JP2019005833A - ボルト自動締付装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外周側のソケットと、その外周側のソケットに対して軸方向に移動可能な内周側のソケットを備えたボルト自動締付装置において、内周側のソケットの位置を検出できるようにする。【解決手段】外周側のソケットに対する内周側のソケット（内周ソケット１２）の軸方向の位置を検出するビームセンサ１００（ソケット位置検出センサ）を設ける。そして、ビームセンサ１００のセンサ出力から得られる内周ソケット１２の位置が、ボルトが正常に嵌合している適正な位置にある場合、嵌合状態が正常であると判定し、内周ソケット１２の位置が適正な位置にない場合には未嵌合であると判定する。【選択図】図１６

Description

本発明は、ボルト自動締付装置に関する。

設備投資や設備交換による工数の削減の観点から、径の異なる複数種のねじ・ボルトに対して共用のソケットを用いてボルトを締め付ける技術が用いられている。

径の異なる複数種のねじ・ボルトを締め付ける技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。この特許文献１には、大径ねじと小径ねじの２種類の径のねじを選択的に締め付けるねじ締付工具であって、大径ねじに係合する係合部を有し、回転駆動される外周側の第１工具軸（外周側のソケット）と、小径ねじに係合する係合部を有し、第１工具軸と共に回転するように、かつ軸方向に進退可能に設けられた第２工具軸（内周側のソケット）とを備え、大径ねじを締め付けるときには、第２工具軸を後退させて第１工具軸に大径ねじの頭部を係合させることで、大径ねじにトルクを伝達する構造が開示されている。

特開２００２−１４４２５０号公報

ところで、上記特許文献１に記載されているような構造では、外部から見た場合に内周側のソケット（第２工具軸）の状態が確認できないので、ソケットにねじ・ボルトが適切に係合（嵌合）されているか否かを確認することができない。このため、ソケットにねじ・ボルトが適切に嵌合されていない状態で締付動作が行われると、締付不良が発生する。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、外周側のソケットと、その外周側のソケットに対して軸方向に移動可能な内周側のソケットを備えたボルト自動締付装置において、内周側のソケットの位置を検出することが可能な構造を提供することを目的とする。

本発明は、異径のボルトに対応する複数のソケットを有するボルト自動締付装置であって、大径のボルトが嵌合可能な外周側のソケットと、前記大径のボルトよりも径が小さい小径のボルトが嵌合可能であり、前記外周側のソケットに対し軸方向に移動可能な少なくとも１つの内周側のソケットと、前記外周側のソケットに対する前記内周側のソケットの軸方向の位置を検出するソケット位置検出センサとを備え、前記ソケット位置検出センサのセンサ出力を、前記内周側のソケットへのボルトの嵌合状態を判定する情報として供するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、外周側のソケットに対する内周側のソケットの軸方向の位置を検出するソケット位置検出センサを備えているので、そのソケット位置センサのセンサ出力から内周側のソケットの位置を検出することができる。そして、ソケット位置センサのセンサ出力から得られる内周側のソケットの位置が、ボルトが正常に嵌合している適正な位置にある場合、ボルトの嵌合状態が正常であると判定することができ、内周側のソケットの位置が適正な位置にない場合には未嵌合であると判定することができる。

本発明によれば、外周側のソケットに対する内周側のソケットの軸方向の位置を検出するソケット位置検出センサを備えているので、そのソケット位置センサのセンサ出力から内周側のソケットの位置を検出することができる。

図１（Ａ）は大径の六角ボルトの側面図、図１（Ｂ）は小径の六角ボルトの側面図である。 本発明を適用するボルト自動締付装置の概略構成を模式的に示す図である。 ボルト自動締付装置の締付ツールの部分断面側面図である。 締付ツールの正面図である。 締付ツールの要部拡大断面図である。 締付ツールの要部分解斜視図である。 図７（Ａ）は一対のボルト位置決め部材を閉じた状態で示す底面図、図７（Ｂ）は一対のボルト位置決め部材を開いた状態で示す底面図である。 締付ツールの外周ソケットに大径の六角ボルトを嵌合した状態を示す断面図である。 図８のＸ−Ｘ断面図である 締付ツールの内周ソケットに小径の六角ボルトを嵌合した状態を示す断面図である。 図１０のＹ−Ｙ断面図である。 本発明の実施例を示す断面図である。 本発明の実施例を示す斜視図である。 本発明の実施例を示す断面図である。 内周ソケットとビームセンサとの位置関係を示す図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 図１６のＺ−Ｚ断面図である。 本発明の他の実施例を示す斜視図である。 本発明の他の実施例を示す断面図である。 ビームセンサの受光強度の変化を示す図である。 締付ツールの一例を模式的に示す図である。 締付ツールにおいて内周側のソケットへのボルトの嵌合が正常な場合と未嵌合の場合とを模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態では、大径の六角ボルト（例えばＭ８の六角ボルト）と小径の六角ボルト（例えばＭ６の六角ボルト）とを選択的に締め付ける場合について説明する。

−六角ボルト−
図１（Ａ）に示すように、大径の六角ボルト２００は、フランジ付き六角ボルトであって、頭部２０１と、ねじ２０２ａが形成された軸部２０２とが一体形成されている。頭部２０１には円形のフランジ２０３が一体形成されている。

図１（Ｂ）に示すように、小径の六角ボルト３００も、フランジ付き六角ボルトであって、頭部３０１と、ねじ３０２ａが形成された軸部３０２とが一体形成されている。頭部３０１には円形のフランジ３０３が一体形成されている。

−ボルト自動締付装置−
次に、本発明を適用するボルト自動締付装置について、図２〜図１１を参照して説明する。

ボルト自動締付装置１は、締付ツール１０、ツール支持部材２０、回転シャフト３０、回転駆動シャフト４０、回転機構５０、スライド機構６０、ボルト供給装置７０、およびベース８０などを備えている。以下、各部の構成について説明する。

［締付ツール］
締付ツール１０は、外周ソケット（外周側のソケット）１１、内周ソケット（内周側のソケット）１２、保持部材１３、圧縮コイルばね１４、ツールシャフト１５、および、圧縮コイルばね１６などを備えている。

外周ソケット１１は、円筒形状の基端部１１１と、この基端部１１１から一端側（ボルト自動締付装置１の前側）に延びる円筒部１１２とを有し、円筒部１１２の他端側に基端部１１１がねじ止めによって固定されている。外周ソケット１１は後述するツール支持部材２０（図１参照）に形成された円筒穴（貫通穴）２０ａ内において軸方向に移動可能である。

基端部１１１には、後側（円筒部１１２とは反対側）に延びるソケットシャフト１１３が一体形成されている。ソケットシャフト１１３は断面形状が正方形の軸である。ソケットシャフト１１３の中心軸と円筒部１１２の中心軸とは一致している。

外周ソケット１１には、先端（前側の端部）から基端部１１１に延びる円筒穴１１４が形成されている。円筒穴１１４の中心軸と円筒部１１２の中心軸とは一致している。円筒穴１１４の内周部には、軸方向に延びる３つの接触面１１５・・１１５が形成されている。

これら３つの接触面１１５・・１１５は、円筒部１１２の中心軸に対して１２０°回転対称となる位置に配置されている。各接触面１１５は、それぞれ円筒部１１２の中心軸を通る直線と直交する面である。３つの接触面１１５・・１１５は、大径のボルト２００の正六角形の頭部２０１の６面のうち、１２０°回転対称の位置にある３面に対応する位置関係で配置されている。また、３つの接触面１１５・・１１５の軸方向長さ（円筒部１１２の先端から基端部１１１に向けて延びる長さ）は、大径の六角ボルト２００におけるフランジ２０３の上面から頭部２０１の頂面までの高さよりも所定量だけ長い。これにより、円筒部１１２の３つの接触面１１５・・１１５が形成されている部分に、大径の六角ボルト２００の頭部２０１が嵌合することが可能である。

外周ソケット１１の内面には、軸方向に延びる３つのスライド溝１１６・・１１６が形成されている。これら３つのスライド溝１１６・・１１６の縦断面形状は同じである。その縦断面形状は円弧状（径方向外側に凸の円弧状）である。

３つのスライド溝１１６・・１１６は、円筒部１１２の中心軸に対して１２０°回転対称となる位置に配置されている。ただし、３つのスライド溝１１６・・１１６は、３つの接触面１１５・・１１５に対して円筒部１１２の周方向において６０°位相ずれた位置に配置されており、各スライド溝１１６は、それぞれ、隣り合う接触面１１５間に位置している。３つのスライド溝１１６・・１１６の軸方向長さ（円筒部１１２の先端から基端部１１１に向けて延びる長さ）は、大径の六角ボルト２００におけるフランジ２０３の上面から頭部２０１の頂面までの高さに内周ソケット１２の軸方向長さを加えた長さよりも所定量だけ長い。

内周ソケット１２は、略円筒形状の基端部１２１と、この基端部１２１から一端側（ボルト自動締付装置１の前側）に延びる３つの爪部１２３・・１２３とを有する。基端部１２１には円形の貫通穴１２２が設けられている。各爪部１２３の外側面は、外周ソケット１１のスライド溝１１６に対応する円弧形状となっており、その各爪部１２３（基端部１２１外周の一部も含む）をそれぞれスライド溝１１６に嵌め込むことが可能である。そして、内周ソケット１２の各爪部１２３をそれぞれ外周ソケット１１のスライド溝１１６に嵌め込むことにより、内周ソケット１２が外周ソケット１１と一体回転可能となる。さらに、内周ソケット１２は、外周ソケット１１の円筒穴１１４において、当該外周ソケット１１に対して軸方向に移動可能である。このような内周ソケット１２の基端部１２１と外周ソケット１１の基端部１１１との間であって、外周ソケット１１の円筒穴１１４内に圧縮コイルばね１４が配置されている。圧縮コイルばね１４の後側端部は基端部１１１に係止されており、前側端部は内周ソケット１２に係止されている。

３つの爪部１２３・・１２３の内側面はそれぞれ平らな接触面１２４となっている。これら３つの接触面１２４・・１２４は内周ソケット１２の中心軸に対して１２０°回転対称となる位置に配置されている。各接触面１２４は、それぞれ内周ソケット１２の中心軸を通る直線と直交する面である。３つの接触面１２４・・１２４は、小径のボルト３００の正六角形の頭部３０１の６面のうち、１２０°回転対称の位置にある３面に対応する位置関係で配置されている。また、３つの接触面１２４・・１２４の軸方向長さ（各爪部１２３の先端から基端部１２１に向けて延びる長さ）は、小径の六角ボルト３００におけるフランジ３０３の上面から頭部３０１の頂面までの高さよりも所定量だけ長い。これにより、内周ソケット１２の３つの接触面１２４・・１２４が形成されている部分に、小径の六角ボルト３００の頭部３０１が嵌合することが可能である。そして、内周ソケット１２の各爪部１２３をそれぞれ外周ソケット１１のスライド溝１１６に嵌め込んだ状態で、この内周ソケット１２の３つの接触面１２４・・１２４は、外周ソケット１１の３つの接触面１１５・・１１５に対して円筒部１１２の周方向において６０°位相ずれた位置に配置される。

外周ソケット１１の円筒穴１１４には円筒形状の保持部材１３が配置されている。保持部材１３の前側には凹部１３ａが形成されており、この凹部１３ａ内にマグネット１３１が取り付けられている。保持部材１３の後端は外周ソケット１１の基端部１１１にねじ止めによって固定されている。

一方、ツールシャフト１５の一端部（ボルト自動締付装置１の先端側の端部）には、断面正方形のスライド穴１５ａが設けられている。スライド穴１５ａの中心軸とツールシャフト１５の中心軸とは一致している。スライド穴１５ａには外周ソケット１１のソケットシャフト１１３がスライド可能に嵌合されている。スライド穴１５ａの後方側には円筒穴１５ｂが連続して形成されている。円筒穴１５ｂの内径はソケットシャフト１１３の外径（対角距離）よりも大きい。円筒穴１５ｂにはスライド部材１５１がスライド可能に収容されている。また、円筒穴１５ｂには、スライド部材１５１の後側に圧縮コイルばね１６が配置されている。スライド部材１５１はソケットシャフト１１３にねじ止めによって連結されている。このような構造により、ソケットシャフト１１３がツールシャフト１５と一体回転可能であり、また、ソケットシャフト１１３がツールシャフト１５に対して軸方向に移動可能である。ツールシャフト１５の他端部（ソケットシャフト１１３とは反対側の端部）には、断面形状が正方形の連結シャフト１５２が一体形成されている。

−その他の構成−
ツール支持部材２０は、締付ツール１０の外周ソケット１１をスライド自在に支持する部材である。

ツール支持部材２０には、図７に示すように、一対のボルト位置決め部材２１，２１が設けられている。各ボルト位置決め部材２１は、筒形状を２分割した半部材である。各ボルト位置決め部材２１は、それぞれ支持ピン２２を介してツール支持部材２０に揺動可能に支持されており、これらボルト位置決め部材２１，２１を合わせた状態（図７（Ａ）に示す閉じ状態）で、先端部に各六角ボルト２００，３００の軸部２０２，３０２の挿通用の貫通穴２１ａが形成される。また、この閉じ状態で、一対のボルト位置決め部材２１，２１の内周に、各六角ボルト２００，３００の円形のフランジ２０３，３０３を位置決めするためのテーパ面２１ｂが形成される。一方、ボルト位置決め部材２１，２１を開いた状態（図７（Ｂ）に示す開き状態）で、大径の六角ボルト２００が通過可能な開口が形成されるようになっている。

なお、一対のボルト位置決め部材２１，２１は、後述するボルト供給時、嵌合動作時および締付ツール１０の移動時等においては閉じられており、六角ボルト２００，３００を被締結部（図示せず）に締め付ける直前に開くように構成されている。

図２に示すように、回転シャフト３０および回転駆動シャフト４０は締付ツール１０の後側に配置されている。回転シャフト３０は、円筒形状の部材であって、前側端部に前側連結穴３０ａが設けられている。前側連結穴３０ａの断面形状は、ツールシャフト１５の連結シャフト１５２の断面形状に対応する正方形である。この前側連結穴３０ａにツールシャフト１５の連結シャフト１５２が嵌合されており、ツールシャフト１５が回転シャフト３０に連結されている。これにより、ツールシャフト１５が回転シャフト３０と一体回転可能であるとともに、回転シャフト３０の軸方向の移動（前後方向への移動）に伴ってツールシャフト１５が軸方向に移動する。回転シャフト３０の後側端部には後側連結穴３０ｂが設けられている。後側連結穴３０ｂは断面形状が正方形の穴である。

回転駆動シャフト４０は、基端部４１と、この基端部４１から前側に延びるシャフト本体４２とが一体形成されている。基端部４１は回転機構５０に連結されており、回転機構５０の駆動により回転駆動シャフト４０が、その中心軸を中心と回転する。この回転機構５０による回転駆動シャフト４０の回転は、正回転と逆回転との両方が可能である。

シャフト本体４２は、断面形状が正方形のシャフトであって、回転シャフト３０の後側連結穴３０ｂに摺動可能に嵌め込まれている。これにより、回転シャフト３０が回転駆動シャフト４０と一体回転可能であり、また、回転シャフト３０は回転駆動シャフト４０に対して軸方向に移動可能である。シャフト本体４２の軸方向長さは、回転シャフト３０のストローク（締付ツール１０のストローク（図２参照））よりも長い。なお、回転シャフト３０の前側連結穴３０ａと後側連結穴３０ｂとの間の円筒空間３０ｃの内径は、シャフト本体４２の外径（対角距離）よりも大きい。

そして、回転シャフト３０はシャフト支持部材３１に回転可能に支持されている。シャフト支持部材３１はスライド機構６０に連結されており、このスライド機構６０の駆動によって、回転シャフト３０および締付ツール１０が軸方向に沿って移動され、これにより締付ツール１０がストローク（図２参照）の最後端位置と最先端位置との間において移動される。以下、締付ツール１０の前側への移動を前進移動といい、後側への移動を後退移動ともいう。

ボルト供給装置７０は、大径の六角ボルト２００と小径の六角ボルト３００とを選択的に供給することが可能な装置である。ボルト供給装置７０はツール支持部材２０に取り付けられている。ボルト供給装置７０には、ツール支持部材２０の円筒穴２０ａに連通するボルト供給通路７０ａが設けられている。そして、ボルト供給装置７０は、締付ツール１０が最後端位置にある状態のときに、大径の六角ボルト２００または小径の六角ボルト３００のいずれか一方を、その各軸部２０２，３０２を前側として圧送して、ボルト供給通路７０ａを通じてツール支持部材２０の円筒穴２０ａ内に供給する。この供給されたボルト２００，３００は一対のボルト位置決め部材２１の近傍に配置される。

以上の回転機構５０およびスライド機構６０がベース８０に取り付けられている。また、ツール支持部材２０は支持台９０を介してベース８０に取り付けられている。そして、ベース８０が６軸多関節ロボット（図示せず）のアームの先端に取り付けられる。

−締付手順−
次に、大径の六角ボルト２００と小径の六角ボルト３００のそれぞれの締付手順について説明する。

［大径の六角ボルト］
まず、大径の六角ボルト２００の締付手順について説明する。

（Ｓ１１）
一対のボルト位置決め部材２１，２１を閉じた状態としておく。また、締付ツール１０をストロークの最後端位置に配置しておく。この状態で、ボルト供給装置７０により、六角ボルト２００を、ボルト供給通路７０ａを通じてツール支持部材２０の円筒穴２０ａ内に供給する。

（Ｓ１２）
スライド機構６０の駆動により、締付ツール１０を前進させて外周ソケット１１の先端を六角ボルト２００の頭部２０１に接触させる。このとき、外周ソケット１１の先端によって六角ボルト２００が前側に押され、この六角ボルト２００のフランジ２０３の外周部が一対のボルト位置決め部材２１，２１のテーパ面２１ｂに当たった状態で、六角ボルト２００の中心軸が締付ツール１０の中心軸に位置決めされるとともに、六角ボルト２００の軸方向の位置が規定される。また、外周ソケット１１の先端が六角ボルト２００の頭部２０１に接触している状態で、外周ソケット１１がツールシャフト１５に近づく側に移動しており、ツールシャフト１５の圧縮コイルばね１６が撓んだ状態となっている。この圧縮コイルばね１６の弾性力によって六角ボルト２００が前側に押圧（テーパ面２１ｂに押圧）された状態となっている。

（Ｓ１３）
六角ボルト２００の頭部２０１に外周ソケット１１の先端を接触させた状態で、回転機構５０を駆動して締付ツール１０を回転させて外周ソケット１１を回転させる（例えば、外周ソケット１１の正回転と逆回転とを交互に行う）。この外周ソケット１１の回転により、外周ソケット１１の３つの接触面１１５・・１１５と六角ボルト２００の頭部２０１の六角面のうちの３面との位相が合うと、六角ボルト２００によって内周ソケット１２が押されて後退移動するとともに、外周ソケット１１が前進移動して六角ボルト２００の頭部２０１が外周ソケット１１に嵌合する（図８参照）。この嵌合状態で、外周ソケット１１の各接触面１１５が六角ボルト２００の頭部２０１の外面２０１ａに接触可能となる（図９参照）。さらに、六角ボルト２００の頭部２０１に保持部材１３の先端が接触し、保持部材１３のマグネット１３１に六角ボルト２００が吸着される。

（Ｓ１４）
締付ツール１０の先端部を被締結物（図示せず）の締結箇所に配置した状態で、一対のボルト位置決め部材２１，２１を開き、回転機構５０により締付ツール１０を正回転させるとともに、スライド機構６０により締付ツール１０を前進移動させて被締結物の締め付けを行う。

［小径の六角ボルト］
（Ｓ２１）〜（Ｓ２２）
上記（Ｓ１１）〜（Ｓ１２）と同様にして、小径の六角ボルト３００をツール支持部材２０の円筒穴２０ａ内に供給し、六角ボルト３００の頭部３０１に締付ツール１０の内周ソケット１２の各爪部１２３の先端を接触させるとともに、六角ボルト３００のフランジ３０３の外周部を一対のボルト位置決め部材２１，２１のテーパ面２１ｂに当てて六角ボルト３００の軸方向の位置を規定する。この状態つまり内周ソケット１２の各爪部１２３の先端が六角ボルト３００の頭部３０１に接触している状態で、内周ソケット１２が外周ソケット１１の基端部１１１に近づく側に移動しており、圧縮コイルばね１４が撓んだ状態となっている。この圧縮コイルばね１４の弾性力によって六角ボルト３００が前側に押圧（テーパ面２１ｂに押圧）された状態となっている。なお、この場合も、外周ソケット１１がツールシャフト１５に近づく側に移動しており、ツールシャフト１５の圧縮コイルばね１６が撓んだ状態となる。

（Ｓ２３）
六角ボルト３００の頭部３０１に内周ソケット１２の先端を接触させた状態で、回転機構５０を駆動して締付ツール１０を回転させて内周ソケット１２を回転させる（例えば、内周ソケット１２の正回転と逆回転とを交互に行う）。この内周ソケット１２の回転により、内周ソケット１２の３つの接触面１２４・・１２４と六角ボルト３００の頭部３０１の六角面（３面）との位相が合うと、内周ソケット１２が前進して六角ボルト３００の頭部３０１が内周ソケット１２に嵌合する（図１０参照）。この嵌合状態で、内周ソケット１２の各接触面１２４が六角ボルト３００の頭部３０１の外面３０１ａに接触可能となる（図１１参照）。さらに、六角ボルト３００の頭部３０１に保持部材１３の先端が接触し、保持部材１３のマグネット１３１に六角ボルト３００が吸着される。

（Ｓ２４）
締付ツール１０の先端部を被締結物（図示せず）の締結箇所に配置した状態で、一対のボルト位置決め部材２１，２１を開き、回転機構５０により締付ツール１０を正回転させるとともに、スライド機構６０により締付ツール１０を前進させて被締結物の締め付けを行う。

−従来の問題点−
図２１に示すように、外周側のソケット５１１と、その外周側のソケット５１１に対して進退（前進移動・後退移動）が可能な内周側のソケット５１２とを有する締付ツール５１０を備え、大径の六角ボルト２００と小径の六角ボルト３００とを選択的に締め付けるボルト自動締付装置にあっては、締付不良が発生する場合がある。その理由について説明する。

なお、図２１に示す締付ツール５１０の外周側のソケット５１１および内周側のソケット５１２の各構造は、本実施形態の締付ツール１０の外周ソケット１１および内周ソケット１２を同様な構造である。

小径の六角ボルト３００を締め付ける場合、まずは、締付ツール５１０の先端側に小径の六角ボルト３００を供給し、その六角ボルト３００を固定位置に位置決めする。次に、締付ツール５１０を前進させて六角ボルト３００の頭部に内周側のソケット５１２の先端に接触させる。締付ツール５１０を回転させて内周側のソケット５１２を回転させる。この内周側のソケット５１２の回転により、内周側のソケット５１２の３つの接触面５１５・・５１５と六角ボルト３００の頭部３０１の六角面（３面）との位相が合うと、図２２（Ａ）に示すように、六角ボルト３００の頭部３０１が内周側のソケット５１２に嵌合する（適正な状態での嵌合）。この嵌合状態で六角ボルト３００の締付作業を行う。

ここで、図２１に示す締付ツール５１０では、外部から見た場合に内周側のソケット５１２の状態が確認できないので、内周側のソケット５１２に六角ボルト３００が適切に係合（嵌合）されているか否かを確認することができない。このため、例えば、図２２（Ｂ）に示すように、六角ボルト３００が傾いた状態となり、内周側のソケット５１２に未嵌合となった場合に、内周側のソケット５１２が後退移動して不適切な位置となっても、これを認識することができない。そして、このような状態（図２２（Ｂ）に示すような不適切な嵌合状態）で六角ボルト３００の締付動作が行われると、締付不良が発生する。

本発明では、そのような問題を解消するために、図２〜図１１に示すボルト自動締付装置１において、締付ツール１０の内周ソケット１２の位置を把握できるようにする。その具体的な実施例について以下に説明する
−実施例（１）−
この例では、図１２および図１３に示すように、内周ソケット１２の各爪部１２３の軸方向の先端（前側の端部）を、外周ソケット１１の先端（前側の端部）に対し前側に所定寸法（例えば数ｍｍ程度）だけ突出させており、その内周ソケット１２の外周ソケット１１の先端から突出している突出部を検出するビームセンサ１００を配置している。

ビームセンサ１００は、例えばツール支持部材２０に支持されている。ビームセンサ１００は、例えば、発光素子および受光素子を備えた反射型の光電センサである。ビームセンサ１００の出力信号は、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合状態を判定する情報として判定処理部１０１に入力される。

判定処理部１０１は、ビームセンサ１００の出力信号から得られる受光強度（以下、ビームセンサ１００の受光強度ともいう）に基づいて内周ソケット１２の突出の有無を判定する。なお、判定処理部１０１は、例えばボルト自動締付装置１の制御装置（図示せず）内に組み込まれている。

そして、この例において、内周ソケット１２に六角ボルト３００を嵌合する場合、その嵌合動作時において、上記したように、締付ツール１０を前進させて六角ボルト３００の頭部３０１に内周ソケット１２の先端を接触させる。この接触状態のときには内周ソケット１２の各爪部１２３の先端は、外周ソケット１１の先端に対して後退した位置になる（図１４参照）。この状態では、ビームセンサ１００の光軸上に内周ソケット１２の爪部１２３が存在しないので、ビームセンサ１００の受光強度は低い。

次に、内周ソケット１２を回転させる。この内周ソケット１２の回転により、内周ソケット１２の３つの接触面１２４・・１２４と六角ボルト３００の頭部３０１の六角面（３面）との位相が合うと、六角ボルト３００の頭部３０１が内周ソケット１２に嵌合する。六角ボルト３００が内周ソケット１２に嵌合すると、内周ソケット１２が前進して、その各爪部１２３の先端が外周ソケット１１の先端よりも前方に突出する（図１２の示す状態となる）。

このように、六角ボルト３００が内周ソケット１２に正常に嵌合した場合、内周ソケット１２の各爪部１２３の先端が外周ソケット１１の先端よりも前方に突出するので、ビームセンサ１００の受光強度が高くなる。この受光強度から内周ソケット１２の各爪部１２３が突出しており、内周ソケット１２が正しい位置にあると判定することができる。つまり六角ボルト３００の嵌合状態が正常であると判定することができる。そして、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合状態が正常である場合は、上記したように、締付ツール１０（内周ソケット１２）を正回転させて被締結物（図示せず）の締め付けを行う。

これに対し、六角ボルト３００が未嵌合の状態（例えば図２２（Ｂ）参照）である場合には、嵌合動作中において、内周ソケット１２の各爪部１２３の先端は、外周ソケット１１の先端に対して後側の位置（各爪部１２３が外周ソケット１１内に没する位置）に後退したままの状態となるので、ビームセンサ１００の受光強度は低い。これにより、内周ソケット１２が突出していないと判定（内周ソケット１２が正しい位置にないと判定）することができる。つまり、内周ソケット１２に六角ボルト３００が未嵌合であると判定することができる。そして、未嵌合である場合、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合動作を、正常嵌合となるまで繰り返して行い、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合状態が正常になった場合に、上記したように、締付ツール１０（内周ソケット１２）を正回転させて被締結物（図示せず）の締め付けを行う。

なお、以上のビームセンサ１００の受光強度に基づく嵌合状態の判定処理は判定処理部１０１において実行される。判定処理の方法としては、例えば、内周ソケット１２に六角ボルト３００が未嵌合であるとき（爪部１２３が外周ソケット１１の先端から突出していないとき）のビームセンサ１００の受光強度にマージンを加えた値を判定閾値として、嵌合動作中において、ビームセンサ１００の受光強度が判定閾値以上になると、六角ボルト３００の嵌合状態が正常であると判定する方法を挙げることができる。

ここで、図１５に示すように、ビームセンサ１００の光軸は、内周ソケット１２の中心軸に対して所定量だけシフトした位置に配置されている。その理由は、ビームセンサ１００の光軸が内周ソケット１２の中心軸付近にあると、六角ボルト３００の頭部３０１や軸部３０２にてビームセンサ１００のビームが反射されてしまい、内周ソケット１２の突出の有無を誤判定する可能性がある。このような点を考慮して、この例では、図１５に示すように、ビームセンサ１００のビームが六角ボルト３００の頭部３０１や軸部３０２と干渉しないように、ビームセンサ１００の光軸を、内周ソケット１２の中心軸ＣＬに対してシフトした位置に配置している。なお、一対のボルト位置決め部材２１，２１の少なくとも一方には、ビームセンサ１００のビームの通過用の貫通穴（図示せず）が設けられている。

以上のように、この実施例によれば、外周ソケット１１に対する内周ソケット１２の軸方向の位置を検出するビームセンサ１００を設けているので、ビームセンサ１００の出力信号（センサ出力）から内周ソケット１２の位置を検出することが可能になる。そして、そのビームセンサ１００の出力信号に基づいて、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合の良否を判定することができる。

−実施例（２）−
この例では、図１６〜図１８に示すように、内周ソケット１２の爪部１２３の先端（前側の端部）が外周ソケット１１の先端（前側の端部）から突出していない構造（内周ソケット１２の爪部１２３の先端の軸方向の位置が外周ソケット１１の先端と同じ位置である構造）において、外周ソケット１１に対する内周ソケット１２の軸方向の位置を検出する場合について説明する。

図１６〜図１８に示すように、外周ソケット１１の円筒部１１２には、ビーム通過用の３つの貫通穴１１２ａ・・１１２ａが設けられている。円筒部１１２の中心軸に対して１２０°回転対称となる位置に、かつ内周ソケット１２の各爪部１２３に対応する位置に配置されている。各貫通穴１１２ａは円筒部１１２の軸方向に延びる長丸穴であって、その軸方向における先端（前側の端部）は、外周ソケット１１の先端から後側に内周ソケット１２の軸方向長さに相当する距離だけ後退した位置にある。

そして、外周ソケット１１の円筒部１１２の側方には、ビームセンサ１００が配置されており、このビームセンサ１００から出射されたビームは貫通穴１１２ａ・・１１２ａを通過して外周ソケット１１の内部に入射するようになっている。ビームセンサ１００は、上記［実施例（１）］で用いたセンサと同じものである。なお、ツール支持部材２０には、上記外周ソケット１１の３つの貫通穴１１２ａ・・１１２ａに対応する位置に、ビームセンサ１００のビーム通過用の貫通穴（図示せず）が設けられている。また、ビームセンサ１００は、例えばツール支持部材２０に支持されている。

ビームセンサ１００の出力信号は、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合状態を判定する情報として判定処理部１０２に入力される。判定処理部１０２は、ビームセンサ１００の出力信号から得られる受光強度（以下、ビームセンサ１００の受光強度ともいう）に基づいて内周ソケット１２が正しい位置にあるのか否かを判定する。なお、判定処理部１０２は、例えばボルト自動締付装置１の制御装置（図示せず）内に組み込まれている。

この例において、内周ソケット１２に六角ボルト３００を嵌合する場合、その嵌合動作時において、上記したように、締付ツール１０を前進させて六角ボルト３００の頭部２０１に内周ソケット１２の各爪部１２３の先端を接触させる。この接触状態のときには内周ソケット１２は、外周ソケット１１の先端に対して後退した位置になる（図１９参照）。この状態では、外周ソケット１１の各貫通穴１１２ａを通じて内周ソケット１２が外部に露出している。

次に、内周ソケット１２を回転させる。この内周ソケット１２の回転により、ビームセンサ１００からのビームは、外周ソケット１１の円筒部１１２の外周面にて反射される場合と、各貫通穴１１２ａを通過して内周ソケット１２の外周面にて反射される場合とがある。このため、図２０に示すように、ビームセンサ１００の受光強度の低下が周期的にあらわれる。つまり、各貫通穴１１２ａを通過している間においてビームセンサ１００の受光強度が低下する（受光強度Ｉａ）。

そして、内周ソケット１２の回転（例えば１回転）により、内周ソケット１２の３つの接触面１２４・・１２４と六角ボルト３００の頭部３０１の六角面（３面）との位相が合うと、六角ボルト３００の頭部３０１が内周ソケット１２に嵌合する。六角ボルト３００が内周ソケット１２に嵌合すると、内周ソケット１２が前進して、内周ソケット１２が外周ソケット１１の貫通穴１１２ａの前側に位置する。このように、六角ボルト３００が内周ソケット１２に嵌合した場合、ビームセンサ１００からのビームは、外周ソケット１１の円筒部１１２の外周面にて反射される場合と、各貫通穴１１２ａを通過して保持部材１３の外周面にて反射される場合とがある。このため、図２０に示すように、ビームセンサ１００の受光強度の低下が周期的にあらわれる。この場合、保持部材１３の外周面が内周ソケット１２の外周面よりも径方向においてビームセンサ１００に遠い側にあるので、低下する受光強度Ｉｂは、上記受光強度Ｉａよりも低くなる（Ｉｂ＜Ｉａ）。このように、六角ボルト３００が内周ソケット１２に正常に嵌合した場合、その係合前後において低下する受光強度に差ΔＩ（Ｉａ−Ｉｂ）が生じる。

これに対し、六角ボルト３００が未嵌合の状態（例えば図２２（Ｂ）参照）である場合には、嵌合動作中において、内周ソケット１２は、外周ソケット１１の先端に対して後退したままの状態であり、外周ソケット１１の貫通穴１１２ａに内周ソケット１２が存在している。このため、周期的に低下する受光強度はＩａのままであり、六角ボルト３００が正常に嵌合した場合のような大きな受光強度差が生じない。

以上のことから、嵌合動作中において周期的に低下する受光強度に差ΔＩが生じた場合は、内周ソケット１２が正しい位置にあり、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合が正常であると判定することができる。そして、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合状態が正常である場合は、上記したように、締付ツール１０（内周ソケット１２）を正回転させて被締結物（図示せず）の締め付けを行う。

一方、嵌合動作中において周期的に低下する受光強度がほとんど変化しない場合は、内周ソケット１２が正しい位置にないので、内周ソケット１２に六角ボルト３００が未嵌合であると判定することができる。そして、未嵌合である場合、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合動作を、正常嵌合となるまで繰り返して行い、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合状態が正常になった場合に、上記したように、締付ツール１０（内周ソケット１２）を正回転させて被締結物の締め付けを行う。

ここで、以上の受光強度の差ΔＩ（Ｉｂ−Ｉａ）の計算および判定処理は判定処理部１０２において実行される。判定処理の方法としては、例えば、上記受光強度の差ΔＩを予め実験またはシミュレーションによって取得しておき、その差ΔＩにマージンを考慮した値（ΔＩ−α）を判定閾値として、嵌合動作中において周期的に低下する受光強度の変動幅が判定閾値以上になると、六角ボルト３００の嵌合状態が正常であると判定する方法を挙げることができる。

以上のように、この実施例においても、外周ソケット１１に対する内周ソケット１２の軸方向の位置を検出するビームセンサ１００を設けているので、ビームセンサ１００の出力信号（センサ出力）から内周ソケット１２の位置を検出することが可能になる。そして、そのビームセンサ１００の出力信号に基づいて、内周ソケット１２への六角ボルト３００の嵌合の良否を判定することができる。

なお、本実施形態において、大径の六角ボルト２００の嵌合動作時に、ツール支持部材２０に対する外周ソケット１１の軸方向の位置を検出するセンサを設けておいてもよい。このようなセンサを設けておくと、そのセンサ出力を、外周ソケット１１への大径の六角ボルト２００の嵌合状態を判定する等の情報として用いることができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、以上の実施形態では、１つの内周側のソケット（内周ソケット）を備えている場合の例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、外周側のソケットに対しそれぞれ軸方向への移動が可能であり、異径のボルトに対応する２つ以上の内周側のソケットを備えたボルト自動締付装置にも適用できる。

以上の実施形態では、内周側のソケットの軸方向の位置を検出するソケット位置検出センサとしてビームセンサを用いているが、本発明はこれに限られることなく、例えば、超音波や赤外線等を用いた他の非接触式のセンサ、カンチレバー等を用いた接触式のセンサ、あるいは画像センサなどの他の検出方式のセンサを用いてもよい。

本発明は、異径のボルトに対応する複数のソケットを有するボルト自動締付装置に利用することができる。

１ ボルト自動締付装置
１０ 締付ツール
１１ 外周ソケット
１１１ 基端部
１１２ 円筒部
１１２ａ 貫通穴
１１３ ソケットシャフト
１１５ 接触面
１１６ スライド溝
１２ 内周ソケット
１２１ 基端部
１２２ 貫通穴
１２３ 爪部
１２４ 接触面
１３ 保持部材
１４ 圧縮コイルばね
１５ ツールシャフト
１６ 圧縮コイルばね
２０ ツール支持部材
２０ａ 円筒穴
２１，２１ 一対のボルト位置決め部材
２１ｂ テーパ面
１００ ビームセンサ
１０１，１０２ 判定処理部
２００ 大径の六角ボルト
２０１ 頭部
２０３ フランジ
３００ 小径の六角ボルト
３０１ 頭部
３０３ フランジ

Claims (1)

1. 異径のボルトに対応する複数のソケットを有するボルト自動締付装置であって、
   大径のボルトが嵌合可能な外周側のソケットと、
   前記大径のボルトよりも径が小さい小径のボルトが嵌合可能であり、前記外周側のソケットに対し軸方向に移動可能な少なくとも１つの内周側のソケットと、
   前記外周側のソケットに対する前記内周側のソケットの軸方向の位置を検出するソケット位置検出センサと、を備え、
   前記ソケット位置検出センサのセンサ出力を、前記内周側のソケットへのボルトの嵌合状態を判定する情報として供するように構成されていることを特徴とするボルト自動締付装置。

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