JP2005121132A - 締結部材の締付け管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト等の締付け忘れを完全に防止できる締結部材の締付け管理システムの提供。
【解決手段】トルクレンチ１に超音波パルスを発信する超音波発信器２を設け、受信アンテナ装置５で受信した超音波パルスの伝播時間に基づいて三角測距の原理でトルクレンチ１で締付けられるボルト14の座標を演算処理装置10により求め、予め記憶している各ボルト14の座標との比較で該当するボルト番号を特定し、表示装置１９に表示している該当のボルト番号の表示部の表示色を変更させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ねじやボルト等の締付け部材の締付け管理システムに係り、特にボルト等の締付け部材の締付け忘れをチェックできる締結部材の締付け管理システムに関するものである。

ねじやボルト、ナット等の締結部材の締め付け作業の信頼性の中で、ヒューマンエラーは最も厄介なことといえる。本来、人間はミスを犯すものと考えなければならない。また、ヒューマンエラーの中で最も多いのがねじの締め忘れとされている。その状況として、ねじは通常均一に能率よく締付けるために、一度仮締めされた後に本締めされることが多い。

しかし、仮締めされたねじは、最終に締付けしたねじと一見して区別がつかないため、本締めを忘れることがある。

そこで、本締めを確認する方法の一つとして、ボルト等のねじの締め付け作業に用いられるトルクレンチにおいて、締め付けトルクが所定値に達すると付設のマーカが動作して、ボルト又はそれの周辺に捺印を行なうマーカ付きトルクレンチが提案されている（特許文献１）。

このマーカ付きトルクレンチは、頭部と柄部とを有するレンチ本体と、レンチ本体の頭部にラチェット係合するラチェット筒と、このラチェット筒の先端部に固着され被締め付けボルト又はナットへ係合可能なソケットと、ラチェット筒内に軸線方向摺動自在に挿入され、先端にマーカを保持したマーカロッドとを備えている。

そして、所定の締め付けトルクに達したときに、レンチ本体の柄部に内装されたトグルリンクの動作でマーカロッドを先端側へ向けて軸線方向に摺動させ、ソケット内でマーカを移動させてボルトの端面へ捺印を行なうようにしている。
特開平６−２９７３５２号公報

しかし、このようなマーカ付きトルクレンチを用いても、ボルトの頭部についた塗料で本締めと仮締めの区別はできても、マークの確認は作業者の目視により行なっており、このためヒューマンエラーが発生することがあり得る。

そこで、本出願に係る発明の目的は、このような従来の問題を解決し、締付け忘れを完全に防止できる締結部材の締付け管理システムを提供しようとするものである。

第１の発明は、請求項１に記載のように、被締結体に対して複数のボルト等の締結部材を締付工具により締付ける際、該締付工具が装着された締結部材の位置を測距手法を用いて検出する締結部材位置検出手段と、前記被締結体に対する前記複数の締結部材の締結位置を予め記憶している記憶手段と、前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材の検出位置と前記記憶手段に記憶している締結部材の記憶位置とを比較し、前記被締結部材に締結されるべき複数の締結部材の中で対応した位置の締結部材を特定する締結部材判別手段と、前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材に対して締結が行なわれたか否かを判別する締結判別手段と、前記複数の締結部材に対応した表示部を有する表示手段と、前記締結部材判別手段で特定された締結部材に対応した前記表示部に前記締結判別手段の判別結果に基づいて締結前と締結後とで異なる表示を行なわせる表示処理手段と、を有することを特徴とする締結部材の締付け管理システムにある。

第２の発明は、請求項２に記載のように、被締結体に対して複数のボルト等の締結部材を締付工具により締付ける際、該締付工具が装着された締結部材の位置を測距手法を用いて検出する締結部材位置検出手段と、前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材に対して締結が行なわれたか否かを判別する締結判別手段と、前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材に対し前記締結判別手段が締結が行なわれたと判別した場合、当該締結された締結部材の検出位置を記憶する記憶手段と、前記締付工具を締結部材に装着することにより前記締結部材位置検出手段で検出した今回の検出位置と、前記記憶手段に記憶している以前の検出位置とを比較し、同じ検出位置がなければ今回の検出位置を前記記憶手段に記憶させる位置比較手段と、前記複数の締結部材の数に応じた表示部を有する表示手段と、前記記憶手段に記憶されている締結部材の数だけ前記表示手段の表示部に締付け済みの表示を行なわせる表示処理手段と、を有することを特徴とする締結部材の締付け管理システムにある。

第３の発明は、請求項３に記載のように、上記第１または第２の発明で、前記測距手法は、締付工具に設けた超音波発信器から発信される超音波パルスの伝播時間を測定して得られた距離情報から三角測距に基づいて求めることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、例えばエンジンの組み立てラインにおいて、各部品のボルト取り付け位置が明確で、エンジン部品を所定の位置に停止させると、各ボルト取り付け位置がおのずと分かるような場合、これらのボルト取り付け位置を予め記憶させておけば、トルクレンチなどの締付工具でボルトを締付けると、表示手段の該当する表示部に締結が行なわれた表示行なわれるので、作業者は表示手段を見るだけで、ボルト等の締結部材の締め付けを忘れたか否かを簡単で且つ確実に判別することができる。

請求項２に係る発明によれば、例えば自動車の組み立てラインで、タイヤを取り付ける際、車軸側にセットされているタイヤホイール取り付け用のボルトの位置は一定の位置を保持してタイヤ取り付け作業場所には搬送されてこないが、ボルトの本数は予め分かっているので、締付工具によりホイールナットを締付けると、ナットの位置が記憶される。全てのナットの締付位置は異なるので、一致する場合には二度締めが行なわれたと判断し、表示手段のナット数分の表示部にはナット締めが行なわれていない表示部が存在するため、ナットの締め忘れがあったと直ちに判別することができる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明による締結部材の締付け管理システムの装置構成を示す概略図、図２は図１のシステムのブロック図である。

図１に示す締結部材の締付け管理システムは、ボルト、ナット等の締結部材の締付け位置が予め設定されている状態を前提として、締付け位置が異なる複数の締結部材（以下ボルトを例にして説明する）が夫々締付けられているか否かを判別し、判別結果を液晶表示装置などの表示装置に表示し、締付けの有無の判別結果に併せて締付けトルク値も表示できるようにしている。

図１において、１は超音波パルスを発信する超音波発信器２を所定位置に取り付けたトルクレンチで、締付けに伴うトルク値等の測定データをデータ処理装置３から例えば赤外線により転送できるようになっている。

このトルクレンチ１には、超音波パルスを発信する超音波発信器２が取り付けられており、超音波パルスが超音波発信器２の発信アンテナ（不図示）から常時発信される。なお、超音波発信器２の前記発信アンテナとしては、全方位に指向性を有するタイプのものが使用されている。

ボルトの締付け作業場所の周囲には、超音波発信器２から発信される超音波パルスを異なる３点位置でそれぞれ受信する受信アンテナ装置５が配置されている。

受信アンテナ装置５は、３つの受信アンテナ６、７、８を２次元平面上に配置している。受信アンテナ装置５の配置位置は特に限定されるものではないが、ボルトの締付け作業場所、例えばエンジン等の組み立て作業場所にあっては生産ラインを構成するコンベア等によって制約を受けることを考慮して、本実施の形態では垂直平面上に配置した場合を例にして以下説明する。

水平平面内の直交する２軸をＸ軸とＹ軸、該水平平面に対して垂直方向の軸をＺ軸とすると、受信アンテナ装置５をＸ−Ｚ平面上に配置し、第１受信アンテナ６と第２受信アンテナ７とはＹ軸及びＺ軸に対しては同じ位置に取り付け、Ｘ軸について異なる位置に取り付けている。また、第３の受信アンテナ８は、第２の受信アンテナ７とＸ軸及びＹ軸に対して同じ位置に取り付け、Ｚ軸について異なる位置に取り付けている。

そして、超音波発信器２から発信される超音波パルスを第１の受信アンテナ６、第２の受信アンテナ７及び第３の受信アンテナ８で受信し、各受信アンテナ６〜８で受信した受信パルスを測距用受信器９に出力する。測距用受信器９からは各受信アンテナ６〜８で受信した受信パルスがパソコン等からなる演算処理装置１０に出力される。

演算処理装置１０は、発信器２から発信された超音波パルスが第１〜第３の受信アンテナ６、７、８に到達する超音波パルスの伝播時間に基づき、所謂３角（点）測距を利用して超音波発信器２の３軸における座標位置（Ｘ，Ｙ、Ｚ）を座標位置演算部１１で求める。なお、各受信アンテナ６〜８までの超音波パルスの伝播時間を演算するために、トルクレンチ１からはスイッチ４のオンによりＦＭ波（あるいは赤外光）による同期信号が発信され、受光器１２で受信した同期信号が座標位置演算部１１に入力されると、この同期信号が入力された時点から各受信アンテナ６〜８が超音波パルスのパルスを検知するのに要した時間に基づいて、発信器２から各受信アンテナ６〜８までの距離を演算する。ここで、トルクレンチ１は作業者が締付けようとするボルトにソケット１ａをセットした状態でスイッチ４をオンとするので、三角測距により求まる座標は発信器２の位置（厳密にはアンテナ位置）であって、ボルトの頭部位置ではない。このため、座標位置演算部１１では、ソケット１ａの長さをキーボードなどで入力することにより、Ｚ軸方向の座標位置を補正できるようにしている。

ボルトの締付け作業が行なわれるエンジン等の被締結体１３には、複数のボルト１４（NO.１ボルト１４ａ〜NO.６ボルト１４ｆ）が予め決められている所定位置に締結されるようになっており、これらのボルトの締結位置における３軸の座標情報（以下設定座標と称す）がメモリ１５に入力されている。

座標位置演算部１１の演算結果により、トルクレンチ１のソケット１ａが装着されたボルト（以下締付け対象ボルトと称す）の座標位置が求まると、この締付け対象ボルトが複数（本実施の形態では６本を例にする）のボルトの中でどのボルトであるかを判別するために、ボルト番号判別部１６はメモリ１５に記憶されている各番号のボルトの設定座標と座標位置演算部１１で求めた締付け対象ボルトの座標位置とを比較し、ボルト番号を判別する。このボルト番号の判別手法としては、例えば前記各ボルト番号の設定座標について、周囲にある程度の広がりを有する検索範囲を設定し、この検索範囲を徐々に狭めることによって、最終的に一つの設定座標を特定する。

すなわち、被締結体１３の停止位置が常に一定ではなく、また座標位置の演算にも誤差などが生じるため、常に設定座標と演算で求めた座標位置とは一致しないこともある。そこで、前記検索範囲画広い場合には演算座標が複数のボルトの設定座標における検索範囲内に存在するが、これらの各検索範囲を徐々に狭めると、検索範囲から演算座標が外れ、最後に演算座標が入っている検索範囲の設定座標に対応するボルトが当該締付け対象ボルトであると判別するものである。この検索範囲としては、方形あるいは円形に検索範囲を設定することができ、円形に検索範囲を設定する場合には、半径を小さくするだけで検索範囲の絞込みができるので、処理速度が速くなる。

ボルト番号判別部１６は、単にトルクレンチ１のソケットが装着されたボルトを判別するだけで、実際に締付けられたか否かの判別は行なっていない。

一方、本実施の形態では、上述したように、トルクレンチ１は締付けに伴うトルク値等の測定データをデータ処理装置３から例えば赤外線により転送できるようになっており、演算処理装置１０はデータ転送用の受信器１７から締め付けトルク値が測定データ処理部１８に入力される。

測定データ処理部１８には、トルクレンチ１からリアルタイムに測定データが入力されているので、測定データが入力されたということは、トルクレンチ１のソケット１ａが装着されたボルトに対して実際に締付けが行なわれていることを示すので、締付け判別部１９に締付け信号を入力する。なお、メモリ１５は、各被締結体１３毎に各ボルト１３の座標位置データ及び測定データ処理部１８からの締付けトルク値等のデータが各ボルト番号に対応して記憶されるようになっている。

締付け判定部１９では、ボルト番号判定部１６から判別されたボルト番号が入力され、測定データ処理部１８から締付け信号が入力されると、当該ボルト番号のボルト１４に対するボルトの締付けが行なわれたことを示す締付け確認信号を表示処理部２０に出力し、併せてこの締付け確認信号を当該ボルト番号に対応させてメモリ１５に記憶させる。

表示処理部２０は、液晶表示装置などの表示装置Ｄに表示画面として被締結体に夫々配置されるボルト１３に対応したボルト表示部３０（３０ａ〜３０ｆ）と、各ボルト表示部３０に対応するボルトの演算した座標情報及びトルク値を表示する測定・演算値表示部３１（３１ａ〜３１ｆ）を表示させる。そして、ボルト番号判定部１６からボルト番号を示すボルト番号信号が表示処理部２０に出力されると、表示処理部２０は判定された番号のボルト表示部３０の表示、例えば表示色を青から赤に切り替える。なお、この状態では赤の表示色による表示が維持されておらず、例えばボルト締めを行なうことなく他のボルト１４にトルクレンチ１のソケット１ａを装着すると、前回装着していたボルト１４に対応するボルト表示部３０の表示色が元の青色に戻る。ここで、トルクレンチ１によりボルト１３を締付けると、表示処理部２０に締付け判定部１９から締付け確認信号が入力され、当該判定された番号の赤色表示されているボルト表示部３０に対して赤色表示が維持される。

したがって、トルクレンチ１のソケット１ａを他のボルト１４に装着してスイッチ４をオンしても、締付けが終了しているボルトに対応するボルト表示部３０は赤色表示が維持されるので、目視により締付けが行なわれたボルトと締付けがまだおこなわれていないボルトとの識別を明白に判別できるようにしている。その際、当該ボルト表示部３０に近接した表示させた測定・演算値表示部３１（３１ａ〜３１ｆ）に締付けトルクの測定値と３軸の座標位置を表示させている。

表示装置Ｄの各ボルト表示部３０に対する締付け確認表示は、トルクレンチ１のソケット１ａをボルト１４に装着し、ボルト締めを行なう毎に行なっているので、ボルト締めの作業者は、表示装置Ｄの表示画面を見ながら表示色の切替が行なわれていないボルト表示部３０に対応するボルトを締付ければ良く、また全てのボルト１４の締付け作業が完了したと作業者が判断したときに表示装置Ｄを目視することで、全てのボルト１４に対してボルト締め作業が行なわれたことを確認でき、もしも締付け忘れがあると、締め忘れているボルト１４に対応する個所のボルト表示部３０の表示色が切替わっていないので、作業者は直ちにこのボルト１４を締付ければ良いことになる。

一つの被締結体１３の所定のボルトに対する全ての締付けが完了すると、次の被締結体１３が予め決められている締付け位置に搬送され、所定位置に位置決めされて停止し、次のボルト締め作業が開始されるが、その前に演算処理装置１０に対してリセット信号を例えば表示装置Ｄの表示画面に表示されているリセット表示部３２をマウスの操作あるいはタッチパネルの操作で選択することにより、今までの表示がリセットされる。

ここで、被締結体１３を所定の位置決め位置に停止させているのは、メモリ１５に記憶している設定座標と三角測距に基づいて演算した演算座標との基準座標を一致させるためであり、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸の交点となる基準位置（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）は任意に設定することができ、本実施の形態では、第２及び第３の受信アンテナ７、８のＸ軸の座標位置を基準座標Ｘ0とし、このＸ軸の基準座標Ｘ0に被締結体１３の一端を位置決めさせている。また、被締結体１３の底面をＺ軸の基準座標Ｚ0とし、前記受信アンテナから被締結体１３に向けた適当位置にＹ軸の基準座標Ｙ0を設定している。

また、被締結体１３の各ボルト１４に対する設定座標の入力方法は、被締結体１３を上記した位置決め位置に停止させた状態で、各ボルト１４にトルクレンチ１のソケット１ａを装着し、スイッチ４をオンすると、上述のように演算座標が得られるので、この演算座標を設定座標としてメモリ１５に記憶させることにより簡単に行なえる。

なお、締付けが行なわれたことを示す締付け確認信号は、設定トルク値に達した状態で出力させれば、設定トルク値に達していないボルトに対しては締付けが行なわれていないと判定し、再度の設定トルク値まで締付けることにより、確実に全てのボルトの締付けが行なえる。

また、トルクレンチ１のデータ処理装置３からの赤外光により測定データに基づいて前記締付け確認信号を出力するようにしているが、トルクレンチ１による締付けトルクが設定トルク値に達すると、例えばトグル機構が作動してトルクヘッドが移動し、リミットスイッチがオンするタイプのものであっても良く、この場合該リミットスイッチからの信号を無線または有線により演算処理装置１０に入力させるようにしてもよい。

このように、本実施の形態によれば、被締結体１３を所定の位置に位置決めした状態で、ボルト１４の締付け位置が常に同じ位置に存在する場合には、予めボルトに締付け位置の座標を設定し、実際にトルクレンチ１のソケット１ａを装着し、超音波パルスの伝播時間に基づいて三角測距により求めたボルトの座標位置と設定座標からトルクレンチ１のソケット１ａが装着されたボルト１４を特定し、実際に締付けられたことがトルク値等の測定データにより確認されると、表示装置Ｄに表示される該当のボルト表示部３０の表示形態を変更するようにして締付けの終了したボルトと、まだ締付けが終了していないボルトとの判別を容易とし、確実に締付け忘れを防止できる。
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。

本第２の実施の形態は、第１の実施の形態と同様にトルクレンチ１から発信する超音波パルスの伝播時間に基づいて三角測距により得られた演算座標を用いるが、一つの被締結体における締付けに要するボルトの本数は予めメモリに記憶させ、以前に演算した全ての演算座標と、トルクレンチ１のソケット１ａをボルトに単に装着しあるいは、ボルト締めまで行なって得られた今回の演算座標とを比較し、今回の演算座標が以前の演算座標に含まれる場合には二度締めであると判断して警告表示を行ない、今回の演算座標が以前の演算座標に含まれていない場合には、ボルト締め本数を１本カウントアップし、メモリに記憶させている設定本数に達すると、全てのボルトを締付けたものと判別し、締付け忘れを確実に防止できるようにしたものである。なお、図３に示すブロック図を構成する要素中、図２に示すブロックの構成要素と同じものには同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点を説明する。

図３において、座標位置演算部１１で演算した演算座標は、演算座標比較部４０に出力され、メモリ４１に記憶されている演算座標データと比較する。メモリ４１には、ボルト締め本数が予め記憶され、カウンタ４２に読み出される。

１回目の座標位置の演算では、メモリ４１に演算座標データが記憶されていないので、演算座標比較部４０は当該１回目の演算座標をメモリ４１に記憶させると共に、カウンタ４２に１をカウントさせる。

カウンタ４２は、１カウントアップする毎に、表示処理部４３に締付け完了信号を出力する。

表示処理部４３は、表示装置Ｄにボルト締め本数分だけのボルト表示部４４を表示させ、カウンタ４２から締付け完了信号が入力される毎に、ボルト表示部４４の表示を青から赤色に一つずつ表示変更させる。この場合、測定データ表示部１８から締付け確認信号がカウンタ４３に入力されると、赤色表示が維持されるようになっている。

また、演算座標表示部４０において、２回目以降の演算座標（今回の演算座標）が座標位置演算部１１から入力されると、メモリ４１に記憶されている以前の演算座標とを比較する。もし、トルクレンチ１のソケット１ａが装着されているボルトが既に締付けられているものであれば、メモリ４１に記憶されている以前の演算座標に合致するので、同じボルトを２度締めすることになるため、表示処理部４３は表示装置Ｄに警告表示を行なう。

このようにして、ボルトをトルクレンチ１により締付け、全てのボルトが締付けられたことをカウンタ４２が判断すると、表示装置Ｄの全てのボルト表示部４４が赤色表示となり、締付け忘れが防止される。

本実施の形態によれば、ボルト位置が不定で、被締結体の停止位置がバラバラである場合でも、確実に締付け忘れを防止することができる。

なお、上記した各実施の形態は、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）似ついての座標を求めるようにしているが、直交する２軸についての座標を求め、これに基づいて締結するボルトを特定するようにしても良い。

本発明による締結部材の締付け管理システムの第１の実施の形態を示す概略図 図１の演算処理装置のブロック図 本発明の第２の実施の形態を示す演算処理装置のブロック図

符号の説明

１ トルクレンチ
２ 超音波発信器
３ データ処理装置
４ スイッチ
５ 受信アンテナ装置
６、７、８ 受信アンテナ
９ 測距用受信器
１０ 演算処理装置
１１ 座標位置演算部
１２ 受光器
１３ 被締結体
１４ ボルト
１５ メモリ
１６ ボルト番号判別部
１７ データ転送用の受信器
１８ 測定データ処理部
１９ 締付け判別部
２０ 表示処理部
Ｄ 表示装置
３０（３０ａ〜３０ｆ） ボルト表示部
３１（３１ａ〜３１ｆ） 測定・演算値表示部
３２ リセット表示部
４０ 演算座標比較部
４１ メモリ
４２ カウンタ
４３ 表示処理部
４４ ボルト表示部

Claims (3)

1. 被締結体に対して複数のボルト等の締結部材を締付工具により締付ける際、該締付工具が装着された締結部材の位置を測距手法を用いて検出する締結部材位置検出手段と、
   前記被締結体に対する前記複数の締結部材の締付位置を予め記憶している記憶手段と、
   前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材の検出位置と前記記憶手段に記憶している締結部材の記憶位置とを比較し、前記被締結部材に締結されるべき複数の締結部材の中で対応した位置の締結部材を特定する締結部材判別手段と、
   前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材に対して締結が行なわれたか否かを判別する締結判別手段と、
   前記複数の締結部材に対応した表示部を有する表示手段と、
   前記締結部材判別手段で特定された締結部材に対応した前記表示部に前記締結判別手段の判別結果に基づいて締結前と締結後とで異なる表示を行なわせる表示処理手段と、
   を有することを特徴とする締結部材の締付け管理システム。
2. 被締結体に対して複数のボルト等の締結部材を締付工具により締付ける際、該締付工具が装着された締結部材の位置を測距手法を用いて検出する締結部材位置検出手段と、
   前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材に対して締結が行なわれたか否かを判別する締結判別手段と、
   前記締結部材位置検出手段で検出した締結対象の締結部材に対し前記締結判別手段が締結が行なわれたと判別した場合、当該締結された締結部材の検出位置を記憶する記憶手段と、
   前記締付工具を締結部材に装着することにより前記締結部材位置検出手段で検出した今回の検出位置と、前記記憶手段に記憶している以前の検出位置とを比較し、同じ検出位置がなければ今回の検出位置を前記記憶手段に記憶させる位置比較手段と、
   前記複数の締結部材の数に応じた表示部を有する表示手段と、
   前記記憶手段に記憶されている締結部材の数だけ前記表示手段の表示部に締結済みの表示を行なわせる表示処理手段と、
   を有することを特徴とする締結部材の締付け管理システム。
3. 前記測距手法は、締付工具に設けた超音波発信器から発信される超音波パルスの伝播時間を測定して得られた距離情報から三角測距に基づいて求めることを特徴とする請求項１または２に記載の締結部材の締付け管理システム。
   

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