(57)【要約】  リベット締めシステムは、リベットにより２つ又はそれ以上の加工物を接合するように作用する。本発明の別の態様においては、自己穿孔リベットが採用される。本発明のさらに別の態様は、電子制御ユニットと、１つ又はそれ以上のセンサを採用して、リベット締め特性及び／又はアクチュエータ特性を求める。
2007530287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己穿孔リベットを取り付けるためのシステムであって、
リベット係合組立体と、前記リベットを駆動させるために前記リベットに作動可能に連結された軸方向に可動な部材と、前記部材の周りに環状に配設されたハウジングとを含む自己穿孔リベット取り付け工具と、
リベット取り付け工程中に、前記工具による歪みを監視するように構成され、これに関連する歪み出力信号を生成するセンサと、
（ａ）前記センサからの統計的に有意な一連の訓練出力信号を受信し、
（ｂ）前記一連の訓練出力信号を整合して、一連の出力／時間の所定の値の対を形成し、
（ｃ）例示的な出力／時間信号の組を形成し、
（ｄ）前記例示的な出力時間信号についての許容差範囲を定義する、
回路構成を有する監視回路と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記監視回路が、さらに、
一連の歪み出力信号から、測定された歪み対時間のデータ・セットを生成し、
前記測定された歪み対時間のデータ・セットを走査して、第１の最後の局所的最大歪み値を求め、
前記例示的な歪み対時間のデータ・セットを走査して、第２の最後の局所的最大歪み値を求め、
前記第１の最後の局所的最大歪み値及び前記第２の最後の局所的最大歪み値が、所定の時間許容差バンド内、又は、所定の歪み許容差バンド内の一方にあるかどうかを判断する、
回路構成を含むことを特徴とする請求項１に記載の自己穿孔リベットを取り付けるためのシステム。
【請求項３】
前記歪みセンサが、軸方向における歪みを測定するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記歪み出力の所定の値の対の前記比較に基づいて、前記セットの許容可能性をオペレータに信号通知するための、前記測定回路に作動的に接続されたインジケータをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の自己穿孔リベットを取り付けるためのシステム。
【請求項５】
第１の変換器が、マイクロ歪みセンサであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御回路が、積分器と、前記積分器と接続された比較器と、前記比較器と接続されたプログラマブル・メモリとを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
本体がＣ字形構造であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサが前記Ｃ字形構造の外面上に配置されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記本体がセンサ取り付け位置を定義し、前記センサ取り付け位置が、前記Ｃ字形構造上の点にあり、前記リベット取り付け事象中に変形を受けることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
（ａ）電気制御ユニットと、
（ｂ）前記電気制御ユニットに接続された電気モータと、
（ｃ）前記電気モータの励起により作動的に駆動される伝動装置と、
（ｄ）前記伝動装置により作動的に前進させられるリベット締め打ち抜き工具と、
（ｅ）前記電気監視ユニットに接続され、前記モータの励起により誘起される反力によって誘起される歪みを感知するように作用するセンサと、
を含むことを特徴とするリベット監視システム。
【請求項１１】
前記打ち抜き工具により作動的に駆動されるリベットをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電子制御ユニットに接続されたアクチュエータを有するリベット供給機と、前記電子制御ユニットに接続された供給管センサとをさらに含み、前記電子制御ユニットが、前記リベット締め工程中に、前記給送機による前記リベットの供給を作動的に制御し、前記供給管センサが、前記リベットの存在を示す信号を前記電子制御ユニットに送ることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記伝動装置が、前記打ち抜き工具を移動させるために、前記電気モータの回転運動を線形運動に作動的に変換することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記伝動装置が、閉ループ・ベルトを含むことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記歪みが、少なくとも部分的に、変化するリベット取り付け性能のために変化することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記センサが、前記打ち抜き工具の前記Ｃ字形構造内の歪みを作動的に感知することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記センサが、前記伝動装置における歪みを作動的に感知することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電気制御ユニットがプログラマブル・コンピュータであることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
（ａ）プログラマブル監視ユニットと、
（ｂ）線形駆動装置を含むリベット締め機と、
（ｃ）前記制御ユニットが前記線形駆動装置の励起を引き起した場合に、前記リベット締め機により作動的に取り付けられる自己穿孔リベットと、
（ｄ）前記リベット締め機の部品内の歪みを測定するように構成されたセンサと、
を含み、前記歪みが前記線形駆動装置の励起により引き起されるモーメントによって誘起されたものであることを特徴とする監視システム。
【請求項２０】
前記監視ユニットが、前記センサにより生成された信号を、以前に格納されたデータと比較することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記センサが、前記リベット機のＣ字形の支持体に取り付けられたことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記センサが、リベット取り付け工程中に、歪みの変化を示すように作用することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記監視ユニットが、前記線形駆動装置の作動を阻止するように作用することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
連接ロボットをさらに含み、前記リベット締め機が前記ロボットにより取り付けられ、位置決めされるようになったことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
望ましくない条件が存在する場合には、前記監視ユニットが、エラー信号を送信することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２６】
前記監視ユニットが、リベット締め特徴が望ましい範囲内にあるかどうかを判断することを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
ファスナを取り付け、前記取り付けの許容可能性を評価するためのシステムであって、
前記ファスナに力を適用するように構成された第１部材と、
前記第１部材に反力を適用するように構成されたＣ字形の第２部材と、
前記反力により誘起されるモーメントによって引き起された前記Ｃ字形部材における歪みを測定するように構成されたセンサと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２８】
前記力が第１軸により適用されることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記反力が前記力と平行であることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記歪みセンサが、前記第２部材から第１半径距離だけ離れた歪みを測定するように構成されたことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
ファスナを取り付け、前記取り付けの許容可能性を評価するためのシステムであって、
軸に沿ってファスナに力を適用するように構成された第１部材と、
前記ファスナに対する前記力に応じて反力を適用するように構成された第２部材と、
前記反力により誘起された第３部材における特性を測定するように構成されたセンサと、
を含み、前記センサが、前記軸から第１半径距離だけ離れており、かつ、前記第２部材から第２半径距離だけ離れた部材における歪みを測定するように構成された圧電歪みセンサであることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
前記反力が、前記力と平行であることを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記センサが、前記軸から第１半径距離だけ離れており、かつ、前記第２部材から第２半径距離だけ離れた部材における歪みを測定するように構成された圧電歪みセンサであることを特徴とする請求項３１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、リベット締めに関し、より具体的には、リベット締めシステム及びリベット締めされた接合部を形成するための工程に関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年３月２２日に出願されたＰＣＴ国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００９５０５号の継続出願であり、２００４年７月１４日に出願された米国仮特許出願連続番号第６０／５８７，９７１号、２００４年９月２４日に出願された連続番号第６０／６１２，７７２号、２００４年３月２４日に出願された連続番号６０／５５５，９８９号、２００４年５月３日に出願された連続番号第６０／５６７，５７６号、２００４年１１月５日に出願された連続番号第６０／６２５，７１５号、及び２００４年７月１９日に出願された連続番号第６０／５８９，１４９号に基づく利益を主張する。上述の出願の開示は、引用によりここに組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
２つ又はそれ以上の金属板をリベットにより接合することは周知である。さらに、予め打ち抜かれた穴を必要としない自己穿孔リベットを用いることが知られている。こうした自己穿孔又は打ち抜きリベットの接続は、ソリッド・リベット又は中空リベットを用いて行うことができる。
打ち抜きリベット接続は、通常、接合されるべき部品をダイ上に置くことにより、ソリッド・リベットを用いて形成される。接合されるべき部品は、中空クランプとダイとの間でクランプされる。プランジャが加工物を通してリベットを打ち抜いて、リベットが部品に穴を打ち抜き、これによって、予め打ち抜く作業が不要になる。リベットが接合されるべき部品を貫通すると、クランプが、フェルールを含むダイに対して部品を押し付ける。クランプの力及びダイの幾何学的形状が、接合されるべきダイ側の部品の可塑的変形をもたらし、これによって、変形部分が部分的に打ち抜きリベットにおける環状溝に流れるようになる。このソリッド・リベットは変形されない。
【０００３】
従来、油圧により作動される接合装置が、こうした打ち抜きリベット接続を形成するのに用いられる。より具体的には、打ち抜きプランジャが油圧シリンダ・ユニットにより作動される。こうした接合装置を製造する費用は比較的高く、質の高い打ち抜きリベット接続を達成するための工程制御は、問題があることが見出されている。具体的には、油圧により作動される接合装置は、粘性の変化のために、プランジャにより働かせられる力の変動を受けやすい。こうした油圧媒体の粘性変化は、実質的に、温度に依存する。油圧により作動される接合装置のさらに別の難点は、油圧媒体、多くの場合、油は、含水の影響があり、したがって、所定の時間間隔で油圧油の交換を必要とする。さらに、多数の油圧システムは、油圧油が漏れる傾向があり、これによって、製造工場において汚い作業環境を生み出す。
中空リベット、並びに、半中空リベットにより打ち抜き接続又は接合を形成する場合には、プランジャ及び打ち抜き工具は、中空リベットが、接合されるべきブランジャ側の部品を貫通して、接合されるべきダイ側の部品に、部分的に貫通するようにする。ダイは、ダイ側部分及びリベットを閉鎖ヘッドに変形させるように設計される。中空リベットにより打ち抜きリベット接続を形成するための接合装置の例は、ＤＥ  ４４  １９  ０６５  Ａ１に開示される。油圧により作動する接合装置は、さらに、中空リベットにより打ち抜きリベット接続を製造するのに用いられる。
【０００４】
さらに、回転ドラム及びエスケープ機構を有するリベット供給機ユニットが、従来より用いられている。さらに、リベット締め工具をロボットに連結するのに線形スライドを用いることが知られている。
さらに、ブラインド・リベット取り付けシステムの種々の特性を監視するために、コンピュータ・システムを採用することが知られている。例えば、１９９７年９月２日にＢｙｎｅ他に付与された「Ｂｌｉｎｄ  Ｒｉｖｅｔ  Ｓｅｔ  Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許番号第５，６６１，８８７号、及び、１９９７年９月１６日にＷｅｂｅｒ他に付与された「Ｂｌｉｎｄ  Ｒｉｖｅｔ  Ｓｔｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｅｔｔｉｎｇ  ａ  Ｂｌｉｎｄ  Ｒｉｖｅｔ  Ｔｈｅｎ  Ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｅｔ」という名称の米国特許番号第５，６６６，７１０号を参照されたい。これら両方の米国特許は、引用によりここに組み入れられる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明によれば、リベット締めシステムは、２つ又はそれ以上の加工物をリベットにより接合するように作用する。本発明の別の態様においては、自己穿孔リベットが採用される。本発明のさらに別の態様は、許容可能な接合部におけるダイ側の加工物を完全に貫通しない自己穿孔リベットを用いる。本発明のさらに別の態様は、電子制御ユニット及び１つ又はそれ以上のセンサを採用して、リベット締め特性及び／又はアクチュエータ特性を求める。本発明のさらに別の態様においては、ナットを駆動させるための電気モータと、回転アクチュエータ運動を線形リベット取り付け運動に変換するスピンドル・ドライブ型の動力伝達装置とを用いる。本発明のさらに別の態様においては、多数のリベット供給機が、異なる種類のリベットを、選択的に、単一のリベット締め工具に与えることができる。リベット締め機を制御するのに採用される独特なソフトウェアは、さらに、本発明の別の態様に用いられる。リベット締めシステムを作動させる方法が、さらに提供される。
【０００６】
本発明のリベット締めシステムは、非常にコンパクトで、機械的に効率的な回転対線形運動の伝動を採用する点で、通常の装置に比べて有利である。さらに、本発明は、電気モータを採用してリベット締め打ち抜き工具を作動させ、これによって、従来の油圧駆動機械と比較して、精度を高くし、こぼれた流体で汚すことを少なくし、維持管理費を下げ、エネルギーを減らし、雑音を減らし、温度により誘起される変動を少なくすることが有利である。さらに、本発明のリベット締めシステムに採用される電子制御システム及びソフトウェアは、リベット、リベット締めされた接合部、加工物特性、アクチュエータの電力消費、及び／又は、アクチュエータの電力出力特性の本質的にリアルタイムの品質管理及び監視、並びに、感知されたデータを用いた歴史的処理傾向を収集し、比較することを保証する。
リベット締めシステム及びこれに採用される自己穿孔中空リベットは、高い品質と、完全にダイ側の加工物を貫通することなく、打ち抜き工具側の加工物の外面と本質的に同じ高さの再現可能なリベット締めされた接合部とを提供することが有利である。リベット、接合部、及び加工物のリアルタイム特性及びリベット取り付け機は、望ましい最終製品の品質を保証するように有利な方法で用いられる。
【０００７】
従来技術の不利点を克服するために、工具部品内の歪みを測定するマイクロ歪みセンサを有するシステムが提供される。これらの測定された歪みは、例示的な歪み対時間の曲線又は変位データについて形成された多数の異なる許容バンドと比較される。測定データを許容バンドに関して分析して、特定のリベット取り付けが許容可能であるかどうかを判断するために、種々の技術が提供される。
さらに、性能特性は、機械装置に機械的な改変を必要とすることなく、作用されるべき特定の接合部又は加工物に応じて、訓練技術を用いて取り付け点を訓練することにより、容易に変更又は改変することができる。本発明の付加的な利点及び特徴は、付随する図面と関連する以下の説明及び添付される特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本発明のさらに別の適用可能領域は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、例示目的を意図するに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解されるであろう。
以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、決して、本発明、適用例、又は用途を限定することを意図するものではない。一般に、システムは、部品を接合するためにファスナを取り付ける。システムは、取り付け工程及び結果としてもたらされる取り付けの質を確認するように構成される。システムは、ファスナを取り付けるために取り付け力をファスナに適用するように構成された第１部材を有するリベット取り付け機を用いる。取り付け力に応じて、反力を第１部材に適用するように構成された連結構造が提供される。反力により誘起された前述の連結構造内の物理的パラメータにおける変化を感知するために、センサが連結構造に取り付けられる。
第１部材は、取り付け力を、軸に沿って、ファスナの第１側部に適用し、取り付け力は、取り付け力とほぼ平行な反力を適用する第２部材により抵抗される。この反力は、連結構造における弾性変形により引き起される。
センサは、軸から所定の半径距離にある位置において歪みを測定するように構成される。以下に述べられるように、センサは、反力により引き起されるモーメントにより誘起される歪みの影響を受けやすい連結又は支持構造上の位置に配置される。その位置のために、センサは、比較用語で表示することができる物理的パラメータにおける変化を示すように較正されることができる。さらに、その位置のために、センサは、ダイ又は打ち抜き部品の変更といった通常の維持管理の後で較正される必要はない。
【０００９】
図１及び図２を参照すると、以下でリベット締めシステム２１として知られる打ち抜きリベットのための接合装置は、リベット締め機又は工具２３と、主電子制御ユニット２５と、歪みセンサ３４と、リベット供給機２７と、採用される場合には、関連のロボット工具運動機構及び制御部とを含む。リベット締め工具２３は、さらに、油圧によるものであってもよいし又は電気的なものであってもよい駆動機構を有する。電気駆動装置は、電気モータ・アクチュエータ２９と、伝動装置ユニットと、プランジャ３１と、クランプ３３と、ダイ又はアンビル３５とを有する。油圧駆動装置は、流体により開始されるピストンによって駆動される油圧油を使用する。流体により開始されるピストンは、油圧又は空気圧流体のいずれによっても駆動されることができる。ダイ３５は、Ｃ字形のフレーム３７その他同様なものに取り付けられることが好ましい。フレーム３７は、さらに、リベット締め工具２３の前進部分を一組の線形スライド３９に連結し、これは次いで、工場の床に取り付けられた連接ロボットに連結される。線形スライド制御ユニット４１と電子ロボット制御ユニット４３とは、それぞれ、線形スライド３９と主電子制御ユニット２５とに接続されている。スライド３９は、空気圧又は油圧源４５により作動される。
リベット締め工具２３の伝動装置ユニットは、減速歯車ユニット５１及びスピンドル・ドライブ機構５３を含む。打ち抜き組立体としても知られるプランジャ３１は、以下でより詳細に述べられる打ち抜きホルダ及び打ち抜き工具を含む。データ監視ユニット６１は、図２に示すように、主コントローラ２５の一部であってもよいし、又は、種々のセンサからの信号を監視することを助けるように、図１に示す別個のマイクロプロセッシング・ユニットであってもよい。
【００１０】
ここで図３、図５、及び図６を参照する。主電気コネクタ７１は、主電子制御ユニット２５に電気接続され、該主電子制御ユニットは、マイクロプロセッサ、表示画面、インジケータ光、及び入力ボタンと、を含む。コネクタ７１は、さらに、歪みセンサ３４その他のリベット締め工具２３に配置された近接スイッチ・センサに電気接続されている。電気モータ２９は、ブラシレスの三位相切換電流形式のものである。電気モータ２９の励起は、アーマチュア軸を回転させるように働き、これは次いで、出力歯車７３を回転させる。電気モータ２９及び歯車７３は１つ又はそれ以上の円筒形外部ケーシング内に配設される。
減速歯車ユニット５１は、歯車ハウジング７５及び７７を含み、この中には２つの異なる直径の平歯車７９及び８１が配設されている。種々の他の玉軸受８３及び座金がハウジング７５及び７７内に配置される。さらに、取り外し可能プレート８５がハウジング７５上にボルト留めされて、潤滑を可能にする。平歯車７９は、出力歯車７３と同軸で配置され、該出力歯車によって駆動されて、平歯車８１の回転を生じさせる。アダプタ８７及び８９が、さらに、ハウジング７７に固定的に取り付けられる。
【００１１】
図３ｂ及び図３ｃは、本発明の教示による関連する歪みをもつ支持フレーム３７の斜視図である。支持フレーム３７は、リベット取り付け事象中に測定可能な変形を生じる該支持フレーム３７の位置に配置されたセンサ取り付け位置を有する。リベット取り付け事象中に、反力又は反力から誘起されたモーメントにより引き起された最大歪みの位置を示す歪み分析を示す。これらの位置は、リベット・センサ取り付け位置にとって指示的な好ましい位置である。
図４及び図６は、平歯車８１の中心軸に直接接続されたナット・ハウジング１０１を示す。したがって、平歯車８１の回転は、ナット・ハウジング１０１の同時回転を引き起こす。ナット・ハウジング１０１は、中空でほぼ円筒形の近位セグメントと、全体的に拡がった円筒形の遠位セグメントとで構成される。ロード・セル１０３は、ナット・ハウジング１０１の近位セグメントの周りに同心で配置される。ロード・セル１０３は、ロード・セル・インターフェース１０５に電気接続され（図３を参照されたい）、これは次いで、監視ユニット６１に電気接続される（図１を参照されたい）。センサ・インターフェース１０５は、対話型電流増幅器である。ロード・セル１０３は、直流ブリッジを有するＤＭＳロード・セルであることが好ましく、機械的入力の力は、信号を生成する抵抗において変化を生じさせる。或いは、ロード・セルは、圧電形式のものであってもよい。
【００１２】
ボールとしても知られる回転可能ナット１１１は、ナット・ハウジング１０１の遠位セグメントに直接受け入れられ、かつ該遠位セグメントと連結されて、ナット・ハウジング１０１の回転が、同時に、ナット１１１の対応する回転を引き起すようになっている。玉軸受１１３がナット・ハウジング１０１の周りに配設される。スピンドル１１５は、一組の雄ねじを有し、ナット１１１の一組の雌ねじと嵌め合わされる。したがって、ナット１１１の回転は、縦方向軸に沿ったスピンドル１１５の線形前進及び後退運動を引き起す。ロッド状の打ち抜き工具ホルダ１２１の近位端は、縦方向軸に沿った対応する線形の並進運動のために、スピンドル１１５の端部にボルト留めされる。ロッド状の打ち抜き工具１２３は、同時に移動するために、打ち抜き工具ホルダ１２１の遠位端に、縦方向に同軸で取り付けられる。
打ち抜き工具ホルダ１２１の外向きにフランジ付けされた部分１２５は、ばねカップ１２７に当接する。これにより、比較的軟らかい圧縮ばね１２８（おおよそ１００ないし３００ニュートンの付勢力）の圧縮が生じて、打ち抜き工具１２３の遠位端による係合のために、リベットを受け部の外に、かつ最初に搭載された位置に駆動するように働く。強い圧縮ばね１４１（おおよそ８，０００ないし１５，０００ニュートンの付勢力）が、次いで、打ち抜き工具ホルダ１２１の前進運動により圧縮される。強い圧縮ばね１４１の付勢作用は、後で、クランプ１４３及びノーズ・ピースを含むクランプ組立体を戻して後退させ、歯車減速ユニット５１の方向に後方に、及び加工物から離れるようにするように働く。
【００１３】
主ハウジング１４５は、ナット及びスピンドル組立体を受け入れるための近位で中空の円筒形セグメントを有する。主ハウジング１４５は、さらに、一対の縦方向に細長いスロット１４７を有する。スリーブ１４９は、打ち抜き工具ホルダ１２１にしっかりと固定されており、横方向に延びるローラの組１５１又は他のボルト留めされた構造を有する。ローラ１５１は、主ハウジング１４５のスロット１４７内に乗る。縦方向に細長いクランプ１４３のスロット１５３は、同様にスリーブ１４９にボルト留めされたブシュ１５５に係合する。したがって、ローラ１５１及び主ハウジング１４５のスロット１４７は、打ち抜き工具ホルダ１２１及びクランプ１４３の両方の望ましい線形の位置合わせを維持し、並びに、主として、これらの部材の回転を阻止するように働く。さらに、付加的な外部カバー１５７が与えられる。移動する部品のすべては、鋼から作られることが好ましい。
【００１４】
図６及び図１５を参照すると、歪みセンサ３４は、Ｃ字形の支持フレーム上であるか又は打ち抜き工具のノーズ・ハウジング内のいずれかに配置することができる。スピンドル位置近接スイッチ・センサ２０１がリベット締め工具２３内に取り付けられる。ばね付勢された上方ダイ及び自動ロック式ナット組立体２０３は、スピンドル組立体が完全に後退したホーム位置に到達したときに、スピンドル位置近接スイッチ２０１を作動させるように働く。プレート厚さ近接スイッチ・センサ２０５がさらにリベット締め工具２３内に取り付けられる。上方ダイ形式の厚さ測定アクチュエータ及び自動ロック式ナット組立体２０７は、クランプ１４３の位置決めを示し、これによって、近接センサ２０５を作動させるように働く。付加的な近接スイッチ・センサ２８１及び２８３が供給管に配置されて、後でリベット締め工具２３の受け部に挿入するのに適した位置におけるリベットの有無を示す。これらの近接スイッチ２０１、２０５、２８１、及び２８３のすべては、モジュール６０１により、主電子制御ユニット２５に電気接続される。さらに、レゾルバ式センサ２１１が電気モータ２９又はこれと共に回転される部材に接続される。レゾルバ２１１は、アクチュエータのトルク、アクチュエータ速度、及び／又は、伝達トルクを感知するように働く。次いで、信号がレゾルバにより主電子制御ユニット２５に送られる。電気モータ２９に接続された付加的なセンサ（図示せず）は、モータの電力消費又は他の電気的特性を感知し、示すように作用して、モータの性能特性を示し、こうした感知された読みは、次いで、主電子制御ユニット２５に送られる。
【００１５】
図７及び図８は、打ち抜き工具１２３に隣接するリベット締め工具２３の遠位端又はヘッドに取り付けられた受け部２４１を最もよく示す。上方ハウジング２４３は、一対の急速着脱ファスナ２４７により、下方ハウジング２４５に固着される。クランプ組立体のノーズ・ピース部分２４９が下方ハウジング２４５にねじ込まれて、エラストマＯ−リング２５３により圧力で保持される、スロットが付けられた供給チャネル２５１を保持するように働く。一対の可撓性フィンガ２５５がハウジング２４３及び２４５に対してピボット運動し、リベット２６１を、加工物に挿入する前に、打ち抜き工具１２３と位置合わせされた望ましい位置に一時的に配置するように働く。圧縮ばね２６２は、打ち抜き工具１２３の前進軸の方向に可撓性フィンガ２５５を内方に付勢するように働く。さらに、把持停止部２６３が、ピボット・ピンにより、上方ハウジング２４３に取り付けられる。把持停止部２６３は、圧縮ばね２６５により、上方ハウジング２４３から下向きに付勢される。好適な受け部は、ＥＰＯ特許公報番号第０９  ２２  ５３８  Ａ２（独国出願番号第２９７１９７７４．４に対応する）に開示される。
【００１６】
図１０は、端部コネクタ２７３及び２７５を有する供給管２７１を示す。端部コネクタ２７３は、受け部２４１に固定され（図８を参照されたい）、コネクタ端部２７５は供給機２７に固定される（図２を参照されたい）。供給管２７１は、さらに、円筒形外側保護管２７７と、内側リベット支持管２７９とを含む。内側管２７９は、中を通って供給されるリベットの外側形状に対応するＴ時形状の内側外形を有する。供給管２７１は、半可撓性である。入口及び出口近接スイッチ・センサ２８１及び２８３は、それぞれ、供給管２７１を通る各々のリベットの通過を監視し、適切な表示信号を主電子制御ユニット２５に送る（図２及び図１５を参照されたい）。リベットは、供給管２７１を通して、供給機２７から受け部２４１に空気により与えられる。
図１１は、ＳＲＦ供給機２７の内部構造を示す。供給機は、プレス加工された金属ケーシング３０１と、上方カバー３０３と、フェース・プレート３０５とを有する。供給機２７は、工場の床に固定的に取り付けられることが意図される。格納バンカー３０７がフェース・プレート３０５の内面に取り付けられて、リベットを供給前に保持するように働く。回転ボウル又はドラム３０９がフェース・プレート３０５の外側に取り付けられる。これは、回転駆動ユニット３１１及び関連するシャフトにより回転される。空気圧シリンダ３１３は駆動ユニット３１１を作動し、これは、ケーシング３０１の内部に配設された一組の空気圧弁３１５により制御される。電気コネクタ３１７及び関連するワイヤは、モジュール６０１により、電気的に供給機２７を主電子制御ユニット２５に接続する（図２、図１４、及び図１５を参照されたい）。
【００１７】
空気により駆動される摺動エスケープ機構３１９がフェース・プレート３０５に取り付けられ、ドラム３０９にアクセス可能である。近接スイッチ・センサ３２１は、エスケープ機構３１９に取り付けられて、エスケープ機構３１９からの各々のリベットの通路を示す。近接スイッチ３２１は、モジュールにより、適切な信号を主電子制御ユニットに送る。ドラム３０９の回転は、リベットをスロットが付けられたレースウェイ３２に通過させて、リベットを位置合わせし、これらを供給管２７１に送るエスケープ機構３１９に供給されるようにする（図１０を参照されたい）。
図９は、第１の代替的な実施形態のリベット締めシステムを示す。接合装置又はリベット締め工具は、電気モータにより作動される駆動ユニット４０１を有する。駆動ユニット４０１は、ハウジング４２５の上端領域に配置された伝動装置ユニット４０２に接続される。ハウジング４２５は、フレーム構造４２４に接続される。
駆動ユニット４０１の駆動軸４１１は、伝動装置ユニット４０２のベルト・ホイール４１２に接続される。ベルト・ホイール４１２は、可撓性の歯のあるベルトとすることができる永久ループによりベルト・ホイール４１４を駆動させる。ベルト・ホイール４１２の直径は、実質的に、ベルト・ホイール４１４の直径より小さくて、駆動軸４１１の減速を可能にする。ベルト・ホイール４１４は、回転可能に駆動ブシュ４１５に接続される。さらに、大歯車をもつ歯車を、ベルト駆動装置をもつ伝動装置ユニット４０２の代わりに用いることができる。他の代替的手法もまた可能である。
【００１８】
ロッド４１７ａは、適切に取り付けられた駆動ブシュ４１内に横方向に変位可能である。ロッド４１７ａの並進運動の移動は、ロッド４１７ａと協働するスピンドル・ナット４１６を有するスピンドル・ドライブ４０３により達成される。伝動装置ユニット４０２から離れたロッド４１７ａの端部領域においては、ガイド部材４１８が形成され、この中にロッド４１７ａを導入することができる。ロッド４１７ｂは、ロッド４１７ａと隣接する。挿入体４２３が、ロッド４１７ａとロッド４１７ｂとの間の遷移領域に与えられる。挿入体４２３は、ロッド４１７ａ又は４１７ｂの軸方向に対してほぼ垂直に突出し、ガイド部材４１８のスロット４１９に係合するピン４２０を有する。このことは、ロッド４１７ａ及び４１７ｂが回転しないことを保証する。ロッド４１７ｂは、プランジャ４０４に接続される。プランジャ４０４は、ロッド４１７ｂ上に解放可能に配置されて、用いられるリベットに応じて形成できるようになっている。停止部材４２２は、ロッド４１７ｂの前端領域に形成される。ばね要素４２１は、停止部材４２２と挿入体４２３との間に配置される。ばね要素４２１は、ガイド部材４１８の管状部分に配置されたばね座金である。ガイド部材４１８は、ハウジング４２５に滑り込むように配置される。接合装置は、プランジャ４０４及びクランプ４０５が、さらに、ダイ４０６上に載った接合されるべき部品４０７及び４０８上に載った状態の位置において示される。
【００１９】
溝付きのソリッド・リベットにより形成された打ち抜きリベット接続においては、加工物がダイ４０６と据え付け装置／クランプ４０５との間に固定されると、リベットが、プランジャ４０４により、接合されるべき部品４０７及び４０８を通して押し付けられる。クランプ４０５及びプランジャ４０４は、クリンチをもたらす。リベットは、次いで、接合されるべき部品に穴を打ち抜き、この後で、クランプ４０５が、これらの接合されるべき部品に対して押し付ける。クランプは、ダイに対して押し付けて、接合されるべきダイ側の部品４０８が、ダイ４０６の対応する設計のために、リベットの溝の中に流れるようになる。変位の関数としての力の変動は、電気モータ駆動装置４０１の電力消費から、本発明による工程によって求めることができる。例えば、切断工程中、プランジャ４０４と、したがって、さらにリベットは、比較的大きい変位をカバーし、プランジャ４０４によりリベット上に働かせられる力は、比較的一定である。リベットが接合されるべきプランジャ側の部品４０７を通して切断されると、プランジャ４０４の力が増加するに伴い、リベットがダイ４０６の中に拡がる。接合されるべきダイ側の部品４０８は、この手順の間に、ダイ４０６により変形される。プランジャ４０４により、リベット上に働かせられる力が維持される場合には、リベットは圧縮される。打ち抜きリベットのヘッドが、接合されるべきプランジャ側の部品４０７の平面に位置する場合には、打ち抜きリベット接続が生成される。力／変位曲線は、工程データから求めることができる。基準として働く、知られている力／変位曲線を用いて、変位の関数として力の測定されたレベルにより、打ち抜き接続の質を求めることができる。
【００２０】
駆動ユニット、監視ユニット、及びスピンドル・ドライブは、特定の特性を拾い上げるための対応するセンサを有することができ、この出力信号は、監視ユニットにおいて処理される。監視ユニットは、制御ユニットの部分とすることができる。監視ユニットは、開ループ及び閉ループの制御変数として、入力信号を制御ユニットに発出する。センサは、プランジャの変位、並びに、接合されるべき部品上へのプランジャの力を求める変位及び力変換器とすることができる。電力消費は、プランジャの力に、任意的には、接合されるべき部品上へのクランプの力に実質的に比例するため、さらに、電気モータ動作駆動ユニットの電力消費を測定するセンサを与えることができる。
この代替的な実施形態においては、駆動ユニットの速度は、可変であってもよい。この特徴のために、プランジャ又はクランプが、接合されるべき部品又はリベット上に作用するプランジャ又はクランプの速度を変更することができる。駆動ユニットの速度は、リベットの特性及び／又は接合されるべき部品の特性の関数として調整することができる。駆動ユニットの調整可能な速度の利点は、さらに、例えば、プランジャと、任意的には、クランプは、最初に高速で移動されて、接合されるべき部品上に位置され、次いで、プランジャと、任意的には、クランプは、低速で移動されるという事実にある。このことは、プラジャ及びクランプの比較的速い位置決めを可能にするという利点を有する。このことは、さらに、接合装置のサイクル時間に影響を与える。
【００２１】
さらに、プランジャと、任意的には、クランプは、コンピュータのソフトウェアにより容易に変更することができる予め決めておくことができる休止位置から可動であることが提案される。プランジャと、任意的には、クランプの休止位置は、接合されるべき部品の設計の関数として選択される。接合されるべき部品が滑らかな金属板である場合には、プランジャとクランプとを含むリベット締めユニットとダイとの間の距離は、接合されるべき重ねられた部品の厚さよりわずかに大きいとすることができる。接合されるべき部品の供給方向において視認したとき、接合されるべき部品が隆起部を有する場合には、リベット締めユニットの休止位置が選択されて、隆起部をリベット締めユニットとダイとの間に導くことができるようになる。したがって、リベット締めユニットは、常に、最大可能な端部又はホーム位置に移動される必要はない。
力、又は、プランジャと、任意的には、クランプの力に対応する特性は、この代替的な実施形態において、接合手順中に、プランジャの変位、又は、プランジャ及びクランプの変位の関数として測定することができる。このことが、測定されたレベルを生成する。これが望ましいレベルと比較される。比較が、測定されたレベルが望ましいレベルから、少なくとも１つの所定の範囲において所定の制限値だけ外れていることを示す場合には、信号がトリガされる。この工程制御は、打ち抜き接続の形成を定性的に監視することを可能にすることが有利である。
【００２２】
この工程の実施形態は、さらに、少なくとも、クリンチがリベット上へのプランジャの力により実質的に完成した領域において、測定されたレベルと望ましいレベルとを比較する。リベットが供給されたかどうか、及びリベットが、さらに、正しく供給されたかどうかについての説明は、実際の力／変位傾向と望ましいレベルとを比較することにより得ることができる。「正しく供給される」という用語は、リベットが、接合されるべき部品上の正しい位置に載るように供給されることを意味する。さらに、リベットの自動的な供給が正しく与えられたかどうかについて、比較の結果から求めることができる。
測定されたレベルは、さらに、少なくとも、接合されるべき部品が、リベット、具体的にはソリッド・リベット上へのプランジャの力により実質的に打ち抜かれ、クランプが、接合されるべきプランジャ側の部品上に力を働かせる位置において、望ましいレベルと比較される。このことは、リベットが、接合されるべき部品を実際に貫通したかどうかをチェックすることを可能にするという利点を有する。
【００２３】
この工程の実施形態によれば、測定されたレベルは、少なくとも、リベット、具体的には中空リベットが、プランジャの力のために、接合されるべきプランジャ側の部品を実質的に貫通した領域において、望ましいレベルと比較され、閉ヘッドがリベット上に形成された。したがって、接合されるべき部品が、さらに、所定の厚さを有するかどうかをチェックすることが可能になる。測定されたレベルと望ましいレベルとの間の比較は、少なくとも、閉ヘッドが、リベット、具体的には中空リベット上で実質的に形成された領域において実行され、リベットのクリンチが生じる。したがって、リベット端部が、接合されるべきプランジャ側の部品の表面と同じ高さであるかどうかをチェックすることが可能である。
好ましい実施形態に戻ると、図１２ａないし図１２ｆ、及び図１３ａないし図１３ｅは、本発明のシステムを採用するリベット締め工程ステップを示している。採用される好ましいリベットは、自己穿孔型で中空形式のものであり、ダイ側の加工物を完全に通るように穿孔するものではない。第１に、図１２ａ及び図１３ａは、加工物５０１及び５０３に対して後退した位置にあるクランプ／ノーズ・ピース２４９及び打ち抜き工具１２３を示す。加工物５０１及び５０３は、ドア及び窓の開口部に隣接する通常のピンチ溶接フランジ上に見出されるような自動車の型打ちされた板金本体パネルであることが好ましい。ロボット及び線形スライドは、リベット締め工具を、板金フランジに隣接して配置して、ノーズ・ピース２４９とダイ３５とが、その間にある目標接合位置において加工物５０１及び５０３を挟むようにする。或いは、人為的に（ロボットによってではなく）移動されたリベット締め工具又は固定のリベット締め工具もまた本発明と併せて用いることができることが認識される。
【００２４】
図１２ｂは、クランプ／ノーズ・ピース２４９が、加工物５０１及び５０３をダイ３５に対してクランプし、圧縮している状態を示す。打ち抜き工具１２３は、まだ、リベット２６１を加工物５０１及び５０３の方向に前進させ始めていない。この時点で、プレート厚さ近接スイッチは、クランプ組立体の実際の位置により加工物の厚さを感知し、プレート厚さスイッチは、適切な信号を主コントローラに送る。次に、打ち抜き工具１２３は、リベット２６１を打ち抜き工具側の加工物５０１のおおよそ１ミリメートルだけ上の点に前進する。このことは、図１２ｃ及び図１３ｂに示される。加工物の厚さ寸法が、主電子制御ユニットにより、許容可能な範囲内にあると判断された場合には、図１３ｃに示すように、電気モータの励起が、さらに、打ち抜き工具１２３を前進させて、リベット２６１を打ち抜き工具側の加工物５０１に挿入するようにし、次いで、図１２ｄ及び図１３ｄに示すように、連続して、リベットをダイ側の加工物５０３に前進させる。ダイ３５は、リベット２６１の遠位端を、打ち抜き工具１２３の反対側に、外向きに拡げるように働く。
【００２５】
図１２ｅは、打ち抜き工具が、次いで、完全なホーム位置まではいかない中間位置に後退され、クランプ／ノーズ・ピース２４９は、打ち抜き工具側の加工物５０１に係合し続ける状態を示す。最後に、打ち抜き工具１２３及びクランプ／ノーズ・ピース２４９は、加工物５０１及び５０３から離れたホーム位置に戻るように完全に後退される。このことは、感知された接合特性に基づいて、許容可能なリベット留め接合部が主電子制御ユニットにより求められた場合には、加工物５０１及び５０３を分けて、ダイ３５から取り外すことを可能にする。図１３ｅに示すように、許容可能なリベット留め接合部は、打ち抜き工具側の加工物５０１の外面と同じ高さで、同一平面に配置されたリベット２６１の外部ヘッド表面を有する。さらに、許容可能な接合部においては、リベット２６１の拡がった遠位端は、ダイ側の加工物５０３の外面を通して完全に穿孔することなく、加工物５０３に係合するのに十分なだけ拡げられている。
【００２６】
好ましい実施形態のリベット締めシステムの簡略化された電気回路図を図１４に示す。Ｓｅｉｍｏｎｓ  Ｃｏ．，から購入した約０．０２ミリ秒のサイクル時間を有する高速産業用マイクロプロセッサ・コンピュータが満足のいくものとして見出されている。別個のマイクロプロセッサ・コントローラ２６が、アナログ入力／出力ライン、及び、デジタル信号によりスピンドルの位置を測定するＥｎｃｏｄｅｒ２入力によって、主電子制御ユニット２５に接続される。コントローラ６１は、電気モータ信号及びレゾルバ信号を受信する。ロード・セル力信号は、直接、工具接続部１０５から主電子制御ユニット２５に送られ、近接スイッチ信号（供給機、供給管、及びスピンドル・ホーム位置センサからの）は、入力／出力送給マイクロプロセッサ・モジュール６０１により、工具接続部７１から送られ、次いで、主電子制御ユニット２５に送られる。入力／出力送給マイクロプロセッサ・モジュール６０１は、エラー・メッセージ表示ランプ６０３を作動させ、リベット締め開始信号をオペレータ起動可能スイッチ６０５から受信し、制御信号を主電子制御ユニット２５から供給機２７に中継する。ＩＢＳ／ＣＡＮゲートウェイは、データを主電子制御ユニット２５からホスト・システムに伝送し、該ホスト・システムは、接合の質、加工物の厚さ及び同様なものといったデータの傾向を表示し、記録する。コントローラ６１は、さらに、ヒューズ６０７により主電源に接続される。
【００２７】
図１６は、単一のリベット締め作動又はサイクルの順序を示す歪み／距離（変位）グラフである。第１の渦巻ばねの距離範囲は、軽いばね１２８による打ち抜き工具１２３の力及び変位を示す。据え付けばねという名称の次の変位範囲は、重いばね１４１、クランプ１４３、及び関連するクランプ・ノーズ・ピース２４９により生成された力及び変位を示す。板金／加工物厚さの測定は、主電子制御ユニット２５と対話するロード・セル１０３により、ホーム位置から２４ミリメートルといったこの範囲内の所定の点において生じる。次のリベット長さ範囲においては、リベットの長さが、ロード・セル１０３及び主電子制御ユニット２５により感知され、求められる。図示される中間ラインは感知された実際のリベット・シグニチャであり、図示される上方ラインは接合作動において用いるのに許容できるリベット長さの最大許容バンドであり、図示される下方ラインはその最小許容バンドである。不良のリベットが受け入れられて、示された場合には、ソフトウェアは、リベット締め工程をやめ、すなわち「中断」して、適切なエラー・メッセージを送る。
【００２８】
図１７は、リベット取り付け点のための歪み対距離／変位のグラフを示す。感知された加工物厚さ、中間ラインが、主電子制御ユニット２５内に予め格納された最大及び最小厚さの許容ラインと比較される。このことは、ホーム位置又は他の初期化位置からのクランプ組立体による移動の所定の距離において生じる。リベット長さ（又は他のサイズ又は材料の種類）のシグニチャがさらに示され、測定される。ロード・セル１０３は、クランプ組立体及び打ち抜き工具組立体の力を感知する。加工物厚さは、予め設定された変位において最初に感知された力の値と、その位置において予めプログラムされた力の値とを比較することにより求められる。後に続いて感知された力の値が、さらに、予め設定された許容可能な値と比較され、これらの後に続いて感知された力の値は、リベットのサイズと接合部の質の特性を示す。コンピュータは、常にオンライン状態であり、工具及び工程は閉ループ様式である。このことは、感知された値を通して、工程のミリ秒のリアルタイム制御を達成する。
図１８ａないし図１８ｄは、本発明の好ましい実施形態のリベット締めシステムのために主電子制御ユニット２５において用いられるコンピュータ・ソフトウェアのフロー図を示す。リベット締めサイクルの始まりは、オペレータ起動スイッチにより開始され、この後で、システムは、スピンドルがホーム位置に戻ってくるまで待機する。予め格納されたメモリ位置から、リベット接合部番号が読み出されて、自動車又は他の加工物における特定の接合（例えば、合計２５からの接合部番号１６）についての予め格納された特性を求める。したがって、加工物厚さ、リベット長さ、リベットの質、及び力、に対する距離の曲線が、リベット締めされるべき接合部の比較目的のために再呼び出しされる。
【００２９】
次いで、ソフトウェアは、近接スイッチ信号に基づいて、リベットがヘッドに存在するかどうかを判断する。存在しない場合には、供給機が励起されて、リベットがヘッドに供給されるようにする。次いで、スピンドルが移動されて、加工物がクランプされる。次いで、ロード・セル信号に基づいてプレート又は加工物厚さが求められ、許容可能範囲を示す再呼び出しされたメモリ情報と比較される。プレート厚さが不良であると判断された場合には、リベット締め工程は、中断される即ち中止される。プレート厚さが、その特定の接合に許容可能である場合には、ロード・セルからの入力信号に基づいて、リベット長さが求められる。打ち抜き工具の力が大き過ぎ、ストロークが早すぎる場合には、リベット長さは、許容可能なサイズより大きく、小さいリベットに対しては逆もまた同様である。リベット締め工程は、リベット長さが不良である場合には、やめられる。
次いで、接合が完了した後で、スピンドルが後退される。以下に述べられるように、このシステムは、歪みケージ３４の出力を監視して、リベットの取り付けが許容可能なものであるかどうかを判断する。スピンドルが、真の最終ホーム位置とは異なることがあるプログラムされたホーム位置に後退された後で、インジケータ信号が起動されて、リベット締めされた接合部の取り付けが許容可能なもの（ＯＫ）であるか、リベット締めサイクルが完了したかどうか（ＲＣ）、及び次のリベット取り付けサイクルの準備ができているかどうか（ｒｅｓｅｔ  ＯＫ）を示す。さらに、これらのフロー図には図示されていないが、種々のレゾルバ信号及びモータの電力消費信号を用いて、第２のマイクロプロセッサ６１が、接合部の他の質の特性を示すようにすることができることが理解されるべきである。しかし、こうしたセンサの読みは、リベット締め工程を続けるかどうか、又は、リベット締め工程をやめて、エラー信号を送るかどうかを判断するために、予め格納されたメモリ値と比較される。さらに、モータ・センサの読みを用いて、データのサイクル間の傾向を格納し、ＣＲＴ画面といった出力装置又はプリントアウトに表示することができる。
【００３０】
図１８ｄは、リベット締め工程が中断された又はやめられた場合のエラー・メッセージの別個のソフトウェアのサブルーチンを示す。例えば、プレート厚さが許容できるものでない場合には、特有のエラー・コードにより、取り付けがノット・オーケー（ＮＯＫ）であると述べるエラー・メッセージが送られる。同様に、リベット長さが許容できるものでない場合には、特有のエラー・コードにより、ノット・オーケーの取り付け信号が送られる。別の種類のリベット締め欠陥が判断された場合には、別のリベット取り付けのノット・オーケー信号が送られて、独特なエラー・コードが表示される。
別の代替的な実施形態のリベット締めシステムを図１９に示す。ロボット制御されたリベット締め工具８０１は、本質的には、好ましい実施形態で開示されたものと同じである。しかし、２つの別個のリベット供給機８０３及び８０５が採用される。リベット供給機８０３及び８０５は、好ましい実施形態で開示されたものと同じ一般的な構成であるが、第２供給機８０５に採用される（合計長さが５ミリメートルといった）リベット長さは、（合計リベット長さが３ミリメートルといった）第１供給機８０３におけるものより長い。各々の供給機８０３及び８０５は、別個の入口供給管８０９及び８１１により、特定の長さのリベットをセレクタ接合装置８９７に伝達する。セレクタ装置８０７は、主電子制御ユニット８１３により電気的に制御される空気作動往復摺動機構を有する。主電子制御ユニット８１３が作用されるべき特定の接合部を再呼び出しした場合には、これは次いで、どのリベット長さが必要であるかについて信号をセレクタ装置８０７に送る。セレクタ装置８０７は、次いで、リベット締め工具８０１の受け部８１７に接続された単一の出口供給管８１５を通して、正しいリベットを機械的に供給する。
【００３１】
したがって、単一のリベット締め工具を用いて、複雑な機械的変形又は多数のリベット締め工具の設定なしで、異なる選択されたサイズ又は材料特性のリベットを有する多数の接合部をリベット締めすることができる。主電子制御ユニット８１３内のソフトウェア・プログラムは、異なるリベットを容易に単一のリベット締め工具８０１に送るようにすることができ、変更は、主電子制御ユニットを再プログラムすることにより容易に行うことができる。このことは、混雑した組立体工場ラインの空間を節約し、機械的複雑さを減少させ、潜在的な障害形態を減少させる。
好ましい実施形態におけるリベット締め並びに測定の精度は、高精度の電気サーボ・モータの使用、及び、採用される回転対線形駆動機構により保証される。例えば、リベットは、１０分の１ミリメートルの精度で加工物に挿入することができる。本発明の制御システムは、さらに、数百もの部品が不適切に処理された後で行われる従来のランダムなサンプリングではなく、接合部特性のリアルタイムの質の表示を与える。したがって、本発明は、通常の構成と比較して、高い質、大きい一貫性、及び低費用のリベット締めされた接合部を達成する。
【００３２】
図２０は、打ち抜き工具側の加工物の外面と同じ高さで、同一平面に配置されたリベット２６１の外側ヘッド表面を有する許容可能なリベット締めされた接合部の歪み対時間の曲線を表わす。さらに、許容可能な接合部においては、リベット２６１の拡がった遠位端は、ダイ側の加工物５０１、５０３の外面を通して完全に穿孔されることなく、加工物に係合するのに十分なだけ拡げられている。
用いられるファスナ又はファスナ取り付け機器の種類に応じて、異なる形状の曲線が同様に可能であることに注目されたい。さらに、本発明のシステム２１に用いられるセンサ３３は、リベット２６１に適用される力又は荷重の量を求めるための完璧な又は代替的な機構として、リベット工具２３のＣ字形フレーム３７内に形成される歪みに依存することはない。以下に述べられるように、これらの曲線の部分の時間分及び大きさは、特定の量だけ異なることがあるが、これらの曲線の大きな逸脱は、リベット取り付けの障害又は構造の障害のいずれかを表わす。システムは「良好な」取り付け履歴の平均を使用して許容可能な中間荷重特性を設定するため、システムにより生成された特性は、Ｃ字形のフレーム３７上のセンサ３３の配向、又は、Ｃ字形フレーム３７の特定の製造環境と比較的独立している。このことは、ロード・セル対ストローク長さを用いて、独立した荷重ストローク曲線の解釈を実行する他のシステムとは対照的である。
【００３３】
歪み対距離又は時間のグラフは、ラインの重なり及び変化する形状を示す。明らかに不安定な曲線の性質のために、これらの曲線上に一貫する点又は一貫する複数の点を識別するのは困難である。上述の取り付け曲線は、リベット歯が板金に入り、図２０に示すように特性ピークを与える開放端自己穿孔リベットに典型的なものである。このピークは、リベット取り付け荷重及び時間について、Ｐｓ、Ｔｓとして示される。
これらの開放端自己穿孔リベット曲線の場合においては、１つの比較方法は、荷重測定装置からの出力を連続的に監視し、このデータを連続的に既知のリベット取り付け特性と比較することである。リベット製造の変動に対応するために、許容差が取り付け曲線に適用されて、これは一般に、一組のバンディング許容差曲線Ｇ３として示される。したがって、設定されている新規な自己穿孔リベットのいずれについても、この新規な取り付けからもたらされる曲線は、バンディング許容差曲線間に入るものとなる。
機能的ではあるが、自己穿孔リベット及び適用部品の通常の製造許容差をもつリベットによりもたらされる取り付け曲線の変動に対応するバンディング曲線の設定は困難であり、あまりにも広く設定しなければならないことがある。したがって、この広い許容差バンディングは、他の場合において、例えば、加工物の把持厚さといった小さい差を識別しなければならない場合には拒否される設定を受け入れる。
【００３４】
図２１は、許容差バンドを求める方法を表わす。これらの後続の自己穿孔リベット取り付けからの統計的に有意な歪み及び時間又は距離の座標が監視され、照合される。例示的な組のデータは、これらの歪み対時間のデータから形成される。許容差バンドは、統計的に有意な組の訓練データに基づいて構成される。自己穿孔リベットの設定に存在することがある種々の条件があり、これらは、以下のように図４ｃを参照して別個に述べられる。
第１の条件は、リベット本体の長さ及びリベット歯変形荷重において、公称許容差を有し、よく準備された取り付け工具によって通常通りに取り付けられたリベットの取り付けに対するものである。これは、リベット曲線が、生成された許容差ゾーンのいずれかの中に留まることにより、良好な取り付けと考えられる。
第２の条件は、リベット本体の長さ及びリベット歯変形荷重において、最大許容差を有し、よく準備された取り付け工具によって通常通りに取り付けられたリベットの取り付けに対するものである。これもまた、リベット曲線が、生成された許容差限度のいずれかの中に留まることにより、良好な取り付けと考えられる。
第３の条件は、リベット歯が、仕様より下であるが、他の点では、リベット本体の長さ及びリベット歯変形荷重において、公称許容差をもつサイズに製造され、よく準備された取り付け工具によって通常通りに取り付けられたリベットの取り付けに対するものである。これは、リベット曲線が望ましい許容差ゾーンから移動することにより、不良な取り付けと考えられる。
【００３５】
したがって、リベットは、良好な取り付けを有すると思われる３つの別個の基準に準拠しなくてはならないことがわかる。第１に、曲線の最初の部分は、リベットによる最初の作用を表わすため、許容差ゾーンに沿って通らなければならない。これは、加工物プレートを互いにクランプし、穴の充填を開始及び完了することである。さらに、この部分は、開放端リベットの場合には、リベット歯が板金に入る場合の、或いは、保持マンドレル・ヘッド形式の場合には、ロール形式の取り付けの開始の場合いずれかのデータを含む。これらの基準は、時間又は力の許容差バンドに関する規則の組を生成するのに用いられる。
リベットの品質を比較するベースラインを生成するために、ベースライン・リベット取り付け曲線が生成される。図２１は、システムにより用いられる平均歪み又は圧力対時間の曲線を生成するのに用いられる複数の曲線を表わす。任意的には、統計的技術を採用して、サンプル荷重対時間の曲線が合体曲線に十分に近いかどうかを判断して、特定の曲線が合体曲線を公式化するのに使用可能であるかどうかを判断する。ベースライン曲線が生成されると、システム３２は、各々のリベット取り付けの歪み又は圧力対時間のデータを追跡して、システムが、潜在的に欠陥のある取り付けを生成したかどうかを判断する。
【００３６】
図２２は、中間又は例示曲線に配置された許容差曲線又はバンドＧを表わす。新規なリベット取り付けを評価する場合には、システムは、まず最初に、本データ・セットを中間又は基準曲線のデータと整合する。このことは、上述のようにデータ・セットのゼロを整合することによってであるか、最後の局所的最大値といった別の特徴を整合することによってであるか、又は、所定の歪み値の第１の発生を整合し、次いで、この時点より数ミリ秒前にゼロを設定することによって生じる。データが整合されると、マンドレルの破断に関連するデータが許容可能な許容差ボックスの中に入るかどうかが判断される。データが許容差ボックスの外に出る場合には、警報が開始される。
このシステムにおいては、中間曲線のすべての部分は、その周りに特定の一定サイズの許容差バンドを有する。システムは、次いで、個々のリベット取り付けの歪み又は圧力対時間のデータ又は曲線を追跡して、これが許容差バンドの外に出るかどうかを判断する。リベットが特定の許容差バンドの外に出る場合には、警報又は警告がライン・オペレータに提示される。
【００３７】
図２３は、リベット取り付け曲線のための代替的な許容差チャネル又はバンドを表わす。具体的には、変化する許容差の高さは、各々の曲線の部分によって決まることに注目されたい。例えば、曲線のリベット本体部分の部品の調整及び変形中には、許容差バンドは第１の値に設定されるが、リバー・マンドレル部分が可塑的に変形させられる期間中は、許容差バンドが調整される。さらに、システムは、リベットを取り付けるのに必要な時間の長さＴ１を識別する。Ｔ１は、例示的な時間Ｔｅと比較されて、許容可能なリベットの取り付けが生じるかどうかが判断される。
システムは、組み立て率及び生産効率及び自動リベット再注文スケジュールに用いられるリベットのリンク数について工場管理データを提供することができる。さらに、これは完全に自動的なリベット取り付け機に取り付けて、組立体が計画に基づいて完成されたという確実性及び保証を提供することができる。
図２４は、一連のファスナの質の追跡を表わす。見られるように、一対の許容差バンドが与えられており、特定のファスナが、測定された又は計算された質の値に満たない場合に表示がある。所定の数の連続したファスナが欠陥を示す場合には、オペレータには警告が与えられ、用いられる新しいロットのファスナがあるかどうか、又は、システムの再較正又は変更を必要とすることがある重大な変化が機器の機能又は処理されている材料に生じたかどうかを判断するように命令される。
【００３８】
上述の比較方法は、リベット及び加工物に対してランダムな製造許容差の変形を想定する。しかし実際は、許容される範囲の上部又は底部に対する許容差は、１つの製造バッチについて生じ、次いで、新規な製造工作機械器具設備又は新規な製造機械の取り付けが生じたときに、他の端に移動する。したがって、ファスナの単一バッチからの一群の取り付け曲線は、特定の製造バッチから作成しなければならない。結果として得られる曲線は、そのバッチのサイズ及び強さを反映する一組の値を示す。しかし、バッチは、平均曲線を付勢する許容差を有する。例えば、バッチは、最大長さ及び最小破断荷重に関するものとすることができ、平均曲線は、この傾向を反映する。したがって、製造環境においては、別のバッチのリベットは、最小長さ及び最大破断荷重であることがあり、したがって、特に、これらが元の曲線のあまりにも近くに設定されていた場合には、基準リベットの許容差バンドの幾つかの外に出る。そのため、上述の拡大に加えて、元の学習曲線におけるバイアスに対応するために、さらに別の拡大を必要とすることができる。あまりにも広く設定された許容差バンドは、このように、不良な取り付け又は不当なリベット製造変動のいずれかに対応する機会を増加させる。
【００３９】
本発明のさらに別の教示によれば、取り付け工具によりファスナを取り付ける方法が提示される。この方法は、第１に、一組の例示的な歪み／時間又は圧力／時間のデータを定義する。一連の歪み又は圧力測定は、評価されているリベット取り付け工程について行われ、感知される。感知された歪み又は圧力対時間のデータは、時間により、一連の例示的な歪み／時間又は圧力／時間のデータと整合される。歪み又は圧力の最高値の発生を用いて、測定された歪み／時間又は圧力／時間のデータのマンドレル破断点を識別する。この測定された破断点の歪み又は圧力値は、所定の望ましい破断点の歪み又は圧力値と比較される。測定された歪み／時間又は圧力／時間信号は、例示的な歪み／時間又は圧力／時間信号と比較される。
例示的な歪み又は圧力データ及び測定された歪み又は圧力データの両方の場合において、時間領域におけるこれらの一連のものに基づいて、グラフ又は波形を生成することができる。これらの波形は、データを整合するのに用いられる所定の特性について走査されることができる。前述したように、これは、検出された最高の歪み又は圧力であるか、所定の歪み又は圧力であるか、又は、与えられた歪み又は圧力値の上の第１の局所的最大値といった別の特徴であるとすることができる。
【００４０】
ブラインド・リベットの取り付けを監視する場合には、リベット取り付け工具の鋳造本体内の軸方向歪みがリベット取り付け工程中に監視されて、これに関連する一連のマイクロ歪み信号を生成する。これらのマイクロ歪み信号の各々は、適切な時間値を割り当てられて、歪み／時間データのアレイを生成する。リベット取り付け工程の開始が定義され、工程の終了も定義される。任意的には、このことは、マンドレルの破断と相関するピーク歪みにより定義することができる。リベット取り付け事象の合計時間が求められ、所定の望ましい値と比較される。さらに、システムは、マンドレル破断荷重を使用して、これがマンドレルの破断を示す所定の歪み値の周りの所定の許容差バンド内に入るかどうかを求めることができる。
例示的な歪み／時間データ又は圧力／時間データを形成するために、統計的に有意な数の訓練測定信号が受信され、合成されて、代表的な曲線を形成する。許容差バンドは、代表的な曲線に関して定義され、これは、接合部の所定のレベルの質を示す。
【００４１】
システムが、リベット取り付け工程の部分の供給圧力を監視するように構成された場合には、システムは、歪み、圧力、又は時間データの少なくとも１つに対する供給圧力の関数である換算計数を適用する。これに関して、変化する供給圧力に関する一連の関数が定義される。これらの関数は、歪み対時間のデータを一連の変換された歪み又は圧力対時間のデータに変換する。明らかに、供給圧力の変化に応じて、リベット取り付けが許容できるものであるかどうかを判断する分析の前に、例示的な時間対歪み又は圧力のデータ又は許容差バンドを変換することが同様に可能である。
本発明のさらに別の領域が以下に与えられる詳細な説明により明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示すが、例示的な目的を意図するに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００４２】
種々の実施形態が開示されたが、本発明の精神において、他の構成を採用できることが理解されるであろう。例えば、スピンドル又は打ち抜き工具ホルダを単一の部品の統合することができる。同様に、ノーズ・ピース及びクランプを単一の又は付加的な部品に組み込むことができる。ベルビルばねを容易に圧縮ばねの代わりにすることができる。さらに、歯車の減速率がここに開示されるものと異なる場合には、付加的な数の減速歯車又は遊星歯車形式を用いることができるが、本発明の好ましい実施形態において開示された歯車形式は、多数の他の可能な歯車の組み合わせに対して、最も効率的にまとめられたものとして考慮される。開示される機能が達成される限り、これらの具体的に開示されたものを超えて、様々な他のセンサ及びセンサ位置を採用することができる。
【００４３】
本発明の種々の態様を他の種類のリベット機に適用できることがさらに想定され、例えば、システムを自己穿孔リベットと併せて用いることができるが、本発明の種々の利点は実現されない可能性がある。さらに、システムは、例えば、多数のピース・ファスナ、ソリッド・ファスナ、クリンチ・ファスナ、又はスタッドといった種々の種類のファスナを取り付けるために用いることができる。任意的には、Ａ）タイミングの変化により示されるパネル厚さの変化、Ｂ）最大荷重の変化により示されるファスナとダイとの間の位置ずれ、Ｃ）タイミング及び荷重の変化により示される不適切なダイ、Ｄ）荷重の変化により示される不適切な材料硬度、Ｅ）タイミング及び荷重の変化により示されるナット及び／又はパネルの不足、Ｆ）タイミングの変化により示される過度の工具の磨耗、Ｇ）タイミング及び荷重の変化により示されるプレス調整のドリフト、及びＨ）タイミング及び荷重の変化により示される不適切な又は形のよくないナット又はファスナ、といったエラー条件は、本発明の教示を用いて検出可能である。本発明の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、本発明の要旨から離れない変形態様は、本発明の範囲内にあることが意図される。こうした変形態様は、本発明の精神及び範囲から逸脱するものとはみなされない。
【００４４】
さらに、マイクロプロセッサ以外のアナログ又は他のデジタル形式の電子制御システムもまた本発明のリベット締め工具と併せて用いることができる。モニタ及び送給モジュールの電子制御ユニットは、主電子制御ユニットの部分であってもよいし、又は、独立したものであってもよい。さらに、２つより多い加工物シートを本発明により接合することができ、しかも、加工物は、電子レンジ、冷蔵庫、産業用コンテナその他同様なものの部分とすることができる。種々の材料及び寸法が開示されたが、他の材料及び寸法を容易に採用することができる。特許請求の範囲により、本発明の真の精神の中に入る開示された実施形態からのこれら及びあらゆる他の逸脱をカバーすることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のリベット締めシステムの好ましい実施形態を示す概略図である。
【図２】好ましい実施形態のリベット締めシステムを示す部分概略部分立面図である。
【図３ａ】好ましい実施形態のリベット締めシステムのリベット締め工具を示す斜視図である。
【図３ｂ】本発明の教示により関連する歪みをもつ支持フレームの斜視図である。
【図３ｃ】本発明の教示により関連する歪みをもつ支持フレームの斜視図である。
【図４】好ましい実施形態のリベット締めシステムのナット及びスピンドル機構、打ち抜き工具組立体、及びクランプを示す分解斜視図である。
【図５】好ましい実施形態のリベット締めシステムに採用される歯車減速ユニットを示す分解斜視図である。
【図６】好ましい実施形態のリベット締めシステムのリベット締め工具を示す図３の線６−６に沿って取った断面図である。
【図７】好ましい実施形態のリベット締めシステムの受け取りヘッドを示す分解斜視図である。
【図８】好ましい実施形態のリベット締めシステムの受け取りヘッドを示す断面図である。
【図９】第１の代替的な実施形態のリベット締めシステムを示す図６と同様な断面図である。
【図１０】好ましい実施形態のリベット締めシステムのリベット供給管を示す部分断面斜視図である。
【図１１】好ましい実施形態のリベット締めシステムの供給機を示す分解斜視図である。
【図１２ａ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図６のものと同様な断面図である。
【図１２ｂ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図６のものと同様な断面図である。
【図１２ｃ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図６のものと同様な断面図である。
【図１２ｄ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図６のものと同様な断面図である。
【図１２ｅ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図６のものと同様な断面図である。
【図１２ｆ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図６のものと同様な断面図である。
【図１３ａ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図１２のものと同様な概略拡大図である。
【図１３ｂ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図１２のものと同様な概略拡大図である。
【図１３ｃ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図１２のものと同様な概略拡大図である。
【図１３ｄ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図１２のものと同様な概略拡大図である。
【図１３ｅ】好ましい実施形態のリベット締めシステムの自己穿孔リベット締め順序を示す図１２のものと同様な概略拡大図である。
【図１４】好ましい実施形態のリベット締めシステムの制御システムを示す概略図である。
【図１５】好ましい実施形態のリベット締めシステムの制御システムを示す概略図である。
【図１６】好ましい実施形態のリベット締めシステムの力対距離のリベット締め特性を示すグラフである。
【図１７】好ましい実施形態のリベット締めシステムの力対距離のリベット締め特性を示すグラフである。
【図１８ａ】好ましい実施形態のリベット締めシステムのソフトウェアのフロー図である。
【図１８ｂ】好ましい実施形態のリベット締めシステムのソフトウェアのフロー図である。
【図１８ｃ】好ましい実施形態のリベット締めシステムのソフトウェアのフロー図である。
【図１８ｄ】好ましい実施形態のリベット締めシステムのソフトウェアのフロー図である。
【図１９】第２の代替的な実施形態のリベット締めシステムを示す部分概略部分側面立面図である。
【図２０】自己穿孔リベット取り付けのための歪み対時間の曲線を表わす。
【図２１】許容差バンドを設定するのに用いられる一連の訓練歪み対時間の曲線を表わす。
【図２２】本発明の教示による例示的な自己穿孔リベット取り付け及び許容差バンドの歪み対時間の曲線を表わす。
【図２３】リベット接合部の質にアクセスする代替的な方法を表わす。
【図２４】一連のファスナの組の質のチェックを表わす。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１２ｆ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１３ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１８ｄ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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