JP2010042491A - 締め付け作業支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１本のボルトやネジに対して、複数回の締め付けが行われていた場合でも、締め付け忘れを判定できるようにすることである。
【解決手段】発光器１０と、カメラ２１と、コンピュータ２０とを具備する締め付け作業支援装置によって解決することができる。発光器１０は、締付具３０に取り付けられる。カメラ２１は、締め付けが行われるワーク４０を撮影する。コンピュータ２０は、締付具３０を用いて、ワーク４０で締め付けが行われるときに、カメラ２１が捕らえる発光器１０から発せられる光の映像に基づいて、締付具３０によって締め付けが行われた位置を計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、締め付け作業支援装置に関する。

自動車や家電製品など、多くの組立工場では、ボルトやネジの締め付け作業が行われている。流れ作業の場合、担当の作業者が、適切なレンチやドライバーなどの締付具を用いて、予め決められた箇所に、ボルトやネジを締め付ける。

締め付け作業を支援する先行技術として、特開平９−０８５６４７号公報（特許文献１参照）に記載された「締付け管理方法およびその装置」の発明が知られる。この発明では、締め付けるボルトの本数を表示器に出力する。作業者がボルトを締め付けるごとに、その締め付け回数をカウントする。カウントした締め付け回数がボルトの本数に達すると、作業の終了を表示器に示す。

特許文献１の段落００２８を参照すると、１つのボルトに対して、重ねて締め付けが行われた場合には、作業ミスを検知することができない旨説明されている。特許文献１では、例えば、１０本のボルトがあった場合において、作業ミスにより、１本のボルトに対して２回の締め付けが行われていたときには、９本のボルトが締め付けられた時点で１０回をカウントしてしまうので、作業の終了を表示してしまう。その結果、１本のボルトが締め付け忘れとして残ってしまう。

また、締め付け作業のなかには、締め付け順序が決められた作業も存在する。例えば、対角線方向にあるネジを締め付けていく作業とか、星を描くようにボルトを締め付けていく作業とか、締め付け順序が重要になる作業もある。しかし、特許文献１では、締め付け回数をカウントするのみであるので、締め付け順序が決められた作業では、あまり価値が無い。

特開平９−０８５６４７号公報

本発明の課題は、１本のボルトやネジに対して、複数回の締め付けが行われていた場合でも、締め付け忘れを判定できるようにすることである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の一つのアスペクトによる締め付け作業支援装置は、発光器（１０）と、カメラ（２１）と、コンピュータ（２０）とを具備する。発光器（１０）は、締付具（３０）に取り付けられる。カメラ（２１）は、締め付けが行われるワーク（４０）を撮影する。コンピュータ（２０）は、締付具（３０）を用いて、ワーク（４０）で締め付けが行われるときに、カメラ（２１）が捕らえる発光器（１０）から発せられる光の映像に基づいて、締付具（３０）によって締め付けが行われた位置を計算する。発光器（１０）は、締付具（３０）における締付部位（３１）の位置から外れた場所に取り付けられたものとすることができ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）（１１〜１３）を備えるものとすることができる。このＬＥＤ（１１〜１３）は、赤外線領域から可視光域、紫外線領域のいずれかで発光するものとすることができる。更に、発光器（１０）には、締付具（３０）の種別を判定するためのＬＥＤ（１５〜１７）を追加することができる。

また、コンピュータ（２０）は、締め付けが行われる位置を示す位置データを予め登録し、位置データと、光の映像に基づいて計算される締付具（３０）によって締め付けが行われた位置とを比較し、位置データが示す位置の締め付けが終了したか否かを判定するものとすることができる。また、コンピュータ（２０）は、位置データが示す位置の締め付けが終了したか否かを判定すると共に、位置データが示す位置の締め付けが二度締めでは無いか否かを更に判定するものとすることができる。それから、コンピュータ（２０）は、順序が決められた複数の締め付けについて、それぞれの締め付けが行われる位置を示す位置データと、その締め付け順序を示す順序データとを予め登録し、順序データに基づいて得られる次の締め付けに係る位置データと、光の映像に基づいて計算される締付具（３０）によって締め付けが行われた位置とを比較し、正しい順序で締め付けが行われたか否かを更に判定するものとすることができる。

本発明によれば、締め付けの総回数ではなく、締め付け位置に基づく判定を行っているので、１本のボルトやネジに対して、複数回の締め付けが行われていた場合でも、締め付け忘れを判定することができるようになる。

本発明を実施するための最良の形態の一つについて、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施の形態における締め付け作業支援装置の構成説明図である。図１において、締め付け作業支援装置は、発光器１０と、カメラ２１と、コンピュータ２０とを備える。発光器１０は、発光源を有し、トルクレンチ３０に取り付けられている。カメラ２１は、フレーム５１に取り付けられていて、机５０の上にあるワーク４０を撮影するようにセッティングされている。本実施の形態におけるカメラ２１は、プログレッシブ走査方式のモノクロＣＣＤカメラであり、約１ｃｍの位置精度を有している。カメラ２１が撮影した映像は、コンピュータ２０に送出され、画像データとして取り込まれている。コンピュータ２０では、画像データを処理する支援プログラムが実行されている。コンピュータ２０は、支援プログラムを操作するなどのために、ディスプレイ２２と、キーボート２３と、マウス２４とを備えている。

図２は、発光器１０の詳細説明図である。図中、発光器１０は、トルクレンチ３０の柄に設けられた台座３２に、ネジ止めによって取り付けられている。発光器１０は、バッテリーを内蔵していて、電源スイッチ１４を入れると、光を発する。図示するように、発光器１０は、発光源として、三つのＬＥＤ１１〜１３を備えている。現在、ＬＥＤは、赤外線領域から可視光域、紫外線領域まで発光するものを製造することができるようになっている。本実施の形態におけるＬＥＤ１１〜１３としては、どの光域のものも適用可能であるが、位置認識のためには、赤外線ＬＥＤが望ましい。

図２に示すように、三つのＬＥＤ１１〜１３は、一直線上に並んでいる。本実施の形態においては、ＬＥＤ１１とＬＥＤ１２との距離は１０ｍｍであり、ＬＥＤ１２とＬＥＤ１３との距離は２５ｍｍであり、ＬＥＤ１１とＬＥＤ１３との距離は３５ｍｍである。また、ＬＥＤ１１からトルクレンチ３０のヘッド３１までの距離は１１５ｍｍである。これらの距離データは、支援プログラムを介して、コンピュータ２０に入力されている。コンピュータは、三つのＬＥＤ１１〜１３における任意の二つのＬＥＤに基づいて、締め付け部位となるヘッド３１をとおる直線を求めることができる。しかし、二つのＬＥＤから求まる直線だけでは、締め付け部位のヘッド３１が、トルクレンチ３０のヘッド３１側にあるのか、取っ手３３側にあるのか、一意に決めることができない。そこで、本実施の形態においては、残りの三つ目のＬＥＤに基づいて、ヘッド３１側の向きを求めるようにしている。

ＬＥＤは、締め付け部位となるヘッド３１の位置に一つだけ設けるようにすることもできる。しかしながら、締め付け作業においては、片手で取っ手３３を持ち、他の片手をヘッド３１に添えるようにすることが多いので、ヘッド３１に設けられるＬＥＤの光は、他の片手によって遮られる恐れがある。そこで、本実施の形態では、締め付け部位のヘッド３１から外れた位置に、発光器１０を取り付けるようにしている。

続いて、コンピュータ２０で実行される支援プログラムについて説明する。図３に、支援プログラムがディスプレイ２２に表示する位置設定画面の例を示す。位置設定画面は、締め付け作業を実施する前に、ボルトの締め付け位置を登録するために表示される画面であり、締め付け作業を管理する管理者によって操作される。

図３において、画面左側の画像は、カメラ２１が撮影しているワーク４０を表示したものである。ワーク４０画像の下には、「ボルト１を締めてください」というメッセージが表示されている。このメッセージに従って、管理者は、トルクレンチ３０を用いて、一番目に締めることになっているボルトを締め付ける。支援プログラムは、カメラ２１が捕らえるＬＥＤ１１〜１３の位置からヘッド３１の位置を計算し、どの位置で締め付けが行われるのかを判断する。そして、カメラ２１の映像から自動的に、画面右側のテーブルに、ボルトの識別番号と、ボルトの位置情報とを登録する。

ここでは、締め付け順序が決められた締め付け作業について説明する。順序が決められた場合には、ボルトの識別番号を、そのボルトを締め付ける順番とすることができる。なお、締め付け順序が決められていない締め付け作業の場合には、ボルトの識別番号を、締め付け順序を問わない単なるＩＤとして用いれば良い。それから、本実施の形態においては、ボルトの位置情報の表記法として、ｘ座標とｙ座標とを用いている。

１番目のボルトの位置登録が終わると、「ボルト２を締めてください」というメッセージが表示される。このメッセージに従って、管理者は、トルクレンチ３０を用いて、二番目に締めることになっているボルトを締め付ける。画面右側のテーブルには、二番目のボルトの識別番号と、その位置情報とが登録される。以下同様にして、画面右側のテーブルに、全十個のボルトの識別番号と、位置情報とが登録される。管理者は、画面右下の終了ボタンをクリックして、ボルトの位置登録を終了する。

図４に、締め付け作業時における表示画面の説明図を示す。この画面は、締め付け作業を行う作業者に対して表示されるものである。図４において、発光器１０が取り付けられたトルクレンチ３０によって、一番目に締め付けることになっているボルト４１が締め付けられている。このとき、発光器１０のＬＥＤ１１〜１３が、ワーク４０を撮影しているカメラ２１の被写体として捕らえられる。支援プログラムは、ＬＥＤ１１〜１３の位置情報に基づいて、トルクレンチ３０のヘッド３１の位置を計算する。そして、登録されているボルトの中で、どのボルトが締め付けられたのかを算出し、正誤を判定する。ディスプレイ２２の中央部には、カメラ２１が撮影しているワーク４０の画像と共に、正しかったことを示す色彩にて塗りつぶされたボルト画像４１ａが表示される。支援プログラムは、作業者の便宜のため、トルクレンチ３０の画像をディスプレイ２２に表示しないようにして、画面を見易くしている。

締め付け作業者は、続けて、トルクレンチ３０を用いて、二番目に締め付けることになっているボルトを締め付ける。すると、一番目のボルトと同様に、ディスプレイ２２の中央部には、正しかったことを示す色彩にて塗りつぶされた二つ目のボルト画像も表示される。以下同様にして、十個のボルト画像が塗りつぶされる。全てのボルト画像が塗りつぶされた時点で、支援プログラムは、作業者に対して、締め付け作業の終了を通知する。通知は、ディスプレイ２２への表示、音声メッセージなどで行うことができる。締め付け作業の終了が通知されると、ディスプレイ２２の表示が初期化され、作業者は、次のワークの締め付け作業に移行する。

作業者がボルトの締め付け順序を間違えた場合には、作業者に対して、その旨が通知される。本実施の形態においては、正しかったことを示す色彩とは異なる色彩にて、間違ったボルト画像が塗りつぶされる。同時に、コンピュータから警告音が発せられる。締め付け順序ミスの通知によって、作業者は、誤ったボルトからトルクレンチ３０を外し、ボルトの締め付けをやり直すことになる。

また、作業者が全てのボルトを締め付ける前に、次のワークの締め付け作業に移行しようとした場合にも、作業者に対して、その旨が通知される。この通知は、警告音を出力すると共に、ディスプレイ２２の画面を次の画面に移行できないようにしたり、また、締め付け忘れメッセージを表示したりすることによって行うことができる。締め付け忘れミスの通知によって、作業者は、締め付け忘れたボルトを締め付けて、締め付け作業を完結することになる。

以上、締め付け順序が決められた締め付け作業の場合について説明した。締め付け順序が決められていない締め付け作業の場合については、コンピュータは、締め付けが行われるごとに、作業者が締め付けようとしたボルトが、未だ締め付けられていなかったボルトであるか否かについての正誤を判定する。締め付けが未だのボルトであれば、そのボルト画像を正しかったことを示す色彩で塗りつぶす。一方、既に締め付けが行われていたボルトの二度締めであれば、コンピュータから警告音を発して、正しかったことを示す色彩で塗りつぶされているボルト画像を、異なる色彩にて塗りつぶす。また、締め付け作業の最後には、コンピュータに登録された全てのボルトについて、締め付けが行われたか否かを判定する。

なお、コンピュータによる判定を簡略化したい場合には、二度締めを検出するための判定を省略し、締め付け作業中は、単に、コンピュータに登録された全てのボルトの締め付けが終了したか否かのみを監視する。そして、コンピュータは、締め付け作業の終了時に、締め付け忘れがあるか否かを判定するように簡素化することも可能である。

発光器の付加機能について説明する。発光器には、トルクレンチのＩＤ（種別）を判定するためのＬＥＤを追加して設けることができる。図５Ａ〜図５Ｃに、トルクレンチＩＤの判定用ＬＥＤを追加した発光器１０ａの説明図を示す。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、ＬＥＤ１１〜１３は、上述したように、トルクレンチのヘッドの位置を判別するためのものであり、ＬＥＤ１５〜１７は、トルクレンチのＩＤを判定するためのものである。ここでは、ＬＥＤ１５〜１７の点灯／消灯のパターンによって、ＩＤ判定を行っている。三つのＬＥＤ１５〜１７のうち、二つのＬＥＤが点灯し、一つのＬＥＤが消灯するパターンは三通りあるので、図５Ａ〜図５Ｃでは、ＩＤ１〜ＩＤ３までの三通りの種別の識別を可能にしている。

本実施の形態における締め付け作業支援装置の構成説明図 発光器１０の詳細説明図 位置設定画面の例を示す図 締め付け作業時における表示画面の説明図 トルクレンチＩＤの判定用ＬＥＤを追加した発光器の第一の説明図 トルクレンチＩＤの判定用ＬＥＤを追加した発光器の第二の説明図 トルクレンチＩＤの判定用ＬＥＤを追加した発光器の第三の説明図

符号の説明

１０，１０ａ 発光器
１１〜１３，１５〜１７ ＬＥＤ
１４ 電源スイッチ
２０ コンピュータ
２１ カメラ
２２ ディスプレイ
２３ キーボード
２４ マウス
３０ トルクレンチ
３１ ヘッド
３２ 台座
３３ 取っ手
４０ ワーク
４１ ボルト
４１ａ ボルト画像
５０ 机
５１ フレーム

Claims (5)

1. 締付具に取り付けられる発光器と、
   締め付けが行われるワークを撮影するカメラと、
   前記締付具を用いて、前記ワークで締め付けが行われるときに、前記カメラが捕らえる前記発光器から発せられる光の映像に基づいて、前記締付具によって締め付けが行われた位置を計算するコンピュータとを具備する
   締め付け作業支援装置。
2. 前記コンピュータは、
   締め付けが行われる位置を示す位置データを予め登録し、前記位置データと、前記光の映像に基づいて計算される前記締付具によって締め付けが行われた位置とを比較し、前記位置データが示す位置の締め付けが終了したか否かを判定する
   請求項１記載の締め付け作業支援装置。
3. 前記コンピュータは、
   前記位置データが示す位置の締め付けが終了したか否かを判定すると共に、前記位置データが示す位置の締め付けが二度締めでは無いか否かを更に判定する
   請求項２記載の締め付け作業支援装置。
4. 前記コンピュータは、
   順序が決められた複数の締め付けについて、それぞれの締め付けが行われる位置を示す位置データと、その締め付け順序を示す順序データとを予め登録し、前記順序データに基づいて得られる次の締め付けに係る前記位置データと、前記光の映像に基づいて計算される前記締付具によって締め付けが行われた位置とを比較し、正しい順序で締め付けが行われたか否かを更に判定する
   請求項３記載の締め付け作業支援装置。
5. 前記発光器は、
   前記締付具によって締め付けが行われた位置を計算するためのＬＥＤと、
   前記締付具の種別を判定するためのＬＥＤとを備え、
   前記コンピュータは、
   締め付けを行っている締付具が、正しい種別の締付具であるか否かを更に判定する
   請求項４記載の締め付け作業支援装置。

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