JPH06182637A - ねじ締め装置 - Google Patents
ねじ締め装置Info
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- JPH06182637A JPH06182637A JP4338197A JP33819792A JPH06182637A JP H06182637 A JPH06182637 A JP H06182637A JP 4338197 A JP4338197 A JP 4338197A JP 33819792 A JP33819792 A JP 33819792A JP H06182637 A JPH06182637 A JP H06182637A
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- JP
- Japan
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- torque
- screw
- seating
- tightening
- bit
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
- B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
- B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
- B23P19/065—Arrangements for torque limiters or torque indicators in screw or nut setting machines
- B23P19/066—Arrangements for torque limiters or torque indicators in screw or nut setting machines by electrical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
- B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
- B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】エンコーダなどを付加することなく着座トルク
の安定化を図る。 【構成】ＣＰＵ25は、３相モータ21ａのコミュテーショ
ン信号に基づいて演算して得られる３相モータ21ａのビ
ット回転速度と、トルク指令により制御される３相モー
タのビット回転トルクとをＤ／Ａ変換器26さらに電流駆
動型ドライバー27を介して電流制御するので、ねじの着
座時に着座トルクを安定に制御することが可能となり、
いかなる場合にも着座トルクが目標締め付けトルクの設
定値を越えるようなことは防止され、従来のようにねじ
の着座時に締め付け動作が終了してしまうような誤動作
は無くなる。
の安定化を図る。 【構成】ＣＰＵ25は、３相モータ21ａのコミュテーショ
ン信号に基づいて演算して得られる３相モータ21ａのビ
ット回転速度と、トルク指令により制御される３相モー
タのビット回転トルクとをＤ／Ａ変換器26さらに電流駆
動型ドライバー27を介して電流制御するので、ねじの着
座時に着座トルクを安定に制御することが可能となり、
いかなる場合にも着座トルクが目標締め付けトルクの設
定値を越えるようなことは防止され、従来のようにねじ
の着座時に締め付け動作が終了してしまうような誤動作
は無くなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製品組立工程などで部
材と部材をねじで締結するねじ締め装置に関する。
材と部材をねじで締結するねじ締め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ねじ締め装置は、ロボットに取り
付けられたり、また、専用機として組立工程などに配置
され、自動化とともに高度な品質管理が要求されてい
る。特に、ねじ締めにおけるトルク管理においては、ね
じの径や締め付ける材質などによって工業規格で標準締
め付けトルクが規定されている。組立工程においても適
正な締め付けトルクで締め付けが行われているかどうか
を検査する必要があるが、通常、ねじ締結部の数は多く
全てのねじ締結部を検査することは現実問題として困難
な場合が多く、トルクレンチやトルクドライバーなどで
増締めが可能かどうかを抜取りで検査したりしている。
また、電圧駆動型ドライバーまたは電流駆動型ドライバ
ーにより、電圧値または電流値でビットの回転力を制御
して略適正な締め付けトルクで締め付けることが行われ
ている。
付けられたり、また、専用機として組立工程などに配置
され、自動化とともに高度な品質管理が要求されてい
る。特に、ねじ締めにおけるトルク管理においては、ね
じの径や締め付ける材質などによって工業規格で標準締
め付けトルクが規定されている。組立工程においても適
正な締め付けトルクで締め付けが行われているかどうか
を検査する必要があるが、通常、ねじ締結部の数は多く
全てのねじ締結部を検査することは現実問題として困難
な場合が多く、トルクレンチやトルクドライバーなどで
増締めが可能かどうかを抜取りで検査したりしている。
また、電圧駆動型ドライバーまたは電流駆動型ドライバ
ーにより、電圧値または電流値でビットの回転力を制御
して略適正な締め付けトルクで締め付けることが行われ
ている。
【０００３】図５は従来のねじ締め装置の構成を示すブ
ロック図である。図５において、ブラシレスモータを内
蔵したねじ締め機本体１には底部に減速機２が配設さ
れ、モータの回転スピードが減速されてビット３に伝え
られビット先端でねじを回転させる。このブラシレスモ
ータには、中央演算処理装置（以下ＣＰＵという）４が
Ｄ／Ａ変換器５を介して接続された電流駆動型ドライバ
ー６が接続され、ＣＰＵ４の設定トルクに対するトルク
指令に基づいて電流駆動型ドライバー６はブラシレスモ
ータを電流制御で回転駆動させる。
ロック図である。図５において、ブラシレスモータを内
蔵したねじ締め機本体１には底部に減速機２が配設さ
れ、モータの回転スピードが減速されてビット３に伝え
られビット先端でねじを回転させる。このブラシレスモ
ータには、中央演算処理装置（以下ＣＰＵという）４が
Ｄ／Ａ変換器５を介して接続された電流駆動型ドライバ
ー６が接続され、ＣＰＵ４の設定トルクに対するトルク
指令に基づいて電流駆動型ドライバー６はブラシレスモ
ータを電流制御で回転駆動させる。
【０００４】上記構成により、以下、その動作を図６を
参照しながら説明する。図６に示すように、ねじ締め工
程は、ねじ頭７の座面７ａがワーク８に当たる着座状態
Ａまでのねじ込み領域ａと、着座状態Ａから目標締め付
けトルクＢで締め付ける締め付け領域ｂの２領域からな
っている。まず、ねじ込み領域ａのねじ吸着時におい
て、ＣＰＵ４で設定されて出力されるトルク指令値とし
てのねじ吸着回転トルクＰＷ1 は、キャッチャ９でねじ
10を所定位置にセットするねじ締めスタートから、吸着
パイプ11をキャッチャ９上のねじ頭７を覆うように降ろ
してねじ10を吸着するねじ吸着までの低速回転時のトル
クリミットを意味し、通常は２Ｋｇｆｃｍ程度のトルク
値に設定する。そして、ねじ込み時におけるねじ込み回
転トルクＰＷ2 は、ねじ込み高速回転時のトルクリミッ
トを意味し、通常、この設定値は目標締め付けトルクＢ
よりも大きめに設定してねじ込み時にモータロックエラ
ーを発生しないようにするが、ねじ10とワーク８の種
類、ねじ込み状態などを考慮して設定を行う。さらに、
ねじ10が着座するまでの所定の高さ（この場合、１ｍ
ｍ）を検出してから着座までにおいて、着座突入回転ト
ルクＰＷ3 は、ねじ着座検出時の回転トルクリミットを
意味し、通常は着座判定トルクと同じ値に設定するが、
着座状態などを考慮して設定する。そして、逆回転トル
クＰＷ4 で逆転ブレーキを施して着座させる。
参照しながら説明する。図６に示すように、ねじ締め工
程は、ねじ頭７の座面７ａがワーク８に当たる着座状態
Ａまでのねじ込み領域ａと、着座状態Ａから目標締め付
けトルクＢで締め付ける締め付け領域ｂの２領域からな
っている。まず、ねじ込み領域ａのねじ吸着時におい
て、ＣＰＵ４で設定されて出力されるトルク指令値とし
てのねじ吸着回転トルクＰＷ1 は、キャッチャ９でねじ
10を所定位置にセットするねじ締めスタートから、吸着
パイプ11をキャッチャ９上のねじ頭７を覆うように降ろ
してねじ10を吸着するねじ吸着までの低速回転時のトル
クリミットを意味し、通常は２Ｋｇｆｃｍ程度のトルク
値に設定する。そして、ねじ込み時におけるねじ込み回
転トルクＰＷ2 は、ねじ込み高速回転時のトルクリミッ
トを意味し、通常、この設定値は目標締め付けトルクＢ
よりも大きめに設定してねじ込み時にモータロックエラ
ーを発生しないようにするが、ねじ10とワーク８の種
類、ねじ込み状態などを考慮して設定を行う。さらに、
ねじ10が着座するまでの所定の高さ（この場合、１ｍ
ｍ）を検出してから着座までにおいて、着座突入回転ト
ルクＰＷ3 は、ねじ着座検出時の回転トルクリミットを
意味し、通常は着座判定トルクと同じ値に設定するが、
着座状態などを考慮して設定する。そして、逆回転トル
クＰＷ4 で逆転ブレーキを施して着座させる。
【０００５】次に、締め付け領域ｂの締め付け開始時に
おいて、締め付け開始トルクＰＷ5は、着座後、滑らか
に締め付けを行うためのつなぎのトルクを意味し、通常
は着座判定トルクの半分程度に設定する。さらに、目標
締め付けトルクＢに至るトルク上昇時において、トルク
上昇レートは、ねじ締め付け時にトルクを上昇させる割
合を意味し、１ｓｅｃ当たりに上昇させるトルク（Ｋｇ
ｆｃｍ）を設定する。たとえば、10を設定したとすると
１ｓｅｃ当たり10Ｋｇｆｃｍトルクが上昇することにな
り、大きな値を設定するほど締め付け時間は短縮される
が、大きすぎると締め付けトルクがオーバーシュートし
て目標締め付けトルクＢの設定値を越えてしまう。
おいて、締め付け開始トルクＰＷ5は、着座後、滑らか
に締め付けを行うためのつなぎのトルクを意味し、通常
は着座判定トルクの半分程度に設定する。さらに、目標
締め付けトルクＢに至るトルク上昇時において、トルク
上昇レートは、ねじ締め付け時にトルクを上昇させる割
合を意味し、１ｓｅｃ当たりに上昇させるトルク（Ｋｇ
ｆｃｍ）を設定する。たとえば、10を設定したとすると
１ｓｅｃ当たり10Ｋｇｆｃｍトルクが上昇することにな
り、大きな値を設定するほど締め付け時間は短縮される
が、大きすぎると締め付けトルクがオーバーシュートし
て目標締め付けトルクＢの設定値を越えてしまう。
【０００６】図７は図５のねじ締め装置における電流指
令に対する回転速度および回転トルクの各波形図であ
る。図７において、ＣＰＵ４からの電流指令ｉによって
実際のビット回転速度ｆとトルク値ｄを得ることができ
る。
令に対する回転速度および回転トルクの各波形図であ
る。図７において、ＣＰＵ４からの電流指令ｉによって
実際のビット回転速度ｆとトルク値ｄを得ることができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記構成では、ねじ頭
７の着座時付近のモータトルクは20％程度の誤差を持ち
ながらも制御可能であるが、ビット回転速度は制御する
ことができず、ビット回転速度が早い場合には、ねじ込
み時、ねじ頭７の座面７ａがワーク８に衝突してねじ込
みの回転が停止する際に発生する、図７に示す衝撃トル
クである着座トルクｄ1 は、急激に立ち上がって着座判
定トルクｅさらに目標締め付けトルクＢの設定値を越え
てしまい、目標締め付けトルクＢの設定値までねじ締め
付けが行われないままで締め付け動作を終了してしまう
という問題を有していた。すなわち、着座トルクｄ1 は
着座前の回転速度と着座時のモータ電流（回転トルク）
に左右され、従来のモータ電流制御またはモータ電圧制
御だけでは安定した着座トルクの制御は困難であった。
７の着座時付近のモータトルクは20％程度の誤差を持ち
ながらも制御可能であるが、ビット回転速度は制御する
ことができず、ビット回転速度が早い場合には、ねじ込
み時、ねじ頭７の座面７ａがワーク８に衝突してねじ込
みの回転が停止する際に発生する、図７に示す衝撃トル
クである着座トルクｄ1 は、急激に立ち上がって着座判
定トルクｅさらに目標締め付けトルクＢの設定値を越え
てしまい、目標締め付けトルクＢの設定値までねじ締め
付けが行われないままで締め付け動作を終了してしまう
という問題を有していた。すなわち、着座トルクｄ1 は
着座前の回転速度と着座時のモータ電流（回転トルク）
に左右され、従来のモータ電流制御またはモータ電圧制
御だけでは安定した着座トルクの制御は困難であった。
【０００８】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、エンコーダなどを付加することなく着座トルクの安
定化を図ることができるねじ締め装置を提供することを
目的とする。
で、エンコーダなどを付加することなく着座トルクの安
定化を図ることができるねじ締め装置を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のねじ締め装置は、ねじを回転させるためのビ
ットを回転させる多相モータと、前記多相モータのコミ
ュテーション信号に基づいてビット回転速度を演算して
前記多相モータのビット回転速度を制御するとともに、
トルク指令を出力して設定トルク値になるように前記多
相モータのビット回転トルクを制御する制御手段とを備
えたものである。
に本発明のねじ締め装置は、ねじを回転させるためのビ
ットを回転させる多相モータと、前記多相モータのコミ
ュテーション信号に基づいてビット回転速度を演算して
前記多相モータのビット回転速度を制御するとともに、
トルク指令を出力して設定トルク値になるように前記多
相モータのビット回転トルクを制御する制御手段とを備
えたものである。
【００１０】
【作用】上記構成により、制御手段は、多相モータのコ
ミュテーション信号に基づいてビット回転速度を検出し
て多相モータのビット回転速度を制御するとともに、ト
ルク指令を出力して多相モータのビット回転トルクを制
御するので、ねじの着座時に着座トルクを安定に制御す
ることが可能となり、いかなる場合にも着座トルクが目
標トルク設定値を越えるようなことは防止され、ねじの
着座時に締め付け動作が終了してしまうような誤動作は
無くなる。
ミュテーション信号に基づいてビット回転速度を検出し
て多相モータのビット回転速度を制御するとともに、ト
ルク指令を出力して多相モータのビット回転トルクを制
御するので、ねじの着座時に着座トルクを安定に制御す
ることが可能となり、いかなる場合にも着座トルクが目
標トルク設定値を越えるようなことは防止され、ねじの
着座時に締め付け動作が終了してしまうような誤動作は
無くなる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるね
じ締め装置の構成を示すブロック図である。図１におい
て、３相ブラシレスモータ21ａを内蔵したねじ締め機本
体21にはその底部に減速機22が配設され、モータ21ａの
回転スピードが減速機22で減速されて回転力がビット23
に伝えられビット先端でねじ24を回転させる。このブラ
シレスモータ21ａには、ＣＰＵ25がＤ／Ａ変換器26を介
して接続された電流駆動型ドライバー27が接続され、Ｃ
ＰＵ25からの電流指令であるトルク指令に基づいて電流
駆動型ドライバー27はブラシレスモータ21ａを電流制御
で回転駆動させる。また、ねじ締め機本体21のモータ21
ａには、ブラシレスのため電流方向切換用のセンサＣＳ
１〜ＣＳ３が120 °毎に配設され、これらセンサＣＳ１
〜ＣＳ３はＣＰＵ25および電流駆動型ドライバー27に接
続され、センサＣＳ１〜ＣＳ３からのモータ21ａの３相
信号であるコミュテーション信号がＣＰＵ25および電流
駆動型ドライバー27に入力される。このコミュテーショ
ン信号に基づいてＣＰＵ25で６分割回転角を検出すると
ともに、６分割の時間を演算してビット回転速度を検出
し、ＣＰＵ25でＤ／Ａ変換器26さらに電流駆動型ドライ
バー27を介して３相モータ21ａのビット回転速度を制御
する。さらに、ビット23には、ビット23の回転トルクを
検出するトルクセンサ28が配設され、このトルクセンサ
28はＣＰＵ25に接続され、ＣＰＵ25に実際のトルク値を
フィードバックし、このトルク値に基づいてＣＰＵ25か
らＤ／Ａ変換器26を介して電流駆動型ドライバー27にト
ルク指令を出力して各設定トルク値になるようにモータ
21ａのビット回転トルクを制御する。
しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるね
じ締め装置の構成を示すブロック図である。図１におい
て、３相ブラシレスモータ21ａを内蔵したねじ締め機本
体21にはその底部に減速機22が配設され、モータ21ａの
回転スピードが減速機22で減速されて回転力がビット23
に伝えられビット先端でねじ24を回転させる。このブラ
シレスモータ21ａには、ＣＰＵ25がＤ／Ａ変換器26を介
して接続された電流駆動型ドライバー27が接続され、Ｃ
ＰＵ25からの電流指令であるトルク指令に基づいて電流
駆動型ドライバー27はブラシレスモータ21ａを電流制御
で回転駆動させる。また、ねじ締め機本体21のモータ21
ａには、ブラシレスのため電流方向切換用のセンサＣＳ
１〜ＣＳ３が120 °毎に配設され、これらセンサＣＳ１
〜ＣＳ３はＣＰＵ25および電流駆動型ドライバー27に接
続され、センサＣＳ１〜ＣＳ３からのモータ21ａの３相
信号であるコミュテーション信号がＣＰＵ25および電流
駆動型ドライバー27に入力される。このコミュテーショ
ン信号に基づいてＣＰＵ25で６分割回転角を検出すると
ともに、６分割の時間を演算してビット回転速度を検出
し、ＣＰＵ25でＤ／Ａ変換器26さらに電流駆動型ドライ
バー27を介して３相モータ21ａのビット回転速度を制御
する。さらに、ビット23には、ビット23の回転トルクを
検出するトルクセンサ28が配設され、このトルクセンサ
28はＣＰＵ25に接続され、ＣＰＵ25に実際のトルク値を
フィードバックし、このトルク値に基づいてＣＰＵ25か
らＤ／Ａ変換器26を介して電流駆動型ドライバー27にト
ルク指令を出力して各設定トルク値になるようにモータ
21ａのビット回転トルクを制御する。
【００１２】上記構成により、以下、その動作を説明す
る。まず、ねじ込み時、ねじ頭の座面がワークに衝突し
てねじ込みの回転が停止する際に発生する衝撃トルクで
ある着座トルクは、次の（１）式で近似することができ
る。
る。まず、ねじ込み時、ねじ頭の座面がワークに衝突し
てねじ込みの回転が停止する際に発生する衝撃トルクで
ある着座トルクは、次の（１）式で近似することができ
る。
【００１３】 着座トルク＝Ｉ＊（ω／ｔ）＋ＰＷ3 ・・・（１） ここで、Ｉはビット先端から見たイナーシャ、ωは着座
開始時のビット回転速度、ｔは着座開始より着座トルク
が最大になるまでの時間、ＰＷ3 は着座時のトルク指令
値であり、Ｉ＊（ω／ｔ）は回転力である。（１）式よ
り、着座トルクは速度制御と電流リミット制御によって
いる。したがって、着座トルクを安定化させるために
は、ビット回転速度ωとトルク指令値ＰＷ3 を共に制御
する必要がある。
開始時のビット回転速度、ｔは着座開始より着座トルク
が最大になるまでの時間、ＰＷ3 は着座時のトルク指令
値であり、Ｉ＊（ω／ｔ）は回転力である。（１）式よ
り、着座トルクは速度制御と電流リミット制御によって
いる。したがって、着座トルクを安定化させるために
は、ビット回転速度ωとトルク指令値ＰＷ3 を共に制御
する必要がある。
【００１４】図２は図１のねじ締め装置におけるモータ
21ａ正方向回転時のコミュテーション信号波形と、１サ
イクルを６等分したときのコミュテーション信号の値を
示す図である。図２に示すように、ブラシレスモータ21
ａは120 °型のモータであるため、コミュテーション信
号の各波形は120 °づつ位相がずれており、３つの波形
の信号の変化を捉えると１サイクル当たり６分割するこ
とができる。たとえば、分割番号の期間は図２に示す
ように、センサ出力のＣＳ1 ，3 はコミュテーション信
号の値が１、センサ出力のＣＳ2 はコミュテーション信
号の値が０である。また、分割番号の期間から分割番
号の期間に遷移すると、ＣＳ1 はコミュテーション信
号の値が１、ＣＳ2 ，3 はコミュテーション信号の値が
０となり変化する。このように、コミュテーション信号
が次の状態に遷移するまでの時間をＴ（Ｔ1 ＝Ｔ2 ＝Ｔ
3 ・・）、減速機22の減速比をＤとすると、ビット回転
速度Ｖは次の（２）式で表すことができる。
21ａ正方向回転時のコミュテーション信号波形と、１サ
イクルを６等分したときのコミュテーション信号の値を
示す図である。図２に示すように、ブラシレスモータ21
ａは120 °型のモータであるため、コミュテーション信
号の各波形は120 °づつ位相がずれており、３つの波形
の信号の変化を捉えると１サイクル当たり６分割するこ
とができる。たとえば、分割番号の期間は図２に示す
ように、センサ出力のＣＳ1 ，3 はコミュテーション信
号の値が１、センサ出力のＣＳ2 はコミュテーション信
号の値が０である。また、分割番号の期間から分割番
号の期間に遷移すると、ＣＳ1 はコミュテーション信
号の値が１、ＣＳ2 ，3 はコミュテーション信号の値が
０となり変化する。このように、コミュテーション信号
が次の状態に遷移するまでの時間をＴ（Ｔ1 ＝Ｔ2 ＝Ｔ
3 ・・）、減速機22の減速比をＤとすると、ビット回転
速度Ｖは次の（２）式で表すことができる。
【００１５】 ビット回転速度Ｖ（ｒｐｓ）＝６×（１／Ｔ）×Ｄ・・・（２） この状態遷移の時間ＴはＣＰＵ25の内部タイマＴｃを利
用してカウントすることができ、ＣＰＵ25でコミュテー
ション信号より状態遷移の時間Ｔを求めることにより状
態遷移の時間Ｔと減速比Ｄからビット回転速度Ｖを求め
ることができる。この内部タイマＴｃのカウント値をＮ
とすると、ビット回転速度（ｒｐｓ）は６×（１／Ｔｃ
×Ｎ）×Ｄとなる。
用してカウントすることができ、ＣＰＵ25でコミュテー
ション信号より状態遷移の時間Ｔを求めることにより状
態遷移の時間Ｔと減速比Ｄからビット回転速度Ｖを求め
ることができる。この内部タイマＴｃのカウント値をＮ
とすると、ビット回転速度（ｒｐｓ）は６×（１／Ｔｃ
×Ｎ）×Ｄとなる。
【００１６】また、このビット回転速度Ｖが高速回転時
にはカウント値Ｎが小さくなって検出誤差の影響が大き
くなるため、設定速度により状態遷移のカウントの仕方
を変える。たとえば、ビット回転速度が０〜Ｖ1 と遅い
場合には、分割番号〜の期間の毎回の状態遷移時間
をカウントする。また、ビット回転速度がＶ1 〜Ｖ2と
中程度の場合には、分割番号、、の期間というよ
うに１つとばしに状態遷移時間をカウントする。さら
に、ビット回転速度がＶ2 〜Ｖ3 と早い場合には、分割
番号、、の期間というように２つとばしに状態遷
移時間をカウントする。このように、ビット回転速度が
早くなるに連れて、カウント状態を変化させることで検
出誤差を減少させることができ、ダイナミックレンジが
広がる。
にはカウント値Ｎが小さくなって検出誤差の影響が大き
くなるため、設定速度により状態遷移のカウントの仕方
を変える。たとえば、ビット回転速度が０〜Ｖ1 と遅い
場合には、分割番号〜の期間の毎回の状態遷移時間
をカウントする。また、ビット回転速度がＶ1 〜Ｖ2と
中程度の場合には、分割番号、、の期間というよ
うに１つとばしに状態遷移時間をカウントする。さら
に、ビット回転速度がＶ2 〜Ｖ3 と早い場合には、分割
番号、、の期間というように２つとばしに状態遷
移時間をカウントする。このように、ビット回転速度が
早くなるに連れて、カウント状態を変化させることで検
出誤差を減少させることができ、ダイナミックレンジが
広がる。
【００１７】さらに、ビット回転速度がたとえば高、
中、低速でカウント状態を切り換えているが、速度が上
昇する場合と下降する場合の切り換え速度の値にヒステ
リシスを持たせることで切り換え速度付近での速度制御
を安定化させる。
中、低速でカウント状態を切り換えているが、速度が上
昇する場合と下降する場合の切り換え速度の値にヒステ
リシスを持たせることで切り換え速度付近での速度制御
を安定化させる。
【００１８】図３は図１のねじ締め装置における１サイ
クルのねじ締め工程図である。図３において、ねじ締め
工程は、ねじ頭31の座面31ａがワーク32に当たる着座状
態Ａまでのねじ込み領域ａと、着座状態Ａから目標締め
付けトルクＢで締め付ける締め付け領域ｂの２領域から
なっている。まず、ねじ込み領域ａのねじ吸着時におい
て、ＣＰＵ25で設定されて出力されるトルク指令値とし
てのねじ吸着回転トルクＰＷ1 は、キャッチャ33でねじ
34を所定位置にセットするねじ締めスタートから、吸着
パイプ35をキャッチャ33上のねじ頭31を覆うように降ろ
してねじ34を吸着するねじ吸着までの低速回転時のトル
クリミットを意味し、通常は２Ｋｇｆｃｍ程度のトルク
値に設定する。このときのねじ吸着回転速度はねじ締め
スタートからねじ吸着までの低速回転時の速度を意味
し、全速度の10％〜100 ％の範囲で設定可能であるが、
通常は15％程度の値に設定する。そして、ねじ込み時に
おけるねじ込み回転トルクＰＷ2 は、ねじ込み高速回転
時のトルクリミットを意味し、通常、設定値は目標締め
付けトルクＢよりも大きめに設定してねじ込み時にモー
タ21ａがロックエラーを発生しないようにするが、ねじ
34とワーク32の種類、ねじ込み状態などを考慮して設定
を行う。このときのねじ込み回転速度はねじ込み高速回
転時の速度を意味し、全速度の10％〜100 ％の範囲で設
定可能であるが、通常は全速度の80％〜100 ％に設定し
てねじ込み時間の短縮を行い、ねじ込み状態を考慮して
設定する。さらに、ねじ34が着座するまでの所定の高さ
（この場合、１ｍｍ）を検出してから着座時までにおい
て、着座突入回転トルクＰＷ3 は、ねじ着座検出時の回
転トルクリミットを意味し、22Ｋｇｆｃｍまでの範囲で
設定可能であり、通常は着座判定トルクと同じ値に設定
するが、着座状態などを考慮して設定する。このときの
着座突入回転速度は着座突入時の回転速度を意味し、全
速度の10％〜100 ％の範囲で設定可能であるが、通常は
着座時の衝撃力を小さくするため15％程度の値に設定
し、着座状態を考慮して着座時のトルクが着座判定トル
クを大きく越えないように設定する。着座時のトルクが
着座判定トルクに至ったことによりねじ34の着座を検出
してモータ21ａへの電流を一旦オフする。
クルのねじ締め工程図である。図３において、ねじ締め
工程は、ねじ頭31の座面31ａがワーク32に当たる着座状
態Ａまでのねじ込み領域ａと、着座状態Ａから目標締め
付けトルクＢで締め付ける締め付け領域ｂの２領域から
なっている。まず、ねじ込み領域ａのねじ吸着時におい
て、ＣＰＵ25で設定されて出力されるトルク指令値とし
てのねじ吸着回転トルクＰＷ1 は、キャッチャ33でねじ
34を所定位置にセットするねじ締めスタートから、吸着
パイプ35をキャッチャ33上のねじ頭31を覆うように降ろ
してねじ34を吸着するねじ吸着までの低速回転時のトル
クリミットを意味し、通常は２Ｋｇｆｃｍ程度のトルク
値に設定する。このときのねじ吸着回転速度はねじ締め
スタートからねじ吸着までの低速回転時の速度を意味
し、全速度の10％〜100 ％の範囲で設定可能であるが、
通常は15％程度の値に設定する。そして、ねじ込み時に
おけるねじ込み回転トルクＰＷ2 は、ねじ込み高速回転
時のトルクリミットを意味し、通常、設定値は目標締め
付けトルクＢよりも大きめに設定してねじ込み時にモー
タ21ａがロックエラーを発生しないようにするが、ねじ
34とワーク32の種類、ねじ込み状態などを考慮して設定
を行う。このときのねじ込み回転速度はねじ込み高速回
転時の速度を意味し、全速度の10％〜100 ％の範囲で設
定可能であるが、通常は全速度の80％〜100 ％に設定し
てねじ込み時間の短縮を行い、ねじ込み状態を考慮して
設定する。さらに、ねじ34が着座するまでの所定の高さ
（この場合、１ｍｍ）を検出してから着座時までにおい
て、着座突入回転トルクＰＷ3 は、ねじ着座検出時の回
転トルクリミットを意味し、22Ｋｇｆｃｍまでの範囲で
設定可能であり、通常は着座判定トルクと同じ値に設定
するが、着座状態などを考慮して設定する。このときの
着座突入回転速度は着座突入時の回転速度を意味し、全
速度の10％〜100 ％の範囲で設定可能であるが、通常は
着座時の衝撃力を小さくするため15％程度の値に設定
し、着座状態を考慮して着座時のトルクが着座判定トル
クを大きく越えないように設定する。着座時のトルクが
着座判定トルクに至ったことによりねじ34の着座を検出
してモータ21ａへの電流を一旦オフする。
【００１９】次に、締め付け領域ｂの締め付け開始時に
おいて、締め付け開始トルクＰＷ5は、着座後、滑らか
に締め付けを行うためのつなぎのトルクを意味し、22Ｋ
ｇｆｃｍまでの範囲で設定可能であり、通常は着座判定
トルクの半分程度に設定する。さらに、目標締め付けト
ルクＢに至るトルク上昇時において、トルク上昇レート
は、ねじ締め付け時にトルクを上昇させる割合を意味
し、１ｓｅｃ当たりに上昇させるトルク（Ｋｇｆｃｍ）
を設定する。たとえば、10を設定したとすると１ｓｅｃ
当たり10Ｋｇｆｃｍトルクが上昇することになり、大き
な値を設定するほど締め付け時間は短縮されるが、大き
すぎると締め付けトルクがオーバーシュートして目標締
め付けトルクＢの設定値を越えてしまう。
おいて、締め付け開始トルクＰＷ5は、着座後、滑らか
に締め付けを行うためのつなぎのトルクを意味し、22Ｋ
ｇｆｃｍまでの範囲で設定可能であり、通常は着座判定
トルクの半分程度に設定する。さらに、目標締め付けト
ルクＢに至るトルク上昇時において、トルク上昇レート
は、ねじ締め付け時にトルクを上昇させる割合を意味
し、１ｓｅｃ当たりに上昇させるトルク（Ｋｇｆｃｍ）
を設定する。たとえば、10を設定したとすると１ｓｅｃ
当たり10Ｋｇｆｃｍトルクが上昇することになり、大き
な値を設定するほど締め付け時間は短縮されるが、大き
すぎると締め付けトルクがオーバーシュートして目標締
め付けトルクＢの設定値を越えてしまう。
【００２０】図４は図１のねじ締め装置における電流指
令に対する回転速度および回転トルクの各波形図であ
る。図４において、ＣＰＵ25からの電流指令ｉ’によっ
て実際のビット回転速度ｆ’とトルク値ｄ’を得ること
ができる。ここで、ＣＰＵ25はコミュテーション信号か
ら回転速度を検出し、回転速度制御と電流リミット制御
を電流駆動型ドライバー27を介して行うことにより、衝
撃トルクである着座トルクｄ2 の安定化を図ることがで
きるので、着座トルクｄ2 は、従来のように急激に立ち
上がって着座判定トルクｅを大きく越えて目標締め付け
トルクＢの設定値を越えるようなことはない。これによ
り、着座が検出されて１度モータ21ａへの電流をオフ
し、そして、目標締め付けトルクＢまでの締め付け工程
に移る。
令に対する回転速度および回転トルクの各波形図であ
る。図４において、ＣＰＵ25からの電流指令ｉ’によっ
て実際のビット回転速度ｆ’とトルク値ｄ’を得ること
ができる。ここで、ＣＰＵ25はコミュテーション信号か
ら回転速度を検出し、回転速度制御と電流リミット制御
を電流駆動型ドライバー27を介して行うことにより、衝
撃トルクである着座トルクｄ2 の安定化を図ることがで
きるので、着座トルクｄ2 は、従来のように急激に立ち
上がって着座判定トルクｅを大きく越えて目標締め付け
トルクＢの設定値を越えるようなことはない。これによ
り、着座が検出されて１度モータ21ａへの電流をオフ
し、そして、目標締め付けトルクＢまでの締め付け工程
に移る。
【００２１】したがって、従来、トルク指令ＰＷ3 によ
り回転トルクは制御されているが、ビット回転速度ωに
関してはモータ21ａにエンコーダがないため速度信号を
検出することができず、着座時の速度制御ができなかっ
たが、モータ21ａの３相信号であるコミュテーション信
号を利用してＣＰＵ25で回転速度を検出することで、コ
ストアップすることなく回転速度も制御され、ねじの種
類やワークに関係なく着座トルクを安定化させることが
でき、トルク制御範囲が広がる。また、従来のように、
着座時に逆転ブレーキの必要が無くなってビットの寿命
が伸びる。さらに、トルクセンサ28は実際のトルク値を
検出してＣＰＵ25にフィードバックしているので、従来
に比べて精度の良いトルク制御を実施することができ
る。
り回転トルクは制御されているが、ビット回転速度ωに
関してはモータ21ａにエンコーダがないため速度信号を
検出することができず、着座時の速度制御ができなかっ
たが、モータ21ａの３相信号であるコミュテーション信
号を利用してＣＰＵ25で回転速度を検出することで、コ
ストアップすることなく回転速度も制御され、ねじの種
類やワークに関係なく着座トルクを安定化させることが
でき、トルク制御範囲が広がる。また、従来のように、
着座時に逆転ブレーキの必要が無くなってビットの寿命
が伸びる。さらに、トルクセンサ28は実際のトルク値を
検出してＣＰＵ25にフィードバックしているので、従来
に比べて精度の良いトルク制御を実施することができ
る。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、多相モー
タのコミュテーション信号に基づいてビット回転速度を
演算して多相モータのビット回転速度を制御するととも
に、トルク指令を出力して多相モータ21ａのビット回転
トルクを制御する制御手段を設けたことにより、ねじの
着座時に着座トルクを安定に制御することができて、い
かなる場合にも着座トルクが目標トルク設定値を越える
ようなことを防ぎ、着座の衝撃で締め付け動作が終了し
てしまうような誤動作を防止することができる。これに
より、エンコーダ付加などによるコストアップや配線増
加をきたすことなく、ねじ着座トルクの安定化を図るこ
とができる。
タのコミュテーション信号に基づいてビット回転速度を
演算して多相モータのビット回転速度を制御するととも
に、トルク指令を出力して多相モータ21ａのビット回転
トルクを制御する制御手段を設けたことにより、ねじの
着座時に着座トルクを安定に制御することができて、い
かなる場合にも着座トルクが目標トルク設定値を越える
ようなことを防ぎ、着座の衝撃で締め付け動作が終了し
てしまうような誤動作を防止することができる。これに
より、エンコーダ付加などによるコストアップや配線増
加をきたすことなく、ねじ着座トルクの安定化を図るこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例におけるねじ締め装置の構成
を示すブロック図
を示すブロック図
【図２】図１のねじ締め装置におけるモータ21ａ正方向
回転時のコミュテーション信号波形と、１サイクルを６
等分したときのコミュテーション信号の値を示す図
回転時のコミュテーション信号波形と、１サイクルを６
等分したときのコミュテーション信号の値を示す図
【図３】図１のねじ締め装置における１サイクルのねじ
締め工程図
締め工程図
【図４】図１のねじ締め装置における電流指令に対する
回転速度および回転トルクの各波形図
回転速度および回転トルクの各波形図
【図５】従来のねじ締め装置の構成を示すブロック図
【図６】図５のねじ締め装置における１サイクルのねじ
締め工程図
締め工程図
【図７】図５のねじ締め装置における電流指令に対する
回転速度および回転トルクの各波形図
回転速度および回転トルクの各波形図
21ａ ３相ブラシレスモータ 23 ビット 24，34 ねじ 25 ＣＰＵ 27 電流駆動型ドライバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手塚 真澄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】ねじを回転させるためのビットを回転させ
る多相モータと、前記多相モータのコミュテーション信
号に基づいてビット回転速度を演算して前記多相モータ
のビット回転速度を制御するとともに、トルク指令を出
力して設定トルク値になるように前記多相モータのビッ
ト回転トルクを制御する制御手段とを備えたねじ締め装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33819792A JP3506450B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | ねじ締め装置、およびねじ締め方法 |
| US08/168,361 US5353882A (en) | 1992-12-18 | 1993-12-17 | Screwing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33819792A JP3506450B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | ねじ締め装置、およびねじ締め方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06182637A true JPH06182637A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3506450B2 JP3506450B2 (ja) | 2004-03-15 |
Family
ID=18315846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33819792A Expired - Fee Related JP3506450B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | ねじ締め装置、およびねじ締め方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5353882A (ja) |
| JP (1) | JP3506450B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006181660A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Nitto Seiko Co Ltd | 部品締結ドライバユニット |
| JP2010533075A (ja) * | 2007-07-13 | 2010-10-21 | アトラス・コプコ・ツールス・アクチボラグ | 動力工具用レギュレータ |
| CN113458766A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-10-01 | 广州汽车集团股份有限公司 | 螺栓拧紧设备 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19708997C2 (de) * | 1997-03-05 | 2002-08-29 | Terra Ag Fuer Tiefbautechnik S | Vorrichtung zur Steuerung des Vorschubantriebes einer zum Erzeugen von Erdbohrungen bestimmten Bohranlage |
| US6293366B1 (en) * | 2000-02-16 | 2001-09-25 | Ford Global Technologies, Inc. | Vehicle electric power assist steering system and method using angle based torque estimation |
| DE102004003182A1 (de) * | 2004-01-22 | 2005-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Bestimmung eines Verschraubungswinkels und Elektroschrauber |
| JP4211744B2 (ja) * | 2005-02-23 | 2009-01-21 | パナソニック電工株式会社 | インパクト締付け工具 |
| US20060225904A1 (en) * | 2005-04-12 | 2006-10-12 | Interflow Corp. | Power tool that can interrupt the electric power automatically |
| JP4400519B2 (ja) * | 2005-06-30 | 2010-01-20 | パナソニック電工株式会社 | インパクト回転工具 |
| JP5050667B2 (ja) * | 2007-06-05 | 2012-10-17 | マックス株式会社 | 打撃工具 |
| US8269612B2 (en) | 2008-07-10 | 2012-09-18 | Black & Decker Inc. | Communication protocol for remotely controlled laser devices |
| US20100293720A1 (en) * | 2009-05-19 | 2010-11-25 | Link-tech (Tianjin) Metal Products Co., Ltd. | Crimping tool with an electronic counting device |
| DE202009015515U1 (de) * | 2009-11-17 | 2011-04-07 | Novopress Gmbh Pressen Und Presswerkzeuge & Co. Kommanditgesellschaft | Handgeführtes Pressgerät |
| JP5769385B2 (ja) * | 2010-05-31 | 2015-08-26 | 日立工機株式会社 | 電動工具 |
| CN101986478A (zh) * | 2010-09-28 | 2011-03-16 | 北京机电工程研究所 | 压接钳用计数装置及压接钳 |
| US9908182B2 (en) | 2012-01-30 | 2018-03-06 | Black & Decker Inc. | Remote programming of a power tool |
| US9193055B2 (en) | 2012-04-13 | 2015-11-24 | Black & Decker Inc. | Electronic clutch for power tool |
| US8919456B2 (en) | 2012-06-08 | 2014-12-30 | Black & Decker Inc. | Fastener setting algorithm for drill driver |
| US10011006B2 (en) * | 2013-08-08 | 2018-07-03 | Black & Decker Inc. | Fastener setting algorithm for drill driver |
| US10483901B2 (en) | 2017-07-10 | 2019-11-19 | Newfrey Llc | System and method for installation and verification of fasteners |
| JP7178591B2 (ja) * | 2019-11-15 | 2022-11-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | インパクト工具、インパクト工具の制御方法及びプログラム |
| US11855567B2 (en) | 2020-12-18 | 2023-12-26 | Black & Decker Inc. | Impact tools and control modes |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3236033A1 (de) * | 1982-09-29 | 1984-03-29 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Schraubvorrichtung |
| JPS5969271A (ja) * | 1982-10-13 | 1984-04-19 | 第一電通株式会社 | 誘導電動機を用いたネジ締結装置 |
| US4858312A (en) * | 1988-04-18 | 1989-08-22 | Ideal Industries, Inc. | Torque control for automatic connector assembly tool |
| US5004054A (en) * | 1990-07-02 | 1991-04-02 | Regitar Power Tools Co., Ltd. | Electric drill with speed and torque control |
| US5154242A (en) * | 1990-08-28 | 1992-10-13 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Power tools with multi-stage tightening torque control |
| US5203242A (en) * | 1991-12-18 | 1993-04-20 | Hansson Gunnar C | Power tool for two-step tightening of screw joints |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP33819792A patent/JP3506450B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-17 US US08/168,361 patent/US5353882A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006181660A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Nitto Seiko Co Ltd | 部品締結ドライバユニット |
| JP2010533075A (ja) * | 2007-07-13 | 2010-10-21 | アトラス・コプコ・ツールス・アクチボラグ | 動力工具用レギュレータ |
| CN113458766A (zh) * | 2020-03-30 | 2021-10-01 | 广州汽车集团股份有限公司 | 螺栓拧紧设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3506450B2 (ja) | 2004-03-15 |
| US5353882A (en) | 1994-10-11 |
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