ハブの姿勢検出方法及びその装置

【課題】車両のハブに車輪を取付ける際のハブの傾き、中心及びハブボルトの方位の検出工数を低減できる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】距離計測部１６をハブ２６に臨ませる。距離計測部１６を、矢印（３）のように、１００ｍｍ／ｓの速度で移動させる。このとき、第１距離計３１は破線で示すエリアＰまでの距離を計測し、第２距離計３２は破線で示すエリアＱまでの距離を計測する。
【効果】基準位置からエリアＰ、Ｑまでの距離を計測する。ハブ面の全部ではなく、２つのエリアのみ距離計測するので、計測工数及び演算工数が低減できる。加えて、非接触のまま１回の走査で距離計測が完了するので、計測工数を低減できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のハブに車輪を取付ける際のハブの傾き、中心及びハブボルトの方位を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
量産車両の組立において、車両のハブに車輪を自動的に取付ける技術が実用に供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１９０６６１号公報（図２）
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１３は従来の技術の基本構成を説明する図であり、車輪取付装置１０１は、ロボット１０２と、このロボット１０２に設けられている第１視覚カメラ１０３、第２視覚カメラ１０４、レーザセンサ１０５、ナットランナ１０６、車輪クランプ１０７及びシリンダ１０８と、このシリンダ１０８に設けられているボールジョイント１０９と、このボールジョイント１０９に接続されているタッチ板１１０と、からなる。
また、１１１は車輪、１１２は車両のハブ、１１３はハブボルト、１１４はナットである。
【０００４】
図１４は従来の技術の基本原理を説明する作業フロー図であり、ステップ番号（以下ＳＴと略記する。）１０１で、測定開始位置に車体を搬入して測定を開始する。
ＳＴ１０２で、ロボットで第１視覚カメラをハブの前に移動し、ハブ面の中心位置を大まかに認識する。この認識情報に基づきロボットを作動させタッチ板をハブの前に移動させる（ＳＴ１０３）。シリンダを作動させタッチ板を前進させ、ハブボルトの先端に当接させる（ＳＴ１０４）と、ボールジョイントの作用でタッチ板はハブ面に平行になるように傾く。
【０００５】
次に、レーザセンサでタッチ板までの距離を測定する（ＳＴ１０５）。この測定情報に基づきハブ面の傾きを算出し（ＳＴ１０６）、レーザセンサからハブ面までの距離を算出する（ＳＴ１０７）。ハブの前からタッチ板を退避させる（ＳＴ１０８）。
ロボットで第２視覚カメラの軸をハブ面の傾きに合わせ（ＳＴ１０９）、第２視覚カメラをハブボルトの前に移動させる（ＳＴ１１０）。第２視覚カメラでハブボルトまでの距離を測定する（ＳＴ１１１）。この測定情報に基づいてハブボルトの位置を算出する（ＳＴ１１２）。
【０００６】
上記の従来技術には、次に述べる問題点が存在する。
第１に、タッチ板が必要であるため、姿勢検出装置が複雑化する。
第２に、ハブ面にタッチ板を当て、このタッチ板をレーザセンサで検出するため、ハブ面を直接的にレーザセンサで検出する場合に比べて、ハブの検出精度が悪くなる。
第３に、第１、第２視覚カメラを用いているが、カメラは画像処理に時間がかかり、車輪取付に係る生産性の低下を招く。
これらの問題点を解決することができるハブの姿勢検出技術が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した問題点を解決することができ、装置が簡単で、検出精度が良く、生産性の向上を図ることができるハブの姿勢検出技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、車両搬送ラインに沿って搬送される車両のハブに車輪を取付ける前に、前記ハブの傾き、中心及びハブボルトの方位を検出するハブの姿勢検出方法であって、前記ハブの正面をＸ線で４等分することで、前記ハブボルトのピッチ円を上下左右に分割し、上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＰを特定すると共に下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＱを特定するステップと、基準位置から前記エリアＰ、Ｑまでの距離を計測するステップと、前記エリアＰ、Ｑに含まれているハブボルト中心の座標を各々算出するステップと、得られた２つのハブボルト中心の座標に基づいてハブの中心座標を算出するステップと、前記距離を計測するステップで得られた距離のうち前記ハブボルトを含まない距離において、前記エリアＰ、Ｑから三角形の頂点を構成する３点の座標を取得するステップと、得られた３点の座標から、前記車両搬送ラインに沿った垂直面に対するハブの傾斜角を算出するステップと、この傾斜角で傾斜したハブにおいて、前記ハブの中心座標と前記ハブボルト中心の座標とからハブボルトの方位を算出するステップとからなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、車両搬送ラインに沿って搬送される車両のハブに車輪を取付ける前に、ハブの傾き、中心及びハブボルトの方位を検出するハブの姿勢検出装置であって、ハブの正面をＸ線で４等分することで、ハブボルトのピッチ円を上下左右に分割して特定された、上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＰまでの距離を測定する第１距離計及び下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＱまでの距離を測定する第２距離計と、エリアＰ、Ｑに含まれているハブボルト中心の座標を各々算出するステップと、得られた２つのハブボルト中心の座標に基づいてハブの中心座標を算出するステップと、距離を計測するステップで得られた距離のうちハブボルトを含まない距離において、エリアＰ、Ｑから三角形の頂点を構成する３点の座標を取得するステップと、得られた３点の座標から、車両搬送ラインに沿った垂直面に対するハブの傾斜角を算出するステップと、この傾斜角で傾斜したハブにおいて、ハブの中心座標とハブボルト中心の座標とからハブボルトの方位を算出するステップとを実施する演算装置と、からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明は、距離を測定する距離計で基準位置からハブ面としてのエリアＰ、Ｑまでの距離を計測し、ハブボルト中心の座標、ハブの中心座標、ハブの傾斜角及びハブボルトの方位を算出する。ハブ面を直接的に距離計で計測するので、ハブの検出精度を良くできる。
【００１１】
すなわち、画像処理に時間がかかるカメラは使用しないで、レーザセンサなどの距離計を使用する。距離を検出し演算するには時間はかからない。
したがって、本発明によれば、ハブ姿勢の検出工数を低減することができ、車輪取付に係る生産性が向上する。
【００１２】
請求項２に係る発明では、ハブの姿勢検出装置は、エリアＰまでの距離を測定する第１距離計及び横長矩形エリアＱまでの距離を測定する第２距離計と、演算装置とからなる。ハブの姿勢検出装置は、２つの距離計と演算装置で構成されるので、装置の構造を簡単にできる。
加えて、距離の測定エリアを２つのエリアＰ、Ｑのみにしたので、距離情報の処理工数をいっそう低減することができ、車輪取付に係る生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るハブの姿勢検出装置の配置図であり、ハブの姿勢検出装置１０は、車両１１を搬送する車両搬送ライン１２に沿って設けられたロボット１３と、このロボット１３の先端部に設けられナット１４を締付けるナットランナ１５と、ロボット１３の先端部に設けられ距離を計測する距離計測部１６と、ロボット１３の動作を制御するロボット制御部１７と、からなる。
【００１４】
ハブの姿勢検出装置１０でハブの姿勢（ハブの傾き、中心及びハブボルトの方位）が、検出できたら、この情報に基づいて、車輪供給装置２０でハブへ車輪２２を取付け、ナットランナ２４でナットを締める。これで、ハブに車輪を固定することができる。
【００１５】
そのための車輪供給装置２０は、例えば、ロボット２１と、ロボット２１の先端部に設けられ車輪２２を挟むクランプ２３と、ナット１４を仮締めするナットランナ２４とからなる。本実施例では、ロボット２１を、ロボット制御部１７で制御するようにしたが、ロボット２１のための専用の制御部を設けることは差し支えなく、専用の制御部なら、車輪供給装置２０の構成要素となる。
【００１６】
図２は図１の要部拡大図であり、ロボット１３の先端に、関節２５を介してナットランナ１５が設けられ、このナットランナ１５の軸に直交するように距離計測部１６が配置されている。
ハブ２６のハブボルト２７にナット１４を締付ける場合は、ナットランナ１５がハブボルト２７に臨むように関節２５を動かす。ハブ面２８までの距離を測定する場合は、矢印（１）のように、距離測定部１６がハブ面２８に臨むように関節２５を動かす。矢印（２）のように関節２５を動かすことで、再び、ハブボルト２７にナットランナ１５を臨ませることができる。
【００１７】
図３は図２の３−３線断面図であり、距離計測部１６は、ハブ面（図２の符号２８）までの距離を計測する第１距離計３１及び第２距離計３２と、これらの距離計３１、３２で計測した距離情報に基づいて、ハブボルト（図２の符号２７）中心の座標、ハブの中心座標、車両搬送ライン（図１の符号１２）に沿った垂直面に対するハブの傾斜角及びハブボルトの方位を算出する演算装置３３と、からなる。
【００１８】
以上の構成からなるハブの姿勢検出装置による車両のハブの傾き、中心及びボルトの方位を検出する方法を次に述べる。
図４は第１、第２距離計でエリアＰ、Ｑまでの距離を計測するステップを説明する図であり、距離計測部１６をハブ２６に臨ませる。距離計測部１６を、矢印（３）のように、例えば毎秒１００ｍｍの速度で移動させる。このとき、第１距離計３１は破線で示すエリアＰまでの距離を計測し、第２距離計３２は破線で示すエリアＱまでの距離を計測する。
なお、距離計はレーザセンサが好適である。レーザ光は直進性能に優れ、外乱に強いといる利点を有する。しかし、赤外線、ミリ波、超音波を利用した非接触式距離計であってもよく、種類は問わない。
【００１９】
図５は各計測点を座標に換算するステップを説明する図であり、（ａ）に示すように、１つのライン上の各点までの距離を計測し、矢印（４）のように移動し、次のライン上の各点まで距離を計測する作業を繰り返す。１つのライン上には計測点が、例えば８００点あり、１ラインの測定に、例えば１５ｍｓｅｃかかる。なお、隣接するラインの間隔は、例えば１．５ｍｍである。
【００２０】
（ｂ）は（ａ）のラインｂにおける、各計測点での距離計から距離を示すグラブである。（ａ）の１つのライン上の計測点番号１、２、…、ｎ−１、ｎは、（ｂ）に示すグラフの横軸の計測点番号に対応する。
グラフから、ラインｂは計測点１〜ｎまで距離が一定であることが分かる。
【００２１】
（ｃ）は（ａ）のラインｃにおける、各計測点での距離計から距離を示すグラブである。グラフから、ラインｃはハブボルト２７の部分で計測距離が小さくなっていることが分かる。
【００２２】
ここで、距離計の位置（座標）が既知で、距離計からの距離が分かれば、距離計を基準とした各計測点の相対座標が求まる。さらに、基準位置からの第１、第２距離計の絶対座標は分かっているので、距離計の絶対座標に、上記の相対座標を加えることで、基準位置からの各計測点の絶対座標が求まる。
【００２３】
図６は横長矩形エリアＰ、Ｑとハブの位置関係を説明する図であり、ハブ２６の正面をＸ線３４で４等分することで、ハブボルトのピッチ円３５を上下左右に分割している。上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＰと、下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＱを特定する。エリアＰ、Ｑ共に、横が例えば１００ｍｍ、縦が例えば４０ｍｍである。
また、ハブの中心Ｃからピッチ円までの距離ｒは、最大で例えば５７ｍｍである。
ハブボルトが４本であれば、エリアＰ、Ｑそれぞれに、必ずハブボルトが１本入る。
【００２４】
仮に、エリアＰに２本のハブボルトが存在するときには、後述の図８で、余分にハブボルトの先端の面積を求め、面積の大きい方のハブボルトを選択する。これで、エリアＰに１本のハブボルトが入っていることになる。エリアＱも同様である。
【００２５】
図７はハブの傾斜角を算出するステップを説明する図であり、エリアＰからハブボルト２７を含まない任意のＥ点を抽出する。エリアＱからハブボルトを含まない任意のＦ点、Ｇ点を抽出する。Ｅ、Ｆ、Ｇ点からなる三角形の頂点を構成する３点の座標を取得し、車両搬送ライン（図１の符号１２）に沿った垂直面に対するハブの傾斜角を算出することができる。このハブの傾斜角をφとする。
【００２６】
図８はハブボルトの中心座標を算出するステップを説明する図であり、（ａ）に示すように、ハブボルト２７の直径は、例えば１２ｍｍであり、隣接する測定ラインの間隔は１．５ｍｍであるので、ハブボルト２７の外形円上の座標を８ライン分取得できる。
そうすると、（ｂ）に示すように、測定距離が大きく変化する点を検出し、これらの１６箇所の座標からハブボルト２７の外形円を求める。この円からハブボルトの中心座標を算出する。
【００２７】
図９はハブの中心座標を算出するステップを説明する図であり、Ｐ点は図７に示すエリアＰ内にあるハブボルトＰの中心座標であり、Ｐ（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）と示す。Ｑ点は図７に示すエリアＱ内にあるハブボルトＱの中心座標であり、Ｑ（ｘｑ、ｙｑ、ｚｑ）と示す。
ハブボルトが４本であれば、ハブの中心座標Ｃは、Ｐ点とＱ点の中間にあるので、ハブの中心座標Ｃは、（（ｘｐ＋ｘｑ）／２、（ｙｐ＋ｙｑ）／２、（ｚｐ＋ｚｑ）／２）となる。
【００２８】
図１０はハブボルトの方位を算出するステップを説明する図であり、３６はハブの中心座標を通る水平線である。Ｐエリアのハブボルトの中心座標Ｐと、ハブの中心座標Ｃからｔａｎθ＝（ｙｐ−ｙｑ）／（ｘｐ−ｘｑ）の関係が成立する。この式より、ハブボルトの方位θを算出する。
【００２９】
以上に説明した図４〜図１０の原理を用いて行う検出作業のフローを次図で説明する。
図１１は本発明のハブの姿勢検出方法のフロー図であり、ステップ番号（以下ＳＴと略記する。）０１で、図１のロボット１３により第１、第２距離計をハブに臨ませる。図４の要領で、ハブのエリアＰ、Ｑまでの距離を計測する（ＳＴ０２）。図８の要領で、エリアＰ内のハブボルトＰの中心座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）を算出する（ＳＴ０３）。図８の要領で、エリアＱ内のハブボルトＱの中心座標Ｑ（ｘｑ、ｙｑ、ｚｑ）を算出する（ＳＴ０４）。図９の要領で、２つハブボルトの中心座標からハブの中心座標（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）を算出する（ＳＴＯ５）。
【００３０】
ＳＴ０６では、図７要領で、３点Ｅ、Ｆ、Ｇの座標を取得。図７の要領で、これらの３点Ｅ、Ｆ、Ｇからハブの傾斜角φを算出する（ＳＴ０７）。次に、図１０の要領で、ハブの平面上において、Ｃ点の座標（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）とＰ点の座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）からボルトＰの方位角θを算出する（ＳＴ０８）。
【００３１】
ＳＴ０９で、図１の車輪供給装置２０で、ハブに車輪をセットする。図１のロボット制御部１７はナットランナの軸の傾きをφに合せる（ＳＴ１０）。ロボット制御部はナットランナの中心をハブの中心座標（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）に指向させる（ＳＴ１１）。ロボット制御部はナットランナの方位をθに合せる（ＳＴ１２）。ナットランナでナットを締付ける（ＳＴ１３）。
【００３２】
以上は１個のハブ面に４本のハブボルトが設けられている例を説明した。次に、１個のハブ面に５本のハブボルトが設けられている例を説明する。
図１２はハブボルトが５本の場合のエリアＰ、Ｑとハブボルトの関係を説明する図であり、ハブ２６の正面を等分線３７で５等分することで、ハブボルトのピッチ円３５を分割している。上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＰと、下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＱを特定する。
【００３３】
ハブボルトが５本の場合、エリアＱ（またはエリアＰ）には、ハブボルトが２本入る。これら２本の内、ハブボルト２７の中心がエリア中心線３８に近い方、すなわち、Ｑエリアの右側のハブボルト２７を抽出する。この抽出したＱエリアのハブボルトＱと、ＰエリアのハブボルトＰから、ハブボルト２７が７２度間隔で配置されていることを考慮して、ハブ２６の中心座標、ハブ２６の傾斜角、ハブボルト２７の方位を算出する。
【００３４】
尚、本発明のハブの傾き中心及びハブボルトの方位を検出する技術は、実施の形態では車両のハブに適用したが、部材取付け面の傾き、取付け部の植込みボルト又は取付け穴の位置及び方位を検出するものであれば、一般の工業製品に適用することは差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の車両のハブの傾き、中心及びボルトの方位を検出する技術は、車両への車輪取付けに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るハブの姿勢検出装置の配置図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】第１、第２距離計でエリアＰ、Ｑまでの距離を計測するステップを説明する図である。
【図５】各計測点を座標に換算するステップを説明する図である。
【図６】横長矩形エリアＰ、Ｑとハブの位置関係を説明する図である。
【図７】ハブの傾斜角を算出するステップを説明する図である。
【図８】ハブボルトの中心座標を算出するステップを説明する図である。
【図９】ハブの中心座標を算出するステップを説明する図である。
【図１０】ハブボルトの方位を算出するステップを説明する図である。
【図１１】本発明のハブの姿勢検出方法のフロー図である。
【図１２】ハブボルトが５本の場合のエリアＰ、Ｑとハブボルトの関係を説明する図である。
【図１３】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【図１４】従来の技術の基本原理を説明する作業フロー図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…ハブの姿勢検出装置、１１…車両、１２…車両搬送ライン、２２…車輪、２６…ハブ、２７…ハブボルト、３１…第１距離計、３２…第２距離計、３３…演算装置、３４…Ｘ線、３５…ハブボルトのピッチ円、Ｐ…上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリア、Ｑ…下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリア、Ｃ…ハブの中心座標。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両搬送ラインに沿って搬送される車両のハブに車輪を取付ける前に、前記ハブの傾き、中心及びハブボルトの方位を検出するハブの姿勢検出方法であって、
前記ハブの正面をＸ線で４等分することで、前記ハブボルトのピッチ円を上下左右に分割し、上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＰを特定すると共に下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＱを特定するステップと、
基準位置から前記エリアＰ、Ｑまでの距離を計測するステップと、
前記エリアＰ、Ｑに含まれているハブボルト中心の座標を各々算出するステップと、
得られた２つのハブボルト中心の座標に基づいてハブの中心座標を算出するステップと、
前記距離を計測するステップで得られた距離のうち前記ハブボルトを含まない距離において、前記エリアＰ、Ｑから三角形の頂点を構成する３点の座標を取得するステップと、
得られた３点の座標から、前記車両搬送ラインに沿った垂直面に対するハブの傾斜角を算出するステップと、
この傾斜角で傾斜したハブにおいて、前記ハブの中心座標と前記ハブボルト中心の座標とからハブボルトの方位を算出するステップとからなることを特徴とするハブの姿勢検出方法。
【請求項２】
車両搬送ラインに沿って搬送される車両のハブに車輪を取付ける前に、前記ハブの傾き、中心及びハブボルトの方位を検出するハブの姿勢検出装置であって、
前記ハブの正面をＸ線で４等分することで、前記ハブボルトのピッチ円を上下左右に分割して特定された、上の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＰまでの距離を測定する第１距離計及び下の分割ピッチ円を内包する横長矩形エリアＱまでの距離を測定する第２距離計と、
前記エリアＰ、Ｑに含まれているハブボルト中心の座標を各々算出するステップと、得られた２つのハブボルト中心の座標に基づいてハブの中心座標を算出するステップと、前記距離を計測するステップで得られた距離のうち前記ハブボルトを含まない距離において、前記エリアＰ、Ｑから三角形の頂点を構成する３点の座標を取得するステップと、得られた３点の座標から、前記車両搬送ラインに沿った垂直面に対するハブの傾斜角を算出するステップと、この傾斜角で傾斜したハブにおいて、前記ハブの中心座標と前記ハブボルト中心の座標とからハブボルトの方位を算出するステップとを実施する演算装置と、
からなることを特徴とするハブの姿勢検出装置。

【図１】