JP2019155565A - ねじ締めシステム、ねじ締め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじの姿勢を適切に矯正することができるとともに、現状の設備を大きく変えることなくねじ締め作業をロボットで代行することができるねじ締めシステム、ねじ絞め方法を提供する。【解決手段】ねじ締めシステム１では、ロボット３は、供給装置２から取得したねじ７を、すり鉢状に形成された案内壁部４ａと、その下端の中央に設けられてねじの軸部７ｂを挿抜可能ないる軸挿入部４ｂとを有する矯正治具４を用い、吸着ピース８をねじ７の頭部７ａが案内壁部４ａと周方向に渡って当接するまで下降させてねじ７の傾きと、吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）からのずれとを矯正した後、ワーク９にねじ締めする。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットを用いてねじ締めするねじ締めシステム、ねじ締め方法に関する。

ワークにねじをねじ締めするねじ締め作業では、作業の効率化を図るためにねじを供給する供給装置が利用されている。このとき、単一種類のねじを大量にねじ締めする場合にはビットの先端に直接的にねじを供給する圧送式のものが採用される一方、いわゆる少量多品種生産や複数種類のねじをねじ締めする場合には、ねじを把持したり吸着したりするものが採用されている。

また、少量多品種生産や複数種類のねじをねじ締めする場合には、作業者が手動で作業することも多いものの、作業者の代わりにロボットを設置してねじ締め作業することもある。そして、ロボットでねじ締めする場合には、頭部の側面を把持する把持部材や、例えば特許文献１に記載されているように吸着によってねじを取得する吸着部材を用いることがある。

特開２０１６−１６１８６０号公報

ところで、ワークにねじを設ける場合には、ワークの表面にねじが突出しないように、ねじ全体をワークの内部に位置させた状態でねじ締めすることがある。その場合、意匠性等の観点から、ワークの表面に形成される貫通孔つまりはねじを挿入するための開口をねじの頭部の直径をやや上回る程度のできるだけ小さいものにするように求められることがある。その場合、把持部材を用いる構成では、ねじ締めのためにはどうしても開口を把持部材が挿入できる大きさにする必要があることから、吸着部材を用いることになる。それによって、ワークの表面に形成される貫通孔の大きさを小さくすることができると考えられる。

しかしながら、ねじの頭部の直径よりも小さい吸着部材を用いる場合には、ねじの頭部よりも大きい吸着部材や把持部材を用いる際には発生しなかった新たな問題が発生する。具体的には、ねじの頭部の直径よりも小さい吸着ピースを用いる場合、吸着部材がねじの頭部の一部しか吸着できないため、供給装置に載置されているねじの位置や姿勢によっては吸着後にねじが傾いてしまったり、ねじの中心と吸着部材の中心とがずれてしまったりするという問題が発生する。

そして、上記したようにワークの表面に形成する貫通孔を小さくしている場合には、少しの傾きや中心のずれによってもねじ先がワークの表面や貫通孔の側面あるいは底面に接触することになる、ワークを傷つけたり、ねじ穴に正しく位置決めできずにねじ締めが行えなくなるおそれがある。また、ねじの頭部の直径よりも小さい吸着部材を用いる場合には、供給装置からワークまで移送する際にロボットが急速に姿勢を変化させたりすると、ねじが落ちてしまうことが懸念される。

さらに、この問題は、今まで作業者が行っていた作業をロボットにより代行する場合により大きなものとなる。すなわち、作業者がねじ締め作業をする場合には、ねじの傾きや中心のずれを目で見て判断することができ、また、手首を傾ける等によってねじの向きを調整することができることから、吸着した際にねじが多少傾いたり中心がずれたりしていたとしても、適切にねじをねじ締めすることができると考えられる。

その一方で、ロボットでねじ締め作業をする場合には、ねじの傾きや中心のずれを把握するために例えばカメラやセンサ等の検出手段を設けたり、傾いたり中心がずれたりしているねじを正確に貫通孔に向けるようにロボットの姿勢を変化させたりすることが必要になる。その場合、検出手段を設置するためのスペースやロボットの姿勢を変化させるためのスペース等、作業者が締め付け作業をする場合には不要であったスペースを新たに確保する必要があり、現状の設備を大きく変えずにロボットで代行することが困難になる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ねじの姿勢を適切に矯正することができるとともに、現状の設備を大きく変えることなくねじ締め作業をロボットで代行することができるねじ締めシステム、ねじ絞め方法を提供することにある。

請求項１記載のねじ締めシステムは、ねじを供給する供給装置と、供給装置から取得したねじの傾きおよび姿勢を矯正する矯正治具と、姿勢を矯正したねじをワークにねじ締めするロボットとを備える。

この矯正治具は、上端が開口し、下方になるほどその直径が小さくなるすり鉢状に形成され、上方から下降したねじのねじ先が接触した際に当該ねじ先を中央に向かって案内する案内壁部と、案内壁部の下端の中央に設けられ、ねじの頭部の直径よりも小さく且つねじの軸部の長さよりも長く形成されて当該軸部を挿抜可能な軸挿入部とを有している。つまり、矯正治具では、ねじの軸部を軸挿入部に挿入した状態において、ねじの頭部が案内壁部と周方向に渡って当接可能に形成されている。

また、ロボットは、供給装置から供給されるねじを吸着するものであって外径がねじの頭部の直径よりも小さく形成されている吸着ピースを有し、吸着ピースによりねじを吸着し、吸着ピースの中心軸と軸挿入部の中心軸とを一致させた状態で、当該位置から吸着ピースをねじの頭部が周方向に渡って案内壁部に当接するまで吸着ピースを下降させ、矯正治具からねじを引き出してワークにねじ締めする。

軸挿入部は、ねじの軸部が挿入される部位であることから、その直径は、当然ながら軸部の直径よりも若干大きく形成されている。そのため、ねじの軸部と軸挿入部の壁部との間には、所定のクリアランスが存在している。そのため、ねじの軸部が軸挿入部に挿入されていたとしても、ねじが鉛直方向を向いていても中心軸が最大でクリアランス分だけずれている可能性があるとともに、ねじの頭部が軸挿入部の中央に位置していたとしてもねじ先が最大でクリアランス分だけ傾いた位置になっている可能性がある。

つまり、ねじの軸部を軸挿入部に挿入するだけでは、必ずしもねじが正しい状態、つまりは、ねじが鉛直方向を向いた状態であってねじの中心軸が吸着ピースの中心軸と一致した状態になっていない可能性がある。

そこで、矯正治具は、軸挿入部がねじの頭部の直径よりも小さく、且つ、ねじの軸部の長さよりも長く形成されている。この場合、軸部を軸挿入部に挿入していくと、ねじの頭部は、頭部の直径とすり鉢状の部位の直径とが等しくなる位置において、案内壁部と周方向に渡って当接しながら保持される。

このとき、ねじの頭部は、案内壁部と周方向に渡って均等に当接することから、その姿勢が水平に保持される。そして、ねじの頭部が水平に保持される状態では、ねじの軸部は鉛直方向を向いた状態になる。また、ねじの頭部が均等に案内壁部に当接していれば、その中心位置つまりはねじの中心軸は、軸挿入部の中心軸と一致することになる。

これにより、ねじを傾きが無い状態つまりはワーク側のねじ穴に正対する状態にすることが可能になるとともに、ねじの中心軸と吸着ピースの中心軸つまりはねじ穴の中心軸とを一致させることが可能になる。すなわち、ねじの姿勢を、ワークに適切にねじ締めできる状態に矯正することができる。また、矯正治具に頭部を押し当てた際には、ねじの中心軸と吸着ピースの中心軸とが一致した状態で吸着することになるため、ねじの頭部の中央部分で確実に吸着することが可能となり、引き上げ後にねじがぶれたり吸着できずに矯正治具内に落下してしまうことも抑制される。

そして、矯正治具は、ねじを挿入できる程度の大きさであればよいことから設置するためのスペースをそれほど必要とせず、例えば作業台の空いたスペース等に設置することができる。また、矯正治具によってねじを矯正する場合には吸着ピースを上下動するだけでよく、また、矯正治具によってねじの向きが鉛直方向に矯正されるため手先の姿勢を変えるためにロボットの姿勢を大きく変化させる必要もない。

そのため、今まで作業者が作業していたのと同程度のスペースがあればロボットを動作させることが可能になるとともに、ねじの姿勢を検出するための検出装置を設ける必要もない。したがって、ねじの姿勢を適切に矯正することができるとともに、現状の設備を大きく変えることなくねじ締め作業をロボットで代行することができる。

請求項２に記載した発明によれば、吸着ピースは、ねじを吸着する先端側の吸着部が、弾性変形が可能な弾性部材によって形成されている。吸着部を例えばゴムのような弾性部材により形成することにより、ねじの頭部が曲面状であっても密に接触させることができると考えられる。

ただし、吸着部を弾性部材で形成した場合には、ねじの中心軸と吸着ピースの中心軸とがずれている場合やねじが傾いた状態で供給装置から供給されると、吸着部とねじの頭部とが接触する位置が高さ方向で異なることが想定される。そして、ねじを吸着する時点では、ねじは供給装置によって物理的に支えられていることから、吸着部をねじに押し付けても、ねじが下方に移動することはない。

その一方で、吸着部は、弾性変形することから、相対的に低い位置でねじ接触する部位では弾性変形量が少なくなるのに対し、相対的に高い位置でねじに接触する部位では弾性変形量が多くなる。そして、ねじの取得後においては、ねじを物理的に支えるものが無くなるため、弾性変形した部位が元に戻ろうとしてねじを傾けてしまうことが想定される。

そのような場合であっても、上記した矯正治具を用いることにより、傾きと中心軸のずれとが矯正された状態で吸着部がねじの頭部に接触するため、吸着部の弾性変形量が周方向において等しくなり、ねじの取得後に傾いてしまうことを防止することができる。

請求項３に記載したねじ締め方法は、供給装置から供給されたねじを、ねじの頭部の直径よりも外径が小さい吸着ピースを用いて吸着して取得する吸着工程と、上端が開口し、下方になるほどその直径が小さくなるすり鉢状に形成され、上方から下降したねじのねじ先が接触した際に当該ねじ先を中央に向かって案内する案内壁部と、案内壁部の下端の中央に設けられ、ねじの頭部の直径よりも小さく且つねじの軸部の長さよりも長く形成されている軸挿入部とを有する矯正治具を用い、ねじの軸部を軸挿入部に挿入した状態でねじの頭部を案内壁部と周方向に渡って当接させることにより、ねじの傾きと中心軸のずれとを矯正する矯正工程と、矯正工程で傾きおよび位置が矯正されたねじを、ワークにねじ締めするねじ締め工程と、を含む。
これにより、上記したねじ締めシステムと同様に、現状の設備を大きく変えることなくねじ締め作業をロボットで代行することができる。

一実施形態によるねじ締めシステムの構成を模式的に示す図 供給装置のマガジンに載置されたねじを模式的に示す図 吸着ピースとねじとを模式的に示す図 ワークとワークにねじをねじ締めした状態とを模式的に示す図 矯正治具の構造を模式的に示す図 ねじを取得する際の状態を模式的に示す図 ねじをワークに取り付ける際の不具合の事例を模式的に示す図その１ 矯正治具によりねじの姿勢を矯正する態様を模式的に示す図その１ ねじをワークに取り付ける際の不具合の事例を模式的に示す図その２ 矯正治具によりねじの姿勢を矯正する態様を模式的に示す図その２ 矯正治具によりねじの姿勢を矯正する態様を模式的に示す図その３ ねじの姿勢を検査する態様を模式的に示す図

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態のねじ締めシステム１は、供給装置２、ロボット３、矯正治具４、および検査装置５を備えている。これら供給装置２、矯正治具４および検査装置５は、例えば作業台６の所定の位置に固定されており、その位置は、ロボット３の制御座標系の座標値としてロボット３を制御する図示しない制御装置に登録されている。

供給装置２は、ホッパー２ａに投入されたねじ７を２本のレール状部材で構成されたシュート２ｂに所定の向きに整列させ、マガジン２ｃまで移送することで、ロボット３にねじ７を供給する。供給装置２のマガジン２ｃは、図２に示すように、本実施形態では回転式のものを採用している。マガジン２ｃの外周面には４箇所に等間隔で、所定の幅（Ｗ１。図３参照）でＵ字状に形成された保持孔２ｄが設けられている。このマガジン２ｃは、例えば図示時計回りに回転することによってシュート２ｂから供給されたねじ７をエスケープ位置（Ｐ１）まで移送する。

そして、エスケーブ位置（Ｐ１）のねじ７がロボット３により取得されると、マガジン２ｃがさらに回転して待機位置（Ｐ２）にあったねじ７をエスケープ位置（Ｐ１）まで移送する。なお、供給装置２の構成は一例であり、ねじ７を所定のエスケープ位置（Ｐ１）にまで移送することができるものであれば、シュート２ｂの先端にエスケープ位置（Ｐ１）を設けたもの等、他の構成のものを採用することもできる。

ロボット３は、本実施形態では垂直多関節型のいわゆる６軸ロボットを採用している。このロボット３は、図１に示すように、複数のアーム３ａを有しており、アーム３ａの最先端側にねじ７を吸着するための吸着ピース８が取り付けられている。ただし、ロボット３は、垂直多関節型のものや直動型のものあるいは専用に設計されたもの等、他の構造のものを採用することができる。

吸着ピース８は、周知のものを採用できるので詳細な説明は省略するが、図２に示すように、筒状に形成されているパイプ部８ａと、そのパイプ部８ａの下端に設けられている吸着部８ｂを備えている。パイプ部８ａは、図示しないコンプレッサに接続されており、内部の空気を吸い出し可能になっているとともに、内部をビット８ｃ（図４参照）が上下動可能に構成されている。

吸着部８ｂは、ねじ７と直接的に接触する部位であり、本実施形態ではゴム等の弾性部材で形成されている。この吸着部８ｂは、ねじ７と接触した際に弾性変形して密着することにより空気の漏れを防いでねじ７を取得可能にしている。このとき、適切にねじ締めするためには、吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とねじ７の中心軸（Ｊ２）と一致している必要がある。

本実施形態では、ねじ７として、頭部７ａの上面の角部が丸みを帯びているとともにねじ先が概ね平坦であって外縁部がテーパ状に形成されているいわゆるなべ小ねじを想定している。また、本実施形態では、呼び径つまりは軸部７ｂの直径（Ｄ１）が２．０ｍｍ以下の比較的細いものであって、呼び長さつまりは軸部７ｂの長さ（Ｌ１）が概ね頭部７ａの直径の概ね５倍以上、例えば軸部７ｂの長さが１５ｍｍ程度のねじ７を想定している。

さて、吸着ピース８は、その直径（Ｄ３）がねじの頭部７ａの直径（Ｄ２）よりも小さく形成されている。そのため、ワーク９には、図４に示すように、その直径（Ｄ４）がねじ７の頭部７ａの直径（Ｄ２）よりも若干大きい程度に形成された貫通孔９ａが形成されている。この貫通孔９ａは、その深さ（Ｌ２）がねじ７の頭部７ａの高さ（Ｌ２）よりも深く形成されている。そのため、ねじ７を締め付けた状態では、ねじ７の頭部７ａがワーク９の内側に収まることになる。つまり、貫通孔９ａは、ワーク９の表面に形成される開口部分ができるだけ小さくなるように形成されている。なお、ワーク９内におけるねじ７の位置は一例である。

この貫通孔９ａは、主として意匠性の観点からその直径（Ｄ４）をできるだけ小さくしている。そのため、ねじ７の頭部７ａの側面と貫通孔９ａの内壁との間に形成されるクリアランス（Ｃ１）も小さい値になっている。本実施形態では、クリアランス（Ｃ１）は概ね０．１ｍｍ程度となるように貫通孔９ａの直径（Ｄ４）が設定されている。また、貫通孔９ａの底面にはねじ７の軸部７ｂの直径より僅かに大きい小貫通孔９ｂが形成されている。この小貫通孔９ｂは、ワーク９を取り付ける基材１０に形成されているねじ穴１０ａに対向する位置に設けられている。

矯正治具４は、図５に平面視およびＡ−Ａ線での垂直断面視として示すように、矯正治具４の表面に対して傾斜して設けられている案内壁部４ａと、案内壁部４ａの下端の中央に設けられている軸挿入部４ｂとを備えている。案内壁部４ａは、矯正治具４の上面の開口から下方に向かうほど直径（Ｄ５）が小さくなるように傾斜したすり鉢状に形成されており、後述するように、上方から下降したねじ７のねじ先を中央つまりは軸挿入部４ｂに向かって案内する。この案内壁部４ａは、矯正治具４の上面とのなす角（α）が、概ね４５度以上に形成されている。

軸挿入部４ｂは、その直径（Ｄ６）がねじ７の頭部７ａの直径（Ｄ３）よりも小さく、且つ、その深さ（Ｌ３）がねじ７の軸部７ｂの長さ（Ｌ１）よりも長い筒状に形成されている。また、軸挿入部４ｂは、ねじ７の軸部７ｂを、ねじ７を回転させることなくそのまま挿入および挿抜することができるように、その直径（Ｄ６）がねじの軸部７ｂの直径（Ｄ１）よりも若干大きく形成されている。このため、矯正治具４は、ねじ７の軸部７ｂを軸挿入部４ｂに挿入した状態において、ねじ７の頭部７ａが案内壁部４ａに当接可能になっている。また、軸挿入部４ｂは、当然のことながら軸部７ｂを挿入可能なように、その直径（Ｄ７）が軸部７ｂの直径（Ｄ１）よりも若干大きく形成されている。

本実施形態では、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と軸挿入部４ｂの中心軸（Ｊ３）とを一致させた状態でねじ７の軸部７ｂが挿入された際、軸部７ｂと軸挿入部４ｂとの間にトータルで５％程度のクリアランスを設けるために、ねじ７の直径（Ｄ１）が２．０ｍｍであるのに対して、軸挿入部４ｂの直径（Ｄ７）は２．１ｍｍに設定されている。

このため、矯正治具４そのものは、ねじ７を数本並べた程度の大きさであれば、案内壁部４ａと軸挿入部４ｂを形成することができる。なお、矯正治具４の外形や大きさ、案内壁部４ａや軸挿入部４ｂの大きさ等は一例であり、これに限定されるものではない。

また、作業台６には、検査装置５が所定位置に固定されている。この検査装置５は、本実施形態では投光器５ａから受光器５ｂに向けて例えばレーザ光を照射する光学式のものであり、詳細は後述するが、照射面（Ｙ）にねじ７を配置してその直径を計測することにより、ねじ７の傾きを検査する。

次に、上記した構成の作用について、本実施形態でのねじ締め方法とともに説明する。
前述のように、ねじ７の頭部７ａの直径よりも小さい吸着ピース８を用いる場合には、吸着ピース８はねじ７の頭部７ａの一部を吸着することから、供給装置２のマガジン２ｃに載置されているねじ７の姿勢や位置によっては、吸着後にねじ７が傾いてしまったり、ねじ７の中心と吸着ピース８の中心とがずれてしまったりするおそれがある。

これは、上記したようにマガジン２ｃに設けられている保持孔２ｄの幅に対してねじ７の軸部７ｂの直径が小さいためであるものの、保持孔２ｄの幅を小さくするとシュート２ｂから保持孔２ｄへのねじ７の移動が難しくなるため、簡単には保持孔２ｄの幅を小さくした構成とすることは困難である。

また、本実施形態の場合、ワーク９に形成する貫通孔９ａを小さくしているとともに、軸部７ｂが比較的長いねじ７を想定している。そのため、少しの傾きや中心のずれによっても、ねじ先でワーク９の表面を傷つけたり、ねじ穴１０ａからずれてねじ締めすることができなくなるおそれがある。

具体的には、図６に下降工程として示すように、供給装置２から供給されたねじ７が、中心軸（Ｊ２）が吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）からずれた状態でマガジン２ｃに載置されていたとする。この場合、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とは互いに平行にはなっているものの、換言すると、ねじ７が真下に向いているものの、中心軸の位置がずれている状態でねじ７が取得されてしまうことになる。

また、本実施形態のように吸着部８ｂを弾性部材で形成している場合には、図６に吸着工程として示すように、ねじ７の頭部７ａが丸みを帯びていることから、例えば相対的に低い位置で頭部７ａに接触することになる吸着部８ｂの図示左方側ではそれほど弾性変形が生じない一方、相対的に高い位置で頭部７ａに接触することになる図示右方側ではある程度の弾性変形が生じる可能性がある。

この吸着部８ｂの弾性変形は、ねじ７がマガジン２ｃによって下方側から物理的に支えられているために発生すると考えられる。そのため、図６に引き上げ工程として示すように、吸着したねじ７をマガジン２ｃから引き上げると、弾性変形した部位が元に戻ろうとして、物理的な支えが無くなったねじ７が、例えばねじ先の左端が頭部７ａの左端よりも図示左方側に達するような大きな傾きとなってしまうことも考えられる。

そして、中心軸の位置がずれている場合には、図７に衝突状態Ａとして示すように、ねじ先がワーク９の貫通孔９ａの底面に衝突したり、ねじ穴１０ａに上手くはまらずにねじ締めを行えなくなるおそれがある。また、ねじ７が傾いている場合には、図７に衝突状態Ｂとして示すように、傾きの度合いによってはワーク９の表面や貫通孔９ａの角あるいは壁面に衝突するおそれがある。つまり、傾いたり中心位置がずれた状態でねじ７を取得すると、ワーク９を傷つけたりねじ締めが行えなくなったりすることが考えられる。

そこで、本実施形態では、引き上げ工程を実行した後、つまりは、ねじ７を取得した後に、図８、図１０および図１１に示す各工程を含む矯正工程を実行する。この矯正工程は、以下に説明するように、ねじ７の傾きと中心軸のずれとを矯正する工程である。

矯正工程では、まず、図８に下降工程として示すように、ねじ７を吸着した吸着ピース８を、その中心軸（Ｊ１）と矯正治具４の軸挿入部４ｂの中心軸（Ｊ３）とを一致させた状態で下降させていく。このとき、ねじ７の傾きや軸挿入部４ｂの中心軸（Ｊ３）からずれが比較的大きい場合には、ねじ先が案内壁部４ａに接触することになる。なお、ねじ先が案内壁部４ａに接触しない程度の比較的小さい傾きやずれが生じている場合も想定されるが、それについては後述する。

さて、ねじ先が案内壁部４ａに接触した後も吸着ピース８を下降させていくと、ねじ７は、傾斜している案内壁部４ａに沿ってねじ先が軸挿入部４ｂ側に案内されることにより、その姿勢が矯正される。そして、ねじ先が軸挿入部４ｂの端に到達し、その状態でさらに吸着ピース８を下降させていくと、図８に挿入工程として示すように、ねじ７の軸部７ｂが軸挿入部４ｂに挿入される。そして、軸部７ｂが軸挿入部４ｂに挿入されると、ねじ７の傾きやずれは、最大で軸挿入部４ｂの中心軸（Ｊ３）と壁面までの範囲内に矯正される。

ただし、図８に例示したような状態の場合、ねじ先は、軸挿入部４ｂの壁部に沿って加工することになる。そのため、軸部７ｂを軸挿入部４ｂに挿入するだけでは、図９にずれ状態Ａとして示すように、ねじ７の中心軸（Ｊ２）が鉛直方向に矯正されたとしても、吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とずれたままになるおそれがある。また、ねじ７の軸部７ｂを軸挿入部４ｂに挿入するだけでは、ねじ７の中心軸（Ｊ２）が鉛直方向に矯正されないおそれもある。また、このような状態は、吸着部８ｂが弾性部材で形成されていない場合にも発生する。

また、軸部７ｂを軸挿入部４ｂに挿入するだけでは、図９にずれ状態Ｂとして示すように、図示右方側の領域（Ｘ）において吸着部８ｂが弾性変形することにより、見かけ上、ねじ７の中心軸（Ｊ２）が鉛直方向に矯正されたようになっていることが想定される。この場合、ねじ７を軸挿入部４ｂから引き上げると、弾性変形が元に戻ってしまい、ねじ７が傾いたままになってしまう。さらに、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と軸挿入部４ｂの中心軸（Ｊ３）つまりは吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とがずれたままの状態も解消されない。

そこで、本実施形態では、矯正工程において、図１０に示す押し当て工程を実施する。この押し当て工程は、ねじ７の頭部７ａが案内壁部４ａと当接するまで、より詳細に言えば、ねじ７の頭部７ａの下端が周方向において案内壁部４ａと均等に接触した状態となるまで吸着ピース８を下降させる工程である。

具体的には、図１０に押し当て工程Ａ１として示すように、ねじ先が案内壁部４ａによって案内された場合には、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とがずれていることから、吸着ピース８を下降させていくと、ねじ７の頭部７ａの例えば図示左端側（Ｒ１）がまず案内壁部４ａに当接する。なお、ここでは頭部７ａの図示左端側（Ｒ１）が先に当接する例を示しているが、ねじ７が他の方向に傾いていたり位置がずれていたりする場合には、他の部分が先に当接することになる。

この状態でさらに吸着ピース８を下降させると、ねじ７の頭部７ａは、案内壁部４ａによって中央側に向かって案内される。そして、吸着ピース８をさらに下降させると、図１０に押し当て工程Ａ２として示すように、ねじ７の頭部７ａの図示左端側（Ｒ１）と図示右端側（Ｒ２）の双方が案内壁部４ａに当接する。この状態は、頭部７ａの下端が、周方向に渡って、つまりは、周方向の全体において案内壁部４ａに当接した状態である。

そして、頭部７ａの下端が周方向の全体で案内壁部４ａに当接している場合には、ねじ７の頭部７ａは水平になる。つまり、ねじ７の中心軸（Ｊ２）が鉛直方向に向かうことになる。さらに、頭部７ａの下端が周方向の全体で案内壁部４ａに当接していれば、ねじ７の中心軸（Ｊ２）は、軸挿入部４ｂの中心軸（Ｊ３）つまりは吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）と一致することになる。

つまり、押し当て工程を実施することによって、ねじ７は、中心軸（Ｊ２）が鉛直方向に向かうように、且つ、中心軸（Ｊ２）が吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）と一致するようにその姿勢が矯正される。そのため、押し当て工程を実施した後にねじ７を引き上げれば、ねじ７は、ねじ穴１０ａに対して適切な位置および向きで吸着ピース８に吸着された状態になる。

また、このとき、吸着部８ｂは、吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）がねじ７の中心軸（Ｊ２）と一致した状態でねじ７の頭部７ａに吸着する。そのため、吸着部８ｂが弾性部材で形成されていたとしても、周方向において均等に弾性変形が生じることになり、ねじ７を引き上げた後に弾性変形分が元に戻った場合でもねじ７が傾いたり位置がずれたりすることはない。つまり、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とを一致させた状態で吸着することが可能になるため、ねじ７の頭部７ａの中央部分で吸着でき、引き上げ後にねじ７がぶれることを抑制することが可能になる。

このように、ねじ７の頭部７ａが周方向で全体的に案内壁部４ａに当接するまで吸着ピース８を下降させることにより、ねじ７の傾きを矯正することが可能になるだけでなく、吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とねじ７の中心軸（Ｊ２）とが一致するようにその位置を矯正することも可能になる。また、ねじ７の頭部７ａの中央部分で吸着することから、より吸着を密にすることができ、ねじ７が矯正治具４内に落ちてしまうことを防止できる。

ところで、上記したように、供給装置２から取得した際のねじ７の傾きや位置のずれが比較的小さい場合には、図１１に押し当て工程Ｂ１として示すように、ねじ先が案内壁部４ａに当接すること無く軸挿入部４ｂに挿入されることも考えられる。そのような場合であっても、図１１に押し当て工程Ｂ１として示すように、ねじ７の頭部７ａが周方向で全体的に案内壁部４ａに当接するまで吸着ピース８を下降させることにより、ねじ７の傾きおよび位置を矯正することが可能になる。

さて、矯正工程を実施することによりねじ７の傾きおよび位置を矯正することが可能になるものの、ロボット３でねじ締めをする際には、正しく矯正されているかを確認することも重要である。そのため、本実施形態では、矯正工程の後、ねじ７の傾きと位置とを検査する検査工程を実施する。

この検査工程では、図１１に示すように、検査装置５の投光器５ａから受光器５ｂに向かうレーザ光の照射面（ｙ）にねじ７の軸部７ｂが位置するようにロボット３の姿勢を制御する。本実施形態では、吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）がロボット３の制御座標系における例えばＸＹ平面の所定の座標（Ｘ１、Ｙ１）となるように制御している。

そして、受光器側でねじ７によって遮られた部分の検出長さ（Ｌ４）をねじ７の直径（Ｄ１）として計測する。そして、検出長さ（Ｌ４）が直径（Ｄ１）と一致するか否か、より詳細には、検出長さ（Ｌ４）が直径（Ｄ１）と所定の許容範囲内で一致するか否かに基づいて、ねじ７の傾きを検出する。なお、この許容範囲は、ゼロとすることもできるし、ねじ穴１０ａにねじ締めできる傾きの上限等を設定することができる。

また、本実施形態では、計測したねじ７の直径の中心を求めることにより、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）との位置ずれも検査する。その後、傾きや位置ずれについて異常が無ければ、ねじ７をワーク９にねじ締めするねじ締め工程を実施する（図４参照）。

なお、異常が有る場合には、矯正工程を再度実施したり、吸着しているねじ７を所定の廃棄場所に廃棄した後に吸着工程を再度実施したり、警報を鳴らして報知したりすればよい。また、ねじ７がたまたまレーザ光の照射方向に傾いている場合もあるため、例えば吸着ピース８を平面視で９０度回転させた後、再度検査することもできる。

以上説明したねじ締めシステム１およびねじ締め方法によれば、次のような効果を得ることができる。
ねじ締めシステム１は、ねじ７を供給する供給装置２と、供給装置２から取得したねじ７の傾きおよび姿勢を矯正する矯正治具４と、姿勢を矯正したねじ７をワーク９にねじ締めするロボット３とを備える。

矯正治具４は、上端が開口し、下方になるほどその直径が小さくなるすり鉢状に形成され、上方から下降したねじ７のねじ先が接触した際に当該ねじ先を中央に向かって案内する案内壁部４ａと、案内壁部４ａの下端の中央に設けられ、ねじ７の頭部７ａの直径よりも小さく且つねじ７の軸部７ｂの長さよりも長く形成されている軸挿入部４ｂとを有し、ねじ７の軸部７ｂが軸挿入部４ｂに挿入された状態でねじ７の頭部７ａが案内壁部４ａと周方向に渡って当接可能に形成されている。

ロボット３は、供給装置２から供給されるねじ７を吸着するものであって外径がねじ７の頭部７ａの直径よりも小さく形成されている吸着ピース８を有し、吸着ピース８によりねじ７を吸着し、吸着ピース８の中心軸と軸挿入部４ｂの中心軸とを一致させた状態で、当該位置から吸着ピース８をねじ７の頭部７ａが周方向に渡って案内壁部４ａに当接するまで吸着ピース８を下降させ、矯正治具４からねじ７を引き出してワーク９にねじ締めする。

これにより、上記したようにねじ７の軸部７ｂを軸挿入孔に挿入しただけでは解消できないおそれのあるねじ７の傾きおよび吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）からのずれを、ねじ７の頭部７ａを案内壁部４ａの周方向に渡って均等に当接可能とすることで矯正することが可能になる。すなわち、ねじ７を鉛直方向に向けることが可能になるとともに、ねじ７の中心軸（Ｊ２）を吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）に一致させることが可能になる。

そして、矯正治具４は、ねじ７の大きさよりも若干大きい外形を有していれば案内壁部４ａと軸挿入部４ｂを形成することができるため、設置に必要なスペースが過度に増加することもない。換言すると、今まで作業者が作業していたのと同程度のスペースがあればロボット３を動作させることが可能になる。

また、矯正治具４によってねじ７を矯正する場合には吸着ピース８を上下動するだけでよく、また、矯正治具４によってねじ７の向きが鉛直方向に矯正されるため手先の姿勢を制御する必要も無いため、ねじ７の姿勢を検出する検出装置等を設ける必要もない。また、ねじ７の中心軸（Ｊ２）と吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とを一致させた状態で吸着することが可能になるため、ねじ７の頭部７ａの中央部分で吸着でき、引き上げ後にねじ７がぶれることを抑制することが可能になる。したがって、ねじ７の姿勢を適切に矯正することができるとともに、現状の設備を大きく変えることなくねじ締め作業をロボット３で代行することができる。

また、ねじ締めシステム１では、吸着ピース８は、ねじ７を吸着する先端側の吸着部８ｂが、弾性変形が可能な弾性部材によって形成されている。供給装置２のマガジン２ｃに載置されているねじ７の中心軸（Ｊ２）が吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）とずれている場合、上記したように吸着状況によっては吸着部８ｂが弾性変形する可能性があり、その弾性変形が元に戻ろうとすると、ねじ７が傾いた状態になってしまうおそれがある。

つまり、吸着部８ｂを弾性部材で形成した場合には、弾性部材で無い場合よりもねじ７の傾きが大きくなるおそれがある。そのような場合であっても、案内壁部４ａと軸挿入孔とを有する矯正治具４によりねじ７の傾きおよび吸着ピース８の中心軸（Ｊ１）からのずれを矯正することで、適切にねじ７をワーク９にねじ締めすることができる。

また、実施形態のねじ締めシステム１では、軸部７ｂの直径が２ｍｍ以下のねじ７を対象としている。このような比較的細いねじ７の場合、吸着部８ｂとの接触面積が小さいことから、傾いたり位置がずれやすくなったりすると考えられる。また、貫通孔９ａやねじ穴１０ａの大きさも小さくなることから、少しの傾きや中心軸のずれにより、ワーク９の表面を傷つけたりねじ締めできなくなったりする可能性が高くなる。
このような場合であっても、上記した矯正治具４を用いることにより、比較的細いねじ７であっても適切にねじ７の傾きと中心軸のずれとを矯正することができる。

また、実施形態のねじ締めシステム１では、軸部７ｂの長さが頭部７ａの直径の５倍以上のねじ７を対象としている。このような比較的長いねじ７の場合、少しの傾きであってもねじ先の位置が大きくずれ、ワーク９の表面を傷つけたりねじ締めできなくなったりする可能性が高くなる。そこで、上記した矯正治具４を用いることにより、比較的ながいねじ７であっても適切にねじ７の傾きと中心軸のずれとを矯正することができる。

また、供給装置２から供給されたねじ７を、ねじ７の頭部７ａの直径よりも外径が小さい吸着ピース８を用いて吸着して取得する吸着工程と、上端が開口し、下方になるほどその直径が小さくなるすり鉢状に形成され、上方から下降したねじ７のねじ先が接触した際に当該ねじ先を中央に向かって案内する案内壁部４ａと、案内壁部４ａの下端の中央に設けられ、ねじ７の頭部７ａの直径よりも小さく且つねじ７の軸部７ｂの長さよりも長く形成されている軸挿入部４ｂとを有する矯正治具４を用い、ねじ７の軸部７ｂを軸挿入部４ｂに挿入した状態でねじ７の頭部７ａを案内壁部４ａと周方向に渡って当接させることにより、ねじ７の傾きと中心軸のずれとを矯正する矯正工程と、矯正工程で傾きおよび位置が矯正されたねじ７を、ワーク９にねじ締めするねじ締め工程と、を含むねじ締め方法によっても、現状の設備を大きく変えることなくねじ締め作業をロボット３で代行することができる等、上記したねじ締めシステム１と同様の効果を得ることができる。

実施形態では矯正治具４に１組の案内壁部４ａと軸挿入部４ｂとを設けたものを例示したが、ワーク９にねじ締めするねじ７の種類が複数である場合には、矯正治具４を複数設置したり、１つの矯正治具４に複数組の案内壁部４ａと軸挿入部４ｂとを設けたものを採用することができる。

実施形態ではなべ小ねじを例示したが、ねじ絞めシステム１を適用可能なねじ７の種類はこれに限定されるものではない。ねじ絞めシステム１は、例えばいわゆる皿ねじや丸皿ねじ、トラスねじやボルト等の他の種類にも適用することができるし、軸部７ｂの直径（Ｄ１）が２ｍｍより大きいものや軸部７ｂの長さが頭部７ａの直径（Ｄ２）の５倍より短いものにも適用することができる。

図面中、１はねじ締めシステム、２は供給装置、３はロボット、４は矯正治具、４ａは案内壁部、４ｂは軸挿入部、５は検査装置、７はねじ、７ａは頭部、７ｂは軸部、８は吸着ピース、８ｂは吸着部、９はワークを示す。

Claims (3)

1. ねじを対象となるワークにねじ締めするためのねじ締めシステムであって、
   ねじを供給する供給装置と、
   上端が開口し、下方になるほどその直径が小さくなるすり鉢状に形成され、上方から下降したねじのねじ先が接触した際に当該ねじ先を中央に向かって案内する案内壁部と、前記案内壁部の下端の中央に設けられ、ねじの頭部の直径よりも小さく且つねじの軸部の長さよりも長く形成されて当該軸部を挿抜可能な軸挿入部とを有し、ねじの軸部が前記軸挿入部に挿入された状態でねじの頭部が前記案内壁部と周方向に渡って当接することによって、ねじの傾きと中心軸のずれとを矯正する矯正治具と、
   前記供給装置から供給されるねじを吸着するものであって外径がねじの頭部の直径よりも小さく形成されている吸着ピースを有し、前記吸着ピースによりねじを吸着し、前記吸着ピースの中心軸と前記軸挿入部の中心軸とを一致させた状態で、当該位置から前記吸着ピースをねじの頭部が周方向に渡って前記案内壁部に当接するまで前記吸着ピースを下降させ、前記矯正治具からねじを引き出して前記ワークにねじ締めするロボットと、
   を備えることを特徴とするねじ締めシステム。
2. 前記吸着ピースは、ねじを吸着する先端側の吸着部が、弾性変形が可能な弾性部材によって形成されていることを特徴とする請求項１記載のねじ締めシステム。
3. 供給装置から供給されたねじを、ねじの頭部の直径よりも外径が小さい吸着ピースを用いて吸着して取得する吸着工程と、
   上端が開口し、下方になるほどその直径が小さくなるすり鉢状に形成され、上方から下降したねじのねじ先が接触した際に当該ねじ先を中央に向かって案内する案内壁部と、前記案内壁部の下端の中央に設けられ、ねじの頭部の直径よりも小さく且つねじの軸部の長さよりも長く形成されて当該軸部７ｂを挿抜可能な軸挿入部とを有する矯正治具を用い、ねじの軸部を前記軸挿入部に挿入した状態でねじの頭部を前記案内壁部と周方向に渡って当接させることにより、ねじの傾きと中心軸のずれとを矯正する矯正工程と、
   前記矯正工程で傾きおよび位置が矯正されたねじを、前記ワークにねじ締めするねじ締め工程と、
   を含むことを特徴とするねじ締め方法。

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