JP2013166212A

JP2013166212A - 締付異常検出方法及び装置

Info

Publication number: JP2013166212A
Application number: JP2012031175A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Takahashi; 俊明高橋; Soichi Nomura; 聡一野村; Sumio Noguchi; 純男野口; Mitsuru Nakano; 充中野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-08-29

Abstract

【課題】噛み込みの要因が推測可能であり、噛み込みを悪化させない締付異常検出方法を提供する。
【解決手段】締付開始時から螺子部材３０が着座するまでの期間（ｔ＜Ｔｆ）、一定速度Ｖ１で回転するように電動モータ１２を制御し、締付開始時から所定時間Ｔ１を経過した後、前記時間Ｔｆ経過前に、電動モータ１２の実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になったとき、締付途中に異常があったと判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボルトやナットなどの螺子部材の締付異常を検出する締付異常検出方法及び装置に関する。

モータでソケットを回転させて螺子部材を自動的に締め付けるナットランナなどの締付装置では、まずモータを一定の高速度で回転させて仮締めを行い、その後、螺子部材が着座してからは、規定の締付トルクまでモータをトルク制御することが一般的である。例えば、特許文献１には、モータに一定電流を供給し、螺子部材を一定の高速度で回転させて仮締めを行うことが開示されている。

そして、特許文献２には、サーボモータの回転量をパルス数でカウントし、パルスの変化量が所定値以下になったことを条件としてサーボモータを停止し、このときまでのパルス数が設定値以下である場合に、着座前の仮締時に噛み込みがあったと判定することが開示されている。

特許第３７０７８７３号公報特開２０１１−５５６５号公報

噛み込みには、螺子部材の軸線が被締付部材の軸線と一致せずに螺子部材が斜めに入り込む「斜め入り」、螺子部材と被締付部材との間への切削屑などの「異物介在」、螺子部材又は被締付部材の螺子加工部分の「加工不良」などの要因がある。そして、要因に応じて噛み込みが再度生じないように、作業者は適切な処置を行う必要がある。

しかしながら、上記特許文献２に開示された技術では、どのような噛み込みがあったか判別することができない。また、パルスの変化量が所定値以下になり、回転が止まったと判断したことを条件としてサーボモータを停止するので、噛み込みが悪化しているおそれがある。

本発明は、以上の点に鑑み、噛み込みの要因が推測可能であり、噛み込みを悪化させない締付異常検出方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の締付異常検出方法は、モータによって回転されるソケットで螺子部材を締め付ける際の異常を検出する締付異常検出方法であって、締付開始時から前記螺子部材が着座するまでの期間、予め設定された一定速度で回転するように、前記モータを制御する工程と、前記締付開始時から予め設定された時間を経過した後であって、前記期間中に、前記モータの実際の回転速度が予め設定された閾値以下になったとき、締付途中に異常があったと判定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の締付異常検出方法によれば、締付開始時ではなく締付途中に異常があったことが判るので、作業者はその異常が解消するような適切な処置を行えばよい。よって、上記特許文献２に開示された技術のように噛み込みがあったか否かのみが判る場合と比較して、作業者は異常の要因を早く発見することが可能となる。例えば、作業者は、螺子部材と被締付部材との間への異物介在、螺子部材の先端付近以外の螺子加工部分又は被締付部材の表面付近以外の螺子加工部分の加工不良などの要因を検討すればよい。

さらに、モータの実際の回転速度が予め設定された閾値以下になった時点で異常があったと判定する。よって、上記特許文献２に開示された技術のようにモータの回転が止まったときに判定する場合と比較して、噛み込み発生時にすぐにモータを停止することが可能となるので、噛み込みが悪化して螺子部材や被締付部材が損傷する程度を低減することが可能となる。

また、本発明の締付異常検出方法において、前記締付開始時から前記予め設定された時間を経過する前に、前記モータの実際の回転速度が予め設定された前記閾値以下になったとき、締付初期に異常があったと判定する工程をさらに含むことが好ましい。

この場合、締付初期に異常があったことが判るので、作業者はその異常が解消するような適切な処置を行えばよい。例えば、作業者は、螺子部材の軸線が被締付部材の軸線と一致せずに螺子部材が斜めに入り込む斜め入り、螺子部材の先端付近又は被締付部材の表面付近の加工不良などの要因を検討すればよい。

また、本発明の締付異常検出方法において、前記締付開始時から前記螺子部材が着座するまでの予め設定された一定期間、前記予め設定された一定速度で回転するように、前記モータを制御することが好ましい。

この場合、螺子部材の着座と噛み込みの発生とを確実に区別することができる。

本発明の締付異常検出装置は、螺子部材に係合するソケットと、前記ソケットを回転させるモータとを有する締付機で前記螺子部材を締め付ける際の異常を検出する締付異常検出装置であって、締付開始時から前記螺子部材が着座するまでの期間、予め設定された一定の回転速度を設定する回転速度設定部と、設定した前記回転速度で前記モータが回転するように、前記モータを制御するモータ制御部と、前記モータの実際の回転速度を求める実回転速度取得部と、前記締付開始時から予め設定された時間を経過した後であって、前記期間中に、前記モータの実際の回転速度が予め設定された閾値以下になったとき、締付途中に異常があったと判定する異常判定部とを含むことを特徴とする。

本発明の締付異常検出装置によれば、締付開始時ではなく締付途中に異常があったことが判るので、作業者はその異常が解消するような適切な処置を行えばよい。よって、上記特許文献２に開示された技術のように噛み込みがあったか否かのみが判る場合と比較して、作業者は異常の要因を早く発見することが可能となる。

本発明の実施形態に係る締付装置を示す説明図。本発明の実施形態に係る締付異常検出方法を説明するフローチャート。締付途中に噛み込みがあった場合における目標回転速度及び実回転速度の時間経過による変化を説明するグラフ。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

締付装置は、図１に示すように、締付機１０と、締付機１０に接続された制御装置２０とから構成されている。なお、制御装置２０は、締付機１０に内蔵されていてもよい。

締付機１０は、例えば、ボルトやナット等の螺子部材３０をワーク等の被締付部材４０に自動的に締め付けるためのナットランナやインパクトレンチ等である。特に好ましくは、締付機１０は、自動車製造ライン等に設置されたサーボナットランナである。

締付機１０は、ソケット１１、電動モータ１２、減速機１３、及びエンコーダ（角度センサ）１４を備えている。

電動モータ１２は減速機１３を介してソケット１１を回転させて、ソケット１１に係合される螺子部材３０を被締付部材４０に締め付け固定する。エンコーダ１４は、電動モータ１２の実角度を検出し、検出した実角度を示す角度信号を出力する。

制御装置２０は、信号処理部２１、記憶演算部２２、モータ制御部２３及びタイマ２４を備えている。記憶演算部２２は、本発明の回転速度設定部、回転速度設定部及び異常判定部に相当する。

信号処理部２１は、エンコーダ１４から角度信号が入力され、この角度信号を処理して、角度信号が示す実回転角度を記憶演算部２２に出力する。

記憶演算部２２は、制御処理を実行するプログラムが図示しないメモリに記憶保持され、必要なプログラムがメモリから読み出されることにより、制御処理を実行する。記憶演算部２２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のハードウェアにより構成され、シーセンスコントローラやプログラマブルコントローラなどと呼称されるものである。

メモリには、第１仮締工程での目標回転速度Ｖ１、第２仮締工程での目標回転速度Ｖ２、回転速度閾値Ｖα、第１仮締工程完了時間Ｔｆ、初期工程完了時間Ｔ１、着座判定トルク閾値などの予め設定された値が格納されている。

記憶演算部２２は、信号処理部２１及びモータ制御部２３から入力された信号、メモリに格納された値、タイマ２４を参照して取得した経過時間などを用いてプログラムに基づき制御処理を実行する。そして、記憶演算部２２は、制御処理を実行して得られた制御指令をモータ制御部２３に出力する。

例えば、記憶演算部２２は、仮締工程では、信号処理部２１から入力された角度信号が示す実角度から算出した実回転速度Ｖと目標回転速度Ｖｔとの大きさの差を考慮したフィードバック制御を行い、電動モータ１２に供給すべき電流を算出する。そして、記憶演算部２２は、算出した電流を電動モータ１２に供給させる指令をモータ制御部２３に出力する。

モータ制御部２３は、記憶演算部２２から入力された制御指令に基づき、電動モータ１２を駆動制御する。また、モータ制御部２３は、電動モータ１２の実電流値を示す電流信号を記憶演算部２２に出力する。タイマ２４は、締付開始からの経過時間ｔを計測する。

また、制御装置２０には、液晶ディスプレイなどの表示装置から構成される異常報知部２５が接続されている。異常報知部２５は、記憶演算部２２から入力される制御指令に基づいて、噛み込み異常があったとき、異常発生を報知する。なお、異常報知部２５は、警告音により報知を行うスピーカや、光の点滅などにより報知を行うランプなどであってもよい。

なお、制御装置２０は、図示しないが、目標回転速度Ｖ１，Ｖ２などの値を操作者が入力するための入力部、締付の進行状況や螺子部材３０の種類などを表示するための表示部などに接続されていてもよい。

次に、上述した締付装置を用いた、本発明の実施形態に係る締付異常検出方法について図面を参照して説明する。

図２のフローチャートに示すように、まず、螺子部材３０を着座させる仮締工程を行う。着座後は螺子部材３０の弾性を利用した本締付が開始され、着座までは小さなトルクで螺子部材３０を被締付部材４０内に伸展させることができる。

仮締工程では、螺子部材３０を一定速度で回転をさせるよう、電動モータ１２を速度制御する。仮締工程では、エンコーダ１４からの回転信号は常時信号処理部２１に入力され、記憶演算部２２は、回転信号が示す実角度から実回転速度Ｖを算出し、この実回転速度Ｖが目標回転速度Ｖｔに近付くようにフィードバック制御する。

仮締工程は、フリーラン工程である第１仮締工程（Ｓ１０）と、第１仮締工程後に行われ、着座を検出するための第２仮締工程（Ｓ２０）とからなる。

第１仮締工程では、記憶演算部２２は、タイマ２４を参照して締付開始（ｔ＝０）から時間Ｔｆが経過するまで（Ｓ１２：ＹＥＳ）、目標回転速度Ｖｔを一定の高速速度Ｖ１に設定する（Ｓ１１）。そして、記憶演算部２２は、目標回転速度Ｖｔに対応する駆動電流を電動モータ１２に供給させる指令をモータ制御部２３に出力する。これにより、電動モータ１２は高速速度Ｖ１で回転し、螺子部材３０も高速回転する。

そして、実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になったとき（Ｓ１３：ＮＯ）、時間Ｔ１経過前である場合には（Ｓ１４：ＮＯ）、記憶演算部２２は、締付初期に異常があったと判定し（Ｓ１５）、その旨を報知させる指令を異常報知部２５に出力すると共に、電動モータ１２の回転を停止させる指令をモータ制御部２３に出力する（Ｓ１６）。この場合、異常終了となる。

締付初期に異常があったと判定された場合、螺子部材３０の軸線が被締付部材４０の軸線と一致せずに螺子部材３０が斜めに入り込む「斜め入り」、螺子部材３０の先端付近の又は被締付部材４０の表面付近の螺子加工部分の「加工不良」などの要因で噛み込みがあったと推定される。そこで、作業者は、これら要因が解消するような適切な処置を行えばよい。

一方、実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になったとき（Ｓ１３：ＮＯ）、時間Ｔ１経過後である場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、記憶演算部２２は、締付途中に異常があったと判定し（Ｓ１７）、その旨を報知させる指令を異常報知部２５に出力すると共に、電動モータ１２の回転を停止させる指令をモータ制御部２３に出力する（Ｓ１６）。この場合も、異常終了となる。

締付途中に異常があったと判定された場合、螺子部材３０と被締付部材４０との間への「異物介在」、螺子部材３０の先端付近以外の螺子加工部分又は被締付部材４０の表面付近以外の螺子加工部分の「加工不良」などの要因で噛み込みがあったと推定される。そこで、作業者は、これら要因が解消するような適切な処置を行えばよい。

そして、実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になることなく（Ｓ１３：ＹＥＳ）時間Ｔｆが経過したとき（Ｓ１２：ＹＥＳ）、記憶演算部２２は、第１仮締工程で異常がなかったと判定し（Ｓ１８）、その旨を報知させる指令を異常報知部２５に出力する。

第１仮締工程で異常がなかった場合、次の第２仮締工程（Ｓ２０）に移行する。

第２仮締工程では、螺子部材３０が着座するまで、速度Ｖ１より低速の一定速度Ｖ２で螺子部材３０を回転させるよう、電動モータ１２を速度制御する（Ｓ２１）。具体的には、記憶演算部２２は、螺子部材３０が着座したと判定するまで、速度Ｖ２を目標速度Ｖｔとしてこれに対応する一定の駆動電流を電動モータ１２に供給させる指令をモータ制御部２３に出力する。記憶演算部２２は、モータ制御部２３からの電流信号が示す実電流値に基づいて算出した電動モータ１２が出力する実トルクの大きさが着座判定トルク閾値を超えた場合に（Ｓ２２：ＹＥＳ）、着座したと判定する。

着座後、本締付工程（Ｓ３０）を行う。本締付工程では、モータ制御部２３からの電流信号は常時記憶演算部２２に入力され、記憶演算部２２は、電流信号が示す実電流値に基づいて算出し実トルクが目標トルクに近付くようにフィードバック制御する。

なお、本締付工程の後期段階では、本締付工程の初期段階と比較して目標トルクの増加割合を緩やかにすることが好ましい。実トルクが設定締付トルクに達したとき、締付が完了する。

本締付工程後、記憶演算部２２は、実トルク最大値、実締付角度、総実回転数などが予め設定された上下公差内にあるかを判定する（Ｓ４０）。記憶演算部２２は、これらが全て公差内にある場合には、締付は良好であったと判定する。一方、公差外にある場合には、記憶演算部２２は、締付不良であるとし、作業者による再度の締付などを行う必要がある。

図３は、締付開始後の仮締工程における実回転速度Ｖと目標回転速度Ｖｔとの時間変化の様子を示している。図３では、時間Ｔ１経過後、且つ時間Ｔｆ経過前に、実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になっているので、仮締途中に異常があったと判定される。

本実施形態では、電動モータ１２の実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になった時点で（Ｓ１３：ＮＯ）異常があったと判定して（Ｓ１５、Ｓ１７）、電動モータ１２を停止する。よって、上記特許文献２に開示された技術のようにモータの回転が止まったときに異常を判定する場合と比較して、噛み込みが発生した時点ですぐに電動モータ１２を停止するので、噛み込みが悪化して螺子部材３０や被締付部材４０が損傷する程度を低減することが可能となる。

また、エンコーダ１４が出力する角度信号が示す電動モータ１２の実角度に基づいて電動モータ１２の実回転速度Ｖを求めている。よって、電動モータ１２に流れる実電流に基づいて電動モータ１２の実回転速度Ｖを求める場合と比較して、早く実回転速度Ｖを求めることができ、噛み込みの悪化を低減することが可能となる。

なお、例えば、回転速度閾値Ｖαは、第１仮締工程での回転速度Ｖ１の数分の１から数割減程度、初期工程完了時間Ｔ１は第１仮締工程完了時間Ｔｆの数分の１から数十分の１程度とすればよい。これらは、回転速度Ｖ１の初期工程完了時間Ｔ１などを考慮して、適宜設定すればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１仮締工程（Ｓ１０）では、実回転速度Ｖが回転速度閾値Ｖα以下になった場合に（Ｓ１３：ＮＯ）、異常があったと判定した（Ｓ１５、Ｓ１７）。しかし、異常判定の閾値はこれに限定されず、実回転速度Ｖが目標回転速度Ｖｔより設定値又は設定割合以下となった場合に、異常があったと判定してもよい。

また、第２仮締工程（Ｓ２０）では、実トルクの大きさが着座判定トルク閾値を超えた場合に（Ｓ２２：ＹＥＳ）、着座したと判定した。しかし、着座判定はこれに限定されず、例えば、実回転速度Ｖが着座閾値以下になった場合に着座したと判定してもよい。

また、本締付工程（Ｓ３０）では電動モータ１２をトルク制御する場合について説明した。しかし、これに限定されず、例えば、本締付工程で電動モータ１２を速度制御してもよい。

また、電動モータ１２が出力する実トルクは、モータ制御部２３からの電流信号が示す実電流値に基づいて算出して得る場合について説明した。しかし、実トルクを得る方法はこれに限定されず、例えば、電動モータ１２から出力されソケット１１に作用する実トルクを検出するトルクセンサを設けてもよい。

１０…締付機、１１…ソケット、１２…電動モータ（モータ）、１３…減速機、１４…エンコーダ（角度センサ、回転速度設定部、回転速度設定部、異常判定部）、２０…制御装置、２１…信号処理部、２２…記憶演算部（回転速度設定部、異常検出部）、２３…モータ制御部、２４…タイマ、２５…異常報知部、３０…螺子部材、４０…被締付部材。

Claims

モータによって回転されるソケットで螺子部材を締め付ける際の異常を検出する締付異常検出方法であって、
締付開始時から前記螺子部材が着座するまでの期間、予め設定された一定速度で回転するように、前記モータを制御する工程と、
前記締付開始時から予め設定された時間を経過した後であって、前記期間中に、前記モータの実際の回転速度が予め設定された閾値以下になったとき、締付途中に異常があったと判定する工程とを含むことを特徴とする締付異常検出方法。
前記締付開始時から前記予め設定された時間を経過する前に、前記モータの実際の回転速度が予め設定された前記閾値以下になったとき、締付初期に異常があったと判定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の締付異常検出方法。
前記締付開始時から前記螺子部材が着座するまでの予め設定された一定期間、前記予め設定された一定速度で回転するように、前記モータを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の締付異常検出方法。
螺子部材に係合するソケットと、前記ソケットを回転させるモータとを有する締付機で前記螺子部材を締め付ける際の異常を検出する締付異常検出装置であって、
締付開始時から前記螺子部材が着座するまでの期間、予め設定された一定の回転速度を設定する回転速度設定部と、
設定した前記回転速度で前記モータが回転するように、前記モータを制御するモータ制御部と、
前記モータの実際の回転速度を求める実回転速度取得部と、
前記締付開始時から予め設定された時間を経過した後であって、前記期間中に、前記モータの実際の回転速度が予め設定された閾値以下になったとき、締付途中に異常があったと判定する異常判定部とを含むことを特徴とする締付異常検出装置。