JPH06190658A

JPH06190658A - ねじ締め異常検出方法

Info

Publication number: JPH06190658A
Application number: JP34727692A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yomo; 修四方; Hirotada Sugiura; 弘忠杉浦; Masatomo Adachi; 正知足立
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】自動ねじ締め機でねじ締めを行なう場合、対
象となるワークの不均一や、撓みに関係なく、所定のト
ルク値を経過する所要時間の比較に依りねじ浮きを正確
に検出することができるねじ締め異常検出方法を提供す
ること。【構成】トルク追従式無段変速機を装備した自動ねじ
締め機において、ねじ込みトルクが上昇したときからね
じ締め完了に至るまでのトルク範囲内に第１のトルクと
該第１のトルクより大きい第２のトルクを設定し、出力
軸とドライバビットとの間に設けたトルクセンサの検出
トルク値が前記第１のトルク値に達した後第２のトルク
値に達するまでの時間を検出し、この検出時間を予め設
定した基準時間と比較してねじ締め異常を検出すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はねじ締め異常検出方法、
詳しくは自動ねじ締め機によるねじ締め付け時における
ねじ浮きを検出するためのねじ締め異常検出方法に関す
る。

【０００２】

【従来例】ねじ浮きとは締め付け完了した時点でねじの
頭部座面がワークの座面から浮いている状態をいう。ね
じ浮きを生じる原因としては、ねじ孔内に硬さのある異
物が詰まっている場合とか、雌ねじが正常に形成されて
いない場合とか、或いは雄ねじの途中までしかねじ切り
がしていない場合とかがある。

【０００３】従来、自動ねじ締め機によるねじ浮き検出
方法としては、次の２つの方法がある。第１の方法は、
ワークのねじ座面を基準としてねじ締め完了時における
ねじ頭部の高さを検出してねじ浮きを検出する方法であ
り、第２の方法は、ねじ締め開始時からねじ締め完了時
までの所要時間を比較してねじ浮きを判定する方法であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが前記第１の方
法においては、ワークの不均一や、撓み等による多少の
条件変化があってねじ浮き検出精度は１〜２ｍｍの許容
公差を伴うため、ねじ浮きを正確に検出できないと共
に、センサ自体をツールユニットに内蔵できないので調
整が煩雑となる問題がある。

【０００５】又第２の方法は、ねじがワークに着座する
１〜２ｍｍ未達の位置でねじ浮きを起こしているものに
ついては、その所要時間が正常に締め付けた場合と大差
がないためねじ浮きの正確な検出が不可能である。本発
明は前記問題点に鑑みて提案するもので、その目的は、
対象となるワークの不均一や、撓みによって１〜２ｍｍ
以内のねじ浮きが生じていたとしてもそのねじ浮きを正
確に検出することができるねじ締め異常検出方法を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的達成の
ため、入力軸と出力軸との間に、該出力軸に連結された
ドライバビットの負荷トルクが小さいときは該ドライバ
ビットを高速回転させ、前記負荷トルクが大きくなると
自動的に低速回転に移行するトルク追従式無段変速機を
装備した自動ねじ締め機において、ねじ締め時における
ねじ込みトルクが上昇してからねじ締め完了に至るまで
のトルクの範囲内に第１のトルクと該第１のトルクより
大きい第２のトルクを設定し、出力軸とドライバビット
との間に設けたトルクセンサの検出トルク値が、前記第
１のトルク値に達した後第２のトルク値に達するまでの
時間を検出し、この検出時間を予め設定した基準時間と
比較してねじ締め異常を検出することを特徴とするもの
である。

【０００７】

【作用】上記のように本発明ではトルク追従式無段変速
機を装備したねじ締め機を用いる。このねじ締め機は一
般に用いられているＤＣモータにギヤ式減速機を組み合
わせたねじ締め機と異なり、ねじ締めトルクに敏感に反
応してドライバの回転速度が変化する。つまり、ねじ締
めの進行とねじ締めトルクが急速に増加するがそれと反
比例してドライバの回転速度が減少し、ねじ締め完了時
には回転速度が零になる。

【０００８】このため、このねじ締め機によって正常な
ねじ締めを行なう時には、ねじ頭部がワークの座面に面
で接触するため、ねじ締めトルクが急速に立ち上がり、
従ってドライバの回転速度は急速に低下する。一方、前
記ねじ締め機によって、ねじ孔に異物が詰まっているよ
うな異常なねじ締めを行なう時には、ねじと異物がいわ
ば点接触した状態で締め付けが行なわれる関係上、ねじ
締めトルクの立ち上がりが緩慢で、ドライバの回転速度
がなかなか低下しない。

【０００９】それ故、ねじ締めトルクが立ち上がった後
締め付け完了トルクに達するまでの範囲において２つの
トルク値を設定し、ねじの締め付けトルクが第１のトル
ク値から第２のトルク値に移行するまでの時間を比べれ
ば、たとえねじ浮きが１〜２ｍｍ以内であったとしても
確実にねじ浮きの検出を行なうことができる。

【００１０】

【実施例】本発明を図面の実施例に基づいて説明する。
図１は本発明を装備した自動ねじ締め機１の全体図であ
る。図２はその模式図で説明を容易に理解させるために
付しており、以後該図２を主として説明する。又図３は
制御部の構成を示したブロック図である。

【００１１】１は自動ねじ締め機であり、この自動ねじ
締め機１は、図３に示した昇降駆動源２６の作動により
昇降するドライバ台２に支持台２ａ及び後記するトルク
センサ１９を介して固定されたドライバ本体３を有して
いる。このドライバ本体３内にはトラクションオイルが
充填されており、後記する摩擦遊星機構５の摩擦係数を
向上させながら潤滑作用により部品の焼付きを防止する
ように成されている。

【００１２】また、前記ドライバ本体３の一端には回転
駆動源のモータ４が固定されており、このモータ４の駆
動軸には摩擦遊星機構５の一部をなす入力円板６が連結
されモータ４の回転を受けて一体に回転するように配置
されている。この入力円板６の外周には複数個の遊星コ
ーン７が配置され、その凹周面７ａが前記入力円板６に
摩擦係合して回転するように構成されている。

【００１３】この遊星コーン７の円錐面７ｃの裏面に位
置する平坦面７ｂには前記入力円板６と同心上で回転す
るカムディスク８が摩擦係合するように配置されてい
る。前記遊星コーン７の外周には変速リング９が前記円
錐面７ｃと摩擦係合して回転するように配置されてお
り、この変速リング９は一端が後記する底蓋１０側に配
置された固定リング１１に回動自在に保持されたアーム
１２により回動自在に保持されている。しかも、この変
速リング９はその摩擦係合位置が高速側に位置するよう
にばね１３により付勢されており、このばね１３と前記
アーム１２とから弾力保持部材が構成されている。

【００１４】この弾力保持部材は変速リング９の摩擦係
合位置を規制し、減速比の最大値および最大締め付けト
ルクを決定するように構成されている。また、前記ばね
１３は底蓋１０の円筒部に係止されたばね座１４に掛設
されている。前記カムディスク８にはドライバ本体３の
一部を構成する底蓋１０の円筒部に回転自在に保持され
た出力軸１６、これとカムディスク８の下部との間に設
けられた調圧機構を介して連接軸１７が連結されてお
り、カムディスク８、出力軸１６および連接軸１７が一
体に回転するように構成されている。

【００１５】前記連接軸１７の下端にはトルクセンサ１
９の一部を構成し、かつ支持台２ａに案内されながら回
転可能な検出軸２１が固定されており、この検出軸２１
には所定幅にわたって２ケ所に互いに逆方向に傾斜する
磁気検出溝２１ａが形成されている。また、このトルク
センサ１９はドライバ台２に固定されたケーシング２０
を有し、このケーシング２０には検出軸２１の磁気検出
溝２１ａに生じる磁気ひずみ量を検出する検出コイル２
３と磁気検出溝２１ａに一定の磁気量を発生させる励磁
コイル２４が設けてあり、磁気検出溝２１ａに生じる磁
気ひずみ量が検出軸２１に加わる負荷トルクを検出でき
るように構成されている。

【００１６】前記トルクセンサ１９で検出された検出値
は後記する制御装置２４へ出力される。制御装置２４
は、図３に示すように作業スタート指令を出力する作業
スタート部２５と、作業スタート指令を受けて作動を開
始する昇降駆動源駆動部２６ａと、モータ４を駆動する
モータ駆動部２７と、このモータ駆動部２７にモータ４
の速度指令値を与える速度指令部６０と、ねじ締め情報
を設定する設定部２９と、Ａ／Ｄ変換部３０と、Ｓ／Ｈ
回路３１と、ＲＡＭ３２とＲＯＭ３３とを有する制御部
４５と、表示部３４と、良否判定出力部３５と、モータ
端子電圧検出部３６と、ドライバビット２２が原位置に
あるかどうか検出する原位置検出部３７と、前記モータ
駆動部２７にパワーを供給するパワー供給部３８と、フ
ォトカプラ３９と、入力回路４０と、バッテリ４１と、
補正部４２と、前記トルクセンサ１９により検出された
検出値を増幅する増幅部４３と、フィルタ部４４とから
構成されている。

【００１７】上記ＲＯＭ３３には自動ねじ締め機を動作
させるプログラムの他にねじ締め情報の標準データが格
納されている。上記ＲＡＭ３２は、前記ＲＯＭ３３に格
納された標準データや書き換えられたねじ締め情報を記
録することができる所定のエリアを有している。上記Ａ
／Ｄ変換部３０は高速Ａ／Ｄコンバータ（例えば、精度
１２ｂｉｔ、サンプリング周期２５μｓｅｃ）を採用し
ているので、ねじ締めトルクの変動に対して正確に追従
することができる。

【００１８】上記モータ駆動部２７は、モータ４の正逆
駆動に適するようにトランジスタ４個或いは８個を使っ
たＨ回路を採用しているので、モータの正逆転に対し迅
速に応答することができる。前記設定部２９はねじ締め
情報を設定するためのテンキー２９ａを有している。こ
こで、ねじ締め情報とは、第１のトルク値に相当する検
出開始トルク値、第２のトルク値に相当する仮締めトル
ク値、その他本締めトルク値、ねじ込み開始時の速度オ
フセット値、仮締め時の速度勾配及び最高回転、仮締め
完了後の再スタート指令値（仮締めトルク値の降下を検
出する仮締めトルク値或いは仮締め時から作動タイマの
時間）、本締め開始時の速度オフセット値、本締め時の
速度勾配及び最高回転、逆転トルク値、逆転開始時の速
度オフセット、食い付き解除時の速度勾配・最高回転等
をいうが、これらの情報は必ずしもすべて設定する必要
はなく、必要な情報だけを設定することも可能である。
なお、必要に応じ、仮締めトルク値、仮締め時の速度勾
配及び最高回転、仮締め完了後の再スタート指令値を除
くことも可能である。

【００１９】上記良否判定出力部３５は、ねじ締め結果
の良否判定出力の他にトルク値のデジタル信号を出力し
たり、ねじ締めトルクをアナログ出力できるので、ねじ
締め過程のモニタリングを行なうことが可能である。ま
た、上記表示部３４はねじ締め結果のトルク値表示の
他、ねじ締め結果の良否判定等のイルミネーション表示
等もすることができるのでねじ締めの品質管理に有用で
ある。

【００２０】前記制御装置２４の動作は後記する図６〜
１６に示したフローチャートに基づいて行なわれるよう
成されている。次に以上のように成された実施例の作用
について説明する。該実施例は、作業スタート信号によ
りモータ４にパワーが供給され、モータ４が回転する。
該モータ４の回転にともなってその回転が入力円板６、
遊星コーン７、カムディスク８および変速リング９でな
る摩擦遊星機構５を介してドライバビット２２に伝達さ
れ、ドライバビット２２の先端に配置されたねじを所定
ワークの下穴に嵌合させて、締め付けが開始される。

【００２１】ねじがワーク（図示せず）に螺入され、ド
ライバビット２２の負荷が大きくなると、この負荷に応
じた反力トルクが摩擦遊星機構５のカムディスク８と一
体の出力軸１６および連接軸１７にドライバビット２２
の負荷に応じた反力トルクが生じる。この反力トルクに
より変速リング９が回動するが、変速リング９が一定長
さのアーム１２により保持されている関係で、この変速
リング９の回動により、変速リング９はその軸心方向に
移動する。

【００２２】この時、その移動量は変速リング９がばね
１３により規制されている関係で、反力トルクにより変
速リング９に生じるばね１３への押圧力とばね１３の撓
みにより生じる弾性力とが均衡する位置まで変速リング
９が移動する。そして、ドライバビット２２に係る負荷
がさらに増大して、所望締め付けトルク値近くなり、出
力軸１６の負荷が大きくなると、変速リング９は遊星コ
ーン７の縁部近くまで移動し、出力軸１６の回転は零回
転近くまで低下し、ドライバビット２２は零回転近くに
なるまで減速され、図４に示す特性曲線をえがく締め付
けトルクを出力しながらねじの締め付けが行なわれる。

【００２３】この間、ドライバビット２２の負荷の増大
にともない、磁気検出溝２１ａに生じる磁気ひずみ量が
トルクセンサ１９により検出され、この検出信号が前記
制御装置２４に入力されて自動ねじ締め機１の動作を制
御する。以下制御装置２４の動作を図７に示すタイミン
グチャート及び図８〜１８に示すフローチャートに基づ
いて説明する。

【００２４】まず、スタートＯＮにより、ＲＯＭ３３内
の標準データをＲＡＭ３２の所定エリアに書き込み（＃
１〜＃３）、続いて書き込んだ標準データに対してオペ
レータが変更する場合は、＃４、＃５の処理（＃５のサ
ブルーチンについては後述する。）を行なう。標準デー
タの変更をしない場合、或いは標準データの変更操作を
終了すると、原位置検出部３７によりドライバビット２
３が所定ワークの原位置にあることを確認し、作業スタ
ート部２５からの作業スタート指令を待って（＃７）、
昇降駆動源２６からのドライバビット下降指令に基づい
てドライバビットを下降させ（＃８）、ＲＡＭ３２の所
定エリアにねじ締め情報（仮締めトルク値、ねじ込み開
始時の速度オフセット値、仮締め開始時の速度勾配・最
高回転）を読み込む（＃９）。

【００２５】この読み込みを完了すると、続いてモータ
正転指令が発されて（＃１０）、モータ４の正転駆動が
始まる。これによってねじ締め機がねじ込みを開始する
（図５におけるｔ₀）。そして、トルクセンサから検出
されるトルク値を読み込みながら（＃１０−ａ）、各瞬
時の検出トルク値が検出開始トルク値に達したかどうか
を監視する（＃１０−ｂ）。ここで検出開始トルク値は
仮締めトルク値よりも小さいが、正常ねじ締め時のトル
ク特性におけるトルクの立ち上がり時点のトルク値若し
くはそれより大きな値に設定される。

【００２６】＃１０−ｂにおいて検出トルクが検出開始
トルクに達しない間は、モータの回転速度を一定の速度
勾配となるよう設定し（＃１０−ｄ、＃１０−ｅ、＃１
０−ｆ）、高速でねじ込みを行なう。ねじ込みの進行と
共に、やがてねじの頭部がワーク座面に当接したり（正
常時）、ねじ先端がねじ孔内の異物と当接したりすると
（異常時）、ねじ込みトルクが増加する（図５の
ｔ₁）。そして、更にねじ込みの進行によって、検出ト
ルク値が検出開始トルク値に一致すると、ねじ浮き検出
用タイマをスタートさせる（＃１０−ｃ）。このタイマ
はＣＰＵのクロックパルス又はそれを分周したパルスを
カウントするカウンタが用いられる。このタイマスター
トと同時に、各瞬時におけるトルクセンサの検出トルク
を読み込み（＃１１）、検出トルク値が第２のトルク値
である仮締めトルク値に達するのを監視する。仮締めト
ルクに達しない間は＃１３〜＃１５によってモータを所
定の速度勾配で回転させる。

【００２７】尚、ねじ込みトルクが増加した後は、使用
しているねじ締め機がトルク追従式無段変速機を装備し
ているので、既述したようにドライバの回転速度がトル
クの増加に反応して低下する。このため、ねじ込みトル
クが検出開始トルク値から仮締めトルク値に移行する時
間は前記タイマによって十分計測できるし、また正常ね
じ締め時とねじ締め異常時とでは正常ねじ締め時にはね
じの座面がワークに当接するので急激なトルクの上昇が
見られるのに対して、ねじが異物をかみ込んだようなね
じ締め異常の時には、ねじと異物とは点接触状態となる
のでトルクの上昇ははっきりとゆるやかになりタイマの
計測時間に差異を生じる。

【００２８】＃１２において、検出トルク値が仮締めト
ルク値に一致すると、ねじ浮き検出用タイマを停止させ
ると共に（＃１２−ａ）、モータを一旦停止させる（＃
１６）。それと同時に前記タイマとは別の仮締め完了監
視用のタイマをスタートさせる（＃１７）。仮締めは検
出トルク値が仮締めトルク値に一致しても完了せず、モ
ータ停止直前における回転駆動系の運動エネルギーがモ
ータ停止後にねじ込みに消尽されることによって完了す
る。この消尽までに若干の時間がかかり、前記仮締め完
了監視タイマはこの時間を目安に時間設定されている。

【００２９】＃１６におけるモータ停止後、検出トルク
値が仮締めトルク値まで低下することなく（＃１９）、
仮締め完了監視タイマがタイムアップすると（＃２
０）、＃１９−ａへと処理を進める。ここでは、ねじ浮
き検出用タイマの検出時間から予め設定しておいた正常
と判断する締め付け時間を差し引き（＃１９−ａ）、そ
の計算値を上限許容締め付け時間と比較する（＃１９−
ｂ）。計算値が上限許容締め付け時間より大きい場合
は、ねじ締め異常と考えられるので、モータの停止を待
って（＃１９−ｃ）、ねじ浮き異常の表示を行ない（＃
３４−ａ）、＃３７以下の処理へ進む。この場合、前記
計算値は上限許容締め付け時間との比較のみですみ検出
精度もその分向上できる。

【００３０】一方、上記計算値が上限許容締め付け時間
の範囲内であれば（＃１９−ｂ）、本締め作業を開始す
るために＃２１に進む。＃２１では、ＲＡＭ３２の所定
エリアにねじ締め情報（本締めトルク値、本締め開始時
の速度オフセット値、本締め時の速度勾配・最高回転）
を読み込み、＃２２のモータ正転指令を待って、前記ね
じ締め情報に基づいてモータ４を正転させて本締めを開
始する（図５におけるｔ₃）。本締めに伴って負荷トル
クが増加するが、この負荷トルクをＡ／Ｄ変換してトル
ク値として読み込む（＃２３）。

【００３１】トルク値が予め設定した本締めトルク値に
達するまでは（＃２４）、モータ４を所定の速度勾配で
回転駆動する（＃２５〜＃２７）。＃２４において、検
出値が本締めトルク値に達すると（図５における
ｔ₄）、モータ４等の回転駆動系の持つ運動エネルギー
を減少させるためモータ停止指令を送り（＃２８）、こ
の時の負荷トルクを読み込み、ピークトルク値を検出す
る（＃２９）。

【００３２】＃３０では、モータ４が停止するのを確認
し、モータ４の完全停止時（図５におけるｔ₅）までの
オーバーシュート分を含んだピークトルク値を表示する
（＃３１）。＃３２及び＃３３において、前記ピークト
ルク値が予め設定した許容範囲内（上限又は下限）にあ
るか判断し、許容範囲内になければ上限又は下限の異常
表示を行なう（＃３４、＃３５）。一方、許容範囲内で
あればＯＫ表示を行ない（＃３６）、良否判定出力部３
５により良否判定が出力される（＃３７）。

【００３３】＃３８では、ＲＡＭ３２の所定エリアにね
じ締め情報（逆転トルク値、逆転開始時の速度オフセッ
ト、食い付き解除時の速度勾配・最高回転）を読み込
み、＃３９のモータ逆転指令を待ってモータ４を短時間
逆転させ（図５におけるｔ₆〜ｔ₇の間）、ねじ頭とド
ライバビット２２の食い付きを解除する。＃４０では、
逆転時の負荷トルクを読み込み、このトルク値が予め設
定した逆転トルク値に達したかどうか判断する（＃４
１）。

【００３４】検出値が逆転トルク値に達するまでは、モ
ータ４を所定の速度勾配で駆動する（＃４２〜４４）。
＃４１において、検出値が逆転トルク値に達すると、モ
ータ停止指令を待って（＃４５）、モータ４を停止さ
せ、ドライバビット上昇復帰指令を待って（＃４６）、
ドライバビット２２を上昇させて１サイクルを完了し次
のスタート指令を待つ。

【００３５】図１３〜１６は、標準データの変更動作を
示すフローチャートである。ＲＡＭ３２の所定エリアに
書き込まれた標準データを変更する場合は、ねじ締め情
報（ねじ込み開始時の速度オフセット値、仮締め時の速
度勾配及び最高回転、仮締めトルク値、仮締め完了後の
再スタート指令、本締め開始時の速度オフセット値、本
締め時の速度勾配及び最高回転、本締めトルク値、下限
トルク値、上限トルク値、逆転開始時の速度オフセッ
ト、食い付き解除時の速度勾配・最高回転、逆転時の最
大トルク値、表示補正値）の中の変更したい情報を読み
出し、テンキー２９ａで所定の値に変更することが可能
である（＃５０−ａ、＃８２）。

【００３６】上記実施例では、第２のトルク値として仮
締めトルク値に設定しているが、検出トルクが急に立ち
上がって後締め付け完了に至るまでのトルクの範囲でか
つ第１のトルク値よりも高い値であれば任意に設定でき
る。同様に第１のトルク値も検出開始トルク値に限ら
ず、任意に設定できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るねじ締
め以上検出方法によれば、ワークの不均一や撓みに関係
なく、ねじ締め時におけるトルク上昇時から締め付け完
了時までのトルク範囲内に設定したトルク値を経過する
所要時間の比較により、如何なる条件に起因するねじ浮
きに対しても該ねじ浮きを常に正確にかつ信頼性の高い
検出をすることができるので、ねじ締め作業におけるね
じの不確実な締結を防止することができる効果を得られ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を装備した自動ねじ締め機の全体図であ
る。

【図２】同上模式図である。

【図３】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図４】回転数とトルクとの関係を示すトルク特性図で
ある。

【図５】動作時のタイミングチャート図である。

【図６】制御内容を示すフローチャート図である。

【図７】制御内容を示すフローチャート図である。

【図８】制御内容を示すフローチャート図である。

【図９】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１０】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１１】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１２】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１３】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１４】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１５】制御内容を示すフローチャート図である。

【図１６】制御内容を示すフローチャート図である。

【符号の説明】１自動ねじ締め機１６出力軸１９トルクセンサ２２ドライバビット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸と出力軸との間に、該出力軸に連
結されたドライバビットの負荷トルクが小さいときは該
ドライバビットを高速回転させ、前記負荷トルクが大き
くなると自動的に低速回転に移行するトルク追従式無段
変速機を装備した自動ねじ締め機において、ねじ締め時
におけるねじ込みトルクが上昇してからねじ締め完了に
至るまでのトルクの範囲内に第１のトルクと該第１のト
ルクより大きい第２のトルクを設定し、出力軸とドライ
バビットとの間に設けたトルクセンサの検出トルク値
が、前記第１のトルク値に達した後第２のトルク値に達
するまでの時間を検出し、この検出時間を予め設定した
基準時間と比較してねじ締め異常を検出することを特徴
とするねじ締め異常検出方法。