ２２による計測箇所及びレーザセンサ２６による計測箇所を自動で移動させることができる。そのため、隙間計測装置２０は、隙間の計測箇所を自動で移動させることができる。なお、超音波センサ２２による計測箇所とレーザセンサ２６による計測箇所は、いずれもロボット制御部１８と通信可能に接続されているコンピュータ３０で処理することができる。また、超音波センサ２２による計測箇所とレーザセンサ２６による計測箇所との間の座標の違いは、コンピュータ３０で補正することができる。これにより、隙間計測装置２０は、作業員による隙間Ｇの計測のばらつきを抑制し、かつ、作業員の隙間Ｇの計測作業の負担を低減することができる。
　材料１０は、具体的には、上板１２及び下板１４が共にアルミニウム合金板で形成された航空機外板のラップ部等の航空材料が好ましいものとして例示される。上板１２及び下板１４は、この航空材料で用いられるアルミニウム合金板に例示されるように、中実であり、かつ、単一材料で作られた板材であることが好ましい。上板１２及び下板１４は、各板の厚みに対して無視できる厚さの塗装がされていても良い。この材料１０は、上板１２及び下板１４が、この航空材料で用いられるリベットに例示される接合部材で接合された後であっても、接合材料で接合される前であってもよい。すなわち、隙間計測装置２０は、上板１２及び下板１４の接合前に隙間Ｇを計測することも可能であり、上板１２及び下板１４の接合後に隙間Ｇを計測することも可能である。隙間計測装置２０は、上板１２及び下板１４の接合前に隙間Ｇを計測する場合、上板１２の上面１２ａに対して上側から圧力をかけながら、隙間Ｇを計測することが好ましい。圧力は、本実施の形態では、３０ｋＰａが例示される。圧力は、超音波センサ２２のローラセンサ部２２ａを材料１０の上方から上板１２の上面１２ａに押し付けることでかけられてもよいし、隙間計測装置２０の付近に備え付けた圧力装置等を用いてかけられてもよい。この場合、材料１０の接合前に、事前に形成される隙間Ｇを計測することができる。
　隙間計測装置２０は、図２及び図３に示すように、板厚計測センサとして機能する超音波センサ２２と、超音波センサ２２を支持する支持部の鉛直方向、すなわちＺ軸方向における変位である第１変位を計測する変位センサ２４と、段差計測センサとして機能するレーザセンサ２６と、コンピュータ３０と、を有する。コンピュータ３０は、超音波センサ２２、変位センサ２４及びレーザセンサ２６と、通信可能に接続されており、各センサの計測を制御及び補助する。また、コンピュータ３０は、計測して得られた情報に所定の算出操作を加えて、新たな数値情報を取得する算出部３２と、上板１２の上面１２ａに対向する超音波センサ２２の姿勢を判定する姿勢判定部３４と、を有する。
　超音波センサ２２は、ローラセンサ部２２ａと、側面部材２２ｂと、軸支持部材２２ｃと、鉛直支持部材２２ｄと、を有する。ローラセンサ部２２ａは、ローラ形状であり、材料１０に平行な方向に沿った軸、より具体的にはＹ軸方向に沿う方向に向けられた軸周りに回動可能に支持されている。ローラセンサ部２２ａは、内部に、円周方向に超音波を発生させて射出し、円周方向から入射した超音波を検出する超音波検査部２２ｓ（図５及び図６参照）を有する。側面部材２２ｂは、ローラセンサ部２２ａの両側面に設けられた部材である。側面部材２２ｂは、ローラセンサ部２２ａの側面に対向する側面が平面状であり、ローラセンサ部２２ａが対向する側とは反対側の側面が、中央領域にローラセンサ部２２ａの軸方向に沿った円柱状の軸突起部を有する。軸支持部材２２ｃは、側面部材２２ｂのローラセンサ部２２ａの側面に対向しない側面をコの字状に挟むように設けられた部材である。軸支持部材２２ｃは、側面部材２２ｂの突起部の位置に対応する箇所に、突起部が嵌め込まれる嵌め込み穴を有する。軸支持部材２２ｃは、ローラセンサ部２２ａ及びその両側面に設けられた側面部材２２ｂを、軸周りに回動可能に支持する。鉛直支持部材２２ｄは、Ｚ軸方向に延在する棒状の部材であり、軸支持部材２２ｃのローラセンサ部２２ａ及び側面部材２２ｂを跨ぐ箇所、すなわちコの字状の中央箇所に、固定されている。鉛直支持部材２２ｄは、軸支持部材２２ｃをＺ軸方向上側から支持する。超音波センサ２２は、以上のような構成を有しており、Ｚ軸方向上側からレーザセンサ２６と共通の支持機構で支持されている。超音波センサ２２は、ローラセンサ部２２ａ及び側面部材２２ｂがローラの可動部として、軸支持部材２２ｃ及び鉛直支持部材２２ｄがローラの固定部として、機能する。超音波センサ２２は、ローラセンサ部２２ａが、隙間計測装置２０の材料１０に対するＸ軸方向に沿った移動に伴って回転する。つまり、超音波センサ２２は、Ｚ軸方向上側から支持されながら、ローラセンサ部２２ａが上板１２の上面１２ａをＸ軸方向に沿って回転移動する。
　超音波センサ２２は、ローラセンサ部２２ａの内部の超音波検査部２２ｓが上板１２の上方にある超音波射出口２２ｏから上板１２の上面１２ａに向けて超音波ＵＳを発生させて射出する。超音波センサ２２は、ローラセンサ部２２ａの内部の超音波検査部２２ｓが上板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂでそれぞれ反射した超音波ＵＳを検出する。この超音波ＵＳを発生させて射出し、反射した超音波ＵＳを検出する箇所を、超音波センサ２２による計測箇所という。これにより、超音波センサ２２は、発生させた超音波ＵＳ及び検出した超音波ＵＳの情報を取得する。超音波センサ２２が発生させた超音波ＵＳ及び検出した超音波ＵＳの情報は、上板１２の厚みである板厚Ｔの計測に用いられる。すなわち、超音波センサ２２は、板厚Ｔを計測する。板厚計測センサは、本実施の形態では超音波センサ２２であるが、これに限定されることはなく、上板１２を部分的に透過し、上板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂで反射する媒体を用いる周知の計測センサを用いることができる。
　変位センサ２４は、超音波センサ２２と同様に、Ｚ軸方向上側から支持されている。変位センサ２４は、先端部が軸支持部材２２ｃの上面に接するように固定されている。変位センサ２４は、本実施の形態ではダンパが用いられているが、これに限定されず、周知の変位センサを用いることができる。変位センサ２４は、軸支持部材２２ｃ及び鉛直支持部材２２ｄの、Ｚ軸方向における変位である第１変位ΔＺ１を計測する。第１変位ΔＺ１の情報は、上板１２の上面１２ａに対向する超音波センサ２２の立体角である姿勢角の情報を含む。すなわち、第１変位ΔＺ１の情報は、姿勢角の第１の成分である第１姿勢角θと、姿勢角の第２の成分である第２姿勢角φと、が混合した情報を含む。第１姿勢角θは、図３に示すように、上板１２の上面１２ａに対向するレーザセンサ２６の、Ｘ軸周りの回転方向の角度であり、超音波センサ２２とレーザセンサ２６との支持の仕方等から、上板１２の上面１２ａに対向する超音波センサ２２の、Ｘ軸周りの回転方向の角度と共通する。第２姿勢角φは、図２に示すように、上板１２の上面１２ａに対向する超音波センサ２２の、Ｙ軸周りの回転方向の角度である。
　また、第１変位ΔＺ１の情報は、隙間計測装置２０が超音波センサ２２のローラセンサ部２２ａで上板１２の上面１２ａに対して上側からかけている圧力の情報を含む。すなわち、変位センサ２４は、隙間Ｇを計測する際に、隙間Ｇの計測の条件の１つである圧力を計測することができる。
　レーザセンサ２６は、Ｚ軸方向の上方において、超音波センサ２２と共通の支持機構で支持されている。レーザセンサ２６は、上板１２の上方にあるレーザ照射口２６ｏから上板１２の端面付近、すなわち上板１２の上面１２ａと下板１４の上面１４ａとが共に材料１０の上側に露出している箇所にレーザビームＬＢを照射する。レーザセンサ２６は、上板１２の上面１２ａ及び下板１４の上面１４ａでそれぞれ反射したレーザビームＬＢを検出する。これにより、レーザセンサ２６は、照射したレーザビームＬＢ及び検出したレーザビームＬＢの情報を取得する。このレーザビームＬＢを照射し、反射したレーザビームＬＢを検出する箇所を、レーザセンサ２６による計測箇所という。レーザセンサ２６が照射したレーザビームＬＢ及び検出したレーザビームＬＢの情報は、レーザビームＬＢにより計測された上板１２の上面１２ａの情報と、下板１４の上面１４ａの情報と、を含む。そのため、レーザセンサ２６が照射したレーザビームＬＢ及び検出したレーザビームＬＢの情報は、上板１２の上面１２ａと下板１４の上面１４ａとの間の距離である段差Ｄの計測に用いられる。すなわち、レーザセンサ２６は、段差Ｄを計測する。
　レーザセンサ２６が照射したレーザビームＬＢ及び検出したレーザビームＬＢの情報は、レーザ照射口２６ｏと上板１２の上面１２ａとの間の距離の計測に用いられることで、レーザセンサ２６のＺ軸方向における変位である第２変位ΔＺ２の計測に用いられる。すなわち、レーザセンサ２６は、第２変位ΔＺ２を計測する。第２変位ΔＺ２の情報は、第１姿勢角θの情報を含む。すなわち、レーザセンサ２６は、第１姿勢角θを計測する。段差計測センサは、本実施の形態ではレーザセンサ２６であるが、これに限定されることはなく、上板１２の上面１２ａ及び下板１４の上面１４ａで反射する媒体を用いる周知の計測センサを用いることができる。
　算出部３２は、図４に示すように、超音波センサ２２から板厚Ｔの情報を取得し、レーザセンサ２６から段差Ｄの情報を取得する。算出部３２は、式１に示すように、段差Ｄから板厚Ｔを差し引くことで、隙間Ｇを算出する。算出部３２は、算出した隙間Ｇの値を、コンピュータ３０に接続された表示部に表示させたり、コンピュータ３０の内部あるいは外部に接続された記憶部に記憶させることで算出した隙間Ｇの値を記録したりすることができる。
　隙間Ｇ＝段差Ｄ－板厚Ｔ　式１
　算出部３２は、変位センサ２４から第１変位ΔＺ１の情報を取得し、レーザセンサ２６から第２変位ΔＺ２の情報を取得する。また、算出部３２は、コンピュータ３０に接続された記憶部から、記憶データの１つである、超音波センサ２２とレーザセンサ２６との各計測点の距離Ｌの情報を取得する。算出部３２は、式２に示すように、距離Ｌ、第１変位ΔＺ１及び第２変位ΔＺ２に基づいて、第２姿勢角φを算出する。算出部３２は、第２姿勢角φの情報を姿勢判定部３４に出力する。
　第２姿勢角φ＝ｓｉｎ－１（（第１変位ΔＺ１－第２変位ΔＺ２）／距離Ｌ）　式２
　図５は、超音波検査部２２ｓ及び上板１２の位置関係と超音波ＵＳの経路との相関関係を説明する図である。図６は、超音波検査部２２ｓ及び上板１２の位置関係と超音波ＵＳの経路との相関関係を説明する図である。図５及び図６を用いて、隙間計測装置２０の姿勢、すなわち隙間Ｇの計測に適切な隙間計測装置２０の姿勢について、説明する。隙間計測装置２０は、図５に示すように、超音波センサ２２が上板１２の上面１２ａに対してＺ軸方向に沿った方向に向けられている場合、超音波検査部２２ｓが上板１２の上面１２ａに対してＺ軸方向に沿った方向に射出波ＵＳ１を射出し、射出波ＵＳ１が上板１２の下面１２ｂで反射されてＺ軸方向に沿った方向に進む反射波ＵＳ２となり、反射波ＵＳ２が超音波検査部２２ｓに検出され、適切に板厚Ｔを計測できるので、隙間Ｇの計測に適切な姿勢である。一方、隙間計測装置２０は、図６に示すように、超音波センサ２２が上板１２の上面１２ａに対してＺ軸方向に沿った方向から傾いて向けられている場合、超音波検査部２２ｓが上板１２の上面１２ａに対してＺ軸方向に沿った方向から傾いた方向に射出波ＵＳ３を射出し、射出波ＵＳ３が上板１２の下面１２ｂで反射されてＺ軸方向に沿った方向から傾いた方向に進む反射波ＵＳ４となり、反射波ＵＳ４が超音波検査部２２ｓに検出されず、適切に板厚Ｔを計測できないので、隙間Ｇの計測に不適切な姿勢である。すなわち、隙間計測装置２０は、隙間Ｇの計測に際し、超音波センサ２２が上板１２の上面１２ａに対してＺ軸方向に沿った方向から傾いていない姿勢とすることで、正確な隙間の距離を計測することができる。
　姿勢判定部３４は、隙間計測装置２０の姿勢を判定する、すなわち、隙間計測装置２０の姿勢が隙間Ｇの計測に適切な姿勢であるか否かを判定する。姿勢判定部３４は、図４に示すように、算出部３２から、第２姿勢角φの情報を取得する。姿勢判定部３４は、レーザセンサ２６から、第１姿勢角θの情報を取得する。姿勢判定部３４は、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φに基づいて、隙間計測装置２０の姿勢を判定する。具体的には、姿勢判定部３４は、まず、式３に示すように、第１姿勢角θが閾値で規定される範囲内、例えば－０．５°以上０．５°以下の範囲内にあるか否かを判定する。姿勢判定部３４は、次に、式４に示すように、第２姿勢角φが閾値で規定される範囲内、例えば－０．５°以上０．５°以下の範囲内にあるか否かを判定する。そして、姿勢判定部３４は、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φがいずれも所定の範囲内に入っていると判定した場合、適切、すなわち隙間計測装置２０が隙間Ｇの計測に適切な姿勢であると判定し、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φの少なくともいずれか一方が所定の範囲内に入っていないと判定した場合、不適切、すなわち隙間計測装置２０が隙間Ｇの計測に不適切な姿勢であると判定する。姿勢判定部３４は、姿勢の判定結果を算出部３２に出力する。
　－０．５°≦第１姿勢角θ≦０．５°　式３
　－０．５°≦第２姿勢角φ≦０．５°　式４
　算出部３２は、姿勢判定部３４から姿勢の判定結果を取得する。算出部３２は、隙間Ｇの値を表示又は記憶させる場合、姿勢判定部３４による姿勢の判定結果を合わせて表示または記憶させることができる。また、これに代えて、算出部３２は、姿勢の判定結果が適切である場合のみ、隙間Ｇの値を表示又は記憶させ、姿勢の判定結果が不適切である場合には、隙間Ｇの値を表示又は記憶させず、隙間計測装置２０の姿勢を修正してから隙間Ｇを再計測させることもできる。
　以上のような構成を有する第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０の作用について以下に説明する。隙間計測装置２０は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法を実行する。図７は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法のフローチャートである。図８は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法における姿勢判定に関するフローチャートである。隙間計測装置２０によって実行される隙間計測方法について、図７及び図８を用いて説明する。
　本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法は、図７に示すように、板厚計測ステップＳ１２と、段差計測ステップＳ１４と、隙間算出ステップＳ１６と、を有する。まず、隙間計測装置２０は、超音波センサ２２のローラセンサ部２２ａが上板１２の端面付近における上板１２の上面１２ａ上に、端面が延在するＸ軸方向に沿って移動可能に配置される。これに伴い、隙間計測装置２０は、レーザセンサ２６のレーザ照射口２６ｏが上板１２の上面１２ａの端面付近の上方に配置される。
　超音波センサ２２は、超音波検査部２２ｓが超音波射出口２２ｏから上板１２に向けて超音波ＵＳを発生させる。超音波センサ２２は、超音波検査部２２ｓが上板１２の上面１２ａ及び下面１２ｂでそれぞれ反射した超音波ＵＳを検出する。超音波センサ２２は、発生させた超音波ＵＳ及び検出した超音波ＵＳの情報に基づいて、板厚Ｔを計測する（ステップＳ１２）。
　レーザセンサ２６は、レーザ照射口２６ｏから上板１２及び下板１４に向けてレーザビームＬＢを照射する。レーザセンサ２６は、上板１２の上面１２ａ及び下板１４の上面１４ａでそれぞれ反射したレーザビームＬＢを検出する。レーザセンサ２６は、照射したレーザビームＬＢ及び検出したレーザビームＬＢの情報に基づいて、段差Ｄを計測する（ステップＳ１４）。
　なお、板厚計測ステップＳ１２と段差計測ステップＳ１４とは、この順番で行われてもよいし、同時に行われてもよいし、逆の順番で行われてもよい。
　板厚計測ステップＳ１２と段差計測ステップＳ１４とが行われた後、算出部３２は、超音波センサ２２から板厚Ｔの情報を取得し、レーザセンサ２６から段差Ｄの情報を取得する。算出部３２は、段差Ｄから板厚Ｔを差し引くことで、隙間Ｇを算出する（ステップＳ１６）。算出部３２は、算出した隙間Ｇの値を、コンピュータ３０に接続された表示部に表示させたり、コンピュータ３０の内部あるいは外部に接続された記憶部に記憶させたりすることができる。
　第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０による隙間計測方法は、以上のようなステップＳ１２からステップＳ１６を有する。すなわち、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０による隙間計測方法は、段差計測センサで計測する段差Ｄから板厚計測センサで計測する板厚Ｔを差し引くことで隙間Ｇを算出しているので、作業員によるばらつきを抑制し、隙間を形成する材料に傷をつけることを低減することができる。
　本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法は、図８に示すように、さらに、第１変位計測ステップＳ２２と、第２変位計測ステップＳ２４と、第１姿勢角計測ステップＳ２６と、第２姿勢角算出ステップＳ２８と、姿勢判定ステップＳ３０と、を有することが好ましい。
　変位センサ２４は、軸支持部材２２ｃ及び鉛直支持部材２２ｄの、Ｚ軸方向における変位である第１変位ΔＺ１を計測する（ステップＳ２２）。レーザセンサ２６は、照射したレーザビームＬＢ及び検出したレーザビームＬＢの情報に基づいて、第２変位ΔＺ２を計測する（ステップＳ２４）。
　なお、第１変位計測ステップＳ２２と第２変位計測ステップＳ２４とは、この順番で行われてもよいし、同時に行われてもよいし、逆の順番で行われてもよい。
　レーザセンサ２６は、また、第２変位ΔＺ２の情報に基づいて、第１姿勢角θを計測する（ステップＳ２６）。
　第１変位計測ステップＳ２２と第２変位計測ステップＳ２４とが行われた後、算出部３２は、変位センサ２４から第１変位ΔＺ１の情報を取得し、レーザセンサ２６から第２変位ΔＺ２の情報を取得する。また、算出部３２は、コンピュータ３０に接続された記憶部から、超音波センサ２２とレーザセンサ２６との各計測点の距離Ｌの情報を取得する。算出部３２は、距離Ｌ、第１変位ΔＺ１及び第２変位ΔＺ２に基づいて、第２姿勢角φを算出する（ステップＳ２８）。算出部３２は、第１姿勢角θの情報と、第２姿勢角φの情報と、を姿勢判定部３４に出力する。
　なお、第１姿勢角計測ステップＳ２６と第２姿勢角算出ステップＳ２８とは、この順番で行われてもよいし、同時に行われてもよいし、逆の順番で行われてもよい。
　姿勢判定部３４は、算出部３２から、第２姿勢角φの情報を取得する。姿勢判定部３４は、レーザセンサ２６から、第１姿勢角θの情報を取得する。姿勢判定部３４は、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φに基づいて、隙間計測装置２０の姿勢を判定する。具体的には、姿勢判定部３４は、第１姿勢角θが閾値で規定される範囲内、例えば－０．５°以上０．５°以下の範囲内にあるか否かを判定する。姿勢判定部３４は、第２姿勢角φが閾値で規定される範囲内、例えば－０．５°以上０．５°以下の範囲内にあるか否かを判定する。そして、姿勢判定部３４は、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φがいずれも所定の範囲内に入っていると判定した場合、適切、すなわち隙間計測装置２０が隙間Ｇの計測に適切な姿勢であると判定し、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φの少なくともいずれか一方が所定の範囲内に入っていないと判定した場合、不適切、すなわち隙間計測装置２０が隙間Ｇの計測に不適切な姿勢であると判定する（ステップＳ３０）。姿勢判定部３４は、姿勢の判定結果を算出部３２に出力する。
　算出部３２は、姿勢判定部３４から姿勢の判定結果を取得する。算出部３２は、隙間Ｇの値を表示又は記憶させる場合、姿勢判定部３４による姿勢の判定結果を合わせて表示または記憶させることができる。また、これに代えて、算出部３２は、姿勢の判定結果が適切である場合のみ、隙間Ｇの値を表示又は記憶させ、姿勢の判定結果が不適切である場合には、隙間Ｇの値を表示又は記憶させず、隙間計測装置２０の姿勢を修正してから隙間Ｇを再計測させることもできる。
　第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０による隙間計測方法は、以上のようなステップＳ２２からステップＳ３０をさらに有する。すなわち、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０による隙間計測方法は、隙間計測装置２０の各センサの姿勢が隙間の計測に適切か否かを判定することができるので、作業員によるばらつきをより確実に抑制することができる。
　本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法は、さらに、ロボットアーム１６等の駆動装置を用いて、超音波センサ２２による計測箇所及びレーザセンサ２６による計測箇所を移動させることで、隙間Ｇを計測する箇所を材料１０の水平方向に沿った方向であるＸＹ面方向に、より具体的にはＸ軸方向に沿った方向に移動させる計測箇所移動ステップを有することが好ましい。これにより、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法は、作業員による隙間Ｇの計測のばらつきを抑制し、かつ、作業員の隙間Ｇの計測作業の負担を低減することができる。
　本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法は、さらに、材料１０の厚み方向に沿った方向、すなわちＺ軸方向に沿った方向に圧力をかける圧力付加ステップを有することが好ましい。圧力は、超音波センサ２２のローラセンサ部２２ａを材料１０の上方から上板１２の上面１２ａに押し付けることでかけてもよいし、隙間計測装置２０の付近に備え付けた圧力装置等を用いてかけてもよい。これにより、上板１２及び下板１４の接合前に隙間Ｇを計測することができる。また、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法は、さらに、この圧力を計測する圧力計測ステップを有することが好ましい。圧力は、変位センサ２４で計測することができる。これにより、上板１２と下板１４との間に形成される隙間Ｇを計測する際に、隙間Ｇの計測の条件の１つである圧力を計測することができる。
　図９は、本発明の第２の実施の形態に係る隙間計測装置４０の構成を示す図である。第２の実施の形態に係る隙間計測装置４０は、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０において、ローラユニット４２が追加で設けられたものである。第２の実施の形態に係る隙間計測装置４０は、これに伴って、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０において、軸支持部材２２ｃと鉛直支持部材２２ｄとの間に、台車部材４４、軸支持部材４６、ベアリング４８ａ及び軸部材４８ｂとが新たに設けられている。また、第２の実施の形態に係る隙間計測装置４０は、これに伴って、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０において、変位センサ２４の先端部が固定される位置が、軸支持部材２２ｃの上面に接する箇所から台車部材４４の上面に接する箇所に変更されている。第２の実施の形態に係る隙間計測装置４０は、第１の実施の形態と同様の構成に第１の実施の形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
　ローラユニット４２は、超音波センサ２２において、超音波を発生及び検出する超音波検査部２２ｓを除去したものとほぼ同様の構成を有する。すなわち、ローラユニット４２は、ローラ４２ａと、側面部材４２ｂと、軸支持部材４２ｃと、を有する。超音波センサ２２に含まれる鉛直支持部材２２ｄは、超音波センサ２２とローラユニット４２とで共通の構成となっている。
　ローラ４２ａは、ローラセンサ部２２ａと同様にローラ形状であり、ローラセンサ部２２ａの軸に平行な方向に沿った軸周りに、より具体的にはＹ軸方向に沿う方向に向けられた軸周りに回動可能に支持されている。側面部材４２ｂは、超音波センサ２２における側面部材２２ｂと同様に、ローラ４２ａの両側面に設けられた部材である。すなわち、側面部材４２ｂは、ローラ４２ａの側面に対向する側面が平面状であり、ローラ４２ａが対向する側とは反対側の側面が、中央領域にローラ４２ａの軸方向に沿った円柱状の軸突起部を有する。軸支持部材４２ｃは、超音波センサ２２における軸支持部材２２ｃと同様に、側面部材４２ｂのローラ４２ａの側面に対向しない側面をコの字状に挟むように設けられた部材である。すなわち、軸支持部材４２ｃは、側面部材４２ｂの突起部の位置に対応する箇所に、突起部が嵌め込まれる嵌め込み穴を有する。軸支持部材４２ｃは、ローラ４２ａ及びその両側面に設けられた側面部材４２ｂを、軸周りに回動可能に支持する。ローラユニット４２は、ローラ４２ａ及び側面部材４２ｂがローラの可動部として、軸支持部材４２ｃがローラの固定部として、機能する。ローラユニット４２は、超音波センサ２２と共に、ローラ４２ａが、隙間計測装置４０の材料１０に対するＸ軸方向に沿った移動に伴って回転する。つまり、ローラユニット４２は、超音波センサ２２と共に、Ｚ軸方向上側から支持されながら、ローラ４２ａが上板１２の上面１２ａをＸ軸方向に沿って回転移動する。
　台車部材４４は、ＸＹ面方向に延在する板状の部材であり、下面が、軸支持部材２２ｃのローラセンサ部２２ａ及び側面部材２２ｂを跨ぐ箇所、すなわちコの字状の中央箇所の面と、軸支持部材４２ｃのローラ４２ａ及び側面部材４２ｂを跨ぐ箇所、すなわちコの字状の中央箇所の面と、に、固定されている。台車部材４４は、軸支持部材２２ｃ及び軸支持部材４２ｃをＺ軸方向上側から支持し、超音波センサ２２及びローラユニット４２に共通する固定部として機能する。台車部材４４は、超音波センサ２２のローラセンサ部２２ａ及びローラユニット４２のローラ４２ａが上板１２の上面１２ａを回転移動することに伴って、上板１２の上方をＸＹ平面に沿った面方向に移動する。
　ローラユニット４２は、上板１２の上面１２ａ上で隙間計測装置４０を安定化させることができ、隙間計測装置４０の各センサの上板１２の上面１２ａに対する傾きを低減することができる。すなわち、ローラユニット４２は、隙間計測装置４０の姿勢が隙間Ｇの計測に適切な姿勢を取りやすくする。図９では、ローラユニット４２は、１つ記載されているが、２つ以上あってもよい。隙間計測装置４０は、ローラユニット４２を２つ有し、かつ２つのローラユニット４２と超音波センサ２２と三角形を形成することが好ましく、この場合、超音波センサ２２と２つのローラユニット４２との３点で支持されるので、より安定化する。隙間計測装置４０は、ローラユニット４２を進行方向と直交する方向、すなわちＹ軸方向に複数配置することで、隙間計測装置４０がθ方向に傾くことを抑制することができる。
　ローラユニット４２は、超音波センサ２２よりも、レーザセンサ２６から離れていることが好ましい。すなわち、超音波センサ２２は、ローラユニット４２よりも、レーザセンサ２６に近いことが好ましい。この場合、超音波センサ２２の計測箇所とレーザセンサ２６の計測箇所との間の座標の違いを精度よく補正することができる。
　軸支持部材４６は、台車部材４４の上面に固定されている。軸支持部材４６は、ベアリング４８ａを介して軸部材４８ｂを、材料１０に平行な方向に沿った軸、より具体的にはＹ軸方向に沿う方向に向けられた軸周りに回動可能に支持している。軸支持部材４６は、ベアリング４８ａを介して軸部材４８ｂを、Ｚ軸方向に沿う方向において上方寄り、かつ、Ｘ軸方向に沿う方向において中央の箇所に支持している。
　軸部材４８ｂは、材料１０に平行な方向に沿って延在する棒状の部材、より具体的にはＹ軸方向に沿って延在する棒状の部材である。軸部材４８ｂは、ベアリング４８ａを介して軸支持部材４６に、材料１０に平行な方向に沿った軸、より具体的にはＹ軸方向に沿う方向に向けられた軸周りに回動可能に支持している。軸部材４８ｂは、鉛直支持部材２２ｄが固定されている。軸部材４８ｂ回りでは、鉛直支持部材２２ｄ及び軸部材４８ｂが固定部として、軸支持部材４６及び台車部材４４等が可動部材として、それぞれ機能する。
　変位センサ２４は、先端部が固定される位置が、軸支持部材２２ｃの上面に接する箇所から台車部材４４の上面に接する箇所に変更されているが、第１の実施の形態と同様に、鉛直支持部材２２ｄの、Ｚ軸方向における変位である第１変位ΔＺ１を計測する。第１変位ΔＺ１は、第１の実施の形態と同様の情報を含む計測量である。
　第２の実施の形態に係る隙間計測装置４０は、以上のような構成を有するので、材料１０の上で連続的に安定してローラセンサ部２２ａを移動させることができるので、複数の隙間計測ポイントで連続的に計測する場合にも作業員によるばらつきをより確実に抑制することができる。
　図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０の構成を示す図である。第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０は、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０において、超音波センサ２２、変位センサ２４及びレーザセンサ２６を支持及び収納するケーシング５２と、ゴニオステージ５４と、が追加で設けられたものである。第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０は、第１の実施の形態と同様の構成に第１の実施の形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
　ゴニオステージ５４は、ステージ部５４ａと、ステージ駆動部５４ｂとを有する。ステージ部５４ａは、ケーシング５２を、超音波センサ２２の超音波射出口２２ｏを中心とする半径Ｒの円弧面に沿って移動可能に把持する。ここで、半径Ｒは、ゴニオステージ５４のステージ部５４ａの中央部分と、上板１２の上面１２ａとの距離である。すなわち、ステージ部５４ａは、ケーシング５２を、超音波射出口２２ｏを中心として、上板１２の上面１２ａに対して第１姿勢角θの方向及び第２姿勢角φの方向に移動可能に把持する。ステージ駆動部５４ｂは、ステージ部５４ａを駆動する駆動部であり、コンピュータ３０と通信可能に接続されている。ステージ駆動部５４ｂは、図４に示すように、姿勢判定部３４が、隙間計測装置５０の姿勢が隙間Ｇの計測に不適切な姿勢であると判定した場合、算出部３２が第１姿勢角θ及び第２姿勢角φの情報に基づいて算出する姿勢の修正値に応じて、ステージ部５４ａを駆動して、隙間計測装置５０の姿勢を修正することができる。ゴニオステージ５４は、以上のような構成を有するので、隙間計測装置５０の姿勢を制御する姿勢制御装置として機能する。
　算出部３２及び姿勢判定部３４は、第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０では、第１の実施の形態に係る隙間計測装置２０よりも多くの機能を有する。姿勢判定部３４は、隙間計測装置５０の姿勢が隙間Ｇの計測に不適切な姿勢であると判定した場合、その判定結果の情報を算出部３２に出力する。算出部３２は、姿勢判定部３４から、隙間計測装置５０の姿勢が隙間Ｇの計測に不適切な姿勢であるとの判定結果の情報を取得した場合、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φの情報に基づいて、姿勢の修正値を算出し、算出した姿勢の修正値をゴニオステージ５４のステージ駆動部５４ｂに送信する。
　以上のような構成を有する第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０の作用について以下に説明する。隙間計測装置５０は、本発明の第１の実施の形態に係る隙間計測方法に加えて、さらに姿勢修正値算出ステップと、姿勢修正ステップと、を実行することができる。姿勢修正値算出ステップは、算出部３２が、姿勢判定部３４から、隙間計測装置５０の姿勢が隙間Ｇの計測に不適切な姿勢であるとの判定結果の情報を取得した場合、第１姿勢角θ及び第２姿勢角φの情報に基づいて、姿勢の修正値を算出するステップである。姿勢修正ステップは、姿勢修正値算出ステップの後に行われ、ステージ駆動部５４ｂが、算出部３２から受信した姿勢の修正値に応じて、ステージ部５４ａを駆動して、隙間計測装置５０の姿勢を修正するステップである。
　第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０による隙間計測方法は、以上のような姿勢修正値算出ステップと、姿勢制御ステップとをさらに有する。すなわち、第３の実施の形態に係る隙間計測装置５０による隙間計測方法は、各センサの姿勢を隙間Ｇの計測に適切な姿勢に修正することができるので、作業員によるばらつきをさらに確実に抑制することができる。
　１０　材料
　１２　上板
　１２ａ　上面
　１２ｂ　下面
　１４ａ　上面
　１４　下板
　１６　ロボットアーム
　１８　ロボット制御部
　２０，４０，５０　隙間計測装置
　２２　超音波センサ（板厚計測センサ）
　２２ａ　ローラセンサ部
　２２ｂ　側面部材
　２２ｃ　軸支持部材
　２２ｄ　鉛直支持部材
　２２ｏ　超音波射出口
　２２ｓ　超音波検査部
　２４　変位センサ
　２６　レーザセンサ（段差計測センサ）
　２６ｏ　レーザ照射口
　３０　コンピュータ
　３２　算出部
　３４　姿勢判定部
　４２　ローラユニット
　４２ａ　ローラ
　４２ｂ　側面部材
　４２ｃ　軸支持部材
　４４　台車部材
　４６　軸支持部材
　４８ａ　ベアリング
　４８ｂ　軸部材
　５２　ケーシング
　５４　ゴニオステージ
　５４ａ　ステージ部
　５４ｂ　ステージ駆動部

Claims (16)

  1. 　上板と下板とが厚み方向に重ねられて形成された材料において、前記上板と前記下板との間の隙間を計測する計測装置であって、
    　前記上板の厚みである板厚を計測する板厚計測センサと、
    　前記上板の上面と前記下板の上面との間の距離である段差を計測する段差計測センサと、
    　前記段差から前記板厚を差し引くことで、前記上板と前記下板との間の隙間を算出する算出部と、
    　を有することを特徴とする隙間計測装置。
  2. 　前記板厚計測センサを鉛直方向に支持する支持部の前記厚み方向における変位である第１変位を計測する変位センサと、
    　前記上板の上面に対向する前記板厚計測センサの姿勢を判定する姿勢判定部と、をさらに有し、
    　前記段差計測センサは、前記段差計測センサの前記厚み方向における変位である第２変位及び前記上板の上面に対向する前記段差計測センサの姿勢角である第１姿勢角を計測し、
    　前記算出部は、前記板厚計測センサと前記段差計測センサとの各計測点の間の距離、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて、前記上板の上面に対向する前記板厚計測センサの姿勢角の成分である第２姿勢角を算出し、
    　前記姿勢判定部は、前記第１姿勢角及び前記第２姿勢角に基づいて、前記姿勢を判定することを特徴とする請求項１に記載の隙間計測装置。
  3. 　前記板厚計測センサ、前記段差計測センサ及び前記変位センサを、前記上板の上面との距離を半径とする円弧面に沿って移動可能に把持するゴニオステージと、をさらに有し、
    　前記算出部は、前記姿勢が前記隙間の計測に不適切であると判定された場合、前記姿勢の修正値を算出し、前記修正値を前記ゴニオステージに送信し、
    　前記ゴニオステージは、前記算出部から受信した前記修正値に応じて前記姿勢を修正することを特徴とする請求項２に記載の隙間計測装置。
  4. 　前記変位センサは、さらに、板厚計測センサが前記上板に対してかけている圧力を計測することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の隙間計測装置。
  5. 　前記板厚計測センサは、前記上板の上方から前記上板の上面に向けて超音波を発生させ、前記上板の上面及び下面でそれぞれ反射した超音波を検出する超音波センサであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の隙間計測装置。
  6. 　前記板厚計測センサは、前記材料に平行な軸周りに回動可能に支持されており、前記材料に対する移動に伴って回転するローラセンサ部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の隙間計測装置。
  7. 　前記ローラセンサ部に対して平行に設けられ、前記ローラセンサ部の軸に平行な方向に沿った軸周りに回動可能に支持されており、前記材料に対する移動に伴って前記ローラセンサ部と共に回転するローラと、
    　をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の隙間計測装置。
  8. 　前記段差計測センサは、前記上板の上方から前記上板と前記下板とが共に前記材料の上側に露出している箇所に向けてレーザを照射し、前記上板の上面及び前記下板の上面でそれぞれ反射したレーザを検出するレーザセンサであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の隙間計測装置。
  9. 　前記板厚計測センサ及び前記段差計測センサを３次元方向に移動可能に把持する駆動装置と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の隙間計測装置。
  10. 　上板と下板とが厚み方向に重ねられて形成された材料において、前記上板と前記下板との間の隙間を計測する計測方法であって、
    　板厚計測センサで前記上板の厚みである板厚を計測する板厚計測ステップと、
    　段差計測センサで前記上板の上面と前記下板の上面との間の距離である段差を計測する段差計測ステップと、
    　前記段差から前記板厚を差し引くことで、前記上板と前記下板との間の隙間を算出する隙間算出ステップと、
    　を有することを特徴とする隙間計測方法。
  11. 　前記板厚計測センサを鉛直方向に支持する支持部の前記厚み方向における変位である第１変位を計測する第１変位計測ステップと、
    　前記段差計測センサの前記厚み方向における変位である第２変位を計測する第２変位計測ステップと、
    　前記上板の上面に対向する前記段差計測センサの姿勢角である第１姿勢角を計測する第１姿勢角計測ステップと、
    　前記板厚計測センサと前記段差計測センサとの各計測点の間の距離、前記第１変位及び前記第２変位に基づいて、前記上板の上面に対向する前記板厚計測センサの姿勢角の成分である第２姿勢角を算出する第２姿勢角算出ステップと、
    　前記第１姿勢角及び前記第２姿勢角に基づいて、前記姿勢を判定する姿勢判定ステップと、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の隙間計測方法。
  12. 　前記姿勢が前記隙間の計測に不適切であると判定された場合、前記姿勢の修正値を算出する姿勢修正値算出ステップと、
    　前記修正値に応じて前記姿勢を修正する姿勢修正ステップと、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の隙間計測方法。
  13. 　前記板厚計測ステップは、前記上板の上方から前記上板に向けて超音波を発生させ、前記上板の上面及び下面でそれぞれ反射した超音波を検出することで、前記板厚を計測することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の隙間計測方法。
  14. 　前記段差計測ステップは、前記上板の上方から前記上板と前記下板とが共に前記材料の上側に露出している箇所に向けてレーザを照射し、前記上板の上面及び前記下板の上面でそれぞれ反射したレーザを検出することで、前記段差を計測することを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の隙間計測方法。
  15. 　前記隙間を計測する箇所を前記材料の水平方向に沿って移動させる計測箇所移動ステップと、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の隙間計測方法。
  16. 　前記隙間を計測する際に、前記材料に前記材料の厚み方向に沿って圧力をかける圧力付加ステップと、
    　前記圧力を計測する圧力計測ステップと、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の隙間計測方法。
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