JP7070164B2 - ネジ締め不良判定装置、ネジ締めシステムおよびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ネジ締めにおける不良の発生および種類を判定するネジ締め不良判定装置、当該ネジ締めシステムを備えるネジ締めシステム、およびプログラムに関する。

特許文献１には、ドライバビットを有するネジ締めツールと、当該ネジ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段と、を備えるネジ締め装置が開示されている。当該ネジ締め装置において、往復移動手段は、ＡＣサーボモータを備え、当該ＡＣサーボモータの駆動によりネジ締めツールが軸方向に移動する。

特開２００４－２４３４６３号公報

特許文献１には、ネジの締め付け高さが所定の範囲内に収まっていない場合にはエラーとなることが記載されている。しかしながら、特許文献１には、エラーの種類を判定する方法については何ら開示されていない。このため、特許文献１に開示されているネジ締め装置によっては、エラーの発生を認識できても、どのようなエラーが発生しているかまでは認識できない。

本発明の一態様は、ネジ締めにおける不良の種類について判定可能なネジ締め不良判定装置などを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、（ｉ）ネジを締めるためのドライバーの、軸周りでの回転運動を生じさせる第１モータの回転速度、および、（ｉｉ）前記ドライバーの、軸方向への往復運動を生じさせる第２モータのトルク、の少なくともいずれか一方に基づいて、前記ドライバーによるネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。

上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、ドライバーの回転運動を生じさせる第１モータの回転速度、および、ドライバーの往復運動を生じさせる第２モータのトルク、の少なくともいずれかを入力される。そして、それらのいずれかに基づいて、ネジ締め不良判定装置はネジ締めの不良を判定する。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作における不良の種類について判定することができる。

また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記第１モータの回転速度が所定の値以上になった場合に、前記不良の種類が雌ネジの破壊、またはカムアウトであると判定する。

上記の構成によれば、ドライバーが必要以上の速度で回転しているか否かが分かる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作において雌ネジの破壊、またはカムアウトの不良が発生した場合に、第１モータの回転速度に基づいてそのことを判定することができる。

また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記第１モータのトルクが第１所定値以上であり、かつ、前記ドライバーの軸方向への移動が行われている場合に、前記不良の発生および種類について判定する。

上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、雌ネジの破壊、またはカムアウトの不良の発生を、第１モータの回転速度に基づいて適切に判定することができる。

また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記第２モータの移動トルクの最小値が所定の値以下になった場合に、前記不良の種類が異物の挟み込みであると判定する。

上記の構成によれば、ドライバーが必要以上の移動トルクで移動しているか否かが分かる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作において異物の挟み込みの不良が発生した場合に、第２モータの移動トルクの最小値に基づいてそのことを判定することができる。

また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記第１モータの回転トルクが解放され、かつ、前記ドライバーが原点復帰中である場合に、前記不良の発生および種類について判定する。

上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、異物の挟み込みの不良の発生を、第２モータの移動トルクの最小値に基づいて適切に判定することができる。

また、本発明の一態様に係るネジ締めシステムは、ドライバーの軸周りでの回転運動を生じさせる回転用サーボと、前記ドライバーの軸方向への往復運動を生じさせる往復用サーボと、請求項１から５のいずれか１項に記載のネジ締め不良判定装置と、を備える。

上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、回転用サーボから回転速度を示すデータを取得し、往復用サーボから移動トルクを示すデータを取得することで、ネジ締めシステムにおけるネジ締めの不良の発生および種類を判定することができる。

また、本発明の一態様に係るプログラムは、上記のいずれかの態様のネジ締め不良判定装置としてコンピュータを動作させる。

本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置などによれば、ネジ締めにおける不良の種類について判定可能なネジ締め不良判定装置などを実現できる。

本実施形態に係るネジ締めシステムの概要を示すブロック図である。 ＰＬＣの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るネジ締めシステムの外観の例を示す図である。 雌ネジ破壊が生じた場合における、回転用サーボの一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。 カムアウトが生じた場合における、回転用サーボの一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。 異物挟み込みが生じた場合における、往復用サーボの移動トルクの、一回のネジ締め動作における最小値の変化を示すグラフである。 ネジ締めにおける不良を、判定部が複数のパラメータにより判定する方法の、一例を示す図である。 ネジ締めにおける不良を、判定部が複数のパラメータにより判定する方法の、別の例を示す図である。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１ 適用例
図１は、本実施形態に係るネジ締めシステム１の概要を示すブロック図である。図１に示すように、ネジ締めシステム１は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０（ネジ締め不良判定装置）、カプラ２０、回転用サーボ３０（第１モータ）、および往復用サーボ４０（第２モータ）を備える。ネジ締めシステム１は、後述するドライバー５１（図２参照）の、軸周りでの回転運動および軸方向への往復運動により、ネジ締め動作を行う。このとき、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作の制御を行うとともに、当該ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。

本明細書においては、ネジ締め動作における不良とは、ネジに規定のトルクが与えられたにもかかわらず、当該ネジが十分な締結力を発揮しない状態を意味する。不良の例を以下に列挙する。
・ネジ山不良：ネジ山が切れていない。
・底付き：ネジがネジ穴よりも長い、または異物がネジ穴に溜まっているなどの理由で、ネジ締め動作が途中で止まる。
・異物挟み込み：ネジの座面の下に異物が挟み込まれている。
・斜め締め：ネジがネジ穴に対して傾いた状態でネジ締め動作が行われている。
・雄／雌ネジ破壊：雄ネジ、または雌ネジのネジ山が破壊されている。
・カムアウト：ネジ頭の溝が潰れ、ドライバーとネジ頭の溝（十字穴）が噛み合っていない。
・ネジ締め位置ずれ：ネジがネジ穴の位置から外れた位置に配された状態でネジ締め動作が行われている。
・ネジなし：ネジ締めの開始前にネジを落とすなどして、ネジ締め動作の開始時点でネジが存在しない。

回転用サーボ３０は、ドライバー５１の軸周りの回転運動を生じさせるモータである。また、回転用サーボ３０は、自身の回転速度（ｄｅｇ．／ｓ）、回転量（ｄｅｇ．）、および回転トルク（定格トルクに対する割合（％））をカプラ２０へ出力する。

往復用サーボ４０は、ドライバー５１の軸方向への往復運動を生じさせるモータである。また、往復用サーボ４０は、自身の回転によるドライバー５１の移動速度（ｍｍ／ｓ）、移動位置（ｍｍ）、および移動トルク（定格トルクに対する割合（％））をカプラ２０へ出力する。

カプラ２０は、ＰＬＣ１０と、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０と、を接続する。詳細には、カプラ２０は、ＰＬＣ１０から受信した制御信号を回転用サーボ３０および往復用サーボ４０へ送信する。また、カプラ２０は、回転用サーボ３０から受信した、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルクをＰＬＣ１０へ送信する。また、カプラ２０は、往復用サーボ４０から受信した、往復用サーボ４０の回転によるドライバー５１の移動速度、移動位置および移動トルクをＰＬＣ１０へ送信する。

以下の説明では、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに往復用サーボ４０の回転によるドライバー５１の移動速度、移動位置および移動トルクを総称してパラメータと称することがある。

図２は、ＰＬＣ１０の構成を示すブロック図である。ＰＬＣ１０は、ネジ締めシステム１の動作を制御する。図２に示すように、ＰＬＣ１０は、制御部１１、通信部１２、および判定部１３を備える。

制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を制御するための制御信号を通信部１２へ出力する。通信部１２は、制御部１１から入力された制御信号をカプラ２０へ送信する。制御信号は、カプラ２０を介して回転用サーボ３０および往復用サーボ４０へ送信され、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を制御する。制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を同期させて制御する。また、制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０のパラメータを当該回転用サーボ３０および往復用サーボ４０制御にフィードバックする。

通信部１２は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０から、カプラ２０を介してパラメータを受信する。通信部１２は、受信したパラメータを図示しない記憶装置に記憶させる。また、受信したパラメータを記憶するための記憶装置を、ネジ締めシステム１が備えていてもよい。制御部１１および判定部１３は、必要に応じてパラメータを記憶装置から取得する。なお、簡単のため、図２においては、通信部１２がパラメータを制御部１１および判定部１３へ出力している。

判定部１３は、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに、往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動速度、移動位置および移動トルクのうち、いずれかに基づいて、ネジ締めの不良を判定する。具体的には、判定部１３は、例えば回転用サーボ３０の回転速度、または往復用サーボ４０の移動トルクに基づいて、ネジ締めにおける不良の発生および種類を判定してもよい。また、判定部１３は、例えば回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに、往復用サーボ４０による移動速度、移動位置および移動トルクのいずれかに基づいて算出される、２以上のパラメータに基づいて、ネジ締めにおける不良の発生および種類を判定してもよい。判定部１３による判定の具体例については後述する。

§２ 構成例
（ネジ締めシステム１の構成）
図３は、本実施形態に係るネジ締めシステム１の外観の例を示す図である。図３に示すように、ネジ締めシステム１は、回転用サーボ３０、往復用サーボ４０、ドライバーユニット５０および支柱６０を備える。また、図３には表れていないが、ネジ締めシステム１は、上述したとおり、ＰＬＣ１０およびカプラ２０も備える。

ドライバーユニット５０は、ネジ締めを行うユニットである。ドライバーユニット５０は、ドライバー５１と、ネジ保持部５２とを備える。ドライバー５１は、軸周りで回転運動しながら軸方向に往復運動することで、ネジ締め動作を実行する。以下の説明では、ドライバー５１の軸方向のうち、ネジ締めの過程でドライバー５１が移動する方向を下方と称する。

回転用サーボ３０は、ドライバー５１の上方に配され、ドライバー５１の軸周りの回転運動を生じさせる。また、ネジ保持部５２は、ドライバー５１の下方に設けられ、ドライバー５１によるネジ締めの対象となるネジを保持する。

支柱６０は、ドライバーユニット５０を上下に移動可能に支持する。往復用サーボ４０は、支柱６０の上部に設けられ、ボールネジ（不図示）を介してドライバーユニット５０と接続されている。往復用サーボ４０の回転運動が、ボールネジにより上下方向への直線運動に変換される。その結果、ドライバーユニット５０が上下に往復運動する。

（ネジ締め動作）
ネジ締めシステム１によるネジ締めの動作は、以下のとおりである。まず、ネジを保持した状態のネジ保持部５２が、ネジ締めを行う対象であるワーク（不図示）の、ネジ締めを行う箇所へネジを降下させる。次に、ドライバー５１は、ネジが仮着座するまで、ネジ締めを行う箇所へネジを回転させながら押し当てる。ここで、仮着座とは、ネジの座面がワークに接触した状態を指す。本実施形態では、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％に到達した状態を、ネジが仮着座した状態とする。

ネジ締めシステム１は、ネジが仮着座した状態から、さらにネジを回転させながら押し当てることで、本締めを行う。本実施形態では、本締めは、回転用サーボ３０の回転トルクが１５０％（第１所定値）に到達するまで行われる。回転トルクが１５０％に到達すると、ネジ締めシステム１は、ネジを押し当てることをやめ、回転トルクが１５０％以上である状態を１００ｍｓの間保持する。

その後、回転用サーボ３０の回転トルクが０％以下になるようにして、ネジを解放する。さらに、ドライバー５１を上方へ移動させて元の位置に復帰させることで、ネジ締め動作が完了する。ただし、上述した回転トルクおよび保持時間は一例であり、ネジの種類および締結物／被締結物の種類によって異なる。

なお、上述したネジ締め動作の例は、ネジ締めを行う箇所に雌ネジが予め切られた状態（タップ）のワークに対してネジ締めを行うものである。しかし、ネジ締めシステム１は、ネジ締めを行う箇所に雌ネジが切られていない状態（タッピン（セルフタップ））のワークに対してネジ締めを行うことも可能である。

タッピンのワークに対してネジ締めを行う場合には、ネジが仮着座していない場合であっても、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％以上に到達する。そこで、タッピンのワークに対してネジ締めを行う場合には、回転用サーボ３０の回転トルクが１００％に到達した状態を、ネジが仮着座した状態とする。ただし、タッピンのワークに対してネジ締めを行う場合にネジが仮着座した状態とする回転用サーボ３０の回転トルクは、異なる値であってもよい。

§３ 動作例
以下に、判定部１３による、ネジ締め動作における不良の発生および種類の判定について説明する。

＜３．１ 単一パラメータによる判定＞
（雄／雌ネジ破壊およびカムアウト）
雄ネジまたは雌ネジが破壊されると、ネジとワークとの間での摩擦力が小さくなる。換言すれば、ネジがネジ穴に対して空回りする。このため、雄ネジまたは雌ネジが破壊された場合、回転用サーボ３０の回転速度は、雄ネジまたは雌ネジが破壊されていない場合よりも高速になる。

図４は、雌ネジ破壊が生じた場合における、回転用サーボ３０の一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。図４において、横軸は時間、縦軸は回転用サーボ３０の、一回のネジ締め動作における最大回転速度値を示す。また、雌ネジ破壊が生じたサンプルに切り替わった時刻を時刻Ｔ１としている。

図４に示す例では、時刻Ｔ１よりも前には、回転用サーボ３０の最大回転速度は３０００ｄｅｇ．／ｓ程度でほぼ一定である。一方、図４において楕円で囲んで示すとおり、時刻Ｔ１以降には、回転用サーボ３０の最大回転速度は３２００ｄｅｇ．／ｓよりも大きくなる。ただし、図４に示した値は一例であり、ネジの種類および締結物／被締結物の種類によって異なる。

また、カムアウトが発生した場合、ドライバー５１がネジに対して空回りする。このため、カムアウトが発生した場合には、雄ネジまたは雌ネジが破壊された場合と同様、回転用サーボ３０の最大回転速度は、カムアウトが発生していない場合よりも高速になる。

図５は、カムアウトが生じた場合における、回転用サーボ３０の一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。図５において、横軸は時間、縦軸は回転用サーボ３０の、一回のネジ締め動作における最大回転速度値を示す。また、カムアウトが生じるサンプルに切り替わった時刻を時刻Ｔ２としている。

図５に示す例では、時刻Ｔ２よりも前には、雌ネジ破壊が生じる前と同様、回転用サーボ３０の最大回転速度は３０００ｄｅｇ．／ｓ程度でほぼ一定である。一方、図５において楕円で囲んで示すとおり、時刻Ｔ２においてカムアウトが生じるサンプルに切り替わった直後には、回転用サーボ３０の最大回転速度は４０００ｄｅｇ．／ｓ程度まで上昇する。その後、回転用サーボ３０の最大回転速度は３３００ｄｅｇ．／ｓ程度まで低下するが、依然としてカムアウトが生じるサンプルに切り替わる前よりも高い回転速度である。

したがって、ＰＬＣ１０は、回転用サーボ３０の回転速度が所定の値以上である場合に、不良の種類が雌ネジの破壊、またはカムアウトであると判定する。回転用サーボ３０の回転速度により、ドライバー５１が必要以上の速度で回転しているか否かが分かる。したがって、ＰＬＣ１０は、雌ネジの破壊、またはカムアウトといった、ドライバー５１が空回りする不良が発生した場合に、回転用サーボ３０の回転速度に基づいてそのことを判定できる。

所定の値は、図４および図５に示した例では例えば３２００ｄｅｇ／ｓ以上とすればよいが、これに限らない。また、不良の種類が雌ネジの破壊またはカムアウトのどちらであるかについては、例えばユーザが目視により判別すればよい。

また、ＰＬＣ１０は、本締めが行われている場合、具体的には、回転用サーボ３０の回転トルクが目標値の１５０％以上であり、かつ、ドライバー５１の軸方向への移動が行われている場合に、上記の判定を行うことが好ましい。上記の場合に判定を行うことで、ＰＬＣ１０は、雌ネジの破壊、またはカムアウトについて適切に判定することができる。ただし、回転用サーボ３０の回転トルクについての１５０％という値は一例であり、これに限らない。

また、ネジ締めシステム１は、ネジ締め動作を複数のステップに分割し、回転用サーボ３０およびドライバー５１の移動の状態に応じたステップの種類を示すデータを生成するステップデータ生成部を備えていてもよい。この場合、ＰＬＣ１０は、例えば回転用サーボ３０の回転トルクが目標値の１５０％以上であり、かつ、ドライバー５１の軸方向への移動が行われているステップを示すデータを受信した場合に上記の判定を行えばよい。

（異物挟み込み）
異物挟み込みの判定について以下に説明する。異物挟み込みとは、ネジの座面とワークとの間に異物が挟み込まれる不良を指す。ここでいう異物の例としては、はんだ、アルミニウム片、樹脂片、またはコーティング剤などが挙げられる。

図６は、異物挟み込みが生じた場合における、往復用サーボ４０の回転によるドライバー５１の移動トルクの、一回のネジ締め動作における最小値の変化を示すグラフである。図６においては、横軸は時間、縦軸は一回のネジ締め動作における移動トルクの最小値をそれぞれ示す。往復用サーボ４０の移動トルクについて、負の移動トルクとは、ドライバー５１を上方に移動させる方向の移動トルクである。また、図６においては、異物挟み込みが生じたサンプルに切り替わった時刻を時刻Ｔ３として示している。

図６に示す例では、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値は、時刻Ｔ３までは－７０％前後の値をとり、そのばらつきは小さい。しかしながら、図６において楕円で囲んで示すとおり、時刻Ｔ３以降では、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値は急激に低下して－１００％前後の値をとるようになり、そのばらつきが大きくなる。

このように、異物挟み込みが生じると、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値が低下する。このため、ＰＬＣ１０は、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値が所定の値以下になった場合に、不良の種類が異物の挟み込みであると判定する。往復用サーボ４０の移動トルクにより、ドライバー５１が必要以上の移動トルクで移動しているか否かが分かる。したがって、ＰＬＣ１０は、異物の挟み込みが発生した場合に、往復用サーボ４０の移動トルクに基づいてそのことを判定できる。異物の挟み込みが生じていると判定するための、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値についての所定の値は、例えば－８０％としてよい。

また、ＰＬＣ１０は、回転用サーボ３０の回転トルクが解放され、かつ、ドライバー５１が原点復帰中である場合に、上記の判定を行うことが好ましい。ここで、回転トルクが解放されている場合とは、回転トルクが０％以下になっている場合を指す。また、原点とはネジ締め動作の開始時におけるドライバー５１の位置を指す。上記の場合に判定を行うことで、ＰＬＣ１０は、異物の挟み込みについて適切に判定することができる。ただし、回転トルクが解放されている場合の回転トルクは、上記の０％に限らない。

＜３．２ 複数パラメータによる判定＞
次に、複数のパラメータを用いた判定方法について以下に説明する。以下の説明では、各パラメータについて、以下の通り表現する。
・回転用サーボ３０の回転速度：Ｒ軸速度
・回転用サーボ３０の回転量：Ｒ軸位置
・回転用サーボ３０の回転トルク：Ｒ軸トルク
・往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動速度：Ｚ軸速度
・往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動位置：Ｚ軸位置
・往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動トルク：Ｚ軸トルク
これらの表現は、図７および図８においても用いられている。また、図７および図８においては、パラメータのばらつきを示す標準偏差をσと表現するとともに、パラメータが所定値以上であることを「大」、所定値以下であることを「小」と表現している。なお、パラメータのばらつきを示す指標としては、標準偏差に限らず、分散であってもよい。

また、判定部１３は、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％（第１所定値）以上かつ１５０％（第２所定値）未満であり、かつ往復用サーボ４０の移動トルクが５０％（第３所定値）である期間を本締め中の期間と判定する。また、判定部１３は、回転用サーボ３０の回転トルクが１５０％（第２所定値）であり、かつ往復用サーボ４０の移動トルクが５０％（第３所定値）である期間を本締め保持中の期間と判定する。さらに、判定部１３は、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％未満であり、かつドライバーユニット５０の軸方向への移動が行われている期間を仮着座までの期間と判定する。なお、上記の第１～第３所定値は一例であり、別の値であってもよい。ただし、第２所定値は第１所定値よりも大きい値である。

（第１の具体例）
図７は、ネジ締めにおける不良を、判定部１３が複数のパラメータにより判定する方法の、一例を示す図である。

まず、判定部１３は、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上であるか否か判定する（ＳＡ１）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め中における回転用サーボ３０の回転量を用いる。これにより、本締め中のドライバー５１が必要以上に回転しているか否かが分かる。

本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上である場合（ＳＡ１でＹＥＳ）、さらに判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以上であるか判定する（ＳＡ２）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め保持中における往復用サーボ４０による移動位置を用いる。これにより、本締め保持中のドライバー５１の位置が分かる。

本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以上でない場合（ＳＡ２でＮＯ）、判定部１３は、ネジなしの不良が生じたと判定する（ＳＡ３）。本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以上である場合（ＳＡ２でＹＥＳ）、さらに判定部１３は、本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下であるか判定する（ＳＡ４）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め中における回転用サーボ３０の回転トルクのばらつきを用いる。これにより、本締め中におけるドライバー５１の回転トルクのばらつきが分かる。本締め中において、カムアウトが発生している場合には、ドライバー５１が動くことがある。また、本締め中において、雄／雌ネジ破壊、またはネジ山の不良が発生している場合には、ネジが動くことがある。このため、ドライバー５１の回転速度を一定に維持しようとすると、回転トルクにばらつきが生じる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてカムアウト、雄／雌ネジ破壊、またはネジ山の不良が発生している場合にそのことを判定できる。

本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下でない場合（ＳＡ４でＮＯ）、判定部１３は、カムアウトの不良が生じたと判定する（ＳＡ５）。本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下である場合（ＳＡ４でＹＥＳ）、判定部１３は、雌ネジ破壊の不良が生じたと判定する（ＳＡ６）。

ステップＳＡ１に戻って、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上でない場合（ＳＡ１でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以下であるか判定する（ＳＡ７）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、往復用サーボ４０による移動位置を用いる。

本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以下である場合（ＳＡ７でＹＥＳ）、さらに判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＡ８）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、往復用サーボ４０による移動速度を用いる。これにより、本締め保持中のドライバー５１の移動速度が分かる。本締め保持中には、通常、ドライバー５１は軸方向に移動しない。しかし、底付き、異物挟み込み、または位置ズレの不良が発生している場合には、ネジが正しく締まっていないために、ネジが動くことがあるため、ドライバー５１が軸方向に移動することがある。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作において底付き、異物挟み込み、または位置ズレの不良が発生している場合にそのことを判定できる。

本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＡ８でＹＥＳ）、判定部１３は、底付きの不良が生じたと判定する（ＳＡ９）。本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上でない場合（ＳＡ８でＮＯ）、判定部１３は、（ｉ）異物挟み込みの不良が生じた、または（ｉｉ）０．１ｍｍ程度のネジ締め位置のズレの不良が生じた、のいずれかであると判定する（ＳＡ１０）。この場合には、どちらの不良が生じているかについては、ネジ締めシステム１のユーザなどが目視で確認すればよい。

ステップＳＡ７に戻って、本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以下でない場合（ＳＡ７でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＡ１１）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め保持中における往復用サーボ４０による移動位置の平均を用いる。

本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＡ１１でＹＥＳ）、判定部１３は、３°～４°傾いた斜め締めの不良が生じたと判定する（ＳＡ１２）。本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＡ１１でＮＯ）、判定部１３は、（ｉ）不良が生じなかった、（ｉｉ）１°～２°傾いた斜め締めの不良が生じた、または（ｉｉｉ）０．１ｍｍまたは０．５ｍｍ～０．９ｍｍ程度のネジ締め位置のズレの不良が生じた、のいずれかであると判定する（ＳＡ１３）。この場合には、実際の不良の有無、および不良が生じていた場合における当該不良の種類については、ネジ締めシステム１のユーザなどが目視で確認すればよい。

以上のとおり、図７に示した方法によれば、判定部１３は、複数のパラメータに基づいて、ネジ締めにおける様々な種類の以上について判定することができる。なお、各ステップにおける所定値は、任意に別個の値を設定されてもよいことは言うまでもない。

（第２の具体例）
図８は、ネジ締めにおける不良を、判定部１３が複数のパラメータにより判定する方法の、別の例を示す図である。

まず、判定部１３は、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上であるか判定する（ＳＢ１）。本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上である場合（ＳＢ１でＹＥＳ）、判定部１３は、本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下であるか判定する（ＳＢ２）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め中における回転用サーボ３０の回転トルクのばらつきを用いる。これにより、本締め保持中におけるドライバー５１の回転トルクのばらつきが分かる。本締め保持中には、通常、ネジおよびドライバー５１は回転しない。しかし、ネジ頭が不完全に破壊されたカムアウトが発生している場合には、ドライバー５１が動くことがあるため、回転トルクのばらつきが大きくなる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてネジ頭が不完全に破壊されたカムアウトの不良が発生している場合にそのことを判定できる。

本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下でない場合（ＳＢ２でＮＯ）、判定部１３は、ネジ山に不良が発生していると判定する（ＳＢ３）。ステップＳＢ３で判定部１３が判定するネジ山の不良は、ネジ山の下半分または下４分の１など、主にネジの下側に不良が発生しているものである。

本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下である場合（ＳＢ２でＹＥＳ）、判定部１３は、仮着座までにおけるＺ軸位置のばらつきが所定値以下であるか判定する（ＳＢ４）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、仮着座までにおける往復用サーボ４０による移動位置のばらつきを用いる。これにより、仮着座までの期間における、ドライバー５１の移動位置のばらつきが分かる。カムアウトの不良が発生している場合には、ネジが穴に入っていかないため、ドライバー５１のＺ軸方向の移動位置のばらつきは小さい。一方、雄ネジ破壊の不良が発生している場合には、ネジは穴に入っていくため、ドライバー５１のＺ軸方向の移動位置に変化が生じ、ばらつきが大きくなる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてカムアウトまたは雌ネジ破壊の不良が発生している場合に、どちらの不良が発生しているか判定できる。

仮着座までにおけるＺ軸位置のばらつきが所定値以下でない場合（ＳＢ４でＮＯ）、判定部１３は、雌ネジ破壊の不良が生じていると判定する（ＳＢ５）。このとき、判定部１３は、雌ネジの破壊が完全か不完全化に関わらず、当該不良が生じていると判定できる。一方、仮着座までにおけるＺ軸位置のばらつきが所定値以下である場合（ＳＢ４でＹＥＳ）、判定部１３は、カムアウトの不良が生じていると判定する（ＳＢ６）。ステップＳＢ６で判定部１３が判定するカムアウトは、ネジ頭の溝が完全に破壊された状態のカムアウトである。

ステップＳＢ１に戻って、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上でない場合（ＳＢ１でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＢ７）。本締め保持中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以上である場合（ＳＢ７でＹＥＳ）、判定部１３は、カムアウトの不良が生じていると判定する（ＳＢ８）。ステップＳＢ８で判定部１３が判定するカムアウトは、ステップＳＢ６とは異なり、ネジ頭の溝の破壊が不完全な状態のカムアウトである。

本締め保持中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以上でない場合（ＳＢ７でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＲ軸速度のばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＢ９）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め保持中における回転用サーボ３０の回転速度のばらつきを用いる。これにより、本締め保持中のドライバー５１の回転速度のばらつきが分かる。本締め保持中には、通常、ドライバー５１は回転しない。しかし、ネジ山の上側が破壊される不良が発生している場合には、雄ネジと雌ネジとが正しく噛み込んでいないため、本締め保持中においてもネジが回転することがある。このため、本締め保持中のドライバー５１の回転速度のばらつきが大きくなる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてネジ山の上側が破壊される不良が発生している場合にそのことを判定できる。

本締め保持中におけるＲ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＢ９でＹＥＳ）、判定部１３は、ネジ山に不良が発生していると判定する（ＳＢ１０）。ステップＳＢ１０で判定部１３が判定するネジ山の不良は、ステップＳＢ３とは異なり、ネジ山の上半分の破壊、または上４分の１の破壊など、主にネジの上側に不良が発生しているものである。一方、本締め保持中におけるＲ軸速度のばらつきが所定値以上でない場合（ＳＢ９でＮＯ）、判定部１３は、ネジ締めの動作において不良が発生していないと判定する（ＳＢ１１）。

なお、ステップＳＢ５およびＳＢ６において判定されるような、雌ネジ破壊またはカムアウトといった不良が生じている場合、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％に到達せず、本締めが開始されない虞がある。このような場合には、判定部１３は、例えば所定の時間が経過することを条件として、仮着座までのＲ軸位置の平均またはＲ軸トルクのばらつきを参照してもよい。

以上のとおり、図８に示した方法によっても、判定部１３は、複数のパラメータに基づいて、ネジ締めにおける様々な種類の以上について判定することができる。また、判定部１３は、図７および図８に示した例のいずれとも異なる方法で、ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定してもよい。さらに、判定部１３は、図４～図６を参照して説明した、単一のパラメータを用いた判定方法と、図７または図８を参照して説明した、複数のパラメータを用いた判定方法とを組み合わせて、ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定してもよい。

§４ 変形例
ネジ締めシステム１の制御ブロック（特に制御部１１、通信部１２および判定部１３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ネジ締めシステム１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ ネジ締めシステム
１０ ＰＬＣ（ネジ締め不良判定装置）
３０ 回転用サーボ（第１モータ）
４０ 往復用サーボ（第２モータ）
５１ ドライバー

Claims (5)

1. （ｉ）ネジを締めるためのドライバーの、軸周りでの回転運動を生じさせる第１モータの回転速度、および、（ｉｉ）前記ドライバーの、軸方向への往復運動を生じさせる第２モータの移動トルク、の少なくともいずれか一方に基づいて、前記ドライバーによるネジ締め動作における不良の発生および種類を判定し、
   前記第２モータの移動トルクの最小値が所定の値以下になった場合に、前記不良の種類が、前記ネジの座面とネジ締めを行う対象であるワークとの間への、被締結物ではない異物の挟み込みであると判定することを特徴とするネジ締め不良判定装置。
2. 前記第１モータの回転速度が所定の値以上になった場合に、前記不良の種類が雌ネジの破壊、またはカムアウトであると判定することを特徴とする請求項１に記載のネジ締め不良判定装置。
3. 前記第１モータの回転トルクが解放され、かつ、前記ドライバーが原点復帰中である場合に、前記不良の発生および種類について判定することを特徴とする請求項１に記載のネジ締め不良判定装置。
4. ドライバーの軸周りでの回転運動を生じさせる回転用サーボと、
   前記ドライバーの軸方向への往復運動を生じさせる往復用サーボと、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のネジ締め不良判定装置と、を備えることを特徴とするネジ締めシステム。
5. 請求項１に記載のネジ締め不良判定装置としてコンピュータを動作させるためのプログラム。

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