JPS6150777A - ボルトの締付け装置 - 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） 本発明は、ボルトの締付は装置に関し、とくにはメルト
の締付けに伴って変化する物理量を検出し、ボルトの締
付は停止時における上記物理量が許容範囲内の値である
か否かに基づいて締付けの適否を判断するボルトの締付
は装置に関する。

（従来技術） メルトの締付けに伴って変化する物理量を検出し、該ボ
ルトの締付は停止時における上記物理量が許容範囲内の
値であるか否かに基づいて締付けの適否全判断するボル
トの締付は装置が従来提案されている。

なお、上記物理量は、ボルトの締付は回転角や締付はト
ルク等を示唆している・ （発明が解決しようとする問題点） ところで従来は、締付は全行なうメルトの種類が変更さ
れる度にそのメルトについての締付は試験を行い、その
試験によって得られたデータに基づいてそのボルトにつ
いての最適な締付は許容範囲を設定していた。このため
、この許容範囲の設定に手間と時間を要し、これは締付
は作業の能率を著しく低下させていた。

本発明は、かかる状況に鑑み、ボルトの種類が変更され
た場合に、上記許容範囲全そのボルトに適合したｙ囲に
自動修正する機能を備えたパ（ルトの締付は装置を提供
しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、がルトの締付けに伴って変化する物理量ｔ−
検出し、上記ボルトの締付は停止時における上記物理量
が許容範囲内の値であるか否かに基−づいて上記ボルト
の締付の適否を判断する７ぜルトの締付は装置において
、適正に締付けられたと判断された個々のボルトについ
ての上記締付は停止時の物理量を統計処理し、かつその
処理結果に基づいて上記許容範囲を修正する手段を設け
るようにしている。

（作用） この締付は装置は、上記許容範囲を過去の締付はデータ
に基づいて修正する作用をなす。

（実施例） 以下、図面全参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係るボルトの締付は装置の一実施例
を示している。この実施例に係る締付は装置は、後述す
る処理手順を実行するマイクロコンピュータ１と、この
マイクロコンピュータによって制御されてボルト２の締
付けを行なうボルト締結機３等から構成されている。

なお、上記ボルト締結機３は、電気、油圧あるいは空圧
等で駆動される可逆転モータ４と、該モータの動力をソ
ケットレンチ５に伝達させる減速機６およびクラッチ７
と、上記ソケットレンチ５によるボルト２の締付はトル
クを電気信号とじて検出するトルク検出器８と、上記ソ
ケットレンチ５が微小角度θえ回転される毎にパルス信
号全出力する例えばインクリメンタルエンコーダ等の・
ｆルス発生器９とを備えている。

以下、この締付は装置の作用を第２図ないし第５図を参
照して説明する。

日ボルトの締付けにさいして、まず後述するサンプリン
グ回転角度０人（たとえば１〜２°）、平均値算出用回
転角度間隔θＳ馴じみトルクＴＮ、降伏点検出用のトル
ク勾配しきい値（最大トルク勾配ＭＧ　Ｘα）を設定す
る係数α（たとえば０．７〜０．３に設定される）、フ
ラグＦＡ　＝　Ｏ〜Ｆ’Ｄ　＝　Ｏ１後述する差分カウ
ンタの値に＝Ｏ等の条件が設定され（ステラｆ１００）
、ついでステップ１０１に示す如く、締付は許容範囲の
設定操作が行なわれる。

この実施例では、ｙｔ’ルトの締付けに伴って変化する
物理量として、締付は回転角と締付はトルクの双方を検
出しており、上記ステップ１０１ではｓｒシルト締付は
停止時（締付は終了時）に訃ける上記締付は回転角の上
限値θＵ、下限値θＬおよび上記締付はトルクの上限値
Ｔυ、下限値ＴＬが第４図に示す態様で設定される。

なお、上記締付は回転角の上限値θυおよび下限値θＬ
は、いわゆる馴じみトルクＴＮについての締付は回転角
θＮを基準としている。

また、上記各値θυ、θＬおよびＴυ、ＴＬは、最初に
締付けられるメルトの種類に適応するものでゎり、過去
の締付はデータに基づいて比較的にラフに設定される。

もちろん、その設定はオイレークのマニュアル操作によ
り行なわれ、その設定値はＲＡＭ　１３にストアされる
。

上記設定操作が終了すると、第１図に示したマイクロコ
ンピュータ１の中央処理装置１０（以下、ＣＰＵと略称
する）よりＩ１０ポート１１に締付は開始信号が出力さ
れ、その結果、駆動回路１２を介してモータ４とクラッ
チ７が起動されてビルト２の締付けが開始される（ステ
ップ１０２）。そしてＣＰＵ　１０は、トルク検出器８
の出力に基づいて締付はトルクＴの検出′！ｉ−開始す
るとともに（ステラ７ｐ１０３）、締付はトルクＴが馴
じみトルクＴＮに達したか否か、つまり締付はトルクの
不安定変動が無くなる１でボルトが締め付けられたか否
か全判断する（ステラｆ１０４）。

ステップ１０４において締付はトルクが馴じみトルクに
遅したことが判断されると、この馴じみトルクについて
の締付は回転角θＮ　（第４図参照）を基準とする締付
は回転角θ工のカウントが開始され（ステップ１０５　
）、ついで締付はトルクＴがステップ１００で設定され
た上限値ＴＵ以上であるか否かが判断される（ステップ
１０６）。現時点においてはＴ（Ｔｏであり、したがっ
てこの判断はＮｏとなる。そこで、次に破線枠内に示す
降伏点検山手ＩＦｔが実行される。なお、この手順はビ
ルトが降伏点プで締付けられたこと、つまりボルトの締
付（す完了全確認するために実施される。

ステップ１０７に示す差分計算処理においては、：　　
まずＣＰＵ　］　Ｏに内蔵されたサンプリング個数カウ
ンタのカウント値ａがａ＝Ｏに初期値化され（ステラｆ
１０７Ａ）、ついで前記し次差分カクンタの値が１つ増
加されるとともに（ステップ１０７Ｂ）、ノルス発生器
９より出力されるノンルス信号の数が予設定数つまり第
４図に示すサンプリング出回転角度θ人に対応する数に
達したか否かの判断がなされる（ステップ１０７Ｃ）。

しかして、この判断がＹＥＳになると、上記サンプリン
グ個数カウンタの値ａが１つ増加され（ステップ１０７
Ｄ）、同時にその時点のトルク値Ｔａｆｉ＝示すトルク
検出器８の出力がサンプリングされる（ステラｆ１０７
ｇ）。

サンプリングされたトルク値Ｔ１は、ＣＰＵ　１０内の
平均値レジスタにおいてこのレジスタの記憶値（最初は
零）に加算され、そしてその加算結果Ｓ　（ｋ）に対す
る平均値Ｓム（ｋ、　＝　ｓ　（ｋ）が演算される（ス
テップ１０７Ｆ）。

ステップ１０７Ｄ〜１０７Ｆに示す処理は、次のるテッ
プ１０２Ｇに示す判断がＹＥＳとなるオで、つまり締付
はトルクのサンプリング個数を示す力る。そしてこの判
断がＹＥＳとなった時点において、ステップ１０７ＦＩ
Ｃおける平均値Ｓ　Ａ　（ｋ）は第４図における角度ス
テップθＳ中にサンプリングされたａｓｓＭ個のトルク
値の平均値を示唆している。

ステップ１０２Ｇの判断がＹＥＳとなると、差分カウン
タの値ｋがｋ）１であるか否かの判断がなされる（ステ
ップ１０７Ｈ）。現時点においてこの差分カウンタの値
には１であるからこのステップ１０７Ｈの判断はＮｏで
あり、したがって前記ステ、ｆｌ　Ｏ７Ａ　〜１０７Ｈ
Ｋ示す内容が再び実行される。ぞしてｋ）１となると、
つま夛平均値Ｓ＾（ｋ）が２つ求まると、現角度ステッ
プθＳでの平均値Ｓ　Ａ　（ｋ）と前角度ステッグθＳ
についての平均値Ｓ、（ｋ−１）との差Ｇ　（ｋ）がト
ルク勾配として計算される（ステップ１０７Ｉ）。

差分値Ｇ　（ｋ）が算出されると、第２図のステップ１
０８に示す最大差分値の更進処理が実行されるが、現時
点においては１つの差分値Ｇ　（ｋ）が求められただけ
であるから、この差分値が最大差分値ＭＧとして最大差
分値レジスタに記憶される。

ステップ１０９では、メルト２が降伏点まで締付けられ
たか否かの判断が々さ九る。すなわら、ＴｊＳ３図のス
テンｆｌ　Ｏ７Ｉで求められたトルク勾配たる差分値Ｇ
　（ｋ）が上記最大差分値？ｖ’ｌＧに係数α（この実
施例でＦｉｏ、５）を掛けた値ＭＧＸα以下になったか
否かが判断される。現時点においてはＧ（ｋ）−ＭＧで
あることから、この判断はＮｏでちり、したがって第３
図に示したステップ１０７八〜１０７Ｉの内容が再び実
行される。

かくして、はルト２が角度θＳ回転される毎にｊ喧次ト
ルク勾配たる差分値Ｇ　（ｋ）が計算され、かつこの差
分値Ｇ　（ｋ）の最大値ＭＧが更新される。この差分値
Ｇ　（ｋ）は、第４図に示す如くビルト９が降伏し始め
ると減少する傾向を示し、そのピーク値が最終的な最大
差分値ＭＯとしてレジスタに残されることになる。

ステップ１０９の判断がＹＥＳになると、ビルトが降伏
したとみなされて、その締付けが停止さバ（ステラ７’
ｌ　１０　）、かつその停止時のｐｌＵ付はトルク（こ
の場合の停止トルクＶ′ｉ降伏トルクＴ、）および締付
は回転角（この場合の停止回転口は降伏回転角θｐ）が
ＲＡＭ　１３に各々ストアされる（ステップ１１１）。

ところで、ビルトが適正に締付けられた場合には、上記
降伏点Ｐにおける締付はトルクＴ、および締付は回転角
θ、が第４図に示す如く前記締付は許容範囲内の値を示
すことになるが、何らかの要因（たとえばビルト底面に
おけるゴミ、油等の存在）でビルトの締付けが適正に行
なわれなかった場合には、降伏点が検出される前にトル
クが前記上限値Ｔ、をオーバーしたり、おるいは降伏点
が検出されてもその時点のトルクで、が前記下限値ＴＬ
以下となる現象を生じる。またこの場合、降伏回転角θ
、が前記下限値θ。以下になったシ、上限値０５以上に
なるという現象も生じる。

そこでこの実施例では、次のようにしてビルトが適正に
締付けられたか否かを判断している。

すなわち、たとえば第４図に一点鎖線で示す如くトルク
が変化して、ステップ１０９の判断がＹＥＳとなる前つ
まシ降伏点が検出される前にステ・　　ツブ１０６の判
断がＹＥＳとなりた場合、ＣＰＵ　１０によってＴ〉Ｔ
、Ｊを示す７２７２人がＦＡ＝ＩＫ設定される（ステッ
プ１１２）。なお、この場合、ビルトを継続して締めつ
けることは好ましくないので、その締付けを停止するよ
うにしている。

つぎにステラｆ１０９で降伏点が検出さ１Ｌｆｃ場会に
は、ステップ１１１において記憶されたボルト停止時の
締付はトルクＴ（＝降伏トルクＴ、）および締付は回転
角θＸ（＝＝降伏回転角Ｏｐ）に対する比較判断が実施
される。すなわち、ステップ１１３においてトルクＴが
下限値ＴＬ以下であるか否かの比較判断が、またステッ
プ１１４において回転角θ　が上限値θ。以上でめるか
否かの比較判ｔｆｊ’ｒが、さらにステップ１１５にお
いて四回転角θ工力；下；恨値θ、以下であるか否かの
判断が順次実行される。

そしてＴ　＜ＴＬの場合にはフラグＦ’ＢがＦＢ−４Ｋ
、θ、〉θ０の場合にはフラグＦＣがＦＣ＝１に、また
θくθ５の場合にはフラグＦＤがＦ’Ｄ＝１に各々役定
される（ステ、ノブ１１６，１１７および１１８）。

ステップ１１９では各７２７２人〜ＦＤが全て０である
か否かが判断される（ステラｆｌ１９）。

そしてこの判断の結果がＹＥＳの場合には、つまり上記
降伏トルクで、および降伏回転角θ、力２許容Ｉ？厄囲
内の値を示している場合には、ビルトが適正に締付けら
れたとみなして後述するステップ１２０の統計計算が実
行される。また該判断の結果がＮＯの場合にはランプ、
プデーあるいは第１図に示すＣＲＴ　１７によるアラー
ム表示を実行して（ステップ１２１）、オペレータに締
付は不良を察知させる。なお、ステップ１２１の処理が
実行されると、つぎに各フラグＦＡ−ＦＤをＯＫ上セツ
トる処理が実行され（ステップ１２２Ｌそののち新たな
ボルトについての締付けが開始される。

つ＠’に、Ｘラッグ１２０の内容について説明−ｔ−ル
。

このステップ１２０においては、コルシトが適正に締付
けられた場合の停止時締付はデータ（この実施例ではビ
ルトが適正に締付けられた場合の停止時トルクＴ＝Ｔ、
および停止時回転角θ工＝θ、）および現時点よりも前
に実施された締付けのさいに得られた適正ｆＬＷＪ付は
データに基づいて下記するような統計計算による許容範
囲の見直し修正処理が実行される。

１）停止時トルクＴの平均値Ｔの計算 停止時トルクＴの標準偏差（σＭｌ）？の計算１１）停
止時回転角の平均値？ＦＸの計算ｌ　の概準偏差（σＮ
−１）ｅの計算 １１１）修正上限トルクＴｕ＝〒＋ｘ１・（σＮ−＋）
ｔの計算修正下限トルクＴＬ＝〒−ｘ２・（σＮ１）Ｔ
の計算修正上限回転角θ、−万〇＋ｘ５（σＮ−１）θ
の計ｐ。

修正下限回転角θ、、７７エーｘ４（σＮ−１）Ｉ＋の
計算上記するステップ１２０の処理によって上限トルク
チ８．下限トルクＴＬおよび上限回転角θ６．下限回転
角θ１の修正値が求められると、これらの修正値に基づ
いて上記許容範囲が設定され、しかるのちつぎのビルト
についての締付けが開始される。

したがってつぎの・ｔルトの締付けの良、不良はこの修
正された許容範囲に基づいて判定されることとなる。

なお、最初のボルトが適正に締付けられた段階において
、上記１’）　、　ｉ＋）の計算によって得られる平均
値〒、ｊｘ　は当然この最初の７ケルトについての停止
トルクおよび停止回転角そのものとなる。

上記ステップ１２０における修正処理は、個々のボルト
が適正に締付けられる毎に実行される。

したがって最初に上記許容範囲を大まかに設定しておけ
ば、ボルトの締付けが行なわれる毎に上記許容範囲の見
直し修正が行なわれ、これによって最適な許容範囲が自
動設定される。−またｄ−ルトの種類が途中で変更され
た場合でも、そのビルトに適応した許容範囲が自動的に
設定される。つまり、この実施例は、上記許容範囲につ
いての学習機能をもつので、最初に大まかな許容範囲の
設定を行った以後は、締付けられるボルトに適応するよ
うに上記許容範囲が自動的に設定される。

なお、上記用）の計算において用いられる係数Ｘ、〜ｘ
４は、締付は停止範囲を厳格に管理する必要のある場合
においてたとえばｘ１〜Ｘ４＝２程度に設定される。そ
して厳格に管理する必要はないが、ピッチタイムを早め
る必要のある場合には、゛、、　　たとえば３ないし５
程度に設定される。

上記実施例では上記許容範囲を設定する物理量として締
付はトルクと締付は回転角を適用しているが、それらの
一方のみを採用しても実用上十分な効果を得ることがで
きる。ただし、より精度の高い締付は結果を得るために
は双方により上記許容範囲を設定することが好ましい。

また、上記実施例では、第３図に示した態様でトルク勾
配たるトルク差分値を検出しているが、他の方法でトル
ク勾配を求めてもよい。すなわち、たとえば第５図に示
す如く角度Ｏｓの区間でサンプリングされる各締付はト
ルク（同図では６個）の平均値Ｓ　（Ｊ）をサンプリン
グ個数が１個増加する毎に求め、平均値５（Ｊ）とｍサ
ンプリングステップ前における平均値Ｓ（Ｊ−ｍ）との
差をトルク勾配Ｃ，（Ｊ）として求めるようＫしてもよ
い。

また、同図における角度θ８の区間の始端と終端におけ
るトルクの差をサンプリングの個数が１つの間に設定さ
れる。

ところで、ボルトの締付は法としては、上記するように
降伏点を検出してビルトの締付けを停止する方法（降伏
点締付は法）の他、上記す１じみトルクＴＮが現われる
メルトの回転角θＮから予設定角度（ビルトが若干塑性
域に入る状態まで締付けられると推定される締付は角度
）だけビルトを回転させた時点でその締付けを停止する
方法（回転角締付は法）、ボルトの締付はトルクが予設
定トルクになった時点でその締付けを停止する方法（ト
ルク締付は法）等があり、本発明は、かかる締付は方法
に対しても当然適用することができる。

ただし回転角締付法を用いた場合には、第２図に示すス
テツブ１１４．１１５の判断は必要でなくなり、またト
ルク締付は法を用いた場合には同図のステラ７’１０６
，１１３の判断は必要でなくなる。

（発明の効果） 本発明においては、適正に締付けられたと判断された個
々のボルトについての締付は停止時の物理量を統計処理
し、その処理結果に基づいて上記締付は停止時の物理ｆ
ａＫ対する許容範囲を修正する手段を設けている。

したがって本発明によれば、締付けるビルトの種類が変
更された場合でも、上記許容範囲が自動修正さＬ″しｊ
ｌこれＫよってオペレータの負担の低下と締付′−げ作
業の能率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るビルトの締付は装置の一実施例を
示した概念図、第２図および第３図は各各第１図に示し
たマイクロコンピュータの処理手順の一例を示したフロ
ーチャート、第４図は締付はトルクおよびトルク勾配の
変化態味を例示したグラフ、第５図はトルク勾配を求め
るための他の方法を例示した図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボルトの締付けに伴って変化する物理量を検出す
   る手段と、上記ボルトの締付け停止時における上記物理
   量が許容範囲内の値であるか否かに基づいて上記ボルト
   の締付けの適否を判断する手段とを備えたボルトの締付
   け装置において、適正に締付けられた判断された個々の
   ボルトについての上記締付け停止時の物理量を統計処理
   し、かつその処理結果に基づいて上記許容範囲を修正す
   る手段を設けたことを特徴とするボルトの締付け装置。
2. （２）上記許容範囲がボルトの締付け停止時における締
   付け回転角の上限と下限を規制するものである特許請求
   の範囲第（１）項記載のボルトの締付け装置。
3. （３）上記許容範囲がボルトの締付け停止時における締
   付けトルクの上限と下限を規制するものである特許請求
   の範囲第（１）項記載のボルトの締付け装置。
4. （４）上記許容範囲がボルトの締付け停止時における締
   付け回転角および締付けトルクの各上限と下限を規制す
   るものである特許請求の範囲第（１）項記載のボルトの
   締付け装置。