JP2019126874A - ねじ締め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ締結箇所を示唆し且つねじの締結状態を確認して不具合のあるねじ締め箇所を告知することを機械的に行い、ねじ締め完了箇所を管理するねじ締め装置を提供する。【解決手段】ねじ締め装置は、撮像部が撮像したねじ締め指定箇所を有するワーク画像と、既にねじが締結された締め指定箇所を含むワーク基準画像を合成し、合成画像におけるねじ締め指定箇所を目立たせて表示し、且つねじ締め工具の位置情報とねじ締め指定箇所の位置情報からねじが締結されたねじ締め指定箇所を特定し、工具からのねじ締めデータにより規定された締結状態を判定し、判定結果を表示する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ねじ締め作業及び、ねじ締め箇所の管理を行うねじ締め装置に関する。

一般に、部材を固定する手法の１つとして、ねじで螺着して固定する手法がある。通常、ねじ締めの作業者は、ねじ締め箇所に対して指定されたねじを指定されたトルク値となるよう工具で締め付けている。指定されたトルク値によるねじ締めを実現するためには、例えば、特許文献１に記載されるトルク値が管理可能な電動ドライバを用いればよい。

特開２０１０−９９７６５号公報

前述したねじ締め作業は、通常、一人の作業者が複数のねじ締め箇所を担当してねじ締め作業を行っており、サイズや仕様が異なるワーク（works：ここでは、ねじ締めを行う対象物とする）や作業工程により、ねじ締め箇所の数や位置が異なっている。人的作業を含むため、何らかの原因でねじの締結漏れや規定トルク値まで締められていない不十分なねじ締め箇所が発生することを懸念している。品質保証のために、ねじ締め作業終了後に、指定されたねじ締め箇所の全てにねじが締結されているか否かを含めて、目視によるねじ合い確認及び、確認済みを示すマーキングを行っている。このねじ合い確認においては、見落とし等の人為的なミスを考慮すれば、万全であるとはいえない。しかし、ねじ合い確認を補うよりもねじ締め作業時における人為的なミスを低減する方が作業効率がよい。
そこで本発明は、ねじ締結箇所を示唆し且つねじの締結状態を確認して不具合のあるねじ締め箇所を告知することを機械的に行い、ねじ締め完了箇所を管理するねじ締め装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に従う実施形態に係るねじ締め装置は、ねじの締結が指定された複数のねじ締め指定箇所を有するワークを撮像する撮像部と、前記ねじ締め指定箇所に前記ねじを締結する工具と、前記ワークの前記ねじ締め指定箇所のうちで、前記ねじが締結された前記ねじ締め指定箇所を含むワーク基準画像を記憶する記憶部と、前記撮像部で継続的に撮像されたワーク画像と前記工具の位置に関わる座標情報を設定し、該座標情報が設定された前記ワーク画像と前記ワーク基準画像を合成し、合成した画像の前記ねじ締め指定箇所に目印となる表記を付与したねじ締めガイド画像を生成する画像処理部と、前記ねじ締めガイド画像上のねじ締め箇所の座標情報と、ねじ締めを行っている前記工具の座標情報から前記ねじが締結された前記ねじ締め指定箇所を特定し、前記工具からのねじ締めデータによりねじ締め完了を判定する判定部と、を具備する。

本発明によれば、ねじ締結箇所を示唆し且つねじの締結状態を確認して不具合のあるねじ締め箇所を告知することを機械的に行い、ねじ締め完了箇所を管理するねじ締め装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係るねじ締め装置の構成例を概念的に示す図である。 図２は、ワーク上のねじ締め箇所の一例を示す図である。 図３は、ねじ締め作業中のねじ締めデータの一例を示す図である。 図４は、ねじ締めが完了した時のねじ締め管理データの一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態のねじ締め装置を用いたねじ締め作業及び管理について説明するためのフローチャートである。 図６は、第２の実施形態に係るねじ締め装置の構成例を概念的に示す図である。 図７は、第２の実施形態のねじ締め装置を用いたねじ締め作業及び管理について説明するためのフローチャートである。 図８は、第３の実施形態に係るねじ締め装置の構成例を概念的に示す図である。 図９Ａは、ワーク上に投射されたねじ締め作業前のねじ締め指定箇所を示すマークの一例を示す図である。 図９Ｂは、ワーク上に投射されたねじ締め作業中のねじ締め指定箇所やねじ締結状態を示すマークの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係るねじ締め装置１の構成例を概念的に示す図、図２は、ワーク１００上のねじ締め箇所の一例を示す図である。以下の説明において、ねじ締めを指定されて、既に、ねじが締結されているねじ締め箇所及び、ねじが未締結なねじ締め箇所を含めて、ねじ締め指定箇所と称している。
このねじ締め装置１は、ねじ締めを行う基材を載置し固定する作業台４０と、作業台４０に設けられる工具部２００と、表示部３００と、管理制御部４００と、で構成される。以下の説明において、基材は、ねじ締め対象部材であり、例えば、電子部品が実装される基材等の複数のねじ締め箇所（ねじ穴）を有するワーク（works）１００を例として説明する。ねじ締め作業は、例えば、配線基板等のワーク１００に部品を実装する又は、ワーク１００を他の筐体等に固定する等の作業である。勿論、ねじ締め作業は、以下に説明する基材に関する取り付け作業に限定されるものではなく、ねじを用いて一般的な部材どうしを固定又は接続する作業も含んでいる。

作業台４０は、上面に平坦な載置面を備え、載置面上の所定位置にワーク１００が載置される。尚、載置面上に図示しない複数の固定具を設けて、前述する所定位置にワーク１００を固定してもよい。この固定具は、ワーク１００のねじ締め指定箇所の位置をＸＹ座標情報として示すための基準位置（例えば、座標の原点）の１つとして利用することもできる。

工具部２００は、作業台４０の側面に設置又は作業台４０の脇に立設される支柱２と、支柱２に取り付けられたアーム部３と、アーム部３のドライバ取り付け部３ｃに取り付けられた電動ドライバ５と、支柱２上端の近傍の設けられた撮像部１２と、で構成される。この構成において、作業台４０端からアーム部３が延びて電動ドライバ５が作業台４０上方に配置され、さらに撮像部１２が電動ドライバ５の上方に配置される。

アーム部３は、屈曲する関節部３ｂを有する関節アームの構造を成し、電動ドライバ５を保持した状態で作業台４０の上下動を含み上方を自由に移動可能である。この例では、２本の並列アーム３ｄ，３ｅの２組を１つの関節部３ｂで繋ぐ構造の関節アームである。勿論、この関節アームの構造に限定されるものではなく、電動ドライバ５が作業台４０の上方を自由に移動可能であれば、他の公知な構造のアーム部を利用してもよい。また、本実施形態では、アーム部３に１つの電動ドライバ５を保持する構成であるが、例えば 、先端が＋，−など異なるビットを設けた取り付けた複数の電動ドライバを保持する構成であってもよい。

アーム取り付け部３ａ及び関節部３ｂは、例えば、並列アーム３ｄ，３ｅとの間に取り付けるコイルバネからなる弾性部材（図示せず）を設けている。これらの弾性部材の弾性力により、電動ドライバ５の重量をアーム部３側に保持させるように平衡にバランスを取り、電動ドライバ５を懸架する。よって、アーム部３は、移動後の屈曲状態を維持することができ、移動した電動ドライバ５の位置を保持する。この関節アームの構造は、ねじ締め作業者に対して、電動ドライバ５の重量が負荷として掛からないため、作業労力が軽減される。

アーム取り付け部３ａは、支柱２上を軸方向に移動可能に取り付けられており、アーム部３の高さ位置を変更することができる。
ドライバ取り付け部３ｃは、回転機構を有し、並列アーム３ｅに固定する固定部と、電動ドライバ５を保持する回転部により構成される。電動ドライバ５は回転部に着脱可能に保持されている。電動ドライバ５は、電動式トルクドライバであり、規定トルクへの到達及び、ドライバ回転数の検出ができれば、市販される汎用製品を適用することができる。また、ドライバ取り付け部３ｃは揺動するため、電動ドライバ５を任意の向きに変更でき、斜め方向のねじ締めも可能である。また、作業者が電動ドライバ５から手を離しても、その時の電動ドライバ５のビットの向きを維持する。また、図示しないロック機構が設けられており、電動ドライバ５が垂直方向など任意の向きを維持するように固定することも可能である。

さらにドライバ取り付け部３ｃの固定部で撮像部１２により撮像可能な位置に位置検出のために例えば、クロスマーク７が設けられている。クロスマーク７は、電動ドライバ５の位置情報を取得するために用いられる。このクロスマーク７は、電動ドライバ５がワーク１００上方に存在しているため、撮像部１２により撮像されるワーク画像内に含まれている。この例では、電動ドライバ５が任意の向きに変化することを考慮し、常時撮像することができるドライバ取り付け部３ｃの上面にクロスマーク７を設けている。但し、クロスマーク７は、撮像部１２によるワーク１００の撮像時に映り込んでいればよいため、ドライバ取り付け部３ｃの上面に限定されるものではない。また、クロスマーク７のように撮像されるマークに限定されず、例えば、電動ドライバ５の後端（上側）やドライバ取り付け部３ｃに発光ダイオード等の発光体を設けて、撮像されたワーク画像内で高輝度となる箇所を位置情報として検出してもよい。

電動ドライバ５は、モータの回転によりねじの締め付け及び緩めを行う電動式であり、予め設定された範囲内でトルク値を手動又は自動で変更することが可能なトルク調整機構を搭載している。また、この例では、ドライバ筐体の側面に駆動用スイッチ６が設けられており、作業者のオンオフ操作に応じたドライバ駆動制御部１１によりモータの回転駆動及び停止を行う。ドライバ駆動制御部１１は、電動ドライバ５と一体的に設けても、別体として設けてもよい。電動ドライバ５は、先端部のビットも交換可能であり、ねじ頭部の工具穴の形状に従い、適合するビットを選択することができる。

ドライバ駆動制御部１１は、電動ドライバ５のモータに供給する電源を制御し、モータの駆動状況又はねじ締め状態に応じて、トルク到達信号を含む検出信号を出力する。本実施形態では、ドライバ駆動制御部１１から出力される検出信号は、後述する制御部１３の判定部１６へ送信される。

ここで、トルク到達信号は、ねじの締め付けが規定されたトルク値に達して電動ドライバ５の回転が停止したときに発する信号であり、適正にねじ締めが完了したことを示唆する。検出信号は、トルク到達信号以外に例えば、ねじのねじ溝とねじ穴が係合してからのねじ回し数（回転角度）又は、パルス信号を含んでいる。このパルス信号は、ねじ締めを開始してトルク到達信号を出力するまでのビットの積算回転数に基づいて生成される信号である。また、電動ドライバ５のモータにパルスモータを使用した場合には、ドライバ駆動制御部１１から供給したパルス数により、ねじ回し数を算出することも可能である。尚、ねじ回し数の最後が一回転未満で終了した場合には、回転角度に相当するパルス数を含むものとする。
これらのねじ回し数及びパルス信号のパルス値が予め設定された規定値の範囲内であれば、適正な回転数でねじ締めされていることを示唆する。一方、ねじ回し数又は、パルス値が規定値の範囲を下回れば、ねじ締めが完了していないことを表す。例えば、トルク到達信号が検出されたにもかかわらず、ねじ回し数及びパルス値が規定値に達していない場合には、ねじ噛み（ねじかじり）が生じた、又はねじの長さが指定されたねじよりも短かった事態が想定される。反対に、パルス値が規定値の範囲を上回れば、ねじの長さが指定されたねじよりも長い、ねじの径が指定されたものより細い、ねじ頭部の工具溝が削られているか又は、ねじのねじ山及び／又は締結穴のねじ山が潰れた不具合が発生していることを表してる。

次に、撮像部１２は、連続撮影が可能なカメラ又はビデオカメラが用いられており、取り付け具により支柱２に取り付けられている。撮像部１２は、撮像光学系にズーミング機構を有しており、撮像される画像においては、ワーク１００のサイズに合わせた画像サイズに調整することができる。撮像部１２の撮像視野の範囲は、少なくとも、ワーク全体が撮像可能な範囲であればよい。撮像部１２における撮像位置（撮像視野又は画角の中心）は、作業台４０に載置されているワーク１００の中心の上方に配置することが好ましい。撮像部１２をワーク１００の中心に配置することで、撮影された画像の歪みの影響を少なくすることができる。尚、撮影された画像に歪みが生じていた場合には、後述する撮像画像処理部１４において、公知な画像歪み補正処理を施してもよい。

表示部３００は、作業台４０に設けられた支持部９により支持されるモニタ８である。モニタ８は、例えば、液晶ディスプレイが用いられ、画面表面にタッチパネルを配置した構成であってもよい。このモニタ８は、少なくともねじ締め作業に関する設定画面、撮像部１２に撮像されたワーク画像、後述する記憶部２０から読み出されたワーク１００のねじ締め指定箇所を示す画像、ワーク画像上にねじ締め指定箇所を重ね合わせて表示するねじ締めガイド画像（又は、ねじ締めガイド画面）、管理データ等を同時又は切り替えて選択的に表示する。

次に管理制御部４００は、制御部１３と、記憶部２０と、入力設定部１８と、警告部１９とで構成される。この管理制御部４００は、パーソナルコンピュータを代用して使用することができる。尚、パーソナルコンピュータ等を利用した場合には、ＬＡＮ等のネットワークを利用して、後述するねじ締め管理データの通信を行い、製品の全製造工程における一括的な品質保証や作業の履歴情報として、他の部門でも最新の情報を利用することができる。
入力設定部１８は、キーボード等の入力機器、スイッチボード又はタッチパネル等を含む機器であり、ねじ締め作業に関する設定画面に表示される各設定項目の選択及び数値設定、又は記憶されるデータの読み出し指示等に用いられる。

警告部１９は、制御部１３の後述する判定部１６からの指示により音声やブザー音を発する、又はモニタ８に予め定められた警告文を表示させる。
記憶部２０には、管理制御部４００の各構成部を制御するためのプログラムやワーク１００に関する種々のデータが予め記憶されている。ワーク１００に関するデータ例の１つとして、ワーク１００毎のねじ締め指定箇所を示す画像データ、例えば、全てのねじ締め指定箇所にねじが締結されているワーク基準画像を形成するための基準ねじ締め画像データ（位置情報を含む）及び、さらに、ねじ締め作業が完了したときに作成されるねじ締め管理データ等を記憶する。ワーク基準画像とは、ねじ締め作業を行うワークと同じ位置に同一のねじ締め箇所が設けられている同一ワークであり、ねじ締め作業後の適正にねじがねじ締め箇所に締結されているワーク画像である。さらに、ワーク基準画像に代用するものとして、ワーク１００毎のねじ締め指定箇所を示す図面（製作図又は設計図）データを記憶部２０に記憶してもよい。

制御部１３は、ねじ締め装置１の全体を制御する。また制御部１３は、例えば、撮像画像処理部１４と、位置情報取得部１５と、判定部１６、画像合成処理部１７とを備えている。また、制御部１３は、時計機能を有しており、ねじ締めが完了した時間をタイムスタンプとして出力することができる。撮像画像処理部１４と画像合成処理部１７を併せて、画像処理部と称する。

撮像画像処理部１４は、撮像部１２から出力するワーク１００を撮像した画像信号に、既知な画像処理を施してワーク画像データを生成する。画像処理としては、撮像されたワーク画像の画像サイズを記憶部２０に記憶されている基準ねじ締め画像データから生成されるワーク基準画像のサイズに一致するようにサイズ調整を行い、画像内の歪み等を補正する。

また、複数のワーク１００には、それぞれにロット番号や製造番号等の識別番号が印刷や刻印等で記載されている。撮像画像処理部１４は、ワーク１００に付与されているワーク画像からこれらの識別番号を読み取り、識別番号を後述するねじ締め管理データに対応付けている。識別番号を有するねじ締め管理データは、記憶部２０に記憶されている。尚、撮像部１２とは別に、バーコード読み取り装置を備えて、ワーク１００に識別番号の情報記載したバーコードを貼付する手法であってもよい。

画像合成処理部１７は、画像合成を行うために、ワーク画像から特徴点、例えば、クロスマーク７、発光体及び、後述するワーク１００上に設けた＋マーク１２１Ｘと＋マーク１２１Ｙ等を画像上の位置と共に抽出する。これは、画像内で各マークのパターンを基準として検索し、一致する領域が特徴点として抽出される。また、発光体は、画像内で輝度が大きく異なる領域を特徴点として抽出される。勿論、マーク等がワーク画像中に存在していない場合には、配線パターンや実装部品等を用いてもよい。

さらに、画像合成処理部１７は、前述したワーク画像とワーク基準画像との位置合わせを行い、合成画像を形成する。この合成処理においては、ワーク画像内のねじ締め箇所に対して、ワーク基準画像のねじ締め指定箇所が重なる。このため、重なり領域の表示形態を変える、すなわち、ねじ締め指定箇所に目印となる特定の表示色領域１０３（図２に示す斜線部分）を加える又は、ねじ締め指定箇所の表示色を変えることにより、ねじ締め作業を行うねじ締め指定箇所を目立つようにして、前述したねじ締めガイド画像として表示させる。作業者は、ねじ締めガイド画像を見て、ねじ締めを行う箇所を容易に確認することができる。尚、前述した表示色領域１０３においては、例えば、ねじ締め指定箇所にねじが未締結な場合には、ねじ締め指定箇所を「赤色」で表示する。その後、ねじが締結さた場合には、「赤色」の表示を止めてもよいし、他の表示形態、色例えば「緑色」に変更してもよい。尚、ねじ締結後のねじ合い確認を行う際には、異なる色の表示色で表示されていた方がねじ締め指定箇所を特定しやすくなり確認が容易になる。

位置情報取得部１５は、ワーク画像とワーク基準画像の合成画像であるねじ締めガイド画像から電動ドライバ５の座標情報を取得する。撮像画像処理部１４から送出された座標情報が設定されたワーク画像に、ワーク基準画像を重ね合わせているため、ねじ締めガイド画像からも座標情報を検出することができる。このねじ締めガイド画像において、後述する位置検出により取得した電動ドライバ５の位置情報（座標情報）を用いて、ねじ締めガイド画像上のねじを締結したねじ締め箇所の位置情報（座標情報）を取得する。
判定部１６は、比較及び判定を行う。まず、第１の比較として、位置情報取得部１５から出力される電動ドライバ５の座標情報と、ねじ締めガイド画像に表示されるワーク１００のねじ締め指定箇所の座標情報とを比較する。この比較において、複数のねじ締め指定箇所の座標情報のうちの電動ドライバ５の座標情報と一致した座標情報のねじ締め指定箇所にねじが締結されたことを示す比較結果を出力する。

判定部１６は、この比較結果に基づき、１つのねじ締め箇所に対する作業完了毎に判定を行う。また、判定部１６には、ドライバ駆動制御部１１から出力されたトルク到達信号を含む検出信号が入力される。
つまり、電動ドライバ５の座標情報と一致した座標情報のねじ締め指定箇所にねじが締結されるものと判定し、ドライバ駆動制御部１１から出力されたトルク到達信号により、ねじ締めが完了したものと判定する。さらに、制御部１３は、ドライバ駆動制御部１１からトルク到達信号と共に出力される前述したパルス信号に対して、そのパルス信号が予め設定された閾値の範囲内であれば、適正にねじ締めされたものと判定する。このパルス信号は、ビット回転数すなわち、ねじ回し数に相対する。一方、パルス信号が閾値の範囲外であれば、何らかの不具合が発生していると判定する。具体的には、トルク到達信号を検出し且つ、パルス値が規定値の範囲を下回れば、ねじ回し数の不足、ねじ径の間違い又は、ねじ長さ間違い、ねじ破損等が推定できる。反対に、パルス値が規定値の範囲を上回れば、ねじの長さが指定されたねじより短いか、ねじ頭部の工具溝が削られているか又は、ねじのねじ山及び／又は締結穴のねじ山が潰れた等の不具合が発生していることを表している。
判定部１６は、ねじ締め作業終了後には、図４に示すような、ねじ締め箇所、締結時間（タイムスタンプ）、トルク到達信号及びパルス値等を品質管理データとして記憶部２０に記憶する。

次に、位置情報取得部１５によるねじ締めガイド画像におけるワーク１００のねじ締め指定箇所の位置情報及び電動ドライバ５の位置情報の基準位置の基準座標の取得について説明する。
前述した作業台４０の載置面上の所定位置にワーク１００を載置する又は、固定具で所定位置にワーク１００を固定する。尚、ワーク１００を固定せずに載置した場合であっても、ワーク１００は、載置面上を移動せず、位置ずれは無いものとする。

ワーク１００の固定に固定具を用いた場合には、撮影画像上の固定具で位置を利用する。少なくとも２つの固定具を用いて、固定具間の線分（Ｘ軸）と、この線分と直交する線分（Ｙ軸）を定めて、いずれか１つの固定具を基準位置（０，０）として設定する。固定具を用いず、所定位置に載置しているワーク１００の場合においては、例えば、図２に示すモニタ８に表示されるワーク画像でワーク１００上に設けた＋マーク１２１Ｘと＋マーク１２１Ｙで、前述したと同様にＸ軸、Ｙ軸を設定し、例えば、＋マーク１２１Ｘを座標（０，０）に設定してもよい。
よって、座標（０，０）を原点として、固定具又は＋マーク１２１Ｘから離れた電動ドライバ５の座標情報（ｘ，ｙ）を定義することができる。また、モニタ８に表示されるワーク画像上のねじ締め箇所をカーソル等で指定することで、ねじ締め指定箇所の座標を座標上に定義することも可能である。このカーソルによる設定は、ワーク１００のねじ締め指定箇所の変更や訂正等に利用することができる。

位置情報取得部１５は、撮像画像処理部１４から出力されたワーク１００のワーク画像から前述したクロスマーク７を検出して、ワーク画像上における座標情報を取得し、電動ドライバ５の位置情報を算出する。すなわち、クロスマーク７と電動ドライバ５の距離や方向が既知であるため、クロスマーク７と電動ドライバ５との間の座標情報（補正座標情報）を算出することができる。電動ドライバ５の保持状態が垂直の時には、取得したクロスマーク７の座標情報に対して補正座標情報による補正を行うことで正確な電動ドライバ５の位置情報を取得することができる。また、電動ドライバ５に角度センサを設けることで、電動ドライバ５が傾いていた場合には、その傾きの角度を取得し、ドライバ取り付け部３ｃと電動ドライバ５の先端（ビット）の距離から傾き補正座標情報を算出することができる。この傾き補正座標情報及び前述した補正座標情報を用いて、クロスマーク７の座標情報を補正することで、正確な電動ドライバ５の位置情報を取得することができる。

次に、図２乃至図４及び、図５に示すフローチャートを参照して、本実施形態のねじ締め装置１を用いたねじ締め作業について説明する。
まず、ねじ締め対象となるワーク１００を作業台４０の載置面上の所定位置に載置する（ステップＳ１）。固定具が設けられていた場合には、固定具でワーク１００を所定位置に固定する。

次に、撮像部１２は、ワーク１００を撮像し、撮像したワーク１００の画像信号を撮像画像処理部１４に出力する（ステップＳ２）。撮像画像処理部１４は、前述したように、撮像されたワーク画像の画像サイズを記憶部２０に記憶されている基準ねじ締め画像データから生成されるワーク基準画像のサイズに一致するようにサイズ調整を行い、画像内の歪み等を補正する。勿論、ワーク画像の画像サイズにワーク基準画像のサイズを合わせるように、サイズ調整を行ってもよい。

撮像画像処理部１４は、前述したワーク１００及び電動ドライバ５の位置情報の基準位置の設定を行う。この例では、図２に示すワーク画像で、ワーク１００上に設けた＋マーク１２１Ｘと＋マーク１２１Ｙを用いてＸＹ座標軸を設定し、＋マーク１２１Ｘを座標原点（０，０）に設定する（ステップＳ３）。図２に示すワーク１００においては、複数のねじ締め指定箇所１０１が存在し、ねじ１０２が途中のねじ締め箇所Ａ−Ｅまで締め込み作業が行われている状態を示している。

次に、制御部１３の制御により、記憶部２０から基準ねじ締め画像データが画像合成処理部１７に読み出される。画像合成処理部１７は、ワーク画像にワーク基準画像を位置合わせを行って重ね合わせる（ステップＳ５）。画像の重ね合わせは、それぞれの画像の同じ特徴点を持つ極小領域を複数個を指定して、これらの極小領域を合わせることで、画像の重ね合わせを行うことができる。勿論、その他の公知な重ね合わせ方法を用いてもよい。重ね合わせた画像において、ワーク画像内のねじ締め作業を行うべき、ねじ締め箇所をねじ締め指定箇所として目立つように表示色領域１０３で囲むように表示して、ねじ締めガイド画像としてモニタ８に表示させる（ステップＳ６）。尚、撮像画像処理部１４から送出された座標情報が設定されたワーク画像に、ワーク基準画像を重ね合わせているため、ねじ締めガイド画像からも座標情報を検出することができる。

作業者は、モニタ８に表示されるねじ締めガイド画像を確認しながら、ねじ締めを指定されたねじ締め指定箇所に指定されたねじ１０２を差し入れて、電動ドライバ５によりねじ締め作業を行う（ステップＳ７）。
位置情報取得部１５は、ワーク画像から電動ドライバ５の近傍に設けられたクロスマーク７に基づき、電動ドライバ５の座標情報を検出する。電動ドライバ５の座標情報と、複数のねじ締め指定箇所の座標情報とを比較して、一致した座標情報のねじ締め指定箇所にねじが締結されていることとなる。

この電動ドライバ５の座標情報は、判定部１６へ出力される。判定部１６は、電動ドライバ５の座標情報と一致した座標情報のねじ締め指定箇所にねじが締結されている、例えば、ねじ締め箇所Ａにねじが締結されていると判定する。さらに判定部１６は、ドライバ駆動制御部１１からのトルク到達信号を受信すると、ねじ締結箇所Ａへのねじ１０２の締結が完了したものと判定する（ステップＳ８）。

次に、判定部１６は、トルク到達信号と共に受信したパルス値に対して規定された範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９の判定でパルス値に対して規定された範囲内であれば（ＹＥＳ）、適正なパルス値でねじ締めされていると判定される。一方、パルス値に対して規定された範囲外であれば（ＮＯ）、不具合なねじ締め状態であると判定される。不具合なねじ締め状態であれば、ステップＳ７に戻り、再度、ねじ締め状態を確認した上でねじ締め作業を行う。

作業者は、ねじ締め箇所Ａのねじ締めを行ったものとする。図３に示すように、ねじ締め箇所Ａは、トルク到達信号を受信して「ＯＫ」が表示され、タイムスタンプの時刻も表示される。さらに、パルス信号も規定された範囲内であれば「ＯＫ」表示される。判定部１６は、これらの「ＯＫ」により、適正にねじ締めが行われたものと判定する（前記ステップＳ９：ＹＥＳ）。その結果、判定部１６は、ねじ締結に「ＯＫ」の表示を行う。これらの判定を受けて、モニタ８には、図３のねじ締め箇所Ａに示すように、ねじ締め完了が表示される（ステップＳ１０）。

ここで、モニタ８に表示される図３に示す判定結果表示について説明する。
図３に示す「ＯＫ」表示は、ねじ締結が適正である、トルク到達信号を受信した、及びパルス値が規定された範囲内であることを表す。反対に、「ＮＧ」は、ねじ締結に不具合がある、トルク到達信号を受信していない、及びパルス値が規定された範囲外であることを表す。尚、パルス値の規定された範囲は、例えば、１４０を基準として、±５とする。但し、パルス値の規定された範囲は、ねじ１０２やワーク１００に応じて、適宜設定されるものであり、この数値に限定されるものではない。

作業者は、ねじ締め箇所Ａから開始し、ねじ締め箇所Ｅまでねじ締めを起こったものとする。ねじ締め箇所Ａ，Ｂは、トルク到達信号を受信して「ＯＫ」が表示され、タイムスタンプの時刻も表示される。さらに、パルス信号も規定された範囲内であれば「ＯＫ」表示される。判定部１６は、これらの「ＯＫ」により、適正にねじ締めが行われたものと判定する。その結果、判定部１６は、ねじ締結が適正であり、「ＯＫ」の表示を行う。これらの判定を受けて、モニタ８には、図３のねじ締め箇所Ａ，Ｂに示すように、ねじ締め完了が表示される。

次のねじ締め箇所Ｃにおいては、トルク到達信号を受信したが、パルス値が規定された範囲を超えた値であったため、例えば、ねじ１０２の長さが指定されたよりも長いと判定され、「ＮＧ」が表示される。このため、ねじ締結の判定においても「ＮＧ」が表示される。また、ねじ締め箇所Ｄにおいては、次のねじ締め箇所Ｅでねじ締結が適正に完了しているため、ねじ締め箇所Ｄを見落として、次のねじ締め箇所Ｅにねじ締め作業を移してしまった状態を示している。ここでは、ねじ締め指定箇所となったねじ締め箇所において、ねじが未締結の場合は、「ＮＧ」表示されており、締結されると「ＯＫ」表示に切り替わるものとしている。

次に、図２に示すようなねじ締めガイド画像において、ねじ締め指定箇所により設定された表示色領域１０３が付けられたねじ締め指定箇所の有無を確認し、且つ図３に示すねじ締結「ＯＫ」表示を確認して、全てのねじ締め指定箇所のねじ締め作業が終了したか否かを判断する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１の判断で、まだ表示色領域１０３のねじ締め指定箇所がある又は、ねじ締結「ＮＧ」表示がある場合には、ねじ締め作業が終了していないため（ＮＯ）、ステップＳ７に戻り、再度、ねじ締め作業を行う。一方、ステップＳ１１の判断で、表示色領域１０３のねじ締め指定箇所がなく及び全てのねじ締め箇所がねじ締結「ＯＫ」表示であった場合には、ねじ締め作業が終了したので（ＹＥＳ）、図４に示すねじ締め管理データを記憶部２０に記憶させて（ステップＳ１２）、一連のねじ締め作業を終了する。
尚、ねじ締め管理データにおいて、同一のワーク１００内で「ＮＧ」の不具合表示又は警告の累積数の多いねじ締め箇所においては、モニタ８にねじ締めガイド画像を表示する際に、作業者に注意喚起を促すために、通常の表示色領域１０の点灯表示を点滅表示に変えてもよい。

以上説明したように、本実施形態のねじ締め装置によれば、ねじ締めを行うことが指定されたねじ締め指定箇所を特定する表示により、作業者がねじ締め指定箇所を容易に確認することができる。また、電動ドライバ５のワーク上の座標位置を検出して、ねじ締めを行った座標位置からねじを締結したねじ締め箇所を特定することができ、ねじが未締結のねじ締め指定箇所を検出することができる。また、ねじの締結状態に関して、トルク到達をシステム的に、ねじ回し数（又は、パルス値）を数値的に検出することにより、一定のトルク値でねじ締めができ且つ、不具合が生じているねじ締め箇所も検出することができる。また、ねじ締め完了後のねじ合い確認の際に、実際にねじ締めを行ったねじ締め箇所もモニタ８による表示で確認ができるため、容易に確認することができる。また、ねじ締め状態を示したデータ表示がねじ締め作業終了後に、ねじ締め管理データとして残るため、作業履歴として保存することができる。よって、ねじ締め作業者による人為的なねじ締め作業ミスが著しく減少させることができ、ねじ合い確認の負荷も低減され、高品質にねじ締めされたワークを提供することができる。

［第２の実施形態］
次に、図６を参照して、第２の実施形態のねじ締め装置について説明する。
図６は、第２の実施形態に係るねじ締め装置の構成例を概念的に示す図である。
第２の実施形態は、前述した第１の実施形態における判定部１６における比較対象が異なっている。位置情報取得部１５及び画像合成処理部１７に代わって、画像比較処理部２１が設けられている。その他の構成等は、前述した第１の実施形態の構成部位と同等であり、同じ参照符号を付して、詳細な説明は省略する。

本実施形態における第２の比較は、撮像画像処理部１４から出力される撮像部１２で撮像されるねじ締め作業により経時的に変化するワーク画像と、記憶部２０から読み出されたワーク１００の全てのねじ締め指定箇所にねじが締結されている経時的に変化しない基準ねじ締め画像とを比較する。すなわち、ねじ締め作業前のワーク画像と、基準ねじ締め画像とを重ね合わせて、画像が変化した領域がねじ締めを指定されたねじ締め指定箇所である。また、ねじ締め作業が行われて経時的に変化したワーク画像と、基準ねじ締め画像とを比較して、画像が変化した領域がねじが締結されたねじ締め箇所である。これらの画像の変化をガイド画像として表示することで、ねじ締め作業に対する補助を行う。

また、本実施形態は、ワーク画像と基準ねじ締め画像の重ね合わせができれば実施できる。よって、電動ドライバ５の座標情報及び、ワーク画像と基準ねじ締め画像の座標情報は利用していない。
画像比較処理部２１は、ねじ締め作業前のワーク画像とワーク基準画像との位置合わせを行って重ね合わせる。画像の重ね合わせは、前述した画像内の同じ特徴点を持つ極小領域を合わせることで、画像の重ね合わせを行う。また、画像比較処理部２１は、画像を重ね合わせる際に、画像間で差のある領域を抽出する。具体的には、ねじ締め作業前のワーク画像のねじ締め指定箇所と、すでにねじが締結されているねじ締め箇所とが画像間に差が生じている領域である。この画像データ間に差が生じている領域を、前述したようにねじ締め指定箇所として色表示等で目立つように表示する。画像比較処理部２１は、締め指定箇所を色表示するねじ締めガイド画像を生成して、モニタ８で表示させる。

次に前述した図２及び図３と、図７に示すフローチャートを参照して、本実施形態のねじ締め装置１を用いたねじ締め作業について説明する。尚、前述した第１の実施形態における図５に示したフローチャートと同等のステップ内容のものには、同じステップ番号を付して、詳細な説明は省略する。

まず、ねじ締め対象となるワーク１００を作業台４０の載置面上の所定位置に載置する（ステップＳ１）。撮像部１２は、ワーク１００を撮像し、撮像したワーク１００の画像信号を撮像画像処理部１４に出力する（ステップＳ３）。撮像画像処理部１４は、撮像されたワーク画像の画像サイズとワーク基準画像の画像サイズが異なった場合には、同じ画像サイズに一致するようにサイズ調整を行い、画像内の歪み等を補正する。尚、画像サイズの調整は、画像比較処理部２１で行ってもよい。尚、ワーク基準画像とは、前述したように、ねじ締め作業を行うワークと全く同じワークに対して、ねじ締めが指定されたねじ締め指定箇所にねじが適正に締結されている判断基準となるワーク画像である。

次に、制御部１３の制御により、記憶部２０から基準ねじ締め画像データに基づくワーク基準画像が画像比較処理部２１に読み出される（ステップＳ４）。
画像比較処理部２１は、ねじ締め作業前のワーク画像とワーク基準画像との位置合わせを行って重ね合わせる（ステップＳ２１）。次に、重ね合わせた画像において、画像データ間で差のある領域として、ねじ締め作業前のワーク画像のねじ締め指定箇所とねじが締結されているねじ締め箇所とが画像データ間に差が生じている領域である。この差が生じている領域を目立たせるねじ締めガイド画像を生成して、モニタ８に表示する（ステップＳ６）。

次に、作業者は、モニタ８に表示されるねじ締めガイド画像を確認しながら、ねじ締めを指定されたねじ締め指定箇所、例えば、図２に示すねじ締め箇所Ａに指定されたねじ１０２を差し入れて、電動ドライバ５によりねじ止め作業を行う（ステップＳ７）。
この電動ドライバ５によりねじ止め作業により、撮像部１２により撮像される、ねじが締結されたねじ締め箇所Ａの画像が比較対象となるワーク基準画像のねじ締め指定箇所の画像と同一の画像に変化する。画像比較処理部２１は、この画像変化が生じた比較結果を判定部１６に出力する。

判定部１６は、ドライバ駆動制御部１１から出力されたトルク到達信号と共に受信したパルス値に対して規定された範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ９）。判定部１６は、ステップＳ９の判定でパルス値が規定された範囲内であれば（ＹＥＳ）、トルク到達信号を受信し且つ、パルス値が規定範囲内であるため、ねじ締め箇所Ａには指定された適正なねじ（ねじ長さ）がねじ締めされていると判定し、次にステップＳ１０に移行する。一方、判定部１６は、パルス値が規定された範囲外であれば（ＮＯ）、ねじ締め箇所Ａが不具合なねじ締め状態であると判定する。不具合なねじ締め状態であれば、ステップＳ７に戻り、再度、ねじ締め箇所Ａのねじ締め状態を確認した上でねじ締め作業を行う。この時、不具合が生じていることを警告部１９で警告してもよい。

ステップＳ１０において、モニタ８には、図４に示すように、ねじ締め箇所Ａの項で、トルク到達信号「ＯＫ」、タイムスタンプの時刻、パルス値「ＯＫ」が表示され、ねじ締結「ＯＫ」でねじ締め完了が表示される（ステップＳ１０）。
次に、ねじ締めガイド画像において、ねじ締め指定箇所により設定された表示色領域１０３が付けられたねじ締め指定箇所の有無を確認し、且つ図３に示すねじ締結「ＯＫ」表示を確認して、全てのねじ締め指定箇所のねじ締め作業が終了したか否かを判断する（ステップＳ１１）。

このステップＳ１１の判断で、まだ表示色領域１０３が付けられたねじ締め指定箇所がある又は、ねじ締結「ＮＧ」表示がある場合には、ねじ締め作業が終了していないため（ＮＯ）、ステップＳ７に戻り、再度、ねじ締め作業を行う。一方、ステップＳ１１の判断で、表示色領域１０３のねじ締め指定箇所がなく及び全てのねじ締め箇所がねじ締結「ＯＫ」表示であった場合には、ねじ締め作業が終了したので（ＹＥＳ）、図４に示すねじ締め管理データを記憶部２０に記憶させて（ステップＳ１２）、一連のねじ締め作業を終了する。

以上説明したように、本実施形態のねじ締め装置によれば、ねじ締めを指定されたねじ締め指定箇所を特定する表示を付加することにより、作業者がねじ締め指定箇所を容易に確認することができる。また、ねじを締結することでねじ締め箇所の色表示が変化するため、ねじが適正に締結されたことをモニタ８を見るだけで確認することができる。

さらに、ねじの締結状態に関して、トルク到達をシステム的に、ねじ回し数（又は、パルス値）を数値的に検出することにより、一定のトルク値でねじ締めができ且つ、不具合が生じているねじ締め箇所も検出することができる。また、ねじ締め完了後のねじ合い確認の際に、実際にねじ締めを行ったねじ締め箇所も表示色が変化していることで、容易に確認することができる。また、ねじ締め状態を示したデータ表示がねじ締め作業終了後に、ねじ締め管理データとして残るため、作業履歴として保存することができる。よって、ねじ締め作業者による人為的な作業ミスが著しく減少させることができ、ねじ合い確認の負担も低減され、高品質にねじ締めされたワークを提供することができる。

［第３の実施形態］
次に、図８を参照して、第３の実施形態のねじ締め装置について説明する。
図８は、第３の実施形態に係るねじ締め装置の構成例を概念的に示す図である。
第３の実施形態は、前述した第２の実施形態においてモニタ表示されていたねじ締め指定箇所をプロジェクタ３２によりワーク１００に投影して、作業者に対して、モニタ８の表示内容を視認しなくともねじ締め指定箇所と、ねじ締め状態を確認することができる一例である。本実施形態は、第２の実施形態の構成部位に加えて、投影画像処理部３１及びプロジェクタ３２が設けられている。その他の構成等は、前述した第２の実施形態の構成部位と同等であり、同じ参照符号を付して、詳細な説明は省略する。

投影画像処理部３１は、画像比較処理部２１が生成した締め指定箇所を色表示するねじ締めガイド画像をプロジェクタ３２に送出する。プロジェクタ３２は、モニタ８に代わって、ねじ締め作業を行っているワーク１００へねじ締めガイド画像を投影する。本実施形態では、作業台４０の所定位置にワーク１００が載置され、ワーク１００とプロジェクタ３２に投影されるねじ締めガイド画像とが、画面サイズや位置を一致させる必要がある。

図９Ａ，９Ｂを参照して、本実施形態のねじ締め装置１を用いたねじ締め作業について説明する。本実施形態によるねじ締め作業は、前述した図７に示すフローチャートと同等の作業工程及び処理工程であり、ステップ６及びステップＳ８における表示方法が異なっている。

撮像部１２は、作業台４０の所定位置に載置するねじ締め対象となるワーク１００を撮像し、ワーク映像信号を撮像画像処理部１４へ送出する。撮像画像処理部１４は、ワーク映像信号からワーク画像を生成する。

画像比較処理部２１は、記憶部２０から基準ねじ締め画像データを読み出してワーク基準画像を生成する。画像比較処理部２１は、ねじ締め作業前のワーク画像とワーク基準画像との位置合わせを行って重ね合わせて、ねじ締めを行うねじ締め指定箇所を抽出し、前述したようにねじ締め指定箇所を特定の表示色領域１０３で囲み、さらにねじ締め指定箇所を指し示す矢印表示１０４を付加したねじ締めガイド画像データを生成する。

画像比較処理部２１から投影画像処理部３１へねじ締めガイド画像データを出力する。投影画像処理部３１は、ねじ締めガイド画像データから表示色領域１０３と矢印表示１０４を抽出した投影画像データを生成し、プロジェクタ３２に送出する。プロジェクタ３２は、作業台４０に載置されたワーク１００上に、投影画像データに基づき生成されたねじ締めガイド画像を投影する。

図９Ａに示す例では、作業台４０に載置されたワーク１００上には、ねじ締めガイド画像が投影されて、ねじ締めが指定されたねじ締め指定箇所１０１を特定の表示色領域１０３で囲み、さらに、ねじ締め指定箇所１０１を指す矢印表示１０４が表示される。作業者がワーク上で矢印表示１０４及び表示色領域１０３を見て、指定されたねじ１０２をねじ締め指定箇所１０１に差し入れて、電動ドライバ５によりねじ締め作業を行う。

作業者によるねじ締め作業が行われると、撮像部１２に撮像されたワーク画像で、ねじが締結されたねじ締め箇所の画像が変化する。画像比較処理部２１において、この変化した領域の表示色領域１０３を異なる色の表示色領域１０６に切り替える。また、同時に、ドライバ駆動制御部１１から判定部１６へトルク到達信号とパルス値が出力される。判定部１６は、パルス値に対して規定された範囲内であるか否かを判定し、適正なパルス値（又は、ねじ回し数）であれば、適正なねじ締結であると適正判定する。この適正判定により、前述した図４に示すように、ねじ締め箇所Ａの項で、トルク到達信号「ＯＫ」、タイムスタンプの時刻、パルス値「ＯＫ」が表示され、ねじ締結「ＯＫ」でねじ締め完了がモニタ８に表示される。

また、図９Ｂに示すように、画像比較処理部２１は、判定部１６からの適正判定を受けて、表示色領域１０３から表示色領域１０６に切り替えると共に、付随する矢印表示１０４を消去する。一方、判定部１６は、パルス値が規定された範囲外であった場合には、不適正なねじ締めであり、不具合を有するねじ締結であると不適正判定する。画像比較処理部２１は、判定部１６からの不適正判定を受けて、表示色領域１０３から表示色領域１０６ａに切り替えるが、付随する矢印表示１０４を別の色の表示に変えた矢印表示１０５を併せて表示する。また不適正判定が生じたときには、警告部１９で警告を行ってもよい。

以上説明したように、本実施形態のねじ締め装置によれば、前述した第２の実施形態の作用効果に加えて、ねじ締めを指定されたねじ締め指定箇所がワーク１００に投影表示されるため、作業者にねじ締め箇所が分かりやすくガイドされ又、視線をワーク１００からモニタ８へ移して確認する必要が無く、作業の負荷が軽減され且つ作業時間を短縮することができる。さらに、作業者は、ワーク毎にねじ締め指定箇所を覚えたり、モニタ８の表示とワーク１００を見比べて、ねじ締め箇所の確認する動作が不要となるため、熟練性を高めなくとも作業効率を高めることができる。

本発明は、前述した実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…ねじ締め装置、２…支柱、３…アーム部、３ａ…アーム取り付け部、３ｂ…関節部、３ｃ…ドライバ取り付け部、３ｄ，３ｅ…並列アーム、５…電動ドライバ、６…駆動用スイッチ、７…クロスマーク、８…モニタ、９…支持部、１１…ドライバ駆動制御部、１２…撮像部、１３…制御部、１４…撮像画像処理部、１５…位置情報取得部、１６…判定部、１７…画像合成処理部、１８…入力設定部、１９…警告部、２０…記憶部、２１…画像比較処理部、３１…投影画像処理部、３２…プロジェクタ、４０…作業台、１００…ワーク、１０１…ねじ締め指定箇所、１０２…ねじ。

Claims (6)

1. ねじの締結が指定された複数のねじ締め指定箇所を有するワークを撮像する撮像部と、
   前記ねじ締め指定箇所に前記ねじを締結する工具と、
   前記ワークの前記ねじ締め指定箇所のうちで、前記ねじが締結された前記締め指定箇所を含むワーク基準画像を記憶する記憶部と、
   前記撮像部で継続的に撮像されたワーク画像と前記工具の位置に関わる座標情報を設定し、該座標情報が設定された前記ワーク画像と前記ワーク基準画像を合成し、合成した画像の前記ねじ締め指定箇所に目印となる表記を付与したねじ締めガイド画像を生成する画像処理部と、
   前記ねじ締めガイド画像上のねじ締め箇所の座標情報と、ねじ締めを行っている前記工具の座標情報から前記ねじが締結された前記ねじ締め指定箇所を特定し、前記工具からのねじ締めデータによりねじ締め完了を判定する判定部と、
   を具備するねじ締め装置。
2. ねじの締結が指定された複数のねじ締め指定箇所を有するワークを撮像する撮像部と、
   前記ねじ締め指定箇所に前記ねじを締結する工具と、
   前記ワークの前記ねじ締め指定箇所のうちで、前記ねじが締結された前記締め指定箇所を含むワーク基準画像を記憶する記憶部と、
   前記撮像部で継続的に撮像されるワーク画像と前記ワーク基準画像を合成し、合成した画像の前記ねじ締め指定箇所に目印となる表記を付与したねじ締めガイド画像を生成する画像処理部と、
   前記ねじ締めガイド画像上の前記ねじ締め指定箇所において、ねじ締結により生じた画像の変化したねじ締め指定箇所を抽出し表示形態を変化させて告知し、且つ前記工具からのねじ締めデータが予め設定した規定範囲内であればねじ締め完了と判定する判定部と、
   を具備するねじ締め装置。
3. 前記ワーク画像と前記ワーク基準画像と前記ねじ締めガイド画像と、前記ねじ締めデータ及びねじ締め完了の判定結果を選択的に表示する表示部を備える請求項１又は請求項２に記載のねじ締め装置。
4. 前記ねじ締めガイド画像における前記ねじ締め指定箇所及びねじ締め完了の判定結果を前記ワーク上に投影するプロジェクタを備える請求項１又は請求項２に記載のねじ締め装置。
5. 前記画像処理部は、前記撮像部により撮像されたワーク画像より、前記ワークに付された固有な識別番号をから読み取り、
   前記固有な識別番号は前記ねじ締め完了の判定結果と関連づけて、前記記憶部に記憶される、請求項１又は請求項２に記載のねじ締め装置。
6. さらに、前記判定部の判定により、ねじの締結に不具合を有するねじ締め指定箇所が生じた際に、前記不具合を告知する警報部を備える、請求項１又は請求項２に記載のねじ締め装置。