JP2020006448A - 検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】不良の検出漏れを抑制しながら、判定結果を作業者に即時に報知することが可能な検査システムを提供する。【解決手段】検査システムは、ボルトの締付状態を検査するものであり、ボルト締付時の理想的なトルクの経時変化を示す基準波形の形状に対する、作業者がナットランナを用いてボルトを締め付けたときのトルクの経時変化を示す締付波形の形状の類似度に基づいて、ボルトの締付状態の良否を判定するサーバ装置と、サーバ装置により判定されたボルトの締付状態の良否を作業者に報知する報知装置とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、検査システムに関する。

従来、ねじの締付状態を検査する検査システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の検査システムは、ボルトを締め付ける締付機と、締付機に接続された外部機器とを備えている。外部機器には、ボルト締付時のトルクと回転角との関係を示すＴ−θ波形データが記録されている。締付機は、ボルトを締め付けるときにトルクおよび回転角を連続的に採取し、Ｔ−θ実締付曲線として外部機器に出力するように構成されている。そして、外部機器は、Ｔ−θ波形データの傾斜変化点とＴ−θ実締付曲線の傾斜変化点とを比較して締め付けが正常に行われたか否かを判別するように構成されている。

特開２０１７−３００７２号公報

しかしながら、従来の検査システムのように、締付完了時の最終結果（トルク、角度）に基づいてボルトの締付状態の良否判定を行う場合には、不良の検出漏れが発生する（不良であるにもかかわらず、正常であると誤判定される）おそれがある。すなわち、締付完了時の最終結果が正常条件の範囲内に収まっている場合であっても、ねじ山の破損などが発生していることが考えられる。たとえば、ボルトが斜めに挿入されることにより、既設のねじ山が破壊されつつ、新たにねじ山が形成されながら締め付けられる場合などに、不良の検出漏れが発生し得る。

ここで、ボルト締付時のトルクの経時変化を示す締付波形の形状を作業者が目視において確認すると、良否判断を適切に行うことが可能であるが、生産ラインの全てのボルト締付点について作業者が目視で締付波形の形状を即時に確認することは困難である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、不良の検出漏れを抑制しながら、判定結果を作業者に即時に報知することが可能な検査システムを提供することである。

本発明による検査システムは、ねじの締付状態を検査するものであり、ねじ締付時の理想的なトルクの経時変化を示す基準波形の形状に対する、作業者が締付工具を用いてねじを締め付けたときのトルクの経時変化を示す締付波形の形状の類似度に基づいて、ねじの締付状態の良否を判定する判定装置と、判定装置により判定されたねじの締付状態の良否を作業者に報知する報知装置とを備える。

このように構成することによって、基準波形の形状に対する締付波形の形状の類似度に基づいてねじの締付状態の良否を判定することにより、不良の検出漏れを抑制することができる。また、報知装置により、判定装置での判定結果を作業者に即時に報知することができる。

上記検査システムにおいて、基準波形は、過去の複数の締付波形に基づいて算出されており、複数の締付波形が類似度に基づいて複数のグループに分類され、複数のグループのうち締付波形の数が最も多いグループが正常グループとされ、正常グループの締付波形の平均が基準波形とされるように構成されていてもよい。

このように構成すれば、正常グループの締付波形は正常品の締付波形である蓋然性が高いので、適切な基準波形を算出することができる。

上記検査システムにおいて、判定装置は、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性に関する複数の特徴量を算出し、複数の特徴量に基づいてねじの締付状態の良否を判定するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性を定量化して良否判定することができる。すなわち、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性を複数の特徴量として数値化することができるので、その複数の特徴量を用いて良否判定することができる。

上記検査システムにおいて、判定装置は、締付波形を蓄積するデータベースを含み、データベースに蓄積された締付波形のうち正常と判定された締付波形を削除するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、データベースに蓄積される締付波形のデータ量の増大を抑制することができる。

上記検査システムにおいて、報知装置は、ねじの締付状態の作業者による良否判断を入力可能に構成されていてもよい。

このように構成すれば、判定装置により不良と判定された場合であっても、作業者が確認を行い正常であった場合には、判定装置による判定結果を訂正することができる。

上記検査システムにおいて、判定装置は、ねじ締付時の理想的な回転角の経時変化を示す基準波形の形状に対する、作業者が締付工具を用いてねじを締め付けたときの回転角の経時変化を示す締付波形の形状の類似度に基づいて、ねじの締付状態の良否を判定するように構成されていてもよい。

このように構成すれば、ねじの回転角についての基準波形の形状に対する締付波形の形状の類似度に基づいてねじの締付状態の良否を判定することにより、不良の検出漏れをより抑制することができる。

本発明の検査システムによれば、不良の検出漏れを抑制しながら、判定結果を作業者に即時に報知することができる。

本実施形態による検査システムの構成を示したブロック図である。 図１の検査システムのサーバ装置に記憶された基準波形の一例を示したグラフである。 図１の検査システムの動作例を説明するためのフローチャートである。 複合特徴量Ｆ₁を縦軸とし、複合特徴量Ｆ₂を横軸とした二次元座標に多数の検査対象がプロットされた一例を示した散布図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による検査システム１００の構成について説明する。

検査システム１００は、たとえば車両の生産ラインなどに設置され、ボルト（図示省略）の締付状態を検査するように構成されている。この検査システム１００は、図１に示すように、ナットランナ１と、サーバ装置２と、報知装置３とを備えている。図１では、一対のナットランナ１および報知装置３のみを示したが、実際の生産ラインには、多数のナットランナ１および報知装置３が配置されている。そして、検査システム１００は、たとえば生産ラインにおける全てのボルト締付点について検査を行うように構成されている。なお、以下では、多数のナットランナ１および報知装置３のうち所定のナットランナ１および報知装置３について説明する。また、ボルトは、本発明の「ねじ」の一例である。

ナットランナ１は、作業者がボルトを締め付ける際に利用され、生産ラインの所定の工程に配置されている。このナットランナ１は、ナットランナ本体１１と、ナットランナ本体１１を制御するコントローラ１２とを含んでいる。なお、ナットランナ１は、本発明の「締付工具」の一例である。

ナットランナ本体１１は、ボルト頭部が係合可能なソケット（図示省略）、および、そのソケットを回転させるモータ１１１などを含み、モータ１１１によってボルトを回転させて締め付けるように構成されている。また、ナットランナ本体１１には、ボルト締付時のトルクを検出するためのトルクセンサ１１２が設けられるとともに、ボルト締付時の回転角を検出するための回転角センサ１１３が設けられている。

コントローラ１２は、ナットランナ本体１１に接続され、モータ１１１を制御するように構成されている。コントローラ１２は、種々の締付パターンでボルトを締め付けることが可能である。このコントローラ１２では、締付開始から締付完了までの間に、締め付けとその締め付けの停止とが３回繰り返される締付パターンが設定されている。

また、コントローラ１２は、ボルト締付時におけるトルクセンサ１１２の検出結果が連続的に入力され、その検出結果に基づいてトルクの経時変化（変遷）を示す締付波形（時系列データ）を生成するように構成されている。同様に、コントローラ１２は、ボルト締付時における回転角センサ１１３の検出結果が連続的に入力され、その検出結果に基づいて回転角の経時変化を示す締付波形を生成するように構成されている。そして、コントローラ１２は、ナットランナ本体１１によりボルトが締め付けられた場合に、トルクの締付波形および回転角の締付波形をサーバ装置２に送信するように構成されている。なお、コントローラ１２は、締付波形をサーバ装置２に送信する場合に、締付波形とともにナットランナ１の識別情報や締付日時などを送信するように構成されている。

サーバ装置２は、ナットランナ１から受信したトルクの締付波形に基づいて、ボルトの締付状態の良否を判定するように構成されている。具体的には、サーバ装置２は、基準波形の形状に対する締付波形の形状の類似度に基づいて締付状態の良否を判定するように構成されている。ここで、基準波形（図２参照）は、ナットランナ１を用いたボルト締付時の理想的なトルクの経時変化を示すものであり、算出方法については後述する。すなわち、サーバ装置２では、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性を定量化して良否判定することにより、不良の検出漏れを抑制することが可能である。なお、サーバ装置２は、本発明の「判定装置」の一例である。

また、サーバ装置２は、ボルトの締付状態の良否についての判定結果を報知装置３に送信するように構成されている。たとえば、サーバ装置２は、作業者に警告を行う必要があるか否かを判断し、警告を行う必要があると判断した場合に判定結果を報知装置３に送信するように構成されている。

このサーバ装置２は、制御部２１、波形データベース２２および通信部２３などを含んでいる。制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを有しており、サーバ装置２を制御するように構成されている。この制御部２１には、上記した基準波形がナットランナ１の識別情報とともに予め記憶されている。すなわち、ナットランナ１用の基準波形がナットランナ１と関連付けられた状態で制御部２１に記憶されている。波形データベース２２は、ナットランナ１から受信した締付波形を蓄積するように構成され、図示省略した記憶媒体に格納されている。通信部２３は、サーバ装置２がナットランナ１および報知装置３と通信するために設けられている。なお、波形データベース２２は、本発明の「データベース」の一例である。

報知装置３は、ナットランナ１の近傍に、ナットランナ１と対応するように設けられている。このため、報知装置３は、ナットランナ１と同じ工程に配置されており、そのナットランナ１によって締め付けられたボルトの締付状態の良否を作業者に報知するように構成されている。この報知装置３は、制御部３１、表示部３２、入力部３３および通信部３４などを含んでいる。

制御部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを有しており、報知装置３を制御するように構成されている。表示部３２は、サーバ装置２から受信した判定結果などを表示するように構成されている。入力部３３は、たとえばタッチパネルであり、作業者による操作を受け付けるように構成されている。通信部３４は、報知装置３がサーバ装置２と通信するために設けられている。

−検査システムの動作例−
次に、図１〜図４を参照して、本実施形態による検査システム１００の動作例について説明する。なお、図３のステップＳ１〜Ｓ１０はサーバ装置２の制御部２１（図１参照）によって実行され、図３のステップＳ１１〜Ｓ１４は報知装置３の制御部３１（図１参照）によって実行される。

まず、ナットランナ１（図１参照）では、ナットランナ本体１１によってボルトの締め付けが行われた場合に、コントローラ１２によってトルクの締付波形および回転角の締付波形が生成される。次に、コントローラ１２により、トルクの締付波形、回転角の締付波形、ナットランナ１の識別情報および締付日時などがサーバ装置２に送信される。

そして、サーバ装置２では、図３のステップＳ１において、ナットランナ１からの締付波形などを受信したか否かが判断される。そして、締付波形などを受信したと判断された場合には、ステップＳ２に移る。その一方、締付波形などを受信していないと判断された場合には、リターンに移る。

次に、ステップＳ２において、ナットランナ１から受信した情報に基づいて、そのナットランナ１から受信した締付波形が検査対象であるか否かが判断される。たとえば、ナットランナ１の識別情報がサーバ装置２に登録され、かつ、締付完了時の最終トルクおよび最終回転角がそれぞれ所定範囲内である場合に、締付波形が検査対象であると判断される。これは、検査対象外のナットランナや締付波形を除外するためである。具体的には、受信した識別情報がサーバ装置２に登録されていない場合には、検査対象外のナットランナ（たとえば予備工具）を用いた締め付けであることから、検査対象ではないと判断される。また、ナットランナ１の識別情報がサーバ装置２に登録されている場合において、締付完了時の最終トルクまたは最終回転角が所定範囲外である場合には、明らかに締付不良であることから、本実施形態の検査対象とはされずに締め付けがやり直される。つまり、本実施形態では、締付完了時の最終トルクおよび最終回転角が所定範囲内であり、従来の検査システムでは正常と判定されるものを検査対象とし、その中から締付不良（潜在不良）を検出するようになっている。そして、ナットランナ１から受信した締付波形が検査対象であると判断された場合には、ステップＳ３に移る。その一方、ナットランナ１から受信した締付波形が検査対象ではないと判断された場合には、リターンに移る。

次に、ステップＳ３において、トルクの締付波形からノイズが除去される。たとえば、締付波形のグリッチ（スパイク状ノイズ）を検出し、そのグリッチが締付波形から除去される。グリッチは、ボルトとワークとの摺動面の粗さによるものであり、本実施形態において着目するべきではない特徴であることから除去される。

また、ナットランナ１での締付パターンは、締付開始から締付完了までの間に、締め付けとその締め付けの停止とが３回繰り返されるものであり、ステップＳ４において、トルクの締付波形が分離される。具体的には、締付波形が、１回目の締め付けからその停止までと、２回目の締め付けからその停止までと、３回目の締め付けからその停止までとの３つの締付波形に分割される。そして、分割された３つの締付波形がそれぞれリサンプリングされる。

次に、ステップＳ５において、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性に関する複数の特徴量が算出される。これにより、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性を定量化することが可能である。基準波形（図２参照）は、予め制御部２１に記憶されており、締付波形と同様に、ノイズ除去、波形の分離およびリサンプリングが施される。複数の特徴量は、たとえば、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の５つの特徴量であり、各特徴量の相関が低いものが選択されている。なお、分割された３つの締付波形毎に５つの特徴量が算出される。

（Ａ）標準偏差
（Ｂ）相互相関係数
（Ｃ）２次回帰係数
（Ｄ）周波数分析
（Ｅ）差分の２階微分係数
標準偏差は、締付波形および基準波形の全体の乖離を示す指標である。相互相関係数は、締付波形および基準波形の全体傾向が平行か直交かを示す指標である。２次回帰係数は、締付波形および基準波形の全体が上に凸か下に凸かを示す指標であり、２次近似曲線の第１項の係数である。周波数分析は、微細な凹凸の多寡を示す指標であり、締付波形と基準波形との差分の周波数スペクトルの比率（低周波／高周波）である。差分の２階微分係数は、部分的なうねりの検出指標であり、締付波形と基準波形との差分の２階微分係数の絶対値の最大値である。

次に、ステップＳ６において、５つの特徴量に基づいて基準波形の形状と締付波形の形状との類似度が判定される。たとえば、類似度の判定は、５つの特徴量から以下の式（１）により複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂を算出し、その複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂を用いて行われる。これにより、５つの特徴量が２つの複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂に変換され、その複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂を散布図上にプロットすることにより、判定の閾値を図形的に考察および設定することが可能である。複合特徴量Ｆ₁は、たとえば波形の全体の類似度を示す指標であり、複合特徴量Ｆ₂は、たとえば波形の細部の類似度を示す指標である。

なお、式（１）において、Ａは標準偏差の特徴量であり、Ｂは相互相関係数の特徴量であり、Ｃは２次回帰係数の特徴量であり、Ｄは周波数分析の特徴量であり、Ｅは差分の２階微分係数の特徴量である。ｍ₁〜ｍ₅およびｎ₁〜ｎ₅は、実験などによって決定された係数である。

そして、複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂が散布図上にプロットされ、類似度が判定される。なお、本実施形態では、類似度について多段階（不良の蓋然性の程度）の判定結果が出力されるようになっている。

ここで、図４は、複合特徴量Ｆ₁を縦軸とし、複合特徴量Ｆ₂を横軸とした二次元座標に多数の検査対象がプロットされた一例を示した散布図である。この散布図では、閾値曲線ＴＣ１〜ＴＣ３が設定され、その閾値曲線ＴＣ１〜ＴＣ３により各領域が区画されている。閾値曲線ＴＣ１によって区画される領域Ｒ１は、類似度が高く、正常（ＯＫ）と判定される領域であり、閾値曲線ＴＣ３によって区画される領域Ｒ４は、類似度が低く、不良（ＮＯＫ）と判定される領域である。閾値曲線ＴＣ１およびＴＣ３の間の領域は中間領域であり、その中間領域が閾値曲線ＴＣ２によって区画されている。閾値曲線ＴＣ１およびＴＣ２によって区画される領域Ｒ２は、不良の蓋然性が低いと判定される領域であり、閾値曲線ＴＣ２およびＴＣ３によって区画される領域Ｒ３は、不良の蓋然性が高いと判定される領域である。なお、閾値曲線ＴＣ１〜ＴＣ３は、実験などによって決定されている。

したがって、算出結果（算出された複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂）が領域Ｒ１にプロットされる場合に正常と判定され、算出結果が領域Ｒ４にプロットされる場合に不良と判定される。また、算出結果が領域Ｒ２にプロットされる場合に、不良の蓋然性が低いと判定され、算出結果が領域Ｒ３にプロットされる場合に、不良の蓋然性が高いと判定される。なお、分割された３つの締付波形毎に良否が判定される。

次に、ステップＳ７において、作業者に対して警告を行う必要があるか否かが判断される。たとえば、３つの締付波形のうち少なくとも１つの締付波形において不良と判定された場合に、警告を行う必要があると判断されるとともに、３つの締付波形のうち少なくとも１つの締付波形において不良の蓋然性が高いと判定された場合に、警告を行う必要があると判断される。すなわち、３つの締付波形が正常または不良の蓋然性が低いと判定された場合に、警告を行う必要がないと判断される。そして、警告を行う必要があると判断された場合には、ステップＳ８に移る。その一方、警告を行う必要がないと判断された場合には、ステップＳ１０に移る。

次に、ステップＳ８において、判定結果が報知装置３に送信される。この判定結果は、検査対象である締付波形を送信したナットランナ１と対応付けられた報知装置３に送信される。また、判定結果とともに、基準波形および締付波形（不良波形）なども報知装置３に送信される。

そして、報知装置３では、ステップＳ１１において、サーバ装置２からの判定結果などを受信したか否かが判断される。そして、判定結果などを受信したと判断された場合には、ステップＳ１２に移る。その一方、判定結果などを受信していないと判断された場合には、リターンに移る。

次に、ステップＳ１２において、表示部３２（図１参照）に警告が表示される。警告には、たとえば、不良のレベル（不良との判定または不良の蓋然性が高いとの判定）が含まれていてもよいし、作業者に対応作業を促す表示が含まれていてもよい。また、警告とともに、基準波形および締付波形（不良波形）が表示部３２に表示され、作業者が締付波形を目視で確認することが可能であってもよい。

そして、作業者がボルトを取り外し、ボルト締付点を確認し、焼き付きなどの締付不良が発生していた場合には、その旨（締付状態が不良）が作業者によって入力部３３（図１参照）に入力される。この場合には、ボルトが交換され、新しいボルトが締め付けられるが、その締め付けの際には検査システム１００による検査が行われる。

その一方、作業者がボルトを取り外し、ボルト締付点を確認し、焼き付きなどの締付不良が発生していない場合には、その旨（締付状態が正常）が作業者によって入力部３３に入力される。この場合には、そのボルトが再び締め付けられるが、その締め付けの際には検査システム１００による検査が行われる。

また、ステップＳ１３では、作業者による締付状態の良否判断が入力されたか否かが判断される。そして、作業者による締付状態の良否判断が入力されたと判断された場合には、ステップＳ１４に移る。その一方、作業者による締付状態の良否判断が入力されていないと判断された場合には、ステップＳ１３が繰り返し行われる。すなわち、良否判断が入力されるまで待機する。

次に、ステップＳ１４において、作業者による締付状態の良否判断がサーバ装置２に送信される。そして、表示部３２の警告が消去され、リターンに移る。

一方、サーバ装置２では、ステップＳ９において、報知装置３からの作業者による締付状態の良否判断を受信したか否かが判断される。そして、作業者による締付状態の良否判断を受信したと判断された場合には、ステップＳ１０に移る。その一方、作業者による締付状態の良否判断を受信していないと判断された場合には、ステップＳ９が繰り返し行われる。すなわち、良否判断を受信するまで待機する。

次に、ステップＳ１０において、締付波形が波形データベース２２（図１参照）に蓄積される。このとき、ナットランナ１の識別情報、締付日時および判定結果などが締付波形に関連付けられた状態で波形データベース２２に蓄積される。たとえば、締付波形が正常と判定された場合（ステップＳ７：ＮＯ）には、正常な締付波形として波形データベース２２に蓄積される。また、締付波形が不良の蓋然性が低いと判定された場合（ステップＳ７：ＮＯ）には、不良の蓋然性が低い締付波形として波形データベース２２に蓄積される。また、締付波形が不良または不良の蓋然性が高いと判定された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）において、作業者による締付状態の良否判断が不良であった場合には、不良な締付波形として波形データベース２２に蓄積される。また、締付波形が不良または不良の蓋然性が高いと判定された場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）において、作業者による締付状態の良否判断が正常であった場合には、正常な締付波形として波形データベース２２に蓄積される。すなわち、サーバ装置２による判定結果が作業者によって訂正された場合には、その訂正された内容で波形データベース２２に蓄積される。その後、リターンに移る。

−基準波形の算出方法−
次に、本実施形態のサーバ装置２に記憶される基準波形の算出方法について説明する。

基準波形は、ナットランナ１を用いたボルト締付時の理想的なトルクの経時変化を示すものであり、たとえばクラスタリングを用いて算出される。具体的には、基準波形が過去の複数の締付波形に基づいて算出される。過去の締付波形は、たとえば、同じナットランナ１を用いて、同一規格のボルトおよびワークに対して、同じ締付パターンで締め付けを行うことにより得られたものである。なお、複数の締付波形の数は所定数以上であるが、説明を簡略化するために、以下では、１００個の過去波形（過去の締付波形）１〜１００を用いて基準波形を算出する場合を例示する。

まず、過去波形１および２の類似度Ｆ_totalが算出される。過去波形１および２の類似度Ｆ_totalは、たとえば、過去波形１および２を用いて複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂を算出し、その複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂から以下の式（２）により算出される。

Ｆ_total＝ｋ₁×Ｆ₁＋ｋ₂×Ｆ₂ ・・・（２）
なお、式（２）において、ｋ₁およびｋ₂は実験などによって決定された係数である。

同様に、過去波形１〜１００の全ての組み合わせについて類似度Ｆ_totalが算出される。その結果の一例の一部を以下の表１に示す。

そして、類似度Ｆ_totalに基づいて過去波形１〜１００が複数のグループに分類される。たとえば、以下の表２に示すように、過去波形１〜１００が３つのグループ１〜３に分類される。

表１および表２に示す具体例では、過去波形１、２、３、５、７、…、１００の類似度Ｆ_totalが近いことからグループ１に分類され、過去波形４、…の類似度Ｆ_totalが近いことからグループ２に分類され、過去波形６、…の類似度Ｆ_totalが近いことからグループ３に分類されている。なお、表１では、グループ２に分類される過去波形４が二重線で囲まれ、グループ３に分類される過去波形６が太線で囲まれている。

そして、３つのグループ１〜３のうち過去波形の数が最も多いグループ１が正常グループとされ、その正常グループであるグループ１の過去波形１、２、３、５、７、…、１００の平均（サンプリング時刻毎の平均）が基準波形とされる。

この基準波形の算出は、サーバ装置２において実行されていてもよいし、サーバ装置２以外のコンピュータ（図示省略）において実行されていてもよい。

−波形データベースの容量管理−
次に、本実施形態のサーバ装置２における波形データベース２２の容量管理について説明する。

サーバ装置２は、ナットランナ１から受信した締付波形と、その締付波形の判定結果とを波形データベース２２に蓄積するように構成されている。ここで、ナットランナ１から受信した締付波形の大多数は正常な締付波形であり、類似した締付波形が重複して波形データベース２２に蓄積されることになる。そこで、サーバ装置２は、波形データベース２２に蓄積された締付波形のうち正常と判定された締付波形を削除するように構成されている。なお、締付波形の削除は、たとえば、作業者の操作を受け付けた場合に行うようにしてもよいし、締付波形の数が所定値以上になった場合に自動的に行うようにしてもよい。

−効果−
本実施形態では、上記のように、基準波形の形状に対する締付波形の形状の類似度に基づいてボルトの締付状態の良否を判定することによって、締付完了時の最終トルクに基づいてボルトの締付状態の良否判定を行う場合に比べて、不良の検出漏れを抑制することができる。また、報知装置３を設けることによって、サーバ装置２での判定結果を作業者に即時に報知することができる。したがって、生産ラインにおける全てのボルト締付点について、不良の検出漏れを抑制しながら、判定結果を作業者に即時に報知することができる。その結果、不良が検出された場合に作業者がすぐに対応することができるので、ボルトの締付状態が不良な製品の市場への流通を抑制することができる。

また、本実施形態では、過去波形１〜１００を類似度に基づいてグループ１〜３に分類し、グループ１〜３のうち過去波形の数が最も多いグループ１を正常グループとし、その正常グループであるグループ１の過去波形の平均を基準波形とすることによって、正常グループの過去波形は正常品の過去波形である蓋然性が高いので、適切な基準波形を算出することができる。

また、本実施形態では、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性に関する５つの特徴量を算出することによって、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性を定量化して良否判定することができる。すなわち、基準波形の形状と締付波形の形状との類似性を５つの特徴量として数値化することができるので、その５つの特徴量を用いて良否判定することができる。

また、本実施形態では、５つの特徴量から２つの複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂を算出することによって、良否判定の閾値を図形的に考察および設定することができる。

また、本実施形態では、波形データベース２２に蓄積された締付波形のうち正常と判定された締付波形を削除することによって、波形データベース２２に蓄積される締付波形のデータ量の増大を抑制することができる。

また、本実施形態では、ボルトの締付状態の作業者による良否判断を報知装置３に入力可能にすることによって、サーバ装置２により不良または不良の蓋然性が高いと判定された場合であっても、作業者が確認を行い正常であった場合には、サーバ装置２による判定結果を訂正することができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態において、生産ラインに配置される複数のナットランナ１毎に基準波形が算出されていてもよいし、生産ラインに配置される複数のナットランナ１のうちの一部において基準波形が共用されていてもよい。たとえば、ナットランナ１の種類が同じであり、同一規格のボルトおよびワークに対して同じ締付パターンで締め付けられる場合には、基準波形を共用することが可能である。

また、上記実施形態において、ボルト締付時の理想的な回転角の経時変化を示す基準波形の形状に対する、作業者がナットランナ１を用いてボルトを締め付けたときの回転角の経時変化を示す締付波形の形状の類似度に基づいて、ボルトの締付状態の良否を判定するようにしてもよい。すなわち、ボルトの回転角についての基準波形の形状に対する締付波形の形状の類似度に基づいてボルトの締付状態の良否を判定するようにしてもよい。このように構成すれば、不良の検出漏れをより抑制することができる。

また、上記実施形態では、生産ラインにおける全てのボルト締付点が検査される例を示したが、これに限らず、生産ラインにおける一部のボルト締付点が検査されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、締め付けとその締め付けの停止とが３回繰り返される締付パターンを示したが、これに限らず、１回で締め切る締付パターンなどのその他の締付パターンであってもよい。

また、上記実施形態では、警告が必要な場合に作業者に判定結果を報知する例を示したが、これに限らず、締付状態が正常と判定された場合にその旨を報知するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、サーバ装置２に波形データベース２２が含まれる例を示したが、これに限らず、波形データベースがサーバ装置と別体であってもよい。また、サーバ装置２が締付状態の良否を判定する例を示したが、これに限らず、報知装置が締付状態の良否を判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、入力部３３がタッチパネルである例を示したが、これに限らず、入力部がキーボードやマウスなどであってもよい。

また、上記実施形態において、グリッチの除去方法がどのようなものであってもよいが、たとえば、中央値フィルタの出力と実データとの比較値が所定値を超えるサンプル点が選択的に除去されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、締付波形の分離方法はどのようなものであってもよいが、たとえば、締付波形の微分値により締付波形の急激な落ち込みを検出し、その急激な落ち込み時点で締付波形を分離するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、５つの特徴量として、標準偏差、相互相関係数、２次回帰係数、周波数分析および差分の２階微分係数を示したが、これに限らず、特徴量の数はいくつであってもよいし、それら以外の特徴量が用いられるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、５つの特徴量から２つの複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂を算出する例を示したが、これに限らず、５つの特徴量から１つの複合特徴量を算出するようにしてもよい。また、複合特徴量を算出することなく、５つの特徴量から直接類似度を判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、類似度について多段階の判定結果が出力される例を示したが、これに限らず、判定結果として正常または不良のいずれかが出力されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、不良と判定された場合、および、不良の蓋然性が高いと判定された場合に、警告を行う例を示したが、これに限らず、不良の蓋然性が低いと判定された場合に警告を行うようにしてもよい。すなわち、警告を行う条件は適宜変更可能である。

また、上記実施形態において、サーバ装置２による判定結果が作業者によって訂正された場合に、係数ｍ₁〜ｍ₅、ｎ₁〜ｎ₅および閾値曲線ＴＣ１〜ＴＣ３の少なくとも一方を修正する機械学習部が設けられていてもよい。この場合には、機械学習部により、サーバ装置２での算出結果（算出された複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂）が、正常と判定される領域Ｒ１に近づくように、係数ｍ₁〜ｍ₅、ｎ₁〜ｎ₅が修正されるようにしてもよい。また、機械学習部により、サーバ装置２での算出結果（算出された複合特徴量Ｆ₁およびＦ₂）が、正常と判定される領域Ｒ１に含まれやすくなるように、閾値曲線ＴＣ１〜ＴＣ３が修正されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、正常と判定された締付波形が波形データベース２２に蓄積された場合に、その正常と判定された締付波形を用いて基準波形が学習されるようにしてもよい。たとえば、正常と判定された締付波形を正常グループの過去波形に加味して基準波形が算出されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、クラスタリングを用いて基準波形が算出される例を示したが、これに限らず、理想的な過去波形を基準波形として用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、正常と判定された締付波形を波形データベース２２から削除する例を示したが、これに限らず、正常と判定された締付波形を圧縮するようにしてもよいし、正常と判定された締付波形を波形データベースから外部記憶媒体に移動させるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、ナットランナ１とサーバ装置２との通信、および、サーバ装置２と報知装置３との通信は、有線通信であってもよいし、無線通信であってもよい。

また、上記実施形態では、ボルトの締付状態を検査する検査システムに本発明を適用する例を示したが、これに限らず、ボルト以外のその他のねじの締付状態を検査する検査システムに本発明を適用するようにしてもよい。

本発明は、ねじの締付状態を検査する検査システムに利用可能である。

１ ナットランナ（締付工具）
２ サーバ装置（判定装置）
３ 報知装置
２２ 波形データベース（データベース）
１００ 検査システム

Claims (6)

1. ねじの締付状態を検査する検査システムであって、
   ねじ締付時の理想的なトルクの経時変化を示す基準波形の形状に対する、作業者が締付工具を用いてねじを締め付けたときのトルクの経時変化を示す締付波形の形状の類似度に基づいて、ねじの締付状態の良否を判定する判定装置と、
   前記判定装置により判定されたねじの締付状態の良否を作業者に報知する報知装置とを備えることを特徴とする検査システム。
2. 請求項１に記載の検査システムにおいて、
   前記基準波形は、過去の複数の締付波形に基づいて算出されており、
   前記複数の締付波形が類似度に基づいて複数のグループに分類され、前記複数のグループのうち締付波形の数が最も多いグループが正常グループとされ、前記正常グループの締付波形の平均が前記基準波形とされるように構成されていることを特徴とする検査システム。
3. 請求項１または２に記載の検査システムにおいて、
   前記判定装置は、前記基準波形の形状と締付波形の形状との類似性に関する複数の特徴量を算出し、前記複数の特徴量に基づいてねじの締付状態の良否を判定するように構成されていることを特徴とする検査システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の検査システムにおいて、
   前記判定装置は、締付波形を蓄積するデータベースを含み、前記データベースに蓄積された締付波形のうち正常と判定された締付波形を削除するように構成されていることを特徴とする検査システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の検査システムにおいて、
   前記報知装置は、ねじの締付状態の作業者による良否判断を入力可能に構成されていることを特徴とする検査システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の検査システムにおいて、
   前記判定装置は、ねじ締付時の理想的な回転角の経時変化を示す基準波形の形状に対する、作業者が締付工具を用いてねじを締め付けたときの回転角の経時変化を示す締付波形の形状の類似度に基づいて、ねじの締付状態の良否を判定するように構成されていることを特徴とする検査システム。

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