JPH0475832A - 自己診断によるねじ締め制御方法 - 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、ねじ締め自動機において電動ドライバーの駆
動を制御するねじ締め制御方法に関するものである。

従来の技術 近年、ねじ締め自動機では、締め付はトルクの精度が大
変重要であり、締め付はトルクを精度良く制御するため
の手段が、従来から種々講じられている。

また、ねじ締め自動機の稼動率を向上させると共にねじ
締めによる不良品を軽減させることが、自動化、省力化
を進める上で重要である。

以下、従来のねじ締め自動機について説明する。

第３図は電動ドライバ一部の構成図、第４図は制御ブロ
ック図である。

第３図において、ｌはモータ、２はクラッチとしてのパ
ウダークラッチ、３はビットである。

第４図において、交流電源から供給された電力は、チョ
ッパ式電源部４に入力され、ドライバー部５を介して、
ねじ締めビットを回転駆動するもモータ１に入力されて
いる。チョッパ式電源部４は、ねじ締めビットを駆動制
御するＣＰＵ６から出力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）
制御信号に基づいて電圧制御し、ドライバ一部に出力す
るように構成されている。７はＲＯＭで、ねじ締めに関
するソフトを記憶していて、ＣＰＵ６に信号を送る。

また、８は制御部で、ＣＰＵ６からの信号によりドライ
バ一部５を制御し、ドライバ一部５の電流を電流検出部
９にて検出し、ＣＰＬ１６に伝える。

さらに、モータ１の回転速度は、ブラシレスモーフに付
属されるホール素子等の位相検出器ｌＯにより回転信号
を読み取り制御部８及び速度検出部１１を通して、ＣＰ
Ｕ６に伝えられる。

上記したねじ締め装置の動作について第５図、第６図の
フローチャートに基づき説明する。

第５図において、ねじ締め動作ではステップ１でモータ
１を比較的低い電圧■、で起動すると、起動電流Ｉ。が
流れた後、初期電流１．が流れ、ドライバービット３は
あまり高速でない速度で回転し、ねじとの係合が安定し
て確保される。次にステップ２でねじがワークにねじ込
みすると、瞬間的に電流の変化を電流検出部９によって
検出し、ステップ３でモータｌに対する供給電圧をねし
及びワークに応じた電圧■２に高められ、立上がり電流
Ｉ２が流れた後Ｉ３の電流でねじ締めをしていく。

ステップ４でねじのねじ込みが進行して着座状態に近づ
き、ねじとワークとの間の間隔が所定値になると、ステ
ップ５で位置検出器の信号から、ねじ及びワークに応じ
た低い電圧Ｖ、に切換えられ、着座時に過大なトルクが
発生するのが防止させられる。

ステップ３でモータへの供給電圧をＶ２に切換えてから
、ステップ５でモータ電圧を■、に切換わるまで、ステ
ップ６であらかじめ設定した所定時間を越えたときには
、ステップ８でねじ締め不良処理を行ない、異常信号を
外部機器へ出力する。また、ステップ６で所定時間を越
えないときは、ステップ７によってトルクアップされた
かどうかを判断し、トルクアップされた時には、ステッ
プ８で同様に不良として処理する。

つぎにステップ９でねじがワークに着座すると、第７図
すの１４に示すように電流の立上がりが生じるため、こ
の立上がりの変曲点を電流検出部９で検出し、ステップ
１１で速度検出部１１により回転停止を検出することに
よってＣＰＵ６から制御部８に逆転制動指令信号を所定
時間出力し、逆転制動電圧■４をねじ及びワークに応じ
て印加し制動電流Ｉ６を流して制動し、ねじ込み時の機
械系のイナーシャの影響をなくす。ステップ９でねじが
ワークに着座せずステップＩＯで所定時間が経過した時
は、ステップ８で不良処理をする。

次に、ステップ１２で低い電圧Ｖ、を所定時間印加し電
流Ｉ６を流しビットがねし頭に再度当たる時に衝撃が加
わらないようにし、逆転制動によるねじの緩みを完全に
解消する。その後、ステップ１６で漸次増加する電圧■
６を印加し、電流Ｉ７を流し、ステップ１７で所定の締
め付はトルクＴに対応する電圧ｖ６、電流Ｉ８にしてそ
の状態を所定時間保持する。ステップ１３で所定時間が
経過したときは、ステップ１５で不良処理を行なう。こ
の状態を所定時間保持することにより、ステップ１９で
ねじ締めが完了する。

ステップ２０で所定時間が経過しても、ステップ１８で
ねじ締めが完了していないときには、ステップ２１でね
じ締め不良処理を行なう。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記のような従来の締め付は手段では、ねじが
斜めにワークのねじ穴に入った場合や、ねじ締めを行な
う２つのワークのねじ大の中心がずれて、ねじに当って
いる場合では、どちらともねじに外力が加わるため、ス
テップ９の着座検出を行なう工程では、ステップ５での
電圧Ｖ。

によるねじ込み中に着座手前で、ねじがねじ込まれなく
なり、電流１４の立上がり変曲点を電流検出部９で検出
してしまい、正規の着座検出ができなくなってしまう。

また、ねじの着座が不確実であるとステップ１１で速度
検出部１１により回転停止を検出することとなるため、
ＣＰ［Ｊ６から制御部８に逆転制動指令信号を所定時間
出力して、逆転制動電圧■４をねじ及びワークに応じて
印加し、制動電流Ｉ。

を流して制動することになる。そこで、ステップ１２で
電圧■６を所定時間印加し、ステップ１４で漸次増加す
る電圧■６を印加している最中に、第８図（ｂｌのＶＨ
２が示すようなデイツプが生じ、電流が急激に増加し、
設定値以上のトルクがねじに加わり、正常なねじ締めが
行なえない等の問題点があった。

本発明の目的は上記の問題点を解消するもので、ねじの
着座を確実にし、ねじの着座検出を誤っても、ねじ締め
トルクに制約がないときは、ねじ締め力を制御して確実
に締め込み、一方、ねじ締めができないときには、異常
信号を出力してトルク制御をするようにしたねじ締め制
御方法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 上記目的を達成するために本発明は、電動ドライバーの
駆動部とこの出力軸としてのビットとの間に接続された
クラッチと、１ｉｉＩ記駆動部とクラッチを制御する制
御部とを備えたねじ締め装置において、起動後ねじのワ
ークへのねじ込み開始を検出して駆動電圧を上げるのと
ともに、ねじ込みに必要なトルクのリミット値をクラッ
チに電圧の形でセットし、ワークに対するビット位置が
らねじ位置を検出してねじの着座直前に駆動電圧を下げ
る第１工程と、あらかじめ設定したねじごとの着座まで
のモータ回転数と、駆動部の回転速度と駆動電流から、
ねじの着座を検出する第２工程と、ねじの着座を検出す
ると、一定時間逆転駆動電圧をかけて駆動部を制動し、
この後一定時間低電圧で駆動した後、再度駆動電圧を漸
増させて、この駆動電圧が漸増すると同時に、トルクが
上昇しているか否かを判別し、トルクが上昇している時
は、駆動電圧を漸増してねじを締め上げていき、トルク
が上昇していないときは、トルクが上昇するまで、駆動
電圧を漸増せず、モータの回転数を検出しながら、トル
クの上昇を検出し、ねじを締め上げていき、モータが回
転していて、トルクが上昇しない場合や、モータが回転
せずにトルクが上昇している場合はねじ締め不良処理を
行なう第３工程と、クラッチによるリミット値よりも高
めにセットされた所定電圧に達すると一定時間保持して
、あらかじめ設定されたトルク値で締め付ける第４工程
とを備えた自己診断によるねじ締め制御方法とした。

作用 本発明はねじがねじ穴に斜めに入った場合や、ねじ締め
を行なう２つのワークの中心がずれていてねじに当って
いる場合に、それぞれねじに外力が加わり、ねじの着座
までに制御電流が変化したとしても、ねじごとにあらか
じめ設定したモータの回転数と、制御電流とでねじの着
座検出を行なうようになっている。

さらに、着座が不確実な場合には、逆転制動後に、漸次
駆動電圧を高めながらトルクの変化量を検出し、この漸
次駆動電圧を高めている最中に、ねじが着座した場合で
も、トルクの上昇がなければ駆動電圧を漸増せずに、ト
ルクの上昇を待ち、ねじを締め付ける。

実施例 以下、本発明方法の一実施例を示すフローチャートに従
って説明する。

第１図、第２図において、本発明のねじ締め制御方法は
、第】工程としての第１ねじ込み工程、第２工程として
の着座検出工程、第３工程としての第２ねじ込み工程、
第４工程としてのねじ締め付は工程とからなる。

まず、第１工程としての第１ねじ込み工程について説明
するが、ドライバーヘッド及び制御ブロック、さらに電
圧電流波形については従来例で示した第３図、第４図、
第７図及び第８図を参照する。

ステップ１でモータＩを電圧Ｖ、で起動すると、起動電
流Ｉ。が流れた後、初期電流■、となり、ドライバービ
ット３はあまり高速でない速度で回転し、ねじとの結合
が安定して確保される。

ステップ２でねじがワークにねじ込みされると５、瞬間
的に電流の変化を電流検出部９によって検出し、ステッ
プ３でモータ１に対する供給電圧をねし及びワークに応
じたドライバー電圧■２に高め、立上がり電流Ｉ、が流
れた後安定した電流Ｉ、でねじを締めていく。

ステップ４でねじのねじ込みが進行してねじが着座状態
に近づき、ねじとワークとの間の間隔が所定値になると
、位相検出器１０の信号から、ステップ５でねじ及びワ
ークに応じた電圧■、に切換えられ、ねじの着座時に過
大なトルクがねじにかかるのを防止できる。

しかし、ステップ３でモータへの供給電圧をｖ２に切換
えてからステップ５で千−夕電圧なＶ、に切換わるまで
、ステップ６であらかじめ設定した所定時間（予測タイ
マ］）を越えた時には、ステップ８でねじ締め不良処理
を行ない、異常信号を外部機器へ出力する。また、ステ
ップ６で所定時間（予測タイマ１）を越えない時は、ス
テップ７によってトルクアップされたかどうかを判断し
、トルクアップされた時には、ステップ８で同様に不良
として処理する。

次に、第２工程としての着座検出工程について説明する
。モータ電圧■３をかけてから、ねじが着座するまでの
モータの回転数は、ねじにより決定されるので、ねじが
ねじ穴に斜めに入ったり正規の状態でねじ込まれていな
いときは、ねじが着座するまでに、電流Ｉ４の立上がり
の変曲点を電流検出部９で検出しても、ステップ１０で
ねじが着座するまでのあらかじめねじごとに設定された
モータの回転数とを比較することにより、ステップ９で
ねじの着座検出を行なう。

ステップ１１でねじが着座するまで、あらかじめ設定し
た所定時間（予測タイマ２）を越えたときは、ステップ
８でねじ締め不良処理を行ない、異常信号を外部機器へ
出力する。

次に、第３工程としての第２ねじ込み工程について第２
図で説明する。

ステップ１２でねじの着座検出が完了し、速度検出部１
１から回転停止を検出することによって、ＣＰＵ６から
制御部８に逆転制動指令信号を所定時間出力し、逆転制
動電圧■４をねし及びワークに応じて印加し、制動電圧
１６を流して制動し、ねじ込み時の機械系のイナーシャ
の影響をなくす。

ステップ１３において、モータ電圧Ｖ、を所定時間（予
測タイマ３）印加してビット３がねじ頭に再度当る時に
衝撃が加わらないようにし、逆転制動によるねじの緩み
を完全に解消した後、ステップ１７で漸次増加する電圧
ｖ６をステップ１５所定の締め付はトルクＴまで印加す
る。ステップ１７で漸次電圧ｖ６を増加と同時に、電流
検出部９より電流Ｉ７を検出し、トルクも合せて漸増し
ているか否かを判断する。

ねじの着座が不確実で、ステップ１７で電圧■６を印加
しているときに、ねじが着座したときは、ステップ１８
で第８図に示すｖ＋、のように電圧増加率が変化する。

従って、同じく第７図に示す電流Ｉ、の増加率が変化す
るので、ステップ１９で速度検出部１１からモータの回
転数をカウントする。モータが所定回転数以内であれば
、再度、電圧■６を漸増していき、一方、モータが所定
回転数以上であれば、電流１．のみを漸増し、トルクを
漸増させる。

逆転制動をかけて、ねじ締め付は電圧Ｖ６を印加してい
る間に、ねじが着座したときは、過大なトルクが発生す
るのを防止できる。

ステップ１８でトルク上昇した場合又はステップ１９で
モータ回転数が所定回転数以内の場合に、所定時間が経
過したときは、ねじ込み不良としてステップ１６で不良
処理する。

最後に、第４工程としてねじ締め付は工程について説明
する。

ステップＩ５で所定の締め付はトルクＴに対応する電圧
Ｖ７に達すると、ねじ締めの所定トルクに対応する結合
力を得られる電圧が印加され、ステップ２１でこの状態
を所定時間（予測タイマ４）保持することにより、ステ
ップ２２でドライバー回転を停止し、ねじ締めが完了す
る。ステップ２３で所定時間が経過してもステップ２】
でねじ締めが完了していないときには、ステップ２４で
ねじ締め不良処理を行なう。

発明の効果 上記のように本発明は、ねじの着座による電流検出部の
立上がり信号で変曲点を検知すると共に、モータの回転
数を利用することによりねじの着座検出を確実に行なう
ことができる。

また、ねじの着座が不確実な場合には、逆転制動後、漸
次電圧を増加すると共に電流検出部によりトルク漸増を
検出することによって、ねじの着座を確実に検出でき、
ねじに過大なトルクが加わるのを防ぎ、ねじ締め不良が
発生する頻度を下げることができる。従って、ねじ締め
自動機において信頼性の向上したねじ締め制御方法を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は実施例として示したねじ締め付けのフ
ローチャート、第３図は電動トライバ部の構成図、第４
図は制御ブロック図、第５図、第６図は従来のねじ締め
付けのフローチャート、第７図（ａ）　（ｂ）はねじ締
め時の電圧波形図及び電流波形図、第８図（ａ）はねじ
締め時の電圧波形図、ｆｂ）はねじの着座が正常でない
時の電圧波形図、ｆｃ）はモータの回転数を示す図であ
る。 ｌ・・・モータ　　２・・・パウダークラッチ３・・・
ビット　　６・・・ＣＰＵ　　　８・・・制御部９・・
・電流検出部　　１１・・・速度検出部第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電動ドライバーの駆動部とこの出力軸としてのビットと
   の間に接続されたクラッチと、前記駆動部とクラッチを
   制御する制御部とを備えたねじ締め装置において、 起動後ねじのワークへのねじ込み開始を検出して駆動電
   圧を上げるのとともに、ねじ込みに必要なトルクのリミ
   ット値をクラッチに電圧の形でセットし、ワークに対す
   るビット位置からねじ位置を検出してねじの着座直前に
   駆動電圧を下げる第１工程と、 あらかじめ設定したねじごとの着座までのモータ回転数
   と、駆動部の回転速度と駆動電流から、ねじの着座を検
   出する第２工程と、 ねじの着座を検出すると、一定時間逆転駆動電圧をかけ
   て駆動部を制動し、この後一定時間低電圧で駆動した後
   、再度駆動電圧を漸増させて、この駆動電圧が漸増する
   と同時に、トルクが上昇しているか否かを判別し、トル
   クが上昇している時は、駆動電圧を漸増してねじを締め
   上げていき、トルクが上昇していないときは、トルクが
   上昇するまで、駆動電圧を漸増せず、モータの回転数を
   検出しながら、トルクの上昇を検出し、ねじを締め上げ
   ていき、モータが回転していて、トルクが上昇しない場
   合や、モータが回転せずにトルクが上昇している場合は
   ねじ締め不良処理を行なう第３工程と、 クラッチによるリミット値よりも高めにセットされた所
   定電圧に達すると一定時間保持して、あらかじめ設定さ
   れたトルク値で締め付ける第４工程とを備えたことを特
   徴とする自己診断によるねじ締め制御方法。