JP2682084B2 - ねじ締め方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テーピング構造体にしたねじ部品集合体に
て保持されたねじをビット及び真空吸引パイプの下降動
により取出しワークに対して締付けるねじ締め方法及び
その装置に関する。

従来の技術 近年のねじ締め作業は、微小ねじ等のねじの多様化や
多様なワークの出現により装置及び動作のあらゆる面で
信頼性が高く、トルク精度・トルク範囲などについて品
位の高いねじ締め作業が要求されている。

以下図面を参照しながら、従来のねじ締め装置による
ねじ締め作業を説明する。第５図はねじ締め装置の概要
を、第６図，第７図は電気的に制御された電動ドライバ
ーの例を示すものである。第６図において、１は整流器
である。２はパワートランジスタ（以下パワーTrとす
る）でモータの電力を制御する。３はドライバーモータ
で、４はモータに流れる電流を検出する検出抵抗、５は
電流判定レベル調整用ボリューム、６はその比較判定
器、７はパワーTrを駆動するトランジスタである。第７
図において、８はモータに流れる電流例を示し、９は判
定レベルで、10はねじ締め完了のレベルである。

以上のように構成されたねじ締め装置について、以下
その動作を説明する。まず、パワーTr2に与えられたス
タート信号によりモータ３に電力が供給されモータ３が
回転を始めると共に、エアーシリンダー11が作動して電
動ドライバー12が下降する。真空吸引パイプがキャッチ
ャー14に押し当たりねじ15が吸い上げられビット16先端
に位置する。更に電動ドライバー12は下降を続けワーク
に着座し電流が上昇し、レベル調整用ボリューム５で設
定された値９に一致すると比較器６が動作し、駆動トラ
ンジスタ７によりパワーTr2はOFFされたねじ締めが完了
する。又、別の従来例として、第８図，第９図は、従来
のメカニズム的に制御された電動ドライバーの例を示す
もので、３はモータ、17は駆動カム、18は従動カム、16
は締付け用ビット、19はトルクバネ、20はリミットスイ
ッチ、15はねじである。

以上のように構成されたメカ的電動ドライバーについ
て、以下その動作を説明する。第８図のモータ３に第９
図の回路のような形で電力が供給され、モータ３が回転
し、前記の従来例と同様下降動の途中で真空吸引によ
り、ねじ15を回転するビット16先端に保持し、その後、
ねじ締めが行われる。そしてねじ15がワークに着座し、
トルクバネ19で設定されたトルク値に達すると、駆動カ
ム17と従動カム18は、第８図のように各々のカムの頭の
所へ乗り上げた状態になり、リミットスイッチ20が動作
しモータ３への電力をOFFされねじ締めが完了する。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような２つの従来例の構成では電
動ドライバーが下降動中に、ねじ供給ユニットより１つ
ずつねじを真空吸引し確実に取り出すのが非常に難し
く、ねじ供給ユニットから１つずつ分離供給できなかっ
たり、真空吸引パイプ先端部にねじを保持できず落とし
てしまう等多くの課題があった。また、電気的方法でも
モータが高速回転時に短時間でレベル判定し、モータ及
びギヤのイナーシャなしに停止させるのも非常に難しく
トルク値のバラツキが大きいなどの問題もあった。

本発明は、上記課題に鑑み、高速で回転するモータを
制御し、テーピング構造体にしたねじ部品集合体をピッ
チ送り可能な搬送部を備えたねじ供給ユニットを備えた
ことにより、ねじ締め作業の信頼性を向上したねじ締め
装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 そして上記問題点を解決する本発明の技術的手段はね
じ部品供給部よりねじ部品を吸着部にて吸着し、所定の
位置でこのねじ部品を回転可能なビットでねじ締めする
方法において、ねじ部品供給部よりねじ部品を吸引する
よう吸引部が下降すると同期して、ビットが低速回転で
下降する第１工程と、ビットがねじ部品を保持し、その
後ビットが高速回転する第２工程と、ビットが所定位置
に移動し、あらかじめ設定されたトルク値でねじ締めを
行う第３工程を有したものである。

又、上下動可能なプレートに取付けられ高速回転する
電動ドライバーモータの回転速度検出信号を発生する手
段と、前記プレート上に上下方向に摺動可能な真空吸引
パイプに設けた上下動検出信号を発生する手段と、前記
２種の検出信号より所定のモータに流れる電流をフィー
ドバックしながら電源及びモータの駆動回路をPWM制御
する回路、外部からねじ及びワークに応じたねじ締めの
パターンを選択するための入力回路、ねじ締めのトルク
データを表示及び出力するための回路を設けるものであ
る。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。モータ
はPWM電流制御により低速回転で起動し、下降してテー
ピング構造体にしたねじ部品集合体上に至り、真空吸引
パイプがねじ部品を分離取り出すと共に、高速回転に移
行することから、ねじ部品の分離、吸引の不安定さを除
く。また、モータが高速回転であればあるほど回転から
停止への変化は大きく、従って着座の検出が非常に短時
間で実施でき、かつ電流制限も含めた逆転ブレーキ回路
によりイナーシャによる締めすぎ、不安定さも発生せ
ず、その後電源及びパワーTrを制御することにより第２
次の最終設定トルクに達した後のねじ締め完了時にもイ
ナーシャが発生せず、精度のよいねじ締めが実現でき
る。

実 施 例 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。第１図は、本発明の第１の実施例における、ねじ締
めロボットの斜視図である。第１図において、11はエア
ーシリンダー、21は上下動検出センサー、22は組立用ロ
ボット、23はテーピングねじ供給ユニット、13は真空吸
引パイプである。第２図は第１の実施例におけるねじ締
付け制御装置の回路ブロック図である。第２図におい
て、24は制御用CPU、25は制御用ソフト及びねじ締め用
パターンの入ったROM、26はねじ締め条件を記憶するRAM
である。27はチョッパー式電源部、28はアナログデジタ
ル変換器（以降A/D変換器という）、29は電流検出変換
回路、30は速度検出着座検出回路である。31はモータの
ドライバー部で内部にパワーTr32,パワーTrの制御回路3
3、電流検出34等を含む。３は電動ドライバーモータ、3
5は回転検出器である。36はねじ締めトルク値及び締付
け条件等の表示部、37はデータ入力・操作用のスイッ
チ、38は外部機器との接続インターフェース回路（以降
I/Fという）で、スタート・ねじ締め条件39等を受け、
完了・不良・トルクデータ等の信号40を出力する。41は
チョッパー式電源への指令信号、42は電動ドライバーモ
ータへの出力電圧、43は電動ドライバーモータ３を駆動
するパワーTrの制御信号及びブレーキ信号である。

以上のように構成されたねじ締付け制御装置につい
て、第１図，第２図，第３図，第４図を用いてその動作
を説明する。第３図は、本電動ドライバーモータ３に流
れるで電流カーブを示すもので、その値は電流検出器3
4、電流検出変換回路29、A/D変換器28にて読みこまれ、
かつ第２図の回転検出器35による速度の変動も速度検出
着座検出回路30、A/D変換器28を通して読みこまれ、チ
ョッパー式電源部27と、パワーTr32をPWM制御してい
る。モータ３が起動されると第３図の起動電流44が流れ
た。ビット16先端がテーピングねじ供給ユニット23上に
移動し、下降してねじ15を第４図のように真空吸引して
取り出す。同時にそれまで低速回転していたビット16
は、ビット16と真空吸引パイプ13の上下方向相対位置関
係を検出する上下動検出センサー21が第４図ｂの状態で
ONする信号44を受けて高速回転に移行する。

次に、ねじ15がワークにねじ込まれた45後、ねじ頭が
ワーク面に着座すると、第３図の変曲点46のように電流
が変化を起こす。この変位を、第２図の回転検出器35、
速度検出着座検出回路30による回転と、電流検出器34、
電流検出変換回路29による電流の変化を読みとることに
より、CPU24により逆転ブレーキ指令を制御回路33にt₁
時間出力するとともにモータ３の電流制限をすると第３
図のブレーキ電流47が設定された時間流れ、その後、ワ
ーク及びねじ15の種類に応じた低い第一次締込みトルク
で電流値48として、ねじ頭溝にビット16が衝撃的に当た
らないようt₂時間出力する。最後に電動ドライバーモー
タ３のトルクを電流として、曲線49のように漸増させ、
設定トルク電流値50でt₃時間電動ドライバーモータを駆
動しモータ及びギヤのイナーシャがないように停止され
る。こうして、ねじ締めが完了するのである。

発明の効果 以上のように本発明によると、ねじの分離取出しの信
頼性を大幅に向上し、トルク精度の大幅な向上を同時に
実現したローコストなトルク制御範囲の広がりもったね
じ締め装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例におけるねじ締め装置を組
込んだロボットの斜視図、第２図は第１実施例における
ねじ締め装置の締付け制御回路図、第３図は第２図の回
路による電流ドライバーモータの電流カーブ図、第４図
a,bはねじ供給ユニットでのねじ取出し状態を示す図、
第５図は従来のねじ締め装置の側断面図、第６図は従来
の電気回路図、第７図は同電流カーブ図、第８図は従来
のメカ的構成を示すビットの断面図、第９図は同電気回
路図である。 ３……ドライバーモータ、11……エアーシリンダー、12
……電動ドライバー、13……真空吸引パイプ、15……ね
じ、16……ビット、21……上下動検出センサー、23……
テーピングねじ供給ユニット、24……制御用CPU。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ねじ部品供給部よりねじ部品を吸着部にて
   吸着し、所定の位置でこのねじ部品を回転可能なビット
   でねじ締めする方法において、ねじ部品供給部よりねじ
   部品を吸引するよう吸引部が下降すると同期して、ビッ
   トが低速回転で下降する第１工程と、ビットがねじ部品
   を保持し、その後ビットが高速回転する第２工程と、ビ
   ットが所定位置に移動し、あらかじめ設定されたトルク
   値でねじ締めを行う第３工程を有したことを特徴とした
   ねじ締め方法。
2. 【請求項２】ねじ部品を収納したテーピング構造体のね
   じ部品供給部と、上下方向に摺動可能な真空吸着可能な
   吸引部と、この吸引部の内側に設けられ、回転可能なビ
   ットと、このビットの上下方向相対位置を検出可能な検
   出部とを有したねじ締め装置において、ビットによりね
   じ部品供給部からのねじ部品が保持されたことを前記検
   出部が検出し、ビットが高速回転可能に設けられたねじ
   締め装置。
3. 【請求項３】吸引部がねじ部品供給部に押し当てられた
   ことをセンサーから発信される信号によりビットが高速
   回転を開始することを特徴とした特許請求の範囲第２項
   記載のねじ締め装置。
4. 【請求項４】回転駆動部とその回転を受けてねじを締め
   付け可能なドライバーと、前記回転駆動部と前記ドライ
   バーを取付けた支持プレート及びドライバー先端に取付
   けられたビットの移動路上に、テーピング構造体のねじ
   部品集合体をピッチ送り可能な搬送部と、この搬送部を
   備えた供給ユニットを配置し、前記支持プレートをフレ
   ームに取付けられたエアーシリンダーの作動により単独
   で移動するように構成し、ねじ部品集合体に各々収納さ
   れたねじ部品を上方からビット円周方向に形成された真
   空吸引パイプを押し当てて取り出しワークに締付けるね
   じ締め装置において、 上下方向に摺動可能な真空吸引パイプとビットの上下方
   向相対位置を検出するセンサーを設ける一方、制御部
   は、前記駆動部の回転を検出する検出信号と、駆動部に
   流れる電流を検出する電流信号からエアーシリンダーの
   動作開始すなわち下降開始と共に低速回転で駆動を始
   め、前記真空吸引パイプが前記ねじ部品集合体に押し当
   てられ、前記センサーの信号を検出後駆動部の電流を増
   し、所定位置へ移動してあらかじめ設定されたトルク値
   でねじを締めあげるようモータに印加する電源及びモー
   タをドライブするパワートランジスタに印加される駆動
   パルスをパルスワイドモジュレーション制御することを
   特徴としたねじ締め装置。
5. 【請求項５】支持プレートの移動手段がロボットと移動
   の高速化を図るよう先端に搭載された上下移動用のサー
   ボモータからなる特許請求の範囲第４項記載のねじ締め
   装置。
6. 【請求項６】固定式のねじ締め装置において、支持プレ
   ートの上下方向の移動手段がサーボモータからなる特許
   請求の範囲第４項記載のねじ締め装置。
7. 【請求項７】支持プレートの移動手段がロボットと、移
   動の高速化を図るためその先端に搭載された上下移動用
   のサーボモータからなり、センサー信号は前記ロボット
   制御部の位置決め信号によることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載のねじ締め装置。