JPH0516988B2

JPH0516988B2 -

Info

Publication number: JPH0516988B2
Application number: JP5643784A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sasaki; Masatoshi Katayose
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-03-24
Filing date: 1984-03-24
Publication date: 1993-03-05
Also published as: JPS60201882A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ボルトの降伏点を検知してボルトの
締付けを行う方法に関する。

（従来技術）従来、ボルト降伏点締付方法においては、ボル
ト締めの途中で締付トルクとボルトの回転角度と
の双方を電気的に測定して、単位回転角度当りの
トルク値の変化量すなわちトルク勾配を計算し、
得られたトルク値の勾配の変化より、ボルトの降
伏点を検知してボルトの締付けを終了させてい
る。

ところで、ヘツドボルトの締付けのように、ワ
ツシヤを介してボルトを締め付けるものにおいて
は、ボルトとワツシヤが共回することにより、締
付けの途中でトルクが大幅に低下し、ボルトの降
伏点を誤つて検知して締付けを終了させることが
ある。また、従来のトルク値の勾配計算によると
きは、電気的に得られるトルク信号がノズルの影
響を敏感に受けやすいことから、ノズルの影響に
よつてもワツシヤの共回りと同様に、締付けの途
中でトルクが低下し降伏点を誤つて検知すること
がある。

（発明の目的）本発明は、この点に鑑みてなされたもので、締
付トルクが途中で低下しても、降伏点を正確に検
知してボルト締めを行うことができる締付方法を
提供することを目的とするものである。

（発明の構成）この目的を達成する本発明の構成は、連続した
複数の測定点を選択してその後の方の数点のトル
ク値の平均値と前の方の数点のトルク値の平均値
との差からトルク勾配を求め、締め付け途中で締
付トルクが低下した場合は、それ以降のトルク値
を、低下したトルク量だけ、ひとつ前のトルク値
に加算して補正し、この補正前後の複数の測定点
を選択して、前記したと同じ手順でトルク勾配を
求め、このようにして求めたトルク勾配が所定値
より低下したときにボルトが降伏点に達したと判
断しボルト締め付けを停止することを特徴とする
ものである。

本発明のように、締付途中で低下したトルク量
を、ひとつ前のトルク値に加えて補正を施せば、
トルク値の低下を相殺して勾配計算を行うことが
できるため、ボルトの降伏点を正確に検知するこ
とができる。しかも、連続した複数の測定点のト
ルク値を選択してその後の方の数点の平均値と前
の方の数点の平均値との差からトルク勾配を求め
るようにしたので、ノイズの影響がスムージング
され、したがつて、ワツシヤの共回りなどに起因
して締付トルクが低下した場合であつても、ボル
トの締付けが途中で終了することもなく、ボルト
の降伏点締めを確実に行うことができる。

（実施例）以下に、本発明の一実施例を図について説明す
る。第１図は、本発明のボルト締付方法を実施す
る際に、使用されるボルト締付装置を示す図であ
る。XX′方向に移動可能に配設されたボルト締付
装置１は、支持プレート２の一側に回転駆動装置
としてのエアモータ３を備え、エアモータ３は、
ボルト４の回転角度に比例した回転角度信号を発
生する回転角度センサ５を有している。このエア
モータ３は、図示しないエア源からエア配管６を
介して供給されるエアにより駆動され、エア配管
６の途中には、エアモータ３へのエア供給を遮断
するための電磁バルブ７が設けられている。

エアモータ３には減速機構８が連結され、その
出力軸９には、瞬間トルクに比例したトルク信号
を発生するトルクセンサ１０が装着されている。
出力軸９は支持プレート２の他方側に延在し、出
力軸９の先端側には、これと一体回転するボルト
締付用ソケツト１１が取り付けられている。

回転角度センサ５、トルクセンサ１０はそれぞ
れケーブル１２、ケーブル１３を介して、ボルト
締付制御装置であるマイクロコンピユータの計測
ユニツト１４に電気的に連続され、回転角度セン
サ５が検出した回転角度信号と、トルクセンサ１
０が検出したトルク信号は、計測ユニツト１４に
送られるようになつている。また、計測ユニツト
１４と電磁バルブ７とはケーブル１５を介して電
気的に連続され、計測ユニツト１４から電磁バル
ブ７に指令信号が送られるようになつている。

計測ユニツト１４は、一連のトルク信号を記憶
する記憶部と、一連のトルク信号のうちで後のト
ルク値が前のトルク値よりも低下した場合、それ
以降のトルク値を、低下したトルク量だけ、ひと
つ前のトルク値に加えて補正して記憶する記憶部
と、トルク信号（トルクが低下した場合は補正後
のトルク信号）と回転角度信号とから単位回転角
度当りのトルク勾配を演算する演算部と、締付ト
ルクが所定のトルク値Tkに達したときのトルク
勾配Ｋを記憶する記憶部と、前記トルク勾配Ｋの
設定バーセントの値θkを演算する演算部と、
時々刻々変化するトルク勾配が、前記の値θkと
等しくなつたことを判定する判定部と、この判定
結果に基づきエアモータ３へのエア供給をカツト
するバルブ駆動部と、から概略構成されている。
なお、一連のトルク信号でトルク値の前後比較
は、トルクセンサ１０から入力するトルク値によ
つて行われる。第１図において１６はワツシヤ、
１７と１８は被締結物である。

上記構成の装置を用いてボルト４の締付けを行
うに際しては、回転角度センサ５からの回転角度
信号と、トルクセンサ１０からのトルク信号とを
計測ユニツト１４へ入力して、単位回転角度当り
のトルク値の変化量すなわちトルク勾配の計算が
施される。具体的には、第２図に示すように、ス
ナツグトルクTQ₂からトルク一回転角度のデータ
を取り出し始め、トルクが所定トルクTkに達し
たときより、トルク一回転角度の勾配計算を始め
る。計測ユニツト１４で算出されたトルク勾配の
値と回転角度との関係を、第３図に示す。トルク
勾配が、所定のトルク値Tkのときのトルク勾配
（基準勾配）Ｋの設定パーセントの値θk、ここで
は1/4になつたら、計測ユニツト１４から電磁バ
ルブ７にバルブカツト指令信号を送り、ボルト４
の締付けを終了させる。なお、前記の設定パーセ
ントの値θkは、1/4に限らず任意に設定変更でき
ること勿論である。

第２図のトルク波形は波うつているが、これは
トルクセンサ１０からの電気信号にノイズが乗
り、電圧がばらついてためである。このノイズの
影響を小さくするためには、トルク勾配の計算を
次の式を利用して求めればよい（第４図参照）。

トルクの変化量K′＝（T₇＋T₈＋T₉）／３−（T₁
＋T₂＋T₃）／３つまり、連続した９点のトル
ク値のうち、後のほうから３点の平均値より、前
のほうから３点の平均値を引いた値をトルク変化
量K′として、このトルク変化量K′を用いてトル
ク勾配を算出すればよい。この計算方法によれ
ば、ノズルの影響がかなりスムージングされ、降
伏点制御としては十分満足した結果を得ることが
できる。なお、選択するコルク値の数や平均値の
もととなるトルク値の数は、ノイズの大きさ等に
より適当に決定する。

ところで、第１図に示したように、ボルト４と
被締結物１７の間にワツシヤ１６挾んで締め付け
る例では、締付けの途中で、ボルト４とワツシヤ
１６とが共回りすることが往々にしてあり、共回
りした場合には締付トルクが大幅に低下する現象
が生ずる。締付トルクが大幅に低下した例を第５
図に示す。第５図からも明らかなように、連続し
た９点のトルク値からトルク勾配を求める第４図
の計算法では、ボルト４とワツシヤ１６とが共回
りして締付トルクが低下した時点で、計算上、ト
ルク勾配が前記トルク値Tkのときのトルク勾配
（基準勾配）Ｋの1/4になり、ボルト４の締付けが
途中で終了することとなる。なお、第５図中、Ａ
はトルク曲線、Ｂはトルク勾配曲線、Ｃはバルブ
カツト勾配値を示す。

ワツシヤ１６の共回りに対しては、第６図の勾
配計算法によつて対処することができる。すなわ
ち、ボルト４を締め付ける途中で、ワツシヤ１６
が共回りして締付トルクが低下した場合は、それ
以降のトルク値を、トルクが低下した量だけ、ひ
とつ前のトルク値に加えて補正する。第６図の黒
丸は補正後のトルク値T₇′，T₈′，T₉′，T₁₀′，
T₁₁′を示す。補正後のトルク勾配の計算は、次の
式を利用して求める。

トルクの変化量K′＝（T₇′＋T₉′＋T₁₁′）／３−（T₁＋T₃＋T₅）／３つまり、連続した11点のトルク値のうち１つお
きにトルク値をとりだし、後のほうの３点のトル
ク値T₇′，T₉′，T₁₁′の平均値より、前のほうの３
点のトルク値T₁，T₃，T₅の平均値を引いた値を
トルク変化量K′として、このトルク変化量K′を
用いてトルク勾配を算出する。このようにして得
られたトルク勾配の変化から降伏点をとらえて、
ボルト４を締め付けていく。したがつて、トルク
勾配の計算法を変更したことにより、ワツシヤ１
６が共回りしてトルクが低下した場合であつて
も、途中でボルト４の締付けを終了させることな
く、正確な降伏点締めを行うことができる。第６
図の計算法は、トルクを１つおきに求めて計算す
るため、第４図の計算法に比べて、よりノイズの
影響が小さくなる。また、低下したトルク量だけ
加算する方法は、計算法が簡単であり、計測ユニ
ツト１４による処理時間も従来に比べて短くなる
利点がある。なお、選択するトルク値の数や平均
値のもととなるトルク値の数は、任意に決定して
よいことはもちろんである。

第７図は、上記計算式（第６図）を利用して求
めたトルク勾配曲線Ｂと実際のトルク曲線Ａを示
す図である。

ワツシヤ１６の共回りがなく、ボルト４締付け
が正常に実施される場合は、第８図に示すように
トルクの低下がないので、次の式を利用してトル
ク勾配を求めることができる。

トルクの変化量K′＝（T₇＋T₉＋T₁₁）／３−（T₁＋T₃＋
T₅）／３つまり、連続した11点のトルク値のうち１つお
きにトルク値をとりだし、後のほうの３点のトル
ク値T₇，T₉，T₁₁の平均値より、前のほうの３点
のトルク値T₁，T₃，T₅の平均値を引いた値をト
ルク変化量K′として、このトルク変化量K′を用
いてトルク勾配を算出する。

（発明の効果）以上のように本発明方法によれば、締付けの途
中で低下したトルク値を補正した後、トルクの勾
配変化から降伏点をとらえてボルト締めを行うの
で、ワツシヤの共回りあるいはノイズの影響など
に起因して、トルクが低下した場合でも、ボルト
の降伏点締めを確実に行うことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかわるボルト
締付装置を示す全体構成図、第２図は、第１図の
装置でボルト締めして得られたトルク波形図、第
３図は、第１図の装置でボルト締めして得られた
トルク勾配波形図、第４図は、トルク勾配の計算
方法を説明するために第２図の一部を拡大して示
すトルク波形図、第５図は、トルクが低下したと
きのトルク曲線およびトルク勾配曲線を示す波形
図、第６図は、トルクが途中で低下した場合にお
いて、第４図の計算方法と異なるトルク勾配の計
算方法を説明するために第２図の一部を拡大して
示すトルク波形図、第７図は、第６図の計算方法
より得られたトルク曲線およびトルク勾配曲線を
示す波形図、第８図は、トルクが途中で低下しな
い場合において、第４図の計算方法と異なるトル
ク勾配の計算方法を説明するために第２図の一部
を拡大して示すトルク波形図である。１……ボルト締付装置、４……ボルト、５……
回転角度センサ、１０……トルクセンサ、１６…
…ワツシヤ、１７，１８……被締結物。

Claims

【特許請求の範囲】

１ボルト締め付け中にボルト回転角度と締付ト
ルクとを連続的に測定すると共に、前記測定結果
にもとづいて回転角度に対するトルク変化の勾配
を求め、このトルク勾配が所定値より低下したと
きにボルトが降伏点に達したと判断しボルト締め
付けを停止するボルト締付方法において、前記ト
ルク勾配を、連続した複数の測定点を選択してそ
の後の方の数点のトルク値の平均値と前の方の数
点のトルク値の平均値との差から求め、締め付け
途中で締付トルクが低下した場合は、それ以降の
トルク値を、低下したトルク量だけ、ひとつ前の
トルク値に加算して補正し、この補正前後の複数
の測定点を選択して前記したと同じ手順でトルク
勾配を求めることを特徴とするボルト締付け方
法。