JP2007521148A - ねじ継手の締付け特性の保証方法 - Google Patents

Abstract

トルク供給動力工具によってねじ継手を必要なプレテンション状態（Ｆ_Ｎ）に締付ける際にねじ継手の締付け結果の特性を保証する方法であって、ねじ継手の幾何学的形状、予期された摩擦状態、動力工具の動作特性、締付け計画、及び適当な締付けパラメーター値に関するプログラムされたデータを用いて、必要なプレテンション状態（Ｆ_Ｎ）を得ようとする特定のアルゴリズムを介してねじ継手締付け工程を一回以上シミュレーション操作し、それにより同じ特定のルゴリズムを介して行った実際に実施した締付け操作の結果としてのプレテンション状態（Ｆ_P）と比較されるシミュレートしたプレテンション状態（Ｆ_S）に到達し、そして特性の許容又は拒絶を行うため上記比較の結果を評価する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トルク供給動力工具によってねじ継手を必要なプレテンション状態、特に必要な締付け力に締付ける場合におけるねじ継手の締付け操作の特性を保証する方法に関するものである。

ねじ継手、特に、自動車工業及び同様な大量生産の典型的なねじ継手を締付ける際に、均質で明確な締付け力は多くの応用における目標である。トルク、角度及び時間の測定の間接的な手段、即ち典型的なねじ継手締付けの測定可能なパラメーターによって締付け力を制御する種々の方法が開発されてきた。ねじ継手の設計段階において、十分な規模のテスト又はシミュレーション補完される理論的な計算は、いかなる締付け方法を用いるべきであるかを決めるのに役立つ。

アトラスコプコ社の販売している動力ＭＡＣＳシステムのような最新のねじ継手締付けシステムは、一つ以上の電気的ナットランナースピンドル、及びプロセスコンピューター又はシステムインテリジェンスを含むモニター及び制御システムを有している。各ナットランナースピンドルは一つ又は二つのトルク変換機及び一つ又は二つの角度エンコーダーを備えている。システムはモーターの電流及びモーターの速度を種々の仕方で測定する。

ねじ山と接触面との間の摩擦、ねじの幾何学的形状及び材料の特性の負の影響を最大可能な程度に制御する又は除去するため種々の方法が開発されてきた。これら全ての方法は、制御プログラムの一部を成しかつ生産過程で遭遇した変動の殆どを制御及び補償できるソフトウエアアルゴリズムに基いている。

シミュレーションプログラムは、特定のハードウエア、継手特性及び可変入力パラメーターを仮定しそして動力ＭＡＣＳで行われる実際のねじ継手締付けに用いられるものと同じソフトウエアを用いて生産結果をシミュレーションするために、上記のねじ継手締付けシステム、動力ＭＡＣＳにおいて用いられる。シミュレーションの結果は、工業のＱＡエンジニアによって通常評価される生産統計量として報告される。代表的なねじ継手データ、システムハードウエア及びソフトウエアでは、シミュレーションプログラムは、最も必要な情報であるねじ継手締付け力を計算できるという利点がある。生産状態の下では、達成した締付け力の情報は間接にのみ得ることができ、このことは欠点である。

本発明の目的は、種々のパラメーターに基いたシミュレートした結果で実際の生産から得られるデータを結合することによって締付け結果における信頼できる情報を得ることにあり、それにより特に締付け力の情報は連続して報告され得る。

シミュレーション操作に用いられる最も重要な入力パラメーターは、締付けられるべきねじと要素の結合された特性の公平に良好な定義であるトルク−角度勾配を含むねじ継手特性である。トルク−角度勾配の連続した計算は、報告している締付け結果を高いレベルに上げる。

本発明による方法はまた、インストールしたトルク及び角度の報告を可能にするだけでなく、Ｃｐｋ（システムの能力指標）のようなある一定の統計及びトルクレート値を連続して報告できるようにする。また、連続してシミュレートした締付け力の報告と共に、ねじ継手などの変化した表面処理及び摩擦状態に対する警告をできるようにする。報告にはまた、典型的なトルク−角度又はトルク−時間曲線を示すグラフだけでなく、締付け力対角度及び（又は）締付け力対時間も含まれ得る。

この新規の方法は、生産及び達成できる締付け操作のある種の改善の提案を理解することに関して改善を意味している。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

二つ以上の要素自体の設計を含む二つ以上の要素の実際の締付け用のねじ継手の基本設計でフローチャートの頂部からスタートする。ねじ継手の目的は、ある一定のプレテンション状態すなわち必要な締付け力ＦＮを達成することにある。

第２の段階では、締付け操作のシミュレーションが行われ、ねじ継手の幾何学的形状及び表面処理のようなねじ継手の詳細について、いかなる形式の動力工具が用いられるのか及びいかなる締付け方法が用いられるべきであるのかが選択される。また、トルクレベル、回転角度及び（又は）時間間隔のような締付けパラメーターは実験的ベースで選択される。シミュレーションは、各パラメーターの許容範囲又は偏差限界内でランダムに選択したパラメーター値に基いた多数のシミュレートした締付け操作を備えている。結果は、平均値並びに得られた締付け力、トルク、角度とトルクの割合、すなわち回転角度毎に発生したトルクの分散間隔としてシミュレーションプログラムによって与えられる。

第３の段階では、結果としてのシミュレートした締付け力Ｆ_Sは必要な締付け力Ｆ_Ｎと比較され、結果がある一定の許容限度外である場合には、調整したパラメーター値で新しいシミュレーションが行われる。これは、得られた締付け力が必要な締付け力Ｆ_Ｎに対する許容範囲内となる許容できる結果が得られるまで、繰り返される。シミュレーション操作から、トルク及び角度と共にトルクレートのパラメーター値が得られる。

第４の段階では、許容された締付けシミュレーション操作に用いられたパラメーター値は、実際の生産締付け用のねじ締付け機器の制御プログラムに適用される。

第５の段階では、生産ねじ継手締付けが行われ、トルクＴ_ＡＣＴ、回転角度Ａ_ＡＣＴ、トルクレートＴＲ_ＡＣＴ結果としてのパラメーター値がシミュレートした値及び許容限界と比較される。生産値がシミュレートした締付けによって確立された許容限界外である場合には、偏差の報告で生産が止められるか、或いは警告及び偏差の報告で続けられる。

第６の段階で、生産がシミュレーション操作で確立されたシミュレートした許容限界外の偏差となる場合には、ねじ継手は低い／殆どない分散摩擦を得るために条件付けでき、及び（又は）生産制御プログラムは締付けパラメーターにおける偏差に関して較正される。これにより結果として択一的な警告が警報＋継続生産、警報＋生産停止、幾何学的形状偏差の報告、或いは表面偏差の報告である第２の停止及び報告となる。

摩擦の較正において、ねじ継手は締付けられたり緩められたりし、トルク及び角度値は記録され、トルク−角度関係は両方向に較正される。トルクは、摩擦とねじ山ピッチ及び継手の弾性のような継手の幾何学的特徴との両方の関数であり、また締付ける方向において、ピッチ及び弾性はトルク抵抗を生成するため摩擦と共動する。緩める方向においては、摩擦はなおトルク抵抗を生じさせ、一方、幾何学的特徴はナットランナーで継手を回動するのを“助ける”。これは、Ｔ_{ｔｉｇｈｔ}＝ｋＡ＋ｃＡであることを意味し、ここでｋは摩擦で影響され、ｃは継手の幾何学的形状で影響される。図２参照。継手を緩める際にはＴ_ｌｏｏｓ＝ｋＡ−ｃＡが適用される。

それぞれの勾配は、ｄＴ_{ｔｉｇｈｔ}／ｄＡ＝ｋ＋ｃ、及びｄＴ_ｌｏｏｓ／ｄＡ＝ｋ−ｃである。

従って、ｋ＝１／２（ｄＴ_{ｔｉｇｈｔ}／ｄＡ＋ｄＴ_ｌｏｏｓ／ｄＡ） −＞ｋ_ｍｅａｎ；−＞ｋ_ｄｅｖ
ｃ＝１／２（ｄＴ_{ｔｉｇｈｔ}／ｄＡ−ｄＴ_ｌｏｏｓ／ｄＡ） −＞ｃ_ｍｅａｎ；−＞ｃ_ｄｅｖ
である。

期待値からの偏差を警告する種々の方法を用いることができる。
ｋ_ｍｅａｎ＞ｋ_{ｌｉｍｉｔ}である場合には、表面及び（又は）潤滑欠陥が存在する。
ｃ_ｍｅａｎ＞ｃ_{ｌｉｍｉｔ}である場合には、幾何学的形状の乱れが存在する。

これは、摩擦係数を測定する及び摩擦係数が通常の偏差限界内にあるかどうかを決める仕方である。そうでない場合には、偏差の理由はねじ継手における幾何学的形状の欠陥のためでなければならない。従って、最終結果の偏差が摩擦に基く偏差であるか、或いは幾何学的根拠によるものなのかを決めることができる。継手の表面処理又は設計において欠陥を避けるために変更しなければならない場合には、新たにシミュレーションを行う必要がある。

本発明による締付け操作の漸進報告のフローチャートを示す。 締付けトルクと緩めトルクとの間の関係を例示している線図を示す。

Claims (5)

1. トルク供給動力工具によってねじ継手を必要なプレテンション状態（Ｆ_Ｎ）に締付ける際にねじ継手の締付け結果の特性を保証する方法において、
   ねじ継手の幾何学的形状、予期された摩擦状態、動力工具の動作特性、選択した締付け計画、及び少なくとも一つの締付けパラメーターの適用可能値に関するプログラムされたデータを用いて、上記必要なプレテンション状態（Ｆ_Ｎ）を得ようとする特定のアルゴリズムを介してねじ継手締付け工程を一回以上シミュレーション操作し、それにより上記必要なプレテンション状態（Ｆ_Ｎ）に許容可能に近いシミュレートしたプレテンション状態（Ｆ_S）に到達すること、
   上記選択した締付け計画に従って動力工具を制御し、上記特定のアルゴリズムと共に上記ねじ継手の幾何学的形状、上記動力工具の動作特性及び上記シミュレーション操作で得られた締付けパラメーター値を関するプログラムされたデータを用いて上記必要なプレテンション状態（Ｆ_Ｎ）を得ることにより、ねじ継手締付け操作を実施し、それにより実施したプレテンション状態（Ｆ_P）に到達すること、
   上記実施したプレテンション状態（Ｆ_P）を上記シミュレートしたプレテンション状態（Ｆ_S）と比較すること、及び
   特性の許容又は拒絶を行うため上記比較の結果を評価すること
   ことを特徴とするねじ継手の締付け結果の特性の保証方法。
2. 上記シミュレーション操作が、標準の偏差範囲内で上記データの値をランダムに選択する方法に基づいて何回も繰り返され、それにより上記シミュレートしたプレテンション状態（Ｆ_S）の偏差範囲及び平均値を得、そして上記実施したプレテンション状態（Ｆ_P）が、上記実施したプレテンション状態（Ｆ_P）の許容又は拒絶を得るため上記偏差範囲の限界と比較されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記シミュレーション結果が、トルク (Ｔ)、回転角度（Ａ）及びシミュレートしたプレテンション状態（Ｆ_S）で得られたトルク率（ｄＴ／ｄＡ）のパラメーター値を含み、実際に得られたパラメーター値がシミュレーションで得られたパラメーター値と比較されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 実際の締付け操作が繰り返し行われ、全ての結果としての実際に操作したプレテンション状態（Ｆ_P）の値が、上記シミュレートしたプレテンション状態（Ｆ_S）の上記偏差範囲の限界及び上記平均値に関して比較され、統計学的に評価されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 上記偏差範囲の限界の外側の結果としての実際に操作したプレテンション状態（Ｆ_P）が、実際の形式のねじ継手を締付けたり緩めたりすることによって分析され、それにより、上記実際に操作したプレテンション状態（Ｆ_P）の許容できない偏差を生じた摩擦又は幾何学的影響があるかどうかを決めることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
   
   

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