JP6543111B2

JP6543111B2 - ねじ締め装置

Info

Publication number: JP6543111B2
Application number: JP2015131847A
Authority: JP
Inventors: 圭坂根
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: JP2017013177A

Description

本発明は、ねじを所定の締結トルクによりワークへ締め付けた後、ワークの上面からねじの頭部が浮いていないかねじ浮き判定するねじ締め装置に関する。

従来のねじ締め装置は、特許文献１に開示されており以下に説明する。まず、従来のねじ締め装置は、締結部品の一例であるねじを所定の位置まで搬送するねじ支持手段と、このねじ支持手段からねじを取り出しワークに締付けるねじ締めツールと、このねじ締めツールを支持し前記ワークおよびねじ支持手段へ移動自在な移動手段と、この移動手段および前記ねじ締めツールを駆動制御する制御装置とを備えて成る。前記ねじ支持手段は、ねじの頭部を吊り下げ前方へ整列搬送可能に構成されており、前方へ搬送されたねじを吊り下げた状態で支持する受取りブロックを備えて成る。前記ねじ締めツールは、前記ねじの頭部に付された嵌合穴に嵌合するビットと、このビットを所定の締結トルクおよび回転数により回転駆動するビット回転モータと、前記ビットを内包し前記ビット回転モータ側へ摺動可能な吸着パイプと、前記ビットと吸着パイプとの相対位置を検出可能な相対位置検出部と、前記吸着パイプに接続され吸着パイプの先端からエアを吸引可能なエア吸引手段とを備えて成る。前記制御装置は、ねじがねじ支持手段の受取りブロックから取り出される時の吸着パイプとビットとの相対位置を前記受取りブロックの上面に対する第一ビット位置として記憶するとともに、ねじがワークに締付けられた直後の吸着パイプとビットとの相対位置を前記ワークの上面に対する第二ビット位置としてそれぞれ記憶可能に構成されている。また、制御装置は、ねじをワークへ締付けた後に前記第一ビット位置と前記第二ビット位置との差を求め、この差が予め設定されている許容範囲内であるか否か判断してねじ浮きの有無を判定するように構成される。

特開2013-59816号公報

上述したように従来のねじ締め装置は、ワークにねじを締付け後、前記第一ビット位置と前記第二ビット位置との差を算出し、さらに、前記差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定を行っている。したがって、従来のねじ締め装置は、ワークへの締付け後からねじ浮き判定を行うまでには、前記差の算出および上下限範囲内か否かの比較の２工程を順に処理しなければならないため、締付け直後からねじ浮き判定を下すまでに時間を要するという問題があった。

また、従来のねじ締め装置は、ねじ支持手段からねじを取り出す際、このねじが正規のねじ頭高さであるかについて判定していないため、規格外のねじがワークに締付けられてしまい不良品が後工程へ流出するという問題もあった。また、ねじをねじ支持手段に供給する前に規格外のねじであるか否か選別する装置を別途要するため、ねじ締め装置のコストが増大するという問題もあった。

本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじに係合するビットを回転自在に備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを接続し前記ビットの延びる方向へ昇降自在な昇降ユニットと、この昇降ユニットを接続しねじ締めツールをねじ支持手段あるいはワークの上空へ移動自在なロボット本体と、これらロボット本体、ねじ締めツール、昇降ユニットをそれぞれ駆動制御する制御装置とを備え、前記ねじをねじ支持手段から取り出し前記ワークへ締付けるねじ締め装置において、前記ビットの昇降位置を前記ねじ支持手段の載置面あるいは前記ワークの上面に対する相対位置として計測するビット相対位置計測部を備えて成り、前記ビット相対位置計測部は、前記載置面に対する前記相対位置を、教示作業時には第一教示相対位置として計測し、実作業時には第一実測相対位置として計測する一方、前記ワークの上面に対する前記相対位置を、教示作業時には第二教示相対位置として計測する一方、前記実作業時に第二実測相対位置として計測して成り、前記制御装置は、前記第一教示相対位置と第一実測相対位置との差を演算しかつ前記差と前記第二教示相対位置との和を演算する制御部と、この演算した前記和をねじ浮き判定基準位置として記憶する記憶部と、前記ねじ浮き判定基準位置と前記第二実測相対位置とを比較してワークの上面に対するねじ浮きの有無を判定する判定部とを備えて成ることを特徴とする。

なお、前記昇降ユニットは、回転駆動した回転量を外部へパルス出力する昇降モータと、この昇降モータに接続され所定のリードを備えて成るボールねじ軸と、このボールねじ軸に係合してボールねじ軸の延びる方向に沿って移動自在な可動部材とから構成され、前記可動部材に前記ねじ締めツールを取り付けて成り、前記制御装置は、前記昇降モータへ供給する電流を可変させ昇降するビットの推力を切り替え制御する推力制御部と、前記昇降モータのパルス出力および前記ボールねじ軸のリードに基づきビットの待機位置に対する前記ビットの絶対位置として計測するビット絶対位置計測部とを備え、前記推力制御部は、前記第一教示相対位置、前記第一実測相対位置、前記第二教示相対位置、前記第二実測相対位置を計測する前にはビットの推力を高推力から低推力へ切り替え制御することが望ましい。

また、前記記憶部は、ねじの頭部高さおよび前記ビットと係合するねじの嵌合穴の深さを規定した規格寸法に基づき予め設定されるねじ種判別範囲を記憶して成り、前記判定部は、前記ねじ種判別範囲と前記第一実測相対位置とを比較して前記ねじ支持手段から取り出すねじの寸法判定を行うことが望ましい。

さらに、前記ねじ締めツールは、前記ビットの延びる方向へ摺動し前記ビットに対して相対移動し、前記ねじを吸着可能な吸着パイプを備えて成り、前記ビット相対位置計測部は、前記ビットに対して相対移動した吸着パイプの移動距離を計測する変位センサで構成してもよい。

また、前記昇降ユニットは、回転駆動した回転量を外部へパルス出力する昇降モータと、この昇降モータに接続され所定のリードを備えて成るボールねじ軸と、このボールねじ軸に係合してボールねじ軸の延びる方向に沿って移動自在な可動部材とから構成され、前記可動部材に前記ねじ締めツールを取り付けて成り、前記制御装置は、前記昇降モータのパルス出力および前記ボールねじ軸のリードに基づきビットの待機位置に対する前記ビットの絶対位置として計測するビット絶対位置計測部とを備え、前記ねじ締めツールは、前記ビットの延びる方向へ摺動し前記ビットに対して相対移動し、前記ねじを吸着可能な吸着パイプと、ビットに対して相対移動し始めた前記吸着パイプを検出して前記制御装置へ検出信号を発する検出器とを備えて成り、前記ビット絶対位置計測部は、前記検出器から前記検出信号を受け取った時点のビットの絶対位置と、前記ねじにビットが確実に嵌合した時点のビットの絶対位置とを計測して成り、前記制御部は、前記ビット絶対位置計測部により計測した２つのビットの絶対位置の差を前記相対位置として演算するとともに、この演算した相対位置を前記第二教示相対位置および前記第二実測相対位置として前記記憶部へ送信するように構成してもよい。

本発明のねじ締め装置は、ワークへの締付け後に行うねじ浮きの合否判定を前記ねじ浮き判定基準位置と前記第二実測相対位置との比較の１工程を処理すればよいので、従来の２工程から１工程低減できる。よって、本発明のねじ締め装置は、ワークへの締付け直後のねじ浮き判定に要する時間を従来に比べて短縮できるという利点がある。

また、本発明のねじ締め装置は、前記第一教示相対位置、前記第二教示相対位置、前記第一実測相対位置、前記第二実測相対位置をそれぞれ計測する前に前記ビットに付与する推力を高推力にしているため、これら４位置における実作業用のねじあるいは教示用のねじに前記ビットが確実に嵌合し易い。しかも、本発明のねじ締め装置は、前記ビットに付与する推力を前述の高推力から低推力へ切り替えた後、前記第一教示相対位置、前記第二教示相対位置、前記第一実測相対位置、前記第二実測相対位置の計測を行うため、４位置の計測時には、前記ビットを前記ねじ支持手段あるいはワークへ強く押し付けることがない。つまり、本発明のねじ締め装置は、前記４位置の計測前に高推力を出力して前記ビットと実作業用のねじあるいは教示用のねじとの嵌合状態を確実に得るられるとともに低推力に切り替え前記ねじ支持手段あるいは前記ワークの上面の撓みを最小限に抑えた状態で前記４位置の計測を行える。したがって、本発明のねじ締め装置は、４位置の嵌合条件および推力条件を揃えることができるため、ねじ浮き判定精度が向上するという利点もある。

さらに、本発明のねじ締め装置は、前記ビットに嵌合するねじの頭部高さや頭部の嵌合深さの規格寸法として規定された公差範囲を前記第一教示相対位置に反映し、この反映した範囲をねじ種判別範囲として記憶しており、このねじ種判別範囲と前記第一実測相対位置とをワークへの締付け前に比較している。これにより、ねじ支持手段からねじを取り出す際、前記ねじが正規品か否か判定されるため、規格外のねじがワークに締付けられるような事態も発生し難いという利点もある。

また、本発明のねじ締め装置は、前記ビット相対位置計測部を、前記ビットとワークＷの上面に当接する吸着パイプとの相対移動距離を計測可能な変位センサで構成する。これにより、相対移動距離を制御装置の内部で演算し求める必要が無いため、制御装置の構成を簡素化でき、制御装置の処理の負担を軽減できるという利点もある。

さらに、本発明のねじ締め装置は、前記ビット絶対位置計測部と、吸着パイプに配置したドグを検出して信号を発する検出器の一例である近接センサとを備えてもよく、この場合、制御装置は、前記ドグを検出した時点のビットの絶対位置とねじに係合した状態のビットの絶対位置との差を制御装置内で演算する。これにより、前記ビット相対位置計測部で計測していたビットの相対位置を前記絶対位置の差に置き換えることができるので、高価な変位センサなどから比較的安価な検出器へ置き換えることができ、ねじ締め装置のコストを低減できるという利点もある。

本発明に係るねじ締め装置の一実施形態を示す概略説明図である。本発明に係る制御装置のブロック構成図である。本発明に係るねじ締め装置の動作を示す動作説明図である。本発明に係るねじ締め装置の別の実施形態を示す概略説明図である。

以下、図１ないし図４に基づき本発明のねじ締め装置１の実施形態を説明する前に、使用するねじＳ、ねじＳｔおよびワークＷについて説明する。

前記ねじＳ（Ｓｔ）は、ワークＷに形成されためねじに螺合するねじ部と、このねじ部よりも大径に設定された頭部とを一体に備えて成り、前記頭部には、後述するビット２の先端に係合する嵌合穴が成形されている。また、前記ねじＳ（Ｓｔ）は、実際のねじ締め作業時（以下、実作業時という）に使用するねじＳと、事前の教示作業時に使用するねじＳｔとの２種類が存在しており、これらねじＳおよびねじＳｔの頭部、嵌合穴、ねじ部などの各寸法は、何れも同様の寸法に設定されている。

前記ワークＷは、めねじを形成した締結物と、このめねじの直径よりも大径の貫通穴を形成した被締結物とから構成され、前記締結物に被締結物が載せられて後述するクランプユニット６０に保持されている。

本発明のねじ締め装置１は、前記ねじＳあるいはねじＳｔの頭部を載置し支持するねじ支持手段４０と、前記ワークＷの外周を保持するクランプユニット６０と、前記ねじＳ（Ｓｔ）の頭部に成形された嵌合穴に係合するビット２およびこのビット２の延びる方向へ摺動する吸着４パイプを備えたねじ締めツール１０と、このねじ締めツール１０をねじ支持手段４０の載置面あるいはワークＷの上面へ接近あるいは離反する方向へ移動可能な昇降ユニット２１と、この昇降ユニット２１を接続しねじ締めツール１０をワークＷおよびねじ支持手段４０の上空へそれぞれ移動可能なロボット本体２６と、この昇降ユニット２１の駆動により昇降するビット２の高さ位置を計測可能なビット相対位置計測部８と、前記昇降ユニット２１などへ指令を送り各機器を制御可能な制御装置３０とから構成される。

前記ねじ支持手段４０は、前後方向へ振動可能な振動体４１と、この振動体４１に振動の開始あるいは停止を指令する振動制御装置４４と、前記振動体４１に取り付けられ前記ねじＳあるいはねじＳｔの頭部を支持して振動搬送する搬送レール４２と、この搬送レール４２によって搬送されるねじＳあるいはねじＳｔを１本づつ受け取る受取りブロック４３とを備えて成る。前記受取りブロック４３は、搬送レール４２と同様にねじＳあるいはねじＳｔの頭部を載置して支持可能に構成されており、ねじＳあるいはねじＳｔの頭部座面に接する載置面を備えて成る。

前記クランプユニット６０は、ワークＷを保持可能に構成されており、図１および図４に示すような所謂受け治具で構成されている。また、クランプユニット６０は、ベース１００に固定されており、前記ワークＷをねじＳおよびねじＳｔの螺入方向へ回転しないよう保持することができる。

前記ねじ締めツール１０は、回転駆動するビット駆動モータ３と、このビット駆動モータ３に連結されたビット２と、このビット２に挿通されビット２の延びる方向に沿って摺動自在な吸着パイプ４と、この吸着パイプ４をビット２の先端側へ常時付勢するばね５と、このばね５を内包するとともに付勢された吸着パイプ４の摺動を規制する吸着パイプホルダ６と、前記ビット駆動モータ３を所定の締結トルクおよび回転数により駆動制御可能なねじ締めツールコントローラ７とから構成される。

前記ビット駆動モータ３は、エンコーダ３ａを備えたＡＣサーボモータであり、このビット駆動モータ３の出力軸（図示せず）には、ビット２が接続されている。また、ビット駆動モータ３は、ビット２の回転駆動時の負荷電流あるいはエンコーダ３ａから出力される出力軸の回転角度に相当する回転パルス信号を随時ねじ締めツールコントローラ７へ出力している。

前記ビット２は、その先端に前記ねじＳおよびねじＳｔの嵌合穴に係合する嵌合部２ａを備え、前記嵌合部２ａは、凸状の十字形状に成形されている。なお、前記嵌合部２ａは、凸状の十字形状に限定されるものではなく、前記ねじＳおよびねじＳｔの前記嵌合穴の係合する形状であればよい。

前記吸着パイプ４は、その一端側に配された鍔部と、この鍔部に連設された小径軸部とを一体に備えて成り、さらに、その全長に渡って前記ビット２を挿通可能な挿通穴４ａを備えて成る。前記挿通穴４ａは、鍔部側ではビット２の外径寸法と同等の小径に設定される一方、先端側ではねじＳの頭部を内包可能な大径に設定され、多段の穴によって構成される。さらに、吸着パイプ４の外周面には、前記挿通穴４ａに連通する吸引穴４ｂが配されており、この吸引穴４ｂは、図示しないエア吸引手段に接続されている。これにより、ねじ締めツール１０は、前記エア吸引手段の作動を受けて吸着パイプ４内にねじＳあるいはねじＳｔを吸引し、保持することができる。

前記ばね５は、圧縮コイルばねであり、その一端を吸着パイプ４の鍔部に当接するように配され、ビット２に挿通されており、吸着パイプ４を吸着パイプホルダ６の一端から突出させる方向へ常時付勢している。また、吸着パイプ４の先端が受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面に当接すると、ばね５は、吸着パイプ４の鍔部に押され圧縮方向に撓む。

前記吸着パイプホルダ６は、前記ばね５および吸着パイプ４の鍔部を内包し、吸着パイプ４の小径軸部を挿通しており、吸着パイプ４をビット２の延びる方向へ摺動自在に支持している。

前記ねじ締めツールコントローラ７は、ビット駆動モータ３に接続されており、予め設定した締結トルクおよび回転数に基づきビット駆動モータ３を回転駆動制御し、ビット駆動モータ３から出力された前記負荷電流に基づいてビット２が付与した締結トルクを算出する。またねじ締めツールコントローラ７は、所定の締結トルクに達すれば締結完了信号を制御装置３０へ出力するように構成されている。

前記ロボット本体２６は、ねじ締めツール１０を支持した昇降ユニット２１を水平方向へ移動するよう構成される一方、前記昇降ユニット２１は、前記ねじ締めツール１０を昇降方向へ移動するよう構成されている。

前記ロボット本体２６は、予め設定された回転量および電流に基づき回転駆動する駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、本体モータ２７）と、この本体モータ２７に連結され所定の角度のリードを備えたボールねじ軸２８と、このボールねじ軸２８の回転を受けて前記受取りブロック４３の載置面あるいは前記ワークＷの上空へ往復移動自在な可動部材２９とを備えて成る。また、前記可動部材２９には、前記昇降ユニット２１が取り付けられており、可動部材２９の移動に伴って前記昇降ユニット２１が水平方向に往復移動する。

前記本体モータ２７は、ボールねじ軸２８の回転に応じた回転パルス信号を前記制御装置３０へ出力するエンコーダ２７ａを備えて成る。また、本体モータ２７は、後述するロボット本体駆動部３６に接続されて、このロボット本体駆動部３６の指令を受けて駆動する。

前記昇降ユニット２１は、予め設定された回転量および電流に基づき回転駆動する駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、昇降モータ２２）と、この昇降モータ２２に連結され所定の角度のリードを備えたボールねじ軸２３と、このボールねじ軸２３の回転を受けて前記受取りブロック４３の載置面あるいは前記ワークＷの上面に接近あるいは離反する方向へ往復移動自在な可動部材２４とを備えて成る。また、前記可動部材２４には、前記ねじ締めツール１０が取り付けられており、可動部材２４の移動に伴って前記ビット２、前記吸着パイプ４などが往復移動する。

前記昇降モータ２２は、ボールねじ軸２３の回転に応じた回転パルス信号を前記制御装置３０へ出力するエンコーダ２２ａを備えて成る。また、昇降モータ２２は、後述する推力制御部３１から回転駆動に必要な電流を供給されており、予め設定した回転数およびトルクに応じて前記出力軸を回転するよう構成されるとともに回転中の負荷電流を前記制御装置３０へ出力可能に構成される。

前記ビット相対位置計測部８は、前記ねじ締めツール１０に固定されており、前記ビット２とともに受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面に接近あるいは離反する方向へ昇降するように構成されている。また、ビット相対位置計測部８は、受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面に対するビット２の昇降距離を計測する変位センサとして構成され、この変位センサは、計測した受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面に対するビット２の高さ位置を前記制御装置３０へ送信するよう構成されている。

前記制御装置３０は、前記エンコーダ２２ａから発信された回転パルス信号および予め記憶した前記ボールねじ軸２３のリードの角度に基づき往復移動する前記ビット２の高さ位置を算出して計測するビット絶対位置計測部３５と、後述する記憶部３３に設定された電流を前記昇降モータ２２へ供給して往復移動するビット２の推力を制御する推力制御部３１と、前記ロボット本体２６を位置制御するロボット本体駆動制御部３６と、前記推力制御部３１や前記ねじ締めツールコントローラ７などをそれぞれ接続し、これら接続した各機器に動作指令を送る制御部３２と、昇降ユニット２１などの各機器の動作パラメータを入力する入力部３７と、この入力部３７から入力された動作パラメータや前記ビット相対位置計測部８および前記ビット絶対位置計測部３５の計測結果を記憶する記憶部３３と、ワークＷにねじＳを締め付けた後に前記ワークＷの上面に対するねじＳのねじ浮きを判定する判定部３４とを備えて成る。

前記ビット絶対位置計測部３５は、前記エンコーダ２２ａから発信された回転パルス信号および前記ボールねじ軸２３のリードの角度に基づき往復移動する可動部材２４の位置を算出するように構成される。したがって、算出された可動部材２４の位置は、可動部材２４とともに移動する前記ビット２の位置に相当するため、ビット絶対位置計測部３５は往復移動するビット２の位置を計測することになる。また、ビット絶対位置計測部３５は、受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面の上空の所定位置で待機した状態のビット２の位置を原点として記憶し、この原点であるビット２の待機位置ＳＰから移動したビット２の位置を待機位置ＳＰからの移動距離として算出するように構成される。したがって、前記ビット絶対位置計測部３５により算出されたビット２の移動距離は、前記ビット２の待機位置ＳＰに対する絶対位置となる。

前記推力制御部３１は、前記昇降モータ２２へ供給する電流を制御可能に構成されており、昇降モータ２２に接続されたボールねじ軸２３の回転トルクを制御する。これにより、推力制御部３１は、ボールねじ軸２３の回転に伴って昇降するビット２の推力を制御している。また、推力制御部３１は、前記ビット絶対位置計測部３５により算出したビット２の絶対位置と、前記記憶部３３に記憶されているビット２の目標位置とを比較して昇降モータ２２へ供給する電流を切り替えるように構成されており、昇降するビット２の絶対位置に基づいてビット２の推力を制御可能に構成される。

前記ロボット本体駆動部３６は、前記ロボット本体２６の本体モータ２７から情報を受け取り、この情報に基づいて水平方向へ移動するねじ締めツール１０の位置を算出するとともに、この算出した位置と記憶部３３に設定された設定位置とを比較してロボット本体２６を駆動制御する。

前記入力部３７は、前記動作パラメータなどをテンキーなどにより打ち込み、この打ち込んだ内容を表示可能に構成されている。また、この入力部３７から入力された動作パラメータなどは、前記制御部３２を経由して前記記憶部３３に書き込まれ記憶される。

前記記憶部３３は、入力部３７から入力される前記動作パラメータ、前記ビット２の設定推力などの各種情報を複数のポイント分記憶可能に構成されている。また、記憶部３３は、前記ビット相対位置計測部８により計測されたビット２の相対位置とを記憶可能に構成されている。さらに、記憶部３３は、ねじＳのＪＩＳ規格などに定められた寸法公差範囲に基づき設定されたねじ種判別範囲を記憶可能に構成される。

この記憶部３３に記憶されるビット２の相対位置は、教示作業時に載置面に載置された教示用のねじＳｔの嵌合穴にビット２の嵌合部２ａが係合している状態で計測される第一教示相対位置ＦＴと、実作業時に載置面に載置された実作業用のねじＳの嵌合穴にビット２の嵌合部２ａが係合している状態で計測される第一実測相対位置ＦＦと、教示作業時にワークＷへ締結されワークＷの上面と密着した教示用のねじＳｔの嵌合穴にビット２の嵌合部２ａが係合している状態で計測される第二教示相対位置ＷＴと、実作業時にワークＷに締結された前記ねじＳの嵌合穴にビット２の嵌合部２ａが係合している状態で計測される第二実測相対位置ＷＦとの４種類である。

また、記憶部３３に記憶されるねじ種判別範囲は、前記ねじＳの頭部の高さおよび前記嵌合穴の深さに関わる上下限値が考慮されたものであり、前記載置面に載置した教示用のねじＳｔに前記ビット２を係合させた状態の第一教示相対位置ＦＴと前述の上下限値とを加味して設定された範囲である。

前記制御部３２は、これに接続された各機器の情報を取り込み可能に構成され、前記記憶部３３に記憶されている動作パラメータに基づき各機器へ動作指令を送るように構成されている。さらに、制御部３２は、記憶部３３に記憶した数値などを用いて演算処理可能に構成されており、前記第一教示相対位置ＦＴと第一実測相対位置ＦＦとの差の演算および前記差と第二教示相対位置ＷＴとの和の演算を行う。なお、前記差は、ねじ浮き判定補正値といい、前記和は、ねじ浮き判定基準位置という。また、制御部３２は、演算により求めた前記ねじ浮き判定補正値および前記ねじ浮き判定基準位置を前記記憶部３３へ送信するように構成され、これら送信されたねじ浮き判定補正値およびねじ浮き判定基準位置は、前記記憶部３３に記憶される。

前記判定部３４は、実作業用のねじＳを前記載置面から取り出す際に正規の寸法のねじであるか否か判定処理するとともに、実作業用のねじＳを前記ワークＷに締付けた後に当該ねじＳがワークＷの上面からねじ浮きしていないか否か判定処理するように構成されている。具体的には、正規のねじか否かの判定処理は、前記第一実測相対位置ＦＦと前記ねじ種判別範囲とを比較して第一実測相対位置ＦＦがねじ種判別範囲内であれば正規のねじであると判定する。一方、ねじ浮きか否か判定処理は、前記ねじ浮き判定基準位置と前記第二実測相対位置ＷＦとを比較してワークＷの上面に対するねじＳのねじ浮きの合否を判定する。なお、前記ねじ浮き判定基準位置は、所定の幅を持たせた範囲であってもよく、この場合は、前記範囲が予め前記記憶部３３に設定されており、前記判定部３４は、前記第二実測相対位置ＷＦが前記範囲内であればねじ浮きしていないと判定する。

本発明のねじ締め装置１の作用を図３（ａ）ないし図３（ｄ）に基づき説明する。また、図３（ａ）は第一教示相対位置ＦＴを、図３（ｂ）は第二教示相対位置ＷＴを、図３（ｃ）は第一実測相対位置ＦＦを、図３（ｄ）は第二実測相対位置ＷＦをそれぞれ計測している状態を示しており、以下に教示作業から実作業までの作用を順に説明する。

まず、第一教示相対位置ＦＴと、第二教示相対位置ＷＴとを設定するための教示作業について説明する。図３（ａ）に示すように教示用のねじＳｔを受取りブロック４３の載置面に載置する。この時、ねじ締めツール１０は、ねじ支持手段４０の上空のビット２の待機位置ＳＰで待機している。制御装置３０は、昇降ユニット２１およびねじ締めツールコントローラ７へそれぞれ指令を送り、昇降ユニット２１およびねじ締めツール１０を作動させる。これにより、ねじ締めツール１０は、載置面へ向かって下降するとともにビット２は、所定の回転数により回転する。このねじ締めツール１０の下降に伴って、ビット２および吸着パイプ４は、相対移動することなく一体に下降し、吸着パイプ４の先端が載置面に当接すると、この後にビット２が吸着パイプ４に対して相対移動する。よって、ビット２は、前記ねじＳｔの嵌合穴に係合し、ねじＳｔを押してその頭部座面を載置面に密着させる。

この時、制御部３２は、ビット相対位置計測部８によって計測したビット２の相対位置を監視し、この相対位置が所定時間経過しても変化しなければ、ねじＳｔの頭部座面と載置面とが密着しかつビット２とねじＳｔとが係合していると判断して、昇降ユニット２１およびねじ締めコントローラ７に停止指令を送る。また、ビット相対位置計測部８は、ビット２の下降および回転を停止した状態かつ載置面に載置されたねじＳｔに係合した状態のビット２の高さ位置を載置面からの相対位置として前記記憶部３３に送る。この記憶部３３は、ビット相対位置計測部８から送られた前記相対位置を第一教示相対位置ＦＴとして記憶する。

次に、第一教示相対位置ＦＴの計測に使用したねじＳｔの頭部座面がワークＷの上面に密着するように当該ねじＳｔを予めワークＷに締付けておく。この時、ねじ締めツール１０はワークＷの上空の待機位置ＳＰで待機している。制御装置３０は、昇降ユニット２１およびねじ締めツールコントローラ７へそれぞれ指令を送り、昇降ユニット２１およびねじ締めツール１０を作動させる。これにより、ねじ締めツール１０は、ワークＷの上面へ向かって下降するとともにビット２は、所定の締結トルクにより回転する。このねじ締めツール１０の下降に伴って、ビット２および吸着パイプ４は、相対移動することなく一体に下降し、吸着パイプ４の先端がワークＷの上面に当接すると、この後にビット２が吸着パイプ４に対して相対移動する。よって、ビット２は、所定の締結トルクに達するまで回転を続けるため、図３（ｂ）に示すようにワークＷの上面に密着したねじＳｔに係合した状態となっている。

前記ねじ締めツールコントローラ７は、上述の締結トルクに到達すれば締結完了信号を制御部３２へ出力するため、制御部３２は、ビット２とねじＳｔとが係合しかつワークＷの上面にねじＳｔの頭部座面が密着していると判断して、昇降ユニット２１に停止指令を送る。また、ビット相対位置計測部８は、ビット２の下降および回転を停止した状態かつワークＷの上面に密着したねじＳｔに係合した状態のビット２の高さ位置をワークＷの上面からの相対位置として計測し、この計測した相対位置を記憶部３３に送る。この記憶部３３は、ビット相対位置計測部８により計測した相対位置を第二教示相対位置ＷＴとして記憶する。

このように、第一教示相対位置ＦＴと第二教示相対位置ＷＴとの計測は、同じ教示用のねじＳｔおよびビット２を使用して順に行われる。

次に、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように実作業用のねじＳをねじ支持手段４０から取出しワークＷのめねじに締付ける実作業について説明する。前記ねじ支持手段４０は、ワークＷに締付けられるねじＳを振動する搬送レール４２により受取りブロック４３へ搬送する。この時、ねじ締めツール１０はワークＷの上空の待機位置ＳＰで待機している。制御装置３０は、昇降ユニット２１およびねじ締めツールコントローラ７へそれぞれ指令を送り、昇降ユニット２１およびねじ締めツール１０を作動させる。これにより、ねじ締めツール１０は、受取りブロック４３の載置面へ向かって下降するとともに、前記ビット２は、所定の回転数により回転する。ビット２および吸着パイプ４は、相対移動することなく一体に下降し、吸着パイプ４の先端が受取りブロック４３の載置面に当接すると、この後にビット２が吸着パイプ４に対して相対移動する。よって、ビット２は、図３（ｃ）に示すように前記ねじＳの嵌合穴に係合し、ねじＳを押してその頭部座面を載置面に密着させる。

この時、制御部３２は、ビット相対位置計測部８によって計測したビット２の相対位置を監視し、この相対位置が所定時間経過しても変化しなければ、ねじＳの頭部座面と載置面とが密着しかつビット２とねじＳとが係合していると判断して、昇降ユニット２１およびねじ締めコントローラ７に停止指令を送る。また、ビット相対位置計測部８は、ビット２の下降および回転を停止した状態かつ載置面に載置されたねじＳに係合した状態のビット２の高さ位置をワークＷの上面からの相対位置として記憶部３３に送る。この記憶部３３は、ビット相対位置計測部８から送られた前記相対位置を第一実測相対位置ＦＦとして記憶する。

この第一実測相対位置ＦＦが記憶された後、制御部３２は、第一実測相対位置ＦＦと第一教示相対位置ＦＴとを記憶部３３からそれぞれ読み込み、第一実測相対位置ＦＦと第一教示相対位置ＦＴとの差を演算する。この演算した差は、前記ねじＳｔおよび前記ねじＳにそれぞれ係合した状態のビット２の高さ位置の差になるので、ビット２に係合する前記ねじＳｔおよび前記ねじＳの頭部高さや嵌合穴の深さの寸法差に相当する。制御部３２は、この演算により求めた差を記憶部３３へ送り、記憶部３３は、この差をねじ浮き判定補正値として記憶する。この後、制御部３２は、このねじ浮き判定補正値と第二教示相対位置ＷＴとの和を演算し、演算により求めた和を記憶部３３へ送る。記憶部３３は、前記和をねじ浮き判定基準位置として記憶する。つまり、ねじ浮き判定基準位置は、第二教示相対位置ＷＴをねじ浮き判定補正値により補正した値となり、前記頭部高さや嵌合穴の深さが異なる実際のねじＳの寸法差が加味されたねじ浮きを判定するための基準値となっている。なお、ねじ浮き判定補正値およびねじ浮き判定基準位置の演算、記憶は、何れも第二実測相対位置ＷＦを計測する前に必ず行われている。

前記制御装置３０は、ねじ浮き判定補正値を記憶すると、前記エア吸引手段および昇降ユニット２１をそれぞれ作動させる。これにより、ねじＳは、吸着パイプ４内に吸引され、ねじ締めツール１０とともに待機位置ＳＰまで上昇する。また、制御装置３０は、前記ロボット本体２６を作動させて、ねじ締めツール１０を受取りブロック４３の上空からワークＷの上空へ移動させる。

その後、制御装置３０は、昇降ユニット２１およびねじ締めツール１０へそれぞれ指令を送り、前記ねじ締めツール１０をワークＷのめねじに向かうよう待機位置ＳＰから下降させるとともに前記ビット２を所定の締結トルクに達するまで回転させる。これにより、ビット２および吸着パイプ４は、相対移動することなく一体に下降し、前記吸着パイプ４の先端がワークＷの上面に当接し、この後にビット２が吸着パイプ４に対して相対移動する。よって、ビット２は、図３（ｄ）に示すように、前記ねじＳの嵌合穴に係合し、前記ねじＳをめねじへ螺入する。これにより、ねじＳの頭部座面がワークＷの上面に密着して当該ねじＳが所定の締結トルクに達する。

ねじ締めツールコントローラ７は、締結完了信号を制御部３２へ出力し、これを受けた制御部３２は、昇降ユニット２１およびねじ締めツール１０へ停止指令を送る。また、ビット相対位置計測部８は、制御部３２が締結完了信号を受け取った時点のビット２の高さ位置をワークＷの上面からの相対位置として計測し、これを記憶部３３へ送る。記憶部３３は、ビット相対位置計測部８から送られた前記相対位置を第二実測相対位置ＷＦとして記憶する。

また、判定部３４は、第二実測相対位置ＷＦが記憶部３３に記憶された後、第二実測相対位置ＷＦとねじ浮き判定基準位置とを比較し、第二実測相対位置ＷＦがねじ浮き判定基準位置に一致しなければねじ浮きが発生していると判断し、一致していればねじ浮きがないと判断して処理する。なお、ねじ浮き判定基準位置が上述したように所定の幅を持たせた範囲に設定されている場合、判定部３４は、前記第二実測相対位置ＷＦが前記範囲内であればねじ浮きしていないと判定する。

このように、本発明のねじ締め装置１は、第一実測相対位置ＦＦと第一教示相対位置ＦＴとの比較により、ねじ浮き判定基準位置の算定、ねじ浮き判定基準位置と第二実測相対位置ＷＦとの比較をねじＳの締付けの度に毎回実施している。また、本発明のねじ締め装置１は、上述したように教示用のねじＳｔを使用して第一教示相対位置ＦＴおよび第二教示相対位置ＷＴの計測を行い、実際のねじＳを取り出し締付ける毎にこのねじＳの第一実測相対位置ＦＦおよび第二実測相対位置ＷＦの計測を行う。

つまり、本発明のねじ締め装置１は、教示用のねじＳｔにより計測した第一教示相対位置ＦＴと実作業用のねじＳにより計測した第一実測相対位置ＦＦとの差を求めているため、ねじＳｔとねじＳとの寸法差のみならず、締結回数の増加によるビット２の摩耗量も考慮したねじ浮き判定が行える。また、本発明のねじ締め装置１は、第二実測相対位置ＷＦとねじ浮き判定基準位置との比較のみを処理してねじ浮き判定を行っているため、ねじ浮き判定の処理工程数を従来の２工程から１工程に減らすことができる。

また、上述したビット２とねじＳあるいはねじＳｔとの係合時において、推力制御部３１は、ビット２に付与する推力を高推力になるよう昇降モータ２２を制御している。これにより、上述した第一教示相対位置ＦＴ、第二教示相対位置ＷＴ、第一実測相対位置ＦＦ、第二実測相対位置ＷＦをそれぞれ計測する前には、何れもビット２がねじＳｔおよびねじＳに確実に嵌合し易い。しかも、この高推力状態で係合したビット２は、前記推力制御部３１により低推力に切り替えられるので、前記ビット相対位置計測部８は、第一教示相対位置ＦＴ、第二教示相対位置ＷＴ、第一実測相対位置ＦＦ、第二実測相対位置ＷＦをそれぞれ計測する前には、ビット２がねじＳｔあるいはねじＳを介して受取りブロック４３の載置面およびワークＷの上面を強く押さない。これにより、受取りブロック４３の載置面およびワークＷの上面が深く沈み込まないため、高精度なねじ浮き判定および正規のねじか否かの判定が行える。

なお、前記ビット相対位置計測部８の一例である前記変位センサは、前記受取りブロック４３の載置面および前記ワークＷの上面に当接することで収縮する接触子を備えた接触式変位センサや、前記載置面および前記ワークＷの上面にレーザ光を照射して距離を計測する非接触式変位センサで構成すればよく、前記載置面あるいは前記ワークＷの上面に対するビット２の相対位置を計測可能に構成されていればよい。

さらに、前記ビット相対位置計測部８は、図４に示すように吸着パイプ４の外周に配した金属製のドグ４ｃと、吸着パイプホルダ６に固定されドグ４ｃを検出すると制御装置３０へドグ検出信号を送る検出器と、エンコーダ２２ａの回転パルス信号およびボールねじ軸２３のリードの角度からビット２の待機位置ＳＰからのビット２の絶対位置を計測するビット絶対位置計測部３５とから構成してもよい。この場合、ビット相対位置計測部８は、検出器からドグ検出信号が発信された時点のビット２の絶対位置と、制御装置３０からねじ締め完了信号を受け取った時点のビット２の絶対位置との差を算出するように構成される。また、この算出された絶対位置の差は、吸着パイプ４に対するビット２の相対位置に相当するため、受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面に対するビット２の相対位置として扱うことができる。よって、検出器を備えたビット相対位置計測部８は、上述の非接触式変位センサあるいは接触式変位センサを備えて成るビット相対位置計測部８と同様に受取りブロック４３の載置面あるいはワークＷの上面に対するビット２の相対位置を計測可能に構成される。また、このビット相対位置計測部８により算出された絶対位置の差は、第一教示相対位置ＦＴ、第二教示相対位置ＷＴ、第一実測相対位置ＦＦ、第二実測相対位置ＷＦとして記憶部３３へ送られる。なお、検出器は、図４に示すように金属を検出可能な近接センサや、ドグ４ｃによって光軸を遮られるとドグ検出発信するような光電センサなどで構成することができる。

また、前記ロボット本体２６は、上述した構成に限定されることはなく、ねじ締めツール１０を受取りブロック４３の上空、あるいはワークＷの上空へそれぞれ移動可能に構成されていればよい。例えば、ロボット本体２６は、所謂多関節ロボットで構成されてもよい。

１ねじ締め装置
２ビット
４吸着パイプ
８ビット相対位置計測部
１０ねじ締めツール
２１昇降ユニット
３０制御装置
３１推力制御部
３３記憶部
３４判定部
３５ビット絶対位置計測部
４０ねじ支持手段
Ｗワーク
Ｓねじ（実作業時に使用）
Ｓｔねじ（教示作業時に使用）
ＳＰ待機位置

Claims

ねじに係合するビットを回転自在に備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを接続し前記ビットの延びる方向へ昇降自在な昇降ユニットと、この昇降ユニットを接続しねじ締めツールをねじ支持手段あるいはワークの上空へ移動自在なロボット本体と、これらロボット本体、ねじ締めツール、昇降ユニットをそれぞれ駆動制御する制御装置とを備え、前記ねじをねじ支持手段から取り出し前記ワークへ締付けるねじ締め装置において、
前記ビットの昇降位置を前記ねじ支持手段の載置面あるいは前記ワークの上面に対する相対位置として計測するビット相対位置計測部を備えて成り、
前記ビット相対位置計測部は、前記載置面に対する前記相対位置を、教示作業時には第一教示相対位置として計測し、実作業時には第一実測相対位置として計測する一方、前記ワークの上面に対する前記相対位置を、教示作業時には第二教示相対位置として計測する一方、前記実作業時に第二実測相対位置として計測して成り、
前記制御装置は、前記第一教示相対位置と第一実測相対位置との差を演算しかつ前記差と前記第二教示相対位置との和を演算する制御部と、この演算した前記和をねじ浮き判定基準位置として記憶する記憶部と、前記ねじ浮き判定基準位置と前記第二実測相対位置とを比較してワークの上面に対するねじ浮きの有無を判定する判定部とを備えて成ることを特徴とするねじ締め装置。
前記昇降ユニットは、回転駆動した回転量を外部へパルス出力する昇降モータと、この昇降モータに接続され所定のリードを備えて成るボールねじ軸と、このボールねじ軸に係合してボールねじ軸の延びる方向に沿って移動自在な可動部材とから構成され、前記可動部材に前記ねじ締めツールを取り付けて成り、
前記制御装置は、前記昇降モータへ供給する電流を可変させ昇降するビットの推力を切り替え制御する推力制御部と、前記昇降モータのパルス出力および前記ボールねじ軸のリードに基づきビットの待機位置に対する前記ビットの絶対位置として計測するビット絶対位置計測部とを備え、
前記推力制御部は、前記第一教示相対位置、前記第一実測相対位置、前記第二教示相対位置、前記第二実測相対位置を計測する前にはビットの推力を高推力から低推力へ切り替え制御することを特徴とする請求項１に記載のねじ締め装置。
前記記憶部は、ねじの頭部高さおよび前記ビットと係合するねじの嵌合穴の深さを規定した規格寸法に基づき予め設定されるねじ種判別範囲を記憶して成り、
前記判定部は、前記ねじ種判別範囲と前記第一実測相対位置とを比較して前記ねじ支持手段から取り出すねじの寸法判定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のねじ締め装置。
前記ねじ締めツールは、前記ビットの延びる方向へ摺動し前記ビットに対して相対移動し、前記ねじを吸着可能な吸着パイプを備えて成り、
前記ビット相対位置計測部は、前記ビットに対して相対移動した吸着パイプの移動距離を計測する変位センサで構成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のねじ締め装置。
前記昇降ユニットは、回転駆動した回転量を外部へパルス出力する昇降モータと、この昇降モータに接続され所定のリードを備えて成るボールねじ軸と、このボールねじ軸に係合してボールねじ軸の延びる方向に沿って移動自在な可動部材とから構成され、前記可動部材に前記ねじ締めツールを取り付けて成り、
前記制御装置は、前記昇降モータのパルス出力および前記ボールねじ軸のリードに基づきビットの待機位置に対する前記ビットの絶対位置として計測するビット絶対位置計測部とを備え、
前記ねじ締めツールは、前記ビットの延びる方向へ摺動し前記ビットに対して相対移動し、前記ねじを吸着可能な吸着パイプと、ビットに対して相対移動し始めた前記吸着パイプを検出して前記制御装置へ検出信号を発する検出器とを備えて成り、
前記ビット絶対位置計測部は、前記検出器から前記検出信号を受け取った時点のビットの絶対位置と、前記ねじにビットが確実に嵌合した時点のビットの絶対位置とを計測して成り、
前記制御部は、前記ビット絶対位置計測部により計測した２つのビットの絶対位置の差を前記相対位置として演算するとともに、この演算した相対位置を前記第二教示相対位置および前記第二実測相対位置として前記記憶部へ送信して成ることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のねじ締め装置。