JP4250126B2

JP4250126B2 - 自動ねじ締め機

Info

Publication number: JP4250126B2
Application number: JP2004231549A
Authority: JP
Inventors: 幸浩梅原; 芳樹今川
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: JP2006043852A

Description

本発明は、ワークにねじを締付ける自動ねじ締め機に関し、詳しくは、起歪部材の歪みによりねじの締付トルクを検出できる自動ねじ締め機に関する。

従来、ねじの締付トルクを検出する機能を持つトルクセンサ付きの自動ねじ締め機としては、特許文献１記載のものがある。この特許文献１に示されているのはナットランナであり、このナットランナは、支持板に取り付けられた機構部を設置して成る。この機構部は、ねじ部材に係合可能なソケットを有する出力軸を回転駆動手段に連結すると共に、この回転駆動手段と前記支持板とをトルクセンサで連結して構成されている。トルクセンサは、薄肉の筒状本体に歪ゲージを貼り付け、この歪ゲージを検出部に接続して構成されている。この構成において、回転駆動手段が駆動してソケットに回転伝達がなされ、そこに係合したねじ部材が締め付けられると、この時の締め付け反力により筒状本体に歪みが生じ、それに応じた電圧が歪ゲージから出力される。この出力電圧から検出部ではねじ部材の締め付けによって生じているトルクが検出される。

特開平１１−３４７８５６号公報

ねじの締付けにおいては、ねじの締付トルクを監視し、これが所定のトルクになるまでねじを締め付ける、いわゆるトルク法による締め付け方法が有効である。このトルク法によるねじの締め付けにおいて問題となるのは、ねじが適正にめねじに喰い付かなかった場合等に過大なトルクが発生すると、それによってねじの締め込み途中であってもねじ締めが完了してしまうことである。これに対処するため、ねじの締付けでは、例えば締付け開始位置からのねじの回転角度を監視し、これが所定回転角度になったかどうかを確認する、いわゆる角度法による締め付け方式も採用される。こういったトルク法と角度法とを併用すれば、より精度の高い（締め付け不良の発生の少ない）ねじの締め付けを実施することができる。しかし、上記ナットランナのような構造の場合、筒状本体の歪み（ねじれ）に伴って回転駆動手段自体も回転してしまうため、回転角度を回転駆動手段のエンコーダの出力信号から得る場合、この回転角度と、実際のねじの回転角度とに誤差が生じてしまい、正確な角度管理ができない等の問題が発生していた。

本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじの締付け時の回転角度を正確に検出することができる自動ねじ締め機の提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、回転駆動手段と、この回転駆動手段の駆動を受けて回転するドライバビットと、前記回転駆動手段の駆動に応じて回転信号を発信可能な回転検出手段と、前記回転駆動手段に連結され、このドライバビットに作用するねじの締付けトルクに応じてドライバビットの回転方向またはその反対方向へ弾性変形可能である起歪部材と、この起歪部材の弾性変形量に応じた信号を発する歪み検出手段と、この歪み検出手段の信号に対応する予め設定された補正値に基づいて回転検出手段の回転信号による回転角情報を補正する制御ユニットとを備える。

本発明の自動ねじ締め機は、起歪部材の歪みに応じて回転検出手段の信号から得られる回転角度情報を補正するものである。よって、回転駆動手段に起歪部材を連結した場合、起歪部材と一体に回転駆動手段が回転しても、回転駆動手段に備えられたエンコーダ等の回転検出手段の信号から得られる回転角度を、実際のねじの回転角度に一致させることが可能である。これにより、起歪部材を用いてトルク法による締め付けを精度よく行いつつ、角度法も併用して極めて正確なねじの締め付けを実現することができる等の利点がある。

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１において、１は自動ねじ締め機であり、往復駆動ユニット２と、この往復駆動ユニット２に連結されたツールユニット３と、このツールユニット３を制御する制御ユニット４とを有する。

前記往復駆動ユニット２は、エンコーダ２０ａを具備するＡＣサーボモータ２０（以下、単にモータ２０という）に連結されたボールねじ機構２１と、このボールねじ機構２１のナット部材２１ａに連結されたツールテーブル２２とから構成されている。ツールユニット３は、このツールテーブル２２に設置されている。この往復駆動ユニット２のモータ２０には専用のＡＳＩＣ回路（図示せず）が組み込まれており、ここでエンコーダ２０ａの発するパルス信号数を計測できるように構成されている。

ツールユニット３は、回転駆動手段としてＡＣサーボモータ３０（以下、単にモータ３０という）を有する。このモータ３０には、回転検出手段の一例であるエンコーダ３０ａとが備えられており、モータ３０が駆動してその駆動軸３０ｂが回転すると、これに応じた回転信号としてパルス信号がエンコーダ３０ａから発せられる。また、このモータ３０の下部は減速機３０ｃになっており、駆動軸３０ｂは、この減速機３０ｃで減速された回転数で回転する。このモータ３０にも、専用のＡＳＩＣ回路（図示せず）が組み込まれており、ここでエンコーダ３０ａの発するパルス信号を計測できるように構成されている。また、モータ３０の駆動軸３０ｂにはドライバビット３１が一体に回転するよう連結されている。このドライバビット３１は、ねじの頭部に凹設された十字状駆動穴に係合する先端形状を成す。また、モータ３０の減速機３０ｂ下部には、薄肉円筒状の起歪部材３２の一端が前記ドライバビット３１を内包して連結されている。この起歪部材３２の他端は、ツールユニット３をツールテーブル２２に設置するためのフランジ部材３３に固定されている。さらに、起歪部材３２の表面には、起歪部材３２の弾性変形量に応じた信号を発する歪み検出手段の一例として、４個の歪みゲージ３４・・・が外周を等分して貼付してある。これら歪みゲージ３４は、起歪部材３２の弾性変形量に応じて出力電圧信号が変化するものであり、これらは図２に示すように、特許文献１に開示されているのと同様のホイートストンブリッジ回路を構成し、増幅器３５及びアナログ／ディジタル変換部３６（以下、Ａ／Ｄ変換部３６という）を介して制御ユニット４の後記測定部４７に接続されている。

制御ユニット４は、制御部４０と、前記モータ２０への負荷電流値を制御するモータ駆動部４１と、前記モータ３０への負荷電流値を制御するモータ駆動部４２と、締付トルクに対するエンコーダ３０ａのパルス信号数の補正値を始めとした、ツールユニット３の制御に必要な各種プログラム・パラメータ等を記憶した記憶部４３と、各種情報・信号入力を行う操作部４４と、各種情報を表示する表示部４５と、各モータ２０，３０のＡＳＩＣ回路と接続された入出力部４６と、前記歪みゲージ３４・・・の出力電圧信号から締付トルクを割り出す測定部４７とから構成されている。

前記制御部４０は、図３及び図４に示すように、
Ｓ０１：スタート指令信号の入力待ち。
Ｓ０２：第一フラグ、第二フラグを共にＯＦＦにする。
Ｓ０３：モータ駆動部４１に駆動指令信号を送信。
Ｓ０４：エンコーダ２０ａのパルス信号数を読み込む。
Ｓ０５：エンコーダ２０ａのパルス信号数が目標値に達したかどうかを確認。達していない場合はＳ０４にジャンプ。
Ｓ０６：モータ駆動部４２に駆動指令信号を送信。
Ｓ０７：エンコーダ３０ａのパルス信号数を読み込む。
Ｓ０８：測定部４７から締付トルクを読み込む。
Ｓ０９：記憶部４３から締付トルクに対応するパルス信号数の補正値を読み込む。
Ｓ１０：補正値を使用してパルス信号数を増減し、適正化する。
Ｓ１１：補正したパルス信号数が目標値範囲に達したかどうかを確認。達していない場合はＳ１３にジャンプ。
Ｓ１２：第一フラグをＯＮにする。
Ｓ１３：締付トルクが目標締付トルクに達したかどうかを確認。達していない場合はＳ１５にジャンプ。
Ｓ１４：第二フラグをＯＮにする。
Ｓ１５：第一フラグ及び第二フラグが両方ＯＦＦの場合はＳ０７にジャンプ。
Ｓ１６：モータ駆動部４２に停止指令信号を送信。
Ｓ１７：モータ駆動部４１に停止指令信号を送信。
Ｓ１８：第一フラグ及び第二フラグが両方ＯＮの場合はＳ２０にジャンプ。
Ｓ１９：表示部４５に異常完了表示指令信号を送信し、Ｓ２１にジャンプ。
Ｓ２０：表示部４５に正常完了表示指令信号を送信。
Ｓ２１：モータ駆動部４１に逆駆動指令信号を送信。
Ｓ２２：エンコーダ２０ａのパルス信号数を読み込む。
Ｓ２３：エンコーダ２０ａのパルス信号数が０になっていない場合はＳ２２にジャンプ。
Ｓ２４：モータ駆動部４１に停止指令信号を送信。
Ｓ２５：エンド。
となるねじ締め制御を実行する。

次に本発明に係る自動ねじ締め機の作用を述べる。
保持手段（図示せず）に保持されたねじがワークのめねじ直上に配置された状態で、操作部４４のスタートスイッチ（図示せず）が入力されて制御部４０にスタート指令信号が入力されると、まずモータ２０が駆動する。これにより、ボールねじ機構２１のナット部材２１ａが図上下方へ移動し、ツールテーブル２２及びツールユニット３が下降する。この結果、保持手段に保持されたねじは、ドライバビット３１によりワークのめねじ上に押し出される。ここまでドライバビット３１が下降すると、エンコーダ２０ａのパルス信号数が目標値に達し、これを受けてモータ３０が駆動する。これによりドライバビット３１は、ねじの駆動穴に係合して回転し、ねじをめねじに締め込む。

モータ３０の駆動開始と同時に、エンコーダ３０ａの発するパルス信号の計測が開始される。これに対し、ねじがワーク表面に着座するなどして締付トルクが高まると、この締付トルクの反力が起歪部材３２に伝わり、これに応じて起歪部材３２は、フランジ部材３３側を基準にドライバビット３１の回転方向に弾性変形（ねじれ変形）する。これに伴いモータ３０自体も回転するため、エンコーダ３０ａのパルス信号数から求めることができるモータ３０の駆動軸３０ｂの回転角度は、実際のねじの回転角度とは正確に一致しないものとなってしまう。これに対処するため、制御部４０は測定部４７から締付トルクを読み込み、これに対応するパルス信号数の補正値を記憶部４３から読み込む。そして、この補正値によりエンコーダ３０ａの計測したパルス信号数を増減して適正化する。これにより、モータ３０の駆動軸３０ｂの回転角度とねじの回転角度とを正確に一致させることができ、ねじの回転角度管理を適正に行うことができるようになる。

ねじの締付トルクが高まり、これが記憶部４３に予め設定された目標締付トルクに達するか、若しくはパルス信号数が記憶部４３に予め設定された目標値範囲に到達すると、モータ２０，３０の駆動は停止する。この時、締付トルクが目標締付トルクに到達し、パルス信号数も目標値範囲に到達している場合、表示部４５により正常完了状態を示すＬＥＤ点灯がなされる。また、何れか一方が到達していない場合は、表示部４５により異常完了状態を示すＬＥＤ点灯がなされる。このように表示部４５に、各締付け完了状態が表示された後、モータ２０は逆転駆動し、ツールテーブル２２及びツールユニット３を原点位置に戻して次の作業に備える。

以上の説明では、起歪部材がドライバビットの回転方向（ねじの締め込み方向）に弾性変形する例を紹介したが、これとは反対方向にねじれる構成においても得られる効果は同じである。

本発明に係る自動ねじ締め機のブロック説明図。本発明に係る自動ねじ締め機要部のブロック説明図。本発明に係る自動ねじ締め機のねじ締め制御前段のフローチャート。本発明に係る自動ねじ締め機のねじ締め制御後段のフローチャート。

符号の説明

１自動ねじ締め機
２往復駆動ユニット
３ツールユニット
４制御ユニット
２０ＡＣサーボモータ
２０ａエンコーダ
２１ボールねじ機構
３０ＡＣサーボモータ
３０ａエンコーダ
３１ドライバビット
３２起歪部材
３４歪みゲージ

Claims

回転駆動手段と、この回転駆動手段の駆動を受けて回転するドライバビットと、前記回転駆動手段の駆動に応じて回転信号を発信可能な回転検出手段と、前記回転駆動手段に連結され、このドライバビットに作用するねじの締付けトルクに応じてドライバビットの回転方向またはその反対方向へ弾性変形可能である起歪部材と、この起歪部材の弾性変形量に応じた信号を発する歪み検出手段と、この歪み検出手段の信号に対応する予め設定された補正値に基づいて回転検出手段の回転信号による回転角情報を補正する制御ユニットとを備えることを特徴とする自動ねじ締め機。