DE102019103727A1

DE102019103727A1 - Axialkraftmessverfahren, Befestigungsbestimmungsverfahren, Axialkraftmessvorrichtung und Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube

Info

Publication number: DE102019103727A1
Application number: DE102019103727.1A
Authority: DE
Inventors: Masahito Sakakibara; Yuichi Hirano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: CN110186610A; US11480484B2; CN110186610B; JP2019141973A; JP7003724B2; US20190257706A1; DE102019103727B4

Abstract

Ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer Schraube, das in der Lage ist, eine Axialkraft der Schraube genau zu messen, ist bereitgestellt. Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung hat ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer an einem zu befestigenden Bauteil 80 befestigten Schraube 90 ein vorläufiges Befestigen der Schraube 90 an dem zu befestigenden Bauteil 80 mit einem vorläufigen Befestigungsmoment, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einen Kopf 90a der Schraube 90 ausgebildet wird, Messen einer ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube 90, reguläres Befestigen der Schraube 90 an dem zu befestigenden Bauteil 80 mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist, Messen einer zweiten Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 und Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube 90 vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube 90 regulär befestigt wurde und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Axialkraftmessverfahren, ein Befestigungsbestimmungsverfahren, eine Axialkraftmessvorrichtung und eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube. Zum Beispiel betrifft die vorliegende Offenbarung ein Axialkraftmessverfahren, ein Befestigungsbestimmungsverfahren, eine Axialkraftmessvorrichtung und eine Befestigungsvorrichtung für eine Schraube, die an einem zu befestigenden Bauteil befestigt ist.
Eine Axialkraft einer an einem zu befestigenden Bauteil befestigten Schraube (d.h. ein Bauteil, an dem die Schraube befestigt ist) wird oft gemessen, damit z.B. der Befestigungszustand der Schraube überprüft werden kann. Die Axialkraft einer Schraube weist eine Korrelation mit einem Verschiebungsausmaß des Schraubenkopfs auf (d.h. ein Ausmaß einer Vertiefung des Kopfs der Schraube). Deswegen wird z.B. in einem Axialkraftmessverfahren, das in der Druckschrift JP 2015-081798 A offenbart ist, eine Axialkraft einer Schraube durch Messen eines Ausmaßes einer Vertiefung (im Folgenden auch als Vertiefungsausmaß bezeichnet) auf dem Kopf der Schraube gemessen, bevor und nachdem die Schraube an einem zu befestigenden Bauteil befestigt wurde, und durch Verwenden der gemessenen Vertiefungsausmaße und einer Korrelation zwischen Axialkräften der Schraube und der Vertiefungsausmaße auf dem Kopf der Schraube, die im Voraus erlangt wurden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das folgende Problem analysiert. Zum Beispiel gibt es aufgrund von Herstellungsfehlern einzelne Unterschiede unter den Formen von obersten Oberflächen von Schraubenköpfen, bevor die Schrauben befestigt werden. Deswegen variieren die Vertiefungsausmaße auf den Köpfen der Schrauben zueinander sogar, wenn die Schrauben so befestigt werden, dass gleiche Axialkräfte erzeugt werden. Deswegen besteht eine Möglichkeit, das die Axialkräfte der Schrauben nicht genau durch das in der JP 2015 - 081798 A offenbarte Axialkraftmessverfahren gemessen werden können.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Axialkraftmessverfahren, ein Befestigungsbestimmungsverfahren, eine Axialkraftmessvorrichtung und eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube bereit, die in der Lage sind, eine Axialkraft der Schraube genau zu messen.
Ein erster beispielhafter Gesichtspunkt ist ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer an einem zu befestigenden Bauteil befestigten Schraube, mit:

vorläufigem Befestigen der Schraube an dem zu befestigenden Bauteil mit einem vorläufigen Befestigungsmoment, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf der Schraube ausgebildet wird;
Messen einer ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube;
reguläres Befestigen der Schraube an dem zu befestigenden Bauteil mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist;
Messen einer zweiten Axialkraft der regulär befestigten Schraube; und
Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube regulär befestigt wurde, und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften.

Der Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften kann unter Verwendung der ersten Axialkraft als einer Basisaxialkraft berechnet werden, und somit kann er berechnet werden, während ein individueller Unterschied in der Form von jeder Schraube beseitigt ist. Deswegen kann die Axialkraft der regulär befestigten Schraube genau gemessen werden.
In dem voranstehend beschriebenen Verfahren zum Messen der Axialkraft der Schraube hat das Messen der ersten Axialkraft bevorzugt:

Erlangen eines ersten Bilds, das eine Höhenverteilung auf dem Kopf der vorläufig befestigten Schraube darstellt;
Messen eines ersten Vertiefungsausmaßes des Kopfs auf der vorläufig befestigten Schraube unter Verwendung des ersten Bilds; und
Messen der ersten Axialkraft unter Verwendung des ersten Vertiefungsausmaßes und einer vorbestimmten Korrelation zwischen Axialkräften der Schraube und Vertiefungsausmaßen auf dem Kopf der Schraube, und
das Messen der zweiten Axialkraft bevorzugt hat:
- Erlangen eines zweiten Bilds, das eine Höhenverteilung auf dem Kopf der regulär befestigten Schraube darstellt;
- Messen eines zweiten Vertiefungsausmaßes auf dem Kopf der regulär befestigten Schraube unter Verwendung des zweiten Bilds; und
- Messen der zweiten Axialkraft unter Verwendung des zweiten Vertiefungsausmaßes und der vorbestimmten Korrelation zwischen Axialkräften der Schraube und Vertiefungsausmaßen auf dem Kopf der Schraube.

In dem voranstehend beschriebenen Verfahren zum Messen der Axialkraft der Schraube ist die Schraube bevorzugt eine Schraube mit einem festen Schaft, und
jedes aus den ersten und zweiten Vertiefungsausmaßen ist bevorzug ein Wert, der durch Subtrahieren eines Durchschnittswerts einer Höhenverteilung in einer Kreisfläche, die auf eine Mitte des Schwerpunkts des Kopfs der Schraube zentriert ist, von einem Durchschnittswert einer Höhenverteilung in einem Randteil auf dem Kopf der Schraube erhalten wird.
In dem voranstehend beschriebenen Verfahren zum Messen der Axialkraft der Schraube ist die Schraube bevorzugt eine Schraube mit einem hohlen Schaft, und
jedes aus den ersten und zweiten Vertiefungsausmaßen ist bevorzugt ein Wert, der durch Subtrahieren eines Durchschnittswerts von einer Höhenverteilung in einem ringförmigen Bereich auf dem Kopf der Schraube von einem Durchschnittswert einer Höhenverteilung in einem kreisförmigen Bereich auf dem Kopf der Schraube erhalten wird, wobei der kreisförmige Bereich auf einen Schwerpunkt des Kopfs der Schraube zentriert ist, und der ringförmige Bereich den kreisförmigen Bereich umgibt und auf einer verlängerten Linie des Schafts angeordnet ist.
Ein anderer beispielhafter Gesichtspunkt ist ein Verfahren zum Bestimmen des Befestigens einer Schraube, die an einem zu befestigenden Bauteil befestigt ist, mit:

vorläufiges Befestigen der Schraube an dem zu befestigenden Bauteil mit einem vorläufigen Befestigungsmoment, wobei das vorläufige Befestigungsmoment im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf der Schraube ausgebildet wird;
Messen einer ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube;
reguläres Befestigen der Schraube an dem zu befestigenden Bauteil mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist;
Messen einer zweiten Axialkraft der regulär befestigten Schraube; und
Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube regulär befestigt wurde, und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften; und
Bestimmen, dass die regulär befestigte Schraube zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist, wenn die geschätzte Axialkraft der regulär befestigten Schraube gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Sollaxialkraft ist.

Der Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften kann unter Verwendung der ersten Axialkraft als einer Basisaxialkraft berechnet werden, und somit kann er berechnet werden, während ein individueller Unterschied in der Form von jeder Schraube beseitigt ist. Deswegen ist es möglich, die Axialkraft der regulär befestigten Schraube genau zu messen, und dabei genau zu bestimmen, ob die regulär befestigte Schraube zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist.
Das voranstehend beschriebene Verfahren zum Bestimmen der Befestigung der Schraube hat außerdem:

Lösen, nach einem Messen der ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube, der Schraube und Messen eines Moments, das zum Lösen der Schraube erforderlich ist; und
Bestimmen, dass die Schraube nicht zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist, wenn das zum Lösen der Schraube erforderliche Moment gleich wie oder größer als ein vorbestimmtes Moment ist.

Da bestimmt wird, ob die Schraube zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist oder nicht, wie voranstehend beschrieben wurde, ist es möglich, zu verhindern, dass die Schraube nicht zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist.
Ein anderer beispielhafter Gesichtspunkt ist eine Axialkraftmessvorrichtung für eine Schraube, die an einem zu befestigenden Bauteil befestigt ist, mit:

einer Befestigungseinheit, die konfiguriert ist, die Schraube an dem zu befestigenden Bauteil zu befestigen; und
einer Messeinheit, die konfiguriert ist, eine Axialkraft der Schraube zu messen, in dem
die Messeinheit außerdem konfiguriert ist, zu:
- Messen einer ersten Axialkraft der mit einem vorläufigen Befestigungsmoment an dem zu befestigenden Bauteil vorläufig befestigten Schraube, wobei das vorläufige Befestigungsmoment im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf der Schraube ausgebildet wird;
- Messen einer zweiten Axialkraft der Schraube, die regulär an dem zu befestigenden Bauteil mit einem regulären Befestigungsmoment befestigt ist, wobei das reguläre Befestigungsmoment im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist; und
- Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube regulär befestigt wurde, und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften.

Der Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften kann unter Verwendung der ersten Axialkraft als einer Basisaxialkraft berechnet werden, und somit kann er berechnet werden, während ein individueller Unterschied in der Form von jeder Schraube beseitigt ist. Deswegen kann die Axialkraft der regulär befestigten Schraube genau gemessen werden.
Ein anderer beispielhafter Gesichtspunkt ist eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine an einem zu befestigenden Bauteil befestigte Schraube, mit:

einer Befestigungseinheit, die konfiguriert ist, die Schraube an dem zu befestigenden Bauteil zu befestigen;
einer Messeinheit, die konfiguriert ist, eine Axialkraft der Schraube zu messen; und
einer Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die Schraube zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist oder nicht, in dem
die Messeinheit außerdem konfiguriert ist, zu:
- Messen einer ersten Axialkraft der mit einem vorläufigen Befestigungsmoment vorläufig an dem zu befestigenden Bauteil befestigten Schraube, wobei das vorläufigen Befestigungsmoment im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf dem Kopf der Schraube ausgebildet wird;
- Messen einer zweiten Axialkraft der regulär an dem zu befestigenden Bauteil befestigten Schraube mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist; und
- Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube regulär befestigt ist, und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften, und
- die Bestimmungseinheit außerdem konfiguriert ist, zu bestimmen, ob eine geschätzte Axialkraft der regulär befestigten Schraube gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Sollaxialkraft ist oder nicht, und zu bestimmen, dass die regulär befestigte Schraube zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist, wenn die geschätzte Axialkraft der Schraube gleich wie oder größer als die vorbestimmte Sollaxialkraft ist.

Der Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften kann unter Verwendung der ersten Axialkraft als einer Basisaxialkraft berechnet werden, und somit kann er berechnet werden, während ein einzelner Unterschied in der Form von jeder Schraube beseitigt ist. Deswegen ist es möglich, die Axialkraft der regulär befestigten Schraube genau zu messen, und dabei genau zu bestimmen, ob die regulär befestigte Schraube zulässig an dem zu befestigenden Bauteil befestigt ist oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich ein Axialkraftmessverfahren, ein Befestigungsbestimmungsverfahren, eine Axialkraftmessvorrichtung und eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Axialkraft der Schraube genau zu messen.
Die voranstehend beschriebenen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der ausführlichen im Folgenden gegebenen Beschreibung und den anhängenden Zeichnungen deutlicher verstanden werden, die lediglich mittels beispielhafter Darstellung gegeben sind, und somit nicht als die vorliegende Offenbarung begrenzend zu betrachten sind.

Die 1 zeigt eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube gemäß einer ersten Ausführungsform;
die 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Befestigung einer Schraube gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
die 3 ist ein Diagramm, das eine Axialkraftumwandlungskurve zeigt;
die 4 zeigt einen Zustand, in dem ein Bereichbild unter Verwendung eines Bereichfinders gemäß der ersten Ausführungsform erlangt wird;
die 5 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs zum Berechnen einer Höhe eines Bodens auf einem Kopf einer Schraube unter Verwendung eines Bereichbilds;
die 6 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs zum Berechnen einer Höhe eines obersten Bereichs eines Kopfs einer Schraube unter Verwendung eines Bereichbilds;
die 7A ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Befestigung einer Schraube gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
die 7B ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Bestimmen der Befestigung der Schraube gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
die 8 ist ein Querschnitt, der eine an einem befestigten Bauteil befestigte Schraube zeigt;
die 9 ist eine Draufsicht, die die an dem befestigten Bauteil befestigte Schraube zeigt;
die 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer Schraube zeigt, das in einem Befestigungsbestimmungsverfahren für eine Schraube gemäß einer dritten Ausführungsform durchgeführt wird; und
die 11 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs zum Berechnen eines Vertiefungsausmaßes auf einem Kopf einer Schraube unter Verwendung eines Bereichbilds.

Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die folgende Offenbarung nicht auf die im Folgenden gezeigten Ausführungsformen begrenzt. Außerdem sind die folgenden Beschreibungen und die Zeichnungen geeignet vereinfacht, um die Erfindung zu erläutern.
Erste Ausführungsform
Zuerst wird eine Konfiguration einer Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die 1 zeigt eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube gemäß dieser Ausführungsform. Eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 für eine Schraube (im Folgenden auch einfach als eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 bezeichnet) hat einen Arbeitsroboter 10 und eine Steuervorrichtung 100. Der Arbeitsroboter 10 arbeitet unter der Steuerung der Steuervorrichtung 100. Der Arbeitsroboter 10 hat eine Befestigungsmaschine (Befestigungseinheit) 12, einen Bereichfinder 14 und einen Manipulator 16.
Die Befestigungsmaschine 12 ist z.B. ein Mutterndreher. Die Befestigungsmaschine 12 hat ein Hülsenteil (Schlüsselteil) 12a an seiner Spitze, um eine Schraube 90 (z.B. eine Maschinenschraube) an einem zu befestigenden Bauteil 80 (im Folgenden einfach auch als ein befestigtes Bauteil 80 bezeichnet) zu befestigen.
Das befestigte Bauteil 80 ist ein Bauteil mit einer Gewindebohrung, in der die Schraube 90 befestigt wird (d.h. eingeschraubt wird), und kann eine Mutter oder ähnliches sein.
Die Schraube 90 ist ein Befestigungsbauteil wie z.B. eine feste oder hohle Schraube mit sechseckigem Kopf, oder eine Schraube mit Innensechskantkopf. Deswegen kann die Form des Hülsenteils 12a entsprechend der Form des Kopfs 90a der Schraube 90 geändert werden, wie es geeignet ist. In dieser Ausführungsform wird ein beispielhafter Fall erläutert, in dem als ein Beispiel der Schraube 90 eine Schraube mit sechseckigem Kopf mit einem festen Schaft 90b an einem befestigten Bauteil 80 befestigt wird (d.h. in dieses eingeschraubt wird).
Der Bereichfinder 14 ist z.B. ein Bereichssensor oder eine 3D- (dreidimensionale) Kamera. Der Bereichfinder 14 misst Abstände zu dem Kopf 90a der an dem befestigten Bauteil 80 befestigten Schraube und erlangt dabei Daten, die ein Bereichbild darstellen, in dem Pixelwerte gemessene Abstände anzeigen (im Folgenden einfach als ein Bereichbild bezeichnet). Der Bereichfinder 14 erlangt nämlich Daten, die ein Bild darstellen, das eine Höhenverteilung auf den Kopf 90a der Schraube 90 darstellt.
Der Manipulator 16 betätigt (z.B. bewegt) die Befestigungsmaschine 12 und den Bereichfinder 14. Zum Beispiel bewegt der Manipulator 16 die Befestigungsmaschine 12 so, dass das Hülsenteil 12a der Befestigungsmaschine 12 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt. Außerdem bewegt der Manipulator 16 den Bereichfinder 14 so, dass ein Bildaufnahmeelement 14a des Bereichfinders 14 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt.
Die Steuervorrichtung 100 ist z.B. ein Rechner. Die Steuervorrichtung 100 hat als grundsätzliche Hardwarebauteile eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 102, ein ROM (Nur-Lesespeicher) 104, ein RAM (Arbeitsspeicher) 106 und eine Schnittstelleneinheit 108 (IF; Schnittstelle). Die CPU 102, das ROM 104, das RAM 106 die Schnittstelleneinheit 108 sind miteinander durch einen Datenbus oder ähnliches verbunden.
Die CPU 102 weist Funktionen als arithmetische Vorrichtung auf, die Steuervorgänge, arithmetische Vorgänge und so weiter durchführt. Das ROM 104 weist eine Funktion auf, ein Steuerprogramm(e), ein arithmetisches Programm(e) und so weiter zu speichern, die durch die CPU 102 ausgeführt werden. Das RAM 106 weist eine Funktion auf, vorläufig Verarbeitungsdaten und ähnliches zu speichern. Die Schnittstelleneinheit 108 empfängt extern drahtlos oder durch einen Draht Signale oder gibt diese ab.
Die Steuervorrichtung 100 hat eine Befestigungsmaschinensteuerung 120, eine Bereichfindersteuerung 140 und eine Manipulatorsteuerung 160. Die Befestigungsmaschinensteuerung 120 steuert die Befestigungsmaschine 12.
Die Bereichfindersteuerung 140 berechnet ein Vertiefungsausmaß auf dem Kopf 90a der Schraube 90 durch Verwendung des Bereichbilds und misst dabei (berechnet) eine geschätzte Axialkraft der an dem befestigten Bauteil 80 befestigten Schraube 90. Dann bestimmt die Bereichfindersteuerung 140, ob die gemessene geschätzte Axialkraft der Schraube 90 gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Sollaxialkraft ist oder nicht, und bestimmt, ob die Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist, oder nicht, ausgehend von dem Bestimmungsergebnis hinsichtlich der Axialkraft. Die Bereichfindersteuerung 140 weist nämlich eine Funktion als eine Messeinheit und eine Bestimmungseinheit auf.
Die Manipulatorsteuerung 160 steuert die Bewegungen der Befestigungsmaschine 12 und des Bereichfinders 14 durch das Steuern des Manipulators 16.
Es ist anzumerken, dass, da die Steuervorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform für die Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 verwendet wird, die Bereichfindersteuerung 140 bestimmt, ob die gemessene geschätzte Axialkraft der Schraube 90 gleich wie oder größer als die vorbestimmte Sollaxialkraft ist, oder nicht, und bestimmt ausgehend von dem Bestimmungsergebnis hinsichtlich der Axialkraft, ob die Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist, oder nicht. Wenn jedoch die Steuervorrichtung 100 für eine Axialkraftmessvorrichtung verwendet wird, muss die Steuervorrichtung 100 nicht notwendigerweise die voranstehend beschriebene Funktion aufweisen.
Die voranstehend beschriebene Befestigungsmaschinensteuerung 120, die Bereichfindersteuerung 140, und die Manipulatorsteuerung 160 können z.B. dadurch implementiert werden, dass man dafür sorgt, dass die CPU 102 (ein) Programm(e) ausführt, das in dem ROM 104 gespeichert ist. Alternativ können die Befestigungsmaschinensteuerung 120, die Bereichfindersteuerung 140 und die Manipulatorsteuerung 160 durch das Speichern der notwendigen Programme im Voraus in einem beliebigen, persistenten (nicht flüchtigen, nonvolatilen) Aufzeichnungsmedium und Installieren derselben, wie es erforderlich ist, implementiert werden.
Es ist anzumerken, dass das Programm an einem Rechner unter Verwendung einer beliebigen Art eines nicht vergänglichen computerlesbaren Mediums gespeichert und bereitgestellt sein kann. Nicht vergängliche computerlesbare Medien schließen eine beliebige Art eines greifbaren Speichermediums ein. Beispiele von nicht vergänglichen computerlesbaren Medien schließen magnetische Speichermedien (wie z.B. Floppy-Disketten, Magnetbänder, Festplatten und so weiter), optisch-magnetische-Speichermedien (z.B. magnetisch-optische-Scheiben), CD-ROM (Nur-Lesekompaktscheiben), CD-R (aufzeichnungsfähige kompakte Scheiben), CD-/W (wiederbeschreibbare kompakte Scheiben) und Halbleiterspeicher (wie z.B. ein Mas-ROM, PROM (programmierbares ROM), EPROM (löschbares PROM), Flash-ROM, RAM (Arbeitsspeicher) und so weiter). Das Programm kann an einem Rechner unter Verwendung einer beliebigen Art eines vergänglichen computerlesbaren Mediums bereitgestellt sein. Beispiel von vergänglichen computerlesbaren Medien schließen elektrische Signale, optische Signal und elektromagnetische Wellen ein. Vergängliche computerlesbare Medien können das Programm über eine verdrahtete Verbindungsleitung (z.B. elektrische Kabel und optische Fasern) oder eine drahtlose Verbindungsleitung zu einem Rechner bereitstellen.
Es ist anzumerken, dass die Implementierung der Befestigungsmaschinesteuerung 120, der Bereichfindersteuerung 140 und der Manipulatorsteuerung 160 nicht auf die voranstehend beschriebene Softwareimplementierung begrenzt ist, sondern durch Hardware wie z.B. manche Arten von Schaltkreisgeräten implementiert sein kann.
Außerdem müssen die Befestigungsmaschinensteuerung 120, die Bereichfindersteuerung 140 und die Manipulatorsteuerung 160 nicht notwendigerweise in einer physischen Vorrichtung vorgesehen sein, sondern können stattdessen als getrennte Hardwarebauteil ausgebildet sein. In einem derartigen Fall kann jedes aus der der Befestigungsmaschinesteuerung 120, der Bereichfindersteuerung 140 und der Manipulatorsteuerung 160 als ein Rechner funktionieren.
Die Steuervorrichtung 100 speichert Lehrdaten, mit denen der Arbeitsroboter 10 eine Serie von Betätigungsvorgängen durchführt. Wie in der später beschriebenen 2 gezeigt ist, sind die Lehrdaten Daten zum Durchführen einer Serie von Betätigungsvorgängen wie z.B. befestigen der Schraube 90 an dem zu befestigenden Bauteil und zum Erlangen eines Bereichbilds des Kopfs 90a der Schraube 90. Die Befestigungsmaschinensteuerung 120, die Bereichfindersteuerung 140 und die Manipulatorsteuerung 160 steuern die Befestigungsmaschine 12, den Bereichfinder 14 beziehungsweise den Manipulator 16 gemäß den voranstehend beschriebenen Leerdaten.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Bestimmen der Befestigung einer Schraube gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen des Befestigens einer Schraube gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
Zuerst stellt die Steuervorrichtung 100 ein vorläufiges Befestigungsmoment (Sitzmoment) ein (S1). Das vorläufige Befestigungsmoment wird auf ein Moment (z.B. 30 Nm) eingestellt, mit dem der Kopf 90a der Schraube 90 auf dem befestigten Bauteil 80 aufsitzt und eine Vertiefung auf dem Kopf 90a der Schraube 90 ausgebildet ist. Es ist anzumerken, dass, wenn die Schraube 90 auf dem befestigten Bauteil 80 sitzt, die gesamte Fläche auf der Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 auf der Seite des befestigten Bauteils 80 nicht notwendiger Weise mit dem befestigten Bauteil 80 in Oberflächenberührung sein muss.
Als Nächstes stellt die Steuervorrichtung 100 ein reguläres Befestigungsmoment (Sollmoment) ein (S2) und stellt eine Sollaxialkraft ein (S3). Das reguläre Befestigungsmoment ist größer als das vorläufige Befestigungsmoment und ist auf ein Moment (z.B. 100 Nm) eingestellt, bei dem erwartet wird, dass die Schraube 90 eine Sollaxialkraft erzeugt, wenn die Schraube 90 an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist. Die Sollaxialkraft ist auf eine Axialkraft eingestellt, von der erwünscht ist, dass sie in der Schraube 90 in einem Zustand erzeugt wird, in dem die Schraube 90 an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist.
Es ist anzumerken, dass die Reihenfolge der Vorgänge der Schritte S1 bis S3 geändert werden kann. Die ledigliche Anforderung ist nämlich, dass jedes aus dem vorläufigen Befestigungsmoment, dem regulären Befestigungsmoment und der Sollaxialkraft eingestellt wird, bevor dessen Einstellungswert verwendet wird. Zum Beispiel können das vorläufige Befestigungsmoment, das reguläre Befestigungsmoment und die Sollaxialkraft durch einen Bediener (z.B. einen Arbeiter) unter Verwendung eines Eingabegeräts eingegeben werden.
Als Nächstes beginnt die Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 ein vorläufiges Befestigen der Schraube 90 (S4). Insbesondere in Erwiderung auf ein Anweisungssignal, das durch das Drücken eines in der Steuervorrichtung 100 bereitgestellten Knopfs oder ähnliches eingegeben wird, oder durch einen Bediener, der ein Eingabegerät betätigt, bewegt die Manipulatorsteuerung 160 der Steuervorrichtung 100 die Befestigungsmaschine 12 gemäß den Leerdaten so, dass die Befestigungsmaschine 12 den Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt und das Hülsenteil 12a so absenkt, dass der Kopf 90a in das Hülsenteil 12a eingefügt wird.
Wenn die Schraube 90 in den Zustand versetzt wird, in dem der Kopf 90a in das Hülsenteil 12a der Befestigungsmaschine 12 eingefügt ist, gibt die Manipulatorsteuerung 160 ein Einstellvollendungssignal zu der Befestigungsmaschinensteuerung 120 aus. Aufgrund des Empfangens des Vollendungssignals steuert die Befestigungsmaschinensteuerung 120 die Befestigungsmaschine 12 und befestigt dabei die Schraube 90 an dem zu befestigenden Bauteil 80 mit dem vorläufigen Befestigungsmoment. Als ein Ergebnis wird in der Schraube 90 eine Axialkraft erzeugt und somit wird die Schraube 90 so verformt, dass die oberste Oberfläche des Kopfs 90a vertieft wird.
Wenn das Befestigungsmoment das vorläufige Befestigungsmoment erreicht (Ja in dem Schritt S5), hält die Befestigungsmaschinensteuerung 120 die Befestigungsmaschine 12 an und beendet dabei den vorläufigen Befestigungsvorgang (S6). Dann gibt die Befestigungsmaschinensteuerung 120 ein vorläufiges Befestigungsvollendungssignal zu der Manipulatorsteuerung 160 aus, das anzeigt, dass der vorläufige Befestigungsvorgang beendet wurde. Wenn andererseits das Befestigungsmoment kleiner als das vorläufige Befestigungsmoment ist (Nein in dem Schritt S5), fährt die Befestigungsmaschinensteuerung 120 mit dem Befestigen der Schrauben 90 durch die Befestigungsmaschine 12 fort.
Als Nächstes misst die Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 unter Verwendung des Bereichfinders 14 ein erstes Vertiefungsausmaß a1 auf dem Kopf 90a der Schraube 90 (S7). Insbesondere, wenn das vorläufige Befestigungsvollendungssignal zu der Manipulatorsteuerung 160 eingegeben wird, zieht sie die Befestigungsmaschine 12 von der Position zurück, wo die Befestigungsmaschine 12 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt. Dann steuert die Manipulatorsteuerung 160 den Manipulator 16 so, dass das Bildaufnahmeelement 14a des Bereichfinders 14 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt.
Wenn das Bildaufnahmeelement 14a des Bereichfinders 14 so eingestellt wird, dass es dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt, gibt die Manipulatorsteuerung 160 ein Einstellungsvollendungssignal zu der Bereichfindersteuerung 140 aus. Aufgrund des Empfanges des Einstellungsvollendungssignals steuert die Bereichfindersteuerung 140 den Bereichfinder 14 so, dass der Bereichfinder 14 ein Bereichbild (ein erstes Bild) des Kopfs 90a der vorläufig befestigten Schraube 90 erzeugt, und erlangt dabei das erste Bild. Dann misst die Bereichfindersteuerung 140 aufgrund des Erlangens des ersten Bilds ein erstes Vertiefungsausmaß a1 auf dem Kopf 90a der vorläufig befestigten Schraube 90. Es ist anzumerken, dass Details des Vorgangs zum Erlangen des Bereichbilds und des Vorgangs zum Messen des Vertiefungsausmaßes später beschrieben werden.
Als Nächstes beginnt die Befestigungsbestimmungsvorrichtung ein reguläres Befestigen der Schraube 90 (S8). Insbesondere, wenn die Bereichfindersteuerung 140 ein erstes Vertiefungsausmaß a1 misst, gibt sie ein Messungsvollendungssignal zu der Manipulatorsteuerung 160 aus. Aufgrund des Empfangens des Messungsvollendungssignals zieht die Manipulatorsteuerung 160 den Bereichfinder 14 von der Position zurück, wo der Bereichfinder 14 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt. Dann steuert die Manipulatorsteuerung 160 den Manipulator 16 so, dass der Manipulator 16 das Hülsenteil 12a der Befestigungsmaschine 12 so bewegt, dass das Hülsenteil 12a den Kopfabschnitt 90a der Schraube 90 gegenüberliegt, und senkt das Hülsenteil 12a so ab, dass der Kopf 90a in das Hülsenteil 12a eingefügt ist.
Wenn die Schraube 90 in den Zustand versetzt wird, in dem der Kopf 90a in das Hülsenteil 12a der Befestigungsmaschine 12 eingefügt ist, gibt die Manipulatorsteuerung 160 ein Einstellungsvollendungssignal zu der Befestigungsmaschinensteuerung 120 aus. Dann steuert die Befestigungsmaschinensteuerung 120 aufgrund des Empfangens des Einstellungsvollendungssignals die Befestigungsmaschine 12 und befestigt dabei die Schraube 90 mit dem eingestellten regulären Befestigungsmoment.
Wenn das Befestigungsmoment das reguläre Befestigungsmoment erreicht (Ja in dem Schritt S9), hält die Befestigungsmaschinensteuerung 120 die Befestigungsmaschine 12 an und beendet dabei den regulären Befestigungsvorgang (S10). Dann gibt die Befestigungsmaschinensteuerung 120 ein Regulärbefestigungsvollendungssignal, das anzeigt, dass der reguläre Befestigungsvorgang beendet wurde, zu der Manipulatorsteuerung 160 aus. Wenn andererseits das Befestigungsmoment kleiner als der reguläre Befestigungsmoment ist, (Nein in dem Schritt S9), fährt die Befestigungsmaschinensteuerung 120 mit dem Befestigen der Schraube 90 durch die Befestigungsmaschine 12 fort.
Als Nächstes misst die Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 ein zweites Vertiefungsausmaß a2 auf dem Kopf 90a der regulär befestigten Schraube 90 unter Verwendung des Bereichfinders 14 (S11). Insbesondere, wenn das Regulärbefestigungsvollendungssignal zu der Manipulatorsteuerung 160 eingegeben wird, zieht sie die Befestigungsmaschine 12 von der Position zurück, wo die Befestigungsmaschine 12 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt. Dann steuert die Manipulatorsteuerung 160 den Manipulator 16 so, dass das Bildaufnahmeelement 14a des Bereichfinders 14 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt. Wenn der Bereichfinder 14 über dem Kopf 90a der Schraube 90 eingestellt ist, gibt die Manipulatorsteuerung 160 ein Einstellungsvollendungssignal zu der Bereichfindersteuerung 140 aus.
Ähnlich zu dem ersten Bild erlangt aufgrund des Empfangens des Einstellungsvollendungssignals die Bereichfindersteuerung 140 ein Bereichbild (ein zweites Bild) des Kopfs 90a der regulär befestigten Schraube 90. Außerdem misst die Bereichfindersteuerung 140 ähnlich zu dem ersten Vertiefungsausmaß a1 ein zweites Vertiefungsausmaß a2 auf dem Kopf 90a der regulär befestigten Schraube 90 unter Verwendung des zweiten Bilds.
Als Nächstes misst die Bereichfindersteuerung 140 eine Axialkraft (erste Axialkraft) F1 der vorläufig befestigten Schraube 90 unter Verwendung des ersten Vertiefungsausmaßes a1, misst eine Axialkraft (zweite Axialkraft) F2 der regulär befestigten Schraube 90 unter Verwendung des zweiten Vertiefungsausmaßes a2, und berechnet einen Unterschied F3 zwischen den ersten und zweiten Axialkräften F1 und F2 (S12). Insbesondere berechnet die Bereichfindersteuerung 140 jede der Axialkräfte F1 und F2 und den Unterschied F3 unter Verwendung des ersten Vertiefungsausmaßes a1, des zweiten Vertiefungsausmaßes a2 und einer Axialkraftumwandlungskurve oder einer Umwandlungsformel und so weiter entsprechend der Axialkraftumwandlungskurve.
Die 3 ist ein Diagramm, das eine Axialkraftumwandlungskurve zeigt. Die Axialumwandlungskurve ist eine Kurve in einem Diagramm, in der eine horizontale Achse Vertiefungsausmaße darstellt, und eine vertikale Achse Axialkräfte darstellt. Die Steuervorrichtung 100 speichert diese Axialkraftumwandlungskurve. Es ist anzumerken, dass die Axialkraftumwandlungskurve z.B. durch das folgende Verfahren erzeugt werden kann.
Axialkräfte in Zuständen, in denen Schrauben des gleichen Standards mit verschiedenen Befestigungsmomenten befestigt werden, werden im Voraus unter Verwendung eines Spannungsüberprüfers, einer Lastzelle usw. gemessen. Außerdem werden die Vertiefungsausmaße von Köpfen der Schrauben in diesen Zuständen unter Verwendung eines Bereichfinders berechnet. Dann wird eine Mehrzahl Punkte ausgedruckt, die Vertiefungsausmaße und Axialkräfte anzeigen, und eine Annäherungskurve (oder eine angenäherte gerade Linie) dieser Punkte wird als Axialkraftumwandlungskurve definiert. Deswegen kann die Axialkraftumwandlungskurve eine gerade Linie sein. Der Begriff „Kurve“ in dieser Beschreibung betrifft nämlich ein Konzept, das auch eine gerade Linie einschließt. Es ist anzumerken, dass die Steuervorrichtung 100 eine Mehrzahl unterschiedlicher Axialkraftumwandlungskurven für verschiedene Arten von Schrauben 90 speichern kann.
Durch Verwendung der voranstehend beschriebenen Axialkraftumwandlungskurve kann die Bereichfindersteuerung 140 die erste Axialkraft F1 unter Verwendung des ersten Vertiefungsausmaßes a1 ableiten, und die zweite Axialkraft F2 unter Verwendung des zweiten Vertiefungsausmaßes a2 ableiten. Dann kann die Bereichfindersteuerung 140 den Unterschied F3 durch Subtrahieren der abgeleiteten ersten Axialkraft F1 von der abgeleiteten zweiten Axialkraft F2 berechnen.
Es ist anzumerken, dass, da die Axialkraftumwandlungskurve in dieser Ausführungsform eine gerade Linie ist, wie aus der 3 ersichtlich ist, der Unterschied F3 unter Verwendung eines Werts berechnet werden kann, der durch Subtrahieren des ersten Vertiefungsausmaßes a1 von dem zweiten Vertiefungsausmaß a2 und der Axialkraftumwandlungskurve erhalten wird, ohne die ersten und zweiten Axialkräfte F1 und F2 abzuleiten.
Als Nächstes misst die Bereichfindersteuerung 140 eine geschätzte Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 unter Verwendung eines ersten Moments T1, mit dem die Schraube 90 vorläufig befestigt wurde, eines zweiten Moments T2, mit dem die Schraube 90 regulär befestigt wurde, und dem Unterschied F3 (S13).
Das erste Moment T1, mit dem die Schraube 90 vorläufig befestigt wurde, kann entweder ein vorbestimmtes vorläufiges Befestigungsmoment sein, oder ein Moment, das durch einen Momentsensor gemessen wird, der in der Befestigungsmaschine 12 bereitgestellt ist, wenn die Schraube 90 vorläufig befestigt wird. Außerdem kann das zweite Moment T2, mit dem die Schraube 90 regulär befestigt wird, entweder ein vorbestimmtes reguläres Befestigungsmoment sein, oder ein Moment, das durch den Momentsensor gemessen wird, der in der Befestigungsmaschine 12 bereitgestellt ist, wenn die Schraube 90 regulär befestigt wird.
Hier ist das Moment, mit dem die Schraube 90 vorläufig befestigt wird, durch t1 dargestellt; das Moment, mit dem die Schraube 90 regulär befestigt wird, ist durch t2 dargestellt; die Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube ist durch f1 dargestellt; ein Unterschied zwischen der Axialkraft der regulär befestigten Schraube und der der vorläufig befestigten Schraube ist durch f2 dargestellt; und der Reibungskoeffizient der Schraube durch µ dargestellt. Dann kann das Moment t1 durch den im Folgenden gezeigten Ausdruck 1 abgeleitet werden. $t 1 = μ \times f 1$
Außerdem kann das Moment t2 durch dem in Folgenden gezeigten Ausdruck 2 abgeleitet werden. $t2 = μ \times f2 + t1$
Außerdem kann der im Folgenden gezeigte Ausdruck 3 von den voranstehend gezeigtem Ausdruck 1 und Ausdruck 2 abgeleitet werden. $t 2 = μ \times (f1 + f2)$
Durch Modifizieren des Ausdrucks 3 in „µ=t2/(f1+f2)“, Substituieren davon in den Ausdruck 2, und Modifizieren des erhaltenen Ausdrucks kann der im Folgenden gezeigte Ausdruck 4 abgeleitet werden. $t 2 - t 1 = f 2 \times t 2 / (f1 + f2)$
Durch das weitere Modifizieren des Ausdrucks 4 kann der im Folgenden gezeigte Ausdruck 5 abgeleitet werden. $f 2 + f 1 = f 2 \times t 2 / (t2 - t 1)$
Der durch den Ausdruck 5 berechnete Wert „f1+f2“ ist eine geschätzte Axialkraft der regulär befestigten Schraube. Auf diese Weise ist es möglich, die geschätzte Axialkraft der Schraube 90 zu messen, die regulär an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist, indem das erste Moment T1, das zweite Moment T2 und der Unterschied F3 verwendet werden.
Es ist anzumerken, dass, da das erste Moment T1 und das zweite Moment T2 vorbestimmte Werte oder durch den Momentsensor abgemessene Werte aufweisen, diese einfach abgeleitet werden können. Außerdem kann der Unterschied F3 ebenfalls einfach unter Verwendung des Vertiefungsausmaßes und der Axialkraftumwandlungskurve abgeleitet werden. Außerdem weist der Unterschied F3 einen Wert auf, in dem ein einzelner Unterschied in dem ersten Vertiefungsausmaß a1 auf dem Kopf 90a von jeder Schraube 90 beseitigt ist. Deswegen kann die Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 genau gemessen werden.
Als Nächstes bestimmt die Bereichfindersteuerung 140, ob die geschätzte Axialkraft der Schraube 90 gleich höher oder größer als die Sollaxialkraft ist oder nicht (S14). Wenn die geschätzte Axialkraft der Schraube 90 gleich höher oder größer als die Sollaxialkraft ist (Ja in dem Schritt S14), bestimmt die Bereichfindersteuerung 140, dass die Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist (S15). Wenn die geschätzte Axialkraft der Schraube 90 kleiner als die Sollaxialkraft ist (Nein in dem Schritt S14), bestimmt die Bereichfindersteuerung 140 andererseits, dass die Schraube 90 nicht zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist (S16). Mit der voranstehend beschriebenen Bestimmung ist das Befestigungsbestimmungsverfahren für die Schraube 90 gemäß dieser Ausgangsform beendet.
Es ist anzumerken, dass, obwohl das Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform die Prozesse in den Schritten S14 bis S16 hat, die Prozesse in den Schritten S14 bis S16 in einem Axialkraftmessverfahren für eine Schraube 90 ausgelassen werden können. Das Axialkraftmessverfahren für die Schraube 90 wird nämlich innerhalb des Befestigungsbestimmungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform ausgeführt.
Als Nächstes wird ein Vorgang zum Erlangen eines Bereichbilds unter Verwendung des Bereichfinders 14 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Die 4 zeigt einen Zustand, in dem ein Bereichbild unter Verwendung eines Bereichfinders gemäß dieser Ausführungsform erlangt wird. Es ist anzumerken, dass in der 4 eine Vertiefung auf dem Kopf 90a der Schraube 90 durch eine Strich-Punkt-Linie angezeigt ist.
Wie aus der 4 ersichtlich ist, hat der Bereichfinder 14 z.B. eine Lichtquelle 14b und ein Interferometer 14c. Zum Beispiel führt die Lichtquelle 14b ein Bezugslicht und ein Signallicht, die ein Laserlicht sind, zu dem Interferometer 14c zu. Das Interferometer 14c wendet das Signallicht auf der obersten Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 an.
Das Interferometer 14c empfängt reflektiertes Licht des Signallichts, d.h., das Signallicht, das von der obersten Oberfläche des Kopfs 90a reflektiert wurde. Außerdem erlangt das Interferometer 14c als ein Basissignal ein Signal, das dadurch erhalten wird, dass dafür gesorgt wird, dass das Signallicht, das nicht auf die oberste Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 angewendet ist, und das Bezugslicht miteinander in Interferenz sind. Das Interferometer 14c erlangt ein Signal, das dadurch erhalten wird, dass dafür gesorgt wird, dass das reflektierte Licht und das Bezugslicht miteinander als ein Messsignal in Interferenz sind.
Dann misst der Bereichfinder 14 einen Abstand zu einer Stelle auf dem Kopf 90a der Schraube 90, auf die das Signallicht angewendet ist, unter Verwendung eines Unterschieds (eines Phasenunterschieds, eines Zeitunterschieds, usw.) zwischen dem Basissignal und dem Messsignal. Außerdem kann der Bereichfinder 14 einen Abstand zu jeder Stelle an der obersten Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 messen, indem dafür gesorgt wird, dass das Interferometer 14c das Signallicht auf der obersten Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 unter Verwendung eines Galvanospiegels oder ähnlichem abtastet (d.h., aufeinanderfolgend den bestrahlten Punkt des Signallichts bewegt).
Der Bereichfinder 14 erzeugt ein Bereichbild, in dem jedes Pixel einem entsprechenden Punkt auf der obersten Oberfläche entspricht, und dessen Pixelwert einen Abstand zu dem entsprechenden Punkt anzeigt, und gibt das erzeugte Bereichbild zu der Bereichfindersteuerung 140 aus. Auf diese Weise kann die Bereichfindersteuerung 140 das Bereichbild des Kopfs 90a der Schraube 90 erlangen.
Es ist anzumerken, dass Pixelwerte in dem Bereichbild so definiert sein können, dass, desto länger der Anstand zu dem Bereichfinder 14 ist, der Pixelwert umso größer wird, oder desto länger der Abstand zu dem Bereichfinder 14 ist, der Pixelwert umso kleiner wird. In dem Fall, in dem größere Pixelwerte längere Abstände zu dem Bereichfinder 14 anzeigen, zeigen Pixel, die große Pixelwerte aufweisen, Stellen an, die geringe Höhen auf dem Kopf 90a der Schraube 90 aufweisen. Andererseits zeigen in dem Fall, in dem kleinere Pixelwerte längere Abstände zu dem Bereichfinder 14 anzeigen, Pixel, die große Pixelwerte aufweisen, Stellen an, die hohe Höhen auf dem Kopf 90a der Schraube 90 aufweisen. Ein Pixelwert eines Pixels zeigt nämlich einen Abstand von dem Bereichfinder 14 zu einer Stelle entsprechend dem Pixel an und kann eine Höhe dieser Stelle anzeigen.
Es ist anzumerken, dass der Bereichfinder 14, der aus der 4 ersichtlich ist, der ein Verfahren mit optischem Kamm (optical comb method) einsetzt. Jedoch ist der Bereichfinder 14 nicht auf solche Verfahren begrenzt, sondern kann einer sein, der ein Shadow-Moire-Verfahren oder ähnliches einsetzt. Außerdem kann das Interferometer 14c einstückig mit dem Bildaufnahmeelement 14a ausgebildet sein. Außerdem kann die Bereichfindersteuerung 140 ein Bereichbild ausgehend von Abstandsdaten an jeder Stelle der obersten Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 erzeugen.
Als Nächstes wird ein Vorgang zum Berechnen eines Vertiefungsausmaßes auf dem Kopf 90a der Schraube 90 unter Verwendung eines Bereichbilds beschrieben. Ein Vertiefungsausmaß wird durch Berechnen eines Unterschieds zwischen einem Abstand zu dem Boden (Tal) auf der obersten Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 und einem Abstand zu dem obersten (Berg) auf der obersten Oberfläche aus einem Bereichbild gemessen. Das Vertiefungsausmaß ist nämlich ein Wert, der durch Subtrahieren der Höhe des Bodens (Tal) auf der obersten Oberfläche des Kopfs 90a der Schraube 90 von der Höhe des obersten (Berg) auf der obersten Oberfläche erhalten wird.
Es ist anzumerken, dass, da sie Schraube 90 gemäß dieser Ausführungsform eine Schraube mit sechseckigem Kopf ist, eine kleine Vertiefung auf der obersten Oberfläche des Kopfabschnitts 90a vorhanden ist, und somit das Vertiefungsausmaß grob 0 beträgt, bevor die Schraube 90 befestigt wird. Jedoch kann in dem Fall, in dem die Schraube 90 eine Schraube ist, in der ein mittleres Teil auf der obersten Oberfläche des Kopfs 90a vorragt, das Vertiefungsausmaß einen negativen Wert aufweisen.
Die 5 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs zum Berechnen einer Höhe eines Bodens auf einem Kopf einer Schraube unter Verwendung eines Bereichbilds. Die 5(a) zeigt ein ursprüngliches Bild eines Bereichbilds entsprechend dem Kopf 90a der Schraube 90. Die Bereichfindersteuerung 140 führt eine Binärisierungsverarbeitung, eine Markierungsverarbeitung usw. für das in der 5(a) gezeigte Bereichbild durch und extrahiert dabei den Kopf 90a der Schraube 90 so, wie aus der 5(b) ersichtlich ist.
Die Binärisierungsverarbeitung wird durchgeführt, indem jeder Pixelwert in dem Bereichbild in eine von zwei Farben (z.B. schwarz oder weiß) klassifiziert wird, abhängig davon, ob der Pixelwert gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Schwelle ist. Wenn in dem in der 5(b) gezeigten Beispiel ein Pixelwert anzeigt, dass eine Höhe höher als eine vorbestimmte Schwelle ist (d.h., er zeigt an, dass ein Abstand von dem Bereichfinder 14 kürzer als eine vorbestimmte Schwelle ist), ist das Pixel als weiß klassifiziert. Außerdem ist das Pixel als schwarz klassifiziert, falls dies nicht der Fall ist.
Die Markierungsverarbeitung ist eine Verarbeitung, in der die gleiche Zahl zu aufeinanderfolgenden Pixeln zugewiesen wird, die den gleichen Pixelwert aufweisen, und die Pixel werden gemäß der zugewiesenen Zahl in unterschiedliche Farben unterteilt. Durch diese Markierungsverarbeitung ist es möglich, Geräusche zu verhindern, die aufgrund von Staub oder ähnlichem, die fehlerhaft als Teil der Schraube 90 erkannt wurden, zu einem höheren Messergebnis führen (d.h., näher an dem Bereichfinder 14) als die aktuelle Höhe. Durch die voranstehend beschriebene Verarbeitung kann die Bereichfindersteuerung 140 weiße Teile (die in der 5(b) dargestellt sind), aus dem Kopf 90a der Schraube 90 erkennen.
Dann verbindet die Bereichfindersteuerung 140 gegenüberliegende Ecken in dem Sechseck durch Liniensegmente und berechnet den Schnitt dieser Liniensegmente als den Schwerpunkt C1 des Kopfs 90a der Schraube 90 in dem Bild des Kopfs 90a, wie aus 5(b) ersichtlich ist. Es ist anzumerken, dass all diese Ecken nicht notwendigerweise durch drei Liniensegmente verbunden sein müssen. Es kann nämlich auch der Schnitt von zwei Liniensegmenten als der Schwerpunkt C1 definiert sein. Wenn sich außerdem die drei Liniensegmente nicht in einem Punkt schneiden, kann der Schwerpunkt eines Dreiecks, das unter Verwendung der drei Schnitte als Ecken ausgebildet ist, als Schwerpunkt C1 definiert werden.
Als Nächstes definiert die Bereichfindersteuerung 140 einen Durchschnittswert von Pixelwerten der Pixel in einer Kreisfläche R1, die auf den Schwerpunkt C1 zentriert ist, und einen Radius r1 aufweist, als Abstand zu dem Boden (Tal) auf dem Kopf 90a der Schraube 90, d.h., als eine Höhe h1 des Bodens. Der Radius r1 beträgt z.B. 2,5 mm, ist aber nicht auf diesen Wert begrenzt. Der Radius r1 kann als geeignet entsprechend der Größe und Form des Kopfs 90a der Schraube 90 bestimmt werden (wie z.B. eine Größe eines konkaven Teils wie z.B. eines sechseckigen Hülsenteils, das bereits in dem Kopf 90a ausgebildet ist).
Die 6 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs zum Berechnen einer Höhe eines obersten eines Kopfs einer Schraube unter Verwendung eines Bereichbilds. Die Bereichfindersteuerung 140 extrahiert (d.h., wählt aus) eine vorbestimmte Anzahl von Pixeln (z.B. 10 Pixel), die den Stellen entspricht, deren Höhen relativ hoch unter den Pixeln sind, die auf jeder einer Mehrzahl von imaginären geraden Linien L positioniert sind, die sich radial von dem Schwerpunkt in Abständen von konstanten Winkeln (z.B. 0,5 Grad) erstreckt.
Zum Beispiel extrahiert die Bereichfindersteuerung in dem Fall, in dem kleinere Pixelwerte größere Abstände zu dem Bereichfinder 14 anzeigen, zehn Pixel, die relativ große Pixelwerte aufweisen (d.h., sie wählt zehn Pixel aus). Außerdem extrahiert die Bereichfindersteuerung 140 in dem Fall, in dem größere Pixelwerte längere Abstände zu dem Bereichfinder 14 anzeigen, zehn Pixel, die relativ kleine Pixelwerte aufweisen (d.h., sie wählt zehn aus).
Dann definiert die Bereichfindersteuerung 140 einen Durchschnittswert der extrahierten Pixel (7.200 (720x10=7.200) in dem voranstehend beschriebenen Beispiel) als einen Abstand zu dem obersten Bereich (Berg) auf dem Kopf 90a der Schraube 90, d.h., als eine Höhe a2 des obersten Bereichs. Auf diese Weise kann die Bereichfindersteuerung 140 einen Wert berechnen, der durch Subtrahieren der Höhe h1 des Bodens von der Höhe h2 des obersten Bereichs als ein Vertiefungsausmaß gehalten wurde.
Allgemein ist der durch die Axialkraft verformte Bereich der Mittelteil des Kopfs 90a, d.h., ein Bereich an oder um den Schwerpunkt C1 des Kopfs 90a der Schraube 90. Im Gegensatz dazu wird ein Bereich an oder nahe des Rands (ein Randteil) des Kopfs 90a der Schraube 90 kaum durch die Axialkraft verformt. Deshalb bedeutet dies, dass das oberste des Kopfs 90a der Schraube 90 an oder nahe dem Rand des Kopfs 90a angeordnet ist. Außerdem ändert sich die aktuelle Höhe des obersten des Kopfs 90a der Schraube 90 nicht. Außerdem können die Pixel, die Werte aufweisen, die hohe Höhen anzeigen (d.h., Pixel entsprechend dem obersten) unter den Pixeln, die auf die imaginären geraden Linien L positioniert sind, angrenzend zueinander an einer Stelle in dem Bereichbild liegen, die dem Bereich an oder nahe dem Rand des Kopfs 90a der Schraube 90 entspricht.
Eine Pixelgruppe Gpx, die aus der 6 ersichtlich ist, zeigt eine Gruppe von zehn Pixeln an, die zehn Pixelwerte aufweisen, die die zehn höchsten Höhen unter den Pixeln anzeigen, die auf jeder imaginären geraden Linie L positioniert sind. Außerdem liegen in der Pixelgruppe Gpx die zehn Pixel, die die Pixelwerte aufweisen, die die zehn höchsten Höhen anzeigen, angrenzend aneinander. Außerdem bildet ein Satz Pixel entsprechend dem obersten des Kopfs 90a der Schraube 90 grob eine ringförmige Form entlang des Rands des Kopfs 90a, obwohl dies von der Form des Kopfs 90a der Schraube 90 abhängt.
In dem voranstehend beschriebenen Axialkraftmessverfahren, dem Befestigungsbestimmungsverfahren, der Axialkraftmessvorrichtung und der Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 für die Schraube 90 wird die Axialkraft der Schraube 90, die regulär an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist, unter Verwendung des ersten Moments T1, des zweiten Moments T2 und des Unterschieds F3 gemessen. Es ist anzumerken, dass der Unterschied F3 unter Verwendung des ersten Vertiefungsausmaßes a1 als Basisausmaß berechnet werden kann, und somit berechnet werden kann, während einzelne Unterschiede in der Form der obersten Oberfläche des Kopfs 90a jeder Schraube 90 beseitigt sind. Deswegen kann die Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 genau gemessen werden. Als Ergebnis können das Befestigungsbestimmungsverfahren unter Verwendung des Axialkraftmessverfahrens für die Schraube 90 und die Befestigungsbestimmungsvorrichtung 1 unter Verwendung der Axialkraftmessvorrichtung der Schraube 90 gemäß dieser Ausführungsform genau bestimmen, ob die regulär befestigte Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist oder nicht.
<Zweite Ausführungsform>
Eine Befestigungsbestimmungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist konfiguriert, dass sie in der Lage ist, zu bestimmen, ob eine Schraube 90 zulässig an einem befestigten Bauteil 80 befestigt ist oder nicht. Die Befestigungsbestimmungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird im Folgenden zusammen mit einem Befestigungsbestimmungsverfahren beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Befestigungsbestimmungsvorrichtung und das Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform grob die gleichen wie die Befestigungsbestimmungsvorrichtung und die Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform sind. Deswegen wird eine doppelte Beschreibung ausgelassen und die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Bauteilen/Strukturen zugewiesen.
Die 7A und 7B sind Flussdiagramme, deren Verfahren zum Bestimmen des Befestigens einer Schraube mit dieser Ausführungsform zeigen. Es ist anzumerken, dass Prozesse in den Schritten S21 bis S27 in dem Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß dieser Ausführungsformen denen der Schritte S1 bis S7 in dem Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen. Außerdem entsprechen Prozesse in den Schritten S32 bis S40 in dem Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform denen der Schritte S8 bis S16 in dem Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform.
In dem Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform löst nämlich die Befestigungsbestimmungsvorrichtung nach dem Prozess in dem Schritt S27 die Schraube 90 (S28). Insbesondere, wenn die Bereichfindersteuerung 140 ein erstes Vertiefungsausmaß a1 misst, gibt sie ein Messungsvollendungssignal zu der Manipulatorsteuerung 160 aus. Aufgrund des Empfangens des Messungsvollendungssignals zieht die Manipulatorsteuerung 160 den Bereichfinder 14 von der Position zurück, wo der Bereichfinder 14 dem Kopf 90a der Schraube 90 gegenüberliegt. Dann steuert die Manipulatorsteuerung 160 den Manipulator 16 so, dass der Manipulator 16 das Hülsenteil 12a der Befestigungsmaschine 12 so bewegt, dass das Hülsenteil 12a dem Kopfabschnitt 90a der Schraube 90 gegenüberliegt, und senkt das Hülsenteil 12a so ab, dass der Kopf 90a in das Hülsenteil 12a aufgenommen ist.
Wenn die Schraube 90 in den Zustand versetzt ist, wo ihr Kopf 90a in das Hülsenteil 12a der Befestigungsmaschine 12 eingefügt ist, gibt die Manipulatorsteuerung 160 ein Einstellungsvollendungssignal zu der Befestigungsmaschinensteuerung 120 aus.
Aufgrund des Empfangens des Einstellungsvollendungssignals steuert die Befestigungsmaschinensteuerung 120 die Befestigungsmaschine 12 so, dass die Schraube 90 auf einen eingestellten Drehwinkel gelöst wird. Wenn der Drehwinkel der Schraube 90 den eingestellten Drehwinkel erreicht, hält die Befestigungsmaschinensteuerung 120 die Befestigungsmaschine 12 an und beendet dabei den Lösevorgang.
Als Nächstes bestimmt die Befestigungsbestimmungsvorrichtung, ob ein Lösemoment, mit dem die Schraube 90 gelöst wurde, gleich viel oder größer als ein Schwellmoment ist oder nicht (S29). Insbesondere, ist die Befestigungsmaschine 12 z.B. mit einem Momentsensor ausgestattet und gibt ein Signal, dass das Lösemoment anzeigt, mit dem die Schraube 90 gelöst wird, zu der Befestigungsmaschinensteuerung 120 aus. Wenn dann der Lösevorgang beendet ist, bestimmt die Befestigungsmaschinensteuerung 120, ob das durch das Eingangssignal angezeigte Lösemoment, d.h., das Lösemoment, mit dem die Schraube 90 gelöst wurde, gleich viel oder größer als das eingestellte Schwellmoment ist oder nicht.
Es sollte angemerkt werden, dass, wenn die Schraube 90 nicht zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist (d.h., nicht zulässig hineingeschraubt ist) in der Schraube 90 ein Brennen auftritt. Als Ergebnis ist ein Lösemoment erforderlich, um die Schraube 90 von dem befestigten Bauteil 80 zu lösen, das größer als das Moment ist, das erforderlich ist, wenn die Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist.
Wenn in dieser Ausführungsform das durch das Eingangssignal angezeigte Lösemoment, d.h., das Lösemoment, mit dem die Schraube 90 gelöst wird, gleich wie oder größer als das eingestellte Schwellmoment ist (Ja in S29), bestimmt deswegen die Befestigungsmaschinensteuerung 120, dass die Schraube 90 nicht zuverlässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist (S30).
Wenn andererseits das durch das Eingangssignal angezeigte Lösemoment, d.h., das Lösemoment, mit dem die Schraube 90 gelöst wird, kleiner als das eingestellte Schwellmoment ist (Nein in S29), bestimmt die Befestigungsmaschinensteuerung 120, dass die Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist (S31), und geht weiter zu dem Prozess in dem Schritt S32.
Da die Befestigungsbestimmungsvorrichtung und das Befestigungsbestimmungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform bestimmen, ob die Schraube 90 zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist oder nicht, wie voranstehend beschrieben wurde, können sie verhindern, dass die Schraube 90 unzulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist.
<Dritte Ausführungsform>
In den ersten und zweiten Ausführungsformen ist als Beispiel der Schraube 90 eine feste Schraube mit sechseckigem Kopf an einem befestigten Bauteil 80 befestigt. Jedoch kann eine Schraube mit sechseckigem Kopf mit einem hohlen Schaft ebenfalls an einem befestigten Bauteil in einer ähnlichen Weise befestigt werden. Es ist anzumerken, dass die Befestigungsbestimmungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform grob die gleiche Konfiguration aufweist wie die der Befestigungsbestimmungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Deswegen werden doppelte Beschreibungen an Zeichnungen ausgelassen, und die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Bauteilen/Strukturen zugewiesen.
Es ist anzumerken, dass die 8 ein Querschnitt ist, der eine an einem befestigten Bauteil befestigte Schraube zeigt. Die 9 ist eine Draufsicht, die die an dem befestigten Bauteil befestigte Schraube zeigt. Wenn eine Schraube 91 an einem befestigten Bauteil befestigt wird, wird in der Schraube 91 eine Axialkraft so erzeugt, dass die Schraube 91 sich in einer axialen Richtung zusammenzieht. Deswegen empfängt ein Kopf 91b der Schraube 91 eine Kraft in einer Richtung, in der der Kopf 91b durch einen Schaft 91a der Schraube 91 gezogen wird.
Da in diesem Zustand ein ringförmiges Teil 91c, das sich auf einer verlängerten Linie des Schafts 91a (auf dem verlängerten Schaft) befindet, eine größte Axialkraft in den Kopf 91b empfängt, wird das ringförmige Teil 91c stärker vertieft als ein Mittelteil 91d und ein Randteil 91e es werden. Umso größer die Axialkraft der Schraube 91 ist, desto stärker wird das ringförmige Teil 91c relativ zu den anderen Teilen vertieft. Deswegen ist es möglich, die Axialkraft der Schraube 91 durch Messen eines Werts zu messen, der durch Subtrahieren einer Höhe des am stärksten vertieften Bereichs in dem ringförmigen Teil 91c von einer Höhe des am wenigsten vertieften Bereichs in dem Mittelteil 91d, d.h., durch das Messen eines Vertiefungsausmaßes auf dem Kopf 91b, erhalten wird.
Deswegen wird in dieser Form jede aus der Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube 91 unter Axialkraft der regulär befestigten Schraube 91 unter Verwendung eines Werts (eines Vertiefungsausmaßes) gemessen, das durch Subtrahieren einer Höhe des am stärksten vertieften Bereichs in dem ringförmigen Teil 91c von einer Höhe des am wenigsten vertieften Bereichs in dem Mittelteil 91d erhalten wird.
Ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer Schraube 91, das innerhalb eines Befestigungsbestimmungsverfahrens gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird, wird im Folgenden beschrieben. Die 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer Schraube zeigt, das in einem Befestigungsbestimmungsverfahren für eine Schraube gemäß dieser Ausführungsform durchgeführt wird. Die 11 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Vorgangs zum Berechnen eines Vertiefungsausmaßes auf einem Kopf einer Schraube unter Verwendung eines Bereichbilds.
Zuerst erlangt ähnlich zu der ersten Ausführungsform die Bereichfindersteuerung 140 ein Bereichbild (S41), extrahiert einen Kopf 91b einer Schraube 91 durch Durchführen einer Binärisierungsverarbeitung, einer Markierungsverarbeitung usw. für das erlangte Bereichbild, beseitigt Geräusche N, die durch Staub und ähnliches verursacht werden, und berechnet einen Schwerpunkt C2 des Kopfs 91b der Schraube 91 (S42).
Als Nächstes berechnet die Bereichfindersteuerung 140 einen Durchschnittswert von Höhen einer Kreisfläche R2, die auf den Schwerpunkt C2 des Kopfs 91b der Schraube 91 zentriert ist, und einen Radius r2 aufweist. Es ist anzumerken, dass die Kreisfläche R2 innerhalb des Mittelteils 91d vorgesehen ist, und die Bereichfindersteuerung 140 den berechneten Durchschnittswert als Höhe des am wenigsten vertieften Bereichs in dem Mittelteil 91d definiert (S43).
Als Nächstes wiederholt die Bereichfindersteuerung 140 einen Vorgang, einen Durchschnittswert von Höhen eines ringförmigen Bereichs R3 zu berechnen, der die Kreisfläche R2 umgibt, und einen Unterschied zwischen einem vorbestimmten Innendurchmesser und einem vorbestimmten Außendurchmesser als seine Breite aufweist, während der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des ringförmigen Bereichs R3 pro Durchgang um einen vorbestimmten Wert geändert wird.
Die Bereichfindersteuerung 140 tastet nämlich (d.h., sie verschiebt) den ringförmigen Bereich R3 radial von dem Schwerpunkt C2 weg. Es ist anzumerken, dass der ringförmige Bereich R3 innerhalb des ringförmigen Teils 91c vorgesehen ist, und die Bereichfindersteuerung 140 den Durchschnittswert des ringförmigen Bereichs R3 definiert, der den kleinsten Durchschnittswert von Höhen als Höhe des am stärksten vertieften Bereichs in dem ringförmigen Bereich 91c definiert (S44) .
Als Nächstes misst die Bereichfindersteuerung 140 ein Vertiefungsausmaß auf dem Kopf 91b durch Subtrahieren einer Höhe des am stärksten vertieften Bereichs in dem ringförmigen Teil 91c von einer Höhe des am wenigsten vertieften Bereichs in dem Mittelteil 91d (S45).
Als Nächstes misst die Bereichfindersteuerung 140 eine Axialkraft der Schraube 91 unter Verwendung des Vertiefungsausmaßes auf dem Kopf 91b und einer Axialkraftumwandlungskurve (S46). Durch den voranstehend beschriebenen Vorgang ist es ähnlich zu den ersten und zweiten Ausführungsformen möglich, ein Verfahren zum Bestimmen des Befestigens einer Schraube 91 durch Messen einer Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube 91 und einer Axialkraft der regulär befestigten Schraube 91 auszuführen.
Auf diese Weise ist es möglich, wenn eine Schraube 91, die einen hohlen Schaft 91a aufweist, an einem befestigten Bauteil 80 befestigt wird, eine Axialkraft der Schraube 91 zu messen, zusätzlich zu einem Messen der Schraube 90, die einen festen Schaft 90b aufweist. Außerdem ist es möglich, zu bestimmen, ob die Schraube 91, die den hohlen Schaft 91a aufweist, zulässig an dem befestigten Bauteil 80 befestigt ist oder nicht.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne von dem Geist der Bereich vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In den voranstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen werden eine Axialkraft in einer vorläufig befestigten Schraube und eine Axialkraft einer regulär befestigten Schraube unter Verwendung von Vertiefungsausmaßen auf dem Kopf der Schraube und einer Axialkraftumwandlungskurve gemessen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf solche Messungen begrenzt. Zum Beispiel besteht eine Korrelation zwischen Verlängerungsausmaßen einer Schraube und Axialkräften der Schraube. Deswegen kann eine Axialkraft einer vorläufig befestigten Schraube und/oder eine Axialkraft einer regulär befestigten Schraube durch Messen eines Verlängerungsausmaßes der an einem befestigten Bauteil befestigten Schraube mittels Ultraschallwellen oder ähnlichem gemessen werden, und das gemessene Verlängerungsausmaß und eine vorbestimmte Korrelation zwischen Verlängerungsausmaßen der Schraube und Axialkräften der Schraube verwendet werden. Außerdem kann eine Axialkraft in einer vorläufig befestigten Schraube und/oder eine Axialkraft einer regulär befestigten Schraube durch Verwendung eines Axialkraftmessers einer elektromagnetischen Wirbelstromart für eine Schraube gemessen werden. Der Axialkraftmesser der elektromagnetischen Wirbelstromart für eine Schraube verwendet eine Eigenschaft, dass, wenn eine Schraube an einem befestigten Bauteil befestigt wird, und somit ihre Axialkraft steigt, eine Verdichtungsspannung in dem Kopf der Schraube auftritt, und als Ergebnis eine magnetische Permeabilität des Kopfs der Schraube sich verringert. Kurz gesagt, das Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer vorläufig befestigten Schraube und einer Axialkraft einer regulär befestigten Schraube ist nicht auf ein besonderes Messverfahren begrenzt.
Aus der somit beschriebenen Offenbarung wird deutlich, dass die Ausführungsformen der Offenbarung in verschiedenen Weisen variiert werden können. Derartige Variationen sollen nicht als Abweichung von dem Geist und Bereich der Offenbarung betrachtet werden, und alle derartigen Modifikationen, wie sie einem Fachmann offensichtlich wären, sollen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche liegen.
Ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer Schraube, das in der Lage ist, eine Axialkraft der Schraube genau zu messen, ist bereitgestellt. Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Offenbarung hat ein Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer an einem zu befestigenden Bauteil 80 befestigten Schraube 90 ein vorläufiges Befestigen der Schraube 90 an dem zu befestigenden Bauteil 80 mit einem vorläufigen Befestigungsmoment, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einen Kopf 90a der Schraube 90 ausgebildet wird, Messen einer ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube 90, reguläres Befestigen der Schraube 90 an dem zu befestigenden Bauteil 80 mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist, Messen einer zweiten Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 und Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube 90 unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube 90 vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube 90 regulär befestigt wurde und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015081798 A [0002]
JP 2015 [0003]
JP 081798 A [0003]

Claims

Verfahren zum Messen einer Axialkraft einer an einem zu befestigenden Bauteil (80) befestigten Schraube (90, 91), mit: vorläufigem Befestigten der Schraube (90, 91) an dem zu befestigenden Bauteil (80) mit einem vorläufigen Befestigungsmoment, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf (90a, 91a) der Schraube (90, 91) ausgebildet wird; Messen einer ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube (90, 91); regulärem Befestigen der Schraube (90, 91) an dem zu befestigenden Bauteil (80) mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist; Messen einer zweiten Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91); und Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91) unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) regulär befestigt wurde, und eines Unterschieds zwischen den ersten und zweiten Axialkräften.
Verfahren zum Messen der Axialkraft der Schraube (90, 91) nach Anspruch 1, wobei das Messen der ersten Axialkraft umfasst: Erlangen eines ersten Bilds, das eine Höhenverteilung auf dem Kopf der vorläufig befestigten Schraube (90, 91) darstellt; Messen eines ersten Vertiefungsausmaßes auf dem Kopf der vorläufig befestigten Schraube (90, 91) unter Verwendung des ersten Bilds; und Messen der ersten Axialkraft unter Verwendung des ersten Vertiefungsausmaßes und einer vorbestimmten Korrelation zwischen Axialkräften der Schraube (90, 91) und von Vertiefungsausmaßen auf dem Kopf (90a, 91a) der Schraube (90, 91), und das Messen der zweiten Axialkraft umfasst: Erlangen eines zweiten Bilds, das eine Höhenverteilung auf dem Kopf der regulär befestigten Schraube (90, 91) darstellt; Messen eines zweiten Vertiefungsausmaßes auf dem Kopf der regulär befestigten Schraube (90, 91) unter Verwendung des zweiten Bilds; und Messen der zweiten Axialkraft durch Verwendung des zweiten Vertiefungsausmaßes und der vorbestimmten Korrelation zwischen Axialkräften der Schraube (90, 91) und Vertiefungsausmaßen auf dem Kopf (90a, 91a) der Schraube (90, 91).
Verfahren zum Messen der Axialkraft der Schraube (90) nach Anspruch 2, wobei die Schraube (90) eine Schraube mit einem festen Schaft (90b) ist, und jedes aus dem ersten und dem zweiten Vertiefungsausmaß ein Wert ist, der durch Subtrahieren eines Durchschnittswerts einer Höhenverteilung in einer Kreisfläche (R1), die auf einen Schwerpunkt (C1) des Kopfs (90a) der Schraube (90) zentriert ist, von einem Durchschnittswert einer Höhenverteilung in einem Randteil des Kopfs (90a) der Schraube (90) erhalten wird.
Verfahren zum Messen der Axialkraft der Schraube (91) nach Anspruch 2, wobei die Schraube (91) eine Schraube mit einem hohlen Schaft (91b) ist, und jedes aus dem ersten und dem zweiten Vertiefungsausmaß ein Wert ist, der durch Subtrahieren eines Durchschnittswerts einer Höhenverteilung in einem ringförmigen Bereich (R3) auf dem Kopf (91a) der Schraube (91) von einem Durchschnittswert einer Höhenverteilung in einer Kreisfläche (R2) auf dem Kopf (91a) der Schraube (91) erhalten wird, wobei die Kreisfläche (R2) auf einen Schwerpunkt (C2) des Kopfs (91a) der Schraube (91) zentriert ist, der ringförmige Bereich (R3) die Kreisfläche (R2) umgibt und auf einer verlängerten Linie des Schafts (91b) angeordnet ist.
Verfahren zum Bestimmen der Befestigung einer Schraube (90, 91), die an einem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, mit: vorläufigem Befestigen der Schraube (90, 91) an dem zu befestigenden Bauteil (80) mit einem vorläufigen Befestigungsmoment, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf (90a, 91a) der Schraube (90, 91) ausgebildet wird; Messen einer ersten Axialkraft der vorläufigen befestigten Schraube (90, 91); regulärem Befestigen der Schraube (90, 91) an dem zu befestigenden Bauteil (80) mit einem regulären Befestigungsmoment, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist; Messen einer zweiten Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91); Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91) unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) vorläufig befestigt wurde, dem Moment, mit dem die Schraube (90, 91) regulär befestigt ist, und einem Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften; und Bestimmen, dass die regulär befestigte Schraube (90, 91) zulässig an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, wenn die geschätzte Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91) gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Sollaxialkraft ist.
Verfahren zum Bestimmen der Befestigung der Schraube (90, 91) nach Anspruch 5, außerdem mit: Lösen, nach dem Messen der ersten Axialkraft der vorläufig befestigten Schraube (90, 91), der Schraube (90, 91) und Messen eines zum Lösen der Schraube (90, 91) erforderlichen Moments; und Bestimmen, dass die Schraube (90, 91) nicht zulässig an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, wenn das zum Lösen der Schraube (90, 91) erforderliche Moment gleich wie oder größer als ein vorbestimmtes Moment ist.
Axialkraftmessvorrichtung für eine Schraube (90, 91), die an einem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, mit: einer Befestigungseinheit (12), die konfiguriert ist, die Schraube (90, 91) an dem zu befestigenden Bauteil (80) zu befestigen; und einer Messeinheit, die konfiguriert ist, eine Axialkraft der Schraube (90, 91) zu messen, wobei die Messeinheit außerdem konfiguriert ist, zum: Messen einer ersten Axialkraft der Schraube (90, 91), die vorläufig an dem zu befestigenden Bauteil (80) mit einem vorläufigen Befestigungsmoment befestigt ist, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf (90a, 91a) der Schraube (90, 91) ausgebildet wird; Messen einer zweiten Axialkraft der Schraube (90, 91), die regulär mit einem regulären Befestigungsmoment an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist; und Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91) unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) regulär befestigt ist, und einem Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften.
Befestigungsbestimmungsvorrichtung für eine Schraube (90, 91), die an einem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, mit: einer Befestigungseinheit (12), die konfiguriert ist, die Schraube (90, 91) an dem zu befestigenden Bauteil (80) zu befestigen; einer Messeinheit, die konfiguriert ist, eine Axialkraft der Schraube (90, 91) zu messen; und einer Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die Schraube (90, 91) zulässig an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist oder nicht, wobei die Messeinheit außerdem konfiguriert ist, zum: Messen der ersten Axialkraft der Schraube (90, 91), die mit einem vorläufigen Befestigungsmoment vorläufig an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, wobei das vorläufige Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, durch das eine Vertiefung auf einem Kopf (90a, 91a) der Schraube (90, 91) ausgebildet wird; Messen einer zweiten Axialkraft der Schraube (90, 91), die mit einem regulären Befestigungsmoment regulär an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, wobei das reguläre Befestigungsmoment ein im Voraus bestimmtes Moment ist, das größer als das vorläufige Befestigungsmoment ist; und Messen einer geschätzten Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91) unter Verwendung des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) vorläufig befestigt wurde, des Moments, mit dem die Schraube (90, 91) regulär befestigt ist, und einem Unterschied zwischen den ersten und zweiten Axialkräften, und die Bestimmungseinheit außerdem konfiguriert ist, zu bestimmen, ob eine geschätzte Axialkraft der regulär befestigten Schraube (90, 91) gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Sollaxialkraft ist oder nicht, und zu bestimmen, dass die regulär befestigte Schraube (90, 91) zulässig an dem zu befestigenden Bauteil (80) befestigt ist, wenn die geschätzte Axialkraft der Schraube (90, 91) gleich wie oder größer als die vorbestimmte Sollaxialkraft ist.