自動ねじ締め装置
【課題】 ねじの斜め締付けによるねじ締め異常を判断して、従来よりも短時間でビットの回転および下降の動作を停止させ、ワークの損傷を最小限に抑制でき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、
下降する前記ドライバツール２０があらかじめ設定した測定開始設定点に到達すれば、ドライバツール２０の移動距離の測定を開始する一方、この測定開始から所定の時間間隔で同様の測定を段階的に開始し、これらの測定をあらかじめ設定した測定設定時間が経過するまでそれぞれ行い、それぞれの測定終了直後に測定した距離とあらかじめ設定した判定基準距離とを比較してねじ締め異常か否か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、
下降する前記ドライバツール２０があらかじめ設定した測定開始設定点に到達すれば、ドライバツール２０の移動距離の測定を開始する一方、この測定開始から所定の時間間隔で同様の測定を段階的に開始し、これらの測定をあらかじめ設定した測定設定時間が経過するまでそれぞれ行い、それぞれの測定終了直後に測定した距離とあらかじめ設定した判定基準距離とを比較してねじ締め異常か否か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。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、この係合レバーは、吸着パイプの摺動と連動する。また、前記係合レバーの摺動方向に延びるようには、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、他方にはねじ浮き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、目標の締付けトルクに到達するか、あるいはねじ締め開始からあらかじめ設定した時間（例えば１０秒）が経過するとビットの回転および下降の動作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あるいはねじ浮きのチェックを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上述のような従来の自動ねじ締め装置において、ねじ締め位置のズレ等によりねじがめねじに螺入されずワーク上に乗り上げたり、ねじが斜めに傾く斜め喰付き等の状態である螺入異常が発生し、ビットが正規のねじ締め完了時点の位置まで到達しないことがある。このように、前記螺入異常が発生してからビットの回転および下降の動作を停止するまでの時間が長いため、作業効率を向上できない問題があった。さらに、前記螺入異常が発生してから短時間でビットの回転および下降の動作を停止できないため、ワークに与える損傷の度合いが高まる問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじ締め工程において、ねじの斜め喰付き等によりねじをワークに螺入できない状態となってからビットの回転および下降の動作を短時間で停止させ、ワークに与える損傷を最小限に抑制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、
前記ドライバツールが所定の位置に到達すればドライバツールの移動距離の測定を開始する一方、この測定の開始から所定の時間経過する度にドライバツールの移動距離の測定を段階的に開始し、これらの測定をあらかじめ設定した時間が経過するまであるいはあらかじめ設定した位置にドライバツールが到達するまで行うとともに、これらの測定終了直後に測定した距離とあらかじめ設定した距離とを比較してねじ締めが正常に行われているか否かを判断し、異常と判断すればねじ締めを中断する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
なお、最初のドライバツールの移動距離の測定開始をドライバツールの下降開始直後あるいは、最初のドライバツールの移動距離の計測開始をドライバツールの下降速度の切り替え位置である速度切替設定点にしてもよい。さらに、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。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動ねじ締め装置は、ねじをワークに螺入できない状態となってから短時間でねじ締めを中断しているため、ねじ締め時間の短縮となり、作業効率が向上する利点がある。また、前述のようにねじをワークに螺入できない状態を短縮したことにより、ワークの破損を最小限に抑えてワークの再利用率を高めたため、ワークに掛かるコストを低減できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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説明図である。
【図３】図２の各ねじ締め時の波形毎の説明図である。
【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】本発明に係わるドライバツール２０の下降速度変更処理のフローチャートである。
【図７】本発明に係わるねじ締め正常か否かを判定する制御のフローチャートである。
【図８】本発明に係わるねじ斜め喰付きか否かを判定する制御のフローチャートである。
【図９】本発明に係わるねじ締め判定後の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】
【０００９】
以下、図１ないし図９に基づき本発明の一実施例を説明する。図１に示すように自動ねじ締め装置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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。また、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のそれぞれに摺動可能に挿通され、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の回転を受けて昇降するナット部材３７を介して、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。
【００１２】
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）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。
【００１３】
また、図２は、ねじ締め工程におけるドライバツール２０の昇降位置および時間の関係とドライバツール２０の移動距離（図２の１ａ等）の測定回数および測定時間の関係を示す。図２の波形Ａ（実線）は、正常なねじ締め時の波形である一方、波形Ｂ（一点鎖線）は、ねじ６１の軸線とめねじの軸線とがズレてねじ６１を螺入できない時の波形であり、波形Ｃ（二点鎖線）は、ねじ６１が傾いて締結物７１に形成されためねじの入り口部とねじ６１の先端とが喰付いて螺入できない斜め喰付き時の波形である。
【００１４】
本発明の自動ねじ締め装置１０は、前記波形Ｂおよび波形Ｃのように、ねじ６１の締結物７１へ螺入できない状態であれば、前記螺入異常と判断して短時間でねじ締めを中断するよう構成されている。このねじ締め異常の判断に必要なデータは、前記ねじ締めパラメータであり、あらかじめ前記記憶部４４に保存されている。
【００１５】
前記ねじ締めパラメータは、図２に示すドライバツール２０の移動距離を測定する時間である「測定設定時間」と、前記ドライバツール２０の待機位置である「ねじ締め開始設定点」と、１回目のドライバツール２０の移動距離を計測し始めるドライバツール２０の昇降位置の「測定開始設定点」と、２回目以降のドライバツール２０の移動距離の測定をし始める基準時間の「測定開始間隔時間」と、前記ドライバツール２０の下降速度を切り替えるドライバツール２０の昇降位置である「速度切替設定点」と、ビット２３の推力を切り替えるドライバツール２０の昇降位置の「推力切替設定点」と、正常なねじ締めが完了した時点のドライバツール２０の昇降位置である「ねじ締め完了設定点」と、ねじ６１が締結物７１に螺入される際のねじ６１の軸方向の移動速度である「螺入速度」と、測定したドライバツール２０の移動距離と比較する距離である「判定基準距離」等からなる。
【００１６】
前記測定設定時間は、例えば０．７秒に設定されており、この間のドライバツール２０の移動距離（以下、測定距離という）の計測が行われる。また、この測定距離は、この計測の開始時点および終了時点のドライバツール２０の昇降位置をそれぞれ求めて両者の差を前記制御部４３により演算され、前記記憶部４４に保存される。
【００１７】
前記測定開始設定点は、前記ねじ締め開始設定点から前記速度切替設定点までの区間内に設定されており、１回目の前記測定距離の計測開始の基準となっている。
【００１８】
前記測定開始間隔時間は、前記測定設定時間よりも短い時間が設定されており、例えば０．２秒に設定されている。この測定開始間隔時間は、１回目の前記測定距離の計測開始からカウントされ始め、このカウント開始から０．２秒経過する度に２回目、３回目と２回目以降の前記測定距離の計測が開始される。
【００１９】
前記速度切替設定点は、下降する前記ビット２３に係合したねじ６１の先端がワークに触れない位置に設定されており、被締結物７２の表面とねじ６１の先端との隙間が例えば２ｍｍとなるドライバツール２０の昇降位置に設定される。
【００２０】
前記推力切替設定点は、ねじ６１の頭部が前記被締結物７２と当接する直前の位置に設定されており、ねじ６１の頭部下面と被締結物７２の表面との隙間が例えば０．５ｍｍとなるドライバツール２０の昇降位置に設定される。また、前記ドライバツール２０がこの推力切替設定点に到達すると、制御部４３は、前記螺入異常の発生がないと判断して、今まで行っていた前記測定距離の計測を全て終了させて、目標の締付けトルクに到達するまでねじ締め作業が行われる。
【００２１】
つまり、図２に示すように、１回目の前記測定距離の計測は、ドライバツール２０が前記測定開始設定点に到達してから前記測定設定時間（０．７秒）が経過するまで行われ、２回目以降の前記測定距離の計測は、１回目の前記測定距離の計測開始から０．２秒間隔毎に開始され、ドライバツール２０の昇降位置が前記推力設定切替点に到達するまで重複して行われる。
【００２２】
前記ねじ締め完了設定点は、ねじ６１の頭部下面が被締結物７２の表面に当接した状態（図２の着座位置）でかつ、ビット２３の出力トルクが目標の締付けトルクに到達した時点のドライバツール２０の昇降位置である。
【００２３】
前記螺入速度は、ドライバツール２０が前記螺入開始位置から前記着座位置へ到達するまでのドライバツール２０の下降速度であり、ねじ６１がビット２３の回転を受けて前記締結物７１に螺入されるビット２３の下降速度である。つまり、この螺入速度は、ビット２３の回転数およびねじ６１のリードに規制されるため、例えば、モータ２１の設定回転数が３００ｒｐｍ、ねじ６１のリードが０．７ｍｍであれば、３００ｒｐｍ×０．７ｍｍ÷６０秒＝３．５ｍｍ／秒と求めることができる。
【００２４】
また、図３は、図２の波形Ａないし波形Ｃにおける所定時間（前記測定設定時間：０．７秒）当たりのドライバツール２０の移動距離とその測定回数との関係を示す。この図３に示す前記判定基準距離は、前記螺入速度（３．５ｍｍ／秒）に前記測定設定時間（０．７秒）を乗じた距離（３．５ｍｍ／秒×０．７秒＝２．４５ｍｍ）よりも低く設定されており、螺入異常の判断基準となっている。
つまり、ねじ締め開始から前記推力切替設定点までの間を移動するドライバツール２０の下降速度は、図２の波形Ａのような正常なねじ締めであれば、前記螺入速度を下回ることがない一方、波形Ｂあるいは波形Ｃのような異常なねじ締めであれば、前記螺入速度を下回るため、この速度を測定し、前記螺入速度と比較することでねじ締め異常が判断できる。換言すると、図３に示すように、前記測定設定時間（０．７秒）当たりのドライバツール２０の移動距離を測定し、この前記測定距離と前記判定基準距離とを比較すれば前記波形Ｂあるいは波形Ｃのような螺入異常が判定できる。
【００２５】
一方、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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がねじ６１を押圧する実ビット推力に置き換えることがそれぞれ可能となる。
【００２８】
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。また、前記モータ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の出力軸回転数は、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の昇降方向の位置を求めることができる。さらに、前記ナット部材３７の昇降と前記ドライバツール２０の昇降とは同期するため、前記モータ３１の出力軸回転数から前記ドライバツール２０の昇降位置を割り出すことができる。また、この割り出したドライバツール２０の昇降位置を所定時間測定することで前記ドライバツール２０の昇降速度が求められる。なお、これらドライバツール２０の昇降位置および昇降速度は、前記制御部４３によって求められる。
【００２９】
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の駆動指令信号によって駆動しており、この駆動制御は、モータ２１，３１の出力軸回転数をエンコーダ２２，３２の出力パルス信号に基づき演算して確認した後、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。
【００３０】
つまり、モータ３１であれば、前記ドライバツール２０の下降速度があらかじめ設定された速度を下回る場合であれば、モータ３１に与える電流を増加してあらかじめ設定された速度を発揮させる一方、上回る場合あれば、モータに与える電流を減少させてあらかじめ設定された速度を発揮させる。このとき、モータ３１に与える電流の上限を設定すれば、前記実ビット推力を制限でき、ワークに加わる負荷が制限ができる。
【００３１】
ここで、ねじ締めの工程における前記モータ３１への駆動指令信号について説明する。前記モータ３１に指令される駆動指令信号は、ねじ締め開始直後（図２のねじ締め開始設定点）から前記速度切替設定点に到達するまで発せられる第１駆動指令信号と、前記速度切替設定点に到達した直後から前記推力切替設定点に到達するまで発せられる第２駆動指令信号と、前記推力着替設定点に到達した直後から前記ねじ締め完了設定点に到達し、かつ前記実出力トルクが目標の締付けトルクするまで発せられ続ける第３駆動指令信号とに分けられている。前記第１駆動指令信号は、前記ドライバツール２０の下降速度があらかじめ設定された速度を発揮するように下降速度を重視した駆動指令信号である一方、前記第２、第３駆動指令信号は、前述の実ビット推力を制限しつつあらかじめ設定された速度を発揮するように前記ドライバツール２０を下降させる実ビット推力が重視された駆動指令信号である。
【００３２】
また、前記第２、第３駆動指令信号で制限されている実ビット推力は、前記ビット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を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、前記第３駆動指令信号で制限された実ビット推力は、前記第２駆動指令信号で制限された実ビット推力よりも高くなるように設定される。
【００３３】
前記制御部４３は、図４ないし図９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４１，４２からエンコーダ２２，３２の出力パルス信号を取得する。
Ｓ０３：ドライバツール２０が測定開始設定点に到達するのを待つ。
Ｓ０４：ｎ＝１をセットする。
Ｓ０５：ＴＲａ（ｎ）を起動する。（測定設定時間のセットされたタイマーを起動）
Ｓ０６：ＴＲｂを起動する。（測定開始間隔時間のセットされたタイマーを起動）
Ｓ０７：ＴＲａ（ｎ）起動直後のドライバツール２０の昇降位置を割出し、記憶する。
Ｓ０８：下降速度変更処理を行うため、Ｓ４０にジャンプする。
Ｓ０９：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ればＳ６１にジャンプする。
Ｓ１０：第３駆動フラグが立っているか確認し、立っていればＳ０９にジャンプする。
Ｓ１１：ＴＲｂが経過しているか確認し、経過していなければＳ０８にジャンプする。
Ｓ１２：ＴＲａ（ｎ）が経過しているか確認し、経過していればＳ８１にジャンプする。
Ｓ１３：ｎ＋１の演算を行い、演算結果の値をＴＲａ（ｎ）のｎに代入してＳ０５にジャンプする。
Ｓ４０：下降速度変更処理の開始。
Ｓ４１：第２駆動フラグが立っているか確認し、立っていなければＳ４６にジャンプする。
Ｓ４２：第３駆動フラグが立っているか確認し、立っていればＳ４８にジャンプする。
Ｓ４３：推力切替設定点に到達しているか確認し、到達していなければＳ４８にジャンプする。
Ｓ４４：モータ制御部４２に第３駆動指令信号を送り、第３駆動フラグを立てる。
Ｓ４５：起動中のＴＲａ（ｎ），ＴＲｂを全て停止させ、Ｓ４８にジャンプする。
Ｓ４６：速度切替設定点に到達したか確認し、到達していなければＳ４８にジャンプする。
Ｓ４７：モータ制御部４２に第２駆動指令信号を送り、第２駆動フラグを立てる。
Ｓ４８：下降速度変更処理を終了させ、Ｓ０９にジャンプする。
Ｓ６１：モータ制御部４１，４２に駆動停止指令信号を送る。
Ｓ６２：ドライバツール２０がねじ締め完了設定点に到達しているか確認し、到達していればＳ６４にジャンプする。
Ｓ６３：ねじ浮き異常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ９０にジャンプする。
Ｓ６４：ねじ締め正常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ９０にジャンプする。
Ｓ８１：ＴＲａ（ｎ）が経過するまでのドライバツール２０の移動量（前記測定距離）を演算し、記憶する。
Ｓ８２：測定距離が判定基準距離よりも多ければＳ１３にジャンプする。
Ｓ８３：モータ制御部４１，４２に駆動停止指令信号を送る。
Ｓ８４：螺入異常表示信号を送り、Ｓ９０にジャンプする。
Ｓ９０：モータ制御部４２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ９１：ねじ締め開始点に復帰するのを待つ。
Ｓ９２：モータ制御部４２に駆動停止指令信号を送る。
Ｓ９３：ＥＮＤ
となるねじ締め制御を行う。
【００３４】
次に、自動ねじ締め装置１０の作用について説明する。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の出力軸をあらかじめ設定したドライバツール２０の下降速度（例えば、２００ｍｍ／秒）から求められる回転数で駆動させる。このモータ３１の出力軸回転数の算出は、設定されたドライバツール２０の下降速度÷ボールねじ６１のリード×６０秒で求められており、具体的には、２００ｍｍ／秒÷１２ｍｍ×６０秒＝１０００ｒｐｍの求められた回転数で駆動する。つまり、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。
【００３５】
その後、前記制御部４３は、前記モータ制御部４１，４２を介して前記エンコーダ３１，３２の出力パルス信号を取得し、ビット２３の回転数およびドライバツール２０の昇降位置を割り出すため、ドライバツール２０の昇降位置が常時検出可能となる。
【００３６】
前記制御部４３は、このドライバツール２０の昇降位置が測定開始設定点に到達していれば、前記測定設定時間に設定されたタイマーのＴＲａ（ｎ）のｎに１の値をセットして起動するとともに、前記測定開始間隔時間に設定されたタイマーのＴＲｂを同時に起動する。このＴＲａ（１）の起動直後およびＴＲ（１）の経過直後には、制御部４３によってドライバツール２０の昇降位置がそれぞれ割り出され、前記測定距離が演算される。つまり、この演算された測定距離は、図２および図３に示す１ａや２ａ，２ｂ，２ｃに相当する。
【００３７】
また、前記ＴＲａ（ｎ）のｎには、前記ＴＲｂが経過する度に前回の（ｎ）に１を加算した２，３・・・７等の数値が順次代入されて、ＴＲａ（ｎ）は起動し、前記測定距離の計測が複数回重複して行われる。
【００３８】
このように段階的に計測された前記測定距離は、それぞれの計測直後に前記判定基準距離と比較され、前記判定基準距離よりも少なければ、制御部４３は、前記螺入異常であると判断し、ビット２３の回転およびドライバツール２０の下降の動作を即座に停止してねじ締めを中断してドライバツール２０を前記ねじ締め開始設定点に復帰させる。これにより、位置ズレや斜め喰付き等の前記螺入異常を発生しても、最長でも測定設定時間程度の時間が経過すればワーク等に与える負荷をなくせるため、従来よりもワークに与える負荷時間を短時間にすることができる。
【００３９】
また、前記ドライバツール２０の昇降位置が速度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２駆動指令信号を送るとともに、第２駆動フラグを立てドライバツール２０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、前記ねじ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てワーク等の破損を防止している。次に、前記ねじ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）から前述の制限された値に上昇して前記カムアウト現象の発生が抑制される。
【００４０】
さらに、ドライバツール２０は下降し、その昇降位置が前記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駆動指令信号を送るとともに、第３駆動フラグを立てドライバツールの下降指令速度を２０ｍｍ／秒から例えば３０ｍｍ／秒に切り替える。これにより、前記実ビット推力は、さらに上昇して前記着座時に発生し易いカムアウト現象を抑制する。
【００４１】
また、制御部４３は、前記第３駆動フラグが立てば、起動中の前記ＴＲａ（ｎ）およびＴＲｂを全て停止させ、前記測定距離の計測を全て打ち切り通常のねじ締め作業を行う。つまり、前記推力切替設定点にドライバツール２０が到達するまでに計測された複数の前記測定距離は、全て前記判定基準距離を超えているため、この区間におけるねじ締め状態は、正常と判断できる。
【００４２】
前記第３駆動フラグが立てば、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するまでねじ締めを行い、目標の締付けトルクに相当する電流に到達すればドライバツール２０の昇降位置が前記ねじ締め完了設定点に到達しているか確認する。この確認により、到達していればねじ締め正常表示信号を前記表示部４５に送る一方、到達していなければねじ浮き異常表示信号を前記表示部４５に送る。これにより、前記表示部４５は、上述の表示信号からねじ締め正常あるいはねじ浮き異常のメッセージを表示し、作業者にねじ締め状態を知らせる。
【００４３】
また、制御部４３は、前記実出力トルクが目標の締付けトルクに達すれば、ビット２３の回転およびドライバツール２０の下降の動作を即座に停止した後、前記モータ３１を逆転駆動させて前記ドライバツール２０を前記ねじ締め開始設定点に復帰させる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の自動ねじ締め装置１０は、ねじ締め中に前記螺入異常であることを判定でき、かつその判断時間は、最長でも前記測定設定時間程度に短縮できるため、ワークやねじ６１あるいはビット２３の損傷を最小限に抑える利点がある。
また、締結物７１のめねじの深さがねじ６１の首下長さよりも浅く形成され、ねじ浮きを生じてドライバツール２０の昇降位置が前記推力切替設定点に到達しない場合であっても前記螺入異常と判断してねじ締めを早期に中断できる利点もある。
さらに、前記測定距離は、この距離を移動したドライバツール２０の平均下降速度に置き換えることができるため、ドライバツール２０の下降速度が前記判定基準距離から算出した所定時間当たりの速度を一瞬下回っても前記螺入異常と判断することがなく、誤判定を防止できる利点もある。
【００４５】
なお、本実施例において、計測開始設定点をねじ締め開始設定点としたが、ねじ締め開始直後であるねじ締め開始設定点あるいは、前記速度切替設定点としてもよい。
さらに、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。
【符号の説明】
【００４６】
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。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、この係合レバーは、吸着パイプの摺動と連動する。また、前記係合レバーの摺動方向に延びるようには、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、他方にはねじ浮き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、目標の締付けトルクに到達するか、あるいはねじ締め開始からあらかじめ設定した時間（例えば１０秒）が経過するとビットの回転および下降の動作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あるいはねじ浮きのチェックを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上述のような従来の自動ねじ締め装置において、ねじ締め位置のズレ等によりねじがめねじに螺入されずワーク上に乗り上げたり、ねじが斜めに傾く斜め喰付き等の状態である螺入異常が発生し、ビットが正規のねじ締め完了時点の位置まで到達しないことがある。このように、前記螺入異常が発生してからビットの回転および下降の動作を停止するまでの時間が長いため、作業効率を向上できない問題があった。さらに、前記螺入異常が発生してから短時間でビットの回転および下降の動作を停止できないため、ワークに与える損傷の度合いが高まる問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじ締め工程において、ねじの斜め喰付き等によりねじをワークに螺入できない状態となってからビットの回転および下降の動作を短時間で停止させ、ワークに与える損傷を最小限に抑制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、
前記ドライバツールが所定の位置に到達すればドライバツールの移動距離の測定を開始する一方、この測定の開始から所定の時間経過する度にドライバツールの移動距離の測定を段階的に開始し、これらの測定をあらかじめ設定した時間が経過するまであるいはあらかじめ設定した位置にドライバツールが到達するまで行うとともに、これらの測定終了直後に測定した距離とあらかじめ設定した距離とを比較してねじ締めが正常に行われているか否かを判断し、異常と判断すればねじ締めを中断する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
なお、最初のドライバツールの移動距離の測定開始をドライバツールの下降開始直後あるいは、最初のドライバツールの移動距離の計測開始をドライバツールの下降速度の切り替え位置である速度切替設定点にしてもよい。さらに、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。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の自動ねじ締め装置は、ねじをワークに螺入できない状態となってから短時間でねじ締めを中断しているため、ねじ締め時間の短縮となり、作業効率が向上する利点がある。また、前述のようにねじをワークに螺入できない状態を短縮したことにより、ワークの破損を最小限に抑えてワークの再利用率を高めたため、ワークに掛かるコストを低減できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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説明図である。
【図３】図２の各ねじ締め時の波形毎の説明図である。
【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】本発明に係わるドライバツール２０の下降速度変更処理のフローチャートである。
【図７】本発明に係わるねじ締め正常か否かを判定する制御のフローチャートである。
【図８】本発明に係わるねじ斜め喰付きか否かを判定する制御のフローチャートである。
【図９】本発明に係わるねじ締め判定後の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】
【０００９】
以下、図１ないし図９に基づき本発明の一実施例を説明する。図１に示すように自動ねじ締め装置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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。また、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のそれぞれに摺動可能に挿通され、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の回転を受けて昇降するナット部材３７を介して、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。
【００１２】
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）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。
【００１３】
また、図２は、ねじ締め工程におけるドライバツール２０の昇降位置および時間の関係とドライバツール２０の移動距離（図２の１ａ等）の測定回数および測定時間の関係を示す。図２の波形Ａ（実線）は、正常なねじ締め時の波形である一方、波形Ｂ（一点鎖線）は、ねじ６１の軸線とめねじの軸線とがズレてねじ６１を螺入できない時の波形であり、波形Ｃ（二点鎖線）は、ねじ６１が傾いて締結物７１に形成されためねじの入り口部とねじ６１の先端とが喰付いて螺入できない斜め喰付き時の波形である。
【００１４】
本発明の自動ねじ締め装置１０は、前記波形Ｂおよび波形Ｃのように、ねじ６１の締結物７１へ螺入できない状態であれば、前記螺入異常と判断して短時間でねじ締めを中断するよう構成されている。このねじ締め異常の判断に必要なデータは、前記ねじ締めパラメータであり、あらかじめ前記記憶部４４に保存されている。
【００１５】
前記ねじ締めパラメータは、図２に示すドライバツール２０の移動距離を測定する時間である「測定設定時間」と、前記ドライバツール２０の待機位置である「ねじ締め開始設定点」と、１回目のドライバツール２０の移動距離を計測し始めるドライバツール２０の昇降位置の「測定開始設定点」と、２回目以降のドライバツール２０の移動距離の測定をし始める基準時間の「測定開始間隔時間」と、前記ドライバツール２０の下降速度を切り替えるドライバツール２０の昇降位置である「速度切替設定点」と、ビット２３の推力を切り替えるドライバツール２０の昇降位置の「推力切替設定点」と、正常なねじ締めが完了した時点のドライバツール２０の昇降位置である「ねじ締め完了設定点」と、ねじ６１が締結物７１に螺入される際のねじ６１の軸方向の移動速度である「螺入速度」と、測定したドライバツール２０の移動距離と比較する距離である「判定基準距離」等からなる。
【００１６】
前記測定設定時間は、例えば０．７秒に設定されており、この間のドライバツール２０の移動距離（以下、測定距離という）の計測が行われる。また、この測定距離は、この計測の開始時点および終了時点のドライバツール２０の昇降位置をそれぞれ求めて両者の差を前記制御部４３により演算され、前記記憶部４４に保存される。
【００１７】
前記測定開始設定点は、前記ねじ締め開始設定点から前記速度切替設定点までの区間内に設定されており、１回目の前記測定距離の計測開始の基準となっている。
【００１８】
前記測定開始間隔時間は、前記測定設定時間よりも短い時間が設定されており、例えば０．２秒に設定されている。この測定開始間隔時間は、１回目の前記測定距離の計測開始からカウントされ始め、このカウント開始から０．２秒経過する度に２回目、３回目と２回目以降の前記測定距離の計測が開始される。
【００１９】
前記速度切替設定点は、下降する前記ビット２３に係合したねじ６１の先端がワークに触れない位置に設定されており、被締結物７２の表面とねじ６１の先端との隙間が例えば２ｍｍとなるドライバツール２０の昇降位置に設定される。
【００２０】
前記推力切替設定点は、ねじ６１の頭部が前記被締結物７２と当接する直前の位置に設定されており、ねじ６１の頭部下面と被締結物７２の表面との隙間が例えば０．５ｍｍとなるドライバツール２０の昇降位置に設定される。また、前記ドライバツール２０がこの推力切替設定点に到達すると、制御部４３は、前記螺入異常の発生がないと判断して、今まで行っていた前記測定距離の計測を全て終了させて、目標の締付けトルクに到達するまでねじ締め作業が行われる。
【００２１】
つまり、図２に示すように、１回目の前記測定距離の計測は、ドライバツール２０が前記測定開始設定点に到達してから前記測定設定時間（０．７秒）が経過するまで行われ、２回目以降の前記測定距離の計測は、１回目の前記測定距離の計測開始から０．２秒間隔毎に開始され、ドライバツール２０の昇降位置が前記推力設定切替点に到達するまで重複して行われる。
【００２２】
前記ねじ締め完了設定点は、ねじ６１の頭部下面が被締結物７２の表面に当接した状態（図２の着座位置）でかつ、ビット２３の出力トルクが目標の締付けトルクに到達した時点のドライバツール２０の昇降位置である。
【００２３】
前記螺入速度は、ドライバツール２０が前記螺入開始位置から前記着座位置へ到達するまでのドライバツール２０の下降速度であり、ねじ６１がビット２３の回転を受けて前記締結物７１に螺入されるビット２３の下降速度である。つまり、この螺入速度は、ビット２３の回転数およびねじ６１のリードに規制されるため、例えば、モータ２１の設定回転数が３００ｒｐｍ、ねじ６１のリードが０．７ｍｍであれば、３００ｒｐｍ×０．７ｍｍ÷６０秒＝３．５ｍｍ／秒と求めることができる。
【００２４】
また、図３は、図２の波形Ａないし波形Ｃにおける所定時間（前記測定設定時間：０．７秒）当たりのドライバツール２０の移動距離とその測定回数との関係を示す。この図３に示す前記判定基準距離は、前記螺入速度（３．５ｍｍ／秒）に前記測定設定時間（０．７秒）を乗じた距離（３．５ｍｍ／秒×０．７秒＝２．４５ｍｍ）よりも低く設定されており、螺入異常の判断基準となっている。
つまり、ねじ締め開始から前記推力切替設定点までの間を移動するドライバツール２０の下降速度は、図２の波形Ａのような正常なねじ締めであれば、前記螺入速度を下回ることがない一方、波形Ｂあるいは波形Ｃのような異常なねじ締めであれば、前記螺入速度を下回るため、この速度を測定し、前記螺入速度と比較することでねじ締め異常が判断できる。換言すると、図３に示すように、前記測定設定時間（０．７秒）当たりのドライバツール２０の移動距離を測定し、この前記測定距離と前記判定基準距離とを比較すれば前記波形Ｂあるいは波形Ｃのような螺入異常が判定できる。
【００２５】
一方、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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がねじ６１を押圧する実ビット推力に置き換えることがそれぞれ可能となる。
【００２８】
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。また、前記モータ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の出力軸回転数は、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の昇降方向の位置を求めることができる。さらに、前記ナット部材３７の昇降と前記ドライバツール２０の昇降とは同期するため、前記モータ３１の出力軸回転数から前記ドライバツール２０の昇降位置を割り出すことができる。また、この割り出したドライバツール２０の昇降位置を所定時間測定することで前記ドライバツール２０の昇降速度が求められる。なお、これらドライバツール２０の昇降位置および昇降速度は、前記制御部４３によって求められる。
【００２９】
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の駆動指令信号によって駆動しており、この駆動制御は、モータ２１，３１の出力軸回転数をエンコーダ２２，３２の出力パルス信号に基づき演算して確認した後、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。
【００３０】
つまり、モータ３１であれば、前記ドライバツール２０の下降速度があらかじめ設定された速度を下回る場合であれば、モータ３１に与える電流を増加してあらかじめ設定された速度を発揮させる一方、上回る場合あれば、モータに与える電流を減少させてあらかじめ設定された速度を発揮させる。このとき、モータ３１に与える電流の上限を設定すれば、前記実ビット推力を制限でき、ワークに加わる負荷が制限ができる。
【００３１】
ここで、ねじ締めの工程における前記モータ３１への駆動指令信号について説明する。前記モータ３１に指令される駆動指令信号は、ねじ締め開始直後（図２のねじ締め開始設定点）から前記速度切替設定点に到達するまで発せられる第１駆動指令信号と、前記速度切替設定点に到達した直後から前記推力切替設定点に到達するまで発せられる第２駆動指令信号と、前記推力着替設定点に到達した直後から前記ねじ締め完了設定点に到達し、かつ前記実出力トルクが目標の締付けトルクするまで発せられ続ける第３駆動指令信号とに分けられている。前記第１駆動指令信号は、前記ドライバツール２０の下降速度があらかじめ設定された速度を発揮するように下降速度を重視した駆動指令信号である一方、前記第２、第３駆動指令信号は、前述の実ビット推力を制限しつつあらかじめ設定された速度を発揮するように前記ドライバツール２０を下降させる実ビット推力が重視された駆動指令信号である。
【００３２】
また、前記第２、第３駆動指令信号で制限されている実ビット推力は、前記ビット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を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、前記第３駆動指令信号で制限された実ビット推力は、前記第２駆動指令信号で制限された実ビット推力よりも高くなるように設定される。
【００３３】
前記制御部４３は、図４ないし図９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４１，４２からエンコーダ２２，３２の出力パルス信号を取得する。
Ｓ０３：ドライバツール２０が測定開始設定点に到達するのを待つ。
Ｓ０４：ｎ＝１をセットする。
Ｓ０５：ＴＲａ（ｎ）を起動する。（測定設定時間のセットされたタイマーを起動）
Ｓ０６：ＴＲｂを起動する。（測定開始間隔時間のセットされたタイマーを起動）
Ｓ０７：ＴＲａ（ｎ）起動直後のドライバツール２０の昇降位置を割出し、記憶する。
Ｓ０８：下降速度変更処理を行うため、Ｓ４０にジャンプする。
Ｓ０９：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ればＳ６１にジャンプする。
Ｓ１０：第３駆動フラグが立っているか確認し、立っていればＳ０９にジャンプする。
Ｓ１１：ＴＲｂが経過しているか確認し、経過していなければＳ０８にジャンプする。
Ｓ１２：ＴＲａ（ｎ）が経過しているか確認し、経過していればＳ８１にジャンプする。
Ｓ１３：ｎ＋１の演算を行い、演算結果の値をＴＲａ（ｎ）のｎに代入してＳ０５にジャンプする。
Ｓ４０：下降速度変更処理の開始。
Ｓ４１：第２駆動フラグが立っているか確認し、立っていなければＳ４６にジャンプする。
Ｓ４２：第３駆動フラグが立っているか確認し、立っていればＳ４８にジャンプする。
Ｓ４３：推力切替設定点に到達しているか確認し、到達していなければＳ４８にジャンプする。
Ｓ４４：モータ制御部４２に第３駆動指令信号を送り、第３駆動フラグを立てる。
Ｓ４５：起動中のＴＲａ（ｎ），ＴＲｂを全て停止させ、Ｓ４８にジャンプする。
Ｓ４６：速度切替設定点に到達したか確認し、到達していなければＳ４８にジャンプする。
Ｓ４７：モータ制御部４２に第２駆動指令信号を送り、第２駆動フラグを立てる。
Ｓ４８：下降速度変更処理を終了させ、Ｓ０９にジャンプする。
Ｓ６１：モータ制御部４１，４２に駆動停止指令信号を送る。
Ｓ６２：ドライバツール２０がねじ締め完了設定点に到達しているか確認し、到達していればＳ６４にジャンプする。
Ｓ６３：ねじ浮き異常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ９０にジャンプする。
Ｓ６４：ねじ締め正常表示信号を表示部４５に送り、Ｓ９０にジャンプする。
Ｓ８１：ＴＲａ（ｎ）が経過するまでのドライバツール２０の移動量（前記測定距離）を演算し、記憶する。
Ｓ８２：測定距離が判定基準距離よりも多ければＳ１３にジャンプする。
Ｓ８３：モータ制御部４１，４２に駆動停止指令信号を送る。
Ｓ８４：螺入異常表示信号を送り、Ｓ９０にジャンプする。
Ｓ９０：モータ制御部４２に逆転駆動指令信号を送る。
Ｓ９１：ねじ締め開始点に復帰するのを待つ。
Ｓ９２：モータ制御部４２に駆動停止指令信号を送る。
Ｓ９３：ＥＮＤ
となるねじ締め制御を行う。
【００３４】
次に、自動ねじ締め装置１０の作用について説明する。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の出力軸をあらかじめ設定したドライバツール２０の下降速度（例えば、２００ｍｍ／秒）から求められる回転数で駆動させる。このモータ３１の出力軸回転数の算出は、設定されたドライバツール２０の下降速度÷ボールねじ６１のリード×６０秒で求められており、具体的には、２００ｍｍ／秒÷１２ｍｍ×６０秒＝１０００ｒｐｍの求められた回転数で駆動する。つまり、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。
【００３５】
その後、前記制御部４３は、前記モータ制御部４１，４２を介して前記エンコーダ３１，３２の出力パルス信号を取得し、ビット２３の回転数およびドライバツール２０の昇降位置を割り出すため、ドライバツール２０の昇降位置が常時検出可能となる。
【００３６】
前記制御部４３は、このドライバツール２０の昇降位置が測定開始設定点に到達していれば、前記測定設定時間に設定されたタイマーのＴＲａ（ｎ）のｎに１の値をセットして起動するとともに、前記測定開始間隔時間に設定されたタイマーのＴＲｂを同時に起動する。このＴＲａ（１）の起動直後およびＴＲ（１）の経過直後には、制御部４３によってドライバツール２０の昇降位置がそれぞれ割り出され、前記測定距離が演算される。つまり、この演算された測定距離は、図２および図３に示す１ａや２ａ，２ｂ，２ｃに相当する。
【００３７】
また、前記ＴＲａ（ｎ）のｎには、前記ＴＲｂが経過する度に前回の（ｎ）に１を加算した２，３・・・７等の数値が順次代入されて、ＴＲａ（ｎ）は起動し、前記測定距離の計測が複数回重複して行われる。
【００３８】
このように段階的に計測された前記測定距離は、それぞれの計測直後に前記判定基準距離と比較され、前記判定基準距離よりも少なければ、制御部４３は、前記螺入異常であると判断し、ビット２３の回転およびドライバツール２０の下降の動作を即座に停止してねじ締めを中断してドライバツール２０を前記ねじ締め開始設定点に復帰させる。これにより、位置ズレや斜め喰付き等の前記螺入異常を発生しても、最長でも測定設定時間程度の時間が経過すればワーク等に与える負荷をなくせるため、従来よりもワークに与える負荷時間を短時間にすることができる。
【００３９】
また、前記ドライバツール２０の昇降位置が速度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２駆動指令信号を送るとともに、第２駆動フラグを立てドライバツール２０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、前記ねじ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てワーク等の破損を防止している。次に、前記ねじ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）から前述の制限された値に上昇して前記カムアウト現象の発生が抑制される。
【００４０】
さらに、ドライバツール２０は下降し、その昇降位置が前記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駆動指令信号を送るとともに、第３駆動フラグを立てドライバツールの下降指令速度を２０ｍｍ／秒から例えば３０ｍｍ／秒に切り替える。これにより、前記実ビット推力は、さらに上昇して前記着座時に発生し易いカムアウト現象を抑制する。
【００４１】
また、制御部４３は、前記第３駆動フラグが立てば、起動中の前記ＴＲａ（ｎ）およびＴＲｂを全て停止させ、前記測定距離の計測を全て打ち切り通常のねじ締め作業を行う。つまり、前記推力切替設定点にドライバツール２０が到達するまでに計測された複数の前記測定距離は、全て前記判定基準距離を超えているため、この区間におけるねじ締め状態は、正常と判断できる。
【００４２】
前記第３駆動フラグが立てば、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するまでねじ締めを行い、目標の締付けトルクに相当する電流に到達すればドライバツール２０の昇降位置が前記ねじ締め完了設定点に到達しているか確認する。この確認により、到達していればねじ締め正常表示信号を前記表示部４５に送る一方、到達していなければねじ浮き異常表示信号を前記表示部４５に送る。これにより、前記表示部４５は、上述の表示信号からねじ締め正常あるいはねじ浮き異常のメッセージを表示し、作業者にねじ締め状態を知らせる。
【００４３】
また、制御部４３は、前記実出力トルクが目標の締付けトルクに達すれば、ビット２３の回転およびドライバツール２０の下降の動作を即座に停止した後、前記モータ３１を逆転駆動させて前記ドライバツール２０を前記ねじ締め開始設定点に復帰させる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の自動ねじ締め装置１０は、ねじ締め中に前記螺入異常であることを判定でき、かつその判断時間は、最長でも前記測定設定時間程度に短縮できるため、ワークやねじ６１あるいはビット２３の損傷を最小限に抑える利点がある。
また、締結物７１のめねじの深さがねじ６１の首下長さよりも浅く形成され、ねじ浮きを生じてドライバツール２０の昇降位置が前記推力切替設定点に到達しない場合であっても前記螺入異常と判断してねじ締めを早期に中断できる利点もある。
さらに、前記測定距離は、この距離を移動したドライバツール２０の平均下降速度に置き換えることができるため、ドライバツール２０の下降速度が前記判定基準距離から算出した所定時間当たりの速度を一瞬下回っても前記螺入異常と判断することがなく、誤判定を防止できる利点もある。
【００４５】
なお、本実施例において、計測開始設定点をねじ締め開始設定点としたが、ねじ締め開始直後であるねじ締め開始設定点あるいは、前記速度切替設定点としてもよい。
さらに、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。
【符号の説明】
【００４６】
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、
前記ドライバツールが所定の位置に到達すればドライバツールの移動距離の測定を開始する一方、この測定の開始から所定の時間経過する度にドライバツールの移動距離の測定を段階的に開始し、これらの測定をあらかじめ設定した時間が経過するまであるいはあらかじめ設定した位置にドライバツールが到達するまで行うとともに、これらの測定終了直後に測定した距離とあらかじめ設定した距離とを比較してねじ締めが正常に行われているか否かを判断し、異常と判断すればねじ締めを中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】
最初のドライバツールの移動距離の測定開始をドライバツールの下降開始直後に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】
最初のドライバツールの移動距離の計測開始をドライバツールの下降速度の切り替え位置である速度切替設定点に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４】
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、
前記ドライバツールが所定の位置に到達すればドライバツールの移動距離の測定を開始する一方、この測定の開始から所定の時間経過する度にドライバツールの移動距離の測定を段階的に開始し、これらの測定をあらかじめ設定した時間が経過するまであるいはあらかじめ設定した位置にドライバツールが到達するまで行うとともに、これらの測定終了直後に測定した距離とあらかじめ設定した距離とを比較してねじ締めが正常に行われているか否かを判断し、異常と判断すればねじ締めを中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】
最初のドライバツールの移動距離の測定開始をドライバツールの下降開始直後に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】
最初のドライバツールの移動距離の計測開始をドライバツールの下降速度の切り替え位置である速度切替設定点に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４】
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７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３１８８８（Ｐ２０１３−３１８８８Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７８６１（Ｐ２０１１−１６７８６１）
【出願日】平成２３年７月３０日（２０１１．７．３０）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月３０日（２０１１．７．３０）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
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