JP4252099B2 - 圧入の良否の判定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧入の良否を判定する判定方法及び判定装置に関する。

一般に、ワーク部材の圧入に際しては、被圧入部材の圧入位置にワーク部材を載置した状態で、シリンダを駆動してプランジャを移動させる。被圧入部材は、ワーク部材の当たり面である押切り端を有しており、ワーク部材の下端面が押切り端に当接するまで、プランジャは圧入開始位置から圧入終了位置までの圧入判定区間を移動する。

従来の判定方法では、圧入判定区間において、シリンダの推力、つまりプランジャによるワーク部材の圧入力が検出される。また、推力の最大ピーク及び最小ピークが検出され、これに基づいて圧入の良否の判定が行われる。

しかし、この従来の判定方法によると、押切り端に近い位置での圧入力の検出ができず、そのため圧入の良否を正確に判定することができなかった。これに対して、本出願人は、改良された判定方法を特許文献１により提案した。それによると、プランジャの推力情報と位置情報とを取得し、推力情報の位置情報に対する変化の割合が所定の大きさ以上になる位置を圧入終了直前位置として検出し、その圧入終了直前位置に基づいて判定終了位置を決定し、圧入中における所定の判定開始位置から判定終了位置までの間において、推力情報が所定の範囲内にあるか否かによって圧入の良否を判定する。

これによって、押切り端にできるだけ近い位置での圧入力を検出することができ、圧入の良否をより正確に判定することができる。
特開２０００−１５８２４４

しかし、上に述べた従来の判定方法では、圧入の良否の判定を判定終了位置の近傍のみで行っているため、圧入工程の途中で異常がなかったかどうかを検知することができない。

そのため、例えば、圧入工程の途中において、異物のかみこみ、ワーク部材の引っ掛かりまたはかじりなどを検知することができなかった。また、従来において、圧入工程の途中で何らかの判定を行う場合に、そのような判定のチェックポイントを圧入を開始してからの距離に基づいて設定している。しかし、圧入開始位置から圧入終了位置までの距離は、ワーク部材によってばらつき、また、圧入装置の経時変化によってもばらつく。

そのため、それぞれのチェックポイントに対して設定した判定条件が、それぞれのワーク部材の実際の状態と一致しないことが起こり、そのため正確な判定ができないことがあった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、判定終了位置を基点として複数のチェックポイントのそれぞれに対して上限値及び下限値をそれぞれ設定することとし、ワーク部材などのばらつきによる判定の不正確さをなくし、正確な圧入判定を行うことを目的とする。

本発明に係る方法は、直線駆動するプランジャによって、押切り端を有する被圧入部材にワーク部材を圧入したときの圧入の良否を判定する方法であって、前記プランジャが前記ワーク部材を圧入する際の所定のストローク範囲において前記プランジャの推力情報と位置情報とを取得し、前記推力情報の前記位置情報に対する変化の割合が所定の大きさ以上になる圧入終了直前位置に基づいて判定終了位置を決定し、前記判定終了位置が決定された後に、前記判定終了位置を基点として、複数の設定された距離だけ逆上った複数の位置をチェックポイントとしてそれぞれ設定し、前記複数のチェックポイントのそれぞれに対して上限値及び下限値をそれぞれ設定し、前記チェックポイントにおける推力情報が、それぞれのチェックポイントにおいて設定された前記上限値及び前記下限値によって定まる範囲内にあるときに、圧入が良であると判定する。

本発明によると、判定終了位置を基点として複数のチェックポイントのそれぞれに対して上限値及び下限値をそれぞれ設定することにより、ワーク部材などのばらつきによる判定の不正確さをなくし、正確な圧入判定を行うことができる。

図１は本発明に係る判定装置１を用いた圧入システムＰＦの構成を示す図、図２は判定装置１における動作を説明するための図、図３は図２の要部を拡大して示す図である。図２及び図３において、縦軸はシリンダＣＹの推力ＴＨつまりプランジャＰＲによる圧入力を表し、横軸はプランジャＰＲの位置ＬＬを表す。

図１に示すように、圧入システムＰＦは、圧入装置、判定装置１、及びシーケンサ１８などからなる。圧入装置は、シリンダＣＹ、ロードセル１１、及びポジションセンサ１２などからなる。判定装置１は、増幅器１３，１４、演算処理部１５、設定部１６、及びメモリ１７などから構成される。判定装置１は、ＣＰＵ、適切なプログラムが格納されたＲＯＭ及びＲＡＭ、その他のメモリ、周辺素子、及び適当なハードウエア回路などを用いて構成することができる。

シリンダＣＹのピストンロッドＰＤの先端にはプランジャＰＲが取り付けられている。シリンダＣＹの下方には被圧入部材ＢＺが配置される。被圧入部材ＢＺの圧入位置ＡＰにワーク部材ＷＫを載置した状態で、シリンダＣＹを駆動してプランジャＰＲを下方へ移動させることにより、ワーク部材ＷＫを被圧入部材ＢＺに圧入する。被圧入部材ＢＺは、ワーク部材ＷＫの当たり面である押切り端ＫＴを有しており、ワーク部材ＷＫの下端面が押切り端ＫＴに当接するまで、プランジャＰＲは圧入開始位置ＬＬ１から圧入終了位置ＬＬＥまでの圧入区間ＲＡを移動する。

ロードセル１１は、ピストンロッドＰＤの途中に取り付けられており、シリンダＣＹの推力ＴＨ、つまりプランジャＰＲによるワーク部材ＷＫの圧入力を検出する。増幅器１４は、ロードセル１１の出力信号を増幅し、推力信号Ｓ１を出力する。

ポジションセンサ１２は、シリンダＣＹにおけるピストンロッドＰＤの位置を検出することによって、プランジャＰＲ及びワーク部材ＷＫの位置ＬＬを検出する。増幅器１３は、ポジションセンサ１２からの出力に基づいて位置信号Ｓ２を出力する。

演算処理部１５は、圧入終了直前位置検出演算部１５ａ、判定演算部１５ｂ、及び範囲設定部１５ｃを有し、圧入の良否の判定、ワーク部材ＷＫの下端部が押切り端ＫＴに当接する直前であるか否かの判断などを行い、シーケンサ１８に制御信号ＣＳを送る。演算処理部１５の処理内容については後述する。

設定部１６は、次に述べるデータ取得開始位置ＬＬ２、判定開始位置ＬＬＨ及び距離ＬＡ、圧入終了位置判定範囲ＲＥ、最大推力基準値ＦＦＨ、最小推力基準値ＦＦＬ、圧入終了推力判定値ＦＦＢ、及び圧入終了直前傾きＢＰＩなどの各値の設定を行うためのものである。

また、設定部１６は、圧入工程中における判定位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…、各判定位置における上限値Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…、下限値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…の設定を行うことができる。なお、それぞれを代表して、「判定位置Ｐ」「上限値Ｈ」「下限値Ｌ」と記載することがある。

データ取得開始位置ＬＬ２とは、メモリ１７が推力信号Ｓ１及び位置信号Ｓ２の記憶を開始するときのプランジャＰＲの位置である。つまり、データ取得開始位置ＬＬ２から圧入終了位置ＬＬＥまでの間（データ取得区間ＲＭ）のデータがメモリ１７に記憶される。

判定開始位置ＬＬＨとは、圧入の良否の判定を開始するときのプランジャＰＲの位置である。判定開始位置ＬＬＨは、後述する判定終了位置ＬＬＱから距離ＬＡだけ手前の位置である。圧入の良否の判定は、圧入中における判定開始位置ＬＬＨから判定終了位置ＬＬＱまでの判定区間ＲＤ内において、推力信号Ｓ１の大きさが所定の範囲内にあるか否かによって行われる。

圧入終了位置判定範囲ＲＥは、圧入終了位置ＬＬＥがこの範囲内に入っているか否かを判定し、これによって、圧入終了位置ＬＬＥつまり押切り端が正常な位置であるか否かを判定する。

最大推力基準値ＦＦＨとは、圧入を「良」であると判定する際の判定基準となる推力信号の最大値である。最小推力基準値ＦＦＬとは、圧入を「良」であると判定する際の判定基準となる推力信号の最小値である。圧入終了直前傾きＢＰＩとは、ワーク部材ＷＫの下端部が押切り端ＫＴに当接する直前であるか否かを判断するための基準値である。

また、圧入終了推力判定値ＦＦＢは、プランジャＰＲによる圧入力がシリンダＣＹの推力ＴＨの最大値ＦＦＭに達した否かを判断するための基準値であり、圧入終了推力判定値ＦＦＢを越えたときに最大値ＦＦＭに達したものと判定する。圧入終了推力判定値ＦＦＢを越えた場合に、圧入終了位置ＬＬＥつまり押切り端ＫＴに正常に達したことになる。

判定位置Ｐは、圧入工程の途中において、圧入工程が正常に進行しているか否かをチェックするためのチェックポイントである。これら判定位置Ｐは、上に述べた判定終了位置ＬＬＱを基点として、そこから逆上るべき距離によって設定される。つまり、各判定位置Ｐは、判定終了位置ＬＬＱからそれぞれに設定された距離だけ逆上った位置である。したがって、判定終了位置ＬＬＱが決定された後でなければ、判定位置Ｐは決定されない。

上限値Ｈ及び下限値Ｌは、各判定位置Ｐにおける正常な圧入力の範囲を決める値である。つまり、各判定位置Ｐにおいて、推力信号Ｓ１により表される圧入力が、上限値Ｈ及び下限値Ｌによって定まる範囲内にある場合に、その判定位置Ｐにおける圧入工程は正常に進行していると判定される。全ての判定位置Ｐにおいて正常であった場合に、圧入工程は正常に進行したと判定される。

このように、各判定位置Ｐにおいて圧入工程が正常であるか否かを判定することは、本実施形態における技術上の特徴である。さらに、各判定位置Ｐを、圧入開始位置ＬＬ１または押切り端ＫＴなどの固定した位置を基点とするのでなく、ワーク部材ＷＫ毎に計測された判定終了位置ＬＬＱを基点とすることも、本実施形態における技術上の特徴である。これらによって、ワーク部材ＷＫのばらつきによる判定の不正確さがなくなり、正確な圧入判定が行われる。詳しくは後述する。

メモリ１７は、推力信号記憶部１７ａ、位置信号記憶部１７ｂ、及び設定値記憶部１７ｃを有する。推力信号記憶部１７ａは、推力信号Ｓ１のうち、データ取得開始位置ＬＬ２から圧入終了位置ＬＬＥまでのデータ取得区間ＲＭにおける推力信号Ｓ１を記憶する。位置信号記憶部１７ｂは、位置信号Ｓ２のうち、データ取得区間ＲＭにおける位置信号Ｓ２を記憶する。位置信号Ｓ２と推力信号Ｓ１とは互いに対応づけられて記憶される。

設定値記憶部１７ｃは、設定部１６で設定されたデータ取得開始位置ＬＬ２、判定開始位置ＬＬＨ、圧入終了位置判定範囲ＲＥ、最大推力基準値ＦＦＨ、最小推力基準値ＦＦＬ、圧入終了推力判定値ＦＦＢ、圧入終了直前傾きＢＰＩ、判定位置Ｐ、上限値Ｈ、及び下限値Ｌなどを記憶する。

シーケンサ１８は、演算処理部１５から送られる制御信号ＣＳに基づいて、圧入システムＰＦの全体の制御を行う。次に、演算処理部１５の動作及び処理について説明する。

圧入終了直前位置検出演算部１５ａは、データ取得区間ＲＭにおいて、推力信号Ｓ１の位置信号Ｓ２に対する変化の割合（変化率）ＲＳが圧入終了直前傾きＢＰＩ以上になる位置を圧入終了直前位置ＬＬＰとして検出する。圧入終了直前傾きＢＰＩの値は、図３においては、ｔａｎθ１である。割合ＲＳを求めるには、例えば、推力信号記憶部１７ａ及び位置信号記憶部１７ｂにそれぞれ記憶された連続する複数のデータに基づいて直線の傾きを求めればよい。

圧入終了直前位置ＬＬＰは、ワーク部材ＷＫの下端面が押切り端ＫＴに当接し始めた位置といえる。次に、圧入終了直前位置ＬＬＰに基づいて判定終了位置ＬＬＱを決定する。本実施形態においては、圧入終了直前位置ＬＬＰと判定終了位置ＬＬＱとは一致する。判定終了位置ＬＬＱより所定の距離ＬＡだけ手前の判定開始位置ＬＬＨを求める。距離ＬＡは、例えば０．１ｍｍ程度に設定される。

判定演算部１５ｂは、判定開始位置ＬＬＨから判定終了位置ＬＬＱまでの判定区間ＲＤにおいて、推力信号記憶部１７ａに記憶された推力信号Ｓ１と設定値記憶部１７ｃに記憶された最大推力基準値ＦＦＨ及び最小推力基準値ＦＦＬとの大小を比較する。推力信号Ｓ１が最小推力基準値ＦＦＬ以上で且つ最大推力基準値ＦＦＨ以下であることにより、ワーク部材ＷＫが、所定の圧入力で圧入されたと判断する。

さらに、シリンダＣＹの推力ＴＨが圧入終了推力判定値ＦＦＢを越えており、且つ圧入終了位置ＬＬＥが圧入終了位置判定範囲ＲＥ内に入っている場合に、圧入が正常に行われたものと判定し、圧入の結果を「良」としてその旨の制御信号ＣＳを出力する。

シーケンサ１８は、制御信号ＣＳに基づいて、次の圧入に必要な指示ＡＳをリアルタイムでシリンダＣＹなどに対して出力する。このように、圧入の結果の良否の判定は、データ取得区間ＲＭにおいてメモリ１７に記憶された推力信号Ｓ１及び位置信号Ｓ２に基づいて、判定区間ＲＤにおいて行われる。したがって、従来のように最小又は最大のピーク点と基準値との比較のみでなく、記憶されたデータの全体について判定を行うことが可能であり、圧入の良否を正確に判定することができる。

また、判定終了位置ＬＬＱを決定するに当たり、推力信号Ｓ１の位置信号Ｓ２に対する割合ＲＳを圧入終了直前傾きＢＰＩと比較して圧入終了直前位置ＬＬＰを求め、圧入終了直前位置ＬＬＰに基づいて決定している。つまり、判定終了位置ＬＬＱは、固定的に決定されているのではなく、実際の圧入の状態を検出し、ワーク部材ＷＫが押切り端ＫＴに当接し始める位置を実測し、その実測の結果に基づいて決定されているのである。したがって、判定終了位置ＬＬＱを実際の押切り端ＫＴにできるだけ近づけることができ、それだけ押切り端ＫＴの近くまで圧入力を検出することができる。したがって、圧入の良否を正確に判定することができる。

また、複数個のワーク部材ＷＫが圧入方向に互いに接するように連続的に圧入を行う場合がある。例えば、複数個のベアリングを順次圧入していく場合がある。そのような場合には、ベアリングの幅寸法の公差が累積するので、従来のように判定終端位置が固定的に決定されている場合には、公差の累積の影響によって正確な判定が行われ難くなるが、本実施形態の判定装置１によると、判定終了位置ＬＬＱをワーク部材ＷＫが押切り端ＫＴに当接し始める位置を実測してその実測の結果に基づいて決定するので、各ワーク部材ＷＫの公差の累積による悪影響が表れることなく、圧入の良否を正確に判定することができる。つまり、実測で求められた圧入終了位置ＬＬＥに基づいて、連続する次のワーク部材ＷＫの圧入終了位置判定範囲ＲＥを設定すればよいので、判定に当たってワーク部材ＷＫなどの公差が累積されず、正確な判定が行われる。

さらに、本実施形態においては、圧入の良否をさらに正確に判定するために、上に述べたように圧入工程が正常に進行したか否かをチェックする。図３において、各判定位置Ｐは、判定終了位置ＬＬＱが決定された後で、それを基点として決定される。各判定位置Ｐにおいて、判定位置Ｐに対応する位置信号Ｓ２が抽出され、それに対応する推力信号Ｓ１から圧入力が取得される。各判定位置Ｐでの圧入力が、それぞれの上限値Ｈ及び下限値Ｌで決定される範囲内に入っていれば、圧入工程が正常に進行したと判定される。もし、いずれかの判定位置Ｐにおいて圧入力が範囲内に入っていなければ、圧入工程に何らかの異常があったと判定される。

そして、上に述べた全ての判定結果に基づいて、総合的に圧入の良否を判定する。このように、本実施形態の判定装置１によると、圧入の良否判定の信頼性を高めることができる。

図４は他のワーク部材ＷＫに適用した場合の推力信号Ｓ１の変化の例を示す図である。図４において、推力信号Ｓ１は滑らかな曲線を描いており、圧入の進行とともに、圧入開始位置ＬＬ１から圧入終了位置ＬＬＥの間において、圧入力が上昇している。

この場合において、データ取得開始位置ＬＬ２は、圧入開始位置ＬＬ１よりも以前の位置となっている。圧入終了位置ＬＬＥとして、押切り端ＫＴが適用されているが、上に述べたように、判定終了位置ＬＬＱを適用してもよい。

１０箇所において判定位置Ｐ１〜１０が設定されており、それぞれの判定位置Ｐについて、上限値Ｈ及び下限値Ｌが設定されている。各判定位置Ｐでの圧入力が、上限値Ｈ及び下限値Ｌで決定される範囲内に入っている場合に、圧入工程が正常に進行したと判定する。なお、判定位置Ｐとして、任意の個数を設定できるようにしてもよい。

このように、圧入工程が正常に進行したか否かを判定することにより、ワーク部材ＷＫへの異物のかみこみ、ワーク部材ＷＫの引っ掛かりまたはかじりなどを検知することができる。判定位置Ｐの決定に当たり、ワーク部材ＷＫの圧入終了位置ＬＬＥを基点とするので、押切り端（圧入端）ＫＴのバラツキによる判定のバラツキがなくなり、正確な圧入判定が行われる。

なお、判定位置Ｐ、上限値Ｈ、及び下限値Ｌの設定に当たっては、操作パネルをユーザが操作し、表示面に表示に基づいて入力を行う。判定位置Ｐとして、ユーザの希望する個数を入力して設定することができる。

上述の実施形態において、圧入距離の上限値及び下限値を設定するようにし、圧入開始位置ＬＬ１から圧入終了位置ＬＬＥまでの距離が、設定された圧入距離の範囲内に入っているか否かをさらに判定してもよい。

上述の実施形態において、データ取得区間ＲＭをデータ取得開始位置ＬＬ２から圧入終了位置ＬＬＥとしたが、データ取得の開始位置を例えば圧入開始位置ＬＬ１として広くしてもよい。また、データ取得区間ＲＭを判定区間ＲＤと一致させてもよい。判定区間ＲＤをもっと広げてもよい。

上述の実施形態においては、判定終了位置ＬＬＱを圧入終了直前位置ＬＬＰと一致させたが、これらを互いに異ならせてもよい。例えば、判定終了位置ＬＬＱを圧入終了直前位置ＬＬＰよりも一定の寸法だけ手前としてよい。その場合の一定の寸法として、例えば、０．１ｍｍ程度の値を用いることができる。

また、判定に当たって、判定区間ＲＤ内における位置信号Ｓ２と推力信号Ｓ１との波形のパターンなどによって良否を判定するようにしてもよい。プランジャＰＲの形状、寸法、材質などは種々のものとすることができる。プランジャＰＲをピストンロッドＰＤの先端に取り付けたが、ピストンロッドＰＤと一体としてもよい。ロードセル１１は、シリンダＣＹのヘッド側に取り付けてもよい。また、シリンダＣＹとシリンダＣＹを取り付けるフレームとの間にロードセル１１を取り付けてもよい。

上述の実施形態において、判定装置１及び圧入システムＰＦの全体または各部の構成、構造、寸法、形状、材質、個数などは、本発明の主旨に沿って種々変更することができる。

本発明に係る判定装置を用いた圧入システムの構成を示す図である。 本発明に係る判定装置における動作を説明するための図である。 図２の要部を拡大して示す図である。 他のワーク部材に適用した場合の推力信号の変化の例を示す図である。

符号の説明

１ 判定装置
１１ ロードセル（推力検出手段）
１２ ポジションセンサ（位置検出手段）
１５ｂ 判定演算部（判定手段）
１６ 設定部（設定する手段）
１７ メモリ（記憶手段）
ＰＲ プランジャ
ＷＫ ワーク部材
ＲＭ データ取得区間（所定のストローク範囲）
Ｓ１ 推力信号（推力情報）
Ｓ２ 位置信号（位置情報）
ＬＬＰ 圧入終了直前位置
ＬＬＱ 判定終了位置
ＬＬＥ 圧入終了位置
Ｐ 判定位置（チェックポイント）

Claims (2)

1. 直線駆動するプランジャによって、押切り端を有する被圧入部材にワーク部材を圧入したときの圧入の良否を判定する方法であって、
   前記プランジャが前記ワーク部材を圧入する際の所定のストローク範囲において前記プランジャの推力情報と位置情報とを取得し、
   前記推力情報の前記位置情報に対する変化の割合が所定の大きさ以上になる圧入終了直前位置に基づいて判定終了位置を決定し、前記判定終了位置が決定された後に、前記判定終了位置を基点として、複数の設定された距離だけ逆上った複数の位置をチェックポイントとしてそれぞれ設定し、
   前記複数のチェックポイントのそれぞれに対して上限値及び下限値をそれぞれ設定し、
   前記チェックポイントにおける推力情報が、それぞれのチェックポイントにおいて設定された前記上限値及び前記下限値によって定まる範囲内にあるときに、圧入が良であると判定する、
   ことを特徴とする圧入の良否の判定方法。
2. 直線駆動するプランジャによって、押切り端を有する被圧入部材にワーク部材を圧入したときの当該圧入の良否を判定する装置あって、
   前記プランジャの所定のストローク範囲における推力情報を得るための推力検出手段と、
   前記プランジャの所定のストローク範囲における位置情報を得るための位置検出手段と、
   前記推力情報と前記位置情報とを記憶するための記憶手段と、
   前記推力情報の前記位置情報に対する変化の割合が所定の大きさ以上になる位置を圧入終了直前位置として検出する手段と、
   前記圧入終了直前位置に基づいて判定終了位置を決定する手段と、
   前記判定終了位置を基点として、複数の設定された距離だけ逆上った複数の位置をチェックポイントとしてそれぞれ設定する手段と、
   前記複数のチェックポイントのそれぞれに対して上限値及び下限値をそれぞれ設定する手段と、
   前記チェックポイントにおける推力情報が、それぞれのチェックポイントにおいて設定された前記上限値及び前記下限値によって定まる範囲内にあるときに圧入が良であると判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする圧入の良否の判定装置。

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