自動ねじ締め装置
【課題】ワークに螺入している時点でねじが無いことを判断して、即座にビットの下降および回転を停止させ、ビットの先端をワークに当接させないようにしてビットおよびワークの損傷を防止する自動ねじ締め装置の提供を目的とする。
【解決手段】モータ２１の駆動を受けて回動可能かつねじ６１の駆動部に係合可能なビット２３を有するドライバツール２０と、このドライバツール２０を昇降可能な往復移動手段３０とを有する自動ねじ締め装置において、前記ドライバツール２０とともに移動するビット２３があらかじめ設定された判定開始設定点に到達すれば、この時点のビット２３の推力を検出し、この実ビット推力とあらかじめ設定した判定基準推力とを比較し、前記ねじ６１をワークに螺入しているか判断して螺入中にねじ６１の有無を判断する制御手段４０を備えたことを特徴とする。
【解決手段】モータ２１の駆動を受けて回動可能かつねじ６１の駆動部に係合可能なビット２３を有するドライバツール２０と、このドライバツール２０を昇降可能な往復移動手段３０とを有する自動ねじ締め装置において、前記ドライバツール２０とともに移動するビット２３があらかじめ設定された判定開始設定点に到達すれば、この時点のビット２３の推力を検出し、この実ビット推力とあらかじめ設定した判定基準推力とを比較し、前記ねじ６１をワークに螺入しているか判断して螺入中にねじ６１の有無を判断する制御手段４０を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじあるいは六角ボルト等の締結部品を締結する自動ねじ締め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産設備の稼動中において、設備の異常によりワークが損傷することがある。このような損傷したワークは、修正して再利用されるか修正不能と判断されると廃棄されるため、ワークに係るコストが増加する。このような問題を抱える生産設備の一例である従来の自動ねじ締め装置は、一般的に特許文献１に示すものが知られており以下に説明する。
【０００３】
特許文献１に示す従来の自動ねじ締め装置は、円筒状で側面に長穴を形成されたケーシングパイプと、このケーシングパイプ内にスプリングを配し、このスプリングに当接し下方へ付勢される摺動ブッシュを配し、この摺動ブッシュを前記ケーシングパイプから抜けないように規制するストッパリングを有する。前記摺動ブッシュには締結部品の一例であるねじの吸着を可能な吸着パイプが固定されており、この吸着パイプにねじの駆動部と係合可能でかつ回転可能なビットが内挿される。一方、前記摺動ブッシュにはＬ型のホース継手が固定されて、このホース継手は前記ケーシングパイプの長穴部から突出しており、このホース継手の突出部に係合レバーが固定されて吸着パイプの摺動と連動する。一方、前記係合レバーの摺動方向に延びるようにチェック軸が配置され、このチェック軸は係合レバーに当接して摺動可能であるとともに、この摺動状態に応じてチェック軸の端部を検出可能なセンサがねじ無し検出用として配置されている。次にこの自動ねじ締め装置の作用について説明する。ねじを吸着した吸着パイプは、軸方向に下降するとその先端が被締結物に当接し、ビットが前記スプリングの撓みによって押し出される形でワーク側に接近する。これにより、ねじの先端と締結物とが当接してビットとねじの駆動部とが嵌合して、ねじはビットの回転を受けて締結物に螺入される。その後、自動ねじ締め装置は、トルクアップあるいは前記ビットの下降開始から所定の時間経過するとビットの回転を停止するとともに、前記センサの検出信号に基づきねじ無しのチェックを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平6-37869号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来の自動ねじ締め装置において、ねじの落下などによりねじの無い状態でねじ締めが行われると、ビットは前述の通りトルクアップあるいはビットの下降開始から所定時間経過するまで回転および下降する。このため、ビットの先端がワークに当接してワークを削る等、ワークおよびビットが損傷する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじをワークに螺入中、締結部品が無いことを判断して、即座にビットの下降および回転を停止させ、ワークにビットの先端を当接させずビットおよびワークの損傷を防止する自動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に、本発明は、回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつ締結部品の駆動部に係合可能なビットを有するドライバツールと、このドライバツールを前記ビットの軸方向に往復移動操作可能に支持した往復移動手段とを有する自動ねじ締め装置において、ビットの位置が判定開始設定点に到達すれば、ビットに作用する推力を検出し、この実ビット推力とあらかじめ設定した判定基準推力とを比較して前記締結部品の有無を判断する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
なお、前記往復移動手段は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに連結したボールねじとから構成することが好ましい。また、ビットの推力をＡＣサーボモータの負荷電流に基づき検出することが好ましい。さらに、ビットの位置をＡＣサーボモータの出力パルス信号に基づき検出することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の自動ねじ締め装置は、ねじ締め中にねじが無いことを検出して、ビットがワークに当接することなくビットの回転と下降とを停止するため、ビットおよびワークの損傷を防止する利点がある。また、正規のねじの首下長さよりも短いねじ（以下、短ねじという）が誤って供給された場合であっても、前記短ねじは通常よりも遅くワークに螺入され始めるため、ねじ締め異常として検出でき、異品ねじの締結を未然に防止する利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係わる一実施例の自動ねじ締め装置の一部切欠断面図である。
【図２】本発明に係わるねじ締め作業の動作図である。
【図３】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【図４】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【図５】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【図６】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１ないし図６に基づき本発明の一実施例を説明する。自動ねじ締め装置１０は、締結部品の一例であるねじ６１の駆動部と係合可能なビット２３を有するドライバツール２０と、このドライバツール２０を前記ビット２３の軸方向に往復移動操作可能に支持した往復移動手段３０と、前記ドライバツール２０および前記往復移動手段３０を制御可能な制御手段４０とから構成される。
【００１１】
前記ドライバツール２０は、その上部に回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、単にモータ２１という）と、このモータ２１の出力軸の回転角を検出可能なエンコーダ２２とを具備しており、前記モータ２１の出力軸に磁化されたビット２３が直結されている。
【００１２】
前記往復移動手段３０は、ベース３３に垂直に立設されたロッド３４ａ、３４ｂの上部にモータ取付板３５が固定される。このモータ取付板３５には回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、単にモータ３１という）と、このモータ３１の出力軸の回転角を検出可能なエンコーダ３２とが固定されており、前記モータ３１の出力軸にはボールねじ３６が接続されている。このボールねじ３６には、ボールねじ３６のリードに沿って往復可動するナット部材３７が配されており、このナット部材３７にブラケット３８が固定されている。このブラケット３８は、前記ロッド３４ａ、３４ｂのそれぞれに挿通されており、その前方には前記ドライバツール２０が固定される。よって、前記モータ３１の出力軸が回転することで、前記ボールねじ３６が回転し、前記ブラケット３８および前記ドライバツール２０は、ボールねじ３６の軸線と平行に昇降する。
【００１３】
前記制御手段４０は、前記モータ２１および前記エンコーダ２２に接続されたモータ制御部４１と、前記モータ３１および前記エンコーダ３２に接続されたモータ制御部４２と、これらモータ制御部４１，４２への駆動指令およびプログラム処理等を可能な制御部４３と、ねじ各部の寸法データ（ねじのリード、首下長さ等）等からなるねじ締めパラメータ、前記モータ２１，３１の制御データ（ねじ締めの過程における出力トルクや速度等）、前記ねじ締めパラメータおよび制御プラグラム等を記憶するとともに、ねじ締め結果データおよびねじ締め作業時に生成される一時データ等の記憶領域を有する記憶部４４と、各種情報の入力画面およびねじ締め作業における各種情報を表示可能な表示部４５と、前記各種データや前記ねじ締めパラメータ等を入力するための入力部４６とを備えている。
【００１４】
前記制御データは、ねじ締めを開始する時点のビット２３の昇降位置であるねじ締め開始設定点と、ビット２３の下降速度を切り替えるビット２３の昇降位置の下降速度切替設定点と、後述する実ビット推力を算出し始めるビット２３の昇降位置の判定開始設定点と、ねじ６１の有無判定の基準となる判定基準推力と、前記ねじ締め開始設定点から前記下降速度切替設定点に到達するまでのビット２３の下降指令速度（以下、第１下降指令速度という）と、前記下降速度切替設定点に到達直後から前記推力切替設定点に到達するまでのビット２３の下降指令速度（以下、第２下降指令速度という）と、前記推力切替設定点に到達直後からトルクアップするまでのビット２３の下降指令速度（以下、第３下降指令速度という）と、ビット２３の設定推力である第１指令推力および第２指令推力と、前記第１指令推力から第２指令推力に切り替えるビット２３の昇降位置の推力切替設定点と、正常なねじ締めを完了した時点のビット２３の昇降位置であるねじ締め完了設定点と、前記ねじ６１のリードに規制されて回転しながら下降する実際のビット２３の下降速度である螺入速度と、前記ボールねじ３６のリードとからなり、これらのデータはあらかじめ前記入力部４６を介して前記記憶部４４に保存される。
【００１５】
前記モータ制御部４１は、前記モータ２１に生じている実際の負荷電流（以下、実負荷電流という）および前記エンコーダ２２から出力される出力パルス信号を常時検出可能に構成されるとともに、これらモータ２１の実負荷電流とエンコーダ２２の出力パルス信号とを入力し、これらの情報を前記制御部４３へ送信している。
【００１６】
同様に、前記モータ制御部４２は、前記モータ３１の実負荷電流および前記エンコーダ３２から出力される出力パルス信号を常時検出可能に構成されるとともに、これらモータ３１の実負荷電流とエンコーダ３２の出力パルス信号とを入力し、これらの情報を前記制御部４３へ送信している。
【００１７】
前記モータ２１の実負荷電流は、モータ２１の出力軸に生じている負荷トルク（以下、実負荷トルクという）とほぼ比例関係にあり、このモータ２１の実負荷トルクは、ビット２３に生じている反力トルクとほぼ一致する。一方、前記モータ３１の実負荷電流は、前記ドライバツール２０の昇降時に前記ボールねじ３６から前記ナット部材３７に与えられる前記ボールねじ３６の軸方向の押圧力（以下、推力という）とほぼ比例関係にあり、このナット部材３７に生じる推力（以下、実ナット推力という）は、ナット部材３７の昇降と同期する前記ビット２３に生じる推力（以下、実ビット推力という）と相関関係がある。
つまり、前記モータ２１の実負荷電流は、ねじ６１に与える締付けトルク（以下、実出力トルクという）に置き換えられる一方、前記モータ３１の実負荷電流は、ビット２３の実ビット推力に置き換えることがそれぞれ可能となる。
【００１８】
また、前記エンコーダ２２，３２の出力パルス信号は、前記制御部４３によってモータ２１，３１の出力軸の所定時間に対する回転角度（以下、出力軸回転数という）に変換される。このモータ２１の出力軸回転数は、前記ビット２３の出力軸回転数と同一であるため、エンコーダ２２の出力パルス信号から、ビット２３の出力軸回転数を求めることができる。一方、前記モータ３１の出力軸の回転角度は、モータ３１の回転方向と前記ボールねじ３６のリードとから前記ナット部材３７の昇降方向の位置（以下、昇降位置という）を求めることができる。このナット部材３７の昇降位置は、ナット部材３７と前記ビット２３との昇降が同期するため、前記モータ３１の出力軸の回転角度から前記ビット２３の昇降位置および昇降速度を求めることができる。
【００１９】
前記モータ２１，３１は、前記モータ制御部４１，４２を介し、前記制御部４３の駆動指令によって駆動しており、この駆動指令の制御は、モータ２１，３１の出力軸回転数を確認した後、それぞれの出力軸回転数があらかじめ設定された回転数となるようにモータ２１，３１に与える電流を変更して行われる。具体的には、モータの出力軸回転数は、モータの出力軸回転数があらかじめ設定された回転数を下回る場合であればモータに与える電流を増加させ、上回る場合あればモータに与える電流を減少させて微調整される。このとき、モータ２１，３１に与えるそれぞれの最大の電流をあらかじめ制限することで、上述のビット２３の実出力トルクあるいは実ビット推力とは、それぞれ制限することができる。
【００２０】
前記第１、第２、第３下降指令速度は、前記モータ３１の出力軸回転数と前記ボールねじ３６のリードによって決定される。このため、モータ３１の出力軸の設定回転数は、あらかじめ設定された各下降指令速度をボールねじ３６のリードで除し、さらに６０秒を乗じて求めることができる。また、前記第１下降指令速度は、前記第２および第３下降指令速度よりも高く設定される。一方、前記第２および第３下降指令速度は、後述する螺入速度よりも高く設定されるため、この速度差によってねじ螺入中のビット２３は、常時ねじ６１を押し付けるため、前記実ビット推力を生じる。なお、前記第２下降指令速度と第３下降指令速度とは、同一の速度に設定してもよい。
【００２１】
また、前記第１指令推力および前記第２指令推力は、ビット２３とねじ６１との係合が解けるカムアウト現象の発生を防止し、かつねじ６１の螺入中に生じる実ビット推力の抑制するために設定される。前記カムアウト現象は、前記実出力トルクが高くなるほどビット２３が浮き上がりやすいため、図２に示すように前記第２指令推力は、前記第１指令推力よりも高く設定される。また、ねじ６１の螺入中に生じる実ビット推力は、ねじ６１を介してワークに負荷されるため、ワークが例えば精密部品であれば制限する必要がある。
【００２２】
ここで、本実施例における具体的なモータ３１の駆動指令について、以下に説明する。前記制御部４３からモータ制御部４２に送る駆動指令信号は、図２に示す第１締結工程、第２締結工程および第３締結工程の３つの工程毎に発せられている。まず、第１締結工程で発せられる駆動指令信号は、前記第１下降指令速度のみに基づく駆動指令信号（以下、第１駆動指令信号という）であり、第２締結工程で発せられる駆動指令信号は、前記第２下降指令速度および前記実ビット推力を制限した駆動指令信号（以下、第２駆動指令信号という）であり、第３締結工程で発せられる駆動指令信号は、前記第３下降指令速度および前記実ビット推力を制限した駆動指令信号（以下、第３駆動指令信号という）である。このように、前記第１駆動指令信号は、実ビット推力が制限されておらず、上述のモータ３１の負荷電流が制限されていない。これは、前記第１締結工程では、前記ねじ６１の先端と締結物７１とが当接しないため、実ビット推力が図２に示すようにほぼ０（零）となり上昇しないことと、前記ビット２３の下降速度を停止状態の０（零）から高速へ即座に切り替えてねじ締めに係る時間を短縮するため、モータ３１に与える電流を高く設定できるようにするためである。
【００２３】
また、前記ねじ締めパラメータは、所謂ねじ６１のリードおよび首下長さとからなり、前記入力部４６を介して前記記憶部４４にそれぞれ保存されている。
【００２４】
前記判定開始設定点は、以下の２つの条件に適合する範囲内で設定されている。
１．図２に示すように、ねじ６１が前記締結物７１に当接してビット２３の推力が第１指令推力に到達するビット２３の昇降位置から前記ねじ締め完了設定点までの範囲であること。
２．下降するビット２３が判定開始設定点に到達して、ねじ無しと判定され下降を中止されても、ビット２３の先端部が被締結物７２あるいは締結物７１に当接せず完全に停止できる位置であること。
【００２５】
前記判定基準推力は、前記判定開始設定点に到達した時点の前記実ビット推力と比較する値であり、前記第１指令推力未満に設定されている。これにより、前記実ビット推力が判定基準推力を超えていれば制御部４３は、ビット２３でねじ６１を押し付けながら螺入していると判断して正常なねじ締めが行われていると処理する一方、前記実ビット推力が判定基準推力を超えていなければ、ねじが無いと判断してねじ締めを中断する処理を行う。
【００２６】
前記螺入速度は、ねじ６１を締結物７１に螺入し始めてからねじ６１の頭部と前記被締結物７２とが当接するまでのビット２３の下降速度であり、正規のねじ６１のリードと前記モータ２１の出力軸の設定回転数によって規制された速度である。よって、この螺入速度は、上述のモータ２１の出力軸の設定回転数に前記ねじ６１のリードを乗じ、さらに６０秒を除して求めることができ、前記制御部４３において自動計算され、その後前記記憶部４４に自動登録される。具体的な数値例として、ねじ６１のリードが０．７ｍｍ、モータ２１の出力軸の設定回転数が３００ｒｐｍであれば、螺入速度は、３００ｒｐｍ×０．７ｍｍ÷６０秒から求められる３．５ｍｍ／秒となる。なお、これらの数値例は、以下の説明にも用いる。
【００２７】
前記制御部４３は、図３ないし図６に示すように、
Ｓ０１：モータ制御部４１に駆動指令を送るとともに、モータ制御部４２に第１駆動指令信号を送る。
Ｓ０２：モータ制御部４２からエンコーダ３２の出力パルス信号を取得する。
Ｓ０３：ビット２３の昇降位置を割り出す。
Ｓ０４：判定開始設定点が第２下降指令の有効な範囲に設定されていなければＳ１４にジャンプする。
Ｓ０５：ビット２３が下降速度切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ０６：モータ制御部４２に第２駆動指令信号を送る。
Ｓ０７：ビット２３が判定開始設定点に到達するのを待つ。
Ｓ０８：モータ制御部４２からモータ３１の実負荷電流を取得する。
Ｓ０９：実ビット推力を算出し、記憶する。
Ｓ１０：実ビット推力が判定基準推力以下であればＳ１３にジャンプする。
Ｓ１１：ビット２３が推力切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ１２：モータ制御部４２に第３駆動指令信号を送り、Ｓ２３にジャンプする。
Ｓ１３：モータ制御部４１，４２にモータ駆動停止指令信号を送る。
Ｓ１４：ねじ無し異常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ３０にジャンプする。
Ｓ１５：ビット２３が下降速度切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ１６：モータ制御部４２に第２駆動指令信号を送る。
Ｓ１７：ビット２３が推力切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ１８：モータ制御部４２に第３駆動指令信号を送る。
Ｓ１９：ビット２３が判定開始設定点に到達するのを待つ。
Ｓ２０：モータ制御部４２からモータ３１の実負荷電流を取得する。
Ｓ２１：実ビット推力を算出し、記憶する。
Ｓ２２：実ビット推力が判定基準推力以下であればＳ３０にジャンプする。
Ｓ２３：モータ２１の実負荷電流が目標の締付けトルクに相当する電流に到達していなければＳ２７にジャンプする。
Ｓ２４：モータ制御部４１，４２にモータ駆動停止指令信号を送る。
Ｓ２５：ビット２３がねじ締め完了点に到達していなければＳ２９にジャンプする。
Ｓ２６：ねじ締め正常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ３０にジャンプする。
Ｓ２７：ねじ締め開始から所定時間経過していればＳ２３にジャンプする。
Ｓ２８：ねじ空転異常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ３０にジャンプする。
Ｓ２９：ねじ浮き異常表示信号を表示部４５に送る。
Ｓ３０：モータ制御部４２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ３１：ねじ締め開始点に復帰するのを待つ。
Ｓ３２：モータ制御部４２にモータ駆動停止指令信号を送る。
Ｓ３３：エンド
となるねじ締め制御を行う。
【００２８】
次に、自動ねじ締め装置１０の作用について説明する。なお、この説明で使用する各設定の数値は一例である。
作業者（図示せず）は、前記ビット２３の先端にねじ６１を係合させて供給し、スタートスイッチ（図示せず）を押してスタート信号を発する。このスタート信号は、前記制御手段４０へ入力され、前記制御部４３は、前記モータ制御部４１に駆動指令信号を送るとともに、前記制御部４２に前記第1駆動指令信号を送る。これにより、前記モータ制御部４１は、前記モータ２１の出力軸をあらかじめ設定された回転数（３００ｒｐｍ）で駆動させる一方、前記モータ制御部４２は、前記モータ３１の出力軸を前記第１下降指令速度（例えば、２００ｍｍ／秒）から算出された回転数（第１下降指令速度÷ボールねじ６１のリード×６０秒＝２００ｍｍ／秒÷１２ｍｍ×６０秒＝１０００ｒｐｍ）で駆動させる。よって、前記ビット２３は、前記ねじ６１を締付ける方向に３００ｒｐｍで回転しながら２００ｍｍ／秒で下降する。
【００２９】
その後、前記制御部４３は、前記モータ制御部４２を介して前記エンコーダ３２の出力パルス信号を取得してビット２３の昇降位置を割り出し、前記判定開始設定点が第２締結工程内に設定されていなければ、図４に示すＳ１５ないしＳ２２のねじ締め制御を行う一方、第２締結工程内に設定されていれば、このビット２３の昇降位置が前記下降速度切替設定点に到達するのを待つ。前記ビット２３の昇降位置が下降速度切替設定点に到達していれば、制御部４３は、前記モータ制御部４２に前記第２駆動指令信号を送り、ビット２３の下降速度を２００ｍｍ／秒から例えば２０ｍｍ／秒に切り替える。これにより、その後、ねじ６１の先端と締結物７１とが当接する際に生じる衝撃を軽減させワーク等の破損を防止している。また、ねじ６１がその先端と締結物７１とが当接して螺入され始めると前記ビット２３の下降速度は、図２の螺入開始の位置を境に２０ｍｍ／秒から前記螺入速度（３．５ｍｍ／秒）にさらに減速し、この速度差によって、実ビット推力は、ほぼ０（零）から前記第１指令推力へと上昇する。その後、ビット２３の昇降位置が前記判定開始設定点に到達すれば、この時点の実ビット推力を算出して前記記憶部４４に記憶する。
【００３０】
この実ビット推力が前記判定基準推力を超えていなければ、制御部４３は、ねじ６１が無いと判断し、前記モータ制御部４１，４２にそれぞれモータ２１，３１の駆動停止の信号（以下、駆動停止指令信号という）を送り、モータ２１，３１の回転を停止させる。また、前記判定開始設定点は、上述の条件に設定されているため、動作を停止した前記ビット２３は、締結物７１あるいは被締結物７２に触れない位置に停止する。前記制御部４３は、ねじ無し異常信号を前記表示部４５へ出力するとともに、モータ制御部４２を介してモータ３１に逆転駆動する指令を与え、前記ビット２３の昇降位置を前記ねじ締め開始点に復帰させてねじ締めを終了させる。このとき、表示部４５は、ねじ無し異常の警告を表示しており、作業者にねじ締め異常であることを知らせる。
【００３１】
一方、前記実ビット推力が前記判定基準推力を超えていれば、制御部４３は、正常なねじ締めが行われていると判断し、ビット２３の位置が前記推力切替設定点に到達するのを待つ。このビット２３の位置が推力切替設定点に到達すれば、制御部４３は、前記モータ制御部４２に前記第３駆動指令信号を送り、ビット２３の下降指令速度が２０ｍｍ／秒から例えば３０ｍｍ／秒と上昇する。しかし、ビット２３の実際の下降速度は、上述と同様に前記螺入速度（３．５ｍｍ／秒）が維持される一方、実ビット推力は、前記第１指令推力から前記第２指令推力へと上昇する。
【００３２】
その後、制御部４３は、ねじ６１の頭部の着座により上昇する前述のモータ２１の実負荷電流があらかじめ設定された目標の締付けトルクに相当する電流に達していないことを確認すれば、ねじ締め開始からこの時点までの時間があらかじめ設定した時間を経過したか確認する。一方、ねじ締め開始からの時間があらかじめ設定された時間を経過していれば、制御部４３は、ねじ６１あるいは締結物７１のめねじ等が破損したと判断し、前記モータ制御部４１，４２へそれぞれ前記駆動停止指令信号を送り、モータ２１，３１の回転を停止させるとともに、前記表示部４５へねじ空転異常信号を出力する。これにより、表示部４５は、ねじ空転異常の警告を表示して作業者にねじ締め異常であることを知らせる。その後、モータ制御部４２は、制御部４３の指令を受けてモータ３１を逆転駆動させて前記ビット２３を前記ねじ締め開始点に復帰させ、ねじ締めを終了させる。
【００３３】
一方、制御部４３は、前記モータ２１の実負荷電流があらかじめ設定された目標の締付けトルクに相当する電流に達していることを確認すれば、前記モータ制御部４１，４２にそれぞれ前記駆動停止指令信号を送り、モータ２１，３１の回転を停止させる。その後、制御部４３は、ビット２３の昇降位置が前記ねじ締め完了点に到達しているか確認し、到達していなければ、前記表示部４５へねじ浮き異常信号を出力する。これにより、表示部４５は、ねじ浮き異常の警告を表示して作業者にねじ締め異常であることを知らせる。その後、モータ制御部４２は、制御部４３の指令を受けてモータ３１を逆転駆動させて前記ビット２３を前記ねじ締め開始点に復帰させ、ねじ締めを終了させる。
【００３４】
また、前述のビット２３の昇降位置が前記ねじ締め完了点に到達していれば、制御部４３は、ねじ締め正常信号を前記表示部４５へ出力する。これにより、表示部４５は、ねじ締め正常の表示をして作業者に知らせる。その後、モータ制御部４２は、制御部４３の指令を受けてモータ３１を逆転駆動させて前記ビット２３を前記ねじ締め開始点に復帰させ、ねじ締めを終了させる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の自動ねじ締め装置１０は、ねじ締め中にねじの有無判定が行えるため、ねじ６１が無いと判断すればビット２３が被締結物７２あるいは締結物７１に当接するまでにビット２３の回転および下降動作を停止でき、ビット２３およびワークの損傷を防止する利点がある。
【００３６】
また、締結するねじが前記短ねじであっても、前記判定開始設定点を図２の螺入開始直後の位置に設定すれば、前記短ねじがねじ無し異常として検出することができる利点がある。これは、前記判定開始設定点に到達した時点において、短ねじの先端と締結物７１とが当接していないため、実ビット推力がほぼ０（零）であり、前記判定基準推力に到達しないからである。つまり、本発明の自動ねじ締め装置１０は、今までねじ締め後に探し出すことが困難であった前記短ねじの締結を未然に防止できる優れた利点もある。
【００３７】
なお、本実施例において、ドライバツール２０は、ビット２３を磁化したものとしたが、磁化していないビットにして、このビットの外周に配置した摺動可能な吸着パイプと、この吸着パイプの内部に連通する空気孔を備えたケーシングパイプとを具備するとともに、前記空気孔から空気を吸引可能にして吸着パイプ内にねじ６１を吸着保持可能に構成してもよい。また、ねじ６１は、今回小ねじを想定して説明したが、締結物７１に下穴が設けられ、ねじの螺入と同時にめねじを形成するタッピンねじ（図示せず）にも適用できることは言うまでもない。さらに、本実施例において、判定開始設定点を前記第２締結工程内に設定したが前記第３締結工程内に設定してもよい。これにより、例えばワークを支持する受け治具の摩耗やワーク自体の寸法のバラツキ等によりワークの高さが正規の位置に比べて低くなっても、実ビット推力が前記判定開始設定点に到達した時点において十分に得られているため、ねじ無し異常の誤判定をより低減できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 自動ねじ締め装置
２０ ドライバツール
２１ ＡＣサーボモータ
２２ エンコーダ
２３ ビット
３０ 往復移動手段
３１ ＡＣサーボモータ
３２ エンコーダ
３６ ボールねじ
３７ ナット部材
４０ 制御手段
６１ ねじ
７１ 締結物
７２ 被締結物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじあるいは六角ボルト等の締結部品を締結する自動ねじ締め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産設備の稼動中において、設備の異常によりワークが損傷することがある。このような損傷したワークは、修正して再利用されるか修正不能と判断されると廃棄されるため、ワークに係るコストが増加する。このような問題を抱える生産設備の一例である従来の自動ねじ締め装置は、一般的に特許文献１に示すものが知られており以下に説明する。
【０００３】
特許文献１に示す従来の自動ねじ締め装置は、円筒状で側面に長穴を形成されたケーシングパイプと、このケーシングパイプ内にスプリングを配し、このスプリングに当接し下方へ付勢される摺動ブッシュを配し、この摺動ブッシュを前記ケーシングパイプから抜けないように規制するストッパリングを有する。前記摺動ブッシュには締結部品の一例であるねじの吸着を可能な吸着パイプが固定されており、この吸着パイプにねじの駆動部と係合可能でかつ回転可能なビットが内挿される。一方、前記摺動ブッシュにはＬ型のホース継手が固定されて、このホース継手は前記ケーシングパイプの長穴部から突出しており、このホース継手の突出部に係合レバーが固定されて吸着パイプの摺動と連動する。一方、前記係合レバーの摺動方向に延びるようにチェック軸が配置され、このチェック軸は係合レバーに当接して摺動可能であるとともに、この摺動状態に応じてチェック軸の端部を検出可能なセンサがねじ無し検出用として配置されている。次にこの自動ねじ締め装置の作用について説明する。ねじを吸着した吸着パイプは、軸方向に下降するとその先端が被締結物に当接し、ビットが前記スプリングの撓みによって押し出される形でワーク側に接近する。これにより、ねじの先端と締結物とが当接してビットとねじの駆動部とが嵌合して、ねじはビットの回転を受けて締結物に螺入される。その後、自動ねじ締め装置は、トルクアップあるいは前記ビットの下降開始から所定の時間経過するとビットの回転を停止するとともに、前記センサの検出信号に基づきねじ無しのチェックを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平6-37869号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来の自動ねじ締め装置において、ねじの落下などによりねじの無い状態でねじ締めが行われると、ビットは前述の通りトルクアップあるいはビットの下降開始から所定時間経過するまで回転および下降する。このため、ビットの先端がワークに当接してワークを削る等、ワークおよびビットが損傷する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじをワークに螺入中、締結部品が無いことを判断して、即座にビットの下降および回転を停止させ、ワークにビットの先端を当接させずビットおよびワークの損傷を防止する自動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に、本発明は、回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつ締結部品の駆動部に係合可能なビットを有するドライバツールと、このドライバツールを前記ビットの軸方向に往復移動操作可能に支持した往復移動手段とを有する自動ねじ締め装置において、ビットの位置が判定開始設定点に到達すれば、ビットに作用する推力を検出し、この実ビット推力とあらかじめ設定した判定基準推力とを比較して前記締結部品の有無を判断する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
なお、前記往復移動手段は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに連結したボールねじとから構成することが好ましい。また、ビットの推力をＡＣサーボモータの負荷電流に基づき検出することが好ましい。さらに、ビットの位置をＡＣサーボモータの出力パルス信号に基づき検出することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の自動ねじ締め装置は、ねじ締め中にねじが無いことを検出して、ビットがワークに当接することなくビットの回転と下降とを停止するため、ビットおよびワークの損傷を防止する利点がある。また、正規のねじの首下長さよりも短いねじ（以下、短ねじという）が誤って供給された場合であっても、前記短ねじは通常よりも遅くワークに螺入され始めるため、ねじ締め異常として検出でき、異品ねじの締結を未然に防止する利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係わる一実施例の自動ねじ締め装置の一部切欠断面図である。
【図２】本発明に係わるねじ締め作業の動作図である。
【図３】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【図４】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【図５】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【図６】本発明に係わるねじ締め制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１ないし図６に基づき本発明の一実施例を説明する。自動ねじ締め装置１０は、締結部品の一例であるねじ６１の駆動部と係合可能なビット２３を有するドライバツール２０と、このドライバツール２０を前記ビット２３の軸方向に往復移動操作可能に支持した往復移動手段３０と、前記ドライバツール２０および前記往復移動手段３０を制御可能な制御手段４０とから構成される。
【００１１】
前記ドライバツール２０は、その上部に回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、単にモータ２１という）と、このモータ２１の出力軸の回転角を検出可能なエンコーダ２２とを具備しており、前記モータ２１の出力軸に磁化されたビット２３が直結されている。
【００１２】
前記往復移動手段３０は、ベース３３に垂直に立設されたロッド３４ａ、３４ｂの上部にモータ取付板３５が固定される。このモータ取付板３５には回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、単にモータ３１という）と、このモータ３１の出力軸の回転角を検出可能なエンコーダ３２とが固定されており、前記モータ３１の出力軸にはボールねじ３６が接続されている。このボールねじ３６には、ボールねじ３６のリードに沿って往復可動するナット部材３７が配されており、このナット部材３７にブラケット３８が固定されている。このブラケット３８は、前記ロッド３４ａ、３４ｂのそれぞれに挿通されており、その前方には前記ドライバツール２０が固定される。よって、前記モータ３１の出力軸が回転することで、前記ボールねじ３６が回転し、前記ブラケット３８および前記ドライバツール２０は、ボールねじ３６の軸線と平行に昇降する。
【００１３】
前記制御手段４０は、前記モータ２１および前記エンコーダ２２に接続されたモータ制御部４１と、前記モータ３１および前記エンコーダ３２に接続されたモータ制御部４２と、これらモータ制御部４１，４２への駆動指令およびプログラム処理等を可能な制御部４３と、ねじ各部の寸法データ（ねじのリード、首下長さ等）等からなるねじ締めパラメータ、前記モータ２１，３１の制御データ（ねじ締めの過程における出力トルクや速度等）、前記ねじ締めパラメータおよび制御プラグラム等を記憶するとともに、ねじ締め結果データおよびねじ締め作業時に生成される一時データ等の記憶領域を有する記憶部４４と、各種情報の入力画面およびねじ締め作業における各種情報を表示可能な表示部４５と、前記各種データや前記ねじ締めパラメータ等を入力するための入力部４６とを備えている。
【００１４】
前記制御データは、ねじ締めを開始する時点のビット２３の昇降位置であるねじ締め開始設定点と、ビット２３の下降速度を切り替えるビット２３の昇降位置の下降速度切替設定点と、後述する実ビット推力を算出し始めるビット２３の昇降位置の判定開始設定点と、ねじ６１の有無判定の基準となる判定基準推力と、前記ねじ締め開始設定点から前記下降速度切替設定点に到達するまでのビット２３の下降指令速度（以下、第１下降指令速度という）と、前記下降速度切替設定点に到達直後から前記推力切替設定点に到達するまでのビット２３の下降指令速度（以下、第２下降指令速度という）と、前記推力切替設定点に到達直後からトルクアップするまでのビット２３の下降指令速度（以下、第３下降指令速度という）と、ビット２３の設定推力である第１指令推力および第２指令推力と、前記第１指令推力から第２指令推力に切り替えるビット２３の昇降位置の推力切替設定点と、正常なねじ締めを完了した時点のビット２３の昇降位置であるねじ締め完了設定点と、前記ねじ６１のリードに規制されて回転しながら下降する実際のビット２３の下降速度である螺入速度と、前記ボールねじ３６のリードとからなり、これらのデータはあらかじめ前記入力部４６を介して前記記憶部４４に保存される。
【００１５】
前記モータ制御部４１は、前記モータ２１に生じている実際の負荷電流（以下、実負荷電流という）および前記エンコーダ２２から出力される出力パルス信号を常時検出可能に構成されるとともに、これらモータ２１の実負荷電流とエンコーダ２２の出力パルス信号とを入力し、これらの情報を前記制御部４３へ送信している。
【００１６】
同様に、前記モータ制御部４２は、前記モータ３１の実負荷電流および前記エンコーダ３２から出力される出力パルス信号を常時検出可能に構成されるとともに、これらモータ３１の実負荷電流とエンコーダ３２の出力パルス信号とを入力し、これらの情報を前記制御部４３へ送信している。
【００１７】
前記モータ２１の実負荷電流は、モータ２１の出力軸に生じている負荷トルク（以下、実負荷トルクという）とほぼ比例関係にあり、このモータ２１の実負荷トルクは、ビット２３に生じている反力トルクとほぼ一致する。一方、前記モータ３１の実負荷電流は、前記ドライバツール２０の昇降時に前記ボールねじ３６から前記ナット部材３７に与えられる前記ボールねじ３６の軸方向の押圧力（以下、推力という）とほぼ比例関係にあり、このナット部材３７に生じる推力（以下、実ナット推力という）は、ナット部材３７の昇降と同期する前記ビット２３に生じる推力（以下、実ビット推力という）と相関関係がある。
つまり、前記モータ２１の実負荷電流は、ねじ６１に与える締付けトルク（以下、実出力トルクという）に置き換えられる一方、前記モータ３１の実負荷電流は、ビット２３の実ビット推力に置き換えることがそれぞれ可能となる。
【００１８】
また、前記エンコーダ２２，３２の出力パルス信号は、前記制御部４３によってモータ２１，３１の出力軸の所定時間に対する回転角度（以下、出力軸回転数という）に変換される。このモータ２１の出力軸回転数は、前記ビット２３の出力軸回転数と同一であるため、エンコーダ２２の出力パルス信号から、ビット２３の出力軸回転数を求めることができる。一方、前記モータ３１の出力軸の回転角度は、モータ３１の回転方向と前記ボールねじ３６のリードとから前記ナット部材３７の昇降方向の位置（以下、昇降位置という）を求めることができる。このナット部材３７の昇降位置は、ナット部材３７と前記ビット２３との昇降が同期するため、前記モータ３１の出力軸の回転角度から前記ビット２３の昇降位置および昇降速度を求めることができる。
【００１９】
前記モータ２１，３１は、前記モータ制御部４１，４２を介し、前記制御部４３の駆動指令によって駆動しており、この駆動指令の制御は、モータ２１，３１の出力軸回転数を確認した後、それぞれの出力軸回転数があらかじめ設定された回転数となるようにモータ２１，３１に与える電流を変更して行われる。具体的には、モータの出力軸回転数は、モータの出力軸回転数があらかじめ設定された回転数を下回る場合であればモータに与える電流を増加させ、上回る場合あればモータに与える電流を減少させて微調整される。このとき、モータ２１，３１に与えるそれぞれの最大の電流をあらかじめ制限することで、上述のビット２３の実出力トルクあるいは実ビット推力とは、それぞれ制限することができる。
【００２０】
前記第１、第２、第３下降指令速度は、前記モータ３１の出力軸回転数と前記ボールねじ３６のリードによって決定される。このため、モータ３１の出力軸の設定回転数は、あらかじめ設定された各下降指令速度をボールねじ３６のリードで除し、さらに６０秒を乗じて求めることができる。また、前記第１下降指令速度は、前記第２および第３下降指令速度よりも高く設定される。一方、前記第２および第３下降指令速度は、後述する螺入速度よりも高く設定されるため、この速度差によってねじ螺入中のビット２３は、常時ねじ６１を押し付けるため、前記実ビット推力を生じる。なお、前記第２下降指令速度と第３下降指令速度とは、同一の速度に設定してもよい。
【００２１】
また、前記第１指令推力および前記第２指令推力は、ビット２３とねじ６１との係合が解けるカムアウト現象の発生を防止し、かつねじ６１の螺入中に生じる実ビット推力の抑制するために設定される。前記カムアウト現象は、前記実出力トルクが高くなるほどビット２３が浮き上がりやすいため、図２に示すように前記第２指令推力は、前記第１指令推力よりも高く設定される。また、ねじ６１の螺入中に生じる実ビット推力は、ねじ６１を介してワークに負荷されるため、ワークが例えば精密部品であれば制限する必要がある。
【００２２】
ここで、本実施例における具体的なモータ３１の駆動指令について、以下に説明する。前記制御部４３からモータ制御部４２に送る駆動指令信号は、図２に示す第１締結工程、第２締結工程および第３締結工程の３つの工程毎に発せられている。まず、第１締結工程で発せられる駆動指令信号は、前記第１下降指令速度のみに基づく駆動指令信号（以下、第１駆動指令信号という）であり、第２締結工程で発せられる駆動指令信号は、前記第２下降指令速度および前記実ビット推力を制限した駆動指令信号（以下、第２駆動指令信号という）であり、第３締結工程で発せられる駆動指令信号は、前記第３下降指令速度および前記実ビット推力を制限した駆動指令信号（以下、第３駆動指令信号という）である。このように、前記第１駆動指令信号は、実ビット推力が制限されておらず、上述のモータ３１の負荷電流が制限されていない。これは、前記第１締結工程では、前記ねじ６１の先端と締結物７１とが当接しないため、実ビット推力が図２に示すようにほぼ０（零）となり上昇しないことと、前記ビット２３の下降速度を停止状態の０（零）から高速へ即座に切り替えてねじ締めに係る時間を短縮するため、モータ３１に与える電流を高く設定できるようにするためである。
【００２３】
また、前記ねじ締めパラメータは、所謂ねじ６１のリードおよび首下長さとからなり、前記入力部４６を介して前記記憶部４４にそれぞれ保存されている。
【００２４】
前記判定開始設定点は、以下の２つの条件に適合する範囲内で設定されている。
１．図２に示すように、ねじ６１が前記締結物７１に当接してビット２３の推力が第１指令推力に到達するビット２３の昇降位置から前記ねじ締め完了設定点までの範囲であること。
２．下降するビット２３が判定開始設定点に到達して、ねじ無しと判定され下降を中止されても、ビット２３の先端部が被締結物７２あるいは締結物７１に当接せず完全に停止できる位置であること。
【００２５】
前記判定基準推力は、前記判定開始設定点に到達した時点の前記実ビット推力と比較する値であり、前記第１指令推力未満に設定されている。これにより、前記実ビット推力が判定基準推力を超えていれば制御部４３は、ビット２３でねじ６１を押し付けながら螺入していると判断して正常なねじ締めが行われていると処理する一方、前記実ビット推力が判定基準推力を超えていなければ、ねじが無いと判断してねじ締めを中断する処理を行う。
【００２６】
前記螺入速度は、ねじ６１を締結物７１に螺入し始めてからねじ６１の頭部と前記被締結物７２とが当接するまでのビット２３の下降速度であり、正規のねじ６１のリードと前記モータ２１の出力軸の設定回転数によって規制された速度である。よって、この螺入速度は、上述のモータ２１の出力軸の設定回転数に前記ねじ６１のリードを乗じ、さらに６０秒を除して求めることができ、前記制御部４３において自動計算され、その後前記記憶部４４に自動登録される。具体的な数値例として、ねじ６１のリードが０．７ｍｍ、モータ２１の出力軸の設定回転数が３００ｒｐｍであれば、螺入速度は、３００ｒｐｍ×０．７ｍｍ÷６０秒から求められる３．５ｍｍ／秒となる。なお、これらの数値例は、以下の説明にも用いる。
【００２７】
前記制御部４３は、図３ないし図６に示すように、
Ｓ０１：モータ制御部４１に駆動指令を送るとともに、モータ制御部４２に第１駆動指令信号を送る。
Ｓ０２：モータ制御部４２からエンコーダ３２の出力パルス信号を取得する。
Ｓ０３：ビット２３の昇降位置を割り出す。
Ｓ０４：判定開始設定点が第２下降指令の有効な範囲に設定されていなければＳ１４にジャンプする。
Ｓ０５：ビット２３が下降速度切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ０６：モータ制御部４２に第２駆動指令信号を送る。
Ｓ０７：ビット２３が判定開始設定点に到達するのを待つ。
Ｓ０８：モータ制御部４２からモータ３１の実負荷電流を取得する。
Ｓ０９：実ビット推力を算出し、記憶する。
Ｓ１０：実ビット推力が判定基準推力以下であればＳ１３にジャンプする。
Ｓ１１：ビット２３が推力切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ１２：モータ制御部４２に第３駆動指令信号を送り、Ｓ２３にジャンプする。
Ｓ１３：モータ制御部４１，４２にモータ駆動停止指令信号を送る。
Ｓ１４：ねじ無し異常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ３０にジャンプする。
Ｓ１５：ビット２３が下降速度切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ１６：モータ制御部４２に第２駆動指令信号を送る。
Ｓ１７：ビット２３が推力切替設定点に到達するのを待つ。
Ｓ１８：モータ制御部４２に第３駆動指令信号を送る。
Ｓ１９：ビット２３が判定開始設定点に到達するのを待つ。
Ｓ２０：モータ制御部４２からモータ３１の実負荷電流を取得する。
Ｓ２１：実ビット推力を算出し、記憶する。
Ｓ２２：実ビット推力が判定基準推力以下であればＳ３０にジャンプする。
Ｓ２３：モータ２１の実負荷電流が目標の締付けトルクに相当する電流に到達していなければＳ２７にジャンプする。
Ｓ２４：モータ制御部４１，４２にモータ駆動停止指令信号を送る。
Ｓ２５：ビット２３がねじ締め完了点に到達していなければＳ２９にジャンプする。
Ｓ２６：ねじ締め正常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ３０にジャンプする。
Ｓ２７：ねじ締め開始から所定時間経過していればＳ２３にジャンプする。
Ｓ２８：ねじ空転異常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ３０にジャンプする。
Ｓ２９：ねじ浮き異常表示信号を表示部４５に送る。
Ｓ３０：モータ制御部４２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ３１：ねじ締め開始点に復帰するのを待つ。
Ｓ３２：モータ制御部４２にモータ駆動停止指令信号を送る。
Ｓ３３：エンド
となるねじ締め制御を行う。
【００２８】
次に、自動ねじ締め装置１０の作用について説明する。なお、この説明で使用する各設定の数値は一例である。
作業者（図示せず）は、前記ビット２３の先端にねじ６１を係合させて供給し、スタートスイッチ（図示せず）を押してスタート信号を発する。このスタート信号は、前記制御手段４０へ入力され、前記制御部４３は、前記モータ制御部４１に駆動指令信号を送るとともに、前記制御部４２に前記第1駆動指令信号を送る。これにより、前記モータ制御部４１は、前記モータ２１の出力軸をあらかじめ設定された回転数（３００ｒｐｍ）で駆動させる一方、前記モータ制御部４２は、前記モータ３１の出力軸を前記第１下降指令速度（例えば、２００ｍｍ／秒）から算出された回転数（第１下降指令速度÷ボールねじ６１のリード×６０秒＝２００ｍｍ／秒÷１２ｍｍ×６０秒＝１０００ｒｐｍ）で駆動させる。よって、前記ビット２３は、前記ねじ６１を締付ける方向に３００ｒｐｍで回転しながら２００ｍｍ／秒で下降する。
【００２９】
その後、前記制御部４３は、前記モータ制御部４２を介して前記エンコーダ３２の出力パルス信号を取得してビット２３の昇降位置を割り出し、前記判定開始設定点が第２締結工程内に設定されていなければ、図４に示すＳ１５ないしＳ２２のねじ締め制御を行う一方、第２締結工程内に設定されていれば、このビット２３の昇降位置が前記下降速度切替設定点に到達するのを待つ。前記ビット２３の昇降位置が下降速度切替設定点に到達していれば、制御部４３は、前記モータ制御部４２に前記第２駆動指令信号を送り、ビット２３の下降速度を２００ｍｍ／秒から例えば２０ｍｍ／秒に切り替える。これにより、その後、ねじ６１の先端と締結物７１とが当接する際に生じる衝撃を軽減させワーク等の破損を防止している。また、ねじ６１がその先端と締結物７１とが当接して螺入され始めると前記ビット２３の下降速度は、図２の螺入開始の位置を境に２０ｍｍ／秒から前記螺入速度（３．５ｍｍ／秒）にさらに減速し、この速度差によって、実ビット推力は、ほぼ０（零）から前記第１指令推力へと上昇する。その後、ビット２３の昇降位置が前記判定開始設定点に到達すれば、この時点の実ビット推力を算出して前記記憶部４４に記憶する。
【００３０】
この実ビット推力が前記判定基準推力を超えていなければ、制御部４３は、ねじ６１が無いと判断し、前記モータ制御部４１，４２にそれぞれモータ２１，３１の駆動停止の信号（以下、駆動停止指令信号という）を送り、モータ２１，３１の回転を停止させる。また、前記判定開始設定点は、上述の条件に設定されているため、動作を停止した前記ビット２３は、締結物７１あるいは被締結物７２に触れない位置に停止する。前記制御部４３は、ねじ無し異常信号を前記表示部４５へ出力するとともに、モータ制御部４２を介してモータ３１に逆転駆動する指令を与え、前記ビット２３の昇降位置を前記ねじ締め開始点に復帰させてねじ締めを終了させる。このとき、表示部４５は、ねじ無し異常の警告を表示しており、作業者にねじ締め異常であることを知らせる。
【００３１】
一方、前記実ビット推力が前記判定基準推力を超えていれば、制御部４３は、正常なねじ締めが行われていると判断し、ビット２３の位置が前記推力切替設定点に到達するのを待つ。このビット２３の位置が推力切替設定点に到達すれば、制御部４３は、前記モータ制御部４２に前記第３駆動指令信号を送り、ビット２３の下降指令速度が２０ｍｍ／秒から例えば３０ｍｍ／秒と上昇する。しかし、ビット２３の実際の下降速度は、上述と同様に前記螺入速度（３．５ｍｍ／秒）が維持される一方、実ビット推力は、前記第１指令推力から前記第２指令推力へと上昇する。
【００３２】
その後、制御部４３は、ねじ６１の頭部の着座により上昇する前述のモータ２１の実負荷電流があらかじめ設定された目標の締付けトルクに相当する電流に達していないことを確認すれば、ねじ締め開始からこの時点までの時間があらかじめ設定した時間を経過したか確認する。一方、ねじ締め開始からの時間があらかじめ設定された時間を経過していれば、制御部４３は、ねじ６１あるいは締結物７１のめねじ等が破損したと判断し、前記モータ制御部４１，４２へそれぞれ前記駆動停止指令信号を送り、モータ２１，３１の回転を停止させるとともに、前記表示部４５へねじ空転異常信号を出力する。これにより、表示部４５は、ねじ空転異常の警告を表示して作業者にねじ締め異常であることを知らせる。その後、モータ制御部４２は、制御部４３の指令を受けてモータ３１を逆転駆動させて前記ビット２３を前記ねじ締め開始点に復帰させ、ねじ締めを終了させる。
【００３３】
一方、制御部４３は、前記モータ２１の実負荷電流があらかじめ設定された目標の締付けトルクに相当する電流に達していることを確認すれば、前記モータ制御部４１，４２にそれぞれ前記駆動停止指令信号を送り、モータ２１，３１の回転を停止させる。その後、制御部４３は、ビット２３の昇降位置が前記ねじ締め完了点に到達しているか確認し、到達していなければ、前記表示部４５へねじ浮き異常信号を出力する。これにより、表示部４５は、ねじ浮き異常の警告を表示して作業者にねじ締め異常であることを知らせる。その後、モータ制御部４２は、制御部４３の指令を受けてモータ３１を逆転駆動させて前記ビット２３を前記ねじ締め開始点に復帰させ、ねじ締めを終了させる。
【００３４】
また、前述のビット２３の昇降位置が前記ねじ締め完了点に到達していれば、制御部４３は、ねじ締め正常信号を前記表示部４５へ出力する。これにより、表示部４５は、ねじ締め正常の表示をして作業者に知らせる。その後、モータ制御部４２は、制御部４３の指令を受けてモータ３１を逆転駆動させて前記ビット２３を前記ねじ締め開始点に復帰させ、ねじ締めを終了させる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の自動ねじ締め装置１０は、ねじ締め中にねじの有無判定が行えるため、ねじ６１が無いと判断すればビット２３が被締結物７２あるいは締結物７１に当接するまでにビット２３の回転および下降動作を停止でき、ビット２３およびワークの損傷を防止する利点がある。
【００３６】
また、締結するねじが前記短ねじであっても、前記判定開始設定点を図２の螺入開始直後の位置に設定すれば、前記短ねじがねじ無し異常として検出することができる利点がある。これは、前記判定開始設定点に到達した時点において、短ねじの先端と締結物７１とが当接していないため、実ビット推力がほぼ０（零）であり、前記判定基準推力に到達しないからである。つまり、本発明の自動ねじ締め装置１０は、今までねじ締め後に探し出すことが困難であった前記短ねじの締結を未然に防止できる優れた利点もある。
【００３７】
なお、本実施例において、ドライバツール２０は、ビット２３を磁化したものとしたが、磁化していないビットにして、このビットの外周に配置した摺動可能な吸着パイプと、この吸着パイプの内部に連通する空気孔を備えたケーシングパイプとを具備するとともに、前記空気孔から空気を吸引可能にして吸着パイプ内にねじ６１を吸着保持可能に構成してもよい。また、ねじ６１は、今回小ねじを想定して説明したが、締結物７１に下穴が設けられ、ねじの螺入と同時にめねじを形成するタッピンねじ（図示せず）にも適用できることは言うまでもない。さらに、本実施例において、判定開始設定点を前記第２締結工程内に設定したが前記第３締結工程内に設定してもよい。これにより、例えばワークを支持する受け治具の摩耗やワーク自体の寸法のバラツキ等によりワークの高さが正規の位置に比べて低くなっても、実ビット推力が前記判定開始設定点に到達した時点において十分に得られているため、ねじ無し異常の誤判定をより低減できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 自動ねじ締め装置
２０ ドライバツール
２１ ＡＣサーボモータ
２２ エンコーダ
２３ ビット
３０ 往復移動手段
３１ ＡＣサーボモータ
３２ エンコーダ
３６ ボールねじ
３７ ナット部材
４０ 制御手段
６１ ねじ
７１ 締結物
７２ 被締結物
【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締結部品の駆動部に係合可能なビットを有するドライバツールと、このドライバツールを前記ビットの軸方向に往復移動操作可能に支持した往復移動手段とを有する自動ねじ締め装置において、
ビットの位置が判定開始設定点に到達すれば、ビットに作用する推力を検出し、この実ビット推力とあらかじめ設定した判定基準推力とを比較して前記締結部品の有無を判断する制御手段を備えたことを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
往復移動手段は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに連結したボールねじとから構成したことを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め装置。
【請求項３】
ビットの推力をＡＣサーボモータの負荷電流に基づき検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動ねじ締め装置。
【請求項４】
ビットの位置をＡＣサーボモータの出力パルス信号に基づき検出することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の自動ねじ締め装置。
【請求項１】
回転駆動源の駆動を受けて回転可能かつ締結部品の駆動部に係合可能なビットを有するドライバツールと、このドライバツールを前記ビットの軸方向に往復移動操作可能に支持した往復移動手段とを有する自動ねじ締め装置において、
ビットの位置が判定開始設定点に到達すれば、ビットに作用する推力を検出し、この実ビット推力とあらかじめ設定した判定基準推力とを比較して前記締結部品の有無を判断する制御手段を備えたことを特徴とする自動ねじ締め装置。
【請求項２】
往復移動手段は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータと、このＡＣサーボモータに連結したボールねじとから構成したことを特徴とする請求項１に記載の自動ねじ締め装置。
【請求項３】
ビットの推力をＡＣサーボモータの負荷電流に基づき検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動ねじ締め装置。
【請求項４】
ビットの位置をＡＣサーボモータの出力パルス信号に基づき検出することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の自動ねじ締め装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１８０６７（Ｐ２０１３−１８０６７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２３２９（Ｐ２０１１−１５２３２９）
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月８日（２０１１．７．８）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
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