JP2585750B2 - ナットランナの締付良否判定方法 - 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良否判定方法に関し、一
層詳細には、ナットランナの出力軸のトルク、モータに
流れる電流およびモータの回転数の経時的変化を測定し
て正常時のものと比較判定することにより、ボルト、ナ
ット等のねじ部品の締付良否の判定のみならず、ナット
ランナ自体の故障やナットランナへの指示ミスに起因す
る締付不良等を判定可能としたナットランナの締付良否
判定方法に関する。

［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。そして、このような
システムでは各ナットランナによる締付状態、ナットラ
ンナの動作状態を把握し、トラブル発生の防止、あるい
はトラブル発生時における修復作業の迅速化が図れるこ
とが望ましい。

例えば、特開昭第55−18349号に開示されたシステム
では、ナットランナによる締付工程の開始から締付トル
クが所定のトルクに達してから適正な締付トルクが得ら
れるまでの時間を計測することで締付状態の適否を判定
するように構成している。然しながら、この場合、締付
状態の適否の判定はナットランナ自体およびその付帯設
備が正常に稼働していることを前提になされるものであ
り、ナットランナ自体およびその付帯設備の故障に起因
する締付不良の判定は出来ない。従って、締付不良の判
定がなされた際、原因を正確に突き止めることが出来
ず、生産ラインにおいて多数のナットランナを稼働する
際に大きな障害となっている。

［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、ナットランナの出力軸のトルク、モータに流
れる電流およびモータの回転数の経時的変化を測定して
正常時のものと比較判定することにより、ボルト、ナッ
ト等のねじ部品の締付良否の判定のみならずナットラン
ナ自体の故障やナットランナへの指示ミスに起因する締
付不良も判定可能とし、締付不良の発生を防止すると共
に、ワーク品質の向上を可能としたナットランナの締付
良否判定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
ナの駆動源の回転数、駆動源に供給される電流値および
ナットランナの出力軸に生じるトルク値を検出し、 回転数、電流値、トルク値の各々の検出データをそれ
ぞれ経時的な変動パターンとして出力装置に出力して一
括表示するとともに、これら各変動パターンとねじ部品
が正常に締め付けられた場合の回転数、電流値、トルク
値の各変動パターンとを比較することでナットランナの
駆動状態、トルク検出部の状態またはねじ部品の締付状
態の判定を行うことを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るナットランナの締付良否判定方法
についてこれを実施するためのナットランナコントロー
ルシステムとの関係にお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良否判
定方法を実施するための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とマスタコン
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に使用する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26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、モータ回転数、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48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の締付良否判定方法を
実施するための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
働すべきナットランナ20の軸数等を設定する。次に、稼
働するナットランナ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、稼働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を実際に稼働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期締付のために、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、最後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を用いて各ナットランナ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を介してナットランナ駆動用ドライバ18
bを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。

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。

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。第５図はマルチモニタと
して表示されたナットランナ20のトルク電圧、モータ電
流およびモータ回転数の経時的変化の一例を示したもの
である。

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20a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。

また、UCP16はナットランナ20の動作中において、通
常、第６図ａに示すOK/NGモニタ画面を表示しており、
この画面に表示された各データは各サブコントローラ18
からの締付完了信号あるいはエラーアラーム等の信号が
出力された際にリアルタイムでその内容が更新変更され
る。従って、作業者は前記OK/NGモニタ画面より各ナッ
トランナ20の動作状態、あるいはどのナットランナ20に
異常が発生したか等を即座に確認することが出来る。な
お、作業者は、第６図ｂに示すように、UCP16に転送さ
れた各ナットランナ20によるトルクデータ、回転数デー
タ、電流データ等に基づきナットライナ20の作動状態、
判定結果、エラー内容等を一覧表として纏めてプリント
アウトすることも可能である。

ここで、第７図にナットランナ20または締付工程の異
常状態を示すアラーム信号またはNG信号が発せられた際
のDCブラシレスサーボモータ20aの回転数の変動パター
ン、DCブラシレスサーボモータ20aに流れる電流の変動
パターン、および出力軸20dのトルク変動パターンの具
体例を示す。すなわち、これらの変動パターンの出力結
果から以下のように異常個所を推定することが出来る。

第７図ａの場合、回転数が上昇しない反面、電流が急
激に流れていることから、ナットランナのメカニズム
（ギヤ、クラッチ等）の異常が推定される。

第７図ｂの場合は電流について変動が見られない反
面、回転数が上昇していることから、ねじ山が破損した
か、ねじが出力軸からはずれている等、ねじ部材に関連
する締付不良が推定される。

また、第７図ｃの場合、電流および回転数に変動があ
るものの正常に締め付けが行われた時の変動パターンと
異なっていて、トルク変動が見られないことからトルク
検出器の異常が推定される。

さらに、第７図ｄの場合、トルク、電流共に勾配が急
になっており、締付不良と判定されるが、回転数が所定
の回転数に達していればねじ部品のかみ込み、異物の混
入等が推定されるが、所定の回転数に達していなけれ
ば、回転数や締付速度の設定ミスが推定される。

［発明の効果］ 以上のように、本発明方法によれば、ナットランナの
駆動源の回転数、駆動源に流れる電流およびナットラン
ナの出力軸のトルクを経時的に検出して検出データとし
て蓄積し、前記検出データを変動パターンとして出力装
置に出力して一括表示するようにしている。この場合、
ねじ部品が正常に締め付けられた場合のナットランナの
駆動源の回転数、駆動源に流れる電流およびナットラン
ナの出力軸に生じるトルク値と経時データとを比較する
ことでナットランナ自体の故障やナットランナへの指示
ミスに起因する締付不良が判定可能となるばかりでな
く、不良原因も推定可能となり、これによって不良品の
発生を未然に阻止し、生産効率を向上させることが出来
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図は本発明に係るナットランナコントロールシステ
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よるナットラン
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動
作状態のデータの説明図、 第６図は第１図のデータ設定表示装置に表示される各ナ
ットランナの作動状態、判定結果等の説明図、 第７図は第１図のデータ設定表示装置にモニタされる種
々の異常状態を示す監視データの説明図である。 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 寿也 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61−214980（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−19335（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−118380（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナットランナの駆動源の回転数、駆動源に
   供給される電流値およびナットランナの出力軸に生じる
   トルク値を検出し、 回転数、電流値、トルク値の各々の検出データをそれぞ
   れ経時的な変動パターンとして出力装置に出力して一括
   表示するとともに、これら各変動パターンとねじ部品が
   正常に締め付けられた場合の回転数、電流値、トルク値
   の各変動パターンとを比較することでナットランナの駆
   動状態、トルク検出部の状態またはねじ部品の締付状態
   の判定を行うことを特徴とするナットランナの締付良否
   判定方法。