(57)【要約】      （修正有）【課題】作業器具で所定の作業を行った複数の作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる作業位置判別システムを提供する。【解決手段】３つの直交する磁界を発生させる３軸直交コイルを有するトランスミッタ２と、作業器具１の作業部位１ａから一直線上に並ぶことなく当該作業器具に配置され、トランスミッタから発生した３つの直交する磁界を３軸直交コイルで検知して３次元位置座標としてグローバル座標系の３次元座標データを出力する３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとを備え、作業解析部７が、グローバル座標系の３次元座標データに基づき、作業器具１の作業部位の３次元位置座標を算出する。【選択図】図１
2014153247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造工場の製造現場において、３つの直交する磁界を発生させる３軸直交コイルを有するトランスミッタと、作業器具の作業部位から一直線上に並ぶことなく当該作業器具に配置され、前記トランスミッタから発生した前記３つの直交する磁界を３軸直交コイルで検知して３次元位置座標としてグローバル座標系の３次元座標データを出力する３つの磁気センサとを備え、前記３つの磁気センサそれぞれから出力される前記３次元座標データを受信した作業解析部が、作業者が前記作業器具の予め定められた作業部位をワークの複数の作業位置それぞれに移動させて、その作業位置に当該作業部位を保持させた状態で所定の作業を行った際に、当該３次元座標データに基づき前記複数の作業位置を個々に判別して前記作業器具による誤作業を防止する作業位置判別システムであって、
前記作業解析部は、
前記作業部位を揺動中心にして前記作業器具を揺動した際、当該揺動中心及び何れか１つの前記磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上における任意の４点に対して前記１つの磁気センサを移動させることにより、前記４点の前記３次元座標データを取得し、この取得した前記４点の前記３次元座標データと、前記４点を通る球の方程式とによって前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値を算出する第１の解析機能と、
前記３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングの前記３次元座標データに基づき何れか１つの前記磁気センサを前記作業器具のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、前記作業器具の座標系をローカル座標系で定義する第２の解析機能と、
前記第２の解析機能で算出した前記ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、前記作業器具の前記ローカル座標系の原点を前記トランスミッタのグローバル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、グローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いて、前記第１の解析機能で算出した前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換して、前記３つの磁気センサと前記作業部位との相対的位置関係に基づき得られたキャリブレーションデータにする第３の解析機能と、
前記作業器具で前記所定の作業を行っているときに、前記第２の解析機能と同様の算出方法で前記所定の作業時における前記作業器具のローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出し、この算出した前記ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、前記トランスミッタのグローバル座標系の原点を前記所定の作業時における前記作業器具のローカル座標系の前記原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、前記第３の解析機能で算出した前記作業部位の前記キャリブレーションデータである前記ローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、前記作業器具で前記所定の作業を行った時における前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値を算出する第４の解析機能と、
量産時における前記所定の作業において、前記作業器具で当該所定の作業を行った前記ワークの前記作業位置が正しい位置か否かを判別するためのリファレンス領域データベースを作成するために、前記ワークの前記複数の作業位置それぞれにおいて、前記作業器具の前記作業部位を揺動中心にして前記所定の作業が正常に行われる傾き範囲で当該作業器具を種々の方向に傾けたときに、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけ前記第４の解析機能を使用して算出した前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値をリファレンスデータとして収集し、何れか１つの前記作業位置における前記複数収集されたリファレンスデータから、当該１つの作業位置と隣り合う前記作業位置における前記複数収集されたリファレンスデータとは重なり合わないリファレンスデータだけを集めてリファレンス領域を設定し、前記リファレンス領域をデータベース化してリファレンス領域データベースを作成する第５の解析機能と、
量産時における前記所定の作業において、何れか１つの前記作業位置で前記作業器具による前記所定の作業が開始されると、前記リファレンス領域データベースから前記所定の作業が開始された１つの作業位置に対応する前記リファレンス領域を選択し、測定を開始した前記３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングの前記グローバル座標系の３次元座標データを前記第４の解析機能を使用して算出した前記作業部位のグローバル座標系の３次元座標値が、前記リファレンス領域内に位置するか否かを判別する第６の解析機能とを有することを特徴とする作業位置判別システム。
【請求項２】
製造工場の製造現場において、３つの直交する磁界を発生させる３軸直交コイルを有するトランスミッタと、作業器具の作業部位から一直線上に並ぶことなく当該作業器具に配置され、前記トランスミッタから発生した前記３つの直交する磁界を３軸直交コイルで検知して３次元位置座標としてグローバル座標系の３次元座標データを出力する３つの磁気センサとを備え、前記３つの磁気センサそれぞれから出力される前記３次元座標データを受信した作業解析部が、作業者が前記作業器具の予め定められた作業部位をワークの複数の作業位置それぞれに移動させて、その作業位置に当該作業部位を保持させた状態で所定の作業を行った際に、当該３次元座標データに基づき前記複数の作業位置を個々に判別して前記作業器具による誤作業を防止する作業位置判別方法であって、
前記作業解析部は、
前記作業器具の前記作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出するために、
前記作業部位を揺動中心にして前記作業器具を揺動した際、当該揺動中心及び何れか１つの前記磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上における任意の４点に対して前記１つの磁気センサを移動させることにより、前記４点の前記３次元座標データを取得する第１のステップと、
前記第１のステップで取得した前記４点の前記３次元座標データと、前記４点を通る球の方程式とによって前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値を算出する第２のステップとを有し、
前記第２のステップで算出した前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換して、前記３つの磁気センサと前記作業部位との相対的位置関係に基づき得られるキャリブレーションデータにするために、
前記３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングの前記３次元座標データに基づき何れか１つの前記磁気センサを前記作業器具のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、前記作業器具の座標系をローカル座標系で定義する第３のステップと、
前記第３のステップで算出した前記ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、前記作業器具の前記ローカル座標系の原点を前記トランスミッタのグローバル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、グローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いて、前記第２のステップで算出した前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換する第４のステップとを有し、
前記作業器具で前記所定の作業を行った時における前記第４のステップで算出した前記作業部位の前記ローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換するために、
前記作業器具で前記所定の作業を行っているときに、前記第３のステップと同様の算出方法で前記所定の作業時における前記作業器具のローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出する第５のステップと、
前記第５のステップで算出した前記ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、前記トランスミッタのグローバル座標系の原点を前記所定の作業時における前記作業器具のローカル座標系の前記原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、前記第４のステップで算出した前記作業部位の前記キャリブレーションデータである前記ローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、前記作業器具で前記所定の作業を行った時における前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値を算出する第６のステップとを有し、
量産時における前記所定の作業において、前記作業器具で当該所定の作業を行った前記ワークの前記作業位置が正しい位置か否かを判別するためのリファレンス領域データベースを作成するために、
前記ワークの前記複数の作業位置それぞれにおいて、前記作業器具の前記作業部位を揺動中心にして前記所定の作業が正常に行われる傾き範囲で当該作業器具を種々の方向に傾けたときに、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけ前記第５のステップ及び前記第６のステップを使用して算出した前記作業部位の前記グローバル座標系の３次元座標値をリファレンスデータとして収集する第７のステップと、
何れか１つの前記作業位置における前記第７のステップで前記複数収集されたリファレンスデータから、当該１つの作業位置と隣り合う前記作業位置における前記第７のステップで前記複数収集されたリファレンスデータとは重なり合わないリファレンスデータだけを集めてリファレンス領域を設定する第８のステップと、
前記ワークの前記複数の作業位置それぞれにおいて、前記第８のステップで設定された前記リファレンス領域をデータベース化してリファレンス領域データベースを作成する第９のステップとを有し、
量産時における前記所定の作業において、当該所定の作業を行った前記ワークの前記作業位置が正しい位置か否かを判別するために、
何れか１つの前記作業位置で前記作業器具による前記所定の作業が開始されると、前記リファレンス領域データベースから前記所定の作業が開始された１つの作業位置に対応する前記リファレンス領域を選択する第１０のステップと、
前記第１０のステップで前記リファレンス領域を選択すると、測定を開始した前記３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングの前記グローバル座標系の３次元座標データを前記第５のステップ及び前記第６のステップを使用して算出した前記作業部位のグローバル座標系の３次元座標値が、前記リファレンス領域内に位置するか否かを判別する第１１のステップとを有することを特徴とする作業位置判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造工場の製造現場において、作業器具の予め定められた作業部位をワークの複数の作業位置それぞれに移動させて所定の作業を行うにあたり、複数の作業位置を個々に判別して作業器具による誤作業を防止する作業位置判別システム及び作業位置判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、製造工場の製造現場において、自動車や電気製品等のワークに対してボルト、ナット等で他の部品を取り付けるために、電動ドライバ等の締付用電動工具で締付作業が行われている。この場合、締付回数や締付トルクをチェックすることで、締付忘れ防止及びぽか除け（ポカヨケ）を図っている。しかしながら、この締付作業はワークに対して複数個所で行われているのが一般的であるので、本来と異なる締付作業位置に対して締付作業を行ったり、同じ締付作業位置で締付作業を繰り返し行ったりすることまではチェックすることはできない。そこで、締付回数や締付トルクをチェックすると共に、その締付作業位置が正しいのか否かをもチェックすることができる作業品質管理システム及び作業品質管理方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
この作業品質管理システム及び作業品質管理方法は、締付用電動工具の締付部位の近傍に取り付ける位置検出用の発信機と、締付用電動工具の作業空間で離間された状態で配置された３つの位置検出用の受信機と、発信機と３つの受信機との無線信号の授受で得られる伝播時間差により締付用電動工具の位置を算出する位置情報処理端末とを備えている。しかしながら、この作業品質管理システム及び作業品質管理方法では、使用する無線信号として超音波、他の音波、赤外線及び電波が用いられるので、発信機と３つの受信機との間に超音波、他の音波、赤外線及び電波を遮る遮蔽物が介在すると、正常に位置検出することができない。そこで、磁場を発生させるトランスミッタと磁気センサとを用いることで、超音波、他の音波、赤外線及び電波を遮る遮蔽物が介在していても位置情報を得ることができる磁気式位置計測システムが提案されている（特許文献２参照。）。
【０００４】
この磁気式位置計測システムは、非磁性体部材からなる棒に複数の磁気センサが等間隔で直線状に配置された計測棒と、磁気センサが感知できる磁場を発生させるトランスミッタとを備えている。そして、この磁気式位置計測システムは、計測棒を測定範囲内で任意に動かし、計測棒に取り付けられた磁気センサによる実測値から取得した位置座標と、予め計算により求めておいた磁気センサの正確な位置座標との差を比較して、誤差の大きさと誤差の信頼度とを求め、誤差の信頼度が高い場合には一定の条件のもとにルックアップテーブルを更新する誤差校正方法を利用している。したがって、締付作業を行う周囲に金属が存在して磁場が歪められていても、その磁場の歪みに起因する位置座標の計測誤差を補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５８８５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の作業品質管理システム及び作業品質管理方法では、発信機と３つの受信機との無線信号の授受で得られる伝播時間差により締付用電動工具の位置を算出していることから、締付対象となるワークの位置が本来位置すべき位置と一致していないとその伝播時間が変わってしまうので、ワークの位置が本来位置すべき位置と一致していなければ、そのワークの締付作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できなかった。また、締付用電動工具の締付部位であるソケット部自体に発信機が設けられていないことからソケット部自体の位置検出ができなかったので、締付用電動工具が締付作業を正常に行える傾き範囲で傾いているだけでもそのワークの締付作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できなかった。
【０００７】
また、特許文献２の磁気式位置計測システムの誤差校正方法では、非磁性体部材からなる棒に複数の磁気センサが等間隔で直線状に配置された計測棒を使用して、ルックアップテーブルによる線形補完を行うことにより、遠方で大きくなる位置座標の誤差を補正することを目的としているので、工具箱や部品収納棚等が有する金属体の影響で局所的に磁場が非線形に歪んでいる組立作業場においては、作業を行った位置が正しい位置か否かを正確に判別することができなかった。
【０００８】
したがって、これら技術では、ワークの複数の作業位置それぞれで、所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別することができなかった。
【０００９】
本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、ワークの位置が本来位置すべき位置と一致していなくても、作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる作業位置判別システム及び作業位置判別方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、作業器具が作業中に傾いていても所定の作業を正常に行える傾き範囲であれば、当該作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる作業位置判別システム及び作業位置判別方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、磁気センサによる位置座標で作業器具の作業部位を特定する際、局所的に磁場が非線形に歪んでいても、所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる作業位置判別システム及び作業位置判別方法を提供することを目的とする。
【００１２】
さらに、本発明は、ワークの複数の作業位置それぞれで、作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる作業位置判別システム及び作業位置判別方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成する本発明の第１の態様である作業位置判別システムは、製造工場の製造現場において、３つの直交する磁界を発生させる３軸直交コイルを有するトランスミッタと、作業器具の作業部位から一直線上に並ぶことなく当該作業器具に配置され、トランスミッタから発生した３つの直交する磁界を３軸直交コイルで検知して３次元位置座標としてグローバル座標系の３次元座標データを出力する３つの磁気センサとを備え、３つの磁気センサそれぞれから出力される３次元座標データを受信した作業解析部が、作業者が作業器具の予め定められた作業部位をワークの複数の作業位置それぞれに移動させて、その作業位置に当該作業部位を保持させた状態で所定の作業を行った際に、当該３次元座標データに基づき複数の作業位置を個々に判別して作業器具による誤作業を防止するものである。
【００１４】
この作業解析部は、３つの磁気センサそれぞれから出力される３次元座標データに基づき、作業器具で所定の作業を行った時における作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出するために、第１の解析機能、第２の解析機能、第３の解析機能及び第４の解析機能を有している。
【００１５】
第１の解析機能は、作業部位を揺動中心にして作業器具を揺動した際、当該揺動中心及び何れか１つの磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上における任意の４点に対して１つの磁気センサを移動させることにより、４点の３次元座標データを取得し、この取得した４点の３次元座標データと、４点を通る球の方程式とによって作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出する解析機能である。
【００１６】
第２の解析機能は、３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づき何れか１つの磁気センサを作業器具のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、作業器具の座標系をローカル座標系で定義する解析機能である。
【００１７】
第３の解析機能は、第２の解析機能で算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、作業器具のローカル座標系の原点をトランスミッタのグローバル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、グローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いて、第１の解析機能で算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換して、３つの磁気センサと作業部位との相対的位置関係に基づき得られたキャリブレーションデータにする解析機能である。
【００１８】
第４の解析機能は、作業器具で所定の作業を行っているときに、第２の解析機能と同様の算出方法で所定の作業時における作業器具のローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出し、この算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、トランスミッタのグローバル座標系の原点を所定の作業時における作業器具のローカル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、第３の解析機能で算出した作業部位のキャリブレーションデータであるローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、作業器具で所定の作業を行った時における作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出する解析機能である。
【００１９】
また、作業解析部は、量産時における所定の作業において、作業器具で当該所定の作業を行ったワークの作業位置が正しい位置か否かを判別するためのリファレンス領域データベースを作成する第５の解析機能を有している。
【００２０】
この第５の解析機能は、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、作業器具の作業部位を揺動中心にして所定の作業が正常に行われる傾き範囲で当該作業器具を種々の方向に傾けたときに、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけ第４の解析機能を使用して算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値をリファレンスデータとして収集し、何れか１つの作業位置における複数収集されたリファレンスデータから、当該１つの作業位置と隣り合う作業位置における複数収集されたリファレンスデータとは重なり合わないリファレンスデータだけを集めてリファレンス領域を設定し、リファレンス領域をデータベース化してリファレンス領域データベースを作成する解析機能である。
【００２１】
さらに、作業解析部は、量産時における所定の作業において作業器具の作業部位の位置が、第５の解析機能で作成したリファレンス領域内に位置するか否かを判別する第６の解析機能を有している。
【００２２】
この第６の解析機能は、量産時における所定の作業において、何れか１つの作業位置で作業器具による所定の作業が開始されると、リファレンス領域データベースから所定の作業が開始された１つの作業位置に対応するリファレンス領域を選択し、測定を開始した３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングのグローバル座標系の３次元座標データを第４の解析機能を使用して算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値が、リファレンス領域内に位置するか否かを判別する解析機能である。
【００２３】
このような本発明の作業位置判別システムによれば、第１の解析機能、第２の解析機能、第３の解析機能及び第４の解析機能により、３つの磁気センサそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、作業器具の作業部位の３次元位置座標を算出することができ、また、第５の解析機能により、ワークの複数の作業位置それぞれで、隣り合う作業位置とは重なり合わないリファレンス領域を設定することができ、第６の解析機能により、量産時における所定の作業において、作業器具の作業部位がリファレンス領域内に位置するか否かを判別することで、ワークの複数の作業位置それぞれで、作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できるようになる。
【００２４】
また、本発明の第２の態様である作業位置判別方法は、製造工場の製造現場において、３つの直交する磁界を発生させる３軸直交コイルを有するトランスミッタと、作業器具の作業部位から一直線上に並ぶことなく当該作業器具に配置され、トランスミッタから発生した３つの直交する磁界を３軸直交コイルで検知して３次元位置座標としてグローバル座標系の３次元座標データを出力する３つの磁気センサとを備え、３つの磁気センサそれぞれから出力される３次元座標データを受信した作業解析部が、作業者が作業器具の予め定められた作業部位をワークの複数の作業位置それぞれに移動させて、その作業位置に当該作業部位を保持させた状態で所定の作業を行った際に、当該３次元座標データに基づき複数の作業位置を個々に判別して作業器具による誤作業を防止するものである。
【００２５】
この作業解析部は、作業器具の作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出するために、作業部位を揺動中心にして作業器具を揺動した際、当該揺動中心及び何れか１つの磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上における任意の４点に対して１つの磁気センサを移動させることにより、４点の３次元座標データを取得する第１のステップと、第１のステップで取得した４点の３次元座標データと、４点を通る球の方程式とによって作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出する第２のステップとを有している。
【００２６】
また、作業解析部は、第２のステップで算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換して、３つの磁気センサと作業部位との相対的位置関係に基づき得られるキャリブレーションデータにするために、３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づき何れか１つの磁気センサを作業器具のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、作業器具の座標系をローカル座標系で定義する第３のステップと、第３のステップで算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、作業器具のローカル座標系の原点をトランスミッタのグローバル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、グローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いて、第２のステップで算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換する第４のステップとを有している。
【００２７】
また、作業解析部は、作業器具で所定の作業を行った時における第４のステップで算出した作業部位のローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換するために、作業器具で所定の作業を行っているときに、第３のステップと同様の算出方法で所定の作業時における作業器具のローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出する第５のステップと、第５のステップで算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、トランスミッタのグローバル座標系の原点を所定の作業時における作業器具のローカル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、第４のステップで算出した作業部位のキャリブレーションデータであるローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、作業器具で所定の作業を行った時における作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出する第６のステップとを有している。
【００２８】
また、作業解析部は、量産時における所定の作業において、作業器具で当該所定の作業を行ったワークの作業位置が正しい位置か否かを判別するためのリファレンス領域データベースを作成するために、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、作業器具の作業部位を揺動中心にして所定の作業が正常に行われる傾き範囲で当該作業器具を種々の方向に傾けたときに、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけ第５のステップ及び第６のステップを使用して算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値をリファレンスデータとして収集する第７のステップと、何れか１つの作業位置における第７のステップで複数収集されたリファレンスデータから、当該１つの作業位置と隣り合う作業位置における第７のステップで複数収集されたリファレンスデータとは重なり合わないリファレンスデータだけを集めてリファレンス領域を設定する第８のステップと、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、第８のステップで設定されたリファレンス領域をデータベース化してリファレンス領域データベースを作成する第９のステップとを有している。
【００２９】
また、作業解析部は、量産時における所定の作業において、当該所定の作業を行ったワークの作業位置が正しい位置か否かを判別するために、何れか１つの作業位置で作業器具による所定の作業が開始されると、リファレンス領域データベースから所定の作業が開始された１つの作業位置に対応するリファレンス領域を選択する第１０のステップと、第１０のステップでリファレンス領域を選択すると、測定を開始した３つの磁気センサそれぞれから出力される任意のタイミングのグローバル座標系の３次元座標データを第５のステップ及び第６のステップを使用して算出した作業部位のグローバル座標系の３次元座標値が、リファレンス領域内に位置するか否かを判別する第１１のステップとを有している。
【００３０】
このような本発明の作業位置判別方法によれば、第１のステップ、第２のステップ、第３のステップ、第４のステップ、第５のステップ及び第６のステップにより、３つの磁気センサそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、作業器具の作業部位の３次元位置座標を算出することができ、また、第７のステップ、第８のステップ及び第９のステップにより、ワークの複数の作業位置それぞれで、隣り合う作業位置とは重なり合わないリファレンス領域を設定することができ、第１０のステップ及び第１１のステップにより、量産時における所定の作業において、作業器具の作業部位がリファレンス領域内に位置するか否かを判別することで、ワークの複数の作業位置それぞれで、作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できるようになる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の作業位置判別システム及び作業位置判別方法によれば、ワークの複数の作業位置それぞれで、作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別でき、また、ワークの位置が本来位置すべき位置と一致していなくても、作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別でき、また、作業器具が作業中に傾いていても所定の作業を正常に行える傾き範囲であれば、当該作業器具で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別でき、また、磁気センサによる位置座標で作業器具の作業部位を特定する際、局所的に磁場が非線形に歪んでいても、所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の作業位置判別システムにおける好ましい実施の形態を示すシステム構成のブロック図である。
【図２】本発明の作業位置判別システムにおいて、１つの磁気センサから出力されるグローバル座標系の３次元座標データに基づき作業器具の作業部位のグローバル座標系の３次元座標値を算出するための手段を示す説明図である。
【図３】本発明の作業位置判別システムにおいて、（Ａ）は３つの磁気センサが配置された作業器具を示す説明図、（Ｂ）は３つの磁気センサ出力されるグローバル座標系の３次元座標データに基づき作業器具の座標系をローカル座標系に定義するための手段を示す説明図である。
【図４】３次元空間において、３つの磁気センサそれぞれの位置、及び作業器具の作業部位の位置の、磁場が歪んでいる場合と、磁場が歪んでいない場合における位置関係を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は、１つの磁気センサの位置情報及び角度情報を使用して算出した作業器具の作業部位の位置情報に基づきリファレンス領域を設定した説明図、３つの磁気センサそれぞれの位置情報を使用して算出した作業器具の作業部位の位置情報に基づきリファレンス領域を設定した説明図である。
【図６】本発明の作業位置判別方法の好ましい実施の形態例を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の作業位置判別方法の好ましい実施の形態例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の作業位置判別システム及び作業位置判別方法を実施するための形態例について、図面を参照して説明する。
本発明の作業位置判別システムは、電気製品や自動車等の製造メーカーにおける製造工場の製造現場において、作業者が作業器具の予め定められた作業部位をワークの複数の作業位置それぞれに移動させて、その作業位置に当該作業部位を保持させた状態で所定の作業を行うにあたり、ワークの複数の作業位置を個々に判別して、ワークの本来と異なる作業位置に対して所定の作業をしたり、同じ作業位置で繰り返し所定の作業をしたりすることによる作業もれを防ぐものである。即ち、この作業位置判別は、その所定の作業を行った位置が正しい位置であったか否かを判別するものである。ここで、作業器具の作業部位とは、作業器具が所定の作業を行っているときに、その作業を施すためのワークに接触する部位のことを言うので、その位置は点である。
【００３４】
この本発明の作業位置判別システムは図１に示すように、作業器具１による作業エリア内に設置され、３つの直交する磁界を発生させる３軸直交コイルを有するトランスミッタ２と、作業器具１の作業部位１ａから一直線上に並ぶことなく当該作業器具１に配置され、トランスミッタ２から発生した３つの直交する磁界を３軸直交コイルで検知して３次元位置座標としてグローバル座標系の３次元座標データを出力する３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとを備えている。トランスミッタ２及び３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの３軸直交コイルは、お互いに直交する３軸方向にそれぞれループ状に巻かれた３つのコイルから構成されている。なお、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、例えばトランスミッタ２をグローバル座標系の原点とすると、このトランスミッタ２に対する３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの相対的な位置と角度の６自由度の情報を得ることができるので、この相対的な位置が３次元位置座標となる。
【００３５】
トランスミッタ２は、３軸直交コイルから３種類の磁界を発生させるための駆動信号を出力する駆動回路４に接続され、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、出力される３次元座標データを検出する検出回路５に接続されている。これら駆動回路４及び検出回路５はデータ処理装置６に接続されている。したがって、データ処理装置６からトランスミッタ２を駆動するための制御信号が駆動回路４に出力されることで駆動回路４が上述した駆動信号をトランスミッタ２に出力すると、当該トランスミッタ２の３軸直交コイルの３つのループ状コイルを順に励磁するので、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの３軸直交コイルの３つのループ状コイルには電磁誘導によって順次起電力が発生する。この起電力はトランスミッタ２と磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃとの相対的な位置及び姿勢によって変化するので、磁気センサから出力される３次元座標データは、グローバル座標系になる。
【００３６】
このようなデータ処理装置６は、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元座標データを受信すると、その３次元座標データに基づきワークの複数の作業位置を個々に判別するための作業解析部７を備えている。
作業解析部７は、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元座標データに基づき、作業器具１で所定の作業を行った時における作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出するために、第１の解析機能７Ａ、第２の解析機能７Ｂ、第３の解析機能７Ｃ及び第４の解析機能７Ｄを有している。
【００３７】
第１の解析機能７Ａは図２に示すように、作業部位を揺動中心にして作業器具を揺動した際、当該揺動中心及び磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面ＶＳ１上における任意の４点に対して例えば磁気センサ３Ａを移動させることにより、４点の３次元座標データを取得し、この取得した４点の３次元座標データと、４点を通る球の方程式とによって作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出する解析機能である。なお、磁気センサは磁気センサ３Ａに限らず、磁気センサ３Ｂあるいは磁気センサ３Ｃを使用しても同様の算出結果になる。
【００３８】
この作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値は、式（１）の球の方程式で算出することができる。
【００３９】
【数１】
2014153247.tif 000003
【００４０】
ここで、ｘ、ｙ、ｚは磁気センサ３Ａの３次元座標データから得られる仮想球面ＶＳ１上における３次元座標値、ａ、ｂ、ｃは仮想球面ＶＳ１の中心座標値となる作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値、ｒは仮想球面ＶＳ１の半径で一定である。
【００４１】
したがって、磁気センサ３Ａを仮想球面ＶＳ１上の４点に移動させれば、これら４点の３次元座標値を得ることができ、これら４点の３次元座標値から仮想球面ＶＳ１の中心座標値及び半径を算出することができる。なお、ここでは、仮想球面ＶＳ１の中心座標値となる作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値だけが使用させる。
【００４２】
第２の解析機能７Ｂは、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づき何れか１つの磁気センサを作業器具１のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、作業器具１の座標系をローカル座標系で定義する解析機能である。このように作業器具１の座標系をローカル座標系で定義することができるのは、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが作業器具１の作業部位１ａから一直線上に並ぶことなく当該作業器具１に配置されているからである。
【００４３】
例えば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁気センサ３Ａを原点とすると、磁気センサ３Ｂの方向のベクトルｖ＿Ａ０１をｘ軸方向とし、磁気センサ３Ｃの方向のベクトルｖ＿Ａ０２とベクトルｖ＿Ａ０１に直交する方向のベクトルｖｃ＿Ａをｚ軸方向とし、ベクトルｖ＿Ａ０１とｖｃ＿Ａに直交する方向のベクトルｖｃ＿Ａｙをｙ軸方向とする。
【００４４】
そして、式（２）によりベクトルｖ＿Ａ０１を正規化してローカル座標系のｘ軸の単位ベクトルを算出し、
【００４５】
【数２】
2014153247.tif 000004
【００４６】
式（３）によりベクトルｖｃ＿Ａｙを正規化してローカル座標系のｙ軸の単位ベクトルを算出し、
【００４７】
【数３】
2014153247.tif 000005
【００４８】
式（４）によりベクトルｖｃ＿Ａを正規化してローカル座標系のｚ軸の単位ベクトルを算出することで、作業器具１の座標系をローカル座標系で定義することができる。
【００４９】
【数４】
2014153247.tif 000006
【００５０】
第３の解析機能７Ｃは、第２の解析機能７Ｂで算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、作業器具１のローカル座標系の原点をトランスミッタ２のグローバル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、グローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いて、第１の解析機能７Ａで算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換して、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃと作業部位１ａとの相対的位置関係に基づき得られたキャリブレーションデータにする解析機能である。
【００５１】
例えば、式（５）のグローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いることができる。
【００５２】
【数５】
2014153247.tif 000007
【００５３】
ここで、ａ、ｂ、ｃは第１の解析機能７Ａで算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値、平行移動行列の−ｘ１、−ｙ１、−ｚ１は作業器具１のローカル座標系の原点をトランスミッタのグローバル座標系の原点に合わせる移動量、回転行列のｖｘｘ、ｖｘｙ、ｖｘｚは式（２）により算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｖｙｘ、ｖｙｙ、ｖｙｚは式（３）により算出したローカル座標系のｙ軸の単位ベクトル、ｖｚｘ、ｖｚｙ、ｖｚｚは式（４）により算出したローカル座標系のｚ軸の単位ベクトル、ａ’、ｂ’、ｃ’は作業部位１ａのローカル座標系の３次元座標値である。
【００５４】
第４の解析機能７Ｄは、作業器具１で所定の作業を行っているときに、第２の解析機能７Ｂと同様の算出方法で所定の作業時における作業器具１のローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出し、この算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、トランスミッタ２のグローバル座標系の原点を所定の作業時における作業器具１のローカル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、第３の解析機能７Ｃで算出した作業部位１ａのキャリブレーションデータであるローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、作業器具１で所定の作業を行った時における作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出する解析機能である。
【００５５】
ここで、第２の解析機能７Ｂと同様の算出方法とは、作業器具１で所定の作業を行っているときに、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づき第２の解析機能７Ｂで選択された磁気センサ３Ａを作業器具１のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、作業器具１の座標系をローカル座標系で定義することである。
【００５６】
第２の解析機能７Ｂと同様の算出方法で得られた所定の作業におけるローカル座標系のｘ軸の単位ベクトルを（ｖｎｘｘ、ｖｎｘｙ、ｖｎｘｚ）、ローカル座標系のｙ軸の単位ベクトルを（ｖｎｙｘ、ｖｎｙｙ、ｖｎｙｚ）、ローカル座標系のｚ軸の単位ベクトルを（ｖｎｚｘ、ｖｎｚｙ、ｖｎｚｚ）とすると、
例えば、式（６）のローカル座標系をグローバル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いることができる。
【００５７】
【数６】
2014153247.tif 000008
【００５８】
ここで、ａ’、ｂ’、ｃ’は作業部位１ａのローカル座標系の３次元座標値、回転行列のｖｎｘｘ、ｖｎｘｙ、ｖｎｘｚは第２の解析機能７Ｂと同様の算出方法で得られた所定の作業におけるローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｖｎｙｘ、ｖｎｙｙ、ｖｎｙｚは第２の解析機能７Ｂと同様の算出方法で得られた所定の作業におけるローカル座標系のｙ軸の単位ベクトル、ｖｎｚｘ、ｖｎｚｙ、ｖｎｚｚは第２の解析機能７Ｂと同様の算出方法で得られた所定の作業におけるローカル座標系のｚ軸の単位ベクトル、平行移動行列のｘｎ、ｙｎ、ｚｎはトランスミッタ２のグローバル座標系の原点を所定の作業における作業器具１のローカル座標系の原点に合わせる移動量、ａｎ、ｂｎ、ｃｎは作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値である。
【００５９】
また、作業解析部７は、量産時における所定の作業において、作業器具１で当該所定の作業を行ったワークの作業位置が正しい位置か否かを判別するためのリファレンス領域データベースを作成する第５の解析機能７Ｅを有している。
【００６０】
この第５の解析機能７Ｅは、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、作業器具１の作業部位１ａを揺動中心にして所定の作業が正常に行われる傾き範囲で当該作業器具１を種々の方向に傾けたときに、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけ第４の解析機能７Ｄを使用して算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値をリファレンスデータとして収集し、何れか１つの作業位置における複数収集されたリファレンスデータから、当該１つの作業位置と隣り合う作業位置における複数収集されたリファレンスデータとは重なり合わないリファレンスデータだけを集めてリファレンス領域を設定し、リファレンス領域をデータベース化してリファレンス領域データベースを作成する解析機能である。
【００６１】
さらに、作業解析部７は、量産時における所定の作業において作業器具１の作業部位１ａの位置が、第５の解析機能７Ｅで作成したリファレンス領域内に位置するか否かを判別する第６の解析機能７Ｆを有している。
【００６２】
この第６の解析機能７Ｆは、量産時における所定の作業において、何れか１つの作業位置で作業器具１による所定の作業が開始されると、リファレンス領域データベースから所定の作業が開始された１つの作業位置に対応するリファレンス領域を選択し、測定を開始した３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングのグローバル座標系の３次元座標データを第４の解析機能７Ｄを使用して算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値が、リファレンス領域内に位置するか否かを判別する解析機能である。
【００６３】
第６の解析機能７Ｆで使用される第４の解析機能７Ｄは、量産時における所定の作業において、作業器具１で所定の作業を行っているときに、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づき第２の解析機能７Ｂで選択された磁気センサ３Ａを作業器具１のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、作業器具１の座標系をローカル座標系で定義し、この算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、トランスミッタ２のグローバル座標系の原点を所定の作業時における作業器具１のローカル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、第３の解析機能７Ｃで算出した作業部位１ａのキャリブレーションデータであるローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、作業器具１で所定の作業を行った時における作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出する解析機能である。
【００６４】
ここで、リファレンス領域は、ワークの複数の作業位置間の間隔やその近辺に配置された部品等によって種々の領域設定が考えられる。例えば、リファレンス領域を球形にしたい場合には、式（７）の不等式を用いて第６の解析機能７Ｆによる判別を行うことになる。
【００６５】
【数７】
2014153247.tif 000009
【００６６】
また、リファレンス領域を方形にしたい場合には、式（８）の不等式を用いて第６の解析機能７Ｆによる判別を行うことになる。
【００６７】
【数８】
2014153247.tif 000010
【００６８】
なお、リファレンス領域は球形や方形に限らず、リファレンス領域を判別できる判別式を設定できればどのような形状のものでもよい。
【００６９】
この第６の解析機能７Ｆで、量産時において所定の作業が行われた作業位置が正常な作業位置で行われていないと判定した場合には、報知部８で警報を報知するようにするとよい。この報知部８は、正常な作業位置ではないとの判定情報をスピーカ等の音声発生装置によって作業中の作業者が聴覚によって確認することができる。なお、報知部８は、聴覚確認に限らず、正常な作業位置ではないとの判定情報を表示画面に表示する表示装置で作業中の作業者が視覚で確認できるようにしてもよく、さらには、音声発生装置と表示装置とを用いて正常な作業位置ではないとの判定情報を確認できるようにしてもよい。
【００７０】
このような作業解析部７を備えているデータ処理装置６は、コンピュータが好ましく、内部にＣＰＵ等の演算処理装置を備えると共に、ブラウン管モニタや液晶ディスプレイ等の表示画面を有する表示装置や、キーボード、マウス等の入力デバイス、さらに、ハードディスクドライブ等の記憶装置等で構成されている。
【００７１】
なお、この作業位置判別システムは、作業を行う位置の近傍に金属体が配置されている場合には、その金属体の影響で局所的に磁場が非線形に歪むので、図４に示すように、３次元空間において、作業を行う位置の近傍に金属体が配置されている場合における３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの３次元位置座標（中抜きの丸印）、及び作業器具１の作業部位１ａの３次元位置座標（中抜きの丸印）と、作業を行う位置の近傍に金属体が配置されていない場合における３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの３次元位置座標（黒塗りの丸印）、及び作業器具１の作業部位１ａの３次元位置座標（黒塗りの丸印）とは、ずれることになる。しかしながら、図４に示すように、その磁場分布は常に安定しているので、そのずれ量もほぼ一定になる。
【００７２】
したがって、リファレンス領域を設定するにあたり、その所定の作業において金属体である、例えば工具箱や部品収納等を近傍に配置する場合には、予めそのような金属体を配置しておくことで、上述のようにして算出した作業器具１の作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値であるリファレンスデータが上述のようにずれることになるが、その磁場分布は常に安定しているので、正常な所定の作業のリファレンスデータとして利用することができる。
【００７３】
また、図５（Ａ）に示すように、作業器具に１つの磁気センサ３１だけが配置されている場合には、その１つの磁気センサ３１の位置情報及び角度情報に基づき当該作業器具１の作業部位１ａを算出しなければならないので、作業を行う位置の近傍に金属体が配置されていると、作業器具１の作業部位１ａの算出結果は磁場の乱れによる変位が大きくなる。一方、本発明は図５（Ｂ）に示すように、作業器具１の作業部位１ａから一直線上に並ぶことなく３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが作業器具に配置されていることから、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの位置情報だけで当該作業器具１の作業部位１ａを算出することができるので、作業器具１の作業部位１ａの算出結果は磁場の乱れによる変位が、作業器具に１つの磁気センサ３１だけが配置されている場合に比べて小さくすることができる。したがって、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の磁気センサが３つ配置された作業器具１のリファレンス領域Ｒ１の方が、磁気センサが１つ配置された作業器具１のリファレンス領域Ｒ２より小さくすることができるので、判別精度の高い作業位置判別システムを提供できる。
【００７４】
このような作業位置判別システムによれば、第１の解析機能７Ａ、第２の解析機能７Ｂ、第３の解析機能７Ｃ及び第４の解析機能７Ｄにより、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、作業器具１の作業部位１ａの３次元位置座標を算出することができ、また、第５の解析機能７Ｅにより、ワークの複数の作業位置それぞれで、隣り合う作業位置とは重なり合わないリファレンス領域を設定することができ、第６の解析機能７Ｆにより、量産時における所定の作業において、作業器具１の作業部位１ａがリファレンス領域内に位置するか否かを判別することで、ワークの複数の作業位置それぞれで、作業器具１で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できるようになる。
【００７５】
このように構成された作業位置判別システムにおけるデータ処理装置の各構成は、演算処理装置によって実行されるプログラムによって実現されるプログラムによって実現されるものである。このプログラムによるデータ処理手順について、図６、図７のフローチャートに基づき説明する。なお、図６は、リファレンス領域データベースを作成するためのフローチャートで、図７は、量産時に作業器具１で所定の作業を行った作業位置が、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて正しい位置か否かを正確に判別するためのフローチャートである。
【００７６】
また、作業器具１としてナットランナを使用するものとする。ナットランナ１は、ナットランナ本体から延びる出力軸にソケットを設け、そのソケットをボルトやナット等に着脱自在に嵌合させて、当該ボルトやナット等を締め付けるものである。したがって、ソケットのボルトやナット等に嵌合する部位が作業部位１ａとなるので、以下、ソケットのこの部位を作業部位１ａと称する。また、作業部位１ａを揺動中心にしてナットランナを揺動させるには、ナットランナ１を回転させたり傾けたりすることで行うことができる。また、ナットランナ１による所定の作業である締付作業は、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて行われる。
【００７７】
最初に、量産時における締付作業においてナットランナ１で締付作業を行った作業位置が、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて正しい位置か否かを正確に判別するためのリファレンス領域のデータベースを作成するためのプログラムによるデータ処理手順について、図６のフローチャートに基づき説明する。
【００７８】
まず、ナットランナ１の作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出するために、作業部位１ａを揺動中心にしてナットランナ１を揺動する（ステップ１０１）。この際、当該揺動中心及び磁気センサ３Ａ間の距離を半径とする仮想球面上における任意の４点に対して磁気センサ３Ａを移動させることにより、作業解析部７の第１の解析機能７Ａは４点の３次元座標データを取得する（ステップ１０２）。作業解析部７の第１の解析機能７Ａは、ステップ１０２で取得した４点の３次元座標データと、４点を通る球の方程式とによって作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出する（ステップ１０３）。
【００７９】
次に、作業解析部７は、ステップ１０３で算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換して、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃと作業部位１ａとの相対的位置関係に基づき得られるキャリブレーションデータにするステップに移行する。
【００８０】
作業解析部７の第２の解析機能７Ｂは、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づき磁気センサ３Ａを作業器具のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、ナットランナ１の座標系をローカル座標系で定義する（ステップ１０４）。
【００８１】
作業解析部７の第３の解析機能７Ｃは、ステップ１０４で算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、ナットランナ１のローカル座標系の原点をトランスミッタ２のグローバル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、グローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列を用いて、ステップ１０３で算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値をローカル座標系の３次元座標値に座標変換する（ステップ１０５）。
【００８２】
次に、作業解析部７は、量産時における締付作業において、ナットランナ１で当該締付作業を行ったワークの作業位置が正しい位置か否かを判別するためのリファレンス領域データベースを作成するステップに移行する。
【００８３】
リファレンス領域データベースを作成するために、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、ナットランナ１の作業部位１ａを揺動中心にして締付作業が正常に行われる傾き範囲で当該ナットランナ１を種々の方向に傾けると、作業解析部７の第５の解析機能７Ｅは、第４の解析機能７Ｄを使用する。作業解析部７の第５の解析機能７Ｅは、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけ後述する第４の解析機能７Ｄによるステップ１０６、１０７を実行する。
【００８４】
第４の解析機能７Ｄは、ステップ１０４と同様の算出方法、即ち、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づきステップ１０４と同じ磁気センサ３Ａをナットランナ１のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、ナットランナ１の座標系をローカル座標系で定義する（ステップ１０６）。
【００８５】
第４の解析機能７Ｄは、ステップ１０６で算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、トランスミッタ２のグローバル座標系の原点を締付作業時におけるナットランナ１のローカル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、ステップ１０５で算出した作業部位１ａのキャリブレーションデータであるローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、ナットランナ１で締付作業を行った時における作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出する（ステップ１０７）。
【００８６】
したがって、作業解析部７の第５の解析機能７Ｅは、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、ナットランナ１の作業部位１ａを揺動中心にして締付作業が正常に行われる傾き範囲で当該ナットランナ１を種々の方向に傾けたときに、その傾けた位置が所定の異なる複数位置の数の分だけステップ１０６及びステップ１０７を使用して算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値をリファレンスデータとして収集する（ステップ１０８）。
【００８７】
作業解析部７の第５の解析機能７Ｅは、何れか１つの作業位置におけるステップ１０８で複数収集されたリファレンスデータから、当該１つの作業位置と隣り合う作業位置におけるステップ１０８で複数収集されたリファレンスデータとは重なり合わないリファレンスデータだけを集めてリファレンス領域を設定する（ステップ１０９）。
【００８８】
作業解析部７の第５の解析機能７Ｅは、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて、ステップ１０９で設定されたリファレンス領域をデータベース化してリファレンス領域データベースを作成する（ステップ１１０）。
作業解析部７は、ステップ１１０が終了すると、量産時における締付作業においてナットランナ１で締付作業を行った作業位置が、ワークの複数の作業位置それぞれにおいて正しい位置か否かを正確に判別するためのリファレンス領域のデータベースを作成したものと判断して、そのリファレンス領域のデータベースを記憶装置９に登録することで、リファレンス領域のデータベース作成のデータ処理は終了する（ステップ１１１）。
【００８９】
次に、量産時におけるナットランナ１での締付作業において、当該締付作業を行ったワークの作業位置が正しい位置か否かを判別するためのプログラムによるデータ処理手順について、図７のフローチャートに基づき説明する。なお、ここでの各ステップは、ワークの複数の作業位置それぞれ行われる。
【００９０】
作業解析部７の第６の解析機能７Ｆは、何れか１つの作業位置でナットランナ１による締付作業が開始されると（ステップ２０１）、記憶装置９に登録されたリファレンス領域データベースから締付作業が開始された１つの作業位置に対応するリファレンス領域を選択する（ステップ２０２）。
【００９１】
作業解析部の第６の解析機能は、ステップ２０２でリファレンス領域を選択すると、第４の解析機能７Ｄによるステップ１０６、１０７を実行する。
【００９２】
第４の解析機能７Ｄは、ステップ１０４と同様の算出方法、即ち、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングの３次元座標データに基づきステップ１０４と同じ磁気センサ３Ａをナットランナ１のローカル座標系における原点として当該ローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを算出して、ナットランナ１の座標系をローカル座標系で定義する（ステップ１０６）。
【００９３】
第４の解析機能７Ｄは、ステップ１０６で算出したローカル座標系のｘ軸の単位ベクトル、ｙ軸の単位ベクトル、ｚ軸の単位ベクトルを姿勢ベクトル成分とする回転行列と、トランスミッタ２のグローバル座標系の原点を締付作業時におけるナットランナ１のローカル座標系の原点に合わせる平行移動行列とを含み、ローカル座標系をグローバル座標系に変換する同次座標変換行列を用いて、ステップ１０５で算出した作業部位１ａのキャリブレーションデータであるローカル座標系の３次元座標値をグローバル座標系の３次元座標値に座標変換して、ナットランナ１で締付作業を行った時における作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値を算出する（ステップ１０７）。
【００９４】
したがって、作業解析部７の第６の解析機能７Ｆは、ステップ２０２でリファレンス領域を選択すると、測定を開始した３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される任意のタイミングのグローバル座標系の３次元座標データをステップ１０６及びステップ１０７を使用して算出した作業部位１ａのグローバル座標系の３次元座標値が、リファレンス領域内に位置するか否かを判別する（ステップ２０３）。
【００９５】
ステップ２０３で、量産時において締付作業が行われた作業位置が正常な作業位置で行われていないと判定した場合には、例えば、報知部８で警報を報知することで、作業位置の判別が終了する（ステップ２０４）。
【００９６】
このような本発明の作業位置判別方法によれば、ステップ１０２、ステップ１０３、ステップ１０４、ステップ１０５、ステップ１０６及びステップ１０７により、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、ナットランナ１の作業部位１ａの３次元位置座標を算出することができ、また、ステップ１０８、ステップ１０９及びステップ１１０により、ワークの複数の作業位置それぞれで、隣り合う作業位置とは重なり合わないリファレンス領域を設定することができ、ステップ２０２及びステップ２０３により、量産時におけるナットランナによる締付作業において、ナットランナ１の作業部位１ａがリファレンス領域内に位置するか否かを判別することで、ワークの複数の作業位置それぞれで、ナットランナで締付作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できるようになる。したがって、ナットランナ１による締付回数や締付トルクをチェックすると共に、その締付作業位置が正しいのか否かをもチェックすることができる。
【００９７】
また、上述した本発明の作業位置判別システム及び作業位置判別方法によれば、ワークの位置が本来位置すべき位置と一致していなくても、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、作業器具１の作業部位１ａの３次元位置座標を算出することができので、作業器具１で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる。
【００９８】
また、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、作業器具１の作業部位１ａの３次元位置座標を算出することができので、作業器具１が作業中に傾いていても所定の作業を正常に行える傾き範囲であれば、当該作業器具１で所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる。
【００９９】
また、本発明は、３つの磁気センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれから出力される３次元位置座標であるグローバル座標系の３次元座標データだけに基づき、作業器具１の作業部位１ａの３次元位置座標を算出することができので、磁気センサによる位置座標で作業器具１の作業部位１ａを特定する際、局所的に磁場が非線形に歪んでいても、所定の作業を行った作業位置が正しい位置か否かを正確に判別できる。
【０１００】
なお、上述したグローバル座標系をローカル座標系に座標変換する同次座標変換行列として、式（５）を例示したが、この式（５）はグローバル座標系のベクトルをローカル座標系のベクトルに座標変換するために、行ベクトルを使用していたが、これに限らず、ベクトルは列ベクトルでもよいことは言うまでもない。また、同様に、ローカル座標系をグローバル座標系に座標変換する同次座標変換行列として、式（６）を例示したが、この式（６）はローカル座標系のベクトルをグローバル座標系のベクトルに座標変換するために、行ベクトルを使用していたが、これに限らず、ベクトルは列ベクトルでもよいことは言うまでもない。
【０１０１】
また、上述した実施例においては作業器具としてナットランナを使用したが、これに限らず、作業器具の作業部位が揺動中心になるような作業を行うものならば、どのような作業器具でもよい。例えば、溶接ガンによるスポット溶接や、ねじ打機及び釘打機による資材固定等が挙げられる。
【０１０２】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【０１０３】
１……ナットランナ（作業器具）
１ａ……作業部位
２……トランスミッタ
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ……磁気センサ
７……作業解析部
７Ａ……第１の解析機能
７Ｂ……第２の解析機能
７Ｃ……第３の解析機能
７Ｄ……第４の解析機能
７Ｅ……第５の解析機能
７Ｆ……第６の解析機能
ＶＳ１……仮想球面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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