(57)【要約】【課題】ねじ締め時、ドライバビットをねじに押圧する力を適正化するねじ締め装置の提供。【解決手段】本発明は、ＡＣサーボモータ４１の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビット４３を有するねじ締めツール４と、このねじ締めツール４を軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段３と、ドライバビット４３からねじに付与される押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段６と、押圧力検出手段６の信号に応じて前記往復移動手段３への指令値を補正する制御手段５とを備えるものである。この制御手段５による往復移動手段３の駆動指令値の補正により、ドライバビット４３をねじに押圧する押圧力は適正に補正される。【選択図】図１
2004243463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビットを有するねじ締めツールと、このねじ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段と、前記ねじ締めツールの軸方向移動位置に応じてねじ締めツールからねじに与えられる押圧力が変更されるよう前記往復移動手段を制御する制御手段とを備えたねじ締め装置であって、
前記ねじ締めツールは、ねじに与えられる押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段を有するとともに、前記制御手段は、前記押圧力検出手段の出力信号を受けて往復移動手段への駆動指令信号を補正するよう構成されていることを特徴とするねじ締め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークにねじを締め付ける時にねじ締めツールからねじに与えられる押圧力を適宜変更可能なねじ締め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特許文献に示すようなねじ締め機が知られている。このねじ締め機は、ねじの頭部に係合可能なドライバビットを有し、このドライバビットを回転駆動源であるビット駆動用モータに緩衝機構を介することなく直結的に連結するとともに、これらを往復移動手段に支持して一体に往復移動可能に成したものである。往復移動手段は、往復移動用モータの駆動を受けて回転するねじ軸と、このねじ軸に螺合するナット部材とを有する所謂ボールねじ機構である。前記ビット駆動用モータないしドライバビットは、ナット部材に連結されており、ナット部材のねじ軸方向への移動にともない、これと一体に移動するように構成されているものである。
【０００３】
従来のねじ締め機でワークにねじを締め付ける場合、ドライバビットはビット駆動用モータの駆動で回転し、ねじの頭部に係合してねじに回転伝達を行う。一方で、ドライバビットには往復移動手段の作動により軸方向への推進力が与えられ、この結果ドライバビットは、ねじのねじ込みに必要な力でねじに押圧される。この押圧力は、ドライバビットの軸方向移動位置、すなわちねじのねじ込み位置に応じて変更される。
【０００４】
【特許文献】特許第２８０５８２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のねじ締め機においては、往復移動用モータのトルク制御により、ドライバビットをねじに押圧する力を調整するものであるが、実際に作用する押圧力は、装置を構成する構成部品の固有特性、ねじ・ワークの特性等、種々の要因により変動する。すなわち、同じ指令値（電流値等）で往復移動用モータを駆動しても、常に同じ押圧力でドライバビットをねじに押圧できるとは限らないのである。このように、従来のねじ締め機では、ドライバビットをねじに押圧する力が変動することから、正確な押圧力の管理が行えなかった。従って、押圧力不足によってドライバビットがねじの頭部から外れる所謂カムアウトが発生し、ドライバビットの穂先、ねじ頭部等の変形を生じる等の問題が発生していた。
【０００６】
【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、回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつねじに係合可能なドライバビットを有するねじ締めツールと、このねじ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段と、前記ねじ締めツールの軸方向移動位置に応じてねじ締めツールからねじに与えられる押圧力が変更されるよう前記往復移動手段を制御する制御手段とを備えたねじ締め装置であって、前記ねじ締めツールは、ねじに与えられる押圧力に応じた信号を出力可能な押圧力検出手段を有するとともに、前記制御手段は、前記押圧力検出手段の出力信号を受けて往復移動手段への駆動指令信号を補正するよう構成されていることを特徴とするものである。
【０００７】
【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はねじ締め装置であり、コラム２に配した往復駆動手段３と、この往復駆動手段３に連結されたねじ締めツール４と、往復駆動手段３およびねじ締めツール４の制御を行うための制御手段５とを備えている。
【０００８】
前記往復駆動手段３は、ボールねじ機構で構成されている。このボールねじ機構は、ＡＣサーボモータ３１（以下、モータ３１という）と、このモータ３１の駆動を受けて回転するねじ軸３２と、このねじ軸３２の回転にともない当該ねじ軸３２の軸線方向に往復移動するナット部材３３と、このナット部材３３に一体に連結された移動テーブル３４と、前記モータ３１の出力軸の回転に応じてパルス信号を発生するエンコーダ３５とを備えている。前記テーブル３４は案内軸２ａに案内してあり、テーブル３４が矢印Ｙ方向に確実に往復移動できるように構成されている。
【０００９】
前記ねじ締めツール４は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ４１（以下、モータ４１という）の駆動を受けて回転する駆動軸４１ａを有し、駆動軸４１ａには、伝達軸４２を介してドライバビット４３が連結されている。この駆動軸４１ａ、伝達軸４２、ドライバビット４３は、間に緩衝機構等を設けず直結されている。なお、ドライバビット４３はエア吸引を行う吸引スリーブ４４に内包してあり、この吸引スリーブ４４にねじ８０を吸引することにより、ドライバビット４３先端にねじ８０を吸引保持できるように構成される。
【００１０】
また、前記モータ４１にはテーブル３４に据えられる台座４５が設けられ、この台座４５には、押圧力検出手段６が配置してある。この押圧力検出手段６は、図２に示すように、ブリッジ回路を構成するよう台座４５に貼付された歪みゲージ６１でなる検出抵抗と、このブリッジ回路に基準電圧を供給する電源６２と、ブリッジ回路の出力端に接続された信号増幅用の差動アンプ６３と、この差動アンプ６３の出力端に接続されて差動アンプ６３の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６４とを備えている。このＡ／Ｄ変換部６４は、制御手段５の後記制御部５１に接続されている。
【００１１】
前記歪みゲージ６１で構成されるブリッジ回路の出力電圧は、ねじ締めツール４の軸方向（矢印Ｙ方向）に台座４５が歪むのに応じて変動する。つまり、往復駆動手段３の作動を受けてねじ締めツール４が軸方向に移動し、これによってドライバビット４３がねじ８０に押圧された時、その軸方向の反力を受けて台座４５が歪むのを検出できるのである。このブリッジ回路の出力電圧信号は、差動アンプ６３で増幅され、Ａ／Ｄ変換部６４でディジタル変換されて制御部５１に送られ、ここで解析される。これにより、ドライバビット４３からねじ８０に与えられる押圧力を検出できるよう構成されている。
【００１２】
前記制御手段５は、制御部５１と、この制御部５１からの指令を受けて前記モータ３１の駆動を制御するモータ駆動部５２と、制御部５１からの指令を受けて前記モータ４１の駆動を制御するモータ駆動部５３と、エンコーダ３５からのパルス信号を処理するパルス処理部５４と、各種制御データ等を記憶保持するための記憶部５５と、情報表示用の表示部５６と、各種設定値を入力可能な入力部５７とを備える。
【００１３】
前記記憶部５５には、図３に示すような、原点からねじがワークに接触する手前の所定位置（以下、ワーク手前ねじ位置という）までのドライバビット４３の移動位置データ、原点からねじがワークのねじ込み位置に接触する位置（以下、ねじ込み開始位置という）までのドライバビット４３の移動位置データ、原点からねじが着座する直前の位置（以下、着座前位置という）までのドライバビット４３の移動位置データ、および原点からねじが最終的に締付けられる位置（以下、締付完了位置という）までのドライバビット４３の移動位置データが予め登録されている。また、記憶部５５には、ねじ８０が着座した仮締め状態で発生する仮締めトルクおよびねじ８０が最終的に締付けられた状態で発生する最終締付トルクにそれぞれ対応するモータ４１の負荷電流値（以下、それぞれ仮締め電流値、最終締付電流値という）も予め登録されている。さらに、記憶部５５には、前記ドライバビット４３の各移動位置においてモータ３１に与える指令値が予め登録されている。制御部５１は、これらの制御データを必要に応じて使用し、モータ３１およびモータ４１の駆動制御を行い、後述のねじ締め制御を実行する。
【００１４】
また、前記記憶部５５には、前述のモータ３１に与える指令値を補正するための補正データが入力部５７から入力設定されている。この補正データは、任意に設定できる書換可能な値であり、構成部品の固有特性等の影響で往復移動手段３が有することとなる個別の特性に応じて定められるものである。つまり、ねじ締め装置毎に定められるデータである。この補正データは、ねじ締め装置１のねじ締め動作テストを行って決定される。この動作テストは、前記制御データを利用してねじ締め装置を動作させ、実際の現場状況と同じ状況でワークにねじを締め付け、この時にドライバビット４３からねじに与えられる押圧力を圧力センサ等で計測するものである。この結果、モータ３１への指令値の算定基礎となった押圧力（理論値）に対し、その指令値でモータ３１を駆動した時に実際にねじに与えられる押圧力（実測値）を得ることができる。補正データは、この押圧力（理論値）を押圧力（実測値）で除して得ることができる。なお、この補正データは、ドライバビット４３の前記各移動位置間毎に押圧力（理論値）と押圧力（実測値）との差の偏差値、平均値等の統計値を取り、これらから各移動位置間毎の値を定めてもよいし、あるいは同様に、ねじ込みの全過程を通じて用いることができる画一的な値を定めてもよい。
【００１５】
制御部５１は、図４および図５に示すように、
Ｓ１：スタート信号の入力を待つ。
Ｓ２：モータ駆動部５２に正転駆動指令信号および高速駆動指令信号、モータ駆動部５３に高速駆動指令信号を送る。
Ｓ３：エンコーダ３５の信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ４：ドライバビット４３の移動位置がワーク手前ねじ位置に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ３に戻る。
Ｓ５：モータ駆動部５２に低速駆動指令信号を送る。
Ｓ６：エンコーダ３５の信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ７：ドライバビット４３の移動位置がねじ込み開始位置に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ６に戻る。
Ｓ８：モータ駆動部５２に低トルク駆動指令信号を送る。
Ｓ９：押圧力検出手段６の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ１０：押圧力の実測値から補正値を算出する。
Ｓ１１：それまでの低トルク駆動指令信号に補正値を乗じて低トルク駆動指令信号を補正する。
Ｓ１２：モータ駆動部５２に補正した低トルク駆動指令信号を送る。
Ｓ１３：エンコーダ３５の信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ１４：ドライバビット４３の移動位置が着座前位置に達しているか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ９に戻る。
Ｓ１５：モータ駆動部５２に高トルク駆動指令信号を送る。
Ｓ１６：押圧力検出手段６の信号から押圧力の実測値を割り出す。
Ｓ１７：押圧力の実測値から補正値を算出する。
Ｓ１８：それまでの高トルク駆動指令信号に補正値を乗じて高トルク駆動指令信号を補正する。
Ｓ１９：モータ駆動部５２に補正した高トルク駆動指令信号を送る。
Ｓ２０：フラグの状態を確認し、フラグが立っている場合はＳ２５にジャンプする。
Ｓ２１：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ２２：負荷電流値が仮締め電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１６に戻る。
Ｓ２３：フラグを立てる。
Ｓ２４：モータ駆動部５３に低速駆動指令信号を送る。
Ｓ２５：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ２６：取得した負荷電流値が最終締付電流値に達しているか否かを確認し、達していない場合はＳ１６に戻る。
Ｓ２７：エンコーダ３５の信号からドライバビット４３の原点からの移動位置を割り出す。
Ｓ２８：ドライバビット４３の移動位置が締付け完了位置±検出幅の範囲に達しているか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ３５にジャンプする。
Ｓ２９：モータ駆動部５２，５３に駆動停止指令信号、表示部５６に締付完了表示指令信号を送る。
Ｓ３０：モータ駆動部５２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ３１：エンコーダ３５の信号からドライバビット４３の原点からの移動量を割り出す。
Ｓ３２：ドライバビット４３の移動量が原点位置に達したか否かを確認し、達していない場合は、Ｓ３１に戻る。
Ｓ３３：モータ駆動部５２に駆動停止指令信号を与える。
Ｓ３４：フラグを倒してエンド。
Ｓ３５：モータ駆動部５２，５３に駆動停止指令信号、表示部５６にエラー表示指令信号を送り、Ｓ３０にジャンプする。
の処理手順でねじ締め制御を行う。なお、図４および図５では省略しているが、制御部５１は、ねじ締め制御の開始時点から内蔵タイマ（図示せず）による計時を行い、所定のタイミングで経過時間をチェックする。そして、所定時間内にねじ締め制御が完了しない場合には、作業を一旦停止し、表示部５６にエラー表示を行う。また、図４および図５では、文字数の都合上、モータ駆動部５２をＭ１、モータ駆動部５３をＭ２と表現している。
【００１６】
上述の通り、制御部５１はねじ込み開始位置まではモータ３１を速度制御し、ねじ込み開始位置以後はモータ３１をトルク制御する（図３参照）。この結果、ねじ込み開始位置まではねじ締めツール４およびねじ８０の軸方向移動速度が所定速度に制御され、ねじ込み開始以後は、ねじ締めツール４からねじ８０に与えられる押圧力が所定の力に制御される。
【００１７】
次に本ねじ締め装置１の作用について、図３ないし図５に従って説明する。
ワークのめねじ上に配置されたキャッチャ（図示せず）にねじ８０が保持されると、まず、モータ３１とモータ４１とがそれぞれ高速で正転駆動する。これにより、テーブル３４ないしねじ締めツール４は高速で下降し、またドライバビット４３は高速で回転し始める。
【００１８】
テーブル３４等が下降する過程で、ドライバビット４３先端にはキャッチャに保持されたねじ８０が吸引保持される。そして、ドライバビット４３がワーク手前ねじ位置に達すると、これを受けてモータ３１が低速駆動に切り替えられる。この結果、ドライバビット４３は低速で下降するため、ねじ８０をワークのめねじに緩やかに当接させることができ、円滑にねじ込みを開始することができる。
【００１９】
続いて、ドライバビット４３がねじ込み開始位置に到達すると、モータ３１がトルク制御に切り替えられて低トルク駆動する。これを受け、ドライバビット４３は比較的弱い押圧力でねじ８０に押圧されながら高速回転する。この時、ドライバビット４３がねじ８０に与える押圧力の反力を受け、歪みゲージ６１の出力信号が変動するため、押圧力検出手段６の信号を見ることで、実際の押圧力（押圧力の実測値）を知ることができる。この実測値に基づき、制御部５１はモータ駆動部５２への指令値を補正する。これにより、押圧力が適正に補正され、ねじ込み開始以降、ねじ８０のねじ部とめねじとに余計な摩擦抵抗を生じさせることなく、しかもカムアウトを防止して、ねじ８０を高速でねじ込むことが可能となる。
【００２０】
その後、ドライバビット４３が着座前位置に到達すると、モータ３１が高トルク駆動に切り替えられる。これにより、ドライバビット４３をねじ８０に押圧する押圧力が高められる。よって、続くねじ８０の着座にともなって急激に増加する締付トルクの反力で、カムアウトが生じてしまうのを未然に防ぐことができる。
【００２１】
ねじ８０が着座した後、モータ４１の負荷電流値が仮締め電流値に達したことが検出されると、モータ４１は低速駆動に切り替えられる。これにより、高速回転を続けていたドライバビット４３は低速回転に切り替わり、ねじ８０を最終締付トルクが発生するまで（モータ４１の負荷電流値が最終締付電流値に到達するまで）徐々に締め付ける。
【００２２】
着座前位置からモータ４１の負荷電流値が最終締付電流値に到達するまでの間、モータ３１は高トルク制御で駆動されるため、ドライバビット４３は高い押圧力でねじ８０に押圧される。この間も、前述同様、押圧力検出手段６の信号に応じてモータ駆動部５２への指令値が補正されるため、押圧力は適正に補正される。よって、前述のカムアウトの防止等、押圧力に関連する作用効果は極めて顕著となる。
【００２３】
モータ４１の負荷電流値が最終締付電流値に到達すると、ドライバビット４３が最終締付位置±許容高さの範囲内に到達しているか否かが確認される。これにより、ねじ８０の締付トルクと締付高さの両方が確認されることとなり、両方共ＯＫである場合には締付完了となる。この時、締付高さが所定の範囲内に収まっていない場合にはエラーとなる。ねじの締め付けが完了すると、モータ３１は逆転駆動し、これを受けてねじ締めツール４は原点位置に戻され、次の作業に備える。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係るねじ締め装置は、ドライバビットをねじに押圧する力を押圧力検出手段により検出し、この結果に応じてドライバビットに推進力を与える往復移動手段への駆動指令値を補正するものである。これにより、ドライバビットの押圧力を適正化することができ、押圧力を高精度に管理することができる。この結果、ねじ締め品質の向上を果たし、ねじ締め装置に求められる品質管理・品質保証に係る要求を満たすことができる。また、カムアウトの発生を確実に防止することができ、カムアウトの発生によるドライバビットまたはねじの変形、破損を防止することができる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじ締め装置の概略全体説明図である。
【図２】本発明に係るねじ締め装置の要部を示すブロック説明図である。
【図３】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締めの過程と各ＡＣサーボモータの駆動制御および押圧力の変化の関係を示す説明図である。
【図４】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締め制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係るねじ締め装置によるねじ締め制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ねじ締め装置
２  コラム
３  往復移動手段
３１  ＡＣサーボモータ
４  ねじ締めツール
４１  ＡＣサーボモータ
４２  伝達軸
４３  ドライバビット
４４  吸引スリーブ
４５  台座
５  制御手段
５１  制御部
５２  モータ駆動部
５３  モータ駆動部
５４  パルス処理部
５５  記憶部
５６  表示部
５７  入力部
６  押圧力検出手段
６１  歪みゲージ
６２  電源
６３  差動アンプ
６４  Ａ／Ｄ変換部
【図１】
2004243463.tif 000003
【図２】
2004243463.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004243463.tif 000006
【図５】
2004243463.tif 000007