(57)【要約】【課題】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な作業管理方法の提供。【解決手段】作業場にてワーク３に対する締め作業をトルクレンチ８によって行ったとき、トルクレンチ８の移動局９から超音波及び電磁波を同時に送信し、作業場の固定局５，６，７にてトルクレンチ８の移動局９からの超音波及び電磁波を受信し、この受信した超音波と電磁波との時間差に基づきワーク３に対する作業を行ったトルクレンチ８の位置を算出することをもって、該該算出した位置のボルト締め作業を完了と判定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業場にてワークに対する作業を工具によって行ったとき、当該工具から超音波及び電磁波を同時に送信し、
作業場に固定位置にて前記工具からの超音波及び電磁波を受信し、
この受信した超音波と電磁波との時間差に基づき前記ワークに対する作業を行った工具の位置を算出し、該該算出した位置の作業を完了と判定することを特徴とする作業管理方法。
【請求項２】
作業場にてワークに対する作業を行う工具に取り付けられ、当該ワークに対する作業を前記工具によって行ったとき超音波及び電磁波を同時に送信する送信部を有する移動局と、
前記作業場に固定され、超音波及び電磁波を受信する受信部を有する固定局と、
前記移動局からの超音波及び電磁波を前記固定局により受信したとき当該受信した超音波と電磁波との時間差に基づき前記移動局の位置を算出し、該該算出した位置の作業を完了と判定する処理手段と
を具備することを特徴とする作業管理システム。
【請求項３】
前記固定局を複数設け、前記移動局と当該複数の固定局それぞれとの間の前記超音波と電磁波との時間差に基づき前記移動局の位置を算出する手段を具備することを特徴とする請求項２記載の作業管理システム。
【請求項４】
予め前記移動局と当該複数の固定局それぞれとの間の距離データを保持し、当該保持した距離データと、前記算出した前記移動局と当該複数の固定局それぞれとの間の算出距離データとを比較することにより前記移動局の相対位置を算出する手段を具備することを特徴とする請求項３記載の作業管理システム。
【請求項５】
前記移動局と当該複数の固定局それぞれとの間の前記超音波と電磁波との時間差に基づき前記移動局の絶対位置を、測量法に従い算出する手段を具備することを特徴とする請求項３記載の作業管理システム。
【請求項６】
作業場にてワークに対する作業を行う工具本体と、
この工具本体に設けられ、前記作業場に固定された固定局により受信される超音波及び電磁波を、前記ワークに対する作業を行ったときに送信する送信手段と
を具備することを特徴とする工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルトの締付作業等の作業管理方法及びシステム並びに該システムで用いる工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車組立ラインにおいては、人手により多数のボルトを締付する作業がある。かかる作業においては、例えば、ベルトコンベアにより自動車フレームが作業位置に運ばれてくると、トルクレンチを把持した作業者は、ボルト締め箇所を示した指示書等に従い、多数のボルト締め箇所を順次ボルト締めし、次の作業に送り出すようにしている。かかる作業において、トルクレンチに電磁波ほ送信する手段を設け、締め付け作業数をカウントし、その数により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。
【０００３】
また、作業状況管理システムが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１０５４６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したボルトの締め付け完了を判定する作業管理システムでは、締め付け箇所が非常に多い場合や空間が入り組んでいる場合、システムの誤動作や誤操作によりカウントのミスが生じたり、カウント数が正常値であっても該状況が包含されたカウント値となる場合があり、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別に設ける等の措置又は作業を区分化する等の措置がとられ、このため作業効率の低下を招いていた。
【０００６】
本発明の目的は、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な作業管理方法及びシステム並びに該システムで用いる工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る作業管理方法は、
作業場にてワークに対する作業を工具によって行ったとき、当該工具から超音波及び電磁波を同時に送信し、
作業場に固定位置にて前記工具からの超音波及び電磁波を受信し、
この受信した超音波と電磁波との時間差に基づき前記ワークに対する作業を行った工具の位置を算出し、該該算出した位置の作業を完了と判定することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る作業管理システムは、
作業場にてワークに対する作業を行う工具に取り付けられ、当該ワークに対する作業を前記工具によって行ったとき超音波及び電磁波を同時に送信する送信部を有する移動局と、
前記作業場に固定され、超音波及び電磁波を受信する受信部を有する固定局と、
前記移動局からの超音波及び電磁波を前記固定局により受信したとき当該受信した超音波と電磁波との時間差に基づき前記移動局の位置を算出し、該該算出した位置の作業を完了と判定する処理手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る工具は、
作業場にてワークに対する作業を行う工具本体と、
この工具本体に設けられ、前記作業場に固定された固定局により受信される超音波及び電磁波を、前記ワークに対する作業を行ったときに送信する送信手段と
を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、作業場にてワークに対する作業を工具によって行ったとき、当該工具から同時に送信した超音波及び電磁波を、作業場に固定位置にて受信すると、受信した超音波と電磁波との時間差が生じ、この時間差に基づき前記ワークに対する作業を行った工具の位置を算出し、当該算出した位置の作業を完了と判定することができるので、作業の進行と共に各作業箇所の作業完了を確認することが可能となり、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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による作業管理システムの一実施形態を説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の作業管理システムは、自動車組立ラインにおいて、ワークとして自動車のシャーシ内のボルトを、作業員がトルクレンチで締める作業への適用例である。
【００１３】
図１において、作業場である自動車組立ライン１には、コンベア２によりワーク３が搬送され、作業位置で停止するようになっている。
【００１４】
また、作業場の天井等の上部構造体４には、固定局（ＦＳ１〜ＦＳ３）５，６，７が固定され、工具であるトルクレンチ８には、移動局（ＭＳ）９が取り付けてある。作業員１０は、トルクレンチ８を把持してワーク３に対してボルト締め作業を行う。
【００１５】
固定局５，６，７は、処理装置１１に接続され、該処理装置１１には、ワーク３の搬送と同時に送られてくるＩＤプレート１２のデータ読取りを行う入力部１３と、処理装置１１による結果等を表示する表示部１４が接続されている。
【００１６】
次に、図２を参照して固定局５，６，７及び処理装置１１について説明する。図２において、固定局５，６，７のうち代表して固定局５について説明するが、固定局６，７も固定局５と同様の構成となっている。
【００１７】
図２において、固定局５は、移動局９から送信された超音波を受信する振動子部５Ａ１及び受信回路５Ａ２からなる超音波受信部５Ａと、移動局９から送信された電磁波を受信するアンテナ５Ｂ１及び受信回路５Ｂ２からなる電磁波受信部５Ｂとからなる。
【００１８】
処理装置１１は、移動局９からの超音波及び電磁波を固定局５，６，７により受信したとき当該受信した超音波と電磁波との時間差に基づき移動局９の位置を算出し、該算出した位置のボルト締め作業が完了した等の判定を行う計算部１１Ａと、メモリ等からなり、図７に示す移動局９と固定局５，６，７との間の距離データを保持するテーブル１１Ｂと、超音波受信系に係るフィルタ１１Ｃ及びＡＤ変換器１１Ｄと、電磁波受信系に係るフィルタ１１Ｅと、計算部１１Ａとからなり、一般には、パーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータにより構成されている。
【００１９】
次に、図３を参照して移動局９について説明する。
【００２０】
移動局９は、超音波を送信する振動子部９Ａ１及び送信回路９Ａ２からなる超音波送信部９Ａと、電磁波を送信するアンテナ９Ｂ１及び送信回路９Ｂ２からなる電磁波送信部９Ｂと、電源である電池９Ｃと、スイッチ９Ｄとからなり、図４（ａ）に示すように、ケース９Ｅ内に、トルクレンチ８の駆動部８Ａに近接して取り付けられている。送信ユニット９Ｆ内には超音波送信部９Ａの振動子部９Ａ１及び電磁波送信部９Ｂのアンテナ９Ｂ１が組み込まれている。本実施形態では、１２０°間隔で配置された３つの振動子部９Ａ１が、図４（ｂ）に示すように、トルクレンチ８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。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、ケース９Ｅ内には基板９Ｇが収納されている。この基板９Ｇに、スイッチ９Ｄ、回路素子９Ｈ及び電池９Ｃが実装されている。回路素子９Ｈにより、送信回路９Ａ２、送信回路９Ｂ２等が構成されている。
【００２２】
スイッチ９Ｄは、可動接触子片が外部から付勢されるとオンとなるマイクロスイッチ等であり、トルクレンチ８の駆動部８Ａ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８の爪は、設定したトルクを超えたときに動くものであり、ボルト締めの完了をもって爪が動くと、スイッチ９Ｄがオンし、超音波送信部９Ａび及び電磁波送信部９Ｂを駆動せしめ、トルクレンチ８からワーク３に対するボルト締め作業を設定トルクで行ったとき超音波及び電磁波を同時に送信するものとなる。
【００２３】
次に、図１及び図５〜図７を参照して、移動局の位置算出法を、処理装置１１が行う処理形態として説明する。
【００２４】
図１において、ワーク３にボルト締め箇所ＷＰ１〜ＷＰ５が有り、作業員１０はトルクレンチ８の把持部８Ｂを把持してボルト締め箇所ＷＰ１〜ＷＰ５に対してボルト締め作業を行うものとする。
【００２５】
例えば、作業員１０がボルト締め箇所ＷＰ１において、トルクレンチ８を操作して当該ボルト締め箇所ＷＰ１を設定したトルクを超えて締め付け完了すると、トルクレンチ８の爪が動くことにより、スイッチ９Ｄがオンし、超音波送信部９Ａび及び電磁波送信部９Ｂを駆動せしめ、トルクレンチ８からワーク３に対するボルト締め作業を設定トルクで行ったとき、トルクレンチ８に取り付けた移動局９から超音波及び電磁波を同時に送信する。
【００２６】
図５に示すように、固定局５，６，７それぞれは、移動局９から超音波及び電磁波を受信する。このとき電磁波は超音波よりも先に固定局５，６，７に到達するので、図６に示すように、伝搬時間差（ｔ２−ｔ１）が生じ、この伝搬時間差（ｔ２−ｔ１）は、固定局５，６，７と移動局９との間の距離に比例する。よって、計算部１１Ａにて、固定局５と移動局９との間の距離（ＦＳ１−ＭＳ）と、固定局６と移動局９との間の距離（ＦＳ２−ＭＳ）と、固定局７と移動局９との間の距離（ＦＳ３−ＭＳ）とを算出することができる。
【００２７】
テーブル１１Ｂに保持している図７に示す移動局９と固定局５，６，７との間の距離データと、測定した固定局５，６，７と移動局９との間の距離データとを比較し、誤差範囲が予め設定した範囲内にあるときには一致と判定する。これにより、移動局９は、例えば、ボルト締め箇所ＷＰ１にて超音波及び電磁波を同時に送信したこと、つまりトルクレンチ８によるボルト締め箇所ＷＰ１における規定のボルト締め作業が完了したことを判定できる。
【００２８】
以上のシステム構成の下で、本発明のボルト締め作業の管理方法について、図８を参照して説明する。
【００２９】
本方法は、作業場にてワークに対する作業を工具によって行ったとき、トルクレンチ８に取り付けた移動局９から超音波及び電磁波を同時に送信し、固定局５，６，７にて移動局９からの超音波及び電磁波を受信し、この受信した超音波と電磁波との時間差に基づきボルト締め箇所に対するボルト締め作業を行ったトルクレンチ８の位置を算出し、該該算出した位置のボルト締め箇所のボルト締め作業を完了と判定するものである。
【００３０】
図８において、自動車組立ライン１においてコンベア２によりワーク３及びＩＤプレート１２が搬送され、入力部１３によりＩＤプレート１２のデータ読取りが行われる（ステップＳ１）。これにより処理装置１１に車種ＮＯ．等のワーク３が特定される。この特定により、締付箇所情報としてワーク３に対応したテーブル１１Ｂの内容となり、また位置計算等の準備が行われる（ステップＳ２）。
【００３１】
次にワーク３と固定局（ＦＳ１〜ＦＳ３）５，６，７との原点等の座標合わせが行われる（ステップＳ３）。
【００３２】
次に、作業員１０は、ボルト締め箇所ＷＰ１〜ＷＰ５について、トルクレンチ８を操作してボルト締め作業を行う（ステップＳ４）。このとき設定したトルクを超えて締め付け完了すると、トルクレンチ８の爪が動くことにより、スイッチ９Ｄがオンし、超音波送信部９Ａび及び電磁波送信部９Ｂを駆動せしめ、トルクレンチ８からワーク３に対するボルト締め作業を設定トルクで行ったとき、トルクレンチ８に取り付けた移動局９から超音波及び電磁波を同時に送信することで、固定局５，６，７それぞれは、移動局９から超音波及び電磁波を受信する。このとき電磁波は超音波よりも先に固定局５，６，７に到達するので、図６に示すように、伝搬時間差（ｔ２−ｔ１）が生じ、この伝搬時間差（ｔ２−ｔ１）は、固定局５，６，７と移動局９との間の距離に比例する。よって、計算部１１Ａにて、固定局５と移動局９との間の距離（ＦＳ１−ＭＳ）と、固定局６と移動局９との間の距離（ＦＳ２−ＭＳ）と、固定局７と移動局９との間の距離（ＦＳ３−ＭＳ）とを算出し、表示部１４にて例えば図９に示す表示を行う。この表示は、ワーク等を示す表示部１４Ａ１、締付完了箇所を示す表示部１４Ａ２、未締付箇所を示す表示部１４Ａ３、全箇所締付完了を示す表示部１４Ａ４、ワークを模擬的に示す表示部１４Ａ５からなり、作業員１０に対し、作業の状況を視覚的に分かり易く示している（ステップＳ５）。
【００３３】
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）、無の場合は終了処理として、当該作業内容をファイル化する等の処理をへて終わる（ステップＳ８）。また、未締付箇所の有の場合は、警告表示を行った上で（ステップＳ９）、ステップＳ４に戻る。
【００３４】
以上のように本実施形態によれば、ワーク３に対するボルト締め作業をトルクレンチ８によって行ったとき、トルクレンチ８の移動局９から同時に送信した超音波及び電磁波を、固定局５，６，７にて受信して、受信した超音波と電磁波との時間差が生じ、この時間差に基づきワーク３に対するボルト締め作業を行ったトルクレンチ８の位置を算出し、当該算出した位置の作業を完了と判定することができるので、作業の進行と共に各作業箇所の作業完了を確認することが可能となり、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。
【００３５】
上記において、テーブル１１Ｂに予め移動局９と固定局５，６，７それぞれとの間の距離データを保持し、当該保持した距離データと、前記算出した移動局９と固定局５，６，７それぞれとの間の算出距離データとを比較することにより移動局９の相対位置を算出するようにしたが、図１０に示すように、移動局９と固定局５，６，７それぞれとの間の超音波と電磁波との時間差に基づき、移動局９の絶対位置を、測量法に従い算出するようにしても良い。
【００３６】
なお、上記の相対位置の算出又は絶対位置の算出に従って、移動局及び固定局の数は任意に定めることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、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な作業管理方法及びシステム並びに該システムで用いる工具を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による作業管理システムの一実施形態の構成を示す図。
【図２】同実施形態における固定局及び処理装置の詳細なブロック図。
【図３】同実施形態における移動局の詳細なブロック図。
【図４】同実施形態における移動局が取り付けられたトルクレンチを示す図。
【図５】ボルト締め位置の算出法を説明する図。
【図６】超音波及び電磁波の送信と受信とを示す波形図。
【図７】テーブルに保持されたデータを示す図。
【図８】本発明による作業管理方法を説明するフロー図。
【図９】表示例を示す図。
【図１０】本発明による作業管理システムの他の実施形態を説明する図。
【符号の説明】
１…自動車組立ライン、２…コンベア、３…ワーク、４…上部構造体、５，６，７…固定局（ＦＳ１〜ＦＳ３）、５Ａ１…振動子部、５Ａ２…受信回路、５Ａ…超音波受信部、５Ｂ１…アンテナ、５Ｂ２…受信回路、５Ｂ…電磁波受信部、８…トルクレンチ、９…移動局（ＭＳ）、９Ａ１…振動子部、９Ａ２…送信回路、９Ａ…超音波送信部、９Ｂ１…アンテナ、９Ｂ２…送信回路、９Ｂ…電磁波送信部、９Ｃ…電源、９Ｄ…スイッチ、１０…作業員、１１…処理装置、１１Ａ…計算部、１１Ｂ…テーブル、１１Ｃ…フィルタ、１１Ｄ…ＡＤ変換器、１１Ｅ…フィルタ、１２…ＩＤプレート、１３…入力部、１４…表示部１４。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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