JPS6363356B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ねじ継手の締付け工程の検査およ
びフエールセーフ制御方法および装置に関するも
のである。

この種の従来技術の指示装置では、最大および
最小限界は締付けの終了時にある継手に対する実
際のトルクおよび回転値と比較するように設定さ
れている。そしてその指示は、実際の継手の最終
トルクおよび回転値が予定の限界内にあるか否か
を表わすようになされる。

この型式の指示は、トルクと角度変位との関係
が締付け工程中どのように変化するかを表わすこ
とができないという欠点をもつている。実際問題
として、継手の強さおよび信頼性を損なう故障が
組立てられるべきねじ部分に生じても最終トルク
および角度変位値に関しては良好である旨の指示
が行なわれる。

この発明の主目的は、締付け工程の主要部分に
おいて、予定の限界に対して継手のトルク値およ
び角度位置を検査して、締付けの完了時に継手を
弱めるまたは結合される部分に損傷を与える結果
となる継手の故障を早期に発見できるようにする
ことにある。

この発明の別の目的は、広いフエールセーフ制
御範囲の最大および最小限界を提供すること、制
御範囲の限界を用いて、締付け工程の主な検査を
行ないおよび（または）実際のトルク―角度位置
値が制御範囲外である時、締付け工程を早期に停
止させるようにすることおよび実際のトルク―角
度位置値を記憶しそしてそれらを後で狭い検査範
囲限界に対して検査することにある。

以下この発明を添附図面を参照して説明する。

第１図のグラフには、締付けられることになる
型式のねじ継手の公称トルク―角度位置曲線を示
す。この公称曲線は多数の同じ型式の継手を用い
て設定される。曲線の勾配は継手の堅固さの経験
的平均値すなわち、公称トルク率に相応してい
る。

検査は、予定の限界トルクレベルに達した時、
開始され、そしてその後の締付け工程中続けられ
る。実際に、この検査は、公称曲線に沿つて非常
に多数のチエツクポイント（その間隔はこれらの
応用において通常用いられる角度エンコーダの回
転によつて決まる）を設けて実施され、そして各
チエツクポイントについて、相応した角度位置に
おいて継手に伝達されたトルクの瞬時値は広いフ
エールセーフ制御範囲を表わす予定の最大および
最小限界値と比較される。

角度位置およびトルクの瞬時値がフエールセー
フ制御範囲内にある限り、締付け操作は完了する
まで、すなわち予定のトルク値または任意の他の
基準値まで続けられる。継手に何が重大な欠陥が
あつたり、フエールセーフ制御範囲を越えたりす
ると、指示がなされ、締付け操作は自動的に中断
され得る。

継手に何も重大な欠陥がなければ、いかなる指
示もなしに、締付け操作は予定の最終トルクで完
了される。継手に関して別の情報を得るため、ト
ルク―角度位置値は記憶され、そして締付け操作
の完了後、それらの値は、第１図に点線で示した
狭い検査範囲の高限界値および低限界値と比較さ
れる。検査範囲の境界は、締付け工程の実際の特
性にほぼ従うようにするため非直線状であつても
よい。これは特に、継手を降伏点以上に締付ける
場合有利である。従つて、締付け工程の瞬時値と
予定の高、低限界値とを比較する必要があり、そ
してこの操作には計算機が用いられる。これによ
り高、低限界値を越えたか否かについての情報を
得ることだけでなく、それらがどの程度であるか
を知ることができる。その結果は、スクリーンま
たはテープに多数の曲線の形式で、或いは他の手
段によつて得ることができる。

第２図には締付け工程の検査を実施し得る装置
の一例を示す。この装置はトルク発生動力型工具
Ｔを有し、この工具Ｔは、発生トルクおよび角変
位を感知しエンコードしてアナログトルク信号お
よびパルス列を発生する装置（図示してない）を
内蔵しており、各パルス列は動力型工具Ｔのスピ
ンドルおよび従つて締付け工具の特定の回転量例
えば1゜に相応している。トルクおよび回転に関す
る信号はそれぞれ入力１０，１１を介して制御装
置Ｃへ送られる。

角度変位を感知する装置はパルスカウンタ１２
およびＤ／Ａ変換器１３に接続される。Ｄ／Ａ変
換器１３にはまた設定値電位差計１４が接続さ
れ、この電位差計１４によつて本装置は実際の継
手で予期され得る継手の堅固さに相応する公称ト
ルク率に設定される。

制御装置Ｃはさらに、回転と無関係の許容誤差
ΔM⁺とΔM^-かまたは回転に比例した許容誤差
ΔM％⁺とΔM％^-、或いはそれらの両方を比較す
る部分を備えている。

回転と無関係の許容誤差ΔM⁺，ΔM^-はそれぞ
れ電位差計１５，１６において設定され、一方回
転に比例した許容誤差ΔM％⁺，ΔM％^-はそれぞ
れ電位差計１７，１８において設定される。

制御装置Ｃはまた、オフセツト信号の符号を変
えて公称トルク率曲線より下のフエールセーフ制
御範囲の部分を得るようにするアナログインバー
タ１９を備えている。

本装置の出力側には二つの加算増幅器２０，２
１を備え、これらの加算増幅器２０，２１は実際
のトルク信号を公称トルクおよびそれに加えられ
るオフセツト値と比較する。加算増幅器２０，２
１は、制御範囲のどちらの限界を越えるかに応じ
て正または負の信号をそれぞれ二安定閾値比較器
すなわちフリツプ・フロツプ２２，２３へ送る。
ここで電位差計１５，１６，１７，１８、アナロ
グインバータ１９および加算増幅器２０，２１は
この発明の装置における基準装置を構成してお
り、また閾値比較器２２，２３は比較装置を構成
している。フリツプ・フロツプ２２，２３は作動
すると指示ランプ２４，２５に締付けるべき継手
の故障を指示させおよび（または）締付け工程を
停止させる。実際のトルク値を設定限界値と比較
する際、実際のトルクを表わす信号は公称トルク
値とオフセツト値との和から引かれ、そのため実
際のトルクに相応した信号にはアナログインバー
タ２６において負の符号が与られる。

制御装置Ｃは予定のトルク限界値に達するまで
作動せず、またそのような限界値は、設定値電位
差計２７、検出器２８および締付けるべき締付け
具の回転を表わすパルス列を通すゲート２９によ
つて得られる。

入力１０からのトルク信号が電位差計２７で設
定された限界値に達すると、限界値検出器２８は
ゲート２９を作動する。これにより角度エンコー
ダからゲート２９を通つてパルスカウンタ１２へ
パルスが供給される。パルスカウンタ１２で計数
されるパルスの合計は任意の所与瞬時において限
界トルクレベルより上の締付け具の角回転に相応
することになる。

デジタル数で表わされたこの合計（和）はＤ／
Ａ変換器１３によつてこの特殊な応用例において
用いた公称または平均締付け具に対する同じ回転
点における予想トルク値に相応するアナログ信号
に変換され、すなわちＤ／Ａ変換器１３はパルス
カウンタ１２から入力値を受け、それらの入力値
を電位差計１４からの締付けすべき継手の平均ト
ルク率に相応した基準信号と掛け合せる。加算増
幅器２０は、回転の関数としての高フエールセー
フ制御値と相応した回転点における実際のトルク
値との差に相応した信号を発生する。すなわち加
算増幅器２０は、Ｄ／Ａ変換器１３からの上記の
予想トルク値に設定点電位差計１５からの一定の
オフセツトΔM⁺に相応した信号を加え、さらに
Ｄ／Ａ変換器１３の出力によつて付勢される電位
差計１７からの任意の所与回転点におけるトルク
値に比例したオフセツト信号ΔM％⁺を加える。
フエールセーフ制御上限に相応するこの和から、
締付け具に加えたトルクに相応した信号を加えそ
してその符号をアナログインバータ２６によつて
変えることによつてナツトランナーからの実際の
トルク値が差し引かれる。従つて加算増幅器２０
からの出力は、フエールセーフ制御上限値とトル
ク限界値に達した後の任意の所与回転点において
締付け具に加えられた実際のトルクとの差に相応
する。通常正であるこの信号が負となると、これ
は、実際のトルク値がフエールセーフ制御上限値
を越えそして欠陥継手があることを意味する。加
算増幅器２０からの信号出力の符号の変化は閾値
比較器２２によつて検出され、この比較器２２は
継手に欠陥のあることを表わす出力信号を発生す
る。この信号は指示ランプ２４を点灯させたりま
たはナツトランナーを止めたり或いは例えば音響
装置により任意の他の種類のアラームを発生させ
るのに用いられ得る。閾値検出器２２はまた記憶
機能を備え、その出力はリセツト信号を受けるま
で作動し続け、回転のある後続の点における実際
のトルク信号がフエールセーフ制御上限値以下に
なつてもアラームを発生し続けるようにする。

フエールセーフ制御下限値以下の実際のトルク
値の検出は加算増幅器２１、閾値検出器２３およ
び指示装置２５を介して指示される。この加算増
幅器２１は、Ｄ／Ａ変換器１３からの予期したト
ルク信号と、設定点電位差計１６から得られた負
の一定のオフセツト信号ΔM^-と、アナログイン
バータ１９によつてＤ／Ａ変換器１３からの出力
の符号を変えそしてこの信号を設定点電位差計１
８に供給することによつて得られた負のオフセツ
ト信号ΔM％^-（予期したトルク値に相応してい
る）と、アナログインバータ２６で符号を変えら
れた実際のトルク値とを受ける。従つて加算増幅
器２１からの出力は低フエールセーフ制御範囲と
任意の所与回転点で締付けるべき締付け具から得
られた実際のトルク値との差に相応する。普通の
継手の場合、この信号は常に負である。実際のト
ルク値が低制御範囲以下に下がつた場合には、加
算増幅器２１からの出力は正となり、そしてこの
変化により閾値検出器２３は出力してアラームを
発生させおよび（または）ナツトランナーを止め
させる。

第３図にはこの発明による装置の別の実施例を
示す。

前述の実施例の場合と同様に、この装置はナツ
トランナーのようなトルク発生工具Ｔおよび制御
装置Ｃから成つている。ナツトランナーＴはトル
クを感知し信号を発生する装置（図示してない）、
並びに回転応動パルス発生装置（図示してない）
を有している。これらの装置で得られた信号およ
びパルスはそれぞれ入力３１，３２を介して制御
装置Ｃへ供給される。

制御装置Ｃは入力３２に接続されたＡ／Ｄ変換
器３３と、記憶装置３４と、この発明における基
準装置および比較装置を成す計算装置３５とを備
えている。計算装置３５はデータ線３６およびア
ドレス線３７を介して記憶装置３４に接続されて
いる。記憶装置３４はまたパルスカウンタ３８に
接続され、このパルスカウンタ３８はゲート３９
を介して入力３１に接続されている。ゲート３９
は閾値検出器４０から開放信号を受けた時、角度
パルスをパルスカウンタ３８へ通すようにされ、
閾値検出器４０は設定点電位差計４１に接続され
ている。

また計算装置３５には指示ランプ４２，４３，
４４，４５が接続され、これらのランプは、ねじ
継手の締付け中にフエールセーフ制御および検査
範囲を越えるかどうかを表示する。

ナツトランナーＴからのトルク信号は入力３２
を介してＡ／Ｄ変換器３３へ供給され、このＡ／
Ｄ変換器３３は供給されたトルク信号をデジタル
トルク信号に変換して記憶装置３４へ供給する。
Ａ／Ｄ変換器３３はまたこのトルク信号を閾値検
出器４０にも供給し、閾値検出器４０はまた設定
点電位差計４１からの入力を受け、トルク限界レ
ベルに達した時、出力信号をゲート３９へ供給す
る。ゲート３９は閾値検出器４０からの出力信号
により開放して入力３１からの角度パルスをパル
スカウンタ３８へ通し、このパルスカウンタ３８
に接続され、記憶装置３４はＡ／Ｄ変換器３３か
らのトルク信号と共にパルスカウンタ３８からの
角度パルスの合計値を記憶する。計算装置３５は
例えばマイクロプロセツサから成り、アドレス線
３７を介して読み出しを行なうことにより記憶装
置３４に記憶されたトルクおよび角度データをデ
ータ線３６を介して取り込み、そしてこれらのデ
ータを計算装置３５におけるプログラム記憶装置
（図示していない）内に記憶されている命令およ
び限界値に基づき演算処理する。こうしてトルク
信号発生装置および角度エンコーダによつて発生
されそして記憶装置３４に記憶されるトルクおよ
び角度データはフエールセーフ制御の上限および
下限に関してそれぞれ第２図の要素１５，１７，
２０，２２；１６，１８，１９，２１，２３にお
ける機能と同様にデータ処理される。指示ランプ
４４，４５は第２図に示す実施例における指示ラ
ンプ２４，２５に相応し、すなわち、指示ランプ
４４は計算装置３５において実際のトルク値がフ
エールセーフ制御上限を越えている場合に作動さ
れて点灯する。一方指示ランプ４５は実際のトル
ク値がフエールセーフ制御下限以下となつた場合
に点灯する。従つて第２図の回路で得られる作用
は第３図に示す装置でも行なわれ得る。

第３図に示す装置の別の効果は、締付けを完了
した後、各締付けによつて得られたトルク―角度
関係に検査範囲限界を付加することができること
にある。これは計算機によつて実際のトルク―角
度曲線において限界点から最終トルク―角度座標
または任意のトルク座標まで直線を引かせるよう
にすることによつてなされ得る。この直線の傾き
は一般には第２図による装置に関連して用いたよ
うな公称トルク―角度曲線とは異なるが、そのよ
うな直線の多数の平均は公称関係に相応してい
る。同じ型式の継手の種々の個々のものからのト
ルク率は普通主として摩擦上の変動のためある程
度変化するので、継手に欠陥がなくても締付け中
平均トルク率の値を正確に知ることができないの
で、フエールセーフ制御限界値はこの点を考慮す
る必要がある。これは主としてΔM％⁺，ΔM％^-
限界値によつて得られる。

しかしながら明らかなように、締付け後限界点
と最終または任意の他の点とを結ぶ線は特殊な締
付け中の平均トルク率変化を補償する。従つて最
終締付けのトルク―角度関係を記憶する記憶装置
を備えた第３図による装置によつてそのような線
を形成するだけでなく実際のトルク―角度曲線の
位置する線における限界値を比較的近づけること
ができ、またランプ４２，４３として示す別の組
の指示装置は、実際のトルク―角度曲線が任意の
角度位置における高検査範囲限界を越えた時また
は任意の角度位置における低検査範囲限界以下と
なつた時指示でき、検査範囲許容誤差はフエール
セーフ制御範囲限界より十分小さくされ得るの
で、継手の欠陥を検出する可能性は大きい。

検査範囲限界は第１図における平均トルク率線
と平行な直線として示されている。しかしながら
明らかに計算装置３５は十分に複雑化すれば任意
の種類の直線状または非直線状検査範囲を形成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はある型式のねじ継手に対する公称トル
ク―角度位置曲線をフエールセーフ制御および検
査範囲を示す線図、第２図はこの発明によるねじ
継手締付け工程の検査およびフエールセーフ制御
装置を示すブロツク図、第３図はこの発明による
別の装置を示すブロツク線線図である。 図中、Ｔ…トルク発生動力型工具、１５〜２
１，３５…基準装置、２２，２３，３５…比較装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 締付け工程の主要部分における多数の角度位
   置において、継手に伝達されたトルクの瞬時値を
   記録し、上記多数の角度位置における記録したト
   ルクの瞬時値を予定のトルク限界と比較し、そし
   て上記限界を越えた時、信号を発生することを特
   徴とするねじ継手の締付け工程の検査およびフエ
   ールセーフ制御方法。 ２ 測定値と予定のトルク限界との比較を、トル
   クの大きさが予定のトルクレベルを越えた時のみ
   行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 ３ 予定の限界が広い制御範囲の最大および最小
   限界並びに上記広い制御範囲に包含された狭い検
   査範囲の高および低限界から成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方
   法。 ４ 測定したトルクの瞬時値を締付け工程の過程
   において制御範囲限界と比較し、そして制御範囲
   限界を越えた時、締付け工程を停止させる信号を
   発生することを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載の方法。 ５ 測定したトルクの瞬時値を記憶しそして検査
   範囲の高および低限界に応じて演算処理すること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項または第４項
   に記載の方法。 ６ 検査範囲の境界が非直線状であることを特徴
   とする特許請求の範囲第３，４，５項のいずれか
   に記載の方法。 ７ トルク発生動力型工具Ｔと、締付け工程の主
   要部分における多数の角度位置においてトルクの
   瞬時値を記録しそしてそれに応じて信号を発生す
   る装置と、予定のトルクの大きさ限界に相応した
   信号を発生する基準装置１５，１６，１７，１
   ８，１９，２０，２１；３５と、トルクの瞬時値
   に相応した信号を予定の限界に相応した信号と比
   較しそして上記予定の限界を越えた時、信号を発
   生する比較装置２２，２３，３５とを有すること
   を特徴とするねじ継手の締付け工程の検査および
   フエールセーフ制御装置。 ８ 基準装置が、広い制御範囲の予定の最大およ
   び最小限界に応じて信号を発生すると共に上記広
   い制御範囲に包含された狭い検査範囲の予定の高
   および低限界に応じて信号を発生するように構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第７
   項に記載の装置。 ９ 比較装置が、締付け工程中トルクの瞬時値に
   相応した信号を広い制御範囲の予定の最大および
   最小限界と比較し、測定した瞬時値が予定の最大
   および最小限界を越える時、締付け工程を停止さ
   せるように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項に記載の装置。 １０ 記憶装置３４が伝達されたトルクの瞬時値
   に相応した信号を記憶するようにされ、また瞬時
   値の信号を検査範囲の高および低限界の信号と比
   較する計算装置３５を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第８項または第９項に記載の装置。