WO2020009159A1 - ネジ締め不良判定装置、ネジ締めシステムおよびプログラム - Google Patents

ネジ締め不良判定装置、ネジ締めシステムおよびプログラム Download PDF

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WO2020009159A1
WO2020009159A1 PCT/JP2019/026500 JP2019026500W WO2020009159A1 WO 2020009159 A1 WO2020009159 A1 WO 2020009159A1 JP 2019026500 W JP2019026500 W JP 2019026500W WO 2020009159 A1 WO2020009159 A1 WO 2020009159A1
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WO
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screw
tightening
rotation
screw tightening
torque
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/026500
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English (en)
French (fr)
Inventor
弘二 西垣
佐々木　達也
貴紀 渋谷
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a screw tightening failure determination device that determines the occurrence and type of a defect in screw tightening, a screw tightening system including the screw tightening system, and a program.
  • Patent Document 1 discloses a screw tightening device including a screw tightening tool having a driver bit and reciprocating means capable of operating the screw tightening tool to reciprocate in the axial direction.
  • the reciprocating means includes an AC servomotor, and the screw tightening tool moves in the axial direction by driving the AC servomotor.
  • JP-A-2004-243463 Japanese Unexamined Patent Publication
  • Patent Document 1 describes that an error will occur if the screw tightening height is not within a predetermined range. However, Patent Document 1 does not disclose any method for determining the type of error. For this reason, with the screw fastening device disclosed in Patent Literature 1, even if an error can be recognized, it is not possible to recognize what kind of error has occurred.
  • An object of one embodiment of the present invention is to realize a screw tightening failure determination device capable of determining the type of failure in screw tightening.
  • a screw tightening failure determination device includes: (i) a rotational speed of a first motor that causes a rotational motion of a driver for tightening a screw around an axis; Two or more calculated based on the rotation amount and the rotation torque, and (ii) any one of a movement speed, a movement position, and a movement torque of the second motor that causes the driver to reciprocate in the axial direction. Based on the parameters, occurrence and type of a defect in the screw tightening operation by the driver are determined.
  • a screw tightening failure determination device that can determine the type of screw tightening failure can be realized.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a PLC. It is a figure showing an example of appearance of a screw fastening system concerning this embodiment.
  • 9 is a graph showing a change in the maximum rotation speed value in one screw tightening operation of the rotation servo when a female screw is broken.
  • 11 is a graph showing a change in the maximum rotation speed value in one screw tightening operation of the rotation servo when a come-out occurs.
  • 9 is a graph showing a change in a minimum value of a moving torque of a reciprocating servo in a single screw tightening operation when a foreign object is caught.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a method in which a determination unit determines a failure in screw tightening using a plurality of parameters.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another example of a method in which a determination unit determines a failure in screw tightening using a plurality of parameters.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a screw fastening system 1 according to the present embodiment.
  • a screw tightening system 1 includes a PLC (Programmable Logic Controller) 10 (screw tightening failure determination device), a coupler 20, a rotation servo 30 (first motor), and a reciprocating servo 40 (second motor). ).
  • the screw tightening system 1 performs a screw tightening operation by a rotational movement around an axis and a reciprocating movement in an axial direction of a driver 51 (see FIG. 2) described later.
  • the PLC 10 controls the screw tightening operation and determines the occurrence and type of a defect in the screw tightening operation.
  • the failure in the screw tightening operation means a state in which the screw does not exhibit a sufficient fastening force even though a specified torque is applied to the screw. Examples of failures are listed below.
  • -Thread failure The thread is not broken.
  • -With bottom The screw tightening operation stops halfway because the screw is longer than the screw hole or foreign matter is accumulated in the screw hole.
  • -Foreign matter trapped Foreign matter is trapped under the seat surface of the screw.
  • -Diagonal tightening Screw tightening operation is performed with the screw inclined with respect to the screw hole.
  • Male / female screw breakage Male or female screw thread is broken.
  • -Come-out The groove on the screw head is crushed, and the groove on the screw head (cross hole) is not engaged.
  • the screw tightening operation is performed in a state where the screw is arranged at a position deviated from the position of the screw hole.
  • No screw The screw does not exist at the start of the screw tightening operation, such as dropping the screw before the screw tightening starts.
  • the rotation servo 30 is a motor that causes the driver 51 to rotate around the axis.
  • the rotation servo 30 outputs its own rotation speed (deg./s), rotation amount (deg.), And rotation torque (the ratio (%) to the rated torque) to the coupler 20.
  • the reciprocating servo 40 is a motor that causes the driver 51 to reciprocate in the axial direction. Further, the reciprocating servo 40 outputs to the coupler 20 the moving speed (mm / s), the moving position (mm), and the moving torque (the ratio (%) to the rated torque) of the driver 51 due to its own rotation.
  • the coupler 20 connects the PLC 10 with the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40. Specifically, the coupler 20 transmits the control signal received from the PLC 10 to the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40. Further, the coupler 20 transmits the rotation speed, the rotation amount, and the rotation torque of the rotation servo 30 received from the rotation servo 30 to the PLC 10. Further, the coupler 20 transmits to the PLC 10 the moving speed, the moving position, and the moving torque of the driver 51 due to the rotation of the reciprocating servo 40, which are received from the reciprocating servo 40.
  • the rotation speed, rotation amount, and rotation torque of the rotation servo 30 and the movement speed, movement position, and movement torque of the driver 51 due to the rotation of the reciprocation servo 40 may be collectively referred to as parameters.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the PLC 10.
  • the PLC 10 controls the operation of the screw tightening system 1. As illustrated in FIG. 2, the PLC 10 includes a control unit 11, a communication unit 12, and a determination unit 13.
  • the control unit 11 outputs a control signal for controlling the rotation servo 30 and the reciprocation servo 40 to the communication unit 12.
  • the communication unit 12 transmits a control signal input from the control unit 11 to the coupler 20.
  • the control signal is transmitted to the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 via the coupler 20 to control the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40.
  • the control unit 11 controls the rotation servo 30 and the reciprocation servo 40 in synchronization.
  • the control unit 11 feeds back the parameters of the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 to the control of the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40.
  • the communication unit 12 receives parameters from the rotation servo 30 and the reciprocation servo 40 via the coupler 20.
  • the communication unit 12 stores the received parameters in a storage device (not shown).
  • the screw tightening system 1 may include a storage device for storing the received parameters.
  • the control unit 11 and the determination unit 13 acquire parameters from the storage device as needed. In FIG. 2, the communication unit 12 outputs the parameters to the control unit 11 and the determination unit 13 for simplicity.
  • the determining unit 13 determines whether the screw tightening failure is based on any one of the rotation speed, the rotation amount, and the rotation torque of the rotation servo 30 and the movement speed, the movement position, and the movement torque of the driver 51 by the reciprocating servo 40. Is determined. Specifically, the determination unit 13 may determine the occurrence and type of a defect in screw tightening based on, for example, the rotation speed of the rotation servo 30 or the moving torque of the reciprocation servo 40. In addition, the determination unit 13 calculates two or more of the rotation speeds, the rotation amounts, and the rotation torques of the rotation servo 30 and the movement speed, the movement position, and the movement torque of the reciprocation servo 40, for example. Based on the parameters, the occurrence and type of a defect in screw tightening may be determined. A specific example of the determination by the determination unit 13 will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an appearance of the screw fastening system 1 according to the present embodiment.
  • the screw fastening system 1 includes a rotation servo 30, a reciprocating servo 40, a driver unit 50, and a column 60.
  • the screw tightening system 1 also includes the PLC 10 and the coupler 20, as described above.
  • the driver unit 50 is a unit for tightening screws.
  • the driver unit 50 includes a driver 51 and a screw holding unit 52.
  • the driver 51 performs the screw tightening operation by reciprocating in the axial direction while rotating around the axis.
  • the direction in which the driver 51 moves during the screw tightening process is referred to as the downward direction.
  • the rotation servo 30 is disposed above the driver 51 and causes the driver 51 to rotate around the axis.
  • the screw holding section 52 is provided below the driver 51 and holds a screw to be screwed by the driver 51.
  • the support 60 supports the driver unit 50 so that it can move up and down.
  • the reciprocating servo 40 is provided above the support column 60 and is connected to the driver unit 50 via a ball screw (not shown).
  • the rotational motion of the reciprocating servo 40 is converted into a vertical linear motion by a ball screw.
  • the driver unit 50 reciprocates up and down.
  • the operation of screw tightening by the screw tightening system 1 is as follows. First, the screw holding portion 52 holding the screw lowers the screw to a position where the screw is to be tightened of a work (not shown) to be screwed. Next, the driver 51 presses the screw while rotating the screw to the place where the screw is to be tightened until the screw is temporarily seated.
  • temporary seated refers to a state in which the seat surface of the screw is in contact with the work. In this embodiment, a state in which the rotation torque of the rotation servo 30 reaches 50% is a state in which the screw is temporarily seated.
  • the screw tightening system 1 performs final tightening by further pressing the screw while rotating it from the state where the screw is temporarily seated.
  • the final tightening is performed until the rotation torque of the rotation servo 30 reaches 150% (first predetermined value).
  • the screw tightening system 1 stops pressing the screw and keeps the state where the rotation torque is 150% or more for 100 ms.
  • the screw is released so that the rotation torque of the rotation servo 30 becomes 0% or less. Further, the screw tightening operation is completed by moving the driver 51 upward to return to the original position.
  • the above-described rotation torque and holding time are merely examples, and differ depending on the type of screw and the type of fastener / fastener.
  • screw tightening is performed on a work in which a female screw is previously cut (tapped) at a position where screw tightening is to be performed.
  • the screw tightening system 1 can also perform screw tightening on a work in a state where a female screw is not cut (tapping (self-tapping)) at a position where the screw is to be tightened.
  • the rotation torque of the rotation servo 30 reaches 50% or more even if the screw is not temporarily seated. Therefore, when the screw is tightened to the work of the tapping, the state where the rotation torque of the rotation servo 30 reaches 100% is defined as a state where the screw is temporarily seated. However, the rotation torque of the rotation servo 30 in which the screws are temporarily seated when the screws are tightened on the work of the tapping may be different values.
  • FIG. 4 is a graph showing a change in the maximum rotation speed value in one screw tightening operation of the rotation servo 30 when the female screw is broken.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the maximum rotation speed value of the rotation servo 30 in one screw tightening operation.
  • the time when the sample is switched to the sample in which the female screw has been broken is defined as time T1.
  • the maximum rotation speed of the rotation servo 30 is 3000 deg. / S is almost constant.
  • the maximum rotation speed of the rotation servo 30 is 3200 deg. / S.
  • the values shown in FIG. 4 are examples, and vary depending on the type of screw and the type of fastener / fastener.
  • FIG. 5 is a graph showing a change in the maximum rotation speed value in one screw tightening operation of the rotation servo 30 when a come-out occurs.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the maximum rotation speed value of the rotation servo 30 in one screw tightening operation.
  • the time at which the sample is switched to the sample at which come-out occurs is set as time T2.
  • the maximum rotation speed of the rotation servo 30 is 3000 deg. / S is almost constant.
  • the maximum rotation speed of the rotation servo 30 is 4000 deg. / S. Thereafter, the maximum rotation speed of the rotation servo 30 becomes 3300 deg. / S, but still at a higher rotational speed than before switching to the sample where come-out occurs.
  • the PLC 10 determines that the type of the failure is the breakage of the female screw or the come-out. From the rotation speed of the rotation servo 30, it can be determined whether or not the driver 51 is rotating at a speed higher than necessary. Therefore, the PLC 10 can determine, based on the rotation speed of the rotation servo 30, when a failure in which the driver 51 runs idle, such as breakage of the female screw or come-out, has occurred.
  • the predetermined value may be, for example, 3200 deg / s or more in the examples shown in FIGS. 4 and 5, but is not limited thereto. Further, whether the type of the failure is the destruction of the female screw or the come-out may be visually determined by the user, for example.
  • the PLC 10 can appropriately determine whether the female screw is broken or comes out.
  • the value of 150% of the rotation torque of the rotation servo 30 is an example, and is not limited thereto.
  • the screw tightening system 1 includes a step data generating unit that divides the screw tightening operation into a plurality of steps and generates data indicating the type of the step according to the movement state of the rotation servo 30 and the driver 51. Is also good.
  • the PLC 10 receives the data indicating the step in which the rotation torque of the rotation servo 30 is 150% or more of the target value and the driver 51 is moving in the axial direction, for example, the PLC 10 described above. A determination may be made.
  • Foreign matter entrapment refers to a defect in which foreign matter is interposed between a screw bearing surface and a work.
  • Examples of the foreign material here include solder, aluminum pieces, resin pieces, and coating agents.
  • FIG. 6 is a graph showing a change in the minimum value of the moving torque of the driver 51 due to the rotation of the reciprocating servo 40 in one screw tightening operation when a foreign object is caught.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the minimum value of the moving torque in one screw tightening operation.
  • the negative movement torque is a movement torque in a direction for moving the driver 51 upward.
  • the time at which the sample is switched to the sample in which the foreign matter is trapped is shown as time T3.
  • the minimum value of the moving torque of the reciprocating servo 40 takes a value of about -70% until time T3, and its variation is small.
  • the minimum value of the moving torque of the reciprocating servo 40 sharply drops to take a value of around -100%, and the variation increases. .
  • the PLC 10 determines that the type of the defect is a foreign object entrapment. Based on the moving torque of the reciprocating servo 40, it can be determined whether the driver 51 is moving with a moving torque that is more than necessary. Therefore, the PLC 10 can determine, based on the moving torque of the reciprocating servo 40, when the foreign object is caught.
  • the predetermined value for the minimum value of the moving torque of the reciprocating servo 40 for determining that the foreign object is trapped may be, for example, -80%.
  • the PLC 10 makes the above determination when the rotation torque of the rotation servo 30 is released and the driver 51 is returning to the origin.
  • the case where the rotational torque is released refers to the case where the rotational torque is 0% or less.
  • the origin indicates the position of the driver 51 at the start of the screw tightening operation.
  • each parameter is expressed as follows.
  • Rotation speed of rotation servo 30 R axis speed
  • Rotation amount of rotation servo 30 R axis position
  • Rotation torque of rotation servo 30 R axis torque Movement speed of driver 51 by reciprocating servo 40: Z axis Movement position of the driver 51 by the speed / reciprocation servo 40: Z-axis position / movement torque of the driver 51 by the reciprocation servo 40: Z-axis torque
  • the standard deviation indicating the parameter variation is expressed as ⁇ , and when the parameter is equal to or larger than a predetermined value, it is expressed as “large”, and when it is equal to or smaller than the predetermined value, as “small”. ing.
  • the index indicating the parameter variation is not limited to the standard deviation, and may be a variance.
  • the determination unit 13 determines that the rotation torque of the rotation servo 30 is equal to or more than 50% (first predetermined value) and less than 150% (second predetermined value), and the moving torque of the reciprocation servo 40 is 50% (second predetermined value). 3) is determined to be the period during the final fastening. Further, the determination unit 13 holds the period in which the rotation torque of the rotation servo 30 is 150% (second predetermined value) and the movement torque of the reciprocating servo 40 is 50% (third predetermined value). It is determined that the period is medium. Further, the determination unit 13 determines that the period during which the rotation torque of the rotation servo 30 is less than 50% and the driver unit 50 is moving in the axial direction is the period up to temporary seating.
  • the above first to third predetermined values are merely examples, and may be other values. However, the second predetermined value is a value larger than the first predetermined value.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method in which the determination unit 13 determines a defect in screw tightening using a plurality of parameters.
  • the determination unit 13 determines whether the average of the R-axis positions during the final fastening is equal to or greater than a predetermined value (SA1). In other words, the determination unit 13 uses the rotation amount of the rotation servo 30 during the final tightening as a parameter. This makes it possible to determine whether or not the driver 51 being fully tightened is rotating more than necessary.
  • SA1 a predetermined value
  • the determination unit 13 determines whether the average of the Z-axis positions during the final tightening is equal to or more than a predetermined value (SA2). .
  • SA2 a predetermined value
  • the determination unit 13 uses the moving position of the reciprocating servo 40 during the main fastening as the parameter.
  • the position of the driver 51 during the final fastening is known.
  • the determination unit 13 determines that a failure without a screw has occurred (SA3).
  • SA3 the average of the Z-axis positions during the final tightening is equal to or more than a predetermined value (YES in SA2)
  • SA4 the determining unit 13 further determines whether the variation in the R-axis torque during the final tightening is equal to or less than a predetermined value (SA4).
  • SA4 the variation in the rotation torque of the rotation servo 30 during the final tightening as a parameter.
  • the driver 51 may move.
  • the male / female screw is broken or the screw thread is defective during the final tightening, the screw may move. Therefore, if the rotational speed of the driver 51 is to be kept constant, the rotational torque varies. Therefore, the PLC 10 can determine when a come-out, a male / female screw breakage, or a screw thread failure has occurred in the screw tightening operation.
  • the determining unit 13 determines that a camout failure has occurred (SA5). If the variation in the R-axis torque during the final tightening is equal to or smaller than the predetermined value (YES in SA4), the determination unit 13 determines that a failure of the female screw fracture has occurred (SA6).
  • step SA7 if the average of the R-axis positions during the final tightening is not equal to or more than the predetermined value (NO in SA1), the determination unit 13 determines whether the average of the Z-axis positions during the final tightening is equal to or less than the predetermined value. (SA7). In other words, the determination unit 13 uses the movement position of the reciprocating servo 40 as a parameter.
  • the determination unit 13 determines whether the variation in the Z-axis speed during the final fastening is equal to or greater than a predetermined value (SA8). ).
  • the determination unit 13 uses the moving speed of the reciprocating servo 40 as a parameter. Thereby, the moving speed of the driver 51 during the main fastening is known.
  • the driver 51 does not normally move in the axial direction.
  • the screw may be moved because the screw is not properly tightened, and the driver 51 may move in the axial direction. . Therefore, the PLC 10 can determine, when the bottoming, the foreign matter pinching, or the misalignment has occurred in the screw tightening operation.
  • the determining unit 13 determines that a bottoming failure has occurred (SA9). If the variation in the Z-axis speed during the final tightening is not greater than or equal to the predetermined value (NO in SA8), the determination unit 13 determines that (i) a defect of foreign object entrapment has occurred, or (ii) a screw tightening position of about 0.1 mm. (SA10). In this case, the user of the screw fastening system 1 or the like may visually check which of the defects has occurred.
  • the determination unit 13 determines whether the variation in the Z-axis speed during the final fastening is equal to or more than the predetermined value. The determination is made (SA11). In other words, the determination unit 13 uses, as a parameter, the average of the movement positions of the reciprocating servo 40 during the main fastening.
  • the determination unit 13 determines that a diagonal fastening error inclined by 3 ° to 4 ° has occurred (SA12).
  • the determination unit 13 determines (i) that no defect has occurred, and (ii) that the oblique fastening is inclined by 1 ° to 2 °. It is determined that either a failure has occurred or (iii) a failure of the screw tightening position of about 0.1 mm or 0.5 mm to 0.9 mm has occurred (SA13). In this case, the user of the screw tightening system 1 or the like may visually check whether or not there is an actual defect and the type of the defect when the defect has occurred.
  • the determination unit 13 can determine various types of screw tightening based on a plurality of parameters. It is needless to say that the predetermined value in each step may be arbitrarily set to a separate value.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another example of a method in which the determination unit 13 determines a defect in screw tightening using a plurality of parameters.
  • the determining unit 13 determines whether the average of the R-axis positions during the final fastening is equal to or more than a predetermined value (SB1).
  • SB1 a predetermined value
  • the determination unit 13 determines whether the variation in the R-axis torque during the final tightening is equal to or less than a predetermined value (SB2).
  • SB2 a predetermined value
  • the determination unit 13 uses the variation of the rotation torque of the rotation servo 30 during the final tightening as a parameter. Thereby, the variation in the rotational torque of the driver 51 during the main fastening is found. Normally, the screw and the driver 51 do not rotate during the final fastening.
  • the driver 51 may move, so that the variation in the rotational torque increases. Accordingly, the PLC 10 can determine, in the screwing operation, when a failure of the camout in which the screw head is incompletely broken has occurred.
  • the determining unit 13 determines that a defect has occurred in the thread (SB3).
  • the failure of the thread determined by the determination unit 13 in step SB3 is a failure mainly occurring on the lower side of the screw, such as the lower half or lower quarter of the thread.
  • the determination unit 13 determines whether the variation in the Z-axis position up to the temporary seating is equal to or smaller than a predetermined value (SB4). In other words, the determination unit 13 uses the variation of the movement position of the reciprocating servo 40 up to the temporary seating as a parameter. Thereby, the variation in the movement position of the driver 51 during the period up to the temporary seating can be understood. If a come-out failure has occurred, the screw does not enter the hole, and thus the variation in the movement position of the driver 51 in the Z-axis direction is small.
  • the PLC 10 can determine which of the failures has occurred.
  • the determining unit 13 determines that a failure of the female screw fracture has occurred (SB5). At this time, the determination unit 13 can determine that the failure has occurred regardless of whether the internal thread is completely or incompletely broken.
  • the determination unit 13 determines that a come-out failure has occurred (SB6).
  • the come-out determined by the determination unit 13 in step SB6 is a come-out in a state where the groove of the screw head is completely broken.
  • step SB7 when the average of the R-axis positions during the final tightening is not equal to or more than the predetermined value (NO in SB1), the determination unit 13 determines whether the variation of the R-axis torque during the final tightening is equal to or more than the predetermined value. (SB7). If the variation in the R-axis torque during the final fastening is equal to or greater than the predetermined value (YES in SB7), the determination unit 13 determines that a camout failure has occurred (SB8). The come-out determined by the determination unit 13 in step SB8 is different from step SB6 in that the groove of the screw head is incompletely broken.
  • the determination unit 13 determines whether the variation in the R-axis speed during the final fastening is greater than or equal to the predetermined value (SB9). In other words, the determination unit 13 uses the variation in the rotation speed of the rotation servo 30 during the final fastening as the parameter. Thus, the variation in the rotation speed of the driver 51 during the main fastening is found. Normally, the driver 51 does not rotate during the final fastening. However, when a failure occurs in which the upper side of the screw thread is broken, the screw may rotate even during the final fastening because the male screw and the female screw are not properly engaged. For this reason, the variation in the rotation speed of the driver 51 during the main fastening is increased. Therefore, the PLC 10 can determine, when a defect in which the upper side of the screw thread is destroyed in the screw tightening operation has occurred.
  • the determining unit 13 determines that a defect has occurred in the thread (SB10).
  • the failure of the thread determined by the determination unit 13 in step SB10 is different from that of step SB3 in that the failure mainly occurs on the upper side of the screw, such as destruction of the upper half of the thread or destruction of the upper quarter. It is.
  • the determining unit 13 determines that no failure has occurred in the screw tightening operation (SB11).
  • the determination unit 13 may refer to the average of the R-axis positions up to the temporary seating or the variation in the R-axis torque, for example, on condition that a predetermined time elapses.
  • the determination unit 13 can also determine various types of screw tightening based on a plurality of parameters according to the method illustrated in FIG. 8. Further, the determination unit 13 may determine the occurrence and type of a defect in the screw tightening operation by a method different from any of the examples illustrated in FIGS. 7 and 8. Further, the determination unit 13 performs the determination method using a single parameter described with reference to FIGS. 4 to 6, and the determination method using a plurality of parameters described with reference to FIG. 7 or FIG. May be combined to determine the occurrence and type of failure in the screw tightening operation.
  • control blocks (especially the control unit 11, the communication unit 12, and the determination unit 13) of the screw fastening system 1 may be realized by a logic circuit (hardware) formed on an integrated circuit (IC chip) or the like. Alternatively, it may be realized by software.
  • the screw tightening system 1 includes a computer that executes instructions of a program that is software for realizing each function.
  • This computer includes, for example, one or more processors and a computer-readable recording medium storing the above-described program. Then, in the computer, the object of the present invention is achieved when the processor reads the program from the recording medium and executes the program.
  • the processor for example, a CPU (Central Processing Unit) can be used.
  • the recording medium include a “temporary tangible medium” such as a ROM (Read Only Memory), a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, and a programmable logic circuit. Further, a RAM (Random Access Memory) for expanding the program may be further provided.
  • the program may be supplied to the computer via an arbitrary transmission medium (a communication network, a broadcast wave, or the like) capable of transmitting the program.
  • a transmission medium a communication network, a broadcast wave, or the like
  • one embodiment of the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the program is embodied by electronic transmission.
  • the screw tightening failure judging device includes: (i) a rotation speed, a rotation amount, and a rotation torque of a first motor that causes a rotational movement of a driver for tightening a screw around an axis; ii) The screw of the driver based on two or more parameters calculated based on one of a moving speed, a moving position, and a moving torque of the second motor that causes the driver to reciprocate in the axial direction. The occurrence and type of a defect in the tightening operation are determined.
  • the screw tightening failure determination device is configured to determine, based on two or more parameters related to the operations of the first motor and the second motor that cause the movement of the driver, the occurrence and type of the failure in the screw tightening operation by the driver. Is determined. Therefore, the screw tightening failure determination device can determine the occurrence and type of various failures in screw tightening according to the combination of parameters.
  • the rotational torque of the first motor is equal to or more than a first predetermined value and less than a second predetermined value
  • the moving torque of the second motor is set to a third torque.
  • the period of the predetermined value is determined to be a period during the final tightening, and the period in which the rotation torque of the first motor is the second predetermined value and the moving torque of the second motor is the third predetermined value is the final tightening. It is determined that the period is during the holding, and the occurrence and type of the defect in the screw tightening operation are determined based on at least one of the parameter during the final fastening and the parameter during the final holding.
  • the screw tightening failure determination device determines that the final tightening or the final tightening is being maintained for a part of the screw tightening process, and then determines whether a defect is generated based on a parameter corresponding to the period. And the type can be determined.
  • the screw tightening failure determination device uses the moving speed of the second motor during the main tightening holding as the parameter.
  • the moving speed of the driver during the final holding can be determined.
  • the driver does not move in the axial direction during the final fastening.
  • the screw may be moved because the screw is not properly tightened, and the driver may move in the axial direction. Therefore, the screw tightening failure determination device can determine, when the bottoming, the foreign substance sandwiching, or the misalignment has occurred in the screw tightening operation.
  • the screw tightening failure determination device uses the rotation amount of the first motor during the main tightening as the parameter.
  • the screw tightening failure determination device can determine that there is no screw, come-out, or female screw breakage failure in the screw tightening operation.
  • the screw tightening failure determination device uses the moving position of the second motor during the main tightening holding as the parameter.
  • the position of the driver during the final fastening can be known.
  • the position of the driver is lower than usual during the main fastening, it can be determined that a failure without a screw has occurred.
  • the position of the driver is higher than usual during the main tightening and holding, it can be determined that a pinch of a foreign substance or a defect of oblique tightening has occurred.
  • the screw tightening failure determination device uses, as the parameter, a variation in the rotation torque of the first motor during the main tightening.
  • the screw tightening failure determination device can determine, when a screw-out operation has caused a come-out, a male / female screw break, or a screw thread failure.
  • the screw tightening failure determination device uses, as the parameter, a variation in the rotational torque of the first motor during the main tightening and holding.
  • the screw tightening failure determination device can determine, in the screw tightening operation, when a cam-out failure in which the screw head is incompletely broken has occurred.
  • the screw tightening failure determination device uses, as the parameter, a variation in the rotation speed of the first motor during the main tightening holding.
  • the variation in the rotational speed of the driver during the final fastening can be understood.
  • the driver does not rotate during the final fastening.
  • the screw may rotate even during the final fastening because the male screw and the female screw are not properly engaged. For this reason, the variation in the rotational speed of the driver during the main fastening is increased. Therefore, the screw tightening failure determination device can determine that a failure in which the upper side of the screw thread is destroyed occurs in the screw tightening operation.
  • the screw tightening failure determination device may include, as the parameter, a variation in the movement position of the second motor during a period in which the rotation torque of the first motor is less than a second predetermined value. Used.
  • the screw tightening failure determination device can determine which of the failures has occurred when a failure of the come-out or the breakage of the female screw has occurred in the screw tightening operation.
  • the screw tightening system includes: a rotary servo that generates a rotational motion around the axis of the driver; a reciprocating servo that generates a reciprocal motion of the driver in the axial direction; And a screw tightening failure determination device according to the aspect.
  • the screw tightening failure determination device can obtain the parameters from the rotation servo and the reciprocating servo, and determine the occurrence and type of screw tightening failure in the screw tightening system.
  • the program according to an aspect of the present invention causes a computer to operate as the screw tightening failure determination device according to any of the above aspects.
  • Screw tightening system 10 PLC (Screw tightening failure judgment device) 30 rotation servo (first motor) 40 Reciprocating servo (second motor) 51 Driver

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Abstract

ネジ締めにおける不良の種類について判定可能なネジ締め不良判定装置などを実現する。ＰＬＣ（１０）は、（ｉ）ドライバーの回転運動を生じさせる回転用サーボ（３０）の回転速度、回転量および回転トルク、並びに、（ｉｉ）ドライバーの往復運動を生じさせる往復用サーボ（４０）による移動速度、移動位置および移動トルク、のいずれかに基づいて算出される、２以上のパラメータに基づいて、ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。

Description

ネジ締め不良判定装置、ネジ締めシステムおよびプログラム
　本発明は、ネジ締めにおける不良の発生および種類を判定するネジ締め不良判定装置、当該ネジ締めシステムを備えるネジ締めシステム、およびプログラムに関する。
　特許文献１には、ドライバビットを有するネジ締めツールと、当該ネジ締めツールを軸方向に往復移動操作可能な往復移動手段と、を備えるネジ締め装置が開示されている。当該ネジ締め装置において、往復移動手段は、ＡＣサーボモータを備え、当該ＡＣサーボモータの駆動によりネジ締めツールが軸方向に移動する。
日本国公開特許公報「特開２００４－２４３４６３号公報」
　特許文献１には、ネジの締め付け高さが所定の範囲内に収まっていない場合にはエラーとなることが記載されている。しかしながら、特許文献１には、エラーの種類を判定する方法については何ら開示されていない。このため、特許文献１に開示されているネジ締め装置によっては、エラーの発生を認識できても、どのようなエラーが発生しているかまでは認識できない。
　本発明の一態様は、ネジ締めにおける不良の種類について判定可能なネジ締め不良判定装置などを実現することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、（ｉ）ネジを締めるためのドライバーの、軸周りでの回転運動を生じさせる第１モータの回転速度、回転量および回転トルク、並びに、（ｉｉ）前記ドライバーの、軸方向への往復運動を生じさせる第２モータによる移動速度、移動位置および移動トルク、のいずれかに基づいて算出される、２以上のパラメータに基づいて、前記ドライバーによるネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。
　本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置などによれば、ネジ締めにおける不良の種類について判定可能なネジ締め不良判定装置などを実現できる。
本実施形態に係るネジ締めシステムの概要を示すブロック図である。 ＰＬＣの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るネジ締めシステムの外観の例を示す図である。 雌ネジ破壊が生じた場合における、回転用サーボの一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。 カムアウトが生じた場合における、回転用サーボの一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。 異物挟み込みが生じた場合における、往復用サーボの移動トルクの、一回のネジ締め動作における最小値の変化を示すグラフである。 ネジ締めにおける不良を、判定部が複数のパラメータにより判定する方法の、一例を示す図である。 ネジ締めにおける不良を、判定部が複数のパラメータにより判定する方法の、別の例を示す図である。
　以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。
　§１　適用例
　図１は、本実施形態に係るネジ締めシステム１の概要を示すブロック図である。図１に示すように、ネジ締めシステム１は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０（ネジ締め不良判定装置）、カプラ２０、回転用サーボ３０（第１モータ）、および往復用サーボ４０（第２モータ）を備える。ネジ締めシステム１は、後述するドライバー５１（図２参照）の、軸周りでの回転運動および軸方向への往復運動により、ネジ締め動作を行う。このとき、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作の制御を行うとともに、当該ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。
　本明細書においては、ネジ締め動作における不良とは、ネジに規定のトルクが与えられたにもかかわらず、当該ネジが十分な締結力を発揮しない状態を意味する。不良の例を以下に列挙する。
・ネジ山不良：ネジ山が切れていない。
・底付き：ネジがネジ穴よりも長い、または異物がネジ穴に溜まっているなどの理由で、ネジ締め動作が途中で止まる。
・異物挟み込み：ネジの座面の下に異物が挟み込まれている。
・斜め締め：ネジがネジ穴に対して傾いた状態でネジ締め動作が行われている。
・雄／雌ネジ破壊：雄ネジ、または雌ネジのネジ山が破壊されている。
・カムアウト：ネジ頭の溝が潰れ、ドライバーとネジ頭の溝（十字穴）が噛み合っていない。
・ネジ締め位置ずれ：ネジがネジ穴の位置から外れた位置に配された状態でネジ締め動作が行われている。
・ネジなし：ネジ締めの開始前にネジを落とすなどして、ネジ締め動作の開始時点でネジが存在しない。
　回転用サーボ３０は、ドライバー５１の軸周りの回転運動を生じさせるモータである。また、回転用サーボ３０は、自身の回転速度（ｄｅｇ．／ｓ）、回転量（ｄｅｇ．）、および回転トルク（定格トルクに対する割合（％））をカプラ２０へ出力する。
　往復用サーボ４０は、ドライバー５１の軸方向への往復運動を生じさせるモータである。また、往復用サーボ４０は、自身の回転によるドライバー５１の移動速度（ｍｍ／ｓ）、移動位置（ｍｍ）、および移動トルク（定格トルクに対する割合（％））をカプラ２０へ出力する。
　カプラ２０は、ＰＬＣ１０と、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０と、を接続する。詳細には、カプラ２０は、ＰＬＣ１０から受信した制御信号を回転用サーボ３０および往復用サーボ４０へ送信する。また、カプラ２０は、回転用サーボ３０から受信した、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルクをＰＬＣ１０へ送信する。また、カプラ２０は、往復用サーボ４０から受信した、往復用サーボ４０の回転によるドライバー５１の移動速度、移動位置および移動トルクをＰＬＣ１０へ送信する。
　以下の説明では、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに往復用サーボ４０の回転によるドライバー５１の移動速度、移動位置および移動トルクを総称してパラメータと称することがある。
　図２は、ＰＬＣ１０の構成を示すブロック図である。ＰＬＣ１０は、ネジ締めシステム１の動作を制御する。図２に示すように、ＰＬＣ１０は、制御部１１、通信部１２、および判定部１３を備える。
　制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を制御するための制御信号を通信部１２へ出力する。通信部１２は、制御部１１から入力された制御信号をカプラ２０へ送信する。制御信号は、カプラ２０を介して回転用サーボ３０および往復用サーボ４０へ送信され、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を制御する。制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を同期させて制御する。また、制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０のパラメータを当該回転用サーボ３０および往復用サーボ４０の制御にフィードバックする。
　通信部１２は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０から、カプラ２０を介してパラメータを受信する。通信部１２は、受信したパラメータを図示しない記憶装置に記憶させる。また、受信したパラメータを記憶するための記憶装置を、ネジ締めシステム１が備えていてもよい。制御部１１および判定部１３は、必要に応じてパラメータを記憶装置から取得する。なお、簡単のため、図２においては、通信部１２がパラメータを制御部１１および判定部１３へ出力している。
　判定部１３は、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに、往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動速度、移動位置および移動トルクのうち、いずれかに基づいて、ネジ締めの不良を判定する。具体的には、判定部１３は、例えば回転用サーボ３０の回転速度、または往復用サーボ４０の移動トルクに基づいて、ネジ締めにおける不良の発生および種類を判定してもよい。また、判定部１３は、例えば回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに、往復用サーボ４０による移動速度、移動位置および移動トルクのいずれかに基づいて算出される、２以上のパラメータに基づいて、ネジ締めにおける不良の発生および種類を判定してもよい。判定部１３による判定の具体例については後述する。
　§２　構成例
　（ネジ締めシステム１の構成）
　図３は、本実施形態に係るネジ締めシステム１の外観の例を示す図である。図３に示すように、ネジ締めシステム１は、回転用サーボ３０、往復用サーボ４０、ドライバーユニット５０および支柱６０を備える。また、図３には表れていないが、ネジ締めシステム１は、上述したとおり、ＰＬＣ１０およびカプラ２０も備える。
　ドライバーユニット５０は、ネジ締めを行うユニットである。ドライバーユニット５０は、ドライバー５１と、ネジ保持部５２とを備える。ドライバー５１は、軸周りで回転運動しながら軸方向に往復運動することで、ネジ締め動作を実行する。以下の説明では、ドライバー５１の軸方向のうち、ネジ締めの過程でドライバー５１が移動する方向を下方と称する。
　回転用サーボ３０は、ドライバー５１の上方に配され、ドライバー５１の軸周りの回転運動を生じさせる。また、ネジ保持部５２は、ドライバー５１の下方に設けられ、ドライバー５１によるネジ締めの対象となるネジを保持する。
　支柱６０は、ドライバーユニット５０を上下に移動可能に支持する。往復用サーボ４０は、支柱６０の上部に設けられ、ボールネジ（不図示）を介してドライバーユニット５０と接続されている。往復用サーボ４０の回転運動が、ボールネジにより上下方向への直線運動に変換される。その結果、ドライバーユニット５０が上下に往復運動する。
　（ネジ締め動作）
　ネジ締めシステム１によるネジ締めの動作は、以下のとおりである。まず、ネジを保持した状態のネジ保持部５２が、ネジ締めを行う対象であるワーク（不図示）の、ネジ締めを行う箇所へネジを降下させる。次に、ドライバー５１は、ネジが仮着座するまで、ネジ締めを行う箇所へネジを回転させながら押し当てる。ここで、仮着座とは、ネジの座面がワークに接触した状態を指す。本実施形態では、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％に到達した状態を、ネジが仮着座した状態とする。
　ネジ締めシステム１は、ネジが仮着座した状態から、さらにネジを回転させながら押し当てることで、本締めを行う。本実施形態では、本締めは、回転用サーボ３０の回転トルクが１５０％（第１所定値）に到達するまで行われる。回転トルクが１５０％に到達すると、ネジ締めシステム１は、ネジを押し当てることをやめ、回転トルクが１５０％以上である状態を１００ｍｓの間保持する。
　その後、回転用サーボ３０の回転トルクが０％以下になるようにして、ネジを解放する。さらに、ドライバー５１を上方へ移動させて元の位置に復帰させることで、ネジ締め動作が完了する。ただし、上述した回転トルクおよび保持時間は一例であり、ネジの種類および締結物／被締結物の種類によって異なる。
　なお、上述したネジ締め動作の例は、ネジ締めを行う箇所に雌ネジが予め切られた状態（タップ）のワークに対してネジ締めを行うものである。しかし、ネジ締めシステム１は、ネジ締めを行う箇所に雌ネジが切られていない状態（タッピン（セルフタップ））のワークに対してネジ締めを行うことも可能である。
　タッピンのワークに対してネジ締めを行う場合には、ネジが仮着座していない場合であっても、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％以上に到達する。そこで、タッピンのワークに対してネジ締めを行う場合には、回転用サーボ３０の回転トルクが１００％に到達した状態を、ネジが仮着座した状態とする。ただし、タッピンのワークに対してネジ締めを行う場合にネジが仮着座した状態とする回転用サーボ３０の回転トルクは、異なる値であってもよい。
　§３　動作例
　以下に、判定部１３による、ネジ締め動作における不良の発生および種類の判定について説明する。
　＜３．１　単一パラメータによる判定＞
　（雄／雌ネジ破壊およびカムアウト）
　雄ネジまたは雌ネジが破壊されると、ネジとワークとの間での摩擦力が小さくなる。換言すれば、ネジがネジ穴に対して空回りする。このため、雄ネジまたは雌ネジが破壊された場合、回転用サーボ３０の回転速度は、雄ネジまたは雌ネジが破壊されていない場合よりも高速になる。
　図４は、雌ネジ破壊が生じた場合における、回転用サーボ３０の一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。図４において、横軸は時間、縦軸は回転用サーボ３０の、一回のネジ締め動作における最大回転速度値を示す。また、雌ネジ破壊が生じたサンプルに切り替わった時刻を時刻Ｔ１としている。
　図４に示す例では、時刻Ｔ１よりも前には、回転用サーボ３０の最大回転速度は３０００ｄｅｇ．／ｓ程度でほぼ一定である。一方、図４において楕円で囲んで示すとおり、時刻Ｔ１以降には、回転用サーボ３０の最大回転速度は３２００ｄｅｇ．／ｓよりも大きくなる。ただし、図４に示した値は一例であり、ネジの種類および締結物／被締結物の種類によって異なる。
　また、カムアウトが発生した場合、ドライバー５１がネジに対して空回りする。このため、カムアウトが発生した場合には、雄ネジまたは雌ネジが破壊された場合と同様、回転用サーボ３０の最大回転速度は、カムアウトが発生していない場合よりも高速になる。
　図５は、カムアウトが生じた場合における、回転用サーボ３０の一回のネジ締め動作における最大回転速度値の変化を示すグラフである。図５において、横軸は時間、縦軸は回転用サーボ３０の、一回のネジ締め動作における最大回転速度値を示す。また、カムアウトが生じるサンプルに切り替わった時刻を時刻Ｔ２としている。
　図５に示す例では、時刻Ｔ２よりも前には、雌ネジ破壊が生じる前と同様、回転用サーボ３０の最大回転速度は３０００ｄｅｇ．／ｓ程度でほぼ一定である。一方、図５において楕円で囲んで示すとおり、時刻Ｔ２においてカムアウトが生じるサンプルに切り替わった直後には、回転用サーボ３０の最大回転速度は４０００ｄｅｇ．／ｓ程度まで上昇する。その後、回転用サーボ３０の最大回転速度は３３００ｄｅｇ．／ｓ程度まで低下するが、依然としてカムアウトが生じるサンプルに切り替わる前よりも高い回転速度である。
　したがって、ＰＬＣ１０は、回転用サーボ３０の回転速度が所定の値以上である場合に、不良の種類が雌ネジの破壊、またはカムアウトであると判定する。回転用サーボ３０の回転速度により、ドライバー５１が必要以上の速度で回転しているか否かが分かる。したがって、ＰＬＣ１０は、雌ネジの破壊、またはカムアウトといった、ドライバー５１が空回りする不良が発生した場合に、回転用サーボ３０の回転速度に基づいてそのことを判定できる。
　所定の値は、図４および図５に示した例では例えば３２００ｄｅｇ／ｓ以上とすればよいが、これに限らない。また、不良の種類が雌ネジの破壊またはカムアウトのどちらであるかについては、例えばユーザが目視により判別すればよい。
　また、ＰＬＣ１０は、本締めが行われている場合、具体的には、回転用サーボ３０の回転トルクが目標値の１５０％以上であり、かつ、ドライバー５１の軸方向への移動が行われている場合に、上記の判定を行うことが好ましい。上記の場合に判定を行うことで、ＰＬＣ１０は、雌ネジの破壊、またはカムアウトについて適切に判定することができる。ただし、回転用サーボ３０の回転トルクについての１５０％という値は一例であり、これに限らない。
　また、ネジ締めシステム１は、ネジ締め動作を複数のステップに分割し、回転用サーボ３０およびドライバー５１の移動の状態に応じたステップの種類を示すデータを生成するステップデータ生成部を備えていてもよい。この場合、ＰＬＣ１０は、例えば回転用サーボ３０の回転トルクが目標値の１５０％以上であり、かつ、ドライバー５１の軸方向への移動が行われているステップを示すデータを受信した場合に上記の判定を行えばよい。
　（異物挟み込み）
　異物挟み込みの判定について以下に説明する。異物挟み込みとは、ネジの座面とワークとの間に異物が挟み込まれる不良を指す。ここでいう異物の例としては、はんだ、アルミニウム片、樹脂片、またはコーティング剤などが挙げられる。
　図６は、異物挟み込みが生じた場合における、往復用サーボ４０の回転によるドライバー５１の移動トルクの、一回のネジ締め動作における最小値の変化を示すグラフである。図６においては、横軸は時間、縦軸は一回のネジ締め動作における移動トルクの最小値をそれぞれ示す。往復用サーボ４０の移動トルクについて、負の移動トルクとは、ドライバー５１を上方に移動させる方向の移動トルクである。また、図６においては、異物挟み込みが生じたサンプルに切り替わった時刻を時刻Ｔ３として示している。
　図６に示す例では、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値は、時刻Ｔ３までは－７０％前後の値をとり、そのばらつきは小さい。しかしながら、図６において楕円で囲んで示すとおり、時刻Ｔ３以降では、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値は急激に低下して－１００％前後の値をとるようになり、そのばらつきが大きくなる。
　このように、異物挟み込みが生じると、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値が低下する。このため、ＰＬＣ１０は、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値が所定の値以下になった場合に、不良の種類が異物の挟み込みであると判定する。往復用サーボ４０の移動トルクにより、ドライバー５１が必要以上の移動トルクで移動しているか否かが分かる。したがって、ＰＬＣ１０は、異物の挟み込みが発生した場合に、往復用サーボ４０の移動トルクに基づいてそのことを判定できる。異物の挟み込みが生じていると判定するための、往復用サーボ４０の移動トルクの最小値についての所定の値は、例えば－８０％としてよい。
　また、ＰＬＣ１０は、回転用サーボ３０の回転トルクが解放され、かつ、ドライバー５１が原点復帰中である場合に、上記の判定を行うことが好ましい。ここで、回転トルクが解放されている場合とは、回転トルクが０％以下になっている場合を指す。また、原点とはネジ締め動作の開始時におけるドライバー５１の位置を指す。上記の場合に判定を行うことで、ＰＬＣ１０は、異物の挟み込みについて適切に判定することができる。ただし、回転トルクが解放されている場合の回転トルクは、上記の０％に限らない。
　＜３．２　複数パラメータによる判定＞
　次に、複数のパラメータを用いた判定方法について以下に説明する。以下の説明では、各パラメータについて、以下の通り表現する。
・回転用サーボ３０の回転速度：Ｒ軸速度
・回転用サーボ３０の回転量：Ｒ軸位置
・回転用サーボ３０の回転トルク：Ｒ軸トルク
・往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動速度：Ｚ軸速度
・往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動位置：Ｚ軸位置
・往復用サーボ４０によるドライバー５１の移動トルク：Ｚ軸トルク
これらの表現は、図７および図８においても用いられている。また、図７および図８においては、パラメータのばらつきを示す標準偏差をσと表現するとともに、パラメータが所定値以上であることを「大」、所定値以下であることを「小」と表現している。なお、パラメータのばらつきを示す指標としては、標準偏差に限らず、分散であってもよい。
　また、判定部１３は、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％（第１所定値）以上かつ１５０％（第２所定値）未満であり、かつ往復用サーボ４０の移動トルクが５０％（第３所定値）である期間を本締め中の期間と判定する。また、判定部１３は、回転用サーボ３０の回転トルクが１５０％（第２所定値）であり、かつ往復用サーボ４０の移動トルクが５０％（第３所定値）である期間を本締め保持中の期間と判定する。さらに、判定部１３は、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％未満であり、かつドライバーユニット５０の軸方向への移動が行われている期間を仮着座までの期間と判定する。なお、上記の第１～第３所定値は一例であり、別の値であってもよい。ただし、第２所定値は第１所定値よりも大きい値である。
　（第１の具体例）
　図７は、ネジ締めにおける不良を、判定部１３が複数のパラメータにより判定する方法の、一例を示す図である。
　まず、判定部１３は、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上であるか否か判定する（ＳＡ１）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め中における回転用サーボ３０の回転量を用いる。これにより、本締め中のドライバー５１が必要以上に回転しているか否かが分かる。
　本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上である場合（ＳＡ１でＹＥＳ）、さらに判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以上であるか判定する（ＳＡ２）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め保持中における往復用サーボ４０による移動位置を用いる。これにより、本締め保持中のドライバー５１の位置が分かる。
　本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以上でない場合（ＳＡ２でＮＯ）、判定部１３は、ネジなしの不良が生じたと判定する（ＳＡ３）。本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以上である場合（ＳＡ２でＹＥＳ）、さらに判定部１３は、本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下であるか判定する（ＳＡ４）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め中における回転用サーボ３０の回転トルクのばらつきを用いる。これにより、本締め中におけるドライバー５１の回転トルクのばらつきが分かる。本締め中において、カムアウトが発生している場合には、ドライバー５１が動くことがある。また、本締め中において、雄／雌ネジ破壊、またはネジ山の不良が発生している場合には、ネジが動くことがある。このため、ドライバー５１の回転速度を一定に維持しようとすると、回転トルクにばらつきが生じる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてカムアウト、雄／雌ネジ破壊、またはネジ山の不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下でない場合（ＳＡ４でＮＯ）、判定部１３は、カムアウトの不良が生じたと判定する（ＳＡ５）。本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下である場合（ＳＡ４でＹＥＳ）、判定部１３は、雌ネジ破壊の不良が生じたと判定する（ＳＡ６）。
　ステップＳＡ１に戻って、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上でない場合（ＳＡ１でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以下であるか判定する（ＳＡ７）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、往復用サーボ４０による移動位置を用いる。
　本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以下である場合（ＳＡ７でＹＥＳ）、さらに判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＡ８）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、往復用サーボ４０による移動速度を用いる。これにより、本締め保持中のドライバー５１の移動速度が分かる。本締め保持中には、通常、ドライバー５１は軸方向に移動しない。しかし、底付き、異物挟み込み、または位置ズレの不良が発生している場合には、ネジが正しく締まっていないために、ネジが動くことがあるため、ドライバー５１が軸方向に移動することがある。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作において底付き、異物挟み込み、または位置ズレの不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＡ８でＹＥＳ）、判定部１３は、底付きの不良が生じたと判定する（ＳＡ９）。本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上でない場合（ＳＡ８でＮＯ）、判定部１３は、（ｉ）異物挟み込みの不良が生じた、または（ｉｉ）０．１ｍｍ程度のネジ締め位置のズレの不良が生じた、のいずれかであると判定する（ＳＡ１０）。この場合には、どちらの不良が生じているかについては、ネジ締めシステム１のユーザなどが目視で確認すればよい。
　ステップＳＡ７に戻って、本締め保持中におけるＺ軸位置の平均が所定値以下でない場合（ＳＡ７でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＡ１１）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め保持中における往復用サーボ４０による移動位置の平均を用いる。
　本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＡ１１でＹＥＳ）、判定部１３は、３°～４°傾いた斜め締めの不良が生じたと判定する（ＳＡ１２）。本締め保持中におけるＺ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＡ１１でＮＯ）、判定部１３は、（ｉ）不良が生じなかった、（ｉｉ）１°～２°傾いた斜め締めの不良が生じた、または（ｉｉｉ）０．１ｍｍまたは０．５ｍｍ～０．９ｍｍ程度のネジ締め位置のズレの不良が生じた、のいずれかであると判定する（ＳＡ１３）。この場合には、実際の不良の有無、および不良が生じていた場合における当該不良の種類については、ネジ締めシステム１のユーザなどが目視で確認すればよい。
　以上のとおり、図７に示した方法によれば、判定部１３は、複数のパラメータに基づいて、ネジ締めにおける様々な種類の以上について判定することができる。なお、各ステップにおける所定値は、任意に別個の値を設定されてもよいことは言うまでもない。
　（第２の具体例）
　図８は、ネジ締めにおける不良を、判定部１３が複数のパラメータにより判定する方法の、別の例を示す図である。
　まず、判定部１３は、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上であるか判定する（ＳＢ１）。本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上である場合（ＳＢ１でＹＥＳ）、判定部１３は、本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下であるか判定する（ＳＢ２）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め中における回転用サーボ３０の回転トルクのばらつきを用いる。これにより、本締め保持中におけるドライバー５１の回転トルクのばらつきが分かる。本締め保持中には、通常、ネジおよびドライバー５１は回転しない。しかし、ネジ頭が不完全に破壊されたカムアウトが発生している場合には、ドライバー５１が動くことがあるため、回転トルクのばらつきが大きくなる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてネジ頭が不完全に破壊されたカムアウトの不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下でない場合（ＳＢ２でＮＯ）、判定部１３は、ネジ山に不良が発生していると判定する（ＳＢ３）。ステップＳＢ３で判定部１３が判定するネジ山の不良は、ネジ山の下半分または下４分の１など、主にネジの下側に不良が発生しているものである。
　本締め中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以下である場合（ＳＢ２でＹＥＳ）、判定部１３は、仮着座までにおけるＺ軸位置のばらつきが所定値以下であるか判定する（ＳＢ４）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、仮着座までにおける往復用サーボ４０による移動位置のばらつきを用いる。これにより、仮着座までの期間における、ドライバー５１の移動位置のばらつきが分かる。カムアウトの不良が発生している場合には、ネジが穴に入っていかないため、ドライバー５１のＺ軸方向の移動位置のばらつきは小さい。一方、雄ネジ破壊の不良が発生している場合には、ネジは穴に入っていくため、ドライバー５１のＺ軸方向の移動位置に変化が生じ、ばらつきが大きくなる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてカムアウトまたは雌ネジ破壊の不良が発生している場合に、どちらの不良が発生しているか判定できる。
　仮着座までにおけるＺ軸位置のばらつきが所定値以下でない場合（ＳＢ４でＮＯ）、判定部１３は、雌ネジ破壊の不良が生じていると判定する（ＳＢ５）。このとき、判定部１３は、雌ネジの破壊が完全か不完全化に関わらず、当該不良が生じていると判定できる。一方、仮着座までにおけるＺ軸位置のばらつきが所定値以下である場合（ＳＢ４でＹＥＳ）、判定部１３は、カムアウトの不良が生じていると判定する（ＳＢ６）。ステップＳＢ６で判定部１３が判定するカムアウトは、ネジ頭の溝が完全に破壊された状態のカムアウトである。
　ステップＳＢ１に戻って、本締め中におけるＲ軸位置の平均が所定値以上でない場合（ＳＢ１でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＢ７）。本締め保持中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以上である場合（ＳＢ７でＹＥＳ）、判定部１３は、カムアウトの不良が生じていると判定する（ＳＢ８）。ステップＳＢ８で判定部１３が判定するカムアウトは、ステップＳＢ６とは異なり、ネジ頭の溝の破壊が不完全な状態のカムアウトである。
　本締め保持中におけるＲ軸トルクのばらつきが所定値以上でない場合（ＳＢ７でＮＯ）、判定部１３は、本締め保持中におけるＲ軸速度のばらつきが所定値以上であるか判定する（ＳＢ９）。換言すれば、判定部１３は、パラメータとして、本締め保持中における回転用サーボ３０の回転速度のばらつきを用いる。これにより、本締め保持中のドライバー５１の回転速度のばらつきが分かる。本締め保持中には、通常、ドライバー５１は回転しない。しかし、ネジ山の上側が破壊される不良が発生している場合には、雄ネジと雌ネジとが正しく噛み込んでいないため、本締め保持中においてもネジが回転することがある。このため、本締め保持中のドライバー５１の回転速度のばらつきが大きくなる。したがって、ＰＬＣ１０は、ネジ締め動作においてネジ山の上側が破壊される不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　本締め保持中におけるＲ軸速度のばらつきが所定値以上である場合（ＳＢ９でＹＥＳ）、判定部１３は、ネジ山に不良が発生していると判定する（ＳＢ１０）。ステップＳＢ１０で判定部１３が判定するネジ山の不良は、ステップＳＢ３とは異なり、ネジ山の上半分の破壊、または上４分の１の破壊など、主にネジの上側に不良が発生しているものである。一方、本締め保持中におけるＲ軸速度のばらつきが所定値以上でない場合（ＳＢ９でＮＯ）、判定部１３は、ネジ締めの動作において不良が発生していないと判定する（ＳＢ１１）。
　なお、ステップＳＢ５およびＳＢ６において判定されるような、雌ネジ破壊またはカムアウトといった不良が生じている場合、回転用サーボ３０の回転トルクが５０％に到達せず、本締めが開始されない虞がある。このような場合には、判定部１３は、例えば所定の時間が経過することを条件として、仮着座までのＲ軸位置の平均またはＲ軸トルクのばらつきを参照してもよい。
　以上のとおり、図８に示した方法によっても、判定部１３は、複数のパラメータに基づいて、ネジ締めにおける様々な種類の以上について判定することができる。また、判定部１３は、図７および図８に示した例のいずれとも異なる方法で、ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定してもよい。さらに、判定部１３は、図４～図６を参照して説明した、単一のパラメータを用いた判定方法と、図７または図８を参照して説明した、複数のパラメータを用いた判定方法とを組み合わせて、ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定してもよい。
　§４　変形例
　ネジ締めシステム１の制御ブロック（特に制御部１１、通信部１２および判定部１３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
　後者の場合、ネジ締めシステム１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
　（まとめ）
　なお、本発明は、以下のようにも表現できる。
　本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、（ｉ）ネジを締めるためのドライバーの、軸周りでの回転運動を生じさせる第１モータの回転速度、回転量および回転トルク、並びに、（ｉｉ）前記ドライバーの、軸方向への往復運動を生じさせる第２モータによる移動速度、移動位置および移動トルク、のいずれかに基づいて算出される、２以上のパラメータに基づいて、前記ドライバーによるネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。
　上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、ドライバーの運動を生じさせる第１モータおよび第２モータの動作に関する２以上のパラメータに基づいて、当該ドライバーによるネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。したがって、ネジ締め不良判定装置は、パラメータの組み合わせに応じて、ネジ締めにおける多様な不良の発生および種類を判定することができる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記第１モータの回転トルクが第１所定値以上かつ第２所定値未満であり、かつ、前記第２モータの移動トルクが第３所定値である期間を本締め中の期間と判定し、前記第１モータの回転トルクが第２所定値であり、かつ、前記第２モータの移動トルクが第３所定値である期間を本締め保持中の期間と判定し、前記本締め中の前記パラメータ、および、前記本締め保持中の前記パラメータの少なくともいずれか一方に基づいて、前記ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定する。
　上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締めの工程の一部の期間について、本締め中または本締め保持中と判定した上で、期間に応じたパラメータに基づいて不良の発生および種類を判定することができる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第２モータによる前記移動速度を用いる。
　上記の構成によれば、本締め保持中のドライバーの移動速度が分かる。本締め保持中には、通常、ドライバーは軸方向に移動しない。しかし、底付き、異物挟み込み、または位置ズレの不良が発生している場合には、ネジが正しく締まっていないために、ネジが動くことがあるため、ドライバーが軸方向に移動することがある。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作において底付き、異物挟み込み、または位置ズレの不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記本締め中における前記第１モータの回転量を用いる。
　上記の構成によれば、本締め中のドライバーが必要以上に高速で回転していることが分かる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作においてネジなし、カムアウトまたは雌ネジ破壊の不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第２モータによる前記移動位置を用いる。
　上記の構成によれば、本締め保持中のドライバーの位置が分かる。ここで、本締め保持中において、ドライバーの位置が通常よりも下になっている場合、ネジなしの不良が発生していると判定することができる。また、本締め保持中において、ドライバーの位置が通常よりも上になっている場合、異物の挟み込みや斜め締めの不良が発生していると判定することができる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記本締め中における前記第１モータの前記回転トルクのばらつきを用いる。
　上記の構成によれば、本締め中におけるドライバーの回転トルクのばらつきが分かる。本締め中において、カムアウトが発生している場合には、ドライバーが動くことがある。また、本締め中において、雄／雌ネジ破壊、またはネジ山の不良が発生している場合には、ネジが動くことがある。このため、ドライバーの回転速度を一定に維持しようとすると、回転トルクにばらつきが生じる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作においてカムアウト、雄／雌ネジ破壊、またはネジ山の不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第１モータの前記回転トルクのばらつきを用いる。
　上記の構成によれば、本締め保持中におけるドライバーの回転トルクのばらつきが分かる。本締め保持中には、通常、ネジおよびドライバーは回転しない。しかし、ネジ頭が不完全に破壊されたカムアウトが発生している場合には、ドライバーが動くことがあるため、回転トルクのばらつきが大きくなる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作においてネジ頭が不完全に破壊されたカムアウトの不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第１モータの回転速度のばらつきを用いる。
　上記の構成によれば、本締め保持中のドライバーの回転速度のばらつきが分かる。本締め保持中には、通常、ドライバーは回転しない。しかし、ネジ山の上側が破壊される不良が発生している場合には、雄ネジと雌ネジとが正しく噛み込んでいないため、本締め保持中においてもネジが回転することがある。このため、本締め保持中のドライバーの回転速度のばらつきが大きくなる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作においてネジ山の上側が破壊される不良が発生している場合にそのことを判定できる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締め不良判定装置は、前記パラメータとして、前記第１モータの前記回転トルクが第２所定値未満である期間における、前記第２モータによる前記移動位置のばらつきを用いる。
　上記の構成によれば、第１モータの回転トルクが第１所定値未満である期間における、ドライバーの移動位置のばらつきが分かる。カムアウトの不良が発生している場合には、ネジが穴に入っていかないため、ドライバーのＺ軸方向の移動位置のばらつきは小さい。一方、雄ネジ破壊の不良が発生している場合には、ネジは穴に入っていくため、ドライバーのＺ軸方向の移動位置に変化が生じ、ばらつきが大きくなる。したがって、ネジ締め不良判定装置は、ネジ締め動作においてカムアウトまたは雌ネジ破壊の不良が発生している場合に、どちらの不良が発生しているか判定できる。
　また、本発明の一態様に係るネジ締めシステムは、ドライバーの軸周りでの回転運動を生じさせる回転用サーボと、前記ドライバーの軸方向への往復運動を生じさせる往復用サーボと、上記のいずれかの態様のネジ締め不良判定装置と、を備える。
　上記の構成によれば、ネジ締め不良判定装置は、回転用サーボおよび往復用サーボから前記パラメータを取得し、ネジ締めシステムにおけるネジ締めの不良の発生および種類を判定することができる。
　また、本発明の一態様に係るプログラムは、上記のいずれかの態様に係るネジ締め不良判定装置としてコンピュータを動作させる。
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　ネジ締めシステム
　１０　ＰＬＣ（ネジ締め不良判定装置）
　３０　回転用サーボ（第１モータ）
　４０　往復用サーボ（第２モータ）
　５１　ドライバー

Claims (11)

  1. 　（ｉ）ネジを締めるためのドライバーの、軸周りでの回転運動を生じさせる第１モータの回転速度、回転量および回転トルク、並びに、（ｉｉ）前記ドライバーの、軸方向への往復運動を生じさせる第２モータによる移動速度、移動位置および移動トルク、のいずれかに基づいて算出される、２以上のパラメータに基づいて、前記ドライバーによるネジ締め動作における不良の発生および種類を判定することを特徴とするネジ締め不良判定装置。
  2. 　前記第１モータの回転トルクが第１所定値以上かつ第２所定値未満であり、かつ、前記第２モータの移動トルクが第３所定値である期間を本締め中の期間と判定し、前記第１モータの回転トルクが前記第２所定値であり、かつ、前記第２モータの移動トルクが第３所定値である期間を本締め保持中の期間と判定し、前記本締め中の前記パラメータ、および、前記本締め保持中の前記パラメータの少なくともいずれか一方に基づいて、前記ネジ締め動作における不良の発生および種類を判定することを特徴とする請求項１に記載のネジ締め不良判定装置。
  3. 　前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第２モータによる前記移動速度を用いることを特徴とする請求項２に記載のネジ締め不良判定装置。
  4. 　前記パラメータとして、前記本締め中における前記第１モータの回転量を用いることを特徴とする請求項２または３に記載のネジ締め不良判定装置。
  5. 　前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第２モータによる前記移動位置を用いることを特徴とする請求項４に記載のネジ締め不良判定装置。
  6. 　前記パラメータとして、前記本締め中における前記第１モータの前記回転トルクのばらつきを用いることを特徴とする請求項４または５に記載のネジ締め不良判定装置。
  7. 　前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第１モータの前記回転トルクのばらつきを用いることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載のネジ締め不良判定装置。
  8. 　前記パラメータとして、前記本締め保持中における前記第１モータの回転速度のばらつきを用いることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載のネジ締め不良判定装置。
  9. 　前記パラメータとして、前記第１モータの前記回転トルクが前記第１所定値未満である期間における、前記第２モータによる前記移動位置のばらつきを用いることを特徴とする請求項３から８のいずれか１項に記載のネジ締め不良判定装置。
  10. 　ドライバーの軸周りでの回転運動を生じさせる回転用サーボと、
    　前記ドライバーの軸方向への往復運動を生じさせる往復用サーボと、
    　請求項１から９のいずれか１項に記載のネジ締め不良判定装置と、を備えることを特徴とするネジ締めシステム。
  11. 　請求項１に記載のネジ締め不良判定装置としてコンピュータを動作させるためのプログラム。
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