JP2004216464A

JP2004216464A - 部品圧入確認装置

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Publication number: JP2004216464A
Application number: JP2003003149A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sato; 敏佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: JP4170775B2

Abstract

【課題】従来の隙間ゲージチェックはリミットゲージの厚み以下の隙間を事実上見逃すこととなると共に定量的統計的処理ができず、不良発生原因の調査を難しくし、また、寸法測定や隙間ゲージでの個別チェックは、現実には製造コスト増大を招くといった問題があった。
【解決手段】自動車エンジンのバルブシート等の部品２を自動車エンジン本体等の被圧入部材１の穴１ａに圧入するためのヘッド３と、前記ヘッドに取付けられ前記部品における上端面あるいは内壁面に密接する形状の超音波を発信し前記被圧入部材の前記部品が圧入される底面からの反射波若しくは共振周波数変位から部品の被圧入部材の底面との間隙を検出する電磁音響超音波センサ３ａ，３ａ′と、前記部品形状に応じて設定された底付き状態判別条件を複数記憶し、前記センサで検出された測定信号と前記記憶されている底付き状態判別条件との比較判別を行って、良否結果を表示、記憶する制御手段７とを具備した部品圧入確認装置である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車エンジンのバルブシートをエンジン本体に圧入し、前記バルブシートが正常に圧入されたか否かを確認するための部品圧入確認装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来におけるこの種の部品圧入装置としては、例えば、株式会社協豊製作所のホームページに開示されているものがある。その内容としては、サーボモータをサーボアンプによって制御すると共に、ロードセルによって部品に対する応力を測定しながら圧入するというものであった。
【０００３】
【非特許文献】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｙｏｈｏ−ｓｓ．ｃｏ．ｊｐ／
【０００４】
ところで、前記した従来例において、部品の圧入作業を行った後に、該圧入後の部品が被圧入部材に対して傾いて嵌め込まれていないかや、圧入作業中に部品が被圧入部材の穴壁を削り取った切り子や部品に付着していたバリが被圧入部材の底部と部品との間に挟まり、これが潰れ切らずに残り結果的に隙間を生じているか否かの測定は、底部と部品との間に隙間ゲージを差込み部品と被圧入部材の底部との隙間を測定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような隙間ゲージチェックはリミットゲージの厚み以下の隙間を事実上見逃すこととなると共に定量的統計的処理ができず、不良発生原因の調査を難しくし、また、寸法測定や隙間ゲージでの個別チェックは、現実には製造コスト増大を招くといった問題があった。
【０００６】
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、部品を任意圧入装置で圧入した後の、部品の被圧入部材に対する底付き状態を全周にわたり、若しくは、周部位毎に測定し、その結果を設定値と比較判別し良否判別すると共に部品と底部との密着状態を表示すると共に、測定結果をデータベースに蓄積し必要な時に統計的手法により各種傾向や相関等の分析を行うことができるようにした部品圧入確認装置を提供せんとするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の部品圧入確認装置は前記した目的を達成せんとするもので、その請求項１の手段は、自動車エンジンのバルブシート等の部品を自動車エンジン本体等の被圧入部材の穴に圧入するためのヘッドと、前記ヘッドに取付けられ前記部品における上端面あるいは内壁面に密接する形状の超音波を発信し前記被圧入部材の前記部品が圧入される底面からの反射波若しくは共振周波数変位から部品の被圧入部材の底面との間隙を検出する電磁音響超音波センサと、前記部品形状に応じて設定された底付き状態判別条件を複数記憶し、前記センサで検出された測定信号と前記記憶されている底付き状態判別条件との比較判別を行って、良否結果を表示、記憶する制御手段とを具備したものである。
【０００８】
その請求項２の手段は、前記請求項１の手段において、前記ヘッドに独立した状態で前記センサを全周に渡り連続して配置し、前記部品の周上において順次あるいは一体で駆動することで部品の被圧入部材の底面との間隙の全周を検出するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
その請求項３の手段は、前記請求項１の手段において、前記センサと前記制御手段により、圧入終了状態の部品に超音波を注入し部品の底面と被圧入部材の底部との隙間の有無による超音波エコーの変化を、予め正常状態の超音波エコーから生成した設定値と比較判別して良否を判別するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
その請求項４の手段は、前記請求項１の手段において、前記センサと前記制御手段により、圧入終了状態の部品に超音波を注入し部品底面が受ける荷重の有無によって引き起こされる超音波共振エコーの共振周波数変化を、予め正常圧入完了状態の超音波共振エコーから生成した設定値と比較判別して良否を判別するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
その請求項５の手段は、前記請求項１の手段において、前記センサと前記制御手段により、圧入終了状態の部品に超音波を注入し部品全体が周囲から受ける不均等荷重によって引き起こされる超音波共振エコー定在波の変化を、予め正常状態の超音波共振エコー定在波から生成した設定値と比較判別して良否を判別するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
その請求項６の手段は、前記測定子に組み込まれた電磁石を用いてその近傍に磁場を構成する手段において、測定作業前後に電磁石近傍に吸着された測定作業に有害な磁性塵芥を、弁座を装着する直前に作業時と逆方向に微弱若しくは短時間パルス状電流を流すことで、磁化された周辺磁性体が消磁され磁性塵芥を放出させる手段と、放出を補助する目的で測定子全体を微振動させる手段を具備したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る部品圧入確認装置の一実施の形態を図面と共に説明する。
図１は本発明に係る部品圧入確認装置のシステムブロック図にして、１は自動車エンジン等の被圧入部材、２は該被圧入部材１の穴１ａに圧入嵌合される弁座等の部品、３は前記部品２を前記被圧入部材１の穴１ａに圧入するためのヘッドにして、下部には前記部品２の上面と密接する複数個（例えば、８個）の電磁音響超音波センサ３ａ（以下、単にセンサという）が取付けられている。
【００１４】
また、ヘッド３には振動を加えながら部品を被圧入部材２に対して圧入するための振動子３ｂが内蔵されている（図２参照）。なお、前記センサ３ａに代えて部品２の内周面と密接するようにセンサ３ａ′をヘッド３の外周面に取付けてもよい。なお、センサ３ａ，３ａ′が取付けられたヘッド３は部品２の大きさに合わせて複数種類を用意しておく必要があり、また、センサ３ａ，３ａ′はヘッド３に対して交換可能に取付けられている。
【００１５】
４は前記センサ３ａ，３ａ′に対して超音波信号を送信し、該センサ３ａ，３ａ′よりの反射波を受信するヘッドアンプ、５は部品圧入装置にして、図２に示すように、圧入ロッド５ａに対して油圧シリンダ等を介して荷重を加える荷重手段５ｂと、該圧入ロッド５ａに対して脱着可能な前記ヘッド３を保持するカプラー５ｃとから構成されている。
【００１６】
６は前記荷重手段５ｂに対して荷重信号を印加し、押圧力を加えて被圧入部材１の穴１ａに圧入させるための圧入制御手段にして、後述する制御回路７よりの指令によって駆動するものである。
【００１７】
７は制御回路にして、前記した圧入制御手段６に対して前記したように荷重手段５に対して油圧の供給、排出制御と、図１、図２に示すセンサ３ａまたは３ａ′よりの出力を受けてフローチャートの動作を行う。なお、８はスタートスイッチや停止スイッチ等が設けられた操作手段、９はプリンターおよびＬＥＤ等の表示器からなる検査結果を表示する表示手段である。
【００１８】
次に、本発明に係る部品圧入確認装置を使用して部品２が被圧入部材１に対して正常に嵌合されたか否かの動作を図３〜図６と共に説明する。
先ず、操作手段８によって制御回路７を介して圧入制御手段６を介して荷重手段に対して油圧を供給して圧入を開始する（ステップＳ１）。
【００１９】
そして、前記部品２の被圧入部材１に対しての圧入が行われ、予め設定した圧入力を荷重手段５ｂ内に設けられた荷重センサが検出したか否かを監視し（ステップＳ２）、前記予め設定した圧入力を荷重センサが検出したと判断すると、制御手段７は圧入制御手段６への通電を遮断して圧入を終了する（ステップＳ３）。
【００２０】
この圧入終了時において、図３（ａ）の断面図に示すように部品２の底面と被圧入部材１の底部１ａとの間に切り子等の異物Ａが挟まった状態にあっては、図３（ｂ）に示すように部品２の底面２ａと被圧入部材１の底部１ａとはハッチングで示す部分の如く両者が密着した状態部分と、前記異物Ａが挟まったことにより両者の間に隙間が生じたハッチング無し状態部分となる。
【００２１】
前記した図３（ｂ）の状態で、超音波エコーを利用した測定方法ではセンサ３ａまたは３ａ′から部品２の上面あるいは側面から超音波を加えると、隙間部位において境界面、すなわち、部品２の下面と被圧入部材１の底部１ａとの間における密着部分と隙間空間との密度の差から図５に示す如く、接触により密度差が小さく透過する割合が多く反射波の弱い部分と、隙間がありその大小に係わらず全反射に近い強い反射を生じる部分とが発生するので、その反射波を前記センサ３ａまたは３ａ′が検知することとなるので、反射波の強弱で部品２の被圧入部材１の底部１ａとの間の隙間発生を判定して良否判別が行えることとなる。
【００２２】
そこで、前記した良否判別の手法を採用して以下詳細に図４のフローチャートと共に説明するに、各センサ３ａまたは３ａ′（本実施の形態の場合は８個）に順次通電して前記した手法によって反射波の強弱を検出する（ステップＳ４）と共に各反射波の値が予め設定した閾値より大きいか否かの判定を行う（ステップＳ５）。
【００２３】
そして、ステップＳ５における判定を行った結果、閾値を越えたものを「１」とし、閾値をと越えなかったものを「０」との二値化し、前記「１」となった数を計測する（ステップＳ６）。次いで、閾値を越えた「１」の数が複数個、例えば、３個以上であり、かつ、連続しているか否かを判定し（ステップＳ７）、前記「１」が３個以上が連続している場合には表示器９においてＮＧであることを表示し（ステップＳ８）、一方、２個以下の場合はＯＫであることを表示する（ステップＳ９）と共に、ＮＧとなった個所をメモリに記憶させる。
【００２４】
なお、前記したステップＳ７において連続した３個以上が閾値を越えた場合に圧入不良と判定したのは、図３、図５に示したように異物Ａが存在する場合には隙間がセンサ３ａまたは３ａ′の複数個において反射波が強いことを検出するからであり、例えば、センサ３ａまたは３ａ′の１個が強い反射波を検出した場合には測定誤差等によって生じる場合があるので、３個以上が閾値を越えた場合に圧入不良と判定するようにした。また、センサ３ａまたは３ａ′の、例えば、４個以上が反射波の強い値を検出した場合には、部品２の斜め圧入であると判定するようにしてもよい。
【００２５】
また、前記ステップＳ８においてＮＧとなった個所を特定し部品２の圧入毎に記憶させておくことにより、測定毎に何時も同じ個所にＮＧが発生するような結果が出た場合には、被圧入部材１の孔径に誤差があるとか、部品２の外径に誤差があること、あるいはその他の理由により圧入時に切り子が発生している等の判断が容易に行えることとなる。
【００２６】
さらに、前記したステップＳ７において連続して３個以上のセンサ３ａまたは３ａ′が強い反射波を受信したか否かの判断を行う場合に、図６に示すようにリング状に配置されているセンサ３ａまたは３ａ′を便宜上展開した配列した状態に変換し、それぞれのセンサ３ａまたは３ａ′よりの計測値を展開した状態で判断することで、３個以上の異常のＮＧが並んでいるか否かの判定が容易に行えるようにしてもよい。
【００２７】
次に、他の良否判別の判定方法を図７のフローチャートと共に説明する。
前記した判定方法にあっては連続した３個以上に不良個所が有ると圧入不良であると判定したのに対して、この判定方法にあっては、予め対象とする被圧入部材の特性や、必要性能あるいは経験則から複数の不良パターンを作成しておき、この不良パターンと判定結果とを対比してＯＫかＮＧかを判定するものである。
【００２８】
すなわち、図８に示すように（ａ）は展開した「６」の位置に切り子による異物Ａが存在した場合、（ｂ）は「１」の位置に切り子による異物Ａが存在した場合、（ｃ）は「５」「６」あるいは「１」「２」に切り子による異物Ａが存在した場合、（ｄ）は部品２が斜めに圧入された場合の基準不良モデルパターンを予め記憶させておき、これらの不良パターンと測定した結果とを比較するものである。
【００２９】
図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１〜Ｓ５については前記したと同じ動作なので説明は省略する。前記ステップＳ５において反射波の強弱を計測して各センサ３ａまたは３ａ′からの測定値と予め設定した閾値との比較を行い、該比較の結果を前記したように「１」「０」の二値化で表し、かつ、比較が容易なように基準位置を先頭に１〜８に展開した全周配列モデルを作成する（ステップＳ１０）。
【００３０】
次いで、ステップＳ１０において得られた全周配列モデルと前記した予め作成した基準不良モデルパターンとの全周パターンマッチング対比を行い、一致するモデルが有るか否かの判定を行い（ステップＳ１１）、一致するモデルが無いと判定されるとＯＫ表示が表示器９において表示される（ステップＳ１２）。
【００３１】
一方、一致するモデルが有ると判定されると表示器９においてＮＧであるとの表示を行う（ステップＳ１３）と共に、展開された結果パターンを基準位置を先頭に並べ直し、ワーク単位や作業時刻、ロット単位等可能な切り口でのその頻度分布を抽出し、予め測定してある荷重測定グラフと対比させつつ比較することにより不良原因を絞り込むことが可能となる（ステップＳ１４）。
【００３２】
前記図７において、超音波エコー強弱を測定する代わりに図９に示す電磁超音波共鳴原理を使い対荷重共振周波数変化から同等フローでの作業良否判別が出来る。この原理は、低域から連続的に周波数掃引しながら注入した超音波が、圧入された部材中で底面接触応力の影響を受けその共振周波数ピークが明確にシフトすることを利用した方法である。因みに、図９の縦波、横波は超音波振動形態による区別で、本測定では両方の組み合わせ、あるいは、どちらか片方を使っての測定が可能である。
【００３３】
また、正常圧入されたワークでの図９の如き標本化パターンを予め設定しておき、測定毎のピーク周波数位置と比較することで図７のフロー処理を適用することが出来る。
【００３４】
なお、前記したセンサ３ａまたは３ａ′による超音波の共振によって部品２と被圧入部材１の底部１ａとの隙間を検査する場合に、部品２の全周に一括もしくは順次発信してエコーを測定して行う。その結果、センサで分割された範囲の底面の接触状態が測定できることとなり、これを全周に渡り総合し設定値との比較から容易に合否判別可能となる。また、同時に一カ所だけのエコーを測定する場合、隣接区画からのクロストークやノイズ影響も低減できるメリットがある。
【００３５】
超音波による部品２への注入は非破壊検査等で多用されている振動子を、部品２にカプラントを塗布し直接接触させる方法や電磁音響センサによる非接触方法等が知られており、そのときの部品２および周囲構造に最適な精度が得られる方法を選択すればよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は前記したように、部品を圧入した直後の部品の底面と被圧入部材の穴の底面との隙間を短時間で確認できることから、最近の常温圧入作業で多発しているバリ、切り子等の異物噛み込み等を含む圧入不良を自動で正確に検出することができる。
【００３７】
しかも、全周の隙間状態を非圧入物形状を模したグラフィカル表現で作業者の判断を極めて容易にすることができると共に、定常的に表示パターンを確認することにより、不良パターンの傾向、発生頻度等から異常発生の推測をより的確に行え得る。
【００３８】
また、不良原因を調査する際の、生産状態の傾向と不良発生前後の状態を含めた詳細データを提供すると共に統計処理的手法をも活用でき、センサ自体を特定部品に最適設計すれば圧入工程で使用中の圧入ジグに組み込むことも可能である等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る部品圧入確認装置の全体を示すブロック図である。
【図２】部品を被圧入部材に圧入した状態の拡大図である。
【図３】（ａ）は圧入した状態で異物が介在している状態の断面図であり、（ｂ）は前記異物によって隙間が生じた状態の説明図である。
【図４】動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】異物が介在した状態における超音波を入射した時の反射波の大きさを示した説明図である。
【図６】センサを展開した状態を示す説明図である。
【図７】動作を説明するための他のフローチャートである。
【図８】（ａ）はセンサを展開した状態を示す説明図であり、（ｂ）は基準不良モデルパターンの例を示した説明図である。
【図９】荷重変化による電磁音響共鳴特性図である。
【符号の説明】
１被圧入部材
２部品
３ヘッド
３ａ，３ａ′ センサ
７制御手段
９表示器

Claims

自動車エンジンのバルブシート等の部品を自動車エンジン本体等の被圧入部材の穴に圧入するためのヘッドと、
前記ヘッドに取付けられ前記部品における上端面あるいは内壁面に密接する形状の超音波を発信し前記被圧入部材の前記部品が圧入される底面からの反射波若しくは共振周波数変位から部品の被圧入部材の底面との間隙を検出する電磁音響超音波センサと、
前記部品形状に応じて設定された底付き状態判別条件を複数記憶し、前記センサで検出された測定信号と前記記憶されている底付き状態判別条件との比較判別を行って、良否結果を表示、記憶する制御手段とを具備したことを特徴とする部品圧入確認装置。
前記ヘッドに独立した状態で前記センサを全周に渡り連続して配置し、前記部品の周上において順次あるいは一体で駆動することで部品の被圧入部材の底面との間隙の全周を検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の部品圧入確認装置。
前記センサと前記制御手段により、圧入終了状態の部品に超音波を注入し部品の底面と被圧入部材の底部との隙間の有無による超音波エコーの変化を、予め正常状態の超音波エコーから生成した設定値と比較判別して良否を判別するようにしたことを特徴とする請求項１記載の部品圧入確認装置。
前記センサと前記制御手段により、圧入終了状態の部品に超音波を注入し部品底面が受ける荷重の有無によって引き起こされる超音波共振エコーの共振周波数変化を、予め正常圧入完了状態の超音波共振エコー分布から生成した設定値と比較判別して良否を判別するようにしたことを特徴とする請求項１記載の部品圧入確認装置。
前記センサと前記制御手段により、圧入終了状態の部品に超音波を注入し部品全体が周囲から受ける不均等荷重によって引き起こされる超音波共振エコー定在波の変化を、予め正常状態の超音波共振エコー定在波から生成した設定値と比較判別して良否を判別するようにしたことを特徴とする請求項１記載の部品圧入確認装置。
前記測定子に組み込まれた電磁石を用いてその近傍に磁場を構成する手段において、測定作業前後に電磁石近傍に吸着された測定作業に有害な磁性塵芥を、弁座を装着する直前に作業時と逆方向に微弱若しくは短時間パルス状電流を流すことで、磁化された周辺磁性体が消磁され磁性塵芥を放出させる手段と、放出を補助する目的で測定子全体を微振動させる手段を具備したことを特徴とする圧入確認方法。