JPH0696210B2 - 自動ねじ締め機 - Google Patents

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］ 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
付トルク値に達すればモータを停止させるトルク検出機
構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は、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官およびこの
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
から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。このトルク検出機構を備えた自動ねじ締め機で
は、締付け作業開始前に重り等を用いて得られる値をも
とに、補正部により零補正およびゲイン補正する増幅率
を選択するとともに、ブリッジ回路の出力端で検出され
る電気量をこの増幅率で増幅して実際の歪み量に応じた
理論上のトルク値を得るように静的キャリブレーション
が行われている。この静的キャリブレーション後、この
自動ねじ締め機はねじ締付けを開始し、その後締付け完
了が検出されると、ドライバビットの反力により歪み管
の受ける歪み量が締付けトルクとして検出されて表示部
で表示されている。ところが、通常のねじ締め機の場
合、ドライバビットの反力はユニバーサルジョイント等
の連結機構を介して歪み管に伝達される関係でその機械
的効率、ドライバビットとねじとの嵌合度合のばらつ
き、あるいはワークの材質等により100％歪み管に伝達
されない。そのため、作業者が締付け後のねじをトルク
レンチ等で測定して得た測定値と、表示部で表示される
表示値とは一致しないことが起こっている。これらの値
を一致させるため、作業現場では実際にワークを何個か
締付け、その表示値とトルクレンチにより測定した測定
値とが一致するように補正部を調整して増幅部の増幅率
をワークの種類に応じて変更している。この変更によ
り、静的キャリブレーションにより得られた増幅部の増
幅率のもとでトルク検出機構の出力信号はふたたび得ら
れなくなり、これが必要な時には都度静的キャリブレー
ションが必要となり、面倒な作業が必要となる等の欠点
が生じている。また、歪みゲージの動作不良、断線、増
幅部の動作不良等の異常を判定する必要がある場合に、
その判定の比較対象となる基準値は、静的キャリブレー
ションにより得られた増幅部の増幅率のもとの歪み管の
歪み量とトルクとの関係から得られたものであり、これ
らと増幅率を変更して得たトルク検出機構の出力信号と
を比較しても正確な異常判定ができないばかりか、これ
らの比較を行うこと自体意味のないものとなる等の欠点
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、表示値
とトルクレンチにより実測される測定値とを一致させる
ように表示値を変更しても、静的キャリブレーションに
より得られた増幅部の増幅率のもとの出力信号を得るこ
とができるトルク検出機構を備えた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
ットを保持されている。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、基
準電圧を供給する電圧供給源が接続され、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と
ともに、これを任意の増幅率を選択する第１補正部を有
する第１増幅部に送るように構成されている。前記第１
増幅部の出力信号は２方向に分岐され、その一方は直接
スイッチング部に送られ、他方は任意の増幅率を選択す
る第２補正部を持つ第２増幅部を介して前記スイッチン
グ部に送られるように構成されている。前記スイッチン
グ部は、その作動により前記第１増幅部の出力信号と第
２増幅部の出力信号とのいずれかを表示部に供給する制
御部により駆動されるように構成されている。

また、前記第１増幅部の出力信号を２方向に分岐する代
りに、この出力信号をＡ−Ｄ変換部に送ってディジタル
量に変換する一方、任意の表示補成率を設定できる表示
補正率設定部を設けてこの表示補成率を前記ディジタル
量に乗算して得られる値を表示部に供給する制御部を設
けてもよい。

［作用］ 上記自動ねじ締め機では、第１補正部を調整して静的キ
ャリブレーションにより所望増幅率を選択する。表示部
の表示値とトルクレンチにより実測した測定値とを一致
させる必要がある時には、スイッチング部を切換えて第
２増幅部の出力信号を表示部に送るようにしておく。さ
らに、何個かのワークに所定ねじを締付けてその表示値
の平均値と実際にトルクレンチにより測定された測定値
の平均値とが一致する増幅率が第２補正部の調整により
選択される。その後、所定締付け作業が行われ、表示値
はトルクレンチにより測定した測定値に一致させること
ができる。

また、前記スイッチング部を復動して第１増幅部の出力
信号を表示部に送るようにすれば、静的キャリブレーシ
ョンにより得た増幅率のもとのトルク検出機構の出力信
号がただちに得られる。そのため、一旦静的キャブリレ
ーションを行えば、これをふたたび行う必要がなく、余
分な作業を不要にすることができる。

また、表示補正率設定部に表示補正率が設定されている
時には、トルク検出機構の出力信号に前記表示補正率を
乗算して得られた値が表示部で表示されるので、表示補
正率設定部を100％とすることにより静的キャリブレー
ションを再度行うことなく、静的キャリブレーションに
より得た増幅率のもとのトルク検出機構の出力信号を得
ることができる。

［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の回転を直接軸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
おり、このブリッジ回路の入力端には基準電圧を供給す
る電圧供給源８が接続されている。前記検出抵抗はすべ
て歪みゲージ5bで構成されていなくともよい。また、前
記ブリッジ回路の出力端には、フィルタ10を介して零補
正およびゲイン補正する増幅率を選択する第１補正部9a
を備えた第１増幅部９が接続されている。前記第１増幅
部９の出力信号は２方向に分岐されており、その一方は
第1A−Ｄ変換部11を介してスイッチング部12に送られ
て、さらに後記するI/Oインタフェース13の入力側に送
られるように構成されている。また、他方の出力信号は
任意の増幅率を選択する第２補正部14aを備えた第２増
幅部14および第2A−Ｄ変換部16を介して前記スイッチン
グ部12に送られるように構成されている。前記スイッチ
ング部12は、外部から切換可能に構成されており、第1A
−Ｄ変換部11側にある時は、第1A−Ｄ変換部11の出力信
号をI/Oインタフェース13に、第2A−Ｄ変換部側にある
時は、第2A−Ｄ変換部16の出力信号をI/Oインタフェー
ス13に送るように構成されている。

前記自動ねじ締め機の制御部19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13の入力側を介し
て作業スタート部20、所望締付けトルクに対応した電圧
値を設定値として記憶する設定部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19にはI/
Oインタフェース13の出力側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
ー供給部24aから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24、前記トルク検出機構５の出力信
号を表示する表示部25が接続されている。また、前記制
御部19はI/Oインタフェース13を介して前記第1A−Ｄ変
換部11および第2A−Ｄ変換部16にＡ−Ｄ変換指令信号を
送るように構成されている。

また、前記制御部19は、第３図に示すように、 １）作業スタート部20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）モータ駆動指令信号をモータ駆動部24に送るととも
に昇降駆動源６に下降指令信号を送る。

３）第1A−Ｄ変換部11および第2A−Ｄ変換部16にＡ−Ｄ
変換指令信号を送る。

４）第2A−Ｄ変換部16の出力信号と所望締付けトルクに
対応する値として設定部21に記憶された設定値とを比較
し、一致しない時、３）に戻る。

５）第2A−Ｄ変換部16の出力信号を検出値として記憶す
る。

６）モータ停止指令信号を発信するとともに、モータ２
の停止を持つ。

７）前記検出値の表示指令信号を表示部25に送る。

８）昇降駆動源６に上昇指令信号を送る。

９）エンド 上記動作順序で作動するように構成されている。

なお、前記スイッチング部12が第1A−Ｄ変換部11側に切
換えられている時には、第2A−Ｄ変換部16の出力信号に
代え、第1A−Ｄ変換部11の出力信号が検出値として記憶
される。

上記自動ねじ締め機では、スイッチング部12を第1A−Ｄ
変換部11側に切換えておき、作業開始前に、静的キャリ
ブレーションにより第１補正部9aで増幅率を選択し、零
補正およびゲイン補正をする。これにより、歪み管5aの
歪み量に応じた理論上のトルク値が得られる増幅率が選
択される。また、同時に前記設定部21には所望締付けト
ルク値を設定値として記憶しておく。この状態で、締付
け作業を行えば、歪み管5aで検出した歪み量に理論的に
相当する検出値が検出され、自動ねじ締め機１の出力ト
ルクの確実に所望締付けトルク値に達した時点で締付け
完了を検出することができる。

さらに、前記スイッチング部12を第2A−Ｄ変換部16側に
切換えておき、この状態でワークの種類が変わる度に何
個かの締付けを行い、表示部25で表示される表示値の平
均値と、トルクレンチにより実測して得られた測定値の
平均値とから表示値の平均値が測定値に一致する増幅率
を第２補正部14aで選択する。この状態で、作業スター
ト部20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、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に加わる反力とな
り、これが歪み管5aの歪み量として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、第2A−Ｄ変換部16に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
対応した設定値とが比較される。前記両者が一致しない
時、ただちに第2A−Ｄ変換部16に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、この時の検出値が記憶され、その後モータ２に
停止指令信号が送られ、モータ２が完全に停止するのを
待つ。

前記モータ２が停止すると、前記検出値が表示部25で表
示される。この時、第2A−Ｄ変換部16の出力信号は実測
により得られた測定値に合致するように増幅された値と
なっているので、表示値はトルクレンチにより実測され
た措定値とほぼ等しくなり、希望の表示値が得られる。

その後、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。

なお、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作
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。また、実施例で
は、トルク検出機構の出力信号を２方向に分岐してこれ
らをそれぞれ任意の増幅率で増幅してこれらを交互に出
力するように構成しているが、前記出力信号を分岐する
ことなく、別に表示補正率設定部を設けて前記出力信号
に表示補正率を乗算して得られる値を表示部で表示する
ようにしてもよい。この場合、静的キャリブレーション
のもとの増幅率で、出力信号を得ようとする場合には、
表示補成率を100％とすることにより希望の出力信号が
得られる。

［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
るブリッジ回路の出力端に増幅部を接続し、その出力信
号を２方向に出力し、一方は直接に、他方は別の増幅部
を介してスイッチング部に送り、これらをスイッチング
部で切換えて交互に表示部で表示するように構成してい
るため、一方の増幅部で静的でキャリブレーションから
得られる増幅率を保持し、他方の増幅部で増幅率を任意
に変えることができ、表示値とトルクレンチで実測した
測定値とが一致するように表示部で表示させる一方で、
必要に応じて静的キャリブレーションにより得た増幅率
のもとの検出出力を得ることができ、なんども静的キャ
リブレーションを行う必要がなくなる等の利点がある。
また、本発明は表示補正設定部を設けてこれに設定され
た表示補正率をトルク検出機構の出力信号に乗算して得
られる値を表示部で表示するように構成しているため、
表示値とトルクレンチで実測した測定値とを一致させる
とともに、表示補正率を100％に戻すことにより簡単に
静的キャリブレーションにより得た増幅率をもとにした
表示値を表示することができるばかりか、表示補正率が
トルクの伝達効率を示すことになり、トルク伝達効率も
一目瞭然となる等の利点がある。

【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
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、６……昇降駆動源、 ７……ドライバ台、８……電圧供給源、 ９……第１増幅部、9a……第１補正部、 10……フィルタ、11……第1A−Ｄ変換部、 12……スイッチング部、13……I/Oインタフェース、 14……第２増幅部、14a……第２補正部、 15……………………、16……第2A−Ｄ変換部、 17……………………、18…………………… 19……制御部、20……作業スタート部、 21……設定部、22…………………… 23……………………、24……モータ駆動部、 24a……パワー供給部、25……表示部、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   力端に基準電圧を供給する電圧供給源を接続し、前記歪
   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、これを任意の増幅率を選択する第１補正部を有
   する第１増幅部に送り、その出力信号を２方向に分岐
   し、その一方を直接スイッチング部に、他方を任意の増
   幅率を選択する第２補正部を持つ第２増幅部を介して前
   記スイッチング部に送るとともに、前記スイッチング部
   の作動により前記第１増幅部の出力信号と第２増幅部の
   出力信号とのいずれかを表示部に供給する制御部を設け
   たことを特徴とする自動ねじ締め機。
2. 【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
   力端に基準電圧を供給する電圧供給源を接続し、 前記歪み管の歪み量をブリッジ回路の出力端から電気量
   として検出してこれを任意の増幅率を選択する第１補正
   部を有する第１増幅部に送り、その出力信号をＡ−Ｄ変
   換部によりディジタル量に変換する一方、任意の表示補
   正率を設定できる表示補正率設定部を設けてこの表示補
   正率を前記ディジタル量に乗算して得られる値を表示部
   に供給する制御部を設けたことを特徴とする自動ねじ締
   め機。