図面 (/)

技術 部品加工支援システムおよび方法

出願人 川崎重工業株式会社
発明者 中村直弘中野信一志子田繁一赤松政彦米本臣吾
出願日 2015年10月29日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-556621
公開日 2017年10月19日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 WO2016-068235
状態 拒絶査定
技術分野 光学的手段による測長装置 CAD
主要キーワード 円柱状治具 位置合わせ用治具 組立基準 治具部分 現物合わせ 結合個所 厚肉円板状 仮組立
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年10月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題・解決手段

部品加工支援ステム(1)は、部品に関する3次元計測データを取得するための3次元計測手段(2)と、3次元計測データに基づいて部品を表示するための表示手段(6)と、表示手段(6)により表示された部品を表示手段(6)上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段(7)と、を備える。本システムによれば、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる。

概要

背景

近年、製品の複雑化に伴い、部品単体加工精度担保したとしても、組み立てる過程組立誤差が累積し、その結果、現場で組み立てられなくなることがある。これは特に、大型製品において生じやすい。

組立誤差により現場での組み立てができなかった場合、修正のために加工工場部品を移動させ、修正後に再度組立工場へ移動させる必要があった。大型製品の部品の場合、その重量が大きいため、クレーンなどを使用して移動させる必要があり、そのための作業時間・工数が多大なものとなっていた。

従来、製品を構成する個々の部品の加工精度を担保するために、加工後の部品の3次元形状データを3次元スキャナで取得し、この3次元形状データと、該部品のCADデータとを比較して、該部品の設計値に対する偏差を確認する方法がある。

また、特許文献1には、梱包対象品物について3次元スキャナでデータを取得し、取得した3次元形状データに基づいて、梱包箱の内部に配置すべき支持用の梱包材を自動的に設計する技術が記載されている。

概要

部品加工支援ステム(1)は、部品に関する3次元計測データを取得するための3次元計測手段(2)と、3次元計測データに基づいて部品を表示するための表示手段(6)と、表示手段(6)により表示された部品を表示手段(6)上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段(7)と、を備える。本システムによれば、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる。

目的

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる部品加工支援システムおよび方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

部品加工作業支援するための部品加工支援システムであって、前記部品に関する3次元計測データを取得するための3次元計測手段と、前記3次元計測データに基づいて前記部品を表示するための表示手段と、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段と、を備えた部品加工支援システム。

請求項2

前記仮想組立手段による仮想組立時の基準位置を取得するための治具が前記部品に設けられており、前記3次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、請求項1記載の部品加工支援システム。

請求項3

前記治具は、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設けられている、請求項2記載の部品加工支援システム。

請求項4

前記治具は、前記3次元計測手段によって計測される3つの平面を有している、請求項2記載の部品加工支援システム。

請求項5

前記3次元計測データは、種類の異なる2つ以上の前記3次元計測手段により取得されたものである、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の部品加工支援システム。

請求項6

前記種類の異なる2つ以上の3次元計測手段により得られた前記3次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、請求項5記載の部品加工支援システム。

請求項7

前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施するように構成されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の部品加工支援システム。

請求項8

前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施するように構成されている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の部品加工支援システム。

請求項9

部品の加工作業を支援するための部品加工支援方法であって、前記部品に関する3次元計測データを取得するデータ取得工程と、前記3次元計測データに基づいて前記部品を表示手段に表示する表示工程と、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる仮想組立工程と、を備えた部品加工支援方法。

請求項10

前記仮想組立工程における仮想組立時の基準位置を取得するための治具を前記部品に設け、前記3次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、請求項9記載の部品加工支援方法。

請求項11

前記治具を、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設ける、請求項10記載の部品加工支援方法。

請求項12

前記治具は、前記3次元計測手段によって計測される3つの平面を有している、請求項10記載の部品加工支援方法。

請求項13

前記3次元計測データを、種類の異なる2つ以上の3次元計測手段により取得する、請求項9乃至12のいずれか一項に記載の部品加工支援方法。

請求項14

前記種類の異なる2つ以上の3次元計測手段により取得された前記3次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、請求項13記載の部品加工支援方法。

請求項15

前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施する、請求項9乃至14のいずれか一項に記載の部品加工支援方法。

請求項16

前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施する、請求項9乃至15のいずれか一項に記載の部品加工支援方法。

技術分野

0001

本発明は、部品加工作業支援するための部品加工支援システムおよび方法に関する。

背景技術

0002

近年、製品の複雑化に伴い、部品単体加工精度担保したとしても、組み立てる過程組立誤差が累積し、その結果、現場で組み立てられなくなることがある。これは特に、大型製品において生じやすい。

0003

組立誤差により現場での組み立てができなかった場合、修正のために加工工場へ部品を移動させ、修正後に再度組立工場へ移動させる必要があった。大型製品の部品の場合、その重量が大きいため、クレーンなどを使用して移動させる必要があり、そのための作業時間・工数が多大なものとなっていた。

0004

従来、製品を構成する個々の部品の加工精度を担保するために、加工後の部品の3次元形状データを3次元スキャナで取得し、この3次元形状データと、該部品のCADデータとを比較して、該部品の設計値に対する偏差を確認する方法がある。

0005

また、特許文献1には、梱包対象品物について3次元スキャナでデータを取得し、取得した3次元形状データに基づいて、梱包箱の内部に配置すべき支持用の梱包材を自動的に設計する技術が記載されている。

先行技術

0006

特開2007−164257号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、3次元スキャナで取得した部品の3次元形状データをCADデータと比較する従来の方法は、個々の部品の加工精度を担保する上では有効であるが、部品を実際に組み立てた際の組立誤差を確認することはできない。

0008

また、特許文献1に記載の技術も、加工済みの個々の部品を組み立てた際の組立誤差を確認することは不可能である。

0009

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる部品加工支援システムおよび方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、部品の加工作業を支援するための部品加工支援システムであって、前記部品に関する3次元計測データを取得するための3次元計測手段と、前記3次元計測データに基づいて前記部品を表示するための表示手段と、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段と、を備えたことを特徴とする。

0011

本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記仮想組立手段による仮想組立時の基準位置を取得するための治具が前記部品に設けられており、前記3次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。

0012

本発明の第3の態様は、第2の態様において、前記治具は、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設けられている、ことを特徴とする。

0013

本発明の第4の態様は、第2の態様において、前記治具は、前記3次元計測手段によって計測される3つの平面を有している、ことを特徴とする。

0014

本発明の第5の態様は、第1乃至第4のいずれかの態様において、前記3次元計測データは、種類の異なる2つ以上の前記3次元計測手段により取得されたものである、ことを特徴とする。

0015

本発明の第6の態様は、第5の態様において、前記種類の異なる2つ以上の3次元計測手段により得られた前記3次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。

0016

本発明の第7の態様は、第1乃至第6のいずれかの態様において、前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施するように構成されている、ことを特徴とする。

0017

本発明の第8の態様は、第1乃至第7のいずれかの態様において、前記仮想組立手段は、前記表示手段により表示された前記部品を前記表示手段上で仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施するように構成されている、ことを特徴とする。

0018

上記課題を解決するために、本発明の第9の態様は、部品の加工作業を支援するための部品加工支援方法であって、前記部品に関する3次元計測データを取得するデータ取得工程と、前記3次元計測データに基づいて前記部品を表示手段に表示する表示工程と、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる仮想組立工程と、を備えたことを特徴とする。

0019

本発明の第10の態様は、第9の態様において、前記仮想組立工程における仮想組立時の基準位置を取得するための治具を前記部品に設け、前記3次元計測データは、前記治具に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。

0020

本発明の第11の態様は、第10の態様において、前記治具を、前記部品に形成された穴の軸線上に延在するように設ける、ことを特徴とする。

0021

本発明の第12の態様は、第10の態様において、前記治具は、前記3次元計測手段によって計測される3つの平面を有している、ことを特徴とする。

0022

本発明の第13の態様は、第9乃至第12のいずれかの態様において、前記3次元計測データを、種類の異なる2つ以上の3次元計測手段により取得する、ことを特徴とする。

0023

本発明の第14の態様は、第13の態様において、前記種類の異なる2つ以上の3次元計測手段により取得された前記3次元計測データは、共通の測定箇所に関するデータを含んでいる、ことを特徴とする。

0024

本発明の第15の態様は、第9乃至第14のいずれかの態様において、前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、理想状態としての設計情報を利用して前記部品の位置合わせを実施する、ことを特徴とする。

0025

本発明の第16の態様は、第9乃至第14のいずれかの態様において、前記仮想組立工程において、前記表示手段上で前記部品を仮想的に組み立てる際に、前記部品に関する一部のデータを利用して仮想組立を実施する、ことを特徴とする。

発明の効果

0026

本発明による部品加工支援システムおよび方法によれば、部品の実際の組立作業に先立って組立誤差を確認することができる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の一実施形態による部品加工支援システムの概略構成を示したブロック図。
図1に示した部品加工支援システムの概略構成を測定対象物と共に示した模式図。
図1に示した部品加工支援システムを用いた部品加工支援方法を説明するための模式図。
図1に示した部品加工支援システムを用いた部品加工支援方法を説明するための他の模式図。
位置合わせ用治具一変形例を説明するための模式図。
図5に示した位置合わせ用治具を拡大して示した模式図。
図5および図6に示した位置合わせ用治具の使用方法を説明するための模式図。
図5および図6に示した位置合わせ用治具の使用方法を説明するための他の模式図。
図1に示した実施形態において、設計情報(理想状態)を利用して位置合わせを実施する方法を説明するための図。
図1に示した実施形態において、仮想組立にて一部のデータのみを利用する方法を説明するための模式図。
図1に示した実施形態において、仮想組立にて一部のデータのみを利用する方法を説明するための他の模式図。

実施例

0028

以下、本発明の一実施形態による部品加工支援システムおよび部品加工支援方法について、図面を参照して説明する。

0029

図1および図2に示したように、本実施形態による部品加工支援システム1は、製品を構成する部品に関する3次元計測データを取得するための3次元計測手段2を備えている。3次元計測手段2には、据え置き型3次元スキャナ3およびハンディ型3次元スキャナ4が含まれている。

0030

各3次元スキャナ3、4で取得した3次元形状データは、オンラインまたはオフラインにて計算機(PC)5に送られる。なお、3次元スキャナ3、4で取得する3次元形状データは、測定対象物の形状に関するデータである。

0031

計算機5は、据え置き型3次元スキャナ3およびハンディ型3次元スキャナ4で取得した3次元計測データに基づいて、計測対象物である部品Pを表示するための表示手段6と、表示手段6により表示された複数の部品Pを表示手段6上で仮想的に組み立てるための仮想組立手段7と、を構成している。

0032

なお、据え置き型3次元スキャナ3は、床面等に置いた状態で使用されるものであり、高速にデータを取得できるが、計測対象物から一定の距離を確保する必要がある。一方、ハンディ型3次元スキャナ4は、作業者持ち運びながら自由自在にデータを取得できるが、測定対象物が大きくなると、その分多大の時間を要する。

0033

そこで、本実施形態による部品加工支援システム1においては、それぞれの3次元スキャナ3、4の上記特性を考慮して、例えば、据え置き型3次元スキャナ3で部品Pの側面および上面を計測する。一方、ハンディ型3次元スキャナ4は、高さの制約から据え置き型3次元スキャナ3では計測できない部品Pの下面を計測する。

0034

そして、各3次元スキャナ3、4で取得した3次元形状データを計算機5に送り、両スキャナ3、4で取得したデータを結合して、一つの部品データとして扱う。

0035

ここで、据え置き型3次元スキャナ3で取得した3次元形状データと、ハンディ型3次元スキャナ4で取得した3次元形状とをスムーズに結合するために、結合するデータ同士に共通する部分が含まれるようにする。具体的には、ハンディ型3次元スキャナ4によって、本来の計測対象物である部品P以外の共通の測定箇所、例えば図2に示した部品Pの支え8や床面9を余分に計測する。

0036

据え置き型3次元スキャナで取得した3次元形状データには、部品Pの支え8や床面9に関するデータが含まれているので、両スキャナ3、4の3次元計測データ同士を、共通のデータを利用してスムーズに結合することができる。これにより、据え置き型スキャナ3のデータと、ハンディ型スキャナ4のデータとを結合する際の計算機5の負荷を軽減することができる。

0037

なお、本実施形態においては、据え置き型3次元スキャナ3とハンディ型3次元スキャナ4とを組み合わせて使用しているが、3次元計測手段2の組み合わせはこれに限られるものではなく、測定精度などが互いに異なる2種類以上の3次元計測手段2を組み合わせることができる。

0038

また、本実施形態においては、図2に示したように、計測対象の部品Pのボルト穴Paに、ボルト穴Paの軸線上に延在するように円柱状治具10が設けられている。この円柱状治具10は、仮想組立手段7による仮想組立時のボルト穴Paの基準位置を取得するためものであり、計測対象の複数の部品Pの少なくとも1つに設けられている。そして、3次元計測手段2は、円柱状治具10の部分を含むようにして部品Pを計測する。すなわち、3次元計測手段2で取得した3次元計測データは、円柱状治具10に関するデータを含んでいる。

0039

次に、上述した部品加工支援システム1を用いて部品Pの加工作業を支援する部品加工支援方法について参照して説明する。

0040

まず、上述した3次元計測手段2を用いて、複数の部品Pに関する3次元計測データを取得する(データ取得工程)。取得した3次元計測データは計算機5に送られ、3次元計測データに基づいて複数の部品Pが表示手段6に表示される(表示工程)。

0041

なお、上述したように本実施形態による部品加工支援システム1においては、据え置き型3次元スキャナ3およびハンディ型3次元スキャナ4で部品Pを計測し、両スキャナ3、4で取得した3次元計測データ同士を、共通の計測箇所に関するデータを利用して結合する。

0042

図3は、計算機5の表示手段6上に表示された複数(本例では3つ)の部品P1、P2、P3を示している。各部品P1、P2、P3は、例えば直径が10mを超える大型部品である。各部品P1、P2、P3は、中央開口を有する厚肉円板状を成しており、部品同士を締結するためのボルト挿通するボルト穴Paが円周方向に複数形成されている。

0043

3次元計測手段2を用いて部品P1、P2、P3のボルト穴Paの軸のデータを確実に取得するため、図2に示したように円柱状治具10を使用する。すなわち、ボルト穴Paの軸線上に延在するように配置した円柱状治具10を3次元計測手段2で計測することにより、ボルト穴Paの軸のデータを確実に取得することができる。ボルト穴Paの軸が特定できたら、治具部分の3次元形状データを削除し、これにより、ボルト穴Paの軸を取得した部品データが得られる。

0044

実際に3つの部品P1、P2、P3を組み立てる際には、各部品の合わせ面Pb同士を当接させると共に、各部品のボルト穴Pa同士を軸合わせし、ボルト穴Paに挿通したボルトで部品同士を締結する。

0045

本実施形態による部品加工支援方法においては、複数の部品P1、P2、P3を計算機5の表示手段6上で仮想的に組み立てる(仮想組立工程)。

0046

そして、図4に示したように、例えば部品Pの中心軸を基準にして部品Pを仮想的に組み立てて、部品Pの合わせ面Pb同士の干渉の有無、ボルト穴Pa同士の軸ずれの状態、或いは部品P同士の外形のずれ具合などを、表示手段6上で確認する。これにより、複数の部品Pを組み立てた場合の組立誤差を、実際に部品Pを組み立てることなく事前に確認することができる。

0047

計算機5の表示手段6上での仮想組立により、許容できない組立誤差が確認された場合には、部品Pを現場に搬送する前に、工場にて修正加工を施す。これにより、現場での実際の組立に先立って、組立誤差を許容範囲内に収めることができ、現場での組立作業の不具合を確実に回避することができる。

0048

特に大型製品の場合、現場から工場に部品Pを送り返すための作業負担が大きく、また、製品が大き過ぎて、そもそも工場での仮組立が実施できない場合もあるので、現場での組立作業の不具合を未然に防ぐことのメリットは大きい。

0049

また、工場での仮組立が可能な製品の場合でも、本実施形態による部品加工支援システム1および方法を用いることにより、工場での仮組立が不要となり、現物合わせの上で修正する必要が無くなり、時間・工数を削減して製品の納期を短縮することができる。

0050

また、本実施形態によれば、製品の部品Pを部品単位で出荷するものについても、工場内での仮組が不要となる。

0051

また、部品Pを組み立てる相手方設備に固定されているような場合には、工場で仮組を行なうことができないが、本実施形態による部品加工支援システム1を用いて仮想的に組立を行なうことにより、実際の組立に先立って組立誤差を確認することができる。

0052

なお、上記実施形態では仮想組立時の基準を部品Pの中心軸としたが、組立基準はこれに限られるものではなく、例えば部品Pの機械加工面を組立基準とすることができる。

0053

また、上記実施形態ではボルト穴Paに治具10を設けるようにしたが、治具の設置箇所はボルト穴Paに限られるものではなく、また、治具を設ける穴は、貫通孔でも凹部でも良い。また、治具の形状は円柱状に限られず、穴の軸線を特定できる3次元形状データを取得できれば良い。

0054

また、上述した実施形態においては、位置合わせ用治具として円柱状治具10を用いているが、これに代えて、或いはこれに加えて、以下に述べるような3つの平面を利用した位置合わせ用治具を用いることもできる。

0055

すなわち、図5および図6に示したように、この位置合わせ用治具11は、計測対象の部品Pに取り付けられた状態で、3次元計測手段2により計測可能な平面11a、11b、11cを3つ備えている。

0056

例えば、図7に示したように、部品Pの表面に激しい凹凸がある場合や、部品Pの角部が90度となっていない場合(本例では88度)には、それらの箇所を計測対象としても、十分な精度の計測データを取得できない場合がある。

0057

そこで、図5および図8に示したように、部品Pの角部に位置合わせ用治具11を取り付けることで、計測対象としての平面を部品P上で定義することが可能となる。

0058

また、他の変形例としては、上述した実施形態において、理想状態としての設計情報を利用して位置合わせを実施するようにしても良い。

0059

すなわち、図9に示したように、計測データA1を設計データB1と重ね合わせる(S1)。その一方で、計測データA2を設計データB2と重ね合わせる(S2)。

0060

次に、設計データB1と設計データB2の情報でそれぞれ重ね合わせた計測データA1、A2と一緒に組み立てる(S3)。続いて、完成したデータから、計測データを残して設計データを削除する(S4)。

0061

最後に、残された計測データを端部や結合個所計測情報を基に微調整する(S5)。既に確度の高い位置合わせが設計情報で行われているので、ここでの微調整は極々小さいものである。

0062

また、他の変形例としては、上述した実施形態において、仮想組立にて一部のデータのみを利用するようにしても良い。

0063

例えば、図10に示したように、製品全体が同じ形の複数の部品P(本例では6個)で構成される場合に、図11に示したように、部品Pの計測データを必要個数(本例では5個)だけコピーする。そして、全体の出来形を、一部の計測データで仮想組立することにより予測して、干渉等の確認が可能となる。

0064

また、確認したい箇所が限定される場合も、計測データの一部だけを利用することが可能である。この場合、不要部分は計測データから削除するか、或いは最初から計測しないという方法が考えられる。

0065

また、他の変形例としては、仮想組立に利用する計測データを取得するために、3次元計測手段を複数用いる場合として、以下のような場合が考えられる。

0066

例えば、金属加工面は、光が乱反射するために非接触式計測機で計測することが困難である。通常、探傷剤等を塗布して光が乱反射することを防ぐことで計測が可能となるが、掃除の必要が出るため、該当箇所が多数ある場合には作業が困難である。

0067

そういった場合に、金属加工面については接触式の計測機を用いることが考えられる。この時、位置合わせ用に、接触式の計測機でも、非接触式の計測機で計測する箇所の一部を計測する。

0068

1部品加工支援システム
2 3次元計測手段
3据え置き型3次元スキャナ
4ハンディ型3次元スキャナ
5計算機(PC)
6 表示手段
7仮想組立手段
8部品の支え
9工場の床面
10円柱状治具
11 3つの平面を有する位置合わせ用治具
P、P1、P2、P3 部品
Pa 部品のボルト穴
Pb 部品の合わせ面

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ