ES2305281T3 - Procedimiento para controlar una herramienta de atornillado de funcionamiento intermitente. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar una herramienta de atornillado que realiza carreras de giro intermitente y presenta un sensor (23) de momento de giro y un sensor (33) de ángulo de giro, con las etapas de - realizar carreras midiendo el momento (MD) de giro en un modo (DMM) de momento de giro, y - al alcanzar un momento (M F) de ensamblaje predeterminado: pasar a un modo (DWM) de ángulo de giro en el que se incrementa el ángulo (alfa) de giro hasta el final de la carrera en curso y almacenar los valores alcanzados al final de la carrera del ángulo (alfaHE1) de giro y del momento (MHE1) de giro, caracterizado por - en cada carrera posterior: continuar el incremento del ángulo (alfa) de giro cuando el momento (MD) de giro alcanza un valor que corresponde al momento (MHE) de giro al final de la carrera anterior y almacenar los valores alcanzados al final de la carrera del ángulo (alfa HE) de giro y del momento (M HE) de giro, y - finalizar la operación de atornillado cuando el ángulo de giro incrementado alcanza un ángulo (alfaZ) objetivo.
Description
Procedimiento para controlar una herramienta de
atornillado de funcionamiento intermitente.
La invención se refiere a un procedimiento según
el preámbulo de la reivindicación 1 independiente para controlar
una herramienta de atornillado que realiza carreras de giro
intermitente y presenta un sensor del momento de giro y un sensor
del ángulo de giro. Un procedimiento de este tipo se conoce por el
documento EP 0 340 999 A.
Se conoce el uso de destornilladores a motor
hidráulicos para apretar tornillos que presentan una unidad de
cilindro y émbolo que acciona una palanca de trinquete hacia un lado
y otro. La palanca de trinquete impulsa un elemento anular que se
acopla a través de un piñón clave con el tornillo que debe girarse.
Mediante las carreras de giro de la palanca de trinquete en una
dirección se aprieta el tornillo, mientras que la carrera de
retorno de la palanca de trinquete se realiza en vacío.
En el caso de tornillos que se aprietan con
destornilladores a motor, a menudo debe mantenerse exactamente una
pretensión predeterminada para que por un lado el tornillo tense el
perno correspondiente de manera definida, pero para que por otro
lado el perno tampoco se tense en exceso. Para lograr una tensión
definida no basta con medir la presión hidráulica en el caso de un
destornillador a motor hidráulico y finalizar la operación de
atornillado cuando la presión hidráulica alcanza un valor límite. Al
apretar tornillos pueden aparecer inconvenientes imprevistos como
por ejemplo atascamientos o ladeos que se producen debido a
posiciones incorrectas en la rosca o debido al óxido. La
resistencia al atornillado es una medida adecuada para lograr
condiciones de atornillado definidas.
El objeto de la invención es indicar un
procedimiento para controlar una herramienta de atornillado con el
que se logra una gran precisión y reproducibilidad de la operación
de atornillado, de manera que las operaciones de atornillado
realizadas con este procedimiento ofrecen la seguridad del apriete
correcto del tornillo.
La solución se consigue según la invención con
las características indicadas en la reivindicación 1. Según ésta el
atornillado se realiza con las siguientes etapas:
- -
- realizar carreras de giro midiendo el momento de giro en un modo de momento de giro,
- -
- al alcanzar un momento de ensamblaje predeterminado: realizar un modo de ángulo de giro incrementando el ángulo de giro hasta el final de la carrera en curso y almacenar el valor alcanzado al final de la carrera del ángulo de giro y del momento de giro,
- -
- en cada carrera posterior: continuar el incremento del ángulo de giro cuando el momento de giro alcanza un valor que corresponde al momento de giro al final de la carrera anterior y almacenar los valores alcanzados al final de la carrera del ángulo de giro y del momento de giro,
- -
- finalizar la operación de atornillado cuando el ángulo de giro incrementado alcanza un ángulo objetivo.
En el procedimiento según la invención se
realiza en primer lugar un modo de momento de giro en el que se
aprieta el tornillo hasta un momento de ensamblaje. El momento de
ensamblaje establecido previamente se mide de manera que las partes
que van a unirse se sostengan en cierto modo de manera que la
conexión de tornillo al alcanzar el momento de ensamblaje ya esté
básicamente fijada. Al alcanzar el momento de ensamblaje se pasa al
modo de ángulo de giro en el que se cubre un determinado ángulo de
giro predeterminado que se denomina ángulo objetivo. La cobertura
del ángulo de giro se realiza incrementando incrementos del ángulo
de giro que se proporcionan por un sensor de ángulo de giro.
Para alcanzar el ángulo objetivo son necesarias
varias carreras de la herramienta de atornillado. En cada carrera
se aumentan el momento de giro y el ángulo de giro y en la carrera
de retorno subsiguiente el momento de giro vuelve a cero. En la
siguiente carrera el momento de giro aumenta muy rápido. Según la
invención la suma continuada del ángulo de giro se produce sólo
cuando en una carrera posterior se ha alcanzado el mismo momento de
giro en el que se finalizó la carrera anterior. Este momento de giro
al final de una carrera se almacena en una memoria al igual que el
ángulo de giro acumulado hasta este instante.
El procedimiento según la invención posibilita
un control seguro de la operación de atornillado. A este respecto
se parte de que el momento de ensamblaje en el modo de momento de
giro puede reproducirse y puede determinarse con gran precisión.
Una vez alcanzado el momento de ensamblaje se pasa al modo de ángulo
de giro, en el que se realiza una medición del ángulo hasta
alcanzar el ángulo objetivo. La finalización de la operación de
atornillado se produce por tanto sólo en función del ángulo de giro
que se ha cubierto tras alcanzar el momento de ensamblaje.
Según un perfeccionamiento preferido de la
invención está previsto que el modo de ángulo de giro sólo se inicie
cuando se alcanza el momento de ensamblaje en movimiento. Si el
momento de ensamblaje se alcanza por ejemplo al final de una
carrera mientras la operación de giro está totalmente o casi parada,
no se obtienen relaciones de fricción definidas en la conexión de
tornillo. Puede darse también el caso de que debido a un atasco o
bloqueo temporal el momento de giro aumente por encima del valor del
momento de ensamblaje, de manera que para iniciar el modo de ángulo
de giro se consideraría un estado aleatorio. Para evitar esto sólo
se considera haber alcanzado el momento de ensamblaje cuando la
operación de atornillado se realiza en una región lineal y,
concretamente, a una determinada distancia del final de la
carrera.
En una variante preferida del procedimiento
según la invención, en el caso de que tras alcanzar el momento de
ensamblaje durante una carrera el incremento quede por debajo de un
valor límite predeterminado, no se utiliza el haber alcanzado el
momento de ensamblaje y el uso se pasa a la siguiente carrera. Esta
condición corresponde al caso en el que el momento de ensamblaje se
alcanza al final de una carrera. En este caso se mantiene el modo
de momento de giro y tras la siguiente carrera de retorno, se
realiza una nueva carrera en el modo de momento de giro, en el que
entonces vuelve a alcanzarse el momento de ensamblaje. Se evalúa el
haber alcanzado por segunda vez el momento de ensamblaje para
constituir el punto de partida para contar el ángulo. El
procedimiento según la invención posibilita también establecer y
utilizar el cociente diferencial de la dependencia entre momento de
giro y ángulo de giro.
En una forma de realización especial del
procedimiento este cociente diferencial se establece y almacena ya
antes de alcanzarse el momento de ensamblaje. Con ayuda del momento
de giro medido en cada caso y el cociente diferencial almacenado se
determina de antemano si el momento de ensamblaje se alcanza al
final de la carrera. El momento de giro indica el estado real y el
cociente diferencial posibilita una extrapolación de manera que
puede determinarse de antemano si el momento de ensamblaje se
alcanza al final de la carrera. Si éste es el caso, entonces se
finaliza la carrera ya antes de alcanzar el final de la carrera, de
modo que se pasa a alcanzar el momento de ensamblaje en la
siguiente carrera.
El cociente diferencial de la dependencia entre
momento de giro y ángulo de giro también puede aprovecharse para el
control del modo de ángulo de giro, descartando la operación de
atornillado cuando durante el incremento del ángulo de giro se
establece una desviación del valor almacenado que se sitúa fuera de
un intervalo de tolerancia. De este modo pueden establecerse
anomalías, por ejemplo el bloqueo de un tornillo o una resistencia
al atornillado demasiado alta. Un estado como éste aparece cuando la
herramienta de atornillado está colocada contra un tornillo que ya
está apretado. También pueden detectarse y rechazarse tornillos que
se mueven demasiado tras alcanzar el momento de ensamblaje.
En una región angular antes de alcanzar el
ángulo objetivo se define convenientemente un intervalo de
tolerancia especial más estrecho. De este modo se garantiza
alcanzar el ángulo objetivo sólo con un cociente diferencial que se
sitúa próximo al cociente diferencial predeterminado almacenado. Se
impide alcanzar el ángulo objetivo con un empujón. Si el cociente
diferencial se sitúa fuera del intervalo de tolerancia especial se
rechaza la operación de atornillado.
En el marco de la invención también es posible
medir la duración de cada carrera y rechazar la operación de
atornillado con una duración demasiado grande. Con esto se excluyen
conexiones de tornillo en las que existen irregularidades.
A continuación se explicará más detalladamente
un ejemplo de realización de la invención teniendo en cuenta los
dibujos, en los que:
la figura 1 es una representación esquemática de
un destornillador a motor hidráulico con sensor de momento de giro
y sensor de ángulo de giro,
la figura 2 es un corte esquemático a lo largo
de la línea II/II de la figura 1,
la figura 3 es un diagrama del momento de giro
con respecto al ángulo de giro en una operación de atornillado
y
la figura 4 es una representación de la
determinación del cociente diferencial del eje lineal de una
carrera.
En las figuras 1 y 2 está representado un
destornillador a motor hidráulico. Éste presenta una parte 10 de
accionamiento y una parte 11 de actuación. La parte de accionamiento
contiene un cilindro hidráulico en el que está guiado un émbolo 12
de manera desplazable. El accionamiento del émbolo 12 se realiza de
manera hidráulica en cada caso en la dirección de avance (según la
figura 1 hacia la izquierda) y en la dirección de retorno (hacia la
derecha). Un dispositivo 13 de conexión giratorio tiene una conexión
de presión y una conexión de retroceso.
La parte 11 de actuación presenta una carcasa 14
en la que se mueve una palanca 15 de trinquete. La palanca 15 de
trinquete está unida con el émbolo 12 a través de una biela 16 de
émbolo. En una perforación transversal de la carcasa 14 está
alojado de manera giratoria un árbol 17. El árbol 17 presenta en el
interior de la carcasa 14 un dentado 18 circular, en el que se
engrana un dentado (no representado) de la palanca 15 de trinquete.
En cada carrera del émbolo 12 se gira el árbol 17 una magnitud
angular determinada alrededor de su eje. A continuación se produce
la carrera de retorno de la palanca 15 de trinquete, en la que no se
arrastra el árbol 17.
El árbol 17 presenta en un extremo un
dispositivo de arrastre en forma de una entalladura 21 de inserción
de sección transversal hexagonal. En un espacio 22 hueco del árbol
17 se encuentra un sensor 23 de torsión en forma de bandas de
medición que están adheridas a la pared periférica. La zona del
árbol 17 que soporta el sensor 23 de torsión constituye la sección
25 de medición.
En el extremo trasero del árbol 17 está previsto
un elemento 28 de transmisión de datos. Desde el sensor 23 de
torsión se extiende un canal 29 de cable hacia el elemento 28 de
transmisión de datos. El elemento 28 de transmisión de datos es por
ejemplo una disposición de anillo colector que une un cable 30
externo con el sensor 23 de torsión, que puede girar con el árbol
17. Alternativamente la transmisión puede realizarse también de
forma inalámbrica. El cable 30 va hacia una conexión 31 de cable
(figura 1) que está prevista en la carcasa 14 y en la que puede
conectarse un aparato de control.
El destornillador a motor hidráulico está
equipado además con un dispositivo 33 de medición del ángulo de
giro. Éste presenta un disco 34 de código que está fijado al árbol
17 y un sensor 35 angular que reacciona a las rayas del disco 34 de
código y de este modo genera impulsos de ángulo de giro. El sensor
35 angular consiste en una barrera fotoeléctrica de horquilla en la
que penetra el disco de código que sobresale radialmente del árbol
17. Desde el sensor 25 angular un cable 38 va hacia la conexión 31
de cable de modo que tanto el sensor 23 de torsión como el sensor
35 angular son accesibles eléctricamente en la conexión 31 de
cable.
Las señales del sensor 23 del momento de giro y
del sensor 33 del ángulo de giro se suministran a un aparato de
control (no representado) que a su vez controla una válvula que
puede interrumpir la alimentación de presión a las conexiones 13 de
tubo flexible. Por lo demás el funcionamiento del destornillador a
motor se controla de manera que ambas conexiones hidráulicas del
destornillador a motor se unen alternativamente con un conducto de
presión y un conducto de retroceso, realizándose la inversión o bien
mecánicamente mediante accionamiento de una válvula de inversión,
cuando el émbolo 12 está empujado contra el tope en cuestión y no se
produce más movimiento adicional, o bien mediante inversión
automática.
La figura 3 muestra para un caso de atornillado
determinado la dependencia entre el momento M_{D} de giro y el
ángulo \alpha de giro. En la primera carrera del destornillador a
motor se produce en primer lugar un aumento 50 no lineal del
momento de giro con respecto al ángulo \alpha de giro y cuando se
produce la conexión de tornillo, un aumento 51 lineal en el que se
estira el perno roscado. En la carrera de retorno del
destornillador a motor el momento M_{D} de giro se reduce en el
intervalo 52 a cero, tras lo cual se inicia entonces la segunda
carrera.
Hasta alcanzar un momento M_{F} de ensamblaje
establecido previamente el atornillado se realiza en el modo
D_{M} de momento de giro, es decir, midiendo el momento de giro.
Cuando el momento de giro ha alcanzado el valor del momento M_{F}
de ensamblaje, el modo pasa al modo DWM de ángulo de giro. En el
instante de alcanzar el momento de ensamblaje el ángulo de giro se
define como \alpha = 0, de modo que el incremento posterior del
ángulo de giro se refiere en cada caso al ángulo de giro en el que
se ha alcanzado el momento M_{F} de ensamblaje.
Se pasa por el momento M_{F} de ensamblaje en
movimiento, es decir, la modificación del modo de DMM a DWM se
realiza sin que la carrera se haya interrumpido. Al final de la
carrera en cuestión el momento de giro alcanza el valor M_{HE1},
que se refiere al final 1 de la carrera tras alcanzarse el momento
de ensamblaje. En la siguiente carrera de retorno el momento de
giro vuelve a 0 y en la tercera carrera se produce en primer lugar
un aumento 53 no lineal hasta alcanzarse el momento M_{HE1} de
giro y entonces continúa una región 54 lineal en la que sigue
apretándose el tornillo. Al final de cada carrera se almacena el
valor del momento de giro al final M_{HE1}, M_{HE2} y M_{HE3}
de la carrera, al igual que el ángulo \alpha_{HE1},
\alpha_{HE2}, \alpha_{HE3} de giro correspondiente. Cuando
en la siguiente carrera el momento de giro ha alcanzado el mismo
valor que el final del momento de giro de la carrera anterior, se
inicia el incremento adicional del ángulo \alpha de giro. El
ángulo \alpha_{ HE1} que se almacenó al final de la segunda
carrera constituye asimismo el ángulo \alpha_{HE2} de partida en
el que se produce la suma continuada en la región 54 lineal durante
la tercera carrera. Al final de la tercera carrera se almacena el
valor \alpha_{HE2} final y en la cuarta carrera se inicia la
suma continuada del ángulo con el valor \alpha_{HE3}, que es
igual a \alpha_{HE2}.
La operación de atornillado finaliza cuando se
alcanza un ángulo \alpha_{Z} objetivo que está establecido por
ejemplo en 90º (tras alcanzarse el momento M_{F} de ensamblaje).
Entonces se desconecta el destornillador a motor. El tornillo está
ahora apretado de manera definida, habiéndose alcanzado la tensión
deseada del perno roscado.
Para detectar el ángulo de giro existe la
condición de que sólo se produzca un incremento del ángulo de giro
cuando el momento medido simultáneamente tenga por lo menos la
magnitud del momento M_{F} de ensamblaje. Con esto se garantiza
que el ángulo de giro se detecta básicamente sólo a partir del
momento de ensamblaje.
Otra condición consiste en que el incremento del
ángulo de giro sólo se produzca cuando en la carrera anterior se ha
producido un incremento del ángulo de giro y se ha detectado el
momento de giro correspondiente. Una suma hasta el ángulo de giro
ya almacenado se produce sólo cuando se alcanza un momento de giro,
que se ha almacenado al final de la última carrera, menos un
intervalo de tolerancia, por ejemplo del 5%. La suma continuada se
realiza sin embargo sólo al alcanzarse el momento de giro final de
la última carrera. De este modo se garantiza que la suma del ángulo
de giro sólo se produzca cuando la tuerca se gire y no cuando esté
en una posición fija.
Lo mismo ocurre también para el hecho de
alcanzar el momento M_{F} de ensamblaje. El haber alcanzado el
momento de ensamblaje sólo debería establecerse cuando se pasa por
la parte lineal de la línea de tensión, y concretamente en la
región central entre los puntos finales. Si el momento de ensamblaje
se alcanza en el extremo superior de la región lineal, se produce
una nueva determinación de haber alcanzado el momento de
ensamblaje. El paso del modo DMM de momento de giro al modo DWM de
ángulo de giro debe realizarse en movimiento de giro, es decir no
al final de una carrera. Esto es necesario para determinar de manera
definida el punto de partida \alpha = 0 con una reproducibilidad
suficiente. Si tras alcanzarse el momento de ensamblaje ya sólo se
pasa por una pequeña región angular que se sitúa por debajo de un
valor límite de por ejemplo 2º, se rechaza el reconocimiento del
momento de ensamblaje y se pasa a la siguiente carrera. Un modo de
funcionamiento de este tipo es posible tanto en un control manual
del destornillador a motor como en un control automático.
En un control automático es posible todavía
adicionalmente o alternativamente el siguiente criterio:
Ya antes de alcanzarse el momento de ensamblaje
se establece el cociente diferencial de la dependencia entre
momento de giro y ángulo de giro, es decir la pendiente de la recta.
Mediante el momento de giro medido en cada caso y el cociente
diferencial se determina de antemano si el momento de ensamblaje se
alcanza al final de la carrera. Si se reconoce que el momento de
ensamblaje se alcanza al final de la carrera, el sistema automático
finaliza la carrera antes de tiempo y se introduce una nueva carrera
en la que entonces se alcanza el momento de ensamblaje en la región
lineal.
La figura 4 muestra el establecimiento del
cociente Q diferencial en la región lineal de la curva M_{D} con
respecto a \alpha. El cociente diferencial, es decir la pendiente
se calcula como
En esta fórmula, M_{D1} significa el momento
de giro que se mide con un ángulo \alpha_{1} de giro determinado
tras alcanzarse el momento de ensamblaje, y el momento M_{D2} de
giro es el momento de giro que se mide con un ángulo \alpha_{2}
de giro superior.
El cociente Q diferencial también puede
emplearse para otras comprobaciones, por ejemplo la comprobación de
si un tornillo ya está apretado. En este caso el destornillador a
motor funciona concretamente en un momento de giro muy alto sin que
se produzca un giro adicional. Como consecuencia el cociente
diferencial se sitúa fuera de un intervalo de tolerancia. Entonces
se interrumpe la operación de atornillado.
El cociente diferencial también puede evaluarse
directamente antes de alcanzarse el valor objetivo. Con esto se
define un intervalo de tolerancia especial para el cociente
diferencial y el valor objetivo sólo se considera alcanzado si el
cociente diferencial se estableció previamente en el intervalo de
tolerancia especial. De este modo se evita que el ángulo objetivo
se alcance mediante un empujón brusco.
Otra posibilidad consiste en medir la duración
de cada carrera, rechazándose la operación de atornillado con una
duración demasiado grande. Por ejemplo existe la posibilidad de
medir para un caso de atornillado determinado numerosas duraciones
de cada carrera en varias operaciones de atornillado y entonces
definir una duración de carrera media que se almacena. Del mismo
modo puede medirse también para el cociente Q diferencial un valor
típico a partir de numerosos valores medidos previamente o
determinarse de otro modo.
Claims (7)
1. Procedimiento para controlar una herramienta
de atornillado que realiza carreras de giro intermitente y presenta
un sensor (23) de momento de giro y un sensor (33) de ángulo de
giro, con las etapas de
- -
- realizar carreras midiendo el momento (M_{D}) de giro en un modo (DMM) de momento de giro, y
- -
- al alcanzar un momento (M_{F}) de ensamblaje predeterminado: pasar a un modo (DWM) de ángulo de giro en el que se incrementa el ángulo (\alpha) de giro hasta el final de la carrera en curso y almacenar los valores alcanzados al final de la carrera del ángulo (\alpha_{HE1}) de giro y del momento (M_{ HE1}) de giro,
- caracterizado por
- -
- en cada carrera posterior: continuar el incremento del ángulo (\alpha) de giro cuando el momento (M_{D}) de giro alcanza un valor que corresponde al momento (M_{HE}) de giro al final de la carrera anterior y almacenar los valores alcanzados al final de la carrera del ángulo (\alpha_{HE}) de giro y del momento (M_{HE}) de giro, y
- -
- finalizar la operación de atornillado cuando el ángulo de giro incrementado alcanza un ángulo (\alpha_{Z}) objetivo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el modo (DWM) de ángulo de giro sólo se
inicia cuando el momento (M_{F}) de ensamblaje se alcanza en
movimiento.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque en caso de que tras alcanzarse el
momento (M_{F}) de ensamblaje durante una carrera el incremento
quede por debajo de un valor límite predeterminado, no se utiliza
el haber alcanzado el momento (M_{F}) de ensamblaje y el uso se
pasa a la siguiente carrera.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque ya antes de
alcanzarse el momento (M_{F}) de ensamblaje se determina y se
almacena el cociente (Q) diferencial de la dependencia entre
momento (M_{D}) de giro y ángulo (\alpha) de giro y porque
mediante el momento de giro medido en cada caso y el cociente (Q)
diferencial se determina previamente si el momento (M_{F}) de
ensamblaje se alcanza al final de la carrera.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se determina y
se almacena el cociente (Q) diferencial de la dependencia entre
momento (M_{D}) de giro y ángulo (\alpha) de giro y porque la
operación de atornillado se rechaza cuando durante el incremento del
ángulo (\alpha) de giro se establece una desviación respecto al
valor almacenado del cociente (Q) diferencial que se sitúa fuera de
un intervalo de tolerancia.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque en una región angular antes de
alcanzarse el ángulo \alpha_{Z} objetivo se define un intervalo
de tolerancia especial más estrecho, que al superarlo se rechaza la
operación de atornillado.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se mide la
duración de cada carrera y se rechaza la operación de atornillado
en caso de una duración demasiado grande.
Applications Claiming Priority (2)
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