JP2004306115A - Apparatus and method for fastening self-boring type rivet - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、頭部と頭部から垂下する小径の中空脚部とを有する自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に締結する装置及び方法に関し、特に、自動車のアルミニウムボデーの組立作業で2枚若しくは3枚以上のパネル(又はパネルと部品)である被締結部材を自己穿孔型リベットを使用して相互に締結するのに適した装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自己穿孔型リベット締結装置の1例が、実開平6−009830号公報(特許文献1)に記載され、図16には自己穿孔型リベットの1例が示されている。現在使用されている代表的な自己穿孔型リベットと締結装置のパンチ及びダイ部分について図1及び図2を参照して説明する。図1において、自己穿孔型リベット1は、頭部2と頭部2から垂下する小径の中空脚部3(代表的には円筒形状)とを有する。図2に示すように、締結装置のノーズピース4に移動可能に支持されたパンチ5と、対向するダイ6とによって、自己穿孔型リベット1は、2枚のパネル等の複数の被締結部材7、9に打ち込まれる。脚部3は被締結部材7、9を穿通しつつ脚部の先端が拡がるように変形させられ、変形拡開脚部10と頭部2とによって両被締結部材7、9が相互に連結される。軽量化が進められている自動車のボデーにはアルミニウムボデーが採用されつつあり、溶接に不向きなアルミニウムボデーパネルの連結には自己穿孔型リベットが適しており、自己穿孔型リベットの需要は増大している。特に、自己穿孔型リベット1は、パンチ5の側の被締結部材7を穿通するが、ダイ6に隣接する受側の被締結部材9を貫通せずにその中に留まるように打込まれる。これによって、受側の被締結部材9の表面にはリベット穿通穴が形成されず、外観を損なうことがなく、また、受側の被締結部材9に孔がないので密封性が損なわれないという利点もある。
【0003】
自己穿孔型リベット1の打ち込みにおいて、被締結部材の締結強度を安定して確保するには、図2の高さH(すなわち、被締結部材7、9に打込まれたリベット1の頭部2の表面が被締結部材7の表面に対して出る高さHであり、これを本願において「出代(デシロ)」と定義する)を常に一定(例えば、0.3mm)に維持する必要がある。出代Hが変化すると、リベット脚部の拡開変形した先端10がダイ側の被締結部材へ穿通する量が変化し、締結後の複数の被締結部材の引張りせん断強度(水平方向の連結強度)や剥離強度(垂直方向の連結強度)が変化して締結の強度が安定しない。また、出代Hが大きすぎると被締結部材表面の出っ張りとなって好ましくないし、出代Hがマイナスの値になった状態では被締結部材表面の凹みになって好ましくない。そこで、出代Hを一定に維持するため、図2に図示のように、リベット打ち込み時に、リベット頭部に接するパンチ5の先端と被締結部材7の上面に接するノーズピース4の先端の相対位置を測定装置11によって監視して、その相対位置が所定の指示値に達すると、出代Hが所定の値に達したとして打ち込みを終了するやり方が行われている。
【0004】
【特許文献1】
実開平6−009830号公報
【特許文献2】
特開2002−192293号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図2に示すように、パンチ5の先端とノーズピース4の先端の相対位置を監視して、その相対位置が所定の指示値に達すると打ち込みを終了するやり方は、簡単である。しかし、自己穿孔型リベットの打ち込みには10kNを越える押圧力を必要とするため、打ち込み時のパンチへの押圧力が増大するにつれてノーズピースに対する相対位置が徐々に変化して、見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性変形を生じたようになる。一般的に、自己穿孔型リベット締結装置には剛性の高いC型フレームが用いられる。C型フレームの一端にノーズピースが取付けられ、そのノーズピースにパンチがC型フレームの他端に向けて移動可能に支持され、C型フレームの他端にダイがパンチに対向して取付けられる。C型フレームは、一端のノーズピース側から10kN、20kNk、30kN等の強いパンチへの押圧力が他端のダイに加えられるので、ダイを支持した他端が強く押圧されて僅かであるが弾性的に変形する。剛性のC型フレームは、パンチへの強い押圧力によって、塑性変形しないが、ノーズピースのある一端とダイのある他端とを離すように弾性的に変形し、パンチへの押圧力が無くなると復帰する。この弾性的な変形によってダイが押圧されて相対的にノーズピースがダイから離れるので、ノーズピース先端とパンチ先端との相対間隔も増大する。それ故、ノーズピース先端とパンチ先端の相対位置を示す測定装置11が所定の指示値に達しても、実際の出代Hは設定値に達していない状態にあり、そのため、測定装置11が所定の指示値に達したときに打込みを終了しても適正な出代での打込みにはならない。出代Hの許容範囲は、通常、数μm〜100μmの範囲に定められるので、適正な打込みのために、測定装置11の設定値をその範囲に納めるように何度か繰り返して微調整する必要があり、面倒な作業を伴っていた。このような弾性的な変形は、C型フレームだけでなく、ノーズピースとパンチとの間の他の機械的連結系統においても生じ得る。そして、自己穿孔型リベットのサイズを変更するためにパンチ5の直径を変えると、上記の弾性変形の量が異なるため、異なる直径のパンチ毎に、測定装置11の設定値の微調整をやり直す必要があり、その作業は厄介であり、時間もかかっている。
【0006】
特許文献1(実開平6−009830号公報)には、被締結部材の硬度が変化したり、締結装置の油圧シリンダのオイルの温度が変化したりしても、自己穿孔型リベットの脚部の打込深さを一定に維持しようとする締結装置が開示されている。しかし、特許文献1には、自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性変形を生じたようになり、出代が設定値に達していない状態で締結が終了する不具合については何も示されず、解決策も何も示されていない。特許文献2(特開2002−192293号公報)には、自己穿孔型リベットを被締結部材へ打込むとき、被締結部材へダイ(受けポンチ)が当たるのをソフトにするため、C型フレームと取付基部との間にバランシングシリンダを設けた締結装置が開示されている。特許文献2でも、自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性変形を生じたようになり、出代が設定値に達していない状態で締結が終了する不具合については何も示されず、その解決策も何も示されていない。
【0007】
従って、本発明の目的は、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、所定の出代をもって自己穿孔型リベットを締結できる締結装置及び方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、頭部と頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、パンチをダイに向けて移動可能に支持するとともに被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、ノーズピース内をパンチがダイに向けて押圧されて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むと、脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、変形拡開脚部と頭部とによって複数の被締結部材を相互に連結する、自己穿孔型リベット締結装置を提供する。この自己穿孔型リベット締結装置は、ノーズピースとパンチとの相対位置を計測する位置計測装置と、パンチへの押圧力を計測する装置とを有し、更に、位置計測装置と押圧力計測装置とからのデータに基づいて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ及びノーズピース相対位置の変化量について押圧力対相対位置変化量テーブルを形成して保存する装置と、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正する装置とを有することを特徴とする。
【0009】
また、本発明は、頭部と頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、パンチをダイに向けて移動可能に支持するとともに被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、ノーズピース内をパンチがダイに向けて押圧されて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むと、脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、変形拡開脚部と頭部とによって複数の被締結部材を相互に連結する、自己穿孔型リベット締結装置を提供し、この締結装置は、被締結部材の表面に先端が当接したノーズピースとリベットの頭部に先端が当接したパンチとの相対位置を計測して出代(被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の被締結部材表面に対する高さ)を計測することができる位置計測装置と、パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置と、位置計測装置及び押圧力計測装置の出力に接続され、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置とを備え、テーブル作成装置は、自己穿孔型リベットの締結に先だってパンチとダイとの間に配置されたパンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートに、ノーズピース先端を当接させ且つパンチに締結開始時の押圧力を与えてパンチ先端を基準プレートに当接させた状態にあるとき、位置計測装置及び押圧力計測装置からのデータに基づいて位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、且つ、パンチの押圧力が増大して基準プレートを押圧するパンチと基準プレートに当接するノーズピースとの相対的位置が変化することによって得られる、パンチの押圧力対パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量から押圧力対相対位置変化量テーブルを作成して保存する構成であり、更に、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正する装置を有し、これにより、自己穿孔型リベットの頭部の出代が所定の値に維持されることを特徴とする。
【0010】
上記の自己穿孔型リベット締結装置において、C型フレームを包含し、ノーズピースは、C型フレームの一端の側に取付けられてパンチをC型フレームの他端に向けて移動可能に支持しており、ダイは、C型フレームの他端に自己穿孔型リベットを受けるようにパンチに対向して取付けられ、C型フレームは、パンチへの押圧力が強いとき一端に支持したノーズピースと他端に支持したダイとの相対距離が僅かに増大するが押圧力が無くなると復帰する剛性を有するものにすることができる。
【0011】
更に、本発明は、頭部と頭部から垂下した、頭部より小径の中空脚部とから成る自己穿孔型リベットを複数の被締結部材に打込むパンチ及びダイと、パンチをダイに向けて移動可能に支持するとともに被締結部材の表面に当接する先端を有するノーズピースとを包含し、ノーズピース内をパンチがダイに向けて押圧されて自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むと、脚部が被締結部材を穿通しつつ脚部先端が半径方向外方に拡がるように変形させられ且つ脚部先端はダイに隣接する被締結部材を貫通しないでその中に留まるように打込まれ、変形拡開脚部と頭部とによって複数の被締結部材を相互に連結するように構成され、更に、被締結部材の表面に先端が当接したノーズピースとリベットの頭部に先端が当接したパンチとの相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の被締結部材表面に対する高さ(出代)を計測することができる位置計測装置と、パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置とを包含する自己穿孔型リベット締結装置を用いて、自己穿孔型リベットを締結する方法を提供し、この締結方法は、自己穿孔型リベットの締結に先だって、パンチとダイの間に、パンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートを配置し、基準プレートにノーズピース先端及びダイを当接させ且つパンチに締結開始時の押圧力を与えてパンチ先端を基準プレートに当接させ、位置計測装置からのノーズピースとパンチの相対位置データ及び押圧力計測装置からのパンチへの押圧力データとから位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、パンチへの押圧力を増大し、位置計測装置からの相対位置データ及び押圧力計測装置からの押圧力データとから、パンチへの押圧力の増大に対して変化する、パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを得て、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成して保存し、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正して、これにより、自己穿孔型リベットの頭部の出代が所定の値に維持されることを特徴とする。
【0012】
上記のように、パンチへの押圧力の増大に対して変化するパンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを基にして、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成し、自己穿孔型リベットの締結のとき押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正するので、自己穿孔型リベットの頭部の出代(被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の被締結部材表面に対する高さ)が所定の値に維持される。従って、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへ強い押圧力が加えられて見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、打込み後の自己穿孔型リベットの出代を所定の値に維持でき、被締結部材は高い締結強度で連結され、出代の値を設定値に維持できるので高い締結品質を維持できる。また、出代の微調整及びその繰返しも不要になり、作業工数も減少する。出代の調整において、作業者が行う作業は基準プレートをパンチとダイの間に配置するだけであり、簡単であるだけでなく、例えば、締結装置の部品交換後の再調整(アジャスト)作業も、同様に、基準プレートの配置だけでよく、従来のアジャスト作業の面倒さを大きく軽減し、そのアジャスト作業のために使用していた専用部品も不要になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図3は本発明の1実施例に係る自己穿孔型リベット締結装置13の全体の概略を示している。図3において、自己穿孔型リベット締結装置13は、剛性のC型フレーム14を有し、C型フレーム14の一端(図2の上端)には、スピンドル部15の円筒のハウジング17が固着されている。スピンドル部15は、その先端側の内側に細長い円筒のノーズピース18を軸方向にスライド可能に保持し、ノーズピース18の先端部分をC型フレーム14の他端(下端)に向けてC型フレーム14の一端(上端)から延び出た状態に支持している。ノーズピース18の先端には、給送チューブ19から送られる自己穿孔型リベットを一定の姿勢で受けるレシーバ21が固着され、レシーバ21からは自己穿孔型リベットが脚部を先頭にした状態でノーズピース18の先端に送られる。ノーズピース18は中空に形成され、その内側には、棒状のパンチ(図4に符号22で示す)が軸方向にスライド可能に収容される。パンチ22は、ノーズピース18の先端に収容された自己穿孔型リベットをC型フレーム14の他端(下端)に向けて押圧するように作用する。C型フレーム14の他端(下端)のパンチ22に対向する位置にはダイ23が固着される。パンチ22とダイ23とによって、図1に図示のように、自己穿孔型リベット1の脚部3を被締結部材7、9に穿通して締結する。
【0014】
パンチ22へ押圧力を加え、ノーズピース18及びパンチ22を軸方向に移動させるのはスピンドル部15である。スピンドル部15について、図3及び図4を参照して説明する。スピンドル部15は、ノーズピース18(及びその内側のパンチ22)をスライド可能に支持する円筒のハウジング17を有し、ハウジング17の軸心部分には、パンチ22を直接押圧するとともにノーズピース18を連携して下降させる主軸25を有する。主軸25を駆動するため、スピンドル部15は、サーボモータ26と、サーボモータ26の回転角度及び回転数を出力する光学エンコーダ(又はシャフトエンコーダ)27と、サーボモータ26の回転を減速してトルクを増大すると共にスピンドル部15の直線長さを短くするように折返す減速歯車機構29と、回転運動を直線運動に変換して主軸25を軸方向に移動させる変換機構30とを包含する。サーボモータ26から減速歯車機構29を介して変換機構30に送られた回転運動は、変換機構30によって主軸25を下降させたり、上昇させたりする運動に変換される。主軸25の先端(下端)はパンチ22の上端に直接当接して、主軸25が下降するときパンチ22が押圧されて下降させられる。また、主軸25はその外周面を包囲する第1コイルばね31を介してノーズピース18に連結され、主軸25が下降するときノーズピース18が弾性的に押圧されて下降させられる。更に、パンチ22の外周面には第1コイルばね31より弱い第2コイルばね32が設けられている。主軸25が下降すると、第1コイルばね31によって、パンチ22とノーズピース18が一緒に下降し、ノーズピース18の先端が被締結部材に当接するとノーズピース18の下降はそこで停止する(図4の1点鎖線の位置)。しかし、パンチ22は、主軸25に直接当接しているので、主軸25の下降によって更に下降して、ノーズピース18の先端から延び出て自己穿孔型リベットを被締結部材に押圧して脚部を被締結部材に穿通させ、複数の被締結部材の締結作業を行う。
【0015】
打込んだ自己穿孔型リベットの頭部が被締結部材の表面から出る高さすなわち出代が一定値に達したのを検出すると、被締結部材の締結を終えたとして、サーボモータ26が逆転して、主軸25が上昇し、パンチ22が第2コイルばね32のばね力によってノーズピース18の中を上昇する。更に、主軸25が上昇すると、ノーズピース18も被締結部材から離れるようにパンチ22とともに第1コイルばね31のばね力によって上昇して、図4の実線の位置に復帰する。なお、サーボモータ26の部分には、多関節型ロボットアーム等へのコネクタ33が設けられ、コネクタ33によって、スピンドル部15及びC型フレーム14を含む自己穿孔型リベット締結装置13がロボットアーム等に機械的に及び電気的に連結される。
【0016】
上記のように、主軸25は、パンチ22を直接押圧するが、ノーズピース18は第1コイルばね31を介して間接的に押圧し、パンチ22はノーズピース18に対して軸方向に移動可能に支持されている。パンチ22の移動長さは、パンチを直接押圧する主軸25の移動長さに等しいので、サーボモータ26に連結された光学エンコーダ27からの回転数及び回転角度データから得ることができる。ノーズピース18は、先端が被締結部材に当接するまではパンチ22と同じ移動長さであるが、当接以降は殆ど移動しないものの、段落番号0005に記述したように弾性変形によって移動して、数mmの範囲で移動することがある。この移動長さが出代の長さを左右する。そこで、この移動長さを検出するため、ノーズピース18には、多数の格子が一定の細かい間隔(例えば、数μmの間隔)で形成された透明フィルムで成る計測定規34が固定され、ハウジング17には、計測定規34の格子を光学的に検出してパルスを出力する発光素子及び受光素子から成る光学センサ35が固定される。図4の実線で示すように、締結作業を行わないときのホーム位置では、計測定規34と光学センサ35とは離れた位置にある。締結作業時において、ノーズピース18はその先端が被締結部材に当接するまではパンチ22と一緒に移動するので、計測定規34は、矢印37で示すようにノーズピース18と一緒に移動し、ノーズピース18の先端が被締結部材に近づいて図4の1点鎖線の位置に移動すると、計測定規34が光学センサ35によってその格子が検出できるように有機的に関連する。このように、計測定規34を、ホーム位置では光学センサ35から離し、作業時のみ光学センサと関連付けるようにしたことによって、図示のように、計測定規34を短くできるだけでなく、ノーズピース18の移動長さの計測の範囲及び計測の時間も短縮できる。
【0017】
パンチ22による自己穿孔型リベットへの押圧力がスピンドル部15において計測される。その計測のため、図示の実施例では、スピンドル部15の減速歯車機構29と回転運動−直線運動変換機構30との間に環状のロードセル38が設けられている。ロードセル38は、パンチ22の自己穿孔型リベットの押圧力によって得られた計測値信号を出力する。更に詳しくは、主軸25でパンチ22を押圧すると、パンチ先端がノーズピース18の先端にある自己穿孔型リベットを押圧する。この押圧力は、自己穿孔型リベットが被締結部材に穿通するときの反力となってパンチ22に加わり、更に、主軸25及び変換機構30を介してロードセル38を押圧する力となる。パンチ22への反力によって押圧されたロードセル38からはパンチ22の押圧力に相当する計測値信号が出力される。
【0018】
段落番号0005に記述したように、ノーズピース18とパンチ22との間には、自己穿孔型リベットの打込みのときのパンチへの高い押圧力によって剛性のC型フレーム14であっても弾性的な変形を生じる。C型フレーム14は、パンチ22への押圧力が強いとき一端に支持したノーズピース18と他端に支持したダイ23との相対距離が僅かに増大するように変形する。この変形は、塑性変形ではなく、パンチ22への押圧力が無くなると元の状態に復帰する弾性変形である。この弾性変形は、C型フレーム14だけでなく、ノーズピースとパンチとの間の他の機械的連結系統においても生じ得る。特に、自己穿孔型リベットのサイズを変更するために異なる直径のパンチに交換したときその弾性変形の量が大きくなる。この弾性変形の量は、異なる直径のパンチ毎に異なるため、出代の設定値の微調整をそのパンチ毎にやり直す必要があり、その作業は厄介であり、時間もかかっていた。
【0019】
本発明によって、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへの強い押圧力によって見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、所定の出代をもって自己穿孔型リベットを締結できる締結装置及び方法を提供する。なお、出代とは、被締結部材に打込まれたリベットの頭部表面が被締結部材の表面に対して出る高さであり、図1のHを指す。この出代は、例えば0.3mm程度であり、その許容範囲は、通常、数μm〜100μmの範囲に定められる。また、出代がマイナスの値にあるとき、被締結部材の表面のくぼみとなり、自動車のボデーパネル表面としては好ましくない。自己穿孔型リベットの打込みにおいて、打込んだ自己穿孔型リベットの頭部が被締結部材の表面から出る高さが、設定した出代値に達したことを検出すると、被締結部材の締結の完了と判断し、その打込み作業を終えて、次の位置での打込み作業に移る。
【0020】
一般的に、自己穿孔型リベット締結装置では、パンチ等の部品交換を行ったとき、測定装置の基準点(代表的には0点)を再設定するため、基準点(0点)調整操作(アジャスト作業と呼ばれる)を実施している。従来のアジャスト作業においては、パンチを交換したとき、15kN以下の押圧力をそのパンチに加えて基準点を再設定していた。しかし、上記の弾性的な変形を考慮していないので、押圧力を増大にするにつれて基準点がずれてしまっていた。基準点のずれに気付いた場合、その再設定は何度も繰り返して行って、長い時間をかけて繊細な調整を行っていた。
【0021】
図5に示すように、本発明において、基準点の設定と出代の計測を正確に且つ短時間に自動的に行う設定及び計測システム40が導入される。図5において、設定及び計測システム40は、被締結部材の表面に先端が当接したノーズピース18と自己穿孔型リベットの頭部に先端が当接したパンチ22の先端との相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の該被締結部材表面に対する高さ(出代)を計測する位置計測装置39と、パンチ22への押圧力を計測する押圧力計測装置41とを備え、更に、位置計測装置39及び押圧力計測装置41の出力に接続され、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置を包含する処理装置42を備えている。位置計測装置39は、サーボモータ26に連結された光学エンコーダ27からの出力と計測定規34の格子位置を検出する光学センサ35からの出力とを受ける。位置計測装置39では、光学エンコーダ27からの出力によってパンチの移動長さが計測され、計測定規34の格子位置を検出する光学センサ35からノーズピース18とパンチ22との相対位置の距離が精密に計測される。位置計測装置39の計測データは、テーブル作成装置を内包する処理装置42に入力される。押圧力計測装置41は、ロードセル38からのパンチ22の押圧力に相当する計測値信号を受けて、押圧力データとして出力してテーブル作成装置を内包する処理装置42に入力される。
【0022】
処理装置42は、プロセッサCPUとリードオンリメモリROMとランダムアクセスメモリRAMとハードディスクドライブHDDと入/出力装置I/O等を含むコンピュータシステムで構成される。処理装置42は、位置計測装置39からの計測データと、パンチ22への押圧力を計測する押圧力計測装置41からの押圧力データとを受けて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置として機能する。また、処理装置42は、自己穿孔型リベットの締結のとき、押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチ22への押圧力を補正する装置としても機能して、サーボモータ26へ補正信号43を送ってパンチへの押圧力を補正する。更に、処理装置42は、他の制御機能、例えば、ロボットアーム等からの指令を受けてサーボモータを起動させたり、停止させたりする、通常の制御機能も有する。また、処理装置42は、アジャスト作業時における自動計測及び調整も行う。これらの動作は、例えば、リードオンリメモリROM及びランダムアクセスメモリRAMに格納されたプログラム、更にはハードディスクドライブHDDのハードディスクに格納されたプログラム等によってプロセッサCPUが演算処理動作を行い、入/出力装置I/Oを通して締結装置13へ実行指令が送られる。
【0023】
処理装置42に内包されるテーブル作成装置によって作成される、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルは、図6に示されている各グラフをデータにしたルックアップテーブルである。図6において、第1のグラフ45は、直径3mm(φ3)の自己穿孔型リベットを打込むために用いるパンチの場合の押圧力対弾性変形量すなわち押圧力対相対位置変化量を示しており、第2のグラフ46は、直径5mm(φ5)の自己穿孔型リベットを打込むために用いるパンチの場合の押圧力対弾性変形量すなわち押圧力対相対位置変化量を示している。これらのグラフに相当する実際のデータが、処理装置42に内包されるテーブル作成装置によってルックアップテーブルとして作成される。
【0024】
上記の図6の第1グラフ45及び第2グラフ46に示すような、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを得る方法を図7のフローチャートを用いて説明する。先ず、自己穿孔型リベットの締結に先だって、ノーズピース18の先端のパンチ22とダイ23との間に、パンチ22の最大押圧力に耐える剛性の基準プレートを配置する(ステップ48)。次に、サーボモータ26を起動してノーズピース18の先端を基準プレートに当接させる(ステップ49)。図5には、基準プレート47がダイ23の上に配置され、基準プレート上面にノーズピース18の先端が当接し且つパンチ22の先端が当接した様子が示されている。基準プレートはパンチ22の最大押圧力(例えば30kN)に耐える剛性を有する。そのため、基準プレートは、3mm以上の鉄鋼製のパネルで形成され、それによって、ノーズピース18の先端に対するパンチ22の先端の位置が固定され、また、パンチ22からの押圧力がダイ23には作用しないのでダイ23への空打ちも防止できる。
【0025】
図5に示すように、パンチ22に締結開始時の所定の押圧力を与えた状態でパンチ先端を基準プレートに当接させる(ステップ50)。この状態で、位置計測装置39及び押圧力計測装置41からのデータが処理装置42に送られ、所定の締結開始時押圧力に基づくノーズピース・パンチ相対位置が算出され、その相対位置データに基づいて位置計測装置39の締結開始基準位置(いわゆる、0点)が設定される(ステップ51)。このように、基準プレート47をパンチ22とダイ23の間に設置するだけで、締結開始基準位置すなわち基準点の設定を正確に且つ短時間に自動的に行うことができる。なお、締結開始時の押圧力は0kNであるのが理想であるが、実際にはパンチ22をノーズピース18から少し押出す押圧力を必要とする。
【0026】
次に、サーボモータ26を更に回転させて主軸25を介してパンチ22への押圧力を徐々に増大する(ステップ52)。パンチ22への押圧力の増大に応じて変化する位置計測装置39からのノーズピース対パンチの相対位置変化データと押圧力計測装置41から押圧力データとが処理装置42に入力されているので、パンチの押圧力が増大してパンチとノーズピースとの相対的位置が変化することによって得られる、パンチの押圧力に対する、パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量から、押圧力対相対位置変化量テーブルを処理装置42が作成する。この押圧力対相対位置変化量テーブルは、例えば、ランダムアクセスメモリRAMやハードディスクドライブHDDのハードディスクに保存される。また、押圧力対相対位置変化量テーブルは、図6のグラフのように、好ましくは、20kN以上、更には、30kN以上の押圧力まで徐々に増大して得る。また、押圧力対相対位置変化量テーブルすなわち押圧力(荷重)対ひずみ(ノーズピース及びパンチ系変形)量テーブルの作成は、例えば、従来から必要であったパンチの交換等のアジャスト作業において行うことができ、作業工数は増加しない。かかる押圧力対相対位置変化量テーブルは、異なる直径のパンチ毎に、作成され(ステップ54)、保存される。これらの押圧力対相対位置変化量テーブルの作成及び保存は、作業者は、基準プレートをダイとパンチの間に配置する作業を行うだけであり、ステップ49〜54は、処理装置42がすべて自動で行う。
【0027】
図8は、自己穿孔型リベットを実際に複数の被締結部材に打込んで締結する動作のフローチャートを示している。先ず、ステップ56において、複数の被締結部材をパンチ22とダイ23がの所定位置において挟むようにC型フレーム14が位置決めされる。また、出代(打込み後のリベット頭部が被締結部材表面から出る高さ)は、所定の値(例えば、0.3mm)に設定される。更に、位置計測装置39の締結開始基準位置(0点)は、既述のように、既に定められている。ノーズピース18の先端にはレシーバ21から自己穿孔型リベットが自動給送されて、パンチ22の先端に自己穿孔型リベットが配置される(ステップ57)。サーボモータ26の動作を開始して、パンチ22を押圧して自己穿孔型リベットを被締結部材に打込み始める(ステップ58)。ステップ59に示すように、パンチ22への押圧力を増大して自己穿孔型リベットの打込みを進め、その打込みの進行中において、処理装置42に内包された補正装置は、パンチ22への押圧力を、用いているパンチの直径に対応した押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して補正する。補正された押圧力値は、サーボモータ26への補正信号43として出力されて、サーボモータ26には、設定された出代に対応するパンチ移動長さまで押圧する信号が送られる。これによって、適正な出代に達するように自己穿孔型リベットが被締結部材に打込まれる。パンチ22の打込量は、弾性変形した分だけ長く押圧され、その押圧長さは、押圧力対相対位置変化量テーブルによって補正される。処理装置42は、位置計測装置39からの相対位置データが所定の出代値に達したと判定すると、パンチ22への押圧力を除去するようにサーボモータ26の駆動を停止し、逆転させて、締結動作を終了させる。打込み後の自己穿孔型リベットの出代値は設定したものと同じであり、被締結部材は高い締結強度で連結され、出代の値を設定値に維持できるので高い締結品質を維持できる。なお、図6のグラフ45、46は直線状に表されているが、実際には、C型フレーム14の弾性変形だけでなく、第1コイルばね31や第2コイルばね32や、その他の機械的連結系における変形が加わるので、必ずしも、直線とはならない場合もある。しかし、実際に得たデータから押圧力対相対位置変化量テーブルが作成されたテーブルを参照するので、直線的に変化しても非直線的に変化しても、適正に補正できる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、パンチへの押圧力の増大に対して変化するパンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを基にして、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成し、自己穿孔型リベットの締結のとき押圧力対相対位置変化量テーブルを参照してパンチへの押圧力を補正するので、自己穿孔型リベットの頭部の出代が所定の値に維持される。従って、自己穿孔型リベット締結装置が自己穿孔型リベットの打ち込みにおいてパンチへ強い押圧力が加えられて見掛け上パンチとノーズピースとの間に弾性的な変形を生じても、打込み後の自己穿孔型リベットの出代を所定の値に維持でき、被締結部材は高い締結強度で連結され、出代の値を設定値に維持できるので高い締結品質を維持できる。また、出代の微調整及びその繰返しも不要になり、作業工数も減少する。出代の調整において、作業者が行う作業は基準プレートをパンチとダイの間に配置するだけであり、簡単であるだけでなく、例えば、締結装置の部品交換後の再調整(アジャスト)作業も、同様に、基準プレートの配置だけでよく、従来のアジャスト作業の面倒さを大きく軽減し、アジャスト作業のために使用していた専用部品も不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】被締結部材に締結された自己穿孔型リベットの断面図であって、リベット頭部が被締結部材表面から出る高さ(出代)を示す図である。
【図2】従来のノーズピース及びパンチと被締結部材とダイとを示す断面図であって、パンチとノーズピースの相対位置を計測する説明図である。
【図3】本発明の1実施例に係る自己穿孔型リベット締結装置の斜視図である。
【図4】図3の自己穿孔型リベット締結装置のスピンドル部の部分断面図である。
【図5】本発明の1実施例に係る、自己穿孔型リベット締結装置の計測及び処理部分のブロック図である。
【図6】パンチへの押圧力に対する、ノーズピースとパンチの相対位置変化量を示すグラフである。
【図7】本発明に従って、押圧力対相対位置変化量テーブルを得るフローチャートである。
【図8】本発明に従って、自己穿孔型リベットを被締結部材に打込むフローチャートである。
【符号の説明】
1 自己穿孔型リベット
2 リベットの頭部
3 脚部
4 ノーズピース
5 パンチ
6 ダイ
7、9 被締結部材
10 変形拡開脚部部分
11 測定装置
13 自己穿孔型リベット締結装置
14 C型フレーム
15 スピンドル部
17 ハウジング
18 ノーズピース
19 給送チューブ
21 レシーバ
22 パンチ
23 ダイ
25 主軸
26 サーボモータ
27 光学エンコーダ
29 減速歯車機構
30 回転−直線運動変換機構
31 第1コイルばね
32 第2コイルばね
34 計測定規
35 光学センサ
38 ロードセル
39 位置計測装置
41 押圧力計測装置
42 テーブル作成装置及び補正装置を内包する処理装置
47 基準プレート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for fastening a self-piercing rivet having a head and a small-diameter hollow leg hanging from the head to a plurality of members to be fastened. The present invention relates to an apparatus and a method suitable for fastening members to be fastened, which are three or more panels (or panels and parts), to each other using self-piercing rivets.
[0002]
[Prior art]
One example of a self-piercing rivet setting device is described in Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 6-00930 (Patent Document 1), and FIG. 16 shows one example of a self-piercing rivet. The punch and die portions of a typical self-piercing rivet and fastening device currently used will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, a self-piercing rivet 1 has a
[0003]
In order to stably secure the fastening strength of the member to be fastened when driving the self-piercing rivet 1, the height H of the rivet 1 driven into the
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 6-0093030
[Patent Document 2]
JP-A-2002-192293
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 2, it is easy to monitor the relative position between the tip of the
[0006]
Patent Literature 1 (Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 6-0093030) discloses that even when the hardness of a member to be fastened or the temperature of oil in a hydraulic cylinder of a fastening device changes, the legs of a self-piercing rivet are changed. A fastening device that attempts to maintain a constant driving depth is disclosed. However, according to Patent Literature 1, when a self-piercing rivet is driven, apparently elastic deformation occurs between the punch and the nosepiece due to a strong pressing force on the punch, and the allowance does not reach the set value. Nothing is shown about the problem that the fastening ends in the state, and no solution is shown. Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-192293) discloses a C-shaped frame for softening a die (receiving punch) against a member to be fastened when driving a self-piercing rivet into the member to be fastened. A fastening device in which a balancing cylinder is provided between the mounting cylinder and the mounting base is disclosed. Also in
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a self-piercing type rivet setting device which can generate a predetermined elastic deformation between the punch and the nosepiece due to a strong pressing force applied to the punch when driving the self-piercing type rivet. It is an object of the present invention to provide a fastening device and a method capable of fastening a self-piercing rivet with an allowance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the present invention provides a punch and a die for driving a self-piercing rivet comprising a head and a hollow leg having a smaller diameter than the head into a plurality of members to be fastened. And a nose piece having a tip that abuts against the surface of the member to be fastened movably toward the die, and a punch is pressed toward the die inside the nose piece to form a self-piercing rivet into the member to be fastened. The legs are deformed such that the legs extend radially outward while the legs penetrate the member to be fastened, and the legs do not penetrate the member to be fastened adjacent to the die and remain therein. The present invention provides a self-piercing rivet setting device which is driven in such a manner that a plurality of members to be connected are interconnected by a deformed expanding leg and a head. This self-piercing rivet setting device has a position measuring device for measuring the relative position between the nose piece and the punch, and a device for measuring the pressing force on the punch, and further includes a position measuring device and a pressing force measuring device. A device for forming and storing a pressing force versus relative position change amount table for the amount of change in the relative position of the punch and the nosepiece, which changes with respect to the reaction force of the die with respect to the punch pressing force, based on the data from And a device for correcting the pressing force applied to the punch by referring to the pressing force versus relative position change amount table when the rivet is fastened.
[0009]
Further, the present invention provides a punch and a die for driving a self-piercing rivet including a head and a hollow leg portion having a smaller diameter than the head into a plurality of members to be fastened, and a punch directed toward the die. A nosepiece having a tip that supports the movable member and abuts against the surface of the member to be fastened, wherein a punch is pressed toward the die inside the nosepiece and the self-piercing rivet is driven into the member to be fastened, The leg is deformed so that the leg tip extends radially outward while penetrating the member to be fastened, and the leg tip is driven into the member to be fastened without penetrating the member to be fastened adjacent to the die. The present invention provides a self-piercing rivet fastening device that interconnects a plurality of members to be fastened by a deformed expanding leg portion and a head, the nose piece having a tip abutting on a surface of the member to be fastened. And ahead of the rivet head A position measuring device capable of measuring the relative position with respect to the punch with which the abutment comes into contact and measuring the extra allowance (the height of the surface of the rivet head driven into the member to be fastened relative to the surface of the member to be fastened), and Pressure measuring device that measures the pressing force of the punch, connected to the output of the position measuring device and the pressing force measuring device, and the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece that changes with respect to the reaction force of the die against the pressing force of the punch. Device for creating a table of the pressing force versus the relative position change amount based on the change amount, the table making device has a maximum pressing force of the punch disposed between the punch and the die prior to the fastening of the self-piercing rivet. When the tip of the nose piece is in contact with the reference plate having rigidity to withstand the pressure and the punch is pressed against the reference plate by applying the pressing force at the start of fastening, the position measuring device and The fastening start reference position of the position measuring device is set based on the data from the pressing force measuring device, and the pressing force of the punch increases and the relative pressure between the punch that presses the reference plate and the nose piece that contacts the reference plate is increased. A configuration in which a pressing force versus relative position change amount table is created and stored from the amount of change in the relative position between the pressing force of the punch and the tip of the punch and the tip of the nose piece obtained by changing the position. When the rivet is fastened, there is provided a device that corrects the pressing force to the punch by referring to the pressing force versus relative position change amount table, so that the head allowance of the self-piercing rivet is maintained at a predetermined value. It is characterized by being performed.
[0010]
In the above self-piercing rivet setting device, the rivet setting device includes a C-shaped frame, and the nosepiece is attached to one end of the C-shaped frame and movably supports the punch toward the other end of the C-shaped frame. The die is mounted on the other end of the C-shaped frame so as to face the punch so as to receive the self-piercing rivet, and the C-shaped frame has the nose piece supported on one end when the pressing force on the punch is strong and the other end on the other end. Although the relative distance to the supported die slightly increases, the rigidity can be restored when the pressing force is removed.
[0011]
Further, the present invention provides a punch and a die for driving a self-piercing rivet comprising a head and a hollow leg portion having a smaller diameter than the head into a plurality of members to be fastened, and a punch directed toward the die. A nosepiece having a tip that supports the movable member and abuts against the surface of the member to be fastened, wherein a punch is pressed toward the die inside the nosepiece and the self-piercing rivet is driven into the member to be fastened, The leg is deformed so that the leg tip extends radially outward while penetrating the member to be fastened, and the leg tip is driven into the member to be fastened without penetrating the member to be fastened adjacent to the die. The plurality of members to be fastened are connected to each other by the deformed and expanded legs and the head, and the tips of the nose piece and the head of the rivet are abutted against the surface of the member to be fastened. The relative position of the punch A position measuring device that can measure the height (excess allowance) of the surface of the rivet head measured and driven into the member to be fastened with respect to the surface of the member to be fastened, and a pressing force measuring device that measures the pressing force to the punch The present invention provides a method for fastening a self-piercing rivet using a self-piercing rivet fastening device that includes a self-piercing rivet fastening device, the method comprising: A rigid reference plate that can withstand the pressing force is arranged, the tip of the nosepiece and the die are brought into contact with the reference plate, and the pressing force at the start of fastening is applied to the punch to bring the tip of the punch into contact with the reference plate. Set the fastening start reference position of the position measuring device based on the relative position data of the nose piece and the punch and the pressing force data on the punch from the pressing force measuring device, and increase the pressing force on the punch From the relative position data from the position measuring device and the pressing force data from the pressing force measuring device, data on the amount of change in the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece, which changes with an increase in the pressing force on the punch, is obtained. Then, a table of the pressing force versus the relative position change amount is created and stored, and when fastening the self-piercing rivet, the pressing force on the punch is corrected by referring to the pressing force versus the relative position change amount table. Thus, the margin of the head of the self-piercing rivet is maintained at a predetermined value.
[0012]
As described above, a table of the pressing force versus the relative position change amount is created based on the change amount data of the relative position between the punch tip and the nose piece tip which changes with the increase in the pressing force on the punch, and the self-piercing is performed. When the mold rivet is fastened, the pressing force against the punch is corrected with reference to the pressing force versus relative position change table, so that the head of the self-piercing rivet can be protruded (the rivet head driven into the member to be fastened). (The height of the surface relative to the surface of the member to be fastened) is maintained at a predetermined value. Therefore, even if the self-piercing type rivet setting device applies a strong pressing force to the punch in driving the self-piercing type rivet and apparently deforms elastically between the punch and the nosepiece, the self-piercing type rivet after the driving is completed. The rivet allowance can be maintained at a predetermined value, the members to be fastened can be connected with high fastening strength, and the allowance value can be maintained at a set value, so that high fastening quality can be maintained. In addition, fine adjustment and repetition of the extra time are not required, and the number of work steps is reduced. In the adjustment of the allowance, the operation performed by the operator is only to arrange the reference plate between the punch and the die, and is not only simple, but also, for example, a re-adjustment (adjustment) operation after replacing parts of the fastening device. Similarly, it is only necessary to dispose the reference plate, which greatly reduces the trouble of the conventional adjustment work, and eliminates the need for dedicated parts used for the adjustment work.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 schematically shows the entirety of the self-piercing
[0014]
It is the
[0015]
When it is detected that the height of the head of the driven self-piercing rivet from the surface of the member to be fastened, that is, the protrusion has reached a certain value, the
[0016]
As described above, the
[0017]
The pressing force of the
[0018]
As described in the paragraph number 0005, even if the rigid C-shaped
[0019]
According to the present invention, even if the self-piercing type rivet setting device apparently causes elastic deformation between the punch and the nosepiece due to a strong pressing force applied to the punch in driving the self-piercing type rivet, the self-piercing type rivet has a predetermined margin. Provided are a fastening device and a method capable of fastening a piercing rivet. Note that the allowance is a height at which the head surface of the rivet driven into the member to be fastened projects to the surface of the member to be fastened, and indicates H in FIG. This allowance is, for example, about 0.3 mm, and the allowable range is usually set in the range of several μm to 100 μm. In addition, when the allowance is a negative value, the surface of the member to be fastened is depressed, which is not preferable for a body panel surface of an automobile. In the driving of the self-piercing rivet, when it is detected that the height of the head of the driven self-piercing rivet from the surface of the member to be fastened reaches the set margin value, the fastening of the member to be fastened is completed. Is determined, the driving operation is completed, and the driving operation at the next position is started.
[0020]
Generally, in a self-piercing type rivet setting device, when a component such as a punch is replaced, a reference point (0 point) adjustment operation (representatively, a reference point (0 point) of the measuring device is reset). Adjustment work). In a conventional adjusting operation, when a punch is replaced, a pressing force of 15 kN or less is applied to the punch to reset a reference point. However, since the above-mentioned elastic deformation is not taken into consideration, the reference point is shifted as the pressing force is increased. If the user noticed a shift in the reference point, the resetting was repeated many times, and a delicate adjustment was made over a long period of time.
[0021]
As shown in FIG. 5, in the present invention, a setting and
[0022]
The
[0023]
Pressing force versus relative position change based on the amount of change in the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece that changes with the reaction force of the die against the pressing force of the punch created by the table forming device included in the
[0024]
As shown in the first graph 45 and the second graph 46 of FIG. 6 described above, the pressing force is determined based on the amount of change in the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece, which changes with respect to the reaction force of the die with respect to the pressing force of the punch. A method of obtaining the relative position change amount table will be described with reference to the flowchart of FIG. First, prior to fastening of the self-piercing rivet, a rigid reference plate that can withstand the maximum pressing force of the
[0025]
As shown in FIG. 5, the tip of the punch is brought into contact with the reference plate while a predetermined pressing force is applied to the
[0026]
Next, the
[0027]
FIG. 8 shows a flowchart of an operation of actually driving and fastening a self-piercing rivet into a plurality of members to be fastened. First, in
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, a table of the pressing force versus the relative position change is created based on the change amount data of the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece which changes with the increase of the pressing force on the punch, and Since the pressing force against the punch is corrected with reference to the pressing force versus relative position change table when fastening the piercing type rivet, the margin of the head of the self-piercing type rivet is maintained at a predetermined value. Therefore, even if the self-piercing type rivet setting device applies a strong pressing force to the punch in driving the self-piercing type rivet and apparently deforms elastically between the punch and the nosepiece, the self-piercing type rivet after the driving is completed. The rivet allowance can be maintained at a predetermined value, the members to be fastened can be connected with high fastening strength, and the allowance value can be maintained at a set value, so that high fastening quality can be maintained. In addition, fine adjustment and repetition of the extra time are not required, and the number of work steps is reduced. In the adjustment of the allowance, the operation performed by the operator is only to arrange the reference plate between the punch and the die, and is not only simple, but also, for example, a re-adjustment (adjustment) operation after replacing parts of the fastening device. Similarly, only the arrangement of the reference plate is required, so that the trouble of the conventional adjustment work is greatly reduced, and the dedicated parts used for the adjustment work are not required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a self-piercing rivet fastened to a member to be fastened, showing a height (an allowance) at which a rivet head comes out of the surface of the member to be fastened.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional nosepiece, a punch, a member to be fastened, and a die, and is an explanatory view for measuring a relative position between the punch and the nosepiece.
FIG. 3 is a perspective view of a self-piercing rivet setting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial sectional view of a spindle unit of the self-piercing rivet setting device of FIG. 3;
FIG. 5 is a block diagram of a measurement and processing portion of the self-piercing rivet setting device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a relative position change amount between a nosepiece and a punch with respect to a pressing force applied to the punch.
FIG. 7 is a flowchart for obtaining a pressing force versus relative position change amount table according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of driving a self-piercing rivet into a member to be fastened according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Self-piercing rivets
2 Rivets head
3 legs
4 Nosepiece
5 Punch
6 dies
7, 9 member to be fastened
10 Deformation spread leg part
11 Measuring device
13 Self-piercing rivet setting device
14 C type frame
15 Spindle section
17 Housing
18 Nosepiece
19 Feeding tube
21 Receiver
22 Punch
23 die
25 spindle
26 Servo motor
27 Optical encoder
29 Reduction gear mechanism
30 Rotation-linear motion conversion mechanism
31 1st coil spring
32 2nd coil spring
34 meter
35 Optical Sensor
38 Load cell
39 Position measuring device
41 Pressing force measuring device
42 Processing device including table creation device and correction device
47 Reference plate
Claims (4)
前記ノーズピースと前記パンチとの相対位置を計測する位置計測装置と、前記パンチへの押圧力を計測する装置とを有し、更に、前記位置計測装置と前記押圧力計測装置とからのデータに基づいて、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ及びノーズピース相対位置の変化量について押圧力対相対位置変化量テーブルを形成して保存する装置と、前記自己穿孔型リベットの締結のとき、前記押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して前記パンチへの押圧力を補正する装置とを有することを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。A punch and a die for driving a self-piercing rivet comprising a head and a hollow leg having a diameter smaller than that of the head into a plurality of members to be fastened, and the punch being movable toward the die. A nosepiece having a tip that supports and abuts the surface of the member to be fastened, wherein the punch is pressed toward the die inside the nosepiece to strike the self-piercing rivet against the member to be fastened. When inserted, the leg is deformed so that the tip of the leg expands radially outward while penetrating the member to be fastened, and the tip of the leg is inserted into the member to be fastened without penetrating the member adjacent to the die. A self-piercing rivet fastening device, which is driven to stay and interconnects the plurality of members to be fastened by the deformed expanding leg portion and the head.
A position measuring device for measuring a relative position between the nosepiece and the punch, and a device for measuring a pressing force on the punch, further, data from the position measuring device and the pressing force measuring device A device for forming and storing a pressing force versus relative position change amount table for a change amount of a relative position of a punch and a nosepiece that changes with respect to a reaction force of a die with respect to a punch pressing force, and fastening of the self-piercing rivet A self-piercing type rivet setting device, comprising: a device for correcting the pressing force to the punch by referring to the pressing force versus relative position change amount table.
前記被締結部材の表面に先端が当接した前記ノーズピースと前記リベットの頭部に先端が当接した前記パンチとの相対位置を計測して被締結部材に打込まれたリベット頭部表面の該被締結部材表面に対する高さ(出代)を計測することができる位置計測装置と、前記パンチへの押圧力を計測する押圧力計測装置と、前記位置計測装置及び前記押圧力計測装置の出力に接続され、パンチ押圧力に対するダイの反力に対して変化するパンチ先端とノーズピース先端との相対位置の変化量に基づいて押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成する装置とを備え、前記テーブル作成装置は、自己穿孔型リベットの締結に先だって前記パンチと前記ダイとの間に配置された前記パンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートに、前記ノーズピース先端を当接させ且つ前記パンチに締結開始時の押圧力を与えて該パンチ先端を基準プレートに当接させた状態にあるとき、前記位置計測装置及び前記押圧力計測装置からのデータに基づいて前記位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、且つ、前記パンチの押圧力が増大して前記基準プレートを押圧する前記パンチと該基準プレートに当接する前記ノーズピースとの相対的位置が変化することによって得られる、パンチの押圧力対パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量から前記押圧力対相対位置変化量テーブルを作成して保存する構成であり、更に、自己穿孔型リベットの締結のとき、前記押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して前記パンチへの押圧力を補正する装置を有し、これにより、前記自己穿孔型リベットの頭部の前記出代が所定の値に維持されることを特徴とする自己穿孔型リベット締結装置。A punch and a die for driving a self-piercing rivet comprising a head and a hollow leg having a diameter smaller than that of the head into a plurality of members to be fastened, and the punch being movable toward the die. A nosepiece having a tip that supports and abuts the surface of the member to be fastened, wherein the punch is pressed toward the die inside the nosepiece to strike the self-piercing rivet against the member to be fastened. When inserted, the leg is deformed so that the tip of the leg expands radially outward while penetrating the member to be fastened, and the tip of the leg is inserted into the member to be fastened without penetrating the member adjacent to the die. A self-piercing rivet fastening device, which is driven to stay and interconnects the plurality of members to be fastened by the deformed expanding leg portion and the head.
The relative position between the nose piece, the tip of which is in contact with the surface of the member to be fastened, and the punch, the tip of which is in contact with the head of the rivet, is measured on the surface of the rivet head that is driven into the member to be fastened. A position measuring device capable of measuring a height (excess allowance) with respect to the surface of the member to be fastened, a pressing force measuring device for measuring a pressing force applied to the punch, and outputs of the position measuring device and the pressing force measuring device A device that creates a table of the pressing force versus the relative position change based on the amount of change in the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece that changes with respect to the reaction force of the die with respect to the punch pressing force, The table making device includes a rigid reference plate that withstands the maximum pressing force of the punch disposed between the punch and the die before the self-piercing rivet is fastened, and the nose piece tip. When the punch is pressed against the reference plate by applying a pressing force at the start of fastening to the punch and applying the pressing force to the punch, the position is determined based on data from the position measuring device and the pressing force measuring device. By setting the fastening start reference position of the measuring device, and by increasing the pressing force of the punch, the relative position between the punch pressing the reference plate and the nose piece contacting the reference plate changes. The obtained pressing force versus relative position change amount table is created and stored from the obtained punch pressing force versus the relative position change between the punch tip and the nosepiece tip, and further, when fastening a self-piercing rivet. A device for correcting the pressing force on the punch by referring to the pressing force versus relative position change amount table, whereby the head of the self-piercing rivet is Self-piercing rivet fastening device, characterized in that the serial output margin is maintained at a predetermined value.
自己穿孔型リベットの締結に先だって、前記パンチと前記ダイの間に、前記パンチの最大押圧力に耐える剛性の基準プレートを配置し、
前記基準プレートに前記ノーズピース先端及び前記ダイを当接させ且つ前記パンチに締結開始時の押圧力を与えて該パンチ先端を基準プレートに当接させ、
前記位置計測装置からのノーズピースとパンチの相対位置データ及び前記押圧力計測装置からのパンチへの押圧力データとから前記位置計測装置の締結開始基準位置を設定し、
前記パンチへの押圧力を増大し、
前記位置計測装置からの前記相対位置データ及び前記押圧力計測装置からの前記押圧力データとから、前記パンチへの押圧力の増大に対して変化する、パンチ先端及びノーズピース先端の相対位置の変化量データを得て、押圧力対相対位置変化量のテーブルを作成して保存し、
自己穿孔型リベットの締結のとき、前記押圧力対相対位置変化量テーブルを参照して前記パンチへの押圧力を補正して、これにより、前記自己穿孔型リベットの頭部の前記出代が所定の値に維持される
ことを特徴とする自己穿孔型リベットの締結方法。A punch and a die for driving a self-piercing rivet comprising a head and a hollow leg having a diameter smaller than that of the head into a plurality of members to be fastened, and the punch being movable toward the die. A nosepiece having a tip that supports and abuts the surface of the member to be fastened, wherein the punch is pressed toward the die inside the nosepiece to strike the self-piercing rivet against the member to be fastened. When inserted, the leg is deformed so that the tip of the leg expands radially outward while penetrating the member to be fastened, and the tip of the leg is inserted into the member to be fastened without penetrating the member adjacent to the die. The plurality of members to be fastened are connected to each other by the deformed expanding leg portion and the head, and further, the tip of which abuts on the surface of the member to be fastened. Nosepiece and front Measuring the relative position of the rivet head and the punch whose tip abuts on the rivet head to measure the height (extra allowance) of the surface of the rivet head driven into the member to be fastened relative to the surface of the member to be fastened. In a method of fastening a self-piercing rivet, using a self-piercing rivet fastening device including a position measuring device capable of and a pressing force measuring device for measuring the pressing force on the punch,
Prior to fastening the self-piercing rivet, a rigid reference plate that withstands the maximum pressing force of the punch is arranged between the punch and the die,
Abutting the tip of the nosepiece and the die on the reference plate, and applying a pressing force at the start of fastening to the punch so that the tip of the punch abuts on the reference plate;
Setting the fastening start reference position of the position measuring device from the relative position data of the nose piece and the punch from the position measuring device and the pressing force data to the punch from the pressing force measuring device,
Increasing the pressing force on the punch,
From the relative position data from the position measuring device and the pressing force data from the pressing force measuring device, a change in the relative position between the tip of the punch and the tip of the nosepiece that changes with an increase in the pressing force on the punch. After obtaining the amount data, create and save a table of pressing force vs. relative position change amount,
When the self-piercing rivet is fastened, the pressing force to the punch is corrected with reference to the pressing force versus relative position change table, whereby the protrusion of the head of the self-piercing rivet is determined. The method of fastening a self-piercing rivet, characterized in that the rivet is maintained at a value of:
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