(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動化された締結具据え付け機械において適切な締結具の大きさおよび位置を確認するための方法であって、
自動化された締結具据え付け機械の締結具供給装置から締結具挿入装置のホルダへと締結具を供給するステップと、
視覚システムで前記締結具の画像を生じる間前記締結具のホルダにおいて前記締結具を保持するステップと、
締結具の据付が必要とされている場所へ締結具据付け機械を移動するステップと、
新しい締結具据付け場所において据付けられる締結具の情報を提供するステップと、
新しい場所において据付けられる前記締結具の前記視覚システムによる画像のデータによる情報と、一連の記憶されたデータのうちその締結具据付け場所において挿入のために設計された締結具のデータとを比較して、締結具挿入装置に供給された締結具が正しく位置決めされ、正しい長さおよび直径であることを確かめるステップと、
不適切に配向された締結具、および不適切な大きさの締結具を前記締結具ホルダから取除き、別の締結具を前記ホルダに再供給するステップと、
前記締結具を孔に挿入し、前記締結具をしっかり締めるステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記画像を生じる間バックライトで前記締結具および前記ホルダを逆光で照らして、前記画像の明るさを高め、背景の散らかりの混乱を起こさせる影響を最小にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像を生じる間前記バックライトと前記締結具との間にブランクディフューザを配列して、前記画像の明るさを高め、背景の散らかりの混乱を起こさせる影響を最小にするステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記バックライトから前記ディフューザのまわりにきれいな空気を吹き込んで、前記締結具据え付け機械からの潤滑剤およびドリルチップによる前記ディフューザの汚染を防ぐステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記画像を生じるステップは、きれいな空気をカメラのレンズのまわりに吹き込んで、前記締結具据え付け機械の近傍からの潤滑剤およびドリルチップによる前記レンズの汚染を防ぐ間、視覚システムのカメラで前記締結具および前記ホルダをスキャンするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記締結具ホルダにおいて不適切に配向されるかまたは誤った大きさの締結具が検出されると前記自動締結具据え付け機械の動作を停止させ、操作者からの再開始信号の入力の後においてのみその動作を再開始させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記取除くステップは、適切な大きさの締結具を前記ホルダに供給して前記不適切に配向された、および／または不適切な大きさの締結具をずらすステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
締結具据付の必要とされている複数の場所へ移動可能な自動締結具据え付け機械において、締結具を締結具挿入器に供給し、締結具挿入器において締結具の配向および大きさを感知して締結具挿入器において適切な大きさの締結具が適切に配向されているかを判断し、締結具をワークピースの孔の中に挿入するための装置であって、
前記締結具挿入器に並列して前記ワークピースを保持するための支持構造と、
締結具を締結具ホルダに渡すための締結具供給器とを含み、
前記締結具ホルダは、前記締結具を保持し、かつ前記締結具が前記ワークピースの孔に押し込まれるときに前記締結具を開放するようにバイアスされ、さらに、
前記締結具のフィンガ内の前記締結具の画像を生じ、前記画像の予め定められた点と、一連の記憶されたデータのうちその締結具据付け場所において挿入のために設計された締結具の対応する予め定められた点とを比較し、正しい大きさの締結具が前記ホルダに正しく位置決めされていることを検出する場合サイクルを続行するように前記自動締結具据え付け機械のために信号を生成するための画像処理システムを含み、
前記画像処理システムは前記締結具ホルダにおいて前記画像処理システムによる画像における前記締結具の端縁を検出し、前記画像における画素数により前記締結具の長さおよび直径の寸法を計算し、前記長さおよび直径の寸法をある予め定められた寸法に対して比較し、前記予め定められた寸法外の寸法が検出されるときにエラー信号を生成する、装置。
【請求項９】
前記視覚システムは異なった角度から前記締結具ホルダに向けた２つのカメラを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
各カメラの正面端部にかけての保護透明カバーと、きれいな空気を前記保護透明カバーにかけて吹き込むように位置決めされて、前記自動締結具据え付け機械からの潤滑剤およびチップが前記保護透明カバー上に堆積しないようにするための、各カメラにおけるエアノズルとをさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
主として前記バックライトのスペクトルだけを通す光フィルタ材料から作られたガラスプレートを含んだ、各カメラの正面端部にかけての保護透明カバーをさらに含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記締結具ホルダの反対側の前記カメラの各々に向ける方向に位置決めされたバックライトをさらに含み、それによって前記締結具の前記画像は前記バックライトに対するシルエットの性質を帯びている、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記バックライトは主として前記カメラの最適な感度のスペクトルの光を生じる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記バックライトは、光のソースを含んだライトハウジングと、前記カメラに面する前記ライトハウジングの正面を覆うブランクディフューザとを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記光のソースは、前記カメラの最適な感度のスペクトルである、近赤外線スペクトルの光を生じる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ブランクディフューザに隣接したエアノズルをさらに含み、前記エアノズルはきれいな空気のソースに接続するための結合部を有し、それによってきれいなエアカーテンが前記ブランクディフューザにかけて吹き込まれて、前記自動締結具据え付け機械からの空気で運ばれる汚染物質の前記ブランクディフューザへの堆積を防ぐ、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記画像処理システムは、
前記締結具ホルダの側部に向けられ、前記ホルダ内の前記締結具の端縁画像を生成するためのカメラと、
前記締結具ホルダ内の前記締結具の端縁を検出し、隣接した水平の端縁ツール上の一連の端縁から垂直の基準ラインゲージまでの水平距離を比較し、垂直に整列されていない前記端縁ツールに沿って一連の端縁が検出されるときにエラー信号を生成するための画像処理装置とを含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
前記画像処理システムは、
前記締結具ホルダに向けられ、前記締結具と前記ホルダの２つのフィンガとを示す、前記ホルダ内の前記締結具の画像を生成するためのカメラと、
前記締結具ホルダ内の前記締結具の端縁を検出し、水平のゲージラインに沿った端縁データと有効な締結具ファイルからのデータとを比較するための画像処理装置とを含み、
前記端縁ツールがリベットヘッドの直径を報告する場所の上に有効な本体直径を報告するときに「逆さま」エラー信号を生成する、請求項９に記載の装置。
【請求項１９】
前記画像処理システムは、
前記締結具ホルダに向けられ、前記締結具と前記ホルダの２つのフィンガとを示す、前記ホルダ内の前記締結具の画像を生成するためのカメラと、
前記締結具ホルダ内の前記締結具の端縁を検出し、水平のゲージラインに沿った端縁データと有効な締結具ファイルからのデータとを比較するための画像処理装置とを含み、
締結具が予期されるところに水平または垂直のツールのいずれも端縁変位データを示さないときに「締結具欠如」エラー信号を生成する、請求項９に記載の装置。
【請求項２０】
締結具据付の必要とされている複数の場所へ移動し自動化された締結機械で締結具を締結することによって大きな構造を組立てるための方法であって、
締結具を締結具ホルダに注入し、機械が次の締結具挿入位置に移動している間に締結具を画像処理システムにより点検するステップと、
前記締結具ホルダ内の前記締結具の端縁の位置を前記画像処理システムによる画像により検出するステップと、
前記画像処理システムによる画像における前記端縁間の画素の数を寸法に変換して、測定された締結具寸法を判断するステップと、
前記測定された締結具寸法と、一連の記憶されたデータのうちその締結具据付け場所において挿入のために設計された正しい大きさの締結具の寸法とを比較するステップと、
前記測定された締結具寸法が正しい大きさの締結具の前記寸法から予め定められた値よりも多く逸脱するとき、前記機械を停止するエラー信号を生成するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
この発明は自動化された締結具据え付けシステムに関し、特に、正しい締結具がワークピースに据え付けるための準備ができているか、それがワークピースに据え付けるために正しく配向されているかを確認するためのシステムに関する。
発明の背景
商業輸送のための航空機の翼のような大きな構造のために用いられる嵩高い締結機械は迅速かつ正確に動作するように設計されており、これは、中型の航空機では約５０フィートの長さに延び得る翼の全長に沿った多数の列において約１．５インチごとに締結具が挿入されることを考慮すると実用上不可欠である。近代的な高速装置であっても、この動作は非常に多くの労働力を必要とし、時間がかかる。
速度に対する必要性は、時間がかかり、かつコストのかかる問題のいくつかを生じてきた。リベットが傾くか反転した位置でリベット孔に供給され、ラムの停止が間に合わなければ、これは翼のパネルに損傷を与え得る。損傷がひどいので翼の全パネルを解体しなければならない事例があり、これは極めてコストのかかる出来事であった。他の問題にはリベット供給装置における誤った長さまたは直径のリベットが含まれる。誤った大きさのリベットは通常翼のパネルに損傷を与えないが、これは、翼のパネルが翼を構成するために用いられ得る前に、掘削して取除かれ、正確な大きさのリベットと交換されなければならない。このようなエラーの無駄な時間およびコストにより、リベット孔に挿入される前にリベットホルダにおいてリベットの配向および大きさを検査できるシステムが必要となる。
これら同様の見方は、自動化された装置によって締結される翼のパネルおよび他の大きな構造に、ねじを切られた締結具を挿入する場合にも同様またはそれ以上に当てはまる。航空宇宙産業において用いられるねじを切られた締結具には、ねじを切られたナットに係合し、スエージ加工されたカラーによって掴まれる円形のねじ筋を有したボルトをロックする、従来の螺旋状にねじを切られた締結具が含まれる。これらは通常チタン合金を含む高い強度の材料であり、それが用いられるアルミニウム構造よりも硬くかつ強い。このような締結具が傾くか反転した位置で自動締結具挿入機械によって供給されると、損傷の可能性はアルミニウム製のリベットが用いられる場合よりもさらに大きい。むしろ、締結具の大きさおよび位置のセンサに対する必要性がリベットに対するよりもねじを切られた締結具に対して大きくなる。
この問題は長年存続し、数多くの試みがこれを解決するためになされてきた。米国特許第４，８２３，３９６号に示される締結具スキャニングシステムは、締結具が正しい大きさであり、正しく、すなわち尾部を先にして配向されていることを確実にするために締結具挿入装置への途中で締結具をスキャンするために開発された。これは、傾いた角度でパネルへと押し潰される、締結具ホルダに保持された傾いた締結具の問題は解決しなかった。さらに、いくつかの航空機の翼で用いられるリベットは、据え込まれるまで低温で維持されなければならないいわゆる「アイスボックスリベット」である。このようなアイスボックスリベットの低温は第３９６号の特許における観察ガラスに曇または霜を生じ、締結具の画像に支障をきたす。
リベットが存在しないときのラムによるパネルへの損傷を防ぐため、光中断システムがいくつかのリベット打ち機械上で用いられて、機械がリベット孔へとリベットを押すように動作される前にリベットがリベットホルダに保持されることを確認する。この光中断システムは傾くか反転したリベットを検出しないばかりか、正しい大きさのリベットと不適切な大きさのリベットとの識別もできない。
熟練した操作者はしばしばいつ傾いた締結具がパネルに押しつけられるかを感知することができ、しばしば大幅な損傷が起こる前に機械を止めることができる。操作者は、リベットの押し込み動作が通常ではないとわかる、傾いたリベットの供給における機械の動作から音および振動を知覚し、したがって操作者はパネルが損なわれる前にラムの運動を停止することができる。しかしながら、操作者が行動できるまでの反応時間がいくらかあり、操作者はその瞬間機械動作における他の業務で気が逸れているかもしれず、したがって注意深い操作者であっても時には損傷が起こる。
画像処理システムは回路板端子の検査、孔の場所のチェック、およびこのような他の応用のために知られている。実際、据え込みおよびシェービングの後のリベットを観察するためにカメラがいくつかの自動リベット打ち機械上で用いられて、結果が満足のいくものでないと思われ始めると訂正することができるように、操作者にこのプロセスについてリアルタイムの情報を与える。しかしながら、自動締結具据え付け機械の内部機構において画像処理システムを用いると、当業者がこの応用に画像処理技術を首尾よく利用するのを妨げる特別な問題が提起される。この環境はもつれ合ったチューブ、ワイヤ、および多種の可動機構で極めて散らかっており、このために画像処理システムが締結具を背景から見分けることがほとんど不可能となる。機械、パネルおよび制御装置を照らすために配置されたライトが画像処理システムの動作を妨げ得る。機械において用いられる潤滑剤および切削剤がエアゾールとして空気で運ばれるようになることがあり、画像処理システムのカメラを覆ってそれが作り出す画像をぼやけさせ得る。機械は頻繁に調節されなければならず、機械、特にカメラが設置されるべき既存の機械の中心にあるカメラが通常の動作において機構の調節または交換を妨げ得る。
したがって、この技術、特に航空宇宙産業において、翼のパネルまたは他のワークピースに掘削されるべき孔の中へ挿入する準備において締結具ホルダへと注入された後に締結具をリアルタイムで検査し、締結具が正しい大きさであるか、かつ正しく、すなわち頭部を上にしてホルダ内に垂直で中心に置かれているかを正確かつ確実に判断できる締結具点検システムが長い間必要とされてきた。このシステムは、品質または生産速度に支障をきたす前に問題が直され得るように、プロセスの問題がいつ発展し始めるかを予期し、また、プロセスが設計どおり適切に機能していることをマネジメント、顧客、および政府当局に示すための記録の編纂を容易にするための品質管理ツールとなるべきである。
発明の概要
したがって、この発明の目的は、傾いた、反転した、または不適切な大きさの締結具が据え付けの前に拒絶されるように、適切な大きさで適切に配向された締結具だけが据え付けられることを確実にするために自動締結具据え付け機械において締結具を検査する改良された方法を提供することである。この発明の別の目的は、据え付け速度を締結具チェックステップなしの場合と同様かまたはそれ以上に速くしながら締結具の大きさおよび配向のチェックを組み入れる自動締結具据え付け機械を動作するための改良された方法を提供することである。この発明のさらに別の目的は、自動締結具据え付け機械の締結具ホルダに保持された締結具の配向および大きさを検査し、それをワークピースにおけるその場所での挿入のために設計された締結具の大きさと比較し、誤った大きさまたは誤った配向の締結具の挿入を防ぐための画像処理システムを提供することである。この発明のさらに別の目的は、自動締結具据え付け機械の中心にある、不良で、汚く、散らかり、視覚的にノイズのある環境において確実に動作できる、締結具ホルダ内の締結具の大きさおよび配向を検査するための画像処理システムを提供することである。
この発明のこれらおよび他の目的は、供給機構が締結具を締結具ホルダへと注入する、締結具供給機構のエジェクタ端部に向けた１対のカメラを有する画像処理システムにおいて達成される。２つのバックライトが締結具ホルダの別の側でカメラの反対側に支持され、各バックライト上のブランク白色ディフューザを介して均一な黒色光で締結具ホルダ内の締結具を照らして、カメラによるきれいで鮮鋭なシルエット画像の生成を容易にする。画像は、締結具の端縁、すなわち、光が一方の端縁で数画素のうちに明から暗へと変化し、次に他方の端縁で明へと再び変化する場所を検出することによって、一連の水平なゲージラインと締結具の中心線に沿う垂直のゲージラインとに沿って測定される。画像処理システム処理装置によって画素の形態でとられ、長さの測定値に変換されるこれらの測定値はシステム制御装置に伝達され、その締結具ホルダに保持された正しい大きさで正しく配向された締結具の寸法と比較される。寸法がある範囲の許容度内に対応するならば、機械は機械サイクルを続行するように能動化される。寸法が対応しないならば、操作者はモニタ上でメッセージを通知され、正しい大きさの締結具をホルダへと供給し、不適切な大きさであるかまたは不適切に配向された締結具を押し出すように適切な制御を行なうことができる。
図面の説明
この発明とその多くの付随する目的および利点とは、以下の図面と関連して好ましい実施例の説明を読むとより明らかになるであろう。
図１は、この発明の画像処理システムが装着される代表的な締結具据え付け機械の斜視図である。
図２は、図１に示される締結具据え付け機械の上部ヘッドの斜視図であり、可動ツールシャトルと整列した締結具インジェクタを示し、例示の明確さのために展開された圧力フットアセンブリを示す。
図３は、図１に示される機械における圧力フットと整列した締結具ホルダおよびラムの拡大図であり、締結具ホルダが例示の明確さのために締結具なしで示される。
図４は、図１に示される締結具据え付け機械の締結具ホルダに向けて示される、この発明のライトおよびカメラの概略平面図である。
図５は、図４に示される締結具据え付け機械の概略端面図であり、機械の締結具ホルダに向けたこの発明のライトを示し、機械の反対側でカメラブラケットを示すが例示の明確さのためにカメラを省略する。
図６は、図５に示される構造の概略側面図である。
図７は、カメラとカメラ装着ブラケットおよびカメラ支持ブラケットとの展開図であり、図１に示される機械にカメラを装着するために用いられる構造を示す。
図８は、ライトとライト装着ブラケットおよびライト支持ブラケットとの展開図であり、図１に示される機械にライトを装着するために用いられる構造を示す。
図９は、図７に示されるカメラとカメラ支持ブラケットおよびカメラ装着ブラケットとの展開図である。
図１０は、図８に示されるライトとライト支持ブラケットおよびライト装着ブラケットとの展開図である。
図１１は、図１０に示される（装着ブラケットなしでの）ライトアセンブリの正面図である。
図１２は、図１１に示されるライトアセンブリの平面図である。
図１３は、この発明の締結具点検システムのための制御システムのシステム概略図である。
図１４−１７は、リベットが保持され得るさまざまな位置で締結具ホルダ内のリベットの、図４に示される側部カメラによって作られた側面画像を示す。
図１８−２０は、それぞれ、ずれた、傾いたおよび真っ直ぐな位置でのリベットの、図４に示される斜角カメラによって作られた斜角側面画像を示す。
好ましい実施例の説明
同様の参照符号が同一または対応する部分を示す図面、より特定的にはその図１を参照すると、自動締結具据え付け機械３０がＸ移動軸に沿った移動のために軌道３２上に装着されて示される。機械はそれによって操作者が１つ以上の動作位置にのぼることができる梯子３４を含み、その位置の１つは３６で示される。機械３０は、Ｘ移動軸と直角をなして突出し、航空機の翼の外板のようなワークピースが一連の間隔をあけられた支持具（図示せず）上に水平に支持されるワークゾーンに及ぶ、上部ヘッド４０および下部ヘッド４２を有した大きなＣフレーム３８を支持する。この発明の説明は参照のため図１の機械の配向を用いるが、この発明は明らかに他の配向において用いられることが可能であり、図１に示される配向に依存しない。
上部ヘッド４０は図１に「Ａ軸」として示される弧を旋回するために装着された移送ヘッド４４を含む。この旋回は、機械３０によって据え付けられるリベットのラインに沿う翼の外板の湾曲した表面に対して移送ヘッド４２上のツールが垂直に差し出されることを可能にする。ツールシャトル４６はＸ軸に沿った線形運動のために移送ボックス４４に装着され、図２に示される３つのツール、すなわちラム４８、シェービングされたスピンドル５０、およびドリルスピンドル５２を支持する。ツールシャトル４６の位置は、それによってツールシャトルの３つのツールが圧力フット６０の開口部を通る中心線５８と一致して順に位置決めされ得る１対の空気圧シリンダ５４および５６によって制御される。圧力フットは、翼の外板に対して圧力フットブッシュ６４を押すように圧力フット６０を上げ下げできるように、油圧シリンダ６２によって移送ボックス４４に装着される。同時に、下部ヘッド４２の対応するラムが上がってストリンガを翼の外板の下側に対して押し、上部ヘッド４０と下部ヘッド４２との間のこの締め付けの配列がツールの動作の間維持される。
リベットインジェクタ６８はＹ軸に沿ってラム４８と軸方向に並べられた移送ボックス４４に装着される。リベットインジェクタ６８は、頭部を上にした位置でリベットをリベットインジェクタ６８の内部端に送るチューブ７０に接続された空気圧供給システムからリベットを受ける。リベットインジェクタ６８の空気圧シリンダ７２はリベットラム（図示せず）をリベットインジェクタ６８において動作させて、リベットをリベットインジェクタから押し出し、それをリベットホルダ７６の１対のリベットフィンガ７４の間に押し入れる。リベットフィンガ７４は、ラム４８の下端に装着された円筒アンビル７８内の対向するスロットの中に装着される。リベットフィンガ７４は、リベットフィンガ７４の上部の対向するリセス８０でリベットフィンガ７４に係合するばね押しキャリバ（図示せず）によって互いに向かってばねバイアスされる。
リベットインジェクタ６８の内部端がリベットをリベットフィンガ７４へと注入するように位置決めされる最も左の位置にツールシャトル４６があるとき、ドリルスピンドル５２が圧力フット６０を通る中心線５８と整列させられ、機械はリベットの注入のための孔を掘削するように位置決めされる。次のステップでは、シャトル４６が図２に示される最も右側の位置に移動し、ラム４８が下がってアンビル７８をリベットの頭に対して押し、それをスピンドル５２によって掘削された孔へと駆動するであろう。しかしながら、時折、リベットが非垂直または反転位置でフィンガ７４によって捉えられ、かつ保持されるようにリベットインジェクタ６８がリベットを注入するか、または時折重なったリベットが同じ供給動作においてフィンガの間に供給され得る。これらの事象のいずれにおいても、すなわち、単一のリベットがフィンガ７４に供給されず、フィンガの間で垂直で中心に置かれないときは必ず、ラム４８によってアンビル７８へともたらされる力が誤った位置のリベットを翼の外板の上部に対して押し、これが翼の外板に損傷を生じ得る。損傷は時には翼の外板が修理できず、多大なコストで解体されなければならないほどひどくなる。
スピンドル５２によって掘削された孔へとリベットを押し込むラムの動作の前に、正しい寸法の単一のリベットがフィンガ７４で適切に配向して保持されることを確実とするために、画像処理システムが設けられて、フィンガ７４に保持されるリベットの画像を作り、これらの画像は分析され、その位置の正しい大きさで正しく位置決めされたリベットに対応するデータと比較される。画像処理システムは、リベットフィンガ内のリベットの画像を得るための、締結具ホルダ７６のリベットフィンガ７４に向けた、図４に示される２つのカメラと、リベットを逆光で照らすための、リベットフィンガの別の側で各カメラとは反対側にあるバックライトとを含む。
カメラは側部ビューカメラ８０とアングルブラケット８４上に「Ｙ」軸から３５°で装着された傾斜ビューカメラ８２とを含み、アングルブラケット８４は直立支持バー８６に接続される。支持バー８６は、ナックル８８の円筒開口部９２に適合する円筒ほぞ９０によって装着ナックル８８に取除し可能に接続され、ナックル８８の円筒開口部のキー９６と噛み合う、円筒ほぞ９０のキースロット９４によって垂直位置に保持される。ナックル８８は９８でスリットを入れられ、円筒ほぞ９０を開口部９２およびナックル８８で密に掴むためにスリット９８を閉じるよう回転できるハンドル１００を有する。
２つのカメラ８０および８２は同一であるので、カメラ８０の説明はカメラ８２にも当てはまる。図９に展開されて示されるカメラ８０は、モーション・アナリシス・カンパニー（Motion Analysis Company）によって製造されるモデルＣＶ−３１ＳＨのようなスキャニングビデオカメラ１０２を含む。当然のことながら、他のカメラも用いられることができ、実際にこの応用において用いられてきた。カメラ１０２は円筒開口部１０４内に保持され、アングルブラケット８４の端縁を通るスリット１０８をカメラ１０２のまわりの開口部１０４を締めるねじ１０６で圧搾して閉じることによって開口部１０４内に掴まれる。カメラ支持リング１１０は開口部１０４を中心として同軸方向でブラケット８４の面に締結され、ねじなどによって円筒ハウジング１１２に接続され、円筒ハウジング１１２はタムロン・カンパニー（Tamron Company）からの６ミリメートルＳＮＸ６１２レンズのようなレンズを囲み、保護する。レンズ１１４は通常の対応でビデオカメラ１０２にねじで締められる。
保護カバーディスク１２０は、ディスク１２０内の孔１２２を通って延び、かつハウジング１１２の円筒壁の端縁に掘削された孔に貫き通されるねじで円筒ハウジング１１２の正面端部に接続される。可撓エアチューブ（図示せず）に接続するための取付部品１２４は、ハウジング１１２の側部でその正面端部に隣接してねじで留められ、取付部品１２４が貫き通される孔に交差する、ハウジング１１２の円筒壁の端縁に掘削された軸方向の孔によってハウジングの正面端部と通じる。
ディスク１２０は、ディスク１２０の中心を通る長方形の開口部１２８からディスク１２０の１つの端縁に隣接した狭い部分に延びる段付きリセス１２６を有する。カバープレート１３０はリセス１２６の段付き端縁に設置され、２つのリブによって長方形の開口部１２８に隣接した中心部分に支持される。カバープレート１３０の狭い部分の孔１３２は、取付部品１２４と通じるハウジング１１２内の軸方向の孔と整列し、したがって、取付部品１２４へと通される空気が孔１３２を通ってカバープレート１３０の後ろのリセス１２６へとわたり、空気を開口部１２８へと吹きつける。このように、きれいな空気の安定した流れが外部から開口部１２８を通って吹き込まれて、掘削されたチップおよび潤滑剤のような空気で運ばれる汚染物質の侵入を防ぐ。
ガラスプレート１１８が開口部１２８に張りつけられ、ディスク１２０とともにレンズ１１４のための封止されたエンクロージャをもたらす。ガラスプレート１１８は、バックライトによって生み出される近赤外線スペクトルの光だけを通すフィルタガラスから作られる。
図１０に示されるように、バックライトはトランジションブラケット１４０の真っ直ぐなフランジ１４２および傾斜フランジ１４４に装着された２つのバックライトユニット１４６および１４８を含む。トランジションブラケット１４０は、カメラ８０および８２を支持するために用いられる対応の構造８８および９０と同一の、円筒ほぞ９０′によって支持ナックル８８′に取外し可能に接続された垂直のライトブラケットにねじなどによって接続される。ナックル８８および８８′は各々細長い孔１３６を介して移送ボックスに接続される。支持ナックルの同一の対（図示せず）がリベットインジェクタ６８から間隔をあけられた位置で移送ボックスに取付けられて、リベットインジェクタのまわりの区域が点検修理のためかまたは機械のコンポーネントの交換のために片づけられなければならないときにライトおよびカメラがそこに取外され得る好都合な台を与える。
エアナイフ１５０が図１０および図１１に示されるようにライトユニット１４６および１４８の上部に取付けられて、ライトユニットの前にエアカーテンを生じ、潤滑剤と、ドリルチップ破片のような機械動作からの屑との堆積を防ぐ。図１２に示されるエアナイフ構造は、下向きに流れるエアカーテンをバックライト１４６および１４８の前に導くために正面端縁の下側に隣接して掘削された一連の垂直孔を有した曲がった吹出口である。空気ナイフはきれいな空気の配送のためのエアホース結合をエアナイフに取付けるための開口部１５４を有する。
ライトユニット１４６および１４８は同一であるので、１つの説明が両方に当てはまる。ライトユニット１４６は、１２ボルトで電力を与えるための電気ケーブル１６０がそれによってライトユニット１４６に接続されるケーブルコネクタ１５８を有したハウジング１５６を含む。孔あきボード１６２がハウジング１５６に装着され、５５個の発光ダイオード１６４がその孔に装着される。ディフューザ１６６はダイオード１６４の上に配置され、耐引掻性ガラスプレート１６８でカバーされる。
この発明のための制御システムは、機械３０の動作を制御する既存のアレン−ブラッドリー（Allen-Bradley）７３２０制御装置と通じた、エンクロージャ１７０におけるアレン−ブラッドリーＰＬＣ−５プログラマブル制御装置と、エンクロージャ１７２におけるパーソナルコンピュータおよびモニタとを含む。エンクロージャ１７０はまた、適切なＡＣ電源およびＤＣ電源と、遮断器と、フィールドデバイスおよび他のシステムに接続するための適切な端子板とを含む。パーソナルコンピュータはＲＳ−２３２ポートを介してＰＬＣ−５と通じるＩＢＭ互換性ユニットである。ＰＣはコグニックス・カンパニー（Cognex Company）から入手可能な画像処理ボードを含む。
動作において、自動締結具据え付け機械はAllen-Bradley ７３２０制御装置によって新しいリベット場所の位置に移動するようにトリガされる。機械が移動している間、７３２０制御装置は、新しい場所に据え付けられる締結具について知らせる信号をＰＬＣ−５に送る。コードは据え付けられる締結具の長さおよび直径をＰＬＣ−５に知らせる。機械が移動している間、ツールシャトル４６が図２の左に移動して、リベットホルダのフィンガ７４をリベットインジェクタ６８に隣接して位置決めする。リベットは一時的な保管機構から逃れ、圧縮空気によってチューブ７０を介してリベットインジェクタへと押し進められ、空気圧シリンダが７３２０制御装置からの信号によって圧力を与えられてリベットをリベットフィンガへと供給する。リベットインジェクタ６８内のラムが引き込まれると、信号が７３２０制御装置からＰＬＣ−５へと伝達され、２００ミリ秒後にＰＬＣ−５がＰＣ内の画像処理システムカードをトリガして、側部ビューカメラ８０および斜角ビューカメラ８２の両方から画像を得る。
画像処理システムは端縁検出ツールを用いて画像におけるリベットフィンガ７４の位置を突き止める。端縁検出ツールは、リベットフィンガ７４に対して締結具の位置を突き止めるために適所で垂直および水平に画像処理システムの実際の測定ツールを配置するための基準ツールを含む。このためにカメラに対するフィンガの移動の融通性がいくらかもたらされ、これはさまざまな大きさのフィンガが異なった大きさのリベットを配置するために用いられるためである。基準ツールは、図１４に示される左のリベットフィンガ７４Ｌと交差するように位置決めされた水平ライン１８０をスキャンし、逆光照明されたリベットフィンガ７４によって生じた画像のシルエット特性によって誇張されたグレースケール値を用いてフィンガ７４Ｌの右端縁１８２を見つける。次に、画像処理装置は右へ数画素数え、垂直基準ライン１８４を確立し、リベットフィンガ７４Ｌの下端を見つけるために下にスキャンする。画像処理装置は下にさらに数画素数え、下部基準ライン１８６を確立し、これは、重なったリベットが存在しようと、リベットが反転するか傾いた位置で保持されようと、リベット長さを測定するものであり、かつ、リベット直径を判断するための図１６および図１８−２０に示された一連のラインゲージを位置決めするためのものである中心線ゲージ１８８を確立するために、フィンガ７４に保持されるリベットの中心を見つけるよう用いられる。
図１４−１７に示される、斜角ビューカメラ８２からの画像は長さ、直径、状態、反転した状態、および欠如状態を判断するために処理され、リベットの頭部の状態によって保持される。長さを判断するために、中心線ゲージ１８８がリベットの中心線に沿って垂直に配置される。画像システムはリベットの中心線に沿って記録された画素値を検査し、グレースケール値における変化によって上部端縁および底部端縁を検出する。リベットのバックライト照明のために、画像の最も明るい部分がほぼ最大の画素値を有し、リベットがバックライトを妨げる画像の黒い部分では画素値はゼロである。グレースケール値には典型的に段階的な変化があり、画像システムはより明るい値からより暗い値へと画素値が低下する場所を見つける１次微分を行なう。端縁変位の明白な位置は、整数の代わりにサブ画素位置または非量子化小数と決定される値を与える質量中心計算を行なうことによって高い精度で判断できる。これは、リベット寸法が約１６分の１インチ変化する応用の精度要件内に十分に入り、したがって、長さおよび直径の測定値は典型的な構造において用いられるさまざまなリベットの大きさに容易に相関される。中間的な大きさが検出されるならば、これは誤った大きさのリベットとして特定され、他のどのような誤った大きさのリベットとも同様に拒絶される。
端縁ツールが画素におけるリベット長さをもたらし、キャリブレーションが画素の高さをインチで確立しているので、実際のリベット長さを判断するのは簡単な掛け算である。測定された長さは次に予期される長さに対してチェックされ、測定長さがその場所に予期されるリベットの許容範囲外であるならば、画像処理装置はＰＣによって出される「誤った長さ」のメッセージをトリガし、機械は中断され、リベットの真の長さがディスプレイ上で操作者に与えられ、ログファイルに入れられる。
リベットの直径を判断するために、一連の端縁ツールがリベットの長さに沿って定間隔でリベットにかけて水平に配置される。一方の側から始まり、端縁ツールはその長さに沿って端縁変位点を報告する。始めの２つの変位点が、フィンガよりも十分下に垂れ下がるならばリベット本体の直径を検出するために用いられる。この測定された直径は７３２０制御装置によって与えられるリベットデータに規定された予期される直径と比較される。直径が予め定められた範囲を超えるならば、機械動作が中断され、操作者には「誤った直径」が知らされ、エラーはログファイルに入れられる。
図１６に示されるように２つの重なったリベットが存在するかどうかを判断するために、垂直の端縁ツール情報が長さに対してチェックされる。リベットの長さが７３２０制御装置によって与えられる情報に特定されたリベットのための予期される長さの１．５倍を超えるならば、画像処理装置は信号を発生し、これは７３２０制御装置に送られて機械プロセスの動作を中断し、「重なったリベット」の知らせが操作者のモニタに送られ、エラーがログファイルに入れられる。
図１７に示される反転したリベットはフィンガの掴んでいる点より上の水平ゲージラインとそれより下の水平ゲージラインとからの端縁データを比較することによって検出される。ヘッドより下のシャンクの直径である、リベットの直径は７３２０制御装置によって与えられるデータからわかり、したがって、端縁ツールがリベットヘッドの直径を報告する場所よりも上で有効な本体直径を報告するならば、画像処理装置はリベットが「逆さま」であると宣言し、機械サイクルを中断し、操作者に知らせ、エラーをログファイルに入れる。
画像処理装置がリベット欠如を特定するのは、リベットが予期されるところに水平または垂直のツールのいずれも端縁変位データを示さず、示される結果が空のリベットフィンガと一致するという事実によってである。
画像処理装置は、垂直の端縁ツールを用いてリベットの上部から、垂直フィンガの基準ゲージ１８２の場所によって特定される、フィンガの底部までの距離を測定することによって、ヘッドによって保持されるリベットを識別する。この距離が予め定められた範囲よりも小さければ、リベットは「ヘッドによって保持される」と宣言され、機械サイクルは中断され、操作者に知らされる。
図１８−２０に示される、側部ビューカメラ８０によって生じる画像はリベットの傾いた状態を判断するために用いられる。画像処理装置は一連の隣接した端縁と隣接した水平の端縁ツールとを比較することによって傾いたリベットの画像における端縁変位を検出し、垂直に整列されていない、すなわちフィンガ７４を通る垂直の中心線からの値を生じる、これらの端縁ツールに沿って検出される一連の端縁があり、かつ、端縁が両側でリベットフィンガを超えて同じ量だけ突出しないことを検出するとき、傾いたリベットが特定される。画像処理装置は機械サイクルを中断するエラー信号を発生し、「傾いたリベット」のメッセージがモニタ上で操作者に表示される。フィンガ内で傾いたリベットの画像が表示され、画像記録システムに記録される。
リベットエラーが画像処理システムによって検出されると、機械サイクルは停止され、操作者は問題を知らされ、フィンガ内のリベットの画像を側部および斜角からリアルタイムで見ることができる。これがエラーであると操作者が結論を下すならば、操作者は自分のハンドコントローラでリベットインジェクタによる新しいリベットのフィンガ７４への注入をトリガでき、これは既にフィンガの間に保持されているリベットをずらす。新しいリベットが正しい大きさであり、かつ正確にフィンガ内に配向されていると想定すると、機械サイクルは自動的に続行して孔を掘削し、ツールシャトル４６をシフトしてラムおよびリベットホルダを新しく掘削された孔の上に垂直に位置決めし、ラム４８の下端のアンビル７８を用いて孔にリベットを挿入してリベットを孔の中に押し込む。
明らかに、開示された実施例の数多くの変更および変化がこの説明を読むと当業者には想起されるであろう。したがって、これらの変更および変化ならびにその均等物はこの発明の精神および範疇内で実行され得ると明白に理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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