JP2008284661A

JP2008284661A - ネジ締め検出システム

Info

Publication number: JP2008284661A
Application number: JP2007133333A
Authority: JP
Inventors: Seiya Sato; 誠也佐藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】ネジ締め順番の異常を判定し、かつネジ締め終了時のトルクを検出することが可能であるネジ締め検出システムを提供する。
【解決手段】複数のネジ孔５・５を有するワーク３をセットするセット治具１と、ネジ孔５・５にネジを締め付ける電動ドライバ４と、セット治具１の回転を規制する位置に設けた荷重検出手段と、複数の支持ピン６・６とを備え、セット治具１には、セットされたワーク３のネジ孔５の直下の対向する位置に挿入孔１０が形成され、電動ドライバ４によりネジ孔５に対してネジ締めを行う場合に、前記挿入孔１０に支持ピン６を挿入して、該支持ピン６によりセット治具１を回転可能に支持し、電動ドライバ４動作時にネジ締め回転方向に発生するセット治具１の回転力を、ロードセルにより検出して、所定のトルクでネジ孔５に対してネジ締めが行われているかどうかを判断することにより、ネジ締め順番異常及びネジ締め終了を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ネジ締め順番の誤り及びネジ締め終了を検出するネジ締め検出システムに関する。

従来、ネジ孔を有するワークに対してボルト等のネジを締結する場合、ネジの締め付けトルクの確認は、ドライバのトルクリミッターを用いるものであり、その値の測定は行わないことが多かった。
また、複数のネジを締結する際、ネジの締め付け順番の確認は、締め付け回数のみを確認することで行っており、ネジ締め付け箇所の位置検出等を行っていない場合も多かった。そして、低コストのドライバを使用する場合においては、トルクリミッターが付いておらずトルクの異常判定ができなかった。さらに、作業者が締め付け順番を確認しながらネジ締め作業した場合、締め付け順番が誤っていたとしても、誤りを認識することができなかった。

特許文献１においては、制御部が複数の締め付け箇所の締め付け順序を予め入力手段を通して設定し、締め付け順序および締め付け箇所の間違いを表示手段で表示、報知する旨が記載されている。

また、特許文献２においては、ネジの締め付けトルクは、伝達治具、ピンを介し円盤等を経てトルク検出部に伝達され、歪ゲージ等により検出する旨が記載されている。

また、特許文献３においては、ソケットレンチによるボルトまたはナットの締結時に生じる反力を測定するためのロードセルを介在させた締め付けトルク測定機構付ボルト緊解機が記載されている。
特開２００２−３４６８５７号公報特開平１１−９４６６２号公報実公平６−４２９８号公報

しかしながら、上記のようなネジやボルト等の締め付け技術においては、締め付け箇所の位置座標検出の精度が必要とされたり、作業内容と比べて高価な締め付け装置となったり、装置構成が複雑で大掛かりなものになってしまうという問題点がある。
そこで、本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、大掛かりな装置を必要とせずに、簡単かつ低コストな装置によりネジ締め順番の異常を判定し、かつネジ締め終了時のトルクを検出することが可能であるネジ締め検出システムを提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、複数のネジ孔を有するワークをセットするセット治具と、前記セット治具にセットされたワークのネジ孔にネジを締め付ける締め付け手段と、該セット治具の回転を規制する位置に設けた荷重を検出する荷重検出手段と、昇降可能な複数の支持ピンとを備え、前記セット治具には、該セット治具にセットされたワークの上部にある各ネジ孔の直下のこのネジ孔に対向する位置に、前記セット治具の下方側から前記支持ピンを挿入可能な挿入孔が形成され、前記締め付け手段により前記ネジ孔に対してネジ締めを行う場合に、ネジ締めを行うべきネジ孔の直下にある前記挿入孔に、前記支持ピンを挿入して、該支持ピンを回転軸として前記セット治具を回転可能に支持し、前記締め付け手段動作時にネジ締め回転方向に発生する前記セット治具の回転力を、前記荷重検出手段により検出して、所定のトルクでネジ孔に対してネジ締めが行われているかどうかを判断することにより、ネジ締め順番異常を検出するものである。

請求項２においては、前記ネジ締め検出システムは、ネジ締め順番異常を検出する際に、同時にネジ締め完了をも検出するものである。

請求項３においては、前記荷重検出手段が、ロードセルであるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、大掛かりな装置を必要とせずに、簡単かつ低コストな装置によりネジ締め順番の異常を検出可能とする。

請求項２においては、ネジ締め順番の異常とともにネジ締め完了をも検出することで、ネジ孔ごとにネジ締めが適正に完了したことを認識することができ、ワークのネジ締め品質を向上することができる。

請求項３においては、簡単かつ低コストな装置によりネジ締め順番の異常及びネジ締めの終了を検出可能とする。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１はネジ締め検出システムの平面図、図２は同じく側面断面図、図３は締め付けトルク判定及び順番判定のフローを示す図、図４は制御手段を示すブロック図である。

まず、本発明に係るネジ締め検出システムの構成について図１、図２及び図４を用いて説明する。
本発明に係るネジ締め検出システムは、平面視長方形状であるワーク３の下部が脱着可能である凹部１ａが形成されたセット治具１と、該セット治具１の周縁部の一側に、前記セット治具１の平面方向における時計回りの回転力を規制する位置に設けた荷重を検出する荷重検出手段であるロードセル２と、ネジ７を締め付ける締め付け手段である電動ドライバ４と、昇降可能に構成される複数の支持ピン６と、前記支持ピン６を出没自在に昇降させる昇降手段９と、後述する制御手段８により構成されている。
また、前記セット治具１の下部には前記支持ピン６の一端を挿入するための複数（本実施例においては、２箇所）の挿入孔１０・１０を有しており、各挿入孔１０・１０は、ワーク３をセット治具１の凹部１ａにセットした際に、ワーク３上に設けられているネジ締め箇所となる各ネジ孔５・５の直下の、このネジ孔５・５に対向する位置に配置されることとなっている。前記ネジ孔５には、ネジ締め方向（本実施例では上下方向）にネジ７が締結可能となっている。

前記昇降手段９は、載置台をその上面９ａに構成しており、該上面９ａの所定位置にセット治具１を載置可能となっている。前記載置台上において挿入孔１０・１０に対応する所定位置には開口部９ｂを有しており、支持ピン６・６が開口部９ｂにおいて出没可能に、構成されている。また、支持ピン６は、円筒状であり、昇降手段９内に配置されている図示しない駆動手段により昇降可能となっている。ワーク３をセットしたセット治具１を載置台の所定位置に載置し、一本の支持ピン６を上昇させて載置台上に突出させる場合、支持ピン６は、該支持ピン６の位置と対向して配置されている挿入孔１０に下方側から挿入されて、セット治具１が一本の支持ピン６によって支持可能となる。また、支持ピン６の直径は挿入孔１０の内径よりもやや小さくなっており、上述の如く支持ピン６の先端部でセット治具１を支持した場合、支持ピン６を回転軸としてネジ締め回転方向（時計回り方向）にスムーズに回転可能になっている。また、前記昇降手段９は前記駆動手段を介して制御手段８に接続されている。

前記制御手段８は中央演算処理装置（ＣＰＵ）や記憶装置（ＲＡＭやＲＯＭ）やインターフェース等からなり、記憶装置に後述するネジ締め順番の良否判定やネジ締め終了の判定をするための情報が記憶されている。
また、制御手段８には、図４に示すように上述した荷重検出手段であるロードセル２及び支持ピン６を昇降させる昇降手段９が接続されており、さらに、作業者への報知手段となる警報手段１１及び表示手段１２が接続されている。

以上のように構成されるネジ締め検出システムによりネジの締付け順番の判定及び締付けトルク判定を行うフローについて、図３を用いて説明する。
まず、ネジ７を所定のネジ締め箇所に締めるべくワーク３が、セット治具１の上方側から凹部１ａにセットされる（Ｓ１０）。次に、制御手段８内に記憶されている予め決められたネジの締付け順番に従って締付け位置となるネジ孔５の直下にある挿入孔１０に支持ピン６が挿入され、該支持ピン６を回転軸として時計回りに回転可能に支持する（Ｓ２０）。そうして、ネジ７を先端部に付けた電動ドライバ４により、ネジ孔５に対してネジ締めを開始する（Ｓ３０）。続いて、電動ドライバ４により、ネジ孔５に対してネジ締めのトルクアップがされる（Ｓ４０）。このトルクアップにおいて、支持ピン６挿入後の所定時間内に荷重検出手段であるロードセル２が所定の荷重を検出した場合は、制御手段８により電動ドライバ４が正しい位置（順番）であるネジ孔５に対してネジ締めを行っていると判定される。

電動ドライバ４が正しい位置（順番）でネジ締めを行っていると判定された場合は、
そのネジ孔５に対するネジ締めが完了したとして、ステップＳ４０でのトルクアップ後、ネジ締め回数（ネジ本数）がカウントアップ（カウント数が一つ増加）される（Ｓ５０）。
このように、電動ドライバ４によるトルクアップ時に、ロードセル２が所定の荷重を検出することで、正しいネジ孔５位置（順番）でネジ締めが行われているかの判定、およびそのネジ孔５に対するネジ締めが完了したかの判定が行われる。
一方、ステップＳ４０でのトルクアップ時において、支持ピン６挿入後の所定時間内に荷重検出手段であるロードセル２が所定の荷重を検出しなかった場合は、電動ドライバ４が誤った位置（順番と異なる位置）となるネジ孔５に対してネジ締めを行っていると判定される。
このように、誤った位置（順番と異なる位置）でネジ締めを行っていると判定された場合は、電動ドライバ４によるネジ締め動作を停止して、順番異常（順番ＮＧ）を作業者に警告するために警報手段１１であるブザーを鳴らして報知を行う。
また、制御手段８により、当該ネジ孔５に対するネジ締めが完了したと判定され、完了したネジ締めの回数がカウントされた後には（Ｓ５０）、ネジ締めが行われていたネジ孔５に対応する挿入孔１０から支持ピン６が抜き出される（Ｓ６０）。

その後、全てのネジ孔５に対してネジ締めが行われたか否か、すなわち最終のネジ締め位置（順番）のネジ孔５に対するネジ締めが終了したか否かの判定が行われ（Ｓ７０）、まだ最終のネジ締め位置（順番）のネジ孔５に対するネジ締めが終了していないと判定した場合は、ステップＳ２０にリターンする。
一方、ステップＳ７０において、最終のネジ締め位置（順番）のネジ孔５に対するネジ締めが終了したと判定された場合は、全てのネジ孔５に対してネジ７の締め付けが完了したワーク３が、セット治具１から取り外される（Ｓ８０）。
なお、最終のネジ締め位置（順番）のネジ孔５に対するネジ締めが終了したか否かの判定は、例えば、ワーク３が備えるネジ孔５の数と、ステップＳ５０にてカウントされたネジ締めの回数とが一致したときに最終のネジ締めが終了したと判定し、ステップＳ５０にてカウントされたネジ締めの回数が、ワーク３が備えるネジ孔５の数よりも小さいときにまだ最終のネジ締めが終了していないと判定するように構成することができる。

前述のごとく、本実施例におけるネジ締め検出システムにおいては、ネジ締め順番の異常を検出するために、ネジ締め順番に対応したネジ孔５において、該ネジ孔５の直下にある挿入孔１０に支持ピン６を挿入する。前記ネジ孔５に対してネジ７を取り付けた電動ドライバ４によりネジ締めを行った場合、セット治具１には前記支持ピン６を回転軸にして、電動ドライバ４の動作によるネジ締め回転方向（時計回り方向）の回転力が発生する。該回転力によりセット治具１の回転を規制するようにセット治具１の一端に当接しているロードセル２に荷重が掛かる。該荷重をロードセル２により測定することで所定のトルクが掛かっているかどうかを検出することができる。
また、ネジ締め順番と異なるネジ孔５に対してネジ締めを行った場合、本来ネジ締め順番であるネジ孔５の直下にある挿入孔１０に支持ピン６が挿入されて、セット治具１を回転可能に支持している状態であり、ネジ締付けのトルクアップ時において電動ドライバ４にネジ締付け動作させてもセット治具１を時計回りに回転させる回転力が発生することはなく、結果的に締付けトルクがロードセル２に伝わらず、この場合に制御手段８が支持ピン６挿入後の所定時間内に荷重変化がないことを認識して、順番誤りとして判定する。制御手段８内に予め記憶されているネジ締めの順番通りに支持ピン６が挿入孔１０に挿入されて、支持ピン６挿入後所定時間内に所定の荷重を検出した場合、ネジ締め順番通りのネジ孔に対してネジ締めを行ったと判定して、ネジ締め順番が間違っていないかどうかを検出可能としている。

また、ネジ締め順番通りにネジ締めを行っている場合、電動ドライバ４の動作時にネジ回転方向に発生するセット治具１の回転力による荷重は、ネジ締めが終了時に至ると同時に大きな荷重変化を生じることになるが、ロードセル２にて検出した荷重変化と、制御手段８内に予め記憶されているネジ締め終了時の荷重変化（ネジ着座時の荷重変化）のパターンとを照合して、それらが一致した場合に制御手段８は電動ドライバ４先端にトルクが掛かったと判断して、当該ネジ孔５に対するネジ締めが完了したことを検出可能としている。
このように、ネジ締め順番の異常とともにネジ締め完了をも検出することで、ネジ孔５・５ごとにネジ締めが適正に完了したことを認識することができ、ワーク３のネジ締め品質を向上することができる。

また、ネジ締め順番に従って最初にネジ締めするネジ孔５に対応する支持ピン６が、挿入孔１０に挿入されて、最初のネジ孔５のネジ締め完了を上述したように検出すると、挿入孔１０から支持ピン６が排出されて、次のネジ締め順番となるネジ孔５に対応する挿入孔１０に支持ピン６が挿入されて、同様にしてネジ順番及びネジ締め完了の検出を行うのである。このように、所定数のネジ締め箇所について、ネジ締め順番に従って、各ネジ孔５に対応する支持ピン６を挿入して、ネジ締めを行い、各ネジ孔５におけるネジ順番異常及びネジ締め完了の検出を連続して行っていくのである。

こうして、複数のネジ孔５・５を有するワーク３をセットするセット治具１と、前記セット治具１にセットされたワーク３のネジ孔５・５にネジを締め付ける締め付け手段である電動ドライバ４と、該セット治具１の回転を規制する位置に設けた荷重を検出する荷重検出手段であるロードセル２と、昇降可能な複数の支持ピン６・６と、前記複数の支持ピン６・６を昇降させる昇降手段９とを備え、前記セット治具１には、該セット治具１にセットされたワーク３の上部にある各ネジ孔５・５の直下のこのネジ孔５・５に対向する位置に、前記セット治具１の下方側から前記支持ピン６・６を挿入可能な挿入孔１０・１０が形成され、前記電動ドライバ４により前記ネジ孔５に対してネジ締めを行う場合に、ネジ締めを行うべきネジ孔５の直下にある挿入孔１０に支持ピン６を挿入して、該支持ピン６を回転軸として前記セット治具１を回転可能に支持し、前記電動ドライバ４動作時にネジ締め回転方向に発生する前記セット治具１の回転力を、前記ロードセル２により検出して、所定のトルクでネジ孔５に対してネジ締めが行われているかどうかを判断することにより、ネジ締め順番異常及び当該ネジ孔５に対するネジ締めの完了を検出するので、大掛かりな装置を必要とせずに、簡単かつ低コストな装置によりネジ締め順番の異常及びネジ締めの終了を検出可能とする。また、電動ドライバ４にトルクセンサー等のトルクを検出するセンサーを内蔵する必要がなく、さらにドライバ位置やネジ孔位置を検出する位置センサー等も必要がなく簡単なシステム構成とすることができる。
また、本発明のネジ締め検出システムにおいてはトルクリミッターを有しないような安価なドライバを使用した場合でもネジ締め順番の異常及びネジ締めの完了を検出可能とする。

なお、ネジ締付け箇所であるネジ孔として、本実施例ではワーク３上に２箇所有するものを例として示したが、特に限定するものではなく、３箇所以上の複数のネジ締付け箇所を有するワークにも適用可能である。
また、本実施例においては締め付け手段としてネジを締め付ける電動ドライバの例を示したものであるが、特に限定するものではなく締め付け手段としてネジを締め付ける電動ドライバの替わりにボルト締結手段を用いてボルト締結を行う場合においても、本発明を適用してボルト締め順番判定及びトルク判定を容易に行うことができる検出システムを構成することが可能である。

ネジ締め検出システムの平面図。同じく側面断面図。締め付けトルク判定及び順番判定のフローを示す図。制御手段を示すブロック図。

符号の説明

１セット治具
２ロードセル
３ワーク
４電動ドライバ
５ネジ孔
６支持ピン
７ネジ
９昇降手段
１０挿入孔

Claims

複数のネジ孔を有するワークをセットするセット治具と、
前記セット治具にセットされたワークのネジ孔にネジを締め付ける締め付け手段と、
該セット治具の回転を規制する位置に設けた荷重を検出する荷重検出手段と、
昇降可能な複数の支持ピンとを備え、
前記セット治具には、該セット治具にセットされたワークの上部にある各ネジ孔の直下のこのネジ孔に対向する位置に、前記セット治具の下方側から前記支持ピンを挿入可能な挿入孔が形成され、
前記締め付け手段により前記ネジ孔に対してネジ締めを行う場合に、
ネジ締めを行うべきネジ孔の直下にある前記挿入孔に、前記支持ピンを挿入して、該支持ピンを回転軸として前記セット治具を回転可能に支持し、
前記締め付け手段動作時にネジ締め回転方向に発生する前記セット治具の回転力を、前記荷重検出手段により検出して、所定のトルクでネジ孔に対してネジ締めが行われているかどうかを判断することにより、
ネジ締め順番異常を検出することを特徴とするネジ締め検出システム。
前記ネジ締め検出システムは、ネジ締め順番異常を検出する際に、同時にネジ締め完了をも検出することを特徴とするネジ締め検出システム。
前記荷重検出手段が、ロードセルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のネジ締め検出システム。