JP2015058500A - Screw fastening device and screw fastening method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ねじ締め装置及びねじ締め方法に関する。 The present invention relates to a screw tightening device and a screw tightening method.
従来のねじ締め装置の動作は、次のとおりである。ねじ供給機構は、雄ねじを供給する。吸着用コンバムを作動させると、雄ねじは、吸着パイプ内にその下方から吸着される。従来のねじ締め装置は、吸着した雄ねじを雌ねじ穴に接するポイントまで移動させる。そして、従来のねじ締め装置は、雄ねじを押さえ付ける上下軸推力を設定する。上下軸推力により、従来のねじ締め装置は、ビット軸先端と雄ねじのねじ頭、雄ねじの先端と雌ねじ穴が当接する位置までビット軸を下降させる。 The operation of the conventional screw tightening device is as follows. The screw supply mechanism supplies a male screw. When the adsorption comb is operated, the male screw is adsorbed into the adsorption pipe from below. The conventional screw fastening device moves the adsorbed male screw to a point where it contacts the female screw hole. And the conventional screw fastening apparatus sets the vertical-axis thrust which presses down a male screw. Due to the vertical axis thrust, the conventional screw tightening device lowers the bit shaft to a position where the bit shaft tip and the male screw head, and the male screw tip and the female screw hole come into contact with each other.
所定の位置までビット軸を下降させた後、従来のねじ締め装置は、ビット軸を90度逆転駆動して回転を止める。逆転駆動が終わると、従来のねじ締め装置は、ビット軸先端と雄ねじの十字穴との嵌合状態が適切であるか否かを判断する。従来のねじ締め装置は、嵌合状態が適切な場合、そのままねじ締めを許可する。従来のねじ締め装置は、適切に嵌合していない場合、再度90度の逆転駆動を実行させる。従来のねじ締め装置は、ビット軸先端と雄ねじの十字穴との適切な嵌合が完了した後、実際のねじ締め処理を実行する(特許文献1参照)。 After the bit shaft is lowered to a predetermined position, the conventional screw tightening device stops the rotation by driving the bit shaft reversely by 90 degrees. When the reverse rotation driving is finished, the conventional screw tightening device determines whether or not the fitting state between the bit shaft tip and the cross hole of the male screw is appropriate. The conventional screw tightening device permits screw tightening as it is when the fitting state is appropriate. When the conventional screw fastening device is not properly fitted, the reverse rotation drive of 90 degrees is executed again. The conventional screw tightening device executes an actual screw tightening process after proper fitting between the bit shaft tip and the cross hole of the male screw is completed (see Patent Document 1).
ねじ締め装置のねじ締め動作において、雄ねじまたはワークの雌ねじ穴には、傷が付いてしまうことがある。なぜなら、雄ねじは、雌ねじ穴と異常な噛み合い状態となる場合があるからである。雄ねじと雌ねじ穴とが異常な噛み合い状態となり、傷が付いたワークは、不良品である。このため、ワークは、交換が必要となる。ワークの交換には時間を要するため、ねじ締め装置は、稼働率が低下する。よって、稼働率を上げるために、ねじ締め装置は、ねじ締め動作において雄ねじと雌ねじ穴とが異常な噛み合い状態となることを防止する必要がある。 In the screw tightening operation of the screw tightening device, the male screw or the female screw hole of the workpiece may be damaged. This is because the male screw may be in an abnormal meshing state with the female screw hole. A workpiece that is damaged due to abnormal engagement between the male screw and the female screw hole is a defective product. For this reason, the work needs to be replaced. Since it takes time to replace the workpiece, the operating rate of the screw tightening device decreases. Therefore, in order to increase the operating rate, the screw tightening device needs to prevent the male screw and the female screw hole from being in an abnormal meshing state in the screw tightening operation.
特許文献1に記載のねじ締め装置は、逆転駆動後、軸動方向位置データを基に、ビット軸の先端が雄ねじのねじ頭に適切に嵌合したか否かを判断する。また、ビット軸の先端が雄ねじのねじ頭に適切に嵌合したか否かの判断は、ビット軸先端の軸動方向位置のデータによって判断する。しかし、ねじ全長のばらつきの大きいねじに対応して、ビット軸先端の軸動方向位置のデータにより、嵌合状態を正しく判断することは、困難である。このため、特許文献1に記載のねじ締め装置は、ねじ締め動作において雄ねじと雌ねじ穴とが異常な噛み合い状態となることを防止できない。よって、特許文献1に記載のねじ締め装置は、ねじ締め不良が発生し、稼働率が低下してしまう、という問題点がある。
The screw tightening device described in
本発明は、雄ねじと雌ねじ穴とが異常な噛み合い状態となることを防止し、稼働率を向上できるねじ締め装置及びねじ締め方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a screw tightening device and a screw tightening method that can prevent the male screw and the female screw hole from being in an abnormal meshing state and improve the operating rate.
この発明に係るねじ締め装置は、駆動力を発生するモータと、モータの駆動力により回転するドライバビットと、回転のトルクを検出するトルク検出手段と、モータを駆動させ、ドライバビットにねじを締めさせるねじ締め制御部とを備え、ねじ締め制御部は、ドライバビットがねじ穴にねじを締めている場合、トルク検出手段が検出したトルクと予め定められたトルクとを比較し、トルク検出手段が検出したトルクが予め定められたトルクを超えた場合、モータを停止させることを特徴とする。 The screw tightening device according to the present invention includes a motor that generates a driving force, a driver bit that is rotated by the driving force of the motor, a torque detection unit that detects rotational torque, and a motor that is driven to tighten the screw on the driver bit. And a screw tightening control unit that compares the torque detected by the torque detecting means with a predetermined torque when the driver bit is tightening the screw into the screw hole, and the torque detecting means The motor is stopped when the detected torque exceeds a predetermined torque.
この発明に係るねじ締め方法は、モータの駆動により回転するドライバビットの先端を雄ねじのねじ頭にはめ、ドライバビットを下降させるねじ供給工程と、ドライバビットを回転させ、雄ねじをねじ穴へと締めさせるねじ締め動作を行い、回転のトルクを検出し、検出したトルクと予め定められたトルクとを比較し、検出したトルクが予め定められたトルクを超えた場合、モータを停止させるねじ込み工程とを備える。 The screw tightening method according to the present invention includes a screw supply step in which the tip of a driver bit that is rotated by driving a motor is fitted to the screw head of the male screw, the driver bit is lowered, and the driver bit is rotated to tighten the male screw into the screw hole A screw tightening operation for detecting rotation torque, comparing the detected torque with a predetermined torque, and a screwing step for stopping the motor when the detected torque exceeds the predetermined torque. Prepare.
本発明は、雄ねじと雌ねじ穴とが異常な噛み合い状態となることを防止するため、稼働率を向上できるねじ締め装置及びねじ締め方法を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a screw tightening device and a screw tightening method capable of improving the operating rate in order to prevent the male screw and the female screw hole from being in an abnormal meshing state.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るねじ締め装置1の構成を示す概略図である。図1を参照して、ねじ締め装置1の構成を説明する。図1に示すように、ねじ締め装置1は、ねじ締め機構部10とねじ締め制御部20によって構成される。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
ねじ締め機構部10は、サーボモータ11、出力軸111、エンコーダ12、トルク変換器13、トルク変換器筐体131、支持体14、上側腕141a、下側腕141b、軸受け142a、軸受け142b、カップリング15、シャフト16a、シャフト16b、ユニバーサルジョイント17、ドライバビット18、電磁コイル19、及びロボット30から構成される。
The
サーボモータ11は、出力軸111を持つ。サーボモータ11は、電動モータである。サーボモータ11には、出力軸111の回転位置を検出するエンコーダ12が設けられている。サーボモータ11とエンコーダ12とは、互いに接続されている。
The
サーボモータ11には、トルク変換器13の筐体であるトルク変換器筐体131を接続する。トルク変換器筐体131の下部は、支持体14に接続する。支持体14は、図1に示すようにコの字形状である。支持体14は、水平方向及び鉛直方向に移動可能なロボット30によって、鉛直方向に支持されている。
A
出力軸111は、カップリング15を介してシャフト16aに連結する。また、シャフト16aとシャフト16bとは、ユニバーサルジョイント17により連結される。ユニバーサルジョイント17は、シャフト16aの軸心とシャフト16bの軸心が一致していない場合でも、シャフト16aの回転力をシャフト16bへと伝達できる構成である。
The
支持体14は、上側腕141a内に、軸受け142aを設ける。軸受け142aは、シャフト16aの周囲を覆う円環形状である。軸受け142aは、シャフト16aをラジアル方向から支持する。このラジアル方向とは、シャフト16aの軸に垂直な方向である。これにより、シャフト16aは、支持体14に対して水平方向に回転可能となっている。
The
また支持体14は、下側腕141b内に、軸受け142bを設ける。軸受け142bは、シャフト16bの周囲を覆う円環形状である。軸受け142bは、シャフト16bをラジアル方向から支持する。このラジアル方向とは、シャフト16bの軸に垂直な方向である。これにより、シャフト16bは、支持体14に対して水平方向に回転可能となっている。
The
シャフト16bの下端には、ドライバビット18を接続する。ドライバビット18は、シャフト16bにより保持される。ねじ締めに使用する雄ねじ2のねじ頭には、穴が設けられている。このため、ドライバビット18は、この穴の形状に合った先端形状を持つものを使用する。雄ねじ2のねじ頭の穴の形状が十字であれば、ドライバビット18は、先端の形状が十字のものを使用する。雄ねじ2のねじ頭の穴の形状が一字であれば、ドライバビット18は、先端の形状が一字のものを使用する。
A
支持体14の下側腕141bには、電磁コイル19が取り付けられる。電磁コイル19は、ドライバビット18を覆っている。電磁コイル19は、図示しない電源が接続されている。電磁コイル19は、電源から電流が供給されることにより、ドライバビット18を磁化させる。
An
ドライバビット18は、カップリング15、シャフト16a、ユニバーサルジョイント17、及びシャフト16bを介して、出力軸111に連結する。サーボモータ11の駆動により出力軸111が回転した場合、ドライバビット18は、出力軸111とともに回転する。
The
ねじ締め機構部10の回転軸は、出力軸111、カップリング15、シャフト16a、ユニバーサルジョイント17、シャフト16b、及びドライバビット18によって構成される。トルク変換器13は、この回転軸の回転トルクに応じたねじれ量を電気量に変換するセンサである。トルク変換器13は、例えばひずみゲージをセンサとして使用する。なお、回転トルクに応じたねじれ量とは、表面せん断応力のことをいう。
The rotating shaft of the screw
なお、ドライバビット18の回転トルクは、ねじ締め機構部10の回転軸の回転トルクと同じである。このため、ドライバビット18の回転トルクは、ねじ締め機構部10の回転軸の回転トルクを検出することにより、検出できる。
The rotational torque of the
ねじ締め制御部20は、シーケンサ21、サーボコントローラ22、及びロボットコントローラ23によって構成される。トルク変換器13は、検出したドライバビット18の回転トルクをシーケンサ21へと出力する。シーケンサ21は、トルク変換器13からドライバビット18の回転トルクを取り込み、ねじ締め制御に使用する。
The screw tightening
ロボットコントローラ23は、ロボット30の位置データが予め設定されている。シーケンサ21からの指令により、ロボットコントローラ23は、予め設定された位置データに基づいて、ロボット30を移動させる。これにより、ロボットコントローラ23は、ねじ締め機構部10の位置制御を行う。
In the
シーケンサ21は、サーボモータ11を駆動させるための指令をサーボコントローラ22へと出力する。サーボモータ11を駆動させるための指令とは、回転方向、回転速度、回転開始加減速時間、回転時間、回転終了加減速時間等の指令のことである。サーボコントローラ22は、シーケンサ21からの回転方向、回転速度、回転開始加減速時間、回転時間、回転終了加減速時間等の指令に基づいて、サーボモータ11を駆動させる。なお、回転開始加減速時間とは、回転速度が0から所定の回転速度となるまでに必要な時間のことである。回転時間とは、所定の回転速度により回転をさせ続ける時間のことである。回転終了加減速時間とは、回転速度が所定の回転速度から0となるまでに必要な時間のことである。
The
次に、実施の形態1に係るねじ締め装置1の動作を説明する。なお、ねじ締め装置1を用いたねじ締め方法の詳細については、後述する。実施の形態1のねじ締め装置1は、図1に示すように、ワーク3の雌ねじ穴4に対し、雄ねじ2のねじ締めを行う。ワーク3の雌ねじ穴4に対し、雄ねじ2のねじ締めを行うことを、以下、ねじ締め動作という。
Next, operation | movement of the
ねじ締め動作を開始する前に、ねじ締め装置1は、ドライバビット18の先端を雄ねじ2のねじ頭の穴に嵌める。この状態で、ねじ締め装置1は、電源から電磁コイル19に電流を供給し、ドライバビット18を磁化させる。磁化されたドライバビット18は、雄ねじ2を吸着する。
Before starting the screw tightening operation, the
それから、ロボットコントローラ23は、ねじ締め機構部10の水平位置を制御する。ロボットコントローラ23は、ロボット30を制御することにより、ワーク3の雌ねじ穴4の上方へとねじ締め機構部10を移動させる。また、ロボットコントローラ23は、ねじ締め機構部10の鉛直位置を制御する。ロボットコントローラ23は、ロボット30を制御することにより、ドライバビット18を下降させ、ドライバビット18の先端に吸着した雄ねじ2を雌ねじ穴4に接触させる。ロボット30は、雄ねじ2を雌ねじ穴4に一定の推力で押し当てた状態とする。
Then, the
シーケンサ21は、回転方向、回転速度、回転開始加減速時間、回転時間、回転終了加減速時間等の指令をパラメータセットとしてサーボコントローラ22に送信する。サーボコントローラ22は、この指令に基づき、サーボモータ11を駆動させる。
The
サーボモータ11は、サーボコントローラ22からの指令により、回転する。ねじ締め機構部10の回転軸は、サーボモータ11の出力軸111の回転にともなって、回転する。これにより、ドライバビット18の先端に吸着した雄ねじ2は、回転する。
The
また、シーケンサ21は、トルク変換器13から、ドライバビット18の回転トルクを常に取り込む。シーケンサ21は、ドライバビット18の回転トルク、及びパラメータセットの中の回転時間に従い、パラメータセットを変更する。シーケンサ21は、変更したパラメータセットの回転方向、回転速度、回転開始加減速時間、回転時間、回転終了加減速時間等を、指令としてサーボコントローラ22に送信する。サーボコントローラ22は、この指令に基づき、サーボモータ11を駆動させる。そして、トルク変換器13は、駆動されたドライバビット18の回転トルクを検出し、シーケンサ21へと出力する。
The
ねじ締め制御部20は、このような制御を繰り返し実行し、ねじ締め機構部10の回転軸を回転させる。これにより、ドライバビット18の先端に吸着した雄ねじ2は、回転する。このようにして、ねじ締め装置1は、ワーク3の雌ねじ穴4に雄ねじ2を締めることができる。また、シーケンサ21は、パラメータセットを適宜に自動的に変更する。これにより、実施の形態1に係るねじ締め装置1は、任意のシーケンスのねじ締めを実施することができる。
The screw tightening
ねじ締め制御部20は、シーケンサ21及びサーボコントローラ22がサーボモータ11の駆動を指令することにより、ドライバビット18を回転させる。ねじ締め制御部20は、シーケンサ21及びサーボコントローラ22がサーボモータ11の停止を指令することにより、ドライバビット18を停止させる。
The screw tightening
また、ねじ締め制御部20において、シーケンサ21は、トルク変換器13からドライバビット18の回転トルクを入力する。シーケンサ21は、エンコーダ12から出力軸111の回転位置の情報を入力する。シーケンサ21は、これらの情報を使用して判断等を行う。このようにして、ねじ締め制御部20は、ねじ締め動作を制御する。
In the screw tightening
次に、ねじ締め動作におけるねじ締め不良について説明する。ねじ締め不良の一例として、ねじかじりがある。例えば、雄ねじ2は、転倒あるいは斜めになった状態で、ワーク3の雌ねじ穴4の外端部分に衝突することがある。この場合、雄ねじ2は、雌ねじ穴4を破壊し、雌ねじ穴4と異常な噛み合い状態となることがある。雄ねじ2が、雌ねじ穴4を破壊し、雌ねじ穴4と異常な噛み合い状態となることを、以下、ねじかじりという。ねじかじりが発生した場合、ワーク3は、傷が付き、または破壊されてしまう。
Next, the screw tightening failure in the screw tightening operation will be described. One example of screw tightening failure is screwing. For example, the
ねじ締め中にねじかじりが発生した場合、ワーク3は、交換が必要となる。ねじ締め装置1は、ワーク3を交換した後、再度ねじ締めを実施する。このため、ねじかじりによるねじ締め不良の場合、ねじ締め装置1は、復旧に時間がかかる。よって、ねじ締め装置1の稼働率は、大きく低下する。
When screwing occurs during screw tightening, the
つまり、稼働率を向上させるために、ねじ締め装置1は、ねじかじりを発生させないことが求められる。このためには、ねじかじりの前兆を素早く検知し、ねじかじりを進行させないよう、ドライバビット18の回転を素早く停止させることが必要である。
That is, in order to improve the operating rate, the
次に、実施の形態1に係るねじ締め装置1を用いたねじ締め方法について説明する。実施の形態1に係るねじ締め方法において、ねじ締めの各工程は、ねじ供給工程、なじませ工程、ねじ込み工程、仮締め工程、本締め工程、及びリトライ工程からなる。なお、実施の形態1に係るねじ締め方法について、各工程における詳細な手順は、後述する。
Next, a screw tightening method using the
図2は、実施の形態1に係るねじ締めの各工程において、シーケンサ21にパラメータとして設定するデータの一例を示す図である。実施の形態1に係るねじ締め装置1は、ねじ締めの条件ごとに、各種データをパラメータとして登録する。なお、図2は、ねじ締めの各条件に対応したA機種、B機種の例を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of data set as a parameter in the
なお、正転とは、ねじを締め付ける方向の回転のことである。逆転とは、ねじを締め付ける方向と逆方向となる回転のことである。また、図2において、速度とトルクの正値は、正転方向であることを表す。速度とトルクの負値は、逆転方向であることを表す。 In addition, normal rotation is rotation of the direction which tightens a screw. The reverse rotation is rotation that is opposite to the direction in which the screw is tightened. In FIG. 2, positive values of speed and torque indicate the forward direction. Negative values of speed and torque indicate the reverse direction.
なじませ速度−V1、ねじ込み速度V2、仮締め速度V3、本締め速度V4、及びリトライ逆転速度−V5は、前述のねじ締め制御部20が使用するパラメータセットのうち、回転速度に対応する。なじませ時間t1及びねじ込み時間t2は、前述のねじ締め制御部20が使用するパラメータセットのうち、回転時間に対応する。また、各工程における正転方向または逆転方向は、前述のねじ締め制御部20が使用するパラメータセットのうち、回転方向に対応する。
The conforming speed −V1, the screwing speed V2, the temporary tightening speed V3, the final tightening speed V4, and the retry reverse speed −V5 correspond to the rotational speed in the parameter set used by the screw tightening
図3は、実施の形態1に係るねじ締め方法について、各工程における速度とトルクの変化状況を示す図である。図3に示すように、実施の形態1に係るねじ締め方法の各工程は、なじませ工程、ねじ込み工程、仮締め工程、本締め工程の順となる。なお、図3には示されていないが、ねじ込み工程と仮締め工程との間に、リトライ工程、及びねじ込み工程が入ることがある。 FIG. 3 is a diagram illustrating changes in speed and torque in each step in the screw tightening method according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, each step of the screw tightening method according to the first embodiment is in the order of a blending step, a screwing step, a temporary tightening step, and a final tightening step. Although not shown in FIG. 3, there may be a retry process and a screwing process between the screwing process and the temporary tightening process.
前述のねじ締め制御部20が使用するパラメータセットのうち、回転開始加減速時間は、なじませ工程において、ドライバビット18が回転を開始した後、回転速度がなじませ速度−V1に上昇するまでの時間のことである。回転開始加減速時間は、ねじ込み工程において、ドライバビット18が回転を開始した後、回転速度がねじ込み速度V2に上昇するまでの時間のことである。回転開始加減速時間は、仮締め工程において、ドライバビット18が回転を開始した後、回転速度が仮締め速度V3に上昇するまでの時間のことである。回転開始加減速時間は、本締め工程において、ドライバビット18が回転を開始した後、回転速度が本締め速度V4に上昇するまでの時間のことである。
Of the parameter set used by the screw tightening
また、回転終了加減速時間は、なじませ工程において、ドライバビット18を停止させる際に、回転速度がなじませ速度−V1から0になるまでの時間のことである。回転終了加減速時間は、ねじ込み工程において、ドライバビット18を停止させる際に、回転速度がねじ込み速度V2から0になるまでの時間のことである。回転終了加減速時間は、仮締め工程において、ドライバビット18を停止させる際に、回転速度が仮締め速度V3から0になるまでの時間のことである。回転終了加減速時間は、本締め工程において、ドライバビット18を停止させる際に、回転速度が本締め速度V4から0になるまでの時間のことである。
Further, the rotation end acceleration / deceleration time is a time required for the rotation speed to become zero from the acclimation speed −V1 when the
図4は、実施の形態1に係るねじ締め方法のフローチャートを示す図である。図1から図4を参照して、実施の形態1に係るねじ締め方法について説明する。 FIG. 4 is a flowchart of the screw tightening method according to the first embodiment. A screw tightening method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
(1)ねじ供給工程
図4において、ねじ供給工程は、ねじ締めに使用する雄ねじ2を供給する工程である。雄ねじ2は、図示しないねじ供給プレート上に搭載してある。雄ねじ2は、ねじ供給プレート上において、ねじ頭が上方を向くように配置されている。
(1) Screw supply process In FIG. 4, the screw supply process is a process of supplying the
ねじ供給工程において、ねじ締め制御部20は、ねじ締め機構部10をねじ供給プレートの上方に移動させる。その後、ねじ締め制御部20は、ねじ締め機構部10を雄ねじ2に向かって下降させる。ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の先端を雄ねじ2のねじ頭の穴へと嵌める。これにより、ねじ締め装置1は、ドライバビット18の先端を雄ねじ2のねじ頭に嵌合させる。
In the screw supply process, the screw tightening
そして、ねじ締め制御部20は、電磁コイル19に電流が流れるよう制御する。電磁コイル19は、ドライバビット18を磁化させる。これにより、ねじ締め装置1は、雄ねじ2をドライバビット18の先端へと吸着する(S1)。
Then, the screw tightening
次に、ねじ締め制御部20は、図1に示すように、ねじ締め機構部10をワーク3の雌ねじ穴4の上方へと移動させる。そして、図4のねじ供給工程において、ねじ締め制御部20は、雄ねじ2の吸着状態を確認する(S2)。図5は、実施の形態1に係るねじ吸着状態の適正・不適正の判断基準を示す図である。図5を参照して、雄ねじ2の吸着状態の判断について説明する。
Next, as shown in FIG. 1, the screw tightening
図5において、SenA、SenB、SenCは、それぞれ光電センサ40a、光電センサ40b、光電センサ40cの光軸の位置を表す。光電センサ40aは、図5に示すように、雄ねじ2のねじ部の右側について透過か遮光かを検知する。光電センサ40bは、図5に示すように、雄ねじ2のねじ部の左側について透過か遮光かを検知する。光電センサ40cは、図5に示すように、雄ねじ2のねじ部の下側について透過か遮光かを検知する。
In FIG. 5, SenA, SenB, and SenC represent the positions of the optical axes of the photoelectric sensor 40a, the photoelectric sensor 40b, and the photoelectric sensor 40c, respectively. As shown in FIG. 5, the photoelectric sensor 40 a detects whether light is transmitted or shaded on the right side of the threaded portion of the
光電センサ40a、光電センサ40b、光電センサ40cの光軸が透過とは、その位置に雄ねじ2のねじ部がないことをいう。光電センサ40a、光電センサ40b、光電センサ40cの光軸が遮光とは、その位置に雄ねじ2のねじ部があることをいう。
The transmission of the optical axis of the photoelectric sensor 40a, the photoelectric sensor 40b, and the photoelectric sensor 40c means that there is no thread portion of the
シーケンサ21は、光電センサ40a、光電センサ40b、及び光電センサ40cから、光軸が透過か遮光かの情報を取り込む。図5−(a)において、光電センサ40a、光電センサ40b、及び光電センサ40cは、透過である。図5−(a)に示すように、光電センサ40a、光電センサ40b、及び光電センサ40cが全て透過の場合、シーケンサ21は、ねじ吸着状態が適正と判断する。
The
図5−(b)において、光電センサ40a及び光電センサ40cは、透過である。図5−(b)において、光電センサ40bは、遮光である。図5−(b)に示すように、光電センサ40a、光電センサ40b、及び光電センサ40cのうち、一つでも遮光するものがある場合、シーケンサ21は、ねじ吸着状態が適正でないと判断する。
In FIG. 5B, the photoelectric sensor 40a and the photoelectric sensor 40c are transmissive. In FIG. 5- (b), the photoelectric sensor 40b is light-shielded. As shown in FIG. 5B, when any one of the photoelectric sensor 40a, the photoelectric sensor 40b, and the photoelectric sensor 40c shields light, the
図5−(c)において、光電センサ40a及び光電センサ40bは、透過である。図5−(c)において、光電センサ40cは、遮光である。図5−(c)に示すように、光電センサ40a、光電センサ40b、及び光電センサ40cのうち、一つでも遮光するものがある場合、シーケンサ21は、ねじ吸着状態が適正でないと判断する。なお、本発明のねじ吸着状態検出手段とは、光電センサ40a、光電センサ40b、及び光電センサ40cのことである。
In FIG. 5C, the photoelectric sensor 40a and the photoelectric sensor 40b are transmissive. In FIG. 5- (c), the photoelectric sensor 40c is light-shielded. As shown in FIG. 5C, when any one of the photoelectric sensor 40a, the photoelectric sensor 40b, and the photoelectric sensor 40c shields light, the
図4において、ねじ吸着状態が適正でない場合、ねじ締め制御部20は、ねじ在荷異常終了とする(S3)。ねじ在荷異常終了とは、雄ねじ2の吸着状態が適正ではないため、ねじ締め方法のフローを途中で停止し、正常にねじ締めが完了せず異常で終了したことをいう。
In FIG. 4, when the screw adsorption state is not appropriate, the screw tightening
ステップS2において、ねじ吸着状態が適正である場合、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18をワーク3の雌ねじ穴4へと下降させる。ねじ締め制御部20は、ねじ締め機構部10の鉛直方向の位置を制御し、雄ねじ2をワーク3の雌ねじ穴4に一定の推力で押し当てた状態とする(S4)。これにより、ねじ締め装置1は、雄ねじ2とワーク3の雌ねじ穴4とを接触させる。ステップS4を経た後、ねじ締め装置1は、ねじ締めを開始する(S5)。なお、以上が、請求項4及び請求項10についての説明である。
In step S <b> 2, when the screw suction state is appropriate, the screw tightening
(2)なじませ工程
図3及び図4において、なじませ工程は、雄ねじ2をワーク3の雌ねじ穴4に容易に嵌合させるための工程である。
(2) Blending process In FIGS. 3 and 4, the blending process is a process for easily fitting the
図4のなじませ工程において、ねじ締め制御部20は、図3に示すように、ドライバビット18を低速で逆転させる(S6)。このときの回転速度は、図2に示すなじませ速度−V1である。図4のなじませ工程において、ねじ締め制御部20は、雄ねじ2とワーク3の雌ねじ穴4同士を接触させつつ、雄ねじ2を360度程度逆回転させる。このとき、ドライバビット18の先端は、雄ねじ2のねじ頭に対して嵌合させている。
4, the screw tightening
図6は、雄ねじ2とワーク3の雌ねじ穴4との嵌合状態について示す図である。なじませ工程の開始時、ねじ締め装置1は、図6−(a)に示すように、雄ねじ2とワーク3の雌ねじ穴4とが適切に嵌合していない場合がある。この場合、ねじ締め制御部20は、ステップS6において、雄ねじ2とワーク3の雌ねじ穴4同士を接触させつつ、雄ねじ2を逆転させる。これにより、ねじ締め制御部20は、図6−(b)に示すように、雄ねじ2とワーク3の雌ねじ穴4とを適切に嵌合させることができる。よって、ねじ締め装置1は、ねじかじりの発生を抑えることができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a fitting state between the
なお、ステップS2において、ねじ吸着状態が適正であると判断されたとする。しかし、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭とは、実際には完全に嵌合していない場合がある。図7は、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭との嵌合状態について示す図である。なじませ工程の開始時、ねじ締め装置1は、図7−(a)に示すように、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭とが完全に嵌合していない場合がある。このような場合でも、ねじ締め制御部20は、ステップS6において、ドライバビット18の先端を雄ねじ2のねじ頭に接触させつつ、ドライバビット18を逆転駆動させる。これにより、ねじ締め制御部20は、図7−(b)に示すように、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭とを適切に嵌合させることができる。よって、ねじ締め装置1は、ねじかじりの発生を抑えることができる。
In step S2, it is assumed that the screw suction state is determined to be appropriate. However, the tip of the
図4のなじませ工程において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが、所定のトルクを越えていないか確認する(S7)。この所定のトルクとは、図2に示すなじませ監視トルク−T1のことである。図4のステップS7において、なじませ監視トルク−T1を越えている場合、ねじ締め制御部20は、ねじ締め異常終了とする(S8)。ステップS7において、なじませ監視トルク−T1を越えていない場合、ねじ締め制御部20は、ステップS6におけるなじませ速度−V1での回転開始後、所定の時間を経過したか確認する(S9)。この所定の時間とは、図2に示すなじませ時間t1のことである。なお、なじませ監視トルク−T1を越えている場合とは、ドライバビット18の回転トルクが、なじませ監視トルク−T1を下回っている場合のことである。
In the blending step of FIG. 4, the screw tightening
図4のステップS9において、なじませ時間t1を経過していない場合は、ステップS6に戻る。また、ステップS9において、なじませ時間t1を経過した場合、ねじ締め制御部20は、図3及び図4に示すように、ドライバビット18を停止させる(S10)。そして、次工程であるねじ込み工程に移行する。なお、以上が、請求項6及び請求項12についての説明である。
In step S9 of FIG. 4, when the habituation time t1 has not elapsed, the process returns to step S6. In step S9, when the familiarizing time t1 has elapsed, the screw tightening
(3)ねじ込み工程
図3及び図4において、ねじ込み工程は、ねじ締め初期段階に発生するねじかじりの前兆検出を行う工程である。
(3) Screwing process In FIGS. 3 and 4, the screwing process is a process of detecting a sign of screw galling that occurs in the initial stage of screw tightening.
図4のねじ込み工程において、ねじ締め制御部20は、図3に示すように、ドライバビット18を低速で正転させる(S11)。このときの回転速度は、図2に示すねじ込み速度V2である。図4のねじ込み工程において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが所定のトルクを越えていないか確認する(S12)。この所定のトルクとは、図2に示すねじ込み監視トルクT2のことである。
In the screwing process of FIG. 4, the screw tightening
ここで、ねじかじりの検知について説明する。ねじ込み工程では、ねじかじりを発生させないよう、ねじかじりの前兆を素早く検知する必要がある。ねじかじりの前兆は、ドライバビット18の回転トルクが、ねじ込み工程において設定されたねじ込み監視トルクT2を超えることによって、検知する。
Here, detection of screwing will be described. In the screwing process, it is necessary to quickly detect a sign of screwing so as not to generate screwing. A sign of screwing is detected when the rotational torque of the
ドライバビット18の回転トルクを検出する方法には、サーボモータ11の電流値を利用する方法がある。また、ドライバビット18の回転トルクを検出する方法には、ねじ締め機構部10の回転軸にトルク変換器13を組込み、トルク変換器13から出力される電圧値を利用する方法がある。トルク検出手段は、どちらの方法も用いることができる。
As a method of detecting the rotational torque of the
ここで、ねじ締め制御には、回転トルクを検出する際、即応性が求められる。即応性とは、回転トルクの変化を即座に検出できることをいう。しかし、サーボモータ11の電流値を利用する方法は、即応性において、トルク変換器13を利用する方法に劣る。また、サーボモータ11の電流値を利用する方法は、温度により誤差が発生することがある。このため、実施の形態1において、トルク検出手段は、トルク変換器13を使用する。
Here, the screw tightening control requires quick response when detecting the rotational torque. Responsiveness means that a change in rotational torque can be detected immediately. However, the method using the current value of the
また、ねじ締め制御部20は、トルク変換器13が検出したドライバビット18の回転トルクを利用して、ねじ締め機構部10の回転軸を制御する。このため、実施の形態1に係るねじ締め装置1は、ねじ締め制御において回転トルクの変化を即座に検出した後、この変化に即座に対応することが可能となる。なお、これが請求項5及び請求項11についての説明である。
Further, the screw tightening
図4のステップS12において、ドライバビット18の回転トルクがねじ込み監視トルクT2を越えている場合、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18を急停止させる(S13)。
In step S12 of FIG. 4, when the rotational torque of the
ここで、ねじかじりの前兆を検知した場合、ねじ締め制御部20は、サーボモータ11へ急停止を指令する。急停止の指令を受けたならば、サーボモータ11は、回転を停止する。これにより、ドライバビット18は、回転を停止する。
Here, when a sign of screwing is detected, the screw tightening
ねじかじりの前兆を検知した後、ドライバビット18が実際に停止するまでに回転する角度を、以下、急停止時回転角度という。この急停止時回転角度は、雄ねじ2及び雌ねじ穴4の大きさ、材質、締結の用途等によって、ねじかじりを発生させない最大の回転角度が異なる場合がある。
Hereinafter, the angle at which the
また、ねじ締め装置1は、ねじ締め制御部20が急停止を指令した後、ドライバビット18が実際に停止するまで、時間がかかる。このため、ねじかじりの前兆を検知したとしても、ドライバビット18が実際に停止するまでの間に、ねじ締め装置1は、ねじかじりを発生させる場合がある。
Further, the
ねじ締め制御部20が急停止を指令した後、ドライバビット18が最大の回転速度から0となるまでに必要な時間のことを、以下、急停止時間という。また、急停止時には、最大の速度を急停止時間で割ることにより求まる加速度で停止する。急停止時間は、ねじかじりを発生させないよう、できるだけ短くする必要がある。また、急停止時間は、ねじかじりが発生した場合に、ねじかじりを進行させないよう、できるだけ短くする必要がある。
The time required for the
ただし、急停止時間が極端に短い場合、ねじ締め機構部10には、大きな慣性力が生じる。この慣性力は、トルク変換器13を含めたねじ締め機構部10の機械系に対し、悪影響を与える。このため、急停止時間は、ねじ締め機構部10の機械系に応じて、時間を設定する必要がある。
However, when the sudden stop time is extremely short, a large inertia force is generated in the screw
つまり、急停止時間は、ねじ締め機構部10の機械系に応じて、決定される。よって、急停止時回転角度は、ねじ込み速度V2を変更することで、調整できる。言い換えると、ねじ込み速度V2は、ドライバビット18を急停止させる際に、急停止時回転角度が許容できる回転角度以下となるように、決定する。
That is, the sudden stop time is determined according to the mechanical system of the screw
ねじ締め制御部20は、種々のワークのねじ締めを実施した時に、どのようなねじ締め条件においてもねじかじりの前兆を検知し、かつ、ドライバビット18を急停止させる必要がある。従って、ねじ込み速度V2は、種々の速度に変更できるようにする必要がある。
The screw tightening
このようにして決定されたねじ込み速度V2により、ねじ締め制御部20は、ねじ込み工程のステップS11において、ドライバビット18を回転させる。ステップS12において、ドライバビット18の回転トルクがねじ込み監視トルクT2を超えた場合、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18を急停止させる。この際、ねじ締め制御部20は、急停止時回転角度が、許容できる回転角度以下となるように、ドライバビット18を急停止させる。ねじ締め制御部20は、サーボモータ11に対し、ドライバビット18がこのような動作を実行するように指令を送信する。
With the screwing speed V2 determined in this way, the screw tightening
なお、図2のA機種のねじ(M3.5ねじ、材質S12C)については、実験から、許容できる回転角度は7度、急停止を指令した後実際に停止するまでにかかった時間は0.5msec、ねじ込み速度は200rpmであった。 For the A type screw (M3.5 screw, material S12C) in FIG. 2, the allowable rotation angle is 7 degrees, and the time taken to actually stop after commanding a sudden stop is 0. The screwing speed was 200 rpm for 5 msec.
図4のステップS12において、ドライバビット18の回転トルクがねじ込み監視トルクT2を越えていない場合、ねじ締め制御部20は、ステップS11におけるねじ込み速度V2での回転開始後、所定の時間を経過したか確認する(S14)。この所定の時間は、図2に示すねじ込み時間t2のことである。図4のステップS14において、ねじ込み時間t2を経過していない場合は、ステップS11に戻る。このようにして、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが、ねじ込み監視トルクT2を越えていないかどうか常時監視する。
In step S12 of FIG. 4, if the rotational torque of the
また、ステップS14において、ねじ込み時間t2を経過した場合、ねじ締め制御部20は、図3及び図4に示すように、ドライバビット18を急停止させる(S15)。そして、次工程である仮締め工程に移行する。なお、以上が、請求項1、請求項2、請求項7、及び請求項8についての説明である。
In step S14, when the screwing time t2 has elapsed, the screw tightening
(4)仮締め工程
図3及び図4において、仮締め工程は、雄ねじ2を雌ねじ穴4に効率よくねじ込む工程である。
(4) Temporary fastening process In FIGS. 3 and 4, the temporary fastening process is a process of efficiently screwing the
図4の仮締め工程において、ねじ締め制御部20は、図3に示すように、ドライバビット18を高速で正転させる(S16)。このときの回転速度は、図2に示す仮締め速度V3である。図4の仮締め工程において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが所定のトルクを越えたか確認する(S17)。この所定のトルクとは、図2に示す仮締め終了トルクT3のことである。
In the temporary tightening step of FIG. 4, the screw tightening
図4のステップS17において、仮締め終了トルクT3を越えていない場合、ねじ締め制御部20は、ステップS16に戻る。ステップS17において、仮締め終了トルクT3を越えた場合、ねじ締め制御部20は、図3及び図4に示すように、ドライバビット18を急停止させる(S18)。そして、次工程である本締め工程に移行する。
In step S17 of FIG. 4, when the temporary tightening end torque T3 is not exceeded, the screw tightening
(5)本締め工程
図3及び図4において、本締め工程は、雄ねじ2を雌ねじ穴4に対し、最終的に締め付けるまでを行う工程である。
(5) Final tightening process In FIGS. 3 and 4, the final tightening process is a process of finally tightening the
図4の本締め工程において、ねじ締め制御部20は、図3に示すように、ドライバビット18を低速で正転させる(S19)。このときの回転速度は、図2に示す本締め速度V4である。図4の本締め工程において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが所定のトルクを越えたか確認する(S20)。この所定のトルクとは、図2に示す本締め終了トルクT4のことである。
In the final tightening step of FIG. 4, the screw tightening
図4のステップS20において、本締め終了トルクT4を越えていない場合、ねじ締め制御部20は、ステップS19に戻る。ステップS20において、本締め終了トルクT4を越えた場合、ねじ締め制御部20は、図3及び図4に示すように、ドライバビット18を急停止させる(S21)。そして、ねじ締め制御部20は、ねじ締め動作を終了する(S22)。
In step S20 of FIG. 4, when the final tightening torque T4 is not exceeded, the screw tightening
図4の本締め工程のステップS22において、ねじ締め動作を終了することで、実施の形態1に係るねじ締め方法は、ねじ締めを終了する(S23)。 In step S22 of the final tightening step of FIG. 4, the screw tightening method according to the first embodiment ends the screw tightening by ending the screw tightening operation (S23).
(6)リトライ工程
図4において、リトライ工程は、ねじ込み工程でねじ込み監視トルクT2を越えた場合の処理工程である。
(6) Retry Process In FIG. 4, the retry process is a processing process when the screwing monitoring torque T2 is exceeded in the screwing process.
図4のリトライ工程において、ねじ締め制御部20は、リトライ動作を行った回数が、リトライ可能回数以下か否か確認する(S24)。ステップS24において、リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数を越えた場合は、ねじ締め異常終了とする(S25)。
In the retry process of FIG. 4, the screw tightening
例えば、ねじかじりが進行してしまった場合、ねじ締め装置1は、リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数を越えることになる。また、ねじ山の形状が適切でない場合、ねじ締め装置1は、リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数を越えることになる。このほか、異物が付着している場合、ねじ締め装置1は、リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数を越えることになる。
For example, when screwing has progressed, the number of times that the
このような場合を考慮し、リトライ工程では、リトライ動作によりドライバビット18を逆転させる回数に制限を設ける。リトライ可能回数を越えた場合、この際にねじ締めに使用している雄ねじ2は、品質不良とする。リトライ可能回数は、使用する雄ねじ2及びワーク3の雌ねじ穴4の大きさ、材質、締結の用途等に応じて決定する。リトライ可能回数は、例えば、3回などに決定する。
In consideration of such a case, in the retry process, a limit is set on the number of times the
図4のステップS24において、リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数以下の場合、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18にリトライ動作を行わせる。リトライ動作において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18を低速で逆転させる(S26)。このときの回転速度は、図2に示すリトライ逆転速度−V5である。
In step S24 of FIG. 4, when the number of retry operations is equal to or less than the number of possible retry operations, the screw tightening
図4のステップS26において、ねじ締め制御部20は、雄ねじ2と雌ねじ穴4とが噛み合った量以上に雄ねじ2を緩め戻す。これにより、雄ねじ2を雌ねじ穴4から完全に緩め、ねじ締め開始位置を変更する。
In step S26 of FIG. 4, the screw tightening
図4において、ねじ締め制御部20は、ステップS26におけるリトライ動作の開始後、ドライバビット18が所定の回転量だけ逆転したか確認する(S27)。この所定の回転量とは、図2に示すリトライ逆転回転量−R5のことである。
In FIG. 4, the screw tightening
図4のステップS27において、リトライ逆転回転量−R5の逆転をしていない場合は、ステップS26に戻る。また、ステップS27において、リトライ逆転回転量−R5の逆転をした場合、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18を停止させる(S28)。この場合、ねじ締め開始位置が変更されたため、ねじ込み工程に戻る。ねじ込み工程に戻った後、ねじ締め装置1は、再度ステップS11からねじ締め動作を開始する。
If the retry reverse rotation amount −R5 is not reversed at step S27 in FIG. 4, the process returns to step S26. If the retry reverse rotation amount -R5 is reversed in step S27, the screw tightening
なお、ねじかじりは、ねじ込み工程において、ねじ締め開始直後の発生が多いことがわかっている。このため、リトライ工程は、ねじ締め開始直後にねじかじりの前兆を検知し、その後行われることが多い。ここで、雄ねじ2を緩め戻す回転量が、360度の倍数である場合を考える。この場合、緩め戻した後の雄ねじ2と雌ねじ穴4との位置関係は、緩め戻す前の位置関係に対し、数度から数十度ずれた位置となる。つまり、緩め戻す回転量を360度の倍数としたならば、リトライ動作によるドライバビット18の逆転を経た後において、ねじ締め開始位置は、ほとんど変更されていない。
It is known that screw squeezing frequently occurs immediately after the start of screw tightening in the screwing process. For this reason, the retry process is often performed after detecting a sign of screwing immediately after the start of screw tightening. Here, consider a case where the amount of rotation for loosening the
このため、雄ねじ2を緩め戻す回転量は、360度の倍数+180度とする。これにより、リトライ動作によるドライバビット18の逆転を経て、ねじ締め開始位置を変更することができる。なお、以上が、請求項3及び請求項9についての説明である。
For this reason, the rotation amount for loosening the
次に、ねじかじりが発生しやすい状況について説明する。ねじかじりが発生しやすい状況として、下記の(イ)から(ニ)が知られている。
(イ)雄ねじ2または雌ねじ穴4のねじ山の形状が適切でない。
(ロ)雄ねじ2、雌ねじ穴4、またはドライバビット18の先端に、異物が付着している。
(ハ)ねじ締め開始時、雄ねじ2と雌ねじ穴4が接触する位置において、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭との嵌合状態が適切でない。または、同じ条件において、雄ねじ2と雌ねじ穴4との嵌合状態が適切でない。(雄ねじ2の姿勢が垂直ではない。)
(ニ)ねじ締め状態において、ねじ締め開始直後のドライバビット18の回転速度が高速である。なお、実施の形態1に係るねじ締め状態を、図8に示す。ねじ締め状態とは、図8に示すように、雄ねじ2を雌ねじ穴4に嵌合させて、雄ねじ2を正転させた後の状態である。ねじ締め状態において、雄ねじ2は、雌ねじ穴4にねじ込まれている。
Next, a situation in which screwing is likely to occur will be described. The following (a) to (d) are known as situations where screwing is likely to occur.
(B) The shape of the thread of the
(B) Foreign matter adheres to the tip of the
(C) At the start of screw tightening, the fitting state between the tip of the
(D) In the screw tightening state, the rotational speed of the
さらに、実験において、下記の(ホ)、(へ)においてもねじかじりが発生しやすい状況となることが判明した。
(ホ)ねじ締め開始位置が適切でない。なお、ねじ締め開始位置とは、ねじ込み工程を開始した時点における、雌ねじ穴4に対する雄ねじ2の位置のことである。ねじ締め開始位置は、雄ねじ2と雌ねじ穴4が噛み合い始める位置を起点とする。ここで、雄ねじ2と雌ねじ穴4とは、ねじ山の切り始め部分と谷の切り始め部分とが引っ掛かることにより、噛み合い始める。また、雄ねじ2は、ねじ締め開始位置から所定の角度回転することで、雌ねじ穴4と噛み合い始める。
(へ)雄ねじ2と雌ねじ穴4の噛み合い状態が、噛み合い始める位置から1山(360度)以下だけ、噛み合った状態である。
Furthermore, in the experiment, it was found that the following (e) and (f) are likely to cause screw galling.
(E) The screw tightening start position is not appropriate. The screw tightening start position is the position of the
(F) The meshing state of the
図9は、実施の形態1に係る雄ねじ2と雌ねじ穴4を簡略化して示した図である。図10は、簡略化した雄ねじ2と雌ねじ穴4の位置関係により、ねじの噛み合い状態を示した図である。図9及び図10を参照して、上記の(ホ)、(へ)のねじかじりが発生しやすい状況について詳細に説明する。
FIG. 9 is a simplified view of the
図9において、雄ねじ2及び雌ねじ穴4のねじ部は、円筒の面に沿ってらせん状の溝を設けたものとして簡略化して考えることができる。雄ねじ2は、図9−(a)に示すように、円筒の外側にらせん状にねじ山が設けられる。図9−(b)は、図9−(a)の簡略化した雄ねじ2のねじ部を展開した図である。雄ねじ2は、ねじ山の頂点を結んだものを平面上に展開すると、図9−(b)に示すように直角三角形となる。
In FIG. 9, the threaded portions of the
雌ねじ穴4は、図9−(c)に示すように、円筒の内側にらせん状にねじ山とその間の谷が設けられる。図9−(d)は、図9−(c)の簡略化した雌ねじ穴4のねじ部を展開した図である。雌ねじ穴4は、谷の頂点を結んだものを平面上に展開すると、図9−(d)に示すように直角三角形となる。
As shown in FIG. 9- (c), the
簡略化した雄ねじ2と雌ねじ穴4において、雄ねじ2と雌ねじ穴4が噛み合うことは、図9−(b)及び図9−(d)に示す直角三角形が、互いにその斜辺を滑りながら進展することとして表される。
In the simplified
図10−(a)は、雄ねじ2と雌ねじ穴4が接触する位置において、雄ねじ2が正転を開始すれば、即座に雌ねじ穴4と噛み合う位置関係を示す図である。図10−(a)に示す位置関係は、上記の(ホ)のねじかじりが発生しやすい状況に対応する。図10−(a)に示す位置関係で正転を開始した場合、最もねじかじりが発生しやすい。
FIG. 10A is a diagram showing a positional relationship in which the
図10−(b)は、雄ねじ2と雌ねじ穴4が接触する位置において、雄ねじ2がX度正転すれば、即座に雌ねじ穴4と噛み合う位置関係を示す図である。図10−(b)に示す位置関係の場合、ねじかじりが発生しやすいが、図10−(a)に示す位置関係の場合ほどではない。
FIG. 10B is a diagram illustrating a positional relationship in which the
図10−(c)は、雄ねじ2と雌ねじ穴4が接触し、かつ噛み合い始めた後において、雄ねじ2と雌ねじ穴4が噛み合い始めてから1山(360度)以下噛み合った位置関係を示す図である。図10−(c)に示す位置関係は、上記の(へ)のねじかじりが発生しやすい状況に対応する。図10−(c)に示す位置関係の場合、ねじかじりが発生しやすいが、図10−(a)に示す位置関係の場合ほどではない。
FIG. 10- (c) is a diagram showing a positional relationship in which the
図10−(d)は、雄ねじ2と雌ねじ穴4が接触し、かつ雄ねじ2と雌ねじ穴4が1山(360度)以上噛み合った位置関係を示す図である。図10−(d)に示す位置関係の場合、ねじかじりはほとんど発生しない。
FIG. 10- (d) is a diagram showing a positional relationship in which the
上記の(ホ)のねじかじりが発生しやすい状況は、図10−(a)及び図10−(b)からわかるように、ねじ締め開始位置を変更することで、解消することができる。また、上記の(へ)のねじかじりが発生しやすい状況は、図10−(c)及び図10−(d)からわかるように、雄ねじ2と雌ねじ穴4が1山(360度)以上噛み合うまで、低速でねじ締めを行うことにより、解消することができる。 The situation in which the above-mentioned screw galling is likely to occur can be solved by changing the screw tightening start position as can be seen from FIGS. 10- (a) and 10- (b). Further, the situation in which the above-described (f) screw galling is likely to occur, as can be seen from FIG. 10- (c) and FIG. Can be eliminated by screwing at low speed.
なお、特許文献1に記載のねじ締め装置は、上記(ハ)の要因によるねじかじりの発生を防止することを目的としている。しかし、特許文献1に記載のねじ締め装置は、上記の(ホ)、(へ)の要因によるねじかじりの発生に対応していない。以上が、ねじかじりの発生しやすい状況についての説明である。
The screw tightening device described in
実施の形態1におけるねじ締め装置1は、ドライバビット18の回転トルクを検出するためのトルク変換器13を備える。このため、実施の形態1におけるねじ締め装置1は、トルク変換器13が回転トルクの変化を即座に検出し、この変化に即座に対応することが可能となる。
The
また、ねじ締めにおける、なじませ工程、ねじ込み工程、仮締め工程、本締め工程において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクを利用してねじ締め機構部10の回転軸を制御する。このため、実施の形態1におけるねじ締め装置1は、各工程において最適なねじ締めを行うことができる。
Further, in the fitting process, the screwing process, the temporary tightening process, and the final tightening process in the screw tightening, the screw tightening
実施の形態1に係るねじ供給工程において、ねじ締め装置1は、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭とを嵌合させる。それからねじ締め装置1は、ドライバビット18を磁化して雄ねじ2を吸着する。ねじ吸着状態が適正な場合、ねじ締め制御部20は、ねじ締め可能であると判断する。そして、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18をワーク3の雌ねじ穴4へ下降させる。その後、ねじ締め制御部20は、ねじ締めの各工程により、ねじ締めを行う。
In the screw supply process according to the first embodiment, the
つまり、ねじ締め装置1は、ねじ締め前にドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭とを嵌合させた後、吸着状態を確認する。これにより、ねじ締め装置1は、雄ねじ2の姿勢が鉛直方向に真っ直ぐになった状態でねじ締めを行うようにする。このため、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじかじりの発生を抑えることができる。
That is, the
実施の形態1に係るなじませ工程において、ねじ締め制御部20は、雄ねじ2をワーク3の雌ねじ穴4に一定の推力で押し当てた状態で、ドライバビット18を逆転させる。このとき、ねじ締め制御部20は、図2に示すなじませ時間t1、なじませ速度−V1により、ドライバビット18を低速で逆転させる。この際、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクを常時監視する。ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが、図2のなじませ監視トルク−T1を超えれば、ねじ締め異常とする。
In the conforming process according to the first embodiment, the screw tightening
これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、雄ねじ2と雌ねじ穴4が接触する位置において、雄ねじ2と雌ねじ穴4の嵌合状態を適切にすることができる。また、ねじ山の形状が適切ではない場合、または異物が付着している場合には、不良として弾くことができる。つまり、前述のねじかじりが発生しやすい状況のうち、(イ)、(ロ)、(ハ)の要因に起因するねじかじりについて対処することができる。
Thereby, the
さらに、このなじませ工程の逆転動作により、ドライバビット18の先端と雄ねじ2のねじ頭とを完全に嵌合させることができる。適切に嵌合した雄ねじ2は、ワーク3の雌ねじ穴4に対して垂直な姿勢となる。このため、雌ねじ穴4に対し、雄ねじ2を適切にねじ締めすることができるようになる。よって、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじかじりの発生を抑えることができる。
Furthermore, the tip end of the
実施の形態1に係るねじ込み工程において、ねじ締め制御部20は、図2に示すねじ込み時間t2、ねじ込み速度V2により、ドライバビット18を低速で正転させる。
In the screwing process according to the first embodiment, the screw tightening
これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじかじりを発生させずに1〜2山程度雄ねじ2と雌ねじ穴4を適切に噛み合わせることができる。つまり、前述のねじかじりが発生しやすい状況のうち、(ニ)、(へ)の要因に起因するねじかじりを防止できる。
Thereby, the
また、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクを常時監視する。ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが、図2のねじ込み監視トルクT2を越えれば、ドライバビット18を急停止させる。
The screw tightening
これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじかじりの前兆を検知してねじ締めを中止するため、ねじかじりを未然に防止できる。この際、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18を低速回転させ、ねじかじりが発生する前兆を的確に検知する。このため、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、過度にねじ締めを行うことによって発生する雄ねじ2または雌ねじ穴4の損傷を回避することができる。なお、このねじ込み工程により、前述のねじかじりが発生しやすい状況のうち、(イ)から(へ)の要因に起因するねじかじりの発生を未然に防止できる。
As a result, the
ねじかじりは、ねじ込み工程で発生していない場合、後工程である仮締め工程及び本締め工程で発生しないことが判っている。このため、ねじ込み工程でのねじかじりの発生を防止することで、ねじかじりの発生率は、限りなく零に近づけることが可能となる。 It is known that the screwing does not occur in the subsequent tightening process and the final tightening process when the screwing process does not occur in the screwing process. For this reason, by preventing the occurrence of screwing in the screwing process, the occurrence rate of screwing can be made as close to zero as possible.
実施の形態1に係る仮締め工程において、ねじ締め制御部20は、図2に示す仮締め速度V3により、ドライバビット18を高速で正転させる。また、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクを常時監視する。ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが、図2の仮締め終了トルクT3を超えれば、ドライバビット18を急停止させる。これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、雄ねじ2が着座するまで高速でねじ締めをするため、サイクルタイムを短縮できる。
In the temporary tightening process according to the first embodiment, the screw tightening
実施の形態1に係る本締め工程において、ねじ締め制御部20は、図2に示す本締め速度V4により、ドライバビット18を低速で正転させる。また、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクを常時監視する。ねじ締め制御部20は、ドライバビット18の回転トルクが、図2の本締め終了トルクT4を超えれば、ドライバビット18を急停止させ、ねじ締めを終了する。これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、適切な締め付けトルクになるように最終締め付けを行うことができる。
In the final tightening process according to the first embodiment, the screw tightening
図4のステップS13において、ドライバビット18を急停止させた後、ねじ締め制御部20は、リトライ工程に移る。リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数以下であれば、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18を逆転させる。このとき、ねじ締め制御部20は、図2に示すリトライ逆転速度−V5により、リトライ逆転回転量−R5だけドライバビット18を逆転させる。このようにして、ねじ込み工程で噛み合った量以上に雄ねじ2を緩め戻した後、ねじ締め制御部20は、ねじ込み工程に戻る。リトライ動作を行った回数がリトライ可能回数を越えた場合、ねじ締め制御部20は、ねじ締め異常とする。
In step S13 in FIG. 4, after the
これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじかじりが発生する前にねじかじりの前兆を検知した場合、リトライ工程で雄ねじ2を完全に緩め、ねじ締め開始位置を変更する。このため、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、再度ねじ締めを実施した場合に、ねじかじりを発生させずにねじ締めをし直すことができる。また、これにより、前述のねじかじりが発生しやすい状況のうち、(ハ)、(ホ)の要因を解消することができる。
As a result, the
また、リトライ工程において、雄ねじ2を緩め戻す回転量は、360度の倍数+180度とする。これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじ締め開始直後にねじかじりの前兆を検知した場合でも、ねじ締め開始位置を変更することができる。
In the retry process, the amount of rotation for loosening the
リトライ動作を行う回数には、制限を設ける。これにより、実施の形態1におけるねじ締め装置1及びねじ締め方法は、ねじかじりが進行してしまった場合、ねじ山の形状が適切でない場合、異物が付着している場合などについて、品質不良とする。このようにすることで、前述のねじかじりが発生しやすい状況のうち、(イ)、(ロ)の要因に起因するねじかじりについて対処できる。
There is a limit on the number of retry operations. As a result, the
なお、実施の形態1に係るなじませ工程のステップS9において、ねじ締め制御部20は、ステップS6におけるなじませ速度−V1での回転開始後、なじませ時間t1を経過したか確認した。実施の形態1に係るねじ込み工程のステップS14において、ねじ締め制御部20は、ステップS11におけるねじ込み速度V2での回転開始後、ねじ込み時間t2を経過したか確認した。実施の形態1に係るリトライ工程のステップS27において、ねじ締め制御部20は、ステップS26におけるリトライ動作の開始後、リトライ逆転回転量−R5回転したか確認した。しかし、実施の形態1に係るねじ締め装置1及びねじ締め方法は、これに限られるものではない。
In step S9 of the acclimation process according to the first embodiment, the screw tightening
例えば、ステップS9において、ねじ締め制御部20は、なじませ時間t1に相当する回転角度について、ドライバビット18がその回転角度分の回転をしたかどうか確認するようにしても良い。また、ステップS14において、ねじ締め制御部20は、ねじ込み時間t2に相当する回転角度について、ドライバビット18がその回転角度分の回転をしたかどうか確認するようにしても良い。
For example, in step S9, the screw tightening
ステップS27において、ねじ締め制御部20は、ドライバビット18がリトライ逆転回転量−R5だけ逆転するために要する時間について、その時間を経過したかどうか確認するようにしても良い。
In step S27, the screw tightening
1 ねじ締め装置、10 ねじ締め機構部、11 サーボモータ、111 出力軸、12 エンコーダ、13 トルク変換器、131 トルク変換器筐体、14 支持体、141a 上側腕、141b 下側腕、142a 軸受け、142b 軸受け、15 カップリング、16a シャフト、16b シャフト、17 ユニバーサルジョイント、18 ドライバビット、19 電磁コイル、20 ねじ締め制御部、21 シーケンサ、22 サーボコントローラ、23 ロボットコントローラ、30 ロボット、40a 光電センサ、40b 光電センサ、40c 光電センサ、2 雄ねじ、3 ワーク、4 雌ねじ穴
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記モータの駆動力により回転するドライバビットと、
前記回転のトルクを検出するトルク検出手段と、
前記モータを駆動させ、前記ドライバビットにねじを締めさせるねじ締め制御部とを備え、
前記ねじ締め制御部は、
前記ドライバビットがねじ穴に前記ねじを締めている場合、前記トルク検出手段が検出したトルクと予め定められたトルクとを比較し、前記トルク検出手段が検出したトルクが予め定められたトルクを超えた場合、前記モータを停止させることを特徴とするねじ締め装置。 A motor that generates driving force;
A driver bit that is rotated by the driving force of the motor;
Torque detecting means for detecting the torque of the rotation;
A screw tightening control unit for driving the motor and tightening the screw on the driver bit;
The screw tightening control unit is
When the screwdriver bit is tightening the screw in the screw hole, the torque detected by the torque detecting means is compared with a predetermined torque, and the torque detected by the torque detecting means exceeds the predetermined torque. And a screw fastening device for stopping the motor.
前記トルク検出手段が検出したトルクが予め定められたトルクを超えた場合、
ねじ締め装置の機械系に応じて予め定められた時間で前記ドライバビットが停止するとともに、
前記ドライバビットが実際に停止するまでに回転する角度が、使用するねじの大きさまたは材質に応じて予め定められた回転角度以下となるように、
前記モータを停止させる
ことを特徴とする請求項1に記載のねじ締め装置。 The screw tightening control unit is
When the torque detected by the torque detection means exceeds a predetermined torque,
The driver bit stops at a predetermined time according to the mechanical system of the screw tightening device,
The rotation angle until the driver bit actually stops is not more than a predetermined rotation angle depending on the size or material of the screw to be used.
The screw tightening device according to claim 1, wherein the motor is stopped.
前記ドライバビットが停止した後、
ねじ締め動作の開始後にねじがねじ穴に噛み合った量以上、前記モータに前記ドライバビットを逆転駆動させる
ことを特徴とする請求項1に記載のねじ締め装置。 The screw tightening control unit is
After the driver bit stops,
2. The screw tightening device according to claim 1, wherein after the screw tightening operation is started, the motor is driven to rotate the driver bit in the reverse direction by an amount equal to or greater than the amount of the screw engaged with the screw hole.
磁化された前記ドライバビットに吸着された前記ねじの姿勢を検出するねじ吸着状態検出手段とをさらに備え、
前記ねじ締め制御部は、
前記ねじ吸着状態検出手段が検出した前記ねじの姿勢が適正か否かを判断し、
前記ねじの姿勢が適正である場合、ねじ締め動作を開始する
ことを特徴とする請求項1に記載のねじ締め装置。 An electromagnetic coil for magnetizing the driver bit;
A screw adsorption state detection means for detecting the posture of the screw adsorbed on the magnetized driver bit;
The screw tightening control unit is
Determining whether the screw posture detected by the screw adsorption state detecting means is appropriate;
The screw tightening device according to claim 1, wherein a screw tightening operation is started when the posture of the screw is appropriate.
トルクに応じたねじれ量を電気量に変換するトルク変換器である
ことを特徴とする請求項1に記載のねじ締め装置。 The torque detecting means includes
The screw tightening device according to claim 1, wherein the screw tightening device is a torque converter that converts a torsion amount according to torque into an electric amount.
前記ねじ締め動作の開始後、前記ねじがねじ穴に接触した状態において、前記モータに前記ドライバビットを逆転駆動させる
ことを特徴とする請求項4に記載のねじ締め装置。 The screw tightening control unit is
5. The screw tightening device according to claim 4, wherein, after the screw tightening operation is started, the motor is driven to rotate the driver bit in a reverse direction in a state where the screw is in contact with the screw hole.
前記ドライバビットを下降させる
ねじ供給工程と、
前記ドライバビットを回転させ、前記雄ねじを前記ねじ穴へと締めさせるねじ締め動作を行い、前記回転のトルクを検出し、検出したトルクと予め定められたトルクとを比較し、検出したトルクが予め定められたトルクを超えた場合、前記モータを停止させるねじ込み工程と
を備えたことを特徴とするねじ締め方法。 Fit the tip of the driver bit that rotates by driving the motor to the screw head of the male screw,
A screw supplying step for lowering the driver bit;
A screw tightening operation is performed to rotate the driver bit and tighten the male screw into the screw hole, detect the torque of the rotation, compare the detected torque with a predetermined torque, and detect the detected torque in advance. A screw tightening method comprising: a screwing step of stopping the motor when a predetermined torque is exceeded.
検出したトルクが予め定められたトルクを超えた場合、
ねじ締め装置の機械系に応じて予め定められた時間で前記ドライバビットが停止するとともに、
前記ドライバビットが実際に停止するまでに回転する角度が、使用するねじの大きさまたは材質に応じて予め定められた回転角度以下となるように、
前記モータを停止させる
ことを特徴とする請求項7に記載のねじ締め方法。 The screwing step includes
If the detected torque exceeds a predetermined torque,
The driver bit stops at a predetermined time according to the mechanical system of the screw tightening device,
The rotation angle until the driver bit actually stops is not more than a predetermined rotation angle depending on the size or material of the screw to be used.
The screw tightening method according to claim 7, wherein the motor is stopped.
前記ねじ締め動作の開始後に前記雄ねじが前記ねじ穴に噛み合った量以上、前記ドライバビットを逆転駆動させるリトライ工程を
さらに備えたことを特徴とする請求項7に記載のねじ締め方法。 After the driver bit stops,
The screw tightening method according to claim 7, further comprising a retry step of driving the driver bit in a reverse direction by an amount equal to or more than an amount of the male screw meshing with the screw hole after the start of the screw tightening operation.
前記ドライバビットを磁化させ、
磁化された前記ドライバビットに前記雄ねじを吸着させ、
前記ドライバビットに吸着された前記雄ねじの姿勢を検出させ、
検出した前記雄ねじの姿勢が適正か否かを判断し、
前記雄ねじの姿勢が適正である場合、
前記ねじ締め動作を開始する
ことを特徴とする請求項7に記載のねじ締め方法。 The screw supply step includes
Magnetizing the driver bit;
Adsorb the male screw to the magnetized driver bit;
Detecting the posture of the male screw adsorbed to the driver bit;
Judge whether the detected posture of the male screw is appropriate,
When the posture of the male screw is appropriate,
The screw tightening method according to claim 7, wherein the screw tightening operation is started.
トルクに応じたねじれ量を電気量に変換するトルク変換器に、
前記回転のトルクを検出させる
ことを特徴とする請求項7に記載のねじ締め方法。 The screwing step includes
To a torque converter that converts the amount of twist according to torque into an electric quantity,
The screw tightening method according to claim 7, wherein torque of the rotation is detected.
前記ねじ締め動作の開始後、前記雄ねじが前記ねじ穴に接触した状態において、
前記ドライバビットを逆転駆動させるなじませ工程を
さらに備えたことを特徴とする請求項10に記載のねじ締め方法。 Between the screw supplying step and the screwing step,
After the start of the screw tightening operation, the male screw is in contact with the screw hole,
The screw tightening method according to claim 10, further comprising a conforming step of driving the driver bit in a reverse direction.
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