JPH07132425A

JPH07132425A - 多軸締め付け装置の締付異常検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH07132425A
Application number: JP27830993A
Authority: JP
Inventors: Koji Shirasaka; 光二白坂
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-11-08
Filing date: 1993-11-08
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】多軸締め付け装置による本締付の異常を検出
することを可能とする。【構成】着座トルク締付工程の後、最終締付トルクＴ
ｃまでボルトを締め付ける本締付工程に入り、全軸Ａ，
Ｂ，Ｃのうちいずれかの軸Ａが最初に本締付工程を終了
してから全軸Ａ，Ｂ，Ｃが本締付工程を完了するまでの
正常時の時間ｔ２を予め設定し、その設定時間ｔ２内に
本締付工程の完了しない軸Ｃを異常軸として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボルトのような締結側
ネジ部材をナットのような被締結側ネジ部材に締結する
多軸締め付け装置における締め付け状態の異常を検出す
る方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、自動車等の車両の製造に
は、組み立てラインの各種作業に自動化が大幅に採用さ
れており、車体に足回り部品を組み付けるラインにおい
ても、多軸締め付け装置（多軸ナットランナー）により
ボルトやナットの締付けを行って、これら足回り部品を
自動的に組み付けている。

【０００３】この場合、通常車体側に取り付けられてい
るナットに対するボルトの正常且つ効率的な締結を目的
として、まずボルトの先端がナットに確実に噛み込まれ
るように、締め付け開始当初は低速でボルトを回転さ
せ、一旦噛み込みが生じたならば高速回転させて短時間
にボルトを着座させる。即ち、図４に示すように、締め
付け開始から上記噛み込み状態が生じる点ａまではボル
トを低速回転（Ｓ1 ）させ、噛み込み状態が乗じたなら
ば増速して、ボルトをｂ点から着座時点ｃまで一定速度
で高速回転（Ｓs ）させ、次に着座が得られるに伴な
い、一旦ボルトの回転を停止した後、ｄ点からｅ点にか
けて低速回転させ、最終締め付け（増す締め）を行なわ
せている。

【０００４】通常、この回転速度制御における噛み込み
検出並びに着座検出は、締め付けトルクを検出し、図
４，図５に示すように設定された締め付けサイクル時間
ｔｓ内で、締め付けトルクＴが、それぞれ噛み込みトル
クＴ1 、着座トルクＴｓに到達することを検出すること
で行っている。

【０００５】一方、締め付け装置にボルトが装填されて
いなかったり、ナットが車体に固着されていない状態で
締め付けがなされると、締め付け装置の空回りが発生す
る。かかる異常の検出方法としては、図５に示すよう
に、正常な締付状態ではボルトがナットに着座するであ
ろう着座時間ＴD を設定して、この設定着座時間ＴD ま
でに着座トルクＴS が得られない場合に「空回り」発生
と判断し、締付サイクル時間ｔｓ終了まで待つことな
く、空回りの発生を検出することが知られている（特開
平４−１２９６２７号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多軸ナ
ットランナーの場合、そのうちの１軸又は複数軸につい
て、ソケットの噛み合い異常を起こしたり、制御装置の
設定値ミス等によって降伏点まで締め付けてしまうとい
ったトラブルを起こす場合がある。即ち、従来はかかる
異常検出を行っていないため、１軸以上が座屈したりね
じ切り状態となる不都合を生じることがあった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、多軸締め付け装置による本締付の異常を検出する方
法及び装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の締付異常検出方法は、複数のボルトを同時
に締め付ける多軸締め付け装置を用い、まず着座トルク
までボルトを締め付ける第１締付工程（着座トルク締付
工程）を行い、その後最終締付トルクまでボルトを締め
付ける第２締付工程（本締付工程）を行うに際し、第２
締付工程の開始から正常な締付状態では全軸が最終締付
トルクに達すべき予測時間を予め設定し、その設定時間
内に第２締付工程の完了しない軸を異常軸として検出す
るものである（請求項１）。

【０００９】また、本発明の締付異常検出方法の他の形
態は、複数のボルトを同時に締め付ける多軸締め付け装
置を用い、まず着座トルクまでボルトを締め付ける第１
締付工程を行い、その後最終締付トルクまでボルトを締
め付ける第２締付工程を行うに際し、いずれかの軸が最
初に第２締付工程を終了してから全軸が第２締付工程を
完了するまでの正常時の時間を予め設定し、その設定時
間内に第２締付工程の完了しない軸を異常軸として検出
するものである（請求項２）。

【００１０】本発明の締付異常検出方法の更に他の形態
は、複数のボルトを同時に締め付ける多軸締め付け装置
を用い、まず着座トルクまでボルトを締め付ける第１締
付工程を行い、その後最終締付トルクまでボルトを締め
付ける第２締付工程を行うに際し、第２締付工程の開始
から全軸の締め付け装置の締付タイムを計時し、最初に
第２締付工程が完了したものの締付タイムに全軸が第２
締付工程を完了する許容時間を加えた時間と比較して、
依然第２締付工程の完了しない軸を異常軸として検出す
るものである（請求項３）。

【００１１】また、本発明の締付異常検出装置は、着座
トルクまでボルトを締め付ける第１締付工程と、その後
最終締付トルクまでボルトを締め付ける第２締付工程と
を行う多軸締め付け装置において、各軸の締付装置に最
終締付トルクが得られていないことに応答可能な異常検
出回路を設けると共に、最初に第２締付工程を完了した
軸が発生した時点より所定の時間内だけ上記全ての異常
検出回路の応答動作を許すタイマーを設けた構成のもの
である（請求項４）。

【００１２】

【作用】請求項１では、最終締付トルクまでボルトを締
め付ける第２締付工程（本締付工程）の開始（ｄ２）か
ら、正常な締付状態では全軸が最終締付トルク（Ｔｃ）
に達すべき予測時点（ｆ）までの時間を、異常検出用の
タイマー監視時間（ｔ３）として予め設定し、その設定
時間内に第２締付工程の完了しない軸を異常軸として検
出する。

【００１３】請求項２では、いずれかの軸が最初に第２
締付工程（本締付工程）を終了してから全軸が第２締付
工程を完了するまでの正常時の時間、つまり許容時間
（ｔ２）を予め設定し、その設定時間内に第２締付工程
の完了しない軸を異常軸として検出する。この請求項２
の方法においては、第２締付工程において、いずれか最
初に第２締付工程を終了した軸があった場合、その時点
から正常時に全軸が第２締付工程を完了するまでの予定
時間（ｔ２）の計時をスタートする。

【００１４】請求項３では、第２締付工程の開始（ｄ
２）から各軸の締付タイムを計測し、最初に第２締付工
程が完了したものの締付タイムに全軸が第２締付工程を
完了する許容時間（ｔ２）を加えた時間（本締付タイム
＋ｔ２）と比較して、依然第２締付工程の完了しない軸
を異常軸として検出する。

【００１５】上記請求項１〜３のいずれの方法において
も、その設定時間（ｔ３，ｔ２，本締付タイム＋ｔ２）
内に最終締付トルク（Ｔｃ）が得られず第２締付工程の
完了しない軸については、ソケット噛め合い異常，降伏
点まで締め付けた等の異常が発生したためであると判断
することができる。

【００１６】請求項４の装置においては、各軸の締付装
置毎に異常検出回路を有し、これらの異常検出回路の応
答動作はタイマーにより許可される。このタイマーは、
最初に第２締付工程を完了した軸が発生した時点（ｅ
１）でセットされ、該時点より所定の時間（ｔ２）が経
過した時点、例えば２秒が経過した時点でタイムアップ
する。このとき、各軸の締付装置における異常検出回路
はその応答動作を許され、最終締付トルクが得られてい
ない軸についての異常検出回路については、その応答動
作をする。従って、１軸以上が座屈したりねじ切り状態
となる場合、対応する軸の異常が検出される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図３は、ワーク１（例えば自動車における床パネ
ル）に溶接２によって固着されているナット３に対し
て、軸部５ａにワッシャ６を嵌めたボルト５を、ワーク
１に開設されているボルト通し穴４に下から通して締結
する場合の実施例を示す。

【００１８】この締結のため、モータ７の回転力によっ
て回転されるボルトホルダ８を有したボルト締め付け装
置９がボルトの本数分（ここでは３台）設けられ、全体
として多軸ボルト締め付け装置を構成している。

【００１９】この３軸の各ボルト締め付け装置９におい
ては、ボルトホルダ８の頂部に六角穴によるボルト嵌着
部８ａが形成され、上記の締結に先だって該ボルト嵌着
部８ａにボルト５がそのボルト頭部５ｂを嵌合させた倒
立姿勢で装填される。このボルトホルダ８に対するボル
ト５の装填は、ボルト締め付け装置９が上記ワーク１に
対して下降している状態で、図示しない自動装填手段に
よって行なわれる。

【００２０】また、ボルト締め付け装置９はロボット装
置に取り付けられて、昇降並びに旋回等の所定の運動が
行なえるようになされている。

【００２１】更に、ボルト締め付け装置９は、ボルトホ
ルダ８を回転自在に保持する固定部材１０に、ボルト締
め時の締め付けトルクＴを検出するトルクセンサ１１が
取り付けられ、該トルクセンサ１１によって検出した締
め付けトルクＴがコントローラ１２に入力されるように
構成されている。

【００２２】このコントローラ１２ではトルクセンサ１
１で検出される締め付けトルクＴを用いてモータ７に対
して図４に示す回転速度制御を施す。即ち、モータ７を
低速回転させてボルト５をナットネジ３にねじ込み、ボ
ルト５の最初のネジ山が１山、ナット３に噛み込まれた
時点（図４のａ点。以下、噛み込み時点と称す）から回
転速度を上げ、ワッシャ６がワーク１に着座するまでの
間（図４のｂ点からｃ点までの間）一定の速度で高速回
転させ、次にワッシャ６が着座した時点ｃで一旦モータ
７を停止させた後、再びｄ点からｅ点までの短時間、低
速回転による最終締め付け（増す締め）を施す。

【００２３】正確には、ボルトは、図１のｄ１時点で着
座が得られたことで一旦回転を停止され、その後、ｄ２
時点より本締付（増す締め）が行われる。ｅ１は多軸締
付け装置が取り扱っている３本のボルトのうち、いずれ
かが、所定の最終締付トルクＴｃに達した時点を示す。

【００２４】図１中、ｔ２は最終締付けが正常であった
かどうかを判断する異常検出用のタイマー監視時間であ
る。このタイマー監視時間ｔ２は、上記いずれか最初の
軸（図中Ａ）が最終締付トルクＴｃに達した時点ｅ１か
ら、３軸全てがこの最終締付トルクＴｃに達すべき予測
時点ｆまでの時間間隔として定められる。これは、正常
時において全軸が第２締付工程たる本締付工程を完了す
るばらつき時間の最大値、つまり許容時間であり、例え
ば２秒に設定される。従って、この２秒のタイマー監視
時間ｔ２内に最終締付トルクＴｃに至った締付け装置の
軸（図中Ｂ）については締付正常軸と判断され、また最
終締付トルクＴｃに至らない締付け装置の軸（図中Ｃ）
については締付異常軸であると判断される。ここで、ボ
ルトの噛み込み時点ａ点や着座した時点ｃをタイマー監
視時間ｔ２の開始基準としていないのは、これらの時点
ａ，ｃは３軸について時間的に不揃いが生じるためであ
る。

【００２５】図３のコントローラ１２中に示してあるタ
イマー１３は、上記異常検出用のタイマーであり、この
タイマは上記３軸全てが着座した後、いずれか最初の軸
（図中Ａ）が最終締付トルクＴｃに達した時点ｅ１で計
時を開始し、所定のタイマ時間２秒を経過した時点でタ
イムアップする。コントローラ１２は、この時点におい
てまだ最終締付トルクＴｃに至らない締付け装置の軸
（締付異常軸Ｃ）があるときは、その軸についての表示
器１４を点灯させて、その旨を報知する。

【００２６】図２に具体的な異常検出装置を示す。

【００２７】この異常検出装置は、各軸の締付装置“Ｎ
ｏ．１”，“Ｎｏ．２”，“Ｎｏ．３”…に、当該軸に
最終締付トルクが得られていないことに応答可能な異常
検出回路３１，３２，３３…が設けてあり、最初に第２
締付工程を完了した軸が発生した時点より所定のタイマ
時間内だけ、上記タイマー１３が、全ての異常検出回路
３１，３２，３３…の応答動作を許すことにより、異常
を検出するようになっている。

【００２８】詳述するに、４番地の“ＢＵＳＹＯＮタ
イマー”ＴＭＲ５１は、多軸締付け装置が作動している
間ＯＮする常開接点“Ｎ／ＲＢＵＳＹ”を通して通電
される多軸締付装置作動タイマーである。１番地〜３番
地の“Ｎｏ．１軸切”“Ｎｏ．２軸切”“Ｎｏ．３軸
切”と記されている常閉接点は、第１締付工程たる着座
トルク締付工程に在る間は作動（ＯＦＦ）状態にあり、
着座した時点ｃで非作動（ＯＮ）状態に戻る接点であ
る。これらと１対１で直列に接続されて直列回路２１，
２２，２３を構成している常開接点“Ｎｏ．１ＯＫ”
“Ｎｏ．２ＯＫ”“Ｎｏ．３ＯＫ”は、第２締付工程
（本締付工程）において、本締付完了の最終締付トルク
Ｔｃが得られた時点（図１のｅ１等）でＯＮされる接点
である。

【００２９】異常検出タイマー回路は、上記直列回路２
１，２２，２３の並列回路に、上記多軸締付装置作動タ
イマーＴＭＲ５１の常開接点Ｔ５１と、上記異常検出用
のタイマー１３（ＴＭＲ５０）とを直列接続した直並列
回路により構成されている。従って、前提として第１の
着座トルク締付工程が終了し、つまり“Ｎｏ．１軸切”
“Ｎｏ．２軸切”“Ｎｏ．３軸切”の各常閉接点がＯＮ
している状態で、第２締付工程たる本締付工程に入り、
３軸のうちのいずれか１つが本締付を完了すると、対応
する常開接点“Ｎｏ．１ＯＫ”“Ｎｏ．２ＯＫ”“Ｎ
ｏ．３ＯＫ”のうちの１つがＯＮする。例えば、軸Ａの
接点“Ｎｏ．１ＯＫ”が最初にＯＮしたとすると、直列
回路２１が導通する。このとき多軸締付装置作動タイマ
ーＴＭＲ５１の常開接点Ｔ５１は既にＯＮしているの
で、異常検出用のタイマー１３（ＴＭＲ５０）が通電さ
れ、該タイマーにより２秒の監視時間の計時が開始され
る。

【００３０】上記２秒が経過してタイマー１３がタイム
アップすると、５番地の異常検出タイマー接点Ｔ５０が
ＯＮし、これに直列に接続された“手直しＯＫ”“スタ
ート”“異常リセット”の各常閉接点を通してチェック
用リレーＲ０が通電され、接点Ｔ５０に並列に接続され
た６番地の接点Ｒ０がＯＮして自己保持される。

【００３１】この瞬間に、３軸全てについて本締付完了
の最終締付トルクＴｃが得られているかどうかが一斉に
チェックされる。

【００３２】即ち、７番地、９番地、１１番地の各異常
検出回路３１，３２，３３において、チェック用リレー
の接点Ｒ０が一斉にＯＮされ、これと直列接続されてい
る常閉接点“Ｎｏ．１ＯＫ”“Ｎｏ．２ＯＫ”“Ｎｏ．
３ＯＫ”がＯＮしていれば、つまり本締付完了の最終締
付トルクＴｃが得られていなければ、“手直しＯＫ”
“スタート”“異常リセット”の各常閉接点を通して、
異常報知リレーＲ１，Ｒ２，Ｒ３が通電され、８番地，
１０番地，１２番地の接点Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により自己
保持される。

【００３３】図１の３軸Ａ，Ｂ，Ｃの場合、時刻ｆに至
っても締付完了の最終締付トルクＴｃが得られているの
は軸Ａ及び軸Ｂだけであり、これに対応する“Ｎｏ．１
ＯＫ”“Ｎｏ．２ＯＫ”は出ているが、軸Ｃに対応する
“Ｎｏ．３ＯＫ”は出ていない状態となる。よって、番
地７の接点“Ｎｏ．１ＯＫ”及び番地９の“Ｎｏ．２Ｏ
Ｋ”はＯＦＦするが、番地１１の接点“Ｎｏ．３ＯＫ”
はＯＮしたままとなる。この結果、異常検出回路３１，
３２の異常報知リレーＲ１，Ｒ２は作動せず、異常検出
回路３３の異常報知リレーＲ３だけが作動して自己保持
され、軸Ｃの本締付が異常であることを示す。

【００３４】なお、この異常検出状態は、“手直しＯ
Ｋ”“スタート”“異常リセット”によって、対応する
いずれかの常閉接点がＯＦＦされた時点で解消され、次
回の締付異常検出のために供される。

【００３５】上記実施例では、最終締付けが正常であっ
たかどうかを判断する異常検出用のタイマー監視時間の
計時を、いずれか最初の軸（図１中のＡ）が最終締付ト
ルクＴｃに達した時点ｅ１から開始し、３軸全てがこの
最終締付トルクＴｃに達すべき予測時点ｆまでの時間間
隔ｔ２として定めた。しかし、異常検出用のタイマー監
視時間の基準となる計時開始点は、第２締付工程（本締
付工程）の開始点に定めることができ、これによっても
上記と同じ異常検出についての作用効果を得ることがで
きる。

【００３６】即ち、図１において、本締付工程の開始点
ｄ２より、正常時において３軸全てが最終締付トルクＴ
ｃに達すべき予測時点ｆまでの時間間隔ｔ３を、異常検
出用のタイマー監視時間として設定しておく。そして、
タイマー１３により、本締付工程の開始点ｄ２より異常
検出用のタイマー監視時間ｔ３の計時を開始することに
より、タイマー１３がタイムアップする予測時点ｆより
前の時点で最終締付トルクＴｃに至った締付け装置の軸
（図１中のＡ，Ｂ）については締付正常軸と判断し、ま
た予測時点ｆに至っても最終締付トルクＴｃが得られな
い締付け装置の軸（図１中のＣ）については締付異常軸
であると判断することができる。

【００３７】或いはまた、第２締付工程の開始から全軸
の締め付け装置の締付タイムを計時し、最初に第２締付
工程が完了したものの締付タイムに全軸が第２締付工程
を完了する許容時間ｔ２を加えた時間と比較して、依然
第２締付工程の完了しない軸を異常軸として検出するこ
ともできる。

【００３８】また、上記図２の実施例では、リレーによ
るシーケンス回路により異常検出装置を構成したがコン
ピュータを用いソフト的に構成することもできる。

【００３９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果が得られる。

【００４０】１）請求項１の方法によれば、最終締付ト
ルクまでボルトを締め付ける第２締付工程（本締付工
程）において、第２締付工程の開始から、正常な締付状
態で全軸が最終締付トルクに達すべき予測時間（ｔ３）
に、第２締付工程の完了しない軸については、ソケット
噛め合い異常，降伏点まで締め付けた等の異常が発生し
たためであるとして、その異常を検出することができ
る。

【００４１】２）請求項２の方法によれば、第２締付工
程において、最初のものが締め付けを終わった時点から
所定時間（ｔ２）以上かかるものは、ソケット噛め合い
異常，降伏点まで締め付けた等の異常が発生したためで
あとして、その異常を検出することができる。

【００４２】３）請求項３の方法によれば、第２締付工
程の開始から各軸の締付タイムを計測し、最初に第２締
付工程が完了したものの締付タイムに全軸が第２締付工
程を完了する許容時間を加えた時間（本締付タイム＋ｔ
２）と比較して、依然第２締付工程の完了しない軸につ
いては、ソケット噛め合い異常，降伏点まで締め付けた
等の異常が発生したためであるとして、その異常を検出
することができる。

【００４３】４）請求項４の装置によれば、各軸の締付
装置毎に異常検出回路を有し、これらの異常検出回路の
応答動作は、タイマーにより、最初に第２締付工程を完
了した軸が発生した時点より所定時間（ｔ２）の経過が
計測された時点で、その応答動作を許され、各軸につい
て最終締付トルクが得られているか否かにの応答がなさ
れるため、各軸毎に座屈，ねじ切り状態等の異常を検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法における異常検出タイマー監視時
間の設定と最終締付トルクとの関係を示す図である。

【図２】本発明の装置の一実施例における異常検出装置
を示した図である。

【図３】本発明の装置の一実施例における異常検出装置
を１軸について示した図である。

【図４】締付けの正常な回転速度制御状態を示す図であ
る。

【図５】従来の空回り検出動作の説明に供する図であ
る。

【符号の説明】

１ワーク２溶接３ナット４ボルト通し穴５ａ軸部５ｂボルト頭部６ワッシャ７モータ８ボルトホルダ８ａボルト嵌着部９ボルト締め付け装置１０固定部材１１トルクセンサ１２コントローラ１３タイマー１４表示器２１，２２，２３直列回路３１，３２，３３異常検出回路Ａ，Ｂ締付正常軸Ｃ締付異常軸ｄ２本締付工程の開始点ｅ１最初に第２締付工程を完了した軸が発生した時点ｆ全軸が最終締付トルクＴｃに達すべき予測時点ｔ２，ｔ３異常検出用のタイマー監視時間Ｔｃ最終締付トルクＴＭＲ５１多軸締付装置作動タイマーＲ１，Ｒ２，Ｒ３異常報知リレー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のボルトを同時に締め付ける多軸締
め付け装置を用い、まず着座トルクまでボルトを締め付
ける第１締付工程を行い、その後最終締付トルクまでボ
ルトを締め付ける第２締付工程を行うに際し、第２締付
工程の開始から正常な締付状態では全軸が最終締付トル
クに達すべき予測時間を予め設定し、その設定時間内に
第２締付工程の完了しない軸を異常軸として検出するこ
とを特徴とする多軸締め付け装置の締付異常検出方法。
【請求項２】複数のボルトを同時に締め付ける多軸締
め付け装置を用い、まず着座トルクまでボルトを締め付
ける第１締付工程を行い、その後最終締付トルクまでボ
ルトを締め付ける第２締付工程を行うに際し、いずれか
の軸が最初に第２締付工程を終了してから全軸が第２締
付工程を完了するまでの正常時の時間を予め設定し、そ
の設定時間内に第２締付工程の完了しない軸を異常軸と
して検出することを特徴とする多軸締め付け装置の締付
異常検出方法。
【請求項３】複数のボルトを同時に締め付ける多軸締
め付け装置を用い、まず着座トルクまでボルトを締め付
ける第１締付工程を行い、その後最終締付トルクまでボ
ルトを締め付ける第２締付工程を行うに際し、第２締付
工程の開始から全軸の締め付け装置の締付タイムを計時
し、最初に第２締付工程が完了したものの締付タイムに
全軸が第２締付工程を完了する許容時間を加えた時間と
比較して、依然第２締付工程の完了しない軸を異常軸と
して検出することを特徴とする多軸締め付け装置の締付
異常検出方法。
【請求項４】着座トルクまでボルトを締め付ける第１
締付工程と、その後最終締付トルクまでボルトを締め付
ける第２締付工程とを行う多軸締め付け装置において、
各軸の締付装置に最終締付トルクが得られていないこと
に応答可能な異常検出回路を設けると共に、最初に第２
締付工程を完了した軸が発生した時点より所定の時間内
だけ上記全ての異常検出回路の応答動作を許すタイマー
を設けたことを特徴とする多軸締め付け装置の締付異常
検出装置。