JP2008531303A - 少なくとも１つの回転部材とその摩耗状態を判定するために該部材の振動周波数の振動を測定する手段とを備える機器、対応する制御ユニット、および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの回転部材（１），（２１）；（２２），（３）を備えるネジ締め機器であって、回転部材が、機器本体（１０）内に取り付けられ、前記回転部材の摩耗状態を表す少なくとも１つの振動周波数の振動が生じることとなるネジ締め機器に関する。本発明は、ネジ締め機器が、前記振動周波数の振動を測定する手段（５）を備え、前記測定手段（５）が、前記測定値を処理するための手段であって、前記摩耗状態を判定するために前記測定値を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較することを可能にする手段（５２）と通信する（１０）ように構成されていることを特徴とする。

Description

本発明の分野は機器の分野に関するものであり、さらに詳細には、本発明は、生産機械、特に所定のトルクでネジ締めする機器に関する。

本発明の分野に属するネジ締め工具は、（機械またはマニピュレータに取付けられる工具を含む）固定式かまたは携帯式かを問わず、工業界において極めて一般的に用いられている。

これらの工具は、想定される用途によっては電動モータまたは空気圧手段を備えることができる。

これらの工具を用いて一般的に実施されるところとしては、これらの工具は適切なコネクタによって（電気ボックスの形態にある）電子制御装置に接続され、このような電子制御装置は各々が２０の作業段階から構成され得る多数の作業サイクル（例えば、２５０サイクル）をプログラム化することを可能にしている。

これらのサイクルは、電気ボックスによって構成されるキーボードによって直接プログラム化されてもよいし、または関連するプログラム化ソフトウエアによって（すなわち、電気ボックスを地上ネットワーク、イーサネット（登録商標）、または他の形式のネットワークによってプログラム化システムに接続させることによって）プログラム化されてもよい。

これらのシステムは、例えば、最終ネジ締めトルク、ネジ締め速度、最終ネジ締め角度、作業のデータおよび時間、または実施されたネジ締めの品質（所定のパラメータに基づく良否）を表す曲線のような作業結果を記録することによって、この工具により施された作業のトレーサビリティ（ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ）を確実にすることができる。

工具自体もまた、例えばＬＥＤにより表示可能な「良／否」の報告によって、ネジ締め品質を示す手段を備えることができる。

この種のシステムは広い範囲にわたるパラメータ化および制御操作を行なうことができることを理解されたい。

しかしながら、前述したようにこのような機器アセンブリは、制御装置を工具およびプログラム化機器に接続するために、程度の差はあるものの論理的である接続ネットワークを用いることが必要とされている。

これらの制約事項によって作業コストが高くなることを理解されたい。

周知の技術によれば、工具に内蔵された電子機器を制御するための電力を供給するために、工具は電気的な部分に接続されている。このような場合、工具には小さな表示装置およびいくつかの制御ボタンが設けられている。

前述のような技術のいずれにおいても、工具を適切に制御すると共にネジ締め結果を検証するために、ネジ締めトルクに関するデータは不可欠であることを理解されたい。

実際、ネジ締めトルクに関するデータは、ネジ締めによって製造された組立品の品質を確保するのみならず、作業のトレーサビリティを可能にし、締付けデータの統計学的な処理を行なうために何度も用いられることとなる。

加えて、工具に内蔵されるかまたは工具の外部に設けられるコマンド手段によって、工具は制御されている。このコマンド手段が製造される組立品に応じて工具の作業パラメータを判定することとなる。

しかしながら、このような判定がネジ締めパラメータの制御および／または検証に対して行われようと、またはこれらのパラメータの適切な実行に対して行われようと、工具を用いた作業を行うために良好な状態を確保することは必要である。

すなわち、保守作業、好ましくは予防保守を行うために、工具の使用期間の全体にわたって工具の信頼性が定期的に検証されることが必要である。そのため、特に摩耗状態を避けることが望ましい。摩耗状態は生産ラインでの工具の破損をもたらすこととなり、工具を取り換えるためにはこのラインを停止する必要がある。このような状態は、勿論、当該生産ラインの全体的な効率に悪影響を与えることとなる。

現在、予防保守については工具メーカによる推奨規格に限られており、これらの推奨規格には点検のスケジュールが含まれている。

任意選択的ではあるが、工具制御ボックスに含まれるソフトウエア・プログラムにより実施される演算のシステムによって、工具の実際の使用状態（トルク、速度、温度など）に応じて点検スケジュールが自動的に決定されることとなる。

いずれの場合も、点検に関する推奨規格は、経験的な手法から定められているために、工具の摩耗を推測することしかできないことを理解されたい。

その結果、工具の点検および／または保守に対するこのような手法は、下記の２種類の状況をもたらすこととなる。
−推奨規格が慎重に定められて、必要とされるよりも多くの頻度で点検または保守が促されることとなり、このような場合、工具の作業コストが高くなる傾向にある。
−工具によっては２つの点検作業の間で当該工具に恒久的な欠陥が発生し、使用中に工具の破損が引き起こされるまで劣化するおそれがある。このような場合、この不具合を有する状態が検出される前に、不具合のある工具によって製造された組立品に対して不良作業が引き起こされるおそれがある。いずれにせよ、この種の症状は、特に著しい作業損失が引き起こされるという点から容認されるものではない。

本発明の目的は、特に先行技術の欠点を解消することにある。

さらに具体的には、本発明の目的は、工具の実際の摩耗状態を判定した結果に基づいて回転部材を有する機器（例えば、ネジ締め工具を備えた機器）の予防保守を行なう技術を提案することにある。

本発明の他の目的は、リアルタイムにまたはほぼリアルタイムに工具の摩耗状態を考慮できるような技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、特に、点検および／または保守の介入を最適化することによって、このような工具を備えた生産ラインの効率の向上に貢献する技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、このような技術を実施するための人間工学を用いた解決策を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、実施容易な簡単なデザインを用いた技術を提供することにある。

これらの目的および以下に述べる他の目的は、少なくとも１つの回転部材を備えるネジ締め工具であって、前記回転部材が、工具本体内に取り付けられ、前記回転部材の摩耗の状態を表す少なくとも１つの振動周波数の振動が生じることとなるネジ締め工具において、前記ネジ締め工具は前記少なくとも１つの振動周波数の振動を測定する手段を備え、前記手段は、前記測定値を処理するための手段であって、摩耗の状態を判定するために前記測定値を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較することを可能にする手段と通信するように構成されていることを特徴とするネジ締め工具に関連する本発明によって達成される。

従って、本発明によれば、工具、さらに具体的には工具を構成する回転部材の実際の摩耗状態を判定することができる。

実際、工具の各回転部材は、該回転部材の回転数および幾何学的な形状により特性の定まる関数から算出できる固有周波数を有している。

従って、新しい工具に対しては固有周波数毎に振幅を測定して記録することができる。このような振幅は工具の新しい状態に対応した基準となる振幅とし扱われることとなる。

工具を寿命まで使用している間に機械部材が摩耗して、その振動振幅が増大する傾向にある。この固有周波数の振幅を測定し、基準となる振幅と比較することによって種々の部材の摩耗の程度を評価することができる。

従って、本発明によれば、点検および／または保守の介入を、単なる推測ではなく測定された摩耗状態に基づいて行なうことによって、最適化することができることを理解されたい。

従って、このようにして摩耗の状況、さらには工具の破損さえも良好に予期することができる。

さらに一般的なところで、本発明によれば、工具の良好な状態ひいては工具の信頼性を定期的に確認することによって、多数の制御機能および／または組立品の品質を改善することができる。

有利な解決策として、前記回転部材が締付けトルクを発生させるように構成され、前記測定手段が前記トルクを測定する手段を少なくとも備えている。

実際、トルクの測定信号が工具の回転部材の振動を表すデータを全て含んでいるということに留意されたい。

すなわち、締付けトルクを測定することによって、工具本体に構成要素を追加する必要もなく、または既存の構成要素を変更する必要もなく、摩耗状態を測定するために必要なデータが得られることとなる。

有利には、前記処理手段は演算手段を備ええており、前記演算手段は前記トルクを測定する前記手段によって伝達される信号に基づいて得られる周波数スペクトルを処理できるように構成されている。

従って、トルクの測定信号はスペクトルを有しており、このスペクトルの線が１つまたは一連の基準となる周波数の振幅と簡単に比較されることとなる。

前記処理手段は、好ましくは、前記回転部材の各々に対して基準となる周波数の振動を記憶する手段を備えている。

このようにして、基準となる振動周波数によって特徴付けられるものであれば、モータのみならず関連する回転部材に対しても摩耗状態を診断することができる。

この場合、基準となる周波数の振動は、好ましくは、
−モータと、
−ベルクランク部材と、
−ギア部材と、
の群に属する部材の少なくとも１つに対して記憶されている。

ベルクランク部材が設けられる場合、工具のヘッドは円錐状のトルクセンサおよびボールローラを内蔵している。ボールローラは、固有周波数の振動が生じる感度のよい機械部材であり、この固有周波数の振幅が、他の回転部材と同様に基準となる振幅と比較されることとなる。

好ましい解決策としては、前記処理手段が前記工具から独立した制御ユニットに内蔵されている。

従って、予防保守に関するデータの全てを工具から独立したユニットに収集することができる。このユニットは、工具の制御および／またはパラメータ化のような他の機能を果たすこともできる。

予防保守のデータを工具から独立した制御ユニットに送信し、かつそのデータを制御ユニットによって処理することによって、現在入手できる工具をいかなる修正を施すことなく使用できることに留意されたい。

また、想定される他の実施形態としては、工具の大きさが許容する限り、保守データの処理手段を工具内に直接内蔵することが可能である。

有利には、前記制御ユニットは少なくとも１つの表示装置を備えている。

従って、特定の情報をテキストとして表示することができる。また、光および色彩のような視覚的な信号を用いることも考慮に入れることができる。

好ましくは、前記制御ユニットが通信ネットワークに接続され得る通信手段を備えている。

従って、制御ユニットは、データを中央に集中させるために、例えば、特に企業内のコンピュータネットワークによってデータを遠隔ユニットに送信することができる。

本発明は、少なくとも１つの回転部材を備える機器内に設けられるように構成された制御ユニットであって、前記回転部材が、工具本体内に取り付けられ、前記回転部材の摩耗の状態を表す少なくとも１つの振動周波数の振動が生じることとなる制御ユニットにおいて、前記制御ユニットは、少なくとも１つの振動周波数の振動の測定値を処理するための手段であって、前記摩耗の状態を判定するために前記測定値を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較することを可能にする手段を備え、前記機器が前記少なくとも１つの周波数の振動を測定する手段を備えていることを特徴とする制御ユニットにも関連する。

本発明は、少なくとも１つの回転部材を備える機器の摩耗の状態を調べる方法であって、前記回転部材が、工具本体内に取り付けられ、前記回転部材の前記摩耗の状態を表す少なくとも１つの振動周波数の振動が生じる方法において、
−前記少なくとも１つの周波数を測定するステップと、
−前記摩耗の状態を判定するために、前記少なくとも１つの周波数の振動を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較するステップとを含むことを特徴とする方法にも関連する。

本発明の他の特徴および利点は、例示的で非制限的な本発明の好ましい実施形態の以下の説明および添付の図面を読むことによって明らかになるであろう。

以下に述べる好ましい実施形態によれば、本発明が適用される機器はネジ締め工具を含むものである。

また、本発明は、工具の摩耗の状態を判定するため、測定後、基準となる周波数の振動と比較されることとなる振動周波数の振動を伝達する回転部材を有する工具を備えた機器であれば、どのような機器にも適用されることに留意されたい。

図１を参照すると、この実施形態によるネジ締め工具は、工具の本体１０内に取り付けられたモータ（図示せず）を備えている。モータ出力端１は第１ギア段２１に連結され、この第１ギア段２１は第２ギア段２２に連結されている。後者のギア段は、ベルクランクギア３に連結されている（この場合のネジ締め軸はモータ軸と直交している。ネジ締め軸とモータ軸が同軸である他の実施形態も考えられるが、その場合にギア３は省略されることとなる）。ベルクランクギア３は、ネジ締め用のドエルが嵌め込まれる接続金具４を有するネジ締めヘッドを回転させるように構成されている。

工具により加えられる締付けトルクに関するデータを伝達するため、それ自体は周知である方法によって、トルクセンサ（この場合、歪ゲージのブリッジ回路）が円筒支持体５０に取り付けられている。

図２の機能図では、モータ１および（前述した第１ギア段２１および第２ギア段２２を備える）減速機２を明らかにするために、機械部材が図式的に示されている。

図示されるように、トルクセンサ５は、データを工具の制御ユニット５２に伝達する測定マイクロコントローラに接続されている。

トルクセンサ５によって得られるデータに基づいて、制御ユニットはコマンドユニット５３によってモータ１の作動を制御することとなる。

工具の回転部材（モータ、第１ギア段および第２ギア段、ベルクランクギア）の各々によって伝達される振動周波数を特定するため、制御ユニット５２はトルクセンサにより得られる信号を処理する手段も備えており、そのため、測定された周波数の振幅を各部材に固有の非摩耗状態を特徴付けるような基準となる周波数の振幅と比較することができる。

工具の回転部材の振動周波数は、トルクセンサにより得られる信号に含まれる周波数スペクトルの形態となっている。以下、このような信号について、さらに詳細に説明する。

振動周波数の処理は、制御ユニット５２に含まれる演算および記憶手段によって施されることとなる。基準となる周波数の振幅が、ここに記憶されて、演算手段を用いて測定された周波数の振幅と比較されることとなる。

この実施形態によれば、制御ユニット５２およびコマンドユニットはユニット６に内蔵されている。このユニット６は、図２では「ネジ締め用制御装置」と呼ばれ、工具から独立している。

また、このネジ締め用制御装置は、
−制御装置を、例えばイーサネット（登録商標）型のようなデータ交換ネットワークに接続可能にする通信モジュール６１と、
−表示装置６２と、
を備えている。

このような構成においては、制御ユニットが工具の部材の振動周波数の振幅が対応した基準となる周波数の振幅よりも大きくなることを検出したときに、所定の信号および／またはメッセージが、表示装置６２に表示され、任意選択的に通信モジュールによって遠隔ステーションに送信されることとなる。

このようなメッセージは、該当する不具合のある部材を提示し、任意選択的に施される必要のある保守および／または点検の種類を特定することとなる。

ネジ締めトルクは、トルクセンサによって伝達される電圧に基づいて決定されることに留意されたい。

この電圧に基づいて、周波数のスペクトルを得ることができる。

図３は、前述したようにネジ締め工具のトルクセンサを用いて測定された周波数スペクトルを示している。

例示にすぎないが、当該工具は１１４０ｒｐｍ（ｔ／ｍｎ）の最大速度に対して、５Ｎ・ｍ〜３０Ｎ・ｍの範囲のトルクを有している。

図示されるように、この信号は、特に、
−ベルクランクギアによって伝達される振動周波数（３３．１Ｈｚ）と、
−モータによって伝達される振動周波数（モータの速度の２倍に対応する、８６．９Ｈｚ）と、
に対応する一定数のスペクトル線を有している。

スペクトルにおいて、（基本周波数と呼ばれる）周波数は、調波、すなわち、基本周波数に対する多重周波数をもたらすことに留意されたい。すなわち、スペクトルは基本周波数の値の２倍、３倍（または、４倍以上の倍数）の値を有する周波数の線を含んでいる。

この例では、
−ベルクランクにより、３３．１Ｈｚの基本周波数および２つの調波が生じ、
−電気的外乱により、１００Ｈｚの基本周波数および３つの調波が生じ、
−第１減速段により、４８０Ｈｚの基本周波数が生じている。

従って、この種のスペクトルは、非摩耗の状態にある工具に対して、検出かつ記録されている。連続的な測定過程の全体にわたって、制御ユニットは、信号を処理し、１つ（または複数の）スペクトル線の振幅が増加しているどうかを検証し、場合によっては、警告メッセージまたは警告信号を伝送することとなる。

本発明による機器アセンブリに内蔵された工具の断面図である。 本発明による機器の機能図である。 本発明の機器によって得られた振動周波数の振動の測定値を示す図である。

Claims (11)

1. 少なくとも１つの回転部材（１），（２１），（２２），（３）を備えるネジ締め機器であって、前記回転部材が、機器本体（１０）内に取り付けられ、前記回転部材の摩耗の状態を表す少なくとも１つの振動周波数を含む振動が生じることとなるネジ締め機器において、
   前記ネジ締め機器は前記少なくとも１つの振動周波数の振動を測定する手段（５）を備え、前記手段（５）は、前記測定値を処理するための手段（５２）であって、前記摩耗の状態を判定するために前記測定値を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較することを可能にする手段（５２）と通信するように構成されていることを特徴とするネジ締め機器。
2. 前記回転部材（１），（２１），（２２），（３）が締付けトルクを発生させるように構成され、前記測定手段（５）が前記トルクを測定する手段を少なくとも備えていることを特徴とする請求項１に記載の機器。
3. 前記処理手段（５２）は演算手段を備えており、前記演算手段は前記トルクを測定する前記手段（５）によって伝達された信号に基づいて得られる周波数スペクトルを処理できるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の機器。
4. 前記処理手段（５２）は、前記回転部材（１），（２１），（２２），（３）の各々に対して基準となる周波数の振動を記憶する手段を備えてい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機器。
5. 基準となる周波数の振動が、
   −モータ（１）と、
   −ベルクランク部材（３）と、
   −ギア部材（２１），（２２）と、
   の群に属する部材の少なくとも１つに対して記憶されていることを特徴とする請求項５に記載の機器。
6. 前記測定された振動周波数の振動の少なくとも１つが、基準となる周波数の振動に対して所定レベルに達したときに、警告を発する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の機器。
7. 前記処理手段（５２）が前記機器から独立した制御ユニット（６）に内蔵されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の機器。
8. 前記制御ユニット（６）が少なくとも１つの表示装置（６２）を備えていることを特徴とする請求項７に記載の機器。
9. 前記制御ユニット（６）が通信ネットワークに接続され得る通信手段（６１）を備えていることを特徴とする請求項７あるいは８に記載の機器。
10. 少なくとも１つの回転部材（１），（２１）、（２２），（３）を備える機器内に設けられるように構成された制御ユニット（６）であって、前記回転部材が、機器本体（４０）内に取り付けられ、前記回転部材の摩耗の状態を表す少なくとも１つの振動周波数の振動が生じることとなる制御ユニット（６）において、
    前記制御ユニット（６）は、少なくとも１つの振動周波数の振動の測定値を処理するための手段（５２）であって、前記摩耗の状態を判定するために前記測定値を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較することを可能にする手段（５２）を備え、前記機器が前記少なくとも１つの周波数の振動を測定する手段（５）を備えていることを特徴とする制御ユニット。
11. 少なくとも１つの回転部材（１），（２１），（２２），（３）を備える機器の摩耗の状態を調べる方法であって、前記回転部材が、機器本体（１０）内に取り付けられ、前記回転部材の前記摩耗の状態を表す少なくとも１つの振動周波数の振動が生じることとなる方法において、
    −前記少なくとも１つの周波数の振動を測定するステップと、
    −前記摩耗の状態を判定するために、前記少なくとも１つの周波数の振動を少なくとも１つの基準となる周波数の振動と比較するステップとを含むことを特徴とする方法。

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