JP4261646B2

JP4261646B2 - Screw tightening failure detection method

Info

Publication number: JP4261646B2
Application number: JP28794298A
Authority: JP
Inventors: 裕明山口
Original assignee: コアテック株式会社
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: JP2000117652A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はナットランナー等のボルト自動締付装置において、ボルトをワーク（被取付体）に締め付けた際に、該ボルトあるいはワークに亀裂が生じ正常な締め付けが行えなかったことを検出するための低廉なネジ締め不良検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、ナットランナー等のボルト自動締付装置を使用してボルトをワークに締め付ける場合には、ナットランナーの回転速度を予め設定されたカーブに基づいて制御し、該締め付け時におけるトルクを常時監視し、該トルクが予め設定した目標値に達した時に締め付けを終了するものであった。
【０００３】
そして、前記締め付け途中において、ボルトあるいはワークが何らかの原因によって亀裂が生じて破損した場合には、前記監視しているトルク値が急激に低下することから、ボルトやワークに破損が生じたことを検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ボルトあるいはワークの破損がネジ締め途中において発生した場合には、前記した如く常時締め付けトルクを検出していることから直ちに知ることができ、従って、警報を発する等の手段によって重大な事故発生を防止することができる。
【０００５】
しかし、前記目標値に達成した直後に破損した場合には前記トルク値は目標値に達していることから正常であるとの判定を行ってしまい、実際にはボルトあるいはワークが破損していても警報を発することができず、重大な事故を引き起こす原因となるといった問題があった。
【０００６】
本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、従来、発見が困難であったボルトの締め付け直後におけるボルトやワークの亀裂による破損を特別に高価な機器を追加せずに確実に検出し、ボルトやワークの破損による事故を未然に防止することができるネジ締め不良検出方法を提供せんとするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のネジ締め不良検出方法は前記した目的を達成せんとするもので、その手段は、ボルト締付時においてトルクセンサよりのトルク検知レベルを、予め設定した目標トルク値に近い第１のトルク検知レベルとゼロトルクに近い第２のトルク検知レベルを設け、前記目標トルク値に達した時点でナットランナー等の締付工具のモータに対して速度ゼロの指令（ストール機能）を与え、該指令から一定時間後に検知したトルク値が、前記第１と第２の検知レベルとの間にある場合には単なるボルトの緩みと判定し、第１の検知レベルよりも下側にある場合にはボルトあるいはワークに亀裂が生じたと判定することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るネジ締め不良検出方法を実施するための装置の一例を図１と共に説明する。
１はナットランナーを示し、後述するサーボアンプよりの出力によって駆動されるサーボ駆動モータ１１と、該モータ１１よりの回転を撓み付き減速ギア１２と、該減速ギア１２の出力軸に接続された出力シャンク１３、該出力シャンク１３の回転力によってボルト２を回転させるソケット１４および前記出力シャンク１３の回転トルクを検出する反力式トルクセンサ１５とから構成されている。なお、前記モータ１１の収容部分にサーボアンプを収容してもよい。
【００１０】
図２は前記したナットランナー１を制御するための制御回路３を示し、３１は中央処理装置であるＣＰＵ、３２は前記ナットランナー１のモータ１１を駆動するためのサーボアンプ、３３は前記サーボアンプ３２に対して所定の曲線の回転速度でモータ１１を駆動するための出力を送出すると共に、前記トルクセンサ１５が所定の目標値を検出して時に速度ゼロの出力を送出するＲＯＭである。
【００１１】
次に、前記した構成に基づいて図３の特性図と図４のフローチャートと共に動作を説明する。
図５に示すように、ボルト２によって被取付体４をワーク５にナットランナー１を利用して取付ける場合には、ナットランナー１のソケット１４にボルト２の頭部２１を嵌合し、ＣＰＵ３１より図３の特性図に示す曲線に従った出力を送出して、サーボアンプ３２を介してモータ１１を回転させてボルト２を回転させ締め付けを開始する（ステップＳ１）。なお、６はワッシャーである。
【００１２】
前記モータ１１による締め付けを行うと同時にトルクセンサ１５は、締め付けに伴う反力であるトルクを一定時間毎にサンプリングし予め設定されているトルク曲線に略一致しているか否かを監視し、各時点におけるトルク値が前記トルク曲線に対して異常に大きい場合には焼き付き等の締め付け異常であるとして締め付けを停止する。
【００１３】
また、前記異常が発生しない場合には、前記締め付けによるトルク値が予め設定されている上限値と下限値との間に達した達したか否か、すなわち、目標値に達したか否かを監視しする（ステップＳ２）。
【００１４】
そして、前記トルク値が目標値に達したと判断した場合には、ＣＰＵ３１はサーボアンプ３２に対して速度ゼロの指令（トルクのみを一定値に保ち回転指令を発しない機能、すなわち、ストール機能）を送出してモータ１１をブレーキング状態とする。なお、従来は目標値に達したと判断するとサーボアンプ３２をオフ状態として締め付け動作を終了させる。
【００１５】
サーボアンプ３２が速度ゼロの出力を送出すると、ナットランナー１における動力伝達系の残留捻じれ応力の反力で締め付けが継続できる、すなわち、残留ねじれ機能を有しているので、該ナットランナー１は目標値に近い低い締め付け力を維持する。
【００１６】
この状態において予め設定した時間Ｔ₁に達したか否の判断を行い（ステップＳ４）、該時間Ｔ₁に達した時点でのトルク値をホールド（ステップＳ５）すると共に、サーボアンプ３２の出力をオフ状態とする（ステップＳ６）。
【００１７】
そして、前記ホールドしたトルク値Ｔofが、予め設定したトルク値Ｔz より大きいか否かを判定を行い（ステップＳ７）、大きいと判断した場合には正常な締め付けが行われたとして正常判定出力を送出する（ステップＳ８）。
【００１８】
一方、前記判定において小さいと判断された場合には、ボルト２またはワーク５に亀裂等が生じた結果による破断、あるいは、締め付け直後において緩みが生じたと判断して（ステップＳ９）、異常判定出力を送出する（ステップＳ１０）。
【００１９】
すなわち、ボルト２が形状に締め付けられ、その軸力を維持していると、ボルトは回転しながら残留締付力による反力をトルクセンサ１５が検出するので、目標値に近い低い値（トルク値Ｔz より大きい値）示すこととなり、この値の大小で正常か否かの判定が行える。
【００２０】
また、ボルト２やワーク５に亀裂（ボルト２に亀裂が生じるのは図５に示すボルト２の頭部２１とネジ２２との間の部分２３の部分に生じる）が生じた場合、前記反力トルクでボルト２を回転させるのみで、トルクセンサ１５はその反力を検出しないことから亀裂が生じたと判定が行えることとなる。
【００２１】
さらに、亀裂が生じないまでも締め付け直後において緩んだ場合にも、その反力トルクでボルト２は回転が行われ、残留トルク反力は低下してしまいトルク値Ｔz を下回るので、この場合にも異常締付であると判定することとなる。
【００２２】
なお、前記した実施の形態は、ボルトの締付方法として回転速度を可変する方法の場合について説明したが、定角度回転方法あるいは降伏点検出方法等にも応用できることは勿論のことである。すなわち、締付トルクが目標値に達した時点で速度ゼロの状態における一定時間後のトルク値を監視することにより、前記した実施の形態と同様に異常締め付けであるか否かを判定することができる。
【００２３】
また、前記した実施の形態にあっては、トルク検知レベルとしてＴz の１つのみで締付異常か否かの判定基準としているが、該トルク検知レベルを目標値に近い第１のトルク検知レベルＴz と、ゼロトルクに近い第１のトルク検知レベルＴz ′とを設け、前記速度ゼロから一定時間後に検出した検知レベルが第１と第２の間にある場合は、単なるボルトの緩みであると判定し、また、第２の検知レベル以下の場合には、ボルト２またはワーク５に亀裂が生じたと判定するようにしてもよい。
【００２４】
３
【発明の効果】
本発明は前記したように、締付トルクが目標値に達した時点で速度ゼロの状態における一定時間後のトルク値を監視し、該トルク値が予め設定されたトルク検知レベルよりも小さい場合にはネジ緩みが生じたとの異常判定出力を送出するようにしたので、ボルト緩みによる事故の発生を未然に防止することができる。
【００２５】
また、前記トルク検知レベルを目標トルクに近い第１のトルク検知レベルとゼロトルクに近い第２のトルク検知レベルとの２つ設け、前記検出したトルク値が前記第１と第２のトルク検知レベルにある場合にはボルトの緩みと判定し、第２のトルク検知レベルよりも小さい場合にはボルトまたはワークに亀裂が生じたと判定するようにしたので、同じボルトの緩みであっても亀裂によるものか締め付け方法が悪いかの判定が行える等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るネジ締め不良検出方法に使用するナットランナーの正面図である。
【図２】同上を制御するための回路ブロック図である。
【図３】ネジ締めの特性図である。
【図４】動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】ボルトをワークに締め付けた状態の断面図である。
【符号の説明】
１ナットランナー
１１モータ
１５トルクセンサ
２ボルト
３制御回路
３１ＣＰＵ
３２サーボアンプ
３３ＲＯＭ
４被取付体
５ワーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a low-cost device for detecting that when a bolt is fastened to a work (attached body) in a bolt automatic fastening device such as a nut runner, the bolt or the work is cracked and cannot be normally tightened. The present invention relates to a method for detecting defective screw tightening.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when bolts are tightened on a workpiece using a bolt automatic tightening device such as a nut runner, the rotation speed of the nut runner is controlled based on a preset curve, and the torque during the tightening is constantly monitored. When the torque reaches a preset target value, tightening is finished.
[0003]
During the tightening process, if the bolt or workpiece breaks due to some cause, the monitored torque value will drop rapidly, and it is detected that the bolt or workpiece has been damaged. can do.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, if a bolt or workpiece breakage occurs in the middle of screw tightening, it can be immediately known from the fact that the tightening torque is always detected as described above. Therefore, a serious accident occurs by means such as issuing an alarm. Can be prevented.
[0005]
However, if it is damaged immediately after reaching the target value, the torque value has reached the target value, so it is determined that it is normal, even if the bolt or workpiece is actually damaged. There was a problem that an alarm could not be issued, causing a serious accident.
[0006]
The present invention is intended to solve the above-described problems, and the purpose of the present invention is to add a specially expensive device for damage caused by cracking of a bolt or a workpiece immediately after tightening the bolt, which has been difficult to find in the past. It is an object of the present invention to provide a screw tightening failure detection method that can reliably detect the failure and prevent an accident caused by a broken bolt or workpiece.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The screw tightening failure detection method of the present invention is intended to achieve the above-described object, and the means thereof is a first torque close to a preset target torque value with a torque detection level from the torque sensor at the time of bolt tightening. A detection level and a second torque detection level close to zero torque are provided, and when the target torque value is reached, a zero speed command (stall function) is given to the motor of a tightening tool such as a nut runner. When the torque value detected after a certain time is between the first and second detection levels, it is determined that the bolt is simply loosened, and when it is below the first detection level, the bolt or It is determined that a crack has occurred in the workpiece .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an apparatus for carrying out the screw tightening failure detection method according to the present invention will be described with reference to FIG.
Reference numeral 1 denotes a nut runner, which is a servo drive motor 11 driven by an output from a servo amplifier, which will be described later, a reduction gear 12 with deflection from the rotation of the motor 11, and an output connected to the output shaft of the reduction gear 12. The shank 13 includes a socket 14 that rotates the bolt 2 by the rotational force of the output shank 13, and a reaction force type torque sensor 15 that detects the rotational torque of the output shank 13. A servo amplifier may be housed in the housing portion of the motor 11.
[0010]
2 shows a control circuit 3 for controlling the nut runner 1 described above, 31 is a central processing unit CPU, 32 is a servo amplifier for driving the motor 11 of the nut runner 1, and 33 is the servo amplifier. The ROM 32 outputs an output for driving the motor 11 at a rotational speed of a predetermined curve, and the torque sensor 15 detects a predetermined target value and sometimes outputs a zero speed output.
[0011]
Next, the operation will be described with reference to the characteristic diagram of FIG. 3 and the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 5, when the mounted body 4 is attached to the workpiece 5 using the nut runner 1 with the bolt 2, the head 21 of the bolt 2 is fitted into the socket 14 of the nut runner 1, and the CPU 31 The output according to the curve shown in the characteristic diagram of FIG. 3 is sent, the motor 11 is rotated via the servo amplifier 32, the bolt 2 is rotated, and tightening is started (step S1). Reference numeral 6 denotes a washer.
[0012]
At the same time that the motor 11 is tightened, the torque sensor 15 samples the torque, which is a reaction force accompanying the tightening, at regular intervals to monitor whether or not the torque curve substantially matches a preset torque curve. When the torque value at is abnormally large with respect to the torque curve, tightening is stopped because it is abnormal tightening such as seizure.
[0013]
If the abnormality does not occur, whether or not the torque value due to the tightening has reached a preset upper limit value and lower limit value, that is, whether or not the target value has been reached. Monitor (step S2).
[0014]
When it is determined that the torque value has reached the target value, the CPU 31 instructs the servo amplifier 32 to have a zero speed (a function that maintains only the torque at a constant value and does not issue a rotation command, that is, a stall function). To put the motor 11 in a braking state. Conventionally, when it is determined that the target value has been reached, the servo amplifier 32 is turned off to end the tightening operation.
[0015]
When the servo amplifier 32 outputs an output of zero speed, the tightening can be continued by the reaction force of the residual torsional stress of the power transmission system in the nutrunner 1, that is, the nutrunner 1 has a residual torsion function. Maintain a low clamping force close to the target value.
[0016]
Performs preset whether the decision reached in the time T ₁ in this state (step S4), and the torque value thereby hold (step S5) at the time it reaches the said time T _1, the output of the servo amplifier 32 An off state is set (step S6).
[0017]
Then, it is determined whether or not the held torque value Tof is greater than a preset torque value Tz (step S7), and if it is determined that the torque value is large, a normal determination output is sent as normal tightening has been performed. (Step S8).
[0018]
On the other hand, if it is determined that the value is small in the determination, it is determined that the bolt 2 or the work 5 is broken due to a crack or the like or loosened immediately after tightening (step S9), and an abnormality determination output is output. Send out (step S10).
[0019]
That is, when the bolt 2 is tightened in the shape and the axial force is maintained, the torque sensor 15 detects the reaction force due to the residual tightening force while rotating the bolt, and therefore a low value (torque value) close to the target value. It is possible to determine whether the value is normal or not by the magnitude of this value.
[0020]
When the bolt 2 or the work 5 is cracked (the bolt 2 is cracked at the portion 23 between the head 21 and the screw 22 shown in FIG. 5), the reaction force Since the torque sensor 15 does not detect the reaction force only by rotating the bolt 2 with torque, it can be determined that a crack has occurred.
[0021]
Further, even if the bolt 2 is loosened immediately after tightening until no crack is generated, the bolt 2 is rotated by the reaction force torque, and the residual torque reaction force decreases and falls below the torque value Tz. It is determined that the tightening is abnormal.
[0022]
In the above-described embodiment, the method of changing the rotation speed as the bolt tightening method has been described. However, it is needless to say that the method can be applied to a constant angle rotation method or a yield point detection method. In other words, when the tightening torque reaches the target value, it is possible to determine whether or not the abnormal tightening is the same as in the above-described embodiment by monitoring the torque value after a certain time in the state of zero speed. it can.
[0023]
In the above-described embodiment, only one Tz as the torque detection level is used as a criterion for determining whether or not there is a tightening abnormality. The torque detection level is a first torque detection level close to the target value. When Tz and a first torque detection level Tz ′ close to zero torque are provided and the detection level detected after a certain time from the speed zero is between the first and second, it is determined that the bolt is simply loosened. In addition, when it is below the second detection level, it may be determined that a crack has occurred in the bolt 2 or the workpiece 5.
[0024]
3
【The invention's effect】
As described above, the present invention monitors the torque value after a certain period of time in a zero speed state when the tightening torque reaches the target value, and the torque value is smaller than a preset torque detection level. Since an abnormality determination output indicating that a screw has been loosened is sent out, it is possible to prevent an accident from occurring due to the loosening of the bolt.
[0025]
Further, two torque detection levels, a first torque detection level close to the target torque and a second torque detection level close to zero torque, are provided, and the detected torque value becomes the first and second torque detection levels. In some cases, it is determined that the bolt is loose, and if it is less than the second torque detection level, it is determined that the bolt or workpiece has cracked. This has the effect of being able to determine whether the tightening method is bad.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a nut runner used in a screw tightening failure detection method according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit block diagram for controlling the above.
FIG. 3 is a characteristic diagram of screw tightening.
FIG. 4 is a flowchart for explaining an operation;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a state in which a bolt is fastened to a workpiece.
[Explanation of symbols]
1 Nutrunner 11 Motor 15 Torque sensor 2 Bolt 3 Control circuit 31 CPU
32 Servo amplifier 33 ROM
4 Mounted object 5 Workpiece

Claims

ボルト締付時においてトルクセンサよりのトルク検知レベルを、予め設定した目標トルク値に近い第１のトルク検知レベルとゼロトルクに近い第２のトルク検知レベルを設け、前記目標トルク値に達した時点でナットランナー等の締付工具のモータに対して速度ゼロの指令（ストール機能）を与え、該指令から一定時間後に検知したトルク値が、前記第１と第２の検知レベルとの間にある場合には単なるボルトの緩みと判定し、第１の検知レベルよりも下側にある場合にはボルトあるいはワークに亀裂が生じたと判定することを特徴とするネジ締め不良検出方法。When a bolt is tightened, a torque detection level from the torque sensor is provided with a first torque detection level close to a preset target torque value and a second torque detection level close to zero torque , and when the target torque value is reached. When a torque zero command (stall function) is given to the motor of a tightening tool such as a nut runner and the torque value detected after a certain time from the command is between the first and second detection levels Is a simple bolt loosening determination, and if it is below the first detection level, it is determined that a crack has occurred in the bolt or workpiece .