JPS63260770A - ネジ締め状況自動判定法とその装置 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、ネジ締め機におけるネジ部品の締付状態の良
否を判別する判定装置に関し、ネジ部品の締付時に発生
する電動ドライバーの負荷電流値変動を、予じめ設定し
た正常な負荷電流変動に対応させた時間との関係でネジ
締め状況の良否を判別する新規な判定技術である。

「従来技術とその問題点」 一般的、電動及びエアードライバーでネジ部品を締付け
るのに際し、ネジ部品が一定のトルクで締付けられるこ
とが要求される。この為に、従来から締付トルクの自由
な設定が可能な締付工具が提供されている。更に、精度
を高めたい要求に対しては、ネジ部品（ボルト）の回転
角で最終締付トルクを管理する方法など、様々なトルク
制御手段が提供されている。

しかし乍ら、上記トルク制御手段では、ネジ山やタップ
孔に打痕があると、ネジの締付作業がスムーズに行われ
ず、所定のトルクに到達しても被締付物を正常に締結す
る有効な締付力として作用しないため、実際には正常締
付が完了していないにも係わらず、正常締付が行われた
ものと誤判定し、不良締付を見逃がしてしまう事が多く
発生する。上記不具合（トラブル）を惹起する要因は、
更に（■、ネジとタップ孔の芯ズレ、■、タップ孔に異
物或いは夕２ノブが下穴の途中までしか切られていない
、■、ネジとタップのピッチが合っていた（・、などの
実例をあげることができる。上記の如く、ネジ締付の不
良に至る要因が多く、それらをすべて検知して対応する
ことは困難であることから、自動の電動及びエアドライ
バーで締付後、再度人手により増締めを行っているのが
実状である。

［本発明が解決しようとする問題点」 本発明は、前記事態における問題点を解決する電動式ネ
ジ締め機の新規な判定法とその装置を提供せんとするも
のである。

本発明者は、上記新技術を開発すべく、不良ネジ締めと
電動機の負荷電流値の変化状況を実験の結果、第２図に
示すようにその因果関係をつきとめた。即ち、第２図に
見る如く、■、正常締付けは、ネジ（スクリュー）が座
付きするまでの間は、はｙ無負荷電流で推移しくネジ込
み負荷が軽いため）、座付き（締付け）の瞬間に大きな
過負荷状態となるために極めて急激な電流値の立上がり
現東が見られる。■、第１の異常パターン（スクリュー
なしの空回り時）では、無負荷電流のま〜推移し、負荷
電流の立上がり現象が見られない。■、第２の異常パタ
ーン（スクリュー途中で止まる、タップ孔が浅く突き肖
る、喰み込み時Ｑてダメージを受けるも、やっと締まっ
たが軸力が少ない等）では、負荷電流の変化は様々だが
、一様に正常座付きポイントより早見・時点で電流値が
増大するも、急激な電流の立上がりが見られないことが
判明した。従って、異常のパターンは、［全（の無負荷
状態−軽い異常」と「負荷状態が長く続くものの、電流
の急激な立上がりがない−重い異常」の２ケースに分類
される。上記、異常パターンにお〜・て、ネジ締めの早
い時点で重い現象（負荷状態）が表わるときには、この
「重い」前兆を捕えることで軸力不足（座付き時の実効
トルク不足）をチェックすることができることが理解で
きる。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、上記ネジ締め時に発生する正常締付パターン
」「２つの異常パターン」を判別する新規な技術手段の
開発に成功した。先ず、第１のネジ締め状況自動判定法
は、ネジ締め中のモーター負荷？を流の低レベル電流値
から、高レベルの′ｒＩｔ流値までに至る所要時間の判
定基準時間との相間関係からネジ締め良否を判別するこ
とにある。

第２，３のネジ締め状況自動判定装置は、ネジ締め中の
モーター電流の低レベル値と高レベル値とを設定検出す
る２Ｌ／ベル設定検出部と、前記設定検出部の低レベル
値から高ノベル電流値に至る所要時間を計測して良否を
判定する判別部と、判定結果の表示部とからなり、更忙
前記判別部には、ネジ無しの異常とネジ込不良の異常と
正常ネジ込みとを判別する機能を付加し、少なくとも上
記２種類の異常を表示する表示部を装備するものである
。

上記ネジ締め状況自動判定装置を、例えば多軸ネジ締め
機の各軸モーターに備えれば、４軸回時のリアルタイム
締付検出、異常検出の表示、各軸ごとの異常表示の作用
を呈し、この作用はスクリューの長短、被締付物の位置
変化、異常発生のタイミング変化の影響を受けることが
ない。

「実施例」 以下、本発明のネジ締め状況自動判定法とその装置につ
いての実施態様を図面で説明する。第１図において、Ｉ
はＤＣモーターで構成された電動ドライバー（電動式ネ
ジ締め工具）で、その下端のドライバー２によりベース
ｓ上のフレーム６に設けたタップ孔７に被締付物４０通
し穴５を介してネジ（ビス）３が被締付物４を締付固定
する。

上記電動ドライバー１は、通常ＡＣｉｌ源からドライバ
ーコントローラ１０で直流電圧に変換されたＤＣ電圧に
より付勢され、所定の回転トルクでネジ３を駆動する。

１１０２レベル電流設定検出部は、電動ドライバー１の
負荷ｘｉ値を検出する部材で、ネジ締め中に変化するモ
ーター負荷を流の低レベル電流値（ｅｌ）と高レベル電
流値（ｅ２）を設定検出できかつ出力する回路構成とな
っている。１２の判別部は、前記２レベル電流設定検出
部１１からの低レベル、高レベル電流値ｅｌ、　ｅ２と
タイマー１３からの信号を入力し、低レベル電流値ｅｌ
かも高レベル電流値ｅ２に至る所要時間がタイマー設定
時間内であるか否かを計測してネジ締めの良否を判定す
る回路構成となっている。判定結果は、正常締付けの判
定信号：ａ、重い負荷状態の異常締付けの判定信号：ｂ
、スクリュー無しの軽い負荷状態の異常締付は判定信号
二〇とを各々出力する。これらの各判定信号ａ〜Ｃは、
表示部１４によって各状態が表示され（ランプ又はブザ
ーなど）、作業者に報知する手段が構じられている。上
記自動ネジ締め状況判定装置Ｂにより、予じめ測定して
おいた正常締付の負荷電流波形Ａより、低レベルｅ１、
高レベルｅ２、判定基準時間ｔを設定し、ネジ締め過程
における負荷電流（判定信号）をチェックすると、第３
図のように三様の検出パターンとなり、正常、重い異常
、軽い異常として判別される。即ち、低レベルを流値ｅ
１から高レベル電流値ｅ２までの検出時間ｔが判定基糸
時間内に入ると、正常判定信号ａを出力する。そして、
負荷電流波形Ｂのときは、低レベル電流値ｅｌから高レ
ベル電流値ｅ２までの検出時間は、判定基準時間ｔを大
きく上回ったオーバータイムとなり、重い負荷状態の異
常判定信号すを出力する。或は、低レベル６＋は出力し
たが高レベルｅ２が出力しないときは、低レベルｅ１か
らの判定基準時間を内に高レベル信号ｅ２が出力せず、
判定基準時間ｔを過ぎた初期に重い負荷状態の異常判定
信号ビな出力する。更に、負荷電流波形Ｃのときは、検
出開始タイミングよりあらかじめ設定された検出時間内
に低レベル信号（ｅｌ）が入力せず、軽い負荷状態の異
常判定信号Ｃを出力する。

次に、第４図に示す多軸自動ネジ締め機２０の実施例に
ついての検出データで説明する。Ａ＼Ｄ軸ドラドライバ
ー２０けるネジ２・・・の締付検出データを第５図に示
す。第５図（イ）は、Ｃ軸ドライバーが゛重い′軸出力
不足の状態を検出している。

即ち、低レベルから高レベルまでの時間が２００　ｒｎ
ｓｅｃを要している。一方、Ｄ軸ドライバーは１軽（・
″スクリュー無しの異常を検出する。次に、第５図（、
＝）は、Ｂ軸ドライバーが゛重い１スクリユー途中停止
で、負荷電流値が高レベルｅ２まで達しない異常検出を
示している。更に、第５図（ハ）はＡ軸ドライバーが゛
重い″軸力不足の異常を検出している。即ち、タップ入
口でトラブルが一時的に発生し、低レベルｅ１かも高レ
ベルｅ２への到達時間がＩ　Ｂｅ２Ｃと長（・場合を示
し、ネジの締付力不足の状態となる。

尚、本発明は、上記実施例において開示された態様に限
定されるものでないこと勿論である。例えば、２レベル
電流設定検出部１１を電流から電圧に変換し、電圧値の
コンパレータによる設定方式の回路構成とした２レベル
電圧設定検出部とすることも可能であるほか、表示部Ｉ
４は少なくとも２つの異常状態を表示する回路構成とし
ても良い。

更に、電動式１具（電動ドライバー）１はＤＣモーター
に限定されることではなく、ブラシレスのＡＣモーター
に交換することも可能であり、これに合った２レベ／Ｌ
設定検出部に設計変更すれば足る。２レベル設定検出部
の用語は、電流及び電圧の設定検出を対象とした広い意
味をもつ。

「効果」 以上説明したように、本発明のネジ締め状況自動判定法
とその装置によるときは、■、ネジ部品れ締付時に発生
する様々なパターンの異常と正常締付とを判別すること
ができるようになったのをはじめ、■、電動機式ネジ締
めの締付時に発生する普遍的な負荷電流パターンの波形
変化を時間との関数で検出するから、ネジの長短、被締
付物の位置変化等に左右されることなくネジ締め状況の
良否を判定できる高い汎用性のネジ締め状況自動判定装
置を提供できること、■、電動式のネジ締め機において
、検出対象物をモーターの負荷電流としたから、検出が
容易であるばかりか、二点（低レベル、高レベル）の瞬
間電流値の有無と、その二点間の時間要素とにより異常
を検出する手段を採っているので、負荷電流波形をモニ
タリングするの〈安価な装置として提供できるなど、多
くの優れた効果を有し、実用装置として多大の価値を生
入出す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のネジ締め状況自動判定装置の全体を示
すブロック線図、第２図は、！動機の負荷電流値の変化
状況をネジ締めと対応して示す特性曲線図、第３図は各
検出パターンを示す波形図と検出処理図、第４図は多軸
自動ネジ締め機の斜視図、第５図は多軸自動ネジ締め機
における各検出処理図である。 １・・・電動ドライバー（電動式ネジ締め工具）、２・
・　ドライバー、ＩＬ−・ドライバーコントローラ、１
１・・・２レベルｔｉ設定検出部、１２・・・判別部、
１３・・・タイマー、１４・・・表示部、ｅｌ・・・低
レベルの電流値、ｅ２・・・高レベルの電流値、ｔ・・
・判定基準時間（所要時間）、Ａ−Ｃ・・・負荷電流波
形、ａ〜Ｃ・・各判定信号、２０・・・多軸自動ネジ締
め機。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）モーター負荷電流によつてネジ締め状況を自動判
   定する電動式ネジ締め工具において、ネジ締め中の低レ
   ベル電流値から高レベル電流値に移行する所要時間が、
   判定基準時間内に入るか否かによりネジ締め良否を判別
   することを特徴とするネジ締め状況自動判定法。
2. （２）ネジ締め電動機のネジ締め中に増大するモーター
   負荷電流の低レベル電流値及び高レベル電流値とを設定
   検出する２レベル設定検出部と、前記２レベル設定検出
   部の低レベル電流値から高レベル電流値に至る所要時間
   を計測してネジ締めの良否を判定する判別部と、上記判
   定結果を表示する表示部とを具備して成るネジ締め状況
   自動判定装置。
3. （３）ネジ締め電動機のネジ締めが完了する直前に増大
   するモーター負荷電流の低レベル電流値及びネジ締め完
   了時にピークに達する高レベル電流値とを設定検出する
   ２レベル設定検出部と、前記２レベル設定検出部の低レ
   ベル電流値の有無及び高レベル電流値の有無及びその高
   レベル電流値に至る所要時間とを計測判別する判別部に
   は、ネジ無しの異常と、ネジ込み不良の異常と、正常ネ
   ジ込みの判別機能回路を有し、少なくとも上記２種類の
   異常を表示する表示部とを具備して成るネジ締め状況自
   動判定装置。