JPS5856776A - トルク・回転角法によるボルト締付方法 - Google Patents
トルク・回転角法によるボルト締付方法Info
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- JPS5856776A JPS5856776A JP15601881A JP15601881A JPS5856776A JP S5856776 A JPS5856776 A JP S5856776A JP 15601881 A JP15601881 A JP 15601881A JP 15601881 A JP15601881 A JP 15601881A JP S5856776 A JPS5856776 A JP S5856776A
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- JP
- Japan
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- torque
- rotation angle
- tightening
- motor
- determination step
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- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、ボルトの弾性域艦二人ったことを締付トル
クに基づいて判別した後、予め定めた設定回転角だけ締
付けて締付けを終了させるトルク・回転角法によるボル
ト締付方法に関するものである。
クに基づいて判別した後、予め定めた設定回転角だけ締
付けて締付けを終了させるトルク・回転角法によるボル
ト締付方法に関するものである。
ボルト締付方法の１つとして、トルク・回転角法がある
。これはボルトの弾性域の初期を締付トルクによって検
出し、その後はボルトに所定軸力を発生させる伸びに対
応するよう予め記憶した設定回転角だけ締付けて電動機
を停止させるものである。しかしこの方式による従来の
ボルト締付装置では、信号処理をアナログ回路で行って
いたため、処理途中の演算結果を精度良く記憶しておく
ことが困難であり、また締付トルクなどを示す電気信号
の脈動や雑音による影響を取除くため（＝平滑回路が必
要で、このため信号処理に位相遅れが生じ易かった。こ
の結果ボルト・ナツトを精度良く目標とする軸力を発生
させるよう締付けることができないという不都合があっ
た。
。これはボルトの弾性域の初期を締付トルクによって検
出し、その後はボルトに所定軸力を発生させる伸びに対
応するよう予め記憶した設定回転角だけ締付けて電動機
を停止させるものである。しかしこの方式による従来の
ボルト締付装置では、信号処理をアナログ回路で行って
いたため、処理途中の演算結果を精度良く記憶しておく
ことが困難であり、また締付トルクなどを示す電気信号
の脈動や雑音による影響を取除くため（＝平滑回路が必
要で、このため信号処理に位相遅れが生じ易かった。こ
の結果ボルト・ナツトを精度良く目標とする軸力を発生
させるよう締付けることができないという不都合があっ
た。
この発明はこのような不都合に鑑みなされたもので、精
度良く目標とする軸力な発生させるよう艦＝ボルト・ナ
ツトを締付けることを可能にするトルク・回転角法によ
るボルト締付方法を提供することを目、的とする。
度良く目標とする軸力な発生させるよう艦＝ボルト・ナ
ツトを締付けることを可能にするトルク・回転角法によ
るボルト締付方法を提供することを目、的とする。
この発明はこ９目的を達成するため、電動機の締付トル
クおよび締付回転角をデジタル信号として検出し、デジ
タル演算装置により、 ａ、締付トルクが弾性域初期の設定トルク値を越えたこ
とを判別するトルク判別ステップ、ｂ、前記トルク判別
ステップの条件成立時点を起点として回転角を積算する
回転角積算ステップ。
クおよび締付回転角をデジタル信号として検出し、デジ
タル演算装置により、 ａ、締付トルクが弾性域初期の設定トルク値を越えたこ
とを判別するトルク判別ステップ、ｂ、前記トルク判別
ステップの条件成立時点を起点として回転角を積算する
回転角積算ステップ。
Ｃ１前記回転角積算ステップで積算した回転角が予め記
憶した設定回転角を越えたことを判別して締付停止信号
を出力する停止判別ステップ。
憶した設定回転角を越えたことを判別して締付停止信号
を出力する停止判別ステップ。
の各ステップの演算を行なうようＣ二構成したものであ
る。
る。
またこの発明は、この同一の目的を達成するため、前記
構成のうちトルク判別ステップを、締付トルクの増加率
に基づいて弾性域（二人ったことを判別するように、構
成の一部を変更したものである。
構成のうちトルク判別ステップを、締付トルクの増加率
に基づいて弾性域（二人ったことを判別するように、構
成の一部を変更したものである。
以下実施例シニ基づいてこの発明の詳細な説明する。
第１図は本発明１二よるボルト締付装置の第１実施例を
示すブロック図、第２図はその動作を示すフローチャー
ト、第３図は締付特性図である。第１図ｉ二おいて符号
１は交流電源であり、この電源１の電力はスイッチ２、
半導体スイッチ３．直流直巻電動機４からなる閉回路へ
供給される。５は電動機４の回転に伴ないボルト・ナツ
トの締付回転角度Δθ毎（二角度パルスＰ（Δθ）を出
力する締付角検出器、６はトルク検出器であり、このト
ルク検出器６は電動機４の締付反力を受ける部位に貼着
されたストレインゲージを備え、締付反力による歪みを
電気信号し変換することにより締付トルクを検出する。
示すブロック図、第２図はその動作を示すフローチャー
ト、第３図は締付特性図である。第１図ｉ二おいて符号
１は交流電源であり、この電源１の電力はスイッチ２、
半導体スイッチ３．直流直巻電動機４からなる閉回路へ
供給される。５は電動機４の回転に伴ないボルト・ナツ
トの締付回転角度Δθ毎（二角度パルスＰ（Δθ）を出
力する締付角検出器、６はトルク検出器であり、このト
ルク検出器６は電動機４の締付反力を受ける部位に貼着
されたストレインゲージを備え、締付反力による歪みを
電気信号し変換することにより締付トルクを検出する。
７はこの締付トルクを示す電気信号をデジタル信号Ｔに
変換するＡＤ変換器である。８はデジタル演算装置であ
り、この演算装置８は第２図に示すフローチャートに従
い、所定の演算を順次行なう。９はこの演算装置８が所
定の演算を行なうための演算プログラムを記憶している
メモＪ’、、１０は入出力装置であって弾性域≦二入っ
たことを判別するための設定値や、目標軸力を発生させ
るボルトの伸びに対応する設定回転角。
変換するＡＤ変換器である。８はデジタル演算装置であ
り、この演算装置８は第２図に示すフローチャートに従
い、所定の演算を順次行なう。９はこの演算装置８が所
定の演算を行なうための演算プログラムを記憶している
メモＪ’、、１０は入出力装置であって弾性域≦二入っ
たことを判別するための設定値や、目標軸力を発生させ
るボルトの伸びに対応する設定回転角。
その他種々の設定値を入力するためのものである。
また１１は位相制御回路、１２はゲートパルス発生回路
である。位相制御回路１１は演算装置８が発生する締付
停止信号Ｓに基づき、ゲートパルス発生回路１２がゲー
トパルスＧを発生するのを停止させ、半導体スイッチ３
を開路させることによって電動機４の電源を遮断する。
である。位相制御回路１１は演算装置８が発生する締付
停止信号Ｓに基づき、ゲートパルス発生回路１２がゲー
トパルスＧを発生するのを停止させ、半導体スイッチ３
を開路させることによって電動機４の電源を遮断する。
１３はスイッチ２の閉成を検出して演“算装置８に対し
て演算開始信号を出力する電源電圧検出器である。
て演算開始信号を出力する電源電圧検出器である。
次に第２．３図（＝基づきこの実施例の動作を説明する
。第３図は回転角θに対する締付トルクＴの関係を示し
、この図中Ａ点が弾性域の始めを。
。第３図は回転角θに対する締付トルクＴの関係を示し
、この図中Ａ点が弾性域の始めを。
またＢ点が締付終了を示す。先づ入出力装置１０Ｃ二よ
り、Ａ点に対応する設定トルク値Ｔａ このＡ点から
Ｂ点までの回転角θＳ−θｂ−０２等の種々の値が入力
される。なお締付トルクＴの回転角θＣ二対する変化は
、ナツトと被締結体との接合面の摩擦抵抗により変化す
るが１弾性域に入る前においトルクＴに与える変化は少
ない。このため弾性域（＝入った直後で急激（二増大し
始めるトルクを設定トルクちとすれば、はぼ弾性域の始
点を検出できる。また弾性域では回転角θ５はボルトの
種類（二より決まるもので、ボルトの軸力がボルトの伸
びに比例し、この伸びが回転角θ（二比例することから
２目標とする軸力に対応して決定される。
り、Ａ点に対応する設定トルク値Ｔａ このＡ点から
Ｂ点までの回転角θＳ−θｂ−０２等の種々の値が入力
される。なお締付トルクＴの回転角θＣ二対する変化は
、ナツトと被締結体との接合面の摩擦抵抗により変化す
るが１弾性域に入る前においトルクＴに与える変化は少
ない。このため弾性域（＝入った直後で急激（二増大し
始めるトルクを設定トルクちとすれば、はぼ弾性域の始
点を検出できる。また弾性域では回転角θ５はボルトの
種類（二より決まるもので、ボルトの軸力がボルトの伸
びに比例し、この伸びが回転角θ（二比例することから
２目標とする軸力に対応して決定される。
一般（二回転角法は降伏点を越えて軸力最大点付近を目
標として決められ、この軸力最大点付近では回転角の変
化に対する軸力の変化量が小さくなるので、この締付法
では始点が若干違っても弾性域から回転角θを積算し始
めれば、軸力としてはほとんど変化がない。
標として決められ、この軸力最大点付近では回転角の変
化に対する軸力の変化量が小さくなるので、この締付法
では始点が若干違っても弾性域から回転角θを積算し始
めれば、軸力としてはほとんど変化がない。
スイッチ２が閉成されると、電源電圧検出器１３は、こ
のステッチ２の閉成を検出して演算装置８へ演算開始信
号を送る。演算装置８はこの演算開始信号（＝基づきメ
モリ９からプログラムを順次読込み、第２図Ｃ示す一連
の演算の実行を開始する。
のステッチ２の閉成を検出して演算装置８へ演算開始信
号を送る。演算装置８はこの演算開始信号（＝基づきメ
モリ９からプログラムを順次読込み、第２図Ｃ示す一連
の演算の実行を開始する。
先づこの演算装置８は位相制御回路１１へ締付動作開始
信号を送り、ゲートパルス発生回路１２から位相制卸さ
れたゲートパルスＧを発生させる。
信号を送り、ゲートパルス発生回路１２から位相制卸さ
れたゲートパルスＧを発生させる。
このため半導体スインｆ３はトリガパルスＧに同期した
位相で点弧し、電動機４に駆動電流が流れ始めて電動機
４は回転し始める。ボルトが締付けられてゆくに従い、
締付角検出器５は予め決められた所定締付回転角Δθ毎
Ｃ角度パルスＰ（Δ０）を出力する。またＡＤ変換器７
は刻々と変化する締付トルクＴをデジタル信号ｔして出
力し続ける。
位相で点弧し、電動機４に駆動電流が流れ始めて電動機
４は回転し始める。ボルトが締付けられてゆくに従い、
締付角検出器５は予め決められた所定締付回転角Δθ毎
Ｃ角度パルスＰ（Δ０）を出力する。またＡＤ変換器７
は刻々と変化する締付トルクＴをデジタル信号ｔして出
力し続ける。
演算装置８は人出の装置１０により設定された設定トル
ク値Ｔａを読込む一方、デジタル化した締付トルクＴを
角度パルスＰ（Δθ）毎に読込み両者を比較して（トル
ク判別ステップ１００）、締付トルクＴが設定トルク値
Ｔａを越えるまで、順次新しい締付トルクＴを読込み、
この比較動作を繰り返えす。°−一方算装置８はクロッ
クパルス発生器を内蔵し、締付開始後の所要時間ｔを積
算している。ステップ１００の条件成立までのこの所要
時間ｔが設実時間ら以上になると、そのことがステップ
１０２で判別され、ポル［がナツトと共回りしているも
のとして警報を発しくステップ１０４）締付けを停止す
る。またステップ１００の条件成立までの所要時間ｔが
設定時間ｔ２以下であれば、その仁とがステップ１０６
で判別され、ねじ山の変形などによりボルトまたはナツ
トがロックしているものとして警報を発しくステップ１
０４）、締付けを停止する。すなわちステップ１０２．
１０４，１０６は締付トルクＴが設定トルク値Ｔａにな
るまでの所要時間ｔが１２＜１＜１゜の範囲外になった
ことから異常を検出して警報を発生させる一方、締付停
止信号Ｓを位相制御回路１１へ送り半導体スイッチ３を
開路させて電動機４の電源を遮断する異常検出ステップ
となっている。
ク値Ｔａを読込む一方、デジタル化した締付トルクＴを
角度パルスＰ（Δθ）毎に読込み両者を比較して（トル
ク判別ステップ１００）、締付トルクＴが設定トルク値
Ｔａを越えるまで、順次新しい締付トルクＴを読込み、
この比較動作を繰り返えす。°−一方算装置８はクロッ
クパルス発生器を内蔵し、締付開始後の所要時間ｔを積
算している。ステップ１００の条件成立までのこの所要
時間ｔが設実時間ら以上になると、そのことがステップ
１０２で判別され、ポル［がナツトと共回りしているも
のとして警報を発しくステップ１０４）締付けを停止す
る。またステップ１００の条件成立までの所要時間ｔが
設定時間ｔ２以下であれば、その仁とがステップ１０６
で判別され、ねじ山の変形などによりボルトまたはナツ
トがロックしているものとして警報を発しくステップ１
０４）、締付けを停止する。すなわちステップ１０２．
１０４，１０６は締付トルクＴが設定トルク値Ｔａにな
るまでの所要時間ｔが１２＜１＜１゜の範囲外になった
ことから異常を検出して警報を発生させる一方、締付停
止信号Ｓを位相制御回路１１へ送り半導体スイッチ３を
開路させて電動機４の電源を遮断する異常検出ステップ
となっている。
演算装置８は締付角検出器５か出力する角度パルスＰ（
Δθ）に基づき、回転角θ＝ΣΔθ を算出する。演算
装置８は前記ステップ１００の条件成立時Ｃ：おける回
転角θを、第３図におけるＡ点の回転角０ａとして記憶
しくステップ１０８）、このＡ点を起点として回転角６
Ｊｃを順次算出して一時記憶する（回転角算出ステップ
１１０）。すなわちこの回転角θよはθ□＝θ−θ３と
して算出される。
Δθ）に基づき、回転角θ＝ΣΔθ を算出する。演算
装置８は前記ステップ１００の条件成立時Ｃ：おける回
転角θを、第３図におけるＡ点の回転角０ａとして記憶
しくステップ１０８）、このＡ点を起点として回転角６
Ｊｃを順次算出して一時記憶する（回転角算出ステップ
１１０）。すなわちこの回転角θよはθ□＝θ−θ３と
して算出される。
演算装置８は次（二この回転角θよと予め入力された設
定回転角θ５とを比較し、θよくθ５の間は再度ステッ
プ１１０で新たな回転角θを用いて回転角θ５を算出し
、θ□くθ５となると締付停止信号Ｓを出力する（停止
判別ステップ１１２）。
定回転角θ５とを比較し、θよくθ５の間は再度ステッ
プ１１０で新たな回転角θを用いて回転角θ５を算出し
、θ□くθ５となると締付停止信号Ｓを出力する（停止
判別ステップ１１２）。
この実施例ゼは異常検出用のステップ１０２゜１０４．
１０６をトルク判別ステップ１００に設けたが、同様の
異常検出ステップを他のステップ、例えば停止判別ステ
ップ１１２（二設けてもよく、またこれら各ステップ１
００，１１２のいずれかに設けてもよい。
１０６をトルク判別ステップ１００に設けたが、同様の
異常検出ステップを他のステップ、例えば停止判別ステ
ップ１１２（二設けてもよく、またこれら各ステップ１
００，１１２のいずれかに設けてもよい。
またこの実施例では読込んだトルクＴ１回転角〜を直接
会設定値Ｔａ、θ３と比較しているが、実際には摩擦抵
抗の相違など（二より回転速度が異なるため、その慣性
による影響を補正すれば、一層正確な制御が可能になる
。
会設定値Ｔａ、θ３と比較しているが、実際には摩擦抵
抗の相違など（二より回転速度が異なるため、その慣性
による影響を補正すれば、一層正確な制御が可能になる
。
第４図はこのような慣性補正を行った実施例のフローチ
ャートである。先づこの慣性補正の原理を説明する。
ャートである。先づこの慣性補正の原理を説明する。
すなわち、今摩擦を省略すれば、締付時の運動方程式は
次のようになる。
次のようになる。
ここにＪは電動機の出力軸でみた慣性能率、θはボルト
の締付開始後の締付角、Ｅはボルトのばね定数、Ｔは電
動機のトルク、またｔは時間を示す。
の締付開始後の締付角、Ｅはボルトのばね定数、Ｔは電
動機のトルク、またｔは時間を示す。
電源の遮断後においてはＴは零になるから、このが成立
する。この（２）式をｔ、＝０でθ＝００゜ｄθ／ｄｔ
＝ω０という初期条件の下で解けばとなる。ここにβ＝
Ｅ／、 、 ψ＝、、−ｔθ。β乙。）である。こ
の（３）式より電源遮断後の締付角θの最大値となる。
する。この（２）式をｔ、＝０でθ＝００゜ｄθ／ｄｔ
＝ω０という初期条件の下で解けばとなる。ここにβ＝
Ｅ／、 、 ψ＝、、−ｔθ。β乙。）である。こ
の（３）式より電源遮断後の締付角θの最大値となる。
この（４）式から明らかなように、電源遮断直前の回転
角θ。および角速度幅が既知であれば、慣性による増締
量を考慮した最終回転角θ、を予測できる。
角θ。および角速度幅が既知であれば、慣性による増締
量を考慮した最終回転角θ、を予測できる。
第４図においてステップ２００ではこの回転角θ。
を記憶すると共に、角度パルスＰ（Δθ）間ニ積算され
るクロックパルス数Ｎの逆数から角速度幅を算出して記
憶する。そしてステップ２０２（二おいて前記（４）式
の演算を行ない最終回転角θ、を算出する。この図にお
いては前記第２図と同一ステップ（−は同一符号を付し
たから、その説明は繰り返えさない。
るクロックパルス数Ｎの逆数から角速度幅を算出して記
憶する。そしてステップ２０２（二おいて前記（４）式
の演算を行ない最終回転角θ、を算出する。この図にお
いては前記第２図と同一ステップ（−は同一符号を付し
たから、その説明は繰り返えさない。
以上第１〜４図の実施例では、トルクＴが設定トルク値
Ｔａを越えたことから（トルク判別ステップ１００）Ａ
点を検出しているが、このＡ点はトルクＴの増加率ΔＴ
に基づいて判別するように構成してもよい。例えばこの
増加率ΔＴが予め記憶された設定値以上になったことか
らＡ点を判別したり、この増加率ΔＴの変化率、すなわ
ち（ΔＴｎ−ΔＴｙＬ、）が予め記憶した設定値以上に
なったことからＡ点を判別するように構成すれば、摩擦
抵抗の差による誤差を排除でき、常に正確に弾性域の初
期を判別できる。 シ第５図は後者
の場合の実施例を示すフローチャートであり、演算装置
８は連続する角度パルスＰ（Δθ）により読込まれた各
トルクＴｎ、 Ｔｎ−０の差Δ霜。
Ｔａを越えたことから（トルク判別ステップ１００）Ａ
点を検出しているが、このＡ点はトルクＴの増加率ΔＴ
に基づいて判別するように構成してもよい。例えばこの
増加率ΔＴが予め記憶された設定値以上になったことか
らＡ点を判別したり、この増加率ΔＴの変化率、すなわ
ち（ΔＴｎ−ΔＴｙＬ、）が予め記憶した設定値以上に
なったことからＡ点を判別するように構成すれば、摩擦
抵抗の差による誤差を排除でき、常に正確に弾性域の初
期を判別できる。 シ第５図は後者
の場合の実施例を示すフローチャートであり、演算装置
８は連続する角度パルスＰ（Δθ）により読込まれた各
トルクＴｎ、 Ｔｎ−０の差Δ霜。
ΔＴｎ”ＴｒＬ ’ｒｒＬ−１
を算出して一時記憶しくステップ３００）、連続するこ
の差ΔＴｎ Δ’ｒｎ−，の差、すなわち増加率ΔＴめ
変化率ΔＴｔＬ−ΔＴｒＬ、−０を算出して設定値αと
比較する（トルク判別ステップ３０２）。そしてこの変
化率がα以上になることからＡ点を判別する。
の差ΔＴｎ Δ’ｒｎ−，の差、すなわち増加率ΔＴめ
変化率ΔＴｔＬ−ΔＴｒＬ、−０を算出して設定値αと
比較する（トルク判別ステップ３０２）。そしてこの変
化率がα以上になることからＡ点を判別する。
以上の各実施例は第１図Ｃ二示１すように締付トルクＴ
をストレインゲージで求めた後ＡＤ変換し、また回転角
θを角度パルスＰ（Δθ）を積算することによりそれぞ
れ求めたものであるが、これらトルクＴ、回転角θは種
々の方法で求めることが可能であり、以下この種々の方
法を説明する。
をストレインゲージで求めた後ＡＤ変換し、また回転角
θを角度パルスＰ（Δθ）を積算することによりそれぞ
れ求めたものであるが、これらトルクＴ、回転角θは種
々の方法で求めることが可能であり、以下この種々の方
法を説明する。
第６図と第７図はその一実施例を示すブロック図とフロ
ーチャートである。この実施例は締付トルクＴを電動機
電流から求める一方、締性用θは締付角検出器５が所定
締付角Δθ毎（二出力する角度パルスＰ（Δθ）シニよ
り求めるよう構成したものである。
ーチャートである。この実施例は締付トルクＴを電動機
電流から求める一方、締性用θは締付角検出器５が所定
締付角Δθ毎（二出力する角度パルスＰ（Δθ）シニよ
り求めるよう構成したものである。
第６図６＝おいて２０は電動機４（二直列接続された′
ｒＩＬＫ検出用抵抗器、２２はこの抵抗器２０の両端電
圧から電動機電流を検出しこれをデジタル信号ＩＤに変
換するＡＤ変換器、２４はこのデジタル信号ＩＤ≦二よ
り任意の回転角θユにおける締付トルクＴおよび角速度
ωを算出する第２のデジタル演算装置、２６はこの第２
の演算装置の演算プログラムを記憶するメモリである。
ｒＩＬＫ検出用抵抗器、２２はこの抵抗器２０の両端電
圧から電動機電流を検出しこれをデジタル信号ＩＤに変
換するＡＤ変換器、２４はこのデジタル信号ＩＤ≦二よ
り任意の回転角θユにおける締付トルクＴおよび角速度
ωを算出する第２のデジタル演算装置、２６はこの第２
の演算装置の演算プログラムを記憶するメモリである。
この図（二おいては前記第１図と同一部分Ｃ二は同一符
号を付したので。
号を付したので。
その説明は繰り返えさない。
次にこの実施例の動作を第７図に基づき説明する。スイ
ッチ２の閉成により１、演算装置８は位相制御回路１１
、ゲートパルス回路１２を介し半導体スイッチ３を点弧
させ電動機４を始動させる。
ッチ２の閉成により１、演算装置８は位相制御回路１１
、ゲートパルス回路１２を介し半導体スイッチ３を点弧
させ電動機４を始動させる。
ＡＤ変換器２２は電動機電流を示す抵抗器２０の両端電
圧を、交流電源１より極めて短かい周期１量子化してデ
ジタル信号ＩＤとする。第２の演算装置２４はこのデジ
タル信号ＩＤを交流電源ｌの半周期または１周期に亘り
積分することにより電流の実効値ＩＭ−ΣＩＤを算出す
る一方、角度〕（ルスＰ（Δθ）の時間間隔内に積算さ
れるクロックツくルス数Ｎの逆数４から角速度ωを算出
し、さらに角度パルスＰ（Δθ）毎Ｃ二所定回転角Δθ
を加算することにより回転角θを算出する（ステップ４
００）。またこの第２の演算装置２４は、また連続する
２つの角度パルスＰ（Δθ）が出力される回転角θ１−
０．θ１における角速度の差から、角加速度ｄω４ｔを
算出する（ステップ４０２）。
圧を、交流電源１より極めて短かい周期１量子化してデ
ジタル信号ＩＤとする。第２の演算装置２４はこのデジ
タル信号ＩＤを交流電源ｌの半周期または１周期に亘り
積分することにより電流の実効値ＩＭ−ΣＩＤを算出す
る一方、角度〕（ルスＰ（Δθ）の時間間隔内に積算さ
れるクロックツくルス数Ｎの逆数４から角速度ωを算出
し、さらに角度パルスＰ（Δθ）毎Ｃ二所定回転角Δθ
を加算することにより回転角θを算出する（ステップ４
００）。またこの第２の演算装置２４は、また連続する
２つの角度パルスＰ（Δθ）が出力される回転角θ１−
０．θ１における角速度の差から、角加速度ｄω４ｔを
算出する（ステップ４０２）。
一方直流電動機ではその出力トルクＴはＴ＝にΦ■つ
となる。ここにのは磁束、ｋは定数である。しかし電動
締付機として実際に締付けに寄与するトルクＴは、速度
変動時の慣性Ｃ二よる影響＜ Ｊ ニア ）、および摩
擦トルク（ＴＩ）を考慮すると次式のようになる。
締付機として実際に締付けに寄与するトルクＴは、速度
変動時の慣性Ｃ二よる影響＜ Ｊ ニア ）、および摩
擦トルク（ＴＩ）を考慮すると次式のようになる。
Ｔ＝＆Φ■ウーＪｔｔｔ−ＴＩ ・・・（５）第２の
演算装置２４はこの（５）式の演算を行って実際の締付
トルクＴを算出しくステップ４０４）。
演算装置２４はこの（５）式の演算を行って実際の締付
トルクＴを算出しくステップ４０４）。
前記回転角θと共に出力する。
演算装置８はこの第２の演算装置２４が出力する締付ト
ルクＴおよび回転角θを角度パルスＰ（Δθ）に基づい
て読込み、前記第２図に示した第１実施例と同様の演算
を行なう。このようじ第７図の後半の動作は前記第２図
と全く同一であるから、同一ステップに同一符号を付し
その説明は繰り返えさない。
ルクＴおよび回転角θを角度パルスＰ（Δθ）に基づい
て読込み、前記第２図に示した第１実施例と同様の演算
を行なう。このようじ第７図の後半の動作は前記第２図
と全く同一であるから、同一ステップに同一符号を付し
その説明は繰り返えさない。
第８図と第９図は他の実施例のブロック図とフローチャ
ートである。この実施例は締付トルクを電動機電流によ
り求め１回転角θは電動機電流および電圧と電動機の速
度特性式とに基づいてデジタル的に算出するように構成
したものである。
ートである。この実施例は締付トルクを電動機電流によ
り求め１回転角θは電動機電流および電圧と電動機の速
度特性式とに基づいてデジタル的に算出するように構成
したものである。
第８図において３０は電動機電圧をデジタル信号光に変
換するＡＤ変換器、３２は第２のデジタル演算装置、３
４はこの演算装置３２の演算プログラムを記憶している
メモリである。この図亀二おいては、前記第１，６図と
同一部分に同一符号な付したのでその説明は繰り返えさ
ない。
換するＡＤ変換器、３２は第２のデジタル演算装置、３
４はこの演算装置３２の演算プログラムを記憶している
メモリである。この図亀二おいては、前記第１，６図と
同一部分に同一符号な付したのでその説明は繰り返えさ
ない。
この実施例においてスイッチ２の閉成により電動機４Ｃ
二電流が流れると、電動機電流と電圧がそれぞれＡｐ変
換器２２．３０により交流電源周期より極めて短かい周
期で量子化されたデジタル信号ＩＤ、ＶＤ に変換され
る。第２の演算装置３２はこれらデジタル信号ＩＤ、Ｖ
Ｄを順次読込みこれらを交流電源の半周期または１周期
に亘り積分して実効値ＩＭ＝ΣＩＤ、およびＶ、＝Σ■
９を算出する（第９図のステップ５００）。
二電流が流れると、電動機電流と電圧がそれぞれＡｐ変
換器２２．３０により交流電源周期より極めて短かい周
期で量子化されたデジタル信号ＩＤ、ＶＤ に変換され
る。第２の演算装置３２はこれらデジタル信号ＩＤ、Ｖ
Ｄを順次読込みこれらを交流電源の半周期または１周期
に亘り積分して実効値ＩＭ＝ΣＩＤ、およびＶ、＝Σ■
９を算出する（第９図のステップ５００）。
一般に直巻整流子電動機の角速度ωは次の速度特性式に
より求められる。
より求められる。
ここにＲは電機子抵抗、Φは磁界、には定数である。磁
界Φは一般には電流ＩＭめ関数となるが、その変化特性
は予めメモリ３４に記憶されているものとする。
界Φは一般には電流ＩＭめ関数となるが、その変化特性
は予めメモリ３４に記憶されているものとする。
第２の演算装置３２は、前記ＡＤ変換器２２゜３０が出
力する電流■つおよび電圧ｖＭを順次読込んで（６）式
の演算を行ない角速度ωを算出する一方（ステップ５０
２）、前記（５）式の演算を行って実際に締付けに寄与
する締付トルクＴを算出する（ステップ５０４）。第２
の演算装置３２はこれら角速度ωと締付トルクＴを電源
の半周期または１周期毎（二出力する。
力する電流■つおよび電圧ｖＭを順次読込んで（６）式
の演算を行ない角速度ωを算出する一方（ステップ５０
２）、前記（５）式の演算を行って実際に締付けに寄与
する締付トルクＴを算出する（ステップ５０４）。第２
の演算装置３２はこれら角速度ωと締付トルクＴを電源
の半周期または１周期毎（二出力する。
演算装置８はこの第２の演算装置３２が出力する角速度
ωルおよびトルクＴｒＬを所定の時間間隔で順次読込み
。
ωルおよびトルクＴｒＬを所定の時間間隔で順次読込み
。
θ＝ωｒＬｔ
の関係から締付角θを算出する一方（ステップ５０６）
、所定締付角Δθ毎にその時の締付トルクＴｎを一時記
憶する。以下前記各実施例と同様の動作を行なう。
、所定締付角Δθ毎にその時の締付トルクＴｎを一時記
憶する。以下前記各実施例と同様の動作を行なう。
以上の第１〜９図Ｃ二示した実施例では角速度ωが締付
けの進行につれて変化するものであるが。
けの進行につれて変化するものであるが。
この発明は角速度ωが一定となるように速度制御するも
のにも適用可能である。例えば電機子逆起電圧が角速度
ωに比例することを利用し、この逆起電圧の変化に応じ
て半導体スイッチ３の導通角を制御することにより角速
度ωを一定（二制御するものがある。
のにも適用可能である。例えば電機子逆起電圧が角速度
ωに比例することを利用し、この逆起電圧の変化に応じ
て半導体スイッチ３の導通角を制御することにより角速
度ωを一定（二制御するものがある。
第゛１０図はこのように角速度ωを一定にした一実施例
のフローチャートである。この実施例では電動機電圧な
ＡＤ変換器でデジ多ル信号ＶＤとした後、これを交流電
源の半周期または１周期（二亘って積分することにより
電圧の実効値゛−を求め（ステップ６００）、前記（６
）式の速度性式により電動機電流■ヤを演算しくステッ
プ６０２）、さらにこれら電圧Ｖ、電流ＩＭ を用いて
前記（５）式により締付トルクＴを算出する（ステップ
６０４）、以下角速度ωを定数として前記第１〜９図に
示す実施例と全く同様の演算により締付けを行なう。
のフローチャートである。この実施例では電動機電圧な
ＡＤ変換器でデジ多ル信号ＶＤとした後、これを交流電
源の半周期または１周期（二亘って積分することにより
電圧の実効値゛−を求め（ステップ６００）、前記（６
）式の速度性式により電動機電流■ヤを演算しくステッ
プ６０２）、さらにこれら電圧Ｖ、電流ＩＭ を用いて
前記（５）式により締付トルクＴを算出する（ステップ
６０４）、以下角速度ωを定数として前記第１〜９図に
示す実施例と全く同様の演算により締付けを行なう。
前記第６〜１０図ではトルク判別ステップ１００で第２
．４図−二示す設定トルク値Ｔａを用いているが、締付
トルクＴの変化率ΔＴに基づいて判別してもよい。また
第４図の実施例のよう≦二最終回転角θ２を予測するス
テップを付加してもよいことは勿論である。
．４図−二示す設定トルク値Ｔａを用いているが、締付
トルクＴの変化率ΔＴに基づいて判別してもよい。また
第４図の実施例のよう≦二最終回転角θ２を予測するス
テップを付加してもよいことは勿論である。
さら（二第６〜１０図の実施例で電動機電流から締付ト
ルクＴを求める場合に、ステップ４０４゜５０４．６０
４において慣性および摩擦ζ二よるトルクの減少を考慮
しているので、トルクＴの正１１ｉな検出が可能になる
が、この発明はこれらの補正をしなくても一応所期の目
的を達成できることは明らかである。
ルクＴを求める場合に、ステップ４０４゜５０４．６０
４において慣性および摩擦ζ二よるトルクの減少を考慮
しているので、トルクＴの正１１ｉな検出が可能になる
が、この発明はこれらの補正をしなくても一応所期の目
的を達成できることは明らかである。
この発明は以上のよう（−弾性域の初期を締付トルク、
またはその変化率艦−基づいて検出し、その後目標とす
る軸力な発生させるに必要な設定回転角だけ締付けて締
付けを停止するように構成したので、常に正確な軸力で
締付けることができ、４゜軸力のばらつきが少なくなる
。特に変化率に基づいて弾性域の初期を検出する場合は
摩擦抵抗の差（二よる誤差を排除することができ、一層
正確な締付けが可能（−なる。また電源を遮断するまで
の処理はすべてデジタル信号処理１二より行なわれるの
で、アナログ信号によるものに比べて信号処理中の位相
遅れや信号保持手段による誤差が発生せず。
またはその変化率艦−基づいて検出し、その後目標とす
る軸力な発生させるに必要な設定回転角だけ締付けて締
付けを停止するように構成したので、常に正確な軸力で
締付けることができ、４゜軸力のばらつきが少なくなる
。特に変化率に基づいて弾性域の初期を検出する場合は
摩擦抵抗の差（二よる誤差を排除することができ、一層
正確な締付けが可能（−なる。また電源を遮断するまで
の処理はすべてデジタル信号処理１二より行なわれるの
で、アナログ信号によるものに比べて信号処理中の位相
遅れや信号保持手段による誤差が発生せず。
締付精度が著しく向上する。
またトルク判別ステップや停止判別ステップにこれらの
判別条件成立までの所要時間から締付異常を検出する異
常検出ステップを設けた場合には、ボルトの共まわりや
ねじ山の異常などを確実に検知できる。
判別条件成立までの所要時間から締付異常を検出する異
常検出ステップを設けた場合には、ボルトの共まわりや
ねじ山の異常などを確実に検知できる。
さら亀二この発明はデジタル演算装置を用いているので
、プログラムを変更するだけで異常検出ステップを設け
ることができる。また種々の設定値やプログラムの変更
により、ボルトの種類や締付条件が変化しても柔軟（二
対処でき、汎用性シニ富むという効果もある。
、プログラムを変更するだけで異常検出ステップを設け
ることができる。また種々の設定値やプログラムの変更
により、ボルトの種類や締付条件が変化しても柔軟（二
対処でき、汎用性シニ富むという効果もある。
第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はその
フローチャート、第３図は締付特性図。 第４図、第５図は他の実施例のフローチャート、第６図
と第７図、および第８図と第９図はそれぞれ他の実施例
のブロック図およびフｎ−チャート。 また第１θ図はさら４二他の実施例のフローチャートで
ある。 ４・・・電動機、８・・・デジタル演算装置、１００．
３０２・・・トルク判別ステップ。 １０８・・・回転角積算ステップ、 １１２・・・停止判別ステップ、 Ｔ・・・締付トルク、θ・・・回転角。 ′年Ｊ′ 手続補正書 １．事件の表示 昭和５６年特 許 羅（第２りｆ、０７２号２、発明
の名称 【・ルク・回転ｆｆＩ法によるボルト締付方法３、 補
正をする者 事件との関係 特許出願人 ；、、″ｆｆ、６ 東京都港区赤坂１丁目１番１２号
’ａ”’ｔｃｖｕ、＞ （２４２）株式会社芝浦製作所
代表者告雄稔彦 ４゛ｆ（理 人〒１６０電話０３（３５１）７３０Ｂ住
所 東京都新宿区四谷３丁目１番地須賀ビル情６
補正により増加する発明の数 Ｏ明細書をタイプ
浄書する。内容の変更はない。
フローチャート、第３図は締付特性図。 第４図、第５図は他の実施例のフローチャート、第６図
と第７図、および第８図と第９図はそれぞれ他の実施例
のブロック図およびフｎ−チャート。 また第１θ図はさら４二他の実施例のフローチャートで
ある。 ４・・・電動機、８・・・デジタル演算装置、１００．
３０２・・・トルク判別ステップ。 １０８・・・回転角積算ステップ、 １１２・・・停止判別ステップ、 Ｔ・・・締付トルク、θ・・・回転角。 ′年Ｊ′ 手続補正書 １．事件の表示 昭和５６年特 許 羅（第２りｆ、０７２号２、発明
の名称 【・ルク・回転ｆｆＩ法によるボルト締付方法３、 補
正をする者 事件との関係 特許出願人 ；、、″ｆｆ、６ 東京都港区赤坂１丁目１番１２号
’ａ”’ｔｃｖｕ、＞ （２４２）株式会社芝浦製作所
代表者告雄稔彦 ４゛ｆ（理 人〒１６０電話０３（３５１）７３０Ｂ住
所 東京都新宿区四谷３丁目１番地須賀ビル情６
補正により増加する発明の数 Ｏ明細書をタイプ
浄書する。内容の変更はない。
Claims (8)
- （１） 電動機の締付トルクおよび締付回転角をデジ
タル信号として検出し、デジタル演算装置（二よっ −
て次の各ステップの演算を順次行なうことを特徴とする
トルク・回転角法シニよるボルト締付方法：ａ、締付ト
ルクが弾性域初期の設定トルク値を越えたことを判別す
るトルク判別ステップ、ｂ、前記トルク判別ステップの
条件成立時点を起点として回転角を積算する回転角積算
ステップ。 Ｃ０前記回転角積算ステップで積算した回転角が予め記
憶した設定回転角を越えたことを判別して締付停止信号
を出力する停止判別ステップ。 - （２）締付トルクは電動機の締付反力を計測するストレ
インゲージの出力なＡＤ変換器でデジタル信号に変換す
ることにより求め１回転角は回転角検出器が所定回転角
毎に出力する角度パルス＊＊−することにより求める特
許請求の範囲第１項記載のトルク・回転角法によるボル
ト締付方法。 - （３）締付トルクは電動機電流を用い電動機のトルク特
性式（二基づいて算出する特許請求の範囲第１項記載の
トルク・回転角法によるボルト締付方法。 - （４） 角速度を電動機電流と電動機電圧とを用いて
電動機の速度特性式から算出し、締付トルクをこの角速
度と電動機電流を用いてトルク特性式Ｃ二基づき算出す
る一方、回転角を前記角速度と時間とを積算すること（
二より求める特許請求の範囲第１項記載のトルク・回転
角法によるボルト締付方法。 - （５）電動機は角速度が一定となるようし位相制御され
、締付トルクは電動機電圧と、この電動機電圧と速度特
性式から算出した電動機電流とを用いてトルク特性式か
ら算出し、回転角は前記角速度と時間とを積算すること
により求める特許請求の範囲第１項記載のトルク・回転
角法によるボルト締付方法。 - （６） 電動機の締付トルクおよび締付回転角をデジ
タル信号として検出し、デジタル演算装置によつて次の
各ステップの演算を順次行なうことを特徴とするトルク
・回転角法によるボルト締付方法：ａ、締付トルクの増
加重電二基づいて弾性域に入ったことを判別するトルク
判別ステップ、ｂ、前記トルク判別ステップの条件成立
時点を起点として回転角を積算する回転角積算ステップ
。 Ｃ１前記回転角積算ステップで積算した回転角が予め記
憶した設定回転角を越えたことを判別して締付停止信号
を出力する停止判別ステップ。 - （７）トルク判別ステップでは、締付トルりの増加率が
予め記憶された設定値以上になったことを判別する特許
請求の範囲第６項記載のトルり・回転角法によるボルト
締付方法。 - （８）トルク判別ステップでは、締付トルりの増加率の
変化率が予め記憶された設定値以上になったことを判別
する特許請求の範囲第６項記載のトルク・回転角法によ
るボルト締付方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56156018A JPS6055271B2 (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | トルク・回転角法によるボルト締付方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56156018A JPS6055271B2 (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | トルク・回転角法によるボルト締付方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5856776A true JPS5856776A (ja) | 1983-04-04 |
| JPS6055271B2 JPS6055271B2 (ja) | 1985-12-04 |
Family
ID=15618509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56156018A Expired JPS6055271B2 (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | トルク・回転角法によるボルト締付方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6055271B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4961035A (en) * | 1988-02-04 | 1990-10-02 | Hitachi, Ltd. | Rotational angle control of screw tightening |
| JP2002071487A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-03-08 | Tohnichi Mfg Co Ltd | ジョイント係数測定器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4989998A (ja) * | 1972-12-29 | 1974-08-28 | ||
| JPS5234795A (en) * | 1975-06-19 | 1977-03-16 | Nippon Miniature Bearing Co | Detecting apparatus for fluid concentration |
| JPS5531505U (ja) * | 1978-08-14 | 1980-02-29 |
-
1981
- 1981-09-30 JP JP56156018A patent/JPS6055271B2/ja not_active Expired
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4989998A (ja) * | 1972-12-29 | 1974-08-28 | ||
| JPS5234795A (en) * | 1975-06-19 | 1977-03-16 | Nippon Miniature Bearing Co | Detecting apparatus for fluid concentration |
| JPS5531505U (ja) * | 1978-08-14 | 1980-02-29 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4961035A (en) * | 1988-02-04 | 1990-10-02 | Hitachi, Ltd. | Rotational angle control of screw tightening |
| JP2002071487A (ja) * | 2000-09-04 | 2002-03-08 | Tohnichi Mfg Co Ltd | ジョイント係数測定器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6055271B2 (ja) | 1985-12-04 |
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