JPS59166430A - 自動ねじ締め機の位置補正装置 - 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】 ３噌びパＬ この発明は、自動ねじ締め機の位置補正装置に関する。

従来技術 締結作業の自動化を図る場合、ロボット等のストローク
デバイスによって移動され、外部よシ供給されたねじを
、常時閉じる方向に付勢した開閉可能な複数のチャック
爪によってチャックするようにしたチャック部を先端部
に具備した自動ねじ締め機を採用することがある。

ところで、このような自動ねじ締め機の先端部のチャッ
クされたねじをねじ穴に位置決めする場合、ストローク
デバイスの繰シ返し精度９位置決めデータのティーチン
グ誤差、及びねじ大のワーク間誤差等によってねじとね
じ穴との心ずれを起こすことが多い。

そのため、従来は、チャック部にチャックされたねじに
自動ねじ締め機内のねじ締めビットの先端が食いついて
、ねじが自動ねじ締め機にリジットに固定された時に心
ずれによって自動ねじ締め機に加わる力を、ストロ−ク
チバイスに設けたコンプライアンス構や自動ねじ締め機
とストロークデバイスとの間に設けたフローティング機
構等によって変位や撓みに転化して、ねじとねじ穴との
心ずれを吸収するようにしていた。

しかしながら、このような方法を採ると、転化した変位
や撓みによる反作用力がねじに加わるため、ねじが正常
に締まらないことがあった。

目　　　的 そこで、この発明においては、コンプライアンス機構や
フローティング機構を用いる代りに、心ずれ分だけスト
ロークデバイスを積極的に動かすことによって、上記の
ような反作用力がねじ締め時にねじに加わらないように
することを目的としている。

構成 そのため、この発明による自動ねじ締め機の位置補正装
置は、第１図に示すように構成されている。

すなわち、位置決めデータ出力手段Ａがストロークデバ
イスＢを駆動制御するサーボ制御装置Ｃに、ストローク
デバイスＢによって移動される自動ねじ締め機りの先端
部に具備したチャック部にチャックされたねじをねじ穴
に位置決めするための位置決めデータを出力すると、サ
ーボ制御装置Ｃがその位置決めデータに基づいてストロ
ークデバイスＢｌ駆動制御してチャック部にチャックさ
れたねじの位置決めを行なう。

そして、ねじがねじ穴に位置決めされた時に、チャック
部の複数のチャック爪の開度を夫々検出する開度センサ
Ｅｌ〜Ｅｎ　　が検出している各チャック爪の開度に基
づいて判定手段Ｆがねじとねじ穴との心すれの有無を判
定し、この判定手段Ｆが心ずれ有シと判定した時に位置
決め補正データ出、　力手段Ｇが開度センサＥ１〜Ｅｎ
　　の検出結果に応じた位置決め補正データをサーボ制
御装置に出力し、それによってねじとねじ穴との心ずれ
を補正している。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面の第２図以降を参照し
ながら説明する。

第２図は、自動ねじ締め機を移動させるストロークデバ
イスとしてのロボットの構成図である。

同図において、直交３軸型のロボット１は、図示しない
基部に固定したＸ軸基部２に対してＸ軸駆動モータ６に
よって矢示Ｘ方向に移動するＸ軸可動部４と、このＸ軸
可動部４に取ｐ付げたＸ軸基部５に対してＹ軸駆動モー
タ６によって矢示Ｘ方向に移動するＹ軸可動部７と、こ
のＹ軸可動部７に取り付けたＺ軸基部８に対してＺ軸駆
動モータ９によって矢示２方向に移動するＺ軸可動部１
０等とからなシ、Ｚ軸可動部１０には、自動ねじ締め機
１１の基部１１ａ’に取シ付けである。

したがって、この直交３軸型のロボット１のＸ。

Ｙ、Ｚ軸駆動モータ３，６，９を駆動制御すれば、自動
ぬし締め機１１の先端を任意の位置に位置決めすること
ができる。

なお、同図中、１２〜１４は夫々Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モー
タ３，６，９の出力軸に取９付げたパルスジェネレータ
である。

次に、第６図及び第４図を参照して、第２図の自動ねじ
締め機１１の先端部に取シ付げたチャック部まわりに就
て説明する。

両図において、胴部１１ｂの先端に固着したチェック部
１５は、基盤１５ａ上に図示のように配設したＬ字形の
ブラケツ）１５ｂ〜１５ｅに取り付けたポテンショメー
タ１６〜１９０回転軸１６ａ〜１９ａに固着したチャッ
ク爪１５ｆ〜１５ｉと、これ等のチャック爪１５ｆ〜１
５１を夫々閉じる方向（チャック爪１５ｆ、１５ｇでは
第６図の矢示方向）に付勢するリターンスプリング１５
ｊ等とからなシ、外部よりねじ供給パイプ１１Ｃを介し
て矢示方向から供給されたねじを常時図示のように閉じ
たチャック爪１５ｆ〜１５１の開口部１５１（でチャッ
クし、ねじ締め用ピッ）１１ｄがビットガイド１１ｅに
よって案内されながら前進してきて、ねじ締め用ピッ）
１１ｄの先端がチャックされているねじの頭に食いつい
てそのねじを押すと、リターンスプリング１５」に抗し
てチャック爪１５ｆ〜１５ｉが開くため、チャックされ
ていたねじが解放される。

そして、チャック爪１５ｆ〜１５ｉの開閉によって回転
軸１６ａ〜１９ａが回転されるポテンショメータ１６〜
１９が、チャック爪１５ｆ〜１５１の各開度を検出する
開度センサの役目をなしている。

なお、チャック爪１５ｆ、１５ｇの配列方向が第２図の
Ｘ方向と一致し、又チャック爪ｌ　５　ｈ　。

１５１の配列方向が第２図のＶ方向と一致しているもの
とし、ポテンショメータ１６が＋Ｘ方向。

ポテンショ７−り１７が−Ｘ方向、ポテンショメータ１
８が＋ｙ方向、ポテンショメータ１９が−ｙＸ方向開度
センサとする。

また、ポテンショメータ１６〜１９は、夫々チャック爪
１５１〜１５ｆが閉じてねじを正常にチャックしている
状態では出力が「ｏｊとなるようにしである。

次に、第５図を参照して、位置補正装置の構成を説明す
る。

同図において、マイクロコンピュータ（以下、「マイコ
ン」と略称する）２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２１
．データメモリ（Ｉ（ＡＭ）２２゜プログラムメモリ（
ＲＯＭ）２１．入出力インター７’Ｉ−ス２４．　２５
％をデータ、アドレス、及びコントロール用のパスライ
ン２６によって連結して構成してあり、プログラムメモ
リ２６に格納したプログラムを実行することによって位
置決めデータ出力手段２刊定手段、及び位置決め補正デ
ータ出力手段等の機能を果す。

テイーチケ≠テータメモリ２７には、ねじ締めを行なう
ワークのねじ大の位置決めデータを格納してあり、マイ
コン２０のＣＰＵ２１がパスライン２６を介して直接そ
の位置決めデータを読み出せるようになっている。

Ｘ、Ｙ、Ｚ軸サーボ制御装置２８〜６０は、夫夫マイコ
ン２０の出力インターフェース２５から出力されるｘ、
ｙ、ｚ軸用の位置決めデータ又は位置決め補正データと
、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モータ３．６，９の各出力軸に取り
付けたパルスジェネレータ１２〜１４からのパ／ｌｚス
信号Ｐｘ、Ｐｙ、Ｐｚとに基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動
モータ６．６゜９を夫々駆動して、Ｚ軸可動部１０（第
２図参照）に取シ付けた自動ねじ締め機１１の位置決め
を行なう。

現在位置検出回路６１は、パルスジェネレータ１２〜１
４からのパルス信号Ｐｘ　、　Ｐｙ　、　Ｐｚに基づい
て、自動ねじ締め機１１の先端の現在位置を検出するよ
うになっておシ、この検出イ直はマイコン２０の入力イ
ンターフェース２４を介して適宜ＲＡＭ２２に格納され
る。

Ａ／Ｄ変換器６２は、±Ｘ方向のポテンショメータ１６
．１７及び±ｙＸ方向ポテンショメータ１８．１９から
夫々出力されるチャック爪１５ｆ〜１５１（第６，４図
参照）の開度に応じた電圧信号Ｖ工＋ｐ　ｖ、ｃ＋　”
ｌｌ＋＋　■’／−をデジタルデータＤｘ十、　Ｄ、：
ｒ　−、Ｄｙ＋　、　Ｄｙ−に変換するようになってお
シ、これ等のデジタルデータも入力インターフェース２
４を介して適宜順番にＲ，ＡＭ２２に格納される。

ドライバ、駆動回路６６は、マイコン２０の出力インタ
ーフェース２５からドライバ駆動指令を受けると、自動
ねじ締め機１１０基部１１ａ（第２図参照）に内蔵され
ているねじ締めピッ）１１ｄ回転用の駆動モータ６４を
駆動してねじ締めを行なう。

以下、マイコン２０の動作を第６図のフロー図を参照し
ながら説明する。

なお、第６図のフロー図は、−回のねじ締め作業を行な
うためのものである。

５ＴＥＰ　１　　ティーチデータメモリ２７かも位置決
めデータ（例えば自動ねじ締め機１１のチャック部１５
にチャックされたねじの先端のロボット座標系における
座標データ）を読み出してＲＡＭ２２の所定アドレスに
一時格納する。

５ＴＥＰ２　５ＴＥＰＩでＲＡＭ２２に格納した位置決
めデータに基づいて、ｘ、ｙ、ｚ軸用の位置決めデータ
、すなわちＸ、Ｙ、Ｚ軸可動部４，７，１０が各々の原
点からどれだけ移動すれば良いかを示す距離データを演
算して、その演算結果を夫々Ｘ、　Ｙ、　Ｚ軸サーボ制
御装置２８〜６０に出力する。

なお、この演算方法は公知であるので説明を省略するが
、この５ＴＥＰ２はサブルーチン化しである。

そして、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸サーボ制御装置２８〜６０にデー
タ出力が行なわれると、Ｘ。

Ｙ、Ｚ軸ザ〜ボ制御装置２８〜６０の作用により、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸可動部４，７．１０を動かすＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動
モークロ、６゜９が駆動されるため、自動ねじ締め機１
１の先端はティーチデータメモリ２７かも読み出した位
置決めデータが示す位置に向って移動し、その位置に到
達した時点で停止する。

５ＴＥＰ３　自動ねじ締め機１１の先端が前述の位置に
到達したか否かを、現在位置検出回路６１かも読み出し
た現在位置データと位置決めデータとを逐次比較するこ
とによって判定し、両者が一致して位置決め完了となっ
た時点で５ＴＥＰ４に進む。

５ＴＥＰ４　　Ａ／Ｄ変換器６２から±Ｘ方向のポテン
ショメータ１６．１７及び十ｙ方向のポテンショメータ
１８．１９が検出しているチャック爪１５ｆ〜１５１の
各開度を示すデジタルデータＤｘ＋、　Ｄｘ−、Ｄｙ＋
、　Ｄｙ　−ｆ順次数シ込んで一旦ＲＡＭ２２の所定ア
ドレスに格納する。

５ＴＥＰ５　５ＴＥＰ４でＲＡＭ２２に格納１．た取り
込みデータＤｘ＋、　Ｄｊｃ−、Ｄｙ＋　、　Ｄｙ−が
全て「０」か否かをチェックすることによって自動ぬし
締め機１１のチャック部１５にチャックされているねじ
とワークのねじ穴との心ずれの有無を判定する。

例えば、第７図に示すように、チャック部１５にチャッ
クされたねじ６５の位置決め位置がワーク６６のねじ穴
３６ａのねじ穴中心に対して−Ｘ方向にのみずれている
と、チャック爪１５ｆがそのずれ量に応じて開くため、
十ｘ方向のポテンショメータ１６はそのずれ量に応じた
電圧信号■ｘ十を出力する。

そして、ねじ穴３６ａのねじ穴中心を原点とするｘ　−
ｙ平面の座標系において、位置決め位置ｋ（、ｚｏ、ｐ
ｏ）とすると、この位ｔとポテンショメータ１６〜１９
の各出力Ｖｒ十（Ｄｘ＋）、　　Ｖｒ−（Ｄ、ｚニー）
、　　％十（Ｄｙ＋）。

Ｖｙ−（Ｄｙ−）との関係は次表のようになる。

したがって、デジタルデータＤｘ十、　Ｄｘ−。

Ｄｙ＋、Ｄｙ−が全て「０」なら、表に示すように位置
決め位置がねじ穴３６ａのねじ穴中心（０，０）と一致
して、心ずれを起しティなイノで、５ＴＥＰＩＯに飛び
、Ｄｘ十＋”　　ｙ　ＤＦ十、　Ｄｙ−のうちの一つで
も「０」でなければ、心ずれが発生しているので、５Ｔ
ＢＰ６に進む。

表 なお、上記の位置決め完了時には、ねじ締めピッ）１１
ｄは、第７図に示すようにねじ３５０頭に食いついてい
るものとする。

５ＴＥＰ６　５ＴＥＰ５で心ずれが発生していると判定
されているので、５ＴＥＰ４でＲＡＭ２２に格納したデ
ジタルデータＤｘ＋、Ｄｘ−。

Ｄ’！／十、　ＤＹ−に基づいて、自動ねじ締め機１１
の先端をねじ穴３６ａの中心と一致させるのに必要な位
置決め補正データを演算して、その演算結果をＸ、Ｙ軸
サーボ制御装置２８゜２９に出力する。

なお、このような位置決め補正データの演算は、デジタ
ルデ−タ値動可能 Ｄｙ−が夫々位置ずれ量に応じた値であるから、各デジ
タルデータ値をねし穴６６ａのねじ大中心からの距離値
に換算するだけで良（、移動方向はＤｘ＋なら＋Ｘ方向
、　Ｄ、ｒ−なら−Ｘ方向、　Ｄ？／士なら＋ｙ方向、
Ｄ？／−なら−ｙ力方向判定する。

そして、Ｘ、　Ｙ軸サーボ制御装置２８゜２９は、夫々
入力された位置決め補正データとパルスジェネレータ１
２．１３からのパルス信号Ｐｘ　、　Ｐｙとに基づいて
Ｘ、Ｙ軸駆動モータ６．６を駆動して、自動ねじ締め機
１１の位置補正を行なう。

５ＴＥＰ７〜９Ｓ　Ｔ　ＥＰ　３〜５と同様の処理を行
なって５ＴＥＰ９で取り込みデータＤｘ＋。

”　　ｒ　”ＩＩ　十＋　Ｄ’Ｉ／−が全てｒＯＪと判
定されれば、５ＴＥＰＩ　Ｏに進み、そうでなければ５
ＴＥＩＪ１に進む。

５ＴＥＰＩＯ自動ねじ締め機１１のチャック部１５にチ
ャックされているねじ３５及びねじ穴ろ６ａの中心が一
致しているので、ドライバ、駆動回路６３にドライバ駆
動指令を出力して処理を終了する。

ドライバ駆動回路６６は、マイコン２０からドライバ駆
動指令を受けると自動ねじ締め機１１の駆動モータ６４
を駆動してねじ締めビン＋１１（１一回転させ、それに
よってねじ締めを行なう。

旨の表示処理等の異常処理を行なった後、処理を終了す
る。

なお、開度センサとして、±Ｘ方向のポテンショメータ
１６，１７及び±ｖ力方向ポテンショメーク１８．１９
の代シに、第８図及び第９図に示すようなリミットスイ
ッチ３７〜４０を用いることもできる。

すなわち、両図において、チャック爪１５ｆ〜１５１を
基盤１５ａに取り伺けたピン１５１！〜１５ｐのまわ９
に回動可能に取り利け、夫々リターンスプリング１５ｊ
によって各チャック爪１５ｆ〜１５【が図示のように閉
じている時にのみ、チャック爪１５ｆ〜１５ｉに夫々設
けたドッグ１５ｑによって基盤１５ａにブラケット１５
ｒ〜１５１を介して取シ付けたリミットスイッチ３７〜
４０をオンさせるようにする。

このようにすれば、チャック爪１５ｆ〜１５ｉのいずれ
かがねじとねじ穴との心ずれによってリターンスプリン
グ１５ｊに抗して開くと、その開いたチャック爪に対応
するりミツトスイッチがオフするため、リミットスイッ
チ６７〜４０がオンしているかオフしているか全検出す
ることによって心ずれの発生の翁無を判定できる。

但し、このようにした場合、位置の補正は、例えば基準
値を予め設定しておいて、オフしているリミットスイッ
チの方向にその基準値ずつ自動ねじ締め機１１の先端を
動かし、オフしているリミットスイッチがオンした時点
で停止するようにすれば良い。

なお、上記実施例ではチャック部１５のチャック爪の数
を４個とした場合に就で述べたが、３個以上なら幾つで
も良い。

但し、４個以外の場合、位置決め補正データの演算が若
干複雑になる。

また、上記実施例において、ねじ締め時のねじ締めスト
ロークはロボットと自動ねじ締め機との間に設けたスト
ローク吸収機構によって吸収しているものとし、又チャ
ック爪の先端がワーク面に直接接触しないように、チャ
ック爪を覆うアタッチメントラ自動ねじ締め機の先端に
設けである。

効果 以上説明したように、この発明によれば、ねじとねじ穴
との心ずれ分だけストロークデバイスを積極的に動かす
ようにしたので、ねじ締め時にねじに不必要な力が作用
しなくなり、それによってねじを常に正しく締めること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の構成を示すブロック図、第２図は
、ロボットの構成図、 第６図は、第２図の自動ねじ締め機の先端部の断面図、 第４図は、第６図のＴＶ−（Ｖ線に治り断面図、第５図
は、この発明による位置補正装置の一実施例を示すブロ
ック図、 第６図は、第５図のマイクロコンピュータの動作説明に
供するフロー図、 第７図は、ねじとねじ穴との心ずれの様子を示す断面図
、 第８図は、開度センサの他の例を示す第３図と同様な図
、 第９図は、第８図のＩＸ−■線に沿う断面図である。 １・・・・・・直交３軸型のロボット（ストロークデバ
イス）１１・・・・・泪動ねじ締め機　１５・・・・・
・チャック部１５ｆ〜１５頁・・・・・・チャック爪１
６〜１９・・・・ポテンショメータ（開度センサ）２０
・・・・・マイクロコンピュータ ２８〜３０・・・・・・Ｘ、Ｙ、Ｚ軸サーボ制御装置第
７図 特開昭５９−１６６４３０　（１Ｇ） １４ｉ裔５１，５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ロボッ）・等のストロークデバイスによって移動さ
   れ、外部より供給されたねじを常時閉じる方向に付勢し
   た開閉可能な複数のチャック爪によってチャックするよ
   うにしたチャック部を先端部に具備した自動ねじ締め機
   において、 前記複数のチャック爪の開度を夫々検出する開度センサ
   と、 前記ストロークデバイスを駆動制御するサーボ制御装置
   に前記自動ねじ締め機のチャック部にチャックされたね
   じをねじ穴に位置決めする位置決めデータを出力する位
   置決めデータ出力手段と、前記ねじかねじ穴に位置決め
   された時の前記各開度センサの検出結果に基づいて前記
   ねじとねじ穴との心ずれの有無を判定する判定手段と、
   この判定手段によって心ずれが発生していることが判定
   された時に前記各開度センサの検出結果に応じた位置決
   め補正データを前記サーボ制御装置に出力する位置決め
   補正データ出力手段と、を設げたことを特徴とする自動
   ねじ締め機の位置補正装置。