JPH03149142A - 螺着状態判定装置 - Google Patents

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１ 本発明は、雄ねじと雌ねじとを締め付け合わせて２つの
機械要素を螺着する螺着装置によってその螺着作業が実
行されたとき、当該螺着作業１二より所定の螺着状態が
得られたか否かを判定する螺着状態判定装置に関する。

［従来の技術１ 螺着装置の普及に伴って、螺着状況を自動的に判断する
螺着状態判定装置が広く用いられている。

従来の螺着状態判定装置仕螺着状態の判別方法により次
の３種に大別される。

第一は、螺着装置の出力トルクが所定値に達したか否か
を判断するものであり、雄ねじあるいは雌ねじを締め付
け合わせる力が所定の締め付け完了トルクに達したなら
（ｉ所望の螺着状態が得られたと判定している。

第二は、雄ねじあるいは雌ねじを締め付け合わせた後に
基準面とねじ頭部との距離を測定し、その距離が所定値
であるときに所望の螺着状態であると判定している。

第三（上雄ねじと雌ねじの螺着部分の密着力を検出する
ものであり、例えば超音波等を利用して密着力が所定値
以上であると検出されたときに所望の螺着状態が得られ
たと判定する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の各種螺着状態判定装置には次の課題が未解決であ
り、未だに高精度の螺着状況の判断が不可能であった。

螺着装置の出力トルクが所定値に達するか否かにより螺
着状態を判定する螺着状態判定装置は、螺着装置の出力
トルクが高くなるねじ締めの不良、例えばねじ山の傷や
ぼり等のねじ１体の不良、雄ねじと雌ねじとが斜めに噛
み合う、いわゆる斜め締め付け等を判別することができ
ない。

また、基準面とねじ頭部との距離を測定して螺着状態の
良否を判定する螺着状態判定装置は、測定の際に基準と
する基準面のばらつきあるいはねじ頭部の公差等の誤差
要因が大きく、例えば０゜１　［ｒ＋ｗｎ］以下のねじ
の浮きを確認することは不可能であり、高精度に螺着状
態を判定することができない。

超音波等により密着力を測定する螺着状態判定装置には
上記した問題はないが、超音波発生装置及び超音波受信
装置等の大型の測定装置が必要であり、しかも、測定対
象である雄ねじや雌ねじが小さい場合にはその測定自体
が困難となるなど適用範囲が限定されている。

本発明く上従来の螺着状態判定装置に未だ未解決であっ
た上記課題を解決するためになされたもので、あらゆる
雄ねじと雌ねじとの螺着状態の良否を簡易、かつ、高精
度に判定することができる螺着状態判定装置を提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段１ 上記課題を解決するために本発明の構成した手段は、第
１図の基本構成図に示すごとく、雄ねじと雌ねじとを締
め付け合わせて２つの機械要素を螺着する螺着装置によ
ってその螺着作業が実行されたとき、当該螺着作業によ
り所定の螺着状態が得られたか否かを判定する螺着状態
判定装置において、 前記螺着装置が前記雄ねじと雌ねじとの締め付けに対し
て出力するトルク値を検出するトルク値検出手段Ｃ１と
、 該トルク値検出手段Ｃ１の検出結果より、・前記螺着作
業の開始時から所定の締め付け完了トルク値に達するま
でのトルク上昇の履歴を記憶するトルク上昇履歴記憶手
段Ｃ２と、 前記螺着装置により前記所定の螺着状態が得られる規範
状態における前記トルク上昇の規範推移状態を予め記憶
するトルク上昇規範記憶手段Ｃ３と、 該トルク上昇規範記憶手段Ｃ３の記憶内容と前記トルク
上昇履歴記憶手段Ｃ２の記憶内容とを比較し、前記螺着
装置により実行された螺着状態の良否の判断を実行する
良否判定手段Ｃ４と、を備えることを特徴とする螺着状
態判定装置をその要旨としている。

［作用］ 本発明の螺着状態判定装置によれ（戴螺着作業の開始時
から所定の締め付け完了トルク値に達するまで、螺着装
置の出力トルクがトルク値検出手段Ｃ１及びトルク上昇
履歴記憶手段Ｃ２によって監視される。

一方、螺着装置により所定の螺着状態が得られる規範状
態における螺着装置出力トルクの推移状態、すなわち理
想的な螺着作業において螺着装置が出力すべきトルクの
推移状態は、予めトルク上昇規範記憶手段Ｃ３に記憶さ
れている。

そして、良否判定手段Ｃ４により、トルク上昇規範記憶
手段Ｃ３の記憶内容とトルク上昇履歴記憶手段Ｃ２の記
憶内容とを比較し、目的である螺着装置により実行され
た螺着状態の良否の判断を実行する。

以下、本発明の螺着状態判定装置をより具体的に説明す
るため、実施例を挙げて詳述する。

［実施例］ 第２図ＬＬ実施例である螺着状態判定装置の構成ブロッ
ク図である。

図示するごと〈実施例の螺着状態判定装置く山ねじ締め
ドライバの締め付け軸トルクを検出する４つのトルクト
ランスデユーサ１０ミル１０ｄを有し、４つのねじ締め
状態を同時に判定可能に構成されている。

なお、本実施例では説明の簡単のため４つのトルクトラ
ンスデユーサ１０ミル１０ｄを使用する構成を説明して
いるが、後述するＡ／Ｄ変換器１６の入力チャンネル切
替数（例え（ｆ、３２個）まで並列に構成することが可
能である。

これらのトルクトランスデユーサ１０ミル１０ｄにより
ねじ締め付けトルク値はアナログの電圧値に変換さね更
に次段の波形成形回路１２ａ〜１２ｄにおいて高周波成
分の除去及び波形増幅が行われる。そして、各波形成形
回路１２ａ〜１２ｄの出力は、アナログマルチプレクサ
１４類介することで順次切り替えられてＡ／Ｄ変換器１
６へ入力さ札　ここで一定時間毎にＡ／Ｄ変換されて処
理回路１８へ伝送される。

ここで、処理回路１８とは、マイクロコンピュータを中
心として構成される論理回路であり、論理演算を実行す
るＣＰＵ１８ａ、後述する制御プログラム等を不揮発的
に記憶するＲＯＭ１８ｂ、情報の一時的な記憶を実行す
るＲＡＭ１８ｃ及び外部の機器との情報の授受を実行す
る入出力ポート（以下、Ｉｌｏポートという）］８ｄか
ら構成される装置 また、実施例の螺着状態判定装置１ヨ４つのねじ締め付
け状態の良否判定結果を作業者に視覚的に報知するため
、出力装置２０を備えている。

以上のごとく構成される螺着状態判定装置において、処
理回路］８のＲＯＭ１８ｂには第３図にフローチャート
で示すような制御プログラムが予め記憶されており、こ
のプログラムにしたがってＣＰＵ１８ａは以下のごとく
処理を実行する。

螺着状態判定装置が起動されると、ＣＰＵ１８ａは制御
プログラムをＲＯＭ１８ｂから順次読み出して処理を開
始し、はじめにねじ締めトルクデータの蓄積（ステップ
１００）を行う。これ（上Ａ／Ｄ変換器１６から順次伝
送されてくる各波形成形回路１２ａ　〜１２ｄの出力を
ＲＡＭ１８ｃの４つの記憶領域にサイクリックに記憶す
る処理である。これにより、ＲＡＭ１８ｃの４つの記憶
領域それぞれには、各トルクトランスデューサ１０８〜
１０ｄにより検出されたトルク情報が、時間経過にした
がった順序で蓄積される。

トルクトランスデユーサ１０ミル１０ｄからの検出出力
がねじ締めドライバの最高出力トルクＴｍａｘに達して
トルクデータ蓄積（ステップ１００）が完了すると、次
にＲＡＭ１８ｃの４つの記憶領域のデータに基づいて螺
着状態の良否判定処理を実行する。

なお、この判定処理（よ　４つの記憶領域のデータそれ
ぞれについて同様に実行されるものであり、ＣＰＵ１　
８ａは時分割的に各記憶領域を並行しであるいは予め定
めた順序にしたがい各記憶領域を独立的に判定処理の対
象とする。従って、以下では説明の重複を避けるために
、任意の一の記憶領域に蓄積されたデータの判定処理に
ついて説明する。

良否判定処理では、まずＲＡＭ１８ｃの記憶領域に時間
経過にしたがって蓄積されたねじ締めトルクデータを順
次読み出しては（ステップ１１０）、そのトルクデータ
に示されたトルクＴが予め定められたトルクアップレベ
ルＴｕｐ以上であるか否かを逐次判断する（ステップ］
２０）。

ここで、トルクアップレベルＴｕｐと（よ検出対象とし
ているねじ締め作業が完了したと推定されるほどの高い
値のトルク値である。例えば、ＲＡＭ１８ｃの記憶領域
に蓄積されたねじ締めトルクデータの一例を図示するな
ら（ｉ　第４図（Ａ）の出力トルク特性図に示すごとき
ものとなる。図示するように、ねじ締め作業が時刻ｔ１
にて開始されると、ねじ込みに必要な低レベルのトルク
状態がねじピッチ及びねじ込み深さに応じて期間だけ継
続する。そして、雄ね七と雌ねじとが着座した時刻ｔ２
から必要なねじ締め状態が得られるまでねじ締めトルク
は略直線的に急上昇し、ねじ締めドライバの最高出力ト
ルクＴｍａｘに達して一定時間の経過に伴って１回のね
じ締め作業を完了する。

トルクアップレベル１よ　この最高出力トルクＴｍａＸ
より僅かに小さな値に設定されるもので、充分なねじ締
めが完了する値である。

順次読み出したねじ締めトルクデータ値がトルクアップ
レベルＴｕｐ以上となったとき、そのトルクアップレベ
ル到達時点である時刻ｔ３を起点として後述する時間Ａ
を逆算し、雄ねじと雌ねじとが着座してトルクの急激な
上昇が開始される時刻ｔ２を求め、この時刻ｔ２から時
刻ｔ３に至る間の出力トルク特性図の面積Ａを算出する
（ステップ１３０）。

ここで時間Ａと（上雄ねじと雌ねじとが着座してからね
じ締めトルクがトルクアップレベルＴｕｐに達するまで
の時間であり、ねじ締めドライバの回転速度及びねじピ
ッチ等により理論的にあるいは実験により簡単に決定可
能な値であり、その値は予めＲＯＭ１８ｂ内に記憶され
ている。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３に至る出力トルク
特性図の面積（上　この時間Ａ内に得られた総てのねじ
締めトルクデータを加算する疑似的な積分演算により容
易に得られる。

面積Ａの算出が終了すると、更に時刻ｔ２を起点として
後述する時間Ｂを逆算してねじ締め作業の開始された時
刻ｔ１を特定し、その時刻ｔ１から雄ねじと雌ねじとが
着座する時刻ｔ２まで、いわゆるねじ込み時間Ｂ中の出
力トルク特性図の面積Ｂを算出する（ステップ１４０）
。

時間Ｂと（上雄ねじと雌ねじとのねじ込みを開始してか
ら着座するまでの時間であり、ねじ締めドライバの回転
速度、ねじピッチ及びねじ込み深さ等から理論的にある
いは実験に簡単に決定可能な値であり、その値は予めＲ
ＯＭ１８ｂ内に記憶されている。また、時刻ｔ１から時
刻ｔ２に至る出力トルク特性図の面積［１この時間Ｂ内
に得られた総てのねじ締めトルクデータを加算する疑似
的な積分演算により容易に得られる。

こうして面積Ａ及び面積Ｂの算出が完了すると、その算
出結果が予めＲＯＭ１８ｂに記憶されているこれらの規
格値Ａｓｔ、　　Ｂｓｔより小さな値であるか否かの判
断処理を行い（ステップ１５０．ステップ１６０）、両
算出値が規格値Ａｓｔ、　　Ｂｓｔ以下であるときには
、予定通りの作業が完了して所望のねじ締め状態が得ら
れた旨を報知する出力信号を出力装置２０に対して出力
しく不テップ１７０）、ＲＡＭ１８ｃの−の記憶領域に
記憶されたデータ処理を完了する。

一方、ステップ１５０またはステップ１６０の判断処理
により、算出された面積Ａまたは面積Ｂの値がＲＯＭ１
８ｂに記憶されている規格値Ａｓｔ。

Ｂｓｔよりも大きな値であると判定されたときに（上Ｃ
ＰＵ１８ａは出力装置２０に対してねじ締めに何等から
不良が発生した旨を報知する出力信号を出力しくステッ
プ１８０）、制御プログラムを終了する。

すなわち、以下に記述するごとく、面積Ａ及び面積Ｂと
その規格値Ａｓｔ、　　Ｂｓｔとを単純な大小比較演算
することで、ねじ締めの良否判定を正確に下すことがで
きる。

ねじ締め作業が良好に実行されたとき、その出力トルク
特性図は第４図（Ａ）に図示する特性となる。時刻ｔ１
であるねじ込み開始時点から時刻ｔ２である雄ねじと雌
ねじとが着座するまでの時間Ｂに（上ねじ込みに必要な
低レベルのトルク状態が安定した状態で継続する。そし
て、時刻ｔ２の着座時点から時刻ｔ３のねじ締めトルク
がトルクアップレベルＴｕｐに達するまでの時間Ａ１ヨ
　　きわめて短く、かつ急激なトルクの上昇特性を示す
。

従って、良好なねじ締めが行われたときの面積Ａ、面積
Ｂは小さな値となり、規格値Ａｓｔ、　　Ｂｓｔはこれ
に測定誤差や製品のばらつきを考慮した値に予め決定さ
れる。

一方、ねじ締め作業工程で発生する不良として１よ雄ね
じと雌ねじとが斜めに噛み合う、いわゆる斜め締め付け
がある。また、ねじ山の傷やぼり等のねじ自体の不良に
より発生する不良としてねじ込み作業に支障を来す、い
わゆるかみ込み、かじりといわれるものがある。このよ
うなねじ締め作業の不良が発生するときの出力トルク特
性図Ｃ上第４図（Ｂ）、　　（Ｃ）に示す特性となる。

第４図（Ｂ）は斜め締め付けの出力トルク特性図である
が、このような不良の場合には時刻ｔ１からスムースな
ねじ込み動作が不能であることから、比較的大きなトル
ク状態が継続し、かつ、ねじ込みが進むにつれて出力ト
ルクは更に大きくなる。従って、面積Ａ、面積日共にき
わめて大きな値となり、前述のごとく決定される規格値
Ａ　ｓｔ。

Ｂｓｔを大きく上回る。

また、第４図（Ｃ）はかみ込みが発生したときの出力ト
ルク特性図であるが、この場合にはかみ込みの発生する
時間Ｂの期間中に当該かみ込みに抗するための大きな出
力トルクの発生が観測さ札面積Ｂが正常時に比較して大
きくなる。

以上のように、何等かの異常が発生した場合に（Ｌ、面
積Ａ、面積Ｂの何れかあるいはその両者が正常時に比較
して明らかに大きくなり、それらの測定値と規格値Ａｓ
ｔ、　　Ｂｓｔとの大小比較という簡単な処理により、
正確１ミ　かつ、確実にねじ締め作業の良否を判定する
ことができる。

しかも、本実施例の螺着状態判定装置く上出力トルク特
性図から判断するトルクの履歴を、簡単な面積Ａ、面積
Ｂの加算計算に置き換えて良否判定を行っているため、
第３図に示すごとく簡易な制御プログラムにより目的を
達成することが可能となり、処理回路１８を小型、経済
的に構成することができる。

また、トルクの履歴を、面積Ａ、面積Ｂとして２つの特
徴ある作業毎に確認することにより、単にねじ締め作業
の不良を検出するのみでなく、その不良が斜め締め付け
によるものであるか、かみ込みによるものであるかを判
断することも可能であり、不良の発生状況さえも分類す
ることができる。

なお、本発明の螺着状態判定装置の構成は上記実施例に
何ら限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない各種
の態様により具現化されるものである。例えば、上記実
施例では、トルク上昇規範記憶手段Ｃ３の作用を規格値
Ａｓｔ、　　Ｂｓｔを記憶するＲＯＭの一部により具現
化し、記憶情報量を削減した部族　かつ、安価に構成し
た例を示したしかし、より高精度に螺着状態判定を実行
するため１ミ規範状態における螺着装置出力トルクの変
化をより具体的に数値化した情報としてＲＯＭ内に記憶
し、その記憶内容と現実のトルク検出データとを比較す
る構成としてもよく、Ｘ。

［発明の効果］ 本発明の螺着状態判定装置によれ（′Ｌ螺着作業の開始
時から所定の締め付け完了トルク値に達するまでの螺着
装置の出力トルクを監視し、その監視結果と予め記憶さ
れている規範状態における出力トルクの推移状態とを比
較することにより、螺着状態の良否を判定する。

従って、ねじの大きさ等に拘らず、かつ、超音波発生装
置等の大型の機器を必要とせずに、あらゆる雄ねじと雌
ねじとの螺着状態の良否を簡易、かつ、高精度に判定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例である
螺着状態判定装置の構成ブロック図、第３図は同実施例
の処理回路にて実行される制御プログラムのフローチャ
ート、第４図（Ａ）、　　（Ｂ）、（Ｃ）は出力トルク
特性図の説明図、を示している。 １０ａ〜１０ｄ−）ルクトランスデューサ１２ａ　〜１
２ｄ−波形成形回路 １４・−・アナログマルチプレクサ １口−Ａ／Ｄ変換器　　　１８−処理回路１８　ａ＝−
ＣＰＵ　　　　　　１８　ｂ−−−ＲＯＭ１８ｃｍ−−
ＲＡＭ　　　　　　１８ｄ−−一人出力ポート２〇−出
力装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　雄ねじと雌ねじとを締め付け合わせて２つの機械要
   素を螺着する螺着装置によってその螺着作業が実行され
   たとき、当該螺着作業により所定の螺着状態が得られた
   か否かを判定する螺着状態判定装置において、 前記螺着装置が前記雄ねじと雌ねじとの締め付けに対し
   て出力するトルク値を検出するトルク値検出手段と、 該トルク値検出手段の検出結果より、前記螺着作業の開
   始時から所定の締め付け完了トルク値に達するまでのト
   ルク上昇の履歴を記憶するトルク上昇履歴記憶手段と、 前記螺着装置により前記所定の螺着状態が得られる規範
   状態における前記トルク上昇の規範推移状態を予め記憶
   するトルク上昇規範記憶手段と、該トルク上昇規範記憶
   手段の記憶内容と前記トルク上昇履歴記憶手段の記憶内
   容とを比較し、前記螺着装置により実行された螺着状態
   の良否の判断を実行する良否判定手段と、 を備えることを特徴とする螺着状態判定装置