(57)【要約】本発明は、移動する加工品（１）、特にコンベアベルト（１０）で移動される車体（１）を加工する方法に関する。この目的を達するために、ロボット（７）の手（１２）に取り付けられ、センサシステム（１８）を具備する、加工工具（５）が使用される。このセンサシステムは、加工工具（５）に固定して接続され、少なくとも１つのセンサ（１９）を有する。加工中、加工工具（５）は、移動する加工品に追従する。この追従移動は、センサシステム（１８）の測定データを使用することによって、加工工具（５）が移動する加工品（１）の基準領域（９）に定期的に位置合わせされる制御プロセスに基づいている。センサシステム（１８）の測定データは、加工工具（５）の設定段階（Ｉ）の間に生成された設定データと比較される。加工工具（５）の移動ベクトルは、測定値と設定データとの差に基づいて、設定段階の間に計算されるヤコビ行列を使用して計算され、加工工具（５）は、この移動ベクトルだけ移動される。このプロセスは、制御ループで繰り返される。
2006514588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する加工品（１）、特にコンベアベルト（１０）によって移動される車体（１）を加工する方法であり、
−  前記加工品（１）を加工するために、ロボット（７）の手（１２）に取り付けられた加工工具（５）を有する加工システム（４）を使用し、前記加工システム（４）は、前記加工工具（５）に永久的に接続され、少なくとも１つのセンサ（１９）を有するセンサシステム（１８）を具備する方法であって、
−  前記加工工具（５）を有する前記ロボットの手（１２）が、位置決め段階（Ａ−２）の間に、前記加工工具（５）が前記コンベアベルト（１０）で移動される前記加工品（１）の基準領域（９）に対して正確に位置決めされるように方向付けされる作業位置（２３）に移動されるステップと、
−  次に、前記加工工具（５）が、前記加工品（１）の前記基準領域（９）に対して方向付けされた状態を引き続き維持する加工段階（Ｂ）を通過するステップとを含み、
前記位置決め段階（Ａ−２）及び前記加工段階（Ｂ）の間に、反復閉ループ制御プロセスが実行され、その過程で、
−  前記加工品（１）の前記基準領域（９）の（実）測定値が前記少なくとも１つのセンサ（１９）によって生成され、
−  この（実）測定値が、設定段階（Ｉ）の間に生成された（設定）測定値と比較され、
−  前記ロボットの手（１２）の移動ベクトルが、前記設定段階の間に計算されたヤコビ行列を使用して、前記（実）測定値と（設定）測定値との差から計算され、
−  前記加工工具（５）が、この移動ベクトルによって移動される方法。
【請求項２】
ＴＣＰ／ＩＰインターフェイスが、前記ロボット（７）の制御システム（２０）と前記センサシステム（１８）の評価ユニット（２６）との間での通信の目的で使用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】
異なる種類の車体に対して、又は同じ種類の車体の異なる基準領域（９）に対して前記加工工具（５）を位置決めするために、前記センサシステム（１３）の異なる個々のセンサ（１４、１４”）の前記測定値が、閉ループ位置制御に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、車体（１）のルーフ開口部（２）にルーフモジュール（３）を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、車体（１）のフロントウインドウ開口部（２’）にフロントガラス（３’）を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】
移動する加工品（１）、特にコンベアベルト（１０）によって移動される車体（１）を加工するための加工システム（４）であり、
−  ロボット（７）の手（１２）に取り付けられた加工工具（５）を有し、
−  前記ロボット（７）及び前記加工工具（５）を制御するための制御システム（２０）を有する加工システム（４）であって、
−  前記加工システム（４）は、前記加工工具（５）に永久的に接続される少なくとも１つのセンサ（１９）を有するセンサシステム（１８）を具備し、
−  前記加工システム（４）は、前記センサシステム（１８）の前記測定値を評価するための評価ユニット（２６）をも具備し、
−  前記加工工具（５）の位置決め段階（Ａ−２）及び加工段階（Ｂ）の間に、前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、前記移動する加工品（１）の基準領域（９）の方向に向けられ、
−  前記センサシステム（１８）の前記測定値を使用して、前記加工工具（５）を、前記移動する加工品（１）の前記経路移動に非接触に連結できることを特徴とする加工システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、校正されていないセンサであることを特徴とする請求項７に記載の加工システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、領域を測定する光学センサであることを特徴とする請求項７あるいは８に記載の加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、特許文献１に開示されるように、請求項１の前文に従って、移動する加工品、特にコンベアベルトによって移動される車体を加工する方法に関する。さらに、本発明は、この方法を実施する加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の大量連続生産、特に（最終）組立では、車体を連続する加工及び組立ステーションに送る連続的に移動するコンベヤベルトが使用される場合が多い。これらの加工及び組立ステーションにおいて、車体は、実際の加工及び組立作業を固定した車体で実施できるように、一般的にコンベアベルトから取り外され、計時ステーションに移動される。連続運搬手段と計時ステーションとの間の各連結点には、加速区間や、一定の状況下で空間の増加が必要となる緩衝部が必要となる。さらに、自動化できる加工又は組立ステーションを既存の連続的に送る組立ラインに一体化するためには、コンベアベルトを分割しなければならないので、多大な費用を伴うこととなる。
【０００３】
このため、移動する目標物に対して、直に自動化された（すなわち、ロボットに案内された）加工及び組立作業を実施することへの強い関心がある。但し、これは、加工又は取付け工具としてのロボットガイドを移動する車体と同期化させるために、このような状況で使用される加工及び組立ロボットをコンベアベルトの前進送り移動と連結させなければならないという困難を伴うことがよくある。加工及び組立作業によって行われる精度要求が高くなればなるほど、より高い精度がこの連結に求められる。
【０００４】
このような同期化は、例えば、加工又は組立ロボットをコンベアベルトに機械的に連結することによって達成されても良い。特許文献２は、プログラムされた作業が機械的装置を使用して実施されることにより、ロボットが組立ベルトと同期してベルトに追従するようにされる組立システムを開示する。産業用ロボットと加工品との間での同期した移動をもたらすために、それぞれ、産業用ロボットを連結させる横方向に突出する駆動ピンが、コンベアベルト又は加工品の運搬台で移動される実際の加工品のそれぞれに配置される。産業用ロボットと加工品との間の機械的連結によってもたらされる、両側での同期した移動にも関わらず、相対的な移動が、産業用ロボットと加工品との間で常に起こり、これらが正確な作業操作を妨げることが、ここでは不都合である。これらの不正確さは結局、機械化された接合、加工又は溶接作業に必要な又は許容可能な位置的対応を超える相対的移動のずれにつながる。
【０００５】
他方、一般的な種類を成す特許文献１は、閉ループ制御設備によってロボットを組立ベルトと同期させる構造を開示する。このシステムでは、加工品に沿って運ばれる運転者の位置を、短い補償区間内で決定できる測定装置を有する相対位置閉ループコントローラが、このシステム内の組立ロボットに提供される。その結果、極めて相対的な精度が、組立ロボットと移動する加工品との間で達成できる。閉ループ制御設備によるロボットのコンベアベルトに対するこの同期化に伴う欠点は、位置情報が、１回の測定を使用して通過する加工品から得られ、前記情報が、次に組立時間に関する他の情報（ベルトの速度や前進送り方向など）を使用して推測されることである。実際の接触状況では、そのため間接位置情報しか利用できず、誤差の増大につながり、例えば、ベルトが不測の停止をした場合、周囲の開ループ制御システムとの同期化に対する要求の増加につながる。
【０００６】
【特許文献１】独国特許発明第１９５  ２０  ５８２  Ｃ１号明細書
【特許文献２】米国特許第  ３  ２８３  ９１８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ゆえに、移動する加工品のロボット支援加工のための既知の方法を、実際の加工作業の実行まで、移動する加工品に対するロボットに案内される加工工具の相対的位置が、制御された処理によって設定され、維持される効果がもたらされるまで発展させる目的に基づいている。本発明は、また、その方法を実施するのに適している加工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】
【０００８】
上記目的は、本発明により、請求項１及び６の特徴によって達成される。
【０００９】
本発明によれば、ロボットに案内される加工工具は、加工工具に永久的に接続されるセンサシステムを備えている。加工工具は、最初にロボットの制御下で、加工品に対する（永久的にプログラムされ、ロボットの作業空間内の加工品の現在位置と無関係である）「近接位置」と称されるところに移動される。この近接位置から開始して、閉ループ制御プロセスが、加工工具が「作業位置」と称されるところに移動される過程で、実行され、そこで加工工具及び／又は加工工具に保持される追加部品が加工品に対し正確に位置決めされるように方向付けされる。閉ループ制御プロセスの過程で、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加工品及び／又は追加部品に対して生成され、これらの（実）測定値が、先行する設定段階で生成された（設定）測定値と比較される。加工工具は、次に、移動ベクトル（線形移動及び／又は回転を含む）に等しい量だけ移動され、そのベクトルは、「ヤコビ行列」（又は「感度行列」）と称されるものを使用して、（実）測定値と（設定）測定値との差から計算される。（設定）測定値とヤコビ行列との両方とも、実際の位置決め及び取り付けプロセスに先行して、設定段階の間に決定され、その間に、加工工具は、具体的な取付け作業（すなわち、加工工具、センサシステム、車体の種類、並びに使用される追加部品の種類及び設置位置の具体的な組合せ）に対して訓練される。
【００１０】
「加工」は、ここでは、移動する目標物に実施されるべき任意の加工、取付け又は測定作業を指すものとして理解されるべきである。特に、「加工」の用語は、ベルト及びプロセスに伴う品質保証手段（製造サイクルを使用する測定及び検査設備）と同期して、移動する目標物についての任意の接合プロセス（ホワイトボディ段階での溶接作業、最終組立段階での接着剤の塗布など）、取付けプロセス（自動車組立段階などでのフロントガラス、ルーフモジュールの取付けなど）を含むものとして理解されるべきである。
【００１１】
上述の閉ループ制御プロセスの過程で、加工工具は、移動する加工品に対する所望の作業位置に方向付けされる。加工品に対する加工工具の定期的（再）方向付けは、閉ループ制御プロセスを定期的に反復することによって実施されるので、加工工具は、移動する加工品に「追従」する。ベルトと同期した追従プロセス中、様々な加工及び／又は取付け作業を、加工工具によって移動する加工品について実施でき、これらの加工又は取付け作業中のいつでも、加工工具が加工品に対して正確に位置決めされるように方向付けされることを保証することが可能となる。
【００１２】
組立ベルトの瞬間速度、ロボットの作業空間内の移動する加工品の位置及び向きについてのいかなる（絶対的）情報も、この目的のためには不要となる。本発明によるこの方法は、事実上、センサシステムの相対的測定に基づいており、その間に閉ループ制御プロセスに関する（設定段階で記憶された）情報が復元され、前記情報はセンサシステムの１組の（設定）測定値に対応する。
【００１３】
いかなる絶対的な測定もこの方法を実行するために不要であるので、使用されるセンサは、校正する必要もない。特に、使用されるセンサがもはや「測定」するのではなく、単にセンサ信号の単調な変化でロボットの単調な増分移動に反応するだけであるので、センサの内部的なメートル法校正を省くことが可能となる。これは、例えば、テレビカメラ又はＣＣＤカメラがセンサとして使用されると、カメラ内部レンズの歪みは補償する必要も無く、さらに三角測量センサが使用されると、距離値の正確なメートル法計算が無しで済まされることを意味する。さらに、センサの外部的なメートル法校正の必要もない。これは、適切な補正移動を計算できるようにするために、ロボットの作業空間に対するセンサの位置又はロボット手の座標系が決定される必要もないことを意味する。センサは、単に、それらの検出範囲内で、車体及び／又は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感知できるように、加工工具に取り付けられなければならないだけである。
【００１４】
移動する加工品の経路追従の結果もまた、作業位置が定期的に移動されるか又は再調整されるとロボットの生じ得る誤差及び／又はベルトの速度変化も補償されるので、使用されるロボットの絶対位置決め精度及びコンベアベルトの移動順序についての知識とは無関係である。結果として生じる短期の誤差連鎖のおかげで、その経路を追従すると極めて高い反復精度を達成することが可能となる。
【００１５】
本発明による方法で補償可能な移動する加工品に対する加工工具の位置決め自由度の数は、自由に選択可能であり、センサシステムの構成によってのみ決まる。使用されるセンサの数も自由に選択できる。有効となるセンサ情報項目の数はただ、閉ループ制御されることになる自由度の数に等しいか又はそれよりも多くなければならないだけである。特に、比較的多数のセンサを提供でき、例えば、対象となる加工品の領域の形状誤差をより良く感知するか、又は位置決めプロセスの精度を改良するために余剰のセンサ情報を使用できる。最後に、センサ情報は、異なる、好ましくは非接触の情報源（例えば、ＣＣＤカメラ、光学的隙間センサ、及び三角測量距離センサの組合せ）から使用できる。その結果、適切なセンサを使用することによって、品質に関する異なる変数（加工品と加工品に保持される追加部品との間の隙間寸法、接合部寸法、深さ寸法）の測定結果を考慮に入れることが可能となる。本発明による方法は、閉ループ制御システムの中心部ではなく、センサデータを得て調整する手段だけが適合されれば良いので、新たな問題に極めて容易に適合できる。
【００１６】
本発明の他の有利な実施の形態は、従属請求項に見出される。本発明を、図で示される例示的な実施の形態を参照して以下で詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１ａは、ルーフモジュール３が車体１のルーフ開口部２に接合される加工システム４を平面図で示す。車体１は、コンベアベルト１０で加工システム４に送られ、ルーフモジュールの取付け中も継続的に加工システム４の作業空間６を通ってコンベアベルト１０で運ばれる（矢印１１の方向）。各ルーフモジュール３は、ロボット７によって供給され、その縁領域に接着剤の流れ２９を備え、それによってルーフモジュール３が車体１のルーフ開口部２に接続される。
【００１８】
制御された処理によって、ルーフモジュール３をコンベアベルト１０で移動される車体１に取り付けることができるようにするために、ルーフモジュール３は、移動する車体１のルーフ開口部２に対して（位置及び角度姿勢に関し）正確に位置決めされるように方向付けされなければならず、特にルーフモジュール３と隣接ルーフする領域９との間の隙間２１は、可能な限り均一な寸法にしなければならない（図２ａ参照）。隣接するルーフ領域９は、ここでは車体１に対してルーフモジュール３を方向付けする基準領域と称されるものをなす。ルーフモジュール３とルーフ開口部２との間のこの相対的な方向付けは、取付けに関連するプロセスステップ中維持されなければならない。すなわち、ルーフモジュール３は、所望の隙間寸法を得るために、接着剤がゲル状になるまで、ルーフ開口部２に対するこの相対的な方向付けで保持され（又はルーフ開口部２に押し付けられ）なければならない。
【００１９】
車体１へのルーフモジュール３の取付けは、産業用ロボット７によって案内され、ルーフモジュール３を移動する車体１上に載せ、それを車体１のルーフ開口部２に対して正確に位置決めする加工工具５を使用して実施される。開ループ制御システム２０が、ロボット７及び加工工具５を位置及び移動に関して制御するために提供される。加工工具５は、工業ロボット７の手１２に取り付けられ、固定装置１４が取り付けられるフレーム１３を具備し、固定装置１４によってルーフモジュール３を所定位置に保持できる。本発明の例示的な実施の形態において、固定装置は、ルーフモジュール３の上面２２に接続する複数の負圧吸引カップによって形成される。
【００２０】
移動する車体１に対する、加工工具５に固定されたルーフモジュール３の位置及び向きを測定するために、加工工具５は、加工工具５のフレーム１３に固定して接続される複数のセンサ１９を有するセンサシステム１８を備えており、それらは、加工工具５と共に１つの構造的なユニットを成す。これらのセンサ１９は、ルーフ開口部２の基準領域９とルーフモジュール３の隣接する基準領域１７との間の接合部寸法、隙間寸法及び深さ寸法を決定するために使用される。このセンサシステム１８を使用して、加工工具５に保持されたルーフモジュール３は、以下に述べる通り、反復閉ループ制御プロセスで、車体１のルーフ開口部２に対し方向付けされ、全取付けプロセス中この方向付けで保持される。
【００２１】
加工工具５が新たな加工作業に、例えば新しい型式の車両へのルーフモジュールの取付けのために設定される場合、加工工具５が構成される設定段階と称されることが最初に実行されなければならない。その過程において、取り付けられるルーフモジュール３に適合された固定装置１４、適切に構成されたフレーム１３、及び対応するセンサ１９を有するセンサシステム１８が、選択され、組み立てられる。この後、加工工具５のセンサシステム１８は、固定されるように保持される「主」車体１’及び「主」ルーフモジュール３’について、段階Ｉで後述されるように、記録されているセンサシステム１８の（設定）測定値によって、及びロボット７の移動経路１６の開ループ制御で実行されるように経路区間をプログラムすることによって、「訓練」される。この設定段階が終了した後、このように構成され校正された加工システム４は、連続生産に使用できる状態になっており、作業段階と称されることが、加工システム４の作業空間６に送られた各車体１に対して実行され、その作業段階において、段階ＩＩで後述されるように、関連するルーフモジュール３が位置決めされ、車体１のルーフ開口部２に取り付けられる。
【００２２】
Ｉ．加工工具５の設定段階：
新しく用意された加工作業を実行するために、第１ステップにおいて、加工作業に適合されたセンサシステム１８が、最初に、加工工具５に対して選択され、固定装置１４と一緒にフレーム１３に取り付けられる。このように組み立てられた加工工具５が、ロボットの手１２に取り付けられる。固定装置１４は、次に（「主」）ルーフモジュール３’を装填し、（「主」）ルーフモジュール３’が（「主」）車体１に対して「最適に」方向付けされるように、作業空間６内でしっかりと固定された（「主」）車体１’に対して（手動又は対話形式で）方向付けされる。（「主」）車体１’に対する（「主」）ルーフモジュール３’のこの相対的位置は、図２ａに示されてる。このような「最適な」方向付けは、例えば、（「主」）ルーフモジュール３’と（「主」）車体１’との間の隙間２１が可能な限り均一になること、、又はあるいは隙間２１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。（「主」）車体１’に対して加工工具５によりここでとられる相対的位置を、以下「作業位置」２３と呼ぶ。
【００２３】
センサシステム１８のセンサ１９の数及び位置は、センサ１９が、（「主」）車体１’及び（「主」）ルーフモジュール３’の、適切な領域９、１７に向けられるように選択され、それらの領域は特に「最適な」方向付けとって重要である。図２ａの例示的な実施の形態において、領域を測定し、両方とも（「主」）車体１’及び（「主」）ルーフモジュール３’の互いに隣接し合う縁３３、３４の方向に向けられている２つの光学センサ１９が記号的に示されている。センサ１９の画像領域内の縁３３、３４の輪郭や隙間２１の寸法は、センサによって記録される画像から評価ユニット２６で計算される。これらの隙間測定センサに加えて、例えば、（「主」）車体１’と（「主」）ルーフモジュールとの間の（深さ）距離を測定する他のセンサを提供することも可能である。
【００２４】
センサシステム１８を有し、固定装置１４に保持された（「主」）ルーフモジュール３’を有する加工工具５は、次に、（「主」）車体１’に対する（手動又は対話方式で設定され、図２ａでとられた）作業位置２３まで、ロボット７を使用して、「訓練」される。その過程で、全センサ１９の測定値が、最初に作業位置２３で記録され、センサシステム１８の評価ユニット２６に「設定測定値」として記憶される。このセンサ評価ユニット２６は、ロボット７の制御システム２０に便宜上組み込まれる。次に、作業位置２３から開始し、（「主」）車体１’に対する、加工工具５及びそれに保持される（「主」）ルーフモジュール３’の位置が、ロボット７を使用して、図２ａの矢印で示された既知移動経路に沿って系統的に変更され、これらは、一般に、ロボット７の自由度の範囲内での増分移動である。この過程でセンサ１９の測定値に生じる変化が、（完全又は部分的に）記録される。「ヤコビ行列」（感度行列）と称されるものが、既知の方法でこのセンサ情報から計算され、前記行列は、ロボット７の増分移動とその過程でセンサの測定値に生じ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）、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頁で説明されている。この論文では、有効なヤコビ行列を得るために満たされなくてはならない移動経路や測定環境から成る要件（不変性、単調さ、…）の説明もある。増分移動は、この設定過程中に衝突が加工工具５又は（「主」）ルーフモジュール３’と（「主」）車体１’との間で起こらないように選択される。
【００２５】
設定段階で生成されるヤコビ行列は、センサシステム１８の評価ユニット２６に「設定測定値」と一緒に記憶され、このデータは、閉ループ制御されるように実行されるべき、移動する車体１に対する加工工具５の後の位置決めプロセス、及び作業段階において加工工具５が車体１に追従するときの加工工具５による高精度閉ループ制御された移動の基礎となる（以下の段階ＩＩ参照）。
【００２６】
さらに、ロボットの手１２の（及び加工工具５の）移動経路１６は、設定段階で生成され、後の作業段階ＩＩで開ループ制御されるように実行される。この移動経路１６は、図３で概略的に示される。移動経路１６の開始点は、加工工具５又はそれに保持されたルーフモジュール３と、コンベアベルト１０で移動される車体１との間で衝突の危険がないように選択される「戻り移動位置」３０と称されるもので形成される。この戻り移動位置３０は、例えば、ルーフモジュール３が取付け工具５によって保持され、接着剤の流れ２９が接着剤塗布ロボット（図１ａ及び図１ｂに示されない）を使用してルーフモジュールの下面の選択された領域２８に塗布される装備ステーション（図示せず）に対応しても良い。
【００２７】
移動経路１６は、この戻り移動位置３０から開始して、以下の個別の区間を含む：
Ａ−１
ルーフモジュール３が挿入された加工工具５が、開ループ制御されるように実行される経路Ａ−１を、戻り移動位置３０から、センサシステム１８の個々のセンサ１９の全てがルーフモジュール３及び／又は車体１のそれぞれの領域９、１７の有効な測定値を感知でき、しかも加工工具５又はルーフモジュール３と車体１との間での衝突が起こらないことが保証されるように選択され、予め永久的に規定された、いわゆる「近接位置」２７に移動される（図２ｂ参照）。
Ａ−２
ルーフモジュール３が挿入された加工工具５が、後の作業段階で閉ループ制御されるように実行される経路Ａ−２を、近接位置２７から、加工工具５に保持されるルーフモジュール３が車体１のルーフ開口部２に対して正確に位置及び角度が一致するように方向付けされる（上述のように「訓練された」）作業位置２３に移動される。閉ループ制御されるように実行されることになる、特にこの過程中に起こることが、以下で説明される（作業段階ＩＩにおいて）。
Ｂ
ここでは実際の加工作業があり、その間に、加工工具５に保持されたルーフモジュール３が所定の圧力でルーフ開口部２に押し付けられ、接着剤２９がゲル状になるか又は硬化するまでこの位置に保持され、その間ロボット７が定期的に閉ループ制御プロセスを実行し、その結果、加工工具５は移動車体１に対する（閉ループ制御プロセスＡ−２の結果見つけられた）相対的位置に方向付けされた状態を維持する。
Ｃ
取付けプロセスが終了した場合、ロボット７の制御システム２０は、加工工具５が方向付けされるように移動する車体１に追従するのを停止させる信号を出力する。加工工具５は次に、ロボット制御下で戻り移動位置３０に戻される。
【００２８】
加工工具５の、設定段階の間に生成された移動経路１６は、ゆえに、開ループ制御されるように実行される２つの区間Ａ−１及びＣと、閉ループ制御されるように実行される２つの区間Ａ−２及びＢとから成る。ステップＡ−１及びＣは、加工工具５の訓練段階中に対話方式で入力されるか、又はそれらはロボット７の開ループ制御システム２０に（オフラインで生成される）プログラムの形態で記憶され得る。
【００２９】
ＩＩ．作業段階
作業段階において、車体１は、コンベアベルト１０で加工システム４の作業空間６を通って連続的に運ばれ、これらの移動する車体１のそれぞれにおいて、接着剤の流れ２９を備えたルーフモジュール３が、加工システム４によって、及び設定段階Ｉで訓練された移動経路１６を使用して、ルーフ開口部２に対して正確に位置決めされ、さらに前記ルーフモジュール３が、この相対的方向付けで、移動する車体１に取付けられる。
【００３０】
移動経路区間Ａ−１（近接段階）：
新しい車体１が送られてくる間に、加工工具５は、戻り移動位置３０にあり、前記位置において、接着剤２９が提供された取り付けられることになるルーフモジュール３を拾い上げる（図１ａ参照）。新しい車体１が作業空間６に移動される（そして、例えば、その過程で光電バリアを通過して移動する）と直ちに、ロボット７の制御システム２０は、移動経路区間Ａ−１を始動する信号を受信する。ルーフモジュール３が挿入された加工工具５は、ここでは開ループ制御で、図２ｂの（空間的に固定された）近接位置２７に移動される。この接近位置２７は、上述のように、移動する車体１のルーフ開口部２（又は基準領域９）がコンベアベルト１０上の車体の正確な位置に関係なく、加工工具５のセンサ１９の検出領域に位置するように選択されている、
【００３１】
移動経路区間Ａ−２（加工工具５の位置決め段階）：
この近接位置２７から開始して、加工工具５の位置決め段階（図３の経路区間Ａ−２）が実行され、その間に加工工具５に保持されたルーフモジュール３は、移動する車体１に対する（訓練段階Ｉ中に訓練された）作業位置２３に移動され、その過程でルーフ開口部２に対して正確に位置決めされるように方向付けされる。この目的のため、ルーフモジュール３及び車体１の選択された領域９、１７に関する測定値が、センサシステム１８のセンサ１９によって記録される。現在の（実）センサ測定値と（設定）センサ測定値との差を減少させる移動増分（移動ベクトル）が、これらの測定値と設定段階で決定されたヤコビ行列を使用して計算される。加工工具５に保持されるルーフモジュール３が、次に、ロボット７を使用してこの移動増分だけ移動及び／又は回転され、新しい（実）センサ測定値がその進行する移動中に記録される。
【００３２】
この反復測定及び移動プロセスは、現在の（実）センサの測定値と終了時の（設定）センサ測定値との差が所定の誤りの大きさより下に降下するまで、又はこの差が前もって指定される閾値を超えてもはや変化しなくなるまで、制御ループで反復される。こうして、ルーフモジュール３は、（誤りの大きさ又は閾値によって予め定められた精度の範囲内で）車体１に対する（図２ａで示される）作業位置２３に位置する。
【００３３】
この位置決め段階Ａ−２で実行される反復最小化は、車体１のコンベアベルト１０上での位置及び方向付けに関する誤差と、車体１のルーフ開口部２に恐らく存在する形状誤差（すなわち、（「主」）車体１’からの偏差）との両方を補償する。同時に、ルーフモジュール３の加工工具５における位置及び方向付けに関する誤差と、ルーフモジュール３に恐らく存在する形状誤差（すなわち、（「主」）ルーフモジュール３’からの偏差）とが補償される。測定値の記録及び閉ループ制御プロセスの定期的反復の結果、加工システム４の作業空間６内での車体１の移動がさらに補償されるので、ロボットに案内される加工工具５は、車体１に「追従」する。制御された処理による加工工具５の車体１へのこのような「追従」は、単に車体１とロボット７との間の相対的位置の変化が、センサシステム１８及び加工工具５（又はロボット手１２）の位置の測定及び閉ループ制御よりももっと緩やかに起こればよいだけである。
【００３４】
この反復閉ループ制御プロセスＡ−２の過程で、ルーフモジュール３は、車体１の移動と関係なく、「最適な」方法で車体１のルーフ開口部２に装着される。ルーフモジュール３の及び車体１の形状誤差を別々に検出及び評価するために、加工工具５に追加の（すなわち、実際の位置決め作業に不要な）センサを提供することも可能であり、それらのセンサの測定値は、形状誤差を感知するために専用に又は部分的に使用される。さらに、個々のセンサ１９の測定値は、車体１のルーフ開口部２に対するルーフモジュール３の位置の重み付けされた最適化をもたらすために、異なる重み付け係数を設けてもよい。
【００３５】
位置決め段階Ａ−２の重要な特性は、ロボットの精度からの独立性にある。位置決めプロセスは、（実）測定値と（設定）測定値との間での反復比較に基づくため、ロボット７のいかなる位置決め誤差も反復制御プロセスで直ちに補償される。
【００３６】
作業Ｂ（車体１へのルーフモジュール３の取付け）：
以下の作業ステップＢにおいて、ルーフモジュール３が車体１に接続される。加工工具５が、閉ループ制御されて移動する車体１に追従する。ここでセンサ１９は、反復制御ループでの車体１上の領域９の測定値を、プロセスステップＡ−２に続いて、定期的に記録し、前記値を評価ユニット２６に記憶された設定データと比較し、もし設定値と実際の値との間に差が生じる場合、−それらは移動する車体１で予測される−、ロボットの手１２の位置は、これらの差を可能な限り小さく保つためにＡ−２で記述された閉ループ制御プロセスに類似した方法で補正される。
【００３７】
センサシステム１８による加工工具５のこの閉ループ制御された追従移動と並行して、ルーフモジュール３が、次に、固定装置１４を使用して、ルーフ開口部２に対する所望の（作業位置２３に対応する）相対的位置で保持されるか、又は所定の（又は閉ループ制御された）力でルーフ開口部２に押し付けられる。接着剤２９のゲル化又は硬化時間が経過すると、ルーフモジュール３は固定装置１４によって解放される。
【００３８】
この作業Ｂで行われる処理作業の期間、及びコンベアベルト１０の前進送り速度によっては、ロボット７を固定した状態に保持するのではなく、それをベルト１０の搬送方向１１と平行に伸びるレール１５上で移動させると好都合である場合がある。レール１５上でのロボット７の経路移動は、ここでは閉ループ制御移動であるので、コンベアベルト１０の前進方向の送りに連結されない。ロボット７がコンベアベルト１０と共に移動するかどうかに関係なく、そのプロセスに伴って行われる移動する車体１に対するルーフモジュール３の方向付けは、もっぱら上述の反復閉ループ制御プロセスによって、すなわち、センサシステム１８による測定データのオンラインでの取得及び評価に基づいて実行される。この理由から、加工工具５をコンベアベルト１０に機械的に連結する必要が無く、ロボット７の開ループ制御システム２０は、コンベアベルトの開ループ制御に何らかの（電気的／電子的）方法で相互接続される必要がない。
【００３９】
追従段階Ｂの間、位置制御ループは、工具５をルーフ開口部２に対して継続的に方向付けされた状態に保つために、所定の（可能な限り短い）時間間隔で定期的に実行されると好都合である。これが可能でない場合（例えば、ルーフ領域を他の工具が接近できるようにするため工具５が一時的にこの領域から移動されなければならない場合）、一時的な「予行演習」がロボットの手１２によって実行され、その間に車体１の見込み前進送りが見積もられる。
【００４０】
移動経路区間Ｃ（加工工具５の戻り移動）：
ルーフモジュール３の取付けが終了した後（図１ｂ参照）、区間Ｂで述べられた、それによって加工工具５が車体１の搬送移動に連結された閉ループ制御された追従移動は、停止される。加工工具５が、移動経路Ｃに沿って、ロボットの制御下で、戻り移動位置３０に戻され、そこで新ルーフモジュール３が装填される。
【００４１】
新しいルーフモジュール３が加工工具５によって拾い上げられると、センサシステム１８が、ルーフモジュール３が加工工具５に高精度に方向付けされることを確実にするために使用される。この場合、加工工具５は、段階Ｉで上述された設定段階と同じように進む別の設定段階の過程で「拾い上げ位置」まで訓練され、前記「拾い上げ位置」は、ルーフモジュール３に対する加工工具５の（ゆえに、センサシステム１８のセンサ１９の）所定位置／向きに対応する。ルーフモジュール３は、例えば加工品の搬送台（図示せず）により、加工システム４に送られる。加工品の搬送台からルーフモジュールを正確に位置決めされるように取り出すための、自動化できる方法は、本願特許出願人のＰＣＴ特許出願、整理番号：Ｐ８０３８６０）に記載されている。
【００４２】
加工工具５へのルーフモジュール３の高精度な方向付けは、特に、ルーフモジュール３が、加工工具５を使用して、装備ステーション内で（すなわち、上述の移動する車体１への挿入前に）接着工具（例えば接着ロボット）を通る開ループ制御経路に沿って移動される場合に薦められ、前記接着工具は、接着剤の流れ２９をルーフモジュール３の所望の領域２８に塗布する。制御された処理法によってルーフ開口部２にルーフモジュール３を接着させるために、ルーフモジュール３上の接着剤の流れ２９の正確な位置を確保することは不可欠であり、逆に、これはルーフモジュール３が接着剤の塗布中に接着工具に対して高精度で方向付けされる場合に限り許容可能な費用で実行でき、これは取付け工具５へのルーフモジュール３の高精度な位置決めによって確保される。この場合、作業段階ＩＩの過程で、位置決め段階Ａ−２（及びそれに続く段階Ｂ）中、加工工具５は、車体１の基準領域９に対して方向付けされなければならないだけであり、ルーフモジュール３の基準領域１７の位置は、ルーフモジュール３が工具５に保持される正確な位置決め方法のおかげで既知となるので、もはやその特徴を作業段階ＩＩ中に感知する必要がない。
【００４３】
あるいは、ルーフモジュール３を加工工具５でその位置／向きに対して「不正確に」（すなわち、ルーフモジュール３に対する工具５の高精度の方向付け無しに）保持できる。これは、例えば、ルーフモジュール３が、加工工具５によって拾い上げられるときにはそれが接着剤の流れ２９をすでに備えている場合に薦められる。この場合、作業段階ＩＩの過程で、位置決め段階Ａ−２（及びそれに続く段階Ｂ）中、測定データは、ルーフモジュール３と車体１との両方で感知されるので、相対的位置が伝えられる。作業段階ＩＩ中のこの相対的位置決めのおかげで、工具５でのルーフモジュール３の「不正確な」支持は、ルーフ開口部２へのルーフモジュール３の位置決め精度に全くいかなる影響も与えない。
【００４４】
高いデータ速度を可能にするＴＣＰ／ＩＰインターフェイスが、異なるシステム構成要素（センサシステム１８の評価ユニット２６、及びロボット７の制御ユニット２０）間のデータ通信の目的で本発明の例示的な実施の形態に使用されると好都合である。このような高いデータ速度は、閉ループ制御されるように実行される位置決め段階Ａ−２及び追従段階Ｂ中に、ロボット７の補間サイクルを使用して、多数の個々のセンサ１９を有する全システム（センサシステム／ロボット）の閉ループ制御を実行できるようにするために必要である。
【００４５】
車体へのルーフモジュールの取付けと同様、本方法は、ロボットに案内される加工工具５が高精度で加工品１を加工するために使用される他の加工作業にも転用できる。特に、この方法は、移動する車体にフロントガラスを取り付けるのに適している。「ロボットに案内される」加工工具は、本出願においては、多軸マニピュレータ、特に６軸の産業用ロボット７に取り付けられる工具として、極めて一般的に理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】異なるプロセス段階における、コンベアベルト上で移動される車体を加工する加工システムを示す概略的な平面図。        図１ａ：車体の供給を示す図。        図１ｂ：車体の加工（ルーフモジュールの接合）を示す図。
【図２】異なるプロセス段階における図１の加工システム、及び移動する車体を示す概略的な断面図。        図２ａ：移動する車体に対する加工工具の作業位置を示す図。        図２ｂ：移動する車体に対する加工工具の近接位置を示す図。
【図３】図１及び２における取付けステップの実行中の加工工具の移動経路を概略的に示す図。
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年1月24日(2005.1.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する加工品（１）、特にコンベアベルト（１０）によって移動される車体（１）を加工する方法であり、
−  前記加工品（１）を加工するために、ロボット（７）の手（１２）に取り付けられた加工工具（５）を有する加工システム（４）を使用し、前記加工システム（４）は、前記加工工具（５）に永久的に接続され、少なくとも１つのセンサ（１９）を有するセンサシステム（１８）を具備する方法であって、
−  前記方法は、以下の方法ステップ：
（Ａ−２）：前記加工工具（５）を有する前記ロボットの手（１２）が、前記加工工具（５）が前記コンベアベルト（１０）で移動される前記加工品（１）の基準領域（９）に対して正確に位置決めされるように方向付けされる作業位置（２３）に移動される位置決め段階（Ａ−２）と、
（Ｂ）：次に、前記加工工具（５）が、前記加工品（１）の前記基準領域（９）に対して方向付けされた状態を引き続き維持する加工段階（Ｂ）とを含み、
−  前記位置決め段階（Ａ−２）及び前記加工段階（Ｂ）の間に、定期的に反復される反復閉ループ制御プロセスが実行され、その過程で、
−  前記加工品（１）の前記基準領域（９）の（実）測定値が前記少なくとも１つのセンサ（１９）によって生成され、
−  この（実）測定値が、設定段階（Ｉ）の間に生成された（設定）測定値と比較され、
−  前記ロボットの手（１２）の運動ベクトルが、前記設定段階の間に計算されたヤコビ行列を使用して、前記（実）測定値と（設定）測定値との差から計算され、
−  前記加工工具（５）が、この運動ベクトルによって移動される方法。
【請求項２】
ＴＣＰ／ＩＰインターフェイスが、前記ロボット（７）の制御システム（２０）と前記センサシステム（１８）の評価ユニット（２６）との間での通信の目的で使用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】
異なる種類の車体に対して、又は同じ種類の車体の異なる基準領域（９）に対して前記加工工具（５）を位置決めするために、前記センサシステム（１３）の異なる個々のセンサ（１４、１４”）の前記測定値が、閉ループ位置制御に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、車体（１）のルーフ開口部（２）にルーフモジュール（３）を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、車体（１）のフロントウインドウ開口部（２’）にフロントガラス（３’）を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】
移動する加工品（１）、特にコンベアベルト（１０）によって移動される車体（１）を加工するための加工システム（４）であり、
−  ロボット（７）の手（１２）に取り付けられた加工工具（５）を有し、
−  前記ロボット（７）及び前記加工工具（５）を制御するための制御システム（２０）を有する加工システム（４）であって、
−  前記加工システム（４）は、前記加工工具（５）に永久的に接続される少なくとも１つのセンサ（１９）を有するセンサシステム（１８）を具備し、
−  前記加工システム（４）は、前記センサシステム（１８）の前記測定値を評価するための評価ユニット（２６）をも具備し、
−  前記加工工具（５）の位置決め段階（Ａ−２）及び加工段階（Ｂ）の間に、前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、前記移動する加工品（１）の基準領域（９）の方向に向けられ、
−  前記センサシステム（１８）の前記測定値を使用して、前記加工工具（５）を、前記移動する加工品（１）の前記経路移動に非接触に連結できることを特徴とする加工システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、校正されていないセンサであることを特徴とする請求項６に記載の加工システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサ（１９）は、領域を測定する光学センサであることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の加工システム。
【国際調査報告】
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