JPH0288126A - ナットランナの締付良否判定方法 - Google Patents

ナットランナの締付良否判定方法

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JPH0288126A
JPH0288126A JP23915088A JP23915088A JPH0288126A JP H0288126 A JPH0288126 A JP H0288126A JP 23915088 A JP23915088 A JP 23915088A JP 23915088 A JP23915088 A JP 23915088A JP H0288126 A JPH0288126 A JP H0288126A
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nut runner
tightening
torque
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nut
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竹嶋 彰
Akihiko Takahashi
昭彦 高橋
Shigeo Kobayashi
茂男 小林
Toshiya Watanabe
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  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はナツトランナの締付良否判定方法に関し、−層
詳細には、ナツトランナの出力軸のトルク、モータに流
れる電流およびモータの回転数の経時的変化を測定して
正常時のものと比較判定することにより、ボルト、ナツ
ト等のねじ部品の締付良否の判定のみならず、ナツトラ
ンナ自体の故障やナツトランナへの指示ミスに起因する
締付不良等を判定可能としたナツトランナの締付良否判
定方法に関する。
[発明の背景コ 近来、作業能率の向上や省力化の要求から自動車等の組
立の自動化が進んでおり、例えば、ボルト、ナツト等の
ねじ部品の締付工程の自動化もナツトランナを用いたシ
ステムにより可能になっている。そして、このようなシ
ステムでは各ナツトランナによる締付状態、ナツトラン
ナの動作状態等を把握し、トラブル発生の防止、あるい
はトラブル発生時における修復作業の迅速化が図れるこ
とが望ましい。
例えば、特開昭第55−18349号に開示されたシス
テムでは、ナツトランナによる締付工程の開始カラ締付
トルクが所定のトルりに達してから適正な締付トルクが
得られるまでの時間を計測することで締付状態の適否を
判定するように構tL”’Cいる。然しなから、この場
合、締付状態の適否の判定はナツトランナ自体およびそ
の付帯設備が正常に稼動していることを前提になされる
ものであり、ナツトランナ自(本およびその付帯設備の
故障に起因する締付不良の判定は出来ない。従って、締
付不良の判定がなされた際、原因を正確に突き止めるこ
とが出来ず、生産ラインにおいて多数のナツトランナを
稼動する際に大きな障害となっている。
[発明の目的] 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ナ7)ランナの出力軸のトルク、モータに流れ
る電流およびモータの回転数の経時的変化を測定して正
常時のものと比較判定することにより、ボルト、ナツト
等のねじ部品の締付良否の判定のみならずナツトランナ
自体の故障やナツトランナへの指示ミスに起因する締付
不良も判定可能とし、締付不良の発生を防止すると共に
、ワーク品質の向上を可能としたナツトランナの締付良
否判定方法を提供することを目的とする。
[目的を達成するための手段] 前記の目的を達成するために、本発明はナツトランナの
駆動源の回転数、駆動源に供給される電流値およびナツ
トランナの出力軸に生じるトルク値の中、少なくとも1
つを検出し、この検出したデータを経時的な変動パター
ンとして出力装置に出力し、この変動パターンとねじ部
品が正常に締め付けられた場合の変動パターンとを比較
することでナツトランナ等の状態の判定を行うことを特
徴とする。
[実施態様] 次に、本発明に係るナツトランナの締付良否判定方法に
ついてこれを実施するためのナツトランナコントロール
システムとの関係において好適な実施態様を挙げ、添付
の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
第1図は本実施態様に係るナツトランナの締付良否判定
方法を実施するためのナツトランナコントロールシステ
ム10の全体構成を示す。このナツトランナコントロー
ルシステム10は、基本的に、シーケンサ12とマスク
コントローラ14とデータ設定表示装置16(以下、U
CPという)と複数のサブコントローラ18と複数のナ
ツトランナ20とから構成される。この場合、マスクコ
ントローラ14には複数のサブコントローラ18が並列
に接続される。
シーケンサ12は各ナツトランナ20の動作指令信号、
例えば、スタート信号、リセット信号、手動締付信号、
手動緩め信号、インクロック信号を前記マスクコントロ
ーラ14へ出力すると共に、サブコントローラ18にナ
ツトランナ20を動作制御するための信号、例えば、回
転除外信号、回転保持信号等を出力する。
マスクコントローラ14には各ナツトランナ20を駆動
制御する複数のサブコントローラ18が並列に接続され
ると共に、締付手順プログラム、締付トルク値の設定、
変更、締付OK/NG、締付データのモニタ等に使用す
るUCP16が接続される。ここで、マスクコントロー
ラ14ハ、第2図に示すように、CP U14 aと、
UCP16およびマスクコントローラ14間でシリアル
データの授受を行うSI○14bと、各サブコントロー
ラ18およびマスクコントローラ14間でシリアルデー
タの授受を行う5IO14Cと、シーケンサ12および
マスクコントローラ14間でパラレルデータの授受を行
うPIO14dと、UCP16によって設定され各サブ
コントローラ18を介して各ナツトランナ20の動作制
御を行う制御プログラム、各ナツトランナ20のインク
ロック状態のデータ等を格納するメモ’J 14 eと
から基本的に構成される。なお、マスクコントローラ1
4より前記シーケンサ12にはPIO14dを介して各
ナツトランナ20のレディ信号、アラーム信号、OK倍
信号NG倍信号インクロック信号等が出力される。
サブコントローラ18はコントローラ18aとナツトラ
ンナ駆動用ドライバ18bとを含み、夫々ナツトランナ
20に接続されている。この場合、前記マスクコントロ
ーラ14にはサブコントローラ18よりナツトランナ2
0によるねじ部品の締付良否判定信号であるOK/NG
信号、インクロック信号等が出力される。また、サブコ
ントローラ18にはナツトランナ駆動用の電源22(以
下モータ電源とする)と、ナツトランナの回転速度を切
り換えるためのソレノイド用電源24(以下、ソレノイ
ド電源とする)が接続される。
なお、ナツトランナ20は駆動源であるDCブラシレス
サーボモータ20aと、ソレノイド部20bと、トルク
検出部20Cと、出力軸20dとから構成される。この
場合、DCブラシレスサーボモータ20aには回転数を
検出するためのパルスジェネレータPGが取着されてお
り、このパルスジェネレータPGからのパルス信号はサ
ブコントローラ18におけるナツトランナ駆動用ドライ
バ18bに取り込まれる。ソレノイド部20bは、図示
しない変速器を制御することで出力軸20dの回転速度
を複数段階に切り換えるソレノイド26を有する。また
、トルク検出部20cは出力軸20dの歪状態を歪ゲー
ジ28aにより検出し、その検出値をロークリトランス
28bを介してコントローラ18aに供給する。
ここで、サブコントローラ18を構成するコントローラ
18aはナツトランナ20の動作制御を行うCP 03
0と、ナツトランナ20の締付トルク、モータ回転数、
モータ電流等のモニタ用データを保持するメモリ32と
、マスクコントローラ14の5IO14Cとの間でデー
タの授受を行う5I034と、シーケンサ12との間で
データの授受を行うP I 036とを含む。CP U
30はD/A変換器38を介してナツトランナ駆動用ド
ライバ18bに駆動信号を出力すると共に、マルチプレ
クサ40により選択されA/D変換器42によってデジ
タル信号に変換されたモニタ用データを受信しメモリ3
2に格納する。この場合、マルチプレクサ40にはナツ
トランナ駆動用ドライバ18bよりモニタ用データであ
る締付トルク、モーフ回転数データおよびモータ電流の
各データが供給される。なお、締付トルクはトルク検出
部20cより検出回路を介して供給されるものであり、
この検出回路は前記トルク検出部20Cに対し増幅器a
1を介し搬送波電圧を供給する発振回路44と、トルク
検出部20Cからの歪信号を増幅器a2を介して受信し
トルク信号を取り出す同期検波回路46とからなる。ま
た、コントローラ18aはソレノイド部20bの切換を
行う切換器48を有し、この切換器48にはソレノイド
電源24が接続されると共にPIO36が接続される。
一方、ナツトランナ駆動用ドライバ18bはサーボアン
プ50を有し、このサーボアンプ50はコントローラ1
8aからの駆動信号に従ってDCブラシレスサーボモー
タ20aを駆動制御する。なお、前記サーボアンプ50
の出力は電流センサ54によって検出され、モータ電流
データとしてコントローラ18aのマルチプレクサ40
に供給される。また、ドライバ18bはF/V変換器5
6を有し、このF/V変換器56はパルスジェネレータ
PGにより検出されるDCブラシレスサーボモータ20
aの回転数データを電圧信号としてマルチプレクサ40
に供給する。
本実施態様に係るナツトランナの締付良否判定方法を実
施するためのナツトランナコントロールシステムは基本
的には以上のように構成されるものであり、次にその作
用並びに効果について第3図に示す手順に従って説明す
る。
先ず、UCP16を用いてナツトランナコントロールシ
ステム10のシステム構成を設定する(STPl)。例
えば、稼動すべきナツトランナ20の軸数等を設定する
。次に、稼動するナンドランチ20毎に駆動条件を設定
する(SrF2)。
この場合、例えば、締付トルク上限値として設定上限ト
ルク、ナツトランナ20のDCブラシレスサーボモータ
20aの連続回転上限時間、過電流限界値、指定回転数
に達するまでの加速時間等を設定する(第4図a参照)
次いで、稼動すべきナツトランナ20の締付に必要なデ
ータを人力する(SrF3)。例えば、最終締付トルク
であるファイナルトルク、最終締付トルクの許容下限値
であるファイナル下限トルク、中速終了トルクであるス
ナツグトルク等を設定する。また、DCブラシレスサー
ボモータ20aの連続回転限界時間、締付に要する最大
時間と最小時間、最終締付時の逆転ブレーキ回転速度、
最終締付時の逆転ブレーキ開始タイミング等を設定する
(第4図す参照)。
さらに、前記の如く種々のデータを設定した後、各ナツ
トランナ20を実際に稼動するための手順であるプログ
ラムを第4図Cに示すように設定する(SrF2)。例
えば、先ず、穴通し、ボルト取り等、締付前の空回し工
程およびその回転数と時間を設定する。次に、他のナツ
トランナ20や組付等の図示しないロボットとのタイミ
ング合わせの工程としてインクロックを設定する。そし
て、締付スタート時にナツト等をワーク側にスムーズに
噛み合わせるための低速回転工程であるソフトスタート
を設定する。次いで、前記ナツトランナ20のソレノイ
ド部20bを付勢し図示しないクラッチを高速ギヤに切
り換えて出力軸20dを高速回転させる工程およびその
回転数を設定する。さらに、前記ナツトランナ20のソ
レノイド部20bを減勢し図示しないクラッチを低速ギ
ヤに切り換えてスナツグトルク値に達するまで出力軸2
0dを中速回転させる工程およびその回転数を設定する
。次に、各ナツトランナ20によるナツト等の同時締付
のために、ナツトランナ20間のタイミング合わせの工
程としてインクロックを設定する。そして、締付の回転
数とトルクアップ時に逆転ブレーキをかける工程および
その時間を設定する。最後に、設定値に基づいて締付デ
ータを判定しUCP16の画面上に表示すると共にシー
ケンサ12へ出力する各工程を設定する。すなわち、最
終締付トルクの判定を行うか否か、また、締付時間の判
定を行うか否か、着座の判定を行うか否かを設定する。
そして、プログラムの終了を入力して設定が完了する。
以上のようにして、UCP16を用いて各ナツトランナ
20毎に設定されたデータおよびプログラムは5I01
4bを介してマスクコントローラ14のメモ1月4eに
格納されると共に、5IO14Cおよび34を介してサ
ブコントローラ18のメモリ32に格納される。次いで
、シーケンサ12からスタート信号が前記マスクコント
ローラ14に出力されると、このスタート信号は各サブ
コントローラに送られサブコントローラ18により前記
プログラムの実行が開始される。
そこで、各サブコントローラ18は前記スタート信号に
基づき、先ず、ナツト取りのための空回し工程を実行す
る。すなわち、サブコントローラ18を構成するC P
 U30はメモリ32に格納されたデータおよびプログ
ラムに基づきPIO36を介し切換器48に空回しのた
めの制御信号を出力する。この場合、切換器48はナツ
トランナ20のソレノイド26に対し切換信号を出力し
、これによってソレノイド26が図示しない変速器の切
換動作を行う。次いで、CP U30はD/A変換器3
8を介してナツトランナ駆動用ドライバ18bを構成す
るサーボアンプ50に駆動信号を出力し、サーボアンプ
50は前記駆動信号に基づき駆動電流をDCブラシレス
サーボモータ20aに供給する。この結果、出力軸20
dが所定の回転数で所定時間回転し、ナツト取り動作が
遂行される。
次に、前記す7)取り動作が完了すると各サブコントロ
ーラ18はマスクコントローラ14に対しインタロツタ
信号を出力すると共に、ナツトランナ20の動作を待機
状態にする。なお、前記インタロック信号はマスクコン
トローラ14を構成するメモリ14eに保持される。マ
スクコントローラ14は各サブコントローラ18よりイ
ンタロツタ信号を受信し、すべてのサブコントローラ1
8がインクロック状態となったことを確認した時点でシ
ーケンサ12に対しインクロック信号を出力する。
シーケンサ12は前記インクロック信号を受信し、各ナ
ツトランナ20が次の動作に移行出来る場合ニマスクコ
ントローラ14に対し前記インクロック信号に対するア
ンサ信号を出力する。マスクコントローラ14はシーケ
ンサ12よりインクロック信号に対するアンサ信号を受
信した時点においてインクロック状態で待機している全
てのサブコントローラ18に対しインクロック解除指令
を出力する。
マスクコントローラ14よりインクロック解除指令を受
信した各サブコントローラ18は、次にソフトスタート
命令を実行する。すなわち、サブコントローラ18のC
P U30は、前記の空回し工程の場合と略同様に、P
I036を介して制御信号を切換器48に出力し、これ
によってナツトランナ20のソレノイド26を介し減速
器をソフトスタート状態に切り換える。次いで、D/A
変換器38を介して指定された駆動信号をナツトランナ
駆動用ドライバ18bのサーボアンプ50に出力する。
サーボアンプ50はこの駆動信号に基づきDCCブラシ
レスサーボモーフ20a駆動する。
この結果、出力軸20dが所定時間および所定回転数で
回転し、所謂、ソフトスタート動作が遂行される。これ
によって、ナツトのワークに対する螺合作業が開始され
る。
ここで、サーボアンプ50からの出力信号は電流センサ
54によって検知され、モニタ用データであるモータ電
流としてマルチプレクサ40、A/D変換器42、CP
 U30を介してコントローラ18aのメモリ32に格
納される。また、DCブラシレスサーボモータ20aの
回転数はパルスジェネレータPCにより検出され、F/
V変換器56において周波数に変換され、前記モータ電
流データの場合と同様に、モータ回転数データとしてメ
モリ32に格納される。
一方、ナツトランナ20によるソフトスタートの工程が
完了するとCP U30は次にナツトランナ20に対し
高速でのナツト締付動作を実行する。
この場合、切換器48はソレノイド26を駆動し図示し
ない変速器を高速側に切り換える。そして、CP U3
0から出力される駆動信号に基づき出力軸20dが高速
で回転する。
ここで、前記DCブラシレスサーボモータ20aを高速
回転させる時にはナツトがワークに対し締付状態となる
ため、前記出力軸20dに締付時のトルクが発生する。
このトルクはトルク検出部20cを構成する歪ゲージ2
8aにより検出され、サブコントローラ18の検出回路
に取り込まれる。すなわち、前記検出回路は発振回路4
4より搬送波電圧を増幅器a1を介してロータIJ )
ランス28bに供給し、次いで、所定電圧を歪ゲージ2
8aに印加する。この場合、歪ゲージ28aは締付時の
トルクによる出力軸20dのねじれを検出し、ロークリ
トランス28bを介して増幅器a2に歪信号として供給
する。この歪信号は同期検波回路46に出力され、ここ
でトルク電圧として取り出される。このトルク電圧はモ
ニタ用データとしてマルチプレクサ40およびA/D変
換器42を介してサブコントローラ18のメモリ32に
導入されると共に、マスクコントローラ14およびUC
P16側に導入される。なお、これらのモニタ用データ
はUCP16を構成するCRT等に経時的変化として表
示することが出来、作業者はこの表示に基づきナツトラ
ンナ20の動作状態を知ることが出来る。第5図はマル
チモニタとして表示されたナツトランナ20のトルク電
圧、モータ電流およびモータ回転数の経時的変化の一例
を示したものである。
一方、前記トルク電圧はCP 030において予め設定
されたシステムパラメータであるクラッチ切換トルク(
第4図a参照)と比較される。
この場合、トルク電圧によって表される締付トルクが前
記クラッチ切換トルクに達した際、CP U30はP 
I 036を介して切換器48に制御信号を出力し、ソ
レノイド26を威勢して図示しない変速器の切換を行う
と共に、ナツトランナ駆動用ドライバ18bを介してD
Cブラシレスサーボモータ20Hの減速動作を行う。こ
の結果、ナツトランナ20の出力軸20dは中速回転に
移行する。
この場合、前記中速回転はトルク検出820 Cにおい
て検出された締付トルクが予め設定されたスナツグトル
クに達するまで継続される。
締付トルクがスナツグトルク値に到達すると、CP U
30はナツトランナ20に対し動作停止指令を出力する
と共にインクロック信号をマスクコントローラ14に出
力する。マスクコントローラ14は各サブコントローラ
18からのインクロック信号を受信しメモ1J14eに
セットする。そして、全てのサブコントローラ18より
インクロック信号を受信した際、各サブコントローラ1
8に対し当該インタロツタ状態の解除指令を出力し、ナ
ツトランナ20の動作を再スタートさせる。これにより
、各ナツトランナ20はワークに対しナツトの最終締付
作業を同時に開始する。
そこで、各サブコントローラ18のCP U30はイン
クロック状態の解除指令に基づきナツトランナ駆動用ド
ライバ18bを介してナツトランナ20を駆動し、出力
軸20dによりナツトのワークに対する最終締付作業を
行う。この場合、CPU30はトルク検出部20cによ
り検出された締付トルクに従って締付の良否の判定を行
う。すなわち、前記締付トルクが第4図すに示すように
設定されたファイナル上限トルクおよびファイナル下限
トルクとの間にあるか否か、最終締付時間が締付MAX
時間および締付MIN時間との間にあるか否か、ナツト
がワークに対して着座したことを検出するリミットスイ
ッチからの人力があるか否か等の判定を行う。
また、UCP16はナツトランナ20の動作中において
、通常、第6図aに示すOK/NGモニタ画面を表示し
ており、この画面に表示された各データは各サブコント
ローラ18からの締付完了信号あるいはエラーアラーム
等の信号が出力された際にリアルタイムでその内容が更
新変更される。従って、作業者は前記OK/N Gモニ
タ画面より各ナツトランナ20の動作状態、あるいはど
のナツトランナ20に異常が発生したか等を即座に確認
することが出来る。なお、作業者は、第6図すに示すよ
うに、UCP16に転送された各ナツトランナ20によ
るトルク検出器、回転数データ、電流データ等に基づき
ナツトランナ20の作動状態、判定結果、エラー内容等
を一覧表として纏めてプリントアウトすることも可能で
ある。
ここで、第7図にす7)ランナ20または締付工程の異
常状態を示すアラーム信号またはNG倍信号発せられた
際のDCCブラシレスサーボモーフ20a回転数の変動
パターン、DCCブラシレスサーボモーフ20a流れる
電流の変動パターン、および出力軸20dのトルク変動
パターンの具体例を示す。すなわち、これらの変動パタ
ーンの出力結果から以下のように異常個所を推定するこ
とが出来る。
第7図aの場合、回転数が上昇しない反面、電流が急激
に流れていることから、ナツトランナのメカニズム(ギ
ヤ、クラッチ等)の異常が推定される。
第7図すの場合は電流について変動が見られない反面、
回転数が上昇していることから、ねじ山が破損したか、
ねじが出力軸からはずれている等、ねじ部材に関連する
締付不良が推定される。
また、第7図Cの場合、電流および回転数に変動がある
ものの正常に締め付けが行われた時の変動パターンと異
なっていて、トルク変動が見られないことからトルク検
出器の異常が推定される。
さらに、第7図dの場合、トルク、電流共に勾配が急に
なっており、締付不良と判定されるが、回転数が所定の
回転数に達していればねじ部品のかみ込み、異物の混′
人等が推定されるが、所定の回転数に達していなければ
、回転数や締付速度の設定ミスが推定される。
[発明の効果] 以上のように、本発明方法によれば、ナツトランナの駆
動源の回転数、駆動源に流れる電流およびナツトランナ
の出力軸のトルクの中、少なくとも1つを検出してデー
タとして蓄積し、前記データを必要に応じて経時的変化
として出力するようにしている。この場合、ねじ部品が
正常に締め付けられた場合のナツトランナの駆動源の回
転数、駆動源に流れる電流およびナットランナの出力軸
に生じるトルク値と経時デー汐とを比較することでナツ
トランナ自体の故障やナツトランナへの指示ミスに起因
する締付不良が判定可能となるばかりでなく、不良原因
も推定可能となり、これによって不良品の発生を未然に
阻止し、生産効率を向上させることが出来る。
以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法が適用されるナツトランナコントロ
ールシステムの概略構成説明図、第2図は第1図に示す
システムの一層詳細な構成説明図、 第3図は本発明に係るナツトランナコントロールシステ
ムにおける駆動条件、動作プログラムの設定手順を示す
フローチャート、 第4図は第1図のデータ設定表示装置によるナツトラン
ナコントロールシステムの種々の駆動条件の設定例の説
明図、 第5図は第1図のデータ設定表示装置にモニタされる動
作状態のデータの説明図、 第6図は第1図のデータ設定表示装置に表示される各ナ
ツトランナの作動状態、判定結果等の説明図、 第7図は第1図のデータ設定表示装置にモニタされる種
々の異常状態を示す監視データの説明図である。 10・・・ナツトランナコントロールシステム12・・
・シーケンサ 14・・・マスクコントローラ 16・・・UCP      18・・・サブコントロ
ーラ20・・・ナットランナ [kgf−ml [A] [「9m1 [A1 [r、p、m ] [kgf−ml 6.7

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ナットランナの駆動源の回転数、駆動源に供給さ
    れる電流値およびナットランナの出力軸に生じるトルク
    値の中、少なくとも1つを検出し、この検出したデータ
    を経時的な変動パターンとして出力装置に出力し、この
    変動パターンとねじ部品が正常に締め付けられた場合の
    変動パターンとを比較することでナットランナ等の状態
    の判定を行うことを特徴とするナットランナの締付良否
    判定方法。
  2. (2)請求項1記載の方法において、ナットランナ等の
    状態はナットランナの駆動機構、トルク検出部の状態、
    ねじ部品の締付状態等であり、これらの状態の経時的変
    化を比較判定することを特徴とするナットランナの締付
    良否判定方法。
JP63239150A 1988-09-21 1988-09-22 ナットランナの締付良否判定方法 Expired - Fee Related JP2585750B2 (ja)

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