JPH0343161A - 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 本発明は電動ドライバーの駆動制御方法に関し、特にモ
ータの回転位置・によるトルク変動及び減速ギアの回転
位置によるトルク変動を少なくしてトルク精度を高める
ことができるトルク制御方法に関するものである。

従来の技術 例えば、電動ドライバーにおいては、締め付はトルクの
精度が大変重要であり、この締め付はトルクを精度良く
制御するための手段が従来から種種講じられている。

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図及び第７図は電気的に締め付はトルクを制
御するようにした電動ドライバーを示す。第６図におい
て、供給電圧をトランス２５にて所定電圧に設定し、整
流器２６で直流に変換し、パワートランジスタ２７にて
モータ２８に対する通電制御を行なうようにするととも
に、モータ２８に流れる電流を、電流検出抵抗２９．電
流判定用のレベル調整ボリューム３０及び比較器３１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３２にてパワートランジスタ２７を駆動する
トランジスタ３３をオフさせるように構成している。

次に、動作を説明する。まず、スタート信号にてトラン
ジスタ３３をオンすると、パワートランジスタ２７がオ
ンし、モータ２８に電力が供給されて回転を始める。モ
ータ２８に流れる電流は、第７図に示すように、起動時
に起動電流３４が流れた後、定常電流３５となり、ねじ
がワークに着座すると、回転抵抗が大きくなり、締め付
は電流３６がレベル調整用ボリューム３０で設定された
値３７に一致すると比較器３１が動作し、トランジスタ
３２がオンし、それに伴ってトランジスタ３３がオフす
ることによりパワートランジスタ２７がオフしてモータ
２８に対する電力供給が停止され、モータ２４が停止し
てねじ締めは完了する。

また別の従来例として、第８図及び第９図に示すように
機械的に締め付はトルクを制御する電動ドライバーもあ
る。第８図において、４０はモータ、４１は駆動カム、
４２は従動カム、４３はドライバービット、４４はトル
クバネ、４５はリミットスイッチ、４６はねじであり、
モータ４０に対して第９図に示す電力供給回路が接続さ
れている。

動作を説明すると、モータ４０が回転してビット４３に
よりねじ締めが行われ、ねじ４６がワークに着座すると
、トルクが上昇し、トルクバネ４４で設定されたトルク
値に達すると、駆動カム４１と従動カム４２が第８図に
示すように、各々のカムの頭の所へ乗り上げた状態にな
り、リミットスイッチ４５が作動し、モータ４０への通
電がオフされ、ねじ締めが完了する。

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、ねじ締めロボットの様に各ポイント毎にねじ締
め力を可変することは、レベル調整ポリニーム２６の切
替によって可能だが、モータ２４の高速回転時に電流レ
ベルを判定し、モータのロータやギア等の機械系のイナ
ーシャをなくして停止させるのは非常に難しく、トルク
値のばらつきが大きいという問題があり、また機械的方
法でもトルク値を細かく設定したり、広範囲のトルク設
定は困難で、騒音や寿命の点でも難点があり、かつねじ
締めロボットに搭載した場合、各ポイント毎にねじ締め
力を可変することは不可能である。

そこで、本出願人は先に第１０図に示すように、モータ
５７を駆動するドライバ一部５３に対する電力供給を、
ＣＰＵ５０から出力されるパルス幅変調制御信号にて制
御されるチョッパ式電源部５２から行い、又、ＣＰＵ５
０からの制御信号とモータ５７からの位相信号をドライ
バ一部５３を制御する制御部５４に入力し、かつドライ
バー部５３における電流とモータ５７の回転速度をそれ
ぞれ電流検出部５５及び速度検出部５６で検出してＣＰ
Ｕ５０に入力し、ＲＯＭ５１に格納された締め付はパタ
ーンをＣＰＵ５０にて読み出してモータ５７を制御する
ように構成し、それによって第１１図に示すように、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５８の検出と速度変化から検出し、この検出に基づ
いてＣＰＵ５０から逆転制動指令を７１時間出力して制
動電流５９を流し、その後電流値を曲線６０のように漸
増させてトルクを上昇させ、予め設定されたトルクを与
える電流値６１で一定時間Ｔ２モータ５７を駆動し、ね
じを締め上げるようにしたものを提案した。（特願昭６
２−２８３５６９号及び特願昭６２−２８３７０号及び
特願昭６３−１２７７０５号参照。） 発明が解決しようとする課題 ところが、本出願人の先の提案によっても、第４図に示
すようなモータと減速器の組合せからくる、トルクのば
らつきがあり、締め付は力が安定しないという問題があ
る。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、締め付はトルクを高
精度で制御でき、かつねじを高速でねじ込むことができ
、しかも移動手段をもって多点のねじ締めを行なう場合
でも各ポイント毎に締め付は力を可変できる制御方法を
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達成するために、起動後ねじのワー
クへのねじ込み開始を検出して駆動電圧を上げるのとと
もに、ねじ込みに必要なトルクのリミット値をクラッチ
に電圧の形でセットし、ワークに対するビット位置から
ねじ位置を検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、クラッチによるリミット値よりも高め
にセットされた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ことを特徴とする。

前記着座直前の駆動電圧は、ねじとワークの種類に応じ
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のが好
適である。

作用 本発明によると、起動後ワークへのねじ込み開始までの
駆動電圧が相対的に低く設定できるので、ねじにビット
が係合する際の回路速度が低く、ねじとビットの係合状
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、その後の逆転制動によってイナーシャ
による影響をなくシ、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係合時の衝撃を防止した後、
漸次駆動電圧を高めてトルクを漸増させ、所定のトルク
で締め付けるが、その時のモータと減速器によるトルク
のばらつきをクラッチに印加した電圧によりトルクの伝
達力を変化させ、吸収することにより高精度で締め付は
トルクを制御することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて説
明する。

第１図において交流電源から供給された電力はチョッパ
式電源部５に入力され、ドライバー回路６を介してねじ
締めのビットを回転駆動するモータ１２に入力されてい
る。チョッパ式電源部５は直流に整流して平滑した後ね
じ締めビットを駆動制御するＣＰＵＩから出力されるパ
ルス幅変調信号に基づいて電圧制御し、ドライバー回路
６に出力するように構成されている。ドライバー回路６
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１に制御を行うように構成されている。

即ち、モータ１２の回転位相を検出するホール素子など
の位置検出器１１からの位相検出信号が制御部７へ入力
され、この制御部７にてドライバー回路６の各トランジ
スタ２２ａ〜２２ｆを制御するように構成されている。

又、この制御部７にはＣＰＵＩからスタート、ストップ
信号、正逆信号が入力されている。

前記ドライバー回路６には電流検出用抵抗２３が設けら
れており、電流検出器８にてモータ１２に流れる駆動電
流が検出され、Ａ／Ｄ変換器２０にてデジタル信号に変
換されて前記ＣＰＵＩに入力されている。また、前記位
相検出器１１からの信号が速度変換器９に入力され、モ
ータ１２の回転速度が検出され、前記Ａ／Ｄ変換器２０
を介して前記ＣＰＵＩに入力されている。又、ねじ締め
のトルクに関しては、前記ＣＰＵＩよりＤ／Ａ変換器２
１ヘトルク値が出力され、それに応じた電圧をトルク制
御部１０でコントロールし、パウダークラッチ１３を制
御している。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
パターンを記憶させたＲＯＭ、３はねじ締め条件等を一
時記憶させるＲＡＭである。４はデータの入出力用イン
ターフェース部で外部機器との接続及びＲＡＭ３へのデ
ータの入力及び表示を行なう。

尚、第３図において、１２はモータ、１４は減速器、１
３はパウダークラッチ、１５はヘッドホルダ一部、１６
はビット、１７はバネ、１８は吸着パイプ、１９はケニ
ブルである。

次に動作を説明する。ねじ締め位置におけるねじの種類
とワークの種類に応じたねじ締めパターンをインタフェ
ース部４にて予め入力してＲＡＭ３へ記憶させておき、
動作を開始すると、ＣＰＵ１はＲＯＭ２に格納されたプ
ログラムに沿ってＲＡＭ３から、そのパターンに沿って
制御電圧をモータ１２に印加するように、チョッパ式電
源部５にパルス幅変調信号を出力する。

ねじ締めパターンとしては、第２図に示すようなパター
ンがあり、小ねじとかタッピンねじに応じてＶ、〜ｖ５
までが変化する。第２図ａは制御電圧のパターン、第２
図すは上記電圧制御によりモータ１２に流れる電流のパ
ターンである。

ねじ締め動作においては、モータ１２を比較的低い電圧
Ｖ＋で起動すると、起動電流１ｏが流れた後、初期電流
ＩＩが流れ、ドライバービット１６はあまり高速でない
速度で回転し、ねじとの係合が安定して確保される。次
にねじのワークに対するねじ込みが開始すると、瞬間的
に電流の変化を電流検出器８にて検出すると、モータ１
２に対する供給電圧をねじ及びワークに応じたｖ２に高
めると、立上り電流Ｉ２が流れた後Ｉ３の電流でねじ締
めをしていく。

ねじのねじ込みが進行して着座状態に近づき、ねじとワ
ークとの間の間隔が所定値になると、位置検出器等の信
号から、ねじ及びワークに応じた低い電圧ｖ３に切換え
られ、着座時に過大なトルクが発生するのが防止させら
れる。

次に、ねじがワークに着座すると、第２図すのＩ４に示
すように電流の立上りが生じるため、この立上りの変曲
点を電流検出器８で検出し、速度検出器９で回転停止を
検出することによって、ＣＰＵＩから制御部７に逆転制
動指令信号を所定時間出力し、逆転制動電圧ｖ４をねじ
及びワークに応じて印加し、制動電圧Ｉｓを流して制動
し、ねじ込み時の機械系のイナーシャの影響をなくす。

次に、低い電圧■５を所定時間印加してビットがねじ頭
に再度当る時に衝撃が加わらないようにし、逆転制動に
よるねじの緩みを完全に解消した後、漸次増加する電圧
ｖ６を印加し、所定の締め付はトルクＴに対応する電圧
ｖ７に達すると、その状態を所定時間保持するのだが、
その時第４図に示すようなモータ１２とギア１４による
トルクのばらつきがある。そのために電圧ｖ７は所定の
トルクがばらつきの下限値でも出力できるようにセット
し、かつ、第５図に示すようなパウダークラッチの出力
特性を利用し、漸増ｖ６と同時に、パウダークラッチ１
３へ、Ｄ／Ａコンバータ２１よりトルク制御部１０を通
じてねじ締めの所定トルクに対応する結合力を得られる
電圧が印加される。この状態を所定時間保持することに
よりねじ締めが完了する。

発明の効果 本発明の電動ドライバーの駆動制御方法によれば、以上
の説明から明らかなように、起動後ワークのねじ込み開
始までの駆動電圧が相対的に低く設定できるのでねじに
ビットが係合する際の回転速度が低いため、ねじとビッ
トの係合が安定して得られ、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る。

また、逆転制動によりイナーシャによる影響をなくし、
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
の再係合時の衝撃を防止した後、イナーシャの影響が出
ないように漸次駆動電圧を高めてトルクを漸増させてい
る。

また、モータやギアによるトルクのばらつきを吸収する
ものとして、パウダークラッチにより所定のトルクを印
加し、高精度で締め付はトルクを制御することがぞきる
。

また、ねじやワークによって各部の駆動電圧を変更する
ことによって、ねじの種類やワークの種類によってねじ
込み時のトルク変化を適正に対応でき、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。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動部とその出力軸のビットの間に接続されたクラッチ
   と、前記駆動部とクラッチを制御する制御部とを備え、
   起動後ねじのワークへのねじ込み開始を検出して駆動電
   圧を上げるのとともに、ねじ込みに必要なトルクのリミ
   ット値をクラッチに電圧の形でセットし、ワークに対す
   るビット位置からねじ位置を検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、クラッチによるリミ
   ット値よりも高めにセットされた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こ
   とを特徴とする電動ドライバーの駆動制御方法。