JP6085226B2 - 自動締付機およびその締付け高さ位置設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ、ボルト等の締結具をエア吸着機構に連接されたガイド部材により駆動ビットの先端に案内して所定締付け個所で締付けを行う自動締付機であって、ワークの種類、締結具の種類に拘わらず締結具の締付け高さ位置はもとよりガイド部材の高さ位置も簡単に設定できる自動締付機およびその締付け高さ位置設定方法に関するものである。

従来、回転駆動源１０６の回転を受けて回転する駆動ビット１０８とエア吸引機構１３０を備えたガイド部材１１２とを持つ自動締付機１０１にあっては、図１５に示すようにばね１３１に付勢されて後退可能なガイド部材１１２が駆動ビット１０８を内包するように配置され、これらガイド部材１１２および駆動ビット１０８が一体往復手段１０２により一体に移動するように構成されたものが普及している（特許文献１参照）。この種の自動締付機１０１にあっては、締結具１１５がガイド部材１１２に案内されて駆動ビット１０８の先端に吸着された後、一体往復手段１０２の作動にともない、駆動ビット１０８とガイド部材１１２とが一体に前進する。その後、ガイド部材１１２がワーク（図示せず）の表面に当接してその位置で停止することにより、駆動ビット１０８がガイド部材１１２に対して前進することとなる。これにより、駆動ビット１０８の先端に吸着された締結具１１５がガイド部材１１２から押し出されて、ワーク上の所定締付け個所で締付けられる。

特開平７−２２３１３２号公報

この自動締付機１０１では、締付け動作毎にガイド部材１１２がワークの表面に当接することから、ワークの表面を損傷する恐れがあり、これを避けるためガイド部材１１２の高さ位置を管理することが最適な構成と考えられている。しかしながら、最近この種の自動締付機にあってはロボットアームの先端ユニットとして使用されたり、多種類のワークが流れるコンベアライン上に使用されたりすることが多くなっていることから、多種類のワークに対応できるように締付け作業開始前に締付け個所の締付け高さ位置の設定作業が必要となっている。この設定作業では、締付け作業開始前に駆動ビット１０８をワークの締付け個所に締付けられた締結具１１５に嵌合させ、その時のロボットアームのＺ軸方向の位置や一体往復手段１０２のＺ軸方向の位置から、締付け個所の締付け高さ位置を記憶する必要がある。これに加えて、ガイド部材１１２の高さ位置を管理するとなると、ガイド部材１１２の高さ位置も駆動ビット１０８の締付け高さ位置と同様に記憶しなければならない。そのため、煩雑な設定作業が必要となることが懸念され、ガイド部材１１２の高さ位置の管理を併せて行う自動締付機の開発の障害となっている。

本発明の目的は、上記のような懸念を解消し、締付け高さ位置と併せてガイド部材の高さ位置の管理を行う自動締付機であってガイド部材の高さ位置が簡単に設定可能な自動締付機およびその締付け高さ位置設定方法の提供を目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、回転駆動源の回転を受けて回転する駆動ビットと、駆動ビットを内包するガイド部材と、ガイド部材と駆動ビットとを相対移動させる可動部を備えた相対往復手段と、駆動ビット、ガイド部材のいずれかと相対往復手段とを一体に往復させる可動部を備えた一体往復手段と、これらを駆動する制御装置とを備え、前記制御装置はガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時に相対往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶する基準位置設定手段を有するとともに、駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時に一体往復手段の可動部、または相対往復手段および一体往復手段の両可動部の位置を締付け高さ位置として記憶し、この位置と基準位置とからガイド部材の高さ位置を設定するガイド高さ位置設定手段を有することを特徴としている。この構成によれば、相対移動する駆動ビットの締付け高さ位置とガイド部材の高さ位置とを管理する構成の自動締付機であっても、ガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する基準位置が基準位置設定手段により記憶されているので、駆動ビットをワークに締付けられた締結具に嵌合させてワークの締付け個所の締付け高さ位置をガイド高さ位置設定手段により設定すれば、基準位置を基にガイド部材の高さ位置をワークに当接しない任意の位置に簡単に設定することができる。

また、各往復手段のストロークを短くして自動締付機の小型化を図るために、前記相対往復手段はガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段とし、前記一体往復手段はビット往復手段とガイド部材とを一体に移動させる可動部を備えた構成とするのが最適であり、この場合駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時に一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置がガイド高さ位置設定手段により締付け高さ位置として記憶される。

さらに、本発明はガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段と、ガイド部材およびビット往復手段を一体に往復させる一体往復手段と、これらを駆動する制御装置とを備え、前記制御装置はガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時にビット往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶する基準位置設定手段を有するとともに、駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時の締付け高さ位置を一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置として記憶し、これら位置の記憶後にビット往復手段の可動部の位置にガイド部材をワークに対して移動させる一体往復手段の可動部の送り量を逆方向の送り量として加えてガイド部材の高さ位置を設定するガイド高さ位置設定手段を有する構成であってもよい。この場合、締付け個所の高さ位置に対する駆動ビットの締付け高さ位置が変わらないように駆動ビットに対してガイド部材を移動させることができるので、ガイド部材の高さ位置を基準位置に基づいてワークに当接しない任意の位置に簡単に設定することができる。

しかも、前記制御装置は前述の基準位置設定手段およびガイド高さ位置設定手段を持つ構成に、駆動ビットが締結具に嵌合する状態を保ってガイド部材がワークに当接する時に記憶されるビット往復手段の可動部の位置と基準位置との差分を締付け完了オフセット位置として記憶する締付け完了オフセット位置設定手段を加えたものであってもよい。この場合、ガイド部材の高さ位置の設定に際して、駆動ビットの先端とガイド部材の先端との位置関係を締付け完了オフセット位置として把握できるので、駆動ビットの高さ位置が決まれば、締付け完了オフセット位置を基にガイド部材の先端をワークに当接しない位置に簡単に設定することができる。

その上、本発明は回転駆動源の回転を受けて回転する駆動ビットと、駆動ビットを内包するガイド部材と、ガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段と、これらを一体に往復させる可動部を備えた一体往復手段とを備えた自動締付機にあってその締付け高さ位置設定方法を特徴とするものである。この場合、ガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時にビット往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶し、駆動ビットをガイド部材から突き出る位置に配置して駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する状態でガイド部材をワークに当接させる時にビット往復手段の可動部の位置と基準位置との差分を締付け完了オフセット位置として記憶しておき、ワークの締付け個所の締付けを行う際に、基準位置と締結具の種類に応じた締付け完了オフセット位置とを呼出して、これらとワークの締付け個所の高さ位置として記憶された一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置とからガイド部材がワークに当接しない位置を算出して、ガイド部材をワークに対して移動させる一体往復手段の可動部の送り量をビット往復手段の可動部の位置に逆方向の送り量となるように加えて、ガイド部材の高さ位置を設定する構成となる。この構成によれば、相対移動する駆動ビットとガイド部材の位置を管理する構成の自動締付機であっても、ガイド部材と駆動ビットとが同一面上にある駆動ビットの基準位置と締結具の種類毎の締付け完了オフセット位置とを記憶しておけば、ワークの締付け個所の締付け高さ位置をこれまでと同様の方法で記憶するだけで、ワークの締付け個所で締結具の締付けを行う際に、ガイド部材の高さを基準位置に基づいてワークに当接しない位置に簡単に設定することができる。

以上説明した本発明によれば、駆動ビットの締付け高さ位置とガイド部材の高さ位置の管理を行うにも拘わらず、多種類のワークや多種類の締結具に対してもガイド部材の高さ位置を簡単に設定できる自動締付機およびその締付け高さ位置設定方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機における基準位置設定作業および締付け位置設定作業を説明する模式図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の一部を切り欠いた側面図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機のビット往復手段を説明する要部拡大正面図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の制御装置を説明するブロック図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の基準位置設定作業時における制御部の動作フローチャート。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の締付け完了オフセット位置設定作業時における制御部の動作フローチャート。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の締付け位置設定作業時における制御部の動作フローチャート。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の締付け動作時における制御部の前半部の動作フローチャート。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の締付け動作時における制御部の後半部の動作フローチャート。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機における基準位置設定作業の説明図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機における締付け完了オフセット位置設定作業の前半部の説明図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機における締付け完了オフセット位置設定作業の後半部の説明図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機における締付け完了オフセット位置設定作業の模式図。 本発明の実施形態に係る自動ねじ締付機の締付け動作状態を説明する要部説明図。 締結具を駆動ビットの先端に吸着して締付けを行う従来の自動締付機の概略説明図。

〈実施形態〉
以下、本発明の実施形態に係る自動締付機の一例として、自動ねじ締付機を図面に基づき説明する。図２および図３並びに図１０において、１は自動ねじ締付機であり、ロボットアーム（図示せず）の先端ユニットとして使用される際、または多種類のワークＷ（図１４参照）が流れるコンベアライン（図示せず）上に使用される際の接続部となる一体往復手段を有している。この一体往復手段２は、上、下側に取付具２ａ，２ｂが取付られたテーブル台２ｃを有し、このテーブル台２ｃにはＺ１軸ＡＣサーボモータ（以下、Ｚ１軸モータという）２ｄの回転を受けて回転するＺ１軸ボールねじ２ｅとこのＺ１軸ボールねじ２ｅの回転によりＺ軸方向に往復移動する可動部をなすＺ１軸可動ナット２ｆが配置されている。また、このＺ１軸可動ナット２ｆには昇降プレート３が一体に取付けられており、この昇降プレート３は前述の上、下側の取付具２ａ，２ｂ間に取付られた２本のＺ１軸ガイドロッド２ｇ（図中、１本のみ現れる）に案内され、Ｚ１軸可動ナット２ｆの往復移動にともない、一体に移動するように構成されている。

前記昇降プレート３には、図３に示すようにモータ固定プレート４が３本のスペーサ５（図中、１本のみ現れる）と後記するＺ２軸ガイドロッド９ｅとを介して取付られており、このモータ固定プレート４には回転駆動源の一例をなす締付け用ＡＣサーボモータ（以下、締付け用モータという）６が固定されている。この締付け用モータ６の駆動軸６ａには、回転部材７を介して駆動ビット８が連接されている。この回転部材７は、駆動軸６ａに接続される接続軸７ａと、これに直交する方向に貫通して延びるピン７ｂと、このピン７ｂおよび駆動軸６ａ並びに接続軸７ａを案内する案内溝７ｃとを備え、回転部材７が駆動軸６ａの軸線方向に移動しても締付け用モータ６の回転が駆動ビット８に伝達される構成となっている。また、前記回転部材７の下部およびこれに連接された駆動ビット８は昇降プレート３に穿設された貫通穴３ａを挿通可能に配置され、昇降プレート３に対して移動可能に構成されている。

前記モータ固定プレート４には、図２に示すように相対往復手段の一例のビット往復手段９を構成するＺ２軸ＡＣサーボモータ（以下、Ｚ２軸モータという）９ａがモータ台９ｆを介して取付けられており、その回転をカップリング機構９ｇを介して受けるＺ２軸ボールねじ９ｂが前記Ｚ１軸ボールねじ２ｅおよび駆動ビット８と並列に配置されている。このＺ２軸ボールねじ９ｂは、昇降プレート３に穿設された可動ナット通過穴３ｂを貫通しており、その下端は昇降プレート３に固定された回転支持部材９ｃにより回転自在に保持されている。また、このＺ２軸ボールねじ９ｂにはその回転にともなって往復移動する可動部をなすＺ２軸可動ナット９ｄが配置されており、このＺ２軸可動ナット９ｄにはプレート様の連結部材１０が固定されている。

前記連結部材１０は、図３に示すように前記昇降プレート３とモータ固定プレート４とを連結するＺ２軸ガイドロッド９ｅに案内されており、Ｚ２軸可動ナット９ｄが往復移動するにともなってＺ２軸ガイドロッド９ｅに沿って移動可能となっている。また、この連結部材１０には前記回転部材７が回転自在にかつ一体に移動できるように取付られており、連結部材１０の往復移動にともなって、回転部材７およびこれに連接された駆動ビット８が締付け用モータ６の駆動軸６ａに対して相対移動するように構成されている。

また、前記昇降プレート３にはガイド保持具１１が前記貫通穴３ａを下方から覆うように取付けられており、このガイド保持具１１にはガイド部材の一例のスクリュウガイド１２が前記駆動ビット８を内包し、かつ駆動ビット８に対して前記回転部材７と一体に相対移動可能に配置されている。このスクリュウガイド１２と駆動ビット８との間には駆動ビット８の先端付近に達するエア吸引路１２ａが形成されており（図３参照）、駆動ビット８がスクリュウガイド１２から突き出るまで駆動ビット８の先端に締結具の一例のねじ１５（図１４参照）を吸着できる構成となっている。また、前記ガイド保持具１１にはエア吸引機構（図示せず）に連接されるエアホース（図示せず）接続用の継手１２ｂが取付られており、この継手１２ｂの先端がスクリュウガイド１２に達して前記エア吸引路１２ａに連通している。

前記一体往復手段２の下側の取付具２ｂには、前記スクリュウガイド１２の摺動を案内する案内具１３と、前記スクリュウガイド１２に内包された駆動ビット８が通過可能なチャックユニット１４とが取付けられている。このチャックユニット１４は、スクリュウガイド１２が貫通可能な移動路１４ａを有するチャック本体１４ｂを有し、このチャック本体１４ｂには前記移動路１４ａを塞ぐ位置に常時閉止するように弾力付勢された一対のチャック爪１４ｃ（図中、一方のみ現れる）が取付けられている。また、前記チャック本体１４ｂにはねじ供給装置（図示せず）からねじ供給ホース（図示せず）を介してエア給送されるねじ１５を案内するホース継手１４ｄと、このホース継手１４ｄに連続する案内穴１４ｅを持つねじ供給管１４ｆとが配置されている。このねじ供給管１４ｆの先端は、前記スクリュウガイド１２の移動路１４ａを塞ぐ位置に配置され、一対のチャック爪１４ｃにより形成される保持穴１４ｇにねじ１５を案内するとともに、スクリュウガイド１２の前進によりその移動路１４ａから後退できるように弾力的に付勢されている。

また、前記自動ねじ締付機１はＺ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａ、締付け用モータ６、エア吸引機構およびねじ供給装置を駆動する制御装置１６を有している。この制御装置１６は、図４に示すようにタッチパネルを備えた表示部と兼用の操作部１７、制御部１８、締付けを行うに際して必要な各種締付けパラメータおよびスクリュウガイド位置設定パラメータ並びに待機位置情報を記憶する記憶部１９、Ｚ１軸モータ２ｄを駆動するＺ１軸サーボモータ駆動部２０、Ｚ２軸モータ９ａを駆動するＺ２軸サーボモータ駆動部２１、締付け用モータ６を駆動する締付け用サーボモータ駆動部２２、エア吸引機構の作動を制御するエア吸引機構駆動部２３およびねじ供給装置を駆動するねじ供給装置駆動部（図示せず）からなっている。

前記操作部１７は、タッチパネル上に各種操作メニューを表示でき、この操作メニューから締付け開始指令信号を制御部１８に送ることができるように構成されている。また、この操作部１７は各種締付けパラメータおよびスクリュウガイド位置設定パラメータに係る設定キー（図示せず）およびデータ読込キー（図示せず）を表示できる操作メニューを有しており、選択されるキーに応じて制御部１８に各種パラメータ設定指令信号および各種パラメータの読込指令信号を送ることができる構成となっている。前記設定キーは、少なくとも締付けパラメータ設定キー、基準位置設定キー、締付け完了オフセット位置設定キー、締付け位置設定キーで構成される。

前記Ｚ１軸サーボモータ駆動部２０およびＺ２軸サーボモータ駆動部２１は、駆動指令信号とともに送られる位置情報に従ってＺ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａをそれぞれ駆動するように構成されている。前記位置情報は、各モータの原点校正後の回転数として算出されており、この位置情報と各ボールねじ２ｅ，９ｂのリードとから各可動ナット２ｆ，９ｄの位置、すなわちスクリュウガイド１２，駆動ビット８の位置が算出される。また、前記Ｚ２軸サーボモータ駆動部２１は締付け時の駆動ビット８の位置に応じてＺ２軸モータ９ａの負荷電流を制御して駆動ビット８に加わる推力を任意に設定できる構成となっている。前記締付け用サーボモータ駆動部２２は駆動指令信号とともに送られる締付けパラメータに従って締付け用モータ６を駆動し、締付けトルクが本締めトルクに達すると、トルクアップ信号を制御部１８に出力するように構成されている。前記エア吸引機構駆動部２３は、駆動指令信号を受けると、駆動ビット８が後記する締付け開始位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｓに達するまでエア吸引を行い、その後には吸引を停止するように構成されている。前記ねじ供給装置駆動部は、１回の締付け作業の完了毎に送られる駆動指令信号により、ねじ供給装置を作動させるように構成されている。

前記制御部１８は、操作部１７から締付けパラメータ設定指令信号を受けると、操作部１７のタッチパネル上に仮締めトルク、本締めトルク、ねじの長さ、ワークＷの厚さ、推力等締付けを行うに際して必要とする締付けパラメータおよびワーク手前オフセットｗｆ、目標オフセットａｆ等のスクリュウガイド位置設定に必要となるスクリュウガイド位置設定パラメータを表示して、これらを順次修正できるように構成されている。また、前記制御部１８は前述の基準位置設定キー、締付け完了オフセット位置設定キー、締付け位置設定キーに応じた設定指令信号それぞれに基づき作動する基準位置設定手段１８ａ、締付け完了オフセット位置設定手段１８ｂおよびガイド高さ位置設定手段１８ｃを有している。

前記基準位置設定手段１８ａは、基準位置設定指令信号を受けると、図５に示すように、
ＳＨ１）原点校正する。（Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａ）
ＳＨ２）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａそれぞれに拘束解除指令信号を出力する。
ＳＨ３）操作部１７からの読込指令信号（スクリュウガイド１２の先端と駆動ビット８の先端とが同一平面上に位置する時、操作部１７のデータ読込キーを選択する）の入力を待つ。
ＳＨ４）Ｚ２軸モータ９ａの現在位置（−値）を基準位置Ｚ２ｈとして記憶する。
ＳＨ５）エンド
の各ステップを順次実行するように構成されている。

前記締付け完了オフセット位置設定手段１８ｂは、締付け完了オフセット位置設定指令信号を受けると、図６に示すように、
ＳＴ１）原点校正する。（Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａ）
ＳＴ２）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａそれぞれに拘束解除指令信号を出力する。
ＳＴ３）ｎ＝１
ＳＴ４）読込指令信号（駆動ビット８が仮ワークＷ１に締付けられたねじ１５に嵌合する状態で、スクリュウガイドがワークＷ１に当接する時、操作部１７のデータ読込キーを選択する）の入力を待つ。
ＳＴ５）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａの各現在位置Ｚ１ｒｏ、Ｚ２ｒｏをそれぞれ記憶する。
ＳＴ６）基準位置Ｚ２ｈとＺ２軸モータ９ａの現在位置Ｚ２ｒｏとから、締付け完了オフセット位置Ｚ２ｆを、
Ｚ２ｆ＝Ｚ２ｒｏ―Ｚ２ｈ
として、算出し、これを記憶する。
ＳＴ７）ｎ＝ｎ＋１
ＳＴ８）すべての種類のねじ１５に対する設定が完了したかを判断し、これが完了してない時、ＳＴ４）に戻る。
ＳＴ９）エンド
の各ステップを順次実行するように構成されている。なお、この締付け完了オフセット位置の設定は、実際のワークWを使用するガイド高さ位置設定手段１８ｃにおいて行うこともできる。この場合、後記するＺ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａの目標位置Ｚ１ａ，Ｚ２ａの設定後に前述のステップＳＴ２からステップＳＴ４を実行するだけでよい。

前記ガイド高さ位置設定手段１８ｃは、締付け位置設定開始指令信号を受けると、図７に示すように、
ＳＳ１）原点校正する（Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａ）。
ＳＳ２）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａそれぞれに拘束解除指令信号を出力する。
ＳＳ３）ｍ＝１
ＳＳ４）モード切替信号の有無を判断し、これがある時、ＳＳ１０）にジャンプする。
ＳＳ５）読込指令信号（駆動ビット８が実際のワークＷに締付けられたねじ１５に嵌合する時、操作部１７のデータ読込キーを選択する）の入力を待つ。
ＳＳ６）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａの各現在位置Ｚ１ｒ、Ｚ２ｒをそれぞれ記憶する。
ＳＳ７）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａの目標位置Ｚ１ａ，Ｚ２ａを、
Ｚ１ａ＝Ｚ１ｒ＋Ｚ２ｒ―Ｚ２ｈ
Ｚ２ａ＝Ｚ２ｈ
として、算出し、記憶する。
ＳＳ８）ｍ＝ｍ＋１
ＳＳ９）すべてのワークＷ（締付け個所）の設定が完了したか否かを判断し、これが完了してない時、ＳＳ４）に戻る。
ＳＳ１０）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａに拘束指令信号を送る。
ＳＳ１１）エンド
の各ステップを順次実行するように構成されている。

また、前記制御部１８は締付け動作プログラムを有しており、操作部１７から締付け開始指令信号を受けると、締付け動作プログラムに従って必要なパラメータを記憶部１９から呼出し、これらパラメータに基づいてまたはこれらパラメータとともに各駆動部に駆動指令信号を送り、各駆動部から送られる各種信号を受けて、締付け動作を完了するように構成されている。すなわち、この制御部１８は、図８および図９に示すように、
Ｓ１）締付けパラメータとして予め用意されたテーブルからワークＷの種類（締付け個所）に応じたワークＷの厚みＴ、ねじ１５の脚部長さＬ、ワーク手前オフセットｗｆ、目標オフセットａｆを呼出す。
Ｓ２）締付け用サーボモータ駆動部２２、エア吸引機構駆動部に駆動指令信号を出力する。
Ｓ３）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａに待機位置への駆動指令信号を出力する。
Ｓ４）ワークＷの種類（締付け個所）に応じたＺ１軸モータ２ｄの目標位置Ｚ１ａ，Ｚ２軸モータ９ａの目標位置Ｚ２ａ（Ｚ２ｈ）を呼出し、締付け開始位置Ｚ１ｓ,Ｚ２ｓを、
Ｚ１ｓ＝Ｚ１ａ−Ｚ２ｆ＋ｗｆ
Ｚ２ｓ＝Ｚ２ｈ＋Ｚ２ｆ−ｗｆ＋L−T
として算出する。
Ｓ５）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａに締付け開始位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｓへの駆動指令信号を出力する。
Ｓ６）Z２軸モータ９ａの締付け完了位置Ｚ２ｅを、
Ｚ２ｅ=Ｚ２ａ＋Ｚ２ｆ−ａｆ−ｗｆ
として算出して、Ｚ２軸モータ９ａに駆動指令信号を出力する。
Ｓ７）締付け用モータ６のトルクアップ信号の有無を判断し、これがある時、Ｓ１０）にジャンプする。
Ｓ８）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａは目標位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｅ近辺かを判断し、目標位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｅ近辺でない時、Ｓ７）に戻る。
Ｓ９）締付け異常表示信号を出力して、Ｓ１２）にジャンプする。
Ｓ１０）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａは目標位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｅ近辺かを判断し、目標位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｅ近辺でない時、Ｓ９）に戻る。
Ｓ１１）締付け完了信号を出力する。
Ｓ１２）Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａに待機位置への駆動指令信号を出力する。
Ｓ１３）エンド
の各ステップを順次実行するように構成されている。

次に、上記自動ねじ締付機１の動作を説明する。まず、締付け作業を行う前に、操作部１７のタッチパネル上のメニューからワークＷの種類（締付け個所）に応じたワークＷの厚みＴ、ねじ１５の脚部長さＬ、仮締めトルク、本締めトルク等締付けを行うに際して必要とする締付けパラメータおよびワーク手前オフセットｗｆ、目標オフセットａｆ等のスクリュウガイド位置設定パラメータを表示して、各値（＋値）を入力する。

続いて、操作部１７のメニューを切り替えて、基準位置設定キーが選択されると、基準位置設定指令信号が出力される。これにより、Ｚ１軸モータ２ｄおよびＺ２軸モータ９ａの原点校正が行われ、一体往復手段２およびビット往復手段９の各可動ナット２ｆ，９ｄが原点位置（図１（ａ）中の破線参照）に戻る。その後これらモータ２ｄ，９ａの拘束が解除されるので、一体往復手段２およびビット往復手段９がその位置を保ちながら、手動で動く状態となる。この状態で、図１（ａ）および図１０に示すように手動で駆動ビット８をスクリュウガイド１２に対して前進させ、その先端とスクリュウガイド１２とを同一平面上に位置させる。この状態で、操作部１７でデータ読込キーが選択され、読込指令信号が制御部１８に送られ、Ｚ２軸モータ９ａの現在位置、すなわちＺ２軸可動ナット９ｄの位置が基準位置Ｚ２ｈとして記憶される。

その後、ワークＷの種類、またはワークＷの締付け個所に締付けられるねじ１５の種類が多くある場合の対応として、ねじ１５の種類毎のスクリュウガイド１２の高さ位置を設定するため、操作部１７で締付け完了オフセット位置設定キーが選択されると、締付け完了オフセット位置設定指令信号が出力される。これにより、図１１および図１３に示すように仮ワークＷ１（実際のワークＷであってもよい）に締付けられたねじ１５の種類毎に、駆動ビット８を手動でねじ１５に嵌合させ（図１３中、実線参照）、続いて図１２および図１３に示すようにスクリュウガイド１２を仮ワークＷ１に当接させる（図１３中、一点鎖線参照）。この時、駆動ビット８およびスクリュウガイド１２の移動により、Ｚ１軸モータ２ｄ，Ｚ２軸モータ９ａにそれぞれ連結されたボールねじ２ｅ、９ｂに沿って移動する可動ナット２ｆ，９ｄが移動し、各モータ２ｄ，９ａの現在位置が増減する。

この状態で、操作部１７でデータ読込キーが選択され、読込指令信号が出力されて、Ｚ１軸モータ２ｄの現在位置Ｚ１ｒｏがＺ１軸可動ナット２ｆすなわちスクリュウガイド１２の位置として、Ｚ２軸モータ９ａの現在位置Ｚ２ｒｏがＺ２軸可動ナット９ｄすなわち駆動ビット８の位置としてそれぞれ記憶される。また、Ｚ２軸モータ９ａの現在位置Ｚ２ｒｏと基準位置Ｚ２ｈとから、駆動ビット８の突き出し量または後退量が算出され、これがスクリュウガイド１２の先端と駆動ビット８の先端との位置関係を示す締付け完了オフセット位置Ｚ２ｆとして記憶される。この作業が用意されたすべてのねじ１５の種類について行われ、ねじ１５の種類毎に締付け完了オフセット位置が記憶される。

前述の締付け完了オフセット位置の設定作業後に、操作部１７で締付け位置設定キーが選択されると、締付け位置設定指令信号が出力される。これにより、Ｚ１軸モータ２ｄおよびＺ２軸モータ９ａの原点校正が行われ、その後これらモータ２ｄ，９ａの拘束が解除され、操作部１７のモード切替の有無を監視しながら、締付け高さ位置の設定作業を行う。具体的には、図１（ｂ）に示すように実際のワークＷに締付けられたねじ１５をワークＷの種類毎（締付け個所毎）に用意し、駆動ビット８をスクリュウガイド１２から突き出した状態でねじ１５に嵌合させる。この時、スクリュウガイド１２および駆動ビット８の移動により、Ｚ１軸モータ２ｄ，Ｚ２軸モータ９ａにそれぞれ連結されたボールねじ２ｅ、９ｂに沿って移動する可動ナット２ｆ，９ｄが移動し、各モータ２ｄ，９ａの現在位置が増減する。この時のＺ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａそれぞれの現在位置Ｚ１ｒ，Ｚ２ｒを記憶する。これら現在位置Ｚ１ｒ，Ｚ２ｒにより、駆動ビット８の高さ位置が計算できるので、この高さ位置が変わらないようにスクリュウガイド１２の目標位置Ｚ２ａを基準位置Ｚ２ｈ（図１（ｂ）中、二点鎖線参照）にするためのＺ１軸の目標位置Ｚ１ａ（図１（ｂ）中、一点鎖線参照）が算出され、記憶される。この作業が用意されたすべてのワークＷの種類または締付け個所について行われ、ワークの種類毎、または締付け個所毎に締付け高さ位置が記憶される。

これら設定作業が完了した後、操作部１７から締付け開始指令信号が出力されると、ワークＷの種類（締付け個所）に応じたワークＷの厚みＴ、ねじ１５の脚部長さＬ、ワーク手前オフセットｗｆ、目標オフセットａｆが予め用意されたテーブルから呼出される。続いて、締付け用サーボモータ駆動部２２、エア吸引機構駆動部に駆動指令信号が出力され、締付け用モータ６が回転し始めるとともに、エア吸引機構が作動し、スクリュウガイド１２の先端付近でエア吸引が始まる。また、Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａに待機位置への駆動指令信号が出力され、これらモータ２ｄ，９ａの作動により各可動ナット２ｆ，９ｄが移動するにともなって駆動ビット８とスクリュウガイド１２とが待機位置に移動する。さらに、ワークＷの種類（締付け個所）に応じたＺ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａの目標位置Ｚ１ａ，Ｚ２ａ（＝Ｚ２ｈ）および締付け完了オフセット位置２ｆが呼出され、これら値、ワークＷの厚みＴ、ねじ１５の脚部長さＬおよびワーク手前オフセットｗｆから、締付け開始位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｓが算出される。すなわち、締付け開始位置Ｚ１ｓは、図１４（ａ）に示すようにスクリュウガイド１２の先端の停止位置となるもので、駆動ビット８の嵌合状態を保ちながら、スクリュウガイド１２の先端が締付け完了オフセット位置Ｚ２ｆ分ワークＷに近づく位置を得るために、Ｚ２軸モータ９ａを駆動して駆動ビット８をスクリュウガイド１２に対して後退させる分、すなわちＺ２ｆ分目標位置Ｚ１ａから前進させる位置（Ｚ１ａ−Ｚ２ｆ）が算出される。続いて、スクリュウガイド１２の先端がワーク手前オフセットｗｆだけ離れる位置を得るために、Ｚ２軸モータ９ａを駆動してスクリュウガイド１２に対して前進させる分、すなわちｗｆ分前述の位置（Ｚ１ａ−Ｚ２ｆ）から後退させる位置（Ｚ１ａ−Ｚ２ｆ＋ｗｆ）が算出され、この位置が締付け開始位置Ｚ１ｓとなる。数式で言い換えれば、Ｚ１ｓ＝Ｚ１ａ−Ｚ２ｆ＋ｗｆとして得られる。また、締付け開始位置Ｚ２ｓの算出にあっては、前述のＺ２軸モータ９ａを駆動して駆動ビット８をスクリュウガイド１２に対して後退させる分（Ｚ２ｆ）、およびＺ２軸モータ９ａを駆動してスクリュウガイド１２に対して前進させる分（−ｗｆ）とＺ２軸モータ９ａの目標位置Ｚ２ａ（＝Ｚ２ｈ）とからＺ２軸モータ９ａを駆動する位置（Ｚ２ｈ＋Ｚ２ｆ−ｗｆ）が算出される。この目標位置の変更は、前述したようにその分Ｚ１軸モータ２ｄの目標位置Ｚ１ａに逆方向の送り量となるように加算されているので、駆動ビット８をねじ１５に嵌合した状態に保つに際して支障はない。この位置からねじの脚部長さＬとワークの厚さＴとの差分（Ｌ−Ｔ）だけワークＷから離れる位置が算出され、この位置が締付け開始位置Ｚ２ｓとなる。これを前述の締付け開始位置Ｚ１ｓと同様に、数式で言い換えると、Ｚ２ｓ＝Ｚ２ｈ＋Ｚ２ｆ−ｗｆ＋Ｌ−Ｔとして得られる。

前記Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａそれぞれの締付け開始位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｓが算出されると、Ｚ１軸モータ２ｄ、Ｚ２軸モータ９ａがそれぞれ締付け開始位置Ｚ１ｓ，Ｚ２ｓへ移動するように駆動される。これにより、Ｚ１軸可動ナット２ｆが前進し、ビット往復手段９とともに、駆動ビット８が一体に前進する。この間、スクリュウガイド１２の先端がチャック本体１４ｂに取付られたねじ供給管１４ｆを押し出し、チャック爪１４ｃに保持されたねじ１５を駆動ビット８の先端に案内することができる。この状態で、Ｚ１軸モータ２ｄおよびＺ２軸モータ９ａがさらに回転し、スクリュウガイド１２と先端にねじ１５を吸着した駆動ビット８とがさらに前進してチャック爪１４ｃを押し開いて、駆動ビット８に吸着されたねじ１５の先端がワークＷに達する。この時、駆動ビット８は回転しているので、図１４（ａ）に示すようにねじ１５の先端がワークＷに締付けられる。これとほぼ同時に、エア吸引が停止され、またＺ１軸モータ２ｄは締付け開始位置Ｚ１ｓに達してその回転を停止する。これにより、スクリュウガイド１２はワークＷからワーク手前オフセットｗｆ離れた位置、すなわちワークＷに当接しない位置で停止することができる。この間に、Ｚ２軸モータ９ａの締付け完了位置Ｚ２ｅがＺ２軸モータ９ａの現在位置Ｚ２ａと、ワーク手前オフセットｗｆと、目標オフセットａｆとからＺ２ｅ＝Ｚ２ａ−ｗｆ−ａｆとして算出され、駆動ビット８の先端が締付け完了位置Ｚ２ｅに移動するようにＺ２軸モータ９ａはさらに駆動される。そのため、図１４（ｂ）に示すように駆動ビット８はねじ１５をさらに締付けながら前進し、その先端は締付け完了位置Ｚ２ｅ近くに達する。前述したＺ２軸モータ９ａの締付け完了位置Ｚ２ｅを算出する際に、目標オフセットａｆが考慮されているのは、ワークＷの厚さに誤差があっても、駆動ビットの先端が締付け完了位置Ｚ２ｅに達する前に、トルクアップ信号が出力されるようにするためである。

その後、締付け用サーボモータ駆動部２２からトルクアップ信号が出力されると、駆動ビット８の締付け高さ位置から締付けの良否が判定され、不良の時は締付け不良が、また締付け良好の時には、締付け完了が表示され、所定の締付け作業を完了することができる。

本発明の他の実施形態として、上記構成の自動ねじ締付機１を水平方向の締付けに用いてもよい。また、前述の自動ねじ締付機１ではねじ１５の種類毎に駆動ビット８の先端とスクリュウガイド１２の先端との位置関係を締付け完了オフセット位置として実際のねじ１５から得ているが、これに代えてねじ１５の座面、駆動ビット８の先端の位置およびワークＷの厚さＴから締付け完了オフセット位置を算出することもできる。さらに、Ｚ１軸モータ２ｄおよびＺ２軸モータ９ａの目標位置Ｚ１ａ，Ｚ２ａ並びにＺ２軸モータ９ａの締付け完了位置Ｚ２ｓを締付け作業前に予め算出することもできる。しかも、前述の自動ねじ締付機１は駆動ビット８をスクリュウガイド１２に対して移動させるビット往復手段９とスクリュウガイド１２とを一体に往復移動させる構成であるが、スクリュウガイド１２を駆動ビット８に対して移動させる手段（図示せず）と駆動ビット８とを一体に往復移動させる構成であっても、同様の効果が得られる。

なお、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…自動ねじ締付機
２…一体往復手段
２ｄ…Ｚ１軸ＡＣサーボモータ
８…駆動ビット
９…ビット往復手段
９ａ…Ｚ２軸ＡＣサーボモータ
１２…スクリュウガイド
１５…ねじ
１６…制御装置
１８…制御部
１８ａ…基準位置設定手段
１８ｂ…締付け完了オフセット位置設定手段
１８ｃ…ガイド高さ位置設定手段
Ｗ…ワーク

Claims (5)

1. 回転駆動源の回転を受けて回転する駆動ビットと、駆動ビットを内包するガイド部材と、ガイド部材と駆動ビットとを相対移動させる可動部を備えた相対往復手段と、駆動ビット、ガイド部材のいずれかと相対往復手段とを一体に往復させる可動部を備えた一体往復手段と、これらを駆動する制御装置とを備え、前記制御装置はガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時に相対往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶する基準位置設定手段を有するとともに、駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時に一体往復手段の可動部、または相対往復手段および一体往復手段の両可動部の位置を締付け高さ位置として記憶し、この位置と基準位置とからガイド部材の高さ位置を設定するガイド高さ位置設定手段を有することを特徴とする自動締付機。
2. 相対往復手段はガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段であり、一体往復手段はビット往復手段とガイド部材とを一体に移動させる可動部を備え、
   ガイド高さ位置設定手段は駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時の締付け高さ位置を一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置として記憶する構成をなすことを特徴とする請求項１に記載の自動締付機。
3. 回転駆動源の回転を受けて回転する駆動ビットと、駆動ビットを内包するガイド部材と、ガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段と、ガイド部材およびビット往復手段を一体に往復させる可動部を備えた一体往復手段と、これらを駆動する制御装置とを備え、
   前記制御装置はガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時にビット往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶する基準位置設定手段を有するとともに、駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時の締付け高さ位置を一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置として記憶し、これら位置を記憶後にガイド部材をワークに対して移動させる一体往復手段の可動部の送り量をビット往復手段の可動部の位置に逆方向の送り量として加え、ガイド部材の高さ位置を設定するガイド高さ位置設定手段を有することを特徴とする自動締付機。
4. 回転駆動源の回転を受けて回転する駆動ビットと、駆動ビットを内包するガイド部材と、ガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段と、ガイド部材およびビット往復手段を一体に往復させる一体往復手段と、これらを駆動する制御装置とを備え、
   前記制御装置はガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時にビット往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶する基準位置設定手段を有するとともに、駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する時の締付け高さ位置を一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置として記憶するとともに駆動ビットの嵌合状態を保ってガイド部材がワークに当接する時にビット往復手段の可動部の位置と基準位置との差分を締付け完了オフセット位置として記憶する締付け完了オフセット位置設定手段を有し、さらに駆動ビットを基準位置に位置させる一体往復手段の可動部の送り量をビット往復手段の可動部の位置に逆方向の送り量となるように加えて、ガイド部材の高さ位置を設定するガイド高さ位置設定手段を有することを特徴とする自動締付機。
5. 回転駆動源の回転を受けて回転する駆動ビットと、駆動ビットを内包するガイド部材と、ガイド部材に対して駆動ビットを移動させる可動部を備えたビット往復手段と、ガイド部材およびビット往復手段を一体に往復させる可動部を備えた一体往復手段とを備えた自動締付機にあって、
   ガイド部材の先端と駆動ビットの先端とが同一平面上に位置する時にビット往復手段の可動部の位置を基準位置として記憶し、
   駆動ビットをガイド部材から突き出る位置に配置して駆動ビットがワークに締付けられた締結具に嵌合する状態でガイド部材をワークに当接させる時にビット往復手段の可動部の位置と基準位置との差分を締付け完了オフセット位置として記憶し、
   ワークの締付け個所の締付けを行う際に、基準位置と締結具の種類に応じた締付け完了オフセット位置とを呼出して、これらとワークの締付け個所の高さ位置として記憶された一体往復手段の可動部の位置およびビット往復手段の可動部の位置とからガイド部材がワークに当接しない位置を算出して、ビット往復手段の可動部の位置にガイド部材をワークに対して移動させる一体往復手段の可動部の送り量を逆方向の送り量となるように加えて、ガイド部材の高さ位置を設定することを特徴とする自動締付機の締付け高さ位置設定方法。
   

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