JPH03202236A - 電動ドライバーの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、小ねじ、タッピンねじ、木ねじ等の多様なね
じ及びワークに対して高速でねじ締めでき、かつその締
め付はトルクを高精度に制御できる電動ドライバーの駆
動制御方法に関するものである。

従来の技術 厄年、電動ドライバーによるねじ締め作業は、多様なワ
ークの出現やそれに伴なう微小ねじ等のねじの多様化に
より、締め付はトルクの精度が高く、しかもねじ締め作
業は高速でかつトルク制御の範囲の広い、品位の高いね
じ締め作業が要求されている。

以下、従来の電動ドライバーによるねじ締め作業を説明
する。第６図、第７図及び第８図は電気的に締め付はト
ルクを制御するよりにした電動ドライバーを示す。第７
図において、供給電圧をトランスにて所定電圧に設定し
、整流器Ｔｏで直流ニ変換シ、パワートランクスタフ１
にてモータ７４に対する通電制御を行うよりにするとと
もに、モータ７４に流れる電流を、電流検出抵抗３６、
電流判定用のレベル調整ボリューム７６、及び比較器７
３にて判定し、所定の電流値即ち所定トルクに達すると
、トランジスタ７７にてパワートランジスタ７１を駆動
するトランジスタ７２をオフさせるよりに構成している
。

次に、動作を説明する。筐ず、スタート信号を与えると
第６図のシリンダー６２がＯＮＬ、ビット５３及び吸着
パイプ５４が下降するとともに、トランジスタ７２をオ
ンすると、パワートランジスタ７１がオンし、モータ７
４に電力が供給されて回転を始める。モータ７４に流れ
る電流は第５図に示すよりに、起動時に起動電流８０が
流れた後、定常電流８１となう、ねじがワークに食い込
み始めると８２のよりに電流が上昇しだし、第６図の近
接スイッチ５２が位置ブラケット６２で設定された位置
筐でビット６３が下降することにより下降するとスター
ト信号を−１オフし電動ドライバー７４の回転を止め第
８図８３のよりに電流をオフする。所定時間後再度電動
ドライバーをスタート信号を入力することにより起動す
るか、電動ドライバー、７４の出力）／ｌ／りを変えて
起動し、再度起動電流８４が流れた後、ねじ５６がワー
クに着座すると、回転抵抗が大きくなシ、締め付は電流
８５が上昇して発生トルクが大きくなる。締め付は電流
８６がレベル調整ボリューム７６で設定された値に一致
すると、比較器７３が動作し、トランジスタ７７がオン
し、それｒに伴なってトランジスタ７２がオフすること
によりパワートランジスタ７１がオフしてモータ７４に
対する電力供給が停止され、モータ７４が停止してねじ
締めは完了する。

しかしながら、電流値でトルクを制御する上記電気的方
法では、モータ７４の高速回転時に電流レベルを判定し
、機械系のイナーシャの影響を無くして停止させるのは
非常に難かしい。

そこで、本出願人は、第３図、第４図及び第５図に示す
よりに、上下動をＤＣモータ化４１にすることにより高
速化し、かつブラシレス電動ドライバー　３　Ｑを第３
図Ａのよりにコントロールスルことによｌ）トｙｖり精
度の高い高速のねじ締めを提案した（特願昭６２−２８
３５６９号明細書及び特願昭６２−２８３７０号明細書
参照）。

簡単に動作を説明すると、第３図Ａのよりに、モータを
ｌず低速で起動（ＰＷｌ）Ｌ、ねじとビットの結合を確
実に行ない、次にねじが同Ｃの０）の位置のよりにワー
クへの直前の位置に下降すると、高速回転（ＰＷ２）に
上げ高速でねじ締めを行ない、ねじがワークへの着座の
所定の高さ１で下降すると、高さセンサー３７により、
第５図のｍＫモータを低速（ＰＷ３　）で駆報し、イナ
ーシャの少ない状態で着座を検出する。第３図Ｃの電流
カーブに示すよりに、ねじのワークへの着座による締め
上げ開始点を電流値の変曲点２８の検出と速度の変化か
ら検出し、この検出に基づいて逆転制動指令（ＰＷ５　
）をＴ１時間出力して制御電流２９を流し、その後ビッ
トとねじを低トルク（ＰＷ５）でモータを駆動すること
にょシ結合し、さらに電流値を設定トルク１で漸増し、
一定時間Ｔ３モータ３０を駆動し、ねじを締め上げるも
のである。

発明が解決しよりとする課題 ところが、本出願人の先の提案によっても、第９図に示
すよりな、段差のある深穴の場合は高さセンサ３７の検
出は吸着パイプがワークに先に当たるため誤差が大きく
、又上下モータ４１へのＮＣ指令による方法では、ねじ
がワークに当った時トルクバネが伸びるため、ねじの長
さ分の誤差が生じ、ＰＷ２からＰＷ３への切替が早くな
う、ねじ締めのタクトが長くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、段差のある深穴の
ワークのよりな場合でも、締め付はトルクを高精度で制
御でき、かつねじを高速で安定してねじ込むことができ
、しかも着座時に過大なトｐりが作用することがなく、
多様なねじ及びワークへのねじ締めが可能な電動ドライ
バーの制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を遠戚するために、予め各種ねじのね
じピッチをデータベースとして記憶しておき、ねじ締め
に応じねじの長さねじ径を別途入力する。そしてねじの
長さ、着座検出距離、ねじのピッチ、釦よびねじ締ビッ
ト１回転で発生するハＩＶス定数よシ着座検出までのビ
ットの回転パルスを算出してかく。起動後ねじのワーク
へのねじ込み直前に駆動電圧εを上げるのと同様にねじ
がワークへ食い込みの開始を電流の増加から検出し、そ
の後のモータの回転パμスと先に算出したビットの回転
パルスの値から、ねじに応じた着座検出距離位置をセン
サーレスで判定し、電動ドライバーモータの駆動電圧を
下げ、イナーシャのない状態で着座の検出を行なう。ね
じの着座を駆動部の回転速度と駆動電流から検出して一
定時間逆転駆動電圧をかけて駆動し、その後一定時間低
電圧で駆動した後、再度駆動電圧を漸増させてねじを締
め上げて行き、所定電圧に達すると一定時間保持して予
め設定されたトルク値で安定して精度よく締め付けるこ
とを特徴とする。

前記高電圧駆動、着座直前の駆動、逆転駆動。

低電圧駆動はねじとワークに応じて変更するのが好まし
く、かつ、逆転駆動低電圧駆動の印加時間もねじとワー
クに応じて変更するのが好ましい。

又、ねじとワークの種類の組合わせに応じて駆動制御パ
ターンを予め設定しておき、ねじとワークの組合わせに
より駆動制御パターンを選択して駆動制御するのが好適
である。

作　　用 本発明によると、ワークに段差及び深穴があってもねじ
とワークの位置関係が相対的に算出できるため、センサ
ーによる高さ検出や上下のＮＣ駆動による誤差が発生せ
ず、安定した精度のよい位置検出が可能となシ、それに
より着座直前に駆動電圧を低くして減速するので、ねじ
を高速でねじ込んでも着座時に過大なトルクを発生する
ということはなく、短時間で安定した高精度の締め付は
トルクを制御することができる。

また、小ねじやタッピンねじ等のねじの種類、長さねじ
径及び、ねじの種類、ワークによ、９）ルり変化のパタ
ーンが異なるので各駆動電圧をパターンとして予め設定
しておき、ねじ締めに応じて選択して駆動制御するより
にするのが好ましい。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図に基づいて説
明する。

第１図にかいて、交流電源から供給された電力はチョッ
パ式電源部４に入力され、ドライバ一部８を介して第４
図のねじ締めヘッド部を回転駆動するモータ１２に入力
されている。チｉｆｆソバ式電源部４は直流に整流し平
滑した後、ねじ締めヘッド部を駆動制御するＣＰＵ１か
ら出力されるパルス幅変調制御信号に基づいて電圧制御
２０Ｌ、ドライバ一部８に出力するよりに構成されてい
る。

ドライバ一部８はモータ１２の回転位置に応じて各モー
タコイルに対する通電制御を行うよりに構成されている
。既ち、モータ１２の回転位相を検出するホール素子な
どの位相検出器１３からの位相検出信号が制御部１０に
入力され、この制御部１０にてドライバ一部８の各パワ
ート、ランジスタ９を制御するよりに構成されている。

又、この制御部１ｏにはＣＰＵ１よシ正逆信号、動作指
令信号が入力されている。

前記ドライバ一部８には、電流検出用抵抗１１が設けら
れてかっ、電流検出器６にてモータ１２に流れる駆動電
流が検出され、Ａ／Ｄ変換器６にてデジタル信号に変換
されて前記ＣＰＵ１に入力されている。ｌた、前記位相
検出器１３からの信号が回転信号としてＣＰＵ１へ入力
されるのと同時に、速度検出器７に入力され、モータ１
２の回転速度が検出され、前記Ａ／Ｄ変換器５を介して
前記ＣＰＵ１に入力されている。２は、制御用ソフト及
びねじの種類やワークの種類に応じてそれぞれ予め設定
された複数のねじ締めパターン及び各種ねじのねじピッ
チを記憶させたＲＯＭ、３はねじ締め条件及びねじ締め
の特殊パターン等を一時記憶するＲＡＭである。１４は
ねじ締めトルク値及び締め付は条件等の表示部、１６は
データ入力、操作用のスイッチ、１６は外部機器との接
続インタフェース回路（以降Ｉ／Ｆという）で、ヌター
ト・ねじ締め条件等１７を受け、完了・不良・トルクデ
ータ等の信号１８を出力する。

次に動作を説明する。ＣＰＵ１は通信線を介し、ねじ線
条件・スタート指令を受信すると、ＲＯＭ２及びＲＡＭ
３に記憶されたねし及びワークに応じたねじ締パターン
を読出しねじ締めを開始する。

壕ずモータ１２を第３図ＡのＰＷｌのよりに比較的低い
電圧で起動すると図Ｂのよりに起動電流が流れた後初期
電流２５が流れ、ドライバービット３６は低速回転しね
じ４５との保合が安定して確保される。ドライバービッ
ト３５が下降シ、第３図Ｃ−１にくると通信線１７より
指令を受は同ＡのＰＷ２のよりにモータ１２に対する駆
動電圧を高め、ねじ４５を高速でねじ込む。そして実際
にワークへねじ込みが始壕ると同Ｂ−２６のよりにモー
タ１２に流れる電流が電流検出用抵抗により検出できる
。これとは別に第２図のフローで示すよりに予め入力さ
れていた、ねじの長さｌ、着座検出距離Ａ（約１　ｙａ
ｘ　、第３図Ｃ−２参照）、ねじ４５のピッチＰｉ　、
ビット３６の１回転で発生するパルスＰＢよシ第２図３
０の右項を計算してかく、そして前記ワークのねじ込み
開始から、モータ回転パルスＰＲを加算していきその値
が３０のよりに等しいか大きくなったらＪ第３図ＡのＰ
Ｗ３のよりにワーク及びねじに応じた駆動電圧に下げメ
カニズムのイナーシャの影響がない状態で着座の検出に
入いる。

次に第３図０１１で示すよりにねじ４５がワークに着座
すると着座点２８のよりにねじ４６の回転が停止し電流
の立上シが生ずるため、との立上ジの変曲点を電流検出
器６で検出し、かつ速度検出器７で速度の変曲点を検出
することにより、ＣＰＵ１から、制御部１ｏに逆転制動
指令をワーク及びねじ４５に応じた第３図ＡのＴ１１時
間出力するとともにその駆動電圧同ＰＷ４をワーク及び
ねじ４６に応じてＣＰＵ１から、チョッパ式電源部４へ
出力する。これによりモータ１２に第３図Ｃ−１９のよ
りにブレーキがかかシー旦モータ１２は停止する。次に
同Ａ　−Ｐ　Ｗ　ｓのよりにワーク及びねじ４６に応じ
た低い電圧を同様にＴ２間印加し、ビット３５が逆転制
動による保合がはずれた状態からねじ頓に再度当たる時
に衝撃が加わらないよりにしねじ４６の緩みを完全に解
消した後。

漸次増加する電圧を印加し、所定の締付はトルりに対応
する電圧に達すると、その状態をワーク及びねじ４５に
応じた所定時間保持することによりねじ締めは完了する
。この場合漸増時間Ｔ４はワーク及びねじ４５に応じた
ものが好捷しい。

その後上記と同様の動作をワークの各ねじ締め位置に対
して繰返すことによ）ワークに対するねじ締め作業が終
了する。このとき、各ねじ締め位置に対して異なった種
類のねじを締め付けることが可能である。

発明の効果 本宅間の電動ドライ／＜−の駆動制御方法によれば、以
上の説明から明らかなよりに、第９図のよりに深穴でし
かもワーク面が段差のある場合で吸着パイプ３６がねじ
込み面筐で到達せず第４図の高さ検出センサ３７と同マ
グネットによる方法では全てに対応できない場合でも、
ねじ４６とワーク面の関係から位置出しをするので全て
の場合に安定して制御ができる。かつ、起動後ワークへ
のねじ込み開始壕での駆動電圧を相対的に低く設定でき
るのでねじにビットが保合する際の回転速度が高速にな
シすぎることがなく、ねじとビットの保合状態が安定し
て得られ、かつねじ込み開始後は駆動電圧を高く設定し
ているので高速でねじ込むことができ、さらに着座直前
に前記方法により短時間の開駆動電圧を低くするので、
ねじを高速でねじ込んでも着座時に過大なトルクを発生
するということはないという効果が得られ、かつタクト
も短かく一定化するという効果も得られる、筐た、逆転
制動によってイナーシャによる影Ｗを無くし、さらに低
い駆動電圧を印加して逆転後のねじ頭とビットの再保合
時の衝撃を防止した後漸時駆動電圧を高めてトルりを漸
増させ、所定のトルクで締め付けることにより、高精度
で短時間の締め付はトルりを制御することができる。

また、ワークの種類、ねじの種類及び仮締め等の特殊用
途に応じても各部の駆動電圧、時間を変更することが出
きるので、ワークの種類やねじの種類によるねじ込み時
のトルク変化に適正に対応でき、ねじに過大なトルクを
加えることなく高速で確実にねじ込むことができる。

さらに、ねじとワークの種類の組合せに応じて駆動パタ
ーンを予め設定しておき、通信線を介してその駆動パタ
ーンを選択して駆動制御すると複数種類のねじ締めを適
正に行なうことが出きる等、大なる効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は制
御回路のブロック図、第２図は電動ドライバーの駆動制
御方法のフローチャート図、第３図Ａ−Ｃはねじ締め時
の駆動電圧、電流及びねじとワークの位置関係を示す説
明図、第４図はセンサーによる制御するヘッドの構成図
、第５図は同フローチャート図、第６図は従来のシリン
ダーによるねじ締めヘッドの構成図、第７図は同制御回
路のブロック図、第８図は同電流波形図、第９図は本発
明の効果が大となる深穴でしかも段差のあるワークの断
面図である。 １・・・・・・制御用ＣＰＵ、４・・・・・・チョッパ
式電源部、５・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、６・・・・・
・電流検出変換回路、了・・・・・・速度検出着座検出
回路、８・・・・・・ドライバー部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）予め各種ねじのねじピッチをデータベースとして
   記憶する第１工程と、ねじ締めに応じたねじの長さ、ね
   じ径を入力する第２工程と、ねじのワークへの食い込み
   開始を検出する第３工程と、第１工程、第２工程、第３
   工程よりねじの着座検出距離を算出する第４工程と、こ
   の第４工程よりねじ締めする第５工程と、ねじの着座を
   駆動部の回転速度と駆動電流から検出して一定時間逆転
   駆動電圧をかけて駆動する第６工程と、その後一定時間
   低電圧で駆動した後、再度駆動電圧を漸増させてねじを
   締め上げる第７工程とを有した電動ドライバーの駆動制
   御方法。
2. （２）予め各種ねじのねじピッチをデータベースとして
   記憶する工程と、ねじ締めに応じねじの長さねじ径を入
   力する工程と、ねじの長さ、着座検出距離、ねじのピッ
   チ、およびねじ締ビット１回転で発生するパルス定数よ
   り着座検出までのビットの回転パルスを算出する工程と
   、起動後ねじのワークへのねじ込み直前に駆動電圧を上
   げるのと同様にねじがワークへ食い込みの開始を電流の
   増加から検出する工程と、その後のモータの回転パルス
   と先に算出したビットの回転パルスの値から、ねじに応
   じた着座検出距離位置をセンサーレスで判定する工程と
   、電動ドライバーモータの駆動電圧を下げ、イナーシャ
   のない状態で着座の検出を行なう工程と、ねじの着座を
   駆動部の回転速度と駆動電流から検出して一定時間逆転
   駆動電圧をかけて駆動する工程と、その後一定時間低電
   圧で駆動した後、再度駆動電圧を漸増させてねじを締め
   上げる工程と、所定電圧に達すると一定時間保持して予
   め設定されたトルク値で締め付ける工程を有した電動ド
   ライバーの駆動制御方法。
3. （３）起動後ねじのワークへのねじ込み開始をビット位
   置により検出してモータの駆動電圧を上げ、ワークに対
   するねじ位置をねじのタイプ、ねじ径、ねじ長さから算
   出して、ねじの着座直前に駆動電圧を下げ、ねじの着座
   を駆動部の回転速度と駆動電流から検出して一定時間逆
   転駆動電圧をかけて制動し、その後一定時間低電圧で駆
   動した後、再度駆動電圧を漸増させてねじを締め上げて
   行き、設定電圧に達すると一定時間保持して予め設定さ
   れたトルク値で締め付けることを特徴とする電動ドライ
   バーの駆動制御方法。
4. （４）着座直前の駆動電圧をねじとワークの種類に応じ
   て変更することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の電動ドライバーの駆動制御方法。
5. （５）着座の検出タイミング、逆転駆動電圧とその後の
   低電圧駆動のレベルとタイミング、漸増時のステップの
   タイミング及び設定電圧に達した後の一定時間の印加タ
   イミングをねじとワークの種類に応じて変更することを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電動ドライバー
   の駆動制御方法。
6. （６）ねじとワークの種類の組み合わせに応じて駆動制
   御パターンを予め設定しておき、ねじとワークの組み合
   せにより駆動制御パターンを選択して駆動制御すること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電動ドライバ
   ーの駆動制御方法。