專利名稱：以最佳時(shí)間上緊一個(gè)螺栓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用上螺母器以預(yù)定最大扭矩上緊螺栓或螺母的方法。
在使用一個(gè)上螺母器上緊一個(gè)螺栓時(shí)，當(dāng)扭矩達(dá)到預(yù)定值時(shí)，如果上螺母器的速度被置為零過緊情況就會(huì)產(chǎn)生。這是由于馬達(dá)的慣性和速度指令到達(dá)馬達(dá)前的時(shí)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(dá)到目標(biāo)值前，馬達(dá)的速度應(yīng)該盡可能接近于零。然而，減少速度結(jié)果增加了上緊螺栓所需的時(shí)間，因此減少速度是不實(shí)用的。如果摩擦力相對(duì)大，調(diào)整速度接近于零會(huì)引起在扭矩達(dá)到目標(biāo)值前馬達(dá)停止。
一般地，程序員把過去的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)考慮在內(nèi)，編寫出一個(gè)逐步可控制地驅(qū)動(dòng)上螺母器的控制程序。
編寫一個(gè)控制程序需要相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)和技巧。大部分用戶不可能編寫這種程序，并且一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的程序員也必須花費(fèi)很多時(shí)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(gè)目的是提供一種在最佳時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)上緊一個(gè)螺栓的方法，通過幾個(gè)學(xué)習(xí)周期確定出最佳內(nèi)部參數(shù)，該方法不需要一個(gè)附加程序來控制速度。
在本發(fā)明中，一個(gè)目標(biāo)扭矩先被預(yù)置，而且上螺母器經(jīng)歷了幾個(gè)學(xué)習(xí)周期，這樣上螺母器自動(dòng)地確定這樣的內(nèi)部參數(shù)，以便在目標(biāo)扭矩達(dá)到后立即停止馬達(dá)，上緊螺栓需要最少的時(shí)間。
本發(fā)明的特點(diǎn)和其它目的由參考附圖的最佳實(shí)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(zhuǎn)速S的實(shí)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(jù)圖3所示的曲線P(S)產(chǎn)生的扭矩/速度表。
圖6表示扭矩變化情況，表示在目標(biāo)扭矩達(dá)到后扭矩下降。
根據(jù)本發(fā)明的用于以最佳時(shí)間長(zhǎng)度上緊螺栓的裝置的原理將被詳細(xì)說明。轉(zhuǎn)動(dòng)體的動(dòng)能一般由下式給出F=Idxdt+DX······(1)]]>式中F是輸入量(目標(biāo)速度)I是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量D是衰減系數(shù)X是角速度t是時(shí)間公式(1)意味著在目標(biāo)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(biāo)速度F變化后的角速度。在上螺母器到達(dá)要被螺栓帶緊的工件后，也即，在產(chǎn)生扭矩后，轉(zhuǎn)矩正比于X關(guān)于時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)直至螺栓頭到達(dá)工件，而在到達(dá)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(biāo)扭矩。如果在目標(biāo)扭矩達(dá)到時(shí)輸入量速度F被置為零，沒有過調(diào)產(chǎn)生，但是上緊完成之前會(huì)有一段很長(zhǎng)的時(shí)間。相反，如果輸入量速度F被置成很大的值，使得在一達(dá)到目標(biāo)扭矩就將輸入量速度F置成零的情況下達(dá)到目標(biāo)扭矩，那么，上螺母器按照公式2運(yùn)作。O=Idxdt+DX----······(2)]]>同時(shí)有一個(gè)由公式3給出的過調(diào)量，∫ωdt----······(3)]]>過調(diào)存在直至x＝0圖3表示扭矩T與轉(zhuǎn)速S的實(shí)例曲線，轉(zhuǎn)速S標(biāo)繪在垂直軸，而扭矩T在該坐標(biāo)系中。假定扭矩為零時(shí)轉(zhuǎn)速S為最大值，而在扭矩達(dá)到目標(biāo)扭矩時(shí)，輸入量速度F置成零。根據(jù)曲線P8運(yùn)轉(zhuǎn)馬達(dá)允許以最少的時(shí)間上緊螺母。如果馬達(dá)未能遵循曲線P8，這時(shí)存在一個(gè)過調(diào)量。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例現(xiàn)參考圖1和2來說明。圖1是一個(gè)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(hào)1代表一個(gè)微處理器(CPU)。一個(gè)選擇器開關(guān)2用于選擇圖3中某一曲線，沿著該曲線螺栓上緊裝置經(jīng)歷幾個(gè)學(xué)習(xí)周期。一個(gè)存儲(chǔ)器3存儲(chǔ)圖5所示的表，在其中，該表顯示出圖3中轉(zhuǎn)動(dòng)速度和扭矩的規(guī)一化值。一個(gè)扭矩傳感器5裝在上螺母器4中。參考號(hào)6代表一個(gè)報(bào)警器。
在步驟S1，開關(guān)2被操作以設(shè)定一個(gè)基于上螺母器4特性的轉(zhuǎn)動(dòng)速度S的初始值、扭矩和容差E。在步驟S2，根據(jù)轉(zhuǎn)速S、扭矩和容差E產(chǎn)生多條曲線。在步驟S2A，任意選擇曲線P(s)，P(s)滿足關(guān)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(shí)的T(o)和S(o)值以及j＝n時(shí)的扭矩T(n)值。
圖3顯示的曲線代表對(duì)于不同參數(shù)的速度和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，表示對(duì)于一個(gè)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(duì)數(shù)標(biāo)度表示。每一曲線表示與一個(gè)扭矩T的給定值T(j)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jù)示于圖3的曲線P(s)被產(chǎn)生，而進(jìn)行到步驟4，上緊操作開始。
在開始上緊操作時(shí)，CPU1通過裝在上螺母器4中的轉(zhuǎn)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(jìn)到步驟S7，在該步作一檢驗(yàn)，判定扭矩t是等于還是大于目標(biāo)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(fù)步驟S5-S8直至扭矩達(dá)到或超過目標(biāo)扭矩值T(n)。當(dāng)在步驟S7回答“是”(Yes)時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S9，在此馬達(dá)被停止。
在步驟S10作一個(gè)邏輯檢驗(yàn)，以判定最后測(cè)到的扭矩t和目標(biāo)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(jìn)行到步驟S15，在此作一個(gè)邏輯檢驗(yàn)，以判定該差值是否小于由前面選擇的曲線產(chǎn)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(yàn)，以判定曲線P(s+1)實(shí)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(jìn)行到步驟S3，以便重復(fù)步驟S3-S12直至曲線P(s+1)實(shí)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(chǔ)曲線Pmax，而學(xué)習(xí)周期結(jié)束。
如果在步驟S15回答“是”(Yes)，控制跳轉(zhuǎn)到S16，在此時(shí)，以前的試驗(yàn)曲線最后被使用并在步驟S14被存儲(chǔ)。
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(jìn)行到步驟S18，在此作一檢驗(yàn)，以判定該曲線實(shí)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(zhuǎn)到步驟S3，而且運(yùn)行步驟S3-S10和S15-S18直至曲線實(shí)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(jìn)行報(bào)警操作。如果在步驟S15回答“是”(Yes)，程序跳轉(zhuǎn)到步驟S16。
在按照由上述的學(xué)習(xí)周期確定的最佳曲線上緊螺栓時(shí)，由于在目標(biāo)扭矩達(dá)到后不久產(chǎn)生的扭矩下降，會(huì)產(chǎn)生如圖6所示的不足的上緊。這是由于工件被擠壓，并出現(xiàn)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(shí)的輸出扭矩以提供附加旋轉(zhuǎn)來補(bǔ)償扭矩下降。
也就是，在目標(biāo)扭矩達(dá)到后，允許馬達(dá)電流繼續(xù)流動(dòng)一個(gè)短的時(shí)間t。這就防止螺栓扭矩減少，確保以目標(biāo)扭矩來上緊螺栓。
權(quán)利要求
1.一種在最佳時(shí)間內(nèi)上緊一個(gè)螺栓的方法，包括以下步驟設(shè)定至少一個(gè)馬達(dá)初始速度，一個(gè)目標(biāo)扭矩，和一個(gè)與目標(biāo)扭矩有關(guān)的最終扭矩的容差；根據(jù)初始速度、扭矩和容差產(chǎn)生速度與扭矩的多條曲線；從預(yù)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(yùn)轉(zhuǎn)馬達(dá)；監(jiān)視馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的扭矩；確定最終的曲線，沿著該曲線在最少時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)扭矩；使用上述曲線完成一個(gè)螺栓上緊工作、沿著該曲線達(dá)到目標(biāo)扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟在上述目標(biāo)扭矩達(dá)到后接著允許流過馬達(dá)的電流繼續(xù)流動(dòng)一個(gè)預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度，所述電流是所述目標(biāo)扭矩到達(dá)時(shí)的值，從而補(bǔ)償扭矩?fù)p失。
全文摘要
一種在最佳時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)上緊一個(gè)螺栓的方法，該方法只要通過幾個(gè)學(xué)習(xí)周期確定出最佳內(nèi)部參數(shù)，就不需要一個(gè)附加程序來控制速度。先預(yù)定一個(gè)目標(biāo)扭矩，并使上螺母器經(jīng)歷幾個(gè)學(xué)習(xí)周期，使得上螺母器自動(dòng)確定這些內(nèi)部參數(shù)，以致在目標(biāo)扭矩達(dá)到后立即停止馬達(dá)，上緊螺栓需要最少的時(shí)間。
文檔編號(hào)B25B23/14GK1145842SQ96110628
公開日1997年3月26日 申請(qǐng)日期1996年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月11日
發(fā)明者佐藤敏, 富田誠 申請(qǐng)人:全臺(tái)系統(tǒng)株式會(huì)社