JP5733122B2 - 螺子締め装置および螺子浮き判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、螺子締め装置および螺子浮き判定方法に関する。

従来、螺子供給装置から螺子を取得し、取得した螺子を対象となるワークに締めつける螺子締め装置が知られている。このような螺子締め装置は、螺子を締めつける際に螺子締めトルクの制御や螺子の角度やかしりの検出などを行うことにより、螺子の締めつけ不良の低減を図っている。また、螺子締め装置は、螺子の締めつけ後に、螺子がワークに正しく着座しているか否かの判定、すなわち、いわゆる螺子浮きの判定を行っている。この螺子浮きの判定は、例えば、特許文献１のように螺子の頭部の高さを基準として螺子の締めつけが完了した時点における頭部の高さが予め設定されている基準範囲内であるか否、あるいは、螺子の軸の長さを基準として螺子を締めつける時に螺子と螺子穴とがかみ合った位置から螺子の締めつけが完了するまでのビットの移動量が基準範囲内であるか否などに基づいて行われている。

ところで、螺子は、例えば日本工業規格のような規格に従って製造されているものの、その寸法には公差が存在する。このため、従来の螺子浮きの判定では、基準範囲を螺子の特定部位の寸法の標準値、および標準値に対する公差を考慮した値に設定していた。

しかしながら、例えば螺子の頭部の高さを基準として螺子浮きの判定を行うと、螺子浮きを正しく判定できないおそれがある。例えば、基準範囲を頭部の公差の最大値を含む範囲で設定すると、公差がマイナスで製造された小さめの螺子は、実際には螺子浮きしているにも関わらず基準範囲内であれば螺子浮きしていないと判定されるおそれがある。あるいは、基準範囲を公差の最大値よりも小さい範囲として設定すると、公差がプラスで製造された大きめの螺子は、実際には螺子浮きしていないにも関わらず基準範囲を超えているとして螺子浮きしていると判定されるおそれがある。これは、螺子の軸部の長さなど他の部位の寸法を基準とした場合であっても同様である。

つまり、螺子の特定部位の寸法の標準値や公差に基づいて基準範囲を設定している従来の螺子浮きの判定では、基準範囲を螺子の公差を吸収できる範囲に設定せざるを得ず、その結果、公差の範囲内で発生した螺子浮きを正しく判定することが困難であった。換言すると、従来の螺子浮きの判定では螺子の公差によって基準範囲が制限されてしまい、判定の正確性すなわち正答率を一定値以上に向上させることは困難であった。また、対象となるワークにも螺子穴の形状などに個体差が存在することから、ワークの寸法の標準値に基づいて基準範囲を設定する場合においても、同様の問題は発生していた。

さらに、従来の螺子浮きの判定では、例えば螺子を締めつけた後で螺子の頭部の寸法や螺子を締めつける時におけるビットの移動量などのデータを測定し、そのデータから統計的に螺子浮きの発生率が許容値未満となるような基準範囲を設定していた。そのため、基準範囲を設定するために多くのデータ測定が必要となり、基準範囲を設定するための作業負荷や作業時間の増加を招いていた。そして、作業負荷や作業時間が増加しているにも関わらず、上記したように螺子浮きの判定における正答率を向上させることは困難であった。

特開２００４−３３８０４３号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業負荷や作業時間の増加を招くことなく、螺子浮きの判定における正答率を向上する螺子締め装置および螺子浮き判定方法を提供することにある。

請求項１記載の螺子締め装置の発明では、ビット位置計測部は、螺子に係合したビットの位置を、ビット駆動部により駆動されるビットが螺子に係合した状態且つ当該ビットが螺子を螺子供給装置の螺子が載置される載置面に押圧した状態で螺子を取得する螺子取得時には載置面に対する相対位置として計測し、ワークへの螺子の締めつけが完了した螺子締め完了時には螺子穴が設けられているワーク面に対する相対位置として計測する。螺子取得時には、ビットは、ビット駆動部により螺子に向かって駆動されており、螺子を押圧した状態で螺子に係合している。このとき、螺子は、ビットから加えられる力によって載置面に密に接触した状態、すなわち、載置面に着座した状態となっている。つまり、螺子取得時に計測される第一ビット位置は、螺子が載置面に着座した状態のビットの位置を示している。

一方、ワークへの螺子の締めつけが完了した螺子締め完了時、より厳密には、螺子締めが完了した直後においては、螺子は、ビットと係合しているとともにビットにより押圧されてワーク面に密に接触した状態、すなわち、ワーク面に着座した状態になっている。また、この螺子締め完了時には、ビットは、上記した螺子取得時と同様に螺子を押圧した状態で螺子に係合している。そして、ビット位置計測部は、この螺子締め完了時におけるビットの位置を第二ビット位置として計測する。つまり、螺子締め完了時に計測される第二ビット位置は、螺子がワーク面に着座した状態におけるビットの位置を示している。

つまり、螺子取得時にビットと螺子とを螺子を載置面に押圧しつつ係合させることにより、螺子取得時において載置面を基準としたときの螺子およびビットの位置関係と、螺子締め完了時においてワーク面を基準としたときの螺子およびビットの位置関係とを共通の態様、すなわち、ともに螺子が載置面またはワーク面に着座した状態にすることができる。そして、螺子取得時にビットの位置を第一ビット位置として計測し、その第一ビット位置と、螺子締め完了時に計測した第二ビット位置とに基づいて螺子浮きを判断することにより、螺子取得時におけるビットの位置は各螺子の公差により螺子ごとに変化するものではあるものの、螺子浮きを判断する対象となる螺子が第一ビット位置を計測した螺子であることを考慮すれば、螺子ごとの公差は螺子締め完了時にも螺子取得時と同様にビットの位置に反映されているので、螺子ごとに公差が異なる場合であっても、螺子浮きの判定において公差の影響を受けて誤判定することは無いと考えられる。またこのような構成によれば、螺子浮きの判定にワークの寸法を使用する必要がないことから、ワークの螺子穴の個体差などによって螺子浮きの判定に影響を受けることも無いと考えられる。

そのため、螺子浮き判定部は、第一ビット位置と第二ビット位置とに基づいて螺子浮きを判定している。換言すると、螺子浮き判定部は、螺子を締めつける前に螺子が着座した状態で計測したビット位置と、螺子を締めつけた後に螺子が着座した状態で計測したビット位置とに基づいて螺子浮きを判定している。このとき、上記したように、第一ビット位置を各螺子に対して個別に計測しているとともに、第一ビット位置を計測した螺子は、そのままワークに締めつけられる。つまり、螺子浮きを判定するための基準値である第一ビット位置および第二ビット位置は、螺子ごと且つワークごとに計測されている。これにより、螺子の公差およびワークの個体差が吸収されるとともに、螺子の特定部位の寸法を基準とすることなく螺子浮きの判定を行うことが可能となる。したがって、螺子の公差やワークの個体差などによって基準値が制限されることが無くなり、螺子浮きの判定の正答率を向上させることができる。

さらに、上記したように第一ビット位置および第二ビット位置を螺子ごと且つワークごとに計測しているので、螺子の公差やワークの個体差を考慮した共通の基準範囲を設ける必要が無くなる。つまり、共通の基準値を設定するためのデータ測定の作業そのものが不要になる。したがって、螺子浮きの判定に要する作業負荷および作業時間を低減することができる。

請求項２記載の螺子締め装置の発明では、ビット位置計測部は、ビットの位置を測定子に対する相対位置として計測する。測定子は、螺子取得時には載置面に当接するとともに、螺子締め完了時にはワーク面に当接している。そのため、測定子に対するビットの相対位置を測定することにより、載置面およびワーク面に対するビットの相対位置を間接的に計測することが可能である。

載置面およびワーク面に対する相対位置を計測するために新たな機構を追加すると、構造の複雑化を招いたり、螺子の取得や締めつけの障害になるおそれがある。そこで、螺子を取得するときや螺子を締めつけるときに載置面やワーク面との位置関係を把握するために設けられている測定子とビットとの相対位置を計測することにより、構造の複雑化を招くことなく、また、螺子の取得や締めつけの障害となることなく載置面およびワーク面に対するビットの相対位置を計測することができる。

請求項３記載の螺子締め装置の発明では、測定子として吸着パイプを採用している。吸着パイプは、いわゆるエアー吸着により螺子を取得する装置に広く設けられている。この吸着パイプは、ビットの外周側に当該ビットに対して相対的に移動可能に設けられているとともに、螺子取得時には吸着側端面が載置面に当接し、螺子締め完了時には吸着側端面がワーク面に当接している。そのため、吸着パイプに対するビットの相対位置を測定することにより、載置面およびワーク面に対するビットの相対位置を間接的に計測することが可能である。この場合、エアー吸着を採用している装置には吸着パイプが既に設けられていることから、構造の複雑化を招くことが無く、また、螺子の取得や締めつけの障害となることもない。

請求項４記載の螺子浮き判定方法の発明では、螺子取得時にビットが螺子を押圧しつつ螺子に係合している状態において計測した第一ビット位置と、螺子締め完了時にビットが螺子に係合している状態において計測した第二ビット位置との差が、予め設定されている許容範囲内で一致する場合に螺子浮きしていないと判定する。つまり、螺子供給装置から螺子を取得してワークに締めつける一連の工程において螺子取得時および螺子締め完了時に螺子が着座している状態が発生していることに着目し、螺子取得時の螺子の着座状態が螺子締め完了時において許容範囲内で再現されていれば螺子浮きしていないと判定する。これにより、上記した請求項１記載の螺子締め装置の発明と同様に、螺子の公差やワークの個体差などによって螺子浮きを判定するときの基準値が制限されることが無くなり、螺子浮きの判定の正答率を向上させることができるとともに、螺子浮きの判定に要する作業負荷および作業時間を低減することができる。

一実施形態による螺子締め装置の構成を模式的に示す図 螺子締め装置のロボットの外観を模式的に示す図 螺子締め装置のロボットの一部を拡大した部分断面図 螺子の外観を模式的に示す図 螺子供給装置より螺子が供給される態様を模式的に示す図 螺子の締めつけ処理の流れを示す図 螺子を取得する際のビットと載置面との位置関係を模式的に示す図 螺子を締めつける際のビットとワーク面との位置関係を模式的に示す図

以下、螺子締め装置および螺子浮き判定方法の一実施形態について、図１から図８を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の螺子締め装置１０は、ロボット１１およびコントローラ１２を備えている。この螺子締め装置１０は、螺子供給装置１３から供給される螺子１４を取得し、取得した螺子１４を対象となるワーク１５に締めつける。

螺子締め装置１０のロボット１１は、図２および図３に示すように、ベース部２０、ヘッド部２１、アーム部２２およびコネクタボックス２３を備えている。ベース部２０は、ロボット１１が設置される設置面２４に固定されている。ヘッド部２１は、ベース部２０の上端側に取り付けられているアーム部２２によってベース部２０に接続している。このヘッド部２１は、ベース部２０に対して回動可能に設けられている。より具体的には、ヘッド部２１は、螺子供給装置１３から螺子１４を取得する螺子取得位置と、ワーク１５に螺子１４を締めつける締めつけ位置との間を移動可能に設けられている。なお、ロボット１１は、いわゆる六軸ロボットのような複数の関節を備える多関節型ロボットであってもよい。

また、ヘッド部２１は、直線駆動機構部２５、回転駆動機構部２６、ビット２７、吸着パイプ２８およびビット位置計測部２９を有している。直線駆動機構部２５は、アーム部２２に対してヘッド部２１を直線状に往復駆動する。図２に示す場合、直線駆動機構部２５は、図２の上下方向へ直線状にヘッド部２１を往復駆動する。以下、本明細書では、ヘッド部２１の移動方向を上下方向として説明する。直線駆動機構部２５は、例えば図３に示すように動力源となるモータ３０、ラック３１およびピニオン３２などを有している。これらにより、ヘッド部２１は、モータ３０へ通電されたとき図２の上下方向へ移動する。このとき、ヘッド部２１に設けられているビット２７も、ヘッド部２１の上下方向への移動に伴って、ヘッド部２１と一体に上下方向へ移動する。

回転駆動機構部２６は、図３に示すようにモータ３３およびシャフト３４を有している。モータ３３は、その回転軸がシャフト３４に接続されており、シャフト３４を回転駆動する。そして、シャフト３４は、図２および図３に示すように、モータ３３と反対側の端部においてビット２７に接続している。これにより、ビット２７は、回転駆動機構部２６のシャフト３４によって回転駆動される。これら直線駆動機構部２５および回転駆動機構部２６により、図１に示すビット駆動部３５が構成されている。

ビット２７は、シャフト３４と反対側の先端（図示下方の端部）が螺子１４と係合し、螺子１４を回転する。具体的には、ビット２７は、螺子供給装置１３から螺子１４を取得する際、および、ワーク１５に螺子１４を締めつける際、直線駆動機構部２５により下向へ移動するにより螺子１４と係合し、回転駆動機構部２６により回転することにより螺子１４を回転する。このビット２７は、ヘッド部２１に一体に接続されているホルダ部３６の内側に収容されている。このホルダ部３６は、ヘッド部２１とともに上下方向に移動する。このため、ホルダ部３６は、ビット２７とも一体に上下方向に移動する。このため、ビット２７が上下方向に移動した場合であっても、ホルダ部３６とビット２７との相対位置、より厳密には、上下方向に対するホルダ部３６とビット２７との相対位置は変化しない。

吸着パイプ２８は、図３に示すように、ビット２７の外周側を上下方向延びる円筒状に形成されており、その内周側にビット２７を収容している。この吸着パイプ２８は、例えばステンレスなどの金属材料で形成されており、剛性を有している。この吸着パイプ２８は、ビット２７の先端側が開口しているとともに、反対側の端部がパイプ３８を経由して吸引部３７に接続している。吸引部３７は、パイプ３８を経由して吸着パイプ２８の内側を減圧する。これにより、螺子１４は、吸着パイプ２８の先端で吸引され、吸着パイプ２８に保持される。

また、吸着パイプ２８は、ヘッド部２１の上下方向への移動に併せて上下方向に移動するとともに、ホルダ部３６およびビット２７に対して上下方向に相対移動可能に設けられている。この吸着パイプ２８のビット２７に対する相対移動の態様、および、上記したビット２７と螺子１４との係合の態様については、後述する図７および図８において詳細に説明する。

ビット位置計測部２９は、ビット２７と吸着パイプ２８との相対位置を計測する。このビット位置計測部２９は、ホルダ部３６に固定されたセンサ本体３９、センサ本体３９から下方に延びる計測端子４０、および吸着パイプ２８に固定されているフランジ部４１を有している。センサ本体３９は、ヘッド部２１の上下方向への移動に伴って、上下方向に移動する。つまり、センサ本体３９は、ビット２７に対して上下方向の相対的な位置関係を保ったまま、上下方向に移動する。

計測端子４０は、図示上方側の端部側でセンサ本体３９に接続されており、図示下方の端部がフランジ部４１の上面に当接している。この計測端子４０は、センサ本体３９に対して移動可能に接続しているとともに、センサ本体３９の図示しない付勢手段によって図示下方に向かって付勢されている。このため、吸着パイプ２８がホルダ部３６に対して相対的に上方へ移動すると、計測端子４０は、フランジ部４１により押し上げられる。一方、吸着パイプ２８がホルダ部３６に対して相対的に下方へ移動すると、計測端子４０は、図示しない付勢部材により下方に押し下げられる。そのため、計測端子４０は、図示下方の端部がフランジ部４１の上面に常に当接した状態になる。これにより、センサ本体３９は、計測端子４０の位置を計測することで、ホルダ部３６に対する吸着パイプ２８の相対位置すなわちビット２７に対する吸着パイプ２８の相対位置を計測している。

また、図１に示すように、ロボット１１は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどを有するコンピュータで構成された制御部４２を備えている。制御部４２は、ロボット１１の全体を制御するとともに、上記したビット駆動部３５、吸引部３７およびビット位置計測部２９に接続している。また、制御部４２は、回転駆動機構部２６により回転駆動されるビット２７に加わるトルクを検出するトルクセンサ４３や、螺子１４の傾きを検出する傾きセンサ４４など、螺子１４の締めつけを自動化する際に用いられる周知のセンサ手段にも接続されている。

ロボット１１は、コントローラ１２からの指令に基づいて、螺子１４をワーク１５に締めつける。コントローラ１２は、制御部５０、通信部５１、入力部５２、出力部５３、記憶部５４、トルク判定部５５、かしり判定部５６および螺子浮き判定部５７などを備えている。制御部５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを有するコンピュータで構成されており、コンピュータプログラムを実行することによりコントローラ１２全体を制御する。通信部５１は、ロボット１１との間、および、螺子供給装置１３との間で各種の情報やデータの送受信を行う。入力部５２は、例えば各種のスイッチやキーボードなどで構成されており、作業者による各種の操作や指示を入力する。出力部５３は、例えば表示ランプやリレーなどで構成されており、各種の情報や警報などを出力する。記憶部５４は、例えばＨＤＤやＥＥＰＲＯＭなどの記憶媒体で構成されており、後述する第一ビット位置を含む各種の情報を記憶する。この記憶部５４は、特許請求の範囲のビット位置記憶部に相当する。

また、制御部５０は、トルク判定部５５、かしり判定部５６および螺子浮き判定部５７に接続している。トルク判定部５５およびかしり判定部５６は、周知のように、トルクセンサ４３で検出したトルクや傾きセンサ４４などで検出した螺子１４の傾きなどロボット１１側から送信される各種の情報に基づいて螺子１４の締めつけ状態を判定する。螺子浮き判定部５７は、詳細は後述するが、ワーク１５に締めつけられた螺子１４の螺子浮きの有無を判定する。これらトルク判定部５５、かしり判定部５６および螺子浮き判定部５７は、本実施形態の場合、制御部５０により実行されるコンピュータプログラムによりソフトウェア的に実現されている。

螺子供給装置１３は、載置部６０および送り部６１と、それらを制御する制御部６２とを備えている。この螺子供給装置１３は、螺子締め装置１０に螺子１４を供給する。なお、螺子供給装置１３そのものは周知の構成であるので、詳細な説明は省略する。螺子供給装置１３から供給される螺子１４は、図４に示すように、頭部６３、首部６４および軸部６５を備えている。頭部６３には、ビット２７の先端と係合する係合凹部６６が設けられている。係合凹部６６は、例えばいわゆるプラス螺子の場合、十字状の溝部で形成されている。

螺子供給装置１３の載置部６０は、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、螺子１４が載置される載置面６７と、螺子１４を受け入れる凹部６８を有している。この載置部６０は、螺子１４が載置面６７に載置されると、図５（Ｂ）に矢印にて示す移動方向に移動する。送り部６１は、図示しない螺子送り機構部を有しており、レール６９の間から螺子１４を図５（Ｂ）に示す送り方向に送る。これにより、載置部６０には、一つの螺子１４が載置される。そして、螺子１４を１つ載置した状態で移動した移動先の位置が、前述した螺子締め装置１０が螺子１４を取得するための螺子取得位置に対応する。なお、螺子供給装置１３は、送り部６１により送られる螺子１４の不良品の有無を検査するための図示しない検査手段や、載置部６０に螺子１４が載置されたことを検出する図示しない載置検出手段など、周知の各種の手段も備えている。

次に、上記した構成の螺子締め装置１０の作用について、図６に示す螺子１４の締めつけ処理の流れとともに説明する。以下に説明する各処理は、ロボット１１またはコントローラ１２において実行される処理であるものの、説明の簡略化のため、螺子締め装置１０を主体として説明する。
螺子締め装置１０は、螺子供給装置１３から螺子１４を取得するとき、まずビット２７を螺子１４に係合させる（Ｓ１：係合工程）。この係合工程では、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ビット２７と螺子１４とが係合する。なお、図７では、ビット２７、吸着パイプ２８およびビット位置計測部２９の要部を図示しており、ビット２７とビット位置計測部２９とを破線にて接続することで両者が一体に移動するものであることを模式的に示している。

図７（Ａ）に示す螺子取得位置においては、ビット位置計測部２９のセンサ本体３９とフランジ部４１の上面との距離、すなわち、吸着パイプ２８に対するビット２７の相対位置はＨ１であるとする。また、フランジ部４１の上面と吸着パイプ２８の下端側の端面７０との距離は、Ｈ２であるとする。吸着パイプ２８の下端側の端面７０は、特許請求の範囲に記載した吸着側端面に相当する。

螺子締め装置１０は、直線駆動機構部２５によりヘッド部２１を下方に直線駆動する。このとき、ビット２７も下方に移動する。一方、吸着パイプ２８は、図７（Ｂ）に示すように、その下端側の端面７０が載置面６７に当接する。この状態でさらにビット２７をさらに下方へ移動すると、吸着パイプ２８とビット２７との相対位置がヘッド部２１の移動に伴って変化する。具体的には、吸着パイプ２８は、下端側の端面７０が載置面６７に当接していることから、吸着パイプ２８の図示しない上方の端部側がホルダ部３６の内側に向かって進入する。このとき、フランジ部４１は、吸着パイプ２８と一体に設けられていることから、ビット位置計測部２９の計測端子４０を押し上げる。その結果、センサ本体３９とフランジ部４１の上面との距離がヘッド部２１の下方への移動に伴って次第に縮まっていく。

つまり、図７（Ｂ）の状態から図７（Ｃ）の状態になる期間においては、ビット２７と吸着パイプ２８との相対位置、より厳密には、ビット２７の先端と吸着パイプ２８の端面７０との相対位置が変化している。そして、ビット２７は、最終的には図７（Ｃ）に示すように螺子１４に係合する。このとき、ビット位置計測部２９により計測されたセンサ本体３９とフランジ部４１の上面との距離、すなわち、吸着パイプ２８に対するビット２７の相対位置はＨ３になったとする。なお、上記したように吸着パイプ２８は剛性を有していることから、フランジ部４１の上面と吸着パイプ２８の端面７０との距離はＨ２のままで変化しない。

ところで、螺子１４の係合凹部６６は、例えば図５（Ｂ）に示すような十字溝などに形成されている。そのため、単にビット２７を下方に移動させただけでは、ビット２７の先端が正しく係合凹部６６と係合しないおそれがある。そこで、螺子締め装置１０は、螺子１４を取得するとき、回転駆動機構部２６によりビット２７を回転しつつ、ビット２７を下方に移動する。また、螺子締め装置１０は、ビット２７と螺子１４とを確実に係合させるため、ビット２７の先端が載置面６７に当接している吸着パイプ２８の端面７０よりも突出する位置を目標位置として、直線駆動機構部２５に指令信号を出力する。このため、ビット２７は、螺子１４を取得するとき、螺子１４を上方から押圧した状態で螺子１４に係合する。なお、ビット２７が螺子１４に係合すればビット２７はそれ以上下方に移動することはないため、ビット２７が実際に吸着パイプ２８よりも突出することはない。

すなわち、図７（Ｃ）に示すビット２７と螺子１４とが係合した状態は、ビット２７によって螺子１４が上方から押圧されている状態である。そのため、この状態における螺子１４は、ビット２７から加えられる力によって首部６４が載置面６７に密に接触した状態、すなわち、載置面６７に着座した状態となっている。この図７（Ｃ）に示す状態は、特許請求の範囲に記載した螺子取得時に相当する。このとき、載置面６７は、螺子取得時におけるビット２７の相対位置を計測するための基準面になっている。

そして、螺子締め装置１０は、この螺子取得時におけるビット２７の位置を計測する（Ｓ２：第一計測工程）。上記したように螺子取得時においては吸着パイプ２８の下端側の端面７０が載置面６７に当接していること、および、フランジ部４１の上面と吸着パイプ２８の端面７０との距離はＨ２で一定であることから、螺子取得時におけるセンサ本体３９から載置面６７までの距離はＨ２＋Ｈ３となる。このため、吸着パイプ２８に対するビット２７の相対位置（Ｈ３）を計測することにより、螺子取得時におけるビット２７の位置、すなわち、載置面６７に対するビット２７の相対位置を計測することができる。このステップＳ２において計測したビット２７の位置は、特許請求の範囲に記載した第一ビット位置に相当する。

続いて、螺子締め装置１０は、計測した第一ビット位置を記憶部５４に記憶する（Ｓ３：記憶工程）。これにより、螺子取得時において螺子１４が着座した状態におけるビット２７の位置が記憶部５４に記憶される。つまり、螺子締め装置１０は、螺子１４をワーク１５に締めつける前に、螺子１４が着座した状態にあるときのビットの位置を計測している。第一ビット位置を記憶すると、螺子締め装置１０は、図７（Ｄ）に示すようにヘッド部２１を上方に移動させる。このとき、吸引部３７を駆動することにより、螺子１４は吸着パイプ２８に吸着されている。つまり、螺子１４は、吸着パイプ２８によって保持されている。なお、吸引部３７の駆動は、吸着パイプ２８が載置面６７に当接した時点以降であればどの時点で駆動させてもよい。

螺子締め装置１０は、このように螺子１４を保持した状態且つビット２７と螺子１４とを係合させた状態で、螺子供給装置１３から螺子１４を取得する。
螺子１４を取得すると、螺子締め装置１０は、図８（Ａ）に示すように、取得した螺子１４をワーク１５の上方側まで搬送する（Ｓ４：搬送工程）。この図８（Ａ）などに示すような位置が前述した螺子締め装置１０が螺子１４をワーク１５に締めつけるための締めつけ位置に対応する。

続いて、螺子締め装置１０は、図８（Ｂ）に示すようにヘッド部２１を下方に移動した後、螺子１４によって螺子穴７１が設けられているワーク１５、および、ねじ貫通穴７２が設けられているワーク７３を締めつける（Ｓ５：螺子締め工程）。このとき、螺子締め装置１０は、トルク判定部５５により螺子締めトルクを判定することにより螺子１４の締めつけが完了したか否かを判定している。また、螺子締め装置１０は、傾きセンサ４４の検出値に基づいて螺子１４に傾きが生じていないかの判定や、かしり判定部５６によりかしりが生じていないかの判定など周知の検査も実施している。

そして、螺子締め装置１０は、図８（Ｃ）に示すように螺子１４の締めつけが完了したと判定すると、その時点におけるビット２７の位置を計測する（Ｓ６：第二計測工程）。つまり、図８（Ｃ）に示す状態は、螺子１４の締めつけが完了した状態、より厳密には、螺子１４の締めつけが完了した直後の状態を示しており、特許請求の範囲に記載した螺子締め完了時に相当する。また、この螺子締め完了時に計測したビット２７の位置は、特許請求の範囲に記載した第二ビット位置に相当する。図８（Ｃ）に示す場合、螺子締め装置１０は、螺子締め完了時における吸着パイプ２８に対するビット２７の相対位置（Ｈ４）を計測することにより、ワーク面７４に対するビット２７の相対位置を第二ビット位置として計測する。ここで、本実施形態におけるワーク面７４は、ワーク７３の表面（図示上方の面）である。すなわち、ワーク面７４とは、本実施形態のようにワーク１５とワーク７３とを螺子締めする場合、ワーク１５およびワーク７３の双方を含めたワーク全体において吸着パイプ２８の端面７０が当接する面を示している。このワーク面７４は、螺子締め完了時におけるビット２７の相対位置を計測するための基準面となっている。

ところで、この図８（Ｃ）に示すような螺子締め完了時においては、螺子１４は、ビット２７と係合しているとともにビット２７により上方から押圧されている。このため、螺子締め完了時における螺子１４は、正しく締めつけが行われていれば、ワーク面７４に密に接触した状態すなわちワーク面７４に着座した状態になっている。換言すると、図８（Ｃ）に示す螺子締め完了時における螺子１４の状態は、図７（Ｃ）に示す螺子取得時における螺子１４の状態が再現されていると考えられる。

そこで、螺子締め装置１０は、螺子取得時に計測した第一ビット位置と、螺子締め完了時に計測した第二ビット位置とに基づいて、螺子浮きの有無を判定する（Ｓ７：判定工程）。この場合、螺子締め装置１０は、螺子浮き判定部５７により、第一ビット位置と第二ビット位置との差が予め設定されている許容範囲内で一致する場合に螺子浮きが無い（螺子浮きしていない）と判定する。一方、螺子締め装置１０は、第一ビット位置と第二ビット位置との差が許容範囲内で一致しない場合に、螺子浮きが有る（螺子浮きしている）と判定する。

ここで、予め設定されている許容範囲は、螺子取得時におけるビット２７の位置である第一ビット位置と、螺子締め完了時におけるビット２７の位置である第二ビット位置との差を判定するための設定値である。換言すると、この許容範囲は、図７（Ｃ）に示す螺子取得時の螺子１４の着座状態が図８（Ｃ）に示す螺子締め完了時において再現されているか否かを判定するための設定値であり、螺子１４を締めつけた後の螺子１４の特定部位の寸法やワーク１５の寸法を判定するためのものではない。そのため、許容範囲は、螺子１４やワーク１５の寸法によらず設定することが可能である。つまり、本実施形態における螺子締め装置１０および螺子浮き判定方法は、公差が存在する螺子１４の特定部位の寸法などによることなく、螺子浮きの有無を判定している。

続いて、螺子締め装置１０は、螺子浮き判定部５７による判定結果に基づいて、螺子浮きしていない場合には（Ｓ８：ＮＯ）、処理を終了する。一方、螺子締め装置１０は、螺子浮きしている場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、螺子浮きがあることを例えば作業者や図示しない他の制御装置などに報知する（Ｓ９：螺子浮き報知工程）。

このように、螺子締め装置１０は、螺子１４を締めつける一連の工程において、螺子１４を締めつける前および螺子１４を締めつけた後に螺子１４が着座した状態が発生することに着目し、螺子１４の取得、螺子１４の締めつけ、螺子浮きの判定を実行している。その後、螺子締め装置１０は、螺子供給装置１３から供給される螺子１４ごとに、上記したステップＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返し実行する。

以上説明した螺子締め装置１０および螺子浮き判定方法によれば、次のような効果を奏する。
ビット２７は、螺子取得時において、ビット駆動部３５により螺子１４に向かって駆動されており、螺子１４を押圧した状態で螺子１４に係合している。そのため、螺子取得時における螺子１４は、ビット２７から加えられる力によって載置面６７に密に接触した状態、すなわち、載置面６７に着座した状態となっている。また、螺子１４は、螺子締め完了時においても、螺子取得時と同様にワーク面７４に着座した状態になっている。つまり、螺子１４を取得する際に、螺子１４が載置面６７に着座した状態を発生させている。そして、螺子締め装置１０は、螺子取得時には載置面６７に対するビット２７の相対位置である第一ビット位置を計測し、螺子締め完了時にはワーク面７４に対するビット２７の相対位置である第二ビット位置を計測し、これら第一ビット位置と第二ビット位置とに基づいて螺子浮きを判定している。このとき、第一ビット位置を各螺子１４に対して個別に計測しているとともに、第一ビット位置を計測した螺子１４をそのままワーク１５に締めつけている。このため、螺子浮きを判定するための基準値となる第一ビット位置および第二ビット位置は、螺子１４ごと且つワーク１５ごとに計測されている。これにより、螺子１４の公差およびワーク１５の個体差を吸収しつつ、螺子１４の特定部位の寸法を基準とすることなく螺子浮きの判定を行うことが可能となる。したがって、螺子１４の公差やワーク１５の個体差などによって基準値が制限されることが無くなり、螺子浮きの判定の正答率を向上させることができる。

また、螺子締め装置１０は、第一ビット位置および第二ビット位置を螺子１４ごと且つワーク１５ごとに計測しているので、螺子１４の公差やワーク１５の個体差を考慮した共通の基準値を設ける必要が無い。つまり、共通の基準値を設定するためのデータ測定の作業そのものが不要になる。したがって、螺子浮きの判定をおこなうために要する作業負荷および作業時間を低減することができる。

螺子締め装置１０は、ビット２７の位置を、吸着パイプ２８とビット２７との相対位置として計測する。吸着パイプ２８は、その下端側の端面７０が、螺子取得時には載置面６７に当接するとともに、螺子締め完了時にはワーク面７４に当接している。そのため、吸着パイプ２８に対するビット２７の相対位置を測定することにより、載置面６７およびワーク面７４に対するビット２７の相対位置を間接的に計測することができる。

この場合、載置面６７およびワーク面７４に対する相対位置を計測するために新たな機構を追加すると、構造の複雑化を招いたり、螺子１４の取得や締めつけの障害になるおそれがある。そのため、エアー吸着型の螺子締め装置１０の場合、既設の吸着パイプ２８を利用して吸着パイプ２８に対するビット２７の相対位置を計測することにより、間接的に載置面６７およびワーク面７４に対するビット２７の相対位置を計測している。これにより、構造の複雑化を招くことなく、また、螺子１４の取得や締めつけの障害となることなくビット２７の位置を計測することができる。

螺子締め装置１０は、載置面６７に対するビット２７の相対位置とワーク面７４に対するビット２７の相対位置とを計測することにより螺子浮きの有無を判定している。ここで、例えばビット２７の寸法を基準値として螺子浮きを判定するような従来構成の装置の場合、ビット２７と螺子１４との係合が繰り返されてビット２７の先端が摩耗すると、基準値そのものが不正確になるおそれがある。これに対し、螺子締め装置１０は、螺子取得時に基準値となる第一ビット位置を計測し、その直後といえる螺子締め完了時に比較値としての第二ビット位置を計測している。また、第一ビット位置を計測してから第二ビット位置を計測するまでの短期間にビット２７が極端に摩耗することはないと考えられる。したがって、螺子１４の締めつけが繰り返されることにより長期的にはビット２７が摩耗するような場合であっても、基準値が不正確になることがなく、螺子浮きを正しく判定することができる。これは、吸着パイプ２８が載置面６７あるいはワーク面７４との当接を繰り返して摩耗するような場合であっても、同様である。つまり、螺子締め装置１０は、ビット２７や吸着パイプ２８が摩耗した場合であっても、摩耗状態に応じて何らかの作業を必要とすることなく、螺子浮きを正しく判定することができる。

本実施形態の螺子浮き判定方法は、螺子供給装置１３から螺子１４を取得してワーク１５に締めつける一連の工程において、螺子取得時および螺子締め完了時に螺子１４が着座している状態を発生させることができる点に着目してなされている。つまり、螺子取得時における螺子１４の着座状態が螺子締め完了時において許容範囲内で再現されている場合には螺子浮きしていないと判定し、螺子１４の着座状態が再現されていない場合には螺子浮きしていると判定する。これにより、螺子１４の公差やワーク１５の個体差などによって螺子浮きを判定するときの基準値が制限されることが無くなり、螺子浮きの判定の正答率を向上させることができるとともに、螺子浮きの判定に要する作業負荷および作業時間を低減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した一実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
一実施形態では、フランジ部４１と物理的に接触する計測端子４０によりフランジ部４１までの距離を計測しているが、例えばいわゆるレーザ変位計などの光学式センサなどにより非接触でフランジ部４１までの距離を計測する構成としてもよい。また、フランジ部４１の形状や取り付け位置などは、位置実施形態に例示したものに限定されない。さらに、フランジ部４１を設けず、載置面６７またはワーク面７４との距離を直接的に計測する構成としてもよい。すなわち、本発明におけるビット位置計測部２９は、載置面６７およびワーク面７４に対するビット２７の相対位置を直接的または間接的に計測可能あるいは推定可能なものであれば、どのような構成のものを採用してもよい。

一実施形態では、いわゆるエアー吸着により螺子１４を保持するようにしたが、例えば磁気的手段により螺子１４を保持する磁気吸着や、螺子１４を把持するメカ吸着など、他の構成であってもよい。その場合、螺子１４を取得するときや螺子１４を締めつけるときに載置面６７またはワーク面７４との位置関係を把握するために設けられている測定子を利用してビットの位置を計測すればよい。この測定子は、螺子取得時には載置面６７に当接するとともに、螺子締め完了時にはワーク面７４に当接する。そのため、測定子とビット２７との相対位置を計測することにより、構造の複雑化を招くことなく、また、螺子１４の取得や締めつけの障害となることなく載置面６７およびワーク面７４に対するビット２７の相対位置を計測することができる。

図面中、１０は螺子締め装置、１３は螺子供給装置、１４は螺子、１５、７３はワーク、２５は直線駆動機構部（ビット駆動部）、２６は回転駆動機構部（ビット駆動部）、２７はビット、２８は吸着パイプ（測定子）、２９はビット位置計測部、３５はビット駆動部、３９はセンサ本体（ビット位置計測部）、４０は計測端子（ビット位置計測部）、４１はフランジ部（ビット位置計測部）、５４は記憶部（ビット位置記憶部）、５７は螺子浮き判定部、６７は載置面、７０は端面（吸着側端面）、７１は螺子穴、７４はワーク面を示す。

Claims (4)

1. 螺子供給装置から螺子を取得し、取得した前記螺子を対象となるワークに締めつける螺子締め装置であって、
   前記螺子に係合するビットと、
   前記ビットを前記螺子に係合する方向へ往復可能に駆動するビット駆動部と、
   前記ビット駆動部により駆動される前記ビットの位置を、前記ビットが前記螺子に係合した状態且つ前記ビットにより前記螺子を前記螺子供給装置の当該螺子が載置される載置面に押圧した状態で前記螺子を取得する螺子取得時には前記載置面に対する相対位置として計測し、前記ワークへの前記螺子の締めつけが完了した螺子締め完了時には前記ワークにおける螺子穴が設けられているワーク面に対する相対位置として計測するビット位置計測部と、
   前記ビット位置計測部により計測した前記螺子取得時において前記螺子に係合している前記ビットの位置を第一ビット位置として記憶するビット位置記憶部と、
   前記ビット位置記憶部に記憶している前記第一ビット位置と、前記ビット位置計測部により計測した前記螺子締め完了時において前記螺子に係合している前記ビットの位置である第二ビット位置とに基づいて、前記第一ビット位置と前記第二ビット位置との差が予め設定されている許容範囲内で一致する場合に螺子浮きしていないと判定し、前記第一ビット位置と前記第二ビット位置との差が前記許容範囲内で一致しない場合に螺子浮きしていると判定する螺子浮き判定部と、
   を備えることを特徴とする螺子締め装置。
2. 前記ビットに対して相対的に移動可能に設けられているとともに、前記螺子取得時に前記載置面に当接しているとともに、前記螺子締め完了時に前記ワーク面に当接している測定子をさらに備え、
   前記ビット位置計測部は、前記ビットの位置を、前記測定子に対する前記ビットの相対位置として計測することを特徴とする請求項１記載の螺子締め装置。
3. 前記測定子は、前記螺子供給装置から前記螺子を取得する際に当該螺子を吸着する吸着パイプであり、
   前記吸着パイプは、前記ビットの外周側に当該ビットに対して相対的に移動可能に設けられ、前記螺子を吸着する側の吸着側端面が前記螺子取得時に前記載置面に当接しており、前記螺子締め完了時に前記吸着側端面が前記ワーク面に当接していることを特徴とする請求項２記載の螺子締め装置。
4. 螺子供給装置から螺子を取得し、取得した前記螺子を対象となるワークに締めつけた際の螺子浮きを判定する螺子浮き判定方法であって、
   ビットが前記螺子に係合した状態且つ前記ビットにより前記螺子を前記螺子供給装置の当該螺子が載置される載置面に押圧した状態で前記螺子を取得する螺子取得時に、前記ビットの位置を前記螺子供給装置の前記螺子が載置されている載置面に対する相対位置として計測する第一計測工程と、
   前記第一計測工程で計測した前記ビットの位置を第一ビット位置として記憶する記憶工程と、
   前記第一ビット位置を記憶した前記螺子を前記ワークに搬送する搬送工程と、
   前記搬送工程で搬送した前記螺子を前記ワークに締めつける螺子締め工程と、
   前記螺子締め工程による前記ワークへの前記螺子の締めつけが完了した螺子締め完了時に、前記螺子に係合している前記ビットの位置を前記ワークの螺子穴が設けられているワーク面に対する相対位置として計測する第二計測工程と、
   前記第一ビット位置と前記第二計測工程で計測した前記ビットの位置である第二ビット位置とに基づいて、前記第一ビット位置と前記第二ビット位置との差が予め設定されている許容範囲内で一致する場合に螺子浮きしていないと判定する一方、前記第一ビット位置と前記第二ビット位置との差が前記許容範囲内で一致しない場合に螺子浮きしていると判定する判定工程と、
   を含むことを特徴とする螺子浮き判定方法。

Images