(57)【要約】【課題】ねじ込み位置毎に堅さの異なるワークに対しても確実なねじ締めを行うことができる自動ねじ締め機の提供。【解決手段】本発明は、ねじにねじ締めビット３を係合させ、このねじ締めビット３を電動ドライバ２の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込む。そして、ねじのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクをトルクセンサ２４の信号から検出し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する。その後は、前記トルクセンサ２４によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでトルク管理によりねじを締め付ける。【選択図】図１
2004306161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじに係合可能なねじ締めビットと、このねじ締めビットを回転駆動可能な回転駆動手段と、これらねじ締めビットおよび回転駆動源をねじ締めビットの軸線方向に往復移動させる往復移動手段とを備えた自動ねじ締め機において、
ねじのねじ込み高さを検出可能な高さ検出手段と
ねじのワークへのねじ込みに伴って発生する負荷トルクを検出可能なトルク検出手段と、
ねじのねじ込み開始から前記高さ検出手段によりねじが所定高さにねじ込まれたことが検出されるまでの間、前記トルク検出手段の信号から負荷トルクを取得し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する制御手段と
を備えていることを特徴とする自動ねじ締め機。
【請求項２】
ねじにねじ締めビットを係合させ、このねじ締めビットを回転駆動手段の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込むねじ締め方法において、
ねじのワークへのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクをトルク検出手段によって検出し、この検出された負荷トルクに基づいて最終的にねじを締め付ける目標締付トルクを決定し、前記トルク検出手段によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでねじを締め付けることを特徴とするねじ締め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークにねじを締め付ける自動ねじ締め機およびねじ締め方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動ねじ締め機の一つとして、特許文献のねじ締め装置が知られている。このねじ締め装置は、ねじの頭部に形成された駆動穴に係合可能なねじ締めビットを有し、このねじ締めビットをビット駆動軸を介して電動ドライバに連結する構造である。このねじ締め装置でワークにねじを締め付ける場合、ねじの駆動穴にねじ締めビットを係合させた状態で電動ドライバを駆動する。これにより、ねじ締めビットからねじに回転力が伝達され、ねじはワークの所定のねじ穴に締め付けられる。このねじの締め付けにおいては、ねじのねじ込みに伴ってねじ締めビットに作用する負荷トルクが予め設定しておいた最終的な目標締付トルクに達するか否かで、ねじが正常に締め付けられたか否かが判定されている。このねじの締付トルクは、電動ドライバの負荷電流値、トルクセンサの信号値等から得られるのが一般的である。
【０００３】
【特許文献】特開平６−３９６５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のトルク管理方式の自動ねじ締め機においては、ねじ込み位置に応じて堅さが異なるワークに対して、セルフタッピンねじを適正に締め付けることが困難である。一つの例として木材に木ねじを締め付ける場合を考える。この場合、木材は組織の粗密具合、節の有無等により各部で堅さが異なるものであり、また、木ねじはねじ込みに伴って木材にめねじを成形するセルフタッピンねじの一種である。このように木材に木ねじを締め付ける場合、予め、ある一定の目標締付トルクを設定してねじ締めを行うと、軟らかい部分では、ねじを過剰に締め付けてめねじの損壊を招き、また堅い部分では、ねじが着座する前に目標締付トルクに至って早期に締め付けが完了してしまう等、ワークの各部分でねじの締め付け不良が頻発してしまう問題が発生する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじ込み位置毎に堅さが異なるワークに対しても確実にねじを締め付けることができる自動ねじ締め機の提供を目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するために本発明は、ねじに係合可能なねじ締めビットと、このねじ締めビットを回転駆動可能な回転駆動手段と、これらねじ締めビットおよび回転駆動源をねじ締めビットの軸線方向に往復移動させる往復移動手段とを備えた自動ねじ締め機において、ねじのねじ込み高さを検出可能な高さ検出手段と、ねじのワークへのねじ込みに伴って発生する負荷トルクを検出可能なトルク検出手段と、ねじのねじ込み開始から前記高さ検出手段によりねじが所定高さにねじ込まれたことが検出されるまでの間、前記トルク検出手段の信号から負荷トルクを取得し、この負荷トルクに基づいて最終的な目標締付トルクを決定する制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明は、ねじにねじ締めビットを係合させ、このねじ締めビットを回転駆動手段の駆動により回転させてねじに回転伝達を行い、ワークにねじをねじ込むねじ締め方法において、ねじのワークへのねじ込み開始からねじが所定の高さにねじ込まれるまでの間の負荷トルクをトルク検出手段によって検出し、この検出された負荷トルクに基づいて最終的にねじを締め付ける目標締付トルクを決定し、前記トルク検出手段によって検出される負荷トルクが前記目標締付トルクに達するまでねじを締め付けることを特徴とするものでもある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１において、１は自動ねじ締め機であり、回転駆動手段の一例である電動ドライバ２と、この電動ドライバ２の駆動を受けて回転するねじ締めビット３とを有する。電動ドライバ２は、ＡＣサーボモータ２１と、このＡＣサーボモータ２１の回転出力を所定のギヤ比で減速して出力軸２３に伝える減速機２２と、ねじをねじ込む時にねじ締めビット３から出力軸２３に伝わる負荷トルクを検出可能なトルク検出手段たるトルクセンサ２４とを備えている。また、ねじ締めビット３は、その先端をねじ頭部に形成される十字状の駆動穴に係合可能に成形されたものである。
【０００９】
前記電動ドライバ２は、往復移動手段の一例であるボールねじ機構４のテーブル４１に設置してある。これにより、電動ドライバ２とねじ締めビット３とは、ボールねじ機構４の作動を受けてねじ締めビット３軸線方向に往復移動可能に構成されている。
【００１０】
前記ボールねじ機構４は、周知の通り、ＡＣサーボモータ４２の駆動を受けて回転するねじ軸４３にナット部材４４を螺合し、このナット部材４４に前記テーブル４１を連結して構成したものである。これにより、ＡＣサーボモータ４２が駆動してねじ軸４３が回転することでテーブル４１が図上矢印Ｙ方向に往復移動できるようになっている。また、ＡＣサーボモータ４１は、高さ検出手段の一例として、ねじ軸４３の回転に応じた信号を出力するロータリエンコーダ４５（以下、単にエンコーダ４５という）を具備しており、このエンコーダ４５の信号から、後記制御部５１においてねじ締めビット３の軸方向の移動量を高精度に割り出すことが可能になっている。
【００１１】
５は制御手段である。この制御手段５は、制御部５１と、この制御部５１の指令を受けて前記ＡＣサーボモータ２１，４２をそれぞれ駆動制御するモータ駆動部５２，５３と、前記エンコーダ４５の信号を処理して制御部５１に送る高さ信号処理部５４と、前記トルクセンサ２４の信号を処理して制御部５１に送るトルク信号処理部５５と、本自動ねじ締め機の制御に必要な各種プログラム、目標締付トルク等の各種パラメータ等を記憶した記憶部５６と、各種パラメータの入力設定を行うための入力部５７と、締め付け完了時の締付トルク等の各種情報を表示する表示部５８とを備えて成る。
【００１２】
次に本自動ねじ締め機１の作用について、木材で成るワークに木ねじをねじ込んで締め付ける例に沿って説明する。
本自動ねじ締め機１により木ねじを締め付ける場合、ねじ締めビット３先端を木ねじ頭部の駆動穴に係合させて木ねじを保持する。本実施の形態では、このように木ねじが保持できるよう、ねじ締めビット３は磁化されたものが用いられている。ねじ締めビット３先端に木ねじが保持されると、制御部５１はモータ駆動部５２，５３に駆動指令を与える。これを受け、ＡＣサーボモータ２１が駆動してねじ締めビット３ないし木ねじを回転駆動するとともに、ＡＣサーボモータ４２が駆動してテーブル４１を下降させる。これにより、木ねじはワークに当接してねじ込まれる。
【００１３】
制御部５１は、高さ信号処理部５４を通じ、ボールねじ機構４の作動開始から継続してエンコーダ４５の信号を取得し、これから得られるねじ締めビット３の移動位置、すなわち木ねじのねじ込み高さをチェックする。また、制御部５１は、トルク信号処理部５５を通じてトルクセンサ２４の信号を継続的に取得し、この負荷トルクを時系列的に記憶部５６に記憶していく。
【００１４】
木ねじが着座する直前のねじ込み高さ（以下、着座前位置という）までねじ込まれると、このことがエンコーダ４５の信号から制御部５１において検知される。これを受け、制御部５１は、それまで記憶部５６に蓄積した負荷トルクを演算処理し、当該ねじ込みに係る最終的な目標締付トルクを決定する。具体的には、蓄積した負荷トルク中の最大値を求め、この値の１．５〜２．５倍程度のトルクを目標締付トルクとする。
【００１５】
木材のように各部で堅さが異なるワークに対し、木ねじ等のセルフタッピンねじを締め付ける場合には、ねじのねじ込み量が増えるに連れてねじとワークとの接触面積が大きくなる。よって、ねじのねじ込みに伴ってねじ締めビット３に作用する負荷トルクは、図２に示すような形状となる。この図２には、ねじを堅い部分にねじ込んだ時の負荷トルク曲線（実線）と、軟らかい部分にねじ込んだ時の負荷トルク曲線（一点鎖線）とのそれぞれが示してある。この図２に示されるように、ねじの着座までに発生する負荷トルクの大きさはワークの堅さで大きく異なり、ワークの堅い部分にねじをねじ込んだ時には、着座までに発生する負荷トルクが高いレベルで推移し、また、ワークの軟らかい部分にねじを締め付けた時には、着座までに発生する負荷トルクが比較的低いレベルで推移する。これは、木材の組織の粗密具合等からねじに対する摩擦抵抗が異なる結果である。このことから、前述のように着座前位置までの負荷トルクを取得、蓄積していき、この中の最大値から目標締付トルクを設定することにより、ねじ締めサイクル毎にそのねじ込み位置のワークの性質等に合った目標締付トルクを設定することができる。
【００１６】
着座前位置以降、制御部５１は、設定した目標締付トルクとトルクセンサ２４の信号から得られる負荷トルクとを比較する。そして、負荷トルクが目標締付トルクに到達すると、制御部５１はモータ駆動部５２，５３に停止指令を与え、電動ドライバ２およびボールねじ機構４の駆動を一旦停止するとともに、エンコーダ４５の信号から得られるねじ込み高さがねじ締め完了高さに達しているか否かを確認する。制御部５１は、これら負荷トルクおよびねじ込み高さの各比較結果から、ねじ締めが正常に完了したか否かを判定し、その結果を表示部５８に表示する。このねじ締め良否の判定後、制御部５１はモータ駆動部５３に逆駆動指令を送り、ボールねじ機構４を逆転駆動させる。これにより、テーブル４１が上昇し、電動ドライバ２ないしねじ締めビット３が原位置に復帰する。なお、記憶部５６に蓄積された締付トルクは、ねじ締め良否の判定後にクリアされる。
【００１７】
前述の通り、目標締付トルクは、そのねじ込み位置のねじ込み過程における負荷トルクに基づいて決定されたものである。このため、着座前位置からトルク管理によるねじの締め付けを行っても、ねじを確実に締め付けることが可能である。
【００１８】
本発明の実施の形態では、着座直前位置までに得られた締付トルクの中から最大値を選び、これを基準に目標締付トルクを設定したが、これ以外にも、着座直前位置までに得られた締付トルクの平均値、分散値、標準偏差値等の各種統計値を使用してもよい。また、微小時間Δｔ毎に締付トルクの前記統計値の何れかを求めて蓄積していき、この蓄積データから得られる最大値、平均値、分散値、標準偏差値等を基準に目標締付トルクを設定するようにしてもよい。このようにすれば、例えば瞬間的に大きな締付トルクが発生した場合においても、この締付トルクが直接的に目標締付トルクに反映されるのを防止することができる。
【００１９】
なお、以上の説明では往復移動手段としてボールねじ機構４を採用し、また高さ検出手段としてロータリエンコーダ４５を採用したが、例えば、特開２０００−３４３３４７号公報に示すように、往復移動手段としてエアシリンダを採用し、また高さ検出手段としてねじ締めビット３の移動位置を検出するセンサを採用した構成としてもよい。これによっても、得られる効果は同様である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の自動ねじ締め機は、着座前位置まで高さ検出方式によるねじ込みを行い、その間の負荷トルク情報を取得し、この負荷トルク情報から最終的な目標締付トルクを決定し、着座前位置から目標締付トルクに達するまでトルク管理によるねじ締めを行うものである。このため、木材等の各部で堅さが異なるワークに対し、木ねじ等のセルフタッピンねじを締め付ける場合においても、堅い部分、軟らかい部分それぞれに対応して適度な目標締付トルクを設定することができ、ある一定の目標締付トルクを設定してねじ締めを行った場合に生じるめねじの損壊、ねじ浮き等の不具合の発生を防ぎ、正確にねじを締め付けることができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロボットコントローラにおけるペンダント部のブロック説明図である。
【図２】本発明のロボットコントローラを含むねじ締めロボット系の全体斜視説明図である。
【符号の説明】
１  自動ねじ締め機
２  電動ドライバ
２１  ＡＣサーボモータ
２２  減速機
２３  出力軸
２４  トルクセンサ
３  ねじ締めビット
４  ボールねじ機構
４１  テーブル
４２  ＡＣサーボモータ
４３  ねじ軸
４４  ナット部材
４５  エンコーダ
５  制御手段
５１  制御部
５２  モータ駆動部
５３  モータ駆動部
５４  高さ信号処理部
５５  トルク信号処理部
５６  記憶部
５７  入力部
５８  表示部
【図１】
2004306161.tif 000003
【図２】
2004306161.tif 000004