(57)【要約】【課題】ねじ締め時、ねじにドライバビットを押圧する力がねじ締め装置毎にばらつくのを防止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、前記ねじ締めツール４の軸方向移動位置に応じてねじ締めツール４の推進力が変更されるよう前記往復移動手段３を制御する制御手段５とを備える。前記制御手段５は、往復移動手段３の個別の特性に応じて予め定められた補正データにより、往復移動手段の制御データを補正し、この補正した制御データにより往復移動手段を駆動制御する。【選択図】図１
2004216527.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の推進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、
前記制御手段は、往復移動手段の個別の特性に応じて予め設定された補正データにより補正した往復移動手段の制御データにより、往復移動手段を制御するものであ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ビス締め機が知られている。このビス締め機は、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】
従来のビス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装置においては、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、往復移動手段となっているボールねじ機構においては、これを構成する部品に固有の特性がある。例えば、往復移動用モータの電機子特性、往復移動用モータに与える指令値のＡ／Ｄ変換時の特性、各構成部品の組立・加工精度に応じた特性等である。これらの固有特性の影響から、各往復移動手段においては、同じ構成の物でも動作特性に若干のばらつきが現れる。このため、同じ指令値を与えて往復移動用モータのトルク制御を行った場合、ねじ締め装置毎にドライバビットをねじに押圧する力の実測値が指令値と異なってしまう。この結果、樹脂製のワーク等については、押圧力が過大になって割れ等を生じてしまう恐れがある等の問題があった。
【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、ドライバビットをねじに押圧する押圧力が装置毎にばらつくのを防止できるねじ締め装置の提供を目的とする。この目的を達成するため、本発明は、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の推進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、前記制御手段は、往復移動手段の個別の特性に応じて予め設定された補正データにより補正した往復移動手段の制御データにより、往復移動手段を制御するものであ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に配した往復移動手段３と、この往復移動手段３に連結されたねじ締めツール４と、往復移動手段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】
前記往復移動手段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。前記移動テーブル３４は案内軸２ａに案内してあり、移動テーブル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、途中に緩衝機構等を設けることなく直結されている。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の先端にねじ８０を吸引保持できるように構成される。
【００１０】
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。
【００１１】
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、これらを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。
【００１２】
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、往復移動手段３が個別に持つ固有特性（例えば、モータ３１の電機子特性、モータ３１をトルク制御する時に与える指令値のＡ／Ｄ変換時の特性、各構成部品の組立・加工精度に応じた特性等）を総合的に考慮して定められるものである。この補正データは、ねじ締め装置毎に定められる任意の書換可能な値であり、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ものである。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。
【００１３】
制御部５１は、図２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、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、モータ駆動部５３に低速駆動指令信号をそれぞれ送る。
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、モータ駆動部５３に高速駆動指令信号を送る。
Ｓ９：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。
Ｓ１０：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。
Ｓ１１：モータ駆動部５２に高トルク駆動指令信号、モータ駆動部５３に中速駆動指令信号を送る。
Ｓ１２：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ１３：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Ｓ１２に戻る。
Ｓ１４：モータ駆動部５３に低速駆動指令信号を送る。
Ｓ１５：モータ駆動部５３からモータ４１の負荷電流値を取得する。
Ｓ１６：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Ｓ１５に戻る。
Ｓ１７：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。
Ｓ１８：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、Ｓ２５にジャンプする。
Ｓ１９：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。
Ｓ２０：モータ駆動部５２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ２１：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。
Ｓ２２：ドライバビット４３の移動位置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Ｓ２１に戻る。
Ｓ２３：モータ駆動部５２に駆動停止指令信号を与える。
Ｓ２４：エンド。
Ｓ２５：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、Ｓ２０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２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２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。
【００１４】
前述の通り、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。
【００１５】
次に本ねじ締め装置１の作用について図２および図３に従って説明する。なお、図３のモータ３１の回転速度、出力トルクの各チャートにおいては、制御を受けない不確定領域については破線で示している。
【００１６】
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が高速で正転駆動する。これを受け、移動テーブル３４ないしねじ締めツール４が高速で下降し、その過程でドライバビット４３の先端には、キャッチャに保持されたねじが吸引保持される。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とともに、モータ４１が低速で駆動を開始する。これを受けてドライバビット４３は、低速で下降しながら低速回転するため、ねじ８０をワークのめねじに緩やかに当接させて衝突を防ぎ、円滑にねじ込みを開始することができる。
【００１７】
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とともに、モータ４１が高速駆動する。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。よって、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、高速でねじ８０をねじ込むことが可能となる。
【００１８】
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とともに、モータ４１が中速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とともに、ドライバビット４３の回転速度が減じられる。よって、ねじ８０の頭部座面がワークに着座した時の衝撃を緩和し、かつねじ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ドライバビット４３とねじ８０との係合が解かれてしまう、所謂カムアウトの発生を未然に防止することができる。
【００１９】
ねじ８０が着座して後、締付トルクが仮締めトルクに達したことがモータ４１の負荷電流検出により検知されると、モータ４１は低速駆動に切り替えられる。これにより、ドライバビット４３は低速回転に切り替わり、ねじ８０を最終締結トルクに達するまで徐々に締め付ける。
【００２０】
モータ４１の負荷電流検出により、締付トルクが最終締付トルクに到達したことが検知されると、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。
【００２１】
以上のねじ締め制御において、制御部５１は、モータ駆動部５２に与える指令値に補正データを乗じ、指令値を当該往復移動手段３の固有の特性を考慮した値に変換する。そして、この補正データによって補正された指令値をモータ駆動部５２に与える。このため、モータ３１が駆動するのを受けてドライバビット４３からねじ８０に付与される押圧力は、押圧力の理論値に近いものとなる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のねじ締め装置は、往復移動手段の個別の特性に応じて予め定められた補正データを制御手段に設定しておき、この補正データを用いて往復移動手段の制御データを補正するものである。このため、装置毎に固有の特性に応じて往復移動手段の制御データを適正化することができ、ドライバビットからねじに与えられる押圧力がねじ締め装置毎にばらつくのを防止し、ねじ締め時に精度の高い押圧力管理を行うことができる等の利点がある。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、補正データにより制御データを適正化するものであるため、複数のねじ締め装置で共通の制御データを利用することができる等の利点もある。
【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の関係を示す説明図である。
【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
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
【図１】
2004216527.tif 000003
【図２】
2004216527.tif 000004
【図３】
2004216527.tif 000005