JP2020189380A - 締結材締め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】締結材固定部の中心と締結材保持部の中心がずれた状態で締めると、回転中心が合っていないことによる負荷増加により、締結材を所定の位置まで締めきれない場合があった。【解決手段】締結材を保持する保持手段と、前記保持手段を回転する回転手段と、前記回転手段を締結材の締め方向に移動する締め方向移動手段と、前記回転手段または前記締結材を固定する締結材固定部を含むワークを、前記回転手段の回転軸と直交する方向に移動する直交方向移動手段と、前記回転手段の駆動負荷を検出する負荷検出手段と、これらを制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記直交方向移動手段を用いて前記回転手段または前記ワークを移動しながら前記駆動負荷を計測し、前記直交方向移動手段によって前記回転手段または前記ワークを前記駆動負荷が閾値以下となる領域の中央へ移動して前記締結材を前記締結材固定部へ締めつけることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、締結材締め装置に関する。

従来の締結材締め装置の一例であるボルト締め装置は、ボルトを保持する保持部と、ボルトを回転してナットに締めるために保持部を回転する電動ドライバと、電動ドライバをボルト締め方向に移動させる締め方向移動手段と、電動ドライバをボルト締め方向と直交する方向に移動させる直交方向移動手段であるＹ軸ロボットと、締め方向移動手段およびＹ軸ロボットによる移動方向と直交する方向にナットを含むワークを移動させる２つめの直交方向移動手段であるＸ軸ロボットと、これらを制御する制御部を有している。

制御部は、Ｙ軸ロボットを駆動してボルトを保持している電動ドライバを移動し、Ｘ軸ロボットを駆動してナットを含むワークを移動することによって、ボルトの中心とナットの中心を合わせ、その後締め方向移動手段をナット方向へ移動するとともに電動ドライバを回転させてボルトをナットに締める。その際のＸ軸ロボットとＹ軸ロボットによる移動位置は、従来のボルト締め装置では固定座標を用いてナットの位置を特定するものである。

また、特許文献１に示す自動ねじ締め装置では、Ｘ軸ロボットとＹ軸ロボットの代わりに、ロータリーエンコーダ付きモータを使用する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術では、締め付け初期に急激に大きな負荷トルクが電動ドライバに加わり電動ドライバ駆動部に流れる電流が多くなることで、モータドライブ回路へ供給する電源の出力電圧を低下させる。モータへ流れる電流が減少するため、ねじ締めと直交する方向のモータの位置保持力は弱まり、ねじが下穴に嵌合し位置が決まることで、電動ドライバの中心とねじ下穴中心が合う方向に倣い電動ドライバが移動する。

特開平７−２９９６７６号公報

締結材の1つであるボルトとナットでは、ナットを含むワークをボルト締め装置のステージに置き、Ｘ軸ロボットで固定座標にワークを移動し、ボルトを保持部で保持した電動ドライバをＹ軸ロボットで固定座標に移動してボルト締めを行う際に、ワーク内でのナットの取り付け位置のずれ、ワークを装置の所定位置に置く際のガタによるナット位置のずれなどにより、ナットの中心とボルト保持部の中心は一致しない場合がある。

ナットの中心と保持部の中心にずれがある場合に、ボルトの先端がナットに入った後は、ボルトはナットに規制されるので、ボルトの回転中心と保持部の回転中心が一致しなくなる。そのため、保持部が回転する際には、ボルト天面と保持部の間では摩擦負荷が生じることになる。

このとき、ボルトとナットの間には緩みがあるので、ボルトは僅かに傾いてボルト天面では、ボルトの回転中心が保持部の回転中心に近づくことができる。しかし、締めが進み保持部がナットに近づくにつれ、ボルト天面でのボルトの回転中心はナットの中心線に近づき、保持部の回転中心からは遠くなるので、ボルト天面と保持部間の摩擦負荷が増加し、電動ドライバの負荷が増加する。電動ドライバは負荷が増えたことで、設定されている回転負荷に達した(以下トルクアップと称す)と判断して、ボルトを締めきる前に回転を停止してしまうことがあった。

また、トルクアップ判断機能がない電動ドライバの場合には、ボルトを締めきる前に電動ドライバが回転できなくなり停止する。このようにして、ボルトを締めきる前に停止してしまい、ボルトを正しく締められない場合があった。

特許文献１のように、Ｙ方向のモータの保持力を弱め、ねじがねじ下穴に倣う力で電動ドライバの位置を調整する方法では、ねじ下穴の中心と電動ドライバの回転中心が近づくにつれて倣う力が弱まるため、最適な位置までワークおよび電動ドライバを移動することが困難である。また、特許文献１の方法をボルトとナットに適用しても、ねじと同様に最適な位置まで移動することが困難である。

以上を鑑み、本発明に係る締結材締め装置は、
締結材を保持する保持手段と、
前記保持手段を回転する回転手段と、
前記回転手段を締結材の締め方向に移動する締め方向移動手段と、
前記回転手段または前記締結材を固定する締結材固定部を含むワークを、前記回転手段の回転軸と直交する方向に移動する直交方向移動手段と、
前記回転手段の駆動負荷を検出する負荷検出手段と、
これらを制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、前記直交方向移動手段を用いて前記回転手段または前記ワークを移動しながら前記駆動負荷を計測し、前記直交方向移動手段によって前記回転手段または前記ワークを前記駆動負荷が閾値以下となる領域の中央へ移動して前記締結材を前記締結材固定部へ締めつけることを特徴とする。

本発明によれば、締結材締め装置において、締結材固定部の中心と締結材保持部の中心が一致していない状態で締め始めたときでも、締め途中で締結材保持部の中心を締結材固定部の中心に合わせて、締結材を締めきるまたは所定の位置まで締めることが可能である。

本発明の実施例１に係るボルト締め装置の全体図。 本発明の実施例１に係るボルト締め装置のブロック図。 ボルトの中心とナットの中心にずれがある状態の図。 保持部の中心とナットの中心を合わせる動作のフローチャート。 本発明の実施例２に係るボルト締め装置における保持部の断面図。 本発明の実施例２に係るボルト締め装置における保持部の平面図。 本発明の実施例２に係るボルト締め装置のブロック図。 本発明の実施例２に係るボルト締め装置の動作フローチャート。 本発明の実施例３に係るボルト締め装置の動作フローチャート。 本発明の実施例４に係る出力制御装置のブロック図。 閾値の間隔の２分の１のヒステリシスを設けた閾値を説明する図。 本発明の実施例４に係る出力制御装置の制御フローチャート。

（実施例１）
図１は締結材締め装置の一例であるボルト締め装置の全体図である。ボルト１０１を保持する保持部１１１は、保持部１１１内の磁石の磁力でボルト１０１天面を引き付けて保持する。保持部１１１は電動ドライバ１１２の回転軸に取り付けてある。

電動ドライバ１１２はモータを内蔵しており、モータの回転力により回転軸を回しボルト１０１を締める。電動ドライバ１１２は電動ドライバの回転軸方向（以下Ｚ方向と称す）に移動可能な締め方向移動手段１１３に取り付けてある。

締め方向移動手段１１３はモータを動力源とし、直線往復動作が可能で、概ね０．０１ｍｍ単位での位置決め機能を持つ。また、動作速度も調整可能であり、ボルト締め時は設定した締め速度で移動することが可能である。締め方向移動手段１１３はＺ方向と直交する方向（以下Ｙ方向と称す）に駆動するＹ軸ロボット１１４(直交方向移動手段)に取り付けてある。Ｙ軸ロボット１１４もモータを動力源とし、直線往復動作が可能であり、概ね０．０１ｍｍ単位での位置決め機能を持つ。

ナット１０２（締結材固定部）はワーク１０３に溶接によって固定してあり、ナット１０２のネジ穴の同軸上（Ｚ方向）で奥側（Ｚ軸正方向側）のワーク１０３にはボルト１０１が進入するための不図示の穴が開いている。ワーク１０３はステージ１２１上に載っており、ステージ１２１に取り付けてある不図示のガイドにより、ワーク１０３のステージ１２１に対する位置を概ね定めている。ステージ１２１はＺ方向およびＹ方向と直交する方向(以下Ｘ方向と称す)に移動するＸ軸ロボット１２２(直交方向移動手段)に取り付けてある。Ｘ軸ロボット１２２もＹ軸ロボット１１４と同様に、モータを動力源とし、直線往復動作が可能であり、概ね０．０１ｍｍ単位での位置決め機能を持つ。

Ｘ軸ロボット１２２はベースプレート１５１に固定してあり、Ｙ軸ロボット１１４も不図示の支柱によりベースプレート１５１に固定してある。

以上の構造により、Ｙ軸ロボット１１４とＸ軸ロボット１２２でボルト１０１の中心とナット１０２の中心との位置合わせを行い、電動ドライバ１１２を回転駆動させながら締め方向移動手段１１３をナット１０２がある方向（Ｚ軸正方向）に移動することで、ボルト１０１をナット１０２に締める。

図２はボルト締め装置のブロック図の一例である。図１と同じ構成には同じ符号を付してある。

制御手段２０１は例えばマイコンやＰＬＣ（Ｐｌｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）などであり、プログラムされた手順で電動ドライバ１１２に回転や停止を指示し、締め方向移動手段１１３とＹ軸ロボット１１４とＸ軸ロボット１２２に指定座標への移動を指示する。制御手段２０１は、負荷検出手段１１５から電動ドライバ１１２または締め方向移動手段１１３の駆動負荷の状況を取得する。負荷検出手段１１５は、例えば電動ドライバ１１２の駆動電流を計測する。 他の負荷計測方法として、電動ドライバ１１２の回転速度や、締め方向移動手段１１３の進行速度を直接または間接的に計測してもよい。

図３は保持部１１１の中心とナット１０２の中心にずれがある場合を示す図である。図１および図２と同じ構成には同じ符号を付してある。

磁石３１１は磁力でボルト天面を引き付けて保持部１１１内に保持するためのものである。ボルト締め時に、ボルト１０１の頭部は保持部１１１で規制され、ボルト１０１先端はナット１０２に規制される。ナットの中心線３０２と保持部の回転中心３０３にずれがある場合に、ボルト１０１とナット１０２の間には若干の緩み（間隙）があるので、締め付け開始時にボルト１０１は僅かに傾いて、保持部１１１とナット１０２に規制された状態で回転する。

ボルト１０１の締めが進み保持部１１１がナット１０２に近づくにつれ、ボルト１０１の傾きは大きくなるが、ボルト１０１とナット１０２の間の若干の緩み（間隙）以上は、傾くことはできない。その結果、ボルト１０１とナット１０２間の摩擦負荷が増加し、電動ドライバ１１２の負荷が増加する。

それに対し、図４は、ボルト締め中に保持部１１１の回転中心３０３とナット１０２の中心線３０２を合わせる動作のフローチャートである。

制御手段２０１は、ステップＳ４０１でＹ軸ロボット１１４を駆動してボルト１０１を保持した電動ドライバ１１２を移動し、Ｘ軸ロボット１２２を駆動してナット１０２を含むワーク１０３を移動して、予め設定されている固定座標でナット１０２とボルト１０１の中心を合わせる。

次いで、ステップＳ４０２で電動ドライバ１１２を回転するとともに締め方向移動手段１１３の移動を開始し、ボルト締め動作を開始する。

ステップＳ４０３では、ボルト１０１とナット１０２の噛み合っているねじ山数の変化による負荷の変化を避けるために、締め方向移動手段１１３の座標を監視しボルト１０１先端がナット１０２を通過し、ナット１０２全てのねじ山がボルト１０１と噛み合っている状態になるまでボルトの締め動作を継続する。

ボルト１０１の先端がナット１０２の全てのねじ山に噛み合うと、ステップＳ４１１でＸ軸ロボット１２２を、ステップＳ４０１で移動した予め設定されている固定座標から正方向に移動開始し、ステップＳ４１２で負荷が閾値を超えたら、ステップＳ４１３でＸ軸ロボット１２２を停止するとともにＸ座標を取得しＸ１として保管する。

次に、ステップＳ４２１でＸ軸ロボット１２２を予め設定されている固定座標へ移動し、そこから負方向に移動開始し、ステップＳ４２２で負荷が閾値を超えたら、ステップＳ４２３でＸ軸ロボット１２２を停止するとともにＸ座標を取得しＸ２として保管する。

Ｘ１、Ｘ２に基づき、ステップＳ４３１で、Ｘ軸ロボット１２２をＸ１とＸ２の中央へ移動する。

ステップＳ４１１からステップＳ４３１で行ったＸ方向に関するＸ軸ロボット１２２の操作と同様の操作を、Ｙ方向に対してステップＳ４４１からステップＳ４６１でＹ軸ロボット１１４に対して行う。

これらの動作によって駆動負荷が閾値以下となる領域の中央である電動ドライバ１１２の負荷が最も小さくなる座標、すなわち、ボルト１０１とナット１０２との位置ズレが少なくなる位置を予想し、ステップＳ４３１とステップＳ４６１で移動したＸ軸ロボット１２２とＹ軸ロボット１１４の位置を保ったまま、ステップＳ４７１でボルト締めを継続し、所定の位置まで締めたらステップＳ４７２で電動ドライバ１１２を止め、ボルト締め完了とする。

ステップＳ４１２、Ｓ４２２およびステップＳ４４２、Ｓ４５２で行う負荷の測定は、電動ドライバ１１２の回転電流を測定する方法、または電動ドライバ１１２の回転速度を測定する方法、または締め方向移動手段１１３の進行速度を測定する方法などのいずれかで行う。

以上説明したように、本実施例では、ボルト締め方向と直交するＸ、Ｙ方向の位置を負荷が少ない範囲の中央に調整することで、ボルト締めの確実性を向上することができる。

なお、Ｘ軸ロボット１２２とＹ軸ロボット１１４の移動座標の特定と移動については先にＹ方向に対して行っても良い。

（実施例２）
本実施例に示すボルト締め装置は、実施例１において図１を用いて説明した装置と同様の構成であるが、保持部１１１内にボルト検出手段を有する点と、ボルト検出手段の位置を検出するセンサがある点と、これらを使った制御を行う点が異なる。それ以外の部分については実施例１と同様であるため説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図５は、本実施例に係る締結材締め装置の部分断面図であり、ボルト検出手段を有する保持部１１１の断面図である。ボルト検出手段５０１は、ボルトに接触するドグ５０２と、ドグ５０２を保持部１１１の中央側に寄せるばね５０３と、ドグ５０２とばね５０３を保持するホルダ５０４からなる。

保持部１１１はボルト１０１を締めるために回転するので、保持部１１１にセンサを設けて、制御手段２０１を有線で接続することは容易でない。

そこで、保持部１１１の周囲にｘ方向ドグ検出センサ５１１を設ける。ｘ方向ドグ検出センサ５１１は例えば誘導型近接センサであり、ドグ５０２が保持部１１１の中央側に寄せられているか、ボルト１０１に押されてばね５０３に抗して外側に位置しているかを検出可能である。ドグ検出センサはドグの位置を検出可能であれば、誘導型近接センサ以外のセンサでもよい。ｘ方向ドグ検出センサ５１１は支柱５１２に取り付けてあり、支柱５１２は電動ドライバ１１２の非回転部または締め方向移動手段１１３に固定しているので、電動ドライバ１１２が回転しても移動しない。

図６は、図５に示したボルト検出手段を有する保持部１１１の平面図である。ボルト検出手段５０１は２つのユニットを保持部の回転中心３０３に対し点対称な位置に設けられている。ｘ方向ドグ検出センサ５１１はＸ軸ロボット１２２の動作方向に対向する位置に２個設けられ、ｘ方向ドグ検出センサ５１１と同機能のｙ方向ドグ検出センサ６２１がＹ軸ロボット１１４の動作方向に対向する位置に２個設けられている。

図７は本実施例に係る、ボルト検出手段を有する保持部１１１を持つボルト締め装置のブロック図である。実施例１と同じ構成には同じ符号を付してある。電動ドライバ１１２、締め方向移動手段１１３、Ｙ軸ロボット１１４、Ｘ軸ロボット１２２は実施例１と同じである。ボルト検出手段５０１とｘ方向ドグ検出センサ５１１、ｙ方向ドグ検出センサ６２１は上述した図５、図６の説明において説明したものである。

制御手段２０１は、ボルト検出手段５０１内のドグ５０２の位置を、ｘ方向ドグ検出センサ５１１、ｙ方向ドグ検出センサ６２１の検知結果を通じて取得する。当然ながら、ｘ方向ドグ検出センサ５１１、ｙ方向ドグ検出センサ６２１の検知結果を複合的に用いても良いし、単一のセンサの出力を使用しても良い。

図８は、保持部１１１内のボルト検出手段５０１を用いてボルト締め中に保持部１１１の回転中心３０３とナット１０２の中心線３０２を合わせる動作のフローチャートである。

制御手段２０１は、ステップＳ８０１でＹ軸ロボット１１４を駆動してボルト１０１を保持した電動ドライバ１１２を移動し、Ｘ軸ロボット１２２を駆動してナット１０２を含むワーク１０３を移動して、予め設定されている位置情報でナット１０２とボルト１０１との中心を合わせる。

ステップＳ８０２で電動ドライバ１１２を回転するとともに締め方向移動手段１１３の移動を開始し、ボルト締め動作を開始する。

ステップＳ８０３では、ナット１０２の全てのねじ山がボルト１０１と噛み合ってないことによるがたつきの増加を避けるために、締め方向移動手段１１３の座標を監視しボルト先端がナット１０２を通過し、ナット１０２全てのねじ山がボルト１０１と噛み合っている状態になるまでボルトの締め動作を継続する。

さらに電動ドライバ１１２の移動を進め、ステップＳ８１０で、ボルト検出手段５０１がｘ方向ドグ検出センサ５１１と対面する位置で電動ドライバ１１２を止める。

ステップＳ８１１でＸ軸ロボット１２２を正方向に移動開始し、ステップＳ８１２で負側のｘ方向ドグ検出センサ５１１のＯＮを検出したら、ステップＳ８１３でＸ軸ロボット１２２を停止するとともにＸ座標を取得しＸ１として保管する。

ステップＳ８２１でＸ軸ロボット１２２を負方向に移動開始し、ステップＳ８２２で正側のｘ方向ドグ検出センサ５１１のＯＮを検出したら、ステップＳ８２３でＸ軸ロボット１２２を停止するとともにＸ座標を取得しＸ２として保管する。

ステップＳ８３１で、Ｘ１とＸ２の中央へＸ軸ロボット１２２を移動する。

ステップＳ８４０で電動ドライバ１１２を９０度回転してボルト検出手段５０１をｙ方向ドグ検出センサ６２１と対面する位置に移動する。

ステップＳ８１１からステップＳ８３１で行ったＸ方向に関するＸ軸ロボット１２２の操作と同様の操作を、Ｙ方向に対してステップＳ８４１からステップＳ８６１でＹ軸ロボット１１４に対して行う。

ステップＳ８６２で電動ドライバ１１２の回転を再開する。ステップＳ８３１とステップＳ８６１で移動したＸ軸ロボット１２２とＹ軸ロボット１１４の位置を保ったまま、ステップＳ８７１でボルト締めを継続し、所定の位置まで締めたらステップＳ８７２で電動ドライバ１１２を止め、ボルト締め完了とする。

以上説明したように、本実施例では、ボルト１０１を保持する保持部１１１内に設けたボルト検出手段５０１と、ｘ方向ドグ検出センサ５１１と、ｙ方向ドグ検出センサ６２１とを締結材位置検出手段として利用することで、ナット１０２と噛み合っているボルト１０１の位置を検出して、保持部の中心とナット１０２の中心を合わせることで、ボルト締めの確実性を向上することができる。

なお、本実施例においては、ステップＳ８１１において電動ドライバ１１２の回転を停止してから各センサを用いてナット１０２の中心に保持部の中心を合わせる制御について説明したが、電動ドライバ１１２によってボルト１０１を締めながらこれを行っても良い。その場合、保持部の回転位置（位相）を検知可能に構成しておき、それぞれボルト検出手段５０１がＸ方向、Ｙ方向に対応した位置に回転してきた時点で各センサの出力を確認することによって実現できる。

（実施例３）
本実施例に示すボルト締め装置構成は、実施例１において図１および図２を用いて説明した装置と同じであり、制御方法のみが異なる。

図９は本実施例におけるボルト締め中に保持部の回転中心３０３とナットの中心線３０２を合わせる動作のフローチャートである。

制御手段２０１は、ステップＳ９０１で、Ｙ軸ロボット１１４を駆動してボルト１０１を保持した電動ドライバ１１２を移動し、Ｘ軸ロボット１２２を駆動してナット１０２を含むワーク１０３を移動して、予め設定されている固定座標でナット１０２とボルト１０１との中心を合わせる。

ステップＳ９０２で電動ドライバ１１２を回転するとともに締め方向移動手段１１３の移動を開始し、ボルト締め動作を開始する。

ステップＳ９０３では、ボルト１０１とナット１０２の噛み合っているねじ山数の変化による負荷の変化を避けるために、締め方向移動手段１１３の座標を監視しボルト先端がナット１０２を通過し、ナット１０２全てのねじ山がボルト１０１と噛み合っている状態になるまでボルトの締め動作を継続する。

ボルト１０１の先端がナット１０２の全てのねじ山に噛み合うと、ステップＳ９１１でＸ軸ロボット１２２を移動し、ステップＳ９１２で負荷を測定する。測定時間の短縮と測定精度の確保を考慮して本実施例では移動と測定は４回行う例について説明する。

ナット１０２のねじ山が全てボルト１０１と噛み合ったステップＳ９０３の状態で、ボルト１０１の頭が移動できる範囲の両端の位置と間等間隔の２箇所の位置の合計４箇所の予め設定されている固定座標をステップＳ９１１の移動位置とする。

ステップＳ９１２で行う負荷の測定は、電動ドライバ１１２の回転電流を測定する方法、または電動ドライバ１１２の回転速度を測定する方法、または締め方向移動手段１１３の移動速度を測定する方法などのいずれかで行う。

ステップＳ９１１とステップＳ９１２を４回繰り返したらステップＳ９２１でもっとも負荷が少ない位置を算出する。算出の方法の一例としては、二次関数の近似式を求め、近似式の頂点の位置を負荷が少ない位置とする。

そして、ステップＳ９２１で算出した位置へステップＳ９２２で保持部を移動し、Ｘ方向の位置の特定を完了する。

次に、ステップＳ９１１からステップＳ９２２で行ったＸ方向に関するＸ軸ロボット１２２の操作と同様の操作を、Ｙ方向に対してステップＳ９３１からステップＳ９４２でＹ軸ロボット１１４に対して行う。

ステップＳ９２２とステップＳ９４２で移動したＸ軸ロボット１２２とＹ軸ロボット１１４の位置を保ったまま、ステップＳ９５１でボルト締めを継続し、所定の位置まで締めたらステップＳ９５２で電動ドライバ１１２を止め、ボルト締め完了とする。

以上説明したように、本実施例では、ボルト締め方向と直交するＸ、Ｙ方向に移動した場合の負荷を実測し、実測値から負荷が少ない場所を算出してその位置に移動することで、ボルト締めの確実性を向上することができる。なお、本実施例では４回に亘って駆動負荷を測定することによって各方向においてもっとも負荷が少ない位置を算出したが、駆動負荷を複数回計測し、その計測結果に基づいてもっとも負荷が少ない位置を算出すれば良く、駆動負荷を測定する回数は４回には限られない。

なお、上記は締結材締め装置の一例であり、Ｘ軸ロボットとＹ軸ロボットともに電動ドライバを移動させる装置構成と、Ｘ軸ロボットとＹ軸ロボットともにナットを含むワークを移動させる装置構成も本発明の対象である。

また、上記実施形態において、ボルト検出手段およびドグ検出センサの一例として、誘導型近接センサを例に挙げて説明し、ドグの位置を検出可能であればそれ以外のセンサを用いても良いことを説明したが、例えば、ボルト検出手段に可動側の無線回路を設け、ドグ検出センサに固定側の無線回路を設けることで、そこからボルト検出手段内の可動側の無線回路に無線給電を行っても良い。さらに可動側の無線回路から固定側の無線回路へボルト検出手段の検出結果を無線で通知可能に構成しても良い。

（実施例４）
以下、本発明の実施例４に関する発明について説明する。本実施例は、照明装置や音源などの出力制御装置に関するものであり、例えば上記実施形態におけるボルト締め装置の操作部やそれ以外の装置に適用可能である。

本実施例は、特にアナログ入力信号を監視して出力量を決定する出力制御装置に関するものである。

図１０のブロック図に示した出力制御装置４００は、設定手段４１０の出力であるアナログ入力信号を、入力信号数値化手段４０１で入力値に変換し、出力量決定手段４０２が入力値から出力量を決定し、出力量指定手段４０３が出力量を駆動手段４２０に対して指定するものである。

従来、出力制御装置においては、入力信号数値化手段で変換した入力値の取り得る段階数が、駆動手段に指定できる出力量の段階数よりも多い場合に、出力量決定手段は入力値の範囲内に一乃至複数の閾値を設けて出力量を決定している。図１１の（ａ）から（ｅ）までは、１６段階の入力値から４段階の出力量を決める際の関係を示している。

図１１（ａ）では、入力値を等間隔の４段階になるように区切る閾値を用いた従来の方法である。図１１（ａ）の閾値を、入力値が増加する場合と減少する場合の両方に適用すると、増加時と減少時で閾値が同じなので、設定手段の操作方向に関わらず、設定手段の設定位置と出力量とが同じになる。

しかしながら、入力値が閾値の近傍にあり、アナログ入力信号が閾値を跨ぐように変化した場合は、変化量がわずかであっても出力量も変化することがある。例えば、図１１（ａ）では、入力値が７から８に増加すると出力量が１から２になり、入力値が８から７に減少すると出力量が２から１になり、閾値近傍では入力値の変化が出力量の変化に直結する。

図１１（ｂ）と（ｃ）に示す本実施例の一例は、入力値のわずかな変化で出力量も変化することを防ぐために、閾値にヒステリシスを設けた場合の入力値と出力量の関係を示している。

図１１（ｂ）は入力値が増加する場合の関係で、図１１（ｃ）は入力値が減少する場合の関係である。例えば、入力値が増加する場合は図１１（ｂ）の関係を適用するので、入力値が７から８になっても出力量は１のままで、入力値が９になると出力量が２になる。入力値が減少する場合は図１１（ｃ）の関係を適用するので、入力値が９から８、更に８から７になっても出力量は２のままで、入力値が６になると出力量が１になる。このように、出力量が１から２になったのちに１に戻るためには、入力値は２段階変化する必要がある。逆に、減少後に増加する場合も同様で、出力量が変化するためには入力値は２段階変化する必要がある。増加する場合と減少する場合の閾を異なる位置にすることで、入力値のわずかな変化で出力量も変化することを防いでいる。

図１１（ａ）の入力値と出力量の関係のみでは、図１０の設定手段４１０でアナログ入力信号を変更する操作をしてないにも関わらす、電気的ノイズや機械的振動によりアナログ入力信号が変化した際に、出力量も変化することがある。したがって、図１０に示す駆動手段が照明や音源の場合には、操作してないにも関わらず光量や音量が変わることで人が不安に感じる。更に繰り返し出力量が変わると人は不快に感じる。

そのための対策として図１１（ｂ）と（ｃ）に示すように全ての閾値にヒステリシスを設けると、アナログ入力信号の増加時と減少時で、出力量の変化位置が違うため、設定手段の操作位置と出力量の変化した位置が増加時と減少時で異なることになる。これは、精密な設定を行いたい場合に障害となることがある。

従って、本実施例においては、出力量が増加を続けている場合または減少を続けている場合は増加と減少の両方に共通の入力値の閾値を用いて出力量を決定し、出力量が増加から減少に変わる場合と減少から増加に変わる場合には、出力量が変化し難い方向へ入力値の閾値を変更する制御を行っても良い。

このように構成することで、アナログ入力信号の増加時と減少時の閾値とを同じにしつつ、アナログ入力信号を変更する操作をしてないにも関わらず、出力量が繰り返し変化してしまうのを防ぐことができる出力量制御装置を提供できる。さらに、増加と減少の調整方向が変わった時のヒステリシス分を閾値の間隔の２分の１にすることで、出力量を監視しながら調整して閾間の中央に合わせることが可能になる。

図１０を用いて出力制御装置４００の構成について詳述する。駆動手段４２０は、指定された出力量に応じて出力を変更する機能を有する。例としては、設定手段４１０などを通じてなされた指定に応じて明るさを調整可能な照明駆動装置や、指定に応じて音量を調整可能な音声増幅装置がある。駆動手段４２０は、出力量の指定を新たに受けるまでは、最後に指定された出力量に応じた出力を保持する。

設定手段４１０は、駆動手段４２０へ指定する出力量を設定する機能を有し、アナログ信号を出力する。設定を人が行うための構成の例としては、人が操作する可変抵抗で抵抗分圧しアナログ信号として出力する抵抗分圧回路がある。人が設定する以外の例としては、受光素子で光量を検出し、受光量に応じたアナログ信号を出力するセンサ回路がある。

出力制御装置４００内の入力信号数値化手段４０１は、アナログ信号を数値化する。設定手段４１０の状態をアナログ信号が電圧で示す場合は、入力信号数値化手段４０１はＡ／Ｄ変換器でよい。

出力量決定手段４０２は、例えばマイコンであり、後述する手順で出力量を決定する。
出力量指定手段４０３はクロック同期式や調歩同期式等の通信モジュールであり、出力量決定手段４０２が決めた出力量を、駆動手段４２０へ指定する。

図１１（ａ）から（ｅ）は、入力値が０から１５までの１６段階をとり、出力量が０から３までの４段階という条件での、入力値と出力量の関係を示している。図１１（ａ）は基本の閾値を示しており、入力値が４段階変化すると出力量が１変化する。この変換は、入力値を４分の１にし、小数部は切り捨てることで実現できる。出力量決定手段４０２は、入力値が増加または減少を続ける場合は、図１１（ａ）の閾値で入力値から出力量への変換を行う。

図１１（ｄ）は、入力値が増加から減少に変化する時のヒステリシスを設けた閾の一例であり、入力値が７以下で出力量１以下の状態から、入力値８となり出力量２を駆動手段４２０へ指定した後の閾値を示している。 出力量が２から１になる閾が、入力値７と６の間になっていることが、図１１（ａ）との相違点である。この場合、入力値が８から７になっても出力量は２のままであり、入力値が６になると、出力量が１になる。 図１１（ｄ）の閾は、入力値が６以下に減少するか、入力値が１２以上に増加するまで有効である。

図１１（ｄ）の仕様は、前回指定した出力量と、前々回指定した出力量を保管しておき、出力量が増加から減少に転じる場合と、減少から増加に転じる場合の閾を変更することで実現可能である。詳細を図１２で説明する。

図１２は、図１１（ｄ）に一例を示した、閾を変更して出力量を決定する方法のフローチャートである。出力量の決定方法としては、閾の一覧と入力値を比較し、入力値が所属する区間を見つけて、出力量を決定する方法も可能であるが、ここでの説明は、閾の一覧を使わずに、入力値を４分の１にし小数部は切り捨てることで図１１（ａ）の閾を実現する出力量の決定方法を使用する。

ステップＳ７０１では、入力値を４分の１にし小数部は切り捨てて、今回の出力量としている。

ステップＳ７０２では、ステップ７０１で決めた今回の出力量と前回指定した出力量を比較し、同じ場合はステップＳ７０５へ進み今回の出力量での指定をしないと決める。この場合は前回指定した出力量と後述する前々回指定した出力量は更新しない。ステップＳ７０２で今回の出力量と前回指定した出力量が同じでない場合は、ステップＳ７０３へ進む。

ステップＳ７０３では、今回の出力量と、前回指定した出力量と、前々回指定した出力量の関係を比較する。前回に対して今回が大きく、前回に対して前々回が小さければ、出力量が増加を続けている場合であり、前回に対して今回が小さく、前回に対して前々回が大きければ、出力量が減少を続けている場合である。増加を続けている場合と減少を続けている場合は、今回の出力量が前回に対して前々回と違う側であるとして、ステップＳ７０３からステップＳ７０７へ進み今回の出力量で指定し、ステップＳ７０８で前々回指定した出力量と前回指定した出力量を更新する。

ステップＳ７０３で、前回に対して今回が小さく、前回に対して前々回も小さければ、出力量が増加から減少に転じる場合である。前回に対して今回が大きく、前回に対して前々回も大きければ、出力量が減少から増加に転じる場合である。出力量が増加から減少に転じる場合と、出力量が減少から増加に転じる場合は、今回の出力量が前回に対して前々回と同じ側であるとして、ステップＳ７０４へ進む。

ステップＳ７０４では、図１１（ａ）に示す基本の閾から閾を変更した条件での判定を行う。出力量が増加から減少に転じる場合は、図１１（ａ）で前回指定した出力量になる入力値範囲における下限側の閾を所定量小さい閾に変更する。図１１（ｄ）は、この増加から減少に転じる場合の一例であり、所定量は１である。すなわち、出力量が前回指定した２となる範囲の下限側の閾を７と８の間から所定量である１下げて、６と７の間に変更する。

出力量が減少から増加に転じる場合は、図１１（ａ）で前回指定した出力量になる入力値範囲における上限側の閾を所定量小さい閾に変更する。

前回指定した出力量になる入力値の範囲よりも所定量広げた範囲内に、今回の入力値が入っている場合は、ステップＳ７０６へ進み、今回の出力量での指定をしないと決める。この場合、出力量決定手段４０２は前回指定された出力量に応じた出力を続ける。

所定量広げた範囲内に今回の入力値が入ってない場合は、ステップＳ７０７へ進み今回の出力量で指定し、ステップＳ７０８で前々回指定した出力量と前回指定した出力量を更新する。

ステップＳ７０６は、通信回数を少なくして消費電力の低減とノイズの発生を低減させるために、出力量を指定しないと説明したが、前回指定した出力量を指定してもよい。この場合は同じ値での指定を繰り返すので、ステップＳ７０８と同様の前々回指定した出力量と前回指定した出力量の更新は行わない。同じ値での指定を繰り返すことは、通信時にノイズが出力量のデータに影響を与えて異常な値が出力量決定手段４０２に伝わった場合でも、次の通信で正常に戻るという利点がある。

ステップＳ７０８で前々回指定した出力量と前回指定した出力量を更新するが、図１２のフローチャートを初めて実行する際には、前々回指定した出力量と前回指定した出力量は不定である。そこで図１２のフローチャートを初めて実行前に、前々回指定した出力量と前回指定した出力量を決める。

また、今回の出力量が前回指定した出力量の初期値と同じとなり、ステップＳ７０２でステップＳ７０５へ進み指定しないと、出力制御装置４００が起動後に一度も指定しないことになる。これを防ぐために、前回指定した出力量の初期値は出力量の最大値＋２とし、前々回指定した出力量の初期値を０とする例を記す。

図１１（ｂ）〜（ｅ）では出力量の最大値が３なので、前回指定した出力量の初期値は５に設定する。今回の出力量が最大値＋２になることはないので、ステップＳ７０２では不一致となり、ステップＳ７０３へ進む。ステップＳ７０３では前々回と同じ側と判断し、ステップＳ７０４へ進む。前回指定した出力量の初期値を出力量の最大値＋２としたので、ステップＳ７０４では、所定量離れていると判断して、ステップＳ７０７へ進み今回の出力量で指定する。初期値を最大値＋１とすると、入力値が最大の場合に、ステップＳ７０４で所定範囲内にあると判断してステップＳ７０６へ進み指定しないので、最大値＋２以上に設定することが好ましい。

このように、本実施例では、今回の出力量は前回指定した出力量とは異なるが、出力量が減少から増加に転じる場合か増加から減少に転じる場合で、入力値が前回指定した出力量になる範囲の上限もしくは下限から所定の範囲内であるときは、入力値が変化しても前回の指定した出力量を保持する。これにより、設定手段４１０を操作してないにも関わらす、出力量が変化することを低減する効果がある。

（実施例５）
本実施例では、図７のステップＳ７０４において、図１１（ａ）で前回指定した出力量になる入力値の範囲から、所定量の範囲内に今回の入力値があるか調べる際の所定量を、入力値における２段階とする。つまり、図１１（ａ）に示す閾の間隔４段階の２分の１に相当する。

所定量を入力値の２段階としたステップＳ７０４の一例が図１１（ｅ）である。図１１（ｅ）は、入力値が７以下で出力量１以下の状態から、入力値８となり出力量が２となった後の閾を示しており、出力量が２から１になる閾は、図１１（ａ）の閾よりも２段階小さい入力値６と５の間になっている。入力値が８から７または６になっても出力量は２のままであり、入力値が５になると出力量が１になることを示している。 図１１（ｅ）の閾は、入力値が５以下に減少するか、入力値が１２以上に増加するまで有効である。

ステップＳ７０４の所定量を、図１１（ａ）の閾の間隔の２分の１にすると、出力量が増加から減少に転じる場合と、出力量が減少から増加に転じる場合は、図１１（ａ）の閾で隣の出力量になる範囲の中央まで入力値が変化するまでは出力量を指定しない。それにより、駆動手段４２０での駆動結果を監視しながら、設定手段４１０を調整する際に、目的の出力量を通過して次の出力量になった後に目的の出力量に戻す操作を行い、目的の出力量になったところで、設定手段４１０の調整を止めると、目的の出力量となる範囲の中央に調整できる。

具体的な値で説明すると、目的の出力量が１のとき、設定手段４１０を操作して出力量が１以下から増加させて出力量を２にした後に、逆方向に操作して出力量が１になったところで設定手段４１０の調整を止める。これは、図１１（ｅ）においては入力値の６と５の間の閾を通過して５になったとき止める動作である。従って、図１１（ａ）の基本の閾において、出力量１となる範囲のほぼ中央に調整できる。

このように、本実施例では、出力量を監視しながら調整する際に、目的の出力量となる入力値の範囲のほぼ中央に設定することが可能になり、その後、出力量が変化することをより防止できる。

１０１ ボルト
１０２ ナット
１１１ ボルト保持部
１１２ 電動ドライバ
１１３ 締め方向移動手段
１１４ Ｙ軸ロボット
１２２ Ｘ軸ロボット

Claims (3)

1. 締結材を保持する保持手段と、
   前記保持手段を回転する回転手段と、
   前記回転手段を締結材の締め方向に移動する締め方向移動手段と、
   前記回転手段または前記締結材を固定する締結材固定部を含むワークを、前記回転手段の回転軸と直交する方向に移動する直交方向移動手段と、
   前記回転手段の駆動負荷を検出する負荷検出手段と、
   これらを制御する制御手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記直交方向移動手段を用いて前記回転手段または前記ワークを移動しながら前記駆動負荷を計測し、前記直交方向移動手段によって前記回転手段または前記ワークを前記駆動負荷が閾値以下となる領域の中央へ移動して前記締結材を前記締結材固定部へ締めつけることを特徴とする締結材締め装置。
2. 締結材を保持する保持手段と、
   前記保持手段を回転する回転手段と、
   前記回転手段を締結材の締め方向に移動する締め方向移動手段と、
   前記回転手段または前記締結材を固定する締結材固定部を含むワークを、前記回転手段の回転軸と直交する方向に移動する直交方向移動手段と、
   前記保持手段内における前記締結材の位置を検出する締結材位置検出手段と、
   これらを制御する制御手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記直交方向移動手段を用いて前記回転手段または前記ワークを移動しながら、前記保持手段の回転中心から所定の位置へ前記締結材が移動したことを前記締結材位置検出手段で検出し、前記締結材位置検出手段の検出結果に基づいて、前記回転手段の駆動負荷がもっとも小さくなる位置に前記回転手段または前記ワークを移動して前記締結材を前記締結材固定部へ締めつけることを特徴とする締結材締め装置。
3. 締結材を保持する保持手段と、
   前記保持手段を回転する回転手段と、
   前記回転手段を締結材の締め方向に移動する締め方向移動手段と、
   前記回転手段または前記締結材を固定する締結材固定部を含むワークを、前記回転手段の回転軸と直交する方向に移動する直交方向移動手段と、
   前記回転手段の駆動負荷を検出する負荷検出手段と、
   これらを制御する制御手段と
   を有し、
   前記制御手段は、前記直交方向移動手段を用いて前記回転手段または前記ワークを移動しながら、前記駆動負荷を計測する動作を複数回行い、前記駆動負荷の計測結果に基づいて、前記駆動負荷が最も低くなる位置を算出し、前記直交方向移動手段を用いて前記駆動負荷がもっとも低くなる位置へ前記回転手段または前記ワークを移動して前記締結材を前記締結材固定部へ締めつけることを特徴とする締結材締め装置。

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