JPS6055269B2 - 軸力管理法によるボルト締付方法 - Google Patents
軸力管理法によるボルト締付方法Info
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- JPS6055269B2 JPS6055269B2 JP15439381A JP15439381A JPS6055269B2 JP S6055269 B2 JPS6055269 B2 JP S6055269B2 JP 15439381 A JP15439381 A JP 15439381A JP 15439381 A JP15439381 A JP 15439381A JP S6055269 B2 JPS6055269 B2 JP S6055269B2
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- Japan
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- tightening
- torque
- angle
- axial force
- tightening torque
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- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、デジタル演算装置を用いて目標軸力で精度
良くボルト・ナットを締付ける軸力管理法によるボルト
締付方法に関するものである。
良くボルト・ナットを締付ける軸力管理法によるボルト
締付方法に関するものである。
ボルト締付方法の1つとして軸力管理法があるが、この
軸力管理法を用いた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つていたため、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
くために平滑回路が必要で、このため信号処理に位相遅
れが生じ易かつた。この結果ボルト・ナットを精度良く
目標とする軸力で締付けることができないという不都合
があつた。また軸力管理法においては締付トルクや締付
角度と軸力との関係を所定の計算式により求める必要が
あるが、この計算式が比較的複雑になるため、これをア
ナログ回路で構成しようとすると部品点数が非常に多く
なり、回路の調整特に温度補償のための調整が非常に面
倒になる。このため生産性が極めて悪くなり装置の信頼
性も低下するという問題もあつた。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
力でボルト・ナットを締付けることを可能にし、また部
品点数を減らして出産性と信頼性の向上とを図ることを
可能にする軸力管理法によるボルト締付方法を提供する
ことを第1の目的とする。
軸力管理法を用いた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つていたため、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
くために平滑回路が必要で、このため信号処理に位相遅
れが生じ易かつた。この結果ボルト・ナットを精度良く
目標とする軸力で締付けることができないという不都合
があつた。また軸力管理法においては締付トルクや締付
角度と軸力との関係を所定の計算式により求める必要が
あるが、この計算式が比較的複雑になるため、これをア
ナログ回路で構成しようとすると部品点数が非常に多く
なり、回路の調整特に温度補償のための調整が非常に面
倒になる。このため生産性が極めて悪くなり装置の信頼
性も低下するという問題もあつた。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
力でボルト・ナットを締付けることを可能にし、また部
品点数を減らして出産性と信頼性の向上とを図ることを
可能にする軸力管理法によるボルト締付方法を提供する
ことを第1の目的とする。
この発明はこの目的を達成するため、電動機の締付トル
ク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内の設定しきい値を越えたこと
を判別するしきい値判別ステップ、b最終目標軸力に対
応する最終目標締付角と前,記しきい値判別ステップの
判別条件成立時を始点とする締付角との差で、前記しき
い値と前記最終目標締付角との積を除算することにより
最終目標締付トルクを算出するトルク算出ステップ〜
!c締付トル
クが前記最終目標締付トルクを越えたことを判別して締
付けを停止させる停止判別ステップ、の各々ステップの
演算を行ななうように構成したものである。
ク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内の設定しきい値を越えたこと
を判別するしきい値判別ステップ、b最終目標軸力に対
応する最終目標締付角と前,記しきい値判別ステップの
判別条件成立時を始点とする締付角との差で、前記しき
い値と前記最終目標締付角との積を除算することにより
最終目標締付トルクを算出するトルク算出ステップ〜
!c締付トル
クが前記最終目標締付トルクを越えたことを判別して締
付けを停止させる停止判別ステップ、の各々ステップの
演算を行ななうように構成したものである。
・またトルク・ナ
ットのねじ山の変形があつて螺入が円滑に行なわれない
場合や、トルクとナットが共まわりして締付けが進行し
ない場合がある。この発明はこのような締付けに異常が
ある場合には、速やかにこの異常を検出し警報を発生す
るようにした軸力管理法によるボルト締付方法を提供す
ることを第2の目的とする。この発明はこの第2の目的
達成のため、前記しきい値判別ステップと停止判別ステ
ップとの少なくとも一方のステップに、そのステップの
判別条件成立までの所要時間が設定時間範囲外になつた
ことから異常を検出して警報を発生させると共に締付停
止信号を出力する異常検出ステップを付加・したもので
ある。
ットのねじ山の変形があつて螺入が円滑に行なわれない
場合や、トルクとナットが共まわりして締付けが進行し
ない場合がある。この発明はこのような締付けに異常が
ある場合には、速やかにこの異常を検出し警報を発生す
るようにした軸力管理法によるボルト締付方法を提供す
ることを第2の目的とする。この発明はこの第2の目的
達成のため、前記しきい値判別ステップと停止判別ステ
ップとの少なくとも一方のステップに、そのステップの
判別条件成立までの所要時間が設定時間範囲外になつた
ことから異常を検出して警報を発生させると共に締付停
止信号を出力する異常検出ステップを付加・したもので
ある。
以下実施例に基づき、この発明の詳細な説明する。先づ
この発明の原理を説明する。
この発明の原理を説明する。
第1図は締付特性図であり、この図て横軸には締付角0
,.縦軸の上方へ締付トルクT..縦軸の下方へ軸力N
が示されている。ボルトの軸力Nは弾性域内ではボルト
の伸びを比例し、この伸びは締付角θに比例するので、
この比例関係を延長し軸力Nが0となる点をθ=0と仮
定する。この仮想したθ=0の点を原点とすれば、軸力
Nは締付角θに対し図示のように原点を通る直線上を変
化する。従つて同一種類のボルトであれは、予め決めら
れた軸力、すなわち最終目標軸力Nsが与えられれば、
その時の最終目標締付角0,も一義的に決まる。ただし
、締付途中の軸力Nは測定が困難であり、従つて前記し
たθ=0の原点を決定することも困難である。一方締付
トルクTは、ボルト・ナットと被締結材との接触部分な
どの摩擦係数の大小によつて変化する。
,.縦軸の上方へ締付トルクT..縦軸の下方へ軸力N
が示されている。ボルトの軸力Nは弾性域内ではボルト
の伸びを比例し、この伸びは締付角θに比例するので、
この比例関係を延長し軸力Nが0となる点をθ=0と仮
定する。この仮想したθ=0の点を原点とすれば、軸力
Nは締付角θに対し図示のように原点を通る直線上を変
化する。従つて同一種類のボルトであれは、予め決めら
れた軸力、すなわち最終目標軸力Nsが与えられれば、
その時の最終目標締付角0,も一義的に決まる。ただし
、締付途中の軸力Nは測定が困難であり、従つて前記し
たθ=0の原点を決定することも困難である。一方締付
トルクTは、ボルト・ナットと被締結材との接触部分な
どの摩擦係数の大小によつて変化する。
第1図中特性Aはこの摩擦係数が小の場合、特性Bは中
の場合、特性Cは大の場合を示している。このため最終
目標締付角θ,での締付トルク、すなわち最終目標締付
トルクT,は特性A,B,CによりTs(4),Ts(
B),Ts(C)と変化する。今、弾性域内の或る締付
トルクすなわちしきい値Tthにおける締付角θをしき
い締付角θ,とし、例えば特性Aに対するそのしきい締
付角を0.CA)とすれば、第1図からが成立すること
が明らかである。
の場合、特性Cは大の場合を示している。このため最終
目標締付角θ,での締付トルク、すなわち最終目標締付
トルクT,は特性A,B,CによりTs(4),Ts(
B),Ts(C)と変化する。今、弾性域内の或る締付
トルクすなわちしきい値Tthにおける締付角θをしき
い締付角θ,とし、例えば特性Aに対するそのしきい締
付角を0.CA)とすれば、第1図からが成立すること
が明らかである。
このしきい締付角0.CA)から最終目標締付角θ,ま
での締付角、すなわち追加締付角θ1は、特性Aの場合
は0,(A)=θ9−0,(A であるから、 を前記の式に代人すれば、結局 が成立する。
での締付角、すなわち追加締付角θ1は、特性Aの場合
は0,(A)=θ9−0,(A であるから、 を前記の式に代人すれば、結局 が成立する。
この式を一般化すれば次式が得られる。第2図はこの(
1)式の曲線を示す図であり、この図から明らかなよう
にこの曲線はθ、=0(すなわちθ=θ、)の時に締付
トルクがTthとなる点を通る。
1)式の曲線を示す図であり、この図から明らかなよう
にこの曲線はθ、=0(すなわちθ=θ、)の時に締付
トルクがTthとなる点を通る。
この曲線(1)の関係は特性A,B,Cのそれぞれにつ
き成立し同一のボルトを用いる限り、摩擦係数の相違に
関係なく成立するものである。次にこのθ、=0すなわ
ちθ=θ,の点を始点として締付を進めると、追加締付
角θ、=θ−θ,が増加してゆくが、この時目標締付ト
ルクTsは前記(1)式の曲線(第2図)上にあること
は明らかである。一方この始点から締付けが進む場合に
は締付角θが増加するにつれ締付トルクTは第1図の特
性A,B,C上を変化するから、このことを第2図で表
わすと特性A,B,Cと平行な特性A″,B″,C″上
を変化してゆく。従つて(1)式の曲線(第2図)とA
″,B″,C″との交点がそれぞれ特性A,B,Cに対
する目標締付トルクLになる。この目標締付トルクTs
が現実の締付トルクTに等しくなつた時、すなわち(1
)式の曲線が、特性A,B,Cをしきい締付角θ,(A
),0t(B),0t(C)だけ平行移動した直線A″
,B″,C″と交わる時に締付停止すれば、最終目標締
付角θ,すなわち軸力Ns締付けることができる。第3
図は本発明によるボルト締付装置の第1実施例を示すブ
ロック図、第4図はそのフローチャートである。
き成立し同一のボルトを用いる限り、摩擦係数の相違に
関係なく成立するものである。次にこのθ、=0すなわ
ちθ=θ,の点を始点として締付を進めると、追加締付
角θ、=θ−θ,が増加してゆくが、この時目標締付ト
ルクTsは前記(1)式の曲線(第2図)上にあること
は明らかである。一方この始点から締付けが進む場合に
は締付角θが増加するにつれ締付トルクTは第1図の特
性A,B,C上を変化するから、このことを第2図で表
わすと特性A,B,Cと平行な特性A″,B″,C″上
を変化してゆく。従つて(1)式の曲線(第2図)とA
″,B″,C″との交点がそれぞれ特性A,B,Cに対
する目標締付トルクLになる。この目標締付トルクTs
が現実の締付トルクTに等しくなつた時、すなわち(1
)式の曲線が、特性A,B,Cをしきい締付角θ,(A
),0t(B),0t(C)だけ平行移動した直線A″
,B″,C″と交わる時に締付停止すれば、最終目標締
付角θ,すなわち軸力Ns締付けることができる。第3
図は本発明によるボルト締付装置の第1実施例を示すブ
ロック図、第4図はそのフローチャートである。
第2図において符号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・ナットの締付角度ΔO毎に角度パルスP
(ΔO)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に変換することにより締付トルク
を検出する。
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・ナットの締付角度ΔO毎に角度パルスP
(ΔO)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に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に変換する油変換
器である。
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
。
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リ、10は最終目標締付角
θS1しきい値Tthl締付装置の回転部分の慣性能率
な種々の設定値を設定する入出力装置、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。
ログラムを記憶しているメモリ、10は最終目標締付角
θS1しきい値Tthl締付装置の回転部分の慣性能率
な種々の設定値を設定する入出力装置、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
せることによつて電動機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。
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
せることによつて電動機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。
次に第4図によりこの実施例の動作を説明する。
先づ、入出力装置10により、最終目標軸力N,に対応
する締付角0,、前記(1)式より算出される最終目標
締付トルクTsより小さく設定された締付トルクであつ
て弾性域内にあるしきい値T,hlその他締付異常を検
出するための数値が慣性補正に必要な種々の値が設定さ
れる。
する締付角0,、前記(1)式より算出される最終目標
締付トルクTsより小さく設定された締付トルクであつ
て弾性域内にあるしきい値T,hlその他締付異常を検
出するための数値が慣性補正に必要な種々の値が設定さ
れる。
スイッチ2が閉成されると、電源電圧検出器13は、こ
のスイッチ2の閉成を検出して演算装置8へ演算開始信
号を送る。
のスイッチ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に基づきメモリ9からプ
ログラムを順次読込み、第4図に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1・パルス発生回路12
から位相制御されたゲートパルスGを発生させる。この
ため半導体スイッチ3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角Δ0毎に角度パ
ルスP(Δθ)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をデジタル信号として出力し続け
る。演算装置8は入出力装置10により設定された演算
装置T.h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(ス
テップ100)、締付トルクTがしきい値Tth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。
ログラムを順次読込み、第4図に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1・パルス発生回路12
から位相制御されたゲートパルスGを発生させる。この
ため半導体スイッチ3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角Δ0毎に角度パ
ルスP(Δθ)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をデジタル信号として出力し続け
る。演算装置8は入出力装置10により設定された演算
装置T.h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(ス
テップ100)、締付トルクTがしきい値Tth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。
一方演算装置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が設定時間ち以上になる
と、そのことがステップ102で判別され、ボルトがナ
ットと共回りしているものとして警報を発し(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
のことがステップ106で判別され、ねじ山の変形など
によりボルトまたはナットがロックしているか、または
すでに締付けが終了しているものとして警報を発し(ス
テップ104)、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がしきい値Tt
hになるまでの所要時間tがT2くt<t1の範囲外に
なつ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
テップとなつている。演算装置8はステップ100の条
件が成立すると、その時の締付角θをしきい締付角θ、
として記憶すると共に、このしきい締付角θ,を始点と
する追加締付角θ8=O−θ,を積算する(ステップ1
08)。
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が設定時間ち以上になる
と、そのことがステップ102で判別され、ボルトがナ
ットと共回りしているものとして警報を発し(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
のことがステップ106で判別され、ねじ山の変形など
によりボルトまたはナットがロックしているか、または
すでに締付けが終了しているものとして警報を発し(ス
テップ104)、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がしきい値Tt
hになるまでの所要時間tがT2くt<t1の範囲外に
なつ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
テップとなつている。演算装置8はステップ100の条
件が成立すると、その時の締付角θをしきい締付角θ、
として記憶すると共に、このしきい締付角θ,を始点と
する追加締付角θ8=O−θ,を積算する(ステップ1
08)。
そしてこの追加締付角0xとしきい値Tthおよび予め
記憶されている最終目標締付角0,を用い、(1)式に
よつて目標締付トルクLを算出する(トルク算出ステッ
プ110)。電動機4の回転と共に増加する締付途中の
締付トルクT。が.このステップ110で算出した目標
締付トルクTsに一致した時に電動機4を停止させれば
、一応目標軸力Nsでの締付けができることなる。しか
しこの実施例では電動機電源遮断直後の慣性による増締
量も考慮し回転が完全に停止した時の最終!締付トルク
Teを子測し、この最終締付トルクTeが前記目標締付
トルクT,を越えた時に電源を遮断するようにしている
。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。
記憶されている最終目標締付角0,を用い、(1)式に
よつて目標締付トルクLを算出する(トルク算出ステッ
プ110)。電動機4の回転と共に増加する締付途中の
締付トルクT。が.このステップ110で算出した目標
締付トルクTsに一致した時に電動機4を停止させれば
、一応目標軸力Nsでの締付けができることなる。しか
しこの実施例では電動機電源遮断直後の慣性による増締
量も考慮し回転が完全に停止した時の最終!締付トルク
Teを子測し、この最終締付トルクTeが前記目標締付
トルクT,を越えた時に電源を遮断するようにしている
。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。
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、この時には
が成立する。
が成立する。
この(3)式をt=oでθ=θ0,dθ/Dt=ωoと
いう初期条件で解けば)となる。
いう初期条件で解けば)となる。
ここにβ2=E/J,ψ=Tan−1(00β/ωo)
である。この(4)式より電源遮断後の締付角θの最大
値θ.は・となる。
である。この(4)式より電源遮断後の締付角θの最大
値θ.は・となる。
一方、ボルトの最大締付トルクTr.は締付角θの最大
値θ.におけるものであるから次のようになる。
値θ.におけるものであるから次のようになる。
ここで電源遮断直前における電動機の速度変動率が小さ
ければ、電源遮断直前の締付トルクTOはとなるから、
(6)式は結局次のようになる。
ければ、電源遮断直前の締付トルクTOはとなるから、
(6)式は結局次のようになる。
この(7)式から明らかなように、電源遮断直前におけ
る締付トルクT。とその時の角速度ω。とが既知であれ
ば最大締付トルクTmlすなわち慣性による増締量を考
慮した最終締付トルクTeを予測できる。第4図におい
てステップ112で或る時点θ。
る締付トルクT。とその時の角速度ω。とが既知であれ
ば最大締付トルクTmlすなわち慣性による増締量を考
慮した最終締付トルクTeを予測できる。第4図におい
てステップ112で或る時点θ。
における締付トルクT。を一時記憶する一方、この時の
角度パルスP(Δθ)の時間間隔内て積算したクロック
パルス数Nの逆数1/Nから角速度ω。を算出し一時記
憶する。ステップ114は、この時点0nで電源を遮断
した場合の慣性による影響を考慮した最終締付トルクT
eを(7)式から予測する(予測ステップ)。ステップ
116はこの予測した最終締付トルクLが前記目標締付
トルクTsを越えたか否かを判別し、この条件成立まで
の間角度パルスP(Δθ)毎に新たにその時点の追加締
付角θ、を算出し(スデツプ108)、この新しい追加
締付角Tsにより(1)式から目標締付トルクTsを算
出し(ステップ110)、この時点の締付トルクTnお
よび角速度ω。を新たな初期値としてステップ114の
演算を繰り返えす(停止判別ステップ)。このステップ
116の条件成立までの所要時間tは、ステップ102
,106と同様にステップ118,120で設定値t1
″,ち″と比較され、異常の有無が判別される。そして
これらステップ116,118で異常が検出されれば警
報を発し(ステップ104)、異常が無ければ締付けを
停止する。なお前記予測ステップ112の演算に必要な
慣性率Jやばね定数Eなどの定数は、入出力装置10に
より予め入力されているか、またはメモリ9に記憶され
ている。第5図と第6図は第2実施例を示すブロック図
とフローチャートである。の実施例は締付トルクTを電
動機電流から求める一方、締付角0は締付角検出器5が
所定締付角Δ0毎に出力する角度パルスP(Δθ)によ
り求めるよう構成したものである。なお第5図ては異常
検出ステップは省かれている。第5図において20は電
動機4に直列接続された電流検出用抵抗器、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1Dに変換する油変換器、24はこのデジタ
ル信号1。
角度パルスP(Δθ)の時間間隔内て積算したクロック
パルス数Nの逆数1/Nから角速度ω。を算出し一時記
憶する。ステップ114は、この時点0nで電源を遮断
した場合の慣性による影響を考慮した最終締付トルクT
eを(7)式から予測する(予測ステップ)。ステップ
116はこの予測した最終締付トルクLが前記目標締付
トルクTsを越えたか否かを判別し、この条件成立まで
の間角度パルスP(Δθ)毎に新たにその時点の追加締
付角θ、を算出し(スデツプ108)、この新しい追加
締付角Tsにより(1)式から目標締付トルクTsを算
出し(ステップ110)、この時点の締付トルクTnお
よび角速度ω。を新たな初期値としてステップ114の
演算を繰り返えす(停止判別ステップ)。このステップ
116の条件成立までの所要時間tは、ステップ102
,106と同様にステップ118,120で設定値t1
″,ち″と比較され、異常の有無が判別される。そして
これらステップ116,118で異常が検出されれば警
報を発し(ステップ104)、異常が無ければ締付けを
停止する。なお前記予測ステップ112の演算に必要な
慣性率Jやばね定数Eなどの定数は、入出力装置10に
より予め入力されているか、またはメモリ9に記憶され
ている。第5図と第6図は第2実施例を示すブロック図
とフローチャートである。の実施例は締付トルクTを電
動機電流から求める一方、締付角0は締付角検出器5が
所定締付角Δ0毎に出力する角度パルスP(Δθ)によ
り求めるよう構成したものである。なお第5図ては異常
検出ステップは省かれている。第5図において20は電
動機4に直列接続された電流検出用抵抗器、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1Dに変換する油変換器、24はこのデジタ
ル信号1。
により任意の締付角θ1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。この図においては前記第3図と同一部分には同一符
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6図に基づき説明する。
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。この図においては前記第3図と同一部分には同一符
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6図に基づき説明する。
スイッチ2の閉成により、演算装置8は位相制御回路1
1、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。仙変換器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
て短かい周期で量子化してデジタル信号1。とする。第
2の演算装置24はこのデジタル信号■Dを交流電源1
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1M=ΣIOを算出する一方、角度パルスP(Δ
O)の時間間隔内に積算されるクロックパルス数Nの逆
数1/Nから角速度ωを算出する(ステップ200)。
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(Δ0)が出力される締付角0n−1,0nにお
ける角速度の差から、角加速度dω/Dtを算出する(
ステップ202)。一方直流電動機ではその出力トルク
Tは となる。
1、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。仙変換器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
て短かい周期で量子化してデジタル信号1。とする。第
2の演算装置24はこのデジタル信号■Dを交流電源1
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1M=ΣIOを算出する一方、角度パルスP(Δ
O)の時間間隔内に積算されるクロックパルス数Nの逆
数1/Nから角速度ωを算出する(ステップ200)。
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(Δ0)が出力される締付角0n−1,0nにお
ける角速度の差から、角加速度dω/Dtを算出する(
ステップ202)。一方直流電動機ではその出力トルク
Tは となる。
ここにΦ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
慣性による影響(J台舊)、および摩擦トルクT,を考
慮すると次式のようになる。
して実際に締付けに寄与するトルクTは、速度変動時の
慣性による影響(J台舊)、および摩擦トルクT,を考
慮すると次式のようになる。
第2の演算装置24はこの(8)式の演算を行つて実際
の締付トルクTを算出し(ステップ204)、前記角速
度ωと共に出力する。
の締付トルクTを算出し(ステップ204)、前記角速
度ω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および角速度ωを角度パルスP(Δ0)に基づい
て読込み、前記第3,4図に示した第1実施例と同様の
演算を行なう。
ルクTおよび角速度ωを角度パルスP(Δ0)に基づい
て読込み、前記第3,4図に示した第1実施例と同様の
演算を行なう。
このように第6図の後半の動作は前記第4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7図と第8図は第3実施例のブロッ
ク図とフローチャートである。
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7図と第8図は第3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、締付
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7図において30は電動機電圧をデジタル信号V
Dに変換する鳩変換器、32は第2のデジタル演算装置
、34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。この図においては、前記第3,5図
と同一部分に同一符号を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4に電流が流れると、電動機電流と電圧がそれぞれ
AD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1。
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7図において30は電動機電圧をデジタル信号V
Dに変換する鳩変換器、32は第2のデジタル演算装置
、34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。この図においては、前記第3,5図
と同一部分に同一符号を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4に電流が流れると、電動機電流と電圧がそれぞれ
AD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1。
,■oに変換される。第22の演算装置32はノこれら
デジタル信号1。,V0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し=ΣID
lおよび■9=Σ■oを算出する(第8図のステップ3
00)。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。
デジタル信号1。,V0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し=ΣID
lおよび■9=Σ■oを算出する(第8図のステップ3
00)。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。
ここにRは電機子抵抗、Φは磁界、Kは定数である。
磁界Φは一般には電流1Mの関数となるが、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、前記油変換器22,30が出力する
電流しおよび電圧VMを順次読込んで(9)式の演算を
行ない角速度ωを算出する一方(ステップ302)、前
記(8)式の演算を行つ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304)。
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、前記油変換器22,30が出力する
電流しおよび電圧VMを順次読込んで(9)式の演算を
行ない角速度ωを算出する一方(ステップ302)、前
記(8)式の演算を行つ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304)。
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周期毎に出力する。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。
電源の半周期または1周期毎に出力する。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。
およびトルクTnを所定の時間間隔で順次読込み、の関
係から締付角θを算出する一方(ステップ306)、所
定締付角Δθ毎にその時の締付トルクL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3
〜8図に示した実施例では角速度ωが締付けの進行につ
れて変化するものてあるが、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てある。
係から締付角θを算出する一方(ステップ306)、所
定締付角Δθ毎にその時の締付トルクL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3
〜8図に示した実施例では角速度ωが締付けの進行につ
れて変化するものてあるが、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てある。
例えば電機子逆起電圧か角速度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を一定に制御するも
のがある。第9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てある。
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を一定に制御するも
のがある。第9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てある。
この実施例では電動機電圧を油変換器でデジタル信号V
。とした後、これを交流電源の半周期または1周期に亘
つて積分することにより電圧の実効値■9を求め(ステ
ップ400)、前記(9)式の速度特性式により電動機
電流1Mを演算し(ステップ402)、さらにこれら電
圧VM..電流1Mを用いて前記(8)式により締付ト
ルクTを算出する(ステップ404)、以下角速度ωを
定数として前記第3〜8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。第3,4図の第1実施例では
、しきい値判別ステップ100と停止判別ステップ11
6の両方に、締付けの異常を検出するための異常検出ス
テップ102,10牡および118,120を設けてい
るので、異常検出が一層確実になるが、この発明ではス
テップ100または116のいずれか一方にこの異常検
出ステップを設けてもよい。また以上の各実施例では予
測ステップ114により慣性による影響を補正している
ので、一層正確な軸力管理が可能になるが、精度をこれ
ほど要求しない場合はこのステップ114を省いてもよ
い。さらに第3〜9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204,304,40
4におい慣性および摩擦によるトルクの減少を考慮して
いるので、トルクTの正確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に、
摩擦係数などの締付条件の相違を考慮し、目標軸力を発
生させる締付角に対応する最終目標締付トルクをボルト
毎に算出し、締付トルクがこの最終目標締付トルクに一
致するようにしたから、締付条件に差があつても軸力を
正確に管理することができ、軸力のばらつきが少なくな
る。
。とした後、これを交流電源の半周期または1周期に亘
つて積分することにより電圧の実効値■9を求め(ステ
ップ400)、前記(9)式の速度特性式により電動機
電流1Mを演算し(ステップ402)、さらにこれら電
圧VM..電流1Mを用いて前記(8)式により締付ト
ルクTを算出する(ステップ404)、以下角速度ωを
定数として前記第3〜8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。第3,4図の第1実施例では
、しきい値判別ステップ100と停止判別ステップ11
6の両方に、締付けの異常を検出するための異常検出ス
テップ102,10牡および118,120を設けてい
るので、異常検出が一層確実になるが、この発明ではス
テップ100または116のいずれか一方にこの異常検
出ステップを設けてもよい。また以上の各実施例では予
測ステップ114により慣性による影響を補正している
ので、一層正確な軸力管理が可能になるが、精度をこれ
ほど要求しない場合はこのステップ114を省いてもよ
い。さらに第3〜9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204,304,40
4におい慣性および摩擦によるトルクの減少を考慮して
いるので、トルクTの正確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に、
摩擦係数などの締付条件の相違を考慮し、目標軸力を発
生させる締付角に対応する最終目標締付トルクをボルト
毎に算出し、締付トルクがこの最終目標締付トルクに一
致するようにしたから、締付条件に差があつても軸力を
正確に管理することができ、軸力のばらつきが少なくな
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
理に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。一般に軸力管理
法の計算式をアナログ回路で構成した場合には部品点数
が増え、温度補償などを考慮すると生産性が極めて悪く
信頼性が著しく低くなる。しかし本発明によればデジタ
ル回路で構成したらプログラムによつてこのような複雑
な計算を行なわせることができ、部品点数が非常に少な
くなり、温度補償などの対策が容易で信頼性を格段に高
めることが可能になる。またしきい値判別ステップや停
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び山の異常などを確実に検
知てきる。さらに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。
理に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。一般に軸力管理
法の計算式をアナログ回路で構成した場合には部品点数
が増え、温度補償などを考慮すると生産性が極めて悪く
信頼性が著しく低くなる。しかし本発明によればデジタ
ル回路で構成したらプログラムによつてこのような複雑
な計算を行なわせることができ、部品点数が非常に少な
くなり、温度補償などの対策が容易で信頼性を格段に高
めることが可能になる。またしきい値判別ステップや停
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び山の異常などを確実に検
知てきる。さらに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に対処でき、汎用性に
富むという効果もある。
種類や締付条件が変化しても柔軟に対処でき、汎用性に
富むという効果もある。
第1図は本発明の締付特性図、第2図は本発明の詳細な
説明図、第3図と第4図は第1実施例のブロック図とフ
ローチャート、第5図と第6図は第2実施例のブロック
図とフローチャート、第7図と第8図は第3実施例のブ
ロック図とフローチャート、また第9図は第4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・
・・しきい値判別ステップ、102,106,118,
120・・・異常検出ステップ、110・・・トルク算
出ステップ、116・・・停止判別ステップ、T・・・
締付トルク、Tth・・化きい値、O・・・締付角。
説明図、第3図と第4図は第1実施例のブロック図とフ
ローチャート、第5図と第6図は第2実施例のブロック
図とフローチャート、第7図と第8図は第3実施例のブ
ロック図とフローチャート、また第9図は第4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・
・・しきい値判別ステップ、102,106,118,
120・・・異常検出ステップ、110・・・トルク算
出ステップ、116・・・停止判別ステップ、T・・・
締付トルク、Tth・・化きい値、O・・・締付角。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 電動機の締付トルク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ステップの演算を行なう
ことを特徴とする軸力管理法によるボルト締付方法。 a 締付トルクが弾性域内の設定しきい値を越えたこと
を判別するしきい値判別ステップ、b 最終目標軸力に
対応する最終目標締付角と前記しきい値判別ステップの
判別条件成立を始点とする追加締付角との差で、前記し
きい値と前記最終目標締付角との積を除算することによ
り最終目標締付トルクを算出するトルク算出ステップ、
c 締付トルクが前記最終目標締付トルクを越えたこと
を判別して締付けを停止させ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
ンゲージの出力をAD変換器でデジタル信号に変換する
ことにより求める特許請求の範囲第1項記載の軸力管理
法によるボルト締付方法。 3 締付トルクは電動機電流に基づき電動機のトルク特
性式から算出する特許請求の範囲第1項記載の軸力管理
法によるボルト締付方法。 4 締付角は締付角検出器が所定締付角毎に出力する角
度パルスにより検出する特許請求の範囲第1項記載の軸
力管理法によるボルト締付方法。 5 電動機電流および電動機電圧をそれぞれ示すデジタ
ル信号と、電動機の速度特性式とに基づいて締付角を算
出する特許請求の範囲第1項記載の軸力管理法によるボ
ルト締付方法。 6 電動機は角速度が一定となるように位相制御され、
締付角はこの角速度とクロックパルスとに基づき求める
特許請求の範囲第1項記載の軸力管理法によるボルト締
付方法。 7 電動機の締付トルク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行な
うことを特徴とする軸力管理法によるボルト締付方法。 a 締付トルクが弾性域内の設定しきい値を越えたこと
を判別するしきい値判別ステップ。b 最終目標軸力に
対応する最終目標締付角と前記しきい値判別ステップの
判別条件成立時を始点とする締付角との差で前記しきい
値を除算することにより最終目標締付トルクを算出する
トルク算出ステップ。 c 締付トルクが前記最終目標締付トルクを越えたこと
を判別して締付けを停止させる停止判別ステップ。 d 前記しきい値判別ステップと停止判別ステップの少
なくとも一方のステップに設けられ、その条件成立まで
の所要時間が設定時間範囲外になつたことから異常を検
出して警報を発生させると共に締付けを停止させる異常
検出ステップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15439381A JPS6055269B2 (ja) | 1981-09-29 | 1981-09-29 | 軸力管理法によるボルト締付方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15439381A JPS6055269B2 (ja) | 1981-09-29 | 1981-09-29 | 軸力管理法によるボルト締付方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5856774A JPS5856774A (ja) | 1983-04-04 |
| JPS6055269B2 true JPS6055269B2 (ja) | 1985-12-04 |
Family
ID=15583153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15439381A Expired JPS6055269B2 (ja) | 1981-09-29 | 1981-09-29 | 軸力管理法によるボルト締付方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6055269B2 (ja) |
-
1981
- 1981-09-29 JP JP15439381A patent/JPS6055269B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5856774A (ja) | 1983-04-04 |
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