(57)【要約】【課題】  ワークを搬送しながら行われる作業を管理でき、作業効率の低下を招くことなく、作業忘れを未然に防止できる作業管理方法及び作業管理システムを提供する。【解決手段】  作業場にて作業ライン１に沿って搬送されているワーク２に対する作業を工具５によって行ったときに、工具５から超音波及び電磁波を同時に送信し、工具５からの超音波及び電磁波を作業場の固定位置にて受信して、その受信した超音波と電磁波との時間差に基づいて工具５により作業を行った工具位置を算出すると共に、工具５からの超音波または電磁波を受信した作業時点での作業ライン１上の基準位置からのワーク２の移動距離を計測し、算出した工具位置及び計測した移動距離と、基準位置において予め登録された作業箇所登録位置とに基づいて、ワーク２に対する工具５による作業を管理する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業場にて作業ラインに沿って搬送されているワークに対する作業を工具によって行ったときに、該工具から超音波及び電磁波を同時に送信し、
上記工具からの超音波及び電磁波を上記作業場の固定位置にて受信して、該受信した超音波と電磁波との時間差に基づいて上記工具により作業を行った工具位置を算出すると共に、上記工具からの超音波または電磁波を受信した作業時点での上記作業ライン上の基準位置からの上記ワークの移動距離を計測し、
上記工具位置及び上記移動距離と、上記基準位置において予め登録された作業箇所登録位置とに基づいて、上記ワークに対する上記工具による作業を管理することを特徴とする作業管理方法。
【請求項２】
作業場にて作業ラインに沿って搬送されているワークに対する作業を行う工具に取り付けられ、上記ワークに対する作業を行ったときに超音波及び電磁波を同時に送信する移動局と、
上記作業場に固定され、上記移動局からの超音波及び電磁波を受信する固定局と、
上記作業ライン上の予め設定した基準位置への上記ワークの到達を検出するワーク到達検出手段と、
上記ワーク到達検出手段の出力に基づいて上記基準位置からの上記ワークの移動距離を計測する計測手段と、
上記固定局で受信した上記移動局からの超音波及び電磁波との時間差に基づいて上記工具により作業を行った工具位置を算出し、該算出した工具位置と、上記固定局が上記移動局からの超音波または電磁波を受信した作業時点での上記計測手段による上記ワークの移動距離と、上記基準位置において予め登録された作業箇所登録位置とに基づいて、上記ワークに対する上記工具による作業を管理する処理手段と、
を有することを特徴とする作業管理システム。
【請求項３】
上記固定局は、上記移動局からの超音波を異なる固定位置で受信する複数の超音波受信部と、上記移動局からの電磁波を受信する一つの電磁波受信部とを有し、
上記処理手段は、上記電磁波受信部で受信した電磁波と、上記複数の超音波受信部でそれぞれ受信した超音波との複数の時間差に基づいて上記工具位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の作業管理システム。
【請求項４】
上記処理手段は、算出した上記工具位置から、当該作業時点における上記移動距離を減算して補正工具位置を算出し、その算出した補正工具位置と上記作業箇所登録位置との比較に基づいて、上記ワークに対する上記工具による作業を管理することを特徴とする請求項２または３に記載の作業管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばボルトの締付作業等の作業管理方法及び作業管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の組立ラインでは、人手によって多数のボルトを締め付ける作業がある。かかる締付作業では、例えば、ベルトコンベアにより作業位置に搬送された自動車フレームに対して、ボルト締め箇所を示した指示書等に従って多数のボルト締め箇所を、作業者によりトルクレンチによって順次ボルト締めして、次の作業に送り出すようにしている。
【０００３】
このようなトルクレンチによるボルト締め作業を管理する方法として、例えば設定トルクに達すると締付完了信号をＦＭ電波で送信するトルクレンチを用い、このトルクレンチからのＦＭ電波を受信して締付作業数をカウンタでカウントして、そのカウント値から作業の完了を判定する作業管理システムが知られている。
【０００４】
ところが、この公知の作業管理システムでは、締付箇所が非常に多い場合や入り組んでいる場合には、システムの誤動作や誤操作によりカウントミスが生じたり、カウント値が正常値であっても締め忘れ箇所があったりする場合があり、絶対的な品質を確保することが困難であった。そのため、作業終了後において検査工程を設ける等の措置や、作業を区分化する等の措置を要し、作業効率の低下を招いていた。
【０００５】
このような不具合を解決するものとして、本出願人は、トルクレンチに設定トルクに達した時点で超音波及び電磁波を同時に送信する移動局を設け、所定の作業位置において、移動局からの超音波及び電磁波を作業場の複数箇所に設置した複数の固定局で受信し、その各固定局で受信した超音波と電磁波との時間差に基づいて作業を行ったトルクレンチの位置を算出して、その算出したトルクレンチ位置に対応する作業箇所登録位置のボルト締め作業を完了と判定するようにした作業管理システムを既に提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この作業管理システムによると、作業進行と共に各作業箇所の作業完了を確認することができるので、作業効率の低下を招くことなく、作業忘れを未然に防止することが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２３４４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、車両の組立ライン等の作業場では、ワークを静止させて作業を行う場合と、コンティニアンスラインにおけるようにワークを搬送しながら作業を行う場合とがある。
【０００９】
しかしながら、上記の特許文献１で提案した作業管理システムは、所定の作業位置にワークを静止させて作業を行う場合を前提として、当該作業位置でのワークに対する作業箇所を予め登録しておき、その作業箇所登録位置と実際に算出した移動局位置との比較に基づいて、算出した移動局位置に対応する作業箇所登録位置を作業完了と判定するようにしている。
【００１０】
このため、ワークを搬送しながら作業を行うコンティニアンスラインに適用すると、作業箇所位置が時間の経過とともに変化することから、作業を行った移動局位置を算出しても、その移動局位置に対応する作業箇所登録位置が存在しなくなって当該作業が誤作業と判定されたり、実際に作業を行った箇所とは異なる作業箇所登録位置が作業完了と誤判定されたりして、初期の目的を達成できなくなる。
【００１１】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ワークを搬送しながら行われる作業を管理でき、作業効率の低下を招くことなく、作業忘れを未然に防止できる作業管理方法及び作業管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する請求項１に記載の作業管理方法の発明は、作業場にて作業ラインに沿って搬送されているワークに対する作業を工具によって行ったときに、該工具から超音波及び電磁波を同時に送信し、上記工具からの超音波及び電磁波を作業場の固定位置にて受信して、その受信した超音波と電磁波との時間差に基づいて上記工具により作業を行った工具位置を算出すると共に、上記工具からの超音波または電磁波を受信した作業時点での上記作業ライン上の基準位置からの上記ワークの移動距離を計測し、上記工具位置及び上記移動距離と、上記基準位置において予め登録された作業箇所登録位置とに基づいて、上記ワークに対する上記工具による作業を管理することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の作業管理システムの発明は、作業場にて作業ラインに沿って搬送されているワークに対する作業を行う工具に取り付けられ、上記ワークに対する作業を行うことにより超音波及び電磁波を同時に送信する移動局と、上記作業場に固定され、上記移動局からの超音波及び電磁波を受信する固定局と、上記作業ライン上の予め設定した基準位置への上記ワークの到達を検出するワーク到達検出手段と、上記ワーク到達検出手段の出力に基づいて上記基準位置からの上記ワークの移動距離を計測する計測手段と、上記固定局で受信した上記移動局からの超音波及び電磁波との時間差に基づいて上記工具により作業を行った工具位置を算出し、その算出した工具位置と、上記固定局が上記移動局からの超音波または電磁波を受信した作業時点での上記計測手段による上記ワークの移動距離と、上記基準位置において予め登録された作業箇所登録位置とに基づいて、上記ワークに対する上記工具による作業を管理する処理手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２の作業管理システムにおいて、上記固定局は、上記移動局からの超音波を異なる固定位置で受信する複数の超音波受信部と、上記移動局からの電磁波を受信する一つの電磁波受信部とを有し、上記処理手段は、上記電磁波受信部で受信した電磁波と、上記複数の超音波受信部でそれぞれ受信した超音波との複数の時間差に基づいて上記工具位置を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３の作業管理システムにおいて、上記処理手段は、算出した上記工具位置から、当該作業時点における上記移動距離を減算して補正工具位置を算出し、その算出した補正工具位置と上記作業箇所登録位置との比較に基づいて、上記ワークに対する上記工具による作業を管理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によると、作業場にて工具によりワークに対する作業を行った時点で、該工具から同時に送信される超音波及び電磁波を作業場の固定位置で受信し、それらの受信時間差に基づいて作業を行った工具位置を算出すると共に、その作業時点での基準位置からのワークの移動距離を計測し、これら算出した工具位置及び計測した移動距離と、基準位置において予め登録された作業箇所登録位置とに基づいて、ワークに対する工具による作業を管理するので、ワークを搬送しながら行われる作業を、作業進行と共に各作業箇所の作業完了を確認しながら管理でき、これにより作業効率の低下を招くことなく作業忘れを未然に防止することができる。
【００１７】
請求項２の発明によると、作業場にて工具によりワークに対する作業を行った時点で、該工具に設けた移動局から同時に送信される超音波及び電磁波を作業場に設けた固定局で受信すると共に、ワーク到達検出手段によりワークが基準位置に到達したのを検出した時点から作業時点までのワークの移動距離を計測手段で計測し、処理手段において、固定局で受信された超音波及び電磁波の受信時間差に基づいて作業時点の工具位置を算出して、その算出した工具位置と、計測手段で計測される移動距離と、予め登録された基準位置における作業箇所登録位置とに基づいて、ワークに対する工具による作業を管理するので、ワークを搬送しながら行われる作業を、作業の進行と共に各作業箇所の作業完了を確認しながら管理でき、これにより作業効率の低下を招くことなく作業忘れを未然に防止することができる。
【００１８】
請求項３の発明によると、一つの電磁波受信部で受信した電磁波と、異なる固定位置に設置された複数の超音波受信部でそれぞれ受信した超音波との複数の時間差に基づいて作業を行った工具位置を算出するので、２個の超音波受信部を設けることで二次元的な工具位置を算出でき、また、３個以上の超音波受信部を設けることで三次元的な工具位置を算出でき、簡単な固定局の構成で、工具による作業をより精度よく管理することができる。
【００１９】
請求項４は、処理手段による処理の一例を具体的に示したものであり、これによると、算出した工具位置からワークの移動距離を減算して補正工具位置を算出し、その補正工具位置と作業箇所登録位置との比較に基づいて、ワークに対する工具による作業を管理するので、処理手段での処理を容易にでき、簡単かつ安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による作業管理方法及び作業管理システムの実施の形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態に係る作業管理システムの概略構成を示す図、図２は図１に示す移動局の概略構成を示すブロック図、図３は図１に示す移動局のトルクレンチへの取り付け態様を説明するための図、図４は図１に示す車種情報受信部、固定局及び処理装置の概略構成を示すブロック図、図５は図１に示す作業管理システムによる作業管理方法を説明するためのフローチャート、図６は図１に示す表示部への表示態様を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態の作業管理システムは、作業場である車両組立ライン１において、ワークである車両のシャーシ２をコンベア３により搬送しながら、シャーシ２のボルトを作業員４が工具であるトルクレンチ５で締め付ける作業に適用したものである。
【００２３】
コンベア３を駆動する図示していないモータあるいは駆動ローラには、計測手段の一部であるエンコーダ６が結合されており、このエンコーダ６からコンベア３の所定移動距離毎にパルスが出力されるようになっている。
【００２４】
車両組立ライン１には、その床等の下部構造体に、コンベア３によって搬送されるシャーシ２が予め設定した基準位置に到達したことを検出するワーク到達検出手段である光電管等からなるワーク検出センサ７が設置されている。
【００２５】
シャーシ２は、車両ＩＤ等の車種情報を電磁波として送信するようになっており、その車種情報電磁波は、シャーシ２が基準位置に達した状態で、車両組立ライン１の上部構造体８に設置された車種情報受信部９で受信可能になっている。
【００２６】
また、トルクレンチ５には、超音波及び電磁波を同時に送信する移動局１０が取り付けられており、この移動局１０からの超音波及び電磁波を受信する固定局１１が上部構造体８に設置されている。
【００２７】
本実施の形態では、固定局１１は、上部構造体８の異なる位置に設置されて移動局１０からの超音波を受信する複数の超音波受信部１２−１，１２−２，・・・と、移動局１０からの電磁波を受信する一つの電磁波受信部１３とを有している。なお、図１では、８個の超音波受信部１２−１〜１２−８を図示している。
【００２８】
上記のエンコーダ６、ワーク検出センサ７、車種情報受信部９及び固定局１１は、トルクレンチ５による作業を管理する処理手段である処理装置１５に接続されている。処理装置１５には、処理結果等の作業状況を表示する表示部１６が接続されている。
【００２９】
次に、図２及び図３を参照して移動局１０について説明する。
【００３０】
図２に示すように、移動局１０は、超音波を送信する振動子部２１ａ及び送信回路２１ｂからなる超音波送信部２１と、電磁波を送信するアンテナ２２ａ及び送信回路２２ｂからなる電磁波送信部２２と、電源である電池２３と、スイッチ２４とを有している。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、送信回路２１ｂ、送信回路２２ｂ、電池２３及びスイッチ２４は、基板２５に実装されてケース２６に収容され、トルクレンチ５の駆動部５ａと把持部５ｂとの間に取り付けられている。また、振動子部２１ａ及びアンテナ２２ａは、送信ユニット２７に組み込まれて、トルクレンチ５の駆動部５ａに近接した位置に取り付けられている。本実施の形態では、１２０°の間隔で配置された３つの振動子部２１ａが、図３（ｂ）に示すように、トルクレンチ５の長手方向に沿う線に対して３０°の角度をもって取り付けられている。
【００３２】
ここで、スイッチ２４は、可動接触子片が外部から付勢されるとオンになるマイクロスイッチ等であり、トルクレンチ５の駆動部５ａの図示しない爪により可動接触子片が付勢されるように取り付けられている。なお、トルクレンチ５の爪は、設定したトルクを超えたとき、すなわちシャーシ２に対するボルト締め作業を設定トルクで行ったときに作動するもので、これによりスイッチ２４がオンして超音波送信部２１及び電磁波送信部２２が駆動されて超音波及び電磁波が同時に送信されるようになっている。
【００３３】
次に、図４を参照して、車種情報受信部９、固定局１１及び処理装置１５について説明する。
【００３４】
車種情報受信部９は、シャーシ２から送信される車種情報電磁波を受信するアンテナ３１及び無線ユニット３２を有しており、ワーク検出センサ７がシャーシ２を検出した信号に基づいて処理装置１５により所定時間オン状態に制御されて、受信した車種情報を処理装置１５に出力するようになっている。
【００３５】
固定局１１の超音波受信部１２−１は、移動局１０から送信される超音波を受信する振動子部３３−１及び受信回路３４−１を有しており、超音波の受信信号を処理装置１５に出力するようになっている。他の超音波受信部１２−２〜１２−８も、同様に、振動子部３３−２〜３３−８及び受信回路３４−２〜３４−８を有しており、それぞれの受信信号を処理装置１５に出力するようになっている。
【００３６】
また、固定局１１の電磁波受信部１３は、移動局１０から送信される電磁波を受信するアンテナ３５及び無線ユニット３６を有しており、電磁波の受信信号を処理装置１５に出力するようになっている。
【００３７】
処理装置１５は、エンコーダ６とともに計測手段を構成するパルスカウンタ３７と、基準位置においてシャーシのボルト締め作業を行った場合の各作業箇所における三次元的な工具位置を作業箇所登録位置として車種毎に予め格納するメモリ等からなるテーブル３８と、パルスカウンタ３７、ワーク検出センサ７、車種情報受信部９、固定局１１からの入力情報及びテーブル３８に格納されている作業箇所登録位置に基づいて締付作業を管理すると共に、各部の動作を制御する演算制御部３９とを有しており、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータにより構成されている。
【００３８】
以上の構成からなる作業管理システムによる本実施の形態の作業管理方法について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３９】
車両組立ライン１において、コンベア３によりシャーシ２が搬送され、ワーク検出センサ７によって基準位置に到達したことが検出されると（ステップＳ１）、その検出に同期してパルスカウンタ３７によるエンコーダ６からのパルスの当該シャーシ２に対する計数が開始される（ステップＳ２）と共に、車種情報受信部９が所定時間オンとなってシャーシ２から送信される車種情報が受信され、この車種情報の受信により、処理装置１５においてシャーシ２の車種が特定されて対応する締付箇所の作業箇所登録位置がテーブル３８から演算制御部３９に取得される（ステップＳ３）。
【００４０】
ここでは、図１に示すように、シャーシ２にボルト締め箇所ＷＰ１〜ＷＰ５が有り、その各々のボルト締め箇所に対応するトルクレンチ５の作業箇所登録位置が取得されるものとする。
【００４１】
その後、作業員４により、トルクレンチ５の把持部５ａを把持して、搬送中のシャーシ２に対して、そのボルト締め箇所ＷＰ１〜ＷＰ５のボルト締付作業が行われる（ステップＳ４）。
【００４２】
この締付作業において、トルクレンチ５が設定したトルクを超えると、すなわち或るボルト締め箇所のボルト締付作業が完了すると、トルクレンチ５の爪が動くことにより、トルクレンチ５に取り付けた移動局１０のスイッチ２４がオンして超音波送信部２１及び電磁波送信部２２が駆動され、これにより移動局１０から超音波及び電磁波が同時に送信され、その送信された超音波及び電磁波が固定局１１で受信されて処理装置１５の演算制御部３９に取り込まれる。
【００４３】
ここで、移動局１０から送信された電磁波は、固定局１１の電磁波受信部１３で受信され、超音波は、電磁波よりも遅れて固定局１１の超音波受信部１２−１〜１２−８で受信されると共に、その超音波の受信タイミングは超音波受信部１２−１〜１２−８の設置場所によって異なる。
【００４４】
本実施の形態では、演算制御部３９において、電磁波受信部１３での電磁波の受信に同期して、その作業完了時点におけるパルスカウンタ３７の計数値が取り込まれ、その計数値に基づいてコンベア３によるシャーシ２の基準位置からの移動距離が算出される。
【００４５】
また、演算制御部３９において、少なくとも三つの超音波受信部が選択されて、その選択された三つの超音波受信部での超音波の受信タイミングと、電磁波受信部１３での電磁波の受信タイミングとの時間差がそれぞれ求められ、これら時間差及び超音波の伝播速度に基づいて、選択された三つの超音波受信部から移動局１０までの距離がそれぞれ算出され、それらの距離に基づいて測量法に従ってボルト締付作業完了時点での三次元的な工具位置が算出される。
【００４６】
その後、算出された工具位置から、パルスカウンタ３７の計数値に基づいて算出されたシャーシ２の基準位置からの移動距離が減算されて補正工具位置が算出され、その算出された補正工具位置と、テーブル３８から取得した当該シャーシ２における作業箇所登録位置との比較に基づいて、対応する作業箇所が締付完了と判定されて、その結果が表示部１６に表示される（ステップＳ５）。なお、当然のことながら、算出された工具位置からの移動距離の減算は、シャーシ２の移動距離とその移動方向とに基づいて三次元方向の各成分に対して行われる。したがって、移動方向が三次元の一つの軸に一致している場合には、その一致している軸の成分に対してのみ行われる。
【００４７】
図６は表示部１６に表示される作業状況画面の一例を示すもので、車種情報等を示す表示領域４１と、締付完了箇所を示す表示領域４２と、未締付箇所を示す表示領域４３と、全箇所締付完了を示す表示領域４４と、シャーシを模擬的に示す表示領域４５とを有しており、作業員４に対して作業の状況が視覚的に分かり易い画面となっている。
【００４８】
作業が終了すると（ステップＳ６）、未締付箇所の有無が判断され（ステップＳ７）、無しの場合には、当該作業内容をファイル化する等の終了処理（ステップＳ８）を経て当該シャーシ２に対するトルクレンチ５によるボルト締付作業を終了し、未締付箇所が有る場合には、警告表示（ステップＳ９）を行った上で、ステップＳ４に戻る。
【００４９】
以上のように、本実施の形態では、車両組立ライン１においてシャーシ２に対してトルクレンチ５により締付作業を行った時点で、トルクレンチ５に設けた移動局１０から同時に送信される超音波及び電磁波を固定局１１で受信して工具位置を算出し、その算出した工具位置からシャーシ２の基準位置からの移動距離を減算して補正工具位置を算出し、その補正工具位置と基準位置における作業箇所登録位置との比較に基づいて作業完了箇所を判定して、シャーシ２に対するトルクレンチ５による締付作業を管理するようにしたので、簡単かつ安価な構成で、シャーシ２を搬送しながら行われる締付作業を、作業の進行と共に各作業箇所の作業完了を確認しながら管理でき、これにより作業効率の低下を招くことなく作業忘れを未然に防止することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、シャーシ２の基準位置からの移動距離を算出するパルスカウンタ３７の計数値の取り込みタイミングは、電磁波受信部１３での電磁波の受信タイミングに代えて、複数の超音波受信部１２−１〜１２−８のいずれかが超音波を受信したタイミングとすることもできる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、固定局１１に複数の超音波受信部１２−１〜１２−８と一つの電磁波受信部１３とを設けたが、固定局を一つの超音波受信部と一つの電磁波受信部とを有して構成して、その固定局を算出する工具位置の次元に応じて一つまたは複数個設置することもできる。
【００５２】
さらに、作業完了箇所の判定は、作業箇所登録位置に移動距離を加算して補正工具位置を算出し、その算出した補正工具位置と、固定局での超音波及び電磁波の受信時間差に基づいて算出した工具位置との比較に基づいて行うこともできる。
【００５３】
さらにまた、本発明は、トルクレンチに限らず、トルクドライバやその他の工具を用いて、ワークを搬送しながら作業を行う場合にも適用することができる。そして、工具の数も１つに限られるものではなく、各作業箇所に対応した複数であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る作業管理システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す移動局の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す移動局のトルクレンチへの取り付け態様を説明するための図である。
【図４】図１に示す車種情報受信部、固定局及び処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示す作業管理システムによる作業管理方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１に示す表示部への表示態様を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  車両組立ライン
２  シャーシ
３  コンベア
４  作業員
５  トルクレンチ
６  エンコーダ
７  ワーク検出センサ
８  上部構造体
９  車種情報受信部
１０  移動局
１１  固定局
１２−１〜１２−８  超音波受信部
１３  電磁波受信部
１５  処理装置
１６  表示部
２１  超音波送信部
２２  電磁波送信部
２３  電池
２４  スイッチ
２５  基板
２６  ケース
２７  送信ユニット
３７  パルスカウンタ
３８  テーブル
３９  演算制御部
【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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