JP3637688B2 - Screw tightening control method - Google Patents

Description

この回転角締付け法は、ねじの着座点を正確に推定することができれば、バラツキの原因は、ねじのばね定数のバラツキだけとなる。一般に、このねじのばね定数のバラツキは、小さいので、精度の高い締結力の制御が可能である。
【０００７】
そこで、最近、着座点を精度良く推定しようとしたねじの締付け制御方法が提案されている（例えば、特開昭６２−１０２，９７８号公報参照）。
【０００８】
この方法は、ねじを締付けるときのトルクを実測し、この実測トルクカーブからトルクが零となる点である推定着座点を求め、当該推定着座点を基準として所定回転角度だけねじを回転させ、締付けを行なうようにしたものである。
【０００９】
つまり、ねじを所定の第１トルク値まで締付けた後に、所定の回転角度だけ締付け、当該回転角度だけ締付け完了した時点の第２トルク値と前記第１トルク値とからトルクレートを求め、当該トルクレートから推定着座点を演算し、推定着座点から所定の回転角度だけ回転させてねじの締付けを行なうようにしたものである。
【００１０】
一般に、ねじが正常に締付けられるときは、図１０に示すように、トルクは、締付け角度が増加してもスナグトルクに達するまではあまり変化せず、スナグトルクに達するとほぼ直線的に急激に増加するというトルクカーブとなる。また、被締結体に締付ける締結力もほぼ同様のカーブとなる。
【００１１】
したがって、トルクカーブの傾き線を延長し、トルクが零の横軸と交差する点である推定着座点を求めると、当該推定着座点は、図１１に示すように、トルクカーブと締結力のカーブの原点はほぼ一致するので、ねじの着座点も正確に推定することができ、前述したねじの締付け制御方法によりねじ締めしても、精度のよい締付けが可能となる。
【００１２】
なお、本明細書においては、推定着座点を基準としてねじを締付けたときのねじの回動量を「ねじの回転角度」若しくは「回転角度」と称し、また、ナットがボルトに螺合された時点からの回動量を「ねじの締付け角度」若しくは「締付け角度」と称することとする。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ねじ面等に切り粉などの夾雑物が存在していると、締付け時にこれが噛み込むことになるので、初期フリクションの増大によりトルクカーブは、図１２に示すように、当初から比較的大きな異常トルクが生じ、着座した後にさらにトルクが増大する。一方、締結力は、トルクの発生に遅れて生じる。
【００１４】
この場合、前述したねじの締付け制御方法のように、実測トルクカーブからトルクが零となる点である推定着座点を求めると、図１３に示すように、当該推定着座点と、締結力が零となる点、つまり、ねじ締めが開始される点とはずれることになり、この推定着座点を基準として所定の回転角度だけねじを回転させる方法では、目標締結力に到達する前に締付けが完了し、締結力不足が発生するという不具合がある。
【００１５】
本発明は、上記した従来技術のもつ課題を解決するためになされたものであり、ねじ面等に夾雑物が存在していても、精度よく推定着座点を求め、これに基づいてねじを回転させることにより、確実に目標締結力に到達するようにしたねじの締付け制御方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係るねじの締付け制御方法は、ねじが着座した時点から目標締結力を得る締付完了時点までが所定の目標回転角度となるねじ部が所定の第１トルク値まで締付けられた時点の回転角度と、当該第１トルク値に対応する回転角度から前記目標回転角度までの数分の１の第１回転角度だけさらに締付けた時点の第２トルク値とを測定し、前記第１トルク値及び第２トルク値と回転角度とから実測トルクカーブのトルクレートを求め、当該トルクレートから推定着座点を演算し、当該推定着座点に基づきねじの締付けを行なうようにしたねじの締付け制御方法において、前記ねじ部に加えられる締付け回転角度に対するトルク値を記憶し、前記記憶されたトルク値から前記推定着座点での第３トルク値を抽出し、前記第１回転角度からさらに前記目標回転角度までの数分の１の第２回転角度まで締付けた時点の第４トルク値から前記第３トルク値を差し引き、得られた第５トルク値から前記トルクレートに基づき前記推定着座点を補正した補正着座点を求め、当該補正着座点を基準としてねじの締付けを行なうことを特徴とする。
【００１７】
このようにすれば、締付け時にねじ面等に夾雑物が噛込み、初期フリクションの増大によりトルク値が増大しても、この増大したトルク値を考慮して補正着座点を求めることができるので、着座点は正確に求めることができ、この正確な補正着座点に基づいてねじの締付けを行なうと、夾雑物の噛込み等に影響を受けることなく、被締結体にねじを締め付け精度良く締付けることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明に係るねじの締付け制御方法では、前記補正着座点を基準とするねじ部の締付けは、前記第２回転角度だけ締付けた時点での締付け角度から補正着座点の締付け角度の差を求め、当該差と前記目標回転角度との差分だけねじの締付けを行なうことを特徴とする。
【００１９】
このようにすれば、締付け終了時点から僅かな回転角度でねじを締付ければ良く、所望の目標回転角度に簡単に到達することができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明に係るねじの締付け制御方法は、前記第１トルク値は、スナグトルクのトルク値としたことを特徴とする。
【００２１】
スナグトルクは、締付けの対象となるねじの種類によってその値が異なるが、同一種類のものであれば必ず一定の値になるという性質がある。このような正確な点を１つの基準にすれば、トルクレートを求めるときの作業が簡便になるのみでなく、精度も向上する。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記目標回転角度に達した締付完了時の最終締結力を測定し、目標締結力より小さい時には作業者に伝えることを特徴とする。
【００２７】
このようにすれば、ねじ締め装置のインパクトエネルギが変化し、ねじの締付けが不完全な状態で終了していることを作業者が知ることができ、ねじ締め装置の劣化を検知でき、不完全なねじ締めを未然に防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明方法は、ねじ締付け当初にトルク値が異常に増大しても、この増大したトルク値を考慮して補正着座点を求めるので、正確な着座点に基づいてねじの締付けを行なうことができ、ねじの締め付け精度が向上する。補正着座点を基準としてねじ締めするとき、現時点の締付け角度から不足する回転角度分のみねじを締付けるようにしたので、ねじ締付け完了が極めて速やかとなり、ねじの締め付け精度が向上する。
【００３０】
請求項２に記載の発明方法は、締付け終了時点から僅かな回転角度でねじを締付ければ良く、所望の目標回転角度に簡単に到達することができる。
【００３１】
請求項３に記載の発明方法は、第１トルク値をスナグトルクのトルク値としたので、トルクレートを簡便に求めることができ、精度も向上する。
【００３３】
請求項４に記載の発明方法は、ねじ締め装置のインパクトエネルギが変化することにより、ねじの最終締結力が目標締結力に達しないと、ねじの締付けが不完全な状態で終了していることになるので、これを作業者が知らしめると、ねじ締め装置の劣化も検知でき、不完全なねじの締めを未然に防止し、装置の劣化等も知ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るねじの締付け制御方法の実施の形態１の概略を示すブロック図、図２は同実施の形態１の締付け時にねじ面等に夾雑物が噛込んだときの推定着座点を求める方法を示す説明図、図３，４は同実施の形態１のフローチャート、図５は同実施の形態１と従来技術との比較を示す表である。なお、以下の説明ないし図面中において、図１０〜１３に示す部材と共通する部材には同一符号を付している。
【００３５】
（実施の形態１）
一般に、ねじ部の弾性限界内でのねじ締めは、図１に示すようなねじ締め装置により、ボルトｖまたはナットｎ（ねじ部）にインパクトエネルギを加えることにより行われる。ねじ締め装置は、鉄板等の被締結体Ｗに取付けられているボルトｖにナットｎを所定の締付けトルクで締付ける締結部１０と、この締結部１０の上部に設けられたねじ締め装置の本体１１と、当該本体１１と締結部１０との間に配置され、ねじ部が前記締結部１０に接触した後、つまり着座後のねじ部の回転角を測定する回転角検出器１２とから構成されている。
【００３６】
前記本体１１は、電気又は圧縮空気を動力源とするモータＭと、このモータＭの回転力をパルス状のトルクに変換するトルク発生器１３と、このトルクを検出するトルク検出器２１と、を有し、トルク発生器１３のトルクを出力軸１４に伝達する。
【００３７】
出力軸１４は、回転角検出器１２のハウジング１５に回転自在に支持されたソケット１６と連結され、当該出力軸１４の回転によりソケット１６を回転し、ソケット１６に嵌合されたナットｎをボルトｖに螺合するようになっている。
【００３８】
このナットｎの回転角は、ソケット１６の回転を検知することにより測定している。つまり、ソケット１６の回転がロータリエンコーダのコード・ホイール１７に伝達され、このコード・ホイール１７の回転をロータリ・エンコーダの検出ヘッド１８が検知することにより測定している。
【００３９】
当該回転角検出器１２から発せられる信号は、制御部１９により処理される。制御部１９は、回転角検出器１２からの信号を入力として回転角信号をつくる回転角検出手段２０と、前記トルク検出器２１からの信号を入力としてトルクを検出するトルク検出手段２２と、このトルク検出手段２２及び回転角検出手段２０からの信号がそれぞれ入力される記憶手段２３と、この記憶手段２３からの信号に基づいて推定着座点を補正するとともに現在の締付角度から残りの締付角度を求めて、前記モータＭにインパクト発生用の信号を出力する補正演算手段２４とから構成されている。
【００４０】
このようなねじ締め装置を用いてねじ締めする場合に、ねじ面等に切り粉などの夾雑物が存在していると、前述した図１２に示すように、初期フリクションの増大によりねじ締め開始当初から異常トルクが生じる実測トルクカーブとなり、この実測トルクカーブからトルクが零となる点、つまり推定着座点を求めると、当該推定着座点と締結力が零となるねじ締め開始点とがずれることになる。
【００４１】
しかし、本実施の形態では、実測トルクカーブから推定着座点θ₁ を求めた後に、この推定着座点θ₁ から異常トルクを考慮にいれて補正着座点θ₂ を求め、当該補正着座点θ₂ を基準としてねじの締付けを行なうようにしている。
【００４２】
さらに、図２、図３及び図４を参照して説明する。
目標回転角度θの設定等
ねじ締め装置によりねじを締付ける場合には、事前に目標回転角度θ等を設定する。通常、ねじ部の形状や材質、締結部の材質や形状から目標締結力が定められ、この目標締結力から目標回転角度θが決定される。この目標回転角度θは、着座点から回転を開始し目標締結力が得られるまでの角度である。
【００４３】
したがって、ねじを締付けるに当たっては、まず、図３のステップＳ１において、当該目標回転角度θを設定する。
【００４４】
次に、ステップＳ２でトルクカーブの勾配が一定になる角度である前記目標回転角度θの約１／３程度の回転角度を設定し、後述するトルクレートを求める範囲を決定する。
【００４５】
前記夾雑物が存在していると、トルク変動は、図１０に示した正常なねじを締付けるときとは明らかに相違し、図２に実線で示すように、回転角度の増大にともなっても直線的には増大せず、急激に増大した後に、スナグトルクに達するまでは、やや変動しつつ僅かに増大する。このトルク変動により夾雑物が存在している状態か否かのチェックと、後述する種々のトルク値を抽出するために、ステップＳ３で、モータＭによりソケット１６を回転し、ねじの締付けを開始する。
【００４６】
ステップＳ４で、締付け動作中、トルク値と回転角度を一定時間間隔（例えば、２ｍｓｅｃ毎）で記憶あるいは記録する。つまり、着座後のねじ部の回転角度を測定する回転角検出器１２からの信号が入力される回転角検出手段２０によって回転角信号を作り、トルク検出器２１からの信号が入力されるトルク検出手段２２によってトルク信号を作って、これら両信号を締付け動作中記憶手段２３により記憶あるいは記録する。
【００４７】
ステップＳ５で、所定の第１トルク値Ｔ₁ に達したか否かを判断する。この第１トルク値Ｔ₁ は、基準となるトルク値であれば、どのような値であっても良いが、好ましくは、例えば、スナグトルクＴ_s を使用することである。このスナグトルクＴ_s は、前述したようにねじによって一定の値になることから、この値を１つの基準にすれば、後述するトルクレートを求めるときの作業が簡便になるのみでなく、精度も向上することになるので、好ましい。
【００４８】
なお、図示はしないが、ステップＳ４の次で、第１トルク値Ｔ₁ が所定の閾値より大きいか否かを判断するような手段を設けると、夾雑物が噛み込んだ状態か否かが判断でき、不完全なねじ締めを未然に防止することも可能である。
【００４９】
推定着座点θ ₁ を求める
この第１トルク値Ｔ₁ に達した後に、推定着座点θ₁ を求める。
推定着座点θ₁ を求めるに当たっては、まずトルクレートを求める。トルクレートは、トルクカーブのほぼ直線的な部分の勾配であるので、トルクカーブ上の２点を決定して求めることもできるが、図示するようにトルク値は、所定の幅で変動しつつ増大するので、最小二乗法により回帰直線を求め、この回帰直線の勾配をトルクレートとしている。本実施の形態では、所定の回転角度範囲内で、回転角度と当該回転角度に対応するトルク値を少なくとも３点抽出し、最小二乗法よりトルクレートを求めている。
【００５０】
ここに、所定の回転角度範囲として、本実施の形態では、θ／３を設定しているが、この角度範囲は、回帰直線を求めるためのデータを得るためのものであるため、どのような値であっても良く、θ／３に限定されるものではない。
【００５１】
したがって、ステップＳ６において、第１トルク値Ｔ₁ の時点の回転角度θ_s から第１の回転角度θ／３まで進んだか否かを判断し、「Ｙｅｓ」であれば、ステップＳ７において、このときのトルク値Ｔ₂ や、前記スナグトルクＴ_s である第１トルク値Ｔ₁ あるいはこれらの中間点のトルク値等に基づき、回転角度データを考慮し、回帰直線Ａを最小二乗法により求め、トルクレートを決定する。
【００５２】
ステップＳ８で、このようにして求めた回帰直線と横軸と交差する点、つまり当該回帰直線上でトルク値が零となる点の回転角度を演算により求めると、この回転角度が推定着座点θ₁ となる。
【００５３】
補正着座点θ ₂ を求める
次に、本実施の形態では、補正着座点θ₂ を求め、これを基準としてねじ締めを行なう。
まず、この補正着座点θ₂ を求めるに当たっては、まず、ステップＳ９で、前記推定着座点θ₁ においてねじ部に加えられたトルク値を抽出する。このトルク値は、第３トルク値Ｔ₃ である。
【００５４】
次に、ステップＳ１０で、第１トルク値Ｔ1 の時点の回転角度θsから最終的な目標回転角度θに達しない第２の回転角度２θ／３まで進んだか否かを判断する。前記第１の回転角度θ／３からさらに所定の回転角度、例えばθ／３だけ締付けると、着座した時点からの回転角度は、２θ／３となる。この締付けにより得られるトルク値を第４トルク値Ｔ4 とする。
【００５５】
ステップＳ１１で、当該得られた第４トルク値Ｔ₄ から第３トルク値Ｔ₃ を差し引く演算を行ない、得られたトルク値を第５トルク値Ｔ₅ とする。
【００５６】
ステップＳ１２で、第５トルク値Ｔ5 からステップＳ７において求めたトルクレートにより補正着座点θ_２を求める。第５トルク値Ｔ_５の点から前記回帰直線Ａと平行な直線Ｂ（図中破線で示す）を求め、この直線Ｂと横軸と交差する点（直線Ｂ上でトルク値が零となる点）の回転角度を演算により求めると、この回転角度が補正着座点θ_２となる。
【００５７】
当該補正着座点θ₂ は、締付け時にねじ面等に夾雑物が噛込み、初期フリクションの増大によりトルク値が増大した分を差し引くことにより求めた着座点となる。このため、補正着座点θ₂ を基準として所定の回転角度だけねじの締付けを行なうと、所望の締結力が得られることになる。
【００５８】
そこで、本実施の形態では、ステップＳ１３で、現在の締付け角度Ｋ₁ を抽出し、当該締付け角度Ｋ₁ から補正着座点θ₂ の締付け角度Ｋ₂ の差Ｋ₃ を求め、当該差Ｋ₃ と前記目標回転角度（θ）との差Ｘを求めている。
【００５９】
ステップＳ１４で、この差Ｘを考慮した最終締付け角度θ_e を求め、ステップＳ１５で、締付けがこの最終締付け角度θ_e に達したか否かを判断する。
【００６０】
そして、最終締付け角度θ_e に達したと判断されると、締付完了となるが、好ましくは、ステップＳ１６で、締付完了時点での最終締結力を測定し、当該最終締結力が目標締結力Ｃより大きいか否かを判断する。等しいか大きい場合には、所望の締結力が得られたとして、ステップＳ１７で締付けを完了し、小さい時にはステップＳ１８で作業者に当該ねじ部材は締付け不良であるというＮＧを出力する。これにより作業者は、当該ねじ部が所定の締結力で締め付けられたか否かを判断でき、不良締付けのねじ部の発生を確実に低減することができる。
【００６１】
このようにして得られたねじ部を、前記した従来のねじ締め制御方法で行なったねじ部の締結力と比較すれば、図５に示す表のような結果が得られた。この表では、目標回転角度θを１００度とし、目標締結力を５ＫＮとしたものである。この表から明らかなように、上記実施の形態による方法は、従来のものに比し、極めて目標締結力に近い値が得られ、その標準偏差もほぼ半分程度となったことが分かる。
【００６２】
（実施の形態２）
次に、上記本発明方法の実施の形態２について説明する。図６は噛み込み夾雑物が外れたときのトルクと締結力の状態を示す説明図、図７は本発明の実施の形態２の概略を示す説明図、図８，９は同実施の形態２のフローチャートである。なお、ステップ３１〜４０までは、前述した実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態２は、切り粉等の夾雑物が締付け初期に噛み込み、その後外れたときでも、補正着座点を正確に推定し、ねじ締めの締付け締結力を精度のよいものとしたものである。
【００６４】
切り粉等の夾雑物が締付け初期に噛み込み、その後外れると、図６に示すように、トルクカーブが不連続になる。この場合、通常トルク値は、噛み込み時に上昇し、外れると下がることになるが、補正着座点θ₂ を求めるときに、この不連続点でのトルクの変動分ΔＴを考慮すれば、補正着座点θ₂ は、正確に推定できる。
【００６５】
図６に示すように、前記ねじの締付け開始からトルク値を測定しているときに、トルク値に不連続点が複数箇所存在し、これら各不連続点でのトルクの変動分がΔＴ₁ 、ΔＴ₂ であったとする。ただし、これらトルクの変動分は、増加したものを「＋」、減少したものを「−」とし、これらの総和を求めたとき、トルクの変動分ΔＴとなったとする。
【００６６】
図８，９において、前記推定着座点θ₁ においてねじ部に加えられたトルク値を抽出する必要がないため、前記ステップ９に相当するものはないが、他のステップ３１〜４０までは、先の実施の形態１と同様である。
【００６７】
ステップ３１〜４０において、推定着座点θ₁ を求めた後に、着座した時点から２θ／３の回転角度となると、ステップ４１において、トルク値に不連続点があるか否かの判断を行なう。このトルク値に不連続点がある場合には、ステップ４２において、複数あるか否かの判断を行なう。
【００６８】
不連続点が単数であると、ステップ４３において、不連続点前のトルク値から不連続点後のトルク値を引き、その差を求め、トルク値の変動分ΔＴとする。不連続点が複数あれば、ステップ４４において、トルク値の差を相互に加えることによりトルク値の変動分ΔＴを求める。
【００６９】
そして、ステップ４６において、第４トルク値Ｔ₄ から前記トルク値の変動分ΔＴを引く演算を行ない、ステップ４７において、得られた第５トルク値Ｔ₅ からトルクレートにより補正着座点θ₂ を求める。以後、補正着座点θ₂ を基準としてねじ締めを行なうなどの操作であるステップ４８〜５３は、前記実施の形態１と同様であるため説明は省略する。
【００７０】
一方、トルク値に不連続点がない場合には、ステップ４５で変動分ΔＴが零としてステップ４６〜５３の処理を行えばよい。
【００７１】
なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々改変することができる。例えば、前記実施の形態２では、ねじの締付け状態を継続しつつトルクを測定し記憶ないし記録するものであるが、予め予備的にねじ部にトルクをかけ、開始から締付け完了までトルク値を測定した後に、当該トルク値に不連続点が存在すれば、補正着座点θ₂ を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の概略を示すブロック図である。
【図２】 同実施の形態１の締付け時にねじ面等に夾雑物が噛込んだときの推定着座点を求める方法を示す説明図である。
【図３】 同実施の形態１のフローチャートである。
【図４】 同実施の形態１のフローチャートである。
【図５】 同実施の形態１と従来技術との比較を示す表である。
【図６】 夾雑物が噛み込んだ後に外れたときのトルクと締結力の状態を示す説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態２の概略を示す説明図である。
【図８】 同実施の形態２のフローチャートである。
【図９】 同実施の形態２のフローチャートである。
【図１０】 通常状態時のねじ締付け時におけるトルクと締結力を示す説明図である。
【図１１】 従来の通常状態時の従来法でねじ締めするときの説明図である。
【図１２】 夾雑物噛込み時のトルクと締結力を示す説明図である。
【図１３】 夾雑物噛込み時の従来法でねじ締めするときの説明図である。
【符号の説明】
Ｃ…目標締結力、
Ｔ₁ 〜Ｔ₅ …第１〜第５トルク値、
Ｔ_s …スナグトルク、
ΔＴ…不連続点でのトルク値の変動分、
θ…目標回転角度、
θ₁ …推定着座点、
θ₂ …補正着座点、
θ／３…第１回転角度、
２θ／３…第２回転角度、
ｎ，ｖ…ねじ部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw tightening control method capable of increasing tightening accuracy when a screw is tightened to a body to be fastened.
[0002]
[Prior art]
As a general method for controlling a fastening force when a screw such as a bolt or a nut is fastened to a body to be fastened, there are a torque fastening method and a rotation angle fastening method.
[0003]
The torque tightening method is a method of managing the tightening axial force by the torque at the time of tightening, utilizing the property that the magnitude of the tightening torque is proportional to the axial force when screws such as bolts and nuts are tightened to the body to be fastened. . Here, the relationship between the screw fastening force and the torque is expressed by the following equation (1).
[0004]
Fastening force with screw = Torque coefficient x Torque (1)
Since the “torque coefficient” is a constant determined by the material, there is no effect on the variation in fastening force. However, since the “torque” is affected by the friction coefficient between the seating surface and the thread surface, this torque is If it fluctuates, the fastening force by the screw will vary widely and will be unreliable.
[0005]
The rotational angle tightening method uses the property that when bolts such as bolts and nuts are tightened to the body to be tightened, the angle at which the bolts and nuts rotate by the tightening torque is proportional to the tightening axial force. This is a method of management based on the rotation angle during tightening. Here, the relationship between the screw fastening force and the rotation angle is expressed by the following equation (2).
[0006]

In this rotational angle tightening method, if the seating point of the screw can be accurately estimated, the cause of the variation is only the variation of the spring constant of the screw. In general, since the variation of the spring constant of the screw is small, it is possible to control the fastening force with high accuracy.
[0007]
Therefore, a screw tightening control method that attempts to accurately estimate the seating point has recently been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-102,978).
[0008]
In this method, the torque at the time of tightening the screw is measured, an estimated seating point at which the torque becomes zero is obtained from this measured torque curve, the screw is rotated by a predetermined rotation angle with respect to the estimated seating point, and tightening is performed. It is intended to do.
[0009]
That is, after tightening the screw to a predetermined first torque value, the screw is tightened by a predetermined rotation angle, and a torque rate is obtained from the second torque value and the first torque value at the time when the tightening is completed by the rotation angle. The estimated seating point is calculated from the rate, and the screw is tightened by rotating it by a predetermined rotation angle from the estimated seating point.
[0010]
In general, when the screw is normally tightened, as shown in FIG. 10, the torque does not change so much until the snag torque is reached even if the tightening angle is increased, and increases rapidly almost linearly when the snag torque is reached. Torque curve. Moreover, the fastening force fastened to the body to be fastened has a substantially similar curve.
[0011]
Therefore, when the estimated seating point, which is the point where the inclination line of the torque curve is extended and the torque intersects the horizontal axis, is obtained, the estimated seating point is obtained as shown in FIG. Since the origins of the screws substantially coincide with each other, the seating point of the screw can be accurately estimated. Even if the screw is tightened by the above-described screw tightening control method, accurate tightening is possible.
[0012]
In this specification, the amount of rotation of the screw when the screw is tightened with the estimated seating point as a reference is referred to as “screw rotation angle” or “rotation angle”, and when the nut is screwed into the bolt. The amount of rotation is referred to as “screw tightening angle” or “tightening angle”.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, if foreign matter such as swarf is present on the thread surface or the like, it will bite at the time of tightening, so the torque curve will be relatively large from the beginning as shown in FIG. Abnormal torque is generated, and the torque further increases after sitting. On the other hand, the fastening force is generated after the generation of torque.
[0014]
In this case, when the estimated seating point, which is the point at which the torque becomes zero, is obtained from the measured torque curve as in the screw tightening control method described above, the estimated seating point and the fastening force are zero as shown in FIG. that the, that is, will be outside the point where the screw tightening is initiated, the method of rotating a predetermined rotation angle by screws the estimated seating point as a reference, the tightening is completed before reaching the target engagement force There is a problem that insufficient fastening force occurs.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and even if there is a contaminant on the screw surface or the like, the estimated seating point is obtained accurately and the screw is rotated based on this. Therefore, an object of the present invention is to provide a screw tightening control method that reliably reaches a target fastening force.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
Tightening control method for a screw according to the first aspect of the present invention, the first torque value threaded portion is a predetermined from the time the screw is seated until complete tightening point to obtain the target engagement force becomes a predetermined target rotation angle a rotation angle at the time point when tightened up, and a second torque value when the further tightened by the first rotation angle of a fraction of a rotation angle corresponding to the first torque value to the target rotation angle measured The torque rate of the actually measured torque curve is obtained from the first torque value, the second torque value, and the rotation angle, the estimated seating point is calculated from the torque rate, and the screw is tightened based on the estimated seating point. in tightening control method of screws, storing the torque value for tightening the rotation angle applied to said threaded portion, extracts the third torque value at the estimated seating point from the stored torque value, the first time Further subtracting said third torque value from the fourth torque value when the tightened until second rotation angle of a fraction of up to the target rotational angle from the angle, on the basis of the torque rate from a fifth torque value obtained above obtain correction seating point corrected estimated seating point, characterized by the TURMERIC row the clamping screws relative to the said correction seating point.
[0017]
In this way, even if a foreign object is caught in the thread surface or the like during tightening and the torque value increases due to an increase in initial friction, the corrected seating point can be obtained in consideration of the increased torque value. The seating point can be obtained accurately, and when tightening the screw based on this correct corrected seating point, the screw is fastened to the body to be fastened without being affected by the biting of foreign matter. can.
[0018]
In the screw tightening control method according to the second aspect of the present invention, the tightening of the threaded portion with the corrected seating point as a reference is performed using the tightening angle of the corrected seating point from the tightening angle at the time of tightening by the second rotation angle. And a screw is tightened by the difference between the difference and the target rotation angle .
[0019]
In this way, it may be from the clamping end tightened the screw with slight rotation angle, can you to reach easily a desired target rotation angle.
[0020]
The screw tightening control method according to a third aspect of the invention is characterized in that the first torque value is a torque value of a snag torque .
[0021]
The value of the snag torque varies depending on the type of screw to be tightened, but has the property that it always has a constant value if the same type. If such exact point to one reference, not only the work is simplified when obtaining a torque rate, accuracy you improved.
[0022]
The invention according to claim 4 is characterized in that a final fastening force at the time of completion of tightening that reaches the target rotation angle is measured, and when it is smaller than the target fastening force, it is transmitted to the operator .
[0027]
In this way, the impact energy of the screw tightening device changes, the operator can know that the screw tightening has been completed incompletely, the deterioration of the screw tightening device can be detected, and incomplete Screwing can be prevented in advance.
[0029]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, even if the torque value increases abnormally at the beginning of the screw tightening, the corrected seating point is obtained in consideration of the increased torque value. Therefore, the screw tightening is performed based on the accurate seating point. The tightening accuracy of the screw is improved. When the screw is tightened with the corrected seating point as a reference, the screw is tightened only by the rotation angle that is insufficient from the current tightening angle, so that the screw tightening is completed very quickly and the screw tightening accuracy is improved.
[0030]
According to the second aspect of the present invention, the screw may be tightened at a slight rotation angle from the end of tightening, and the desired target rotation angle can be easily reached.
[0031]
In the invention method according to the third aspect , since the first torque value is the torque value of the snag torque, the torque rate can be easily obtained and the accuracy is improved.
[0033]
According to the fourth aspect of the present invention, when the final fastening force of the screw does not reach the target fastening force due to a change in the impact energy of the screw fastening device, the screw fastening is finished in an incomplete state. Therefore, when the operator knows this, it is possible to detect the deterioration of the screw tightening device, to prevent incomplete screw tightening, and to know the deterioration of the device.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a first embodiment of a screw tightening control method according to the present invention, and FIG. 2 is an estimated seating point when foreign matter is caught in a screw surface or the like during tightening according to the first embodiment. FIGS. 3 and 4 are flowcharts of the first embodiment, and FIG. 5 is a table showing a comparison between the first embodiment and the prior art. In addition, in the following description thru | or drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the member which is common in the member shown to FIGS.
[0035]
(Embodiment 1)
Generally, screwing within the elastic limit of the thread is carried out by adding the screwing apparatus as shown in FIG. 1, the impact energy in volts v or nut n (threaded portion). Root Ji clamping device main body and the fastening portion 10 of the bolt v attached to the fastening member W such as an iron tightening the nut n with a predetermined tightening torque, screwing apparatus provided in the upper part of the fastening portion 10 11 and a rotation angle detector 12 that is disposed between the main body 11 and the fastening portion 10 and measures the rotation angle of the threaded portion after the screw portion comes into contact with the fastening portion 10, that is, after sitting. ing.
[0036]
The body 11 includes a motor M for electrical or compressed air as a power source, a torque generator 13 for converting the rotational force of the motor M to the pulsed torque, a torque detector 21 for detecting the torque of this, have, you transmit torque of the torque generator 13 to the output shaft 14.
[0037]
The output shaft 14 is connected to a socket 16 that is rotatably supported by the housing 15 of the rotation angle detector 12. The socket 16 is rotated by the rotation of the output shaft 14, and a nut n fitted to the socket 16 is bolted. It is screwed to v.
[0038]
The rotation angle of the nut n is measured by detecting the rotation of the socket 16. That is, the rotation of the socket 16 is transmitted to the code wheel 17 of the rotary encoder, and the rotation of the code wheel 17 is measured by the detection head 18 of the rotary encoder detecting it.
[0039]
A signal emitted from the rotation angle detector 12 is processed by the control unit 19. The control unit 19 includes a rotation angle detection unit 20 that generates a rotation angle signal by using a signal from the rotation angle detector 12, a torque detection unit 22 that detects a torque by using a signal from the torque detector 21, The storage means 23 to which signals from the torque detection means 22 and the rotation angle detection means 20 are input respectively, and the estimated seating point is corrected based on the signals from the storage means 23 and the remaining tightening from the current tightening angle. It comprises correction calculation means 24 for obtaining an angle and outputting a signal for generating an impact to the motor M.
[0040]
When screws are tightened using such a screw tightening device, if there are foreign substances such as chips on the screw surface, the initial screw tightening starts due to an increase in initial friction as shown in FIG. From this measured torque curve, the torque becomes zero, and when the estimated seating point is obtained from this measured torque curve, that is, the estimated seating point and the screw tightening start point at which the fastening force becomes zero are shifted. Become.
[0041]
However, in the present embodiment, after obtaining the estimated seating point θ ₁ from the actually measured torque curve, the corrected seating point θ ₂ is obtained from the estimated seating point θ ₁ in consideration of the abnormal torque, and the corrected seating point θ _2. The screw is tightened with reference to.
[0042]
Further description will be made with reference to FIG. 2, FIG. 3 and FIG.
Setting of target rotation angle θ, etc. When a screw is tightened by a screw tightening device, the target rotation angle θ is set in advance. Usually, the target fastening force is determined from the shape and material of the screw portion and the material and shape of the fastening portion, and the target rotation angle θ is determined from this target fastening force. This target rotation angle θ is an angle from the start of rotation from the seating point until the target fastening force is obtained.
[0043]
Therefore, in tightening the screw, first, the target rotation angle θ is set in step S1 of FIG.
[0044]
Next, in step S2, a rotation angle about 1/3 of the target rotation angle θ, which is an angle at which the gradient of the torque curve becomes constant, is set, and a range for obtaining a torque rate to be described later is determined.
[0045]
When the contaminants are present, the torque variation is clearly different than when tightening the normal screw shown in FIG. 10, as indicated by the solid line in FIG. 2, even with an increase of the rotational angle linearly without increasing, after rapidly increased, until it reaches the Sunagutoruku, it slightly increases slightly with variations. To extract the check whether state contaminant is present by the torque fluctuation, the various torque values discussed later, in step S3, to rotate the socket 16 by the motor M, initiate tightening of the screw To do.
[0046]
In step S4, during the tightening operation, the torque value and the rotation angle are stored or recorded at regular time intervals (for example, every 2 msec). That is, the rotation angle signal is generated by the rotation angle detector 20 to which the signal from the rotation angle detector 12 for measuring the rotation angle of the threaded portion after the seating is input, and the torque detection to which the signal from the torque detector 21 is input. A torque signal is generated by the means 22, and both signals are stored or recorded by the storage means 23 during the tightening operation.
[0047]
In step S5, it is determined whether reaches the first torque value T ₁ given. The first torque value T ₁ may be any value as long as it is a reference torque value, but preferably, for example, the snag torque T _s is used. Since the snag torque T _s becomes a constant value by the screw as described above, if this value is set as one reference, not only the work for obtaining the torque rate described later is simplified, but also the accuracy is improved. This is preferable.
[0048]
Although not shown, if means for determining whether or not the first torque value T ₁ is greater than a predetermined threshold value is provided after step S4, it is determined whether or not a foreign object is caught. It is possible to prevent incomplete screw tightening.
[0049]
Determine an estimated seating point theta ₁ <br/> After reaching this first torque value T _1, obtains an estimated seating point theta _1.
In obtaining the estimated seating point θ ₁ , first, the torque rate is obtained. Since the torque rate is a gradient of a substantially linear portion of the torque curve, it can be obtained by determining two points on the torque curve. However, as shown in the figure, the torque value increases while fluctuating within a predetermined range. Therefore, a regression line is obtained by the least square method, and the gradient of the regression line is used as the torque rate. In the present embodiment, at least three points of the rotation angle and the torque value corresponding to the rotation angle are extracted within a predetermined rotation angle range, and the torque rate is obtained by the least square method.
[0050]
Here, θ / 3 is set as a predetermined rotation angle range in this embodiment, but this angle range is for obtaining data for obtaining a regression line. It may be a value, and is not limited to θ / 3.
[0051]
Accordingly, in step S6, it is determined whether or not the rotation angle θ _s at the time of the first torque value T ₁ has advanced from the rotation angle θ _s to the first rotation angle θ / 3, and if “Yes”, in step S7, this time Torque value T ₂ , the first torque value T _1, which is the snag torque T _s , or the torque value at the intermediate point thereof, etc., taking into account the rotation angle data, the regression line A is obtained by the least square method, and the torque rate To decide.
[0052]
In step S8, when the rotation angle at the point where the regression line thus obtained intersects the horizontal axis, that is, the point at which the torque value is zero on the regression line is obtained by calculation, this rotation angle is calculated as the estimated seating point θ. ₁
[0053]
<br/> obtaining correction seating point theta ₂ Next, in the present embodiment obtains the corrected seating point theta _2, performing screwing the basis of this.
First, in obtaining the corrected seating point θ ₂ , first, in step S9, the torque value applied to the threaded portion at the estimated seating point θ ₁ is extracted. The torque value is the third torque value T _3.
[0054]
Next, in step S10, it is determined whether or not the rotation angle θs at the time of the first torque value T1 has advanced to a second rotation angle 2θ / 3 that does not reach the final target rotation angle θ . Before SL first rotation angle theta / 3 further predetermined rotation angle from, for example, theta / 3 only tightening the rotation angle from the time when seated becomes 2 [Theta] / 3. The torque value obtained by this tightening is defined as a fourth torque value T4.
[0055]
In step S11, calculation is performed by subtracting the third torque value T ₃ from the obtained fourth torque value T ₄ , and the obtained torque value is set as a fifth torque value T ₅ .
[0056]
In step S12, it obtains the correction seating point theta ₂ by the torque rate calculated in the fifth torque value T5 or Las step S7. Wherein a regression line A and a straight line parallel to B (shown with broken lines in the drawing) from the fifth point torque value T _5, the torque value in the straight line B and the point of intersection with the horizontal axis (on the straight line B is zero When obtaining by calculation the rotation angle of the point), this rotation angle is corrected seated point theta _2.
[0057]
The corrected seating point θ ₂ is a seating point obtained by subtracting the amount of increase in the torque value due to an increase in initial friction due to the inclusion of impurities in the thread surface or the like during tightening. For this reason, when a screw is tightened by a predetermined rotation angle with the corrected seating point θ ₂ as a reference, a desired fastening force can be obtained.
[0058]
Therefore, in this embodiment, at step S13, it extracts the current fastening angle K _1, obtains a difference K ₃ angles K ₂ tightening from the fastening angle K ₁ correction seating point theta _2, with the difference K ₃ A difference X from the target rotation angle (θ) is obtained.
[0059]
In step S14, it obtains the final fastening angle theta _e considering this difference X, in step S15, the clamping determines whether reached this final fastening angle theta _e.
[0060]
When it is determined to have reached the final fastening angle theta _e, becomes a complete tightening, preferably, in step S16, to measure the final fastening force at the completion tightening, the final fastening force target engagement It is determined whether or not the force C is greater. If equal or larger, assuming that a desired fastening force has been obtained, tightening is completed in step S17, and if it is smaller, NG is output to the operator that the screw member is poorly tightened in step S18. Thus, the operator can determine whether or not the screw portion has been tightened with a predetermined fastening force, and can reliably reduce the occurrence of defectively tightened screw portions.
[0061]
When the screw portion thus obtained was compared with the fastening force of the screw portion performed by the above-described conventional screw tightening control method, the results shown in the table shown in FIG. 5 were obtained. In this table, the target rotation angle θ is 100 degrees, and the target fastening force is 5 KN. As is clear from this table, it can be seen that the method according to the above embodiment obtained a value very close to the target fastening force, and the standard deviation thereof was about half that of the conventional method.
[0062]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the method of the present invention will be described. Figure 6 is an explanatory view showing a state of the torque and the fastening force when contaminants bite is outside, FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of a second embodiment of the present invention, FIGS. 8 and 9 the same embodiment FIG. Steps 31 to 40 are the same as those in the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.
[0063]
In the second embodiment, even when foreign matters such as chips are caught in the initial stage of tightening and then removed, the correct seating point is accurately estimated, and the tightening tightening force for screw tightening is made accurate. is there.
[0064]
When contaminants such as cutting powder bite in at the beginning of tightening and then come off, the torque curve becomes discontinuous as shown in FIG. In this case, the normal torque value increases at the time of biting and decreases when it is removed. However, when the corrected seating point θ ₂ is obtained, if the torque variation ΔT at this discontinuous point is taken into consideration, the corrected seating is performed. The point θ ₂ can be estimated accurately.
[0065]
As shown in FIG. 6, when measuring the torque value from the start of tightening the screw, there are a plurality of discontinuous points in the torque value, and the torque fluctuation at each discontinuous point is ΔT ₁ , Let it be ΔT ₂ . However, these torque fluctuations are assumed to be “+” for an increase and “−” for a decrease, and when the sum of these is obtained, the torque fluctuation ΔT.
[0066]
8 and 9, since the estimated in seating point theta ₁ is not necessary to extract the torque value applied to the threaded portion, but are not equivalent to the step 9, until the other steps 31-40, the previously This is the same as the first embodiment.
[0067]
In step 31-40, after obtaining the estimated seating point theta _1, when the rotation angle of 2 [Theta] / 3 from the point of seated, in step 41, it is determined whether or not there is a discontinuity in the torque value. If there are discontinuous points in the torque value, it is determined in step 42 whether there are a plurality of discontinuous points.
[0068]
When discontinuity is in the singular, in step 43, pull the torque value after discontinuity from the torque value of the discontinuous temae, the difference determined, the variation ΔT of the torque value. If there are a plurality of discontinuous points, in step 44, the torque value variation ΔT is obtained by mutually adding the torque value differences.
[0069]
In step 46, calculation is performed to subtract the variation ΔT of the torque value from the fourth torque value T _{4. In} step 47, the corrected seating point θ ₂ is obtained from the obtained fifth torque value T ₅ by the torque rate. . Thereafter, steps 48 to 53, which are operations such as screw tightening with the corrected seating point θ ₂ as a reference, are the same as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
[0070]
On the other hand, if there is no discontinuous point in the torque value, the variation ΔT is set to zero in step 45 and the processing in steps 46 to 53 may be performed.
[0071]
In addition, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, A various change can be made within a claim. For example, in the second embodiment, torque is measured and stored or recorded while continuing the tightening state of the screw. However, torque is preliminarily applied to the threaded portion, and the torque value is measured from the start to the completion of tightening. After that, if there is a discontinuous point in the torque value, the corrected seating point θ ₂ may be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for obtaining an estimated seating point when a foreign object is caught in a thread surface or the like during tightening according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart of the first embodiment.
FIG. 5 is a table showing a comparison between the first embodiment and the prior art.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state of torque and fastening force when foreign matters are released after being bitten.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of the second embodiment.
FIG. 9 is a flowchart of the second embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing torque and fastening force during screw tightening in a normal state.
FIG. 11 is an explanatory diagram when screws are tightened by a conventional method in a conventional normal state.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing torque and fastening force when a foreign object is caught.
FIG. 13 is an explanatory view when screws are tightened by a conventional method when a foreign object is caught.
[Explanation of symbols]
C: Target fastening force,
T _{1 to} T ₅ ... first to fifth torque values,
T _s ... Snag torque,
ΔT: Fluctuation in torque value at discontinuous points,
θ: Target rotation angle,
θ ₁ ... Estimated seating point,
θ ₂ … corrected seating point,
θ / 3, the first rotation angle,
2θ / 3 ... second rotation angle,
n, v ... threaded portion.

Claims (4)

Screws target engagement force from the time of sitting (C) to complete when clamping points to obtain a predetermined target rotational angle (theta) and Do René Ji unit (n, v) first torque value is predetermined (T ₁ ) and the rotation angle of the time when tightened up, the first torque value (T ₁₎ before Symbol target rotation angle from the rotation angle corresponding to the (theta) first rotational angle (theta / 3 of a fraction of up) further measures a second torque value of the tightening point in time (T ₂₎ only obtains the first torque value (T ₁₎ and a second torque value (T ₂₎ and the rotation angle and torque rate of measured torque curve from In the screw tightening control method in which the estimated seating point (θ ₁ ) is calculated from the torque rate and the screw is tightened based on the estimated seating point (θ ₁ ), the screw portion (n, v) storing the torque values for tightening rotation angle applied, the stored bets Third torque value at the estimated seating point from click value (θ ₁₎ (T ₃₎ to extract, fraction 1 from the first rotation angle (theta / 3) to further the target rotational angle (theta) The third torque value (T ₃ ) is subtracted from the fourth torque value (T ₄ ) at the time of tightening to the second rotation angle (2θ / 3), and the torque is obtained from the obtained fifth torque value (T ₅ ). the estimated seating point on the basis of the rate (theta ₁₎ the corrected correction seated point sought (theta _2), tightening screws that the correct seating point rows of TURMERIC and the tightening of the screw relative to the (theta _2), wherein Control method. Said correction seating point (theta ₂₎ threaded portion relative to the (n, v) tightening, the second rotation angle (2θ / 3) Correction seating point from fastening angle at the point of clamping by the (theta ₂₎ 2. The screw tightening control method according to claim 1, wherein a tightening angle difference is obtained, and the screw is tightened by a difference between the difference and the target rotation angle (θ). The screw tightening control method according to claim 1, wherein the first torque value (T ₁ ) is a torque value of a snag torque (T _s ).   The final fastening force at the time of completion of tightening that has reached the target rotation angle (θ) is measured, and when it is smaller than the target fastening force (C), it is transmitted to the operator. Screw tightening control method.

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