專利名稱：沖擊緊固工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沖擊緊固工具，例如沖擊起子或沖擊扳手。
背景技術(shù)：
圖10簡要顯示了作為沖擊緊固工具的一個例子的的方框圖。從圖10可以看出，沖擊起子包括馬達(dá)1，作為驅(qū)動源；撞擊機(jī)構(gòu)2，通過由錘件撞擊砧件產(chǎn)生沖擊力，并且通過沖擊力(未示出)將馬達(dá)1的驅(qū)動力傳到輸出軸3上。由于沖擊起子可以通過沖擊力進(jìn)行牢固的緊固作業(yè)，并且因?yàn)榫哂懈咿D(zhuǎn)速和高扭矩，所以工作性能極好，因而沖擊起子廣泛地用于建筑工地或組裝工廠中。雖然沒有特別描述，但是撞擊機(jī)構(gòu)2包括驅(qū)動軸，由馬達(dá)1通過減速器(減速齒輪)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；錘件，設(shè)在驅(qū)動軸上并隨之旋轉(zhuǎn)；砧件，與錘件配合并隨之旋轉(zhuǎn)；凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)砧件內(nèi)發(fā)生負(fù)荷等于或大于預(yù)定參考值的情況時向后移動錘件；彈簧，用于在由于錘件的向后運(yùn)動而使砧件與錘件脫離時，使砧件通過撞擊與錘件重新嚙合。帶有卡盤(chuck)4的輸出軸3與砧件一體旋轉(zhuǎn)。
在圖10中，附圖標(biāo)記5表示觸發(fā)器開關(guān)。馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，即，錘件和輸出軸3的旋轉(zhuǎn)次數(shù)是對應(yīng)于拉動觸發(fā)器開關(guān)的數(shù)量控制的。附圖標(biāo)記6表示馬達(dá)控制器，其使用電池7作為電源，將觸發(fā)器開關(guān)5內(nèi)設(shè)定的電壓輸出到馬達(dá)1。
日本公開專利文獻(xiàn)第2000-354976號提出了一種控制這種沖擊起子的緊固扭矩的方法，其中，設(shè)有用于計(jì)算緊固扭矩T的緊固扭矩計(jì)算器，在計(jì)算出的扭矩T達(dá)到預(yù)定參考值時停止旋轉(zhuǎn)馬達(dá)1。該緊固扭矩計(jì)算器通過錘件撞擊前后的動能的不同來估算緊固扭矩T。這種方法基于以下關(guān)系通過錘件撞擊而施加到設(shè)在輸出軸3根部的砧件的能量與緊固作業(yè)所消耗的能量完全相等。
具體地，假設(shè)在螺釘完全緊固后砧件的旋轉(zhuǎn)角度θ與緊固扭矩T之間的關(guān)系可以用例如圖11所示的函數(shù)T＝τ(θ)來表示，并進(jìn)一步假設(shè)錘件撞擊發(fā)生在旋轉(zhuǎn)角度為θ1，θ2......θn處。在區(qū)間[θn，θn+1]中函數(shù)τ的積分值En表示了緊固作業(yè)所消耗的能量，并且與在θn處發(fā)生的通過錘件撞擊而施加到砧件上的能量相等。所以，在錘件撞擊的間隔中，利用積分值En和旋轉(zhuǎn)角θn＝(θn+1-θn)，可以通過以下等式(1)得到在區(qū)間[θn，θn+1]中的扭矩T的平均值。
T＝En/θn ...(1)為了控制緊固扭矩T，在緊固扭矩T的值等于或大于預(yù)先設(shè)定的扭矩Ts時，應(yīng)當(dāng)停止驅(qū)動馬達(dá)1。利用砧件在撞擊的間隔中的平均旋轉(zhuǎn)速度Ωn和砧件的已知轉(zhuǎn)動慣量Ja，可以通過以下等式(2)得到積分值En。
En＝1/2×Ja×Ωn2...(2)另外，砧件在撞擊間隔中的平均旋轉(zhuǎn)速度Ωn是通過用砧件在撞擊間隔中的旋轉(zhuǎn)角度θn除以錘件的撞擊間隔得到的。
在利用包括等式(1)的上述方法得到緊固扭矩T的情況下，如果錘件撞擊沒有真的存在，卻被錯誤地檢測到，則計(jì)算的扭矩的值就會不準(zhǔn)確，以至于馬達(dá)1不能在最合適的錘件撞擊的次數(shù)時停止。因此，由于必須精確地檢測出錘件撞擊的發(fā)生，所以具有高可靠性的撞擊檢測器是至關(guān)重要的，這樣就導(dǎo)致了成本的增加。
因此，日本公開專利文獻(xiàn)第2001-246573號提出這樣一種方法，其根據(jù)輸出軸3的旋轉(zhuǎn)速度和撞擊間隔的旋轉(zhuǎn)角度或撞擊間隔來判斷錘件撞擊發(fā)生的真?zhèn)巍Ｈ欢?，在沖擊緊固工具的實(shí)際應(yīng)用中，可能發(fā)生不同的負(fù)荷波動。因此，例如輸出軸3的旋轉(zhuǎn)或撞擊間隔等表面現(xiàn)象可能造成判斷結(jié)果的可靠性的降低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，構(gòu)思了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種沖擊緊固工具，能夠確保精確地計(jì)算緊固扭矩，防止錯誤地檢測錘件的撞擊，因此也就能夠在錘件撞擊到最合適的次數(shù)時停止驅(qū)動馬達(dá)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案的沖擊緊固工具包括馬達(dá)，用于產(chǎn)生驅(qū)動力；輸出軸，用于緊固需要緊固的物體；撞擊機(jī)構(gòu)，包括錘件和與輸出軸一體旋轉(zhuǎn)的砧件，通過錘件撞擊砧件產(chǎn)生沖擊力，并通過該沖擊力將由馬達(dá)產(chǎn)生的驅(qū)動力傳到輸出軸上；撞擊檢測器，用于檢測錘件對砧件的撞擊的發(fā)生；電流檢測器，用于檢測在撞擊間隔中的電流信息；撞擊判斷器，用于利用電流信息判斷撞擊檢測器對撞擊的檢測是真還是偽；緊固扭矩計(jì)算器，用于在忽略撞擊判斷器判斷為偽的撞擊的同時計(jì)算與沖擊力產(chǎn)生的緊固扭矩相等的緊固扭矩；馬達(dá)控制器，用于在計(jì)算出的緊固扭矩達(dá)到預(yù)定參考值時停止驅(qū)動馬達(dá)。
在如上配置的沖擊緊固工具中，撞擊判斷器根據(jù)例如馬達(dá)內(nèi)流動的電流信息等本質(zhì)現(xiàn)象，而不是例如輸出軸的旋轉(zhuǎn)或撞擊間隔等表面現(xiàn)象，來判斷撞擊檢測器的撞擊檢測是真還是偽。因此，能夠確保防止在馬達(dá)的負(fù)荷多變的情況下錯誤檢測到撞擊，從而精確地計(jì)算緊固扭矩。于是，能夠在撞擊次數(shù)達(dá)到對應(yīng)于最合適的撞擊次數(shù)的最合適的次數(shù)的時候，停止驅(qū)動馬達(dá)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個例子的沖擊緊固工具的基本結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2A至2C分別為在上述沖擊緊固工具中檢測撞擊的方法的曲線圖，具體地，圖2A顯示了每個脈沖的脈沖寬度，圖2B顯示了每個脈沖在濾波過程后的脈沖寬度，圖2C顯示了脈沖寬度的變化；圖3為在上述沖擊緊固工具中電流取樣值與撞擊檢測之間的關(guān)系的說明圖；圖4為判斷適用于上述沖擊緊固工具中的木螺釘?shù)淖矒羰欠翊_實(shí)發(fā)生的方法的說明圖；圖5為判斷適用于上述沖擊緊固工具中的木螺釘?shù)淖矒羰欠翊_實(shí)發(fā)生的另一種方法的說明圖；圖6為在上述沖擊緊固工具中電流值信息與旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系的曲線圖；圖7A和圖7B為在上述沖擊緊固工具中金屬緊固作業(yè)過程的說明圖，具體地，圖7A對比顯示了木螺釘與金屬螺釘，圖7B顯示了將金屬螺釘緊固到金屬板中的作業(yè)過程。
圖8為用圖4或圖5所示的適用于木螺釘?shù)姆椒▉砼袛嘟饘俾葆斃缱怨ヂ葆?tapping screw)的緊固過程的說明圖；圖9為判斷適用于金屬螺釘?shù)淖矒羰欠癜l(fā)生的方法的說明圖，該金屬螺釘用在上述沖擊緊固工具進(jìn)行的金屬緊固作業(yè)操作中；圖10為簡要顯示傳統(tǒng)的沖擊緊固工具的基本結(jié)構(gòu)的方框圖；以及圖11為在傳統(tǒng)的沖擊緊固工具中計(jì)算緊固扭矩的傳統(tǒng)方法的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖對根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的沖擊緊固工具進(jìn)行描述。在以下描述中，將撞擊起子作為沖擊緊固工具的一個例子來描述，并且與圖10和11中所示的完全相同的零件都是通過相同的附圖標(biāo)記來表示，以便省略對它們的詳細(xì)說明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個例子的沖擊緊固工具的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。沖擊緊固工具包括旋轉(zhuǎn)傳感器8，其例如由頻率發(fā)生器構(gòu)成，用于通過馬達(dá)1的軸的一次旋轉(zhuǎn)來輸出預(yù)定次數(shù)，該預(yù)定次數(shù)例如用參考符號“A”來表示。旋轉(zhuǎn)角度檢測器9通過對從旋轉(zhuǎn)傳感器8輸出的脈沖次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來計(jì)算馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)角度Δr，然后根據(jù)馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)角度Δr進(jìn)一步計(jì)算砧件旋轉(zhuǎn)角度θ。因此，在用參考標(biāo)記“K”表示撞擊機(jī)構(gòu)2的減速器的減速比時，在錘件撞擊前當(dāng)對脈沖計(jì)數(shù)了K×A次時，輸出軸3旋轉(zhuǎn)一周，即，砧件旋轉(zhuǎn)角度θ＝2π。
旋轉(zhuǎn)速度檢測器10通過測量從旋轉(zhuǎn)傳感器8輸出的脈沖的脈沖寬度，檢測馬達(dá)1的軸的旋轉(zhuǎn)速度ω(以下簡寫為馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω)。撞擊檢測器11根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度檢測器10測量的脈沖的脈沖寬度的變化，檢測撞擊機(jī)構(gòu)2中的錘件的撞擊。圖2A至2C顯示了檢測錘件撞擊的發(fā)生的方法的例子，該方法使用一種名為高通濾波器方法，在該高通濾波器方法中，從短期脈沖寬度變化的移動平均數(shù)中減去長期脈沖寬度變化的移動平均數(shù)。
圖2A顯示通過旋轉(zhuǎn)速度檢測器10測量的每個脈沖的脈沖寬度。在圖2A中，橫坐標(biāo)表示從旋轉(zhuǎn)傳感器8輸出的脈沖次數(shù)，縱坐標(biāo)表示每個脈沖的脈沖寬度。測量的脈沖寬度繼而存儲在存儲器中。由參考標(biāo)記“a”表示的小方框所包圍的區(qū)域?qū)?yīng)于上述的短期，其包括預(yù)定的“P”次脈沖。由參考標(biāo)記“b”表示的大方框所包圍的區(qū)域?qū)?yīng)于上述的長期，并且包括脈沖的預(yù)定次數(shù)“Q”(Q＞P)。通過將小方框“a”所包圍的區(qū)域內(nèi)包括的脈沖寬度的值進(jìn)行平均，來計(jì)算短期內(nèi)脈沖寬度變化的移動平均數(shù)。相似地，通過將大方框“b”所包圍的區(qū)域內(nèi)包括的脈沖寬度的值進(jìn)行平均，來計(jì)算長期內(nèi)脈沖寬度變化的移動平均數(shù)。接著，從短期內(nèi)脈沖寬度變化的移動平均數(shù)中減去計(jì)算出的長期內(nèi)脈沖寬度變化的移動平均數(shù)，能夠得到進(jìn)行濾波過程的小方框“a”所包圍的區(qū)域的脈沖寬度。這種減法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步存儲在存儲器中。如圖2B所示，通過沿橫坐標(biāo)上一個一個地移動小方框“a”，能夠得到濾波過程后的每個脈沖的脈沖寬度。
隨后，從當(dāng)前脈沖的濾波過程后的脈沖寬度值中減去，在當(dāng)前脈沖的預(yù)定脈沖次數(shù)之前的脈沖的濾波過程后的脈沖寬度的值。在圖2B中，假設(shè)參考標(biāo)記“c”表示當(dāng)前脈沖在濾波過程后的脈沖寬度的值，參考標(biāo)記“d”表示在當(dāng)前脈沖的預(yù)定脈沖次數(shù)之前的脈沖在濾波過程后的脈沖寬度的值。從脈沖寬度“c”的值中減去脈沖寬度“d”的值。對于每個在濾波過程后的脈沖寬度的值均進(jìn)行此減法運(yùn)算。圖2C顯示了脈沖寬度的減法運(yùn)算的結(jié)果，即，脈沖寬度的變化。
當(dāng)錘件的撞擊發(fā)生時，脈沖寬度的變化呈現(xiàn)出與檢測到的脈沖次數(shù)的增加所對應(yīng)的正弦曲線變化。因此，當(dāng)脈沖寬度的變化大于預(yù)定的閾值α1，則判斷發(fā)生了錘件的撞擊。為了增加對撞擊發(fā)生的檢測的準(zhǔn)確性，可以進(jìn)行這樣的設(shè)定，即，除非脈沖寬度的變化在大于閾值α1后變得小于預(yù)定的閾值α2(α2＜α1)，否則不再進(jìn)行對撞擊發(fā)生的檢測。通過這種設(shè)定，能夠減少由于除了撞擊以外的原因?qū)е碌拿}沖寬度的變化被錯誤地判斷為撞擊的頻率。
撞擊檢測器11不限于通過測量脈沖寬度的變化來檢測錘件撞擊的發(fā)生的結(jié)構(gòu)，也可以是使用其它裝置例如擴(kuò)音器或振動傳感器(shock sensor)來檢測錘件撞擊的發(fā)生的結(jié)構(gòu)。
緊固扭矩計(jì)算器12根據(jù)上述等式(1)和(2)，利用旋轉(zhuǎn)角度檢測器9和撞擊檢測器11的檢測結(jié)果來計(jì)算撞擊所生成的緊固扭矩T的平均值。因此，利用減速比“K”、錘件的撞擊間隔內(nèi)的馬達(dá)1的軸的旋轉(zhuǎn)角度ΔR和錘件的空轉(zhuǎn)角度RI，通過下述等式(3)，能夠得到錘件的撞擊間隔內(nèi)的輸出軸3，即砧件的旋轉(zhuǎn)角度θn。
θn＝(ΔR/K)-RI ...(3)通過將2π除以輸出軸3每旋轉(zhuǎn)一次時錘件撞擊的次數(shù)C來計(jì)算錘件的空轉(zhuǎn)角度RI。當(dāng)錘件設(shè)定為在輸出軸3每旋轉(zhuǎn)一次時撞擊兩次的時候，空轉(zhuǎn)角度RI＝π，當(dāng)錘件設(shè)定為在輸出軸3每旋轉(zhuǎn)一次時撞擊三次的時候，空轉(zhuǎn)角度RI＝2π/3。
當(dāng)使用無刷馬達(dá)作為馬達(dá)1時，無刷馬達(dá)的用于檢測馬達(dá)位置的傳感器可以用作旋轉(zhuǎn)傳感器8，而不必設(shè)置單獨(dú)的傳感器，并且可以根據(jù)該傳感器的檢測結(jié)果來計(jì)算馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)角度Δr和旋轉(zhuǎn)速度ω。此時，馬達(dá)1的軸每旋轉(zhuǎn)一次的轉(zhuǎn)子的位置的檢測次數(shù)對應(yīng)于從旋轉(zhuǎn)傳感器8輸出的脈沖的次數(shù)，并且轉(zhuǎn)子的位置的檢測寬度對應(yīng)于從旋轉(zhuǎn)傳感器8輸出的脈沖寬度。
只要檢測到從旋轉(zhuǎn)傳感器8輸出的脈沖升高，電流檢測器13就檢測馬達(dá)1內(nèi)流動的電流的值，并且將電流值存儲在存儲器中。撞擊判斷器14利用電流信息判斷錘件的當(dāng)前撞擊是否正常進(jìn)行；該電流信息是在每次撞擊檢測器11檢測到撞擊時，從檢測到前一次撞擊到檢測到當(dāng)前撞擊，電流檢測器13檢測并且存儲到存儲器中的。關(guān)于電流信息，可以使用電流平均值、電流最大值和電流振幅值中的任何一種。在這種電流信息的值大于預(yù)定閾值的時候，撞擊判斷器14就判斷當(dāng)前撞擊檢測是正?；蚴钦妫谶@種電流信息的值等于或小于該閾值的時候，判斷當(dāng)前撞擊檢測是錯誤或是偽。電流振幅值是撞擊間隔內(nèi)的電流最大值和最小值之間的差值。
另外，旋轉(zhuǎn)角度檢測器9、旋轉(zhuǎn)速度檢測器10、撞擊檢測器11、緊固扭矩計(jì)算器12和撞擊判斷器14構(gòu)成了控制電路19，用于在發(fā)生最合適的撞擊次數(shù)時自動停止驅(qū)動馬達(dá)1。
圖4和圖5各自顯示了一個利用電流最大值和電流振幅值作為電流信息來判斷撞擊是否正常(真或偽)進(jìn)行的方法的例子。從圖中可以看出，馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度越快，撞擊間隔內(nèi)的電流最大值越大，而撞擊間隔內(nèi)的電流振幅值卻越小。在上述情況電流最大值越大的原因是為了使馬達(dá)1高速旋轉(zhuǎn)，必須增加施加在馬達(dá)1上的電壓。在上述情況電流振幅值越小的原因是馬達(dá)1的轉(zhuǎn)速越高，錘件的慣性力就越大，因此由于發(fā)生撞擊而導(dǎo)致的速度的變化就越小。這些方法特別適用于在木工作業(yè)中使用的木螺釘。
在圖4所示的例子中，在旋轉(zhuǎn)速度檢測器10檢測到的馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω等于或小于預(yù)定閾值的較低速度的區(qū)域中，利用電流振幅值來判斷撞擊是真還是偽。另一方面，在馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω大于預(yù)定閾值的較高速度的區(qū)域中，利用電流最大值來判斷撞擊是真還是偽。在較低速度的區(qū)域中，撞擊判斷器4將電流振幅值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，在電流振幅值等于或小于該閾值時，將撞擊檢測判斷為錯誤的或偽。在較高速度的區(qū)域中，撞擊判斷器4將電流最大值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，在電流最大值等于或小于該閾值時，將撞擊檢測判斷為錯誤的或偽。由于在判斷撞擊的真?zhèn)螘r使用的電流信息是對應(yīng)于馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω而自動選取的，所以能夠在從低速到高速這一廣泛的區(qū)域內(nèi)準(zhǔn)確地判斷錘件撞擊的真?zhèn)巍?br> 在圖5所示的例子中，在較低的區(qū)域中，利用電流振幅值來判斷撞擊的真?zhèn)?。在較高的區(qū)域中，利用電流振幅值和電流最大值來判斷撞擊的真?zhèn)?，在電流振幅值和電流最大值中至少有一個值(最好是兩個值都是)等于或小于閾值時，將撞擊判斷為錯誤的或是偽。
另外，電流平均值可以用作電流信息，以便將電流平均值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，在電流平均值等于或小于該閾值時，將撞擊檢測判斷為錯誤的或偽。此時，最好是將撞擊判斷器4設(shè)定為對應(yīng)于馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω自動從電流最大值、電流振幅值以及電流平均值中選擇至少一個值。
由于在撞擊間隔中的例如電流平均值、電流最大值或電流振幅值等的電流信息對應(yīng)于馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω而變化，所以，如圖6所示，與電流信息進(jìn)行比較的閾值也根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度檢測器的檢測結(jié)果而自動改變。
緊固扭矩計(jì)算器12在忽略或消除被撞擊判斷器14判斷為錯誤的或偽的撞擊的同時來計(jì)算緊固扭矩T。然后，在計(jì)算出的緊固扭矩T的值達(dá)到預(yù)定參考值時，馬達(dá)控制器6停止驅(qū)動馬達(dá)1。
由于本實(shí)施例中的沖擊緊固工具包括判斷撞擊是否正常進(jìn)行的緊固判斷器14，所以，能夠確保足夠精確地檢測撞擊，尤其是在木工作業(yè)或裝飾性木材緊固作業(yè)中。然而，在進(jìn)行金屬緊固作業(yè)時，也許會有不能確保足夠精確地檢測到撞擊的情況。圖7A顯示了木螺釘15的例子和作為金屬螺釘?shù)睦拥淖怨ヂ葆?6。通過比較這些螺釘15和16，可以看出自攻螺釘16的前端具有一對呈180度角間隔對稱形成的刃16a。這兩個刃16a一般用于在由例如鐵制成并且是待用自攻螺釘16緊固的物體的金屬板17和18上鉆出通孔，靠近自攻螺釘16的帽16c形成的螺紋16b在金屬板17和18的通孔中旋削出母螺紋(攻螺紋，即tapping)。
圖7B中從左至右連續(xù)顯示了用自攻螺釘16對金屬板17和18進(jìn)行緊固操作的步驟。在用刃16a鉆孔到一定程度時，螺紋16b開始旋削母螺紋，從而使輸出軸3的負(fù)荷突然增加。然后，錘件開始撞擊輸出軸3上的砧件，以便通過刃16a鉆出通孔，同時用螺紋16b在金屬板17和18上的通孔中形成母螺紋。在刃16a穿過金屬板17和18的時候，由于僅剩旋銷螺紋所產(chǎn)生的負(fù)荷，所以輸出軸3的負(fù)荷減輕了。因此，錘件可以不再撞擊砧件，或是可以較輕地撞擊砧件。進(jìn)而，當(dāng)自動螺釘16的帽16c與金屬板17接觸時，輸出軸3的負(fù)荷突然再次增加，并且錘件開始撞擊砧件。在錘件撞擊砧件若干次之后，自攻螺釘16呈緊固金屬板17和18的最合適的緊固狀態(tài)。在這種情況下，金屬螺釘例如自攻螺釘16的緊固過程與木螺釘15的緊固過程不同。
圖8顯示通過如圖4或圖5所示的適用于木螺釘?shù)姆椒▽ψ怨ヂ葆?6的上述緊固過程中的對撞擊真?zhèn)芜M(jìn)行判斷的例子。在圖8中由參考標(biāo)記“X”表示的橢圓中，對撞擊的檢測被判斷為正常或是真。在此其間，金屬板17和18被自攻螺釘16的刃16a實(shí)際鉆入，而并未發(fā)生錘件的撞擊。然而，如果自攻螺釘16以任何方式傾斜，則由于刃16a的存在馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度在輸出軸3的一次旋轉(zhuǎn)即自攻螺釘16的一次旋轉(zhuǎn)中會發(fā)生變化。這樣，撞擊檢測器11就會錯誤地將馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度的變化檢測為錘件撞擊的發(fā)生。而且，可能存在這種情況，即，僅使用電流信息來判斷撞擊的真?zhèn)蔚淖矒襞袛嗥?4在馬達(dá)1旋轉(zhuǎn)速度的變化期間，不能將對撞擊的錯誤檢測判斷為錯誤。
為了確保在此期間將撞擊檢測判斷為錯誤，在由撞擊檢測器11檢測到的撞擊間隔中，在由旋轉(zhuǎn)角度檢測器9檢測到的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度Δr(即等式(3)中的上述ΔR)等于或大于預(yù)定閾值時，將撞擊判斷器14設(shè)定為將撞擊檢測判斷為錯誤，而與利用電流信息進(jìn)行的判斷無關(guān)。圖9顯示在本實(shí)施例中通過修改后的適用于金屬螺釘?shù)姆椒ㄔ谧怨ヂ葆?6的上述緊固過程中對撞擊真?zhèn)闻袛嗟睦印?br> 關(guān)于閾值，設(shè)定對應(yīng)于砧件或輸出軸3的一次旋轉(zhuǎn)的值。一般地，在限制輸出軸3的旋轉(zhuǎn)時，由于錘件撞擊導(dǎo)致的馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度的變化發(fā)生多次(例如兩次、三次等)，而馬達(dá)1對應(yīng)于輸出軸3的一次旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)預(yù)定次數(shù)。相反地，在馬達(dá)1旋轉(zhuǎn)預(yù)定次數(shù)時，由于自攻螺釘16的刃16a導(dǎo)致的馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度的變化僅發(fā)生一次。如圖9所示，通過對撞擊判斷器14的上述設(shè)定，能夠確保將在金屬作業(yè)中客觀存在的由于自攻螺釘16的刃16a在鉆孔時導(dǎo)致的偽撞擊檢測判斷為錯誤。
在圖8的參考標(biāo)記“Y”所標(biāo)示的橢圓中，撞擊判斷器14僅利用電流信息，將由撞擊檢測器11檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤或偽。在此期間，自攻螺釘16的刃16a完成了鉆孔，從而在帽16c在接觸金屬板17前馬達(dá)1的負(fù)荷暫時減輕。在這種輕負(fù)荷情況下，即使電流信息例如電流最大值或電流振幅值小于閾值，撞擊判斷器14也可以將撞擊檢測器11的撞擊檢測判斷為錯誤。
另一方面，在帽16c與金屬板17接觸后，如果不能確保在自攻螺釘16的帽16c上已施加了預(yù)定次數(shù)撞擊后停止驅(qū)動馬達(dá)1時，自攻螺釘16的帽16c就會被扭力打壞。當(dāng)撞擊判斷器14將輕負(fù)荷情況下由撞擊檢測器11檢測的撞擊檢測判斷為錯誤時，撞擊判斷器14會在帽16c接觸到金屬板17后，將撞擊檢測器11的撞擊探側(cè)識別為新的緊固作業(yè)的撞擊，并且忽略在輕負(fù)荷情況之前計(jì)算出的緊固扭矩T。此時，自攻螺釘16會由于過度撞擊造成的扭絞而被打壞。
接著，在修改后的適用于判斷金屬螺釘?shù)淖矒粽鎮(zhèn)蔚姆椒ㄖ?，如圖9所示，將撞擊判斷器14設(shè)定為在連續(xù)判斷正?；蛘娴淖矒暨_(dá)到預(yù)定次數(shù)之后，將撞擊檢測器11檢測的撞擊檢測均判斷為正?；蛘妗Ｍㄟ^這種設(shè)定，能夠防止自攻螺釘16由于錘件的過度撞擊而被打壞。
在上述的實(shí)施例中，將沖擊起子作為沖擊緊固工具的例子，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施例中的描述和說明。本發(fā)明可以用于其它沖擊緊固工具，例如沖擊扳手等等。
簡言之，根據(jù)本發(fā)明的沖擊緊固工具至少包括馬達(dá)，用于產(chǎn)生驅(qū)動力；輸出軸3，用于緊固待緊固的物體；撞擊機(jī)構(gòu)2，包括錘件和與輸出軸一體旋轉(zhuǎn)的砧件，用于通過錘子撞擊砧件產(chǎn)生沖擊力，并且通過沖擊力將驅(qū)動力傳到輸出軸3上；撞擊檢測器11，用于檢測由錘件對砧件的撞擊的發(fā)生；電流檢測器13，用于檢測撞擊間隔中的電流信息；撞擊判斷器14，用于利用電流信息判斷撞擊檢測器11的撞擊檢測是真還是偽；緊固扭矩計(jì)算器12，用于在忽略被撞擊判斷器判斷為錯誤或偽的撞擊的同時，計(jì)算與由沖擊力產(chǎn)生的緊固扭矩相等的緊固扭矩；馬達(dá)控制器6，用于在計(jì)算出的緊固扭矩達(dá)到預(yù)定參考值時停止驅(qū)動馬達(dá)1。
由于撞擊判斷器根據(jù)實(shí)質(zhì)現(xiàn)象例如馬達(dá)內(nèi)流動的電流信息，而不是表面現(xiàn)象例如輸出軸的旋轉(zhuǎn)或是撞擊的間隔，來判斷撞擊檢測器的撞擊檢測的真?zhèn)?，所以能夠在馬達(dá)負(fù)荷的經(jīng)常變化的情況下確保防止錯誤的撞擊檢測，從而能夠精確地計(jì)算出緊固扭矩。因此，能夠在撞擊次數(shù)達(dá)到對應(yīng)于最合適的撞擊次數(shù)的最合適的次數(shù)時停止驅(qū)動馬達(dá)。
沖擊緊固工具可以進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)速度檢測器10，用于檢測馬達(dá)1的軸的旋轉(zhuǎn)速度ω；以及撞擊判斷器14，可以通過將電流信息與隨著旋轉(zhuǎn)速度檢測器10檢測到的旋轉(zhuǎn)速度ω而改變的閾值進(jìn)行比較，來對撞擊檢測器11檢測到的撞擊檢測進(jìn)行判斷。由于電流信息的閾值隨著旋轉(zhuǎn)速度ω而改變，所以能夠不受馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度的影響來判斷撞擊檢測的真?zhèn)巍?br> 而且，撞擊判斷器可以利用電流檢測器13檢測到的電流最大值作為電流信息，并且可以在電流最大值等于或小于該閾值時，將撞擊檢測器11檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。通過這種設(shè)定，能夠精確地判斷撞擊檢測，尤其是在馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω較高的時候。
進(jìn)一步地，撞擊判斷器14可以利用電流檢測器13檢測到的電流振幅值作為電流信息，并在電流振幅值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器11檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。通過這種設(shè)定，能夠精確地判斷撞擊檢測，尤其是在馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω較低的時候。
可替換地，撞擊判斷器14可以利用電流檢測器13檢測到的電流最大值和電流振幅值中的任意一個作為電流信息，而對于電流最大值或電流振幅值的選擇是對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器10檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而自動進(jìn)行的。通過這種設(shè)定，能夠在馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度ω從低速到高速的廣泛區(qū)域內(nèi)精確地判斷撞擊檢測。
沖擊緊固工具可以進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)角度檢測器9，用于檢測馬達(dá)1的軸的旋轉(zhuǎn)角度，并且在撞擊檢測器11檢測到的撞擊間隔中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度檢測器9檢測到的旋轉(zhuǎn)角度等于或大于閾值時，撞擊判斷器14均可以將撞擊檢測器11檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤，而與利用電流信息進(jìn)行的判斷無關(guān)。在金屬作業(yè)操作中，舉例來講，用自攻螺釘緊固金屬板，在僅利用電流信息判斷撞擊檢測時，會將由于自攻螺釘鉆孔導(dǎo)致的馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)速度的變化檢測成錘件撞擊的發(fā)生。然而，在旋轉(zhuǎn)角度等于或大于閾值時，撞擊判斷器14將撞擊檢測判斷為錯誤，從而能夠精確地對撞擊次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而在撞擊次數(shù)達(dá)到最合適的次數(shù)時停止驅(qū)動馬達(dá)1。
而且，當(dāng)撞擊判斷器14連續(xù)判斷撞擊檢測為真達(dá)預(yù)定次數(shù)時，撞擊判斷器14就能夠?qū)⒆矒襞袛嗥鳈z測到后面的所有撞擊檢測均判斷為真。通過這種設(shè)定，在金屬作業(yè)操作中，即使在撞擊檢測被判斷為錯誤或偽時，也能夠防止重新開始對撞擊次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，在撞擊次數(shù)達(dá)到最合適的次數(shù)的時候，能夠停止驅(qū)動馬達(dá)1，而不會打壞螺釘帽。
本申請基于2005年2月23日在日本提交的第2005-48038號日本專利申請，其內(nèi)容通過參考援引于此。
雖然通過附圖及例子詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以輕易地進(jìn)行變化和修改。因此，除非這種變化或修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種沖擊緊固工具，包括馬達(dá)，用于產(chǎn)生驅(qū)動力；輸出軸，用于緊固需要緊固的物體；撞擊機(jī)構(gòu)，包括錘件和與輸出軸一體旋轉(zhuǎn)的砧件，通過錘件撞擊砧件來產(chǎn)生沖擊力，并通過沖擊力將馬達(dá)產(chǎn)生的驅(qū)動力傳到輸出軸上；撞擊檢測器，用于檢測錘件對砧件的撞擊的發(fā)生；電流檢測器，用于檢測在撞擊間隔中的電流信息；撞擊判斷器，用于利用電流信息來判斷撞擊檢測器的撞擊檢測是真還是偽；緊固扭矩計(jì)算器，用于在忽略撞擊判斷器判斷為偽的撞擊的同時計(jì)算與沖擊力產(chǎn)生的緊固扭矩相等的緊固扭矩；以及馬達(dá)控制器，用于在計(jì)算所得的緊固扭矩達(dá)到預(yù)定參考值時停止驅(qū)動馬達(dá)。
2.如權(quán)利要求1所述的沖擊緊固工具，其中進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)速度檢測器，用于檢測馬達(dá)的軸的旋轉(zhuǎn)速度；以及撞擊判斷器通過將電流信息與閾值進(jìn)行比較對撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測進(jìn)行判斷，該閾值對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而改變。
3.如權(quán)利要求1所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流最大值作為電流信息，并在電流最大值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
4.如權(quán)利要求1所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流振幅值作為電流信息，并在電流振幅值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
5.如權(quán)利要求2所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流最大值作為電流信息，并在電流最大值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
6.如權(quán)利要求2所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流振幅值作為電流信息，并在電流振幅值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
7.如權(quán)利要求1所述的沖擊緊固工具，其中進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)速度檢測器，用于檢測馬達(dá)的軸的旋轉(zhuǎn)速度；以及撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流最大值和電流振幅值中的至少一個值作為電流信息，而對電流最大值或電流振幅值的選擇是對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而自動進(jìn)行的。
8.如權(quán)利要求7所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器通過將電流信息與閾值進(jìn)行比較對撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測進(jìn)行判斷，該閾值對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而改變。
9.如權(quán)利要求7所述的沖擊緊固工具，其中在電流最大值等于或小于閾值時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
10.如權(quán)利要求7所述的沖擊緊固工具，其中在電流振幅值等于或小于閾值時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
11.如權(quán)利要求1所述的沖擊緊固工具，其中進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)角度檢測器，用于檢測馬達(dá)的軸的旋轉(zhuǎn)角度；以及在撞擊檢測器檢測到的撞擊間隔中，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)角度等于或大于閾值時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤而與利用電流信息進(jìn)行的判斷無關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的沖擊緊固工具，其中當(dāng)撞擊判斷器連續(xù)判斷撞擊檢測為真達(dá)到預(yù)定次數(shù)時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的后續(xù)所有撞擊檢測均判斷為真。
13.如權(quán)利要求1所述的沖擊緊固工具，其中當(dāng)撞擊判斷器連續(xù)判斷撞擊檢測為真達(dá)到預(yù)定次數(shù)時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的后續(xù)所有撞擊檢測均判斷為真。
14.如權(quán)利要求13所述的沖擊緊固工具，其中進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)速度檢測器，用于檢測馬達(dá)的軸的旋轉(zhuǎn)速度；以及撞擊判斷器通過將電流信息與閾值進(jìn)行比較對撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測進(jìn)行判斷，該閾值對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而改變。
15.如權(quán)利要求13所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流最大值作為電流信息，并在電流最大值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
16.如權(quán)利要求13所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器將電流檢測器檢測到的電流振幅值作為電流信息，并在電流振幅值等于或小于閾值時，將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
17.如權(quán)利要求13所述的沖擊緊固工具，其中進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)速度檢測器，用于檢測馬達(dá)的軸的旋轉(zhuǎn)速度；以及撞擊判斷器利用電流檢測器檢測到的電流最大值和電流振幅值中的至少一個值作為電流信息，而對電流最大值或電流振幅值的選擇是對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而自動進(jìn)行的。
18.如權(quán)利要求17所述的沖擊緊固工具，其中撞擊判斷器通過將電流信息與閾值進(jìn)行比較對撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測進(jìn)行判斷，該閾值對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測器檢測到的旋轉(zhuǎn)速度而改變。
19.如權(quán)利要求17所述的沖擊緊固工具，其中在電流最大值等于或小于閾值時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
20.如權(quán)利要求17所述的沖擊緊固工具，其中在電流振幅值等于或小于閾值時，撞擊判斷器將撞擊檢測器檢測到的撞擊檢測判斷為錯誤。
全文摘要
在沖擊緊固工具中，可以確保防止錯誤檢測到錘件的撞擊。該沖擊緊固工具包括撞擊機(jī)構(gòu)，通過錘件撞擊砧件所產(chǎn)生的沖擊力將馬達(dá)的驅(qū)動力傳到輸出軸上；緊固扭矩計(jì)算器，計(jì)算與沖擊力產(chǎn)生的實(shí)際緊固扭矩相等的緊固扭矩；撞擊檢測器，檢測錘件撞擊的發(fā)生；馬達(dá)控制器，在緊固扭矩達(dá)到預(yù)定參考值時停止驅(qū)動馬達(dá)；電流檢測器，檢測在撞擊間隔中的電流信息；以及撞擊判斷器，利用電流信息來判斷撞擊檢測的真?zhèn)?。緊固扭矩計(jì)算器計(jì)算扭矩且忽略撞擊判斷器判斷為偽的撞擊。
文檔編號B25B23/147GK1824464SQ20061000945
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月23日
發(fā)明者有村直 申請人:松下電工株式會社