JP2006043852A - Automatic screw fastening machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークにねじを締付ける自動ねじ締め機に関し、詳しくは、起歪部材の歪みによりねじの締付トルクを検出できる自動ねじ締め機に関する。 The present invention relates to an automatic screw tightening machine for tightening a screw on a workpiece, and more particularly, to an automatic screw tightening machine capable of detecting a screw tightening torque by distortion of a strain generating member.
従来、ねじの締付トルクを検出する機能を持つトルクセンサ付きの自動ねじ締め機としては、特許文献1記載のものがある。この特許文献1に示されているのはナットランナであり、このナットランナは、支持板に取り付けられた機構部を設置して成る。この機構部は、ねじ部材に係合可能なソケットを有する出力軸を回転駆動手段に連結すると共に、この回転駆動手段と前記支持板とをトルクセンサで連結して構成されている。トルクセンサは、薄肉の筒状本体に歪ゲージを貼り付け、この歪ゲージを検出部に接続して構成されている。この構成において、回転駆動手段が駆動してソケットに回転伝達がなされ、そこに係合したねじ部材が締め付けられると、この時の締め付け反力により筒状本体に歪みが生じ、それに応じた電圧が歪ゲージから出力される。この出力電圧から検出部ではねじ部材の締め付けによって生じているトルクが検出される。 Conventionally, as an automatic screw tightening machine with a torque sensor having a function of detecting a screw tightening torque, there is one described in Patent Document 1. This patent document 1 shows a nut runner, which is configured by installing a mechanism portion attached to a support plate. The mechanism is configured by connecting an output shaft having a socket that can be engaged with a screw member to a rotation driving means, and connecting the rotation driving means and the support plate with a torque sensor. The torque sensor is configured by attaching a strain gauge to a thin cylindrical main body and connecting the strain gauge to a detection unit. In this configuration, when the rotation driving means is driven to transmit the rotation to the socket and the screw member engaged therewith is tightened, the cylindrical body is distorted by the tightening reaction force at this time, and a voltage corresponding to the distortion is generated. Output from strain gauge. From this output voltage, the torque generated by tightening the screw member is detected by the detection unit.
ねじの締付けにおいては、ねじの締付トルクを監視し、これが所定のトルクになるまでねじを締め付ける、いわゆるトルク法による締め付け方法が有効である。このトルク法によるねじの締め付けにおいて問題となるのは、ねじが適正にめねじに喰い付かなかった場合等に過大なトルクが発生すると、それによってねじの締め込み途中であってもねじ締めが完了してしまうことである。これに対処するため、ねじの締付けでは、例えば締付け開始位置からのねじの回転角度を監視し、これが所定回転角度になったかどうかを確認する、いわゆる角度法による締め付け方式も採用される。こういったトルク法と角度法とを併用すれば、より精度の高い(締め付け不良の発生の少ない)ねじの締め付けを実施することができる。しかし、上記ナットランナのような構造の場合、筒状本体の歪み(ねじれ)に伴って回転駆動手段自体も回転してしまうため、回転角度を回転駆動手段のエンコーダの出力信号から得る場合、この回転角度と、実際のねじの回転角度とに誤差が生じてしまい、正確な角度管理ができない等の問題が発生していた。 In tightening the screw, a tightening method using a so-called torque method is effective in which the tightening torque of the screw is monitored and the screw is tightened until the torque reaches a predetermined torque. The problem with tightening screws using this torque method is that if excessive torque is generated when the screw does not properly bite into the female screw, etc., screw tightening is completed even during screw tightening. It is to do. In order to cope with this, for example, a so-called angle-type tightening method in which the rotation angle of the screw from the tightening start position is monitored to check whether or not the rotation angle has reached a predetermined rotation angle is also employed. By using both the torque method and the angle method, it is possible to perform screw tightening with higher accuracy (with less occurrence of tightening failure). However, in the case of the structure such as the nutrunner, the rotation driving means itself also rotates with the distortion (twisting) of the cylindrical main body. Therefore, when the rotation angle is obtained from the output signal of the encoder of the rotation driving means, this rotation An error has occurred between the angle and the actual rotation angle of the screw, causing problems such as inability to accurately manage the angle.
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじの締付け時の回転角度を正確に検出することができる自動ねじ締め機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、回転駆動手段と、この回転駆動手段の駆動を受けて回転するドライバビットと、前記回転駆動手段の駆動に応じて回転信号を発信可能な回転検出手段と、前記回転駆動手段に連結され、このドライバビットに作用するねじの締付トルクに応じてドライバビットの回転方向またはその反対方向へ弾性変形可能である起歪部材と、この起歪部材の弾性変形量に応じた信号を発する歪み検出手段と、この歪み検出手段の信号に基づいて回転検出手段の回転信号による回転角度情報を補正する制御ユニットとを備える。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an automatic screw tightening machine capable of accurately detecting a rotation angle at the time of screw tightening. In order to achieve this object, the present invention provides a rotation drive means, a driver bit that rotates by receiving the rotation drive means, and a rotation detection means capable of transmitting a rotation signal in accordance with the drive of the rotation drive means. A strain generating member coupled to the rotation driving means and elastically deformable in the rotational direction of the driver bit or in the opposite direction in accordance with a tightening torque of a screw acting on the driver bit, and elastic deformation of the strain generating member Distortion detection means for emitting a signal corresponding to the amount, and a control unit for correcting rotation angle information based on the rotation signal of the rotation detection means based on the signal of the distortion detection means.
本発明の自動ねじ締め機は、起歪部材の歪みに応じて回転検出手段の信号から得られる回転角度情報を補正するものである。よって、回転駆動手段に起歪部材を連結した場合、起歪部材と一体に回転駆動手段が回転しても、回転駆動手段に備えられたエンコーダ等の回転検出手段の信号から得られる回転角度を、実際のねじの回転角度に一致させることが可能である。これにより、起歪部材を用いてトルク法による締め付けを精度よく行いつつ、角度法も併用して極めて正確なねじの締め付けを実現することができる等の利点がある。 The automatic screw tightening machine according to the present invention corrects the rotation angle information obtained from the signal of the rotation detecting means according to the strain of the strain generating member. Therefore, when the strain generating member is connected to the rotation driving means, even if the rotation driving means rotates integrally with the strain generating member, the rotation angle obtained from the signal of the rotation detecting means such as an encoder provided in the rotation driving means can be obtained. It is possible to match the actual rotation angle of the screw. Thus, there is an advantage that extremely accurate screw tightening can be realized by using the angle method together with performing tightening by the torque method with high accuracy using the strain generating member.
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図1において、1は自動ねじ締め機であり、往復駆動ユニット2と、この往復駆動ユニット2に連結されたツールユニット3と、このツールユニット3を制御する制御ユニット4とを有する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an automatic screwing machine, which includes a
前記往復駆動ユニット2は、エンコーダ20aを具備するACサーボモータ20(以下、単にモータ20という)に連結されたボールねじ機構21と、このボールねじ機構21のナット部材21aに連結されたツールテーブル22とから構成されている。ツールユニット3は、このツールテーブル22に設置されている。この往復駆動ユニット2のモータ20には専用のASIC回路(図示せず)が組み込まれており、ここでエンコーダ20aの発するパルス信号数を計測できるように構成されている。
The reciprocating
ツールユニット3は、回転駆動手段としてACサーボモータ30(以下、単にモータ30という)を有する。このモータ30には、回転検出手段の一例であるエンコーダ30aとが備えられており、モータ30が駆動してその駆動軸30bが回転すると、これに応じた回転信号としてパルス信号がエンコーダ30aから発せられる。また、このモータ30の下部は減速機30cになっており、駆動軸30bは、この減速機30cで減速された回転数で回転する。このモータ30にも、専用のASIC回路(図示せず)が組み込まれており、ここでエンコーダ30aの発するパルス信号を計測できるように構成されている。また、モータ30の駆動軸30bにはドライバビット31が一体に回転するよう連結されている。このドライバビット31は、ねじの頭部に凹設された十字状駆動穴に係合する先端形状を成す。また、モータ30の減速機30b下部には、薄肉円筒状の起歪部材32の一端が前記ドライバビット31を内包して連結されている。この起歪部材32の他端は、ツールユニット3をツールテーブル22に設置するためのフランジ部材33に固定されている。さらに、起歪部材32の表面には、起歪部材32の弾性変形量に応じた信号を発する歪み検出手段の一例として、4個の歪みゲージ34・・・が外周を等分して貼付してある。これら歪みゲージ34は、起歪部材32の弾性変形量に応じて出力電圧信号が変化するものであり、これらは図2に示すように、特許文献1に開示されているのと同様のホイートストンブリッジ回路を構成し、増幅器35及びアナログ/ディジタル変換部36(以下、A/D変換部36という)を介して制御ユニット4の後記測定部47に接続されている。
The
制御ユニット4は、制御部40と、前記モータ20への負荷電流値を制御するモータ駆動部41と、前記モータ30への負荷電流値を制御するモータ駆動部42と、締付トルクに対するエンコーダ30aのパルス信号数の補正値を始めとした、ツールユニット3の制御に必要な各種プログラム・パラメータ等を記憶した記憶部43と、各種情報・信号入力を行う操作部44と、各種情報を表示する表示部45と、各モータ20,30のASIC回路と接続された入出力部46と、前記歪みゲージ34・・・の出力電圧信号から締付トルクを割り出す測定部47とから構成されている。
The
前記制御部40は、図3及び図4に示すように、
S01:スタート指令信号の入力待ち。
S02:第一フラグ、第二フラグを共にOFFにする。
S03:モータ駆動部41に駆動指令信号を送信。
S04:エンコーダ20aのパルス信号数を読み込む。
S05:エンコーダ20aのパルス信号数が目標値に達したかどうかを確認。達していない場合はS04にジャンプ。
S06:モータ駆動部42に駆動指令信号を送信。
S07:エンコーダ30aのパルス信号数を読み込む。
S08:測定部47から締付トルクを読み込む。
S09:記憶部43から締付トルクに対応するパルス信号数の補正値を読み込む。
S10:補正値を使用してパルス信号数を増減し、適正化する。
S11:補正したパルス信号数が目標値範囲に達したかどうかを確認。達していない場合はS13にジャンプ。
S12:第一フラグをONにする。
S13:締付トルクが目標締付トルクに達したかどうかを確認。達していない場合はS15にジャンプ。
S14:第二フラグをONにする。
S15:第一フラグ及び第二フラグが両方OFFの場合はS07にジャンプ。
S16:モータ駆動部42に停止指令信号を送信。
S17:モータ駆動部41に停止指令信号を送信。
S18:第一フラグ及び第二フラグが両方ONの場合はS20にジャンプ。
S19:表示部45に異常完了表示指令信号を送信し、S21にジャンプ。
S20:表示部45に正常完了表示指令信号を送信。
S21:モータ駆動部41に逆駆動指令信号を送信。
S22:エンコーダ20aのパルス信号数を読み込む。
S23:エンコーダ20aのパルス信号数が0になっていない場合はS22にジャンプ。
S24:モータ駆動部41に停止指令信号を送信。
S25:エンド。
となるねじ締め制御を実行する。
As shown in FIG. 3 and FIG.
S01: Waiting for input of start command signal.
S02: Both the first flag and the second flag are turned off.
S03: A drive command signal is transmitted to the motor drive unit 41.
S04: The number of pulse signals of the
S05: Check whether the number of pulse signals of the
S06: A drive command signal is transmitted to the
S07: The number of pulse signals of the
S08: The tightening torque is read from the
S09: The correction value of the number of pulse signals corresponding to the tightening torque is read from the
S10: Increase / decrease the number of pulse signals using the correction value to make it appropriate.
S11: Check whether the number of corrected pulse signals has reached the target value range. If not, jump to S13.
S12: The first flag is turned on.
S13: Check whether the tightening torque has reached the target tightening torque. If not, jump to S15.
S14: Turn on the second flag.
S15: If both the first flag and the second flag are OFF, jump to S07.
S16: A stop command signal is transmitted to the
S17: A stop command signal is transmitted to the motor drive unit 41.
S18: If both the first flag and the second flag are ON, jump to S20.
S19: An abnormal completion display command signal is transmitted to the
S20: A normal completion display command signal is transmitted to the
S21: A reverse drive command signal is transmitted to the motor drive unit 41.
S22: The number of pulse signals of the
S23: If the number of pulse signals of the
S24: A stop command signal is transmitted to the motor drive unit 41.
S25: End.
The screw tightening control is executed.
次に本発明に係る自動ねじ締め機の作用を述べる。
保持手段(図示せず)に保持されたねじがワークのめねじ直上に配置された状態で、操作部44のスタートスイッチ(図示せず)が入力されて制御部40にスタート指令信号が入力されると、まずモータ20が駆動する。これにより、ボールねじ機構21のナット部材21aが図上下方へ移動し、ツールテーブル22及びツールユニット3が下降する。この結果、保持手段に保持されたねじは、ドライバビット31によりワークのめねじ上に押し出される。ここまでドライバビット31が下降すると、エンコーダ20aのパルス信号数が目標値に達し、これを受けてモータ30が駆動する。これによりドライバビット31は、ねじの駆動穴に係合して回転し、ねじをめねじに締め込む。
Next, the operation of the automatic screw tightening machine according to the present invention will be described.
A start switch (not shown) of the
モータ30の駆動開始と同時に、エンコーダ30aの発するパルス信号の計測が開始される。これに対し、ねじがワーク表面に着座するなどして締付トルクが高まると、この締付トルクの反力が起歪部材32に伝わり、これに応じて起歪部材32は、フランジ部材33側を基準にドライバビット31の回転方向に弾性変形(ねじれ変形)する。これに伴いモータ30自体も回転するため、エンコーダ30aのパルス信号数から求めることができるモータ30の駆動軸30bの回転角度は、実際のねじの回転角度とは正確に一致しないものとなってしまう。これに対処するため、制御部40は測定部47から締付トルクを読み込み、これに対応するパルス信号数の補正値を記憶部43から読み込む。そして、この補正値によりエンコーダ30aの計測したパルス信号数を増減して適正化する。これにより、モータ30の駆動軸30bの回転角度とねじの回転角度とを正確に一致させることができ、ねじの回転角度管理を適正に行うことができるようになる。
Simultaneously with the start of driving of the
ねじの締付トルクが高まり、これが記憶部43に予め設定された目標締付トルクに達するか、若しくはパルス信号数が記憶部43に予め設定された目標値範囲に到達すると、モータ20,30の駆動は停止する。この時、締付トルクが目標締付トルクに到達し、パルス信号数も目標値範囲に到達している場合、表示部45により正常完了状態を示すLED点灯がなされる。また、何れか一方が到達していない場合は、表示部45により異常完了状態を示すLED点灯がなされる。このように表示部45に、各締付け完了状態が表示された後、モータ20は逆転駆動し、ツールテーブル22及びツールユニット3を原点位置に戻して次の作業に備える。
When the screw tightening torque increases and reaches the target tightening torque preset in the
以上の説明では、起歪部材がドライバビットの回転方向(ねじの締め込み方向)に弾性変形する例を紹介したが、これとは反対方向にねじれる構成においても得られる効果は同じである。 In the above description, the example in which the strain generating member is elastically deformed in the rotation direction of the driver bit (screw tightening direction) has been introduced.
1 自動ねじ締め機
2 往復駆動ユニット
3 ツールユニット
4 制御ユニット
20 ACサーボモータ
20a エンコーダ
21 ボールねじ機構
30 ACサーボモータ
30a エンコーダ
31 ドライバビット
32 起歪部材
34 歪みゲージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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JP2004231549A JP4250126B2 (en) | 2004-08-06 | 2004-08-06 | Automatic screwing machine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012157905A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Nitto Seiko Co Ltd | Automated screwing machine |
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2004
- 2004-08-06 JP JP2004231549A patent/JP4250126B2/en not_active Expired - Fee Related
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