(57)【要約】【課題】作業者に対して作業の補助を行い、被作業部材を所望の状態に締結可能な技術を提供する。【解決手段】バルブ３０およびバルブ３０に対して作業を行うためのトルクレンチ２０を撮影するカメラ２と、カメラ２で撮影された動画に基づき、トルクレンチ２０のバルブ３０に対する角度が所定角度範囲内にあるか否かを判定する角度判定部１６と、角度が所定角度範囲内である場合に、トルクレンチ２０による作業開始を示す情報とトルクレンチ２０の作業動作を示す情報とを作成する表示制御部１４と、表示制御部１４により作成された情報を表示する表示装置３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被作業部材および前記被作業部材に対して作業を行うための工具を撮影するカメラと、
前記カメラで撮影された画像に基づき、作業開始時および作業中の前記工具の前記被作業部材に対する角度が所定角度範囲内にあるか否かを判定する角度判定部と、
前記角度が所定角度範囲内である場合に、前記工具の作業動作を示す情報を作成する表示制御部と、
前記表示制御部により作成された情報を表示する表示装置と、を備える作業補助システム。
【請求項２】
前記工具の状態に基づき、作業が終了したか否かを検知する作業終了検知部を備え、
前記表示制御部は、前記作業終了検知部が作業の終了を検知した場合、作業終了を示す情報を作成し、前記表示装置に表示する、請求項１に記載の作業補助システム。
【請求項３】
前記工具は、トルクレンチであり、
前記工具の作業動作を示す情報は、前記トルクレンチの回転速度を示す情報である、請求項２に記載の作業補助システム。
【請求項４】
前記トルクレンチは、アーム状のレバーと、前記レバーの先端に取り付けられるヘッドとを有し、締付トルクが規定トルクに達すると前記ヘッドと前記レバーとの位置関係が変化するように構成され、
前記作業終了検知部は、前記レバーと前記ヘッドとの位置関係を検出し、
前記表示制御部は、前記作業終了検知部が前記レバーと前記ヘッドとの位置関係が変化したことを検知した場合、作業終了を示す情報を作成し前記表示装置に表示する、請求項３に記載の作業補助システム。
【請求項５】
前記被作業部材は、ボディと、前記ボディと前記アクチュエータと接続し前記トルクレンチにより回転されるアクチュエータと、前記ボディと前記アクチュエータとにより外周縁部が挟圧されるダイヤフラムとを有するバルブである、請求項３または請求項４に記載の作業補助システム。
【請求項６】
前記カメラは、クリーンルームの天井であって空気の流れを遮らない位置に設置されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業補助システム。
【請求項７】
前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像を表示し、
前記表示制御部は、前記工具の作業動作を示す情報を作成し、
前記表示装置は、前記表示制御部で作成された情報を前記画像上に表示する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の作業補助システム。
【請求項８】
被作業部材および前記被作業部材に対して作業を行うための工具を撮影するカメラで撮影された画像に基づき、前記工具の前記被作業部材に対する角度が所定角度範囲内にあるか否かを判定する角度判定部と、
前記角度が所定角度範囲内である場合に、表示装置に表示するために、前記工具による作業開始を示す情報と、前記工具の作業動作を示す情報とを作成する表示制御部と、を備える作業補助装置。
【請求項９】
請求項５に記載の作業補助システムを用いたバルブの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業補助システム、作業補助装置、およびバルブの組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された締付トルク管理システムでは、作業者がトルクレンチで任意の締付箇所のボルトを締めつけようとすると、当該締付箇所がカメラによって特定され、その特定された締付箇所の規定値がコンピュータからトルクレンチに送られる。そして、作業者はトルクレンチの締付トルク値を規定値の範囲内に収まるようにボルトを締め付け、この締付トルクが送信機からコンピュータに送られ、コンピュータにおいて、締付トルクが規定値なのか否かを判断している。このように、ボルトの締付トルクを管理している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５１０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に開示された締付トルク管理システムにおいて、実際にボルトに発生する締結力（軸力）は、トルクレンチのボルトに対する角度、トルクレンチの回転速度、作業者の習熟度等により変化するため、トルクレンチで検出される検出トルクが所定範囲内であっても、ボルトの締結力にばらつきが出てしまい、ボルトを所定の締結力で締結することができない。
【０００５】
また、特許文献１の技術を、トルクレンチによりボンネットをボディに締結して、アクチュエータをボディに取り付けるバルブの組み立てに適用した場合、トルクレンチで検出されるトルクが所定範囲内であったとしても、同様にトルクレンチの角度や回転速度の違いが原因でボンネットのボディに対する締結力にばらつきが出てしまう。このため、締結力不足である場合は、ボディとボンネットの間に配置されるダイヤフラムを十分に狭圧することができずにリークが生じ、締結力が過剰である場合は、ダイヤフラムに必要以上の力がかかり、バルブの耐久性低下の原因となってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、作業者に対して作業の補助を行い、被作業部材を所望の状態に締結可能な技術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】
【０００７】
上記目的を解決するために、本発明の一態様である作業補助システムは、被作業部材および前記被作業部材に対して作業を行うための工具を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された画像に基づき、作業開始時および作業中の前記工具の前記被作業部材に対する角度が所定角度範囲内にあるか否かを判定する角度判定部と、前記角度が所定角度範囲内である場合に、前記工具の作業動作を示す情報を作成する表示制御部と、前記表示制御部により作成された情報を表示する表示装置と、を備える。
【０００８】
また、前記工具の状態に基づき、作業が終了したか否かを検知する作業終了検知部を備え、前記表示制御部は、前記作業終了検知部が作業の終了を検知した場合、作業終了を示す情報を作成し、前記表示装置に表示してもよい。
【０００９】
また、工具は、トルクレンチであり、前記工具の作業動作を示す情報は、前記トルクレンチの回転速度を示す情報であってもよい。
【００１０】
また、前記トルクレンチは、アーム状のレバーと、前記レバーの先端に取り付けられるヘッドとを有し、締付トルクが規定トルクに達すると前記ヘッドと前記レバーとの位置関係が変化するように構成され、前記作業終了検知部は、前記レバーと前記ヘッドとの位置関係を検出し、前記表示制御部は、前記作業終了検知部が前記レバーと前記ヘッドとの位置関係が変化したことを検知した場合、作業終了を示す情報を作成し前記表示装置に表示してもよい。
【００１１】
また、前記被作業部材は、ボディと、前記ボディと前記アクチュエータと接続し前記トルクレンチにより回転されるアクチュエータと、前記ボディと前記アクチュエータとにより外周縁部が挟圧されるダイヤフラムとを有するバルブであってもよい。
【００１２】
また、前記カメラは、クリーンルームの天井であって空気の流れを遮らない位置に設置されていてもよい。
【００１３】
また、前記表示装置は、前記カメラで撮影された画像を表示し、前記表示制御部は、前記工具による作業開始を示す情報と、前記工具の作業動作を示す情報とを作成し、前記表示装置は、前記表示制御部で作成された情報を前記画像上に表示してもよい。
【００１４】
本発明の一態様である作業補助装置は、作業部材および前記被作業部材に対して作業を行うための工具を撮影するカメラで撮影された画像に基づき、前記工具の前記被作業部材に対する角度が所定角度範囲内にあるか否かを判定する角度判定部と、前記角度が所定角度範囲内である場合に、表示装置に表示するために、前記工具の作業動作を示す情報を作成する表示制御部と、を備える。
【００１５】
本発明の一態様であるバルブの組立方法は、上記に記載の作業補助システムを用いる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、作業者に対して作業の補助を行い、被作業部材を所望の状態に締結可能な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る作業補助システムの構成図を示す。
【図２】作業補助システムにおける作業者の作業状態の概要図を示す。
【図３】トルクレンチの平面図を示す。
【図４】バルブの正面図を示す。
【図５】作業補助処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】トルクレンチによるバルブのボンネット締付時における（ａ）実作業状態および（ｂ）表示装置の表示を示す。
【図７】ヘッドマウントディスプレイの外観図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る作業補助システム１および作業補助装置１０について、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る作業補助システム１の構成図を示している。図２は、本実施形態に係る作業補助システム１における作業者Ａの作業状態の概要図を示している。
【００２０】
本実施形態に係る作業補助システム１および作業補助装置１０は、工具であるトルクレンチ２０による被作業部材であるバルブ３０の締付作業を補助するシステムおよび装置である。
【００２１】
はじめに、トルクレンチ２０およびバルブ３０の構成について説明する。
【００２２】
図３は、トルクレンチ２０の平面図を示している。
【００２３】
図３に示すように、トルクレンチ２０は、アーム状のレバー２１と、レバー２１の先端に設けられたヘッド２２とを有する。レバー２１は、作業者Ａがトルクレンチ２０を把持する部分であり、トルクレンチ２０のバルブ３０に対する角度を検知するための２つの角度マーカ２３が形成されている。ヘッド２２は、レバー２１の先端に取り付けられ、締付トルクが規定トルクに達するとヘッド２２とレバー２１との位置関係が変化するように構成されている。ヘッド２２には、ヘッド２２とレバー２１との位置関係の変化を検知するための３つの位置マーカ２４が形成されている。
【００２４】
図４は、バルブ３０の正面図を示している。
【００２５】
図４に示すように、バルブ３０は、ボディ３１と、アクチュエータ３２と、ボディ３１とアクチュエータ３２と接続しトルクレンチ２０により回転されるボンネット３３と、ボディ３１とボンネット３３とにより外周縁部が挟圧されるダイヤフラム３４とを備える。
【００２６】
次に、作業補助システム１の構成について図１、図２を参照して説明する。図１に示すように、作業補助システム１は、カメラ２と、表示装置３と、作業補助装置１０とを備え、これらは有線または無線により通信可能に構成されている。
【００２７】
カメラ２は、例えば、画像を撮影可能なビデオカメラであり、クリーンルーム４０の網目状の天井４１に設置されている。カメラ２は、網目状の床４２に配置された作業台４３上のトルクレンチ２０および固定具４４に固定されたバルブ３０を撮影し、撮影した画像を作業補助装置１０へ送信する。ここで画像とは、静止画や動画を含む。
【００２８】
表示装置３は、ＬＥＤパネル等を有し、作業補助装置１０から送信された画像を表示する。
【００２９】
作業補助装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１と、記憶部１２と、通信部１３とを備え、それらはバスにより互いに接続されている。
【００３０】
ＣＰＵ１１は、記憶部１２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、作業補助システム１の全体を制御する。
【００３１】
記憶部１２は、後述の作業補助処理に関するプログラムを記憶し、当該プログラムがＣＰＵ１１に読み出されて実行されることにより、ＣＰＵ１１の各処理部１４〜１８の機能が実現される。また、記憶部１２は、バルブ３０に関する情報、トルクレンチ２０の形状、角度マーカ２３および位置マーカ２４に関する情報を記憶している。
【００３２】
通信部１３は、カメラ２および表示装置３と通信を行い、カメラ２から送信される動画を受信し、ＣＰＵ１１の表示制御部１４からの情報を表示装置３へ送信する。
【００３３】
ＣＰＵ１１は、表示制御部１４と、中心軸検知部１５と、角度判定部１６と、離間検知部１７と、締付検知部１８とを有する。
【００３４】
表示制御部１４は、カメラ２から受信した動画および作業補助に関するデータを表示装置３に送信する。
【００３５】
中心軸検知部１５は、カメラ２から受信した動画に基づき、バルブ３０の中心軸を検知する。例えば、記憶部１２にバルブ３０に関する情報が記憶され、当該記憶された情報に基づき、動画からバルブ３０を認識して、バルブ３０の中心軸を検知する。
【００３６】
角度判定部１６は、バルブ３０に対するトルクレンチ２０の角度が所定角度範囲内にある状態が所定時間経過したか否かを検知する。ここでいう角度は、トルクレンチ２０のレバー２１の中心軸とバルブ３０の中心軸とのなす角度であり、トルクレンチ２０が正しくトルクを計測するためにはこの角度は９０±２°の範囲であることが望ましい。例えば、角度判定部１６は、トルクレンチ２０のヘッド２２の３つの位置マーカ２４およびバルブ３０の位置に基づき、トルクレンチ２０が締付可能状態にあることを検出した後、トルクレンチ２０のレバー２１の２つの角度マーカ２３の距離を算出して、バルブ３０の中心軸に対するトルクレンチ２０の角度が所定角度範囲内にあり、かつその状態が所定時間経過したか否かを判定する。
【００３７】
離間検知部１７は、締付作業が開始され完了する前に、トルクレンチ２０がバルブ３０から離間したか否かを判定する。例えば、離間検知部１７は、トルクレンチ２０のヘッド２２の３つの位置マーカ２４およびバルブ３０の位置に基づき、トルクレンチ２０がバルブ３０から離間したか否かを検知する。ボンネット３３のボディ３１に対する手締めがあまく、トルクレンチ２０による締付に必要な回転角が大きい場合等、トルクレンチ２０を装着しなおす必要がある。この場合、再度、角度判定部１６による角度判定が必要であるため、離間検知部１７によりトルクレンチ２０がバルブ３０から離間したか否かを検知する。
【００３８】
締付検知部１８は、トルクレンチ２０の締付トルクが規定トルクに達してトルクレンチ２０による締付作業が完了したか否かを判定する。例えば、締付検知部１８は、トルクレンチ２０のヘッド２２の３つの位置マーカ２４およびバルブ３０の位置に基づき、締付トルクが規定トルクに達して、ヘッド２２とレバー２１との位置関係の変化したことを検知する。例えば、機械式トルクレンチの場合は締めつけトルクが規定トルクに達すると、レバー２１とヘッド２２の間のロックが外れて角度が変化した状態になる機構が設けられているものがある。これにより、工具の状態から作業の終了を検知することができる。
【００３９】
上記のような構成を備える本実施形態の作業補助システム１の作業補助装置１０は、以下に説明する手順で作業補助処理を行う。
【００４０】
図５は、作業補助処理の手順を示すフローチャートである。
【００４１】
図６は、トルクレンチ２０によるバルブ３０のボンネット３３締付時における（ａ）実作業状態および（ｂ）表示装置３の表示を示している。なお、図６では、作業者Ａの手は図示していない。
【００４２】
作業補助装置１０のＣＰＵ１１が実行する作業補助処理は、例えば、表示制御部１４により、カメラ２から送られてきた動画にバルブ３０およびトルクレンチ２０が認識されることにより開始される。
【００４３】
表示制御部１４は、カメラ２から送られてきた動画を表示装置３に表示させる（ステップＳ１）。この時、図６（ｂ）−（１）  に示すように、バルブ３０を認識して、バルブ３０に関する情報（品番、締付サイズ、締付トルク）を、表示装置３に表示させてもよい。
【００４４】
次に、中心軸検知部１５は、カメラ２から受信した動画に基づき、バルブ３０の中心軸を検知する（ステップＳ２）。
【００４５】
角度判定部１６は、トルクレンチ２０のヘッド２２の３つの位置マーカ２４およびバルブ３０の位置に基づき、トルクレンチ２０のヘッド２２がバルブ３０に係合し、トルクレンチ２０が締付可能状態にあるか否かを判定する（ステップＳ３）。締付可能状態にないと判定した場合は（ステップＳ３：ＮＯ）、当該判定を繰り返し行う。
【００４６】
一方、締付可能状態にあると判定した場合は（ステップＳ３：ＹＥＳ）、角度判定部１６は、トルクレンチ２０のレバー２１の２つの角度マーカ２３の距離を算出し（ステップＳ４）し、バルブ３０の中心軸とトルクレンチ２０のレバー２１の中心軸の成す角度を検出し、角度が所定角度範囲（例えば、９０±２°）内にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。表示制御部１４は、角度が所定角度範囲内にある場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、図６（ｂ）−（２）に示すように「角度：ＯＫ」の表示を行い（ステップＳ６）、角度が所定角度範囲内にない場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、「角度：ＮＧ」の表示を行う（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７において、表示装置３に、「角度：ＮＧ」に加えて、角度の修正指示を表示してもよい。
【００４７】
次に、角度判定部１６は、バルブ３０の中心軸に対するトルクレンチ２０の角度が所定角度範囲内にある状態が所定時間（例えば数秒）経過したか否かを判定する（ステップＳ８）。所定時間経過していない場合（ステップＳ８：ＮＯ）には当該判定を繰り返し行う。
【００４８】
一方、所定時間経過している場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、表示制御部１４は、図６（ｂ）−（３）示すように、締付け開始指示Ｈ１、トルクレンチ２０の回転方向Ｈ２、およびトルクレンチ２０の回転速度に関するガイドＨ３を表示装置３に表示する（ステップＳ９）。ガイドＨ３は、例えば、帯状をなしバルブ３０の径方向に延び、かつ、所定の速度でバルブ３０の周りを回転する。そして、ガイドＨ３に合わせてトルクレンチ２０を回転させることにより、所望の回転速度でトルクレンチ２０を回転させることができる。
【００４９】
次に、離間検知部１７は、締付作業が開始され完了する前に、トルクレンチ２０がバルブ３０から離間したか否かを判定する（ステップＳ１０）。トルクレンチ２０がバルブ３０から離間した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。
【００５０】
一方、トルクレンチ２０がバルブ３０から離間していない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、締付検知部１８は、トルクレンチ２０のヘッド２２の３つの位置マーカ２４およびバルブ３０の位置に基づき、締付が完了したか否かを判定する（ステップＳ１１）。締付が完了していないと判定した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。締付が完了したと判定した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、表示制御部１４は、図６（ｂ）−（４）に示すように、締付が完了した旨を表示装置３に表示する（ステップＳ１２）。
【００５１】
このように、図６（ａ）−（１）〜（３）の実作業状態にあるトルクレンチ２０およびバルブ３０をカメラに２より撮影した動画上に、作業補助に関する情報が表示装置３に表示される。
【００５２】
上記のような、作業補助システム１の作業補助装置１０によれば、バルブ３０に対するトルクレンチ２０の角度が所定角度範囲内にある場合に、トルクレンチ２０による作業動作を示す情報、例えば、トルクレンチ２０の回転速度を示す情報が、表示装置３に表示された動画上に表示される。これにより、トルクレンチ２０をバルブ３０に対して所定の角度範囲内かつ所望の回転速度でボンネット３３の締め付けを行うことができる。よって、所望の締結力でボンネット３３をボディ３１に締結することができ、ダイヤフラム３４を所望の力で狭圧することができる。これにより、作業者の習熟度等に依存せず、個体差のないバルブ３０を提供することができる。
【００５３】
また、トルクレンチ２０の位置および角度、レバー２１とヘッド２２との位置関係は、トルクレンチ２０に形成された角度マーカ２３および位置マーカ２４により検知されるので、トルクレンチ２０に部品等を追加する必要がなく、安価に作業補助システム１および作業補助装置１０を実現することができる。
【００５４】
また、カメラ２は、クリーンルーム４０の天井４１に設けられているので、クリーンルーム４０の空気の流れＦを遮ることなく、作業補助システム１および作業補助装置１０を実現することができる。そのために、クリーンルームの網目状の天井に対し、網目の開口部を避けた場所にカメラ２が設置されることが望ましい。作業台４３の上方にカメラ２を設置することで、カメラの画角が作業者や装置などによって遮られることを防止することができるが、設置場所は必ずしも作業台４３の真上でなくても良い。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【００５６】
例えば、トルクレンチ２０に角度マーカ２３を形成して、トルクレンチ２０のバルブ３０に対する角度を検知したが、トルクレンチ２０にジャイロセンサを搭載し、ジャイロセンサによりトルクレンチ２０の角度を検知して、バルブ３０に対する角度を検知してもよい。また、トルクレンチ２０のレバー２１およびヘッド２２の形状を記憶部１２に記憶しておき、当該形状に基づきバルブ３０に対する角度を検知してもよい。また、トルクレンチは図３の形状に限らず、ヘッドにモンキーレンチ状の構造やソケットレンチ状の構造を持っていても良い。
【００５７】
また、カメラ２と表示装置３とは、一体に構成されたタブレット端末４（図１）であってもよく、作業者Ａとバルブ３０との間にタブレット端末を配置して、カメラ２で撮影した画像を表示装置３に表示して、作業補助を行ってもよい。さらに、作業補助装置１０、カメラ２、および表示装置３が一体に構成されていてもよい。
【００５８】
また、図７に示すように、カメラ２と表示装置３とは、一体に構成されたヘッドマウントディスプレイ５であってもよい。この場合、中心軸検知部１５および角度判定部１６では、作業者Ａの視線の角度を認識して、当該角度に基づき、バルブ３０の中心軸、トルクレンチ２０のバルブ３０に対する角度が検知される。また、表示装置３は、カメラ２で撮影された画像は表示せず、作業補助に関する情報を表示するように構成される。例えば、作業台４３、バルブ３０等にＡＲマーカを形成しておき、作業補助に関する情報をＡＲマーカに表示するようにし、作業者Ａが目視しているバルブ３０等に、作業補助に関する情報が重畳して表示されるようにしてもよい。また、当該ヘッドマウントディスプレイ５に作業補助装置１０が搭載されていてもよい。
【００５９】
また、作業補助装置１０には、一台のカメラ２および表示装置３が接続されていたが、複数台のカメラ２および表示装置３が接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１：作業補助システム、２：カメラ、３：表示装置、４：タブレット端末、５：ヘッドマウントディスプレイ、１０：作業補助装置、１１：ＣＰＵ、１２：記憶部、１３：通信部、１４：表示制御部、１５：中心軸検知部、１６：角度判定部、１７：離間検知部、１８：締付検知部、２０：トルクレンチ、２１：レバー、２２：ヘッド、２３：角度マーカ、２４：位置マーカ、３０：バルブ、３１：ボディ、３２：アクチュエータ、３３：ボンネット、３４：ダイヤフラム
【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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