(57)【要約】【課題】複数の穴の位置を簡単に且つ正確に測定できるようにした車体部品の精度測定装置を提供する。【解決手段】平面視にて複数のキャブマウント穴を有するフレーム１をワーク位置決め治具６にて位置決めする。各キャブマウント穴にレーザ発光部１５を有する測定治具７を個別に嵌合・着座させて、各レーザ発光部１５を対応する上側のレーザ受光部８に個別に正対させる。各レーザ発光部１５からレーザ受光部８に向けてレーザビームを照射し、各レーザ受光部８の受光信号出力に基づいて各キャブマウント穴のＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とＺ方向での各キャブマウント穴の開口面の高さ座標位置とを検出する。【選択図】図１
2009271021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視にて複数の穴が形成された車体部品についてそれぞれの穴のＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とそれらのＸ，Ｙ方向に共に直交するＺ方向での穴の開口面の高さ座標位置とを測定する方法であって、
車体部品のＸ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの位置決め基準部を基準としてその車体部品を位置決めするとともに、
それぞれの穴の内周面およびそれぞれの穴が開口している開口面を基準にレーザ発光部またはレーザ受光部を備えた測定治具を各穴に個別に嵌合・着座させて位置決めして、それぞれのレーザ発光部またはレーザ受光部を対応するレーザ受光部またはレーザ発光部に個別に正対させ、
それぞれのレーザ発光部から対応するレーザ受光部に向けてレーザビームを照射し、
各レーザ受光部側からの受光信号出力に基づいてそれぞれの穴のＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とＺ方向でのそれぞれの穴の開口面の高さ座標位置とを検出することを特徴とする車体部品の精度測定方法。
【請求項２】
上記車体部品の位置決めは、当該車体部品のＸ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの位置決め基準部を基準として位置決め治具により行うとともに、
それぞれの測定治具はレーザ発光部を備えていて、
それぞれのレーザ発光部と正対することになるレーザ受光部は、上記位置決め治具との相対位置関係が予め定められた上で車体部品の反位置決め治具側で待機していて、且つ穴の総数と同数の固定式のものであることを特徴とする請求項１に記載の車体部品の精度測定方法。
【請求項３】
上記レーザ受光部は、レーザ発光部から照射されたレーザスポット光を受光して、それぞれの穴の中心の少なくともＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置を特定する機能を有していることを特徴とする請求項２に記載の車体部品の精度測定方法。
【請求項４】
上記車体部品はシャシーフレーム付き車のフレームであって、且つそれぞれの穴は上記フレームに形成されたキャブマウント穴であることを特徴とする請求項３に記載の車体部品の精度測定方法。
【請求項５】
上記キャブマウント穴は、フレームに溶接接合されたキャブマウントブラケットに形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の車体部品の精度測定方法。
【請求項６】
平面視にて複数の穴が形成された車体部品についてそれぞれの穴のＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とそれらのＸ，Ｙ方向に共に直交するＺ方向での穴の開口面の高さ座標位置とを測定する装置であって、
車体部品のＸ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの位置決め基準部を基準としてその車体部品を位置決めする位置決め治具と、
上記位置決め治具との相対位置関係が予め定められた上で車体部品の反位置決め治具側に配置され、且つ車体部品の穴の総数と同数の固定式のレーザ受光部またはレーザ発光部と、
車体部品のそれぞれの穴の内周面およびそれぞれの穴が開口している開口面を基準に各穴に個別に嵌合・着座させることにより位置決めされるとともに、その位置決め状態で対応するレーザ受光部またはレーザ発光部に個別に正対するレーザ発光部またはレーザ受光部を有する測定治具と、
を備えたことを特徴とする車体部品の精度測定装置。
【請求項７】
それぞれの測定治具はレーザ発光部を備えているとともに、
それぞれのレーザ発光部と正対することになるレーザ受光部が、上記位置決め治具との相対位置関係が予め定められた上で車体部品の反位置決め治具側で待機していることを特徴とする請求項６に記載の車体部品の精度測定装置。
【請求項８】
上記レーザ受光部は、レーザ発光部から照射されたレーザスポット光を受光して、それぞれの穴の中心の少なくともＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置を特定する機能を有していることを特徴とする請求項７に記載の車体部品の精度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の穴が形成された車体部品の精度測定方法および精度測定装置に関し、例えばシャシーフレーム付き車のフレームに形成された複数のキャブマウント穴の三次元位置を、フレーム単体の状態でインラインで且つ高精度に測定できるように考慮された精度測定方法および精度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型の車体部品、例えば車体そのものの三次元形状等を計測する場合には、特許文献１に記載されているように、車体の計測ポイントにレーザビームを直接照射して、その座標および面形状を計測するのが一般的である。
【０００３】
その一方、いわゆるフレームレス車（モノコックボディタイプ車）でないシャシーフレーム付き車のフレームについても、非接触でしかも高精度計測が期待できる上記手法にて計測したいとの要請がある。
【特許文献１】特開平８−１０１０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記シャシーフレーム付き車のフレームにあっては、その特殊性として骨格となるフレームに多数のキャブマウントブラケットが張り出すように溶接接合されていて、それらのキャブマウントブラケットにそれぞれにキャブマウント穴が形成されていることから、フレーム全体の形状精度よりもそれぞれのキャブマウント穴の位置精度の方が機能的にも重要となる。
【０００５】
ところが、上記従来の三次元計測を手法を前提とした場合には、機能上重要なキャブマウント穴を直接計測することはできず、いわゆるレイアウトマシンのような手法にてキャブマウント穴の周囲の何箇所かのポイントを計測した上で、それらの複数ポイントの計測データからキャブマウント穴の位置ひいては穴中心位置を演算して求めることとならざるを得ない。そのために、処理時間の冗長化とともに、いわゆるインラインでのリアルタイム計測が困難になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、複数の穴の位置を簡単に且つ正確に測定できるようにした車体部品の精度測定方法および精度測定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、シャシーフレーム付き車のフレームに代表されるように、平面視にて複数の穴が形成された車体部品について、それぞれの穴のＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とそれらのＸ，Ｙ方向に共に直交するＺ方向での穴の開口面の高さ座標位置とを測定する方法に関するものである。
【０００８】
そして、車体部品のＸ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの位置決め基準部を基準としてその車体部品を位置決めするとともに、それぞれの穴の内周面およびそれぞれの穴が開口している開口面を基準にレーザ発光部またはレーザ受光部を備えた測定治具を各穴に個別に嵌合・着座させて位置決めして、それぞれのレーザ発光部またはレーザ受光部を対応するレーザ受光部またはレーザ発光部に個別に正対させる。
【０００９】
その上で、それぞれのレーザ発光部から対応するレーザ受光部に向けてレーザビームを照射し、各レーザ発光部側からの受光信号出力に基づいてそれぞれの穴のＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とＺ方向でのそれぞれの穴の開口面の高さ座標位置とを検出するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大がかりな装置の必要なくして、複数の穴のそれぞれについてＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とその穴の開口面の高さ座標位置とを簡単且つ高精度に測定することができ、特にインラインにおいてきわめて短時間のうちに複数の穴の同時測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図３以下の図面は本発明のより具体的な実施の形態を示し、図１，２に示すようなシャシーフレーム付き車のいわゆるラダー状のフレーム１を測定対象とする場合について例示している。
【００１２】
図１，２に示すように、シャシーフレーム付き車のフレーム１は左右一対の長尺なサイドメンバー２，２同士の間に複数のクロスメンバー３ａ〜３ｇ等を架橋的に配置して全体として平面視にてラダー状のものとなるように溶接接合したものであって、特に左右一対のサイドメンバー２には矩形閉断面構造のものが採用されている。各サイドメンバー２の外側面には複数のキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅが水平方向に張り出すようにして溶接接合されていて、それぞれのキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの中央部には円形のキャブマウント穴５ａ〜５ｅが形成されている。これにより、フレーム１には平面視にて複数の穴が形成されていることになる。
【００１３】
そして、これらのキャブマウント穴５ａ〜５ｅには周知のように図示外のキャブマウント（ラバーインシュレータ）が個別に装着され、これらの複数のキャブマウントを介してフレーム１の上に同じく図示外のキャビンが搭載されることになる。なお、フレーム１はその三次元座標系において、車幅方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。
【００１４】
ここで、左右一対のサイドメンバー２に対して複数のクロスメンバー３ａ〜３ｇやキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅを溶接接合することでフレーム１には多かれ少なかれ溶接歪みが発生することから、後工程においてフレーム１の溶接歪みの矯正が行われる。そのために、歪みの矯正量を定量的に把握する必要があること、およびその歪み矯正後のフレーム１の形状精度を管理する上で、特に機能上重要なそれぞれのキャブマウント穴５ａ〜５ｅの位置精度を測定（計測）して、個々のキャブマウント穴５ａ〜５ｅの位置ひいては穴中心位置はもちろんのこと、キャブマウント穴５ａ〜５ｅ同士の車幅方向および前後方向でのそれぞれのピッチ（スパン）Ｐ１，Ｐ２も定量的に把握しておく必要がある。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、上記溶接組立完了後のフレーム１のそれぞれのキャブマウント穴５ａ〜５ｅの位置、すなわち個々のキャブマウント穴５ａ〜５ｅのＸ−Ｙ平面座標での平面座標位置とそれらのＸ，Ｙ方向に共に直交するＺ方向でのキャブマウント穴５ａ〜５ｅの開口面の高さ座標位置とを簡単且つ正確に測定することができる装置について説明する。
【００１６】
図３は、図１，２に示したフレーム１を測定対象とする測定装置の概略を示し、概略的には、測定対象となるフレーム１を位置決め支持するためのワーク位置決め治具６と、フレーム１上に着脱可能に載置されるとともに後述するレーザ発光部１５を個別に備えた複数の測定治具７と、フレーム１の上方、より詳しくはフレーム１の反位置決め治具６側にあって、且つそれぞれの測定治具７側のレーザ発光部１５と正対するように配置された複数のレーザ受光部８とを備えている。
【００１７】
ワーク位置決め治具６は、図３に示すように台座９の上に複数のポスト１０を立設したものであり、各ポスト１０の上端には例えば図４に示すように位置決め基準部となるロケートピン１１を個別に突設してある。他方、フレーム１には、図１，２に示す数箇所、例えば各サイドメンバー２の前後二箇所とクロスメンバー３ｂ，３ｇの前後二箇所の合計六箇所にはＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置基準部となるロケート穴１２を予め設定してあることから、これらのロケート穴１２に上記ロケートピン１１を挿入することで、フレーム１は各ロケート穴１２を位置決め基準部としてワーク位置決め治具６にて位置決め支持されることになる。
【００１８】
また、ワーク位置決め治具６の上方にはその台座９側から枠状のアッパービーム１３が延長形成されていて、このアッパービーム１３に対して先に述べた複数のレーザ受光部８が個別に固定支持されている。これらのレーザ受光部８は後述するようにキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅ側のキャブマウント穴５ａ〜５ｅを検出するためのものであることから、その受光面がフレーム１側のキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅひいてはキャブマウント穴５ａ〜５ｅと正対するとともに、受光面の中心位置が各キャブマウント穴５ａ〜５ｅの中心位置の設計図面値位置と一致するように、なお且つ各レーザ受光部８の受光面が全て同一平面上に位置するように予め姿勢調整された上で、上記のようにアッパービーム１３に個別に固定支持されている。
【００１９】
このようにワーク位置決め治具６側のアッパービーム１３に対して複数のレーザ受光部８が固定支持されていることで、各レーザ受光部８はワーク位置決め治具６との相対位置関係が予め決められていることになる。その結果として、各レーザ受光部８の位置、ひいては隣接するレーザ受光部８，８同士の車幅方向および前後方向でのピッチ（スパン）は予め定量的に把握されていることになる。
【００２０】
図５には上記フレーム１の上に載置されることになる幾つかの測定治具７として三種類の測定治具７Ａ〜７Ｃの詳細を示す。これらの測定治具７Ａ〜７Ｃは、図１，２に示した各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの大きさやそれらのキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅに形成された円形のキャブマウント穴５ａ〜５ｅの大きさが個別に異なることから、各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅやキャブマウント穴５ａ〜５ｅの大きさに応じて使い分けられる。
【００２１】
すなわち、いずれの測定治具７Ａ〜７Ｃも、各キャブマウント穴５ａ〜５ｅの開口面として機能するキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの上面を着座面として、上方から各キャブマウント穴５ａ〜５ｅの内周面に接触するように挿入・嵌合されることでそれぞれのキャブマウント穴５ａ〜５ｅとの相対位置決めがなされるもので、いずれのタイプのものもキャブマウント穴５ａ〜５ｅの形状に対応して同心状の着座フランジ部１４ａおよび挿入軸部１４ｂ付きの円筒段付き軸形状または円盤状のものとして形成されている。そして、その各測定治具７Ａ〜７Ｃの上面には、発光面が上向きとなるように当該測定治具７Ａ〜７Ｃと同心状にレーザ発光部１５が埋設されていて、このレーザ発光部１５は上側のレーザ受光部８の受光面と正対しつつスポット状のレーザビームを上向きに照射することになる。
【００２２】
ここで、各測定治具７Ａ〜７Ｃの長さ寸法（高さ寸法）が互いに異なるのは次のような理由による。すなわち、図１，２および図３に示すように、複数のキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅそのものの高さ位置がそれぞれに微妙に異なることから、各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅのキャブマウント穴５ａ〜５ｅに対して対応する測定治具７Ａ〜７Ｃを嵌合させた場合に、各測定治具７Ａ〜７Ｃのレーザ発光部１５の発光面１５ａの高さ位置が各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの位置や測定治具７Ａ〜７Ｃの種類にかかわらずほぼ同一平面上に位置するようにするためである。
【００２３】
これによって、各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの高さ位置の相違にかかわらず、レーザ発光部１５およびレーザ受光部８として全て同一仕様のもので対応できることになる。ただし、各測定治具７Ａ〜７Ｃごとの有効高さ寸法（各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅに対する着座フランジ部１４ａ側の着座面から発光面１５ａまでの距離）は、フレーム１の設計図面値を基準として予め定量的に把握されていることになる。
【００２４】
図６には、一例として図１，２のキャブマウントブラケット４ｂに図５の測定治具７Ａをセットした状態を、図７には同じく図１，２のキャブマウントブラケット４ｃに測定治具７Ｂをセットした状態をそれぞれ示す。
【００２５】
図８は上記一組のレーザ発光部１５とレーザ受光部８との関係に着目した測定処理系の概略を示す。
【００２６】
同図に示すように、レーザ発光部１５とレーザ受光部８とは先に述べたようにその光軸方向で互いに正対するかたちとなり、レーザ発光部１５の発光源としては例えば半導体レーザが用いられ、レーザ発光部１５はレーザ受光部８側に向けて微小スポット状のレーザビームＬを照射することになる。
【００２７】
他方、レーザ受光部８は、例えば受光したレーザビームの分光機能のほか、半導体位置検出素子であるＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ（またはＤｅｔｅｃｔｏｒ））素子、およびレーザ光の波長の振幅または位相解析のための受光素子を含む複数の受光素子等を備えている。各受光素子からの受光信号出力はフィルタリング等の所定の処理を経た上で、コントローラ１６に取り込まれて所定の処理が実行されるとともに、処理された後のデータがパーソナルコンピュータ等のデータ表示／記録装置１７に表示とともに記録される。
【００２８】
ＰＳＤ素子は図８に示したように受光したレーザビームＬの受光エリアＥ内でのＸ−Ｙ二次元座標位置を検出して特定する機能を有し、残りの受光素子の受光出力信号はレーザ発光部１５からレーザ受光部８までの高さ方向での実際の距離の算出のために、受光したレーザビームＬの波長の振幅または位相の解析あるいは演算処理に用いられる。ただし、フレーム１が設計図面値通りの組み立てられていると仮定して場合のレーザ発光部１５からレーザ受光部８までの高さ方向での距離は予め定量的に把握されていることになる。
【００２９】
ここで、図９に示すようにレーザ受光部８側での受光レーザビームＬの位置が受光エリアＥの中心と一致している場合には、先に述べたＰＳＤ素子の二次元位置検出機能をもって当該受光レーザビームＬの位置が検出されることから、該当するキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅに形成されたキャブマウント穴５ａ〜５ｅの位置が少なくともＸ−Ｙ二次元平面内において正規の正しい位置にあるものと判定できる。同時に、ＰＳＤ素子以外の受光素子の検出機能をもって、レーザ発光部１５からレーザ受光部８までの高さ方向での距離、ひいてはキャブマウント穴５ａ〜５ｅの開口面の高さ位置であるところの該当するキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの上面の高さ位置を検出することができる。
【００３０】
他方、図１０に示すようにレーザ受光部８側での受光レーザビームＬの位置が受光エリアＥの中心からずれている場合には、キャブマウント穴５ａ〜５ｅの位置が正規位置よりも水平方向のいずれかの方向にずれていることが想定されるほか、同図（Ａ）に示すようにキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅそのものが傾いているためにそれに応じてレーザビームＬが傾いていることが想定される。
【００３１】
そこで、受光レーザビームＬの受光エリアＥ内でのＸ−Ｙ二次元座標位置（実測位置）と、上記レーザ発光部１５からレーザ受光部８までの高さ方向での実測距離とを併用することで、キャブマウント穴５ａ〜５ｅが形成されているキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅが傾いているか否かのほか、キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅが傾いている場合の傾きの度合いと方向とを特定することが可能となる。なお、キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの傾きの度合いとその方向を特定するにあたって、必要であるならば各測定治具７Ａ〜７Ｃの高さ寸法も先に述べたように既知である。
【００３２】
したがって、本実施の形態によれば、図３に示したように溶接組立完了後のフレーム１をワーク位置決め治具６に投入した上で、図４に示したようにワーク位置決め治具６側のロケートピン１１とフレーム１側のロケート穴１２との相互嵌合にをもってフレーム１を位置決め支持する。そして、位置決めされたフレーム１に対し、各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅのキャブマウント穴５ａ〜５ｅに個別に測定治具７（７Ａ〜７Ｃ）を正しく嵌合させる。
【００３３】
次いで、スイッチ操作により各測定治具７（７Ａ〜７Ｃ）のレーザ発光部１５を一斉に発光させて、各レーザ発光部１５からそれに正対するレーザ受光部８側に向けてスポット状のレーザビームＬを照射する。
【００３４】
各レーザ発光部１５から照射されたレーザビームＬは対応するレーザ受光部８にて受光され、先に述べたように受光レーザビームＬのＸ−Ｙ二次元座標位置情報と、レーザ発光部１５とレーザ受光部８とのなす高さ方向の距離情報とをもって図８のコントローラ１６にて所定の演算を行うことにより、各キャブマウント穴５ａ〜５ｅの二次元平面位置および各キャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの高さ位置のほか、そのキャブマウント穴５ａ〜５ｅが形成されたキャブマウントブラケット４ａ〜４ｅの傾きが検出される。また、先に述べたように各レーザ受光部８の中心位置は既知であるから、上記の受光レーザビームＬのＸ−Ｙ二次元座標位置情報と、レーザ発光部１５とレーザ受光部８とのなす高さ方向の距離情報とに基づいて所定の演算を行うことにより、図１に示した各キャブマウント穴５ａ〜５ｅ同士のなす車幅方向および前後方向でのそれぞれのピッチ（スパン）Ｐ１，Ｐ２を求めることも可能となる。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、複数のレーザ受光部８を有するワーク位置決め治具６に対してフレーム１を位置決めした上で、そのフレーム１のそれぞれのキャブマウント穴５ａ〜５ｅにレーザ発光部１５を有する測定治具７（７Ａ〜７Ｃ）を嵌合させるだけで、少なくとも各キャブマウント穴５ａ〜５ｅの二次元平面位置と開口面の高さ位置をきわめて簡単に且つ正確に測定することが可能となる。
【００３６】
ここで、上記実施の形態では、下側のレーザ発光部１５と上側のレーザ受光部８とを上下方向で正対させているが、レーザ発光部１５とレーザ受光部８との相対位置関係を逆にして、測定治具７（７Ａ〜７Ｃ）側にレーザ受光部８を設けても同等の機能が得られる。また、上記実施の形態では、測定対象となる車体部品としてシャシーフレーム付き車のフレーム１を例にとって説明したが、フレーム１以外の同種のワークの測定にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明での測定対象となる車体部品の一例としてシャシーフレーム付き車のフレームの構造を示す平面説明図。
【図２】図１の正面説明図。
【図３】本発明に係る測定装置の全体構造を示す斜視図。
【図４】図３におけるフレームのロケートピンによる位置決め状態を示す要部拡大説明図。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）共に図３で使用される測定治具の構造を示す半断面図。
【図６】図５の（Ａ）に示した測定治具のフレームへの装着状態を示す斜視図。
【図７】図５の（Ｂ）に示した測定治具のフレームへの装着状態を示す斜視図。
【図８】（Ａ）は一組のレーザ発光部とレーザ受光部との関係に着目した測定処理系の概略を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のレーザ受光部での平面説明図。
【図９】（Ａ）は図８の（Ａ）の要部拡大説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のレーザ受光部での平面説明図。
【図１０】（Ａ）は同じく図８の（Ａ）の要部拡大説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のレーザ受光部での平面説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１…フレーム（車体部品）
４ａ〜４ｅ…キャブマウントブラケット
５ａ〜５ｅ…キャブマウント穴
６…ワーク位置決め治具
７，７Ａ〜７Ｃ…測定治具
８…レーザ受光部
１１…ロケートピン
１２…ロケート穴（位置決め基準部）
１５…レーザ発光部
Ｌ…レーザビーム
【図１】
2009271021.tif 000003
【図２】
2009271021.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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