JP2015112708A - 締め装置及びその締め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型慣性センサを用いることにより、ネジ又はナットを締めるための締め装置の移動した位置を計測できるようにすることである。【解決手段】本発明による締め装置及びその締め方法は、本体(30)内に設けられたモータ(1)により回転する締め体(2)により、外部のネジ又はナットを回転させて締めるようにした締め装置において、前記本体(30)又は本体(30)内に、小型慣性センサ(32)を設け、前記小型慣性センサ(32)からの検出信号を用いて演算することにより、前記本体(30)が移動した位置を計測する構成と方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、締め装置及びその締め方法に関し、特に、締め装置の本体もしくは本体内に小型慣性センサを設け、本体の移動位置及びネジ及びナット等の締め位置を検出するための新規な改良に関する。

従来、用いられていたネジ及びナット等の締め装置としては、一般に、ネジ締め機及びナットランナーとして用いられ、例えば、特許文献１に開示されている「ネジ締め方法」を図１０及び図１１に挙げることができる。
すなわち、図１０に示すように、モータ１の回転軸に直接または減速器を介してビット２が結合されており、ビット２のスクリュー状の先端部によって頭部を押圧されたネジ３は回転してワーク４にネジ込まれる。ネジ吸着用パイプ９に固定されているセンサ８は、ビット２の先端部とワーク４との相対位置を検出し、ネジ３が着座手前の位置に達した時点で検出信号を出力するのであって、以上の構成は上述した従来の構成と変わりがない。

モータ１に接続されているモータ制御部１１は、ネジ締めパラメータ設定部１２からの設定信号に基づき、モータ１に流れる電流を検出するほか、モータ１の回転部に直接または間接的に接続されているエンコーダ１３からのパルス信号およびセンサ８からの検出信号を入力し、モータ１を回転制御する。エンコーダ１３は、モータ１の回転(ビット２の回転でもある)に伴い多数のパルス信号を時系列的に発生する。一方、ネジ締めパラメータ設定部１２は、メモリ１４が記憶しているネジ締め箇所ごとのネジ締め条件を読み込み、種々の設定信号をモータ制御部１１に与える。

このように構成されたネジ締め装置の動作を、図１１にフローチャートで示す。

まず、ネジ締めパラメータ設定部１２が、メモリ１４に巻き込まれているネジ締め箇所ごとの締め付けトルク、ビット２の回転速度および回転角度等の設定条件を読み込み、モータ制御部１１に必要な設定信号を与える(ステップａ)。モータ制御部１１は、設定された高速回転速度でモータ１を回転動作させるためにモータ１に所定電圧の給電を行い（ステップｂ）、センサ８から検出信号が出力されるのを監視する（ステップｃ）。

センサ８からの検出信号を入力したモータ制御部１１は、エンコーダ１３から入力したパルス信号のカウントを開始し、つまり、ビット２の回転角度を計測し（ステップｄ）、計測の回転角度を設定の回転角度と比較する（ステップｅ）。

そして、計測の回転角度が設定の回転角度を越えた時点で、モータ制御部１１は、設定の低速回転速度にモータ１を減速させ（ステップｆ）、モータ１が設定減速値に達したのを確認する（ステップｇ）。そして、エンコーダ１３からのパルス信号のカウントを開始して、ビット２の回転角度を計測する（ステップｈ）。
次いで、モータ１に流れる電流が設定の締め付けトルクに対応する電流値に到達したか否かを監視し（ステップｉ）、到達を確認したモータ制御部１１はモータ１を停止させる（ステップｊ）。そして、センサ８からの検出信号を入力した時点からネジ締め完了までのビット回転角度およびモータ１の減速完了からネジ締め完了までのビット回転角度をメモリ１４に書き込む（ステップｋ）。

ただし、ステップｆ〜ｈの実行中にモータ電流が、設定締め付けトルク対応の電流値に達したときは、ステップｉ，ｊによってモータ１の回転を停止させてネジ締めを完了する。

また、ステップｄ，ｈはネジ締め完了まで実行し、センサ８からの検出信号を入力した時点からネジ締め完了までのビット回転角度と、モータ減速完了時点からネジ締め完了までのビット回転角度とを計測する。

特開平７−２２７７２８号公報

従来のネジ締め方法は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、ネジ締め自体は、ネジ締めシステム自体が正常に作動していれば、可能であり、図示していないが、例えば、本出願人が販売し、かつ、自動車等における製造現場において採用されている構成も前述と同様であるが、ネジ締め位置については、従来のネジ締め装置自体では位置情報を得ることはできなかった。

そのため、ネジ位置に関しては、人によるダブルチェックによるネジ締めの完了確認をしなければならなかった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、締め装置の本体もしくは本体内に小型慣性センサを設け、本体の移動位置及びネジ締め方法を提供することを目的とする。

本発明による締め装置は、本体内に設けられたモータにより回転する締め体により、外部のネジ又はナットを回転させて締めるようにした締め装置において、前記本体又は本体内に、小型慣性センサを設け、前記小型慣性センサからの検出信号を用いて演算することにより、前記本体が移動した位置を計測する構成であり、また、前記小型慣性センサは、ＭＥＭＳ慣性センサよりなる構成であり、また、前記本体は、三軸方向に前記本体を移動させることができるリンク機構によって保持されている構成であり、また、前記本体には、少なくとも、モータ制御部及び上位通信部が設けられている構成であり、また、前記本体は、棒状をなす構成であり、また、前記本体は、全体形状がＴ字状のピストル型をなし、その一部にグリップ部が形成されている構成であり、また、本発明による締め装置の締め方法は、本体内に設けられたモータにより回転する締め体により、外部のネジ又はナットを回転させて締めるようにした締め装置において、前記本体又は本体内に、小型慣性センサを設け、前記小型慣性センサからの検出信号を用いて演算することにより、前記本体が移動した位置を計測する方法であり、また、前記小型慣性センサは、ＭＥＭＳ慣性センサよりなる方法であり、また、前記本体は、三軸方向に前記本体を移動させることができるリンク機構によって保持されている方法であり、また、前記本体には、少なくとも、モータ制御部及び上位通信部が設けられている方法であり、また、前記本体は、棒状をなす方法であり、また、前記本体は、全体形状がＴ字状のピストル型をなし、その一部にグリップ部が形成されている方法である。

本発明による締め装置及びその締め方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本体内に設けられたモータにより回転する締め体により、外部のネジ又はナットを回転させて締めるようにした締め装置において、前記本体又は本体内に、小型慣性センサを設け、前記小型慣性センサからの検出信号を用いて演算することにより、前記本体が移動した位置を計測することができることにより、例えば、ネジ締め作業中のネジのネジ締め忘れや、万一発生したネジ締め忘れに対する他のネジ位置への遡及に対する根拠データとして活用し、ネジ締めの信頼度を向上させることができる。
また、前記小型慣性センサは、ＭＥＭＳ慣性センサよりなることにより、慣性センサ自体の大きさをパッケージ込みで１Ｃｍ^３以下の小型化ができる。
また、前記本体は、三軸方向に前記本体を移動させることができるリンク機構によって保持されていることにより、例えば、エンジン等のように所定範囲に数多くのネジ又はナットを締める場合に、締め装置の位置を検出することができ、リンク機構の大きさを選択することにより、締める対象物の大小に拘わらず、自在にネジ締め等ができる。
また、前記本体には、少なくとも、モータ制御部及び上位通信部が設けられていることにより、締め体の駆動制御及び小型慣性センサの検出信号の処理が容易となる。
また、前記本体は、棒状をなすことにより、締め装置を位置制御して自動締めを行う場合に、リンク機構やＸＹステージ等の移動手段への締め装置の取付けを自在に行うことができる。
また、前記本体は、全体形状がＴ字状のピストル型をなし、その一部にグリップ部が形成されていることにより、作業者が手で締め装置を持ってネジ締めを行う場合に、締め装置の位置を小型慣性センサによって検出することができ、ネジ締め忘れ等のミスを防止すると共に、ネジ締め作業の信頼性を向上させることができる。

本発明による締め装置の第１形態を示す構成図である。 図１の小型慣性センサ及びＣＰＵ等を有する締め装置制御体及びその内部構成を示す。 図２の締め装置制御体の制御動作概要を示す説明図である。 図１の締め装置内の締め装置制御体の移動状態を示す説明図である。 締め装置の速度を示す速度信号の説明図である。 本発明による締め装置の他の状態を示す構成図である。 図６の締め装置の具体的構成図である。 図６及び図７の締め装置の移動を示す一例の説明図である。 図８の測定結果を示す説明図である。 従来のネジ締め装置を示すブロック図である。 図１０のネジ締め装置の動作を示すフロー図である。

本発明による締め装置及びその締め方法は、締め装置の本体もしくは本体内に小型慣性センサを設け、本体の移動位置及びネジ締め位置を検出することである。

以下、図面と共に本発明による締め装置及びその締め方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、符号２０で示されるものは、ネジ及びナット等を締めるための締め装置２１のリンク機構であり、このリンク機構２０は、基台２２と、この基台２２に第１軸支部２３ａを介して設けられた第１リンク２３と、この第１リンク２３に第２軸支部２４ａを介して設けられた第２リンク２４と、この第２リンク２４の先端に設けられた輪状のチャック部２５と、から構成されており、前記チャック部２５には棒状をなす締め装置２１が挿入された状態で固定されている。

前記リンク機構２０は、前述の各軸支部２３ａ，２４ａに設けられたトルカ―又はモータよりなる第１、第２駆動手段２６,２７によって自在に三次元動作ができるように構成されている。

前記締め装置２１は、棒状をなす筒体からなる本体３０と、前記本体３０内に設けられたモータ１と、前記モータ１により回転され前記本体３０下端３１より下方へ突出すると共にネジ又はナット等を回転させて締めるための締め体２と、前記本体３０内に設けられ、例えば、特開２０１３−２１７８４４号公報等に開示された周知のＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems ）すなわち、シリコン基板をエッチング加工して各電極間の静電容量変化を利用して形成された周知の小型慣性センサ３２を有する締め装置制御体３３と、電源３４と記録部３５と上位通信部３５に接続するためのケーブル３６とから構成されている。

図２は、前記締め装置制御体３３の構成を示すもので、この締め装置制御体３３は、前述のＭＥＭＳで形成された小型の少なくともジャイロ３７と、加速度計３８からなる前記小型慣性センサ３２と、ＣＰＵ３９と、温度センサ４０と、通信部４１とからなり、外部制御部４２が相互通信可能に接続されている。

図３は前記締め装置制御体３３の制御動作を示し、前記加速度計３８からの加速度情報３８Ａ及びジャイロ３７からの角速度情報３７Ａは、周知の慣性演算部５０にて慣性計算されて前記本体３０の位置が計測される。
尚、本体３０の移動停止が検出されると速度計算を制御し、この停止検出における位置補正、原点認識における位置補正は、予め設定された位置に対して位置計算部５１により計算される。

図４は前記締め制御体３３の移動状態を示しており、例えば、エンジン等の対象物を想定して５０Ｃｍ四角範囲に予め決められると共にＣＰＵ３９内に記憶された８ヶ所のネジ締め装置に対して、図１の締め装置２１により８ヶ所のネジ又はナットを締めるために、締め装置制御体３３の制御により位置決め実験を行った。

その結果、前記リンク機構２０による本体３０の移動はすばやく、各停止は１秒で、その誤差は、左側がＸＣｍ、右側がＹＣｍである。
図５は、前記締め装置２１に与える速度信号を示し、時間と共に、Ｘ，Ｙ，Ｚの速度が変化している状態が明らかである。

従って、前述の第１形態においては、図１に示すリンク機構２０（例えば、他のＸＹＺステージ等でも可）を用いて締め装置２１を、図４で示されるようなエンジン等の対象物に対して、ネジ又はナット等の締めを行う場合、予め、ネジ締め位置は設定されているため、締め装置２１がこの各ネジ締め位置に対して移動し、１ヶ所ずつネジ締めを行うが、この時の各ネジ締め位置に対して、前記締め装置制御体３３の小型慣性センサ３２がそのネジ締め位置を検出し、その位置情報をＣＰＵ３９を介して上位通信部３５に伝送するため、全てのネジ締め位置（図４では、８ヶ所）でネジ締めが行われたか否かの確認を取ることができ、従来のように、ネジ締め忘れヶ所が発生すると直ちに判明し、例えば、アラームを発報して、ミスの確認とやり直しを実行することができた。

次に、図６は本発明による締め装置の第２形態を示しており、前記締め装置２１は全体形状がＴ字状のピストル型をなし、その一部にグリップ部５２が本体３０に対して一体状に接続されている。
前記本体３０の先端側には、ネジ又はナット等を回転させて駆動するための締め体２が着脱自在に設けられ、ネジ又はナットに応じて交換できるように、図６の(A),(B)で示されるように構成されている。

前記本体３０内には、図１の締め装置２１の構成と同様に、締め装置制御体３３が内蔵され、この締め装置制御体３３には、前記小型慣性センサ３２及び前記ＣＰＵ（位置測定用アルゴリズム内蔵）３９が設けられている。
従って、前述の図６及び図７で示されるピストル型の締め装置２１のグリップ部５２を作業者が手で握って、例えば、自動車等のエンジン又は車体等の予め設定され、かつ、その設定情報がデータとして記憶されている状態のネジに対する締め作業を行う場合、その時の本体３０の位置が前記締め装置制御体３３によって測定され前記上位通信部３５に伝送されて図８で示されるディスプレイ５１に表示される。尚、前記締め装置２１は、ピストル型だけでなく、図示していないがハンドル型の構成にも直用できる。

また、ネジ締めの位置が予め設定されていない場合でも、作業者が図６及び図７で示される締め装置２１でネジ締めを行うと、そのネジ締め作業時の位置が測定されて、ディスプレイ５１に表示することができる。
尚、図９は、図８の測定結果を数字で示す結果である。

本発明による締め装置及びその締め方法は、小型慣性センサを内蔵しているため、締め装置に限ることなく、他の工具やツール等にも応用できる。

１ モータ
２ 締め体
１１ モータ制御部
２０ リンク機構
２１ 締め装置
２２ 基台
２３ 第１リンク
２３ａ 第１軸支部
２４ 第２リンク
２４ａ 第２軸支部
２５ チャック部
２６ 第１駆動手段
２７ 第２駆動手段
３０ 本体
３１ 下端
３２ 小型慣性センサ
３３ 締め装置制御体
３４ 記録
３５ 上位通信部
３６ ケーブル
３７ ジャイロ
３７Ａ 角速度情報
３８ 加速度計
３８Ａ 加速度情報
３９ ＣＰＵ
４０ 温度センサ
４１ 通信部
４２ 外部制御部
５０ 慣性演算部
５１ 位置計算部
５２ グリップ部

Claims (12)

1. 本体(30)内に設けられたモータ(1)により回転する締め体(2)により、外部のネジ又はナットを回転させて締めるようにした締め装置において、
   前記本体(30)又は本体(30)内に、小型慣性センサ(32)を設け、前記小型慣性センサ(32)からの検出信号を用いて演算することにより、前記本体(30)が移動した位置を計測することを特徴とする締め装置。
2. 前記小型慣性センサ(32)は、ＭＥＭＳ慣性センサよりなることを特徴とする請求項１記載の締め装置。
3. 前記本体(30)は、三軸方向に前記本体(30)を移動させることができるリンク機構(20)によって保持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の締め装置。
4. 前記本体(30)には、少なくとも、モータ制御部(11)及び上位通信部(35)が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の締め装置。
5. 前記本体(30)は、棒状をなすことを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の締め装置。
6. 前記本体(30)は、全体形状がＴ字状のピストル型をなし、その一部にグリップ部(52)が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の締め装置。
7. 本体(30)内に設けられたモータ(1)により回転する締め体(2)により、外部のネジ又はナットを回転させて締めるようにした締め装置において、
   前記本体(30)又は本体(30)内に、小型慣性センサ(32)を設け、前記小型慣性センサ(32)からの検出信号を用いて演算することにより、前記本体(30)が移動した位置を計測することを特徴とする締め装置の締め方法。
8. 前記小型慣性センサ(32)は、ＭＥＭＳ慣性センサよりなることを特徴とする請求項７記載の締め装置の締め方法。
9. 前記本体(30)は、三軸方向に前記本体(30)を移動させることができるリンク機構(20)によって保持されていることを特徴とする請求項７又は８記載の締め装置の締め方法。
10. 前記本体(30)には、少なくとも、モータ制御部(11)及び上位通信部(35)が設けられていることを特徴とする請求項７ないし９の何れか１項に記載の締め装置の締め方法。
11. 前記本体(30)は、棒状をなすことを特徴とする請求項７ないし１０の何れか１項に記載の締め装置の締め方法。
12. 前記本体(30)は、全体形状がＴ字状のピストル型をなし、その一部にグリップ部(52)が形成されていることを特徴とする請求項７又は８記載の締め装置の締め方法。

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