DE4400709B4

DE4400709B4 - Schraubenfestziehvorrichtung

Info

Publication number: DE4400709B4
Application number: DE4400709A
Authority: DE
Inventors: Junichiro Kariya Kanamori; Masafumi Kariya Matsumura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: DE4400709A1; US5469924A

Abstract

Schraubenfestziehvorrichtung mit
einem elektrischen Schraubendreher (50), dessen Bitwelle (50b) in Eingriff mit einer in ein Montageloch (Wa) eines Werkstücks (W) einzuschraubenden, mit Außengewinde versehenen Schraube (110) bringbar ist,
– einem Antriebsmechanismus (20, 30, 40), mittels dessen der Schraubendreher auf das Montageloch zu und von ihm weg bewegbar ist und eine Schubkraft auf die Bitwelle des Schraubendrehers aufbringbar ist, und mit
– einem elektrischen Steuersystem (60, 70, 80, 90, 100) zum Steuern des Betriebs des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, dass während einer Anfangsphase (201, 202), während der die Schraube (110) in Eingriff mit dem Montageloch (Wa) des Werkstücks zu bringen ist, die Bitwelle (50b) mit niedriger Drehzahl angetrieben und mit einer ersten Schubkraft beaufschlagt ist,
während einer Zwischenphase (211, 212, 213), während der die Schraube (110) in das Montageloch des Werkstücks eingeschraubt wird, die Bitwelle mit höherer Drehzahl als in der Anfangsphase angetrieben und mit einer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Festziehen verschiedener Arten von mit Außengewinde versehenen Schrauben in entsprechenden in einem Werkstück ausgebildeten Montagelöchern.

Zur Automatisierung des Schraubenfestziehvorgangs ist in den letzten Jahren die Verfügbarkeit einer Technologie erforderlich geworden, mit der verschiedene Arten von mit Außengewinde versehen Schrauben in mit Innengewinde versehenen, in einem Werkstück ausgebildeten Löchern mit hoher Geschwindigkeit festziehbar sind und mit der die Fehlerrate beim Festziehen der mit Außengewinde versehenen Schrauben abnimmt. Bei einer herkömmlichen Schraubenfestziehvorrichtung ist beispielsweise ein elektrischer Schraubendreher so angebracht, daß er von einem pneumatischen Zylinder in einer senkrechten Richtung bewegt wird, und ist ein Elektromotor für den Schraubendreher so angebracht, daß er auf ein elektrisches Signal zum Beginnen des Schraubenfestziehens hin aus einer elektrischen Stromquelle mit Strom versorgt wird. Im Betrieb wird der Schraubendreher durch die Tätigkeit des pneumatischen Zylinders abwärtsbewegt und die Bitwelle des Schraubendrehers wird vom Elektromotor drehangetrieben, um eine mit Außengewinde versehene Schraube in das entsprechende, mit Innengewinde versehene Loch mit einem vorbestimmten Drehmoment einzuschrauben und festzuziehen.

Bei der herkömmlichen Schraubenfestziehvorrichtung kann die senkrechte Bewegung des Schraubendrehers nicht in geeigneter Weise gesteuert werden. Aus diesem Grunde besteht die Gefahr, daß das offene Ende des Gewindeloches durch Anlage der Schraube beschädigt wird und dadurch ein unnormaler Eingriff hervorgerufen wird. Da die Bitwelle des Schraubendrehers mit einer konstanten Drehzahl angetrieben wird, wird die Arbeitszeit zum Festziehen der Schraube notwendigerweise verlängert, wenn die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers zum Vermindern der Fehlerrate des Schraubenfestziehvorgangs herabgesetzt wird. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers zur Verkürzung der Arbeitszeit zum Festziehen der Schraube erhöht wird, tritt ein unnormaler Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch verstärkt auf und die Genauigkeit des auf die Schraube aufgebrachten Drehmoments kann aufgrund der Trägheit des Schraubendrehers, die durch die Vergrößerung der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors hervortritt, nicht stabilisiert werden.

Um diese Probleme zu lösen, wurde in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 64-11740 vorgeschlagen, die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers unter Steuerung eines Zeitgebers zu verändern, um das anfängliche Einschrauben mit hoher Geschwindigkeit und das Festziehen am Ende mit geringer Geschwindigkeit durchzuführen. Bei einer solchen Steuerung des Schraubendrehers kann die Festziehgeschwindigkeit der Schraube nicht entsprechend der Festziehbedingung der Schraube gesteuert werden. Es ist daher schwierig, den Beginn des Eingriffs mit dem Gewindeloch festzustellen. Wenn die Bitwelle des Schraubendrehers mit hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt, bevor die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch gebracht wird, ist kein normaler Eingriff der Schraube zu erwarten, was zu einem Fehler beim Schraubenfestziehen führt. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Schraubendrehers entsprechend dem Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch ohne geeignete Steuerung der auf die Bitwelle wirkende Schubkraft geschieht, wird ein Fehler beim Schraubenfestziehen auftreten.

In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-202236 wurde vorgeschlagen, den anfänglichen Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch auf Basis eines dem Elektromotor des Schraubendrehers zugeführten Eingangsstroms festzustellen, um die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle zu steuern. Dieser Eingangsstrom des Elektromotors wird jedoch zu einem Zeitpunkt erhöht, zu dem die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch des Werkstücks gebracht wird. Dies bedeutet, daß der Zeitpunkt zum Erhöhen des Eingangsstromes nicht dem anfänglichen Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch entspricht. Es leuchtet daher ein, daß, falls die Bitwelle des Schraubendrehers trotz eines schlechten Eingriffes der Schraube mit dem Gewindeloch mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wurde, ein Fehler beim Schraubenfestziehen auftritt.

Aus der US 4,922,436 ist eine Schraubenfestziehvorrichtung bekannt, bei der in einem ersten Schritt ein Roboter unter Steuerung einer Steuereinrichtung einen Schraubendreher in eine Einschubposition bewegt. Anschließend werden ein Drehmoment, eine axiale Schubkraft und eine Drehzahl auf Anfangswerte gesetzt. Ein Luftzylinder schiebt dann einen Schlitten vor, auf dem der Schraubendreher angeordnet ist. Gleichzeitig beginnt ein Motor des Schraubendrehers zu drehen, wobei ein interner Zähler die Anzahl der Umdrehungen des Schraubendrehers zählt. Die Drehzahl des Motors wird dann auf einen maximalen Wert erhöht. Die Steuereinrichtung überprüft dann, ob ein Signal eines Positionssensors anzeigt, dass eine Schraube annähernd voll in ein Bauteil eingeschraubt ist. Wenn die Schraube voll eingeschraubt ist, werden Drehmoment, Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl auf Endwerte eingestellt, um eine "menschenähnliche" Beendigung des Einschraubens zu bewirken. Eine Eigenart der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass mit Positionssensoren gearbeitet wird, wodurch der Aufbau der Vorrichtung verkompliziert wird, und das Drehmoment, axialer Vorschub und Drehzahl in mehreren Schritten auf unterschiedliche Werte eingestellt werden, wobei der Motor des Schraubendrehers zusätzlich auf eine Höchstdrehzahl gebracht wird.

Um die geschilderten Probleme zu lösen, haben die Erfinder herausgefunden, daß folgende Tatsachen zum Verkürzen der Schraubenfestziehzeit und zum Vermindern der Fehlerrate beim Schraubenfestziehen erforderlich sind.

1) Beenden des Schraubenfestziehens innerhalb einer kurzen Zeitdauer;
2) Vermeiden des Auftretens eines Fehlers beim Schraubenfestziehen, der dadurch verursacht wird, daß die in Eingriff mit dem Gewindeloch befindliche Schraube verschlissen wird, der Schraubenkopf zerrieben wird, die Schraube frei dreht und ähnliches;
3) Feststellen des Auftretens eines Fehlers beim Schraubenfestziehen;
4) Korrigieren eines Unterweisungspunktes (teaching point) zur Fehlervermeidung beim Schraubenfestziehen.

Wenn die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle zur Verkürzung der Schraubenfestziehzeitdauer erhöht wird, treten Fehler beim Schraubenfestziehen auf, wie ein Verschleißen der Schraube beim anfänglichen Eingriff in das Gewindeloch, Verminderung der Genauigkeit bei der Drehmomentsteuerung, Beschädigung des Schraubenkopfes und ähnliches. Um solche Probleme zu vermeiden, haben die Erfinder die oben genannten Phänomene genau analysiert und herausgefunden, daß die Schraubenfestziehzeit ohne jedwelchen Fehler beim Schraubeneindrehen bzw. Festziehen verkürzt werden kann, wenn die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle bei dem anfänglichen Eingriff der Schraube und vor der Vergrößerung des Einschraub- bzw. Festziehmoments vermindert wird und bei der anderen Gelegenheit vergrößert wird.

Desweiteren wird der Fehler beim Schraubenfestziehen durch verschiedene Phänomene verursacht, wie einem schlechten Eingriff zwischen Bitwelle und Schraube, einem Verschleißen des Schraubenkopfes oder des Gewindeloches oder ähnliches. Diese Phänomene treten auf, wenn eine auf die Schraube aufgebrachte Vorschubkraft beim Einschrauben in das Gewindeloh ungeeignet ist. Als Analyseergebnis dieser Phänomene wurde herausgefunden, daß die auf den Schraubenkopf wirkende Schubkraft so gesteuert werden muß, daß sie 20 bis 30% des Festziehmoments beträgt, ohne daß dadurch ein Freikommen der Bitwelle von dem Schraubenkopf verursacht wird. Wenn auf die Schraube eine sehr große Schubkraft wirkt, bevor die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch gebracht ist, wird das Gewindeloch beschädigt oder beim Eingriff mit der Schraube tritt ein Blokieren auf. Entsprechend ist es wünschenswert, die Schubkraft der Bitwelle entsprechend den folgenden Stufen zu steuern.

1) Vorschub der Schraube, um sie in Eingriff mit dem Gewindeloch zu bringen.
2) Aufsetzen der Schraube auf dem Werkstück nach dem Eingriff in das Gewindeloch und
3) Erhöhen des Festziehmoments des Schraubendrehers nach dem Aufsetzen der Schraube am Werkstück.

Für eine solche Steuerung der Schubkraft ist es notwendig, den Einschraubzustand der Schraube festzustellen. Da das Einschraub- bzw. Festziehmoment sich vor und nach Eingriff mit dem Gewindeloch nur um einen kleinen Betrag ändert, ist es unmöglich, den Beginn des Eingriffs der Schraube in das Gewindeloch mittels des Drehmoments oder der Drehstellung der Bitwelle festzustellen. Es ist jedoch ersichtlich, daß das distale Ende der Bitwelle an der gleichen Stelle plaziert ist, wenn die Schraube beim Vorschieben durch Eingriff mit der Bitwelle frei dreht. Wenn die Schraube in Eingriff mit dem Gewindeloch gebracht ist, wird die Bitwelle um die Ganghöhe bzw. die Steigung des Außengewindes der Schraube vorgeschoben. Entsprechend kann der Beginn des Eingriffs mit dem Gewin deloch durch Bewegen der Bitwelle festgestellt werden. Da das Drehmoment der Bitwelle zunimmt, wenn die Schraube am Werkstück aufsetzt, kann das Aufsetzen der Schraube durch eine Änderung des Drehmoments der Bitwelle festgestellt werden. Die Genauigkeit der Feststellung des Aufsetzens ist jedoch unter einer hohen Drehgeschwindigkeit der Bitwelle nicht sichergestellt. Es ist daher notwendig, die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle vor dem Aufsetzen der Schraube zu vermindern. Zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Bitwelle kann der Aufsetzzeitpunkt der Schraube auf der Basis des Zeitpunktes des anfänglichen Eingriffs der Schraube, der Drehgeschwindigkeit der Bitwelle und der Ganghöhe bzw. Steigung des Außengewindes der Schraube abgeschätzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubenfestziehvonichtung zu schaffen, mit der eine Schraube innerhalb kurzer Zeit und problemlos in einem Montageloch eines Werkstücks fest eingeschraubt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Schraubenfestziehvonichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Schraubenfestziehvorrichtung arbeitet ohne Positions- bzw. Abstandssensoren und in drei Phasen, während derer Drehzahl und Vorschub auf unterschiedliche Werte eingestellt werden.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet.

Der Anspruch 2 kennzeichnet Einzelheiten eines Vorgangs, in dem festgestellt wird, ob eine einzuschraubende Schraube in Eingriff mit einem Montageloch ist.

Der Anspruch 3 ist auf den Vorgang gerichtet, bei dem überprüft wird, ob eine Schraube normal bzw. fehlerfrei eingeschraubt wird.

Der Anspruch 4 kennzeichnet den Vorgang, in dem festgestellt wird, ob eine Schraube korrekt festgezogen worden ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird zusätzliche Sicherheit beim Überprüfen eines einwandfreien Einschraubens erzielt.

Der Anspruch 6 kennzeichnet vorteilhafte konstruktive Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Der Anspruch 7 ist auf eine vorteilhafte Ausbildung der Steuereinrichtung gerichtet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
1 eine schematische Ansicht einer Schraubenfestziehvorrichtung
2 ein Blockschaltbild eines elektrischen Steuersystems der Schraubenfestziehvor richtung gemäß 1
3 eine Grafik, die die Drehgeschwindigkeit, das Drehmoment einer Bitwelle und eine auf die Bitwelle wirkende Schubkraft in Abhängigkeit von einem Festziehvorgang der Schraube zeigt,
4A ein Schaltbild einer Servo-Steuereinheit zum Antrieb einer senkrechten Vorschubspindel gemäß 1,
4B ein Schaltbild einer Servo-Steuereinheit zum Antrieb der Bitwelle gemäß 1 und
5 bis 9 ein von einem in 2 dargestellten Mikroprozessor ausgeführtes Steuerprogramm.
Bezugnehmend auf 1 ist eine Schraubenfestziehvorrichtung dargestellt, die eine aufrechte Tragstruktur 10 umfaßt, welche an einem stationären Rahmen (nicht dargestellt) angebracht ist, und eine senkrechte Vorschubspindel 20, die an ihrem oberen Endbereich 21 von einem oberen Arm 11 der Tragstruktur 10 und an ihrem unteren Endbereich 22 von einem unteren Arm 12 der Tragstruktur 10 gehalten ist. Ein Gleichstrom-Servomotor 30 ist an dem oberen Arm 11 der Tragstruktur 10 koaxial mit der Vorschubspindel 20 angebracht und mit dem oberen Ende der Vorschubspindel 20 antriebsmäßig verbunden. Ein bewegliches Haltebauteil 40 hat einen Hauptteil 41, der an seinem mit Innengewinde versehenen Gewindeloch für eine senkrechte Bewegung in Eingriff mit der Vorschubspindel 20 ist. An einem Armteil 42 des beweglichen Haltebauteils 40 ist ein elektrischer Schraubendreher 50 angebracht, der einen Gleichstrom-Servomotor 50a, der an dem Armteil 42 des beweglichen Haltebauteils 40 koaxial zu einem Durchgangsloch 42 angebracht ist, und eine Bitwelle 50b (Schraubendrehereinsatzwelle) umfaßt, die antriebsmäßig an ihrem Basisende mit dem Servomotor 50a verbunden ist. Die Bitwelle 50b ist parallel zur Vorschubspindel mit dem Servomotor 50a verbunden ist. Die Bitwelle 50b ist parallel zur Vorschubspindel 20 angeordnet, um vom Servomotor 50a angetrieben zu werden. Koaxial zur Bitwelle 50b ist ein beweglicher Greifer 50c angebaut, der von dem Armteil 42 des beweglichen Haltebauteils 40 mittels einer Schraubenfeder 50d getragen wird.
Gemäß 1 und 2 umfaßt ein elektrisches Steuersystem der Schraubenfestziehvonichtung einen Codeumsetzer 60 der Drehbauart, welcher koaxial am Servomotor 30 angebracht ist, um einen Drehbetrag des Servomotors 30 zu messen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das einen Drehbetrag der Vorschubspindel 20 darstellt. In diesem Beispiel stellt der Drehbetrag der Vorschubspindel 20 den Betrag der Abwärtsbewegung des distalen Endes 51 der Bitwelle 50b von ihrem oberen Hubende aus dar. Bei dieser Ausführungsform wird der Bewegungsbetrag der Bitwelle 50b als Null dargestellt, wenn der Drehbetrag der Vorschubspindel 20 Null ist. Ein Codeumsetzer 70 der Drehbauart ist koaxial an dem Servomotor 50a angebracht, um den Drehbetrag des Servomotors 50a zu messen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das den Drehbetrag der Bitwelle 50b darstellt. Das elektrische Steuersystem enthält einen Mikrocomputer 80, der mit den Codeumsetzern 60, 70 und Servo-Steuereinheiten 90 und 100 zusammenarbeitet, um ein Steuerprogramm entsprechend den in den 5 bis 9 dargestellten Flußdiagrammen auszuführen. Während der Ausführung des Steuerprogramms berechnet der Mikrocomputer 80 Daten, die zur Steuerung der Servo-Steuereinheiten 90 und 100 erforderlich sind. Der Mikrocomputer 80 enthält einen Festwertspeicher oder ROM zum vorläufigen Speichern des Steuerprogramms und von Daten, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind.
Tabelle 1
Die Daten der Tabelle 1 werden wie im folgenden beschrieben bestimmt. Gemäß 3 werden die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle, die Schubkraft der Vorschubspindel und das Drehmoment der Bitwelle in Beziehung zu einer Festziehfolge der mit Außengewinde versehenen Schraube (im folgenden nur Schraube) bestimmt. In einer Anfangsphase der Festziehfolge ist die Schraube 110 derart angeordnet, daß sie in Eingriff mit dem mit Innengewinde versehenen Schraubenloch Wa (im folgenden nur Montageloch) des Werkstücks W zu bringen ist. In einer Zwischenphase der Festziehfolge wird die Schraube 110 in das Montageloch Wa des Werkstücks W eingeschraubt, um an ihrem Kopfteil am Werkstück W aufgesetzt zu werden. In einer Endphase der Festziehfolge wird die Schraube 110 festgezogen und an ihrem Kopfteil am Werkstück W festgesetzt.
Die Schubkraft der Vorschubspindel 20 stellt eine Schubkraft dar, die zur senkrechten Bewegung auf den elektrischen Schraubendreher 50 wirkt und einer Schubkraft entspricht, die auf den Kopfteil der Schraube 110 am distalen Ende der Bitwelle 50b wirkt. Gemäß 3 wird die Schubkraft der Vorschubspindel 20 als die erste, zweite und dritte Schubkraft entsprechend den jeweiligen Phasen der Festziehfolge für eine optimale Einstellung bestimmt. Im vorliegenden Fall wird die erste Schubkraft als ein kleiner Wert bestimmt, um die Schraube 110 einwandfrei in Eingriff mit dem Montageloch Wa zu bringen, ohne daß eine Schrägstellung hervorgerufen wird. Die zweite Schubkraft wird größer als die erste Schubkraft bestimmt, um die Schraube 110 in das Montageloch Wa einzuschrauben, ohne daß eine Schrägstellung hervorgerufen wird. Die dritte Schubkraft wird größer als die zweite Schubkraft bestimmt, um die Schraube 110 fest anzuziehen, ohne ihren Kopfteil zu beschädigen.
Gemäß 3 wird die Drehgeschwindigkeit der Bitwelle als die erste, zweite und dritte Drehgeschwindigkeit entsprechend den jeweiligen Phasen der Festziehfolge bestimmt bzw. festgelegt. In dem vorhandenen Fall wird die erste Drehgeschwindigkeit als eine niedrige Drehgeschwindigkeit bestimmt, um die Schraube 110 einwandfrei in Eingriff mit dem Montageloch Wa zu bringen; die zweite Drehgeschwindigkeit wird höher als die erste Drehgeschwindigkeit bestimmt, um die Schraubenfestziehdauer zu verkürzen; die dritte Drehgeschwindigkeit wird geringer als die erste Drehgeschwindigkeit festgelegt, um die Schraube mit einem stabilen Drehmoment festzuziehen. Das unnormale Drehmoment stellt ein erheblich höheres Drehmoment dar, das auf die Bitwelle in der Zwischenphase der Festziehfolge aufgebracht wird, wie mit einer unterbrochenen Linie in 3 dargestellt. Beispielsweise wird das unnormale Drehmoment durch einen unnormalen Eingriff der Schraube 110 mit dem Montageloch Wa hervorgerufen. Das Einstelldrehmoment stellt ein maximales Drehmoment dar, das auf die Schraube 110 in der Endphase der Festziehfolge aufgebracht wird. Die Länge der Schraube 110 stellt die Länge des Gewindebereiches der Schraube 110 dar. Der Drehbetrag vor dem Aufsetzen stellt einen Drehbetrag der Bitwelle 150 dar, der erfolgen muß, bevor die Schraube 110 mit ihrem Kopfteil am Werkstück W aufsetzt. Das Drehausmaß bei unnormalem Eingriff stellt ein Ausmaß des Drehbetrages der Bitwelle bei Auftreten eines unnormalen Eingriffs zwischen Schraube und Montageloch dar.
Der Rechner 80 ist an ein Eingabegerät 80a angeschlossen, das von einer Bedienungsperson betätigbar ist, wenn ein loser Zustand der in das Montageloch Wa eingeschraubten Schraube 110 festgestellt wird. Das Eingabegerät 80a erzeugt bei Betätigung durch die Bedienungsperson ein Fehlersignal und führt es dem Mikrocomputer 80 zu. Wenn ein Steuersignal zum Ausführen von Schub der Vorschubspindel vom Mikrocomputer 80 gemäß 4(A) anliegt, addiert die Servo-Steuereinheit 90 die gespeicherte Schubkraft zu einem Rückkopplungswert eines Antriebsstroms I, multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor Kf, und multipliziert das Ergebnis der Addition mit einem Verstärkungsfaktor Kg, um das Ergebnis der Multiplikation als Antriebsstrom I dem Servomotor 30 zuzuführen. Wenn das Steuersignal zum Ausführen von Schub der Vorschubspindel aus dem Rechner 80 gemäß 4(B) anliegt, addiert die Servo-Steuereinheit 100 die gespeicherte Schubkraft zu einem Rückkopplungswert des Antriebsstroms J, multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor K_F und multipliziert das Ergebnis der Addition mit einem Verstärkungsfaktor K_G, um das Ergebnis der Multiplikation als Antriebsstrom J dem Servomotor 50a über einen Analogschalter 101 zuzuführen.
Der Analogschalter 101 ist so ausgebildet, daß er in Antwort auf ein von einem Komparator 102 her anliegendes Hochpegelsignal öffnet und in Antwort auf ein von dem Komparator 102 her anliegendes Niedrigpegelsignal schließt. Auf diese Weise wird dem Servomotor 50a nur Antriebsstrom J zugeführt, wenn der Analogschalter 101 geschlossen ist. Der Komparator 102 ist so ausgebildet, daß er den Rückkopplungswert des Antriebsstroms J mit dem Antriebsstrom der Bitwelle vergleicht, entsprechend dem gespeicherten vom Mikrocomputer 80 her anliegenden Einstelldrehmoment. Wenn der Rückkopplungswert des Antriebsstroms J kleiner als der Antriebsstrom der Bitwelle ist, erzeugt der Komparator 102 daraus ein Niedrigpegelsignal und legt es an den Analogschalter 101 an. Wenn der Rückkopplungswert des Antriebsstroms J größer als der Antriebsstrom der Bitwelle wird, erzeugt der Komparator 102 daraus ein Hochpegelsignal und legt es an den Analogschalter 101 an.
Unter der Annahme, daß die Schraube 110 dem Greifer 50c, wie in 1 dargestellt, zugeführt wurde, wird die Schraube 110 vom Greifer 50c getragen und koaxial zur Bitwelle 50b angeordnet. Die Ganghöhe des Gewindes der Schraube 110 wird zu Pn bestimmt. Wenn die Schraubenfestziehvorrichtung in dem oben beschriebenen Zustand aktiviert wird, beginnt der Mikrocomputer 80 das Steuerprogramm beim Schritt 200 gemäß 5 auszuführen. Im folgenden Schritt 201 liest der Mikrocomputer die erste Schubkraft der Vorschubspindel und die erste Drehgeschwindigkeit der Bitwelle aus und veranlaßt das Programm zum Schritt 202 überzugehen. Im Schritt 202 legt der Mikrocomputer 80 das erste bzw. das zweite Steuersignal, das die erste Schubkraft bzw. die erste Drehgeschwindigkeit darstellt, an die Servo-Steuereinheiten 90 und 100. Auf das erste Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 90 einen Antriebsstrom J zum Erzeugen der ersten Schubkraft und führt diesen dem Servomotor 30 zu. Der Servomotor 30 drehantreibt auf diese Weise die Vorschubspindel 20, wodurch der eletrische Schraubendreher 50 für seine Abwärtsbewegung mit der ersten Schubkraft beaufschlagt wird.
Auf das zweite Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 100 einen Antriebsstrom J zum Drehen der Bitwelle mit einer ersten Drehgeschwindigkeit und führt diesen dem Servomotor zu. Der Servomotor 50a dreht somit die Bitwelle 50b mit der ersten Drehgeschwindigkeit.
Nach Abarbeiten des Schrittes 202 werden dem Mikrocomputer 80 im Schritt 203 Ein gangssignale von den Codeumsetzern 60 und 70 zugeführt, um von dem Drehbetrag der Bitwelle 50b den Drehbetrag der Vorschubspindel 20 abzuziehen, um den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b je Umdrehung zu berechnen. Im folgenden Schritt 210 vergleicht der Mikrocomputer 80 den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b mit der Ganghöhe der Schraube 110. Unter der Annahme, daß die Schraube 110 so angeordnet ist, daß sie in Eingriff mit dem Montageloch Wa zu bringen ist, wird der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b so aufrecht erhalten, daß er größer als die Ganghöhe der Schraube 110 ist. Wenn die Schraube 110 auf das Montageloch Wa gedrückt wird, wird der Betrag der Abwärtsbewegung der Schraube 110 ohne jedwelche Änderung aufrecht erhalten. Wenn die Schraube 110 einwandfrei in Eingriff mit dem Gewindeloch Wa ist, wird der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b gleich der Steigung bzw. Ganghöhe der Schraube 110, da das Ausmaß der Vorwärtsbewegung der Bitwelle 50b durch die Ganghöhe der Schraube 110 definiert ist.
Der Mikrocomputer 80 bestimmt somit im Schritt 210 eine "Ja"-Antwort, wenn der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b gleich der Ganghöhe der Schraube 110 wird. In diesem Fall wird die Schraube 110 unter Steuerung der Schubkraft der Vorschubspindel 20 und der Drehgeschwindigkeit der Bitwelle 50a in Eingriff mit dem Montageloch Wa gebracht, ohne daß irgendeine Schrägstellung hervorgerufen wird. Wenn der Mikrocomputer 80 im Schritt 210 "Nein"-Antwort entscheidet, schreitet das Programm zum Schritt 220 weiter, wo der Mikrocomputer 80 entscheidet, ob oder ob nicht der Drehbetrag der Bitwelle 50b im Ausmaß eines unnormalen Drehbetrags liegt. Wenn die Antwort des Schritts 220 "Ja" ist, schreitet das Programm zum Schritt 221 weiter, wo der Mikrocomputer 80 ein Unnormalsignal ausgibt, das einen unnormalen Eingriff der Schraube 110 anzeigt, und führt dies den Servo-Steuereinheiten 90 und 100 zu. Im folgenden Schritt 222 beendet der Mikrocomputer 80 die Abarbeitung für das Festziehen der Schraube 110. Wenn sie vom Mikrocomputer 80 her mit einem Unnormalsignal beaufschlagt werden, beenden die Servo-Steuereinheiten 90 und 100 die Erzeugung der Antriebsströme, um die Servomotoren 30 und 50a zu deaktivieren. Wenn die Antwort im Schritt 22 "Nein" ist, schaltet der Mikrocomputer 80 das Programm zum Schritt 203 zurück, um den Schritt 210 abzuarbeiten.
Wenn im Schritt 210 die "Ja"-Antwort bestimmt wird, schreitet das Programm zum Schritt 210a weiter, in dem der Mikrocomputer 80 die Lage des distalen Endes 51 der Treiberwelle 50b bestimmt, basierend auf den Drehbetragsdaten, die vom Codeumsetzer 60 geliefert werden, und speichert sie als eine distale Endlage P₁. Anschließend liest der Mikrocomputer die gespeicherte zweite Schubkraft der Vorschubspindel 20 im Schritt 211 und die gespeicherte zweite Drehgeschwindigkeit der Bitwelle 50b im Schritt 212 aus. Im folgenden Schritt 213 legt der Mikrocomputer 80 ein drittes bzw. viertes Steuersignal, welches die zweite Schubkraft bzw. zweite Drehgeschwindigkeit darstellt, an die Servo-Steuereinheiten 90 bzw. 100. Auf das dritte Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 90 einen Antriebsstrom I zum Erzeugen der zweiten Schubkraft und legt diesen an den Servomotor 30. Der Servomotor 30 dreht daraufhin die Vorschubspindel 20, wodurch der elektrische Schraubendreher 50 für eine Abwärtsbewegung mit der zweiten Schubkraft beaufschlagt wird. Auf das vierte Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 100 einen Antriebsstrom I zum Drehen der Bitwelle 50b mit der zweiten Drehgeschwindigkeit und führt diesen dem Servomotor 50a zu. Der Servomotor 50a dreht daraufhin die Bitwelle 50b mit der zweiten Drehgeschwindigkeit. Dies bewirkt, daß die Schraube 110 mit der zweiten Drehgeschwindigkeit dreht und sich unter der zweiten Schubkraft abwärts bewegt. Im Ergebnis wird die Schraube 110 in das Montageloch Wa innerhalb kurzer Zeit eingeschraubt, ohne daß irgendeine Schrägstellung hervorgerufen wird.
Nach Ausführen des Schrittes 213 bestimmt der Mikrocomputer 80 im Schritt 230, ob der Drehbetrag der Schraube 110 zu dem Drehbetrag geworden ist, bei dem die Schraube 110 am Werkstück W aufsetzt. In diesem Fall stellt der Drehbetrag für das Aufsetzen der Schraube 110 den Betrag der Vorwärtsbewegung (Pn – 1) der Schraube in das Gewindeloch dar. Der Mikrocomputer 80 berechnet den Betrag an Vorwärtsbewegung der Schraube 110 in das Gewindeloch Wa, basierend auf den vom Codeumsetzer 70 gelieferten Drehbetrags daten in Beziehung zu der gespeicherten Länge und Ganghöhe der Schraube. Wenn der Betrag an Vorwärtsbewegung der Schraube gleich dem Drehbetrag für das Aufsetzen der Schraube 110 am Werkstück W wird, entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 230 und veranlaßt das Programm, zum Schritt 231 gemäß 7 voranzugehen. Wenn die Antwort im Schritt 230 "Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 240 weiter, in dem der Mikrocomputer 80 entscheidet, ob das Drehmoment der Bitwelle normal oder unnormal ist. Wenn der Eingriff der Schraube mit dem Gewindeloch in einem unnormalen Zustand ist, ist das Drehmoment der Bitwelle erheblich erhöht, was zu einer erheblichen Zunahme des Antriebsstroms I für die Bitwelle führt. Wenn der Antriebsstrom I für die Bitwelle größer als der ein unnormales Drehmoment anzeigende unnormale Strom wird, entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 240 und veranlaßt das Programm zum Schritt 241 überzugehen, in dem der Mikrocomputer 80 ein Fehlersignal ausgibt, das den unnormalen Eingriff der Schraube anzeigt, und führt dieses den Servo-Steuereinheiten 90 und 100 zu. In dem folgenden Schritt 242 beendet der Mikrocomputer 80 somit die Bearbeitung des Festziehens der Schraube. Wenn an ihnen ein Fehlersignal vom Mikrocomputer 80 anliegt, unterbrechen die Servo-Steuereinheiten 90 und 100 die Erzeugung des Antriebsstromes, um die Servomotoren 30 und 50a zu deaktivieren. Wenn die Antwort im Schritt 240 "Nein" ist, bringt der Mikrocomputer 80 das Programm zum Schritt 230 zurück.
Wenn im Schritt 230 "Ja"-Antwort entschieden wird, liest der Mikrocomputer 80 die gespeicherte dritte Schubkraft der Vorschubspindel 20 im Schritt 231 und die gespeicherte dritte Drehgeschwindigkeit der Bitwelle im Schritt 232 aus. Im folgenden Schritt 233 legt der Mikrocomputer 80 ein fünftes bzw. sechstes Steuersignal, das die dritte Schubkraft bzw. die dritte Drehgeschwindigkeit darstellt, an die Servo-Steuereinheit 90 bzw. 100. Auf das fünfte Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 90 einen Antriebsstrom I zum Erzeugen der dritten Schubkraft und legt diesen an den Servomotor 30. Der Servomotor 30 dreht daraufhin die Vorschubspindel 20, um dadurch den elektrischen Schraubendreher 50 für dessen Abwärtsbewegung mit der dritten Schubkraft zu beaufschlagen. Auf das sechste Steuersignal hin erzeugt die Servo-Steuereinheit 100 einen Antriebsstrom I zum Drehen der Bitwelle 50b mit der dritten Drehgeschwindigkeit und führt diesen dem Servomotor 50a zu. Der Servomotor 50a dreht daraufhin die Bitwelle 50b mit der dritten Drehgeschwindigkeit. Dies bewirkt, daß die Schraube 110 mit der dritten Drehgeschwindigkeit dreht und sich unter der dritten Schubkraft abwärts bewegt. Im Ergebnis wird die Schraube 110 in das Montageloch Wa hinein festgezogen und mit seinem Kopfteil in einen stabilen Zustand auf Sitz am Werkstück W gebracht.
Nach Abarbeiten des Schrittes 233 entscheidet der Mikrocomputer 80 im folgenden Schritt 250, ob das Drehmoment der Bitwelle 50b gleich dem gespeicherten Einstelldrehmoment geworden ist oder nicht. Wenn der dem Drehmoment der Bitwelle entsprechende Antriebsstrom gleich dem dem Einstelldrehmoment entsprechenden Antriebsstrom wird, entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 250 und bewirkt, daß das Programm zum Schritt 251 gemäß 8 weitergeht. Im Schritt 251 bestimmt der Mikrocomputer 80 das distale Ende 51 der Bitwelle 50b, basierend auf den Drehbetragsdaten vom Codeumsetzer 60, und speichert es als distale Endlage P₂. Im folgenden Schritt 252 berechnet der Mikrocomputer 80 den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b, basierend auf der Differenz P₁ – P₂ zwischen den gespeicherten distalen Endlagen und speichert den berechneten Betrag der Abwärtsbewegung. Nachfolgend bestimmt der Rechner 80 im Schritt 270, ob ein Flag F "1" ist oder nicht. In diesem Fall stellt das Flag F die Tatsache dar, daß obere und untere Grenzwert Pmax und Pmin des Betrages der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) erkannt worden sind. Wenn die Antwort im Schritt 270 "Nein" ist, veranlaßt der Mikrocomputer 80 das Programm zum Schritt 280 gemäß 9 weiterzugehen. Wenn in diesem Fall die Bedienungsperson einen losen Zustand (float-condition) der in das Montageloch Wa eingeschraubten Schraube 110 feststellt, wird das Eingabegerät 80a von der Bedienungsperson betätigt, um an den Mikrocomputer 80 ein Fehlersignal zu geben. Der Mikrocomputer 80 bestimmt im Schritt 280 dann eine "Nein"-Antwort und löscht den gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) im Schritt 281.
Wenn die Schraube 110 im Montageloch Wa, ohne daß irgendein loser Zustand (float) verursacht wurde, sicher festgezogen ist, entscheidet der Mikrocomputer "Ja"-Antwort im Schritt 280 und veranlaßt das Programm, zum Schritt 290 voranzuschreiten. Wenn in dieser Phase die gespeicherte Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) größer als der obere Grenzwert Pmax wird entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 290 und veranlaßt das Programm zum Schritt 291 weiterzugehen. Im Schritt 291 erkennt der Mikrocomputer 80 den gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) als oberen Grenzwert Pmax und veranlaßt das Programm, zum Schritt 310 weiterzugehen. Wenn die Antwort im Schritt 290 "Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 300 weiter, in dem der Mikrocomputer 80 entscheidet, ob der gespeicherte Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) kleiner als der untere Grenzwert Pmin ist. Wenn die Antwort im Schritt 300 "Ja" ist, erkennt der Mikrocomputer 80 im Schritt 301 den gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) als den unteren Grenzwert Pmin und veranlaßt das Programm zum Schritt 310 weiterzugehen. Wenn die Antwort im Schritt 300 "Nein" ist, veranlaßt der Mikrocomputer 80 das Programm zum Schritt 310 weiterzugehen.
Wenn das Programm, wie oben beschrieben, zum Schritt 310 weitergeht, entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Nein"-Antwort und bringt das Programm zum Schritt 201 zurück, bis die Anzahl der Erkennungsvorgänge im Schritt 291 und 301 20 wird. Der Mikrocomputer 80 wiederholt somit das Abarbeiten in den Schritten 201 bis 310 zum Festziehen einer Mehrzahl von Schrauben im jeweiligen Gewindeloch mehrerer Werkstücke. Während des wiederholten Abarbeitens im Schritt 201 bis 310 entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 290, wenn ein neu gespeicherter Betrag; der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) größer als der vorher erkannte obere Grenzwert Pmax ist und erkennt den neu gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) als den oberen Grenzwert Pmax im Schritt 291. Ähnlich entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"--Antwort im Schritt 300, wenn der neu gespeicherte Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) kleiner als der vorher erkannte untere Grenzwert Pmin ist und erkennt den neu gespeicherten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) als den unteren Grenzwert Pmin im Schritt 301. Wenn die Anzahl der Erkennungsvorgänge im Schritt 291 und 301 20 wird, entscheidet der Mikrocomputer 80 im Schritt 310 eine "Ja"-Antwort und veranlaßt das Programm, zum Schritt 311 weiterzugehen. Im Schritt 311 bestimmt der Mikrocomputer 80 den neu erkannten oberen Grenzwert Pmax als den letzten oberen Zielgrenzwert Pmax und bestimmt den neu erkannten unteren Grenzwert Pmin als den letzten unteren Zielgrenzwert Pmin. Gleichzeitig setzt der Mikrocomputer 80 das Flag F im Schritt 311 auf "1" und beendet die Abarbeitung des Steuerprogramms im Schritt 320.
Wenn die Antwort im Schritt 250 während der wiederholten Ausführung von Schritt 201 bis 310 "Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 260 weiter, in dem der Mikrocomputer 80 bestimmt ob der Drehbetrag der Bitwelle 50b den gespeicherten Bezugsdrehbetrag erreicht. In diesem Fall wird festgestellt, daß der Bezugsdrehbetrag größer ist als der Drehbetrag der Bitwelle 50b, der der Ganghöhe Pn der Schraube entspricht und eine freie Drehung der Bitwelle 50b darstellt. Wenn die Antwort im Schritt 260 "Ja" ist, geht das Programm zum Schritt 261 weiter, in dem der Mikrocomputer 80 daraus ein Fehlersignal herleitet und dieses den Servo-Steuereinheiten 90 und 100 zuführt. Die Servo-Steuereinheiten beenden die Erzeugung des Antriebsstromes auf das Fehlersignal hin und deaktivieren die Servomotoren 30 und 50a, und der Mikrocomputer 80 beendet die Abarbeitung für das Festziehen der Schraube im Schritt 262.
Es sei angenommen, daß eine neue Schraube 110 dem Greifer 50c zugeführt wurde nachdem die Endzielgrenzwerte Pmax, Pmin und das Flag F = 1 in einem Back-up-Speicher des Mikrocomputers 80 gespeichert wurden; der Mikrocomputer 80 führt die Bearbeitung im Schritt 200 bis 252 in gleicher Weise, wie oben beschrieben durch, um den Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) der Bitwelle 50b zu berechnen. In diesem Fall entscheidet der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 270, da F = 1, und entscheidet im Schritt 330, ob der neu berechnete Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) größer als der untere Endzielgrenzwert Pmin und kleiner als der obere Endzielgrenzwert Pmax ist. Wenn die Antwort im Schritt 330 "Ja" ist, geht das Programm zum Schritt 331 weiter, in dem der Mikrocomputer 80 die Tatsache feststellt, daß die neue Schraube einwandfrei in einem Gewindeloch Wa eines neuen Werkstücks W festgezogen wurde. Im Schritt 331 erzeugt der Mikrocomputer 80 ein Endesignal zum Beenden des Abarbeitens für das Festziehen der Schraube und legt es an die Servo-Steuereinheiten 90 und 100. Bei Anlage des Endesignals vom Mikrocomputer 80 beendet die Servo-Steuereinheit 90 die Erzeugung des Antriebsstromes, um den Servomotor 30 zu deaktivieren. Der Rückkopplungswert des Antriebsstroms, der am Analogschalter 101 anliegt, wird dabei größer als der Antriebsstrom, der dem Einstelldrehmoment entspricht. Dies bewirkt, daß der Komparator 102 der Servo-Steuereinheit 100 daraus ein Hochpegelsignal erzeugt. Der Analogschalter 101 öffnet auf das Hochpegelsignal aus dem Komparator 102 hin, um die Antriebsstromversorgung des Servomotors 50a für dessen Deaktivierung zu unterbrechen. Im Ergebnis ist das Festziehen der Schraube 110 vollständig durchgeführt und der Rechner beendet die Abarbeitung des Steuerprogramms. Wenn die Antwort im Schritt 330 "Nein" ist, geht das Programm zum Schritt 332 weiter, in dem der Mikrocomputer 80 die Tatsache feststellt, daß die Schraube im Montageloch Wa in einem unnormalen Zustand festgezogen wurde und schaltet die Servomotoren 30 und 50a in gleicher Weise, wie oben beschrieben, ab.
Aus der vorstehenden Beschreibung heraus ist verständlich, daß der Festziehvorgang der Schraube in die Anfangsphase, die Zwischenphase und die Endphase gemäß 3 unterteilt ist. Die erste, zweite und dritte Drehgeschwindigkeit der Bitwelle werden somit entsprechend der jeweiligen Phase in der Festziehfolge derart bestimmt, daß die erste Drehgeschwindigkeit auf einer geringen Geschwindigkeit gehalten wird, die zweite Drehgeschwindigkeit auf einer höheren Geschwindigkeit als die erste Drehgeschwindigkeit gehalten wird und die dritte Drehgeschwindigkeit auf einer geringeren Geschwindigkeit als die erste Drehgeschwindigkeit gehalten wird. Ähnlich werden die erste, die zweite und die dritte Schubkraft der Vorschubspindel entsprechend der jeweiligen Phase der Festziehfolge derart bestimmt, daß die Schubkräfte aufeinanderfolgend erhöht werden.
Im Betrieb der Schraubenfestziehvorrichtung werden das Drehmoment und die Drehge schwindigkeit der Servomotoren 30 und 50a derart gesteuert, daß in der Anfangsphase der Festziehfolge die Bitwelle 50b mit der ersten Drehgeschwindigkeit dreht und unter der ersten Schubkraft abwärts bewegt wird. Mit dieser Steuerung der Servomotoren 30 und 50a wird die Schraube 110 zuverlässig in Eingriff mit dem Montageloch Wa ohne jedwelche Schwierigkeit gebracht. Da im Steuerprogramm der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle pro Umdrehung im Schritt 203 berechnet wird, um den anfänglichen Eingriff der Schraube im Schritt 210 zu bestimmen, ist es möglich, den Eingriffszustand der Schraube mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
In der Zwischenphase der Festziehfolge werden Drehmoment und Drehgeschwindigkeit der Servomotoren 30 und 50a derart gesteuert, daß die Bitwelle 50b mit der zweiten Drehgeschwindigkeit dreht und unter der zweiten Schubkraft abwärts bewegt wird. Mit dieser Steuerung der Servomotoren 30 und 50a wird die Schraube 110 gleichmäßig in das Montageloch Wa innerhalb kurzer Zeit eingeschraubt. In der Endphase der Festziehfolge werden Drehmoment und Drehgeschwindigkeit der Servomotoren 30 und 50a derart gesteuert, daß die Bitwelle 50b mit der dritten Drehgeschwindigkeit dreht und unter Wirkung der dritten Schubkraft abwärts bewegt wird. Mit dieser Steuerung der Servomotoren 30 und 50a wird die Schraube 110 festgezogen und in einen stabilen Zustand auf Sitz am Werkstück W gebracht. Da im Steuerprogramm der Drehbetrag der Bitwelle vor dem Aufsetzen der Schraube im Schritt 230 bestimmt wird, kann das Drehmoment zum Festziehen der Schraube zum geeigneten Zeitpunkt vergrößert werden. Da die Drehgeschwindigkeit und das Drehmoment der Bitwelle entsprechend den jeweiligen Phasen der Festziehfolge, wie oben beschrieben, in geeigneter Weise gesteuert werden, kann die Schraube unter einer optimalen Schubkraft festgezogen werden, ohne daß irgendein Rutschen des distalen Endes der Bitwelle auf dem Schraubenkopf verursacht wird.
Während der Ausführung des Steuerprogramms speichert der Mikrocomputer 80 die distale Endlage der Bitwelle 50b als "P₂ – P₁" im Schritt 210a, unmittelbar nachdem im Schritt 210 ein "Ja" festgestellt wurde, und speichert das gleiche als "P₂ – P₁" im Schritt 251, un mittelbar nachdem im Schritt 250 eine "Ja"-Antwort festgestellt wurde. Daraufhin berechnet der Mikrocomputer den Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) im Schritt 252 und bestimmt eine "Nein"-Antwort im Schritt 210, bis das Flag F "1" wird. In diesem Fall wiederholt der Mikrocomputer 80 die Durchführung von Schritt 201 bis 252 zum Festziehen einer Vielzahl von Schrauben im jeweiligen Montageloch einer Vielzahl von Werkstücken und erneuert den neu berechneten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) als oberen und unteren Grenzwert Pmax bzw. Pmin im Schritt 291 und 301. Wenn das Flag "1" wird, setzt der Mikrocomputer 80 den neu berechneten Betrag der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) als Endzielgrenzwerte Pmax und Pmin im Schritt 311 und speichert sie in seinem Back-up-Speicher. Wenn dem Greifer 50c eine neue Schraube zugeführt wird, nachdem die Endzielgrenzwerte Pmax und Pmin, wie oben beschrieben, gespeichert worden sind, bestimmt der Mikrocomputer 80 eine "Ja"-Antwort im Schritt 270 und bestimmt im Schritt 330, ob oder ob nicht die frisch zugeführte Schraube in dem entsprechenden Montageloch einwandfrei festgezogen ist. Dies ist nützlich, um einen losen Zustand der in das Montageloch eingeschraubten Schraube zu untersuchen.
Im Steuerprogramm ist der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle pro Umdrehung zwar im Schritt 203 berechnet worden, um den anfänglichen Eingriff der Schraube im Schritt 210 festzustellen; die Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Bitwelle 50b kann jedoch im Schritt 203 berechnet werden, um die berechnete Geschwindigkeit mit der Abwärtsbewegungsgeschwindigkeit der Bitwelle entsprechend der Ganghöhe der Schraube im Schritt 210 zu vergleichen.
In der Schraubenfestziehvorrichtung wurde die Bitwelle 50b direkt mit dem Servomotor 50a verbunden; die Bitwelle kann mit dem Servomotor 50a auch über einen geeigneten Geschwindigkeitsuntersetzungsmechanismus verbunden sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Erfassen bzw. Abtasten der Drehzahlbetragsdaten vom Codeumsetzer 70 zweimal durchzuführen, um den Drehbetrag der Bitwelle basierend auf jedem Erfassungsintervall zu berechnen. Der berechnete Drehbetrag der Bitwelle wird von dem Drehbetrag der Bit welle pro Umdrehung abgezogen, um den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle zu berechnen. Alternativ kann das Erfassen der Drehbetragsdaten vom Codeumsetzer 70 mehrfach durchgeführt werden, um den Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle 50b je einer Umdrehung mittels eines Minimumquadratverfahrens zu berechnen.
Die Schraubenfestziehvonichtung wurde dafür geeignet ausgebildet, daß eine Schraube mit Außengewinde in einem mit Innengewinde versehenen, in einem Werkstück ausgebildeten Loch festgezogen wird; die Schraubenfestziehvonichtung kann auch so ausgebildet werden, daß eine mit Außengewinde versehene Schraube in ein in einem Werkstück ausgebildetes Montageloch eingeschraubt wird.

Claims

Schraubenfestziehvorrichtung mit einem elektrischen Schraubendreher (50), dessen Bitwelle (50b) in Eingriff mit einer in ein Montageloch (Wa) eines Werkstücks (W) einzuschraubenden, mit Außengewinde versehenen Schraube (110) bringbar ist, – einem Antriebsmechanismus (20, 30, 40), mittels dessen der Schraubendreher auf das Montageloch zu und von ihm weg bewegbar ist und eine Schubkraft auf die Bitwelle des Schraubendrehers aufbringbar ist, und mit – einem elektrischen Steuersystem (60, 70, 80, 90, 100) zum Steuern des Betriebs des Schraubendrehers und des Antriebsmechanismus derart, dass während einer Anfangsphase (201, 202), während der die Schraube (110) in Eingriff mit dem Montageloch (Wa) des Werkstücks zu bringen ist, die Bitwelle (50b) mit niedriger Drehzahl angetrieben und mit einer ersten Schubkraft beaufschlagt ist, während einer Zwischenphase (211, 212, 213), während der die Schraube (110) in das Montageloch des Werkstücks eingeschraubt wird, die Bitwelle mit höherer Drehzahl als in der Anfangsphase angetrieben und mit einer zweiten Schubkraft beaufschlagt wird, und während einer Endphase (231, 232, 233), während die Schraube (110) festgezogen und am Werkstück festgesetzt wird, die Bitwelle (50B) mit verminderter Drehzahl angetrieben und mit einer dritten Schubkraft beaufschlagt wird.; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (60, 70, 80, 90, 100) die Bitwelle (50b) während der Endphase (231, 232, 233) mit niedrigerer Drehzahl als während der Anfangsphase antreibt und die auf die Bitwelle aufgebrachte erste Schubkraft kleiner als die zweite Schubkraft und die zweite Schubkraft kleiner als die dritte Schubkraft ist.
Schraubenfestziehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (60, 70, 80, 90, 100) enthält eine Einrichtung (203) zum Berechnen des Betrages der Abwärtsbewegung der Bitwelle (50b) pro Umdrehung und eine Einrichtung (210, 220) zum Feststellen, ob der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei einem vorbestimmten Betrag liegt, der durch die Ganghöhe der einzuschraubenden Schraube definiert ist, und zum Feststellen der Tatsache, dass die Schraube in korrekten Eingriff mit dem Montageloch gelangt ist, während der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei dem vorbestimmten Betrag liegt.
Schraubenfestziehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, die Steuereinrichtung (60, 70, 80, 90, 100) enthält eine Einrichtung zum Berechnen des Betrages des Vorschubes der Schraube in das Montageloch hinein auf Grundlage des Umdrehungsbetrages der Schraube und eine Einrichtung (230, 240) zum Feststellen, ob oder ob nicht der Betrag des Vorschubes der Schraube gleich einem vorbestimmten Betrag zum Aufsetzen der Schraube am Werkstück ist, und zum Feststellen, ob das Drehmoment der Bitwelle erhöht ist, wenn der Betrag des Vorschubes der Schraube nicht gleich dem vorbestimmten Betrag ist.
Schraubenfestziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (60, 70, 80, 90, 100) enthält eine Einrichtung (210a, 251, 252) zum Berechnen des Betrages der Abwärtsbewegung (P₂ – P₁) der Bitwelle (50b), die durch den Betrieb des Antriebsmechanismuses in einem Zeitabschnitt bewirkt wird, währenddessen die Schraube (110) nach Eingriff in das Montageloch (Wa) festgezogen und am Werkstück festgesetzt wird, und eine Einrichtung (330) zum Feststellen, ob der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei einem vorbestimmten Betrag liegt, der durch obere und untere Zielgrenzwerte (p_min, p_max) definiert ist, und zum Feststellen der Tatsache, dass die Schraube korrekt festgezogen worden ist, wenn der Betrag der Abwärtsbewegung der Bitwelle bei einem vorbestimmten Betrag liegt.
Schraubenfestziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (60, 70, 80, 90, 100) enthält eine Einrichtung (250) zum Feststellen, ob das Drehmoment der Bitwelle einem Einstelldrehmoment gleich wird oder nicht, und eine Einrichtung (260, 261) zum Feststellen, ob oder ob nicht der Umdrehungsbetrag der Bitwelle einen vorbestimmten Bezugsumdrehungsbetrag erreicht, wenn das Drehmoment der Bitwelle nicht gleich dem Einstelldrehmoment wird, und zum Feststellen der Tatsache, daß ein Fehler im Festziehen der Schraube vorliegt, wenn der Umdrehungsbetrag der Bitwelle den Bezugsumdrehungsbetrag nicht erreicht.
Schraubenfestziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus eine von einem Elektromotor (30) drehangetriebene Vorschubsspindel (20) aufweist, die mit einem beweglichen Haltebauteil (40) des Schraubendrehers (50) im Gewindeeingriff ist.
Schraubenfestziehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (60, 70, 80, 90, 100) einen mit einer Eingabegerät (80a) programmierbaren Computer (80) enthält, dessen Ausgänge mit einer Steuereinheit (90) für den Elektromotor (30) des Antriebsmechanismuses und einer Steuereinheit (100) für den Antriebsmotor (50a) des Schraubendrehers verbunden sind, dass jeweils eine Einheit (60, 70) zur Erfassung der Drehstellung des Elektromotors (30) und des Antriebsmotors (50a) vorgesehen ist, und dass Ausgänge der Drehstellungserfassungseinheiten (60, 70) mit Eingängen des Computers und Eingängen der zugehörigen Steuereinheiten und Ausgänge der Steuereinheiten (30, 100) mit Eingängen des Computers verbunden sind.