專利名稱：用于間斷的動力驅(qū)動的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不需要標準工具的任何額外修改或端口的基于與流體流相關(guān)的特性的控制系統(tǒng)和/或錯誤證明系統(tǒng)(即，零額外端口控制系統(tǒng))，該流體流通過與工具相連的加壓流體供應(yīng)管道。
背景技術(shù)：
上緊帶螺紋的緊固件以獲得預(yù)定的轉(zhuǎn)矩水平是動力學上的措施。在上緊過程中需要考慮許多因素。由于緊固件是易變形的螺紋材料，因此現(xiàn)行的轉(zhuǎn)矩緊固件需要較長和/或較高的停止轉(zhuǎn)矩。工業(yè)上用術(shù)語“硬接合”表示從就位(初始的表面接觸)開始到小于30度的角度旋轉(zhuǎn)的完全擰緊的緊固過程。通常緊固“接合”需要60到180度的旋轉(zhuǎn)以完成擰緊過程。軟接合(720度或更高)例如軟管夾可以在緊固件被認為是完全擰緊之前繼續(xù)對軟材料進行幾次旋轉(zhuǎn)。從過去的經(jīng)驗已經(jīng)看出，由于在工具關(guān)閉或去掉之后不能監(jiān)視或控制應(yīng)用力或轉(zhuǎn)矩，因此隨著時間的過去接合的放松能成為緊固件擰緊失效的原因。利用專業(yè)緊固件設(shè)計以試圖最小化這種松弛。所有的這些接合狀態(tài)需要不同的停止參數(shù)以便于精確控制。
已經(jīng)將傳感器結(jié)合入工具以通過閉環(huán)控制電路的嘗試來控制在目標轉(zhuǎn)矩上的停止。已經(jīng)證實用儀器裝備的工具能夠非常精確，但是這種用儀器裝備的工具不會注意到接合的松弛?？梢岳猛苿雍蜎_擊工具來最小化或排除接合松弛的問題，但很難精確地控制最終的輸出轉(zhuǎn)矩。
美國專利No.5937730公開了一種作為周期計數(shù)裝置操作的裝置。裝備限定器是監(jiān)視氣體工具的壓力的計數(shù)裝置。該裝置利用對于預(yù)先設(shè)置的時間窗口的氣壓中的變化來指示緊固過程是否已斷定為成功。雖然該專利聲稱可證明合適的緊固轉(zhuǎn)矩，但該專利沒有公開對應(yīng)用轉(zhuǎn)矩的任何監(jiān)視并且沒有采用允許轉(zhuǎn)矩水平證明的所監(jiān)視的參數(shù)。該裝置增加了計數(shù)器以“限定”對于預(yù)先編程的數(shù)目的預(yù)期和/或可接受的周期的整個結(jié)果。該裝置可通過在運行周期內(nèi)利用壓力傳感器監(jiān)視壓力變化并且通過比較對于“良好”事件特征的壓力變化來信號指示錯誤狀態(tài)作為預(yù)先編程的，從而中斷響應(yīng)于所限定的不可接受的事件的發(fā)生的周期。即使該裝置被描述為“限定器”，也不能實際控制工具。它簡單地監(jiān)視氣壓變化作為對于緊固周期的時間線上的繪圖。該裝置于是將每個緊固周期比作置于壓力對時間的公知的“良好”緊固事件繪圖上的一系列的“窗口”。
美國專利No.5592396利用氣流來繪制緊固事件。但是，該專利不利用氣流特征來控制，而只是將其作為“觸發(fā)”信號來在來自沖擊型動力工具的脈沖的適當點或合適起點(基于達到的足夠振幅)的開始起動計數(shù)。該專利指示在沖擊扳手中，在緊固(錘擊)過程中的流動信號的脈沖屬性允許容易地對打擊(沖擊)計數(shù)以便于監(jiān)視或控制。建立該系統(tǒng)的過程太復(fù)雜并且需要重要的操作者的輸入和作決定，或者需要大量的對于計算機的數(shù)據(jù)收集以便合適地發(fā)展通過計算的限制。該專利表示可以進行一系列的“普通”擰緊，最好至少25次，并且其結(jié)果可以人工記錄或自動傳遞到計算機。通過統(tǒng)計估算計算機中的這些結(jié)果，可以因此在計算機中設(shè)置有用的限度。然后可以將這些限度用于捕集(識別)從已知的普通狀態(tài)的趨勢或偏離。該專利表示對于脈沖沖擊型工具，一旦振幅水平超出預(yù)定水平該裝置就開始對脈沖數(shù)目計數(shù)。該裝置控制所計數(shù)的脈沖的數(shù)目，然后計算在每個脈沖下的面積以通過算術(shù)導出的等價轉(zhuǎn)矩值來確定所控制數(shù)目的脈沖的總能量。通過算術(shù)地將由脈沖表示的總面積之和比作預(yù)先編程的高和低轉(zhuǎn)矩限度來完成試圖對事件的限定從而基于轉(zhuǎn)矩限度確定接受度。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中預(yù)期提供一種通過監(jiān)視與從遠離工具的地方流向工具的流體相關(guān)的特性來控制和/或錯誤證明脈沖沖擊工具的系統(tǒng)。預(yù)期在本發(fā)明中提供一種能夠簡單、快速地建立要被上緊的各種類型的緊固件的系統(tǒng)。預(yù)期在本發(fā)明中提供一種通過監(jiān)視與流體流量相關(guān)的特性來控制脈沖沖擊工具的系統(tǒng)，該特性是流體驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的聲音信號監(jiān)視和/或通過孔的壓差中的至少一個，任一監(jiān)視傳感器可定位于遠離受驅(qū)動的脈沖沖擊工具的地方。
本發(fā)明提供一種可容易地安裝存在的控制裝置以及未來的脈動和沖擊型的工具應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的控制器可被編程具有變量，例如停止速度控制、低轉(zhuǎn)矩停留速度、高轉(zhuǎn)矩斜坡上升速度、高轉(zhuǎn)矩停留速度、以及關(guān)斷轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明的控制器可被編程具有多個參數(shù)構(gòu)造以便可以通過同樣的工具來合適地緊固不同接合類型和/或尺寸的緊固件。對應(yīng)于基于可接受的流體流量特征的大量流速基準標記的參數(shù)提供了工具循環(huán)速度和轉(zhuǎn)矩控制并能拒絕緊固件周期。流體流速異常檢測過程，并且還可排除不止一次地緊固同樣的緊固件的努力。流體流速的異常檢測過程還可排除表示過量流的周期，這作為一種如果緊固件從驅(qū)動座滑出的情況。
對工具的受壓流體供應(yīng)線可提供用于聲學地將馬達速度數(shù)據(jù)耦合到控制器的裝置。例如，容納在最受空氣驅(qū)動的緊固件上緊工具中的馬達是單或雙腔的旋葉型馬達。隨著葉片封上和打開內(nèi)部氣室供應(yīng)端口，通過旋葉的動作來切換通過馬達內(nèi)的膨脹室的壓縮空氣流?？諝獾倪@種脈動導致了具有正比于馬達的速度以及葉片和室的數(shù)目的頻率的音調(diào)?？梢岳寐晫W傳感器來收集該數(shù)據(jù)。盡管該傳感器可以位于工具進氣口或排氣口中、上或附近的任何位置，但根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選位置在容納于控制器內(nèi)的壓縮空氣供應(yīng)計量系統(tǒng)里面。聲學傳感器的輸出饋入信號調(diào)整頻率-電壓轉(zhuǎn)換電路，該電路給出與馬達速度成比例的輸出電壓水平。繪出對于時間的速度信號以產(chǎn)生緊固件周期的特征。該特征還提供閉環(huán)速度控制的裝置。期望提供用于硬接合狀態(tài)的閉環(huán)速度控制。利用連接到控制器的低成本工具來提供完全儀器裝備的工具的接合質(zhì)量控制方法。還可容易地控制多個主軸工具來提供漸進的或連續(xù)的預(yù)轉(zhuǎn)矩值，然后同步前進到最后的目標轉(zhuǎn)矩。
通過下面結(jié)合附圖的對實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式進行的說明，本發(fā)明的其他應(yīng)用對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說將變得明顯。


下面的說明參照附圖，其中在幾個視圖中相同的附圖標記表示相同的部件，其中附圖1示出根據(jù)本發(fā)明的典型控制器裝備的示意圖；附圖2示出根據(jù)本發(fā)明的在設(shè)立的第一步驟期間的壓力對時間的圖表，其中控制器獲知連接到控制器的工具的工具屬性；附圖3示出根據(jù)本發(fā)明的在獲知過程的另一步驟期間在上部的壓力對時間和在下部的流量對時間的雙圖表，其中控制器確定在預(yù)定壓力設(shè)置下的緊固件上緊過程中要達到目標轉(zhuǎn)矩值所需的時間作為圖2中所示的第一步驟的結(jié)果，其中圖表中的下部示出在可接受的緊固件上緊周期中流量對時間的關(guān)系；附圖4示出在獲知過程的另一步驟期間的在上部的壓力對時間和在下部的流量對時間的雙圖表，其中將在壓力設(shè)置下以前上緊的緊固件上的重新打擊(rehit)的流量特性告知給控制器以作為圖2中的獲知過程的結(jié)果；附圖5示出在獲知過程的另一步驟期間的在上部的壓力對時間和在下部的流量對時間的雙圖表，其中將在壓力設(shè)置下的主要轉(zhuǎn)矩自由流量值告知給控制器以作為圖2中的獲知過程的結(jié)果；以及附圖6顯示為在圖2至5的步驟中所示的告知給控制器的根據(jù)所獲知的參數(shù)屬性的流量對時間的圖表，示出了具有所顯示的各種獲知的或識別的異常。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的典型裝備包括壓縮流體源10，例如壓縮空氣。通過壓縮空氣源10傳遞的壓縮空氣供應(yīng)優(yōu)選由可選的水分捕集器/過濾器12來清潔。清潔的空氣還可優(yōu)選地通過優(yōu)選的預(yù)控制器壓力調(diào)節(jié)器14。然后清潔、調(diào)節(jié)過的壓縮空氣流經(jīng)優(yōu)選的自動潤滑油噴射系統(tǒng)16。根據(jù)本發(fā)明，清潔、調(diào)節(jié)、潤滑過的壓縮空氣然后流經(jīng)內(nèi)部控制調(diào)節(jié)器18和傳感器20，例如聲學傳感器和/或流量傳感器。受控制的流體流通過標準供應(yīng)軟管24連接到流體動力工具22。來自傳感器20的信號可由中央處理單元26例如微處理器接收，中央處理單元26響應(yīng)于存儲于存儲器中的程序來控制內(nèi)部控制調(diào)節(jié)器18的操作?？刂泼姘?8可操作地連接于中央處理單元26以提供操作者對控制程序的輸入，并依據(jù)存儲于存儲器中的程序?qū)碜灾醒胩幚韱卧?6的輸出提供顯示。圖1中示出了測試接合或?qū)嶋H緊固件接合30。在所示構(gòu)造中，轉(zhuǎn)換器32可連接于氣動工具22和緊固件接合30之間從而執(zhí)行圖2-5中所示的一個或多個獲知步驟。轉(zhuǎn)換器32可通過纜線34連接到中央處理單元26。需要轉(zhuǎn)換器32來執(zhí)行下面將更詳細說明的自動閉環(huán)獲知功能和審核功能。可以提供開關(guān)36運行相反的遠程周期，該周期電子地旁路用于單個相反周期的所有內(nèi)部計量裝置，或閉鎖以成批地去掉緊固件?？刂破?0可位于遠離要控制的氣動工具22的壓縮空氣供應(yīng)線中，其中在正常操作期間(不包括獲知周期)僅僅在控制器40和氣動工具22之間的連接是標準供應(yīng)軟管24?？刂破?0可包括印刷電路板和電源。內(nèi)部氣壓控制調(diào)節(jié)器18可包括用于計量氣壓的線性、電壓控制的壓力調(diào)節(jié)器。傳感器20可包括用于感測在精密口的任一側(cè)上的端口之間的大量氣流，或可包括聲學傳感器。
通過并不限定的實例，控制面板可包括顯示器如8字符的兩線顯示器、以及模式選擇開關(guān)如“轉(zhuǎn)換器校準”、“獲知工具”、“獲知應(yīng)用”和“運行”按鈕。可提供多個可編程的運行按鈕以編程要執(zhí)行的不同的緊固件接合周期。如果為了編程目的的需要，可提供額外的按鈕。開關(guān)36可定位作為控制面板28的一部分，或者如果控制器并不接近于工具操作者則可遠距離定位。該設(shè)立程序需要利用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器32。當編程參數(shù)進入控制器40中時，可以通過控制面板來控制分路校準和全刻度輸出?？刂泼姘?8還可選地包括緊固件計數(shù)顯示器以指示對于配置周期的程序以及緊固件的總數(shù)目?？蛇x地，可提供輸入和繼電器輸出端子板以遠程控制控制器的所有特征。
現(xiàn)在參照圖2，每個工具都需要在被編程時依據(jù)校準源來運行。這可通過利用固定轉(zhuǎn)換器和測試接合、或旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器和實際接合連接應(yīng)用來完成。在任一情況中，控制器40必須接收轉(zhuǎn)換器的全刻度轉(zhuǎn)矩值作為手動或自動的輸入。可以調(diào)節(jié)控制器40的增益和零設(shè)置來反映轉(zhuǎn)換器輸出值。這種校準過程可以開始于用于限定轉(zhuǎn)矩的術(shù)語的操作者的選擇。按下“設(shè)立”按鈕可導致控制器40在字符顯示器上顯示“單位”，其中可顯示轉(zhuǎn)矩。操作者通過現(xiàn)有選項如尺磅、牛頓米、英寸磅等可在循環(huán)時利用選擇器上箭頭/下箭頭控制來作選擇。再次按下“設(shè)立”按鈕允許操作者插入要利用的轉(zhuǎn)換器的全刻度值。第三次按下“設(shè)立”按鈕可提示操作者執(zhí)行分路校準和調(diào)節(jié)控制器40的增益和零設(shè)置。當完成校準之后，將緊固周期的參數(shù)告知控制器?？蓪刂破?0進行編程以具有對于要由所連接的工具處理的不同的緊固接合應(yīng)用的多個不同的參數(shù)指令設(shè)置。為了向控制器40教導新的參數(shù)設(shè)置，操作者按下“獲知”按鈕?？刂破?0響應(yīng)于對特定指令設(shè)置的文件名的請求。操作者可通過現(xiàn)有名字的菜單來循環(huán)從而作選擇。如果需要，再次按下“獲知”按鈕提示操作者修改低轉(zhuǎn)矩停留時間段。這顯示了在稀有環(huán)境下產(chǎn)生默認值的控制器可需要修改，例如在出現(xiàn)主要轉(zhuǎn)矩時。再次按下“獲知”按鈕允許操作者利用“上/下”箭頭控制輸入對于上緊循環(huán)的最后轉(zhuǎn)矩值。再次按下“獲知”按鈕提示操作者修改控制器產(chǎn)生的默認的最后轉(zhuǎn)矩停留時間。在默認的最后轉(zhuǎn)矩停留時間期間，被上緊的緊固件將以最后轉(zhuǎn)矩值脈動從而確保接合松弛問題得到校正。按下“獲知”按鈕將提示操作者輸入具體接合連接應(yīng)用所需要的緊固周期的數(shù)目。操作者可利用“上/下”箭頭控制來對期望值進行編程。根據(jù)供應(yīng)壓力來繪制連接到控制器的工具的能力以確定適當?shù)年P(guān)閉點。工具的操作者按下“獲知工具和接合”按鈕。這起動了控制器“獲知”周期?？刂破魍ㄟ^在控制器顯示器上顯示“運行測試接合”來提示操作者。這時操作者使工具運行一次完整的“獲知”周期。該單個測試緊固件或者可以當通過同軸滑環(huán)轉(zhuǎn)換器32監(jiān)視應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩時在具體接合應(yīng)用上運行，或者可利用臺式頂部儀器測試接合來運行。通過按下和夾持工具22的觸發(fā)器，操作者可向控制器發(fā)送該到時間運行測試的信號?？刂破髯x取和存儲由操作者輸入的所有參數(shù)信息。確定全刻度轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)矩作為有效的，當其接近于但并不小于所選出的目標轉(zhuǎn)矩?？刂破饔嬎阃Ｖ罐D(zhuǎn)矩的默認值作為最后停止值的百分數(shù)?？刂破?0計算圖2中所示的長時間壓力斜坡。控制器40起動斜坡。在某些點上，測試下的工具會加速、停止緊固件，并開始脈動或沖擊?？諝庑逼吕^續(xù)直到轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)矩脈沖的振幅等于操作者賦值的轉(zhuǎn)矩值?？刂破?0現(xiàn)在知道了默認的停止壓力以及轉(zhuǎn)矩目標氣壓?？刂破骺梢酝ㄟ^在顯示器的頂線上顯示“拒絕”來請求關(guān)于拒絕跟蹤的信息。操作者可按要求通過按下“上/下”箭頭選擇器開關(guān)來選擇“跟蹤”或“忽視”?？刂破饔嬎闳康木o固件上緊控制斜坡。可以指示調(diào)節(jié)器來控制在對應(yīng)于所需水平的值上的壓力輸出從而獲得目標轉(zhuǎn)矩值。在圖2中所示的循環(huán)期間獲知的選出的、受控制的壓縮氣壓值上進行剩下的獲知周期和接合緊固周期。
現(xiàn)在參照圖3，當控制器40獲知緊固事件的流量特性時，將所獲知的目標壓力應(yīng)用于工具上。初始的氣流曲線最初由于軟管帶電而跳到相對高的值，并且工具使緊固件向下朝合適點運行。當緊固件達到合適點時，氣流曲線隨著緊固件上緊工作的進行而降到較低的值。當目標轉(zhuǎn)矩值達到所顯示的正的添加的轉(zhuǎn)矩均衡脈沖時間段時氣流下降到零。該獲知周期在通過圖2中所示的獲知步驟中設(shè)置的預(yù)定受控壓縮氣壓值下執(zhí)行。
現(xiàn)在參照圖4，獲知周期繼續(xù)教導控制器40來在具體應(yīng)用的緊固事件和重新打擊以前緊固的緊固件之間區(qū)分。在圖4中，該圖表顯示了在上部上的壓力對時間和在下部上的流量對時間，其中控制器40指示操作者來重新打擊以前緊固的緊固件。控制器40被告知重新打擊周期沒有達到緊固事件以前看到的上部流量水平。在圖2中所示的步驟中所教導的預(yù)期轉(zhuǎn)矩值所必需的預(yù)定受控壓力水平下操作重新打擊獲知過程。該獲知周期在通過圖2中所示的獲知步驟中設(shè)置的預(yù)定受控壓縮氣壓值下執(zhí)行。
現(xiàn)在參照圖5，不嚙合緊固件時通過操作工具22來指示操作者教導控制器40主要的轉(zhuǎn)矩自由流量值。這些有時被稱作“空氣栓”。該過程可參見圖5，其中在上部顯示壓力對時間而在下部顯示流量對時間。顯示通過氣動工具22而流向自由流量值的快速斜坡上升直到觸發(fā)器被釋放。該獲知周期在通過圖2中所示的獲知步驟中設(shè)置的預(yù)定受控壓縮氣壓值下執(zhí)行。
作為圖2至5中所示的獲知步驟的結(jié)果，控制器40獲知了圖6中所示的具體緊固件應(yīng)用的參數(shù)屬性。當按下對于圖2至5中所示的獲知周期所述的“獲知”參數(shù)設(shè)置按鈕時，對于初始設(shè)立僅需要轉(zhuǎn)換器32。一旦通過完成圖2至5中所示的獲知周期而設(shè)置完所獲知的參數(shù)屬性，對于普通操作就不需要轉(zhuǎn)換器32了。
圖6以繪出流量對時間的形式顯示了對于具體緊固件連接應(yīng)用的獲知的參數(shù)屬性。應(yīng)當注意，如果傳感器測量聲學信號而不是流速則會有同樣的曲線。在任一情況下，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)包括觸發(fā)參考流速，其中當流量與觸發(fā)參考水平交叉時起動得到的緊固件事件計時器。將觸發(fā)參考水平流速值設(shè)置得充分高以忽略通過壓縮空氣傳輸供應(yīng)軟管24到氣動工具22的任何潛在損耗。在錯誤檢測區(qū)2至3中，根據(jù)本發(fā)明的控制器40可確定操作者是否已經(jīng)重新打擊了以前上緊的緊固件，這是應(yīng)該抵制的并且該周期是失敗的。在錯誤檢測區(qū)4至5中，根據(jù)本發(fā)明的控制器40可確定緊固件是否已被去掉，或在緊固周期中插槽是否從緊固件上滑落，這些情況會導致周期失敗并拒絕緊固件接合。此外，在錯誤檢測區(qū)4和5中，根據(jù)本發(fā)明的控制器40可確定操作者是否在完成緊固周期之前釋放了觸發(fā)器，這樣周期會失敗并拒絕緊固件接合。如果流量或聲學信號上升到觸發(fā)參考流量之上和計算工作值之上，然后下降到區(qū)域4中的計算工作值之下但留在區(qū)域5中的觸發(fā)參考流量之上，則已經(jīng)成功地完成和接受緊固件周期。
本發(fā)明提供了一種控制直接驅(qū)動氣動改錐和螺帽操作器的控制系統(tǒng)，包括停止、空氣阻斷和離合器阻斷型工具。當利用離合器型或阻斷工具時，本發(fā)明要求機構(gòu)設(shè)置在高于最高預(yù)期轉(zhuǎn)矩的安全水平之上。在任何給定氣壓下的限定系統(tǒng)中，氣流與負載(轉(zhuǎn)矩)成反比例。隨著工具的轉(zhuǎn)矩輸出增加，工具的速度和氣流都下降直到達到停止點。在停止點，空氣發(fā)動機內(nèi)的普通齒側(cè)隙會泄漏(流出)預(yù)定量的空氣。在自動教導模式下，本發(fā)明可以同軸配備旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器并連接到控制器。通過并非局限性的實例，控制器可在軟接合上運行工具以停止，軟接合具有在全壓力下的大于720°的旋轉(zhuǎn)。控制器記錄所獲得的峰值轉(zhuǎn)矩/壓力和停止狀態(tài)氣流量度。假如給出的轉(zhuǎn)矩輸出與氣壓成比例，微處理器可計算和設(shè)置要獲得在工具范圍內(nèi)(一般50％到90％的容量)的任何特定轉(zhuǎn)矩所需的壓力水平。在根據(jù)本發(fā)明的手動教導模式下，可以通過精確轉(zhuǎn)矩扳手仔細測量剩余轉(zhuǎn)矩來進行系統(tǒng)校準。通過并非局限性的實例，在選擇手動教導之后，控制器可在軟接合應(yīng)用上運行工具，軟接合應(yīng)用為從就位到最后停止大于720°的旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該注意通過適當?shù)刂С止ぞ邅矸乐谷魏尾幌Ｍ霓D(zhuǎn)矩反應(yīng)。控制器會在全壓力(通過并非局限性的實例87psi或6Bar以停止)下運行工具。操作者會利用轉(zhuǎn)矩扳手來手動地測量轉(zhuǎn)矩并手動地將讀數(shù)輸入控制器?？刂破鲿涗浰@得的峰值轉(zhuǎn)矩/壓力和停止狀態(tài)氣流量度(cfm)。假如給出的轉(zhuǎn)矩輸出與壓力成比例，則微處理器可計算和設(shè)置要獲得在工具范圍內(nèi)(一般50％到90％的容量)的任何特定轉(zhuǎn)矩所需的壓力水平。當根據(jù)本發(fā)明在獲知模式下操作時，控制器可在實際緊固件接合應(yīng)用上運行工具。根據(jù)以前的教導模式中的一種，控制器校準和設(shè)置合適的壓力水平，計算和調(diào)節(jié)到預(yù)定的過壓以確保工具能夠達到預(yù)期轉(zhuǎn)矩。工具在該固定壓力下(維持在內(nèi)部氣壓調(diào)節(jié)器的恒定水平上)運行直到流速慢于內(nèi)部編程的流速(大約超過停止空氣泄漏速度的10％)。在緊固周期中的該點上，控制器直接將壓力降為0psi并將其維持一段預(yù)置量的時間(大約750毫秒)。這給出了在預(yù)期目標轉(zhuǎn)矩水平下的可靠關(guān)斷并確保操作者可釋放節(jié)流閥和/或定位工具以便進行下一次緊固周期。在緊固周期中，控制器獲知和記錄要用于限定和錯誤證明事件中的氣流特征。
根據(jù)本發(fā)明的緊固件工具處理控制器是基于微處理器的裝置，其控制應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩并給間斷驅(qū)動空氣工具例如水力脈沖工具或機械沖擊扳手提供錯誤證明記錄。氣動工具的轉(zhuǎn)矩輸出與氣壓相關(guān)。其他裝置利用壓力/時間(有時壓力下降或壓力水平變化作為“觸發(fā)”事件)和時間間隔來努力控制沖擊扳手。脈動工具利用內(nèi)部流體流量/壓力釋放和關(guān)斷機構(gòu)來控制相對獨立于氣壓水平或脈動的轉(zhuǎn)矩輸出。努力控制間斷驅(qū)動工具的另一普通實踐是監(jiān)視工具的每個“沖擊流”的振幅(力)直到超過特定振幅水平，然后對隨后的波動計數(shù)以作為控制參數(shù)。可以利用機械的“撥叉/阻斷閥”機構(gòu)或遠程阻斷閥在一旦獲得控制參數(shù)的情況下切斷工具。已經(jīng)試過基于“曲線下的區(qū)域”(每個沖擊波和計數(shù)波的累積的總能量的)計算應(yīng)用轉(zhuǎn)矩以分配計算轉(zhuǎn)矩值，以及通過比較該數(shù)學得到的(算出的)轉(zhuǎn)矩值與編程的極限集來嘗試限定事件已經(jīng)被證實為不精確的、難追查的(對NIST標準)，因此是不可接受的。本發(fā)明既不利用該邏輯叉不嘗試這些方法中的任何一種來控制或限定緊固事件。本發(fā)明在限定轉(zhuǎn)矩水平下利用均衡原則以進行間斷的驅(qū)動工具控制。本發(fā)明的一個特征是當設(shè)立應(yīng)用的控制參數(shù)時控制器的動態(tài)獲知能力，動態(tài)壓力控制(與氣流水平無關(guān))和對限定狀態(tài)起反應(yīng)的能力以停止對工具的空氣供應(yīng)并快速消耗空氣線路以提供轉(zhuǎn)矩控制、錯誤證明檢測和控制。在本發(fā)明中采用的用于轉(zhuǎn)矩控制和錯誤證明的主要因素是氣流水平監(jiān)視、動態(tài)壓力控制、動態(tài)“獲知”計時控制和應(yīng)用“特征”。該特征由動態(tài)“獲知”交叉點形成，在該點上氣流值與動態(tài)確定的流量水平交叉。這些水平稱作工具水平(在“自由速度”的固定百分比上由微處理器設(shè)置)和停止(也由微處理器固定作為在“沖擊”流下的流量百分比)。
當允許工具的內(nèi)部控制裝置(如果存在)關(guān)斷轉(zhuǎn)矩從工具向緊固件的傳遞時，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可利用流量監(jiān)視。但是，如果根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)檢測指示被拒緊固周期的任何錯誤狀態(tài)時，該系統(tǒng)會越過工具并關(guān)斷向工具的空氣供應(yīng)從而控制工具并且不允許壞的緊固周期。此外，通過控制氣壓(并非簡單地監(jiān)視壓力)，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)提供各種供應(yīng)轉(zhuǎn)矩水平而不調(diào)節(jié)工具的內(nèi)部裝置。根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)基于交叉超過“閾值”水平的流速和監(jiān)視計時窗口。在起動工具之后，流速會上升并交叉超過稱為“閾值”的預(yù)定水平。當工具在自由速度狀態(tài)下或在緊固件中運行時，流速超出閾值水平之上。直到流量水平下降到該同樣的閾值水平之下時，時間元素可忽略。這確保了其中工具沒有與緊固件嚙合的“空氣栓”不被計數(shù)。在以向下的方向交叉過閾值水平之后，交叉點起動計時監(jiān)視器，該監(jiān)視器與以前確定的最小和最大時間參數(shù)相比較。當正確上緊緊固件時，通過工具的內(nèi)部關(guān)斷機構(gòu)來控制轉(zhuǎn)矩水平并使傳遞到緊固件的能量停止。當這種情況發(fā)生時，流速會下降到稱為“停止速度”的特定水平。如果工具正確地關(guān)斷，流速會在“停止速度”上，由于空氣泄漏而超過“零”的水平經(jīng)過重調(diào)閥、內(nèi)部轉(zhuǎn)子葉片和端面板直到操作者釋放工具的觸發(fā)機構(gòu)。此時，當操作者釋放工具的觸發(fā)機構(gòu)時流速會降到“零”。如果流速在計時窗口“拐彎”，則將事件指示為與工具正確關(guān)斷一樣的可接受的緊固過程。但是，如果拐彎出現(xiàn)在窗口的外部或者拐彎出現(xiàn)在窗口內(nèi)的“零”流速上，則事件確定為被拒的緊固周期。該狀態(tài)可描述如下(1)拐彎出現(xiàn)在最小時間線之前表示重新打擊或有缺陷的緊固過程；(2)拐彎出現(xiàn)在最大時間參數(shù)之后表示操作者及早地放開觸發(fā)器，允許工具從緊固件上松開或“解鎖”，或去掉栓，這在任何情況下會導致有缺陷的緊固周期；(3)拐彎出現(xiàn)在計時窗口內(nèi)但在“零”流速上表示早先的周期失敗或操作者在緊固周期結(jié)束之前放開觸發(fā)器，這在任何情況下都會導致有缺陷的緊固過程；以及(4)拐彎出現(xiàn)在計時窗口內(nèi)在最小“停止速度”上表示可接受的緊固過程。在有缺陷的緊固周期事件中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)切斷對工具的氣流供應(yīng)預(yù)設(shè)的一段時間期限或者切斷它直到接收到重設(shè)命令。當利用根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)時，能夠通過在設(shè)立階段中預(yù)設(shè)的氣壓水平的閉環(huán)控制而編程精確的和可變的轉(zhuǎn)矩水平，同時保護工具的內(nèi)部關(guān)斷機構(gòu)的能力以便操作。
盡管已經(jīng)結(jié)合被認為是最實際和最優(yōu)選的實施例的實例說明了本發(fā)明，但應(yīng)當理解本發(fā)明并不局限于公開的實施例，而且相反本發(fā)明意欲覆蓋含在所附的權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的各種修改和等價裝置，權(quán)利要求的范圍與最寬的解釋一致以便包含在法律許可下的所有的這種修改和等價結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種在緊固件上緊周期中控制沖擊/脈沖工具的裝置，包括用于接收受壓流體的供應(yīng)的進氣口；用于維持傳遞到響應(yīng)于控制信號而受控的工具的可選擇的壓力值的流體壓力調(diào)節(jié)器；用于檢測對應(yīng)于到要受控的工具的流體的流量的特性并產(chǎn)生輸出信號的傳感器；以及用于接收來自傳感器的輸出信號并根據(jù)存儲于存儲器中的程序響應(yīng)于來自傳感器的輸出信號而產(chǎn)生要送到壓力調(diào)節(jié)器的控制信號以控制到要受控的工具的流體的流量的中央處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述程序進一步包括用于要被獲知的每個緊固件上緊周期的設(shè)立過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中該設(shè)立過程還包括可連接于要受控的工具和要上緊的緊固件之間的轉(zhuǎn)換器，用于在斜坡壓力緊固件上緊周期中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號；以及中央處理單元用于在斜坡壓力緊固件上緊周期中接收來自轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩信號并基于所接收的轉(zhuǎn)矩信號設(shè)置固定壓力值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中設(shè)立過程還包括中央處理單元接收在預(yù)置壓力緊固件上緊周期中由操作者利用手動轉(zhuǎn)矩扳手輸入的轉(zhuǎn)矩值并基于轉(zhuǎn)矩值輸入設(shè)置固定壓力值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中設(shè)立過程還包括可連接于要受控的工具和要上緊的緊固件之間的轉(zhuǎn)換器，用于在固定的壓力值上緊固件上緊周期中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號；以及中央處理單元在固定的壓力值上緊固件上緊周期中接收來自轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩信號并基于從傳感器接收到的輸出信號和所接收的轉(zhuǎn)矩信號設(shè)置流體流量特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中設(shè)立過程還包括中央處理單元在自由空氣運動過程中接收來自傳感器的輸出信號并基于所接收的輸出信號設(shè)置閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中設(shè)立過程還包括中央處理單元在上緊緊固件的重新打擊周期中接收來自傳感器的輸出信號并基于所接收的輸出信號設(shè)置閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中所述程序還包括用于要執(zhí)行的每個緊固件上緊周期的控制程序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，其中控制程序還包括中央處理單元在緊固件上緊周期中接收來自傳感器的輸出信號，并基于可接受的緊固件上緊周期的以前的流體流量特征來比較輸出信號和存儲于存儲器中的基準標記以控制到要控制的工具的流體流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述程序還包括用于要執(zhí)行的每個緊固件上緊周期的錯誤證明程序。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其中錯誤證明程序還包括中央處理單元在緊固件上緊周期中接收來自傳感器的輸出信號，并基于可接受的緊固件上緊周期的以前的流體流量特征來比較輸出信號和存儲于存儲器中的基準標記以基于所接收的輸出信號產(chǎn)生緊固件上緊周期的錯誤證明信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括用于供應(yīng)受控流體通過標準流體流供應(yīng)軟管流向要受控的工具的輸出端口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中對應(yīng)于流量的特性是壓差和聲學數(shù)據(jù)中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中加壓流體為壓縮空氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括可操作地連接于中央處理單元用于通過電子旁路用于反向周期操作的所有內(nèi)部計量而以反向周期運行遠程模式的開關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括可連接于要受控的工具和要上緊的緊固件之間并可操作連接于中央處理單元用于對要被獲知的緊固件上緊周期運行設(shè)立過程的轉(zhuǎn)換器。
17.一種在緊固件上緊周期中控制沖擊/脈沖工具的方法，包括以下步驟通過進氣口接收受壓流體的供應(yīng)；通過流體壓力調(diào)節(jié)器維持傳遞到響應(yīng)于控制信號而受控的工具的可選擇的壓力值；測量對應(yīng)于到由傳感器控制的工具的流體流量的特性并產(chǎn)生輸出信號；以及通過中央處理單元接收來自傳感器的輸出信號并根據(jù)存儲于存儲器中的程序響應(yīng)于來自傳感器的輸出信號而產(chǎn)生要送到壓力調(diào)節(jié)器的控制信號以控制到要受控的工具的流體流量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述程序進一步包括對于要被獲知的每個緊固件上緊周期運行設(shè)立過程的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該設(shè)立過程還包括以下步驟在要受控的工具和要上緊的緊固件之間連接轉(zhuǎn)換器；在斜坡壓力緊固件上緊周期中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號；在斜坡壓力緊固件上緊周期中通過中央處理單元接收來自轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩信號；以及基于所接收的轉(zhuǎn)矩信號設(shè)置固定壓力值。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該設(shè)立過程還包括以下步驟在預(yù)置壓力緊固件上緊周期中通過中央處理單元接收由操作者利用手動轉(zhuǎn)矩扳手輸入的轉(zhuǎn)矩值；以及基于轉(zhuǎn)矩值輸入設(shè)置固定壓力值。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該設(shè)立過程還包括以下步驟在要受控的工具和要上緊的緊固件之間連接轉(zhuǎn)換器；在固定的壓力值上緊固件上緊周期中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩信號；以及在固定的壓力值上緊固件上緊周期中通過中央處理單元接收來自轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩信號；以及基于從傳感器接收到的輸出信號和所接收的轉(zhuǎn)矩信號設(shè)置流體流量特征。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該設(shè)立過程還包括以下步驟通過中央處理單元接收在自由空氣運動過程中來自傳感器的輸出信號；以及基于所接收的輸出信號設(shè)置閾值。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該設(shè)立過程還包括以下步驟通過中央處理單元在上緊緊固件的重新打擊周期中接收來自傳感器的輸出信號；以及基于所接收的輸出信號設(shè)置閾值。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述程序還包括運行用于要執(zhí)行的每個緊固件上緊周期的控制程序的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中控制程序還包括以下步驟通過中央處理單元接收在緊固件上緊周期中來自傳感器的輸出信號；基于可接受的緊固件上緊周期的以前的流體流量特征來比較輸出信號和存儲于存儲器中的基準標記；以及基于比較步驟的結(jié)果控制到要控制的工具的流體流量。
26.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中所述程序還包括對于要執(zhí)行的每個緊固件上緊周期運行錯誤證明程序的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中錯誤證明程序還包括以下步驟通過中央處理單元接收在緊固件上緊周期中來自傳感器的輸出信號；基于可接受的緊固件上緊周期的以前的流體流量特征來比較輸出信號和存儲于存儲器中的基準標記；以及基于所接收的輸出信號產(chǎn)生緊固件上緊周期的錯誤證明信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括以下步驟通過輸出端口和標準流體流供應(yīng)軟管供應(yīng)到要控制的工具的受控流體流量。
29.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中對應(yīng)于流量的特性是壓差和聲學數(shù)據(jù)中的至少一種。
30.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中加壓流體為壓縮空氣。
31.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括以下步驟可操作地將開關(guān)連接于中央處理單元，用于通過電子旁路用于反向周期操作的所有內(nèi)部計量而以反向周期運行遠程模式。
32.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括以下步驟可操作地在要受控的工具和要上緊的緊固件之間連接轉(zhuǎn)換器；以及可操作地將來自轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)矩信號連接到中央處理單元以對要獲知的緊固件上緊周期運行設(shè)立過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于間斷的動力驅(qū)動的控制系統(tǒng)，其中該緊固工具處理控制器提供一種用于對裝配有轉(zhuǎn)換器和/或非儀器的、氣動脈沖或沖擊工具的半自動操作的審定進行編程、控制和比較以得到可重復(fù)的最終停止轉(zhuǎn)矩值的裝置和方法。向控制器教導供應(yīng)線壓力以輸出對于根據(jù)NIST可追蹤的標準轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器而審定時或通過普通轉(zhuǎn)矩扳鉗進行手動檢查時所利用的具體氣動工具的轉(zhuǎn)矩比。該方法稱作自動或手動教導過程。該比率給控制器提供獲得預(yù)編程轉(zhuǎn)矩目標值所必需的最終要求線壓力。在獲知周期中，控制器的微處理器監(jiān)視值，即相應(yīng)于當將樣品螺栓上緊到先前的設(shè)置轉(zhuǎn)矩目標值的實際應(yīng)用中時所消耗的大量氣流的壓差或聲學信號。數(shù)據(jù)然后基于或者壓差或者聲學信號的大量氣流提供主要體積特征，然后將主要特征提供給可以對錯誤證明比較的后來的緊固過程。異常檢測處理基于主要特征抵制任何不加倍各種閾值的緊固件。如果希望，控制器可選擇跟蹤拒絕和執(zhí)行緊固件計數(shù)。
文檔編號B25B23/145GK1688417SQ03823924
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者馬克·W·萊納特, 保羅·波德索彬斯基 申請人:西格瑪西斯有限責任公司