JP7514439B1 - Electric driver system and driver control device - Google Patents
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Abstract
【課題】電動ドライバを、トルクセンサを用いない簡素な構成としつつ、電動ドライバの動作制御を適切に行うことができる、電動ドライバシステムおよびドライバ制御装置を提供する。【解決手段】電動ドライバ２の消費電流値を時系列に沿って繰り返し取得する電流値取得手段３３と、消費電流値に基づいて、電動ドライバ２によるネジ締め状態を判定するネジ締め状態判定手段３３と、正常なネジ締め作業においてサンプリングした電動ドライバの消費電流値およびトルク値に基づいて設定された、消費電流値をトルク値に変換するための補正値を記憶するとともに、サンプリングしたトルク値に基づいて設定された、ネジ締めが完了したと判定するためのトルク値を判定値として記憶する記憶手段３２と、を有し、ネジ締め状態判定手段３３は、取得した消費電流値と補正値とに基づいて算出したトルク値と、記憶されている判定値とを比較することで、ネジ締め状態を判定する。【選択図】図２[Problem] To provide an electric screwdriver system and a driver control device that can appropriately control the operation of an electric screwdriver while having a simple configuration that does not use a torque sensor. [Solution] The system includes a current value acquisition means 33 that repeatedly acquires the current consumption value of an electric screwdriver 2 in a chronological order, a screw tightening state determination means 33 that determines the screw tightening state by the electric screwdriver 2 based on the current consumption value, and a storage means 32 that stores a correction value for converting the current consumption value into a torque value, which is set based on the current consumption value and torque value of the electric screwdriver sampled during normal screw tightening work, and stores a torque value for determining that screw tightening is complete, which is set based on the sampled torque value, as a determination value, and the screw tightening state determination means 33 determines the screw tightening state by comparing the torque value calculated based on the acquired current consumption value and correction value with the stored determination value. [Selected Figure] Figure 2
Description
本発明は、電動ドライバシステムおよびドライバ制御装置に関する。 The present invention relates to an electric driver system and a driver control device.
ネジ締付けなどを効率的に行うための電動ドライバが種々提案されている。この種の電動ドライバでは、ネジを締付けるドライバビットを装着するドライバチャックとモーターとの間に機械式もしくは電磁式のクラッチ機構を設け、ネジ締めしてネジ座面が着座しネジ締付けトルクが設定値以上になるとモーターの駆動を停止、あるいは、モーターの駆動を断続させることでより精密な締付けを可能としたものが提案されている（たとえば特許文献１、２）。 Various electric screwdrivers have been proposed for efficient screw tightening. In this type of electric screwdriver, a mechanical or electromagnetic clutch mechanism is provided between the motor and the driver chuck, which is fitted with a driver bit for tightening the screw, and when the screw is tightened and the screw seating surface is seated and the screw tightening torque reaches or exceeds a set value, the motor drive is stopped or the motor drive is interrupted, enabling more precise tightening (for example, Patent Documents 1 and 2).
また、モーターの回転トルクに加えて、ネジ締め時間を考慮することで、ネジの締付けの不足や過大、ネジのドン突き、カジリ、頭ナメなどの不具合を判定する電動ドライバシステムが提案されている（たとえば特許文献３）。さらに、電動ドライバの回転トルクおよびネジ締め時間に加え、電動ドライバがネジを押圧することで生ずる押圧力に基づいて、ネジ締付けが正常に行われたかを診断する電動ドライバシステムが提案されている（たとえば特許文献４）。 An electric screwdriver system has been proposed that determines defects such as insufficient or excessive screw tightening, screw slamming, galling, and head stripping by taking into account the screw tightening time in addition to the rotational torque of the motor (for example, Patent Document 3). Furthermore, an electric screwdriver system has been proposed that diagnoses whether a screw has been tightened correctly based on the pressure generated by the electric screwdriver pressing against the screw in addition to the rotational torque and screw tightening time of the electric screwdriver (for example, Patent Document 4).
上記特許文献３，４に記載の電動ドライバシステムでは、電動ドライバにトルクセンサを搭載し、モーターの回転トルクをトルクセンサで検出し、検出した回転トルクに基づいてネジ締め状態を判定していた。しかしながら、トルクセンサは高価であり、このように高価なトルクセンサを各電動ドライバに搭載する必要があるという問題があった。 In the electric screwdriver systems described in Patent Documents 3 and 4 above, a torque sensor is mounted on the electric screwdriver, the rotational torque of the motor is detected by the torque sensor, and the screw tightening state is determined based on the detected rotational torque. However, torque sensors are expensive, and there is a problem in that such an expensive torque sensor needs to be mounted on each electric screwdriver.
発明者は、廉価な電動ドライバシステムを提供するため、高価なトルクセンサを用いることなく、ネジ締め状態を判定することができる電動ドライバシステムについて鋭意研究を行った。ここで、モーターの回転トルクと消費電流との間は、一般に、トルク－電流（Ｔ－Ｉ）特性といわれる比例関係があることが知られている。そのため、発明者は、モーターの消費電流値に基づいて、ネジ締め状態を判定する方法を検討した。 In order to provide an inexpensive electric screwdriver system, the inventors have conducted extensive research into an electric screwdriver system that can determine the state of screw tightening without using an expensive torque sensor. It is generally known that there is a proportional relationship between the rotational torque of a motor and the current consumption, known as the torque-current (TI) characteristic. Therefore, the inventors have investigated a method of determining the state of screw tightening based on the current consumption value of the motor.
しかしながら、モーターの消費電流値に基づいてネジ締め状態を判定する場合に、モーターの回転トルクと消費電流値との間に２０％程度の誤差が生じてしまうことが分かった。これは、モーターで生じるノイズにより、モーターの消費電流値を適切に計測することができないためと考えられるが、フィルター回路の設置など、ノイズ低減のために一般的に行われている手法を採用するだけでは、ネジ締め状態の判定精度を実用レベルまで高めることができないという問題があった。 However, it was found that when determining the state of screw tightening based on the motor's current consumption, an error of about 20% occurs between the motor's rotational torque and current consumption. This is thought to be because the motor's current consumption cannot be measured properly due to noise generated by the motor, but there was also the problem that the accuracy of determining the state of screw tightening could not be increased to a practical level simply by adopting commonly used methods for reducing noise, such as installing a filter circuit.
本発明は、このような状況を鑑みて創作されたものであり、個々の電動ドライバを、トルクセンサを用いない簡素な構成としつつ、電動ドライバを制御するドライバ制御装置においては既存の構成のままで、電動ドライバの動作制御を行うことができる電動ドライバシステムおよびドライバ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention was created in light of these circumstances, and aims to provide an electric driver system and a driver control device that can control the operation of an electric driver by giving each electric driver a simple configuration that does not use a torque sensor, while keeping the existing configuration of the driver control device that controls the electric driver.
本発明に係る電動ドライバシステムは、電動ドライバと、前記電動ドライバの動作を制御するドライバ制御装置とを有し、前記ドライバ制御装置は、前記ドライバ制御装置から前記電動ドライバに印加する電流の電流値を時系列に沿って繰り返し取得する電流値取得手段と、前記電流値取得手段により取得された電流値に基づいて、前記電動ドライバによるネジ締め状態を判定するネジ締め状態判定手段と、前記ネジ締め状態判定手段による判定結果を報知または外部出力する出力手段と、正常なネジ締め作業において電動ドライバに印加する電流の電流値および電動ドライバのトルク値を予めサンプリングし、当該サンプリングした電流値およびトルク値に基づいて設定された、電流値をトルク値に変換するための補正値を記憶するとともに、サンプリングしたトルク値に基づいて設定された、ネジ締めが完了したと判定するためのトルク値を判定値として記憶する記憶手段と、を有し、前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値と前記補正値とに基づいて算出したトルク値と、前記記憶手段に記憶されている前記判定値とを比較することで、前記ネジ締め状態を判定し、前記補正値は、一律の数値ではなく、前記サンプリングした電動ドライバの電流値およびトルク値に基づいて、電流値ごとに設定された数値であり、前記記憶手段は、電流値ごとに前記補正値を記憶しており、前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値に応じた前記補正値を用いて、前記電流値取得手段により取得した電流値を前記トルク値に変換する。
上記電動ドライバシステムにおいて、前記電動ドライバの筐体に、前記ドライバ制御装置が組み込まれ一体化している構成とすることができる。
上記電動ドライバシステムにおいて、前記記憶手段は、複数本のネジのネジ締めを行う一連の作業工程において要求されるトルク値が２以上ある場合に、要求される前記２以上のトルク値に対応して、２以上の前記判定値を前記一連の作業工程に応じてそれぞれ記憶しており、前記ネジ締め状態判定手段は、前記電動ドライバの電流値を前記トルク値に変換し、変換した前記トルク値と、前記一連の作業工程の各作業における前記判定値とを比較することで、前記ネジ締め状態を判定する構成とすることができる。
上記電動ドライバシステムにおいて、前記記憶手段は、少なくてもネジの種類および／またはネジを取り付ける取付部材の種類の組み合わせからなるネジ締め条件ごとに電動ドライバの電流値および／またはトルク値をサンプリングすることで、前記ネジ締め条件ごとに、前記判定値を記憶しており、前記ネジ締め状態判定手段は、ネジ締めを行う予定の前記ネジ締め条件の情報を取得し、取得したネジ締め条件に応じた前記判定値を用いて、前記ネジ締め状態を判定する構成とすることができる。
上記電動ドライバシステムにおいて、前記記憶手段は、前記サンプリングにおいて、前記ネジ締めを開始してから、ネジの座面がネジ穴の開口部に衝突することによりトルク値または電流値のピークが形成されるまでの時間を含む時間帯を正常判定時間帯として記憶しており、前記ネジ締め状態判定手段は、前記電動ドライバの電流値に基づいて、前記ネジ締めを開始してから、ネジの座面がネジ穴の開口部に衝突することによる電流値またはトルク値のピークが形成されるまでの時間を算出し、算出した時間が、前記正常判定時間帯から外れる場合に、ネジ締め作業に異常があると判定する構成とすることができる。
本発明に係るドライバ制御装置は、電動ドライバと電気的に接続し、前記電動ドライバの動作を制御するドライバ制御装置であって、前記電動ドライバに印加する電流値を時系列に沿って繰り返し取得する電流値取得手段と、前記電流値取得手段により取得された電流値に基づいて、前記電動ドライバによるネジ締め状態を判定するネジ締め状態判定手段と、前記ネジ締め状態判定手段による判定結果を報知または外部出力する出力手段と、正常なネジ締め作業において電動ドライバに印加する電流の電流値および電動ドライバのトルク値を予めサンプリングし、当該サンプリングした電流値およびトルク値に基づいて設定された、電流値をトルク値に変換するための補正値を記憶するとともに、サンプリングしたトルク値に基づいて設定された、ネジ締めが完了したと判定するためのトルク値を判定値として記憶する記憶手段と、を有し、前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値と前記補正値とに基づいて算出したトルク値と、前記記憶手段に記憶されている前記判定値とを比較することで、前記ネジ締め状態を判定し、前記補正値は、一律の数値ではなく、前記サンプリングした電動ドライバの電流値およびトルク値に基づいて、電流値ごとに設定された数値であり、前記記憶手段は、電流値ごとに前記補正値を記憶しており、前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値に応じた前記補正値を用いて、前記電流値取得手段により取得した電流値を前記トルク値に変換する。
The electric screwdriver system according to the present invention comprises an electric screwdriver and a driver control device that controls the operation of the electric screwdriver, the driver control device comprising: a current value acquisition means that repeatedly acquires in a time series manner the current value of a current applied from the driver control device to the electric screwdriver; a screw tightening state determination means that determines the state of screw tightening by the electric screwdriver based on the current value acquired by the current value acquisition means; an output means that notifies or externally outputs the determination result by the screw tightening state determination means; and a correction value that converts the current value to a torque value and that is set based on the sampled current value and torque value, and and a memory means for storing a torque value for determining that screw tightening is complete as a judgment value, the torque value being set based on a sampled torque value, wherein the screw tightening state judgment means judges the screw tightening state by comparing a torque value calculated based on the current value acquired by the current value acquisition means and the correction value with the judgment value stored in the memory means, the correction value being not a uniform numerical value but a numerical value set for each current value based on the sampled current value and torque value of the electric screwdriver, the memory means storing the correction value for each current value, and the screw tightening state judgment means converts the current value acquired by the current value acquisition means into the torque value using the correction value corresponding to the current value acquired by the current value acquisition means.
In the above electric screwdriver system, the driver control device may be built into and integrated with a housing of the electric screwdriver.
In the above electric screwdriver system, the memory means stores two or more judgment values corresponding to the two or more required torque values in a series of work processes for tightening multiple screws, respectively, according to the series of work processes when two or more torque values are required, and the screw tightening state judgment means can be configured to convert the current value of the electric screwdriver into the torque value and judge the screw tightening state by comparing the converted torque value with the judgment value for each task in the series of work processes.
In the above electric screwdriver system, the memory means stores the judgment value for each screw tightening condition, which is a combination of at least the type of screw and/or the type of mounting member to which the screw is attached, by sampling the current value and/or torque value of the electric screwdriver, and the screw tightening state judgment means can be configured to acquire information on the screw tightening conditions under which the screws are to be tightened, and judge the screw tightening state using the judgment value corresponding to the acquired screw tightening conditions.
In the above electric screwdriver system, the memory means stores, during sampling, a period of time including the time from when the screw tightening begins to when a peak in the torque value or current value is formed due to the screw seat colliding with the opening of the screw hole as a normal judgment period of time, and the screw tightening state judgment means calculates, based on the current value of the electric screwdriver, the time from when the screw tightening begins to when a peak in the current value or torque value is formed due to the screw seat colliding with the opening of the screw hole, and judges that there is an abnormality in the screw tightening operation if the calculated time falls outside the normal judgment period of time.
A driver control device according to the present invention is a driver control device that is electrically connected to an electric screwdriver and controls the operation of the electric screwdriver, and includes: current value acquisition means for repeatedly acquiring a current value applied to the electric screwdriver in a chronological order; screw fastening state determination means for determining a state of screw fastening by the electric screwdriver based on the current value acquired by the current value acquisition means; output means for notifying or externally outputting a result of the determination by the screw fastening state determination means; and a current value of a current applied to the electric screwdriver and a torque value of the electric screwdriver in normal screw fastening work, which are sampled in advance, and a correction value for converting a current value into a torque value that is set based on the sampled current value and torque value, and a correction value for converting the sampled torque value into a torque value that is set based on the sampled current value and torque value. and a memory means for storing a torque value for determining that screw tightening is complete, the torque value being set based on the current value acquired by the current value acquisition means, as a judgment value, and the screw tightening state judgment means judges the screw tightening state by comparing a torque value calculated based on the current value acquired by the current value acquisition means and the correction value with the judgment value stored in the memory means, and the correction value is not a uniform numerical value but a numerical value set for each current value based on the sampled current value and torque value of the electric screwdriver, the memory means stores the correction value for each current value, and the screw tightening state judgment means converts the current value acquired by the current value acquisition means into the torque value using the correction value corresponding to the current value acquired by the current value acquisition means.
本発明によれば、個々の電動ドライバでトルクセンサを用いることなくできる限り簡易な構成としつつ、電動ドライバを制御するドライバ制御装置においては既存の構成のままで、電動ドライバの動作制御を行うことができる。 According to the present invention, the configuration of each electric screwdriver is as simple as possible without using a torque sensor, while the driver control device that controls the electric screwdriver can control the operation of the electric screwdriver with the existing configuration.
以下に、図を参照して、本発明に係る電動ドライバシステムの実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る電動ドライバシステム１の構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る電動ドライバシステム１は、電動ドライバ２およびドライバ制御装置３を有し、電動ドライバ２とドライバ制御装置３とは電源コード４を介して電気的に接続している。 Below, an embodiment of an electric screwdriver system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an electric screwdriver system 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the electric screwdriver system 1 according to this embodiment has an electric screwdriver 2 and a driver control device 3, and the electric screwdriver 2 and the driver control device 3 are electrically connected via a power cord 4.
本実施形態に係る電動ドライバシステム１は、ドライバ制御装置３が、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、電動ドライバ２の動作を制御することを特徴とするシステムである。発明者は、電動ドライバ２の消費電流値を用いて電動ドライバ２の動作制御および異常診断を行うために、長年、鋭意研究を行ってきたが、電動ドライバで消費電流値を計測しようとすると、電動ドライバのモーターで発生するノイズの影響によって、計測される消費電流値が不安定となり、実用可能なレベル（たとえば誤差５％以内）で、消費電流値に基づきネジ締め状態を判定することができなかった。そのため、発明者は、電動ドライバにトルクセンサを内蔵し、トルクセンサでモーター２１の回転トルクを検出することで、回転トルクに基づいて、ネジ締め状態を判定する方法を提案していた（たとえば特許文献４）。しかしながら、トルクセンサを用いる方法では、各電動ドライバにトルクセンサが必要となるため、電動ドライバの構成が複雑になるとともに、システム全体の価格が高価になってしまうという問題があった。 The electric screwdriver system 1 according to this embodiment is a system characterized in that the driver control device 3 controls the operation of the electric screwdriver 2 based on the current consumption value of the electric screwdriver 2. The inventor has been conducting research for many years to use the current consumption value of the electric screwdriver 2 to control the operation of the electric screwdriver 2 and diagnose abnormalities. However, when trying to measure the current consumption value with an electric screwdriver, the measured current consumption value becomes unstable due to the influence of noise generated by the motor of the electric screwdriver, and it is not possible to determine the screw tightening state based on the current consumption value at a practical level (for example, within an error of 5%). For this reason, the inventor has proposed a method of judging the screw tightening state based on the rotation torque by incorporating a torque sensor in the electric screwdriver and detecting the rotation torque of the motor 21 with the torque sensor (for example, Patent Document 4). However, the method using a torque sensor requires a torque sensor for each electric screwdriver, which causes problems in that the configuration of the electric screwdriver becomes complicated and the price of the entire system becomes expensive.
このような問題に対して、発明者は、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、電動ドライバ２の動作を制御することを着想した。具体的には、モーター２１の消費電流値とトルク値との間にはＩ-Ｔ特性と呼ばれる比例関係を有するため、消費電流値に一律の補正値を乗じることでトルク値を算出し、このトルクに基づいて、電動ドライバの動作を制御することを着想し、試験機を作製した。しかしながら、試験機の電動ドライバの動作を確認したところ、モーター２１で生じるノイズの影響によって、消費電流値とトルクとは正確な比例関係にはなく、消費電流値に基づいて算出したトルクは、実際のトルク値と比べて平均で２０％程度の乖離があることが分かった。実用レベルでは、数％～５％程度の誤差が要求されており、このままでは実用することができないことが分かった。 In response to these problems, the inventor came up with the idea of controlling the operation of the electric screwdriver 2 based on the current consumption value of the electric screwdriver 2. Specifically, because there is a proportional relationship between the current consumption value and the torque value of the motor 21, known as the I-T characteristic, the inventor came up with the idea of calculating the torque value by multiplying the current consumption value by a uniform correction value, and controlling the operation of the electric screwdriver based on this torque, and created a test machine. However, when the operation of the electric screwdriver of the test machine was confirmed, it was found that due to the influence of noise generated by the motor 21, the current consumption value and the torque were not in an accurate proportional relationship, and the torque calculated based on the current consumption value deviated from the actual torque value by about 20% on average. At a practical level, an error of several percent to 5% is required, and it was found that it could not be used in practical use as it is.
そこで、発明者は、電動ドライバの消費電流値をサンプリングし、ネジ締めが正常に完了した場合の消費電流値を電流判定値として設定し、実際のネジ締め作業における電動ドライバ２の消費電流値が電流判定値に達した場合に、ネジ締め作業が完了したと判定する構成を創作した。このように、電動ドライバ２の消費電流値をサンプリングして電流判定値を設定することで、モーター２１のノイズの影響を受けず、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、ネジ締め状態を適切に判定することが可能となった。 The inventor therefore created a configuration in which the current consumption value of the electric screwdriver is sampled, the current consumption value when screw tightening is completed normally is set as the current judgment value, and when the current consumption value of the electric screwdriver 2 during the actual screw tightening work reaches the current judgment value, it is judged that the screw tightening work is completed. In this way, by sampling the current consumption value of the electric screwdriver 2 and setting the current judgment value, it has become possible to appropriately judge the screw tightening state based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 without being affected by noise from the motor 21.
一方、ネジ締め作業の要求仕様では、５Ｎｍのトルクでネジ締めを行うなど、所定のトルク値でのネジ締め指示されることがあり、単に、消費電流値に基づいてネジ締め作業が完了したかを判定する上記構成の場合には、トルク値と消費電流値の関連付けがなされておらず、所定のトルク値でネジ締めが行われたかを判定することができないという問題があった。 On the other hand, the required specifications for screw tightening may instruct the screw to be tightened at a specified torque value, such as 5 Nm. In the above configuration, which simply determines whether the screw tightening operation has been completed based on the current consumption value, there is no association between the torque value and the current consumption value, and there is a problem in that it is not possible to determine whether the screw has been tightened at the specified torque value.
そこで、本実施形態では、トルクセンサを搭載した電動ドライバ（設定用の電動ドライバ）を用いて、ドライバ制御装置３が電動ドライバに印加する電流値（電動ドライバ２の消費電流値）と、ネジ締め作業における電動ドライバのトルク値とをサンプリングし、電動ドライバ２の消費電流値ごとに、当該消費電流値をトルク値に換算するための補正値を算出し、ドライバ制御装置３に、消費電流値ごとの補正値を記憶する。これにより、ドライバ制御装置３が電動ドライバに印加する電流値（電動ドライバ２の消費電流値）に基づいて、電動ドライバ２のトルク値を適切に算出し、ドライバ制御装置３側において、所定のトルク値でネジ締めを行ったかを判定することを可能とした。このように、電動ドライバ２の消費電流値に、消費電流値ごとに設定した補正値を用いてトルク値を算出することで、トルク値の誤差を５％以下とすることが可能となった。以下に、本実施形態に係る電動ドライバシステムの構成について説明する。 In this embodiment, an electric screwdriver (an electric screwdriver for setting) equipped with a torque sensor is used to sample the current value (current consumption value of the electric screwdriver 2) applied to the electric screwdriver by the driver control device 3 and the torque value of the electric screwdriver during screw tightening work, and a correction value for converting the current consumption value of the electric screwdriver 2 to a torque value is calculated for each current consumption value of the electric screwdriver 2, and the correction value for each current consumption value is stored in the driver control device 3. This makes it possible to properly calculate the torque value of the electric screwdriver 2 based on the current value (current consumption value of the electric screwdriver 2) applied by the driver control device 3, and to determine whether the screw was tightened at a predetermined torque value on the driver control device 3 side. In this way, by calculating the torque value using the correction value set for each current consumption value for the current consumption value of the electric screwdriver 2, it is possible to keep the error of the torque value to 5% or less. The configuration of the electric screwdriver system according to this embodiment is described below.
図２は、電動ドライバ２およびドライバ制御装置３の機能ブロック図である。図２に示すように、電動ドライバ２は、主に、制御部１０と、駆動部２０とを有している。なお、制御部１０および駆動部２０は、一体的に電動ドライバ２の筐体３０内に内蔵されている。特に、本実施形態では、電動ドライバ２を簡潔かつ廉価な構成とするために、電動ドライバ２は、ドライバ制御装置３から印加される電流に基づいてモーター２１を駆動する簡易な構成とされ、トルクセンサや電流センサを有さず、電動ドライバ２からドライバ制御装置３へと信号を送信する機構も有しない。以下に、電動ドライバ２の各構成の詳細について説明する。 Figure 2 is a functional block diagram of the electric screwdriver 2 and the driver control device 3. As shown in Figure 2, the electric screwdriver 2 mainly has a control unit 10 and a drive unit 20. The control unit 10 and the drive unit 20 are integrally built into the housing 30 of the electric screwdriver 2. In particular, in this embodiment, in order to make the electric screwdriver 2 simple and inexpensive, the electric screwdriver 2 has a simple configuration that drives the motor 21 based on the current applied from the driver control device 3, and does not have a torque sensor or current sensor, and does not have a mechanism for transmitting a signal from the electric screwdriver 2 to the driver control device 3. Each component of the electric screwdriver 2 will be described in detail below.
まず、制御部１０について説明する。制御部１０は、モーター２１の動作を制御する機能を有し、図２に示すように、主に、モーター駆動制御部１１と、レバースイッチ１２と、押圧スイッチ１３とを有している。 First, the control unit 10 will be described. The control unit 10 has a function of controlling the operation of the motor 21, and as shown in FIG. 2, it mainly has a motor drive control unit 11, a lever switch 12, and a push switch 13.
モーター駆動制御部１１は、モーター２１の駆動を制御する。本実施形態において、モーター駆動制御部１１は、レバースイッチ１２および押圧スイッチ１３から、モーター２１を駆動させるためのスイッチオン信号を受信している間、ドライバ制御装置３から印加された電流に基づいてモーター２１に電圧を印加することで、モーター２１を駆動させる。なお、レバースイッチ１２は、ユーザが電動ドライバ２を動作させるために押圧可能なスイッチであり、ユーザがレバースイッチ１２を押圧することで、モーター駆動制御部１１にスイッチオン信号を送信する。また、押圧スイッチ１３は、ユーザがドライバビット２６をネジに押し付けることでオンにされ、オンにされることで、モーター駆動制御部１１にスイッチオン信号を送信する。 The motor drive control unit 11 controls the driving of the motor 21. In this embodiment, while the motor drive control unit 11 receives a switch-on signal for driving the motor 21 from the lever switch 12 and the push switch 13, the motor drive control unit 11 drives the motor 21 by applying a voltage to the motor 21 based on the current applied from the driver control device 3. The lever switch 12 is a switch that the user can press to operate the electric screwdriver 2, and when the user presses the lever switch 12, a switch-on signal is sent to the motor drive control unit 11. The push switch 13 is turned on when the user presses the driver bit 26 against the screw, and when turned on, it sends a switch-on signal to the motor drive control unit 11.
なお、本実施形態では、ドライバ制御装置３が電動ドライバ２に印加する電流値は制限されており、モーター駆動制御部１１は、制限された電流値に基づいてモーター２１を駆動することで、電動ドライバ２のトルクがトルク制限範囲を超えてしまうことを防止することができる。また、ドライバ制御装置３は、電動ドライバ２への電流の印加を停止することで、モーター駆動制御部１１による、モーター２１の駆動を停止させることができる。 In this embodiment, the current value applied by the driver control device 3 to the electric screwdriver 2 is limited, and the motor drive control unit 11 drives the motor 21 based on the limited current value, thereby preventing the torque of the electric screwdriver 2 from exceeding the torque limit range. In addition, the driver control device 3 can stop the application of current to the electric screwdriver 2, thereby stopping the drive of the motor 21 by the motor drive control unit 11.
次に、駆動部２０について説明する。駆動部２０は、図２に示すように、モーター２１、減速機２２、ビットフォルダ２４、チャック２５およびドライバビット２６を有しており、制御部１０の制御に基づいて、モーター２１を駆動し、これにより、ドライバビット２６を回転させる。 Next, the drive unit 20 will be described. As shown in FIG. 2, the drive unit 20 has a motor 21, a reducer 22, a bit holder 24, a chuck 25, and a driver bit 26, and drives the motor 21 based on the control of the control unit 10, thereby rotating the driver bit 26.
モーター２１は、モーター駆動制御部１１の制御に基づいて回転駆動を行う。本実施形態において、モーター２１として、ＤＣモーター類を採用しており、モーター２１の回転により電動ドライバ２の先端に設けたドライバビット２６を回転する機構となっている。また、モーター２１とドライバビット２６との間には、モーター２１の回転速度を減速する遊星ギアからなる減速機２２が設けられており、ビットフォルダ２４およびチャック２５を介して、ドライバビット２６を減速機２２に取り付ける構成となっている。 The motor 21 rotates under the control of the motor drive control unit 11. In this embodiment, a DC motor is used as the motor 21, and the rotation of the motor 21 rotates the driver bit 26 provided at the tip of the electric driver 2. In addition, a reducer 22 consisting of a planetary gear that reduces the rotation speed of the motor 21 is provided between the motor 21 and the driver bit 26, and the driver bit 26 is attached to the reducer 22 via a bit holder 24 and a chuck 25.
次に、本実施形態に係るドライバ制御装置３について説明する。ドライバ制御装置３は、電動ドライバ２の動作を制御するための装置である。本実施形態では、ドライバ制御装置３が、電動ドライバ２に印加する電流値を制御することで、電動ドライバ２の動作を制御する。特に、ドライバ制御装置３は、ドライバ制御装置３が電動ドライバ２に印加する電流値を電動ドライバ２の消費電流値として計測し、ドライバ制御装置３が計測した電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、電動ドライバ２の動作を制御する。これにより、電動ドライバ２において消費電流値を計測し送信する構成が必要なくなり、電動ドライバ２の構成を簡素化することが可能となる。以下に、ドライバ制御装置３の詳細について説明する。 Next, the driver control device 3 according to this embodiment will be described. The driver control device 3 is a device for controlling the operation of the electric screwdriver 2. In this embodiment, the driver control device 3 controls the operation of the electric screwdriver 2 by controlling the current value applied to the electric screwdriver 2. In particular, the driver control device 3 measures the current value applied to the electric screwdriver 2 by the driver control device 3 as the current consumption value of the electric screwdriver 2, and controls the operation of the electric screwdriver 2 based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 measured by the driver control device 3. This eliminates the need for a configuration in the electric screwdriver 2 to measure and transmit the current consumption value, making it possible to simplify the configuration of the electric screwdriver 2. The driver control device 3 will be described in detail below.
ドライバ制御装置３は、図２に示すように、主に、消費電流値計測部３１、記憶部３２、ドライバ制御部３３、設定部３４、表示部３５、報知部３６および電源部３７を有している。なお、図１および図２に示す例では、１台のドライバ制御装置３に対して、１台の電動ドライバ２が接続している構成を例示したが、この構成に限定されず、１台のドライバ制御装置３に対して、複数台の電動ドライバ２を接続する構成とすることができる。 As shown in FIG. 2, the driver control device 3 mainly includes a current consumption measurement unit 31, a memory unit 32, a driver control unit 33, a setting unit 34, a display unit 35, a notification unit 36, and a power supply unit 37. Note that in the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, a configuration in which one electric screwdriver 2 is connected to one driver control device 3 is illustrated, but this configuration is not limited to this, and multiple electric screwdrivers 2 can be connected to one driver control device 3.
電源部３７は、商用電源に接続し、ドライバ制御装置３を動作するための電力を得るとともに、電動ドライバ２を動作させるための電力を、電源コード４を介して、電動ドライバ２に供給する。 The power supply unit 37 is connected to a commercial power source to obtain power for operating the driver control device 3, and supplies power for operating the electric screwdriver 2 to the electric screwdriver 2 via the power cord 4.
消費電流値計測部３１は，電動ドライバ２に印加する電流を計測するための回路を有しており、電動ドライバ２に印加する電流値を、電動ドライバ２の消費電流値として繰り返し計測し、計測した電動ドライバ２の消費電流値をドライバ制御部３３に送信する。 The current consumption value measuring unit 31 has a circuit for measuring the current applied to the electric screwdriver 2, and repeatedly measures the current value applied to the electric screwdriver 2 as the current consumption value of the electric screwdriver 2, and transmits the measured current consumption value of the electric screwdriver 2 to the driver control unit 33.
ここで、ネジ締め作業における電動ドライバ２のトルクおよび消費電流値（電動ドライバ２に印加する電流値）の推移について説明する。図３は、正常なネジ締め作業における、ネジの締め付け状態と、電動ドライバ２のトルク値および消費電流値との関係を示すグラフである。なお、図３においては、電動ドライバ２のトルク値と消費電流値が比例関係にあるものとして、トルク値と消費電流値とを同一の線で示している。また、図３において、上部は、ネジの締め付け状態を示しており、下部に、上部の各ネジ締め状態での電動ドライバ２のトルクまたは消費電流値の時系列データの一例を示している。 Here, we will explain the changes in the torque and current consumption value (current value applied to the electric screwdriver 2) of the electric screwdriver 2 during screw tightening work. Figure 3 is a graph showing the relationship between the screw tightening state and the torque value and current consumption value of the electric screwdriver 2 during normal screw tightening work. In Figure 3, the torque value and current consumption value of the electric screwdriver 2 are shown with the same line, assuming that they are in a proportional relationship. In addition, in Figure 3, the upper part shows the screw tightening state, and the lower part shows an example of time series data of the torque or current consumption value of the electric screwdriver 2 in each screw tightening state in the upper part.
図３において、（ａ）のタイミングは、スイッチオン信号が出力され、ネジ締めが開始された直後の状態を示しており、（ｂ）のタイミングは、（ａ）に示す状態からネジを回転させて、ネジがネジ穴に差し込まれている状態を示している。（ａ）に示す状態から、モーター２１を駆動させてネジを回転させることで、（ｂ）に示すタイミングでは、ネジ穴の側面に溝を形成しながら、ネジが穴に差し込まれていくこととなる。この場合、ネジを単に回転させるだけではなく、ネジ穴に溝を形成するための負荷もかかるため、下部のグラフに示すように、電動ドライバ２のトルクおよび消費電流値は上昇する。 In FIG. 3, timing (a) shows the state immediately after the switch-on signal is output and screw tightening begins, and timing (b) shows the state in which the screw is rotated from the state shown in (a) and inserted into the screw hole. By driving the motor 21 to rotate the screw from the state shown in (a), at timing (b) the screw is inserted into the hole while forming a groove on the side of the screw hole. In this case, the screw is not simply rotated, but a load is also applied to form a groove in the screw hole, so the torque and current consumption of the electric screwdriver 2 increase, as shown in the graph at the bottom.
また、（ｃ）および（ｄ）に示すタイミングでは、ネジの先端部がネジ穴を貫通し、ネジ穴にこれ以上新しい溝が形成されない状態となっている。この場合、既に形成された溝に沿ってネジが差し込まれるため（新たな溝を形成されないため）、（ｂ）に示す場合と比べて、ネジを締めるための負荷は小さくなり、その分、ドライバビット２６はスムーズに回転し、下部のグラフに示すように、電動ドライバ２のトルクおよび消費電流値は低い状態で推移する。 At the times shown in (c) and (d), the tip of the screw has penetrated the screw hole, and no new grooves are formed in the screw hole. In this case, the screw is inserted along the already formed groove (no new grooves are formed), so the load required to tighten the screw is smaller than in the case shown in (b), and the driver bit 26 rotates smoothly, and the torque and current consumption of the electric screwdriver 2 remain low, as shown in the graph at the bottom.
一方、（ｅ）に示すように、ネジ頭の座面がネジ穴の開口部に着座すると、ネジ頭とネジ開口部との衝突によりトルクが瞬間的に上昇しトルクおよび消費電流値のピーク（衝突ピーク）が現れる。さらに、ネジ締めを続けた場合には、ネジが取付部材を押圧しながら挿し込まれるため、トルクおよび消費電流値が上昇していく。そして、（ｆ）に示すタイミングにおいて、回転トルクが後述するトルク制限値Ｔｒｌに達しモーター２１の駆動が停止されると、あるいは、雌ネジが破壊されることでネジが空転することで、電動ドライバ２のトルクおよび消費電流値は急峻に低下する。 On the other hand, as shown in (e), when the seat of the screw head sits on the opening of the screw hole, the torque rises instantaneously due to the collision between the screw head and the screw opening, and a peak (collision peak) of the torque and current consumption appears. Furthermore, if the screw is continued to be tightened, the torque and current consumption rise because the screw presses against the mounting member while being inserted. Then, at the timing shown in (f), when the rotational torque reaches the torque limit value Trl described below and the drive of the motor 21 is stopped, or the female thread is destroyed and the screw spins freely, the torque and current consumption of the electric screwdriver 2 drop sharply.
このように、１回のネジ締め作業においても、ネジのネジ締め状態の変化に伴い、電動ドライバ２のトルクおよび消費電流値は変化する。消費電流値計測部３１は、このようなネジ締め状態の変化に伴う電動ドライバ２の消費電流値を繰り返し計測し、ドライバ制御部３３へと出力する。 In this way, even during a single screw tightening operation, the torque and current consumption of the electric screwdriver 2 change as the tightening state of the screw changes. The current consumption measurement unit 31 repeatedly measures the current consumption of the electric screwdriver 2 as the tightening state changes, and outputs the value to the driver control unit 33.
なお、本実施形態では、消費電流値計測部３１が有する電流計測回路に、電圧ノイズまたは電流ノイズによる消費電流値の計測誤差を低減するためのフィルター回路が組み込まれている。フィルター回路は、特に限定されないが、ＯＰアンプ入力にＣＲスパナ回路を組み入れた回路などが採用できる。これにより、消費電流値計測部３１は、電動ドライバ２の消費電流値をより的確に計測することが可能となる。ただし、このようなフィルター回路を用いた対策だけでは、モーターの回転トルクと消費電流値との誤差を十分に解消できないため、本実施形態では、後述するように、実際のネジ締め作業においてサンプリングした消費電流値とトルク値とに基づいて、消費電流値をトルク値に換算するための補正値を求めておくことで、ノイズの影響がある場合でも、電動ドライバ２の消費電流値からトルク値を適切に算出することができ、算出したトルク値に基づいてネジ締め状態を適切に判定することができる。 In this embodiment, a filter circuit is incorporated in the current measurement circuit of the current consumption value measurement unit 31 to reduce measurement errors of the current consumption value due to voltage noise or current noise. The filter circuit is not particularly limited, but a circuit incorporating a CR spanner circuit at the OP amplifier input can be used. This enables the current consumption value measurement unit 31 to more accurately measure the current consumption value of the electric screwdriver 2. However, since the error between the rotation torque of the motor and the current consumption value cannot be sufficiently eliminated by the measure using such a filter circuit alone, in this embodiment, as described later, a correction value for converting the current consumption value to a torque value is calculated based on the current consumption value and torque value sampled during actual screw tightening work, so that even if there is an influence of noise, the torque value can be properly calculated from the current consumption value of the electric screwdriver 2, and the screw tightening state can be properly determined based on the calculated torque value.
次に、ドライバ制御部３３について説明する。ドライバ制御部３３は、電動ドライバ２に印加する電流を制御することで、電動ドライバ２のネジ締め動作を制御する。具体的に、ドライバ制御部３３は、主に、以下の７つの機能を有している。
（１）電動ドライバ２に電流を印加することで、電動ドライバ２を駆動させるドライバ駆動機能。
（２）電動ドライバ２の消費電流値（電動ドライバ２に印加する電流値）を、電動ドライバ２のトルクに換算するトルク換算機能。
（３）電動ドライバ２に印加する電流値を制限することで、電動ドライバ２のトルクを制限するトルク制限機能。
（４）電動ドライバ２の消費電流値（電動ドライバ２に印加する電流値）に基づいて、ネジ締めが完了したか判定するネジ締め状態判定機能。
（５）電動ドライバ２の消費電流値（電動ドライバ２に印加する電流値）に基づいて、ネジ締め作業が正常に行われたか診断するネジ締め診断機能。
（６）電動ドライバ２（モーター２１）の駆動を停止するために、電動ドライバ２への電流の印加を停止するドライバ停止機能。
（７）外部装置から受信した設定信号に基づいて、ネジ締め条件などの設定を行う設定機能。
以下に、ドライバ制御部３３の各機能について説明する。
Next, a description will be given of the driver control unit 33. The driver control unit 33 controls the screw tightening operation of the electric screwdriver 2 by controlling the current applied to the electric screwdriver 2. Specifically, the driver control unit 33 mainly has the following seven functions.
(1) A driver driving function for driving the electric screwdriver 2 by applying a current to the electric screwdriver 2.
(2) A torque conversion function that converts the current consumption value of the electric screwdriver 2 (the current value applied to the electric screwdriver 2) into the torque of the electric screwdriver 2.
(3) A torque limiting function that limits the torque of the electric screwdriver 2 by limiting the value of the current applied to the electric screwdriver 2.
(4) A screw tightening state determination function that determines whether or not the screw tightening is completed based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 (the current value applied to the electric screwdriver 2).
(5) A screw tightening diagnosis function that diagnoses whether a screw tightening operation has been performed normally based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 (the current value applied to the electric screwdriver 2).
(6) A driver stop function that stops the application of current to the electric screwdriver 2 in order to stop the driving of the electric screwdriver 2 (motor 21).
(7) A setting function for setting screw tightening conditions, etc., based on a setting signal received from an external device.
Each function of the driver control unit 33 will be described below.
ドライバ制御部３３のドライバ駆動機能は、電源部３７から供給される電流を、電動ドライバ２に印加することで、電動ドライバ２を駆動させる。また、ドライバ駆動機能は、電動ドライバ２に印加する電流の大きさを適宜変更することができ、これにより、電動ドライバ２のトルクを制限することができる。特に、本実施形態では、ユーザまたは管理者が、設定部３４を操作して、ネジ締め作業において許容できるトルクの上限値を、トルク制限値Ｔｒｌとして記憶部３２に記憶しており、ドライバ駆動機能は、後述するトルク制限機能と協働して、電動ドライバ２のトルクがトルク制限値Ｔｒｌ以下となる電流を電動ドライバ２に印加することで、電動ドライバ２のトルクをトルク制限値Ｔｒｌ以下に制限する。 The driver drive function of the driver control unit 33 drives the electric screwdriver 2 by applying a current supplied from the power supply unit 37 to the electric screwdriver 2. The driver drive function can also change the magnitude of the current applied to the electric screwdriver 2 as appropriate, thereby limiting the torque of the electric screwdriver 2. In particular, in this embodiment, the user or administrator operates the setting unit 34 to store the upper limit of torque that is allowable in screw tightening work in the memory unit 32 as the torque limit value Trl, and the driver drive function cooperates with the torque limit function described later to apply a current to the electric screwdriver 2 that makes the torque of the electric screwdriver 2 equal to or less than the torque limit value Trl, thereby limiting the torque of the electric screwdriver 2 to equal to or less than the torque limit value Trl.
ドライバ制御部３３のトルク換算機能は、消費電流値計測部３１により計測された電動ドライバ２の消費電流値を、電動ドライバ２のトルク値に換算する。本実施形態では、記憶部３２に、電動ドライバ２の消費電流値を、電動ドライバ２のトルク値に変換するための補正値が予め記憶されており、トルク換算機能は、この補正値を用いて、電動ドライバ２の消費電流値を、電動ドライバ２のトルク値に換算する。 The torque conversion function of the driver control unit 33 converts the current consumption value of the electric driver 2 measured by the current consumption value measurement unit 31 into the torque value of the electric driver 2. In this embodiment, a correction value for converting the current consumption value of the electric driver 2 into the torque value of the electric driver 2 is pre-stored in the memory unit 32, and the torque conversion function uses this correction value to convert the current consumption value of the electric driver 2 into the torque value of the electric driver 2.
ここで、電動ドライバ２の消費電流値と、電動ドライバ２のトルク値とは、一般的に、Ｉ－Ｔ特性と呼ばれる比例関係を有することが知られている。そのため、理論上は、当該比例関係に応じた一定の係数を消費電流値に乗じることで、トルク値を算出することができる。しかしながら、実際には、電動ドライバにトルクセンサおよび電流センサを搭載し、トルクセンサで計測した電動ドライバ２のトルクと、電流センサで計測した電動ドライバ２の消費電流値からＩ－Ｔ特性に基づいて算出したトルクでは、２０％程度の誤差が生じることが分かった。このような誤差は、モーター２１で生じる電圧ノイズや電流ノイズによって生じるものであると考えられる。 It is known that the current consumption value of the electric screwdriver 2 and the torque value of the electric screwdriver 2 generally have a proportional relationship called the IT characteristic. Therefore, in theory, the torque value can be calculated by multiplying the current consumption value by a certain coefficient according to this proportional relationship. However, in practice, it has been found that an error of about 20% occurs between the torque of the electric screwdriver 2 measured by the torque sensor and the torque calculated based on the IT characteristic from the current consumption value of the electric screwdriver 2 measured by the current sensor when a torque sensor and a current sensor are mounted on the electric screwdriver. It is believed that such an error occurs due to voltage noise and current noise generated in the motor 21.
そこで、本実施形態では、記憶部３２に、電動ドライバ２の消費電流値（電動ドライバ２に印加する電流値）ごとに、電動ドライバ２のトルク値を算出するための補正値を記憶しておくことで、トルク換算機能は、この補正値を用いて、電動ドライバ２の消費電流値に応じた補正値を用いて、電動ドライバ２のトルク値を算出する。なお、上記補正値は、ユーザまたは管理者が、予め、トルクセンサを搭載した電動ドライバ（設定用の電動ドライバ）を用いて正常なネジ締め作業を行い、ドライバ制御装置３が電動ドライバ２に印加する電流値（電動ドライバ２の消費電流値）と、電動ドライバ２がトルクセンサで検出したトルク値とをサンプリングし、サンプリングした電動ドライバのトルク値および消費電流値に基づいて、消費電流値ごとに算出することで求めることができる。 In this embodiment, the memory unit 32 stores a correction value for calculating the torque value of the electric screwdriver 2 for each current consumption value of the electric screwdriver 2 (current value applied to the electric screwdriver 2), and the torque conversion function uses this correction value to calculate the torque value of the electric screwdriver 2 using a correction value corresponding to the current consumption value of the electric screwdriver 2. The above correction value can be obtained by having the user or administrator perform normal screw tightening work in advance using an electric screwdriver (an electric screwdriver for setting) equipped with a torque sensor, sampling the current value applied by the driver control device 3 to the electric screwdriver 2 (current consumption value of the electric screwdriver 2) and the torque value detected by the torque sensor of the electric screwdriver 2, and calculating for each current consumption value based on the sampled torque value and current consumption value of the electric screwdriver.
ドライバ制御部３３のトルク制限機能は、ドライバ駆動機能が電動ドライバ２に印加する電流の大きさを制限することで、電動ドライバ２のトルクを制限する。たとえば、ネジ締め作業の要求仕様では、５Ｎｍのトルクでネジ締めを行うなど、所定のトルク値でのネジ締め指示されることがある。この場合、トルク制限機能は、ネジ締め作業において、要求されるトルク値以上のトルク値でネジ締めが行われないように、電動ドライバ２のトルク値を５Ｎｍに制限することができる。具体的には、記憶部３２に、トルク制限値Ｔｒｌが記憶されており、トルク制限機能は、トルク換算機能で算出したトルク値がトルク制限値Ｔｒｌ以上とならないように、電動ドライバ２に印加する電流値を制限する。なお、ドライバ制御装置３は、電流制限回路を有することで、設定されたトルク値以上のトルクとならないように、電流を制限するトルク制限機能を実行する構成とすることができる。 The torque limiting function of the driver control unit 33 limits the torque of the electric screwdriver 2 by limiting the magnitude of the current applied to the electric screwdriver 2 by the driver drive function. For example, the required specifications for a screw tightening operation may instruct the screw tightening at a predetermined torque value, such as 5 Nm. In this case, the torque limiting function can limit the torque value of the electric screwdriver 2 to 5 Nm so that the screw tightening operation is not performed at a torque value greater than the required torque value. Specifically, a torque limiting value Trl is stored in the memory unit 32, and the torque limiting function limits the current value applied to the electric screwdriver 2 so that the torque value calculated by the torque conversion function does not exceed the torque limiting value Trl. The driver control unit 3 can be configured to have a current limiting circuit to execute the torque limiting function to limit the current so that the torque does not exceed the set torque value.
また、要求仕様によっては、複数本のネジをネジ締めする一連のネジ締め作業工程において、複数のトルク値でネジ締めを行うことが要求されることがある。たとえば、ネジ締めを５Ｎｍで５本締め付けた後、１Ｎｍで３本締め付け、その後、３Ｎｍで１０本の締め付けを行うという一連のネジ締め作業工程が要求される場合がある。このような要求に対応するために、記憶部３２は、複数のトルク制限値Ｔｒｌを記憶することができ、また、トルク制限機能は、複数のトルク制限値Ｔｒｌの中から、現在のネジ締めに用いるトルク制限値Ｔｒｌを用いて、ネジ締めのトルク制限を行う構成とすることができる。たとえば、トルク制限機能は、上述した一連のネジ締め作業工程においては、まず、トルク制限値Ｔｒｌを５Ｎｍとして５回のネジ締め作業を行い、次いで、トルク制限値Ｔｒｌを１Ｎｍとして３回のネジ締め作業を行い、次いで、トルク制限値Ｔｒｌを３Ｎｍとして１０回のネジ締め作業を行う構成とすることができる。 Depending on the required specifications, a series of screw tightening work processes in which multiple screws are tightened may require tightening the screws at multiple torque values. For example, a series of screw tightening work processes may be required in which five screws are tightened at 5 Nm, three screws are tightened at 1 Nm, and then ten screws are tightened at 3 Nm. In order to meet such requirements, the memory unit 32 can store multiple torque limit values Trl, and the torque limit function can be configured to limit the torque of the screw tightening using the torque limit value Trl used for the current screw tightening from among the multiple torque limit values Trl. For example, in the above-mentioned series of screw tightening work processes, the torque limit function can be configured to first perform five screw tightening operations with a torque limit value Trl of 5 Nm, then perform three screw tightening operations with a torque limit value Trl of 1 Nm, and then perform ten screw tightening operations with a torque limit value Trl of 3 Nm.
次に、ドライバ制御部３３のネジ締め状態判定機能について説明する。ネジ締め状態判定機能は、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、電動ドライバ２がネジ締めを完了したか否かを判定する。具体的には、ネジ締め状態判定機能は、トルク換算機能により算出したトルク値が、記憶部３２に記憶したトルク判定値Ｔｒｔに達したか否かを判定する。トルク判定値Ｔｒｔとは、ネジ締めが完了したと判定できるトルク値であり、ユーザまたは管理者が、トルクセンサを搭載した電動ドライバ（設定用の電動ドライバ）を用いて、予め、正常なネジ締め作業における電動ドライバのトルクを時系列に沿ってサンプリングし、ネジ締めが完了したタイミングにおけるトルク値を、トルク判定値Ｔｒｔとして設定し、記憶部３２に記憶させることができる。具体的に、本実施形態では、図３の（ｅ）に示すように、ネジ頭の座面がネジ穴の開口部に着座し、ネジ頭とネジ開口部との衝突によりトルク値の衝突ピークが形成されたタイミングをネジ締め完了タイミングとし、当該ネジ締め完了タイミングにおける電動ドライバ２のトルク値をトルク判定値Ｔｒｔとして記憶部３２に記憶させる。 Next, the screw tightening state determination function of the driver control unit 33 will be described. The screw tightening state determination function determines whether the electric screwdriver 2 has completed screw tightening based on the current consumption value of the electric screwdriver 2. Specifically, the screw tightening state determination function determines whether the torque value calculated by the torque conversion function has reached the torque determination value Trt stored in the memory unit 32. The torque determination value Trt is a torque value that can be determined as the completion of screw tightening, and a user or administrator can use an electric screwdriver (an electric screwdriver for setting) equipped with a torque sensor to sample the torque of the electric screwdriver in a normal screw tightening operation in advance in a chronological order, set the torque value at the timing when the screw tightening is completed as the torque determination value Trt, and store it in the memory unit 32. Specifically, in this embodiment, as shown in (e) of FIG. 3, the timing when the seat of the screw head sits on the opening of the screw hole and the collision peak of the torque value is formed by the collision between the screw head and the screw opening is set as the screw tightening completion timing, and the torque value of the electric screwdriver 2 at the screw tightening completion timing is stored in the memory unit 32 as the torque determination value Trt.
そして、ネジ締め状態判定機能は、トルク換算機能により算出したトルク値が、トルク判定値Ｔｒｔに達した場合に、ネジ締めが完了したと判定し、報知部３６や表示部３５に、電動ドライバ２のトルク値がトルク判定値に達した旨（ネジ締めが完了した旨）をブザーなどの音、ライト点灯などの光、あるいは文字情報で出力させることで、ユーザにネジ締めが完了した旨を知らせることができる。 The screw tightening state determination function determines that screw tightening is complete when the torque value calculated by the torque conversion function reaches the torque determination value Trt, and causes the notification unit 36 and the display unit 35 to output a sound such as a buzzer, a light such as a light being turned on, or text information to indicate that the torque value of the electric screwdriver 2 has reached the torque determination value (that screw tightening is complete), thereby informing the user that screw tightening is complete.
ドライバ制御部３３のネジ締め診断機能は、電動ドライバ２のネジ締め作業の異常を診断する。具体的に、ネジ締め診断機能は、ネジ締めを開始してから、ネジ締め状態判定機能によりネジ締めが完了したと判定されるまでの時間をネジ締め時間として計測し、計測したネジ締め時間が、所定の正常判定時間帯Ｔｍｔの範囲内である場合には、ネジ締め作業は正常に行われたと診断し、所定の正常判定時間帯Ｔｍｔの範囲外である場合には、ネジ締め作業に異常があったと診断する。 The screw tightening diagnosis function of the driver control unit 33 diagnoses abnormalities in the screw tightening operation of the electric screwdriver 2. Specifically, the screw tightening diagnosis function measures the screw tightening time from when screw tightening starts until the screw tightening state determination function determines that screw tightening is complete, and if the measured screw tightening time is within a predetermined normal determination time period Tmt, it diagnoses that the screw tightening operation was performed normally, and if it is outside the range of the predetermined normal determination time period Tmt, it diagnoses that there was an abnormality in the screw tightening operation.
ここで、図４は、ネジ締め作業の異常診断を説明するためのグラフである。本実施形態では、図４に示すように、正常なネジ締め作業におけるネジ締め時間を含む時間帯が正常判定時間帯Ｔｍｔとして記憶部３２に記憶されている。ネジ締め時間は、通常、ネジの長さや取付部材の材質などのネジ締め条件に応じて変わるが、ネジ締め条件が同一であれば、正常なネジ締め作業では、ネジ締め開始からネジ締め完了までを一定の時間範囲内で行うことができる。そこで、本実施形態では、ネジ締め条件ごとに、正常なネジ締め作業におけるネジ締め時間をサンプリングしておき、ネジ締めが完了した時間を含む一定範囲の時間帯を、正常判定時間帯Ｔｍｔとして設定し、記憶部３２に記憶することができる。なお、本実施形態では、少なくてもネジの種類およびネジが取り付けられる取付部材の種類の組み合わせをネジ締め条件と称す。 Here, FIG. 4 is a graph for explaining abnormality diagnosis of screw tightening work. In this embodiment, as shown in FIG. 4, a time period including the screw tightening time in normal screw tightening work is stored in the memory unit 32 as the normal judgment time period Tmt. The screw tightening time usually varies depending on the screw tightening conditions such as the length of the screw and the material of the mounting member, but if the screw tightening conditions are the same, normal screw tightening work can be performed within a certain time range from the start of screw tightening to the completion of screw tightening. Therefore, in this embodiment, the screw tightening time in normal screw tightening work is sampled for each screw tightening condition, and a certain range of time period including the time when the screw tightening is completed can be set as the normal judgment time period Tmt and stored in the memory unit 32. In this embodiment, the screw tightening condition refers to at least the combination of the type of screw and the type of mounting member to which the screw is attached.
具体的には、ユーザまたは管理者は、トルクセンサおよび電流センサを搭載した電動ドライバ（設定用の電動ドライバ）を用いて、正常なネジ締め作業における電動ドライバ２のトルク値および電流値をサンプリングしておき、電動ドライバ２（モーター）の起動電流を検出したタイミングから、ネジ頭の座面がネジ穴の開口部と衝突することで、電動ドライバ２のトルク値の衝突ピークが生じるタイミング（図３に示す（ｆ）のタイミング）までの時間（基準時間Ｔｍｓ）を求め、基準時間Ｔｍｓを含む時間帯を正常判定時間帯Ｔｍｔとして記憶部３２に記憶させることができる。たとえば、正常なネジ締め作業においてネジ締めが完了するまでの時間（基準時間Ｔｍｓ）が１秒である場合、正常判定時間帯Ｔｍｔとして、基準時間Ｔｍｓの前後に０．５秒ずつ設けた０．５秒～１．５秒の時間帯として設定することができる。なお、電動ドライバ２（モーター２１）の起動電流は、一般に、モーター２１の起動を開始してから約１～５ｍｓでピークが得られる電流値であり、設定用の電動ドライバの電流センサで検出することもできるが、ドライバ制御装置３においても検出することができる。そのため、サンプル時は、設定用の電動ドライバの電流センサでモーター２１の起動電流を検出し、実際に、電動ドライバ２を用いてねじ締めを診断する場合には、ドライバ制御装置３において電動ドライバ２（モーター２１）の起動電流を検出する構成とすることができる。 Specifically, the user or administrator can use an electric screwdriver (electric screwdriver for setting) equipped with a torque sensor and a current sensor to sample the torque value and current value of the electric screwdriver 2 during normal screw tightening work, obtain the time (reference time Tms) from the timing when the starting current of the electric screwdriver 2 (motor) is detected to the timing when the seat of the screw head collides with the opening of the screw hole, causing a collision peak of the torque value of the electric screwdriver 2 (timing (f) shown in FIG. 3), and store the time period including the reference time Tms as the normal judgment time period Tmt in the memory unit 32. For example, if the time (reference time Tms) until the screw tightening is completed in normal screw tightening work is 1 second, the normal judgment time period Tmt can be set as a time period of 0.5 to 1.5 seconds, with 0.5 seconds provided before and after the reference time Tms. The starting current of the electric screwdriver 2 (motor 21) is generally a current value that peaks about 1 to 5 ms after the start of the motor 21, and can be detected by the current sensor of the electric screwdriver for setting, but can also be detected by the driver control device 3. Therefore, during sampling, the current sensor of the electric screwdriver used for setting detects the starting current of the motor 21, and when actually diagnosing the screw tightening using the electric screwdriver 2, the driver control device 3 can be configured to detect the starting current of the electric screwdriver 2 (motor 21).
たとえば、図４に示す例において、電動ドライバ２の消費電流値（電動ドライバ２に印加した電流値）に基づくトルク値の時系列データ１では、ネジ締め作業が開始されてから衝突ピークが検出されるまでの時間（Ａ）が、正常判定時間帯Ｔｍｔの範囲内となっている。この場合、ネジ締め診断機能は、ネジ締め作業は正常に行われたと診断することができる。一方、図４に示す例において、電動ドライバ２の消費電流値に基づくトルク値の時系列データ２では、ネジ締めが完了するまでの時間（Ｂ）が正常判定時間帯Ｔｍｔよりも早い時間となっており、この場合、ネジ締め診断機能は、ネジ穴の径に対してネジの径が大きいなどの異常があると診断することができる。また、図４に示す例において、電動ドライバ２の消費電流値に基づくトルク値の時系列データ３では、ネジ締めが完了するまでの時間（Ｃ）が正常判定時間帯Ｔｍｔよりも遅い時間となっており、この場合、ネジ締め診断機能は、ネジ穴の径に対してネジの径が小さい、ネジの空転、ガジリ、ネジ頭ナメなどの異常があると診断することができる。 For example, in the example shown in FIG. 4, in the time series data 1 of the torque value based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 (the current value applied to the electric screwdriver 2), the time (A) from the start of the screw tightening operation to the detection of the collision peak is within the range of the normal judgment time zone Tmt. In this case, the screw tightening diagnosis function can diagnose that the screw tightening operation has been performed normally. On the other hand, in the example shown in FIG. 4, in the time series data 2 of the torque value based on the current consumption value of the electric screwdriver 2, the time (B) until the screw tightening is completed is earlier than the normal judgment time zone Tmt, and in this case, the screw tightening diagnosis function can diagnose that there is an abnormality such as the screw diameter being large compared to the diameter of the screw hole. Also, in the example shown in FIG. 4, in the time series data 3 of the torque value based on the current consumption value of the electric screwdriver 2, the time (C) until the screw tightening is completed is later than the normal judgment time zone Tmt, and in this case, the screw tightening diagnosis function can diagnose that there is an abnormality such as the screw diameter being small compared to the diameter of the screw hole, the screw spinning, the galling, and the screw head stripping.
また、ネジ締め診断機能は、電動ドライバ２のトルクがトルク判定値Ｔｒｔに達することなく、一定時間経過した場合も、ネジ穴の径に対してネジの径が小さい、ネジの空転、ガジリ、ネジ頭ナメなどの異常があると診断する構成とすることもできる。ネジが空転などする場合には、回転トルクが上昇せず、トルクがトルク判定値Ｔｒｔに達しない場合があるためである。なお、上記一定時間は、設定機能により、電動ドライバ２の種類ごと、あるいは、ねじ締め条件ごとに設定することができる。電動ドライバ２の種類やねじ締め条件により、ねじ締め作業において電動ドライバ２のトルクがトルク判定値Ｔｒｔに達するまでの時間に差があるためである。 The screw tightening diagnosis function can also be configured to diagnose abnormalities such as the screw diameter being small compared to the screw hole diameter, the screw spinning, galling, or stripped screw head if a certain amount of time has passed without the torque of the electric screwdriver 2 reaching the torque judgment value Trt. This is because if the screw spins free, the rotation torque may not increase and the torque may not reach the torque judgment value Trt. The certain amount of time can be set by the setting function for each type of electric screwdriver 2 or each screw tightening condition. This is because the time it takes for the torque of the electric screwdriver 2 to reach the torque judgment value Trt during screw tightening work varies depending on the type of electric screwdriver 2 and the screw tightening conditions.
ドライバ制御部３３のドライバ停止機能は、電動ドライバ２への電流の印加を停止することで、電動ドライバ２の駆動を停止する。本実施形態において、ドライバ停止機能は、ネジ締め状態判定機能により、電動ドライバ２のトルクがトルク判定値Ｔｒｔに達した場合にネジ締めが完了したと判定された場合、および／または、トルク制限機能により、電動ドライバ２のトルク値がトルク制限値Ｔｒｌに達し、トルクが制限された場合に、電動ドライバ２の駆動を停止する構成とすることができる。 The driver stop function of the driver control unit 33 stops the drive of the electric screwdriver 2 by stopping the application of current to the electric screwdriver 2. In this embodiment, the driver stop function can be configured to stop the drive of the electric screwdriver 2 when the screw tightening state determination function determines that screw tightening is complete when the torque of the electric screwdriver 2 reaches a torque determination value Trt, and/or when the torque limit function determines that the torque value of the electric screwdriver 2 reaches a torque limit value Trl and the torque is limited.
ドライバ制御部３３の設定機能は、パソコンやスマーフォンなどの外部装置から設定信号を受信し、受信した設定信号に基づいて、ネジ締め条件に応じた補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、トルク制限値Ｔｒｌおよび／または正常判定時間帯Ｔｍｔを設定することができる。すなわち、本実施形態では、ユーザまたは管理者が、外部装置を用いて、ネジ締め条件ごとの補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、トルク制限値Ｔｒｌおよび／または正常判定時間帯Ｔｍｔを入力することができ、外部装置で入力した補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、トルク制限値Ｔｒｌおよび／または正常判定時間帯Ｔｍｔをドライバ制御部３３に送信することで、設定機能が記憶部３２に補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、トルク制限値Ｔｒｌおよび／または正常判定時間帯Ｔｍｔを記憶させることができる。 The setting function of the driver control unit 33 can receive a setting signal from an external device such as a personal computer or smartphone, and set the correction value, torque judgment value Trt, torque limit value Trl, and/or normal judgment time period Tmt according to the screw tightening conditions based on the received setting signal. That is, in this embodiment, a user or administrator can use an external device to input the correction value, torque judgment value Trt, torque limit value Trl, and/or normal judgment time period Tmt for each screw tightening condition, and by sending the correction value, torque judgment value Trt, torque limit value Trl, and/or normal judgment time period Tmt input by the external device to the driver control unit 33, the setting function can store the correction value, torque judgment value Trt, torque limit value Trl, and/or normal judgment time period Tmt in the memory unit 32.
また、設定機能は、ユーザまたは管理者が設定部３４を介して入力したネジ締め条件の情報を取得し、当該ネジ締め条件に応じた補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、トルク制限値Ｔｒｌおよび／または正常判定時間帯Ｔｍｔを記憶部３２から取得する。これにより、ドライバ制御部３３は、設定された補正値、トルク判定値Ｔｒｔおよびトルク制限値Ｔｒｌを用いて、トルク換算、ネジ締め状態の判定、トルク制限、ネジ締め診断などを実行することができる。なお、ドライバ制御装置３は、外部装置と有線または無線で接続することで、情報の授受が可能となっている。 The setting function also acquires information on screw tightening conditions input by the user or administrator via the setting unit 34, and acquires the correction value, torque judgment value Trt, torque limit value Trl, and/or normal judgment time period Tmt corresponding to the screw tightening conditions from the memory unit 32. This allows the driver control unit 33 to perform torque conversion, judgment of the screw tightening state, torque limitation, screw tightening diagnosis, etc., using the set correction value, torque judgment value Trt, and torque limit value Trl. The driver control unit 3 is capable of sending and receiving information by connecting to an external device via wire or wirelessly.
さらに、設定機能は、ユーザがドライバ制御装置３の設定部３４を操作することで、ネジ締め状態判定機能、トルク制限機能、および／またはネジ締め診断機能のオン／オフを設定することができる。 Furthermore, the setting function allows the user to turn on/off the screw tightening state determination function, the torque limiting function, and/or the screw tightening diagnosis function by operating the setting unit 34 of the driver control device 3.
また、本実施形態では、ネジ締め条件ごとにネジ締めを実際に行い、ネジ締め条件ごとに、正常なねじ締め作業における電動ドライバ２の消費電流値およびトルク値を時系列に沿ってサンプリングすることで、ネジ締め条件ごとに、補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、および、正常判定時間帯Ｔｍｔを記憶部３２に記憶する構成とすることができる。この場合も、ユーザまたは管理者は、外部装置を用いて、ネジ締め条件ごとに、補正値、トルク判定値Ｔｒｔおよび正常判定時間帯Ｔｍｔをドライバ制御装置３に入力し、設定機能が、入力されたネジ締め条件ごとに、補正値、トルク判定値Ｔｒｔおよび正常判定時間帯Ｔｍｔを記憶部３２に記憶する構成とすることができる。なお、ネジの種類は、たとえば、ネジの太さや長さなどに応じて分類することができ、取付部材の種類は、たとえば、取付部材の材質や硬度などに応じて分類することができる。 In addition, in this embodiment, the screw is actually tightened for each screw tightening condition, and the current consumption value and torque value of the electric screwdriver 2 in normal screw tightening work are sampled in time series for each screw tightening condition, so that the correction value, torque judgment value Trt, and normal judgment time zone Tmt can be stored in the memory unit 32 for each screw tightening condition. In this case, too, the user or administrator can use an external device to input the correction value, torque judgment value Trt, and normal judgment time zone Tmt for each screw tightening condition to the driver control device 3, and the setting function can be configured to store the correction value, torque judgment value Trt, and normal judgment time zone Tmt for each input screw tightening condition in the memory unit 32. Note that the type of screw can be classified according to, for example, the thickness and length of the screw, and the type of mounting member can be classified according to, for example, the material and hardness of the mounting member.
さらに、本実施形態において、設定機能は、複数本のネジをネジ締めする一連のネジ締め作業工程に応じて、複数のトルク判定値Ｔｒｔおよび／または複数のトルク制限値Ｔｒｌを記憶部３２に記憶し、ドライバ制御部３３は、一連のネジ締め作業工程のうちの各ネジ締め作業に応じたトルク判定値Ｔｒｔおよび／またはトルク制限値Ｔｒｌを用いて、ネジ締め状態の判定やトルク制限を行う構成とすることができる。たとえば、ユーザが、ネジ締めを５Ｎｍで５本締め付けた後、１Ｎｍで３本締め付け、その後、３Ｎｍで１０本の締め付けを行うという一連のネジ締め作業工程を繰り返す必要がある場合、ドライバ制御部３３は、まず、トルク判定値Ｔｒｔを５Ｎｍ、トルク制限値Ｔｒｌを５＋αＮｍとして５回のネジ締め作業を行い、次いで、トルク判定値Ｔｒｔを１Ｎｍ、トルク制限値Ｔｒｌを１＋αＮｍとして３回のネジ締め作業を行い、次いで、トルク判定値Ｔｒｔを３Ｎｍ、トルク制限値Ｔｒｌを３＋αＮｍとして１０回のネジ締め作業を行っているかを判定することができる。 Furthermore, in this embodiment, the setting function stores multiple torque judgment values Trt and/or multiple torque limit values Trl in the memory unit 32 according to a series of screw tightening work processes for tightening multiple screws, and the driver control unit 33 can be configured to determine the screw tightening state and limit the torque using the torque judgment value Trt and/or the torque limit value Trl corresponding to each screw tightening work in the series of screw tightening work processes. For example, if a user needs to repeat a series of screw tightening operations in which five screws are tightened at 5 Nm, three screws are tightened at 1 Nm, and then ten screws are tightened at 3 Nm, the driver control unit 33 can determine whether the user first tightens five screws with a torque determination value Trt of 5 Nm and a torque limit value Trl of 5+αNm, then tightens three screws with a torque determination value Trt of 1 Nm and a torque limit value Trl of 1+αNm, and then tightens ten screws with a torque determination value Trt of 3 Nm and a torque limit value Trl of 3+αNm.
これにより、従来の電動ドライバでは実現できなかった、一連時締め作業工程を１本の電動ドライバ２で実施することができる。すなわち、従来は、電動ドライバを一定のトルク値でネジ締めさせるために、電動ドライバにクラッチ機構を設け、電動ドライバのトルクが一定のトルク値に達した場合に、機械的に、クラッチ機構によりトルク伝達を遮断する構成を採用していた。しかしながら、トルク伝達を遮断するための上記トルク値は、クラッチ機構が有するバネの伸縮を調整することで調整可能となっていた。そのため、たとえば、ネジ締めを５Ｎｍで５本締め付けた後、１Ｎｍで３本締め付け、その後、３Ｎｍで１０本の締め付けを行うという一連の作業工程を繰り返す場合には、ネジ締めを行うトルク値が変わるたびにバネの伸長を調製してトルク遮断値を変更するか、あるいは、トルク遮断値が異なる３本の電動ドライバを用意して使用する必要があった。これに対して、本実施形態では、ドライバ制御部３３により、トルク判定値Ｔｒｔやトルク制限値Ｔｒｌを自在に変更することができるため、従来のようなクラッチ機構を用いることなく、トルク制御を簡易に行うことができ、その結果、一本の電動ドライバ２で様々なトルクに応じたネジ締め作業を連続して行うことが可能となる。 This allows a single electric screwdriver 2 to perform a series of tightening operations, which could not be achieved with conventional electric screwdrivers. In other words, conventionally, in order to tighten screws with a constant torque value, a clutch mechanism was provided in the electric screwdriver, and when the torque of the electric screwdriver reached a constant torque value, the torque transmission was mechanically cut off by the clutch mechanism. However, the torque value for cutting off the torque transmission was adjustable by adjusting the expansion and contraction of the spring of the clutch mechanism. Therefore, for example, when repeating a series of operations in which five screws are tightened with 5 Nm, three screws are tightened with 1 Nm, and then ten screws are tightened with 3 Nm, it was necessary to adjust the extension of the spring to change the torque cutoff value each time the torque value for tightening the screws changed, or to prepare and use three electric screwdrivers with different torque cutoff values. In contrast, in this embodiment, the torque judgment value Trt and the torque limit value Trl can be freely changed by the driver control unit 33, so torque control can be easily performed without using a conventional clutch mechanism, and as a result, screw tightening work can be performed continuously according to various torques with a single electric screwdriver 2.
なお、本実施形態では、ユーザが設定部３４を操作することで、サンプリングにより決定したネジ締めが完了したタイミングのトルク値をトルク判定値Ｔｒｔとして使用するモードと、仕様で要求される複数のトルク値をトルク判定値として使用するモードとを選択することができ、設定機能は、選択されたモードに応じてトルク判定値Ｔｒｔを設定する構成とすることができる。また、設定機能は、ネジ締め作業を所定のトルク（Ｎｍ）で行ったかを判定するために、所定のトルクＮｍをトルク判定値Ｔｒｔと設定する構成とすることもできる。 In this embodiment, the user can operate the setting unit 34 to select a mode in which the torque value at the timing when the screw tightening is completed, determined by sampling, is used as the torque judgment value Trt, and a mode in which multiple torque values required by the specifications are used as the torque judgment value, and the setting function can be configured to set the torque judgment value Trt according to the selected mode. Also, the setting function can be configured to set a specified torque Nm as the torque judgment value Trt to determine whether the screw tightening operation was performed with a specified torque (Nm).
さらに、設定機能は、ユーザまたは管理者がサンプリングした消費電流値やトルク値を自動で記憶する機能を有する構成とすることもできる。また、設定機能は、サンプリングした消費電流値およびトルク値のデータから補正値、トルク判定値Ｔｒｔ、および／または正常判定時間帯Ｔｍｔを自動で設定する構成とすることもできる。 The setting function can also be configured to have a function for automatically storing the current consumption value and torque value sampled by the user or administrator. The setting function can also be configured to automatically set the correction value, the torque judgment value Trt, and/or the normal judgment time period Tmt from the sampled current consumption value and torque value data.
以上のように、本実施形態に係る電動ドライバシステム１では、ドライバ制御装置３が、電動ドライバ２の消費電流値を時系列に沿って繰り返し取得し、取得した消費電流値に基づいて、電動ドライバ２によるネジ締め状態を判定する。具体的には、ドライバ制御装置３は、正常なネジ締め作業においてサンプリングした電動ドライバ２の消費電流値に基づいて設定された、消費電流値をトルク値に変換するための補正値を記憶するとともに、サンプリングしたトルク値に基づいて設定された、ネジ締めが完了したと判定するためのトルク値をトルク判定値Ｔｒｔとして記憶している。そして、ドライバ制御装置３は、電動ドライバ２に印加する電流値を電動ドライバ２の消費電流値として計測し、当該消費電流値に応じた補正値を乗じて算出したトルク値が、予め記憶しているトルク判定値Ｔｒｔに達した場合には、ネジ締めが完了したと判定する。このように、本実施形態に係る電動ドライバシステム１では、電動ドライバ２は、トルクセンサを有する必要がないだけではなく、電流センサを有する必要もなく、また、ドライバ制御装置３にデータを送信する機構を有する必要もないため、電動ドライバ２を簡素な構成とすることができる。さらに、ドライバ制御装置３についても、プログラムを変更するだけで既存の構成を変更する必要がないため、電動ドライバシステム１を安価に提供することが可能となる。 As described above, in the electric screwdriver system 1 according to the present embodiment, the driver control device 3 repeatedly acquires the current consumption value of the electric screwdriver 2 in a time series, and judges the screw tightening state by the electric screwdriver 2 based on the acquired current consumption value. Specifically, the driver control device 3 stores a correction value for converting the current consumption value into a torque value, which is set based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 sampled during normal screw tightening work, and stores a torque value for judging that the screw tightening is completed, which is set based on the sampled torque value, as a torque judgment value Trt. Then, the driver control device 3 measures the current value applied to the electric screwdriver 2 as the current consumption value of the electric screwdriver 2, and judges that the screw tightening is completed when the torque value calculated by multiplying the current consumption value by the correction value according to the current consumption value reaches the torque judgment value Trt stored in advance. Thus, in the electric screwdriver system 1 according to the present embodiment, the electric screwdriver 2 does not need to have a torque sensor, does not need to have a current sensor, and does not need to have a mechanism for transmitting data to the driver control device 3, so that the electric screwdriver 2 can be configured simply. Furthermore, since the driver control device 3 only requires changing the program and does not require changing the existing configuration, it is possible to provide the electric driver system 1 at a low cost.
また、本実施形態では、正常なネジ締め作業を実際に再現し、正常なネジ締め作業における電動ドライバ２の消費電流値およびトルク値の時系列データをサンプリングすることで、ノイズが存在する状況下における、消費電流値とトルク値との関係を特定することができ、これにより、ノイズが存在する状況下においても、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、電動ドライバ２のトルク値を適切に算出することができる。その結果、ノイズが存在する状況下においても、あるいは、ドライバ制御装置３が電動ドライバ２に印加する電流値と電動ドライバ２のモーター２１が消費する電流消費量とに乖離がある場合も、電動ドライバ２のトルクがトルク判定値Ｔｒｔに達したか否かを適切に判定することが可能となる。 In addition, in this embodiment, a normal screw tightening operation is actually reproduced, and time series data of the current consumption value and torque value of the electric screwdriver 2 during normal screw tightening operation is sampled, thereby making it possible to identify the relationship between the current consumption value and the torque value in a noisy situation, and thus even in a noisy situation, the torque value of the electric screwdriver 2 can be appropriately calculated based on the current consumption value of the electric screwdriver 2. As a result, even in a noisy situation, or even when there is a discrepancy between the current value applied to the electric screwdriver 2 by the driver control device 3 and the amount of current consumed by the motor 21 of the electric screwdriver 2, it becomes possible to appropriately determine whether the torque of the electric screwdriver 2 has reached the torque determination value Trt.
また、本実施形態に係る電動ドライバシステム１では、たとえば、ネジ締めを５Ｎｍで５本締め付けた後、１Ｎｍで３本締め付け、その後、３Ｎｍで１０本の締め付けを行うという一連の作業工程を繰り返す場合に、プログラムにおいて、それぞれの目標トルク値（５Ｎｍ，１Ｎｍ、３Ｎｍ）を第１～第３トルク判定値として設定し、電動ドライバ２の消費電流値に基づくトルク値が、これらトルク判定値に達するか否かをプログラムに従って判定することで、一連の作業工程におけるトルク値がそれぞれ要求仕様を満たしているかを判定することができる。特に、従来の電動ドライバでは、トルクの出力上限をバネ２７の伸長を調整することで行っていたため、上記のようにネジ締めを行う際に要求されるトルク値が変化する場合には、トルクが異なる３本の電動ドライバを用いるか、ネジ締めを行う指定トルクが変わることにバネ２７の伸長を調製する必要があった。これに対して、本実施形態では、ドライバ制御装置３に、複数のトルク判定値を設定しておくことで、電動ドライバ２を変更することなく、ドライバ制御部３３が、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて、要求仕様に合ったトルク値であるかを判定することができる。 In addition, in the electric screwdriver system 1 according to the present embodiment, for example, when a series of work steps is repeated in which five screws are tightened at 5 Nm, three screws are tightened at 1 Nm, and then ten screws are tightened at 3 Nm, the program sets the respective target torque values (5 Nm, 1 Nm, 3 Nm) as the first to third torque judgment values, and the program determines whether the torque value based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 reaches these torque judgment values, thereby determining whether the torque values in the series of work steps each satisfy the required specifications. In particular, in the conventional electric screwdriver, the torque output upper limit was set by adjusting the extension of the spring 27, so that when the torque value required for screw tightening changes as described above, it was necessary to use three electric screwdrivers with different torques or adjust the extension of the spring 27 when the specified torque for screw tightening changes. In contrast, in the present embodiment, by setting multiple torque judgment values in the driver control device 3, the driver control unit 33 can determine whether the torque value matches the required specifications based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 without changing the electric screwdriver 2.
以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。 The above describes preferred embodiments of the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited to the above description of the embodiments. Various modifications and improvements can be made to the above embodiments, and such modifications or improvements are also included in the technical scope of the present invention.
たとえば、上述した実施形態では、ドライバ制御装置３が、記憶部３２に記憶したトルク判定値Ｔｒｔと、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて算出したトルク値とを比較することで、ネジ締め状態を判定する構成を例示したが、この構成に限定されず、記憶部３２が、サンプリングデータから正常にネジ締めが完了した際の消費電流値を電流判定値として記憶しておき、電流判定値と、電動ドライバ２から取得した消費電流値とを比較することで、ネジ締め状態を判定する構成とすることができる。 For example, in the above-described embodiment, the driver control device 3 determines the screw tightening state by comparing the torque judgment value Trt stored in the memory unit 32 with the torque value calculated based on the current consumption value of the electric screwdriver 2. However, the present invention is not limited to this configuration. The memory unit 32 may store the current consumption value when the screw tightening is completed normally from the sampling data as a current judgment value, and may determine the screw tightening state by comparing the current judgment value with the current consumption value obtained from the electric screwdriver 2.
さらに、上述した実施形態では、電動ドライバ２とドライバ制御装置３とを有する電動ドライバシステム１を例示したが、この構成に限定されず、電動ドライバ２の筐体３０内にドライバ制御装置３を組み込み一体に構成することができる。また、この場合、電動ドライバ２の筐体３０内にバッテリーをさらに組み込み、商用電源にプラグを差し込まなくても、電動ドライバ２を携帯し動作させることが可能な構成とすることができる。これにより、たとえば、ＤＩＹや大工の道具として、電動ドライバシステム１を提供することができる。 In addition, in the above-mentioned embodiment, the electric screwdriver system 1 having the electric screwdriver 2 and the driver control device 3 is exemplified, but the present invention is not limited to this configuration, and the driver control device 3 can be built into the housing 30 of the electric screwdriver 2 to form an integrated configuration. In this case, a battery can also be built into the housing 30 of the electric screwdriver 2, making it possible to carry the electric screwdriver 2 and operate it without plugging it into a commercial power source. This allows the electric screwdriver system 1 to be provided as a tool for DIY or carpentry, for example.
また、上述した実施形態では、ドライバ制御装置３は、電動ドライバ２の消費電流値に基づいて算出したトルク値がトルク制限値Ｔｒｌに達した場合に、電動ドライバ２の駆動を停止する駆動停止信号を送信する構成を例示したが、この構成に限定されず、トルク値がトルク制限値Ｔｒｌに達した場合に、トルク制限値Ｔｒｌを超えるトルク値とならないように、ドライバ制御装置３から電動ドライバ２に印加する電流を制限し、電動ドライバ２の駆動は停止しない構成とすることができる。 In addition, in the above-described embodiment, the driver control device 3 is configured to transmit a drive stop signal to stop the drive of the electric screwdriver 2 when the torque value calculated based on the current consumption value of the electric screwdriver 2 reaches the torque limit value Trl, but this configuration is not limited to this, and a configuration is also possible in which when the torque value reaches the torque limit value Trl, the current applied from the driver control device 3 to the electric screwdriver 2 is limited so that the torque value does not exceed the torque limit value Trl, and the drive of the electric screwdriver 2 is not stopped.
加えて、上述した実施形態では、ネジ締めが完了したかを判定するためのトルク判定値Ｔｒｔ、および、ネジ締めが正常に行われたかを診断するための正常判定時間帯Ｔｍｔを記憶部３２が記憶する構成を例示したが、この構成に限定されず、記憶部３２は、正常なネジ締め作業における電動ドライバ２の消費電流値の時系列データを記憶しておき、ドライバ制御部３３が、記憶部３２から取得した消費電流値の時系列データに基づいて、トルク判定値Ｔｒｔおよび正常判定時間帯Ｔｍｔを算出する構成とすることもできる。 In addition, in the above-described embodiment, a configuration is exemplified in which the memory unit 32 stores the torque judgment value Trt for determining whether screw tightening is complete, and the normal judgment time period Tmt for diagnosing whether screw tightening is performed normally, but this configuration is not limited to this. The memory unit 32 can also be configured to store time series data of the current consumption value of the electric screwdriver 2 during normal screw tightening work, and the driver control unit 33 can calculate the torque judgment value Trt and the normal judgment time period Tmt based on the time series data of the current consumption value acquired from the memory unit 32.
また、上述した実施形態では、ドライバ制御装置３が、電流制限回路を有し、ドライバ駆動機能が電動ドライバ２に印加する電流の大きさを制限することで、電動ドライバ２のトルクを制限する構成を例示したが、この構成に限定されず、電動ドライバ２がモーター２１に印加する電流を制限する電流制限回路を有し、電動ドライバ２において電流を制限することで、電動ドライバ２のトルクがトルク制限値を超えてしまうことを抑制する構成とすることもできる。 In addition, in the above-described embodiment, the driver control device 3 has a current limiting circuit, and the driver drive function limits the magnitude of the current applied to the electric screwdriver 2 to limit the torque of the electric screwdriver 2. However, this configuration is not limited to this, and the electric screwdriver 2 may have a current limiting circuit that limits the current applied to the motor 21, and the torque of the electric screwdriver 2 may be prevented from exceeding the torque limit value by limiting the current in the electric screwdriver 2.
さらに、上述した実施形態では、ドライバ制御装置３が、ネジ締めが完了したと判定した場合に報知部３６により報知する構成を例示したが、この構成に限定されず、ネジ締め状態の判定結果を外部装置に出力する構成とすることもできる。また、ドライバ制御装置３が、ユーザまたは管理者が設定した補正値およびトルク判定値Ｔｒｔおよび／またはトルク制限値Ｔｒｌのデータを外部装置に出力する構成とすることもできる。さらに、ドライバ制御装置３が、ネジ締め作業における電動ドライバ２の消費電流値またはトルク値の時系列データや、ネジ締め作業の作業履歴（ネジ締め作業を何Ｎｍで何回行ったかなどの履歴）を外部装置に出力する構成とすることもできる。 In addition, in the above-described embodiment, the driver control device 3 is configured to notify the notification unit 36 when it determines that the screw tightening is complete, but this is not limited to the configuration, and the determination result of the screw tightening state can also be output to an external device. The driver control device 3 can also be configured to output the correction value and the torque determination value Trt and/or the torque limit value Trl data set by the user or administrator to an external device. Furthermore, the driver control device 3 can also be configured to output time series data of the current consumption value or torque value of the electric screwdriver 2 during the screw tightening work, and the work history of the screw tightening work (such as the history of how many Nm and how many times the screw tightening work was performed) to an external device.
１…電動ドライバシステム
２…電動ドライバ
１０…制御部
１１…モーター駆動制御部
１２…レバースイッチ
１３…押圧スイッチ
２０…駆動部
２１…モーター
２２…減速機
２４…ビットフォルダ
２５…チャック
２６…ドライバビット
２７…バネ
２８…レバーギア
２９…トルククラッチリミットスイッチ
３０…筐体
３…ドライバ制御装置
３１…消費電流値計測部
３２…記憶部
３３…ドライバ制御部
３４…設定部
３５…表示部
３６…報知部
３７…電源部
４…電源コード
REFERENCE SIGNS LIST 1... Electric screwdriver system 2... Electric screwdriver 10... Control unit 11... Motor drive control unit 12... Lever switch 13... Press switch 20... Drive unit 21... Motor 22... Reducer 24... Bit holder 25... Chuck 26... Driver bit 27... Spring 28... Lever gear 29... Torque clutch limit switch 30... Housing 3... Driver control device 31... Current consumption measurement unit 32... Memory unit 33... Driver control unit 34... Setting unit 35... Display unit 36... Notification unit 37... Power supply unit 4... Power cord
Claims (6)
前記ドライバ制御装置は、
前記ドライバ制御装置から前記電動ドライバに印加する電流の電流値を時系列に沿って繰り返し取得する電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により取得された電流値に基づいて、前記電動ドライバによるネジ締め状態を判定するネジ締め状態判定手段と、
前記ネジ締め状態判定手段による判定結果を報知または外部出力する出力手段と、
正常なネジ締め作業において電動ドライバに印加する電流の電流値および電動ドライバのトルク値を予めサンプリングし、当該サンプリングした電流値およびトルク値に基づいて設定された、電流値をトルク値に変換するための補正値を記憶するとともに、サンプリングしたトルク値に基づいて設定された、ネジ締めが完了したと判定するためのトルク値を判定値として記憶する記憶手段と、を有し、
前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値と前記補正値とに基づいて算出したトルク値と、前記記憶手段に記憶されている前記判定値とを比較することで、前記ネジ締め状態を判定し、
前記補正値は、一律の数値ではなく、前記サンプリングした電動ドライバの電流値およびトルク値に基づいて、電流値ごとに設定された数値であり、
前記記憶手段は、電流値ごとに前記補正値を記憶しており、
前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値に応じた前記補正値を用いて、前記電流値取得手段により取得した電流値をトルク値に変換する、電動ドライバシステム。 An electric screwdriver and a driver control device that controls the operation of the electric screwdriver,
The driver control device includes:
a current value acquiring means for repeatedly acquiring a current value of a current applied from the driver control device to the electric driver in a time series manner;
a screw fastening state determination means for determining a state of the screw fastened by the electric screwdriver based on the current value acquired by the current value acquisition means;
an output means for notifying or externally outputting a result of the determination by the screw fastening state determination means;
a storage means for sampling in advance the current value of the current applied to the electric screwdriver and the torque value of the electric screwdriver during normal screw tightening work, storing a correction value for converting the current value to a torque value that is set based on the sampled current value and torque value, and storing a torque value for determining that screw tightening is complete that is set based on the sampled torque value as a judgment value;
the screw fastening state determination means determines the screw fastening state by comparing a torque value calculated based on the current value acquired by the current value acquisition means and the correction value with the determination value stored in the storage means;
The correction value is not a uniform value, but a value set for each current value based on the sampled current value and torque value of the electric screwdriver,
the storage means stores the correction value for each current value,
The screw tightening state determination means converts the current value acquired by the current value acquisition means into a torque value using the correction value corresponding to the current value acquired by the current value acquisition means.
前記ネジ締め状態判定手段は、前記電動ドライバの電流値を前記トルク値に変換し、変換した前記トルク値と、前記一連の作業工程の各作業における前記判定値とを比較することで、前記ネジ締め状態を判定する、請求項１または２に記載の電動ドライバシステム。 the storage means stores, in a case where two or more torque values are required in a series of work steps for fastening a plurality of screws, two or more judgment values corresponding to the two or more required torque values according to the series of work steps,
3. The electric screwdriver system according to claim 1, wherein the screw tightening state determination means converts a current value of the electric screwdriver into the torque value and determines the screw tightening state by comparing the converted torque value with the determination value for each task in the series of work processes.
前記ネジ締め状態判定手段は、ネジ締めを行う予定の前記ネジ締め条件の情報を取得し、取得したネジ締め条件に応じた前記判定値を用いて、前記ネジ締め状態を判定する、請求項１または２に記載の電動ドライバシステム。 the storage means stores the judgment value for each screw fastening condition based on a current value and/or a torque value of the electric screwdriver sampled for each screw fastening condition consisting of at least a combination of a type of screw and/or a type of mounting member to which the screw is attached,
The electric screwdriver system according to claim 1 or 2, wherein the screw tightening state determination means acquires information on the screw tightening conditions for which the screw is to be tightened, and determines the screw tightening state using the determination value according to the acquired screw tightening conditions.
前記ネジ締め状態判定手段は、前記電動ドライバの電流値に基づいて、前記ネジ締めを開始してから、ネジの座面がネジ穴の開口部に衝突することによる電流値またはトルク値のピークが形成されるまでの時間を算出し、算出した時間が、前記正常判定時間帯から外れる場合に、ネジ締め作業に異常があると判定する、請求項１または２に記載の電動ドライバシステム。 the storage means stores, in the sampling, a time period including a time from when the screw tightening is started until a peak of the torque value or the current value is formed as a result of the seat surface of the screw colliding with an opening of the screw hole, as a normal determination time period;
The electric screwdriver system according to claim 1 or 2, wherein the screw tightening state determination means calculates the time from when the screw tightening begins to when a peak in the current value or torque value is formed due to the screw seat colliding with the opening of the screw hole, based on the current value of the electric screwdriver, and determines that there is an abnormality in the screw tightening operation if the calculated time is outside the normal determination time period.
前記電動ドライバに印加する電流の電流値を時系列に沿って繰り返し取得する電流値取得手段と、
前記電流値取得手段により取得された電流値に基づいて、前記電動ドライバによるネジ締め状態を判定するネジ締め状態判定手段と、
前記ネジ締め状態判定手段による判定結果を報知または外部出力する出力手段と、
正常なネジ締め作業において電動ドライバに印加する電流の電流値および電動ドライバのトルク値を予めサンプリングし、当該サンプリングした電流値およびトルク値に基づいて設定された、電流値をトルク値に変換するための補正値を記憶するとともに、サンプリングしたトルク値に基づいて設定された、ネジ締めが完了したと判定するためのトルク値を判定値として記憶する記憶手段と、を有し、
前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値と前記補正値とに基づいて算出したトルク値と、前記記憶手段に記憶されている前記判定値とを比較することで、前記ネジ締め状態を判定し、
前記補正値は、一律の数値ではなく、前記サンプリングした電動ドライバの電流値およびトルク値に基づいて、電流値ごとに設定された数値であり、
前記記憶手段は、電流値ごとに前記補正値を記憶しており、
前記ネジ締め状態判定手段は、前記電流値取得手段により取得した電流値に応じた前記補正値を用いて、前記電流値取得手段により取得した電流値を前記トルク値に変換する、ドライバ制御装置。 A driver control device that is electrically connected to an electric screwdriver and controls the operation of the electric screwdriver,
A current value acquiring means for repeatedly acquiring a current value of a current applied to the electric screwdriver in a time series manner;
a screw fastening state determination means for determining a state of the screw fastened by the electric screwdriver based on the current value acquired by the current value acquisition means;
an output means for notifying or externally outputting a result of the determination by the screw fastening state determination means;
a storage means for sampling in advance the current value of the current applied to the electric screwdriver and the torque value of the electric screwdriver during normal screw tightening work, storing a correction value for converting the current value to a torque value that is set based on the sampled current value and torque value, and storing a torque value for determining that screw tightening is complete that is set based on the sampled torque value as a judgment value;
the screw fastening state determination means determines the screw fastening state by comparing a torque value calculated based on the current value acquired by the current value acquisition means and the correction value with the determination value stored in the storage means;
The correction value is not a uniform value, but a value set for each current value based on the sampled current value and torque value of the electric screwdriver,
the storage means stores the correction value for each current value,
The screw fastening state determination means converts the current value acquired by the current value acquisition means into the torque value using the correction value corresponding to the current value acquired by the current value acquisition means.
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