JP2965414B2 - 自動ねじ締め機 - Google Patents

自動ねじ締め機

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JP2965414B2
JP2965414B2 JP4007842A JP784292A JP2965414B2 JP 2965414 B2 JP2965414 B2 JP 2965414B2 JP 4007842 A JP4007842 A JP 4007842A JP 784292 A JP784292 A JP 784292A JP 2965414 B2 JP2965414 B2 JP 2965414B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動ねじ締め機に関し、
特に締め付けポイント毎に高速かつ高精度にねじ締めを
行うことができる自動ねじ締め機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ねじ締めトルクの制御方法として
は、トルクセンサを用いない方法とトルクセンサを用い
る方法とがある。トルクセンサを用いない方法として
は、モータに印加する電圧を予めボリュームで設定しモ
ータの回転速度を変えてねじ締めを行う方法や,モータ
に流れる負荷電流に相当する電圧を予めボリュームで設
定しモータに流れる負荷電流を検出してねじ締めを行う
方法等が知られている。
【0003】一方、トルクセンサを用いたトルク制御方
法としては、モータによりドライバビットを回転させ、
このドライバビットに加わるトルクを歪みゲージ等のト
ルク検出部により検出し、この検出値が予め設定した値
に達すれば締め付け完了としてモータを停止させ、その
時の検出値を締め付けトルク値として表示するのが一般
的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
トルクセンサを用いる方法では、予め設定した締め付け
トルク値に達した後、モータに直ちに停止指令を送って
もモータは直ちに停止しないため、実際の締め付けトル
ク値はモータの停止指令発信時のトルク値ではなく、そ
の停止指令発信時点のモータの持っている運動エネルギ
ーがなす仕事量、即ちオーバーシュート分の影響による
トルク増加分をも含んだトルク値で締め上がることにな
る。その結果、このオーバシュート分のモータの運動エ
ネルギーによって締め付け完了以後に首とび等が発生す
るおそれがある。
【0005】一方、従来のトルクセンサを用いない方法
は、トルクと負荷電流とが比例関係にある静的な状態の
時を利用するものであるから、通常のねじ締め動作のよ
うに動的な状態の場合には正確に締め付けトルクを設定
・検出できない。また、締め付けトルクを設定すること
ができたとしても、上記と同様の欠点を有する。したが
って、いずれの方法を用いてもこれらの欠点を解消する
ことができないため、高速かつ高精度にねじ締めを行う
ことが困難である。
【0006】更に、製品の少量多品種化に伴い、ロボッ
トで複数のポイントのねじ締めを行う場合等には締め付
けポイント毎に締め付け条件を設定してねじ締めを行う
必要がある。この場合、トルクを設定するボリューム等
の設定手段を複数設けることも考えられるが、単にトル
クを設定しただけでは締め付けポイント毎に最適の締め
付け条件でねじ締めを行うことが困難であり、また、ス
ペース上の問題もある。
【0007】本発明は上記課題に鑑み、締め付けポイン
ト毎にねじの材質や種類等に応じて最適の締め付け条件
でねじ締めを行うことができる高速かつ高精度な自動ね
じ締め機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の自動ねじ締め機
は上記課題を解決するため、複数の締め付けポイント
に、連続してねじ締めを行う自動ねじ締め機であって、
モータの回転を受けて回転するドライバビットの反力ト
ルクを検出するトルク検出手段と、本締めトルク値,ね
じ込み開始時の速度オフセット値,本締め時の速度勾配
及び最高回転,逆転トルク値,逆転開始時の速度オフセ
ット値,食い付き解除時の速度勾配及び最高回転の中か
ら任意に選択される複数のねじ締め情報を締め付けプロ
グラム毎に設定する設定手段と、上記設定手段により設
定されたねじ締め情報をプログラム毎に記憶する記憶手
段と、プログラム番号を一つの締め付けポイントのねじ
締めが終了する度に切り換えるプログラム番号切り換え
手段と、上記プログラム番号切り換え手段により指定さ
れたプログラム番号に相当するねじ締め情報を上記記憶
手段から読み出す読み出し手段と、上記読み出し手段に
より読み出された締め付けポイント毎のねじ締め情報に
基づいてモータの回転を制御するモータ制御手段とを有
することを特徴とする。
【0009】また、上記設定手段は、本締めトルク値,
ねじ込み開始時の速度オフセット値,本締め時の速度勾
配及び最高回転,逆転トルク値,逆転開始時の速度オフ
セット値,食い付き解除時の速度勾配及び最高回転,仮
締めトルク値,本締め開始時の速度オフセット値,仮締
め時の速度勾配及び最高回転,仮締め完了後の再スター
ト指令値の中から任意に選択される複数のねじ締め情報
を締め付けポイント毎に設定する設定手段であることを
特徴とする。
【0010】更に、最終締め付けポイントのねじ締めが
完了したことを検出するサイクル完了検出部を有するこ
とを特徴とする。加えて、上記設定手段は、テンキーに
よるマニュアル・データ・インプット(MDI)方式で
あることを特徴とする。更に加えて、上記設定手段は、
ホストからの通信手段であることを特徴とする。
【0011】
【作用】上記構成によれば、予め設定した締め付けプロ
グラム毎のねじ締め情報に基づいてモータの回転を制御
することにより、締め付けポイントに応じた最適な締め
付け条件でねじ締めができる。その結果、高速かつ高精
度にねじ締めを行うことができる。
【0012】このように、締め付けポイント毎にねじの
材質や種類等に応じた最適なねじ締め情報を予め設定す
れば、設定したねじ締め情報に基づいてモータの回転及
びトルクを制御することにより締め付けポイント毎に高
速かつ高精度にねじ締めを行うことができる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施例に係る自動ねじ締め
機の構成を示すブロック図であり、このねじ締め機は自
動ねじ締め機本体1と制御装置24とから構成されてい
る。上記自動ねじ締め機本体1は、昇降駆動源26の作
動により昇降するドライバ台2にギアケース3を介して
固定されたドライバ本体4を有しており、このドライバ
本体4内には潤滑オイルが充填されている。前記ドライ
バ本体4の一端には回転駆動源のモータ5(例えば、D
Cサーボモータ)が固定されている。このモータ5は、
ドライバ本体4内の減速機(図示せず)を介してドライ
バ本体4の一部に回転自在に保持された出力軸17が、
またこの出力軸17には連接具18を介して後述する太
陽ギア19aが連結されており、前記モータ5,出力軸
17及び太陽ギア19aが一体に回転するように構成さ
れている。前記出力軸17の下端には前記ギアケース3
内に位置する差動遊星ギア機構19の太陽ギア19aが
連結されており、この太陽ギア19aに等間隔をおいて
噛合する3個の遊星ギア19bが遊星ギア台19cに支
持されて配置されている。また、前記遊星ギア19bは
ギアケース3内で回転自在に保持された内歯ギアを有す
るリングギア部19dの内歯ギアに歯合しており、出力
軸17の回転が所定比に減速されて遊星ギア台19cに
伝達されるように構成されている。前記リングギア部1
9dには前記出力軸17を内包するように配置されたト
ルク検出部の一例である歪み管20が固定されている。
前記歪み管20にはその歪み量を検出するストレンゲー
ジ21が貼付されており、歪み管20の歪み量を検出し
てリングギア部19dに加わる反力トルクを検出できる
ように構成されている。前記遊星ギア台19cには、伝
達機構22を介してドライバビット23が連結されてお
り、モータ5の回転がドライバビット23に伝達される
ように構成されている。
【0014】上記制御装置24は作業スタート指令を出
力する作業スタート部25と,作業スタート指令を受け
て作動を開始する昇降駆動源駆動部26aと,モータ5
を駆動するモータ駆動部27と,ねじ締め情報を設定す
る設定部29と,締め付けプログラム番号を切り換える
プログラム番号切り換え部7と,サイクル完了検出部8
と,A/D変換部30と,S/H回路31と,表示部3
4と,良否判定出力部35と,モータ端子電圧検出部3
6と,ドライバビット23が原位置にあるかどうか検出
する原位置検出部37と,前記モータ駆動部27にパワ
ーを供給するパワー供給部38と,フォトカプラ39
と,入力回路40と,バッテリ41と,補正部42と,
前記ストレンゲージ21により検出された検出値を増幅
する増幅部43と,フィルタ部44と,制御部45とか
ら構成されている。
【0015】上記制御部45は、前記モータ駆動部27
にモータ5の速度指令値を与える速度指令部6と,RA
M32と,ROM33とを有している。前記ROM33
は、自動ねじ締め機を動作させるプログラムの他に締め
付けプログラム毎のねじ締め情報の標準データを格納し
ている。また、前記RAM32は、前記ROM33に格
納された締め付けプログラム毎のねじ締め情報の標準デ
ータや、書き換えられたねじ締め情報を締め付けプログ
ラム番号毎に記憶することができる所定のエリアを有し
ている。各締め付けプログラム毎のねじ締め情報として
は、例えば図10に示す如く、小ねじ(M6×15)を
平座金を介在させて焼き入れナットにねじ込んだ場合の
高速かつ高精度なねじ締めを示すトルク特性(図11参
照)が得られるよう仮締めトルク値,本締めトルク値,
ねじ込み開始時の速度オフセット値,仮締め時の速度勾
配及び最高回転,仮締め完了後の再スタート指令値(仮
締め完了後のオーバーシュート分影響を受けた後のトル
クの降下を検出する仮締めトルク値,或いは仮締め完了
時から作動するタイマの時間),本締め開始時の速度オ
フセット値,本締め時の速度勾配及び最高回転,逆転ト
ルク値,逆転開始時の速度オフセット値,食い付き解除
時の速度勾配及び最高回転等のねじ締め情報が設定され
る。
【0016】上記設定部29は、締め付けプログラム毎
のねじ締め情報を設定するためのテンキー29aを有し
ている。ここで、ねじ締め情報とは上述した本締めトル
ク値等をいうが、これらの情報は必ずしもすべて設定す
る必要はなく、必要な情報だけを設定することも可能で
ある。なお、必要に応じ、仮締めトルク値,仮締め時の
速度勾配及び最高回転,仮締め完了後の再スタート指令
値,本締め開始時の速度オフセット値を除くことも可能
である。
【0017】上記プログラム番号切り換え部7は、1つ
の締め付けポイントの物理的なねじ締めが終了する度
に、ねじ締め情報を指定するためプログラム番号を切り
換え、RAM32内の締め付け情報を読み出す。その
際、同じ締め付け条件であれば同じプログラム番号が指
定されている。上記サイクル完了検出部8は、同じワー
クに複数の異なる締め付け条件でねじ締めを行う場合に
必要なもので、プログラム番号切り換え信号、作業スタ
ート信号夫々は、先ず新しいワークがセットされ、次に
ロボット等が締め付けポイント位置に移動し、その位置
合わせ完了毎に、先ず所定のプログラム番号に切り換え
られ、次に作業スタート信号が入力されるように構成さ
れる。また、ワークの最初の締め付けポイント位置での
締め付け前に、予め或いは最終の締め付けが完了した時
点でリセットされる締め付けポイントの数をカウントす
るカウンタの値は締め付けに応じて、順次+1に変更す
るレジスタで構成され、前記レジスタの値が予め設定さ
れた締め付けポイント数のねじ締め、即ち最終締め付け
ポイントのねじ締めが完了したかどうかを検出するもの
であり、完了すればそのワークについてのねじ締めを終
了し、前記レジスタの値をリセットし、次のワークが搬
送されてくるまでねじ締め動作を停止させる。
【0018】上記モータ駆動部27は、モータ5の正逆
駆動に適するようにトランジスタ4個或いは8個を使っ
たH回路を採用しているので、モータの正逆転に対し迅
速に応答することができる。上記A/D変換部30は、
高速A/Dコンバータ(例えば、精度12bit,変換
時間25μsec)を採用しているので、ねじ締めトル
クの変動に対して正確に追従することができる。
【0019】上記良否判定出力部35は、ねじ締め結果
の良否判定出力の他にトルク値のデジタル信号を出力し
たり、ねじ締めトルクをアナログ出力できるので、ねじ
締め過程のモニタリングを行うことが可能である。ま
た、上記表示部34はねじ締め結果のトルク値表示の
他,ねじ締め結果の良否判定等のイルミネーション表示
等もすることができるのでねじ締めの品質管理を担って
いる。
【0020】図2〜5は本発明の一実施例に係る自動ね
じ締め機の動作を示すフローチャートであり、図6はそ
のタイムチャート及び出力トルク波形を示している。先
ず、♯1においてROM33の中に格納されている締め
付けプログラム毎のねじ締め情報の標準データが、RA
M32の所定エリアに書き込まれているか判断し、書き
込まれていなければ書き込み指令を待って(♯2)、R
OM33の中の締め付けプログラム毎の標準データをR
AM32の所定エリアに書き込む(♯3)。
【0021】ここで、標準データの変更指令があれば
(♯4)、変更する締め付けプログラム番号が入力され
るのを確認して(♯5)、変更する締め付けプログラム
番号のデータを読み込みそのデータを表示部34に表示
する(♯6)。ここで、テンキー29aによりねじ締め
情報の標準データの変更を行うと(♯7)、この変更さ
れたねじ締め情報をそのプログラム番号の新しい標準デ
ータとしてRAM32の所定エリアに書き込み(♯
8)、♯4に戻る。
【0022】一方、標準データの変更指令がなければ
(♯4)、原位置検出部37によりドライバビット23
が所定ワークの原位置にあるのを確認した後(♯9)、
締め付けポイントのカウント値を+1し(♯9A)、プ
ログラム番号切り換え部7から締め付けプログラム番号
切り換え指令があれば(♯10)、切り換えられた締め
付けプログラム番号のねじ締め情報を読み込む(♯1
1)。なお、プログラム番号切り換え部7から締め付け
プログラム番号切り換え指令を出力する代わりに、ワー
ク側(或いは、ワークを移送するパレット側)にワーク
の種類を示す指令信号を出力する手段を設けて、これに
応じたねじ締め情報を読み込むようにすることも可能で
ある。
【0023】♯12で、作業スタート部25からの作業
スタート指令があれば、昇降駆動原駆動部26aからの
ドライバビット下降指令に基づいてドライバビット23
を下降させ(♯13)、RAM32の所定エリアにねじ
締め情報(仮締めトルク値,ねじ込み開始時の速度オフ
セット値,仮締め開始時の速度勾配・最高回転)を読み
込む(♯14)。
【0024】ここで、モータ駆動部27からのモータ正
転指令があれば(♯15)、前記ねじ締め情報に基づい
てモータ5を正転させてねじ込みを開始する(図6にお
けるt0 )。そして、ねじの頭部座面がワークに到達す
ると(図6におけるt1 )、ねじ締めの負荷トルクが増
加し、この負荷トルクをA/D変換部30でA/D変換
してトルク値として読み込み(♯16)、予め設定した
仮締めトルク値に達したかどうか判断する(♯17)。
仮締めトルク値に達していなければ、モータ5が最高回
転に達するのを待って(♯18)、速度勾配を0にセッ
トする(♯19)。一方、モータ5が最高回転に達して
いなければ、これまでの読み込んだ速度勾配をそのまま
指示する(♯20)。
【0025】♯17において、検出値が予め設定した仮
締めトルク値に達すると(図6におけるt2 )、モータ
5等の回転駆動系の持つ運動エネルギーを減少させるた
めモータ停止指令を送り(♯21)、直ちにタイマの時
間計上を行い(♯22)、この時の負荷トルクをA/D
変換部30でA/D変換してトルク値として読み込む
(♯23)。
【0026】ここで、仮締め完了後のオーバーシュート
分の影響を受けた後トルクが降下してそのトルク値が予
め設定した仮締めトルク値に達していなければ(♯2
4)、♯25のタイムアップを待って♯26に進むし、
仮締めトルク値に達していれば直ちに♯26に進む。♯
26では、RAM32の所定エリアにねじ締め情報(本
締めトルク値,本締め開始時の速度オフセット値,本締
め時の速度勾配・最高回転)を読み込み、♯27のモー
タ正転指令を待って、前記ねじ締め情報に基づいてモー
タ5を正転させて本締めを開始する(図6における
3 )。本締めに伴って負荷トルクが増加し、この負荷
トルクをA/D変換部30でA/D変換してトルク値と
して読み込む(♯28)。
【0027】トルク値が予め設定した本締めトルク値に
達していなければ(♯29)、モータ5が最高回転に達
するのを待って(♯30)、速度勾配を0にセットする
(♯31)。一方、モータ5が最高回転に達していなけ
れば、これまでの読み込んだ速度勾配をそのまま指示す
る(♯32)。♯29において、検出値が予め設定した
本締めトルク値に達すると(図6におけるt4 )、モー
タ5に停止指令を送り(♯33)、この時の負荷トルク
をA/D変換部30でA/D変換してトルク値として読
み込み、ピークトルク値を検出する(♯34)。
【0028】♯35では、モータ5が停止するのを確認
し、モータ5の完全停止時(図6におけるt5 )までの
オーバーシュート分を含んだピークトルク値を表示部3
4に表示する(♯36)。♯37及び♯38において、
前記ピークトルク値が予め設定したトルク値の許容範囲
内(上限又は下限)にあるか判断し、許容範囲内になけ
れば上限又は下限の異常表示を行う(♯39,♯4
0)。一方、許容範囲内にあれば表示部34にOK表示
を行い(♯41)、良否判定出力部35により良否判定
が出力される(♯42)。
【0029】♯43では、ねじ締め情報(逆転トルク
値,逆転開始時の速度オフセット値,食い付き解除時の
速度勾配・最高回転)をRAM32の所定エリアに読み
込み、♯44のモータ逆転指令を待ってモータ5を短時
間逆転させ(図6におけるt6 〜t7 の間)、ねじ頭と
ドライバビット23の食い付きを解除する。♯45で
は、逆転時の負荷トルクをA/D変換部30でA/D変
換してトルク値として読み込み、このトルク値が予め設
定した逆転トルク値に達したかどうか判断する(♯4
6)。
【0030】ここで、検出値が予め設定した逆転トルク
値に達していなければ、モータ5が最高(逆転)回転に
達するのを待って(♯47)、速度勾配を0にセットす
る(♯48)。一方、モータ5が最高(逆転)回転に達
していなければ、これまでの読み込んだ速度勾配をその
まま指示する(♯49)。♯46において、検出値が予
め設定した逆転トルク値に達すると、モータ停止指令を
待って(♯50)、モータ5を停止させ、ドライバビッ
ト上昇復帰指令に基づいてドライバビット23を上昇さ
せ(♯51)、ドライバビット23が原位置に達するの
を待つ(♯52)。
【0031】以上で、最初の締め付けポイントに対する
ねじ締めを終了する。♯53において、最終締め付けポ
イントのねじ締めの完了が検出されなければ締め付けポ
イントのカウント値に+1する(♯54)。このねじ締
めを終了すると、プログラムは再び♯4に戻り、♯1
0,♯11で次プログラム番号のねじ締め情報をRAM
32から読み出し、次ポイントのねじ締めを実行する。
【0032】このようなねじ締め動作を全てのポイント
に対して実行する。そして、♯53において、最終締め
付けポイントのねじ締めが完了したことを検出すると、
サイクル完了指令を出力し(♯55)、制御動作を終了
する。以後は、例えば、新たなワークがドライバビット
23が原位置の時にに搬送されてくる度に図2〜5まで
のフローチャートがコールされ、そのワークに対する各
締め付けポイントのねじ締めを実行する。
【0033】図7〜9は、締め付けプログラム毎の標準
データの変更動作を示すフローチャートである。RAM
32の所定エリアに書き込まれたねじ締め情報の標準デ
ータを変更する場合は、ねじ締め情報(ねじ込み開始時
の速度オフセット値,仮締め時の速度勾配及び最高回
転,仮締めトルク値,仮締め完了後の再スタート指令,
本締め開始時の速度オフセット値,本締め時の速度勾配
及び最高回転,本締めトルク値,下限トルク値,上限ト
ルク値,逆転開始時の速度オフセット値,食い付き解除
時の速度勾配及び最高回転,逆転時の最大トルク値,表
示補正値)の中の変更したい情報を読み出し、テンキー
29aで所定の値に変更することが可能である(♯71
〜102)。
【0034】上記実施例によれば、テンキー29aによ
るマニュアル・データ・インプット(MDI)方式によ
って締め付けプログラム毎のねじ締め情報を容易に書き
換えることが可能である。また、例えば、RS232C
等の通信手段を介してホストから締め付けプログラム毎
のねじ締め情報を設定することも可能である。
【0035】更に、締め付けプログラム毎のねじ締め情
報を締め付けポイントに応じて複数(例えば、数100
ポイント)設定したとしても、これらの情報はすべてR
AM32に記録することができるのでスペース上の制約
がない。加えて、FMS生産システム,ねじ締めロボッ
ト等としても有用である。
【0036】
【発明の効果】以上の本発明によれば、締め付けポイン
ト毎にねじの材質や種類等に応じた最適なねじ締め情報
を予め設定することができるので、設定したねじ締め情
報に基づいてモータの回転及びトルクを制御することに
より各締め付けポイントに最適な締め付け条件でねじ締
めを行うことができる。その結果、締め付けポイント毎
に高速かつ高精度にねじ締めを行うことができるという
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の構成
を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。
【図3】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。
【図4】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。
【図5】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の動作
を示すタイムチャート及び出力トルク波形である。
【図7】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の締め
付けプログラムの標準データの変更動作を示すフローチ
ャートである。
【図8】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の締め
付けプログラムの標準データの変更動作を示すフローチ
ャートである。
【図9】本発明の一実施例に係る自動ねじ締め機の締め
付けプログラムの標準データの変更動作を示すフローチ
ャートである。
【図10】小ねじ(M6×15)に平座金を介在させて
焼き入れナットにねじ込んだ状態を示す図である。
【図11】図10におけるトルク特性図である。
【符号の説明】
1 自動ねじ締め機本体 5 モータ 7 プログラム番号切り換え部 23 ドライバビット 27 モータ駆動部 29 設定部 29a テンキー 32 RAM

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の締め付けポイントに、連続してね
    じ締めを行う自動ねじ締め機であって、 モータの回転を受けて回転するドライバビットの反力ト
    ルクを検出するトルク検出手段と、 本締めトルク値,ねじ込み開始時の速度オフセット値,
    本締め時の速度勾配及び最高回転,逆転トルク値,逆転
    開始時の速度オフセット値,食い付き解除時の速度勾配
    及び最高回転の中から任意に選択される複数のねじ締め
    情報を締め付けプログラム毎に設定する設定手段と、 上記設定手段により設定されたねじ締め情報をプログラ
    毎に記憶する記憶手段と、 プログラム番号を一つの締め付けポイントのねじ締めが
    終了する度に切り換えるプログラム番号切り換え手段
    と、 上記プログラム番号切り換え手段により指定されたプロ
    グラム番号に相当するねじ締め情報を上記記憶手段から
    読み出す読み出し手段と、 上記読み出し手段により読み出された締め付けポイント
    毎のねじ締め情報に基づいてモータの回転を制御するモ
    ータ制御手段とを有することを特徴とする自動ねじ締め
    機。
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