JP2020163500A

JP2020163500A - ネジ締付装置の異常検知方法

Info

Publication number: JP2020163500A
Application number: JP2019064761A
Authority: JP
Inventors: 正悟緒方; Shogo Ogata; 俊篠原; Shun SHINOHARA; 悟岡嶋; Satoru Okajima
Original assignee: Giken Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Giken Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-28
Also published as: JP7144353B2

Abstract

【課題】締め付けの異常が発生した時点でその異常を検知することが可能なネジ締付装置の異常検知方法を提供することを課題とする。【解決手段】螺合部材に嵌合した嵌合部を回転駆動部が回転させながら、前記螺合部材の回転軸方向に沿って前記嵌合部を移動部が移動させることにより、前記螺合部材を対象部材に螺合させる工程と、前記螺合部材から前記嵌合部に作用するトルクが、前記嵌合部の移動距離に対して定められた閾値を超えたときに、検知部が異常の発生を検知する工程とを有することを特徴とするネジ締付装置の異常検知方法。【選択図】図３

Description

本発明はネジ締付装置の異常検知方法に関する。

ボルト等の螺合部材を回転させながら下降させていくことにより、その螺合部材を対象部材に締め付ける技術が知られている（例えば特許文献１）。その技術においては、予め定められた設定時間における螺合部材の下降距離が設定値よりも小さい場合に締め付けに異常があると判断している。

特開平８−３３８３０２号公報

しかしながら、上記の技術では、設定時間を経過した後に下降距離を測定しているため、設定時間を経過する前に締め付けの異常が生じた場合にその異常をすぐさま検知することができない。そこで、締め付けの異常が発生した時点でその異常を検知することが可能なネジ締付装置の異常検知方法を提供することを目的とする。

上記目的は、螺合部材に嵌合した嵌合部を回転駆動部が回転させながら、前記螺合部材の回転軸方向に沿って前記嵌合部を移動部が移動させることにより、前記螺合部材を対象部材に螺合させる工程と、前記螺合部材から前記嵌合部に作用するトルクが、前記嵌合部の移動距離に対して定められた閾値を超えたときに、検知部が異常の発生を検知する工程とを有するネジ締付装置の異常検知方法によって達成できる。

締め付けの異常が発生した時点でその異常を検知することが可能なネジ締付装置の異常検知方法を提供できる。

図１は、本実施形態に係るネジ締付装置を例示する模式図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るネジ締付装置を用いて対象部材にボルトを取り付ける途中の模式図である。図３は、異常がない場合におけるソケットの移動距離と、その移動距離においてトルクセンサが計測したトルクとの関係を示すグラフである。図４は、本実施形態に係る異常検知方法について説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施形態に係るネジ締付装置１について説明する。
図１は、本実施形態に係るネジ締付装置１を例示する模式図である。

このネジ締付装置１は、ボルト２等の螺合部材を対象部材３に締め付ける装置であって、水平面４から鉛直上向きに延びる支柱５を備える。その支柱５には、鉛直方向Zに沿って昇降するベース６が設けられており、更にそのベース６には回転駆動部１０が固定される。

回転駆動部１０は、例えばモータであり、ベース６と共に鉛直方向Zに沿って昇降する。この例では、回転駆動部１０の回転軸方向を鉛直方向Zにし、回転駆動部１０でソケット１１を回転させる。ソケット１１は、嵌合部の一例であって、ボルト２の頭部２ａに嵌合する凹部１１ａを備える。

また、回転駆動部１０にはトルクセンサ１２とエンコーダ１３が設けられる。このうち、トルクセンサ１２は、対象部材３にボルト２を締め付けるときにそのボルト２からソケット１１に作用するトルクを検出し、そのトルクの値を示すトルク信号Stを出力するセンサである。一方、エンコーダ１３は、ソケット１１の回転数を計測し、その回転数を示す回転数信号Srを出力するセンサである。

また、支柱５には移動部１５が設けられる。移動部１５は、ベース６に連結したモータであって、鉛直方向Zに沿ってベース６を移動させる。

回転駆動部１０や移動部１５はコントローラ１９に電気的に接続される。コントローラ１９は、メモリとプロセッサとを備えたコンピュータであり、検知部１７と制御部１８とを備える。

このうち、検知部１７は、トルク信号Stや回転数信号Srを監視して、その監視結果に基づいて後述のように異常を検知する。また、制御部１８は、回転駆動部１０を制御してソケット１１を回転させたり、移動部１５を制御してソケット１１を鉛直方向Zに沿って移動させたりする。

次に、本実施形態に係る異常検知方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るネジ締付装置１を用いて対象部材３にボルト２を取り付ける途中の模式図である。なお、以下では、ソケット１１の高さ位置に原点Pを設定し、その原点Pから測ったソケット１１の移動距離をa、b、c等で表す。ソケット１１の原点Pは特に限定されない。例えば、ソケット１１の先端がボルト２に触れない任意の位置を原点Pとし得る。

まず、図２（ａ）に示すように、移動部１５がソケット１１を鉛直下方に移動させていき、ソケット１１の先端をボルト２の頭部２ａに嵌める。このようにボルト２に嵌った時点でのソケット１１の移動距離をaとする。なお、対象部材３の高さHとボルト２の長さLは既知であるため、制御部１８は、ソケット１１の先端をボルト２に嵌めるのに必要な移動距離aを特定することができる。

そして、図２（ｂ）に示すように、回転駆動部１０がソケット１１を回転させながら、移動部１５が更にソケット１１を鉛直下方に移動させる。以下では、ボルト２の頭部２ａが対象部材３の表面３ａに着座する直前でのソケット１１の移動距離をbとする。

なお、この例ではソケット１１の回転数と移動距離とが比例する。例えば、ソケット１１を１０回転させたときの移動距離は１０mmとなる。そのため、回転数信号Srに基づいて検知部１７が移動距離bを算出することができる。

この状態で更に回転駆動部１０がソケット１１を回転させつつ、かつ移動部１５が更にソケット１１を鉛直下方に移動させることにより、図２（ｃ）に示すように、ボルト２の頭部２ａが対象部材３の表面３ａに着座する。以下では、このように頭部２ａが表面３ａに着座した時点でのソケット１１の移動距離をcとする。

移動距離bと同様に、検知部１７は、回転数信号Srに基づいて移動距離cを算出することができる。

図３は、ボルト２と対象部材３との間に異物が入り込む等の異常がない場合におけるソケット１１の移動距離と、その移動距離においてトルクセンサ１２が計測したトルクとの関係を示すグラフである。

図３に示すように、移動距離がa〜bの範囲においては、ボルト２の頭部２ａが対象部材３の表面３ａに着座していないためトルクが小さい。

この例では、ボルト２の頭部２ａが対象部材３の表面３ａに着座した時点で仮締めを行うため、移動距離がb〜cの範囲でトルクが大きくなる。なお、仮締めは、対象部材３からボルト２が抜け落ちない程度に対象部材３にボルト２を軽く固定する操作であって、制御部１８の制御下でソケット１１に仮締め設定トルクを加えることで行われる。

そして、仮締めが終了して移動距離がcを超えたときに、対象部材３にボルト２を強く固定するための本締めが行われる。なお、本締めは、制御部１８の制御下において、仮締め設定トルクよりも大きな本締め設定トルクをソケット１１に加えることにより行われる。

このように、対象部材３にボルト２を取り付ける際には、ボルト２の移動距離に応じて異なる大きさのトルクがボルト２に作用する。このような特性を利用して、本実施形態ではソケット１１の移動距離に対してトルクの閾値を設け、トルクがその閾値を超えた時点ですぐさま異常があったことを検知する。

図３の例では、移動距離がa〜bの範囲のときのトルクの閾値として第１の閾値Aを設定し、移動距離がb〜cの範囲のときのトルクの閾値として第２の閾値Bを設定する。

このうち、第１の閾値Aは、対象部材３にボルト２を仮締めする前における異常の有無を判断する閾値である。そのような異常としては、例えば、ボルト２と対象部材３との間に異物が入り込んだり、対象部材３にボルト２が焼き付いたりする異常がある。なお、この例では仮締め設定トルクよりも小さい値に第１の閾値Aを設定することで、僅かな異常であってもトルクが第１の閾値Aを超えるようにし、高い精度で異常を検知できるようにする。

一方、第２の閾値Bは、対象部材３にボルト２を仮締めするときに異常の有無を判断する閾値であって、第１の閾値Aと仮締め設定トルクの各々よりも大きく、かつ本締め設定トルクよりも小さい値に設定される。

次に、本実施形態に係る異常検知方法について、フローチャートを参照しながら更に詳細に説明する。

図４は、本実施形態に係る異常検知方法について説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、移動部１５の制御下でソケット１１が下降を開始する。

これにより、ステップＳ２においてソケット１１の先端がボルト２に嵌る。そして、この状態で回転駆動部１０がソケット１１を回転させつつ、かつ移動部１５がソケット１１を鉛直下方に移動させる。

次に、ステップＳ３に移り、検知部１７が、ボルト２からソケット１１に作用するトルクを監視し、そのトルクが閾値を超えたかどうかを判断する。

例えば、ソケット１１の移動距離がa〜b（図３参照）の範囲にあるときには、検知部１７は、トルクが第１の閾値Aを超えたかどうかを判断する。そして、超えた（ＹＥＳ）と判断された場合には検知部１７が異常の発生を検知し、ステップＳ４において制御部１８の制御下でソケット１１の回転と移動とを中断する。

また、ソケット１１の移動距離がb〜c（図３参照）の範囲にあるときには、検知部１７は、トルクが第２の閾値Bを超えたかどうかを判断する。そして、超えた（ＹＥＳ）と判断された場合には検知部１７が異常の発生を検知し、上記と同様にステップＳ４において制御部１８の制御下でソケット１１の回転と移動とを中断する。

一方、ステップＳ３においてトルクが閾値を超えていない（ＮＯ）と判断された場合にはソケット１１の回転と移動とを継続し、ステップＳ５においてボルト２の頭部２ａが対象部材３の表面３ａに着座する。

そして、ステップＳ６に移り、本締め設定トルクで回転駆動部１０がボルト２の本締めを行い、対象部材３に対するボルト２の取り付けを終了する。

以上により、本実施形態に係る異常検知方法の基本ステップを終了する。
上記した本実施形態によれば、ボルト２からソケット１１に作用するトルクの閾値A、Bをソケット１１の移動距離に対して定める。これにより、締め付けの異常が発生した時点でトルクが各閾値A、Bを超えるようになり、異常の発生を速やかに検知することが可能となる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ネジ締付装置
２ボルト
３対象部材
５支柱
６ベース
１０回転駆動部
１１ソケット
１２トルクセンサ
１３エンコーダ
１５移動部
１７検知部
１８制御部
１９コントローラ

Claims

螺合部材に嵌合した嵌合部を回転駆動部が回転させながら、前記螺合部材の回転軸方向に沿って前記嵌合部を移動部が移動させることにより、前記螺合部材を対象部材に螺合させる工程と、
前記螺合部材から前記嵌合部に作用するトルクが、前記嵌合部の移動距離に対して定められた閾値を超えたときに、検知部が異常の発生を検知する工程と、
を有することを特徴とするネジ締付装置の異常検知方法。