(57)【要約】【課題】簡素かつ安価な装置構成で、技能の習熟度について客観的な判断を行うことが可能となる、インパクト締付け訓練機を提供する。【解決手段】インパクト締付け訓練機１００は、インパクト締付け機２０に被締付け面Ｐまでの距離を検知する距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃが配設され、それぞれの距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃと接続される処理装置３０を備え、処理装置３０は、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃで検知したそれぞれの距離である長さＬａ〜Ｌｃに基づいて、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度α・βを算出する、角度算出部４１と、角度算出部４１が算出した角度α・βが、所定角度より小さいか否かを判断することにより、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する姿勢が適正か否かを判定する、姿勢判定部４２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】
インパクト締付け機から突出する締付け部の先端が、平面状の被締付け面における締付け位置で、前記被締付け面と接触する姿勢で、前記インパクト締付け機を操作することにより、インパクト締付け訓練を行う、インパクト締付け訓練機であって、
前記インパクト締付け機には、前記被締付け面までの距離を検知する三個以上の距離センサが配設され、
前記それぞれの距離センサと接続される処理装置を備え、
前記処理装置は、
前記距離センサで検知したそれぞれの距離に基づいて、前記締付け部の前記被締付け面に対する角度を算出する、角度算出部と、
前記角度算出部が算出した角度が、所定角度より小さいか否かを判断することにより、前記締付け部の前記被締付け面に対する姿勢が適正か否かを判定する、姿勢判定部と、を備える、
ことを特徴とする、インパクト締付け訓練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インパクト締付け訓練機に関し、詳しくは、未習熟の作業者がインパクト締付け作業の訓練を行う際に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車工場等の生産現場においては、作業者によって車体等のワークに対する様々な作業が行われている。当該作業に未習熟の作業者をそのような生産現場に配置する場合、事前に作業についての訓練を行うことが必要となる。このような訓練作業を効率的かつ客観的に行うために、訓練作業システムに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
インパクトレンチやインパクトドライバー等、締付け部の軸に対して打撃（インパクト）を与える工具（以下、総称して「インパクト締付け機」と記載する）を用いてボルトやねじを締付ける作業（以下、「インパクト締付け作業」と記載する）の訓練（以下、「インパクト締付け訓練」と記載する）においては、インパクト締付け機から突出する締付け部の先端を平面状の被締付け面に接触させる。そして、その姿勢で、インパクト締付け機を操作することにより、インパクト締付け訓練を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の如くインパクト締付け作業を行う場合は、締付けの不具合を防止し、作業精度を向上させるために、締付け部を被締付け面に対して直交するように、いわゆる面直に当てた姿勢をとる必要がある。従来のインパクト締付け訓練においては、作業者又は該作業者を指導する者の主観によって、インパクト締付け機の姿勢が適正か否かが判断されてきた。つまり、インパクト締付け訓練における作業者の習熟度を数値化して、インパクト締付け機の姿勢が適正か否かを客観的に判断することができなかったのである。
【０００６】
一方、インパクト締付け機にジャイロセンサーを配設することにより、このジャイロセンサーでインパクト締付け機の傾き角を検知する構成も考えられる。しかし、ジャイロセンサーは高価で制御作業が複雑であり、傾き角を検知する範囲にも制限があるため、インパクト締付け訓練に適用することは困難であった。
【０００７】
また、インパクト締付け機に複数の近接スイッチを配設し、この近接スイッチで被締付け面までの距離を測定して、インパクト締付け機の傾き角を検知する構成も考えられる。しかし、近接スイッチは被締付け面に対して近づけて使用するため、締付け部の先端が見難くなる。このため、上記構成をインパクト締付け訓練に適用することは困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、上記現状に鑑み、簡素かつ安価な装置構成で、技能の習熟度について客観的な判断を行うことが可能となる、インパクト締付け訓練機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１においては、インパクト締付け機から突出する締付け部の先端が、平面状の被締付け面における締付け位置で、前記被締付け面と接触する姿勢で、前記インパクト締付け機を操作することにより、インパクト締付け訓練を行う、インパクト締付け訓練機であって、前記インパクト締付け機には、前記被締付け面までの距離を検知する三個以上の距離センサが配設され、前記それぞれの距離センサと接続される処理装置を備え、前記処理装置は、前記距離センサで検知したそれぞれの距離に基づいて、前記締付け部の前記被締付け面に対する角度を算出する、角度算出部と、前記角度算出部が算出した角度が、所定角度より小さいか否かを判断することにより、前記締付け部の前記被締付け面に対する姿勢が適正か否かを判定する、姿勢判定部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
本発明により、インパクト締付け訓練機を簡素かつ安価な装置構成とし、インパクト締付け訓練における技能の習熟度について客観的な判断を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係るインパクト締付け訓練機を示した概略図。
【図２】インパクト締付け訓練機における距離センサの位置関係を示した図。
【図３】インパクト締付け訓練機と処理装置との接続状態を示したブロック図。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、インパクト締付け訓練機が傾いた状態を示した図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、インパクト締付け訓練機における訓練結果を出力手段で表示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１５】
［インパクト締付け訓練機１００］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係るインパクト締付け訓練機１００の構成について、図１及び図２を用いて説明する。
本実施形態に係るインパクト締付け訓練機１００は図１に示す如く、主な構成要素として、インパクト締付け機２０と、処理装置３０と、を備える。
インパクト締付け訓練機１００を使用する際には、インパクト締付け機２０の本体から突出する締付け部２２の先端を、平面状の被締付け面Ｐにおける締付け位置Ｐｔで、被締付け面Ｐと接触させる。この姿勢で作業者がインパクト締付け機２０を操作することにより、インパクト締付け訓練を行うのである。
【００１６】
インパクト締付け機２０は、作業者がインパクト締付け訓練を行う際に手に持って、被締付け面Ｐに対向させて作業を行うものであり、インパクトレンチやインパクトドライバー等、締付け部２２の軸に対して打撃を与える工具である。締付け部２２はボルトやねじを締付ける軸部材であり、実際にはこの締付け部２２で被締付け面Ｐにおけるボルトやねじの締付け作業をすることによりインパクト締付け訓練を行う。
【００１７】
インパクト締付け機２０の本体部分には、正三角柱状のセンサ支持部２５が、その側面が締付け部２２の軸心と平行となるように配設されている。換言すれば、センサ支持部２５の底面が締付け部２２の軸心と直交する平面に対して平行となるように配設されているのである。
また、センサ支持部２５は、センサ支持部２５における底面の正三角形の重心位置が、締付け部２２の軸心の延長線上となるように配設されている。即ち、センサ支持部２５における三つの側面は、それぞれ締付け部２２の軸心から等距離に位置するように構成されているのである。
【００１８】
センサ支持部２５における三つの側面には、それぞれの中央部に一個ずつ、被締付け面Ｐまでの距離を検知する距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃが配設される。つまり、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃは、互いに等距離となる位置に配設されているのである。距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃにおける検知部の互いの距離を長さＤとする。また、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃは、その検知方向と締付け部２２の軸心方向とが平行になるように配設されている。つまり、締付け部２２の軸心方向が被締付け面Ｐに対して直交するようにインパクト締付け機２０を配置した場合は、図２に示す如く、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃの検知方向は被締付け面Ｐに対して直交するのである。
【００１９】
距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃが被締付け面Ｐ上で距離を検知する点を、それぞれ点Ｐａ・点Ｐｂ・点Ｐｃとする。また、点Ｐａと点Ｐｃとの中点を点Ｐｍとする。距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃは、互いに等距離となる位置に配設されているため、締付け部２２の軸心方向が被締付け面Ｐに対して直交するようにインパクト締付け機２０を配置した場合には、被締付け面Ｐ上における点Ｐａ・点Ｐｂ・点Ｐｃは互いに等距離となる。換言すれば、この場合には点Ｐａ・点Ｐｂ・点Ｐｃを結んだ三角形は一辺の長さをＤとする正三角形となるのである。また、締付け位置Ｐｔは正三角形ＰａＰｂＰｃの重心と一致する。
【００２０】
距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃが検知した、被締付け面Ｐまでの距離を、それぞれ長さＬａ・長さＬｂ・長さＬｃとする。それぞれの長さＬａ〜Ｌｃは、締付け部２２の軸心方向が被締付け面Ｐに対して直交するようにインパクト締付け機２０を配置した場合には等しくなる。また、それぞれの長さＬａ〜Ｌｃは、締付け部２２の軸心方向が被締付け面Ｐに対して傾斜するようにインパクト締付け機２０を配置した場合には異なる値となる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃは正三角形の頂点となる位置に配設される構成としているが、後述するように締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度を算出することができれば、その配置構成は限定されるものではない。即ち、二等辺三角形や直角三角形等、他の三角形の頂点となる位置に配設することもできる。
また、距離センサの個数も三個に限定されるものではなく、四個以上配設することも可能である。
【００２２】
インパクト締付け機２０には、作業者が把持するための把持部２４と、締付け部２２の回転駆動を開始するスイッチであるトリガー２３と、が配設されている。作業者は、把持部２４を握持しながら、締付け部２２の先端を被締付け面Ｐにおける締付け位置Ｐｔに接触させた状態で、指先でトリガー２３を引いて締付け部２２を回転駆動させることで、訓練作業を行うのである。
【００２３】
本実施形態においては、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃを配置する位置で前後左右の方向を定義する。即ち、図２に示す如く、距離センサ２１ａ・２１ｃを結んだ直線の方向を左右方向とし、被締付け面Ｐにおいて左右方向と直交する方向を前後方向とする。換言すれば、締付け部２２の軸心方向が被締付け面Ｐに対して直交するようにインパクト締付け機２０を配置した場合における正三角形ＰａＰｂＰｃは、その一辺であるＰａＰｃが左右方向に平行となるように形成されるのである。
本実施形態に係るインパクト締付け機２０は図１に示す如く、把持部２４と同じ側、即ち作業者側に距離センサ２１ｂを配設している。つまり、前記の如く定義した左右方向及び前後方向は、作業者から見た方向と略一致する。
【００２４】
処理装置３０は、図１に示す如く、それぞれの距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃ及びトリガー２３と接続された、汎用型の電子計算機である。そして、処理装置３０は図３に示す如く、その内部に制御手段３１を備え、制御手段３１とフィールドネットワーク通信機器等によりそれぞれ電気的に接続された、入力手段３２、出力手段３３、記憶手段３４、各種の演算を行う演算手段４０等を主な要素として備える。
【００２５】
前記の各種手段については、例えば、制御手段３１としては、制御手段３１に接続されている各手段の動作や作業工程を制御する制御盤等が用いられる。
制御手段３１は図１及び図３に示す如く、通電を維持しながら端子を固定する端子台２６と、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃ及びトリガー２３からのアナログ信号をデジタル変換するＡＤボード２７と、を介して、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃ及びトリガー２３と電気的に接続されている。
【００２６】
入力手段３２としては、制御手段３１に接続されたキーボードやマウス等が用いられる。入力手段３２からは、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃの配置形状データ、演算プログラム等が入力される。
出力手段３３としては、制御手段３１に接続されたモニタ等が用いられる。出力手段３３では、後述するように演算手段４０による演算結果等が出力される。
【００２７】
記憶手段３４や演算手段４０としては、電子計算機におけるＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部や、ＣＰＵからなる演算処理部等が用いられる。記憶手段３４には、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃの配置形状データ、その他演算手段４０における演算処理を実行するためのプログラム等が格納される。演算手段４０は、後述するように、角度算出部４１及び姿勢判定部４２を備える。
【００２８】
本実施形態に係るインパクト締付け訓練機１００においては上記の如く構成することにより、作業者が平面状の被締付け面Ｐに対して、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃを配設したインパクト締付け機２０を用いて、図１に示す如く、インパクト締付け機２０の締付け部２２を被締付け面Ｐにおける締付け位置Ｐｔに接触させた状態で締付け部２２を回転駆動させて訓練作業を行うのである。
【００２９】
上記の如く訓練作業を行う際には、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃで検知した長さＬａ〜Ｌｃの検出データが、端子台２６を経由して、ＡＤボード２７でアナログ信号からデジタル信号に変換された上で、制御手段３１を介して演算手段４０の各判定部に入力される。そして、演算手段４０における角度算出部４１において、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃで検知したそれぞれの距離である長さＬａ〜Ｌｃに基づいて、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度を算出する。さらに、姿勢判定部４２において、角度算出部４１が算出した角度が、所定角度より小さいか否かを判断することにより、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する姿勢が適正か否かを判定するのである。ここで、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度とは、被締付け面Ｐに対して直交する方向を０度として、締付け部２２がこの直交方向から前後方向又は左右方向のそれぞれに傾いた角度を指すものとする。
【００３０】
次に、演算手段４０における角度算出部４１で行う角度算出方法について、図４（ａ）及び（ｂ）を用いて具体的に説明する。
図４（ａ）は、締付け部２２が距離センサ２１ｃの側、即ち作業者から見て右側方に角度αだけ傾いた場合について示している。このとき、距離センサ２１ａが検知する被締付け面Ｐ（点Ｐａ）までの距離である長さＬａは、距離センサ２１ｃが検知する被締付け面Ｐ（点Ｐｃ）までの距離である長さＬｃよりも長くなり、その差は（Ｌａ−Ｌｃ）となる。また、距離センサ２１ａ・２１ｃは長さＤだけ離れているため、図４（ａ）に示す如く締付け部２２の傾き角度αと長さＤ・Ｌａ・Ｌｃの関係は、以下の数式１によって表される。
【００３１】
【数１】
2012137539.tif 000003
【００３２】
即ち、数式１によって表される関係から、距離センサ２１ａ・２１ｃが長さＬａ・Ｌｃを検知することにより、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する左右方向への傾き角度αを算出することができるのである。
【００３３】
図４（ｂ）は、締付け部２２が距離センサ２１ｂの反対側、即ち作業者から見て奥側に角度βだけ傾いた場合について示している。このとき、距離センサ２１ａ・２１ｃの配設面から被締付け点Ｐｍまでの距離は、長さＬａと長さＬｃとの平均値となり、（Ｌａ＋Ｌｃ）／２で表される。また、距離センサ２１ｂが検知する被締付け面Ｐ（点Ｐｂ）までの距離である長さＬｂは、長さ（Ｌａ＋Ｌｃ）／２よりも長くなり、その差は（２Ｌｂ−Ｌａ−Ｌｃ）／２となる。また、距離センサ２１ｂと、距離センサ２１ａ・２１ｃの中点との距離は√３Ｄ／２となるため、図４（ｂ）に示す如く締付け部２２の傾き角度βと長さＤ・Ｌａ・Ｌｂ・Ｌｃの関係は、以下の数式２によって表される。
【００３４】
【数２】
2012137539.tif 000004
【００３５】
即ち、数式２によって表される関係から、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃが長さＬａ・Ｌｂ・Ｌｃを検知することにより、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する前後方向への傾き角度βを算出することができるのである。
【００３６】
このように、角度算出部４１において、距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃで検知したそれぞれの距離である長さＬａ〜Ｌｃに基づいて、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度（左右方向への傾き角度α、及び、前後方向への傾き角度β）を算出するのである。
【００３７】
次に、姿勢判定部４２において、角度算出部４１が算出した角度α・βが、所定角度より小さいか否かを判断する。つまり、インパクト締付け作業を行う場合は、締付けの不具合を防止し、作業精度を向上させるために、締付け部２２を被締付け面Ｐに対して直交するように、いわゆる面直に当てた姿勢をとる必要がある。このため、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度が小さい場合、換言すれば、角度α・βが所定角度より小さい場合は適切な姿勢でインパクト締付け作業を行っていると判断するのである。一方、締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度が大きい場合、換言すれば、角度α・βが所定角度より大きい場合は適切な姿勢でインパクト締付け作業を行っていないと判断するのである。
【００３８】
次に、姿勢判定部４２で判定した判定結果を、出力手段３３であるモニタにおいて表示する方法について、図５（ａ）から（ｄ）を用いて具体的に説明する。
出力手段３３は、角度表示部３３ａ、左右結果表示部３３ＬＲ、前後結果表示部３３ＦＲを備える。角度表示部３３ａには、所定角度を示す範囲３３ｒが示されており、左右方向への傾き角度α、及び、前後方向への傾き角度βが、縦横の座標平面上に点３３ｐとして表示される。左右結果表示部３３ＬＲ及び前後結果表示部３３ＦＲにはそれぞれ、角度α・βが所定角度より小さければ「ＯＫ」、大きければ「ＮＧ」と表示される。
【００３９】
図５（ａ）は、角度表示部３３ａにおける点３３ｐが原点から左上側に離れて、範囲３３ｒの外側に表示されている。この場合は、左右方向への傾き角度α及び前後方向への傾き角度βの両方が所定角度よりも大きくなっていることを示しているのである。これにより、左右結果表示部３３ＬＲ及び前後結果表示部３３ＦＲにはそれぞれ「ＮＧ」と表示される。
【００４０】
図５（ｂ）は、角度表示部３３ａにおける点３３ｐが原点から左側方に離れて、範囲３３ｒの外側に表示されている。この場合は、前後方向への傾き角度βは所定角度よりも小さいものの、左右方向への傾き角度αが所定角度よりも大きくなっていることを示しているのである。これにより、左右結果表示部３３ＬＲには「ＮＧ」と、前後結果表示部３３ＦＲには「ＯＫ」と表示される。
【００４１】
図５（ｃ）は、角度表示部３３ａにおける点３３ｐが原点から上方に離れて、範囲３３ｒの外側に表示されている。この場合は、左右方向への傾き角度αは所定角度よりも小さいものの、前後方向への傾き角度βが所定角度よりも大きくなっていることを示しているのである。これにより、左右結果表示部３３ＬＲには「ＯＫ」と、前後結果表示部３３ＦＲには「ＮＧ」と表示される。
【００４２】
図５（ｄ）は、角度表示部３３ａにおける点３３ｐが範囲３３ｒの内側に表示されている。この場合は、左右方向への傾き角度α及び前後方向への傾き角度βの両方が所定角度よりも小さくなっていることを示しているのである。これにより、左右結果表示部３３ＬＲ及び前後結果表示部３３ＦＲにはそれぞれ「ＯＫ」と表示される。
【００４３】
このように、姿勢判定部４２で判定した判定結果を出力手段３３であるモニタに表示することにより、作業者又は該作業者を指導する者はインパクト締付け訓練における結果を客観的に認識することが可能となるのである。
【００４４】
なお、本実施形態に係るインパクト締付け訓練機１００においては、出力手段３３であるモニタに「ＯＫ」又は「ＮＧ」と表示する構成としたが、左右方向への傾き角度α及び前後方向への傾き角度βの数値を表示し、所定角度よりも大きくなった場合は赤く光る等の方法で表示する構成とすることも可能である。
【００４５】
前記の如く、本実施形態に係るインパクト締付け訓練機１００によれば、インパクト締付け訓練における作業者の習熟度を数値化して、インパクト締付け機２０の姿勢（締付け部２２の被締付け面Ｐに対する角度）が適正か否かを客観的に判断することができる。つまり、インパクト締付け訓練における技能の習熟度について客観的な判断を行うことが可能となるのである。
また、三個の距離センサ２１ａ・２１ｂ・２１ｃを配設する構成であるため、簡素かつ安価な装置構成で、締付け部２２の先端を見ながら訓練作業を行うことが可能となるのである。
【００４６】
さらに、本実施形態に係るインパクト締付け訓練機１００は上記の如く簡素に構成されるため、インパクト締付け訓練機１００を台車に搭載し、一体的に可動する訓練台車として構成することも可能となるのである。
【符号の説明】
【００４７】
２０    インパクト締付け機
２１    距離センサ
２２    締付け部
２３    トリガー
４１    角度算出部
４２    姿勢判定部
１００    インパクト締付け訓練機
【図１】
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【図２】
2012137539.tif 000006
【図３】
2012137539.tif 000007
【図４】
2012137539.tif 000008
【図５】
2012137539.tif 000009