JP5824559B1 - Automatic screw tightening device - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークの表面高さを基準にねじ浮きを判定する自動ねじ締め装置を提供する。【解決手段】ねじNに係合可能なビット1を所定トルクで回転駆動するねじ締めツールユニット10を、ねじNの螺入方向へ移動自在かつビット1の位置情報を出力可能な往復移動手段20と、往復移動手段20を駆動制御する制御装置30とを備え、ねじ締めツールユニット10は、ビット1を内包し摺動自在のスクリューガイド3と、スクリューガイド3を常時ビット1の先端側へ付勢するスクリューガイドばね4と、ビット1がスクリューガイド3に対しての相対移動を検出しビット相対移動信号を出力する光電センサ40とを備える。また、制御装置30は、ねじ締め完了時点およびビット相対移動信号を受け取った時点のビット1の移動位置の差を予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮きを判定し、上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備える。【選択図】図２An automatic screw tightening device for determining screw floating based on the surface height of a workpiece is provided. A screw tightening tool unit 10 that rotationally drives a bit 1 engageable with a screw N with a predetermined torque can be moved in a screwing direction of the screw N and a reciprocating means 20 capable of outputting position information of the bit 1 And a control device 30 that drives and controls the reciprocating means 20. The screw tightening tool unit 10 includes a bit 1 that includes a slidable screw guide 3 and a screw guide 3 that is always attached to the distal end side of the bit 1. A screw guide spring 4 is provided, and a photoelectric sensor 40 that detects relative movement of the bit 1 relative to the screw guide 3 and outputs a bit relative movement signal. Further, the control device 30 compares the difference between the movement positions of the bit 1 when the screw tightening is completed and when the bit relative movement signal is received with a preset upper / lower limit range to determine screw floating, and to set the upper / lower limit range. A storage unit is provided for storing each screw tightening point. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、ワークの表面高さを基準にしてねじ浮きを判定できる安価な自動ねじ締め装置に関する。 The present invention relates to an inexpensive automatic screw tightening device that can determine screw float based on the surface height of a workpiece.
一般的な自動ねじ締め装置は、特許文献１に開示されているように、当該ねじと係合可能なビットに直結されエンコーダを備えて成るビット回転用サーボモータと、このビット回転用サーボモータを往復移動自在かつ前記ビットを回転自在に支持した昇降ユニットとを備えて成る。前記昇降ユニットは、エンコーダを備えたビット昇降用サーボモータと、これに連結され所定のリード角から成るボールねじ軸と、このボールねじ軸に係合し前記リードに沿って往復移動可能な可動ナットとから構成される。また、前記ビット回転用サーボモータおよび前記ビット昇降用サーボモータは、何れも予め複数のねじ締め条件が設定されている制御装置に接続されている。この制御装置は、前記ビット昇降用サーボモータのエンコーダから出力された信号および前記リード角に基づき前記ビットの移動位置を算出可能であり、ねじ締結直後の前記ビットの移動位置を確認するとともにこの移動位置と予め設定した基準位置とを比較してねじ浮き判定を行うように構成される。
As disclosed in
さらに、前記制御装置は、前記ビット昇降用サーボモータが発揮するトルクを各ねじ締め行程毎に設定可能に構成されている。つまり、前述のビット昇降用サーボモータが発揮するトルクは、前記ビットの往復移動時の推進力（以下、推力という）に相当することから、特許文献１に開示の自動ねじ締め装置は、前記ビットに付加する推力を適切に設定できる。これにより、特許文献１に開示の自動ねじ締め装置は、前記ねじがワークの表面に着座するまでのねじ締め行程においては低いビット推力を出力する一方、前記ねじが着座してから所定の締付けトルクに達するまでのねじ締め行程においては高いビット推力を出力することができるため、ねじ締め中に発生する前記ビットのカムアウトを大幅に低減できる特徴がある。なお、前記ビット推力は、所定の締付けトルクに達したねじ締め完了直後にほぼ零となるように設定されている。
Furthermore, the control device is configured to be able to set the torque exerted by the bit raising / lowering servomotor for each screw tightening process. That is, the torque exerted by the bit lifting / lowering servomotor corresponds to the propulsive force (hereinafter referred to as thrust) when the bit reciprocates, so the automatic screw tightening device disclosed in
このように構成された特許文献１に開示の自動ねじ締め装置は、予め設定した前記基準位置に基づいてねじ浮き判定を行っているため、例えば個々のワークの寸法誤差が大きくねじ締結面であるワーク表面高さが毎回一定しない場合であれば、正しいねじ浮き判定が行えない問題があった。つまり、前記ワークの表面高さを基準にしたねじ浮き判定が行えないため、ねじ浮きが認められない場合であってもねじ浮きと誤判定する問題があった。
Since the automatic screw tightening device disclosed in
この問題を解決する自動ねじ締め装置は、特許文献２に開示されており、往復移動可能なエアシリンダと、このエアシリンダの可動部に回転自在に配したビットと、このビットを挿通自在に内包するスクリューガイドと、このスクリューガイドと前記可動部との間に介在するスクリューガイドばねと、前記可動部に固定された本体から突出した回転自在な出力軸を備えた相対変位検出用エンコーダと、前記出力軸に固定したピニオンギアと、前記ピニオンギアに係合するように配されたラックギアと、前記ラックギアおよび前記スクリューガイドを連結するホルダとから構成される。これにより、前記スクリューガイドの先端がワークの表面に当接することで前記スクリューガイドばねの撓みが生じ、前記ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動する。この時、前記ピニオンギアは、前記ラックギアに係合しながら回転するため、前記相対変位検出用エンコーダから前記ビットの相対移動距離が出力される。また、特許文献２の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動距離と予め設定した基準値とを比較してねじ浮き判定を行うよう構成されている。なお、ビットの相対移動距離は、前記ピニオンギアの回転角度に基づき算出されており、前記ピニオンギアの回転開始時点（スクリューガイドの先端がワーク表面に当接した直後）からねじ締め完了までに前記ビットが移動した距離となっている。よって、特許文献２に開示の自動ねじ締め装置は、前記ビットの相対移動距離を予め設定した基準値と比較してねじ浮き判定を行っているため、ワークの表面高さを基準にしたねじ浮き判定が行えるという特徴がある。
An automatic screw tightening device that solves this problem is disclosed in
また、特許文献２に開示の自動ねじ締め装置は、前記相対変位検出用エンコーダから出力される前記相対移動距離と比較する基準値が複数設定可能に構成されており、設定する前記基準値の数だけ設定スイッチ（図示せず）を少なくとも備えて成る。各設定スイッチは、１つの基準値に対応するようそれぞれ割り当てられており、これを押すことで前記基準値が切り替えられる。これにより、特許文献２に開示の自動ねじ締め装置は、当該ねじ締めポイントに対応する前記基準値をねじ締め直前に選定できるので、段差のあるワークであっても正しいねじ浮き判定が行える特徴もある。
The automatic screw tightening device disclosed in
これら上述した特許文献１および特許文献２を組み合わせた自動ねじ締め装置（以下、従来の自動ねじ締め装置という）は、適切なビット推力が設定可能であるとともに、ワークの表面高さを基準にしたねじ浮き判定が行えるため、より高精度なねじ締め作業を実現できる特徴がある。
An automatic screw tightening device (hereinafter referred to as a conventional automatic screw tightening device) combining the above-mentioned
しかしながら、従来の自動ねじ締め機は、前記比較対象値を切り替えるためには該当の設定スイッチを事前に押さなければならず、これにより段差を有するワークの連続的なねじ締めが行い難い問題があった。さらに、沢山の段差を有するワークであれば、前記設定スイッチを数多く設置しなければならず、該当する設定スイッチを見つけ出し難く作業性が悪いという問題もあった。 However, the conventional automatic screw tightening machine has to push the corresponding setting switch in advance in order to switch the comparison target value, which makes it difficult to perform continuous screw tightening of workpieces having steps. It was. Furthermore, in the case of a workpiece having many steps, a large number of the setting switches must be installed, and there is a problem that it is difficult to find the corresponding setting switches and the workability is poor.
さらに、従来の自動ねじ締め装置は、上述したように前記スクリューガイド内に位置するビットがスクリューガイドに対して相対移動を始めてからねじ締め完了までに移動した距離をビットの相対移動距離としてねじ浮き判定を行っている。つまり、前記相対移動距離の測定は、前記スクリューガイドがワーク表面に当接した直後から開始されるため、前記ビットの相対移動距離はスクリューガイドの奥方に位置するビットがスクリューガイドの先端付近に位置するまでの長い距離を測定することなる。よって、従来の自動ねじ締め装置は、前記ビットの相対移動距離が長くなるのでその算出に大きな誤差を生じ易い問題もあった。 Further, as described above, the conventional automatic screw tightening device uses the distance that the bit located in the screw guide starts to move relative to the screw guide and completes the screw tightening as the relative movement distance of the bit. Judgment is being made. That is, since the measurement of the relative movement distance starts immediately after the screw guide comes into contact with the workpiece surface, the relative movement distance of the bit is determined so that the bit located behind the screw guide is positioned near the tip of the screw guide. It will measure the long distance to do. Therefore, the conventional automatic screw tightening apparatus has a problem in that a large error is likely to occur in the calculation because the relative movement distance of the bit becomes long.
また、このように、前記ビットの相対移動距離の測定開始がスクリューガイドの先端とワーク表面との当接直後になる一方、測定終了がねじ締め完了時となるため、前記ワークに当接した状態のスクリューガイドの推力は、前記相対移動距離の測定開始時点では極めて小さいものの測定終了時点では大きくなる。つまり、前記スクリューガイドばねの撓み量が少ない相対移動距離の測定開始時において、前記スクリューガイドがワークに強く当接していないため、少しの振動などによりワークとの当接を解かれたり、スクリューガイドに係る部品同士の機械的な隙間などが埋まらない。したがって、従来の自動ねじ締め装置は、算出した前記相対移動距離の信頼性に欠ける問題もあった。 In addition, in this way, the measurement of the relative movement distance of the bit is immediately after the contact between the tip of the screw guide and the workpiece surface, while the end of the measurement is when the screw tightening is completed, so that the state of contacting the workpiece The thrust force of the screw guide is extremely small at the start of measurement of the relative movement distance, but increases at the end of measurement. In other words, at the start of measurement of the relative movement distance with a small amount of deflection of the screw guide spring, the screw guide is not in strong contact with the workpiece, so that the contact with the workpiece is released by a slight vibration or the like. Mechanical gaps between parts related to are not filled. Therefore, the conventional automatic screw fastening device has a problem that the calculated relative movement distance is not reliable.
また、従来の自動ねじ締め装置は、前記ねじの長さが前記スクリューガイドの先端から突出しているような場合であると、ビット推力が設定されているねじ螺入中の前記ビット相対移動信号を受け取った時点からビット推力が零に設定されているねじ締め完了時点の２点間を移動するビットの距離が前記相対移動距離となる。よって、従来の自動ねじ締め装置は、異なるビット推力を発揮する２点間の距離に基づいて前記相対移動距離が算出されるため、例えば、弾性変形し易い柔らかい素材から成るワークであると前記ビット推力の違いによって算出される相対移動距離がバラつき易くなり、正確なねじ浮き判定が行い難い問題もあった。 In addition, the conventional automatic screw tightening device, when the length of the screw protrudes from the tip of the screw guide, outputs the bit relative movement signal during screw screwing in which the bit thrust is set. The distance of the bit moving between the two points from the time of reception to the time of completion of screw tightening at which the bit thrust is set to zero is the relative movement distance. Therefore, in the conventional automatic screw tightening device, the relative movement distance is calculated based on the distance between two points exhibiting different bit thrusts. Therefore, for example, if the workpiece is made of a soft material that is easily elastically deformed, The relative movement distance calculated by the difference in thrust is likely to vary, and there is a problem that it is difficult to perform accurate screw lift determination.
また、従来の自動ねじ締め装置は、前記ビットと前記スクリューガイドとの相対変位を検出するために必須となる前記相対変位検出用エンコーダが高価なことや、前述と同様に必須部品である前記ピニオンギアおよび前記ラックギアの取り付け時に調整時間を要することから、その製造コストが高くなる問題もあった。さらに、従来の自動ねじ締め装置は、必須の構成部品である前記相対変位検出用エンコーダおよび前記ラックギアをねじ締め方向に対して直交する方向へ張り出すように配置しなければならず、その外観寸法が大きくなる問題もあった。 Further, in the conventional automatic screw tightening device, the relative displacement detection encoder which is essential for detecting the relative displacement between the bit and the screw guide is expensive, and the pinion which is an essential component as described above. Since the adjustment time is required when attaching the gear and the rack gear, there is a problem that the manufacturing cost is increased. Furthermore, the conventional automatic screw tightening device must be arranged so that the relative displacement detection encoder and the rack gear, which are essential components, protrude in a direction perpendicular to the screw tightening direction, and its external dimensions. There was also a problem that increased.
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじに係合する先端を備えたビットと、このビットを所定のトルクおよび回転数で回転駆動する回転駆動源と、前記ビットを内包し前記ビットに対して相対移動可能なスクリューガイドと、前記スクリューガイドを前記ビットの先端側へ常時付勢するスクリューガイドばねと、前記スクリューガイドおよび前記スクリューガイドばねを支持するとともに前記ビットを回転自在に支持しこれらを軸方向へ一体に往復移動可能な往復移動手段と、この往復移動手段の駆動により下降する前記スクリューガイドがワークに当接し停止した後ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動していることを検出しビット相対移動信号を出力するビット相対移動検出手段と、前記往復移動手段および前記ビット相対移動検出手段を接続して成る制御装置とから構成した自動ねじ締め装置において、前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドばねが所定量撓んだ後に前記ビット相対移動信号を出力するように構成され、前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする。また、ねじに係合する先端を備えたビットと、このビットを所定のトルクおよび回転数で回転駆動する回転駆動源と、前記ビットを内包し前記ビットに対して相対移動可能なスクリューガイドと、前記スクリューガイドを前記ビットの先端側へ常時付勢するスクリューガイドばねと、前記スクリューガイドおよび前記スクリューガイドばねを支持するとともに前記ビットを回転自在に支持しこれらを軸方向へ一体に往復移動可能な往復移動手段と、この往復移動手段の駆動により下降する前記スクリューガイドがワークに当接し停止した後ビットが前記スクリューガイドに対して相対移動していることを検出しビット相対移動信号を出力するビット相対移動検出手段と、前記往復移動手段および前記ビット相対移動検出手段を接続して成る制御装置とから構成した自動ねじ締め装置において、前記ビット相対移動検出手段は、前記ビット相対移動信号を前記ビットが締結したねじから離反する方向へ所定量移動した後に出力するよう構成され、前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする。なお、前記スクリューガイドは、その軸方向へ位置調整可能なドグを固定して成り、前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドとともに軸方向へ移動する前記ドグを検出した直後または検出しなくなった直後に前記ビット相対移動信号を発するように構成することが好ましい。また、前記ビット相対移動検出手段は、光を発する投光部と、この光を受光する受光部と、この受光部の入光状態に基づき前記ビット相対移動信号を発する発信部とを備えて成ることが好ましい。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes a bit having a tip engaged with a screw, a rotational drive source that rotationally drives the bit at a predetermined torque and a rotational speed, and the bit. A screw guide that can move relative to the bit; a screw guide spring that constantly urges the screw guide toward the tip of the bit; and supports the screw guide and the screw guide spring, and the bit is rotatable. The reciprocating means capable of supporting and reciprocating them integrally in the axial direction and the screw guide descending by driving of the reciprocating means abuts against the work and stops, and then the bit moves relative to the screw guide. Bit relative movement detecting means for detecting the presence of the signal and outputting a bit relative movement signal; In an automatic screw tightening device comprising a control device connected to a bit relative movement detecting means, the bit relative movement detecting means outputs the bit relative movement signal after the screw guide spring is bent by a predetermined amount. The control device calculates the movement position of the bit at the time of receiving the bit relative movement signal and the time of completion of screw tightening, and calculates the position of the bit at the time of receiving the bit relative movement signal and the time of completion of screw tightening. A screw lift determination is made by comparing a difference in movement position with a preset upper and lower limit range, and a storage unit is provided for storing the upper and lower limit range for each screw tightening point. A bit having a tip engaged with a screw; a rotational drive source that rotationally drives the bit at a predetermined torque and a rotational speed; a screw guide that includes the bit and is relatively movable with respect to the bit; A screw guide spring that constantly biases the screw guide toward the tip end of the bit, and supports the screw guide and the screw guide spring and supports the bit rotatably, and these can be reciprocated integrally in the axial direction. Reciprocating means and a bit that detects that the bit is moving relative to the screw guide after the screw guide that is lowered by driving the reciprocating means comes into contact with the workpiece and stops and outputs a bit relative movement signal A relative movement detecting means is connected to the reciprocating means and the bit relative movement detecting means. In the automatic screw tightening device constituted by the apparatus, the bit relative movement detecting means is configured to output the bit relative movement signal after moving a predetermined amount in a direction away from the screw fastened by the bit, and the control device Calculates the bit movement position when the bit relative movement signal is received and when the screw tightening is completed, and sets the difference between the bit movement position when the bit relative movement signal is received and when the screw tightening is completed. The above-described upper and lower limit ranges are compared with each other to determine whether the screw floats. The storage unit stores the upper and lower limit ranges for each screw tightening point. The screw guide is formed by fixing a dog whose position can be adjusted in the axial direction, and the bit relative movement detecting means is detected immediately after detecting the dog moving in the axial direction together with the screw guide. It is preferable that the bit relative movement signal be generated immediately after. The bit relative movement detecting means includes a light projecting unit that emits light, a light receiving unit that receives the light, and a transmission unit that emits the bit relative movement signal based on a light incident state of the light receiving unit. It is preferable.
本発明の自動ねじ締め装置は、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶するよう構成されているため、例えば、複数のねじ締めポイントが存在するワークのねじ締めにおいて、個々のねじ締めポイントの表面高さが異なる場合であっても、前記上下限範囲を事前に前記表面高さの差異に合わせて個別設定できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、段差を有するワークのねじ締めに対して従来のように前記設定スイッチを押して前記比較対象値の切り替えを行うような煩わしい作業が必要なく、複数のねじ締めポイントを連続的にねじ締めできる利点がある。 The automatic screw tightening device of the present invention is configured to store the upper and lower limit ranges for each screw tightening point. For example, in the screw tightening of a workpiece having a plurality of screw tightening points, each screw tightening point is Even when the surface height is different, the upper and lower limit ranges can be individually set in advance according to the difference in the surface height. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention does not require a troublesome operation of switching the comparison target value by pressing the setting switch as in the prior art for screw tightening of a workpiece having a level difference, and a plurality of screw tightening operations. There is an advantage that the point can be screwed continuously.
さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段が前記スクリューガイドばねが所定量撓んだ後に前記ビット相対移動信号を出力するように構成されているため、算出するビットの相対移動距離を従来よりも短い距離にできる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビットの相対移動距離の算出誤差を低減することができる利点もある。また、このように算出する前記ビットの相対移動距離が短くなることは、前記相対移動距離の測定開始のタイミングを従来よりも遅らせることになる。これにより、前記スクリューガイドばねの撓み量は、前記相対移動距離の測定開始時点において、従来よりも大きくなり、前記スクリューガイドの推力も高くなる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、前記スクリューガイドが少しの振動などではワークとの当接状態を解かれ難いため、算出する前記相対移動距離の精度が高くなる。このように、前記相対移動距離の測定開始時点において、前記スクリューガイドがワークにしっかりと当接しているため、前記スクリューガイドの摺動に係る部品の軸方向の隙間などによる機械的なガタを確実に低減できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、算出した前記相対移動距離の信頼性が従来に比べて高いという利点もある。 Further, in the automatic screw tightening device of the present invention, the bit relative movement detecting means is configured to output the bit relative movement signal after the screw guide spring is bent by a predetermined amount. The moving distance can be made shorter than before. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention has an advantage that the calculation error of the relative movement distance of the bit can be reduced. In addition, when the relative movement distance of the bit calculated in this way is shortened, the measurement start timing of the relative movement distance is delayed as compared with the conventional case. As a result, the amount of deflection of the screw guide spring is greater than that at the time of starting measurement of the relative movement distance, and the thrust of the screw guide is also increased. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention increases the accuracy of the relative movement distance to be calculated because the screw guide is difficult to be released from the contact state with the workpiece by a slight vibration or the like. As described above, since the screw guide is firmly in contact with the workpiece at the time of starting the measurement of the relative movement distance, mechanical backlash due to an axial gap of a part related to sliding of the screw guide is surely ensured. Can be reduced. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention also has an advantage that the reliability of the calculated relative movement distance is higher than the conventional one.
また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動信号を前記ビット相対移動検出手段から出力するタイミングをねじ締め完了後のねじから前記ビットが離反する方向へ所定量移動した後になるよう設定されている。つまり、前記ビットの相対移動距離の測定開始時点はねじ締め完了時点となる一方、測定終了時点は前記ビットが締結したねじから離反する方向へ所定量移動したビットの復帰動作中となる。また、この前記相対移動距離の測定開始時点における前記ビットの推力は従来と同様に零であり、測定終了時点におけるビットの推力もビットとねじとが係合していない復帰動作中であるので零となる。このように、前記ビットの相対移動距離の測定開始および測定終了時点のビット推力は、何れも零にできるため、算出する前記相対移動距離が前記ビット推力の影響を全く受けることがなく高精度なねじ浮き判定が行える利点もある。 In the automatic screw tightening device of the present invention, the timing for outputting the bit relative movement signal from the bit relative movement detection means is set so that the timing after the bit has moved in a direction away from the screw after completion of screw tightening is set. Has been. In other words, the measurement start point of the relative movement distance of the bit is a screw tightening completion point, and the measurement end point is during the return operation of the bit moved by a predetermined amount in the direction away from the screw fastened by the bit. Further, the thrust of the bit at the start of measurement of the relative movement distance is zero as in the conventional case, and the thrust of the bit at the end of measurement is also zero because the bit is not engaged with the screw. It becomes. In this way, since the bit thrust at the start and end of measurement of the relative movement distance of the bit can be made zero, the calculated relative movement distance is not affected by the bit thrust at all and is highly accurate. There is also an advantage that a screw floating judgment can be performed.
さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、前記スクリューガイドに前記ドグが固定され、このドグの検出状態に基づき前記ビット相対移動信号を発するように構成されている。これにより、前記ドグおよびビット相対移動検出手段を何れも前記スクリューガイドの周辺にまとめて配置できるため、本発明の自動ねじ締め装置は、従来に比べてその外観寸法をコンパクトに設定できる利点もある。 Furthermore, the automatic screw tightening device of the present invention is configured such that the dog is fixed to the screw guide and the bit relative movement signal is generated based on the detected state of the dog. As a result, both the dog and the bit relative movement detecting means can be arranged together around the screw guide, so that the automatic screw tightening device of the present invention also has an advantage that its external dimensions can be set more compactly than in the prior art. .
また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段を光を発する投光部と、この光を受光する受光部と、この受光部の入光状態に基づき前記ビット相対移動信号を発する発信部とから構成している。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段を前記ドグが検出されることでＯＮあるいはＯＦＦの比較的単純な信号を発する光電センサにより構成することができるため、従来の相対変位検出用エンコーダに比べて安価に構成できる利点もある。しかも、前記相対移動距離を算出するために必要な前記ピニオンギアおよびラックギアの設置も不要であるため、製造コストを従来に比べて大幅に低減できる利点もある。 The automatic screw tightening device according to the present invention includes a light projecting unit that emits light from the bit relative movement detecting unit, a light receiving unit that receives the light, and the bit relative movement signal based on a light incident state of the light receiving unit. It consists of a transmitter that emits. Therefore, in the automatic screw tightening device of the present invention, the bit relative movement detection means can be constituted by a photoelectric sensor that emits a relatively simple signal of ON or OFF when the dog is detected. There is also an advantage that it can be configured at a lower cost than the displacement detection encoder. In addition, since there is no need to install the pinion gear and the rack gear necessary for calculating the relative movement distance, there is an advantage that the manufacturing cost can be greatly reduced as compared with the conventional case.
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。本発明の自動ねじ締め装置は、ねじＮに係合し回転自在なビット１を備えてなるねじ締めツールユニット１０と、このねじ締めツールユニット１０を支持しこれを軸方向へ往復移動可能な往復移動手段２０と、前記ねじ締めツール１０および前記往復移動手段２０を接続して成りこれらを制御する制御装置３０とから構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The automatic screw tightening device of the present invention includes a screw
まず、前記ねじ締めツールユニット１０は、前記ビット１に連結され回転駆動する回転駆動源の一例であるビット回転モータ２と、前記ビット１を内包するように配されこのビット１の延びる方向へ摺動自在なスクリューガイド３と、このスクリューガイド３を前記ビット１の先端側へ常時付勢するスクリューガイドばね４とを備えて成る。
First, the screw
前記ビット１は、その先端が前記ねじＮの駆動穴に係合するよう形成され、他端が前記ビット回転モータ２の出力軸２ａに固定されている。よって、前記ねじＮに係合したビット１は、ビット回転モータ２の駆動によって回転し、前記ねじＮと一体に回転することができる。
The tip of the
前記ビット回転モータ２は、ＡＣサーボモータであり、この出力軸２ａの駆動が後述する制御装置３０によって制御され、前記出力軸２ａの回転量および負荷電流を前記制御装置３０へ出力可能に構成されている。よって、前記ビット回転モータ２は、前記制御装置３０に予め設定されている締付けトルクに達するまで回転するので、前記ねじＮは前記締付けトルクでワークＷに締結される。
The
前記スクリューガイド３は、前記ビット１を内包するとともに、前記ねじＮの頭部を内包可能に構成されている。また、このスクリューガイド３には、図示しないエア吸引手段が接続されており、前記スクリューガイド３の外周には、後述するビット相対移動検出手段に検出されるドグ５が固定されている。また、前記スクリューガイド３は、その内周と前記ビット１の外周との隙間に連通するようにエア吸引手段（図示せず）を接続して成り、このエア吸引手段は、前記制御装置３０の指令によって作動するよう構成される。したがって、前記スクリューガイド３の先端からエアが吸引されるため、所謂ねじＮがスクリューガイド３の内部に吸引保持される。
The
前記ドグ５は、断面Ｌ字の板であり、曲げ加工が施されている。また、このドグ５は、前記スクリューガイド３の外周と接する箇所に長穴（図示せず）を備えており、前記スクリューガイド３の軸方向へ微調整できるように構成されている。また、このドグ５は、前記軸方向へ延びており、この全長は後述するビット相対移動検出手段に検出された後も前記ドグ５が軸方向へ引き続き移動しても検出され続ける長さに寸法設定されている。
The
次に、前記往復移動手段２０は、前記ねじ締めツールユニット１０をねじＮの螺入方向に往復移動自在に構成されている。具体的には、回転駆動源の一例であるビット昇降モータ２２と、このビット昇降モータ２２の出力軸２２ａに固定されこの出力軸２２ａと一体に回転するボールねじ軸２３と、このボールねじ軸２３に係合しボールねじ軸２３の延びる方向に往復移動自在な可動ナット２４と、この可動ナット２４を回転自在に支持するとともに可動ナット２４と一体になって往復移動するブラケット２５とを備えて成る。
Next, the reciprocating means 20 is configured to reciprocate the screw
前記ボールねじ軸２３は、所定のリード角が設定された螺旋溝２３ａを有しており、この螺旋溝２３ａに前記可動ナット２４が係合している。つまり、前記ボールねじ軸２３が回転することで、前記可動ナット２４は回転しながら前記螺旋溝２３ａに沿って移動する。
The ball screw
前記ビット昇降モータ２２は、ＡＣサーボモータであり、この出力軸２２ａの駆動が後述する制御装置３０によって制御され、前記出力軸２２ａの回転量および負荷電流を前記制御装置３０へ出力可能に構成されている。よって、前記ビット昇降モータ２２は、前記制御装置３０に予め設定されている設定トルクを発揮するよう回転するため、この回転により軸方向へ移動する前記可動ナット２４は、前記設定トルクおよび前記リード角に応じた推力を発揮して移動することができる。
The bit raising / lowering
前記ブラケット２５は、前記可動ナット２４を回転自在に支持し、前記ボールねじ軸２３と平行に配された回り止めシャフト２６に挿通され摺動自在に構成されている。よって、このブラケット２５は、前記回り止めシャフト２６によって回転することなく、前記可動ナット２４の回転に伴って前記可動ナット２４と一体に往復移動するように構成される。さらに、前記ブラケット２５は、前記可動ナット２４に並ぶように配した前記ビット回転モータ２が固定されており、前記ビット１を回転自在に支持している。よって前記ビット１は、前記ブラケット２５とともに往復移動可能に構成されている。
The
また、前記ブラケット２５には、前記スクリューガイドばね４を所定量撓ませた状態で内包するとともに前記スクリューガイド３を下方へ突出させ摺動自在に支持するスクリューガイドホルダ６が取り付けられている。これにより、前記スクリューガイド３は、下降当初は前記ビット１とともに下降するものの、ワークＷの表面に当接後は前記スクリューガイドばね４が圧縮方向へ撓むため、前記スクリューガイド３に対して前記ビット１が相対移動する。
The
前記スクリューガイドホルダ６には、前記ドグ５を検出することで信号を発するビット相対移動検出手段が固定されており、前記ビット相対移動検出手段は、光４１ａを発する投光部４１と、投光部４１からの光４１ａを受光する受光部４２と、この受光部４２が前記光４１ａを受けている状態から遮られた瞬間および前記光４１ａを遮られていた状態から入光した瞬間に信号を発する発信部４３とを備えて成る光電センサ４０である。つまり、前記光電センサ４０は、前記光４１ａの受光状態が切り替わった瞬間に信号を発するように構成されており、前記発信部４３が後述する制御装置３０に接続されている。なお、上述した発信部４３から出力される信号を以下の説明において、ビット相対移動信号と表現し、この信号の使い分けについては後述する。また、前記ドグ４０が前記光電センサ４０に検出される範囲は、ねじＮがワークＷに着座する直前からねじ締め完了した後も前記ビット１の先端がワークＷに干渉する方向に幾らか移動しても検出され続けるように設定されている。つまり、前記ドグ５は、少なくとも前記光電センサ４０に検出されてからねじ締め完了時点までの間は前記光４１ａを遮り続ける全長に設定されている。
The
前記制御装置３０は、前記ビット昇降モータ２２および前記ビット回転モータ２をそれぞれ回転駆動するための駆動条件と、後述する演算部３１により演算した数値とを少なくとも記憶する記憶部３２を備えて成る。なお、前記駆動条件は、前記ビット昇降モータ２２および前記回転モータ２の駆動時に前記出力軸（２２ａ，２ａ）を個別に駆動するための条件であり、具体的には、それぞれのモータ（２２，２）の前記出力軸（２２ａ，２ａ）の回転数あるいは回転トルクなどの設定値に相当する。また、前記記憶部３２は、前記駆動条件および後述するねじ浮きの判定基準となる上下限範囲を予め該当するねじ締めポイント毎に記憶しており、前記制御装置３０は、ねじ締め開始前に該当のねじ締めポイント毎の前記駆動条件および前記上下限範囲を読み込み自動設定される。また、前記上下限範囲は、使用するねじＮの首下長さやワークＷの表面高さに基づき各ねじ締めポイント毎に予め設定されている。
The
また、前記制御装置３０は、前述の出力軸（２２ａ，２ａ）の回転数あるいは回転トルクが実際に出力したものと一致するように制御するフィードバック制御を行っており、出力軸（２２ａ，２ａ）の実際の回転状態を把握するように構成される。また、前記モータ（２２，２）の実際の回転数は、これらモータ（２２，２）から常時発せられている回転パルスから演算されており、この演算は、前記制御装置３０の演算部３１によって行われている。よって、前記制御装置３０は、前記記憶部３２と前記演算部３１とを備えている。さらに、前記演算部３１は、軸方向に移動するビット１の移動位置を予め設定された前記ボールねじ軸２３のリード角と前記ビット昇降モータ２２の実際の前記回転数とに基づき演算するように構成されており、都度前記ビット１の移動位置を演算することができる。
The
また、前記演算部３１は、前記光電センサ４０の前記ビット相対移動信号を受信可能に構成されており、この受信時点のビット１の移動位置および前記ねじＮが所定の締付けトルクで締結されたねじ締め完了時点のビット１の移動位置をそれぞれ算出するように構成されている。また、これら算出した移動位置は、算出された時点で都度前記記憶部３２に保存され、これら２つの移動位置が記憶されると、前記演算部３１は、これら２つの移動位置の差を前記ビット１の相対移動距離として演算する。この相対移動距離を演算すると前記演算部３１は、前記記憶部３２に記憶した前記上下限範囲と前記相対移動距離とを比較し、前記相対移動距離が前記上下限範囲に収まっていなければねじ浮きであると判定するように構成される。
The
さらに、前記制御装置３０は、図５ないし図８に示す制御フローに基づき動作するよう構成されており、図５および図６の制御フローと図７および図８の制御フローとの２つのモード分けがなされている。つまり、どちらか一方の制御フローが予め選択され、選択された制御フローに基づきねじ締めが行われる。
Further, the
まず、図５および図６の制御フローは、
Ｓ０１：エア吸引手段にエア吸引開始信号を送る。
Ｓ０２：ビット回転モータ２に正転開始信号を送る。（ビット１の正転開始）
Ｓ０３：ビット昇降モータ２２に正転開始信号を送る。（ビット１の下降開始）
Ｓ０４：ビット回転モータ２の負荷電流が予め設定の締付けトルクに相当する値に達するのを待つ。
Ｓ０５：光電センサ４０の受光部４２に光４１ａが入光していないか確認し、入光していればＳ１７へジャンプする。
Ｓ０６：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ０７：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ０８：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ０９：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ａを記憶する。
Ｓ１０：ビット昇降モータ２２に逆転開始信号を送る。（ビット１の上昇開始）
Ｓ１１：光電センサ４０の受光部４２に光４１ａが入光するのを待つ。
Ｓ１２：ビット相対移動信号のフラグを立てる。
Ｓ１３：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ｂを記憶する。
Ｓ１４：相対移動距離Ｃ（＝移動位置Ａ−移動位置Ｂ）を算出する。
Ｓ１５：相対移動距離Ｃが予め設定した上下限範囲内に収まっているか確認し、収まっていなければＳ１７にジャンプする。
Ｓ１６：ねじ締め正常信号を外部へ出力し、Ｓ２３へジャンプする。
Ｓ１７：ねじ締め異常信号を外部へ出力し、Ｓ２３へジャンプする。
Ｓ１８：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ１９：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ２０：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ２１：ねじ締め異常信号を外部へ出力する。
Ｓ２２：ビット昇降モータ２２に逆転開始信号を送る。（ビット１の上昇開始）
Ｓ２３：ビットの移動位置がスタート時の位置に到達するのを待つ。
Ｓ２４：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ２５：エンド
となる。
First, the control flow of FIG. 5 and FIG.
S01: An air suction start signal is sent to the air suction means.
S02: A forward rotation start signal is sent to the
S03: A forward rotation start signal is sent to the
S04: Wait until the load current of the bit
S05: It is confirmed whether or not the light 41a is incident on the
S06: An air suction stop signal is sent to the air suction means.
S07: A rotation stop signal is sent to the
S08: A rotation stop signal is sent to the
S09: The bit movement position information is received from the reciprocating means 20, and the bit movement position A is stored.
S 10: A reverse rotation start signal is sent to the
S11: Wait for the light 41a to enter the
S12: A bit relative movement signal flag is set.
S13: The bit moving position information is received from the reciprocating means 20, and the bit moving position B is stored.
S14: A relative movement distance C (= movement position A−movement position B) is calculated.
S15: It is confirmed whether the relative movement distance C is within a preset upper and lower limit range, and if not, the process jumps to S17.
S16: A screw tightening normal signal is output to the outside, and the process jumps to S23.
S17: Output a screw tightening abnormality signal to the outside, and jump to S23.
S18: An air suction stop signal is sent to the air suction means.
S19: A rotation stop signal is sent to the
S20: A rotation stop signal is sent to the
S21: Output a screw tightening abnormality signal to the outside.
S 22: A reverse rotation start signal is sent to the
S23: Wait until the bit movement position reaches the start position.
S24: A rotation stop signal is sent to the
S25: End.
このＳ０１ないしＳ２５の制御フローは、ねじＮを所定のトルクで締結した直後のビット１の移動位置Ａと、この位置からねじ締め開始時の位置へ復帰する途中のビット１の移動位置Ｂとの差である相対移動距離Ｃを算出して、この相対移動距離Ｃと前記上下限範囲とを比較してねじ浮きの判定を行うモードになる。つまり、本モードにおいて、前記制御装置３０は、前記光４１ａの遮光状態から入光状態へ切替わった瞬間に出力される前記ビット相対移動信号を受け取り前記移動位置Ｂを求めてねじ浮き判定を行う。また、本モードでねじ浮き判定を行う場合、前記ドグ５は、正常なねじ締めを完了した時点で前記光電センサ４０の前記光４１ａを遮り、ここから復帰する前記ビット１が係合していたねじＮから所定量移動するまでは少なくとも遮光状態を保つよう取り付けられている。つまり、前記ドグ５の全長は、このような条件を満たすように予め寸法設定されている。
The control flow from S01 to S25 includes the movement position A of the
次に、図７および図８の制御フローは、
Ｓ３１：エア吸引手段にエア吸引開始信号を送る。
Ｓ３２：ビット回転モータ２に正転開始信号を送る。（ビット１の正転開始）
Ｓ３３：ビット昇降モータ２２に正転開始信号を送る。（ビット１の下降開始）
Ｓ３４：光電センサ４０の受光部４２に光４１ａが入光しているか確認し、入光していなければＳ４０へジャンプする。
Ｓ３５：ビット回転モータ２の負荷電流が予め設定の締付けトルクに相当する値に達しているか確認し、達していなければＳ３４へジャンプする。
Ｓ３６：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ３７：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ３８：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ３９：ねじ締め異常信号を外部へ出力し、Ｓ５１へジャンプする。
Ｓ４０：ビット相対移動信号のフラグを立てる。
Ｓ４１：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ｂ’を記憶する。
Ｓ４２：エア吸引手段にエア吸引停止信号を送る。
Ｓ４３：ビット回転モータ２の負荷電流が予め設定の締付けトルクに相当する値に達するのを待つ。
Ｓ４４：ビット回転モータ２に回転停止信号を送る。
Ｓ４５：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ４６：往復移動手段２０からビットの移動位置情報を受け取り、ビットの移動位置Ａを記憶する。
Ｓ４７：相対移動距離Ｃ（＝移動位置Ｂ’−移動位置Ａ）を算出する。
Ｓ４８：相対移動距離Ｃが予め設定した上下限範囲内に収まっているか確認し、収まっていなければＳ５０にジャンプする。
Ｓ４９：ねじ締め正常信号を外部へ出力し、Ｓ５１へジャンプする。
Ｓ５０：ねじ締め異常信号を外部へ出力する。
Ｓ５１：ビット昇降モータ２２に逆転開始信号を送る。（ビット１の上昇開始）
Ｓ５２：ビットの移動位置がスタート時の位置に到達するのを待つ。
Ｓ５３：ビット昇降モータ２２に回転停止信号を送る。
Ｓ５４：エンド
となる。
Next, the control flow of FIG. 7 and FIG.
S31: An air suction start signal is sent to the air suction means.
S32: A forward rotation start signal is sent to the
S33: A forward rotation start signal is sent to the
S34: It is confirmed whether the light 41a is incident on the
S35: It is confirmed whether the load current of the bit
S36: An air suction stop signal is sent to the air suction means.
S37: A rotation stop signal is sent to the
S38: A rotation stop signal is sent to the
S39: Output a screw tightening abnormality signal to the outside, and jump to S51.
S40: A bit relative movement signal flag is set.
S41: The bit movement position information is received from the reciprocating means 20, and the bit movement position B 'is stored.
S42: An air suction stop signal is sent to the air suction means.
S43: Wait until the load current of the bit
S44: A rotation stop signal is sent to the
S 45: A rotation stop signal is sent to the
S46: The bit moving position information is received from the reciprocating means 20, and the bit moving position A is stored.
S47: A relative movement distance C (= movement position B′−movement position A) is calculated.
S48: It is confirmed whether the relative movement distance C is within a preset upper and lower limit range, and if not, the process jumps to S50.
S49: A screw tightening normal signal is output to the outside, and the process jumps to S51.
S50: A screw tightening abnormality signal is output to the outside.
S 51: A reverse rotation start signal is sent to the
S52: Wait until the bit movement position reaches the start position.
S53: A rotation stop signal is sent to the
S54: End.
このＳ３１ないしＳ５４の制御フローは、ねじＮの頭部着座前である下降途中のビット１の移動位置Ｂ’と、ねじＮを所定のトルクで締結した直後のビット１の移動位置Ａとの差である相対移動距離Ｃを算出して、この相対移動距離Ｃと前記上下限範囲とを比較してねじ浮きの判定を行うモードになる。つまり、本モードにおいて、前記制御装置３０は、前記光４１ａの入光状態から遮光状態へ切替わった瞬間に出力される前記ビット相対移動信号を受け取り前記移動位置Ｂ’を求めてねじ浮き判定を行う。また、本モードでねじ浮き判定を行う場合、前記ドグ５は、前記スクリューガイドばね４が所定量撓んだ時点で前記光電センサ４０の前記光４１ａを遮り、ここから前記ねじＮが所定のトルクで締結されるまでは少なくとも遮光状態を保つように取り付けられている。つまり、前記ドグ５の全長は、このような条件を満足するように予め寸法設定されている。
The control flow from S31 to S54 is the difference between the moving position B ′ of the
本発明の自動ねじ締め装置の作用について、まずは、上述したＳ０１ないしＳ２５のモードによる作用を図１ないし図６を用いて説明する。 Regarding the operation of the automatic screw tightening device of the present invention, first, the operation according to the above-described modes of S01 to S25 will be described with reference to FIGS.
前記スクリューガイド３の先端側に供給された前記ねじＮは、前記エア吸引手段の作動により図１に示すように前記スクリューガイド３の内部に吸引保持される。（Ｓ０１）また、これと同時に前記制御装置３０は、前記ビット回転モータ２を所定の回転数および締付けトルクで回転駆動するとともに、前記ビット昇降モータ２２を所定の回転数および回転トルクで回転駆動する。（Ｓ０２，Ｓ０３）これにより、前記ビット１は、所定の速度および推力を発揮して下降しつつ回転する一方、前記スクリューガイド３は、回転することなく前記ビット１とともに下降する。
The screw N supplied to the distal end side of the
やがて、前記スクリューガイド３は、その先端がワークＷの表面に当接するとこの位置で停止する一方、前記ビット１はスクリューガイド３の先端側へ下降する。これにより、前記スクリューガイドばね４が圧縮方向へ撓み、吸引保持されていた前記ねじＮが回転しつつ下降するビット１によってワークＷへ螺入される。
Eventually, when the tip of the
また、図２に示すように、前記ねじＮがワークＷの表面に着座し、前記締付けトルクまで締付けられると、前記制御装置３０は、前記光電センサ４０からの前記ビット相対移動信号がないか確認する。（Ｓ０５）ここで、前記受光部４２に前記光４１ａが入光していなければ、前記エア吸引手段、前記ビット回転モータ２、前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止する。（Ｓ０６，Ｓ０７，Ｓ０８）これにより、ねじＮの締付けが完了し、前記制御装置３０は、このねじ締め完了時点のビット１の移動位置Ａを前記ビット昇降モータ２２の回転数および前記リード角に基づき算出して記憶する。（Ｓ０９）なお、この時、前記光４１ａは図２に示すように前記ドグ５によって遮られている。
As shown in FIG. 2, when the screw N is seated on the surface of the workpiece W and is tightened to the tightening torque, the
次に、前記ねじ締めツールユニット１０を当初のワーク上空へ復帰させるため、前記ビット昇降モータ２２が回転駆動しビット１を上昇させる。（Ｓ１０）これにより、ビット１は、前記ねじＮとの係合が解かれるものの、前記スクリューガイド３は、図３に示すように撓んだ前記スクリューガイドばね４によってワークＷの表面に当接した状態を保っている。つまり、前記スクリューガイド３に固定された前記ドグ５は、ビット１とともに上昇することなく暫くはその場に留まっている。一方、前記光電センサ４０は、前記ビット１とともに上昇しこれが所定の位置まで上昇すると、前記ドグ５により遮られていた前記光４１ａが前記受光部４２に入光する。（Ｓ１１）この入光により前記発信部４３から前記制御装置３０へ前記ビット相対移動信号が送られ、前記制御装置３０は、ビット相対移動信号のフラグを立てる。（Ｓ１２）前記制御装置３０は、ビット相対移動信号を受け取った時点のビット１の移動位置Ｂを前記ビット昇降モータ２２の回転数および前記リード角に基づき算出し記憶する。（Ｓ１３）
Next, in order to return the screw
前記制御装置３０は、前記ビット１がねじ締め開始前の移動位置に達するまで引き続き前記ビット昇降モータ２２を回転駆動しつつ、前記ねじ締め完了時点のビット１の移動位置Ａと、前記ビット相対移動信号を受け取った時点のビット１の移動位置Ｂとの差を演算する。（Ｓ１４）また、この演算により導き出された値を前記相対移動距離Ｃとして記憶するとともに、この相対移動距離Ｃが各ねじ締めポイント毎に予め設定した上下限範囲に収まっているか否かを判断する。（Ｓ１５）この判断の結果、前記上下限範囲に収まっていればねじ締め正常と判定する一方、収まっていなければねじ締め異常と判断する。また、前記上下限範囲は、上述したように該当するねじ締めポイントに対応するようねじ締め前に自動的に切り替わるため、同一ワーク内で段差があるねじ締めであっても、従来のように前記上下限範囲を都度ねじ締め直前に前記設定スイッチを押すなどして切り替える必要がない。
The
続いて、前記制御装置３０は、ビット１がねじ締め開始前の移動位置に到達しているかを確認し、到達したことを確認すれば前記ビット昇降モータ２２を回転停止させねじ締め作業を終了する。（Ｓ２３ないしＳ２５）
Subsequently, the
一方、Ｓ０５において、前記受光部４２に前記光４１ａが入光し前記光電センサ４０から前記ビット相対移動信号が発せられている場合は、前記エア吸引手段、前記ビット回転モータ２、前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止する。（Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２０）つまり、この時点ではＳ０４にて既に所定の締付けトルクが出力されているにも関わらず、前記ドグ５が前記光４１ａを遮っていない状態であるので、図４に示すようなねじ浮き状態となっている。したがって、前記制御装置３０は、ねじ締め異常信号を出力し、（Ｓ２１）ビット１をねじ締め前の位置まで上昇させるよう指令する。
On the other hand, when the light 41a enters the
次に、上述したＳ３１ないしＳ５４のモードによる本発明の自動ねじ締め装置の作用を図１、図２、図４および図７、図８を用いて説明する。 Next, the operation of the automatic screw tightening device of the present invention in the above-described modes S31 to S54 will be described with reference to FIGS. 1, 2, 4, 7 and 8. FIG.
前記スクリューガイド３の先端側に供給された前記ねじＮは、前記エア吸引手段の作動により図１に示すように前記スクリューガイド３の内部に吸引保持される。（Ｓ３１）また、これと同時に前記制御装置３０は、前記ビット回転モータ２を所定の回転数および締付けトルクで回転駆動するとともに、前記ビット昇降モータ２２を所定の回転数および回転トルクで回転駆動する。（Ｓ３２，Ｓ３３）これにより、前記ビット１は、所定の速度および推力を発揮して下降しつつ回転する一方、前記スクリューガイド３は、回転することなく前記ビット１とともに下降する。
The screw N supplied to the distal end side of the
前記スクリューガイド３は、その先端がワークＷの表面に当接するとその位置で停止し、回転する前記ビット１がスクリューガイド３の先端側へ移動する。これにより、前記スクリューガイドばね４が圧縮方向へ徐々に撓み、吸引保持されていた前記ねじＮがワークＷへ螺入される。このように、下降していた前記スクリューガイド３がワークＷの表面に当接することで停止するものの、前記ビット１は、図２に示すように前記スクリューガイドばね４の撓みにより前記スクリューガイド３に対して相対移動を始める。つまり、前記スクリューガイドホルダ６とともに下降する前記光電センサ４０は、前記スクリューガイド３とともに下降停止したドグ５へ接近することになる。
When the tip of the
前記制御装置３０は、前記受光部４２に前記光４１ａが入光しているか確認し、（Ｓ３４）入光していれば前記ビット回転モータ２の負荷電流が前記締付けトルク相当の値に到達しているか確認する。ここで、前記締付けトルク相当の値に達していなければ再びＳ３４の処理を行う。
The
前記ビット回転モータ２の負荷電流が前記締付けトルク相当の値に到達していれば、（Ｓ３５）前記エア吸引手段、前記ビット回転モータ２、前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止し、ねじ締め異常信号を外部へ出力する。これは、Ｓ３４で入光を確認しているため、前記ドグ５は、前記光４１ａを遮っていないことになる。つまり、図４に示す状態となっており、しかも、この時Ｓ３５で締付けトルクに達しているため、ねじＮをこれ以上ワークＷへ螺入できないことになる。よって、ねじ締め異常信号を出力している。これは、ワークＷに形成されているめねじの加工不良などによりその頭部がワークＷの表面と密着する前に所定の締付けトルクに到達することがあり、このようなねじ浮きの判定を行いねじ締め異常を判定できる。
If the load current of the
一方、Ｓ３４において、前記光４１ａの入光が無ければ、ねじＮが限りなくワークＷの表面に接近していることになる。また、前記光４１ａの入光が無い場合、前記光電センサ４０は、ビット相対移動信号を前記制御装置３０へ発し、ビット相対移動信号のフラグが立てられる。（Ｓ４０）
On the other hand, in S34, if the light 41a is not incident, the screw N is as close as possible to the surface of the workpiece W. When the light 41a is not incident, the
続いて、前記制御装置３０は、前記ビット相対移動信号を受け取ると同時にこの受け取った時点のビット１の移動位置Ｂ’を前記ビット昇降モータ２２の回転数およびボールねじ軸３４のリード角に基づき算出する。（Ｓ４１）この時、前記ねじＮは、ワークＷの表面に限りなく接近しているため、ねじＮの軸部は、ワークＷのめねじに係合している。よって、この段階では、エアを吸引する必要が無いため、前記制御装置３０は、エア吸引手段の駆動を停止する。（Ｓ４２）
Subsequently, the
また、前記制御装置３０は、前記ビット回転モータ２の負荷電流が前記締付けトルク相当の値に到達しているか確認し、到達していれば前記ビット回転モータ２および前記ビット昇降モータ２２をそれぞれ駆動停止する。（Ｓ４４，Ｓ４５）これにより、ねじＮの締付けが完了し、前記制御装置３０は、このねじ締め完了時点のビット１の移動位置Ａを前記ビット昇降モータ２２の回転数および前記リード角に基づき算出して記憶する。（Ｓ４６）なお、この締付けが完了した時点が図２に示す状態である。
Further, the
ねじ締めが完了すると、前記制御装置３０は、記憶した前記移動位置Ｂ’と前記移動位置Ａとの差を算出し、この算出した差である相対移動距離Ｃが予め設定されている上下限範囲にあるか判定する。（Ｓ４７，Ｓ４８）この判定により、前記相対移動距離Ｃが上下限範囲内に収まっていればねじ締め正常信号を外部へ出力する一方、収まっていなければねじ締め異常信号を外部へ出力する。
When the screw tightening is completed, the
また、前記ビット１をねじ締め開始前の位置まで上昇させるため、前記ビット昇降モータ２２を逆転駆動しねじ締め作業を終える。
Further, in order to raise the
したがって、本発明の自動ねじ締め装置は、上述のように前記ドグを検出するビット相対移動検出手段が軸方向へ移動する当該ドグの移動路上に配置されているため、前記ドグおよびビット相対移動検出手段が何れも前記スクリューガイドの周辺にまとめて配置できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、従来に比べてその外観寸法を大幅に小さく構成できる利点がある。また、本発明の自動ねじ締め装置は、算出するビットの移動位置の差が極めて短いため、上述したスクリューガイドの推力による影響も小さくなる利点もある。よって、従来に比べて高精度なねじ浮き判定が行える。さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段がねじ締め完了後に復帰する前記ドグの検出をしなくなった時点において前記ビット相対移動信号を出力するように構成されている。これにより、上述した前記ビットの移動位置の差は、ビット推力が零に設定されているねじ締め完了時点から前記ビットが復帰する途中の前記ビット相対移動信号を受け取った時点までの区間のビットの移動位置から算出されることから、ビットの推力の影響を受けない。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、従来に比べてより高精度なねじ浮き判定が行える利点もある。また、本発明の自動ねじ締め装置は、前記ビット相対移動検出手段を前記ドグの検出に応じてＯＮあるいはＯＦＦの比較的単純な前記ビット相対移動信号を発するもので構成できるため、従来の相対変位検出用エンコーダ、ピニオンギア、ラックギアの設置も不要となる。よって、製造コストを大幅に低減できる利点もある。さらに、本発明の自動ねじ締め装置は、上述の通り前記上下限範囲をねじ締め開始時に自動設定するため、従来のようにねじ締め直前に該当する設定スイッチを押し前記上下限範囲を切り替える作業が不要になる。よって、本発明の自動ねじ締め装置は、段差のあるワークのねじ締め作業を効率よく行える利点もある。 Therefore, in the automatic screw tightening device of the present invention, since the bit relative movement detecting means for detecting the dog as described above is disposed on the movement path of the dog moving in the axial direction, the dog and bit relative movement detection is performed. All means can be arranged around the screw guide. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention has an advantage that its external dimensions can be significantly reduced as compared with the conventional one. In addition, the automatic screw tightening device of the present invention has an advantage that the influence of the thrust of the screw guide described above is reduced because the difference in the calculated movement position of the bit is extremely short. Therefore, the screw floating determination can be performed with higher accuracy than in the past. Furthermore, the automatic screw tightening device of the present invention is configured to output the bit relative movement signal when the bit relative movement detecting means stops detecting the dog that returns after the completion of screw tightening. As a result, the difference in the movement position of the bit described above is the difference between the bit in the section from the time when the bit thrust is set to zero to the time when the bit relative movement signal is received while the bit is returning. Since it is calculated from the moving position, it is not affected by the thrust of the bit. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention has an advantage that the screw floating determination can be performed with higher accuracy than the conventional one. Further, in the automatic screw tightening device of the present invention, the bit relative movement detecting means can be configured to generate a relatively simple bit relative movement signal that is ON or OFF in response to detection of the dog. There is no need to install a detection encoder, pinion gear, or rack gear. Therefore, there is an advantage that the manufacturing cost can be greatly reduced. Furthermore, since the automatic screw tightening device of the present invention automatically sets the upper and lower limit ranges at the start of screw tightening as described above, the operation of switching the upper and lower limit ranges by pressing the corresponding setting switch immediately before screw tightening as in the prior art. It becomes unnecessary. Therefore, the automatic screw tightening device of the present invention also has an advantage of being able to efficiently perform screw tightening work of a workpiece having a step.
なお、本実施例において、前記ビット相対移動検出手段は、前記ビット相対移動信号を前記受光部４２の入光状態に基づき発する光電センサ４０としているが、これに限定されるものではない。例えば、磁化させたドグの磁気を検出すると前記ビット相対移動信号を発する磁気センサ（図示せず）や、ドグに接触するスイッチを有し強く接触することで前記ビット相対移動信号を発するリミットスイッチ（図示せず）などに置き換えてもよい。
In this embodiment, the bit relative movement detection means is the
１ ビット
２ ビット回転モータ
３ スクリューガイド
４ スクリューガイドばね
５ ドグ
１０ ねじ締めツールユニット
２０ 往復移動手段
２２ ビット昇降モータ
２３ ボールねじ軸
２４ 可動ナット
２５ ブラケット
３０ 制御装置
３１ 演算部
３２ 記憶部
４０ 光電センサ
４１ 投光部
４１ａ 光
４２ 受光部
４３ 発信部
Ｎ ねじ
Ｗ ワーク
1
Claims (4)
前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドばねが所定量撓んだ後に前記ビット相対移動信号を出力するように構成され、
前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。 A bit having a tip engaged with a screw, a rotational drive source that rotationally drives the bit with a predetermined torque and a rotational speed, a screw guide that includes the bit and is movable relative to the bit, and the screw A screw guide spring that constantly biases the guide toward the tip end of the bit, and a reciprocating movement that supports the screw guide and the screw guide spring and supports the bit rotatably, and can reciprocate them integrally in the axial direction. Bit relative movement for detecting that the bit is moving relative to the screw guide after the screw guide that has been lowered by the drive of the reciprocating means comes into contact with the workpiece and stops, and outputs a bit relative movement signal A control device comprising a detecting means connected to the reciprocating means and the bit relative movement detecting means The automatic screw clamping device which is composed of,
The bit relative movement detection means is configured to output the bit relative movement signal after the screw guide spring is bent by a predetermined amount,
The control device calculates the movement position of the bit when the bit relative movement signal is received and when the screw tightening is completed, and the difference between the bit movement position when the bit relative movement signal is received and when the screw tightening is completed. And an upper and lower limit range set in advance, and a screw floating determination is made, and an automatic screw tightening apparatus comprising a storage unit for storing the upper and lower limit ranges for each screw tightening point.
前記ビット相対移動検出手段は、前記ビット相対移動信号を前記ビットが締結したねじから離反する方向へ所定量移動した後に出力するよう構成され、
前記制御装置は、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置をそれぞれ算出し、前記ビット相対移動信号を受け取った時点およびねじ締め完了時点のビットの移動位置の差と予め設定した上下限範囲とを比較してねじ浮き判定するよう構成され、前記上下限範囲をねじ締めポイント毎に記憶する記憶部を備えて成ることを特徴とする自動ねじ締め装置。 A bit having a tip engaged with a screw, a rotational drive source that rotationally drives the bit with a predetermined torque and a rotational speed, a screw guide that includes the bit and is movable relative to the bit, and the screw A screw guide spring that constantly biases the guide toward the tip end of the bit, and a reciprocating movement that supports the screw guide and the screw guide spring and supports the bit rotatably, and can reciprocate them integrally in the axial direction. Bit relative movement for detecting that the bit is moving relative to the screw guide after the screw guide that has been lowered by the drive of the reciprocating means comes into contact with the workpiece and stops, and outputs a bit relative movement signal A control device comprising a detecting means connected to the reciprocating means and the bit relative movement detecting means The automatic screw clamping device which is composed of,
The bit relative movement detection means is configured to output the bit relative movement signal after moving a predetermined amount in a direction away from the screw fastened by the bit,
The control device calculates the movement position of the bit when the bit relative movement signal is received and when the screw tightening is completed, and the difference between the bit movement position when the bit relative movement signal is received and when the screw tightening is completed. And an upper and lower limit range set in advance, and a screw floating determination is made, and an automatic screw tightening apparatus comprising a storage unit for storing the upper and lower limit ranges for each screw tightening point.
前記ビット相対移動検出手段は、前記スクリューガイドとともに軸方向へ移動する前記ドグを検出した直後または検出しなくなった直後に前記ビット相対移動信号を発するように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動ねじ締め装置。 The screw guide is formed by fixing a dog whose position can be adjusted in the axial direction,
The bit relative movement detection means is configured to issue the bit relative movement signal immediately after detecting the dog moving in the axial direction together with the screw guide or immediately after detecting the dog. The automatic screw tightening device according to claim 2.
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