(57)【要約】本発明は、追加部品（３）を加工品（１）、特に車体へ取り付ける方法に関し、その間、追加部品（３）は加工品（１）の基準領域（１２、１３）に対して正確に位置決めされるように調整されなければならない。この目的のため、センサシステム（２０）に固定して接続されている、ロボットに案内される取付け工具（５）が使用される。追加部品（３）の正確な位置調整を実現するため、反復制御方法が実行され、その進行過程を通じて、センサシステム（２０）の（実）測定値が最初に生成され、設定段階の間に生成された（所望）測定値と比較される。取付け工具（５）の移動ベクトルは、（実）測定値と（所望）測定値との差を基に、設定段階の間に計算されたヤコビ行列を使用して計算され、取付け工具（５）はそれに固定された追加部品（３）と共に、望ましい位置が得られるまで、加工品（１）に対してこれらの移動ベクトル分だけ反復的に移動する。この位置決め作業を実行するにあたって、センサシステム（２０）のメートル法校正が不要となる。
2005537990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
追加部品（３、３”）を加工品（１、１”）、特に車体に取り付ける方法であり、前記追加部品（３、３”）は前記加工品（１、１”）に基準領域（１２、１３、１２”、１３”）に対して正確に位置決めされるように取り付けられ、該方法において、
−  取付け工具（５、５”）が使用され、該取付け工具は、ロボット（１４、１４”）によって案内され、かつ前記追加部品（３、３”）を拾い上げるための固定装置（１９、１９”）とセンサシステム（２０、２０”）とを備え、該センサシステムは、前記取付け工具（５、５”）に固定して接続され、かつ少なくとも１つのセンサ（２１、２１”）を有し、
−  前記固定装置（１９、１９”）に保持された前記追加部品（３、３”）を備えた前記取付け工具（５、５”）は、最初に、位置決め段階（Ａ−２）で、前記ロボット（１４、１４”）の作業領域（２４）内の前記加工品（１、１”）の位置とは独立した近接位置（３４、３４”）から、取付け位置（２５、２５”）へ移動し、該取付け位置で前記取付け工具（５、５”）に保持された前記追加部品（３、３”）は、前記加工品（１、１”）の前記基準領域（１２、１３、１２”、１３”）に対して正確に位置決めされるように調整され、
−  前記追加部品（３、３”）は、前記取付け工具（５、５”）のこの取付け位置（２５、２５”）において前記加工品（１、１”）へ接続されるようになっている方法であって、
前記取付け位置（２５、２５”）に接近するために、反復制御操作が実行され、その進行過程において、
−  少なくとも１つのセンサ（２１、２１”）の（実）測定値が生成され、
−  この（実）測定値は設定段階で生成された（所望）測定値と比較され、
−  前記取付け工具（５、５”）の移動ベクトルが、前記設定段階で計算されたヤコビ行列を使用して、前記（実）測定値と（所望）測定値との差から計算され、
−  前記取付け工具（５、５”）はこの移動ベクトル分だけ移動される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記反復制御操作は、
−  前記（所望）測定値と前記（実）測定値との差が所定の閾値を下回る場合、
−  あるいは連続した反復ステップの間に達成されるべきこの差の減少が所定の閾値を下回る場合
のいずれかの場合に終了されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ロボット（１４、１４”）の制御装置（１６）と、前記センサシステム（２０、２０”）の評価ユニット（２９）との間の通信に、ＴＣＰ／ＩＰインタフェースが使用されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法が、フロントモジュール（３）を車体（１）のフロント開口部（２）へ取り付けるために使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法の使用方法。
【請求項５】
前記方法が、ルーフモジュール（３”）を車体（１”）のルーフ開口部（２”）へ取り付けるために使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法の使用方法。
【請求項６】
追加部品（３、３”）を加工品（１、１”）、特に車体に取り付ける取付けシステム（４、４”）であり、
−  ロボット（１４、１４”）により案内される取付け工具（５、５”）を有し、
−  前記取付け工具（５、５”）に固定して接続され、かつ少なくとも１つのセンサ（２１、２１”）を含むセンサシステム（２０、２０”）を有し、
−  前記ロボット（１４、１４”）及び前記取付け工具（５、５”）を制御する制御装置（１６）を有し、
−  前記センサシステム（２０、２０”）の測定値を評価する評価ユニット（２９）を有している取付けシステムであって、
前記少なくとも１つのセンサ（２１、２１”）は、計量的に校正されていないセンサであることを特徴とする取付けシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのセンサ（２１、２１”）は、光学的隙間測定センサであることを特徴とする請求項６に記載の取付けシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサ（２１、２１”）は、非接触二次元測定センサであって、紫外線範囲の光放射を使用して表面領域を記録することを特徴とする請求項６あるいは７に記載の取付けシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、追加部品の加工品、特に車体への取り付けを行う方法に関し、この方法において追加部品は、請求項１の前文に従って、例えば特許文献１に開示される通り、加工品へ基準領域に対して正確に位置決めされるように取り付けられる。さらに、本発明は、この方法を実行するための取付けシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
組み立て工程の全工程を通して、追加部品（例えば、リヤモジュール、フロントモジュール、ルーフモジュール、コックピット、等）は、外側及び内側領域の様々な位置で、車体に付加あるいは設置される。車体の高品質な外観を得る目的のために、これらの追加部品を、車体上の隣接する領域に対してまたは他の（隣接する）追加及び設置部品に対して極めて正確に位置決め調整し、追加部品と隣接する車体領域との間の所定の（隙間）移行部寸法が確保されるように追加部品を位置決めする必要がある。そのためには、追加部品は車体に対して正確に位置決めされるように調整される必要があり、この状態で、例えばボルト止め、スポット溶接、または接着等の接合方法を用いて、車体に固定する必要がある。
【０００３】
例えば、フロントモジュールは、フロントモジュールとボンネットの間またはフロントモジュールとフェンダの間に、可能な限り均一な隙間寸法及び移行部が設けられるように、（残りの）車体へ取り付けられる必要がある。このような隣接する車体領域に対するフロントモジュールの極めて正確な調整を確保するため、フロントモジュールは、先ず車体の隣接領域に対して正確に位置決めされるように調整される必要があり、その後この状態で車体に接続される。
【０００４】
特許文献１は、追加部品、特に車両ドアの、車体のドア用切抜き部への正確な位置決め調整及び固定が実現される取り付け方法を提案している。この場合、ロボットに案内される取付け工具が使用され、この取付け工具は、追加部品を加工品の搬送台から下ろし、それをドア開口部へ挿入する。この方法では、取付け工具は先ず、追加部品なしで、ドア開口部に対する（空間的に固定された）基準位置へ移動する。この基準位置で、取付け工具に固定して接続されたカメラが使用され、ドア開口部周辺の領域の画像を撮影し、これらの画像は取付け工具の基準位置に対するドア開口部の位置を計算するのに使用される。取付け工具は、次に加工品の搬送台から追加部品を下ろす。この時点で追加部品を備えた取付け工具は、再び基準位置へと移動する。この基準位置で、取付け工具に取り付けられたカメラが別の（第２の）一組の画像を撮影するのに使用され、これらの画像は取付け工具に保持された追加部品の位置の計算に使用される。２組の画像データの比較を用いて、移動ベクトルが決定され、この移動ベクトルによって、ドア開口部と追加部品の空間的位置のずれを補正し、それによってドア開口部に対して追加部品を調整するために、取付け工具が移動される。この補正された空間的位置で、追加部品は車体に（溶接ロボットを使用して）接続される。
【０００５】
特許文献１に開示される方法は、ドア開口部と追加部品の２組の画像データに基づいており、この画像のセットは両方とも取付け工具の（空間的に固定された）基準位置で撮影される。この方法は、従って、ロボットの作業領域内の基準位置に対する車体及び追加部品の絶対位置の記録に基づいており、そのロボットの腕の上に取付け工具が固定されている。この方法を有効に使用するためには、多くの限定条件が満たされなければならない：
−  先ず、位置の測定に使用される各カメラは、内部の基準調整システムに対して個々の測定値を計量的に決定できなければならない（「カメラの内部的なメートル法校正」）。
−  さらに、ロボットの作業領域内のカメラの位置は、把握されていなければならない（「カメラの外部的なメートル法校正」）。
−  最後に、カメラの個々の測定は、ロボットの作業領域に対する車体の開口部または追加部品の正確な絶対位置を、首尾一貫して確実に計算できるように、組み合わされ簡潔にされなければならない。
【０００６】
センサを校正するために、特許文献１は校正装置（具体的には記載されていない）を提供しているが、ロボットのサイクルごとに持ち出す必要がある。経験的に見て、カメラ及びシステム全体の設定と校正にかかる経費は、上記の限定条件を満たすために必要であるが、高額であり、また熟練者だけが実行できることが明らかである。これに加えて、測定値を再生する高い精度及び機能は、高性能な（従って高価な）センサを用いてのみ実行できる。
【０００７】
特許文献１で提案された方法の別の問題点は、一方で車体の開口部、他方では追加部品に関する画像データの入手が、異なる時間的にずれたプロセスステップにおいて行われる点である。位置決め操作中の車体のわずかな移動でさえも誤りとなるので、避けなければならない。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第  ４７０  ９３９  Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、追加部品の加工品、特に車体への正確に位置決めされた取り付けを行う方法を提案する目的に基づいており、これは、校正にかかる経費の実質的削減に関係し、また既知の方法に比べて、たとえ費用効率の高いセンサを使用する場合でも精度の増大を可能にする。本発明は、さらにこの方法を実行するのに適した取付けシステムを提案する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、上記目的は請求項１〜６の特徴によって達成される。
【００１１】
追加部品を車体へ位置決めしかつ固定するために、取付け工具が使用され、この取付け工具は、ロボットにより案内され、追加部品を拾い上げるための固定装置とセンサシステムとを備え、このセンサシステムは取付け工具に固定して接続されている。取付け工具の固定装置には、追加部品が装填され、先ず、ロボット制御により、車体に対する「近接位置」へ移動する（この位置は常時プログラムに組み込まれており、ロボットの作業領域内の車体の現在位置とは独立している）。この近接位置から出発して、閉ループ制御プロセスが実行され、その進行過程において、取付け工具は、「取付け位置」へ移動し、そこで固定装置に保持された追加部品は車体に対する望ましい設置位置へ正確に位置決めされるように調整される。閉ループ制御プロセスの進行過程において、車体及び追加部品に関する選択された基準領域の（実）測定値が、センサシステムによって生成される。これらの（実）測定値は、先行する設定段階で生成された（所望）測定値と比較される。次に取付け工具は、「ヤコビ行列」（または「感度行列」）を使用して（実）測定値と（所望）測定値との差から計算された移動ベクトルによって、（線形移動及び／又は回転を含み）移動される。（所望）測定値及びヤコビ行列は両方とも、設定段階で決定され、この段階は実際の位置決め及び取り付け操作の上流に設定されており、その中で、具体的な取り付け作業（すなわち、取付け工具、センサシステム、車体の種類、並びに挿入される追加部品の方法及び設置位置の具体的な組み合わせ）が取付け工具に教示される。この設定プロセスは、訓練された人員が望ましい位置を指し示すことだけで行えるので、特に有効である。
【００１２】
上記の制御操作が終了し、取付け工具に保持された追加部品が車体に対して望ましい取付け位置になると、次に追加部品はこの位置及び配置で車体に取り付けられる。追加部品は、例えばロボットに案内されるねじ回しまたはスパナを用いて、車体にボルト止めされる。その後、取付け工具の固定装置は解放され、取付け工具は退避位置へ移動し、そこで車体は衝突しないようにロボットの作業領域から取り外され、新しい車体を供給することができる。
【００１３】
位置決め操作は、制御ループにおいて実行され、位置決め操作の中で取付け工具に保持された追加部品が（ロボットの制御により接近した）近接位置から車体に対して正確に位置決めされるように調整された取付け位置へ移動されるが、この位置決め操作は、特許文献１に開示されている位置決め操作とは根本的に異なる。これは、特許文献１の方法では、位置決めの進行過程において、最初に車体（または車体の開口部）のロボットの作業領域内における絶対位置が決定され、この位置が装填された取付け工具の配置の基礎を形成するからである。これに対して、本発明による方法は、相対的測定に基づいており、センサシステムの一組の（所望）測定値に相当する（設定段階で蓄積された）位置情報項目は、制御操作によって復元される。
【００１４】
これにより、先行技術と比較して、２つの実質的な簡略化をもたらす：
−  先ず、センサの内部的なメートル法校正は必要ないが、これは、使用されるセンサはもはや「測定」するのではなく、ロボットの単調な増分移動に対してセンサ信号の単調な変化で単に反応するだけだからである。つまり、例えば、テレビジョンまたはＣＣＤカメラがセンサとして使用される場合、カメラ内のレンズの歪は補償される必要がなく、三角測量センサが使用される場合、距離値の正確なメートル法計算は不要である。
−  さらに、センサの外部的なメートル法校正も必要ない。先行技術とは対照的に、適切な補正移動を計算するために、ロボットの作業領域あるいはロボットの手の調整システムについて、センサの位置を計量的に決定する必要がない。センサは、単に、それらの検出範囲で、車体及び追加部品の基準領域に関して適切な測定データをとにかく記録できるように、取付け工具に固定するだけでよい。
【００１５】
従って、本発明による方法が使用される場合、一般的には膨大な経費を伴わないと決定できないメートル法測定機能、及び特許文献１に記載される校正装置は、完全に省略できる。その結果、実質的により単純でかつ校正されたセンサより安価な、計量的に校正されていないセンサの使用が可能となる。本発明による方法が使用される場合、計測と、システム全体の設定及び操作との両方を、極めて費用効率良く実現することができる。さらに、本発明による方法が使用される場合、取付けシステムの初期設定及び保守は、徹底的に簡素化され、訓練された人員によって行うこともできる。
【００１６】
さらに、車体に対する追加部品の位置決めの結果は、使用されるロボットの絶対的位置決めの精度には依存しないが、これは、取付け位置が接近するにつれ、起こり得るロボットの誤差は解消されるからである。その結果として起こる短い誤差連鎖によって、必要な場合、位置決め結果において極めて高い反復精度を得ることができる。
【００１７】
本発明による方法によって位置決め段階で補償可能な位置決めの自由度の数は、自由に選択可能で、センサシステムの構成にのみ依存する。同様に、使用されるセンサの数も自由に選択できる。供給される（スカラー）センサ情報項目の数は、単に、調整される自由度の数以上でなければならない。特に、例えば対象となる車体領域及び／又は取り付けられる追加部品の形状的不具合をよりよく記録できるようにするために、または位置決め操作の精度を向上させるために、比較的多数のセンサを設けることができ、余剰のセンサ情報を使用することも可能である。最後に、様々な、非接触及び／又は触知の情報源（例えば、ＣＣＤカメラ、光学的隙間センサ、及び触知距離センサ）からのセンサ情報の使用も可能である。このように、適切なセンサの使用により、品質に関する異なる変数（例えば、隙間寸法、移行部寸法、奥行き寸法）の測定結果を、追加部品の取り付け工程において考慮に入れることができる。車体への取り付け作業の場合、特に有利なのは、紫外線スペクトル範囲での測定を実行する非接触センサ（例えば隙間センサ）の使用で、多様な表面領域の特性に対する高い無反応性が特徴で、従って透明な表面上及び塗装もしくは非塗装車体上の幾何学的特性の記録用に特に適している。この種類のセンサ及びそれらが基にする測定の原理は、例えば独国特許出願第  １０３  ３６  ６６６．０．号明細書に記載されている。
【００１８】
本発明による方法は、システムの中心部分の制御ではなく、センサデータの入手及び準備を適合させるだけなので、新しい問題に容易に適合できる。位置決め操作は、車体及び取り付けられる追加部品についてのモデルの知識を使用することなく、実行することができる。
【００１９】
特許文献１の方法に比べて、本発明は、追加部品の車体の開口部に対する位置決め中に発生する恐れのある未解決の不確実性について、実質的により迅速な補償を可能にする。こうした未解決の不確実性は、搬送技術に起因するロボットの作業領域内での車体の位置決めの際の誤差によって起こり得るもので、取付け工具内の追加部品の位置の偏差及び／又は取り付ける追加部品または車体の形状的不具合に原因があり、この不具合は、構成要素の寸法公差及びモジュール構造における寸法公差によって引き起こされる。さらに、ロボットの誤差（例えば、温度変動または温度差による変化）も補償される。
【００２０】
この車体に対する取付け工具の位置の迅速な調整によって、車体は位置決め操作の間、静止して固定される必要がなく、それどころか逆に、ロボットに対して移動することもできる（例えば、組み立てラインまたは他の適切な搬送技術の上において）。このことは、本発明による方法が、追加部品を静止及び移動している加工品へ取り付ける極めて広範囲の適用状況で使用できるように、非常に高い順応性を持つことを可能にしている。
【００２１】
取付け位置への制御された接近は、単一制御ループで行われる。しかし、この場合、反復方法を使用すると有利であり、この方法では、閾値が終了の判断基準として予め設定される。このようにして、教示された（所望）測定値と現在の（実）測定値との差が、所定の閾値を下回ると、反復操作は終了する。さらに、連続する反復ステップの間に達成されるべき（所望）測定値と（実）測定値との差の減少が、別の所定の閾値を下回ると、反復操作は終了する。
【００２２】
閉ループ制御プロセスによって取付け位置に調整された追加部品は、上記の通り、ボルト止め、スポット溶接、等により、車体に直接接続できる。別の方法として、接着方法を使用してもよく、この方法においては、取付け位置に調整された追加部品は、車体へ適切に実際に固定する前に、例えば、車体の開口部及び／又は追加部品の接続領域に粘着ビードを塗布するため、短時間の間、取付け位置から取り除く必要がある。この場合、取り付け方法は以下のプロセスステップを好適に含んで構成される：
Ａ  取付け工具に設置する追加部品が装填され、上記の反復制御操作に従って、（制御された方法で接近した）近接位置から車体に対する取付け位置へ移動し、この位置で、追加部品は車体の開口部に対して正確に位置決めされるように調整される。
Ｂ  取付け工具は、ロボットに案内される補助工具、例えば接着ロボットのために、取付け領域内に空間を提供するため、ロボット制御により、取付け位置から予め固定して設定された偏差分だけ明渡し位置へ移動する。
Ｃ  補助工具は、車体の開口部及び／又は追加部品に対して作業する（粘着ビードを、例えば車体の開口部に塗布する）取付け領域へ移動し、その後取付け領域から離れる。
Ｄ  取付け工具は、ロボット制御により、予め固定して設定された偏差分だけ、明渡し位置から取付け位置へ移動して戻る（そして取付け工具に保持された追加部品は再び取付け領域内に正確に位置決めされるように配置される）。
Ｅ  追加部品は、適切な場合、別の補助工具を用いて、車体領域に固定される（または、接着接続の場合、接着剤の最初の架橋が起こるまで、取付け位置に保持される）。
Ｆ  取付け工具の固定装置が解放され、取付け工具は退避位置へ移動する。
【００２３】
プロセスステップＢは、この場合追加部品の「避難移動」に該当し、プロセスステップＤでは反対方向になる。ここでの重要な要素は、プロセスステップＢ、Ｄ、Ｅが、プロセスステップＡで見つけ出された取付け位置に対する相対的移動として、ロボット制御により実行されるという点で、それによって、プロセスステップＡの制御操作で見つけ出された取付け位置は、これらのプロセスステップが伴う別の補助工具用の基準位置として使用できる。取り付け方法のプロセスステップＥでは、プロセスステップの誤差を解消するため、追加部品の目標位置の補足的選別を好適に行うことができる。
【００２４】
本発明のさらなる有利な改良の形態は、従属項から得られる。本発明について、図面に示した例示的な実施の形態を参照しつつ、以下にさらに詳細を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、追加部品の例としてフロントモジュール３を有する車両８の正面図を示し、この追加部品は、車両組み立ての場合、加工品、すなわちホワイトボディー１上にボルト止めされる。図２ａは、このホワイトボディー１の前部領域の側面図を示し、フロントモジュール３が装着されるフロント開口部２を有している。車体１はボンネット９とフェンダ１０とを備えており、一方、前照灯モジュール１１はフロントモジュール３の一部を形成する。
【００２６】
完成車両８の高品質な視覚的印象を確保するため、フロントモジュール３は、ボンネット９とフェンダ１０に、車体１のフロント開口部２に隣接する領域１２、１３に対して（位置及び角度について）正確に位置決めされるように取り付けられる必要がある。特にフロントモジュール３とボンネット９とフェンダ１０との間の（図１において破線で示す）隙間１５は、一定の要求に合致するよう所定の寸法をとる必要がある。この場合、周辺の領域１２、１３、９は、車体１に対してフロントモジュール３の調整用の基準領域を形成する。
【００２７】
フロントモジュール３の車体１への取り付けは、取付け工具５を用いて行われ、この取付け工具は、産業用ロボット１４によって案内され、フロントモジュール３を供給し、車体１のフロント開口部２に対して正確に位置決めされるように配置する。開ループ制御系１６は、ロボット１４及び取付け工具５の位置と移動を制御するために設けられる。
【００２８】
取付け工具５は、産業用ロボット１４の手１７の上に固定され、かつフレーム１８を含み、そのフレームの上には固定装置１９が固定され、これを用いてフロントモジュール３を拾い上げることができる。固定装置１９は、取付け工具５のフレーム１８に対して回転及び／又は旋回可能となるように好適に配置されるので、取り付けが終了した後、フロントモジュール３を簡単に解放でき、取付け領域から移動させることができる。
【００２９】
取付け工具５に固定されたフロントモジュール３の車体１に対する位置及び配置を測定するのに、取付け工具５は、複数のセンサ２１（図２の概略的な図においては２台）を有するセンサシステム２０を備えており、これらのセンサは取付け工具５のフレーム１８にしっかりと接続されており、従って取付け工具５と共に構造的なユニットを形成する。これらのセンサ２１は、フロントモジュール３の縁領域２２と、車体１のボンネット９及びフェンダ１０上の隣接する領域１２、１３との間の隙間及び／又は移行部寸法を決定するために使用される。以下に更に述べるセンサシステム２０を用いて、取付け工具５に保持されているフロントモジュール３は、車体１のフロント開口部２に対して、反復制御操作で調整される。
【００３０】
取付け工具５が新しい作業用に、例えば新しい型式の車両のフロントモジュールの取り付け等のために設定される場合、先ず「設定段階」が実行されなければならず、そこで取付け工具５の構成が設定される。この場合、取り付けられるフロントモジュール３に適合された固定装置１９、適切に設計されたフレーム１８、及び対応するセンサ２１を有するセンサシステム２０が選択され、組み立てられる。これに続いて、以下の段階Ｉに述べる通り、「主」車体１及び「主」フロントモジュール３に対してセンサシステム２０の（所望）測定値が得られ、開ループ制御の下で実行されるロボット１４の移動経路２３のこれらの経路部分がプログラムに組み込まれることにより、取付け工具５のセンサシステム２０が「教示」される。この設定段階が終了した後、こうして構成が設定されかつ校正された取付けシステム４は、この時点で一連の使用のために準備が整い、ロボット１４の作業領域２４に供給される各車体１に対して、以下の段階ＩＩに述べる通り、「作業段階」が実行され、関連するフロントモジュール３が位置決めされ、車体１のフロント開口部２に固定される。
【００３１】
Ｉ．取付け工具５の設定段階：
新しく用意された取り付け作業を解決するために、先ず第１ステップで、この取り付け作業に適合されたセンサシステム２０が取付け工具５のために選択され、固定装置１９と一緒にフレーム１８に固定される。こうして組み立てられた取付け工具５は、ロボットの手１７に固定される。次に固定装置１９に（「主」）フロントモジュール３’が装填され、（「主」）車体１’に対する（「主」）フロントモジュール３’の「最適な」調整が提供されるような方法で、ロボット１４の作業領域２４にある（「主」）車体１’に対して、（手動又は対話形式で）調整される。（「主」）車体１’に対する（「主」）フロントモジュール３’のこの相対的位置は図２ｂに図示されている。この種類の「最適な」調整とは、例えば、（「主」）フロントモジュール３’と（「主」）車体１’との間の隙間１５が可能な限り均一となること（図１を参照）、あるいは隙間１５が特定の領域において特定の値をとることで、定義される。このプロセスにおいて（「主」）車体１’に対して取られる取付け工具５の相対的位置を、以下「取付け位置」２５と呼ぶ。
【００３２】
フレーム１８上のセンサ２１の個数及び位置は、センサ２１が、（「主」）車体１’上の適切な領域１２、１３、または（「主」）フロントモジュール３’上の領域２２に向けられるように選択され、それらの領域は「最適な」調整にとって特に重要である。図２ａの例示的な実施の形態では、２つのセンサ２１が記号的に図示されており、その内の１つは、前照灯モジュール１１の上縁領域２６と、組み立てた位置でそれに隣接するボンネット９の領域１２との間の隙間１５に向けられ、一方、もう１つは、フロントモジュール３の側部領域２７と、フェンダ１０の前部領域１３との間（または前照灯２８とフェンダ１０との間）の隙間の測定を実行する。個々のセンサ２１の個数、及びそれらが向けられる領域１２、１３、２６、２７は、個別の適用について関連する品質的な特徴を可能な限り最良なものに特徴付けるように選択される。隙間測定センサに加えて、例えば、車体１とフロントモジュール３の間の（奥行き）距離を測定する別のセンサが設けられてもよい。一方で、車体１の塗装効果に対する最大可能な無反応性を得るため、もう一方で、前照灯モジュール１１の（透明）プラスチックカバー２８上でも使用できる測定結果を達成するため、紫外線スペクトル範囲の光学センサが好適に使用される。
【００３３】
センサシステム２０と固定装置１９に保持された（「主」）フロントモジュール３’とを有する取付け工具５は、ここでロボット１４の助けを借りて、（「主」）車体１’に対する（手動または対話形式で設定され、図２ｂの図解のように持ち上げられる）取付け位置２５へ「教示」される。この場合、先ず取付け位置２５における全てのセンサ２１の測定値が得られ、センサシステム２０の評価ユニット２９に「所望測定値」として記憶される。このセンサ評価ユニット２９は、ロボット１４の開ループ制御系１６内に便宜上組み込まれる。その後、取付け位置２５から出発し、ロボット１４は、取付け工具５の位置及び（「主」）車体１’に対して保持されている（「主」）フロントモジュール３’の位置を、図２ｂの矢印３０で示す通り、既知の移動経路に沿って系統的に変更するが、これらの経路は一般に、ロボット１４の自由度の範囲内での増分移動である。センサ２１の測定値の過程で発生する変化は、（全てまたは部分的に）記録される。「ヤコビ行列」（感度行列）がこれらのセンサ情報項目から既知の方法で計算され、ヤコビ行列は、ロボット１４の増分移動とセンサの測定値の過程で発生する変化との間の関係を示す。ヤコビ行列を決定する方法は、例えば、「視覚的サーボ制御に関する指導（Ａ  ｔｕｔｏｒｉａｌ  ｏｎ  ｖｉｓｕａｌ  ｓｅｒｖｏ  ｃｏｎｔｒｏｌ）」Ｓ．ハッチンソン（Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ）、Ｇ．ヘーガ（Ｈａｇｅｒ）及びＰ．コーク（Ｃｏｒｋｅ）著、電気電子技術者協会  ロボット工学及び自動化学会誌（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）１２（５）、１９９６年１０月、６５１〜６７０頁、に記載されている。この論文は、有効なヤコビ行列を得るために満たされなければならない、移動行程及び測定環境に課される要件（連続性、単調さ、等）について述べている。増分移動は、取付け工具５または（「主」）フロントモジュール３’と（「主」）車体１’との衝突が、この設定操作の間に発生しないように選択される。
【００３４】
設定段階で生成されたヤコビ行列は、「所望測定値」と共にセンサシステム２０の評価ユニット２９に記憶される。これらのデータは、作業段階での後の位置決め制御操作Ａ−２のための基礎を形成する（以下の段階ＩＩ参照）。
【００３５】
さらに、ロボットの手１７の（つまり取付け工具５の）移動経路２３は、設定段階で生成され、後の作業段階ＩＩにおいて、開ループ制御により実行される。この移動経路２３は、図４に概略的に図示されている。移動経路２３の開始点は、「退避位置」３１で形成され、この位置は新しい車体１が、取付け工具５またはそれに保持されるフロントモジュール３と衝突する恐れなく、ロボット１４の作業領域２４に導入できるように選択される。この退避位置３１は、例えば、取り外しステーション３２に相当し、そこで取付け工具５は、使用するフロントモジュール３を加工品の搬送台３３から、またはベルトコンベヤから取り外す（図３参照）。この退避位置３１から出発して、移動経路２３は、以下の独立した区間を含んで構成される：
Ａ−１  フロントモジュール３が挿入された取付け工具５が、開ループ制御により実行される経路Ａ−１によって、退避位置３１から予め固定して設定された近接位置３４に移動し、この近接位置３４は、センサシステム２０の個々のセンサ２１の全てが、フロントモジュール３及び／又は車体１の特定の領域１２、１３、２６、２７、９、２８の有効な測定値を記録できるよう、同時に、取付け工具５またはフロントモジュール３と車体１との衝突が確実に発生しないよう、選択される。
Ａ−２  フロントモジュール３が挿入された取付け工具５が、閉ループ制御により実行される経路Ａ−２によって、近接位置３４から（上記の）「教示」された取付け位置２５へ移動し、この取付け位置２５で、取付け工具５に保持されているフロントモジュール３が、車体１のフロント開口部２に対して、正確な位置かつ角度的にも正確になるように調整される。閉ループ制御により実行されるこのプロセスステップの間に行われることの詳細は、以下（作業段階ＩＩ）に詳しく述べる。
Ｆ  固定装置１９が解除され、取付け工具５がロボット制御により退避位置３１へ移動して戻る。
【００３６】
従って、設定段階で生成された取付け工具５の移動経路２３は、後の作業段階において開ループ制御により通過する２つの区間Ａ−１及びＦと、後の作業段階において閉ループ制御により通過する１つの区間Ａ−２とを含む。ステップＡ−１及びＦは、取付け工具５の教示段階の間に対話形式で入力されてもよく、あるいはロボット１４の開ループ制御系１６における（適切な場合、オフラインで生成される）プログラムの形で記憶されてもよい。
【００３７】
ＩＩ．作業段階：
作業段階では、車体１が、取付けシステム４の作業領域２４へ連続して（例えばコンベヤベルトに載せて）供給され、取り付け作業の間はそこで運搬機器から持ち上げられ、さらに取付けシステム４を用いて、設定段階で教示された移動経路を使用して、取り付けるフロントモジュール３が正確に位置決めされるように供給される（図３参照）。
【００３８】
移動経路区間Ａ−１（接近段階）：
新しい車体１の供給の間、取付け工具５は退避位置３１にあり、そこで取り外しステーション３２から取り付けるフロントモジュール３を拾い上げる。これは図３に破線で図示されている。フロントモジュール３の拾い上げは、例えば（本願出願人のＰＣＴ特許出願、整理番号：Ｐ８０３８６０／ＷＯ／１）に述べるように、測定センサ装置を用いて制御されたプロセスによって行うことができ、これによって固定装置１９内のフロントモジュール３の規定された位置が確保される。その後、加工品の搬送台３３からフロントモジュール３を拾い上げる際、取付け工具５のセンサシステム２０が好適に使用され、このセンサシステムは、フロントモジュール３の領域２６、２７、２８へ向けられ、フロントモジュール３に対する取付け工具５の制御された位置決め操作用に適切な測定値を供給する。しかし、フロントモジュール３は固定装置１９内に「不正確」に拾い上げられてもよく、何故ならば、移動経路区間Ａ−２の説明の際に以下に描写する通り、固定装置１９での位置に関するフロントモジュール３の誤差は、車体１に対するフロントモジュール３の調整の際に解決されるからである。
【００３９】
新しい車体１が作業領域２４へ移動されそこで固定されると直ぐに、（正確な位置で、あるいは不正確に）挿入されたフロントモジュール３を有する取付け工具５が、図２ａの近接位置３４へ制御された方法で移動する。
【００４０】
移動経路区間Ａ−２（取付け工具５の位置決め段階）：
近接位置３４から出発して、取付け工具５の位置決め段階（図４の経路区間Ａ−２）が実行され、その中で、取付け工具５に保持されたフロントモジュール３が、車体１に対する（教示段階で教示された）取付け位置２５へ移動され、その過程で、車体１のフロント開口部２に対して正確に位置決めされるように調整される。そのために、センサシステム２０のセンサ２１が、フロントモジュール３及び車体１の選択された領域１２、１３、２６、２７、９、２８の測定値を得るために使用される。これらの測定値と、設定段階で決定されたヤコビ行列とを使用して、センサの現在の（実）測定値とセンサの（所望）測定値との差を縮小する移動増分（移動ベクトル）を計算する。取付け工具５に保持されたフロントモジュール３は、次にロボット１４の助けを借りてこの移動増分だけ移動及び／又は回転し、継続する移動の間、センサの新しい（実）測定値が得られる。
【００４１】
この反復測定及び移動操作は、現在の（実）測定値と求める（所望）測定値との差が予め定めた誤差寸法未満に縮小するまで、あるいはこの差が予備段階で固定された閾値を超える変動をしなくなるまで、制御ループにおいて繰り返される。こうしてフロントモジュール３は、（誤差寸法または閾値により予め定められた精度の範囲内で）車体１に対する（図２ｂに示す）取付け位置２５に配置される。
【００４２】
この位置決め段階Ａ−２において実行される反復的最小化を用いて、ロボット１４の作業領域２４内における位置及び調整に関する車体１の誤差、さらに車体１のフロント開口部２の既存の形状的不具合（すなわち（「主」）車体１’からの偏差）が補償される。同時に、取付け工具５内における位置及び調整に関するフロントモジュール３の誤差、さらにフロントモジュール３の既存の形状的不具合（すなわち（「主」）フロントモジュール３’からの偏差）が補償される。こうして、反復閉ループ制御プロセスの進行中に、形状及び位置的誤差に関わらず、フロントモジュール３は、「最適」な方法で、車体１のフロント開口部２に取り付けられる。フロントモジュール３及び車体１の形状的不具合について独立した識別及び査定のために、補足的センサ（すなわち実際の位置決め作業には必要ないセンサ）を取付け工具５上に設けてもよく、その測定値は、形状的不具合を記録するために、専用にあるいは部分的に使用される。さらに、個々のセンサ２１の測定値に、車体１のフロント開口部２に対するフロントモジュール３の位置を重み付けして最適化するため、異なる重み係数を設けてもよい。
【００４３】
位置決め段階Ａ−２の重要な特性の１つに、ロボットの精度からの独立性がある。位置決め操作は、（実）測定値と（所望）測定値との反復比較に基づいているので、ロボット１４の各位置の誤差は、直ちに反復閉ループ制御プロセスによって補償される。
【００４４】
作業ステップＥ（車体１へのフロントモジュール３の固定）：
こうして持ち上げられた取付け工具５にはフロント開口部２に対してフロントモジュール３が最適に位置決めされており、その取付け工具５の取付け位置２５において、車体１へのフロントモジュール３の固定が行われる。そのために、例えば別のロボット３５（図３に示す）が使用され、その上にはねじ回し及びスパナが固定されている。
【００４５】
移動経路区間Ｆ（取付け工具５の退避）：
フロントモジュール３が取り付けられた後、取付け工具５の固定装置１９は解除されるので、フロントモジュール３は車体１に自由に吊るされる。この位置で、適切な場合、領域１２、１３、２６、２７、９、２８内における接合部寸法、隙間及び奥行き寸法を監視する測定の（センサ２１を用いて）実行が可能で、この過程で、望ましい寸法からの偏差が確定され、改良について明記された情報がシステムの操作者へ送られる。
【００４６】
次に取付け工具５の固定装置１９は、取付け工具５が取付け位置２５から退避位置３１へ、衝突しないようにロボット制御により移動して戻れるように、係合位置から外される。車体１は、固定を外され、持ち上げられ、運ばれる。これと並行してあるいはこれに続いて、取付け工具５には新しいフロントモジュール３が装填され、新しい車体１が取付けシステム４の作業領域２４へ供給される。
【００４７】
ここまで、フロントモジュール３は製造による寸法公差を含んでも良く、及び／又は取付け工具５において位置的に不正確になるよう拾い上げられても良いと仮定してきたが、そのためには、フロントモジュール３を取り付けるために、位置決め段階Ａ−２の中で、フロントモジュール３の（取り付け品質に関係する）縁領域２２、２６、２７と車体１の隣接領域１２、１３との両方の測定値が使用される。もし固定装置１９におけるフロントモジュール３の位置が既知のもので高い再現性を備えており、かつフロントモジュール３に寸法公差がない（あるいは寸法公差がないと想定してもよい）場合は、別の取り付け方法も可能である。この場合、この方法においては、取付け工具５においてフロントモジュールに精度の高い調整が提供されるので、フロントモジュール３を取り付けるために、位置決め段階Ａ−２の中でフロントモジュール３の縁領域２２、２６、２７について測定値を得る必要がない。この場合、位置決め段階の間、車体１の隣接領域１２、１３、９に向けられたセンサの測定値を使用して、閉ループ制御プロセスを十分に実行することができる。
【００４８】
異なるシステム構成要素（センサシステム２０の評価ユニット２９とロボット１４の開ループ制御系１６）間のデータ通信のために、この例示的な実施の形態では、高いデータ速度を可能にするＴＣＰ／ＩＰインタフェースが好適に使用される。こうした高いデータ速度は、閉ループ制御により実行される位置決め段階Ａ−２の間、ロボット１４の補間サイクル（通常１２ミリ秒）内で、個別のセンサ２１を複数備えたシステム全体（センサシステム／ロボット）の調整を管理可能にするために必要である。複雑性がより少ない問題の調整については、すなわち精度に対して課される要求が低くかつより長い制御時間がある場合には、調整に従来のシリアルインタフェースを介して実行してもよい。
【００４９】
作業段階ＩＩでは、位置決め段階Ａ−２の間、フロントモジュール３と車体１との間の接触が確実に発生しないようにする必要がある。こうした接触は、すなわちフロントモジュールの位置調整を著しく損なう恐れのある摩擦力に関連する。この種類の干渉接触は、例えば、車体１がロボット１４の作業領域２４内に余りに不正確に配置された場合、もしくは縦部材のコンソールが過剰に大きい寸法公差を有する場合、発生する恐れがある。
【００５０】
この例示的な実施の形態では、制御段階の間、特に、車体１の縦部材のコンソール（図示せず）との接触を避ける必要があり、この部材には、フロントモジュール３が作業ステップＥでボルト止めされ、車両の縦方向に対して直角に調整される。これらの接触を避けるため、接近段階Ａ−１は、後続の位置決め段階Ａ−２の間、フロントモジュール３が縦部材のコンソールと接触不可能なように、次のように好適に構成される（あるいは近接位置３４がそのように接近するようにする）：
−  例えば、センサシステム２０には、フロントモジュール３の縦部材のコンソールからの距離を測定する補足的（距離）センサ（図示せず）を設けることができる。近接位置３４の接近は、距離センサの測定値を制御変数として伴う、閉ループ制御により行われる。フロントモジュール３と縦部材のコンソールとの間の車両の縦方向の距離が、所定の寸法（例えば、２ｍｍ）に達した時、近接位置３４に到達したものとする。この近接位置３４から出発して、次に続く位置決め段階Ａ−２の間では、隙間センサ２１を使用して、フロントモジュール３は、隙間１５が最適寸法に到達するまで、車両の縦方向に対して垂直の平面において移動及び回転する。
−  別の方法として、接近段階Ａ−１の中で、フロントモジュール３は、最初に縦部材のコンソールと積極的に接触させることもでき、この接触状態は、例えば取付け工具５とロボットの手１７との間に設置された力／モメントセンサを用いて、検出される。この接触状態から出発して、その後フロントモジュール３は縦部材のコンソールから持ち上げて一定距離（例えば、２ｍｍ）を置いて離される。この位置が近接位置３４を定義し、位置決め段階Ａ−２の開始点を形成し、その段階の間、フロントモジュール３は残りの自由度において車体領域１２、１３の周辺に対して調整される。
−  別の方法として、取付け工具５を、接近段階Ａ−１の間、ロボットの手１７上に浮動状態に取り付けることができる。浮動状態に取り付けられた取付け工具５は、それに保持されたフロントモジュール３と共に、フロントモジュール３が全ての縦部材のコンソールと接触するまで、車体１に向けて持ち上げられる。この調整では、取付け工具５のロボットの手１７に対する角度位置は、浮動取り付けが固定されることで、固定される。取付け工具５は、次に、ロボット１４によって、規定された方法で、車両の縦方向で一定距離（例えば、２ｍｍ）分、車体１から引き離され、その結果フロントモジュール３と縦部材のコンソールとの接触状態は解消される。これにより近接位置３４が定義され、これに続く位置決め段階Ａ−２の開始点が形成される。
【００５１】
一般に、接触は位置決め段階Ａ−２では抑制され、接近段階Ａ−１の間、車体１に対するフロントモジュール３の位置は、多くの自由度（ここでは、車両の縦方向における）を持って位置決めされ固定される一方で、位置決め段階Ａ−２では、残りの自由度（ここでは、車両の縦方向に対して垂直）におけるフロントモジュールの位置の最適化だけが行われる。位置決め段階Ａ−２の終了後、フロントモジュール３と車体１との接触状態は、作業ステップＥの開始時に再現され、これによってフロントモジュール３を縦部材のコンソールにボルト止めすることができる。
【００５２】
図５ａ及び図５ｂは、本発明による取り付け方法の別の応用の形態として、ルーフモジュール３”を車体１”のルーフ開口部２”へ取り付ける様子の概略的な図を示しており、ルーフモジュール３”がルーフ開口部２”へ接着されることを意図している。図５ａ及び図５ｂに含まれる構成要素の符号は、図１〜図３の例示的な実施の形態の符号に一致するが、それらをそれぞれ区別するために、二重のプライム記号（”）を付して識別する。ルーフモジュール３”は、センサシステム２０”が設けられたロボット制御式の取付け工具５”により車体１”に供給される。この場合、センサ２１”は好ましくは隙間センサで、ルーフモジュール３”と周辺のルーフフレーム９”、１０”との間の隙間１５”の幅及び深さを測定する。このセンサは、ルーフモジュール３”及びルーフフレーム９”、１０”の上の基準領域１２”、１３”、２２”に向けられ、これらの領域は、ルーフフレーム９”、１０”に対するルーフモジュール３”の調整にとって特に重要である。固定装置１９”はこの場合、負圧吸引カップによって形成され、ルーフモジュール３”の上面３６に接続している。
【００５３】
取付けシステム４”の教示段階Ｉは、フロントモジュールの取付けシステム４の上記教示段階に類似して行われる。しかし、ルーフモジュール３”は、接着加工を用いて車体１”に接続されるので、ルーフモジュール３”が最終的に車体１”に接続される前に、粘着ビード３８が、ルーフモジュール３”とルーフ開口部２”の接合領域３７に塗布される必要がある。移動経路２３”は、従って、（閉ループ制御により実行される）位置決め段階Ａ−２と実際の取り付け（すなわち、ルーフモジュール３”の車体１”への最終取り付け）との間に実行する必要のある、以下の追加の方法ステップを含まなければならない（図４の破線で示す移動経路区間Ｂ、Ｄ参照）。
【００５４】
移動経路区間Ｂ（取付け工具５”の明け渡し段階）：
閉ループ制御により移動経路区間Ａ−２で接近した、図５ａに示す取付け位置２５”から出発して、ルーフモジュール３”を保持した取付け工具５”が、開ループ制御されたロボット１４”によって、車体１”のルーフ領域に位置する取付け領域４０の外側にある明渡し位置３９へ移送される（図５ｂ参照）。明渡し位置３９へ実際に接近する前に、位置決め段階Ａ−２の制御操作の中で行われた、取付け工具５”に保持されたルーフモジュール３”の位置的かつ角度的移動（近接位置３４”と取付け位置２５”との間の移動に相当する）は、「原点オフセット補償」の形でロボット１４”の開ループ制御系へ伝えられる。ロボット１４”の開ループ制御系は、これによって（取付け位置２５”に相当する）出発位置を「認識」し、この位置はルーフモジュール３”のルーフ開口部２”への最適な取り付けに相当し、開ループ制御系はこの出発位置を、取り付けに関わる別の工具、例えば接着ロボット４１へ伝えることができる。
【００５５】
ルーフモジュール３”の開ループ制御による明渡し位置３９への移動によって、ルーフ開口部２”の取付け領域４０に、ロボットに案内される接着工具４２用の空間が形成され、この接着工具が、ルーフ開口部２”の接合領域３７に粘着ビード３８を塗布し、その後再び取付け領域４０から退避する（プロセスステップＣ）。その結果、ルーフ開口部２”の区域は、取付け工具５”用に再び解放される。
【００５６】
移動経路区間Ｄ（取付け工具５”の帰還移動）：
ルーフモジュール３”を有する取付け工具５”が、次にロボット制御により明渡し位置３９から取付け位置２５”へと移動して戻り、その結果、ルーフモジュール３”は再び、車体１”のルーフ開口部２”に対して位置的かつ角度的に正確になるように置かれ、この状態で粘着ビード３８を用いてルーフ開口部２”へ接続される。この経路Ｄは、特に、経路Ｂの「逆」とすることもできる。ルーフモジュール３”は、それによって、望ましい位置及び調整により、車体１”のルーフ開口部２”へ接着される。
【００５７】
作業ステップＥは、前述の例示的な実施の形態においてフロントモジュール３の車体１への（機械的）取り付けに相当するが、この場合は省略される。フロントモジュールの取り付けに類似して、以下の経路区間Ｆでは、取付け工具５”の固定装置（吸引カップ１９”）が解除され、さらにそれによってルーフモジュール３”が解放される。これに続いて、取付け工具５”が退避位置３１”へ移動して戻り、車体１”がロボット１４”の作業領域から取り外され、作業すべき新しい車体が供給される。
【００５８】
車体へのフロントモジュール及びルーフモジュールの取り付けに加えて、本方法はあらゆる望ましい他の取り付け状況に転用することができ、それによって追加部品３、３”は、ロボットに案内される取付け工具５、５”を用いて、加工品１、１”、特に車体上に、正確に位置決めされるように取り付けられる。なお、本出願においては、「ロボットに案内される」工具とは、多軸マニピュレータ、特に６軸の産業用ロボット１４、１４”に取り付けられる工具を意味するものとして、一般的に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】車体の前部領域の概略的な正面図。
【図２】車体のフロント開口部、及びフロントモジュールを有するロボットに案内される取付け工具の概略的な側面図。
【図３】車体及び図２の取付け工具の概略的な上面図。
【図４】図１〜３のフロントモジュールの取り付けを実行する間の、取付け工具の移動経路を概略的に説明する図。
【図５】ルーフモジュールの取り付けの間の車体のルーフ領域の概略的な断面図。        図５ａ：取付け位置にルーフモジュールがある場合。        図５ｂ：明渡し位置にルーフモジュールがある場合。
【図１】
2005537990.tif 000003
2005537990.tif 000004
【図３】
2005537990.tif 000005
【図４】
2005537990.tif 000006
2005537990.tif 000007
【国際調査報告】
2005537990.tif 000008
2005537990.tif 000009
2005537990.tif 000010
2005537990.tif 000011
2005537990.tif 000012
2005537990.tif 000013