(57)【要約】【課題】電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置において、反力をさらに低減すること。【解決手段】電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、モータに電力を間欠的に供給して回転速度が時間軸上でパルス状となるよう電流パルスＤＰによってモータを駆動するとともに、モータの回転速度が各パルス状の回毎に最大となったときに、電流パルスＤＰをオフとして電力の供給を停止する。【選択図】      図７
2004322262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、
前記モータに電力を間欠的に供給して回転速度が時間軸上でパルス状となるように前記モータを駆動するとともに、
各パルス状の回毎に、前記モータの回転によるインパクトが発生したときに、前記モータへの電力の供給を低減するように制御する、
ことを特徴とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項２】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、
前記モータに電力を間欠的に供給して回転速度が時間軸上でパルス状となるように前記モータを駆動するとともに、
前記モータの回転速度が各パルス状の回毎に最大となったときに、各パルス状の回毎の電力の供給を停止する、
ことを特徴とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項３】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、
前記モータに電力を間欠的に供給してトルクが時間軸上でパルス状に発生するように前記モータを駆動するとともに、
前記モータの回転速度を検出し、その回転速度が各パルス状の回毎に最大となったときに、各パルス状の回毎の電力の供給を停止する、
ことを特徴とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項４】
１つの前記パルス状のトルクの幅よりも短い周期でサンプリングを行ってトルクを検出し、
トルク検出値がそれまでのトルク検出値の最大値を越えないときにはそのトルクを維持するように前記電力を制御し、トルク検出値がそれまでのトルク検出値の最大値を越えるときにはトルクを所定分増加するように前記電力を制御する、
請求項３記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項５】
１つの前記パルス状の回転速度の幅よりも短い周期でサンプリングを行って回転速度を検出し、
検出したサンプリング値が前回よりも小さくなったときに、回転速度が最大となったとして電力の供給を停止する、
請求項２または３記載のインパクト式のネジ締め装置の制御方法。
【請求項６】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、
前記モータに電力を間欠的に供給して回転速度が時間軸上でパルス状となるように前記モータを駆動制御するパルス駆動手段と、
各パルス状の回毎に、前記モータの回転によるインパクトが発生したときに、前記モータへの電力の供給を低減するように制御するパルス制御手段と、
を有してなることを特徴とするネジ締め装置の制御装置。
【請求項７】
電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御装置であって、
前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、
前記締付トルクの目標値を設定する設定手段と、
前記モータに対して電力を間欠的なパルス状に供給するとともに、パルス状の回毎に、前記モータの回転速度が最大となったときに電力の供給を停止するように電流制御を行う電流制御部と、
トルク検出値が前記目標値に達したときに、前記パルス状の電力の供給を停止する停止制御部と、
を有することを特徴とするネジ締め装置の制御装置。
【請求項８】
前記トルク検出手段は、前記モータの回転速度に基づいて演算により前記締付トルクを検出するものである、
請求項７記載のインパクト式のネジ締め装置の制御装置。
【請求項９】
電動式のモータを回転駆動源とするネジ締め装置本体と、
前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、
前記締付トルクの目標値を設定する設定手段と、
前記モータに対して電力を間欠的なパルス状に供給するとともに、パルス状の回毎に、前記モータの回転速度が最大となったときに電力の供給を停止するように電流制御を行う電流制御部と、
トルク検出値が前記目標値に達したときに、前記パルス状の電力の供給を停止する停止制御部と、
を有することを特徴とするネジ締め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネジ締め装置の制御方法および装置に関し、特に、片手持ちに適するように反力を軽減したネジ締め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ボルトやネジを所定のトルクで締付けるために、動力式のネジ締め装置が用いられている。ネジ締め装置においては、軸を連続的に回転させてネジを締付けるとともに、トルクがある値になれば動力を切るかまたはクラッチをすべらせる制御が一般的に行われている。
【０００３】
ところで、各種の組み立てラインにおいて、コンベア上のワークに対し、作業者がネジ締め装置を手で持ってネジの締付け作業を行うことがしばしばある。
その場合に、作業性の点から、ネジ締め装置を片手持ちで操作できることが望まれる。片手持ちのネジ締め装置では、ネジ締めの反動を片手で受けなければならないので、締付トルクの増大にしたがってその反動が作業者の負荷として問題となってくる。
【０００４】
上に述べたように軸を連続的に回転する方式のものは、締付トルクの反力（リアクション）を作業者の手で直接に受けるので、作業者の負荷が大きい。この反力を軽減するために、回転体のロ−タイナ−シャによる衝動を利用したインパクト方式が用いられている。
【０００５】
しかし、従来のインパクト方式のネジ締め装置では、衝突エネルギ発生機構とソケットとを介してネジを締め付けるので、それらの伝達効率のバラツキによって締付トルクの精度が大きく上下し、精度を必要とするネジ締めには不向きである。精度を向上するために、軸の先端部にクラッチ機構を設け、必要以上のトルフが入力された場合にクラッチが滑ってトルクを制御する方法などが用いられている。
【０００６】
このような事情から、反力の低減および精度の向上という２つの課題に対し、２つの機能（インパクト発生部、クラッチ機構）の両方を兼ね備えたオイルパルスレンチと呼称されるネジ締め装置が普及している。
【０００７】
オイルパルスレンチは、通常、駆動源であるエアモータと、インパルスを発生し、そのオイル圧をクラッチ機構として使用できるバイパスバルブとが一体で構成されたオイルパルス部を有している。
【０００８】
しかし、オイルパルスレンチには、クラッチ機構として働くバイパスバルブの油圧の調整が面倒である、オイルパルス発生部の劣化にともなう再調整および部品交換を頻繁に行う必要がある、オイル温度によって締付トルクの精度が変動する、オイルパルス部の発熱が大きいのでこれの対策が必要である、などの種々の問題がある。
【０００９】
これらの問題を解決するために、本出願人は、電動式のモータを用いたネジ締め装置およびその制御方法を先に提案した（特開２００２−１６７６）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−１６７６号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上に述べた本出願人提案のネジ締め装置によると、作業者への反力が小さいにもかかわらず精度が良好である。そのため、作業者が片手でネジ締め作業を行うことができる。
【００１２】
しかし、作業者への反力をさらに低減することが望まれていたことに対して本発明者らは鋭意研究を行い、上のネジ締め装置を改良して反力をさらに低減させることに成功した。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置において、反力をさらに低減することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御方法は、電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置の制御方法であって、前記モータに電力を間欠的に供給して回転速度が時間軸上でパルス状となるように前記モータを駆動するとともに、各パルス状の回毎に、前記モータの回転によるインパクトが発生したときに、前記モータへの電力の供給を低減するように制御する。
【００１５】
好ましくは、上のような制御において、前記モータの回転速度が各パルス状の回毎に最大となったときに、各パルス状の回毎の電力の供給を停止する。
また、１つの前記パルス状のトルクの幅よりも短い周期でサンプリングを行ってトルクを検出し、トルク検出値がそれまでのトルク検出値の最大値を越えないときにはそのトルクを維持するように前記電力を制御し、トルク検出値がそれまでのトルク検出値の最大値を越えるときにはトルクを所定分増加するように前記電力を制御する。
【００１６】
好ましくは、１つの前記パルス状の回転速度の幅よりも短い周期でサンプリングを行って回転速度を検出し、検出したサンプリング値が前回よりも小さくなったときに、回転速度が最大となったとして電力の供給を停止する。
【００１７】
本発明の制御装置は、前記モータによるネジの締付トルクを検出するトルク検出手段と、前記締付トルクの目標値を設定する設定手段と、前記モータに対して電力を間欠的なパルス状に供給するとともに、パルス状の回毎に、前記モータの回転速度が最大となったときに電力の供給を停止するように電流制御を行う電流制御部と、トルク検出値が前記目標値に達したときに、前記パルス状の電力の供給を停止する停止制御部とを有する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るネジ締め装置１の全体の構成を示すブロック図である。
図１において、ネジ締め装置１は、ネジ締め装置本体３、および、サーボドライバ７と制御用コントローラ８とを有した制御装置４からなる。
【００１９】
ネジ締め装置本体３は、モータ１１、衝撃発生装置１２、トルクセンサ１３、エンコーダ１４、出力軸１５、および、図示しないケーシング、スイッチなどからなる。
【００２０】
モータ１１には、例えば、３相のＡＣサーボモータが用いられる。衝撃発生装置１２は、モータ１１の回転力を間歇的な衝撃力に変換する衝突エネルギ発生機構である。衝撃発生装置１２として、種々の機構が用いられる。例えば、遊星ギヤなどの減速ギヤ、２ハンマ機構、スウィングハンマ機構、その他のハンマ機構、オイルパルス機構などを用いることができる。遊星ギヤを用いた場合は、遊星ギヤのバックラッシュ（遊び）およびジョイント部などの遊びが利用され、高速側が複数回転する間に低速側のギヤが遊びの分だけ回転し、ギヤ同士が実際に当たって衝撃を発生する。２ハンマ機構を用いた場合は、モータ１１の１回転で２打撃となる。スウィングハンマ機構を用いた場合には、１回転で１打撃となり、１打撃の出力が大きい。
【００２１】
トルクセンサ１３は、モータ１１によるネジの締付トルクＴＱを検出し、検出信号Ｓ３１を出力する。本実施形態では、モータ１１の出力するトルクのうち、出力軸１５に発生するトルク、つまり負荷であるネジを締付けるトルク（締付トルク）を直接的に検出することができるように、トルクセンサ１３が出力軸１５に対して直接的に連結されている。したがって、トルクセンサ１３から得られる検出信号Ｓ３１は、衝撃発生装置１２による衝撃によってネジに加えられる実際の締付トルクＴＱの波形を表すことになる。
【００２２】
エンコーダ１４は、モータ１１の回転速度を検出するためのものであり、モータ１１の回転数に比例した個数のパルス信号を出力する。
ネジ締め装置本体３は、作業者が片手で握るためのハンドルグリップ部を有し、全体として片手で操作が可能な形状のケーシングで覆われている。図示しないスイッチを操作することによって、電源のオンオフが制御される。
【００２３】
サーボドライバ７は、電源部２１、インバータ２２、ＡＤ変換器２３、加算器２４、速度誤差アンプ２５、切り替え器２６、リミット回路２７、電流制御演算部２８、ＰＷＭ回路２９、ゲートドライブ３０、エンコーダ信号処理部３１、速度検出部３２、電流検出器３３，３４、およびＡＤ変換器３５，３６などからなる。
【００２４】
制御用コントローラ８は、プリアンプ４１、ＡＤ変換器４２、パラメータ格納部４３、および指令制御部４４などからなる。指令制御部４４には、速度／電流指令演算部５１、運転制御モード切替え部５２、および速度／電流リミット部５３などが設けられる。
【００２５】
電源部２１は、例えばＡＣ１００ボルトの交流電力を整流し、適当な種々の電圧の直流電力に変換する。直流電力は、インバータ２２、およびその他の回路および各部に供給される。
【００２６】
ＡＤ変換器２３は、速度／電流指令演算部５１から出力される速度／電流指令（速度／トルク指令）Ｓ１を入力し、それに応じたデジタル値の指令データＤ１を出力する。指令データＤ１は、運転モードに応じて、速度指令データＤ１Ｓとなったり、電流（トルク）指令データＤ１Ｔとなったりする。
【００２７】
加算器２４は、ＡＤ変換器２３から出力される指令データＤ１から、速度検出部３２から出力される速度データＤ２１を差し引く。
速度誤差アンプ２５は、加算器２４から出力される速度指令データＤ２を差動増幅する。
【００２８】
切り替え器２６は、運転制御モード切替え部５２からの制御切替え指令Ｓ２に応じて、速度誤差アンプ２５の出力する速度指令データＤ３とＡＤ変換器２３の出力する電流指令データＤ１Ｔとを切り替える。つまり、速度制御を行うときには速度誤差アンプ２５の出力する速度指令データＤ３に、電流制御（トルク制御）を行うときにはＡＤ変換器２３の出力する電流指令データＤ１Ｔに、それぞれ接続されるように切り替える。
【００２９】
リミット回路２７は、速度／電流リミット部５３からの速度／電流リミット指令（速度／トルクリミット指令）Ｓ３に基づいて、モータ１１の回転速度または電流の最大値を制限するように制御する。
【００３０】
電流制御演算部２８は、リミット回路２７の出力する指令データＤ４、エンコーダ信号処理部３１の出力するデータＤ５、およびＡＤ変換器３５，３６の出力する電流データＤ６，Ｄ７に基づいて、モータ１１に流す電流値を演算し、電流指令データＤ８として出力する。
【００３１】
ＰＷＭ回路２９は、電流制御演算部２８の出力する電流指令データＤ８に基づいて、ＰＷＭ（パルス幅変調）を行い、パルス幅変調の行われたパルス信号Ｄ１０を出力する。
【００３２】
ゲートドライブ３０は、パルス信号Ｄ１０に基づいて、インバータ２２の各スイッチング素子のゲートをオンオフするためのパルス信号Ｄ１１を生成する。
エンコーダ信号処理部３１は、エンコーダ１４から出力されるパルス信号の信号処理を行う。
【００３３】
速度検出部３２は、エンコーダ信号処理部３１から出力される信号に基づいて、速度を検出し、速度に応じた値を示す速度データＤ２１を出力する。したがって、速度データＤ２１は、モータ１１の実際の回転速度を表すことになる。
【００３４】
電流検出器３３，３４は、モータ１１に流れるｕ相およびｗ相の電流（モータ電流）ｉを検出する。ＡＤ変換器３５，３６は、電流検出器３３，３４により検出されたモータ電流ｉを、それぞれデジタル値の電流データＤ６，Ｄ７に変換する。
【００３５】
プリアンプ４１は、トルクセンサ１３によって検出された検出信号Ｓ３１を増幅する。ＡＤ変換器４２は、プリアンプ４１の出力する信号Ｓ３２をデジタル値のトルクデータＤ３１に変換し、速度／電流指令演算部５１に出力する。トルクデータＤ３１は、上に述べたように、ネジに対する実際の締付トルクＴＱを示すデータである。
【００３６】
パラメータ格納部４３は、速度／電流指令演算部５１などの演算に必要な種々のパラメータを格納する。パラメータとして、例えば、最小の電流値、計測開始トルク、着座トルクＴＳ、目標トルクＴＱＪ、締付トルクＴＱの最大値ＴＱＭ、および電流スロープθなどがある。これらのパラメータは、設定器４５により設定される。設定器４５として、デジタルスイッチ、テンキー、タッチパネル、または切替えスイッチなどが用いられる。
【００３７】
速度／電流指令演算部５１は、ＡＤ変換器４２からのトルクデータＤ３１、パラメータ格納部４３からのパラメータなどに基づいて、速度指令値および指令用の電流値を演算し、速度／電流（トルク）指令Ｓ１として出力する。
【００３８】
なお、速度／電流（トルク）指令Ｓ１のうちの電流指令Ｓ１Ｔは、後述する電流パルスＤＰがオン時間ＴＮの間のみ、指令用の電流値を出力し、オフ時間ＴＦの間は、電流指令Ｓ１Ｔをゼロとする。
【００３９】
運転制御モード切替え部５２は、速度制御モードと電流制御（トルク制御）モードとを切り替える。
速度制御モードでは、モータ１１の回転速度が、速度指令データＤ１Ｓにより設定された速度となるように制御を行う。負荷が変動しても、設定された速度となるように、モータ１１に流れる電流を制御する。速度制御モードでは、電流のリミット値を設けることができる。電流のリミット値により、電流の最大値が制限される。したがって、負荷の状態によっては、設定された速度に達しない場合がある。
【００４０】
電流制御モードでは、モータ１１に流れる電流が、電流指令データＤ１Ｔにより設定された電流値となるように制御を行う。モータ１１の回転速度は、設定された電流値と負荷の状態とによって変化する。電流制御モードでは、回転速度のリミット値を設けることができる。モータ１１の回転速度がリミット値に達すると、電流値が制限される。
【００４１】
切り替え器２６によって、速度制御モードでは速度指令データＤ３が選択され、電流制御モードでは電流指令データＤ１Ｔが選択される。
自動運転時の締付け動作において、最初は速度制御モードで運転を行い、出力軸１５を高速回転させる。出力軸１５に発生する締付トルクＴＱが予め設定された着座トルクＴＳに達したときに、負荷であるネジが着座したと判断し、電流制御モードに切り替える。電流制御モードでは、電流指令データＤ１Ｔにより示される出力トルクが得られるように、モータ１１に流れる電流を制御する。
【００４２】
手動運転時では、図示しない切り替えスイッチの操作に応じて、いずれかのモードが設定される。
速度／電流リミット部５３は、速度および電流（トルク）の最大値を設定し、設定した値をリミット回路２７に与える。
【００４３】
制御用コントローラ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の周辺素子などを用いて構成される。上に述べた速度／電流指令演算部５１、運転制御モード切替え部５２、および速度／電流リミット部５３などは、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることによって実現される。
【００４４】
制御用コントローラ８は、データまたは指令を入力するための入力装置、締付けの良否結果などを表示するための表示装置、他のデータ処理システムまたは制御装置との通信のための通信装置などを備える。
【００４５】
次に、本実施形態における制御方法の原理について、後で出てくる図８を参照して説明する。
まず、締付トルクＴＱの反力を低減するための制御（無反力制御）について説明する。
【００４６】
ネジ締め装置本体３は、そのハンドルグリップ部を作業者が握り、片手で持って操作する。作業者への反力を低減するために、モータ１１の作動を、電流が連続的に流れる連続運転ではなく、パルス状の電流による間欠運転とする。
【００４７】
すなわち、図８に示すように、指令データＤ１（電流指令データＤ１Ｔ）により、モータ１１に対して、パルス状の電流（電流パルスＤＰ）を間欠的に供給する。電流パルスＤＰは、可変設定可能なオン時間ＴＮとオフ時間ＴＦとを有し、所定の周期、つまりオン時間ＴＮとオフ時間ＴＦとの合計時間の周期で繰り返される。電流パルスＤＰの高さ、つまりモータ１１に流れる電流値は、締付トルクＴＱとの関係において決定される。
【００４８】
図８において、電流パルスＤＰがオンすることによってモータ１１が回転を開始し、徐々に回転速度が上昇する。モータ１１が所定の角度または所定の回転数だけ回転すると、衝撃発生装置１２において、回転する入力側の部材が出力側の部材に衝突し、これによって衝撃が発生する。つまり、衝撃発生装置１２における入力側の部材の慣性エネルギーが、当該部材の衝突によって出力側の部材に衝撃力として伝達され、その衝撃力によって大きなトルクを発生させる。このトルクが、負荷であるネジに締付トルクＴＱとして作用する。衝撃の瞬間ｔｉｍｐ  から短時間の間、例えば０．０１〜０．００５ｓｅｃ程度の間に、入力側の部材の慣性エネルギーのほとんどが出力側の部材に伝達され、ネジに伝達される。そして、その後に、モータ１１の回転が再開され、次の衝撃のための慣性エネルギーが蓄えられることになる。
【００４９】
さて、本実施形態では、衝撃の瞬間ｔｉｍｐ  に、またはその微小幅の前後、特に微小幅の後に、モータ１１に流れる電流を停止する。つまりモータ１１への電力の供給を停止する。電流を停止するタイミングとして、モータ１１の回転速度が最大となったタイミングを用いる。例えば、モータ１１の回転速度が上昇から下降に転換するタイミングを検出する。そのための検出方法として、例えば、一定の短い時間間隔ｔｓで回転速度をサンプリングし、サンプリング値が前回のサンプリング値よりも小さくなったときに、回転速度が最大となったものとする。実際には、ノイズなどによる誤検出を防止するため、サンプリング値が複数回（例えば３回）連続して前回よりも小さくなったときに、回転速度が最大となったことを検出する。このようにして検出されたタイミングで電流パルスＤＰがオフとなるように、電流指令データＤ１Ｔを作成する。なお、時間間隔ｔｓは、例えば０．５ｍｓｅｃに設定される。
【００５０】
このように、モータ１１の回転速度が最大となったときにモータ１１への電力の供給を停止することにより、衝撃の発生後の無駄な締付トルクを生成することがなくなり、作業者に作用する反力は、概ね、衝撃の瞬間ｔｉｍｐ  においてモータ１１が発生している瞬間的なトルクのみとなる。これにより、作業者への反力が大幅に低減する。
【００５１】
すなわち、もし、衝撃の発生後においてもオン時間ＴＮが経過するまでモータ１１に電流を供給し続けた場合には、その電流によってトルクが発生し、これが作業者への反力として作用する。従来においては、この反力が作業者に作用していたのである。しかも、この反力、つまりその電流によって発生するトルクは、衝撃によるトルクよりもはるかに小さいため、ネジの締付けにはほとんど寄与しない。つまり、衝撃の発生後にモータ１１に供給する電流（電力）は無駄な電流（電力）であり、その電流によって発生するトルクは、無駄なトルクであるとともに、作業者に作用する望ましくないトルクでもあるということである。
【００５２】
上に述べた本実施形態の制御によると、この無駄な締付トルクＴＱをほとんどゼロにすることができ、これによって作業者への反力を大幅に低減することができるのである。しかも、無駄な電流が削減されるので節電にもなる。
【００５３】
次に、電流パルスＤＰの制御について、さらに説明する。
発生した締付トルクＴＱについても、サンプリングによってその値が検出されている。つまり、電流パルスＤＰのオンオフに関係なく、一定の時間間隔ｔｓ毎に実際の締付トルクＴＱを検出し、締付トルクＴＱ（トルク検出値）がそれまでの締付トルクＴＱの最大値ＴＱＭを越えないときには電流値を維持し、締付トルクがそれまでの締付トルクの最大値ＴＱＭを越えるときには電流値を所定分増加する演算を行う。
【００５４】
したがって、締付トルクＴＱが増大している間は、時間間隔ｔｓ毎に最大値ＴＱＭが更新される。最大値ＴＱＭは、制御用コントローラ８のパラメータ格納部４３に格納される。
【００５５】
増加する所定分としては、例えば、そのような処理を行う時間間隔ｔｓに対応する電流スロープθの増加分とすればよい。電流スロープθの値（時間間隔ｔｓに対する増加分）は、種々の値に設定し変更することができる。
【００５６】
例えば、電流パルスのオン時間ＴＮを０．０２ｓｅｃ、オフ時間ＴＦを０．０２ｓｅｃ、時間間隔ｔｓを０．５ｍｓｅｃとし、これを目標トルクＴＱＪに到達するまで繰り返す。この場合には、０．５ｍｓｅｃ毎に、上に述べた判断および処理が繰り返される。この判断および処理は、電流パルスのオンオフに係わらず行われる。但し、オフ時間ＴＦにおいては、その処理によって電流の演算値が増大することがあるが、実際にモータ１１に流れる電流はゼロであり、次にオン時間ＴＮとなったときに、処理の結果の電流値（演算値）が初期値として与えられる。
【００５７】
なお、上に述べたように、モータ１１の回転速度が最大となったときに電流パルスＤＰをゼロとする制御（無反力制御）を行うか否かを切り替えることが可能である。つまり、無反力制御を行う無反力制御モードと、無反力制御を行わない簡易制御モードとを切り替えることができる。作業者がその切替えを行うことができるよう、図示しないスイッチが設けられている。
【００５８】
いずれのモードにおいても、外乱、ワーク、および運転状態などに関係なく、締付けトルクの制御を精度よく行うことができ、また、運転パターンが精度に影響しないため、パルス状の締付トルクＴＱを与えることによって反力を低減させることができる。特に、無反力制御モードにおいては、作業者への反力を大幅に低減することができる。
【００５９】
次に、ネジ締め装置１の制御方法について、締付け工程の手順および動作を示すフローチャートおよび動作状態を示す図を参照して説明する。
図２はネジ締め装置１の締付け動作の手順を示すフローチャート、図３は電流制御のルーチンを示すフローチャート、図４は最大回転検出処理のルーチンを示すフローチャート、図５はトルク増大制御処理のルーチンを示すフローチャート、図６はネジ締め装置１によるネジ締め動作の全体の状態を示す図、図７はモータ１１の回転速度と電流指令データＤ１Ｔとの関係を示す図、図８は電流パルスＤＰの制御の様子を詳しく示す図である。
【００６０】
図６に示すように、締付け動作は、速度制御モードによる動作、および電流制御モードによる動作からなる。
図２において、まず、速度制御モードによる速度制御が行われる（＃１１）。速度制御では、速度指令データＤ１Ｓによってモータ１１の回転速度が設定される。速度指令値が徐々に増大され、モータ１１の回転速度も増大する。所定の回転速度になると、一定値に維持される。これによって、モータ１１が高速回転し、ネジの着座までの仮締めが行われる。その間において、締付トルクＴＱが計測開始トルクを越えると、計測を開始する。
【００６１】
締付トルクＴＱが着座トルクＴＳに達すると（＃１２でイエス）、ネジが着座したと判断し、モータ１１を急停止させる（＃１３）。
モータ１１を急停止させるために、モータ１１の速度指令値をゼロとし、且つモータ１１をロックするための電流を流してブレーキをかける。そして、電流制御モードに切り替える（＃１４）。
【００６２】
電流制御モードでは、まず、モータ１１に対して、空転回転に必要な最小の電流値ＳＴ１を電流指令データＤ１Ｔとして設定する（＃１５）。
そして、締付トルクＴＱが目標トルクＴＱＪに達するまでの間（＃１７でノー）、電流制御を行う（＃１６）。
【００６３】
締付トルクＴＱが目標トルクＴＱＪに達すると（＃１７でイエス）、モータ１１を停止させる（＃１８）。モータ１１を停止させるために、電流パルスＤＰの供給を停止し、モータ１１に流れる電流をゼロにする。
【００６４】
そして、最終の締付トルクＴＱおよびそれまでに現れた最大値ＴＱＭについて、設定された上下限値の範囲内に入っているか否かを判定し、判定結果を表示面に表示する（＃１９）。
【００６５】
電流制御では、電流指令データＤ１Ｔによってモータ１１に流れる電流が設定される。モータ１１に流れる電流の大きさに応じて、モータ１１の立ち上がり、つまり回転速度が決まり、これに応じて衝撃による締付トルクＴＱの大きさが決まる。
【００６６】
図３において、時間間隔ｔｓが経過する毎に（＃２１でイエス）、ステップ＃２２以下の処理を行う。すなわち、時間間隔ｔｓが経過する毎に、まず、締付トルクＴＱおよび回転速度（速度データＤ２１）を計測してその値を取り込む（＃２２，２３）。
【００６７】
次に、最大回転検出処理を行い（＃２４）、トルク増大制御を行う（＃２５）。
オン時間ＴＮの間であり（＃２６でイエス）、かつ、後に述べる最大回転検出フラグが「１」でなければ（＃２７でノー）、モータ１１に与える適当な電流値を電流指令データＤ１Ｔとして出力する（＃２８）。オフ時間ＴＦの間であるか（＃２６でノー）、または最大回転検出フラグが「１」であれば（＃２７でイエス）、電流指令データＤ１Ｔをゼロとする（＃２９）。
【００６８】
なお、電流指令データＤ１Ｔをゼロとした場合であっても、指令用の電流値はクリアされることなく、そのときの値がパラメータとして保存される。
したがって、例えば電流制御モードになった直後において、最初の１つの電流パルスＤＰ１が出力される。その電流パルスＤＰ１は、電流がゼロから開始し、電流スロープθの傾斜で電流が増加する。設定された最小の電流値ＳＴ１に達した時点で、電流の増加が停止され、その値が維持される。
【００６９】
その後のオフ時間ＴＦの間は、電流指令データＤ１Ｔがゼロである。これによって、モータ１１に流れる電流はゼロとなる。この間においても、ステップ＃２１〜２５の処理は行われている。なお、モータ１１の電磁作用および過度現象によって、電流指令データＤ１Ｔの値とモータ１１に実際に流れる電流値とは一致しない。
【００７０】
図４において、最大回転検出処理では、モータ１１の回転速度が最大となったタイミングを検出する。つまり、サンプリング値が前回のサンプリング値よりも小さくなったときに（＃３１でイエス）、カウンタのカウント値に「１」を加える（＃３２）。カウント値が「３」になったときに（＃３３でイエス）、最大回転検出フラグを「１」にする（＃３４）。ステップ＃３１においてサンプリング値が前回よりも小さくならなかったときには（＃３１でノー）、カウント値を「０」にする（＃３５）。
【００７１】
この処理によって最大回転検出フラグが「１」になっている場合に、図３のステップ＃２７においてイエスとなり、電流指令データＤ１Ｔすなわち電流パルスＤＰがオフとなる。
【００７２】
つまり、図７に示すように、各電流パルスＤＰについて、モータ１１の回転速度が最大となったときに、その電流パルスＤＰをオフするように制御する。
なお、このように、サンプリング値が複数回（ここでは３回）連続して前回よりも小さくなったときに回転速度が最大となったことを検出するので、ノイズなどによる誤検出が防止される。
【００７３】
図５において、トルク増大制御では、取り込んだ締付トルクＴＱと、当該それまでの締付トルクＴＱの最大値ＴＱＭとを比較する。最大値ＴＱＭを越えない場合には（＃４１でノー）、何もせずにリターンする。最大値ＴＱＭを越えた場合には、指令用の電流値を所定分増加する（＃４２）。そのときの締付トルクＴＱによって、最大値ＴＱＭを更新する（＃４３）。
【００７４】
これによって、締付トルクＴＱの増大にともなって電流指令データＤ１Ｔも増大し（図８参照）、より大きな締付トルクＴＱを発生する。このように、トルクセンサ１３により検出される実際の締付トルクＴＱを、電流指令データＤ１Ｔの電流値にフィ−ドバックさせる。
【００７５】
上に述べたような電流制御を行うことにより、衝撃の発生後の無駄な締付トルクを生成することがなくなる。その結果、作業者に作用する反力が大幅に低減する。これによって、締付トルクＴＱが大きい場合であっても、ネジ締め装置本体３を片手で持って使用することが可能であり、且つ高い締付け精度を得ることができる。
【００７６】
さらに、ワークに合わせた最適の制御が可能となる。ワーク側でトルクが抜けたり、作業者の外力または制御による作動または停止などの変化に対し、電流値によってモータ１１の出力トルクを実際のトルク上昇率に合うよう制御することができる。
【００７７】
また、パラメータを変更することにより、目標トルクＴＱＪ、締付精度、または反力の度合などを容易に制御することができる。また、従来のような消耗部品であるオイルパルス部やクラッチ機構などが不要であるので、メンテナンスが容易であり、システムの安定性を長期間に渡って維持することができる。
【００７８】
電動式のモータ１１を用いて制御を行うため、エネルギー効率が高く、従来のようにエアモータが必要条件となり易いオイルパルスレンチよりも大幅な省エネルギー化とダストミストなどの無いクリーン化を図ることが可能となる。
【００７９】
負荷の種類または状態などに応じて、オン時間ＴＮまたは／およびオフ時間ＴＦを可変することにより、締付け精度および反力の状態を最適の状態に設定することができる。
【００８０】
上の実施形態において、モータ１１の回転速度が最大となるタイミングとして、実際の検出状態または制御状態に応じて種々のタイミングとすることができる。つまり、モータ１１が必ずしも実際に最大の回転速度となる瞬間である必要はなく、実質的に最大となるようなタイミング、またはその前後のタイミングであってもよい。また、そのタイミングでモータ１１への電力の供給を停止するのではなく、電力の供給を低減してもよい。つまり、要は、モータ１１の回転による衝撃が発生したときに、各パルス状の回毎の電力の供給を低減するように制御すればよい。
【００８１】
また、モータ１１が最大回転速度となったことを検出するのに、上に述べた以外の種々のセンサ、回路、デバイス、演算方法、またはプログラムなどを用いることができる。
【００８２】
また、上の実施形態においては、締付トルクＴＱを検出するためにトルクセンサ１３を用いているが、トルクセンサ１３を用いることなく、モータ１１の回転速度に基づいて演算によって締付トルクＴＱを求めてもよい。つまり、モータ１１の回転速度が分かれば、ネジ締め装置本体３の機械的な構造などから締付トルクＴＱを計算によって求めることができる。そのような計算式またはプログラムを適当なメモリに格納しておき、回転速度が検出される度毎にリアルタイムで締付トルクＴＱを求めればよい。また、演算で求めるのではなく、回転速度と締付トルクＴＱとの対応をテーブルのようにして格納しておき、回転速度の検出の度毎に締付トルクＴＱをテーブルから読みだすようにしてもよい。また、その場合に、読み出した値に対して、適当な補間演算を行ってより正確な締付トルクＴＱと求めるようにしてもよい。つまり、この場合に、エンコーダ１４、速度検出部３２、または指令制御部４４などがトルク検出手段となり得る。また、モータ１１の回転速度の検出のために、回転速度に比例したアナログ信号を出力するセンサ、その他のセンサを用いてもよい。
【００８３】
上の実施形態において、ネジ締め装置本体３、制御装置４、ネジ締め装置１の全体または各部の構造、形状、個数、処理の内容または順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によると、電動式のモータを回転駆動源とするインパクト式のネジ締め装置において、反力をさらに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るネジ締め装置の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】ネジ締め装置の締付け動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】電流制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】最大回転検出処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図５】トルク増大制御処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ネジ締め装置によるネジ締め動作の全体の状態を示す図である。
【図７】モータの回転速度と電流指令データとの関係を示す図である。
【図８】電流パルスの制御の様子を詳しく示す図である。
【符号の説明】
１  ネジ締め装置
３  ネジ締め装置本体
４  制御装置
８  制御用コントローラ
１１  モータ
１３  トルクセンサ
１４  エンコーダ
３２  速度検出部
４４  指令制御部（パルス駆動手段、パルス制御手段）
４５  設定器（設定手段）
５１  速度／電流指令演算部
ＴＱ  締付トルク
Ｄ１Ｔ  電流指令データ
ＤＰ  電流パルス
【図１】
2004322262.tif 000003
【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】
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【図７】
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【図８】
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