(57)【要約】【課題】ねじの締付け座面に異物が存在していることを締付トルクの傾き波形から抽出することで、ねじの締付け開始から終了までの何れの位置においても精度よく検出する。【解決手段】モータ２１の回転を受けて回転するナットランナ２の回転トルクを検出するトルク検出部２５と、モータの回転角を検出する回転角検出部２６と、トルク検出部及び回転角検出部で検出した各検出値に基づき締付回転角度に対する締付トルクの傾き波形を演算処理し、傾き波形から近似曲線と共にその近似曲線の関数を演算処理し、さらに、近似曲線の関数の２階微分値の波形を演算処理し、２階微分値の波形に変曲点が存在する場合にはねじの締付座面に異物が存在していると判定し、２階微分値の波形に変曲点が存在しない場合にはねじの締付座面に異物が存在していないと判定する演算処理装置５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転を受けて回転するねじ締付用回転工具の回転トルクを検出するトルク検出部と、
前記モータの回転角を検出する回転角検出部と、
前記トルク検出部及び前記回転角検出部で検出した各検出値に基づき前記締付回転角度に対する前記締付トルクの傾き波形を演算処理し、前記傾き波形から近似曲線と共にその近似曲線の関数を演算処理し、さらに、前記近似曲線の関数の２階微分値の波形を演算処理し、前記２階微分値の波形に変曲点が存在する場合には前記ねじの締付座面に異物が存在していると判定し、前記２階微分値の波形に変曲点が存在しない場合には前記ねじの締付座面に異物が存在していないと判定する判定手段と
を備えたことを特徴とするねじの締付座面の異物有無判定装置。
【請求項２】
前記判定手段が前記ねじの締付座面に異物が存在していると判定した場合には、異常警報を発報する警報発報部を備えたことを特徴とする請求項１記載のねじの締付座面の異物有無判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は演算処理装置であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のねじの締付座面の異物有無判定装置。
【請求項４】
演算処理装置が、
ねじを締め付ける際の当該ねじの締付回転角度及び締付トルクを検出器で検出した各検出値を収集するステップと、
収集された前記締付回転角度及び前記締付トルクの各検出値に基づき前記締付回転角度に対する前記締付トルクの傾き波形を算出するステップと、
前記傾き波形から近似曲線と共にその近似曲線の関数を算出するステップと、
前記近似曲線の関数の２階微分値を算出しその波形を作成するステップと、
前記２階微分値の波形に変曲点が存在する場合には前記ねじの締付座面に異物が存在していると判定するステップと、
前記２階微分値の波形に変曲点が存在しない場合には前記ねじの締付座面に異物が存在していないと判定するステップと
を有することを特徴とするねじの締付座面の異物有無判定方法。
【請求項５】
前記近似曲線は多項式近似曲線であることを特徴とする請求項４記載のねじの締付座面の異物有無判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動ねじ締付機に適用可能されるねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボルト・ナット等（以下、「ねじ」と称する。）の締付け通則（ＪＩＳ．Ｂ１０８３）には、そのねじの締付け管理として、トルク法、回転角度法、トルク勾配法等が定義されているが、一般的には、トルク法が多く採用されている。トルク法は、目標トルク値を予め設定しておき、締め付けが開始されるに伴ってトルク検出手段から出力される締付トルク値と目標締付トルク値とを比較し、これが一致するとモータを停止させるようにしたものである。このトルク法は、モータに流れる負荷電流を検出してトルクに換算するトルク検出機構や、ドライバビットに加わるトルクを検出するトルクセンサでトルクを検出している。
【０００３】
このトルク法を利用したねじ締付け装置は、任意に設定した締付回転角度に対してトルク値を監視することでねじの噛み込みや焼付きを検出することができる。具体的には、ねじの噛み込みは、雄ねじを雌ねじに締め付ける際、雄ねじのねじ山が雌ねじのねじ山に対してずれて締め付けられることで発生し、ねじの焼付きは、噛み込み状態のままで雄ねじを雌ねじに締め付けることで、ねじ山に摩擦が生じてその摩擦熱で雄ねじと雌ねじとが固着することで発生する。このようなねじの締め付け異常が発生した場合、締付回転角度に対するトルクの立ち上がりが通常のねじの締め付け時より早くなるので、任意に設定した締付回転角度に対してトルク値を監視することでねじの噛み込みや焼付きを検出することができる。
【０００４】
また、トルク法を利用したねじ締付け装置として、第１の基準トルクとなったときのトルク上昇開始点におけるねじ締付け角度位置と、正常なねじの締め付けの場合のねじ締付け角度位置との間において、締付けトルクが第１の基準トルク以上になり、その締付けトルクが第１の基準トルク以上になった位置と、正常なねじの締め付けの場合のねじ締付け角度位置との角度差が所定値以上になると異物の噛み込みと判断する異物噛み込み判定方法を適用したものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６２５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、背景技術に記載したトルク法を利用したねじ締付け装置では、任意に設定した締付回転角度に対するトルク値を監視しているので、ねじの締付座面に異物が存在していても、その位置が任意に設定した締付回転角度範囲外の位置では検出することができなかった。
【０００７】
また、特許文献１のねじ締付け装置の異物噛み込み判定方法では、第１の基準トルクとなったときのトルク上昇開始点におけるねじ締付け角度位置と、正常なねじの締め付けの場合のねじ締付け角度位置との間に発生する締付トルクの異常に基づき判定しているので、正常なねじの締め付けの場合のねじ締付け角度位置以降において、ねじの締付座面に異物が存在していることを検出することができなかった。
【０００８】
本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、ねじの締付座面に異物が存在していることを締付トルクの傾き波形から抽出することで、当該ねじの締付座面の異物を精度よく検出することができるねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成する本発明の第１の態様であるねじの締付座面の異物有無判定装置は、モータの回転を受けて回転するねじ締付用回転工具の回転トルクを検出するトルク検出部と、モータの回転角を検出する回転角検出部と、トルク検出部及び回転角検出部で検出した各検出値に基づき締付回転角度に対する締付トルクの傾き波形を演算処理し、傾き波形から近似曲線と共にその近似曲線の関数を演算処理し、さらに、近似曲線の関数の２階微分値の波形を演算処理し、２階微分値の波形に変曲点が存在する場合にはねじの締付座面に異物が存在していると判定し、２階微分値の波形に変曲点が存在しない場合にはねじの締付座面に異物が存在していないと判定する判定手段とを備えたものである。ここで、ねじの締付座面とは、ねじと被締結物との接触面のことをいう。
【００１０】
また、本発明の第２の態様は第１の態様であるねじの締付座面の異物有無判定装置において、判定手段がねじの締付座面に異物が存在していると判定した場合には、異常警報を発報する警報発報部を備えたものである。
【００１１】
さらに、本発明の第３の態様は第１の態様であるねじの締付座面の異物有無判定装置において、判定手段は演算処理装置である。
【００１２】
また、上述の目的を達成する本発明の第４の態様であるねじの締付座面の異物有無判定方法は、演算処理装置が、ねじを締め付ける際の当該ねじの締付回転角度及び締付トルクを検出器で検出した各検出値を収集するステップと、収集された締付回転角度及び締付トルクの各検出値に基づき締付回転角度に対する締付トルクの傾き波形を算出するステップと、傾き波形から近似曲線と共にその近似曲線の関数を算出するステップと、近似曲線の関数の２階微分値を算出しその波形を作成するステップと、２階微分値の波形に変曲点が存在する場合にはねじの締付座面に異物が存在していると判定するステップと、２階微分値の波形に変曲点が存在しない場合にはねじの締付座面に異物が存在していないと判定するステップとを有するものである。
【００１３】
また、本発明の第５の態様は第４の態様であるねじの締付座面の異物有無判定方法において、近似曲線は多項式近似曲線である。
【００１４】
このようなねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法によれば、締付トルクのトルク波形の関数を得るために、収集された締付回転角度及び締付トルクの各検出値に基づき締付回転角度に対する近似線となる締付トルクの傾き波形を算出する。その傾き波形の近似曲線を算出することで、データの変動を滑らかにすることができ、締付トルクの傾きの傾向を把握し易いように表示させることができる。なお、近似曲線に多項式近似曲線を使用することで、データの変動をより滑らかにすることができるので、締付トルクの傾きの傾向をより把握し易いように表示させることができる。さらに、近似曲線の関数を算出し、その近似曲線の関数の２階微分値を算出しその波形を作成することで、近似曲線の変化の様子を、より明瞭に現すことができるので変曲点を検出し易くなる。
【００１５】
また、判定手段がねじの締付座面に異物が存在していると判定した場合に異常警報を発報する警報発報部を備えることで、ねじ締付け用回転工具で作業している作業者は容易にねじの締付座面に異物が存在していることを把握することができる。また、判定手段を演算処理装置にすることで、ねじ締付け用回転工具の制御系に組み込むこともでき、また、パーソナルコンピュータとして外部に設置させることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法によれば、ねじの締付座面に異物が存在していることを締付トルクの傾き波形から抽出することができるので、当該ねじの締付座面の異物を精度よく検出することができる。また、本発明のねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法によれば、ねじの締付座面の異物を精度よく検出することができるので、従来のトルク法では検出不可能なねじの締付け座面に存在する異物による不具合品の流出を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明のねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法を実施するための最良の形態例について、図面を参照して説明する。
【００１８】
本発明のねじの締付座面の異物有無判定装置は、トルク法の改良技術で図１に示すように、自動ねじ締付機であるナットランナ２に適用され、ナットランナ２は、供給される電流値に比例した回転トルクを出力するモータ２１と、モータ２１の回転軸（図示せず。）に連結され当該モータ２１の出力トルクを増幅する減速機２２と、減速機２２の回転軸２３の先端に同軸にて連結されボルト４３の頭部と係合する締付け部２４とを備えている。また、ナットランナ２は、減速機２２の回転軸２３に加わる回転トルクを検出する磁歪式トルクセンサ等のトルク検出部２５と、モータ２１の回転軸の回転角を検出するパルス発生器等の回転角検出部２６とを備えている。
【００１９】
さらに、ナットランナ２は、モータ２１、トルク検出部２５及び回転角検出部２６がそれぞれモータ２１を制御するコントローラ３に電気的に接続されている。このコントローラ３は、トルク検出部２５及び回転角検出部２６で検出した各検出値に基づきモータ２１をフィードバック制御することで、任意に設定した締付回転角度に対してトルク値を監視してねじの噛み込みや焼付きを防止することができる。このナットランナ２は、鉄板等の被締結体４１に取り付けられているナット４２に締付け部２４でボルト４３を所定の締付トルクで締め付けることができる。
【００２０】
また、異物有無判定装置１は、トルク検出部２５及び回転角検出部２６で検出した各検出値に基づき締付回転角度に対する締付トルクの傾き波形を演算処理し、傾き波形から近似曲線と共にその近似曲線の関数を演算処理し、さらに、近似曲線の関数の２階微分値の波形を演算処理し、２階微分値の波形に変曲点が存在する場合にはねじの締付座面に異物が存在していると判定し、２階微分値の波形に変曲点が存在しない場合にはねじの締付座面に異物が存在していないと判定する判定手段である演算処理装置５が、コントローラ３に電気的に接続されている。
【００２１】
この演算処理装置５は、締付トルクのトルク波形の関数を得るために、収集された締付回転角度及び締付トルクの各検出値に基づき締付回転角度に対する近似線となる締付トルクの傾き波形を算出する。その傾き波形の近似曲線を算出することで、データの変動を滑らかにすることができ、締付トルクの傾きの傾向を把握し易いように表示させることができる。なお、近似曲線に多項式近似曲線を使用することで、データの変動をより滑らかにすることができるので、締付トルクの傾きの傾向をより把握し易いように表示させることができる。さらに、近似曲線の関数を算出し、その近似曲線の関数の２階微分値を算出しその波形を作成することで、近似曲線の変化の様子を、より明瞭に現すことができるので変曲点を検出し易くなる。
【００２２】
このような演算処理装置５としては、ナットランナ２が使用されている自動車製造工場の生産ラインに持ち運びが便利なようにノートブック型パーソナルコンピュータが好適であるが、演算処理装置５なのでコントローラ３に内蔵させることもできる。また、演算処理装置５がねじの締付座面に異物が存在していると判定した場合には、異常警報を発報する警報発報部（図示せず。）を備えてもよい。この警報発報部を備えることで、ナットランナ２で作業している作業者は、容易にねじの締付座面に異物が存在していることを把握することができる。なお、警報発報部は、ノートブック型パーソナルコンピュータの場合には、音声で知らせるか画面に表示させるとよい。
【００２３】
次に、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して演算処理装置５によるねじの締付座面の異物有無判定方法について説明する。図２は、ねじの締付座面の異物の有無を判定する動作手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、ステップＳ１０３〜Ｓ１１１までが演算処理装置５の制御部（図示せず。）に記憶されたプログラムに基づいて実行される。また、図３はトルク波形、傾き波形及び傾き波形の近似曲線を示すグラフで、（Ａ）はねじの締付座面が正常の場合の図、（Ｂ）はねじの締付座面が異常の場合の図である。図４はトルク波形及び２階微分値の波形を示すグラフで、（Ａ）はねじの締付座面が正常の場合の図、（Ｂ）はねじの締付座面が異常の場合の図である。この図３（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）の左側縦軸は締付トルク（Ｎｍ）、横軸はパルス（角度）、右側縦軸は近似曲線の関数の係数をそれぞれ示し、また、横軸の左端がねじの締付開始位置、右端がねじの締付完了位置を示している。
【００２４】
例えば、ノートブック型パーソナルコンピュータ５をナットランナ２用のコントローラ３に電気的に接続させてナットランナ２を駆動させると、ねじの締結が開始され（ステップＳ１０１）、コントローラ３はねじの締め付けが開始されるに伴ってトルク検出部２５から出力される締付トルク値と目標締付トルク値とを比較し、これが一致するとモータ２１を停止させるので、ナットランナ２によるねじの締め付けが完了する（ステップＳ１０２）。
【００２５】
ナットランナ２によるねじの締め付けが完了すると、コントローラ３はトルク検出部２５及び回転角検出部２６で検出した各検出値の電気信号をノートブック型パーソナルコンピュータ５に送信するので、ノートブック型パーソナルコンピュータ５は締付トルクデータ及び締付回転角度データを収集することができる（ステップＳ１０３）。
【００２６】
締付トルクのトルク波形の関数を得るために、収集された締付回転角度及び締付トルクの各検出値に基づき締付回転角度に対する近似線となる締付トルクの傾き波形を算出する（ステップＳ１０４）。この際、トルク波形Ｗ１及び傾き波形Ｗ２は図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような波形図となる。そして、傾き波形から近似曲線を算出し、さらに、その近似曲線の関数を算出する（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。なお、傾き波形Ｗ２はデータのバラツキが大きいことから、近似曲線を６次近似曲線にしているので、その関数を算出すると、
Ｆ＝ａｘ６＋ｂｘ５＋ｃｘ４＋ｄｘ３＋ｅｘ２＋ｆｘ＋ｇ
となる。ここで、ｘは回転角である。この近似曲線の関数の２階微分値を算出しその波形を作成する（ステップＳ１０７）。即ち、近似曲線の関数を１階微分すると、
Ｆ’＝６ａｘ５＋５ｂｘ４＋４ｃｘ３＋３ｄｘ２＋２ｅｘ＋ｆ
となり、この関数を２階微分すると、
Ｆ”＝３０ａｘ４＋２０ｂｘ３＋１２ｃｘ２＋６ｄｘ＋２ｅ
となる。この際、トルク波形Ｗ１及び２階微分の波形Ｗ４は図４（Ａ）、（Ｂ）に示すような波形図となる。
【００２７】
そして、ノートブック型パーソナルコンピュータ５の制御部は、２階微分値の波形から変曲点の有無を確認する（ステップＳ１０８）。変曲点の有無は、２階微分値の関数のｘに、ねじの締付開始から締付終了までの０以外の回転角を代入するとことで確認でき、Ｆ”＝０が変曲点になるので、Ｆ”＝０になる回転角の位置に異物が存在していることになる。
【００２８】
ノートブック型パーソナルコンピュータ５の制御部は、２階微分値の波形から変曲点の有無を確認して、図４（Ａ）に示すように、２階微分値の波形に変曲点ＩＰが存在しない場合には、ねじの締付座面に異物が存在していないと判定するので（ステップＳ１０９）、ねじの締付けは正常である旨の情報を液晶パネルや音声で知らせる（ステップＳ１１０）。一方、図４（Ｂ）に示すように、２階微分値の波形に変曲点ＩＰが存在する場合には、ねじの締付座面に異物が存在していると判定するので（ステップＳ１０９）、ねじの締付けは異常である旨の情報を液晶パネルや音声で知らせる（ステップＳ１１１）。なお、ねじの締付座面に異物が存在していると変曲点が発生するのは、締め付けにより異物が変形したり滑ったりすることでトルクが変化するからである。
【００２９】
このように、本発明のねじの締付座面の異物有無判定方法によれば、トルク波形Ｗ１を上述のプログラムのように演算処理することで、ねじを締め付けている時の波形に表れる大小のノイズからねじの締付座面に異物が存在していることを容易に判別できるようになるので、ねじの締付座面の異物を精度よく検出することができる。
【００３０】
なお、ナットランナ２の構成は上述した実施例に限らず、既存のあらゆるナットランナにおいても本発明のねじの締付座面の異物有無判定装置及びその判定方法を適用することができる。
【００３１】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
上述した異物有無判定方法は、ねじを締め付けている時の波形に表れる大小のノイズから異物が存在していることを判別するので、ねじの締付座面に存在している異物だけではなく、雄ねじのねじ山と雌ねじのねじ山との接触面に存在している異物でも判別することは可能である。即ち、ねじの締付座面の近傍位置からねじの締付完了位置までにおける波形に表れる大小のノイズから異物が存在していることを判別することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のねじの締付座面の異物有無判定装置における好ましい実施の形態例を示す全体構成図である。
【図２】本発明のねじの締付座面の異物有無判定方法における好ましい実施の形態例を示すフローチャート図である。
【図３】本発明のねじの締付座面の異物有無判定方法で使用するトルク波形、傾き波形及び傾き波形の近似曲線を示すグラフである。
【図４】本発明のねじの締付座面の異物有無判定方法で使用するトルク波形及び２階微分値の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１……ねじの締付座面の異物有無判定装置
２……ナットランナ（ねじの締付用回転工具）
２１……モータ
２５……トルク検出部
２６……回転角検出部
５……演算処理装置（判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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