JP2014006080A - Tool position detection device and tool position detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具位置検知装置及び工具位置検知方法の技術に関する。 The present invention relates to a technique of a tool position detection device and a tool position detection method.
自動車の組み立て工程では、例えば車体に部品を組み付ける等、締め付け工具によって手作業でボルト等の締め付けを行う工程がある。このような手作業による締め付け工程では、締め付け本数が多く、かつ、締め付け順序が存在する場合がある。このような場合には、作業者による締め付け位置を監視(検知)することによって、作業者による締め付け箇所の間違い、或いは、締め付け順序の間違いを防止している。 In an automobile assembly process, there is a process of manually tightening a bolt or the like with a tightening tool, for example, assembling a part to a vehicle body. In such a manual tightening process, the number of tightening may be large and there may be a tightening order. In such a case, by monitoring (detecting) the tightening position by the operator, an error in the tightening position or an error in the tightening order by the operator is prevented.
例えば、特許文献1には、部品をワークに締結するための締め付け工具の位置を検出することによって、作業者の締め付け位置を検知する締め付け位置検出装置が開示されている。しかし、特許文献1に開示される締め付け位置検出装置では、締め付け工具と、一定方向に搬送される前記ワークと関連して移動する移動台車とがテープ部材により接続されており、前記テープ部材のねじれと曲がりとを光ファイバーによって検出することにより締め付け工具の位置を演算するように構成されているため、装置自体が高価で複雑なものとなる。
For example,
その他に工具位置を検出する手段としては、工具に送信機を取り付け、複数の受信機を作業場所に設置し、送信機からの信号を複数の受信機で受信し、送受信間の時間差から送信器(工具)の位置を算出するものが知られている。しかし、このような検出手段では、工場のノイズ等の影響によって検出精度が低下する。 As another means for detecting the tool position, a transmitter is attached to the tool, a plurality of receivers are installed at the work place, signals from the transmitters are received by the plurality of receivers, and the transmitter is determined from the time difference between transmission and reception. What calculates the position of (tool) is known. However, in such a detection means, the detection accuracy decreases due to the influence of factory noise and the like.
また、工具位置を検知する手段としては、工具を多関節アームによって支持し、アームの各関節に取り付けられた角度センサで関節角を測定し、多関節アームの先端位置を算出するものが知られている。しかし、このような検出手段では、作業を行うワーク周辺に多くの装置を設ける必要があり、実際の作業では作業性が低下する。また、装置自体が高価で複雑なものとなる。 Further, as a means for detecting the tool position, a tool that supports a tool with a multi-joint arm, measures a joint angle with an angle sensor attached to each joint of the arm, and calculates a tip position of the multi-joint arm is known. ing. However, in such a detection means, it is necessary to provide a large number of devices around the work to be performed, and workability is reduced in actual work. In addition, the device itself is expensive and complicated.
本発明の解決しようとする課題は、簡易な構成で工具の3次元位置を検知できる工具位置検知装置及び工具位置検知方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a tool position detecting device and a tool position detecting method capable of detecting a three-dimensional position of a tool with a simple configuration.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、ワイヤに吊るされた工具の位置を検知する工具位置検知装置であって、前記ワイヤが張架される滑車と、前記滑車を鉛直方向に支持し、該滑車の回動軸と垂直な軸周りに回動する支持軸と、前記滑車のワイヤが送り出される側に設けられ、前記滑車と同軸周りに回動し、前記ワイヤが前記滑車から送り出される方向に追従する検知カバーと、前記工具の位置を算出する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記支持軸の回動角度と、前記滑車の回動角度と、前記検知カバーの回動角度と、を用いて工具の位置を球座標系から直交座標系に変換して算出するものである。 In other words, according to a first aspect of the present invention, there is provided a tool position detecting device for detecting a position of a tool suspended on a wire, the pulley on which the wire is stretched, the pulley supported in a vertical direction, and the rotation of the pulley. A support shaft that rotates about an axis perpendicular to the moving shaft, and a detection shaft that is provided on a side where the wire of the pulley is sent out, rotates around the same axis as the pulley, and follows the direction in which the wire is sent out from the pulley. A cover, and a control unit that calculates the position of the tool, wherein the control unit includes a rotation angle of the support shaft, a rotation angle of the pulley, and a rotation angle of the detection cover. The tool position is calculated by converting the position of the tool from a spherical coordinate system to an orthogonal coordinate system.
請求項2においては、回動可能な滑車に張架されるワイヤに吊るされた工具の位置を検知する工具位置検知方法であって、前記滑車は、該滑車の回動軸と垂直な軸周りに回動する支持軸に鉛直方向に支持され、前記滑車のワイヤが送り出される側には、前記滑車と同軸周りに回動し、前記ワイヤが前記滑車から送り出される方向に追従する検知カバーが設けられ、前記支持軸の回動角度と、前記滑車の回動角度と、前記検知カバーの回動角度と、を用いて工具の位置を球座標系から直交座標系に変換して算出するものである。 The tool position detection method according to claim 2, wherein the position of a tool suspended on a wire stretched on a rotatable pulley is detected, and the pulley is around an axis perpendicular to the rotation axis of the pulley. A detection cover that is supported in the vertical direction by a support shaft that rotates in the direction of the pulley and that rotates around the same axis as the pulley and that follows the direction in which the wire is fed out of the pulley is provided on the side where the wire of the pulley is fed out. And calculating the position of the tool from a spherical coordinate system to an orthogonal coordinate system using the rotation angle of the support shaft, the rotation angle of the pulley, and the rotation angle of the detection cover. is there.
本発明の工具位置検知装置及び工具位置検知方法によれば、簡易な構成で工具の3次元位置を検知できる。 According to the tool position detection apparatus and the tool position detection method of the present invention, the three-dimensional position of a tool can be detected with a simple configuration.
図1及び図2を用いて、工具位置検知装置100について説明する。
なお、図1では、工具位置検知装置100の全体的な構成を表している。また、図1の破線は電気信号線を表している。さらに、図2(A)は、滑車部20の側面を表し、図2(B)は、滑車部20の正面を表している。また、以下では、図1及び図2に記載されるXYZ軸に従って説明するものとする。
The tool
In FIG. 1, the overall configuration of the tool
工具位置検知装置100は、作業者Pが締め付け作業をする時に、締め付け工具40の位置を検出することによって、締め付け位置を検知する装置である。作業者Pは、締め付け工具40によって、ボルトBをワークWの決められた複数の位置に、かつ、決められた順序で締め付けるものとする。
The tool
工具位置検知装置100の構成について説明する。
工具位置検知装置100は、主には、スプリングバランサ10と、滑車部20と、ワイヤ30と、締め付け工具40と、制御部としてのコントローラ50と、を具備している。
The configuration of the tool
The tool
スプリングバランサ10は、ワイヤ30が自在に引き出される、あるいは、ワイヤ30を自在に巻き取るものである。スプリングバランサ10は、架台11に設けられている。架台11は、作業スペースの上方に架設されている。
In the
滑車部20は、支持軸21と、滑車22と、検知カバー23と、から構成されている。
The
支持軸21は、架台11に設けられ、滑車22を支持するものである。支持軸21は、Z軸周りに回動するように構成されている。支持軸21には、角度センサ51が設けられている。角度センサ51は、コントローラ50に接続され、支持軸21のZ軸周りの回動角度θを検知するものである。
The
ここで、回動角度θは、支持軸21を原点としたときのX軸に対する締め付け工具40の角度を表すことになる。
Here, the rotation angle θ represents the angle of the
滑車22は、ワイヤ30が張架され、スプリングバランサ10から引き出されるワイヤ30を送り出す、或いは、スプリングバランサ10に巻き取られるワイヤ30を送り込むものである。滑車22は、支持軸21によって支持され、Y軸周りに回動可能に構成されている。
The
滑車22には、角度センサ52が設けられている。角度センサ52は、コントローラ50に接続され、滑車22のY軸周りの回動角度ωを検知するものである。
The
ここで、回動角度ωは、引き出されたワイヤ30の長さ、すなわち支持軸21を原点としたときの締め付け工具40までの位置を表すことになる。
Here, the rotation angle ω represents the length of the drawn
検知カバー23は、滑車22と同軸(Y軸)周りに回動するように構成され、滑車22から送り出されるワイヤ30に追従するものである。検知カバー23は、滑車22のワイヤ30の送り出し側に設けられている。
The
検知カバー23には、角度センサ53が設けられている(図2(B)参照)。角度センサ53は、コントローラ50に接続され、検知カバー23のY軸周りの回動角度φを検知するものである。
The
すなわち、回動角度φは、支持軸21を原点としたときのZ軸に対する締め付け工具40の角度を表すことになる。
That is, the rotation angle φ represents the angle of the
ワイヤ30は、滑車22に張架され、締め付け工具40を吊るし、スプリングバランサ10によって引き出される、或いは、巻き取られるものである。
The
締め付け工具40は、作業スペースにおいて、ワイヤ30によって吊るされている。締め付け工具40は、コントローラ50に接続されている。
The tightening
コントローラ50は、角度センサ51と、角度センサ52と、角度センサ53と、締め付け工具40と、に接続されている。コントローラ50は、後述する工具位置検知制御S100によって締め付け工具40の位置を検出し、締め付け位置(締め付け工具40の位置)が間違っている場合には、締め付け工具40にNG信号を送信する機能を有している。
The
図3を用いて、工具位置検知制御S100について説明する。
なお、図3では、工具位置検知制御S100の流れをフローチャートによって表している。
The tool position detection control S100 will be described with reference to FIG.
In addition, in FIG. 3, the flow of tool position detection control S100 is represented by the flowchart.
工具位置検知制御S100は、作業者Pが締め付け作業をする時に、工具位置検知装置100によって、締め付け工具40の位置を検出し、締め付け位置を検知する制御である。
The tool position detection control S100 is a control for detecting the tightening position by detecting the position of the tightening
ステップS110において、コントローラ50は、角度センサ51によって支持軸21のZ軸周りの回動角度θを検知し、角度センサ52によって滑車22のY軸周りの回動角度ωを検知し、角度センサ53によって検知カバー23のY軸周りの回動角度φを検知する。
In step S <b> 110, the
ステップS120において、コントローラ50は、滑車22のY軸周りの回動角度ωと、滑車22の径Rと、に基づいて、ワイヤ30の送り出し量rを算出する。なお、滑車22の径Rは、コントローラ50に予め設定されているものとする。
In step S <b> 120, the
コントローラ50は、支持軸21のZ軸周りの回動角度θと、検知カバー23のY軸周りの回動角度φと、ワイヤ30の送り出し量rと、に基づいて、締め付け工具40の直交座標系における位置としての工具位置(x、y、z)を算出する。具体的には、数1に示すように、回動角度θ、回動角度φ、送り出し量rによって表される球座標系を直交座標系に変換する。
ステップS120において、コントローラ50は、算出した工具位置(x、y、z)が正しい工具位置であるか、並びに、正しい締め付け順序における工具位置であるか、を判定する。正しい工具位置であって、正しい締め付け順序における工具位置である場合には、ステップS140に移行する。正しい工具位置ではない、或いは、正しい締め付け順序における工具位置ではない場合には、ステップS150に移行する。
In step S120, the
なお、正しい工具位置、並びに、正しい締め付け順序は、予めコントローラ50に記憶されているものとする。つまり、各ボルトBが締め付けられるワークWの各位置に対応する工具位置(x、y、z)が、各ボルトBの締め付け順にコントローラ50に記憶されている。
It is assumed that the correct tool position and the correct tightening order are stored in the
コントローラ50により、締め付け工具40の位置が正しい工具位置であって、正しい締め付け順序における工具位置であると判定された場合には、ステップS140において、コントローラ50は、締め付け工具40にOK信号を送信する。OK信号を受信した締め付け工具40は、音声或いはランプの点灯等によって、正しい締め付け位置であることを作業者Pに知らせる。なお、正しい締め付け位置である場合には、音声或いはランプの点灯等がなくても良い。
When the
コントローラ50により、締め付け工具40の位置が正しい工具位置ではない、或いは、正しい締め付け順序における工具位置ではないと判定された場合には、ステップS150において、コントローラ50は、締め付け工具40にNG信号を送信する。NG信号を受信した締め付け工具40は、音声或いはランプの点灯等によって、間違った締め付け位置であることを作業者Pに知らせる。
When the
工具位置検知装置100及び工具位置検知制御S100の効果について説明する。
工具位置検知装置100及び工具位置検知制御S100によれば、従来から用いられていたスプリングバランサ10及び滑車22等の部材に角度センサ51〜53を取り付けることによって、簡易な構成で工具位置(x、y、z)を検知できる。
The effects of the tool
According to the tool
10 スプリングバランサ
20 滑車部
21 支持軸
22 滑車
23 検知カバー
30 ワイヤ
40 締め付け工具
50 コントローラ
100 工具位置検知装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ワイヤが張架される滑車と、
前記滑車を鉛直方向に支持し、該滑車の回動軸と垂直な軸周りに回動する支持軸と、
前記滑車のワイヤが送り出される側に設けられ、前記滑車と同軸周りに回動し、前記ワイヤが前記滑車から送り出される方向に追従する検知カバーと、
前記工具の位置を算出する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、前記支持軸の回動角度と、前記滑車の回動角度と、前記検知カバーの回動角度と、を用いて工具の位置を球座標系から直交座標系に変換して算出する、
工具位置検知装置。 A tool position detecting device for detecting the position of a tool suspended on a wire,
A pulley on which the wire is stretched;
A support shaft that supports the pulley in a vertical direction and rotates around an axis perpendicular to the rotation axis of the pulley;
A detection cover that is provided on a side where the wire of the pulley is fed out, rotates around the same axis as the pulley, and follows a direction in which the wire is fed out of the pulley;
A control unit for calculating the position of the tool;
Comprising
The control unit calculates the position of the tool from a spherical coordinate system to an orthogonal coordinate system using the rotation angle of the support shaft, the rotation angle of the pulley, and the rotation angle of the detection cover. To
Tool position detection device.
前記滑車は、該滑車の回動軸と垂直な軸周りに回動する支持軸に鉛直方向に支持され、
前記滑車のワイヤが送り出される側には、前記滑車と同軸周りに回動し、前記ワイヤが前記滑車から送り出される方向に追従する検知カバーが設けられ、
前記支持軸の回動角度と、前記滑車の回動角度と、前記検知カバーの回動角度と、を用いて工具の位置を球座標系から直交座標系に変換して算出する、
工具位置検知方法。
A tool position detection method for detecting the position of a tool suspended on a wire stretched on a rotatable pulley,
The pulley is supported in a vertical direction on a support shaft that rotates about an axis perpendicular to the rotation axis of the pulley,
On the side where the wire of the pulley is fed out, a detection cover that rotates around the same axis as the pulley and follows the direction in which the wire is fed out of the pulley is provided,
Using the rotation angle of the support shaft, the rotation angle of the pulley, and the rotation angle of the detection cover to calculate the position of the tool from a spherical coordinate system to an orthogonal coordinate system;
Tool position detection method.
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