JP2004508954A - 位置決め装置およびシステム - Google Patents

Abstract

計算機支援製造において使用するための位置決め装置であって、第１の部品（２；２３）の位置および配向に関係する情報を生成するようにされている少なくとも１つの測定手段（４，５，６ａ，６ｂ）、生成された情報を受取るようにされているプロセッサ手段（５）、およびプロセッサ手段に応答して第１の部品をマニピュレートするようにされている第１の処理手段（２１）を含み；該少なくとも１つの測定手段（３，５，６ａ，６ｂ；４，５，６ａ，６ｂ）がさらに、第１の部品から離れている第２の部品（１；２４）の位置および配向に関係する情報を生成するようにされていることと、該プロセッサ手段がさらに、第２の部品の測定された位置および配向に対して第１の部品の位置および配向を求めるようにされていることと、該第１の処理手段が、第１の部品の求めた相対的位置および配向に依存して、第２の部品に対する所定の位置および配向へ第１の部品をマニピュレートするようにされていることとを特徴とする位置決め装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、限定はしないが、とくに大形の工業用の製造において、“一緒にまとめる（ｐｕｔｔｉｎｇ ｔｏｇｅｔｈｅｒ）”アッセンブリ動作におけるように、一方の部品を他方の部品に関係して位置決めする装置および方法に関する。
【０００２】
従来の技術
航空機産業または造船所ドックにおいて採用されているような、従来の大形の工業用のアッセンブリプロセスにおいて、部品を大形製造物にアッセンブルするか、または幾何学的に制御されたやり方で大形構造を機械加工することが頻繁に要求されている。
【０００３】
航空機の胴体部分または船体（ハル）のような、構造を現場でアッセンブルする大形構造の場合は、構造または構造上の局所的な領域の実際の位置および配向は正確には分からない。この問題は、このような構造が自身の重みを受けて曲がり、その結果局所的な領域の正確な位置および配向についてより不確実になるといった事実のために悪化することが多い。
【０００４】
さらに、このような構造は大きいために、ロボットまたは機械を使用して、このような構造をアッセンブルまたは製造して、構造を生成しなければならない。このようなロボットおよび機械の位置および配向も正確には分からない。これは、生産ラインのアッセンブリプロセスにおいて使用されるロボットの位置が正確に分かっているのとは対照的であり、ロボットが物品をアッセンブルする生産ラインの一定の位置で装着され、このようなロボットおよび機械の位置および配向は正確に位置決めされる。したがって、生産ラインおよび他の自動アッセンブリ（組立て）プロセスに従来から適用されてきた非天測位置推定技術（一般に推測技術と呼ばれる ；ｄｅａｄ ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）は、通常は大規模なアッセンブリプロセスには適していない。
【０００５】
ロボットはアッセンブルまたは機械加工される構造の周りを正確に移動できるようにガントリを使用してもよい。しかしながらアッセンブルされる構造が大形であるときは、ガントリの使用は実行不可能であることが多い。その理由は、位置の正確性を高く維持するために、ガントリは相当に剛性でなければならないからである。しかしながらアッセンブルされた構造が非常に大形であるときは、十分に大きくかつ十分に剛性であるガントリを製造するのは、その困難さとコスト高であることによって妨げられている。
【０００６】
大形構造の局所領域上で使用して、構造の基準点を捕らえるためにジグおよびテンプレートを作り、アッセンブリまたは機械加工する位置を規定する別の点を位置付けることができる。しかしながら、構造（物）上でジグを正確に位置決めすること自体が、問題の構造の形状およびタイプに依存して、重大な問題を発生する。ジグを構造上に確実に位置決めできないときは、構造上に別の点を位置決めするにはジグはほとんど役にたたない。
【０００７】
通常、このような情況では、部品を大形の構造にアッセンブルするときは、最初にほぼ正確な位置にあったもののみついて部品がアッセンブリに供給される。部品および構造上に位置決めされている基準点を使用して、種々の測定を行うことができる。次に再測定する前に、部品と構造の幾何学的関係を調整する。このために最終的なフィットには、測定および再調整に対する時間のかかる反復プロセスで決定される。
【０００８】
したがって、一方の部品に対する他方の部品の位置を制御して、アッセンブリおよび製造作業を実行し、従来技術に関係する問題を克服する装置および方法が必要とされている。
【０００９】
発明が解決しようとする課題
本発明にしたがって、計算機支援製造（ＣＡＭ）において使用するための位置決め装置であって、第１の部品の位置および配向に関係する情報を生成するようにされている少なくとも１つの測定手段、生成された情報を受取るようにされているプロセッサ手段、およびプロセッサ手段に応答して第１の部品をマニピュレート（ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ、操作の意）するようにされている第１の処理手段を含み；該少なくとも１つの測定手段がさらに、第１の部品から離れている第２の部品の位置および配向に関係する情報を生成するようにされていることと、該プロセッサ手段がさらに、第２の部品の測定された位置および配向に対して第１の部品の位置および配向を求めるようにされていることと、該第１の処理手段が、第１の部品の求めた相対的位置および配向に依存して、第２の部品に対する所定の位置および配向へ第１の部品をマニピュレートするようにされていることとを特徴とする位置決め装置を提供する。
【００１０】
第１および第２の部品の位置および配向を測定し、第１の部品を第２の部品に対して移動することが要求されている具合を計算することによって、何れかの部品の位置または配向についての予備知識に依存せずに、第１の部品と第２の部品との間の幾何学的に最適なフィットを達成できることが好都合である。したがって、本発明は、非天測位置推定技術が適していない情況において使用することができる。
【００１１】
さらに、本発明は、製造および再調整に対する時間のかかる反復プロセスに依存しないプロセスにおいて、一方の部品を他方の部品に対して位置決めすることができる。したがって時間のよりかからないやり方、またはより正確なやり方、あるいはこの両者のやり方で一方の部品を他方の部品に対して位置決めする可能性を高める。
【００１２】
第１または第２の何れかの部品の位置および配向の測定は、第１または第２の部品の何れかの局所的な領域に対して行われることが好ましい。したがって機械加工またはアッセンブルされる部品の相対的な領域の位置および配向の正確な測定が可能であり；したがって部品の一方または両方が規格に対応していても、２つの部品間のインターフェイスの局所的な幾何学的形状に対して幾何学的に最適なフィットを可能にすることができる。
【００１３】
本発明のシステムは、第１または第２の部品に関係するＣＡＤデータを記憶することが好ましい。ＣＡＤデータは、第１または第２の何れかの部品の位置および配向をこれらの部品上の選択された点の測定された位置から設定でき、“ベスト フィット（ｂｅｓｔ ｆｉｔ）”技術を使用して部品のＣＡＤモデルにフィットされ；部品の位置および配向を判断することが好都合である。
【００１４】
本発明の処理手段は、ロボットまたは類似のデバイスであり、したがって本発明の方法を自動化できることが好ましい。
【００１５】
第１または第２の何れかの部品の位置および配向の測定は、写真測量（ホトグラメトリイ）システム、または同様の非接触の位置および配向測定デバイスで実行されることが好ましい。このような技術は、アッセンブルまたは機械加工される部品の位置および配向の測定を６までの自由度で判断できることが好都合である。さらに、測定は実時間で実行され、位置決めシステムを加速することができる。さらに加えて、このようなシステムは処理手段の移動を妨害せずに実行でき、長距離において自由に機能することができる。
【００１６】
写真測量法または類似の非接触測定方法を使用することよって、部品の位置および配向を測定する精度は処理手段の位置決めの絶対的な精度に依存しないが、その代わりに、ロボットの分解能（すなわち、ロボットのエンドエフェクタが動く最小の差動点）および写真測量システムの精度に依存することが好都合である。したがって、分解能は高いが、位置決めにおける内在精度が低いといった特徴をもつロボットを使用できることを意味する。さらに、ロボットは、所望の位置および配向でマニピュレートされることを保証するために剛性が高い必要はない。したがって、本発明は、自動処理装置の領域において相当にコストを節約する機会を可能にしている。
【００１７】
本発明はさらに、本発明のプロセスによって製造される対応する位置決め方法および製品にも適用される。さらに加えて、本発明は、本発明のシステムを実行するようにされているコンピュータプログラムおよびコンピュータプログラム製品にも適用される。
【００１８】
対応する目的および長所をもつ本発明の別の態様および実施形態は、以下の記述および特許請求の範囲から明らかになるであろう。ここで本発明の特定の実施形態について例示的に添付の図面を参照して記載することにする。
【００１９】
発明の実施の形態
図１を参照すると、この実施形態の位置決めシステムが示されている。本発明のこの実施形態では、位置決め装置は、図に断片的に示した航空機胴体１の一部分、例えばコックピット部分に対して１つの部品２を正しく位置決めするようにされている。部品２は、胴体部分１に対して正しく位置決めされると、胴体部分１に正しくアッセンブルされる。
【００２０】
本発明を開示するために、この例では、部品２は既知の幾何学的形状をもち、部品２上で基準測定位置または場所を正確に位置決めすることができる。胴体部分１も既知の幾何学的形状をもつ。しかしながらこの形状および大きさのために、２つの部品のアッセンブリ点に対して局所的な領域の上か、または胴体部分１全体の上で；アッセンブリプロセスの要求される位置公差を満足させるのに十分に正確な基準測定位置または場所を位置決めするのは困難である。
【００２１】
胴体部分１は従来のやり方で支持され、この実施形態のアッセンブリプロセスを開始する前に固定または安定化される。
【００２２】
部品２は、胴体部分１に対する要求される幾何学的配置で与えられ、例えば穿孔またはリベット締めのような従来のやり方で胴体部分１に固定される。部品２は、部品処理のエンドエフェクタを装備したＫｕｋａ（商標）の工業用ロボットのようなロボット（図示されていない）によってサポートされる。ロボットは、６自由度で部品２を自由にマニピュレートする。すなわち、ロボットは並進用の３本の直交軸と回転用の３本の直交軸とで部品２をマニピュレートし、アッセンブルのために部品２を胴体部分１との正しい幾何学的配置にする。
【００２３】
この実施形態では、プロセッサ５は適切にプログラムされた汎用コンピュータであってもよく、部品２がアッセンブリに提供される前に、胴体部分１と部品２との両者の位置および配向を判断する。別途記載するように、これは、胴体部分１と部品２の各々と関係する逆反射性ターゲットをもつ写真測量装置を使用して達成される。
【００２４】
写真測量装置は、２つの従来の計測学カメラ（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｃａｍｅｒａ）６ａおよび６ｂを使用する従来の６自由度のシステムであり、本発明のアッセンブリプロセスを実行する前に、胴体部分１および部品２を含む視界をもつようにセットアップされる。カメラ６ａおよび６ｂは、同軸ケーブルのような適切なそれぞれのコネクタ７ａおよび７ｂを介してプロセッサ５に接続される。
【００２５】
各カメラ６ａおよび６ｂは、カメラ６ａおよび６ｂと近接して、かつ関係するカメラと同じ配向で位置決めされている照明源（図示されていない）と関係付けられている。
【００２６】
多数の逆反射性ターゲット３、４は、従来のやり方で胴体部分１と部品２とにそれぞれ固定されている。ターゲット３、４は、胴体部分１と部品２のそれぞれの位置および配向を判断するのに使用される。
【００２７】
この実施形態では、部品２上の各ターゲット４は、部品２上の正確に分かっている基準測定位置に位置決めされている。ターゲット４は、従来のコード化システムを使用してコード化され、各ターゲット４がユニークに識別されるようにする。適切なコード化ターゲットは、Ｌｅｉｃａ Ｇｅｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｔｄ．（Ｄａｖｙ Ａｖｅｎｕｅ， Ｋｎｏｗｌｈｉｌｌ， Ｍｉｌｔｏｎ Ｋｅｙｎｅｓ， ＭＫ５ ８ＬＢ， ＵＫ）から販売されている。
【００２８】
しかしながら、胴体部分１上の正確な位置決め基準測定位置は、その形状および大きさのために合せるのが困難であるので、胴体部分１上のターゲット３はコード化されず、正確に分かっている位置に位置決めされない。したがってターゲット３は、図１に点線８によって示したアッセンブリ点に局所的な領域のまわりに、ほぼ位置決めされる。アッセンブリ点に対して局所的な領域内にターゲット３を位置決めすることによって、胴体部分１は全体的にコンプライアントであって、かつそれ自身の重みを受けて曲がっても、アッセンブリの位置を正確に判断することができる。
【００２９】
ターゲット３、４は、胴体部分１および部品２のそれぞれに固定して取り付けられている。したがってターゲット３、４の測定される位置および配向と、ターゲット３、４がもともと取り付けられていた胴体部分１上の局所的な領域および部品２との間に相違はない。
【００３０】
この実施形態のアッセンブリ手続きを始めさせる前に、カメラ６ａおよび６ｂの、測定空間内の基準座標フレーム（枠）またはワークセルを従来のやり方で判断する。したがって、カメラ６ａおよび６ｂによって出力される胴体部分１および部品２上のターゲット３、４の画像を使用して、胴体１および部品２の位置および配向を、カメラ６ａおよび６ｂに対してだけではなく、別の基準座標フレームに対しても判断することができる。実際には、これは胴体部分１、または胴体部分１がサブアッセンブリであるより大きなアッセンブリの基準座標フレームである。
【００３１】
このプロセスは、オフラインで一般に実行され、これを実現するいくつかの既知の方法がある。１つのこのような方法は、多数の結像位置から予め特定された位置に位置決めされた制御ターゲットの測定値をとることに依存している。次に測定値は数学的に最適化され、カメラ６ａと６ｂとの間の関係を示す変換を求める。カメラ６ａおよび６ｂの基準座標フレームが求められると、これを使用して、ターゲット３、４の三次元の位置を判断し、次に未知の位置に位置決めされるときは、カメラ６ａおよび６ｂによって画像を映し出される。
【００３２】
動作において、カメラ６ａおよび６ｂは、各光源（図示されていない）から放射されて、ターゲット３、４から反射した光を受取るが、カメラ６ａおよび６ｂと関係する光源とはターゲット３、４を使用して視線（直線視界）を得る。
【００３３】
この技術においてよく知られているように、逆反射ターゲットは反射体上で入射光と完全に一致する方向に入射光を反射する。このやり方では、各ターゲット３、４の位置は、従来のやり方で２以上のカメラ／照明源の対を使用して設定される。
【００３４】
カメラ６ａおよび６ｂの各々は、コネクタ７ａおよび７ｂを介してプロセッサ５へビデオ信号を出力する。２つの信号は、カメラ６ａおよび６ｂの視界内におけるターゲット３、４の瞬間的な二次元画像を表わす。
【００３５】
各ビデオ信号は、プロセッサ５と関係するフレームグラッバーによって周期的にサンプルにされて、プロセッサ５と関係するメモリ（図示されていない）内に１ビットマップとして記憶される。各記憶されたビットマップは対応するビットマップと関係付けられて、ビットマップの対を形成する；すなわちカメラ６ａから見たターゲット３、４の各（画）像は、カメラ６ｂによって同じ瞬間に見た対応する画像と関係する。
【００３６】
メモリ内に記憶された各ビットマップは、ピクセルの光強度値の２次元の配列であり、画像の出力元であるカメラ６ａまたは６ｂから見たターゲット３、４の位置に対応する光強度値をもつ。
【００３７】
プロセッサ５はビットマップの対を解析して、カメラ６ａまたは６ｂに対する胴体部分１および部品２の両者の瞬間的な位置および方向を得る。これは実時間で実行される。
【００３８】
プロセッサ５は、この技術において知られている従来の計算を実行し、各カメラ６ａおよび６ｂの焦点距離の特徴を使用して、３次元空間内の各ターゲットイメージのベクトルを計算する。このやり方では、カメラ６ａおよび６ｂの両者から見ることができる各ターゲット３、４について、対の一方のビットマップ内の画像は、ビットマップの対の他方のビットマップ内に対応する画像をもち、各計算されたベクトルはそれに交差している。３次元内におけるベクトルの交点は、カメラ６ａおよび６ｂから見たようにターゲット３、４の位置；すなわち求められた基準座標に対応している。
【００３９】
両者のカメラ６ａおよび６ｂから見ることができるターゲット３、４の位置が求められた基準座標フレームに対して判断されるとき、その位置を使用して、求められた基準座標フレームに関して胴体部分１および部品２の位置および配向を規定する。これは、種々の既知の技術の１つを使用して達成することができる。この実施形態では、これは次のやり方で達成される。
【００４０】
この実施形態では、部品２の３次元の幾何学的形状が正しく分かっている。これは計算機支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ， ＣＡＤ）データ、またはプロセッサ５と関係するメモリ（図示されていない）内のＣＡＤモデルとして記憶される。実際には、ＣＡＤモデルはパーソナルコンピュータのハードディスクドライブ（または他の永久記憶装置媒体）上に記憶され、プロセッサ５の機能を実現する。パーソナルコンピュータは適切な市販のＣＡＤソフトウエア、例えば記憶されたＣＡＤデータを読み取って、マニピュレートすることができるＣＡＴＩＡ（商標）（ＩＢＭ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ， ＩＢＭ ＵＫ Ｌｔｄ， ＰＯ Ｂｏｘ ４１， Ｎｏｒｔｈ Ｈａｒｂｏｕｒ， Ｐｏｒｔｓｍｏｕｔｈ， Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ Ｐ０６ ３ＡＵ， ＵＫ）から販売されている）でプログラムされる。パーソナルコンピュータはさらに、カメラ６ａ、６ｂによって見ることができるターゲットの位置をＣＡＤソフトウエアへインポートできることも要求できるソフトウエアでプログラムされる。
【００４１】
既に記載したように、この実施形態では、部品２上のターゲット４の位置は正確に分かっている。したがって、ＣＡＤモデルはさらに、各ターゲット４が部品２上で位置決めされる位置を、各ターゲット４の関係するコードと共に規定する。部品２のＣＡＤモデル上の最少数の３つの既知の点についての３次元の位置を規定することによって、部品２の位置および配向がユニークに規定される。したがって、カメラ６ａおよび６ｂによって結像され、プロセッサ５によって計算される３以上のターゲット４の３次元の位置を使用して、求められた基準フレームに関して、部品２の位置および配向を判断する。
【００４２】
その３次元の位置が計算されたターゲット４は、ＣＡＤモデル上で対応するターゲットの位置に整合される。これは、従来のやり方で、カメラ６ａおよび６ｂによって結像される各ターゲット４のコードからこれらのターゲットの識別を識別し、ＣＡＤモデルのターゲットの位置のコードを対応するターゲットコードデータに整合させることによって達成される。これが達成されると、識別されたターゲットと整合したＣＡＤモデル内のターゲットの位置は、対応するターゲットについて計算した３次元の位置に設定される。これがＣＡＤモデル上の３つのターゲットの位置について達成されるとき、部品２の位置および配向はユニークに規定される。
【００４３】
胴体１の位置および配向も判断される。既に記載したように、胴体部分１の３次元の幾何学的形状も正確に分かっている。ここでも、これはＣＡＤデータ、またはプロセッサ５と関係するメモリ（図示されていない）内のＣＡＤモデルとして記憶される。しかしながら、胴体部分１に対するターゲット３の正確な位置は精密に分かっていないので、ターゲット３の位置は、胴体部分１に関係するＣＡＤデータ内に保持されていない。
【００４４】
しかしながら、カメラ６ａおよび６ｂの基準座標フレーム内に、６以上の、共面でなく、かつ共直線性でなく置かれたターゲット３の３次元の位置を設定することによって、集合的な３次元の位置と、胴体部分１を規定するＣＡＤデータとの間の関係は、ＣＡＤデータへ適用されたときに測定されたターゲットの位置に対する“ベスト フィット”を計算することによって設定される。これは従来の“最小平均自乗”技術を使用して実行される。
【００４５】
十分な数のターゲット３の測定された３次元の位置に対する“ベスト フィット”を計算して、非縮退の解（ｎｏｎ−ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を求めると、胴体１の位置および配向は、対応するターゲット３の測定された３次元の位置に対して、ターゲットの位置の３以上をＣＡＤデータ上で設定することによってユニークに規定される。
【００４６】
胴体部分１および部品２の位置および配向が判断されると、プロセッサ５は胴体部分１に対する部品２の測定された位置および配向を、正しいアッセンブリを保証するために要求される位置および配向と比較する。部品２の要求される位置および配向は、図１内の点線８によって示されていて、胴体部分１のＣＡＤモデルと関係する別のＣＡＤデータによって規定される。
【００４７】
次にプロセッサ５は、従来のやり方で部品２が再び配向されて並進されなければならない角度および方向を計算して、要求される位置に一致する位置に位置決めされる。
【００４８】
続いてプロセッサ５は、部品２を計算された量だけマニピュレートするロボット（図示されていない）へ送られる制御信号を生成する。この実施形態では、部品２を再び配向する段階は、部品２を最終的なアッセンブリの位置へ並進させる段階の前に実行され、したがって部品２と胴体部分１との間の偶発的な衝突が発生しないことを保証することを助ける。
【００４９】
部品２を再び配向し、並進させる一方で、ロボットによって行なわれる部品２の移動はプローブによって検出され、プロセッサ５は、要求されるときに、これを実時間で使用して、制御命令を変更して、ロボットへ出力する。これは、問題のアッセンブリタスクのために、エンドエフェクタを比較的に長い距離にわたって動かすのを十分な精度で測定できないときに、要求されることがある。
【００５０】
部品２が胴体部分１と正しい幾何学的配置で位置決めされるとき、ロボットはプロセッサ５によって制御されて、正しい位置に部品２を保持し、一方でオペレータは胴体部分１上の穿孔点のようなアッセンブリする位置の点にマークを付す。このプロセス中に、胴体部分１と部品２の位置および配向はプローブおよびプロセッサ５によって継続的にモニタされ、アッセンブリプロセス中に２つの部品間で相対的な移動が起こらないことを保証する。
【００５１】
第１の実施形態において与えられた例は、第１の部品上のターゲットの位置が正確に分かっていて、第２の部品上のターゲットの位置が正確に分かっていないときに、第１の部品を第２の部品に対して位置決めすることについて記載したが、この情況が実際には逆になってもよいことが分かるであろう。本発明は、両方の部品上の正確に分かっている位置にターゲットが位置決めされるとき；またはその代わりに、両方の部品上のターゲットの位置が正確に分かっていないときに実行できる。さらに、何れかの部品上のターゲットの位置が正確に分かっていて、残りの部品が正確に分かっていないときも実行できる。
【００５２】
本発明の第２の実施形態は概ね同じ機能を達成し、第１の実施形態を参照して記載したのと同じ装置を採用する。したがって、同様の装置および動作モードは別途記載しない。しかしながら第１の実施形態の装置は、部品がアッセンブルされる構造に対して、部品を所定の幾何学的配置へ位置決めするようにされているが、第２の実施形態のシステムは、所定の幾何学的配置における製造作業で使用されるツールを、ツールが作業をする構造または部品に対して位置決めするようにされている。
【００５３】
図２を参照すると、第２の実施形態の位置決めシステムが示されている。第１の実施形態で使用されているものと類似したロボットのリスト２１が示されている。第１の実施形態では、ロボットはエンドエフェクタを取扱う部品を装備されているが、この第２の実施形態では、ドリル２２はロボットのリスト２１上に固定的に装着されている。ドリルビット２３はドリル２２内で支持されている。
【００５４】
機械加工される部品２４も示されている。部品２４は従来のやり方で支持されて、この第２の実施形態の製造作業を開始する前に、固定され、安定化される。
【００５５】
第１の実施形態を参照して記載したように、逆反射ターゲット３、４は、それぞれ部品２４およびドリルビット２３の先端に固定して取付けられている。ドリルビット２３の先端が、ドリル２２およびロボットのリスト２１と固定された容易に測定可能な幾何学的関係にあるとき、この第２の実施形態では、図示したように、ターゲット４はドリル２２またはロボットのリスト２１上に位置決めされている。実際には、ドリルと固定された幾何学的関係のターゲット４を他の構造に取り付けてもよい。
【００５６】
この実施形態では、ターゲット３、４にコード化されているものと、コード化されていないものとがある。しかしながらドリル２３および部品２４の両者に対する非縮退の位置および配向の判断を行なうために、十分なターゲット３、４がカメラ６ａおよび６ｂの両者から同時に見えなければならない。
【００５７】
適切な接続７ａおよび７ｂによってプロセッサ５に接続されたカメラ６ａおよび６ｂも示されており；その各々は第１の実施形態に記載されたのと同じ機能を行う。
【００５８】
この実施形態では、リスト１ａを含むロボットは、ドリルビット２３を部品２４に対して正しい幾何学的配置で位置決めし、プロセッサ５と関係するメモリ（図示されていない）内に記憶された部品２４に関係するＣＡＤデータによって特定される部品２４内の位置に孔が穿孔される。ＣＡＤデータはさらに、部品２４に対する各孔の配向と、孔を穿孔する深さとを特定する。
【００５９】
第１の実施形態を参照して記載したように、プロセッサ５は、カメラ６ａおよび６ｂから出力された信号を使用して、求められた基準フレーム内にターゲット３、４の３次元の位置を計算する。この情報から、プロセッサ５は、プロセッサ５と関係するメモリ（図示されてない）内に記憶されたＣＡＤモデルを使用して、部品２４およびドリル２２の両者の位置および配向を計算する。
【００６０】
ドリルビット２３の先端のオフセット距離がドリル２２またはロボットリスト２１、あるいはこの両者のＣＡＤモデルへ入れられると、ドリルビット２３の先端の位置および配向を判断することができる。その代わりに、ドリルビットの先端の位置および配向は、本発明者の現在審査中の出願（代理人参照番号は第ＸＡ１２１３号であり、ここでは参考文献として全体的に取り入れられる）に記載された写真測量のシステムおよび方法を使用して設定することができる。
【００６１】
したがって、プロセッサ５はロボットを制御して、各ホールの穿孔を始める前に、ドリルビット２３を精密に正しい位置および配向に動かす。ロボットの動作も穿孔作業中に制御される；したがってホールの軸が穿孔プロセス中に一定であり続けることと、ホールが正しい深さに所定のレートで穿孔されることを保証する。
【００６２】
第２の実施形態では、機械加工されるワークピースに対するドリルの位置決めを記載しているが、当業者（ｓｋｉｌｌｅｄ ｒｅａｄｅｒ）には本発明を使用して種々の他のツールをマニピュレートできることが分かるであろう。このようなツールにはミリングまたはグラインディングツール、溶接デバイス、またはマーク付けデバイス、例えばパンチ、スクライバ、またはインク着けデバイスを含んでもよい。
【００６３】
上述の実施形態は、本発明をどのように実行できるかについての単なる例であることが明らかになるであろう。本発明の技術的範囲内の多くの他の変形も、当業者には明らかになるであろう。
【００６４】
例えば、上述の実施形態は、本発明にしたがって位置決めされた部品またはツール／ツールハウジングに直接に取り付けられたターゲットを使用して記載したが、当業者は、これは実際にある必要はないことが分かるであろう。その代わりに、例えばＭｅｔｒｏｎｏｒ Ａｓの第ＥＰ ０ ７００ ５０６ Ｂ１号（発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”）に記載された６自由度のプローブのようなプローブを、本発明の位置決め動作に関係する部品またはツールの１つまたは各々に固定して取り付けて；各部品またはツールの位置および配向を設定できるようにしてもよい。
【００６５】
別の例として、上述の実施形態は１対のみのカメラを用いて記載したが、３台以上のカメラまたは２対以上のカメラを使用できることも分かるであろう。例えば、２対または２組のカメラを使用するのが望ましいこともある。第１の組を使用して、１つの部品の６自由度の位置を与え、第２の組を使用して、位置決め動作に関係する第２の部品の６自由度の位置を与えてもよい。このやり方では、アッセンブルされる一方または他方の部品上のターゲットの問題は、ロボットまたはロボットがマニピュレートしている部品によって不明瞭にされることが避けられる。もちろん２以上の組のカメラを使用するとき、従来の変換を求めて、１組のカメラの基準座標フレームを他方の組のカメラの基準座標フレームに関係付けなければならないことも分かるであろう。その代わりに、各組のカメラによって求められる位置情報を別の共通の基準座標フレームへ関係付ける変換を求めてもよい。
【００６６】
上述の実施形態では、位置決め手続きにおいて、１つの部品は静止状態で保持され、他方の部品はロボットによってマニピュレートされるが、本発明は２以上の部品で構成され、その各々はロボットまたは類似のマニピュレートデバイスによってマニピュレートされることも分かるであろう。
【００６７】
さらに、上述の実施形態では、位置および配向測定装置のような従来の写真測量装置が使用されているが、その代わりに部品の６自由度の位置を得るのに使用できる他の装置も使用できることが分かるであろう。例えば、各々が別個の逆反射体を追跡する３つのレーザトラッカ、または６自由度の測定デバイスまたはシステムのような対応するシステムも使用できる。その代わりに、測定装置は、画像認識ソフトウエアでプログラムされているコンピュータへ部品の画像を出力する２台以上のカメラを含んでいてもよい。このような実施形態では、ソフトウエアは、問題の部品の特定の認識可能な特徴を認識して、問題の部品の位置および配向をカメラに関して判断するように訓練される。
【００６８】
本発明は、自由度数を低減したマニピュレートが要求されている装置にも応用できることが分かるであろう。本発明の実施形態では、例えば、Ｘ、Ｙ、およびＺ軸に沿う３つのみの並進の自由度を使用するものを構成できる。事実、本発明の装置が、自由度数を低減したマニピュレートを使用して構成されるとき、同様の自由度数を低減したマニピュレートの測定デバイスまたはシステムを使用できることも分かるであろう。
【００６９】
ロボット１の特定の詳細は与えなかったが、所与のタスクについて十分な動作の分解能および動作の自由度をもつロボットを使用して、本発明を実行できることも分かるであろう。しかしながら、ロボットには移動性があり；すなわち固定された位置のベースの周りを動くように制約されていない。例えば、ロボットはレール上に装着され、したがって大きい作業領域にアクセスすることができる。移動ロボットは、プロセッサによって測定デバイスまたは装置の出力信号を使用して行われる測定によって位置を求めることができ、したがってロボット自体についてのベース位置測定装置の必要を無くすことができる。本発明のこのような実施形態では、プロセッサはロボットのアームの関節または動きを制御するだけでなく、ロボット全体の動きも制御するようにプログラムすることができる。
【００７０】
さらに、マニピュレートされる部品の位置が、それを相対的に位置決めする部品の位置とオーバーラップせず、したがって２つの部品が衝突しないことを保証するように適切にプログラムされことも分かるであろう。一定の複雑な状況では、エンドエフェクタのようなロボットの一部分の位置もモニタされて、ロボットがマニピュレートされない部品と衝突しないことを保証することも要求される。これは、上述のやり方で、問題のロボットの部品上に位置決めされたターゲットを使用して、ターゲットの位置をロボットの記憶されたＣＡＤモデルへ関係付けることによって達成できる。
【００７１】
上述の実施形態ではプロセッサの制御のもとで一方の部品を他方の部品に対してマニピュレートするが、これは、例えばキーボードまたはジョイスティックを使用して、オペレータが制御エントリをプロセッサへ入力することによって制御できることも分かるであろう。制御エントリは、ロボットのリストまたはマニピュレートされる部品の絶対的な位置および配向を特定するか、または現在の位置および配向に対する増分の位置および配向の変化を特定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施形態のシステムの模式的な斜視図。
【図２】
本発明の第２の実施形態のシステムの模式的な斜視図。

Claims (10)

1. 計算機支援製造において使用するための位置決め装置であって、第１の部品（２；２３）の位置および配向に関係する情報を生成するようにされている少なくとも１つの測定手段（４，５，６ａ，６ｂ）、生成された情報を受取るようにされているプロセッサ手段（５）、およびプロセッサ手段に応答して第１の部品をマニピュレートするようにされている第１の処理手段（２１）を含み；該少なくとも１つの測定手段（３，５，６ａ，６ｂ；４，５，６ａ，６ｂ）がさらに、第１の部品から離れている第２の部品（１；２４）の位置および配向に関係する情報を生成するようにされていることと、該プロセッサ手段がさらに、第２の部品の測定された位置および配向に対して第１の部品の位置および配向を求めるようにされていることと、該第１の処理手段が、第１の部品の求めた相対的位置および配向に依存して、第２の部品に対する所定の位置および配向へ第１の部品をマニピュレートするようにされていることとを特徴とする位置決め装置。
2. 第１または第２の部品が、それぞれ第１または第２の構造の局所的な領域となっている請求項１記載の装置。
3. 第１の部品の位置および配向は第１の基準フレーム内で求められ、第２の部品の位置および配向は第２の基準フレーム内で求められ、プロセッサ手段は、第２の基準フレーム内の測定された位置および配向に対する第１の部品の位置および配向を求めるようにされている請求項１または２記載の装置。
4. 位置決めシステムが、航空機製造に使用される請求項１ないし３の何れか１項記載の装置。
5. プロセッサ手段と関係していて、かつ第１または第２の部品に関係するＣＡＤデータを記憶するようにされているメモリをさらに含む請求項１ないし４の何れか１項記載の装置。
6. 少なくとも１つの測定手段が、第１または第２の部品の位置を６自由度について測定するようにされている請求項１ないし５の何れか１項記載の装置。
7. 少なくとも１つの測定手段が、少なくとも１つの結像デバイス（６ａ，６ｂ）および少なくとも１つの光源（３，４）を、第１または第２の部品に固定して備えている請求項１ないし６の何れか１項記載の装置。
8. 少なくとも１つの結像デバイスが計測学カメラ（６ａ，６ｂ）である請求項７記載の装置。
9. 少なくとも１つの光源が逆反射体（３，４）である請求項７または８記載の装置。
10. 第１の部品の位置および配向を測定する段階と；
    第１の部品を位置決めするようにされている第１の処理手段を制御するための制御信号を生成する段階とを含む計算機支援製造方法であって；
    第１の部品から離れている第２の部品の位置および配向を測定する段階と；
    第２の部品の測定された位置および配向に対して、第１の部品の位置および配向を判断する段階と；
    第１の部品の求めた相対的位置および配向に依存して、第２の部品に対して第１の部品を所定の位置および配向に位置決めする段階とを特徴とする計算機支援製造方法。

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