JP5763708B2

JP5763708B2 - 制御装置、制御方法及び制御プログラム

Info

Publication number: JP5763708B2
Application number: JP2013110874A
Authority: JP
Inventors: 史朗安藤; 誠足利; 雅弘田坂; 寿両田
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: CA2913451A1; WO2014191802A1; CN105246653B; JP2014226771A; US20160116897A1; US10048671B2; CA2913451C; CN105246653A

Description

本発明は、制御装置、制御方法及び制御プログラムに関し、特に締め付け工具の制御装置、制御方法及び制御プログラムに関する。

締め付け工具の代表例であるナットライナ等を用いてナットやボルト等の締め付け部材を締め付けるとき、締め付け部材を所定のトルクで締め付けることが重要である。

例えば特許文献１には、トルクカーブ上で予め設定された角度当たりのトルク上昇率を連続的に測定し、締め付け過程で計測された最大トルクと、締め付け完了時のトルクと、の比から当該ボルトの塑性域締めの良否を判定する技術が開示されている。

特開平６−７９５５２号公報

一般的に締め付け工具を用いて締め付け部材を締め付けるとき、経験則によって予め設定されたトルクカーブに倣うように当該締め付け工具を制御している。このとき、目標締め付けトルクが同一であっても、被締め付け部材の剛性（例えば剛体、中間体、軟体）の違いに応じて、最適な目標締め付けトルクへの到達特性が異なる。

特許文献１の技術は、ボルトの塑性域締め付けの良否を判定できるが、被締め付け部材の剛性の違いに対応することができず、締め付け精度の向上の余地が残されている。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、締め付け精度の向上に寄与する締め付け工具の制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係る制御方法は、パルス状にトルクを締め付け部材に印加する締め付け工具の制御方法であって、目標トルクと着座から締め付けを完了させたい目標パルス数（目標締め付けパルス）、若しくは着座から完了させたい時間（目標締め付け時間）を設定し、着座から、完了する間のトルクの勾配（対パルス数、若しくは時間）を直線、若しくは、任意の曲線で予め設定できる機能を有し、一パルスづつパルスの強さを調整する機能を有した締め付け工具で、
締め付け中の直近のパルスの締め付けトルクと着座から現在までのパルス数（締め付けパルス）、若しくは着座から現在までの時間（締め付け時間）から、予め設定されたトルクの勾配と比較しパルス強さを調整することを特徴とする。

上述の制御方法において、前記締め付け部材が締め付けられる被締め付け部材の剛性が異なり、前記目標締め付けトルクが同一の場合、前記目標締め付けトルクまで到達する時間が略等しくなるように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定することが好ましい。

本発明の一形態に係る制御プログラムは、パルス状にトルクを締め付け部材に印加する締め付け工具の制御プラグラムであって、コンピュータに、目標締め付けトルクと、隣接するパルスのパルス間隔と、一パルスでのトルクの上昇値と、を設定する処理と、前記締め付け部材の着座後におけるＮ番目（Ｎは１以上の自然数）のパルスでの最終締め付けトルクを検出する処理と、Ｎ番目のパルスでの最終締め付けトルクに基づいて、Ｎ＋１番目のパルスの締め付けトルクが前記上昇値の倍数値と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定する処理と、前記パルス間隔、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間、及びＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値に基づいて、前記締め付け工具を制御し、Ｎ＋Ｍ（Ｍは１以上の自然数）番目のパルスでの最終締め付けトルクを前記目標締め付けトルクに到達させる処理と、を実行させる。

本発明の一形態に係る制御装置は、パルス状にトルクを締め付け部材に印加する締め付け工具の制御装置であって、Ｎ番目のパルスでの最終締め付けトルクに基づいて、Ｎ＋１番目のパルスの最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値の倍数値と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定し、目標締め付けトルクに予め設定されたパルス間隔で到達させる。

以上、説明したように、締め付け精度の向上に寄与できる締め付け工具の制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供することができる。

一般的な締め付けシステムを示す図である。一般的な締め付け部材が被締め付け部材に着座した後に締め付け部材に印加するトルクと時間との関係を概略的に示す図である。実施の形態に係る制御装置における駆動モータの制御フローを示す図である。締め付け部材が被締め付け部材に着座した後に締め付け部材に印加するトルクと駆動モータの回転角との関係を概略的に示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本実施の形態の制御装置、制御方法及び制御プログラムを説明する。先ず、一般的な締め付けシステムの基本構成を説明する。ここで、図１は、一般的な締め付けシステムを示す図である。

図１に示すように、締め付けシステム１は、締め付け工具２及び制御装置３を備えている。締め付け工具２は、エンコーダ４、駆動モータ５、減速機６及びトルクセンサ７を備えている。

エンコーダ４は、駆動モータ５の回転角を検出し、検出信号を制御装置３に出力する。駆動モータ５は、制御装置３から入力される制御信号に基づいて動作する。駆動モータ５の回転駆動力は、減速機６に出力される。

減速機６は、駆動モータ５から入力される回転駆動力を増幅し、出力軸から出力する。減速機６の出力軸には、締め付け部材８を締め付けるためのソケット９が嵌め込まれている。トルクセンサ７は、ソケット９から締め付け部材８に印加されるトルクを検出し、検出信号を制御装置３に出力する。

制御装置３は、エンコーダ４及びトルクセンサ７から入力される検出信号に基づいて、駆動モータ５を制御する。ここで、図２は、一般的な締め付け部材８が被締め付け部材１０に着座した後に締め付け部材８に印加するトルクと時間との関係を概略的に示す図である。図２に示すように、制御装置３は、パルス状に締め付け部材８にトルクを印加し、締め付けトルクを目標締め付けトルクに到達させる。

ちなみに、以下の説明において、「パルス負荷時間」とは、パルスの立ち上がりから立下りまでの時間、即ち一パルスで締め付け部材８を締め付ける時間である。「トルク強さ」とは、一パルスで締め付け部材８に印加されるトルクの積分値から、パルス負荷時間と前パルスで締め付け部材８に印加された最終締め付けトルクとの積を、差し引いた値である。「トルク間隔」とは、隣接するパルス間の時間である。

一般的に、締め付け工具からの反力を低減するために、パルス負荷時間、トルク強さ及びトルク間隔の三要素を経験則に基づいて設定し、当該設定に基づいて制御装置が駆動モータを制御する構成とされている。しかし、このような締め付け制御は、被締め付け部材の剛性の違いに応じて設定を変更する必要がある。そこで、本実施の形態の制御装置３は、以下のように駆動モータ５を制御する。

次に、制御装置３における駆動モータ５の制御について説明する。ここで、図３は、制御装置３における駆動モータ５の制御フローを示す図である。図４は、締め付け部材８が被締め付け部材１０に着座した後に締め付け部材８に印加するトルクと駆動モータ５の回転角との関係を概略的に示す図である。ここで、駆動モータ５の回転角は時間と対応し、図４で示す締め付け部材８に印加するトルクと駆動モータ５の回転角との関係は、締め付け部材８に印加するトルクと時間との関係と実質的に等しい。

先ず、制御装置３には、予め初期設定パルス、目標締め付けトルク、一パルスでのトルクの上昇値及びパルス間隔を設定する（Ｓ１）。ここで、初期設定パルスとしては、理想のトルクカーブを描くように、所定の被締め付け部材の剛性を想定して、当該パルス間隔を含む上述の三要素を設定する。

次に、制御装置３は、一般的な締め付け制御と同様に、締め付け部材８が被締め付け部材１０に着座するまで駆動モータ５を高速回転させるべく、当該駆動モータ５を制御する（Ｓ２）。そして、制御装置３は、トルクセンサ７からの検出信号に基づいて、締め付け部材８が被締め付け部材１０に着座したことを検出すると、予め設定した初期設定パルスに基づいて駆動モータ５を制御する（Ｓ３）。

次に、制御装置３は、トルクセンサ７からの検出信号に基づいて、Ｎ番目（Ｎは１以上の自然数）のパルスにおいて締め付け部材８に印加された最終締め付けトルクを導出し、当該最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値の倍数値と一致するか否かを判定する（Ｓ４）。

ここで、倍数値は、１番目のパルスの場合は１であり、２番目のパルスの場合は２である。つまり、Ｎ番目のパルスの場合はＮである。

そのため、制御装置３は、当該最終締め付けトルクがＮ番目のパルスにおいて到達するべきトルクに到達しているか否かを判定することになる。ここで、Ｎ番目のパルスにおいて到達するべきトルクは、上述した理想のトルクカーブにおいてＮ番目のパルスの立下り時間に対応する時間でのトルクである。

次に、制御装置３は、当該最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値をＮ倍した値と一致すると（Ｓ４のＹＥＳ）、初期設定パルスに変更を加えることなく、Ｎ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間を設定する（Ｓ５）。

一方、制御装置３は、当該最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値をＮ倍した値より小さいと（Ｓ４のＬＯＷ）、Ｎ＋１番目のパルスにおける最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値をＮ＋１倍した値と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間を設定する（Ｓ６）。

つまり、制御装置３は、Ｎ＋１番目のパルスにおける最終締め付けトルクがＮ＋１番目のパルスにおいて到達するべきトルクに到達するように、Ｎ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間のいずれかを少なくともＮ番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間に比べて増加させる。

例えば、図４では、４番目のパルスの最終締め付けトルクが４番目のパルスにおいて到達するべきトルクより小さいので、５番目のパルスの最終締め付けトルクが５番目のパルスにおいて到達するべきトルクと一致するように、５番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間のいずれかを少なくとも増加させる。ちなみに、図４の細かな破線で示したトルクが各パルスで到達するべきトルクである。

このとき、パルス強さ及びパルス負荷時間は、締め付け工具２の駆動モータ５の出力等を考慮して適宜設定され、例えば所定のパルス強さになるように駆動モータ５の出力を増加させ、駆動モータ５の出力が略限界に達すると、パルス負荷時間を長くする。このとき、制御装置３は、検出した最終締め付けトルクから単位時間当たりのトルクの上昇値を算出し、当該単位時間当たりのトルクの上昇値を考慮する。

一方、制御装置３は、当該最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値をＮ倍した値より大きいと（Ｓ４のＨＩＧＨ）、Ｎ＋１番目のパルスにおける最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値をＮ＋１倍した値と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間を設定する（Ｓ７）。

つまり、制御装置３は、Ｎ＋１番目のパルスにおける最終締め付けトルクがＮ＋１番目のパルスにおいて到達するべきトルクに到達するように、Ｎ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間のいずれかを少なくともＮ番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間に比べて減少させる。

例えば、図４では、６番目のパルスの最終締め付けトルクが６番目のパルスにおいて到達するべきトルクより大きいので、７番目のパルスの最終締め付けトルクが７番目のパルスにおいて到達するべきトルクと一致するように、７番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間のいずれかを少なくとも減少させる。

なお、Ｎ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間のいずれかを少なくとも減少させる要領は、上述のＮ＋１番目のパルスのパルス強さ及びパルス負荷時間のいずれかを少なくとも増加させるときの要領と略同様であるので説明を省略する。

次に、制御装置３は、設定したＮ＋１番目のパルスのパルス強さ、パルス負荷時間並びに予め設定されたパルス間隔、及びエンコーダ４並びにトルクセンサ７からの検出信号に基づいて、Ｎ＋１番目のパルスのトルクを締め付け部材８に印加する（Ｓ８）。

そして、制御装置３は、締め付けトルクが目標締め付けトルクに到達したか否かを判定する（Ｓ９）。制御装置３は、締め付けトルクが目標締め付けトルクに到達していないと（Ｓ９のＮＯ）、Ｓ４の工程に戻る。一方、制御装置３は、締め付けトルクが目標締め付けトルクに到達していると（Ｓ９のＹＥＳ）、駆動モータ５の制御を終了する。

このように各パルスでのトルクの上昇値をフィードバック制御する。そのため、被締め付け部材１０の剛性に応じて変化する各パルスでのトルクの上昇値を考慮して、最適なトルクカーブを実現するように、次パルスのトルク強さ及びトルク負荷時間を設定することができ、被締め付け部材１０の剛性の違いを問わず、締め付け精度の向上に寄与でき、しかも締め付け作業が容易である。

また、締め付け部材８の締め付け精度や締め付け時の反力に大きな影響を及ぼすトルク強さやパルス負荷時間を設定するので、締め付け部材８の締め付け精度の向上や締め付け時の反力の低減に寄与できる。

ここで、被締め付け部材１０の剛性が異なり、目標締め付けトルクが同一の場合、制御装置３は、目標締め付けトルクまで到達する時間が略等しくなるように、パルス負荷時間及びトルク強さを設定する。これにより、作業者は、被締め付け部材１０の剛性の違いに関係なく、締め付け工具２によって締め付け部材８を略等しい時間で被締め付け部材１０に締め付けることができ、作業性を向上させることができる。しかも、締め付け部材８の締め付け不良を判別し易くなる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１締め付けシステム
２締め付け工具
３制御装置
４エンコーダ
５駆動モータ
６減速機
７トルクセンサ
８締め付け部材
９ソケット
１０被締め付け部材

Claims

パルス状にトルクを締め付け部材に印加する締め付け工具の制御方法であって、
目標締め付けトルクと、隣接するパルスのパルス間隔と、一パルスでのトルクの上昇値と、を設定する工程と、
前記締め付け部材の着座後におけるＮ番目（Ｎは１以上の自然数）のパルスでの最終締め付けトルクを検出する工程と、
Ｎ番目のパルスでの最終締め付けトルクに基づいて、Ｎ＋１番目のパルスの最終締め付けトルクが前記上昇値のＮ＋１倍と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの時間に対する積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定する工程と、
前記パルス間隔、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間、及びＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの時間に対する積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値に基づいて、前記締め付け工具を制御し、Ｎ＋Ｍ（Ｍは１以上の自然数）番目のパルスでの最終締め付けトルクを前記目標締め付けトルクに到達させる工程と、
を備える制御方法。
前記締め付け部材が締め付けられる被締め付け部材の剛性が異なり、前記目標締め付けトルクが同一の場合、前記目標締め付けトルクまで到達する時間が略等しくなるように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの時間に対する積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定する請求項１に記載の制御方法。
パルス状にトルクを締め付け部材に印加する締め付け工具の制御プログラムであって、
コンピュータに、
目標締め付けトルクと、隣接するパルスのパルス間隔と、一パルスでのトルクの上昇値と、を設定する処理と、
前記締め付け部材の着座後におけるＮ番目（Ｎは１以上の自然数）のパルスでの最終締め付けトルクを検出する処理と、
Ｎ番目のパルスでの最終締め付けトルクに基づいて、Ｎ＋１番目のパルスの最終締め付けトルクが前記上昇値のＮ＋１倍と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの時間に対する積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定する処理と、
前記パルス間隔、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間、及びＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの時間に対する積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値に基づいて、前記締め付け工具を制御し、Ｎ＋Ｍ（Ｍは１以上の自然数）番目のパルスでの最終締め付けトルクを前記目標締め付けトルクに到達させる処理と、
を実行させる制御プログラム。
パルス状にトルクを締め付け部材に印加する締め付け工具の制御装置であって、
Ｎ番目のパルスでの最終締め付けトルクに基づいて、Ｎ＋１番目のパルスの最終締め付けトルクが予め設定された一パルスでのトルクの上昇値のＮ＋１倍と一致するように、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間と、Ｎ＋１番目のパルスで前記締め付け部材に印加するトルクの時間に対する積分値からＮ番目のパルスでの最終締め付けトルクとＮ＋１番目のパルスで前記締め付け部材を締め付ける時間との積を差し引いた値と、を設定し、目標締め付けトルクに予め設定された隣接するパルスのパルス間隔で到達させる制御装置。