JP2006068858A

JP2006068858A - 部品締結ドライバユニット

Info

Publication number: JP2006068858A
Application number: JP2004256267A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Adachi; 雅彦足立; Masayuki Saito; 正幸斎藤; Yukihiro Umehara; 幸浩梅原
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: JP4404356B2

Abstract

【課題】絶対原点の調整を可能となす部品締結ドライバユニットの提供。
【解決手段】本発明は、ＡＣサーボモータ２０の駆動軸２０ａと駆動工具２８とをねじりコイルばね２５を介して連結し、駆動軸２０ａの絶対回転角度を示す信号を出力可能なレゾルバ２１と、駆動工具２８の絶対回転角度を示す信号を出力可能なレゾルバ２７と、制御ユニット３とを備えている。
制御ユニット３は、レゾルバ２１，２７の信号からＡＣサーボモータ２０が駆動していない状態での駆動軸２０ａと駆動工具２４との固有回転角度差を割り出し、これを表示部３６に表示する。また、レゾルバ２１，２７はそれぞれ相対的に回転位置決め可能に設けられているため、表示部３６に表示された固有回転角度差を見て、レゾルバ２１，２７の絶対原点を調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークにねじ等の部品を締結する部品締結ドライバユニットに関する。

従来、ワークにねじを締結するため、特許文献１に開示されたねじ締め装置が使用されている。このねじ締め装置は、モータの駆動軸と、この駆動軸の同軸線上に回転自在に設けられた出力軸とをコイルばねで連結し、駆動軸と出力軸との双方の回転を検出するためのエンコーダをそれぞれ設け、さらに出力軸には一体に回転するドライバビットを連結して成るものである。このねじ締め装置を用いてワークにねじを締め付ける場合には、ドライバビットをねじ頭部に係合させ、これをモータの駆動により回転させてねじに回転を付与する。この時、ねじの締め込みに伴ってドライバビットには相応の締付トルクが作用するため、これがドライバビットの回転負荷となってコイルばねがねじれる。結果、２つのエンコーダによって検出されるドライバビットの回転角度とモータ駆動軸の回転角度とに差が生じることとなるため、この回転角度差から締付トルクを割り出すことができる。

特開平２００３−１６６８８７号公報

上記従来のねじ締め装置において、エンコーダは一般に知られている色々な種類のものが採用できる。通常の光学式エンコーダは絶対原点を持たず、電源投入時における位置を原点とするものが多い。こういったエンコーダの場合、コイルばねの経年変化による歪みや、軸受等の消耗による回転摩擦の増大等が起こっていても、これを知ることができない。このため、最近では絶対原点を知ることができるレゾルバ等が用いられるようになっている。このようなレゾルバ等を採用する場合、問題となるのがレゾルバを装置に組み付ける時の絶対原点の位置決め調整である。すなわち、上下２つのレゾルバの絶対原点を一致させて組み立てないと、正確なトルク検出が行えない問題が発生するのである。また、装置の使用過程においても、コイルばねの経年変化による歪み等が徐々に生じ、２つのレゾルバの絶対原点にずれが生じるため、レゾルバを調整しないとトルク検出精度が低下してしまう等の問題が発生する。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、レゾルバ等の絶対回転角度を検出可能な回転角検出手段の絶対原点位置調整を可能となした部品締結ドライバユニット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軸と弾性部材を介して連結された駆動工具とを有する部品締結ドライバユニットであって、前記回転駆動手段の駆動軸の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第一回転角検出手段と、前記駆動工具の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第二回転角検出手段と、これら第一回転角検出手段と第二回転角検出手段とからの信号から得られる駆動軸と駆動工具との回転角度差から回転負荷トルクを割り出す制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは、駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を表示する表示部を有し、また前記第一回転角検出手段および第二回転角検出手段は、相対的に回転位置決め可能に設けられていることを特徴とする。なお、前記第一、第二回転角検出手段は共にレゾルバであり、弾性部材はねじりコイルばねであることが望ましい。

本発明の部品締結ドライバユニットは、回転駆動手段の駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を表示する表示部を有するとともに、駆動軸の回転角度を検出する第一回転角検出手段と駆動工具の回転角度を検出する第二回転各検出手段とを相対的に回転位置決め可能に設けたものである。よって、ツールユニットを組み立てる時、あるいはツールユニットの現場での使用時等において、固有回転角度差に基づいてレゾルバの絶対原点位置の調整が可能になり、回転角度差に基づくトルク検出精度を高めることが可能である。このことにより、より低い領域のトルク検出精度も高めることができ、例えば、従来困難とされてきたＭ２以下の極小ねじのトルク管理締結も精度よく行えるようになる等の利点がある。

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は部品締結ドライバユニットであり、ツールユニット２と、このツールユニット２を制御する制御ユニット３とを有する。

前記ツールユニット２は、回転駆動手段の一例としてＡＣサーボモータ２０（以下、単にモータ２０という）を有する。このモータ２０には、第一回転角検出手段の一例であるレゾルバ２１が組み付けられている。また、このモータ２０の下部には、フランジ２２が固定されており、このフランジ２２は４本のねじ２３でケース２４に締結されている。このフランジ２２に空けられたねじ２３のガイド穴２２ａ・・は、図２に示すように長穴形状を成しており、各ねじ２３を緩めることでモータ２０自体を軸心回りに回転させることが可能となる。これにより、モータ２０と一体のレゾルバ２１とケース２４と一体に設けられる後記レゾルバ２７とを相対的に回転させることが可能になっている。

モータ２０の駆動軸２０ａには、弾性部材の一例であるねじりコイルばね２５（以下、コイルばね２５という）の一端が連結してあり、このコイルばね２５の他端は伝達軸２６に連結されている。この伝達軸２６は軸受により回転自在に支持されており、この伝達軸２６は、第二回転角検出手段の一例であるレゾルバ２７に連結されている。また、このレゾルバ２７には、ねじの十字状駆動穴に係合可能な先端形状を成す駆動工具２８が伝達軸２６と一体に回転するよう連結されている。このような構造であるため、モータ２０の駆動軸２０ａないし駆動工具２８は、一体に回転するようになっており、駆動工具２８に回転負荷トルクが作用すると、これに伴ってコイルばね２５がねじれ、駆動軸２０ａと駆動工具２８との回転角度差が生じるようになっている。なお、コイルばね２５は駆動軸２０ａと伝達軸２６とに対して軸方向に移動可能に支持されており、これにより、コイルばね２５のねじれに伴う伸縮を許容するようになっている。

前記レゾルバ２１，２７は同様の構造であり、公知の構造のものである。図面で断面を示しているレゾルバ２７を例に説明すると、このレゾルバ２７は、励磁コイルと位置検出コイルとを備えるステータ２７ａ内に、回転トランス部を有するロータ２７ｂを回転自在に配置して成るものであり、励磁コイルから回転トランス部に励磁電圧を与えると、位置検出コイルには、この励磁電圧波形に対してロータ２７ｂの回転位相に対応する位相の電圧波形の出力電圧が出力される。この励磁電圧と出力電圧との位相差から、固定配置されたステータ２７ａに対して回転するロータ２７ｂの絶対回転角度を知ることができる。レゾルバ２１のロータ（図示せず）には駆動軸２０ａが、またレゾルバ２７のロータ２７ｂには伝達軸２６および駆動工具２８がそれぞれ一体に連結してある。そして、レゾルバ２１のステータ（図示せず）はモータ２０に、レゾルバ２７のステータ２７ａはケース２４にそれぞれ一体に固定されている。よって、レゾルバ２１は駆動軸２０ａの絶対回転角度を示す出力電圧を、またレゾルバ２７は駆動工具２８の絶対回転角度を示す出力電圧をそれぞれ出力する。

前記制御ユニット３は、制御部３０と、この制御部３０からの指令を受けて前記モータ２０を駆動制御するモータ駆動部３１と、レゾルバ２１，２７にそれぞれ励磁電圧を印加するとともに、それぞれの出力電圧から回転角度を割り出すレゾルバ駆動部３２，３３と、レゾルバ駆動部３２，３３によって割り出された回転角度の差に応じた締付トルク、目標締付トルクなどの各種データおよびツールユニット２の駆動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３４と、各種情報・信号入力を行う操作部３５と、各種情報を表示する表示部３６と、本ドライバユニット１が搭載されるロボット等（図示せず）との信号送受信を制御する入出力部３７とを備えて成る。

前記制御部３０は、電源が投入されると図３に示すように、
Ｓ０１：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁指令信号を付与。
Ｓ０２：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ０３：回転角度の差（以下、これを固有回転角度差という）を算出。
Ｓ０４：固有回転角度差が閾値を超えていないか確認する。閾値を超えていない場合は、Ｓ０６にジャンプ。
Ｓ０５：表示部３６に部品交換表示指令信号を付与。
Ｓ０６：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁停止指令信号を付与。
Ｓ０７：エンド。
となる起動チェック処理を行う。

また、制御部３０は、図４に示すように、
Ｓ１１：スタート指令信号の入力待ち。
Ｓ１２：モータ駆動部３１に駆動指令信号を付与。
Ｓ１３：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁指令信号を付与。
Ｓ１４：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ１５：回転角度差を算出。
Ｓ１６：回転角度差に対応する締付トルクを記憶部３４から読み込む。
Ｓ１７：締付トルクを目標締付トルクと比較し、目標締付トルクに達していない場合は、Ｓ１４にジャンプ。
Ｓ１８：モータ駆動部３１に停止指令信号を付与。
Ｓ１９：表示部３６に完了表示指令信号を付与。
Ｓ２０：ロボットの待機位置復帰信号を待つ。
Ｓ２１：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ２２：固有回転角度差を算出。
Ｓ２３：固有回転角度差が閾値を超えていないか確認。閾値を超えていない場合は、Ｓ２５にジャンプ。
Ｓ２４：表示部３６に部品交換表示指令信号を付与。
Ｓ２５：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁停止指令信号を送信。
Ｓ２６：エンド
となるねじ締め処理を実行する。

また、前記制御部３０は、モータ２０が停止した状態で操作部３５に設けられた回転角度差表示スイッチ（図示せず）が入力されると、図５に示すように、
Ｓ３１：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁指令信号を付与。
Ｓ３２：レゾルバ駆動部３２，３３から回転角度を読み込む。
Ｓ３３：回転角度の差（以下、これを固有回転角度差という）を算出。
Ｓ３４：表示部３６に角度差表示指令信号を付与。
Ｓ３５：レゾルバ駆動部３２，３３に励磁停止指令信号を付与。
Ｓ３６：エンド。
となる回転角度差表示処理を行う。

次に本発明に係る部品締結ドライバユニット１の作用を述べる。なお、ここでは本ドライバユニット１がロボット（図示せず）に搭載されている状態にあり、駆動工具２８の移動路前方には、ねじを保持するチャックユニット（図示せず）が設けられる構造での作用を述べる。

まず、電源が投入された時、本ドライバユニット１においては、上記起動チェック処理が行われる。この処理では、レゾルバ２１，２７に励磁電圧を印加し、それぞれの出力電圧から回転角度が求められ、その回転角度差（固有回転角度差）が求められる。ドライバユニット１製造過程では、レゾルバ２１，２７は双方の絶対原点が一致するように調整してツールユニット２に組み付けられる。しかし、コイルばねの経年変化（ヘタリ）や軸受の消耗等が生じると、この絶対原点にずれが生じる。例えば、コイルばね２５であれば経年変化により原形復帰できなくなる幅が徐々に大きくなるし、軸受が消耗すると伝達軸や出力軸の摩擦抵抗が増し、これらが本来原位置となる位置まで回転復帰することができなくなる。このようにして、駆動軸２０ａと駆動工具２８との間に固有回転角度差が生じるのであるが、その大きさを電源投入時の起動チェック処理により把握する。

通常、コイルばね２５をねじった後、これが完全に原形復帰することは考えられない。また、伝達軸２６等の回転部品には何らかの摩擦抵抗が作用している。よって、固有回転角度差はツールユニット２の各部品が正常な状態の時でも生じてしまう。こういった正常状態での固有回転角度差が現れる領域は、図６に示すように、不感領域といって締付トルクと回転角度差との関係が都度一定にならない領域であり、実際の締付トルク制御には利用することがない。よって、正常状態での固有回転角度差が生じていても問題はない。通常は、回転角度差と締付トルクとの関係が安定する使用領域（図６参照）での利用が想定されているため、その下限値よりも少し低い回転角度差を固有回転角度差の閾値として設定して起動チェック処理が行われる。これにより、検出された固有回転角度差が閾値を超えている場合には、表示部に部品交換を報知するＬＥＤ点灯や、ディジタル表示器による表示を行う。

起動チェック処理が終わり、次に操作部３５のスタートスイッチ（図示せず）が押されると、チャックユニットにはねじが供給され、またロボットの動作によりドライバユニット１がワークのめねじ直上に移動する。同時に、制御ユニット３によりドライバユニット１のモータ２０が駆動し、駆動工具２８が回転を始める。また、レゾルバ２１，２７に励磁電圧が印加され、それぞれの出力電圧から回転角度の検出が開始される。続いてロボットの動作により、ドライバユニット２がワーク側へ移動すると、駆動工具２８はチャックユニットに保持されたねじの駆動穴に係合し、かつ、このねじをチャックユニットから押し出してワークのめねじに締め込む。この時、駆動工具２８にはねじを締め付ける時の締付トルク（回転負荷トルク）が作用するため、これに応じてコイルばね２３が巻込み方向にねじれ、レゾルバ２１，２７の各出力電圧から得られる回転角度に差が生じる。制御ユニット３では、この回転角度差に応じた締付トルクが割り出されるとともに、この締付トルクが目標締付トルクに達したか否かが判定される。達していない場合は、新たな回転角度差に対応する締付トルクと目標締付トルクとの比較が繰り返される。また、締付トルクが目標締付トルクに達した場合には、モータ２０の駆動が停止し、その後にドライバユニット１はロボットの作動により所定の待機位置に戻される。また、この時、起動チェック処理と同様にレゾルバ２１，２７の出力電圧から固有回転角度差が求められ、これが閾値を超えていないか確認される。閾値を超えている場合は、表示部に部品交換を報知するＬＥＤ点灯や、ディジタル表示器による表示がなされる。この固有回転角度差の確認処理が完了した後、レゾルバ２１，２７への励磁電圧印加が停止されてねじ締め処理が完了する。なお、前述のねじ締め作業完了後に固有回転角度差を求めるタイミングであるが、これはロボットの作動により駆動工具２８がねじから離れ、かつコイルばね２３の原形復帰に伴う反動が収まった後、つまりは駆動工具２８の軸心回りの負荷が解除されて後とするのが効果的である。なお、ねじ締め処理開始時のロボットが動作する前に固有回転角度差を求めて閾値と確認するようにしてもよい。

一方、操作部３５の回転角度差表示スイッチが押された時には、モータ２０の駆動が停止した状態で前述のようにレゾルバ２１，２７が励磁され、駆動軸２０ａおよび駆動工具２８の固有回転角度差が求められ、これが表示部３６に表示される。この固有回転角度差は、駆動軸２０ａと駆動工具２８との絶対原点同士のずれを示すものである。よって、この固有回転角度差の表示を見てねじ２３・・・を緩め、モータ２０及びケース２４を相対的に回転させると、レゾルバ２１とレゾルバ２７との絶対原点をいつでも調整することができる。なお、固有回転角度差を表示するには、表示部３６にＬＥＤ表示器、ディジタル表示器、液晶パネル等を設けておくことが一般的であるが、これ以外に、表示部３６に固有回転角度差を印字出力するプリンタやプロッタ等の印字装置を設けておいてもよい。

本発明に係る部品締結ドライバユニットのブロック説明図。本発明に係る部品締結ドライバユニットのツールユニットの平面図。本発明に係る部品締結ドライバユニットの起動チェック処理のフローチャート。本発明に係る部品締結ドライバユニットのねじ締め処理のフローチャート。本発明に係る部品締結ドライバユニットの回転角度差表示処理のフローチャート。本発明に係るレゾルバの特性を示すグラフ。

符号の説明

１部品締結ドライバユニット
２ツールユニット
３制御ユニット
２０ＡＣサーボモータ
２０ａ駆動軸
２１レゾルバ
２２フランジ
２３ねじ
２４ケース
２５ねじりコイルばね
２６伝達軸
２７レゾルバ
２８駆動工具
３０制御部
３６表示部

Claims

回転駆動手段と、この回転駆動手段の駆動軸と弾性部材を介して連結された駆動工具とを有する部品締結ドライバユニットであって、
前記回転駆動手段の駆動軸の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第一回転角検出手段と、前記駆動工具の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第二回転角検出手段と、これら第一回転角検出手段と第二回転角検出手段とからの信号から得られる駆動軸と駆動工具との回転角度差から回転負荷トルクを割り出す制御ユニットとを有し、
前記制御ユニットは、駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を表示する表示部を有し、また前記第一回転角検出手段および第二回転角検出手段は、相対的に回転位置決め可能に設けられていることを特徴とする部品締結ドライバユニット。
第一、第二回転角検出手段は共にレゾルバであり、弾性部材はねじりコイルばねであることを特徴とする請求項１に記載の部品締結ドライバユニット。