JP2574172B2 - ナットランナの締付トルク管理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はナットランナの締付トルク管理方法に関し、
一層詳細には、最終締付トルクをねじ部品毎に逐次測定
して蓄積し、複数回の測定結果から得られる最終締付ト
ルクの変動傾向よりナットランナ側の状態、あるいはワ
ークの状態を把握することの出来るナットランナの締付
トルク管理方法に関する。

［発明の背景］ 近来、作業能率の向上や省力化の要求から自動車等の
組立の自動化が進んでおり、例えば、ボルト、ナット等
のねじ部品の締付工程の自動化もナットランナを用いた
システムにより可能になっている。

ところで、このようなシステムでは各ナットランナに
よるねじ部品の締付状態、あるいは当該ナットランナの
駆動状態を常時管理し、締付不良等のトラブル発生を未
然に防止することは極めて重要である。この場合、例え
ば、特開昭第59−118380号に開示されたナットランナの
管理方法では、ねじ部品の締付状態をナットランナの回
転角度および締付トルクとして検出し、これらの検出デ
ータを所定の設定データと比較し、その比較結果に基づ
いてナットランナを駆動制御するようにしている。

然しながら、この方法では、例えば、ねじ部品がワー
クに対して噛み込んだ際、あるいは異物混入の際に変動
する締付トルクよりワーク側の異常を検知することは可
能であるが、ナットランナ自身の駆動力伝達効率の経時
的変化やワークの位置ずれ等による締付トルクの変動に
起因する締付不良を回避することは不可能である。従っ
て、この場合、締付不良が発生するとワークに重大な損
傷が生じていたり、あるいはナットランナが修理不能の
状態となり、多大な損害が生じる虞がある。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもの
であって、ナットランナによる最終締付トルクを逐次測
定して蓄積し、その蓄積された測定結果を用いてナット
ランナ側の経時的状態変化、あるいはワーク側の状態を
把握することが出来、また、その結果に基づいて修理等
を行うことでトラブルの発生を未然に防止することを可
能とするナットランナの締付トルク管理方法を提供する
ことを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は、ナットラン
ナにおけるねじ部品の締付トルクに基づいてナットラン
ナ側またはワーク側の状態を管理する際、前記ナットラ
ンナにより締め付けられる複数のねじ部品の最終締付ト
ルクを逐次測定して記録し、次いで、前記各ねじ部品の
前記最終締付トルクを連続的に抽出し、抽出された前記
最終締付トルクの変動傾向から、ナットランナ側または
ワーク側の当該ねじ部品による締付状態を評価すること
を特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るナットランナの締付トルク管理方
法について好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照し
ながら以下詳細に説明する。

第１図は本実施態様に係るナットランナの締付トルク
管理方法が適用されるナットランナコントロールシステ
ム10の全体構成を示す。このナットランナコントロール
システム10は、基本的に、シーケンサ12のマスタコント
ローラ14とデータ設定表示装置16（以下、UCPという）
と複数のサブコントローラ18と複数のナットランナ20と
から構成される。この場合、マスタコントローラ14には
複数のサブコントローラ18が並列に接続される。

シーケンサ12は各ナットランナ20の動作指令信号、例
えば、スタート信号、リセット信号、手動締付信号、手
動緩め信号、インタロック信号を前記マスタコントロー
ラ14へ出力すると共に、サブコントローラ18にナットラ
ンナ20を動作制御するための信号、例えば、回転除外信
号、回転保持信号、着座信号等を出力する。

マスタコントローラ14には各ナットランナ20を駆動制
御する複数のサブコントローラ18が並列に接続されると
共に、締付手順プログラム、締付トルク値の設定、変
更、締付OK/NG、締付データのモニタ等を使用するUCP16
が接続される。ここで、マスタコントローラ14は、第２
図に示すように、CPU14aと、UCP16およびマスタコント
ローラ14間でシリアルデータの授受を行うSIO14bと、各
サブコントローラ18およびマスタコントローラ14間でシ
リアルデータの授受を行うSIO14cと、シーケンサ12およ
びマスタコントローラ14間でパラレルデータの授受を行
うPIO14dと、UCP16によって設定された各サブコントロ
ーラ18を介して各ナットランナ20の動作制御を行う制御
プログラム、各ナットランナ20のインタロック状態のデ
ータ等を格納するメモリ14eとから基本的に構成され
る。なお、マスタコントローラ14より前記シーケンサ12
にはPIO14dを介して各ナットランナ20のレディ信号、ア
ラーム信号、OK信号、NG信号、インタロック信号等が出
力される。

サブコントローラ18はコントローラ18aとナットラン
ナ駆動用ドライバ18bとを含み、夫々のナットランナ20
に接続されている。この場合、前記マスタコントローラ
14にはサブコントローラ18よりナットランナ20によるね
じ部品の締付良否判定信号であるOK/NG信号、インタロ
ック信号等が出力される。また、サブコントローラ18に
はナットランナ駆動用の電源22（以下モータ電源とす
る）と、ナットランナの回転速度を切り換えるためのソ
レノイド用電源24（以下、ソレノイド電源とする）が接
続される。

なお、ナットランナ20は駆動源であるDCブラシレスサ
ーボモータ20aと、ソレノイド部20bと、トルク検出部20
cと、出力軸20dとから構成される。この場合、DCブラシ
レスサーボモータ20aには回転数を検出するためのパル
スジェネレータPGが取着されており、このパルスジェネ
レータPGからのパルス信号はサブコントローラ18におけ
るナットランナ駆動用ドライバ18bに取り込まれる。ソ
レノイド部20bは図示しない変速器を制御することで出
力軸20dの回転速度を複数段階に切り換えるソレノイド2
6を有する。また、トルク検出部20cは出力軸20dの歪状
態を歪ゲージ28aにより検出し、その検出値をロータリ
トランス28bを介してコントローラ18aに供給する。

ここで、サブコントローラ18を構成するコントローラ
18aはナットランナ20の動作制御を行うCPU30と、ナット
ランナ20の締付トルク、モータ回路数、モータ電流等の
モニタ用データを保持するメモリ32と、マスタコントロ
ーラ14のSIO14cとの間でデータの授受を行うSIO34と、
シーケンサ12との間でデータの授受を行うPIO36とを含
む。CPU30はD/A変換器38を介してナットランナ駆動用ド
ライバ18bに駆動信号を出力すると共に、マルチプレク
サ40により選択されA/D変換器42によってデジタル信号
に変換されたモニタ用データを受信しメモリ32に格納す
る。この場合、マルチプレクサ40にはナットランナ駆動
用ドライバ18bよりモニタ用データである締付トルク、
モータ回転数データおよびモータ電流の各データが供給
される。なお、締付トルクはトルク検出部20cより検出
回路を介して供給されるものであり、この検出回路は前
記トルク検出部20cに対し増幅器a₁を介して搬送波電圧
を供給する発振回路44と、トルク検出部20cからの歪信
号を増幅器a₂を介して受信しトルク信号を取り出す同期
検波回路46とからなる。また、コントローラ18aはソレ
ノイド部20bの切換を行う切換器48を有し、この切換器4
8にはソレノイド電源24が接続されると共にPIO36が接続
される。

一方、ナットランナ駆動用ドライバ18bはサーボアン
プ50を有し、このサーボアンプ50はコントローラ18aか
らの駆動信号に従ってDCブラシレスサーボモータ20aを
駆動制御する。なお、前記サーボアンプ50の出力は電流
センサ54によって検出され、モータ電流データとしてコ
ントローラ18aのマルチプレクサ40に供給される。ま
た、ドライバ18bはF/V変換器56を有し、このF/V変換器5
6はパルスジェネレータPGにより検出されるDCブラシレ
スサーボモータ20aの回転数データを電圧信号としてマ
ルチプレクサ40に供給する。

本実施態様に係るナットランナコントロールシステム
は基本的には以上のように構成されるものであり、次に
その作用並びに効果について第３図に示す手順に従って
説明する。

先ず、UCP16を用いてナットランナコントロールシス
テム10のシステム構成を設定する（STP1）。例えば、稼
動すべきナットランナ20の軸数等を設定する。次に、稼
動するナットランナ20毎に駆動条件を設定する（STP
2）。この場合、例えば、締付トルク上限値として設定
上限トルク、ナットランナ20のDCブラシレスサーボモー
タ20aの連続回転上限時間、過電流限界値、指定回転数
に達するまでの加速時間等を設定する（第４図ａ参
照）。

次いで、稼動すべきナットランナ20の締付に必要なデ
ータを入力する（STP3）。例えば、最終締付トルクであ
るファイナルトルク、最終締付トルクの許容下限値であ
るファイナル下限トルク、中速終了トルクであるスナッ
グトルク等を設定する。また、DCブラシレスサーボモー
タ20aの連続回転限界時間、締付に要する最大時間と最
小時間、最終締付時の逆転ブレーキ回転速度、最終締付
時の逆転ブレーキ開始タイミング等を設定する（第４図
ｂ参照）。

さらに、前記の如く種々のデータを設定した後、各ナ
ットランナ20を実際に稼動するための手順であるプログ
ラムを第４図ｃに示すように設定する（STP4）。例え
ば、先ず、穴通し、ボルト取り等、締付前の空回し工程
およびその回転数と時間を設定する。次に、他のナット
ランナ20や組付等の図示しないロボットとのタイミング
合わせの工程としてインタロックを設定する。そして、
締付スタート時にナット等をワーク側にスムーズに噛み
合わせるための低速回転工程であるソフトスタートを設
定する。次いで、前記ナットランナ20のソレノイド部20
bを付勢し図示しないクラッチを高速ギヤに切り換えて
出力軸20dを高速回転させる工程およびその回転数を設
定する。さらに、前記ナットランナ20のソレノイド部20
bを滅勢し図示しないクラッチを低速ギヤに切り換えて
スナッグトルク値に達するまで出力軸20dを中速回転さ
せる工程およびその回転数を設定する。次に、各ナット
ランナ20によるナット等の同時締付のために、ナットラ
ンナ20間のタイミング合わせの工程としてインタロック
を設定する。そして、締付の回転数とトルクアップ時に
逆転ブレーキをかける工程およびその時間を設定する。
最後に、設定値に基づいて締付データを判定しUCP16の
画面上に表示すると共にシーケンサ12へ出力する各工程
を設定する。すなわち、最終締付トルクの判定を行うか
否か、また、締付時間の判定を行うか否か、着座の判定
を行うか否か等を設定する。そして、プログラムの終了
を入力して設定が完了する。

以上のようにして、UCP16により各ナットランナ20毎
に設定されたデータおよびプログラムはSIO14bを介して
マスタコントローラ14のメモリ14eに格納されると共
に、SIO14cおよび34を介してサブコントローラ18のメモ
リ32に格納される。次いで、シーケンサ12からスタート
信号が前記マスタコントローラ14に出力されると、この
スタート信号は各サブコントローラに送られサブコント
ローラ18により前記プログラムの実行が開始される。

そこで、各サブコントローラ18は前記スタート信号に
基づき、先ず、ナット取りのための空回し工程を実行す
る。すなわち、サブコントローラ18を構成するCPU30は
メモリ32に格納されたデータおよびプログラムに基づき
PIO36を介し切換器48に空回しのための制御信号を出力
する。この場合、切換器48はナットランナ20のソレノイ
ド26に対し切換信号を出力し、これによってソレノイド
26が図示しない変速器の切換動作を行う。次いで、CPU3
0はD/A変換器38をしてナットランナ駆動用ドライバ18b
構成するサーボアンプ50に駆動信号を出力し、サーボア
ンプ50は前記駆動信号に基づき駆動電流をDCブラシレス
サーボモータ20aに供給する。この結果、出力軸20dが所
定の回転数で所定時間回転し、ナット取り動作が遂行さ
れる。

次に、前記ナット取り動作が完了すると各サブコント
ローラ18はマスタコントローラ14に対しインタロック信
号を出力すると共に、ナットランナ20の動作を待機状態
にする。なお、前記インタロック信号はマスタコントロ
ーラ14を構成するメモリ14eに保持される。マスタコン
トローラ14は各サブコントローラ18よりインタロック信
号を受信し、すべてのサブコントローラ18がインタロッ
ク状態となったことを確認した時点でシーケンサ12に対
しインタロック信号を出力する。

シーケンサ12は前記インタロック信号を受信し、各ナ
ットランナ20が次の動作に移行出来る場合にマスタコン
トローラ14に対し前記インタロック信号に対するアンサ
信号を出力する。マスタコントローラ14はシーケンサ12
よりインタロック信号に対するアンサ信号を受信した時
点においてインタロック状態で待機している全てのサブ
コントローラ18に対しインタロック解除指令を出力す
る。

マスタコントローラ14よりインタロック解除指令を受
信した各サブコントローラ18は、次にソフトスタート命
令を実行する。すなわち、サブコントローラ18のCPU30
は、前記の空回し工程の場合と略同様に、PIO36を介し
て制御信号を切換器48に出力し、これによってナットラ
ンナ20のソレノイド26を介し減速器をソフトスタート状
態に切り換える。次いで、D/A変換器38を介して指定さ
れた駆動信号をナットランナ駆動用ドライバ18bのサー
ボアンプ50に出力する。サーボアンプ50はこの駆動信号
に基づきDCブラシレスサーボモータ20aを駆動する。こ
の結果、出力軸20dが所定時間および所定回転数で回転
し、所謂、ソフトスタート動作が遂行される。これによ
って、ナットのワークに対する螺合作業が開始される。

ここで、サーボアンプ50からの出力信号は電流センサ
54によって検知され、モニタ用データであるモータ電流
としてマルチプレクサ40、A/D変換器42、CPU30を介して
コントローラ18aのメモリ32に格納される。また、DCブ
ラシレスサーボモータ20aの回転数はパルスジェネレー
タPGにより検出され、F/V変換器56において周波数に変
換され、前記モータ電流データの場合と同様に、モータ
回転数データとしてメモリ32に格納される。なお、これ
らのモニタ用データはUCP16を構成するCRT等に経時的変
化として表示することが出来、作業者はこの表示に基づ
きナットランナ20の動作状態を知ることが出来る。

一方、ナットランナ20によるソフトスタートの工程が
完了するとCPU30は次にナットランナ20に対し高速での
ナット締付動作を実行する。この場合、切換器48はソレ
ノイド26を駆動し図示しない変速器を高速側に切り換え
る。そして、CPU30から出力される駆動信号に基づき出
力軸20dが高速で回転する。なお、この場合も同様に、
電流センサ54はモータ電流を検出してコントローラ18a
に転送し、また、パルスジェネレータPGもモータの回転
数を検出しコントローラ18に転送する。そして、作業者
はこれらのデータに基づきナットランナ20の動作状態を
UCP16において確認することが可能である。

ここで、前記DCブラシレスサーボモータ20aを高速回
転させる時にはナットがワークに対し締付状態となるた
め、前記出力軸20dに締付時のトルクが発生する。この
トルクはトルク検出部20cを構成する歪ゲージ28aにより
検出され、サブコントローラ18の検出回路に取り込まれ
る。すなわち、前記検出回路は発振回路44より搬送波電
圧を増幅器a₁を介してロータリトランス28bに供給し、
次いで、所定電圧を歪ゲージ28aに印加する。この場
合、歪ゲージ28aは締付時のトルクによる出力軸20dのね
じれを検出し、ロータリトランス28bを介して増幅器a₂
に歪信号として供給する。この歪信号は同期検波回路46
に出力され、ここでトルク電圧として取り出される。こ
のトルク電圧はモニタ用データとしてマルチプレクサ40
およびA/D変換器42を介してサブコントローラ18のメモ
リ32に導入されると共に、マスタコントローラ14および
UCP16側に導入されたモニタリング等に供される。

一方、前記トルク電圧はCPU30において予め設定され
たシステムパラメータであるクラッチ切換トルク（第４
図ａ参照）と比較される。この場合、トルク電圧によっ
て表される締付トルクが前記クラッチ切換トルクに達し
た際、CPU30はPIO36を介して切換器48に制御信号を出力
し、ソレノイド26を滅勢して図示しない変速器の切換を
行うと共に、ナットランナ駆動用ドライバ18bを介してD
Cブラシレスサーボモータ20bの減速動作を行う。この結
果、ナットランナ20の出力軸20dは中速回転に移行す
る。この場合、前記中速回転はトルク検出部20cにおい
て検出された締付トルクが予め設定されたスナッグトル
クに達するまで継続される。

締付トルクがスナッグトルク値に到達すると、CPU30
はナットランナ20に対し動作停止指令を出力すると共に
インタロック信号をマスタコントローラ14に出力する。
マスタコントローラ14は各サブコントローラ18からのイ
ンタロック信号を受信しメモリ14eにセットする。そし
て、全てのサブコントローラ18よりインタロック信号を
受信した際、各サブコントローラ18に対し当該インタロ
ック状態の解除指令を出力し、ナットランナ20の動作を
再スタートさせる。これにより、各ナットランナ20はワ
ークに対しナットの最終締付作業を同時に開始する。

そこで、各サブコントローラ18のCPU30はインタロッ
ク状態の解除指令に基づきナットランナ駆動用ドライバ
18bを介してナットランナ20を駆動し、出力軸20dにより
ナットのワークに対する最終締付作業を行う。この場
合、CPU30はトルク検出部20cにより検出された締付トル
クに従って締付の良否の判定を行う。すなわち、前記締
付トルクが第４図ｂに示すように設定されたファイナル
上限トルクおよびファイナル下限トルクとの間にあるか
否か、最終締付時間が締付MAX時間および締付MIN時間と
の間にあるか否か、ナットがワークに対して着座したこ
とを検出するリミットスイッチからの入力があるか否か
等の判定を行う。

ここで、マスタコントローラ14のメモリ14eに蓄積さ
れた締付トルク値はUCP16において、作業者の必要に応
じ第５図に示す全軸トルク管理図60として表示すること
が出来る。すなわち、全軸トルク管理図60はナットラン
ナ20によるねじ部品毎の締付トルク値62を各ナットラン
ナ20のトルク管理図である１軸トルク管理図64として１
つの画面上に表したものである。この場合、１軸トルク
管理図64は、第６図に示すように、各ナットランナ20毎
に１画面として拡大表示することが出来る。１軸トルク
管理図64は、UCP16により第３図に示すステップ３で設
定されたファイナルトルク66に対し締付トルク値62の経
時的変化を各ねじ部品毎にプロットしたもので、この１
軸トルク管理図64にはファイナル上限トルク70およびフ
ァイナル下限トルク72が同時に表示される。

そこで、作業者はこのようにして表示された全軸トル
ク管理図60あるいは１軸トルク管理図64を用いて各ナッ
トランナ20の状態の経時的変化あるいはワークの位置決
め状態等を管理することが出来る。すなわち、例えば、
締付トルク値62が第７図ａに示すように変動している場
合、ナットランナ20を構成する回路素子の機能が徐々に
低下している等の問題点を察知することが出来る。ま
た、第７図ｂに示すように、締付トルク値62がある時点
より急変している場合にはワークが変更されたか、ある
いは増幅器a₂等の異常が考えられる。この場合、ワーク
変更等に対してはファイナルトルク66、ファイナル上限
トルク70およびファイナル下限トルク72の変更によって
対処することが可能である。さらに、第７図ｃに示すよ
うに、締付トルク値62がファイナルトルク66とファイナ
ル上限トルク70との間でばらついている場合、ナットラ
ンナ20に対する締付時の回転数の設定値が適当でない
か、あるいはナットランナ20の駆動力伝達機構に異常が
発生している等のことが考えられる。そこで、このナッ
トランナ20に対しては、回転数の設定値の変更あるいは
ナットランナ20の交換等によって対処することが出来
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ナットランナによる
最終締付トルクを各ねじ部品毎に逐次測定して蓄積し、
これらの蓄積された最終締付トルクを経時的に表示する
ことにより、ナットランナあるいはワークの状態評価を
行うようにしている。この場合、経時的に表示された最
終締付トルクの変動傾向からナットランナの駆動状態あ
るいはワークに対する異物混入、ねじ部品の噛み込み、
位置決め誤差等を適格に判定することが出来る。そこ
で、この判定結果に基づきナットランナあるいはワーク
の補正作業を行えば、トラブルに対して迅速に対処する
ことが出来、また、当該トラブルの発生を事前に回避す
ることも可能となる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明し
たが、本発明はこの実施態様に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良
並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が適用されるナットランナコントロ
ールシステムの概略構成説明図、 第２図は第１図に示すシステムの一層詳細な構成説明
図、 第３図は第１図に示すシステムにおける駆動条件、動作
プログラムの設定手順を示すフローチャート、 第４図は第１図のデータ設定表示装置におけるナットラ
ンナコントロールシステムの種々の駆動条件の設定例の
説明図、 第５図は第１図のデータ設定表示装置にモニタされる全
軸トルク管理図の説明図、 第６図は第１図のデータ設定表示装置に表示される１軸
トルク管理図の説明図、 第７図は第６図に示す１軸トルク管理図における各状態
の説明図である。 10……ナットランナコントロールシステム 12……シーケンサ 14……マスタコントローラ 16……UCP、18……サブコントローラ 20……ナットランナ、60……全軸トルク管理図 64……１軸トルク管理図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅倉 敏和 埼玉県狭山市新狭山１―10―１ ホンダ エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−161276（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナットランナにおけるねじ部分の締付トル
   クに基づいてナットランナ側またはワーク側の状態を管
   理する際、前記ナットランナにより締め付けられる複数
   のねじ部品の最終締付トルクを逐次測定して記録し、次
   いで、前記各ねじ部品の前記最終締付トルクを連続的に
   抽出し、抽出された前記最終締付トルクの変動傾向か
   ら、ナットランナ側またはワーク側の当該ねじ部品によ
   る締付状態を評価することを特徴とするナットランナの
   締付トルク管理方法。