(57)【要約】【課題】簡易な構成で工具位置を検知できる工具位置検知装置を提供する。【解決手段】ワイヤ３０に吊るされた締め付け工具４０の位置を検知する工具位置検知装置１００であって、ワイヤ３０が張架される滑車２２と、滑車２２を鉛直方向に支持し、滑車２２の回動軸と垂直な軸周りに回動する支持軸２１と、滑車２２のワイヤ３０が送り出される側に設けられ、滑車２２と同軸周りに回動し、ワイヤ３０が滑車２２から送り出される方向に追従する検知カバー２３と、締め付け工具４０の位置を算出するコントローラ５０と、を具備し、コントローラ５０は、支持軸２１の回動角度θと、滑車２２の回動角度ωと、検知カバー２３の回動角度φと、を用いて締め付け工具４０の位置を球座標系から直交座標系に変換して算出する。【選択図】図１
2014006080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
工具位置検知装置。
【請求項２】
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、
工具位置検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】工具位置検知装置の全体的な構成を示した構成図。
【図２】同じく滑車部の構成を示した側面図及び正面図。
【図３】工具位置検知制御の流れを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【数１】
2014006080.tif 000003
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【符号の説明】
【００３９】
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
【図１】
2014006080.tif 000004
【図２】
2014006080.tif 000005
【図３】
2014006080.tif 000006