JP4148445B2 - ねじ締め装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークにねじを締め付けるねじ締め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワークにねじを締付ける場合には、従来からモータの駆動を受けて回転するドライバビットを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールをドライバビットの軸線方向に往復移動させる往復移動手段と、ドライバビットの回転角度を検出可能なエンコーダとを有するねじ締め機が用いられている。このねじ締め機は、ドライバビットの回転角度を検出することによりねじがどれだけワークにねじ込まれたかを識別する所謂角度法によりねじをワークに締め付けるように成されたものであり、モータの駆動によりドライバビットを回転駆動してドライバビットに係合させたねじをワークにねじ込み、ドライバビットの回転角度が予め設定された回転角度に達するとモータの駆動を停止してねじ締め作業を完了するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のねじ締め機は角度法によりねじ締めを行うものであるため、撓み等の弾性変形を起こし易いワーク等に対して正しくねじを締め付けることができない問題が発生している。すなわち、通常、ねじを締め付ける場合には、所定の推力でねじをワークに押し付けながらねじ込みが行われるのであるが、この推力の影響でワークが弾性変形してしまい、この弾性変形によりワークにおけるねじの着座面がドライバビットの回転角度によって予定される正規の位置からねじの螺入進行方向にずれてしまうことになる。このため、所定の回転角度までドライバビットを回転させただけでは、ねじが完全にワークに締め込まれていない状態となってしまうのである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじの頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動するように構成されたねじ締めツールと、このねじ締めツールを往復移動させるとともにねじ締めツールを通じてねじに推力を作用させる往復移動手段とを備えたねじ締め装置であって、前記ねじ締めツールの移動位置を検出可能な位置検出手段と、前記位置検出手段によって検出されるねじ締めツールの移動位置に応じてねじ締めツールを通じてねじに作用する推力を変更するよう前記往復移動手段を制御するとともに、ねじ着座面が正規の位置からずれていない状態でのねじ締めツールのねじ締め完了時の移動位置である基準位置と、この基準位置を過ぎたねじ締めツールの移動位置である目標位置とを予め設定し、目標位置を最終到達位置として前記往復移動手段を駆動してねじ締めツールを移動させる制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
なお、前記制御手段は、基準位置と、基準位置からねじ締め過程の特徴点までの距離とからねじ締めツールに作用する推力を変更する位置となる推力切換ポイントを算出し、前記目標位置をねじ締めツールの最終到達位置として前記往復移動手段を駆動してねじ締めツールを移動させるとともに、その過程で前記位置検出手段の信号によりねじ締めツールが推力切換ポイントに達したことを検出し、その推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータにより往復移動手段を制御してねじ締め推力の制御を行うものであることが好ましい。
また、前記制御手段は、ねじのねじ締め過程における推力切換ポイントの内から締付けているねじの種類に応じてそのねじに必要な推力切換ポイントを判断し、当該必要な推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータに基づいて往復移動手段を制御してねじ締め推力の制御を行うものであることが好ましい。
さらに、前記往復移動手段は、移動用モータと、この移動用モータの駆動を受けて作動することでねじ締めツールを移動させるボールねじ機構とを有し、また前記制御手段は、基準位置に所定の幅を持たせるための完了幅を設定可能であり、ねじの締め付けにともなってねじ締めツールの移動量が０になるか、ねじ締めツールが目標位置に達するかすると、前記移動用モータを速度０および制限トルク０で駆動し、前記完了幅によって規定される範囲内にねじ締めツールが停止したか否かを確認するものであることが好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はねじ締め装置であり、ビット回転駆動用モータ１１（以下、回転用モータ１１という）の出力軸１１ａにドライバビット１２を連結して成るねじ締めツール１０と、このねじ締めツール１０を前記ドライバビット１２の軸線方向に往復移動可能に保持する往復移動手段２０と、これらの制御手段３０とを備えている。
【０００６】
前記ねじ締めツール１０においては、回転用モータ１１の出力軸１１ａとドライバビット１２とが直結される構造になっており、回転用モータ１１に対してドライバビット１２が軸方向に移動（緩衝動作）できないように構成されている。また、ドライバビット１２はねじを吸着保持できるよう、磁化されたものが採用されている。
【０００７】
前記往復移動手段２０は、ＡＣサーボモータである移動用モータ２１と、この移動用モータ２１の出力軸２１ａの回転量を検出可能な位置検出手段の一例であるエンコーダ２２と、前記移動用モータ２１の駆動を受けて作動するボールねじ機構２３と、このボールねじ機構２３の軸受部２３ｂに連結されたテーブル２４とから成る推力付与手段を有している。この往復移動手段２０におけるボールねじ機構２３は、ボールねじ軸２３ａに軸受部２３ｂを螺合させて成る一般的なものであり、移動用モータ２１の駆動を受けてボールねじ軸２３ａが回転することにより、軸受部２３ｂと前記テーブル２４とをボールねじ軸２３ａの延びる方向に一体に移動させ得るように構成されている。
【０００８】
一方、前記制御手段３０は、前記回転用モータ１１の駆動を制御するねじ締めツールコントローラ４０（以下、ツールコントローラ４０という）と、前記移動用モータ２１の駆動を制御するサーボ駆動コントローラ５０（以下、サーボコントローラ５０という）と、これらコントローラ４０，５０からの信号に基づいて演算処理を行う制御部６０とを備えている。
【０００９】
前記ツールコントローラ４０は、回転用モータ１１と接続されており、この回転用モータ１１の負荷電流値に応じて回転用モータ１１の駆動／停止を切り換えるように構成されている。つまり、ねじの締付け時には、締付けトルクの増大に比例して増加する回転用モータ１１の負荷電流値により、ねじが所定の締付けトルクまで締め付けられたか否かを判断し、これが所定の値になると、回転用モータ１１の駆動を停止するように構成されている。
【００１０】
また、前記サーボコントローラ５０は、往復移動手段２０における移動用モータ２１およびエンコーダ２２と接続されており、エンコーダ２２の出力するパルス信号（移動用モータ２１の回転角度）とボールねじ軸２３ａのリードとから軸受部２３ｂの移動量、すなわちねじ締めツール１０の移動位置、を判別するようになっている。そして、このねじ締めツール１０の移動位置に応じて移動用モータ２１の駆動を制御するように構成されている。
【００１１】
ワークにねじ込まれるねじは、ワークに予め形成されためねじにねじ込まれる一般的なねじ（以下、一般ねじという）と、ワークに予め形成された下穴にめねじを成形しながらねじ込まれるめねじ成形タイプのねじ（以下、タッピンねじという）と、ワークに下穴とめねじとを成形しながらねじ込まれる下穴・めねじ成形タイプのねじ（以下、ドリルねじという）とに大別することができる。そして、これらのねじを締め付ける作業の過程を分析すると、その過程でのねじ締めツール１０の移動位置にねじの種類に応じた特徴点があることがわかる。この特徴点をまとめたのが、図２であるが、同図に示すように、ねじ締め作業過程におけるねじ締めツール１０の移動位置の特徴点としては、
Ｏ点：原点
Ａ点：作業中のねじ締めツール１０の待機位置
Ｂ点：ねじ先端がワークに当接する手前までねじを移動させた時の位置＝ねじ込み開始前の所定位置
Ｃ点：ドリルねじのねじ込みにおいて、ワークに下穴成形を終える位置までドリルねじをねじ込んだ時の位置
Ｄ点：ドリルねじおよびタッピンねじのねじ込みにおいて、下穴へのめねじ成形（タップ加工）が終わる位置までドリルねじまたはタッピンねじをねじ込んだときの位置
Ｅ点：ねじの頭部座面がワークに着座する付近までねじをねじ込んだ時の位置
Ｆ点：ワークに撓み等が発生していない正規の状態でのねじ締め完了位置
Ｇ点：ねじ締めツールを最終的に到達させる目標位置であって、ねじ締め装置からねじに付与される推力等によりワークが撓んだ場合等のワーク表面のＦ点からのずれ量等を考慮した位置
がある。この内、ねじ締めツール１０の作業中待機位置Ａ点は、同一形状の複数のワークに対して順次ねじ締めを行う場合や、一つのワークに対して複数のねじを締め付ける場合等において、ねじ締めツール１０の原点（Ｏ点）復帰を制限し、速やかに次のねじ締めポイントへのねじ締め動作に移行できるように設定されるものである。
【００１２】
本ねじ締め装置では、前記ねじ締め過程上の特徴点を推力および速度の切換ポイントとし、これら切換ポイントの内、ねじの種類に応じて必要なポイントを設定してねじ締めを行う。そのために必要な制御パラメータは、図３に示すように、前記制御部６０における例えばハードディスク装置、メモリ装置等の記憶部（図示せず）に備えられた寸法データ設定テーブル、トルク制御テーブル、速度テーブル、ねじ締めポイントテーブルの各テーブルに設定される。
【００１３】
前記寸法データ設定テーブルには、図３（ａ）に示すように、ねじ種コード、ねじ長さ、ねじ穴手前オフセット、Ｆ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離およびＦ−Ｇ間距離の各フィールドが設けられており、ねじ種コード毎に、ねじの長さ、ねじ穴手前のオフセット量、Ｆ点からＣ点までの距離、Ｆ点からＤ点までの距離、Ｆ点からＥ点までの距離およびＦ点からＧ点までの距離を各設定できるようになっている。ここで、ねじ長さとは、ねじの頭部を除いた軸方向の長さ、すなわち所謂ねじの首下長さを示し、また、ねじ穴手前オフセットとは、Ｂ点からワーク表面までの任意の距離を示す。Ｂ点は、このねじ長さとねじ穴手前オフセットとを加算することにより設定され、その設定位置は、ワーク表面からねじ穴手前オフセット分離れた位置となる。
【００１４】
また、前記トルクテーブルには、図３（ｂ）に示すように、トルクコード、第１制限トルク、第２制限トルク、第３制限トルク、第４制限トルク、第５制限トルクの各フィールドが設けられており、トルクコード毎に、Ａ−Ｂ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第１制限トルク、Ｂ−Ｃ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第２制限トルク、Ｃ−Ｄ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第３制限トルク、Ｄ−Ｅ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第４制限トルク、Ｅ−Ｆ（またはＧ）点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第５制限トルクをそれぞれ設定できる。これらの制限トルクで移動用モータ２１が駆動されることにより、ねじ締めツール１０を通じてねじに付与される推力は制限トルクに応じて変更されることとなる。つまり、本実施の形態では、このトルクテーブルに設定される各制限トルクのパラメータが、特許請求の範囲に記載されたねじ締め推力パラメータに対応する。
【００１５】
また、前記速度テーブルには、図３（ｃ）に示すように、速度コード、第１速度、第２速度、第３速度の各フィールドが設けられており、これらのフィールドには、速度コードに応じて、Ａ−Ｂ点間での移動速度である第１速度、Ｂ−Ｆ（またはＧ）点間での移動速度である第２速度および原点からＡ点へ移動する時またはＦ点（またはＧ点）からＡ点（または原点）に復動する時の移動速度である第３速度をそれぞれ設定できるようになっている。
【００１６】
また、ねじ種登録テーブルには、図３（ｄ）に示すように、ねじ種コード、ねじ種類の各フィールドが設けられており、ねじ種コードフィールドには、前述の寸法データ設定テーブルにおけるねじ種コードと同じねじ種コードが登録され、ねじ種類フィールドには、一般ねじ、タッピンねじ、ドリルねじといった所定のねじの大別種類が設定される。このねじ種登録テーブルは、前記寸法データ設定テーブルとねじ種コードをキーとしてリレーションシップが組まれている。これにより、ねじ締め制御において、ねじ締めポイントテーブルの所定のレコードのデータを取得する際、寸法データ設定テーブルを通じてねじ種登録テーブルが参照され、寸法データ設定テーブルのねじ種コードに応じたねじの種類データを取得することができる。
【００１７】
また、前記ねじ締めポイントテーブルは、ワーク上のねじを締め付ける位置毎に異なるねじ締め情報を設定するために設けられているものであり、図３（ｅ）に示すように、最大９９箇所のねじ締めポイントについて、Ａ点位置データ、Ｆ点位置データ、ねじ寸法、制限トルク、速度、完了幅（＋）および完了幅（−）の各フィールドにパラメータを設定できるようになっている。Ａ点位置データのフィールドに入力されるデータは待機位置パラメータであり、ここには原点（Ｏ点）からＡ点までの距離が入力設定される。また、Ｆ点位置データのフィールドにはＡ点からＦ点までの距離が入力設定される。さらに、完了幅（＋）、完了幅（−）の各フィールドには、Ｆ点およびＧ点にそれぞれ所定の許容範囲を持たせるための寸法数値が設定される。
【００１８】
前記ねじ締めポイントテーブルは、前記寸法データ設定テーブルのねじ種コード、トルクテーブルのトルクコード、速度テーブルの速度コードをそれぞれキーとして、各テーブルとリレーションシップが組まれている。これにより、前述の「ねじ寸法」フィールドにはねじ種コード、「制限トルク」フィールドにはトルクコード、「速度」フィールドには速度コード、の各キーをそれぞれ設定しておくことにより、ねじ締め制御時、寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブルのそれぞれにおける対応レコード、すなわち、ねじ締めポイントテーブルに設定されたキーと同一のキーがあるレコード、の値が参照され取得されるようになっている。なお、本実施の形態では、９９箇所のねじ締めポイントを設定するようにしているが、設定可能なねじ締めポイント数はこれに限定されるものではない。
【００１９】
制御部６０は、図４および図５に示すように、
Ｓ００１：ねじ締めスタート信号を待つ。
Ｓ００２：ツールコントローラ４０へトルクチャンネル（以下、トルクＣＨという）を指定するとともに、サーボコントローラ５０へねじ締めポイントコードを出力し、これを保持する。
Ｓ００３：ツールコントローラ４０、サーボコントローラ５０へそれぞれスタート信号を出力する。
Ｓ００４：ツールコントローラ４０からＯＫ信号またはＮＧ信号の内の何れかが入力されるのを待つ。
Ｓ００５：ツールコントローラ４０からの信号がＮＧ信号なら、Ｓ０１４にジャンプする。
Ｓ００６：サーボコントローラ５０からＦ点完了信号、Ｇ点完了信号またはＮＧ信号の内の何れかが入力されるのを待つ。
Ｓ００７：サーボコントローラ５０からの信号がＦ点完了信号またはＧ点完了信号でない場合（ＮＧ信号の場合）、Ｓ０１５にジャンプする。
Ｓ００８：完了信号がＦ点完了信号でない場合（Ｇ点完了信号である場合）、Ｓ０１５にジャンプする。
Ｓ００９：表示部（図示せず）にねじ締めＯＫ表示指令信号およびねじ高さＯＫ表示指令信号を出力する。
Ｓ０１０：全てのねじ締めが完了したか否かを確認し、していない場合はＳ０１６にジャンプする。
Ｓ０１１：サーボコントローラ５０に原点復帰信号を出力する。
Ｓ０１２：サーボコントローラ５０から原点復帰完了信号が入力されるのを待つ。
Ｓ０１３：エンド。
Ｓ０１４：表示部にねじ締めＮＧ表示指令信号を出力し、Ｓ０１０にジャンプする。
Ｓ０１５：表示部にねじ締めＯＫ表示指令信号およびねじ高さＮＧ表示指令信号を出力し、Ｓ０１０にジャンプする。
Ｓ０１６：サーボコントローラ５０にＡ点復帰信号を出力する。
Ｓ０１７：サーボコントローラ５０からＡ点復帰完了信号が入力されるのを待ち、入力されたらＳ００２にジャンプする。
の各ステップで成るメイン制御処理を実行する。
【００２０】
また、ツールコントローラ４０は、図６に示すように、
Ｓ１０１：制御部６０からスタート信号が入力されるのを待つ。
Ｓ１０２：制御部６０から送られたトルクＣＨを読み込み、同トルクＣＨに予め設定された最終締付けトルクに相当する完了電流値を設定する。
Ｓ１０３：回転用モータ１１に駆動信号を出力する。（回転用モータ１１が駆動、同時にタイマスタート）
Ｓ１０４：サーボコントローラ５０からねじの種類を読み込む。
Ｓ１０５：ねじの種類がタッピンねじまたはドリルねじの場合Ｓ１１２にジャンプする。
Ｓ１０６：回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達する（トルクアップする）か、タイマがタイムアップするかの何れかを待つ。
Ｓ１０７：回転用モータ１１に停止信号を出力する。（回転用モータ１１停止）
Ｓ１０８：トルクアップしていない場合（タイマがタイムアップした場合）には、Ｓ１１１にジャンプする。
Ｓ１０９：制御部６０にＯＫ信号を出力する。
Ｓ１１０：エンド。
Ｓ１１１：制御部６０にＮＧ信号を出力し、Ｓ１１０にジャンプする。
Ｓ１１２：タイマがタイムアップしている場合はＳ１１１へジャンプする。
Ｓ１１３：サーボコントローラ５０からねじ締めツール１０の移動位置を読み込む。
Ｓ１１４：ねじ締めツール１０がＤ点に到達している場合はＳ１０６にジャンプし、到達していない場合はＳ１１２にジャンプする。
の各ステップで成るツールコントローラ制御処理を実行する。
【００２１】
また、サーボコントローラ５０は、図７ないし図１０に示すように、
Ｓ２０１：制御部６０からスタート信号が入力されるのを待つ。
Ｓ２０２：制御部６０から送られたねじ締めポイントコードを読み込み、同コードに基づいてねじ締めポイントテーブル、寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブルの各対応レコードのデータ（制御パラメータ）を設定する。
Ｓ２０３：制御パラメータに基づき、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｇ点をそれぞれ算出する。
Ｓ２０４：Ａ点位置データに基づき、定格トルク値、第３速度で移動用モータ２１を駆動する。
Ｓ２０５：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２０６：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＡ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２０５にジャンプする。
Ｓ２０７：第１速度、第１制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。
Ｓ２０８：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２０９：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＢ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２０８にジャンプする。
Ｓ２１０：第２速度、第２制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより、速度がねじ締め用に減速されるとともに、ねじ締めツール１０を通じてねじに付与される推力が変更される。
Ｓ２１１：ねじの種類がドリルねじでない場合（一般ねじか、タッピンねじの場合）、Ｓ２１５にジャンプする。
Ｓ２１２：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２１３：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＣ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２１２にジャンプする。
Ｓ２１４：第３制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより推力が変更される。
Ｓ２１５：ねじの種類がドリルねじまたはタッピンねじでない場合（一般ねじの場合）、Ｓ２１９にジャンプする。
Ｓ２１６：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２１７：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＤ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２１６にジャンプする。
Ｓ２１８：第４制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより推力が変更される。
Ｓ２１９：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２２０：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＥ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２１９にジャンプする。
Ｓ２２１：第５制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより推力が変更される。
Ｓ２２２：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０になる（移動用モータ２１が停止する）か、もしくはＧ点へ到達するのを待つ。
Ｓ２２３：速度０（ゼロ）、制限トルク０（ゼロ）で移動用モータ２１を駆動する。
Ｓ２２４：エンコーダ２２からのパルス信号により、Ｆ点の前後に完了幅（＋）、完了幅（−）の各値を設定した所定の範囲内でねじ締めツール１０が停止したか否かを確認し、範囲内で停止している場合はＳ２３３にジャンプする。
Ｓ２２５：エンコーダ２２からのパルス信号により、Ｇ点の前後に完了幅（＋）、完了幅（−）の各値を設定した所定の範囲内にねじ締めツール１０が停止したか否かを確認し、範囲内で停止している場合はＳ２３４にジャンプする。
Ｓ２２６：制御部６０にＮＧ信号を出力する。
Ｓ２２７：制御部６０からＡ点復帰信号または原点復帰信号が入力されるのを待つ。
Ｓ２２８：復帰信号が原点復帰信号の場合はＳ２３５にジャンプする。
Ｓ２２９：移動用モータ２１に逆転駆動信号を出力し、第３速度、定格トルク値で移動用モータ２１を逆転駆動させる。
Ｓ２３０：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＡ点到達を待つ。
Ｓ２３１：移動用モータ２１に停止信号を出力するとともに、制御部６０へＡ点復帰完了信号を出力する。
Ｓ２３２：エンド。
Ｓ２３３：制御部６０へＦ点完了信号を出力し、Ｓ２２７にジャンプする。
Ｓ２３４：制御部６０へＧ点完了信号を出力し、Ｓ２２７にジャンプする。
Ｓ２３５：移動用モータ２１に逆転駆動信号を出力し、第３速度、定格トルク値で移動用モータ２１を逆転駆動させる。
Ｓ２３６：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して原点到達を待つ。
Ｓ２３７：移動用モータ２１に停止信号を出力するとともに、制御部６０へ原点復帰完了信号を出力した後、Ｓ２３２にジャンプする。
の各ステップで成るサーボコントローラ制御処理を実行する。なお、この図７ないし図１０においては省略したが、このサーボコントローラ制御処理においては、エラー発生時等における制御部６０からの復帰信号入力が常時監視されており、復帰信号が入力された場合には、処理を中止してステップＳ２２８からの処理に移行するようになっている。
【００２２】
次に、図２ないし図１２に基づいて本ねじ締め装置によるねじ締め作業を説明すると、本ねじ締め装置によりねじを締め付ける場合には、予め制御部６０の寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブルおよびねじ締めポイントテーブルに必要な制御パラメータを設定する。この時、締付け対象がタッピンねじであって、Ｃ点での推力変更が不要になる場合には、トルクテーブルにおける第３制限トルクの設定は省略することができ、また、一般ねじの場合には、Ｃ点およびＤ点での推力変更が不要になるため、トルクテーブルにおける第３制限トルクおよび第４制限トルクの設定を省略することができる。なお、この制御パラメータの入力設定は、制御手段３０に備えられたテンキー等の操作部（図示せず）から行う。
【００２３】
締め付けるねじの種類およびワークのねじ締めポイントに対応した制御パラメータを設定した後、制御手段３０の図示しないスタートスイッチが押されると、図示しないロボットの作動によりねじ締め装置１がワークにおける最初のねじ締め位置の上方に位置決めされる。ロボットは、予め設定されているティーチングプログラムと、ねじ締め装置１からのねじ締め作業完了信号とに従い、以後、ワークに設けられる複数のねじ締め位置に順次ねじ締め装置１を位置決めするものである。その後、制御部６０にはねじ締めスタート信号が入力され、これに応じてツールコントローラ４０にはトルクＣＨ、サーボコントローラ５０にはねじ締めポイントコードがそれぞれ指定されるとともに、ツールコントローラ４０、サーボコントローラ５０にそれぞれスタート信号が出力される。なお、ねじ締めポイントコードは、ねじ締めポイントテーブルのポイント番号を示すものであり、制御サイクル毎にねじ締めポイントテーブルのパラメータが設定されているレコードのポイント番号が昇順に指定される。
【００２４】
ツールコントローラ４０においては、制御部６０から指定されたトルクＣＨに予め登録されている完了電流値が内部設定されるとともに、回転用モータ１１に駆動信号が出力される。これにより、ねじ締めツール１０の回転用モータ１１が駆動し、ドライバビット１２を回転させる。
【００２５】
また、サーボコントローラ５０においては、制御部６０から指定されたねじ締めポイントコードと一致するポイント番号を持つレコードがねじ締めポイントテーブルの中から選択され、同レコードの制御パラメータが取得される。この時、詳細な制御パラメータは、リレーションが組まれている寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブルの対応レコードからそれぞれ取得される。そして、取得された制御パラメータの内、Ｆ点位置データ、Ｆ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離、Ｆ−Ｇ間距離、ねじ穴手前オフセット、ねじ長さに基づいて、推力および速度の各切換ポイントとなるＢ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点およびねじ締めツール１０の最終的な到達位置（目標位置）とされるＧ点が算出される。なお、これらの各点はＦ点位置データを基準に算出される。つまり、本実施の形態ではＦ点をねじ締め完了の基準位置として、ここを過ぎた目標位置たるＧ点および推力切換ポイントたるＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各点がサーボコントローラ５０で設定されるのである。このことから明らかなように、本実施の形態においては、前述のＦ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離、ねじ穴手前オフセットが特許請求の範囲に記載されている寸法パラメータを成している。
【００２６】
前述のように推力および速度の切換ポイントが算出されて後、移動用モータ２１はモータ本来の定格トルク値と第３速度で回転駆動される。これにより、ボールねじ機構２３が作動し、テーブル２４およびねじ締めツール１０をＡ点に移動させる。こうしてねじ締めツール１０がＡ点に到達すると、次に移動用モータ２１は第１制限トルクと第１速度で回転駆動される。これにより、ボールねじ機構２３が作動し、ドライバビット１２の先端前方方向へテーブル２４およびねじ締めツール１０を高速で前進移動させる。この過程で、ドライバビット１２先端にはねじが係合保持される。なお、ねじについては、予めドライバビット１２の移動路上にねじ一時保持手段（図示せず）によって保持しておく。
【００２７】
ねじ締めツール１０が前進してＢ点に到達すると、これを受けて移動用モータ２１が第２制限トルクと第２速度で駆動されるよう移動用モータ２１の駆動切換が行われる。これにより、ねじ締めツール１０の下降速度は、ねじの種類に関係なく所定の低速度に切り換えられ、ねじ先端が高速でワークに衝突してワークおよびねじを破損してしまう不具合が防止される。
【００２８】
第２制限トルク以降の制限トルクは、ねじの種類に応じてその設定内容が異なる。したがって、それらの制限トルクで移動用モータ２１が駆動されることによってねじ締めツール１０からねじに負荷される推力もねじの種類に応じて異なるものとなる。そこで、ここからは、ねじの種類毎にＢ点以降のねじ締め動作について、それぞれ最も一般的な例を紹介していくこととする。
【００２９】
◎一般ねじの場合（図１１（ａ）及び図１２（ａ）参照）
一般ねじの場合、予めワークにはめねじが形成されているので、最初からねじを高い推力で押圧しておかなくても、ワークにねじを螺入していくことができる。逆に、最初からあまり高い推力を負荷すると、ねじまたはめねじの破壊を招く恐れがある。したがって、一般ねじの場合、第２制限トルクは比較的低い値に設定され、よって、ねじにはねじ締めツール１０を通じて低推力が負荷される。この時、ドライバビット１２は回転用モータ１１の駆動で回転しているため、ねじは低推力が負荷された状態でワークにねじ込まれる。
【００３０】
この一般ねじの場合、ねじ締めの過程で、下穴成形、めねじ成形は共に存在しないため、Ｃ点、Ｄ点は設定されず（図８のＳ２１１およびＳ２１５参照）、ねじがＥ点に達した時点、つまり、ねじがワークに着座する付近位置に達した時点、で次の推力への切換が行われる。
【００３１】
ねじ締めツール１０がＥ点に達して後、すなわちねじがワーク表面に着座する付近までねじ込まれて後は、締付けトルクの増大にともなってドライバビット１２がねじの頭部から外れてしまう現象（以下、この現象をカムアウトと称する）が生じやすくなる。したがって、このカムアウトを防止するため、ねじ締めツール１０がＥ点に到達すると、移動用モータ２１が第５制限トルクにより駆動され、これによってねじには高推力が負荷される。
【００３２】
◎タッピンねじの場合（図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）参照）
タッピンねじの場合、ワークへのねじ込み開始直後から予め成形されている下穴にめねじが成形され始め、これによって締付けトルクが増大する。この締付けトルクによるカムアウトを防止するため、タッピンねじの場合には、第２制限トルクが一般ねじの場合よりも高めの値に設定され、これにより、ねじにはねじ締めツール１０を通じて中推力が負荷される。なお、このタッピンねじの場合、ねじ締めの過程で、下穴成形は必要ないため、Ｃ点は設定されない（図８のＳ２１１参照）。
【００３３】
ねじ締めツール１０がＤ点に到達すると、すなわちねじがワークの下穴にめねじを成形し終わる位置までねじ込まれると、移動用モータ２１は第４制限トルクで駆動される。これにより、ねじにはねじ締めツール１０を通じて低推力が負荷される。ねじ締めツール１０がＤ点に達して後Ｅ点に達するまでの間は、ワークにめねじを成形し終わっているので、締付けトルクも低い。したがって、Ｄ点からＥ点までの間は、一般ねじと同様に低推力でねじ込むのが最適なのである。ただし、下穴が有底である場合等には、ねじを締め終わるまでめねじ成形が継続されるため、Ｄ点で推力を低推力に切換えることは好ましくない。この場合には、Ｅ点まで同じ中推力が維持されるか、あるいはＤ点で高推力に切り換えられるよう、第４制限トルクを設定しておくのがよい。こうして、ねじ締めツール１０ががＥ点に達して後は、一般ねじの場合と同様に高推力がねじに負荷されてねじの締め付けが行われる。
【００３４】
◎ドリルねじの場合（図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）参照）
ドリルねじの場合、ワークへのねじ込み開始直後から下穴が成形され始めるため、この時に最終締付けトルクよりも大きな締付けトルクが発生する。従って、ドリルねじの場合には、第２制限トルクが他の制限トルクと比べて最も高い値に設定される。よって、Ｂ点を過ぎると、ドリルねじにはねじ締めツール１０を通じて超高推力が負荷される。これにより、下穴成形時に発生する締付けトルクによってドライバビット１２がカムアウトするのを防止しつつ良好に下穴成形を行うことができる。
【００３５】
ねじ締めツールがＣ点に到達すると、すなわちドリルねじがワークに下穴を成形し終わる位置までねじ込まれると、次に制限トルクは第３制限トルクに切り換えられる。ここからは下穴にめねじを成形する工程になるため、この第３制限トルクで移動用モータ２１が駆動されることにより、ねじには前述のタッピンねじの場合と同様、中推力が負荷される。これにより、ドライバビット１２のカムアウトを防止しつつ良好なめねじ成形を行うことができる。この後の推力変更は、基本的にタッピンねじと同様であるが、このドリルねじを締付ける際にも、ワークが厚い場合にはＣ点およびＤ点で各適用される第３，第４制限トルク値を中推力以上の高い推力が負荷される値に設定しておくとよい。
【００３６】
以上のように、ねじの種類に応じて推力と速度の切換ポイントが選択され、これら切換ポイントで速度と推力が変更されてねじの締付けが行われるのであるが、その際、回転用モータ１１の負荷電流値を見ることによりねじの締付けトルクの良否が判別される。つまり、回転用モータ１１の負荷電流値は、ねじの締付トルクに対応して増減されるため、これを完了電流値と比較することにより、ねじが所定のトルクまで締付けられたかどうかを判別できる。この回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達すると、回転用モータ１１の駆動が停止されるとともに、ツールコントローラ４０から制御部６０にＯＫ信号が出力される。この時、タイマによる計測時間が経過しても回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達しない場合には、回転用モータ１１の駆動が停止されるとともに、ツールコントローラ４０から制御部６０にＮＧ信号が送られる。なお、締め付けられるねじがタッピンねじかドリルねじの場合には、下穴およびめねじ成形時にドライバビットに作用する負荷トルクが大きくなり、これによって回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達し、トルクアップしてしまうことがある。これを防止するため、ツールコントローラ４０はねじ締めツール１０がＤ点に達するまで回転用モータ１１の負荷電流値を完了電流値と比較しない制御を行う。
【００３７】
また、サーボコントローラ５０においては、エンコーダ２２のパルス信号数から移動用モータ２１の回転量が０になった（ねじ締めツール１０の移動量が０になり停止した）こと、またはねじ締めツール１０がＧ点に到達したことの何れかが判明すると、移動用モータ２１が速度０（ゼロ）、制限トルク０（ゼロ）で駆動される。これにより、移動用モータ２１の出力軸２１ａは回転フリーになる。よって、ボールねじ機構２３のボールねじ軸２３ａも回転フリーになり、このため、推力の影響でワークに撓み等の弾性変形が発生している場合には、ワークを反発力により元の状態に戻すことができる。その結果、エンコーダ２２のパルス信号数も変化し、ねじ締めツール１０の停止位置も適正化される。
【００３８】
その後、ねじ締めツール１０が停止した位置が制御パラメータの内のＦ点位置データ、完了幅（＋）および完了幅（−）で決定されるＦ点の許容範囲内に収まっている場合には、サーボコントローラ５０から制御部６０にＦ点完了信号が送られる。また、ねじ締めツール１０がＧ点の前後に完了幅（＋）および完了幅（−）を適用したＧ点の許容範囲内に到達している場合には、制御部６０にＧ点完了信号が送られる。さらに、ねじ締めツール１０の停止位置が前記の何れにも該当しない場合には、制御部６０にＮＧ信号が送信される。これらツールコントローラ４０およびサーボコントローラ５０から入力される各信号を受け、制御部６０では、ねじの締付けトルク、ねじ込み高さの良否が判定され、これらに基づいた結果表示がなされる。この時、ねじ締めツール１０がＦ点の許容範囲に到達していない場合は、ねじがワークに着座せずに浮いた状態であり、また、Ｆ点の許容範囲を過ぎている場合には、ねじがワークにめり込んでいる状態にある。このため、Ｆ点完了信号以外の信号がサーボコントローラ５０から発せられた時には、制御部６０はねじの締め込み高さ不良と判定し、この結果、表示部にはねじ高さＮＧ表示がなされる。
【００３９】
前述のように、最終的なねじの締付け完了位置であるＦ点を過ぎた所定の位置Ｇ点を最終的な到達目標位置としてねじ締めツール１０を移動させることにより、推力により撓み等の弾性変形を生ずるワーク、加工誤差の大きいワーク等、ねじをねじ込む時にワークにおけるねじ着座面が正規の位置からねじの螺入進行方向にずれてしまうワークにねじを締め付ける場合にも、撓み等の分、ねじ締めツール１０が余分に移動可能となる。よって、撓み等が発生してもねじを正確に締め込むことが可能となる。また、ねじ締めツール１０の移動が停止した後に移動用モータ２１を速度ゼロ、制限トルクゼロで駆動して推力を除去しているため、ワークが弾性変形したりしている場合には、これを元に戻すことができ、ワークにおける正規のねじ着座面位置に設定される締付け完了位置Ｆ点の許容範囲内にねじが締め付けられているか否かを正確にチェックすることができる。
【００４０】
前述のようにしてねじ締め作業が完了すると、移動用モータ２１は高速で逆転駆動され、これによりねじ締めツール１０は待機ポイントＡ点に復帰して次のねじ締め作業に備えて待機する。このように任意に設定可能な待機位置Ａ点にねじ締めツール１０を戻すようにすると、原点Ｏ点まで戻す場合に比べ、次のねじ締め作業に移る際のねじ締めツール１０の移動量を少なくすることができ、連続的なねじ締め作業を効率よく行うことが可能となる。
【００４１】
前述の処理を繰り返し、ねじ締めポイントテーブル中のパラメータが設定されている全てのレコードについてねじ締め作業が完了すると、制御部６０からサーボコントローラ５０に原点復帰信号が送られ、これを受けてサーボコントローラ５０は定格トルク、第３速度（高速）で移動用モータ２１を逆転駆動する。これにより、ねじ締めツール１０は原点Ｏ点に復帰してねじ締め作業を完了する。
【００４２】
なお、以上の説明では、Ｇ点に到達した場合にはねじの締め込み高さをＮＧと判定する処理を紹介したが、完了幅（＋）または完了幅（−）の設定値をＦ−Ｇ間距離に設定された値よりも大きくすることで、Ｇ点到達についてねじの締め込み高さをＯＫと判定する処理を行うことが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のねじ締め装置によれば、ねじ締め完了の基準位置を過ぎた所定の目標位置を設定し、この目標位置を最終的な到達位置としてねじ締めツールを移動させるようになっているため、撓み等の弾性変形を起こし易いワーク等にねじを締め付ける場合、撓み等の弾性変形分を考慮した目標位置を設定し、この目標位置に向かってねじ締めツールを移動させることが可能となる。これにより、撓み等によりねじ着座位置が正規の位置からねじの螺入進行方向にずれたワークに対しても、ねじを着座するまで正確に螺入して締め付けることができる。また、前記目標位置にねじ締めツールを移動させる過程でねじ締め完了の基準位置、ねじの種類およびねじの寸法とに応じて設定される推力切換ポイントで推力を変更するようになっているため、ねじの締付け過程で、そのねじの種類とねじ込み位置とに応じて適正に推力を調整しつつ、推力の影響で撓み等を起こすワークに対しても正確なねじ締めを行うことができるものである。さらに、前記目標位置にねじ締めツールを移動させるとともに、ねじの種類に応じて必要な推力切換ポイントを選択し、その推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータ（制限トルク）に基づいて移動用モータを駆動制御することによりねじに作用する推力を変更するものであるため、撓み等を起こすワークに対して一般ねじ、タッピンねじ、ドリルねじ等の締付け形態の異なる各種ねじの締付けを極めて効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじ締め装置の概略構造説明図である
【図２】ねじを締め付ける作業の過程における特徴点と移動用モータの駆動切換の関係を示す説明図である。
【図３】制御パラメータを設定登録するための各種テーブルの説明図である。
【図４】制御部のメイン制御処理の前段を示すフローチャートである。
【図５】制御部のメイン制御処理の後段を示すフローチャートである。
【図６】ツールコントローラの制御処理を示すフローチャートである。
【図７】サーボコントローラの制御処理の前段を示すフローチャートである。
【図８】サーボコントローラの制御処理の中段前半を示すフローチャートである。
【図９】サーボコントローラの制御処理の中段後半を示すフローチャートである。
【図１０】サーボコントローラの制御処理の後段を示すフローチャートである。
【図１１】ねじを締め付ける時の推力変更パターン例をねじ種毎に示した説明図である。
【図１２】ねじを締め付ける時の推力と速度の変更パターン例をねじ種毎に示した説明図である。
【符号の説明】
１ ねじ締め装置
１０ ねじ締めツール
１１ ビット回転駆動用モータ
１２ ドライバビット
２０ 往復移動手段
２１ 移動用モータ
２２ エンコーダ
２３ ボールねじ機構
２４ テーブル
３０ 制御手段
４０ ねじ締めツールコントローラ
５０ サーボ駆動コントローラ
６０ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークにねじを締め付けるねじ締め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワークにねじを締付ける場合には、従来からモータの駆動を受けて回転するドライバビットを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールをドライバビットの軸線方向に往復移動させる往復移動手段と、ドライバビットの回転角度を検出可能なエンコーダとを有するねじ締め機が用いられている。このねじ締め機は、ドライバビットの回転角度を検出することによりねじがどれだけワークにねじ込まれたかを識別する所謂角度法によりねじをワークに締め付けるように成されたものであり、モータの駆動によりドライバビットを回転駆動してドライバビットに係合させたねじをワークにねじ込み、ドライバビットの回転角度が予め設定された回転角度に達するとモータの駆動を停止してねじ締め作業を完了するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のねじ締め機は角度法によりねじ締めを行うものであるため、撓み等の弾性変形を起こし易いワーク等に対して正しくねじを締め付けることができない問題が発生している。すなわち、通常、ねじを締め付ける場合には、所定の推力でねじをワークに押し付けながらねじ込みが行われるのであるが、この推力の影響でワークが弾性変形してしまい、この弾性変形によりワークにおけるねじの着座面がドライバビットの回転角度によって予定される正規の位置からねじの螺入進行方向にずれてしまうことになる。このため、所定の回転角度までドライバビットを回転させただけでは、ねじが完全にワークに締め込まれていない状態となってしまうのである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじの頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動するように構成されたねじ締めツールと、このねじ締めツールを往復移動させるとともにねじ締めツールを通じてねじに推力を作用させる往復移動手段とを備えたねじ締め装置であって、前記ねじ締めツールの移動位置を検出可能な位置検出手段と、前記位置検出手段によって検出されるねじ締めツールの移動位置に応じてねじ締めツールを通じてねじに作用する推力を変更するよう前記往復移動手段を制御するとともに、ねじ着座面が正規の位置からずれていない状態でのねじ締めツールのねじ締め完了時の移動位置である基準位置と、この基準位置を過ぎたねじ締めツールの移動位置である目標位置とを予め設定し、目標位置を最終到達位置として前記往復移動手段を駆動してねじ締めツールを移動させる制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
なお、前記制御手段は、基準位置と、基準位置からねじ締め過程の特徴点までの距離とからねじ締めツールに作用する推力を変更する位置となる推力切換ポイントを算出し、前記目標位置をねじ締めツールの最終到達位置として前記往復移動手段を駆動してねじ締めツールを移動させるとともに、その過程で前記位置検出手段の信号によりねじ締めツールが推力切換ポイントに達したことを検出し、その推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータにより往復移動手段を制御してねじ締め推力の制御を行うものであることが好ましい。
また、前記制御手段は、ねじのねじ締め過程における推力切換ポイントの内から締付けているねじの種類に応じてそのねじに必要な推力切換ポイントを判断し、当該必要な推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータに基づいて往復移動手段を制御してねじ締め推力の制御を行うものであることが好ましい。
さらに、前記往復移動手段は、移動用モータと、この移動用モータの駆動を受けて作動することでねじ締めツールを移動させるボールねじ機構とを有し、また前記制御手段は、基準位置に所定の幅を持たせるための完了幅を設定可能であり、ねじの締め付けにともなってねじ締めツールの移動量が０になるか、ねじ締めツールが目標位置に達するかすると、前記移動用モータを速度０および制限トルク０で駆動し、前記完了幅によって規定される範囲内にねじ締めツールが停止したか否かを確認するものであることが好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１はねじ締め装置であり、ビット回転駆動用モータ１１（以下、回転用モータ１１という）の出力軸１１ａにドライバビット１２を連結して成るねじ締めツール１０と、このねじ締めツール１０を前記ドライバビット１２の軸線方向に往復移動可能に保持する往復移動手段２０と、これらの制御手段３０とを備えている。
【０００６】
前記ねじ締めツール１０においては、回転用モータ１１の出力軸１１ａとドライバビット１２とが直結される構造になっており、回転用モータ１１に対してドライバビット１２が軸方向に移動（緩衝動作）できないように構成されている。また、ドライバビット１２はねじを吸着保持できるよう、磁化されたものが採用されている。
【０００７】
前記往復移動手段２０は、ＡＣサーボモータである移動用モータ２１と、この移動用モータ２１の出力軸２１ａの回転量を検出可能な位置検出手段の一例であるエンコーダ２２と、前記移動用モータ２１の駆動を受けて作動するボールねじ機構２３と、このボールねじ機構２３の軸受部２３ｂに連結されたテーブル２４とから成る推力付与手段を有している。この往復移動手段２０におけるボールねじ機構２３は、ボールねじ軸２３ａに軸受部２３ｂを螺合させて成る一般的なものであり、移動用モータ２１の駆動を受けてボールねじ軸２３ａが回転することにより、軸受部２３ｂと前記テーブル２４とをボールねじ軸２３ａの延びる方向に一体に移動させ得るように構成されている。
【０００８】
一方、前記制御手段３０は、前記回転用モータ１１の駆動を制御するねじ締めツールコントローラ４０（以下、ツールコントローラ４０という）と、前記移動用モータ２１の駆動を制御するサーボ駆動コントローラ５０（以下、サーボコントローラ５０という）と、これらコントローラ４０，５０からの信号に基づいて演算処理を行う制御部６０とを備えている。
【０００９】
前記ツールコントローラ４０は、回転用モータ１１と接続されており、この回転用モータ１１の負荷電流値に応じて回転用モータ１１の駆動／停止を切り換えるように構成されている。つまり、ねじの締付け時には、締付けトルクの増大に比例して増加する回転用モータ１１の負荷電流値により、ねじが所定の締付けトルクまで締め付けられたか否かを判断し、これが所定の値になると、回転用モータ１１の駆動を停止するように構成されている。
【００１０】
また、前記サーボコントローラ５０は、往復移動手段２０における移動用モータ２１およびエンコーダ２２と接続されており、エンコーダ２２の出力するパルス信号（移動用モータ２１の回転角度）とボールねじ軸２３ａのリードとから軸受部２３ｂの移動量、すなわちねじ締めツール１０の移動位置、を判別するようになっている。そして、このねじ締めツール１０の移動位置に応じて移動用モータ２１の駆動を制御するように構成されている。
【００１１】
ワークにねじ込まれるねじは、ワークに予め形成されためねじにねじ込まれる一般的なねじ（以下、一般ねじという）と、ワークに予め形成された下穴にめねじを成形しながらねじ込まれるめねじ成形タイプのねじ（以下、タッピンねじという）と、ワークに下穴とめねじとを成形しながらねじ込まれる下穴・めねじ成形タイプのねじ（以下、ドリルねじという）とに大別することができる。そして、これらのねじを締め付ける作業の過程を分析すると、その過程でのねじ締めツール１０の移動位置にねじの種類に応じた特徴点があることがわかる。この特徴点をまとめたのが、図２であるが、同図に示すように、ねじ締め作業過程におけるねじ締めツール１０の移動位置の特徴点としては、
Ｏ点：原点
Ａ点：作業中のねじ締めツール１０の待機位置
Ｂ点：ねじ先端がワークに当接する手前までねじを移動させた時の位置＝ねじ込み開始前の所定位置
Ｃ点：ドリルねじのねじ込みにおいて、ワークに下穴成形を終える位置までドリルねじをねじ込んだ時の位置
Ｄ点：ドリルねじおよびタッピンねじのねじ込みにおいて、下穴へのめねじ成形（タップ加工）が終わる位置までドリルねじまたはタッピンねじをねじ込んだときの位置
Ｅ点：ねじの頭部座面がワークに着座する付近までねじをねじ込んだ時の位置
Ｆ点：ワークに撓み等が発生していない正規の状態でのねじ締め完了位置
Ｇ点：ねじ締めツールを最終的に到達させる目標位置であって、ねじ締め装置からねじに付与される推力等によりワークが撓んだ場合等のワーク表面のＦ点からのずれ量等を考慮した位置
がある。この内、ねじ締めツール１０の作業中待機位置Ａ点は、同一形状の複数のワークに対して順次ねじ締めを行う場合や、一つのワークに対して複数のねじを締め付ける場合等において、ねじ締めツール１０の原点（Ｏ点）復帰を制限し、速やかに次のねじ締めポイントへのねじ締め動作に移行できるように設定されるものである。
【００１２】
本ねじ締め装置では、前記ねじ締め過程上の特徴点を推力および速度の切換ポイントとし、これら切換ポイントの内、ねじの種類に応じて必要なポイントを設定してねじ締めを行う。そのために必要な制御パラメータは、図３に示すように、前記制御部６０における例えばハードディスク装置、メモリ装置等の記憶部（図示せず）に備えられた寸法データ設定テーブル、トルク制御テーブル、速度テーブル、ねじ締めポイントテーブルの各テーブルに設定される。
【００１３】
前記寸法データ設定テーブルには、図３（ａ）に示すように、ねじ種コード、ねじ長さ、ねじ穴手前オフセット、Ｆ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離およびＦ−Ｇ間距離の各フィールドが設けられており、ねじ種コード毎に、ねじの長さ、ねじ穴手前のオフセット量、Ｆ点からＣ点までの距離、Ｆ点からＤ点までの距離、Ｆ点からＥ点までの距離およびＦ点からＧ点までの距離を各設定できるようになっている。ここで、ねじ長さとは、ねじの頭部を除いた軸方向の長さ、すなわち所謂ねじの首下長さを示し、また、ねじ穴手前オフセットとは、Ｂ点からワーク表面までの任意の距離を示す。Ｂ点は、このねじ長さとねじ穴手前オフセットとを加算することにより設定され、その設定位置は、ワーク表面からねじ穴手前オフセット分離れた位置となる。
【００１４】
また、前記トルクテーブルには、図３（ｂ）に示すように、トルクコード、第１制限トルク、第２制限トルク、第３制限トルク、第４制限トルク、第５制限トルクの各フィールドが設けられており、トルクコード毎に、Ａ−Ｂ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第１制限トルク、Ｂ−Ｃ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第２制限トルク、Ｃ−Ｄ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第３制限トルク、Ｄ−Ｅ点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第４制限トルク、Ｅ−Ｆ（またはＧ）点間での移動用モータ２１の駆動トルクである第５制限トルクをそれぞれ設定できる。これらの制限トルクで移動用モータ２１が駆動されることにより、ねじ締めツール１０を通じてねじに付与される推力は制限トルクに応じて変更されることとなる。つまり、本実施の形態では、このトルクテーブルに設定される各制限トルクのパラメータが、特許請求の範囲に記載されたねじ締め推力パラメータに対応する。
【００１５】
また、前記速度テーブルには、図３（ｃ）に示すように、速度コード、第１速度、第２速度、第３速度の各フィールドが設けられており、これらのフィールドには、速度コードに応じて、Ａ−Ｂ点間での移動速度である第１速度、Ｂ−Ｆ（またはＧ）点間での移動速度である第２速度および原点からＡ点へ移動する時またはＦ点（またはＧ点）からＡ点（または原点）に復動する時の移動速度である第３速度をそれぞれ設定できるようになっている。
【００１６】
また、ねじ種登録テーブルには、図３（ｄ）に示すように、ねじ種コード、ねじ種類の各フィールドが設けられており、ねじ種コードフィールドには、前述の寸法データ設定テーブルにおけるねじ種コードと同じねじ種コードが登録され、ねじ種類フィールドには、一般ねじ、タッピンねじ、ドリルねじといった所定のねじの大別種類が設定される。このねじ種登録テーブルは、前記寸法データ設定テーブルとねじ種コードをキーとしてリレーションシップが組まれている。これにより、ねじ締め制御において、ねじ締めポイントテーブルの所定のレコードのデータを取得する際、寸法データ設定テーブルを通じてねじ種登録テーブルが参照され、寸法データ設定テーブルのねじ種コードに応じたねじの種類データを取得することができる。
【００１７】
また、前記ねじ締めポイントテーブルは、ワーク上のねじを締め付ける位置毎に異なるねじ締め情報を設定するために設けられているものであり、図３（ｅ）に示すように、最大９９箇所のねじ締めポイントについて、Ａ点位置データ、Ｆ点位置データ、ねじ寸法、制限トルク、速度、完了幅（＋）および完了幅（−）の各フィールドにパラメータを設定できるようになっている。Ａ点位置データのフィールドに入力されるデータは待機位置パラメータであり、ここには原点（Ｏ点）からＡ点までの距離が入力設定される。また、Ｆ点位置データのフィールドにはＡ点からＦ点までの距離が入力設定される。さらに、完了幅（＋）、完了幅（−）の各フィールドには、Ｆ点およびＧ点にそれぞれ所定の許容範囲を持たせるための寸法数値が設定される。
【００１８】
前記ねじ締めポイントテーブルは、前記寸法データ設定テーブルのねじ種コード、トルクテーブルのトルクコード、速度テーブルの速度コードをそれぞれキーとして、各テーブルとリレーションシップが組まれている。これにより、前述の「ねじ寸法」フィールドにはねじ種コード、「制限トルク」フィールドにはトルクコード、「速度」フィールドには速度コード、の各キーをそれぞれ設定しておくことにより、ねじ締め制御時、寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブルのそれぞれにおける対応レコード、すなわち、ねじ締めポイントテーブルに設定されたキーと同一のキーがあるレコード、の値が参照され取得されるようになっている。なお、本実施の形態では、９９箇所のねじ締めポイントを設定するようにしているが、設定可能なねじ締めポイント数はこれに限定されるものではない。
【００１９】
制御部６０は、図４および図５に示すように、
Ｓ００１：ねじ締めスタート信号を待つ。
Ｓ００２：ツールコントローラ４０へトルクチャンネル（以下、トルクＣＨという）を指定するとともに、サーボコントローラ５０へねじ締めポイントコードを出力し、これを保持する。
Ｓ００３：ツールコントローラ４０、サーボコントローラ５０へそれぞれスタート信号を出力する。
Ｓ００４：ツールコントローラ４０からＯＫ信号またはＮＧ信号の内の何れかが入力されるのを待つ。
Ｓ００５：ツールコントローラ４０からの信号がＮＧ信号なら、Ｓ０１４にジャンプする。
Ｓ００６：サーボコントローラ５０からＦ点完了信号、Ｇ点完了信号またはＮＧ信号の内の何れかが入力されるのを待つ。
Ｓ００７：サーボコントローラ５０からの信号がＦ点完了信号またはＧ点完了信号でない場合（ＮＧ信号の場合）、Ｓ０１５にジャンプする。
Ｓ００８：完了信号がＦ点完了信号でない場合（Ｇ点完了信号である場合）、Ｓ０１５にジャンプする。
Ｓ００９：表示部（図示せず）にねじ締めＯＫ表示指令信号およびねじ高さＯＫ表示指令信号を出力する。
Ｓ０１０：全てのねじ締めが完了したか否かを確認し、していない場合はＳ０１６にジャンプする。
Ｓ０１１：サーボコントローラ５０に原点復帰信号を出力する。
Ｓ０１２：サーボコントローラ５０から原点復帰完了信号が入力されるのを待つ。
Ｓ０１３：エンド。
Ｓ０１４：表示部にねじ締めＮＧ表示指令信号を出力し、Ｓ０１０にジャンプする。
Ｓ０１５：表示部にねじ締めＯＫ表示指令信号およびねじ高さＮＧ表示指令信号を出力し、Ｓ０１０にジャンプする。
Ｓ０１６：サーボコントローラ５０にＡ点復帰信号を出力する。
Ｓ０１７：サーボコントローラ５０からＡ点復帰完了信号が入力されるのを待ち、入力されたらＳ００２にジャンプする。
の各ステップで成るメイン制御処理を実行する。
【００２０】
また、ツールコントローラ４０は、図６に示すように、
Ｓ１０１：制御部６０からスタート信号が入力されるのを待つ。
Ｓ１０２：制御部６０から送られたトルクＣＨを読み込み、同トルクＣＨに予め設定された最終締付けトルクに相当する完了電流値を設定する。
Ｓ１０３：回転用モータ１１に駆動信号を出力する。（回転用モータ１１が駆動、同時にタイマスタート）
Ｓ１０４：サーボコントローラ５０からねじの種類を読み込む。
Ｓ１０５：ねじの種類がタッピンねじまたはドリルねじの場合Ｓ１１２にジャンプする。
Ｓ１０６：回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達する（トルクアップする）か、タイマがタイムアップするかの何れかを待つ。
Ｓ１０７：回転用モータ１１に停止信号を出力する。（回転用モータ１１停止）
Ｓ１０８：トルクアップしていない場合（タイマがタイムアップした場合）には、Ｓ１１１にジャンプする。
Ｓ１０９：制御部６０にＯＫ信号を出力する。
Ｓ１１０：エンド。
Ｓ１１１：制御部６０にＮＧ信号を出力し、Ｓ１１０にジャンプする。
Ｓ１１２：タイマがタイムアップしている場合はＳ１１１へジャンプする。
Ｓ１１３：サーボコントローラ５０からねじ締めツール１０の移動位置を読み込む。
Ｓ１１４：ねじ締めツール１０がＤ点に到達している場合はＳ１０６にジャンプし、到達していない場合はＳ１１２にジャンプする。
の各ステップで成るツールコントローラ制御処理を実行する。
【００２１】
また、サーボコントローラ５０は、図７ないし図１０に示すように、
Ｓ２０１：制御部６０からスタート信号が入力されるのを待つ。
Ｓ２０２：制御部６０から送られたねじ締めポイントコードを読み込み、同コードに基づいてねじ締めポイントテーブル、寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブルの各対応レコードのデータ（制御パラメータ）を設定する。
Ｓ２０３：制御パラメータに基づき、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｇ点をそれぞれ算出する。
Ｓ２０４：Ａ点位置データに基づき、定格トルク値、第３速度で移動用モータ２１を駆動する。
Ｓ２０５：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２０６：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＡ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２０５にジャンプする。
Ｓ２０７：第１速度、第１制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。
Ｓ２０８：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２０９：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＢ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２０８にジャンプする。
Ｓ２１０：第２速度、第２制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより、速度がねじ締め用に減速されるとともに、ねじ締めツール１０を通じてねじに付与される推力が変更される。
Ｓ２１１：ねじの種類がドリルねじでない場合（一般ねじか、タッピンねじの場合）、Ｓ２１５にジャンプする。
Ｓ２１２：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２１３：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＣ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２１２にジャンプする。
Ｓ２１４：第３制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより推力が変更される。
Ｓ２１５：ねじの種類がドリルねじまたはタッピンねじでない場合（一般ねじの場合）、Ｓ２１９にジャンプする。
Ｓ２１６：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合（ねじ締めツール１０が移動できず、移動用モータ２１がストールして回転しなくなっている場合）、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２１７：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＤ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２１６にジャンプする。
Ｓ２１８：第４制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより推力が変更される。
Ｓ２１９：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０の場合、Ｓ２２６にジャンプする。
Ｓ２２０：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＥ点に到達したか否かを確認し、到達していない場合はＳ２１９にジャンプする。
Ｓ２２１：第５制限トルクで移動用モータ２１を駆動する。これにより推力が変更される。
Ｓ２２２：所定時間内にエンコーダ２２から入力されるパルス信号数の増減値が０になる（移動用モータ２１が停止する）か、もしくはＧ点へ到達するのを待つ。
Ｓ２２３：速度０（ゼロ）、制限トルク０（ゼロ）で移動用モータ２１を駆動する。
Ｓ２２４：エンコーダ２２からのパルス信号により、Ｆ点の前後に完了幅（＋）、完了幅（−）の各値を設定した所定の範囲内でねじ締めツール１０が停止したか否かを確認し、範囲内で停止している場合はＳ２３３にジャンプする。
Ｓ２２５：エンコーダ２２からのパルス信号により、Ｇ点の前後に完了幅（＋）、完了幅（−）の各値を設定した所定の範囲内にねじ締めツール１０が停止したか否かを確認し、範囲内で停止している場合はＳ２３４にジャンプする。
Ｓ２２６：制御部６０にＮＧ信号を出力する。
Ｓ２２７：制御部６０からＡ点復帰信号または原点復帰信号が入力されるのを待つ。
Ｓ２２８：復帰信号が原点復帰信号の場合はＳ２３５にジャンプする。
Ｓ２２９：移動用モータ２１に逆転駆動信号を出力し、第３速度、定格トルク値で移動用モータ２１を逆転駆動させる。
Ｓ２３０：エンコーダ２２からのパルス信号を監視してＡ点到達を待つ。
Ｓ２３１：移動用モータ２１に停止信号を出力するとともに、制御部６０へＡ点復帰完了信号を出力する。
Ｓ２３２：エンド。
Ｓ２３３：制御部６０へＦ点完了信号を出力し、Ｓ２２７にジャンプする。
Ｓ２３４：制御部６０へＧ点完了信号を出力し、Ｓ２２７にジャンプする。
Ｓ２３５：移動用モータ２１に逆転駆動信号を出力し、第３速度、定格トルク値で移動用モータ２１を逆転駆動させる。
Ｓ２３６：エンコーダ２２からのパルス信号を監視して原点到達を待つ。
Ｓ２３７：移動用モータ２１に停止信号を出力するとともに、制御部６０へ原点復帰完了信号を出力した後、Ｓ２３２にジャンプする。
の各ステップで成るサーボコントローラ制御処理を実行する。なお、この図７ないし図１０においては省略したが、このサーボコントローラ制御処理においては、エラー発生時等における制御部６０からの復帰信号入力が常時監視されており、復帰信号が入力された場合には、処理を中止してステップＳ２２８からの処理に移行するようになっている。
【００２２】
次に、図２ないし図１２に基づいて本ねじ締め装置によるねじ締め作業を説明すると、本ねじ締め装置によりねじを締め付ける場合には、予め制御部６０の寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブルおよびねじ締めポイントテーブルに必要な制御パラメータを設定する。この時、締付け対象がタッピンねじであって、Ｃ点での推力変更が不要になる場合には、トルクテーブルにおける第３制限トルクの設定は省略することができ、また、一般ねじの場合には、Ｃ点およびＤ点での推力変更が不要になるため、トルクテーブルにおける第３制限トルクおよび第４制限トルクの設定を省略することができる。なお、この制御パラメータの入力設定は、制御手段３０に備えられたテンキー等の操作部（図示せず）から行う。
【００２３】
締め付けるねじの種類およびワークのねじ締めポイントに対応した制御パラメータを設定した後、制御手段３０の図示しないスタートスイッチが押されると、図示しないロボットの作動によりねじ締め装置１がワークにおける最初のねじ締め位置の上方に位置決めされる。ロボットは、予め設定されているティーチングプログラムと、ねじ締め装置１からのねじ締め作業完了信号とに従い、以後、ワークに設けられる複数のねじ締め位置に順次ねじ締め装置１を位置決めするものである。その後、制御部６０にはねじ締めスタート信号が入力され、これに応じてツールコントローラ４０にはトルクＣＨ、サーボコントローラ５０にはねじ締めポイントコードがそれぞれ指定されるとともに、ツールコントローラ４０、サーボコントローラ５０にそれぞれスタート信号が出力される。なお、ねじ締めポイントコードは、ねじ締めポイントテーブルのポイント番号を示すものであり、制御サイクル毎にねじ締めポイントテーブルのパラメータが設定されているレコードのポイント番号が昇順に指定される。
【００２４】
ツールコントローラ４０においては、制御部６０から指定されたトルクＣＨに予め登録されている完了電流値が内部設定されるとともに、回転用モータ１１に駆動信号が出力される。これにより、ねじ締めツール１０の回転用モータ１１が駆動し、ドライバビット１２を回転させる。
【００２５】
また、サーボコントローラ５０においては、制御部６０から指定されたねじ締めポイントコードと一致するポイント番号を持つレコードがねじ締めポイントテーブルの中から選択され、同レコードの制御パラメータが取得される。この時、詳細な制御パラメータは、リレーションが組まれている寸法データ設定テーブル、トルクテーブル、速度テーブル、ねじ種登録テーブルの対応レコードからそれぞれ取得される。そして、取得された制御パラメータの内、Ｆ点位置データ、Ｆ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離、Ｆ−Ｇ間距離、ねじ穴手前オフセット、ねじ長さに基づいて、推力および速度の各切換ポイントとなるＢ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点およびねじ締めツール１０の最終的な到達位置（目標位置）とされるＧ点が算出される。なお、これらの各点はＦ点位置データを基準に算出される。つまり、本実施の形態ではＦ点をねじ締め完了の基準位置として、ここを過ぎた目標位置たるＧ点および推力切換ポイントたるＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各点がサーボコントローラ５０で設定されるのである。このことから明らかなように、本実施の形態においては、前述のＦ−Ｃ間距離、Ｆ−Ｄ間距離、Ｆ−Ｅ間距離、ねじ穴手前オフセットが特許請求の範囲に記載されている寸法パラメータを成している。
【００２６】
前述のように推力および速度の切換ポイントが算出されて後、移動用モータ２１はモータ本来の定格トルク値と第３速度で回転駆動される。これにより、ボールねじ機構２３が作動し、テーブル２４およびねじ締めツール１０をＡ点に移動させる。こうしてねじ締めツール１０がＡ点に到達すると、次に移動用モータ２１は第１制限トルクと第１速度で回転駆動される。これにより、ボールねじ機構２３が作動し、ドライバビット１２の先端前方方向へテーブル２４およびねじ締めツール１０を高速で前進移動させる。この過程で、ドライバビット１２先端にはねじが係合保持される。なお、ねじについては、予めドライバビット１２の移動路上にねじ一時保持手段（図示せず）によって保持しておく。
【００２７】
ねじ締めツール１０が前進してＢ点に到達すると、これを受けて移動用モータ２１が第２制限トルクと第２速度で駆動されるよう移動用モータ２１の駆動切換が行われる。これにより、ねじ締めツール１０の下降速度は、ねじの種類に関係なく所定の低速度に切り換えられ、ねじ先端が高速でワークに衝突してワークおよびねじを破損してしまう不具合が防止される。
【００２８】
第２制限トルク以降の制限トルクは、ねじの種類に応じてその設定内容が異なる。したがって、それらの制限トルクで移動用モータ２１が駆動されることによってねじ締めツール１０からねじに負荷される推力もねじの種類に応じて異なるものとなる。そこで、ここからは、ねじの種類毎にＢ点以降のねじ締め動作について、それぞれ最も一般的な例を紹介していくこととする。
【００２９】
◎一般ねじの場合（図１１（ａ）及び図１２（ａ）参照）
一般ねじの場合、予めワークにはめねじが形成されているので、最初からねじを高い推力で押圧しておかなくても、ワークにねじを螺入していくことができる。逆に、最初からあまり高い推力を負荷すると、ねじまたはめねじの破壊を招く恐れがある。したがって、一般ねじの場合、第２制限トルクは比較的低い値に設定され、よって、ねじにはねじ締めツール１０を通じて低推力が負荷される。この時、ドライバビット１２は回転用モータ１１の駆動で回転しているため、ねじは低推力が負荷された状態でワークにねじ込まれる。
【００３０】
この一般ねじの場合、ねじ締めの過程で、下穴成形、めねじ成形は共に存在しないため、Ｃ点、Ｄ点は設定されず（図８のＳ２１１およびＳ２１５参照）、ねじがＥ点に達した時点、つまり、ねじがワークに着座する付近位置に達した時点、で次の推力への切換が行われる。
【００３１】
ねじ締めツール１０がＥ点に達して後、すなわちねじがワーク表面に着座する付近までねじ込まれて後は、締付けトルクの増大にともなってドライバビット１２がねじの頭部から外れてしまう現象（以下、この現象をカムアウトと称する）が生じやすくなる。したがって、このカムアウトを防止するため、ねじ締めツール１０がＥ点に到達すると、移動用モータ２１が第５制限トルクにより駆動され、これによってねじには高推力が負荷される。
【００３２】
◎タッピンねじの場合（図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）参照）
タッピンねじの場合、ワークへのねじ込み開始直後から予め成形されている下穴にめねじが成形され始め、これによって締付けトルクが増大する。この締付けトルクによるカムアウトを防止するため、タッピンねじの場合には、第２制限トルクが一般ねじの場合よりも高めの値に設定され、これにより、ねじにはねじ締めツール１０を通じて中推力が負荷される。なお、このタッピンねじの場合、ねじ締めの過程で、下穴成形は必要ないため、Ｃ点は設定されない（図８のＳ２１１参照）。
【００３３】
ねじ締めツール１０がＤ点に到達すると、すなわちねじがワークの下穴にめねじを成形し終わる位置までねじ込まれると、移動用モータ２１は第４制限トルクで駆動される。これにより、ねじにはねじ締めツール１０を通じて低推力が負荷される。ねじ締めツール１０がＤ点に達して後Ｅ点に達するまでの間は、ワークにめねじを成形し終わっているので、締付けトルクも低い。したがって、Ｄ点からＥ点までの間は、一般ねじと同様に低推力でねじ込むのが最適なのである。ただし、下穴が有底である場合等には、ねじを締め終わるまでめねじ成形が継続されるため、Ｄ点で推力を低推力に切換えることは好ましくない。この場合には、Ｅ点まで同じ中推力が維持されるか、あるいはＤ点で高推力に切り換えられるよう、第４制限トルクを設定しておくのがよい。こうして、ねじ締めツール１０ががＥ点に達して後は、一般ねじの場合と同様に高推力がねじに負荷されてねじの締め付けが行われる。
【００３４】
◎ドリルねじの場合（図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）参照）
ドリルねじの場合、ワークへのねじ込み開始直後から下穴が成形され始めるため、この時に最終締付けトルクよりも大きな締付けトルクが発生する。従って、ドリルねじの場合には、第２制限トルクが他の制限トルクと比べて最も高い値に設定される。よって、Ｂ点を過ぎると、ドリルねじにはねじ締めツール１０を通じて超高推力が負荷される。これにより、下穴成形時に発生する締付けトルクによってドライバビット１２がカムアウトするのを防止しつつ良好に下穴成形を行うことができる。
【００３５】
ねじ締めツールがＣ点に到達すると、すなわちドリルねじがワークに下穴を成形し終わる位置までねじ込まれると、次に制限トルクは第３制限トルクに切り換えられる。ここからは下穴にめねじを成形する工程になるため、この第３制限トルクで移動用モータ２１が駆動されることにより、ねじには前述のタッピンねじの場合と同様、中推力が負荷される。これにより、ドライバビット１２のカムアウトを防止しつつ良好なめねじ成形を行うことができる。この後の推力変更は、基本的にタッピンねじと同様であるが、このドリルねじを締付ける際にも、ワークが厚い場合にはＣ点およびＤ点で各適用される第３，第４制限トルク値を中推力以上の高い推力が負荷される値に設定しておくとよい。
【００３６】
以上のように、ねじの種類に応じて推力と速度の切換ポイントが選択され、これら切換ポイントで速度と推力が変更されてねじの締付けが行われるのであるが、その際、回転用モータ１１の負荷電流値を見ることによりねじの締付けトルクの良否が判別される。つまり、回転用モータ１１の負荷電流値は、ねじの締付トルクに対応して増減されるため、これを完了電流値と比較することにより、ねじが所定のトルクまで締付けられたかどうかを判別できる。この回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達すると、回転用モータ１１の駆動が停止されるとともに、ツールコントローラ４０から制御部６０にＯＫ信号が出力される。この時、タイマによる計測時間が経過しても回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達しない場合には、回転用モータ１１の駆動が停止されるとともに、ツールコントローラ４０から制御部６０にＮＧ信号が送られる。なお、締め付けられるねじがタッピンねじかドリルねじの場合には、下穴およびめねじ成形時にドライバビットに作用する負荷トルクが大きくなり、これによって回転用モータ１１の負荷電流値が完了電流値に達し、トルクアップしてしまうことがある。これを防止するため、ツールコントローラ４０はねじ締めツール１０がＤ点に達するまで回転用モータ１１の負荷電流値を完了電流値と比較しない制御を行う。
【００３７】
また、サーボコントローラ５０においては、エンコーダ２２のパルス信号数から移動用モータ２１の回転量が０になった（ねじ締めツール１０の移動量が０になり停止した）こと、またはねじ締めツール１０がＧ点に到達したことの何れかが判明すると、移動用モータ２１が速度０（ゼロ）、制限トルク０（ゼロ）で駆動される。これにより、移動用モータ２１の出力軸２１ａは回転フリーになる。よって、ボールねじ機構２３のボールねじ軸２３ａも回転フリーになり、このため、推力の影響でワークに撓み等の弾性変形が発生している場合には、ワークを反発力により元の状態に戻すことができる。その結果、エンコーダ２２のパルス信号数も変化し、ねじ締めツール１０の停止位置も適正化される。
【００３８】
その後、ねじ締めツール１０が停止した位置が制御パラメータの内のＦ点位置データ、完了幅（＋）および完了幅（−）で決定されるＦ点の許容範囲内に収まっている場合には、サーボコントローラ５０から制御部６０にＦ点完了信号が送られる。また、ねじ締めツール１０がＧ点の前後に完了幅（＋）および完了幅（−）を適用したＧ点の許容範囲内に到達している場合には、制御部６０にＧ点完了信号が送られる。さらに、ねじ締めツール１０の停止位置が前記の何れにも該当しない場合には、制御部６０にＮＧ信号が送信される。これらツールコントローラ４０およびサーボコントローラ５０から入力される各信号を受け、制御部６０では、ねじの締付けトルク、ねじ込み高さの良否が判定され、これらに基づいた結果表示がなされる。この時、ねじ締めツール１０がＦ点の許容範囲に到達していない場合は、ねじがワークに着座せずに浮いた状態であり、また、Ｆ点の許容範囲を過ぎている場合には、ねじがワークにめり込んでいる状態にある。このため、Ｆ点完了信号以外の信号がサーボコントローラ５０から発せられた時には、制御部６０はねじの締め込み高さ不良と判定し、この結果、表示部にはねじ高さＮＧ表示がなされる。
【００３９】
前述のように、最終的なねじの締付け完了位置であるＦ点を過ぎた所定の位置Ｇ点を最終的な到達目標位置としてねじ締めツール１０を移動させることにより、推力により撓み等の弾性変形を生ずるワーク、加工誤差の大きいワーク等、ねじをねじ込む時にワークにおけるねじ着座面が正規の位置からねじの螺入進行方向にずれてしまうワークにねじを締め付ける場合にも、撓み等の分、ねじ締めツール１０が余分に移動可能となる。よって、撓み等が発生してもねじを正確に締め込むことが可能となる。また、ねじ締めツール１０の移動が停止した後に移動用モータ２１を速度ゼロ、制限トルクゼロで駆動して推力を除去しているため、ワークが弾性変形したりしている場合には、これを元に戻すことができ、ワークにおける正規のねじ着座面位置に設定される締付け完了位置Ｆ点の許容範囲内にねじが締め付けられているか否かを正確にチェックすることができる。
【００４０】
前述のようにしてねじ締め作業が完了すると、移動用モータ２１は高速で逆転駆動され、これによりねじ締めツール１０は待機ポイントＡ点に復帰して次のねじ締め作業に備えて待機する。このように任意に設定可能な待機位置Ａ点にねじ締めツール１０を戻すようにすると、原点Ｏ点まで戻す場合に比べ、次のねじ締め作業に移る際のねじ締めツール１０の移動量を少なくすることができ、連続的なねじ締め作業を効率よく行うことが可能となる。
【００４１】
前述の処理を繰り返し、ねじ締めポイントテーブル中のパラメータが設定されている全てのレコードについてねじ締め作業が完了すると、制御部６０からサーボコントローラ５０に原点復帰信号が送られ、これを受けてサーボコントローラ５０は定格トルク、第３速度（高速）で移動用モータ２１を逆転駆動する。これにより、ねじ締めツール１０は原点Ｏ点に復帰してねじ締め作業を完了する。
【００４２】
なお、以上の説明では、Ｇ点に到達した場合にはねじの締め込み高さをＮＧと判定する処理を紹介したが、完了幅（＋）または完了幅（−）の設定値をＦ−Ｇ間距離に設定された値よりも大きくすることで、Ｇ点到達についてねじの締め込み高さをＯＫと判定する処理を行うことが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のねじ締め装置によれば、ねじ締め完了の基準位置を過ぎた所定の目標位置を設定し、この目標位置を最終的な到達位置としてねじ締めツールを移動させるようになっているため、撓み等の弾性変形を起こし易いワーク等にねじを締め付ける場合、撓み等の弾性変形分を考慮した目標位置を設定し、この目標位置に向かってねじ締めツールを移動させることが可能となる。これにより、撓み等によりねじ着座位置が正規の位置からねじの螺入進行方向にずれたワークに対しても、ねじを着座するまで正確に螺入して締め付けることができる。また、前記目標位置にねじ締めツールを移動させる過程でねじ締め完了の基準位置、ねじの種類およびねじの寸法とに応じて設定される推力切換ポイントで推力を変更するようになっているため、ねじの締付け過程で、そのねじの種類とねじ込み位置とに応じて適正に推力を調整しつつ、推力の影響で撓み等を起こすワークに対しても正確なねじ締めを行うことができるものである。さらに、前記目標位置にねじ締めツールを移動させるとともに、ねじの種類に応じて必要な推力切換ポイントを選択し、その推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータ（制限トルク）に基づいて移動用モータを駆動制御することによりねじに作用する推力を変更するものであるため、撓み等を起こすワークに対して一般ねじ、タッピンねじ、ドリルねじ等の締付け形態の異なる各種ねじの締付けを極めて効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るねじ締め装置の概略構造説明図である
【図２】ねじを締め付ける作業の過程における特徴点と移動用モータの駆動切換の関係を示す説明図である。
【図３】制御パラメータを設定登録するための各種テーブルの説明図である。
【図４】制御部のメイン制御処理の前段を示すフローチャートである。
【図５】制御部のメイン制御処理の後段を示すフローチャートである。
【図６】ツールコントローラの制御処理を示すフローチャートである。
【図７】サーボコントローラの制御処理の前段を示すフローチャートである。
【図８】サーボコントローラの制御処理の中段前半を示すフローチャートである。
【図９】サーボコントローラの制御処理の中段後半を示すフローチャートである。
【図１０】サーボコントローラの制御処理の後段を示すフローチャートである。
【図１１】ねじを締め付ける時の推力変更パターン例をねじ種毎に示した説明図である。
【図１２】ねじを締め付ける時の推力と速度の変更パターン例をねじ種毎に示した説明図である。
【符号の説明】
１ ねじ締め装置
１０ ねじ締めツール
１１ ビット回転駆動用モータ
１２ ドライバビット
２０ 往復移動手段
２１ 移動用モータ
２２ エンコーダ
２３ ボールねじ機構
２４ テーブル
３０ 制御手段
４０ ねじ締めツールコントローラ
５０ サーボ駆動コントローラ
６０ 制御部
Claims (4)
- ねじの頭部に係合可能なドライバビットを回転駆動するように構成されたねじ締めツールと、このねじ締めツールを往復移動させるとともにねじ締めツールを通じてねじに推力を作用させる往復移動手段とを備えたねじ締め装置であって、
前記ねじ締めツールの移動位置を検出可能な位置検出手段と、
前記位置検出手段によって検出されるねじ締めツールの移動位置に応じてねじ締めツールを通じてねじに作用する推力を変更するよう前記往復移動手段を制御するとともに、ねじ着座面が正規の位置からずれていない状態でのねじ締めツールのねじ締め完了時の移動位置である基準位置と、この基準位置を過ぎたねじ締めツールの移動位置である目標位置とを予め設定し、目標位置を最終到達位置として前記往復移動手段を駆動してねじ締めツールを移動させる制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とするねじ締め装置。 - 制御手段は、基準位置と、基準位置からねじ締め過程の特徴点までの距離とからねじ締めツールに作用する推力を変更する位置となる推力切換ポイントを算出し、前記目標位置をねじ締めツールの最終到達位置として前記往復移動手段を駆動してねじ締めツールを移動させるとともに、その過程で前記位置検出手段の信号によりねじ締めツールが推力切換ポイントに達したことを検出し、その推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータにより往復移動手段を制御してねじ締め推力の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のねじ締め装置。
- 制御手段は、ねじのねじ締め過程における推力切換ポイントの内から締付けているねじの種類に応じてそのねじに必要な推力切換ポイントを判断し、当該必要な推力切換ポイントに対応するねじ締め推力パラメータに基づいて往復移動手段を制御してねじ締め推力の制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のねじ締め装置。
- 往復移動手段は、移動用モータと、この移動用モータの駆動を受けて作動することでねじ締めツールを移動させるボールねじ機構とを有し、
また制御手段は、基準位置に所定の幅を持たせるための完了幅を設定可能であり、ねじの締め付けにともなってねじ締めツールの移動量が０になるか、ねじ締めツールが目標位置に達するかすると、前記移動用モータを速度０および制限トルク０で駆動し、前記完了幅によって規定される範囲内にねじ締めツールが停止したか否かを確認することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のねじ締め装置。
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