JP4392305B2 - Part fastening driver unit - Google Patents
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Description
本発明は、ワークにねじ等の部品を締結する部品締結ドライバユニットに関する。 The present invention relates to a component fastening driver unit that fastens a component such as a screw to a workpiece.
従来、ワークにねじを締結するため、特許文献1に開示されたねじ締め装置が使用されている。このねじ締め装置は、モータの駆動軸と、この駆動軸の同軸線上に回転自在に設けられた出力軸とをコイルばねで連結し、駆動軸と出力軸との双方の回転を検出するためのエンコーダをそれぞれ設け、さらに出力軸には一体に回転するドライバビットを連結して成るものである。このねじ締め装置を用いてワークにねじを締め付ける場合には、ドライバビットをねじ頭部に係合させ、これをモータの駆動により回転させてねじに回転を付与する。この時、ねじの締め込みに伴ってドライバビットには相応の締付トルクが作用するため、これがドライバビットの回転負荷となってコイルばねがねじれる。結果、2つのエンコーダによって検出されるドライバビットの回転角度とモータ駆動軸の回転角度とに差が生じることとなるため、この回転角度差から締付トルクを割り出すことができる。 Conventionally, in order to fasten a screw to a work, the screw fastening device indicated by patent documents 1 is used. This screw tightening device connects a motor drive shaft and an output shaft rotatably provided on a coaxial line of the drive shaft with a coil spring, and detects rotation of both the drive shaft and the output shaft. Each encoder is provided, and a driver bit that rotates integrally with the output shaft is connected. When a screw is tightened on a workpiece using this screw tightening device, a screwdriver bit is engaged with a screw head, and this is rotated by driving a motor to impart rotation to the screw. At this time, as the screw is tightened, a corresponding tightening torque acts on the driver bit, and this becomes a rotational load of the driver bit, and the coil spring is twisted. As a result, there is a difference between the rotation angle of the driver bit detected by the two encoders and the rotation angle of the motor drive shaft, so that the tightening torque can be determined from this rotation angle difference.
上記従来のねじ締め装置において、締付トルク精度は、コイルばねの特性や出力軸等の回転部品と周囲との摩擦に大きく左右される。例えば、コイルばねが経年変化(ヘタリ)を生じると、トルク伝達性能等が変化し、これによって両エンコーダの回転角度差から割り出される締付トルクと、実際にねじに伝えられているトルクとの間に誤差が生じる恐れがある。軸受の劣化による焼き付きにより、出力軸の回転負荷が大きくなる場合も同様である。また、コイルばねについては、経年変化によるねじり方向の歪みが限界を超えると、破断することすらある。こういったことから、コイルばねの歪みや回転部品の摩擦状態を把握し、それに基づいて適切な部品交換時期を見極めることがねじ締め装置の効率的な運用には必要不可欠であるが、従来のねじ締め装置においては、コイルばね等の状態を知ることができず、これにより締付トルク精度が不安定になる等の問題が発生していた。特に、最近では極小精密ねじ等の小さなねじに対応して低い領域の締付トルク管理が望まれているが、こうした低い領域の締付トルク管理においては前述の問題が顕著になる。 In the above conventional screw tightening device, the tightening torque accuracy greatly depends on the characteristics of the coil spring and the friction between the rotating parts such as the output shaft and the surroundings. For example, when the coil spring undergoes aging (sagging), the torque transmission performance and the like change, whereby the tightening torque determined from the rotation angle difference between both encoders and the torque actually transmitted to the screw There is a risk of errors in between. The same applies when the rotational load on the output shaft increases due to seizure due to deterioration of the bearing. In addition, the coil spring may even break when the distortion in the torsional direction due to aging exceeds a limit. For these reasons, it is indispensable for the efficient operation of the screw tightening device to grasp the distortion of the coil spring and the frictional state of the rotating parts, and to determine the appropriate part replacement time based on that. In the screw tightening device, the state of the coil spring or the like cannot be known, which causes problems such as unstable tightening torque accuracy. Particularly, recently, tightening torque management in a low region corresponding to a small screw such as a very small precision screw has been desired. However, the above-described problem becomes remarkable in such low region tightening torque management.
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、回転角度差によるトルク検出を安定して行うことができる部品締結ドライバユニット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軸と弾性部材を介して連結された駆動工具とを有する部品締結ドライバユニットであって、前記回転駆動手段の駆動軸の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第一回転角検出手段と、前記駆動工具の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第二回転角検出手段と、これら第一回転角検出手段と第二回転角検出手段とから回転駆動手段が駆動していない状態で出力される各信号から駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を割り出し、この固有回転角度差が前記回転駆動手段の駆動により駆動工具が回転する時に第一回転角検出手段および第二回転角検出手段からそれぞれ発せられる信号から得られる回転角度差の使用領域よりも低い領域にあるか否かを確認する制御ユニットとを備えていることを特徴とする。なお、前記第一、第二回転角検出手段は共にレゾルバであり、前記弾性部材はねじりコイルばねであることが望ましい。また、前記制御ユニットは、固有回転角度差の確認を部品の締結作業毎に行うものであることが望ましい。 The present invention has been created in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a component fastening driver unit that can stably detect torque based on a difference in rotation angle. In order to achieve this object, the present invention provides a component fastening driver unit having a rotation drive means and a drive tool connected to the drive shaft of the rotation drive means via an elastic member, First rotation angle detection means capable of outputting a signal indicating the absolute rotation angle of the drive shaft, second rotation angle detection means capable of outputting a signal indicating the absolute rotation angle of the drive tool, and these first rotation angle detection means And the second rotation angle detection means determine the specific rotation angle difference between the drive shaft and the drive tool from each signal output when the rotation drive means is not driven. Control for confirming whether or not the rotation angle difference obtained from the signals respectively output from the first rotation angle detection means and the second rotation angle detection means is lower than the use area when the driving tool is rotated by driving. Characterized in that it comprises a knit. Preferably, the first and second rotation angle detecting means are both resolvers, and the elastic member is a torsion coil spring. Moreover, it is preferable that the said control unit is a thing which confirms a natural rotation angle difference for every fastening operation of components.
本発明の部品締結ドライバユニットは、回転駆動手段の駆動軸と駆動工具との固有回転角度差が締付トルク検出に実際に利用する回転角度差の領域よりも低い領域にあるか否かを確認するものである。よって、回転駆動手段の駆動軸と駆動工具との間にある弾性部材の経年変化による歪み、回転部品の摩擦状態等を把握することができ、その結果により適切に部品の点検修理・交換を行うことができる。このため、回転角度差によるトルク検出を常に正確かつ安定して行うことができる等の利点がある。こういった効果を背景に本部品締結ドライバユニットでは、第一、第二回転角検出手段として分解能の高いレゾルバを採用し、また弾性部材として低いトルク領域でねじれる特性のねじりコイルばねを選定することにより、低い領域の締付トルク検出を常に正確かつ安定して行うことが可能になる。この結果、従来極めて困難であったM2以下の極小ねじのトルク管理締結も容易になる等の利点がある。 The component fastening driver unit of the present invention confirms whether or not the inherent rotational angle difference between the drive shaft of the rotational drive means and the drive tool is in a region lower than the region of the rotational angle actually used for detecting the tightening torque. To do. Therefore, it is possible to grasp the distortion due to aging of the elastic member between the drive shaft of the rotary drive means and the drive tool, the frictional state of the rotating parts, etc., and appropriately inspect and repair / replace the parts based on the results. be able to. Therefore, there is an advantage that torque detection based on the rotation angle difference can always be performed accurately and stably. Against the backdrop of these effects, this component fastening driver unit adopts a resolver with high resolution as the first and second rotation angle detection means, and selects a torsion coil spring having a characteristic of being twisted in a low torque region as an elastic member. This makes it possible to always detect the tightening torque in the low region accurately and stably. As a result, there are advantages such as facilitating torque management fastening of a micro screw of M2 or less, which has been extremely difficult in the past.
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は部品締結ドライバユニットであり、ツールユニット2と、このツールユニット2を制御する制御ユニット3とを有する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a component fastening driver unit, which includes a
前記ツールユニット2は、回転駆動手段の一例としてACサーボモータ20(以下、単にモータ20という)を有する。このモータ20には、第一回転角検出手段の一例であるレゾルバ21が組み付けられている。また、モータ20の駆動軸20aには、弾性部材の一例であるねじりコイルばね22(以下、コイルばね22という)の一端が連結してあり、このコイルばね22の他端は伝達軸23に連結されている。この伝達軸23は軸受により回転自在に支持されており、この伝達軸23は、第二回転角検出手段の一例であるレゾルバ24に連結されている。また、このレゾルバ24には、ねじの十字状駆動穴に係合可能な先端形状を成す駆動工具25が伝達軸23と一体に回転するよう連結されている。このようにモータ20の駆動軸20aないし駆動工具25は、一体に回転するようになっており、駆動工具25に回転負荷トルクが作用すると、これに伴ってコイルばね22がねじれ、駆動軸20aと駆動工具25との回転角度差が生じるようになっている。なお、コイルばね22は駆動軸20aと伝達軸23とに対して軸方向に移動可能に支持されており、これにより、コイルばね22のねじれに伴う伸縮を許容するようになっている。
The
前記レゾルバ21,24は同様の構造であり、公知の構造のものである。図面で断面を示しているレゾルバ24を例に説明すると、このレゾルバ24は、励磁コイルと位置検出コイルとを備えるステータ24a内に、回転トランス部を有するロータ24bを回転自在に配置して成るものであり、励磁コイルから回転トランス部に励磁電圧を与えると、位置検出コイルには、この励磁電圧波形に対してロータ24bの回転位相に対応する位相の電圧波形の出力電圧が出力される。この励磁電圧と出力電圧との位相差から、固定配置されたステータ24aに対して回転するロータ24bの絶対回転角度を知ることができる。レゾルバ21のロータ(図示せず)には駆動軸20aが、またレゾルバ24のロータ24bには伝達軸23および駆動工具25がそれぞれ一体に連結してある。よって、レゾルバ21は駆動軸20aの絶対回転角度を示す出力電圧を、またレゾルバ24では駆動工具25の絶対回転角度を示す出力電圧をそれぞれ出力する。
The
前記制御ユニット3は、制御部30と、この制御部30からの指令を受けて前記モータ20を駆動制御するモータ駆動部31と、レゾルバ21,24にそれぞれ励磁電圧を印加するとともに、それぞれの出力電圧から回転角度を割り出すレゾルバ駆動部32,33と、レゾルバ駆動部32,33によって割り出された回転角度の差に応じた締付トルク、目標締付トルクなどの各種データおよびツールユニット2の駆動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34と、各種情報・信号入力を行う操作部35と、各種情報を表示する表示部36と、本ドライバユニット1が搭載されるロボット等(図示せず)との信号送受信を制御する入出力部37とを備えて成る。
The
前記制御部30は、電源が投入されると図2に示すように、
S01:レゾルバ駆動部32,33に励磁指令信号を付与。
S02:レゾルバ駆動部32,33から回転角度を読み込む。
S03:回転角度の差(以下、これを固有回転角度差という)を算出。
S04:固有回転角度差が閾値を超えていないか確認する。閾値を超えていない場合は、S06にジャンプ。
S05:表示部36に部品交換表示指令信号を付与。
S06:レゾルバ駆動部32,33に励磁停止指令信号を付与。
S07:エンド。
となる起動チェック処理を行う。
When the power is turned on, the
S01: An excitation command signal is given to the
S02: The rotation angle is read from the
S03: A rotation angle difference (hereinafter referred to as a specific rotation angle difference) is calculated.
S04: Check whether the inherent rotation angle difference exceeds the threshold value. If the threshold is not exceeded, jump to S06.
S05: A component replacement display command signal is given to the
S06: An excitation stop command signal is given to the
S07: End.
Perform the startup check process.
また、制御部30は、図3に示すように、
S11:スタート指令信号の入力待ち。
S12:モータ駆動部31に駆動指令信号を付与。
S13:レゾルバ駆動部32,33に励磁指令信号を付与。
S14:レゾルバ駆動部32,33から回転角度を読み込む。
S15:回転角度差を算出。
S16:回転角度差に対応する締付トルクを記憶部34から読み込む。
S17:締付トルクを目標締付トルクと比較し、目標締付トルクに達していない場合は、S14にジャンプ。
S18:モータ駆動部31に停止指令信号を付与。
S19:表示部36に完了表示指令信号を付与。
S20:ロボットの待機位置復帰信号を待つ。
S21:レゾルバ駆動部32,33から回転角度を読み込む。
S22:固有回転角度差を算出。
S23:固有回転角度差が閾値を超えていないか確認。閾値を超えていない場合は、S25にジャンプ。
S24:表示部36に部品交換表示指令信号を付与。
S25:レゾルバ駆動部32,33に励磁停止指令信号を送信。
S26:エンド
となるねじ締め処理を実行する。
In addition, as shown in FIG.
S11: Waiting for input of a start command signal.
S12: A drive command signal is given to the
S13: An excitation command signal is given to the
S14: The rotation angle is read from the
S15: The rotation angle difference is calculated.
S16: The tightening torque corresponding to the rotation angle difference is read from the
S17: The tightening torque is compared with the target tightening torque. If the target tightening torque is not reached, the process jumps to S14.
S18: A stop command signal is given to the
S19: A completion display command signal is given to the
S20: Wait for the robot standby position return signal.
S21: The rotation angle is read from the
S22: The intrinsic rotation angle difference is calculated.
S23: Check whether the inherent rotation angle difference exceeds the threshold value. If the threshold is not exceeded, jump to S25.
S24: A component replacement display command signal is given to the
S25: An excitation stop command signal is transmitted to the
S26: An end screw tightening process is executed.
次に本発明に係る部品締結ドライバユニット1の作用を述べる。なお、ここでは本ドライバユニット1がロボット(図示せず)に搭載されている状態にあり、駆動工具25の移動路前方には、ねじを保持するチャックユニット(図示せず)が設けられる構造での作用を述べる。
Next, the operation of the component fastening driver unit 1 according to the present invention will be described. Here, the driver unit 1 is mounted on a robot (not shown), and a chuck unit (not shown) for holding a screw is provided in front of the moving path of the driving
まず、電源が投入された時、本ドライバユニット1においては、上記起動チェック処理が行われる。この処理では、レゾルバ21,24に励磁電圧を印加し、それぞれの出力電圧から回転角度が求められ、その回転角度差(固有回転角度差)が求められる。ドライバユニット1製造過程では、レゾルバ21,24は双方の絶対原点が一致するように調整してツールユニット2に組み付けられる。しかし、コイルばねの経年変化(ヘタリ)や軸受の消耗等が生じると、この絶対原点にずれが生じる。例えば、コイルばね22であれば経年変化により原形復帰できなくなる幅が徐々に大きくなるし、軸受が消耗すると伝達軸や出力軸の摩擦抵抗が増し、これらが本来原位置となる位置まで回転復帰することができなくなる。このようにして、駆動軸20aと駆動工具25との間に固有回転角度差が生じるのであるが、その大きさを電源投入時の起動チェック処理により把握する。
First, when the power is turned on, the activation check process is performed in the driver unit 1. In this process, an excitation voltage is applied to the
通常、コイルばね22をねじった後、これが完全に原形復帰することは考えられない。また、出力軸等の回転部品には軸受が消耗していなくても、何らかの摩擦抵抗が作用している。よって、固有回転角度差はツールユニット2の各部品が正常な状態の時でも生じてしまう。こういった正常状態での固有回転角度差が現れる領域は、図4に示すように、不感領域といって締付トルクと回転角度差との関係が都度一定にならない領域であり、実際の締付トルク制御には利用することがない。よって、正常状態での固有回転角度差が生じていても問題はない。通常は、回転角度差と締付トルクとの関係が安定する使用領域(図4参照)での利用が想定されているため、その下限値よりも低い領域内の回転角度差を固有回転角度差の閾値として設定して起動チェック処理が行われる。これにより、検出された固有回転角度差が閾値を超えている場合には、表示部36に部品交換を報知するLED点灯や、ディジタル表示器による表示を行う。
Normally, after the coil spring 22 is twisted, it cannot be considered that it completely returns to its original shape. Further, some frictional resistance acts on the rotating parts such as the output shaft even if the bearing is not consumed. Therefore, the natural rotation angle difference occurs even when each component of the
起動チェック処理が終わり、次に操作部35のスタートスイッチ(図示せず)が押されると、チャックユニットにはねじが供給され、またロボットの動作によりドライバユニット1がワークのめねじ直上に移動する。同時に、制御ユニット3によりドライバユニット1のモータ20が駆動し、駆動工具25が回転を始める。また、レゾルバ21,24に励磁電圧が印加され、それぞれの出力電圧から回転角度の検出が開始される。続いてロボットの動作により、ツールユニット2がワーク側へ移動すると、駆動工具25はチャックユニットに保持されたねじの駆動穴に係合し、かつ、このねじをチャックユニットから押し出してワークのめねじに締め込む。この時、駆動工具25にはねじを締め付ける時の締付トルク(回転負荷トルク)が作用するため、これに応じてコイルばね23が巻込み方向にねじれ、レゾルバ21,24の各出力電圧から得られる回転角度に差が生じる。制御ユニット3では、この回転角度差に応じた締付トルクが割り出されるとともに、この締付トルクが目標締付トルクに達したか否かが判定される。達していない場合は、新たな回転角度差に対応する締付トルクと目標締付トルクとの比較が繰り返される。また、締付トルクが目標締付トルクに達した場合には、モータ20の駆動が停止し、その後にドライバユニット1はロボットの作動により所定の待機位置に戻される。また、この時、起動チェック処理と同様にレゾルバ21,24の出力電圧から固有回転角度差が求められ、これが閾値を超えていないか確認される。閾値を超えている場合は、表示部に部品交換を報知するLED点灯や、ディジタル表示器による表示がなされる。この固有回転角度差の確認処理が完了した後、レゾルバ21,24への励磁電圧印加が停止されてねじ締め処理が完了する。なお、前述のねじ締め作業完了後に固有回転角度差を求めるタイミングであるが、これはロボットの作動により駆動工具25がねじから離れ、かつコイルばね23の原形復帰に伴う反動が収まった後、つまりは駆動工具25の軸心回りの負荷が解除されて後とするのが効果的である。
When the start check process is completed and then a start switch (not shown) of the
以上のように、電源投入時と作業完了毎とに固有回転角度差を求めて確認することで、常にコイルばねや回転部品の状態を把握し、これらに異常が生じた時にはすぐに修理・交換することができる。従って、例えばコイルばねの経年変化による回転伝達性能の変化、軸受の劣化・消耗による焼き付き等の不具合に起因する誤った締付トルクの検出を防止し、常に正確な締付トルク検出が可能になり、ねじの締付け精度を高精度に保つことが可能になる。 As described above, by obtaining and checking the specific rotation angle difference at power-on and every time work is completed, the state of the coil spring and rotating parts is always grasped, and when an abnormality occurs in these, repair and replacement are performed immediately. can do. Therefore, for example, it is possible to prevent erroneous tightening torque detection due to problems such as changes in rotation transmission performance due to aging of coil springs, seizure due to bearing deterioration and wear, etc., and accurate tightening torque detection is always possible. It becomes possible to maintain the screw tightening accuracy with high accuracy.
なお、以上の説明では真の回転角度差から締付トルクを割り出し、これを目標締付トルクと比較する制御例を紹介したが、回転角度差を直接比較するようにしてもよい。また、ねじ締め作業完了毎に固有回転角度差を求めて確認するようにしたが、ねじ締め作業開始に当たってロボットが動作する前に固有回転角度差を求めて確認するようにしてもよい。 In the above description, the control example in which the tightening torque is determined from the true rotation angle difference and compared with the target tightening torque has been introduced. However, the rotation angle difference may be directly compared. Further, although the specific rotation angle difference is obtained and confirmed every time the screw tightening operation is completed, the natural rotation angle difference may be obtained and confirmed before the robot operates before starting the screw tightening operation.
1 部品締結ドライバユニット
2 ツールユニット
3 制御ユニット
20 ACサーボモータ
20a 駆動軸
21 レゾルバ
22 ねじりコイルばね
24 レゾルバ
25 駆動工具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Component
Claims (3)
前記回転駆動手段の駆動軸の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第一回転角検出手段と、前記駆動工具の絶対回転角度を示す信号を出力可能な第二回転角検出手段と、これら第一回転角検出手段と第二回転角検出手段とから回転駆動手段が駆動していない状態で出力される各信号から駆動軸と駆動工具との固有回転角度差を割り出し、この固有回転角度差が前記回転駆動手段の駆動により駆動工具が回転する時に第一回転角検出手段および第二回転角検出手段からそれぞれ発せられる信号から得られる回転角度差の使用領域よりも低い領域にあるか否かを確認する制御ユニットとを備えていることを特徴とする部品締結ドライバユニット。 A component fastening driver unit having a rotation drive means, and a drive tool connected to the drive shaft of the rotation drive means via an elastic member,
First rotation angle detection means capable of outputting a signal indicating the absolute rotation angle of the drive shaft of the rotation drive means, second rotation angle detection means capable of outputting a signal indicating the absolute rotation angle of the drive tool, and The natural rotation angle difference between the drive shaft and the drive tool is calculated from each signal output when the rotation drive means is not driven from the one rotation angle detection means and the second rotation angle detection means. It is determined whether or not the rotation tool is in a lower area than the use area of the rotation angle difference obtained from the signals respectively generated from the first rotation angle detection means and the second rotation angle detection means when the driving tool is rotated by the rotation drive means. A component fastening driver unit comprising a control unit for checking.
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