パンチリベット接合及びクリンチングの品質特性のオンライン測定
【課題】本発明は、可動パンチ１０及び固定ダイ２０によるパンチリベット接合工程における膨らみ寸法ｘST及び長さＬのリベット３のリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を開示するものである。
【解決手段】接合工程中、パンチ１０がとった変位及びパンチがかけた力をオンラインで測定し評価する。接合部の品質特性は、所定の閾値や接合工程の力／変位データを図面によって評価することにより測定することができる。
【解決手段】接合工程中、パンチ１０がとった変位及びパンチがかけた力をオンラインで測定し評価する。接合部の品質特性は、所定の閾値や接合工程の力／変位データを図面によって評価することにより測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンチリベット接合工程における、膨らみ寸法及びリベットのリベットヘッド端部位置のオンライン測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
パンチリベット接合は、リベット要素を用いて行う接合方法である。このリベット要素には、フルパンチリベットや半中空パンチリベットがある。
【０００３】
パンチリベット接合後には、パンチリベット接合部の品質検査を行う。ここで非破壊検査による品質検査と破壊検査による品質検査とには違いがある。品質の非破壊検査手段としては、目視検査、接合構造の外形のチェック、及びプロセス監視が工業的に行われている。しかしながら、目視検査では、パンチリベット接合部の外観的特徴のみを見ているに過ぎないので、形成されたパンチリベット接合部について概略的な結果が得られるに過ぎない。半中空パンチリベット接合部の場合、例えば、リベットヘッドの分離、ダイ側シートの状態、押さえ装置による被接合部品表面の破損、及びダイに対するリベットのアラインメント等が挙げられる。
【０００４】
接合要素の外形のチェックの場合であっても、形成された接合部の外側から見える変動状態がわかるに過ぎない。このような変動状態としては、リベットヘッド端部位置、半中空パンチリベットのパンチリベット接合中における膨らみ寸法、及びフルパンチリベットのパンチリベット接合中におけるエンボス深さが挙げられる。
【０００５】
接合工程の力／変位データに基づくプロセス監視も品質検査に用いられている。最適に形成された接合部の力／変位曲線を基準曲線として用いて、接合工程を評価する。接合工程における力／変位データのこの基準曲線からの逸脱を測定することができるように、包絡線(envelopes)、公差帯域(tolerance bands)、若しくはプロセスウィンドウをこの基準曲線近くに配置する。
【０００６】
別の品質検査方法として、上述したように、形成された接合部の破壊検査がある。品質の破壊検査のためには、接合部のマクログラインディング(macro grindings)を用意するか、及び／又は接合部の強度試験を行う。マクログラインディングでは、接合領域における被接合部品の均等さ、被接合部品間におけるシームの形成、パンチ側シートとリベットヘッドとの分離、下側裂け(undercut)の形成、及び接合部の亀裂の有無を評価することができる。上述の強度試験では、剪断応力、剥離応力、及びヘッド引抜応力(head-pull stress)下におけるパンチリベット接合部の支圧強度がわかる。
【０００７】
実際には、接合部の接合パラメータ及び幾何学的変数は通常予備試験によって決定する。これに基づいて、最適な接合部のリベットヘッド端部位置及び膨らみ寸法を基準変数として求める。これらの変数は非破壊法によって求めることができるからである。それにより破壊検査による品質検査にかかる労力を削減することができる。しかしながらこれらの基準変数は、各接合工程後に個別に測定しなければならない。これには多くの時間がかかり、連続生産には不向きである。さらに別の方法としては、上記基準変数のランダムチェックがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって本発明の目的は、従来技術よりも改良された、接合部の品質特性を検査するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、独立請求項である請求項１に記載した方法によって解決される。本発明のさらなる展開及び好ましい実施態様を、以下の説明、添付図面、及び請求項によって明らかにする。
【００１０】
本発明の方法は、可動パンチ及び固定ダイによるパンチリベット接合工程における膨らみ寸法ｘST及び長さＬの半中空パンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を開示するものである。このオンライン測定は、パンチリベット接合工程中に可動パンチのとった変位をトラベルセンサによって取込む工程と、パンチリベット接合工程中にこの変位に従って可動パンチが半中空パンチリベットにかけた力を取込む工程と、取込んだ力／変位データからリベットの被接合部品への着接点ｘ2及びパンチリベット接合工程後のパンチの解放を特定する解放点ｘ4を求める工程と、式ＫHS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫHSを、及び式ｘST＝ｘ−ｘ4（式中ｘはパンチとダイの対向面間の最大距離を示す）に従って膨らみ寸法ｘSTを計算する工程とを含む。
【００１１】
本発明は、各接合工程ごとの力／変位データの取込み及び評価に基づくものである。パンチリベット接合工程中、一方ではパンチがとった変位を、他方では半中空パンチリベットにかかった力を、それぞれ記録し、総合評価する。取込んだパンチリベット接合工程の力／変位データを力／変位図において曲線で表すと、その表示から、若しくは曲線で表示しなくても力／変位データの典型的な変化から、膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSの計算に関する変数を導き出すことができる。半中空パンチリベットの被接合部品への着接点ｘ2は、例えば、パンチを前進操作しても取込まれたパンチの変位に変化がないことを検出することによって、力／変位データからわかる。別の態様によれば、力／変位データにおける着接点ｘ2は、取込んだ力が、装着ヘッドつまり押さえ装置の押さえ力を所定の閾値だけ超えた時の変位として特定することができる。装着ヘッドも押さえ装置も使用しない場合には、閾値を他のいずれかの力の初期値に従わせることが考えられる。
【００１２】
取込まれた力／変位データは、ある実施態様ではデータ処理ユニット特にコンピュータに取込んで評価する。この目的のために、トラベルセンサ及び力センサからのデータは、例えば直接的に若しくはアナログ／デジタルコンバータを介して、データ処理ユニットに送信する。
【００１３】
さらに、式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って、接合装置の装置剛性／追従性(machine rigidity/compliance)に関する基準変数ΔｘCを計算することが好ましい。この基準変数は、パンチ−ダイ間の接続構造の可撓性を特定するものである。例えばＣフレームを用いてパンチリベット接合工程を行っている場合、基準変数ΔｘCから、材質疲労がＣフレームにおける接合工程によるものであるかどうかを調べることができる。力／変位データからこの基準変数を計算するには、点ｘ3を、接合工程中にパンチの最大力Ｆmaxに達した時の変位として取込む。
【００１４】
別の実施態様では、接合工程の力／変位データを力／変位図に曲線として表す。パンチは最大力Ｆmaxに達した後、後退し、それによりパンチがリベット接合部から機械的に解放される。このパンチの後退は、接合工程の力／変位データにおいて後退と呼ばれる。パンチが最大力Ｆmaxに達した直後、この後退は最初はほぼ直線的な移行を示す。後退開始時にほぼ直線的に移行する力／変位データ上に接線を設けると、力／変位データが接線から特定値だけ外れることによって点ｘ4が特定されるので、この後退中に点ｘ4を特定することができる。
【００１５】
接合工程中に力／変位データを取込み、それを直ぐにコンピュータで評価することによって、膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を品質検査として行うことができる。これらの自動記録された品質変数を用いて、工程能力検査を行い、品質管理チャートを作成する。さらに、形成した接合部の幾何学的変数及び耐負荷挙動についての結論を出すことができる。これは従来、接合部の破壊検査によってしか判断することができなかったものである。これにより、神経細胞のようなネットワークにおいて管理できる品質変数の関連性及び相関性を利用することができる。
【００１６】
半中空パンチリベットのパンチリベット接合中の品質変数のオンライン測定と同様に、この方法は、フルパンチリベットのパンチリベット接合及びクリンチングにも利用することができる。可動パンチ及びダイを用いたパンチリベット接合工程中における、エンボス深さｈd及び長さＬのフルパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVSのオンライン測定の主な工程は、トラベルセンサを用いてパンチリベット接合工程中に可動パンチがとった変位を取込む工程と、パンチリベット接合工程中にその変位に従って可動パンチがフルパンチリベットにかけた力Ｆを取込む工程と、パンチによるフルパンチリベットの被接合部品への着接点ｘ2及びパンチリベット接合工程後のパンチの解放を特定する解放点ｘ4を取込んだ力／変位データから求める工程と、式ＫVS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫVSを、式ｈd＝ｔ−［ｘ−（ｘ2＋Ｌ）］（式中、ｘはパンチとダイの対向面間最大距離を示し、ｔは被接合部品の厚さを示す）に従ってエンボス深さｈdを、それぞれ計算する工程とを含むものと要約することができる。
【００１７】
クリンチングの場合、品質変数である基部厚さｔbのオンライン測定には、トラベルセンサを用いてクリンチング工程中に可動パンチがとった変位を取込む工程と、クリンチング工程中にその変位に従って可動パンチが被接合部品にかけた力Ｆを取込む工程と、取込んだ力／変位データから、クリンチング工程後のパンチの解放を特定する解放点ｘ4を決定する工程と、式ｔb＝ｘ−ｘ4（式中、ｘはパンチとダイの対向面間最大距離を示す）に従って基部厚さｔbを計算する工程とを行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施態様を、添付図面を参照して、以下により詳細に説明する。
【００１９】
膨らみ寸法ｘST及びリベットのリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を、半中空パンチリベットのパンチリベット接合工程を例にとって以下に説明する。以下の説明と同様に、半中空パンチリベットの品質特性のオンライン測定は、フルパンチリベットのパンチリベット接合工程又はクリンチングにも応用することができる（以下参照）。
【００２０】
半中空パンチリベットのパンチリベット接合を行うための接合装置の説明的実施態様を図１に示す。この装置は、パンチ１０及びダイ２０を備え、これらはＣフレーム３０を介して対向して配置されている。パンチ１０がかけた力は、ロードセル等の力センサ４０によって取込まれる（図６における工程Ａ）。従来の形式のトラベルセンサ５０は、パンチ１０がとる変位を取込む（図６における工程Ｂ）。力センサ４０によって取込まれた力データ及びトラベルセンサ５０によって取込まれた変位データは、コンピュータ等のデータ処理ユニット６０へ送信され、そこにパンチリベット接合工程の力／変位データとして保存される。好ましくは力／変位図に力／変位データを表示することに加え（図６における工程Ｃ）、データ処理ユニット６０において、取込まれた力／変位データのオンライン評価が接合工程と平行して全般的に行われる。
【００２１】
図２は、図１の拡大断面概略図であり、半中空パンチリベット接合の様々な部品を示す。半中空パンチリベット接合の場合、まず被接合部品５を装着ヘッドつまり押さえ装置１２によって所定の押さえ力でダイ２０に対して押し付ける。次いで接合部を形成するために、半中空パンチリベット３をパンチ１０によってダイ２０に向かって移動させる。この移動においてパンチ１０がとった変位を変位センサ５０によって取込む。同様に、パンチ１０の移動中にリベット３にかかった力を、力センサ４０によって取込む。さらに、被接合部品５のための押さえ装置１２の押さえ力を力センサ４０によって記録し、それを後に評価される接合工程の力／変位データへと送信することが好ましい。このようにして測定された接合工程の力／変位データは、半中空パンチリベット３を被接合部品５へ押込むまでのパンチ１０の前進（図４の実線参照）と、パンチ１０及び押さえ装置１２の初期位置までの後退（図４の点線参照）の両方を含み、データ処理ユニット６０において、接合工程のためにオンラインで評価される。
【００２２】
図３は、半中空パンチリベット３と被接合部品５とからなる接合部の概略断面図である。この接合部は、品質特性である膨らみ寸法ｘSTとリベットヘッド端部位置ＫHSとによって特性を示すことができ、その幾何学的意味を図３の接合部に示す。リベットヘッド端部位置ＫHSは、半中空パンチリベット３のリベットヘッド表面と被接合部品５の表面との間の距離を示す。膨らみ寸法ｘSTは、半中空パンチリベット３のリベットヘッド表面と半中空パンチリベット３下の被接合部品５下面との間の距離を示す。
【００２３】
半中空パンチリベットの接合の場合と同様に、フルパンチリベットの接合及びクリンチングにおいても品質特性をオンラインで測定することができる。図８は、被接合部品５とフルパンチリベット４とからなる接合部を示す。この接合部は、フルパンチリベット４のリベットヘッド表面と被接合部品５の上面との間の距離を示すリベットヘッド端部位置ＫVSによって特性を示すことができる。もう一つの品質特性として、エンボス深さｈdがあり、これはダイ２０（図７参照）を下層被接合部品５へ圧入した深さを示す。さらに図１０に示すもう一つの品質特性である基部厚さｔbもクリンチング中にオンラインで測定することができる。
【００２４】
接合工程のプロセス監視中にパンチ１０の変位信号を記録する（工程Ａ）、つまり上述の力／変位データのオンライン測定及び評価を行う。装着ヘッド１２は、ほぼパンチ行程長さの分だけパンチ１０よりも先んずる。まず装着ヘッド１２が被接合部品５上に配置され、被接合部品５をダイ２０に対して押し付ける。この運動量は、図４に示す接合工程の力／変位曲線において点Ｐ１で示され、この点までの変位ｘ1はパンチ１０の変位である。パンチ１０はパンチ行程からリベット３の長さＬを差し引いた距離に相当する変位をし、半中空パンチリベット３を被接合部品５上に配置する（図４の点Ｐ２参照）。この点は着接点と呼ばれ、変位ｘ2で示される。パンチ１０の押圧力がさらに高まると、半中空パンチリベット３は被接合部品５内へ押込まれ、ダイ２０の反力によって変形する。接合工程において予め設定されている最大力Ｆmax若しくは予め設定されているパンチの変位に達すると、半中空パンチリベット３は被接合部品５内へ押込まれる（図４の変位ｘ3上の点Ｐ３参照）。この工程中、パンチ１０とダイ２０とを押し合わせることにより、Ｃフレームはその弾性的物性及び構造のため湾曲する。点Ｐ３までの力／変位曲線は、図４において実線で示され、パンチ１０の前進と呼ばれる。点線で示されるパンチ１０の後退は、点Ｐ３からパンチ力ゼロまでである。このパンチ１０の後退は、パンチ１０がかける力を減少させることから始まり、Ｃフレーム３０の湾曲は元に戻る。後退の開始においてパンチ力を減少させる間、パンチ１０が、変位ｘ4上の点Ｐ４ににおいて、その前のパンチ１０の前進中の最大力Ｆmaxと比較して最小の力でリベットヘッド表面のみに接触する状態まで、パンチ１０の力は直線的に急落する。点Ｐ３と点Ｐ４との間の変位の差は、Ｃフレーム３０の湾曲によるものと言える。図４の点Ｐ４に達した後、パンチ１０及び押さえ装置つまり装着ヘッド１２は元の位置へ戻る。
【００２５】
このように上記工程は、取込まれた接合工程の力／変位データから読み取ることができる。品質特性である膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を行うためには、パンチ１０の底面と、ダイ２０、好ましくはダイパンチの頂面との間の最大距離ｘがわかっている必要がある。この変数ｘは接合装置の構造により定数として得られる。この最大距離ｘは手作業で測定することもできるが、パンチ１０をダイパンチ又はダイベースと接触するまで参照操作して得ることもできる。点Ｐ１における装着ヘッドの着接点ｘ1の位置、点Ｐ２における半中空パンチリベットの着接点ｘ2の位置、点Ｐ３における最大接合力Ｆmaxに達した時のパンチ変位ｘ3の位置、及び点Ｐ４におけるＣフレームを解放した後のリベットヘッド位置ｘ4は、例示的工程曲線つまり図４及び図５に示す力／変位曲線から読み取れるが、データ処理ユニットにおいて力／変位データから所定の数学的基準に基づいて自動的に求めることもできる。これらの位置を正確に取込むことができるように、トラベルセンサ５０を適切に校正する必要がある。
【００２６】
図５を参照して、点Ｐ１までの変位ｘ1は、点Ｐ１においてパンチ１０にかけた力が所定の閾値を越えることによって特定することができる。閾値を越えたということは、装着ヘッドつまり押さえ装置１２がダイ２０の方向の圧縮力を被接合部品５にかけているということを示している。この力が予め設定した値に達すると、点Ｐ１から点Ｐ３の間、所定の変位に渡って維持され、装着ヘッドつまり押さえ装置１２はこの力で被接合部品５に押し付けられる。
【００２７】
点Ｐ１から点Ｐ２へ移行する間、パンチ１０は半中空パンチリベット３を伴ってダイ２０の方向に移動し、点Ｐ２において半中空パンチリベット３が被接合部品５の上面に接触する。点Ｐ２におけるパンチ１０の被接合部品５への着接点ｘ2は、パンチを前進操作しても、取込まれたパンチ１０のとり得る変位に変化がないことを検出することによって、特定することができる。パンチの前進操作が１〜２０増分の間、変位が変化しないことが好ましい。好ましい変位センサ５０は、例えば測定範囲０〜１００ｍｍ、０〜１５０ｍｍ、若しくは０〜２００ｍｍを測定するものである。取込んだ変位に従って、センサは０〜１０Ｖの範囲の出力信号を発信する。解像度が１２ビットである場合には、この電圧範囲を４０９６の増分に細分することができる。これを１５０ｍｍの測定範囲に応用すると、１増分は０．０３６ｍｍの変位及び０．００２４Ｖの出力信号に相当する。別の方法において、解像度１６ビットのデジタル変位センサを使用する場合には、当該変位センサの測定範囲は６５５３６増分に細分することができる。従って測定範囲が１５０ｍｍの場合には、１増分は０．００２２９ｍｍの変位に相当する。
【００２８】
別の方法によれば、力／変位データの点Ｐ２における着接点ｘ2は、取込んだパンチ１０の力が装着ヘッドつまり押さえ装置１２の押さえ力を所定閾値だけ越えた時の変位として特定することができる。また、変位ｘ1を式ｘ1＝ｘ2−（パンチ行程＋Ｌ）（式中、Ｌは半中空パンチリベットの長さを示す）に従って数学的に求めることもできることがわかる。パンチ行程は、パンチ１０の底面と装着ヘッドつまり押さえ装置１２の底面との間の距離である。
【００２９】
点Ｐ３までの変位ｘ3は、パンチ１０の最大力Ｆmaxに到達したことによって特定することができる。この最大力Ｆmaxは、接合工程前に部品３，５に従って設定することができるものであり、機知の値である。
【００３０】
点Ｐ４までの変位ｘ4は、パンチ１０の後退中（図４及び図５の点線を参照）に以下のように（工程Ｄ）特定することができる。変位ｘ3上の点Ｐ３において、ほぼ直線状に移行する後退（図４及び図５に点線で示す曲線を参照）上に接線を形成し、力／変位曲線が接線から所定値だけ逸脱することによって変位ｘ4上に点Ｐ４が得られる。ここで、許容最大変位変化の閾値、つまり接線からの変位の逸脱は、下記式で定義することができる。接線の許容最大逸脱Δｘを越えると、点Ｐ４及び変位ｘ4が決まる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
また、曲線を描かなくても、力／変位データから点ｘ4を読み取ることができることもわかる。この場合、点Ｐ３から始まってパンチ１０が解放されるまでの後退中は、力／変位データが直線的に変化すると仮定することができる。力／変位データがこのように仮定した直線的変化から逸脱すると、この逸脱した点が変位ｘ4を決める。
【００３３】
さらに別の方法では、予備試験において、Ｃフレーム３０の剛性に関する基準変数ΔｘCを求めておく。この基準変数ΔｘCを用いると、ｘ4は式ｘ4＝ｘ3−ΔｘCに従ってｘ3とΔｘCとの差として求められる。ｘ3及びｘ4を力／変位曲線から決定すると、ΔｘCは式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って変位ｘ3とｘ4との差として算出することができる（工程Ｆ）。
【００３４】
力／変位データから求めた変数に基づいて、膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSは以下の式に従って求めることができる（工程Ｅ）。膨らみ寸法ｘSTは、式ｘST＝ｘ−ｘ4に従って求めることができ、式中、ｘはパンチの底面とダイの頂面との間の最大距離であり、ｘ4は点Ｐ４においてＣフレーム３０を解放した後のリベットヘッドの位置である。
【００３５】
リベットヘッド端部位置ＫHSは、式ＫHS＝（ｘ1＋ΔｘS＋Ｌ）−ｘ4＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従って求めることができる。式中、ｘ1は点Ｐ１における装着ヘッド１２の被接合部品５への着接点を示し、式ｘ2＝ΔｘS＋ｘ1は、点Ｐ２における半中空パンチリベット３の被接合部品５への着接点を示し、Ｌは半中空パンチリベット３の長さを示し、ｘ4はＣフレーム３０を解放した後のリベットヘッドの位置を示し、ΔｘSは、点Ｐ１における装着ヘッドつまり押さえ装置１２の被接合部品５への着接から、点Ｐ２におけるリベット３の被接合部品５への着接までにパンチ１０がとった変位ΔｘSとして変数ｘ2とｘ1との差を示す。
【００３６】
上記の計算と同様に、フルパンチリベット接合において、品質特性であるパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVS及びエンボス深さｈdを、またクリンチングにおいて、基部厚さｔbを測定することができる。
【００３７】
フルパンチリベット４を接合するための構成要素を図７に概略的に示す。長さＬのフルパンチリベット４は、パンチ１０を用いて被接合部品５に接合される。接合の間、被接合部品５はダイ２０に対して押しつけられる。半中空パンチリベット３の接合の場合と同様に、力／変位データを取込み、接合工程中に評価する。半中空パンチリベット３の接合について説明したように（図４及び図５）、パンチ１０のフルパンチリベット４上への着接点までの変位ｘ2及び点Ｐ４におけるパンチ１０の解放後の変位ｘ4は、フルパンチリベット４による接合の力／変位データにおいて検出することができる。さらに、変位ｘ3の点Ｐ３は、最大接合力Ｆmaxに達した時の力／変位データ及び値ΔｘC＝ｘ3−ｘ4から求めることができる。リベットヘッド端部位置ＫVSは、式ＫVS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4＝ｘ2＋Ｌ−（ｘ3−ΔｘC）に従って計算することができる。エンボス深さｈdは、式ｈd＝ｔ−［ｘ−（ｘ2＋Ｌ）］に従って求めることができ、式中、ｔは接合領域における被接合部品５の合計厚さを示す（図７参照）。
【００３８】
クリンチングの場合、図９に概略的に示すように、パンチ１０は被接合部品５をダイ２０に対して押し付ける。この工程において、半中空パンチリベット３の接合の場合と同様に、力／変位データを取込み、評価する。既に上述したように、変数ｘ3、ｘ4、及びΔｘCは、この力／変位データにおいて特定することができる。パンチ１０の底面とダイ２０の頂面との間の最大距離ｘはわかっている。これに基づいて、被接合部品５間に形成されたクリンチ接合の特性を表すために、基部厚さｔbを式ｔb＝ｘ−ｘ4＝ｘ−（ｘ3−ΔｘC）に従って計算する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、パンチリベット接合を行うための装置の一実施態様の一部分解図である。
【図２】図２は、図１の一部の断面の概略図である。
【図３】図３は、半中空パンチリベットの接合中における変数であるリベットヘッド端部位置ＫHS及び膨らみ寸法ｘSTを示す図である。
【図４】図４は、パンチリベット接合工程中に記録された力／変位データ、並びに半中空パンチリベットの接合工程中の主要位置を示す力／変位図である。
【図５】図５は、力／変位図に記入したパンチリベット接合工程の力／変位データ、並びに形成されたパンチリベット接合部の品質測定のための様々な幾何学的変数が得られる曲線の特徴点を示す。
【図６】図６は、パンチリベット接合方法及びクリンチング方法の工程を示すフローチャートである。
【図７】図７は、フルパンチリベット接合を行うための装置の概略図である。
【図８】図８は、フルパンチリベット接合中の変数であるリベットヘッド端部位置ＫVS及びエンボス深さｈdを示す図である。
【図９】図９は、クリンチングを行うための装置の概略図である。
【図１０】図１０は、クリンチング中の変数である基部厚さｔbを示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パンチリベット接合工程における、膨らみ寸法及びリベットのリベットヘッド端部位置のオンライン測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
パンチリベット接合は、リベット要素を用いて行う接合方法である。このリベット要素には、フルパンチリベットや半中空パンチリベットがある。
【０００３】
パンチリベット接合後には、パンチリベット接合部の品質検査を行う。ここで非破壊検査による品質検査と破壊検査による品質検査とには違いがある。品質の非破壊検査手段としては、目視検査、接合構造の外形のチェック、及びプロセス監視が工業的に行われている。しかしながら、目視検査では、パンチリベット接合部の外観的特徴のみを見ているに過ぎないので、形成されたパンチリベット接合部について概略的な結果が得られるに過ぎない。半中空パンチリベット接合部の場合、例えば、リベットヘッドの分離、ダイ側シートの状態、押さえ装置による被接合部品表面の破損、及びダイに対するリベットのアラインメント等が挙げられる。
【０００４】
接合要素の外形のチェックの場合であっても、形成された接合部の外側から見える変動状態がわかるに過ぎない。このような変動状態としては、リベットヘッド端部位置、半中空パンチリベットのパンチリベット接合中における膨らみ寸法、及びフルパンチリベットのパンチリベット接合中におけるエンボス深さが挙げられる。
【０００５】
接合工程の力／変位データに基づくプロセス監視も品質検査に用いられている。最適に形成された接合部の力／変位曲線を基準曲線として用いて、接合工程を評価する。接合工程における力／変位データのこの基準曲線からの逸脱を測定することができるように、包絡線(envelopes)、公差帯域(tolerance bands)、若しくはプロセスウィンドウをこの基準曲線近くに配置する。
【０００６】
別の品質検査方法として、上述したように、形成された接合部の破壊検査がある。品質の破壊検査のためには、接合部のマクログラインディング(macro grindings)を用意するか、及び／又は接合部の強度試験を行う。マクログラインディングでは、接合領域における被接合部品の均等さ、被接合部品間におけるシームの形成、パンチ側シートとリベットヘッドとの分離、下側裂け(undercut)の形成、及び接合部の亀裂の有無を評価することができる。上述の強度試験では、剪断応力、剥離応力、及びヘッド引抜応力(head-pull stress)下におけるパンチリベット接合部の支圧強度がわかる。
【０００７】
実際には、接合部の接合パラメータ及び幾何学的変数は通常予備試験によって決定する。これに基づいて、最適な接合部のリベットヘッド端部位置及び膨らみ寸法を基準変数として求める。これらの変数は非破壊法によって求めることができるからである。それにより破壊検査による品質検査にかかる労力を削減することができる。しかしながらこれらの基準変数は、各接合工程後に個別に測定しなければならない。これには多くの時間がかかり、連続生産には不向きである。さらに別の方法としては、上記基準変数のランダムチェックがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって本発明の目的は、従来技術よりも改良された、接合部の品質特性を検査するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、独立請求項である請求項１に記載した方法によって解決される。本発明のさらなる展開及び好ましい実施態様を、以下の説明、添付図面、及び請求項によって明らかにする。
【００１０】
本発明の方法は、可動パンチ及び固定ダイによるパンチリベット接合工程における膨らみ寸法ｘST及び長さＬの半中空パンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を開示するものである。このオンライン測定は、パンチリベット接合工程中に可動パンチのとった変位をトラベルセンサによって取込む工程と、パンチリベット接合工程中にこの変位に従って可動パンチが半中空パンチリベットにかけた力を取込む工程と、取込んだ力／変位データからリベットの被接合部品への着接点ｘ2及びパンチリベット接合工程後のパンチの解放を特定する解放点ｘ4を求める工程と、式ＫHS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫHSを、及び式ｘST＝ｘ−ｘ4（式中ｘはパンチとダイの対向面間の最大距離を示す）に従って膨らみ寸法ｘSTを計算する工程とを含む。
【００１１】
本発明は、各接合工程ごとの力／変位データの取込み及び評価に基づくものである。パンチリベット接合工程中、一方ではパンチがとった変位を、他方では半中空パンチリベットにかかった力を、それぞれ記録し、総合評価する。取込んだパンチリベット接合工程の力／変位データを力／変位図において曲線で表すと、その表示から、若しくは曲線で表示しなくても力／変位データの典型的な変化から、膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSの計算に関する変数を導き出すことができる。半中空パンチリベットの被接合部品への着接点ｘ2は、例えば、パンチを前進操作しても取込まれたパンチの変位に変化がないことを検出することによって、力／変位データからわかる。別の態様によれば、力／変位データにおける着接点ｘ2は、取込んだ力が、装着ヘッドつまり押さえ装置の押さえ力を所定の閾値だけ超えた時の変位として特定することができる。装着ヘッドも押さえ装置も使用しない場合には、閾値を他のいずれかの力の初期値に従わせることが考えられる。
【００１２】
取込まれた力／変位データは、ある実施態様ではデータ処理ユニット特にコンピュータに取込んで評価する。この目的のために、トラベルセンサ及び力センサからのデータは、例えば直接的に若しくはアナログ／デジタルコンバータを介して、データ処理ユニットに送信する。
【００１３】
さらに、式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って、接合装置の装置剛性／追従性(machine rigidity/compliance)に関する基準変数ΔｘCを計算することが好ましい。この基準変数は、パンチ−ダイ間の接続構造の可撓性を特定するものである。例えばＣフレームを用いてパンチリベット接合工程を行っている場合、基準変数ΔｘCから、材質疲労がＣフレームにおける接合工程によるものであるかどうかを調べることができる。力／変位データからこの基準変数を計算するには、点ｘ3を、接合工程中にパンチの最大力Ｆmaxに達した時の変位として取込む。
【００１４】
別の実施態様では、接合工程の力／変位データを力／変位図に曲線として表す。パンチは最大力Ｆmaxに達した後、後退し、それによりパンチがリベット接合部から機械的に解放される。このパンチの後退は、接合工程の力／変位データにおいて後退と呼ばれる。パンチが最大力Ｆmaxに達した直後、この後退は最初はほぼ直線的な移行を示す。後退開始時にほぼ直線的に移行する力／変位データ上に接線を設けると、力／変位データが接線から特定値だけ外れることによって点ｘ4が特定されるので、この後退中に点ｘ4を特定することができる。
【００１５】
接合工程中に力／変位データを取込み、それを直ぐにコンピュータで評価することによって、膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を品質検査として行うことができる。これらの自動記録された品質変数を用いて、工程能力検査を行い、品質管理チャートを作成する。さらに、形成した接合部の幾何学的変数及び耐負荷挙動についての結論を出すことができる。これは従来、接合部の破壊検査によってしか判断することができなかったものである。これにより、神経細胞のようなネットワークにおいて管理できる品質変数の関連性及び相関性を利用することができる。
【００１６】
半中空パンチリベットのパンチリベット接合中の品質変数のオンライン測定と同様に、この方法は、フルパンチリベットのパンチリベット接合及びクリンチングにも利用することができる。可動パンチ及びダイを用いたパンチリベット接合工程中における、エンボス深さｈd及び長さＬのフルパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVSのオンライン測定の主な工程は、トラベルセンサを用いてパンチリベット接合工程中に可動パンチがとった変位を取込む工程と、パンチリベット接合工程中にその変位に従って可動パンチがフルパンチリベットにかけた力Ｆを取込む工程と、パンチによるフルパンチリベットの被接合部品への着接点ｘ2及びパンチリベット接合工程後のパンチの解放を特定する解放点ｘ4を取込んだ力／変位データから求める工程と、式ＫVS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫVSを、式ｈd＝ｔ−［ｘ−（ｘ2＋Ｌ）］（式中、ｘはパンチとダイの対向面間最大距離を示し、ｔは被接合部品の厚さを示す）に従ってエンボス深さｈdを、それぞれ計算する工程とを含むものと要約することができる。
【００１７】
クリンチングの場合、品質変数である基部厚さｔbのオンライン測定には、トラベルセンサを用いてクリンチング工程中に可動パンチがとった変位を取込む工程と、クリンチング工程中にその変位に従って可動パンチが被接合部品にかけた力Ｆを取込む工程と、取込んだ力／変位データから、クリンチング工程後のパンチの解放を特定する解放点ｘ4を決定する工程と、式ｔb＝ｘ−ｘ4（式中、ｘはパンチとダイの対向面間最大距離を示す）に従って基部厚さｔbを計算する工程とを行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施態様を、添付図面を参照して、以下により詳細に説明する。
【００１９】
膨らみ寸法ｘST及びリベットのリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を、半中空パンチリベットのパンチリベット接合工程を例にとって以下に説明する。以下の説明と同様に、半中空パンチリベットの品質特性のオンライン測定は、フルパンチリベットのパンチリベット接合工程又はクリンチングにも応用することができる（以下参照）。
【００２０】
半中空パンチリベットのパンチリベット接合を行うための接合装置の説明的実施態様を図１に示す。この装置は、パンチ１０及びダイ２０を備え、これらはＣフレーム３０を介して対向して配置されている。パンチ１０がかけた力は、ロードセル等の力センサ４０によって取込まれる（図６における工程Ａ）。従来の形式のトラベルセンサ５０は、パンチ１０がとる変位を取込む（図６における工程Ｂ）。力センサ４０によって取込まれた力データ及びトラベルセンサ５０によって取込まれた変位データは、コンピュータ等のデータ処理ユニット６０へ送信され、そこにパンチリベット接合工程の力／変位データとして保存される。好ましくは力／変位図に力／変位データを表示することに加え（図６における工程Ｃ）、データ処理ユニット６０において、取込まれた力／変位データのオンライン評価が接合工程と平行して全般的に行われる。
【００２１】
図２は、図１の拡大断面概略図であり、半中空パンチリベット接合の様々な部品を示す。半中空パンチリベット接合の場合、まず被接合部品５を装着ヘッドつまり押さえ装置１２によって所定の押さえ力でダイ２０に対して押し付ける。次いで接合部を形成するために、半中空パンチリベット３をパンチ１０によってダイ２０に向かって移動させる。この移動においてパンチ１０がとった変位を変位センサ５０によって取込む。同様に、パンチ１０の移動中にリベット３にかかった力を、力センサ４０によって取込む。さらに、被接合部品５のための押さえ装置１２の押さえ力を力センサ４０によって記録し、それを後に評価される接合工程の力／変位データへと送信することが好ましい。このようにして測定された接合工程の力／変位データは、半中空パンチリベット３を被接合部品５へ押込むまでのパンチ１０の前進（図４の実線参照）と、パンチ１０及び押さえ装置１２の初期位置までの後退（図４の点線参照）の両方を含み、データ処理ユニット６０において、接合工程のためにオンラインで評価される。
【００２２】
図３は、半中空パンチリベット３と被接合部品５とからなる接合部の概略断面図である。この接合部は、品質特性である膨らみ寸法ｘSTとリベットヘッド端部位置ＫHSとによって特性を示すことができ、その幾何学的意味を図３の接合部に示す。リベットヘッド端部位置ＫHSは、半中空パンチリベット３のリベットヘッド表面と被接合部品５の表面との間の距離を示す。膨らみ寸法ｘSTは、半中空パンチリベット３のリベットヘッド表面と半中空パンチリベット３下の被接合部品５下面との間の距離を示す。
【００２３】
半中空パンチリベットの接合の場合と同様に、フルパンチリベットの接合及びクリンチングにおいても品質特性をオンラインで測定することができる。図８は、被接合部品５とフルパンチリベット４とからなる接合部を示す。この接合部は、フルパンチリベット４のリベットヘッド表面と被接合部品５の上面との間の距離を示すリベットヘッド端部位置ＫVSによって特性を示すことができる。もう一つの品質特性として、エンボス深さｈdがあり、これはダイ２０（図７参照）を下層被接合部品５へ圧入した深さを示す。さらに図１０に示すもう一つの品質特性である基部厚さｔbもクリンチング中にオンラインで測定することができる。
【００２４】
接合工程のプロセス監視中にパンチ１０の変位信号を記録する（工程Ａ）、つまり上述の力／変位データのオンライン測定及び評価を行う。装着ヘッド１２は、ほぼパンチ行程長さの分だけパンチ１０よりも先んずる。まず装着ヘッド１２が被接合部品５上に配置され、被接合部品５をダイ２０に対して押し付ける。この運動量は、図４に示す接合工程の力／変位曲線において点Ｐ１で示され、この点までの変位ｘ1はパンチ１０の変位である。パンチ１０はパンチ行程からリベット３の長さＬを差し引いた距離に相当する変位をし、半中空パンチリベット３を被接合部品５上に配置する（図４の点Ｐ２参照）。この点は着接点と呼ばれ、変位ｘ2で示される。パンチ１０の押圧力がさらに高まると、半中空パンチリベット３は被接合部品５内へ押込まれ、ダイ２０の反力によって変形する。接合工程において予め設定されている最大力Ｆmax若しくは予め設定されているパンチの変位に達すると、半中空パンチリベット３は被接合部品５内へ押込まれる（図４の変位ｘ3上の点Ｐ３参照）。この工程中、パンチ１０とダイ２０とを押し合わせることにより、Ｃフレームはその弾性的物性及び構造のため湾曲する。点Ｐ３までの力／変位曲線は、図４において実線で示され、パンチ１０の前進と呼ばれる。点線で示されるパンチ１０の後退は、点Ｐ３からパンチ力ゼロまでである。このパンチ１０の後退は、パンチ１０がかける力を減少させることから始まり、Ｃフレーム３０の湾曲は元に戻る。後退の開始においてパンチ力を減少させる間、パンチ１０が、変位ｘ4上の点Ｐ４ににおいて、その前のパンチ１０の前進中の最大力Ｆmaxと比較して最小の力でリベットヘッド表面のみに接触する状態まで、パンチ１０の力は直線的に急落する。点Ｐ３と点Ｐ４との間の変位の差は、Ｃフレーム３０の湾曲によるものと言える。図４の点Ｐ４に達した後、パンチ１０及び押さえ装置つまり装着ヘッド１２は元の位置へ戻る。
【００２５】
このように上記工程は、取込まれた接合工程の力／変位データから読み取ることができる。品質特性である膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSのオンライン測定を行うためには、パンチ１０の底面と、ダイ２０、好ましくはダイパンチの頂面との間の最大距離ｘがわかっている必要がある。この変数ｘは接合装置の構造により定数として得られる。この最大距離ｘは手作業で測定することもできるが、パンチ１０をダイパンチ又はダイベースと接触するまで参照操作して得ることもできる。点Ｐ１における装着ヘッドの着接点ｘ1の位置、点Ｐ２における半中空パンチリベットの着接点ｘ2の位置、点Ｐ３における最大接合力Ｆmaxに達した時のパンチ変位ｘ3の位置、及び点Ｐ４におけるＣフレームを解放した後のリベットヘッド位置ｘ4は、例示的工程曲線つまり図４及び図５に示す力／変位曲線から読み取れるが、データ処理ユニットにおいて力／変位データから所定の数学的基準に基づいて自動的に求めることもできる。これらの位置を正確に取込むことができるように、トラベルセンサ５０を適切に校正する必要がある。
【００２６】
図５を参照して、点Ｐ１までの変位ｘ1は、点Ｐ１においてパンチ１０にかけた力が所定の閾値を越えることによって特定することができる。閾値を越えたということは、装着ヘッドつまり押さえ装置１２がダイ２０の方向の圧縮力を被接合部品５にかけているということを示している。この力が予め設定した値に達すると、点Ｐ１から点Ｐ３の間、所定の変位に渡って維持され、装着ヘッドつまり押さえ装置１２はこの力で被接合部品５に押し付けられる。
【００２７】
点Ｐ１から点Ｐ２へ移行する間、パンチ１０は半中空パンチリベット３を伴ってダイ２０の方向に移動し、点Ｐ２において半中空パンチリベット３が被接合部品５の上面に接触する。点Ｐ２におけるパンチ１０の被接合部品５への着接点ｘ2は、パンチを前進操作しても、取込まれたパンチ１０のとり得る変位に変化がないことを検出することによって、特定することができる。パンチの前進操作が１〜２０増分の間、変位が変化しないことが好ましい。好ましい変位センサ５０は、例えば測定範囲０〜１００ｍｍ、０〜１５０ｍｍ、若しくは０〜２００ｍｍを測定するものである。取込んだ変位に従って、センサは０〜１０Ｖの範囲の出力信号を発信する。解像度が１２ビットである場合には、この電圧範囲を４０９６の増分に細分することができる。これを１５０ｍｍの測定範囲に応用すると、１増分は０．０３６ｍｍの変位及び０．００２４Ｖの出力信号に相当する。別の方法において、解像度１６ビットのデジタル変位センサを使用する場合には、当該変位センサの測定範囲は６５５３６増分に細分することができる。従って測定範囲が１５０ｍｍの場合には、１増分は０．００２２９ｍｍの変位に相当する。
【００２８】
別の方法によれば、力／変位データの点Ｐ２における着接点ｘ2は、取込んだパンチ１０の力が装着ヘッドつまり押さえ装置１２の押さえ力を所定閾値だけ越えた時の変位として特定することができる。また、変位ｘ1を式ｘ1＝ｘ2−（パンチ行程＋Ｌ）（式中、Ｌは半中空パンチリベットの長さを示す）に従って数学的に求めることもできることがわかる。パンチ行程は、パンチ１０の底面と装着ヘッドつまり押さえ装置１２の底面との間の距離である。
【００２９】
点Ｐ３までの変位ｘ3は、パンチ１０の最大力Ｆmaxに到達したことによって特定することができる。この最大力Ｆmaxは、接合工程前に部品３，５に従って設定することができるものであり、機知の値である。
【００３０】
点Ｐ４までの変位ｘ4は、パンチ１０の後退中（図４及び図５の点線を参照）に以下のように（工程Ｄ）特定することができる。変位ｘ3上の点Ｐ３において、ほぼ直線状に移行する後退（図４及び図５に点線で示す曲線を参照）上に接線を形成し、力／変位曲線が接線から所定値だけ逸脱することによって変位ｘ4上に点Ｐ４が得られる。ここで、許容最大変位変化の閾値、つまり接線からの変位の逸脱は、下記式で定義することができる。接線の許容最大逸脱Δｘを越えると、点Ｐ４及び変位ｘ4が決まる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
また、曲線を描かなくても、力／変位データから点ｘ4を読み取ることができることもわかる。この場合、点Ｐ３から始まってパンチ１０が解放されるまでの後退中は、力／変位データが直線的に変化すると仮定することができる。力／変位データがこのように仮定した直線的変化から逸脱すると、この逸脱した点が変位ｘ4を決める。
【００３３】
さらに別の方法では、予備試験において、Ｃフレーム３０の剛性に関する基準変数ΔｘCを求めておく。この基準変数ΔｘCを用いると、ｘ4は式ｘ4＝ｘ3−ΔｘCに従ってｘ3とΔｘCとの差として求められる。ｘ3及びｘ4を力／変位曲線から決定すると、ΔｘCは式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って変位ｘ3とｘ4との差として算出することができる（工程Ｆ）。
【００３４】
力／変位データから求めた変数に基づいて、膨らみ寸法ｘST及びリベットヘッド端部位置ＫHSは以下の式に従って求めることができる（工程Ｅ）。膨らみ寸法ｘSTは、式ｘST＝ｘ−ｘ4に従って求めることができ、式中、ｘはパンチの底面とダイの頂面との間の最大距離であり、ｘ4は点Ｐ４においてＣフレーム３０を解放した後のリベットヘッドの位置である。
【００３５】
リベットヘッド端部位置ＫHSは、式ＫHS＝（ｘ1＋ΔｘS＋Ｌ）−ｘ4＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従って求めることができる。式中、ｘ1は点Ｐ１における装着ヘッド１２の被接合部品５への着接点を示し、式ｘ2＝ΔｘS＋ｘ1は、点Ｐ２における半中空パンチリベット３の被接合部品５への着接点を示し、Ｌは半中空パンチリベット３の長さを示し、ｘ4はＣフレーム３０を解放した後のリベットヘッドの位置を示し、ΔｘSは、点Ｐ１における装着ヘッドつまり押さえ装置１２の被接合部品５への着接から、点Ｐ２におけるリベット３の被接合部品５への着接までにパンチ１０がとった変位ΔｘSとして変数ｘ2とｘ1との差を示す。
【００３６】
上記の計算と同様に、フルパンチリベット接合において、品質特性であるパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVS及びエンボス深さｈdを、またクリンチングにおいて、基部厚さｔbを測定することができる。
【００３７】
フルパンチリベット４を接合するための構成要素を図７に概略的に示す。長さＬのフルパンチリベット４は、パンチ１０を用いて被接合部品５に接合される。接合の間、被接合部品５はダイ２０に対して押しつけられる。半中空パンチリベット３の接合の場合と同様に、力／変位データを取込み、接合工程中に評価する。半中空パンチリベット３の接合について説明したように（図４及び図５）、パンチ１０のフルパンチリベット４上への着接点までの変位ｘ2及び点Ｐ４におけるパンチ１０の解放後の変位ｘ4は、フルパンチリベット４による接合の力／変位データにおいて検出することができる。さらに、変位ｘ3の点Ｐ３は、最大接合力Ｆmaxに達した時の力／変位データ及び値ΔｘC＝ｘ3−ｘ4から求めることができる。リベットヘッド端部位置ＫVSは、式ＫVS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4＝ｘ2＋Ｌ−（ｘ3−ΔｘC）に従って計算することができる。エンボス深さｈdは、式ｈd＝ｔ−［ｘ−（ｘ2＋Ｌ）］に従って求めることができ、式中、ｔは接合領域における被接合部品５の合計厚さを示す（図７参照）。
【００３８】
クリンチングの場合、図９に概略的に示すように、パンチ１０は被接合部品５をダイ２０に対して押し付ける。この工程において、半中空パンチリベット３の接合の場合と同様に、力／変位データを取込み、評価する。既に上述したように、変数ｘ3、ｘ4、及びΔｘCは、この力／変位データにおいて特定することができる。パンチ１０の底面とダイ２０の頂面との間の最大距離ｘはわかっている。これに基づいて、被接合部品５間に形成されたクリンチ接合の特性を表すために、基部厚さｔbを式ｔb＝ｘ−ｘ4＝ｘ−（ｘ3−ΔｘC）に従って計算する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、パンチリベット接合を行うための装置の一実施態様の一部分解図である。
【図２】図２は、図１の一部の断面の概略図である。
【図３】図３は、半中空パンチリベットの接合中における変数であるリベットヘッド端部位置ＫHS及び膨らみ寸法ｘSTを示す図である。
【図４】図４は、パンチリベット接合工程中に記録された力／変位データ、並びに半中空パンチリベットの接合工程中の主要位置を示す力／変位図である。
【図５】図５は、力／変位図に記入したパンチリベット接合工程の力／変位データ、並びに形成されたパンチリベット接合部の品質測定のための様々な幾何学的変数が得られる曲線の特徴点を示す。
【図６】図６は、パンチリベット接合方法及びクリンチング方法の工程を示すフローチャートである。
【図７】図７は、フルパンチリベット接合を行うための装置の概略図である。
【図８】図８は、フルパンチリベット接合中の変数であるリベットヘッド端部位置ＫVS及びエンボス深さｈdを示す図である。
【図９】図９は、クリンチングを行うための装置の概略図である。
【図１０】図１０は、クリンチング中の変数である基部厚さｔbを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動パンチ（１０）及びダイ（２０）によるパンチリベット接合工程において、膨らみ寸法ｘST及び長さＬの半中空パンチリベット（３）のリベットヘッド端部位置ＫHSをオンライン測定する方法であって、該方法は、
ａ）パンチリベット接合工程中に可動パンチ（１０）がとった変位をトラベルセンサ（５０）によって取込む工程（Ａ）と、
ｂ）パンチリベット接合工程中に該変位に従って可動パンチ（１０）が半中空パンチリベット（３）にかけた力Ｆを取込む工程（Ｂ）と、
ｃ）取込んだ力／変位データから、パンチ（１０）による半中空パンチリベット（３）の被接合部品（５）への着接点ｘ2、及びパンチリベット接合工程後のパンチ（１０）の解放を特定する解放点ｘ4を求める工程（Ｄ）と、
ｄ）式ＫHS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫHSを計算し、式ｘST＝ｘ−ｘ4（式中、ｘはパンチ（１０）とダイ（２０）の対向面間の最大距離を示す）に従って膨らみ寸法ｘSTを計算する工程（Ｅ）と
を含む、パンチリベット接合工程において膨らみ寸法ｘST及び半中空パンチリベット（３）のリベットヘッド端部位置ＫHSをオンライン測定する方法。
【請求項２】
可動パンチ（１０）及びダイ（２０）によるパンチリベット接合工程において、エンボス深さｈd及び長さＬのフルパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVSをオンライン測定する方法であって、該方法は、
ａ）パンチリベット接合工程中に可動パンチ（１０）がとった変位をトラベルセンサ（５０）によって取込む工程（Ａ）と、
ｂ）パンチリベット接合工程中に該変位に従って可動パンチ（１０）がフルパンチリベットにかけた力Ｆを取込む工程（Ｂ）と、
ｃ）取込んだ力／変位データから、パンチ（１０）によるフルパンチリベットの被接合部品（５）への着接点ｘ2、及びパンチリベット接合工程後のパンチ（１０）の解放を特定する解放点ｘ4を求める工程（Ｄ）と、
ｄ）式ＫVS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫVSを計算し、式ｈd＝ｔ−［ｘ−（ｘ2＋Ｌ）］（式中、ｘはパンチ（１０）とダイ（２０）の対向面間の最大距離を示し、ｔは被接合部品（５）の厚さを示す）に従ってエンボス深さｈdを計算する工程（Ｅ）と
を含む、パンチリベット接合工程においてエンボス深さｈd及びフルパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVSをオンライン測定する方法。
【請求項３】
かけた力を力センサ（４０）によって取込む工程と、
力／変位データをデータ処理ユニット（６０）、特にコンピュータに保存する工程とをさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項４】
パンチを前進操作しても、取込まれた変位に変化がないこと、好ましくはパンチ前進操作中に１〜２０増分に渡って変化がないことを検出することによって、力／変位データにおいて着接点ｘ2を特定する工程、若しくは
取込んだ力が所定閾値、好ましくは装着ヘッドつまり押さえ装置（１２）の押さえ力を越えた時の変位として、力／変位データにおいて着接点ｘ2を特定する工程をさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項５】
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに達した時の変位として点ｘ3を特定する工程をさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項６】
パンチ（１０）とダイ（２０）との接続構造、好ましくはＣフレーム（３０）の可撓性を特定する、装置の剛性に関する基準変数ΔｘCを、式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って計算する工程（Ｆ）をさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項７】
取込んだ力／変位データを曲線として表示する工程（Ｃ）と、
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに到達した後、ほぼ直線的に移行する力／変位データ上に接線を設け、力／変位データが接線から所定値だけ外れることによって点ｘ4が得られるようにすることにより、点ｘ4を特定する工程（Ｄ）とをさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項８】
可動パンチ（１０）及びダイ（２０）によるクリンチ工程において、基部厚さｔbをオンライン測定する方法であって、該方法は、
ａ）クリンチ工程中に可動パンチ（１０）がとった変位をトラベルセンサ（５０）によって取込む工程（Ａ）と、
ｂ）クリンチ工程中に該変位に従って可動パンチ（１０）が被接合部品（５）にかけた力Ｆを取込む工程（Ｂ）と、
ｃ）取込んだ力／変位データから、クリンチ工程後のパンチ（１０）の解放を特定する解放点ｘ4を求める工程（Ｄ）と、
ｄ）式ｔb＝ｘ−ｘ4（式中、ｘはパンチ（１０）とダイ（２０）の対向面間の最大距離を示す）に従って基部厚さｔbを計算する工程（Ｅ）と
を含む、クリンチ工程において基部厚さｔbをオンライン測定する方法。
【請求項９】
かけた力を力センサ（４０）によって取込む工程と、
力／変位データをデータ処理ユニット（６０）、特にコンピュータに保存する工程とをさらに含む、請求項８に記載のオンライン測定方法。
【請求項１０】
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに達した時の変位として点ｘ3を特定する工程をさらに含む、請求項８に記載のオンライン測定方法。
【請求項１１】
パンチ（１０）とダイ（２０）との接続構造、好ましくはＣフレーム（３０）の可撓性を特定する、装置の剛性に関する基準変数ΔｘCを、式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って計算する工程（Ｆ）をさらに含む、請求項１０に記載のオンライン測定方法。
【請求項１２】
取込んだ力／変位データを曲線として表示する工程（Ｃ）と、
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに到達した後、ほぼ直線的に移行する力／変位データ上に接線を設け、力／変位データが接線から所定値だけ外れることによって点ｘ4が得られるようにすることにより、点ｘ4を特定する工程（Ｄ）と
をさらに含む、請求項８に記載のオンライン測定方法。
【請求項１】
可動パンチ（１０）及びダイ（２０）によるパンチリベット接合工程において、膨らみ寸法ｘST及び長さＬの半中空パンチリベット（３）のリベットヘッド端部位置ＫHSをオンライン測定する方法であって、該方法は、
ａ）パンチリベット接合工程中に可動パンチ（１０）がとった変位をトラベルセンサ（５０）によって取込む工程（Ａ）と、
ｂ）パンチリベット接合工程中に該変位に従って可動パンチ（１０）が半中空パンチリベット（３）にかけた力Ｆを取込む工程（Ｂ）と、
ｃ）取込んだ力／変位データから、パンチ（１０）による半中空パンチリベット（３）の被接合部品（５）への着接点ｘ2、及びパンチリベット接合工程後のパンチ（１０）の解放を特定する解放点ｘ4を求める工程（Ｄ）と、
ｄ）式ＫHS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫHSを計算し、式ｘST＝ｘ−ｘ4（式中、ｘはパンチ（１０）とダイ（２０）の対向面間の最大距離を示す）に従って膨らみ寸法ｘSTを計算する工程（Ｅ）と
を含む、パンチリベット接合工程において膨らみ寸法ｘST及び半中空パンチリベット（３）のリベットヘッド端部位置ＫHSをオンライン測定する方法。
【請求項２】
可動パンチ（１０）及びダイ（２０）によるパンチリベット接合工程において、エンボス深さｈd及び長さＬのフルパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVSをオンライン測定する方法であって、該方法は、
ａ）パンチリベット接合工程中に可動パンチ（１０）がとった変位をトラベルセンサ（５０）によって取込む工程（Ａ）と、
ｂ）パンチリベット接合工程中に該変位に従って可動パンチ（１０）がフルパンチリベットにかけた力Ｆを取込む工程（Ｂ）と、
ｃ）取込んだ力／変位データから、パンチ（１０）によるフルパンチリベットの被接合部品（５）への着接点ｘ2、及びパンチリベット接合工程後のパンチ（１０）の解放を特定する解放点ｘ4を求める工程（Ｄ）と、
ｄ）式ＫVS＝ｘ2＋Ｌ−ｘ4に従ってリベットヘッド端部位置ＫVSを計算し、式ｈd＝ｔ−［ｘ−（ｘ2＋Ｌ）］（式中、ｘはパンチ（１０）とダイ（２０）の対向面間の最大距離を示し、ｔは被接合部品（５）の厚さを示す）に従ってエンボス深さｈdを計算する工程（Ｅ）と
を含む、パンチリベット接合工程においてエンボス深さｈd及びフルパンチリベットのリベットヘッド端部位置ＫVSをオンライン測定する方法。
【請求項３】
かけた力を力センサ（４０）によって取込む工程と、
力／変位データをデータ処理ユニット（６０）、特にコンピュータに保存する工程とをさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項４】
パンチを前進操作しても、取込まれた変位に変化がないこと、好ましくはパンチ前進操作中に１〜２０増分に渡って変化がないことを検出することによって、力／変位データにおいて着接点ｘ2を特定する工程、若しくは
取込んだ力が所定閾値、好ましくは装着ヘッドつまり押さえ装置（１２）の押さえ力を越えた時の変位として、力／変位データにおいて着接点ｘ2を特定する工程をさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項５】
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに達した時の変位として点ｘ3を特定する工程をさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項６】
パンチ（１０）とダイ（２０）との接続構造、好ましくはＣフレーム（３０）の可撓性を特定する、装置の剛性に関する基準変数ΔｘCを、式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って計算する工程（Ｆ）をさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項７】
取込んだ力／変位データを曲線として表示する工程（Ｃ）と、
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに到達した後、ほぼ直線的に移行する力／変位データ上に接線を設け、力／変位データが接線から所定値だけ外れることによって点ｘ4が得られるようにすることにより、点ｘ4を特定する工程（Ｄ）とをさらに含む、請求項１又は２に記載のオンライン測定方法。
【請求項８】
可動パンチ（１０）及びダイ（２０）によるクリンチ工程において、基部厚さｔbをオンライン測定する方法であって、該方法は、
ａ）クリンチ工程中に可動パンチ（１０）がとった変位をトラベルセンサ（５０）によって取込む工程（Ａ）と、
ｂ）クリンチ工程中に該変位に従って可動パンチ（１０）が被接合部品（５）にかけた力Ｆを取込む工程（Ｂ）と、
ｃ）取込んだ力／変位データから、クリンチ工程後のパンチ（１０）の解放を特定する解放点ｘ4を求める工程（Ｄ）と、
ｄ）式ｔb＝ｘ−ｘ4（式中、ｘはパンチ（１０）とダイ（２０）の対向面間の最大距離を示す）に従って基部厚さｔbを計算する工程（Ｅ）と
を含む、クリンチ工程において基部厚さｔbをオンライン測定する方法。
【請求項９】
かけた力を力センサ（４０）によって取込む工程と、
力／変位データをデータ処理ユニット（６０）、特にコンピュータに保存する工程とをさらに含む、請求項８に記載のオンライン測定方法。
【請求項１０】
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに達した時の変位として点ｘ3を特定する工程をさらに含む、請求項８に記載のオンライン測定方法。
【請求項１１】
パンチ（１０）とダイ（２０）との接続構造、好ましくはＣフレーム（３０）の可撓性を特定する、装置の剛性に関する基準変数ΔｘCを、式ΔｘC＝ｘ3−ｘ4に従って計算する工程（Ｆ）をさらに含む、請求項１０に記載のオンライン測定方法。
【請求項１２】
取込んだ力／変位データを曲線として表示する工程（Ｃ）と、
パンチ（１０）の最大力Ｆmaxに到達した後、ほぼ直線的に移行する力／変位データ上に接線を設け、力／変位データが接線から所定値だけ外れることによって点ｘ4が得られるようにすることにより、点ｘ4を特定する工程（Ｄ）と
をさらに含む、請求項８に記載のオンライン測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１７３６８８（Ｐ２００８−１７３６８８Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７１８０（Ｐ２００８−７１８０）
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（５０５１５６３４１）ボルホフ・フェルビンダンクシュテヒニーク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテン・ハフツング (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１６日（２００８．１．１６）
【出願人】（５０５１５６３４１）ボルホフ・フェルビンダンクシュテヒニーク・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテン・ハフツング (19)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]