(57)【要約】【課題】ボルトやナット等の締め付け作業に限らず、リベット止め、ねじ締め、スポット溶接等、複数箇所にて実施される作業がそれぞれの箇所で適正に完了した事実をその位置情報と共に確実に把握することができる作業状況管理システムを提供する。【解決手段】本発明は、工具を使用した作業を行う作業位置における当該作業の完了に応じて作業が完了した旨の作業完了情報を出力する出力手段と、当該作業の作業位置を側位する側位手段と、作業完了情報及び対応する作業位置情報に基づき、作業完了箇所を特定する処理手段とを備えてなることを特徴とする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を使用した作業を行う作業位置における当該作業の完了に応じて作業が完了した旨の作業完了情報を出力する出力手段と、当該作業の作業位置を側位する側位手段と、作業完了情報及び対応する作業位置情報に基づき、作業完了箇所を特定する処理手段とを備えてなることを特徴とする作業状況管理システム。
【請求項２】
前記出力手段は、工具に備えられ、作業が完了した時点で生成される作業完了信号を作業完了情報として無線又は有線で送信する送信手段を含む請求項１記載の作業状況管理システム。
【請求項３】
前記出力手段は、トルクレンチからなる工具に備えられ、予め設定されたトルク値まで締め付けることにより生成されるトルク検知信号を作業完了信号として無線又は有線で送信するものである請求項２記載の作業状況管理システム。
【請求項４】
前記側位手段は、無線による前記送信手段から送信された作業完了信号を受信する受信手段と、送信手段から受信手段までの作業完了信号の伝播時間を算出する時間算出手段と、該伝播時間、既知である作業完了信号の伝播速度及び既知である受信手段の絶対座標値に基づき、作業位置の絶対座標値を算出する座標値算出手段とを備えてなる請求項２又は３記載の作業状況管理システム。
【請求項５】
前記受信手段は、少なくとも三箇所以上に配置されてなる請求項４記載の作業状況管理システム。
【請求項６】
前記側位手段は、側位用信号を送信する送信手段と、該側位用信号を受信する受信手段と、送信手段から受信手段までの側位用信号の伝播時間を算出する時間算出手段と、該伝播時間、既知である側位用信号の伝播速度及び既知である送信手段の絶対座標値に基づき、作業位置の絶対座標値を算出する座標値算出手段とを備えてなる請求項１記載の作業状況管理システム。
【請求項７】
前記出力手段及び前記側位手段のうちの少なくとも受信手段は、工具に備えられてなる請求項６記載の作業状況管理システム。
【請求項８】
前記処理手段は、作業現場のＣＡＤ図面を表示する表示手段を備え、表示されたＣＡＤ図面上に作業完了箇所を表示するものである請求項１乃至７の何れかに記載の作業状況管理システム。
【請求項９】
ＣＡＤ図面に係る絶対座標系と作業現場に係る座標系とが一致するものであり、前記処理手段は、ＣＡＤ図面上の作業対象物の絶対座標値と前記側位手段により算出された作業位置の絶対座標値とを照合して、ＣＡＤ図面上での作業完了箇所を特定するものである請求項８記載の作業状況管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築現場、土木現場、工場等の作業現場における作業者の作業状況を管理するためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨構造物、橋梁、装置アッセンブリ、配管等、複数のセグメントで構成される施工物は、セグメント同士を接続する手段としてボルトあるいはナット等の締結部材が用いられるのが一般的である。そして、ボルト等の締め付け作業は作業者によって行われるものであるため、規定のトルクで締め付けを行ったかあるいは締め付け忘れが無いかは作業者の慎重さに期待するしかなかった。
【０００３】
そこで、トルクレンチを使ったボルトやナットの締め付け作業を管理し得る作業状況管理システムが提案された（特許文献１，２参照）。このシステムは、トルクレンチを手動操作してボルトを締め付けていくと、締め付けトルクが予めトルクレンチ自体に設定された所定値になった時点でトルク検知手段が作動して、リミットスイッチをオフからオンに切り替え、リミットスイッチのオン信号（トルク検知信号）が有線又は無線で管理装置に送信され、管理装置が規定トルクで締め付けられたボルトの本数をカウントする等して、締め付けトルク不足防止や締め付け忘れ防止等の管理を行うものである。
【０００４】
また、このようなシステムでは、管理装置にて管理される情報の中に締め付け作業が完了したボルトやナットの位置情報が含まれていないため、作業分析が困難であるとして、別の作業状況管理システムが提案されている（特許文献３参照）。このシステムは、フランジパイプに貼着されているバーコードを読み取って締め付け作業を行うボルトの位置情報を得ると共に、この位置情報と規定トルクで締め付け作業を行ったことにより生成される上記トルク検知信号とが管理装置に送信され、これらに基づいて管理装置のＣＲＴ上に表示されているフランジパイプの全体構成の図面に締め付け作業完了箇所を斜線や表示色の変更等によって表示するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１６０４５号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０８０４８号公報
【特許文献３】
特開平７−１０５４６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後者のシステムでは、締め付け作業を行うボルトやナットの位置情報あるいは締め付け作業が完了したボルトやナットの位置情報を得るためには、予めフランジパイプ（締結対象セグメント）に位置情報に係るバーコード等を貼着させておく必要があり、その作業が煩雑であるばかりでなく、対応していないバーコード等を誤って貼着してしまうというミスも起こり得る。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の如き問題点に鑑みてなされたもので、ボルトやナット等の締め付け作業に限らず、リベット止め、ねじ締め、スポット溶接等、複数箇所にて実施される作業がそれぞれの箇所で適正に完了した事実をその位置情報と共に確実に把握することができる作業状況管理システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る作業状況管理システムは、工具を使用した作業を行う作業位置における当該作業の完了に応じて作業が完了した旨の作業完了情報を出力する出力手段と、当該作業の作業位置を側位する側位手段と、作業完了情報及び対応する作業位置情報に基づき、作業完了箇所を特定する処理手段とを備えてなることを特徴とする。
【０００９】
上記構成からなる作業状況管理システムによれば、作業者による工具を使用した作業が完了すると、例えば工具から作業完了情報が出力される。側位手段は、その工具の所在位置、即ち当該作業の作業位置を側位するものであり、これにより、作業完了情報と作業位置情報とのリンク付けがなされる。処理手段は、その結果を作業者等が視認可能にするための手段である。
【００１０】
また、本発明に係る作業状況管理システムは、前記出力手段は、工具に備えられ、作業が完了した時点で生成される作業完了信号を作業完了情報として無線又は有線で送信する送信手段を含む構成を採用することができる。
【００１１】
そして、本発明に係る作業状況管理システムは、ボルト等の締め付け作業である場合、前記出力手段は、トルクレンチからなる工具に備えられ、予め設定されたトルク値まで締め付けることにより生成されるトルク検知信号を作業完了信号として無線又は有線で送信するものである構成を採用する。かかる構成によれば、トルクレンチを手動操作してボルト等を締め付けていくと、締め付けトルクが予めトルクレンチ自体に設定されたトルク値になった時点でトルク検知手段が作動してトルク検知信号が有線又は無線で送信される。
【００１２】
また、本発明に係る作業状況管理システムは、前記側位手段は、無線による前記送信手段から送信された作業完了信号を受信する受信手段と、送信手段から受信手段までの作業完了信号の伝播時間を算出する時間算出手段と、該伝播時間、既知である作業完了信号の伝播速度及び既知である受信手段の絶対座標値に基づき、作業位置の絶対座標値を算出する座標値算出手段とを備えてなる構成を採用することができる。
【００１３】
かかる構成によれば、出力手段の送信手段から作業完了信号が送信された時点と、側位手段の受信手段が作業完了信号を受信した時点との時間差（伝播時間）と、既知である電波や超音波からなる作業完了信号の伝播速度と、既知である受信手段の絶対座標値とから、作業位置の絶対座標値が算出されて、当該作業位置の側位が行われる。
【００１４】
そして、本発明に係る作業状況管理システムは、三次元空間における作業位置を側位する場合、前記受信手段は、少なくとも三箇所以上に配置されてなる構成をする。一次元空間であれば、受信手段は一箇所、二次元空間であれば、受信手段は二箇所、三次元空間であれば、受信手段は三箇所でよいが、例えば三次元空間における作業位置を側位する場合、受信手段を三箇所よりも多く配置すれば、側位精度を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る作業状況管理システムは、前記側位手段は、側位用信号を送信する送信手段と、該側位用信号を受信する受信手段と、送信手段から受信手段までの側位用信号の伝播時間を算出する時間算出手段と、該伝播時間、既知である側位用信号の伝播速度及び既知である送信手段の絶対座標値に基づき、作業位置の絶対座標値を算出する座標値算出手段とを備えてなる構成を採用することができる。
【００１６】
かかる構成は、次の三パターンで具現化され得る。▲１▼送信手段は、工具に備えられる一方、受信手段は、工具とは別体に構成される。▲２▼送信手段及び受信手段共に工具に備えられ、受信手段は、工具とは別体に構成された反射部材により反射された送信手段からの側位用信号を受信する。▲３▼送信手段は、工具とは別体に構成される一方、受信手段は、工具に備えられる。
【００１７】
そして、本発明に係る作業状況管理システムは、上記▲３▼のパターンの場合、前記出力手段及び前記側位手段のうちの少なくとも受信手段は、工具に備えられてなる構成を採用することができる。かかる構成によれば、内部出力された作業完了情報、そして対応する作業位置情報（工具が時間算出手段及び座標値算出手段をも備えている場合）あるいはこれの基礎となる受信手段の受信情報（工具が時間算出手段及び座標値算出手段をも備えていない場合）を工具に備えられた記憶手段に記憶させておくようなことが可能となる。
【００１８】
さらに、本発明に係る作業状況管理システムは、前記処理手段は、作業現場のＣＡＤ図面を表示する表示手段を備え、表示されたＣＡＤ図面上に作業完了箇所を表示するものである構成を採用することができる。
【００１９】
そして、本発明に係る作業状況管理システムは、ＣＡＤ図面に係る座標系と作業現場に係る座標系とが一致する場合、前記処理手段は、ＣＡＤ図面上の作業対象物の絶対座標値と前記側位手段により算出された作業位置の絶対座標値とを照合して、ＣＡＤ図面上での作業完了箇所を特定するものである構成を採用することができる。
【００２０】
これらの構成によれば、作業が完了した作業位置を作業現場のＣＡＤ図面が表示されている表示手段（例えばＣＲＴ）上に表示することから、作業現場の作業進捗状況を的確に把握することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る作業状況管理システムの一実施形態について図面を参酌しつつ説明する。
【００２２】
本実施形態に係る作業状況管理システムは、図１に示す如く、作業現場Ｂのボルト締め付け作業に用いられるトルクレンチ１０と、送受信機２０と、作業現場ＢのＣＡＤ図面を扱えるＣＡＤソフトを備えたパーソナルコンピュータユニット３０とから構成される。
【００２３】
前記トルクレンチ１０は、図２に示す如く、時計手段１１と、規定トルク値検出手段１２と、送信手段１３とを備えている。具体的には、規定トルク値に達すると、接点スイッチの回路がＯＮとなり、トルク検知信号を発信する送信機を備えたトルクレンチである。トルク検知信号は、その発信された時刻情報を時計手段１１から取得して含む信号（作業完了信号）となっている。尚、送信機は、トルクレンチ１０のナット部（締め付け作用部）との距離をできるだけ縮めるべく該ナット部の近傍位置に配置されている。
【００２４】
前記送受信機２０は、トルクレンチ１０の時計手段１１と時刻が一致している時計手段２１と、送受信手段２２とを備えている。具体的には、トルクレンチ１０からのトルク検知信号を受信して、受信通知信号を発信する送受信機である。受信通知信号は、トルク検知信号を受信した時刻情報を時計手段２１から取得して含む信号となっている。
【００２５】
この送受信機２０は、本発明に係る側位手段の一部を構成するものであり、三次元空間における作業位置ｂの側位を行うべく三箇所に配置されている。但し、作業位置ｂによっては、送受信機２０との間に施工物（本実施形態においては、鉄骨材Ｃ）が介在することとなり、トルクレンチ１０の送信手段１３からの電波の直進性が阻害されることもあり得る。この場合、かかる送受信機２０からの受信通知信号は、トルク検知信号を受信した時刻にずれが生じているおそれがあり、後述する座標値算出のためのデータとして不適切となる。従って、このような事態を無くすために、送受信機２０は、できるだけ多く配置し、選択的に適正な受信通知信号を取得できるようにするのが側位精度向上の観点から好ましい。
【００２６】
前記パーソナルコンピュータユニット３０は、受信手段３１と、時間算出手段３２と、座標値算出手段３３と、ＣＲＴからなる表示手段３４と、ＣＡＤ図面データ処理手段３５と、表示制御手段３６とを備えている。
【００２７】
前記受信手段３１は、トルクレンチ１０の送信手段１３からのトルク検知信号及び少なくとも三箇所以上の送受信機２０，…のそれぞれ送受信手段２２からの受信通知信号を受信可能とする受信機からなり、パーソナルコンピュータ本体に外付けされている。時間算出手段３２は、トルク検知信号及び受信通知信号にそれぞれ含まれる時刻情報から両者の時間差（即ちトルクレンチ１０の送信手段１３から送受信機２０の送受信手段２２までのトルク検知信号の伝播時間）を算出する。座標値算出手段３３は、その時間差、電波あるいは超音波からなるトルク検知信号の伝播速度、及び送受信機２０の絶対座標値から、作業位置ｂの絶対座標値、より正確にはトルクレンチ１０の送信手段１３の絶対座標値を算出する。
【００２８】
作業位置ｂの側位方法をより詳細に説明すると、
▲１▼作業位置ｂのトルクレンチ１０（送信側）と送受信機２０（受信側）との間で、正確に同じ時刻が刻まれていることを前提として、トルクレンチ１０がある時刻（ｔ０）に、その時間ｔ０を電波に乗せてトルク検知信号として発信し、それを送受信機が時刻ｔ１に受信したとすれば、伝播時間ｔ［秒］は、
ｔ＝ｔ１−ｔ０　…（式１）
で求まる。
▲２▼距離＝時間×速さであるから、トルク検知信号が伝播するのにかかった時間は上記ｔ［秒］であり、電波の伝わる速度がＣ［ｍ／秒］であれば、作業位置ｂと送受信機２０との間の距離ｄ［ｍ］は、
ｄ＝ｔ×Ｃ　…（式２）
で求まる。
▲３▼作業現場Ｂの所定箇所が原点、つまり（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）とする座標系を考えた場合、作業位置ｂの座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、送受信機２０の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、その関係は、
（ｘ−Ｘ）＾２＋（ｙ−Ｙ）＾２＋（ｚ−Ｚ）＾２＝ｄ＾２　…（式３）
となる。
▲４▼ｎ個（本実施形態においてはｎ＝３）の送受信機２０，…は、それぞれ座標系の予め定められた定点に配置されるようにし、それぞれ（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）（ｎ≧３）とし、それぞれ送受信機２０と作業位置ｂとの距離をｄｎとすると、ｎの数の分だけ（式３）が成立する。これらの連立方程式を解くことにより、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、即ち作業位置ｂの絶対座標値が求まる。
【００２９】
前記ＣＡＤ図面データ処理手段３５は、求まった作業位置ｂの絶対座標値と同一若しくは該絶対座標値に一番近い座標値を有するボルト・ナット（作業対象物）をＣＡＤ図面データの中から特定する。その前提として、作業現場ＢのＣＡＤ図面の座標系は、上記設定された座標系と同一である必要がある（但し、両者の座標系が一致していなくとも、一致するような変換ツールをもって側位した実際の座標値とＣＡＤ図面データの中の座標値とを照合するようにしてもよい。）。前記表示制御手段３６は、特定された作業完了箇所（規定トルク値で締め付けされた作業対象物）におけるＣＡＤ図面データを編集して、例えば図３に示すように、締め付け作業が完了したボルト・ナットのテンプレートに対して、その他のボルト・ナットのテンプレートとは視覚的に明確に識別できるようなハッチング等を施す処理を実行する。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る作業状況管理システムによれば、側位手段により作業完了箇所を特定することができるようになるため、従来のシステムのように、作業の位置情報を得るために予め作業対象物に位置情報に係るバーコード等を貼着するといった煩雑且つ不確実な準備作業やバーコード等の読み取り作業が必要無くなり、よって、作業者に余計な負担を強いることなく作業の効率化を図ることができる。
【００３１】
また、作業完了箇所がＣＲＴのＣＡＤ図面上に表示されたり、これをプリントアウトして、作業者が作業の進捗状況を把握することができるようになっているため、施工の品質管理を図ると共に、施工物の納入先（客先）に対しても施工の品質を保証する材料となり得る。
【００３２】
尚、本発明に係る作業状況管理システムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態においては、工具として、トルクレンチを例示しているが、これに限定されず、リベッターや電動ドライバー、スポット溶接機等、その他の作業工具をも対象とするものである。リベッターであれば、リベットのピンが破断される時点でスピンドルを検出可能な手段を設け、この手段がスピンドルを検出することにより作業完了信号が出力されるようにしたり、電動ドライバーであれば、ねじ締め付けの完了により回転トルクが変化した時点で作業完了信号が出力されるようにしたり、スポット溶接機であれば、溶接完了により電流値が変化した時点で作業完了信号が出力されるようにしたりすることができる。また、トルクレンチであっても、トルク検知信号（作業完了信号）の生成手段は上記実施形態に限定されない。
【００３４】
また、上記実施形態においては、複数の送受信機２０，…を予め定められた座標系の定点に設置するようにしているが、このような方法に依らず、例えば、送受信機２０の送信機能及び受信機能を利用して上記側位方法により互いの送受信機２０の位置を側位するようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施形態においては、側位手段の一部である時間算出手段３２と座標値算出手段３３とをパーソナルコンピュータユニット３０側に設けるようにしているが、時間算出手段３２と、座標値算出手段３３のうちの各送受信機２０と作業位置ｂとの間の距離を算出する機能は、各送受信機２０に設けるようにしてもよい。この場合、送受信機２０は、自分から作業位置ｂまでの距離の算出結果をパーソナルコンピュータユニット３０の受信手段３１に送信することとなる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、トルク検知信号（作業完了信号：側位用信号）に基づいて作業位置ｂの側位を行うようにしているが、トルクレンチ１０側から出力される別個の側位用信号に基づいて作業位置ｂの側位を行うようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態においては、側位用の送信手段が工具に備えられる一方、側位用の受信手段が送受信機に備えられているが、これに限定されず、側位用の送信手段を工具とは別個に設ける（例えば少なくとも三箇所以上に配置される送信機（絶対座標値が既知）や例えば少なくとも三個以上のＧＰＳ衛星）一方、側位用の受信手段を工具に備えるようにしてもよいし、側位用の送信手段及び受信手段共に工具に備えると共に、例えば少なくとも三箇所以上に側位用信号を反射する反射部材（絶対座標値が既知）を配置するようにして、作業位置を側位することができる。そして、何れの場合でも、工具に記憶手段を設けたり、記録媒体に書き込み可能な記録手段を設けることにより、作業完了情報や対応する作業位置情報等を内部記憶したり、媒体に記憶させることが可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態においては、作業進捗状況の管理ツールとして、ＣＡＤ図面を用いるようにしているが、これに依らず、あるいはこれと併用して、作業完了箇所情報を帳票出力するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、作業位置毎、即ち締め付け対象物毎に側位して結果を表示するようにしているが、図３のように複数の作業位置が群となって近接している場合、それぞれの作業位置を正確に特定することが困難であることもある。この場合は、その作業位置群を一つのエリア化とすると共に、該エリア内における作業完了信号の回数をカウントするカウント手段を設け、エリア内に予定されている作業位置の箇所数とカウント数とが一致すると、そのエリアにおける作業が完了したと認識するようなシステムであってもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、作業位置を側位するようにしたので、複数箇所にて実施される作業がそれぞれの箇所で適正に完了した事実をその位置情報と共に確実に把握することができる。そして、本発明によれば、不具合のある作業箇所を簡単に特定することができるため、作業分析が容易となり、施工ミスを確実に防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す作業状況管理システムが作業現場に配置された状態の斜視図を示す。
【図２】同実施形態に係る作業状況管理システムのブロック図を示す。
【図３】同実施形態に係る作業状況が表示されたＣＡＤ図面を表示する表示手段の画面を示す。
【符号の説明】
１０…トルクレンチ、１１…時計手段、１２…規定トルク値検出手段、１３…送信手段、２０…受送信機、２１…時計手段、２２…送受信手段、３０…パーソナルコンピュータユニット、３１…受信手段、３２…時間算出手段、３３…座標値算出手段、３４…表示手段、３５…ＣＡＤ図面データ処理手段、３６…表示制御手段、Ｂ…作業現場、ｂ…作業位置
【図１】
2004118304.tif 000003
【図２】
2004118304.tif 000004
【図３】
2004118304.tif 000005