JPH02232127A - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、締付け時ドライバビットに加わる反力を検出
して締付（月〜ルクを検出する反力式のトルク検出機構
を備えた自動ねじ締め機に関する。

［従来技術］Ｌ６′［全明Ａ・・＃スしょうじ１６謀月
月最近、部品を組立てる場合、締付けトルクの管理が厳
しく求められ、締付け時のトルクを検出してこれが所定
締付けトルク値に達すればモータを停止させるトルク制
御装置を備えた自動ねじ締め機が数多く使用ざれている
。この種自動ねじ締め１幾のトルク検出機構は、締付（
プ時にドライバビッｌ・に加わる反力を検出する歪み管
およびこの歪み管に貼付されかつブリッジ回路を構成す
る４個の歪みゲージでなる検出抵抗を備え、ブリッジ回
路の入力端に基準電圧を供給して、歪み管の歪み屯をブ
リッジ回路の出力端から電気量として検出するように構
成されている。また、このトルク検出機構では、重り等
を用いた静的キヤリプレーションを行い、零補正および
ゲイン補正をする増幅率を補正部で選択して増幅部で増
幅するようにしてブリッジ回路の出力端からトルクに正
確に対応する出力信号が得られるように構成されている
。さらに、このトルク検出機構では、歪みゲージの動作
不良、断線等が生じるので、その異常を検出する異常検
出回路が接続可能に構成されている。この異常検出回路
は、第５図に示すように前記ブリッジ回路の歪みゲージ
５ｂの１個とスイッチ５ｄを介して並列に接続ざれる基
準抵抗５Ｃを有しており、締付け開始時に無負荷状態で
かつブリッジ回路の入力端に基準電圧を供給した状態で
、スイッチ５ｄを作動させ、この時の出力端の出力信号
から歪みゲージ５ｂを含む検出系の異常が判断ざれてい
る。

この種異常検出回路では、ブリッジ回路を採用している
関係で、ぞの出力端の出力電圧はフルスケールで０．５
…Ｖから３ｍＶ程度で、その入力端に加えられる入力電
圧に比べて非常に微小な電圧となっている。この微小電
圧を後段の増幅部に正確に送るためには、温度上昇によ
る抵抗変化分、伝送距離に応じた電圧降下分、外乱の影
響等を配慮する必要か生じているが、前記異常検出回路
ではこれらがまったく配慮ざれていない。そのため、１
》ブリッジ回路に使用ざれる４個の歪みゲージ５ｂは同
一ロツ］〜のほぼ同特性のものを使用することで、温度
変化による抵抗の増減があっても同じ割合で増減するよ
うにしているが、異なる温度特性の基準抵抗５Ｃを接続
することによりブリッジ回路の平衡状態が崩れる。

２）スイッチ５ｄには接触抵抗があり、これが温度、使
用回数等により変化するばかりか、スイッチ５ｄの取付
方法、取付場所等によりスイッチ５ｄの両端部に温度不
平衡が生じ、これにより熱起電力が生じる。

３）スイッチ５ｄを接続することによりブリッジ回路の
一部の配線が長くなり、その分抵抗が増加するばかりか
、外乱の影響も受け易くなる。また、入出力それぞれの
ツイストベア処理および静電シールド処理ができず、電
磁的にかつ静電的に強くできない。

等の欠点が生じている。また、この異常検出回路では、
基準抵抗５Ｃ接続時のブリッジ回路の出力端に現れる変
化量により、歪みゲージ５ｂの動作不良を判断しようと
しているが、実際に負荷を加えない状態での判断となり
、歪みゲージ５ｂの動作時の不良を検出することは極め
て困難なものとなっている。また、ブリッジ回路側が異
常なのか、増幅部の異常なのかが判断でぎず、トルク検
出機構の全部を交換しなければならず、装置の修理コス
ｊ・が高くなる。

等の欠点が生じている。

本発明は、上記欠点の除去を目的とするもので、４個の
検出抵抗でなるセンザ部の異常はもとより、増幅部等セ
ンサ部以外のトルク検出機構の異常をも個別に検出でき
る自動ねじ締め機を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成ずるため、胃降駆動源により昇降するド
ライバ台にモータの回転を受けて回転自在のドライバビ
ットが保持されている。前記ドライバ台にはドライバビ
ットに加わる反力を検出する歪み管およびこの歪み管に
貼付されかつブリッジ回路を構成する４個の検出抵抗が
取付【プられている。前記ブリッジ回路の入力端には、
第１基準電圧を供給する第１電圧供給源が接続され、歪
み管の歪み檄をブリッジ回路の出力端から得られる出力
信月として検出する１〜ルク検出機構が構成されており
、この１〜ルク倹出機構の出力信号は表示部で表示され
るように構成ざれている。

前記ブリッジ回路の入力端には、第１スイッチング部を
介して前記第１電圧供給源と並列に第２基準電圧を供給
する第２電圧供給源が接続されており、第１スイツヂン
グ部の作動により前記入力端に接続される電圧供給源を
第１電圧供給源から第２電圧供給源に切換えるように構
成されている。

前記第１スイッチング部を作動させる制御部は、締付け
完了を検出すると、モータ停止指令信号を送るとともに
、トルク検出機構の出力信号を記憶する一方、第１スイ
ツヂング部に切換指令信号を送ってブリッジ回路の入力
端に第２電圧供給源を接続し、この時の１〜ルク検出機
構の出力信号を検出して、前回の出力信号に対する変化
率を第」基準電圧と第２基準電圧との変化率と比較し、
これらが等しくない時、異常表示をするように構成され
ている。

また、前記ブリッジ回路の出力信号は増幅部で増幅され
、トルクに正確に対応した値が１１られるように構成さ
れてもよい。この場合、増幅部の入力端には第２スイッ
チング部を介して前記ブリッジ回路の出力端と並列に第
３基準電圧を供給する第３電圧供給源を接続する。この
第２スイッチング部の制御部は、前記第２スイッチング
部に切換指令信号を送って増幅部の入力蟻に第３電圧供
給源を接続するとともに前記トルク検出機構の出力信号
を検出し、これが第３基準電圧から得られる値としてあ
らかじめ設定された値をとる時、前記第２スイツヂング
部に復帰指令信号を送り、昇降駆動源およびモータを作
動させるように構成ざれている。

し作用］ 上記自動ねじ締め機では、モータおよび昇降駆動源が作
動し、ドライバビットがねじをワークに締付けるに従っ
てその締付けトルクがドライバビットに加わる反力とな
り、これがトルク検出機構の歪み管の歪み量としてブリ
ッジ回路で検出される。この出力信号が増幅部を介して
トルク検出機構の出力信号として出力される。

一方、適当な手段によって締付け完了が検出ざれると、
モータ停止指令信号が送られるとともに、この時の１〜
ルク検出機構の出力信号が記憶される。

前記モータが停止するまでの間に、第１スイッチング部
が作動して、ブリッジ回路の入力端に第２電圧供給源が
接続ざれ、検出抵抗に負荷が加わった状態で、ブリッジ
回路の出力が増幅部を介して検出される。この検出値と
前回の検出値とが比較ざれ、その変化率が第１基準電圧
と第２基準電圧との変化率に等しい場合、トルク検出機
構は正常と判断され、前回の検出値が表示部で表示され
る。

その後、昇降駆動源を上昇させて、次回の作業に備える
。

一方、前記変化率が第１基準電圧と第２基準電圧との変
化率と等しくない場合には、トルク検出機構の異常と判
断ざれ、表示部で異常表示がなされる。

また、前記増幅部の入力端に第３基準電圧を接続可能に
している場合には、第２スイッチング部に切換指令信号
が送られると、第２スイッチング部が作動して、ブリッ
ジ回路を遮断して増幅部の入力端に第３基準電圧を供給
し、この時のトルク検出機構の出力信号が検出ざれる。

この検出値が第３基準電圧印加時に増幅部から正常に出
力される値でなる設定値に等しい場合には、前記増幅部
以後の１〜ルク検出機構が正常と判断ざれ、前述の締付
け作業が行われる。また、前記検出値が設定値に達しな
いような場合には、増幅部以後のトルク検出機構が異常
と判断され、その異常表示がなされる。

［実施例］ 以下、実施例を図面に基づき説明する。第１図および第
２図において、１は自動ねじ締め機であり、モータ２お
よびこのモータ２の回転を連接軸３を介して受けて一体
に回転するドライバビット４を有している。このモータ
２は、トルク検出機構５の歪み管５ａを介して昇隋駆動
源６の作動により昇降するドライバ台７に保持されてお
り、モータ２および昇降駆動源６が作動してドライバビ
ット４がねじ（図示ぜず）をワーク（図示せず）に締付
けると、その締付けトルクに応じてドライバビット４に
生じる反力が歪み管５ａを回動させるように構成されて
いる。前記歪み管５ａの外周には、ブリッジ回路を構成
するように４個の歪みグージ５ｂでなる検出抵抗が貼付
されている。この検出抵抗はすべて歪みゲージで構成ざ
れなくてもよい。

前記ブリッジ回路の入力端には第１基準電圧を供給する
第１電圧供給源８および第２基準電圧を供給する第２電
圧供給源９が第１スイッチング部１０を介して並列に接
続されており、この第１スイッチング部１０は後記制御
部１７から切換指令信号を受けると、ブリッジ回路の入
力端に接続される電圧供給源が第１電圧供給源８から第
２電圧供給源９に切換えられるように構成されている。

また、前記ブリッジ回路の出力端には第２スイッチング
部１１、零補正およびゲイン補正をする増幅率を選択す
る補正部１２ａを備えた増幅部１２およびフィルタ１３
を介してＡ−Ｄ変換部１４が接続されており、このＡ−
Ｄ変換部１４の出力はトルク検出機構５の出力信号とし
て後記するＩ／Ｏインタフェース１５の入力側に送られ
るように構成されている。前記Ａ−Ｄ変換部１４はリン
プル／ホールド回路を含んでおり、変換指令信号および
ホールド指令信号はＩ／Ｏインタフェース１５を介して
制御部から送られるように構成ざれている。前記第２ス
イッチング部１１は、制御部１７から切換指令信号を受
けると、ブリッジ回路からの入力信号が遮断ざれ、増幅
部の入力端に第３基準電圧を供給する第３電圧供給源１
６を接続するように構成ざれている。

前記自動ねじ締め機の制御部１７は、マイクロコンピュ
ータでなっており、Ｉ／Ｏインタフェース１５を介して
作業スタート部１８、所望締付けトルクに対応した電圧
値を第１設定値として記憶する第１設定部１９、第１塁
準電圧と第２基準電圧との変化率を第２設定値として記
憶する第２設定部２０、第３基準電圧を増幅部１２に印
加した時に増幅部１２から正常に出力された出力信号を
第３設定値として記憶する第３設定部２１および前記］
・ルク検出懇構５が接続ざれている。また、前記制御部
１７にはＩ／Ｏインタフェース１５を介してドライバ台
７を昇降させる昇降駆動源６、モータ２に指令値を送っ
てパワー供給源２２ａからモータ２にパワーを供給して
モータ２の回転を制御するモータ駆動部２２、前記トル
ク検出機構５の出力信号および異常の有無を表示覆る表
示部２３、前記Ａ−Ｄ変換部１４、第１スイッチング部
１０並びに第２スイツヂング部１１が接続ざれている。

また、前記制御部１７は、第３図おＪ；び第４図に示す
ように、 １》作業スタート部１８から作業スタート信号を受ける
と、初期リセットを行う。

２）第２スイッチング部１１に切換指令信号を送るとと
もに、ホールド指令信号を発信せずにＡ−Ｄ変換指令信
号のみを発信する。

３》トルク検出機構５の出力信号と第３設定部２１の第
３エ９定値とが一致しない時、第２スイッチング部１１
を復帰さけるとともに、異常表示指令信号を表示部２３
に送る。

４）第２スイッチング部１１を復帰させるとともに、モ
ータ駆動指令信号をモータ駆動部２２に送り、さらに昇
降駆動源６に下降指令信号を送る。

５）Ａ−Ｄ変換部１４にホールド指令信号およびＡ−Ｄ
変換指令信号を送る（ホールドする必要のない時は、ホ
ールド指令信号を発信しない）。

６》締付け完了を検出する（Ａ−Ｄ変換部１４の出力信
号と所望締付けトルクに対応する値として第１設定部１
９に記憶された第１設定値とを比較し、一致しない時、
５》に戻る》。

７）Ａ−Ｄ変換部１４の出力信号を第１検出値として記
憶する。

８）モータ停止指令信号を発信するとともに、第１スイ
ッチング部１０に切換指令信号を発信する。

９）Ａ−Ｄ変換部１４にホールド指令信号およびＡ−Ｄ
変換指令信号を送り、Ａ−Ｄ変換の完了を待つ（ホール
ドの必要がない時は、ホールド指令信号を発信しない）
。

１０）Ａ−Ｄ変換部１４の出力信号を第２検出値として
記憶する。

１　１　）　Ｕ：一夕２の停止を持つ。

１２》第１検出値と第２検出値とからその変化率を算出
し、第１基準電圧と第２基準電圧との変化率として記憶
された第２設定部２０の第２設定値と比較し、両者が一
致しない時、ＮＧ表示指令信号を表示部２３に送り、１
４）にジャンプする。

１３）ＯＫ表示指令信号を表示部２３に送る。

１４）前記第１検出値の表示指令信号を表示部２３に送
る。

１５＞第１スイッチング部１０を復帰させるとともに、
昇降駆動源６に上昇指令信号を送る。

１６）エンド の動作順序で作動するように構成ざれている。

上記自動ねじ締め機では、作業スタート部１８から作業
スタート信号が発信されると、初期リセッｉ〜されて後
、第２スイッチング部１１が作動し、トルク検出機構５
の増幅部１２の入力端に第３基準電圧が接続される。同
時に、Ａ−Ｄ変換部１４にホールド指令信号は発信ざれ
ずに、Ａ−Ｄ変換指令信号のみが発信され、第３基準電
圧が増幅部１２の入力端に印加されるとき正常に増幅部
１２から出力ざれる値として記憶された第３設定値とＡ
−Ｄ変換部１４の出力信号とが比較される。両者が一致
しない時には、増幅部１４以後のトルク検出機構５の異
常と判断ざれ、前記第２スイッチング部１１を復帰させ
て後、異常表示が表示部２３でなされる。

一方、前記出力信号と第３設定値とが一致している場合
には、トルク検出機構５が正常と判断され、第２スイッ
チング部１１が復帰して後、モータ２が駆動ざれるとと
もに、昇降駆動源６が作動して、ドライバ台７が下降し
、ドライバビット４の先端のねじがワークに締付けられ
る。

ねじがワークに締付けられるにともなって、ねじに加わ
る締付け］・ルクがドライバビット４に加わる反力とし
て歪み管５ａに加わり、その歪み間がブリッジ回路を構
成する歪みゲージ５ｂにより検出ざれる。この間、モー
タ２が駆動ざれると同時に、Ａ−Ｄ変換部１４にホール
ド指令信号およびＡ−Ｄ変換指令信号が送られ、その出
力信号と所望締付けトルクに対応した第１設定値とが比
較ざれる。

前記両者が一致しない時、Ａ−Ｄ変換部１４にただちに
ホールド指令信号およびＡ−Ｄ！換指令信号が発信され
、前記比較が繰返される。

前記出力信号と第１設定値とが一致して締付け完了が検
出されると、この時の検出値が第１検出値として記憶ざ
れ、モータ２に停止指令信号が送られる。さらに、第１
スイッチング部１０に切換指令信号が送られ、ブリッジ
回路の入力端に第２基準電圧が接続されるとともに、Ａ
−Ｄ変換部１４にホールド指令信号および△−Ｄ変換指
令信号が送られる。この時のＡ−Ｄ変換部１４の出力信
号が第２検出値として記憶ざれ、前記モータ２の停止を
待つ。この時、第１スイッチング部１０の切換時間、ホ
ールド指令ｌ４間、Ａ−Ｄ変換時間および第２検出値を
記憶するに要する時間の合Ｗ１時間は、モータ２が完全
に停止するまでに要する時間よりも十分に短い。

前記−Ｅ一タ２が停止すると、前記第１検出値と第２検
出値とから、その変化率が算出されるとともに、この変
化率が前記第１基準電圧と第２基【｝（電圧との変化率
として第２設定部２０に記憶された第２設定値と比較さ
れる。この場合、歪みゲージ５ｂに負荷が加わった状態
で歪みゲージ５ｂの出力信号が検出ざれるので、歪みゲ
ージ５ｂの動作不良のチェックを正確に行うことができ
る。

前記変化率と第２設定値とが一致しない時には、歪みグ
ージ５ｂの動作不良と判断され、ＮＧ表示が表示部２３
でなされ、さらにその時のトルクが表示部２３で表示さ
れる。

一方、前記変化率と第２設定値とが一致する時には、前
記歪みグージ５ｂは正常と判断され、ＯＫ表示が表示部
２３でなされるとともに、前記第１検出値が表示部２３
で表示ざれる。

その後、第１スイッチング部１０が復帰して後、昇降駆
動源６が作動して、ドライバ台７が上昇し、原位置復帰
してずべての作業が終了する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明はドライバビットに加わる
反力を検出ずる歪み管に貼付された４個の倹ｄ１抵抗で
なるブリッジ回路の入力端に２個の基準電圧を交互に接
続できるように構成しているため、締付け完了検出時ブ
リッジ回路の入力端に別の基準電圧を接続して、その時
の変化率と前記基準電圧の変化率との比較により検出抵
抗に実際に負荷が加わった状態での検出抵抗の動作不良
チェックができ、その異常を正確に検出することができ
る等の利点がある。また、本発明はモータを駆動する前
に、トルク検出機構の増幅部の入力端に別の基準電圧を
接続して、その時のトルク検出機構の出力信号を増幅部
の入力端に基準電圧が加えられた時に正常時に増幅部か
ら出力される値としてあらかじめ記憶された設定値と比
較するように構成しているため、両者が一致ずる時には
、増幅部以後のトルク検出機構が正常と判断され、通常
のねじ締め作業を行うことができ、前記両者が一致しな
い場合には、前記トルク検出機構が異常と判断され、異
常表示を行うことができ、しかも検出抵抗でなるセンサ
部の異常か、それ以外のトルク検出機構の異常かがすぐ
に判断できる等の利点がある。

さらに、本発明はブリッジ回路に余分な素子を組込まず
に異常検出ができ、微少電圧を取出すに際してまったく
ノイズを受けずに正確に微少電圧を検出することができ
、正確な異常判定が可能となる等の利点がある。

なお、実施例ではトルク検出機構のチェックを締付け作
業を行う度に行っているが、所定周期で行うように構成
することもできる。また、実施例では締付け完了をトル
ク検出機構の出力信号から１ｑでいるが、モータの回転
を差動遊星機構等の差動減速機を使用すれば、ドライバ
ビットの停止検出により締付け完了を検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体を説明するブロック図、第２図は
本発明に係わるトルク検出機構の要部回路図、第３図は
本発明に係わる制御部の動作を説明するフローチャート
、第４図は締付け完了を検出するフローチャート、第５
図は従来例のトルク検出機構の要部回路図である。 自動ねじ締め機、　　　２　モータ、 連接軸、　　　　　　　４　ドライバビット、１〜ルク
検出機構、　　５ａ　　歪み管、歪みゲージ、　　　　
５Ｃ　　基準抵抗、スイッチ、　　　　　　６　昇降駆
動源、ドライバ台、　　　　　８　第１電圧供給源、第
２電圧供給源、　１０　　第１スイッチング部、第２ス
イッチング部、１２　　増幅部、補正部、　　　　　　
１３　　フィルタ、Ａ−Ｄ変換部、　１５　　Ｉ／Ｏイ
ンタフェース、第３電圧供給源、　　１７　　制御部、
作業スタート部、　　１９　　第１設定部、第２設定部
、　　　　２１　　第３設定部、モータ駆動部、　　　
２２ａパワー供給部、表示部、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）昇降駆動源により昇降するドライバ台にモータの回
   転を受けて回転自在のドライバビットを保持するととも
   に、このドライバ台に前記ドライバビットに加わる反力
   を検出する歪み管およびこの歪み管に貼付されかつブリ
   ッジ回路を構成する４個の検出抵抗を備えた反力式のト
   ルク検出機構を取付け、このブリッジ回路の入力端に第
   １基準電圧を供給する第１電圧供給源を接続し、ブリッ
   ジ回路の出力端から得られる歪み管の歪み量を前記トル
   ク検出機構の出力信号として検出し、締付け完了を検出
   するとモータ停止指令信号を送るとともに前記トルク検
   出機構の出力信号を表示部で表示する制御部を備えた自
   動ねじ締め機において、ブリッジ回路の入力端に接続さ
   れた第１電圧供給源と並列に第２基準電圧を供給する第
   ２電圧供給源を接続するとともに、前記ブリッジ回路の
   入力端に接続される電圧供給源を第１電圧供給源から第
   ２電圧供給源に切換える第１スイッチング部を接続する
   一方、 締付け完了検出時にモータ停止指令信号を送るとともに
   トルク検出機構の出力信号を記憶し、さらに第１スイッ
   チング部に切換指令信号を送つてブリッジ回路の入力端
   に第２電圧供給源を接続してこの時のトルク検出機構の
   出力信号を検出し、前回の出力信号に対する変化率が第
   １基準電圧と第２基準電圧との変化率に等しくない時、
   異常表示をする制御部を設けたことを特徴とする自動ね
   じ締め機。 ２）昇降駆動源により昇降するドライバ台にモータの回
   転を受けて回転自在のドライバビットを保持するととも
   に、このドライバ台に前記ドライバビットに加わる反力
   を検出する歪み管およびこの歪み管に貼付されかつブリ
   ッジ回路を構成する４個の検出抵抗を備えた反力式のト
   ルク検出機構を取付け、このブリッジ回路の入力端に第
   １基準電圧を供給する第１電圧供給源を接続し、歪み管
   の歪み量をブリッジ回路の出力端から電気量として検出
   し、これを増幅部により増幅して前記トルク検出機構の
   出力信号とし、締付け完了を検出するとモータ停止指令
   信号を送るとともに前記トルク検出機構の出力信号を表
   示部で表示する制御部を備えた自動ねじ締め機において
   、 増幅部の入力端に第２スイッチング部を介してブリッジ
   回路の出力端と第３基準電圧を供給する第３電圧供給源
   とを並列に接続するとともに、前記第２スイッチング部
   に切換指令信号を送つて増幅部の入力端に第３電圧供給
   源を接続し、この時のトルク検出機構の出力信号が第３
   基準電圧から得られる値としてあらかじめ設定された値
   をとる時、前記第２スイッチング部に復帰指令信号を送
   るとともに昇降駆動源およびモータを作動させる制御部
   を設けたことを特徴とする自動ねじ締め機。