JPH0696209B2

JPH0696209B2 - 自動ねじ締め機

Info

Publication number: JPH0696209B2
Application number: JP4894889A
Authority: JP
Inventors: 正知足立
Original assignee: Nittoseiko Co Ltd
Current assignee: Nittoseiko Co Ltd
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH02232127A

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
して締付けト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］及び［発明が解決しようとする課題］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されている。
この種自動ねじ締め機のトルク検出機構を、締付け時に
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
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、歪み管の歪み量をブリッジ回
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
静的キャリブレーションを行い、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される基準抵抗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されている。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、その
出力端の出力電圧はフルスケールで0.5mV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
く配慮されていない。そのため、１）ブリッジ回路に使用される４個の歪みゲージ5bは同
一ロット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
イストペ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きず、トルク検出機構
の全部を交換しなければならず、装置の修理コストが高
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サ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］上記目的を達成するため、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
取付けられている。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電圧供給源が持続され、歪み
管の歪み量をブリッジ回路の出力端から得られる出力信
号として検出するトルク検出機構が構成されており、こ
のトルク検出機構の出力信号は表示部で表示されるよう
に構成されている。

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スイッチン
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
イッチ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、この時のトルク検出機
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１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得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端に第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スイッチング
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されている。

［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されると、
モータ停止指令信号が送られるとともに、この時のトル
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電圧供給源が接続され、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
比較され、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
断され、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される。
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
以後のトルク検出機構が正常と判断され、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を介して昇降駆動源
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（図示せず）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個の歪みゲージ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されなく
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はサンプル／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/Dインタフェース15を介して制御部から送られる
ように構成されている。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され、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16を接続するように構成さ
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基準電圧と第
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および前記トルク検出機構５が接
続されている。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
異常の有無を表示する表示部23、前記A/D変換部14、第
１スイッチング部10並びに第２スイッチング部11が接続
されている。

また、前記制御部17は、第３図および第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
設定値とが一致しない時、第２スチッチング部11を復帰
させるとともに、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19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。

11）モータ２の停止を待つ。

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、14）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されている。

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、初期リセットされて後、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されずに、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から出力さ
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の異常と判断され、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が駆動されるととも
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
る締付けト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、その歪み量がブリッジ回路を構成す
る歪みゲージ5bにより検出される。この間、モータ２が
駆動されると同時に、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設定値とが比較され
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変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設定値とか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検出値として記憶さ
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Ａ−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検出値として記憶され、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
令時間、Ａ−Ｄ変換時間および第２検出値を記憶するに
要する時間の合計時間は、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。

前記モータ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基準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の出力信号が検出されるので、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、歪みゲ
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
記歪みゲージ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で表示さ
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
てす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
反力を検出する歪み管に貼付された４個の検出抵抗でな
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、その以上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、両者が一致する時に
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得ているが、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。１……自動ねじ締め機、２……モータ、３……連接軸、４……ドライバビット、５……トルク検出機構、5a……歪み管、 5b……歪みゲージ、5c……基準抵抗、 5d……スイッチ、６……昇降駆動源、７……ドライバ台、８……第１電圧供給源、９……第２電圧供給源、10……第１スイッチング部、 11……第２スイッチング部、12……増幅部、 12a……補正部、13……フィルタ、 14……Ａ−Ｄ変換部、15……I/Oインタフェース、 16……第３電圧供給源、17……制御部、 18……作業スタート部、19……第１設定部、 20……第２設定部、21……第３設定部、 22……モータ駆動部、22a……パワー供給部、 23……表示部、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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っ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。
【請求項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、増幅器の入力端に第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って増幅部
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。