螺纹拧紧装置

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螺纹拧紧装置\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种将具有头部的螺纹构件螺合到螺纹拧紧对象物的螺纹孔的螺纹拧紧装置。\n背景技术\n[0002] 以往，已知一种通过设置于机器人的前端部的螺纹拧紧单元来进行螺纹拧紧作业的装置(例如参照日本特开平6-218637号公报)。日本特开平6-218637号公报所记载的装置具备在外周形成有多个螺纹保持槽的圆板状的料盒(magazine)以及相对于料盒相对移动的拧紧机。在料盒的各保持槽中以可装卸的方式弹性支承有具有头部的螺纹构件，在使拧紧机的插槽与螺纹构件的头部嵌合之后，通过使料盒进行旋转动作，来从料盒取下螺纹构件，通过拧紧机进行螺纹构件的拧紧。\n[0003] 然而，在上述的日本特开平6-218637号公报所记载的装置中，为了从料盒取下螺纹构件而需要使料盒进行旋转动作，装置结构变得复杂。另外，在将螺纹构件从料盒完全取下之后，通过拧紧机进行螺纹构件的拧紧，因此螺纹构件拧紧作业整体的周期时间变长。\n发明内容\n[0004] 本发明的一个方式是用于将具有头部的螺纹构件螺合到螺纹拧紧对象物的螺纹孔的螺纹拧紧装置，该螺纹拧紧装置具备料盒板，该料盒板具有：第一面和该第一面的相反一侧的第二面；从第一面至第二面在第一方向上形成的贯通孔；以及螺纹构件配置部，其形成于贯通孔的第一面侧的开口端部，使得螺纹构件以该螺纹构件的头部堵住贯通孔的方式与贯通孔配置于同轴上。螺纹拧紧装置具备旋转杆装置，该旋转杆装置具有旋转部和旋转驱动部，该旋转部以使前端部与料盒板的第二面相对的方式与第一方向平行地延伸，该旋转驱动部使前端部旋转。螺纹拧紧装置具备：第一移动部，其使料盒板在与第一方向垂直的第二方向上相对于旋转杆装置相对移动；以及第二移动部，其使旋转杆装置在第一方向上移动。螺纹拧紧装置具备螺纹拧紧控制部，该螺纹拧紧控制部对第一移动部进行控制，以使旋转杆装置的前端部与贯通孔位于同轴上，并且对第二移动部进行控制，以在旋转杆装置的前端部与贯通孔位于同轴上的状态下，使旋转杆装置的前端部贯通贯通孔而与螺纹构件的头部相抵接。\n附图说明\n[0005] 本发明的目的、特征以及优点通过与附图相关联的以下实施方式的说明会变得更明确。在该附图中，\n[0006] 图1是表示本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置的结构的图，[0007] 图2是构成图1的螺纹拧紧装置的螺纹拧紧单元的放大立体图，\n[0008] 图3是图2的料盒板的主要部分截面图，\n[0009] 图4是表示本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置的控制结构的框图，[0010] 图5是表示在图4的机器人控制装置中执行的处理的一例的流程图，[0011] 图6A是说明本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置的动作的第一图，[0012] 图6B是说明本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置的动作的第二图，[0013] 图6C是说明本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置的动作的第三图，[0014] 图7是表示图1的变形例的图，\n[0015] 图8是构成图7的螺纹拧紧装置的螺纹拧紧单元的放大立体图。\n具体实施方式\n[0016] 下面，参照图1～图8来说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置100的结构的图。螺纹拧紧装置100是用于将具有头部的螺纹构件2螺合到设置于对象物1的螺纹孔的装置，具有螺纹拧紧单元101以及向螺纹拧紧单元101输送对象物1的机器人102。\n[0017] 机器人102是垂直多关节机器人，具有：基底部10；以能够旋转的方式搭载在基底部10上的基座部11；以能够转动的方式被支承于基座部11的第一臂12；以能够转动的方式被支承于第一臂12的前端部的关节部13；以及以能够转动的方式被支承于关节部13的第二臂14。机器人102具有：以能够转动的方式被支承于第二臂14的关节部15；以能够旋转的方式被支承于关节部15的凸缘16；以及安装于凸缘16并用于把持对象物1的手17。在机器人\n102的各关节部设置有伺服电动机18(图4)，机器人102被伺服电动机18驱动。通过驱动机器人102能够变更对象物1的位置和姿势。\n[0018] 图2是表示螺纹拧紧单元101的主要部分结构的放大立体图。此外，下面，为了便于说明，如图所示那样定义前后方向、左右方向以及上下方向，按照该定义来说明各部的结构。螺纹拧紧单元101具有料盒板20和旋转杆装置30，该料盒板20上预先配置有多个螺纹构件2，该旋转杆装置30用于与这些螺纹构件2的头部相卡合，并将螺纹构件2螺合到对象物1的螺纹孔。料盒板20和旋转杆装置30分别被支承于框架4。\n[0019] 框架4具有：基座板41；立设在基座板41上的前后一对的支柱42；固定设置在支柱\n42的上端部且在前后方向上延伸的上部板43；以及固定设置在支柱42的右侧面的侧面板\n44。在前后方向上延伸的滚珠丝杠(不图示)以能够旋转的方式被支承于上部板43。在滚珠丝杠上螺合有螺母(不图示)，与螺母一体地设置有滑动构件45。在滚珠丝杠的端部连结有伺服电动机46。当通过伺服电动机46的驱动而滚珠丝杠旋转时，滑动构件45沿上部板43在前后方向上移动。\n[0020] 料盒板20是形成为在左右方向上具有固定宽度在前后方向上细长的大致矩形状的板构件，被固定在滑动构件45的上端部。因而，料盒板20通过伺服电动机46的驱动而与滑动构件45一体地在前后方向(箭头A方向)上移动。在料盒板20的上表面21上前后方向等间隔地形成有多个螺纹构件配置部23，在各螺纹构件配置部23上分别配置螺纹构件2。\n[0021] 图3是料盒板20的主要部分截面图，主要示出螺纹构件配置部23的结构。如图3所示，在料盒板20中，在比滑动构件45靠右方的位置处，从上表面21至下表面22以上下方向的轴线L1为中心地开有贯通孔24。并且，在贯通孔24的上端部设置有与贯通孔24同轴的槽部\n25。在槽部25嵌合有环状的磁体26，该磁体26具有与贯通孔24相同直径的贯通孔，螺纹构件配置部23包括该磁体26。\n[0022] 螺纹构件2以作为其中心轴的轴线L2与贯通孔24的轴线L1一致的方式朝上下方向地配置。螺纹构件2的头部2a的直径比贯通孔24的直径大。因此，头部2a的端面与螺纹构件配置部23相抵接。在该状态下，头部2a堵住贯通孔24，螺纹构件2的螺纹部2b朝向上方。在螺纹构件2上从螺纹部2b侧插入有垫圈2c。在头部2a的端面设置有供旋转杆装置30的前端部\n34插入的工具插入槽2d。\n[0023] 螺纹构件2含有铁等磁性材料。在本实施方式中，螺纹构件配置部23包括磁体26，因此能够通过磁力以将螺纹构件2定位于螺纹构件配置部23的状态稳定地保持螺纹构件2。\n料盒板20的贯通孔24的直径比旋转杆装置30的前端部34的外径大。因此，能够使前端部34不与料盒板20接触地将前端部34插入到贯通孔24，能够使旋转杆装置30的前端部34经由贯通孔24插入到螺纹构件2的工具插入槽2d。\n[0024] 如图2所示，旋转杆装置30具有基底部31以及能够以轴线L3(图3)为中心旋转的旋转部32。旋转部32在上下方向上延伸。旋转部32具有前端部34，在前端部34形成有向螺纹构件2的头部2a的工具插入槽2d插入的工具部。在基底部31内置有用于对旋转部32的前端部\n34进行旋转驱动的电动马达33。\n[0025] 在侧面板44的右面安装有缸装置35，该缸装置35具有通过高压空气能够在上下方向上进退的杆37。在杆37的上端部安装有支架36。支架36向右方延伸，旋转杆装置30的基底部31以使旋转杆装置30的前端部34朝向上方的状态被固定于支架36。由此，旋转杆装置30通过缸装置35的驱动，保持轴线L3的位置固定不变地在料盒板20的下方在上下方向(箭头B方向)上升降。此外，轴线L3是旋转部32的旋转轴，并且与旋转杆装置30的轴线相当。以通过料盒板20向前后方向的移动能够使旋转杆装置30的轴线L3的位置与贯通孔24的轴线L1的位置一致的方式设定旋转杆装置30的左右方向的位置。\n[0026] 图4是表示本发明的实施方式所涉及的螺纹拧紧装置100的控制结构的框图。在图\n4中，机器人控制装置50构成为包括运算处理装置，该运算处理装置具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及其它外围电路等。在机器人控制装置50中，被输入来自输入部51和扭矩传感器52的信号，该输入部51输入各种指令，该扭矩传感器52检测旋转杆装置30旋转驱动时的扭矩。机器人控制装置50基于来自输入部51和扭矩传感器52的信号来执行后述的处理，对机器人驱动用的伺服电动机18、使料盒板20在前后方向上移动的伺服电动机46、使旋转杆装置30升降的缸装置35以及驱动旋转杆装置30的电动马达33分别输出控制信号。\n[0027] 图5是表示在机器人控制装置50中执行的处理的一例的流程图。当在料盒板20的螺纹构件配置部23配置了螺纹构件2之后、例如通过输入部51的操作而指示了螺纹拧紧作业开始时，开始该流程图所示的处理。在螺纹拧紧作业开始时，旋转杆装置30的前端部34位于比料盒板20的下表面22靠下方的位置，旋转杆装置30处于初始位置。\n[0028] 在步骤S1中，对伺服电动机46输出控制信号来使料盒板20在前后方向上移动，以使贯通孔24的轴线L1的位置与旋转杆装置30的轴线L3的位置一致。在步骤S2中，对伺服电动机18输出控制信号来驱动机器人102而使对象物1移动，以使机器人102的手17把持的对象物1的螺纹孔1a(图6B)与料盒板上的螺纹构件2的前端部相对，并且使作为螺纹孔1a的中心轴的轴线L4位于螺纹构件2的轴线L2上。\n[0029] 在步骤S3中，对缸装置35输出控制信号，使旋转杆装置30上升到规定位置。例如，上升到旋转杆装置30的前端部34与螺纹构件2的头部2a相抵接并且螺纹构件2的前端部与对象物1的螺纹孔1a的下端部相抵接的位置。在步骤S4中，对电动马达33输出控制信号来使旋转部32旋转，并且对缸装置35输出控制信号来使旋转杆装置30上升。即，使包括前端部34的旋转部32一边旋转一边上升。由此，螺纹构件2与螺纹孔1a螺合。\n[0030] 在步骤S5中，基于来自扭矩传感器52的信号，判定螺纹拧紧扭矩是否为规定值以上。即，判定螺纹构件2是否螺合到了对象物1的螺纹孔1a的最后。若步骤S5被肯定则进入步骤S6，若被否定则进入步骤S8。\n[0031] 在步骤S8中，对电动马达33输出控制信号来使旋转杆装置30的旋转部32的旋转停止。并且在步骤S9中，对缸装置35输出控制信号来使旋转杆装置30下降，使旋转杆装置30返回到原来的位置(初始位置)，并返回到步骤S1。即，在该情况下，判断为对象物1的螺纹孔相对于螺纹构件2的相对位置发生偏离因此扭矩没有达到规定值以上，使旋转杆装置30返回到原来的位置再次执行料盒板20的移动和对象物1的移动。\n[0032] 另一方面，在步骤S6中，判断为螺纹构件2的螺合完成，对电动马达33输出控制信号来使旋转杆装置30的旋转部32的旋转停止。在步骤S7中，对缸装置35输出控制信号来使旋转杆装置30下降，使旋转杆装置30返回到原来的位置(初始位置)。接着，在步骤S10中，判定螺纹构件2向对象物1的螺纹孔1a的拧紧是否完成。例如，在向对象物1的多个螺纹孔1a螺合螺纹构件2的情况下，判定是否对多个螺纹孔1a全部螺合了螺纹构件2。若步骤S10被否定则返回到步骤S1。在该情况下，使料盒板20在前后方向上移动1个间距来重复相同的处理。\n若步骤S10被肯定则结束处理。\n[0033] 将本实施方式所涉及的螺纹拧紧装置100的动作总结如下。在进行螺纹拧紧作业时，作为预先准备作业，如图6A所示，例如用户手动地将螺纹构件2的头部2a配置到料盒板\n20的上表面21的螺纹构件配置部23。此外，也能够由机器人自动地进行螺纹构件2的配置。\n在该状态下，开始利用螺纹拧紧装置100进行的螺纹拧紧作业。\n[0034] 在该情况下，首先，使料盒板20在前后方向上移动以使旋转杆装置30的前端部34与料盒板20的贯通孔24位于同轴上(步骤S1)。并且，如图6B所示，使对象物1移动以使对象物1的螺纹孔1a与螺纹构件2的前端部(螺纹部2b的前端)相对并且与螺纹构件2位于同轴上(步骤S2)。此外，在图6B中，示出了将上下一对的部件作为对象物1并利用螺纹构件2来紧固的例子。\n[0035] 接着，使旋转杆装置30从初始位置上升，使旋转部32的前端部34经由贯通孔24与螺纹构件2的头部2a的工具插入槽2d相抵接。从该状态进一步使旋转杆装置30上升，保持前端部34卡合到工具插入槽2d地使螺纹构件2与旋转杆装置30一起上升，来使螺纹构件2的前端部与对象物1的螺纹孔1a相抵接(步骤S3)。接着，使旋转部32一边旋转一边上升(步骤S4)。由此，如图6C所示，螺纹构件2与对象物1的螺纹孔1a螺合。\n[0036] 当螺纹构件2螺合到最后时，螺纹拧紧扭矩为规定值以上。由此，停止旋转部32的旋转，使旋转杆装置30下降来返回到初始位置(步骤S6、步骤S7)。通过以上，单个螺纹构件2的拧紧完成。之后，使料盒板20的位置在前后方向上偏移1个间距，将下一个螺纹构件2同样地螺合到对象物1的螺纹孔1a。当全部螺纹构件2的拧紧完成时，结束螺纹拧紧作业。\n[0037] 根据本实施方式能够起到以下那样的作用效果。\n[0038] (1)螺纹拧紧装置100具有螺纹拧紧单元101和机器人102。螺纹拧紧单元101具备料盒板20和旋转杆装置30，该料盒板20在上下方向上开有贯通孔24，并且在贯通孔24的开口端部形成有螺纹构件配置部23使得螺纹构件2以螺纹构件2的头部2a堵住贯通孔24的状态与贯通孔24配置于同轴上，该旋转杆装置30在上下方向上延伸设置，具有使前端部34旋转的电动马达33。螺纹拧紧单元101具备使料盒板20在前后方向上移动的伺服电动机46以及使旋转杆装置30在上下方向上移动的缸装置35。螺纹拧紧单元101具有机器人控制装置\n50，该机器人控制装置50对伺服电动机46进行控制，以使旋转杆装置30的前端部34与贯通孔24位于同轴上，并且对缸装置35进行控制，以在旋转杆装置30的前端部34与贯通孔24位于同轴上的状态下，使旋转杆装置30的前端部34贯通贯通孔24而与螺纹构件2的头部2a相抵接。由此，从料盒板20取下螺纹构件2的方向与拧紧螺纹构件2的方向彼此相同，因此通过单个致动器(缸装置35)能够实现螺纹构件2的取下和螺纹构件2向拧紧方向的移动。因而，装置结构被简化，能够廉价地构成。另外，能够通过共同的动作(旋转杆装置30的上升)来进行螺纹构件2的取下和拧紧，因此能够缩短螺纹构件拧紧作业的周期时间。\n[0039] (2)通过机器人102来移动对象物1以使对象物1的螺纹孔1a与配置于螺纹构件配置部23的螺纹构件2的前端部相对并且与螺纹构件2位于同轴上，因此能够容易地调整对象物1的位置和姿势。因而，在螺纹拧紧扭矩没有达到规定值以上而螺纹构件2的拧紧失败的情况下，能够再次调整对象物1的位置和姿势来进行螺纹构件拧紧作业。\n[0040] (3)通过对机器人驱动用的伺服电动机18进行控制的机器人控制装置50来控制料盒板驱动用的伺服电动机46，因此能够把握对象物1与料盒板20相互的位置关系地将螺纹构件2精度良好地位置对准于对象物1的螺纹孔1a。\n[0041] (4)在螺纹构件配置部23设置了磁体26，因此能够将螺纹构件2稳定地配置于螺纹构件配置部23。因而，能够防止螺纹构件2的位置偏移、掉落而进行稳定的螺纹拧紧作业。\n[0042] 以上的螺纹拧紧装置100能够进行各种变形。图7是图1的变形例。图7与图1的不同之处在于螺纹拧紧单元101的结构。图8是图7的螺纹拧紧单元101的放大图。在图8中，料盒板20被构成为圆盘状。料盒板20通过伺服电动机46的驱动而旋转，通过机器人控制装置50计算出位置以使载置于料盒板上的螺纹构件2与旋转杆装置30位于同轴上。\n[0043] 此外，在上述实施方式(图2)和变形例(图8)中，从料盒板20的上表面21(第一面)至下表面22(第二面)在上下方向上形成有贯通孔24，并且使旋转杆装置30在上下方向上移动，但是只要设置贯通孔24的方向与旋转杆装置30的移动方向彼此相同，则第一方向也可以是上下方向以外的方向(例如左右方向)。因而，料盒板20相对于旋转杆装置30相对移动的第二方向(与第一方向垂直的方向)也可以是前后方向以外的方向。在上述实施方式(图\n3)中，在螺纹构件配置部23设置了磁体26，但是螺纹构件配置部23的结构不限于此。例如，螺纹构件配置部23能够包括供螺纹构件2的头部2a嵌合到料盒板20的上表面21的槽部。通过设置于料盒板20的上表面的槽部能够稳定地保持螺纹构件2的头部2a。\n[0044] 在上述实施方式中，使料盒板20相对于旋转杆装置30相对移动的第一移动部包括伺服电动机46。即，通过伺服电动机46使料盒板20移动。然而，第一移动部只要使料盒板20在与贯通孔24的轴线L1垂直的第二方向(图2中前后方向)上相对于旋转杆装置30相对移动即可，能够采用任意的结构。例如，也可以是，固定料盒板20，使旋转杆装置30在第二方向上移动。\n[0045] 另外，在上述实施方式中，使旋转杆装置30在第一方向上移动的第二移动部包括缸装置35。即，通过缸装置35使旋转杆装置30在第一方向(图2中上下方向)上朝向螺纹构件\n2的头部2a移动。第二移动部不限于该结构，能够采用使旋转杆装置30在第一方向上移动的任意的结构。\n[0046] 另外，在上述实施方式中，使螺纹拧紧对象物1移动的对象物移动部包括机器人\n102。即，通过机器人102使螺纹拧紧对象物1移动。对象物移动部不限于该方式，也可以构成为通过机器人以外的装置使螺纹拧紧对象物移动。\n[0047] 并且，在上述实施方式中，使前端部34旋转的旋转驱动部包括电动马达33。旋转驱动部不限于该方式，也可以构成为通过电动马达以外的装置使前端部34旋转。\n[0048] 上述实施方式中的机器人控制装置50的结构是一例，如果对第一移动部(伺服电动机46)进行控制以使旋转杆装置30的前端部34与贯通孔24位于同轴上，并且对第二移动部(缸装置35)进行控制以在旋转杆装置30的前端部34与贯通孔24位于同轴上的状态下，使旋转杆装置30的前端部34贯通贯通孔24而与螺纹构件2的头部2a相抵接，则作为螺纹拧紧控制部的机器人控制装置50的结构可以是任意结构。另外，如果控制对象物移动部(机器人\n102)以使对象物1的螺纹孔1a与配置于螺纹构件配置部23的螺纹构件2的前端部相对并且与螺纹构件2位于同轴上，则作为对象物控制部的机器人控制装置的结构也可以是任意结构。在上述实施方式中，通过机器人控制装置50来控制机器人102和螺纹拧紧单元101，但是也可以通过与机器人控制装置50不同的控制装置来控制螺纹拧紧单元101。\n[0049] 根据本发明，通过旋转杆装置在第一方向上的移动，能够从料盒板取下具有头部的螺纹构件，并且能够将所取下的上述螺纹构件就那样螺合到螺纹拧紧对象物的螺纹孔。\n因而，装置结构被简化，能够廉价地构成，并且能够缩短螺纹拧紧作业的周期时间。\n[0050] 以上的说明只不过是一例，只要不损害本发明的特征，本发明不限定于上述的实施方式和变形例。在上述实施方式和变形例的结构要素中，包括维持发明的同一性且能够置换并且置换是显而易见的结构要素。即，在本发明的技术思想的范围内所能考虑到的其它方式也包含在本发明的范围内。另外，也能够将上述实施方式和变形例的一个或多个进行任意地组合。