(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじに係合する先端を備えたビットと、このビットを所定のトルクおよび回転数で回転駆動する回転駆動源と、前記ビットを内包し前記ビットに対して相対移動可能なスクリューガイドと、前記スクリューガイドを前記ビットの先端側へ常時付勢するスクリューガイドばねと、前記スクリューガイドおよび前記スクリューガイドばねを支持するとともに前記ビットを回転自在に支持しこれらを軸方向へ一体に往復移動可能な往復移動手段と、この往復移動手段の駆動により下降する前記スクリューガイドがワークに当接し停止した後ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動していることを検出しビット相対移動信号を出力するビット相対移動検出手段と、前記往復移動手段および前記ビット相対移動検出手段を接続して成る制御装置とから構成した自動ねじ締め装置において、
前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドばねが所定量撓んだ後に前記ビット相対移動信号を出力するように構成され、
前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
ねじに係合する先端を備えたビットと、このビットを所定のトルクおよび回転数で回転駆動する回転駆動源と、前記ビットを内包し前記ビットに対して相対移動可能なスクリューガイドと、前記スクリューガイドを前記ビットの先端側へ常時付勢するスクリューガイドばねと、前記スクリューガイドおよび前記スクリューガイドばねを支持するとともに前記ビットを回転自在に支持しこれらを軸方向へ一体に往復移動可能な往復移動手段と、この往復移動手段の駆動により下降する前記スクリューガイドがワークに当接し停止した後ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動していることを検出しビット相対移動信号を出力するビット相対移動検出手段と、前記往復移動手段および前記ビット相対移動検出手段を接続して成る制御装置とから構成した自動ねじ締め装置において、
前記ビット相対移動検出手段は、前記ビット相対移動信号を前記ビットが締結したねじから離反する方向へ所定量移動した後に出力するよう構成され、
前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項３】
前記スクリューガイドは、その軸方向へ位置調整可能なドグを固定して成り、
前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドとともに軸方向へ移動する前記ドグを検出した直後または検出しなくなった直後に前記ビット相対移動信号を発するように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動ねじ締め装置。
【請求項４】
前記ビット相対移動検出手段は、光を発する投光部と、この光を受光する受光部と、この受光部の入光状態に基づき前記ビット相対移動信号を発する発信部とを備えて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の自動ねじ締め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面高さを基準にしてねじ浮きを判定できる安価な自動ねじ締め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な自動ねじ締め装置は、特許文献１に開示されているように、当該ねじと係合可能なビットに直結されエンコーダを備えて成るビット回転用サーボモータと、このビット回転用サーボモータを往復移動自在かつ前記ビットを回転自在に支持した昇降ユニットとを備えて成る。前記昇降ユニットは、エンコーダを備えたビット昇降用サーボモータと、これに連結され所定のリード角から成るボールねじ軸と、このボールねじ軸に係合し前記リードに沿って往復移動可能な可動ナットとから構成される。また、前記ビット回転用サーボモータおよび前記ビット昇降用サーボモータは、何れも予め複数のねじ締め条件が設定されている制御装置に接続されている。この制御装置は、前記ビット昇降用サーボモータのエンコーダから出力された信号および前記リード角に基づき前記ビットの移動位置を算出可能であり、ねじ締結直後の前記ビットの移動位置を確認するとともにこの移動位置と予め設定した基準位置とを比較してねじ浮き判定を行うように構成される。
【０００３】
さらに、前記制御装置は、前記ビット昇降用サーボモータが発揮するトルクを各ねじ締め行程毎に設定可能に構成されている。つまり、前述のビット昇降用サーボモータが発揮するトルクは、前記ビットの往復移動時の推進力（以下、推力という）に相当することから、特許文献１に開示の自動ねじ締め装置は、前記ビットに付加する推力を適切に設定できる。これにより、特許文献１に開示の自動ねじ締め装置は、前記ねじがワークの表面に着座するまでのねじ締め行程においては低いビット推力を出力する一方、前記ねじが着座してから所定の締付けトルクに達するまでのねじ締め行程においては高いビット推力を出力することができるため、ねじ締め中に発生する前記ビットのカムアウトを大幅に低減できる特徴がある。なお、前記ビット推力は、所定の締付けトルクに達したねじ締め完了直後にほぼ零となるように設定されている。
【０００４】
このように構成された特許文献１に開示の自動ねじ締め装置は、予め設定した前記基準位置に基づいてねじ浮き判定を行っているため、例えば個々のワークの寸法誤差が大きくねじ締結面であるワーク表面高さが毎回一定しない場合であれば、正しいねじ浮き判定が行えない問題があった。つまり、前記ワークの表面高さを基準にしたねじ浮き判定が行えないため、ねじ浮きが認められない場合であってもねじ浮きと誤判定する問題があった。
【０００５】
この問題を解決する自動ねじ締め装置は、特許文献２に開示されており、往復移動可能なエアシリンダと、このエアシリンダの可動部に回転自在に配したビットと、このビットを挿通自在に内包するスクリューガイドと、このスクリューガイドと前記可動部との間に介在するスクリューガイドばねと、前記可動部に固定された本体から突出した回転自在な出力軸を備えた相対変位検出用エンコーダと、前記出力軸に固定したピニオンギアと、前記ピニオンギアに係合するように配されたラックギアと、前記ラックギアおよび前記スクリューガイドを連結するホルダとから構成される。これにより、前記スクリューガイドの先端がワークの表面に当接することで前記スクリューガイドばねの撓みが生じ、前記ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動する。この時、前記ピニオンギアは、前記ラックギアに係合しながら回転するため、前記相対変位検出用エンコーダから前記ビットの相対移動距離が出力される。また、特許文献２の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動距離と予め設定した基準値とを比較してねじ浮き判定を行うよう構成されている。なお、ビットの相対移動距離は、前記ピニオンギアの回転角度に基づき算出されており、前記ピニオンギアの回転開始時点（スクリューガイドの先端がワーク表面に当接した直後）からねじ締め完了までに前記ビットが移動した距離となっている。よって、特許文献２に開示の自動ねじ締め装置は、前記ビットの相対移動距離を予め設定した基準値と比較してねじ浮き判定を行っているため、ワークの表面高さを基準にしたねじ浮き判定が行えるという特徴がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示の自動ねじ締め装置は、前記相対変位検出用エンコーダから出力される前記相対移動距離と比較する基準値が複数設定可能に構成されており、設定する前記基準値の数だけ設定スイッチ（図示せず）を少なくとも備えて成る。各設定スイッチは、１つの基準値に対応するようそれぞれ割り当てられており、これを押すことで前記基準値が切り替えられる。これにより、特許文献２に開示の自動ねじ締め装置は、当該ねじ締めポイントに対応する前記基準値をねじ締め直前に選定できるので、段差のあるワークであっても正しいねじ浮き判定が行える特徴もある。
【０００７】
これら上述した特許文献１および特許文献２を組み合わせた自動ねじ締め装置（以下、従来の自動ねじ締め装置という）は、適切なビット推力が設定可能であるとともに、ワークの表面高さを基準にしたねじ浮き判定が行えるため、より高精度なねじ締め作業を実現できる特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2003-181727号公報
【特許文献２】特開平08-257849号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の自動ねじ締め機は、前記比較対象値を切り替えるためには該当の設定スイッチを事前に押さなければならず、これにより段差を有するワークの連続的なねじ締めが行い難い問題があった。さらに、沢山の段差を有するワークであれば、前記設定スイッチを数多く設置しなければならず、該当する設定スイッチを見つけ出し難く作業性が悪いという問題もあった。
【００１０】
さらに、従来の自動ねじ締め装置は、上述したように前記スクリューガイド内に位置するビットがスクリューガイドに対して相対移動を始めてからねじ締め完了までに移動した距離をビットの相対移動距離としてねじ浮き判定を行っている。つまり、前記相対移動距離の測定は、前記スクリューガイドがワーク表面に当接した直後から開始されるため、前記ビットの相対移動距離はスクリューガイドの奥方に位置するビットがスクリューガイドの先端付近に位置するまでの長い距離を測定することなる。よって、従来の自動ねじ締め装置は、前記ビットの相対移動距離が長くなるのでその算出に大きな誤差を生じ易い問題もあった。
【００１１】
また、このように、前記ビットの相対移動距離の測定開始がスクリューガイドの先端とワーク表面との当接直後になる一方、測定終了がねじ締め完了時となるため、前記ワークに当接した状態のスクリューガイドの推力は、前記相対移動距離の測定開始時点では極めて小さいものの測定終了時点では大きくなる。つまり、前記スクリューガイドばねの撓み量が少ない相対移動距離の測定開始時において、前記スクリューガイドがワークに強く当接していないため、少しの振動などによりワークとの当接を解かれたり、スクリューガイドに係る部品同士の機械的な隙間などが埋まらない。したがって、従来の自動ねじ締め装置は、算出した前記相対移動距離の信頼性に欠ける問題もあった。
【００１２】
また、従来の自動ねじ締め装置は、前記ねじの長さが前記スクリューガイドの先端から突出しているような場合であると、ビット推力が設定されているねじ螺入中の前記ビット相対移動信号を受け取った時点からビット推力が零に設定されているねじ締め完了時点の２点間を移動するビットの距離が前記相対移動距離となる。よって、従来の自動ねじ締め装置は、異なるビット推力を発揮する２点間の距離に基づいて前記相対移動距離が算出されるため、例えば、弾性変形し易い柔らかい素材から成るワークであると前記ビット推力の違いによって算出される相対移動距離がバラつき易くなり、正確なねじ浮き判定が行い難い問題もあった。
【００１３】
また、従来の自動ねじ締め装置は、前記ビットと前記スクリューガイドとの相対変位を検出するために必須となる前記相対変位検出用エンコーダが高価なことや、前述と同様に必須部品である前記ピニオンギアおよび前記ラックギアの取り付け時に調整時間を要することから、その製造コストが高くなる問題もあった。さらに、従来の自動ねじ締め装置は、必須の構成部品である前記相対変位検出用エンコーダおよび前記ラックギアをねじ締め方向に対して直交する方向へ張り出すように配置しなければならず、その外観寸法が大きくなる問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじに係合する先端を備えたビットと、このビットを所定のトルクおよび回転数で回転駆動する回転駆動源と、前記ビットを内包し前記ビットに対して相対移動可能なスクリューガイドと、前記スクリューガイドを前記ビットの先端側へ常時付勢するスクリューガイドばねと、前記スクリューガイドおよび前記スクリューガイドばねを支持するとともに前記ビットを回転自在に支持しこれらを軸方向へ一体に往復移動可能な往復移動手段と、この往復移動手段の駆動により下降する前記スクリューガイドがワークに当接し停止した後ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動していることを検出しビット相対移動信号を出力するビット相対移動検出手段と、前記往復移動手段および前記ビット相対移動検出手段を接続して成る制御装置とから構成した自動ねじ締め装置において、前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドばねが所定量撓んだ後に前記ビット相対移動信号を出力するように構成され、前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする。また、ねじに係合する先端を備えたビットと、このビットを所定のトルクおよび回転数で回転駆動する回転駆動源と、前記ビットを内包し前記ビットに対して相対移動可能なスクリューガイドと、前記スクリューガイドを前記ビットの先端側へ常時付勢するスクリューガイドばねと、前記スクリューガイドおよび前記スクリューガイドばねを支持するとともに前記ビットを回転自在に支持しこれらを軸方向へ一体に往復移動可能な往復移動手段と、この往復移動手段の駆動により下降する前記スクリューガイドがワークに当接し停止した後ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動していることを検出しビット相対移動信号を出力するビット相対移動検出手段と、前記往復移動手段および前記ビット相対移動検出手段を接続して成る制御装置とから構成した自動ねじ締め装置において、前記ビット相対移動検出手段は、前記ビット相対移動信号を前記ビットが締結したねじから離反する方向へ所定量移動した後に出力するよう構成され、前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする。なお、前記スクリューガイドは、その軸方向へ位置調整可能なドグを固定して成り、前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドとともに軸方向へ移動する前記ドグを検出した直後または検出しなくなった直後に前記ビット相対移動信号を発するように構成することが好ましい。また、前記ビット相対移動検出手段は、光を発する投光部と、この光を受光する受光部と、この受光部の入光状態に基づき前記ビット相対移動信号を発する発信部とを備えて成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の自動ねじ締め装置は、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶するよう構成されているため、例えば、複数のねじ締めポイントが存在するワークのねじ締めにおいて、個々のねじ締めポイントの表面高さが異なる場合であっても、前記上下限範囲を事前に前記表面高さの差異に合わせて個別設定できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、段差を有するワークのねじ締めに対して従来のように前記設定スイッチを押して前記比較対象値の切り替えを行うような煩わしい作業が必要なく、複数のねじ締めポイントを連続的にねじ締めできる利点がある。
【００１６】
さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段が前記スクリューガイドばねが所定量撓んだ後に前記ビット相対移動信号を出力するように構成されているため、算出するビットの相対移動距離を従来よりも短い距離にできる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビットの相対移動距離の算出誤差を低減することができる利点もある。また、このように算出する前記ビットの相対移動距離が短くなることは、前記相対移動距離の測定開始のタイミングを従来よりも遅らせることになる。これにより、前記スクリューガイドばねの撓み量は、前記相対移動距離の測定開始時点において、従来よりも大きくなり、前記スクリューガイドの推力も高くなる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、前記スクリューガイドが少しの振動などではワークとの当接状態を解かれ難いため、算出する前記相対移動距離の精度が高くなる。このように、前記相対移動距離の測定開始時点において、前記スクリューガイドがワークにしっかりと当接しているため、前記スクリューガイドの摺動に係る部品の軸方向の隙間などによる機械的なガタを確実に低減できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、算出した前記相対移動距離の信頼性が従来に比べて高いという利点もある。
【００１７】
また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動信号を前記ビット相対移動検出手段から出力するタイミングをねじ締め完了後のねじから前記ビットが離反する方向へ所定量移動した後になるよう設定されている。つまり、前記ビットの相対移動距離の測定開始時点はねじ締め完了時点となる一方、測定終了時点は前記ビットが締結したねじから離反する方向へ所定量移動したビットの復帰動作中となる。また、この前記相対移動距離の測定開始時点における前記ビットの推力は従来と同様に零であり、測定終了時点におけるビットの推力もビットとねじとが係合していない復帰動作中であるので零となる。このように、前記ビットの相対移動距離の測定開始および測定終了時点のビット推力は、何れも零にできるため、算出する前記相対移動距離が前記ビット推力の影響を全く受けることがなく高精度なねじ浮き判定が行える利点もある。
【００１８】
さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、前記スクリューガイドに前記ドグが固定され、このドグの検出状態に基づき前記ビット相対移動信号を発するように構成されている。これにより、前記ドグおよびビット相対移動検出手段を何れも前記スクリューガイドの周辺にまとめて配置できるため、本発明の自動ねじ締め装置は、従来に比べてその外観寸法をコンパクトに設定できる利点もある。
【００１９】
また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段を光を発する投光部と、この光を受光する受光部と、この受光部の入光状態に基づき前記ビット相対移動信号を発する発信部とから構成している。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段を前記ドグが検出されることでＯＮあるいはＯＦＦの比較的単純な信号を発する光電センサにより構成することができるため、従来の相対変位検出用エンコーダに比べて安価に構成できる利点もある。しかも、前記相対移動距離を算出するために必要な前記ピニオンギアおよびラックギアの設置も不要であるため、製造コストを従来に比べて大幅に低減できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の自動ねじ締め装置に係る概略説明図である。
【図２】正常時におけるねじ締め完了時点のビットおよびドグの位置関係を示す一部切欠断面拡大図である。
【図３】図２の状態からビットが上方へ復帰し始めてビット相対移動信号が出力された時点のビットおよびドグの位置関係を示す一部切欠断面拡大図である。
【図４】異常時におけるねじ締め完了時点のビットおよびドグの位置関係を示す一部切欠断面拡大図である。
【図５】制御装置のねじ締め制御に係るフローチャートである。
【図６】制御装置のねじ締め制御に係るフローチャートである。
【図７】制御装置のねじ締め制御に係るフローチャートである。
【図８】制御装置のねじ締め制御に係るフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。本発明の自動ねじ締め装置は、ねじＮに係合し回転自在なビット１を備えてなるねじ締めツールユニット１０と、このねじ締めツールユニット１０を支持しこれを軸方向へ往復移動可能な往復移動手段２０と、前記ねじ締めツール１０および前記往復移動手段２０を接続して成りこれらを制御する制御装置３０とから構成される。
【００２２】
まず、前記ねじ締めツールユニット１０は、前記ビット１に連結され回転駆動する回転駆動源の一例であるビット回転モータ２と、前記ビット１を内包するように配されこのビット１の延びる方向へ摺動自在なスクリューガイド３と、このスクリューガイド３を前記ビット１の先端側へ常時付勢するスクリューガイドばね４とを備えて成る。
【００２３】
前記ビット１は、その先端が前記ねじＮの駆動穴に係合するよう形成され、他端が前記ビット回転モータ２の出力軸２ａに固定されている。よって、前記ねじＮに係合したビット１は、ビット回転モータ２の駆動によって回転し、前記ねじＮと一体に回転することができる。
【００２４】
前記ビット回転モータ２は、ＡＣサーボモータであり、この出力軸２ａの駆動が後述する制御装置３０によって制御され、前記出力軸２ａの回転量および負荷電流を前記制御装置３０へ出力可能に構成されている。よって、前記ビット回転モータ２は、前記制御装置３０に予め設定されている締付けトルクに達するまで回転するので、前記ねじＮは前記締付けトルクでワークＷに締結される。
【００２５】
前記スクリューガイド３は、前記ビット１を内包するとともに、前記ねじＮの頭部を内包可能に構成されている。また、このスクリューガイド３には、図示しないエア吸引手段が接続されており、前記スクリューガイド３の外周には、後述するビット相対移動検出手段に検出されるドグ５が固定されている。また、前記スクリューガイド３は、その内周と前記ビット１の外周との隙間に連通するようにエア吸引手段（図示せず）を接続して成り、このエア吸引手段は、前記制御装置３０の指令によって作動するよう構成される。したがって、前記スクリューガイド３の先端からエアが吸引されるため、所謂ねじＮがスクリューガイド３の内部に吸引保持される。
【００２６】
前記ドグ５は、断面Ｌ字の板であり、曲げ加工が施されている。また、このドグ５は、前記スクリューガイド３の外周と接する箇所に長穴（図示せず）を備えており、前記スクリューガイド３の軸方向へ微調整できるように構成されている。また、このドグ５は、前記軸方向へ延びており、この全長は後述するビット相対移動検出手段に検出された後も前記ドグ５が軸方向へ引き続き移動しても検出され続ける長さに寸法設定されている。
【００２７】
次に、前記往復移動手段２０は、前記ねじ締めツールユニット１０をねじＮの螺入方向に往復移動自在に構成されている。具体的には、回転駆動源の一例であるビット昇降モータ２２と、このビット昇降モータ２２の出力軸２２ａに固定されこの出力軸２２ａと一体に回転するボールねじ軸２３と、このボールねじ軸２３に係合しボールねじ軸２３の延びる方向に往復移動自在な可動ナット２４と、この可動ナット２４を回転自在に支持するとともに可動ナット２４と一体になって往復移動するブラケット２５とを備えて成る。
【００２８】
前記ボールねじ軸２３は、所定のリード角が設定された螺旋溝２３ａを有しており、この螺旋溝２３ａに前記可動ナット２４が係合している。つまり、前記ボールねじ軸２３が回転することで、前記可動ナット２４は回転しながら前記螺旋溝２３ａに沿って移動する。
【００２９】
前記ビット昇降モータ２２は、ＡＣサーボモータであり、この出力軸２２ａの駆動が後述する制御装置３０によって制御され、前記出力軸２２ａの回転量および負荷電流を前記制御装置３０へ出力可能に構成されている。よって、前記ビット昇降モータ２２は、前記制御装置３０に予め設定されている設定トルクを発揮するよう回転するため、この回転により軸方向へ移動する前記可動ナット２４は、前記設定トルクおよび前記リード角に応じた推力を発揮して移動することができる。
【００３０】
前記ブラケット２５は、前記可動ナット２４を回転自在に支持し、前記ボールねじ軸２３と平行に配された回り止めシャフト２６に挿通され摺動自在に構成されている。よって、このブラケット２５は、前記回り止めシャフト２６によって回転することなく、前記可動ナット２４の回転に伴って前記可動ナット２４と一体に往復移動するように構成される。さらに、前記ブラケット２５は、前記可動ナット２４に並ぶように配した前記ビット回転モータ２が固定されており、前記ビット１を回転自在に支持している。よって前記ビット１は、前記ブラケット２５とともに往復移動可能に構成されている。
【００３１】
また、前記ブラケット２５には、前記スクリューガイドばね４を所定量撓ませた状態で内包するとともに前記スクリューガイド３を下方へ突出させ摺動自在に支持するスクリューガイドホルダ６が取り付けられている。これにより、前記スクリューガイド３は、下降当初は前記ビット１とともに下降するものの、ワークＷの表面に当接後は前記スクリューガイドばね４が圧縮方向へ撓むため、前記スクリューガイド３に対して前記ビット１が相対移動する。
【００３２】
前記スクリューガイドホルダ６には、前記ドグ５を検出することで信号を発するビット相対移動検出手段が固定されており、前記ビット相対移動検出手段は、光４１ａを発する投光部４１と、投光部４１からの光４１ａを受光する受光部４２と、この受光部４２が前記光４１ａを受けている状態から遮られた瞬間および前記光４１ａを遮られていた状態から入光した瞬間に信号を発する発信部４３とを備えて成る光電センサ４０である。つまり、前記光電センサ４０は、前記光４１ａの受光状態が切り替わった瞬間に信号を発するように構成されており、前記発信部４３が後述する制御装置３０に接続されている。なお、上述した発信部４３から出力される信号を以下の説明において、ビット相対移動信号と表現し、この信号の使い分けについては後述する。また、前記ドグ４０が前記光電センサ４０に検出される範囲は、ねじＮがワークＷに着座する直前からねじ締め完了した後も前記ビット１の先端がワークＷに干渉する方向に幾らか移動しても検出され続けるように設定されている。つまり、前記ドグ５は、少なくとも前記光電センサ４０に検出されてからねじ締め完了時点までの間は前記光４１ａを遮り続ける全長に設定されている。
【００３３】
前記制御装置３０は、前記ビット昇降モータ２２および前記ビット回転モータ２をそれぞれ回転駆動するための駆動条件と、後述する演算部３１により演算した数値とを少なくとも記憶する記憶部３２を備えて成る。なお、前記駆動条件は、前記ビット昇降モータ２２および前記回転モータ２の駆動時に前記出力軸（２２ａ，２ａ）を個別に駆動するための条件であり、具体的には、それぞれのモータ（２２，２）の前記出力軸（２２ａ，２ａ）の回転数あるいは回転トルクなどの設定値に相当する。また、前記記憶部３２は、前記駆動条件および後述するねじ浮きの判定基準となる上下限範囲を予め該当するねじ締めポイント毎に記憶しており、前記制御装置３０は、ねじ締め開始前に該当のねじ締めポイント毎の前記駆動条件および前記上下限範囲を読み込み自動設定される。また、前記上下限範囲は、使用するねじＮの首下長さやワークＷの表面高さに基づき各ねじ締めポイント毎に予め設定されている。
【００３４】
また、前記制御装置３０は、前述の出力軸（２２ａ，２ａ）の回転数あるいは回転トルクが実際に出力したものと一致するように制御するフィードバック制御を行っており、出力軸（２２ａ，２ａ）の実際の回転状態を把握するように構成される。また、前記モータ（２２，２）の実際の回転数は、これらモータ（２２，２）から常時発せられている回転パルスから演算されており、この演算は、前記制御装置３０の演算部３１によって行われている。よって、前記制御装置３０は、前記記憶部３２と前記演算部３１とを備えている。さらに、前記演算部３１は、軸方向に移動するビット１の移動位置を予め設定された前記ボールねじ軸２３のリード角と前記ビット昇降モータ２２の実際の前記回転数とに基づき演算するように構成されており、都度前記ビット１の移動位置を演算することができる。
【００３５】
また、前記演算部３１は、前記光電センサ４０の前記ビット相対移動信号を受信可能に構成されており、この受信時点のビット１の移動位置および前記ねじＮが所定の締付けトルクで締結されたねじ締め完了時点のビット１の移動位置をそれぞれ算出するように構成されている。また、これら算出した移動位置は、算出された時点で都度前記記憶部３２に保存され、これら２つの移動位置が記憶されると、前記演算部３１は、これら２つの移動位置の差を前記ビット１の相対移動距離として演算する。この相対移動距離を演算すると前記演算部３１は、前記記憶部３２に記憶した前記上下限範囲と前記相対移動距離とを比較し、前記相対移動距離が前記上下限範囲に収まっていなければねじ浮きであると判定するように構成される。
【００３６】
さらに、前記制御装置３０は、図５ないし図８に示す制御フローに基づき動作するよう構成されており、図５および図６の制御フローと図７および図８の制御フローとの２つのモード分けがなされている。つまり、どちらか一方の制御フローが予め選択され、選択された制御フローに基づきねじ締めが行われる。
【００３７】
まず、図５および図６の制御フローは、
Ｓ０１：エア吸引手段にエア吸引開始信号を送る。
Ｓ０２：ビット回転モータ２に正転開始信号を送る。（ビット１の正転開始）
Ｓ０３：ビット昇降モータ２２に正転開始信号を送る。（ビット１の下降開始）
Ｓ０４：ビット回転モータ２の負荷電流が予め設定の締付けトルクに相当する値に達するのを待つ。
Ｓ０５：光電センサ４０の受光部４２に光４１ａが入光していないか確認し、入光していればＳ１７へジャンプする。
Ｓ０６：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ０７：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ０８：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ０９：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ａを記憶する。
Ｓ１０：ビット昇降モータ２２に逆転開始信号を送る。（ビット１の上昇開始）
Ｓ１１：光電センサ４０の受光部４２に光４１ａが入光するのを待つ。
Ｓ１２：ビット相対移動信号のフラグを立てる。
Ｓ１３：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ｂを記憶する。
Ｓ１４：相対移動距離Ｃ（＝移動位置Ａ−移動位置Ｂ）を算出する。
Ｓ１５：相対移動距離Ｃが予め設定した上下限範囲内に収まっているか確認し、収まっていなければＳ１７にジャンプする。
Ｓ１６：ねじ締め正常信号を外部へ出力し、Ｓ２３へジャンプする。
Ｓ１７：ねじ締め異常信号を外部へ出力し、Ｓ２３へジャンプする。
Ｓ１８：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ１９：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ２０：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ２１：ねじ締め異常信号を外部へ出力する。
Ｓ２２：ビット昇降モータ２２に逆転開始信号を送る。（ビット１の上昇開始）
Ｓ２３：ビットの移動位置がスタート時の位置に到達するのを待つ。
Ｓ２４：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ２５：エンド
となる。
【００３８】
このＳ０１ないしＳ２５の制御フローは、ねじＮを所定のトルクで締結した直後のビット１の移動位置Ａと、この位置からねじ締め開始時の位置へ復帰する途中のビット１の移動位置Ｂとの差である相対移動距離Ｃを算出して、この相対移動距離Ｃと前記上下限範囲とを比較してねじ浮きの判定を行うモードになる。つまり、本モードにおいて、前記制御装置３０は、前記光４１ａの遮光状態から入光状態へ切替わった瞬間に出力される前記ビット相対移動信号を受け取り前記移動位置Ｂを求めてねじ浮き判定を行う。また、本モードでねじ浮き判定を行う場合、前記ドグ５は、正常なねじ締めを完了した時点で前記光電センサ４０の前記光４１ａを遮り、ここから復帰する前記ビット１が係合していたねじＮから所定量移動するまでは少なくとも遮光状態を保つよう取り付けられている。つまり、前記ドグ５の全長は、このような条件を満たすように予め寸法設定されている。
【００３９】
次に、図７および図８の制御フローは、
Ｓ３１：エア吸引手段にエア吸引開始信号を送る。
Ｓ３２：ビット回転モータ２に正転開始信号を送る。（ビット１の正転開始）
Ｓ３３：ビット昇降モータ２２に正転開始信号を送る。（ビット１の下降開始）
Ｓ３４：光電センサ４０の受光部４２に光４１ａが入光しているか確認し、入光していなければＳ４０へジャンプする。
Ｓ３５：ビット回転モータ２の負荷電流が予め設定の締付けトルクに相当する値に達しているか確認し、達していなければＳ３４へジャンプする。
Ｓ３６：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ３７：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ３８：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ３９：ねじ締め異常信号を外部へ出力し、Ｓ５１へジャンプする。
Ｓ４０：ビット相対移動信号のフラグを立てる。
Ｓ４１：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ｂ’を記憶する。
Ｓ４２：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ４３：ビット回転モータ２の負荷電流が予め設定の締付けトルクに相当する値に達するのを待つ。
Ｓ４４：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ４５：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ４６：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ａを記憶する。
Ｓ４７：相対移動距離Ｃ（＝移動位置Ｂ’−移動位置Ａ）を算出する。
Ｓ４８：相対移動距離Ｃが予め設定した上下限範囲内に収まっているか確認し、収まっていなければＳ５０にジャンプする。
Ｓ４９：ねじ締め正常信号を外部へ出力し、Ｓ５１へジャンプする。
Ｓ５０：ねじ締め異常信号を外部へ出力する。
Ｓ５１：ビット昇降モータ２２に逆転開始信号を送る。（ビット１の上昇開始）
Ｓ５２：ビットの移動位置がスタート時の位置に到達するのを待つ。
Ｓ５３：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ５４：エンド
となる。
【００４０】
このＳ３１ないしＳ５４の制御フローは、ねじＮの頭部着座前である下降途中のビット１の移動位置Ｂ’と、ねじＮを所定のトルクで締結した直後のビット１の移動位置Ａとの差である相対移動距離Ｃを算出して、この相対移動距離Ｃと前記上下限範囲とを比較してねじ浮きの判定を行うモードになる。つまり、本モードにおいて、前記制御装置３０は、前記光４１ａの入光状態から遮光状態へ切替わった瞬間に出力される前記ビット相対移動信号を受け取り前記移動位置Ｂ’を求めてねじ浮き判定を行う。また、本モードでねじ浮き判定を行う場合、前記ドグ５は、前記スクリューガイドばね４が所定量撓んだ時点で前記光電センサ４０の前記光４１ａを遮り、ここから前記ねじＮが所定のトルクで締結されるまでは少なくとも遮光状態を保つように取り付けられている。つまり、前記ドグ５の全長は、このような条件を満足するように予め寸法設定されている。
【００４１】
本発明の自動ねじ締め装置の作用について、まずは、上述したＳ０１ないしＳ２５のモードによる作用を図１ないし図６を用いて説明する。
【００４２】
前記スクリューガイド３の先端側に供給された前記ねじＮは、前記エア吸引手段の作動により図１に示すように前記スクリューガイド３の内部に吸引保持される。（Ｓ０１）また、これと同時に前記制御装置３０は、前記ビット回転モータ２を所定の回転数および締付けトルクで回転駆動するとともに、前記ビット昇降モータ２２を所定の回転数および回転トルクで回転駆動する。（Ｓ０２，Ｓ０３）これにより、前記ビット１は、所定の速度および推力を発揮して下降しつつ回転する一方、前記スクリューガイド３は、回転することなく前記ビット１とともに下降する。
【００４３】
やがて、前記スクリューガイド３は、その先端がワークＷの表面に当接するとこの位置で停止する一方、前記ビット１はスクリューガイド３の先端側へ下降する。これにより、前記スクリューガイドばね４が圧縮方向へ撓み、吸引保持されていた前記ねじＮが回転しつつ下降するビット１によってワークＷへ螺入される。
【００４４】
また、図２に示すように、前記ねじＮがワークＷの表面に着座し、前記締付けトルクまで締付けられると、前記制御装置３０は、前記光電センサ４０からの前記ビット相対移動信号がないか確認する。（Ｓ０５）ここで、前記受光部４２に前記光４１ａが入光していなければ、前記エア吸引手段、前記ビット回転モータ２、前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止する。（Ｓ０６，Ｓ０７，Ｓ０８）これにより、ねじＮの締付けが完了し、前記制御装置３０は、このねじ締め完了時点のビット１の移動位置Ａを前記ビット昇降モータ２２の回転数および前記リード角に基づき算出して記憶する。（Ｓ０９）なお、この時、前記光４１ａは図２に示すように前記ドグ５によって遮られている。
【００４５】
次に、前記ねじ締めツールユニット１０を当初のワーク上空へ復帰させるため、前記ビット昇降モータ２２が回転駆動しビット１を上昇させる。（Ｓ１０）これにより、ビット１は、前記ねじＮとの係合が解かれるものの、前記スクリューガイド３は、図３に示すように撓んだ前記スクリューガイドばね４によってワークＷの表面に当接した状態を保っている。つまり、前記スクリューガイド３に固定された前記ドグ５は、ビット１とともに上昇することなく暫くはその場に留まっている。一方、前記光電センサ４０は、前記ビット１とともに上昇しこれが所定の位置まで上昇すると、前記ドグ５により遮られていた前記光４１ａが前記受光部４２に入光する。（Ｓ１１）この入光により前記発信部４３から前記制御装置３０へ前記ビット相対移動信号が送られ、前記制御装置３０は、ビット相対移動信号のフラグを立てる。（Ｓ１２）前記制御装置３０は、ビット相対移動信号を受け取った時点のビット１の移動位置Ｂを前記ビット昇降モータ２２の回転数および前記リード角に基づき算出し記憶する。（Ｓ１３）
【００４６】
前記制御装置３０は、前記ビット１がねじ締め開始前の移動位置に達するまで引き続き前記ビット昇降モータ２２を回転駆動しつつ、前記ねじ締め完了時点のビット１の移動位置Ａと、前記ビット相対移動信号を受け取った時点のビット１の移動位置Ｂとの差を演算する。（Ｓ１４）また、この演算により導き出された値を前記相対移動距離Ｃとして記憶するとともに、この相対移動距離Ｃが各ねじ締めポイント毎に予め設定した上下限範囲に収まっているか否かを判断する。（Ｓ１５）この判断の結果、前記上下限範囲に収まっていればねじ締め正常と判定する一方、収まっていなければねじ締め異常と判断する。また、前記上下限範囲は、上述したように該当するねじ締めポイントに対応するようねじ締め前に自動的に切り替わるため、同一ワーク内で段差があるねじ締めであっても、従来のように前記上下限範囲を都度ねじ締め直前に前記設定スイッチを押すなどして切り替える必要がない。
【００４７】
続いて、前記制御装置３０は、ビット１がねじ締め開始前の移動位置に到達しているかを確認し、到達したことを確認すれば前記ビット昇降モータ２２を回転停止させねじ締め作業を終了する。（Ｓ２３ないしＳ２５）
【００４８】
一方、Ｓ０５において、前記受光部４２に前記光４１ａが入光し前記光電センサ４０から前記ビット相対移動信号が発せられている場合は、前記エア吸引手段、前記ビット回転モータ２、前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止する。（Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２０）つまり、この時点ではＳ０４にて既に所定の締付けトルクが出力されているにも関わらず、前記ドグ５が前記光４１ａを遮っていない状態であるので、図４に示すようなねじ浮き状態となっている。したがって、前記制御装置３０は、ねじ締め異常信号を出力し、（Ｓ２１）ビット１をねじ締め前の位置まで上昇させるよう指令する。
【００４９】
次に、上述したＳ３１ないしＳ５４のモードによる本発明の自動ねじ締め装置の作用を図１、図２、図４および図７、図８を用いて説明する。
【００５０】
前記スクリューガイド３の先端側に供給された前記ねじＮは、前記エア吸引手段の作動により図１に示すように前記スクリューガイド３の内部に吸引保持される。（Ｓ３１）また、これと同時に前記制御装置３０は、前記ビット回転モータ２を所定の回転数および締付けトルクで回転駆動するとともに、前記ビット昇降モータ２２を所定の回転数および回転トルクで回転駆動する。（Ｓ３２，Ｓ３３）これにより、前記ビット１は、所定の速度および推力を発揮して下降しつつ回転する一方、前記スクリューガイド３は、回転することなく前記ビット１とともに下降する。
【００５１】
前記スクリューガイド３は、その先端がワークＷの表面に当接するとその位置で停止し、回転する前記ビット１がスクリューガイド３の先端側へ移動する。これにより、前記スクリューガイドばね４が圧縮方向へ徐々に撓み、吸引保持されていた前記ねじＮがワークＷへ螺入される。このように、下降していた前記スクリューガイド３がワークＷの表面に当接することで停止するものの、前記ビット１は、図２に示すように前記スクリューガイドばね４の撓みにより前記スクリューガイド３に対して相対移動を始める。つまり、前記スクリューガイドホルダ６とともに下降する前記光電センサ４０は、前記スクリューガイド３とともに下降停止したドグ５へ接近することになる。
【００５２】
前記制御装置３０は、前記受光部４２に前記光４１ａが入光しているか確認し、（Ｓ３４）入光していれば前記ビット回転モータ２の負荷電流が前記締付けトルク相当の値に到達しているか確認する。ここで、前記締付けトルク相当の値に達していなければ再びＳ３４の処理を行う。
【００５３】
前記ビット回転モータ２の負荷電流が前記締付けトルク相当の値に到達していれば、（Ｓ３５）前記エア吸引手段、前記ビット回転モータ２、前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止し、ねじ締め異常信号を外部へ出力する。これは、Ｓ３４で入光を確認しているため、前記ドグ５は、前記光４１ａを遮っていないことになる。つまり、図４に示す状態となっており、しかも、この時Ｓ３５で締付けトルクに達しているため、ねじＮをこれ以上ワークＷへ螺入できないことになる。よって、ねじ締め異常信号を出力している。これは、ワークＷに形成されているめねじの加工不良などによりその頭部がワークＷの表面と密着する前に所定の締付けトルクに到達することがあり、このようなねじ浮きの判定を行いねじ締め異常を判定できる。
【００５４】
一方、Ｓ３４において、前記光４１ａの入光が無ければ、ねじＮが限りなくワークＷの表面に接近していることになる。また、前記光４１ａの入光が無い場合、前記光電センサ４０は、ビット相対移動信号を前記制御装置３０へ発し、ビット相対移動信号のフラグが立てられる。（Ｓ４０）
【００５５】
続いて、前記制御装置３０は、前記ビット相対移動信号を受け取ると同時にこの受け取った時点のビット１の移動位置Ｂ’を前記ビット昇降モータ２２の回転数およびボールねじ軸３４のリード角に基づき算出する。（Ｓ４１）この時、前記ねじＮは、ワークＷの表面に限りなく接近しているため、ねじＮの軸部は、ワークＷのめねじに係合している。よって、この段階では、エアを吸引する必要が無いため、前記制御装置３０は、エア吸引手段の駆動を停止する。（Ｓ４２）
【００５６】
また、前記制御装置３０は、前記ビット回転モータ２の負荷電流が前記締付けトルク相当の値に到達しているか確認し、到達していれば前記ビット回転モータ２および前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止する。（Ｓ４４，Ｓ４５）これにより、ねじＮの締付けが完了し、前記制御装置３０は、このねじ締め完了時点のビット１の移動位置Ａを前記ビット昇降モータ２２の回転数および前記リード角に基づき算出して記憶する。（Ｓ４６）なお、この締付けが完了した時点が図２に示す状態である。
【００５７】
ねじ締めが完了すると、前記制御装置３０は、記憶した前記移動位置Ｂ’と前記移動位置Ａとの差を算出し、この算出した差である相対移動距離Ｃが予め設定されている上下限範囲にあるか判定する。（Ｓ４７，Ｓ４８）この判定により、前記相対移動距離Ｃが上下限範囲内に収まっていればねじ締め正常信号を外部へ出力する一方、収まっていなければねじ締め異常信号を外部へ出力する。
【００５８】
また、前記ビット１をねじ締め開始前の位置まで上昇させるため、前記ビット昇降モータ２２を逆転駆動しねじ締め作業を終える。
【００５９】
したがって、本発明の自動ねじ締め装置は、上述のように前記ドグを検出するビット相対移動検出手段が軸方向へ移動する当該ドグの移動路上に配置されているため、前記ドグおよびビット相対移動検出手段が何れも前記スクリューガイドの周辺にまとめて配置できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、従来に比べてその外観寸法を大幅に小さく構成できる利点がある。また、本発明の自動ねじ締め装置は、算出するビットの移動位置の差が極めて短いため、上述したスクリューガイドの推力による影響も小さくなる利点もある。よって、従来に比べて高精度なねじ浮き判定が行える。さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段がねじ締め完了後に復帰する前記ドグの検出をしなくなった時点において前記ビット相対移動信号を出力するように構成されている。これにより、上述した前記ビットの移動位置の差は、ビット推力が零に設定されているねじ締め完了時点から前記ビットが復帰する途中の前記ビット相対移動信号を受け取った時点までの区間のビットの移動位置から算出されることから、ビットの推力の影響を受けない。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、従来に比べてより高精度なねじ浮き判定が行える利点もある。また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段を前記ドグの検出に応じてＯＮあるいはＯＦＦの比較的単純な前記ビット相対移動信号を発するもので構成できるため、従来の相対変位検出用エンコーダ、ピニオンギア、ラックギアの設置も不要となる。よって、製造コストを大幅に低減できる利点もある。さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、上述の通り前記上下限範囲をねじ締め開始時に自動設定するため、従来のようにねじ締め直前に該当する設定スイッチを押し前記上下限範囲を切り替える作業が不要になる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、段差のあるワークのねじ締め作業を効率よく行える利点もある。
【００６０】
なお、本実施例において、前記ビット相対移動検出手段は、前記ビット相対移動信号を前記受光部４２の入光状態に基づき発する光電センサ４０としているが、これに限定されるものではない。例えば、磁化させたドグの磁気を検出すると前記ビット相対移動信号を発する磁気センサ（図示せず）や、ドグに接触するスイッチを有し強く接触することで前記ビット相対移動信号を発するリミットスイッチ（図示せず）などに置き換えてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１    ビット
２    ビット回転モータ
３    スクリューガイド
４    スクリューガイドばね
５    ドグ
１０    ねじ締めツールユニット
２０    往復移動手段
２２    ビット昇降モータ
２３    ボールねじ軸
２４    可動ナット
２５    ブラケット
３０    制御装置
３１    演算部
３２    記憶部
４０    光電センサ
４１    投光部
４１ａ  光
４２    受光部
４３    発信部
Ｎ    ねじ
Ｗ    ワーク
【要約】      （修正有）【課題】ワークの表面高さを基準にねじ浮きを判定する自動ねじ締め装置を提供する。【解決手段】ねじNに係合可能なビット1を所定トルクで回転駆動するねじ締めツールユニット10を、ねじNの螺入方向へ移動自在かつビット1の位置情報を出力可能な往復移動手段20と、往復移動手段20を駆動制御する制御装置30とを備え、ねじ締めツールユニット10は、ビット1を内包し摺動自在のスクリューガイド3と、スクリューガイド3を常時ビット1の先端側へ付勢するスクリューガイドばね4と、ビット1がスクリューガイド3に対しての相対移動を検出しビット相対移動信号を出力する光電センサ40とを備える。また、制御装置30は、ねじ締め完了時点およびビット相対移動信号を受け取った時点のビット1の移動位置の差を予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮きを判定し、上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備える。【選択図】図２【図１】
0005824559.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005824559.tif 000007
【図７】
0005824559.tif 000008
【図８】
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