KR100331719B1

KR100331719B1 - 나사부재체결방법

Info

Publication number: KR100331719B1
Application number: KR1019940012502A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 오미; 이케다노부카즈; 도비료스케; 나가이구니오; 이데타에이지; 니시노고지; 야마지미치오; 시노하라쯔토무; 야스모토나오후미
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨; 다다히로 오미
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 2002-11-29
Also published as: DE69415213D1; US5502883A; EP0627282A1; EP0627282B1; CA2125082A1; DE69415213T2; KR950001169A

Abstract

정상적으로 체결이 행하여진 때의 나사부재의 회전각도에 대한 체결토크의 기준범위를 미리 설정해 둔다. 수나사부재에 너트를 체결해감에 있어 일정한 각도마다 체결토크를 토크 검출기로 검출하고 회전각도에 대한 체결토크가 기준범위내에 있는지의 여부를 마이크로 컴퓨터로 판정한다. 판정결과를 발광다이오드와 부저로 표시한다.

Description

나사 부재 체결 방법

본 발명은, 예컨대 관 이음 구성부재를 너트로 체결할 때 사용되는 나사 부재 체결 방법에 관한 것이다.

6각 플랜지 및 수나사부를 구비하는 제1 관형 이음부재, 이에 맞대어진 제2관형 이음부재, 양 이음부재의 단면에 개재되는 환형 개스킷, 제2 관형 이음부측에서 제1 관형 이음부재에 나사 결합되는 너트 및 제2 관형 이음부재와 너트 사이에 개재되는 스러스트 베어링을 구비하는 관 이음은 종래부터 알려진 것이다.

이 관 이음에 있어서는, 먼지 손으로 너트를 제1 관형 이음부재에 체결한 후, 제1 관형 이음부재의 6각 플랜지를 공구로 지지하는 동시에 너트를 별도 공구 로 채결함으로써 유체 밀봉(fluid tight) 연결이 이루어진다. 너트를 적당하게 체 결하기 위해서는, 손으로 너트를 체결한 상태에서 제1 관형 이음부재 및 너트에 각 각 표시를 한 후 눈으로 보아 확인하면서 필요한 회전 각도 만큼 너트를 회전시키 거나, 또는 체결용의 공구로서 토크 렌치를 사용하여 필요한 토크치가 될 때까지 너트를 회전시키거나 하는 체결 판정 방법을 채용하고 있다.

상기 종래의 나사 부재 체결 방법에 있어서는, 눈으로 보아 확인하면서 필요 한 회전 각도 만큼 너트를 회전시키거나, 또는 토크 렌치를 사용하여 필요한 토크 치가 될 때까지 너트를 회전시키는 것은 성가신 작업이었다.

또한, 관 이음을 고정할 경우에 개스킷이나 스러스트 베어링을 넣는 것을 잊 는 경우가 있는데, 이러한 경우에 상기 종래의 나사 부재 체결 방법으로는 개스킷 이나 스러스트 베어링을 넣는 것을 잊어버린 것을 발견할 수가 없고, 체결 불량 때 문에 배관 후에 이음 부분으로부터 액체가 누설되는 문제가 생기는 일이 있었다.

본 발명의 목적은 관 이음 등의 체결 작업을 용이하게 하고, 또한 체결 불량을 확실하게 방지할 수 있는 나사 부재 체결 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 나사 부재 체결 방법은, 정상적인 체결이 행해질 때의 나사 부재의 체결량에 대한 체결 토크의 기준 범위를 사전에 설정해 놓고, 체결량과 체결 토크를 검출하며, 또한 체결량에 대한 체결 토크가 기준 범위 내에 있는지의 여 부를 판정하면서 나사 부재의 체결을 실행하는 것이다.

나사 부재의 체결량으로서는 나사 부재의 회전 각도나 나사 부재의 변위량이사용된다. 또한, 체결 토크의 기준치로시는 체결 토크의 값이나 나사 부재의 체결량에 대한 체결 토크의 경사가 사용된다. 또한, 나사 부재를 체결하기 위한 구동 장치로서는 모터를 사용하고, 나사 부재의 회전 각도를 모터의 회전시간에서 산출하며, 체결 토크의 값을 모터의 전류치에서 산출한다.

본 발명의 나사 체결 방법에 의하면, 작업자가 체결이 정상인지 여부를 확 인하지 않아도 체결 부족이나 과다 체결을 방지할 수 있고, 또한 나사 부재와 너트사이에 개재되어아 할 개스킷이나 스러스트 베어링 등을 넣는 것을 잊어버리는 과 오를 발견할 수 있다. 따라서, 체결 작업이 용이하고, 나아가 체결 불량을 확실히 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예를 이하 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 명세서에 있어서, 상하는 제2도에서 도시된 상태에 대하여 일컬어 지는데, 이 상하는 상대적인 것으로, 위가 아래, 옆 또는 비스듬한 상태로 사용될 때도 있다. 또, 전후는 제2도의 좌를 전, 제2도의 우를 후로 정한다.

제1도 내지 제7도는 본 발명에 따른 나사 부재 체결 방법에 사용된 전동(電動)형의 체결 장치를 도시한 것이다.

본 장치는 플랜지(35a)를 구비한 수나사 부재(35)에 손으로 체결된 너트(36)를 충분히 체결하는 장치로서, 서보 모터(19)를 내장한 본체(30)의 전단부에 전방으로 돌출되도록 형성된 수나사 부재 회전저지용 상부 플레이트(1), 이 상부 플레이트(1)의 하측에 이것과 평행으로 또한 자유롭게 상하 이동 가능하게 설치된 기어 지지용 하부 플레이트(3), 이 하부 플레이트(3)의 전단부에 부착되고 수평면내에서 자유롭게 회전하는 너트 회전용 기어(4) 및 상부 플레이트(1)와 하부 플레이트(3)사이에 설치되고 너트 회전용 기어(4)에 맞물려서 이것을 회전시키는 전동(電動)용 평기어(27)를 구비하고 있다.

상부 플레이트(1)의 전단부에는 전방으로 개방된 플랜지 피팅부(2)가 형성되어 있다. 플랜지 피팅부(2)는 스패너의 헤드에 상당하는 것으로, 입구의 폭 치수는 수나사 부재(35)의 플랜지의 외측 치수에 맞추어져 있고, 수나사 부재(35)의 플랜지(35a)가 플랜지 피팅부(2)에 끼워 맞춰짐으로써 수나사 부재(35)의 회전이 저지된다.

하부 플레이트(3)의 전단부에는 전방으로 개방되어 있고 플랜지 피팅부(2)와동축인 너트 피팅부(15)가 형성되어 있다. 너트 피팅부(15)는 너트(36)가 회전하 는 것을 방해하지 않도록 너트(36)의 단면적보다도 약간 큰 단면적을 가지며, 부분적으로 원형을 이루고 있다.

하부 플레이트(3)의 전단부 상면에는 플랜지 피팅부(2)와 동축인 아크형 상 방 돌출부(12)가 형성되고, 상부 플레이트(1)의 전단부 하면에는 플랜지 피팅부(2)와 동축인 아크형 하방 돌출부(11)가 형성되어 있다.

너트 회전용 기어(4)는 평기어에 너트(36)가 끼워 맞춰지는 너트 피팅부(5)가 형성된 것이다. 너트 피팅부(5)는 너트 회전용 기어(4)와 하부 플레이트(3)에지지된 상태로 플랜지 피팅부(2)와 동축이 되도록 형성된 것으로, 전방에 너트(36)를 출입시키기 위한 입출구가 있고, 그 입구폭 치수는 너트(36)의 외측 치수에 맞 게 구성된다. 너트 회전용 기어(4)의 상하 측면부에는 상부 플레이트(1)의 하방 돌출부(11) 및 하부 플레이트(3)의 상방 돌출부(12)에 끼워 맞춰지도록 상하 홈(13)이 형성되어 있다.

너트 회전용 기어(4)는 이것에 맞물리는 평기어(27)에 의하여 구동되고, 위 에서 보아서 반시계방향으로 회전된다. 너트 회전용 기어(4)에 맞물리는 평기어(27)는 상부 플레이트(1)의 전단 근처를 관통하는 수직 회전축(14)에 이것과 일체로 회전할 수 있도록 장착된다.

하부 플레이트(3)에는 2개의 수직 안내봉(6)이 설치되어 있다. 각각의 수직안내봉(6)은 상부 플레이트(1)를 관통하고, 각각의 수직 안내봉(5)의 상단에는 직사각형 블록(7)이 고정되어 있다. 각각의 수직 안내봉(6)의 한단부는 하부 플레이트(3)에 고정되어 있다. 상부 플레이트(1)의 상면에는 양단에 외향 플랜지부(9a) 를 구비하는 원주형의 편심 롤러(9)가 배치되어 있다. 편심 롤러(9)는 양 플랜지(9a)의 편심 위치에서, 핀(8)에 의하여 블록(7)에 자유롭게 회전할 수 있도록 장착되어 있다. 편심 롤러(9)에는 편심 롤러 회전용 레버(10)가 장착되고, 이 레버(11)를 조작함으로써 편심 롤러(9)를 회전시켜서 하부 플레이트(3)와 상부 플레이트(1)의 평행 상태를 유지한 채로 하부 플레이트(3)를 상부 플레이트(1)에 대하여 상하로 이동시키는 것이 가능하다.

편심 롤러(9)는 이 롤러 자체, 이것에 결합되어 있는 하부 플레이트(3) 및수직 안내봉(6)의 자중에 의하여, 상부 플레이트(1) 상면에 항상 접한 상태로 회전하고, 핀(8)이 최고 위치에 있을 때에 하부 플레이트(3)의 상면이 너트 회전용 기어(4)를 구동하는 평기어(27)의 하면에 닿아서 너트 회전용 기어(4)와 이것을 구동하는 평기어(27)가 정확히 맞물린다. 이 상태로는 너트 회전용 기어(4)의 아크형의 상하 홈(13)과 상하부 플레이트(1),(3)의 각 돌출부(11),(12)가 서로 끼워 맞춰져 있고, 너트 회전용 기어(4)는 양 돌출부(11,12)에 안내되어서 상부 플레이트(1)의 플랜지 피팅부(2)의 바로 아래에서 수직축 둘레로 회전할 수 있다. 하부 플레이트(3)의 상면과 상부 플레이트(1)의 하면 사이 및 너트 회전용 기어(4)의 하부 홈(13)의 저면과 상부 플레이트(1)의 돌출부(11)의 하면 사이에는 너트 회전용 기어(4)가 상하로 이동이 가능하도록 약간의 간극이 형성되어 있다(제2도, 제5도 및 제6a도 참조).

이 위치로부터 편심 롤러(9)가 90도 회전하면, 너트 회전용 기어(4)와 이것을 구동하는 평기어(27)는 약각만 맞물린 상태가 되고(제6b도 참조). 이 위치로부터 편심 롤러(9)가 다시 90도 회전하여 핀(8)이 최저 위치에 왔을 때에는, 상부 플레이트(1)와 하부 플레이트(3)는 가장 멀리 떨어지고 너트 회전용 기어(4)와 이것을 구동하는 평기어(27)의 맞물림이 해제된다(제6c도 참조).

너트 회전용 기어(4)를 구동하는 전동용 평기어(27)의 수직 회전축(14)은 DC서보 모터(19) 및 기어열에 의하여 회전된다. 즉, 전방을 향해 보았을 때 시계 방향으로 회전되는 서보 모터(19)의 구동축(20)에 평기어(21)가 장착되고, 이 평기어(21)에 이것과 평행한 수평 회전축을 갖는 별도의 평기어(22)가 맞물리며,이 평기어(22)의 회전축에는 웜(23)이 설치되고, 이 웜(23)에 맞물리는 웜휠(24)의 수평 회전축에 별도의 웜(25)이 설치되며, 이 웜(25)에 맞물리는 웜휠(26)이 수직 회전 축(14)에 장착되어 있다.

상기 기어열은 본체(30)내에 수용되고 본체(30)의 상면에는, 제4도에서 도시 된 바와 같이 스타트 버튼(3)), 비상 정지 버튼(32), 발광 다이오드(33) 및 경보 버저(34)가 설치되어 있다.

수직 회전축(14)의 상단에는 이것과 일체로 회전하는 회전판(16)이 설치되고, 회전 각도 검출기(17)에 의하여 수직 회전축(14)의 회전수가 카운트되며, 이 회전수가 너트 회전 각도로 환산된다. 수직 회전축(14)의 둘레면에는 변형(strain) 게이지(18)가 부착되어 있고, 수직 회전축(14)의 변형량이 체결 토크 검출기(28)에 의하여 체결 토크로 환산된다.

이 장치에 의하여 수나사 부재(35)에 너트(36)를 체결하기 위해서는 다음과같이 한다.

우선, 손으로 수나사 부재(35)에 너트(36)를 체결해 놓는다. 상부 플레이트(1)와 하부 플레이트(3)의 위치 관계는 가장 멀리 떨어진 상태를 유지한다. 다음에, 상부 플레이트(1)의 플랜지 피팅부(2)를 수나사 부재(35)의 플랜지(35a)에 끼워맞추고, 너트 피팅부(15)의 상방에 너트(36)를 위치시킨다. 다음에, 너트 피팅부(5)를 너트(36)에 끼워 맞추고, 너트 회전용 기어(4)를 하부 플레이트(3) 상에 배치한다. 다음에, 편심 롤러(9)를 회전시켜서 하부 플레이트(3)를 상부 플레이트(1)에 접근시키고, 너트 회전용 기어(4)를 손으로 미세하게 조정하여이것을 구동용의 평기어(27)에 맞물리게 한다. 이것으로 준비가 완료된다. 그 후, 스타트 버튼(31)을 누른다. 이 후에 너트(36)는 자동적으로 체결되고, 이 체결이 정상적인지 여부가 판정되어 체결 작업이 종료된다.

제7도의 블록도에 도시된 바와 같이, 체결 토크 검출기(28)에 의하여 검출된 체결 토크 및 회전 각도 검출기(17)에 의하여 검출된 회전 각도는 마이크로 컴퓨터(29)에 입력되고, 후술하는 체결 판정 방법에 따라 마이크로 컴퓨터(29)에 의하여 체결이 정상인지 여부가 판정되며, 발광 다이오드(33) 및 경보 버저(34)에 의하여 그 결과가 출력된다. 마이크로 컴퓨터(29)는 너트(35)의 회전 속도, 너트(36)의 회전 각도, 너트(36)의 반전, 너트(36)의 정지 등의 지시를 서보 모터(19)에 제공한다.

발광 다이오드(33)는, 예컨대 체결이 정상인 경우는 녹색, 이상이 있을 때는 적색으로 하거나, 검사 준비 완료시에 점등하고, 체결이 정상일 경우에는 소등, 이상일 경우는 점멸된다. 경보 버저(34)는 예컨대, 체결이 정상일 경우에는 1회, 이상의 경우에는 3회 울린다.

제8도에는 너트(36)의 체결량이 회전 각도가 아니라, 수나사 부재(35)에 대한 너트(36)의 변위량으로서 검출될 때의 블록도를 도시한다. 이 경우에는 수나사부재(35)에, 예컨대 레이저식의 변위 센서(37)가 장착되고, 너트(36)의 수나사 부재(35)측 단면에 레이저 수광부(38)가 장착된다. 변위 센서(37)는 너트(36)측에 장착해도 좋다.

모터 구동용 배터리(39) 및 마이크로 컴퓨터(29)는 체결 장치에 내장해도 되고, 예컨대 제9도에서 도시된 바와 같이, 체결 장치 본체와 분리해서 밴드(40)에 지지시켜도 좋다. 그 밖에, 배터리(39)와 마이크로 컴퓨터(29)를 일체로 구성하거나, 마이크로 컴퓨터(29)를 체결 장치에 내장하여 배터리(39)만을 분리할 수도 있 다.

제10도는 수나사부 및 6각 플랜지가 마련된 제1 관형 이음부재(수나사 부 재)(35)와, 제2 관형 이음부재와, 양 이음부재의 단면에 개재되는 환형 개스킷과,제2 관형 이음부재측에서 제1 관형 이음부재(수나사 부재)(35)에 나사 체결되는 너트(36) 및 제2 관형 이음부재와 너트(36) 사이에 개재되는 스러스트 베어링을 구비 하는 관형 이음부를 체결하는 데에 있어서, 먼저 손으로 수나사 부재(35)에 너트 (36)를 체결해 놓은 다음, 렌치에 의하여 너트(36)를 체결할 때에 있어서 장상적인 경우와 개스킷이나 스러스트 베어링을 넣는 것을 잊었을 때 등의 이상이 있을 경우의 체결 각도와 체결 토크와의 관계를 표시한다. 제10도에서 알 수 있듯이, 정상 인 경우 너트 체결 각도가 80°정도까지는 너트(36)를 죄어감에 따라서 선형 관계 (경사①)로 체결 토크가 증가되어 간다. 너트 체결 각도가 약 80°인 위치에서 경사가 변화하여, 그 후 선형 관계(경사②)로 체결 토크가 증가해간다. 개스킷을 넣 는 것을 잊었을 때는 정상의 경우에 비하여 체결 토크의 증가량이 크고, 다른 경사 를 나타낸다. 개스킷 및 스러스트 베어링 모두를 넣는 것을 잊있을 때에는 더욱 체결 토크의 증가가 커지고, 개스킷을 넣는 것을 잊었을 때와는 다른 경사를 나타낸다.

이것에 의하여, 체결 판정 방법 기준치로서 체결 각도에 대한 체결 토크의값 및 체결 각도에 대한 체결 토크의 경사 중 어느 쪽을 사용할 수 있다는 것을 알 았다.

다음에 제11도의 순서도를 참조하여 체결 방법의 일 실시예를 설명한다.

먼저 수나사 부재(35)에 너트(36)를 손으로 체결해 두고, 체결 장치로 체결 을 개시한다. 처음에는 너트를 저속으로 회전시키고(스텝 1), 체결 토크가 체결 개시 기준 토크에 도달했는지의 여부를 조사한다(스텝 2). 체결 토크가 채결 개시 기준 토크에 도달하지 않은 경우는 너트의 회전량이 45°이상인지 아닌지를 조사한 다(스텝 3). 스텝 3에 있어서, 너트의 회전량이 45°미만인 경우에는 스텝 1로 복 귀한다. 스텝 3에 있어서, 너트의 회전량이 45°이상인 경우에는 너트를 손으로 부족하게 체결한 것에 의한 체결 불량으로 판단하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 4에 있어서는 너트를 반전시키고 너트가 초기 위치까지 복귀되었는가 여부를 판정하며(스텝 5), 너트가 초기 위치까지 복귀했을 경우에는 너트의 반전을 정지시키고(스텝 6), 체결 불량인 것을 표시하는 경보가 울려서 체결을 종료한다(스텝 7). 스텝 2에 있어서, 체결 토크가 체결 개시 기준 토크에 도달하고 있을 경우에는 너트의 회전 속도가 가속되고(스텝 8), 너트의 회전량이 0.5°증가할 때마다 체결 토크를 검출한다(스텝 9). 그리고, 체결 토크가 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 10). 스텝 10에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 없을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 10에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회전 각도가 20°이상인지의 여부를 판정한다(스텝 11). 스텝 11에 있어서, 너트의 회전 각도가 20°미만인 경우에는 스텝 8로 복귀한다. 스텝 11에 있어서, 너트의 회전 각도가 20°이상인 경우에는 다시 너트의 회전 속도가 가속되고(스텝 12), 너트의 회전량이 1°증가할 때마다 체결 토크를 검출한다(스텝 13). 그리고, 재차 체결 토크가 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 14). 스텝 14에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 14에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회전 각도가 규정 체결 각도의 100%에 도달 했는지의 여부를 판정한다(스텝 15), 스텝 15에 있어서, 너트의 회전 각도가 규정 체결 각도의 100% 미만일 경우에는 스텝 12로 복귀한다. 스텝 15에 있어서, 너트의 회전 각도가 규정 체결 각도의 100%에 도달하고 있을 경우에는 체결 토크가 규정 체결 토크에 도달되고 있는지의 여부를 판정한다(스텝 16). 스텝 16에 있어서, 체결 토크가 규정 체결 토크에 도달되고 있을 경우에는 체결 합격으로 판정하여 너트의 회전이 정지되고(스텝 17), 정상의 체결이 이루어졌다는 것을 나타내는 체결 종료 표시를 한다(스텝 18). 스텝 16에 있어서, 체결 토크가 규정 체결 토크에 도달하지 않았을 경우에는 다시 너트를 회전시겨서(스텝 19), 너트의 회전량이 1도 증가할 때마다 체결 토크를 검출하고(스텝 20), 체결 토크가 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 21), 스텝 21에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 없을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 21에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회전 각도가 규정 체결 각도의 120%에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 22). 스텝 22에 있어서, 너트의 회전 각도가 규정 체결 각도의 120% 미만인 경우에는 스텝 19로 복귀한다. 스텝 22에 있어서, 너트의 회전 각도가 규정체결 각도의 120%에 도달한 경우에는 체결 토크가 규정 체결 토크에 도달되고 있는지의 여부를 판정한다(스텝 23). 스텝 23에 있어서, 체결 토크가 규정 체결 토크에 도달하지 않았을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 23에 있어서, 체결 토크가 규정 체결 토크에 도달한 경우에는 체결 합격으로 판정하여 스텝 17로 이동한다.

다음에, 제12도의 순서도를 참조하여 체결 토크의 경사를 판정하는 체결 방 법을 설명한다.

먼저 너트를 손으로 체결해 놓고, 체결 장치로 체결을 시작한다. 처음에는 너트를 저속으로 회전시키고(스텝 1), 체결 토크가 체결 개시 기준 토크에 도달했을 지의 여부를 조사한다(스텝 2). 체결 토크가 체결 개시 기준 토크에 도달하지 않은 경우에는 너트의 회전량이 45°이상인지의 여부를 조사한다(스텝 3). 스텝 3에 있어서, 너트의 회전량이 45°미만인 경우에는 스텝 1로 복귀한다. 스텝 3에 있어서, 너트의 회전량이 45°이상인 경우에는 너트의 수동 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 4에 있어서는 너트를 반전시키고, 너트가 초기 위치까지 복귀되었는지의 여부를 판정하며(스텝 5), 너트가 초기 위치까지 복귀된 경우에는 너트의 반전을 정지시키고(스텝 6), 체결 불량인 것을 표시하는 경보가 울려서 체결 종료한다(스텝 7), 스텝 2에 있어서, 체결 토크가 체결 개시 기준 토크에 도달한 경우에는 너트의 회전 속도가 가속되고(스텝 8), 너트의 회전량이 2.5°증가할 때마다 체결 토크를 검출한다(스텝 9). 그리고, 체결 토크가 경사①의 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 10). 스텝 10에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 없을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 10에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회진 각도가 규정 체결 각도의 20% 이상인지의 여부를 판정한다(스텝 11). 스텝 11에 있어서, 너트의 회전 각도가 20°미만인 경우에는 스텝 8로 복귀한다. 스텝 11에 있어서, 너트의 회전 각도가 20°이상인 경우에는 다시 너트의 회전 속도가 가속되고(스텝 12), 너트의 회전량이 5°증가할 때마다 체결 토크의 경사를 검출한다(스텝 13). 그리고, 재차 체결 토크가 경사①의 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 14). 스텝 14에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회전 각도가 규정 체결 각도인 90°에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 15). 스텝 15에 있어서, 너트의 회전 각도가 90°미만인 경우에는 스텝 12로 복귀한다. 스텝 15에 있어서 너트의 회전 각도가 90°이상일 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 14에 있어서, 체결 토크가 경사①의 허용 범위 내에 있지 않을 경우에는, 스텝 16에 있어서 너트의 회전 각도가 70°∼ 90°까지의 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다. 범위 밖의 모든 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 너트의 회전 각도가 70°∼ 90°까지의 범위 내에 있을 경우에는 체결 토크가 경사②의 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 17). 스텝 17에 있어서, 체결 토크가 경사②의 허용 범위 내에 있지 않을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 17에 있어서, 체결 토크가 경사②의 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회전 각도가 90°에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 18). 스텝 18에 있어서, 너트의 회전 각도가 90°인 경우에는 체결 합격으로 판정하여 너트의 회전을정지시키고(스텝 23), 정상적인 체결이 실시되었다는 체결 종료 표시를 한다(스텝 24). 스텝 18에 있어서, 너트의 회전 각도가 90°미만일 경우에는 다시 너트를 회전시키고(스텝 19), 너트의 회전량이 5°증가할 때마다 체결 토크의 경사를 검출하며(스텝 20), 체결 토크가 경사②의 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다(스텝 21). 스텝 21에 있어서, 체결 토크가 경사②의 허용 범위 내에 있지 않을 경우에는 체결 불량으로 판정하여 스텝 4로 이동한다. 스텝 21에 있어서, 체결 토크가 허용 범위 내에 있을 경우에는 너트의 회전 각도가 90°에 도달했는지의 여부를 판정한다(스텝 22), 스텝 22에 있어서, 너트의 회전 각도가 90°미만일 경우에는 스텝 19로 복귀한다. 스텝 22에 있어서, 너트의 회전각도가 90°에 도달한 경우에는 체결 합격으로 판정하여 스텝 23으로 이동한다.

상기 실시예에 있어서의 허용 범위로서는, 규정 체결 각도에서의 체결 토크 를 실제 크기(full scale)로 하여 -10 ∼ +10% 정도로 설정한다. 너트의 회전 각 도는 회전 각도 0 ∼ 20% 까지는 회전 각도 20 ∼ 100% 일 때의 약 50%로 회전시킨 다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 회전 각도에 관한 20°, 90°, 1°마다의 수치는 모두 일 예이고, 체결되는 부재의 특성에 따라 회전 각도 등의 적당한 값이 적당히 마이크로 컴퓨터(29)에 설정된다.

또한, 체결 개시 기준으로는 체결 토크가 7 kgf·cm 정도가 되는 위치를 선정한다. 이와 같이 하면 손으로 체결하는 것이 약간 부족해도, 또는 배관에 굴곡이 있거나 위치 어긋남이 있어 손으로 체결한 시점에서 체결 토크가 약간 발생되어도이들의 영향을 받지 않는 체결 개시 기준 위치를 설정할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 너트(36)의 회전 각도와 체결 토크와의 관계에 의해 체결이 적정한지를 판정하고 있으나, 너트(36)의 회전 각도 대신에 너트(36) 와 수나사 부재(35)의 거리를 사용할 수도 있다. 또는, 너트(36)의 회전 각도 및 너트(36)와 수나사 부재의 거리 모두를 사용해도 된다. 너트(36)와 수나사 부재(35)의 거리는 퍼텐쇼미터(potentiometer), 와전류 변위 센서, 레이저식 변위 센서 등으로 검출할 수 있다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 체결 토크는 변형 게이지(18, 63)에 의해 검출되고 있으나, 체결 토크는 이와 같은 검출 방법, 예컨대 자왜식(磁歪式)(magnetostrictive) 토크 센서에 의하여 검출할 수 있다. 또한, 회전 각도는 퍼텐쇼미터를 사용하여 아날로그 신호를 각도로 환산함으로써 검출할 수도 있다.

제13도 내지 제15도는 수동형의 체결 장치를 도시한다. 이하의 설명에 있어서, 전동(電動)형의 체결 장치와 동일한 것에는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을생략한다.

너트 회전용 기어(4)를 구동하는 평기어(49)는 기어열의 개재하에 수평 회전축(58)을 갖는 핸들(57)에 접속되어 있다. 즉, 핸들(57)의 수평 회전축(58)에 베벨 기어(51)가 장착되고, 이 베벨 기어(51)에는 수직 회전축(59)을 갖는 베벨 기어(52)가 맞물리며, 이 베벨 기어(52)의 수직 회전축(59)에는 평기어(53)가 설치되고, 이 평기어(53)에는 이것의 회전 방향 변환용 평기어(54)의 개재하에, 수직회전축(60)에 장착된 감속용 평기어(55)가 맞물리고, 이것과 동축인 평기어(55)에 너트 회전용 기어(4)를 구동하는 평기어(49)가 맞물려 있다.

그리고, 너트 회전용 기어(4)를 구동하는 평기어(49)의 수직 회전측(61)의 상단에 너트 회전 각도 검출용 로터리 엔코더(62)가 장착되고, 감속용 평기어(55)의 수직 회전축(60)에 체결 토크 검출용 변형 게이지(63)가 장착된다.

본체(50)의 양측에는 하부 플레이트 승강용 레버(43)가 피벗(44)에 의하여 각각 자유로이 피벗할 수 있도록 설치되어 있다. 이 하부 플레이트 승강용 레버 (43)의 전단부는 하부 플레이트(42)에 설치된 상승부(42a)에 고정용 핀(48)에 의하 여 고정되어 있다. 피벗(44)이 끼워 맞춰지는 하부 플레이트 승강용 레버(43)의 구멍은 슬롯(45)으로 되어 있다. 피벗(44)보다도 기단부쪽에 가까운 본체(50)의 양측에는 안내용 핀(46)이 외측으로 돌출되도록 설치되고, 각각의 하부 플레이트 승강용 레버(43)에는 수평 상태를 유지한채로 승강시키기 위한 안내 홈(47)이 설치되어 있다. 하부 플레이트 승강용 레버(43)의 피벗 동작에 따라서 하부 플레이트(42)가 승강되면, 안내용 핀(46)은 안내 홈(47)에서 안내되고 피벗(44)은 슬롯(45)내에서 이동됨으로써, 하부 플레이트(42)는 수평 상태를 유지한 채 승강한다.

상기 수동형의 채결 장치를 사용한 경우의 체결 방법은 전동형의 체결 장치를 사용했을 경우의 체결 방법과 대략 동일하게 실시한다. 수동형의 경우 회전 각 도의 속도 제어를 손으로 실행하기는 어려우나, 회전 각도는 제어하지 않아도 지장 없다. 또한, 너트(36)의 자동 정지 및 자동 반전이 불가능하므로 체결 합격과 종 료 표시가 나오면 너트(36)를 정지시키며, 체결 불량의 경보가 나오면 체결을 정지시키고, 수동으로 너트(36)를 반전시킨다.

그리고, 상기의 실시예에 있어서, 하부 플레이트(3, 42)가 상부 플레이트(1, 41)에 대하여 이동될 수 있도록 구성되어 있으나, 이것은 반드시 필요한 것은 아니다. 또한, 피팅부가 부착된 기어(4)는 자유로이 착탈이 되지 않도록 하부 플레이트에 고정해도 좋다.

제16도 내지 제18도의 그래프는 체결 토크, 모터의 전류, 너트의 회전 각도 및 모터의 회전수가 체결 시간에 따라 어떻게 변하는가를 나타내고 있다. 제16도 는 체결이 정상적인 경우, 제17도는 개스킷이 없는 경우, 제18도는 개스킷 및 스러 스트 베어링이 없는 경우의 그래프이다. 모터를 작동시키면 회전 각도가 증가하기 시작하고, 조금 시간 간격을 두고 체결 토크 및 모터의 전류가 증가하는 동시에 모 터의 회전수가 감소한다. 제16도 내지 제18도에시 도시된 바와 같이, 이 때의 시 간 축에 대한 토크 곡선과 모터 전류치 곡선은 체결이 정상이냐 이상이냐를 불문하고 동일한 궤적을 나타내고 있고, 체결이 정상이냐 아니냐를 판정할 때에 너트의 회전 각도 대신에 모터의 회전 시간을 사용하고, 체결 토크 대신에 모터의 전류치 를 사용할 수 있음을 알 수 있다.

즉, 규정된 시간이 경과한 후의 모터의 전류치가 규정 범위 내에 있으면 체결 합격, 그렇지 않으면 체결 불량이라는 판정이 가능해지고, 이렇게 함으로써 변 형 게이지(18)와 회전 각도 검출기(17)가 필요 없게 되며, 체결 장치의 구성을 간단하게 할 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 나사 부재 체결 방법에 사용된 체결 장치의 일 실시예의 주요부를 도시한 분해 사시도.

제2도는 제1도의 종단면도.

제3도는 제2도의 III-III 선을 따라 취한 단면도.

제4도는 제1도의 체결 장치의 주요부의 평면도.

제5도는 제4도의 횡단면도.

제6도는 편심 롤러와 하부 플레이트의 동작을 도시한 측면도.

제7도는 본 발명에 따른 나사 부재 체결 방법의 체결 판정 수단의 일 실시예를 도시한 블록도.

제8도는 제7도의 다른 실시예를 도시한 블록도.

제9도는 제1도의 체결 장치의 전체를 개략적으로 도시한 사시도.

제10도는 너트 회전 각도와 체결 토크의 관계를 도시한 그래프.

제11도는 너트 회전 각도와 체결 토크를 검출하여 실시하는 체결 방법의 개 요를 도시한 순서도.

제12도는 너트 회전 각도와 체결 토크의 경사를 검출하여 실시하는 체결 방법의 개요를 도시한 순서도.

제13도는 본 발명에 따른 나사 부재 체결 방법이 사용된 체결 장치의 다른 실시예의 종단면도.

제14도는 상기 장치의 주요부를 도시한 측면도.

제15도는 상기 장치의 주요부를 도시한 평면도.

제16도는 체결이 정상적인 경우의 시간 축에 대한 체결 토크, 모터 전류,너트 회전 각도 및 모터 회전수의 관계의 일 예를 도시한 그래프.

제17도는 체결이 비정상적인 경우의 시간 축에 대한 체결 토크, 모터 전류,너트 회전 각도 및 모터 회전수의 관계의 일 예를 도시한 그래프.

제18도는 체결이 비정상적인 경우의 시간 축에 대한 체결 토크, 모터 전류,너트 회전 각도 및 모터 회전수의 관계의 일 예를 도시한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 41 : 상부 플레이트

2 : 플랜지 피팅부

3, 42 : 하부 플레이트

4 : 너트 회전용 기어

5, 15 : 너트 피팅부

6 : 수직 안내봉

8 : 핀

9 : 편심 롤러

13 : 상하 홈

16 : 회전판

17 : 회전 각도 검출기

18 : 변형 게이지

19 : 서보 모터

21, 22, 27 : 평기어

23, 25 : 웜

24, 26: 웜휠

28 : 체결 토크 검출기

29 : 마이크로 컴퓨터

30 : 본체

35 : 수나사 부재

35 : 너트

43 : 승강용 레버

Claims

정상적으로 체결이 행해진 때의 나사 부재의 체결량에 대한 체결 토크의 기 준 범위를 미리 설정해 두고, 체결량과 체결 토크를 검출하며, 또 체결량에 대한 체결 토크가 기준 범위 내에 있는지 여부를 판정하면서 나사 부재의 체결을 행하는 것을 특징으로 하는 나사 부재의 체결 방법.
제1항에 있어서, 상기 나사 부재의 체결량으로서 나사 부재의 회전 각도를 사용하는 것을 특징으로 하는 나사 부재와 체결 방법.
제1항에 있어서, 상기 나사 부재의 체결량으로서 나사 부재의 변위량을 사용하는 것을 특징으로 하는 나사 부재의 체결 방법.
제1항에 있어서, 상기 체결 토크의 기준치로서 체결 토크의 값을 사용하는 것을 특징으로 하는 나사 부재의 체결 방법.
제1항에 있어시, 상기 체결 토크의 기준치로서 나사 부재의 체결량에 대한 체결 토크의 경사를 사용하는 것을 특징으로 하는 나사 부재의 체결 방법.
제2항에 있어서 나사 부재의 체결을 행하기 위한 구동 장치로서 모터를 사용하는 동시에 나사 부재의 회전 각도를 모터의 회전 시간에서 산출하는 것을 특징으로 하는 나사 부재의 체결 방법.
제4항에 있어서, 나사 부재의 체결을 행하기 위한 구동 장치로서 모터를 사용하는 동시에 체결 토크의 값을 모터의 전류치에서 산출하는 것을 특징으로 하는 나사 부재의 체결 방법.