冲击式螺钉紧固装置的控制方法及装置的制作方法

专利名称：冲击式螺钉紧固装置的控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击式螺钉紧固装置的控制方法及装置，特别涉 及到减轻反作用力以适于单手把持的螺钉紧固装置。
背景技术：
以往以来，为了以指定的扭矩来紧固螺栓或螺钉， 一般使用动力 式的螺钉紧固装置。在螺钉紧固装置中， 一般情况下进行下述控制， 也就是使轴连续旋转来紧固螺钉，并且如果扭矩达到某一值则断开动 力或者令离合器滑开。
可是，在各种组装生产线上，对于传送机上的工作，操作人员常 常用手拿着螺钉紧固装置来进行螺钉的紧固作业。
那种情况下，从作业性的观点出发，优选的是能够通过单手把持 来操作螺钉紧固装置。就单手把持的螺钉紧固装置而言，由于必定在 单手上受到螺钉紧固的反作用，因而随着紧固扭矩的增大，其反作用 作为操作人员的负担已经成为问题。
如上所述，其方式为使轴连续旋转的装置由于在操作人员的手上 直接受到紧固扭矩的反作用力(反力)，因而操作人员的负担较大。 为了减轻该反作用力，普遍釆用冲击方式，该冲击方式利用由旋转体
的转动惯量而产生的沖击。
但是，就以往冲击方式的螺钉紧固装置而言，因为通过碰撞能量 发生机构和套筒来紧固螺钉，所以因它们的传导效率不均匀而使紧固 扭矩的精确度产生较大波动，在需要精确度的螺钉紧固中是不合适 的。为了提高精确度， 一般使用下述方法等，该方法在轴的前端部设 置离合机构，在输入了多于需要的扭矩时离合器滑开来控制扭矩。
因为这种情况，所以针对反作用力的减低及精确度的提高这样的
2个课题，同时具备2个功能(冲击发生部、离合机构)双方、被称 为油压脉冲扭力扳手的螺钉紧固装置已经普及。
油压脉冲扭力扳手通常具有油压脉冲部，该油压脉冲部整体构成 作为驱动源的空气发动机和可以使用其油压来作为离合机构的旁通 阀。
但是，在油压脉冲扭力扳手中存在下述等的各种问题，即作为离 合机构进行工作的旁通阀油压调整较为麻烦、需要频繁进行伴随油压 脉冲发生部老化的再调整及部件更换、因油温度而使紧固扭矩的精确 度产生变动以及由于油压脉冲部的发热较大因而需要它的应对之策。
作为解决以往油压脉冲扭力扳手问题所在的装置，人们提出了一 种使用电动式发动机的螺钉紧固装置(特开2002-1676号)。

发明内容
根据上述以往的螺钉紧固装置，其构成为给发动机间歇供应电 流，发动机发生脉冲状的扭矩。因此，不仅仅是对操作人员的反作用 力较小，而且精确度较为良好，操作人员可以用单手进行螺钉紧固作 业。
但是，有关螺钉紧固作业中紧固扭矩的精确度提高和螺钉紧固所 需要的时间缩短，本发明人等专心进行研究，做出了上面螺钉紧固装 置的改进。
从而，本发明的目的为，在将电动式发动机作为旋转驱动源的冲
击式螺钉紧固装置中，谋求紧固扭矩的精确度提高和螺钉紧固所需要 的时间缩短。
本发明所涉及的控制方法是一种将电动式发动机作为旋转驱动 源的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为，对上述发动机进行
旋转驱动，以给上述发动机间歇供应电流，使通过上述发动机的旋转
给予负载的扭矩在时间轴上呈脉冲状；并且上述扭矩达到第i设定值 之后，控制各脉冲状每次的上述电流，以便上述扭矩各脉冲状每次的 增加量变得比达到上述第i设定值之前的小。
优选的是，在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第1 设定值之前的第1阶段，将供应给上述发动机的电流在各脉沖状的每
次中进行增加，在上述扭矩达到上述第l设定值之后的第2阶段，使 供应给上述发动机的电流各脉冲每次的增加量比上述第1阶段小。
另外，在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第l设定值 之时，减小给上述发动机供应的各脉冲状每次的上述电流的值。
另外，在通过上迷发动机的旋转给予负栽的扭矩达到第1设定值 之前的第l阶段，对上述发动机进行供应，以在各脉冲状的每次中使 电流的大小按第l斜率产生变化，在通过上述发动机的旋转给予负载 的扭矩达到上述第1设定值之后的第2阶段，减小最开始给上述发动 机供应的各脉冲状电流的值，此后对上述发动机进行供应，以在各脉 沖状的每次中使电流的大小按第2斜率产生变化。
优选的是，将上述第2斜率的倾斜角度设定得比上述第l斜率更 緩。或者，将上述第l斜率的倾斜角度设定为0度。
另外，在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第2设定值 之时，停止对上述发动机的电流供应。
本发明所涉及的控制装置是一种将电动式发动机作为旋转驱动 源的冲击式螺钉紧固装置的控制装置，其特征为，具有脉沖驱动装 置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动机间歇供应电流， 使通过上述发动机的旋转给予负栽的扭矩在时间轴上呈脉冲状；脉冲 控制装置，上述扭矩达到第l设定值之后，控制各脉沖状每次的上述 电流，以使上述扭矩各脉冲状每次的增加量变得比达到上述笫l设定 值之前的小。
另外，还具有扭矩检测装置，检测由上述发动机产生的螺钉紧 固扭矩；设定装置，设定对上述紧固扭矩的第l设定值及第2设定值； 脉冲驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动机间 歇供应电流，使上述紧固扭矩在时间轴上按脉冲状发生；脉沖控制装 置，上述紧固扭矩达到第l设定值之后，控制各脉冲状每次的上述电 流，以使上述紧固扭矩各脉冲状每次的增加量变得比达到上述第l设
定值之前的小；停止控制装置，在上述紧固扭矩达到上述第2设定值 之时，停止对上迷发动机的电流供应。
本发明所涉及的螺钉紧固装置其特征为，具有螺钉紧固装置主 体，将电动式发动机作为旋转驱动源；扭矩检测装置，检测由上述发 动机产生的螺钉紧固扭矩；设定装置，设定对上述紧固扭矩的第l设 定值及第2设定值；脉冲驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制， 以给上述发动机间歇供应电流，使上述紧固扭矩在时间轴上按脉沖状 发生；脉沖控制装置，上述紧固扭矩达到第l设定值之后，控制各脉 沖状每次的上述电流，以使上述紧固扭矩各脉沖状每次的增加量变得 比达到上述第l设定值之前的小；停止控制装置，在上述紧固扭矩达 到上述第2设定值之时，停止对上述发动机的电流供应。


图l是表示本发明所涉及的螺钉紧固装置整体结构的框图。
图2是表示螺钉紧固装置紧固动作工序的流程图。
图3是表示电流控制程序的流程图。
图4是表示最大旋转检测处理程序的流程图。
图5是表示扭矩二级控制处理程序的流程图。
图6是表示由螺钉紧固装置做出的螺钉紧固动作整体状态的附图。
图7是放大表示电流脉沖增加量变化状况的附图。
图8是表示发动机的转速和电流指令数据之间关系的附图。
图9是详细表示电流脉沖控制状况的附图。
图IO是表示第2实施方式的扭矩二级控制处理的流程图。
图ll是表示第2实施方式的扭矩二级控制状况的附图。
图12是表示第2实施方式的扭矩二级控制异例的附图。
图13是表示第3实施方式的扭矩二级控制处理的流程图。
具体实施方式
第1实施方式
图l是表示本发明第1实施方式的螺钉紧固装置l整体结构的框图。
在图1中，螺钉紧固装置1由螺钉紧固装置主体3以及具有祠服 驱动器7和控制用调节器8的控制装置4构成。
螺钉紧固装置主体3由发动机ll、冲击发生装置12、扭矩传感 器13、编码器14、输出轴15及未图示的外壳、开关等构成。
在发动机11中，例如使用3相的AC伺服发动机。冲击发生装 置12是一种将发动机11的旋转力转换成间歇冲击力的碰撞能量发生 机构。虽然作为沖击发生装置12使用了各种机构，但是在本实施方 式中使用由行星齿轮等构成的减速齿轮。行星齿轮的齿隙(间隙)及 接合部等的间隙是为了发生冲击所利用的。也就是说，在行星齿轮等 的高速侧旋转数圏的期间，低速侧的齿轮只按间隙的量进行旋转，并 且在低速侧所咬合的齿轮之间实际接触到之时，发生冲击。利用高速 侧旋转的期间所蓄积的惯性力来形成较大的沖击。作为冲击发生装置 12，除此之外还可以使用双锤机构、摆锤机构、其他的锤击机构以及 油压脉冲机构等。在使用双锤机构时，在发动机11的1次旋转中形 成2次冲击。在使用摆锤机构时，在1次旋转中形成1次冲击，并且 l次冲击的输出较大。这些沖击发生装置12是众所周知的装置。
扭矩传感器13检测由发动机11产生的螺钉紧固扭矩TQ，输出 检测信号S31。在本实施方式中，直接检测发动机ll输出的扭矩之中 发生于输出轴15上的扭矩，也就是紧固作为负栽的螺钉的扭矩(紧 固扭矩)。从而，从扭矩传感器13得到的检测信号S31表示因由冲 击发生装置12产生的沖击而施加给螺钉的实际紧固扭矩TQ的波形。
编码器14用来检测发动机11的转速，输出个数与发动机ll的 转数成比例的脉冲信号。
螺钉紧固装置主体3具有操作人员用单手握住所用的手柄把手 部，并且作为整体采用其形状可由单手操作的形状外壳来包裹。通过 操作未图示的开关，来控制电源的通断。
伺服驱动器7由电源部21、逆变器22、 AD转换器23、加法器 24、速度误差放大器25、切换器26、限制电路27、电流控制运算部 28、 PWM电路29、栅极驱动器30、编码信号处理部31、速度检测 部32、电流检测部33、 34及AD转换器35、 36等构成。
控制用调节器8由前置放大器41、 AD转换器42、参数存储部 43及指令控制部44等构成。在指令控制部44中，设置速度/电流指 令运算部51、运转控制模式切换部52及速度/电流限制部53等。
电源部21例如对AC100伏特的交流电力进行整流，将其转换成 适当的各种电压的直流电力。直流电力供应给逆变器22以A其他的 电路及各单元。
AD转换器23输入从速度/电流指令运算部51输出的速度/电流 指令(速度/扭矩指令)Sl，输出与之相应的数字值指令数据Dl。指 令数据D1按照运转模式，成为速度指令数据D1S，或者成为电流(扭 矩)指令数据D1T。
加法器24从由AD转换器23输出的指令数据D1，减去由速度 检测部32输出的速度数据D21。
速度误差放大器25对从加法器24输出的速度指令数据D2进行 差动放大。
切换器26按照来自运转控制模式切换部52的控制切换指令S2， 切换速度误差放大器25输出的速度指令数据D3和AD转换器23输 出的电流指令数据D1T。也就是说，其切换为，在进行速度控制时， 对速度误差放大器25输出的速度指令数据D3连接，在进行电流控制 (扭矩控制)时，对AD转换器23输出的电流指令数据D1T连接。
限制电路27根据来自速度/电流限制部53的速度/电流限制指令 (速度/扭矩限制指令)S3,进行控制以限制发动机ll的转速或电流 的最大值。
电流控制运算部28根据限制电路27输出的指令数据D4、编码 信号处理部31输出的数据D5及AD转换器35、 36输出的电流数据 D6、 D7，来运算向发动机ll流动的电流值，并作为电流指令数据D8
加以输出。
PWM电路29根据电流控制运算部28输出的电流指令数据D8， 进行PWM (脉宽调制)，输出进行过脉宽调制的脉冲信号DIO。
栅极驱动电路30根据脉冲信号D10,生成用来使逆变器22各开 关元件的栅极通断的脉沖信号Dll。
编码信号处理部31对从编码器14输出的脉冲信号进行信号处理。
速度检测部32根据从编码信号处理部31输出的信号，来检测速 度，输出表示与速度相应的值的速度数据D21。从而，速度数据D21 表明发动机ll实际的转速。
电流检测器33、 34检测向发动机11流动的u相及w相的电流 (发动机电流)i。 AD转换器35、 36将由电流检测器33、 34检测到 的发动机电流i分别转换成数字值的电流数据D6、 D7。
前置放大器41对由扭矩传感器13检测到的检测信号S31进行放 大。AD转换器42将前置放大器41输出的信号S32转换成数字值的 扭矩数据D31，输出给速度/电流指令运算部51。扭矩数据D31如上 所述，是表示对螺钉的实际紧固扭矩TQ的数据。
参数存储部43存储速度/电流指令运算部51等的运算所需要的 各种参数。作为参数，例如有最小的电流值、计量开始扭矩、就位扭 矩TS、目标接近扭矩TQN、目标扭矩TQJ、紧固扭矩TQ的最大值 TQM、电流斜率6 、第1斜率6>1及第2斜率02等。这些参数通过设 定器45来设定。作为设定器45，要使用数字开关、数字键、触摸式 面板或转换开关等。
还有，目标接近扭矩TQN也称为变更扭矩(Change Torque )， 相当于本发明的第l设定值。目标扭矩TQJ也称为预定扭矩(Target Torque)，相当于本发明的第2设定值。第1斜率6>1及第2斜率<92 分别相当于本发明的第1阶段或第2阶段中因电流的增加量(增大量) 而产生的电流指令数据D1T对时间轴的倾斜角度。在本实施方式中， 第2斜率02是比第1斜率01更緩的倾斜。
速度/电流指令运算部51根据来自AD转换器42的扭矩数据 D31、来自参数存储部43的参数等，运算速度指令值及指令用的电流 值，并作为速度/电流(扭矩)指令S1加以输出。
还有，速度/电流(扭矩)指令S1之中的电流指令S1T只在下述 电流脉冲DP为接通时间TN的期间，输出指令用的电流值，在断开 时间TF的期间，将电流指令S1T设为零。
运转控制模式切换部52切换速度控制模式和电流控制(扭矩控 制)模式。
在速度控制模式下，进行控制以便发动机ll的转速成为根据速 度指令数据D1S所设定的速度。即使负载出现变动，也控制向发动机 ll流动的电流，以便成为所设定的速度。在速度控制模式下，可以设 定电流的限制值。根据电流的限制值，来限制电流的最大值。从而， 根据负载状态的不同，有时达不到所设定的速度。
在电流控制模式下，进行控制以便向发动机ll流动的电流成为 根据电流指令数据D1T所设定的电流值。发动机11的转速根据所设 定的电流值和负载的状态，进行变化。在电流控制模式下。可以设定 转速的限制值。若发动机ll的转速达到了限制值，则限制电流值。
利用切换器26，在速度控制模式下选择速度指令数据D3，在电 流控制模式下选择电流指令数据D1T。
在自动运转时的紧固动作中，最开始在速度控制模式下进行运 转，使输出轴15高速运转。在发生于输出轴15上的紧固扭矩TQ达 到预先设定的就位扭矩TS时，判别出作为负载的螺钉已就位，将其 切换成电流控制模式。在电流控制模式下，控制向发动机11流动的 电流，以得到由电流指令数据D1T所示的输出扭矩。
在手动运转时，按照未图示的切换开关的操作，来设定某个模式。
速度/电流限制部53设定速度及电流(扭矩)的最大值，将所设 定的值提供给限制电路27。
控制用调节器8采用CPU、 ROM、 RAM及其他外围元件等来 构成。上述的速度/电流指令运算部51、运转控制模式切换部52及速度/电流限制部53等通过由CPU执行ROM中所存储的程序，来实现。 也能够通过硬件电路来实现它们的一部分。
控制用调节器8具备输入装置，用来输入数据或指令；显示装 置，用来显示紧固合格不合格的结果等；通信装置，是用来其他的数 据处理系统或控制装置之间的通信的；等。
下面，对于本实施方式中控制方法的原理，参照将在后面表示出 来的图9，进行说明。
首先，对于用来减低紧固扭矩TQ反作用力的控制(无反作用力 控制)，进行说明。
螺钉紧固装置主体3由操作人员握住其手柄把手部，用单手拿着 进行操作。为了减低对操作人员的反作用力，不是电流连续流动的连 续运转，而是使发动机ll的工作成为由脉冲状电流产生的间歇运转。
也就是说，如图9所示，根据指令数据Dl(电流指令数据D1T )， 对发动机11间歇供应脉沖状的电流(电流脉冲DP)。电流脉冲DP 具有能够变动设定的接通时间TN和断开时间TF，按指定的周期，也 就是接通时间TN和断开时间TF总计时间的周期进行重复。对于电 流脉冲DP的高低，如同下面说明的那样要进行扭矩二级控制。
在图9中，由于电流脉冲DP接通，因而发动机ll开始旋转， 并且转速逐渐上升。若发动机11仅仅以指定的角度或指定的转数进 行了旋转，则在沖击发生装置12中，旋转的输入侧部件对输出侧的 部件产生碰撞，由此发生冲击。也就是说，冲击发生装置12中输入 侧部件的惯性能量因该部件的碰撞而作为冲击力传导给输出侧的部 件，利用其冲击力使之发生较大的扭矩。该扭矩对作为负载的螺钉， 作为紧固扭矩TQ起作用。在从冲击的瞬间timp开始短时间的期间， 例如0.01 ~ 0.005sec左右的期间内，输入侧部件的惯性能量几乎全部 传导给输出侧的部件，并传导给螺钉。因此，发动机11的转速大致 下降到零。而且，此后发动机11的旋转再次开始，蓄积下次冲击所 需的惯性能量。
而在本实施方式中，在冲击的瞬间timp，或者在其极小范围的 前后特别是极小范围之后，停止向发动机ll流动的电流。也就是说， 停止对发动机11的电力供应。作为停止电流的定时，要使用发动机 ll转速为最大的定时。例如，检测发动机11的转速从上升转换为下 降的定时。作为所用的检测方法，例如按一定短的时间间隔ts对转速 进行取样，在取样值变得比上次的取样值更小时，设为转速最大。实 际上，为了防止因噪声等导致的错误检测，在取样值连续多次(例如，
3次)变得比上次更小时，才检测转速为最大。制作电流指令数据D1T， 以按这样检测到的定时使电流脉冲DP断开。还有，时间间隔ts例如 设定为0.5msec。
这样，由于在发动机ll的转速为最大时，停止对发动机ll的电 力供应，因而不再生成冲击发生后的多余紧固扭矩，并且对操作人员 起作用的反作用力大部分在沖击的瞬间timp内，只成为发动机ll发 生的瞬间扭矩。因此，对操作人员的反作用力得到大幅减低。
也就是说，如果在沖击发生后仍在接通时间TN经过之前给发动 机ll持续供应电流时，因其电流而发生扭矩，该扭矩作为对操作人 员的反作用力起作用。因该反作用力也就是其电流而发生的扭矩几乎 无助于螺钉的紧固。根据本实施方式的控制，可以使该多余的紧固扭 矩TQ几乎为零，由此可以大幅减低对操作人员的反作用力。
而在本实施方式中，使这种电流脉冲DP在各脉沖的每次中发生。 也就是说，其驱动控制为，供应给发动机11的电流在各脉冲的每次 中增大，由发动机11发生的扭矩在各脉冲的每次中增大。而且，将 达到目标接近扭矩TQN之前设为第1阶段，将从达到目标接近扭矩 TQN直到达到目标扭矩TQJ设为第2阶段。在第1阶段，将电流脉 冲D的增加量(增大量)，也就是供应给发动机ll的电流增加量设 定得较大，在第2阶段，将其设定得较小。也就是说，在第2阶段， 使电流脉沖D的增加量比第1阶段的情形更小。对于这种扭矩二级控 制，将在下面更为详细地进行说明。
接着，对于螺钉紧固装置1的控制方法，参照表示紧固过程工序 及动作的流程图以及表示动作状态的附图，进行说明。
图2是表示螺钉紧固装置1紧固动作工序的流程图，图3是表示 电流控制程序的流程图，图4是表示最大旋转检测处理程序的流程图， 图5是表示扭矩二级控制处理程序的流程图，图6是表示由螺钉紧固 装置l做出的螺钉紧固动作整体状态的附图，图7是放大表示电流脉 冲DP的增加量变化状况的附图，图8是表示发动机11的转速和电流 指令数据D1T之间关系的附图，图9是详细表示电流脉冲DP控制状 况的附图。
如图6所示，紧固动作包括时刻t0~t2之间速度控制模式下的 动作以及时刻t2 t4之间电流控制模式下的动作。
在图2中，首先进行速度控制模式下的速度控制(#11)。在速 度控制中，根据速度指令数据D1S来设定发动机11的转速。速度指 令值逐渐增大，发动机11的转速也增大。若达到了指定的转速，则 维持成一定值。因此，发动机11高速旋转，进行螺钉就位之前的临 时紧固。在此期间，若紧固扭矩TQ超过计量开始扭矩，则开始计量。
若紧固扭矩TQ达到就位扭矩TS ( #12中的Yes)，则判断出 螺钉已就位，使发动机ll紧急停止(#13)。
为了使发动机11紧急停止，要将发动机11的速度指令值设为零， 且流动用来对发动机11进行制动的电流，来实施制动。然后，切换 成电流控制模式(#14)。
在电流控制模式下，首先对发动机ll设定空转旋转所需要的最 小电流值ST1，来作为电流指令数据D1T ( #15)。
然后，在紧固扭矩TQ达到目标扭矩TQJ之前的期间(弁17中 的No)，进行电流控制(#16)。
若紧固扭矩TQ达到了目标扭矩TQJ ( #17中的Yes)，则4吏 发动机11停止(#18)。为了使发动机11停止，要停止电流脉沖 DP的供应，使向发动机ll流动的电流成为零。
然后，对于最后的紧固扭矩TQ及此前出现的最大值TQM，判 定是否进入了所设定的上下限值的范围内，将判定结果显示于显示装 置的显示面上(#19)。 在电流控制中，根据电流指令数据DlT来设定向发动机ll流动 的电流。按照向发动机ll流动的电流大小，来决定发动机ll的升高 也就是转速，并按照该转速来决定因冲击而产生的紧固扭矩TQ大小。
在图3中，每次经过时间间隔ts ( #21中的Yes)，都进行步骤 #22之后的处理。也就是说，每次经过时间间隔ts，首先计量紧固扭 矩TQ及转速(速度数据D21)，并获取其值(#22、 23)。
接着，执行最大旋转检测处理(#24),进行扭矩二级控制(# 25)。
如果是接通时间TN的期间(井26中的Yes)，且下述的最大旋 转检测标志不是"l，， ( #27中的No),则输出为了提供给发动机11 所计算出的合适的电流值，来作为电流指令数据D1T ( #28)。如果 是断开时间TF的期间(#26中的No)，或者最大旋转检测标志是"l" (#27中的Yes)，则将电流指令数据D1T设为零(# 29 )。
还有，由于发动机11的电磁作用及过渡现象，因而电流指令数 据D1T的值和向发动机ll实际流动的电流值不一致。
在图4中，通过最大旋转检测处理，来检测发动机11的转速为 最大的定时。也就是说，在取样值比上次的取样值变得更小时(#31 中的Yes),对计数器的计数值加上"l" ( #32)。在计数值变成"3" 时(#33中的Yes)，使最大旋转检测标志变为"l" ( #34)。在步 骤#31中，在取样值没有变得比上次更小时(#31中的No)，使计 数值变为"0" ( #35)。
在通过该处理使最大旋转检测标志成为"l"时，在图3的步骤# 27中为Yes，并且电流指令数据D1T也就是电流脉沖DP断开。
也就是说，如图8所示，对于各电流脉冲DP进行控制，以在发 动机ll的转速为最大时，断开其电流脉冲DP。
还有，由于这样在取样值多次(这里是3次)连续比上次变得更 小时，才检测转速为最大，因而能防止因噪声等导致的错误检测。
在图5中，通过扭矩二级控制，在紧固扭矩TQ未达到目标接近 扭矩TQN时(#41中的No),对电流值加上增加量All ( #42)。
在紧固扭矩TQ达到目标接近扭矩TQN之后(# 41中的Yes )，对 电流值加上增加量AI2 ( #43)。还有，增加量AI2是比增加量All 更小的值。
也就是说，如图6所示，在电流控制模式下，其控制为给发动机 11供应的电流在电流脉冲DP发生的每次中增大。紧固扭矩TQ达到 目标接近扭矩TQN之前是第1阶段，达到目标接近扭矩TQN之后是 第2阶段。
如图7详细所示，第1阶段中电流脉冲DP的增加量All比第2 阶段中电流脉沖DP的增加量AI2更大。第1阶段中电流脉沖DP的 增加量AI1是根据由用户所设定的第1斜率01计算出的。另外，第2 阶段中电流脉冲DP的增加量AI2是根据由用户所设定的第2斜率02 计算出的。
还有，作为由用户做出的设定方法，可以使用各种方法。例如， 可以^使用下面的方法。
(1) 直接输入6>1、 6>2。
(2) 直接输入AIl、 AI2。
(3) 直接输入6 1或All,输入对(92或AI2、 01或AI1的比例。
(4) 输入第1阶段或第2阶段的所需时间。
(5) 输入第1阶段或第2阶段对基准时间的比例。 在任一种方法的情况下，都能通过适当增大第l斜率01，缩短
螺钉紧固所需要的时间。而且，通过减小第2斜率6>2,使每l次电流 的增加量AI1变小，提高紧固扭矩的精确度。
还有，这种扭矩二级控制的运算是由速度/电流指令运算部51进 行的。也就是说，根据从速度/电流指令运算部51输出的电流指令Sl， 进行控制以在脉冲的每1次中增大电流。在上面的说明中，电流脉冲 DP可以认为是从速度/电流指令运算部51输出的电流指令数据D1T 的信号波形。在考虑是将电流脉冲DP从AD转换器23输出的电流指 令数据D1T或者从电流控制运算部28输出的电流指令数据D8时， 可以认为电流脉冲DP的高低模式表示出其数据值的大小。
另外，目标接近扭矩TQN的设定为，比目标扭矩TQJ小，且接 近目标扭矩TQJ。目标接近扭矩TQN的^殳定例如可以通过输入对目 标扭矩TQJ的比例，或者输入目标接近扭矩TQN其本身，来进行。 例如，设定目标接近扭矩TQN，使之成为目标扭矩TQJ的80%左右。
如上所述，通过进行电流控制，不再生成冲击发生后的多余紧固 扭矩。其结果为，对操作人员起作用的反作用力得到大幅减低。因此， 即使在紧固扭矩TQ较大时，也可以用单手拿着螺钉紧固装置主体3 加以使用。而且，通过进行扭矩二级控制，可以谋求紧固扭矩的精确 度提高和螺钉紧固所需要的时间缩短。
另外，通过变更参数，可以轻易控制目标扭矩TQJ、紧固精确 度、螺钉紧固所需要的时间或者反作用力的程度等。另外，由于不需 要以往那种作为消耗部件的油压脉沖部和离合机构等，因而维护较为 容易，可以在长期的范围内维持系统的稳定性。
因为使用电动式发动机11并进行控制，所以能量效率较高，能 够象以往那样，空气发动机易于成为必要条件，并且谋求与油压脉冲 扭力扳手相比大幅度的省能量化和没有灰尘烟雾等的清洁化。
由于按照负载的种类或状态等，可以变动接通时间TN或/及断 开时间TF，因而能够将紧固精确度、螺钉紧固所需要的时间及反作 用力的状态设定为最佳的状态。
[第2实施方式
下面，对于本发明的第2实施方式进行说明。
在上述的第1实施方式中，使第2阶段中电流脉冲DP的增加量 AI2，比第1阶段中电流脉冲DP的增加量All更小。因此，紧固扭矩 TQ达到作为第1设定值的目标接近扭矩TQN之后，控制电流脉冲 DP的增加量AI2，以使紧固扭矩TQ各脉沖状每次的增加量比达到目 标接近扭矩TQN之前更小。
对此，在第2实施方式中，在紧固扭矩TQ达到目标接近扭矩 TQN之时，减小给发动机11供应的各脉冲状每次的电流的值。对于 此外的功能及结构，由于和第1实施方式相同的部分较多，因而对于
和第1实施方式相同的部分省略其说明或者予以简化，只对于和第1
实施方式的不同之处，在下面进行说明。对于第3实施方式也相同。 图IO是表示本发明第2实施方式的扭矩二级控制处理程序的流
程图，图11是表示第2实施方式的扭矩二级控制状况的附图。图12
是表示第2实施方式的扭矩二级控制异例的附图。
在图10中，通过扭矩二级控制，在紧固扭矩TQ未达到目标接
近扭矩TQN时(#51中的No)，将电流脉冲DP的电流值设定为
D1T1 ( #52)。在紧固扭矩TQ达到目标接近扭矩TQN之时(#51
中的Yes)，将电流脉沖DP的电流值i殳定为比D1T1更小的D1T2( #
53)。
也就是说，如图ll所示，在电流控制模式下，其控制为给发动 机11供应的电流在第2阶段中比第1阶段进一步下降。具体而言， 在第1阶段，根据电流指令数据D1T的电流脉沖DP的值(电流值) 是D1T1，并且是固定的，在第2阶段，使电流值从D1T1下降为D1T2。 在紧固扭矩TQ达到目标扭矩TQJ之时，将电流指令数据D1T变为 零。
这样，通过进行扭矩二级控制，和第1实施方式的情形相同，可 以谋求紧固扭矩的精确度提高和螺钉紧固所需要的时间缩短。还有， 电流值D1T1、 D1T2的值可以设定为各种值。
在上述的第2实施方式中，在紧固扭矩TQ达到目标接近扭矩 TQN的时刻，降低电流指令数据D1T的值，使供应给发动机ll的电 流下降，而在第1阶段及第2阶段各自的期间，电流指令数据D1T 的值是D1T1、 D1T2，并且是固定的。但是，在各自的阶段，也可以 使电流指令数据D1T的值产生变化。下面举出其具体例子。
(1) 如图12 (A)所示，在第1阶段中，将电流值D1T1设为 固定，在达到目标接近扭矩TQN的时刻使电流值下降，成为D1T2， 此后，在第2阶段的期间，在电流脉沖DP的每次中，使电流值分别 增大指定的增加量AI2。
(2) 如图12 (B)所示，在第1阶段中，使电流值从D1T1，在
电流脉冲DP的每次中分别增大指定的增加量AIl。在达到目标接近 扭矩TQN的时刻使电流值下降，成为D1T2，此后，在第2阶段的期 间，将电流值D1T2设为固定。还有，这种情况下，电流值D1T1和 D1T2既可以相同，另外也可以不同。
(3)如图12 (C)所示，在第1阶段中，使电流值从D1T1，在 电流脉冲DP的每次中分别增大指定的增加量AIl。在达到目标接近 扭矩TQN的时刻使电流值下降，成为D1T2，此后，在第2阶段的期 间，在电流脉冲DP的每次中使电流值分别增大指定的增加量AI2。
在这些异例中，增加量AIl、 AI2可以设定为各种值。另外，增 加量AIl、 AI2既可以相同，另外也可以不同。
第3实施方式
下面，对于本发明的第3实施方式，进行说明。
图13是表示本发明第3实施方式的扭矩二级控制处理程序的流程图。
在第3实施方式中，将第1实施方式和第2实施方式加以组合。 也就是说，如图13所示，在第l阶段中，只在第一次将电流脉冲DP 的电流值设定为D1T1(#61)。此后，在紧固扭矩TQ未达到目标 接近扭矩TQN时(#62中的No)，对电流值加上增加量AIl( #63)。 紧固扭矩TQ达到目标接近扭矩TQN之后(#62中的Yes)，只在 第一次将电流脉冲DP的电流值设定为D1T2 ( #64)，此后对电流 值加上增加量AI2 ( #65)。还有，增加量AI2是比增加量All更小 的值。
也就是说，第3实施方式是上述第2实施方式异例(3)的特殊 情形，并且是图12 (C)中增加量AI2比增加量AI1更小的情形。
如同第3实施方式那样，通过进行扭矩二级控制，和第1实施方 式的情形相同，可以谋求紧固扭矩的精确度提高和螺钉紧固所需要的 时间缩短。还有，采用第1实施方式、第2实施方式、其异例及第3 实施方式的哪一个，可以按照螺钉的种类、尺寸、紧固部件的材料质量及状态等负载的状况，进行选择。
还有，第1实施方式的特征性结构对应于权利要求2及10，第2 实施方式对应于权利要求4~7及11，第3实施方式对应于权利要求 3。
在上述实施方式中，为了检测发动机11为最大转速，可以使用 除上述之外的各种传感器、电路、设备、运算方法或者程序等。
另外，在上述实施方式中，虽然为了检测紧固扭矩TQ，使用了 扭矩传感器13，但是也可以不使用扭矩传感器13，根据发动机11的 转速通过运算来求取紧固扭矩TQ。也就是说，只要知道发动机ll的 转速，就可以根据螺钉紧固装置主体3的机械结构等，通过计算求取 紧固扭矩TQ。可以将那种计算式或程序预先存储于适当的存储器中， 每次检测转速都实时求取紧固扭矩TQ。另外，并不是通过运算来求 取，也可以预先以表格的形式存储转速和紧固扭矩TQ之间的对应关 系，每次检测转速从表格读出紧固扭矩TQ。另外，那种情况下，也 可以对所读出的值，进行适当的插值运算，求出更为正确的紧固扭矩 TQ。也就是说，这种情况下，编码器14、速度检测部32或者指令控 制部44等能够成为扭矩检测机构。另外，为了检测发动机ll的转速， 也可以使用输出与转速成比例的模拟信号的传感器及其他的传感器。
在上述实施方式中，螺钉紧固装置主体3、控制装置4、螺钉紧 固装置1的整体或者各单元的结构、形状、个数、处理内容或顺序等 可以依照本发明的宗旨进行适当变更。
在上面的实施方式中，指令控制部44相当于本发明的脉冲驱动 机构及脉沖控制机构。设定器45相当于本发明的设定机构。另外， 目标接近扭矩TQN、目标扭矩TQJ、第l斜率"l、第2斜率P2、增 加量All及增加量AI2分别相当于第1设定值、第2设定值、第1增 加量、第2增加量、第1增加量及第2增加量。
本发明可以利用于汽车、自动化设备及其他各种装置的組装生产 线上的螺钉紧固作业。
权利要求
1.一种冲击式螺钉紧固装置的控制方法，用于将电动式发动机作为旋转驱动源的冲击式螺钉紧固装置，其特征为给上述发动机间歇供应电流，对上述发动机进行旋转驱动，使通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩在时间轴上呈脉冲状，并且上述扭矩达到第1设定值之后，控制各脉冲状每次的上述电流，使得上述扭矩各脉冲状每次的增加量比达到上述第1设定值之前的小。
2. 根据权利要求1所述的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第1设定值之前 的第1阶段，将供给上述发动机的电流在各脉冲状的每次中进行增加， 在上述扭矩达到上述第1设定值之后的第2阶段，使供应给上述发动 机的电流各脉沖状每次的增加量比上述第1阶段的小。
3. 根据权利要求2所述的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为在上述扭矩达到第1设定值之时，减小供给上述发动机的各脉冲 状每次的上述电流的值。
4. 根据权利要求1所述的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第l设定值之时， 减小供给上述发动机的各脉沖状每次的上述电流的值。
5. 根据权利要求1所述的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第1设定值之前 的第1阶段，以在各脉冲状的每次中使电流的大小按第1斜率产生变 化，向上述发动机进行供给电流，在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到上述第1设定值之后的第2阶段，最初减小给上述发动机供应的各脉冲状电流的值， 此后以在各脉冲状的每次中使电流的大小按第2斜率产生变化，向上 述发动机进行供给电流。
6. 根据权利要求5所述的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为将上述第2斜率的倾斜角度设定得比上述第l斜率緩。
7. —种沖击式螺钉紧固装置的控制方法，用于将电动式发动机作 为旋转驱动源的冲击式螺钉紧固装置，其特征为给上述发动机间歇供应电流，对上述发动机进行驱动，使上述发 动机发生的扭矩在时间轴上呈脉冲状，并且在上述发动机发生的扭矩达到第1设定值之前的第1阶段，在各 脉冲状的每次中将相同大小的电流供给上述发动机，在上述发动机发生的扭矩达到上述第1设定值之后的第2阶段， 最初减小给上述发动机供应的各脉冲状电流的值，此后将给上述发动 机供应的电流在各脉冲状的每次中进行增大。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的冲击式螺钉紧固装置的控制 方法，其特征为在通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩达到第2设定值之时， 停止对上述发动机的电流供应。
9. 一种螺钉紧固装置的控制装置，用于将电动式发动机作为旋转 驱动源的冲击式螺钉紧固装置，其特征为包括脉冲驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动 机间歇供应电流，使通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩在时间轴 上呈脉冲状；脉沖控制装置，上述扭矩达到第l设定值之后，控制各脉冲状每 次的上述电流，以使上述扭矩各脉冲状每次的增加量比达到上迷第1 设定值之前的小。
10. —种螺钉紧固装置的控制装置，用于将电动式发动机作为旋 转驱动源的冲击式螺钉紧固装置，其特征为包括脉冲驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动 机间歇供应电流，使通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩在时间轴上呈脉沖状；脉冲控制装置，用于进行这样的控制，在上述扭矩达到第l设定 值之前的第1阶段，将供应给上述发动机的电流在各脉冲状的每次中 进行增加，在上述扭矩达到上述第l设定值之后的第2阶段，使供应 给上述发动机的电流各脉冲状每次的增加量比上述第1阶段的小。
11. 一种螺钉紧固装置的控制装置，用于将电动式发动机作为旋 转驱动源的沖击式螺钉紧固装置，其特征为包括脉冲驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动 机间歇供应电流，使通过上述发动机的旋转给予负载的扭矩在时间轴 上呈脉沖状；脉冲控制装置，用于进行这样的控制，在上述扭矩达到第l设定 值之前的第1阶段，在各脉冲状的每次中使电流的大小按第l斜率产 生变化，在上述扭矩达到上述第l设定值之后的第2阶段，最初减小 给上述发动机供应的各脉沖状电流的值，此后在各脉冲状的每次中使 电流的大小按第2斜率产生变化。
12. —种螺钉紧固装置的控制装置，用于将电动式发动机作为旋 转驱动源的沖击式螺钉紧固装置，其特征为包括扭矩检测装置，检测由上述发动机产生的螺钉紧固扭矩； 设定装置，设定对上述紧固扭矩的第l设定值及第2设定值； 脉沖驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动机间歇供应电流，使上述紧固扭矩在时间轴上按脉冲状发生；脉沖控制装置，上述紧固扭矩达到第l设定值之后，控制各脉冲状每次的上述电流，以使上述紧固扭矩各脉沖状每次的增加量变得比达到上述第l设定值之前的小；停止控制装置，在上述紧固扭矩达到上述第2设定值之时，停止对上述发动机的电流供应。
13. —种螺钉紧固装置，其特征为包括螺钉紧固装置主体，将电动式发动机作为旋转驱动源； 扭矩检测装置，检测由上述发动机产生的螺钉紧固扭矩； 设定装置，设定对上述紧固扭矩的第l设定值及第2设定值； 脉沖驱动装置，对上述发动机进行旋转驱动控制，以给上述发动机间歇供应电流，使上述紧固扭矩在时间轴上按脉冲状发生；脉沖控制装置，上述紧固扭矩达到第l设定值之后，控制各脉冲状每次的上述电流，以使上述紧固扭矩各脉沖状每次的增加量变得比达到上述第1设定值之前的小；停止控制装置，在上述紧固扭矩达到上述第2设定值之时，停止对上述发动机的电流供应。
全文摘要
其目的为，在将电动式发动机作为旋转驱动源的冲击式螺钉紧固装置中，谋求紧固扭矩的精确度提高和螺钉紧固所需要的时间缩短。一种将电动式发动机作为旋转驱动源的冲击式螺钉紧固装置的控制方法，其特征为，对发动机进行旋转驱动，以给发动机间歇供应电流，使通过发动机的旋转给予负载的扭矩在时间轴上呈脉冲状，并且扭矩达到作为第1设定值的目标接近扭矩TQN之后，控制各脉冲状每次的电流，以使扭矩各脉冲状每次的增加量比达到目标接近扭矩TQN之前变得更小。
文档编号B25B23/14GK101171101SQ20068001509
公开日2008年4月30日 申请日期2006年5月10日 优先权日2005年5月12日
发明者伊藤隆也, 柴田芳次, 高村均 申请人:株式会社埃斯帝克;本田技研工业株式会社