JP3855322B2

JP3855322B2 - ネジ検査装置

Info

Publication number: JP3855322B2
Application number: JP29641096A
Authority: JP
Inventors: 哲郎丸田; 成幸伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: JPH10138058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネジを検査するネジ検査装置に関するものであり、より具体的には、ネジ検査用のゲージをロボットのビット軸に取り付け、雌ネジの検査を行うときに用いられる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製品のネジが規格どおりかどうかを検査する工程については、人が検査用のゲージを使用して検査しており、人手によって行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような人手による検査では、検査する人（熟練者）のカンやコツに頼っているため、検査の良否判定にばらつきが生じてしまう。すなわち、この種のネジ検査は、人手によって行われていることから良否判定にばらつきがあり、人手に頼ることのない自動化が望まれている。
【０００４】
そこで本願発明は上記問題点に鑑み、ねじ検査を自動化することで良否判定のばらつきをなくし、正確に検査することができるネジ検査装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１ないし請求項２に記載の発明では、回転量検出部（２６、４０）で検出されたネジゲージ（１５）の回転量と移動量検出部（２４、３８）で検出された移動量とに基づいて、１回転あたりの移動量を求め、この移動量が雌ネジのピッチと一致するか否かを判定することにより、ネジゲージが前記雌ネジに噛み合ったかどうかを判定するネジゲージ噛み合い判定手段（Ｓ１１０、Ｓ２１０）と、ネジゲージ噛み合い判定手段にて噛み合いが判定されてからのネジゲージの回転量を検出し、この検出した回転量が所定の回転量に到達したか否かを判定する到達判定手段（Ｓ１３０、Ｓ２３０）と、到達判定手段が到達を判定する前に、ネジゲージを回転させるのに必要なトルクが所定値を越えたか否かを判定するトルク判定手段（Ｓ１８０、Ｓ２８０）とを設けたことを特徴としている。
【０００６】
まず、ネジゲージと雌ネジとが噛み合うと、その噛み合いにより、ビット軸の回転量と軸方向の移動量とが強制的に雌ネジのピッチに等しくなる。これを上記ネジゲージ噛み合い判定手段が定量的に検出できるので、噛み合いを正確に検出することができる。
つぎに、通りネジゲージの検査は、過剰の力を加えることなく形成された雌ネジの全長にわたって、ネジゲージの通り抜けがなされるかどうかで良否を判定するものであるが、本発明では、上記到達判定手段によってネジゲージが所定の位置まで到達したか否かを正確に判定でき、さらに、上記トルク判定手段によって過剰の力を加えることなく通り抜けたことを定量的に正確に検出することができる。一方、止まりネジゲージの検査についても、上記到達判定手段および上記トルク判定手段によって、ネジゲージが所定の回転量を越えて入ってはならないことを正確に検出することができる。
【０００７】
これにより、雌ネジが良品であるか不良品であるかを常に一定の条件で判定することができ、良否判定にばらつきをなくして正確に検査することができるようになる。
また、請求項３に記載の発明では、噛み合いを判定する前はネジゲージを低速で回転させ、噛み合いを判定した後はネジゲージを高速で回転させる（Ｓ１２０、Ｓ２２０）ことを特徴とする。これにより、ネジゲージと雌ネジとを確実に噛み合わせ、かつ、噛み合い後は、その処理時間が短縮される。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明では、雌ネジの種類に応じて、それぞれ独立したプログラムを選択（Ｓ１０）して実行することを特徴とする。これにより、様々な種類の雌ネジの検査を行うことができる。
なお、上記括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい一実施形態を、図面を用いて以下に説明する。
図１は、本発明のネジ検査装置の外観を示している。図１において、ネジ検査装置は、ロボット本体２と、このロボット本体２を制御するロボットコントローラ３０と、操作者によって操作される操作盤５２や情報を表示する表示部５４（図２参照）を備え、操作者の操作に応じてロボットコントローラ３０を制御するシーケンスコントローラ５０とから構成されている。
【００１０】
まず、ロボット本体２は、ロボット本体全体を支持する基台４と、この基台４に立設された支柱６と、この支柱６の上端に連結されるとともに支柱６を中心に水平方向に揺動可能に構成されたアーム８と、このアーム８の先端に連結されるとともにアーム８の先端を中心に水平方向に揺動可能に構成されたアーム１０と、このアーム１０の先端部分で上下方向（鉛直方向）に貫通するように連結されており、上下方向に変位可能に構成された上下軸１２と、この上下軸１２の下端部に取り付けられたツール固定部１３と、このツール固定部１３の先端に設けられ、各種ツールが脱着自在に取り付けられるとともに、自らの中心軸を中心に回転するビット軸１４とから構成されている。そして、本実施形態においては、各種ツールの１つとしてネジゲージ（ＪＩＳの規格品）１５がビット軸１４に取り付けられる。
【００１１】
また、ロボット本体２の基台４には、アーム８を水平方向に揺動させてその位置を制御するモータ１６が設けられており、アーム８には、アーム１０を水平方向に揺動させてその位置を制御するモータ１８が設けられている。そして、アーム１０の内部にはモータ２０が設けられており、このモータ２０のモータ軸は上下軸１２にラックアンドピニオン式等の連結機構（図示せず）を介して連結され、モータ２０が駆動することにより上下軸１２はツール固定部１３とともに上下方向に移動するようになっている。また、ツール固定部１３には、モータ２２が設けられており、モータ２２のモータ軸には同軸的にビット軸１４が連結されている。これにより、ビット軸１４は、モータ２２が駆動することにより正逆自在に回転するとともに、モータ２０の駆動によりツール固定部１３といっしょに上下方向にも移動するようになっている。
【００１２】
ここで、ネジゲージ１５について述べる。ネジゲージには、通りネジゲージと止まりネジゲージとがある。通りネジゲージは、所定のネジ山形をもち、過剰の力を加えることなく製品に形成された雌ネジの全長にわたって、通り抜けがなされるか否かで雌ネジの形状誤差を検査するものである。一方、止まりネジゲージは、所定のネジ山をもち、過剰の力を加えることなく製品に形成された雌ネジに噛み合わされ、噛み合わされてもネジの例えば２回転を越えて入ってはならないことを満たすか否かで雌ネジの形状誤差を検査するものである。これら通りネジゲージおよび止まりネジゲージの両方の検査をパスして、はじめて雌ネジが規格通りの良品であることが判定できる。
【００１３】
次に、ネジ検査装置の電気的構成について説明する。
図２は、本発明のネジ検査装置の電気的構成を示している。図２において、モータ２０や２２にはロータリー型エンコーダ２４や２６が同軸的に組み付けられており、これらモータ２０や２２、およびエンコーダ２４や２６はロボット本体２に設けられている。ここで、エンコーダ２４は、モータ２０の回転量、つまり上下軸１２の回転量を計測してその計測値の信号をロボットコントローラ３０に出力し、一方、エンコーダ２６は、モータ２２の回転量、つまりビット軸１４の回転量を計測してその計測値の信号をロボットコントローラ３０に出力する。
【００１４】
また、ロボット本体２は、ケーブル６０（図１参照）を介してロボットコントローラ３０に接続されている。ロボットコントローラ３０には、マイクロコンピュータ３２と、ロボット本体２のモータ２０を駆動する上下軸用駆動回路３４と、モータ２２を駆動するビット軸用駆動回路３６と、エンコーダ２４や２６からの計測値の信号に基づいてマイクロコンピュータ３２が処理できる信号に変換する位置検出回路３８、４０とが設けられている。そして、マイクロコンピュータ３２は、位置検出回路３８や４０からの信号をフィードバック信号としてモータ２４や２６を駆動することにより、ロボット本体２を所定の動作プログラムの通りに制御する。
【００１５】
また、ロボットコントローラ３０のマイクロコンピュータ３２は、シーケンスコントローラ５０と通信線６２により接続されており（図１参照）、シーケンスコントローラ５０からの指令に応じて所定のプログラムで実行し、実行に応じて得られた結果をシーケンスコントローラ５０に応答するようになっている。
なお、図２において、モータ１６やモータ１８、さらにこのモータ１６やモータ１８に関連する駆動回路の構成は省略されている。
【００１６】
次に、上記構成において、シーケンスコントローラ５０の作動について説明する。図３は、その作動を示すフローチャートである。
まず、雌ネジを検査するに際し、雌ネジには、例えば、その径の大きさによって、Ｍ６、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１２というように様々な種類のものがある。そのため、この雌ネジの種類に応じた通りネジゲージもしくは止まりネジゲージをロボット本体２のビット軸１４に取り付ける必要がある。
【００１７】
そこで、まず、操作者は、検査する雌ネジに対応した通りネジゲージをロボット本体２のビット軸１４に取り付ける。次に、検査する雌ネジが、どの種類のものであるかを操作盤５２を操作して、その情報をシーケンスコントローラ５０に入力する。シーケンスコントローラ５０は、この入力された雌ネジの種類の情報に基づき、この情報をロボットコントローラ３０に出力する。ここで、ロボットコントローラ３０側には、その雌ネジの種類、すなわちＭ６、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１２に応じて、それぞれ独立したプログラムが設定されている。これは、雌ネジの種類に応じて、後から述べる噛み合いチャックやビット軸１４の回転量等の制御する値が異なってくるからである。つまり、このステップにおいては、雌ネジの種類に対応したネジゲージが取り付けられ、これに対応したプログラムが選択されるという処理がなされる（ステップ１０）。
【００１８】
この後、操作者は、通りネジゲージ検査を実行するように操作盤５２を操作し、シーケンスコントローラ５０は、この通りネジゲージ検査実行の命令をロボットコントローラ３０に出力する。これによりロボットコントローラ３０は、ロボット本体２を動作させて検査を実行することになる（ステップ２０）。
この後、通りネジゲージ検査の実行がなされ、その検査結果がロボットコントローラ３０側からシーケンスコントローラ５０側に入力される。つまり、シーケンスコントローラ５０は、通りネジゲージ検査の判定待ちの状態になっている（ステップ３０）。そして、その判定の結果が、良品であれば次の止まりネジゲージ検査実行を処理するようになり、不良品であれば表示部５４によって通りネジゲージ不良である旨の表示を行う（ステップ７０）。
【００１９】
次に、止まりネジゲージを検査するために、操作者は、検査する雌ネジに対応した止まりネジゲージをロボット本体２のビット軸１４に取り付ける。そして、操作者は止まりネジゲージ検査を実行するように操作盤５２を操作し、ロボットコントローラ３０は止まりネジゲージの検査を実行することになる（ステップ４０）。
【００２０】
この後、止まりネジゲージ検査の実行がなされ、その検査結果がロボットコントローラ３０側からシーケンスコントローラ５０に入力される（ステップ６０）。そして、その判定の結果が、良品であれば表示部５４によって良品である旨の表示を行い、不良品であれば表示部５４によって止まりネジゲージ不良である旨の表示を行う（ステップ７０）。
【００２１】
以上のようにして、通りネジゲージ検査および止まりネジゲージ検査がなされ、良品もしくは不良品の判定がなされる。なお、本実施形態では、通りゲージの検査を先に行い、後から止まりゲージの検査を行っているがこの逆でも良い。
次に、ロボットコントローラ３０の作動について説明する。図４および図５は、その作動を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、シーケンスコントローラ５０からの信号に基づいて、雌ネジの種類（例えば、Ｍ６、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１２）に対応したプログラムを選択し、通りネジゲージ検査の実行命令が入力されることにより処理を開始する。
そして、まず上下軸用駆動回路３４およびビット軸用駆動回路３６を制御することによりモータ２０およびモータ２２を駆動させ、モータ２２の駆動によってビット軸１４を正転方向（ネジゲージを雌ネジに締め付ける方向）に回転させるとともに、モータ２０の駆動によって上下軸１２を下方（雌ネジに近づく方向）に移動させる（ステップ１００）。また、ビット軸１４の一回転あたりの上下軸１２の移動量は、検査する雌ネジに対応しており、その雌ネジピッチ、つまり雌ネジの一回転あたりの正規のピッチに対して十分大きな値で、例えば２倍に設定されている。
【００２３】
その後、通りネジゲージが雌ネジに徐々に近づいていき噛み合うことになるが、このステップでは、その噛み合いを検出するようになっている。この噛み合いの検出の仕方としては、ビット軸１４の１回転あたりの上下軸１２の移動量が雌ネジのピッチに一致するか否かで検出している（ステップ１１０）。
これは、通りネジゲージと雌ネジが噛み合うと、その噛み合いにより、ビット軸１４の１回転あたりの上下方向の移動量が強制的に雌ネジのピッチに等しくなるからであり、上記したように噛み合う前はビット軸１４の一回転あたりの上下方向の移動量が雌ネジのピッチの約２倍になっているので、その違いにより噛み合ったかどうかが正確に検出できる。そして、回転量あたりの移動量は、雌ネジの種類に応じて様々に設定される。
【００２４】
また、この噛み合いの検出は、所定時間内に検出できるかどうかが判定されており（ステップ１７０）、所定時間内に検出できれば次のステップに移り、所定時間までに検出できなければ不良品であると判定されて、その判定結果をシーケンスコントローラ５０に出力する（ステップ１９０）。因みに、この不良品の原因としては、所定時間までに噛み合いが検出されていないことから、雌ネジの径が大きすぎて通りネジゲージが噛み合わずに通り越してしまったことが考えられる。
【００２５】
次に、所定時間内に噛み合いが検出された場合には、ビット軸１４の回転量を低速から高速に切換える。なお、このビット軸１４の回転の高速化に合せて、上下軸１２の移動量も大きくするように制御する（ステップ１２０）。これにより、検査に要する時間を短縮することができる。また、通りネジゲージと雌ネジとを噛み合わせる際には、なるべく低回転の方が確実に噛み合うので、噛み合い前は低速にし、噛み合い後は高速にしている。
【００２６】
その後、通りネジゲージは雌ネジ内を進んでいき、所定の位置まで過剰の力を加えることなく通り抜けがなされるか否かの判定がなされる。本実施形態では、モータ２２の回転量を検出する位置検出回路４０からの信号に基づき、所定の位置に到達したか否か、つまり、ビット軸１４が指定した回転量に達したか否かにより判定している（ステップ１３０）。なお、この回転量は噛み合いが検出されてからの回転量である。
【００２７】
そして、指定した回転量に到達する前に、所定値を越えるような異常なトルクが発生した場合には、不良品であると判定し、その判定結果をシーケンスコントローラ５０に出力する（ステップ１９０）。一方、異常なトルクが発生することなく指定した回転量に到達した場合には、通りゲージ検査において良品であると判定し、その判定結果をシーケンスコントローラ５０に出力する（ステップ１４０）。
【００２８】
ここで、異常トルクをどの様に検出しているかについて少し述べる。図２において上記したように、マイクロコンピュータ３０は、位置検出回路４０からの信号をフィードバック信号としてモータ２２を駆動している。具体的に述べると、マイクロコンピュータ３０は、マイクロコンピュータ３０自身が指示する回転量とエンコーダ２６によって実際に検出される回転量とが一致するように、駆動回路３６を介してモータに与える電流を制御している。したがって、雌ネジに形状誤差があって過剰な力を必要とするような場合には、その負荷によって実際に検出される回転量よりも指示する回転量の方が大きくなる。そのため、マイクロコンピュータ３０は、この差をなくすべく、モータに与える電流を大きくするように駆動回路３６を制御する。したがって、異常トルクの検出は、このマイクロコンピュータ３０がフィードバック制御するときに駆動回路３６に出力する電流指令値の大きさで検出することができ、本実施形態ではこの電流指令値の大きさで異常トルクを検出している。
【００２９】
次に、良品であると判定した後、もしくは、不良品であると判定した後においては、ビット軸１４を停止させるとともに上下軸の移動も停止させる（ステップ１５０）。そして、通りネジゲージを雌ネジから抜き取るために、ビット軸１４を反転方向に回転させ、上下軸１２を上方に移動させる（ステップ１６０）。
以上の処理によって、通りネジゲージの検査は終了し、その検査結果は、シーケンスコントローラ５０に出力され、表示部５４などによって表示される。
【００３０】
次に、止まりネジゲージの検査実行について、その特徴について述べる。
図５に示されるように、基本的な処理の流れは通りネジゲージのものとほぼ同じである。まず、シーケンスコントローラ５０から止まりネジゲージ検査実行の命令が入力されることにより処理を開始する。
そして、ビット軸１４を正転方向に回転させ、上下軸１２を下方に移動させる（ステップ２００）。その後、ビット軸１４の１回転あたりの上下軸１２の移動量が雌ネジのピッチに一致するか否かを検出することで、止まりゲージと雌ネジとの噛み合いをチェックする（ステップ２１０）。
【００３１】
そして、噛み合いが検出された後、所定値を越えるトルクが指定した回転量（ネジゲージが２回転）に到達する前に発生した場合には良品であると判定し、所定値を越えるトルクが発生することなく指定した回転量に到達した場合には不良品であると判定する（ステップ２８０）。
上述したように、止まりネジゲージの検査は、雌ネジに噛み合わされ、かつ、噛み合わされてもネジの例えば２回転を越えて入ってはならないことを満たすことが良品の判定条件である。したがって、ステップ２１０にて噛み合いを確実に検出し、さらに、噛み合いが検出された後、ステップ２８０にて所定値を越えるトルクが発生すれば良品、発生しなければ不良品として、止まりネジゲージの検査を行うことができるようになる。
【００３２】
なお、図６は、ビット軸１４の動作を示す図であり、本実施形態のネジ検査装置の動作の特徴を示している。
この図６を用いて、その動作についてもう一度述べる。まず、ネジゲージを低速で回転させ、ネジゲージと雌ネジとを確実に噛み合わせるようにする。そして、ビット軸１４の所定回転量あたりの上下軸１２の移動量が雌ネジのピッチと一致するかにより噛み合いを認識する。その後、ネジゲージを高速回転させ、検査時間を短縮させる。そして、噛み合いが認識されてから、ビット軸１４の回転量を検出し、指定した回転量に到達するまでに所定値を越えるトルクが発生するかどうかを検出する。通りネジゲージ検査の場合は、指定した回転量に到達するまでにトルクが発生すれば不良品、発生しなければ良品と判定する。止まりネジゲージ検査の場合は、指定した回転量に到達するまでにトルクが発生すれば良品、発生しなければ不良品と判定する。これにより、雌ネジが良品であるか不良品であるかを常に一定の条件で判定することができ、良否判定にばらつきをなくして、正確に検査することができる。
【００３３】
なお、本実施形態において、シーケンスコントローラ５０は、通りネジゲージ検査実行と止まりネジゲージ検査実行とを連続的に行っていたが、これに限るものではなく、例えば、通りネジゲージ検査実行を多数回実行し、その後、止まりネジゲージ検査実行を多数回行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の電気的構成を示す概略ブロック図である。
【図３】シーケンスコントローラの作動を示すフローチャートである。
【図４】ロボットコントローラの作動（通りゲージ）を示すフローチャートである。
【図５】ロボットコントローラの作動（止まりゲージ）を示すフローチャートである。
【図６】ビット軸の動作状態を示す図である。
【符号の説明】
１４ビット軸
１５ネジゲージ
２０モータ
２２モータ
２４エンコーダ
２６エンコーダ
３０ロボットコントローラ
３４上下軸用駆動回路
３６ビット軸用駆動回路
３８位置検出回路
４０位置検出回路
５０シーケンスコントローラ

Claims

通りネジゲージおよび止まりネジゲージのうち少なくともいずれか一方がビット軸（１４）に取り付けられ、前記いずれか一方のネジゲージ（１５）を雌ネジに締め付けることによって、前記雌ネジの形状が規格どおりに形成されているか否かを検査するネジ検査装置であって、
前記ビット軸に取り付けられた前記ネジゲージを第１のモータ（２２）にて回転させる第１の駆動部（３６）と、
前記ビット軸を前記ネジゲージの軸方向に第２のモータ（２０）にて移動させる第２の駆動部（３４）と、
前記ネジゲージの回転量を検出する回転量検出部（２６、４０）と、
前記ネジゲージの軸方向の移動量を検出する移動量検出部（２４、３８）と、
前記回転量検出部が検出した回転量および前記移動量検出部が検出した移動量に対応した信号を入力し、前記第１および第２の駆動部を制御する制御部（３０，５０）とからなり、
前記制御部（３０、５０）は、
前記ネジゲージを前記雌ネジに対して締め付け方向に回転させるネジゲージ回転手段（Ｓ１００、Ｓ２００）と、
前記ネジゲージを前記雌ネジに近づく軸方向に所定のスピードで移動させるネジゲージ移動手段（Ｓ１００、Ｓ２００）と、
前記回転量検出部で検出されたネジゲージの回転量と前記移動量検出部で検出された移動量とに基づいて、１回転あたりの移動量を求め、この移動量が前記雌ネジのピッチと一致するか否かを判定することにより、前記ネジゲージが前記雌ネジに噛み合ったかどうかを判定するネジゲージ噛み合い判定手段（Ｓ１１０、Ｓ２１０）と、
前記ネジゲージ噛み合い判定手段にて噛み合いが判定されてからの前記ネジゲージの回転量を検出し、この検出した回転量が所定の回転量に到達したか否かを判定する到達判定手段（Ｓ１３０、Ｓ２３０）と、
前記到達判定手段が到達を判定する前に、前記ネジゲージを回転させるのに必要なトルクが所定値を越えたか否かを判定するトルク判定手段（Ｓ１８０、Ｓ２８０）と、
前記通りネジゲージが取り付けられた検査の場合は、前記所定の回転量に到達する前に前記所定値を越えたトルクが発生すれば不良品、前記所定値を越えたトルクが発生することなく前記所定の回転量に到達すれば良品と判定し、
前記止まりネジゲージが取り付けられた検査の場合は、前記所定の回転量に到達する前に前記所定値を越えたトルクが発生すれば良品、前記所定値を越えたトルクが発生することなく前記所定の回転量に到達すれば不良品と判定する良否判定手段（Ｓ１４０、Ｓ１９０、Ｓ２４０、Ｓ２９０）とを備えたことを特徴とするネジ検査装置。
請求項１に記載のネジ検査装置において、
前記トルク判定手段の前記ネジゲージを回転させるのに必要なトルクの検出の仕方は、前記制御部が前記第１の駆動部を介して前記第１のモータに与える電流の大きさから求めることを特徴とするネジ検査装置。
請求項１に記載のネジ検査装置において、
前記制御部は、噛み合いを判定する前は前記ネジゲージを低速で回転させ、噛み合いを判定した後は前記ネジゲージを高速で回転させる（Ｓ１２０、Ｓ２２０）ことを特徴とするネジ検査装置。
請求項１に記載のネジ検査装置において、
前記制御部は、雌ネジの種類に応じて、それぞれ独立したプログラムを選択（Ｓ１０）して実行することを特徴とするネジ検査装置。