JPH0929655A - 最適時間ボルト締付方法 - Google Patents
最適時間ボルト締付方法Info
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- JPH0929655A JPH0929655A JP7197987A JP19798795A JPH0929655A JP H0929655 A JPH0929655 A JP H0929655A JP 7197987 A JP7197987 A JP 7197987A JP 19798795 A JP19798795 A JP 19798795A JP H0929655 A JPH0929655 A JP H0929655A
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- Japan
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- torque
- speed
- curve
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- curves
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- B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D17/00—Control of torque; Control of mechanical power
- G05D17/02—Control of torque; Control of mechanical power characterised by the use of electric means
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
- B25B23/147—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for electrically operated wrenches or screwdrivers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 目的のトルクをプリセットした後、数回の学
習によりナットランナー自体が最短時間で目標トルクに
停止するような内部パラメータを決定することにより、
新たなプログラムを作成する必要のないものである。 【構成】 締付開始スピードと目標トルクおよび許容誤
差を設定した後、これらの値から特定運動方程式に基づ
き計算の上、多数の曲線を生成し、前記多数の曲線から
所望の曲線を選択し、該曲線に沿ったスピードでモータ
を制御しながらトルク値を測定し、その測定値が目標ト
ルクに最も短時間で達した前記曲線に基づいて実際のボ
ルト締め付けを実行するようにした最適時間ボルト締付
方法である。
習によりナットランナー自体が最短時間で目標トルクに
停止するような内部パラメータを決定することにより、
新たなプログラムを作成する必要のないものである。 【構成】 締付開始スピードと目標トルクおよび許容誤
差を設定した後、これらの値から特定運動方程式に基づ
き計算の上、多数の曲線を生成し、前記多数の曲線から
所望の曲線を選択し、該曲線に沿ったスピードでモータ
を制御しながらトルク値を測定し、その測定値が目標ト
ルクに最も短時間で達した前記曲線に基づいて実際のボ
ルト締め付けを実行するようにした最適時間ボルト締付
方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナットランナーを
用いてボルトあるいはナットを一定のトルクをもって締
め付ける方法に関する。
用いてボルトあるいはナットを一定のトルクをもって締
め付ける方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ナットランナーを用いてボルトを締め付
ける際して、目的のトルク値に達した時にモータへの速
度指令を零にした場合、速度指令がモータに伝達される
までの時間遅れにより、およびモータ本体の慣性により
ボルトが過剰に締め付けられ、目的のトルク値をオーバ
ーランすることがある。
ける際して、目的のトルク値に達した時にモータへの速
度指令を零にした場合、速度指令がモータに伝達される
までの時間遅れにより、およびモータ本体の慣性により
ボルトが過剰に締め付けられ、目的のトルク値をオーバ
ーランすることがある。
【０００３】このオーバーランを防止するためには、目
的のトルク値の直前でモータの速度を限りなく零に近い
値にすることが必要となるが、むやみに速度を下げると
作業時間が長くなり、実操業上望ましくない。また、速
度を限りなく零にすると、摩擦力のバラツキの変化等に
より目標値の手前で停止する場合もある。
的のトルク値の直前でモータの速度を限りなく零に近い
値にすることが必要となるが、むやみに速度を下げると
作業時間が長くなり、実操業上望ましくない。また、速
度を限りなく零にすると、摩擦力のバラツキの変化等に
より目標値の手前で停止する場合もある。
【０００４】そこで、従来にあっては、プログラマーが
従来の経験を生かして、数段階にわたるプログラムを作
成してナットランナーを駆動制御していた。
従来の経験を生かして、数段階にわたるプログラムを作
成してナットランナーを駆動制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したプロ
グラムを作成するには、相当の経験と熟練を要し、誰で
もがプログラムを作成してナットランナーを使用できる
ものではなく、また、熟練したプログラマーであっても
プログラム作成に相当な時間を要するといった問題があ
った。
グラムを作成するには、相当の経験と熟練を要し、誰で
もがプログラムを作成してナットランナーを使用できる
ものではなく、また、熟練したプログラマーであっても
プログラム作成に相当な時間を要するといった問題があ
った。
【０００６】本発明は前記した問題点を解決せんとする
もので、その目的とするところは、目的のトルクをプリ
セットした後、数回の学習によりナットランナー自体が
最短時間で目標トルクに停止するような内部パラメータ
を決定することにより、新たなプログラムを作成する必
要のない最適時間ボルト締付方法を提供せんとするにあ
る。
もので、その目的とするところは、目的のトルクをプリ
セットした後、数回の学習によりナットランナー自体が
最短時間で目標トルクに停止するような内部パラメータ
を決定することにより、新たなプログラムを作成する必
要のない最適時間ボルト締付方法を提供せんとするにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の最適時間ボルト
締付方法は前記した目的を達成せんとするもので、その
手段は、締付開始スピードと目標トルクおよび許容誤差
を設定した後、これらの値から特定方程式に基づき計算
の上、多数の曲線を生成し、前記多数の曲線から所望の
曲線を選択し、該曲線に沿ったスピードでモータを制御
しながらトルク値を測定し、その測定値が目標トルクに
最も短時間で達した前記曲線に基づいて実際のボルト締
め付けを実行するようにしたことであり、また、前記目
標トルクに達した時点のモータに流れている電流を停止
後引続き一定時間流し、初期軸力低下に伴うトルクロス
の補償締付けを行うようしたことを特徴とする。
締付方法は前記した目的を達成せんとするもので、その
手段は、締付開始スピードと目標トルクおよび許容誤差
を設定した後、これらの値から特定方程式に基づき計算
の上、多数の曲線を生成し、前記多数の曲線から所望の
曲線を選択し、該曲線に沿ったスピードでモータを制御
しながらトルク値を測定し、その測定値が目標トルクに
最も短時間で達した前記曲線に基づいて実際のボルト締
め付けを実行するようにしたことであり、また、前記目
標トルクに達した時点のモータに流れている電流を停止
後引続き一定時間流し、初期軸力低下に伴うトルクロス
の補償締付けを行うようしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の態様】以下、本発明に係る最適時間ボル
ト締付装置の原理を説明する。一般に回転体の運動エネ
ルギーは、
ト締付装置の原理を説明する。一般に回転体の運動エネ
ルギーは、
【数１】 と記述される。なお、Ｆ：入力（指令速度）、Ｉ：慣性
モーメント、Ｄ：減衰定数、ω：角速度、ｔ：時間
モーメント、Ｄ：減衰定数、ω：角速度、ｔ：時間
【０００９】前記式(1はステップ式に指令速度Ｆを変化
させると、Ｉ，Ｄおよび変化時の角速度ωにより、その
後の挙動が決まることを示している。また、締付トルク
は着座後（トルク発生後）のωの時間積分値と比例す
る。
させると、Ｉ，Ｄおよび変化時の角速度ωにより、その
後の挙動が決まることを示している。また、締付トルク
は着座後（トルク発生後）のωの時間積分値と比例す
る。
【００１０】いま、着座後、指令速度Ｆを限りなくＤω
に近づけると、締付トルクはゆっくりと目的トルクに近
づき、目的トルクをτ、指令速度をφとすると、トルク
のオーバーシュートは無いが時間ｔが極めて大きくな
る。また、逆に指令速度φを大きくし、目的トルクτの
到達時間を短くすると指令速度φ後、
に近づけると、締付トルクはゆっくりと目的トルクに近
づき、目的トルクをτ、指令速度をφとすると、トルク
のオーバーシュートは無いが時間ｔが極めて大きくな
る。また、逆に指令速度φを大きくし、目的トルクτの
到達時間を短くすると指令速度φ後、
【数２】 に従って運動し、指令速度φ後、ω＝０となまるでの
【数３】 が締付トルクのオーバーシュート分となる。
【００１１】いま、ωを縦軸、トルクＴを横軸に図３の
曲線を仮定する。条件として、 1) トルク零の間最高速度 2) 目的トルクτ、指令速度φ という曲線に従いトルクを監視しながら速度を制御する
ことにより、例えば、曲線 (ニ) にモータが応答すれば
最も短時間で締め付けは完了する。また、モータが追従
しきれなければオーバーシュートとなって表れる。
曲線を仮定する。条件として、 1) トルク零の間最高速度 2) 目的トルクτ、指令速度φ という曲線に従いトルクを監視しながら速度を制御する
ことにより、例えば、曲線 (ニ) にモータが応答すれば
最も短時間で締め付けは完了する。また、モータが追従
しきれなければオーバーシュートとなって表れる。
【００１２】次に、本発明の一つの実施の態様を図１、
図２と共に説明する。図１は定軸力ボルト締付装置を示
すブロック図、図２は同上の動作を示すフローチャート
図である。１はＣＰＵ、２は前記した図３における曲線
の内、どの曲線から学習を行うかを決定する設定スイッ
チ、３は前記した図３の曲線を速度、トルクを１００％
データとして正規化することにより得た図５のテーブル
を記憶するメモリ、４はナットランナー、５は該ナット
ランナー４内に装備されたトルクセンサ、６は警報装置
である。
図２と共に説明する。図１は定軸力ボルト締付装置を示
すブロック図、図２は同上の動作を示すフローチャート
図である。１はＣＰＵ、２は前記した図３における曲線
の内、どの曲線から学習を行うかを決定する設定スイッ
チ、３は前記した図３の曲線を速度、トルクを１００％
データとして正規化することにより得た図５のテーブル
を記憶するメモリ、４はナットランナー、５は該ナット
ランナー４内に装備されたトルクセンサ、６は警報装置
である。
【００１３】次に、前記したブロック図に基づいて図２
のフローチャート図と共に説明するに、先ず、設定スイ
ッチ２を操作して締め付けを行うナットランナー４の特
性などに基づいた締め付け開始スピードＳと最終締付力
である目標トルクＴおよび許容誤差Ｅを設定する（ステ
ップＳ１）。次いで、前記各値を基に図３の曲線Ｐを多
数、是域した運動方程式により生成する。（ステップＳ
２）。
のフローチャート図と共に説明するに、先ず、設定スイ
ッチ２を操作して締め付けを行うナットランナー４の特
性などに基づいた締め付け開始スピードＳと最終締付力
である目標トルクＴおよび許容誤差Ｅを設定する（ステ
ップＳ１）。次いで、前記各値を基に図３の曲線Ｐを多
数、是域した運動方程式により生成する。（ステップＳ
２）。
【００１４】図３の曲線はトルクをベースに、そのトル
ク値の時にどれくらいの速度であるべきかを決定するも
ので、曲線Ｐにより同一トルク値でも速度は全て異な
り、また、速度の低減率も当然異なる。
ク値の時にどれくらいの速度であるべきかを決定するも
ので、曲線Ｐにより同一トルク値でも速度は全て異な
り、また、速度の低減率も当然異なる。
【００１５】図４の(a) は前記図３の曲線におけるＰ10
番目、また、(b) はＰ5 番目を示し、図中のｊは曲線を
実行している時のインデックスNoで“０”〜“ｎ”まで
“１”ずつ増加していく数値であり、このｊの最大値
“ｎ”を大きくとればよりきめ細かい制御が可能とな
る。
番目、また、(b) はＰ5 番目を示し、図中のｊは曲線を
実行している時のインデックスNoで“０”〜“ｎ”まで
“１”ずつ増加していく数値であり、このｊの最大値
“ｎ”を大きくとればよりきめ細かい制御が可能とな
る。
【００１６】前記曲線Ｐの内、Ｐnim ≦Ｐｓ≦Ｐmax な
る特定曲線Ｐｓまたは、以前実行したＰｓを仮定すると
（ステップＳ３）、ＣＰＵ１は前記パラメータＰｓに対
応するカーブに沿ったトルク／スピードテーブルからＪ
＝０を読み出し、前記図５におけるパラメータＰｓに合
ったスピードＳ0 、トルクＴ0 を設定し、このスピード
Ｓ0 で締め付けを開始する（ステップＳ４）。
る特定曲線Ｐｓまたは、以前実行したＰｓを仮定すると
（ステップＳ３）、ＣＰＵ１は前記パラメータＰｓに対
応するカーブに沿ったトルク／スピードテーブルからＪ
＝０を読み出し、前記図５におけるパラメータＰｓに合
ったスピードＳ0 、トルクＴ0 を設定し、このスピード
Ｓ0 で締め付けを開始する（ステップＳ４）。
【００１７】締め付けが開始されるとＣＰＵ１は、ナッ
トランナー４に内蔵されたトルクセンサ５によるトルク
ｔの値を監視し（ステップＳ５）、該検出トルクｔがＪ
＝０の時のトルク値Ｔｊより大きいか等しいかを判断し
（ステップＳ６）、検出トルクｔがトルク値Ｔｊに達し
と判断した場合には、次のポイントであるスピードＳを
出力し、検出トルク値がＴになるまで前記スピードＳで
回転させる。以後、この繰り返しを行い検出トルクｔが
目標トルクＴに達するまで行う（ステップＳ７）。
トランナー４に内蔵されたトルクセンサ５によるトルク
ｔの値を監視し（ステップＳ５）、該検出トルクｔがＪ
＝０の時のトルク値Ｔｊより大きいか等しいかを判断し
（ステップＳ６）、検出トルクｔがトルク値Ｔｊに達し
と判断した場合には、次のポイントであるスピードＳを
出力し、検出トルク値がＴになるまで前記スピードＳで
回転させる。以後、この繰り返しを行い検出トルクｔが
目標トルクＴに達するまで行う（ステップＳ７）。
【００１８】前記ステップＳ７において、例えば、スピ
ードＳ5 において検出トルクｔの値がｔ5 に達した場合
には、トルク／スピードテーブルのインデックスを更新
（ステップＳ８）してステップＳ４に戻って前記したと
同様な動作を行う。そして、検出トルクｔが目標トルク
Ｔより大きいか等しくなると、ナットランナー４のモー
タを停止させる。（ステップＳ９）。
ードＳ5 において検出トルクｔの値がｔ5 に達した場合
には、トルク／スピードテーブルのインデックスを更新
（ステップＳ８）してステップＳ４に戻って前記したと
同様な動作を行う。そして、検出トルクｔが目標トルク
Ｔより大きいか等しくなると、ナットランナー４のモー
タを停止させる。（ステップＳ９）。
【００１９】次いで、最終検出トルクｔ−目標トルクＴ
≦許容値Ｅであるか否かを判断し（ステップＳ１０）、
最終検出トルクｔ−目標トルクＴが許容値Ｅより小さい
場合には、前記スピードＰｓより速い曲線Ｐｓ＋ｍを選
択して、前記したと同様な動作を行い（ステップＳ１
１）、スピードＰ≧Ｐmax になるまで実行する。そし
て、ＣＰＵ１は前記スピードＰ≧Ｐmax になったか否か
を監視し（ステップＳ１２）、Ｐ＝Ｐmax であると判断
すると（ステップＳ１３）、その時のスピードＰを記憶
して（ステップＳ１４）、学習機能は終了する。
≦許容値Ｅであるか否かを判断し（ステップＳ１０）、
最終検出トルクｔ−目標トルクＴが許容値Ｅより小さい
場合には、前記スピードＰｓより速い曲線Ｐｓ＋ｍを選
択して、前記したと同様な動作を行い（ステップＳ１
１）、スピードＰ≧Ｐmax になるまで実行する。そし
て、ＣＰＵ１は前記スピードＰ≧Ｐmax になったか否か
を監視し（ステップＳ１２）、Ｐ＝Ｐmax であると判断
すると（ステップＳ１３）、その時のスピードＰを記憶
して（ステップＳ１４）、学習機能は終了する。
【００２０】一方、前記したステップＳ１０において、
最終検出トルクｔ−目標トルクＴが許容値Ｅより大きい
と判断すると、ステップＳ１０における判断が前回許容
値以下であったか否かを判断し（ステップＳ１５）、前
回のステップＳ１９における判断で許容値以下であった
とすると前回におけるスピードＰを記憶し（ステップＳ
１６）、学習機能は終了する。
最終検出トルクｔ−目標トルクＴが許容値Ｅより大きい
と判断すると、ステップＳ１０における判断が前回許容
値以下であったか否かを判断し（ステップＳ１５）、前
回のステップＳ１９における判断で許容値以下であった
とすると前回におけるスピードＰを記憶し（ステップＳ
１６）、学習機能は終了する。
【００２１】また、前記ステップＳ１５において許容値
以上であったと判断すると、前記スピードＰｓより遅い
曲線Ｐｓ−ｍを選択して、前記したと同様な動作を行い
（ステップＳ１７）、スピードＰ≦Ｐmin になるまで実
行する。そして、ＣＰＵ１は前記スピードＰ≦Ｐmin に
なったか否かを監視し（ステップＳ１８）、Ｐ≦Ｐmin
にならなければ、締め付けが不良であるとして警報など
の処理を行い（ステップＳ１９）、学習機能は終了す
る。
以上であったと判断すると、前記スピードＰｓより遅い
曲線Ｐｓ−ｍを選択して、前記したと同様な動作を行い
（ステップＳ１７）、スピードＰ≦Ｐmin になるまで実
行する。そして、ＣＰＵ１は前記スピードＰ≦Ｐmin に
なったか否かを監視し（ステップＳ１８）、Ｐ≦Ｐmin
にならなければ、締め付けが不良であるとして警報など
の処理を行い（ステップＳ１９）、学習機能は終了す
る。
【００２２】このようにして学習機能を行い、その結
果、得られた曲線Ｐを基にして実際の締め付け作業を行
うことにより、最短時間で目標トルクによる締め付けを
自動的に行うことができ、従来のようなオペレータによ
る経験を必要としないものである。
果、得られた曲線Ｐを基にして実際の締め付け作業を行
うことにより、最短時間で目標トルクによる締め付けを
自動的に行うことができ、従来のようなオペレータによ
る経験を必要としないものである。
【００２３】また、前記した如く学習によって得られた
曲線Ｐに基づいて締め付け作業を行い、目標トルクＴに
到達した直後に発生するボルト軸力低下（すなわち、座
面などのザクツ、なじみ等）に伴うトルクロスが発生す
る。そこで、本発明にあっては、ストール状態のモータ
出力トルクにより追加回転させ補償する。
曲線Ｐに基づいて締め付け作業を行い、目標トルクＴに
到達した直後に発生するボルト軸力低下（すなわち、座
面などのザクツ、なじみ等）に伴うトルクロスが発生す
る。そこで、本発明にあっては、ストール状態のモータ
出力トルクにより追加回転させ補償する。
【００２４】すなわち、目標トルクＴに達した時に図６
に示すように、該トルクＴに達した時にモータに流れて
いる電流を短い時間だけ流し続けることにより、ボルト
軸力低下を防止して、目標トルクまで締め付けを行うこ
とができる。
に示すように、該トルクＴに達した時にモータに流れて
いる電流を短い時間だけ流し続けることにより、ボルト
軸力低下を防止して、目標トルクまで締め付けを行うこ
とができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明は前記したように、目標トルクに
対するモータの回転スピードの曲線を多数生成してお
き、この曲線を利用して学習を行って最短時間で目標ト
ルクに達するスピードを得て、以下、この曲線に基づい
て締め付け作業を行うようにしたので、従来のようなプ
ログラムを作成する必要がなくなり作業の手間が省ける
ものである。
対するモータの回転スピードの曲線を多数生成してお
き、この曲線を利用して学習を行って最短時間で目標ト
ルクに達するスピードを得て、以下、この曲線に基づい
て締め付け作業を行うようにしたので、従来のようなプ
ログラムを作成する必要がなくなり作業の手間が省ける
ものである。
【００２６】また、目標トルクに到達した後において
も、該目標トルクに達した時点の電流をモータに流すこ
とにより、目標トルクに達した直後に発生するボルト軸
力低下に伴うトルクロスを補償して、確実に目標トルク
まで締め付けを行うことができる等の効果を有するもの
である。
も、該目標トルクに達した時点の電流をモータに流すこ
とにより、目標トルクに達した直後に発生するボルト軸
力低下に伴うトルクロスを補償して、確実に目標トルク
まで締め付けを行うことができる等の効果を有するもの
である。
【図１】本発明の最適時間ボルト締付方法を実施するた
めのブロック図である。
めのブロック図である。
【図２】同上のブロック図による動作フローチャート図
である。
である。
【図３】目標トルクに対するモータスピードを示す特性
図である。
図である。
【図４】トルク／スピードのテーブルである。
【図５】(a),(b) は前記図３の一部を取り出した特性図
である。
である。
【図６】目標トルクに対するモータ電流を示す特性図で
ある。
ある。
１ ＣＰＵ ２ 設定スイッチ ３ トルク／スピードテーブル ４ ナットランナー ５ トルクセンサ
Claims (2)
- 【請求項１】 少なくとも締付開始スピードと目標トル
クを設定した後、これらの値から多数の曲線を生成し、
前記多数の曲線から所望の曲線を選択し、該曲線に沿っ
たスピードでモータを制御しながらトルク値を測定し、
その測定値が目標トルクに最も短時間で達した前記曲線
に基づいて実際のボルト締め付けを実行するようにした
ことを特徴とする最適時間ボルト締付方法。 - 【請求項２】 前記目標トルクに達した時点のモータに
流れている電流を停止後引続き一定時間流し、初期軸力
低下に伴うトルクロスの補償締付けを行うようしたこと
を特徴とする請求項１記載の最適時間ボルト締付方法。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7197987A JP2936506B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 最適時間ボルト締付方法 |
| DE69609781T DE69609781T2 (de) | 1995-07-11 | 1996-06-20 | Verfahren zum Festziehen eines Schraubenbolzens |
| EP96304594A EP0753377B1 (en) | 1995-07-11 | 1996-06-20 | Method of tightening a bolt |
| CA002179924A CA2179924C (en) | 1995-07-11 | 1996-06-25 | Method of tightening a bolt with an optimum time |
| US08/671,553 US5650574A (en) | 1995-07-11 | 1996-06-27 | Method of tightening a bolt with an optimum time |
| KR1019960026942A KR960033645A (ko) | 1995-07-11 | 1996-07-04 | 최적시간 볼트체결방법 |
| KR1019960027331A KR100203571B1 (ko) | 1995-07-11 | 1996-07-06 | 최적시간 볼트체결방법 |
| CN96110628A CN1053605C (zh) | 1995-07-11 | 1996-07-10 | 以最短时间上紧一个螺栓的方法 |
| BR9603045A BR9603045A (pt) | 1995-07-11 | 1996-07-10 | Método de aperto de um parafuso em um tempo ótimo |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7197987A JP2936506B2 (ja) | 1995-07-11 | 1995-07-11 | 最適時間ボルト締付方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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