JP4202065B2 - リベット品質モニタリング装置、リベット品質モニタリング方法およびリベット品質モニタリングプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リベット品質モニタリング装置、リベット品質モニタリング方法およびリベット品質モニタリングプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リベットは、加圧ユニットを介してリベッティングパンチから荷重とストロークを与えられ、複数の部材、例えば重ねた二枚の板材に食い込み、場合により貫通して接合し、ほとんど弛むことがないような状態で共にしっかり固定するので、低費用でぴったりと接合させるのに広く用いられている。ところで、リベットの先端部分が、例えば二枚の板材を貫通して接合状態となるときは、貫通個所を見ればリベット作業が適切に行われたか否か、リベット接合品質が正常か否かは容易に判断できる。
【０００３】
しかし、リベットの先端部分が全部の板材を貫通せず、したがって裏側に突き出ることがなくて、所定の固定力を確保できれば、製品の外観面から付加価値が高い。そこで例えば、二枚の板材のリベット接合において、リベットの接合のための先端部分が、一枚の板材（上板）を貫通し、もう一枚の板材（下板）の板厚の途中で止まることで接合する手法が実用化されているが、この場合、リベット接合個所を見てもリベットは貫通していないのであるから、それのみではリベット品質を判断することができない。
【０００４】
そこで例えば特開平５−９２３００号公報において、プレス工程のプレスジグの位置と、被プレス体に対する印加荷重との間の、印加荷重増加特性を測定し、予めその特性の上限と下限を設定し、被プレス体に対する印加荷重がその上限と下限のいずれかを超えたか否かを検知して、上記プレス工程の合否を判定することが開示され、この方法がリベット品質のモニタリングに用いられる。
【０００５】
図７、図８に、かかる従来技術によるリベット品質モニタ方法の原理を示す。まず図７を用いて前提となるリベット接合工程を説明する。図７（ａ）は、リベット接合工程における最初の状態であり、ダイス１とノーズピース３が所定の位置関係で対向して配置され、ノーズピース３の中央には、リベット５と、リベット５に荷重を印加するリベッティングパンチ７が収まるガイド穴がある。ダイス１の上面の形状は、リベッティングパンチ７の印加荷重を受けて、リベット５の先端部分を塑性変形させて接合部分を形成させるとともに、接合後の製品外形を規制するように、その形状が作られている。そして接合対象となる下板９と上板１１は重ねられて、ダイス１とノーズピース３との所定隙間に入れられ、そのリベット接合すべき個所がダイス１とノーズピース３の対向する所定位置に位置決めされる。この状態でノーズピース３にリベット５が玉込めされ、リベット５の上面にリベッティングパンチ７の下面が接触する。
【０００６】
リベッティングパンチ７の上部には図示されていない加圧ユニットが配置され、加圧ユニットは例えばロードセル等の印加荷重測定器を備えている。また、リベッティングパンチ７の移動量、すなわちリベッティングパンチ７のストロークを検知するため、図示されていないが、例えば光センサ等の位置検出器がリベッティングパンチ７の近傍の適切な位置に配置される。
【０００７】
図７（ｂ）は、図７（ａ）から、工程が進み、図示されていない加圧ユニットを介してリベッティングパンチ７に荷重が加えられ、リベット５の接合のための先端部分が上板１１を貫通した状態を示し、図７（ｃ）は、さらに工程が進んで、リベッティングパンチ７に荷重が加えられ、リベット５の接合のための先端部分が塑性変形し、下板９の板厚の途中まで食い込んで止まった状態を示す。図７（ｃ）において、リベット５の先端は下板９の下面の表面に突き出ず、製品の外形はダイス１の上面の形状に倣い、かつ下板９、上板１１、リベット５は互いにぴったりとしっかり固定し、このようにしてリベット接合が完成する。
【０００８】
図８に、かかるリベット接合中における、リベッティングパンチ７に印加される加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチ７のストロークとの関係についてグラフ化したものを示す。縦軸に加圧ユニットの荷重、横軸にリベッティングパンチ７のストロークをとると、例えば曲線１３に見るように、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の状態に対応して、最初ストロークがほとんどなく初期荷重がかかり、ついで荷重が余り増さずともストロークが増してゆき（変形抵抗小）、その後ストロークを増すには荷重がより必要になる（変形抵抗大）経過をたどる。
【０００９】
そこで、作業条件、例えばリベット５、下板９、上板１１の材質をはじめとして、ダイス１、ノーズピース３、リベッティングパンチ７の形状等の条件を固定してリベット作業を行い、そのリベット作業の荷重−ストローク関係について、それぞれのストロークについて荷重の平均値と標準偏差を求め、これをグラフ化する。例えば図８において、曲線１３がその平均値をプロットした曲線とし、曲線１５が平均値に標準偏差にある係数を乗じたものを加算してプロットした曲線、曲線１７が、平均値に標準偏差にある係数を乗じたものを減算してプロットした曲線とする。このように曲線１３を基準曲線、曲線１５を管理上限曲線、１７を管理下限曲線として、予め定めておけば、実際のリベット作業中に測定された荷重−ストローク関係をプロットして、曲線１３に近いほど標準的なリベット品質に近いと判断され、曲線１５と曲線１７との間にリベット作業中に測定された荷重−ストローク関係が入るか否かの品質判定基準で、リベット作業の品質の上限下限を管理できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術によって、リベットが複数の部材を固定接合する際に、貫通せず裏側に突き出ない場合にも、そのリベット品質を評価できる。しかし、この従来技術においては、標準的な荷重−ストローク関係を基準としてリベット品質を判定する。したがって、従来技術においては、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に説明した標準的な加工過程、例えば初期加重の段階、変形抵抗小の段階、変形抵抗大の段階等の、個々のリベット作業条件で定まる標準的段階をそれぞれ経過するときは、その加工工程のばらつきを把握できるが、一旦標準的な加工過程を外れるときはリベット品質の把握には不十分であることがわかった。すなわち、従来技術のリベット品質判定基準では正常品扱いであるが、完成製品の外観上明らかにリベット品質が異常であることがあり、さらに抜取り検査で正常品扱い製品を破断して断面を観察すると、リベット５が下板９、上板１１ときちんと接合しておらず、斜めに食い込んでいる場合が発見される。
【００１１】
その様な場合の荷重−ストローク関係を観察したところ、一定の傾向があることがわかった。その様子を図９に模式的に示す。この図は、先ほどの図８と同様に、縦軸に荷重、横軸にストロークをとって、基準曲線１３、管理上限曲線１５、管理下限曲線１７を表わした上に、標準的な加工過程を外れた場合の荷重−ストローク関係の典型例を曲線１９と曲線２１で示した。曲線１９は変形抵抗大の領域が多く、曲線２１は変形抵抗小の領域が多い傾向にある場合である。このような傾向となる原因としては、例えば、リベット５の形状が不良のときや、リベット５がノーズピース３のガイド穴に斜めに挿入されたとき、またはリベット５がリベッティングパンチ７の下降中に位置が偏位してそのまま押し込まれたとき等が考えられる。これらの場合には、正常でない姿勢でリベット５が荷重を受けるため、荷重−ストローク関係が標準的なものから外れ、ある場合には変形抵抗が見かけ上大きく見え、ほかの場合には変形抵抗が見かけ上小さく見える。
【００１２】
このように、標準的な加工過程を外れた場合の荷重−ストローク関係は、基準の曲線形状とかなり異なる。このときでも、リベット作業中に測定された荷重−ストローク関係が管理上限曲線１５または管理下限曲線１７の外に出るときは、従来技術でこれをリベット品質異常と判定できる。問題は、基準の曲線形状からかなり異なるにもかかわらず、リベット作業中に測定された荷重−ストローク関係が管理上限曲線１５と管理下限曲線１７との間に収まってしまう場合である。このとき従来技術ではリベット品質上正常品と扱われる。従来技術でこのことを避けるには、管理上限曲線１５と管理下限曲線１７との間をせまくし、厳しい管理を行なえば良いが、そうすることで逆に標準的な加工経過を経た製品に対し過剰品質を要求することになり、リベット品質上問題がない正常品を異常とする誤判断が起こる。
【００１３】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、リベット接合作業の荷重−ストローク関係が基準の曲線形状と異なる場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくす、リベット品質モニタリング装置、リベット品質モニタリング方法およびリベット品質モニタリングプログラムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るリベット品質モニタリング装置は、リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするリベット品質モニタリング装置であって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶手段と、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定手段と、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算手段と、前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とを比較して前記リベット作業の合否判断を行なう判断手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
なお、荷重−ストローク関係曲線の傾きの違い、すなわち関係曲線の微分の大きさの相違を用いることでも、測定された荷重−ストローク関係曲線が基準の曲線形状とかなり異なる曲線の場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくすことができる。
【００１８】
そして、特性を表す曲線を２階微分することでその曲線の変曲点の状態を知ることができる。上記の構成により、荷重−ストローク関係曲線のカーブ自身の特徴を変曲点の状態で評価し、測定された荷重−ストローク関係曲線における変曲点の状態と、基準の荷重−ストローク関係曲線における変曲点の状態とを比較する。このことで、カーブ自身の特徴のずれを管理し、そのずれが所定の値を超すときは異常として管理することで、測定された荷重−ストローク関係曲線が基準の曲線形状とかなり異なる曲線の場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくすことができる。
【００１９】
また、前記判断手段は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断することを特徴とする。
【００２０】
例えばリベット接合を行う複数の部材の板厚ばらつきにより、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトすることが起こる。この場合、リベット作業としては正常であっても、荷重−ストローク関係としては基準の荷重−ストローク関係とはかなり異なったものとなる。上記構成によれば、変曲点相互間の位置関係が所定値以内を保ちつつシフトする場合には正常作業とするので、板厚のばらつき等で、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトしたときの誤判定を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明に係るリベット品質モニタリング方法は、リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするリベット品質モニタリング方法であって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶工程と、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定工程と、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算工程と、前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とを比較して前記リベット作業の合否判断を行なう判断工程と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、前記判断工程は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るリベット品質モニタリングプログラムは、リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするため、コンピュータに実行させるリベット品質モニタリングプログラムであって、記憶手段によって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶処理手順と、制御手段によって、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定手段に対して、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定し、その結果をコンピュータの記憶手段に記憶する指示を与える測定処理手順と、演算手段によって、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算処理手順と、演算手段によって、記憶手段から前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とをそれぞれ読み出し、所定の作業合否判定基準を適用して比較演算し、その結果を出力して前記リベット作業の合否判断を行なう合否判断演算出力処理手順と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、前記所定の作業合否判定基準は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断する基準であることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、リベット品質モニタリング装置周辺の概念図を示す。リベット作業を行なうガンアーム１０１には、例えば油圧シリンダまたは電動モータ等で駆動される加圧ユニット１０３が装着されている。加圧ユニット１０３には、リベット作業における荷重測定のための圧力センサ１０５、ストローク測定のための変位センサ１０７が取り付けられる。圧力センサ１０５として、例えば市販のロードセル等、変位センサ１０７として例えば市販の光センサ等を用いることができる。圧力センサ１０５からの荷重データ、変位センサ１０７からのストロークデータは、演算部１０９に送られ、以下に詳述する所定の演算、合否判断等が行なわれる。演算部１０９は、例えばコンピュータのＣＰＵ等であり、いわゆるＰＣ等も用いることができる。
【００２９】
図２は、図８と同様にリベット作業における荷重−ストローク関係を示すと共に、あるストロークにおける荷重の、基準となる荷重からの偏差を求め、その偏差の加算値も同時に示した図である。図８と同様な曲線については同一の符号を付して説明を省略する。基準となる荷重−ストローク関係の曲線１３は、例えば標準条件下でリベット作業を行い、三回連続してほぼ同様な曲線のときにそれを登録すること等で得られる。この基準曲線１３は、品質管理表等の結果を反映させて順次更新することもできる。なお、従来技術で用いられる管理上限曲線１５、管理下限曲線１７も参考のため示したが、これらは例えばリベット作業における品質管理表等を活用して、ロットごと、週ごと、月ごと等の標準偏差σを求め、プラスマイナス３σ等と定めることができる。
【００３０】
図２において、リベット作業において加工過程が標準的に進んだ場合の荷重−ストローク関係の曲線２３と、加工過程が異常で、変形抵抗小の過程がほとんどなく、変形抵抗大に終始した場合の曲線２５を示した。曲線２５になる原因としては、例えばリベット５が加工過程中にノーズピース３のガイド穴中で斜めになり、上板１１になかなか貫通しないとき等が考えられる。曲線２５は、管理上限曲線１５と管理下限曲線１７の間の範囲にあるので、従来技術のリベット品質判断基準では正常品扱いとされるものであるが、実際には加工過程が異常であるのでこれを異常として取り扱う必要がある。
【００３１】
そこで、図２において、曲線２３および曲線２５の荷重について、リベット作業開始から等間隔のストロークで、例えば０．４ｍｍごとに、基準の曲線１３の荷重と比較してその差（偏差）の荷重を求め、順次加算した。その結果得られたのがそれぞれ曲線２７と曲線２９である。なお、図２の縦軸は理解しやすいように、偏差分の荷重に対する曲線２７、曲線２９については、曲線２３、２５の荷重の十倍の尺度で示してある。図２から、明らかに曲線２３と曲線２５には著しい相違が認められる。ここで所定の閾値３１を曲線２７と曲線２９の間に設定することで、従来技術のリベット品質判断基準では双方とも正常品扱いになる、曲線２３を持つ製品と曲線２５を持つ製品を、標準的な加工過程に対応する曲線２３のときを正常品に、異常な加工過程に対応する曲線２５のときを異常に区別出来る。
【００３２】
図２においては、判断の対象となる曲線２３、曲線２５ともに、基準曲線１３の片側にあり、基準曲線１３と交差しない。加工過程が異常な場合の判断の対象となる曲線は、基準曲線１３と交差することも多いので、対象曲線と基準曲線１３との偏差の計算は、偏差の絶対値を用いることが好ましい。すなわち、一定のストローク間隔ごとに偏差の絶対値の加算で行なうとき、この偏差順次加算値は、基準の荷重−ストローク関係曲線と、測定された荷重−ストローク関係曲線との間の差の積分、すなわちこれらの曲線間のずれに対応する面積に相当することになる。そこでこれらの曲線間のずれの限度について、曲線間の差の面積が所定の値を超すときは異常として管理することができる。
【００３３】
また、単に偏差の加算でなく、あるストロークにおける荷重の偏差値を、そのストロークにおける基準の荷重値で徐した値を偏差に関連する特性値として、これを加算して用いることもできる。このことで、荷重値で規格化した偏差を用いることができるので、加重値に起因するばらつき要因、例えばロードセルの校正のばらつき等を除外でき、さらにリベット５、下板９、上板１１の材質、厚み等が異なる場合でも規格化した判断が容易となる。
【００３４】
図３に、本発明に係るリベット品質モニタリング手順の要部のフローチャートを示す。これらの手順は例えば、コンピュータのメモリ、ディスク等の記憶手段、ＣＰＵ等のプロセッサで代表される各種の演算手段、制御手段にプログラムを実行させること等で実現できる。
【００３５】
ＳＴＥＰ１は、基準となる荷重−ストローク関係を基準値としてコンピュータのメモリ等に記憶する基準値記憶の手順である。あるストロークにおける荷重というように、ストロークと荷重の組のデータとして記憶することができる。
【００３６】
ＳＴＥＰ２は、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する手順である。このときもストロークと荷重の組で測定する。測定はロードセル、光センサ等をコンピュータのＣＰＵ等で制御して、その測定データをコンピュータのメモリ等に取り込み記憶することができる。
【００３７】
ＳＴＥＰ３は、リベット作業中の各ストロークにおいて、前記測定された荷重と前記記憶された基準の荷重との偏差をコンピュータのＣＰＵ等で演算する偏差演算の手順である。ストロークの間隔は、一定の間隔であることが好ましい。
【００３８】
ＳＴＥＰ４は、リベット作業の開始から所定の各ストローク段階におけるその偏差を順次加算する偏差加算の手順である。偏差は、単なる代数差のほか、偏差の絶対値、荷重で規格化した偏差等、偏差に関連する偏差特性値を含む。
【００３９】
ＳＴＥＰ５は、前記加算された偏差値と所定の閾値との大小を判断する閾値判断の手順である。具体的には所定の閾値を超えないとき正常、超えるとき異常と判断することができる。所定の閾値は、品質管理表、抜取り検査の結果等を反映させて順次更新することができる。
【００４０】
なお、従来技術のリベット品質判断をコンピュータに実行させるときのプログラムには、上記ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２をすでに備えている場合がある。その場合には、上記ＳＴＥＰ３，ＳＴＥＰ４，ＳＴＥＰ５の処理手順を有するプログラムによっても本発明が実施できる。
【００４１】
上記では、もっぱら荷重−ストローク関係について、基準曲線と判断対象曲線との間のずれの量としてこれらの偏差または偏差に関連する偏差特性値の利用について述べた。この他に、基準曲線と判断対象曲線との曲線形状の相違を利用しても本発明が実施できる。例えば、荷重−ストローク関係曲線における傾きの違い、すなわち各ストロークにおける関係曲線の微分の大きさの相違を演算し、その演算結果をもとに所定の判断レベルと比較しても、リベット品質をモニタできる。
【００４２】
リベット作業における荷重−ストローク関係曲線について荷重をストロークに関し２階微分すれば、その荷重−ストローク関係曲線の変曲点の状態を知ることができる。曲線の変曲点の状態は、曲線自身の特徴を表していると考えられる。
【００４３】
図４と図５は、リベット作業における荷重−ストローク関係曲線について荷重をストロークに関し２階微分して得られる、ｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)−ストローク関係曲線を示した図である。いま、ｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)−ストローク関係曲線を２階微分荷重−ストローク関係と呼ぶことにする。図４と図５は、縦軸に荷重の２回微分値、すなわちｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)の値、横軸にストロークをとり、それぞれ３本の２階微分荷重−ストローク関係曲線を示してある。すなわち、基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１と、リベット作業が正常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５３、リベット作業が異常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５５，５７を示してある。
【００４４】
図４は２階微分荷重−ストローク関係曲線の全範囲におけるゼロクロス点の数、すなわち、各２階微分荷重−ストローク関係曲線がｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)＝０となる点の数に注目した図である。基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１は、２個のゼロクロス点６１ａ，６１ｂを有する。同様に、リベット作業が正常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５３も、２個のゼロクロス点６３ａ，６３ｂを有する。これに対し、リベット作業が異常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５５は、１個のゼロクロス点６５しか有しない。
【００４５】
このように、２階微分荷重−ストローク関係曲線のゼロクロス点の数は、荷重−ストローク関係曲線の特徴を反映し、リベット作業が正常か異常かの判断基準として用いることができる。ここでは、基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１が２個のゼロクロス点６１ａ，６１ｂを有するので、ゼロクロス点の数が２以外のときはリベット作業が異常と判断できる。
【００４６】
図５は、２階微分荷重−ストローク関係曲線のゼロクロス点が２個の場合について、その２個のゼロクロス点の間の間隔に注目した図である。基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１における２個のゼロクロス点の間の間隔７１と、リベット作業が正常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５３における２個のゼロクロス点の間の間隔７３とはほぼ同じ間隔であるが、リベット作業が異常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５７における２個のゼロクロス点の間の間隔７７は、基準となるゼロクロス点の間の間隔７１とかなり相違する。
【００４７】
２階微分荷重−ストローク関係曲線のゼロクロス点とは、荷重−ストローク関係曲線の変曲点の位置を表しているので、２個のゼロクロス点の間の間隔は、荷重−ストローク関係曲線のカーブの特徴を数値として表していると考えられる。したがって、２階微分荷重−ストローク関係曲線における２個のゼロクロス点の間の間隔は、荷重−ストローク関係曲線の特徴を反映し、リベット作業が正常か異常かの判断基準として用いることができる。
【００４８】
ここでは、基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１における２個のゼロクロス点の間の間隔をＸ0として所定の許容範囲±ｄを設定し、対象の２階微分荷重−ストローク関係曲線における２個のゼロクロス点の間の間隔Ｘiとして、Ｘ0−ｄ≦Ｘi≦Ｘ0＋ｄのとき、２個のゼロクロス点の間の間隔Ｘiを有するリベット作業が正常と判断することができる。
【００４９】
すなわち、図４と図５を合わせると、リベット作業の合否判定基準は、そのリベット作業における２階微分荷重−ストローク関係の全範囲においてゼロクロス点の数が２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値ｄ以内であるときにそのリベット作業を正常と判断し、それ以外はそのリベット作業を異常と判断するものとできる。
【００５０】
例えばリベット接合を行う複数の部材の板厚ばらつきにより、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトすることが起こる。この場合、リベット作業としては正常であっても、荷重−ストローク関係としては基準の荷重−ストローク関係とかなり異なったものとなる。図５の判断基準によれば、変曲点相互間の位置関係が所定値以内を保ちつつシフトする場合には正常作業とするので、板厚のばらつき等で、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトしたときの誤判定を防ぐことができる。
【００５１】
図６は、２階微分荷重−ストローク関係に基づくリベット品質モニタリング手順の要部のフローチャートを示す。これらの手順は例えば、コンピュータのメモリ、ディスク等の記憶手段、ＣＰＵ等のプロセッサで代表される各種の演算手段、制御手段にプログラムを実行させること等で実現できる。
【００５２】
ＳＴＥＰ１１は、基準となる荷重−ストローク関係を基準値としてコンピュータのメモリ等に記憶する基準関係曲線記憶の手順である。あるストロークにおける荷重というように、ストロークと荷重の組のデータとして記憶することができる。
【００５３】
ＳＴＥＰ１３は、基準となる荷重−ストローク関係から、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を求め、コンピュータのメモリ等に記憶する基準ゼロクロス間隔記憶の手順である。特に、２階微分荷重がゼロとなる２個のゼロクロス点の間の間隔を、基準のゼロクロス点間隔Ｘ0として記憶する。基準となる２階微分荷重−ストローク関係は、例えば図２における基準となる荷重−ストローク関係の曲線１３について、荷重をストロークに関し２階微分して求めることができる。なお、ＳＴＥＰ１３の手順が終了すれば、基準となる荷重−ストローク関係は、メモリから消去しても良い。
【００５４】
ＳＴＥＰ１５は、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する手順である。このときもストロークと荷重の組で測定する。測定はロードセル、光センサ等をコンピュータのＣＰＵ等で制御して、その測定データをコンピュータのメモリ等に取り込み記憶することができる。
【００５５】
ＳＴＥＰ１７は、測定されたリベット作業中の荷重−ストローク関係から、リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算処理手順である。特に、２階微分荷重がゼロとなるのゼロクロス点の数、およびゼロクロス点が２個のときの、そのゼロクロス点の間の間隔を演算する。演算処理の結果はコンピュータのメモリ等に記憶される。
【００５６】
ＳＴＥＰ１９は、２階微分演算の結果において、ゼロクロス点の数が２個か否かを判断する手順である。ゼロクロス点の数が２個のときはＳＴＥＰ２１に進み、ゼロクロス点の数が２個でないと判断されたときは、そのリベット作業は異常と判断される（ＳＴＥＰ２５）。
【００５７】
ＳＴＥＰ２１は、２階微分演算の結果においてゼロクロス点の数が２個のとき、ゼロクロス点の間の間隔を基準ゼロクロス間隔Ｘ0と比較し、その差が所定の許容範囲±ｄ以内か否かを判断する手順である。その差が所定の許容範囲以内にあると判断されたときは、そのリベット作業は正常であると判断される（ＳＴＥＰ２３）。その差が許容範囲以内にないと判断されたときは、そのリベット作業は異常であると判断される（ＳＴＥＰ２５）。所定の許容範囲は、品質管理表、抜取り検査の結果等を反映させて順次更新することができる。
【００５８】
本発明に係るリベット品質モニタリング装置等を用いることで、合否誤判定は大幅に改善された。例えばある試作品について調査した結果、従来技術の判定基準では、正常品扱いとされた１０００個中３個が異常で、異常扱いとされた７個中１個は正常品であったが、本発明の実施により、合否誤判定もなくなった。
【００５９】
【発明の効果】
リベット接合作業の荷重−ストローク関係が基準の曲線形状と異なる場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくすことができた。また、リベットの品質確認が非破壊で高精度に行なえ、かつインラインにて自動化でき、品質向上に加え大幅なコスト低減も達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係るリベット品質モニタリング装置周辺の概念図である。
【図２】 本発明に係る参考実施の形態のリベット品質モニタリングにおいて、基準の荷重からの偏差の順次加算値を求める様子を示す図である。
【図３】 本発明に係る参考実施の形態におけるリベット品質モニタリング手順のフローチャートである。
【図４】 本発明に係る実施の形態のリベット品質モニタリングにおいて、２階微分荷重−ストローク関係の例、特にゼロクロス点の数を示す図である。
【図５】 本発明に係る実施の形態のリベット品質モニタリングにおいて、２階微分荷重−ストローク関係の例、特にゼロクロス点間隔を示す図である。
【図６】 本発明に係る実施の形態におけるリベット品質モニタリング手順のフローチャートである。
【図７】 本発明の前提となるリベット接合工程の説明図である。
【図８】 従来技術によるリベット品質モニタ方法の原理を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態の対象となる、標準的な加工過程を外れた場合の典型的な荷重−ストローク関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ ダイス、３ ノーズピース、５ リベット、７ リベッティングパンチ、９ 下板、１１ 上板、１３ 基準曲線、１５ 管理上限曲線、１７ 管理下限曲線、１９，２１，２５ 標準的な加工過程を外れた場合の曲線、２３ 標準的な加工過程の場合の曲線、２７ 偏差を順次加算した曲線（曲線２３に対応）、２９ 偏差を順次加算した曲線（曲線２５に対応）、３１ 所定の閾値、５１ 基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線、５３ リベット作業が正常な２階微分荷重−ストローク関係曲線、５５，５７ リベット作業が異常な２階微分荷重−ストローク関係曲線、６１ａ，６１ｂ，６３ａ，６３ｂ，６５ ゼロクロス点、７１ 基準ゼロクロス間隔、７３ リベット作業が正常なときのゼロクロス間隔、７７ リベット作業が異常なときのゼロクロス間隔、１０１ ガンアーム、１０３ 加圧ユニット、 １０５ 圧力センサ、１０７ 変位センサ、１０９ 演算部（ＣＰＵ）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、リベット品質モニタリング装置、リベット品質モニタリング方法およびリベット品質モニタリングプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リベットは、加圧ユニットを介してリベッティングパンチから荷重とストロークを与えられ、複数の部材、例えば重ねた二枚の板材に食い込み、場合により貫通して接合し、ほとんど弛むことがないような状態で共にしっかり固定するので、低費用でぴったりと接合させるのに広く用いられている。ところで、リベットの先端部分が、例えば二枚の板材を貫通して接合状態となるときは、貫通個所を見ればリベット作業が適切に行われたか否か、リベット接合品質が正常か否かは容易に判断できる。
【０００３】
しかし、リベットの先端部分が全部の板材を貫通せず、したがって裏側に突き出ることがなくて、所定の固定力を確保できれば、製品の外観面から付加価値が高い。そこで例えば、二枚の板材のリベット接合において、リベットの接合のための先端部分が、一枚の板材（上板）を貫通し、もう一枚の板材（下板）の板厚の途中で止まることで接合する手法が実用化されているが、この場合、リベット接合個所を見てもリベットは貫通していないのであるから、それのみではリベット品質を判断することができない。
【０００４】
そこで例えば特開平５−９２３００号公報において、プレス工程のプレスジグの位置と、被プレス体に対する印加荷重との間の、印加荷重増加特性を測定し、予めその特性の上限と下限を設定し、被プレス体に対する印加荷重がその上限と下限のいずれかを超えたか否かを検知して、上記プレス工程の合否を判定することが開示され、この方法がリベット品質のモニタリングに用いられる。
【０００５】
図７、図８に、かかる従来技術によるリベット品質モニタ方法の原理を示す。まず図７を用いて前提となるリベット接合工程を説明する。図７（ａ）は、リベット接合工程における最初の状態であり、ダイス１とノーズピース３が所定の位置関係で対向して配置され、ノーズピース３の中央には、リベット５と、リベット５に荷重を印加するリベッティングパンチ７が収まるガイド穴がある。ダイス１の上面の形状は、リベッティングパンチ７の印加荷重を受けて、リベット５の先端部分を塑性変形させて接合部分を形成させるとともに、接合後の製品外形を規制するように、その形状が作られている。そして接合対象となる下板９と上板１１は重ねられて、ダイス１とノーズピース３との所定隙間に入れられ、そのリベット接合すべき個所がダイス１とノーズピース３の対向する所定位置に位置決めされる。この状態でノーズピース３にリベット５が玉込めされ、リベット５の上面にリベッティングパンチ７の下面が接触する。
【０００６】
リベッティングパンチ７の上部には図示されていない加圧ユニットが配置され、加圧ユニットは例えばロードセル等の印加荷重測定器を備えている。また、リベッティングパンチ７の移動量、すなわちリベッティングパンチ７のストロークを検知するため、図示されていないが、例えば光センサ等の位置検出器がリベッティングパンチ７の近傍の適切な位置に配置される。
【０００７】
図７（ｂ）は、図７（ａ）から、工程が進み、図示されていない加圧ユニットを介してリベッティングパンチ７に荷重が加えられ、リベット５の接合のための先端部分が上板１１を貫通した状態を示し、図７（ｃ）は、さらに工程が進んで、リベッティングパンチ７に荷重が加えられ、リベット５の接合のための先端部分が塑性変形し、下板９の板厚の途中まで食い込んで止まった状態を示す。図７（ｃ）において、リベット５の先端は下板９の下面の表面に突き出ず、製品の外形はダイス１の上面の形状に倣い、かつ下板９、上板１１、リベット５は互いにぴったりとしっかり固定し、このようにしてリベット接合が完成する。
【０００８】
図８に、かかるリベット接合中における、リベッティングパンチ７に印加される加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチ７のストロークとの関係についてグラフ化したものを示す。縦軸に加圧ユニットの荷重、横軸にリベッティングパンチ７のストロークをとると、例えば曲線１３に見るように、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）の状態に対応して、最初ストロークがほとんどなく初期荷重がかかり、ついで荷重が余り増さずともストロークが増してゆき（変形抵抗小）、その後ストロークを増すには荷重がより必要になる（変形抵抗大）経過をたどる。
【０００９】
そこで、作業条件、例えばリベット５、下板９、上板１１の材質をはじめとして、ダイス１、ノーズピース３、リベッティングパンチ７の形状等の条件を固定してリベット作業を行い、そのリベット作業の荷重−ストローク関係について、それぞれのストロークについて荷重の平均値と標準偏差を求め、これをグラフ化する。例えば図８において、曲線１３がその平均値をプロットした曲線とし、曲線１５が平均値に標準偏差にある係数を乗じたものを加算してプロットした曲線、曲線１７が、平均値に標準偏差にある係数を乗じたものを減算してプロットした曲線とする。このように曲線１３を基準曲線、曲線１５を管理上限曲線、１７を管理下限曲線として、予め定めておけば、実際のリベット作業中に測定された荷重−ストローク関係をプロットして、曲線１３に近いほど標準的なリベット品質に近いと判断され、曲線１５と曲線１７との間にリベット作業中に測定された荷重−ストローク関係が入るか否かの品質判定基準で、リベット作業の品質の上限下限を管理できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術によって、リベットが複数の部材を固定接合する際に、貫通せず裏側に突き出ない場合にも、そのリベット品質を評価できる。しかし、この従来技術においては、標準的な荷重−ストローク関係を基準としてリベット品質を判定する。したがって、従来技術においては、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に説明した標準的な加工過程、例えば初期加重の段階、変形抵抗小の段階、変形抵抗大の段階等の、個々のリベット作業条件で定まる標準的段階をそれぞれ経過するときは、その加工工程のばらつきを把握できるが、一旦標準的な加工過程を外れるときはリベット品質の把握には不十分であることがわかった。すなわち、従来技術のリベット品質判定基準では正常品扱いであるが、完成製品の外観上明らかにリベット品質が異常であることがあり、さらに抜取り検査で正常品扱い製品を破断して断面を観察すると、リベット５が下板９、上板１１ときちんと接合しておらず、斜めに食い込んでいる場合が発見される。
【００１１】
その様な場合の荷重−ストローク関係を観察したところ、一定の傾向があることがわかった。その様子を図９に模式的に示す。この図は、先ほどの図８と同様に、縦軸に荷重、横軸にストロークをとって、基準曲線１３、管理上限曲線１５、管理下限曲線１７を表わした上に、標準的な加工過程を外れた場合の荷重−ストローク関係の典型例を曲線１９と曲線２１で示した。曲線１９は変形抵抗大の領域が多く、曲線２１は変形抵抗小の領域が多い傾向にある場合である。このような傾向となる原因としては、例えば、リベット５の形状が不良のときや、リベット５がノーズピース３のガイド穴に斜めに挿入されたとき、またはリベット５がリベッティングパンチ７の下降中に位置が偏位してそのまま押し込まれたとき等が考えられる。これらの場合には、正常でない姿勢でリベット５が荷重を受けるため、荷重−ストローク関係が標準的なものから外れ、ある場合には変形抵抗が見かけ上大きく見え、ほかの場合には変形抵抗が見かけ上小さく見える。
【００１２】
このように、標準的な加工過程を外れた場合の荷重−ストローク関係は、基準の曲線形状とかなり異なる。このときでも、リベット作業中に測定された荷重−ストローク関係が管理上限曲線１５または管理下限曲線１７の外に出るときは、従来技術でこれをリベット品質異常と判定できる。問題は、基準の曲線形状からかなり異なるにもかかわらず、リベット作業中に測定された荷重−ストローク関係が管理上限曲線１５と管理下限曲線１７との間に収まってしまう場合である。このとき従来技術ではリベット品質上正常品と扱われる。従来技術でこのことを避けるには、管理上限曲線１５と管理下限曲線１７との間をせまくし、厳しい管理を行なえば良いが、そうすることで逆に標準的な加工経過を経た製品に対し過剰品質を要求することになり、リベット品質上問題がない正常品を異常とする誤判断が起こる。
【００１３】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、リベット接合作業の荷重−ストローク関係が基準の曲線形状と異なる場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくす、リベット品質モニタリング装置、リベット品質モニタリング方法およびリベット品質モニタリングプログラムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るリベット品質モニタリング装置は、リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするリベット品質モニタリング装置であって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶手段と、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定手段と、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算手段と、前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とを比較して前記リベット作業の合否判断を行なう判断手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
なお、荷重−ストローク関係曲線の傾きの違い、すなわち関係曲線の微分の大きさの相違を用いることでも、測定された荷重−ストローク関係曲線が基準の曲線形状とかなり異なる曲線の場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくすことができる。
【００１８】
そして、特性を表す曲線を２階微分することでその曲線の変曲点の状態を知ることができる。上記の構成により、荷重−ストローク関係曲線のカーブ自身の特徴を変曲点の状態で評価し、測定された荷重−ストローク関係曲線における変曲点の状態と、基準の荷重−ストローク関係曲線における変曲点の状態とを比較する。このことで、カーブ自身の特徴のずれを管理し、そのずれが所定の値を超すときは異常として管理することで、測定された荷重−ストローク関係曲線が基準の曲線形状とかなり異なる曲線の場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくすことができる。
【００１９】
また、前記判断手段は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断することを特徴とする。
【００２０】
例えばリベット接合を行う複数の部材の板厚ばらつきにより、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトすることが起こる。この場合、リベット作業としては正常であっても、荷重−ストローク関係としては基準の荷重−ストローク関係とはかなり異なったものとなる。上記構成によれば、変曲点相互間の位置関係が所定値以内を保ちつつシフトする場合には正常作業とするので、板厚のばらつき等で、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトしたときの誤判定を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明に係るリベット品質モニタリング方法は、リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするリベット品質モニタリング方法であって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶工程と、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定工程と、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算工程と、前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とを比較して前記リベット作業の合否判断を行なう判断工程と、を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、前記判断工程は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るリベット品質モニタリングプログラムは、リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするため、コンピュータに実行させるリベット品質モニタリングプログラムであって、記憶手段によって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶処理手順と、制御手段によって、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定手段に対して、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定し、その結果をコンピュータの記憶手段に記憶する指示を与える測定処理手順と、演算手段によって、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算処理手順と、演算手段によって、記憶手段から前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とをそれぞれ読み出し、所定の作業合否判定基準を適用して比較演算し、その結果を出力して前記リベット作業の合否判断を行なう合否判断演算出力処理手順と、を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、前記所定の作業合否判定基準は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断する基準であることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、リベット品質モニタリング装置周辺の概念図を示す。リベット作業を行なうガンアーム１０１には、例えば油圧シリンダまたは電動モータ等で駆動される加圧ユニット１０３が装着されている。加圧ユニット１０３には、リベット作業における荷重測定のための圧力センサ１０５、ストローク測定のための変位センサ１０７が取り付けられる。圧力センサ１０５として、例えば市販のロードセル等、変位センサ１０７として例えば市販の光センサ等を用いることができる。圧力センサ１０５からの荷重データ、変位センサ１０７からのストロークデータは、演算部１０９に送られ、以下に詳述する所定の演算、合否判断等が行なわれる。演算部１０９は、例えばコンピュータのＣＰＵ等であり、いわゆるＰＣ等も用いることができる。
【００２９】
図２は、図８と同様にリベット作業における荷重−ストローク関係を示すと共に、あるストロークにおける荷重の、基準となる荷重からの偏差を求め、その偏差の加算値も同時に示した図である。図８と同様な曲線については同一の符号を付して説明を省略する。基準となる荷重−ストローク関係の曲線１３は、例えば標準条件下でリベット作業を行い、三回連続してほぼ同様な曲線のときにそれを登録すること等で得られる。この基準曲線１３は、品質管理表等の結果を反映させて順次更新することもできる。なお、従来技術で用いられる管理上限曲線１５、管理下限曲線１７も参考のため示したが、これらは例えばリベット作業における品質管理表等を活用して、ロットごと、週ごと、月ごと等の標準偏差σを求め、プラスマイナス３σ等と定めることができる。
【００３０】
図２において、リベット作業において加工過程が標準的に進んだ場合の荷重−ストローク関係の曲線２３と、加工過程が異常で、変形抵抗小の過程がほとんどなく、変形抵抗大に終始した場合の曲線２５を示した。曲線２５になる原因としては、例えばリベット５が加工過程中にノーズピース３のガイド穴中で斜めになり、上板１１になかなか貫通しないとき等が考えられる。曲線２５は、管理上限曲線１５と管理下限曲線１７の間の範囲にあるので、従来技術のリベット品質判断基準では正常品扱いとされるものであるが、実際には加工過程が異常であるのでこれを異常として取り扱う必要がある。
【００３１】
そこで、図２において、曲線２３および曲線２５の荷重について、リベット作業開始から等間隔のストロークで、例えば０．４ｍｍごとに、基準の曲線１３の荷重と比較してその差（偏差）の荷重を求め、順次加算した。その結果得られたのがそれぞれ曲線２７と曲線２９である。なお、図２の縦軸は理解しやすいように、偏差分の荷重に対する曲線２７、曲線２９については、曲線２３、２５の荷重の十倍の尺度で示してある。図２から、明らかに曲線２３と曲線２５には著しい相違が認められる。ここで所定の閾値３１を曲線２７と曲線２９の間に設定することで、従来技術のリベット品質判断基準では双方とも正常品扱いになる、曲線２３を持つ製品と曲線２５を持つ製品を、標準的な加工過程に対応する曲線２３のときを正常品に、異常な加工過程に対応する曲線２５のときを異常に区別出来る。
【００３２】
図２においては、判断の対象となる曲線２３、曲線２５ともに、基準曲線１３の片側にあり、基準曲線１３と交差しない。加工過程が異常な場合の判断の対象となる曲線は、基準曲線１３と交差することも多いので、対象曲線と基準曲線１３との偏差の計算は、偏差の絶対値を用いることが好ましい。すなわち、一定のストローク間隔ごとに偏差の絶対値の加算で行なうとき、この偏差順次加算値は、基準の荷重−ストローク関係曲線と、測定された荷重−ストローク関係曲線との間の差の積分、すなわちこれらの曲線間のずれに対応する面積に相当することになる。そこでこれらの曲線間のずれの限度について、曲線間の差の面積が所定の値を超すときは異常として管理することができる。
【００３３】
また、単に偏差の加算でなく、あるストロークにおける荷重の偏差値を、そのストロークにおける基準の荷重値で徐した値を偏差に関連する特性値として、これを加算して用いることもできる。このことで、荷重値で規格化した偏差を用いることができるので、加重値に起因するばらつき要因、例えばロードセルの校正のばらつき等を除外でき、さらにリベット５、下板９、上板１１の材質、厚み等が異なる場合でも規格化した判断が容易となる。
【００３４】
図３に、本発明に係るリベット品質モニタリング手順の要部のフローチャートを示す。これらの手順は例えば、コンピュータのメモリ、ディスク等の記憶手段、ＣＰＵ等のプロセッサで代表される各種の演算手段、制御手段にプログラムを実行させること等で実現できる。
【００３５】
ＳＴＥＰ１は、基準となる荷重−ストローク関係を基準値としてコンピュータのメモリ等に記憶する基準値記憶の手順である。あるストロークにおける荷重というように、ストロークと荷重の組のデータとして記憶することができる。
【００３６】
ＳＴＥＰ２は、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する手順である。このときもストロークと荷重の組で測定する。測定はロードセル、光センサ等をコンピュータのＣＰＵ等で制御して、その測定データをコンピュータのメモリ等に取り込み記憶することができる。
【００３７】
ＳＴＥＰ３は、リベット作業中の各ストロークにおいて、前記測定された荷重と前記記憶された基準の荷重との偏差をコンピュータのＣＰＵ等で演算する偏差演算の手順である。ストロークの間隔は、一定の間隔であることが好ましい。
【００３８】
ＳＴＥＰ４は、リベット作業の開始から所定の各ストローク段階におけるその偏差を順次加算する偏差加算の手順である。偏差は、単なる代数差のほか、偏差の絶対値、荷重で規格化した偏差等、偏差に関連する偏差特性値を含む。
【００３９】
ＳＴＥＰ５は、前記加算された偏差値と所定の閾値との大小を判断する閾値判断の手順である。具体的には所定の閾値を超えないとき正常、超えるとき異常と判断することができる。所定の閾値は、品質管理表、抜取り検査の結果等を反映させて順次更新することができる。
【００４０】
なお、従来技術のリベット品質判断をコンピュータに実行させるときのプログラムには、上記ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２をすでに備えている場合がある。その場合には、上記ＳＴＥＰ３，ＳＴＥＰ４，ＳＴＥＰ５の処理手順を有するプログラムによっても本発明が実施できる。
【００４１】
上記では、もっぱら荷重−ストローク関係について、基準曲線と判断対象曲線との間のずれの量としてこれらの偏差または偏差に関連する偏差特性値の利用について述べた。この他に、基準曲線と判断対象曲線との曲線形状の相違を利用しても本発明が実施できる。例えば、荷重−ストローク関係曲線における傾きの違い、すなわち各ストロークにおける関係曲線の微分の大きさの相違を演算し、その演算結果をもとに所定の判断レベルと比較しても、リベット品質をモニタできる。
【００４２】
リベット作業における荷重−ストローク関係曲線について荷重をストロークに関し２階微分すれば、その荷重−ストローク関係曲線の変曲点の状態を知ることができる。曲線の変曲点の状態は、曲線自身の特徴を表していると考えられる。
【００４３】
図４と図５は、リベット作業における荷重−ストローク関係曲線について荷重をストロークに関し２階微分して得られる、ｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)−ストローク関係曲線を示した図である。いま、ｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)−ストローク関係曲線を２階微分荷重−ストローク関係と呼ぶことにする。図４と図５は、縦軸に荷重の２回微分値、すなわちｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)の値、横軸にストロークをとり、それぞれ３本の２階微分荷重−ストローク関係曲線を示してある。すなわち、基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１と、リベット作業が正常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５３、リベット作業が異常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５５，５７を示してある。
【００４４】
図４は２階微分荷重−ストローク関係曲線の全範囲におけるゼロクロス点の数、すなわち、各２階微分荷重−ストローク関係曲線がｄ2(荷重)／ｄ2(ストローク)＝０となる点の数に注目した図である。基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１は、２個のゼロクロス点６１ａ，６１ｂを有する。同様に、リベット作業が正常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５３も、２個のゼロクロス点６３ａ，６３ｂを有する。これに対し、リベット作業が異常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５５は、１個のゼロクロス点６５しか有しない。
【００４５】
このように、２階微分荷重−ストローク関係曲線のゼロクロス点の数は、荷重−ストローク関係曲線の特徴を反映し、リベット作業が正常か異常かの判断基準として用いることができる。ここでは、基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１が２個のゼロクロス点６１ａ，６１ｂを有するので、ゼロクロス点の数が２以外のときはリベット作業が異常と判断できる。
【００４６】
図５は、２階微分荷重−ストローク関係曲線のゼロクロス点が２個の場合について、その２個のゼロクロス点の間の間隔に注目した図である。基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１における２個のゼロクロス点の間の間隔７１と、リベット作業が正常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５３における２個のゼロクロス点の間の間隔７３とはほぼ同じ間隔であるが、リベット作業が異常な例としての２階微分荷重−ストローク関係曲線５７における２個のゼロクロス点の間の間隔７７は、基準となるゼロクロス点の間の間隔７１とかなり相違する。
【００４７】
２階微分荷重−ストローク関係曲線のゼロクロス点とは、荷重−ストローク関係曲線の変曲点の位置を表しているので、２個のゼロクロス点の間の間隔は、荷重−ストローク関係曲線のカーブの特徴を数値として表していると考えられる。したがって、２階微分荷重−ストローク関係曲線における２個のゼロクロス点の間の間隔は、荷重−ストローク関係曲線の特徴を反映し、リベット作業が正常か異常かの判断基準として用いることができる。
【００４８】
ここでは、基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線５１における２個のゼロクロス点の間の間隔をＸ0として所定の許容範囲±ｄを設定し、対象の２階微分荷重−ストローク関係曲線における２個のゼロクロス点の間の間隔Ｘiとして、Ｘ0−ｄ≦Ｘi≦Ｘ0＋ｄのとき、２個のゼロクロス点の間の間隔Ｘiを有するリベット作業が正常と判断することができる。
【００４９】
すなわち、図４と図５を合わせると、リベット作業の合否判定基準は、そのリベット作業における２階微分荷重−ストローク関係の全範囲においてゼロクロス点の数が２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値ｄ以内であるときにそのリベット作業を正常と判断し、それ以外はそのリベット作業を異常と判断するものとできる。
【００５０】
例えばリベット接合を行う複数の部材の板厚ばらつきにより、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトすることが起こる。この場合、リベット作業としては正常であっても、荷重−ストローク関係としては基準の荷重−ストローク関係とかなり異なったものとなる。図５の判断基準によれば、変曲点相互間の位置関係が所定値以内を保ちつつシフトする場合には正常作業とするので、板厚のばらつき等で、荷重−ストローク関係がカーブの特徴を保存したままシフトしたときの誤判定を防ぐことができる。
【００５１】
図６は、２階微分荷重−ストローク関係に基づくリベット品質モニタリング手順の要部のフローチャートを示す。これらの手順は例えば、コンピュータのメモリ、ディスク等の記憶手段、ＣＰＵ等のプロセッサで代表される各種の演算手段、制御手段にプログラムを実行させること等で実現できる。
【００５２】
ＳＴＥＰ１１は、基準となる荷重−ストローク関係を基準値としてコンピュータのメモリ等に記憶する基準関係曲線記憶の手順である。あるストロークにおける荷重というように、ストロークと荷重の組のデータとして記憶することができる。
【００５３】
ＳＴＥＰ１３は、基準となる荷重−ストローク関係から、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を求め、コンピュータのメモリ等に記憶する基準ゼロクロス間隔記憶の手順である。特に、２階微分荷重がゼロとなる２個のゼロクロス点の間の間隔を、基準のゼロクロス点間隔Ｘ0として記憶する。基準となる２階微分荷重−ストローク関係は、例えば図２における基準となる荷重−ストローク関係の曲線１３について、荷重をストロークに関し２階微分して求めることができる。なお、ＳＴＥＰ１３の手順が終了すれば、基準となる荷重−ストローク関係は、メモリから消去しても良い。
【００５４】
ＳＴＥＰ１５は、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する手順である。このときもストロークと荷重の組で測定する。測定はロードセル、光センサ等をコンピュータのＣＰＵ等で制御して、その測定データをコンピュータのメモリ等に取り込み記憶することができる。
【００５５】
ＳＴＥＰ１７は、測定されたリベット作業中の荷重−ストローク関係から、リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算処理手順である。特に、２階微分荷重がゼロとなるのゼロクロス点の数、およびゼロクロス点が２個のときの、そのゼロクロス点の間の間隔を演算する。演算処理の結果はコンピュータのメモリ等に記憶される。
【００５６】
ＳＴＥＰ１９は、２階微分演算の結果において、ゼロクロス点の数が２個か否かを判断する手順である。ゼロクロス点の数が２個のときはＳＴＥＰ２１に進み、ゼロクロス点の数が２個でないと判断されたときは、そのリベット作業は異常と判断される（ＳＴＥＰ２５）。
【００５７】
ＳＴＥＰ２１は、２階微分演算の結果においてゼロクロス点の数が２個のとき、ゼロクロス点の間の間隔を基準ゼロクロス間隔Ｘ0と比較し、その差が所定の許容範囲±ｄ以内か否かを判断する手順である。その差が所定の許容範囲以内にあると判断されたときは、そのリベット作業は正常であると判断される（ＳＴＥＰ２３）。その差が許容範囲以内にないと判断されたときは、そのリベット作業は異常であると判断される（ＳＴＥＰ２５）。所定の許容範囲は、品質管理表、抜取り検査の結果等を反映させて順次更新することができる。
【００５８】
本発明に係るリベット品質モニタリング装置等を用いることで、合否誤判定は大幅に改善された。例えばある試作品について調査した結果、従来技術の判定基準では、正常品扱いとされた１０００個中３個が異常で、異常扱いとされた７個中１個は正常品であったが、本発明の実施により、合否誤判定もなくなった。
【００５９】
【発明の効果】
リベット接合作業の荷重−ストローク関係が基準の曲線形状と異なる場合でも、リベット品質を正しく判断し、誤判断をなくすことができた。また、リベットの品質確認が非破壊で高精度に行なえ、かつインラインにて自動化でき、品質向上に加え大幅なコスト低減も達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係るリベット品質モニタリング装置周辺の概念図である。
【図２】 本発明に係る参考実施の形態のリベット品質モニタリングにおいて、基準の荷重からの偏差の順次加算値を求める様子を示す図である。
【図３】 本発明に係る参考実施の形態におけるリベット品質モニタリング手順のフローチャートである。
【図４】 本発明に係る実施の形態のリベット品質モニタリングにおいて、２階微分荷重−ストローク関係の例、特にゼロクロス点の数を示す図である。
【図５】 本発明に係る実施の形態のリベット品質モニタリングにおいて、２階微分荷重−ストローク関係の例、特にゼロクロス点間隔を示す図である。
【図６】 本発明に係る実施の形態におけるリベット品質モニタリング手順のフローチャートである。
【図７】 本発明の前提となるリベット接合工程の説明図である。
【図８】 従来技術によるリベット品質モニタ方法の原理を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態の対象となる、標準的な加工過程を外れた場合の典型的な荷重−ストローク関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ ダイス、３ ノーズピース、５ リベット、７ リベッティングパンチ、９ 下板、１１ 上板、１３ 基準曲線、１５ 管理上限曲線、１７ 管理下限曲線、１９，２１，２５ 標準的な加工過程を外れた場合の曲線、２３ 標準的な加工過程の場合の曲線、２７ 偏差を順次加算した曲線（曲線２３に対応）、２９ 偏差を順次加算した曲線（曲線２５に対応）、３１ 所定の閾値、５１ 基準となる２階微分荷重−ストローク関係曲線、５３ リベット作業が正常な２階微分荷重−ストローク関係曲線、５５，５７ リベット作業が異常な２階微分荷重−ストローク関係曲線、６１ａ，６１ｂ，６３ａ，６３ｂ，６５ ゼロクロス点、７１ 基準ゼロクロス間隔、７３ リベット作業が正常なときのゼロクロス間隔、７７ リベット作業が異常なときのゼロクロス間隔、１０１ ガンアーム、１０３ 加圧ユニット、 １０５ 圧力センサ、１０７ 変位センサ、１０９ 演算部（ＣＰＵ）。
Claims (6)
- リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするリベット品質モニタリング装置であって、
前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶手段と、
リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定手段と、
前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算手段と、
前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とを比較してリベット作業の合否判断を行なう判断手段と、
を備えることを特徴とするリベット品質モニタリング装置。 - 請求項１に記載のリベット品質モニタリング装置において、
前記判断手段は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断することを特徴とするリベット品質モニタリング装置。 - リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするリベット品質モニタリング方法であって、
前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶工程と、
リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定工程と、
前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算工程と、
前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とを比較して前記リベット作業の合否判断を行なう判断工程と、
を備えることを特徴とするリベット品質モニタリング方法。 - 請求項３に記載のリベット品質モニタリング方法において、
前記判断工程は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断することを特徴とするリベット品質モニタリング方法。 - リベッティングパンチに加圧ユニットを介して荷重を加えストロークを与え、複数の部材をリベット接合するリベット作業において、リベット接合中における加圧ユニットの荷重と、リベッティングパンチのストロークとの関係に基いて、リベット品質をモニタリングするため、コンピュータに実行させるリベット品質モニタリングプログラムであって、
記憶手段によって、前記荷重−ストローク関係につき荷重をストロークに関し２階微分して得られる２階微分荷重−ストローク関係の中で、基準となる２階微分荷重−ストローク関係を記憶する基準値記憶処理手順と、
制御手段によって、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定する測定手段に対し て、リベット作業中の荷重−ストローク関係を測定し、その結果をコンピュータの記憶手段に記憶する指示を与える測定処理手順と、
演算手段によって、前記リベット作業中の荷重−ストローク関係から前記リベット作業中の前記２階微分荷重−ストローク関係を演算する２階微分演算処理手順と、
演算手段によって、記憶手段から前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係と、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係とをそれぞれ読み出し、所定の作業合否判定基準を適用して比較演算し、その結果を出力して前記リベット作業の合否判断を行なう合否判断演算出力処理手順と、
を備えることを特徴とするリベット品質モニタリングプログラム。 - 請求項５に記載のリベット品質モニタリングプログラムにおいて、
前記所定の作業合否判定基準は、前記リベット作業中の２階微分荷重−ストローク関係の全範囲において２階微分荷重値がゼロとなるゼロクロス点について、その数が前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係の全範囲における前記ゼロクロス点の数と同じ２個であり、かつその２個のゼロクロス点の間の間隔と前記基準となる２階微分荷重−ストローク関係における２個のゼロクロス点の間の間隔との差が所定値以内であるときに、前記リベット作業を正常と判断する基準であることを特徴とするリベット品質モニタリングプログラム。
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