JPH05245728A

JPH05245728A - ボルト着脱装置

Info

Publication number: JPH05245728A
Application number: JP4045797A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hayashi; 信行林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】締め付け開始時や緩め終了時にボルトを自立
させてボルトとドライバとの着脱を確実に行い得るボル
ト着脱装置を提供する。【構成】治具２とワークとを連結するボルト３の頭部
４のレンチ穴４ａと嵌合可能なドライバ６と、前記ボル
ト３を把持するロボットハンド５等の把持手段とを備え
てなるボルト着脱装置１において、前記把持手段を、前
記ボルト３の締め付け開始時及び緩め終了時に、前記ボ
ルト３を把持したまま前記ボルト３の軸線Ｘの回りに一
定角度回転駆動されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ワークと治具とをボ
ルトによって連結する場合に用いて好適なボルト着脱装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機械加工の現場においては、複数
のマシニングセンタ等の数値制御式工作機械をラインで
結ぶことにより、多工程に渡る機械加工を無人あるいは
無人に近い状態で行い得るようにした機械加工システム
の導入が盛んに行われている。このような加工システム
では、ラインからワークを取り込んで工作機械の治具に
取り付け、あるいは加工されたワークを治具から取り外
してラインに戻すために、種々の構成のワーク交換装置
が用いられている。そして、このようなワーク交換装置
の代表的な例としては、治具側に油空圧を用いたクラン
プ手段を設けたものがある。すなわち、ロボット等の搬
送手段によって治具上の所定位置にワークを設置した
後、クランプ手段を作動させて油空圧でワークを押さえ
つけるものである。ところが、このような手法では、治
具が大型化、複雑化し易く、小型部品の製造時に無駄が
生じがちである。そこで、例えばワークと治具とをボル
トによって連結する構成を採用し、ボルトのレンチ穴と
嵌合するドライバをモータ等で回転させてボルトを自動
的に締め付け、また緩めることにより、ワークと治具と
の着脱を自動化することも試みられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、ドライバを回転させてボルトの締め付けや緩
め作業を自動で行う場合、締め付け開始時には、ボルト
をネジ穴上に自立させた状態でドライバと嵌合させる必
要があり、また、緩め終了時にはドライバが離脱した後
でもボルトを自立させておく必要がある。この発明は、
このような背景の下になされたもので、締め付け開始時
や緩め終了時にボルトを自立させてボルトとドライバと
の着脱を確実に行い得るボルト着脱装置を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、治具とワークとを連結するボルトの頭部
外周または頭部レンチ穴と嵌合可能なドライバと、前記
ボルトを把持する把持手段とを備え、この把持手段で把
持されたボルトの頭部を前記ドライバと嵌合させた上で
前記ドライバを回転させて前記ボルトを着脱するボルト
着脱装置において、前記把持手段を、前記ボルトの締め
付け開始時及び緩め終了時に、前記ボルトを把持したま
ま前記ボルトの軸線回りに一定角度回転駆動されるよう
に構成した。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、ボルトの締め付け開始時に
おいては、把持手段によってボルトが一定角度回転せし
められるので、ボルトがその回転角に応じてねじ穴にね
じ込まれてねじ穴上に自立する。一方、ボルトの緩め時
には、把持手段によってボルトを一定角度回転させるこ
とにより、ねじ穴からボルトを完全に抜き取ることがで
きるので、把持手段による回転動作に先立ってボルトが
未だねじ穴と螺合している状態でドライバをボルトから
抜き取ることにより、ドライバ離脱後もボルトを自立さ
せることができる。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
説明する。図１に示すように、本発明のボルト着脱装置
１は、切削工具のアーバを流用した治具２のネジ穴に対
してボルト３を着脱するもので、ボルト３の頭部４を把
持するロボットハンド５と、前記治具２のネジ穴に同軸
的に設けられてボルト３の頭部４に形成されたレンチ穴
４ａと嵌合可能な多角柱状、例えばレンチ穴４ａが六角
穴であれば六角柱状のドライバ６と、これらロボットハ
ンド５及びドライバ６をそれぞれ駆動するアクチュエー
タ７、８と、図示せぬ指令部から送出される作業開始信
号Ｓ₁を受けてアクチュエータ７、８に所定の駆動信号
Ｓ₂、Ｓ₃を出力する制御部９とを備えている。そして、
前述したロボットハンド５、アクチュエータ７及び制御
部９によって本実施例の把持手段が構成されている。

【０００７】ここで、ロボットハンド５は、互いに平行
な一対のフィンガ１０・１０を備えてなるもので、これ
らフィンガ１０が、アクチュエータ７の作用によって互
いに接離してボルト３の頭部４を把持し、あるいは把持
を解除するようになっている。ロボットハンド５用のア
クチュエータ７は、フィンガ１０を開閉させる開閉駆動
部と、ロボットハンド５全体を治具２のネジ穴の軸線Ｘ
方向に昇降させる垂直駆動部と、ロボットハンド５全体
を水平面内で２次元的に移動させる水平駆動部とを組み
合わせてなるものである。なお、これらアクチュエータ
７の各部としては、例えばエアシリンダやモータ等、周
知の駆動手段が用いられる。

【０００８】ドライバ６用のアクチュエータ８は、ドラ
イバ６を軸線Ｘの回りに左右両方向へ回転させるドライ
バ回転駆動部と、ドライバ６を軸線Ｘ方向に昇降させる
ドライバ昇降部とを有してなるもので、ドライバ回転駆
動部にはトルク及び回転数可変形のモータが使用されて
いる。そして、このドライバ回転駆動部によるドライバ
６の回転は、制御部９から出力される駆動信号Ｓ₃に応
じて、大トルクかつ低速回転の低速度段と、小トルクか
つ高速回転の高速度段との間で切り換え制御されるよう
になっている。なお、これら低速度段と高速度段との間
のトルク及び回転数の差は、高速度段側のトルクをＴ、
回転数をωとすれば、低速度段側のトルクが４Ｔ、回転
数が０．２ωに設定されている。

【０００９】また、アクチュエータ８の前記ドライバ昇
降部によるドライバ６の移動速度は、前記ドライバ回転
駆動部の回転速度に同期してドライバ６を昇降させる作
業速度と、より高速の早送り速度との間で切り換え制御
されるようになっている。前記作業速度は、ボルト３の
ピッチ及びドライバ６の回転速度に応じて定められるも
ので、ボルト３のピッチがＰ（mm）、ドライバ６の回転
数がω（rad.／ｓ）であれば、Ｐ／２π（mm／Ｓ）に設
定される。そして、これら作業速度と早送り速度との切
り換えは、ドライバ６がボルト３のレンチ穴４ａに嵌合
したか否かを検出するドライバ嵌合センサからの出力に
応じて行われる。なお、ドライバ昇降部としては、例え
ばサーボモータとボールネジとを組み合せたもの等、種
々の直線運動機構が採用される。

【００１０】さらに、ドライバ昇降部には、ドライバ６
の軸線Ｘ方向への移動量を検出する移動量検出手段が設
けられている。この移動量検出手段は、ドライバ昇降部
の構成に応じて適宜選択されるが、例えばドライバ昇降
部がサーボモータとボールネジとによって構成される場
合には、当該サーボモータの回転角を検出するレゾルバ
と、このレゾルバから出力される回転角をボールネジの
ピッチ応じてドライバ６の移動量に換算する演算手段と
によって構成することができる。

【００１１】そして、制御部９では、前記移動量検出手
段から送出されるドライバ６の移動量と前記ドライバ嵌
合センサからの出力に基づいて前述したドライバ回転駆
動部を低速度段と高速度段との間で切り換え制御し、ま
た、前記ドライバ昇降部における作業速度と早送り速度
との間の切り換え制御を行う。

【００１２】次に、以上の構成からなるボルト着脱装置
１の動作を説明する。まず、ボルト締め付け時における
動作手順を図２に従って説明する。ボルト３を治具２の
ネジ穴に締め込む際には、治具２のネジ穴上に配置され
たボルト３に向けてロボットハンド５が移動せしめられ
てそのフィンガ１０でボルト３の頭部４が把持される
（ステップＳＰ１、ＳＰ２）。ついで、ボルト３が把持
されたまま、ロボットハンド５全体が治具２のネジ穴軸
線Ｘの回りに１８０゜回転せしめられボルト３が前記ネ
ジ穴に対して若干ねじ込まれる（ステップＳＰ３）。こ
の後、ロボットハンド５のフィンガ１０が開放されると
ともに、ロボットハンド５全体が移動せしめられてボル
ト３からロボットハンド５が離脱する（ステップＳＰ
４）。

【００１３】ロボットハンド５がボルト３から離脱した
後、アクチュエータ８のドライバ昇降部に駆動信号が送
出されてドライバ６が早送り速度で下降せしめられ（ス
テップＳＰ５）、ドライバ嵌合センサによってドライバ
６がボルト３のレンチ穴４ａと嵌合したと判断されるま
でドライバ６の下降が継続される（ステップＳＰ６）。
そして、ドライバ６とボルト３のレンチ穴４ａとが嵌合
したと判断された場合、アクチュエータ８のドライバ昇
降部の駆動速度が切り換えられてドライバ６の下降速度
が作業速度に変更されるとともに、ドライバ回転駆動部
によるドライバ６の回転が起動されてボルト３の締め付
けが開始される（ステップＳＰ７）。この際、ドライバ
６の回転状態としては、前述した高速度段側が選択され
る。

【００１４】ステップＳＰ６においてドライバ６とボル
ト３とが嵌合したと判断された場合、ドライバ６の回転
起動に連動して、アクチュエータ８によるドライバ６の
下降量Ｌの計測が開始される。そして、下降量Ｌが、ボ
ルト３の軸線Ｘ方向における全ねじ込み量をＳとしたと
きに、０．９Ｓに達するまで高速度段側でのドライバ６
の回転が継続される（ステップＳＰ８）。これにより、
ボルト３は、そのネジ長のほぼ９０％がねじ込まれるま
で高速で回転駆動され、従って、ボルト３のねじ込みが
急速に進行する。なお、ここでいうねじ込み量Ｓは、ボ
ルト３のねじ長さをＪ、ピッチをＰとしたとき、Ｓ＝Ｊ
−Ｐ／２で定義される。このようにＰ／２を減算するの
は、ロボットハンド５によるネジ込み量を考慮したもの
である。

【００１５】ステップＳＰ８においてドライバ６の回転
起動後の下降量Ｌが０．９Ｓに達したと判断された場
合、制御部９からアクチュエータ８へ送出される駆動信
号Ｓ₃が切り換えられてドライバ６の回転速度が低速度
段側に変換される（ステップＳＰ９）。これにより、ボ
ルト３は大トルクで締め付けられる。低速度段でのボル
ト３の締め付けは、ボルト３の締め付け開始からのドラ
イバ６の下降量Ｌがボルト３の全ねじ込み量Ｓに達した
と判断されるまで継続される（ステップＳＰ１０）。そ
して、下降量Ｌが全ねじ込み量Ｓに達した時点でドライ
バ６が上昇せしめられてボルト３から離脱し（ステップ
ＳＰ１１）、これによりボルト３の締め付けが終了す
る。

【００１６】次に、ボルト３の緩め時における動作手順
を図３に従って説明する。ボルト３を緩める際には、ま
ず、ボルト３の上方に待機していたドライバ６がボルト
３のレンチ穴４ａと嵌合するまで下降せしめられ（ステ
ップＳＰ２１、ＳＰ２２）、レンチ穴４ａと嵌合した後
はドライバ６が低速度段で回転駆動される（ステップＳ
Ｐ２３）。このドライバ６の回転起動に伴って、アクチ
ュエータ８のドライバ昇降部によるドライバ６の移動方
向及び移動速度が切り換えられてドライバ６は作業速度
で上方へ移動せしめられる。

【００１７】ステップＳＰ２２においてドライバ６とボ
ルト３とが嵌合したと判断された場合、ドライバ６の回
転起動に連動して、アクチュエータ８によるドライバ６
の上昇量Ｌの計測が開始される。そして、上昇量Ｌが、
ボルト３の軸線Ｘ方向における全ねじ込み量Ｓに対して
０．１Ｓに達するまで低速度段側でのドライバ６の回転
が継続される（ステップＳＰ２４）。これにより、ボル
ト３は、その締め切り状態から緩め方向へネジ長のほぼ
１０％に達するまで大トルクで回転せしめられる。そし
て、上昇量Ｌが０．１Ｓに達した後は、ドライバ６の回
転が高速度段側へ切り換えられ（ステップＳＰ２５）、
以降、上昇量Ｌが全ねじ込み量Ｓに達するまで高速度段
でのドライバ６の回転が継続される（ステップＳＰ２
６）。

【００１８】ドライバ６の上昇量Ｌが全ねじ込み量Ｓに
達した後は、ドライバ６の回転が停止する一方で、ドラ
イバ６がさらに上昇せしめられてドライバ６とボルト３
のレンチ穴４ａとの嵌合が解除される（ステップＳＰ２
７）。この段階では、ボルト３がまだ１８０゜分だけ治
具２のネジ穴にねじ込まれているので、ボルト３が倒れ
るおそれはない。そして、ドライバ６がボルト３から離
れた後には、ロボットハンド５が移動してそのフィンガ
１０間でボルト３の頭部４が把持される（ステップＳＰ
２８）。ついで、ロボットハンド５全体が治具２のネジ
穴の軸線Ｘ回りに１８０゜回転せしめられ（ステップＳ
Ｐ２９）、これによりボルト３が治具２のネジ穴から離
脱する。ついで、ロボットハンド５が治具２から離れる
方向へ移動し（ステップＳＰ３０）、これによりボルト
３の緩めが終了する。

【００１９】以上説明したように、本実施例のボルト着
脱装置１では、ボルト３の締め付け開始時、及び緩め終
了時にロボットハンド５がボルト３を把持したまま１８
０゜回転することにより、ボルト３が治具２のネジ穴に
ねじ込まれ、あるいはネジ穴から抜き取られる。従っ
て、締め付け開始時にドライバ６をレンチ穴４ａに嵌合
させる場合、及び、緩め終了間際にドライバ６をレンチ
穴４ａから抜き取る場合のいずれでもボルト３がネジ穴
上に自立し、倒れることがない。

【００２０】なお、本実施例ではドライバ６をレンチ穴
４ａと嵌合する多角柱状に形成しているが、本発明はこ
れに限るものではなく、例えば、六角頭付ボルトの場合
には、ドライバ６の先端を頭部外周と嵌合するスパナ状
に形成するなど、対象とするボルトの形状に応じて適宜
変更されること勿論である。また、把持手段でボルトを
回転させる角度も１８０゜に限らず、ボルトの寸法や形
状に応じて適宜変更可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のボルト
着脱装置によれば、ボルトの締め付け開始時、及び緩め
終了時に把持手段がボルトを把持したまま一定角度回転
することにより、ボルトが治具のネジ穴にねじ込まれ、
あるいはネジ穴から抜き取られるので、締め付け開始時
にドライバをボルトに嵌合させる場合、及び、緩め終了
間際にドライバをボルトから抜き取る場合のいずれでも
ボルトをネジ穴上に自立させてその倒れを防止し、これ
により、ボルトの着脱を確実に行うことができるという
優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るボルト着脱装置の全体
構成を示す図である。

【図２】ボルト締め付け時の動作手順を示すフローチャ
ートである。

【図３】ボルト緩め時の動作手順を示すフローチャート
である。

【符号の説明】

１ボルト着脱装置２治具３ボルト４ボルトの頭部４ａレンチ穴５ロボットハンド６ドライバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】治具とワークとを連結するボルトの頭部
外周または頭部レンチ穴と嵌合可能なドライバと、前記
ボルトを把持する把持手段とを備え、この把持手段で把
持されたボルトの頭部を前記ドライバと嵌合させた上で
前記ドライバを回転させて前記ボルトを着脱するボルト
着脱装置であって、前記把持手段は、前記ボルトの締め付け開始時及び緩め
終了時に、前記ボルトを把持したまま前記ボルトの軸線
回りに一定角度回転駆動されるように構成されているこ
とを特徴とするボルト着脱装置。