WO2020195325A1 - ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラム - Google Patents

ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラム Download PDF

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WO2020195325A1
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WO
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speed
screw
defect
driver
screw tightening
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PCT/JP2020/006046
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真行 杉岡
佐々木　達也
弘二 西垣
貴紀 渋谷
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オムロン株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • 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
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45203—Screwing

Definitions

  • the present invention relates to a screw tightening defect determination device, a screw tightening device, a screw tightening defect determination method, and a control program.
  • the presence or absence of the fastening part is determined based on the moving distance of the bit at the measurement set time from the arbitrarily set measurement start position.
  • the measurement set time may include the time during which the bit is moving at high speed before the screw enters the screw hole. Therefore, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to set the measurement setting time longer. Then, the determination of the presence or absence of the screw is delayed, and the bit may collide with the object to be fastened. Further, the shorter the screw, the more difficult it is to determine the presence or absence of the screw.
  • Patent Document 2 has a problem that the presence or absence of fastening parts may be erroneously determined.
  • One aspect of the present invention is aimed at providing a technique capable of appropriately determining the quality of screw tightening.
  • the screw tightening defect determination device includes a speed acquisition unit that acquires a speed in the axial direction of the driver or a speed feature amount related to the speed, and a screw hole side of the driver.
  • a speed acquisition unit that acquires a speed in the axial direction of the driver or a speed feature amount related to the speed
  • a screw hole side of the driver In the temporary seating step of moving the screw to the screw hole and inserting the screw into the screw hole, it is determined whether or not a screw tightening defect has occurred based on the velocity in the axial direction or the velocity feature amount at a predetermined time point. It is equipped with a determination unit.
  • the screw tightening defect determination method includes a speed acquisition step of acquiring a speed in the axial direction of the driver or a speed feature amount related to the speed, and screwing the driver.
  • a defect determination is made to determine whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the velocity feature amount in the axial direction at a predetermined time point.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the screw tightening device 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the screw tightening device 1 includes a PLC (Programmable Logic Controller) 10 (screw tightening defect determination device), a coupler 20, a rotation servo 30 (first motor), and a reciprocating servo 40 (second motor). ) Is provided.
  • the screw tightening device 1 performs a screw tightening operation by a rotational movement around an axis and a reciprocating motion in the axial direction of a driver 50 (see FIG. 3) described later.
  • the PLC 10 controls the screw tightening operation and determines the occurrence of a defect in the screw tightening operation.
  • a defect in the screw tightening operation means that the screw is dropped before the start of the screw tightening operation, and the screw does not exist at the tip of the driver bit at the start of the screw tightening operation. is there.
  • the PLC 10 determines the occurrence of defects due to no screws.
  • the rotation servo 30 is a motor that generates a rotational movement (movement in the R-axis direction) around the axis of the driver 50. Further, the rotation servo 30 outputs its own rotation speed (deg./s), rotation amount (deg.), And rotation torque (ratio to rated torque (%)) to the coupler 20.
  • the reciprocating servo 40 is a motor that causes the driver 50 to reciprocate in the axial direction (movement in the Z-axis direction). Further, the reciprocating servo 40 outputs the moving speed (mm / s), moving position (mm), and moving torque (ratio (%) with respect to the rated torque) of the driver 50 due to its own rotation to the coupler 20.
  • the coupler 20 connects the PLC 10 to 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, rotation amount, and rotation torque of the rotation servo 30 received from the rotation servo 30 to the PLC 10. Further, the coupler 20 transmits the moving speed, moving position, and moving torque of the driver 50 due to the rotation of the reciprocating servo 40 received from the reciprocating servo 40 to the PLC 10.
  • 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 50 due to the rotation of the reciprocating servo 40 may be collectively referred to as parameters.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of PLC10.
  • the PLC 10 controls the operation of the screw tightening device 1.
  • the PLC 10 includes a control unit 11, a communication unit 12, a speed acquisition unit 13, a defect determination unit 14, and a notification unit 15.
  • the control unit 11 outputs a control signal for controlling the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 to the communication unit 12.
  • the communication unit 12 transmits the 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 reciprocating servo 40 in synchronization with each other. Further, the control unit 11 feeds back the parameters of the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 to the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 control.
  • the communication unit 12 receives parameters from the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 via the coupler 20.
  • the communication unit 12 stores the received parameters in a storage device (not shown).
  • the screw tightening device 1 may include a storage device for storing received parameters.
  • the speed acquisition unit 13 acquires the moving speed of the driver 50 by the reciprocating servo 40 with reference to the parameter received from the coupler 20 by the communication unit 12. Further, the speed acquisition unit 13 acquires the rotation speed, the amount of rotation, the rotation torque, the position in the axial direction, and the movement torque of the rotation servo 30 with reference to the parameters received from the coupler 20 by the communication unit 12. It also functions as a position / velocity acquisition unit.
  • the speed acquisition unit 13 may acquire parameters from the communication unit 12 or may acquire parameters from a storage device (not shown).
  • each of the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 is provided with a servo driver that drives and controls the servo motor, and the servo driver acquires a position from the servo motor and differentiates the acquired position to increase the speed. It may be calculated.
  • the servo driver transmits the position and speed to the PLC 10 via the coupler 20.
  • the speed acquisition unit 13 acquires the position and speed received from the coupler 20 by the communication unit 12.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect has occurred in screw tightening with reference to the speed in the axial direction of the driver 50 acquired by the speed acquisition unit 13. Specifically, the defect determination unit 14 determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on whether or not the speed of the driver 50 in the axial direction is greater than a predetermined threshold value.
  • the notification unit 15 notifies the occurrence of the defect.
  • the PLC 10 may stop the operation of the rotation servo 30 and the reciprocating servo 40 by notifying the coupler 20 of the occurrence of a defect by the notification unit 15. Further, the PLC 10 may be able to notify an external device of the occurrence of a screw tightening defect by the notification unit 15.
  • FIG. 3 is a diagram simply showing a configuration example of the appearance of the screw tightening device 1 according to the present embodiment.
  • the screw tightening device 1 includes a rotation servo 30 (first motor), a reciprocating servo 40 (second motor), a driver 50, and a ball screw 60, which are not shown in FIG. , The above-mentioned PLC10, and the coupler 20.
  • the driver 50 has a driver bit 51 at the tip and tightens screws.
  • the driver 50 executes a screw tightening operation by moving in the axial direction by the reciprocating servo 40 while rotating around the axis by the rotational torque given by the rotational servo 30.
  • the direction in which the driver 50 moves in the process of screw tightening is referred to as downward.
  • the rotation servo 30 is arranged above the driver 50 and causes a rotational movement around the axis of the driver 50.
  • the ball screw 60 can move the driver 50 up and down, and integrally supports the driver 50 and the rotation servo 30.
  • the reciprocating servo 40 is provided above the ball screw 60 and causes the ball screw 60 to rotate.
  • the rotary motion of the ball screw 60 by the reciprocating servo 40 is converted into a linear motion of the driver 50 in the vertical direction, and the driver 50 reciprocates up and down.
  • the screw tightening operation by the screw tightening device 1 is as follows.
  • the control unit 11 is driven by the rotational movement of the ball screw 60 so that the screw is installed at the tip of the driver bit 51 at a position where the screw is tightened by, for example, by suction.
  • the lowering step of lowering the driver 50 is executed. In the lowering step, the control unit 11 lowers the driver 50 until the screw is about to enter the screw hole of the object to be fastened. When the Z-axis position of the driver 50 reaches a predetermined position, the control unit 11 completes the Z-axis positioning.
  • the control unit 11 executes a temporary seating step of pressing the driver 50 while rotating the screw until the screw is temporarily seated.
  • the temporary seating process is a process until the seating surface of the screw comes into contact with the object to be fastened. At the end of the temporary seating process, the screw is apparently in the screw hole.
  • the control unit 11 performs a temporary seating step of inserting a screw into a screw hole of a fastener and temporarily seating the screw.
  • a first torque (R-axis torque) whose rotational torque (R-axis torque) is smaller than the tightening torque of the screw Continue until the specified torque) is reached.
  • the screw tightening torque is a torque determined by JIS and various regulations, for example, according to the type of screw, and the first torque is, for example, when the rated output of the rotation servo 30 is 50% or more. Torque.
  • the control unit 11 performs a temporary seating step until the screw is temporarily seated.
  • the control unit 11 does not determine the completion of temporary seating for 1000 ms from the start of the temporary seating process.
  • control unit 11 performs a final tightening step of temporarily seating the screw and then pressing the driver 50 against the screw while rotating the screw.
  • the final tightening step after the temporary seating step is performed until the rotational torque given to the driver 50 by the rotary servo 30 reaches the second torque, which is the specified tightening torque.
  • the control unit 11 performs the final tightening step until, for example, the R-axis torque becomes the torque when the output of the rotation servo 30 becomes 150% or more of the rated output.
  • control unit 11 executes a final tightening holding step of holding the rotational torque of the rotary servo 30 and the pressing torque of the reciprocating servo 40 in the final tightening state for a predetermined time.
  • the control unit 11 holds, for example, the final tightening state for 100 milliseconds.
  • control unit 11 stops the rotation of the rotation servo 30, sets the R-axis torque to 0% or less, and executes a release step of releasing the screw.
  • control unit 11 completes the screw tightening operation by executing the origin return step of moving the driver 50 upward by the rotational movement of the ball screw 60 and returning the Z-axis position of the driver 50 to the origin position. To do.
  • the speed acquisition unit 13 transmits the speed in the axial direction of the driver 50 from the coupler 20 via the communication unit 12. To get. Further, the speed acquisition unit 13 may acquire the position in the axial direction in addition to the speed in the axial direction of the driver 50.
  • the speed in the axial direction of the driver 50 is the speed at which the ball screw 60 is rotated by the reciprocating servo 40 and the driver 50 moves in the Z-axis direction.
  • the position of the driver 50 in the axial direction is the moving distance of the Z-axis position from the origin position.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect due to no screw has occurred based on the speed in the axial direction of the driver 50 acquired by the speed acquisition unit 13 at a predetermined time in the temporary seating process. ..
  • FIG. 4 is a diagram showing changes in the Z-axis position during the temporary seating process when a defect due to no screw occurs (ng_no_screw) and when the temporary seating process is completed without any problem (ok).
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the Z-axis position.
  • FIG. 5 is a diagram showing the speed in the Z-axis direction during the temporary seating process when a defect due to no screw occurs (ng_no_screw) and when the temporary seating process is completed without any problem (ok).
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents Z-axis speed.
  • index 1000 is 2 seconds.
  • the position of the driver 50 in the Z-axis direction at a predetermined time point is when the defect due to no screw does not occur. Will be larger than.
  • the position in the Z-axis direction gradually increases regardless of whether a defect due to no screw occurs or a defect due to no screw occurs. Therefore, in the early stage of the temporary seating process before the driver 50 reaches the object to be fastened, the position in the Z-axis direction differs depending on whether a defect due to no screw occurs or a defect due to no screw occurs. There is not much difference.
  • the Z-axis speed at a predetermined time in the early stage of the temporary seating process before the driver 50 reaches the object to be fastened depends on whether a defect occurs due to no screw or no screw. It differs greatly depending on whether or not a defect has occurred. Therefore, the defect determination unit 14 can appropriately determine whether or not a defect due to no screw has occurred based on the speed in the Z-axis direction at a predetermined time in the early stage of the temporary seating process.
  • the defect determination unit 14 determines that a defect due to no screw has occurred in screw tightening.
  • the defect determination unit 14 determines that no defect due to no screw has occurred in screw tightening if the speed in the axial direction of the driver at a predetermined time point is equal to or less than a preset threshold value. In this case, the control unit 11 continues screw tightening.
  • the PLC 10 When the defect determination unit 14 determines that a defect has occurred in screw tightening in which the screw does not exist at the tip of the driver 50, the PLC 10 notifies the occurrence of the defect by the function of the notification unit 15 to the user or another. Notify the machine.
  • the PLC 10 stops the screw tightening operation.
  • the defect determination unit 14 can determine that a defect due to no screw has occurred at an early stage of the temporary seating process before the driver 50 reaches the object to be fastened, so that the driver 50 can be speeded up. Even when the driver 50 is driven by, the screw tightening operation can be stopped before the driver 50 reaches the object to be fastened.
  • the PLC 10 may determine the screw tightening defect based on the speed feature amount related to the axial speed of the driver 50 at a predetermined time in the temporary seating process.
  • FIG. 6 schematically shows the amount of change in the Z-axis speed of the driver 50 during the temporary seating process.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the Z-axis speed of the driver 50.
  • the speed of the driver 50 drops sharply (C in FIG. 6).
  • the speed of the driver 50 does not change when a defect occurs due to no screw (A in FIG. 6). Therefore, the defective screw tightening is determined by comparing the axial speed of the driver 50 at an appropriate time point t1 with a preset speed threshold value.
  • the speed of the driver 50 at the time point t1 is equal to or less than the threshold value, it is determined to be normal, and if the speed of the driver 50 at the time point t1 is greater than the threshold value, it is determined that a defect due to no screw has occurred.
  • Diagonal tightening occurs when the driver 50 holds the screw at an angle to the screw hole. Even if diagonal tightening occurs, screw tightening is finally performed. Diagonal tightening should be distinguished from screwless defects.
  • the speed of the driver 50 drops sharply when the screw comes into contact with the side surface of the screw hole.
  • the speed of the driver 50 may temporarily increase again (B in FIG. 6).
  • the screw tightening defect is determined by comparing with the threshold value based on the speed of the driver 50, it may be erroneously determined that the screwless defect has occurred.
  • the PLC 10 determines whether or not there is a defect in screw tightening based on a feature amount related to speed (speed feature amount) instead of the speed itself in the axial direction of the driver 50. Good.
  • speed feature amount for example, as illustrated in the following embodiments 2 to 5, the cumulative moving average value, moving average value, median value, standard deviation, etc. of the speed of the driver 50 during a predetermined period of the temporary seating process are used. It may, but is not limited to these.
  • the speed acquisition unit 13 and the defect determination unit 14 have the following configuration as an example. Since the other configurations of the screw tightening defect determination device are the same as those in the first embodiment, the description will not be repeated.
  • the speed acquisition unit 13 may receive the speed information in the axial direction of the driver 50 acquired by the servomotor or the like via the communication unit 12, and the speed acquisition unit 13 may calculate the speed feature amount in a predetermined period. .. After that, the speed acquisition unit 13 transmits the calculated speed feature amount to the defect determination unit 14.
  • the servo driver that controls the servomotor may calculate the speed feature amount in a predetermined period from the speed in the axial direction of the driver 50, and the speed acquisition unit 13 may receive the calculated speed feature amount from the servomotor or the like. .. Then, the speed acquisition unit 13 may transmit the calculated speed feature amount to the defect determination unit 14.
  • the predetermined period an appropriate period is set from the period from the start of descent of the driver 50 to the end of the temporary seating process according to the speed feature amount selected for each.
  • the predetermined period is preset by the user and set in the speed acquisition unit 13.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect due to no screw has occurred based on the speed feature amount received from the speed acquisition unit 13. For example, by comparing the threshold value corresponding to each feature amount set in advance and stored in the storage unit with the magnitude of the acquired feature amount, it is determined whether or not a defect due to no screw has occurred.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the cumulative moving average value of the speed in the axial direction at a predetermined time point.
  • the speed acquisition unit 13 acquires the speed of the driver 50 in the axial direction and calculates the cumulative moving average value of the speed in a predetermined period.
  • the defect determination unit 14 may determine the screw tightening defect by comparing the cumulative moving average value of the speed with the preset threshold value of the cumulative moving average value.
  • the predetermined period a period including the time when the temporary seating process is completed in the normal state may be set.
  • the predetermined period is the period from the start of the temporary seating process to the present time.
  • the defect determination unit 14 if the cumulative moving average value of the speed exceeds the threshold value, it is determined that a defect has occurred due to no screw, and if the cumulative moving average value of the speed is less than the threshold value, it is due to no screw. It is determined that no defect has occurred.
  • FIG. 7 is a graph schematically showing the transition of the change amount of the cumulative moving average value VCMA of the axial speed of the driver 50 calculated by the speed acquisition unit 13, with the horizontal axis representing the time index and the vertical axis representing the vertical axis.
  • the cumulative moving average value V CMA of the axial speed of the driver 50 is shown.
  • the speed acquisition unit 13 calculates the cumulative moving average value VCMA in this period from the axial speed of the driver 50 in the predetermined period.
  • the cumulative moving average V CMA begins to decrease as the speed decreases when the screw begins to be screwed into the screw hole (C in FIG. 6).
  • the defect determination unit 14 compares the cumulative moving average value V CMA of the speed of the driver 50 with the set threshold value V th of the cumulative moving average value at a predetermined time point t1 after a certain period from the start of the temporary seating process. If V CMA > V th , it can be determined that a defect due to no screw has occurred, and if V CMA ⁇ V th , it can be determined that it is normal.
  • the speed of the driver 50 is temporarily reduced when the screw screwed into the screw hole diagonally comes into contact with the side surface of the screw hole.
  • the speed of the driver 50 may temporarily increase. Therefore, in this case, as shown in the curve B of FIG. 7, the cumulative moving average value VCMA of the axial speed of the driver 50 is slightly larger than the cumulative moving average value of the normal speed, but the change is almost the same. Shown. Therefore, in the case of diagonal tightening, the cumulative moving average value of the speed of the driver 50 in a predetermined period is smaller than the threshold value, so that the defect determination unit 14 is unlikely to mistakenly determine that there is no screw.
  • the cumulative moving average value V CMA of the speed of the driver 50 at a predetermined time point is compared with the set threshold value V th, and whether the V CMA is larger than V th . Whether or not there is a defect due to no screw can be determined.
  • the time point t1 in which the cumulative moving average V CMA of the speed is compared with the threshold value for the defect determination is any period from the time when the temporary seating process is started in the normal state to the time when the driver 50 reaches the object to be fastened. You can set it with. Therefore, it is easy to set the optimum speed measurement period in order to prevent erroneous determination.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the moving average value of the speed in the axial direction at a predetermined time point.
  • the speed acquisition unit 13 acquires the axial speed of the driver 50 in a predetermined period as a characteristic amount of the speed in the axial direction of the driver 50, and calculates the moving average value VMA of the speed in an appropriate fixed period within the predetermined period. To do.
  • the defect determination unit 14 may determine the occurrence of defects due to no screw by comparing the moving average value VMA with the set threshold value Vth of the speed moving average value.
  • the fixed period is a fixed period from the present time to the past.
  • the moving average value VMA of the axial speed of the driver 50 also drops sharply from this point.
  • the moving average value VMA of the axial speed of the driver 50 does not decrease either. Therefore, by comparing the moving average V MA of the axial speed of the driver 50 with the set speed moving average threshold V th at the time when the screw starts to be screwed into the screw hole under normal conditions, V MA > V. In the case of th , it can be determined that a defect without a screw has occurred, and in the case of V MA ⁇ V th , it can be determined that it is normal.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the median speed in the axial direction at a predetermined time point.
  • the median value is, for example, the median value in a predetermined period from a certain time point after the start of the temporary seating process to a predetermined time point t1.
  • the median value V m of the speed when the speed of the driver 50 in the axial direction is measured in a predetermined period and the measured speeds are arranged in ascending order is used. It may be compared with the median velocity threshold Vth . When V m > V th , it can be determined that a defect due to no screw has occurred, and when V m ⁇ V th , it can be determined that it is normal.
  • the median speed V m when the screw is started to be screwed into the screw hole, the median speed V m also starts to decrease as the axial speed of the driver 50 decreases sharply.
  • the speed when a screwless defect occurs, the speed does not decrease, so that the median V m does not change.
  • the speed of the driver 50 may temporarily increase, but this has almost no effect on the median speed. Therefore, it is unlikely that a defect due to diagonal tightening is erroneously determined as a defect due to no screw.
  • the defect determination unit 14 determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the standard deviation of the speed in the axial direction at a predetermined time point.
  • the speed of the driver 50 in the axial direction in a predetermined period is measured, and the standard deviation S of the speed in this period is calculated.
  • the value of the standard deviation S increases until the speed of the driver 50 approaches the upper limit speed, decreases after approaching the upper limit speed, and is low from the start of screwing the screw into the screw hole. It increases until it stabilizes at the value.
  • the driver 50 descends in the axial direction at the same speed as before even after the screw is screwed in the normal state. Therefore, the value of the standard deviation S remains small after the speed of the driver 50 reaches the upper limit speed. Therefore, if the standard deviation threshold S th is set and the standard deviation S ⁇ S th up to the point when the screw is screwed in at normal times, it is determined that a screwless defect has occurred, and the standard deviation S ⁇ If it is S th, it can be determined that it is normal.
  • the speed of the driver 50 may increase temporarily, but this has little effect on the change in the standard deviation of the speed. Therefore, it is unlikely that a defect due to diagonal tightening is erroneously determined as a defect due to no screw.
  • speed dispersion or the like may be used instead of the standard deviation of the axial speed of the driver 50.
  • the screwless defect is determined based on the standard deviation of the axial speed of the driver 50 in a predetermined period. It is possible to make an appropriate judgment with high accuracy at an early stage of the temporary seating process. In addition, a defect due to diagonal tightening is not erroneously determined as a defect due to no screw.
  • a screw tightening defect determination device including a defect determination unit that determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the speed in the direction or the speed feature amount.
  • the quality of screw tightening is determined based on the characteristic amount of the speed in the axial direction of the driver at a predetermined time in the temporary seating process.
  • a clear speed change occurs as soon as the screw begins to enter the object to be fastened. Therefore, the measured velocity feature is calculated at an early stage in the temporary seating process, and based on this velocity feature, the quality of screw tightening is determined with high accuracy whether or not the screw is present at the tip of the driver. It can be performed.
  • the defect determination unit determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the speed feature amount in the axial direction at a predetermined time, and the speed feature amount is the cumulative speed of the driver in the axial direction.
  • the screw tightening defect determination device according to the first aspect, which is a moving average.
  • the defect determination unit determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the speed feature amount in the axial direction at a predetermined time, and the speed feature amount is the movement of the speed in the axial direction of the driver.
  • the screw tightening defect determination device according to the first aspect, which is an average.
  • the defect determination unit determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the speed feature amount in the axial direction at a predetermined time, and the speed feature amount is the center of the speed in the axial direction of the driver.
  • the screw tightening defect determination device according to the first aspect, which is a value.
  • the defect determination unit determines whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the speed feature amount in the axial direction at a predetermined time, and the speed feature amount is a standard of speed in the axial direction of the driver.
  • the screw tightening defect determination device according to the first aspect, which is a deviation.
  • a screw tightening device including the screw tightening defect determining device according to any one of aspects 1 to 9, a first motor that applies rotational torque to the driver, and a second motor that moves the driver in the axial direction.
  • the temporary seating process is controlled based on the rotational torque of the first motor, and the quality of screw tightening is determined according to the speed in the axial direction of the driver by the second motor or the speed feature amount related to the speed. It can be performed. Therefore, in the temporary seating process, the quality of screw tightening can be determined.
  • the driving of the driver can be stopped before the bit of the driver comes into contact with the object to be fastened, so that the bit of the driver damages the object to be fastened. Can be prevented.
  • a screw tightening defect determination method including a defect determination step of determining whether or not a defect has occurred in screw tightening based on the speed in the direction or the speed feature amount.
  • the quality of screw tightening is determined based on the speed in the axial direction of the driver or the speed feature amount at a predetermined time in the temporary seating process.
  • a clear speed change occurs as soon as the screw begins to enter the object to be fastened. Therefore, the measured velocity feature is calculated at an early stage in the temporary seating process, and based on this velocity or velocity feature, the screw tightening is performed with high accuracy and whether or not the screw is present at the tip of the driver. Judgment can be made.
  • a control program for operating a computer as the screw tightening defect determination device according to any one of aspects 1 to 9, wherein the speed acquisition unit and the control program for operating the computer as the defect determination unit.
  • control program can accurately determine the quality of screw tightening.
  • the control block of the PLC 10 (particularly, the control unit 11, the communication unit 12, the speed acquisition unit 13, the defect determination unit 14, and the notification unit 15) is realized by a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like. It may be realized by software.
  • the PLC 10 is equipped with a computer that executes the instructions of a program that is software that realizes each function.
  • the computer includes, for example, one or more processors and a computer-readable recording medium that stores the program. Then, in the computer, the processor reads the program from the recording medium and executes it, thereby achieving the object of the present invention.
  • the processor for example, a CPU (Central Processing Unit) can be used.
  • the recording medium in addition to a “non-temporary tangible medium” such as a ROM (Read Only Memory), a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, or the like can be used.
  • a RAM RandomAccessMemory
  • the program may be supplied to the computer via an arbitrary transmission medium (communication network, broadcast wave, etc.) capable of transmitting the program.
  • a transmission medium communication network, broadcast wave, etc.
  • one aspect of the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the above program is embodied by electronic transmission.
  • Screw tightening device 10
  • PLC Screw tightening defect judgment device
  • Control unit 12
  • Communication unit 13
  • Speed acquisition unit 14
  • Defect judgment unit 15
  • Notification unit 30
  • Rotation servo (first motor) 40

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Abstract

適切に、ねじ締めの良否判定を行うことができる技術を提供する。ねじ締め不良判定装置（１０）は、ドライバーの軸方向における速度または速度に関する速度特徴量を取得する速度取得部（１３）と、仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したと判定する不良判定部（１４）とを備える。

Description

ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラム
　本発明は、ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラムに関する。
　従来、上下方向に軸動される電動ドライバーを備えたねじ締め装置において、任意設定された計測開始位置からの計測設定時間でのビットの移動距離に基づいて、締結部品の存在の有無を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、ビットの先端部が被締結物あるいは締結部に当接しない位置である判定開始設定点にビットが到達してからの、ビットに作用する推力に基づいて、締結部品の有無を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
日本国公開特許公報「２０１２－２２３８４１号公報（２０１２年１１月１５日公開）」 日本国公開特許公報「２０１３－１８０６７号公報（２０１３年１月３１日公開）」
　しかしながら、特許文献１に記載の技術では、任意設定された計測開始位置からの計測設定時間でのビットの移動距離に基づいて、締結部品（ねじ）の存在の有無を判定する。誤判定を回避するためには、ねじ有りの場合とねじなしの場合の移動距離の差を大きくする必要がある。しかしながら、ビットが保持するねじの先端がねじ穴に入り始める位置は、ねじのばらつき等に起因して、正確には分からない。それゆえ、計測設定時間には、ねじがねじ穴に入る前のビットが高速で移動している時間も含まれ得る。そのため、特許文献１に記載の技術では、計測設定時間を長めに設定する必要がある。そうすると、ねじの存在の有無の判定が遅くなり、ビットが被締結物に衝突する可能性がある。また、ねじが短いほど、ねじの存在の有無の判定が困難になる。
　また、ビットに作用する推力の変化は、被締結物、および締結部品の材料特性や公差等の外因の影響を受けやすい。特許文献２に記載の技術では、締結部品の有無の誤判定が生じる可能性があるという問題がある。
　本発明の一態様は、適切に、ねじ締めの良否判定を行うことができる技術を提供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ねじ締め不良判定装置は、ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得部と、前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定部とを備える。
　また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定方法は、ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得ステップと、前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定ステップとを含む。
　本発明の一態様によれば、適切に、ねじ締めの良否判定を行うことができる。
本発明の実施形態に係るねじ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。 本実施形態に係るねじ締めシステムの外観構成を示す図である。 仮着座工程中のＺ軸位置の変化量を示す図である。 仮着座工程中のＺ軸速度の変化量を示す図である。 仮着座工程中のＺ軸速度の変化量を模式的に示す図である。 仮着座工程中のＺ軸速度の累積移動平均の変化量を模式的に示す図である。
　以下、本発明の一側面に係る実施形態（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、本発明の実施形態に係るねじ締め装置１の概要を示すブロック図である。図１に示すように、ねじ締め装置１は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０（ねじ締め不良判定装置）、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）を備えている。ねじ締め装置１は、後述するドライバー５０（図３参照）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、ねじ締め動作を行う。このとき、ＰＬＣ１０は、ねじ締め動作の制御を行うとともに、当該ねじ締め動作における不良の発生を判定する。
　本明細書においては、ねじ締め動作における不良とは、ねじ締めの開始前にねじを落とすなどして、ねじ締め動作の開始時点でドライバービットの先端にねじが存在しない「ねじなし」の状態である。ＰＬＣ１０は、ねじなしによる不良の発生を判定する。
　回転用サーボ３０は、ドライバー５０の軸周りの回転運動（R軸方向の運動）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５０の軸方向への往復運動（Ｚ軸方向の運動）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５０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５０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５０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、ねじ締め装置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、速度取得部１３、不良判定部１４、および通知部１５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、ねじ締め装置１が備えていてもよい。
　速度取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信したパラメータを参照して、往復用サーボ４０によるドライバー５０の移動速度を取得する。また、速度取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信したパラメータを参照して、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、軸方向における位置、および移動トルクを取得する位置速度取得部としても機能する。速度取得部１３は、通信部１２からパラメータを取得してもよいし、不図示の記憶装置からパラメータを取得してもよい。
　また、回転用サーボ３０、および往復用サーボ４０のそれぞれは、サーボモータを駆動制御するサーボドライバーを備え、当該サーボドライバーがサーボモータから位置を取得して、取得した位置を微分することで速度を算出してもよい。サーボドライバーは、位置と速度とをカプラ２０を介して、ＰＬＣ１０に送信する。速度取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信した位置と速度とを取得する。
　不良判定部１４は、速度取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における速度を参照して、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。具体的には、不良判定部１４は、ドライバー５０の軸方向における速度が所定の閾値より大きいか否かに基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。
　通知部１５は、不良判定部１４によってねじ締めに不良が発生したと判定された場合には、不良の発生を通知する。ＰＬＣ１０は、通知部１５によってカプラ２０に不良の発生を通知することで、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０の動作を停止させてもよい。また、ＰＬＣ１０は、通知部１５によって、ねじ締めの不良の発生を外部の機器に通知することができてもよい。
　§２　構成例
　〔実施形態１〕
　以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。
　（ねじ締め装置１の構成）
　図３は、本実施形態に係るねじ締め装置１の外観の構成例を簡易的に示す図である。図３に示すように、ねじ締め装置１は、回転用サーボ３０（第１モータ）、往復用サーボ４０（第２モータ）、ドライバー５０、およびボールねじ６０と、図３には示されていない、上述のＰＬＣ１０、およびカプラ２０と、備えている。
　ドライバー５０は、先端にドライバービット５１を有し、ねじ締めを行う。ドライバー５０は、回転用サーボ３０により与えられる回転トルクにより軸周りで回転運動しながら、往復用サーボ４０によって、軸方向に移動することで、ねじ締め動作を実行する。以下の説明では、ドライバー５０の軸方向のうち、ねじ締めの過程でドライバー５０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５０の上方に配され、ドライバー５０の軸周りの回転運動を生じさせる。
　ボールねじ６０は、ドライバー５０を上下に移動可能に、ドライバー５０と、回転用サーボ３０とを一体に支持する。
　往復用サーボ４０は、ボールねじ６０の上部に設けられ、ボールねじ６０の回転運動を生じさせる。往復用サーボ４０によるボールねじ６０の回転運動が、ドライバー５０の上下方向への直線運動に変換され、ドライバー５０が上下に往復運動する。
　（ねじ締め動作）
　ねじ締め装置１によるねじ締めの動作は、以下のとおりである。
　まず、制御部１１は、ドライバービット５１の先端に、例えば吸着によりねじを保持した状態で、当該ねじが被締結物のねじ締めを行う箇所に設置されるように、ボールねじ６０の回転運動によりドライバー５０を下降させる下降工程を実行する。下降工程において、制御部１１は、ねじが被締結物のねじ穴に入る寸前まで、ドライバー５０を下降させる。制御部１１は、ドライバー５０のＺ軸位置が所定の位置となると、Ｚ軸の位置決めを完了する。
　次に、制御部１１は、ドライバー５０を、ねじが仮着座するまで、ねじを回転させながら押し当てる仮着座工程を実行する。ここで、仮着座工程とは、ねじの座面が被締結物に接するまでの工程である。仮着座工程終了時点において、見た目では、ねじが、ねじ穴に入っている状態となる。
　制御部１１は、ねじを締結物のねじ穴に挿入し、当該ねじを仮着座させる仮着座工程を、ドライバー５０に与える回転トルク（Ｒ軸トルク）が、ねじの締め付けトルクより小さい第１トルク（所定トルク）に達するまで行う。ねじの締め付けトルクは、ＪＩＳや各種規定によって、例えば、ねじの種類に応じて決められているトルクであり、第１トルクは、例えば、回転用サーボ３０の定格出力が５０％以上となった場合のトルクである。制御部１１は、ねじが仮着座するまで、仮着座工程を行う。
　ところで、仮着座工程の初期には、ねじの締結物のねじ穴への挿入開始時に、Ｒ軸トルクが、回転用サーボ３０の出力が定格出力の５０％以上となった場合のトルクより高くなる。このため、制御部１１は、仮着座の誤判定を回避するために、例えば、仮着座工程の開始から１０００ｍｓは仮着座完了の判定を行わない。
　続いて、制御部１１は、ねじを仮着座させた後、さらにねじを回転させながらねじにドライバー５０を押し当てる本締め工程を行う。この、仮着座工程の後の本締め工程は、回転用サーボ３０がドライバー５０に与える回転トルクが規定の締め付けトルクである第２トルクに達するまで行われる。制御部１１は、例えば、Ｒ軸トルクが、回転用サーボ３０の出力が定格出力の１５０％以上となった場合のトルクになるまで本締め工程を行う。
　制御部１１は、本締め工程が完了した後、回転用サーボ３０の回転トルクと、往復用サーボ４０の押し付けトルクとを本締め状態のままで所定時間保持する本締め保持工程を実行する。制御部１１は、本締め保持工程において、例えば、本締め状態を１００ミリ秒保持する。
　その後、制御部１１は、回転用サーボ３０の回転を停止し、Ｒ軸トルクを０％以下にして、ねじを解放する解放工程を実行する。
　続いて、制御部１１は、ボールねじ６０の回転運動によりドライバー５０を上方へ移動させて、ドライバー５０のＺ軸位置を原点位置に復帰させる原点復帰工程を実行することで、ねじ締め動作を完了する。
　（ねじなし判定）
　次に、ドライバー５０の軸方向における速度を参照して、ねじなしを判定する処理について説明する。
　上述した、ドライバー５０をねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、速度取得部１３は、通信部１２を介して、カプラ２０から、ドライバー５０の軸方向における速度を取得する。また、速度取得部１３は、ドライバー５０の軸方向における速度に加えて、軸方向における位置を取得してもよい。ここで、ドライバー５０の軸方向における速度は、往復用サーボ４０によってボールねじ６０が回転し、ドライバー５０がＺ軸方向に移動する速度である。また、ドライバー５０の軸方向における位置は、Ｚ軸位置の原点位置からの移動距離である。
　不良判定部１４は、速度取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における速度であって、仮着座工程における所定時点での速度に基づいて、ねじなしによる不良が発生したか否かを判定する。
　図４は、ねじなしによる不良が発生した場合（ng_no_screw）と、問題なく仮着座工程が完了した場合（ok）との、仮着座工程中のＺ軸位置の変化を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＺ軸位置を示す。
　図５は、ねじなしによる不良が発生した場合（ng_no_screw）と、問題なく仮着座工程が完了した場合（ok）との、仮着座工程中のＺ軸方向における速度を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＺ軸速度を示す。
　ここで、図４、および図５において、横軸の時間を示すｉｎｄｅｘとは、１ｉｎｄｅｘが２ｍｓｅｃを示し、例えばｉｎｄｅｘ＝１０００は、２秒である。
　図４に示すように、仮着座工程において、ねじ締めに、ねじなしによる不良が発生した場合の、所定時点でのドライバー５０のＺ軸方向における位置は、ねじなしによる不良が発生してない場合よりも大きくなる。しかしながら、仮着座工程において、Ｚ軸方向における位置は、ねじなしによる不良が発生した場合であっても、ねじなしによる不良が発生してない場合であっても、徐々に増加する。このため、ドライバー５０が被締結物に到達する前の仮着座工程の早い段階では、ねじなしによる不良が発生した場合と、ねじなしによる不良が発生してない場合とで、Ｚ軸方向における位置の差異があまりない。
　よって、仮着座工程の早い段階における所定時点でのＺ軸方向における位置に基づいてねじなしによる不良の発生を適切に判定するのは難しい。
　よって、不良判定部１４は、仮着座工程において、ドライバー５０の先端が被締結部に到達する前の所定時点、例えばｉｎｄｅｘ＝５００の時点でのＺ軸速度を速度取得部１３を介して取得する。
　図５に示すように、仮着座工程において、ねじなしによる不良が発生した場合の、所定時点でのドライバー５０のＺ軸方向における速度は、ねじなしによる不良が発生してない場合よりも速くなる。
　Ｚ軸方向における速度は、仮着座工程の開始時に、ねじなしによる不良が発生した場合であっても、ねじなしによる不良が発生してない場合であっても、一旦最高速度である、図５の例では４０ｍｍ／ｓ程度となる。ねじなしによる不良が発生してない場合は、ねじがボールねじ６０の運動によりねじ穴に押し当てられて、ねじ穴に螺入されて行くため、仮着座工程開始後すぐに、Ｚ軸方向における速度が、平均５ｍｍ／ｓ程度まで減少する。一方で、ねじなしによる不良が発生した場合には、ドライバー５０の先端が被締結物に到達する前（ｉｎｄｅｘ＝１０００より前）では、Ｚ軸方向における速度は仮着座工程の開始時から変わらない。
　このため、ドライバー５０が被締結物に到達する前の仮着座工程の早い段階における所定時点、例えばｉｎｄｅｘ＝５００の時点でのＺ軸速度が、ねじなしによる不良が発生した場合と、ねじなしによる不良が発生してない場合とで、大きく異なる。よって、不良判定部１４は、仮着座工程の早い段階における所定時点でのＺ軸方向における速度に基づいてねじなしによる不良を発生しているか否かを適切に判定することができる。
　不良判定部１４は、仮着座工程において、所定時点でのドライバーの軸方向における速度が予め設定された閾値より大きければ、ねじ締めにおいてねじなしによる不良が発生したと判定する。ねじなしによる不良の発生を判定するための閾値は、ねじなしによる不良が発生してない場合の仮着座工程中のＺ軸方向における速度に基づいて適切な速度に設定することができる。図５に示した例では、不良判定部１４は、ｉｎｄｅｘ＝５００の時点でのＺ軸速度が、３０ｍｍ／ｓより大きければ、ねじ締めにねじなしによる不良が発生したと判定してもよい。これにより、不良判定部１４は、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。
　不良判定部１４は、仮着座工程において、所定時点でのドライバーの軸方向における速度が予め設定された閾値以下であれば、ねじ締めにおいてねじなしによる不良は発生していない判定する。この場合、制御部１１は、ねじ締めを継続する。
　不良判定部１４によって、ねじ締めに、ねじがドライバー５０の先端に存在しない不良が発生したと判定されると、ＰＬＣ１０は、当該不良の発生を、通知部１５の機能により、ユーザ、または、他の機械に通知する。
　また、ＰＬＣ１０は、不良判定部１４によって、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじ締め動作を中止する。上述したように、不良判定部１４は、ドライバー５０が被締結物に到達する前の仮着座工程の早い段階で、ねじなしによる不良が発生したことを判定することができるため、ドライバー５０を高速で駆動させている場合であってもドライバー５０が被締結物に到達する前にねじ締め動作を中止することができる。
　〔その他の実施形態〕
　上記実施形態１では、仮着座工程における所定時点でのドライバー５０の軸方向における速度に基づいてねじ締めの不良を判定する例について説明した。
　しかし、ＰＬＣ１０は、仮着座工程における所定時点でのドライバー５０の軸方向における速度に関する速度特徴量に基づいて、ねじ締めの不良を判定してもよい。
　図６には、仮着座工程中のドライバー５０のＺ軸速度の変化量を模式的に示す。図６において、横軸は時間を示すｉｎｄｅｘ、縦軸はドライバー５０のＺ軸速度を示す。上述したように、仮着座工程において、ねじがねじ穴に螺入し始めると、ドライバー５０の速度は急激に低下する（図６のＣ）。これに対し、ねじなしによる不良が発生している場合には、ドライバー５０の速度は変化しない（図６のＡ）。したがって、適当な時点ｔ１におけるドライバー５０の軸方向速度を、予め設定された速度の閾値と比較することによって、ねじ締めの不良が判定される。具体的には、時点ｔ１におけるドライバー５０の速度が閾値以下であれば正常と判定され、時点ｔ１におけるドライバー５０の速度が閾値より大きければねじなしによる不良が発生していると判定される。
　これに対して、ねじなしによる不良は発生していないものの、ねじが斜め締めになることがある。ドライバー５０が、ねじをねじ穴に対して斜めに保持している場合に、斜め締めが生じる。斜め締めが生じた場合でも、最終的にねじ締めは行われる。斜め締めは、ねじなしによる不良とは区別されるべきものである。斜め締めが生じる場合には、ねじがねじ穴の側面に当接した時点で、急激にドライバー５０の速度が低下する。しかし、その後、斜めに傾斜したねじがねじ穴に押し込まれるとき、一時的にドライバー５０の速度が再び上昇する場合がある（図６のＢ）。この速度が再上昇した時点で、ドライバー５０の速度を基準にして、閾値と比較してねじ締めの不良を判定すると、誤ってねじなしによる不良が発生したと判定される場合がある。
　これに対し、ＰＬＣ１０は、ねじ締めの不良判定に、ドライバー５０の軸方向における速度そのものの代わりに、速度に関する特徴量（速度特徴量）に基づいて、ねじ締めの不良の有無を判定してもよい。速度特徴量として、例えば、以下の実施形態２～５に例示するように、仮着座工程の所定期間におけるドライバー５０の速度の累積移動平均値、移動平均値、中央値、または標準偏差等を用いてもよいが、これらに限定されない。
　速度特徴量を用いてねじ締めの不良を判定する場合には、速度取得部１３および不良判定部１４は、一例として、以下のような構成を取る。それ以外のねじ締め不良判定装置の構成は実施形態１と同様であるので、説明を繰り返さない。
　（速度取得部１３）
　速度取得部１３は、サーボモータ等で取得したドライバー５０の軸方向における速度の情報を、通信部１２を介して受信し、速度取得部１３で、所定期間における速度特徴量を算出してもよい。その後、速度取得部１３は、算出した速度特徴量を不良判定部１４に送信する。
　また、サーボモータを制御するサーボドライバーが、ドライバー５０の軸方向における速度から所定期間における速度特徴量を算出し、速度取得部１３は算出された速度特徴量をサーボモータ等から受信してもよい。そして、速度取得部１３は、算出された速度特徴量を不良判定部１４に送信してもよい。
　ここで、所定期間としては、それぞれ選択される速度特徴量に応じて、ドライバー５０の下降開始から仮着座工程が終了するまでの期間の内、適切な期間を設定する。所定期間は、ユーザによって予め設定され、速度取得部１３に設定されている。
　（不良判定部１４）
　不良判定部１４は、速度取得部１３から受信した速度特徴量に基づいて、ねじなしによる不良が発生したか否かの判定を行う。たとえば、予め設定され記憶部に格納されたそれぞれの特徴量に対応する閾値と、取得された特徴量の大小を比較することにより、ねじなしによる不良が発生したか否かの判定を行う。
　以下、具体的な実施形態について説明する。
　〔実施形態２〕
　本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の累積移動平均値に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。速度取得部１３は、軸方向におけるドライバー５０の速度を取得し、所定期間での速度の累積移動平均値を算出する。不良判定部１４は、速度の累積移動平均値を予め設定された累積移動平均値の閾値と比較することによって、ねじ締めの不良を判定してもよい。所定期間としては、正常時に仮着座工程が終了する時点までを含む期間を設定してもよい。たとえば、所定期間は、仮着座工程の開始から現時点までの期間である。たとえば、不良判定部１４において、速度の累積移動平均値が閾値を超える場合には、ねじなしによる不良が発生したと判定し、速度の累積移動平均値が閾値以下の場合には、ねじなしによる不良が発生していないと判定する。
　図７は、速度取得部１３で算出されたドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値ＶＣＭＡの変化量の推移を模式的に示したグラフであり、横軸に時間のｉｎｄｅｘ、縦軸にドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値ＶＣＭＡを示す。
　ねじなしによる不良が発生せず、正常にねじ締めが行われる場合は、ねじがボールねじ６０の運動によりねじ穴に押し当てられて、ねじ穴に螺入されて行くため、仮着座工程開始後、ドライバー５０の軸方向における速度が上昇した後に低下する。速度取得部１３において、上記所定期間におけるドライバー５０の軸方向速度から、この期間での累積移動平均値ＶＣＭＡを算出する。累積移動平均値ＶＣＭＡは、ねじがねじ穴に螺入し始める時点で、速度の低下に伴い低下し始める（図６のＣ）。
　一方、ねじなしによる不良が発生している場合には、ドライバー５０の先端が被締結物に到達する時点までは、ドライバー５０の軸方向における速度は低下しない（上昇したままである）。結果として、ドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値ＶＣＭＡは、仮着座工程開始後に増加して、高いままである（図７のＡ）。
　したがって、不良判定部１４は、仮着座工程開始からある期間後の所定時点ｔ１において、ドライバー５０の速度の累積移動平均値ＶＣＭＡを設定された累積移動平均値の閾値Ｖｔｈと比較して、ＶＣＭＡ＞Ｖｔｈならば、ねじなしによる不良が発生したと判定し、ＶＣＭＡ≦Ｖｔｈならば、正常であると判定することができる。
　また、ねじが斜め締めになっている場合は、斜めにねじ穴に螺入されたねじがねじ穴の側面に当接した時点で、一旦ドライバー５０の速度が低下する。しかし、その後、斜め締めされたねじがねじ穴に押し込まれると、ドライバー５０の速度が一時的に上昇する場合がある。したがって、この場合、ドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値ＶＣＭＡは、図７の曲線Ｂに示すように、正常な場合の速度の累積移動平均値よりやや大きいものの、ほぼ同様の変化を示す。したがって、斜め締めの場合には、所定期間におけるドライバー５０の速度の累積移動平均値は、閾値より小さい値を示すため、不良判定部１４が、ねじなしと誤って判定する可能性は低い。
　このように、所定時点（たとえば、図７に示す時点ｔ１）での、ドライバー５０の速度の累積移動平均値ＶＣＭＡを、設定された閾値Ｖｔｈと比較し、ＶＣＭＡがＶｔｈより大きいか否かで、ねじなしによる不良が発生しているか否かを判定することができる。
　また、ねじなしによる不良を判定する際に、ドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値ＶＣＭＡに基づいて判定すれば、仮着座工程の早い段階でねじなしによる不良が発生しているか否かを判定することができる。しかも、斜め締めなどのねじなしとは異なる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性が低い。さらに、不良判定のために、速度の累積移動平均ＶＣＭＡを閾値と比較する時点ｔ１は、正常時において仮着座工程が開始された時点からドライバー５０が被締結物に到達するまでの期間の何れかで設定すればよい。そのため、誤判定を防ぐために最適な速度の計測期間を設定するのも容易である。
　〔実施形態３〕
　本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の移動平均値に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。速度取得部１３は、ドライバー５０の軸方向における速度の特徴量として、所定期間におけるドライバー５０の軸方向速度を取得し、この所定期間内の適切な一定期間における速度の移動平均値ＶＭＡを算出する。不良判定部１４は、移動平均値ＶＭＡを設定された速度移動平均値の閾値Ｖｔｈと比較することによって、ねじなしによる不良の発生を判定してもよい。ここで、一定期間は、現時点から過去の一定期間である。
　上述したように、正常にねじ締めが行われる場合には、ねじがねじ穴に螺入し始める時点で、ドライバー５０の軸方向速度が急激に低下する。このため、ドライバー５０の軸方向速度の移動平均値ＶＭＡもこの時点から急激に低下する。しかし、ねじなしの不良が発生している場合には、ドライバー５０の軸方向速度が低下しないため、ドライバー５０の軸方向速度の移動平均値ＶＭＡも低下しない。したがって、正常時にねじがねじ穴に螺入開始する時点で、ドライバー５０の軸方向速度の移動平均値ＶＭＡを、設定された速度移動平均値閾値Ｖｔｈと比較することによって、ＶＭＡ＞Ｖｔｈの場合には、ねじなしの不良が発生していると判定し、ＶＭＡ≦Ｖｔｈの場合には、正常であると判定することができる。
　また、上述したように斜め締めが発生した場合には、一時的にドライバー５０の速度が上昇することがあるものの、速度移動平均値は、正常な場合とほぼ同様の変化を示す。したがって、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性は低い。
　本実施形態では、ドライバー５０の速度の特徴量として、速度の移動平均値を用いているので、ねじがねじ穴に螺入開始した時点で、急激に速度の移動平均値ＶＭＡが低下する。したがって、仮着座工程の早い時点で、ねじなしによる不良が発生したか否かを判定することができる。また、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性は低く、適切なねじなしの判定を行うことができる。
　〔実施形態４〕
　本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の中央値に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。中央値は、例えば、仮着座工程開始後のある時点から所定時点ｔ１までの所定期間における中央値である。本実施形態では、ドライバー５０の軸方向速度の特徴量として、所定期間において軸方向におけるドライバー５０の速度を計測し、計測された速度を低い順に並べた場合の速度の中央値Ｖｍを用い、速度中央値の閾値Ｖｔｈと比較してもよい。Ｖｍ＞Ｖｔｈの場合には、ねじなしによる不良が発生したと判定し、Ｖｍ≦Ｖｔｈの場合には、正常であると判定することができる。
　本実施形態においても、ねじがねじ穴に螺入開始された時点で、ドライバー５０の軸方向速度が急激に低下するに伴い、速度の中央値Ｖｍも低下し始める。これに対して、ねじなしの不良が発生している場合には、速度は低下しないため、中央値Ｖｍも変化がない。また、斜め締めの場合には、上述したように、ドライバー５０の速度が一時的に上昇する場合があるものの、これは速度の中央値にはほとんど影響しない。したがって、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性も低い。
　〔実施形態５〕
　本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の標準偏差に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。本実施形態では、所定期間における軸方向におけるドライバー５０の速度を計測し、この期間での速度の標準偏差Ｓを算出する。標準偏差Ｓの値は、正常な場合には、ドライバー５０の速度が上限速度に近づくまでは増加し、上限速度に近づいてからは減少し、ねじのねじ穴への螺入開始から速度が低い値で安定するまでは、増加する。これに対し、ねじなしの不良が発生している場合には、正常時においてねじが螺入される時点後も、それまでと変わらない速度でドライバー５０が軸方向に下降していく。そのため、ドライバー５０の速度が上限速度に達した後、標準偏差Ｓの値は小さいままである。したがって、標準偏差の閾値Ｓｔｈを設定し、正常時にねじが螺入する時点までの、標準偏差Ｓ＜Ｓｔｈであれば、ねじなしの不良が発生していると判定し、標準偏差Ｓ≧Ｓｔｈであれば、正常であると判定することができる。
　上述したように、ドライバー５０の速度が一時的に上昇する場合があるものの、これは速度の標準偏差の変化にはほとんど影響しない。したがって、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性も低い。
　なお、ねじなし判定の際に、ドライバー５０の軸方向速度の標準偏差の代わりに、速度の分散等を用いてもよい。
　以上説明したように、ねじなしの不良を判定するために、ドライバー５０の軸方向速度そのものに代わって、所定期間でのドライバー５０の軸方向速度の標準偏差等に基づいて、ねじなしの不良を精度よく、仮着座工程の早い段階で、適切に判定することができる。また、斜め締めによる不良をねじなしによる不良と誤判定することもない。
　〔まとめ〕
　〔態様１〕
　ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得部と、前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定部とを備える、ねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、仮着座工程における所定時点でのドライバーの軸方向における速度の特徴量に基づいて、ねじ締めの良否判定を行う。仮着座工程において、ねじが被締結物に入り始めると直ぐに明確な速度変化が生じる。それゆえ、仮着座工程における早い時点で、計測された速度の特徴量を算出し、この速度特徴量に基づいて、精度良く、ねじがドライバーの先端に存在するか否かのねじ締めの良否判定を行うことができる。
　〔態様２〕
　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の累積移動平均である態様１に記載のねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、精度よく、ねじなしによる不良の発生を検出することができる。また、斜め締め等をネジなしと誤って判定することがなく、早い段階で適切にネジなしを検出することができる。
　〔態様３〕
　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の移動平均である態様１に記載のねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。
　〔態様４〕
　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の中央値である態様１に記載のねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。
　〔態様５〕
　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の標準偏差である態様１に記載のねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。
　〔態様６〕
　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する態様１に記載のねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。
　〔態様７〕
　前記仮着座工程は、前記ねじの座面が被締結物に接するまでの工程である、態様１～６の何れかに記載のねじ締め不良判定装置。
　〔態様８〕
　前記仮着座工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記ねじの締め付けトルクより小さい所定トルクに達するまで行われる、態様１～７の何れかに記載のねじ締め不良判定装置。
　〔態様９〕
　ねじ締めに不良が発生したと判定されると、前記ねじが前記ドライバーの先端に存在しない不良の発生を通知する通知部を備える、態様１～８の何れかに記載のねじ締め不良判定装置。
　前記の構成によれば、ねじがドライバーの先端に存在しない不良の発生を通知することができ、例えばユーザは、ねじをドライバーの先端取り付けるなどの適切な対応をとることができる。
　〔態様１０〕
　態様１～９の何れかに記載のねじ締め不良判定装置と、前記ドライバーに回転トルクを与える第１モータと、前記ドライバーを前記軸方向に移動させる第２モータとを備える、ねじ締め装置。
　前記の構成によれば、第１モータの回転トルクに基づいて、仮着座工程を制御する共に、第２モータによるドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量に応じてねじ締めの良否判定を行うことができる。よって、仮着座工程において、ねじ締めの良否判定を行うことができる。
　〔態様１１〕
　ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじ締めを中止する態様１０に記載のねじ締め装置。
　前記の構成によれば、ねじなしの場合に、ドライバーのビットが被締結物に当接する前に、ドライバーの駆動を中止することができるので、ドライバーのビットにより被締結物を傷つけてしまうのを防ぐことができる。
　〔態様１２〕
　ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得ステップと、前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定ステップとを含む、ねじ締め不良判定方法。
　前記の構成によれば、仮着座工程における所定時点でのドライバーの軸方向における速度または速度特徴量に基づいて、ねじ締めの良否判定を行う。仮着座工程において、ねじが被締結物に入り始めると直ぐに明確な速度変化が生じる。それゆえ、仮着座工程における早い時点で、計測された速度特徴量を算出し、この速度または速度特徴量に基づいて、精度良く、ねじがドライバーの先端に存在するか否かのねじ締めの良否判定を行うことができる。
　〔態様１３〕
　態様１から９の何れかに記載のねじ締め不良判定装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記速度取得部、および、前記不良判定部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
　前記の構成によれば、制御プログラムにより、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。
　〔ソフトウェアによる実現例〕
　ＰＬＣ１０の制御ブロック（特に制御部１１、通信部１２、速度取得部１３、不良判定部１４、および通知部１５）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、ＰＬＣ１０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。
　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　　ねじ締め装置
　１０　ＰＬＣ（ねじ締め不良判定装置）
　１１　制御部
　１２　通信部
　１３　速度取得部
　１４　不良判定部
　１５　通知部
　３０　回転用サーボ（第１モータ）
　４０　往復用サーボ（第２モータ）
　５０　ドライバー

Claims (13)

  1. 　ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得部と、
    　前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定部とを備える、ねじ締め不良判定装置。
  2. 　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、
    　前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の累積移動平均である請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
  3. 　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、
    　前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の移動平均である請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
  4. 　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、
    　前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の中央値である請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
  5. 　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、
    　前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の標準偏差である請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
  6. 　前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する請求項１に記載のねじ締め不良判定装置。
  7. 　前記仮着座工程は、前記ねじの座面が被締結物に接するまでの工程である、請求項１～６の何れか１項に記載のねじ締め不良判定装置。
  8. 　前記仮着座工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記ねじの締め付けトルクより小さい所定トルクに達するまで行われる、請求項１～７の何れか１項に記載のねじ締め不良判定装置。
  9. 　ねじ締めに不良が発生したと判定されると、前記ねじが前記ドライバーの先端に存在しない不良の発生を通知する通知部を備える、請求項１～８の何れか１項に記載のねじ締め不良判定装置。
  10. 　請求項１～９の何れか１項に記載のねじ締め不良判定装置と、
    　前記ドライバーに回転トルクを与える第１モータと、
    　前記ドライバーを前記軸方向に移動させる第２モータとを備える、ねじ締め装置。
  11. 　ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじ締めを中止する請求項１０に記載のねじ締め装置。
  12. 　ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得ステップと、
    　前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定ステップとを含む、ねじ締め不良判定方法。
  13. 　請求項１から９の何れか１項に記載のねじ締め不良判定装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記速度取得部、および、前記不良判定部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
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