JP2011131331A

JP2011131331A - 締結部材の締め付けトルク検査方法及び締め付けトルク検査システム

Info

Publication number: JP2011131331A
Application number: JP2009292904A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takahashi; 哲高橋; Osamu Daitoku; 修大徳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP5304630B2

Abstract

【課題】締結部材の締め付けトルク検査方法において、締結部材の検査締め付けトルクを検出する場合に、被締結部材の剛性が低く、かつ、低トルク領域で検出する場合でも高精度に検査締め付けトルクを検出可能とすることである。
【解決手段】締め付けトルク検査方法は、ボルトを自動締め付け機構により増し締めするとともに、増し締め時の締め付けトルクＴ及び締め付け角度θを検出するステップと、検出されたＴ、θから、ｄＴ／ｄθを表す締め付け角度微分値特性を取得するステップと、取得された締め付け角度微分値特性で、ｄＴ²／ｄ²θが負となり、かつ、ｄＴ／ｄθが０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクに基づいて、検査締め付けトルクＴｍを取得するステップとを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、締結部材の増し締め時の締め付けトルク及び締め付け角度を検出し、検出された締め付けトルク及び締め付け角度から、検査締め付けトルクを取得する締め付けトルク検査方法及び締め付けトルク検査システムに関する。

従来から、締め付けられた状態にある締結部材であるボルトのトルクの値を検査する方法として、締め付けられたボルトをさらにトルクレンチで締め付け、ボルトが再び動きだした（再始動した）時のトルク値をトルクレンチで読み取る増し締めトルク方法が知られている。

また、特許文献１には、検査ボルトが回動する前にトルクレンチが回動することによって生じる誤差を補正することで、精度のよいボルトの締結トルクを得ようとして考えられた増し締め検査用トルクレンチが記載されている。この増し締め検査用トルクレンチは、ボルトの締め付けの際のトルクを検出する手段と、トルクレンチの回動角度を検出する手段と、検出手段で検出したトルクと回転角度とを入力情報として、ボルトの回動後の安定領域で得られた入力情報と予め設定された基準となるねじれ特性勾配線とに基づいてボルトの回動状態におけるトルク勾配線を仮想し、ボルトが回動する前に得られたボルト静止状態のトルク勾配線を仮想し、２つのトルク勾配線の交点でのトルク値を測定トルク値としている。

また、特許文献２に記載されたねじ締結トルク測定方法は、トルクレンチにより締結ねじの増し締めを開始し、トルクレンチが増し締め開始点から所望の回転角度に達する間で、増し締めトルクが安定して上昇するトルク勾配特性を検出し、トルク勾配特性をもとにして締結ねじの増し締め開始時における締め付けトルクを算出するとしている。

また、特許文献３には、締め付け工程における作業能率の維持と検査結果の信頼性の確保を図ろうとして考えられたナットランナの検査方法が記載されている。この検査方法は、ボルトを第１のナットランナにより設定トルクまで締め付けた後、第２のナットランナにより増し締めし、第１のナットランナによる設定トルクと第２のナットランナによる増し締めトルクとを比較し、両トルクの差が許容トルク以上である場合にナットランナの異常として検出するとされている。

また、特許文献４に記載されたボルト締結方法は、ナットランナによるボルト締め付け中に締め付け角度の変化に伴う締め付けトルクの変化を示すトルク特性線の状態を得るようにし、トルク特性線が直線にあると判断したときに、トルク勾配に基づいて求めた理論着座点から予め設定された第１設定角度に達するまでボルトを締め付け、目標締め付け軸力を得るようにするとされている。また、特許文献４には、締め付けトルク及び締め付け角度の検出データに基づく締め付けトルク及び締め付け角度線であるトルク特性線を求め、そのデータに基づき理論着座点を求め、理論着座点を基準とした締め付け角度を締め付けトルクに関連付け、理論着座点を基準として初期締め角度に達すると締め付けを停止させるとされている。また、トルク特性線が直線状態にあるとされた場合には、着座点角度法による締め付けを行うべく不足する角度分締め付けを再開させるとされている。

また、特許文献５には、ボルトをナットランナでスナッグトルクまで締め付けた後、規定の締め付け角度で締め付け、その後ボルトを緩め、再度締め付け及び増し締めを行い、再始動トルク測定部により増し締め時の再始動時トルクを測定し、相間演算部において、締め付け角度と基準トルクとの相間が演算されるとされている。

特開２００２−１２０１６２号公報特開２０００−７７８号公報特開平８−９０３６２号公報特開２００９−８３０２５号公報特許第４０７５８５２号公報

上記の特許文献１，２に記載されたトルクレンチ及びねじ締結トルク測定方法の場合、トルクレンチを用いて締め付けトルクを算出しているので、被締結部材である「ワークの要因」、「締め付け手段側の要因」、及び「作業者要因」により、精度よく締め付けトルクを測定することが困難である。「ワークの要因」として、ワークの変形や、ワークのがた、寸法ばらつき等がある。また、「締め付け手段側の要因」として、例えば締め付け手段の変形や、ソケットのがた、ソケットの寸法ばらつき等がある。また、「作業者要因」として、増し締め検査時の作業者による締め付け速度のばらつきや、増し締め時のトルクレンチの押し付け力のばらつきによるトルク変動等がある。

特に、上記の特許文献１，２に記載されたトルクレンチ及びねじ締結トルク測定方法の場合、締め付けトルクが例えば４Ｎｍ以下等の低トルク領域である場合、増し締め法では、作業者要因である作業者の作業ばらつきによるトルク変動の、他の要因によるトルク変動も含めたトルク変動全体に対する割合が大きくなる。このため、締め付けトルクを精度よく検出することが、低トルク領域になるほどより困難になる。例えば、株式会社東日製作所製の「増し締め検査用トルクレンチＣＴＢ」（商品名）では、検査トルクの測定範囲が４Ｎｍ以上となっており、実質的に低いトルク領域である４Ｎｍ未満で測定することは除かれている。このようにトルクレンチを用いる場合には、作業者がそれぞれ個々に検査を行うため、作業者ごとの個人差に起因するばらつきが発生し、高精度に締め付けトルクを検出することが困難である。

また、特許文献３に記載されたナットランナの検査方法の場合、上記の作業者要因の影響をなくすことができる。ただし、例えば、特許文献３の図４等に記載されているように、ボルトの増し締め時には、締め付け角度の微小変化量Δθとトルク値の微小変化量ΔＴとの比ΔＴ／Δθが所定値よりも大きくなった場合に、その時点から微小締め付け角度Δθｂだけ締め付け方向へボルトを回転させ、そのときのトルク値を増し締めトルク値として検出している。この場合、実際には、ワークや、締め付け手段でのがたや変形があるため、ΔＴ／Δθが増し締め時に急激には立ち上がらない。このため、検査締め付けトルクである増し締めトルク値を精度よく求めるのは困難である。また、増し締めトルク値は、増し締め時に微小締め付け角度Δθｂだけ余分に締め付けているため、検査締め付けトルクがその微小締め付け角度Δθｂに対応するトルク分高めに出力されてしまう。すなわち、特許文献３では、ワークや締め付け手段の変形やがたを無視できる理想的な状態を想定している。このため、現実に即しておらず、締め付けトルクを高精度に測定することは困難である。特に、ワーク等の被締結部材の剛性が低くなる場合に、締め付けトルクを高精度に測定することがより困難になる。

このような事情から、本発明者は、締め付けられている締結部材の検査締め付けトルクを検出する場合に、ワークの剛性が低く、低トルク領域で検出する場合でも高精度に検査締め付けトルクを検出できるようにするため、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値、及び、締め付けトルクの締め付け角度による２回微分値を利用して、検査締め付けトルクを検出する方法及び装置を考えた。また、特許文献４及び特許文献５のいずれにも、このような検出方法及び検出装置及びこれらを示唆する構成は開示されていない。

本発明は、締結部材の締め付けトルク検査方法及び締め付けトルク検査システムにおいて、締結部材の検査締め付けトルクを検出する場合に、ワーク等の被締結部材の剛性が低く、かつ、低トルク領域で検出する場合でも高精度に検査締め付けトルクを検出可能とすることを目的とする。

本発明に係る締結部材の締め付けトルク検査方法は、締結部材の検査締め付けトルクを検査する方法であって、締結部材を自動締め付け機構により増し締めするとともに、増し締め時の締め付けトルク及び締め付け角度を検出する検出ステップと、制御部により、検出された締め付けトルク及び締め付け角度から、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を取得する第１取得ステップと、制御部により、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付けトルクまたは対応する締め付け角度に基づいて、検査締め付けトルクを取得する第２取得ステップとを含むことを特徴とする締結部材の締め付けトルク検査方法である。

本発明に係る締結部材の締め付けトルク検査方法によれば、締結部材の検査締め付けトルクを検出する場合に、締結部材により締め付ける被締結部材の剛性が低く、かつ、低トルク領域で検出する場合でも高精度に検査締め付けトルクが検出可能となる。すなわち、自動締め付け機構により締結部材を増し締めし、増し締め時の締め付けトルク及び締め付け角度の検出値から検査締め付けトルクを取得するので、検査締め付けトルクの検出精度悪化要因の１である作業者要因を排除できる。また、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による２回微分値が負となる場合の取得値に基づいて検査締め付けトルクを検出しているので、上記の特許文献３に記載されたナットランナの検査方法の場合と異なり、締め付け角度の微小変化量Δθとトルク値の微小変化量ΔＴとの比ΔＴ／Δθが所定値以上となるときのトルクを求めることはなく、実際の状態に即して検査締め付けトルクを高精度に求めることができる。

また、本発明に係る締め付けトルク検査方法において、好ましくは、第２取得ステップは、制御部により、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得する。

また、本発明に係る締め付けトルク検査方法において、好ましくは、第２取得ステップは、制御部により、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する仮想締め付け角度を取得する仮想締め付け角度取得ステップと、制御部により、仮想締め付け角度から予め設定した所定の第１角度増大させてから、第１角度よりも大きい所定の第２角度にいたるまでの１階微分値の変動幅が所定幅以内にある場合に得られる第１角度から第２角度までの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線と、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す特性線との交点に対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得する検査締め付けトルク取得ステップとを含む。

上記の構成によれば、静止状態にある締結部材に対して、より安定した動摩擦係数を利用して、より精度よく検査締め付けトルクを求めることができる。

また、本発明に係る締め付けトルク検査システムは、本発明に係る締結部材の締め付けトルク検査方法に使用する締め付けトルク検査システムであって、締結部材を増し締めする自動締め付け機構と、自動締め付け機構による締結部材の増し締め時の締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、自動締め付け機構による締結部材の増し締め時の締め付け角度を検出する角度検出手段と、第１取得手段及び第２取得手段を含む制御部とを備え、第１取得手段は、検出された締め付けトルク及び締め付け角度から、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を取得し、第２取得手段は、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付けトルクまたは対応する締め付け角度に基づいて、検査締め付けトルクを取得することを特徴とする締め付けトルク検査システムである。

また、本発明に係る締め付けトルク検査システムにおいて、好ましくは、第２取得手段は、第１取得手段により取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得する。

また、本発明に係る締め付けトルク検査システムにおいて、好ましくは、第２取得手段は、第１取得手段により取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する仮想締め付け角度を取得する仮想締め付け角度取得手段と、仮想締め付け角度から予め設定した所定の第１角度増大させてから、第１角度よりも大きい所定の第２角度にいたるまでの１階微分値の変動幅が所定幅以内にある場合に得られる第１角度から第２角度までの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線と、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す特性線との交点に対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得する検査締め付けトルク取得手段とを含む。

本発明に係る締結部材の締め付けトルク検査方法及び締め付けトルク検査システムによれば、締結部材の検査締め付けトルクを検出する場合に、ワーク等の被締結部材の剛性が低く、かつ、低トルク領域で検出する場合でも高精度に検査締め付けトルクが検出可能となる。

本発明に係る第１の実施の形態の締め付けトルク検査システムを示す構成図である。図１の締め付けトルク検査システムを構成するナットランナを示す略図である。図１の締め付けトルク検査システムを構成する締め付けトルク算出装置を示す構成図である。第１の実施の形態の締め付けトルク検査方法を示すフローチャートである。第１の実施の形態により、締め付けトルク及び締め付け角度を表すトルク角度特性の特性線ａと締め付け角度微分値特性の特性線ｂとを用いて検査締め付けトルクを算出する方法を説明するための図である。本発明に係る第２の実施の形態の締め付けトルク検査システムを構成する締め付けトルク算出装置を示す構成図である。第２の実施の形態の締め付けトルク検査方法を示す、図４のＳ１６のステップに対応するフローチャートである。第２の実施の形態により、締め付けトルク及び締め付け角度を表すトルク角度特性の特性線ａと締め付け角度微分値特性の特性線ｂとを用いて検査締め付けトルクを算出する方法を説明するための図である。

［第１の発明の実施の形態］
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図５は、本発明に係る第１の実施の形態を示している。図１に示すように、本実施の形態の締め付けトルク検査システムは、被締結部材である図示しないワークを締め付けている締結部材である図示しないボルトまたはナットにおいて、検査締め付けトルクを増し締め法により検査する方法に使用する。このような締め付けトルク検査システムは、自動締め付け機構１０と、制御部である締め付けトルク算出装置１２とを備える。なお、「増し締め法」とは、ワーク等の被締結部材を締結部材により締め付けた静止状態にある締結部材であるボルトまたはナットを、さらに締め付けることにより、増し締めし、締結部材が再び回りだしたときのトルク値を検査締め付けトルクとして求める方法である。

自動締め付け機構１０は、ボルト（ナットの場合も同様、以下同様とする。）を増し締めするナットランナ１４と、ナットランナ１４の作動状態を制御するナットランナコントローラ１６とを含む。また、締め付けトルク算出装置１２は、例えば締め付けデータ収集システムである、パーソナルコンピュータにより構成するもので、締め付けトルク角度データ記憶部１８と、締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部２０と、演算部２２と図示しない入出力装置とを含む。このため、締め付けトルク算出装置１２は、締め付けトルク角度データ記憶部１８及び締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部２０を構成するための、メモリやハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）等の記憶部と、演算部２２を構成するためのＣＰＵとを含む。

図２に示すように、ナットランナ１４は、図示しないボルトの頭部に係合可能なソケット２４と、ボルトの締め付けトルクを検出するトルク検出手段であるトルクセンサ２８と、ソケット２４を回転駆動する駆動モータ３０と、ボルトまたはソケット２４の回転角度である締め付け角度を検出する角度検出手段である角度センサ３２とを含む。すなわち、トルクセンサ２８は、自動締め付け機構１０によるボルトの増し締め時の締め付けトルクを検出する。また、角度センサ３２は、自動締め付け機構１０によるボルトの増し締め時の締め付け角度を検出する。角度センサ３２は、エンコーダ等により構成する。このようなナットランナ１４は、図示しない自動締め付け設備に設置する。ナットランナ１４を支持する支持部は、昇降や水平移動を可能とすることもできる。

トルクセンサ２８及び角度センサ３２の検出値は、締め付けトルク算出装置１２（図１）に入力する。すなわち、トルクセンサ２８及び角度センサ３２のそれぞれにより検出された締め付けトルク及び締め付け角度を表す信号は、図１に破線矢印αで示すように、ナットランナコントローラ１６を通じて、締め付けトルク算出装置１２の締め付けトルク角度データ記憶部１８にデータとして収集し、保存、すなわち記憶する。また、締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部２０は、後述する第１のアルゴリズムを含むトルク算出プログラムを記憶している。第１のアルゴリズムは、締め付けトルク角度データ記憶部１８に記憶されたデータを使用して、検査締め付けトルクを算出、すなわち取得するために使用する。

また、図３に示すように、締め付けトルク算出装置１２は、第１取得手段３４と、第２取得手段３６とを含む。第１取得手段３４及び第２取得手段３６のそれぞれの機能は、図１に示す締め付けトルク角度データ記憶部１８と締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部２０と演算部２２とを含む要素により実現可能とする。また、第１取得手段３４は、締め付けトルク角度データ記憶部１８に記憶された、検出された締め付けトルク及び締め付け角度を読み出し、読み出した締め付けトルク及び締め付け角度を用いて、締め付けトルク及び締め付け角度の特性であるトルク角度特性を表す第１特性線（図５のａ）と、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を表す第２特性線（図５のｂ）とを取得、すなわち算出する。

また、図３に示す第２取得手段３６は、取得された締め付け角度微分値特性を表す第２特性線で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付けトルクに基づいて、検査締め付けトルクを算出する、すなわち取得する。すなわち、第２取得手段３６は、第１取得手段３４により取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクＴｍを、検査締め付けトルクＴｍとして算出する。算出された検査締め付けトルクＴｍは、入出力装置の出力部であるディスプレイ等に出力する、すなわち表示させたり、この検査締め付けトルクＴｍを締め付け部の良否を判定するために使用する。例えば、締め付け部の良否を判定する場合には、取得された検査締め付けトルクＴｍを、予め設定された基準値Ｔａと比較することにより、基準値Ｔａからのずれが予め設定された閾値以上である場合に異常と判定し、それ以外の場合には正常と判定し、入出力装置のディスプレイ等で、それぞれに対応する表示を表示させる。例えば、異常と判定された場合に、警告音を発生させたり、警告灯を点灯させることもできる。

次に、このような締め付けトルク検査システムを用いて、検査締め付けトルクＴｍを検査する方法を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、以下の説明では、図１から図３に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。まず、ステップＳ１０（以下では、ステップは単にＳとして説明する。）で、ナットランナ１４を用いて、ワークを締め付けているボルトの頭部にソケット２４を係合させ、駆動モータ３０を駆動することにより、ボルトの増し締めを行わせる。この場合、例えば、ワークは、設定した目標締め付けトルク（例えば２Ｎｍ）で予めボルトにより締め付けている。この増し締めステップは、予め設定した締め付け角度閾値までボルトが締め付けられた場合や、予め設定した締め付けトルク閾値までボルトが締め付けられた場合に終了させる。

また、ナットランナコントローラ１６と締め付けトルク算出装置１２とは連動させており、ナットランナコントローラ１６または締め付けトルク算出装置１２に設けた図示しない入力部を用いてユーザが操作することにより、ナットランナ１４を駆動させるとともに、ナットランナコントローラが、トルクセンサ２８及び角度センサ３２により締め付けトルク及び締め付け角度を、予め設定された締め付け角度増分ずつボルトが締め付けられた時点で検出させ、検出された締め付けトルク及び締め付け角度を、締め付けトルク算出装置１２の締め付けトルク角度データ記憶部１８に出力する。また、締め付けトルク算出装置１２が起動され、入力部を用いて所定の操作が行われることにより、第１のアルゴリズムを含む第１のトルク算出プログラムが実行される。このような図４のＳ１０のステップでは、ボルトを自動締め付け機構１０により増し締めするとともに、増し締め時の締め付けトルク及び締め付け角度を検出する「検出ステップ」を行う。

また、Ｓ１２では、締め付けトルク算出装置１２が、ボルトの締め付け開始から増し締め終了までに検出された締め付けトルク及び締め付け角度のすべてを、データとして、締め付けトルク算出装置１２の締め付けトルク角度データ記憶部１８に記憶させる「記憶ステップ」を行う。なお、図４のＳ１０，Ｓ１２では、すべての締め付けトルク及び締め付け角度を検出した後で、締め付けトルク算出装置１２の締め付けトルク角度データ記憶部１８に記憶させている。ただし、それぞれの締め付け角度の一定増分ずつで、ボルトが締め付けられた時点で締め付けトルク及び締め付け角度を検出させるのと、検出された締め付けトルク及び締め付け角度を締め付けトルク角度データ記憶部１８に記憶させるのとを同時に行うこともできる。すなわち、図４のＳ１０の検出ステップとＳ１２の記憶ステップとは、合わせて「検出記憶ステップ」とすることもできる。

次いで、Ｓ１４では、締め付けトルク算出装置１２の第１取得手段３４が、検出された締め付けトルク及び締め付け角度を締め付けトルク角度データ記憶部１８から読み出して、読み出した締め付けトルク及び締め付け角度を用いて、トルク角度特性を表す第１特性線（図５のａ）と、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を表す第２特性線（図５のｂ）とを取得する第１取得ステップを行う。なお、図５では、左側の縦軸により第１特性線ａの値を示している。また、右側の縦軸により第２特性線ｂの値を示している（後述する図８も同様とする。）。

次いで、Ｓ１６では、締め付けトルク算出装置１２の第２取得手段３６が、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付けトルクに基づいて、検査締め付けトルクを取得する第２取得ステップを行う。すなわち、第２取得ステップは、締め付けトルク算出装置１２が、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクＴｍを、検査締め付けトルクＴｍとして取得する。このように自動締め付け機構１０でボルトを増し締めし、すべての検出締め付けトルク及び検出締め付け角度を表すデータを締め付けトルク算出装置１２に記憶させた後で、検査締め付けトルクＴｍの検査を行っている。また、第１取得ステップ（Ｓ１４）と第２取得ステップ（Ｓ１６）とは、第１アルゴリズムにより実行される。

このような第１アルゴリズムは、締め付けトルクに関するトルク角度特性を表す第１特性線ａの「変曲点」または「変曲点」とほぼ同等の点から「検査締め付けトルクＴｍ」を求める方法である。この変極点がボルトの増し締め時の動き出し点である。したがって、本実施の形態では、この変極点が精度よく求められるので、検査締め付けトルクも精度よく求めることができる。より具体的に図５を参照しつつ説明すると、第２取得手段３６が、第２特性線ｂで、例えば、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値である、ｄＴ／ｄθ＝０となる点Ａがある場合に、点Ａの傾きが負であるか否か、すなわち、点Ａで、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値である、ｄ²Ｔ／ｄθ²が負となる（ｄ²Ｔ／ｄθ²＜０）か否かを判定する。その判定で、ｄ²Ｔ／ｄθ²が負となると判定された場合には、第２特性線ｂの締め付け角度θに対する傾きが負であると判定される。そして、第１特性線ａからその点Ａの締め付け角度θａでの締め付けトルクＴｍを算出し、その算出した締め付けトルクＴｍを検査締め付けトルクＴｍとして取得する。

これに対して、第２特性線ｂでｄＴ／ｄθ＝０となる点Ａがない場合も考えられる。このために、本実施の形態では、第１アルゴリズムで予め０近辺の所定の設定微分値Ｑ１（例えば、０．０５以下の任意の設定値）を設定しておく。そして、第２取得手段３６が、第２特性線ｂでｄＴ／ｄθ＝０となる点Ａがないと判定した場合には、ｄＴ／ｄθが規定値である設定微分値Ｑ１と等しくなった（ｄＴ／ｄ＝Ｑ１）場合の代替点Ａを求め、その代替点Ａを変極点とほぼ同等の点と仮定する。そして、上記と同様に、第２取得手段３６が、第２特性線ｂの代替点Ａでの傾きが負である、すなわち、代替点Ａで、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値である、ｄ²Ｔ／ｄθ²が負となる（ｄ²Ｔ／ｄθ²＜０）と判定された場合には、第１特性線ａからその代替点Ａの締め付け角度θａでの締め付けトルクを算出し、その算出した締め付けトルクＴｍを検査締め付けトルクＴｍとして取得する。なお、図５では、代替点Ａでの締め付けトルクＴｍを表している。

また、Ｓ１８で、締め付けトルク算出装置１２が検査締め付けトルクＴｍと予め設定された基準値Ｔａとを比較し、締め付け部の締め付けトルク良否判定を行う良否判定ステップを行う。例えば、取得された検査締め付けトルクＴｍと基準値Ｔａとのずれが予め設定された閾値以上である場合には異常と判定し、それ以外の場合には正常と判定し、出力部であるディスプレイ等で、それぞれに対応する表示を表示させる。なお、Ｓ１８の良否判定ステップは省略することもできる。

このような本実施の形態によれば、ボルトの検査締め付けトルクを検出する場合に、ボルトにより締め付ける被締結部材である、ワークの剛性が低く、かつ、例えば４Ｎｍ以下の低トルク領域で検出する場合でも高精度に検査締め付けトルクが検出可能となる。すなわち、自動締め付け機構１０によりボルトを増し締めし、増し締め時の締め付けトルク及び締め付け角度の検出値から検査締め付けトルクＴｍを取得するので、検査締め付けトルクＴｍの検出精度悪化要因の１である作業者要因を排除できる。また、自動締め付け機構１０を備えた構成に、さらに締め付けトルク角度データ記憶部１８及び締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部２０を備えるので、自動締め付け機構１０によるボルトの自動締め付け後に、締め付けトルクＴｍの検査を実施することができる。

また、締め付けトルク算出装置１２において、締め付けトルク及び締め付け角度の検出値のデータをすべて締め付けトルク角度データ記憶部１８に記憶させた後に、検査締め付けトルクＴｍの算出を行うので、同じ記憶データを使用しながら、第１アルゴリズムとは異なる後述する第２の実施の形態で使用する第２アルゴリズム等、別のアルゴリズムを用いて、検査締め付けトルクの算出を行うこともできる。このため、ワークの種類に応じて最適なアルゴリズムを用いて検査締め付けトルクＴｍの算出を行うことができる。また、このようなアルゴリズムの変更を容易に行える。また、締め付けトルクの良否判定を行って異常と判定された場合に、記憶された締め付けトルク及び締め付け角度のデータを分析することにより、不具合発生の原因を調べることが容易になる。

また、本実施の形態では、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値ｄＴ／ｄθが０または０近辺の所定の設定微分値Ｑとなり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による２回微分値ｄ²Ｔ／ｄθが負となる場合の取得値に基づいて検査締め付けトルクＴｍを検出している。このため、上記の特許文献３に記載されたナットランナ１４の検査方法のように、ボルトの増し締め時に、締め付け角度の微小変化量Δθとトルク値の微小変化量ΔＴとの比ΔＴ／Δθが所定値よりも大きくなった場合に、その時点から微小締め付け角度Δθｂだけ締め付け方向へボルトを回転させ、そのときのトルク値を増し締めトルク値として検出する場合と異なり、検査締め付けトルクの検出精度を高くできる。すなわち、このような特許文献３の方法の場合には、ワークや、締め付け手段でのがたや変形がない理想的な状態を仮定しているが、実際にはこのようながたや変形は無視できない。このため、ΔＴ／Δθが増し締め時に急激には立ち上がらず、検査締め付けトルクを精度よく求めることは困難である。これに対して、本実施の形態では、ΔＴ／Δθが所定値以上となるときのトルクを求めるものではなく、締め付け角度微分値特性を表す第２特性線ｂの変極点または変極点とほぼ同等の点での取得値、すなわち締め付けトルクに基づいて、ボルトの増し締め時の動き出し点に対応する検査締め付けトルクＴｍを、実際の状態に即して高精度に求めることができる。

なお、本実施の形態では、ボルトを締め付けるときの検査締め付けトルクＴｍを求める場合に限定するものではなく、ナットをボルトに締め付けるときの検査締め付けトルクを求めることもできる。また、被締結部材をボルトとし、締結部材を摩擦安定材付のナットとする場合の、目標締め付けトルクを例えば２Ｎｍとする場合のナットの検査締め付けトルクを求めることもできる。

［第２の発明の実施の形態］
図６は、本発明に係る第２の実施の形態の締め付けトルク検査システムを構成する締め付けトルク算出装置を示す構成図である。図７は、第２の実施の形態の締め付けトルク検査方法を示す、図４のＳ１６のステップに対応するフローチャートである。図８は、第２の実施の形態により、締め付けトルク及び締め付け角度を表すトルク角度特性の特性線ａと締め付け角度微分値特性の特性線ｂとを用いて検査締め付けトルクを算出する方法を説明するための図である。

なお、上記の第１の実施の形態では、締め付け角度微分値特性を表す第２特性線ｂ（図５参照）の「変極点」または変極点とほぼ同等の点での「締め付けトルク」を、「検査締め付けトルクＴｍ」として取得するようにしていた。これに対して、本実施の形態では、締め付け角度微分値特性を表す第２特性線ｂ（図８）の変極点または変極点とほぼ同等の点での取得値である、対応する「締め付け角度」に基づいて、「検査締め付けトルクＴｍ´」を取得する。この場合、「検査締め付けトルクＴｍ´」は、トルク角度特性を表す第１特性線a（図８）の「傾き安定領域」での勾配線と、第１特性線ａの他の部分との交点から求める。

このため、図６に示すように、本実施の形態で使用する締め付けトルク検査システムでは、締め付けトルク算出装置１２が含む第２取得手段３６は、仮想締め付け角度取得手段３８と、検査締め付けトルク取得手段４０とを有する。仮想締め付け角度取得手段３８は、第１取得手段３４により取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する仮想締め付け角度を取得する。

また、検査締め付けトルク取得手段４０は、仮想締め付け角度から予め設定した所定の第１角度増大させてから、第１角度よりも大きい所定の第２角度にいたるまでの１階微分値の変動幅が所定幅以内にある場合に得られる第１角度から第２角度までの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線Ｒと、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す第１特性線ａ（図８）との交点に対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクＴｍ´として取得する。また、締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部２０（図１参照）は、後述する第２のアルゴリズムを含むトルク算出プログラムを記憶している。

次に、このような締め付けトルク検査システムを用いて、検査締め付けトルクを検査する方法を、図７に示すフローチャートを用いて、上記の図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、上記の第１の実施の形態を表す図１から図３、及び、上記の図６に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。なお、図７のフローチャートは、図４のフローチャートのＳ１６のステップに対応するものであり、Ｓ２０よりも前のステップは、上記の図４のＳ１０からＳ１４のステップと同様である。例えば、Ｓ１４（図４）では、締め付けトルク算出装置１２の第１取得手段３４が、検出された締め付けトルク及び締め付け角度を用いて、トルク角度特性を表す第１特性線（図８のａ）と、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を表す第２特性線（図８のｂ）とを取得する第１取得ステップを行う。そして、第１取得ステップ終了後に、Ｓ１６（図４）の検査締め付けトルク取得ステップに移行すると、図７のＳ２０、Ｓ２２のステップに移行する。

Ｓ２０、Ｓ２２では、第２取得手段３６が、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付け角度に基づいて、検査締め付けトルクＴｍを取得する第２取得ステップを行う。すなわち、第２取得ステップは、Ｓ２０の仮想締め付け角度取得ステップとＳ２２の検査締め付けトルク取得ステップとを含む。Ｓ２０の仮想締め付け角度取得ステップでは、仮想締め付け角度取得手段３８が、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付け角度を取得する。

また、Ｓ２２の検査締め付けトルク取得ステップでは、検査締め付け取得手段４０が、仮想締め付け角度から予め設定した所定の第１角度増大させてから、第１角度よりも大きい所定の第２角度にいたるまでの１階微分値の変動幅が所定幅以内にある場合に得られる第１角度から第２角度までの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線Ｒと、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す第１特性線ａ（図８）との交点に対応する締め付けトルクＴｍ´を、検査締め付けトルクＴｍ´として取得する。締め付け角度微分値特性を取得する第１取得ステップと、検査締め付けトルクＴｍ´を取得する第２取得ステップとは、第２アルゴリズムにより実行される。

このような第２アルゴリズムは、図８に示すように、トルク角度特性を表す第１特性線ａの「傾き安定領域」（角度θｂからθｂ＋Δθ２までの領域）での勾配線Ｒと、第１特性線ａの他の部分、すなわち締め付け角度θが小さい領域との交点Ｂから「検査締め付けトルクＴｍ´」を求める方法である。具体的には、「仮想締め付け角度取得ステップ」（Ｓ２０）として、仮想締め付け角度取得手段３８が、第２特性線ｂで、例えば、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値である、ｄＴ／ｄθ＝０となる点Ａがある場合に、点Ａの傾きが負であるか否か、すなわち、点Ａで、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値である、ｄ²Ｔ／ｄθ²が負となる（ｄ²Ｔ／ｄθ²＜０）か否かを判定する。その判定で、ｄ²Ｔ／ｄθ²が負となると判定された場合には、第１特性線ａからその点Ａの締め付け角度θａを、「仮想締め付け角度θａ」として算出する、すなわち取得する。

これに対して、第２特性線ｂでｄＴ／ｄθ＝０となる点Ａがない場合には、上記の第１の実施の形態と同様に、ｄＴ／ｄθが規定値である０近辺の所定の設定微分値Ｑ２（例えば、０．３以下の任意の設定値）と等しくなった代替点Ａを求める。そして、その代替点Ａを変極点とほぼ同等の点と仮定して、上記と同様に、第２特性線ｂの代替点Ａでの傾きが負である、すなわち、代替点Ａで、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値である、ｄ²Ｔ／ｄθ²が負となる（ｄ²Ｔ／ｄθ²＜０）と判定された場合には、第１特性線ａからその代替点Ａでの締め付け角度を、「仮想締め付け角度」として取得する。なお、図５では、代替点Ａでの締め付けトルクＴｍを表している。

また、「検査締め付けトルク取得ステップ」（Ｓ２２）として、検査締め付けトルク取得手段４０が、第２特性線ｂで、仮想締め付け角度θａから予め設定した所定の角度Δθ１分増大させた第１角度θｂから、第１角度θｂよりも大きい所定の第２角度（θｂ＋Δθ２）にいたるまでの１回微分値ｄＴ／ｄθの変動幅が所定幅Ｗ以内にあるか否かを判定する。そして、変動幅が所定幅Ｗ以内にあると判定した場合に得られる第１角度θｂから第２角度（θｂ＋Δθ２）までの、第１特性線ａでの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線Ｒを求める。勾配線Ｒは、第１特性線ａ上の第１角度θｂの点と第２角度（θｂ＋Δθ２）の点とを通る直線である。そして、勾配線Ｒを小締め付け角度領域側に伸ばしたものと、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す第１特性線ａとの交点Ｂに対応する締め付けトルクＴｍ´を、検査締め付けトルクＴｍ´として取得する。すなわち、勾配線Ｒの、第１角度θｂから第２角度（θｂ＋Δθ２）までの線分を、第１特性線ａの小締め付け角度領域側に外挿して得られた交点Ｂの締め付けトルクＴｍ´を、検査締め付けトルクＴｍ´として取得する。

このような検査締め付けトルク取得ステップが終了した後は、図４のＳ１８へ移行し、締め付けトルク良否判定ステップを行う。なお、本実施の形態でも、締め付けトルク良否判定ステップは省略することもできる。

このような本実施の形態によれば、上記の第１の実施の形態よりもボルトまたはナットの検査締め付けトルクをより高精度に検出できる。すなわち、上記の第１の実施の形態では、ボルト（またはナット、以下同様とする。）の増し締め時の動摩擦係数により生じるトルクを利用して検査締め付けトルクＴｍを検出している。ただし、ボルトは実際には静止摩擦係数により生じるトルクで静止状態にあるため、動摩擦係数との摩擦係数が異なる分、検査締め付けトルクＴｍがやや高めになる可能性がないとはいえない。これに対して、本実施の形態でも、動摩擦係数を利用するが、第１特性線ａの安定領域の傾きを利用し、この傾きを有する勾配線Ｒとボルトが静止状態にある場合の第１特性線ａの小締め付け角度領域側との交点Ｂから検査締め付けトルクＴｍ´を求めている。このため、第１の実施の形態の場合と異なり、静止状態にあるボルトに対して、より安定した動摩擦係数を利用して、より精度よく検査締め付けトルクＴｍ´を求めることができる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様であるため、重複する図示及び説明を省略する。

１０自動締め付け機構、１２締め付けトルク算出装置、１４ナットランナ、１６ナットランナコントローラ、１８締め付けトルク角度データ記憶部、２０締め付けトルク算出アルゴリズム記憶部、２２演算部、２４ソケット、２８トルクセンサ、３０駆動モータ、３２角度センサ、３４第１取得手段、３６第２取得手段、３８仮想締め付け角度取得手段、４０検査締め付けトルク取得手段。

Claims

締結部材の検査締め付けトルクを検査する締め付けトルク検査方法であって、
締結部材を自動締め付け機構により増し締めするとともに、増し締め時の締め付けトルク及び締め付け角度を検出する検出ステップと、
制御部により、検出された締め付けトルク及び締め付け角度から、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を取得する第１取得ステップと、
制御部により、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付けトルクまたは対応する締め付け角度に基づいて、検査締め付けトルクを取得する第２取得ステップとを含むことを特徴とする締結部材の締め付けトルク検査方法。
請求項１に記載の締結部材の締め付けトルク検査方法において、
第２取得ステップは、
制御部により、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得することを特徴とする締結部材の締め付けトルク検査方法。
請求項１に記載の締結部材の締め付けトルク検査方法において、
第２取得ステップは、
制御部により、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する仮想締め付け角度を取得する仮想締め付け角度取得ステップと、
制御部により、仮想締め付け角度から予め設定した所定の第１角度増大させてから、第１角度よりも大きい所定の第２角度にいたるまでの１階微分値の変動幅が所定幅以内にある場合に得られる第１角度から第２角度までの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線と、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す特性線との交点に対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得する検査締め付けトルク取得ステップとを含むことを特徴とする締結部材の締め付けトルク検査方法。
請求項１に記載の締結部材の締め付けトルク検査方法に使用する締め付けトルク検査システムであって、
締結部材を増し締めする自動締め付け機構と、
自動締め付け機構による締結部材の増し締め時の締め付けトルクを検出するトルク検出手段と、
自動締め付け機構による締結部材の増し締め時の締め付け角度を検出する角度検出手段と、
第１取得手段及び第２取得手段を含む制御部とを備え、
第１取得手段は、検出された締め付けトルク及び締め付け角度から、締め付けトルクを締め付け角度で微分することにより得られた締め付け角度微分値特性を取得し、
第２取得手段は、取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の取得値である、対応する締め付けトルクまたは対応する締め付け角度に基づいて、検査締め付けトルクを取得することを特徴とする締め付けトルク検査システム。
請求項４に記載の締め付けトルク検査システムにおいて、
第２取得手段は、
第１取得手段により取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得することを特徴とする締め付けトルク検査システム。
請求項４に記載の締め付けトルク検査システムにおいて、
第２取得手段は、
第１取得手段により取得された締め付け角度微分値特性で、締め付けトルクの締め付け角度による２階微分値が負となり、かつ、締め付けトルクの締め付け角度による１階微分値が０または０近辺の所定の設定微分値となる場合の、対応する仮想締め付け角度を取得する仮想締め付け角度取得手段と、
仮想締め付け角度から予め設定した所定の第１角度増大させてから、第１角度よりも大きい所定の第２角度にいたるまでの１階微分値の変動幅が所定幅以内にある場合に得られる第１角度から第２角度までの締め付けトルクの締め付け角度に対する勾配線と、締め付けトルクと締め付け角度との関係を表す特性線との交点に対応する締め付けトルクを、検査締め付けトルクとして取得する検査締め付けトルク取得手段とを含むことを特徴とする締め付けトルク検査システム。