JP2011131328A - ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の目視による照合作業の負担を低減し、ドライバツールとねじ締めポイントとの照合を容易に一致させることが可能なねじ締め機を提供する。
【解決手段】本発明は、ドライバツール４を作業者が把持して被締結物の上空で操作し、目標のねじ締めポイントへ下降させてねじ締め作業を行うよう構成されたねじ締め機１において、前記ドライバツール４の位置情報を検出する位置検出手段１４，２３，３４と、予めねじ締めポイントの位置情報を記憶するとともに、ドライバツール４を被締結物の上空で操作中、当該ねじ締めポイントとドライバツール４との位置情報を照合してその照合結果を作業者へ知らせるように構成された制御ユニット５０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

アームに取付けられたドライバツールを作業者が把持して操作し、ねじ締め作業を行うためのねじ締め機に関する。

従来から、アームに取付けられたドライバツールを作業者が把持して所望の位置へ操作し、ねじ締め作業を行うねじ締め機としては、特許文献１（特開平７−１３４７号公報）に示すものが知られている。このねじ締め機においては、アームが水平および鉛直方向へ自在に移動可能に構成されている。この構成により、バランスアームに取付けられたドライバツールを作業者が把持して水平方向へ操作し、ドライバツール先端に保持されたねじと、目標のねじ締めポイントとを目視により照合してこれらを一致させる。そして、ドライバツールを下降させて、当該ねじを目標のねじ締めポイントへ締付けるように構成されている。

特開平７−１３４７号公報

しかしながら、上記ねじ締め機では目視による照合作業において作業者にかかる負担が大きく、特に、ドライバツールと、ねじ締めポイントとが離れている状態では、これらの照合を一致させることは困難であった。これでは、作業者に負担がかかるばかりか、照合作業に時間を費やし、効率よくねじ締め作業を行うことができなかった。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、作業者の目視による照合作業の負担を低減し、ドライバツールとねじ締めポイントとの照合を容易に一致させることが可能なねじ締め機を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、本発明のねじ締め機は、水平および鉛直方向に可動するバランスアームと、このバランスアームに取付けられ、駆動源の駆動により回転するドライバビットを先端に有するドライバツールとから成り、このドライバツールを作業者が把持して被締結物の上空で操作し、目標のねじ締めポイントへ下降させてねじ締め作業を行うよう構成されたねじ締め機において、前記ドライバツールの位置情報を検出する位置検出手段と、予めねじ締めポイントの位置情報を記憶するとともに、ドライバツールを被締結物の上空で操作中、当該ねじ締めポイントとドライバツールとの位置情報を照合してその照合結果を作業者へ知らせるように構成された制御ユニットとを備えることを特徴とする。

また、前記制御ユニットには、ねじ締めポイントとドライバツールとの照合判定の基準となる照合判定基準エリアが設定されていることが望ましい。

さらに、前記照合判定基準エリアは、ドライバツールの下降に伴って徐々に狭く設定されていることが望ましい。

請求項１に記載のねじ締め機によれば、ドライバツールの位置情報を検出する位置検出手段を備え、ねじ締めポイントとドライバツールとの位置情報を照合してその照合結果を作業者に知らせるように構成されている。この構成により、作業者は、制御ユニットから知らせられる照合結果を確認しながら、ねじ締めポイントとドライバツールとの照合を一致させることが可能となる。そのため、作業者は目視に頼ることなくこれらの照合を一致させることが可能となり、作業者にかかる負担が低減され、作業効率も向上する。

請求項２に記載のねじ締め機によれば、照合判定基準エリアが設定されており、当該エリア内にドライバツールが位置すれば、一致として照合結果を表示する。これにより、作業者は、ドライバツールをねじ締めポイントと寸分の狂いもなく一致させなくても、ある程度一致に近い状態を保って、ドライバツールを下降させる。そして、被締結物に接近した段階で、作業者は目視により照合の完全一致を試みる。このような構成により、作業者の目視による負担は少なくなり、比較的容易に照合を一致させることができるので、簡単に目標のねじ締めポイントにねじを締付けることができる。

請求項３に記載のねじ締め機によれば、照合判定基準エリアがドライバツールの下降に伴って徐々に狭くなるよう設定されている。すなわち、ドライツールが上方に位置してドライバツールとねじ締めポイントの距離が遠く、目視による照合の一致が比較的困難な位置では、照合判定基準エリアが広く設定されている。一方、ドライバツールがねじ締めポイント間近に位置して、目視による照合の一致が比較的容易な位置では、照合確定エリアが狭く設定されている。このような設定により、作業者は、照合判定基準エリア内にドライバツールを収め易くなり、負担を感じることなくドライバツールを目標ねじ締めポイントまで案内してねじを締付けることが可能となる。

本発明のねじ締め機における全体構成図である。 本発明のねじ締め機における昇降可動機構を示す平面視拡大断面図である。 本発明のねじ締め機における昇降可動機構を示す正面視拡大断面図である。 本発明のねじ締め機における旋回可動機構を示す一部切欠拡大断面図である。 本発明のねじ締め機における水平可動機構を示す一部切欠拡大断面図である。 本発明のねじ締め機における制御ユニットによる照合判定のイメージを示す説明図である。なお、支柱およびアームは概略的に示してある。 本発明のねじ締め機における制御ユニットの外観図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はねじ締め機であり、鉛直方向に立設した支柱２に沿って昇降するとともに、水平面を可動するアーム３と、このアーム３に取付けられてこれと一体に可動するドライバツール４とを備えている。このアーム３の先端には前記ドライバーツール４が取付けられる一方、後端には支柱２に沿って昇降可能、かつ当該支柱２と一体に旋回可能なブラケット５が取付けられている。

前記アーム３は、図２および図３に示す昇降可動機構１０により、支柱２に沿って昇降可能に構成されている。この昇降可動機構１０は、支柱２の上方で軸支された滑車１１と、当該支柱２を覆うようにして滑車１１に巻き付けられたベルト１２と、このベルト１２の一端に取付けられた錘１３とから構成されている。そして、当該ベルト１２の他端には前記ブラケット５が取付けられており、作業者がドライバツール４のスタートグリップ４ａを把持してアーム３を鉛直方向に操作すると、錘１３にかかる重力の作用により、アーム３が支柱に沿って昇降するように構成されている。そして、滑車１１の回転量を、位置検出手段の一例であるロータリエンコーダ１４が検出する。これにより、アーム３の昇降位置情報を検出するように構成されている。つまり、図６に示すように、鉛直方向をZ軸、水平旋回方向をX軸、水平方向をY軸とする空間座標において、当該ロータリエンコーダ１４は、ドライバツール４のZ軸座標を検出するように構成されている。

また、前記アーム３は、図４に示す旋回可動機構２０により、支柱２と一体となって水平面を自在に旋回可動するように構成されている。この旋回可動機構２０は、支柱２の下端に一体に回転可能に取付けられた第１の平歯車２１と、この第１の平歯車２１に噛合するとともに、当該第１の平歯車２１の回転に伴い回転する第２の平歯車２２とから構成されている。これにより、アーム３の旋回に伴い支柱２が旋回して第１の平歯車２１も回転し、これに伴い第２の平歯車２２も回転する。そして、第２の平歯車２２の回転量をロータリエンコーダ２３が検出して、水平面におけるアーム３の旋回位置情報を検出するように構成されている。つまり、図６に示す空間座標において、当該ロータリエンコーダ２３は、ドライバツール４のＸ軸座標を検出するように構成されている。

さらに、前記アーム３は、図５に示す水平可動機構３０により、前記Ｘ軸および支柱２と直交する方向（水平方向）へ自在に可動するように構成されている。この水平可動機構３０は、レール３１と、このレール３１の移動を案内するガイドブロック３２とを備えており、当該レール３１の先端には前記アーム３が取付けられている。また、レール３１後方の近傍には、歯車３３が軸支されており、当該レール３１の後端には当該歯車３３と噛合可能な外歯３１ａが形成してある。これにより、作業者がアーム２を操作して水平方向へ移動させると、歯車３３が回転する。そして、当該歯車３３の回転量をロータリエンコーダ３４が検出して、水平移動するアーム３の水平可動位置情報を検出するように構成されている。つまり、図６に示す空間座標において、当該ロータリエンコーダ３４は、ドライバツール４のＹ軸座標を検出するように構成されている。

前記ドライバツール４は、上部に駆動源としてのモータ４ｂを備え、このモータ４ｂの回転駆動はドライバ軸（図示せず）を介して先端のドライバビット４ｃへ伝達されるように構成されている。また、ドライバツール４のモータ４ｂの駆動を開始する手段として、特開平０７−１３４７号公報の図２に開示された機構を備えている。詳細は割愛するが、ドライバツール４のスタートグリップ４ａを作業者が下方に押し下げると、内蔵されたスタートスイッチ（図示せず）が作動して、ドライバビット４ｃが回転するように構成されている。また、ドライバツール４はドライバコントローラ４０を介して制御ユニット５０に接続されており、このドライバコントローラ４０が制御ユニット５０からの指令に応じてモータ４ｂの駆動を制御するように構成されている。

また、前記ドライバビット４ｃにおいては、その先端がねじ頭部の駆動穴と係合可能に構成されており、当該ドライバビット４ｃにはリング状のマグネット４ｄが取付けられている。これにより、当該ドライバビット４ｃは磁化し、ねじを電磁吸着可能に構成されている。

前記ロータリエンコーダ１４，２３，３４による検出情報は、エンコーダケーブル１４ａ，２３ａ，３４ａを介して制御ユニット５０へ伝送される。これにより、空間座標におけるドライバツール４の位置情報が検出される。

前記制御ユニット５０は、内蔵の記憶部（図示せず）に被締結物上の１または複数のねじ締めポイントの位置情報をティーチングプログラムとして記憶するように構成されている。そして、このねじ締めポイントの位置情報（Ｘ，Ｙ座標）と、ドライバツール４の位置情報（Ｘ，Ｙ座標）とを照合判定（照合判定機能）するように構成されており、これらの平面座標（Ｘ，Ｙ座標）データを照合してその一致あるいは不一致を判定するように構成されている。この照合結果（一致／不一致）は、図７に示すように、制御ユニット５０のモニタ５１付近に取付けられたＯＫランプ５２あるいはＮＧランプ５３に表示されるように構成されており、一致の場合にはＯＫランプ５２が点灯し、不一致の場合にはＮＧランプ５３が点灯して視覚的に照合結果を作業者へ知らせるように構成されている。しかも、スピーカ５４からも照合結果に応じて異なる音声が流れ、聴覚的にも照合結果を作業者へ知らせるように構成されている。さらに、照合の不一致時には、ドライバコントローラ４０へ駆動停止信号を発し、作業者がスタートグリップ４ａを押し下げてもモータ４ｂは駆動しないように構成されている。

ところで、上記制御ユニット５０による照合判定では、図６に示すように、制御ユニット５０には判定の基準となるエリアが設定されている。この照合判定基準エリアにより、制御ユニット５０は、ねじ締めポイントの位置情報（Ｘ，Ｙ座標）と、ドライバツール４の位置情報（Ｘ，Ｙ座標）とが寸分の狂いもなく一致していなくても、当該エリア内にドライバツールが位置すれば一致として判定する。具体的には、ねじ締めポイントＡを通過するＺ軸線（鉛直線）上の任意の点を中心とする四角形の水平面エリアが照合判定基準エリアとして記憶されている。しかも、この照合判定基準エリアは、ドライバツール４の昇降位置（Ｚ軸座標）に応じてその広さが異なり、下方の照合判定基準エリアＢは上方の照合判定基準エリアＡよりも狭く設定されてる。すなわち、空間座標において、照合判定基準エリアは、逆四角錐を成しており、徐々に狭くなるように設定されている。

また、制御ユニット５０は、動作モードとして、オーダモード、ランダムモード、フリーモードおよび照合判定無効モードの４モードを備えており、図７に示す制御ユニットのタッチパネル式のモニタ５１を操作してこれらを必要に応じて選択可能に構成されている。

前記オーダモードでは、複数のねじ締めポイントへ定められた順序通りにねじ締め作業を行う。そこで、制御ユニット５０には、ねじ締めポイントの位置情報に加えて、その締付け順序もティーチングプログラムとして記憶されている。また、ねじ締めが完了したねじ締めポイントの位置情報も順次記憶するように構成されている。さらに、目標のねじ締めポイントにおける照合判定基準エリアを読み込み、当該照合判定エリアに基づいて照合判定が行われるように構成されている。そのため、例えば目標のねじ締めポイントがＡのとき、作業者が誤ってねじ締めポイントＢへねじ締めを試みてドライバツール４がねじ締めポイントＡにおける照合判定基準エリアから外れると、これを検知してＮＧランプ５３が点灯するとともにスピーカ５４からも警告音が発せられる。これに従って作業者はドライバツール４の水平位置を微調整して照合を一致させながら、ドライバツール４を下降させると、最終的にはねじ締めポイントＡへねじを締付けることが可能となる。

前記ランダムモードでは、ねじの締付け順序を固定せずに複数のねじ締めポイントへねじ締め作業を行う。ただし、重複ポイントへのねじ締めを防止する機能は有している。そこで、制御ユニット５０には、ねじ締めポイントの位置情報がティーチングプログラムとして記憶されるとともに、ねじ締めが完了したポイントの位置情報も順次記憶するように構成されている。そのため、図６に示すように、作業者がねじ締めポイントＡへねじ締めを試みているとき、ねじ締めポイントをＢへ切り換えても、当該ねじ締めポイントが既にねじ締めを完了したポイントでない限り、ＮＧランプの点灯および警告音は発生せず、作業を続行することが可能となる。このとき、制御ユニット５０では次の目標ねじ締めポイントをＢとして認識する処理が行われるとともに、ドライバツール４のＺ軸座標に対応したねじ締めポイントＢの照合判定基準エリアＣが呼び出される。これに基づいて照合判定が行われ、最終的にはねじ締めポイントＢへねじを締付けることが可能となる。

前記フリーモードでは、ねじの締付け順序を固定せずに複数のねじ締めポイントへねじ締め作業を行い、しかも重複ポイントへのねじ締めも可能である。そこで、制御ユニット５０にはねじ締めポイントの位置情報がティーチングプログラムとして予め記憶されている。

前記オーダモード、ランダムモードおよびフリーモードは何れも照合判定機能を有するのに対して、前記照合判定無効モードは照合判定機能を有さない。これにより、作業者は任意のねじ締めポイントにねじ締めを行うことができ、ねじの締め直しでは特段の操作が不要となる。

上記ねじ締め機を用いたねじ締め作業においては、作業者は、照合作業の前段では、ドラーバツールをおおまかに水平操作して目標のねじ締めポイントの上空に移動させる。そして、ＯＫランプ５２、ＮＧランプ５３、あるいはスピーカ５４による照合結果を参照しながら照合作業を行う。ここで、ドライツール４が上方に位置してドライバツール４とねじ締めポイントとの距離が遠く、目視による照合の一致が比較的困難な位置では、照合判定基準エリアが広く設定されている。一方、ドライバツール４がねじ締めポイント間近に位置して、目視による照合の一致が比較的容易な位置では、照合確定エリアが狭く設定されている。このような設定により、作業者は、ＯＫランプ５２、ＮＧランプ５３、あるいはスピーカ５４による照合結果に従ってドライバツール４の水平位置を微調整して照合を一致させながらドライバツール４を下降させる。すると、ドライバツール４を目標ねじ締めポイントまで容易に案内してねじを締付けることが可能となる。

なお、本発明のねじ締め機１においては、照合判定基準エリアは、ねじ締めポイント間の距離に応じて各ねじ締めポイント毎に異なる領域に設定されてもよい。例えば、ねじ締めポイント間の距離が比較的遠い場合には照合判定基準エリアを広く設定する。これにより、照合判定において一致と判定する基準が不用意に厳しくならず、作業者による照合作業がより容易になる。

１ ねじ締め機
２ 支柱
３ アーム
４ ドライバツール
４ａ スタートグリップ
４ｂ モータ
４ｃ ドライバビット
４ｄ マグネット
５ ブラケット
１０ 昇降可動機構
１１ 滑車
１２ ベルト
１３ 錘
１４ ロータリエンコーダ
１４ａ エンコーダケーブル
２０ 旋回可動機構
２１ 第１の平歯車
２２ 第２の平歯車
２３ ロータリエンコーダ
２３ａ エンコーダケーブル
３０ 水平可動機構
３１ レール
３１ａ 外歯
３２ ガイドブロック
３３ 歯車
３４ ロータリエンコーダ
３４ａ エンコーダケーブル
４０ ドライバコントローラ
５０ 制御ユニット
５１ モニタ
５２ ＯＫランプ
５３ ＮＧランプ
５４ スピーカ

Claims (3)

1. 水平および鉛直方向に可動するバランスアームと、このバランスアームに取付けられ、駆動源の駆動により回転するドライバビットを先端に有するドライバツールとから成り、このドライバツールを作業者が把持して被締結物の上空で操作し、目標のねじ締めポイントへ下降させてねじ締め作業を行うよう構成されたねじ締め機において、
   前記ドライバツールの位置情報を検出する位置検出手段と、
   予めねじ締めポイントの位置情報を記憶するとともに、ドライバツールを被締結物の上空で操作中、当該ねじ締めポイントとドライバツールとの位置情報を照合してその照合結果を作業者へ知らせるように構成された制御ユニットと
   を備えることを特徴とするねじ締め機。
2. 前記制御ユニットには、ねじ締めポイントとドライバツールとの照合判定の基準となる照合判定基準エリアが設定されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ締め機。
3. 前記照合判定基準エリアは、ドライバツールの下降に伴って徐々に狭く設定されていることを特徴とする請求項２に記載のねじ締め機。

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