JP7533934B2 - 作業管理装置、作業管理システム、及び作業管理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、締付工具による締付作業を管理する作業管理装置、作業管理システム、及び作業管理プログラムに関するものである。

従来のトルクレンチとしては、例えば締付トルクが設定トルクに達した際にトグルが作動するように構成されたものがある（特許文献１）。

このようなトルクレンチを用いる場合、トグルが作動しても作業者は瞬時には力を緩めることができないので、熟練度の低い作業者では、力を緩めるのが遅くなり、締付トルクが設定トルクを上回りオーバートルクが生じることがある。

しかしながら、上述した事例のように人手による作業には作業者の熟練度に応じて仕上がりに差が生じるものの、これまでの作業現場では、１つ１つの締付作業の良否を判定することはあれど、作業全体のトレーサビリティを十分に確立したものはなく、例えば作業全体の正確性や作業者の上手下手などを客観的に知ることは難しかった。

特開２００５－１１８９５５号公報

そこで本願発明は、作業全体のトレーサビリティの確立を図り、作業全体の正確性や作業者の上手下手などを客観的に知ることができるようにすることを課題とするものである。

すなわち、本願発明に係る作業管理装置は、締付工具による締付作業を管理するものであって、前記締付工具の締付トルク又は締付回転角を時系列的に取得する作業データ取得部と、前記作業データ取得部が取得した締付トルク又は締付回転角に基づいて、その締付作業の良否を判定する良否判定部と、複数回における締付作業それぞれに対して前記良否判定部が判定した良否情報を蓄積する情報蓄積部とを備えることを特徴とするものである。

このように構成された作業管理装置によれば、情報蓄積部が複数回の締付作業それぞれに対して判定された良否情報を蓄積するので、締付作業のトレーサビリティを確立することができ、作業全体の正確性や作業者の上手下手などを客観的に知ることが可能となる。

ところで、背景技術で述べたトグルを備えたトルクレンチは、締付トルクが設定トルクに達した際にトグルが作動して力が一瞬低下するので、締付トルクの波形としては、まずこの瞬間に締付トルクが落ち込んで最初の第１ピークが現れる。その後、トグルが作動した後、再び締付トルクがかかる状態となり、しかも作業者が瞬時に力を緩められないことから、再び締付トルクが上昇し、その後、作業者が力を緩めることで締付トルクが落ち込み第２ピークが現れる。
すなわち、締付対象を設定トルクで締め付けられているかどうかは、第２ピークの値が第１ピークの値を超えていないかどうかであり、超えている場合には、所謂オーバートルクが生じていることなる。
そこで、前記作業データ取得部が取得した締付トルク又は締付回転角の時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成部をさらに備え、前記作業判定部が、前記波形データが示す波形に最初に現れる第１ピークの値と、その次に現れる第２ピークの値とを比較して熟練度を判定することが好ましい。
このような構成であれば、オーバートルクに着目した締付作業の良否を判定することができる。

前記情報蓄積部が、蓄積された良否情報と作業者の属性を示す属性情報とを結び付けて記憶していることが好ましい。
このような構成であれば、一人ひとりの作業者に対する作業全体の正確性や上手下手を客観的に知ることができる。

より客観的に作業者の上手下手を認定するためには、前記情報蓄積部に蓄積された良否情報に基づいて、作業者の熟練度を認定する熟練度認定部をさらに備えることが好ましい。

トグルを備えたトルクレンチによるトルク波形には第１ピーク及び第２ピークが現れることは上述した通りであり、第２ピークの後は、トグルが初期状態に戻る際に再び締付トルクが一瞬上昇するので、これによる第３ピークが現れる。ところが、この第３ピークが現れない場合、例えばメカトラブルや使用ミス等のトラブルが起こっている可能性が考えられる。
そこで、前記波形データが示す波形に現れるピークの数に基づいて、前記締付工具に関するトラブルを判断するトラブル判断部をさらに備えることが好ましい。
このような構成であれば、作業全体のトレーサビリティの確立のみならず、メカトラブルや使用ミス等のトラブルの発生をも把握することができる。

また、締付工具と、上述した作業管理装置とを備える作業管理システムも本発明の１つである。
さらに、本発明に係る作業管理プログラムは、締付工具による締付作業を管理するプログラムであって、前記締付工具の締付トルク又は締付回転角を時系列的に取得する作業データ取得部と、前記作業データ取得部が取得した締付トルク又は締付回転角に基づいて、その締付作業の良否を判定する作業判定部と、作業者の複数回における締付作業それぞれに対して前記作業判定部が判定した良否情報を蓄積する情報蓄積部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とするものである。
このように構成された作業管理システムや作業管理プログラムにおいても、上述した作業管理装置と同様の作用効果を発揮させることができる。

このように構成した本発明によれば、作業全体のトレーサビリティの確立を図り、作業全体の正確性や作業者の上手下手などを客観的に知ることができる。

本実施形態における締付工具及び作業管理システムの構成を示す模式図。 同実施形態の締付工具のトグルの構成を示す模式図。 同実施形態の波形データが示す波形の一例を示す図。 同実施形態の作業管理装置の機能を示す機能ブロック図。 同実施形態の作業認定部やトラブル判断部の機能を説明するための図。 その他の実施形態の締付工具のトグルの構成を示す模式図。

以下に本発明に係る作業管理装置の一実施形態について説明する。

本実施形態の作業管理装置１００は、図１に示すように、締付工具Ｘとともに作業管理システムＹを構築するものであり、締付工具Ｘによる締付作業の管理に資するものである。

まず、作業管理装置１００を説明する前に、締付工具Ｘについて簡単に説明する。
締付工具Ｘは、例えばボルト、ナット、ネジ等の締付対象を締め付けるものであり、具体的にはトルクレンチやトルクドライバー等である。以下では、トルクレンチを例に挙げて説明する。

トルクレンチＸは、締付対象の締付トルクを検出するトルクセンサＳと、締付トルクが所定の設定トルクに達すると作動するトグルＴとを備えたものである。なお、締付工具Ｘとしては、トグルＴを備えることなく、トルクセンサＳを備えたデジタル式のものであっても良い。

ここで、トグルＴの構成及び作動について、図２を参照しながら簡単に説明する。
トグルＴは、同図２に示すように、締付工具ＸのケースＣ内に設けられたアームＭ及びスライダＮと、それらを接続するリンクＬとから構成されており、締付トルクと設定トルクの大小に応じて締付対象への締付トルクの伝達状態が切り替わる切替機構である。

具体的にこのトグルＴは、締付作業において、締付対象に加わる締付トルクが設定トルクに達するまでは、締付トルクを締付対象に伝達する通常状態（図２Ａ）を維持し、締付対象に加わる締付トルクが設定トルクに達すると、ほんの僅かな間、トグルＴが作動するトグル作動状態（図２Ｂ）となって力が一瞬低下し、その後、ケースＣの内面がアームＭに当接する当接状態（図２Ｃ）へと切り替わるように構成されている。

より詳細に説明すると、図２Ａの通常状態において、バネ部（不図示）からの圧縮力がスライダＮ及びリンクＬを介してアームＭに働く。この通常状態（図２Ａ）において、締付作業を進めていき、締付トルクが設定トルク値に達すると、締付トルクにより発生する力がバネ部からの圧縮力を上回る。これにより、ケースＣ及びスライダＮは、バネ部による規制を解かれて図２Ａの通常状態から、図２Ｂのトグル作動状態を経て、図２Ｃの当接状態に動く。具体的には、図２Ｂのトグル作動状態では、ケースＣが締付方向（第１方向）に回動し、図２Ｃの当接状態に到ると、ケースＣがアームＭに接触して音や振動を発する。この音や振動により、作業者に締付トルクが設定トルク値に達したことを報知する。この報知により締付トルクが設定トルク値に達したことを知覚した作業者がトルクレンチ１０に加えていた力を緩める。そうすると、ケースＣは、弛緩方向（第２方向）に回動し、再び初期状態たる図２Ａの通常状態に戻る。

上述したトグルＴの構成及び作動に起因して、図３に示すように、締付トルクの時間変化を示すトルク波形には、通常、３つのピークが現れる。

すなわち、図２Ａの通常状態で締付作業を進めて締付トルクが上昇していき、締付トルクが設定トルクに達すると、トグルＴが作動して図２Ｂのトグル作動状態となり、この切り替わり時に力が一瞬低下するので、この瞬間に締付トルクが落ち込んで最初の第１ピークが現れる。
次いで、ケースＣの内壁がアームＭに当接して図２Ｃの当接状態となり、この切り替わり時に音や振動が発するが、作業者は当接状態になる前の僅かなトグル作動状態の間に力を緩めることができないため、当接状態になってから再び締付トルクが上昇する。その後、作業者が力を緩めることで締付トルクが落ち込んで次の第２ピークが現れる。
その後、作業者が力を緩めることで、バネ部の圧縮力によりトグルＴが図２Ｂのトグル作動状態を経て図２Ａの通常状態に戻り、この時、締付トルクが一瞬上昇するので、これによる第３ピークが現れる。

続いて、作業管理装置１００について説明する。
作業管理装置１００は、上述したトルクセンサＳから該トルクセンサＳにより検出された締付トルクの大きさを示す検出データを取得するものであり、物理的には、ＣＰＵ、メモリ、ディスプレイ等を備えたものである。

然して、この作業管理装置１００は、上述したメモリに格納された作業支援プログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器が協働することにより、図４に示すように、作業データ取得部０、波形データ生成部１、作業判定部２、及び情報蓄積部３としての機能を発揮するように構成されている。以下、各部の機能を説明する。なお、これらの各部は、必ずしも全てが作業管理装置１００に備えられている必要はなく、これらの機能のうちの一部又は全部が締付工具Ｘに備えられていても良い。

作業データ取得部０は、トルクセンサＳから該トルクセンサＳにより検出された締付トルクの大きさを示す検出データを取得するものであり、具体的にはこの検出データを時系列的に逐次取得するように構成されている。

波形データ生成部１は、作業データ取得部０が時系列的に取得した締付トルクの時間変化を表す波形データを生成する。

ここでの波形データは、図３に示すように、一方の軸（横軸）を時間とし、他方の軸（縦軸）を締付トルクの大きさとしたグラフに締付トルクをプロットしてなるトルク波形を示すものである。

作業判定部２は、波形データが示すトルク波形に基づいて、その締付作業の良否を判定するものである。

この作業判定部２は、複数の締付対象になされた締付作業それぞれに対して良否を判定するように構成されており、良否判定の具体的な態様としては、例えば上手（良好）・下手（不良）などといった作業精度を示す複数のカテゴリーに分類する態様や、作業精度をスコアリング（数値化）する態様などを挙げることができる。

より具体的に説明すると、この作業判定部２は、波形データが示す波形に最初に現れる第１ピークの値と、その次に現れる第２ピークの値とを比較して締付作業の良否を判定するものであり、ここでは第１ピークよりも第２ピークの方が小さい場合に（図５Ａ）その締付作業を上手（良好）と判定し、第１ピークよりも第２ピークの方が大きい場合に（図５Ｂ）その締付作業を下手（不良）と判定する。

情報蓄積部３は、前記メモリの所定領域に設定されており、複数回における締付作業それぞれに対して作業判定部２が判定した良否の情報である良否情報を蓄積するものである。

本実施形態の作業管理装置１００は、図４に示すように、例えば作業者や管理者が入力手段を用いて作業者の属性を示す属性情報を入力できるように構成されており、情報蓄積部３は、蓄積された良否情報それぞれと作業者の属性を示す属性情報とを結び付けて記憶する。
なお、属性情報としては、例えば作業者を識別するための氏名やＩＤなどの作業者識別子、作業者が属する作業グループを識別するためのグループ識別子、作業者の作業開始時間や作業終了時間などを示す作業時間などを挙げることができる。

さらに、本実施形態の作業管理装置１００は、図４に示すように、情報蓄積部３に蓄積された良否情報に基づいて、作業者の熟練度を認定する熟練度認定部４としての機能を備えている。

具体的にこの熟練度認定部４は、例えば上述した属性情報を用いて同一の作業者による複数回の締付作業の良否情報を抽出して、例えば上手（良好）と認定された回数やその回数の全作業回数に対する割合、或いは、下手（不良）と認定された回数やその回数の全作業回数に対する割合、又は、スコアリングされたスコアの複数回の作業や全作業における平均値などを熟練度として算出する。

また、本実施形態の作業管理装置１００は、図４に示すように、波形データが示すトルク波形に現れるピークの数に基づいて、締付工具に関するトラブルを判断するトラブル判断部５としての機能をさらに備えている。

具体的にこのトラブル判断部５は、トルク波形に現れるピークの数が３つよりも少ない場合及び／又は３つよりも多い場合に（例えば図５Ｃ）、メカトラブルや使用ミスなどのトラブルが発生していると判断するように構成されている。

このように構成された作業管理装置１００によれば、情報蓄積部３が複数回の締付作業それぞれに対して判定された良否情報を蓄積して管理するので、締付作業のトレーサビリティを確立することができ、作業全体の正確性や作業者の上手下手などを客観的に知ることが可能となる。

また、作業判定部２が、波形データが示す波形に最初に現れる第１ピークの値と、その次に現れる第２ピークの値とを比較して締付作業の良否を判定するので、オーバートルクに着目した良否判定を行うことができる。

さらに、情報蓄積部３が、良否情報それぞれと作業者の属性情報とを結び付けて記憶するので、一人ひとりの作業者に対する作業全体の正確性や上手下手を客観的に知ることができる。

そのうえ、作業管理装置１００が熟練度認定部４としての機能を備えているので、より客観的に作業者一人ひとりの上手下手などの熟練度を認定することができる。

加えて、作業管理装置１００がトラブル判断部５としての機能を備えているので、作業全体のトレーサビリティの確立のみならず、メカトラブルや使用ミス等のトラブルの発生をも把握することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態の作業判定部２は、波形に現れる第１ピークの値と第２ピークの値とに基づいて締付作業の良否を判定するように構成されていたが、例えば第１ピークに到るまで、すなわち締付トルクが設定トルクに到るまでの波形の傾きや直線性などに基づいて締付作業の良否を判定するように構成されていても良い。

また、前記実施形態の作業判定部２は、第１ピークの値と第２ピークの値との大小に基づいて締付作業の良否を判定するように構成されていたが、第１ピークの値と第２ピークの値との差に基づいて、例えばその差が所定範囲に収まっているか否かに応じて締付作業の良否を判定するように構成されていても良い。具体的には、差が所定範囲内であれば、その締付作業を上手（良好）と判定し、差が所定範囲外であれば、その締付作業を下手（不良）と判定する態様を挙げることができる。

加えて、作業判定部２としては、締付作業の良否を必ずしも波形データに基づいて判断する必要はなく、作業データ取得部０が時系列的に取得した締付トルクに含まれる複数の値（例えば第１ピークの値及び第２ピークの値）に基づいて判断しても良い。

さらに、前記実施形態の熟練度認定部４は、一人の作業者に着目して、その作業者の熟練度を認定するように構成されていたが、複数人の作業者に着目して、それらの作業者からなる作業グループの熟練度を認定するように構成されていても良い。

そのうえ、前記実施形態の作業管理装置１００は、締付トルクによりネジ締結を管理するトルク法に用いられていたが、締付回転角でネジ締結を管理する回転角法に用いられても良い。
この場合、作業データ取得部０は、締付回転角を時系列的に取得するものであり、波形データ生成部１により生成される波形データは、一方の軸（横軸）を時間とし、他方の軸（縦軸）を締付回転角としたグラフに締付回転角をプロットしてなる角度波形を示すものとなる。
このような回転角法に作業管理装置１００を用いることにより、例えば所定トルクから所定の設定締付回転角に到るまでの締付作業の良否などを判定することができ、前記実施形態と同様、作業全体のトレーサビリティの確立に資する。

加えて、前記実施形態では、熟練度認定部４が作業者の熟練度を認定していたが、例えば作業者や管理者が情報蓄積部３に蓄積された良否情報を分析して作業者の熟練度を認定しても良い。この場合、作業管理装置１００としては、熟練度認定部４としての機能を備えていなくても構わない。

また、トグルＴに関しては、締付トルクが設定トルクに達した際に作動するように構成されていれば、具体的な構成は前記実施形態で述べたものに限らず、適宜変更して構わない。その一例としては、図６に示すように、右ネジ及び左ネジの双方に適用できるようにするべく、両方向の締付けが可能なタイプのものを挙げることができる。具体的にこのものは、アームＭとスライダＮとの間にリンクＬを介在させたものであり、リンクＬの回転に伴って、通常状態（図６Ａ）、トグル作動状態（図６Ｂ）、及び当接状態（図６Ｃ）に切り替わるように構成されており、リンクＬが正逆の両方向に回転可能なものである。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・作業管理装置
Ｘ ・・・締付工具
Ｙ ・・・作業管理システム
Ｓ ・・・トルクセンサ
Ｔ ・・・トグル
Ｃ ・・・ケース
Ｍ ・・・アーム
Ｎ ・・・スライダ
Ｌ ・・・リンク
０ ・・・作業データ取得部
１ ・・・波形データ生成部
２ ・・・作業判定部
３ ・・・情報蓄積部
４ ・・・熟練度認定部
５ ・・・トラブル判断部

Claims (6)

1. トグルを備えた締付工具による締付作業を管理する作業管理装置であって、
   前記締付工具の締付トルク又は締付回転角を時系列的に取得する作業データ取得部と、
   前記作業データ取得部が取得した締付トルク又は締付回転角の時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成部と、
   前記波形データが示す波形に最初に現れる第１ピークの値よりも、その次に現れる第２ピークの値の方が大きい場合に否とする良否判定、又は、前記第１ピークの値と前記第２ピークの値と差が所定範囲外の場合に否とする良否判定を行う作業判定部と、
   複数回における締付作業それぞれに対して前記作業判定部が判定した良否情報を蓄積する情報蓄積部をさらに備えることを特徴とする作業管理装置。
2. 前記情報蓄積部が、蓄積された良否情報と作業者の属性を示す属性情報とを結び付けて記憶している、請求項１記載の作業管理装置。
3. 前記情報蓄積部に蓄積された良否情報に基づいて、作業者の熟練度を認定する熟練度認定部をさらに備える、請求項１又は２のうち何れか一項に記載の作業管理装置。
4. 前記波形データが示す波形に前記第２ピークの次に第３ピークが現れなかった場合に、前記締付工具に関するトラブルが発生したと判断するトラブル判断部をさらに備える、請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の作業管理装置。
5. 締付工具と、
   請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の作業管理装置とを備えることを特徴とする作業管理システム。
6. トグルを備えた締付工具による締付作業を管理する作業管理プログラムであって、
   前記締付工具の締付トルク又は締付回転角を時系列的に取得する作業データ取得部と、
   前記作業データ取得部が取得した締付トルク又は締付回転角の時間変化を表す波形データを生成する波形データ生成部と、
   前記波形データが示す波形に最初に現れる第１ピークの値よりも、その次に現れる第２ピークの値の方が大きい場合に否とする良否判定、又は、前記第１ピークの値と前記第２ピークの値と差が所定範囲外である場合に否とする良否判定を行う作業判定部と、
   複数回における締付作業それぞれに対して前記作業判定部が判定した良否情報を蓄積する情報蓄積部としての機能をコンピュータに発揮させることを特徴とする作業管理プログラム。