JP4842250B2 - リベット監視システム - Google Patents

Description

本発明は、自動、半自動、及び手動のリベット取付け工具のためのマイクロ歪み又は圧力センサ技術を用いて、取付けられているリベットの許容可能性を判断するために、リベット取付け工程を検出して監視する方法に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２００５年３月２２日出願のＰＣＴ国際出願番号、ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００９４６１号の継続出願であり、２００４年７月１４日出願の米国仮特許出願連続番号第６０／５８７，９７１号、及び２００４年９月２４日出願の連続番号第６０／６１２，７７２号、及び２００４年３月２４日出願の連続番号第６０／５５５，９８９号、及び２００４年５月３日出願の連続番号第６０／５６７，５７６号、及び２００４年１１月５日出願の連続番号第６０／６２５，７１５号、及び２００４年７月１９日出願の連続番号第６０／５８９，１４９号に基づく利益を主張する。上記の出願の開示は、引用によりここに組み込まれる。

恒久的な構造においては、機械的な組立体は、多くの場合、ファスナ及び典型的にはブラインド・リベットを用いて、１つ又はそれ以上の構成部品を互いに固定する。例えば、第２の構成部品を中空の箱部分に固定するためにリベットを用いる場合のように、作業員が、加工物のブラインド側を見ることができない時に、ブラインド・リベットが好まれる。また、大量の組立体を生産している場合には、例えばねじ付き又はボルト締めの接合部と比較して、増加された組立速度及び生産性から利点が得られるので、ブラインド・リベットが好まれる。

中空の箱部分にブラインド・リベットを取付ける際の不利点の１つは、リベットのブラインド側取付け端部を、接合部が正しく完成しているかどうかについて視覚的に検査できないことである。これは、多数のブラインド・リベットが使用され、これらが直径及び長さの両方において様々な異なるサイズである場合に特に関係がある。また、組立作業員が経験不足であるか、或いはリベットの配置が複雑であるという場合もあり得る。更に、リベットが間違って設置されているか、或いは、もしかすると全く設置されていないという可能性がある。組立体を完成後に検査することは、費用がかかり非生産的であるというだけではなく、場合によっては、正しいリベットが特定の孔に用いられているかどうかを識別するのは実質的に不可能である。更に考察すると、現代の組立工場では、自動的なリベット配置及び取付け工具の使用が増加しており、作業員が不在である可能性がある。

現在の取付け工程中のリベット監視は、２つの方法の使用に限られている。第１の方法は、工具内の作動流体圧力を測定する油圧変換器の使用を採用する。この現在の方法は、流体圧力だけを検出する際の使用に限られる。第２の方法は、工具ハウジングに対して線状に搭載された「ロード・セル」を用いる。こうした選択的に用いられる機器は、サイズがかなり大きいものであり、結果として、現場の容量を制限する。典型的には、第２の方法は付加的にＬＶＤＴを用いて、種々の移動する構成部品の並進運動を測定する。

本発明によれば、取付け工程、取付けられたリベットの数、及び取付けの正確さを継続的に監視して、リベット本体の長さ又は適用厚さに、小さくても許容できない変形があるかどうかを識別するシステムが提供される。また、組立速度が増加しているので、比較的長い遅延においてではなく、殆ど瞬時に不正確な取り付けを識別することが利点であり、ここではリベット取付け曲線の複雑な分析を用いる。ブラインド・リベット・ナット（ＰＯＰ（登録商標）ナット）、自己穿孔自己タップ・ねじ、又は、更に、ＰＯＰ（登録商標）ボルトといった特別なファスナを監視することができるが、本発明の目的のためには、ブラインド・リベットが、この監視システムと併せて用いられるファスナの典型的なものとみなされる。

従来技術の不利点を克服するために、工具構成部品内の歪みを測定するマイクロ歪みセンサを有するリベット監視システムを提供する。こうした測定された歪みを、歪み又は圧力対時間の中央曲線の周囲に形成された多数の公差バンドと比較する。測定されたデータを公差バンドに対して分析して、特定のリベットの取り付けが許容可能なものであるかどうかを判断する種々の技術を提供する。本発明の更なる利点及び特徴は、添付の図面と合わせて解釈される、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本発明は、詳細な説明及び添付の図面から、より十分に理解されるであろう。

以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、決して、本発明、適用例、又は用途を限定することを意図するものではない。システムは、取り付け工程及び結果としてもたらされる取り付けの質を確認するように構成される。システムは、ファスナを取り付けるために取り付け力をファスナに適用するように構成された第１部材を有するリベット取り付け機を用いる。取り付け力に応じて、反力をファスナに適用するように構成された連結構造が提供される。反力により誘起された前述の連結構造内の物理的パラメータにおける変化を感知するために、センサが連結構造に取り付けられる。

第１部材は、取り付け力を、軸に沿って、ファスナの第１側部に適用し、取り付け力は、取り付け力とほぼ平行な反力を適用する第２部材により抵抗される。この反力は、連結構造における弾性変形により引き起される。

センサは、軸から所定の半径距離にある位置において歪みを測定するように構成される。以下に述べられるように、センサは、反力により引き起されるモーメントにより誘起される歪みの影響を受けやすい連結又は支持構造上の位置に配置される。その位置のために、センサは、比較用語で表示することができる物理的パラメータにおける変化を示すように較正されることができる。さらに、その位置のために、センサは、ダイ又は打ち抜き部品の変更といった通常の維持管理の後で較正される必要はない。

図１ａ及び図１ｂは、本発明の教示による、好ましくは、引張りシステムをもつブラインド・リベットと併せて用いるための、リベット取付けの質検出システム３２を有するリベット取付け工具３０を示す。リベット取付け工具３０は、ハウジング３１、マンドレル引張り機構４２、及びマイクロ歪みセンサ３３を有する。センサ３３は、リベット取付け工具の表面に連結される。センサ３３は、リベット取付け事象中に、リベット取付け工具３０の構成部品内のマイクロ歪みを測定するように構成される。更に、リベット取付け工具は、センサ３３からの多数の訓練出力信号を受信するように構成された監視回路を有する。回路は、訓練出力信号を合成して、代表的なデータのアレイを形成し、代表的なデータの周囲に公差バンドを定義する。こうした公差バンドは、代表的なデータのアレイにおける少なくとも１つのデータ点の周囲である可能性があり、時間領域又は歪み領域のどちらかにある可能性がある。

工具の前端部に、一般的にノーズ・ピース４４、ノーズ・ハウジング４６、及びヘッド引張りアダプタ４８から構成されるマンドレル引張り機構４２を有する。ヘッド引張りアダプタ４８は、本体ハウジング５４内に設けられた可動引張りピストン５３に連結される。本体ハウジング５４は、マンドレル引張り機構４２のピストン５３を環状に包む、全体に厚肉鋳造シリンダ５６を定める。縦方向軸５７により定められるハウジング５４は、外面５８、内面６０、及びハンドル部分６２を有する。ハウジング本体５４は、好ましくは厚肉鋳造シリンダ５６の外面５８に沿ったいずれの場所にあっても好ましい、特定のセンサ搭載位置６４を有する表面を有する。この点について、センサ搭載位置６４は、マンドレル・リベット工具３０の頂部に沿って、或いは側面に沿って配置できるということが想定される。センサ搭載位置６４は、鋳造ハウジング壁の内面か又は外面のどちらかに機械加工されて定められたスロットである。任意的には、内面と外面との間の金属の厚さは、定義された値にすることができる。以下に説明されるマイクロ歪みセンサ３３は、ハウジング５４の縦方向軸５７と平行に配置することが好ましく、リベット取付け事象中に本体の物理的特性を測定するように構成されることが好ましい。具体的には、センサ３３は、ファスナの取付けによって形成されるモーメントにより誘起された本体内の歪みを測定するように構成される。

本体ハウジング５４の細長い円筒型本体５８は、先端部に孔が形成されており、これを通してマンドレル引張り機構４２が可動ピストン５３に連結される。ハウジング５６は、可動ピストン５３によって、前方チャンバ６６及び後方チャンバ６８に、内部で細分される。図１ｂにおいて最もよく見られるように、ねじ付き継手７４が、ノーズ・ハウジング４６と鋳造本体５４を連結する。この点について、ノーズ・ハウジング４６は、保持リング７６に達するまで鋳造本体５４に係合される。保持リング７６に隣接するのは、ハンドル端ぐり即ち環状キャビティ７７である。端ぐり７７は、任意的に、センサ搭載位置６４に隣接するか又はその下に配置される。外面５８と端ぐり７７との間の鋳造本体５４の部分は、ねじ付き継手７４を通して誘起された力によってもたらされた増加した歪みを有する、比較的薄い断面厚さを有する。

挟持部組立体は、挟持部ケース４６内に収容された一組のマンドレル把持挟持部（図示せず）を含み、ヘッド引張りアダプタ４８に接続される。取付け作業中、挟持部はブラインド・リベット４９のマンドレルの細長いステムに係合して把持する。

リベット取付けサイクルの開始により、空気流体が取付け工具の空気シリンダ（図示せず）に入れられ、次いで、油圧油流体が加圧され、オリフィス３４を通って、ハウジング５４の前方チャンバ６６へ押しやられる。油圧油がこの前方チャンバに押され続けるので、これにより作動ピストン５３が後方に押しやられ、マンドレルのヘッド引張りアダプタ４８と、次いでマンドレル引張り機構４２に接続されるので、更に、マンドレルの把持挟持部及び関連付けられたリベットのマンドレル５０が後方へ引き込まれて、リベットが取付けられる。加圧下でのキャビティ６６への油圧油の注入は、作動ピストン５３を動かすだけではなく、更に、リベット取付け工具の本体ハウジング５４内に、等しい内圧をかける。こうした内圧は、リベットの取付け工程中に変動し、従って、変動する微小な寸法変化を誘起させ、ひいては、ハウジング５４内の歪みの変動を誘起させる。

これらのハウジング本体５４内弾性マイクロ歪みの寸法変動をセンサ３３で測定する。負荷測定装置から歪みデータを集める間に、歪みゲージ内の変化を比較するソフトウェア・プログラムを用いる、プログラム可能なマイクロプロセッシングをベースとしたコントローラ７０によってデータを処理して、リベット取り付け作動中に挟持部が移動するときの時間又は距離に対する圧力、歪み、又は応力の変化を計算する。センサ３３は、圧電センサ又は従来の単一又は複数の抵抗歪みゲージ装置とすることができる。こうしたことを各々のリベットに対して繰り返し、従って、取付け履歴を準備して、プロセッサ７０のメモリ内に前もって確立され格納されている所望の値の範囲と比較することができる。

図２ａ及び図２ｂは、本発明の教示による代替的なリベット取付け工具３０’を表わす。リベット取付け工具３０’は、日常点検を実行するために挟持部組立体の迅速なアクセスを可能にする、迅速に交換できるノーズ・ハウジング８０を使用する。迅速に交換できるノーズ・ハウジング８０は、ノーズ・ハウジング・ナット８４を使用してアダプタ８２に連結される。アダプタ８２は、鋳造本体５４によって形成されたねじ付き継手８５に連結される。この点について、アダプタ８２は鋳造本体５４の中へ、保持リング７６に達するまでねじ込まれる。図２ｂにおいて最もよく示されるように、ハンドル端ぐり７７が、保持リング７６に隣接して配置される。端ぐり７７は、任意的には、センサ搭載位置６４に隣接するか或いはその下に配置される。端ぐり７７は、シール・スリーブ８６及び保持リング７６を支持するように機能する。外面５８と端ぐり７７との間の鋳造本体５４の一部は、ねじ留め継手７４を通して誘起された応力がもたらした歪みが増加された位置を定める。

種々の源から鋳造ハウジング内に応力が誘起される。第１応力Ｓ１は、アダプタ８２を鋳造本体５４に締め付けることで、鋳造本体５４内に誘起される。第２応力Ｓ２は、リベット取付け作業中に、ノーズ・ハウジング８０からの力でアダプタ８２内にもたらされ、これは次いで、ねじ付き領域を通って鋳造本体５４内に伝わる。第３応力Ｓ３は、リベット取付け中に、ノーズ・ハウジング８０からの力でアダプタ８２内にもたらされ、これは次いで、保持リング７６を通って、ハンドル端ぐり７７を通り鋳造本体５４内に伝わる。第４応力Ｓ４は、ヘッド引張りアダプタ８２が保持リング７６を打ったときに、鋳造本体に伝えられる。

マンドレル取付け機構４２の後退は、ノーズ・ハウジング８０からの力をねじにより連結された鋳造本体５４に入らせる。ノーズ・ハウジング８０から伝えられた力は、厚肉鋳造シリンダに微小弾性圧縮をもたらして、鋳造本体５４のシリンダ壁内に歪みをもたらす。更に、マンドレル引張り機構４２のピストン及びシリンダ構成からの増加した空気圧は、厚肉鋳造シリンダ内の輪状の歪みに変動をもたらす。一般的には、こうした歪みの組み合わせを、複雑なテンソル応力及び歪み場によって説明することができる。リベット銃の本体５４は、可変の厚さ及び材料特性を有する鋳造構造であり、リベットの取付けは、かけられた力及び時間に関して可変であるので、歪みゲージで測定された抵抗値の変化と、所定のリベット取付けのためにリベットにかけられる力に対する鋳造本体５４内の関連する歪み及び応力との間に完全な相関を得ることは実用的ではない。こうした課題は、ノーズ・ハウジングが本体に連結される方法によって、ねじ付き継手が可変の予測できない応力及び歪みをシステム内にもたらすので、更に複雑さを増す。このように、前述のシステム３２は、リベットの取付け事象を分析するために、これらの他の誤った信号及び一般的に任意の信号を最小限にして、列センサ信号の変化のみを用いて、リベット取付けの質を表示するように、こうした課題を克服する種々の方法を用いる。

図２ａ及び図２ｂを参照すると、ノーズ・ハウジング８０が、ヘッド引張りアダプタ４６を介してピストン４４と連通する挟持部ガイド組立体８１を覆っている。ノーズ・ハウジング１８は、更に、そこに固定して取付けられ、それを通してリベットのマンドレル（図示せず）を受け入れるノーズ・ピース８０を含む。ノーズ・ハウジング・ナット３４は、ヘッド引張りアダプタ８２上に摺動可能に配設され、ばね１８８によって第１方向に付勢される。ばね１８８は、挟持部ガイド・カラー１８６と、ヘッド引張りアダプタ１９２上に配設されたフランジ１９０との間に位置する。複数の挟持部（図示せず）を支持している挟持部ガイド１９８は、ノーズ・ハウジング・ナット８４を用いて、ヘッド引張りアダプタ４６とねじにより又は摩擦により係合される。

こうしたねじの配置によって、破片が挟持部ガイド１９８とヘッド引張りアダプタ４６との間のねじ山に入ることを防止する。従って、挟持部ガイド１９８を容易にヘッド引張りアダプタ４６から除去することを可能にすることにより、挟持部ガイドの迅速な接続特徴が、維持される。

挟持部ガイド・カラー１８６及び挟持部ガイド１９８は、歯部２０２と歯部２０４との間の相互作用によって作られたラチェット界面をその間に有して、挟持部ガイド１９８のねじをヘッド引張りアダプタ４６から抜くために、挟持部ガイド・カラー１８６が、ばね１８８の付勢力に対抗して、挟持部ガイド１９８との係合から引っ張り出されるようになっていなければならない。歯部１９２は傾斜表面を有し、挟持部ガイド１９８をヘッド引張りアダプタ４６上に締め付ける間に、歯部２０２を傾斜表面にずり上がらせ、それによって、挟持部ガイド・カラー１８６をばね１８８のばね力に対して押し付ける。従って、挟持部ガイド１９８及び挟持部ガイド・カラー１８６は、挟持部ガイド１９８がヘッド引張りアダプタ４６上に締め付けられるときにラチェット界面を有する。このように、挟持部ガイド・カラー１８６上に引張り戻して、挟持部ガイド１９８のねじを外すことで、変化するリベットの種類及び／又はサイズに応じて、或いは一般的な清掃目的及び整備目的で、挟持部ガイド１９８を迅速に除去して交換することができる。

ノーズ・ハウジング８０と挟持部ガイド組立体８１のハウジング１６への組立を、詳細に説明する。挟持部ガイド組立体８１は、ピストン５３の円筒型拡張部上で、ピストン５３にねじ係合可能に取付けられる。ノーズ・ハウジング８０は、挟持部ガイド組立体８１の上に滑り込んで、そこで挟持部ガイド組立体８１を取り囲む。

ノーズ・ハウジング８０を所定の位置に保持するために、ノーズ・ハウジング８０の外側表面上で摺動可能なノーズ・ハウジング・ナット８４が含まれる。ノーズ・ハウジング・ナット８４は、凹部部分２１６の外部ねじ付き部分２２０と界面を形成する内部ねじ付き部分２２４を含むことができ、外側表面の周囲に配設された把持表面２２６を有することができる。把持表面２２６を用いて、作業員はノーズ・ハウジング・ナット８４をハウジング１６にねじ係合可能に取り付けることができ、従って、ノーズ・ハウジング８０を所定の位置に緊密に保持することができる。

監視回路７０が、統計的に有意な数のファスナの取り付けからの統計的に有意な数の訓練出力信号を、センサから受信するように構成される。監視回路７０は、次に、一連の訓練出力信号を整合して、一連の出力／時間の所定値対を形成する。次に、コントローラが、これらの整合された一連の訓練出力信号を用いて、出力対時間信号の例示的な組を形成する。典型的には、監視回路７０は、一連の訓練出力信号を平均化して、一連の出力／時間の所定値の対を形成する。監視回路７０は、次に、出力／時間の値の対の一部の周囲に、少なくとも１つの公差バンドを形成する。

監視回路７０は、更に、リベットの取付け工程中に、測定された歪みの出力信号をセンサから受信するように構成される。こうした歪み信号を、まず、一連の出力／時間の値の対と整合する。こうした信号は、測定された信号上の予め定義された歪みを、例示的な組の出力／時間信号の最も近い歪みと整合することにより、整合することができる。更に、測定された歪み対時間のデータを走査して、最後の局所的な最大歪み値を求めることができる。こうした最後の局所的な最大歪み値を、出力／時間信号の例示的な組の最後の局所的な最大歪み値と整合することができる。以下に説明するように、整合されたデータ上に多数の分析技術を用いて、特定のリベット取り付けが適切なものであるかどうかを判断することができる。監視回路７０は、次に、測定された歪み出力と例示的な歪み出力値の対との比較に基づくリベット取付けの許容可能性を作業員に信号通知するために、監視回路７０に作動的に接続されたインジケータに信号を送信する。

図２ａ及び図２ｂに示されるシステムに対して、引張り組立体８１が、工具の縦方向軸に沿ってファスナに力をかけるように構成される。第２部材即ちノーズ・ハウジングは、第１部材によってファスナにかけられた力に応じて反力がかかるように構成される。センサは、反力によって誘起されたモーメントによってもたらされた本体内の歪みを測定するように構成される。この点について、センサ３３は、反力から軸外である本体内の歪みを測定するように構成される。センサ３３は、任意的には、ファスナに反力をかける１つの部材又は複数の部材の主要な力の経路からオフセットされた歪みを測定するように構成される。

理解されるように、ノーズ・ハウジング・ナット８４は、ノーズ・ハウジングをアダプタに連結する。アダプタはすでに本体内で事前にトルクを与えられているので、センサ３３は、ノーズ・ハウジングがアダプタに伝達した、ノーズ・ハウジング・ナット８４に与えられたトルクの量とは無関係な、力により誘起された本体内の歪みを測定するように配置され、構成される。

図３は、本発明の教示による圧力センサを用いるリベット取付け工具の側面図を表わす。本実施形態に用いられるリベット取付け工具３０”は、図２のリベット取付け工具と同様であるが、工具３０”は、日常点検を実行するために挟持部組立体の高速アクセスを可能にする迅速に交換できるノーズ・ハウジング８０を使用する。取付け工具３０”は、工具内の油圧を測定するように構成され、一般的にはブリード／フィルねじ３５の下部に配置される小型圧力センサ３３’を含む。

前述したように、応力が、種々の構成部品の圧縮から鋳造ハウジング内に誘起されて、これは次いで、鋳造本体５４内のねじ付き領域を通って伝えられる（図２６参照）。こうした伝達は、結果として、前例のマイクロ歪みを厳密に反映する油圧流体の圧縮をもたらす。マンドレル取付け機構の後退は、ノーズ・ハウジング８０からの力で、鋳造本体５４内の油圧流体を圧縮する。説明されるシステム３２は、種々の方法を用いて、一般には任意の歪み及び圧力信号を分析して、リベット取付けの質の表示を与える。

更に、提供されるデータに対して、多数の種々の分析技術を実施するようにシステムを用いることができる。システムは、リベットの各々の種類に対する標準的な取付け特性に適合し、リベット取付けを監視するためのパラメータを設定する「自己学習」能力を有する。システムは、更に、取付け履歴を保持し、単一のリベット又はリベット群のための比較器として構成される。

図３の監視センサ３３のための機器は、設置された圧力変換器、ロード・セル、又は、圧電型歪みゲージ等の、油圧の小さな変化を測定するように構成された負荷測定装置２３０である。工具が遠隔増圧器又は油圧供給源（図示せず）を有する場合には、負荷測定装置を、工具自体又は油圧供給ライン内に設置することができる。この場合には、センサの負荷を、コンピュータ・プロセッサ・システムに連結された分析パッケージの積分器に供給される電気信号に変換する。

監視回路７０は、所定の出力値対の関数である公差バンドを定義するように構成される。この点について、公差バンドは、時間の関数又は歪みの関数とすることができ、リベット取付け接合部の所定の測定可能な質が、統計的な工程制御方法に基づいて形成されることを保証するように構成される。

システムは、取付け事象全体の間、センサ３３からの出力を監視して、曲線の始まり又はゼロを指し示すために、所定の基準点を曲線上に与える。適用作業工程におけるわずかなマンドレル引張り挟持部の滑り又は滑り量による曲線に見られる小さい不規則性を最小にするために、基準曲線上の曲線がゼロから上昇し始める位置に、この基準点を配置することは通常のことであり、この場合において示される通りである。この位置付けられたれた基準点から、一組の垂直又は圧力又は歪みの公差が適用されて、公差バンドが与えられ、これを通して、次のリベット取付け曲線が続かなくてはならない。こうした公差バンドを、得た経験から適用することができるが、それはまた、曲線の下で行われた領域又は作業の割合の計算から引き出すこともでき、特に、保持マンドレル・ヘッドのリベットに適用可能である。開放端型リベット及び保持ヘッド型リベットに関する負荷対時間の曲線の例示が、図４ａ及び図４ｂに示される。必ずしも必要なわけではないが、センサ３３’又は３３が配置されて、センサの出力信号が、特定の組のための力の負荷対時間の曲線とよく似たものになることが好ましい。従って、こうした基準曲線から、開放端型リベット及び保持ヘッド型リベットに関する圧力又は歪みについての公差バンドが適用され、見られるように曲線を描くことができる。増分する力又は圧力、及び増分する距離又は時間に関する最大取付け負荷又は力に公差を適用して、基準曲線の構成を完成させる。

明確にするために、ただ１つのリベット取付けヘッドがあり、従って、ただ１つの監視装置が用いられると仮定するが、多数の取付けヘッドが用いられる場合がある。この場合及び、特に、リベット取付け機器が作業台に固定的に搭載されている場合には、監視変換器が各々のリベット取付けヘッドに用いられる。

各々のリベット取付け工具又は取付けヘッドの群は、プロセッサをベースとするデータ操作システム７０を有する関連付けられた機器を有する。システム７０は、負荷測定装置からの信号を編成して操作する積分器として機能して、更なる処理を行うようにすることができる。具体的に設計されたアルゴリズムをもつソフトウェア・パッケージがインストールされて、データを処理することができ、時間又は距離に対する負荷又は圧力等の比較を行うことができる。これを、グラフ又は曲線の形態で、診断目的のために、好適なモニタ上に視覚的に表示することができる。更に、信号は、完了したサイクルの状態を示す「赤信号／緑信号」或いは可聴信号とすることができる。これを各々のリベットに対して繰り返し、従って、取付け履歴を準備して、標準と比較することができる。

原則として、システムは、取付け曲線全体を監視し、圧力又は歪みを時間又は距離と比較する。システムは、実際の用途において、いわゆる学習モードで、多数のリベット取付けを監視して照合する。多数のブラインド・リベット取付けの照合から、図５に示されるように、変位又は時間の座標に対する圧力又は力の平均から「平均的な」曲線が生成される。

典型的なリベットの取付け中に、図１ａ乃至図３に示されるセンサによって測定された歪み又は圧力対時間の典型的な曲線を表わす図４ａ及び図４ｂを具体的に参照する。こうした曲線は、取付けられるファスナの種類によって変化する可能性がある一方、一般的には、曲線は、多数の明確に区別できる部分Ｃ１乃至Ｃ５によって定義される。最初即ち開始は、Ｃ１において挟持部の歯部がマンドレルに係合する時に発生する。共にリベット締めされる材料のシートの数、及びこれらの間隔によって、多くの場合、曲線のこうした最初の部分で、微細な取付け工具挟持部の滑り及び適用シートの巻き取りによる多大な変動がある。曲線の第２部分Ｃ２即ち曲線の構成部品調整部分は、マンドレルによって加えられる取付け負荷の下で縦方向に縮むときに、リベット本体の最初の変形により、材料シートが共にクランプされている時に関連する。曲線の第３部分Ｃ３は、マンドレル・ヘッドがリベット本体に入る結果である。取付けの力又は負荷の下降は、マンドレル・ヘッドがリベット本体に入り、孔を通って下方に進み、これが取付けの力にあまり抵抗を与えないためである。曲線の第４部分Ｃ４は、リベット本体に入り、適用加工物のブラインド側の近傍に到達しているが、更に進行することができないマンドレルにかかるリベット取付け負荷の結果であり、取付け負荷は、適用加工物の穴が充填され、接合部の固結が行われると共に増加する。取付け負荷は、マンドレルの破断点近くで増加する。最後の部分Ｃ５は、マンドレルの破断点が破砕して、リベットの取付けが完了し、マンドレルがマンドレル収集システム内に放出されることが可能になる時に生じる。

用いられるファスナ又はファスナ取付け機器の種類によって、異なる形状の曲線が同様に可能であるということに注目するべきである。更に、本発明のリベット監視システム３２で用いられるセンサ３３は、リベット４９にかかっている力又は負荷の量を判断するための完全な又は代替的な機構として、リベット取付け工具３０の鋳造本体５４内で形成される歪みに依存しない。以下に説明されるように、継続時間及びこうした曲線の部分の大きさが、特定の量によって変化することがあるが、こうした曲線の大きな逸脱は、リベット取付けの欠陥か又は構造体の欠陥のどちらかを表わす。システムは、許容可能な中央の負荷特性を設定するように、「良好な」又は許容可能な取付け履歴の平均を使用するので、システムに生成された分析結果は、鋳造本体５４上のセンサ３３の配向、又は鋳造本体５４の特定の製造環境とは比較的無関係である。これは、独立した負荷ストローク曲線の解釈を実行するためにロード・セル及びストローク長センサを用いる、他のシステムに対する改善である。

リベット取付けからもたらされる一連のグラフを示す例が図４ｃに示され、ここでは、リベット本体の長さ及びマンドレルの破断負荷が、製造公差の両極まで変化されている。例えば、最大のリベット本体の長さ及び最小のマンドレルの破断負荷Ｇ１は、公称のリベット本体の長さ及び公称のマンドレル破断負荷Ｇ２とは顕著な相違を示す。また、Ｇ７の曲線をグラフの基点から離れるようにシフトさせた取付け工具挟持部スリップがあったことは重要である。

距離又は時間に対する歪み又は圧力のこうしたグラフは、線の形状の重なり及び変化を示す。曲線の明らかに不安定な性質のために、こうした曲線上の一致する１つの点又は一致する複数の点を識別するのは困難である。リベット取付けを、既知で許容可能な一連の取付け又は平均的な取付けと比較するのは困難である。上述の取付け曲線は、図４ａに示されるように、マンドレル・ヘッドがリベット本体に入って、曲線に特徴的な２つの頂点を与える開放端ブラインド・リベットに典型的なものであるということが注目される。この２つの頂点は、通常、マンドレル・ヘッドの進入負荷と時間、及びマンドレル取付け負荷と時間のそれぞれについて、Ｐｅ、Ｔｅ及びＰｓ、Ｔｓと呼ばれる。

こうした開放端ブラインド・リベットの曲線の場合において、１つの比較方法は、歪み測定装置からの出力を継続的に監視して、既知のリベット取付け特性に対してこのデータを継続的に比較することである。リベット加工の変動を調整するために、公差を、通常一連のバンディング公差曲線Ｇ３として示される取付け曲線に適用する。従って、取付けられているどのような新しいブラインド・リベットに対しても、この新しい取付けからもたらされる曲線は、バンディング公差曲線の範囲に収まるはずである。機能的である一方、通常の製造公差及び適用部品内のリベットによりもたらされる取付け曲線の変動に対応するようにバンディング曲線を設定することは困難であり、あまりにも広く設定しなければならないことがある。従って、この広い公差バンディングは、例えば、加工物の把持厚さといった小さい差を識別しなければならない場合に、他の方法では拒否される設定を受け入れる。

図４ｃは、公差バンドを決定する方法を表わす。こうした後続するブラインド・リベット取付けからの、力又は圧力及び時間又は距離の座標が監視され、データが照合されて、基準曲線と比較される。ブラインド・リベットの取付けにおいて存在する可能性がある種々の条件があり、このことについては、以下のように、図４ｃに関して別個に説明されるであろう。

第１の条件は、リベット本体の長さ及びマンドレル破断負荷について公称の公差を有し、よく準備された取付け工具により通常通りに取り付けられたリベットの取付けに関するものである。これは、任意の作成された公差ゾーン内にリベットの曲線が留まるという点において、良好な取付けであるとみなされる。

第２の条件は、リベット本体の長さ及びマンドレル破断負荷にについて最大公差を有し、よく準備された取付け工具により通常通りに取付けられたリベットの取付けに関するものである。これもまた、任意の作成された公差範囲内にリベットの曲線が留まるという点において、良好な取付けであるとみなされる。

第３の条件は、マンドレル・ヘッドが、リベット本体の長さ及びマンドレル破断負荷に関しては、仕様を下回るが他の点では公称の公差を持つサイズに製造され、よく準備された取付け工具により通常通りに取付けられたリベットの取付けに関するものである。これは、リベット曲線が望ましい公差ゾーンから移動するという点において、不良の取付けであるとみなされる。この場合には、リベット本体を通って引っ張られるマンドレル・ヘッドが、質の悪いリベットの取付けをする可能性が高い。

従って、リベットは、良好な取り付けを有するとみなされるためには、３つの別個の基準に準拠しなくてはならないということが理解できる。まず、曲線の最初の部分は、リベットの最初の作業を表わすものとして、公差ゾーンに沿って進まなければならない。これは、加工物の板を共にクランプし、穴の充填を開始及び完了することである。更に、この部分は、開放端リベットの場合においてマンドレル・ヘッドがリベット本体に入る時、又は保持されたマンドレル・ヘッド型の場合における回転型の取付けの開始のどちらかに関するデータを含む。こうした基準は、時間又は力の公差バンドに関する規則の組を作成するのに用いられる。

リベットの質を比較するためのベースラインを作成するために、ベースライン・リベット取り付け曲線を作成する。こうしたベースラインは、特定の各々のリベット及び取付け条件のために機械によって容易に作成することができる。図５は、システムに用いられるべき、歪み又は圧力対時間の好ましい平均的な曲線を作成するために用いられる、統計的に有意な複数の曲線を表わす。任意的には、統計的技術を採用して、負荷対時間のサンプル曲線が合体曲線に十分に近いかどうかを判断して、特定の曲線が、合体曲線を公式化するのに使用可能であるかどうかを判断する。

ベースライン曲線が作成されると、統計的技術を用いて、上方公差バンド及び下方公差バンドを設定する。システム３２は、また、リベット取付け毎の、歪み又は圧力対時間のデータを追跡して、システムが潜在的に欠陥のある取付けを行ったかどうかを判断する。具体的なリベット取付けが適切であるかどうかを判断するための、いくつかのデータ分析技術をここで開示する。

図６ａは、図５に示された中央曲線又は例示曲線上に配置された、公差曲線又は公差バンドを表わす。本システムでは、中央曲線の全ての部分が、その周囲で定義された特定の一定サイズの公差バンドを有する。次に、システムは、個々のリベット取付けの歪み又は圧力対時間の曲線を追跡して、公差バンドの範囲外になるかどうかを判断する。リベットが特定の公差バンドの範囲外になる場合は、警報又は警告がライン作業員に与えられる。

図６ｂは、リベット取付け曲線のための代替的な公差チャネル又は公差バンドを表わす。具体的には、変化する公差の高さは、各々の曲線の部分によって決まることに注目されたい。例えば、曲線の最初の部分に示される、最初のシート巻き取り及びリベット本体の変形中は、公差バンドは第１の値に設定されているが、最終の穴が充填され、接合部の固結が行われる時に、公差バンドは調整される。

図７に示されるように、代替的な比較方法は、マンドレル進入（Ｐｅ、Ｔｅ）点及びマンドレル破断負荷（Ｐｓ、Ｔｓ）点といった２つの座標、或いは、更にマンドレル破断（Ｐｓ、Ｔｓ）点だけといった単独の１つの座標を識別して、こうした基準点に対して連続する取付けを比較することである。同様に、結果としてもたらされる取り付け曲線において通常生じる変動に対応するために、時間及び歪みの公差をこれらの基準点に適用してボックスを与え、後続する取り付けのためのリベット取り付け曲線は、これを通るものとなる。

例えば、第１の公差ボックスは、任意的には、最初の巻き取りシートの穴の充填の完了を表わし、かつマンドレル・ヘッドがリベット本体に入る点を表わす、第１の局所最大値（Ｐｅ、Ｔｅ）の周囲に等しく配置される。第２の公差ボックスは、リベット・マンドレルの破砕位置に集中させられる。こうした破砕は、典型的には、第１の局所最大値を上回る負荷を有する曲線の最後の局所最大値によって定義される。代替的には、この点は、検出される最も大きい歪みとすることができる。曲線Ｇ４は、第１位置及び第２位置に関して、許容可能な公差ボックスの範囲外になるリベット取付け曲線を表わす。互いにリベット締めされる構成部品の不適切な積み重ね、リベット穴のサイズ、或いは不適当なリベット・ヘッド又はリベット取付け工具の不適当な機能のように、リベットをこうしたボックスの範囲外にさせることを可能にするいくつかの方法があることに注目するべきである。

図８は、新しいリベット曲線と比較した、リベット取付けの積分分析を使用する代替的な方法を表わす。この点について、特定のリベット取付けＧ５と取付け曲線Ｇ６との差を計算する。これは、特定の時間における曲線間の差の絶対値が計算され、時定数が２つの曲線間の領域を計算するために用いられる絶対値の微分解析である。曲線間の差を使用して、歪み対時間又は変位曲線の異なる部分について計算できることに注目するべきである。この点について、データは、第１局所最大値までの曲線の開始部分にとって有用であるとすることができる。更に、第１局所最大値と第２局所最大値との間の領域における差は有用である可能性がある。システムは、リベット破断と関連付けられた最後の局所最大値の後の曲線間の領域における差を計算しないことが好ましい。最後の局所最大値の後の負荷対時間の曲線における変動は大きいことが多く、実質的に特定のリベット取付けが良好であるかどうかの情報を提供しない。これは、リベットの破砕後の圧力又は歪みは、良好なリベット取付けを示すものではないからである。限定ではないが、ピクセル計数又はリーマン和解析を含む種々の積分技術を用いることができることが想定される。

図９は、接合部が固結された点に公差チャネルが適用され、マンドレルが破断した点に公差ボックスが適用された中央曲線を表わす。特定のリベット取付けの負荷対時間の曲線の第１部分が、中央曲線の第１部分と比較される。良好なリベット取付けを完了させるためには、リベット取付け曲線が、プロセッサによって監視されて公差バンドと比較され、曲線は所定のバンド内に収まるはずである。特定のリベット取付けの特定の負荷対時間のデータは、第１公差バンドか又は公差ボックスのどちらかの範囲外になる場合には、障害が記録されて、視覚的警報又は聴覚的警報がユーザに表示される。

従って、典型的な基準グラフは、最大のマンドレル破断負荷点の周囲に配置された公差ボックス、８０％の垂直線上の＋／−ｄＴと＋／−ｄＺとの間の線状ウィンドウ、及び最初の曲線への公差の適用によって生成された公差範囲を有することを理解することができる。更に、経験が、低負荷及び時間／変位の結果曲線は「ノイズ」又は不規則な形態を示すということを教示するので、起点（「１０％切り捨て」と呼ばれる）周囲の曲線の最初の部分Ｃ１は、どのようなプロット又は計算からも除外されるということに注目するべきである。これは、最初の挟持部の把持、工具のノーズ・ピースに対して位置するリベット・フランジ、及びおそらく取付け工具自体内へのわずかな空気混入等のような変動によるものである。

図１０は、１０％切り捨てを用いる、リベット取付けの時間対負荷の標準的な曲線を表わす。前述したように、リベット取付け事象の最初の部分は、多大な量のノイズが生成された高度に非線形の事象である。分析から曲線の最初の１０％を除外することによって、より精密な分析を実施することができる。１０％切り捨てを決定する任意点を与えることは、以前の取付け履歴によって決められ、これに従って調整することができる。こうした切り捨ては、例えば元の曲線のゼロから数ミリ秒レベルとすることができる。

図１１は、一般的に、ここでは点及びボックスの分析方法として呼ばれるものを表わす。システムは、前述の基準曲線又は平均曲線を組み込む。マンドレル破断を示す最後の局所最大値における力Ｆ_B及び時間Ｔ_Bの値が求められる。次に、この破断力に１．０より少ない換算計数Ｋを乗じて力Ｆ_S1を計算する。次に、システムは、力Ｆ_S1が基準曲線又は中央曲線上で見出される位置を求め、データがこうした力と相関する時間Ｔ₁を求める。次に、システムは、Ｔ_B−Ｔ₁と等しい基準時間Ｔ_Rを計算する。次に、公差ボックスが、前述の通り、Ｆ_B及びＴ_Bの周囲に配置される。

前述の例の全てと同様に、新しいリベット取付けを評価する時に、システムは最初にまず対象データ・セットを中央曲線又は基準曲線と整合する。こうしたことは、説明されるようにデータ・セットのゼロを整合するか、第２の局所最大値又は最後の局所最大値等の別の特徴を整合するか、又は最初の歪み発生値（図１０参照）を整合するかのいずれかによって行われる。データが整合されると、マンドレル破断と関連付けられたデータが、許容可能な公差ボックス内に収まるかどうかが判断される。データが、公差ボックスの範囲外になる場合は、警報が起動される。

次に、システムは、対象データと関連付けられた最後の局所最大値の力Ｆ_b及び時間Ｔ_bを求める。こうした力Ｆ_bに換算計数Ｋを乗じて力Ｆ_s2を求める。関連付けられた力Ｆ_s2に対して、時間Ｔ₂が求められ、リベットのマンドレル破断と関連付けられた時間から減じられて、Ｔ₁を形成する。時間Ｔ₁を時間Ｔ_Fと比較して、これが所定の時間公差Ｔ_T内にあるかどうかを判断する。Ｔ_Fが公差バンド内にある場合は、リベット取付けは許容範囲内である。換算計数Ｋを約０．０５乃至約０．６とすることができ、より具体的には約０．１５乃至約０．４５、最も具体的には約０．２とすることができることに注目するべきである。

図１２は、一連のリベットの質の追跡を表わす。理解できるように、対の公差バンドが提供され、特定のリベットが特定の測定された又は計算された質の値と適合しない時には表示がある。所定数の連続したリベットが障害を示す時は、作業員に警告が与えられて、用いられる新しいロットのファスナあるかどうか、或いは、システムの再較正又は変更を必要とすることがある重大な変化が、機器の機能又は処理されている材料に発生したのかどうかを判断するように命令される。

上述の比較方法は、リベット及び加工物に対してランダムな製造公差の変形を想定する。しかし実際は、許容される範囲の上部又は底部に対する公差は、１つの製造バッチについて生じ、次いで、新規な製造工作機械器具設備又は新規な製造機械の取り付けが生じたときに、他の端に移動する。従って、リベットの単一バッチからの一群の取り付け曲線は、特定の製造バッチから作成しなければならない。結果として得られる曲線は、そのバッチのサイズ及び強さを反映する一組の値を示す。しかし、バッチは、平均曲線を付勢する公差を有する。例えば、バッチは、最大長さ及び最小破断負荷に関するものとすることができ、平均曲線は、この傾向を反映する。従って、製造環境においては、別のバッチのリベットは、最小長さ及び最大破断負荷であることがあり、従って、特に、これらが元の曲線のあまりにも近くに設定されていた場合には、基準リベットの公差バンドの幾つかの範囲外になる。そのため、上述の拡大に加えて、元の学習曲線におけるバイアスに対応するために、さらに別の拡大を必要とすることができる。あまりにも広く設定された公差バンドは、このように、質の悪い取り付け又は不当なリベット製造変動のいずれかに対応する機会を増加させる。

取付けの際にマンドレル・ヘッドがリベット本体に入らない、保持マンドレルを有する種類のリベットから更に別の難問が起こり得る（図３ｃを参照されたい）。マンドレル・ヘッド進入点の特性は、確かなものではなくなり、特に、取付け曲線と非常に類似している傾向があり、明らかにどのような公差バンディングも質の悪いリベット取付けを隠すことができるため、取付け曲線の比較をするのはより困難であることを示す。

図１３ａは、マイクロ歪みを測定するように構成されたセンサ３３を表わす。センサ３３は、工具ハウジング内の微小変形を検出するために用いられる。ハウジング内のこうした微小変形を、標準的な電動工具ケーシング又はノーズ・ハウジングにおいて、或いは、遠隔に強化された油圧工具ハウジング上で測定することができる。センサの出力データをメモリ位置に格納して、外部コンピュータ７０を用いて取り出す。データの点を分析してグラフを形成する。更に、コンピュータからのデータを選択的に用いて、特定用途のために、統計的な処理制御情報を生成する。

図１ａ乃至図２ｂのシステム内に示されるセンサ３３が示される。一般的には、センサは、０．５乃至１００，０００ヘルツの周波数範囲を有する、平らなマイクロ歪みセンサである。感知要素は圧電材料で形成され、ハウジング材料は、エポキシ・シールを有するチタンであることが好ましい。

本発明の更に別の教示によれば、取り付け工具によりファスナを取り付ける方法が提示される。この方法は、第１に、一組の例示的な歪み／時間のデータを定義する。評価されているリベット取り付け工程の歪みが感知される。感知された歪み対時間のデータは、時間により、一連の例示的な歪み／時間のデータと整合される。歪みの最高値の発生を用いて、測定された歪み／時間のデータのマンドレル破断点を識別する。この測定された破断点の歪み値は、所定の望ましい破断点の歪み値と比較される。測定された歪み／時間信号は、例示的な歪み／時間信号と比較される。

例示的な歪み／時間のデータ及び測定された歪み／時間のデータの両方の場合において、時間領域におけるこれらの一連のものに基づいて、グラフ又は波形を生成することができる。これらの波形は、データを整合するのに用いられる所定の特性について走査されることができる。前述したように、これは、検出された最高の歪みであるか、所定の歪みであるか、又は、与えられた歪み値を上回る第１の局所的最大値といった別の特徴であるとすることができる。

ブラインド・リベットの取り付けを監視する場合には、リベット取り付け工具の鋳造本体内の軸方向歪みがリベット取り付け工程中に監視されて、これに関連する一連のマイクロ歪み信号を生成する。これらのマイクロ歪み信号の各々は、適切な時間値を割り当てられて、歪み／時間データのアレイを生成する。リベット取り付け工程の開始が定義され、工程の終了も定義される。任意的には、このことは、マンドレルの破断と相関するピーク歪みにより定義することができる。リベット取り付け事象の合計時間が求められ、所定の望ましい値と比較される。さらに、システムは、マンドレル破断荷重を使用して、これがマンドレルの破断を示す所定の歪み値の周りの所定の公差バンド内に入るかどうかを求めることができる。

例示的な歪み／時間データを形成するために、統計的に有意な数の訓練歪み測定信号が受信され、合成されて、代表的な曲線を形成する。公差バンドは、代表的な曲線に関して定義され、これは、接合部の所定のレベルの質を示す。

システムが、リベット取り付け工程の部分の供給圧力を監視するように構成された場合には、システムは、歪み、圧力、又は時間データの少なくとも１つに対する供給圧力の関数である換算計数を適用する。これに関して、変化する供給圧力に関する一連の関数が定義される。これらの関数は、歪み対時間のデータを一連の変換された歪み又は圧力対時間のデータに変換する。明らかに、供給圧力の変化に応じて、リベット取り付けが許容できるものであるかどうかを判断する分析の前に、例示的な時間対歪み又は圧力のデータ又は公差バンドを変換することが同様に可能である。

図１３ｂは、図３に示される圧力センサを表わす。センサは、ステンレス鋼パッケージに搭載された、機械加工の圧電制限シリコンの圧力センサであることが好ましい。センサ３３’の例は、ＩＣＳｅｎｓｏｒｓ Ｍｏｄｅｌ８７ｎ Ｕｌｔｒａｓｔａｂｌｅから入手できる。

リベット製造中、リベット本体の長さ及びマンドレル破断負荷に関するリベット公差は、公差バンドの一端から他端まで変化することができる。これは、製造工具を取り替えること、異なるバッチの原材料が用いられること、生産工具を生産品の１つのサイズから別のサイズで変えること等の工程の変化の結果である。従って、公差の公称の幅を曲線に与える代わりに、狭いバンドが開放端型及び保持マンドレル・ヘッド型のそれぞれのために適用される。これは、公称のリベット本体の長さ並びに適用の厚さ、及びマンドレル破断負荷の周囲のリベットのみが、良好な取付けとして選択されるように判断するという影響を有する。

しかしながら、別の製造設備で製造された最小のリベット本体の長さ及び最小のマンドレル破断負荷をもつリベットが用いられる場合には、曲線の集団は、第１公差バンド及び第２公差バンドの底部にあり、その下方にもなる。コンピュータ・プロセッサはこうした新しいパターンを認識して、取付けが許容範囲であるとみなし、次いで、コンピュータは、平均値を再構成して、こうした新しい平均についての公差基準を適用する。コンピュータは、以前の平均曲線データを格納する。

しかしながら、生産パラメータの別の変更により生成された最大のリベット本体の長さ及び最大のマンドレル破断負荷をもつリベットが用いられる場合には、曲線の集団は、所定の数の障害の後で、特定の公差バンドを離れる。コンピュータ・プロセッサは、こうした更なる新しいパターンを同様に認識し、取付けが許容範囲であるとみなし、コンピュータ・プロセッサは、平均値を再構成し、こうした更なる新しい平均についての公差基準を適用する。同様に、コンピュータ・プロセッサは、以前の平均曲線データを格納する。

従って、異なる公差をもつ混合作業のバッチが適用される場合には、コンピュータ・プロセッサは、公称の基準曲線又はより低い曲線、又はより高い曲線のどれかを選択して、連続する取付けを比較することができる。しかしながら、リベットの取付けがこうした３つの基準曲線の範囲外になる場合には、取付けは失敗したとみなされる。

好ましい点がシステムに構築され、ここでは、おそらく作業員が取付けをリセットし、古いリベットが除去されると取り付けを繰り返すことができるが、各々の段階において、事象が記録されて、その特定のジョブについての質保証の一部が形成される。提案されるシステムの第２の配置においては、以下に説明されるように、自己学習プログラムが継続的な工程として適用されることが提案される。公差バンドを作成するために、位置Ｘ及びＹにおいて基準曲線に適用される公差、及び、Ｘ及びＹのための垂直基準線を求めるように行われた作業の８０％の選択は、任意に選択されることが理解できる。

図１４は、リベット取付け工程への供給圧力の変化の効果を示す、歪み対時間のチャートを表わす。曲線Ｃ１は、供給圧力が圧力Ｐ１である時のセンサ３３からの歪み対時間の曲線である。曲線Ｃ２は、供給圧力が圧力Ｐ２である時のセンサ３３からの歪み対時間の曲線である。理解できるように、供給圧力Ｐ２により示されるリベット取付け事象の継続時間は、曲線Ｃ１で示されるリベット取付け事象の継続時間より長い。両方の曲線により示されるリベット取付け事象は、許容可能なリベット取付けの質を表わす。リベット取付け工程が開始される時の供給圧力におけるわずかな変化を測定するように構成された圧力センサ３７は、プロセッサ７０に用いられる出力を提供する。プロセッサ７０は、供給圧力の関数である換算計数を、歪みセンサ３３からの（時間及び歪み）によって特徴付けられるデータのアレイに適用して、Ｃ３として示されるように、データを正規化してデータのアレイを形成する。第１換算計数Ｓ１を、測定の歪み構成要素又は力構成要素に適用することができ、及び／又は、第２換算計数Ｓ２を測定の時間構成要素に適用することができるということが想定される。この点について、データのアレイは、上述のように分析されるのに先立ってシフトされる。

代替的には、測定されたデータに関数を適用するためにライン圧力を使用するシステムを、ファスナに適用された力を測定する工具又は力変換器内の作動流体の圧力を測定する圧力センサから受信した信号を使用するファスナ取り付け機械に対して用いることができることが想定される。この点について、測定されたデータの変換は、時間に関して取られた、どのような測定されたデータに対しても行うことができる。このように、システムは、駆動ライン圧力とは無関係であり、更に工具内の力伝達部材の速度とも無関係であるファスナ取付け検証を実施するように構成される。

前述のシステムの利点は、これがデータを集めると、完全に融通性をもつことである。システムは、全てのリベットが正しく取付けられたことを、取付け特性を作業特性と比較することにより完全な保証を提供することができる。システムは、全てのリベットが正しい穴及び正しい把持部の厚さで取付けられたという情報を提供することができる。システムは、取付けられたリベットの数を監視することができ、更に、リベットが取付けられなかったことを伝えることもできる。更に、システムは、工具の取付け挟持部の磨耗を、取付け特性をマンドレル進入負荷と比較すること及び経過時間と比較することによって、監視することもできる。更に、システムは、自動リベット再発注スケジュールに用いられる、リベット構築率並びに生産効率、及びリンク数に関する工場管理データを提供できるという利点がある。更に、システムを、完全自動リベット取付け工具に取り付けることができ、従って、計画に従って組立が完成されたという保証及び保険を提供することができる。

本発明のさらに別の領域が以下に与えられる詳細な説明により明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、例示的な目的を意図するに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。

本発明の種々の態様を他の種類のリベット機に適用できることがさらに想定され、例えば、システムを自己穿孔リベットと併せて用いることができるが、本発明の種々の利点は実現されない可能性がある。さらに、システムは、例えば、多数のピース・ファスナ、ソリッド・ファスナ、クリンチ・ファスナ、又はスタッドといった種々の種類のファスナを取り付けるために用いることができる。本発明の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、本発明の要旨から離れない変形態様は、本発明の範囲内にあることが意図される。こうした変形態様は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとはみなされない。

本発明の教示によるリベット取付け工具の断面図を表わす。 本発明の教示によるリベット取付け工具の断面図を表わす。 本発明の教示による代替的なリベット取付け工具の断面図を表わす。 本発明の教示による代替的なリベット取付け工具の断面図を表わす。 本発明の教示による圧力センサを用いるリベット取付け工具の断面図を表わす。 図１及び図２に示されるセンサによって、リベット取付け中に測定された歪み対時間の典型的な曲線を表わす。 図１及び図２に示されるセンサによって、リベット取付け中に測定された歪み対時間の典型的な曲線を表わす。 図１及び図２に示されるセンサによって、リベット取付け中に測定された歪み対時間の典型的な曲線を表わす。 システムにより用いられる、歪み対時間の平均又例示の曲線を作成するために用いられる複数の曲線を表わす。 図５に示される例示曲線の周囲に配置される公差チャネルを表わす。 図５に示される例示曲線の周囲に配置される公差チャネルを表わす。 曲線の特定の位置に沿って配置される一対の公差ボックスを有する図５に示される例示曲線を表わす。 新しいリベット取付け曲線と比較されるリベット取付けの微分解析を利用する方法を表わす。 曲線を比較するのに用いるために公差チャネルを公差ボックスと共に表わす。 １０％切り捨てを使用する例示曲線を表わす。 本発明の教示による、点及びボックスのシステムを表わす。 一連のリベット取付けの質検査を表わす。 図１ａ乃至図２ｂの歪みセンサを示す正面図である。 図３に示される圧力センサを表わす。

Claims (28)

1. ファスナ係合組立体と、鋳造本体と、前記鋳造本体により形成された継手に連結されたアダプタと、ノーズ・ハウジング・ナットにより前記アダプタに連結されることによって迅速に交換できるように構成されたノーズ・ハウジングとを含み、前記鋳造本体がセンサ搭載位置を構成しているファスナ取付け工具と、
   前記センサ搭載位置に取り付けられ、リベット取付け工程中における前記鋳造本体内の歪みを監視して、該リベット取付け工程中における複数の検出時点での前記本体の前記一部分内の歪みを検出し、検出された歪みに対応する歪み出力信号を生成するための歪みセンサと、
   監視回路と、
   を含み、前記監視回路は、
   （ａ）同じタイプのファスナに関して、統計的に有意な数のファスナ取付け工程の各々に対応する各検出時点での前記センサからの信号を一連の公差決定用歪み出力信号として受信し、
   （ｂ）前記一連の公差決定用歪み出力信号を、それぞれの歪み出力信号が検出された時間と組み合わせて整理し、一連の歪み出力／検出時間の対を形成し、
   （ｃ）前記一連の歪み出力／検出時間の対に基づいて、各検出時点について、平均的な歪み出力／検出時間の対を表す信号の組を形成し、
   （ｄ）前記平均的な歪み出力／検出時間の対を表す信号の値を含んで所定幅の公差バンドを定義し、
   （ｅ）定義された前記公差バンドを用いてファスナ取付けの許容可能性を判定する
   ように構成されたことを特徴とするファスナ取付けシステム。
2. ブラインド・リベットを取付けるための請求項１に記載のシステムであって、
   前記監視回路は、
   前記リベット取付け工程全体にわたって検出された一連の歪み出力信号から、測定された歪み対時間の波形を形成し、
   複数回のファスナ取付け工程において得られる出力信号から、平均的な歪み対時間の波形を形成し、
   前記測定された歪み対時間の波形を走査して、第１の最後の局所的最大歪み値を求め、 前記平均的な歪み対時間の波形を走査して、第２の最後の局所的最大歪み値を求め、
   前記第１の最後の局所的最大歪み値及び前記第２の最後の局所的最大歪み値が、リベット取付けの許容可能性を判定するための公差バンド内にあるかどうかを判断する、
   ように構成された回路構成を含む制御回路を有することを特徴とするシステム。
3. 前記歪みセンサが、軸方向における歪みを測定するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記ファスナ取付けの許容可能性を作業員に信号通知するための、前記制御回路に作動的に接続されたインジケータを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記監視回路が、マイクロ歪みセンサであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記監視回路が、積分器と、前記積分器と接続された比較器と、前記比較器と接続されたプログラマブル・メモリとを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記センサが前記鋳造本体の外面上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記鋳造本体が前記センサ搭載位置の下に所定の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. センサ搭載位置を構成する鋳造本体と、前記鋳造本体により形成された継手に連結されたアダプタと、ノーズ・ハウジング・ナットを介して前記アダプタに連結されることによって迅速に交換できるように構成されたノーズ・ハウジングとを含むファスナ取付け工具と、
   前記ファスナ取付け工具の前記鋳造本体部分の前記センサ搭載位置に連結され、ファスナ取付け事象中に、前記鋳造本体内の歪みを測定するように構成された歪みセンサと、
   監視回路と、
   を備え、前記監視回路は、
   （ａ）複数回のファスナ取付け工程において検出された多数の出力信号を公差決定用信号として前記歪みセンサから受信し、
   （ｂ）前記出力信号に基づいて、平均的なデータのアレイを形成し、
   （ｃ）前記平均的なデータを含む所定幅の公差バンドを定義する、
   ように構成されたことを特徴とするファスナ取付け機。
10. 前記本体がノーズ・ハウジング含み、前記歪みセンサが前記ノーズ・ハウジングに連結されたことを特徴とする請求項９に記載のファスナ取付け機。
11. 前記工具が、連結部分を介して前記本体に連結されたノーズ・ハウジングを含み、前記センサが前記連結部分に隣接して配置されたことを特徴とする請求項９に記載のファスナ取付け機。
12. 前記工具がアダプタ及びノーズ・ハウジングを有する迅速に交換できるノーズを含み、前記アダプタが本体に固定的に係合されており、前記ノーズが前記アダプタに取り外し可能に連結されるようになったことを特徴とする請求項９に記載のファスナ取付け工具。
13. 前記センサが、前記アダプタに隣接する前記本体上に配設されたことを特徴とする請求項１２に記載のファスナ取付け機。
14. 前記アダプタが、前記ファスナの取付け中に負荷を前記ノーズ・ハウジングから前記本体に伝達するように構成されたことを特徴とする請求項１２に記載のファスナ取付け機。
15. 前記ノーズ・ハウジングを前記アダプタに結合するために、力を適用するように構成された機構を更に含むことを特徴とする請求項１２に従ったファスナ取付け機。
16. 前記センサの前記出力信号が、前記機構によって適用される前記力とは無関係であることを特徴とする請求項１５に記載のファスナ取付け機。
17. 前記機構が、前記アダプタの表面上に形成されたねじ山に係合するように構成されたねじ付き部材であることを特徴とする請求項１５に記載のファスナ取付け機。
18. 前記本体が端ぐりを有し、前記センサの位置が前記端ぐりに隣接することを特徴とする請求項１５に記載のファスナ取付け機械。
19. ファスナを取付け、前記取付けの許容可能性を評価するためのシステムであって、
    力をファスナに適用するように構成されたファスナ係合組立体と、
    ハウジングにおけるセンサ搭載位置を構成する鋳造本体と、
    前記鋳造本体により形成された継手と、
    前記継手に連結されたアダプタと、
    前記アダプタにノーズ・ハウジング・ナットを介して連結されることにより迅速に交換できるように構成されており、反力を前記ファスナに適用するように配置されたノーズ・ハウジングと、
    前記センサ搭載位置に取り付けられ、前記反力により誘起されたモーメントによってもたらされる前記鋳造本体の歪みを測定するように構成されたセンサと、
    前記センサの出力に基づいてファスナ取付けの許容可能性を評価する監視回路と、
    を含むことを特徴とするシステム。
20. 前記力が第１の軸方向に適用されることを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 前記反力が前記力と平行であり、前記迅速に交換できるノーズ・ハウジングが取り外し可能に前記ファスナ係合組立体に連結可能になったことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
22. 前記歪みセンサが、前記迅速に交換できるノーズ・ハウジングから第１の半径方向距離だけ離れた位置における歪みを測定するように構成されたことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
23. ファスナを取付け、前記取付けの許容可能性を評価するためのシステムであって、
    軸に沿ってファスナに力を適用するように構成されたファスナ係合組立体と、
    ハウジングにおけるセンサ搭載位置を構成する鋳造本体と、
    前記鋳造本体により形成された継手と、
    前記継手に連結されたアダプタと、
    前記アダプタにノーズ・ハウジング・ナットを介して連結されることにより迅速に交換できるように構成されたノーズ・ハウジングと、
    を備え、
    前記ノーズ・ハウジングは、前記ファスナに適用される前記力に対応する反力を適用するように構成され、前記ファスナ係合組立体に取り外し可能に連結可能であり、
    前記鋳造本体の前記センサ搭載位置に設けられ、前記反力により前記鋳造本体に誘起された歪みを測定するように構成されたセンサと、
    前記センサの出力に基づいてファスナ取付けの許容可能性を評価する監視回路と、
    がさらに設けられたことを特徴とするシステム。
24. ハウジングにおけるセンサ搭載位置を構成する鋳造本体と、
    前記鋳造本体により形成された継手と、
    前記継手に連結されたアダプタに、ノーズ・ハウジング・ナットを介して連結されることにより迅速に交換できるように構成されたノーズ・ハウジングと、
    マンドレルを有するブラインド・リベットの前記マンドレルに係合するマンドレル係合組立体と、
    前記マンドレル係合組立体に作動的に連結された軸方向に可動なピストン組立体と、
    を有し、加圧された油圧油をピストン組立体に適用することに応答して、前記マンドレルを駆動させるように構成された取付け工具によって、マンドレルを有するブラインド・リベットを取付ける方法であって、
    （ａ）リベット取付け工程中に、前記センサ搭載位置に搭載されたセンサにより前記鋳造本体の歪みを監視して、一連の測定された歪みと該歪が測定された時間とを含む一連の歪み／時間の信号を生成するステップと、
    （ｂ）基準的な１組の歪み／時間の信号を定義するステップと、
    （ｃ）前記測定された歪み／時間の信号を、前記基準的な歪み／時間の信号と対応させて並べるステップと、
    （ｄ）前記リベット取付け工程中に、前記歪み／時間の信号の最後の局所的最大値の発生を識別するステップと、
    （ｅ）前記マンドレル破断点を識別するために、前記歪みの最高値の発生を用いるステップと、
    （ｆ）前記マンドレル破断点における前記歪み信号の値から求められた破断点の歪み値を所定の望ましい値と比較するステップと、
    （ｇ）前記一連の測定された歪み／時間の信号の値を、前記基準的な歪み／時間の信号と比較するステップと、
    を含む方法。
25. 前記リベット取付け工程の全体にわたって、該リベット取付け工程中に生成された前記本体の歪みと、一連の時間信号とに基づいて、測定された歪み対時間の波形を形成するステップと、
    前記リベット取付け工程の全体にわたって、該リベット取付け工程中に生成された前記一連の歪み信号及び時間信号に基づいて、基準的な歪み対時間の波形を形成するステップと、
    前記基準的な歪み対時間の波形を走査して、前記リベット取付け工程中に、歪みの最高値が発生した時点を求めるステップと、
    前記測定された歪み対時間の波形を走査して、前記歪みの最高値が発生した時点を求めるステップと、
    前記測定された歪み対時間の波形を、前記例示的な歪み対時間の波形と整合させるステップと、
    を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記例示的な歪み対時間の波形の周囲に公差バンドを形成するステップを更に含み、前記公差バンドが、統計的に有意な数の入力信号に基づくものであることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 統計的に有意な数の歪み測定信号を受信するステップと、これらの信号を合成して、代表的な曲線を形成するステップと、接合部の質の所定レベルを示す前記代表的な曲線に対して公差レベルを定義するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
28. 前記例示的な歪み対時間の波形が、前記統計的に有意な数の信号の平均又は中央値であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。

Images