CN112654457A - 螺丝长度判定系统、螺丝拧紧系统以及程序 - Google Patents

螺丝长度判定系统、螺丝拧紧系统以及程序 Download PDF

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Abstract

本发明实现一种螺丝长度判定系统，其可提前判定螺丝的长度。PLC(10)包括判定部，所述判定部测量用于拧紧螺丝的螺丝刀从初期位置至螺丝与工件接触并螺合为止的螺丝刀在轴方向上的移动速度，并基于从自初期位置起的移动开始至移动速度变化为止的时间，判定螺丝的长度。

Description

螺丝长度判定系统、螺丝拧紧系统以及程序
技术领域
本发明涉及一种在螺丝拧紧的步骤中判定螺丝的长度的螺丝长度判定系统、包括所述螺丝长度判定系统的螺丝拧紧系统、以及程序。
背景技术
在专利文献1中公开有螺栓的拧紧异常检测方法等。在所述方法中，将至螺栓的座部落座在被紧固物为止的拧紧连续地进行两次，计时器测定第二次的拧紧动作中的从马达或插座的旋转开始时间至螺栓落座为止所需要的时间。控制器将所述时间与使用适当的螺栓时的标准时间进行比较，由此判定所述螺栓的长度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开专利公报“日本专利特开平7-164261号公报(1995年6月27日公开)”
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献1中记载的方法中，若并非螺栓的拧紧动作结束后，则无法判定所述螺栓的长度。
本发明的一实施例将实现可提前判定螺丝的长度的螺丝长度判定系统等作为目的。
解决问题的技术手段
为了解决所述课题，本发明的一实施例的螺丝长度判定系统包括：速度测量部，在通过马达控制来进行环绕轴的旋转运动及朝轴方向的往返运动的螺丝刀将螺丝安装在被紧固物的情况下，测量从所述螺丝接触被紧固物之前的规定位置，至所述螺丝与被紧固物接触并螺合为止的所述螺丝刀在轴方向上的移动速度；以及长度判定部，基于从所述螺丝刀自所述规定位置起的移动开始，至由所述速度测量部所测量的移动速度在所述螺丝对于所述被紧固物的接触前后变化为止的时间，判定所述螺丝的长度。
发明的效果
根据本发明的一实施例的螺丝长度判定系统等，可提前判定螺丝的长度。
附图说明
图1是表示本实施方式的螺丝拧紧系统的概要的框图。
图2是表示可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)的结构的框图。
图3是表示本实施方式的螺丝拧紧系统的外观的例子的图。
图4中，(a)是表示对仅长度互不相同的两种螺丝进行了多次螺丝拧紧时的螺丝刀在轴方向上的位置对于时间的关系的图表，(b)是(a)中所示的图表中的区域R的放大图。
图5是表示判定部所参照的表的例子的图。
图6是表示利用判定部的处理的例子的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一实施例的实施方式(以下，也表述成“本实施方式”)进行说明。
§1应用例
图1是表示本实施方式的螺丝拧紧系统1的概要的框图。如图1所示，螺丝拧紧系统1包括：PLC(可编程逻辑控制器)10(螺丝长度判定系统)、耦合器20、旋转用伺服机构30、以及往返用伺服机构40(轴方向位置探测部)。螺丝拧紧系统1通过后述的螺丝刀51(参照图2)的环绕轴的旋转运动及朝轴方向的往返运动，而进行螺丝拧紧动作。此时，PLC 10进行螺丝拧紧动作的控制，并且判定螺丝的长度是否为正确的长度。
在螺丝的长度不适当的情况下，产生触底(因螺丝比螺丝孔更长、或异物积存在螺丝孔等理由，而导致螺丝拧紧动作在中途停止)或螺丝与螺丝孔螺合的长度短等螺丝拧紧不良。所谓螺丝拧紧不良，是指尽管对螺丝赋予了规定的扭矩，但所述螺丝不发挥充分的紧固力的状态。PLC 10对螺丝的长度进行判定，由此抑制所述螺丝拧紧不良的产生。
旋转用伺服机构30是使螺丝刀51的环绕轴的旋转运动产生的马达。另外，旋转用伺服机构30将自身的旋转速度(deg./s)、旋转量(deg.)、及旋转扭矩(相对于额定扭矩的比例(％))朝耦合器20输出。
往返用伺服机构40是使螺丝刀51的朝轴方向的往返运动产生的马达。另外，往返用伺服机构40将取决于自身的旋转的螺丝刀51的移动速度(mm/s)、移动位置(mm)、及移动扭矩(相对于额定扭矩的比例(％))朝耦合器20输出。因此，往返用伺服机构40也作为探测螺丝刀51在轴方向上的位置的轴方向位置探测部发挥功能。
耦合器20将PLC 10与旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40连接。详细而言，耦合器20将已从PLC 10接收的控制信号朝旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40发送。另外，耦合器20将已从旋转用伺服机构30接收的旋转用伺服机构30的旋转速度、旋转量及旋转扭矩朝PLC 10发送。另外，耦合器20将已从往返用伺服机构40接收的取决于往返用伺服机构40的旋转的螺丝刀51的移动速度、移动位置及移动扭矩朝PLC 10发送。
在以下的说明中，有时将旋转用伺服机构30的旋转速度、旋转量及旋转扭矩，以及取决于往返用伺服机构40的旋转的螺丝刀51的移动速度、移动位置及移动扭矩总称为参数。
图2是表示PLC 10的结构的框图。PLC 10控制螺丝拧紧系统1的动作。如图2所示，PLC 10包括：控制部11、通信部12、以及判定部13(速度测量部、长度判定部)。
控制部11将用于控制旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40的控制信号朝通信部12输出。通信部12将已从控制部11输入的控制信号朝耦合器20发送。控制信号经由耦合器20而朝旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40发送，控制旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40。控制部11使旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40同步来进行控制。另外，控制部11将旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40的参数反馈至所述旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40的控制。
通信部12从旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40经由耦合器20而接收参数。通信部12将已接收的参数存储在未图示的存储装置。另外，螺丝拧紧系统1也可以包括用于存储已接收的参数的存储装置。控制部11及判定部13视需要从存储装置获取参数。另外，为了简单，在图2中，通信部12将参数朝控制部11及判定部13输出。
在螺丝刀51将螺丝安装在被紧固物的情况下，判定部13测量从螺丝接触被紧固物之前的规定位置，至螺丝与被紧固物接触并螺合为止的螺丝刀51在轴方向上的移动速度。另外，判定部13基于从螺丝刀51自规定位置起的移动开始，至移动速度在螺丝对于被紧固物的接触前后变化为止的时间，判定螺丝的长度。因此，判定部13可在螺丝刀51的移动速度已变化的时间点判定螺丝的长度。因此，PLC 10与例如专利文献1中所公开的判定方法相比，可提前判定螺丝的长度。利用判定部13的判定的具体例将后述。
§2结构例
(螺丝拧紧系统1的结构)
图3是表示本实施方式的螺丝拧紧系统1的外观的例子的图。如图3所示，螺丝拧紧系统1包括：旋转用伺服机构30、往返用伺服机构40、螺丝刀单元50、以及支柱60。另外，虽然在图3中未表示，但螺丝拧紧系统1如所述那样也包括PLC 10及耦合器20。
螺丝刀单元50是进行螺丝拧紧的单元。螺丝刀单元50包括螺丝刀51与螺丝保持部52。螺丝刀51通过利用旋转用伺服机构30及往返用伺服机构40的马达控制，而进行环绕轴的旋转运动及朝轴方向的往返运动，由此执行螺丝拧紧动作。在以下的说明中，将螺丝刀51的轴方向之中，螺丝刀51在螺丝拧紧的过程中移动的方向称为下方。
旋转用伺服机构30配置在螺丝刀51的上方，使螺丝刀51的环绕轴的旋转运动产生。另外，螺丝保持部52设置在螺丝刀51的下方，保持成为利用螺丝刀51的螺丝拧紧的对象的螺丝。
支柱60以可使螺丝刀单元50上下移动的方式进行支撑。往返用伺服机构40设置在支柱60的上部，经由滚珠螺杆(未图示)而与螺丝刀单元50连接。往返用伺服机构40的旋转运动通过滚珠螺杆而转换成朝上下方向的直线运动。其结果，螺丝刀单元50朝上下进行往返运动。
(螺丝拧紧动作)
利用螺丝拧紧系统1的螺丝拧紧的动作如下所述。首先，保持有螺丝的状态的螺丝保持部52使螺丝朝作为进行螺丝拧紧的对象的工件(被紧固物)(未图示)的进行螺丝拧紧的部位下降。其次，螺丝刀51一边使螺丝旋转一边朝螺丝拧紧的部位挤压螺丝，直至螺丝暂时落座为止。此处，所谓暂时落座，是指螺丝的座面已接触工件的状态。在本实施方式中，将旋转用伺服机构30的旋转扭矩已到达50％的状态设为螺丝已暂时落座的状态。
螺丝拧紧系统1从螺丝已暂时落座的状态，进一步一边使螺丝旋转一边朝工件挤压螺丝，由此进行正式拧紧。在本实施方式中，正式拧紧进行至旋转用伺服机构30的旋转扭矩到达150％(第一规定值)为止。若旋转扭矩到达150％，则螺丝拧紧系统1停止朝工件挤压螺丝，将旋转扭矩为150％以上的状态保持100ms的期间。
其后，使旋转用伺服机构30的旋转扭矩变成0％以下，而松开螺丝。进而，使螺丝刀51朝上方移动而回到原来的位置，由此螺丝拧紧动作完成。但是，所述旋转扭矩及保持时间为一例，根据螺丝的种类及紧固物/被紧固物的种类而不同。
另外，所述螺丝拧紧动作的例子是对事先在进行螺丝拧紧的部位切出内螺纹的状态(攻丝)的工件进行螺丝拧紧的例子。但是，螺丝拧紧系统1也可以对未在进行螺丝拧紧的部位切出内螺纹的状态(自攻(self-tapping))的工件进行螺丝拧紧。
当对自攻的工件进行螺丝拧紧时，即便在螺丝未暂时落座的情况下，旋转用伺服机构30的旋转扭矩也到达50％以上。因此，当对自攻的工件进行螺丝拧紧时，判定部13将旋转用伺服机构30的旋转扭矩已到达100％的状态设为螺丝已暂时落座的状态。但是，判定部13也可以将在对自攻的工件进行螺丝拧紧时作为螺丝已暂时落座的状态的旋转用伺服机构30的旋转扭矩设为其他值。
§3动作例
以下，对利用判定部13的螺丝的长度的判定进行说明。
图4的(a)是表示对仅长度互不相同的两种螺丝分别进行了多次螺丝拧紧时的螺丝刀51在轴方向上的位置对于时间的关系的图表。图4的(b)是图4的(a)中所示的图表中的区域R的放大图。在图4的(a)及(b)中，横轴表示时间，纵轴表示螺丝刀51在轴方向上的位置。另外，在图4的(a)及(b)中，图表的倾斜度表示螺丝刀51在轴方向上的移动速度。
另外，在螺丝拧紧系统1中，PLC 10以从螺丝刀51的下降开始起在固定的时间内使螺丝刀51高速下降，经过所述固定的时间后使螺丝刀51低速下降的方式，控制往返用伺服机构40。由此，PLC 10防止螺丝与工件高速碰撞。
在图4的(a)及(b)中，将短螺丝的长度设为L08来表示，将长螺丝的长度设为L10来表示。如图4的(a)及(b)所示，螺丝拧紧中的位置对于时间的关系显示出对应于螺丝的长度而明显不同的倾向。
具体而言，如图4的(b)所示，在进行长度为L10的螺丝的螺丝拧紧的情况下，螺丝刀51在从时刻t1至时刻t2为止的期间之间，移动速度在从位置p1至位置p2为止的范围内的位置上变化。另一方面，在进行长度为L08的螺丝的螺丝拧紧的情况下，螺丝刀51在从时刻t3至时刻t4为止的期间之间，移动速度在从位置p3至位置p4为止的范围内的位置上变化。
区域R是与螺丝的前端接触工件的时刻的附近对应的区域。因此，螺丝拧紧动作中的螺丝刀51的移动速度在图4的(a)中所示的区域R中大幅度下降。此处，在将螺丝拧紧动作的开始时刻的螺丝刀51在轴方向上的位置设为固定的情况下，从螺丝拧紧动作的开始时刻至螺丝的前端接触工件的时刻为止之间的时间依存于螺丝的长度。因此，如图4的(b)所示，螺丝刀51的移动速度变化之前的时间根据螺丝的长度而不同。
判定部13开始螺丝刀51的移动速度的测量的规定位置可以是螺丝刀51的初期位置。另外，在图4的(a)中所示的例子中，螺丝刀51的移动速度显示出如下的两阶段的变化：在从初期位置仅移动了固定的距离的位置上一阶段变慢，其后在螺丝的前端接触被紧固物的前后另一阶段变慢。在此种情况下，判定部13开始螺丝刀51的移动速度的测量的规定位置也可以是螺丝刀51的移动速度在第一阶段变慢的位置。
图5是表示判定部13所参照的表的例子的图。在本实施方式中，判定部13参照表示螺丝的长度与螺丝刀51的移动速度变化的时间的范围的关系的表，判定螺丝的长度。在图5中，规定当螺丝刀51的移动速度变化的时刻为t1以上、且t2以下时将螺丝的长度判定为L10，当所述时刻为t3以上、且t4以下时将螺丝的长度判定为L08。判定部13通过参照图5中所示的表，即便螺丝刀51的移动速度变化的时刻在t1以上、且t2以下的范围内变化，也可以判定螺丝的长度为L10。同样地，即便螺丝刀51的移动速度变化的时刻在t3以上、且t4以下的范围变化，判定部13也可以判定螺丝的长度为L08。因此，判定部13通过参照表，即便在从螺丝的初期位置至被紧固物为止的距离存在偏差的情况下，也可以吸收所述偏差来判定螺丝的长度。
所述表例如可存储在经由耦合器20而与PLC 10连接的存储装置(未图示)中。但是，判定部13也可以基于螺丝刀51的移动速度变化之前的移动距离，算出螺丝的长度。
另外，判定部13也能够以统计方式对螺丝刀51的移动速度变化的时间进行分析，由此判定螺丝的长度是否合适。例如判定部13可针对螺丝刀51的移动速度变化的时间的统计数据算出平均及标准偏差σ，将螺丝刀51的移动速度变化的时间与所述平均的差为所述标准偏差σ的3倍以上的螺丝判定为长度不适当。
图6是表示利用判定部13的处理的例子的流程图。在判定中，判定部13首先从往返用伺服机构40获取螺丝刀51的位置信息(S1)。其次，判定部13判定螺丝刀51的移动速度是否已变化(S2)。在螺丝刀51的移动速度未变化的情况(S2中为否(NO))下，判定部13再次从S1重复处理。
另一方面，在螺丝刀51的移动速度已变化的情况下，判定部13如所述那样参照表来判定螺丝的长度(S3)。其后，判定部13结束处理。
另外，在步骤S2中，例如当通过至之前执行的步骤S1为止连续获取的任意的数量的位置信息所算出的螺丝刀51的移动速度已低于规定的速度时，判定部13可判定移动速度已变化。或者，当通过所述方法所算出的移动速度相对于使用比用于所述移动速度的算出的位置信息更前面的位置信息所算出的移动速度，已下降至规定的比例以下为止时，判定部13也可以判定移动速度已变化。
另外，PLC 10也可以进而包括报告部，所述报告部进行与判定部13在步骤S3中已判定的螺丝的长度相关的报告。例如，当判定部13已判定的螺丝的长度与适当的长度不同时，报告部也可以将所述情况通过声音、光或图像等来报告给螺丝拧紧系统1的用户。在此情况下，螺丝拧紧系统1只要包括用于报告部进行报告的扬声器、发光装置或图像显示装置等即可。
另外，螺丝拧紧系统1也可以具有与往返用伺服机构40不同的结构来作为用于获取螺丝刀51在轴方向上的位置信息的轴方向位置探测部。作为所述不同的结构的例子，例如可列举光学传感器等。在具有所述不同的结构的情况下，在步骤S1中，判定部13也可以从所述不同的结构获取螺丝刀51在轴方向上的位置信息。
另外，在所述例子中，判定部13进行螺丝刀51的移动速度的测量及螺丝的长度的算出两者，但也可以由不同的处理部分别执行所述两者。
另外，在所述例子中，PLC 10进行螺丝拧紧动作的控制及螺丝的长度的判定两者，但也可以分别设置进行所述控制的PLC、及进行所述判定的PLC。例如，一台螺丝长度判定用控制器也可以从多台螺丝拧紧控制用PLC接收测量数据，并进行螺丝的长度判定。即，在此情况下，螺丝长度判定系统变成包含螺丝长度判定用控制器与螺丝拧紧控制用PLC。
§4变形例
螺丝拧紧系统1的控制块(特别是控制部11、通信部12及判定部13)可以由形成在集成电路(集成电路芯片(Integrated Circuit chip))等的逻辑电路(硬件)来实现，也可以由软件来实现。
在后者的情况下，螺丝拧紧系统1包括执行作为实现各功能的软件的程序的命令的计算机。所述计算机例如包括一个以上的处理器，并且包括存储有所述程序的计算机可读取的记录介质。而且，在所述计算机中，所述处理器从所述记录介质中读取所述程序并加以执行，由此达成本发明的目的。作为所述处理器，例如可使用中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)。作为所述记录介质，除“非暂时性的有形的介质”，例如只读存储器(Read Only Memory，ROM)等以外，可使用磁带、光盘、存储卡、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。另外，也可以进而包括将所述程序展开的随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)等。另外，所述程序也可以经由可传送此程序的任意的传送介质(通信网络或广播波等)而供给至所述计算机中。另外，本发明的一实施例也能够以所述程序通过电子式的传送而具体化的嵌入载波中的数据信号的形态来实现。
本发明并不限定于所述各实施方式，可在申请项中所示的范围内进行各种变更，将分别在不同的实施方式中揭示的技术手段适宜组合而获得的实施方式也包含在本发明的技术范围内。
(总结)
如上所述，本发明的一形态的螺丝长度判定系统包括：速度测量部，在通过马达控制来进行环绕轴的旋转运动及朝轴方向的往返运动的螺丝刀将螺丝安装在被紧固物的情况下，测量从所述螺丝接触被紧固物之前的规定位置，至所述螺丝与被紧固物接触并螺合为止的所述螺丝刀在轴方向上的移动速度；以及长度判定部，基于从所述螺丝刀自所述规定位置起的移动开始，至由所述速度测量部所测量的移动速度在所述螺丝对于所述被紧固物的接触前后变化为止的时间，判定所述螺丝的长度。
根据所述结构，长度判定部基于从螺丝刀自规定位置起的移动开始，至由速度测量部所测量的移动速度在螺丝对于被紧固物的接触前后变化为止的时间，判定螺丝的长度。螺丝对于被紧固物的接触在螺丝的拧紧完成之前产生。因此，可与螺丝的拧紧完成相比提前判定螺丝的长度。
另外，在本发明的一实施例的螺丝长度判定系统中，所述长度判定部参照表示所述螺丝的长度与所述时间的范围的关系的表，判定所述螺丝的长度。
在从初期位置至被紧固物为止的距离存在偏差的情况下，所述时间在某种程度上变动。相对于此，根据所述结构，长度判定部通过参照表示螺丝的长度与所述时间的范围的关系的表，可吸收所述距离的偏差来判定螺丝的长度。
另外，本发明的一实施例的螺丝拧紧系统包括：旋转用伺服机构，使螺丝刀的环绕轴的旋转运动产生；往返用伺服机构，使所述螺丝刀的朝轴方向的往返运动产生；轴方向位置探测部，探测所述螺丝刀在所述轴方向上的位置；以及所述任一种实施例的螺丝长度判定系统。
根据所述结构，在螺丝拧紧系统进行螺丝拧紧的情况下，螺丝长度判定系统可基于轴方向位置探测部已探测的螺丝刀的位置来提前判定螺丝长度。
另外，本发明的一实施例的程序使计算机作为所述任一种实施例的螺丝长度判定系统来运行。
符号的说明
1：螺丝拧紧系统
10：PLC(螺丝长度判定系统)
13：判定部(速度测量部、长度判定部)
30：旋转用伺服机构(轴方向位置探测部)
40：往返用伺服机构
51：螺丝刀

Claims (4)

1.一种螺丝长度判定系统，包括：
速度测量部，在通过马达控制来进行环绕轴的旋转运动及朝轴方向的往返运动的螺丝刀将螺丝安装在被紧固物的情况下，测量从所述螺丝接触被紧固物之前的规定位置，至所述螺丝与被紧固物接触并螺合为止的所述螺丝刀在轴方向上的移动速度；以及
长度判定部，基于从所述螺丝刀自所述规定位置起的移动开始，至由所述速度测量部所测量的移动速度在所述螺丝对于所述被紧固物的接触前后变化为止的时间，判定所述螺丝的长度。
2.根据权利要求1所述的螺丝长度判定系统，其中所述长度判定部参照表示所述螺丝的长度与所述时间的范围的关系的表，判定所述螺丝的长度。
3.一种螺丝拧紧系统，包括：
旋转用伺服机构，使螺丝刀的环绕轴的旋转运动产生；
往返用伺服机构，使所述螺丝刀的朝轴方向的往返运动产生；
轴方向位置探测部，探测所述螺丝刀在所述轴方向上的位置；以及
如权利要求1或2所述的螺丝长度判定系统。
4.一种程序，用于使计算机作为如权利要求1所述的螺丝长度判定系统来运行。
CN201980058581.5A 2018-10-29 2019-09-25 螺丝长度判定系统、螺丝拧紧系统以及存储介质 Active CN112654457B (zh)

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