JP3742347B2 - 締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置に関し、より詳しくは、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置によるワーク締結作業において、締結状態の良否を容易且つ正確に判断するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リベットかしめ機等の締結装置における締結状態の確認方法としては、（１）締結箇所の目視による形状、状態の確認、（２）抜き取り検査による目視や荷重を加えての破壊試験、（３）テストピースによる代替試験、などの方法が存在している。
しかしながら、これら従来の方法にはそれぞれ以下のような欠点があった。
（１）の方法は、人の目視確認であるため、人為的ミスが生じたり人により判断にバラツキが生じたりする等して正確性に欠ける。（２）の方法は、抜き取り検査であるため、単に統計的手法により実際に使用する製品の良否を判断しているに過ぎない。（３）の方法は、代替評価であるため（２）と同様に実製品の締結の保証にはならない。
また、これらの方法は、いずれの方法も人手を必要とし、締結箇所を全数検査することは不可能であった。
【０００３】
尚、上記（１）の方法においてカメラ等の画像により自動で検査する方法もあるが、全方向から確認しなければならないことや、下型が移動してから検査を行わなければならないことから、時間的なロスが大きくなり、また装置のコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
一方、締結状態を数値的に捉える方法として、特開平１１−９０５７５号に開示された方法が存在している。
この開示技術における方法は、予めワークにリベット用の貫通孔を開ける必要が無く、リベット自身でワークに孔を開けながら締結するパンチリベット接合と呼ばれる締結方法において、かしめ時の力及び上型の変位量を測定し、その測定値がパンチリベット接合工程のあるポイントでの所望範囲にあるかどうかを判断することにより締結状態の良否判断を行うものである。
しかしながら、この方法では、ワークやリベットなどの条件が変化した場合、前記した所望する値の範囲を決定するのに多くの試験と時間を要するという問題があった。
さらに、多くの場合、締結装置はＣ型フレームの間にて締結を行うため、締結に要する力によって締結装置自身が撓み、この撓みが上型の変位量の測定値に大きな影響を及ぼすことによって、良否判定の正確性が損なわれるという問題もあった。勿論、締結装置自身の撓みも考慮されるが、パンチリベット締結の微妙なかしめ適正範囲に比して締結装置自身の撓み量が大きすぎるため、良否判定の正確性に欠けることは否めなかった。
【０００５】
また、上記特開平１１−９０５７５号を含めて、締結の良否判定を行って「否」と判定された場合に、再度、自動的に上型を駆動させて締結し直し、良否を再判定することができるような機構を備えた装置は、従来全く存在していなかった。そのため、「否」と判定された場合には、ワークを廃棄したり、別工程で締結をやり直さなければならず、材料や時間に大きな無駄が発生していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術のもつ問題点に鑑みてなされたものであって、締結状態の良否を正確に且つ短時間で容易に判断することができるとともに、良否判断で否と判定された場合に、自動的に上型を駆動させて締結し直して、良否を再判定することが可能な締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置における締結状態の監視方法であって、前記下型が少なくとも内筒と外筒を含む複数の部材の組み合わせにより構成され、ワーク締結工程におけるこれら複数の部材の少なくとも一つの部材の変形量を測定し、該変形量に基づいて締結状態の良否を判定することを特徴とする締結状態の監視方法に関する。
請求項２に係る発明は、前記上型が上下に移動可能であって、ワーク締結工程における該上型の移動量を測定し、前記変形量と共に該移動量の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項１記載の締結状態の監視方法に関する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、ワーク締結工程における前記上型又は下型に作用する荷重を測定し、前記変形量と共に該荷重の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の締結状態の監視方法に関する。
請求項４に係る発明は、締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、前記上型を前記締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させた後、再度同様の方法で良否判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結状態の監視方法に関する。
請求項５に係る発明は、締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、前記上型の作動圧力を所定量だけ増加させることにより上型を前進させた後、再度同様の方法で良否判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結状態の監視方法に関する。
【０００９】
請求項６に係る発明は、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置であって、前記上型を下型に向けて前進させる駆動手段と、ワーク締結工程における前記下型の変形量を測定するための変形量測定手段と、該変形量測定手段により測定された変形量に基づいて締結状態の良否を判定する判定手段を備えてなり、前記下型が少なくとも内筒と外筒を含む複数の部材の組み合わせにより構成され、前記変形量測定手段がワーク締結工程におけるこれら複数の部材の少なくとも一つの部材の変形量を測定可能とされ、前記判定手段がこれら変形量の測定結果に基づいて締結状態の良否を判定することを特徴とする締結装置に関する。
請求項７に係る発明は、前記上型が上下に移動可能とされるとともに、ワーク締結工程における該上型の移動量を測定する移動量測定手段を備え、前記判定手段が前記変形量と共に該移動量の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項６記載の締結装置に関する。
【００１０】
請求項８に係る発明は、ワーク締結工程における前記上型又は下型に作用する荷重を測定する荷重測定手段を備えてなり、前記判定手段が前記変形量に加えて該荷重の測定結果を使用して、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項６又は７記載の締結装置に関する。
請求項９に係る発明は、前記判定手段による締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、該判定手段からの信号に基づいて前記上型を前記締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させるための制御信号を前記駆動手段に送信する移動量制御手段を備えてなることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の締結装置に関する。
請求項１０に係る発明は、前記判定手段による締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、該判定手段からの信号に基づいて前記上型の作動圧力を所定量だけ増加させるための制御信号を前記駆駆動手段に送信する圧力制御手段を備えてなることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の締結装置に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
尚、以下の説明においては、締結装置としてリベットかしめ機を例に挙げて説明するが、本発明において使用される締結装置は、上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置であればその種類は特に限定されず、例えば、中空リベットかしめ、中実リベットかしめ、貫通リベット（ハトメを含む）、ファスナ等の他部材を使用せずに上型（パンチ）と下型（ポンチ）で複数のワークを挟み込んで結合する方法等を用いる装置にも本発明を適用することが可能である。
【００１２】
図１は本発明に係る締結装置の構成の一例を示す図である。
本発明に係る締結装置は、Ｃ型フレーム（１）の上下部に対向するように配置されたステム（上型）（２）及びポンチ（下型）（３）と、ステム（２）を上下動させるための駆動機構（４）とを備えている。また、図示していないが、ワーク押さえ装置を備えることも可能である。
本発明において使用される駆動機構（４）は特に限定されないが、数値制御可能なサーボモータ等の電動機を用いた電動式、エアシリンダ等を用いた空圧式、油圧シリンダ等を用いた液圧式などを好適に使用することができる。また、駆動機構（４）によるステム（２）の移動量が機械的に一定となるように設定可能に構成したものを使用することもできる。
【００１３】
さらに、本発明に係る締結装置は、ワーク締結工程におけるポンチ（３）の変形量を測定するための変形量測定手段（５）と、ワーク締結工程におけるステム（２）の移動量を測定する移動量測定手段（６）と、ワーク締結工程におけるステム（２）又はポンチ（３）に作用する荷重を測定する荷重測定手段（７）と、少なくとも変形量測定手段（５）による測定結果を含むこれら各測定手段による測定結果に基づいて締結状態の良否を判定する判定手段（８）と、該判定手段（８）からの信号に基づいてステム（２）を締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させるための制御信号を前記駆動手段に送る移動量制御手段（９）と、該判定手段（８）からの信号に基づいてステム（２）の作動圧力を所定量だけ増加させるための制御信号を前記駆動手段に送る圧力制御手段（１０）とを備えている。
【００１４】
図２は本発明に係る締結装置において使用されるポンチ（３）の一例を示す軸方向断面図であり、図３は図２のＡ方向矢視図である。
図示例におけるポンチ（３）は、その先端面の中央に突起を有し、該突起の周囲に環状の凹部を有する公知の形状を備えた一体成形品であり、その外周面上端部には、本発明における変形量測定手段（５）を構成する歪ゲージ（５）が貼付されている。
歪ゲージ（５）は、図３に示すように、ポンチ（３）の外周面の前後左右の計４箇所に周方向に９０°間隔で貼付されている。各箇所において貼付される歪ゲージ（５）は、図２の引き出し矢印に示すように、ポンチ（３）の軸線方向に対して平行及び直角にＬ字状に配置されており、これによってポンチ（３）の軸線方向及び半径方向における伸び及び圧縮の変形量を測定することができる。
【００１５】
図４は本発明に係る締結装置において使用されるポンチ（３）の変更例を示す軸方向断面図であり、図５はその軸直角方向断面図である。
この変更例に係るポンチ（３）は、内筒（３１）と外筒（３２）の２部材が一体的に組み合わされた構成とされており、内筒（３１）と外筒（３２）は、ポンチ（３）先端の中央突起の周りの環状凹部で内外に分割されている。そして、内筒（３１）にはその先端面から僅かに下方位置において、外筒（３２）との間に隙間が形成されるように、他の部分よりも僅かに小径とされた小径部（３３）が形成されている。
歪ゲージ（５）は、内筒（３１）と外筒（３２）の両方に貼付されており、外筒（３２）については、外周面の前後左右の計４箇所に周方向に９０°間隔で貼付され、内筒（３１）については、小径部（３３）の外周面の前後左右の計４箇所に周方向に９０°間隔で貼付されている。そして、これら内筒（３１）と外筒（３２）に貼付された歪ゲージ（５）は、図５に示すように、周方向において同じ位置となるように配置されている。
【００１６】
この例において、外筒（３２）に貼付される歪ゲージ（５）は、図４の引き出し矢印に示すように、外筒（３２）の軸線方向に対して平行及び直角にＬ字状に配置されており、これによって外筒（３２）の軸線方向及び半径方向における伸び及び圧縮の変形量を測定することができるようになっている。一方、内筒（３１）に貼付される歪ゲージ（５）は、内筒（３１）の軸線方向に対して平行にのみ配置されており、内筒（３１）の軸線方向における圧縮の変形量のみを測定するようになっている。
このように、内筒（３１）と外筒（３２）の両方にてポンチの変形量を測定することによって、良否判断の精度を向上させることが可能となる。
尚、図示していないが、本発明においてはポンチ（３）を３以上の複数の部材に分割し、これら各部材のそれぞれに歪ゲージ（５）を貼付することも可能である。
【００１７】
図５に示したようにポンチに歪ゲージ（５）を貼付することにより、例えば以下のように締結状態を判定することが可能である。
外筒（３２）における歪ゲージ（５）の貼付位置をＡ〜Ｄ，内筒（３１）における歪ゲージ（５）の貼付位置をa〜ｄとすると（図５参照）、図６（ａ）に示すように締結状態が正常な場合、各歪ゲージにおける測定値はＡ≒Ｂ≒Ｃ≒Ｄ，ａ≒ｂ≒ｃ≒ｄとなる。一方、図６（ｂ）に示すように、リベットが斜め打ちとなっている場合、各歪ゲージにおける測定値はＡ＞Ｃ又はＡ＜Ｃ，Ｂ＞Ｄ又はＢ＜Ｄ，ａ＞ｃ又はａ＜ｃ，ｂ＞ｄ又はｂ＜ｄとなり、正常な締結状態とは異なる測定結果が得られる。また、図６（ｃ）に示すようにリベットが座屈している場合も正常な締結状態とは異なる測定結果が得られる（例えばＡ＜ａとなる等）。
このように、各歪ゲージの測定値の大小比較及び測定値を加減乗除等の演算を行い比較することにより、リベットの締結状態の良否を判定することができる。
【００１８】
図７は移動量測定手段（６）及び荷重測定手段（７）の構成を示す図であり、図８は移動量測定手段（６）の構成を示す図７のＡ方向矢視図である。
移動量測定手段（６）は、ステム（２）と連結されて駆動機構（４）の駆動によってステム（２）と共に上下動するロッド（６１）から水平方向に延出された位置検出片（６２）と、この位置検出片（６２）の直下方位置においてＣ型フレーム（１）に固定された距離センサ（６３）とから構成されており、該距離センサ（６３）から位置検出片（６２）までの距離の変化を測定することによって、ワーク締結工程におけるステム（２）の移動量を測定するようになっている。
【００１９】
荷重測定手段（７）は、ポンチ（３）の下端部に当接して設けられたロードセルから構成されており、このロードセル（７）によってワーク締結工程におけるポンチ（３）に作用する荷重を、またこの反力としてステム（２）に作用する荷重を測定することができるようになっている。
【００２０】
判定手段（８）は、上記した各測定手段による測定結果の値と、予め設定された良否判断の基準値とを比較することにより、締結状態の良否を判定するものであって、メモリ、ＣＰＵ、アンプ等から構成される。
但し、本発明における締結装置は、上記した変形量測定手段（５）、移動量測定手段（６）、荷重測定手段（７）の全てを備える必要は無く、少なくとも変形量測定手段（５）が備えられていればよいものである。
従って、判定手段（８）は、例えば変形量測定手段（５）のみが設けられている場合には、変形量測定手段（５）の測定結果のみに基づいて締結状態の良否を判断し、３つ全ての測定手段が設けられている場合には、全ての測定手段の測定結果に基づいて締結状態の良否を判断する。
【００２１】
判定手段（８）は、良否判定の結果が「否」であった場合、移動量制御手段（９）又は圧力制御手段（１０）に対して信号を送信し、この判定手段（８）からの信号を受けた移動量制御手段（９）又は圧力制御手段（１０）は、駆動機構（４）へと制御信号を送ってステム（３）の駆動を制御する。
【００２２】
移動量制御手段（９）及び圧力制御手段（１０）は、ＣＰＵやメモリ等から構成されており、制御に必要な各種設定値を格納するとともに、その設定値と判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）の駆動力及び駆動量を制御する。
移動量制御手段（９）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送り、ステム（２）を締結完了時における位置（下死点）よりも更に予め定められた所定距離だけ前進させる。
また、圧力制御手段（１０）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送り、ステム（２）の作動圧力を予め定められた所定量だけ増加させる。
【００２３】
以下、本発明に係る締結状態の監視方法の一例について、リベットかしめ機により打込みリベットにてワークを締結する場合を例として説明する。
本発明に係る方法では、通常の締結工程と同様に、リベットかしめ機において、駆動機構（４）を作動してステム（２）を下降させることにより、リベットをワークに打込んでポンチ（３）との間でかしめ、ワークを締結する。
そして、このワーク締結工程において、変形量測定手段（５）によりポンチ（３）の変形量を、移動量測定手段（６）によりポンチ（３）の移動量を、荷重測定手段（７）によりポンチ（３）に作用する荷重を、それぞれ測定する。
尚、前述したように、必ずしもこれら全てを測定する必要はないが、全てを測定すると良否判定の精度が向上するため好ましい。
【００２４】
各測定手段によって測定された測定値は判定手段（８）に送られ、判定手段（８）は、各測定手段による測定結果の値と予め設定された良否判断の基準値（以下、設定値という場合もある）とを比較することにより締結状態の良否を判定する。尚、基準値はある程度の範囲をもって定められ、測定値がこの範囲内にある場合は「良」、範囲外にある場合には「否」と判定する。
判定手段（８）は、「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目についてそれぞれ良否判定を行い、１項目でも「否」判定があると、移動量制御手段（９）又は圧力制御手段（１０）に対して信号を送信する。
【００２５】
ここで、判定手段（８）による良否判定の方法と判定後の動作について例を挙げて説明する。
Ａ．駆動機構がサーボ式である場合
表１は駆動機構がサーボモータ等のサーボ式である場合の良否判定パターンを示している。（全ての表において、○は「良」、×は「否」の判定結果をそれぞれ示す。）尚、駆動機構（４）がサーボ式である場合、ステム（２）の移動量は一定に設定されるため、「移動量」については設定値と測定値は同一となり、予期せぬ事故がない限り、常に「良」判定となる。従って、サーボ異常等の予期せぬ事故がない限り、実際の良否判定項目は２項目となる。
【表１】
【００２６】
「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）であることを示すから、締結工程は終了する。
一方、「荷重」、「変形量」の少なくともいずれか一方に「否」の判定がなされた場合、締結状態が不良（ＮＧ）であることを示す。ここで、測定値が設定値よりも小さい場合、判定手段（８）は移動量制御手段（９）に信号を送り、移動量制御手段（９）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送って、ステム（２）を締結完了時における位置（下死点）よりも更に予め定められた所定距離だけ前進させる。
尚、ステムを下死点手前からゆっくり前進させて、「移動量」、「荷重」、「変形量」が全てＯＫとなったときに、「良」と判定してステムを後退させる方法も考えられるが、この方法はサイクルタイムが長くなるため実用的ではないと考えられる。また、この方法は、下記段落番号（００２７）の場合についても、ステムの前進速度を遅くすれば可能であるが、実際には実用的でない。
【００２７】
そして、このステムの再前進の後、判定手段（８）による判定が再度行われ、上記３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）となったことを示すから、締結工程はここで終了する。再判定の結果、一項目でも測定値が設定値よりも小さいという「否」判定があると、再度ステムが所定距離だけ前進され、前進終了後、再度同じ方法で良否判定が行われる。この良否判定とステムの前進は、上記３項目全てについて「良」判定が出るまで何度でも繰り返すことができるが、３回程度を限度とすることが好ましい。尚、これは以下のＢ，Ｃの場合についても同様である。
尚、測定値が設定値よりも大きいという「否」判定が出た場合、ステムの再前進による締結状態の改善は不可能であるから、ステムの最前進はなされずに締結工程は終了する。
【００２８】
Ｂ．駆動機構が液圧・空圧式である場合
表２は駆動機構が油圧シリンダからなる液圧式又はエアシリンダからなる空圧式である場合の良否判定パターンを示している。尚、この場合、ステム（２）の作動圧力は一定に設定されるため、「荷重」については設定値と測定値は同一となり、予期せぬ事故がない限り、常に「良」判定となる。従って、油圧異常等の予期せぬ事故がない限り、実際の良否判定項目は２項目となる。
【表２】
【００２９】
この場合も、「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）であることを示すから、締結工程は終了する。
一方、「移動量」、「変形量」の少なくともいずれか一方に「否」の判定がなされた場合、締結状態が不良（ＮＧ）であることを示す。ここで、測定値が設定値よりも小さい場合、判定手段（８）は圧力制御手段（１０）に信号を送り、圧力制御手段（１０）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送り、ステム（２）の作動圧力を予め定められた所定量だけ増加させる。
【００３０】
そして、この荷重の増加の後、判定手段（８）による判定が同じ方法で再度行われ、上記３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）となったことを示すから、締結工程はここで終了する。再判定の結果、一項目でも測定値が設定値よりも小さいという「否」判定があると、再度ステムの作動圧力が所定量だけ増加され、その後再度良否判定が行われる。この良否判定とステム作動圧力の増加は、上記３項目全てについて「良」判定が出るまで繰り返される。そして、測定値が設定値よりも大きいという「否」判定が出た場合には、ステム作動圧力の増加による締結状態の改善は不可能であるから、ステム作動圧力の増加はなされずに締結工程は終了する。
【００３１】
Ｃ．ステムの移動量が機械的に一定とされている場合
表３は駆動機構によるステムの移動量が機械的に一定とされている場合の良否判定パターンを示している。尚、この場合、ステム（２）の移動量は一定に設定されるため、「移動量」については設定値と測定値は同一となり、予期せぬ事故がない限り、常に「良」判定となる。従って、機械的異常等の予期せぬ事故がない限り、実際の良否判定項目は２項目となる。
【表３】
【００３２】
「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）であることを示すから、締結工程は終了する。
一方、「荷重」、「変形量」の少なくともいずれか一方に「否」の判定がなされた場合、締結状態が不良（ＮＧ）であることを示す。ここで、測定値が設定値よりも小さい場合、判定手段（８）は移動量制御手段（９）に信号を送り、移動量制御手段（９）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送って、ステム（２）を締結完了時における位置（下死点）よりも更に予め定められた所定距離だけ前進させる。
但し、ステム（２）の前進量を自動的に増加させる制御を行うのが困難である場合には、手動操作によりステムとポンチのいずれか一方を更に前進させて、ステムとポンチのギャップを縮めるようにしてもよい。
【００３３】
そして、このステムの再前進の後、判定手段（８）による判定が同じ方法で再度行われ、上記３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）となったことを示すから、締結工程はここで終了する。再判定の結果、一項目でも測定値が設定値よりも小さいという「否」判定があると、再度ステムとポンチのギャップが縮められ、その後再度良否判定が行われる。この良否判定とギャップの縮小は、上記３項目全てについて「良」判定が出るまで繰り返される。そして、測定値が設定値よりも大きいという「否」判定が出た場合には、ギャップの縮小による締結状態の改善は不可能であるから、締結工程は終了する。
【００３４】
【試験例】
以下、本発明に係る方法の試験例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は以下の試験例に何ら限定されない。
（サンプル及び締結装置）
厚さ１．０ｍｍのアルミニウム板と厚さ１．２ｍｍのアルミニウム板を上下に重ねたものをワークとし、このワークに対して油圧式リベットかしめ機によりリベット（材質：炭素鋼、全長：φ３．６ｍｍ）を打込んでかしめて２枚の板を締結した。リベットとしては、ワークに対する全長が適正なものとして全長３．８ｍｍ（リベットＡ）を、不適正なものとして全長５．０ｍｍ（リベットＢ）及び４．１ｍｍ（リベットＣ）の３種類のリベットを、リベットＡ，Ｃについては各２本、リベットＢについては１本用意した。
ポンチとしては、通常のリベットかしめ機に用いられる金属製の一体品のポンチを使用し、その外周面上端部に、図９及び図１０に示すように左右一箇所づつ１８０°間隔で歪ゲージ（５）を貼付した。
【００３５】
（試験方法）
リベットＡ〜Ｃの計５本の各リベットについて、それぞれステムの駆動よりワークを打ち抜いてポンチとの間でかしめ締結を行い、締結工程におけるポンチの変形量（圧縮量）をそれぞれ測定するとともに、締結完了後のワーク及びリベットをリベットの中心軸で切断して締結状態を写真撮影した。
【００３６】
（試験結果）
図１１及び図１２は締結工程におけるポンチの変形量の測定結果を示すグラフであり、図１３乃至図１７は締結完了後のワーク及びリベットの断面写真である。尚、▲１▼及び▲２▼はリベットＡ、▲３▼はリベットＢ、▲４▼及び▲５▼はリベットＣについての結果をそれぞれ示している。
図から分かるように、全長が適正なリベットＡでは２回の試験でともに良好な締結状態が得られてポンチの変形量（圧縮量）は小さく左右の変形量の差も小さかったが、全長が不適正なリベットＢ、Ｃでは脚先端がワークを突き破ったり（図１５参照）、左右の脚が均等に開かず左右の変形量の差が大きかったり（図１７参照）という不具合の発生が見られ、これら不適正のリベットによる締結工程におけるポンチの変形量（圧縮量）は大きかった。
これらの結果から分かるように、本発明の方法によれば、締結状態の良否を締結工程と同時に数値的に確実に判定することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置によれば、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置によるワーク締結作業において、締結状態の良否を正確に且つ短時間で容易に全数（全点）について判断することができるとともに、良否判断で否と判定された場合には、自動的に上型を駆動させて締結し直して良否を再判定することが可能となり、生産効率を大幅に向上させることができるという極めて優れた効果を奏することができる。
また、継続的に締結状態を監視することによって、締結装置の要素の機械的破損又は異常、パンチ（上型）の曲がり、ポンチ（下型）の磨耗、ファスナ異常（寸法違い、材質違い、硬度異常など）、ワーク異常（厚み違い、材質違いなど）、締結位置不良などを発見したり、機械的な寿命（例えば、パンチが徐々に曲がって心ずれしたり、パンチやポンチの取り付け状態が弛んで心ずれしたりすること）を予見することも可能となる。
さらに、かしめ位置、各測定結果の数値、良否判定結果などの情報を記憶しておけば、品質管理情報として有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る締結装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る締結装置において使用されるポンチの一例を示す軸方向断面図である。
【図３】図２のＡ方向矢視図である。
【図４】本発明に係る締結装置において使用されるポンチの変更例を示す軸方向断面図である。
【図５】本発明に係る締結装置において使用されるポンチの変更例を示す軸直角方向断面図である。
【図６】締結状態の判定方法の一例を説明する図である。
【図７】移動量測定手段及び荷重測定手段の構成を示す図である。
【図８】移動量測定手段の構成を示す図７のＡ方向矢視図である。
【図９】試験例にて使用したポンチの軸方向断面図である。
【図１０】試験例にて使用したポンチの上面図である。
【図１１】締結工程におけるポンチの変形量の測定結果を示すグラフである。
【図１２】締結工程におけるポンチの変形量の測定結果を示すグラフである。
【図１３】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１４】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１５】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１６】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１７】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【符号の説明】
２ ステム（上型）
３ ポンチ（下型）
３１ 内筒
３２ 外筒
４ 駆動機構
５ 変形量測定手段
６ 移動量測定手段
７ 荷重測定手段
８ 判定手段
９ 移動量制御手段
１０ 圧力制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置に関し、より詳しくは、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置によるワーク締結作業において、締結状態の良否を容易且つ正確に判断するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リベットかしめ機等の締結装置における締結状態の確認方法としては、（１）締結箇所の目視による形状、状態の確認、（２）抜き取り検査による目視や荷重を加えての破壊試験、（３）テストピースによる代替試験、などの方法が存在している。
しかしながら、これら従来の方法にはそれぞれ以下のような欠点があった。
（１）の方法は、人の目視確認であるため、人為的ミスが生じたり人により判断にバラツキが生じたりする等して正確性に欠ける。（２）の方法は、抜き取り検査であるため、単に統計的手法により実際に使用する製品の良否を判断しているに過ぎない。（３）の方法は、代替評価であるため（２）と同様に実製品の締結の保証にはならない。
また、これらの方法は、いずれの方法も人手を必要とし、締結箇所を全数検査することは不可能であった。
【０００３】
尚、上記（１）の方法においてカメラ等の画像により自動で検査する方法もあるが、全方向から確認しなければならないことや、下型が移動してから検査を行わなければならないことから、時間的なロスが大きくなり、また装置のコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
一方、締結状態を数値的に捉える方法として、特開平１１−９０５７５号に開示された方法が存在している。
この開示技術における方法は、予めワークにリベット用の貫通孔を開ける必要が無く、リベット自身でワークに孔を開けながら締結するパンチリベット接合と呼ばれる締結方法において、かしめ時の力及び上型の変位量を測定し、その測定値がパンチリベット接合工程のあるポイントでの所望範囲にあるかどうかを判断することにより締結状態の良否判断を行うものである。
しかしながら、この方法では、ワークやリベットなどの条件が変化した場合、前記した所望する値の範囲を決定するのに多くの試験と時間を要するという問題があった。
さらに、多くの場合、締結装置はＣ型フレームの間にて締結を行うため、締結に要する力によって締結装置自身が撓み、この撓みが上型の変位量の測定値に大きな影響を及ぼすことによって、良否判定の正確性が損なわれるという問題もあった。勿論、締結装置自身の撓みも考慮されるが、パンチリベット締結の微妙なかしめ適正範囲に比して締結装置自身の撓み量が大きすぎるため、良否判定の正確性に欠けることは否めなかった。
【０００５】
また、上記特開平１１−９０５７５号を含めて、締結の良否判定を行って「否」と判定された場合に、再度、自動的に上型を駆動させて締結し直し、良否を再判定することができるような機構を備えた装置は、従来全く存在していなかった。そのため、「否」と判定された場合には、ワークを廃棄したり、別工程で締結をやり直さなければならず、材料や時間に大きな無駄が発生していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術のもつ問題点に鑑みてなされたものであって、締結状態の良否を正確に且つ短時間で容易に判断することができるとともに、良否判断で否と判定された場合に、自動的に上型を駆動させて締結し直して、良否を再判定することが可能な締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置を提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置における締結状態の監視方法であって、前記下型が少なくとも内筒と外筒を含む複数の部材の組み合わせにより構成され、ワーク締結工程におけるこれら複数の部材の少なくとも一つの部材の変形量を測定し、該変形量に基づいて締結状態の良否を判定することを特徴とする締結状態の監視方法に関する。
請求項２に係る発明は、前記上型が上下に移動可能であって、ワーク締結工程における該上型の移動量を測定し、前記変形量と共に該移動量の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項１記載の締結状態の監視方法に関する。
【０００８】
請求項３に係る発明は、ワーク締結工程における前記上型又は下型に作用する荷重を測定し、前記変形量と共に該荷重の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の締結状態の監視方法に関する。
請求項４に係る発明は、締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、前記上型を前記締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させた後、再度同様の方法で良否判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結状態の監視方法に関する。
請求項５に係る発明は、締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、前記上型の作動圧力を所定量だけ増加させることにより上型を前進させた後、再度同様の方法で良否判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結状態の監視方法に関する。
【０００９】
請求項６に係る発明は、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置であって、前記上型を下型に向けて前進させる駆動手段と、ワーク締結工程における前記下型の変形量を測定するための変形量測定手段と、該変形量測定手段により測定された変形量に基づいて締結状態の良否を判定する判定手段を備えてなり、前記下型が少なくとも内筒と外筒を含む複数の部材の組み合わせにより構成され、前記変形量測定手段がワーク締結工程におけるこれら複数の部材の少なくとも一つの部材の変形量を測定可能とされ、前記判定手段がこれら変形量の測定結果に基づいて締結状態の良否を判定することを特徴とする締結装置に関する。
請求項７に係る発明は、前記上型が上下に移動可能とされるとともに、ワーク締結工程における該上型の移動量を測定する移動量測定手段を備え、前記判定手段が前記変形量と共に該移動量の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項６記載の締結装置に関する。
【００１０】
請求項８に係る発明は、ワーク締結工程における前記上型又は下型に作用する荷重を測定する荷重測定手段を備えてなり、前記判定手段が前記変形量に加えて該荷重の測定結果を使用して、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項６又は７記載の締結装置に関する。
請求項９に係る発明は、前記判定手段による締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、該判定手段からの信号に基づいて前記上型を前記締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させるための制御信号を前記駆動手段に送信する移動量制御手段を備えてなることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の締結装置に関する。
請求項１０に係る発明は、前記判定手段による締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、該判定手段からの信号に基づいて前記上型の作動圧力を所定量だけ増加させるための制御信号を前記駆駆動手段に送信する圧力制御手段を備えてなることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の締結装置に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
尚、以下の説明においては、締結装置としてリベットかしめ機を例に挙げて説明するが、本発明において使用される締結装置は、上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置であればその種類は特に限定されず、例えば、中空リベットかしめ、中実リベットかしめ、貫通リベット（ハトメを含む）、ファスナ等の他部材を使用せずに上型（パンチ）と下型（ポンチ）で複数のワークを挟み込んで結合する方法等を用いる装置にも本発明を適用することが可能である。
【００１２】
図１は本発明に係る締結装置の構成の一例を示す図である。
本発明に係る締結装置は、Ｃ型フレーム（１）の上下部に対向するように配置されたステム（上型）（２）及びポンチ（下型）（３）と、ステム（２）を上下動させるための駆動機構（４）とを備えている。また、図示していないが、ワーク押さえ装置を備えることも可能である。
本発明において使用される駆動機構（４）は特に限定されないが、数値制御可能なサーボモータ等の電動機を用いた電動式、エアシリンダ等を用いた空圧式、油圧シリンダ等を用いた液圧式などを好適に使用することができる。また、駆動機構（４）によるステム（２）の移動量が機械的に一定となるように設定可能に構成したものを使用することもできる。
【００１３】
さらに、本発明に係る締結装置は、ワーク締結工程におけるポンチ（３）の変形量を測定するための変形量測定手段（５）と、ワーク締結工程におけるステム（２）の移動量を測定する移動量測定手段（６）と、ワーク締結工程におけるステム（２）又はポンチ（３）に作用する荷重を測定する荷重測定手段（７）と、少なくとも変形量測定手段（５）による測定結果を含むこれら各測定手段による測定結果に基づいて締結状態の良否を判定する判定手段（８）と、該判定手段（８）からの信号に基づいてステム（２）を締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させるための制御信号を前記駆動手段に送る移動量制御手段（９）と、該判定手段（８）からの信号に基づいてステム（２）の作動圧力を所定量だけ増加させるための制御信号を前記駆動手段に送る圧力制御手段（１０）とを備えている。
【００１４】
図２は本発明に係る締結装置において使用されるポンチ（３）の一例を示す軸方向断面図であり、図３は図２のＡ方向矢視図である。
図示例におけるポンチ（３）は、その先端面の中央に突起を有し、該突起の周囲に環状の凹部を有する公知の形状を備えた一体成形品であり、その外周面上端部には、本発明における変形量測定手段（５）を構成する歪ゲージ（５）が貼付されている。
歪ゲージ（５）は、図３に示すように、ポンチ（３）の外周面の前後左右の計４箇所に周方向に９０°間隔で貼付されている。各箇所において貼付される歪ゲージ（５）は、図２の引き出し矢印に示すように、ポンチ（３）の軸線方向に対して平行及び直角にＬ字状に配置されており、これによってポンチ（３）の軸線方向及び半径方向における伸び及び圧縮の変形量を測定することができる。
【００１５】
図４は本発明に係る締結装置において使用されるポンチ（３）の変更例を示す軸方向断面図であり、図５はその軸直角方向断面図である。
この変更例に係るポンチ（３）は、内筒（３１）と外筒（３２）の２部材が一体的に組み合わされた構成とされており、内筒（３１）と外筒（３２）は、ポンチ（３）先端の中央突起の周りの環状凹部で内外に分割されている。そして、内筒（３１）にはその先端面から僅かに下方位置において、外筒（３２）との間に隙間が形成されるように、他の部分よりも僅かに小径とされた小径部（３３）が形成されている。
歪ゲージ（５）は、内筒（３１）と外筒（３２）の両方に貼付されており、外筒（３２）については、外周面の前後左右の計４箇所に周方向に９０°間隔で貼付され、内筒（３１）については、小径部（３３）の外周面の前後左右の計４箇所に周方向に９０°間隔で貼付されている。そして、これら内筒（３１）と外筒（３２）に貼付された歪ゲージ（５）は、図５に示すように、周方向において同じ位置となるように配置されている。
【００１６】
この例において、外筒（３２）に貼付される歪ゲージ（５）は、図４の引き出し矢印に示すように、外筒（３２）の軸線方向に対して平行及び直角にＬ字状に配置されており、これによって外筒（３２）の軸線方向及び半径方向における伸び及び圧縮の変形量を測定することができるようになっている。一方、内筒（３１）に貼付される歪ゲージ（５）は、内筒（３１）の軸線方向に対して平行にのみ配置されており、内筒（３１）の軸線方向における圧縮の変形量のみを測定するようになっている。
このように、内筒（３１）と外筒（３２）の両方にてポンチの変形量を測定することによって、良否判断の精度を向上させることが可能となる。
尚、図示していないが、本発明においてはポンチ（３）を３以上の複数の部材に分割し、これら各部材のそれぞれに歪ゲージ（５）を貼付することも可能である。
【００１７】
図５に示したようにポンチに歪ゲージ（５）を貼付することにより、例えば以下のように締結状態を判定することが可能である。
外筒（３２）における歪ゲージ（５）の貼付位置をＡ〜Ｄ，内筒（３１）における歪ゲージ（５）の貼付位置をa〜ｄとすると（図５参照）、図６（ａ）に示すように締結状態が正常な場合、各歪ゲージにおける測定値はＡ≒Ｂ≒Ｃ≒Ｄ，ａ≒ｂ≒ｃ≒ｄとなる。一方、図６（ｂ）に示すように、リベットが斜め打ちとなっている場合、各歪ゲージにおける測定値はＡ＞Ｃ又はＡ＜Ｃ，Ｂ＞Ｄ又はＢ＜Ｄ，ａ＞ｃ又はａ＜ｃ，ｂ＞ｄ又はｂ＜ｄとなり、正常な締結状態とは異なる測定結果が得られる。また、図６（ｃ）に示すようにリベットが座屈している場合も正常な締結状態とは異なる測定結果が得られる（例えばＡ＜ａとなる等）。
このように、各歪ゲージの測定値の大小比較及び測定値を加減乗除等の演算を行い比較することにより、リベットの締結状態の良否を判定することができる。
【００１８】
図７は移動量測定手段（６）及び荷重測定手段（７）の構成を示す図であり、図８は移動量測定手段（６）の構成を示す図７のＡ方向矢視図である。
移動量測定手段（６）は、ステム（２）と連結されて駆動機構（４）の駆動によってステム（２）と共に上下動するロッド（６１）から水平方向に延出された位置検出片（６２）と、この位置検出片（６２）の直下方位置においてＣ型フレーム（１）に固定された距離センサ（６３）とから構成されており、該距離センサ（６３）から位置検出片（６２）までの距離の変化を測定することによって、ワーク締結工程におけるステム（２）の移動量を測定するようになっている。
【００１９】
荷重測定手段（７）は、ポンチ（３）の下端部に当接して設けられたロードセルから構成されており、このロードセル（７）によってワーク締結工程におけるポンチ（３）に作用する荷重を、またこの反力としてステム（２）に作用する荷重を測定することができるようになっている。
【００２０】
判定手段（８）は、上記した各測定手段による測定結果の値と、予め設定された良否判断の基準値とを比較することにより、締結状態の良否を判定するものであって、メモリ、ＣＰＵ、アンプ等から構成される。
但し、本発明における締結装置は、上記した変形量測定手段（５）、移動量測定手段（６）、荷重測定手段（７）の全てを備える必要は無く、少なくとも変形量測定手段（５）が備えられていればよいものである。
従って、判定手段（８）は、例えば変形量測定手段（５）のみが設けられている場合には、変形量測定手段（５）の測定結果のみに基づいて締結状態の良否を判断し、３つ全ての測定手段が設けられている場合には、全ての測定手段の測定結果に基づいて締結状態の良否を判断する。
【００２１】
判定手段（８）は、良否判定の結果が「否」であった場合、移動量制御手段（９）又は圧力制御手段（１０）に対して信号を送信し、この判定手段（８）からの信号を受けた移動量制御手段（９）又は圧力制御手段（１０）は、駆動機構（４）へと制御信号を送ってステム（３）の駆動を制御する。
【００２２】
移動量制御手段（９）及び圧力制御手段（１０）は、ＣＰＵやメモリ等から構成されており、制御に必要な各種設定値を格納するとともに、その設定値と判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）の駆動力及び駆動量を制御する。
移動量制御手段（９）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送り、ステム（２）を締結完了時における位置（下死点）よりも更に予め定められた所定距離だけ前進させる。
また、圧力制御手段（１０）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送り、ステム（２）の作動圧力を予め定められた所定量だけ増加させる。
【００２３】
以下、本発明に係る締結状態の監視方法の一例について、リベットかしめ機により打込みリベットにてワークを締結する場合を例として説明する。
本発明に係る方法では、通常の締結工程と同様に、リベットかしめ機において、駆動機構（４）を作動してステム（２）を下降させることにより、リベットをワークに打込んでポンチ（３）との間でかしめ、ワークを締結する。
そして、このワーク締結工程において、変形量測定手段（５）によりポンチ（３）の変形量を、移動量測定手段（６）によりポンチ（３）の移動量を、荷重測定手段（７）によりポンチ（３）に作用する荷重を、それぞれ測定する。
尚、前述したように、必ずしもこれら全てを測定する必要はないが、全てを測定すると良否判定の精度が向上するため好ましい。
【００２４】
各測定手段によって測定された測定値は判定手段（８）に送られ、判定手段（８）は、各測定手段による測定結果の値と予め設定された良否判断の基準値（以下、設定値という場合もある）とを比較することにより締結状態の良否を判定する。尚、基準値はある程度の範囲をもって定められ、測定値がこの範囲内にある場合は「良」、範囲外にある場合には「否」と判定する。
判定手段（８）は、「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目についてそれぞれ良否判定を行い、１項目でも「否」判定があると、移動量制御手段（９）又は圧力制御手段（１０）に対して信号を送信する。
【００２５】
ここで、判定手段（８）による良否判定の方法と判定後の動作について例を挙げて説明する。
Ａ．駆動機構がサーボ式である場合
表１は駆動機構がサーボモータ等のサーボ式である場合の良否判定パターンを示している。（全ての表において、○は「良」、×は「否」の判定結果をそれぞれ示す。）尚、駆動機構（４）がサーボ式である場合、ステム（２）の移動量は一定に設定されるため、「移動量」については設定値と測定値は同一となり、予期せぬ事故がない限り、常に「良」判定となる。従って、サーボ異常等の予期せぬ事故がない限り、実際の良否判定項目は２項目となる。
【表１】
「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）であることを示すから、締結工程は終了する。
一方、「荷重」、「変形量」の少なくともいずれか一方に「否」の判定がなされた場合、締結状態が不良（ＮＧ）であることを示す。ここで、測定値が設定値よりも小さい場合、判定手段（８）は移動量制御手段（９）に信号を送り、移動量制御手段（９）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送って、ステム（２）を締結完了時における位置（下死点）よりも更に予め定められた所定距離だけ前進させる。
尚、ステムを下死点手前からゆっくり前進させて、「移動量」、「荷重」、「変形量」が全てＯＫとなったときに、「良」と判定してステムを後退させる方法も考えられるが、この方法はサイクルタイムが長くなるため実用的ではないと考えられる。また、この方法は、下記段落番号（００２７）の場合についても、ステムの前進速度を遅くすれば可能であるが、実際には実用的でない。
【００２７】
そして、このステムの再前進の後、判定手段（８）による判定が再度行われ、上記３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）となったことを示すから、締結工程はここで終了する。再判定の結果、一項目でも測定値が設定値よりも小さいという「否」判定があると、再度ステムが所定距離だけ前進され、前進終了後、再度同じ方法で良否判定が行われる。この良否判定とステムの前進は、上記３項目全てについて「良」判定が出るまで何度でも繰り返すことができるが、３回程度を限度とすることが好ましい。尚、これは以下のＢ，Ｃの場合についても同様である。
尚、測定値が設定値よりも大きいという「否」判定が出た場合、ステムの再前進による締結状態の改善は不可能であるから、ステムの最前進はなされずに締結工程は終了する。
【００２８】
Ｂ．駆動機構が液圧・空圧式である場合
表２は駆動機構が油圧シリンダからなる液圧式又はエアシリンダからなる空圧式である場合の良否判定パターンを示している。尚、この場合、ステム（２）の作動圧力は一定に設定されるため、「荷重」については設定値と測定値は同一となり、予期せぬ事故がない限り、常に「良」判定となる。従って、油圧異常等の予期せぬ事故がない限り、実際の良否判定項目は２項目となる。
【表２】
この場合も、「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）であることを示すから、締結工程は終了する。
一方、「移動量」、「変形量」の少なくともいずれか一方に「否」の判定がなされた場合、締結状態が不良（ＮＧ）であることを示す。ここで、測定値が設定値よりも小さい場合、判定手段（８）は圧力制御手段（１０）に信号を送り、圧力制御手段（１０）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送り、ステム（２）の作動圧力を予め定められた所定量だけ増加させる。
【００３０】
そして、この荷重の増加の後、判定手段（８）による判定が同じ方法で再度行われ、上記３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）となったことを示すから、締結工程はここで終了する。再判定の結果、一項目でも測定値が設定値よりも小さいという「否」判定があると、再度ステムの作動圧力が所定量だけ増加され、その後再度良否判定が行われる。この良否判定とステム作動圧力の増加は、上記３項目全てについて「良」判定が出るまで繰り返される。そして、測定値が設定値よりも大きいという「否」判定が出た場合には、ステム作動圧力の増加による締結状態の改善は不可能であるから、ステム作動圧力の増加はなされずに締結工程は終了する。
【００３１】
Ｃ．ステムの移動量が機械的に一定とされている場合
表３は駆動機構によるステムの移動量が機械的に一定とされている場合の良否判定パターンを示している。尚、この場合、ステム（２）の移動量は一定に設定されるため、「移動量」については設定値と測定値は同一となり、予期せぬ事故がない限り、常に「良」判定となる。従って、機械的異常等の予期せぬ事故がない限り、実際の良否判定項目は２項目となる。
【表３】
「移動量」、「荷重」、「変形量」の３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）であることを示すから、締結工程は終了する。
一方、「荷重」、「変形量」の少なくともいずれか一方に「否」の判定がなされた場合、締結状態が不良（ＮＧ）であることを示す。ここで、測定値が設定値よりも小さい場合、判定手段（８）は移動量制御手段（９）に信号を送り、移動量制御手段（９）は、該判定手段（８）からの信号に基づいて駆動機構（４）に制御信号を送って、ステム（２）を締結完了時における位置（下死点）よりも更に予め定められた所定距離だけ前進させる。
但し、ステム（２）の前進量を自動的に増加させる制御を行うのが困難である場合には、手動操作によりステムとポンチのいずれか一方を更に前進させて、ステムとポンチのギャップを縮めるようにしてもよい。
【００３３】
そして、このステムの再前進の後、判定手段（８）による判定が同じ方法で再度行われ、上記３項目全てについて「良」判定がなされた場合、締結状態が良好（ＯＫ）となったことを示すから、締結工程はここで終了する。再判定の結果、一項目でも測定値が設定値よりも小さいという「否」判定があると、再度ステムとポンチのギャップが縮められ、その後再度良否判定が行われる。この良否判定とギャップの縮小は、上記３項目全てについて「良」判定が出るまで繰り返される。そして、測定値が設定値よりも大きいという「否」判定が出た場合には、ギャップの縮小による締結状態の改善は不可能であるから、締結工程は終了する。
【００３４】
【試験例】
以下、本発明に係る方法の試験例を示すことにより、本発明の効果をより明確なものとする。但し、本発明は以下の試験例に何ら限定されない。
（サンプル及び締結装置）
厚さ１．０ｍｍのアルミニウム板と厚さ１．２ｍｍのアルミニウム板を上下に重ねたものをワークとし、このワークに対して油圧式リベットかしめ機によりリベット（材質：炭素鋼、全長：φ３．６ｍｍ）を打込んでかしめて２枚の板を締結した。リベットとしては、ワークに対する全長が適正なものとして全長３．８ｍｍ（リベットＡ）を、不適正なものとして全長５．０ｍｍ（リベットＢ）及び４．１ｍｍ（リベットＣ）の３種類のリベットを、リベットＡ，Ｃについては各２本、リベットＢについては１本用意した。
ポンチとしては、通常のリベットかしめ機に用いられる金属製の一体品のポンチを使用し、その外周面上端部に、図９及び図１０に示すように左右一箇所づつ１８０°間隔で歪ゲージ（５）を貼付した。
【００３５】
（試験方法）
リベットＡ〜Ｃの計５本の各リベットについて、それぞれステムの駆動よりワークを打ち抜いてポンチとの間でかしめ締結を行い、締結工程におけるポンチの変形量（圧縮量）をそれぞれ測定するとともに、締結完了後のワーク及びリベットをリベットの中心軸で切断して締結状態を写真撮影した。
【００３６】
（試験結果）
図１１及び図１２は締結工程におけるポンチの変形量の測定結果を示すグラフであり、図１３乃至図１７は締結完了後のワーク及びリベットの断面写真である。尚、▲１▼及び▲２▼はリベットＡ、▲３▼はリベットＢ、▲４▼及び▲５▼はリベットＣについての結果をそれぞれ示している。
図から分かるように、全長が適正なリベットＡでは２回の試験でともに良好な締結状態が得られてポンチの変形量（圧縮量）は小さく左右の変形量の差も小さかったが、全長が不適正なリベットＢ、Ｃでは脚先端がワークを突き破ったり（図１５参照）、左右の脚が均等に開かず左右の変形量の差が大きかったり（図１７参照）という不具合の発生が見られ、これら不適正のリベットによる締結工程におけるポンチの変形量（圧縮量）は大きかった。
これらの結果から分かるように、本発明の方法によれば、締結状態の良否を締結工程と同時に数値的に確実に判定することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る締結状態の監視方法及びこの方法を用いる締結装置によれば、リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置によるワーク締結作業において、締結状態の良否を正確に且つ短時間で容易に全数（全点）について判断することができるとともに、良否判断で否と判定された場合には、自動的に上型を駆動させて締結し直して良否を再判定することが可能となり、生産効率を大幅に向上させることができるという極めて優れた効果を奏することができる。
また、継続的に締結状態を監視することによって、締結装置の要素の機械的破損又は異常、パンチ（上型）の曲がり、ポンチ（下型）の磨耗、ファスナ異常（寸法違い、材質違い、硬度異常など）、ワーク異常（厚み違い、材質違いなど）、締結位置不良などを発見したり、機械的な寿命（例えば、パンチが徐々に曲がって心ずれしたり、パンチやポンチの取り付け状態が弛んで心ずれしたりすること）を予見することも可能となる。
さらに、かしめ位置、各測定結果の数値、良否判定結果などの情報を記憶しておけば、品質管理情報として有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る締結装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る締結装置において使用されるポンチの一例を示す軸方向断面図である。
【図３】図２のＡ方向矢視図である。
【図４】本発明に係る締結装置において使用されるポンチの変更例を示す軸方向断面図である。
【図５】本発明に係る締結装置において使用されるポンチの変更例を示す軸直角方向断面図である。
【図６】締結状態の判定方法の一例を説明する図である。
【図７】移動量測定手段及び荷重測定手段の構成を示す図である。
【図８】移動量測定手段の構成を示す図７のＡ方向矢視図である。
【図９】試験例にて使用したポンチの軸方向断面図である。
【図１０】試験例にて使用したポンチの上面図である。
【図１１】締結工程におけるポンチの変形量の測定結果を示すグラフである。
【図１２】締結工程におけるポンチの変形量の測定結果を示すグラフである。
【図１３】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１４】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１５】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１６】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【図１７】締結完了後のワーク及びリベットの断面拡大写真である。
【符号の説明】
２ ステム（上型）
３ ポンチ（下型）
３１ 内筒
３２ 外筒
４ 駆動機構
５ 変形量測定手段
６ 移動量測定手段
７ 荷重測定手段
８ 判定手段
９ 移動量制御手段
１０ 圧力制御手段
Claims (10)
- リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置における締結状態の監視方法であって、前記下型が少なくとも内筒と外筒を含む複数の部材の組み合わせにより構成され、ワーク締結工程におけるこれら複数の部材の少なくとも一つの部材の変形量を測定し、該変形量に基づいて締結状態の良否を判定することを特徴とする締結状態の監視方法。
- 前記上型が上下に移動可能であって、ワーク締結工程における該上型の移動量を測定し、前記変形量と共に該移動量の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項１記載の締結状態の監視方法。
- ワーク締結工程における前記上型又は下型に作用する荷重を測定し、前記変形量と共に該荷重の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の締結状態の監視方法。
- 締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、前記上型を前記締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させた後、再度同様の方法で良否判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結状態の監視方法。
- 締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、前記上型の作動圧力を所定量だけ増加させることにより上型を前進させた後、再度同様の方法で良否判定を行うことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の締結状態の監視方法。
- リベットかしめ機等の上型と下型との間で複数のワークを挟んで一体に締結する締結装置であって、前記上型を下型に向けて前進させる駆動手段と、ワーク締結工程における前記下型の変形量を測定するための変形量測定手段と、該変形量測定手段により測定された変形量に基づいて締結状態の良否を判定する判定手段を備えてなり、前記下型が少なくとも内筒と外筒を含む複数の部材の組み合わせにより構成され、前記変形量測定手段がワーク締結工程におけるこれら複数の部材の少なくとも一つの部材の変形量を測定可能とされ、前記判定手段がこれら変形量の測定結果に基づいて締結状態の良否を判定することを特徴とする締結装置。
- 前記上型が上下に移動可能とされるとともに、ワーク締結工程における該上型の移動量を測定する移動量測定手段を備え、前記判定手段が前記変形量と共に該移動量の測定結果に基づいて、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項６記載の締結装置。
- ワーク締結工程における前記上型又は下型に作用する荷重を測定する荷重測定手段を備えてなり、前記判定手段が前記変形量に加えて該荷重の測定結果を使用して、締結状態の良否を判定することを特徴とする請求項６又は７記載の締結装置。
- 前記判定手段による締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、該判定手段からの信号に基づいて前記上型を前記締結完了時における位置よりも更に所定距離だけ前進させるための制御信号を前記駆動手段に送信する移動量制御手段を備えてなることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の締結装置。
- 前記判定手段による締結完了後の良否判定の結果、否と判定された場合に、該判定手段からの信号に基づいて前記上型の作動圧力を所定量だけ増加させるための制御信号を前記駆駆動手段に送信する圧力制御手段を備えてなることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の締結装置。
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