DE4400709A1 - Schraubenfestziehvorrichtung - Google Patents
SchraubenfestziehvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Festziehen verschiedener Arten
von mit Außengewinde versehenen Schrauben in entsprechenden in einem Werkstück aus
gebildeten Montagelöchern.
Zur Automatisierung des Schraubenfestziehvorgangs ist in den letzten Jahren die Verfüg
barkeit einer Technologie erforderlich geworden, mit der verschiedene Arten von mit Au
ßengewinde versehenen Schrauben in mit Innengewinde versehenen, in einem Werkstück aus
gebildeten Löchern mit hoher Geschwindigkeit festziehbar sind und mit der die Fehlerrate
beim Festziehen der mit Außengewinde versehenen Schrauben abnimmt. Bei einer her
kömmlichen Schraubenfestziehvorrichtung ist beispielsweise ein elektrischer Schrauben
dreher so angebracht, daß er von einem pneumatischen Zylinder in einer senkrechten Rich
tung bewegt wird, und ist ein Elektromotor für den Schraubendreher so angebracht, daß
er auf ein elektrisches Signal zum Beginnen des Schraubenfestziehens hin aus einer elektri
schen Stromquelle mit Strom versorgt wird. Im Betrieb wird der Schraubendreher durch
die Tätigkeit des pneumatischen Zylinders abwärtsbewegt und die Bitwelle des Schrauben
drehers wird vom Elektromotor drehangetrieben, um eine mit Außengewinde versehene
Schraube in das entsprechende, mit Innengewinde versehene Loch mit einem vorbestimm
ten Drehmoment einzuschrauben und festzuziehen.
Bei der herkömmlichen Schraubenfestziehvorrichtung kann die senkrechte Bewegung des
Schraubendrehers nicht in geeigneter Weise gesteuert werden. Aus diesem Grunde besteht
die Gefahr, daß das offene Ende des Gewindeloches durch Anlage der Schraube beschädigt
wird und dadurch ein unnormaler Eingriff hervorgerufen wird. Da die Bitwelle des
Schraubendrehers mit einer konstanten Drehzahl angetrieben wird, wird die Arbeitszeit
zum Festziehen der Schraube notwendigerweise verlängert, wenn die Drehgeschwindigkeit
des Schraubendrehers zum Vermindern der Fehlerrate des Schraubenfestziehvorgangs her
abgesetzt wird. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers zur
Verkürzung der
Arbeitszeit zum Festziehen der Schraube erhöht wird, tritt ein unnormaler Eingriff der
Schraube mit dem Gewindeloch verstärkt auf und die Genauigkeit des auf die Schraube
aufgebrachten Drehmoments kann aufgrund der Trägheit des Schraubendrehers, die durch
die Vergrößerung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors hervortritt, nicht stabilisiert
werden.
Um diese Probleme zu lösen, wurde in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 64-
11740 vorgeschlagen, die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers unter Steuerung eines
Zeitgebers zu verändern, um das anfängliche Einschrauben mit hoher Geschwindigkeit und
das Festziehen am Ende mit geringer Geschwindigkeit durchzuführen. Bei einer solchen
Steuerung des Schraubendrehers kann die Festziehgeschwindigkeit der Schraube nicht ent
sprechend der Festziehbedingung der Schraube gesteuert werden. Es ist daher schwierig,
den Beginn des Eingriffs mit dem Gewindeloch festzustellen. Wenn die Bitwelle des
Schraubendrehers mit hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt, bevor die Schraube in
Eingriff mit dem Gewindeloch gebracht wird, ist kein normaler Eingriff der Schraube zu
erwarten, was zu einem Fehler beim Schraubenfestziehen führt. Wenn die Drehgeschwin
digkeit des Schraubendrehers entsprechend dem Eingriff der Schraube mit dem Gewinde
loch ohne geeignete Steuerung der auf die Bitwelle wirkende Schubkraft geschieht, wird
ein Fehler beim Schraubenfestziehen auftreten.
In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-202236 wurde vorgeschlagen, den an
fänglichen Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch auf Basis eines dem Elektromotor
des Schraubendrehers zugeführten Eingangsstroms festzustellen, um die Drehgeschwindig
keit der Bitwelle zu steuern. Dieser Eingangsstrom des Elektromotors wird jedoch zu ei
nem Zeitpunkt erhöht, zu dem die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch des Werk
stücks gebracht wird. Dies bedeutet, daß der Zeitpunkt zum Erhöhen des Eingangsstromes
nicht dem anfänglichen Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch entspricht. Es leuchtet
daher ein, daß, falls die Bitwelle des Schraubendrehers trotz eines schiechten Eingriffes
der Schraube mit dem Gewindeloch mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wurde, ein
Fehler beim Schraubenfestziehen auftritt.
Um die geschilderten Probleme zu lösen, haben die Erfinder herausgefunden, daß folgende
Tatsachen zum Verkürzen der Schraubenfestziehzeit und zum Vermindern der Fehlerrate
beim Schraubenfestziehen erforderlich sind.
- 1) Beenden des Schraubenfestziehens innerhalb einer kurzen Zeitdauer;
- 2) Vermeiden des Auftretens eines Fehlers beim Schraubenfestziehen, der dadurch verur sacht wird, daß die in Eingriff mit dem Gewindeloch befindliche Schraube verschlissen wird, der Schraubenkopf zerrieben wird, die Schraube frei dreht und ähnliches;
- 3) Feststellen des Auftretens eines Fehlers beim Schraubenfestziehen;
- 4) Korrigieren eines Unterweisungspunktes (teaching point) zur Fehlervermeidung beim Schraubenfestziehen.
Wenn die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle zur Verkürzung der Schraubenfestziehzeitdau
er erhöht wird, treten Fehler beim Schraubenfestziehen auf, wie ein Verschleißen der
Schraube beim anfänglichen Eingriff in das Gewindeloch, Verminderung der Genauigkeit
bei der Drehmomentsteuerung, Beschädigung des Schraubenkopfes und ähnliches. Um sol
che Probleme zu vermeiden, haben die Erfinder die oben genannten Phänomene genau ana
lysiert und herausgefunden, daß die Schraubenfestziehzeit ohne jedwelchen Fehler beim
Schraubeneindrehen bzw. Festziehen verkürzt werden kann, wenn die Drehgeschwindigkeit
der Bitwelle bei dem anfänglichen Eingriff der Schraube und vor der Vergrößerung des
Einschraub- bzw. Festziehmoments vermindert wird und bei der anderen Gelegenheit ver
größert wird.
Desweiteren wird der Fehler beim Schraubenfestziehen durch verschiedene Phänomene
verursacht, wie einem schlechten Eingriff zwischen Bitwelle und Schraube, einem Ver
schleißen des Schraubenkopfes oder des Gewindeloches oder ähnliches. Diese Phänomene
treten auf, wenn eine auf die Schraube aufgebrachte Vorschubkraft beim Einschrauben in
das Gewindeloch ungeeignet ist. Als Analyseergebnis dieser Phänomene wurde herausge
funden, daß die auf den Schraubenkopf wirkende Schubkraft so gesteuert werden muß, daß
sie 20 bis 30% des Festziehmoments beträgt, ohne daß dadurch ein Freikommen der Bit
welle von dem Schraubenkopf verursacht wird. Wenn auf die Schraube eine sehr große
Schubkraft wirkt, bevor die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch gebracht ist, wird
das Gewindeloch beschädigt oder beim Eingriff mit der Schraube tritt ein Blockieren auf.
Entsprechend ist es wünschenswert, die Schubkraft der Bitwelle entsprechend den folgen
den Stufen zu steuern.
- 1) Vorschub der Schraube, um sie in Eingriff mit dem Gewindeloch zu bringen.
- 2) Aufsetzen der Schraube auf dem Werkstück nach dem Eingriff in das Gewindeloch und
- 3) Erhöhen des Festziehmoments des Schraubendrehers nach dem Aufsetzen der Schraube am Werkstück.
Für eine solche Steuerung der Schubkraft ist es notwendig, den Einschraubzustand der
Schraube festzustellen. Da das Einschraub- bzw. Festziehmoment sich vor und nach Ein
griff mit dem Gewindeloch nur um einen kleinen Betrag ändert, ist es unmöglich, den Be
ginn des Eingriffs der Schraube in das Gewindeloch mittels des Drehmoments oder der
Drehstellung der Bitwelle festzustellen. Es ist jedoch ersichtlich, daß das distale Ende der
Bitwelle an der gleichen Stelle plaziert ist, wenn die Schraube beim Vorschieben durch
Eingriff mit der Bitwelle frei dreht. Wenn die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch
gebracht ist, wird die Bitwelle um die Ganghöhe bzw. die Steigung des Außengewindes
der Schraube vorgeschoben. Entsprechend kann der Beginn des Eingriffs mit dem Gewin
deloch durch Bewegen der Bitwelle festgestellt werden. Da das Drehmoment der Bitwelle
zunimmt, wenn die Schraube am Werkstück aufsetzt, kann das Aufsetzen der Schraube
durch eine Änderung des Drehmoments der Bitwelle festgestellt werden. Die Genauigkeit
der Feststellung des Aufsetzens ist jedoch unter einer hohen Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
welle nicht sichergestellt. Es ist daher notwendig, die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
vor dem Aufsetzen der Schraube zu vermindern. Zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit
der Bitwelle kann der Aufsetzzeitpunkt der Schraube auf der Basis des Zeitpunktes des
anfänglichen Eingriffs der Schraube, der Drehgeschwindigkeit der Bitwelle und der
Ganghöhe bzw. Steigung des Außengewindes der Schraube abgeschätzt werden.
Entsprechend liegt eine erste Aufgabe der Erfindung darin, eine Schraubenfestziehvorrich
tung zu schaffen, mit der eine Schraube innerhalb einer kurzen Zeit in einem Montageloch
eines Werkstücks festgezogen werden kann, ohne daß irgendwelche der oben geschilderten
Probleme auftreten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schraubenfestziehvorrichtung der
Bauart mit einem elektrischen Schraubendreher, dessen Bitwelle derart ausgebildet ist, daß
sie eine mit ihr in Eingriff befindliche, in ein Montageloch eines Werkstücks einzuschrau
bende Schraube mit Außengewinde trägt, und mit einem Antriebsmechanismus, der derart
ausgebildet ist, daß er den Schraubendreher auf das Montageloch zu und von ihm wegbe
wegt und eine Schubkraft auf die Bitwelle des Schraubendrehers aufbringt,
wobei ein elektrisches Steuersystem für die Schraubenfestziehvorrichtung ent hält
eine erste Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, daß die Bitwelle in einer Anfangsphase, während der die Schraube derart angeordnet ist, daß sie in Eingriff mit dem Montageloch des Werk stücks zu bringen ist, mit niedriger Drehzahl angetrieben und mit einer kleinen Schubkraft beaufschlagt wird,
eine zweite Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, daß die Bitwelle in einer Zwischenphase, während der die Schraube in das Montageloch des Werkstücks eingeschraubt wird, mit höherer Drehzahl als in der Anfangsphase angetrieben und mit einer größeren Schubkraft als in der Anfangsphase beaufschlagt wird,
und eine dritte Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, daß die Bitwelle in einer Endphase, während der die Schraube festgezogen und am Werkstück festgesetzt wird, mit niedrigerer Drehzahl als der Anfangsphase angetrieben und mit einer größeren Schubkraft als in der Zwischenphase beaufschlagt wird.
wobei ein elektrisches Steuersystem für die Schraubenfestziehvorrichtung ent hält
eine erste Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, daß die Bitwelle in einer Anfangsphase, während der die Schraube derart angeordnet ist, daß sie in Eingriff mit dem Montageloch des Werk stücks zu bringen ist, mit niedriger Drehzahl angetrieben und mit einer kleinen Schubkraft beaufschlagt wird,
eine zweite Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, daß die Bitwelle in einer Zwischenphase, während der die Schraube in das Montageloch des Werkstücks eingeschraubt wird, mit höherer Drehzahl als in der Anfangsphase angetrieben und mit einer größeren Schubkraft als in der Anfangsphase beaufschlagt wird,
und eine dritte Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebes des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, daß die Bitwelle in einer Endphase, während der die Schraube festgezogen und am Werkstück festgesetzt wird, mit niedrigerer Drehzahl als der Anfangsphase angetrieben und mit einer größeren Schubkraft als in der Zwischenphase beaufschlagt wird.
In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung enthält die Schraubenfestziehvorrich
tung vorzugsweise weiter eine Einrichtung zum Berechnen eines Betrages der Abwärtsbe
wegung der Bitwelle, die durch den Betrieb des Antriebsmechanismus in einem Zeitab
schnitt bewirkt wird, während dessen die Schraube nach Eingriff in das Montageloch fest
gezogen und am Werkstück festgesetzt wird, und eine Einrichtung zum Feststellen, ob der
Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei einem vorbestimmten Betrag liegt, der
durch obere und untere Zielgrenzwerte definiert ist, und zum Feststellen der Tatsache, daß
die Schraube korrekt festgezogen worden ist, wenn der Betrag der Abwärtsbewegung der
Bitwelle bei dem vorbestimmten Betrag liegt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden de
taillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammen
hang mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
Es stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Schraubenfestziehvorrichtung
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines elektrischen Steuersystems der Schraubenfestziehvor
richtung gemäß Fig. 1
Fig. 3 eine Grafik, die die Drehgeschwindigkeit, das Drehmoment einer Bitwelle
eine auf die Bitwelle wirkende Schubkraft in Abhängigkeit von einem Festzieh
vorgang der Schraube zeigt,
Fig. 4A ein Schaltbild einer Servo-Steuereinheit zum Antrieb einer senkrechten Vor
schubspindel gemäß Fig. 1,
Fig. 4B ein Schaltbild einer Servo-Steuereinheit zum Antrieb der Bitwelle gemäß Fig. 1 und
Fig. 5 bis 9 ein von einem in Fig. 2 dargestellten Mikroprozessor ausgeführtes Steuer
programm.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine Schraubenfestziehvorrichtung dargestellt, die eine auf
rechte Tragstruktur 10 umfaßt, welche an einem stationären Rahmen (nicht dargestellt) an
gebracht ist, und eine rechte Vorschubspindel 20, die an ihrem oberen Endbereich 21
von einem oberen Arm 11 der Tragstruktur 10 und an ihrem unteren Endbereich 22 von
einem unteren Arm 12 der Tragstruktur 10 gehalten ist. Ein Gleichstrom-Servomotor 30
ist an dem oberen Arm 11 der Tragstruktur 10 koaxial mit der Vorschubspindel 20 ange
bracht und mit dem oberen Ende der Vorschubspindel 20 antriebsmäßig verbunden. Ein be
wegliches Haltebauteil 40 hat einen Hauptteil 41, der an seinem mit Innengewinde versehe
nen Gewindeloch für eine senkrechte Bewegung in Eingriff mit der Vorschubspindel 20 ist.
An einem Armteil 42 des beweglichen Haltebauteils 40 ist ein elektrischer Schraubendre
her 50 angebracht, der einen Gleichstrom-Servomotor 50a, der an dem Armteil 42 des be
weglichen Haltebauteils 40 koaxial zu einem Durchgangsloch 42 angebracht ist, und eine
Bitwelle 50b (Schraubendrehereinsatzwelle) umfaßt, die antriebsmäßig an ihrem Basisende
mit dem Servomotor 50a verbunden ist. Die Bitwelle 50b ist parallel zur Vorschubspindel
mit dem Servomotor 50a verbünden ist. Die Bitwelle 50b ist parallel zur Vorschubspindel
20 angeordnet, um vom Servomotor 50a angetrieben zu werden. Koaxial zur Bitwelle 50b
ist ein beweglicher Greifer 50c angebaut, der von dem Armteil 42 des beweglichen Halte
bauteils 40 mittels einer Schraubenfeder 50d getragen wird.
Gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt ein elektrisches Steuersystem der Schraubenfestziehvorrich
tung einen Codeumsetzer 60 der Drehbauart, welcher koaxial am Servomotor 30 ange
bracht ist, um einen Drehbetrag des Servomotors 30 zu messen und ein Ausgangssignal zu
erzeugen, das einen Drehbetrag der Vorschubspindel 20 darstellt. In diesem Beispiel stellt
der Drehbetrag der Vorschubspindel 20 den Betrag der Abwärtsbewegung des distalen En
des 51 der Bitwelle 50b von ihrem oberen Hubende aus dar. Bei dieser Ausführungsform
wird der Bewegungsbetrag der Bitwelle 50b als Null dargestellt, wenn der Drehbetrag der
Vorschubspindel 20 Null ist. Ein Codeumsetzer 70 der Drehbauart ist koaxial an dem Ser
vomotor 50a angebracht, um den Drehbetrag des Servomotors 50a zu messen und ein Aus
gangssignal zu erzeugen, das den Drehbetrag der Bitwelle 50b darstellt. Das elektrische
Steuersystem enthält einen Mikrorechner 80, der mit den Codeumsetzern 60, 70 und Ser
vo-Steuereinheiten 90 und 100 zusammenarbeitet, um ein Steuerprogramm entsprechend
den in den Fig. 5 bis 9 dargestellten Flußdiagrammen auszuführen. Während der Aus
führung des Steuerprogramms berechnet der Rechner 80 Daten, die zur Steuerung der Ser
vo-Steuereinheiten 90 und 100 erforderlich sind. Der Rechner 80 enthält einen Festwert
speicher oder ROM zum vorläufigen Speichern des Steuerprogramms und von Daten, die
in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind.
Erste Schubkraft der Schraubenwelle
Zweite Schubkraft der Schraubenwelle
Dritte Schubkraft der Schraubenwelle
Erste Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
Zweite Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
Dritte Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
Länge und Ganghöhe einer Schrauben mit Außengewinde
Drehbetrag vor dem Aufsetzen
Drehausmaß bei unnormalen Eingriff
Unnormales Drehmoment
Einstelldrehmoment
Vorbestimmter Drehbetrag
Zweite Schubkraft der Schraubenwelle
Dritte Schubkraft der Schraubenwelle
Erste Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
Zweite Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
Dritte Drehgeschwindigkeit der Bitwelle
Länge und Ganghöhe einer Schrauben mit Außengewinde
Drehbetrag vor dem Aufsetzen
Drehausmaß bei unnormalen Eingriff
Unnormales Drehmoment
Einstelldrehmoment
Vorbestimmter Drehbetrag
Die Daten der Tabelle 1 werden wie im folgenden beschrieben bestimmt. Gemäß Fig. 3
werden die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle, die Schubkraft der Vorschubspindel und das
Drehmoment der Bitwelle in Beziehung zu einer Festziehfolge der mit Außengewinde ver
sehenen Schraube (im folgenden nur Schraube) bestimmt. In einer Anfangsphase der Fest
ziehfolge ist die Schraube 110 derart angeordnet, daß sie in Eingriff mit dem mit Innenge
winde versehenen Schraubenloch Wa (im folgenden nur Gewindeloch) des Werkstücks W
zu bringen ist. In einer Zwischenphase der Festziehfolge wird die Schraube 110 in das Ge
windeloch Wa des Werkstücks W eingeschraubt, um an ihrem Kopfteil am Werkstück W
aufgesetzt zu werden. In einer Endphase der Festziehfolge wird die Schraube 110 festgezo
gen und an ihrem Kopfteil am Werkstück W festgesetzt.
Die Schubkraft der Vorschubspindel 20 stellt eine Schubkraft dar, die zur senkrechten Be
wegung auf den elektrischen Schraubendreher 50 wirkt und einer Schubkraft entspricht, die
auf den Kopfteil der Schraube 110 am distalen Ende der Bitwelle 50b wirkt. Gemäß
3 wird die Schubkraft der Vorschubspindel 20 als die erste, zweite und dritte Schubkraft
entsprechend den jeweiligen Phasen der Festziehfolge für eine optimale Einstellung
bestimmt. Im vorliegenden Fall wird die erste Schubkraft als ein kleiner Wert bestimmt,
um die Schraube 110 einwandfrei in Eingriff mit dem Gewindeloch Wa zu bringen, ohne
daß eine Schrägstellung hervorgerufen wird. Die zweite Schubkraft wird größer als die er
ste Schubkraft bestimmt, um die Schraube 110 in das Gewindeloch Wa einzuschrauben,
ohne daß eine Schrägstellung hervorgerufen wird. Die dritte Schubkraft wird größer als die
zweite Schubkraft bestimmt, um die Schraube 110 fest anzuziehen, ohne ihren Kopfteil zu
beschädigen.
Gemäß Fig. 3 wird die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle als die erste, zweite und dritte
Drehgeschwindigkeit entsprechend den jeweiligen Phasen der Festziehfolge bestimmt bzw.
festgelegt. In dem vorhandenen Fall wird die erste Drehgeschwindigkeit als eine niedrige
Drehgeschwindigkeit bestimmt, um die Schraube 110 einwandfrei in Eingriff mit dem Ge
windeloch Wa zu bringen; die zweite Drehgeschwindigkeit wird höher als die erste
Drehgeschwindigkeit bestimmt, um die Schraubenfestziehdauer zu verkürzen; die dritte
Drehgeschwindigkeit wird geringer als die erste Drehgeschwindigkeit festgelegt, um die
Schraube mit einem stabilen Drehmoment festzuziehen. Das unnormale Drehmoment stellt
ein erheblich höheres Drehmoment dar, das auf die Bitwelle in der Zwischenphase der
Festziehfolge aufgebracht wird, wie mit einer unterbrochenen Linie in Fig. 3 dargestellt.
Beispielsweise wird das unnormale Drehmoment durch einen unnormalen Eingriff der
Schraube 110 mit dem Gewindeloch Wa hervorgerufen. Das Einstelldrehmoment stellt ein
maximales Drehmoment dar, das auf die Schraube 110 in der Endphase der Festziehfolge
aufgebracht wird. Die Länge der Schraube 110 stellt die Länge des Gewindebereiches der
Schraube 110 dar. Der Drehbetrag vor dem Aufsetzen stellt einen Drehbetrag der Bitwelle
150 dar, der erfolgen muß, bevor die Schraube 110 mit ihrem Kopfteil am Werkstück W
aufsetzt. Das Drehausmaß bei unnormalem Eingriff stellt ein Ausmaß des Drehbetrages der
Bitwelle bei Auftreten eines unnormalen Eingriffs zwischen Schraube und Gewindeloch
dar.
Der Rechner 80 ist an ein Eingabegerät 80a angeschlossen, das von einer Bedienungsper
son betätigbar ist, wenn ein loser Zustand der in das Gewindeloch Wa eingeschraubten
Schraube 110 festgestellt wird. Das Eingabegerät 80a erzeugt bei Betätigung durch die Be
dienungsperson ein Fehlersignal und führt es dem Rechner 80 zu. Wenn ein Steuersignal
zum Ausführen von Schub der Vorschubspindel vom Rechner 80 gemäß Fig. 4(A) anliegt,
addiert die Servo-Steuereinheit 90 die gespeicherte Schubkraft zu einem Rückkopplungs
wert eines Antriebsstroms I, multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor KF, und multipli
ziert das Ergebnis der Addition mit einem Verstärkungsfaktor KG, um das Ergebnis der
Multiplikation als Antriebsstrom I dem Servomotor 30 zuzuführen. Wenn das Steuersignal
zum Ausführen von Schub der Vorschubspindel aus dem Rechner 80 gemäß Fig. 4(B) an
liegt, addiert die Servo-Steuereinheit 100 die gespeicherte Schubkraft zu einem Rückkopp
lungswert des Antriebsstroms J, multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor KF und
multipliziert das Ergebnis der Addition mit einem Verstärkungsfaktor KG, um das Ergebnis
der Multiplikation als Antriebsstrom J dem Servomotor 50a über einen Analogschalter 101
zuzuführen.
Der Analogschalter 101 ist so ausgebildet, daß er in Antwort auf ein von einem Kompara
tor 102 her anliegendes Hochpegelsignal öffnet und in Antwort auf ein von dem Kompara
tor 102 her anliegendes Niedrigpegelsignal schließt. Auf diese Weise wird dem Servomo
tor 50a nur Antriebsstrom J zugeführt, wenn der Analogschalter 101 geschlossen ist. Der
Komparator 102 ist so ausgebildet, daß er den Rückkopplungswert des Antriebsstroms J
mit dem Antriebsstrom der Bitwelle vergleicht, entsprechend dem gespeicherten vom
Rechner 80 her anliegenden Einstelldrehmoment. Wenn der Rückkopplungswert des An
triebsstroms J kleiner als der Antriebsstrom der Bitwelle ist, erzeugt der Komparator 102
daraus ein Niedrigpegelsignal und legt es an den Analogschalter 101 an. Wenn der Rück
kopplungswert des Antriebsstroms J größer als der Antriebsstrom der Bitwelle wird, er
zeugt der Komparator 102 daraus ein Hochpegelsignal und legt es an den Analogschalter
101 an.
Unter der Annahme, daß die Schraube 110 dem Greifer 50c, wie in Fig. 1 dargestellt, zu
geführt wurde, wird die Schraube 110 vom Greifer 50c getragen und koaxial zur Bitwelle
50b angeordnet. Die Ganghöhe des Gewindes der Schraube 110 wird zu Pn bestimmt.
Wenn die Schraubenfestziehvorrichtung in dem oben beschriebenen Zustand aktiviert wird,
beginnt der Rechner 80 das Steuerprogramm beim Schritt 200 gemäß Fig. 5 auszuführen.
Im folgenden Schritt 201 liest der Rechner die erste Schubkraft der Vorschubspindel und
die erste Drehgeschwindigkeit der Bitwelle aus und veranlaßt das Programm zum Schritt
202 überzugehen. Im Schritt 202 legt der Rechner 80 das erste bzw. das zweite Steuersi
gnal, das die erste Schubkraft bzw. die erste Drehgeschwindigkeit darstellt, an die Servo-
Steuereinheiten 90 und 100. Auf das erste Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit
90 einen Antriebsstrom J zum Erzeugen der ersten Schubkraft und führt diesen dem Ser
vomotor 30 zu. Der Servomotor 30 drehantreibt auf diese Weise die Vorschubspindel 20,
wodurch der elektrische Schraubendreher 50 für seine Abwärtsbewegung mit der ersten
Schubkraft beaufschlagt wird.
Auf das zweite Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 100 einen Antriebsstrom
J zum Drehen der Bitwelle mit einer ersten Drehgeschwindigkeit und führt diesen dem
Servomotor zu. Der Servomotor 50a dreht somit die Bitwelle 50b mit der ersten Drehge
schwindigkeit.
Nach Abarbeiten des Schrittes 202 werden dem Rechner 80 im Schritt 203 Eingangssignale
von den Codeumsetzern 60 und 70 zugeführt, um von dem Drehbetrag der Bitwelle
den Drehbetrag der Vorschubspindel 20 abzuziehen, um den Betrag der Abwärtsbewegung
der Bitwelle 50b je Umdrehung zu berechnen. Im folgenden Schritt 210 vergleicht der
Rechner 80 den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b mit der Ganghöhe der
Schraube 110. Unter der Annahme, daß die Schraube 110 so angeordnet ist, daß sie ihr
Eingriff mit dem Gewindeloch Wa zu bringen ist, wird der Betrag der Abwärtsbewegung
der Bitwelle 50b so aufrecht erhalten, daß er größer als die Ganghöhe der Schraube 110
ist. Wenn die Schraube 110 auf das Gewindeloch Wa gedrückt wird, wird der Betrag der
Abwärtsbewegung der Schraube 110 ohne jedwelche Änderung aufrecht erhalten. Wenn
die Schraube 110 einwandfrei in Eingriff mit dem Gewindeloch Wa ist, wird der Betrag
der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b gleich der Steigung bzw. Ganghöhe der Schraube
110, da das Ausmaß der Vorwärtsbewegung der Bitwelle 50b durch die Ganghöhe der
Schraube 110 definiert ist.
Der Rechner 80 bestimmt somit im Schritt 210 eine "Ja"-Antwort, wenn der Betrag der
Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b gleich der Ganghöhe der Schraube 110 wird. In die
sem Fall wird die Schraube 110 unter Steuerung der Schubkraft der Vorschubspindel 20
und der Drehgeschwindigkeit der Bitwelle 50a in Eingriff mit dem Gewindeloch Wa ge
bracht, ohne daß irgendeine Schrägstellung hervorgerufen wird. Wenn der Rechner 80 im
Schritt 210 "Nein"-Antwort entscheidet, schreitet das Programm zum Schritt 220 weiter,
wo der Rechner 80 entscheidet, ob oder ob nicht der Drehbetrag der Bitwelle 50b im Aus
maß eines unnormalen Drehbetrags liegt. Wenn die Antwort des Schritts 220 "Ja" ist,
schreitet das Programm zum Schritt 221 weiter, wo der Rechner 80 ein Unnormalsignal
ausgibt, das einen unnormalen Eingriff der Schraube 110 anzeigt, und führt dies den Ser
vo-Steuereinheiten 90 und 100 zu. Im folgenden Schritt 222 beendet der Rechner 80 die
Abarbeitung für das Festziehen der Schraube 110. Wenn sie vom Rechner 80 her mit ei
nem Unnormalsignal beaufschlagt werden, beenden die Servo-Steuereinheiten 90 und 100
die Erzeugung der Antriebsströme, um die Servomotor 30 und 50a zu deaktivieren. Wenn
die Antwort im Schritt 22 "Nein" ist, schaltet der Rechner 80 das Programm zum Schritt
203 zurück, um den Schritt 210 abzuarbeiten.
Wenn im Schritt 210 die "Ja"-Antwort bestimmt wird, schreitet das Programm zum Schritt
210a weiter, in dem der Rechner 80 die Lage des distalen Endes 51 der Treiberwelle 50b
bestimmt, basierend auf den Drehbetragsdaten, die vom Codeumsetzer 60 geliefert werden,
und speichert sie als eine distale Endlage P1. Anschließend liest der Rechner die gespei
cherte zweite Schubkraft der Vorschubspindel 20 im Schritt 211 und die gespeicherte zwei
te Drehgeschwindigkeit der Bitwelle 50b im Schritt 212 aus. Im folgenden Schritt 213 legt
der Rechner 80 ein drittes bzw. viertes Steuersignal, welches die zweite Schubkraft bzw.
zweite Drehgeschwindigkeit darstellt, an die Servo-Steuereinheiten 90 bzw. 100. Auf das
dritte Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 90 einen Antriebsstrom I zum Er
zeugen der zweiten Schubkraft und legt diesen an den Servomotor 30. Der Servomotor 30
dreht daraufhin die Vorschubspindel 20, wodurch der elektrische Schraubendreher 50 für
eine Abwärtsbewegung mit der zweiten Schubkraft beaufschlagt wird. Auf das vierte Steu
ersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 100 einen Antriebsstrom I zum Drehen der
Bitwelle 50b mit der zweiten Drehgeschwindigkeit und führt diesen dem Servomotor 50a
zu. Der Servomotor 50a dreht daraufhin die Bitwelle 50b mit der zweiten Drehgeschwin
digkeit. Dies bewirkt, daß die Schraube 110 mit der zweiten Drehgeschwindigkeit dreht
und sich unter der zweiten Schubkraft abwärts bewegt. Im Ergebnis wird die Schraube 110
in das Gewindeloch Wa innerhalb kurzer Zeit eingeschraubt, ohne daß irgendeine Schräg
stellung hervorgerufen wird.
Nach Ausführen des Schrittes 213 bestimmt der Rechner 80 im Schritt 230, ob der Dreh
betrag der Schraube 110 zu dem Drehbetrag geworden ist, bei dem die Schraube 110 am
Werkstück W aufsetzt. In diesem Fall stellt der Drehbetrag für das Aufsetzen der Schraube
110 den Betrag der Vorwärtsbewegung (Pn-1) der Schraube in das Gewindeloch dar. Der
Rechner 80 berechnet den Betrag an Vorwärtsbewegung der Schraube 110 in das Gewinn
deloch Wa, basierend auf den vom Codeumsetzer 70 gelieferten Drehbetragsdaten in Be
ziehung zu der gespeicherten Länge und Ganghöhe der Schraube. Wenn der Betrag an
Vorwärtsbewegung der Schraube gleich dem Drehbetrag für das Aufsetzen der Schraube
110 am Werkstück W wird, entscheidet der Rechner 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 230
und veranlaßt das Programm, zum Schritt 231 gemäß Fig. 7 vorangehen. Wenn die Ant
wort im Schritt 230 "Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 240 weiter, in dem der
Rechner 80 entscheidet, ob das Drehmoment der Bitwelle normal oder unnormal ist. Wenn
der Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch in einem unnormalen Zustand ist, ist das
Drehmoment der Bitwelle erheblich erhöht, was zu einer erheblichen Zunahme des
Antriebsstroms I für die Bitwelle führt. Wenn der Antriebsstrom I für die Bitwelle größer
als der ein unnormales Drehmoment anzeigende unnormale Strom wird, entscheidet der
Rechner 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 240 und veranlaßt das Programm zum Schritt 241
überzugehen, in dem der Rechner 80 ein Fehlersignal ausgibt, das den unnormalen Eingriff
der Schraube anzeigt, und führt dieses den Servo-Steuereinheiten 90 und 100 zu. In dem
folgenden Schritt 242 beendet der Rechner 80 somit die Bearbeitung des Festziehens der
Schraube. Wenn an ihnen ein Fehlersignal vom Rechner 80 anliegt, unterbrechen die Ser
vo-Steuereinheiten 90 und 100 die Erzeugung des Antriebsstromes, um die Servomotoren
30 und 50a zu deaktivieren. Wenn die Antwort im Schritt 240 "Nein" ist, bringt der Rech
ner 80 das Programm zum Schritt 230 zurück.
Wenn im Schritt 230 "Ja"-Antwort entschieden wird, liest der Rechner 80 die gespeicherte
dritte Schubkraft der Vorschubspindel 20 im Schritt 231 und die gespeicherte dritte
Drehgeschwindigkeit der Bitwelle im Schritt 232 aus. Im folgenden Schritt 233 legt der
Rechner 80 ein fünftes bzw. sechstes Steuersignal, das die dritte Schubkraft bzw. die dritte
Drehgeschwindigkeit darstellt, an die Servo-Steuereinheit 90 bzw. 100. Auf das fünfte
Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 90 einen Antriebsstrom I zum Erzeugen
der dritten Schubkraft und legt diesen an den Servomotor 30. Der Servomotor 30 dreht
daraufhin die Vorschubspindel 20, um dadurch den elektrischen Schraubendreher 50 für
dessen Abwärtsbewegung mit der dritten Schubkraft zu beaufschlagen. Auf das sechste
Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 100 einen Antriebsstrom I zum Drehen der
Bitwelle 50b mit der dritten Drehgeschwindigkeit und führt diesen dem Servomotor 50a
zu. Der Servomotor 50a dreht daraufhin die Bitwelle 50b mit der dritten Drehgeschwindig
keit. Dies bewirkt, daß die Schraube 110 mit der dritten Drehgeschwindigkeit dreht und
sich unter der dritten Schubkraft abwärts bewegt. Im Ergebnis wird die Schraube 110 in
das Gewindeloch Wa hinein festgezogen und mit seinem Kopfteil in einen stabilen Zustand
auf Sitz am Werkstück W gebracht.
Nach Abarbeiten des Schrittes 233 entscheidet der Rechner 80 im folgenden Schritt 250
ob das Drehmoment der Bitwelle 50b gleich dem gespeicherten Einstelldrehmoment ge
worden ist oder nicht. Wenn der dem Drehmoment der Bitwelle entsprechende Antriebs
strom gleich dem dem Einstelldrehmoment entsprechenden Antriebsstrom wird, entscheidet
der Rechner 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 250 und bewirkt, daß das Programm zum
Schritt 251 gemäß Fig. 8 weitergeht. Im Schritt 251 bestimmt der Rechner 80 das distale
Ende 51 der Bitwelle 50b, basierend auf den Drehbetragsdaten vom Codeumsetzer 60, und
speichert es als distale Endlage P2. Im folgenden Schritt 252 berechnet der Rechner 80 den
Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b, basierend auf der Differenz P1-P2 zwi
schen den gespeicherten distalen Endlagen und speichert den berechneten Betrag der Ab
wärtsbewegung. Nachfolgend bestimmt der Rechner 80 im Schritt 270, ob ein Flag F "1"
ist oder nicht. In diesem Fall stellt das Flag F die Tatsache dar, daß obere und untere
Grenzwert Pmax und Pmin des Betrages der Abwärtsbewegung (P2-P1) erkannt worden
sind. Wenn die Antwort im Schritt 270 "Nein" ist, veranlaßt der Rechner 80 das Pro
gramm zum Schritt 280 gemäß Fig. 9 weiterzugehen. Wenn in diesem Fall die Bedie
nungsperson einen losen Zustand (fioat-condition) der in das Gewindeloch Wa einge
schraubten Schraube 110 feststellt, wird das Eingabegerät 80a von der Bedienungsperson
betätigt, um an den Computer 80 ein Fehlersignal zu geben. Der Computer 80 bestimmt
im Schritt 280 dann eine "Nein"-Antwort und löscht den gespeicherten Betrag der Ab
wärtsbewegung (P2-P1) im Schritt 281.
Wenn die Schraube 110 im Gewindeloch Wa, ohne daß irgendein loser Zustand (float)
verursacht wurde, sicher festgezogen ist, entscheidet der Rechner "Ja"-Antwort im Schritt
280 und veranlaßt das Programm, zum Schritt 290 voranzuschreiten. Wenn in dieser Phase
die gespeicherte Abwärtsbewegung (P2-P1) größer als der obere Grenzwert Pmax wird
entscheidet der Rechner 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 290 und veranlaßt das Programm
zum Schritt 291 weiterzugehen. Im Schritt 291 erkennt der Rechner 80 den gespeicherten
Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) als oberen Grenzwert Pmax und veranlaßt das
Programm, zum Schritt 310 weiterzugehen. Wenn die Antwort im Schritt 290 "Nein" ist,
geht das Programm zum Schritt 300 weiter, in dem der Rechner 80 entscheidet, ob
gespeicherte Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) kleiner als der untere Grenzwert Pmin
ist. Wenn die Antwort im Schritt 300 "Ja" ist, erkennt der Rechner 80 im Schritt 301 den
gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) als den unteren Grenzwert Pmin und
veranlaßt das Programm zum Schritt 310 weiterzugehen. Wenn die Antwort im Schritt 300
"Nein" ist, veranlaßt der Rechner 80 das Programm zum Schritt 310 weiterzugehen.
Wenn das Programm, wie oben beschrieben, zum Schritt 310 weitergeht, entscheidet der
Rechner 80 eine "Nein"-Antwort und bringt das Programm zum Schritt 201 zurück, bis die
Anzahl der Erkennungsvorgänge im Schritt 291 und 301 20 wird. Der Rechner 80 wieder
holt somit das Abarbeiten in den Schritten 201 bis 310 zum Festziehen einer Mehrzahl von
Schrauben im jeweiligen Gewindeloch mehrerer Werkstücke. Während des wiederholten
Abarbeitens im Schritt 201 bis 310 entscheidet der Rechner 80 eine "Ja"-Antwort im
Schritt 290, wenn ein neu gespeicherter Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) größer als
der vorher erkannte obere Grenzwert Pmax ist und erkennt den neu gespeicherten Betrag
der Abwärtsbewegung (P2-P1) als den oberen Grenzwert Pmax im Schritt 291. Ähnlich
entscheidet der Rechner 80 eine "Ja" -Antwort im Schritt 300, wenn der neu gespeicherte
Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) kleiner als der vorher erkannte untere Grenzwert
Pmin ist und erkennt den neu gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) als den
unteren Grenzwert Pmin im Schritt 301. Wenn die Anzahl der Erkennungsvorgänge im
Schritt 291 und 301 20 wird, entscheidet der Rechner 80 im Schritt 310 eine "Ja"-Antwort
und veranlaßt das Programm, zum Schritt 311 weiterzugehen. Im Schritt 311 bestimmt der
Rechner 80 den neu erkannten oberen Grenzwert Pmax als den letzten oberen Zielgrenz
wert Pmax und bestimmt den neu erkannten unteren Grenzwert Pmin als den letzten unte
ren Zieigrenzwert Pmin. Gleichzeitig setzt der Rechner 80 das Flag F im Schritt 311 auf
"1" und beendet die Abarbeitung des Steuerprogramms im Schritt 320.
Wenn die Antwort im Schritt 250 während der wiederholten Ausführung von Schritt 201
bis 310 "Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 260 weiter, in dem der Rechner 80 be
stimmt, ob der Drehbetrag der Bitwelle 50b den gespeicherten Bezugsdrehbetrag erreicht.
In diesem Fall wird festgestellt, daß der Bezugsdrehbetrag größer ist als der Drehbetrag
der Bitwelle 50b, der der Ganghöhe Pn der Schraube entspricht und eine freie Drehung der
Bitwelle 50b darstellt. Wenn die Antwort im Schritt 260 "Ja" ist, geht das Programm zum
Schritt 261 weiter, in dem der Rechner 80 daraus ein Fehlersignal herleitet und dieses den
Servo-Steuereinheiten 90 und 100 zuführt. Die Servo-Steuereinheiten beenden die Erzeu
gung des Antriebsstromes auf das Fehlersignal hin und deaktivieren die Servomotoren 30
und 50a, und der Rechner 80 beendet die Abarbeitung für das Festziehen der Schraube im
Schritt 262.
Es sei angenommen, daß eine neue Schraube 110 dem Greifer 50c zugeführt wurde nach
dem die Endzielgrenzwerte Pmax, Pmin und das Flag F= 1 in einem Back-up-Speicher des
Rechners 80 gespeichert wurden; der Rechner 80 führt die Bearbeitung im Schritt 200 bis
252 in gleicher Weise, wie oben beschrieben durch, um den Betrag der Abwärtsbewegung
(P2-P1) der Bitwelle 50b zu berechnen. In diesem Fall entscheidet der Rechner 80 eine
"Ja"-Antwort im Schritt 270, da F=1, und entscheidet im Schritt 330, ob der neu berech
nete Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) größer als der untere Endzielgrenzwert Pmin
und kleiner als der obere Endzielgrenzwert Pmax ist. Wenn die Antwort im Schritt 330
"Ja" ist, geht das Programm zum Schritt 331 weiter, in dem der Rechner 80 die Tatsache
feststellt, daß die neue Schraube einwandfrei in einem Gewindeloch Wa eines neuen Werk
stücks W festgezogen wurde. Im Schritt 331 erzeugt der Rechner 80 ein Endesignal zum
Beenden des Abarbeitens für das Festziehen der Schraube und legt es an die Servo-Steuer
einheiten 90 und 100. Bei Anlage des Endesignals vom Rechner 80 beendet die Servo-
Steuereinheit 90 die Erzeugung des Antriebsstromes, um den Servomotor 30 zu deaktivie
ren. Der Rückkopplungswert des Antriebsstroms, der am Analogschalter 101 anliegt, wird
dabei größer als der Antriebsstrom, der dem Einstelldrehmoment entspricht. Dies bewirkt,
daß der Komparator 102 der Servo-Steuereinheit 100 daraus ein Hochpegelsignal erzeugt.
Der Analogschalter 101 öffnet auf das Hochpegelsignal aus dem Komparator 102 hin, um
die Antriebsstromversorgung des Servomotors 50a für dessen Dektivierung zu unterbre
chen. Im Ergebnis ist das Festziehen der Schraube 110 vollständig durchgeführt und der
Rechner beendet die Abarbeitung des Steuerprogramms. Wenn die Antwort im Schritt 330
"Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 332 weiter, in dem der Rechner 80 die
Tatsache feststellt, daß die Schraube im Gewindeloch Wa in einem unnormalen Zustand
festgezogen wurde und schaltet die Servomotoren 30 und 50a in gleicher Weise, wie oben
beschrieben, ab.
Aus der vorstehenden Beschreibung heraus ist verständlich, daß der Festziehvorgang der
Schraube in die Anfangsphase, die Zwischenphase und die Endphase gemäß Fig. 3 unter
teilt ist. Die erste, zweite und dritte Drehgeschwindigkeit der Bitwelle werden somit ent
sprechend der jeweiligen Phase in der Festziehfolge derart bestimmt, daß die erste Drehge
schwindigkeit auf einer geringen Geschwindigkeit gehalten wird, die zweite Drehge
schwindigkeit auf einer höheren Geschwindigkeit als die erste Drehgeschwindigkeit
gehalten wird und die dritte Drehgeschwindigkeit auf einer geringeren Geschwindigkeit als
die erste Drehgeschwindigkeit gehalten wird. Ähnlich werden die erste, die zweite und die
dritte Schubkraft der Vorschubspindel entsprechend der jeweiligen Phase der Festziehfolge
derart bestimmt, daß die Schubkräfte aufeinanderfolgend erhöht werden.
Im Betrieb der Schraubenfestziehvorrichtung werden das Drehmoment und die Drehge
schwindigkeit der Servomotoren 30 und 50a derart gesteuert, daß in der Anfangsphase der
Festziehfolge die Bitwelle 50b mit der ersten Drehgeschwindigkeit dreht und unter der er
sten Schubkraft abwärts bewegt wird. Mit dieser Steuerung der Servomotoren 30 und 50a
wird die Schraube 110 zuverlässig in Eingriff mit dem Gewindeloch Wa ohne jedwelche
Schwierigkeit gebracht. Da im Steuerprogramm der Betrag der Abwärtsbewegung der Bit
welle pro Umdrehung im Schritt 203 berechnet wird, um den anfänglichen Eingriff der
Schraube im Schritt 210 zu bestimmen, ist es möglich, den Eingriffszustand der Schraube
mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
In der Zwischenphase der Festziehfolge werden Drehmoment und Drehgeschwindigkeit der
Servomotoren 30 und 50a derart gesteuert, daß die Bitwelle 50b mit der zweiten Drehge
schwindigkeit dreht und unter der zweiten Schubkraft abwärts bewegt wird. Mit dieser
Steuerung der Servomotoren 30 und 50a wird die Schraube 110 gleichmäßig in das
Gewindeloch Wa innerhalb kurzer Zeit eingeschraubt. In der Endphase der Festziehfolge
werden Drehmoment und Drehgeschwindigkeit der Servomotoren 30 und 50a derart ge
steuert, daß die Bitwelle 50b mit der dritten Drehgeschwindigkeit dreht und unter Wirkung
der dritten Schubkraft abwärts bewegt wird. Mit dieser Steuerung der Servomotoren 30
und 50a wird die Schraube 110 festgezogen und in einen stabilen Zustand auf Sitz am
Werkstück W gebracht. Da im Steuerprogramm der Drehbetrag der Bitwelle vor dem Auf
setzen der Schraube im Schritt 230 bestimmt wird, kann das Drehmoment zum Festziehen
der Schraube zum geeigneten Zeitpunkt vergrößert werden. Da die Drehgeschwindigkeit
und das Drehmoment der Bitwelle entsprechend den jeweiligen Phasen der Festziehfolge,
wie oben beschrieben, in geeigneter Weise gesteuert werden, kann die Schraube unter ei
ner optimalen Schubkraft festgezogen werden, ohne daß irgendein Rutschen des distalen
Endes der Bitwelle auf dem Schraubenkopf verursacht wird.
Während der Ausführung des Steuerprogramms speichert der Rechner 80 die distale Endla
ge der Bitwelle 50b als "P2-P1" im Schritt 210a, unmittelbar nachdem im Schritt 210 ein
"Ja" festgestellt wurde, und speichert das gleiche als "P2-P1" im Schritt 251, unmittelbar
nachdem im Schritt 250 eine "Ja"-Antwort festgestellt wurde. Daraufhin berechnet der
Rechner den Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) im Schritt 252 und bestimmt eine
"Nein"-Antwort im Schritt 210, bis das Flag F "1" wird. In diesem Fall wiederholt der
Rechner 80 die Durchführung von Schritt 201 bis 252 zum Festziehen einer Vielzahl von
Schrauben im jeweiligen Gewindeloch einer Vielzahl von Werkstücken und erneuert den
neu berechneten Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) als oberen und unteren Grenzwert
Pmax bzw. Pmin im Schritt 291 und 301. Wenn das Flag "1" wird, setzt der Rechner 80
den neu berechneten Betrag der Abwärtsbewegung (P2-P1) als Endzielgrenzwerte Pmax
und Pmin im Schritt 311 und speichert sie in seinem Back-up-Speicher. Wenn dem Greifer
50c eine neue Schraube zugeführt wird, nachdem die Endzielgrenzwerte Pmax und Pmin,
wie oben beschrieben, gespeichert worden sind, bestimmt der Rechner 80 eine "Ja"-Ant
wort im Schritt 270 und bestimmt im Schritt 330, ob oder ob nicht die frisch zugeführte
Schraube in dem entsprechenden Gewindeloch einwandfrei festgezogen ist. Dies ist nütz
lich, um einen losen Zustand der in das Gewindeloch eingeschraubten Schraube zu unter
suchen.
Im Steuerprogramm ist der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle pro Umdrehung
zwar im Schritt 203 berechnet worden, um den anfänglichen Eingriff der Schraube im
Schritt 210 festzustellen; die Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Bitwelle 50b kann je
doch im Schritt 203 berechnet werden, um die berechnete Geschwindigkeit mit der
Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Bitwelle entsprechend der Ganghöhe der Schraube
im Schritt 210 zu vergleichen.
In der Schraubenfestziehvorrichtung wurde die Bitwelle 50b direkt mit dem Servomotor
50a verbunden; die Bitwelle kann mit dem Servomotor 50a auch über einen geeigneten Ge
schwindigkeitsuntersetzungsmechanismus verbunden sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft,
das Erfassen bzw. Abtasten der Drehzahlbetragsdaten vom Codeumsetzer 70 zweimal
durchzuführen, um den Drehbetrag der Bitwelle basierend auf jedem Erfassungsintervall
zu berechnen. Der berechnete Drehbetrag der Bitwelle wird von dem Drehbetrag der Bit
welle pro Umdrehung abgezogen, um den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle zu
berechnen. Alternativ kann das Erfassen der Drehbetragsdaten vom Codeumsetzer 70
mehrfach durchgeführt werden, um den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b je
einer Umdrehung mittels eines Minimumquadratverfahrens zu berechnen.
Die Schraubenfestziehvorrichtung wurde dafür geeignet ausgebildet, daß eine Schraube mit
Außengewinde in einem mit Innengewinde versehenen, in einem Werkstück ausgebildeten
Loch festgezogen wird; die Schraubenfestziehvorrichtung kann auch so ausgebildet
werden, daß eine mit Außengewinde versehene Schraube in ein in einem Werkstück
ausgebildetes Montageloch eingeschraubt wird.
Claims (5)
1. Schraubenfestziehvorrichtung der Bauart mit einem elektrischen Schrauben
dreher (50), dessen Bitwelle (50b) derart ausgebildet ist, daß sie eine mit ihr in Eingriff
befindliche, in ein Montageloch (Wa) eines Werkstücks (W) einzuschraubende Schraube
(110) mit Außengewinde trägt, und mit einem Antriebsmechanismus (20, 30, 40), der
derart ausgebildet ist, daß er den Schraubendreher auf das Montageloch zu und von ihm
weg bewegt und eine Schubkraft auf die Bitwelle des Schraubendrehers aufbringt,
wobei ein elektrisches Steuersystem für die Schraubenfestziehvorrichtung
enthält
eine erste Steuereinrichtung (201, 202) zum Steuern des Betriebes des Schrau
bendrehers 50 und des Antriebsmechanismus (20, 30, 40) derart, daß die Bitwelle (50b)
in einer Anfangsphase, während der die Schraube (110) derart angeordnet ist, daß sie in
Eingriff mit dem Montageloch (Wa) des Werkstücks zu bringen ist, mit niedriger Drehzahl
angetrieben und mit einer kleinen Schubkraft beaufschlagt wird;
eine zweite Steuereinrichtung (211, 212, 213) zum Steuern des Betriebs des
Schraubendrehers (50) und des Antriebsmechanismus (20, 30, 40), derart, daß die Bitwelle
(50b) in einer Zwischenphase, während der die Schraube (110) in das Montageloch des
Werkstücks eingeschraubt wird, mit höherer Drehzahl als in der Anfangsphase angetrieben
und mit einer größeren Schubkraft als in der Anfangsphase beaufschlagt wird; und
eine dritte Steuereinrichtung (231, 232, 233) zum Steuern des Betriebes des
Schraubendrehers (50) und des Antriebsmechanismus (20, 30, 40) derart, daß die Bitwelle
(50B) in einer Endphase, während der die Schraube (110) festgezogen und am Werkstück
festgesetzt wird, mit niedrigerer Drehzahl als in der Anfangsphase angetrieben und mit
einer größeren Schubkraft als in der Zwischenphase beaufschlagt wird.
2. Schraubenfestziehvorrichtung nach Anspruch 1, welche zusätzlich enthält
eine Einrichtung (210a, 251, 252) zum Berechnen des Betrages der Abwärtsbewegung (P2-
P1) der Bitwelle (50b), die durch den Betrieb des Antriebsmechanismus in einem Zeitab
schnitt bewirkt wird, während dessen die Schraube (110) nach Eingriff in das Montageloch
(Wa) festgezogen und am Werkstück festgesetzt wird, und eine Einrichtung (330) zum
Feststellen, ob der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei einem vorbestimmten Be
trag liegt, der durch obere und untere Zielgrenzwerte (Pmin, Pmax) definiert ist, und zum
Feststellen der Tatsache, daß die Schraube korrekt festgezogen worden ist, wenn der Be
trag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei dem vorbestimmten Betrag liegt.
3. Schraubenfestziehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche zusätzlich
enthält eine Einrichtung (203) zum Berechnen des Betrages der Abwärtsbewegung der Bit
welle pro Umdrehung und eine Einrichtung (210, 220) zum Feststellen, ob der Betrag der
Abwärtsbewegung der Bitwelle bei einem vorbestimmten Betrag liegt, der durch die Gang
höhe der Schraube definiert ist, und zum Feststellen der Tatsache, daß die Schraube in
korrekten Eingriff mit dem Montageloch gelangt ist, wenn der Betrag der Abwärtsbewe
gung der Bitwelle bei dem vorbestimmten Betrag liegt.
4. Schraubenfestziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche zu
sätzlich enthält eine Einrichtung zum Berechnen des Betrages des Vorschubs der Schraube
in das Montageloch hinein auf Grundlage des Umdrehungsbetrages der Schraube und eine
Einrichtung (230, 240) zum Feststellen, ob oder ob nicht der Betrag des Vorschubs der
Schraube gleich einem vorbestimmten Betrag zum Aufsetzen der Schraube am Werkstück
ist und zum Feststellen, ob das Drehmoment der Bitwelle normal oder unnormal ist, wenn
der Betrag des Vorschubs der Schraube nicht gleich dem vorbestimmten Betrag wird.
5. Schraubenfestziehvorrichtung nach Anspruch 1, welche zusätzlich enthält ei
ne Einrichtung (250) zum Feststellen, ob das Drehmoment der Bitwelle einem Einstelldreh
moment gleich wird oder nicht, und eine Einrichtung (260, 261) zum Feststellen, ob oder
ob nicht der Umdrehungsbetrag der Bitwelle einen vorbestimmten Bezugsumdrehungs
betrag erreicht, wenn das Drehmoment der Bitwelle nicht gleich dem Einstelldrehmoment
wird und zum Feststellen der Tatsache, daß ein Fehler im Festziehen der Schraube
vorliegt, wenn der Umdrehungsbetrag der Bitwelle den Bezugsumdrehungsbetrag nicht erreicht.
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