專利名稱：以最佳時間上緊一個螺栓的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過使用上螺母器以預定最大扭矩上緊螺栓或螺母的方法。
在使用一個上螺母器上緊一個螺栓時，當扭矩達到預定值時，如果上螺母器的速度被置為零過緊情況就會產生。這是由于馬達的慣性和速度指令到達馬達前的時延。
為了防止過量扭矩加到螺栓上，正好在加到螺栓的扭矩達到目標值前，馬達的速度應該盡可能接近于零。然而，減少速度結果增加了上緊螺栓所需的時間，因此減少速度是不實用的。如果摩擦力相對大，調整速度接近于零會引起在扭矩達到目標值前馬達停止。
一般地，程序員把過去的數據和經驗考慮在內，編寫出一個逐步可控制地驅動上螺母器的控制程序。
編寫一個控制程序需要相當多的經驗和技巧。大部分用戶不可能編寫這種程序，并且一個有經驗的程序員也必須花費很多時間來編寫這樣的控制程序。
鑒于上述問題提出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供一種在最佳時間長度內上緊一個螺栓的方法，通過幾個學習周期確定出最佳內部參數，該方法不需要一個附加程序來控制速度。
在本發(fā)明中，一個目標扭矩先被預置，而且上螺母器經歷了幾個學習周期，這樣上螺母器自動地確定這樣的內部參數，以便在目標扭矩達到后立即停止馬達，上緊螺栓需要最少的時間。
本發(fā)明的特點和其它目的由參考附圖的最佳實施例的說明將顯得更加明白。其中

圖1是本發(fā)明的恒扭矩螺栓上緊裝置的方塊圖。
圖2是表示圖1裝置工作的流程圖。
圖3表示扭矩T與轉速S的實例曲線。
圖4A表示圖3的曲線P8，圖4B表示圖3的曲線P2。
圖5表示一些根據圖3所示的曲線P(S)產生的扭矩/速度表。
圖6表示扭矩變化情況，表示在目標扭矩達到后扭矩下降。
根據本發(fā)明的用于以最佳時間長度上緊螺栓的裝置的原理將被詳細說明。轉動體的動能一般由下式給出F=Idxdt+DX······(1)]]>式中F是輸入量(目標速度)I是轉動慣量D是衰減系數X是角速度t是時間公式(1)意味著在目標速度F逐步變化后，上螺母器的工作狀態(tài)由變量I、D和X來確定，X是緊接著目標速度F變化后的角速度。在上螺母器到達要被螺栓帶緊的工件后，也即，在產生扭矩后，轉矩正比于X關于時間的積分。
如果上螺母器被這樣操作，使得該上螺母器慢慢地運轉直至螺栓頭到達工件，而在到達工件后輸入量速度F被置成無限接近于Dx，于是，加到工件上的扭矩也慢慢接近目標扭矩。如果在目標扭矩達到時輸入量速度F被置為零，沒有過調產生，但是上緊完成之前會有一段很長的時間。相反，如果輸入量速度F被置成很大的值，使得在一達到目標扭矩就將輸入量速度F置成零的情況下達到目標扭矩，那么，上螺母器按照公式2運作。O=Idxdt+DX----······(2)]]>同時有一個由公式3給出的過調量，∫ωdt----······(3)]]>過調存在直至x＝0圖3表示扭矩T與轉速S的實例曲線，轉速S標繪在垂直軸，而扭矩T在該坐標系中。假定扭矩為零時轉速S為最大值，而在扭矩達到目標扭矩時，輸入量速度F置成零。根據曲線P8運轉馬達允許以最少的時間上緊螺母。如果馬達未能遵循曲線P8，這時存在一個過調量。
本發(fā)明的一個實施例現參考圖1和2來說明。圖1是一個恒扭矩螺栓上緊裝置的方塊圖，圖2表示該裝置工作的流程圖。參考號1代表一個微處理器(CPU)。一個選擇器開關2用于選擇圖3中某一曲線，沿著該曲線螺栓上緊裝置經歷幾個學習周期。一個存儲器3存儲圖5所示的表，在其中，該表顯示出圖3中轉動速度和扭矩的規(guī)一化值。一個扭矩傳感器5裝在上螺母器4中。參考號6代表一個報警器。
在步驟S1，開關2被操作以設定一個基于上螺母器4特性的轉動速度S的初始值、扭矩和容差E。在步驟S2，根據轉速S、扭矩和容差E產生多條曲線。在步驟S2A，任意選擇曲線P(s)，P(s)滿足關系式Pmin≤P(s)≤Pmax，S為1、2、3，…，8。曲線P(s)可以是一條過去使用的曲線。CPU1由曲線P(s)讀出j＝0時的T(o)和S(o)值以及j＝n時的扭矩T(n)值。
圖3顯示的曲線代表對于不同參數的速度和轉矩之間的關系，表示對于一個給定的扭矩所要求的速度。
圖4A表示圖3中的曲線P8，圖4B表示圖3中曲線P2，曲線P2和P8以半對數標度表示。每一曲線表示與一個扭矩T的給定值T(j)相對應的轉動速度S的值S(j)，在此j＝1，2，3…，n。n值越大能使控制越精確。
在步驟S3，如圖5所示的扭矩/速度表根據示于圖3的曲線P(s)被產生，而進行到步驟4，上緊操作開始。
在開始上緊操作時，CPU1通過裝在上螺母器4中的轉矩傳感器監(jiān)視扭矩t值。在步驟S6，CPU1判定扭矩t是等于還是大于T(j)。如果在步驟S6回答“是”(Yes)，于是程序前進到步驟S7，在該步作一檢驗，判定扭矩t是等于還是大于目標扭矩T(n)。
如果在步驟S7回答“否”(NO)，于是在步驟S8j的值增加1，而且程序回到步驟S5。重復步驟S5-S8直至扭矩達到或超過目標扭矩值T(n)。當在步驟S7回答“是”(Yes)時，程序進行到步驟S9，在此馬達被停止。
在步驟S10作一個邏輯檢驗，以判定最后測到的扭矩t和目標扭矩T(n)之差是等于還是小于容差E。如果該差值大于容差E，程序進行到步驟S15，在此作一個邏輯檢驗，以判定該差值是否小于由前面選擇的曲線產生的誤差。如果在步驟S10回答“是”(Yes)，則在步驟S11選擇曲線P(s+1)。作一檢驗，以判定曲線P(s+1)實際上是Pmax還是更高的曲線。如果在步驟S12回答“否”(NO)，那么控制進行到步驟S3，以便重復步驟S3-S12直至曲線P(s+1)實際上是曲線Pmax或更高的曲線。
如果在步驟S12，回答“是”(Yes)，則在步驟S14存儲曲線Pmax，而學習周期結束。
如果在步驟S15回答“是”(Yes)，控制跳轉到S16，在此時，以前的試驗曲線最后被使用并在步驟S14被存儲。
如果在步驟S15回答“否”(NO)，于是在步驟S17曲線P(s-1)被選，并且控制進行到步驟S18，在此作一檢驗，以判定該曲線實際上是曲線Pmin還是更低的曲線。如果在步驟S18回答“否”(NO)，于是控制跳轉到步驟S3，而且運行步驟S3-S10和S15-S18直至曲線實際上是Pmin或更低的曲線。如果在步驟S18回答“是”(Yes)，則上緊工作失敗，并且控制進行報警操作。如果在步驟S15回答“是”(Yes)，程序跳轉到步驟S16。
在按照由上述的學習周期確定的最佳曲線上緊螺栓時，由于在目標扭矩達到后不久產生的扭矩下降，會產生如圖6所示的不足的上緊。這是由于工件被擠壓，并出現與螺栓或螺母緊密的接觸。所以，在本發(fā)明中使用上螺母器仍然接觸工件時的輸出扭矩以提供附加旋轉來補償扭矩下降。
也就是，在目標扭矩達到后，允許馬達電流繼續(xù)流動一個短的時間t。這就防止螺栓扭矩減少，確保以目標扭矩來上緊螺栓。
權利要求
1.一種在最佳時間內上緊一個螺栓的方法，包括以下步驟設定至少一個馬達初始速度，一個目標扭矩，和一個與目標扭矩有關的最終扭矩的容差；根據初始速度、扭矩和容差產生速度與扭矩的多條曲線；從預定的多條速度與扭矩曲線中選擇任意一條曲線；在由所選曲線得到的速度下運轉馬達；監(jiān)視馬達運轉時所產生的扭矩；確定最終的曲線，沿著該曲線在最少時間內達到目標扭矩；使用上述曲線完成一個螺栓上緊工作、沿著該曲線達到目標扭矩。
2.根據權利要求1的方法，還包括步驟在上述目標扭矩達到后接著允許流過馬達的電流繼續(xù)流動一個預定時間長度，所述電流是所述目標扭矩到達時的值，從而補償扭矩損失。
全文摘要
一種在最佳時間長度內上緊一個螺栓的方法，該方法只要通過幾個學習周期確定出最佳內部參數，就不需要一個附加程序來控制速度。先預定一個目標扭矩，并使上螺母器經歷幾個學習周期，使得上螺母器自動確定這些內部參數，以致在目標扭矩達到后立即停止馬達，上緊螺栓需要最少的時間。
文檔編號B25B23/14GK1145842SQ96110628
公開日1997年3月26日 申請日期1996年7月10日 優(yōu)先權日1995年7月11日
發(fā)明者佐藤敏, 富田誠 申請人:全臺系統(tǒng)株式會社