ボルト締め付け判定装置
【課題】指定されたボルト穴にボルトが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定できるようにする。
【解決手段】指定されたボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０が移動されるようＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０を制御し、トルクレンチ６０に取り付けられたトルクセンサ６８からのトルク到達信号に基づいてボルトＢの締め付けがなされたと判定したとき、レーザセンサ３０からの受光信号が入力されているときには指定されたボルト穴ＡにボルトＢが正常に締め付けられたと判定し、受光信号が入力されていないときには指定されたボルト穴ＡにはボルトＢが締め付けられなかったと判定するから、指定されたボルト穴ＡにボルトＢが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定することができる。
【解決手段】指定されたボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０が移動されるようＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０を制御し、トルクレンチ６０に取り付けられたトルクセンサ６８からのトルク到達信号に基づいてボルトＢの締め付けがなされたと判定したとき、レーザセンサ３０からの受光信号が入力されているときには指定されたボルト穴ＡにボルトＢが正常に締め付けられたと判定し、受光信号が入力されていないときには指定されたボルト穴ＡにはボルトＢが締め付けられなかったと判定するから、指定されたボルト穴ＡにボルトＢが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト締め付け判定装置に関し、詳しくは、ワークに形成された複数のボルト穴のうち指定されたボルト穴に作業者が締め付け工具を用いてボルトを締め付けたか否かを判定するボルト締め付け判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のボルト締め付け判定装置としては、ボルトを締め付けるトルクレンチに取り付けられた超音波発信器からの超音波パルスを受信する３つの受信アンテナと、トルクレンチに取り付けられたデータ処理装置からの締め付けトルクデータを受信する受信機と、予め各ボルト穴の座標位置が記憶されたメモリと、受信された超音波パルスの伝播時間に基づいて三角測距の原理で締め付け中のボルト穴の座標位置を演算する演算処理部と、演算された座標位置と記憶された座標位置とを比較してどの位置（番号）のボルトが締め付けられているかを判別するボルト番号判別部と、判別されたボルト番号と受信された締め付けトルクデータとに基づいてどの位置のボルトの締め付けが完了したかを判定する締め付け判定部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２１１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のボルト締め付け判定装置では、超音波パルスの伝播時間に基づく座標位置の演算において多少の誤差が生じうるので、ボルト穴同士の間隔が狭いときには締め付け中のボルト穴を誤判定してしまう場合がある。また、三角測距の原理で座標位置を演算するので３つの受信アンテナを設置しなければならず装置の構成が複雑なものとなっていた。
【０００４】
本発明のボルト締め付け判定装置は、指定されたボルト穴にボルトが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定できるようにすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のボルト締め付け判定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明のボルト締め付け判定装置は、
ワークに形成された複数のボルト穴のうち指定されたボルト穴に作業者が締め付け工具を用いてボルトを締め付けたか否かを判定するボルト締め付け判定装置であって、
移動対象物を水平方向に移動させる移動手段と、
前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる発光部と前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる受光部とからなり、前記締め付け工具が前記移動対象物の下方の所定範囲内に位置するときに前記受光部が前記発光部からの光を受光可能となるよう該発光部と該受光部とが取り付けられた光学センサと、
前記締め付け工具に取り付けられ、該締め付け工具の作動状態を検知する作動状態検知手段と、
前記指定されたボルト穴に対応する上方の所定位置に前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する制御手段と、
前記検知された締め付け工具の作動状態に基づいてボルトの締め付けがなされたか否かを判定し、該締め付けがなされたと判定したとき、前記受光部が前記発光部からの光を受光しているときには前記指定されたボルト穴にボルトが正常に締め付けられたと判定し、前記受光部が前記発光部からの光を受光していないときには前記指定されたボルト穴にはボルトが締め付けられなかったと判定する判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明のボルト締め付け判定装置では、指定されたボルト穴に対応する上方の所定位置に移動対象物が移動されるよう移動手段を制御し、締め付け工具に取り付けられる作動状態検知手段により検知された締め付け工具の作動状態に基づいてボルトの締め付けがなされたか否かを判定し、締め付けがなされたと判定したとき、締め付け工具または移動対象物として移動手段に取り付けられる受光部が締め付け工具または移動対象物として移動手段に取り付けられる発光部からの発光を受光しているときには指定されたボルト穴にボルトが正常に締め付けられたと判定し、受光部が発光部からの発光を受光していないときには指定されたボルト穴にはボルトが締め付けられなかったと判定する。これにより、指定されたボルト穴にボルトが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定することができる。
【０００８】
こうした本発明のボルト締め付け判定装置において、前記発光部と前記受光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、前記締め付け工具には、前記発光部からの光を前記受光部に向けて反射させる反射板が取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、発光部や受光部を締め付け工具に取り付ける必要がなく、光学センサの配線などにより締め付け作業の作業性が悪化することがない。この態様の本発明のボルト締め付け判定装置において、前記発光部は、振動の方向が縦方向または横方向の光のみを通過させる第１の偏光フィルタを介して発光し、前記受光部は、前記第１の偏光フィルタとは異なる振動の方向の光のみを通過させる第２の偏光フィルタを介して受光し、前記反射板は、少なくとも反射前の振動の方向とは異なる振動の方向の光を反射するものとすることもできる。こうすれば、ワーク表面などの反射板以外で反射された光を受光部が受光することがなくなり、締め付け工具が指定されたボルト穴上にあることを確実に判定することができる。また、この態様の本発明のボルト締め付け判定装置において、前記反射板は、前記締め付け工具が前記発光部の略真下に位置するときにのみ前記発光部からの光を反射可能となるよう筒状に形成され光の入出射角度を限定する入出射角度限定フィルタが取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、締め付け工具が発光部の略真下からずれた位置にあるときに反射された光を受光部が受光することがなくなり、締め付け工具が指定されたボルト穴上にあることをより確実に判定することができる。
【０００９】
また、本発明のボルト締め付け判定装置において、前記発光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、可視光線を発光するものとすることもできる。こうすれば、複数のボルト穴のうち、どのボルト穴が指定されたものであるのかを作業者が容易に確認することができる。
【００１０】
さらに、本発明のボルト締め付け判定装置において、前記制御手段は、予め定められたボルトの締め付け順に従って前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例としてのボルト締め付け判定装置を用いてボルト締め付け作業を行う様子を示す説明図であり、図２は、ボルト締め付け作業が行われる作業テーブル２４の上面図であり、図３は、ボルト締め付け判定装置を構成するレーザセンサ３０をＸ軸方向（図中前後方向）およびＹ軸方向（図中左右方向）に移動させるＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０の斜視図であり、図４は、作業者がボルト締め付け作業に用いるトルクレンチ６０の構成の概略を示す構成図である。実施例のボルト締め付け作業は、図１に示すように、ワークＷ（例えば、ケースにカバーを被せたもの）に形成された複数のボルト穴Ａに作業者がトルクレンチ６０でボルトＢを締め付ける作業であり、作業床から垂直に立設された門型の本体フレーム２２に取り付けられた作業テーブル２４と、レーザ光を受発光するレーザセンサ３０と、レーザセンサ３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０と、電源をオンオフする電源スイッチ８２や各種操作スイッチ８４などからなる操作パネル８０と、作業者に作業指示や警告などを表示するディスプレイ９０と、装置全体のコントロールを司るコントローラ１００とを使って行われる。
【００１３】
作業テーブル２４は、図２（ａ）に示すように、長方形状のテーブルとして構成されており、図中下側の面を基準面としてワークＷのＹ軸方向の位置を決める複数の位置決めストッパ２６と、図中右側の面を基準面としてワークＷのＸ軸方向の位置を決める複数の位置決めストッパ２８とを有している。この位置決めストッパ２６，２８のそれぞれの基準面に沿った直線の交点を基準点（ＸＹ座標の原点）とする。そして、図２（ｂ）に示すように、ワークＷの図中上側の側面が位置決めストッパ２６に押し当てられると共に図中左側の側面が位置決めストッパ２８に押し当てられるよう作業者によりセットされると、ワークＷに複数形成されているボルト穴Ａの位置が、基準点を基準として予め定められコントローラ１００のＲＯＭ１０４に記憶されているボルト穴Ａの位置座標と一致することになる。例えば、図中のボルト穴Ａ１は、基準点からＸ軸方向に距離Ｘ１，Ｙ軸方向に距離Ｙ１の位置にあり、ＲＯＭ１０４に記憶されているボルト穴Ａ１の位置座標は、座標（Ｘ１，Ｙ１）となっている。
【００１４】
レーザセンサ３０は、図３に示すように、Ｙ軸方向移動機構５０に取り付けられる筐体３０ａと、筐体３０ａ内に配置され可視光線としてのレーザ光（例えば、波長６５０ｎｍの可視半導体レーザ）を発光する発光部３２と、筐体３０ａ内に発光部３２に隣接して配置され発光部３２から発光されて反射されたレーザ光を受光する受光部３４とを有する反射型センサとして構成されている。レーザセンサ３０は、受光部３４がレーザ光を受光しているときに、受光していることを示す受光信号Ｌをコントローラ１００に送信する。また、発光部３２には、振動の方向が横方向（Ｙ軸方向）のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３２ａが発光面に取り付けられ、受光部３４には、振動の方向が縦方向（Ｘ軸方向）のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３４ａが受光面に取り付けられているが、これらについての説明は後述する。
【００１５】
Ｘ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０は、同一の構成であり、説明の便宜上Ｙ軸方向移動機構５０について説明し、Ｘ軸方向移動機構４０については説明を省略する。Ｙ軸方向移動機構５０は、図１および図３に示すように、内部にガイドレール５２が敷設されたハウジング５１と、Ｙ軸移動テーブル５３が取り付けられガイドレール５２上をスライド可能なスライドブロック５４と、スライドブロック５４内のナットに螺合されハウジング５１にベアリング５５ａ，５５ｂを介して回転自在に支持されたボールねじ５６と、このボールねじ５６にカップリング５７を介して接続されたサーボモータ５８とを備え、サーボモータ５８を駆動することによりＹ軸移動テーブル５３をＹ軸方向に往復動させる。このＹ軸方向移動機構５０は、本体フレーム２２の上部に搭載されたＸ軸方向移動機構４０のＸ軸移動テーブル４３に搭載され、また、Ｙ軸方向移動機構５０のＹ軸移動テーブル５３にレーザセンサ３０の筐体３０ａが取り付けられている。このため、Ｘ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０の駆動により、レーザセンサ３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。なお、電源投入時などの初期状態でレーザセンサ３０は、図２（ｂ）に図示した基準点の真上の位置で待機するものとする。
【００１６】
トルクレンチ６０は、図４に図示するように、トルクレンチ本体６２と、トルクレンチ本体６２の上部に取り付けられレーザセンサ３０の発光部３２から発光されたレーザ光を反射する反射板６４と、反射板６４の上部に取り付けられレーザ光の入出射角度を限定する筒状部材６６と、ボルト締め付け作業中の締め付けトルクＴを検出し検出した締め付けトルクＴが予め設定された規定トルクＴｒｅｆ以上となったことを示すトルク到達信号ＴＤをコントローラ１００に送信するトルクセンサ６８とを備えている。反射板６４は、レーザ光を反射する際にその振動の方向を変えることができるよう構成されている。図５は、レーザセンサ３０の発光部３２から発光されたレーザ光が反射板６４により振動の方向を変えて反射され受光部３４に受光される様子を示す説明図である。前述したように、発光部３２には振動の方向が横方向のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３２ａが取り付けられているので、図示するように、振動の方向が横方向のレーザ光が発光される。ここで、反射板６４は、その表面に直角二等辺三角形からなる３つの反射面を有する微小な三角錐６４ａが隙間なく配列されており、図中拡大図に示すように、発光されたレーザ光は、この三角錐６４ａの３つの反射面を順に反射してから最終的な反射光として反射される。この３つの反射面を反射する際に光の振動の方向が横方向から縦方向に変化するため、振動の方向が縦方向のレーザ光が受光部３４に向かって反射されることになる。これにより、反射板６４で反射されたレーザ光は、振動の方向が縦方向のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３４ａを通過することができ、受光部３４に受光されることができる。このように、受光部３４で受光されるためには反射板６４での反射が必要であり、例えば、単にワークＷに反射されただけの反射光では、振動の方向が横方向のまま変化せず受光部３４により受光されることがないため、トルクレンチ６０がレーザセンサ３０の下方の所定位置にあるか否かを確実に判定することができる。なお、発光部３２や受光部３４はＹ軸方向移動機構５０に取り付けられトルクレンチ６０には反射板６４のみが取り付けられるので、レーザセンサ３０の配線などにより作業性が大幅に悪化することはない。また、反射板６４は、筒状部材６６が取り付けられることにより、作業者が誤って指定されたボルト穴Ａとは異なるボルト穴ＡにボルトＢを締めているときに、トルクレンチ６０が指定されたボルト穴Ａ上にあると誤判定するのを防ぐことができる。図６は、作業者が誤って、指定されたボルト穴Ａ１とは異なるボルト穴Ａ２にボルトＢを締めているときの様子を示す説明図である。筒状部材６６が取り付けられていないトルクレンチ６００を用いるときには、図６（ａ）に示すように、トルクレンチ６００が傾けられ反射板６４が発光部３２の略真下の位置になるとレーザ光が反射され受光部３４で受光される場合がある。一方、本実施例では、図６（ｂ）に示すように、傾いた状態では筒状部材６６にレーザ光が当たり反射板６４に到達しないので受光部３４で受光されることがない。これにより、指定されたボルト穴Ａ１とは異なるボルト穴Ａ２にボルトＢを締めているときに、トルクレンチ６０が指定されたボルト穴Ａ１上にあると誤判定するのを防ぐことができる。
【００１７】
コントローラ１００は、ＣＰＵ１０２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、各種処理プログラムなどを記憶したＲＯＭ１０４と、一時的に各種データを記憶するＲＡＭ１０６と、操作パネル８０との通信を可能とする内部通信インタフェース１０８とを備え、これらは互いに信号のやり取りが可能なように接続されている。コントローラ１００は、操作パネル８０の操作に応じて発生する操作信号やレーザセンサ３０からの受光信号Ｌ、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤなどを入力し、レーザセンサ３０の発光部３２へ発光信号やＸ軸方向移動機構４０のサーボモータ４８やＹ軸方向移動機構５０のサーボモータ５８へ駆動信号を出力したりする。
【００１８】
ここで、実施例のボルト締め付け判定装置のハード構成としては、レーザセンサ３０とＸ軸方向移動機構４０，Ｙ軸方向移動機構５０，反射板６４，筒状部材６６，トルクセンサ６８が該当する。
【００１９】
次に、実施例のボルト締め付け判定装置を用いて予め定められた締め付け順に従って作業者によりボルトＢが締め付けられる通常の締め付け作業について説明する。図７は、コントローラ１００により実行される通常作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、作業者によりワークＷが作業テーブル２４上にセットされ、操作パネル８０の各種操作ボタン８２の操作によりスタートボタンが押下されたときに実行される。
【００２０】
通常作業時制御ルーチンが実行されると、コントローラ１００のＣＰＵ１０２は、まず、レーザセンサ３０からレーザ光が発光されるよう発光部３２へ発光信号を出力し（ステップＳ１００）、ＲＯＭ１０４に記憶された予め定められたボルト締め付け順に基づいて指定されたボルト穴Ａに対応する上方の所定位置としてボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０を移動させる（ステップＳ１１０）。ここでは、ボルト締め付け順に基づいて指定されたボルト穴Ａが図２（ｂ）に示すボルト穴Ａ１である場合について説明する。この場合、Ｘ軸方向に移動量Ｘ１だけ移動するようＸ軸方向移動機構４０のサーボモータ４８に駆動信号を出力すると共にＹ軸方向に移動量Ｙ１だけ移動するようＹ軸方向移動機構５０のサーボモータ５８に駆動信号を出力する。なお、前述したように、発光部３２から発光されるレーザ光は可視光線なので、作業者は容易にボルト穴Ａ１を確認することができる。
【００２１】
こうして、レーザセンサ３０を移動させると、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤを受信するのを待つ（ステップＳ１２０）。そして、トルク到達信号ＴＤを受信すると、レーザセンサ３０から受光信号Ｌが入力されているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。受光信号Ｌが入力されているときには、トルクレンチ６０がボルト穴Ａ１の位置にあり且つ締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに到達しているため、指定されたボルト穴Ａ１に正常にボルトＢが締め付けられたと判断し、ボルトＢの締め付けが全数完了したか否かを判定し（ステップＳ１４０）、完了していなければステップＳ１１０に戻って処理を繰り返し、完了していれば本ルーチンを終了する。これにより、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤとレーザセンサ３０からの受光信号Ｌとに基づいて、指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが正常に締め付けられたことを判定することができる。
【００２２】
ステップＳ１３０で、受光信号Ｌが入力されていないときには、トルクレンチ６０が指定されたボルト穴Ａ１以外の位置にあり且つ締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに到達しているため、指定されたボルト穴Ａ１にはボルトＢが締め付けられなかったと判断し、指定されたボルト穴Ａ１を締め付け不良としてＲＡＭ１０６に登録し（ステップＳ１５０）、作業者に指示通りの作業がなされていない旨やボルト穴Ａの確認を行った上で作業を再開する旨の警告を行って（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。これにより、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤとレーザセンサ３０からの受光信号Ｌとに基づいて、指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが締め付けられなかったことを判定することができる。
【００２３】
以上説明した実施例のボルト締め付け判定装置を用いた締め付け作業によれば、指定されたボルト穴Ａ１の略真上の位置にレーザセンサ３０が移動されるようＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０を制御し、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤに基づいてボルトＢの締め付けがなされたと判定したとき、レーザセンサ３０からの受光信号Ｌが入力されているときには指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが正常に締め付けられたと判定し、受光信号Ｌが入力されていないときには指定されたボルト穴Ａ１にはボルトＢが締め付けられなかったと判定するから、指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定することができる。
【００２４】
実施例のボルト締め付け作業では、手作業で全てのボルトＢを締め付ける作業について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、図示しない自動ボルト締め付け機での締め付け不良（例えば、規定トルクに達しなかったなど）により作業者によってボルトＢの再度の締め付けが必要なときにボルト締め付けの手直し作業を行うものとしてもよい。図８は、コントローラ１００により実行される手直し作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、作業者により手直しの必要なワークＷが作業テーブル２４上にセットされ、操作パネル８０の各種操作ボタン８２の操作により手直し作業が選択されスタートボタンが押下されたときに実行される。手直し作業時制御ルーチンが実行されると、コントローラ１００のＣＰＵ１０２は、まず、締め付け不良により手直しの必要なボルト位置情報を読み出す（ステップＳ１０）。ここで、手直しの必要なボルト位置情報は、自動ボルト締め付け機を制御する図示しない自動機用コントローラから予め通信により送信され、ＲＡＭ１０６に記憶されているものとした。このボルト位置情報を読み出すと、レーザセンサ３０からレーザ光が発光されるよう発光部３２へ発光信号を出力し（ステップＳ１００）、読み出したボルト位置情報に基づいて指定されたボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０を移動させる（ステップＳ１１０ａ）。レーザセンサ３０を移動させると、図７に示した通常作業時制御ルーチンのステップＳ１２０〜Ｓ１６０と同じ処理を行って、本ルーチンを終了する。上述した本実施例と同様に、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤとレーザセンサ３０からの受光信号Ｌとに基づいて、手直しが必要なボルト穴Ａで確実に手直し作業がなされたか否かを精度よく判定することができる。
【００２５】
実施例のボルト締め付け判定装置では、レーザセンサ３０の発光部３２が可視光線を発光するものとしたが、可視光線でなくてもよく、紫外線領域や赤外線領域のレーザ光を発光するものとしてもよい。
【００２６】
実施例のボルト締め付け判定装置では、発光部３２の偏光フィルタ３２ａが振動の方向が横方向のレーザ光を通過させ受光部３４の偏光フィルタ３４ａが振動の方向が縦方向のレーザ光を通過させるものとしたが、これに限られず、偏光フィルタ３２ａが振動の方向が縦方向のレーザ光を通過させ偏光フィルタ３４ａが振動の方向が横方向のレーザ光を通過させるものとしてもよい。また、反射板６４が反射前とは異なる振動の方向のレーザ光のみを反射するものとしたが、反射前とは振動の方向が略９０度異なるレーザ光を反射すればどのような振動の方向のレーザ光が含まれていてもよく、例えば、反射前と同じ振動の方向のレーザ光が含まれているものとしたり、縦方向や横方向に限られず様々な振動の方向のレーザ光が含まれているものとしてもよい。
【００２７】
実施例のボルト締め付け判定装置では、発光部３２と受光部３４とに偏光フィルタ３２ａ，３４ａが取り付けられるものとしたが、このような偏光フィルタが取り付けられないものとしてもよい。この場合、反射板６４は、振動の方向を変えることなく単に反射するものを用いるものとしてもよい。また、反射板６４に筒状部材６８を取り付けるものとしたが、取り付けないものとしてもよい。なお、トルクレンチ６０がレーザセンサ３０の下方の所定範囲にあることを確実に検出するためには、本実施例のように、偏光フィルタ３２ａ，３４ａや筒状部材６８が取り付けられていることが好ましい。
【００２８】
実施例のボルト締め付け判定装置では、発光部３２と受光部３４とがＹ軸方向移動機構５０に取り付けられ反射板６４がトルクレンチ６０に取り付けられるものとしたが、これに限られるものではなく、発光部３２と受光部３４とがトルクレンチ６０に取り付けられ反射板６４がＹ軸方向移動機構５０に取り付けられるものとしてもよい。また、発光部３２と受光部３４とが筐体３０ａ内に一体として配置された反射型センサとしたが、発光部３２と受光部３４とがそれぞれ対向する位置に配置されるいわゆる透過型センサとしてもよく、その場合、発光部３２がＹ軸方向移動機構５０に取り付けられ受光部３４がトルクレンチ６０に取り付けられるものとしてもよいし、発光部３２がトルクレンチ６０に取り付けられ受光部３４がＹ軸方向移動機構５０に取り付けられるものとしてもよい。なお、トルクレンチ６０に発光部３２や受光部３４を取り付ける場合、コントローラ１００との間で信号の送受信を行うための配線や送信機などが別途必要となり作業性の悪化に繋がるおそれがあるので、本実施例のように、発光部３２と受光部３４とがＹ軸方向移動機構５０に取り付けられ反射板６４がトルクレンチ６０に取り付けられる構成とすることが好ましい。
【００２９】
実施例のボルト締め付け判定装置では、トルクセンサ６８により検出された締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに達したときにトルク到達信号ＴＤを送信するものとしたが、これに限られず、検出された締め付けトルクＴを送信しコントローラ１００で規定トルクＴｒｅｆに到達したか否かを判定するものとしてもよい。また、トルクレンチ６０に限られず、インパクトレンチなどの他の締め付け工具を用いて締め付け作業を行うものとしてもよい。
【００３０】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。本実施形態のＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０が本発明の「移動手段」に相当し、発光部３２と受光部３４とを有するレーザセンサ３０が「光学センサ」に相当し、予め定められたボルト締め付け順に基づいて指定されたボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０が移動されるようＸ軸方向移動機構４０のサーボモータ４８およびＹ軸方向移動機構５０のサーボモータ５８へ駆動信号を出力する図７の通常作業時制御ルーチンのステップＳ１１０の処理を実行するコントローラ１００が「制御手段」に相当し、トルクレンチ６０に取り付けられ締め付けトルクＴを検出すると共に締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに達したときにトルク到達信号ＴＤを送信するトルクセンサ６８が「作動状態検出手段」に相当し、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤに基づいてボルトＢの締め付けがなされたと判定したとき、レーザセンサ３０からの受光信号Ｌが入力されているときには指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが正常に締め付けられたと判定し、受光信号Ｌが入力されていないときには指定されたボルト穴Ａ１にはボルトＢが締め付けられなかったと判定する図７の通常作業時制御ルーチンのステップＳ１２０〜Ｓ１６０の処理を実行するコントローラ１００が「制御手段」に相当する。また、反射板６４の上部に取り付けられレーザ光の入出射角度を限定する筒状部材６６が「入出射角度限定フィルタ」に相当する。なお、本実施例では、ボルト締め付け作業について説明することにより、本発明のボルト締め付け判定装置の一例も明らかにしている。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、手作業でボルトを締め付けて部品の組み付けを行う製造業や自動車産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例としてのボルト締め付け判定装置を用いてボルト締め付け作業を行う様子を示す説明図である。
【図２】ボルト締め付け作業が行われる作業テーブル２４の上面図である。
【図３】Ｘ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０の斜視図である。
【図４】作業者がボルト締め付け作業に用いるトルクレンチ６０の構成の概略を示す構成図である。
【図５】レーザセンサ３０の発光部３２から発光されたレーザ光が反射板６４により振動の方向を変えて反射され受光部３４に受光される様子を示す説明図である。
【図６】作業者が誤って指定されたボルト穴Ａ１とは異なるボルト穴Ａ２にボルトＢを締めているときの様子を示す説明図である。
【図７】コントローラ１００により実行される通常作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】コントローラ１００により実行される手直し作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
２２ 本体フレーム、２４ 作業テーブル、２６，２８ 位置決めストッパ、３０ レーザセンサ、３０ａ 筐体、３２ 発光部、３２ａ，３４ａ 偏光フィルタ、３４ 受光部、４０ Ｘ軸方向移動機構、４１ ハウジング、４３ 移動テーブル、４４ スライドブロック、４８ サーボモータ、５０ Ｙ軸方向移動機構、５１ ハウジング、５２ ガイドレール、５３ 移動テーブル、５４ スライドブロック、５５ａ，５５ｂ ベアリング、５６ ボールねじ、５７ カップリング、５８ サーボモータ、６０，６００ トルクレンチ、６２ トルクレンチ本体、６４ 反射板、６４ａ 三角錐、６６ 筒状部材、６８ トルクセンサ、８０ 操作パネル、８２ 電源スイッチ、８４ 各種操作ボタン、９０ ディスプレイ、１００ コントローラ、１０２ ＣＰＵ、１０４ ＲＯＭ、１０６ ＲＡＭ、１０８ インタフェース、Ａ，Ａ１，Ａ２ ボルト穴、Ｂ ボルト、Ｗ ワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト締め付け判定装置に関し、詳しくは、ワークに形成された複数のボルト穴のうち指定されたボルト穴に作業者が締め付け工具を用いてボルトを締め付けたか否かを判定するボルト締め付け判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のボルト締め付け判定装置としては、ボルトを締め付けるトルクレンチに取り付けられた超音波発信器からの超音波パルスを受信する３つの受信アンテナと、トルクレンチに取り付けられたデータ処理装置からの締め付けトルクデータを受信する受信機と、予め各ボルト穴の座標位置が記憶されたメモリと、受信された超音波パルスの伝播時間に基づいて三角測距の原理で締め付け中のボルト穴の座標位置を演算する演算処理部と、演算された座標位置と記憶された座標位置とを比較してどの位置（番号）のボルトが締め付けられているかを判別するボルト番号判別部と、判別されたボルト番号と受信された締め付けトルクデータとに基づいてどの位置のボルトの締め付けが完了したかを判定する締め付け判定部とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２１１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のボルト締め付け判定装置では、超音波パルスの伝播時間に基づく座標位置の演算において多少の誤差が生じうるので、ボルト穴同士の間隔が狭いときには締め付け中のボルト穴を誤判定してしまう場合がある。また、三角測距の原理で座標位置を演算するので３つの受信アンテナを設置しなければならず装置の構成が複雑なものとなっていた。
【０００４】
本発明のボルト締め付け判定装置は、指定されたボルト穴にボルトが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定できるようにすることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のボルト締め付け判定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明のボルト締め付け判定装置は、
ワークに形成された複数のボルト穴のうち指定されたボルト穴に作業者が締め付け工具を用いてボルトを締め付けたか否かを判定するボルト締め付け判定装置であって、
移動対象物を水平方向に移動させる移動手段と、
前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる発光部と前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる受光部とからなり、前記締め付け工具が前記移動対象物の下方の所定範囲内に位置するときに前記受光部が前記発光部からの光を受光可能となるよう該発光部と該受光部とが取り付けられた光学センサと、
前記締め付け工具に取り付けられ、該締め付け工具の作動状態を検知する作動状態検知手段と、
前記指定されたボルト穴に対応する上方の所定位置に前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する制御手段と、
前記検知された締め付け工具の作動状態に基づいてボルトの締め付けがなされたか否かを判定し、該締め付けがなされたと判定したとき、前記受光部が前記発光部からの光を受光しているときには前記指定されたボルト穴にボルトが正常に締め付けられたと判定し、前記受光部が前記発光部からの光を受光していないときには前記指定されたボルト穴にはボルトが締め付けられなかったと判定する判定手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明のボルト締め付け判定装置では、指定されたボルト穴に対応する上方の所定位置に移動対象物が移動されるよう移動手段を制御し、締め付け工具に取り付けられる作動状態検知手段により検知された締め付け工具の作動状態に基づいてボルトの締め付けがなされたか否かを判定し、締め付けがなされたと判定したとき、締め付け工具または移動対象物として移動手段に取り付けられる受光部が締め付け工具または移動対象物として移動手段に取り付けられる発光部からの発光を受光しているときには指定されたボルト穴にボルトが正常に締め付けられたと判定し、受光部が発光部からの発光を受光していないときには指定されたボルト穴にはボルトが締め付けられなかったと判定する。これにより、指定されたボルト穴にボルトが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定することができる。
【０００８】
こうした本発明のボルト締め付け判定装置において、前記発光部と前記受光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、前記締め付け工具には、前記発光部からの光を前記受光部に向けて反射させる反射板が取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、発光部や受光部を締め付け工具に取り付ける必要がなく、光学センサの配線などにより締め付け作業の作業性が悪化することがない。この態様の本発明のボルト締め付け判定装置において、前記発光部は、振動の方向が縦方向または横方向の光のみを通過させる第１の偏光フィルタを介して発光し、前記受光部は、前記第１の偏光フィルタとは異なる振動の方向の光のみを通過させる第２の偏光フィルタを介して受光し、前記反射板は、少なくとも反射前の振動の方向とは異なる振動の方向の光を反射するものとすることもできる。こうすれば、ワーク表面などの反射板以外で反射された光を受光部が受光することがなくなり、締め付け工具が指定されたボルト穴上にあることを確実に判定することができる。また、この態様の本発明のボルト締め付け判定装置において、前記反射板は、前記締め付け工具が前記発光部の略真下に位置するときにのみ前記発光部からの光を反射可能となるよう筒状に形成され光の入出射角度を限定する入出射角度限定フィルタが取り付けられてなるものとすることもできる。こうすれば、締め付け工具が発光部の略真下からずれた位置にあるときに反射された光を受光部が受光することがなくなり、締め付け工具が指定されたボルト穴上にあることをより確実に判定することができる。
【０００９】
また、本発明のボルト締め付け判定装置において、前記発光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、可視光線を発光するものとすることもできる。こうすれば、複数のボルト穴のうち、どのボルト穴が指定されたものであるのかを作業者が容易に確認することができる。
【００１０】
さらに、本発明のボルト締め付け判定装置において、前記制御手段は、予め定められたボルトの締め付け順に従って前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例としてのボルト締め付け判定装置を用いてボルト締め付け作業を行う様子を示す説明図であり、図２は、ボルト締め付け作業が行われる作業テーブル２４の上面図であり、図３は、ボルト締め付け判定装置を構成するレーザセンサ３０をＸ軸方向（図中前後方向）およびＹ軸方向（図中左右方向）に移動させるＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０の斜視図であり、図４は、作業者がボルト締め付け作業に用いるトルクレンチ６０の構成の概略を示す構成図である。実施例のボルト締め付け作業は、図１に示すように、ワークＷ（例えば、ケースにカバーを被せたもの）に形成された複数のボルト穴Ａに作業者がトルクレンチ６０でボルトＢを締め付ける作業であり、作業床から垂直に立設された門型の本体フレーム２２に取り付けられた作業テーブル２４と、レーザ光を受発光するレーザセンサ３０と、レーザセンサ３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０と、電源をオンオフする電源スイッチ８２や各種操作スイッチ８４などからなる操作パネル８０と、作業者に作業指示や警告などを表示するディスプレイ９０と、装置全体のコントロールを司るコントローラ１００とを使って行われる。
【００１３】
作業テーブル２４は、図２（ａ）に示すように、長方形状のテーブルとして構成されており、図中下側の面を基準面としてワークＷのＹ軸方向の位置を決める複数の位置決めストッパ２６と、図中右側の面を基準面としてワークＷのＸ軸方向の位置を決める複数の位置決めストッパ２８とを有している。この位置決めストッパ２６，２８のそれぞれの基準面に沿った直線の交点を基準点（ＸＹ座標の原点）とする。そして、図２（ｂ）に示すように、ワークＷの図中上側の側面が位置決めストッパ２６に押し当てられると共に図中左側の側面が位置決めストッパ２８に押し当てられるよう作業者によりセットされると、ワークＷに複数形成されているボルト穴Ａの位置が、基準点を基準として予め定められコントローラ１００のＲＯＭ１０４に記憶されているボルト穴Ａの位置座標と一致することになる。例えば、図中のボルト穴Ａ１は、基準点からＸ軸方向に距離Ｘ１，Ｙ軸方向に距離Ｙ１の位置にあり、ＲＯＭ１０４に記憶されているボルト穴Ａ１の位置座標は、座標（Ｘ１，Ｙ１）となっている。
【００１４】
レーザセンサ３０は、図３に示すように、Ｙ軸方向移動機構５０に取り付けられる筐体３０ａと、筐体３０ａ内に配置され可視光線としてのレーザ光（例えば、波長６５０ｎｍの可視半導体レーザ）を発光する発光部３２と、筐体３０ａ内に発光部３２に隣接して配置され発光部３２から発光されて反射されたレーザ光を受光する受光部３４とを有する反射型センサとして構成されている。レーザセンサ３０は、受光部３４がレーザ光を受光しているときに、受光していることを示す受光信号Ｌをコントローラ１００に送信する。また、発光部３２には、振動の方向が横方向（Ｙ軸方向）のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３２ａが発光面に取り付けられ、受光部３４には、振動の方向が縦方向（Ｘ軸方向）のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３４ａが受光面に取り付けられているが、これらについての説明は後述する。
【００１５】
Ｘ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０は、同一の構成であり、説明の便宜上Ｙ軸方向移動機構５０について説明し、Ｘ軸方向移動機構４０については説明を省略する。Ｙ軸方向移動機構５０は、図１および図３に示すように、内部にガイドレール５２が敷設されたハウジング５１と、Ｙ軸移動テーブル５３が取り付けられガイドレール５２上をスライド可能なスライドブロック５４と、スライドブロック５４内のナットに螺合されハウジング５１にベアリング５５ａ，５５ｂを介して回転自在に支持されたボールねじ５６と、このボールねじ５６にカップリング５７を介して接続されたサーボモータ５８とを備え、サーボモータ５８を駆動することによりＹ軸移動テーブル５３をＹ軸方向に往復動させる。このＹ軸方向移動機構５０は、本体フレーム２２の上部に搭載されたＸ軸方向移動機構４０のＸ軸移動テーブル４３に搭載され、また、Ｙ軸方向移動機構５０のＹ軸移動テーブル５３にレーザセンサ３０の筐体３０ａが取り付けられている。このため、Ｘ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０の駆動により、レーザセンサ３０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。なお、電源投入時などの初期状態でレーザセンサ３０は、図２（ｂ）に図示した基準点の真上の位置で待機するものとする。
【００１６】
トルクレンチ６０は、図４に図示するように、トルクレンチ本体６２と、トルクレンチ本体６２の上部に取り付けられレーザセンサ３０の発光部３２から発光されたレーザ光を反射する反射板６４と、反射板６４の上部に取り付けられレーザ光の入出射角度を限定する筒状部材６６と、ボルト締め付け作業中の締め付けトルクＴを検出し検出した締め付けトルクＴが予め設定された規定トルクＴｒｅｆ以上となったことを示すトルク到達信号ＴＤをコントローラ１００に送信するトルクセンサ６８とを備えている。反射板６４は、レーザ光を反射する際にその振動の方向を変えることができるよう構成されている。図５は、レーザセンサ３０の発光部３２から発光されたレーザ光が反射板６４により振動の方向を変えて反射され受光部３４に受光される様子を示す説明図である。前述したように、発光部３２には振動の方向が横方向のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３２ａが取り付けられているので、図示するように、振動の方向が横方向のレーザ光が発光される。ここで、反射板６４は、その表面に直角二等辺三角形からなる３つの反射面を有する微小な三角錐６４ａが隙間なく配列されており、図中拡大図に示すように、発光されたレーザ光は、この三角錐６４ａの３つの反射面を順に反射してから最終的な反射光として反射される。この３つの反射面を反射する際に光の振動の方向が横方向から縦方向に変化するため、振動の方向が縦方向のレーザ光が受光部３４に向かって反射されることになる。これにより、反射板６４で反射されたレーザ光は、振動の方向が縦方向のレーザ光のみを通過させる偏光フィルタ３４ａを通過することができ、受光部３４に受光されることができる。このように、受光部３４で受光されるためには反射板６４での反射が必要であり、例えば、単にワークＷに反射されただけの反射光では、振動の方向が横方向のまま変化せず受光部３４により受光されることがないため、トルクレンチ６０がレーザセンサ３０の下方の所定位置にあるか否かを確実に判定することができる。なお、発光部３２や受光部３４はＹ軸方向移動機構５０に取り付けられトルクレンチ６０には反射板６４のみが取り付けられるので、レーザセンサ３０の配線などにより作業性が大幅に悪化することはない。また、反射板６４は、筒状部材６６が取り付けられることにより、作業者が誤って指定されたボルト穴Ａとは異なるボルト穴ＡにボルトＢを締めているときに、トルクレンチ６０が指定されたボルト穴Ａ上にあると誤判定するのを防ぐことができる。図６は、作業者が誤って、指定されたボルト穴Ａ１とは異なるボルト穴Ａ２にボルトＢを締めているときの様子を示す説明図である。筒状部材６６が取り付けられていないトルクレンチ６００を用いるときには、図６（ａ）に示すように、トルクレンチ６００が傾けられ反射板６４が発光部３２の略真下の位置になるとレーザ光が反射され受光部３４で受光される場合がある。一方、本実施例では、図６（ｂ）に示すように、傾いた状態では筒状部材６６にレーザ光が当たり反射板６４に到達しないので受光部３４で受光されることがない。これにより、指定されたボルト穴Ａ１とは異なるボルト穴Ａ２にボルトＢを締めているときに、トルクレンチ６０が指定されたボルト穴Ａ１上にあると誤判定するのを防ぐことができる。
【００１７】
コントローラ１００は、ＣＰＵ１０２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、各種処理プログラムなどを記憶したＲＯＭ１０４と、一時的に各種データを記憶するＲＡＭ１０６と、操作パネル８０との通信を可能とする内部通信インタフェース１０８とを備え、これらは互いに信号のやり取りが可能なように接続されている。コントローラ１００は、操作パネル８０の操作に応じて発生する操作信号やレーザセンサ３０からの受光信号Ｌ、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤなどを入力し、レーザセンサ３０の発光部３２へ発光信号やＸ軸方向移動機構４０のサーボモータ４８やＹ軸方向移動機構５０のサーボモータ５８へ駆動信号を出力したりする。
【００１８】
ここで、実施例のボルト締め付け判定装置のハード構成としては、レーザセンサ３０とＸ軸方向移動機構４０，Ｙ軸方向移動機構５０，反射板６４，筒状部材６６，トルクセンサ６８が該当する。
【００１９】
次に、実施例のボルト締め付け判定装置を用いて予め定められた締め付け順に従って作業者によりボルトＢが締め付けられる通常の締め付け作業について説明する。図７は、コントローラ１００により実行される通常作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、作業者によりワークＷが作業テーブル２４上にセットされ、操作パネル８０の各種操作ボタン８２の操作によりスタートボタンが押下されたときに実行される。
【００２０】
通常作業時制御ルーチンが実行されると、コントローラ１００のＣＰＵ１０２は、まず、レーザセンサ３０からレーザ光が発光されるよう発光部３２へ発光信号を出力し（ステップＳ１００）、ＲＯＭ１０４に記憶された予め定められたボルト締め付け順に基づいて指定されたボルト穴Ａに対応する上方の所定位置としてボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０を移動させる（ステップＳ１１０）。ここでは、ボルト締め付け順に基づいて指定されたボルト穴Ａが図２（ｂ）に示すボルト穴Ａ１である場合について説明する。この場合、Ｘ軸方向に移動量Ｘ１だけ移動するようＸ軸方向移動機構４０のサーボモータ４８に駆動信号を出力すると共にＹ軸方向に移動量Ｙ１だけ移動するようＹ軸方向移動機構５０のサーボモータ５８に駆動信号を出力する。なお、前述したように、発光部３２から発光されるレーザ光は可視光線なので、作業者は容易にボルト穴Ａ１を確認することができる。
【００２１】
こうして、レーザセンサ３０を移動させると、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤを受信するのを待つ（ステップＳ１２０）。そして、トルク到達信号ＴＤを受信すると、レーザセンサ３０から受光信号Ｌが入力されているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。受光信号Ｌが入力されているときには、トルクレンチ６０がボルト穴Ａ１の位置にあり且つ締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに到達しているため、指定されたボルト穴Ａ１に正常にボルトＢが締め付けられたと判断し、ボルトＢの締め付けが全数完了したか否かを判定し（ステップＳ１４０）、完了していなければステップＳ１１０に戻って処理を繰り返し、完了していれば本ルーチンを終了する。これにより、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤとレーザセンサ３０からの受光信号Ｌとに基づいて、指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが正常に締め付けられたことを判定することができる。
【００２２】
ステップＳ１３０で、受光信号Ｌが入力されていないときには、トルクレンチ６０が指定されたボルト穴Ａ１以外の位置にあり且つ締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに到達しているため、指定されたボルト穴Ａ１にはボルトＢが締め付けられなかったと判断し、指定されたボルト穴Ａ１を締め付け不良としてＲＡＭ１０６に登録し（ステップＳ１５０）、作業者に指示通りの作業がなされていない旨やボルト穴Ａの確認を行った上で作業を再開する旨の警告を行って（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。これにより、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤとレーザセンサ３０からの受光信号Ｌとに基づいて、指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが締め付けられなかったことを判定することができる。
【００２３】
以上説明した実施例のボルト締め付け判定装置を用いた締め付け作業によれば、指定されたボルト穴Ａ１の略真上の位置にレーザセンサ３０が移動されるようＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０を制御し、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤに基づいてボルトＢの締め付けがなされたと判定したとき、レーザセンサ３０からの受光信号Ｌが入力されているときには指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが正常に締め付けられたと判定し、受光信号Ｌが入力されていないときには指定されたボルト穴Ａ１にはボルトＢが締め付けられなかったと判定するから、指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが締め付けられたことを簡易な構成で精度よく判定することができる。
【００２４】
実施例のボルト締め付け作業では、手作業で全てのボルトＢを締め付ける作業について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、図示しない自動ボルト締め付け機での締め付け不良（例えば、規定トルクに達しなかったなど）により作業者によってボルトＢの再度の締め付けが必要なときにボルト締め付けの手直し作業を行うものとしてもよい。図８は、コントローラ１００により実行される手直し作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、作業者により手直しの必要なワークＷが作業テーブル２４上にセットされ、操作パネル８０の各種操作ボタン８２の操作により手直し作業が選択されスタートボタンが押下されたときに実行される。手直し作業時制御ルーチンが実行されると、コントローラ１００のＣＰＵ１０２は、まず、締め付け不良により手直しの必要なボルト位置情報を読み出す（ステップＳ１０）。ここで、手直しの必要なボルト位置情報は、自動ボルト締め付け機を制御する図示しない自動機用コントローラから予め通信により送信され、ＲＡＭ１０６に記憶されているものとした。このボルト位置情報を読み出すと、レーザセンサ３０からレーザ光が発光されるよう発光部３２へ発光信号を出力し（ステップＳ１００）、読み出したボルト位置情報に基づいて指定されたボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０を移動させる（ステップＳ１１０ａ）。レーザセンサ３０を移動させると、図７に示した通常作業時制御ルーチンのステップＳ１２０〜Ｓ１６０と同じ処理を行って、本ルーチンを終了する。上述した本実施例と同様に、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤとレーザセンサ３０からの受光信号Ｌとに基づいて、手直しが必要なボルト穴Ａで確実に手直し作業がなされたか否かを精度よく判定することができる。
【００２５】
実施例のボルト締め付け判定装置では、レーザセンサ３０の発光部３２が可視光線を発光するものとしたが、可視光線でなくてもよく、紫外線領域や赤外線領域のレーザ光を発光するものとしてもよい。
【００２６】
実施例のボルト締め付け判定装置では、発光部３２の偏光フィルタ３２ａが振動の方向が横方向のレーザ光を通過させ受光部３４の偏光フィルタ３４ａが振動の方向が縦方向のレーザ光を通過させるものとしたが、これに限られず、偏光フィルタ３２ａが振動の方向が縦方向のレーザ光を通過させ偏光フィルタ３４ａが振動の方向が横方向のレーザ光を通過させるものとしてもよい。また、反射板６４が反射前とは異なる振動の方向のレーザ光のみを反射するものとしたが、反射前とは振動の方向が略９０度異なるレーザ光を反射すればどのような振動の方向のレーザ光が含まれていてもよく、例えば、反射前と同じ振動の方向のレーザ光が含まれているものとしたり、縦方向や横方向に限られず様々な振動の方向のレーザ光が含まれているものとしてもよい。
【００２７】
実施例のボルト締め付け判定装置では、発光部３２と受光部３４とに偏光フィルタ３２ａ，３４ａが取り付けられるものとしたが、このような偏光フィルタが取り付けられないものとしてもよい。この場合、反射板６４は、振動の方向を変えることなく単に反射するものを用いるものとしてもよい。また、反射板６４に筒状部材６８を取り付けるものとしたが、取り付けないものとしてもよい。なお、トルクレンチ６０がレーザセンサ３０の下方の所定範囲にあることを確実に検出するためには、本実施例のように、偏光フィルタ３２ａ，３４ａや筒状部材６８が取り付けられていることが好ましい。
【００２８】
実施例のボルト締め付け判定装置では、発光部３２と受光部３４とがＹ軸方向移動機構５０に取り付けられ反射板６４がトルクレンチ６０に取り付けられるものとしたが、これに限られるものではなく、発光部３２と受光部３４とがトルクレンチ６０に取り付けられ反射板６４がＹ軸方向移動機構５０に取り付けられるものとしてもよい。また、発光部３２と受光部３４とが筐体３０ａ内に一体として配置された反射型センサとしたが、発光部３２と受光部３４とがそれぞれ対向する位置に配置されるいわゆる透過型センサとしてもよく、その場合、発光部３２がＹ軸方向移動機構５０に取り付けられ受光部３４がトルクレンチ６０に取り付けられるものとしてもよいし、発光部３２がトルクレンチ６０に取り付けられ受光部３４がＹ軸方向移動機構５０に取り付けられるものとしてもよい。なお、トルクレンチ６０に発光部３２や受光部３４を取り付ける場合、コントローラ１００との間で信号の送受信を行うための配線や送信機などが別途必要となり作業性の悪化に繋がるおそれがあるので、本実施例のように、発光部３２と受光部３４とがＹ軸方向移動機構５０に取り付けられ反射板６４がトルクレンチ６０に取り付けられる構成とすることが好ましい。
【００２９】
実施例のボルト締め付け判定装置では、トルクセンサ６８により検出された締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに達したときにトルク到達信号ＴＤを送信するものとしたが、これに限られず、検出された締め付けトルクＴを送信しコントローラ１００で規定トルクＴｒｅｆに到達したか否かを判定するものとしてもよい。また、トルクレンチ６０に限られず、インパクトレンチなどの他の締め付け工具を用いて締め付け作業を行うものとしてもよい。
【００３０】
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。本実施形態のＸ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０が本発明の「移動手段」に相当し、発光部３２と受光部３４とを有するレーザセンサ３０が「光学センサ」に相当し、予め定められたボルト締め付け順に基づいて指定されたボルト穴Ａの略真上の位置にレーザセンサ３０が移動されるようＸ軸方向移動機構４０のサーボモータ４８およびＹ軸方向移動機構５０のサーボモータ５８へ駆動信号を出力する図７の通常作業時制御ルーチンのステップＳ１１０の処理を実行するコントローラ１００が「制御手段」に相当し、トルクレンチ６０に取り付けられ締め付けトルクＴを検出すると共に締め付けトルクＴが規定トルクＴｒｅｆに達したときにトルク到達信号ＴＤを送信するトルクセンサ６８が「作動状態検出手段」に相当し、トルクセンサ６８からのトルク到達信号ＴＤに基づいてボルトＢの締め付けがなされたと判定したとき、レーザセンサ３０からの受光信号Ｌが入力されているときには指定されたボルト穴Ａ１にボルトＢが正常に締め付けられたと判定し、受光信号Ｌが入力されていないときには指定されたボルト穴Ａ１にはボルトＢが締め付けられなかったと判定する図７の通常作業時制御ルーチンのステップＳ１２０〜Ｓ１６０の処理を実行するコントローラ１００が「制御手段」に相当する。また、反射板６４の上部に取り付けられレーザ光の入出射角度を限定する筒状部材６６が「入出射角度限定フィルタ」に相当する。なお、本実施例では、ボルト締め付け作業について説明することにより、本発明のボルト締め付け判定装置の一例も明らかにしている。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、手作業でボルトを締め付けて部品の組み付けを行う製造業や自動車産業などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例としてのボルト締め付け判定装置を用いてボルト締め付け作業を行う様子を示す説明図である。
【図２】ボルト締め付け作業が行われる作業テーブル２４の上面図である。
【図３】Ｘ軸方向移動機構４０およびＹ軸方向移動機構５０の斜視図である。
【図４】作業者がボルト締め付け作業に用いるトルクレンチ６０の構成の概略を示す構成図である。
【図５】レーザセンサ３０の発光部３２から発光されたレーザ光が反射板６４により振動の方向を変えて反射され受光部３４に受光される様子を示す説明図である。
【図６】作業者が誤って指定されたボルト穴Ａ１とは異なるボルト穴Ａ２にボルトＢを締めているときの様子を示す説明図である。
【図７】コントローラ１００により実行される通常作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】コントローラ１００により実行される手直し作業時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
２２ 本体フレーム、２４ 作業テーブル、２６，２８ 位置決めストッパ、３０ レーザセンサ、３０ａ 筐体、３２ 発光部、３２ａ，３４ａ 偏光フィルタ、３４ 受光部、４０ Ｘ軸方向移動機構、４１ ハウジング、４３ 移動テーブル、４４ スライドブロック、４８ サーボモータ、５０ Ｙ軸方向移動機構、５１ ハウジング、５２ ガイドレール、５３ 移動テーブル、５４ スライドブロック、５５ａ，５５ｂ ベアリング、５６ ボールねじ、５７ カップリング、５８ サーボモータ、６０，６００ トルクレンチ、６２ トルクレンチ本体、６４ 反射板、６４ａ 三角錐、６６ 筒状部材、６８ トルクセンサ、８０ 操作パネル、８２ 電源スイッチ、８４ 各種操作ボタン、９０ ディスプレイ、１００ コントローラ、１０２ ＣＰＵ、１０４ ＲＯＭ、１０６ ＲＡＭ、１０８ インタフェース、Ａ，Ａ１，Ａ２ ボルト穴、Ｂ ボルト、Ｗ ワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに形成された複数のボルト穴のうち指定されたボルト穴に作業者が締め付け工具を用いてボルトを締め付けたか否かを判定するボルト締め付け判定装置であって、
移動対象物を水平方向に移動させる移動手段と、
前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる発光部と前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる受光部とからなり、前記締め付け工具が前記移動対象物の下方の所定範囲内に位置するときに前記受光部が前記発光部からの光を受光可能となるよう該発光部と該受光部とが取り付けられた光学センサと、
前記締め付け工具に取り付けられ、該締め付け工具の作動状態を検知する作動状態検知手段と、
前記指定されたボルト穴に対応する上方の所定位置に前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する制御手段と、
前記検知された締め付け工具の作動状態に基づいてボルトの締め付けがなされたか否かを判定し、該締め付けがなされたと判定したとき、前記受光部が前記発光部からの光を受光しているときには前記指定されたボルト穴にボルトが正常に締め付けられたと判定し、前記受光部が前記発光部からの光を受光していないときには前記指定されたボルト穴にはボルトが締め付けられなかったと判定する判定手段と
を備えるボルト締め付け判定装置。
【請求項２】
請求項１記載のボルト締め付け判定装置であって、
前記発光部と前記受光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、
前記締め付け工具には、前記発光部からの光を前記受光部に向けて反射させる反射板が取り付けられてなる
ボルト締め付け判定装置。
【請求項３】
請求項２記載のボルト締め付け判定装置であって、
前記発光部は、振動の方向が縦方向または横方向の光のみを通過させる第１の偏光フィルタを介して発光し、
前記受光部は、前記第１の偏光フィルタとは異なる振動の方向の光のみを通過させる第２の偏光フィルタを介して受光し、
前記反射板は、少なくとも反射前の振動の方向とは異なる振動の方向の光を反射する
ボルト締め付け判定装置。
【請求項４】
前記反射板は、前記締め付け工具が前記発光部の略真下に位置するときにのみ前記発光部からの光を反射可能となるよう筒状に形成され光の入出射角度を限定する入出射角度限定フィルタが取り付けられてなる請求項２または３記載のボルト締め付け判定装置。
【請求項５】
前記発光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、可視光線を発光する請求項１ないし４いずれか１項に記載のボルト締め付け判定装置。
【請求項６】
前記制御手段は、予め定められたボルトの締め付け順に従って前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する手段である請求項１ないし５いずれか１項に記載のボルト締め付け判定装置。
【請求項１】
ワークに形成された複数のボルト穴のうち指定されたボルト穴に作業者が締め付け工具を用いてボルトを締め付けたか否かを判定するボルト締め付け判定装置であって、
移動対象物を水平方向に移動させる移動手段と、
前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる発光部と前記締め付け工具または前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられる受光部とからなり、前記締め付け工具が前記移動対象物の下方の所定範囲内に位置するときに前記受光部が前記発光部からの光を受光可能となるよう該発光部と該受光部とが取り付けられた光学センサと、
前記締め付け工具に取り付けられ、該締め付け工具の作動状態を検知する作動状態検知手段と、
前記指定されたボルト穴に対応する上方の所定位置に前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する制御手段と、
前記検知された締め付け工具の作動状態に基づいてボルトの締め付けがなされたか否かを判定し、該締め付けがなされたと判定したとき、前記受光部が前記発光部からの光を受光しているときには前記指定されたボルト穴にボルトが正常に締め付けられたと判定し、前記受光部が前記発光部からの光を受光していないときには前記指定されたボルト穴にはボルトが締め付けられなかったと判定する判定手段と
を備えるボルト締め付け判定装置。
【請求項２】
請求項１記載のボルト締め付け判定装置であって、
前記発光部と前記受光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、
前記締め付け工具には、前記発光部からの光を前記受光部に向けて反射させる反射板が取り付けられてなる
ボルト締め付け判定装置。
【請求項３】
請求項２記載のボルト締め付け判定装置であって、
前記発光部は、振動の方向が縦方向または横方向の光のみを通過させる第１の偏光フィルタを介して発光し、
前記受光部は、前記第１の偏光フィルタとは異なる振動の方向の光のみを通過させる第２の偏光フィルタを介して受光し、
前記反射板は、少なくとも反射前の振動の方向とは異なる振動の方向の光を反射する
ボルト締め付け判定装置。
【請求項４】
前記反射板は、前記締め付け工具が前記発光部の略真下に位置するときにのみ前記発光部からの光を反射可能となるよう筒状に形成され光の入出射角度を限定する入出射角度限定フィルタが取り付けられてなる請求項２または３記載のボルト締め付け判定装置。
【請求項５】
前記発光部は、前記移動対象物として前記移動手段に取り付けられ、可視光線を発光する請求項１ないし４いずれか１項に記載のボルト締め付け判定装置。
【請求項６】
前記制御手段は、予め定められたボルトの締め付け順に従って前記移動対象物が移動されるよう前記移動手段を制御する手段である請求項１ないし５いずれか１項に記載のボルト締め付け判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−５７３（Ｐ２０１０−５７３Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６１４７９（Ｐ２００８−１６１４７９）
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２０日（２００８．６．２０）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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