JP2005537988A - 複数の追加部品を加工品に取り付ける方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の追加部品（３、３’）を加工品（１）、特に車体に自動的に取り付ける方法に関する。本方法において、追加部品（３、３’）は、位置的に正確に互いに関して方向付けされて、加工品（１）に固定される。各追加部品（３、３’）は、ロボット（７、７’）に案内される取付け工具（５、５’）に保持される。取付け工具（５、５’）に固定して接続され、少なくとも１つのセンサ（１９、１９’）を備えるセンサシステム（１８、１８’）が、取付け工具（５、５’）の少なくとも１つに固定される。センサ（１９、１９’）の測定値を用いて、取付け工具（５、５’）を予備位置（２３、２３’）に移動させるために、反復制御プロセス（Ａ−２’）が用いられる。この予備位置（２３、２３’）において、取付け工具（５、５’）に保持された追加部品（３、３’）は、位置的に正確に互いに関して位置合わせされる。その後、取付け工具（５、５’）が、取付け工具（５、５’）に保持され、かつ位置的に正確に互いに関して方向付けされた追加部品（３、３’）と一緒に、加工品（１）に対して相対的に、予備位置（２３、２３’）から、追加部品（３、３’）が加工品（１）に接合される取付け位置（２７、２７’）に案内される。

Description

本発明は、複数の追加部品を加工品、特に、車体に取り付ける方法であって、これらの追加部品が、正確に位置決めされて、互いに関して方向付けされる方法に関する。さらに、本発明は、この方法を実行する取付けシステムに関する。

追加部品（例えば、ドア、後部モジュール、及び前部モジュールなど）は、取付け作業の過程で、外部領域及び内部領域の異なる箇所に取り付けられるか又は据え付けられる。車両の高品質な外観の観点から、これらの追加部品を、車体の隣接領域に関して又は他の（隣接する）追加部品及び据え付けられた部品に関して、高精度に方向付けし、これによって、それらの追加部品を、それらと隣接する車体領域との間に所定の接合が確実に得られるように、位置決めすることが必要である。この目的のために、追加部品は、車体に関して、正確に位置決めされて方向付けされ、この状態で、接合方法、例えば、ねじ止めによって、車体に取り付けられねばならない。加工品に関する追加部品の高精度な方向付けのためのこのような方法は、例えば、本願出願人によるＰＣＴ出願、整理番号：Ｐ８０３９４９／ＷＯ／１に記載されている。

多くの用途において、取付け作業の間に、複数の追加部品（異なる部品、通常、隣接する部品）が加工品に取り付けられるが、これらの部品は、隣接する車体領域に関してのみならず、互いに関しても、可能な限り正確に方向付けされねばならない。この例として、車体へのサイドドアの取付けが挙げられる。この場合、運転席ドアは、Ｂピラーの近傍において、後部ドアに直接的に隣接する。仕上げられた車両の高品質な外観を達成するために、これら２つのドアの位置は、高精度に互いに関して整合しなければならない。特に、運転席ドアと後部ドアとの間に形成される隙間は、可能な限り均一でなければならないし、さらに、この領域における２つのドアの深さ寸法は、可能な限り正確に一致しなければならない。この理由から、自動化が可能であり、２つのドアの極めて正確な相対的な方向付けが制御された処理によって得られるように、これら２つのドアを関連するドア開口部に挿入し、取り付けるのに用いられ得る大規模な連続的製造方法に、多くの関心が集まっている。

従って、本発明は、自動化が可能であり、複数の追加部品、特に２つの隣接する車両ドアを、加工品、特に車体に、それらが互いに関して正確に位置決めされるように、取り付けるのに用いられ得る方法を提案する目的に基づいている。また、本発明は、この方法を実行するのに適した装置を提案する目的に基づいている。

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。

従って、正確に位置決めされて互いに関して取り付けられるべき追加部品が、通常の取付けプロセスにおいて、加工品に取り付けられる。追加部品は、ロボットに案内される取付け工具を用いて、位置決めされ、取り付けられる。個別のロボットに案内される取付け工具は、該当する追加部品の各々に対して設けられる。これらの取付け工具を用いて、一緒に据え付けられるべき追加部品は、まず、予備位置において、正確に位置決めされて、互いに関して方向付けされ、次いで、この正確に位置決めされた方向付けを維持しながら、加工品に位置決めされ、そこに接続される。追加部品を予備位置において方向付けするために、反復閉ループ制御プロセスが用いられる。このプロセスによって、第２追加部品（及び、可能であれば、他の追加部品）は、空間的に固定されて保持される第１追加部品に関して、それらの追加部品の所望の相対的な位置に達するまで、移動され、及び／又は回転される。反復閉ループ制御プロセスは、センサシステムの測定値を用いる。このセンサシステムは、取付け工具の１つに永久的に接続され、追加部品に対して、特に相対位置の評価に対して重要である選択された測定変数の測定値を供給する。もし、例えば、加工品内において互いに関して隣接して据え付けられるべき２つの追加部品が、互いに関して、それらの隣接する縁によって方向付けされる場合、これらの縁に沿った隙間の寸法は、測定変数として著しく重要な役割を果たす。

追加部品を、正確に位置決めして、互いに関して方向付けするための反復閉ループ制御プロセスは、以下のプロセスステップを備えると有利である：
− 測定変数の（実）測定値を生成し、
− これらの（実）測定変数を、（実際の作業段階に先行する）「設定段階」と呼ばれるものの間に生成した（設定）測定値と比較し、
− 取付け工具の移動ベクトルを、設定段階の間に計算された「ヤコビ行列」（又は「感度行列」）と呼ばれるものを用いて、（実）測定値と（設定）測定値との差から計算し、
− 取付け工具を、この移動ベクトルに等しい量だけ、互いに関して移動させる。

この制御ループは、
− （設定）測定値と（実）測定値との差が、所定の閾値未満になるまで、又は
− 連続的な反復ステップ中にもたらされるこれらの差の減少が、所定の閾値未満になるまで
実施される。

（設定）値及びヤコビ行列は、両方とも、実際の位置決め及び取付けプロセスに先行する設定段階の間に、決定される。この段階の間に、取付け工具は、具体的な取付け作業に対して、訓練される。この設定段階は、工具、センサシステム、加工品、及び用いられる追加部品の種類と据付け位置の新しい組合せを設定する過程で、一度実施される。

この方法は、加工品と追加部品の正確な空間位置とは無関係である、という大きな利点を有している。特に、制御されて実施される位置決めプロセスであって、その間に、取付け工具内に保持された追加部品が、正確に位置決めされて、互いに関して方向付けされる位置決めプロセスは、関連するロボットの作業空間内における個々の追加部品の絶対位置に関するいかなる情報をも必要としない。本発明による方法は、相対的な測定値にのみ基づき、これらの測定値の範囲内において、センサシステムの一連の（設定）測定値に対応する（設定段階において記憶された）情報が、閉ループ制御プロセスによって復元される。これは、処理と機器に関する以下の大きな利点を伴う；
− 一方では、センサの内部的なメートル法校正が必要ではない。何故なら、用いられるセンサは、もはや「測定」せず、単にセンサ信号の単調な変化をロボットの単調な増分移動に対応させるのみでよいからである。これは、例えば、テレビジョン、又はＣＣＤカメラがセンサとして用いられるとき、そのカメラ内のレンズ歪は補償される必要がなく、三角測量センサが用いられるとき、距離値の正確なメートル法計算は必要がないことを意味する。
− さらに、センサの外部的なメートル法校正が必要ではない。これは、適切な補正移動を計算し得るために、センサの位置が、センサが装着されたロボットの作業空間又は関連するロボットの手の座標システムに関して、計量的に決定される必要がないことを意味している。センサは、単に、その検出範囲において、方向付けプロセスにおいて関連する追加部品の基準領域の適切な測定データを検知することができるように、取付け工具に取り付けられるだけでよい。

このように、センサの内部的及び外部的な校正を決定する校正プロセスを完全に省くことができる。従って、校正されるセンサよりも著しく簡単で、従って、安価でもある計量的に校正されていないセンサが用いられ得る。従って、計測器の設計及びシステムの全体の据付けと操作が、極めて費用効率よく実施され得る。さらに、取付けシステムの初期の据付け及び保守が、徹底的に簡素化され、訓練された人員によっても実施させ得る。

追加部品の互いに関する相対的な位置決めの結果も、用いられるロボットの絶対的な位置決め精度と無関係である。何故なら、予備位置に移動させるために実施される反復閉ループ制御プロセス中に生じ得るロボットの誤差は補償されるからである。位置決め結果における極めて高い反復精度は、誤差連鎖が少ないので、必要に応じて、達成され得る。

追加部品の相対的な位置決めのために、この方法を用いて補償され得る位置決めの自由度の数は、自在に選択可能であり、センサシステムの構成にのみ依存する。用いられるセンサの数も自在に選択可能である。入手し得る（スカラー）センサ情報項目の数は、単に閉ループ制御される自由度の数以上でなければならない。特に、比較的多数のセンサを設けることができ、余分のセンサ情報は、例えば、追加部品の対象とされる基準領域の形状誤差を良好に検知するために、又は位置決めプロセスの精度を改良するために用いられ得る。最終的に、異なる非接触及び／又は触知の情報源（例えば、ＣＣＤカメラ、光学的隙間センサ、及び触知距離測定センサ）から得られるセンサ情報も、用いられ得る。その結果、適切なセンサを用いて、追加部品の方向付けプロセス中、異なる品質に関連する変数（隙間寸法、接続部寸法、深さ寸法）の測定結果を、互いに関して、考慮することができる。

この方法によれば、追加部品を互いに関して位置決めするときに起こり得る未解決の不確実性を急速に補償することができる。このような未解決の不確実性は、それぞれの取付け工具において互いに関して方向付けされるべき追加部品の位置の偏差の結果を生じ、及び／又は構成要素の寸法公差によって生じる追加部品の形状誤差の結果を生じ得る。

その間に、追加部品が互いに関して所望の相対的な位置に移動される位置決めプロセスが完了したとき、このように互いに関して方向付けされた追加部品が、加工品に運ばれ、そこに接続される。（予備位置において達成された）２つの追加部品の極めて高精度な相対的方向付けの喪失を避けるために、追加部品を運ぶ２つのロボットは、予備位置において互いに連結されると有利である。２つのロボットの１つは、「主」ロボットとして用いられ、その移動に、他のロボット、いわゆる、「従」ロボットが追従する。追加部品が加工品に向かって移動するとき、「主」ロボットは、その設定経路に沿って、「従」ロボットを伴い、その結果、追加部品間の空間関係は変化せずに維持される。このような連結をもたらすために用いられ得る開ループ制御の原理は、例えば、欧州特許出願公開第７５２ ６３３ Ａ１号明細書から知られている。この特許の内容は、この出願に援用されるものとする。

追加部品を互いに関して高精度に方向付けするのに加えて、追加部品を加工品に位置決めし、取り付けるときに、高い水準の精度を得るために、反復閉ループ制御プロセスの間に、（取付けロボットによって互いに連結された）追加部品を加工品にはめ込むと、有利である。この場合、取付け工具の１つに永久的に接続されるさらに他のセンサシステムが設けられ、このセンサシステムは、連結された追加部品が加工品に向かって移動するとき、加工品の選択された基準領域に向けられるセンサを備える。加工品に対して追加部品の反復方向付けを行なうのに、前述した追加部品を互いに関して反復方向付けする方法と類似の方法において、センサによって供給される測定値が用いられる。

本発明のさらに他の有利な実施の形態は、従属項において見出され得る。以下、図面に示される例示的な実施の形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、車両の取付けの過程で後部ドア３が取り付けられる後部ドア開口部２と、運転席ドア３’が取り付けられる前部ドア開口部２’とを有する車体１の詳細を示している。この車体１は、隣接する開口部２、２’を有する加工品の例であり、これらの開口部２、２’内に、それらの開口部２、２’の形状に適するようになっている隣接する追加部品３’、３’が、正確に位置決めされて挿入される。ドア３、３’の据付け位置で、後部ドア３は、車体１のＢピラー８の近傍において、その走行方向における前部の縁１０が、運転席ドア３’の走行方向における後部の縁１０’に直接に隣接する（図１ｂ及び１ｃ参照）。

車体１への２つのドア３、３’の取付けは、作業空間６を有する（図１に概略的に示される）自動取付けシステム４を用いて行なわれる。取付けシステム４は、産業用ロボット７によって案内され、後部ドア３を送り込み、それを車体１のドア開口部２に位置決めする取付け工具５を備えている。さらに、取付けシステム４は、産業用ロボット７’によって案内され、運転席ドア３’を送り込み、それを車体１のドア開口部２’に位置決めする取付け工具５’を備えている。開ループ制御システム２０が、ロボット７、７’と工具５、５’の位置と移動を開ループ制御するために、設けられている。左側の後部ドア３と運転席ドア３’を取り付けるための図１の取付けシステム４と同じように、右側の後部ドアのためのさらに他の取付けシステムが（車体１の反対側に）設けられ、このさらに他の取付けシステムの設計及び操作方法は、取付けシステム４の設計及び操作方法に（鏡面対称で）対応している。

車体１の高品質な視覚的外観を確実にするために、ドア３、３’は、車体１のドア開口部２、２’に隣接する領域９に関して、（位置と角度姿勢に関して）、正確に位置決めされて取り付けられねばならない。従って、これらの周囲領域９は、車体１に関して、ドア３、３’を互いに関して方向付けするための基準領域と呼ばれるものを形成する。さらに、２つのドア３と３’を、それらの隣接する縁１０、１０’の近傍において、それらのドアが所定の相対的位置を確保し、特に、均一な隙間２１を形成し、車体のＺ（垂直）方向とＹ（横）方向における長さに関して互いに適合するように、高精度で方向付けすることが重要である。従って、ドア３、３の縁１０、１０’に隣接する領域１１、１１’は、ドア３、３’を互いに関して方向付けするための基準領域と呼ばれるものを形成する。

運転席ドア３’をドア開口部２’に位置決めし、続いて取り付けるのに用いられるロボットに案内される取付け工具５’が、図２に概略的に示されている。産業用ロボット７’の手１２’に取り付けられたこの取付け工具５’は、運転席ドア３’を明確に限定された位置に保持することができる固定装置１４’が取り付けられたフレーム１３’を備えている。ドア３’は、ドア３’の内側１５’の固定装置１４’によって、取付けヒンジがドアの取付けの過程でねじ止めされる（図２では図示せず）ヒンジ保持面１６’のごく近傍において、保持される。運転席ドア３’への固定装置１４’の係合点のこの選択によって、車体１における運転席ドア３’の（ヒンジによって限定される）接続点と固定装置１４’の係合点との間に最小のレバーアームしか存在しないことが確実になり、その結果、固定装置１４’に保持されるドア３’の重力の影響が、完全に据え付けられたドア３’への重力の影響とほぼ等しい。これによって、ドアの据付け中に生じる形状の歪みが最小量であることが確実になる。固定装置１４’は、ドア３’が固定装置１４’に保持されている間にヒンジが取り付けられ得るように、ドアの内側１５’のヒンジ保持面１６’の領域が自在に接近可能であるように設計されている。図２に示される固定装置１４’の設計によれば、ドア３’が、取付け工具５’によって、車体１’の据付け位置（すなわち、閉じた状態）に位置決めされることも確実になる。固定装置１４’は、取付け工具５’のフレーム１３’に関して、回転及び／又は旋回することができるように配置され、その結果、取付けの後、取り付けられ、かつ閉じたドア３’の窓開口部１７’を通して取り外しされ得る。後部ドア３に対する取付け工具５も、同様に設計されている。

取付け工具５’に固定された運転席ドア３’が、取付け工具５に保持された後部ドア３に関して、正確に位置決めされて方向付けされ得るように、取付け工具５’は、取付け工具５’のフレーム１３’に堅く接続された複数（図２の概略図では３個）のセンサ１９’を有するセンサシステム１８’を備えている。従って、これらのセンサシステム１８’は、取付け工具５’と共に１つの構造的なユニットを形成する。これらのセンサ１９’は、後部ドア３の前縁１０と運転席ドア３’の後縁１０’との間の接合部寸法、隙間寸法、及び深さ寸法を測定するために用いられる。取付け工具５’に保持される運転席ドア３’は、以下に述べるように、センサシステム１８’を用いる反復閉ループ制御プロセスによって、後部ドア３に関して、方向付けされる。

もし取付けシステム４が、新しい加工作業、例えば、新しい型式の車両へのドアの取付けのために設定される場合、まず、取付け工具５、５’が設定される設定段階と呼ばれるものが実施されねばならない。この場合、取り付けられるべき運転席ドア３’と同様、適合された固定装置１４’、適切に設計されたフレーム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、かつ一緒に設定され、取付け工具５’を形成する。さらに、後部ドア３に対する取付け装置５が、固定装置１４とフレーム１３から設定される。この後、取付け工具５’のセンサシステム１８’は、以下のＩ項において述べられるように、「主」後部ドア１０３と「主」運転席ドア１０３’に関して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、「訓練」される。さらに、以下のＩＩ項において述べられるように、第２訓練段階において、互いに関して方向付けされた２つの「主」ドア１０３、１０３’が、「主」車体１０１に対して訓練され、開ループ制御による設定で運行されるロボット７、７’の移動経路の経路区間がプログラムされる。これらの段階Ｉ及びＩＩが完了した後、このように設定され、かつ校正された取付けシステム４は、ロボット７、７’の作業空間６に送られる各車体１ごとに、作業段階と呼ばれるものが実施される連続的な使用に対して準備が整った状態にある。この作業段階中に、以下のＩＩＩ項において述べられるように、２つの関連するドア３、３’は、まず、正確に位置決めされて互いに関して方向付けされ、次いで、一緒にドア開口部２，２’に運ばれ、そこに位置決めされ、そこに取り付けられる。

Ｉ．隣接する追加部品に関する（すなわち、後部ドア１０３に関する）取付け工具５’の設定段階：
新たに用意された取付け作業を実施するために、第１ステップにおいて、まず、前述したように設定された後部ドアの取付け工具５が、ロボットの手１２に取り付けられ、その取付け工具５には、（「主」）後部ドア１０３が備え付けられる。次いで、取付け工具５は、ロボット７を用いて、車体１０１の実際の取付け領域１２２の外側に位置する自在に選択可能な所謂後部ドアの予備位置２３に移動され、この位置において、設定段階中、固定して保持される。

さらに、取付け作業に適合されたセンサシステム１８’が選択され、固定装置１４’と共に設定され、取付け工具５’を形成する。この取付け工具５’は、それ自身、ロボットの手１２’に取り付けられる。固定装置１４’に（「主」）運転席ドア１０３’が備え付けられ、この固定装置４’は、２つのドア１０３、１０３’の互いに関する「最適な」方向付けが得られるように、後部ドアの予備位置２３において、（手動又は対話形式で）（「主」）後部ドア１０３に関して方向付けされる（図１ｂ参照）。この「最適な」方向付けは、この場合、２つのドア１０３、１０３’間の隙間２１が可能な限り均一であるように、車両の横方向（Ｙ方向）において２つの縁１０、１０’間に深さのずれがないように、及び２つのドア(１０３、１０３’）の基準領域（１１、１１’）がＺ方向において互いに一列に並ぶように、定められる。ここで、取付け工具５に関し、取付け工具５’によってとられる相対位置は、以下、運転席ドアの予備位置２３’と呼ばれる。

取付け工具５’のフレーム１３’におけるセンサ１９’の数と位置は、それらのセンサ１９’が、「最適な」方向付けに特に重要な（「主」）運転席ドア１０３’の適切な領域２４’、又は（「主」）後部ドア１０３の領域２４に向けられるように選択される。図２、１ｂにおける例示的な実施の形態において、図１に示される領域２４、２４’に向けられる３つのセンサ１９’が用いられる。この場合、これらのセンサ１９’は、２つの（「主」）ドア１０３、１０３’の互いに対向する縁１０、１０’の上領域、中心領域、及び下領域における隙間の測定を行なう。個々のセンサ１９’及びそれらのセンサが方向付けされる周囲領域２４、２４’の数は、それらが各用途に関連する品質的な特徴の最良であり得る特性を許容するように選択される。隙間測定センサ１９’に加えて、例えば、２つの（「主」）ドア１０３、１０３’間の（深さ）距離を測定する他のセンサを設けることもできる。

センサシステム１８’と固定装置１４’に保持された（「主」）運転席ドア１０３’を有する取付け工具５’が、ロボット７’を用いて、運転席ドアの予備位置２３’（これは、手動又は対話形式の方向付けによって設定され、図１ｂにおいてとられている）に対して「訓練」される。この場合、全てのセンサ１９’の測定値は、まず、運転席ドアの予備位置２３’で記録され、センサシステム１８’の評価ユニット２６内に「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、７’の開ループ制御システム２０内に一体化されると、都合がよい。次いで、ロボット７’を用いて、（「主」）後部ドア１０３に関する取付け工具５’及びそれに保持された（「主」）運転席ドア１０３’の位置が、運転席ドアの予備位置２３’から、図１ｂの矢印２５で示されるような既知の移動経路に沿って、系統的に変化させられる。これらは、一般的に、ロボット７’のその自由度における増分移動である。このプロセスにおけるセンサ１９’の測定値の変化は、（完全又は部分的に）記録される。ヤコビ行列（感度行列）と呼ばれるものが、このセンサ情報から知られている態様で計算される。前記行列は、ロボット７’の増分移動とプロセスにおけるセンサの測定値に生じる変化との間の関係を記述する。ヤコビ行列を決定するための方法は、例えば、Ｓ．ハッチンソン（Ｓ．Ｈｕｔｃｈｉｎｓｏｎ）、Ｇ．へーガ（Ｇ．Ｈａｇｅｒ）、及びＰ．コーク（Ｐ．Ｃｏｒｋｅ）による「視覚的サーボ制御に関する指導（Ａ ｔｕｔｏｒｉａｌ ｏｎ Ｖｉｓｕａｌ ｓｅｒｖｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ）」（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）に記載されている。この文献には、有効なヤコビ行列を得るために満足されねばならない移動経路と測定環境からなる要件（不変性、単調さ、など）も記載されている。増分測定は、この設定プロセス中に、取付け工具５’又は（「主」）運転席ドア１０３’と固定して保持された（「主」）後部ドア１０３との間に衝突が存在し得ないように選択される。

設定段階において生成されたヤコビ行列は、「設定測定値」と一緒に、センサシステム１８’の評価ユニット２６内に記憶され、後続の作業段階における位置決め閉ループ制御プロセスＡ−２’の基礎を構成する（以下のＩＩＩ項参照）。

ＩＩ．加工品に関する（すなわち、車体１に関する）取付け工具５’の設定段階
その後のステップにおいて、２つの取付け工具５、５’は、ロボット７、７’を用いて（手動又は対話形式で）、取付けシステム４の作業空間６に位置する（「主」）車体１０１に移動される。この場合、予備位置２３、２３’に対応する２つの（「主」）ドア１０３、１０３’の相対位置（すなわち、プロセスステップＩにおいて手動によって設定された２つのドア１０３、１０３’の所望の相対的な方向付け）が維持される。

次いで、（予備位置２３において固定して保持された）取付け工具５に関する取付け工具５’の予備位置２３’の前述の訓練と同様に、２つの取付け工具５、５’の連結システムが、（「主」）車体１０１に関して訓練される。この目的のために、取付け工具５、５’に保持された（互いに関して方向付けされた）２つのドア１０３、１０３’が、ロボット７、’７’を用いて（手動又は対話形式で）、（「主」）車体１０１のドア開口部１０２、１０２’で、所望の（「最適な」）位置決めと方向付けで位置決めされる。ここで（「主」）車体１０１に関し、１対のドア１０３、１０３’によってとられた相対的な位置は、以下、「取付け位置」２７と呼ばれ、この取付け位置は、２つのドアが車体１０１に取り付けられるべき位置であって、車体１０１に関する１対のドア１０３、１０３’の相対的な方向付けに対応する。

取付け位置２７を訓練するために、（センサ２９’を有する）さらに他のセンサシステム２８’が用いられる。このセンサシステム２８’も、取付け工具５’に永久的に接続される。この場合、センサシステム１９’のセンサ１８’のいくつか（又は全て）が、センサシステム２８’のセンサ２９’としても用いられ得る。センサ２９’は、それらが、（「主」）車体１０１の選択された基準領域９及び／又は（「主」）運転席ドア１０３’の選択された基準領域３０’に向けられるように、取付け工具５’に取り付けられる。本例示的な実施の形態において、センサシステム２８’は、４つのセンサ２９’を備え、それらの２つは、Ａピラー８”の近傍において車体領域９に向けられ、段階Ｉにおいて２つのドア１０３、１０３’の相対的な方向付けのためにすでに用いられた他のセンサ１９’は、Ｂピラー８の上部領域に向けられる。センサ２９’を、それぞれの検出範囲内において、運転席ドア１０３’と車体１０１との間の隙間３１’の幅を測定する（光学式）隙間センサとすると、有利である。

次いで、ロボット技術によって互いに連結され、センサシステム２８’を有する取付け工具５、５’は、連結されて移動されるロボット７、７’を用いて、（「主」）車体１０１に関して、１対の（「主」）ドア１０３、１０３’の（手動又は対話形式で設定された）取付け位置２７、２７’に対して「訓練」される。この反復訓練は、Ｉ項において述べた取付け工具５’の訓練プロセス、すなわち、取付け工具５’が（「主」）運転席ドア１０３’と共に、固定して保持された（「主」）後部ドア１０３に関して、（運転席ドアの）予備位置２３’に訓練されるプロセスと同様の方法で行なわれる。まず、２つの取付け工具５、５’が取付け位置２７、２７’にある間に、（「主」）車体１０１及び／又は（「主」）運転席ドア１０３’の基準領域９、３０’の測定値が、センサシステム２８を用いて、記録され、センサシステム２８と関連し、ロボット７、７’の開ループ制御システム２０内に一体化されている評価ユニット３２内に「設定測定値」として記憶される。次いで、この取付け位置２７、２７’を始点として、互いに関して方向付けされた（「主」）ドア１０３、１０３’の位置が、互いに同期している連結されたロボット７、７’を用いて、既知の移動経路（矢印２５”）に沿って、（「主」）車体１０１に関して、系統的に変化させられる。連結された取付け工具５、５’のヤコビ行列（感度行列)が、センサ２９’の測定値の関連する変化から計算される。前記ヤコビ行列は、連結されたロボット７、７’の増分移動とそのプロセスにおけるセンサ２９’の測定値に生じる変化との間の関係を記述する。増分移動は、この設定段階中のドア１０３、１０３’又は工具５、５’と（「主」）車体１０１との間に衝突が生じ得ないように、選択される。生成されたヤコビ行列は、「設定測定値」と共に、センサシステム２８’の評価ユニット３２内に記憶され、車体１に関する、連結された工具５、５’の位置決め段階Ｃ、Ｃ’における後続の閉ループ制御プロセスの基礎を構成する（以下のＩＩＩ項参照）。

取付け位置２７、２７’の訓練に加えて、この設定段階において、（図３において概略的に示される）ロボット７、７’の移動経路３３、３３’が生成される。２つのロボット７、７’の移動経路３３、３３’の始点は、いずれの場合も、「戻り移動位置」３４、３４’と呼ばれるものによって形成される。この戻り移動位置３４、３４’は、新しい車体１が、車体１と取付け工具５、５’との間に衝突が生じ得ないように、ロボット７、７’の作業空間６内に導入され得るように選択される。これらの戻り移動位置３４、３４’は、例えば、据え付けされるべきドア３、３’が取付け工具５、５’に（手動で）備え付けられる種々の装備ステーション（図示せず）に相当する。あるいは、戻り移動位置３４、３４’は、取付け工具５、５’が、据え付けられるべきドア３、３’を加工品の搬送台から（自動で）取り外すための取り外しステーションにも相当し得る。

この戻り移動位置３４、３４’を始点として、２つの取付け工具５、５’の移動経路３３、３３’は、以下の個別の区間を含んでいる：

Ａ−１
後部ドア３が挿入された後部ドアの取付け工具５が、戻り移動位置３４から後部ドアの予備位置２３に、開ループ制御で運行される経路Ａ−１に沿って、移動される。

Ａ−１’
同時に又はこの後、運転席ドア３’が挿入された運転席ドアの取付け工具５’が、開ループ制御で運行される経路Ａ−１’に沿って、戻り移動位置３４’から「方向付け位置」３５’と呼ばれる位置に移動される。この方向付け位置３５’は、センサシステム１８’の個々のセンサ１９’の全てが後部ドア３’及び／又は運転席ドア３のそれぞれの領域２４、２４’の有効な測定値を検知することができ、同時に、取付け工具５、５’の間又はそれらに保持されたドア３、３’の間で衝突が生じ得ないことが確実になるように選択される。

Ａ−２’
運転席ドア３’が挿入された運転席ドアの取付け工具５’が、閉ループ制御で運行される経路Ａ−２’に沿って、方向付け位置３５’から（前述のように訓練された）運転席ドアの予備位置２３’に移動される。この予備位置２３’において、取付け工具５’に保持された運転席ドア３’は、取付け工具５に保持された後部ドア３に関して、正確に位置決めされ、かつ角度付けされて、方向付けされる。特に閉ループ制御で実施されるこのプロセス中に生じるものは、以下、（ＩＩＩ作業段階において）説明する。

Ｂ、Ｂ’
次いで、後部ドア用ロボット７は、運転席ドア用ロボット７’と連結され、これら２つのロボット７、７’が、開ループ制御で運行される経路Ｂ又はＢ’に沿って、予備位置２３、２３’から車体１に関する近接位置３６、３６’に移動される。近接位置は、センサ２８’の個々のセンサ２９’の全てが、車体１及びドア３、３’の（ドアの装着に関する）基準領域９、３０、３０’の有効な測定値を供給し、同時に取付け工具５、５’又はそこに保持されたドア３、３’と車体１の間に衝突が生じ得ないことが確実になるように選択される。

Ｃ、Ｃ’
取付け工具５、５’が、連結されたロボット７、７’によって、閉ループ制御で運行される経路Ｃ又はＣ’に沿って、近接位置３６、３６’から（前述のように「訓練」された）取付け位置２７、２７’に移動される。この取付け位置２７、２７’において、２つのドア３、３’は、（プロセスステップＡ−２’において得られたドア３、３’の極めて正確な相対的な方向付けを失わずに）、車体１のドア開口部２、２’に関して、角度と距離について正確に方向付けされる。次いで、２つのドア３、３’は、車体１のドア開口部２、２’の取付け位置２７、２７’に取り付けられる。

Ｄ、Ｄ’
取付け工具５、５’の固定装置１４、１４’が取り外され、その結果、ドア３、３’が離脱される。次いで、２つのロボット７、７’の連結が解除され、取付け工具５、５’の両方が、ロボットの制御によって、（互いに独立して）、それぞれの戻り移動位置３４、３４’に戻される。

従って、この設定段階の間に生成された２つの取付け工具５、５（又は関連するロボット７、７’）の移動経路３３、３３’は、開ループ制御で運行される区間Ａ−１、Ａ−１’、Ｂ／Ｂ’、及びＤ／Ｄ’、及び閉ループ制御で運行される区間Ａ−２’及びＣ／Ｃ’から成る。

ＩＩＩ 作業段階
作業段階において、車体１が、連続的に取付けシステム４の作業空間６内に送給され、適切な位置に固定され、設定段階ＩＩにおいて生成されたロボット７、７’又は取付け工具５、５’の移動経路３３、３３’が実施される。

移動経路区間Ａ−１及びＡ−１’：
新しい車体１が送給されている間、２つの取付け工具５、５’は、戻し移動位置３４、３４’にあり、取り付けられるべき後部ドア３と取り付けられるべき運転席ドア３’とが備え付けられる（図１ａ参照）。戻り移動位置３４、３４’を始点として、後部ドア３が挿入された後部ドアの取付け工具５は、後部ドアの予備位置２３に移動され、運転席ドア３’が挿入された運転席ドアの取付け工具５’は、方向付け位置３５’に運搬される。

移動経路区間Ａ−２’（運転席ドアの取付け工具５’の方向付け段階）：
方向付け位置３５’を始点として、取付け工具５’の位置決め段階（図３における経路区間Ａ−２’）が実施され、この経路内において、取付け工具５’に保持された運転席ドア３’は、予備位置２３において固定して保持された後部ドア３に関して、（訓練段階中に訓練された）予備位置２３’に移動され、同時に、後部ドア３に関して、正確に位置決めされて方向付けされる。この目的のために、センサシステム１８’のセンサ１９’は、後部ドア３及び運転席ドア３’の選択された領域１１、１１’の測定値を記録する。これらの測定値と、設定段階において決定されたヤコビ行列を用いて、移動増分（移動ベクトル）が計算される。前記移動増分は、現在の（実）センサ測定値と（設定）センサ測定値との差を低減させる。次いで、取付け工具５’に保持された運転席ドア３’は、ロボット７’を用いて、この移動増分と等しい量だけ、移動及び／又は回転され、新しい（実）測定値が、移動の継続中に記録される。

この反復測定及び移動プロセスは、現在の（実）センサ測定値と目的とする（設定）センサ測定値との差が、所定の誤りの大きさ未満に下がるまで、又はこの差がもはや予め規定した閾値を越えて変化しなくなるまで、制御ループ下で繰り返される。これにより、運転席ドア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において）、後部ドア３に関して、（図１ｂに示される）予備位置２３’に配置される。

この位置決め段階Ａ−２’において実施される反復最小化によって、取付け工具５、５’の固定装置１４、１４’におけるドア３、３’の位置と方向付け、及びこれらのドア３、３’の生じ得る形状誤差（すなわち、（「主」）ドア１０３、１０３’からの偏差）に関して、２つのドア３、３’の誤差が補償される。従って、運転席ドア３’は、反復閉ループ制御プロセスの過程において、形状の誤差及び位置の誤差とは無関係に、後部ドア３に関して「最適な」形態で、方向付けされる。後部ドア３と運転席ドア３’の形状の誤差を別個に検出及び評価するために、付加的なセンサを取付け工具５’に設けることができる。これらの付加的なセンサの測定値は、形状の誤差を検出するために、専用に又は部分的に用いられる。さらに、個々のセンサ１９’の測定値には、後部ドア３に関する運転席ドア３’の位置を重み付けして最適化するために、異なる重み係数が設けられてもよい。

この位置決め段階Ａ−２’の１つの重要な特性は、ロボット７、７’の精度の程度から独立している点にある。位置決めプロセスは、（実）測定値と（設定）測定値との反復比較に基づいているので、ロボット７、７’の位置決めの誤差は、反復閉ループ制御プロセスによって、即座に補償される。

移動経路区間Ｂ、Ｂ’（車体１に向かう取付け工具５、５’の移動）：
運転席ドア３’が、後部ドア３に関して方向付けされたとき、２つのロボット７、７’間にもたらされた相対的な方向付けが、開ループ制御システム２０内に定まった基準変数として記憶される。次いで、２つのロボット７、７’は、コンピュータによって互いに連結され、以下の方法ステップ中、同時に移動される。これをもたらすために、ロボット７、７’の開ループ制御システム２０は、次の３つのサブシステムを有する制御装置を含んでいる：
− 第１サブシステムは、取付け工具５’を有する運転席ドア用ロボット７’の機能を記述する指示の全て（とりわけ、経路Ａ−１’、Ｂ’、Ｄ’の開ループ制御と固定装置１４の掴み作業、及び経路Ａ−２’、Ｃ’の閉ループ制御）を含む。また、この第１サブシステムは、運転席ドア用ロボット７’の機能とは無関係な、取付けシステム５を有する後部ドア用ロボット７のための指示の全て（すなわち、とりわけ、経路Ａ−１、Ｄの開ループ制御及び固定装置１４’用の掴み作業）を含む。
− 第２サブシステムは、第１サブシステムによって開ループ制御され、運転席ドア用ロボット７’を後部ドア用ロボット７と相互作用させるロボット７、７’の機能を記述する指示を含む。これは、特に、連結されて運行される経路区間Ｂ／Ｂ’及びＣ／Ｃ’に関する。
− 第３サブシステムは、第１及び第２サブシステムを始動させる指示のみを含み、これらの指示を同期してかつ同時に実行する。

これらのサブシステム間の相互作用の詳細に関して、欧州特許出願公開第 ７５２ ６３３ Ａ１号明細書を参照されたい。ロボット７がロボット７’に連結される経路区間Ｂ／Ｂ’及びＣ／Ｃ’に関して、ロボット７’は、「主」と呼ばれ、ロボット７は、「従」と呼ばれる。

移動経路区間Ｂ／Ｂ’の開始時において、第２サブシステムを始動させ、「従」ロボット７を「主」ロボット７’に連結させる指示が、第３サブシステムによって、送給される。次いで、運転席ドア用ロボット７’が、「主」として開ループ制御され、予備位置２３’から車体１内の運転席ドア開口部２’の近傍における近接位置３６’に移動される。この移動中に、後部ドア用ロボット７は、経路区間Ａ−２’においてもたらされた２つのドア３、３’の極めて正確な相対的な方向付けを維持しながら、近接位置３６まで「従」として前記運転席ドア用ロボット７’に追従する。

移動経路区間Ｃ、Ｃ’（車体１のドア開口部２、２’における取付け工具５、５’の方向付け）：
次いで、近接位置３６’を始点として、取付け工具５’は、車体１のドア開口部２’に関して、（訓練段階中に訓練された）取付け位置２７’に移動される。この位置決め段階は、取付け工具５’が後部ドア３に関して位置決めされた区間Ａ−２’の位置決め段階と同様の方法でなされる。車体１の基準領域９及び／又はドア３、３’の基準領域３０、３０’の測定値を記録するのに、センサシステム２８’のセンサ２９’が用いられ、ロボット７’を用いて取付け工具５’を移動させるために、移動増分が、設定段階ＩＩで決定されたヤコビ行列を用いて、これらの測定値から計算される。後部ドア用ロボット７は、運転席ドア用ロボット７’に連結されているので、取付け工具５’のこれらの移動に追従する。測定及び移動プロセスは、現在の（実）センサ測定値と目的とする（設定）センサ測定値との差が、所定の誤りの大きさ未満に下がるまで、又はこの差がもはや予め規定された閾値を超えて変化しなくなるまで、反復して繰り返される。これにより、２つの取付け工具５、５’は、車体１に関して、（図１ｃに示される）取付け位置２７、２７’に配置される。この位置において、２つのドア３、３’がドア開口部２、２’に取り付けられる。この目的のため、例えば、付加的なロボット又は処理システムに取り付けられたねじ回し（図１ｃに示されていない）を用いることができる。

ドア３、３’の取付けを容易にするために、ドア開口部２、２’にドアヒンジを取り付けるヒンジロボット（図示せず）のための空間を得るため、取付け領域２２の外にドア３、３’を一時的に移動させると、好都合である。この目的のために、ロボット７’を用いて、運転席ドア３’は、取付け領域から離れた退避位置に移動される。ヒンジが取り付けられた後、運転席ドア３’は、取付け位置２７’に戻される。連結された後部ドア用ロボット７は、この移動に追従し、２つのドア３、３’の極めて正確な方向付けが、これらの退避移動中に維持される。ヒンジの取付け中、位置決めプロセスの過程において見出され、車体に関して正確に位置決めされて配置された取付け位置２７、２７’は、取付け作業に含まれるさらに他の工具及び作業ステップの全てに対して、基準位置として用いられ得る。

ドア３、３’が取り付けられた後、取付け工具５、５’の固定装置１４、１４’が取り外され、ドア３、３’は車体１から自在に吊るされる。この位置において、接合部寸法、隙間３１、３１’、及び深さ寸法の検査のための測定が、センサ２９を用いて、領域９、３０、３０’において行なわれる。もし、このプロセスにおいて、設定寸法からの偏差が検出された場合、後続の作業のために、所定の情報が、システムの操作者に送られる。

移動経路区間Ｄ／Ｄ’（取付け工具５、５’の戻り移動）：
もしドア３、３’がドア開口部２、２’の正しい位置に取り付けられた場合、２つのロボット７、７’の「主」−「従」連結が解除される。さらに、取付け工具５、５’が、ロボットの制御下において、衝突せずに、取付け位置２７、２７’から戻り移動位置３４、３４’に戻ることができるように、取付け工具５、５’の固定装置１４、１４’は、係合位置から外に回転される。車体１は、締付けが解除され、吊り上げられ、次いで、運搬され、これと並行して、取付け工具５、５’には、新しいドア３、３’が備え付けられ、一方、新しい車体１が取付けシステム４の作業空間６に送給される。

異なるシステム要素（開ループ制御システム２０におけるセンサシステム１８’、２８’の評価ユニット２６、３２及びロボット７、７’の開ループ制御システム）間のデータ通信のために、高いデータ速度を可能とするＴＣＰ／ＩＰインターフェイスが、本例示的な実施の形態に用いられると有利である。このような高いデータ速度は、閉ループ制御で実施される位置決め段階Ａ−２’及びＣ／Ｃ’中、ロボット７、７’の補間サイクル（通常１２ミリ秒）を用いて、多数の個々のセンサ１９、２９を有するシステムの全体（センサシステム／ロボット）の閉ループ制御を行なうことを可能とするために必要である。複雑な制御の問題が存在しない場合、すなわち、厳しい精度に関する要求がなく、制御の時間が長いとき、閉ループ制御を、従来のシリアルインターフェイスによって実施することもできる。

前述の隙間センサに加えて、ドア３、３’の実際の位置を互いに関して及び車体１の基準領域９に関して検知するために、いかなる光学センサをもセンサ１９、２９’として用いることができる。例えば、領域の全体を測定するＣＣＤカメラをセンサ１９、２９’として用いることができ、これらのセンサによって、（適切な画像評価アルゴリズムと組合せて）、空間位置と、縁間や空間的距離間などにおけるずれを測定変数として生成させることができる。さらに、いかなる触知及び／又は無接触の測定システムをも用いることができ、適切なセンサの選択は、それぞれの用途に大きく依存する。

図１〜３における例示的な実施の形態において、センサシステム１８’、２８’のセンサ１９’、２９’は、運転席ドアの取り付け工具５’にのみ取り付けられる。この代わりに、又は加えて、（図１ａ〜１ｃに示されるように）、測定目的のために、後部ドアの取付け工具５に取り付けられたセンサ１９、２９を用いることができ、センサは、２つの取付け工具５、５’間に分配され得る。特に、センサシステム２８’は、取付け工具５に永久的に接続されるセンサ２９を含んでもよい。２つの取付け工具５、５’は方向付け段階Ｃ／Ｃ’において継続して連結されているので、これらのセンサ２９は、（位置決め段階において達成される精度内において）、取付け工具５’に関して既知の位置にある。

ドアの取付けに加えて、本方法は、極めて正確に位置決めされた相対的な方向付けをして加工品に取り付けられるべきいかなる他の（隣接する）追加部品にも転用させることができる。「ロボットに案内される」工具は、本出願において、極めて一般的に、多軸マニピュレータ、特に６軸の産業用ロボットに取り付けられる工具として、理解されるべきである。

２つのドアを正確に位置決めして方向付けし、車体に取り付ける最中の取付けシステムの選択された位置の概略を示す図。 図１ａ：戻り移動位置を示す図。 図１ｂ：予備位置を示す図。 図１ｃ：取付け位置を示す図。 運転席ドアの取付け工具の概略を示す図。 運転席ドアの取付け工具と後部ドアの取付け工具とを支持するロボットの手の移動経路の概略を示す図。

Claims (8)

1. 複数の追加部品（３、３’）を加工品（１）、特に、車体に取り付ける方法であり、前記追加部品（３、３’）は、それらが正確に位置決めされて互いに関して方向付けされるように、前記加工品（１）に取り付けられる方法であって、
   − ロボット（７、７’）によって案内される取付け工具（５、５’）が、各追加部品（３、３’）を送給し、位置決めするのに用いられ、前記取付け工具（５、５’）は、前記追加部品（３、３’）を受けるための固定装置(１４、１４’）を備え、前記取付け工具（５、５’）の少なくとも１つは、前記取付け工具（５、５’）に永久的に接続され、少なくとも１つのセンサ（１９、１９’）を有するセンサシステム（１８、１８’）を備え、
   − 前記取付け工具（５、５’）が、前記センサ（１９、１９’）の測定値を用いる反復閉ループ制御プロセス（Ａ−２’）によって、予備位置（２３、２３’）に移動され、該位置において、前記取付け工具（５、５’）に保持された前記追加部品（３、３’）が、正確に位置決めされて互いに関して方向付けされ、
   − 前記取付け工具（５、５’）に保持され、正確に位置決めされて互いに関して方向付けされた前記追加部品（３、３’）を有する前記取付け工具（５、５’）が、前記予備位置（２３、２３’）から前記加工品（１）に関する取付け位置（２７、２７’）に移動され、該位置において、前記追加部品（３、３’）が、前記加工品（１）に接続される方法。
2. 前記追加部品（３、３’）が、正確に位置決めされて互いに関して方向付けされる前記反復閉ループ制御プロセス（Ａ−２’）の間に、以下のプロセスステップ：
   − 前記センサ（１９、１９’）の（実）測定値が生成されるステップと、
   − これらの（実）測定値が、設定段階の間に生成された（設定）測定値と比較されるステップと、
   − 前記取付け工具（５、５’）の移動ベクトルが、前記（実）測定値と前記（設定）測定値との差から、前記設定段階の間に計算されたヤコビ行列を用いて計算されるステップと、
   − 前記取付け工具（５、５’）が、この移動ベクトルと等しい量だけ移動されるステップと
   が制御ループ内で実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記取付け位置（２７、２７’）に移動するために、第２反復閉ループ制御プロセス（Ｃ、Ｃ’）が実施され、該プロセスの間に、正確に位置決めされて互いに関して方向付けされた前記追加部品（３、３’）が、センサ（２９、２９’）の測定値を用いて、正確に位置決めされて、前記加工品（１）の基準領域（９）に関して方向付け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。
4. 前記予備位置（２３、２３’）に達した後、前記ロボット（７、７’）の移動が、前記取付け位置（２７、２７’）に達したとき、前記追加部品（３、３’）の互いに関する前記正確に位置決めされた方向付けが維持されるように、連結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。
5. 前記追加部品（３、３’）は、正確に位置決めされて互いに関して方向付けされ、車体（１）のドア開口部（２、２’）に固定してねじ止めされる該車体（１）の運転席ドア（３’）と後部ドア（３）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 複数の追加部品（３、３’）を加工品（１）に同時に取り付けるための、特に２つの隣接する車両ドア（３、３’）を車体（１）に取り付けるための取付けシステム（４）であって、
   − 追加部品（３、３’）を受けるための取付け工具（５、５’）がそれぞれ装着された複数のロボット（７、７’）を有し、
   − 前記ロボット（７、７’）の経路を開ループ制御し、前記取付け工具（５、５’）の移動を開ループ制御するための処理プログラムを前記ロボット（７、７）ごとに有する開ループ制御システム（２０）を有し、
   − 前記取付け工具（５、５’）の１つに永久的に接続され、１つ以上のセンサ（１９、１９’）を備えるセンサシステム（１８、１８’）を有し
   − 前記センサ（１９、１９’）の少なくとも１つは、他の取付け工具（５、５’）に保持される前記追加部品（３、３’）の基準領域（１１、１１’）に向けられ、
   − 前記センサシステム（１８、１８’）の測定値を評価するための評価ユニット（２６）を有する取付けシステム（４）。
7. 前記センサ（１９、１９’）の少なくとも１つは、計量的に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に記載の取付けシステム。
8. 前記ロボット（７、７’）の前記開ループ制御システム（２０）と、前記センサシステム（１８、１８’）の前記評価ユニット（２６）との間の通信のために、ＴＣＰ／ＩＰインターフェイスが用いられることを特徴とする請求項６あるいは７に記載の取付けシステム。
   

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