JP6038396B2 - 電動ドライバ管理システム - Google Patents

Description

本発明は、自動車や電化製品などを、複数の作業者による流れ作業で組み立て製造する際に使用される、複数の汎用電動ドライバを管理するための、電動ドライバ管理システムに関する。

複数の作業者による流れ作業で組み立て製造される製品において、特別な技能を必要としない単純作業は、製品や製造方法に熟練していない作業者が専用の工具を使用して行うことが多い。そして、ネジ締め作業も、このような単純作業として、製品や製造方法に熟練していない作業者が、インパクトレンチや電動ドライバなどの工具（以下、ネジ締め工具ということがある）を使用して行うことが多くなっている。

なお、ネジ締め作業においては、適切なトルクで締め付けることが重要となるため、ネジ締め工具からトルクを検出し、締め付けの停止制御や、締め付け異常の検知を行う様々な手法が提案されている。例えば、そのような手法の一つとして、特開平７−３０８８６４号公報には、インパクト式ネジ締め装置のトルク・パルスの波形変化を利用して締付け力を完了させる技術が開示されている。

特開平０７−３０８８６４号公報

しかしながら、トルクを検出するための機構は複雑で高価なものとなるため、安価な汎用の電動ドライバには、トルク検出機能を有さず締付け機能のみを有する単機能のもの（以下、「汎用単機能電動ドライバ」という）もある。そして、そのような安価な汎用単機能電動ドライバを使用する場合、出力トルクに応じた制御をすることが難しかった。

そこで、本発明は、トルクを検出するための機構を備えていない、安価な汎用単機能電動ドライバが多数使用される設備において、電動ドライバの出力トルクに応じた制御を容易に行うことができる電動ドライバ管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る電動ドライバ管理システムでは、親局とのデータ授受が可能とされた複数の子局が、複数の電動ドライバの各々に接続される。

前記子局は、前記電動ドライバに使用されている電動モータの性能特性に応じて予め設定された１つ以上の設定値を含む設定値群を前記親局から取得するための受信手段と、前記設定値群の記憶手段と、前記電動ドライバの出力トルクに応じて変化する電気信号を得る検出手段と、前記電気信号の値に基づいて得られた算出値と前記設定値との比較演算を行う演算処理手段と、前記演算処理手段からの出力結果に基づいて前記電動ドライバへの駆動電力供給路を電気的に開閉するスイッチを有する。

そして、前記設定値群には、少なくとも、前記電動ドライバによって締め付けされているネジがネジ穴に着座したときのトルク値に対応するＴ／Ｕ設定値が含まれ、前記算出値が前記Ｔ／Ｕ設定値に達したとき、前記駆動電力供給路が閉止される。

更に、前記設定値群には、前記電動ドライバがネジの締付け作業を行うことなく無負荷操作される場合の出力トルクに対応する寿命設定値が含まれ、前記算出値が前記寿命設定値に対する許容値より大きいとき、前記出力結果が寿命エラーを示すものとなる。

前記設定値群には、前記電動ドライバがネジの締付け作業を行うときに、起動時からの経過時間が所定時に達し、電動モータが正常動作している出力トルクに対応する正常動作設定値が含まれ、前記算出値が前記正常動作設定値を含む所定の許容範囲から外れるとき、前記出力結果が動作エラーを示すものであってもよい。

前記設定値群には、前記電動ドライバがネジの締付け作業を行うときに、前記電動ドライバによって締め付けされているネジが、ネジ締め開始からネジ穴に着座するまでに要する時間に対応するＴ／Ｕ時間設定値が含まれ、前記算出値が前記Ｔ／Ｕ時間設定値を含む所定の許容範囲から外れるとき、前記出力結果がＴ／Ｕ時間エラーを示すものであってもよい。

ネジの締め付けが行われる被取付け部材は部材識別子を有し、前記子局は前記部材識別子の読取手段を備え、前記算出値は前記部材識別子と関連づけされ、前記親局に出力されるものであってもよい。

電動ドライバはドライバ識別子を有し、前記子局は前記ドライバ識別子の読取手段を備え、前記ドライバ識別子から取得した識別データが前記親局に出力されるものであってもよい。

前記スイッチは、複数の子局の動作条件に応じて、前記駆動電力供給路を電気的に開閉するものであってもよい。

前記子局は、前記親局から自局に対する動作指示を受けたことを示す指示表示手段を有するものであってもよい。

前記子局は、前記Ｔ／Ｕ設定値を割り増す増締手段を有するものであってもよい。

本発明に係る電動ドライバ管理システムにおいて、複数の子局と親局のデータ授受を可能とする方式としては、例えば、複数の子局の各々を、各々の子局と対をなす親局に接続し、親局と子局が一対一で直接データを授受する方式を採用してもよい。なお、この場合のシステムは、親局と子局の複数組により構成されることとなる。

また、複数の子局を伝送線で接続し、その伝送線に接続した親局と伝送同期方式やコマンド方式によってデータの授受を行うこととしてもよい。なお、伝送同期方式を採用する場合、複数の子局と親局を接続する伝送線は共通データ信号線となる。

更に、伝送同期方式を採用する場合、伝送手順の中に、前記複数の子局に対する伝送制御データと前記複数の子局によって重畳される伝送監視データとで構成される制御・監視データ領域と異なる管理データ領域が設けることが好ましい。

更にまた、前記子局は、前記共通データ信号線に伝送される伝送信号の始まりを示すスタート信号を起点として、前記伝送信号のパルスをカウントし、カウントの値が自局アドレスまたは参照アドレス設定手段から引き渡された参照アドレス番号と一致するタイミング信号を得る制御アドレス抽出手段を有することが好ましい。

本発明によれば、電動ドライバに接続された子局において、電動ドライバの出力トルクに応じて変化する電気信号の値に基づいて得られた算出値と予め得られた設定値との比較演算が行われる。そして、その比較演算の結果（演算処理手段からの出力結果）に基づき、電動ドライバへの駆動電力供給路が電気的に開閉される。

そのため、従来のトルク検出方式に比べて簡素な機構で容易に、出力トルクに応じて駆動電力の供給を制御することができる。すなわち、トルク検出機能を有さない汎用単機能電動ドライバであっても、電動ドライバの出力トルクに応じた制御を容易に行うことができる

また、種々の電動モータの性能特性を予め把握しておき、ネジ締め動作に必要な電動モータに対応する制御変数を、設定値群として親局から取得することにより、種々の電動ドライバに共通のシステムで対応することができる。

更に、設定値群に、少なくともＴ／Ｕ設定値を含めることで、ネジが適切なトルクで締め付けられたときに、電動ドライバが停止される。すなわち、電動ドライバの出力トルクに応じたネジ締め作業の制御が可能となる。

更にまた、設定値群が寿命設定値を含むものであるため、電動ドライバの軸受けや潤滑油などの機構部品の損耗や、電動モータに使用している巻き線コイルの絶縁劣化などにより動作電流が増加する寿命状態を、比較演算の結果に基づいて電動ドライバの故障前に知ることができる。

従来のネジ締め工具においてトルクを検出するために広く利用されている機械的トルクアップ検出手段では、構成部品などの損耗による出力トルクの低下を直接確認できなかった。そのため、作業開始前に、ネジ締め工具のトルク値をトルク計測器で一つずつ確認をする必要があり、多数のネジ締め工具が使用されている施設では、出力トルクの確認に手間と時間がかかっていた。本発明によれば、このような出力トルクの確認のための手間と時間を低減することが可能となる。

更にまた、設定値群が正常動作設定値を含むものであれば、ネジ径が小さい或いはネジが斜めに配置され、ネジが適合した状態になっていないなどの異常状態を、比較演算の結果に基づいて検知し、適切な制御を行うことができる。

更にまた、設定値群がＴ／Ｕ時間設定値を含むものであれば、ネジ締め作業が正常に終了したかどうかを、比較演算の結果に基づいて知ることができる。

更にまた、ネジの締め付けが行われる被取付け部材は部材識別子を有し、子局における算出値が部材識別子と関連づけされ親局に出力されるものであれば、工作の完了した取付け対象部材に対するネジ締め作業時の、トルク値を含む作業データの履歴管理が可能となる。

更にまた、電動ドライバがドライバ識別子を有し、子局がドライバ識別子から取得した識別データを親局に出力するものであれば、電動モータの性能特性に対応する適正な設定値群を簡単かつ正確に取得することができ、設定値の誤りによる誤動作を防止することができる。

更にまた、スイッチが、複数の子局の動作条件に応じて駆動電力供給路を電気的に開閉するものであれば、複数の子局の動作が関係する条件を満たした場合にのみ電動ドライバを起動させることができる。すなわち、複数の工程からなる作業時における作業員による誤操作を未然に防止することができる。

更にまた、子局がＴ／Ｕ設定値を割り増す増締手段を有するものであれば、締め付けトルクの調整を極めて簡素な構成で容易に行うことができる。

本発明に係る電動ドライバ用トルク管理システムの概略構成を示すシステム構成図である。 親局のシステム構成図である。 電動ドライバに接続された子局の機能ブロック図である。 電動ドライバＩ／Ｆ手段の機能ブロック図である。 電動ドライバの作動に伴う、ネジを締め付ける場合のモータ電流の経時変化を示すグラフである。 電動ドライバの作動に伴う、空転させる場合のモータ電流の経時変化を示すグラフである。 ＩＤＸテーブルの模式図である。 子局から出力されるデータを示すテーブルである。 伝送信号のタイムチャート図である。 親局と子局の間の伝送手順の模式図である。

図１〜１０を参照しながら、本発明に係る電動ドライバ用トルク管理システムの実施形態を説明する。
本実施形態に係る電動ドライバ用トルク管理システムは、ネジ収容棚から取り出したネジを取付け対象部材７１に締め付けるために使用する複数の電動ドライバ９を管理するものである。

ネジ収容棚には、複数のネジ収容部が設けられ、ネジ収容部の各々には蓋６が設けられている。蓋６は、ネジの取り出しが可能となる開放状態と、ネジの取り出しが不可能となる閉鎖状態をとるものとされ、これら開放状態と閉鎖状態は、ネジ収容部の各々に設けられた子局５を介して切替えできるものとなっている。

子局５の各々は指示ランプ６２を有し、この指示ランプ６２を介して作業者にネジの取り出しが指示されるものとなっている。子局５の各々は、また、入力操作レバー６１を有しており、取り出し作業を完了した作業者が入力操作レバー６１を操作することにより、作業完了を示す情報が監視信号として、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに出力されるものとなっている。

電動ドライバ９の各々には子局４が接続されている。子局４は、電動ドライバ９のモータ電流の値に基づき電動ドライバ９を制御するものであるが、構造と機能の詳細は後述する。各々の子局４は、また、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに接続されている。

共通データ信号線ＤＰ、ＤＮには、また、親局２が接続されており、親局２は、更に、制御部１に接続されている。

締め付け対象となるネジの取付け対象部材７１には、締め付ける順番が決められている複数のネジ穴７３が設けられている。また、取付け対象部材７１そのものにシリアル番号が付与されている。そして、取付け対象部材７１には、そのシリアル番号を表示するバーコード７２が付され、バーコードリーダ７で読み取られたシリアル番号は子局４に入力される。

制御部１は、例えばプログラマブルコントローラ、コンピュータなどであり、制御並列データ１３を送出する出力ユニット１１と、子局４、５から送信される監視信号から抽出される監視データに基づき得られた監視並列データ１４を受け取る入力ユニット１２を有する。そして、これら出力ユニット１１と入力ユニット１２が親局２に接続されている。

親局２は、図２に示すように、出力データ部２１、管理データ部２２、タイミング発生部２３、親局出力部２４、親局入力部２５、入力データ部２６、を備える。そして、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに接続され、一連のパルス状信号である制御信号を共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに送出するとともに、子局４、５から送出された監視信号から抽出された監視並列データ１４を制御部１の入力ユニット１２へ送出する。

出力データ部２１は、制御部１の出力ユニット１１からの制御並列データ１３を親局出力部２４へ引き渡す。

管理データ部２２は、子局４における電動ドライバ９の制御に必要となるデータを集約したＩＤＸテーブルを記憶する記憶手段２９を備える。そして、制御部１の出力ユニット１１からの制御並列データ１３とＩＤＸテーブルに基づき子局４に引き渡すべきデータを親局出力部２４へ引き渡す。

ＩＤＸテーブルは、図７に示すように、ＩＤＸアドレスデータ、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳ、Ｔ／Ｕ時間設定値ＴＳ、正常動作設定値ＹＳ、寿命設定値ＭＳ、起動電流設定値ＳＳ、Ｉ／Ｔ変換係数Ｋ、ネジ穴個数設定値ＮＳで構成されている。ＩＤＸアドレスデータは、複数の子局４のいずれか一つを特定するためのデータであり、この実施形態では、子局４のアドレスデータである先頭アドレス番号が用いられている。

Ｔ／Ｕ設定値ＩＳは、電動ドライバ９によって被取付け部材７１に締め付けされているネジがネジ穴７３に着座したときのトルク値である。電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性により異なる値であり、複数種類の電動モータについて、試験などにより予め得られている。

Ｔ／Ｕ時間設定値ＴＳは、電動ドライバ９によって被取付け部材７１に締め付けされているネジが、ネジ締め開始からネジ穴７３に着座するまでに要する時間である。起動時（本実施形態では、後述のスタート信号の立下り）からの経過時間であり、電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性により異なる。Ｔ／Ｕ設定値ＩＳと同様、複数種類の電動モータについて、試験などにより予め得られている。

正常動作設定値ＹＳは、起動時からの経過時間が所定値（本実施形態ではＴ／Ｕ時間設定値ＴＳに基づいた所定値）に達したときに、電動モータが正常動作している場合のトルク値である。電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性により異なる値であり、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳと同様、複数種類の電動モータについて、試験などにより予め得られている。

寿命設定値ＭＳは、電動ドライバ９がネジの締付け作業を行うことなく無負荷操作（空転操作）される場合のトルク値である。電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性により異なる値であり、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳと同様、複数種類の電動モータについて、試験などにより予め得られている。

起動電流設定値ＳＳは、起動を検出するために定義される電流値である。後述の通り、電動ドライバ９を起動させると、モータ電流Ｉは、起動電流により急激に増加することを利用し、電動ドライバ９が起動したことを検出するための定義値である。起動電流は、電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性により異なるため、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳと同様、複数種類の電動モータについて、試験などにより予め得られている。

Ｉ／Ｔ変換係数Ｋは、モータ電流Ｉに基づいてトルク値を算出するための係数である。電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性により異なる値であり、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳと同様、複数種類の電動モータについて、試験などにより予め得られている。

ネジ穴個数設定値ＮＳは、作業対象製品（本実施形態では被取付け部材７１）に対し締め付けるネジの個数である。

タイミング発生部２３は、発振回路（ＯＳＣ）３１とタイミング発生手段３２からなり、発振回路（ＯＳＣ）３１を基にタイミング発生手段３２が、このシステムのタイミングクロックを生成し親局出力部２４、親局入力部２５に引き渡す。

親局出力部２４は、制御データ発生手段３３とラインドライバ３４からなる。制御データ発生手段３３が、出力データ部２１から受けたデータと、タイミング発生部２３から受けたタイミングクロックに基づき、ラインドライバ３４を介して共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに伝送信号を送出する。

伝送手順は、伝送信号のスタート信号ＳＴと次のスタート信号ＳＴの間の、１フレームサイクルであり、図１０に示すように、制御・監視データおよび管理データが複数連なって構成される。スタート信号ＳＴは、伝送信号の１周期の時間幅より長く、伝送信号の閾値Ｖｓｔ（この実施形態では１８Ｖ）より高い電位レベルとなっている。

伝送信号は、図９に示すように、閾値Ｖｓｔより高い電位レベルエリア（この実施形態では＋２４Ｖ）と閾値Ｖｓｔよりも低い電位レベルエリアで構成される。なお、この実施形態では、閾値Ｖｓｔより高い電位レベルエリアが１周期の後半と、閾値Ｖｓｔよりも低い電位レベルエリアが１周期の前半とされているが、その順番に制限はなく、これらの順番を逆にしてもよい。

閾値Ｖｓｔより低い電位レベルエリアのパルス幅が制御信号のデータを表すものとなっている。この実施形態では、伝送データ信号の１周期をｔ０とした時、パルス幅（３／４）ｔ０が論理データ“０”を表し、パルス幅（１／４）ｔ０が論理データ“１”を表している。ただし、制御部１から入力される制御データの値に応じたものであれば、その長さに制限はなく適宜に決めればよい。

また、閾値Ｖｓｔよりも低い電位レベルエリアに重畳される電流が所定値より大きいか小さいかで監視信号のデータを表すものとなっている。この実施形態では、１０ｍＡより小さい電流信号が論理データ“０”を表し、１０ｍＡ以上の電流信号が論理データ“１”を表している。

なお、伝送信号は、電源電圧となっていることから、子局４は、いずれも、内部回路電源を伝送信号から生成するものとなっている。一方、電動ドライバ９の電動モータの電源は、図３に示すように、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮとは別の電源供給線を介しＡＣ電源１０から得るものとなっている。また、蓋体６を開閉するモータの電源も、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮとは別の図示しない電源供給線から得るものとなっている。

図９において閾値Ｖｓｔより低い電位レベルエリアのパルス幅は制御データとして制御データ領域を構成し、その制御データ領域は、図１０における制御・監視データ領域の上段に相当するものとなっている。また、閾値Ｖｓｔよりも低い電位レベルエリアに重畳される電流値は監視データとして監視データ領域を構成し、その監視データ領域は、図１０における制御・監視データ領域の下段に相当するものとなっている。

伝送手順の最後には、図１０に示すように、管理データ領域が設けられている。なお、図１０において、上段は親局からデータが出力される領域（以下、管理制御データ領域とする）を、下段は親局へデータが入力される領域（以下、管理監視データ領域とする）を示すものとなっている。

管理制御データ領域には、システム動作開始時に、図７に示すＩＤＸテーブルのデータ（本発明の設定値群に相当）が親局２から重畳され、子局４に対して送信される。また、システム動作中には、情報を要求するなどの指示をなす第一管理制御データＩＳＴｏ、及び、子局アドレスを指定する第二管理制御データＩＤＸｏが、親局２から重畳される。

管理監視データ領域には、第二管理制御データＩＤＸｏで指定された子局４から、電動ドライバ９の状態データとして、第一管理制御データＩＳＴｏに対応する第一管理監視データＳＴｉ及び第二管理監視データＩＤＸｉが重畳される。また、後述するバーコードリーダ７で読み取られたデータが重畳される。

親局入力部２５は監視信号検出手段３５および監視データ抽出手段３６で構成される。監視信号検出手段３５は、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮを経由して子局４，５から送出された監視信号を検出する。

監視信号のデータは、既述のように論理データとして低電位レベルエリアに重畳される電流の有無で表されており、スタート信号ＳＴが送信された後、複数の子局４、５の各々から監視信号を受け取るものとなっている。そして、監視信号検出手段３５で検出された監視信号は、監視データ抽出手段３６に引き渡される。

監視データ抽出手段３６は、タイミング発生手段３２からのタイミングに同期して監視データと管理監視データを抽出し、直列の入力データとして入力データ部に送出する。

入力データ部２６は、監視データ抽出手段３６から受け取った直列の入力データを並列（パラレル）データに変換し、監視並列データ１４として制御部１の入力ユニット１２へ送出する。

子局４は、図３に示すように、伝送受信手段４１、管理制御データ抽出手段４２、アドレス抽出手段４３、自局アドレス設定手段４４、管理監視データ送信手段４５、参照局アドレス設定手段４６、自局制御データ抽出手段４７、参照局制御データ抽出手段４８、入力手段５０、監視データ送信手段５１、バーコードリーダ手段５２および電動ドライバＩ／Ｆ手段８０を有する子局入出力部４０を備える。

なお、この実施形態の子局４は、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるＭＣＵを備えており、このＭＣＵが子局入出力部４０として機能するものとなっている。

処理において必要となる演算や記憶は、このＭＣＵの備えるＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを使用して実行されるが、子局入出力部４０を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。

更に、子局４は、子局入出力部４０と別に、数字表示灯４９、子局ラインレシーバ５３、子局ラインドライバ５４、ＡＣ／ＤＣ変換器５５、アンプ５６、Ａ／Ｄ変換手段５７、電流／トルク変換手段５８、無接点パワースイッチ５９を備える。

伝送受信手段４１は、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに伝送される伝送信号を、子局ラインレシーバ５３を介して受け、これを管理制御データ抽出手段４２、アドレス抽出手段４３、および管理監視データ送信手段４５に引き渡す。

管理制御データ抽出手段４２は、本発明の設定値群を取得する受信手段に相当し、伝送データ信号の管理データ領域から、管理制御信号のデータを抽出し、これらを電動ドライバＩ／Ｆ手段８０に引き渡す。

アドレス抽出手段４３は、図１０に示すように、伝送データ信号の始まりを示すスタート信号ＳＴを起点としてパルスをカウントする。そして、そのカウント値が自局アドレス設定手段４４で設定された自局アドレスデータと一致するタイミングで、伝送送信信号を自局制御データ抽出手段４７に引き渡すとともに、監視データ送信手段５１を有効にする。また、参照局アドレス設定手段４６で設定された参照局アドレスデータと一致するタイミングで、伝送送信信号を参照局制御データ抽出手段４８に引き渡す。

管理監視データ送信手段４５は、伝送信号のスタート信号ＳＴを起点としてパルスをカウントし、管理データ領域のタイミングを得る。そして、管理監視データ送信手段４５は、バーコードリーダ手段５２から引き渡されるデータに基づき、子局ラインドライバ５４を介して共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに監視信号を出力する。

自局制御データ抽出手段４７は、アドレス抽出手段４３から引き渡された伝送送信信号から、自局アドレス設定手段４４に設定された自局アドレスに送信された制御データ値を抽出し、これを電動ドライバＩ／Ｆ手段８０に引き渡す。

参照局制御データ抽出手段４８は、アドレス抽出手段４３から引き渡された伝送送信信号から、参照局アドレス設定手段４６で設定された子局４、５に送信された制御データ値を抽出し、これを電動ドライバＩ／Ｆ手段８０に引き渡す。

数字表示灯４９は、電動ドライバＩ／Ｆ手段８０からの入力信号に従い、電動ドライバ９を操作する作業者に対し締付けネジの残存数を示すと共に、その数字の点滅により、その電動ドライバ９が使用対象であることを表示する。

入力手段５０は、電動ドライバＩ／Ｆ手段８０からの入力データに基づき、監視データを監視データ送信手段５１に引き渡す。

監視データ送信手段５１は、アドレス抽出手段４３により有効とされた場合に、子局ラインドライバ５４を介して共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに監視信号を出力する。

バーコードリーダ手段５２は、締付け対象部材７１に付されたバーコード７２のデータ及び電動ドライバ９に付された電動ドライババーコード７４のデータをバーコードリーダ７から受け取り、これを管理監視データ送信手段４５に引き渡す。

電動ドライバ９とＡＣ電源１０の間には図３に示すように、電動ドライバ９の動作に影響を及ばさない小抵抗ｒが直列的に挿入されている。モータ電流ＩであるＡＣ電流信号が小抵抗ｒに流れると、小抵抗ｒの両端に発生するＡＣ電圧信号は、ＡＣ／ＤＣ変換器５５により直流信号に変換され、アンプ５６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換手段５７を介し、デジタル信号Ｉｄとして電動ドライバＩ／Ｆ手段８０に入力される。

この小抵抗ｒからＡＣ／ＤＣ変換機５５、アンプ５６、及び、Ａ／Ｄ変換手段５７を経て電動ドライバＩ／Ｆ手段８９に至る、デジタル信号Ｉｄを得るまでの部分が本発明の検出手段に相当する。なお、小抵抗ｒの代わりにクランプ式電流センサを使用しても良い。

また、Ａ／Ｄ変換手段５７から出力されるデジタル信号Ｉｄの値、すなわち、増幅されデジタル化された電流値は、電流／トルク変換手段５８を介して、後述する電動ドライバＩ／Ｆ手段８０のＩ／Ｔ変換係数記憶手段８１ｇから出力されるＩ／Ｔ変換係数Ｋに従って変換されたトルクデータ値として電動ドライバＩ／Ｆ手段８０に入力される。

電動ドライバ９とＡＣ電源１０の間には、また、無接点パワースイッチ５９が設けられ、電動ドライバＩ／Ｆ手段８０により、ＡＣ電源１０からの電力供給回路（本発明の駆動電力供給路に相当）をオン・オフすることにより電動ドライバ９が動作または停止されるものとなっている。

なお、電動ドライバ９の電源はＡＣ電源に限られず、図３において破線で示すように、ＤＣ電源を採用してもよい。その場合、ＡＣ／ＤＣ変換器５５は不要となる。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０は、本発明の記憶手段及び演算処理手段に相当し、電動ドライバ９の制御と管理を行うために必要な演算処理と信号の入出力処理が行われる。図４〜８を参照しながら、以下に、この電動ドライバ用トルク管理システムの動作と併せて、電動ドライバＩ／Ｆ手段８０の構成及び機能について説明する。

なお、図５は子局番号０の子局４に接続された電動ドライバに使用されている電動モータの、ネジを締め付ける場合の電流変化を、図６は子局番号０の子局４に接続された電動ドライバに使用されている電動モータの、無負荷動作（空転）させた場合の電流変化を示す。

まず、作業開始の前に、子局４の各々に接続される電動ドライバ９に付与された電動ドライババーコード７４を、子局４に接続されているバーコードリーダ７を介して読み込む。そして、子局４に接続された電動ドライバ９の機種を、親局２の管理データ部２２の記憶手段２９に、子局４ごとに記憶させる。その他の子局４に接続されている電動ドライバ９についても、同様に各々について記憶手段２９に記憶させる。

なお、電動ドライバ９に使用されている電動モータの性能特性は予め把握されており、電動ドライバ９の機種毎に、その性能特性に応じた、ネジ締め動作に必要な制御変数が設定値として制御部１にデータとして記憶されている。

電動ドライバ９の機種を子局４毎に記憶した記憶手段２９では、それら電動ドライバ９の機種に対応した電動モータの性能特性値に従い、予め制御部１に記憶されているデータから、ＩＤＸテーブルが形成される。

ＩＤＸテーブルの一例を図７に示す。このＩＤＸテーブルでは、テーブル番号ごとにＩＤＸアドレスデータ、各設定値、係数が特定されている。

一方、子局４の各々においては、自局に接続されている電動ドライバ９に使用されている、電動モータの性能特性に対応する設定値（制御変数）が設定値群として共通データ信号線ＤＰ、ＤＮを経由して親局２からダウンロードされる。

この実施形態においてダウンロードされる設定値群の各設定値は、図７に示すように、Ｔ／Ｕ（トルクアップを省略して示したもの。以下同じ）設定値ＩＳ、Ｔ／Ｕ時間設定値ＴＳ、正常動作設定ＹＳ、寿命設定値ＭＳ、起動電流設定値ＳＳ、Ｉ／Ｔ（電流／トルクを省略して示したもの。以下同じ）変換係数Ｋ、及びネジ穴個数設定値ＮＳである。

これらダウンロードされた各設定値は、電動ドライバＩ／Ｆ手段８０の設定値記憶手段８１に記憶される。なお、図４においては、各設定値と演算処理の関係を明確にするために、設定値記憶手段８１の記憶領域を設定値毎に分けて示すものとする。

このように、種々の電動モータの性能特性を予め把握しておき、ネジ締め動作に必要な電動モータに対応する制御変数を、親局２を介して子局４に、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮを経由してダウンロードすることにより、共通のシステムで対応することができる。

取付け対象部材７１にネジ締め作業を開始するときには、まず、取付け対象部材７１に付与されているバーコード７２を子局４の自局に接続されているバーコードリーダ７で読み取る。前工程の工作完了が正常であれば、取付け対象部材７１に使用するネジを保管しているネジ部品棚の蓋６が開き、取り出し指示である指示ランプ６２が点滅する。所定のネジを取り出した作業者が入力操作レバー６１をオンすると、指示ランプ６２が消灯し、蓋６が閉まり、指定ネジの取り出しが完了する。

続いて、自局の数字表示灯４９が作業指示を表す点滅状態であることを確認し、電動ドライバ９のグリップを握って動作スイッチＳＷｄをオンにする。

数字表示灯４９は、図４に示すように、減算カウンタ８６からの信号に基づいて表示する。減算カウンタ８６は、自局制御データ抽出手段４７から自局の動作指示信号ｊが入力されとき、数字表示灯４９を点滅させる信号を出力する。従って、数字表示灯４９の点滅は、自局に接続された電動ドライバ９に動作指示のあったことを示すものとなる。

電動ドライバ９は、無接点パワースイッチ５９がオンの状態である場合、動作スイッチＳＷｄをオンにすることで起動する。

無接点パワースイッチ５９は、図４に示すように、動作手段９１からの信号に基づいてオン状態またはオフ状態となる。動作手段９１は、引渡し条件手段８２からの条件成立信号、或いは自局制御データ抽出手段４７からの自局の無負荷動作指示信号ｉが入力されたとき、無接点パワースイッチ５９をオン状態とする信号を出力する。

引渡し条件手段８２は、自局制御データ抽出手段４７から自局の動作指示信号ｊが入力され、かつ、参照局制御データ抽出手段４８から前工程完了信号ｋが入力されたとき、条件成立信号を動作手段９１に出力する。従って、電動ドライバ９は、無負荷動作指示のある場合、または、前工程が完了している場合にのみ、動作スイッチＳＷｄをオンにすることで起動するため、作業員による誤操作が未然に防止される。

なお、前工程として、参照局とされている子局５が設けられたネジ収容部のネジの取り出し完了、又は、参照局とされている他の子局４が接続されている電動ドライバ９の工作完了が想定されているが、詳細は後述する。

指定ネジを使用してネジ締め動作を行う場合、すなわち、前工程の完了後に作業される場合、電動ドライバ９を起動させると、モータ電流Ｉは、起動電流により急激に増加した後、モータの動作が安定状態（図５、図６における水平状態）となるまで下がり、その状態の電流が継続される。なお、以下の説明において、モータの動作が安定状態となるまでの期間を起動期間という。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０では、各種の電動モータに対応した起動電流を検出するために、起動電流の閾値である起動電流設定値ＳＳとＡ／Ｄ変換手段５７から引き渡された、モータ電流Ｉに比例するデジタル信号Ｉｄのデータ値を、スタート検出手段８３において比較する。

スタート検出手段８３では、起動期間において、モータ電流Ｉに比例するデジタル信号Ｉｄのデータ値が起動電流設定値ＳＳ以上となる期間に、スタート信号を得る。そして、図５に示すように、スタート信号の立下りから動作信号を経過時間比較手段８８、Ｔ／Ｕ時間比較手段９０に出力する。

なお、モータ電流Ｉに比例するデジタル信号Ｉｄのデータ値は、モータ電流Ｉを間接的に表すため、図５においては、電流変化の説明の便宜上、モータ電流Ｉｄと起動電流設定値ＳＳ、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳ、正常動作設定値ＹＳを、図６においてはモータ電流Ｉｄと寿命設定値ＭＳを、関連づけて示すものとする。また、図５、図６は子局番号０の子局に関するものであるため、ＳＳ０のように子局番号０を付した形で表示している。以下、その他の設定値、計測値についても同様とする。

ネジの締め付けが進行している間、モータ電流Ｉｄは安定状態となる。そして、締付け作業が進行し、締付け対象であるネジが取付け対象部材７１のネジ穴７３に着座すると、締付けトルクが増し、モータ電流Ｉｄが急激に増加する（トルクアップ）。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０は、モータ電流ＩｄをＩ／Ｔ変換係数Ｋに従って変換されたトルク値を、電流／トルク変換手段５８から得て、そのトルク値を、後述する増し締め手段８４を介してＴ／Ｕ設定値記憶手段８１ｄから引き渡されたＴ／Ｕ設定値ＩＳと、Ｔ／Ｕ比較手段８７において比較する。

Ｔ／Ｕ比較手段８７では、電流／トルク変換手段５８から引き渡されたトルク値が、増し締め手段８４を介して引き渡されたＴ／Ｕ設定値ＩＳに達したとき、完了信号を減算カウンタ８６、Ｔ／Ｕ時間比較手段９０及び動作手段９１に出力する。また、そのときのデータ値をＴ／Ｕ値（図４及び図８においてｃで示すデータ）として入力手段５０に引き渡す。

完了信号を得た動作手段９１は、無接点パワースイッチ５９をオフとし、電動ドライバ９は作動停止状態となる。すなわち、トルクアップしたときに、電動ドライバ９を作動停止状態とすることができる。なお、動作手段９１は、後述する動作エラーデータｄが“１”の場合にも、無接点パワースイッチ５９をオフとし、電動ドライバ９を作動停止状態とする。

完了信号を得たＴ／Ｕ時間比較手段９０は、完了信号を得たタイミングで、動作信号の立上りからの計測時間を、Ｔ／Ｕ時間設定値記憶手段８１ｅから引き渡されたＴ／Ｕ時間設定値ＴＳと比較する。そして、計測時間が、Ｔ／Ｕ時間設定値ＴＳを含む予め決められた許容値の範囲内であれば正常（“０”）、範囲外なら異常（“１”）の値を、Ｔ／Ｕ時間エラーデータ（図４及び図８においてａで示すデータ）として、入力手段５０に引き渡す。また、そのときのデータ値をＴ／Ｕ時間値データ（図４及び図８においてｂで示すデータ）として、入力手段５０に引き渡す。

完了信号を得た減算カウンタ８６は、ネジ穴個数設定値記憶手段８１ｃから引き渡されたネジ穴個数設定値ＮＳを初期値として、完了信号を得る毎にネジ穴個数を減算し、作業対象となる残りのネジ穴数を数字表示灯４９に引き渡す。更に、残りのネジ穴数が０となったときは、工作完了ステータスデータ（図４及び図８においてｈで示すデータ）“１”を、入力手段５０に引き渡す。

増し締め手段８４は、増し締めスイッチＳＷｍにより有効状態と無効状態に切り替えることができる。そして、無効状態の場合には、Ｔ／Ｕ設定値記憶手段８１ｄから引き渡されたＴ／Ｕ設定値ＩＳを変更することなくＴ／Ｕ比較手段８７に引き渡す。一方、有効状態の場合には、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳを適宜に割増しした値をＴ／Ｕ比較手段８７に引き渡す。Ｔ／Ｕ設定値ＩＳが割増しされた場合には、ネジがネジ穴７３に着座するときのトルク値（トルクアップ値）は割増しとなり、増し締めすることができる。

なお、この実施形態の増し締め手段８４において、Ｔ／Ｕ設定値ＩＳに対する割増しは１０％とされているが、その割合に制限はなく、使用状況に応じた設定とすればよい。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０では、また、電動ドライバ９の起動時から所定時間経過後における安定状態のトルク値から、ネジ選定ミスやネジの配置ミスによるエラーの検出が行われる。

具体的には、まず、電動ドライバ９の起動時からの経過時間を得るために、経過時間比較手段８８において、動作信号をトリガ信号として、動作信号の立上りからの時間をタイマで計測する。そして、Ｔ／Ｕ時間設定値記憶手段８１ｅから引き渡されたＴ／Ｕ時間設定値ＴＳに基づいた所定時間、この実施形態では、ＴＳ／２に達したとき、トリガ信号を正常動作比較手段８５に出力する。

正常動作比較手段８５では、電流／トルク変換手段５８から引き渡されたトルク値が、正常動作設定値記憶手段８１ｂから引き渡された正常動作設定値ＹＳと比較される。そして、経過時間比較手段８８からのトリガ信号（ＴＳ／２タイミング信号）が有効のとき、電流／トルク変換手段５８から引き渡されたトルク値が正常動作設定値ＹＳを含む予め決められた許容値の範囲内であれば正常（“０”）、範囲外なら異常（“１”）の値を、動作エラーデータ（図４及び図８においてｄで示すデータ）として、入力手段５０に引き渡す。また、そのときのデータ値を動作Ｔ値データ（図４及び図８においてｅで示すデータ）として、入力手段５０に引き渡す。

なお、タイミングＴＳ／２におけるトルク値が、正常動作設定値ＹＳよりも低い範囲（図５におけるｉ０ｌ）であれば、ネジ径が大きく空転していることを意味する。

一方、タイミングＴＳ／２におけるトルク値が、正常動作設定値ＹＳよりも高い範囲（図５におけるｉ０ｈ）であれば、ネジ径が小さい、或いはネジが斜めに配置され、ネジが適合した状態になっていないことを意味する。

そして、動作エラーデータｄが“１”の場合は、既述のように動作手段９１が無接点パワースイッチ５９をオフとし、電動ドライバ９が作動停止状態となる。すなわち、ネジの空転やネジが適合した状態になっていないなどの異常が発生した場合に、電動ドライバ９を停止させることができる。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０では、更に、ネジの締付け作業を行うことなく無負荷操作（空転操作）が行われる場合に、Ｔ／Ｕ時間設定時間を超える所定時間経過後の安定状態のトルク値から、電動ドライバ９の機構部品などの寿命検出が行われる。

具体的には、まず、経過時間比較手段８８から、動作信号の立上りからの時間が、Ｔ／Ｕ時間設定値記憶手段８１ｅから引き渡されたＴ／Ｕ時間設定値ＴＳを超える所定時間、この実施形態では、２ＴＳに達したとき、トリガ信号を寿命比較手段８９に出力する。

寿命比較手段８９では、電流／トルク変換手段５８から引き渡されたトルク値が、寿命設定値記憶手段８１ｆから引き渡された寿命設定値ＭＳと比較される。そして、経過時間比較手段８８からのトリガ信号（２ＴＳタイミング信号）が有効のとき、電流／トルク変換手段５８から引き渡されたトルク値が寿命設定値ＭＳを含む予め決められた許容値の範囲を超えれば異常（“１”）の値を、範囲内ならば正常（“０”）の値を寿命エラーデータ（図４及び図８においてｆで示すデータ）として、入力手段５０に引き渡す。また、そのときのデータ値を寿命Ｔ値データ（図４及び図８においてｇで示すデータ）として、入力手段５０に引き渡す。

電動ドライバ９の軸受けや潤滑油などの機構部品などの損耗などによる寿命が近づいてくると、電動ドライバ９の内部にトルクロスが生じ、モータ電流Ｉｄが大きくなる。そのため、タイミング２ＴＳにおけるトルク値が、寿命設定値ＭＳよりも大きい値（図６におけるｍ０ｈ）であれば、機構部品などの寿命が近づいていることを意味する。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０では、更にまた、既述のように、参照局制御データ抽出手段４８から引き渡される参照局制御データに基づき、他の装置が関連する前工程の状況によって、電動ドライバ９を動作可能状態または動作不可能状態とするものとなっている。

具体的には、参照局として蓋６を制御する所定の子局５を設定した場合、所定の子局５において、ネジの取り出し作業が完了しているとき、引渡し条件手段８２は、条件成立信号を動作手段９１に出力する。そして、無接点パワースイッチ５９をオン状態とし、そのネジ締めを行うための電動ドライバ９を動作可能状態とする。

一方、ネジの取り出し作業が完了されていないとき、引渡し条件手段８２は、条件成立信号を動作手段９１に出力しない。そして、無接点パワースイッチ５９をオフ状態とし、そのネジ締めを行うための電動ドライバ９を動作不可能状態とし、他のネジ締めに誤って使用されることを防止する。

また、参照局として所定の他の子局４を設定した場合、前工程で使用されるべき別の電動ドライバ９を使用した作業が完了しているとき、引渡し条件手段８２は、条件成立信号を動作手段９１に出力する。そして、無接点パワースイッチ５９をオン状態とし、そのネジ締めを行うための電動ドライバ９を動作可能状態とする。

一方、前工程で使用されるべき別の電動ドライバ９を使用した作業が完了していないとき、引渡し条件手段８２は、条件成立信号を動作手段９１に出力しない。そして、無接点パワースイッチ５９をオフ状態とし、自局の電動ドライバ９を動作不可能状態とし、順番を誤って使用されることを防止することができる。

電動ドライバＩ／Ｆ手段８０から入力手段５０に引き渡された、図８のテーブルに示されるデータは、監視データ送信手段５１を介し、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに出力される。これらのデータは、共通データ信号線ＤＰ、ＤＮを経由して親局２に取得され、図８に示すテーブルデータが形成される。制御部１は、親局２で形成されたテーブルデータを元に、タイムスタンプデータと組み合わせて、履歴管理を行うことが可能となる。つまり、工作完了した取付け対象部材７１に対するネジ締め作業時の、トルク値を含む作業データの履歴管理を可能とする。

この実施形態において、複数の子局４、５が共通データ信号線ＤＰ、ＤＮに接続され伝送同期方式によってデータの授受が行われているが、データ授受の方式に制限はない。例えば、伝送線で接続された複数の子局とコマンド方式によってデータの授受を行うこととしてもよい。更に、複数の子局を伝送線で接続せず、各々の子局と対をなす親局に接続し、親局と子局が一対一で直接データを授受してもよい。なお、この場合のシステムは、親局と子局の複数組により構成されることとなる。

１ 制御部
２ 親局
４、５ 子局
６ 蓋
７ バーコードリーダ
９ 電動ドライバ
１０ 電源
１１ 出力ユニット
１２ 入力ユニット
１３ 制御並列データ
１４ 監視並列データ
２１ 出力データ部
２２ 管理データ部
２３ タイミング発生部
２４ 親局出力部
２５ 親局入力部
２６ 入力データ部
２９ 記憶手段
３１ ＯＳＣ（発振回路）
３２ タイミング発生手段
３３ 制御データ発生手段
３４ ラインドライバ
３５ 監視信号検出手段
３６ 監視データ抽出手段
４０ 子局入出力部
４１ 伝送受信手段
４２ 管理制御データ抽出手段
４３ アドレス抽出手段
４４ 自局アドレス設定手段
４５ 管理監視データ送信手段
４６ 参照局アドレス設定手段
４７ 自局制御データ抽出手段
４８ 参照局制御データ抽出手段
４９ 数字表示灯
５０ 入力手段
５１ 監視データ送信手段
５２ バーコードリーダ手段
５３ 子局ラインレシーバ
５４ 子局ラインドライバ
５５ ＡＣ／ＤＣ変換器
５６ アンプ
５７ Ａ／Ｄ変換手段
５８ 電流／トルク変換手段
５９ 無接点パワースイッチ
６１ 入力操作レバー
６２ 指示ランプ
７１ 取付け対象部材
７２ バーコード
７３ ネジ穴
７４ 電動ドライババーコード
８０ 電動ドライバＩ／Ｆ手段
８１ 設定値記憶手段
８１ａ 起動電流設定値記憶手段
８１ｂ 正常動作設定値記憶手段
８１ｃ ネジ穴個数設定値記憶手段
８１ｄ Ｔ／Ｕ設定値記憶手段
８１ｅ Ｔ／Ｕ時間設定値記憶手段
８１ｆ 寿命設定値記憶手段
８１ｇ Ｉ／Ｔ変換係数記憶手段
８２ 引渡し条件手段
８３ スタート検出手段
８４ 増し締め手段
８５ 正常動作比較手段
８６ 減算カウンタ
８７ Ｔ／Ｕ比較手段
８８ 経過時間比較手段
８９ 寿命比較手段
９０ Ｔ／Ｕ時間比較手段
９１ 動作手段

Claims (8)

1. 親局とのデータ授受が可能とされた複数の子局が、複数の電動ドライバの各々に接続され、
   前記子局は、前記電動ドライバに使用されている電動モータの性能特性に応じて予め設定された１つ以上の設定値を含む設定値群を前記親局から取得するための受信手段と、前記設定値群の記憶手段と、前記電動ドライバの出力トルクに応じて変化する電気信号を得る検出手段と、前記電気信号の値に基づいて得られた算出値と前記設定値との比較演算を行う演算処理手段と、前記演算処理手段からの出力結果に基づいて前記電動ドライバへの駆動電力供給路を電気的に開閉するスイッチを有し、
   前記設定値群には、少なくとも、前記電動ドライバによって締め付けされているネジがネジ穴に着座したときのトルク値に対応するＴ／Ｕ設定値が含まれ、前記算出値が前記Ｔ／Ｕ設定値に達したとき、前記駆動電力供給路が閉止され、
   前記設定値群には、前記電動ドライバがネジの締付け作業を行うことなく無負荷操作される場合の出力トルクに対応する寿命設定値が含まれ、前記算出値が前記寿命設定値に対する許容値より大きいとき、前記出力結果が寿命エラーを示すものとなることを特徴とする電動ドライバ管理システム。
2. 前記設定値群には、前記電動ドライバがネジの締付け作業を行うときに、起動時からの経過時間が所定時に達し、電動モータが正常動作している出力トルクに対応する正常動作設定値が含まれ、前記算出値が前記正常動作設定値を含む所定の許容範囲から外れるとき、前記出力結果が動作エラーを示すものとなる請求項１に記載の電動ドライバ管理システム。
3. 前記設定値群には、前記電動ドライバがネジの締付け作業を行うときに、前記電動ドライバによって締め付けされているネジが、ネジ締め開始からネジ穴に着座するまでに要する時間に対応するＴ／Ｕ時間設定値が含まれ、前記算出値が前記Ｔ／Ｕ時間設定値を含む所定の許容範囲から外れるとき、前記出力結果がＴ／Ｕ時間エラーを示すものとなる請求項１または２に記載の電動ドライバ管理システム。
4. ネジの締め付けが行われる被取付け部材は部材識別子を有し、前記子局は前記部材識別子の読取手段を備え、前記算出値は前記部材識別子と関連づけされ、前記親局に出力される請求項１、２または３に記載の電動ドライバ管理システム。
5. 前記電動ドライバはドライバ識別子を有し、前記子局は前記ドライバ識別子の読取手段を備え、前記ドライバ識別子から取得した識別データが前記親局に出力される請求項１、２、３または４に記載の電動ドライバ管理システム。
6. 前記スイッチは、複数の子局の動作条件に応じて、前記駆動電力供給路を電気的に開閉する、請求項１〜５のいずれかに記載の電動ドライバ管理システム。
7. 前記子局は、前記親局から自局に対する動作指示を受けたことを示す指示表示手段を有する請求項１〜６のいずれかに記載の電動ドライバ管理システム。
8. 前記子局は、前記Ｔ／Ｕ設定値を割り増す増締手段を有する請求項１〜７のいずれかに記載の電動ドライバ管理システム。

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