(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のナットランナーにおいて、目標締付けトルクと、着座から締付け完了までの目標締付け時間とを予め設定し、その着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を検出し、その検出信号に基づいて目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように回転速度を所定のインターバルごとに制御しながら締付け完了させることを特徴とするナットランナーの制御方法。
【請求項２】
単一のナットランナーにおいて、目標締付けトルクと、着座から締付け完了までの目標締付け時間とを予め設定し、その着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出すると共に、現在点から目標締付けトルクまでの残り締付けトルクと目標締付け時間までの残り締付け時間とを算出し、前記トルク上昇率と残り締付けトルクとから、現在点での回転速度で目標締付けトルクに達するまでの残り締付け予想時間を算出し、この残り締付け予想時間と残り締付け時間と現在点の回転速度から、目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように締付け完了するために必要な回転速度を所定のインターバルごとに算出することを特徴とするナットランナーの制御方法。
【請求項３】
複数のボルト又はナットをワークに同時に締め付ける多軸同時締付けに用いたことを特徴とする請求項１又は２記載のナットランナーの制御方法。
【請求項４】
単一のナットランナーの制御装置において、ボルト又はナットに嵌合したソケットを回転させる駆動モータを動作させるモータ駆動回路と、トルクセンサにより締付け動作中の締付けトルクを検出して出力するトルク検出回路と、着座後の締付け動作中、その着座からの経過時間を計測して出力する時間監視回路と、トルク検出回路及び時間監視回路のそれぞれの出力に基づいて、着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出し、そのトルク上昇率に基づいて現在点から目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように締付け完了するために必要な回転速度を所定のインターバルごとに算出し、その回転速度に基づく制御信号を前記モータ駆動回路に出力する演算回路とを具備したことを特徴とするナットランナーの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はナットランナーの制御方法及び制御装置に関し、詳しくは、ボルトやナットをワークに自動締付けするナットランナーの回転速度を制御する制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボルトやナットをワークに自動締付けするナットランナーの制御方法としては、ボルトやナットの締付トルクで締付け精度を評価するトルク方式が一般的である。このトルク方式によるナットランナーは、図３に示すようにナットランナー本体１から延びる出力軸２に同軸にソケット３を連結して構成され、そのソケット３が締付け対象のボルト４（又はナット）の頭部に着脱可能に嵌合される。前述のナットランナー本体１は駆動モータ５と減速機６とトルクセンサ７とを備え、外部の制御部８からの制御信号に基づいて駆動モータ５により出力軸２の先端にあるソケット３を回転させる。
【０００３】
図４はナットランナーによる締付け時間と締付けトルクとの関係を示す。ナットランナーのソケット３をボルト４（又はナット）に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する。この締付け動作の開始からボルト４（又はナット）がワーク９に着座するまでは、締付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナーを高速回転させている。この着座点Ａでの着座トルクＴａは制御部８に予め設定されている。
【０００４】
ナットランナーによる締付け動作の開始後、その着座トルクＴａをトルクセンサ７により検出した時点でソケット３の回転を一旦停止させている。その後、ソケット３を回転開始させ、制御部８に予め設定されている目標締付けトルクＴｂに達すると締付け動作を終了する。このように着座点Ａから締付け完了点Ｂまでは、制御部８に予め設定された締付け回転速度（固定値）で、ソケット３が一定回転するように制御部８により制御するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ボルト（又はナット）が締め付けられるワークには、着座から締付け完了までに大きな締付け角度を必要とする柔らかい部材（以下、ソフトジョイントと称す）や、小さな締付け角度で着座から締付け完了へ至る硬い部材（以下、ハードジョイントと称す）がある。
【０００６】
前者のソフトジョイントにボルト（又はナット）を締め付ける場合、締付けサイクルタイムを短縮するため、締付け回転速度を上げる必要がある。締付け回転速度を上げたことによりナットランナーがオーバーランしたとしても、単位時間当たりのトルク上昇率が小さいので、最終的な目標締付けトルクに与える影響は少ない。すなわち、図５に示すようにソフトジョイントＳＪを着座点Ａから締め付けた場合、締付け完了点ＢSJでオーバーランしても、オーバートルク量ＯＴSJが少なくて済む。
【０００７】
一方、後者のハードジョイントにボルト（又はナット）を締め付ける場合、単位時間当たりのトルク上昇率が大きいので、ナットランナーがオーバーランすると最終的な目標締付けトルクに与える影響が大きい。すなわち、図５に示すようにハードジョイントＨＪを着座点Ａから締め付けた場合、締付け完了点ＢHJでオーバーランすると、そのオーバートルク量ＯＴHJが多くなることから、締付け回転速度を極力下げる必要がある。
【０００８】
このようにワークの種類により適切な締付け回転速度が異なることから、実際の締付け作業時には、ワークの種類に応じて締付け回転速度を設定しているというのが現状である。
【０００９】
また、複数のボルト（又はナット）をワークに締め付けるに際して、その締付け完了時の時間的なずれが締付け力に大きく作用するワークの場合、複数のボルト（又はナット）をワークに同時に締め付ける多軸同時締付けを行うようにしている。この多軸同時締付けは、全軸を着座させた後、その着座から目標締付けトルクまで全軸を同時に締め付ける方法である。この方法によれば、全軸が同一の回転速度であれば、概略、全軸が同時に締付け完了することになる。
【００１０】
しかしながら、実際には締付け部位により着座から締付け完了までの締付け角度にばらつきがあるため、全軸を同時に締付け完了させることが困難であり、締付け力にばらつきが発生することがある。
【００１１】
そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ソフトジョイントやハードジョイント等のワークの種類にかかわらず、ボルト又はナットをワークに適切な締付けトルクでもって締付け完了させることができ、また、多軸同時締付けにおいて、締付け角度にばらつきがあっても全軸を同時に締付け完了させることができるナットランナーの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係るナットランナーの制御方法は、単一のナットランナーにおいて、目標締付けトルクと、着座から締付け完了までの目標締付け時間とを予め設定し、その着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を検出し、その検出信号に基づいて現在点から目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように回転速度を所定のインターバルごとに制御しながら締付け完了させることを特徴とする。
【００１３】
具体的に、本発明におけるナットランナーの制御方法は、単一のナットランナーにおいて、目標締付けトルクと、着座から締付け完了までの目標締付け時間とを予め設定し、その着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出すると共に、現在点から目標締付けトルクまでの残り締付けトルクと目標締付け時間までの残り締付け時間とを算出し、前記トルク上昇率と残り締付けトルクとから、現在点での回転速度で目標締付けトルクに達するまでの残り締付け予想時間を算出し、この残り締付け予想時間と残り締付け時間と現在点の回転速度から、目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように締付け完了するために必要な回転速度を所定のインターバルごとに算出することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るナットランナーの制御装置は、単一のナットランナーの制御装置において、ボルト又はナットに嵌合したソケットを回転させる駆動モータを動作させるモータ駆動回路と、トルクセンサにより締付け動作中の締付けトルクを検出して出力するトルク検出回路と、着座後の締付け動作中、その着座からの経過時間を計測して出力する時間監視回路と、トルク検出回路及び時間監視回路のそれぞれの出力に基づいて、着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出し、そのトルク上昇率に基づいて現在点から目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように締付け完了するために必要な回転速度を所定のインターバルごとに算出し、その回転速度に基づく制御信号を前記モータ駆動回路に出力する演算回路とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るナットランナーの回転制御は、単一のナットランナーにおいて、目標締付けトルクと、着座後から締付け完了までの目標締付け時間を予め設定し、着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出することにより、現在点から目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように締付け完了するために必要な回転速度を所定のインターバルごとに算出するので、ソフトジョイントの場合、現在点のトルク上昇率からソフトジョイントであることを判断して回転速度を上げることにより目標締付けトルク及び目標締付け時間で締付け完了する。また、ハードジョイントの場合、現在点のトルク上昇率からハードジョイントであることを判断して回転速度を下げることにより目標締付けトルク及び目標締付け時間で締付け完了する。
【００１６】
このように、単一のナットランナーにおいて、予め設定された目標締付け時間という一定時間で目標締付けトルクに達するような自動締付け動作を実行するので、ソフトジョイント又はハードジョイント等のワークの種類に左右されず、回転速度の調整が不要となってナットランナーの設定が非常に容易になると共にトルク精度の向上が図れる。
【００１７】
なお、本発明は、複数のボルト又はナットをワークに同時に締め付ける多軸同時締付けに用いる場合に好適である。この多軸同時締付けの場合も、全軸が着座した後、その着座から目標締付けトルク及び目標締付け時間まで、全軸を同一時間で締め付けるように設定するので、締付け角度にばらつきがあっても全軸が同時に締付け完了する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を以下に詳述する。
【００１９】
本発明の実施形態で使用するナットランナーは、図１に示すようにナットランナ本体１１から延びる出力軸１２に同軸にソケット１３を連結して構成され、そのソケット１３が締付け対象のボルト１４（又はナット）の頭部に着脱可能に嵌合される。前述のナットランナー本体１１は、エンコーダ１５と駆動モータ１６と減速機１７とトルクセンサ１８とを備え、本発明の制御装置１９からの制御信号に基づいて駆動モータ１６により出力軸１２の先端にあるソケット１３を回転制御する。
【００２０】
この実施形態における制御装置１９は、ボルト１４（又はナット）に嵌合したソケット１３を回転させる駆動モータ１６を動作させるモータ駆動回路２０と、トルクセンサ１８により締付けトルクを検出するトルク検出回路２１と、着座後の締付け動作中、その着座からの経過時間を計測して出力する時間監視回路２２と、トルク検出回路２１及び時間監視回路２２のそれぞれの出力に基づいて、着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出し、そのトルク上昇率に基づいて現在点から目標締付け時間で目標締付けトルクに達するように締付け完了するために必要な回転速度を算出し、それを速度指令としてモータ駆動回路２０に出力する演算回路２３とを具備する。
【００２１】
本発明の制御方法に基づいて、ナットランナーの回転制御によりボルト１４（又はナット）をワーク２４に以下のアルゴリズムでもって締め付ける。図２はナットランナーによる締付け時間と締付けトルクとの関係を示す。
【００２２】
目標締付けトルクＴX と着座点Ａから締付け完了点Ｂまでの目標締付け時間ｔｘとを制御装置１９で予め設定した上で、ナットランナーのソケット１３をボルト１４（又はナット）に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する。この締付け動作の開始からボルト１４（又はナット）がワーク２４に着座するまでは、締付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナーを高速回転させている。この着座点Ａでの着座トルク（図４参照）は予め制御装置１９で設定されている。締付け動作の開始後、その着座トルクをトルクセンサ１８により検出した時点でソケット１３の回転を一旦停止させている。
【００２３】
この着座後、ソケット１３を回転開始させ、ボルト１４（又はナット）をワーク２４に締め付けていく。この時、後述するようにある一定時間ｔにおけるトルク上昇率を監視するため、一定時間ｔを予め設定しておく。また、締付け動作中においては、ある一定の時間間隔（例えば１msec）でのトルク値を記憶させておく。この着座後の締付け動作中における現在点Ｐ1 での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率αを算出する。すなわち、現在点Ｐ1 でのトルク値とその現在点Ｐ1 から一定時間ｔだけさかのぼった過去点Ｐ0 でのトルク値との差ΔＴ1 を算出し、その差ΔＴ1 を一定時間ｔで除算してその除算値を現在点Ｐ1 でのトルク上昇率α（＝ΔＴ1 ／ｔ）とする。
【００２４】
これと同時に、現在点Ｐ1 から目標締付けトルクＴX までの残り締付けトルクΔＴ2 と目標締付け時間ｔｘまでの残り締付け時間Δｔ1 とを演算回路２３で算出する。このトルク上昇率αと残り締付けトルクΔＴ2 とから現在点Ｐ1 での回転速度で目標締付けトルクｔｘに達するまでの残り締付け予想時間Δｔ2 を算出する。そして、この残り締付け予想時間Δｔ2 と残り締付け時間Δｔ1 と現在点Ｐ1 の回転速度から目標締付け時間ｔｘで目標締付けトルクＴX に達するように締付け完了するために必要な回転速度を算出する。
【００２５】
以上のように現在点Ｐ1 でのトルク上昇率αから、目標締付け時間ｔｘで目標締付けトルクＴX に達するように締付け完了するために必要な回転速度を算出する演算処理を所定のインターバル（例えば１０msec間隔）で実行する。これにより現在点Ｐ1 で目標締付けトルクＴX 及び目標締付け時間ｔｘで締付け完了するために必要な回転速度が所定のインターバルごとに得られる。このようにして得られた回転速度に基づく制御信号を演算回路２３からモータ駆動回路２０に出力し、そのモータ駆動回路２０から前述の制御信号に基づく速度指令を駆動モータ１６へ出力して回転制御する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、単一のナットランナーにおいて、目標締付けトルクと、着座後から締付け完了までの目標締付け時間を予め設定し、着座後の締付け動作中における現在点での回転速度について単位時間当たりのトルク上昇率を算出することにより、現在点から目標締付けトルク及び目標締付け時間で締付け完了するために必要な回転速度を所定のインターバルごとに算出するので、目標締付け時間で目標締付けトルクに達するような自動締付け動作を実行でき、ソフトジョイント又はハードジョイント等のワークの種類に左右されず、回転速度の調整が不要となって作業の熟練度が要求させることなく、ナットランナーの設定が非常に容易になると共にトルク精度の向上が図れ、信頼性が大幅に向上する。
【００２７】
また、複数のボルト又はナットをワークに同時に締め付ける多軸同時締付けの場合も、締付け角度にばらつきがあっても、全軸を同一時間で締め付けるように設定できるので、全軸を同時に締付け完了させることができ、締付け力の安定化を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るナットランナーの制御装置の実施形態を示すブロック構成図
【図２】  本発明に係るナットランナーの制御方法の実施形態を説明するもので、締付け時間と締付けトルクとの関係を示す特性図
【図３】  ナットランナーの従来例を示す構成図
【図４】  一般的な締付け時間と締付けトルクとの関係を示す特性図
【図５】  ソフトジョイントとハードジョイントとの締付け動作の違いを示す特性図
【符号の説明】
１３  ソケット
１４  ボルト
１６  駆動モータ
１８  トルクセンサ
２０  モータ駆動回路
２１  トルク検出回路
２２  時間監視回路
２３  演算回路
２４  ワーク
ＴX   目標締付けトルク
ｔｘ  目標締付け時間
Ｐ1   現在点
α  トルク上昇率
ΔＴ2   残り締付けトルク
Δｔ1   残り締付け時間
Δｔ2   残り締付け予想時間
【図１】
0004467666.tif 000002
【図２】
0004467666.tif 000003
【図３】
0004467666.tif 000004
【図４】
0004467666.tif 000005
【図５】
0004467666.tif 000006