JP7070467B2 - ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラムに関する。

従来、上下方向に軸動される電動ドライバーを備えたねじ締め装置において、ビット軸の回転変化量が所定の範囲内であるか否かに応じて、ねじ締めの良否判定を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７－２２３１３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、ねじの公差の影響を受けること等により、正確にねじ締めの良否判定を行うことができない場合があった。例えば、ねじ穴に挿入されたねじを回転させて、ねじを締める際に、ねじが伸びる。それゆえ、ねじの伸びに応じてビット軸の回転変化量が変化する。また、回転量は、ねじと被締結物との間の摩擦、およびトルクのばらつき等の影響を受けるため、ビット軸の回転変化量に基づいてねじ締めの良否判定を行った場合、誤判定が生じる可能性があるという問題がある。

本発明の一態様は、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる技術を提供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ねじ締め不良判定装置は、ドライバーの軸方向における位置を取得する位置取得部と、ねじをねじ穴に挿入し前記ねじを仮着座させた後の本締め工程において、前記ドライバーの前記軸方向における前記位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに不良が発生したと判定する不良判定部とを備える。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定方法は、ねじをねじ穴に挿入し前記ねじを仮着座させたときのドライバーの軸方向における位置を第１位置として取得する第１位置取得ステップと、前記ねじを仮着座させた後の本締め工程において、前記ドライバーの前記軸方向における位置を第２位置として取得する第２位置取得ステップと、前記第１位置から前記第２位置への変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに不良が発生したと判定する不良判定ステップとを含む。

前記の構成によれば、ドライバーの軸方向における位置の、仮着座時からの変化量に基づいて、ねじ締めの良否判定を行う。仮着座時からの変化量は、ばらつきが小さい。例えば、本締め工程においてねじが伸びても、ドライバーの軸方向における位置には影響しない。それゆえ、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置は、前記仮着座時とは、挿入される前記ねじの座面が被締結物に接した時点である。

前記の構成によれば、不良が無い場合には、ドライバーの軸方向における位置の変化量が少ない、ねじの座面が被締結物に接した時点以降の本締め工程における変化量に基づいてねじ締めの良否判定を行うため、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記ねじをねじ穴に挿入し前記ねじを仮着座させる仮着座工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記ねじの締め付けトルクより小さい第１トルクに達するまで行われる。

前記の構成によれば、仮着座工程を、ドライバーに与える回転トルクに応じて完了させるため、仮着座工程において、ねじを締めつけ過ぎることなく、仮着座工程の後の、本締め工程におけるねじ締めの良否判定を、ドライバーの軸方向における位置の、仮着座時からの変化量に基づいて、精度良く行うことができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記仮着座工程の後の前記本締め工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記締め付けトルクである第２トルクに達するまで行われる。

例えば、第２トルクとは、規定の締め付けトルクである。前記の構成によれば、仮着座後から本締め完了の間における、ドライバーの軸方向における位置の変化量に基づいて、ねじ締めの良否判定を精度良く行うことができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置は、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、前記ねじの先端がねじ穴の底に着いた不良の発生、または、前記ねじの座面と被締結物との間に異物が挟み込まれた不良の発生を通知する通知部を備える。

前記の構成によれば、ねじ締めの不良の種類として、底付き、または、異物挟み込みによるねじ締めの不良の発生を通知することができる。例えばユーザは、ねじ締めの不良の種類に応じた対応をとることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め装置は、前記のねじ締め不良判定装置と、前記ドライバーに回転トルクを与える第１モータと、前記ドライバーを前記軸方向に移動させる第２モータとを備える。

前記の構成によれば、第１モータの回転トルクに基づいて、仮着座工程と、本締め工程と、を制御する共に、第２モータによるドライバーの軸方向への移動量に応じてねじ締めの良否判定を行うことができる。よって、本締め工程において、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御プログラムは、前記のねじ締め不良判定装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記位置取得部、および、前記不良判定部としてコンピュータを機能させる。

前記の構成によれば、制御プログラムにより、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

本発明の一態様によれば、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

本発明の実施形態に係るねじ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。 本実施形態に係るねじ締めシステムの外観構成を示す図である。 底付きによる不良が生じているねじを模式的に示す図である。 （ａ）は本締め工程中のＲ軸位置の変化を示す図であり、（ｂ）は本締め工程中のＺ軸位置の変化を示す図である。 本締め工程中のＺ軸位置の変化量を示す図である。 本締め工程中のＲ軸位置の変化量を示す図である。 異物挟み込みによる不良が生じているねじを模式的に示す図である。 （ａ）は本締め工程中のＲ軸位置の変化を示す図であり、（ｂ）は本締め工程中のＺ軸位置の変化を示す図である。 本締め工程中のＲ軸位置の変化量を示す図である。

以下、本発明の一側面に係る実施形態（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、本発明の実施形態に係るねじ締めシステム１の概要を示すブロック図である。図１に示すように、ねじ締めシステム１は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０（ねじ締め不良判定装置）、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）を備えている。ねじ締めシステム１は、後述するドライバー５０（図３参照）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、ねじ締め動作を行う。このとき、ＰＬＣ１０は、ねじ締め動作の制御を行うとともに、当該ねじ締め動作における不良の発生を判定する。

本明細書においては、ねじ締め動作における不良とは、ねじに規定のトルクが与えられたにもかかわらず、当該ねじが十分な締結力を発揮しない状態、またはねじの座面の下に異物が挟み込まれている状態を意味し、特に、
・底付き：ねじがねじ穴よりも長い、または異物がねじ穴に溜まっているなどの理由で、ねじ締め動作が途中で止まる。
および
・異物挟み込み：ねじの座面の下に異物が挟み込まれている。
による不良の発生を判定する。

回転用サーボ３０は、ドライバー５０の軸周りの回転運動（R軸方向の運動）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５０の軸方向への往復運動（Z軸方向の運動）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５０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５０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５０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、ねじ締めシステム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、位置取得部１３、不良判定部１４、および通知部１５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、ねじ締めシステム１が備えていてもよい。

位置取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信したパラメータを参照して、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５０の移動速度、軸方向における位置、および移動トルクを取得する。位置取得部１３は、通信部１２からパラメータを取得してもよいし、記憶装置からパラメータを取得してもよい。位置取得部１３は、これらのパラメータに基づいて、ドライバー５０の軸方向における位置を取得する。

不良判定部１４は、位置取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における位置を参照して、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。具体的には、不良判定部１４は、ドライバー５０の軸方向における位置の変化量が所定の閾値より大きいか否かに基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。

通知部１５は、不良判定部１４によってねじ締めに不良が発生したと判定された場合には、不良の発生を通知する。ＰＬＣ１０は、通知部１５によってカプラ２０に不良の発生を通知することで、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０の動作を停止させてもよい。また、ＰＬＣ１０は、通知部１５によって、ねじ締めの不良の発生を外部の機器に通知することができてもよい。

§２ 構成例
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。

（ねじ締めシステム１の構成）
図３は、本実施形態に係るねじ締めシステム１の外観の構成例を簡易的に示す図である。図３に示すように、ねじ締めシステム１は、回転用サーボ３０（第１モータ）、往復用サーボ４０（第２モータ）、ドライバー５０、およびボールねじ６０を備えたねじ締め装置５と、図３には示されていない、上述のＰＬＣ１０、およびカプラ２０と、備えている。

ドライバー５０は、先端にドライバービット５１を有し、ねじ締めを行う。ドライバー５０は、回転用サーボ３０により与えられる回転トルクにより軸周りで回転運動しながら、往復用サーボ４０によって、軸方向に移動することで、ねじ締め動作を実行する。以下の説明では、ドライバー５０の軸方向のうち、ねじ締めの過程でドライバー５０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５０の上方に配され、ドライバー５０の軸周りの回転運動を生じさせる。

ボールねじ６０は、ドライバー５０を上下に移動可能に、ドライバー５０と、回転用サーボ３０とを一体に支持する。

往復用サーボ４０は、ボールねじ６０の上部に設けられ、ボールねじ６０の回転運動を生じさせる。往復用サーボ４０によるボールねじ６０の回転運動が、ドライバー５０の上下方向への直線運動に変換され、ドライバー５０が上下に往復運動する。

（ねじ締め動作）
ねじ締めシステム１によるねじ締めの動作は、以下のとおりである。

まず、制御部１１は、ドライバービット５１の先端に、例えば吸着によりねじを保持した状態で、当該ねじが被締結物のねじ締めを行う箇所に設置されるように、ボールねじ６０の回転運動によりドライバー５０を下降させる下降工程を実行する。下降工程において、制御部１１は、ねじが被締結物のねじ穴に入る寸前まで、ドライバー５０を下降させる。制御部１１は、ドライバー５０のＺ軸位置が所定の位置となると、Ｚ軸の位置決めを完了する。

次に、制御部１１は、ドライバー５０を、ねじが仮着座するまで、ねじを回転させながら押し当てる仮着座工程を実行する。ここで、仮着座とは、ねじの座面が被締結物に接した時点の状態を指し、見た目では、ねじが、ねじ穴に入っている状態である。

制御部１１は、ねじを締結物のねじ穴に挿入し、当該ねじを仮着座させる仮着座工程を、ドライバー５０に与える回転トルク（Ｒ軸トルク）が、ねじの締め付けトルクより小さい第１トルクに達するまで行う。ねじの締め付けトルクは、ＪＩＳや各種規定によって、例えばねじの種類に応じて決められているトルクであり、第１トルクは、例えば、回転用サーボ３０の定格出力が５０％以上となった場合のトルクである。制御部１１は、ねじが仮着座するまで、仮着座工程を行う。

ところで、仮着座工程の初期には、ねじの締結物のねじ穴への挿入開始時に、Ｒ軸トルクが、回転用サーボ３０の出力が定格出力の５０％以上となった場合のトルクより高くなる。このため、制御部１１は、仮着座の誤判定を回避するために、例えば、仮着座工程の開始から１０００ｍｓは仮着座完了の判定を行わない。

続いて、制御部１１は、ねじを仮着座させた後、さらにねじを回転させながらねじにドライバー５０を押し当てる本締め工程を行う。この、仮着座工程の後の本締め工程は、回転用サーボ３０がドライバー５０に与える回転トルクが規定の締め付けトルクである第２トルクに達するまで行われる。制御部１１は、例えば、Ｒ軸トルクが、回転用サーボ３０の出力が定格出力の１５０％以上となった場合のトルクになるまで本締め工程を行う。

制御部１１は、本締め工程が完了した後、回転用サーボ３０の回転トルクと、往復用サーボ４０の押し付けトルクとを本締め状態のままで所定時間保持する本締め保持工程を実行する。制御部１１は、本締め保持工程において、例えば、本締め状態を１００ミリ秒保持する。

その後、制御部１１は、回転用サーボ３０の回転を停止し、Ｒ軸トルクを０％以下にして、ねじを解放する解放工程を実行する。

続いて、制御部１１は、ボールねじ６０の回転運動によりドライバー５０を上方へ移動させて、ドライバー５０のＺ軸位置を原点位置に復帰させる原点復帰工程を実行することで、ねじ締め動作を完了する。

（底付き判定）
次に、ドライバー５０の軸方向における位置の、仮着座時からの変化量を参照して、底付きを判定する処理について説明する。

図４は、底付きしたねじ７０を模式的に示す図である。図４に示すように、被締結物８０をワーク９０（締結物）に締結するためのねじ７０のねじ軸が、ねじ穴８１と被締結物８０とよりも長いことにより、ねじ７０のねじ軸７２が完全にねじ穴８１に挿入されていない状態で、ねじ先端７３が、ねじ穴底８２に到達してしまい、ねじ締め動作が途中で止まってしまう「底付き」による不良が生じる場合がある。または異物がねじ穴８１に溜まっている場合にも、底付きによる不良が生じる場合がある。

なお、本実施形態では、ねじ締めを行う箇所に雌ねじが予め切られた状態（タップ）のワークに対してねじ締めを行う例を用いて、ねじ締めシステム１によるねじ締め動作を示している。

上述した、本締め工程において、位置取得部１３は、通信部１２を介して、カプラ２０から、Ｒ軸位置と、Ｚ軸位置とを取得する。ここで、Ｒ軸位置は、回転用サーボ３０の回転量であり、Ｚ軸位置は、原点位置からの移動距離である。

不良判定部１４は、位置取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における位置に基づいて、ねじ締めに、底付きによる不良が発生したか否かを判定する。

図５の（ａ）は、底付きが生じた場合（ng_bottoming）と、問題なくねじ締め動作が完了した場合（ok）との、本締め工程中のＲ軸位置の変化を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＲ軸位置を示す。図５の（ｂ）は、底付きが生じた場合（ng_bottoming）と、問題なくねじ締め動作が完了した場合（ok）との、本締め工程中のＺ軸位置の変化を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＺ軸位置を示す。図５の（ａ）、および図５の（ｂ）において、ｉｎｄｅｘとは、１ｉｎｄｅｘが２ｍｓｅｃを示し、ｉｎｄｅｘ＝１２５０は、２．５秒である。

図６は、各ねじの本締め工程中における、底付きが生じている場合（ng_bottoming）と、底付きが生じていない場合（ok）との、Ｚ軸位置の変化量を示す図である。横軸は各ねじのねじ締めの開始時間を示し、縦軸はＺ軸位置の変化量を示す。

図７は、各ねじの本締め工程中における、底付きが生じている場合（ng_bottoming）と、底付きが生じていない場合（ok）との、Ｒ軸位置の変化量を示す図である。横軸は各ねじのねじ締めの開始時間を示し、縦軸はＲ軸位置の変化量を示す。

図５の（ａ）、および図５の（ｂ）に示すように、本締め工程中において、ねじ締めに、底付きによる不良が発生した場合の、時間変化に伴う、ドライバー５０のＲ軸位置と、Ｚ軸位置との変化量は、底付きによる不良が発生していない場合よりも大きくなる。不良判定部１４は、本締め工程において、ドライバー５０の軸方向における位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに底付きによる不良が発生したと判定する。

図６、および図７に示すように、底付きによる不良が発生していない場合のドライバー５０のＲ軸位置の変化量と、Ｚ軸位置の変化量とでは、Ｒ軸位置の方が、変化量のねじ毎のばらつきが大きくなる。これは、Ｒ軸位置の変化量は、ねじと被締結物との間の摩擦、およびトルクのばらつき等の影響を受けやすいからである。

さらに、図６に示すように、本締め工程中における各ねじのＺ軸位置の変化量は、底付きによる不良が発生していない場合では、ねじ締め動作毎のばらつきはほぼ見られず、底付きによる不良が発生している場合では、ねじ締め動作毎のばらつきが大きくなっている。これは、底付きによる不良が発生していない場合には、本締め工程開始時には、ねじ７０の座面７１が、被締結物８０に接触した状態であり、ねじ頭の位置によって決まるＺ軸位置がねじ締め動作間でほぼ一定となるためである。また、底付きによる不良が発生していない場合には、本締め工程中においても、ねじ７０のねじ軸７２が伸び、軸力（締め付ける力）が発生するが、その際、Ｚ軸位置（ねじ７０の頭の位置）はほとんど変化しない。

一方で、底付きによる不良が発生している場合には、本締め工程開始時に、ねじ７０の座面７１が、被締結物８０に接触した状態となっているとは限らず、ねじ頭の位置によって決まるＺ軸位置がねじ締め動作間でばらついてしまう。また、底付きによる不良が発生している場合には、本締め工程中に、ねじ７０の先端７３もしくはねじ穴８１の底８２が変形し、ねじ７０がねじ穴８１に入って行くことにより、Ｚ軸位置が、ねじ毎に大きくばらつく。

このように、Ｚ軸位置は、本締め工程開始時、および、本締め工程中において、底付きによる不良が発生していない場合では、ばらつきが見られず、底付きによる不良が発生している場合には、大きくばらつく。一方で、本締め工程開始時、および、本締め工程中のＲ軸位置は、底付きによる不良が発生していない場合であっても、ねじ７０の座面７１と、被締結物８０との接触面での摩擦などの影響により、ねじ締め動作毎にばらついてしまう。

よって、不良判定部１４は、ねじ毎の公差の影響を受けることなく、かつ、底付きによる不良が発生していない場合の、本締め工程開始時、および、本締め工程中における位置が安定する、Ｚ軸位置の変化量に基づいて、ねじ締めに底付きによる不良が発生したか否かを判定することで、精度良く、不良の発生を判定することができる。

また、例えば、本締め工程開始時のＺ軸位置の絶対値に基づいて、底付きによる不良の判定を行うことも可能であるが、この場合には、ねじの公差の影響を受けるとともに、ねじの公差の影響を加味した場合には、わずかな底付きは判定することができなくなる。よって、仮着座時からの、Ｚ軸位置の変化量に基づいてねじ締めに底付きによる不良が発生したか否かを判定することで、精度良く、不良の発生を判定することができる。

ところで、仮着座工程の完了は、ドライバー５０に与える回転トルクが、第１トルクに達することで検知されるため、図５の（ａ）、および図５の（ｂ）に示すように、ねじ締めに、底付きによる不良が発生している場合には、仮着座工程の完了が、底付きによる不良が発生していない場合に比べて早く検知される。このため、ねじ締めに底付きによる不良が発生している場合、本締め工程が、底付きによる不良が発生していない場合に比べて早く開始され、本締め工程の開始タイミングのばらつきも大きくなる。

位置取得部１３は、第１位置取得ステップにおいて、まず、ねじ７０をねじ穴８１に挿入し、ねじ７０を仮着座させたときのドライバー５０の軸方向における位置を第１位置として取得する。

続いて、位置取得部１３は、第２位置取得ステップにおいて、ねじ７０を仮着座させた後の本締め工程において、ドライバー５０の軸方向における位置を第２位置として取得する。

位置取得部１３は、本締め工程の開始タイミングで、第１位置を取得し、第１位置取得後、所定時間毎に（例えば０．００２秒毎に）、第２位置を取得してもよい。

不良判定部１４は、不良判定ステップにおいて、位置取得部１３が取得した第１位置と、第２位置と、参照する。不良判定部１４は、不良判定ステップにおいて、第１位置から第２位置への変化量が閾値より大きければ（大きくなれば）、ねじ締めに不良が発生したと判定する。不良判定部１４は、例えば、本締め工程の開始タイミングに取得した第１位置から第２位置への変化量が、閾値より大きければ、ねじ締めに、底付きによる不良が発生したと判定する。

不良判定部１４によって、ねじ締めに、ねじ７０の先端７３がねじ穴８１の底８２に着いた底付きによる不良が発生したと判定されると、ＰＬＣ１０は、当該不良の発生を、通知部１５の機能により、ユーザ、または、他の機械に通知する。

また、ＰＬＣ１０は、不良判定部１４によって、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、通知部１５の機能により、底付きによる不良の発生をねじ締め装置５に通知して、ねじ締め動作を中止させてもよい。また、不図示の提示装置に底付きによる不良の発生を通知して、画像表示、音声出力等により、ユーザに、底付きによる不良の発生を提示してもよい。

上述したように、ねじ締めシステム１は、ドライバー５０のＺ軸位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに不良が発生したと判定するため、正確に底付きによる不良が発生しているか否かを判定することができる。

〔実施形態２〕
以下、本発明の実施形態２について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

実施形態２に係る、ねじ締めシステム１の構成は、図１～図３を用いて説明した実施形態１のねじ締めシステム１と同様である。実施形態２に係る、ねじ締めシステム１は、ねじ締めにおける、異物挟み込みによる不良が発生したか否かを判定する点で、実施形態１とは異なる。

（異物挟み込み判定）
次に、ドライバー５０の軸方向における位置の、仮着座時からの変化量を参照して、異物挟み込みを判定する処理について説明する。

図８は、異物挟み込みによる不良が生じているねじ７０を模式的に示す図である。図８に示すように、被締結物８０を、ワーク９０に締結するためのねじ７０の座面７１と、被締結物８０との間に、異物８５が挟まった状態で、ねじ締め動作が行われる場合がある。このような場合には、ねじ締め動作が途中で止まってしまう「異物挟み込み」による不良が生じる。異物８５は、例えば、アルミ屑、半田ボール等である。

上述した、本締め工程において、位置取得部１３は、通信部１２を介して、カプラ２０から、Ｒ軸位置と、Ｚ軸位置とを取得する。ここで、Ｒ軸位置は、回転用サーボ３０の回転量であり、Ｚ軸位置は、原点位置からの移動距離である。

不良判定部１４は、位置取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における位置に基づいて、ねじ締めに、異物挟み込みによる不良が発生したか否かを判定する。

図９の（ａ）は、異物挟み込みが生じた場合と、問題なくねじ締め動作が完了した場合との、本締め工程中のＲ軸位置の変化を示す図である。図９の（ａ）において、ng_aluminium_trashは、アルミ屑の挟み込みによる不良が生じた場合のＲ軸位置の変化を示し、ng_solderは、半田ボールの挟み込みによる不良が生じた場合のＲ軸位置の変化を示している。横軸は時間を示し、縦軸はＲ軸位置を示す。

図９の（ｂ）は、異物挟み込みが生じた場合と、問題なくねじ締め動作が完了した場合との、本締め工程中のＺ軸位置の変化を示す図である。図９の（ｂ）において、ng_aluminium_trashは、アルミ屑の挟み込みによる不良が生じた場合のＺ軸位置の変化を示し、ng_solderは、半田ボールの挟み込みによる不良が生じた場合のＺ軸位置の変化を示している。横軸は時間を示し、縦軸はＺ軸位置を示す。図９の（ａ）、および図９の（ｂ）において、ｉｎｄｅｘとは、１ｉｎｄｅｘが２ｍｓｅｃを示し、ｉｎｄｅｘ＝１２５０は、２．５秒である。

図１０は、各ねじの本締め工程中における、異物挟み込みが生じている場合（ng_aluminium_trashまたはng_solder）と、異物挟み込みが生じていない場合（ok）との、Ｒ軸位置の変化量を示す図である。横軸は各ねじのねじ締めの開始時間を示し、縦軸はＲ軸位置の変化量を示す。

図９の（ａ）、および図９の（ｂ）に示すように、本締め工程中において、ねじ締めに、異物挟み込みによる不良が発生した場合の、時間変化に伴う、ドライバー５０のＲ軸位置の変化量と、Ｚ軸位置の変化量とは、異物挟み込みによる不良が発生していない場合よりも大きくなる。不良判定部１４は、本締め工程において、ドライバー５０の軸方向における位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに、異物挟み込みによる不良が発生したと判定する。

異物挟み込みによる不良が発生していない場合のドライバー５０のＲ軸位置と、Ｚ軸位置とでは、Ｒ軸位置の方が、変化量のねじ毎のばらつきが大きくなる。これは、Ｒ軸位置の変化量は、ねじと被締結物との間の摩擦、およびトルクのばらつき等の影響を受けやすいからである。

本締め工程におけるＺ軸位置の変化量は、図６を用いて説明した、底付きによる不良の影響と同様に、異物挟み込みによる不良が発生していない場合でも、ねじ締め動作毎のばらつきはほぼ見られない。一方で、異物挟み込みによる不良が発生している場合では、本締め工程におけるＺ軸位置の変化量は、ねじ締め動作毎のばらつきが大きくなる。

図１０に示すように、本締め工程開始時におけるＲ軸位置は、異物挟み込みによる不良が発生していない場合であっても、ねじ締め動作毎にばらついてしまう。これは、ねじ７０の座面７１と、被締結物８０と、異物８５と、の接触面での摩擦などの影響により、本締め工程開始時のＲ軸位置が、ねじ締め動作毎にばらついてしまうためである。

よって、不良判定部１４は、ねじ毎の公差の影響を受けることなく、かつ、異物挟み込みによる不良が発生していない場合の、本締め工程開始時、および、本締め工程中における位置が安定する、Ｚ軸位置の変化量に基づいて、ねじ締めに、異物挟み込みによる不良が発生したか否かを判定することで、精度良く、不良の発生を判定することができる。

通知部１５は、不良判定部１４によって、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじの座面７１と、被締結物８０との間に異物が挟み込まれた不良の発生をユーザ、または、ねじ締め装置５を含む他の機械に通知する。

上述したように、ねじ締めシステム１は、ドライバー５０のＺ軸位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに、異物挟み込みによる不良が発生したと判定するため、精度良く、異物挟み込みによる不良が発生しているか否かを判定することができる。

〔まとめ〕
実施形態１、および、実施形態２に説明したように、ＰＬＣ１０は、ドライバー５０の軸方向における位置を取得する位置取得部１３と、ねじをねじ穴に挿入し、ねじを仮着座させた後の本締め工程において、ドライバー５０のＺ軸方向における位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに、底付き、または、異物挟み込みによる不良が発生したと判定する不良判定部とを備えている。よって、ねじの公差、および、本締め工程中のねじと被締結物との間の摩擦などによる影響を受けない、ドライバー５０のＺ軸位置に基づいて、ねじ締めの不良を精度良く判定することができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ＰＬＣ１０の制御ブロック（特に制御部１１、通信部１２、位置取得部１３、不良判定部１４、および通知部１５）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、ＰＬＣ１０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 ねじ締めシステム
１０ ＰＬＣ（ねじ締め不良判定装置）
１１ 制御部
１２ 通信部
１３ 位置取得部
１４ 不良判定部
１５ 通知部
３０ 回転用サーボ（第１モータ）
４０ 往復用サーボ（第２モータ）
５０ ドライバー

Claims (9)

1. ドライバーの軸方向における位置を取得する位置取得部と、
   ねじをねじ穴に挿入し、前記ねじを仮着座させた後の本締め工程において、前記ドライバーの前記軸方向における前記位置の、仮着座時からの変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに不良が発生したと判定する不良判定部とを備える、ねじ締め不良判定装置。
2. 前記仮着座時とは、挿入される前記ねじの座面が被締結物に接した時点である、請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
3. 前記ねじをねじ穴に挿入し、前記ねじを仮着座させる仮着座工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記ねじの締め付けトルクより小さい第１トルクに達するまで行われる、請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
4. 前記仮着座工程の後の前記本締め工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記締め付けトルクである第２トルクに達するまで行われる、請求項３に記載のねじ締め不良判定装置。
5. ねじ締めに不良が発生したと判定されると、前記ねじの先端がねじ穴の底に着いた不良の発生、または、前記ねじの座面と被締結物との間に異物が挟み込まれた不良の発生を通知する通知部を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のねじ締め不良判定装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のねじ締め不良判定装置と、
   前記ドライバーに回転トルクを与える第１モータと、
   前記ドライバーを前記軸方向に移動させる第２モータとを備える、ねじ締め装置。
7. ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじ締めを中止する請求項６に記載のねじ締め装置。
8. ねじをねじ穴に挿入し、前記ねじを仮着座させたときのドライバーの軸方向における位置を第１位置として取得する第１位置取得ステップと、
   前記ねじを仮着座させた後の本締め工程において、前記ドライバーの前記軸方向における位置を第２位置として取得する第２位置取得ステップと、
   前記第１位置から前記第２位置への変化量が閾値より大きければ、ねじ締めに不良が発生したと判定する不良判定ステップとを含む、ねじ締め不良判定方法。
9. 請求項１に記載のねじ締め不良判定装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記位置取得部、および、前記不良判定部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

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