JPH04115836A - 締付の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、締付の検査方法に関し、詳しくはボルト等の
締付側ネジ部材を被締付側ネジ部材に対して自動化して
ワッシャと共に締付ける際の検査方法に関する。

（従来の技術） 周知のように、自動車等の車両の製造は、組立ラインに
おける流れ作業によってなされるが、これらの流れ作業
が省力化され、かつ能率的に精度よくなされるように近
年ではロボット装置に代表されるように各種作業に自動
化が大幅に採用されている。

その場合、車体に足回り部品を組み付けるラインにおい
ても、これら足回り部品をボルトやナツトを用いて自動
的に組み付けることが要請されることになる。

これに対しては、たとえば特公昭６０−１４６７５号公
報に、モータの力でネジ締めを行うと共に、この締付は
時のトルクの大きさによってネジ締めが完全に行われた
か否かを判定する技術が開示されている。

このような技術を利用すれば、前記の組立ラインを搬送
される車体に予めボルトまたはナツトを溶接しておくこ
とにより、足回り部品組み付はラインにおいて足回り部
品を上記ボルトまたはナットに対し締結することによっ
て、該組み付けを自動化することができる。

（発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記の自動化において、たとえば車体側に取
り付けられているナツト（またはボルト）に対してボル
ト（またはナツト）を締付ける場合、このボルト側にワ
ッシャを取り付けた状態で行わねばならない。したがっ
て、締付けに先立ってボルトの軸部にワッシャが嵌め込
まれることが条件となるが、何らかの理由によりワッシ
ャが欠落したまま締付けがなされてしまう虞れが考えら
れる。

これは、後の検査段階で目視によりワッシャの欠落をチ
エツクすることで対処できるが、締付は段階でワッシャ
欠落が検出できれば、その後の対応が迅速となり、かつ
作業性が向上する。

そこで、本発明は、ネジの締付は時にワッシャの欠落を
チエツクできる検査方法の提供を課題とする。

（課題を解決するための手段） すなわち、本発明における締付の検査方法は、締付側ネ
ジ部材をワッシャと共に被締付側ネジ部材側に締付ける
場合におけるワッシャの有無を判定する方法において、
締付側ネジ部材におけるネジ山が被締付側ネジ部材に噛
み込まれたことを検出し、該時点から、上記締付側ネジ
部材が着座するまでの時間または回転角の検出を行い、
予め設定されている時間幅内または回転角幅内に締付側
ネジ部材の着座が得られない時に、ワッシャが欠落して
いると判定することを特徴とする。

（作　　　用） 上記の方法によれば、締付は開始から締付側ネジ部材が
被締付ネジ部材に着座するまでの実際の時間または回転
角を検出し、この検出値を設定値と比較することによっ
て、ワッシャの有無を検出するので、ワッシャが欠落し
ている場合の自動検出がネジ締め段階で行えることにな
る。

しかも、締付側ネジ部材のネジ山が被締付側ネジ部材に
噛み込まれた時点から、締付側ネジ部材が着座するまで
の時間または回転角度を検出する方法であるから、ネジ
が確実にねしこまれた時点を基準として上記の検出が行
われることになって、該検出値が締付けに対応した正確
なものとなる。したがって、予め設定する時間幅または
回転角幅も精密に決めることができ、これらの設定時間
幅または回転角幅と検出される時間または回転角との比
較によるワッシャの有無判定を正確に下すことができる
。

さらに、上記の方法は、設定された時間幅または回転角
幅内に着座が得られるかどうがを判断するものであるか
ら、なんらかのトラブルによって上記の各幅内に入る前
に得られる着座に対しては、これを締付は不良と判定す
ることも容易に行え、したがって上記トラブルに対処さ
せることも可能となる。

（実　施　例） 次に、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、ワーク１（たとえば自動車における床パネル
）に溶接２によって固着されているナツト３に対して、
軸部５ａにワッシャ６を嵌めたボルト５を、ワー２１に
開設されているボルト通し穴４に下から通して締結する
場合の実施例を示す。

この締結のため、モータ７の回転力によって回転される
ボルトホルダ８を有したボルト締付装置９が設けられる
。この装置９においては、ボルトホルダ８の頂部に六角
穴によるボルト嵌着部８ａが形成され、上記の締結に先
立って該ボルト嵌着部８ａにボルト５がそのボルト頭部
５ｂを嵌合させた倒立姿勢で装填される。また上述のよ
うに該ボルト５にワッシャ６が取り付けられる。このボ
ルトホルダ８に対するボルト５の装填は、ボルト締付装
置９が上記のワーク１に対して下降している状態で、図
示しない自動装填手段等によって行われる。

また、ボルト締付装置９はロボット装置に取り付けられ
て、昇降ならびに旋回等の所定の運動が行えるようにな
されている。しかし、このロボット装置は上記自動装填
装置と共に本発明の要旨とは直接関係がないので、その
詳細な説明は省略する。

さらに、ボルト締付装置９には、ボルトホルダ８を回転
自在に保持する固定部材１０にボルト締付は時の締付は
トルクＴを検出するトルクセンサ１１が取り付けられ、
該トルクセンサ１１によって検出した締付はトルクＴが
コントローラ１２に入力されるように構成されている。

このコントローラ１２ではトルクセンサ１１で検出され
る締付はトルクを用いてモータ７に対して第２区に示す
回転速度制御を施す、すなわち。

ボルトホルダ８に、前述のようにボルト５およびワッシ
ャ６が装填された状態で、ボルト締付装置９が上昇し、
第１図のようにボルト先端をボルト通し穴４を通してナ
ツト３に当て付けると、この当て付は状態からモータ７
を低速回転させてボルト５をナツト３にねじこんでいく
。そして該ねじこみによりボルト５の最初のネジ山が１
山、ナツト３に噛み込まれると、この１山締付は時点（
第２図のａ点。以下、噛み込み時点と称す）から回転速
度を上げ、ワッシャ６かワーク１に着座するまでの間（
第２図のｂ点からＣ点までの間）、定の速度で高速回転
させ、次にワッシャ６が着座した時点Ｃで一旦モータ７
を停止させたのち、再びｄ点からｅ点までの短時間、低
速回転による最終締付け（増す締め）を施す。

この回転速度制御のため、ボルト５はナツト３に噛み込
まれるまでは比較的ゆっくり回転するから、該噛み込み
が確実になると共に、噛み込まれたのちは高速で締め付
けられて該締付は時間の短縮が図られ、また着座からは
再び低速による最終締付けが行われて過剰な締付けが防
止されることになる。

また、上記の記載から明らかなように、コントローラ１
２は締付はトルクＴを利用してボルト６の噛み込み時点
ａと着座時点Ｃとを検出するものであって、噛み込み検
知は、トルクセンサ１１が検出する締付はトルクＴが予
め設定された１山締付は状態におけるトルクＴ＋（第３
図に示す）に達することで行い、同様に着座検出は締付
はトルクＴが着座トルクＴｓ　（第３図に示す）に達す
ることで行う。

さらに、ボルト締付装置９には、回転角センサ１３が取
り付けられ、該センサ１３によって検出されるボルト５
ならびにボルトホルダー８の回転角θが上記のコントロ
ーラ１２に入力されるように構成されている。

これに対してコントローラ１２は、回転角センナ１３か
ら入力される回転角信号に基づき、前記の噛み込み検出
時点ａから着座時点Ｃまでの回転角θを積算すると共に
、この積算値と、着座時点Ｃとの関係から、ワッシャ６
が欠落している状態で締付けがなされたか、あるいは正
常にワッシャ６を伴って締付けがなされたかを判断する
。

すなわち、ボルト５の軸部５ａの長さをＬ（１重）、か
つネジピッチをＰ（鳳鳳）（但し、このネジピッチＰと
、ナツト３に噛み込んだボルト５先端のネジ１山分とを
区別するため、ボルト先端の１山分のネジピッチをＰｌ
で表すものとする）とすると共に、ワッシャ６の厚みを
Ｗ（−■）、ワーク１の厚みをＡ（ａｍ）とそれぞれす
るとき、ネジが１山噛み込んだ状態からワッシャ６がワ
ーク１に着座するまでに要するボルト５の回転角は、次
式のようになる。

θｓ　＝３６０　（Ｌ−Ｗ　　Ａ　　Ｐｔ　）／Ｐ−θ
０ところが、ボルト５からワッシャ６が欠落していると
きは、次式のようになる。

θｔ　＝３６０　（Ｌ−Ａ　　Ｐｔ　）／Ｐ−θ０なお
、両式に共通するθ。は検出調整角度（Ｄｅｇ＞で、こ
れについては後述する。

したがって、ワッシャ６が有るときと、欠落していると
きとでは、着座までの回転角（着座時点）が相違し、か
つ回転角θＥを超えても着座が得られないときは、明ら
かにワッシャ６が欠落していると判定できるから、回転
角θＳならびにθＥと着座時点Ｃとの関係をチエツクす
ることによって、ワッシャ６の有無判断ができる。

このためコントローラ１２においては、ワッシャ有りの
場合の設定回転角θＳと、ワッシャ欠の場合の設定回転
角θＥとがメモリされ、回転角センサ１３からの信号に
よってボルト５の実際の回転角θを積算し、かつ該積算
値を上記の設定回転角θ５．θＥと比較して、着座が設
定回転角θＳとθＥとの間で得られるか否かをチエツク
し、これによってワッシャ６の有無を判断するようにさ
れている。なお、着座検出は前記したように締付はトル
クＴが第３図の着座トルクＴ５となることを利用して行
われるが、該着座トルクＴ５が発生する時点はワッシャ
６またはボルト５がワーク１に完全に圧着した時点で得
られるものではなく、ワーク１に接触を開始した時点で
得られるなど、着座トルク発生時点に多少のバラツキが
ある。そのため前記の２式では検出調整角度θ０を減算
して、設定回転角θＳ、θＥを若干ずらしている。。

次に、以上の構成における締付の検査方法を第４図に示
すフローチャートで説明する。

ステップＳｌで第１図に示す制御系の各種数値（コント
ローラ１２の回転角積算値等）がクリアされた状態から
、ボルト締付装置９によってボルト５がナツト３に同軸
に合わされると、コントローラ１２はモータ７に第２図
に示す回転速度制御を施し、まずボルト５を低速回転さ
せて締付けを開始させる。またステップＳ２でこの締付
は動作によってトルクセンサ１１が検出する締付はトル
クＴと１山締付はトルクＴ１とを比較する。

そして、ボルト５の最初のネジの１山がナツト３に噛み
込まれることにより、トルクセンサ１１の検出締付はト
ルクＴがＴ１を超えると、コントローラ１２はステップ
Ｓ３で該噛、み込み検出時点を起点（第３図に示すθ１
の時点）として、回転角センサ１３から入力される回転
角信号に基づきボルト５の回転角θの積算を開始する。

同時にコントローラ１２はモータ７を制御してボルト５
を第２図のｂ点から０点にむけて一定速度で高速回転さ
せる。

上記の積算による回転角θはコントローラ１２にメモリ
されている設定回転角θ３ならびにθ２と比較され、ス
テップＳ４で積算回転角θがワッシャ有りの場合の回転
角θ５を超えると、コントローラ１２はトルクセンサ１
１の検出締付はトルクＴが着座トルクＴｓに到達したか
否かを求める。そしてステップＳ５のように、回転角セ
ンサ１３から積算した回転角θがワッシャ欠の場合の設
定回転角θＥを超える前に着座トルクＴｓが検出される
とく第３図の実線曲線の場合）、第２図のように着座時
点Ｃで一旦モータ７を停止させたのち、ステップＳ６の
最終締付けに移行させる。

これに対し、ステップＳフにおいて積算回転角θがワッ
シャ欠の場合の設定回転角θ８を超えたにもかかわらず
着座トルクＴＳが検出されないときはく第３図の破線曲
線の場合）、今回の締付けがワッシャ６が欠落している
状態で実行されたとして、コントローラ１２はステップ
Ｓ８においてワッシャ欠落信号をたとえば表示手段１４
その他に出力し、もしくはワッシャ欠落状態を記録させ
ると共に、ステップＳ９でモータ７を停止させ、最終締
付けを阻止する。

このようにしてボルト５の締付けがワッシャ６を伴って
なされたか否かが、ボルト締付は工程時に自動的に判断
されることになるのであるが、前述のようにワッシャ６
またはボルト５の着座までの回転角θの積算が、ボルト
先端のネジがナツト３に１山噛み込まれた時点を起点と
して開始される。つまりボルト５がナツト３に確実に噛
み込まれた時点ａから積算する。このため回転角θの積
算値がボルト５の締付けに対応した正確なものとなり、
コントローラ１２にメモリされている設定回転角θ５．
θ８どの比較が精緻に行えて、この比較によるワッシャ
有りの判断ならびにワッシャ欠の判断も正確なものとな
る。

さらに、設定回転角θ５とθ８との間に着座が得られる
か否かを判定するので、なんらかのトラブルにより設定
回転角θ５に積算回転角θが達する前に着座トルクＴｓ
が発生する場合の対処も可能となる。つまり、ボルト５
の軸長しが短いとき、あるいは締付けが異物の噛み込み
を伴うときは、上記のように設定回転角θＳに達する前
に締付はトルクＴが着座トルクＴ９を超える事態が発生
するので、コントローラ１２においてはこのような場合
、締付は不良と判定することが可能となる。

また、このようなワッシャ有無の正確な判断がボルト締
付は時に行えるから、後の検査工程に要する労力その他
を大幅に削減できる。

ところで、上述の実施例はワッシャ６の有無判断をボル
ト５の噛み込み時点ａがらの、ボルト５の回転角θを積
算して行っているが、これを噛み込み時点ａから着座ま
でに要する時間の長短によって判断することもできる。

すなわち、噛み込み状態から着座才でに要する時間ｔは
、ワッシャ６を伴った正常な締付けの場合、次式で表さ
れる。

ｔｓ　＝　Ｉ　（Ｌ　　Ａ　　Ｐｌ　）／Ｐ−Ｋ）　／
Ｎ但し、Ｎは一定速度における締付は回転数、Ｋは検出
時間設定係数（前述の回転角検出式における検出調整角
θ０と同様な目的をもって補正を加えるための係数）で
あって、他の符号は回転角式の場合と同じである。

また、ワッシャ６が欠落している締付けの場合は、次式
のようになる。

ｔε＝　（（Ｌ−ｐ＋　）／Ｐ−ＫＬ’／Ｎしたがって
、第１図に示すコントローラ１２にワッシャ有りの場合
の時間ｔ５を設定する第１のタイマ１５と、ワッシャ欠
の場合の時間ｔＥを設定する第２のタイマ１６とを設け
、両タイマ１５．１６によって設定された時間差の間に
着座トルクＴｓが得られるが否かを求めれば、ワッシャ
６の有無を判断できる。なお、この時間検出によるとき
は、第１図の回転角センサ１３は不要になる。

次に、この時間検出による動作を第５図のフローチャー
トで説明する。

ステップｓｉｔで第１図に示す制御系の各種数値がクリ
アされた状態がら、コントローラ１２はモータ７を回転
速度制御してボルト５の低速締付けを開始させる。また
トルクセンサ１１が検出する締付はトルクＴをステップ
Ｓ１２において１山締付はトルクＴ１と比較する。

そして、検出締付はトルクＴが１山締付はトルクＴ１を
超えると、ステップＳ１３、Ｓ１４で各タイマ１５．１
６を起動させる。つまり噛み込み検出時点を起点（ｔｌ
）としてタイマ１５．１６を動かす。また、該噛み込み
検出時点からボルト５の高速締付けに移行することは勿
論である。

次に、ワッシャ有りの場合の着座時間ｔ、を設定してい
る第１タイマ１５がｔｓ時間経過によりステップＳ＋５
でタイムアツプすると、コントローラ１２はトルクセン
サ１１の検出締付はトルクＴが着座トルクＴｓに到達し
たか否かを求める。そしてステップＳ１６のように、ワ
ッシャ欠の場合の着座時間１ｇを設定している第２タイ
マ１６がタイムアツプする前に着座トルクＴｓが検出さ
れると、ステップＳ１７の最終締付けに移行させる。

これに対し、ステップＳｔＳにおいてワッシャ欠の場合
の着座時間ｔＥを設定している第２タイマ１６がタイム
アツプしたにもかかわらず着座トルクＴ５が検出されな
かったときは、今回の締付けがワッシャ６が欠落してい
る状態で実行されたとして、コントローラ１２はワッシ
ャ欠落信号等をステップＳ１９で出力し、またステップ
Ｓ２０で最終締付けを阻止する。

この実施例においても、ワッシャ６の有無がボルト締付
は工程時に判断されることになって、後の検査工程に要
する労力その他の作業を大幅に削減できると共に、ワッ
シャ欠の判断が正確に下せることになる。また、回転角
検出の場合と同様に、前述の異物噛み込み等のトラブル
による締付は不良を検出することも可能になる。

なお、第４図の回転角検出による方式も、第５図の時間
検出による方式も、コントローラ１２によってモータ７
による締付は速度が第２図のように正確に速度制御され
ることを前提とする。これはナツト３とボルト５のネジ
噛合部の摩擦係数には個々についてバラツキがあるがら
、上記の速度制御を加えないときは着座時点がずれ、ワ
ッシャ有無判断が正確にできなくなるためである。

なお、以上の実施例は、ワーク１側に固着されているナ
ツト３にボルト５を締結しているが、その反対の場合も
本発明を適用できることは勿論である。さらにボルト５
の噛み込み検出は、ネジの１山噛み込みに限定されず、
２山であってもよく、要は噛み込みが安定した時点を検
出するものであればよい。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、ネジ締
め開始から締付側ネジ部材が着座するまでの実際の時間
または回転角を検出し、この検出値を設定値と比較する
ことによって、ワッシャの有無を検出するので、ワッシ
ャが欠落している場合の自動検出がネジ締め段階で行え
ることになる。したがって、後の検査工程を簡略化した
り、労力を削減できると共に、ワッシャ欠部分への対応
が迅速に行え、作業性が向上する。

しかも、本発明方法は、締付側ネジ部材のネジ山が被締
付側ネジ部材に噛み込まれた時点から着座するまでの時
間または回転角度を検出するので、ネジが確実にねじこ
まれた時点を基準として上記の検出が行われることにな
って、該検出値が締付けに対応した正確なものとなる。

したがつて、予め設定する時間幅または回転角幅も精密
に決めることができ、これらの設定時間幅または回転角
幅と検出される時間または回転角との比較によるワッシ
ャの有無判定を正確に下すことができ、信頼性が向上す
る。

さらに本発明方法は、設定された時間幅内または回転角
幅内で正常な着座が得られるか否かを判断するから、な
んらかのトラブルにより上記幅内に入る前に生じる着座
に対しては、これを締付は不良と判定することも可能と
なる。したがってワッシャ欠以外の締付は不良にも容易
に対処することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明にかかる締付の検査方法の実施例を示すも
ので、第１図は上記方法を具現する構成図、第２図はモ
ータの回転速度制御を説明するグラフ、第３図は上記方
法を説明するためのグラフ、第４図は回転角検出による
検査方法のフローチャート、第５図は時間検出による検
査方法のフローチャートである。 ３・・・被締付側ネジ部材（ナツト）、５・・・締付側
ネジ部材（ボルト）、６・・・ワッシャ、１１・・・ト
ルクセンサ、１２・・・コントローラ、１３・・・回転
角センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）締付側ネジ部材をワッシャと共に被締付側ネジ部
   材側に締付ける場合におけるワッシャの有無を判定する
   方法であって、締付側ネジ部材におけるネジ山が被締付
   側ネジ部材に噛み込まれたことを検出し、該時点から、
   上記締付側ネジ部材が着座するまでの時間または回転角
   の検出を行い、予め設定されている時間幅内または回転
   角幅内に締付側ネジ部材の着座が得られない時に、ワッ
   シャが欠落していると判定することを特徴とする締付の
   検査方法。