(57)【要約】【課題】スポット溶接の打点の位置を３次元情報として抽出してＣＡＤデータと比較することで、打点の位置検査の工数を低減する、溶接打点位置検査システムを提供する。【解決手段】自動車ボディ等のワークに施したスポット溶接の打点６０の位置を指し示す指示具１０と、互いに所定間隔だけ離れて配置した一対のカメラと、互いに一直線上にならないように指示具１０に取り付けた三つの発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃから成る識別部１３と、各カメラからの撮像信号に基づいて、識別部の各発光素子の画像上の各発光素子の位置から指示具１０が接触している打点６０の三次元位置を算出し、前もって登録した打点の三次元位置と照合して、ワークに施したスポット溶接による打点６０の位置が正しい位置にあるか否かを判定する判定部とを備える。【選択図】図２
2007152371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車ボディ等のワークに施したスポット溶接の打点の位置を指し示す指示具と、
互いに一直線上にならないように上記指示具に備えられた三つの発光素子から成る識別部と、
上記識別部に向けて配置され、且つ、互いに所定間隔だけ離れた一対のカメラと、
各カメラからの撮像信号に基づいて、各発光素子の位置から上記指示具が接触している上記打点の三次元位置を算出し、前もって登録された打点の三次元位置と照合して、上記ワークに施したスポット溶接による打点の位置が正しい位置にあるか否かを判定する判定部と、を備えたことを特徴とする、溶接打点位置検査システム。
【請求項２】
前記発光素子が赤外線発光素子であり、前記各カメラが赤外線カメラであることを特徴とする、請求項１に記載の溶接打点位置検査システム。
【請求項３】
前記指示具が、棒状の突出部と、上記突出部の一方の端に固定した平坦部とから構成されており、前記識別部の発光素子が上記平坦部の表面に備えられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶接打点位置検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のボディを製造する工程に利用されるシステムであって、ワークに施したスポット溶接の痕（以下、打点と称する。）の位置を検査する溶接打点位置検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車生産のボディ工程においては、プレス加工した鋼板を自動化された溶接ロボット等を用いて接合して、自動車のボディの骨格が形成される。また、ボディ工程においては、ボディに施したスポット溶接の打点の数(Number)と位置(Position)の確認が行われる。以下、このような確認作業をＮＰチェックと称す。
【０００３】
ＮＰチェックのやり方として、従来、スポット溶接後の打点の位置と数とを、スポット溶接を施したボディとその設計図面とを照らし合わせて、作業者が一点ずつ確認を行っていた。しかし、このような作業は、スポット溶接の打点の数が車両１台に約４０００箇所もあるため、非常に時間と労力を費やさなければならなかった。
【０００４】
そこで、作業者の労力を軽減するために、コンピュータを利用してＮＰチェックを行うシステムが考えられる。
図７に示すように、ＮＰチェックシステム１００は、可動アーム１０１の先端にカメラ１０２を配設した２次元位置計測器１１０と、パーソナルコンピュータ１２０とを備えている。このＮＰチェックシステム１００においては、パーソナルコンピュータ１２０が、カメラ１０２で撮像した画像のデータを受け取り、その画像を解析して打点の位置を算出し、算出した打点の位置を予めパーソナルコンピュータ１２０内に保存している設計データの打点の位置と比較して、ボディに施したスポット溶接の打点の位置が許容範囲内に位置しているかを判定するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図７に示すＮＰチェックシステム１００においては、スポット溶接の打点の位置を算出する際に、ベースとなるデータがカメラで撮像した２次元のデータであるため、照合の対象となる設計データが３次元のＣＡＤ(computer-aided design) データであると、照合が困難である。
【０００６】
また、カメラ１０２で撮像できる範囲には限りがあるために、１台の車両のＮＰチェックを行う場合にカメラ撮影を何回か行う必要がある。そして、各撮影位置で撮影した画像データ中における打点の位置を算出する場合には、絶対座標における位置を算出する必要があり、また絶対座標の基準となる原点を設定する必要がある。このような原点の設定は作業が煩雑であり、検査前段階に行う必要がある。また、原点の設定を正確に行う必要があるため、準備工数が増加するという問題がある。
【０００７】
また、ワークの形状が立体的に複雑な場合などにあっては、パーソナルコンピュータ１２０が参照するデータが２次元の位置情報であると、照合の判定を誤認する虞れがある。また、このような誤判定は、スポット溶接の打痕の形状のばらつきによっても生じる虞れがある。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて創作されたものであり、スポット溶接の打点の位置を３次元情報として抽出してＣＡＤデータと比較することで、スポット溶接の打点の位置検査の工数の低減を図る、溶接打点位置検査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の溶接打点位置検査システムは、自動車ボディ等のワークに施したスポット溶接の打点の位置を指し示す指示具と、互いに一直線上にならないように指示具に備えられた三つの発光素子から成る識別部と、この識別部に向けて配置され、且つ、互いに所定間隔だけ離れた一対のカメラと、各カメラからの撮像信号に基づいて、各発光素子の位置から指示具が接触している打点の三次元位置を算出し、前もって登録された打点の三次元位置と照合して、ワークに施したスポット溶接による打点の位置が正しい位置にあるか否かを判定する判定部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の溶接打点位置検査システムにおいて、好ましくは、発光素子が赤外線発光素子であり、カメラが赤外線カメラである。また、本発明において、好ましくは、指示具が、棒状の突出部と、突出部の一方の端に固定した平坦部とから構成されており、識別部の発光素子はこの平坦部の表面に備えられている。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明の溶接打点位置検査は、指示具で打点を指示することで打点の３次元位置を認識させ、その位置が正しいかどうかをＣＡＤデータと比較照合することにより、スポット溶接の打点が正しい位置であるか否かを自動判定することができる。
また、作業者がスポット溶接の打点に指示具の先端を接触させることで、その打点の３次元位置を検出することができるため、図面を見ながら位置をチェックする必要がなく、非常に単純な作業で短時間に検査を完了することが可能である。従って、本発明の溶接打点位置検査システムによれば、検査工数を大幅に低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る溶接打点位置検査システム１を示す図であり、図２は、図１中の領域Ａの拡大図である。
図に示すように、溶接打点位置検査システム１は、ボディ等のワーク５０においてスポット溶接を施した痕（すなわち、打点）６０の位置を指し示す指示具１０と、ワーク５０に取り付けて基準を出すキャリブレーションマーカー２０と、指示具１０及びキャリブレーションマーカー２０に向けて配置された一対のカメラから成るカメラ部３０と、判定部としてのパーソナルコンピュータ４０と、から構成されている。
【００１３】
指示具１０は、図２に示すように、棒状の突出部１１と、突出部１１の一方の端に固定した平坦部１２と、平坦部１２の平らな表面に備えられた識別部１３と、から構成されている。なお、突出部１１と平坦部１２とは、例えば硬質の材料により構成され、これらにより指示具１０は一定の形態を維持する。
ここで、識別部１３は、平坦部１２上の平面に固定配置した三個の赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃから構成されている。三個の赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、一直線上に並ばないように、例えば三角形の各頂点に配置され、好ましくは正三角形の各頂点に配置される。そして、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを線で結んで画成される三角形の重心を通り、且つ赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを設置した平坦部１２の平面に垂直な線の延長上に指示具１０の先端１０Ａが位置する。尚、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、突出部１１に取り付けたボタン１１Ａを押すと、図示しない駆動回路により点灯されるように構成されている。
【００１４】
次に、キャリブレーションマーカー２０は、ワーク５０に取り付けて使用に供されるものであり、例えば、このキャリブレーションマーカー２０も赤外線発光素子から構成されており、常時発光している。このキャリブレーションマーカー２０は、後述するように、ＣＡＤデータの原点と測定データの原点を較正（キャリブレーション）するためのものである。なお、キャリブレーションマーカー２０は、例えば、予め決められたワーク５０の複数の部位にそれぞれ設置されるようになっており、それらのキャリブレーションマーカー２０の相互の相対的な位置関係を考慮して、パーソナルコンピュータ４０によって測定データの原点が設定されるようになっている。
【００１５】
次に、カメラ部３０は、図３に示すように、互いに所定間隔Ｄだけ離れて固定保持された一対のカメラ３１，３２を備えたステレオカメラとして構成されており、各カメラ３１，３２は支持部３５（図１）に固定配置され、ケーブル３６を介してパーソナルコンピュータ４０に接続されている。なお、各カメラ３１，３２は、赤外線カメラである。これにより、各カメラ３１，３２は、キャリブレーションマーカー２０を撮像し、また、ワーク５０の打点位置に対して持ち来たされる指示具１０の識別部１３を撮像し、撮像信号を後述するパーソナルコンピュータ４０に送出するようになっている。
【００１６】
次に、パーソナルコンピュータ４０について説明する。このパーソナルコンピュータ４０は公知の構成であってよく、稼動するソフトウェアによって以下の機能を実現し得るようになっている。
即ち、パーソナルコンピュータ４０は、カメラ部３０の各カメラ３１，３２からの撮像信号を受け取って、画像処理により、その画面上の複数のキャリブレーションマーカー２０の位置を読み取る。そして、各キャリブレーションマーカー２０の位置が予め設計データ上で定められていることから、撮像信号から抽出した各キャリブレーションマーカー２０の相対的な位置関係から、測定データに関して原点を設定する。
【００１７】
また、パーソナルコンピュータ４０は、カメラ部３０の各カメラ３１，３２からの撮像信号を受け取って、画像処理によりその画面上の識別部１３の各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの位置を読み取る。
そして、パーソナルコンピュータ４０は、双方のカメラ３１，３２における各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの画面上の位置及び相互の間隔に基づいて、所謂三角測量及び立体視の理論に従って、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの三次元位置を算出する。即ち、図３に示すように、２台のカメラ３１，３２を用いて、指示具１０に取り付けた各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを２台のカメラ３１，３２で捕らえて、パーソナルコンピュータ４０により三角測量の原理に従って、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの位置を算出するようになっている。
【００１８】
さらに、パーソナルコンピュータ４０は、指示具１０において各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの取り付け位置から先端までの方向と距離とが一定であることを考慮して、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが発光した際における指示具１０の先端１０Ａの三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。なお、ここで言う指示具１０の先端１０Ａの三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）とは、後述するように、指示具１０の先端１０Ａがスポット溶接の打点６０（図２参照）に接触している状態における位置情報であり、言い換えれば、スポット溶接の打点６０の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）である。
【００１９】
次に、パーソナルコンピュータ４０は、指示具１０の先端の三次元位置（以下、検出データという）を、ＣＡＤデータと照合する。ここで、ＣＡＤデータは、予め打点６０の三次元位置座標をもっており、パーソナルコンピュータ４０は１点ずつ打点６０の座標の照合を行うようになっている。そして、パーソナルコンピュータ４０は、検出データがＣＡＤデータに対して一定の許容範囲内にあるか否かを判定する。なお、許容する誤差は、任意である。さらに、パーソナルコンピュータ４０は、判定の結果をディスプレイに表示したり、プリント用紙に印字したりすることができるようになっている。
【００２０】
なお、パーソナルコンピュータ４０は、種々のワークに対する溶接打点の位置確認を行なうため、スポット溶接の打点位置の検査作業に先立って、ワーク種別、例えば車種を指定する信号を受信して打点位置検査プログラムを起動し、そのワーク種別、例えば車種に対応して、設計データ上の打点の三次元座標を含んだＣＡＤデータをハードディスク等の記憶装置から読み出すようになっている。
【００２１】
本発明の実施形態に係る溶接打点位置検査システム１は以上のように構成されており、この検査システム１を利用した溶接打点位置の検査作業について説明する。
先ず、検査開始の準備作業を行う。溶接打点位置検査システム１が設置されている作業場所に検査対象のワーク５０、即ち車両を搬入する。そして、パーソナルコンピュータ４０を起動し、ワーク種別、例えば車種信号を入力すると共に、打点位置検査プログラムを起動する。さらに、図４に示すように、ワーク５０の所定の複数の部位にキャリブレーションマーカー２０を取り付け、これらのキャリブレーションマーカー２０をカメラ部３０で撮影し、カメラ部３０はパーソナルコンピュータ４０に撮影したワーク５０の撮像信号を送信する。そして、パーソナルコンピュータ４０は、撮像信号から抽出した各キャリブレーションマーカー２０の相対的な位置関係から、カメラ部３０で撮影している測定対象に関して原点を設定する。このようにして、検査開始の準備作業が完了する。
【００２２】
次に、検査を開始する。図５は打点検査のフローチャートである。
先ず、ステップＳ１にて、パーソナルコンピュータ４０は、作業者からの検査開始の指示を受けると、ディスプレイ４１上にチェックする正規打点位置を図６に示すように表示する。なお、図示例では、ディスプレイ４１に６点の正規打点が表示されている。これにより、作業者は、ディスプレイ４１を見て、スポット溶接の打点６０のおおよその位置及び打点数を事前に確認できる。
【００２３】
次に、作業者は、ステップＳ２にて、ディスプレイ４１の表示を基に打点６０に指示具１０の先端１０Ａを当て、ステップＳ３にて、指示具１０の先端１０Ａが打点６０に接触した状態で各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを発光させるためのボタン１１Ａを押す。
作業者は、ステップＳ４にて、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが発光している状態でカメラ３１，３２を起動して、作業者が指示具１０の先端を打点６０に接触した状態における３つの各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを撮影する。各カメラ３１，３２で撮影されたワーク５０及び各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの画像を含む撮像信号は、パーソナルコンピュータ４０に送られる。
【００２４】
パーソナルコンピュータ４０は、ステップＳ５にて、双方のカメラ３１，３２における各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの画面上の位置及び相互の間隔に基づいて、所謂三角測量及び立体視の理論に従って、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの三次元位置を計測する。そして、各赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの三次元位置の情報を基に、指示具１０の先端１０Ａの三次元位置を算出する。これにより、指示具１０の先端１０Ａが接触している打点の三次元位置を取得できる。そして、ステップＳ６にてカメラ３１，３２を停止させ、続いてステップＳ７にて取得した打点６０の三次元位置の情報をパーソナルコンピュータ４０のハードディスク等の記憶装置に保存する。
【００２５】
このような打点６０の位置の計測を打点６０の数だけ繰り返す。なお、一度にカメラ３１，３２が捉え得る範囲は決まっているので、車両全体の打数を検査するためには、カメラ部３０の設置場所を変えて、上記の作業を繰り返す。
【００２６】
全ての打点６０に対して計測が終了したら、ステップＳ８にて、ＣＡＤデータ上の打点の３次元座標と得られた打点の３次元座標を１点ずつ照合し、測定した打点が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。
【００２７】
そして、各打点に対する判定結果の情報をパーソナルコンピュータ４０のハードディスク等の記憶装置に保存する。この判定結果の情報は、作業者の要求に応じて、パーソナルコンピュータ４０のディスプレイに表示され、或いはプリント用紙に印刷される。このように結果を表示したり印字して出力したりすることで、作業者は、スポット溶接の打点の位置検査の結果を確認することができる。
【００２８】
このように本発明の実施形態に係る溶接打点位置検査システム１によれば、携帯型の指示具１０を使用してスポット溶接の打点６０の位置の検査を行なう場合に、指示具１０に設けた識別部１３及び一対のカメラ３１，３２により、指示具１０の先端１０Ａに接触している打点６０に対する三次元位置を算出して、パーソナルコンピュータ４０によって設計データ上に規定された打点の位置データと照合することにより、スポット溶接の打点６０が正しい位置であるか否かを自動判定することができる。
【００２９】
このように、溶接打点位置検査システム１では、ワーク５０に施されたスポット溶接の打点６０の三次元位置を算出できるため、ＣＡＤデータとの照合が容易である。また、キャリブレーションマーカー２０をワーク５０に貼ることで、容易に測定データの原点を較正できる。また、作業者が、指示具１０を用いてスポット溶接の打点６０を１点ずつ指示するようにして、打点６０の位置検査が行われるため、誤判定の発生を防止できる。
【００３０】
さらに、作業者がスポット溶接の打点６０に指示具１０の先端１０Ａを接触させることで、その打点６０の３次元位置を検出することができるため、図面を見ながら位置をチェックする必要がなく、非常に単純な作業で短時間に検査を完了することが可能である。従って、溶接打点位置検査システム１によれば、検査工数の低減化が可能である。これにより、従来において１台に７２時間要していた検査作業を、１台１２時間程度に短縮することが可能になる。
【００３１】
以上詳述したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。例えば、上述した実施形態においては、判定部として、パーソナルコンピュータ４０が使用されているが、これに限らず、専用の電子計算機を判定装置として使用することも可能である。
また、上述した実施形態においては、識別部１３の発光素子として、赤外線発光素子１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが使用されると共に、カメラ部３０として赤外線カメラ３１，３２が使用されているが、これに限らず、他の種類のカメラが使用されてもよいことは明らかである。
また、上記説明では、ワークとして車両のボディを例示したが、ボディに限らず、スポット溶接を施す車両のドアなどの他のワークに対しても、本発明を利用することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接打点位置検査システムを示す図である。
【図２】図１中の領域Ａの拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカメラと指示具を示す図である。
【図４】ワークの所定の複数の部位にキャリブレーションマーカーを取り付けた状態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る溶接打点位置検査システムにおける打点検査のフローチャートである。
【図６】ディスプレイ上にチェックする正規打点位置の表示状態を示す図である。
【図７】従来のＮＰチェックシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  溶接打点位置検査システム
１０  指示具
１１  突出部
１１Ａ  ボタン
１２  平坦部
１３  識別部
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ  赤外線発光素子
２０  キャリブレーションマーカー
３０  カメラ部
３１，３２  カメラ
３５  支持部
３６  ケーブル
４０  パーソナルコンピュータ
５０  ワーク
６０  打点
【図１】
2007152371.tif 000003
【図２】
2007152371.tif 000004
【図３】
2007152371.tif 000005
【図４】
2007152371.tif 000006
【図５】
2007152371.tif 000007
【図６】
2007152371.tif 000008
【図７】
2007152371.tif 000009