(57)【要約】【課題】  自動車の組立ライン中に特別の寸法測定装置を設置することなく、車体の全数を測定して下流側工程に寸法に異常がある車体を流出させないことができる車体寸法の自動管理システムを提供する。【解決手段】  本発明の車体寸法の自動管理システム１０は、車体組立用の多関節ロボット１と、多関節ロボット１の制御装置６と、多関節ロボット１のアーム７ｂの先端に設けられたタッチセンサ３とを含んで構成され、下流側工程で部品が取り付けられる車体の部品取付部位Ｈａの少なくとも２点にタッチセンサを順次接触させ、制御装置６により前記２点の各々の座標データを取得して２点間の距離の演算値を求め、演算値が予め設定した公差の範囲を外れるときは組立ラインＬを一時停止する。【選択図】      図１
2007071556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の組立用の多関節ロボットと、
前記多関節ロボットの制御装置と、
前記多関節ロボットのアームの先端に設けられたタッチセンサと、
を含んで構成され、
下流側工程で部品が取り付けられる車体の部品取付部位の少なくとも２点に前記タッチセンサを順次接触させて、前記制御装置により前記２点の各々の座標データを取得して前記２点間の距離の演算値を求め、
前記演算値が予め設定した第１の公差の範囲を外れるときは車両の組立ラインを一時停止する
ことを特徴とする車体の自動測定システム。
【請求項２】
前記座標データはｘ、ｙ、ｚ座標系により表され、前記２点の各々の座標データを取得するとき、ｘ、ｙ、ｚ成分のうちいずれか１または２のデータを取得して、このデータに基づき前記２点間の距離の演算値を求めることを特徴とする請求項１に記載の車体の自動測定システム。 
【請求項３】
さらに、前記２点以外の点にタッチセンサを接触させ、その点の座標データを取得して、予め設定した第２の公差の範囲と比較し、その範囲から外れるときは車両の組立ラインを一時停止することを特徴とする請求項２に記載の車体の自動測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の組立ラインにおける車体の自動測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の組立ラインにおいて、車体に部品を取付ける部位の寸法に異常があると部品取付け作業に支障をきたす。このため、自動車の組立ラインの途中に計測ステーションを設けて車体の形状精度を測定することが行なわれている。例えば、特許文献１には計測ステーションとして、アームの先端に計測ヘッドを備えたロボットを用い、車体に設定された複数の計測箇所を測定する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平９−６８４１９号公報（請求項１、段落０００７〜００１１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に示された方法では、車体の寸法精度をチェックする専用のロボットが必要となる。このため、装置のコスト増加に加えて、車体の組立ライン全体の面積が増大することにもなる。また、この方法は時間がかかるため、全数検査は困難であり、抜取り検査にせざるをえないという制約がある。このため、部品取付け工程ではじめて取付部位寸法の異常が分かり、作業時間のロスが生じることになる。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、自動車の組立ライン中に特別の寸法測定装置を設置することなく、車体の全数を測定して次工程に寸法に異常がある車体を流さないことができる車体の自動測定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】
【０００５】
前記課題を解決した本発明のうち、請求項１に記載された車体の自動測定システムは、車体の組立用の多関節ロボットと、多関節ロボットの制御装置と、多関節ロボットのアームの先端に設けられたタッチセンサとを含んで構成され、下流側工程で部品が取り付けられる車体の部品取付部位の少なくとも２点にタッチセンサを順次接触させて、制御装置により２点の各々の座標データを取得して前記２点間の距離の演算値を求め、演算値が予め設定した第１の公差の範囲を外れるときは車両の組立ラインを一時停止することを特徴とする構成とした。
【０００６】
請求項１に記載の車体の自動測定システムでは、既存の車体の組立用の多関節ロボットを使用するので、新たな測定用の装置を設ける必要が無い。また、自動車の組立ラインにおいて、ある車体組立用のロボットの下流側の工程で部品を取り付ける部位の寸法のみを測定すればよいので、１台のロボットでの測定点数は少なくて済み短時間で測定できるので、車体の全数検査が可能になる。
【０００７】
また、請求項２に記載された車体の自動測定システムでは、座標データはｘ、ｙ、ｚ座標系によって表され、前記２点の各々の座標データを取得するとき、ｘ、ｙ、ｚ成分のうちいずれか１または２のデータを取得して２点間の距離の演算値を求めることを特徴とする構成とした。なお、本発明では、車両の高さ方向の鉛直な座標軸をｚ軸、車両の幅方向でｚ軸と直交する座標軸をｘ軸、車両の前後方向でｘ軸とｚ軸と直交する座標軸をｙ軸とする。
【０００８】
請求項２に記載の車体の自動測定システムでは、車体の寸法を測定するときに三次元の全データを取得するのではなく、一次元、または二次元の座標データのみを取得するので、測定時間を短縮することができる。通常、自動車の組立ラインにおいてロボットを用いる場合、組立ライン上の車体の位置はほぼ一定に調整されているため、このように測定を簡素化することができる。
【０００９】
請求項３に記載された車体の自動測定システムは、さらに前記２点以外の点にタッチセンサを接触させ、その点の座標データを取得して予め設定した第２の公差の範囲と比較し、その範囲を外れるときは組立ラインを一時停止することを特徴とする構成とした。
【００１０】
請求項３の車体の自動測定システムによれば、自動組立ライン上の車体の位置の異常の有無を確認することができ、正常な位置にないと判断される場合には自動組立ラインを停止することにより、寸法が適正に測定されなかった車体が下流側工程へ流出することを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
このような車体の自動測定システムによれば、自動車の組立ライン中に特別の寸法測定装置を設置することなく車体の全数を測定して、部品取付部位の寸法に異常のある車体が下流側工程へ流出することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜４を参照しながら、車体Ｂの組立用の多関節ロボット１が溶接ロボット（以下、溶接ロボット１という）である場合を例に、本実施形態に係る車体の自動測定システム１０について説明する。図１は車体の自動測定システム１０の構成を示す斜視図、図２は溶接ロボット１の概略の構造を示す斜視図、図３はタッチセンサ３の動作の説明図、図４は部品取付部位の寸法測定手順を説明するフローチャートである。
【００１３】
図1に示すように、本実施形態に係る車体の自動測定システム１０は、車体Ｂの組立用の多関節ロボットである溶接ロボット１、溶接ロボット１の制御装置６、組立ラインＬ、および溶接ロボット１のアーム（第２のアーム７ｂ）の先端の手首ユニット７ｃに設けられたタッチセンサ３を含んで構成されている。組立ラインＬはコンベア等の搬送手段により車体Ｂを上流側の工程から下流側の工程に順次送るものであり、各工程での異常の有無などを含め、組立ラインＬ全体を監視するコンピュータ（図示せず）により制御されている。
【００１４】
まず、本実施形態で用いられる溶接ロボット１について図２を参照して説明する。
溶接ロボット１は、ベース８と、ベース８上に設けられた第１のアーム７ａと、これに接続される第２のアーム７ｂと、これに接続される手首ユニット７ｃと、第１のアーム７ａ、第２のアーム７ｂおよび手首ユニット７ｃを回転・回動させるサーボモータ(図示せず)からなり、制御装置６によりその動作を制御されている。また、手首ユニット７ｃの先端部には車体の組立用の各種工具が取付け可能であり、本実施形態ではタッチセンサ３と、溶接ガン４が取付けられている。また、溶接ロボット１は、以下説明する６本の回転軸によりその姿勢が制御される。
【００１５】
前記した６本の回転軸は、第１のアーム７ａをベース８に対して垂直な軸を中心に旋回させる回転軸（１軸）と、第１のアーム７ａをベース８との接続部にある水平な軸を中心に回転させる回転軸(２軸)と、第１のアーム７ａと第２のアーム７ｂがなす角度を変化させるように第２のアーム７ｂを回転させる回転軸(３軸)と、第２のアーム７ｂをその長軸を中心に回転させる回転軸(４軸)と、手首ユニット７ｃと第２のアーム７ｂのなす角度が変化するように手首ユニット７ｃを回転させる回転軸(５軸)と、５軸と直交する軸を中心に手首ユニット７ｃを回転させる回転軸（６軸）からなる。
【００１６】
制御装置６はコンピュータ等の高速演算装置を有しており、多関節ロボットの各回転軸の位置座標を演算することにより、手首ユニット７ｃの先端のタッチセンサ３および溶接ガン４の位置を認識し、あるいはタッチセンサ３および溶接ガン４を所定の移動軌跡に沿って移動させることができる。
【００１７】
さらに、制御装置６は、溶接加工を行うための溶接条件等の溶接プログラム、さらに、後述する自動寸法測定プログラムを所定のメモリ内に記憶している。そして、これらのプログラムを実行して各サーボモータに所定の動作をさせることにより、溶接ガン４およびタッチセンサ３の移動軌跡を制御する。なお、本実施形態の溶接ロボット１は手首ユニット７ｃを回転させることにより、溶接ガン４およびタッチセンサ３のどちらを使用するか選択可能に構成されている。
【００１８】
次に、図１を参照して溶接ロボット１の動作について説明する。ここでは、溶接ロボット１により車体Ｂのルーフ上の溝Ｇの中に部品取り付け用のピンを溶接する場合を想定して説明する。
まず、組立ラインＬのコンベアによって、ルーフに溝Ｇが形成されている車体Ｂが溶接ロボット１の前の所定の位置まで搬送されて来る。これを検知した制御装置６は、手首ユニット７ｃの先端に設けられたタッチセンサ３を測定原点位置に移動させる。
【００１９】
そして、溶接ロボット１の制御装置６は、タッチセンサ３を微速で下方へ移動させ、溝Ｇの底面に接触させてピンを溶接すべき位置のｚ成分の位置座標データを決定する。次にタッチセンサ３を溝Ｇの両壁面に接触させて、ピンを溶接すべき位置（両壁面の中央）のｘ成分の位置座標データを演算して決定する。最後にタッチセンサ３を車体Ｂの後面の所定の位置に接触させ、ピンを溶接すべき位置のｙ成分の位置座標データを演算して決定する。
【００２０】
次いで、溶接ロボット１の制御装置６は、手首ユニット７ｃを回転させて溶接ガン４を車体Ｂ側に向ける。そして、溶接ガン４の先端にピン（図示せず）を保持し、前記のようにして決定した車体Ｂの溶接位置にピンを当接させ、記憶されているプログラムに従ってピンを車体Ｂの溝Ｇに溶接する。
【００２１】
次にこの溶接ロボット１を利用した車体の自動測定システム１０について、車体Ｂのルーフに設けられた取付け孔Ｈａ（図１参照）の寸法を測定する場合を例にして、図２〜４を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態では取付け孔Ｈａの長軸が車幅方向と平行な場合を想定して説明する。この車体Ｂのルーフに設けられた取付け孔Ｈａは、請求項１にいう下流側工程で部品が取り付けられる車体の部品取付部位にあたる。
【００２２】
まず、図３に示すように、溶接ロボット１の制御装置６は、タッチセンサ３をｘ方向測定のスタート点９まで移動させる（図４のステップＳ１）。このｘ方向測定のスタート点９は、取付け孔Ｈａのほぼ中央からやや下方となる位置に設定され、予め制御装置６に記憶されている。
【００２３】
次いで、タッチセンサ３をｘ軸に沿い、かつ一定高さで＋ｘ方向に向け微速で移動させる（Ｓ２）。すなわち、ｙ成分、ｚ成分の値は一定値として移動させる。制御装置６は、タッチセンサ３と車体Ｂとの接触を検知したら、そのｘ成分の座標データ（ｘ１）を取得すると共にタッチセンサ３をｘ方向測定のスタート点９まで戻す（Ｓ３、Ｓ４）。
次に制御装置６は、タッチセンサ３を−ｘ方向に向けて微速で移動させて、前記と同様にしてｘ成分の座標データ（ｘ２）を取得する（Ｓ５、Ｓ６）。
【００２４】
制御装置６は、ｘ成分のデータを取得したら、タッチセンサ３をｚ方向測定のスタート点１１に移動させ、タッチセンサ３を−ｚ方向へ微速で移動させる（Ｓ７、Ｓ８）。そして、図４のステップＳ９に示すように、制御装置６はタッチセンサ３が車体Ｂに接触したときのｚ成分の座標データ（ｚ１）を取得する。なお、ｚ方向測定のスタート点１１には、車体Ｂの上方の任意の点を選択することができる。ｚ方向の寸法測定を短時間で行うには、部品取付部位の近傍の地点、例えば部品取付部位から１ｃｍ以内の範囲にある平坦な部分の上方に、ｚ方向測定のスタート点１１を設定することが好ましい。また、部品取付部位である取付け孔Ｈａの水平度を確認するためには、取付け孔Ｈａの長軸の延長線上に設定することが好ましい。
【００２５】
制御装置６は、取得した座標データから（ｘ１−ｘ２）を演算し、この値と予め記憶されている第１の公差の範囲ＳｘＬ〜ＳｘＵと比較して、（ｘ１−ｘ２）がこの範囲を外れるときは組立ラインＬを一時停止させる。このとき制御装置６が一時停止を知らせる警報を出すようにしてもよい。組立ラインＬを一時停止することにより、下流側の工程で部品の取り付けに支障が生じることを未然に防止できる。なお、組立ラインＬの一時停止は、例えば制御装置６から組立ラインＬ全体を制御しているコンピュータ(図示せず)に停止信号を送ることにより行なうことができるが、この方法に限定されない。
【００２６】
また、制御装置６は、取得したｚ成分の座標データを、予め記憶されている第２の公差の範囲ＳｚＬ〜ＳｚＵと比較して、ｚ成分の座標データがこの範囲内を外れるときは組立ラインＬを一時停止させる。
ｚ成分の座標データを測定すれば、車体Ｂが水平に置かれているか否かを検知でき、これにより寸法測定が適正に行なわれたか否かを判断することができる。そして、車体Ｂの寸法測定が適正に行われなかったときに組立ラインＬを一時停止することにより、寸法測定精度の信頼性に欠ける車体Ｂが下流側工程へ流出することを防止できる。
【００２７】
本実施形態の変形例として、タッチセンサ３を＋ｘ方向および／または−ｘ方向に移動させるとき、所定量を超えて移動したにもかかわらず車体Ｂに接触しない場合に、組立ラインＬを一時停止させることもできる。すなわち、図４においてＳ２またはＳ５の後に、タッチセンサ３の移動量が一定値を超えたら組立ラインを停止するステップを加えることができる。このようにすれば、より早く寸法の異常を知ることができる。
このように、本実施形態ではｘ成分のデータだけを取得して寸法の異常を判断するので、下流側工程で部品が取り付けられる車体Ｂの部位の寸法検査を短時間で行なうことができる。
【００２８】
以上説明した車体の自動測定システム１０によれば、寸法が基準範囲を外れる車体Ｂが下流側工程に流出することを防止することができる。これにより、例えば取付け孔Ｈａの再加工などの必要な処置を従来よりも早い段階で行なうことが可能になる。これにより寸法に異常がある車体Ｂが組立ラインＬ上にある無駄な時間が省かれる結果、車体の組立工程全体の生産性が向上する。
【００２９】
自動車の組立ラインＬには種々の工程があるが、各工程が同一の時間で行なわれるわけではなく、一部の工程のロボットでは待機時間が生じる場合がある。この待機時間を利用して本発明に係る寸法測定を行なえば、１台の自動車の組立に必要な全工程の時間を延長することなく車体の全数を測定し、下流側工程に不良品を流出させないことができる。なお、ここで言う下流側工程とは、ある工程の下流にある工程のいずれかを指し、直近の次工程に限定されるものではない。
【００３０】
以上の実施形態ではｘ成分の座標データから部品取付部位の寸法を測定する例を説明したが、ｘ、ｙ、ｚ成分のうちいずれか２つのデータを取得して寸法を測定することもできる。例えば、取付け孔Ｈａが車体の側面に設けられ上下方向に長い場合、ｘ、ｙ成分は一定にして、ｚ成分の座標データから取付け孔Ｈａの寸法を求めることもできる。この場合、車体の側面の取付け孔Ｈａとは異なる位置にタッチセンサ３を接触させてｘ方向の座標データを取得して、測定が正常に行なわれたか判断させることもできる。
【００３１】
あるいは、車体Ｂのルーフ上に設けられた部品の取付け孔Ｈａが、車幅方向に対して傾斜している場合、タッチセンサ３を取付け孔Ｈａ内の同一の高さ、すなわちｚ成分の値を一定値として移動させ、座標データ（ｘ１、ｙ１）と（ｘ２、ｙ２）を取得し、この二次元データから取付け孔Ｈａの寸法を求める。そして、ｚ成分の座標データ（ｚ１）を取得して測定が正常に行なわれたか判断させることもできる。
【００３２】
また、本実施形態において、車体のルーフの取付け孔Ｈａ，Ｈｂの、それぞれの孔の寸法を測定した後、ｘ成分の位置座標データの差から取付け孔Ｈａと取付け孔Ｈｂの間隔を演算し、予め設定した公差の範囲内に入るかを判断する車体の自動測定システム１０とすることもできる。さらに、測定した座標データを制御装置６等に蓄積し、標準偏差を算出して工程能力を求めることもできる。これにより、例えば初めて生産する車種の車体Ｂの加工精度を監視して、問題があれば必要な対策を講じることが可能な車体の自動測定システム１０とすることもできる。
【００３３】
なお、前記の本実施形態では、多関節ロボットが溶接ロボット１である場合を例に説明したが、本発明に用いることができる多関節ロボットは溶接ロボット１に限定されない。被測定物に対してアームを様々な角度から接近させてタッチセンサ３を接触させることができる多関節型ロボット（ｘ、ｙ、ｚの座標変更されて表示しているロボット）であればよく、ロボットの用途は重要ではない。
【００３４】
多関節ロボットで高い測定精度を得るためには、部品取付部位の寸法の基準範囲と比較して、ロボットが制御できる位置精度の方が１０倍以上高いことが好ましい。例えば、車体に設けられた孔の寸法の基準範囲が±０．３ｍｍの場合、０．０３ｍｍ以下の位置精度で停止位置を制御できる多関節ロボットを用いることが好ましい。
【００３５】
また、タッチセンサ３は車体Ｂに接触したとき、電気信号を制御装置６へ送れるセンサであればよく、例えば車体Ｂとの接触による通電で電気信号を発生するセンサを用いることができるが、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態に係る車体の自動測定システムを表す概念図である。
【図２】実施形態に係る多関節ロボット(溶接ロボット)の概略外観を表す斜視図である。
【図３】寸法測定時のタッチセンサの動作の説明図である。
【図４】車体の寸法測定手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１      溶接ロボット（多関節ロボット）
３      タッチセンサ
６      制御装置
７ａ    第１のアーム
７ｂ    第２のアーム
７ｃ    手首ユニット
１０    車体の自動測定システム
Ｂ      車体
Ｈａ    取付け孔（部品取付部位）
Ｌ      組立ライン
【図１】
2007071556.tif 000003
【図２】
2007071556.tif 000004
【図３】
2007071556.tif 000005
【図４】
2007071556.tif 000006