JP6602524B2 - 誘電体含有物内部に取り付けられたｒｆｉｄ装置を有する生産工具 - Google Patents

Description

大規模な民間航空機を製造する工場は、とても広い領域に分散された多くの精度の高い工具を含むことがある。最も大きな工場の床面積は、約数百万平方フィートである。

これらの工場における携帯用工具の場所を追跡し続けるのは、困難な作業である。ＲＦＩＤタグを工具に内蔵することもできるが、内蔵タグの範囲は限られる。

本発明の開示の一態様によれば、誘電体含有物、及び誘電体含有物内に取り付けられたＲＦＩＤ装置を有する携帯用生産工具を含む装置が提供される。

有利には、工具は固体部分を有し、誘電体含有物は完全に固体部分の内部にある。好ましくは、固体部分は工具の柄のパーツとする。好ましくは、誘電体含有物は空気を含む。好ましくは、誘電体含有物は単一の誘電率を有する。好ましくは、ＲＦＩＤ装置は、誘電体含有物を画定する壁における固体部分に装着される。好ましくは、誘電含有物は、ＲＦＩＤ装置と誘電体含有物を画定する他の壁との間の空間を満たす。好ましくは、誘電体含有物は、工具部分に不連続部を形成し、それにより工具への入射電磁波が強め合う干渉を受ける入射波及び反射波を形成する。有利には、ＲＦＩＤ装置は、直線偏波アンテナを含む。

本発明の開示のさらなる態様によれば、誘電体含有物を画定する内壁を有する固体部分、及び内壁の一つに装着された、誘電体含有物内部のＲＦＩＤ装置を含む携帯用生産工具が提供される。誘電体含有物は、工具への入射電磁波が強め合う干渉を受ける入射波及び反射波を形成するように構成される。

有利には、固体部分は、工具の柄のパーツとする。有利には、誘電体含有物は、空気を含む。有利には、誘電体含有物は、単一の誘電率を有する。有利には、ＲＦＩＤ装置は、誘電体含有物を画定する壁で固体部分に装着され、誘電含有物は、ＲＦＩＤ装置と誘電体含有物を画定する他の壁との間の空間を満たす。

本発明の開示のさらなる態様によれば、工場内部の様々な場所に複数の携帯用生産工具を含む工場が提供される。各工具は、誘電体含有物、及び誘電体含有物内部にＲＦＩＤ装置を有する。各ＲＦＩＤ装置は、それの対応する工具についての情報を記憶する。工場は、工場周囲に分散された複数のＲＦＩＤ読取り装置、及び読取り装置に応じた、工場内部で工具の場所を追跡するための処理システムをさらに備える。

有利には、処理システムは、また、工具が指定されたジョブで使用されていることを確実にする。有利には、処理システムは、また、工具が組立品に過って放置されないことを確実にする。有利には、処理システムは、また、工具が調整されることを確実にする。有利には、工場は、航空機工場である。

これらの特徴、及び機能は、種々の実施形態において単独で達成することができるか、または他の実施形態において組み合わせることができる。実施形態のさらなる詳細は、下記の説明及び図面を参照することによって理解することができる。

誘電体含有物及び誘電体含有物に取り付けられたＲＦＩＤ装置を有する携帯用生産工具の図である。 ＲＦＩＤ装置の例を示す図である。 携帯用工具及びＲＦＩＤ読取り装置の図である。 誘電体含有物に取り付けられたＲＦＩＤ装置を有する第一の工具本体の図である。 誘電体含有物に取り付けられたＲＦＩＤ装置を有する第二の工具本体の図である。 誘電体含有物に取り付けられたＲＦＩＤ装置を有する第三の工具本体の図である。 タグが付けられた複数の生産工具を含む工場の図である。

図１を参照するが、図１は、誘電体含有物１１２、及び誘電体含有物１１２に取り付けられた無線自動識別（ＲＦＩＤ）装置を有する携帯用生産工具１１０を示す。生産工具１１０は、とりわけ何かには限定されない。工具１１０の例としては、限定されないが、ねじ回し、レンチ、及び携帯用自動送り工具などの手動工具、並びに研磨機、のこぎり、及び旋盤などの専門工具を含む。

誘電体含有物１１２を有する工具１１０の部分１１４は、非導電材料から作られる。部分１１４は、たとえば、工具１１０の柄、工具保持具、工具ケース、又は工具カバーのパーツとすることができる。

誘電体含有物１１２は、工具部分１１４の内壁１１６により画定される空洞を含む。ＲＦＩＤ装置１２０は、壁１１６の一つに取り付けられる。他の壁１１６とＲＦＩＤ装置１２０との間には、空間が存在する。空間は、誘電体含有物で満たされる。誘電体含有物１１２の形状は、工具１１０の外形に従うことを除き、とりわけ何かに限定されない。誘電体含有物１１２の形状の例としては、限定されないが、直方体（箱形状）、直円柱、環状空洞、及びＣ型形状を含むことができる。

工具部分１１４を作るために使用される材料の電気特性（誘電率）は、誘電含有物のそれとは異なる。工具部分１１４の誘電率は、誘電体含有物１１２のそれより高くても低くてもよい。いくつかの実施形態では、誘電体含有物の誘電率は単一であり、これによりエアボックスが構成される。

誘電体含有物１１２は、工具部分１１４に不連続部を形成する。この不連続部により、（問い合わせ中のＲＦＩＤ読取り装置、又は送信中のＲＦＩＤ装置１２０から）工具１１０への入射電磁波は、反射を受ける。誘電体含有物１１２の大きさ、形状、場所及び誘電率、並びに工具部分１１４の大きさ、形状及び誘電率次第で、入射波及び反射波は、強め合う干渉を受ける。強め合う干渉は、工具内部の特定の場所で電磁場強度を高める。

図２を参照するが、図２は、ＲＦＩＤ装置１２０の例を示す。図２のＲＦＩＤ装置１２０は、プロセッサ２１０、機械可読メモリ２２０、トランシーバー２３０、及びアンテナ２４０を含む。アンテナ２４０は、直線偏波される。いくつかの実施形態では、ＲＦＩＤ装置１２０は、電力をバッテリー又は他の内部電源により作動させた状態で提供される。他の実施形態では、電力が獲得される（ｈａｒｖｅｓｔｅｄ）、若しくは電力が工具１１０又は他の外部電源により供給される。

工具情報２２２は、メモリ２２０に記憶される。工具情報２２２は、たとえば、番号（たとえば、パーツ番号、シリアル番号など）により工具１１０を識別することができる。情報２２２は、工具１１０により実行される生産ジョブを識別することができる。生産ジョブは、たとえば、アセンブリ手順番号により識別される。情報２２２は、重量、精密さ、ハンマリング力などの工具特性を識別することができる。

さらに図３を参照するが、図３は、ＲＦＩＤ読取り装置３１０の通信範囲内での工具１１０を示す。読取り装置３１０は、円偏波ＲＦＩＤ読取り装置アンテナ３２０を含むことができる。円偏波アンテナにより放射された電磁波の電磁場は、時間の関数として回転する。ＲＦＩＤ装置１２０の直線偏波アンテナ２４０は、ＲＦＩＤ装置１２０の方向づけに関わらず、ＲＦＩＤ読取り装置３１０の円偏波アンテナにより読み込むことができる。

ＲＦＩＤ読取り装置３１０により問い合わせされると、ＲＦＩＤ装置１２０は、工具情報２２２を読取り装置３１０に伝達する。いくつかの実施形態では、通信は双方向とすることができ、これによりＲＦＩＤ読取り装置３１０は、ＲＦＩＤ装置１２０にもデータを送ることができる。

ＲＦＩＤ装置１２０を工具部分１１４内部に配置することにより、ある利益がもたらされる。工具の外側表面に取り付けられたＲＦＩＤ装置が工具動作の妨げとなりうるのに対し、ＲＦＩＤ装置１２０は、工具動作の妨げにはならない。さらに、ＲＦＩＤ装置１２０は、環境的な影響及び取り扱いによる消耗から保護される。また、改ざんからも保護される。さらに、ＲＦＩＤ装置１２０は、工具１１０から離れ落ち、なくなることもないだろう。

誘電体含有物１１２内部にＲＦＩＤ装置１２０を配置することにより、重要な利益がもたらされる。ここで、ＲＦＩＤ読取り装置３１０のアンテナ及びＲＦＩＤ装置１２０のアンテナを二端子対回路の二端子と考える。Ｓ２１は、二つのアンテナ間の結合の大きさである。出願人は試験を行い、工具１１０のエアボックス（一種の誘電体含有物１１２）内部のＲＦＩＤ装置１２０の結合Ｓ２１が、単に工具に内蔵されたＲＦＩＤ装置の結合Ｓ２１よりも実質的に高いということに気づいた。

誘電体含有物１１２内部にＲＦＩＤ装置１２０を配置することにより、ＲＦＩＤ装置１２０の通信範囲が実質的に延長される。その結果、ＲＦＩＤ装置１２０とＲＦＩＤ読取り装置３１０との間の通信は、より遠距離にわたって実行可能になる。範囲が延長されると、工具追跡がより実行しやすくなるので、大規模な床面積及び多くの携帯用工具を有する工場にとっては特に有利である。多数のＲＦＩＤ装置１２０と通信するのに必要なＲＦＩＤ読取り装置３１０の数はわずかでいい。

ここで図４を参照するが、図４は、円筒形状を有する工具本体４１０を含む工具１１０を示す。いくつかの実施形態では、工具本体４１０は、工具の柄とすることができる。工具本体４１０は、固体部分４１２及び誘電体含有物４１４を有する。誘電体含有物４１４はいかなる特定形状にも限定されないが、直角プリズム形状を有してもよい。ＲＦＩＤ装置１２０は、誘電体含有物４１４を画定する内壁に装着され、軸方向に延びる。ＲＦＩＤ装置１２０は、接着剤又は留め金具を使用して、表面に装着されてもよい。誘電体含有物４１４は、固体部分４１２の材料より低い誘電率を有する誘電体媒体を含んでもよい。第一の例として、固体部分４１２は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からつくられ、誘電含有物は、空気とすることができる。第二の例として、誘電含有物は、自然に又は熱処理で凝固する液状物質とすることができる。凝固した液体は、誘電体含有物４１４内部にＲＦＩＤ装置１２０を固定するのに役立つ。

誘電体含有物４１４は、長さ（図示せず）、幅（ｗ）及び厚さ（ｔ）を有する。誘電体含有物４１４は、工具本体４１０の表面から距離（ｄ）の場所に位置付けられる。強め合う干渉のため電磁場が強化されるように、誘電体含有物４１４の表面への距離（ｄ）及び厚さ（ｔ）が選択される。空気の誘電体含有物、及びＰＴＦＥからつくられ直径３２ｍｍの円筒形状の工具本体４１０について、ｔが９ｍｍに等しいときには、ｄが６ｍｍを超える場合に電磁場強化が起こる、ということが出願人により観察された。もしｔを４ｍｍまで減少させれば、ｄが５ｍｍを超える場合に、電磁場強化が起こる。ｔが増加するにつれ、電磁場強化を実現するｄの最小値も増加することが分かる。ｔ及びｄの他の組み合わせも、結果として電磁場強化をもたらしうる。電磁場の解析及び測定は、これらの組み合わせを識別するために使用される。

図５は、工具１１０の別の例を示す。図５の工具１１０は、直角プリズム形状の工具本体５１０、さらに直角プリズム形状の誘電体含有物５１４を含む。ＲＦＩＤ装置１２０は、工具本体５１０の内壁に取り付けられ、軸方向に延びる。ＰＴＦＥからつくられ、３２ｍｍ×３２ｍｍの断面かつｔ＝９ｍｍを有する工具本体５１０について考える。出願人により、ｄ＞６ｍｍの場合には、電磁場強化が観察された。ｔを７ｍｍまで減少させると、ｄ＞５ｍｍの場合に電磁場強化が観察された。さらに、ｔを５ｍｍまで減少させると、５ｍｍ＜ｄ＜１１ｍｍの範囲で電磁場強化が観察された。ｔの値を４ｍｍまで減少させると、３ｍｍ＜ｄ＜８ｍｍの場合に電磁場強化が起こった。ここではまた、出願人により、ｄの特定の値を越えた電磁場強化が観察された。

図６は、工具１１０の別の例を示す。図６の工具１１０は、平面形状を有する本体６１０、及び工具本体６１０の平面に沿って延びる誘電体含有物６１２を含む。ＲＦＩＤ装置１２０は、誘電体含有物６１２の表面に接着接合される。工具１１０の断面形状のアスペクト比における変更のため、ｔが任意の値の場合、ｄの値がある深さ未満であれば、電磁場強化が観察される。たとえば、ｔ＝９ｍｍかつｄ＜８ｍｍの場合に、電磁場強化が観察される。ｔ＝４ｍｍの場合には、電磁場強化が起こるｄの最大値も５ｍｍまで減少する。

構造的に、図５及び図６の例はよく似ており、アスペクト比が異なるだけである。しかしながら、電気性能は大変異なる。

ここで図７を参照するが、図７は、複合システムを生産する工場７１０を示す。工場７１０は、工場７１０内部の様々な場所に多数の生産工具を含む。生産工具は、原材料からつくられた部品、組立パーツ及び組立品を大規模な組立品などへ製造するために使用される。民間航空機を生産する工場７１０は、数百万平方フィートにわたって分散される多くの精度の高い工具を含むことができる。

生産工具は、工場７１０の場所に固定された工具（たとえば、フライス盤）を含むことができる。また、生産工具は、携帯用工具７２０を含むことができ、工場７１０内部の場所から場所へ移動される。少なくともいくつかの携帯用生産工具７２０は、ここで述べられるように、誘電体含有物及び誘電体含有物内部にＲＦＩＤ装置を有する。ＲＦＩＤ装置は、それらの工具（たとえば、工具識別番号、工具特性、ジョブ識別子）についての情報を記憶し、伝達することができる。

工場７１０は、施設周囲に分散された複数のＲＦＩＤ読取り装置７３０をさらに含む。各ＲＦＩＤ読取り装置７３０は、ＲＦＩＤ装置に問い合わせるようプログラムされる。ここでのＲＦＩＤ装置の範囲が延長された結果、わずかな数の読取り装置７３０が工場７１０周囲に分散されることになるが、なおもすべてのＲＦＩＤ装置と通信可能である。さらに、ＲＦＩＤ読取り装置７３０は、ドックドア、ワークステーション、工具庫などのように選択された場所に配置することができる。

ＲＦＩＤ読取り装置７３０により検出された情報は、処理システム７４０に送信される。処理システム７４０は、携帯用工具７２０の場所を追跡し、携帯用工具７２０が正しいジョブで使用されていることを確実にする。その結果、処理システム７４０により、工具が過って組立品の中に放置されるのを防止することができる。また、処理システム７４０により、工具が工場から持ち去られるのを防止することができ、工具の在庫管理が可能になる。

また、処理システム７４０は、工具が正しく調整されること確実にすることができる。たとえば、ＲＦＩＤタグは、実験器具により、調整の最終日を示すことができる。処理システム７４０は、いつ携帯用工具７２０が再調整されるべきかを決定するための情報を使用することができる。

ＲＦＩＤ読取り装置７３０により検出された情報は、処理システム７４０に送信される。処理システム７４０は、読取り装置７３０とインターフェースで接続するソフトウェアミドルウェアを使用してＲＦＩＤ読取り装置７３０から送信される固有のＩＤ信号を収集する。この検出は、リアルタイムで継続的に実行される。処理システム７４０は、固有のＩＤ情報をアセット名に一致させ、このデータをエンタープライズリソースプラニング（ＥＲＰ）データベースのような他の統合プロセッサに送信することができる。

処理システム７４０は、携帯用工具７２０の場所を追跡し、携帯用工具７２０が正しいジョブで使用されていることを検証するために、この情報を製造実行システム内部の電子作業指示書に送信する。結果として、処理システム７４０は、間違った工具がジョブで使用されるのを防止するための重要情報を提供することができ、ツールが過って組立品に放置されないように、工具の固有ＩＤから工具の利用を促進するジョブＩＤまでの追跡可能性を確立する。また、処理システム７４０は、工具ＩＤを機械工バッジＩＤとリンクさせることにより、工具が工場から持ち去られるのを防止することができ、工具の在庫管理を可能にする。

また、処理システム７４０は、工具が正しく調整されるのを確実にすることができる。たとえば、ＲＦＩＤ装置は、実験器具により調整の最終日を示す。処理システム７４０は、いつ携帯用工具７２０が再調整されるべきかを決定するための情報を使用することができる。処理システム７４０は、調整された工具の固有ＩＤを計測システムデータベースに送信する。このデータベースは、工具調整有効期限の参照を続ける。調整された工具が有効期限に近づくと、工具を調整認証研究室に戻すために、電子警報通知が工具の管理責任者に送信される。管理責任者がこのメッセージに従うことを忘れ、ツールが過って生産工程で使用されると、ＲＦＩＤ装置は、監査工程を促進し誤りを正すために、処理システム及びその関連作業指示システムから追跡される。

１１０ 携帯用生産工具／工具
１１２ 誘電体含有物
１１４ 工具部分
１１６ 壁
１２０ ＲＦＩＤ装置
２４０ 直線偏波アンテナ
４１２ 固体部分
７１０ 工場
７２０ 携帯用工具
７３０ ＲＦＩＤ読取り装置
７４０ 処理システム

Claims (6)

1. 固体部分、
   誘電体含有物、及び
   誘電体含有物内部に取り付けられたＲＦＩＤ装置を備え、
   誘電体含有物は完全に固体部分の空洞内部にあり、
   誘電体含有物は、自然に又は熱処理で凝固する液体物質であり、
   空洞は、液体物質で満たされており、
   ＲＦＩＤ装置は、凝固した液体物質により、誘電体含有物内部に固定され、
   誘電体含有物と固体部分との間に、誘電率が不連続に変化する面が形成され、それにより携帯用生産工具への入射電磁波が強め合う干渉を受ける入射波及び反射波を形成する、
   携帯用生産工具。
2. 固体部分は携帯用生産工具の柄のパーツである、請求項１に記載の携帯用生産工具。
3. ＲＦＩＤ装置は、直線偏波アンテナを含む、請求項１または２に記載の携帯用生産工具。
4. 工場内部の様々な場所における複数の請求項１〜３のいずれか一項に記載の携帯用生産工具であって、各携帯用生産工具のＲＦＩＤ装置は、それの対応する携帯用生産工具についての情報を記憶する、複数の携帯用生産工具、
   工場周囲に分散された複数のＲＦＩＤ読取り装置、及び
   ＲＦＩＤ読取り装置に応じた、工場内部で携帯用生産工具の場所を追跡するための処理装置を備える工場。
5. 処理装置は、また、携帯用生産工具が指定されたジョブで使用されていること、携帯用生産工具がアセンブリに過って放置されないこと、及び携帯用生産工具が調整されることを確実にする、請求項４に記載の工場。
6. 工場は航空機工場である、請求項４または５に記載の工場。

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