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KR102393070B1 - 공구, 작업 관리장치, 작업 관리방법 및 작업 관리 시스템 - Google Patents

공구, 작업 관리장치, 작업 관리방법 및 작업 관리 시스템 Download PDF

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KR102393070B1
KR102393070B1 KR1020207018111A KR20207018111A KR102393070B1 KR 102393070 B1 KR102393070 B1 KR 102393070B1 KR 1020207018111 A KR1020207018111 A KR 1020207018111A KR 20207018111 A KR20207018111 A KR 20207018111A KR 102393070 B1 KR102393070 B1 KR 102393070B1
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토루 네바시
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노조미 시모이시자카
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마사히코 오치이시
요시아키 야마토
히로키 카루베
무츠노리 코요모기
츠토무 시노하라
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커넥텍 재팬 가부시키가이샤
가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

조립에 다수의 체결 부품을 필요로 하고, 또한, 체결 부품에 액세스할 수 있는 스페이스가 좁은 유체 제어장치와 같은 장치에 있어서의 체결 부품의 조임작업에 적합하고 또한 조임 토크의 검출이 자동화된 토크 센서를 갖는 공구를 제공한다. 비트(20)에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서(30)를 구비한 공구(1)로서, 토크 센서(30)는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값 Th를 초과하면 조임 토크의 측정을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값 Th보다도 내려가고, 또한, 설정 시간 T1을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 데이터에 근거하여 형성되고 또한 측정 시각을 포함하는 토크 관련 데이터를 출력한다. 토크 관련 데이터는, 측정 데이터 중의 피크값을 포함한다.

Description

공구, 작업 관리장치, 작업 관리방법 및 작업 관리 시스템
본 발명은, 볼트 등의 체결 부품을 다수 포함하는 장치에 있어서 체결 부품의 조임작업에 사용하는 토크 센서를 갖는 공구 및 이 공구를 사용한 조임작업을 관리하는 작업 관리장치, 작업 관리방법, 및, 작업 관리 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스 등의 각종 제조 프로세스에 있어서는, 정확하게 계량한 프로세스 가스를 프로세스 챔버에 공급하기 위해서, 개폐 밸브, 레귤레이터, 매스플로우 콘트롤러 등의 각종의 유체기기를 집적화한 유체 제어장치(예를 들면, 특허문헌 1 참조)가 이용되고 있다.
상기와 같은 유체 제어장치의 조립공정에 있어서는, 방대한 수의 육각 구멍을 갖는 볼트 등의 체결 부품의 조임작업이 필요하고, 또한, 높은 조립 품질이 요구된다.
일본국 특개 2007-003013호 공보 일본국 특개 2013-188858호 공보 일본국 특개 2015-229210호 공보 일본국 특개 2013-852호 공보 일본국 특개 2008-181344호 공보
특허문헌 2는, 토크렌치에 설치한 가속도 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 등의 센서로부터의 신호를 이용하여, 조임을 행한 체결 부품의 위치를 자동적으로 검출하여 조임 위치를 관리하는 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 3은, 공구에 의해 행해지는 작업 개소를 촬상장치로 촬상하고, 이 촬상 화상 데이터와 공구에 부가된 토크 센서 등의 센서로부터의 데이터에 근거하여 작업이 정상적으로 행해지고 있는지를 판단하는 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 4는, 워크의 윗쪽에 촬상장치를 설치하고, 워크에 대하여 조임 공구로 조임작업을 실시하고 있을 때에 조임 공구에 부여된 미리 등록된 식별 마크의 유무를 촬상 데이터로부터 검출함으로써, 조임작업이 실시된 것을 검출하는 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 5는, 도구를 사용해서 행하는 복수의 작업을 포함하는 제품의 제조 공정에 있어서, 제품의 어느 위치에서 작업이 행해졌는지를 특정하는 기술을 개시하고 있다. 구체적으로는, 한개의 상기 작업이 완료했을 때에 출력되는 완료 신호의 수신을 계기로 하여 복수의 화상을 촬상하고, 이들 화상으로부터 작업 완료 위치를 나타내는 작업 완료 좌표를 검출하고, 작업을 행해야 할 위치인 작업 위치를 나타내는 작업 좌표를 취득하고, 작업 완료 좌표와 작업 좌표에 근거하여, 복수의 작업 각각에 대한 작업 위치 중 어디에 작업 완료 위치가 대응하는 것인지를 특정한다.
상기한 유체 제어장치는, 소형화, 집적화가 진행되고 있어, 볼트 등의 조임부재도 단소화하고 있는 동시에, 유체기기의 사이의 스페이스가 협소화하고 있다. 이 때문에, 볼트 등의 조임부재의 조임작업은, 그립에 구비된 비트 유지부에 가늘고 긴 비트를 장착한 공구를 사용해서 행해진다. 예를 들면, 유체기기 사이의 협소 스페이스를 통해서만 액세스할 수 있는 개소에 있어서의 체결 부품의 조임작업은, 해당 협소 스페이스에 공구의 비트 부분만을 집어넣고, 비트의 자세를 적절히 조정하면서 체결 부품에 비트 선단부를 맞물리고, 유체기기로부터 떨어진 위치에 있는 그립을 조작해서 비트를 회전시킨다.
그렇지만, 이러한 공구에 특허문헌 2에 개시된 조임 위치의 검출 기능을 갖게 하기 위해서는, 각종의 센서나 CPU 등을 내장하는 케이스를 장착할 필요가 있다. 그립과 비트로 이루어진 공구에 각종의 센서나 CPU 등을 내장하는 케이스를 장착하는 것은 곤란하며, 가령 케이스를 공구에 장착했다고 하더라도, 케이스가 방해가 되어 공구의 조작성이 현저하게 저하해 버린다. 더구나, 다수의 센서를 장착하면, 공구의 제조 코스트가 높아진다.
특허문헌 3, 4의 기술에서는, 유체기기 사이의 협소 스페이스에 집어넣은 비트의 선단부와 조임 위치를 확실하게 촬상하는 것은 곤란하며, 촬상중에 조작자의 손이나 공구의 그립이 촬상 영역에 들어가 버려, 작업 개소와 조임 위치가 감추어져 버린다.
특허문헌 5에서는, 작업 위치의 특정은 가능하지만, 나사를 조인 실제의 토크 데이터는 얻어지지 않는다. 더구나, 나사 조임 등의 조임작업에 있어서 작업자는 몇 번이나 새롭게 조이는 것을 하는 일이 있기 때문에, 적절한 완료 신호를 발생시키는 것은 용이하지 않다. 또한, 1개의 나사를 조이는 시간은 수 초로 짧고, 1개의 나사와 그 이웃의 나사의 간격이 작기 때문에, 화상으로부터만 작업 완료를 특정하는 것은 용이하지 않다.
본 발명의 한가지 목적은, 조립에 다수의 체결 부품을 필요로 하고, 또한, 체결 부품에 액세스할 수 있는 스페이스가 좁은 유체 제어장치와 같은 장치에 있어서 체결 부품의 조임작업에 적합하고 또한 조임 토크의 검출이 자동화된 토크 센서를 갖는 공구를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 토크 센서를 갖는 공구를 사용한 조임작업에 있어서, 체결 부품의 전체에 대해서 위치나 조임 토크 등의 정보를 정확하게 관리가능한 작업 관리장치, 작업 관리방법 및 작업 관리 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 공구는, 비트에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서를 구비한 공구로서,
상기 토크 센서는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값을 초과하면 조임 토크의 측정 데이터의 기록을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 상기 설정 임계값보다도 내려가고, 또한, 설정 시간을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 데이터에 근거하여 형성되고 또한 측정 시각을 포함하는 토크 관련 데이터를 출력한다.
바람직하게는, 상기 토크 관련 데이터는, 상기 측정 데이터 중의 피크값을 포함하는 구성을 채용할 수 있고, 상기 토크 관련 데이터는, 데이터를 측정한 일시 정보 및 데이터를 측정했을 때의 온도 정보를 포함하는 구성을 채용할 수 있고, 또한 공구는, 화상처리용으로 적어도 제1 및 제2 마커를 구비한 구성을 채용할 수 있다.
본 발명에 따른 작업 관리장치는, 상기 구성의 공구를 사용하여, 제품에 포함되는 복수의 체결 부품의 각각을 조이는 조임작업을 관리하는 작업 관리장치로서,
상기 토크 관련 데이터를 수신하면, 1개의 체결 부품의 조임작업 중에 복수의 시점에서 촬상된 상기 공구의 복수의 화상 중에서, 상기 토크 관련 데이터에 포함되는 측정 시각에 대응하는 복수의 화상을 추출해서 처리하고, 상기 1개의 체결 부품에 맞물리는 상기 비트의 맞물림 위치를 검출한다.
본 발명의 작업 관리방법은, 상기 구성의 공구를 사용하여, 제품에 포함되는 복수의 체결 부품의 각각을 조이는 조임작업을 관리하는 작업 관리방법으로서,
상기 토크 관련 데이터를 수신하면, 1개의 체결 부품의 조임작업 중에 복수의 시점에서 촬상된 상기 공구의 복수의 화상 중에서, 상기 토크 관련 데이터에 포함되는 측정 시각에 대응하는 복수의 화상을 추출해서 처리하고, 상기 1개의 체결 부품에 맞물리는 상기 비트의 맞물림 위치를 검출한다.
본 발명의 작업 관리 시스템은, 제품에 포함되는 복수의 체결 부품의 각각을 조이는 조임작업을 관리하는 작업 관리 시스템으로서,
비트에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서를 구비하고, 화상처리용의 제1 및 제2 마커를 구비한 공구를 갖고,
상기 토크 센서는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값을 초과하면 조임 토크의 측정 데이터의 기록을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 상기 설정 임계값보다도 내려가고, 또한, 설정 시간을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 데이터에 근거하여 형성된 토크 관련 데이터를 출력하고,
상기 제품에 대하여 소정의 위치에 배치되고, 조임 작업 중의 상기 공구의 화상을 적어도 상기 제1 및 제2 마커가 포함되도록, 또한, 서로 다른 시점에서 촬상하는 제1 및 제2 촬상장치와,
상기 제1 및 제2 촬상장치가 촬상하는 화상을 기억하는 기억장치와,
상기 토크 관련 데이터를 수신하면, 1개의 체결 부품의 조임작업 중에 복수의 시점에서 촬상된 상기 기억장치에 기억된 상기 공구의 복수의 화상 중에서, 상기 토크 관련 데이터에 포함되는 측정 시각에 대응하는 복수의 화상을 추출해서 처리하고, 상기 1개의 체결 부품에 맞물리는 상기 비트의 맞물림 위치를 검출하는 처리장치를 갖는다.
본 발명에 따르면, 체결 부품에 액세스할 수 있는 스페이스가 좁은 유체 제어장치와 같은 장치에 있어서의 체결 부품의 조임작업에 적합하고 또한 조임 토크의 검출이 자동화된 토크 센서를 갖는 공구가 얻어진다.
본 발명에 따르면, 유체 제어장치와 같은 장치에 있어서의 체결 부품의 전체에 대해서 위치나 조임 토크 등의 정보를 정확하게 관리 가능해진다.
도1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 작업 관리 시스템의 외관 사시도.
도2는 유체 제어장치의 일례를 나타낸 외관 사시도.
도3은 도 2의 유체 제어장치의 측면도.
도4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 공구의 외관 사시도.
도4b는 그립부의 외관 사시도.
도4c는 비트의 외관 사시도.
도4d는 공구의 토크 센서 부분의 종단면도.
도5a는 토크 센서의 회로도.
도5b는 토크 센서의 아날로그 회로 부분의 기능 블록도.
도6은 복수회의 조임작업을 실시했을 때의 토크 센서의 처리의 일례를 나타낸 타이밍 차트.
도7은 1회의 조임작업에 있어서의 토크 센서에 있어서의 각종 신호의 일례를 나타낸 타이밍 차트.
도8은 처리장치에 있어서의 처리의 일례를 나타낸 흐름도.
도9는 화상처리에 의해 비트 선단 위치를 검출하는 방법의 설명도.
도10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 작업 관리 시스템의 외관 사시도.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 이때, 본 명세서 및 도면에 있어서는, 기능이 실질적으로 같은 구성요소에는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 작업 관리 시스템을 나타내고 있고, 이 시스템은, 공구로서의 드라이버(1)와, 처리장치로서의 퍼스널 컴퓨터(이하, PC라고 한다)(300)와, 촬상장치로서의 카메라(400A, 400B)를 갖는다. 도 1에 있어서, 제품인 가스 박스(500)의 내부는 생략하고 있지만, 도 2 및 도 3에 나타내는 유체 제어장치(200)가 저면(500b)에 설치된다. 즉, 유체 제어장치(200)가 가스 박스(500) 내에 수용된 상태에서 조립 작업이 실시된다. 이때, 도 1에 있어서의 화살표 A1은 수평면 내에 있어서의 횡 방향, 화살표 A2는 수평면 내에 있어서의 종 방향을 나타내고 있다.
도 2, 도 3에 나타내는 유체 제어장치(200)는, 반도체 제조 장치 등의 반응기에 각종의 가스를 공급하기 위해서 사용되고, 베이스 판금 BS 위에는, 각각 길이 방향을 따라 배치된 자동 밸브와 매스플로우 콘트롤러로 이루어진 각종 유체기기(210, 220, 230, 240, 280, 250)로 구성되는 유체 제어 어셈블리가 복수(도면에서는 3열)로 병렬되어 있다.
베이스 판금 BS 위에 설치된 복수의 조인트 블록(260, 270)은 각종 유체기기 사이를 접속하는 유로를 구비하고 있다. 유체기기의 보디와 조인트 블록(260, 270)은, 조임부품으로서의 육각 구멍을 갖는 볼트 BT로 연결된다.
드라이버(1)는, 육각 구멍을 갖는 볼트 BT의 조임작업에 사용된다. 각종 유체기기가 집적화되어 있으면, 육각 구멍을 갖는 볼트 BT를 조일 때에, 유체기기와 드라이버(1)의 비트가 간섭하지 않도록, 육각 구멍을 갖는 볼트 BT에 대하여 드라이버(1)를 경사시키면서 조이는 경우가 있다. 이러한 작업을 다수의 육각 구멍을 갖는 볼트 BT에 대해서 정확한 조임 토크에서 실시하는 것은 용이하지 않다.
도 1로 되돌아가, 카메라 400A는, 시점이 횡 방향 A1을 향하고 있고, 후술하는 바와 같이, 공구 1에 설치된 마커를 촬상할 수 있는 위치에 배치되어 있다. 카메라 400B는, 시점이 종 방향 A2를 향하고 있고, 후술하는 바와 같이, 공구 1에 설치된 마커를 촬상 할 수 있는 위치에 배치되어 있다. 카메라(400A, 400B)는, 소정의 프레임 레이트로 촬상가능하고, 촬상된 화상 데이터는 무선신호로서 PC(300)에 송신되어, 기억된다. 카메라(400A, 400B)는, 가스 박스(500)의 외부에 설치되어 있기 때문에, 드라이버(1)의 육각 구멍을 갖는 볼트 BT의 조임작업 중에, 드라이버(1)의 비트의 선단 위치 및 육각 구멍을 갖는 볼트 BT가 카메라(400A, 400B)의 시야에 들어가지 않는 경우도 있을 수 있다.
도4a∼도 4d에 드라이버(1)의 구조를 나타낸다.
드라이버(1)는, 그립(10), 비트(20), 토크 센서(30)를 갖는다. 드라이버(1)는 육각 구멍을 갖는 볼트(체결 부품)의 체결에 사용되고, 최대 조임 토크가 10N·m 이하의 범위에서 사용되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
체결 부품은, 육각 구멍을 갖는 볼트, 육각 볼트, 십자 구멍을 갖는 나사 등이 사용되지만, 이것들에 한정되지 않는다.
그립(10)은, 도 4b에 나타낸 것과 같이, 수지 등의 재료로 이루어진 원기둥 형상의 부재이며, 외주면에 미끄럼 방지용의 복수 조의 홈이 형성된 본체부(11)와, 선단부에 형성된 원통 형상의 비트 유지부(12), 본체부(11)와 비트 유지부(12) 사이에 형성되고, 토크 센서(30)를 착탈이 자유롭게 장착하는 센서 장착부(13)를 갖는다. 비트 유지부(12)에는, 단면이 정육각 형상인 블라인드 홀로 이루어진 유지 구멍(12a)이 형성되고, 이것에 비트(20)가 삽입 유지된다. 보조 바(19)는, 그립(10)에 직교하도록 설치되어 있다. 그립(10)에 보조 바(19)를 설치함으로써, 보다 큰 조임 및 이완 토크를 수동으로 만들어 낼 수 있다.
비트(20)는, 도 4c에 나타낸 것과 같이, 상기한 그립(10)의 비트 유지부(12)에 삽입 유지되는 단면이 정육각 형상인 기단부(22)와, 기단부(22)와는 반대측의 선단부(21)와, 기단부(22)와 선단부(21) 사이에서 뻗는 축부(23)를 갖는다. 선단부(21) 및 축부(23)의 육각 형상의 단면은 동일 치수로 형성되어 있다. 선단부(21) 및 축부(23)의 단면적은, 기단부(22)보다도 작게 되어 있다. 선단부(21)가 육각 구멍을 갖는 볼트의 육각 구멍에 맞물린다. 축부(23)의 기단부(22) 근처의 일부는, 토크 센서(30)에 의해 검출되는 피검출부(24)로 되어 있다.
비트(20)는, 구체적으로는, 탄소 강, 니켈 크롬 몰리브덴 강, 크롬 바나듐 강 등의 합금 강으로 형성되어 있다.
피검출부(24)에는, 자왜재료가 형성되어 있고, 검출 감도를 높이기 위해서, 예를 들면, Ni(40%)-Fe(60%)의 도금이 실시되어 있다.
비트(20)의 치수는, 예를 들면, 기단부(22)의 단면에 내접하는 원의 직경이 10mm 이하이고, 축부(23)의 단면에 내접하는 원의 직경이 4mm 정도이고, 전체 길이는 200mm 정도이지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 작업성, 조작성을 고려해서 적절히 선택된다.
비트(20)는, 축부(23)와 피검출부(24)가 일체로 형성되어 있어도 되고, 분할할 수 있게 되어 있어도 된다.
토크 센서(30)는, 도 4d에 나타낸 것과 같이, 케이스부(31), 장착부(32), 검출부(33), 회로 수용부(35)를 갖는다.
검출부(33)는, 그것의 중심부에 관통공(33a)이 형성되고, 이 관통공(33a) 내부를 비트(20)가 관통한다. 검출부(33)의 내부에는, 관통공(33a)의 일부를 획정하도록 원통 형상의 코일 유지부(33b)가 형성되고, 외주면에 여자·검출용의 코일(36)이 설치되어 있다. 검출부(33)를 관통하는 비트(20)의 피검출부(24)는 코일(36)에 의해 외주가 포위된다.
케이스부(31), 장착부(32), 검출부(33)는 수지 재료로 일체로 형성되고, 케이스부(31)의 내부에는 공동(39)이 형성되어 있다. 공동(39)은, 장착부(32)를 통해서 그립(10)의 비트 유지부(12)를 수용 가능하게 되어 있다.
원통 형상으로 형성된 장착부(32)는, 그립(10)의 센서 장착부(13)가 내주에 끼워 맞추어, 도시하지 않은 나사부재에 의해, 센서 장착부(13)에 고정된다.
회로 수용부(35)는, 후술하는 바와 같이, 마이크로컴퓨터, 메모리, 배터리, 외부 입출력 회로, 통신회로, 토크 검출용의 각종 회로 등으로 구성되는 하드웨어를 수용하고, 메모리에 스토어된 소요의 소프트웨어에 의해 동작한다.
드라이버(1)는, 그립(10)에 비트(20)를 장착한 상태에서 나중에 토크 센서(30)를 부착 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 그립(10) 및 비트(20)가 종래부터 사용되어 있었던 범용적인 공구라고 하면, 토크 센서(30)를 나중에 부착함으로써 공구의 작업성, 조작성을 손상시키지 않고 비트(20)에 작용하는 토크 검출이 가능해 진다.
이때, 본 실시형태에서는, 토크 센서(30)를 나중에 부착가능할 경우를 예시하지만, 그립(10)에 미리 토크 센서(30)를 부착하고, 그후에, 그립(10)에 비트(20)를 장착하는 구성도 채용가능하다.
도5a는, 토크 센서(30)의 회로도다.
도5a에 있어서, 50은 여자 코일, 51은 검출 코일, 52는 토크에 비례한 전압을 출력하는 아날로그 회로, 53은 DC·DC 컨버터, 54는 비교기, 55는 기준 전압 설정회로다. 60은 마이크로컴퓨터 (이하, 마이컴), 61은 아날로그-디지털 컨버터(이하, ADC), 62는 온도 센서, 63은 리얼 타임 클록, 64는 시리얼 버스, 65는 통신 모듈, 66은 리드 온리 메모리(ROM), 67은 데이터 입력 단자, 68은 메모리 카드, 69는 리셋 IC, 70은 DC·DC 컨버터, 71은 캘리브레이션 스위치, 72는 전원 스위치, 73은 배터리, 74는 충전 제어회로, 75는 충전 커넥터다.
여기에서, 도5a의 여자 코일(50), 검출 코일(51) 및 아날로그 회로(52)의 아날로그 회로 부분의 기능 블록도를 도 5b에 나타낸다.
토크 센서(30)는, 발진회로(110), 버퍼 앰프(120), 위상 조정회로(130), V-I 컨버터(140), 인버터(160), 동기 검파회로(170), 및, 반전 증폭기(180)를 갖는다.
(여자측)
발진회로(110)는, 여자 코일(50)을 여자하는 기준 주파수 신호(예를 들면, 100kHz)를 생성한다.
발진회로(110)로부터 여자측 회로에는 정현파로서 신호가 출력되지만, 발진회로(110)를 안정 동작시키기 위해서, 버퍼 앰프(120)를 경유해서 위상 조정회로(130)에 출력된다.
위상 조정회로(130)는, 파형의 위상을 조정하여, V-I 컨버터(140)에 출력한다.
V-I 컨버터(140)는, 입력 전압을 전류로 변환하고, 여자 코일(50)에 출력한다.
(검출측)
검출 코일(51)은, 역자왜 효과에 의해 발생한 유기 전압을 동기 검파회로(170)에 출력한다.
발진회로(110)로부터 검출측에는, 참조 신호로서 구형파가 출력된다. 이 구형파의 주파수는, 여자측에 출력되는 정현파와 같다. 출력된 구형파는 2개로 분기되어, 한쪽은 그대로 동기 검파회로(170)에 출력되고, 다른 쪽은 인버터(160)에서 위상을 반전되어 동기 검파회로(170)에 출력된다.
동기 검파회로(170)는, 참조 신호를 참조하여, 검출 코일(51)로부터의 유기 전압을 동기검파하고, 반전 증폭기(180)에 출력한다.
반전 증폭기(180)는, 동기 검파회로(170)로부터의 출력을 평균화하고, 오프셋 조정, 게인 조정을 행하여, 아날로그의 토크 신호 SG으로서 ADC(61)에 출력한다. 동기 검파회로(170) 및 반전 증폭기(180)가, 전술한 아날로그 회로(52)를 구성한다.
상기한 바와 같이 토크 센서(30)에서는, 비트(20)의 피검출부에 작용하는 토크 변화를, 비트(20)를 형성하는 자왜재료의 투자율의 변화로서 여자 코일(50) 및 검출 코일(51)에서 검출한다.
비트(20)에서, 체결 부품을 조이고 있는 토크를 측정하기 위해서는, 비트에게 작용하는 토크를 검출하면 된다.
비트에 작용하는 토크를 검출하기 위해서는, 역자왜 효과를 이용하지만, 인가 토크에 의한 축(피검출부) 표면의 투자율 변화를, 축(피검출부)을 둘러싸는 솔레노이드 코일의 임피던스 변화로 환산하여, 브릿지회로의 비평형 전압으로서 검출 할 필요가 있다.
축(피검출부)의 표면에 작용하는 응력(변형)과, 축(피검출부)의 직경의 관계는 이하의 식으로 표시된다.
σ = 16T/(πD3)
여기에서, σ은 축(피검출부)표면의 응력(변형), T는 축(피검출부)에 작용하는 토크, D는 축(피검출부)의 직경이다.
즉, 축(피검출부)의 직경이 다른 비트에 같은 토크가 인가되었을 경우, 축(피검출부)의 직경이 작은 비트 쪽이, 축(피검출부) 표면의 응력(변형)은 현저하게 커진다.
축(피검출부) 표면의 응력(변형)은, 축(피검출부) 표면의 투자율을 변화시킨다.
투자율의 변화는, 외부로부터의 힘에 따라, 원자 사이즈로 구성되어 있는 미소 자석의 방향이 변화함으로써 발생하지만, 미소 자석의 방향이 완전히 갖추어져 버리면 그 이상은 변화하지 않는다(포화 상태).
비트(축)에 인가된 토크를 정밀하게 검출하기 위해서는, 인가되는 토크의 범위에서, 투자율의 변화가 리니어인 것이 바람직하다.
마이크로컴퓨터(60)는, 시리얼 버스(64)를 거쳐, ADC(61), 온도 센서(62), 리얼 타임 클록(63), 통신 모듈(65)과의 사이에서 각종의 디지털 데이터를 주고받는다.
통신 모듈(65)은, PC와의 사이에서, 데이터를 송수신한다.
ROM(66)은, 마이크로컴퓨터(60)가 판독 가능하게, 보정값 데이터와 캘리브레이션 데이터를 격납하고 있다.
데이터 입력 단자(67)는, 프로그램과 클록 신호를 마이크로컴퓨터(60)에 입력하기 위해서 설치되어 있다.
비교기(54)의 한쪽의 입력 단자에는, 아날로그의 토크 신호가 입력되고, 다른 쪽의 입력 단자에는, 기준 전압 설정회로(55)로부터 기준 전압(임계값)이 입력되고, 토크 신호가 기준 전압을 초과하면, 후술하는 바와 같이, 측정 트리거 신호를 마이크로컴퓨터(60)의 P1 단자에 출력한다.
다음에, 도 6 및 도 7을 참조하여, 토크 센서(30)의 회로의 작용에 대해 설명한다. 이때, 도6은, 복수의 볼트 BT를 순서대로 조일 때의 토크 센서(30)의 동작을 나타내는 타이밍 차트이며, 도7은, 도 6의 최초의 토크 측정에 있어서의 토크 센서(30)의 동작을 더욱 상세하게 나타내는 타이밍 차트다.
상기한 ADC(61)은, 예를 들면, 12비트로 구성되고, 1mv를 1비트로 하면, 0∼4.096V의 범위에서 출력할 수 있다. 본 실시형태에서는, 설정 임계값 Th는, 예를 들면, 기준 전압 설정회로(55)에 의해 2.0V로 초기 설정되어 있다.
도5a에 나타낸 전원 스위치(72)를 도 6의 (1)에 나타낸 것과 같이 온(도통 상태)으로 하면, 리셋 IC(69)로부터 마이크로컴퓨터(60)에 리셋 신호가 도 6의 (2)에 나타낸 것과 같이 입력된다.
공구(1)를 사용해서 유체 제어장치(200)의 육각 구멍을 갖는 볼트 BT의 한개를 조이기 시작하여 토크 신호(아날로그 입력)의 전압이 설정 임계값 Th를 초과하면(도 7의 (1)), 비교기(54)로부터 측정 트리거 신호가 발생하여, 마이크로컴퓨터(60)의 P1 단자에 입력된다.
마이크로컴퓨터(60)에서는, P1 단자에 측정 트리거 신호가 입력되면, 측정 기록 기간 신호(도 7의 (4))가 온된다. 측정 기록 기간 신호가 온되면, 마이크로컴퓨터(60)은 토크 신호의 ADC(61)의 디지털 출력(도 7의 (3))의 기록(샘플링)을 개시한다.
마이크로컴퓨터(60)에서는, 판독한 디지털 출력을 검출하고, 이것을 기억한다(도 7의 (5)).
아날로그 입력이 설정 임계값 Th를 하회하면, 측정 트리거 신호가 오프가 되어(도 7의 (2)), 토크 신호의 ADC(61)의 디지털 출력의 기록이 정지된다. 아날로그 입력이 설정 임계값 Th를 하회하고, 또한, 미리 설정한 설정 시간 T1(예를 들면, 0.5초)을 경과하면, 측정 기록 기간 신호가 오프가 된다(도 7의 (4)). 이에 따라, 1개의 볼트 BT의 조임 토크의 측정이 종료한다.
도 7의 예에서는, 디지털 출력의 피크값의 값이, 2993, 3051, 2989로 3개 검출되어 있다. 그리고, 마이컴(60)에서는, 3개의 피크값의 최대값(3051)을 검출한다 (도 7의 (6)). 본 실시형태에서는, 이 피크값의 최대값을 토크 센서(30)의 조임 완료 토크로 한다.
이어서, 후술하는 바와 같이, 이 토크의 최대값을 포함하는 토크 관련 정보를 형성하고, 이 최대값을 포함하는 토크 관련 정보를 메모리 카드(68)에 격납하는 동시에, 통신 모듈(65)을 통해 PC(300)에 송신한다.
도 6으로 되돌아가, 각 조임작업마다 토크 신호의 최대값을 검출하고(도 6의 (3), (4)), 각 토크 신호의 측정시의 온도를 검출하고(도 6의 (5)), (도 6의 (7))에 나타낸 것과 같이 토크 관련 데이터를 형성한다. 구체적으로는, 토크 관련 데이터는, 측정 시각(측정 일시), 토크 신호의 최대값(피크값)을 실제의 토크값으로 환산한 값, 및, 측정시의 온도를 포함한다. 토크 관련 데이터는, 파워 온시에는, 토크값의 데이터는 제로로 되어 있고, 1회째는 3.051N·m, 2회째는 3.015N·m, 3회째는 3.011N·m으로 되어 있다.
다음에, PC(300)에 있어서의 처리의 일례에 대해서 도 8을 참조해서 설명한다.
PC(300)에서는, 토크 센서(30)로부터 토크 관련 데이터를 수신했는지를 항상 감시하고 있고(스텝 S1), 수신했을 경우에는, 해당 토크 관련 데이터로부터 토크를 측정한 측정 시각(일시)을 판독한다(스텝 S2).
PC(300)은, 카메라(400A, 400B)으로부터의 화상을 기록하는 프레임 버퍼를 구비하고 있고, 조임작업의 화상은 작업의 진행에 따라 PC(300)에 기억되어 간다. PC(300)에 기억된 화상 데이터를 거슬러 올라가, 스텝 S2에서 판독한 시간에 대응하는 카메라(400A, 400B)가 각각 촬상한 화상 데이터를 추출한다. 즉, 이들 2개의 화상은, 볼트 BT의 조임 완료시의 공구의 화상이다. 이들 화상 데이터를 처리하여, 도 9에 나타낸 것과 같이, 공구(1)에 설치한 마커 MKA와 마커 MKB의 화상의 무게 중심 위치 CGA, CGB을 검출하고, 무게 중심 위치 CGA, CGB을 연결하는 직선 상에 비트(20)의 선단 좌표(20P)가 존재한다. 이에 따라, 비트(20)의 선단 좌표가 검출된다(스텝 S5). 이때, 본 실시형태에서는, 마커 MKA와 마커 MKB은, 주위의 환경으로부터의 외란을 받기 어려운 녹색으로 하였다.
이어서, 검출한 비트(20)의 선단 좌표, 온도 데이터, 조임 완료 토크값 등의 데이터를 관계를 맺어서 기억장치에 기록한다. 이에 따라, 유체 제어장치(200)에 있어서의 모든 볼트 BT의 조임작업의 유무, 조임 토크 등의 작업 정보를 항상 정확하게 트레이스하는 것이 가능해 진다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 비트의 선단 좌표를 취득하기 위한 화상 데이터를 항상 촬상하면서, 이것과는 독립적으로 토크 센서(30)로부터 취득되는 토크 관련 데이터를 취득한다. 그리고, 취득한 토크 관련 데이터와 이것과 시간적으로 적합한 화상 데이터로부터 얻어지는 비트(20)의 선단 좌표 데이터를 관련시킴으로써, 정확한 작업 정보를 획득할 수 있다.
예를 들면, 공구에 의한 조임작업이 완료한 후에 완료 신호를 발생시키고, 이 완료 신호를 계기로 하여 공구의 촬상을 개시하고, 촬상한 화상 데이터를 처리해서 공구 등의 위치 좌표를 산출한 것으로는, 작업이 완료한 시점과 공구 등의 위치 좌표를 산출한 시점 사이에 어긋남이 생겨, 산출한 위치 좌표가 작업이 완료한 시점의 공구 등의 위치 좌표라고는 할 수 없다.
본 발명에서는, 산출되는 비트(20)의 선단 좌표 데이터와 취득되는 토크 관련 데이터 사이에 시간적인 괴리가 없기 때문에, 보다 정확한 작업 데이터가 얻어진다.
도 10에 본 발명의 다른 실시형태에 따른 작업 관리 시스템을 나타낸다.
도 10에 나타내는 시스템은, PC(300)과 카메라(400A, 400B)가 통신 케이블 CA, CB로 접속되어 있다. 이렇게, 무선 대신에 유선으로도 공구(1)의 화상을 취득할 수 있다.
카메라(400A, 400B)의 설치 위치는, 상기 실시형태와 같이 2대인 경우, 카메라 400A의 시점 방향과 카메라 400B의 시점 방향이, 직교하는 것이 바람직하다. 촬상 범위는, 작업자가 작업 개시하고나서, 유체 제어장치(200)의 모든 육각 구멍을 갖는 볼트(체결 부품)의 조임을 완료할 때까지의 사이, 공구(1)에 설치한 마커 MKA와 마커 MKB이 촬상되어 있으면 된다. 작업자의 전신이나 가스 박스(500), 유체 제어장치(200)가 촬상될 필요는 없다.
상기 실시형태에서는, 토크 신호의 피크값의 최대값을 공구(1)로부터 PC(300)에 송신했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 피크값의 최대값 이외에, 최초의 피크값 또는 최후의 피크값을 조임 완료 토크로 할 수도 있고, 피크값의 평균값을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 체결 토크의 측정 데이터를 공구(1)에 기록하여 PC(300)에 송신하고 있지만, 공구(1)에서는 기록하지 않고, 측정 데이터의 송신만 행하고, PC(300)에 있어서 기록, 피크값의 검출을 행하는 것도 가능하다.
상기 실시형태에서는, 촬상한 화상 데이터를 프레임 버퍼에 기억하고, 이 프레임 버퍼로부터 필요한 화상 데이터를 추출하고, 화상처리에 의해 좌표 데이터를 산출했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 촬상된 화상 데이터를 순차 화상처리해서 좌표 데이터 등을 산출하여, 이것을 시계열로 기억해 두고, 이 시계열 데이터와 토크 관련 데이터를 관련시키는 것도 가능하다.
1: 드라이버(공구)
10: 그립
11: 본체부
12: 비트 유지부
12a: 유지 구멍
13: 센서 장착부
19: 보조 바
20: 비트
20P: 선단 좌표
21: 선단부
22: 기단부
23: 축부
24: 피검출부
30: 토크 센서
31: 케이스부
32: 장착부
33: 검출부
33a: 관통공
33b: 코일 유지부
35: 회로 수용부
36: 코일
39: 공동
50: 여자 코일
51: 검출 코일
52: 아날로그 회로
53, 70: DC·DC 컨버터
54: 비교기
55: 기준 전압 설정회로
60: 마이크로컴퓨터(마이컴)
61: 아날로그-디지털 컨버터(ADC)
62: 온도 센서
63: 리얼 타임 클록
64: 시리얼 버스
65: 통신 모듈
66: ROM
67: 데이터 입력 단자
68: 메모리 카드
69: 리셋 IC
71: 캘리브레이션 스위치
72: 전원 스위치
73: 배터리
74: 충전 제어회로
75: 충전 커넥터
110: 발진회로
120: 버퍼 앰프
130: 위상 조정회로
140: V-I컨버터
160: 인버터
170: 동기 검파회로
180: 반전 증폭기
200: 유체 제어장치
210, 220, 230, 240, 250, 280: 유체기기
260, 270: 조인트 블록
300: PC(처리장치)
400A, 400B: 카메라(촬상장치)
500: 가스 박스
500b: 저면
BS: 베이스 판금
BT: 육각 구멍을 갖는 볼트
CA, CB: 통신 케이블
CGA, CGB: 무게 중심 위치
MKA, MKB: 마커
SG: 토크 신호
T1: 설정 시간
Th: 설정 임계값

Claims (8)

  1. 비트에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서를 구비한 공구로서,
    화상처리용의 제1 마커 및 제2 마커를 구비하고,
    상기 제1 마커 및 제2 마커는, 해당 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 연결하는 직선 상에 상기 비트의 선단 좌표가 존재하도록 설치되어 있고,
    상기 토크 센서는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값을 초과하면 조임 토크의 측정 데이터의 기록을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 상기 설정 임계값보다도 내려가고, 또한, 설정 시간을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 시각을 포함하는 측정 데이터에 근거하는 토크 관련 데이터를 출력하는 공구.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토크 관련 데이터는, 상기 측정 데이터 중의 피크값을 포함하는 공구.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 토크 관련 데이터는, 데이터를 측정했을 때의 온도 정보를 포함하는 공구.
  4. 삭제
  5. 비트에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서를 구비한 공구로서, 상기 토크 센서는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값을 초과하면 조임 토크의 측정 데이터의 기록을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 상기 설정 임계값보다도 내려가고, 또한, 설정 시간을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 시각을 포함하는 측정 데이터에 근거하는 토크 관련 데이터를 출력하는 공구를 사용하여, 제품에 포함되는 복수의 체결부품의 각각을 조이는 체결작업을 관리하는 작업관리장치로서,
    상기 공구는, 화상처리용의 제1 마커 및 제2 마커를 구비하고,
    상기 제1 마커 및 제2 마커는, 해당 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 연결하는 직선 상에 상기 비트의 선단 좌표가 존재하도록 설치되어 있고,
    상기 토크 관련 데이터를 수신하면, 1개의 체결 부품의 조임작업 중에 복수의 시점에서 촬상된 상기 공구의 복수의 화상 중에서, 상기 토크 관련 데이터에 포함되는 측정 시각에 대응하는 복수의 화상을 추출해서 처리하고, 상기 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 산출해서 상기 비트의 선단 좌표를 검출하는 것에 의해, 상기 1개의 체결 부품에 맞물리는 상기 비트의 맞물림 위치를 검출하는 작업 관리장치.
  6. 삭제
  7. 비트에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서를 구비한 공구로서, 상기 토크 센서는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값을 초과하면 조임 토크의 측정 데이터의 기록을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 상기 설정 임계값보다도 내려가고, 또한, 설정 시간을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 시각을 포함하는 측정 데이터에 근거하는 토크 관련 데이터를 출력하는 공구를 사용하여, 제품에 포함되는 복수의 체결 부품의 각각을 조이는 조임작업을 관리하는 작업 관리방법으로서,
    상기 공구는, 화상처리용의 제1 마커 및 제2 마커를 구비하고, 상기 제1 마커 및 제2 마커는, 해당 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 연결하는 직선 상에 상기 비트의 선단 좌표가 존재하도록 설치되어 있고,
    상기 토크 관련 데이터를 수신하면, 1개의 체결 부품의 조임작업 중에 복수의 시점에서 촬상된 상기 공구의 복수의 화상 중에서, 상기 토크 관련 데이터에 포함되는 측정 시각에 대응하는 복수의 화상을 추출해서 처리하고, 상기 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 산출해서 상기 비트의 선단 좌표를 검출하는 것에 의해, 상기 1개의 체결 부품에 맞물리는 상기 비트의 맞물림 위치를 검출하는 작업 관리방법.
  8. 제품에 포함되는 복수의 체결 부품의 각각을 조이는 조임작업을 관리하는 작업 관리 시스템으로서,
    비트에 작용하는 체결 부품을 조이는 조임 토크를 검출가능한 토크 센서를 구비하고, 화상처리용의 제1 및 제2 마커를 구비한 공구를 갖고,
    상기 제1 마커 및 제2 마커는, 해당 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 연결하는 직선 상에 상기 비트의 선단 좌표가 존재하도록 설치되어 있고,
    상기 토크 센서는, 검출되는 조임 토크가 설정 임계값을 초과하면 조임 토크의 측정 데이터의 기록을 개시하고, 검출되는 조임 토크가 상기 설정 임계값보다도 내려가고, 또한, 설정 시간을 경과하면 측정을 종료하고, 측정 개시로부터 측정 종료까지의 사이의 측정 데이터에 근거하여 형성된 토크 관련 데이터를 출력하고,
    상기 제품에 대하여 소정의 위치에 배치되고, 조임 작업중의 상기 공구의 화상을 적어도 상기 제1 및 제2 마커가 포함되도록, 또한, 서로 다른 시점에서 촬상하는 제1 및 제2 촬상장치와,
    상기 제1 및 제2 촬상장치가 촬상하는 화상을 기억하는 기억장치와,
    상기 토크 관련 데이터를 수신하면, 1개의 체결 부품의 조임작업 중에 복수의 시점에서 촬상된 상기 기억장치에 기억된 상기 공구의 복수의 화상 중에서, 상기 토크 관련 데이터에 포함되는 측정 시각에 대응하는 복수의 화상을 추출해서 처리하고, 상기 제1 마커와 제2 마커의 화상의 중심위치를 산출해서 상기 비트의 선단 좌표를 검출하는 것에 의해, 상기 1개의 체결 부품에 맞물리는 상기 비트의 맞물림 위치를 검출하는 처리장치를 갖는 작업 관리 시스템.
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