JPS6090677A - ネジ締め装置 - 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、ネジ締付は時の反力トルクを検出し、その検
出出力によりネジ締めトルクを制御するとともに締付は
状態の良否を判別するネジ締め装置に関するものである
。

従来例の構成とその問題点 従来のネジ締め装置で直流モータを使用したものでは、
直流モータとドライバーのピントなどの回転部に生ずる
慣性ｌ・ルクの影響を受け、ネジの締付はトルクのバラ
ツキが大きいという問題点があり、この問題点を解消す
る手段として、特公昭５５−１２０９８６号公報におい
て、直流モータの印加電圧を２段階に切替えて制御する
ネジ締め装置が公知である。この方式では、ネジ締めト
ルクを検出する手段として直流モータの電流値を検出し
ているため、締付精度が良くないという問題点と、タッ
ピンネジや木ネジ等で、最終の締付はトルク値よりもネ
ジが締付は材料にくい込む初期段階のトルク値が大きい
場合において、第１段階の直流モータの印加電圧は第２
段階の印加電圧より低くしておかねば々らないだめ使用
できないという問題点があった。捷だ同様な理由で、ネ
ジが着座する捷での直流モータの回転数を高くとれない
だめ、ネジ締めに要する時間が長く々るという欠点もあ
った。

発明の目的 本発明は、上記従来の問題点を作１消するものであり、
実際のネジの締付トルクの反力をトルク検出器で検出し
、その検出出力をマイクロコンピュータで監視しすると
ともに直流モータの印加電圧を制御して、ネジ締めトル
クの制御を行なうネジ締め装置を提供するもので、ネジ
締めの最終トルクの表示や良否判定の機能も備えている
。

発明の構成 本発明は直流モータを使用した電動ドライバーにネジ締
付は時の反力トルクを検出できるようにトルク検出器を
固定し、トルク検出器の出力を増器で増幅した後、アナ
ログ・デジタル変換器でデジタル信号に変換し、記憶回
路と、第１の減算回路に入力し、前記の記憶回路はトル
ク検出器にがかる反力が零のタイミングで記憶動作を行
なわせ、記憶回路の出力も前記減算回路に入力して、ト
ルク検出器の実時間の出力と反力が零の時の差が減算回
路の出力となるようにし、第１の減算回路の出力と、締
付トルクの目標値を設定する第１のデジタル式の設定ス
イッチの値をトルク制御回路へ入力し、トルク制御回路
はモータの印加電圧を自由に可変できるプログラマブル
直流電源の出力電圧をネジが直属する直前のタイミング
から制御して徐々に増加させてゆき前記減算回路の出力
と前記デジタルスイッチの値が一致した時、プログラマ
ブル直流電源の出力を零にしてモータを止める手段と、
外部からのネジ締め開始信号を受けネジが直属する直前
のタイミングまでは定格電圧をモータに印加する手段を
持ち、さらに、前記増幅器の出力をピークホールド回路
へ接続し、その出力をアナログ・デジタル変換器により
デジタル値に変換し、この値と前記記憶回路の出力差を
第２の減算回路でめ、その結果を数表示するとともに、
ネジ締めトルクの上限と下限を設定する第２．第３の設
定スイッチを設け、これらの設定値と前記第２の減算回
路の出力とを比較してネジ締めトルクの良否を判定する
よう構成したネジ締め装置である。

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図はネジ締め装置の機構部側面図を表す。

第１図において、ネジ締め用電動ドライバ１がトルク検
出器２に固定され、トルク検出器２はブラケット３を介
してプレート４に固定され更に上スライドブロック５に
取付けられている。エアシリンダ６はブラケット７に固
定され、ロッド８の中間部に上スライドブロック５が２
個のナツト９−ａ、９−ｂにより固定されている。１０
はスライドシャフトで上スライドブロック５が摺動自在
にはめ合されている。１１は電動ドライバ１とビット１
２を継ぐジヨイントである。１３はピッドガイドで下端
には供給されてきたネジを保持するキャッチャ１４が固
定されている。１５はビットガイドブラケットでスライ
ドシャフト１ｏに摺動自在にはめ合された下スライドブ
ロック１６に固定されている。また下スライドブロック
１６はエアシリンダ６のロッド８の下端にナツト９−　
Ｃで支持されている。ナツト９−ｂと下スライドブロッ
ク１６０間のロッド８にはバネ１７が設けられており下
スライドブロック１６を常にナツト９−Ｃに付勢してい
る。１８はスライドシャフト１゜を支えるブラケットで
、ブラケット７と共にシャーン１９に固定されている。

２０は上スライドブロック５の下降限ストッパである。

２１は下スライドブロック１６の下降限ストッパである
。

第２図は、第１図の電動ドライバ一部分を取外した機構
部の正面図で、リミットスイッチ２２の取付状態を表す
。リミットスイッチ２２はスイッチブラケット２３によ
りブラケット７に固定されており、その位置は」ユニに
調節可能である。上スライドブロック５が下降して所定
の位置に来るとリミットスイッチ２２がＯＮするような
構造になっている。このリミットスイッチはネジが着座
の直前タイミングでＯＮするように位置調整する。

次に第３図によってトルク検出器２の詳細を説明する。

ブラケット３の上にトルク検出器本体２４がボルト２６
により固定されている。トルク検出器本体２４ば、軸ね
じり歪が生じやすいように貫通孔２６を設け、中空薄肉
軸部２７を形成している。この中空薄肉軸部２７の外側
には歪ゲージ２８を貼付けである。トルク検出器本体２
４の上にはプレート２９がボルト３ｏにより固定されて
おす、更にプレート２９にはホルダ３１がボルト３２に
より固定されている。ホルダ３１はトルク検出器本体２
４と同心上になるように電動ドライバ１を固定するもの
である。３３は電動ドライバ１の出力軸であり、貫通孔
２６内に設けられ、軸受け３４により回転自在に取付け
られている。

３５はカバーで、その下部はトルク検出器本体２４にボ
ルト３６で固定され、上部には軸受３７が挿入されてい
る。またその軸受３７の内輪はトルク検出器本体２４に
挿入されている。３８はコネクターで歪ゲージ２８の信
号線３９が接続されている。

以上のように構成されたネジ締め装置について以下その
動作を説明する。

電動ドライバ１が回転した状態でエアシリンダ６が下降
すると、そのロッド８に固定された上スライドブロック
５も下降を始め、プレート４、プラケット３を介してそ
こに取付けられたトルク検出器２、電動ドライバ１が下
降する。捷た下スライドブロックもバネ１８によりロッ
ド８の下端のナソ）９−ｃに付勢されているので同時に
下降し、ビットガイドブラケソ１−１５、ビットガイド
１３、キャッチャ１４も下降する。キャッチャ１４に保
持されたネジ４０は締付は物４１に到達し、電動ドライ
バ１０回転力は出力軸３３、ジヨイント１１、ビット１
２を介してネジ３９に伝達され、締付は物４１に締付け
られる′０電動ドライバ１の回転力は即ち締付はトルク
であり、その締付はトルクは反力として、ブラケット３
に取付けられているトルク検出器本体２４にホルダ３１
、プレート２９を介して伝達され、トルク検出器本体２
４の下部はボルト２５により固定されているので中空薄
肉軸部２７にねじれ歪を生じさせる。このねじれ歪はゲ
ージ２８によシミ気抵抗の変化に変換され、コネクター
３８を介して前段増幅器４１に送られる。回転軸の外周
表面に歪ゲージが貼付けられ、このような歪ゲージの電
気抵抗の変化を応用したトル、り変換器は公知事実とし
て多用されている。

次に第４図により実施例の制御回路の構成について説明
する。破線で囲捷れた部分が本発明の制御装置のズック
図を示す。

トルク検出器２の入力線にはブリッジ電源４２より基準
電圧がコネクタ３８を介して印加される。

トルク検出器２の出力線からネジ締めトルクに比例した
微小信号電圧が出力される。この微小信号電圧は前段増
幅器４３により増幅され、ローパスフィルタ回路４４に
より、電動ドライバーのモータ１から発生するノイズや
高い周波数の振動成分が遮断されて、ピークホールド回
路４５へ入力される。ピークホールド回路４５はＲ３信
号がＯＦＦの時、入力電圧のピークをアナログ値で記憶
するもので、Ｒ３信号がＯＮの時、出力が○Ｖとなるも
のである。電子スイッチ４６は、Ｓ１信号により２つの
アナログ信号入力のいずれか一方を選択して、そのまま
の電圧を出力するスイッチ回路℃Ｓ１信号がＯＦＦの時
、前記ローパスフィルタ回路４４の出力が選択され、Ｓ
１信号がＯＮの時ピークホールド回路４５の出力が選択
される。４８はＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）と入出力インターフェイス
回路を持ち、演算機能を備えたマイクロコンピュータ（
以下マイコンと略す）である。

電子スイッチ４６によし選択された信号は、アナログ・
デジタル変換回路４７（以下Ａ−Ｄ変換回路と略す）に
入力され、デジタル信号となって、マイコンに入力され
る。

したがって、マイコンは、電子スイッチの制御信号Ｓ１
を制御し、トルクのピーク値が　と刻々と変化するトル
クの値を切換えて取込むことができる。またＡ−Ｄ変換
の開始は、マイコン４８からのＡＤＳＴ信号の立上りの
タイミングで行なわれ、Ａ−Ｄ変換が完了するとＡＤＥ
ＮＤ信号が出力される。

一方、４９は直流電圧出力の実効値を可変することので
きるプログラマブル直流電源で、電動ドライバーのモー
タ１の印加電圧ＶＭを可変するだめのものである。数表
示回路５０は、マイコン死により制御され、トルクのピ
ーク値をデジタル表示するものである。設定スイッチ５
１は、ネジ締めトルクの目標値や上限呟、下限値などを
デジタル値として作業者が設定するだめのものである。

前記エアーシリンダ６はマイコン４８により、リレー５
２を介して制御される。またコネクタ３８ｃを介して、
外部からの制御信号として５ＴＡＲＴ。

５ＴＯＰ、ＭＥＡＳがマイコン４８に入力されている。

なお３８．３８ａ　、３８ｂ　、３８ｃはコネクタを示
す。

次に本発明の動作内容について、第５図により詳しく説
明する。作業者あるいは他の自動機からネジ締めの開始
を合図する５ＴＡＲＴ信号を受取ると、まずマイコン４
８は、エアーシリンダ６をＯＮするとともに、プログラ
マブル［百流電源４９に定格電圧ｖＲに設定し、電動ド
ライバ１のモータを高速回転させる。電子スイッチ４６
の制御信号Ｓ１はＯＦＦにし、トルク検出器２４の実時
間の値がＡ−Ｄ変換器４７を介して入力できるようにす
る。丑た数表示回路５０およびネジの締付は結果として
、ピークトルクが設定スイッチで設定されたトルクの上
限値と下限値の間にあるかどうかの判定結果○に／ＮＧ
信号もリセットする〇モータが回転し、その速度が安定
してモータ電流が一定となり反力トルクが零となるタイ
ミングｔ４〜ｔ３の間の任意のタイミングｔ２　をタイ
マーＴ１　で管理して、マイコン４８はトルクが雰の時
のローパスフィルタ回路４４の出力であるトルク出力ｖ
０　を記憶する。つづいて、ネジが被締結物にくい込み
始めるタイミングｔ３　を経てから、前記リミットスイ
ッチ２２より、ネジが着座の直前であることを示すリミ
ットスイッチのＭＥＡＳ信号がタイミングｔ４で出力さ
れる。するとマイコン４８は、プログラマブル直流電源
４９の出力ｖＭを零にし、モータの両端子間を短絡して
急速停止させる。この間でもネジは締付けられている。

タイミングｔ４から一定時間間隔経だｔ５の時点でリセ
ット信号Ｒ８を出力して、ピークホールド回路４６の出
力をＯ■にする。一方プログラマブル直流電源の出力電
圧ｖＭを目標のネジ締めトルクを発生するのに必要な電
圧の約％程度の電圧Ｖｓに設定する。するとモータは低
い回転数でネジを締付けてゆく。やがて、タイミング七
〇になると、ネジが着座し、トルク出力Ｖは急激に増加
する。

マイコン４８は、Ａ−Ｄ変換回路４７に対しタイミング
ｔ５の時点から短い周期でＡ−Ｄ変換開始信号ＡＤＳＴ
を与え、常時このトルク出力Ｖを監視する。このトルク
出力Ｖが設定締付トルクの約％程度の値ｖ１　を超過し
た時点ｔ６において、マイコン４８はプログラマブル直
流電源４９の出力■Ｍを一定時間間隔（ΔＴ）で直線的
に増加させてゆく。すでに着座しているのでネジは徐々
に締付けられる。トルク出力が所定の締付トルク値かに
なるまで、マイコン４８はＡ−Ｄ変換回路４７の出力を
監視を続け、目標の締付トルクＶａ　となったｔ７のタ
イミングでプログラマブル直流電源の出力ｖＭを零にす
るとともにモータへの電圧印加を停止する。

ｔ７　の時点から若干の待ち時間を経て、タイミングｔ
８てマイコン４８はＳｌ　をＯＮし、Ａ−Ｄ変換回路４
７の入力側を電子スイッチ４６によりピークホールド回
路４５に変え、再び若干の待ち時間をとり、タイミング
ｔ９　でトルク出力のピーク値がを入力する。マイコン
４８はＶｐ　と前記ｖ０の差即ち（ｖｐ−ｖ。）の値を
ピークトルク値として数表示回路５０へ出力する。さら
にこの（ｖｐＶｏ）の値を判定して○に／ＮＧ信号も出
力する。既に述べたようにＶ　の値はトルク検出器２に
かかる反りトルクが零の時の値であるｏしたがって、（
ｖｐ−ｖｏ）とすることにより、トルク検出器２や前段
増幅器４３の温度変化等を原因とするドリフト分による
誤差を相殺することができる。一方、スタート時点から
着座の直前までの間はモータに定格電圧が印加されてい
るため高速のネジ締めができるとともに、ネジが締付は
材料にくい込む時のトルクが大きくても問題なくネジ締
めできる。

そして、ネジの直前にモータを止め、その後マイコンが
プログラマブル直流電源を制御し、徐々にモータの印加
電圧を高くすることにより、低速回転でネジ締めを行な
う。その結果、モータの慣性の影響がなくなり、ネジ締
めトルクのバラツキの少ない正確なネジ締めが可能とな
る。捷だネジの着座直前寸でモータを高速回転させるの
でネジが材料にくい込んだ後の時間を短縮できる。

以上のように動作させるだめのマイクロコンピュータの
概略フローチャートを第６図に示す。なお、タイミング
ｔ４は外部からのＭＥＡＳ信号により検出したがマイコ
ン４８に」：リタイマーでｔ。

からｔ４までの時間を管理することに」＝っでも同様な
制御が可能である。寸だＡ−Ｄ変換器を２つ設ケ、ピー
クホールド回路４５とローパスフィルタ回路４４の出力
を独立してＡ−Ｄ変換するような構成とし電子スイッチ
４６をなくすことも可能である。

発明の効果 本発明によればまず、ネジ締めトルクを電動ドライバに
固定したトルク検出器で反力として測定し、トルク検出
器の反力が零であるタイミングで、トルク検出器の信号
出力をＡ−Ｄ変換してマイクロコンピュータが記憶し、
ネジ締め制御時に、トルク検出器の信号出力とこの記憶
した値との差の値をネジ締めトルクとすることによりネ
ジ締めトルクの測定精度が向上できた。次にプログラマ
ブル電源をマイクロコンピュータで制御しネジの着座の
直前寸で電動ドライバのモータに定格電圧を印加し、着
座の直前に−たんモータを急速停止させ、つづいて、徐
々にモータの印加電圧を上昇させながら、ゆっくりと締
付けるとともに前記トルク検出器の信号出力をマイクロ
コンピュータで監視し、この信号出力があらかじめ設定
された締付トルクとなった時、電動ドライバーのモータ
を停止させるような制御を行なうことにより、ネジ締め
時間が短縮でき、かつ、締付はトルクのバラツキが少な
く、高精度のネジ締めが行なえるように彦った。

さらにネジ締めのピークトルクをピークボールド回路で
アナログ値として記憶し、Ａ−Ｄ変換した値と前記トル
ク検出器の反力が零の時との差をめ、その差が設定スイ
ッチで設定されたネジ締めトルクの上限、下限値と比較
できるようにして、正確々ネジ締め結果の判定も行なう
ことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるネジ締め装置の機構
部の側面図、第２図は第１図から電動ドライバ一部分を
取外しだ機構部の正面図、第３図はトルク検出器の機構
部の断面図、第４図は同実施例の制御回路ブロック図、
第５図は同動作タイミング図、第６図（−）　、　（ｂ
）は同マイクロコンピュータのフローチャート図である
。 １・・・・・・電動ドライバ、２・・・・・トルク検出
器、２２・・・・・リミソトスイッチ、２４・・・・・
・トルク検出器本体、２ア・・・・・中空薄肉軸部、２
８・・・・・・歪ゲージ、４２・・・ブリッジ電源、４
３・・・・・前段増幅器、石・・・・・ピークホールド
回路、４７・・・Ａ−Ｄ変換回路、４８・・・・マイク
ロコンピュータ、４９・・・・・プログラマブル直流電
源、５ｏ・・・・数表示回路、５１・・・・設定スイッ
チ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 （ＯＪ） 第６図 ｔｈ＋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流モータと直流モータからの締付トルクをネジ
   に伝達するビットと、締付トルクを反力として検出する
   トルク検出器と、トルク検出器の信号を増幅する増幅器
   と増幅器の出力をデジタル値に変換するアナログ・デジ
   タル変換器と、前記トルク検出器の受ける反力トルクが
   零の時のアナログ・デジタル変換器の出力を記憶する記
   憶手段と、ネジ締付トルクの目標値をデジタル値で設定
   するための第１の設定スイッチと、直流電圧出力をデジ
   タル入力信号により可変できるプログラマブル直流電源
   と、ネジ締め中における前記アナログ・デジタル変換器
   の出力と前記記憶手段の記憶値との差を計算する第１の
   減算回路と、ネジの着座直前のタイミングを検出する直
   属前検出手段と前記第１の減算回路と前記第１の設定ス
   イッチの目標値を比較して一致信号を出する第１の比較
   回路と外部装置からのネジ締め開始信号を受け、前記着
   座前検出手段の出力を受信するまで前記プログラマブル
   直流電源の出力を前記直流モータの定格電圧を印加する
   第１のトルク制御回路と、前記着座前検出手段の出力を
   受け、前記プログラマブル直流電源の出力がネジ締め目
   標トルクの数分の１のトルクを直流モータが発生するだ
   めの値となるよう設定し、前記第１の減算回路の出力を
   監視してネジが着座するタイミングを検出する直属検出
   手段と、直属検出手段の出力を受け、前記第１の比較回
   路の一致信号が出るまで前記プログラマブル直流電源の
   出力を漸次増加させる第２のトルク制御回路を備えたネ
   ジ締め装置。
2. （２）直流モータと直流モータからの締付トルクをネジ
   に伝達するビットと、締付トルクを反力として検出する
   トルク検出器と、トルク検出器の信号を増幅する増幅器
   と増幅器の出力をデジタル値に変換するアナログ・デジ
   タル変換器と前記トルク検出器の受ける反力トルクが零
   の時のアナログ・デジタル変換器の出力を記憶する記憶
   手段と、ネジ締付トルクの目標値をデジタル値で設定す
   るだめの第１の設定スイッチと、直流電圧出力をデジタ
   ル入力信号により可変できるプログラマブル直流電源と
   、ネジ締め中における前記アナログ・デジタル変換器の
   出力と前記記憶手段の記憶値との差を割算する第１の減
   算回路と、ネジの着座直前のタイミングを検出する直属
   前検出手段と前記第１の減算回路と前記第１の設定スイ
   ッチの目標値を比較して一致信号を出する第１の比較回
   路と、外部装置からのネジ締め開始信号を受け、前記着
   座前検出手段の出力を受信するまで前記プログラマブル
   直流電源の出力を前記直流モータの定格電圧を印加する
   第１のトルク制御回路と、前記着座前検出手段の出力を
   受け、前記プログラマブル直流電源の出力がネジ締め目
   標トルクの数分の１のトルクを直流モータが発生するだ
   めの値となるよう設定し、前記第１の減算回路の出力を
   監視してネジが着座するタイミングを検出する直属検出
   手段と、直属検出手段の出力を受け、前記第１の比較回
   路の一致信号が出るまで前記プログラマブル直流電源の
   出力を漸次増加させる第２のトルク制御回路を、前記増
   幅器の出力の最大値をデジタル値に変換し記憶するピー
   クホールド回路と、前記着座前検出手段の出力を受けピ
   ークホールド回路のリセット信号を発生するリセット回
   路と、前記ピークホールド回路の出力と前記記憶手段と
   の差を計算する第２の減算回路と、第２の減算回路の出
   力を表示する数表示回路と、ネジ締めトルクの上限値と
   下限値をデジタル値で設定するだめの第２、第３の設定
   スイッチと、前記第２の減算器の出力と第２．第３の設
   定スイッチとを比較し、ネジ締めトルクの良・不良を判
   定する第２の比較回路を備えたネジ締め装置。