JPH07299675A - 自動ねじ締め機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 産業用ロボット等のキャリア部にねじ締めド
ライバを持たせた自動ねじ締め機に関し、キャリア部の
位置決め完了後、ねじ締めヘッド下降動作に要する時間
を抑え、ねじ締め作業時間を短くし、またキャリア部の
位置保持を解除させる機能を持たせ、ねじ締め作業能率
を向上させた自動ねじ締め機を提供することである。 【構成】 自動ねじ締め機３０は、ねじ１６をワーク１
７に締めるねじ締めヘッド２０と、ねじ締めヘッド２０
あるいはワーク１７を移動するキャリア部１５と、キャ
リア部１５を所定の教示位置へ位置決めする以前にねじ
締めヘッド２０を動作させ、また、位置決め完了後キャ
リア部１５の位置保持を解除させることができる制御装
置１４から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は産業用ロボット等のキャ
リア部にねじ締めドライバを持たせた自動ねじ締め機に
関するもので、作業時間を短縮できるようにするもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動ねじ締め機は、ねじをワーク
に締めるねじ締めヘッドと、ねじ締めヘッドへねじを供
給するフィーダと、ねじ締めヘッドあるいはワークを移
動するキャリア部と、キャリア部を所定の教示位置へ位
置決めしねじ締めヘッドを動作させる制御装置から構成
される。ねじ締めヘッドは、ねじをワークに締めるため
のねじ締めドライバとこのねじ締めドライバを昇降動さ
せるスライド部からなる。キャリア部は、ロータリエン
コーダ付きモータに直結されたボールネジを介してモー
タの回転角分だけ移動する。

【０００３】上記のように構成された従来の自動ねじ締
め機は、制御装置がモータを駆動しキャリア部を所定の
教示位置へ位置決めし、位置決め完了後、キャリア部の
位置をいわゆるサーボロック動作により位置決め点に保
持したままねじ締めドライバを回転させると共にスライ
ド部を駆動し、ねじをワークに押し付けながらねじ締め
作業を行い、ねじ締めが完了すると、フィーダからねじ
締めヘッドへねじが送られ、制御装置は次のねじ締め位
置へキャリア部を移動し、ねじをワークに締めるという
一連の動作を繰り返してねじ締め作業を行うものであっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の自動ねじ締め機
は、上記のようにねじ締めヘッドあるいはワークを移動
するキャリア部を一旦位置決めした後、ねじ締めヘッド
を動作させる制御方法であったため、ねじ締めヘッドの
下降時間が全てねじ締め作業時間に加わり、ねじ締め作
業に時間がかかるという欠点があった。

【０００５】また従来の自動ねじ締め機は、ワークのね
じ下穴精度が悪い場合、位置決め完了後ねじ締めドライ
バのビットの中心とワークのねじ下穴の中心が多少ずれ
ていても、キャリア部の位置が保持されたままでねじ締
め作業を行う。このようなねじ締め作業の場合、制御装
置はねじ締めドライバ及びワークを固定したキャリア部
の各々の位置を保持するように動作し、ねじ締めドライ
バ用モータへ流れる電流が増大し過電流遮断用に設けた
ヒューズが切れるという問題があった。更に、キャリア
部の位置を保持したままで強引にねじ締め作業を行うの
でねじ浮き等のねじ締め不良が起き易く、信頼性が高く
安定した自動ねじ締め動作が得られず、作業能率が悪か
った。

【０００６】本発明の一つの目的は、上記した従来技術
の欠点に鑑み、位置決め完了後にねじ締めヘッドが下降
動作を開始する無駄を排除し、ねじ締め作業時間を短縮
した自動ねじ締め機を提供することにある。本発明の他
の目的は、キャリア部の位置の保持を解除させる機能を
持たせ、ねじ下穴の位置精度が悪いワークに対してもね
じ締め不良をなくし、ねじ締めの信頼性を向上させた自
動ねじ締め機を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、キャリア部
を所定の教示位置へ位置決めする以前にねじ締めヘッド
を動作させ、ねじ締めヘッド動作条件を設定変更できる
操作部を備えた制御装置を設けることにより達成され
る。また上記の他の目的は、キャリア部の位置の保持と
位置保持の解除を作業プログラムで選択設定できる制御
装置を設けることにより達成される。

【０００８】

【作用】上記のように構成された制御装置は、ねじ締め
ヘッドを移動するキャリア部の位置と所定の教示位置と
の差がねじ締めヘッド動作許可範囲以内になった時、ね
じ締めヘッドを動作開始させる。また上記のように構成
された制御装置はキャリア部が所定の教示位置に停止す
るまでの時間を所定の速度パターンからサンプリング周
期毎に計算し、この時間がねじ締めヘッド動作許可時間
以内になった時ねじ締めヘッドを動作させる。また上記
の制御装置は、作業プログラムにより教示したステップ
内容に対応して動作し、ステップの教示内容が位置保持
有の場合は位置決め完了後位置決め点でキャリア部の位
置保持動作を行い、ステップの教示内容が保持解除の場
合はキャリア部の位置保持を解除させる。

【０００９】

【実施例】本発明の具体的な実施例を以下図面に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明の実施例に好適な自動
ねじ締め機３０の斜視図を示したものである。自動ねじ
締め機３０は、ねじ１６をワーク１７に締めるねじ締め
ヘッド２０と、ねじ圧送ホ−ス１９を介してねじ１６を
ねじ締めヘッド２０へ供給するフィーダ１２と、ねじ締
めヘッド２０を図示のＸ軸方向に移動するキャリア部１
５Ｘと、ワーク１７を図示のＹ軸方向に移動するキャリ
ア部１５Ｙと、キャリア部１５Ｘ、１５Ｙ（以下キャリ
ア部１５Ｘと１５Ｙをキャリア部１５と総称する）を所
定の教示位置へ位置決めしねじ締めヘッド２０を動作さ
せる制御装置１４から構成される。ねじ締めヘッド２０
は、ねじ１６をワーク１７に締めるためのねじ締めドラ
イバ１０とこのねじ締めドライバ１０を図示のＺ軸方向
に内蔵のエアシリンダまたはモータ等により昇降させる
スライド部９からなる。キャリア部１５は、夫々キャリ
ア部１５Ｘ用及びキャリア部１５Ｙ用のＤＣモータ３、
６（以下モータという）に直結されたボールネジを介し
てモータ３、６の回転角分だけ移動する。１３は自動ね
じ締め機３０にねじ締め作業の教示や制御動作の設定を
行うためのキーボード、表示部等から成る操作部であ
る。自動ねじ締め機３０の制御装置１４のブロック図を
示す図２において、図１と同一の機能の部分には同一の
番号が付してあり、制御装置１４は、モータ３、６を夫
々駆動するモータドライブ回路２、５と、モータドライ
ブ回路２、５によるモータ３、６の駆動、非駆動を制御
する制御線（以下ＳＤ信号という）３１と、モータ３、
６に夫々直結されたエンコーダ５０、５１から出力され
るパルスをカウントするカウンタ４、７と、ねじ締めド
ライバ１０を駆動するドライバ駆動部１１と、作業プロ
グラム等を入力する操作部１３と、ＲＯＭ２９、ＲＡＭ
２８、Ｉ／ＯポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５及び
Ｐ１０とパラレルＩ／ＯポートＰＤ１、ＰＤ２及びＰＤ
３をワンチップ化し前記モータ３、６とねじ締めヘッド
２０等の制御処理を時分割によるマルチ処理を実行する
ＣＰＵ１から構成される。ＣＰＵ１のポートＰ５はフィ
ーダ１２に圧送指令を出力する出力端子であり、ポート
Ｐ３は、スライド部９がエアシリンダにより動作する場
合はエアシリンダに圧縮空気の供給・排気を制御するエ
アバルブの制御線となり、スライド部９が電気モータに
より動作する場合は電気モータ駆動用サーボドライバの
制御線となる。また、スライド部９がエアシリンダによ
り上昇端の位置から下降動作を行う場合、ＣＰＵ１はポ
ートＰ３よりエアバルブへ下降指令を出力し、エアバル
ブはバルブを切り換えてエアシリンダ内の圧縮空気を排
気させ、エアシリンダに圧縮空気を供給しエアシリンダ
の下降動作を開始するが、エアシリンダ内の圧縮空気を
排気させるには時間がかかるため、ポートＰ３から下降
指令を出力した時点から実際にエアシリンダが下方へ動
き始めるまでには遅れ時間が有り、またスライド部９が
電気モータにより動作する場合についてもエアシリンダ
の場合と同様、ポートＰ３から下降指令を出力した時点
から実際にスライド部９が下方へ動き始めるまでには遅
れ時間が有る。

【００１０】上記のように構成された自動ねじ締め機３
０の動作について更に図３〜図７を参照しながら説明す
る。まず自動ねじ締め機３０を教示データに基づく自動
ねじ締め動作をさせる前に、キャリア部１５の加速度、
最高速度、減速度等の速度パターンと、ねじ締めヘッド
動作許可範囲となる第一のねじ締めヘッド動作許可範囲
Ｄと、図８に示すような例えば２個所のねじ締め作業を
行う場合の作業プログラム等を操作部１３より入力教示
する。ここでねじ締めヘッド動作許可範囲とは、キャリ
ア部１５が位置決め途上の状態においてねじ締めヘッド
２０を動作開始させても、位置決め完了時には正常なね
じ締め作業が可能なキャリア部１５の位置とねじ締め教
示位置との差の範囲であり、また第一のねじ締めヘッド
動作許可範囲Ｄとは、図４のＤに示すようにキャリア部
１５が位置決め完了前の位置決め途上の状態において、
キャリア部１５が所定のねじ締め教示位置に位置決め完
了した時にスライド部９が下方へ動き始めるような、前
述の遅れ時間を無くしたキャリア部１５の位置とねじ締
め教示位置との差の範囲である。なお、キャリア部１５
Ｘ、１５Ｙで位置決め時間が異なる場合は、夫々のキャ
リア部１５Ｘ、１５Ｙにねじ締めヘッド動作許可範囲を
設け、夫々が上記の動作許可範囲に入った状態に於てね
じ締めヘッド２０の動作を開始する。ＣＰＵ１はこれら
の教示データをポートＰＤ３より読み込みＲＡＭ２８に
記憶する。ここで２番目のねじ締め位置は、ワーク１７
のねじ下穴精度が悪い場合に対応させるもので、位置決
め点で位置の保持を解除しねじ締め作業を実行する。こ
の作業プログラムを実行するＣＰＵ１の処理の流れをフ
ローチャート図３に示す。以下図３を参照しながら説明
する。

【００１１】ＣＰＵ１はまず作業プログラムのステップ
０を読み出し（１１２）、その作業内容を解読する（１
００）。いまステップ０の作業プログラムは移動ねじ締
めなので次の位置決め開始処理（１０１）へ移行し、絶
対座標で与えられた第１の教示位置へ向けてキャリア部
１５の移動を開始する。制御装置１４の位置決め処理
は、マルチ処理によりねじ締めヘッド２０とワーク１７
を移動する２つのキャリア部１５Ｘと１５Ｙを同時に制
御する。

【００１２】ここで一つの軸の位置決め制御方法につい
て図２を用いて説明すると、ＣＰＵ１には、所定の速度
パターンに従いかつキャリア部１５Ｘの位置と教示位置
との差つまり位置偏差が０になるように速度指令を出力
する位置制御系と位置制御系から出力された速度指令に
キャリア部１５Ｘの速度が合うように制御する速度制御
系のプログラムが組まれている。速度制御系では、速度
指令とキャリア部１５Ｘの速度の差から比例、積分、微
分の３要素からなるＰＩＤ演算を行って、パルス幅変調
方式によるＰＷＭパルスをＰ１より出力し、モータドラ
イブ回路２を介してモータ３を駆動し、カウンタ４がモ
ータ３に直結されたエンコーダ５０から出力されるエン
コーダパルスをカウントし、モータ３の回転角すなわち
キャリア部１５Ｘの位置を一定時間毎にＰＤ１より読み
取り、キャリア部１５Ｘの速度を算出し、キャリア部１
５Ｘの速度が速度指令に合うように制御する。また位置
制御系では、上記したように位置偏差が０になるように
速度指令を出力しキャリア部１５Ｘの位置制御を実行す
る。キャリア部１５Ｙの位置制御も上記と同様に同時に
時分割制御により実行され、キャリア部１５の位置決め
制御が行われる。

【００１３】位置決め処理を開始したＣＰＵ１はキャリ
ア部１５の位置と教示位置との差が第一のねじ締めヘッ
ド動作許可範囲Ｄ内に入るまで待つ（１０２）。その位
置偏差が第一のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄ内に入る
と、ＣＰＵ１はポートＰ３、Ｐ４よりスライド部９を動
作させると共にねじ締めドライバ１０の回転及び下降を
開始し（１０３）、一方この状態に於てキャリア部１５
はまだ位置決め途上にある。次にＣＰＵ１は位置決め完
了後の位置の保持が必要であるか否かの判断を保持解除
フラグによって判断する（１０４）。いま保持解除フラ
グは設定されていないので次のねじ締め完了判断処理
（１０５）へ移行する。この時キャリア部１５の位置は
外力が加わっても教示位置に戻るような、いわゆるサー
ボロック動作により保持されたままの状態でねじ締め作
業が実行される。ねじ締め完了判断処理（１０５）では
ねじ締めドライバ１０が所定のトルクでワーク１７にね
じ１６を締め付けたか否か、ねじ浮きの有無等の判断処
理を実行する。またねじ締めドライバ１０が所定のトル
クでワーク１７にねじ１６を締め付けると、ドライバ駆
動部１１はねじ締めドライバ１０の回転を停止する。ね
じ締め作業が完了すると、ＣＰＵ１はポートＰ３よりス
ライド部９を動作させねじ締めドライバ１０の上昇を開
始する（１０６）。またポートＰ５よりフィーダ１２に
圧送指令を出力し、次のねじ締め作業に備えて、ねじ１
６は空気圧によりフィーダ１２からねじ圧送ホ−ス１９
を通してねじ締めヘッド２０へ供給される。

【００１４】上記した制御方法によると、キャリア部１
５の位置偏差と各処理のタイミングチャートを示す図４
に於て、縦軸は位置偏差、横軸は時間を表示したもので
あり、従来の自動ねじ締め機のねじ締めタイミングチャ
ートＡに比べ、第一のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄに
よるねじ締めタイミングチャートＢに示すようにＴ１時
間分、ねじ締め作業時間を短縮でき、ｎ本締めのワーク
の場合１ワーク当たりｎ×Ｔ１時間のねじ締め作業時間
が短縮できる。

【００１５】上記のようにステップ０の第１のねじ締め
作業が終了するとＣＰＵ１はステップを更新し（１０
７）、次ステップであるステップ１の保持解除を読み出
し（１１２）、処理（１００）の判定で処理（１０８）
へ移行し、ステップの内容は保持解除なので保持解除フ
ラグを設定する（１０９）。ＣＰＵ１は再びステップ更
新処理を実行し（１０７）、次ステップであるステップ
２の移動ねじ締めを読み出し（１１２）、ステップ内容
を解読して（１００）位置決め開始へ移行し（１０
１）、第２のねじ締め位置へ向けてキャリア部１５の移
動を開始する。キャリア部１５の位置と教示位置との差
が第一のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄ内に入ると（１
０２）、ねじ締めドライバ１０の回転及び下降を開始す
る（１０３）。ステップ１の処理で保持解除フラグは設
定されているため処理（１１０）へ移行し、キャリア部
１５の位置が所定の許容停止精度Ｆ内に入ると位置決め
処理を終了し、ＣＰＵ１はＳＤ信号３１を論理”Ｌｏ”
状態から論理”Ｈｉ”状態に反転し、キャリア部１５の
位置の保持を解除する処理を行う（１１１）。キャリア
部１５の位置の保持を解除するその他の方法としては、
リレ−等を用いてモータ３、６へ流す電流を遮断する処
理等があるが、本実施例に於ては、モータドライブ回路
２、５において、図７に示すように電界効果トランジス
タ（以下ＦＥＴという）Ｑ１からＱ４の４つのＦＥＴを
用いてモータの正転及び逆転を行うコンデンサ回生方式
によるモータ３、６のドライブ回路において、ＳＤ信号
３１を論理”Ｈｉ”状態にすることにより、前段のＣＭ
ＯＳロジック素子ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３、ＩＣ４の出
力をハイインピ−ダンス状態にして、ＦＥＴＱ１、Ｑ
２、Ｑ３、Ｑ４の４素子とも全てオフさせモータ３、６
へ流す電流を遮断する例を示す。

【００１６】ここでモータドライブ回路２について図７
を用いて説明すると、モータドライブ回路２は、ＦＥＴ
Ｑ１、ＦＥＴＱ２、ＦＥＴＱ３およびＦＥＴＱ４と、こ
れらＦＥＴＱ１〜Ｑ４をＨ状に回路を組み、ＦＥＴＱ１
とＦＥＴＱ２の接続点とＦＥＴＱ３とＦＥＴＱ４の接続
点にモータ３を接続してある。ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のゲ−
ト部には、ＦＥＴＱ１をオンさせるための電荷を供給す
るコンデンサＣ１と、ＦＥＴＱ３をオンさせるための電
荷を供給するコンデンサＣ２と、コンデンサＣ１に蓄え
られた電荷が電源＋７Ｖ側へ逆流するのを防止するダイ
オ−ドＤ１と、コンデンサＣ２に蓄えられた電荷が電源
＋７Ｖ側へ逆流するのを防止するダイオ−ドＤ２と、Ｆ
ＥＴＱ１をオン・オフさせＦＥＴＱ１のソ−ス端子と同
電位のグランドレベルを持つホトカプラＰＨ１と、ＦＥ
ＴＱ３をオン・オフさせＦＥＴＱ３のソ−ス端子と同電
位のグランドレベルを持つホトカプラＰＨ２と、ホトカ
プラＰＨ１をオン・オフするＩＣ１と、ホトカプラＰＨ
２をオン・オフするＩＣ３が設けられている。更にＦＥ
ＴＱ２をオン・オフするＩＣ２と、ＦＥＴＱ４をオン・
オフするＩＣ４と、デッドタイム回路２７が設けられ、
デッドタイム回路２７からは、ＩＣ１、ＩＣ４にはパル
ス幅制御信号ＰＷＭ１と、ＩＣ２、ＩＣ３にはパルス幅
制御信号ＰＷＭ２が出力される。デッドタイム回路２７
はＣＰＵ１のＰ１出力端子より出力されたＰＷＭパルス
からパルス幅制御信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２に変換し、Ｆ
ＥＴＱ１とＦＥＴＱ２あるいはＦＥＴＱ３とＦＥＴＱ４
が同時にオンするのを防止する。ＣＰＵ１のＰ１０出力
端子からは、ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３およびＩＣ４の出
力端子を、論理レベルを出力するイネーブル状態あるい
はハイインピーダンス状態に制御するＳＤ信号３１が出
力されている。ＳＤ信号３１が論理”Ｈｉ”状態になる
と、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４は全てオフし、モータ３による位
置の保持は解除される。更にＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３、
Ｑ４のゲートには夫々ゲート電流制限用の抵抗器５４、
５５、５６、５７が接続され、下アームのＦＥＴＱ２、
Ｑ４のゲート・ソース間にはゲート電荷放電用の抵抗器
５８、５９が並列に接続されている。５２、５３は夫々
ホトカプラＰＨ１、ＰＨ２の発光素子に電源＋５Ｖから
流れる電流を制限する抵抗器であり、６０は電源＋３８
ＶとＧＮＤの間に設けられたモータ３の電流帰還用コン
デンサであり、６１はＨブリッジ回路に流れる電流の立
上りを抑制するチョークコイル、６２はチョークコイル
６１のフライバック用ダイオードである。なお、ＦＥＴ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４には図示のように逆並列に電流
還流用のダイオードが設けられている。また、電源＋５
Ｖ、＋７Ｖは共にＧＮＤで示す点を基準電位としてい
る。なお、モータドライブ回路５はモータドライブ回路
２と同一の構成になる。

【００１７】上記のように構成されたモータドライブ回
路２における上アームのＦＥＴＱ１、Ｑ３を駆動させモ
ータ３に電流を流す方法について説明する。ＣＰＵ１の
Ｐ１出力端子から出力されたＰＷＭパルスは同一アーム
のＦＥＴＱ１とＱ２或いはＦＥＴＱ３とＱ４が同時にオ
ンするのを防止するデッドタイム回路２７を通って２本
のパルス幅制御信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２を作る。パルス
幅制御信号ＰＷＭ１とＰＷＭ２は一周期のうち、デッド
タイム期間は論理”Ｌｏ”状態であり、その他の期間は
互いに反対の論理を取る。いま、ＦＥＴＱ１、Ｑ４のオ
ン・オフに関与する信号ＰＷＭ１が論理”Ｈｉ”状態
で、ＦＥＴＱ２、Ｑ３のオン・オフに関与する信号ＰＷ
Ｍ２が論理”Ｌｏ”状態で、ＳＤ信号３１が論理”Ｌ
ｏ”状態の場合は、ＩＣ４は論理”Ｈｉ”状態を出力し
ＦＥＴＱ４をオンさせ、ダイオードＤ２からコンデンサ
Ｃ２を通りＦＥＴＱ４へ流れる電流はコンデンサＣ２を
蓄電する。続いて信号ＰＷＭ１が論理”Ｌｏ”状態で信
号ＰＷＭ２が論理”Ｈｉ”状態になると、ＩＣ２は論
理”Ｈｉ”状態を出力しＦＥＴＱ２をオンさせ、ダイオ
ードＤ１からコンデンサＣ１を通りＦＥＴＱ２へ流れる
電流はコンデンサＣ１を蓄電する。最初のＰＷＭパルス
一周期の後、蓄電されたコンデンサＣ１、Ｃ２の電荷を
ホトカプラＰＨ１、ＰＨ２を使ってＦＥＴＱ１、Ｑ３を
オンさせるが、その動作は、信号ＰＷＭ１が論理”Ｈ
ｉ”状態で信号ＰＷＭ２が論理”Ｌｏ”状態の時、ＩＣ
４は論理”Ｈｉ”状態を出力しＦＥＴＱ４をオンさせ、
ＩＣ１は論理”Ｌｏ”状態を出力しホトカプラＰＨ１は
オンしコンデンサＣ１に蓄えられた電荷をＦＥＴＱ１へ
供給してＦＥＴＱ１をオンさせ、またＩＣ２は論理”Ｌ
ｏ”状態を出力しＦＥＴＱ２をオフさせ、ＩＣ３は論
理”Ｈｉ”状態を出力しホトカプラＰＨ２はオフのため
ＦＥＴＱ３はオフする。この時モータ３へ流れる電流は
図示のｉ１のル−トで流れ、さらに信号ＰＷＭ１が論
理”Ｌｏ”状態で信号ＰＷＭ２が論理”Ｈｉ”状態に反
転すると、前記各素子は逆の動作を行ってＦＥＴＱ２、
Ｑ３がオンしＦＥＴＱ１、Ｑ４がオフし、電源＋７Ｖか
らダイオードＤ１、コンデンサＣ１を通りＦＥＴＱ２へ
流れる電流はコンデンサＣ１を蓄電し、同時にＦＥＴＱ
２とＦＥＴＱ３の電流還流用ダイオードを流れる回生電
流ｉ２と、電源＋３８ＶからＦＥＴＱ３とＦＥＴＱ２を
流れる電源電流ｉ３がモータ３に流れる。この動作を繰
り返して行うことにより、ＦＥＴＱ１とＦＥＴＱ４がオ
ンでＦＥＴＱ２とＦＥＴＱ３がオフの場合は回生電流ｉ
４と電源電流ｉ１が流れ、またＦＥＴＱ２とＦＥＴＱ３
がオンでＦＥＴＱ１とＦＥＴＱ４がオフの場合は回生電
流ｉ２と電源電流ｉ３が流れ、モータ３を駆動する。な
お、モータドライブ回路５はモータドライブ回路２と同
様に動作する。

【００１８】上記の方法でキャリア部１５の位置保持を
解除した時のねじ締め過程について説明する。図６に示
すように殆どのねじ１６のねじ先端部１６ａはねじ締め
やすくするため円錐状になっている。ねじ締めドライバ
１０がそのまま回転及び下降を続けるとワーク１７のね
じ下穴中心とビット２１の中心にズレ量ａがあっても互
いの中心を合わせようとする力が生まれ、ねじ締めドラ
イバ１０およびワーク１７を固定したキャリア部１５が
ワーク１７のねじ下穴中心とビット２１の中心が合う方
向へ倣い、正常なねじ締め作業が行われる。

【００１９】処理（１０５）においてねじ締め作業が完
了すると、ＣＰＵ１はポートＰ３よりスライド部９を動
作させねじ締めドライバ１０の上昇を開始し（１０
６）、またポートＰ５よりフィーダ１２に圧送指令を出
力し、次のねじ締め作業に備えてねじ１６をねじ締めヘ
ッド２０へ供給し、ステップ更新を行って（１０７）、
次ステップは作業プログラムが入力されていないことか
らワーク１７のねじ締め作業が終了したことを認識し、
ワーク１７を搬出及び搬入する待機位置へ移動し、ねじ
締め作業を終了する。

【００２０】上記したねじ締めヘッド２０の動作開始条
件は、キャリア部１５の位置と教示位置との差が第一の
ねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄであったが、更にねじ締
め作業時間を短縮するためねじ締めヘッド動作許可範囲
を拡げ、第二のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｅを設定す
る。ここでねじ締めヘッド動作許可範囲となる第二のね
じ締めヘッド動作許可範囲Ｅとは、図４のＥに示すよう
にキャリア部１５が位置決め完了前の位置決め途上の状
態において、ねじ締めヘッド２０を動作開始させてもね
じ締めヘッド２０とワーク１７が衝突せず、かつねじ締
めヘッド２０がワーク１７にねじ締め動作を実行する時
には、図４に示す許容停止精度Ｆ内に位置決めが完了す
るような、ねじ締めヘッド２０を動作開始させる時のキ
ャリア部１５の位置と教示位置との差の範囲であり、例
えばキャリア部１５の位置が許容停止精度Ｆ内になった
時、図６に示すようにねじ締めドライバのビット２１先
端部で保持されたねじ１６の先端部１６ａがワーク面１
７ａよりも少し上方にあり当接しないように設定すれば
良い。なお、キャリア部１５Ｘ、１５Ｙで位置決め時間
が異なる場合は、それぞれのキャリア部１５Ｘ、１５Ｙ
にねじ締めヘッド動作許可範囲を設け、それぞれが上記
の動作許可範囲Ｅに入った状態においてねじ締めヘッド
２０の動作を開始する。この第二のねじ締めヘッド動作
許可範囲Ｅは第一のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄと同
様、操作部１３によりＣＰＵ１のＲＡＭ２８上に記憶設
定される範囲を示す数値データが書き換えられるように
なっている。この第二のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｅ
を用いて前述した制御方法でねじ締め作業を実行する
と、ねじ締めヘッド２０の下端部の軌跡を例示する図５
において、同図において図１、図６と同一の機能の部分
には同一に番号が符してあり、ねじ締めヘッド下端部は
図５に示すような軌跡が描かれ、図４のＣに示すように
第一のねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄを用いた場合に比
べ、（Ｔ２−Ｔ１）時間分ねじ締め作業を短縮できる。

【００２１】更に上記したねじ締めヘッド２０の動作開
始条件は、キャリア部１５の位置と教示位置との差がね
じ締めヘッド動作許可範囲内に入るとねじ締めヘッド２
０を動作させるものであったが、キャリア部１５が位置
決め途上の状態においてねじ締めヘッド２０を動作開始
させても、位置決め完了時には正常なねじ締め作業がで
きるような、キャリア部１５が教示位置に停止するまで
の時間であるねじ締めヘッド動作許可時間を操作部１３
より設定する。ＣＰＵ１は、キャリア部１５が所定の教
示位置に停止するまでの時間ｔをサンプリング周期毎に
計算し、この時間ｔがねじ締めヘッド動作許可時間以内
になった時ねじ締めヘッド２０を動作させる。この時間
ｔの計算方法は、キャリア部１５の位置と教示位置との
差Ｌと、キャリア部１５の速度ｖと、所定の速度パター
ンの所定減速度α（α＜０）から周知の式であるＬ＝ｖ
ｔ＋αｔ2／２を用いて計算するが、この２次方程式か
ら得られる二つのｔの解のうち、正であるものを用い
る。上記したようにねじ締めヘッド２０の動作開始条件
を、ねじ締めヘッド動作許可範囲ではなくねじ締めヘッ
ド動作許可時間とし、前述した制御方法によりねじ締め
作業時間を短縮できることは明らかである。またねじ締
めヘッド動作許可時間は、ねじ締めヘッド動作許可範囲
と同様、操作部１３より設定変更可能である。

【００２２】上記した制御方法では、キャリア部１５が
位置決め途上の状態においてスライド部９を下方へ動作
させる場合について説明したが、逆にねじ締め作業完了
後、スライド部９が上方へ移動中に次のねじ締め教示位
置へ向けてキャリア部１５を移動させる制御方法につい
て説明する。まず、スライド部９が上昇時、ねじ締めヘ
ッド２０の下端部がワーク１７に衝突しないような位置
を検知するセンサをねじ締めヘッド２０に設ける。上記
構成において、ＣＰＵ１は、例えば電動ドライバのトル
クアップ信号を検知してねじ締め作業が完了するとポー
トＰ３よりスライド部９を上方へ移動開始させる。ねじ
締めヘッド２０に設けたセンサはねじ締めヘッド２０の
下端部がワーク１７に衝突しない位置までスライド部９
が上昇するとＯＮし、ＣＰＵ１は、スライド部９がねじ
締めヘッド２０下端部とワーク１７は衝突しない位置ま
で上昇したことを認識し、次のねじ締め教示位置へ向け
てキャリア部１５を移動させる。または、上記のように
ねじ締めヘッド２０の下端部がワーク１７に衝突しない
ような位置を検出するセンサを設けず、電動ドライバの
トルクアップ信号を検知した後、タイマ手段によりスラ
イド部９が上昇中に次のねじ締め教示位置へ向けてキャ
リア１５を移動させることによっても良い。上記制御方
法によると、ねじ締め作業完了後、スライド部９を上端
まで移動させずにキャリア部１５を次のねじ締め教示位
置へ向けて移動させることができるため、ねじ締め作業
全体の作業時間を短縮できる。

【００２３】なお、図９の作業プログラム例に示すよう
に、ステップ０の第一の移動ねじ締め作業とステップ２
の第二の移動ねじ締め作業の間に、キャリア部１５の移
動によるねじ締めヘッド２０とワーク１７の衝突を回避
するため、ステップ１にパスポイント移動をプログラム
することがあるが、この場合にも、第一またいは第二の
ねじ締めヘッド動作許可範囲Ｄ、Ｅの設定に従って、ね
じ締めヘッド２０及びワーク１７をキャリア部１５によ
り移動させると、図４に示す許容停止精度Ｆの位置決め
をする必要がないため、パスポイントの位置決め完了が
短時間で実行され、ねじ締め作業全体の高速化が行え
る。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、自動ねじ締め機にキャ
リア部を所定の教示位置へ位置決めする以前にねじ締め
ヘッドを動作させる制御装置を備えたので、１本のねじ
締め作業につきねじ締めヘッド動作開始から位置決めが
完了するまでの時間分ねじ締め作業時間を短縮すること
ができる。

【００２５】また本発明によれば、自動ねじ締め機にキ
ャリア部の位置保持を解除させる機能を持たせたので、
ビットの中心とワークのねじ下穴の中心がずれている場
合でも正常なねじ締めを行い、ねじ締め作業能率を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す自動ねじ締め機の斜視
図。

【図２】自動ねじ締め機の制御装置のブロック図。

【図３】ＣＰＵの処理を表すフローチャート。

【図４】キャリア部の位置偏差と各処理のタイミングチ
ャート。

【図５】ねじ締めヘッド下端部の軌跡を例示する側面
図。

【図６】ビット中心とワークのねじ下穴中心がずれてい
る場合を示す側面図。

【図７】モータドライブ回路図。

【図８】作業プログラムを示す図。

【図９】他の作業プログラムを示す図。

【符号の説明】

１はＣＰＵ、９はスライド部、１０はねじ締めドライ
バ、１３は操作部、１４は制御装置、１５はキャリア
部、１６はねじ、１７はワーク、２０はねじ締めヘッ
ド、２１はビット、３０は自動ねじ締め機、３１はＳＤ
信号である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 干場 英城 茨城県勝田市武田1060番地 日立工機株式 会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ねじをワークに締めるねじ締めヘッド
   と、前記ねじ締めヘッドを前記ワークのねじ締め位置に
   移動するキャリア部と、前記キャリア部を所定のねじ締
   め教示位置へ位置決めする以前に前記ねじ締めヘッドを
   動作させる制御装置を備えたことを特徴とする自動ねじ
   締め機。
2. 【請求項２】 前記制御装置は、ねじ締めヘッド動作許
   可範囲を有し、前記キャリア部の位置と所定のねじ締め
   教示位置との差が前記ねじ締めヘッド動作許可範囲以内
   になったとき前記ねじ締めヘッドを動作させる手段を有
   したことを特徴とする請求項１記載の自動ねじ締め機。
3. 【請求項３】 前記制御装置は、前記ねじ締めヘッド動
   作許可範囲を設定変更可能な手段を有したことを特徴と
   する請求項２記載の自動ねじ締め機。
4. 【請求項４】 前記制御装置は、位置決め完了後前記キ
   ャリア部の位置の保持を解除させる手段を有したことを
   特徴とする請求項１記載の自動ねじ締め機。
5. 【請求項５】 前記制御装置は、前記キャリア部の位置
   の保持と保持解除を作業プログラム内で選択設定できる
   手段を有したことを特徴とする請求項４記載の自動ねじ
   締め機。
6. 【請求項６】 前記制御装置は、ねじ締めヘッド動作許
   可時間を有し、前記キャリア部が所定の教示位置に停止
   するまでの時間を所定の速度パタ−ンからサンプリング
   周期毎に計算し、該時間が前記ねじ締めヘッド動作許可
   時間以内になったとき前記ねじ締めヘッドを動作させる
   手段を有したことを特徴とする請求項１記載の自動ねじ
   締め機。
7. 【請求項７】 前記制御装置は、前記ねじ締めヘッド動
   作許可時間を設定変更可能な手段を有したことを特徴と
   する請求項６記載の自動ねじ締め機。
8. 【請求項８】 前記制御装置は、ねじ締め作業完了後前
   記ねじ締めヘッドを所定の待機位置へ退避移動中前記キ
   ャリア部を次の教示位置へ移動させる手段を有したこと
   を特徴とする請求項１記載の自動ねじ締め機。