KR102520163B1 - 나사 조임 불량 판정 장치, 나사 조임 불량 판정 방법, 나사 조임 장치, 및 기록 매체 - Google Patents

나사 조임 불량 판정 장치, 나사 조임 불량 판정 방법, 나사 조임 장치, 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

높은 정밀도로 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있는 기술을 제공한다. 드라이버(50)의 축방향에서의 위치를 취득하는 위치 취득부(13)와, 나사를 가착좌시킨 후의 본조임 공정에서, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정부(14)를 구비한다.

Description

나사 조임 불량 판정 장치, 나사 조임 불량 판정 방법, 나사 조임 장치, 및 기록 매체
본 발명은, 나사 조임 불량 판정 장치, 나사 조임 장치, 나사 조임 불량 판정 방법, 및 제어 프로그램에 관한 것이다.
종래, 상하 방향으로 축이동되는 전동 드라이버를 구비한 나사 조임 장치에서, 비트축의 회전 변화량이 소정의 범위내인지 여부에 따라, 나사 조임의 양부(良否) 판정을 행하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 나사의 공차(公差)의 영향을 받는 등에 의해, 정확하게 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 없는 경우가 있었다. 예를 들어, 나사 구멍에 삽입된 나사를 회전시켜서, 나사를 조일 때에, 나사가 연신된다. 그 때문에, 나사의 연신에 따라 비트축의 회전 변화량이 변화한다. 또한, 회전량은, 나사와 피체결물 사이의 마찰, 및 토크의 불균일 등의 영향을 받기 때문에, 비트축의 회전 변화량에 기초하여 나사 조임의 양부 판정을 행했을 경우, 오판정이 생길 가능성이 있다는 문제가 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허 평7-223132호 공보
본 발명의 일 태양은, 높은 정밀도로 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 장치는, 드라이버의 축방향에서의 위치를 취득하는 위치 취득부와, 나사를 나사 구멍에 삽입하고 상기 나사를 가착좌(假着座)시킨 후의 본조임 공정에서, 상기 드라이버의 상기 축방향에서의 상기 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정부를 구비한다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 높은 정밀도로 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 나사 조임 시스템의 개요를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 PLC의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 실시형태에 관한 나사 조임 시스템의 외관 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 바닥 닿음에 의한 불량이 생긴 나사를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 본조임 공정 중의 R축 위치의 변화를 나타내는 도면이고, (b)는 본조임 공정 중의 Z축 위치의 변화를 나타내는 도면이다.
도 6은 본조임 공정 중의 Z축 위치의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 7은 본조임 공정 중의 R축 위치의 변화량을 나타내는 도면이다.
도 8은 이물질 끼임에 의한 불량이 생긴 나사를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)는 본조임 공정 중의 R축 위치의 변화를 나타내는 도면이고, (b)는 본조임 공정 중의 Z축 위치의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 본조임 공정 중의 R축 위치의 변화량을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 측면에 관한 실시형태(이하, 「본 실시형태」라고도 표기함)를, 도면에 기초하여 설명한다.
§1　적용예
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 나사 조임 시스템(1)의 개요를 나타내는 블럭도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 나사 조임 시스템(1)은, PLC(Programmable Logic Controller)(10)(나사 조임 불량 판정 장치), 커플러(20), 회전용 서보(30)(제1 모터), 및 왕복용 서보(40)(제2 모터)를 구비하고 있다. 나사 조임 시스템(1)은, 후술하는 드라이버(50)(도 3 참조)의, 축둘레로의 회전 운동 및 축방향으로의 왕복 운동에 의해, 나사 조임 동작을 행한다. 이 때, PLC(10)는, 나사 조임 동작의 제어를 행함과 아울러, 그 나사 조임 동작에서의 불량의 발생을 판정한다.
본 명세서에서는, 나사 조임 동작에서의 불량이란, 나사에 규정의 토크가 주어졌음에도 불구하고, 그 나사가 충분한 체결력을 발휘하지 않는 상태, 또는 나사의 좌면(座面)의 밑에 이물질이 끼여 있는 상태를 의미하며, 특히,
·바닥 닿음: 나사가 나사 구멍보다 길거나, 또는 이물질이 나사 구멍에 끼여 있는 등의 이유로, 나사 조임 동작이 도중에 멈춤
및
·이물질 끼임: 나사의 좌면의 밑에 이물질이 끼여 있음
에 의한 불량의 발생을 판정한다.
회전용 서보(30)는, 드라이버(50)의 축둘레의 회전 운동(R축 방향의 운동)을 발생시키는 모터이다. 또한, 회전용 서보(30)는, 자신의 회전 속도(deg./s), 회전량(deg.), 및 회전 토크(정격 토크에 대한 비율(%))를 커플러(20)에 출력한다.
왕복용 서보(40)는, 드라이버(50)의 축방향으로의 왕복 운동(Z축 방향의 운동)을 발생시키는 모터이다. 또한, 왕복용 서보(40)는, 자신의 회전에 의한 드라이버(50)의 이동 속도(mm/s), 이동 위치(mm), 및 이동 토크(정격 토크에 대한 비율(%))를 커플러(20)에 출력한다.
커플러(20)는, PLC(10)와, 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)를 접속시킨다. 상세하게는, 커플러(20)는, PLC(10)로부터 수신한 제어 신호를 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)에 송신한다. 또한, 커플러(20)는, 회전용 서보(30)로부터 수신한, 회전용 서보(30)의 회전 속도, 회전량 및 회전 토크를 PLC(10)에 송신한다. 또한, 커플러(20)는, 왕복용 서보(40)로부터 수신한, 왕복용 서보(40)의 회전에 의한 드라이버(50)의 이동 속도, 이동 위치 및 이동 토크를 PLC(10)에 송신한다.
이하의 설명에서는, 회전용 서보(30)의 회전 속도, 회전량 및 회전 토크, 및 왕복용 서보(40)의 회전에 의한 드라이버(50)의 이동 속도, 이동 위치 및 이동 토크를 총칭하여 파라미터라고 부르는 경우가 있다.
도 2는, PLC(10)의 구성을 나타내는 블럭도이다. PLC(10)는, 나사 조임 시스템(1)의 동작을 제어한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, PLC(10)는, 제어부(11), 통신부(12), 위치 취득부(13), 불량 판정부(14), 및 통지부(15)를 구비한다.
제어부(11)는, 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)를 제어하기 위한 제어 신호를 통신부(12)에 출력한다. 통신부(12)는, 제어부(11)로부터 입력된 제어 신호를 커플러(20)에 송신한다. 제어 신호는, 커플러(20)를 개재하여 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)에 송신되어 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)를 제어한다. 제어부(11)는, 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)를 동기(同期)시켜서 제어한다. 또한, 제어부(11)는, 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)의 파라미터를 그 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)의 제어에 피드백한다.
통신부(12)는, 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)로부터, 커플러(20)를 개재하여 파라미터를 수신한다. 통신부(12)는, 수신한 파라미터를 기억 장치(도시하지 않음)에 기억시킨다. 또한, 수신한 파라미터를 기억하기 위한 기억 장치를, 나사 조임 시스템(1)이 구비하고 있어도 된다.
위치 취득부(13)는, 통신부(12)가 커플러(20)로부터 수신한 파라미터를 참조하여, 회전용 서보(30)의 회전 속도, 회전량 및 회전 토크, 및, 왕복용 서보(40)에 의한 드라이버(50)의 이동 속도, 축방향에서의 위치 및 이동 토크를 취득한다. 위치 취득부(13)는 통신부(12)로부터 파라미터를 취득해도 되고 기억 장치로부터 파라미터를 취득해도 된다. 위치 취득부(13)는, 이러한 파라미터에 기초하여, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치를 취득한다.
불량 판정부(14)는, 위치 취득부(13)가 취득한 드라이버(50)의 축방향에서의 위치를 참조하여, 나사 조임에 불량이 발생했는지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 불량 판정부(14)는, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치의 변화량이 소정의 문턱값보다 큰지의 여부에 기초하여, 나사 조임에 불량이 발생했는지 여부를 판정한다.
통지부(15)는, 불량 판정부(14)에 의해 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정된 경우에는, 불량의 발생을 통지한다. PLC(10)는, 통지부(15)에 의해 커플러(20)에 불량의 발생을 통지함으로써, 회전용 서보(30) 및 왕복용 서보(40)의 동작을 정지시켜도 된다. 또한, PLC(10)는, 통지부(15)에 의해, 나사 조임의 불량의 발생을 외부의 기기에 통지할 수 있어도 된다.
§2　구성예
[실시형태 1]
이하, 본 발명의 실시형태 1에 대해, 상세하게 설명한다.
(나사 조임 시스템(1)의 구성)
도 3은, 본 실시형태에 관한 나사 조임 시스템(1)의 외관의 구성예를 간단히 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 나사 조임 시스템(1)은, 회전용 서보(30)(제1 모터), 왕복용 서보(40)(제2 모터), 드라이버(50), 및 볼 나사(60)를 구비한 나사 조임 장치(5)와, 도 3에는 도시되지 않은, 상술한 PLC(10), 및 커플러(20)를 구비하고 있다.
드라이버(50)는, 선단에 드라이버 비트(51)를 가지며, 나사 조임을 행한다. 드라이버(50)는, 회전용 서보(30)에 의해 주어지는 회전 토크에 의해 축둘레로 회전 운동하면서, 왕복용 서보(40)에 의해 축방향으로 이동함으로써, 나사 조임 동작을 실행한다. 이하의 설명에서는, 드라이버(50)의 축방향 중, 나사 조임의 과정에서 드라이버(50)가 이동하는 방향을 하방이라고 한다.
회전용 서보(30)는, 드라이버(50)의 상방에 배치되어 드라이버(50)의 축둘레의 회전 운동을 발생시킨다.
볼 나사(60)는, 드라이버(50)를 상하로 이동 가능하게, 드라이버(50)와, 회전용 서보(30)를 일체로 지지한다.
왕복용 서보(40)는, 볼 나사(60)의 상부에 설치되어 볼 나사(60)의 회전 운동을 발생시킨다. 왕복용 서보(40)에 의한 볼 나사(60)의 회전 운동이 드라이버(50)의 상하 방향으로의 직선 운동으로 변환되어, 드라이버(50)가 상하로 왕복 운동한다.
(나사 조임 동작)
나사 조임 시스템(1)에 의한 나사 조임의 동작은, 이하와 같다.
우선, 제어부(11)는, 드라이버 비트(51)의 선단에, 예를 들어 흡착에 의해 나사를 보유지지한 상태에서, 그 나사가 피체결물의 나사 조임을 행하는 곳에 설치되도록, 볼 나사(60)의 회전 운동에 의해 드라이버(50)를 하강시키는 하강 공정을 실행한다. 하강 공정에서, 제어부(11)는, 나사가 피체결물의 나사 구멍에 들어가기 직전까지 드라이버(50)를 하강시킨다. 제어부(11)는, 드라이버(50)의 Z축 위치가 소정의 위치가 되면, Z축의 위치 결정을 완료한다.
다음에, 제어부(11)는, 드라이버(50)를, 나사가 가착좌할 때까지 나사를 회전시키면서 눌러 대는 가착좌 공정을 실행한다. 여기서, 가착좌란, 나사의 좌면이 피체결물에 접한 시점의 상태를 가리키며, 겉으로 보기에는 나사가 나사 구멍에 들어가 있는 상태이다.
제어부(11)는, 나사를 피체결물의 나사 구멍에 삽입하고, 그 나사를 가착좌시키는 가착좌 공정을, 드라이버(50)에 부여하는 회전 토크(R축 토크)가 나사의 조임 토크보다 작은 제1 토크에 도달할 때까지 행한다. 나사의 조임 토크는, JIS나 각종 규정에 의해, 예를 들어 나사의 종류에 따라 정해져 있는 토크이며, 제1 토크는, 예를 들어, 회전용 서보(30)의 정격 출력이 50% 이상이 되었을 경우의 토크이다. 제어부(11)는 나사가 가착좌할 때까지 가착좌 공정을 행한다.
그런데, 가착좌 공정의 초기에는, 나사의 피체결물의 나사 구멍으로의 삽입 개시시에, R축 토크가, 회전용 서보(30)의 출력이 정격 출력의 50% 이상이 되었을 경우의 토크보다 높아진다. 이 때문에, 제어부(11)는, 가착좌의 오판정을 회피하기 위해, 예를 들어 가착좌 공정의 개시부터 1000ms는 가착좌 완료의 판정을 행하지 않는다.
이어서, 제어부(11)는, 나사를 가착좌시킨 후, 다시 나사를 회전시키면서 나사에 드라이버(50)를 눌러 대는 본조임 공정을 행한다. 이, 가착좌 공정 이후의 본조임 공정은, 회전용 서보(30)가 드라이버(50)에 부여하는 회전 토크가 규정의 조임 토크인 제2 토크에 도달할 때까지 행해진다. 제어부(11)는, 예를 들어, R축 토크가, 회전용 서보(30)의 출력이 정격 출력의 150% 이상이 되었을 경우의 토크가 될 때까지 본조임 공정을 행한다.
제어부(11)는, 본조임 공정이 완료된 후, 회전용 서보(30)의 회전 토크와, 왕복용 서보(40)의 압압 토크를 본조임 상태인 채로 소정 시간 보유지지하는 본조임 보유지지 공정을 실행한다. 제어부(11)는, 본조임 보유지지 공정에서, 예를 들어, 본조임 상태를 100ms 보유지지한다.
그 후, 제어부(11)는, 회전용 서보(30)의 회전을 정지하고, R축 토크를 0% 이하로 하여, 나사를 해방하는 해방 공정을 실행한다.
이어서, 제어부(11)는, 볼 나사(60)의 회전 운동에 의해 드라이버(50)를 상방으로 이동시켜서, 드라이버(50)의 Z축 위치를 원점 위치로 복귀시키는 원점 복귀 공정을 실행함으로써, 나사 조임 동작을 완료한다.
(바닥 닿음 판정)
다음에, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량을 참조하여, 바닥 닿음을 판정하는 처리에 대해 설명한다.
도 4는, 바닥에 닿은 나사(70)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 피체결물(80)을 워크(90)(체결물)에 체결하기 위한 나사(70)의 나사축이, 나사 구멍(81)과 피체결물(80)보다도 긴 것에 의해, 나사(70)의 나사축(72)이 완전히 나사 구멍(81)에 삽입되지 않은 상태에서, 나사 선단(73)이, 나사 구멍 바닥(82)에 도달해 버려서, 나사 조임 동작이 도중에 멈춰 버리는 「바닥 닿음」에 의한 불량이 생기는 경우가 있다. 또는 이물질이 나사 구멍(81)에 끼여 있는 경우에도, 바닥 닿음에 의한 불량이 생기는 경우가 있다.
또, 본 실시형태에서는, 나사 조임을 행하는 곳에 암나사가 미리 형성된 상태(탭)의 워크에 대해 나사 조임을 행하는 예를 이용하여, 나사 조임 시스템(1)에 의한 나사 조임 동작을 나타내고 있다.
상술한, 본조임 공정에서, 위치 취득부(13)는, 통신부(12)를 개재하여, 커플러(20)로부터 R축 위치와 Z축 위치를 취득한다. 여기서, R축 위치는 회전용 서보(30)의 회전량이며, Z축 위치는 원점 위치로부터의 이동 거리이다.
불량 판정부(14)는, 위치 취득부(13)가 취득한 드라이버(50)의 축방향에서의 위치에 기초하여, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정한다.
도 5의 (a)는, 바닥 닿음이 발생한 경우(ng_bottoming)와, 문제없이 나사 조임 동작이 완료한 경우(ok)의, 본조임 공정 중의 R축 위치의 변화를 나타내는 도면이다. 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 R축 위치를 나타낸다. 도 5의 (b)는, 바닥 닿음이 발생한 경우(ng_bottoming)와, 문제없이 나사 조임 동작이 완료한 경우(ok)의, 본조임 공정 중의 Z축 위치의 변화를 나타내는 도면이다. 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 Z축 위치를 나타낸다. 도 5 (a), 및 도 5의 (b)에서, index란, 1index가 2msec를 나타내며, index=1250은, 2.5초이다.
도 6은, 각 나사의 본조임 공정 중에서의, 바닥 닿음이 발생한 경우(ng_bottoming)와, 바닥 닿음이 발생하지 않은 경우(ok)의, Z축 위치의 변화량을 나타내는 도면이다. 가로축은 각 나사의 나사 조임의 개시 시간을 나타내고, 세로축은 Z축 위치의 변화량을 나타낸다.
도 7은, 각 나사의 본조임 공정 중에서의, 바닥 닿음이 발생한 경우(ng_bottoming)와, 바닥 닿음이 발생하지 않은 경우(ok)의, R축 위치의 변화량을 나타내는 도면이다. 가로축은 각 나사의 나사 조임의 개시 시간을 나타내고, 세로축은 R축 위치의 변화량을 나타낸다.
도 5의 (a), 및 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본조임 공정 중에서, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우의, 시간 변화에 따른 드라이버(50)의 R축 위치와 Z축 위치의 변화량은, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우보다도 커진다. 불량 판정부(14)는, 본조임 공정에서, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했다고 판정한다.
도 6, 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우의 드라이버(50)의 R축 위치의 변화량과, Z축 위치의 변화량에서는, R축 위치쪽이, 나사 마다의 변화량의 불균일이 커진다. 이는, R축 위치의 변화량은 나사와 피체결물 사이의 마찰, 및 토크의 불균일 등의 영향을 받기 쉽기 때문이다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본조임 공정 중에서의 각 나사의 Z축 위치의 변화량은, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에는, 나사 조임 동작마다의 불균일 거의 나타나지 않고, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우에는, 나사 조임 동작마다의 불균일이 크게 되어 있다. 이는, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에는, 본조임 공정 개시시에는 나사(70)의 좌면(71)이 피체결물(80)에 접촉한 상태이고, 나사 머리의 위치에 따라 정해지는 Z축 위치가 나사 조임 동작 동안에 거의 일정하게 되어 있기 때문이다. 또한, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에는, 본조임 공정 중에서도, 나사(70)의 나사축(72)이 연신되어, 축력(조이는 힘)이 발생하지만, 그 때, Z축 위치(나사(70)의 머리 위치)는 거의 변화하지 않는다.
한편, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우에는, 본조임 공정 개시시에, 나사(70)의 좌면(71)이, 피체결물(80)에 접촉한 상태로 되어 있다고는 할 수 없으며, 나사 머리의 위치에 따라 정해지는 Z축 위치가 나사 조임 동작 동안에 불균일해져 버린다. 또한, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우에는, 본조임 공정 중에, 나사(70)의 선단(73) 혹은 나사 구멍(81)의 바닥(82)이 변형하여, 나사(70)가 나사 구멍(81)에 들어감으로써, Z축 위치가 나사마다 크게 달라진다.
이와 같이, Z축 위치는, 본조임 공정 개시시 및 본조임 공정 중에서, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에는 불균일이 나타나지 않고, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우에는 크게 불균일해진다. 한편으로, 본조임 공정 개시시 및 본조임 공정 중의 R축 위치는, 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에도, 나사(70)의 좌면(71)과 피체결물(80) 간의 접촉면에서의 마찰 등의 영향에 의해 나사 조임 동작마다 불균일해져 버린다.
따라서, 불량 판정부(14)는, 나사 마다의 공차의 영향을 받지 않고 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우의, 본조임 공정 개시시 및 본조임 공정 중에서의 위치가 안정되는, Z축 위치의 변화량에 기초하여, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정함으로써, 높은 정밀도로 불량의 발생을 판정할 수 있다.
또한, 예를 들어, 본조임 공정 개시시의 Z축 위치의 절대값에 기초하여, 바닥 닿음에 의한 불량의 판정을 행하는 것도 가능하지만, 이 경우에는, 나사의 공차의 영향을 받음과 아울러, 나사의 공차의 영향을 가미한 경우에는, 약간의 바닥 닿음은 판정할 수 없게 된다. 따라서, 가착좌시부터의 Z축 위치의 변화량에 기초하여 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정함으로써, 높은 정밀도로 불량의 발생을 판정할 수 있다.
그런데, 가착좌 공정의 완료는, 드라이버(50)에 부여하는 회전 토크가 제1 토크에 도달함으로써 검지되기 때문에, 도 5의 (a), 및 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우에는, 가착좌 공정의 완료가 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에 비해 빨리 검지된다. 이 때문에, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생한 경우, 본조임 공정이 바닥 닿음에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에 비해 빨리 개시되고, 본조임 공정의 개시 타이밍의 불균일도 커진다.
위치 취득부(13)는, 제1 위치 취득 단계에서, 우선, 나사(70)를 나사 구멍(81)에 삽입하고, 나사(70)를 가착좌시켰을 때의 드라이버(50)의 축방향에서의 위치를 제1 위치로서 취득한다.
이어서, 위치 취득부(13)는, 제2 위치 취득 단계에서, 나사(70)를 가착좌시킨 후의 본조임 공정에서, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치를 제2 위치로서 취득한다.
위치 취득부(13)는, 본조임 공정의 개시 타이밍에서 제1 위치를 취득하고, 제1 위치 취득후, 소정 시간마다(예를 들어 0.002초 마다) 제2 위치를 취득해도 된다.
불량 판정부(14)는, 불량 판정 단계에서, 위치 취득부(13)가 취득한 제1 위치와 제2 위치를 참조한다. 불량 판정부(14)는, 불량 판정 단계에서, 제1 위치로부터 제2 위치로의 변화량이 문턱값보다 크면(커지면), 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정한다. 불량 판정부(14)는, 예를 들어, 본조임 공정의 개시 타이밍에 취득한 제1 위치로부터 제2 위치로의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했다고 판정한다.
불량 판정부(14)에 의해, 나사 조임에, 나사(70)의 선단(73)이 나사 구멍(81)의 바닥(82)에 닿은 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했다고 판정되면, PLC(10)는, 그 불량의 발생을 통지부(15)의 기능에 의해 사용자 또는 다른 기계에 통지한다.
또한, PLC(10)는, 불량 판정부(14)에 의해, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정되면, 통지부(15)의 기능에 의해, 바닥 닿음에 의한 불량의 발생을 나사 조임 장치(5)에 통지하여 나사 조임 동작을 중지시켜도 된다. 또한, 제시 장치(도시하지 않음)에 바닥 닿음에 의한 불량의 발생을 통지하여, 화상 표시, 음성 출력 등에 의해, 사용자에게 바닥 닿음에 의한 불량의 발생을 제시해도 된다.
상술한 바와 같이, 나사 조임 시스템(1)은, 드라이버(50)의 Z축 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하기 때문에, 정확하게 바닥 닿음에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정할 수 있다.
[실시형태 2]
이하, 본 발명의 실시형태 2에 대해, 상세하게 설명한다. 또, 설명의 편의상, 상기 실시형태 1에서 설명한 부재와 같은 기능을 가진 부재에 대해서는, 같은 부호를 부여하고, 그 설명을 반복하지 않는다.
실시형태 2에 관한, 나사 조임 시스템(1)의 구성은, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한 실시형태 1의 나사 조임 시스템(1)과 마찬가지이다. 실시형태 2에 관한, 나사 조임 시스템(1)은, 나사 조임에서의, 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정하는 점에서, 실시형태 1과는 다르다.
(이물질 끼임 판정)
다음에, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량을 참조하여, 이물질 끼임을 판정하는 처리에 대해 설명한다.
도 8은, 이물질 끼임에 의한 불량이 발생한 나사(70)를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 피체결물(80)을 워크(90)에 체결하기 위한 나사(70)의 좌면(71)과 피체결물(80) 사이에 이물질(85)이 끼인 상태에서 나사 조임 동작이 행해지는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 나사 조임 동작이 도중에 멈춰 버리는 「이물질 끼임」에 의한 불량이 발생한다. 이물질(85)은 예를 들어 알루미늄 찌꺼기, 땜납 볼 등이다.
상술한, 본조임 공정에서, 위치 취득부(13)는, 통신부(12)를 개재하여, 커플러(20)로부터 R축 위치와 Z축 위치를 취득한다. 여기서, R축 위치는 회전용 서보(30)의 회전량이고, Z축 위치는 원점 위치로부터의 이동거리이다.
불량 판정부(14)는, 위치 취득부(13)가 취득한 드라이버(50)의 축방향에서의 위치에 기초하여, 나사 조임에 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정한다.
도 9의 (a)는, 이물질 끼임이 발생한 경우와, 문제없이 나사 조임 동작이 완료된 경우의, 본조임 공정 중의 R축 위치의 변화를 나타내는 도면이다. 도 9의 (a)에서, ng_aluminium_trash는, 알루미늄 찌꺼기의 끼임에 의한 불량이 발생한 경우의 R축 위치의 변화를 나타내고, ng_solder는, 땜납 볼의 끼임에 의한 불량이 발생한 경우의 R축 위치의 변화를 나타내고 있다. 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 R축 위치를 나타낸다.
도 9의 (b)는, 이물질 끼임이 발생한 경우와, 문제없이 나사 조임 동작이 완료된 경우의, 본조임 공정 중의 Z축 위치의 변화를 나타내는 도면이다. 도 9의 (b)에서, ng_aluminium_trash는, 알루미늄 찌꺼기의 끼임에 의한 불량이 발생한 경우의 Z축 위치의 변화를 나타내고, ng_solder는, 땜납 볼의 끼임에 의한 불량이 발생한 경우의 Z축 위치의 변화를 나타내고 있다. 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 Z축 위치를 나타낸다. 도 9의 (a), 및 도 9의 (b)에서, index란, 1index가 2msec를 나타내고, index=1250은, 2.5초이다.
도 10은, 각 나사의 본조임 공정 중에서의, 이물질 끼임이 발생한 경우(ng_aluminium_trash 또는 ng_solder)와, 이물질 끼임이 발생하지 않은 경우(ok)의, R축 위치의 변화량을 나타내는 도면이다. 가로축은 각 나사의 나사 조임의 개시 시간을 나타내고, 세로축은 R축 위치의 변화량을 나타낸다.
도 9의 (a), 및 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 본조임 공정 중에서, 나사 조임에 이물질 끼임에 의한 불량이 발생한 경우의, 시간 변화에 따른, 드라이버(50)의 R축 위치의 변화량과 Z축 위치의 변화량은, 이물질 끼임에 의한 불량이 발생하지 않은 경우보다도 커진다. 불량 판정부(14)는, 본조임 공정에서, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했다고 판정한다.
이물질 끼임에 의한 불량이 발생하지 않은 경우의 드라이버(50)의 R축 위치와 Z축 위치에서는, R축 위치쪽이, 변화량의 나사 마다의 불균일이 커진다. 이는, R축 위치의 변화량은, 나사와 피체결물 사이의 마찰, 및 토크의 불균일 등의 영향을 받기 쉽기 때문이다.
본조임 공정에서의 Z축 위치의 변화량은, 도 6을 이용하여 설명한, 바닥 닿음에 의한 불량의 영향과 같이, 이물질 끼임에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에도, 나사 조임 동작 마다의 불균일은 거의 나타나지 않는다. 한편, 이물질 끼임에 의한 불량이 발생한 경우에는, 본조임 공정에서의 Z축 위치의 변화량은, 나사 조임 동작 마다의 불균일이 커진다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본조임 공정 개시시에서의 R축 위치는, 이물질 끼임에 의한 불량이 발생하지 않은 경우에도, 나사 조임 동작마다 불균일해져 버린다. 이는, 나사(70)의 좌면(71)과, 피체결물(80)과, 이물질(85)의 접촉면에서의 마찰 등의 영향에 의해, 본조임 공정 개시시의 R축 위치가 나사 조임 동작마다 불균일해져 버리기 때문이다.
따라서, 불량 판정부(14)는, 나사 마다의 공차의 영향을 받지 않고 또한 이물질 끼임에 의한 불량이 발생하지 않은 경우의, 본조임 공정 개시시 및 본조임 공정 중에서의 위치가 안정되는, Z축 위치의 변화량에 기초하여, 나사 조임에 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정함으로써 높은 정밀도로 불량의 발생을 판정할 수 있다.
통지부(15)는, 불량 판정부(14)에 의해, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정되면, 나사의 좌면(71)과 피체결물(80) 사이에 이물질이 끼인 불량의 발생을 사용자 또는, 나사 조임 장치(5)를 포함하는 다른 기계에 통지한다.
상술한 바와 같이, 나사 조임 시스템(1)은, 드라이버(50)의 Z축 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했다고 판정하기 때문에, 높은 정밀도로 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했는지 여부를 판정할 수 있다.
〔요약〕
실시형태 1, 및, 실시형태 2에 설명한 바와 같이, PLC(10)는, 드라이버(50)의 축방향에서의 위치를 취득하는 위치 취득부(13)와, 나사를 나사 구멍에 삽입하고, 나사를 가착좌시킨 후의 본조임 공정에서, 드라이버(50)의 Z축 방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 바닥 닿음 또는 이물질 끼임에 의한 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정부를 구비하고 있다. 따라서, 나사의 공차, 및, 본조임 공정 중의 나사와 피체결물 사이의 마찰 등에 의한 영향을 받지 않는, 드라이버(50)의 Z축 위치에 기초하여, 나사 조임의 불량을 높은 정밀도로 판정할 수 있다.
본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 장치는, 드라이버의 축방향에서의 위치를 취득하는 위치 취득부와, 나사를 나사 구멍에 삽입하여 상기 나사를 가착좌시킨 후의 본조임 공정에서, 상기 드라이버의 상기 축방향에서의 상기 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정부를 구비한다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 방법은, 나사를 나사 구멍에 삽입하여 상기 나사를 가착좌시켰을 때의 드라이버의 축방향에서의 위치를 제1 위치로서 취득하는 제1 위치 취득 단계와, 상기 나사를 가착좌시킨 후의 본조임 공정에서, 상기 드라이버의 상기 축방향에서의 위치를 제2 위치로서 취득하는 제2 위치 취득 단계와, 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정 단계를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 드라이버의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량에 기초하여, 나사 조임의 양부 판정을 행한다. 가착좌시부터의 변화량은, 불균일이 작다. 예를 들어, 본조임 공정에서 나사가 연신되어도, 드라이버의 축방향에서의 위치에는 영향을 주지 않는다. 그 때문에, 높은 정밀도로 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 장치는, 상기 가착좌시란, 삽입되는 상기 나사의 좌면이 피체결물에 접촉한 시점이다.
상기 구성에 의하면, 불량이 없는 경우에는, 드라이버의 축방향에서의 위치의 변화량이 적은, 나사의 좌면이 피체결물에 접한 시점 이후의 본조임 공정에서의 변화량에 기초하여 나사 조임의 양부 판정을 행하기 때문에, 높은 정밀도로 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 장치에서는, 상기 나사를 나사 구멍에 삽입하여 상기 나사를 가착좌시키는 가착좌 공정은, 상기 드라이버에 부여하는 회전 토크가 상기 나사의 조임 토크보다 작은 제1 토크에 도달할 때까지 행해진다.
상기 구성에 의하면, 가착좌 공정을, 드라이버에 부여하는 회전 토크에 따라 완료시키기 때문에, 가착좌 공정에서, 나사를 너무 단단히 조이지 않고도, 가착좌 공정 후의, 본조임 공정에서의 나사 조임의 양부 판정을, 드라이버의 축방향에서의 위치의, 가착좌시부터의 변화량에 기초하여, 높은 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 장치에서는, 상기 가착좌 공정 후의 상기 본조임 공정은, 상기 드라이버에 부여하는 회전 토크가 상기 조임 토크인 제2 토크에 도달할 때까지 행해진다.
예를 들어, 제2 토크란, 규정의 조임 토크이다. 상기 구성에 의하면, 가착좌 후부터 본조임 완료의 동안에서의, 드라이버의 축방향에서의 위치의 변화량에 기초하여, 나사 조임의 양부 판정을 높은 정밀도로 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 불량 판정 장치는, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정되면, 상기 나사의 선단이 나사 구멍의 바닥에 닿은 불량의 발생, 또는, 상기 나사의 좌면과 피체결물 사이에 이물질이 끼인 불량의 발생을 통지하는 통지부를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 나사 조임의 불량의 종류로서, 바닥 닿음 또는 이물질 끼임에 의한 나사 조임의 불량의 발생을 통지할 수 있다. 예를 들어 사용자는, 나사 조임의 불량의 종류에 따른 대응을 취할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 관한 나사 조임 장치는, 상기 나사 조임 불량 판정 장치와, 상기 드라이버에 회전 토크를 부여하는 제1 모터와, 상기 드라이버를 상기 축방향으로 이동시키는 제2 모터를 구비한다.
상기 구성에 의하면, 제1 모터의 회전 토크에 기초하여, 가착좌 공정과 본조임 공정을 제어함과 아울러, 제2 모터에 의한 드라이버의 축방향으로의 이동량에 따라 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있다. 따라서, 본조임 공정에서 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양에 관한 제어 프로그램은, 상기 나사 조임 불량 판정 장치로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 제어 프로그램으로서, 상기 위치 취득부 및 상기 불량 판정부로서 컴퓨터를 기능시킨다.
상기 구성에 의하면, 제어 프로그램에 의해 높은 정밀도로 나사 조임의 양부 판정을 행할 수 있다.
[소프트웨어에 의한 실현예]
PLC(10)의 제어 블록(특히 제어부(11), 통신부(12), 위치 취득부(13), 불량 판정부(14), 및 통지부(15))은, 집적 회로(IC 칩) 등에 형성된 논리 회로(하드웨어)에 의해 실현되어도 되고, 소프트웨어에 의해 실현되어도 된다.
후자의 경우, PLC(10)는, 각 기능을 실현하는 소프트웨어인 프로그램의 명령을 실행하는 컴퓨터를 구비하고 있다. 이 컴퓨터는, 예를 들어 1개 이상의 프로세서를 구비하고 있음과 아울러, 상기 프로그램을 기억한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체를 구비하고 있다. 그리고, 상기 컴퓨터에서, 상기 프로세서가 상기 프로그램을 상기 기록 매체로부터 판독하여 실행함으로써, 본 발명의 목적이 달성된다. 상기 프로세서로는, 예를 들어 CPU(Central Processing Unit)를 이용할 수 있다. 상기 기록 매체로는, 「비일시적 유형의 매체」, 예를 들어, ROM(Read Only Memory) 등 외에, 테이프, 디스크, 카드, 반도체 메모리, 프로그래머블 논리 회로 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 프로그램을 전개하는 RAM(Random　Access　Memory) 등을 더 구비하고 있어도 된다. 또한, 상기 프로그램은, 그 프로그램을 전송 가능한 임의의 전송 매체(통신 네트워크나 방송파 등)를 개재하여 상기 컴퓨터에 공급되어도 된다. 또, 본 발명의 일 태양은, 상기 프로그램이 전자적인 전송에 의해 구현화된, 반송파에 내장된 데이터 신호의 형태로도 실현될 수 있다.
본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 청구항에 나타낸 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적당히 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1 나사 조임 시스템
10 PLC(나사 조임 불량 판정 장치)
11 제어부
12 통신부
13 위치 취득부
14 불량 판정부
15 통지부
30 회전용 서보(제1 모터)
40 왕복용 서보(제2 모터)
50 드라이버

Claims (9)

  1. 드라이버의 축방향에서의 위치를 취득하는 위치 취득부와,
    나사를 나사 구멍에 삽입하고, 상기 나사를 가착좌(假着座)시킨 후의 본조임 공정에서, 상기 드라이버의 상기 축방향에서의 상기 위치의, 가착좌시부터의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정부를 구비하는 나사 조임 불량 판정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가착좌시란, 삽입되는 상기 나사의 좌면(座面)이 피체결물에 접한 시점인 나사 조임 불량 판정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나사를 나사 구멍에 삽입하고, 상기 나사를 가착좌시키는 가착좌 공정은, 상기 드라이버에 부여하는 회전 토크가 상기 나사의 조임 토크보다 작은 제1 토크에 도달할 때까지 행해지는 나사 조임 불량 판정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가착좌 공정 후의 상기 본조임 공정은, 상기 드라이버에 부여하는 회전 토크가 상기 조임 토크인 제2 토크에 도달할 때까지 행해지는 나사 조임 불량 판정 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    나사 조임에 불량이 발생했다고 판정되면, 상기 나사의 선단이 나사 구멍의 바닥에 닿은 불량의 발생, 또는, 상기 나사의 좌면과 피체결물 사이에 이물질이 끼인 불량의 발생을 통지하는 통지부를 구비하는 나사 조임 불량 판정 장치.
  6. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 나사 조임 불량 판정 장치와,
    상기 드라이버에 회전 토크를 부여하는 제1 모터와,
    상기 드라이버를 상기 축방향으로 이동시키는 제2 모터를 구비하는 나사 조임 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    나사 조임에 불량이 발생했다고 판정되면, 나사 조임을 중지하는 나사 조임 장치.
  8. 나사를 나사 구멍에 삽입하고, 상기 나사를 가착좌시켰을 때의 드라이버의 축방향에서의 위치를 제1 위치로서 취득하는 제1 위치 취득 단계와,
    상기 나사를 가착좌시킨 후의 본조임 공정에서, 상기 드라이버의 상기 축방향에서의 위치를 제2 위치로서 취득하는 제2 위치 취득 단계와,
    상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로의 변화량이 문턱값보다 크면, 나사 조임에 불량이 발생했다고 판정하는 불량 판정 단계를 포함하는 나사 조임 불량 판정 방법.
  9. 청구항 1에 기재된 나사 조임 불량 판정 장치로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 제어 프로그램을 구비한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서, 상기 위치 취득부 및 상기 불량 판정부로서 컴퓨터를 기능시키기 위한 제어 프로그램을 구비한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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