JP4425232B2 - 圧入工程における割れの有無の判定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動組み立てラインなどでの圧入工程における割れの有無の判定方法および装置に関する。

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（ロッド）を移動させる。圧入工程において、プランジャは、ワーク部材を押して被圧入部材に圧入しながら移動し、そのストローク端に至る。ストローク端において、ワーク部材の当たり面である押切り端を有する場合もあり、有さない場合もある。

従来より、圧入工程が正常に行われたか否かを判定するために、圧入の工程中において、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。圧入力の検出のために、圧入工程中における任意の位置（ポイント）にゲートが設けられる。それぞれのゲート位置において、圧入力が測定され、測定された圧入力が所定の範囲内に入っているか否かが判定される。

ところで、圧入工程において、ワーク部材と被圧入部材との間に「割れ」が発生することがある。「割れ」は、図６にその一例を示すように、ワーク部材の一部にひびが入ったり割れたりする現象である。割れは、ワーク部材と被圧入部材との同軸性または同芯性が損なわれた場合や、ワーク部材と被圧入部材との間に異物が混入した場合、または圧入の公差がきつ過ぎた場合などに発生し易いとが考えられる。ワーク部材のどの部位において割れが発生するかは分からないが、ワーク部材の周面に溝や凹部が設けられている場合にその部分で発生する確率が高いことが経験的に認識できる。

さて、「割れ」が発生した場合には、そのワーク部材および被圧入部材は不良品として処理する必要がある。しかし、従来において、圧入工程中におけるかじりの有無についてはチェックが行われているが（特許文献１）、上に述べた割れの有無についてはチェックが行われていない。
特開２００５−１３１７４５

そこで、割れの有無のチェックのために、圧入工程中の位置にゲートを設け、それぞれのゲート位置において圧入力を測定し、その測定結果から割れに基づく異常を検知することが考えられるが、しかし、割れがどの位置で発生するかが分からないので、圧入力の測定のための位置を決定することができない。また、圧入力がどのようになったときに割れであると判定するのかを容易に決定できない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、圧入工程における割れの有無を判定し、圧入の良否の正確な判定が行えるようにすることを目的とする。

本発明に係る方法は、直線駆動するロッドによって被圧入部材にワーク部材を圧入する工程における割れの有無を判定する方法であって、前記圧入の工程中において前記ロッドの推力情報と位置情報とを取得し、前記ロッドの設定された移動距離内において、前記位置情報による位置が進むごとに、その時々の位置から前記位置情報における割れ判定距離αの範囲内において、推力の低下が前記推力情報における割れ判定推力βの範囲内に入っているか否かをチェックし、割れ判定推力βの範囲を越える推力の低下があったときに、前記圧入の工程中に割れがあったと判定する。

本発明に係る装置は、直線駆動するロッドによって被圧入部材にワーク部材を圧入する工程における割れの有無を判定する装置であって、前記ロッドの推力情報を得るための推力検出手段と、前記ロッドの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、前記ロッドについての移動距離の設定値を記憶する手段と、前記ロッドの推力の低下の設定許容値を記憶する手段と、前記記憶手段に記憶した前記推力情報と前記位置情報とに基づいて、前記ロッドの設定された移動距離内において、前記位置情報による位置が進むごとに、その時々の位置から前記ロッドの移動距離の設定値で示される範囲内において前記設定許容値を越える推力の低下があるか否かをチェックし、前記設定許容値を越える推力の低下があったときに、前記圧入の工程中に割れがあったと判定する、判定手段と、を有する。

好ましくは、前記判定手段における判定において、前記ワーク部材が前記被圧入部材に接触してから所定の移動距離の範囲内においては判定の対象外とする。

なお、上の説明ではロッドの移動距離を用いたが、ロッドの移動速度が等速であった場合、または既知であった場合には、移動距離に代えて移動時間を用いることができる。つまり、この場合には、移動距離と移動時間とは等価である。

本発明によると圧入工程における割れの有無を判定することができ、圧入の良否の正確な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における割れ検出の動作を説明するための割れ有りの場合の圧入曲線ＡＫ１を示す図、図３は割れ無しの場合の圧入曲線ＡＫ２を示す図、図４は割れ有りの場合の他の例の圧入曲線ＡＫ３を示す図、図５はワーク部材ＷＫの例を示す断面図、図６は割れの例を示す図である。

なお、図２〜図４において、縦軸はシリンダＣＹの推力ＴＨつまり圧入冶具ＰＲによる圧入力を表し、横軸は圧入冶具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、およびシーケンサ１８などからなる。圧入装置は、シリンダＣＹ、ロードセル１１、およ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、およびメモリ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およびＲＡＭ、その他のメモリ、周辺素子、およ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は、支持金具ＦＡを介して適当なフレームＦＭに固定されており、そのピストンロッドＰＤの先端には圧入冶具ＰＲが取り付けられている。圧入冶具ＰＲの直下には被圧入部材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を駆動して圧入冶具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。つまり、圧入冶具ＰＲは、圧入開始位置ＬＬ１から圧入終了位置までの圧入区間を移動する。

ワーク部材ＷＫは、円柱状の部材、円筒状（パイプ状）の部材、それらの表面に溝、ネジ、または凹部などが設けられた部材などである。図５（Ａ）に示すワーク部材ＷＫ２は、円柱状であって、表面に複数の三角溝ＭＺ１が設けられている。この場合に、三角溝ＭＺ１の底部から割れが生じ易い。図５（Ｂ）に示すワーク部材ＷＫ３は、円柱状であって、表面に複数のパッキン溝ＭＺ２が設けられている。この場合に、パッキン溝ＭＺ２の隅部から割れが生じ易い。

なお、図１においては、被圧入部材ＢＺにはワーク部材ＷＫの当たり面である押切り端を有しておらず、シリンダＣＹのストローク端において圧入が終了する。しかし、被圧入部材ＢＺに押切り端を設けておき、ワーク部材ＷＫの下端面がその押切り端に当接するまでピストンロッドＰＤが移動するようにしてもよい。

ロードセル１１は、シリンダＣＹの推力ＴＨ、つまり圧入冶具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、圧入冶具ＰＲおよびワーク部材ＷＫの位置ＬＳ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。なお、増幅器１３，１４には、信号の変換のための適当な変換器が含まれることがある。

演算処理部１５は、メモリ１７に記憶した推力情報と位置情報とに基づいて、ピストンロッドＰＤの移動距離の設定値内において設定許容値を越える推力の低下があったときに、圧入の工程中に割れがあったと判定する。

演算処理部１５には、割れ判定部１５aおよび判定演算部１５ｂが設けられる。演算処理部１５において、割れの有無の判定、圧入の良否の判定などを行い、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、データ取得開始位置ＬＬ２、データ取得終了位置ＬＬ３、割れ判定距離α、および割れ判定推力βなどの各値の設定を行うためのものである。これらの設定は、ユーザが行うことができる。また、予め所定の値を設定しておいてもよい。

データ取得開始位置ＬＬ２とは、メモリ１７が推力信号Ｓ１および位置信号Ｓ２の記憶を開始するときのワーク部材ＷＫの位置であり、データ取得終了位置ＬＬ３とは、推力信号Ｓ１および位置信号Ｓ２の記憶を終了するときのワーク部材ＷＫの位置である。つまり、データ取得開始位置ＬＬ２からデータ取得終了位置ＬＬ３までの間（データ取得区間ＲＭ）において、推力信号Ｓ１および位置信号Ｓ２がメモリ１７に記憶される。

データ取得開始位置ＬＬ２は、ワーク部材ＷＫおよび被圧入部材ＢＺの形状寸法などに応じて適当に設定される。データ取得終了位置ＬＬ３は、通常、圧入終了位置に設定される。圧入終了位置は、圧入冶具ＰＲのストローク端、圧入力がシリンダＣＹの推力にほぼ等しくなった時点などである。

すなわち、メモリ１７には、データ取得区間ＲＭにおける推力信号Ｓ１および位置信号Ｓ２が、圧入データ（推力情報）および位置データ（位置情報）として記憶される。これらは互いに対応付けられて記憶される。また、メモリ１７には、設定部１６で設定された値（設定値）が記憶される。

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の動作および処理について説明する。

まず、割れ判定部１５ａによる割れの有無の判定処理について説明する。

図２に示す圧入曲線ＡＫ１において、推力は、圧入開始位置ＬＬ１から漸増して最初のピーク点Ｐ１に至り、その後少し漸減した後に漸増に転じ、データ取得開始位置ＬＬ２を越えても漸増するが、ピーク点Ｐ２から漸減して低いピーク点Ｐ３に至り、そこからまた漸増している。

ところで、圧入開始位置ＬＬ１からしばらくの間は、正常であってもピーク点Ｐ１の後に漸減する傾向があるので、誤判定を防ぐためこの間は判定の対象外とする。したがって、実際には、データは、データ取得開始位置ＬＬ２からデータ取得終了位置ＬＬ３までのデータ取得区間ＲＭにおいて取得される。取得されたデータ取得区間ＲＭのデータが判定対象である。取得されたデータについて、割れ判定距離αの間において割れ判定推力βを越えて推力が低下した部分があるか否かをチェックする。

すなわち、図２の圧入曲線ＡＫ１において、ピーク点Ｐ２から割れ判定距離αの間で、推力は下降し、割れ判定推力βの範囲を越えて低下している。したがって、圧入曲線ＡＫ１については「割れ有り」と判定される。

つまり、データ取得区間ＲＭの圧入曲線ＡＫ１において、割れ判定推力βを縦とし割れ判定距離αを横とする長方形の左上の頂点を圧入曲線ＡＫ１に沿って移動させ、圧入曲線ＡＫ１がその長方形の下辺を横切ることがあった場合に、その圧入曲線ＡＫ１について「割れ有り」と判定する。

これは、データ処理の上では、例えば、圧入区間における位置が進むごとに、それまでのピーク値を更新していき、その時々のピーク位置から割れ判定距離αの範囲内において、推力の低下が割れ判定推力βの範囲内に入っているか否かをチェックすることで判定可能である。また、高いピークとその後の割れ判定距離α内にある低いピークとを検出し、その差が割れ判定推力βの範囲内に入っているか否かをチェックすることでも判定可能である。

なお、割れ有りと判定されたワーク部材ＷＫおよび被圧入部材ＢＺは、不良品と判断され、後の工程で取り除くための識別情報が付される。なお、ここでの説明では、１回の圧入工程の全部のデータをメモリ１７に一旦記憶した後で、その工程での割れの有無の判定を行っているが、圧入工程を行いながらリアルタイムで割れ有無の判定を行う場合には、必要なデータを記憶しながら、推力が割れ判定推力βの範囲を越えた時点において割れ有りと判定し、不良品として処理してもよい。

図３に示す圧入曲線ＡＫ２においては、いずれの割れ判定距離αの間においても割れ判定推力βを越えて推力が低下する部分がないので、「割れ無し」と判定される。

図４に示す圧入曲線ＡＫ３においては、ピーク点Ｐ４から推力が下降し、割れ判定距離αの範囲内において割れ判定推力βを越えて低下しているので、「割れ有り」と判定される。なお、図４の圧入曲線ＡＫ３は、被圧入部材ＢＺに押切り端が設けられた場合を示すので、圧入終了直前において推力は急激に上昇している。なお、割れ有りと判定された箇所が複数あった場合には、勿論不良品となる。

次に、判定演算部１５ｂによる圧入の良否の判定について説明する。

判定演算部１５ｂは、被圧入部材ＢＺに押切り端が設けられた場合についてのみ判定を行う。まず、割れ有りと判定された場合には、圧入が否であると判定される。割れ無しと判定された場合であって、その後の推力信号Ｓ１の値が上設定値を越えた場合に、圧入が良であると判定される。つまり、この場合に、ワーク部材ＷＫが所定の圧入力で正常に圧入されたと判断する。

したがって、割れ無しと判定された場合であっても、その後の推力信号Ｓ１の値が上設定値を越えなかった場合には、圧入が否であると判定される。これは、ワーク部材ＷＫの下端面が押切り端ＫＴに当接することによって圧入力が上昇するはずであるが、もし上設定値を越えなかった場合には押切り端に当接していないことになるからである。したがって、押切り端を有さない被圧入部材ＢＺの場合には、このようなチェックは不要である。

また、圧入の良否の判定に際し、他の種々の方法を採用することができる。例えば、特開２００２−２８３１４９、特開２０００−１５８２４４に記載の方法などを採用することが可能である。また、特開２００５−１３１７４５に記載のかじりの判定を併用してもよい。

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、本実施形態の判定装置１によると、圧入工程における割れの有無を正確に判定し、圧入の良否の正確な判定を行うことができる。

上の実施形態において、割れ判定距離αおよび割れ判定推力βは、ワーク部材ＷＫの形状、寸法、材質、圧入の公差、圧入の目的などに応じて、試行錯誤的または経験的に決めればよい。なお、割れ判定距離αが本発明における「ロッドについての移動距離の設定値」に相当し、割れ判定推力βが本発明における「ロッドの推力の低下の設定許容値」に相当する。また、ピストンロッドＰＤおよび圧入冶具ＰＲが本発明におけるロッドに相当する。

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からデータ取得終了位置ＬＬ３までとしたが、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。その場合でも、圧入開始位置ＬＬ１の近辺における推力の不安定さによる誤判定を避けるため、所定の距離範囲を判定の対象外とするのがよい。

圧入冶具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。圧入冶具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、ピストンロッドＰＤの先端に取り付けてもよい。

上述の実施形態において、判定装置１および圧入システム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。

なお、本実施形態の判定装置１は、パイプやリングなどの圧入における割れの有無の判定の他に、かしめ時の圧入における鋲などの割れの有無の判定などにも適用できる。

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。 割れ有りの場合の圧入曲線を示す図である。 割れ無しの場合の圧入曲線を示す図である。 割れ有りの場合の他の例の圧入曲線を示す図である。 ワーク部材の例を示す断面図である。 割れの例を示す図である。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）１５ａ 割れ判定部（判定手段）１５ｂ 判定演算部１６ 設定部１７ メモリ（記憶手段）ＰＲ 圧入冶具ＢＺ 被圧入部材ＷＫ ワーク部材ＲＭ データ取得区間Ｓ１ 推力信号（推力情報）Ｓ２ 位置信号（位置情報）ＬＬ２ データ取得開始位置ＬＬ３ データ取得終了位置α 割れ判定距離（ロッドについての移動距離の設定値）β 割れ判定推力（ロッドの推力の低下の設定許容値）

Claims (3)

1. 直線駆動するロッドによって被圧入部材にワーク部材を圧入する工程における割れの有無を判定する方法であって、
   前記圧入の工程中において前記ロッドの推力情報と位置情報とを取得し、
   前記ロッドの設定された移動距離内において、前記位置情報による位置が進むごとに、その時々の位置から前記位置情報における割れ判定距離αの範囲内において、推力の低下が前記推力情報における割れ判定推力βの範囲内に入っているか否かをチェックし、
   割れ判定推力βの範囲を越える推力の低下があったときに、前記圧入の工程中に割れがあったと判定する、
   ことを特徴とする圧入における割れの有無の判定方法。
2. 直線駆動するロッドによって被圧入部材にワーク部材を圧入する工程における割れの有無を判定する装置であって、
   前記ロッドの推力情報を得るための推力検出手段と、
   前記ロッドの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、
   前記ロッドについての移動距離の設定値を記憶する手段と、
   前記ロッドの推力の低下の設定許容値を記憶する手段と、
   前記記憶手段に記憶した前記推力情報と前記位置情報とに基づいて、前記ロッドの設定された移動距離内において、前記位置情報による位置が進むごとに、その時々の位置から前記ロッドの移動距離の設定値で示される範囲内において前記設定許容値を越える推力の低下があるか否かをチェックし、前記設定許容値を越える推力の低下があったときに、前記圧入の工程中に割れがあったと判定する、判定手段と、
   を有することを特徴とする圧入における割れの有無の判定装置。
3. 前記判定手段における判定において、前記ワーク部材が前記被圧入部材に接触してから所定の移動距離の範囲内においては判定の対象外とする、
   請求項２記載の圧入における割れの有無の判定装置。