JP4956724B2 - トレーシングシステム - Google Patents

Description

本発明は、作業が確実に行われているか否かを判定して人為的なエラーを防止するためのトレーシングシステムに関する。

人為的に行われている仕分け作業や部品取り出し作業や組み付け作業などの各作業が確実に行われていることを確認するためのシステムとして、ＤＰＳ（Digital Picking System）が知られている。例えば組み付け作業を想定すると、部品を並べた棚に部品毎にランプとボタンが取り付けられ、各ランプ及びボタンはコンピュータに接続されている。コンピュータは、ボタン入力により作業手順情報に基いてランプを順次点灯する。作業者は、ランプが点灯している箇所に配置されている部品を取り出し、ランプと一体になったスイッチを押圧することで、所定の部品が順次組み付けられるように誘導する。

特開２００５−２５５３３４号公報 特開２０００−９７７２２号公報

しかしながら、従来のシステムを用いたとしても、ランプが点灯している箇所に配置されている部品が取り出されているという保証はなく、部品の取り間違いが生じる。また、作業者が複数の部品を纏めて取ってボタンを押すこともある。このように、作業手順に沿って部品を確実に取っているか否かは判定できていない。従来、ビデオカメラで作業者を監視していたが作業者毎にビデオカメラを複数設置する必要があり、実用的でなかった。また、ＧＰＳによる測位データで作業者を監視していたが、屋内ではＧＰＳの電波が受信できないので、屋内作業ではＧＰＳによる測位データを利用することはできない。さらに、無線ＬＡＮなどのビーコンを用いた測位では十分な精度で作業の確実性を確認できなかった。

また、組み付け作業において、部品が適切な位置に取り付けられ、かつ取り付け方法もマニュアルに沿って行われているか否かは、専ら作業者の判断に依存している。よって、ヒューマンエラーが生じうる。つまり、ＤＰＳを採用しても、組み立て作業を監視することはできていなかった。

正常時において常に単一かつ同一の動きをする対象物、例えばロボットに対するトレーシングシステムとして、地磁気センサーを利用したシステムがある。しかし、製造ラインにおいて人為的に行われる組み付け工程では、ロボットと異なり一人の作業者が通常複数の組み付け処理を行う。そのため、ロボットのように単一の動作に対するトレーシングシステムでは、作業者の動作トレーシングには適用できない。

本発明は、このような課題に鑑み、作業者がマニュアルに沿って作業を行っているか否かを確認することができる、トレーシングシステム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、本発明は、地磁気センサー及び加速度センサーを有するセンサー部と、センサー部から出力された地磁気センサー及び加速度センサーの各成分の値に基いて特徴を抽出して特徴量を求める特徴抽出部と、基準となる標準状態における特徴量を標準データとして蓄積する標準データ蓄積部と、特徴量抽出部から出力された出力データと標準データ蓄積部に蓄積されている標準データとを比較する参照部と、を備え、標準データ蓄積部には、センサー部を装着した作業者が作業工程の順に基準となる作業を行うことにより、特徴抽出部が求めた特徴量から基準となる標準データを選定して蓄積されており、参照部は、トレース対象となる作業に応じてセンサー部から出力された地磁気センサー及び加速度センサーの各成分の値に基いて特徴抽出部が求めた特徴量と、標準データ蓄積部に蓄積されている標準データとを比較することを特徴とする。

特に、トレーシングシステムは、携帯測定装置とトレースデータ処理装置とが無線又は有線で接続されて構成され、トレースデータ処理装置が、作業指令情報を管理する生産指令管理装置に接続され、携帯測定装置がセンサー部を有し、トレースデータ処理装置が特徴抽出部、標準データ蓄積部及び参照部を有し、トレースデータ処理装置が、生産指令管理装置からの生産指令データに基いて、一又は複数の組付け作業別に特化した特徴抽出処理と参照処理の順序制御を行う。
よって、複数の作業工程に対応するために、一人の作業者が行う複数の組付け作業別に特化した特徴抽出処理を組付け工程の作業順序に従って行うと共に、各組付け作業別の標準作業データを標準データ蓄積部に蓄積し、特徴抽出部の出力と該作業に対する標準データを比較することができる。

本発明によれば、センサー部から出力されたセンサーデータに基いて特徴抽出部が特徴量を求め、予め正しい作業を行った場合の標準作業データと比較して、作業者による作業が適切であったか否かを判断する。よって、作業者がマニュアル通りに作業をしているか否かの判断を行える。それにより、例えば、正しい部品が正しい箇所に正しく取り付けられているかを確認することができ、部品の取り付け忘れ、間違った部品の取り付け、取り付け位置の間違い、不完全な取り付けなどを判断することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。
第１の実施形態に係る作業トレーシングシステム１は、例えば図１に示すように、携帯測定装置１０とトレースデータ処理装置２０とが無線で接続されて構築されている。携帯測定装置１０は、内蔵のセンサー部１１から地磁気及び加速度に関するデータをトレースデータ処理装置２０に送信し、トレースデータ処理装置２０は、携帯測定装置１０から送信されたセンサーデータを処理し作業トレースの適否を判定する。トレースデータ処理装置２０は、生産指令管理装置３０に接続されている。この生産指令管理装置３０は、ＤＰＳ（Digital Picking System）制御装置４１に接続されており、生産指令管理装置３０とＤＰＳ制御装置４１との間で生産指示データが同期している。

ここで、ＤＰＳ制御装置４１は、例えば部品棚に部品毎に取り付けられるランプ４２及びボタン４３とで、デジタルピッキングシステム４０を構築している。このデジタルピッキングシステム４０は、ＤＰＳ制御装置４１がランプ４２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、ボタン４３の入力を受ける。ボタン４３は、例えば次のステップに移れることをＤＰＳ制御装置４１に入力するために供される。即ち、点灯しているボタン４３に対応して配置されている部品を作業者が取り出す前後でボタン４３が押圧される。
生産指令管理装置３０は、作業指令情報、即ち作業工程や各工程の内容に関する情報を管理し、ＤＰＳ制御装置４１を経由してランプ４２の点灯／消灯の指令などを行う。図示を省略するが、その際、各ランプ４２の傍らに作業内容を示した表示部やメニューボードが配置され、作業者に対して行うべき作業内容を示している。

携帯測定装置１０は、センサー部１１とデータ処理部１２と送信部１３とを備える。センサー部１１は地磁気センサー１１ａと加速度センサー１１ｂとを有している。地磁気センサー１１ａは、地磁気を検知してデータ処理部１２に随時出力する。加速度センサー１１ｂは、加速度を検知してデータ処理部１２に随時出力する。地磁気センサー１１ａ及び加速度センサー１１ｂは何れも三軸センサーであることが好ましく、この場合には各センサーデータはｘ成分、ｙ成分及びｚ成分からなる。データ処理部１２は、地磁気センサー１１ａ及び加速度センサー１１ｂからのデータを同一のタイミングでサンプリングして送信部１３に出力する。送信部１３は、データ処理部１２からサンプリングデータの入力を受けると、携帯測定装置１０のＩＤ番号を添えてセンサー情報として随時送信する。
この携帯測定装置１０は、腕時計タイプで腕に取り付けられたり、若しくは腕章内に取り付けられる。

トレースデータ処理装置２０は、受信部２１と特徴抽出部２２と標準データ蓄積部２３と参照部２４と判定部２５と照合結果蓄積部２６と警告発生部２７と標準データ書込処理部２８と作業指令受信処理部２９とを備える。以下、各部の機能を説明する。

受信部２１は、携帯測定装置１０から無線受信機５を経由してセンサー情報を受信する。なお、携帯測定装置１０から直接受信部２１がセンサー情報を受信しても構わない。
特徴抽出部２２は、地磁気センサー１１ａ及び加速度センサー１１ｂで得たセンサーデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める。具体的には、特徴抽出部２２は、受信部２１で受信したセンサー情報に含まれるセンサーデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める。
標準データ蓄積部２３は、基準となる標準状態における特徴量を標準データとして蓄積する。具体的には、作業者が携帯測定装置１０を装着した状態で、作業工程別の各工程に基準となる動作を行う。すると、携帯測定装置１０から地磁気センサー１１ａ及び加速度センサー１１ｂのセンサーデータをセンサー情報として受信部２１が受信し、このセンサー情報に含まれるセンサーデータに基いて特徴抽出部２２が特徴を抽出して特徴量を求める。この処理を同一の作業について行い、複数の特徴量を得る。そして、標準データ書込処理部２８が、これらの複数の特徴量から基準となる標準データを選定したり、複数の特徴量を平均化処理して標準データを求め、標準データ蓄積部２３に書き込ませる。この標準データの選定、平均化処理及び書込処理は人為的な確認処理を経て行ってもよい。なお、標準データ蓄積部２３には、作業毎に標準データが蓄積される。
参照部２４は、検査対象となる動作を作業者が行った際に特徴抽出部２２から出力される出力データと、標準データ蓄積部２３に蓄積されている標準データとを比較し、判定部２５に比較結果を出力する。
判定部２５は、参照部２４から比較結果の入力を受け、作業者による作業の的確性を判定する。
照合結果蓄積部２６は、判定部２５の判定結果を蓄積する。
警告発生部２７は、判定部２５からＮＧの判定を受けると、ブザーやパトライトをＯＮして作業者に告知する。
作業指令受信処理部２９は、生産指令管理装置３０からの作業指令を受信する。この作業指令により、標準データ蓄積部２３に蓄積されている標準データのうち、どの標準データを用いて参照部２４が特徴抽出部２２からの出力データと比較するかを選択することができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るトレーシングシステム２のブロック構成図である。
図２に示すトレーシングシステム２は、携帯測定装置５０とトレースデータ処理装置６０とが無線で接続され、トレースデータ処理装置６０が生産指令管理装置３０に接続され、この生産指令管理装置３０がＤＰＳ制御装置４１に接続されている点で第１の実施形態と同じであるが、図１に示す特徴抽出部２２、標準データ蓄積部２３、参照部２４、判定部２５及び標準データ書込処理部２８がトレースデータ処理装置側ではなく、携帯測定装置５０に設けている点で第１の実施形態とは異なる。即ち、携帯測定装置５０は、地磁気センサー５１ａ及び加速度センサー５１ｂを有するセンサー部５１とデータ処理部５２と特徴抽出部５３と標準データ蓄積部５４と参照部５５と判定部５６と標準データ書込処理部５７と出力部５８とを備えている。第１の実施形態における送信部１３は出力部５８に相当し、無線受信機５を経由してトレースデータ処理装置６０に無線で送信することもできるし、必要に応じてメモリ部（図示せず）に判定部５６の結果を蓄積して、有線で外部にその結果を出力することもできる。
さらに、図示を省略するが、生産指令管理装置３０内に、トレースデータ処理装置６０を内蔵し、直接生産管理システムと無線で送受信することもできる。

（動作トレース確認処理）
第１、第２の実施形態におけるトレーシングシステム１，２による動作トレース確認処理について説明する。なお、第１の実施形態と第２の実施形態とにおける基本的な動作トレース確認処理は同じであるので、以下の説明では、第１の実施形態の場合を想定する。

作業指令受信処理部２９は作業者がこれから行う作業内容に関する指令を受信し、受信した指令を参照部２４に出力する。これにより、参照部２４は特徴抽出部２２から出力された出力データと対比する標準データを標準データ蓄積部２３から入手する。一方、作業者は作業内容に応じて作業を行うことで、作業者に装着された携帯測定装置１０から無線受信機５を経由してセンサーデータが送信される。すると、受信部２１は無線受信機５を経由して携帯測定装置１０からセンサーデータを受信して、特徴抽出部２２に出力する。特徴抽出部２２は特徴量を抽出し参照部２４に出力する。参照部２４は、特徴抽出部２２で抽出した特徴量と標準データ蓄積部２３に蓄積されている標準データとを比較し比較結果を判定部２５に出力する。判定部２５は参照部２４での比較結果に応じて作業者の動作が正常であるか否かを判定する。判定が肯定的否定的に拘らずその結果を照合結果蓄積部２６に格納する。判定が否定的の場合に限り、警告発生部２７から警告を発する。

さらに、具体的に説明する。
トレースデータ処理装置２０は、随時地磁気センサー１１ａ及び加速度センサー１１ｂからの出力データを受信する。よって、トレースデータ処理装置２０は、各センサー１１ａ及び１１ｂからの出力データ列をモニターすることで、作業者の軌跡を判断する。

ＤＰＳ制御装置４１から作業者に対する作業指令が同じであれば、地磁気センサーからの出力データ列は毎回同じとなる。これは、作業者によって同じ作業を行っても腕の動かし方に癖があったり、作業者が習慣で身についた楽な姿勢を維持するためである。そこで、特徴抽出部２２は、携帯測定装置１０から随時送られてくるセンサーの出力値をバッファーに蓄積しておき、例えば次のようなデータ処理を行う。
先ず、バッファーに蓄積されたセンサーの出力データ列から作業の一工程を区切る。
そして、作業内容に応じて指定された特徴を抽出して特徴量を求める。その際、周期毎に微分処理、積分処理若、差分処理若しくは平均化処理など特徴を抽出するために、作業内容に応じたデータ処理がなされてもよい。

その際、地磁気センサー１１ａ、加速度センサー１１ｂの出力データのうちどの成分を使用するかは、作業内容に応じて決定される。例えば、作業の大まかな動きの検出や螺子止めなどの検出では地磁気センサー１１ａの出力データを使用し、嵌め込みの動作の検出では加速度センサー１１ｂの出力データを使用し、棚からの部品取り出しの検出では、加速度センサー１１ｂの出力データを使用する。その際、ＤＰＳのボタン４３の押圧と連動しているか否かという観点から検出内容に応じて判断してもよい。

参照部２４は、特徴抽出部２２で抽出した特徴量と、標準データ蓄積部２３からの標準データとを突き合せて、同一か否か又は類似しているか否かを判断する。
ここで、標準データ蓄積部２３からの標準データは、作業指令受信処理部２９からの指令に応じて抽出したデータであり、このデータは、予め同じ作業を正しく行って地磁気センサー１１ａ及び加速度センサー１１ｂからのデータを同様の処理を経て、標準データとして標準データ蓄積部２３に蓄積したものである。
よって、参照部２４は、特徴抽出部２２から入力された特徴量のデータを標準データと比較し、比較結果を判定部２５に出力する。ここで、比較結果は、標準データとの類似性を数値化して示すことができる。その際、波形の傾き、山や谷の数などを基準に判断する。

次に、判定部２５は、参照部２４からの比較結果に応じて許容範囲にあるか否かを判定する。よって判定部２５は作業内容に応じて許容範囲にあるか否かの判定テーブルを備えており、その判定テーブルに従って肯定的な判定、否定的な判定の何れかを出力する。

図３は、特徴抽出部２２に入力されて処理されたデータ列についての波形を示す図である。この例は、作業者がインパクトレンチを回している場合の出力波形である。横軸は時間軸である。縦軸はセンサーデータを処理した値であって、Ｍａｇ.ＹａｖｇとＭａｇ.Ｚａｖｇは地磁気センサーのｙ成分、ｚ成分をそれぞれ平均化処理した結果データであり、Ａｃｃ.Ｘ ｄｉｆとＡｃｃ.Ｙ ｄｉｆとＡｃｃ.Ｚ ｄｉｆは加速度センサーのｘ，ｙ，ｚ成分をそれぞれ差分処理した結果データである。
ここで、加速度センサー１１ｂの波形は平均化処理を行った結果であり、データ列ｆ（ｔ）から、
f(i)＝｛ｆ（ｉ−２）＋ｆ（ｉ−１）＋ｆ（ｉ）＋ｆ（ｉ＋１）＋ｆ（ｉ＋２）｝／５
として求めたものである。但し、ｔは自然数であり、ｉは３以上の自然数である。この移動平均処理とは、大きな周期の変動に変動周期の短い雑音のような信号が重なっており、そのような信号を削除するために行われる処理である。
図示した例では、加速度センサー１１ｂのｙ成分の微分値はＴａ〜Ｔｅの間だけ大きく振動しており、それ以外ではあまり変動していない。よって、加速度センサー１１ｂのｙ成分の変動区間が、インパクトレンチを回している時間に相当する。よって、Ｔａ〜Ｔｅの時間が基準となる閾値より小さい場合には、十分締め付け作業がなされていないと判断することができる。
なお、第２の実施形態でも同様な動作トレース確認処理を行うことができる。

（第３の実施形態）
図４は第３の実施形態に係る作業トレーシングシステムの構成図である。
第３の実施形態では図１に示す第１の実施形態と比べ、携帯測定装置１１０がセンサー部１１１において地磁気センサーを搭載していないでジャイロセンサーなどの角度センサー１１１ａと加速度センサー１１ｂを搭載し、データ処理部１１２が角度データと加速度データをセンサー部１１１から随時受けると、センサー部１１１がそれらのセンサーデータを送信部１１３に送り、送信部１１３が無線受信機５に転送する点で異なる。その他の処理は第１の実施形態と同様である。

地磁気センサーを用いないでジャイロセンサーなどの角度センサー１１１ａを用いる点のメリットについて説明する。図５は第３の実施形態の利点を説明するための第１の説明図であり、図６は第３の実施形態の利点を説明するための第２の説明図である。作業者Ｐの腕には図５に示すように携帯測定装置１１０が装着されていて、この携帯測定装置１１０にＸＹＺの各軸が設定され、角度センサー１１１ａにより各軸の角度が即座に求められる。図５に示すように、ＸＹＺの各軸の回転に相当するロール角、ピッチ角、ヨー角が求められる。作業者が自分の腕をどのように動かして作業をしたかについて、角度センサー１１１ａ上に設定されている、すなわち作業者上に設定されているＸＹＺの３軸の回転角でこの作業者の作業を追跡することができる。よって、作業者が図６において矢印Ａで示すように手首をひねったり、矢印Ｂで示すように腰をひねったり、立つ位置が異なっても、回転した軸だけしか値が変わらない。そのため、特徴抽出部２２、参照部２４、判定部２５にそれぞれ格納されるプログラムが単純化できる。よって、トータル的にＯＫ−ＮＧの判定プログラムが簡略化する。それにより、作業トレーシングのＯＫ、ＮＧの判定が即座に出力でき、警告発生部２７が即座にエラー出力することができる。

一方、第１及び第２の実施形態では、地磁気センサーを用いているため、図１に示すシステム構成図ではセンサー部１１、データ処理部１２及び特徴抽出部２２の何れか又は組合せにおいて作業者Ｐ上に設定したＸＹＺ軸の回転角に変換し、その変換した各値に基いて特徴を求めることも考えられる。ところが、地磁気は図７において点線の矢印で示すように地面に対して水平ではなく、実線の矢印で示すように地面から斜めに傾斜している。よって、作業者Ｐが手首をひねったり、腰のひねり立つ位置が異なると、作業者Ｐ上に設けた直交座標軸すなわちＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の回転の各変化を地磁気センサー１１ａの方位データから求めることになる。この場合、地磁気センサー１１ａの各値がこのような作業者の作業に伴い各軸の値が変化する。そのため、特徴抽出部２２、参照部２４、判定部２５にそれぞれ格納されるプログラムが複雑化する。また、第１の実施形態のように地磁気センサー１１ａの測定データから逐一変換する必要もなくなる。以上のことから、第１の実施形態より第３の実施形態の方が作業トレーシングの判定が容易になる。

以上のように、第３の実施形態では、センサー部が角度センサーと加速度センサーとを備え、センサー部により作業者のヨー、ロール、ピッチを求め、それらの値から特徴を特徴抽出部が特徴を抽出する。作業者の基本的な動きがヨー、ロール、ピッチで求められるからである。よって、作業が確実に行われているかをトレースすることができる。すなわち、特徴抽出部２２によりセンサーデータに基いて特徴が抽出され、参照部２４により特徴抽出部２３からの出力データと標準データとを比較を行い、判定部２５により作業者による作業が適切であったか否かを判断する。従って、作業者がマニュアル通りに作業をしているか否かの判断を行える。例えば組み付け作業においては、所定の部品を所定の場所から取り出して、所定の箇所に取り付けたか否かが判断できる。そのため、今まで行ってきた確認作業を低減することができ、作業の確実性、それによる品質保証を向上させることができる。

なお、第２の実施形態において図２に示す地磁気センサー５１ａをジャイロセンサーなどの角度センサーに置き換えてもよい。

第１の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。 第２の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。 特徴抽出部に入力されて処理されたデータ列についての波形を示す図である。 第３の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。 第３の実施形態の利点を説明するための第１の説明図である。 第３の実施形態の利点を説明するための第２の説明図である。 地磁気がどのように作用するかを示す模式図である。

符号の説明

１，２ トレーシングシステム
５ 無線受信機
１０，５０，１１０ 携帯測定装置
１１，５１，１１１ センサー部
１１ａ，５１ａ 地磁気センサー
１１ｂ，５１ｂ，１１１ｂ 加速度センサー
１２，５２，１１２ データ処理部
１３，１１３ 送信部
２０，６０ トレースデータ処理装置
２１，６１ 受信部
２２，５３ 特徴抽出部
２３，５４ 標準データ蓄積部
２４，５５ 参照部
２５，５６ 判定部
２６，６２ 照合結果蓄積部
２７，６３ 警告発生部
２８，５７ 標準データ書込処理部
２９，６４ 作業指令受信処理部
３０ 生産指令管理装置
４０ デジタルピッキングシステム
４１ ＤＰＳ制御装置
４２ ランプ
４３ ボタン
５８ 出力部

Claims (2)

1. 地磁気センサー及び加速度センサーを有するセンサー部と、該センサー部から出力された上記地磁気センサー及び上記加速度センサーの各成分の値に基いて特徴を抽出して特徴量を求める特徴抽出部と、基準となる標準状態における特徴量を標準データとして蓄積する標準データ蓄積部と、上記特徴量抽出部から出力された出力データと上記標準データ蓄積部に蓄積されている標準データとを比較する参照部と、を備え、
   上記標準データ蓄積部には、上記センサー部を装着した作業者が作業工程の順に基準となる作業を行うことにより、上記特徴抽出部が求めた特徴量から基準となる標準データを選定して蓄積されており、
   上記参照部は、トレース対象となる作業に応じて上記センサー部から出力された上記地磁気センサー及び上記加速度センサーの各成分の値に基いて上記特徴抽出部が求めた特徴量と、上記標準データ蓄積部に蓄積されている標準データとを比較する、トレーシングシステム。
2. 携帯測定装置とトレースデータ処理装置とが無線又は有線で接続されて構成され、上記トレースデータ処理装置が、作業指令情報を管理する生産指令管理装置に接続され、
   上記携帯測定装置が前記センサー部を有し、
   上記トレースデータ処理装置が前記特徴抽出部、前記標準データ蓄積部及び前記参照部を有し、
   上記トレースデータ処理装置が、上記生産指令管理装置からの生産指令データに基いて、一又は複数の組付け作業別に特化した特徴抽出処理と参照処理の順序制御を行う、請求項１に記載のトレーシングシステム。

Images