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JP2014124765A - 自動ねじ締め装置 - Google Patents

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screw
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Takuo Iwasaki
拓夫 岩崎
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Abstract

【課題】ねじ締めポイントのティーチングを効率よく行える自動ねじ締め装置の提供を目的とする。
【解決手段】ねじに係合するビット34を備えたドライバツール3と、このドライバツール3に並んで配されたCCDカメラ4と、これらドライバツール3およびCCDカメラ4を所定の座標へ移載する移載ユニット2と、前記ドライバツール3および移載ユニット2の駆動とCCDカメラ4の動作とを制御する制御手段と、から構成されている。また、前記CCDカメラ4は、1つのねじ締めポイントPaを撮影する撮影エリア4Sに予め設定された座標と撮影対象の中心座標との偏差から偏差座標を求めるよう構成される。前記制御手段は、前記偏差座標に基づきドライバツール3の移載位置を補正してビット34を回転駆動するよう構成される。このため、毎回のねじ締め時にビット34とねじ締めポイントPaとの位置が確実に一致する。
【選択図】図1

Description

本発明は、ねじを螺入する位置であるねじ締めポイントを広い撮影エリアで予め設定でき、この撮影エリアに撮影されたねじ締めポイントの画像から実際のねじ締めポイントを割り出すことができる自動ねじ締め装置に関する。
従来の自動ねじ締め装置は、特許文献1および図2に示すように、ワークWに複数配されたねじ締めポイントPm1,Pm2,Pa・・・にねじ(図示せず)を螺入するとともに、このねじを所定の締付けトルクで締め付けるものである。この従来の自動ねじ締め装置101は、前記ねじに係合可能なビット34を所定の速度で回転および昇降自在に備えてなるドライバツール3と、このドライバツール3を前後左右方向へ移載する移載ユニット2と、前記ドライバツール3および前記移載ユニット2をそれぞれ駆動制御する制御手段(図示せず)と、から構成される。
前記ドライバツール3は、前記ビット34に回転を付与する回転駆動源の一例であるモータ33を備えており、このモータ33は前記ビット34に直結されている。また、前記モータ33は、圧縮エアの供給により伸縮可能なエアシリンダ32の作動を受けて前記ビット34と一体となって昇降可能に構成されている。
前記移載ユニット2は、前記ドライバツール3を固定され図2のX方向へ往復移動可能に構成された第1移載手段23と、図2のY方向へ往復移動可能に構成された第2移載手段22と、からなり、前記第1移載手段23が前記第2移載手段22に積載されている。また、前記第1移載手段23には、X方向へ往復移動可能な可動テーブル21が配されており、この可動テーブル21に前記ドライバツール3およびワークWの全体を撮影する撮影手段がそれぞれ固定されている。これにより、前記ドライバツール3および前記撮影手段の一例である前記CCDカメラ140は、前記第1移載手段23および第2移載手段22によってワークWの上空を移動できる。また、前記第1移載手段23および第2移載手段22は、その内部に図示しないボールねじおよびACサーボモータがそれぞれ配されおり、それぞれの前記ACサーボモータを駆動制御することで、前記ドライバツール3および前記CCDカメラ140を任意の座標へ移載する。
前記CCDカメラ140は、前記ねじ締めポイントを複数備えてなるワークWの全体を図2(b)に示すように撮影可能であり、撮影された前記ねじ締めポイントPm1,Pm2の座標をそれぞれ認識できる。また、このCCDカメラ140は、撮影した前記ねじ締めポイントPm1,Pm2の中心位置である撮影中心座標をそれぞれ検出可能に構成されており、これら検出した撮影中心座標を前記制御手段に送信可能に構成されている。
前記制御手段は、前記CCDカメラ140から前記ねじ締めポイントPm1,Pm2の撮影中心座標を入力されると、これら撮影中心座標を基準として予め設定されているその他のねじ締めポイントの座標情報にしたがって他のねじ締めポイントPa・・・の座標を求めるように構成される。よって、制御手段は、ねじ締め前に実際のワークWの位置のズレを認識した上で、このズレている偏差を求め、この偏差が予め設定されているその他ねじ締めポイントPa・・・にそれぞれ反映させて位置補正を可能に構成されている。
また、上述からも分かるように前記制御手段には、位置のズレがない正規のねじ締めポイントPm1,Pm2,Pa・・・のそれぞれの中心と一致する目標座標を前記ねじ締めポイントの数に合わせて予め複数設定されている。これら複数の目標座標が、上述した座標情報である。また、前記目標座標の設定は、一般的にティーチングと呼ばれており、このティーチングは、ワークの種類毎に事前に行われ、前記ねじ締めポイントが複数存在する場合であれば、そのねじ締めポイントの数だけ複数回行われる。
したがって、従来の自動ねじ締め装置101は、ねじ締め前に全てのねじ締めポイントの位置のズレを認識し、この位置のズレから求められた偏差に基づき一括して位置補正できるため、実際の位置がズレたねじ締めポイントの中心に前記ビット34の中心が位置するよう移載できる。
特開2003-225837号公報
上述したように、従来の自動ねじ締め装置101は、前記撮影手段によりワークWの全体をねじ締め前に撮影し、この1度の撮影から前記ワークWに配された全てのねじ締めポイントのズレを一括補正する。また、この一括補正の後ねじ締めが順次行われるため、このねじ締め時に生じるトルクによって当初よりもワークWが大きく正規の位置からズレることがある。つまり、従来の自動ねじ締め装置101は、ねじ締め前に前述の一括補正を行った以降に補正を行わず順次ねじ締めを行うため、ねじ締めによって位置がズレてているかを判断したり、どれだけ位置がズレかを算出できない。したがって、ねじ締めによってワークWの位置がズレた場合であると、この位置ズレ以降、実際のねじ締めポイントと前記ビット34との位置が完全に一致しないため、ねじをねじ締めポイントへ確実に螺入できない問題があった。また、従来の自動ねじ締め装置101は、各ねじ締めポイントの目標座標を正確にティーチングしなければならないため、ティーチングに時間を要する問題もあった。この理由は、ティーチングした目標座標が仮に不正確に設定されると、補正されたビット34の位置がこの不正確にティーチングされた前記目標座標に基づいて補正されることになり、実際のねじ締めポイントに一致しないことからも明らかである。また、従来の自動ねじ締め装置101は、前記CCDカメラ4が前記移載ユニット2に固定されているため、ワークWの表面から前記CCDカメラ4までの高さを調整できない。よって、例えば高さの異なるねじ締めポイントが多数配された段差のあるワーク(図示せず)であると、一方の高さのねじ締めポイントは、その撮影された画像の焦点が合わないため、従来のねじ締め装置101は、同一の高さからなるねじ締めポイントのワークにしか対応できない問題もあった。
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、ねじ締めポイントのティーチングを効率よく行える自動ねじ締め装置の提供を目的とする。この目的を達成するため、ねじに嵌合しかつ回転自在なビットを備えてなりワークに配されたねじ締めポイントに前記ねじを螺入可能なドライバツールと、このドライバツールに並ぶよう配され前記ねじ締めポイントを撮影可能な撮影手段と、この撮影手段および前記ドライバツールを所望の位置に移載する移載ユニットと、これら移載ユニット、前記ドライバツール、前記撮影手段をそれぞれ制御可能な制御手段と、からなり、撮影したねじ締めポイントの画像からドライバツールの移載位置を補正してねじを締める自動ねじ締め装置において、前記撮影手段は、1箇所のねじ締めポイントを含む所定の撮影エリアを撮影するとともに、この撮影エリア内に撮影されたねじ締めポイントの中心と、前記撮影エリア内に予め設定されている撮影基準座標と、の偏差から偏差座標を求めるよう構成する一方、前記制御手段は、前記ビットと前記撮影手段との常時変化しない予め設定されたオフセット座標および前記偏差座標に基づいて前記ドライバツールを移載し前記ビットを回転駆動制御するよう構成したことを特徴とする。また、前記撮影手段は、前記ねじ締めポイントに接近あるいは離反する方向へ往復移動可能な往復移動手段に積載され、この往復移動手段を前記移載ユニットに固定し、前記往復移動手段を前記制御手段により駆動制御してねじ締めポイントの表面から撮影手段までの距離を調整する構成であってもよい。さらに、前記制御手段は、前記撮影手段により前記ねじ締めポイントを認識できない場合、前記撮影エリアの周囲を撮影するよう前記移載ユニットを駆動制御する構成であってもよい。
本発明の自動ねじ締め装置1は、ねじ締めを行う前に必ずそのねじ締めを行う箇所のねじ締めポイントPaを撮影し、この撮影したねじ締めポイントPaの位置および形状等の状況を認識する。このため、例えばねじ締めポイントPaの変形や異物の詰まり等を検出することができ、しかも、ねじ締めによってワークWが正規の位置からズレたとしても、前記ドライバツール3の位置を毎回のねじ締め前に補正できる利点がある。また、本発明の自動ねじ締め装置1は、1つのねじ締めポイントPaを撮影エリア4Sで撮影し、この撮影エリア4S内に撮影された画像の情報に基づき前記ドライバツール3を実際のねじ締めポイントPaに合うように位置補正する。これにより、本発明におけるねじ締めポイントPaのティーチングは、前記撮影エリア4S内に正規のねじ締めポイントが収まる程度の広範囲な設定を行えばよく、従来のように正規のねじ締めポイントの中心と完全に一致する目標座標を正確に設定する必要がない。よって、本発明の自動ねじ締め装置1は、CCDカメラ4を利用したラフなティーチングが行えるため、1つのワークWに係るティーチングの時間を従来に比べて大幅に短縮できる利点もある。さらに、本発明の自動ねじ締め装置1は、前記撮影手段をねじ締めポイントPaに接近あるいは離反する方向へ移載できるため、例えば段差等異なる高さのねじ締めポイントであっても、それぞれの撮影したねじ締めポイントの画像の焦点を確実に合わせることができる。よって、高さの異なるねじ締めポイントであっても、前記撮影エリア4S内にあるねじ締めポイントを確実に検出できる利点もある。さらに、本発明の自動ねじ締め装置1は、ワークWが正規の位置からズレる等、前記撮影エリア4Sからねじ締めポイントが外れ認識できない場合、一度撮影した撮影エリア4Sの周囲を順次撮影できる。よって、本発明の自動ねじ締め装置1は、ワークWが正規の位置よりも大きくズレた場合であっても、ズレたねじ締めポイントPaを所定回数に渡って探し出すよう前記撮影手段を移動させることができる利点もある。
本発明に係る自動ねじ締め装置の一実施例を示す概略説明図である。また、(a)は斜視図であり、(b)は撮影手段により撮影した画像の説明図である。 従来の一実施例を示す概略説明図である。また、(a)は斜視図であり、(b)は撮影手段により撮影した画像の説明図である。
本発明の自動ねじ締め装置は、特許文献1および図1に示すように、ワークWに複数配されたねじ締めポイントPa・・・にねじ(図示せず)を螺入するとともに、前記ねじを所定の締付けトルクで締め付けるものである。この自動ねじ締め装置1は、前記ねじに係合可能なビット34を所定の速度で回転および昇降自在に備えてなるドライバツール3と、このドライバツール3を前後左右方向へ移載する移載ユニット2と、前記ドライバツール3および前記移載ユニット2をそれぞれ駆動制御する制御手段(図示せず)と、から構成される。
前記ドライバツール3は、前記ビット34に回転を付与する回転駆動源の一例であるモータ33を備えており、このモータ33は前記ビット34に直結されている。また、前記モータ33は、圧縮エアの供給により伸縮可能なエアシリンダ32の作動を受けて前記ビット34と一体となって昇降可能に構成されている。なお、前記エアシリンダ32に替え、図示しないボールねじをビット34の延びる方向に対して平行に配し、このボールねじを図示しないACサーボモータに直結するように構成した昇降手段に置き換えてもよい。また、このボールねじおよびACサーボモータを備えたドライバツールの構成は、特許第3797598号公報に既に開示されているため、ここではその詳細な説明を割愛する。
前記移載ユニット2は、前記ドライバツール3を固定され図1(a)のX方向へ往復移動可能に構成された第1移載手段23と、図1(a)のY方向へ往復移動可能に構成された第2移載手段22と、からなり、前記第1移載手段23が前記第2移載手段22に積載されている。また、前記第1移載手段23には、X方向へ往復移動可能な可動テーブル21が配されており、この可動テーブル21に前記ドライバツール3および前記ねじ締めポイントを撮影可能な撮影手段がそれぞれ固定されている。これにより、前記ドライバツール3および前記撮影手段の一例であるCCDカメラ4は、前記第1移載手段23および第2移載手段22によってワークWの上空を移動できる。また、前記第1移載手段23および第2移載手段22は、その内部に図示しないボールねじおよびACサーボモータがそれぞれ配されおり、それぞれの前記ACサーボモータを駆動制御することで、前記ドライバツール3および前記CCDカメラ4を任意の座標へ移載する。さらに、前記可動テーブル21と前記CCDカメラ4との間には第3移載手段24が介在しており、この第3移載手段24は、図1(a)のZ方向へ往復移動可能に構成されている。このため、前記CCDカメラ4は、前記ねじ締めポイントPaに接近あるいは離反するZ方向へ移動可能になっている。なお、前記第3移載手段24は、前述のように前記エアシリンダ32をACサーボモータおよびボールねじに置き換えた前記ドライバツールに構成することで配置しなくてもよい。この場合、前記CCDカメラ4は、前記モータ33に取り付けた部材(図示せず)に直接固定されており、前記ビット34とともに昇降可能に構成される。
前記CCDカメラ4は、ワークWの上空から前記ねじ締めポイントの1箇所を含む所定の領域(以下、撮影エリア4Sという)を撮影可能であり、この撮影エリア4Sは、図1(b)に示すように、本実施例においては5mm×5mmの範囲に設定されている。また、CCDカメラ4は、前記撮影エリア4S内に撮影されたねじ締めポイントPaの中心である撮影中心座標および図1(b)に示す2本の2点鎖線の交点である撮影基準座標をそれぞれ認識できるように構成されており、これら撮影中心座標と前記撮影基準座標との偏差(すなわちズレの量)を算出可能に構成されている。また、CCDカメラ4は、算出した前記偏差から偏差座標が求められており、この偏差座標を後述する制御手段へ送信可能に構成される。前記偏差座標は、本実施例における図1(b)においては、X=+1mm,Y=+1mmとなっている。なお、前記撮影エリア4Sは、CCDカメラ4の先端に取り付けるレンズを変更することで広い範囲あるいは狭い範囲に設定することができ、この選定は撮影の対象となるねじ締めポイントPaの直径あるいは予想されるワークの位置のズレを考慮して事前に設定されることはいうまでもない。また、本実施例において、前記撮影エリア4sの範囲は、5mm×5mmの範囲としているが、この寸法に限定されるものではなく、前述したようにレンズの変更等によって都度変更してもよい。
前記制御手段には、前記ビット34および前記CCDカメラ4の位置関係であるオフセット量が予め設定されており、このオフセット量は、前記ビット34のビット中心座標を基準として前記撮影基準座標がいくらズレているかを示すオフセット座標となっている。本実施例における前記オフセット座標は、X=−15mm,Y=0mmとなっている。また、前記制御手段は、前記CCDカメラ4から送られた前記偏差座標(X=+1mm,Y=+1mm)が入力されると、この偏差座標および前記オフセット座標に基づき前記ドライバツール3の移載座標を算出可能に構成されている。つまり、前述の算出された移載座標は、X=−14mm,Y=+1mmとなり、この情報が制御手段の内部に設定される。これにより、制御手段は、前記移載座標に基づき前記第1移載手段23および前記第2移載手段22をそれぞれ駆動制御するため、前記ドライバツール3は、前記ビット34の中心が撮影したねじ締めポイントPaの中心に一致するように移載される。
次に、本発明の自動ねじ締め装置1の作用について以下に説明する。前記自動ねじ締め装置1は、前記制御手段により指令を受けた前記第1移載手段23および前記第2移載手段22が移動する。これにより、前記CCDカメラ4は、予め設定されているワークWの上空に移載され、この位置で所望のねじ締めポイントPaを撮影する。このとき、図1(b)および上述したように、前記偏差座標がX=+1mm,Y=+1mmであれば、この偏差座標(+1mm,Y=+1mm)および前記オフセット座標(X=−15mm,Y=0mm)から前記ドライバツール3の移載座標(−14mm,Y=+1mm)を前記制御手段が算出および記憶する。その後、制御手段は、前記移載座標に基づき前記第1移載手段23および前記第2移載手段22をそれぞれ駆動制御し、前記ドライバツール3がねじ締めポイントPaの上空へ移載される。これにより、撮影したねじ締めポイントPaの中心とビット34の中心が一致する。その後、前記制御手段は、前記エアシリンダ32および前記モータ33をそれぞれ駆動制御するため、前記ビット34が下降しながら回転する。これにより、前記ねじは、ビット34の先端に係合し、前記ねじ締めポイントPaへ螺入される。制御手段は、前記ねじが所定の締付けトルクに到達すると、前記モータ33に回転停止を指令するとともに前記エアシリンダ32に復帰指令を与える。これにより、前記ビット34は、上昇して1ポイントのねじ締めを完了する。なお、2ポイント目以降のねじ締めにおいても、上述と同様の処理が繰り返されており、多数のねじ締めポイントへのねじ締めに対応している。
よって、本発明の自動ねじ締め装置1は、前記CCDカメラ4によってねじ締め前に必ず対象のねじ締めポイントPaを撮影し、そのズレを考慮して毎回ドライバツール3を移載する制御を行っているため、前記ビット34を撮影したねじ締めポイントPaの中心へ確実に移載できる利点がある。また、従来に比べてねじ締めポイントPaを拡大して撮影するため、より高い精度でねじ締めポイントPaの状態を把握できる利点もある。これにより、本発明におけるねじ締めポイントPaのティーチングは、前記撮影エリア4S内に正規のねじ締めポイントが収まる程度の広範囲な設定を行えばよく、従来のように正規のねじ締めポイントの中心と完全に一致する目標座標を正確に設定する必要がない。よって、本発明の自動ねじ締め装置1は、CCDカメラ4を利用したラフなティーチングが行えるため、1つのワークWに係るティーチングの時間を従来に比べて大幅に短縮できる利点もある。
また、前記CCDカメラ4は、前記第3移載手段24に積載されているため、例えば、ワークに段差を有しねじ締めポイントの高さが異なる場合であっても、撮影対象となるねじ締めポイントの表面とCCDカメラ4との高さが調整可能となっている。これにより、本発明の自動ねじ締め装置1は、撮影する画像の焦点を最適に調整できるため、高さの異なるねじ締めポイントに対応できる利点もある。
また、前記制御手段は、前記CCDカメラ4の前記撮影エリア4Sに撮影対象であるねじ締めポイントPaが収まらない等であると、正確にねじ締めポイントPaを認識できず前記移載座標が算出できなくなり、エラー状態に陥ってしまうことが考えられる。しかしながら、本発明の自動ねじ締め装置1は、1回目の撮影でねじ締めポイントPaを認識できなければ、この撮影した撮影エリア4Sの周囲を撮影できる座標へ前記CCDカメラ4を移載して撮影のリトライが行われる。これにより、ねじ締めによって大きくワークがズレを起こした場合であっても、1回目の撮影で撮影できなかったねじ締めポイントを所定回数繰り返し撮影するため、効率よくねじ締め作業を行うことができる利点もある。
1 自動ねじ締め装置
2 移載ユニット
3 ドライバツール
4 CCDカメラ
21 可動テーブル
22 第2移載手段
23 第1移載手段
24 第3移載手段
34 ビット
Pa ねじ締めポイント
W ワーク
上述したように、従来の自動ねじ締め装置101は、前記撮影手段によりワークWの全体をねじ締め前に撮影し、この1度の撮影から前記ワークWに配された全てのねじ締めポイントのズレを一括補正する。また、この一括補正の後ねじ締めが順次行われるため、このねじ締め時に生じるトルクによって当初よりもワークWが大きく正規の位置からズレることがある。つまり、従来の自動ねじ締め装置101は、ねじ締め前に前述の一括補正を行った以降に補正を行わず順次ねじ締めを行うため、ねじ締めによって位置がズレてているかを判断したり、どれだけ位置がズレかを算出できない。したがって、ねじ締めによってワークWの位置がズレた場合であると、この位置ズレ以降、実際のねじ締めポイントと前記ビット34との位置が完全に一致しないため、ねじをねじ締めポイントへ確実に螺入できない問題があった。また、従来の自動ねじ締め装置101は、各ねじ締めポイントの目標座標を正確にティーチングしなければならないため、ティーチングに時間を要する問題もあった。この理由は、ティーチングした目標座標が仮に不正確に設定されると、補正されたビット34の位置がこの不正確にティーチングされた前記目標座標に基づいて補正されることになり、実際のねじ締めポイントに一致しないことからも明らかである。また、従来の自動ねじ締め装置101は、前記CCDカメラ4が前記移載ユニット2に固定されているため、ワークWの表面から前記CCDカメラ4までの高さを調整できない。よって、例えば高さの異なるねじ締めポイントが多数配された段差のあるワーク(図示せず)であると、一方の高さのねじ締めポイントは、その撮影された画像の焦点が合わないため、従来の自動ねじ締め装置101は、同一の高さからなるねじ締めポイントのワークにしか対応できない問題もあった。

Claims (3)

  1. ねじに嵌合しかつ回転自在なビットを備えてなりワークに配されたねじ締めポイントに前記ねじを螺入可能なドライバツールと、このドライバツールに並ぶよう配され前記ねじ締めポイントを撮影可能な撮影手段と、この撮影手段および前記ドライバツールを所望の位置に移載する移載ユニットと、これら移載ユニット、前記ドライバツール、前記撮影手段をそれぞれ制御可能な制御手段と、からなり、撮影したねじ締めポイントの画像からドライバツールの移載位置を補正してねじを締める自動ねじ締め装置において、
    前記撮影手段は、1箇所のねじ締めポイントを含む所定の撮影エリアを撮影するとともに、この撮影エリア内に撮影されたねじ締めポイントの中心と、前記撮影エリア内に予め設定されている撮影基準座標と、の偏差から偏差座標を求めるよう構成する一方、
    前記制御手段は、前記ビットと前記撮影手段との常時変化しない予め設定されたオフセット座標および前記偏差座標に基づいて前記ドライバツールを移載し前記ビットを回転駆動制御するよう構成したことを特徴とするねじ締め装置。
  2. 前記撮影手段は、前記ねじ締めポイントに接近あるいは離反する方向へ往復移動可能な往復移動手段に積載され、この往復移動手段を前記移載ユニットに固定し、前記往復移動手段を前記制御手段により駆動制御してねじ締めポイントの表面から撮影手段までの距離を調整する構成にしたことを特徴とする請求項1に記載のねじ締め装置。
  3. 前記制御手段は、前記撮影手段により前記ねじ締めポイントを認識できない場合、前記撮影エリアの周囲を撮影するよう前記移載ユニットを駆動制御する構成であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のねじ締め装置。
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