JP7247807B2 - ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ねじ締め不良判定装置、ねじ締め装置、ねじ締め不良判定方法、および制御プログラムに関する。

従来、上下方向に軸動される電動ドライバーを備えたねじ締め装置において、任意設定された計測開始位置からの計測設定時間でのビットの移動距離に基づいて、締結部品の存在の有無を判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ビットの先端部が被締結物あるいは締結部に当接しない位置である判定開始設定点にビットが到達してからの、ビットに作用する推力に基づいて、締結部品の有無を判定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１２－２２３８４１号公報 特開２０１３－１８０６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、任意設定された計測開始位置からの計測設定時間でのビットの移動距離に基づいて、締結部品（ねじ）の存在の有無を判定する。誤判定を回避するためには、ねじ有りの場合とねじなしの場合の移動距離の差を大きくする必要がある。しかしながら、ビットが保持するねじの先端がねじ穴に入り始める位置は、ねじのばらつき等に起因して、正確には分からない。それゆえ、計測設定時間には、ねじがねじ穴に入る前のビットが高速で移動している時間も含まれ得る。そのため、特許文献１に記載の技術では、計測設定時間を長めに設定する必要がある。そうすると、ねじの存在の有無の判定が遅くなり、ビットが被締結物に衝突する可能性がある。また、ねじが短いほど、ねじの存在の有無の判定が困難になる。

また、ビットに作用する推力の変化は、被締結物、および締結部品の材料特性や公差等の外因の影響を受けやすい。特許文献２に記載の技術では、締結部品の有無の誤判定が生じる可能性があるという問題がある。

本発明の一態様は、適切に、ねじ締めの良否判定を行うことができる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置は、ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得部と、前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度または前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定部とを備える。

前記の構成によれば、仮着座工程における所定時点でのドライバーの軸方向における速度の特徴量に基づいて、ねじ締めの良否判定を行う。仮着座工程において、ねじが被締結物に入り始めると直ぐに明確な速度変化が生じる。それゆえ、仮着座工程における早い時点で、計測された速度の特徴量を算出し、この速度特徴量に基づいて、精度良く、ねじがドライバーの先端に存在するか否かのねじ締めの良否判定を行うことができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の累積移動平均であってもよい。

前記の構成によれば、精度よく、ねじなしによる不良の発生を検出することができる。また、斜め締め等をネジなしと誤って判定することがなく、早い段階で適切にネジなしを検出することができる。

本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の移動平均であってもよい。

前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の中央値であってもよい。

前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。

本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定し、前記速度特徴量は、ドライバーの軸方向における速度の標準偏差であってもよい。

前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。

本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記不良判定部は、所定時点での前記軸方向における前記速度に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定してもよい。

前記の構成によれば、早い段階で、精度よく、ねじなしの不良を検出することができる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置は、前記仮着座工程は、前記ねじの座面が被締結物に接するまでの工程である。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、前記仮着座工程は、前記ドライバーに与える回転トルクが前記ねじの締め付けトルクより小さい所定トルクに達するまで行われる。

また、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定装置では、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、前記ねじが前記ドライバーの先端に存在しない不良の発生を通知する通知部を備える。

前記の構成によれば、ねじがドライバーの先端に存在しない不良の発生を通知することができ、例えばユーザは、ねじをドライバーの先端取り付けるなどの適切な対応をとることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め装置は、前記のねじ締め不良判定装置と、前記ドライバーに回転トルクを与える第１モータと、前記ドライバーを前記軸方向に移動させる第２モータとを備える。

前記の構成によれば、第１モータの回転トルクに基づいて、仮着座工程を制御する共に、第２モータによるドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量に応じてねじ締めの良否判定を行うことができる。よって、仮着座工程において、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め装置は、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじ締めを中止してもよい。

前記の構成によれば、ねじなしの場合に、ドライバーのビットが被締結物に当接する前に、ドライバーの駆動を中止することができるので、ドライバーのビットにより被締結物を傷つけてしまうのを防ぐことができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るねじ締め不良判定方法は、ドライバーの軸方向における速度または前記速度に関する速度特徴量を取得する速度取得ステップと、前記ドライバーをねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、所定時点での前記軸方向における前記速度特徴量に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する不良判定ステップとを含む。

前記の構成によれば、仮着座工程における所定時点でのドライバーの軸方向における速度または速度特徴量に基づいて、ねじ締めの良否判定を行う。仮着座工程において、ねじが被締結物に入り始めると直ぐに明確な速度変化が生じる。それゆえ、仮着座工程における早い時点で、計測された速度特徴量を算出し、この速度または速度特徴量に基づいて、精度良く、ねじがドライバーの先端に存在するか否かのねじ締めの良否判定を行うことができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御プログラムは、前記のねじ締め不良判定装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記速度取得部、および、前記不良判定部としてコンピュータを機能させる。

前記の構成によれば、制御プログラムにより、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

本発明の一態様によれば、適切に、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

本発明の実施形態に係るねじ締めシステムの概要を示すブロック図である。 ＰＬＣの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るねじ締めシステムの外観構成を示す図である。 仮着座工程中のＺ軸位置の変化量を示す図である。 仮着座工程中のＺ軸速度の変化量を示す図である。 仮着座工程中のＺ軸速度の変化量を模式的に示す図である。 仮着座工程中のＺ軸速度の累積移動平均の変化量を模式的に示す図である。

以下、本発明の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１ 適用例
図１は、本発明の実施形態に係るねじ締め装置１の概要を示すブロック図である。図１に示すように、ねじ締め装置１は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０（ねじ締め不良判定装置）、カプラ２０、回転用サーボ３０（第１モータ）、および往復用サーボ４０（第２モータ）を備えている。ねじ締め装置１は、後述するドライバー５０（図３参照）の、軸周りでの回転運動および軸方向への往復運動により、ねじ締め動作を行う。このとき、ＰＬＣ１０は、ねじ締め動作の制御を行うとともに、当該ねじ締め動作における不良の発生を判定する。

本明細書においては、ねじ締め動作における不良とは、ねじ締めの開始前にねじを落とすなどして、ねじ締め動作の開始時点でドライバービットの先端にねじが存在しない「ねじなし」の状態である。ＰＬＣ１０は、ねじなしによる不良の発生を判定する。

回転用サーボ３０は、ドライバー５０の軸周りの回転運動（R軸方向の運動）を生じさせるモータである。また、回転用サーボ３０は、自身の回転速度（ｄｅｇ．／ｓ）、回転量（ｄｅｇ．）、および回転トルク（定格トルクに対する割合（％））をカプラ２０へ出力する。

往復用サーボ４０は、ドライバー５０の軸方向への往復運動（Ｚ軸方向の運動）を生じさせるモータである。また、往復用サーボ４０は、自身の回転によるドライバー５０の移動速度（ｍｍ／ｓ）、移動位置（ｍｍ）、および移動トルク（定格トルクに対する割合（％））をカプラ２０へ出力する。

カプラ２０は、ＰＬＣ１０と、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０と、を接続する。詳細には、カプラ２０は、ＰＬＣ１０から受信した制御信号を回転用サーボ３０および往復用サーボ４０へ送信する。また、カプラ２０は、回転用サーボ３０から受信した、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルクをＰＬＣ１０へ送信する。また、カプラ２０は、往復用サーボ４０から受信した、往復用サーボ４０の回転によるドライバー５０の移動速度、移動位置および移動トルクをＰＬＣ１０へ送信する。

以下の説明では、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに往復用サーボ４０の回転によるドライバー５０の移動速度、移動位置および移動トルクを総称してパラメータと称することがある。

図２は、ＰＬＣ１０の構成を示すブロック図である。ＰＬＣ１０は、ねじ締め装置１の動作を制御する。図２に示すように、ＰＬＣ１０は、制御部１１、通信部１２、速度取得部１３、不良判定部１４、および通知部１５を備える。

制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を制御するための制御信号を通信部１２へ出力する。通信部１２は、制御部１１から入力された制御信号をカプラ２０へ送信する。制御信号は、カプラ２０を介して回転用サーボ３０および往復用サーボ４０へ送信され、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を制御する。制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０を同期させて制御する。また、制御部１１は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０のパラメータを当該回転用サーボ３０および往復用サーボ４０制御にフィードバックする。

通信部１２は、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０から、カプラ２０を介してパラメータを受信する。通信部１２は、受信したパラメータを図示しない記憶装置に記憶させる。また、受信したパラメータを記憶するための記憶装置を、ねじ締め装置１が備えていてもよい。

速度取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信したパラメータを参照して、往復用サーボ４０によるドライバー５０の移動速度を取得する。また、速度取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信したパラメータを参照して、回転用サーボ３０の回転速度、回転量および回転トルク、並びに、軸方向における位置、および移動トルクを取得する位置速度取得部としても機能する。速度取得部１３は、通信部１２からパラメータを取得してもよいし、不図示の記憶装置からパラメータを取得してもよい。

また、回転用サーボ３０、および往復用サーボ４０のそれぞれは、サーボモータを駆動制御するサーボドライバーを備え、当該サーボドライバーがサーボモータから位置を取得して、取得した位置を微分することで速度を算出してもよい。サーボドライバーは、位置と速度とをカプラ２０を介して、ＰＬＣ１０に送信する。速度取得部１３は、通信部１２がカプラ２０から受信した位置と速度とを取得する。

不良判定部１４は、速度取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における速度を参照して、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。具体的には、不良判定部１４は、ドライバー５０の軸方向における速度が所定の閾値より大きいか否かに基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。

通知部１５は、不良判定部１４によってねじ締めに不良が発生したと判定された場合には、不良の発生を通知する。ＰＬＣ１０は、通知部１５によってカプラ２０に不良の発生を通知することで、回転用サーボ３０および往復用サーボ４０の動作を停止させてもよい。また、ＰＬＣ１０は、通知部１５によって、ねじ締めの不良の発生を外部の機器に通知することができてもよい。

§２ 構成例
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。

（ねじ締め装置１の構成）
図３は、本実施形態に係るねじ締め装置１の外観の構成例を簡易的に示す図である。図３に示すように、ねじ締め装置１は、回転用サーボ３０（第１モータ）、往復用サーボ４０（第２モータ）、ドライバー５０、およびボールねじ６０と、図３には示されていない、上述のＰＬＣ１０、およびカプラ２０と、備えている。

ドライバー５０は、先端にドライバービット５１を有し、ねじ締めを行う。ドライバー５０は、回転用サーボ３０により与えられる回転トルクにより軸周りで回転運動しながら、往復用サーボ４０によって、軸方向に移動することで、ねじ締め動作を実行する。以下の説明では、ドライバー５０の軸方向のうち、ねじ締めの過程でドライバー５０が移動する方向を下方と称する。

回転用サーボ３０は、ドライバー５０の上方に配され、ドライバー５０の軸周りの回転運動を生じさせる。

ボールねじ６０は、ドライバー５０を上下に移動可能に、ドライバー５０と、回転用サーボ３０とを一体に支持する。

往復用サーボ４０は、ボールねじ６０の上部に設けられ、ボールねじ６０の回転運動を生じさせる。往復用サーボ４０によるボールねじ６０の回転運動が、ドライバー５０の上下方向への直線運動に変換され、ドライバー５０が上下に往復運動する。

（ねじ締め動作）
ねじ締め装置１によるねじ締めの動作は、以下のとおりである。

まず、制御部１１は、ドライバービット５１の先端に、例えば吸着によりねじを保持した状態で、当該ねじが被締結物のねじ締めを行う箇所に設置されるように、ボールねじ６０の回転運動によりドライバー５０を下降させる下降工程を実行する。下降工程において、制御部１１は、ねじが被締結物のねじ穴に入る寸前まで、ドライバー５０を下降させる。制御部１１は、ドライバー５０のＺ軸位置が所定の位置となると、Ｚ軸の位置決めを完了する。

次に、制御部１１は、ドライバー５０を、ねじが仮着座するまで、ねじを回転させながら押し当てる仮着座工程を実行する。ここで、仮着座工程とは、ねじの座面が被締結物に接するまでの工程である。仮着座工程終了時点において、見た目では、ねじが、ねじ穴に入っている状態となる。

制御部１１は、ねじを締結物のねじ穴に挿入し、当該ねじを仮着座させる仮着座工程を、ドライバー５０に与える回転トルク（Ｒ軸トルク）が、ねじの締め付けトルクより小さい第１トルク（所定トルク）に達するまで行う。ねじの締め付けトルクは、ＪＩＳや各種規定によって、例えば、ねじの種類に応じて決められているトルクであり、第１トルクは、例えば、回転用サーボ３０の定格出力が５０％以上となった場合のトルクである。制御部１１は、ねじが仮着座するまで、仮着座工程を行う。

ところで、仮着座工程の初期には、ねじの締結物のねじ穴への挿入開始時に、Ｒ軸トルクが、回転用サーボ３０の出力が定格出力の５０％以上となった場合のトルクより高くなる。このため、制御部１１は、仮着座の誤判定を回避するために、例えば、仮着座工程の開始から１０００ｍｓは仮着座完了の判定を行わない。

続いて、制御部１１は、ねじを仮着座させた後、さらにねじを回転させながらねじにドライバー５０を押し当てる本締め工程を行う。この、仮着座工程の後の本締め工程は、回転用サーボ３０がドライバー５０に与える回転トルクが規定の締め付けトルクである第２トルクに達するまで行われる。制御部１１は、例えば、Ｒ軸トルクが、回転用サーボ３０の出力が定格出力の１５０％以上となった場合のトルクになるまで本締め工程を行う。

制御部１１は、本締め工程が完了した後、回転用サーボ３０の回転トルクと、往復用サーボ４０の押し付けトルクとを本締め状態のままで所定時間保持する本締め保持工程を実行する。制御部１１は、本締め保持工程において、例えば、本締め状態を１００ミリ秒保持する。

その後、制御部１１は、回転用サーボ３０の回転を停止し、Ｒ軸トルクを０％以下にして、ねじを解放する解放工程を実行する。

続いて、制御部１１は、ボールねじ６０の回転運動によりドライバー５０を上方へ移動させて、ドライバー５０のＺ軸位置を原点位置に復帰させる原点復帰工程を実行することで、ねじ締め動作を完了する。

（ねじなし判定）
次に、ドライバー５０の軸方向における速度を参照して、ねじなしを判定する処理について説明する。

上述した、ドライバー５０をねじ穴側に移動させ、ねじを前記ねじ穴に挿入する仮着座工程において、速度取得部１３は、通信部１２を介して、カプラ２０から、ドライバー５０の軸方向における速度を取得する。また、速度取得部１３は、ドライバー５０の軸方向における速度に加えて、軸方向における位置を取得してもよい。ここで、ドライバー５０の軸方向における速度は、往復用サーボ４０によってボールねじ６０が回転し、ドライバー５０がＺ軸方向に移動する速度である。また、ドライバー５０の軸方向における位置は、Ｚ軸位置の原点位置からの移動距離である。

不良判定部１４は、速度取得部１３が取得したドライバー５０の軸方向における速度であって、仮着座工程における所定時点での速度に基づいて、ねじなしによる不良が発生したか否かを判定する。

図４は、ねじなしによる不良が発生した場合（ng_no_screw）と、問題なく仮着座工程が完了した場合（ok）との、仮着座工程中のＺ軸位置の変化を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＺ軸位置を示す。

図５は、ねじなしによる不良が発生した場合（ng_no_screw）と、問題なく仮着座工程が完了した場合（ok）との、仮着座工程中のＺ軸方向における速度を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＺ軸速度を示す。

ここで、図４、および図５において、横軸の時間を示すｉｎｄｅｘとは、１ｉｎｄｅｘが２ｍｓｅｃを示し、例えばｉｎｄｅｘ＝１０００は、２秒である。

図４に示すように、仮着座工程において、ねじ締めに、ねじなしによる不良が発生した場合の、所定時点でのドライバー５０のＺ軸方向における位置は、ねじなしによる不良が発生してない場合よりも大きくなる。しかしながら、仮着座工程において、Ｚ軸方向における位置は、ねじなしによる不良が発生した場合であっても、ねじなしによる不良が発生してない場合であっても、徐々に増加する。このため、ドライバー５０が被締結物に到達する前の仮着座工程の早い段階では、ねじなしによる不良が発生した場合と、ねじなしによる不良が発生してない場合とで、Ｚ軸方向における位置の差異があまりない。

よって、仮着座工程の早い段階における所定時点でのＺ軸方向における位置に基づいてねじなしによる不良の発生を適切に判定するのは難しい。

よって、不良判定部１４は、仮着座工程において、ドライバー５０の先端が被締結部に到達する前の所定時点、例えばｉｎｄｅｘ＝５００の時点でのＺ軸速度を速度取得部１３を介して取得する。

図５に示すように、仮着座工程において、ねじなしによる不良が発生した場合の、所定時点でのドライバー５０のＺ軸方向における速度は、ねじなしによる不良が発生してない場合よりも速くなる。

Ｚ軸方向における速度は、仮着座工程の開始時に、ねじなしによる不良が発生した場合であっても、ねじなしによる不良が発生してない場合であっても、一旦最高速度である、図５の例では４０ｍｍ／ｓ程度となる。ねじなしによる不良が発生してない場合は、ねじがボールねじ６０の運動によりねじ穴に押し当てられて、ねじ穴に螺入されて行くため、仮着座工程開始後すぐに、Ｚ軸方向における速度が、平均５ｍｍ／ｓ程度まで減少する。一方で、ねじなしによる不良が発生した場合には、ドライバー５０の先端が被締結物に到達する前（ｉｎｄｅｘ＝１０００より前）では、Ｚ軸方向における速度は仮着座工程の開始時から変わらない。

このため、ドライバー５０が被締結物に到達する前の仮着座工程の早い段階における所定時点、例えばｉｎｄｅｘ＝５００の時点でのＺ軸速度が、ねじなしによる不良が発生した場合と、ねじなしによる不良が発生してない場合とで、大きく異なる。よって、不良判定部１４は、仮着座工程の早い段階における所定時点でのＺ軸方向における速度に基づいてねじなしによる不良を発生しているか否かを適切に判定することができる。

不良判定部１４は、仮着座工程において、所定時点でのドライバーの軸方向における速度が予め設定された閾値より大きければ、ねじ締めにおいてねじなしによる不良が発生したと判定する。ねじなしによる不良の発生を判定するための閾値は、ねじなしによる不良が発生してない場合の仮着座工程中のＺ軸方向における速度に基づいて適切な速度に設定することができる。図５に示した例では、不良判定部１４は、ｉｎｄｅｘ＝５００の時点でのＺ軸速度が、３０ｍｍ／ｓより大きければ、ねじ締めにねじなしによる不良が発生したと判定してもよい。これにより、不良判定部１４は、精度良く、ねじ締めの良否判定を行うことができる。

不良判定部１４は、仮着座工程において、所定時点でのドライバーの軸方向における速度が予め設定された閾値以下であれば、ねじ締めにおいてねじなしによる不良は発生していない判定する。この場合、制御部１１は、ねじ締めを継続する。

不良判定部１４によって、ねじ締めに、ねじがドライバー５０の先端に存在しない不良が発生したと判定されると、ＰＬＣ１０は、当該不良の発生を、通知部１５の機能により、ユーザ、または、他の機械に通知する。

また、ＰＬＣ１０は、不良判定部１４によって、ねじ締めに不良が発生したと判定されると、ねじ締め動作を中止する。上述したように、不良判定部１４は、ドライバー５０が被締結物に到達する前の仮着座工程の早い段階で、ねじなしによる不良が発生したことを判定することができるため、ドライバー５０を高速で駆動させている場合であってもドライバー５０が被締結物に到達する前にねじ締め動作を中止することができる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態１では、仮着座工程における所定時点でのドライバー５０の軸方向における速度に基づいてねじ締めの不良を判定する例について説明した。

しかし、ＰＬＣ１０は、仮着座工程における所定時点でのドライバー５０の軸方向における速度に関する速度特徴量に基づいて、ねじ締めの不良を判定してもよい。

図６には、仮着座工程中のドライバー５０のＺ軸速度の変化量を模式的に示す。図６において、横軸は時間を示すｉｎｄｅｘ、縦軸はドライバー５０のＺ軸速度を示す。上述したように、仮着座工程において、ねじがねじ穴に螺入し始めると、ドライバー５０の速度は急激に低下する（図６のＣ）。これに対し、ねじなしによる不良が発生している場合には、ドライバー５０の速度は変化しない（図６のＡ）。したがって、適当な時点ｔ１におけるドライバー５０の軸方向速度を、予め設定された速度の閾値と比較することによって、ねじ締めの不良が判定される。具体的には、時点ｔ１におけるドライバー５０の速度が閾値以下であれば正常と判定され、時点ｔ１におけるドライバー５０の速度が閾値より大きければねじなしによる不良が発生していると判定される。

これに対して、ねじなしによる不良は発生していないものの、ねじが斜め締めになることがある。ドライバー５０が、ねじをねじ穴に対して斜めに保持している場合に、斜め締めが生じる。斜め締めが生じた場合でも、最終的にねじ締めは行われる。斜め締めは、ねじなしによる不良とは区別されるべきものである。斜め締めが生じる場合には、ねじがねじ穴の側面に当接した時点で、急激にドライバー５０の速度が低下する。しかし、その後、斜めに傾斜したねじがねじ穴に押し込まれるとき、一時的にドライバー５０の速度が再び上昇する場合がある（図６のＢ）。この速度が再上昇した時点で、ドライバー５０の速度を基準にして、閾値と比較してねじ締めの不良を判定すると、誤ってねじなしによる不良が発生したと判定される場合がある。

これに対し、ＰＬＣ１０は、ねじ締めの不良判定に、ドライバー５０の軸方向における速度そのものの代わりに、速度に関する特徴量（速度特徴量）に基づいて、ねじ締めの不良の有無を判定してもよい。速度特徴量として、例えば、以下の実施形態２～５に例示するように、仮着座工程の所定期間におけるドライバー５０の速度の累積移動平均値、移動平均値、中央値、または標準偏差等を用いてもよいが、これらに限定されない。

速度特徴量を用いてねじ締めの不良を判定する場合には、速度取得部１３および不良判定部１４は、一例として、以下のような構成を取る。それ以外のねじ締め不良判定装置の構成は実施形態１と同様であるので、説明を繰り返さない。

（速度取得部１３）
速度取得部１３は、サーボモータ等で取得したドライバー５０の軸方向における速度の情報を、通信部１２を介して受信し、速度取得部１３で、所定期間における速度特徴量を算出してもよい。その後、速度取得部１３は、算出した速度特徴量を不良判定部１４に送信する。

また、サーボモータを制御するサーボドライバーが、ドライバー５０の軸方向における速度から所定期間における速度特徴量を算出し、速度取得部１３は算出された速度特徴量をサーボモータ等から受信してもよい。そして、速度取得部１３は、算出された速度特徴量を不良判定部１４に送信してもよい。

ここで、所定期間としては、それぞれ選択される速度特徴量に応じて、ドライバー５０の下降開始から仮着座工程が終了するまでの期間の内、適切な期間を設定する。所定期間は、ユーザによって予め設定され、速度取得部１３に設定されている。

（不良判定部１４）
不良判定部１４は、速度取得部１３から受信した速度特徴量に基づいて、ねじなしによる不良が発生したか否かの判定を行う。たとえば、予め設定され記憶部に格納されたそれぞれの特徴量に対応する閾値と、取得された特徴量の大小を比較することにより、ねじなしによる不良が発生したか否かの判定を行う。

以下、具体的な実施形態について説明する。

〔実施形態２〕
本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の累積移動平均値に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。速度取得部１３は、軸方向におけるドライバー５０の速度を取得し、所定期間での速度の累積移動平均値を算出する。不良判定部１４は、速度の累積移動平均値を予め設定された累積移動平均値の閾値と比較することによって、ねじ締めの不良を判定してもよい。所定期間としては、正常時に仮着座工程が終了する時点までを含む期間を設定してもよい。たとえば、所定期間は、仮着座工程の開始から現時点までの期間である。たとえば、不良判定部１４において、速度の累積移動平均値が閾値を超える場合には、ねじなしによる不良が発生したと判定し、速度の累積移動平均値が閾値以下の場合には、ねじなしによる不良が発生していないと判定する。

図７は、速度取得部１３で算出されたドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡの変化量の推移を模式的に示したグラフであり、横軸に時間のｉｎｄｅｘ、縦軸にドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡを示す。

ねじなしによる不良が発生せず、正常にねじ締めが行われる場合は、ねじがボールねじ６０の運動によりねじ穴に押し当てられて、ねじ穴に螺入されて行くため、仮着座工程開始後、ドライバー５０の軸方向における速度が上昇した後に低下する。速度取得部１３において、上記所定期間におけるドライバー５０の軸方向速度から、この期間での累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡを算出する。累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡは、ねじがねじ穴に螺入し始める時点で、速度の低下に伴い低下し始める（図６のＣ）。

一方、ねじなしによる不良が発生している場合には、ドライバー５０の先端が被締結物に到達する時点までは、ドライバー５０の軸方向における速度は低下しない（上昇したままである）。結果として、ドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡは、仮着座工程開始後に増加して、高いままである（図７のＡ）。

したがって、不良判定部１４は、仮着座工程開始からある期間後の所定時点ｔ１において、ドライバー５０の速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡを設定された累積移動平均値の閾値Ｖ_ｔｈと比較して、Ｖ_ＣＭＡ＞Ｖ_ｔｈならば、ねじなしによる不良が発生したと判定し、Ｖ_ＣＭＡ≦Ｖ_ｔｈならば、正常であると判定することができる。

また、ねじが斜め締めになっている場合は、斜めにねじ穴に螺入されたねじがねじ穴の側面に当接した時点で、一旦ドライバー５０の速度が低下する。しかし、その後、斜め締めされたねじがねじ穴に押し込まれると、ドライバー５０の速度が一時的に上昇する場合がある。したがって、この場合、ドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡは、図７の曲線Ｂに示すように、正常な場合の速度の累積移動平均値よりやや大きいものの、ほぼ同様の変化を示す。したがって、斜め締めの場合には、所定期間におけるドライバー５０の速度の累積移動平均値は、閾値より小さい値を示すため、不良判定部１４が、ねじなしと誤って判定する可能性は低い。

このように、所定時点（たとえば、図７に示す時点ｔ１）での、ドライバー５０の速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡを、設定された閾値Ｖ_ｔｈと比較し、Ｖ_ＣＭＡがＶ_ｔｈより大きいか否かで、ねじなしによる不良が発生しているか否かを判定することができる。

また、ねじなしによる不良を判定する際に、ドライバー５０の軸方向速度の累積移動平均値Ｖ_ＣＭＡに基づいて判定すれば、仮着座工程の早い段階でねじなしによる不良が発生しているか否かを判定することができる。しかも、斜め締めなどのねじなしとは異なる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性が低い。さらに、不良判定のために、速度の累積移動平均Ｖ_ＣＭＡを閾値と比較する時点ｔ１は、正常時において仮着座工程が開始された時点からドライバー５０が被締結物に到達するまでの期間の何れかで設定すればよい。そのため、誤判定を防ぐために最適な速度の計測期間を設定するのも容易である。

〔実施形態３〕
本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の移動平均値に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。速度取得部１３は、ドライバー５０の軸方向における速度の特徴量として、所定期間におけるドライバー５０の軸方向速度を取得し、この所定期間内の適切な一定期間における速度の移動平均値Ｖ_ＭＡを算出する。不良判定部１４は、移動平均値Ｖ_ＭＡを設定された速度移動平均値の閾値Ｖ_ｔｈと比較することによって、ねじなしによる不良の発生を判定してもよい。ここで、一定期間は、現時点から過去の一定期間である。

上述したように、正常にねじ締めが行われる場合には、ねじがねじ穴に螺入し始める時点で、ドライバー５０の軸方向速度が急激に低下する。このため、ドライバー５０の軸方向速度の移動平均値Ｖ_ＭＡもこの時点から急激に低下する。しかし、ねじなしの不良が発生している場合には、ドライバー５０の軸方向速度が低下しないため、ドライバー５０の軸方向速度の移動平均値Ｖ_ＭＡも低下しない。したがって、正常時にねじがねじ穴に螺入開始する時点で、ドライバー５０の軸方向速度の移動平均値Ｖ_ＭＡを、設定された速度移動平均値閾値Ｖ_ｔｈと比較することによって、Ｖ_ＭＡ＞Ｖ_ｔｈの場合には、ねじなしの不良が発生していると判定し、Ｖ_ＭＡ≦Ｖ_ｔｈの場合には、正常であると判定することができる。

また、上述したように斜め締めが発生した場合には、一時的にドライバー５０の速度が上昇することがあるものの、速度移動平均値は、正常な場合とほぼ同様の変化を示す。したがって、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性は低い。

本実施形態では、ドライバー５０の速度の特徴量として、速度の移動平均値を用いているので、ねじがねじ穴に螺入開始した時点で、急激に速度の移動平均値Ｖ_ＭＡが低下する。したがって、仮着座工程の早い時点で、ねじなしによる不良が発生したか否かを判定することができる。また、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性は低く、適切なねじなしの判定を行うことができる。

〔実施形態４〕
本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の中央値に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。中央値は、例えば、仮着座工程開始後のある時点から所定時点ｔ１までの所定期間における中央値である。本実施形態では、ドライバー５０の軸方向速度の特徴量として、所定期間において軸方向におけるドライバー５０の速度を計測し、計測された速度を低い順に並べた場合の速度の中央値Ｖ_ｍを用い、速度中央値の閾値Ｖ_ｔｈと比較してもよい。Ｖ_ｍ＞Ｖ_ｔｈの場合には、ねじなしによる不良が発生したと判定し、Ｖ_ｍ≦Ｖ_ｔｈの場合には、正常であると判定することができる。

本実施形態においても、ねじがねじ穴に螺入開始された時点で、ドライバー５０の軸方向速度が急激に低下するに伴い、速度の中央値Ｖ_ｍも低下し始める。これに対して、ねじなしの不良が発生している場合には、速度は低下しないため、中央値Ｖ_ｍも変化がない。また、斜め締めの場合には、上述したように、ドライバー５０の速度が一時的に上昇する場合があるものの、これは速度の中央値にはほとんど影響しない。したがって、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性も低い。

〔実施形態５〕
本実施形態では、不良判定部１４は、所定時点での軸方向における速度の標準偏差に基づいて、ねじ締めに不良が発生したか否かを判定する。本実施形態では、所定期間における軸方向におけるドライバー５０の速度を計測し、この期間での速度の標準偏差Ｓを算出する。標準偏差Ｓの値は、正常な場合には、ドライバー５０の速度が上限速度に近づくまでは増加し、上限速度に近づいてからは減少し、ねじのねじ穴への螺入開始から速度が低い値で安定するまでは、増加する。これに対し、ねじなしの不良が発生している場合には、正常時においてねじが螺入される時点後も、それまでと変わらない速度でドライバー５０が軸方向に下降していく。そのため、ドライバー５０の速度が上限速度に達した後、標準偏差Ｓの値は小さいままである。したがって、標準偏差の閾値Ｓ_ｔｈを設定し、正常時にねじが螺入する時点までの、標準偏差Ｓ＜Ｓ_ｔｈであれば、ねじなしの不良が発生していると判定し、標準偏差Ｓ≧Ｓ_ｔｈであれば、正常であると判定することができる。

上述したように、ドライバー５０の速度が一時的に上昇する場合があるものの、これは速度の標準偏差の変化にはほとんど影響しない。したがって、斜め締めによる不良を、ねじなしによる不良と誤判定する可能性も低い。

なお、ねじなし判定の際に、ドライバー５０の軸方向速度の標準偏差の代わりに、速度の分散等を用いてもよい。

以上説明したように、ねじなしの不良を判定するために、ドライバー５０の軸方向速度そのものに代わって、所定期間でのドライバー５０の軸方向速度の標準偏差等に基づいて、ねじなしの不良を精度よく、仮着座工程の早い段階で、適切に判定することができる。また、斜め締めによる不良をねじなしによる不良と誤判定することもない。

〔ソフトウェアによる実現例〕
ＰＬＣ１０の制御ブロック（特に制御部１１、通信部１２、速度取得部１３、不良判定部１４、および通知部１５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、ＰＬＣ１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ ねじ締め装置
１０ ＰＬＣ（ねじ締め不良判定装置）
１１ 制御部
１２ 通信部
１３ 速度取得部
１４ 不良判定部
１５ 通知部
３０ 回転用サーボ（第１モータ）
４０ 往復用サーボ（第２モータ）
５０ ドライバー

Claims (9)

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

Images