用于检查螺旋系统的检查装置和用于此的检查方法与流程

文档序号:11160343阅读:966来源:国知局
用于检查螺旋系统的检查装置和用于此的检查方法与制造工艺

本发明涉及一种用于检查螺旋丝杠或螺旋系统的检查装置,所述螺旋丝杠或螺旋系统设置用于装配螺纹连接或螺纹部位,本发明还涉及一种为此的检查方法。



背景技术:

为了周期性地检查和校准电动螺旋丝杠或螺旋系统(所述螺旋丝杠或螺旋系统尤其在装配线或生产线中用于装配螺纹部位或螺纹连接),使用所谓的反馈传感器来感测旋转角度和/或转矩或组合地感测转矩和旋转角度。在此,通过将待检查的螺旋系统的测量值或显示值与所用的反馈传感器的与之相对应的测量值或显示值比较来对待检查的螺旋系统进行评价,所述反馈传感器为此目的通常布置或匹配在待检查的螺旋系统的螺旋丝杠的从动装置与螺纹部位或螺纹连接或诸如此类的之间。在反馈传感器的原理方面,相关测量参数反馈到国家标准或国际标准上。由此一方面产生会带来较高成本耗费的、在生产线中仅能以巨大的耗费实现的复杂测量结构,而另一方面产生高的测量耗费,因为需要两个分开的测量序列来评价待检查的螺旋系统。这样的反馈测量系统适合用于感测两个特征参数、即既适用于感测转矩也适用于感测旋转角度,尤其在所述测量系统中,由于测量结构的复杂度高,所以几乎仅仅只可能在实验室条件下实现检查运行。



技术实现要素:

具有权利要求1的特征的检查装置具有这样的优点:可以在成本耗费低的情况下实现相对简单的测量结构,其中,在检查和评价待检查的螺旋系统时可以实现高的准确性,其方式是:本发明的基本构思是,借助于扭转元件将由物理定律得出的特征曲线作为标准来机械地赋予待检查的螺旋丝杠的转矩变化过程,以便能够根据对由螺旋丝杠在检查过程期间所实施的转矩变化过程和在其中反映的特征曲线的分析处理来识别和确定螺旋丝杠的处于预给定的允差之外的表现。在此,所述赋予作为检查装置对由螺旋丝杠根据螺旋丝杠的转矩变化过程施加到检查装置的扭转元件上的力的机械反馈或机械响应特性来进行。为此设置,扭转元件设有预先确定的预应力地被接收在基体中并且用于在由待检查的螺旋丝杠引起的转矩变化过程作用于扭转元件时将扭转元件的弹簧特性曲线赋予螺旋丝杠的转矩变化过程,其中,扭转元件的弹簧特性曲线由第一止挡位置和第二止挡位置确定,其中,设置有器件,以便分析处理表征螺旋丝杠转矩变化过程的测量数据,其中,根据被分析处理的测量数据和赋予在其中的弹簧特性曲线,转矩变化过程的确定弹簧特性曲线的并且与止挡位置相对应的控制点用作用于评价螺旋丝杠的与标准有偏差的特性的尺度。

由在从属权利中所列举的措施得出本发明的另外的有利的扩展方案和构型。

本发明的一种优选的构型是,扭转元件在预先确定的预应力的作用下这样被接收在基体中,使得扭转元件在没有外力作用的情况下在其第一止挡位置中以一个止挡面止挡基体的一个止挡面,并且可以在克服预先确定的预应力的外力的作用下从第一止挡位置出来向基体的第二止挡面的方向运动。

在第二止挡位置中,扭转元件的第二止挡面止挡基体的第二止挡面,通过以下方式:扭转元件可以从其第一止挡位置出来运动至所述第二止挡位置,实现扭转体的在两个止挡位置之内的扭转。因此,这两个止挡位置限定检查装置的弹簧特性曲线。在此,在扭转元件的静止位置中、即在其第一止挡位置中,在其第二止挡面和基体的与该第二止挡面相对应的止挡面之间存在空隙,该空隙确定检查装置的最大测量范围。

根据本发明的一种扩展方案设置,扭转元件的端部借助于调整体被力锁合地固定在基体上。由此可能的是,限定地、例如通过受转矩控制的工具而可自由选择地施加预先确定的预应力,扭转元件以所述预先确定的预应力被接收在基体中。为此,扭转元件的端部抗扭地固定在调整体中,其中,调整体与基体连接。

通过扭转元件具有在纵轴向上延伸的长形的杆区域,所述杆区域用于接收从外部作用的转矩,其中,进行杆区域的扭转。

根据本发明的一种特别符合目的的实施方式,扭转元件的纵向中轴线与基体的纵向中轴线同轴地延伸,从而基本上得到一种简单的结构。

本发明的一种特别稳定的实施方式设置,扭转元件一件式地构造。

用于在使用这种检查装置的情况下检查螺旋丝杠或螺旋系统的方法包括以下步骤:将待检查的丝杠的转矩变化过程导入到检查装置中;以及分析处理待检查的螺旋丝杠的表征所述转矩变化过程的测量数据,其中,根据被分析处理的测量数据和赋予在其中的弹簧特性曲线,求取转矩变化过程的与止挡位置相对应的并且确定弹簧特性曲线的控制点作为用于评价螺旋丝杠的与标准有偏差的特性的尺度。为此,根据固定点来确定检查装置的扭转元件的赋予转矩变化过程的弹簧特性曲线,其中,考虑固定点作为与扭转元件的止挡位置相对应的特征控制点在预先已知抗扭刚度并且预先已知滑移的情况下根据以下等式计算螺旋丝杠与标准的偏差:

W3=(W2-W1)-((M2-M1)·tsf)

在此,用W3表示螺旋丝杠的偏差,用参数M1和W1表示第一特征控制点的转矩和所属的旋转角度,并且,用参数M2和W2表示第二特征控制点的转矩和所属的旋转角度,以及用tsf表示螺旋丝杠的抗扭刚度和滑移。

附图说明

在后面的描述和附图中详细地解释本发明的实施例。附图以示意图示出:

图1根据本发明的检查装置的部分纵剖图,该检查装置具有基体、被接收在其中的扭转体和与扭转体抗扭地连接的调整盘,

图2图1的检查装置的侧视图,

图3检查装置的按照图2中的剖面线I-I剖开的横截面视图,

图4图1的检查装置的立体图,

图5部分剖切的图1的检查装置的立体图,

图6作为检查装置部件的基体的立体图,

图7作为检查装置部件的扭转杆的立体图,

图8以强烈放大的示图示出检查装置的基体和被装入其中的扭转杆的按照图1中的剖面线I-I剖开的横截面视图,

图9示出一测量曲线图,其中,基于旋转角度描绘螺旋丝杠的转矩变化过程M,其中,借助螺旋丝杠记录的测量曲线在其中间区段中被赋予根据本发明的检查装置的特征曲线,

图10示出一测量曲线图,该测量曲线图用于在检查装置卡锁时求取螺旋丝杠的抗扭刚度和滑移,其中,基于螺旋丝杠的旋转角度描绘转矩变化过程M,

图11示出一测量曲线图,该测量曲线图用于校准根据本发明的检查装置,其中,借助于反馈基准装置基于螺旋丝杠的旋转角度描绘转矩变化过程M,其中,借助于反馈基准装置记录的测量曲线在其中间的区段中具有检查装置的特征曲线,

图12示出一测量曲线图,该测量曲线图用于在检查装置卡锁时经校准地求取螺旋丝杠的抗扭刚度和滑移,其中,借助于反馈基准装置基于旋转角度描绘螺旋丝杠的转矩变化M,

图13具有连接在待检查的螺旋丝杠上的根据第一实施方式的检查装置的原理图,和

图14具有连接在待检查的螺旋丝杠上的根据第二实施方式的检查装置的原理图。

具体实施方式

图1至图5示出根据本发明的检查装置10,所述检查装置适合用于连接在螺旋丝杠上。检查装置10具有基体11、被接收在基体11中的扭转体12和固定在基体11的下端部14处的调整盘13。一件式地构造的扭转体12与检查装置10的纵向中轴线15同轴地被接收在基体11中,其中,扭转体12的六边形地构造的上端部16从基体11向上突出并且用于耦合或匹配到螺旋丝杠上。在上端部16下方,扭转体12具有直径扩宽的凸肩17,所述凸肩具有两个在圆周方向上相互隔开间距的止挡面17′和17″,所述止挡面与基体11在其上凸肩18上具有的两个止挡面18′和18″相对应。扭转体12的凸肩17过渡到直径较小的环形肩部20中,所述环形肩部支承在支承部位22上,所述支承部位构造为位于基体11上凸肩18的内部中的台阶部。从上端部16出发,扭转体12在其纵方向上经过扩宽的凸肩17、环形肩部20、圆锥形地变细的台阶部23和直径较小的柱形杆区段24延伸至在径向上加厚的下端部25。扭转体12以其上凸肩17支承在基体11的凸肩18上,而扭转体12的下端部25插入或缩入到调整盘13的轴向地延伸的中心开口13′中,并且扭转体12由此力锁合地且抗扭地与调整盘13连接。在该状态下,贴靠在基体11的端部区段14上的调整盘13相对于端部区段14以确定的尺度扭转并且产生预应力,被携动的扭转体12在该预应力的影响下扭转,从而其第一止挡面17′止挡基体11的第一止挡面18′。在该位置中,调整盘13借助于配合销27锁定在端部区段14上,所述配合销为此穿过构造在调整盘13的外边缘上的通孔并且以其端部嵌接在位于端部区段14的边缘区中的接收孔中并且由此固定。由此,调整盘13与基体11力锁合和形锁合地连接。在基体11的中间区段中,构造有铣入到该中间区段的外部圆周中的作用面29,所述作用面用于将检查装置10接收到机器中。

图6直观示出根据本发明的检查装置10的基体11,其中,基体11的上凸肩18具有凸缘状地向上伸出的区域,所述区域与纵向中轴线15同轴地延伸并且作为环段在圆周方向上延伸经过一角度范围,该角度范围由两个止挡面18′和18″限界并且为180°。图7直观示出根据本发明的检查装置10的扭转体12,其中,扭转体12的凸肩17具有凸缘状地向下伸出的区域,所述区域与纵向中轴线15同轴地延伸并且作为环段在圆周方向上延伸经过一角度范围,该角度范围由两个止挡面17′和17″限界并且定为比180°小约9°。图8以横截面示图示出在组装状态下的根据本发明的检查装置10,其中,扭转体12在预应力作用下装入基体11中。由此,扭转体12的凸肩17的第一止挡面17′形锁合地止挡基体11的凸肩18的第一止挡面18′。由于凸肩17,18的构造不同,所以在圆周方向上相对置的两个止挡面17″,18″之间产生具有角度错开量的空隙,所述角度错开量在所述实施例中为约9°。该空隙30限定检查装置10的测量范围,因为根据所选择的实施例扭转体12可扭转9°。

在检查装置10与待检查的螺旋丝杠耦合或匹配的位置中,丝杠作用在检查装置10的六边形的端部16上,在所述位置中,螺旋丝杠逐步地走过一旋转角度范围并且在此针对所调整的各个旋转角度测量对应地为使检查装置10转动所施加的转矩。基于由螺旋丝杠施加的转矩,已预紧地装在基体11中的扭转体12绕其自身的纵向中轴线15进一步扭转。在此,扭转体12的沿纵向中轴线15延伸的长形杆区域24基本上通过绕纵向中轴线扭动或扭转来接收过程力。如果螺旋丝杠达到大于扭转体12的预应力的转矩值,则扭转体12的第一止挡面17′从基体11的第一止挡面18′松脱,并且,扭转体12的第二止挡面17″以相同的尺度朝向基体11的第二止挡面18″运动,从而两个止挡面17″和18″之间的空隙或角度错开量30减小。即,由螺旋丝杠所施加的转矩抵抗被预紧的扭转体12的阻力。将转矩逐步提高直至凸肩17的第二止挡面17″止挡在凸肩18的第二止挡面18″上为止。

图9示出用于连接或匹配到螺旋系统的螺旋丝杠上的、根据本发明的检查装置10的测量曲线图100,其中,基于旋转角度(以度为单位)描绘螺旋丝杠的转矩变化过程M(以Nm为单位)。由螺旋丝杠所感测并且在测量曲线图100中所描绘的测量曲线基本上分成三个区段;该测量曲线的第一区段延伸至测量点S1并且其特征在于,直至所述测量点为止在旋转角度小的情况下由螺旋丝杠施加的转矩M小于扭转体12的预应力,从而扭转体12的止挡面17′还不能从基体11的止挡面18′抬起。该第一区段非线性地构造并且覆盖0.00°至约5.10°的角度范围。当由螺旋丝杠施加的转矩M大于或等于扭转体12的预应力时,测量曲线才过渡到第二或中间的区段中,该区段从测量点S1延伸至测量点S2并且在5.2°至16.8°的旋转角度范围内严格线性地构造,因为在该区段中,扭转体的弹簧特性曲线反映在螺旋丝杠的转矩变化过程中。因此,在此涉及扭转体对由螺旋丝杠施加在扭转体上的转矩变化的机械响应特性,即扭转体的响应特性显示为:针对扭转体进行表征的弹簧特性曲线被赋予螺旋丝杠的转矩变化过程。因此,检查装置起机械标准的实体的功能。如测量曲线图100所示,根据所述实施例,测量点S1由转矩值M1=22.6Nm和旋转角度W1=5.2°限定,而测量点S2由在旋转角度W2=16.8°时的转矩值M2=62.5Nm限定。在测量点S2处,扭转体12的止挡面17″止挡在基体11的止挡面18″上,从而在较大的旋转角度和转矩值较高的情况下,测量曲线过渡到第三区段中,所述第三区段非线性地构造。测量点S1(M1,W1)和S2(M2,W2)是测量曲线中的特征拐点并从而限界反映扭转体12的弹簧特性曲线的线性区段。因此,检查装置10的测量范围由空隙30的结构特征确定,所述空隙在所选择的实施例中如图8所示为9°。根据两个测量点S1和S2可求取螺旋丝杠的偏差或误差W3,其中,存在以下的等式:

W3=(W2-W1)-((M2-M1)·tsf) 等式(1),

其中,用tsf表示螺旋丝杠的抗扭刚度和滑移,所述抗扭刚度在其偏差方面是需要考虑的。

然而,待检查的螺旋丝杠的偏差或误差已经可以通过比较在——限定弹簧特性曲线的使用阈值的——测量点S1上求取的转矩值M1与在检查装置10上调整的预先确定的预应力来识别;即,当转矩值M1与在检查装置上调整的预应力值有偏差时,则待检查的螺旋丝杠有误差地工作并且必须被再校准。

图10示出用于求取螺旋丝杠的抗扭刚度tsf和滑移sf的测量曲线图110,其中,基于螺旋丝杠的旋转角度描绘转矩变化过程M。为此,卡锁检查装置10中的扭转体12,其方式是,将销装入孔32中,所述孔构造在扭转体12的凸肩17中以及基体11的凸肩18中,从而扭转体相对于基体的扭转被卡锁并且第一止挡面17′不再能从相对应的止挡面18′抬起。由此,由螺旋丝杠导入或施加的转矩仅仅作用在检查装置10的基体11上,从而测量曲线图10中的测量曲线反映转矩上升和转矩下降。在此,测量曲线的具有测量点P1和P2的左侧区域由螺旋丝杠的抗扭刚度和滑移tsf表征,而测量曲线的右侧区域仅通过螺旋丝杠的抗扭刚度部分表征。为了在左侧的测量曲线区域中确定测量点P1和P2,在图10的测量曲线中寻找这样的测量点,所述测量点就对应的转矩值而言与图9中的测量点S1和S2至少近乎一致。因为测量点S1(在图9中)位于转矩值MT1=22.4Nm和旋转角度WT1=5.2°处,而与测量点S2(M2=62.5Nm)相对应的测量点P2在图10中在旋转角度WT2=7.55°处具有转矩值MT2=61.2Nm。在右侧的测量曲线区域中的测量点P3和P4用于确定滑移并且就对应的转矩值而言与测量点P1和P2相一致;因此,P3由值对(WT=0.5°;MT3=61.8Nm)确定并且P4由值对(11.24°;22.4Nm)确定。因为测量曲线在P1和P2之间的以及在P3和P4之间的区段中线性地延伸,所以根据以下的两个等式既可确定螺旋丝杠的抗扭刚度tsf也可确定其滑移sf:

在此,用WT1和MT1表示测量点P1的旋转角度和转矩,并且用WT2和MT2表示测量点P2的旋转角度和转矩。

对于螺旋丝杠的滑移,存在以下的关系:

sf=(WT2-WT1)-(WT4-WT3) 等式(3),

其中,用WT3和WT3表示测量点P3和P4的相应的旋转角度。

对图10中的测量曲线的分析处理根据等式(2)和(3)得到tsf=0.0605度/Nm和sf=0.6°。

为了使检查装置10可以作为标准来工作,仅仅需要校准一次,根据图11和12所示出的测量曲线图解释所述校准。

图11示出借助于反馈式参考装置记录的、用于一次地校准根据本发明的检查装置10的测量曲线图120,所述检查装置连接或匹配到螺旋丝杠上,其中,基于旋转角度描绘螺旋丝杠的转矩变化过程M。这种校准对于根据本发明的检查装置10仅仅需要实施一次。在此,与在图9和图10中示出的测量曲线图不同,测量数据、即相应的旋转角度和相应地所配属的转矩值由反馈式基准装置感测。

图12示出借助于反馈式参考系统记录的、用于经校准地求取螺旋丝杠的抗扭刚度和滑移的测量曲线图130,其中,基于旋转角度描绘转矩变化过程M。与在图9和图10中所示出的测量曲线图不同地,测量数据、即相应的旋转角度和相应地所配属的转矩值由反馈式基准装置感测。检查装置10在实施所述测量期间机械式地被卡锁。

图13以示意图直观示出根据本发明的检查装置10与待检查的螺旋丝杠50一起的第一实施变型。在此,螺旋丝杠50以其端部套到检查装置10的六边形地构造的端部16上。通过属于螺旋丝杠的控制单元50′(所述控制单元与螺旋丝杠50通过信号导线50″电连接),螺旋丝杠逐步地走过一旋转角度范围,并且对于所调整的每个旋转角度测量在检查装置10转动时所施加的转矩。所感测的测量数据被传递给属于检查装置10的在外部操作的处理单元10′并且由该处理单元处理、分析和显示。为此,可以构造为可存储器编程的控制装置或构造为计算器的处理单元10′具有显示窗40以及布置在其下方的显示面板41,42,43,所述显示窗用于以图像方式示出描绘所感测的测量数据的测量曲线,该测量曲线具有限制检查装置的特征曲线的测量拐点S1和S2。在该显示面板41中输出表征测量拐点S1的转矩值,而在布置在显示窗下方的显示面板42中示出表征测量拐点S2的转矩值。布置在显示窗下方的显示面板43用于显示或输出根据被分析处理的测量曲线求取的、以度为单位的偏差。

图14以示意性的示图直观示出根据本发明的检查装置10与待检查的螺旋丝杠50一起的第二实施变型。该第二实施变型与在图13中所示出的实施变型的区别在于,取代在外部操作的处理单元,设置有评价模块10″,该评价模块集成地被接收在螺旋丝杠50的控制单元50′中。在此,评价模块10″起与处理单元10′相同的功能并且具有显示面板40至43,所述显示面板用于:以图像方式输出测量曲线,所述测量曲线具有限制检查装置的特征曲线的测量拐点;以及用于输出与所述测量拐点相对应的转矩值以及根据被分析处理的测量曲线求取的偏差。

概括地,在根据本发明的方法中,首先将待检查的螺旋丝杠的转矩变化过程导入到检查装置10中,接着对待检查的螺旋丝杠的表征所述转矩变化过程的测量数据进行分析处理,其中,根据被分析处理的测量数据和赋予在其中的弹簧特性曲线求取转矩变化过程的至少一个与预先确定的预应力相对应的控制点作为用于评价螺旋丝杠的与标准有偏差的特性的尺度。为此,根据固定点S1和S2确定检查装置的扭转元件的赋予转矩变化过程的弹簧特性曲线,其中,固定点S1和S2作为特征控制点根据等式(1)来作为计算螺旋丝杠与标准的偏差的基础。根据本发明的检查装置10具有扭转元件12,该扭转元件设有预先确定的预应力地被接收在基体11中并且用于在由待检查的螺旋丝杠引起的转矩变化过程作用于扭转元件12时将弹簧特性曲线赋予螺旋丝杠的转矩变化过程,其中,弹簧特性曲线一方面通过由预先确定的预应力所限定的第一止挡位置而另一方面通过第二止挡位置、即最终止挡位置确定或限界,其中,设置有器件10′或10″,以便分析处理表征螺旋丝杠转矩变化过程的测量数据,其方式是,根据被分析处理的测量数据和赋予在其中的弹簧特性曲线,转矩变化过程的至少两个控制点用作用于评价螺旋丝杠的与标准有偏差的特性的尺度。这两个控制点与扭转元件的两个止挡位置相对应。

因此,通过根据本发明的检查装置10和根据本发明的检查方法而可能的是,也感测螺旋丝杠的影响参数、如滑移和抗扭刚度。由此,在本发明的周期性运行中,不仅可以感测螺旋丝杠的测量参数(转矩和旋转角度)的改变,而且也可以感测由螺旋系统或拧紧工具的磨损引起的改变。因为本发明——与现有技术不同地——还评价螺旋丝杠的所有已知的影响参数、即抗扭刚度和滑移以及还可能有用于保持检查装置的机器的可屈服性,所以这导致高的测量准确性。

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