JPH0451309B2 - - Google Patents
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- JPH0451309B2 JPH0451309B2 JP14641884A JP14641884A JPH0451309B2 JP H0451309 B2 JPH0451309 B2 JP H0451309B2 JP 14641884 A JP14641884 A JP 14641884A JP 14641884 A JP14641884 A JP 14641884A JP H0451309 B2 JPH0451309 B2 JP H0451309B2
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- motor
- voltage
- torque
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ネジ締付け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
るとともに締付け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。
し、その検出出力によりネジ締めトルクを制御す
るとともに締付け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ビツトなどの
回転部に生ずる慣性トルクの影響を受け、ネジの
締付け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、特開昭
55−120986号公報において、直流モータの印加圧
力を２段階に切替えて制御するネジ締め装置が公
知である。この方式は、単に２段階目でモータに
高い電圧を印加する方法なので、モータトルクが
急激に増加し、締付精度が良くないという問題点
と、タツピンネジや木ネジ等で、最後の締付けト
ルク値よりもネジが締付け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
低くしておかねばならないため使用できないとい
う問題点があつた。また同様な理由で、ネジが着
座するまでの直流モータの回転数を高くとれない
ため、ネジ締めに要する時間が長くなるという欠
点もあつた。
のでは、直流モータとドライバーのビツトなどの
回転部に生ずる慣性トルクの影響を受け、ネジの
締付け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、特開昭
55−120986号公報において、直流モータの印加圧
力を２段階に切替えて制御するネジ締め装置が公
知である。この方式は、単に２段階目でモータに
高い電圧を印加する方法なので、モータトルクが
急激に増加し、締付精度が良くないという問題点
と、タツピンネジや木ネジ等で、最後の締付けト
ルク値よりもネジが締付け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
低くしておかねばならないため使用できないとい
う問題点があつた。また同様な理由で、ネジが着
座するまでの直流モータの回転数を高くとれない
ため、ネジ締めに要する時間が長くなるという欠
点もあつた。
発明の目的
本発明は、上記従来の問題点を解消するもので
あり、実際のネジの締付けトルクを直流モータの
電流をアナログ・デジタル変換し、計算によつて
トルクに換算し、その値を監視しながら、直流モ
ータに対する直流電圧をプログラマブル直流電源
で制御すること、ネジの着座直前のタイミングま
で直流モータの印加電圧を定格電圧にしておくこ
とによつて締付けトルクのバラツキが少なく、短
時間でネジ締めが行えるネジ締め装置を提供する
ものである。
あり、実際のネジの締付けトルクを直流モータの
電流をアナログ・デジタル変換し、計算によつて
トルクに換算し、その値を監視しながら、直流モ
ータに対する直流電圧をプログラマブル直流電源
で制御すること、ネジの着座直前のタイミングま
で直流モータの印加電圧を定格電圧にしておくこ
とによつて締付けトルクのバラツキが少なく、短
時間でネジ締めが行えるネジ締め装置を提供する
ものである。
発明の構成
本発明は、直流モータと、前記直流モータに流
れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器の
信号出力をデジタル値に変換するアナログ・デジ
タル変換回路と、ネジ締付けトルクの目標値設定
のための設定スイツチと、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、ネジの着座直前のタイミングを検出する
着座前検出手段と、前記アナログ・デジタル変換
回路の出力と前記設定スイツチの目標値を前記直
流モータの電流値に換算した値と比較し、一致信
号を出力する第１の比較回路と、前記アナログ・
デジタル変換回路の出力と前記設定スイツチの目
標値の数分の１の値を前記直流モータの電流値に
換算した値と比較し、一致信号を出力する第２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
の間は、前記プログラマブル直流電源によつて前
記直流モータを定格電圧で駆動する第１のステツ
プ、前記着座前検出手段の出力を受信すると、前
記直流モータを急速停止させる第２のステツプ、
前記第２の比較回路の出力を受信するまで、前記
目標値の数分の１の値のトルクよりやや大なるト
ルクを発生するような電圧を前記プログラマブル
直流電源に設定して、前記直流モータを駆動する
第３のステツプ、前記アナログ・デジタル変換回
路の出力と比較し、自身が記憶している値より大
きな値である場合、そのアナログ・デジタル変換
回路の出力値と更新して記憶する最大値記憶手段
を設け、前記アナログ・デジタル変換回路の現在
の出力が、前記最大値記憶手段の内容と比較し、
等しいまたは小である間は前記プログラマブル直
流電源の電圧を一定電圧とし大である間は電圧を
漸次増加せしめ前記直流モータを駆動する第４ス
テツプ、前記第１の比較回路の出力を受信する
と、前記プログラマブル直流電源の電圧を零にし
て前記直流モータを停止させる第５のステツプの
手順でネジ締めトルクを制御するトルク制御回路
で構成される。
れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器の
信号出力をデジタル値に変換するアナログ・デジ
タル変換回路と、ネジ締付けトルクの目標値設定
のための設定スイツチと、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、ネジの着座直前のタイミングを検出する
着座前検出手段と、前記アナログ・デジタル変換
回路の出力と前記設定スイツチの目標値を前記直
流モータの電流値に換算した値と比較し、一致信
号を出力する第１の比較回路と、前記アナログ・
デジタル変換回路の出力と前記設定スイツチの目
標値の数分の１の値を前記直流モータの電流値に
換算した値と比較し、一致信号を出力する第２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
の間は、前記プログラマブル直流電源によつて前
記直流モータを定格電圧で駆動する第１のステツ
プ、前記着座前検出手段の出力を受信すると、前
記直流モータを急速停止させる第２のステツプ、
前記第２の比較回路の出力を受信するまで、前記
目標値の数分の１の値のトルクよりやや大なるト
ルクを発生するような電圧を前記プログラマブル
直流電源に設定して、前記直流モータを駆動する
第３のステツプ、前記アナログ・デジタル変換回
路の出力と比較し、自身が記憶している値より大
きな値である場合、そのアナログ・デジタル変換
回路の出力値と更新して記憶する最大値記憶手段
を設け、前記アナログ・デジタル変換回路の現在
の出力が、前記最大値記憶手段の内容と比較し、
等しいまたは小である間は前記プログラマブル直
流電源の電圧を一定電圧とし大である間は電圧を
漸次増加せしめ前記直流モータを駆動する第４ス
テツプ、前記第１の比較回路の出力を受信する
と、前記プログラマブル直流電源の電圧を零にし
て前記直流モータを停止させる第５のステツプの
手順でネジ締めトルクを制御するトルク制御回路
で構成される。
上記構成によれば、まず、第１のステツプでネ
ジの着座直前のタイミングを検出する着座前検出
手段によつて、ネジ締めの開始からネジの着座の
直前の位置までの間のネジが締付け材料にくい込
んでいる間を直流モータに定格電圧を印加するこ
とができるため、くい込み時に、目標のトルクよ
り大きなトルクが発生する場合でもネジ締めの制
御が止まらず、高速回転ができるからネジ締め時
間を短くすることができる。また、第３のステツ
プでネジの着座を検出する間、および第４のステ
ツプにおける最終のネジ締めトルクを制御してい
る間は、締付けの反力に逆らつてゆつくりと回転
するような印加電圧で直流モータを制御するた
め、モータの慣性の影響がほとんどなくなり、バ
ラツキの少ない高精度ネジ締めを実現できる。
ジの着座直前のタイミングを検出する着座前検出
手段によつて、ネジ締めの開始からネジの着座の
直前の位置までの間のネジが締付け材料にくい込
んでいる間を直流モータに定格電圧を印加するこ
とができるため、くい込み時に、目標のトルクよ
り大きなトルクが発生する場合でもネジ締めの制
御が止まらず、高速回転ができるからネジ締め時
間を短くすることができる。また、第３のステツ
プでネジの着座を検出する間、および第４のステ
ツプにおける最終のネジ締めトルクを制御してい
る間は、締付けの反力に逆らつてゆつくりと回転
するような印加電圧で直流モータを制御するた
め、モータの慣性の影響がほとんどなくなり、バ
ラツキの少ない高精度ネジ締めを実現できる。
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。
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、１は直流モータと減速ギアを組
込んだネジ締め用の電動ドライバで、２は電動ド
ライバーの出力軸である。電動ドライバ１はブラ
ケツト３に固定され、ブラケツト３はプレート４
に固定され更に上スライドブロツク５に取付けら
れている。エアシリンダ６はブラケツト７に固定
され、ロツド８の中間部に上スライドブロツク５
が２個のナツト９−ａ，９−ｂにより固定されて
いる。１０はスライドシヤフトで上スライドブロ
ツク５が摺動自在にはめ合されている。１１は電
動ドライバ１とビツト１２を継ぐジヨイントであ
る。１３はビツトガイドで下端には供給されてき
たネジを保持するキヤツチヤ１４が固定されてい
る。１５はビツトガイドブラケツトでスライドシ
ヤフト１０に摺動自在にはめ合された下スライド
ブロツク１６に固定されている。また下スライド
ブロツク１６はエアシリンダ６のロツド８の下端
にナツト９−ｃで支持されている。ナツト９−ｂ
と下スライドブロツク１６の間のロツド８にはバ
ネ１７が設けられており下スライドブロツク１６
を常にナツト９−ｃに付勢している。１８はスラ
イドシヤフト１０を支えるブラケツトで、ブラケ
ツト７と共にシヤーシ１９に固定されている。２
０は上スライドブロツク５の下降限ストツパであ
る。２１は下スライドブロツク１６の下降限スト
ツパである。
第１図において、１は直流モータと減速ギアを組
込んだネジ締め用の電動ドライバで、２は電動ド
ライバーの出力軸である。電動ドライバ１はブラ
ケツト３に固定され、ブラケツト３はプレート４
に固定され更に上スライドブロツク５に取付けら
れている。エアシリンダ６はブラケツト７に固定
され、ロツド８の中間部に上スライドブロツク５
が２個のナツト９−ａ，９−ｂにより固定されて
いる。１０はスライドシヤフトで上スライドブロ
ツク５が摺動自在にはめ合されている。１１は電
動ドライバ１とビツト１２を継ぐジヨイントであ
る。１３はビツトガイドで下端には供給されてき
たネジを保持するキヤツチヤ１４が固定されてい
る。１５はビツトガイドブラケツトでスライドシ
ヤフト１０に摺動自在にはめ合された下スライド
ブロツク１６に固定されている。また下スライド
ブロツク１６はエアシリンダ６のロツド８の下端
にナツト９−ｃで支持されている。ナツト９−ｂ
と下スライドブロツク１６の間のロツド８にはバ
ネ１７が設けられており下スライドブロツク１６
を常にナツト９−ｃに付勢している。１８はスラ
イドシヤフト１０を支えるブラケツトで、ブラケ
ツト７と共にシヤーシ１９に固定されている。２
０は上スライドブロツク５の下降限ストツパであ
る。２１は下スライドブロツク１６の下降限スト
ツパである。
第２図は、第１図の電動ドライバー部分を取外
した機構部の正面図で、リミツトスイツチ２２の
取付状態を表す。第３図はネジ締めの先端部とネ
ジ締め物（母材）の関係を表す。リミツトスイツ
チ２２はスイツチブラケツト２３によりブラケツ
ト７に固定されており、その位置は上下に調節可
能である。上スライドブロツク５が下降して所定
の位置に来るとリミツトスイツチ２２がONする
ような構造になつている。このリミツトスイツチ
２２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。
した機構部の正面図で、リミツトスイツチ２２の
取付状態を表す。第３図はネジ締めの先端部とネ
ジ締め物（母材）の関係を表す。リミツトスイツ
チ２２はスイツチブラケツト２３によりブラケツ
ト７に固定されており、その位置は上下に調節可
能である。上スライドブロツク５が下降して所定
の位置に来るとリミツトスイツチ２２がONする
ような構造になつている。このリミツトスイツチ
２２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。
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。
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、そのロツド８に固定された上ス
ライドブロツク５も下降を始め、プレート４、ブ
ラケツト３を介してそこに取付けられた電動ドラ
イバ１が下降する。また下スライドブロツク１６
もバネ１８によりロツド８の下端のナツト９−ｃ
に付勢されているので同時に下降し、ビツトガイ
ドブラケツト１５、ビツトガイド１３、キヤツチ
ヤ１４も下降する。第３図のようにキヤツチヤ１
４に保持されたネジ２４は締付け物２５に到達
し、電動ドライバ１の回転力は出力軸２、ジヨイ
ント１１、ビツト１２を介してネジ２４に伝達さ
れ、締付け物２５に締付けられる。電動ドライバ
１の回転力は即ち締付けトルクであり、その締付
けトルクTQと電動ドライバ１の直流モータの電
流の関係は第４図に示す通りであり、式(1)で表わ
すことができる。
６が下降すると、そのロツド８に固定された上ス
ライドブロツク５も下降を始め、プレート４、ブ
ラケツト３を介してそこに取付けられた電動ドラ
イバ１が下降する。また下スライドブロツク１６
もバネ１８によりロツド８の下端のナツト９−ｃ
に付勢されているので同時に下降し、ビツトガイ
ドブラケツト１５、ビツトガイド１３、キヤツチ
ヤ１４も下降する。第３図のようにキヤツチヤ１
４に保持されたネジ２４は締付け物２５に到達
し、電動ドライバ１の回転力は出力軸２、ジヨイ
ント１１、ビツト１２を介してネジ２４に伝達さ
れ、締付け物２５に締付けられる。電動ドライバ
１の回転力は即ち締付けトルクであり、その締付
けトルクTQと電動ドライバ１の直流モータの電
流の関係は第４図に示す通りであり、式(1)で表わ
すことができる。
Ｔ＝K1IM＋K2 …(1)
（ただし、K1，K2は定数）
したがつて、モータ電流IMを計測することによ
り、トルクＴを算出することができる。
り、トルクＴを算出することができる。
次に第５図により実施例の制御回路の構成につ
いて説明する。破線で囲まれた部分が本発明の制
御装置のブロツク図を示す。
いて説明する。破線で囲まれた部分が本発明の制
御装置のブロツク図を示す。
電動ドライバの直流モータ１にコネクタ２６ａ
を介して電流IMを供給する。モータ電流IMを電流
検出器２７により検出する。電流検出器２７はた
とえば小さな直列抵抗を使いその両端の電圧降下
を測る、あるいは、コイルとホール素子を使用す
ることによりモータ電流IMに比例した電圧を出力
するものである。電流検出器２７の出力は前段増
幅器２８により増幅され、ローパスフイルタ回路
２９により、電動ドライバのモータ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、
アナログ・デジタル変換回路３０（以下Ａ−Ｄ回
路と略す）に入力される。Ａ−Ｄ変換回路３０に
より、デジタル信号に変換され、モータ電流値は
マイクロコンピユータ３１に入力される。マイク
ロコンピユータ３１（以下マイコンと略す）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エイス回路を
持ち、演算機能を備えたものである。
を介して電流IMを供給する。モータ電流IMを電流
検出器２７により検出する。電流検出器２７はた
とえば小さな直列抵抗を使いその両端の電圧降下
を測る、あるいは、コイルとホール素子を使用す
ることによりモータ電流IMに比例した電圧を出力
するものである。電流検出器２７の出力は前段増
幅器２８により増幅され、ローパスフイルタ回路
２９により、電動ドライバのモータ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、
アナログ・デジタル変換回路３０（以下Ａ−Ｄ回
路と略す）に入力される。Ａ−Ｄ変換回路３０に
より、デジタル信号に変換され、モータ電流値は
マイクロコンピユータ３１に入力される。マイク
ロコンピユータ３１（以下マイコンと略す）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エイス回路を
持ち、演算機能を備えたものである。
前述のように、電動ドライバ１の出力トルク
TQとモータ電流IMは式(1)の関係にあるので、マ
イコンは、ローパスフイルタ回路２９の出力電圧
ｖを監視することにより、ネジ締めトルクの値を
知ることができる。以下ローパスフイルタ回路２
９の出力電圧をトルク電圧ｖと称す。またＡ−Ｄ
変換の開始は、マイコン３１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ADEND信号が出力される。
TQとモータ電流IMは式(1)の関係にあるので、マ
イコンは、ローパスフイルタ回路２９の出力電圧
ｖを監視することにより、ネジ締めトルクの値を
知ることができる。以下ローパスフイルタ回路２
９の出力電圧をトルク電圧ｖと称す。またＡ−Ｄ
変換の開始は、マイコン３１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ADEND信号が出力される。
一方、３２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
ライバのモータ１の印加電圧VMを可変するため
のものであり、３３，３４は設定スイツチで、ネ
ジ締めトルクの目標値モータのトルク定数をデジ
タル値として作業者が設定するためのものであ
る。前記エアーシリンダ６はマイコン３１によ
り、リレー３４を介して制御される。またコネク
タ２６ｃを介して、外部からの制御信号として
START，STOP，MEASがマイコン３１に入力
されている。なお２６ａ，２６ｂ，２６ｃはコネ
クタを示す。
ことのできるプログラマブル直流電源で、電動ド
ライバのモータ１の印加電圧VMを可変するため
のものであり、３３，３４は設定スイツチで、ネ
ジ締めトルクの目標値モータのトルク定数をデジ
タル値として作業者が設定するためのものであ
る。前記エアーシリンダ６はマイコン３１によ
り、リレー３４を介して制御される。またコネク
タ２６ｃを介して、外部からの制御信号として
START，STOP，MEASがマイコン３１に入力
されている。なお２６ａ，２６ｂ，２６ｃはコネ
クタを示す。
次に本発明の動作内容について、第６図により
詳しく説明する。
詳しく説明する。
電源がONされるとマイコン３１はトルク電圧
ｖをＡ−Ｄ変換回路３０を介して入力する。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START信号を受取ると、まずマイコン３１
は、この時のトルク電圧v0を記憶する。記憶され
たv0の値はモータ電流が零の時の値である。
ｖをＡ−Ｄ変換回路３０を介して入力する。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START信号を受取ると、まずマイコン３１
は、この時のトルク電圧v0を記憶する。記憶され
たv0の値はモータ電流が零の時の値である。
次に、エアーシリンダ６をONするとともに、
プログラマブル直流電源３２を定格電圧VRに設
定し、電動ドライバ１のモータを高速回転させ、
外部装置３５に対してのネジ締め完了を示す
END信号をOFFにする。
プログラマブル直流電源３２を定格電圧VRに設
定し、電動ドライバ１のモータを高速回転させ、
外部装置３５に対してのネジ締め完了を示す
END信号をOFFにする。
モータが回転し、t1のタイミングでその速度が
安定してモータ電流が一定となるる。つづいて、
ネジが被締結物にくい込み始めるタイミングt2を
経てから、前記記リミツトスイツチ２２より、ネ
ジが着座の直前であることを示すリミツトスイツ
チのMEAS信号がタイミングt3で出力される。す
るとマイコン３１は、プログラマブル直流電源３
２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t3から一定時間T1を経たt4
の時点でプログラマブル直流電源３２の出力電圧
VMを後述の目標トルクの約1/2〜1/4の設定値vt
より大きなトルクを発生させることができる電圧
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t5になる
と、ネジが着座し、トルク電圧ｖは急激に増加す
る。マイコン３１はＡ−Ｄ変換回路３０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、常時このトルク電圧ｖを監
視する。ところで、ネジ締め用の直流モータ電流
IMと出力トルクTQは前述の第(1)式のような関係
にあるるので、３４で示す設定スイツチＢで設定
された値をもとにトルク電圧ｖより、ネジ締め時
のトルクTQが算出できる。そこで、このトルク
電圧ｖが設定締付トルクの約1/2〜1/4程度の値vt
を超過した時点t6において、マイコン３１はプロ
グラマブル直流電源３２の出力VM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低速回転で徐々に締付けら
れる。トルク出力が所定の締付トルク値vaになる
まで、マイコン３１はＡ−Ｄ変換回路３０の出力
を監視する。ところが、第６図でタイミングがt7
〜t8，t9〜t10のように、同一電圧をモータに印加
してネジ締めすると、ネジ締めに必要なトルクが
いつたん減少し、その後再び増加するような場合
がある。原因は、ネジが着座した後、ネジが回転
する角度によりネジ締めされる母材とネジ頭との
接触面での境界面の摩擦力が異なるためと考えら
れる。この場合、マイコン３１はプログラマブル
直流電源３２の出力VMを時間経過に対し直線的
に増加するのを一たん停止し、一定電圧にする
（t7，t9の時点）。そしてこれまでのトルク電圧ｖ
の最大値、即ち、タイミングt7ではv1の値、タイ
ミングt9ではv2の値を記憶する。その後、トルク
電圧ｖの値を監視しつづけ、記憶している最大値
v1、またはv2の値をトルク電圧ｖが超過したタイ
ミングt8またはt10より再びプログラマブル直流電
源３２の出力を時間に比例して増加させる。その
後、トルク電圧ｖの値が目標の締付トルクvaとな
つたt11のタイミングでマイコン３１はプログラ
マブル直流電源３２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。
安定してモータ電流が一定となるる。つづいて、
ネジが被締結物にくい込み始めるタイミングt2を
経てから、前記記リミツトスイツチ２２より、ネ
ジが着座の直前であることを示すリミツトスイツ
チのMEAS信号がタイミングt3で出力される。す
るとマイコン３１は、プログラマブル直流電源３
２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t3から一定時間T1を経たt4
の時点でプログラマブル直流電源３２の出力電圧
VMを後述の目標トルクの約1/2〜1/4の設定値vt
より大きなトルクを発生させることができる電圧
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t5になる
と、ネジが着座し、トルク電圧ｖは急激に増加す
る。マイコン３１はＡ−Ｄ変換回路３０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、常時このトルク電圧ｖを監
視する。ところで、ネジ締め用の直流モータ電流
IMと出力トルクTQは前述の第(1)式のような関係
にあるるので、３４で示す設定スイツチＢで設定
された値をもとにトルク電圧ｖより、ネジ締め時
のトルクTQが算出できる。そこで、このトルク
電圧ｖが設定締付トルクの約1/2〜1/4程度の値vt
を超過した時点t6において、マイコン３１はプロ
グラマブル直流電源３２の出力VM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低速回転で徐々に締付けら
れる。トルク出力が所定の締付トルク値vaになる
まで、マイコン３１はＡ−Ｄ変換回路３０の出力
を監視する。ところが、第６図でタイミングがt7
〜t8，t9〜t10のように、同一電圧をモータに印加
してネジ締めすると、ネジ締めに必要なトルクが
いつたん減少し、その後再び増加するような場合
がある。原因は、ネジが着座した後、ネジが回転
する角度によりネジ締めされる母材とネジ頭との
接触面での境界面の摩擦力が異なるためと考えら
れる。この場合、マイコン３１はプログラマブル
直流電源３２の出力VMを時間経過に対し直線的
に増加するのを一たん停止し、一定電圧にする
（t7，t9の時点）。そしてこれまでのトルク電圧ｖ
の最大値、即ち、タイミングt7ではv1の値、タイ
ミングt9ではv2の値を記憶する。その後、トルク
電圧ｖの値を監視しつづけ、記憶している最大値
v1、またはv2の値をトルク電圧ｖが超過したタイ
ミングt8またはt10より再びプログラマブル直流電
源３２の出力を時間に比例して増加させる。その
後、トルク電圧ｖの値が目標の締付トルクvaとな
つたt11のタイミングでマイコン３１はプログラ
マブル直流電源３２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。
t11の時点から若干の待ち時間を経て、タイミ
ングt12でマイコン３１は前記のネジ締め完了を
示すEND信号をONし、信号S1をOFFしてエア
シリンダ６をOFFする。既に述べたようにv0の
値はトルクが零の時の値である。したがつて、ト
ルク電圧ｖの監視のタイミングt6〜t11の間におい
て、マイコン３１は（ｖ−v0）の値がvtまたはva
と等しいかどうかとして判断することにより、電
流検出器２７や前段増幅器２８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も
可能である。
ングt12でマイコン３１は前記のネジ締め完了を
示すEND信号をONし、信号S1をOFFしてエア
シリンダ６をOFFする。既に述べたようにv0の
値はトルクが零の時の値である。したがつて、ト
ルク電圧ｖの監視のタイミングt6〜t11の間におい
て、マイコン３１は（ｖ−v0）の値がvtまたはva
と等しいかどうかとして判断することにより、電
流検出器２７や前段増幅器２８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も
可能である。
タイミングt12以降、マイコン３１は電源ONの
直後の状態と同じように、Ａ−Ｄ変換器３０を介
してトルク電圧ｖを入力する。そして再び
START信号がONするのを待つ。
直後の状態と同じように、Ａ−Ｄ変換器３０を介
してトルク電圧ｖを入力する。そして再び
START信号がONするのを待つ。
ところで、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、ネジが締付け材
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。またネジの着座直前までモータを
高速回転させるのでネジが材料にくい込んた後の
時間を短縮できる。そして、ネジの着座の直前に
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、モータを低速回転でネジ締め
を行ない、目標の締付トルクとなつた時、モータ
の印加電圧を零にする。低速でネジ締めを完了す
るため、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。
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、ネジが締付け材
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。またネジの着座直前までモータを
高速回転させるのでネジが材料にくい込んた後の
時間を短縮できる。そして、ネジの着座の直前に
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、モータを低速回転でネジ締め
を行ない、目標の締付トルクとなつた時、モータ
の印加電圧を零にする。低速でネジ締めを完了す
るため、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。
以上のように動作させるためのマイクロコンピ
ユータの概略フローチヤートを第７図に示す。な
お、タイミングt3は外部からのMEAS信号により
検出したがマイコン３１によりタイマーでt0から
t3までの時間を管理することによつても同様な制
御が可能である。
ユータの概略フローチヤートを第７図に示す。な
お、タイミングt3は外部からのMEAS信号により
検出したがマイコン３１によりタイマーでt0から
t3までの時間を管理することによつても同様な制
御が可能である。
一方、３４で示す設定スイツチＢによりモータ
のトルク定数を設定しているが、モータが故障す
るまでは、一定値であるから、マイコンのROM
内に、このトルク定数を記憶させておき、設定ス
イツチＢを使わずに本発明を実施できる。
のトルク定数を設定しているが、モータが故障す
るまでは、一定値であるから、マイコンのROM
内に、このトルク定数を記憶させておき、設定ス
イツチＢを使わずに本発明を実施できる。
発明の効果
本発明によれば、ネジ締めにおける電動ドライ
バの直流モータに流れる電流を検出する電流検出
器の信号出力をアナログ・デジタル変換し、その
値から締付けトルクを計算する手段と、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、ネジの着座直前のタイミン
グを検出する着座前検出手段と、前記締付け中の
電流検出器の信号出力の値と設定スイツチで設定
される締付けトルクの目標値の直流モータ電流の
換算値とを比較し、一致信号を出力する第１の比
較回路と、前記締付け中の電流検出器の信号出力
の値と目標値トルクの数分の１の値を直流モータ
の電流に換算して比較し、一致信号を出力する第
２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
までの間は、前記プログラマブル直流電源によつ
て前記直流モータを定格電圧で駆動する第１のス
テツプ、前記着座前検出手段の出力を受信する
と、前記直流モータを急速停止させる第２のステ
ツプ、前記第２の比較回路の出力を受信するま
で、前記目標値の数分の１の値のトルクよりやや
大なるトルクを発生するような電圧を前記プログ
ラマブル直流電源に設定して、前記直流モータを
駆動する第３のステツプ、電流検出器の出力がそ
れまでの最大値より増加した場合は、前記プログ
ラマブル直流電源の電圧を漸次増加せしめ、等し
いまたは小である間は一定電圧として前記直流モ
ータを駆動する第４ステツプ、前記第１の比較回
路の出力を受信すると、前記プログラマブル直流
電源の電圧を零にして前記直流モータを停止させ
る第５のステツプの手順でネジ締めトルクを制御
するトルク制御回路で構成されている。
バの直流モータに流れる電流を検出する電流検出
器の信号出力をアナログ・デジタル変換し、その
値から締付けトルクを計算する手段と、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、ネジの着座直前のタイミン
グを検出する着座前検出手段と、前記締付け中の
電流検出器の信号出力の値と設定スイツチで設定
される締付けトルクの目標値の直流モータ電流の
換算値とを比較し、一致信号を出力する第１の比
較回路と、前記締付け中の電流検出器の信号出力
の値と目標値トルクの数分の１の値を直流モータ
の電流に換算して比較し、一致信号を出力する第
２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
までの間は、前記プログラマブル直流電源によつ
て前記直流モータを定格電圧で駆動する第１のス
テツプ、前記着座前検出手段の出力を受信する
と、前記直流モータを急速停止させる第２のステ
ツプ、前記第２の比較回路の出力を受信するま
で、前記目標値の数分の１の値のトルクよりやや
大なるトルクを発生するような電圧を前記プログ
ラマブル直流電源に設定して、前記直流モータを
駆動する第３のステツプ、電流検出器の出力がそ
れまでの最大値より増加した場合は、前記プログ
ラマブル直流電源の電圧を漸次増加せしめ、等し
いまたは小である間は一定電圧として前記直流モ
ータを駆動する第４ステツプ、前記第１の比較回
路の出力を受信すると、前記プログラマブル直流
電源の電圧を零にして前記直流モータを停止させ
る第５のステツプの手順でネジ締めトルクを制御
するトルク制御回路で構成されている。
したがつて、第１のステツプでネジの着座直前
のタイミングを検出す着座前検出手段によつて、
ネジ締めの開始からネジの着座の直前の位置まで
の間のネジが締付け材料にくい込んでいる間を直
流モータに定格電圧を印加することができるた
め、くい込み時に、目標のトルクより大きなトル
クが発生する場合でもネジ締めの制御が止まら
ず、高速回転できるからネジ締め時間を短かくで
きる。また、第３のステツプでネジの着座を検出
する間、および第４のステツプにおける最終のネ
ジ締めトルクを制御している間は、締付けの反力
に逆らつてゆつくりと回転するような印加電圧で
直流モータを制御するため、モータの慣性の影響
がほとんどなくなり、バラツキの少ない高精度ネ
ジ締めを実現できる。
のタイミングを検出す着座前検出手段によつて、
ネジ締めの開始からネジの着座の直前の位置まで
の間のネジが締付け材料にくい込んでいる間を直
流モータに定格電圧を印加することができるた
め、くい込み時に、目標のトルクより大きなトル
クが発生する場合でもネジ締めの制御が止まら
ず、高速回転できるからネジ締め時間を短かくで
きる。また、第３のステツプでネジの着座を検出
する間、および第４のステツプにおける最終のネ
ジ締めトルクを制御している間は、締付けの反力
に逆らつてゆつくりと回転するような印加電圧で
直流モータを制御するため、モータの慣性の影響
がほとんどなくなり、バラツキの少ない高精度ネ
ジ締めを実現できる。
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
ライバ部分を取外した機構部の正面図、第３図は
ネジ締め装置の先端部の断面図、第４図はモータ
電流とトルクの関係図、第５図は同実施例の制御
回路ブロツク図、第６図は同動作タイミング図、
第７図ａ，ｂは同マイクロコンピユータのフロー
チヤート図である。 １…電動ドライバ、２２…リミツトスイツチ、
２７…電流検出器、２８…前段増幅器、２９…ロ
ーパスフイルタ回路、３０…Ａ−Ｄ変換回路、３
１…マイクロコンピユータ、３２…プログラマブ
ル直流電源、３３…設定スイツチ。
置の機構部の側面図、第２図は第１図から電動ド
ライバ部分を取外した機構部の正面図、第３図は
ネジ締め装置の先端部の断面図、第４図はモータ
電流とトルクの関係図、第５図は同実施例の制御
回路ブロツク図、第６図は同動作タイミング図、
第７図ａ，ｂは同マイクロコンピユータのフロー
チヤート図である。 １…電動ドライバ、２２…リミツトスイツチ、
２７…電流検出器、２８…前段増幅器、２９…ロ
ーパスフイルタ回路、３０…Ａ−Ｄ変換回路、３
１…マイクロコンピユータ、３２…プログラマブ
ル直流電源、３３…設定スイツチ。
Claims (1)
- １ 直流モータの電流を制御することによつてネ
ジの締付けトルクを制御するネジ締め装置におい
て、前記直流モータに流れる電流を検出する電流
検出器と、前記電流検出器の信号出力の高周波成
分を除去するローパスフイルタ回路と、前記ロー
パスフイルタ回路の出力をデジタル値に変換する
アナログ・デジタル変換回路と、ネジ締付けトル
クの目標値をデジタル値で設定するための設定ス
イツチと、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、ネジの
着座直前のタイミングを検出する着座前検出手段
と、前記アナログ・デジタル変換回路の出力と前
記設定スイツチの目標値を前記直流モータの電流
値に換算した値と比較し、一致信号を出力する第
１の比較回路と、前記アナログ・デジタル変換回
路の出力と前記設定スイツチの目標値の数分の１
の値を前記直流モータの電流値に換算した値と比
較し、一致信号を出力する第２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の間は、前記プ
ログラマブル直流電源によつて前記直流モータを
定格電圧で駆動する第１のステツプ、前記着座前
検出手段の出力を受信すると、前記直流モータを
急速停止させる第２のステツプ、前記第２の比較
回路の出力を受信するまで、前記目標値の数分の
１の値のトルクよりやや大なるトルクを発生する
ような電圧を前記プログラマブル直流電源に設定
して、前記直流モータを駆動する第３のステツ
プ、前記アナログ・デジタル変換回路の出力と比
較し、自身が記憶している値より大きな値である
場合、そのアナログ・デジタル変換回路の出力値
と更新して記憶する最大値記憶手段を設け、前記
アナログ・デジタル変換回路の現在の出力が、前
記最大値記憶手段の内容と比較し、等しいまたは
小である間は前記プログラマブル直流電源の電圧
を一定電圧とし、大である間は電圧を漸次増加せ
しめ前記直流モータを駆動する第４ステツプ、前
記第１の比較回路の出力を受信すると、前記プロ
グラマブル直流電源の電圧を零にして前記直流モ
ータを停止させる第５のステツプの手順でネジ締
めトルク制御するトルク制御回路を備えたことを
特徴とするネジ締め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14641884A JPS6125782A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | ネジ締め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14641884A JPS6125782A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | ネジ締め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6125782A JPS6125782A (ja) | 1986-02-04 |
| JPH0451309B2 true JPH0451309B2 (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=15407235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14641884A Granted JPS6125782A (ja) | 1984-07-13 | 1984-07-13 | ネジ締め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6125782A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04105880A (ja) * | 1990-08-28 | 1992-04-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 充電工具 |
| JPH04336979A (ja) * | 1991-05-15 | 1992-11-25 | Matsushita Electric Works Ltd | 電動工具 |
| JPH055367U (ja) * | 1991-07-15 | 1993-01-26 | 松下電工株式会社 | 電動工具 |
| JPH05104454A (ja) * | 1991-10-15 | 1993-04-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 電動工具 |
-
1984
- 1984-07-13 JP JP14641884A patent/JPS6125782A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6125782A (ja) | 1986-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |