专利名称：以最佳时间上紧一个螺栓的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用上螺母器以预定最大扭矩上紧螺栓或螺母的方法。
在使用一个上螺母器上紧一个螺栓时，当扭矩达到预定值时，如果上螺母器的速度被置为零过紧情况就会产生。这是由于马达的惯性和速度指令到达马达前的时延。
为了防止过量扭矩加到螺栓上，正好在加到螺栓的扭矩达到目标值前，马达的速度应该尽可能接近于零。然而，减少速度结果增加了上紧螺栓所需的时间，因此减少速度是不实用的。如果摩擦力相对大，调整速度接近于零会引起在扭矩达到目标值前马达停止。
一般地，程序员把过去的数据和经验考虑在内，编写出一个逐步可控制地驱动上螺母器的控制程序。
编写一个控制程序需要相当多的经验和技巧。大部分用户不可能编写这种程序，并且一个有经验的程序员也必须花费很多时间来编写这样的控制程序。
鉴于上述问题提出了本发明。本发明的一个目的是提供一种在最佳时间长度内上紧一个螺栓的方法，通过几个学习周期确定出最佳内部参数，该方法不需要一个附加程序来控制速度。
在本发明中，一个目标扭矩先被预置，而且上螺母器经历了几个学习周期，这样上螺母器自动地确定这样的内部参数，以便在目标扭矩达到后立即停止马达，上紧螺栓需要最少的时间。
本发明的特点和其它目的由参考附图的最佳实施例的说明将显得更加明白。其中
图1是本发明的恒扭矩螺栓上紧装置的方块图。
图2是表示图1装置工作的流程图。
图3表示扭矩T与转速S的实例曲线。
图4A表示图3的曲线P8，图4B表示图3的曲线P2。
图5表示一些根据图3所示的曲线P(S)产生的扭矩/速度表。
图6表示扭矩变化情况，表示在目标扭矩达到后扭矩下降。
根据本发明的用于以最佳时间长度上紧螺栓的装置的原理将被详细说明。转动体的动能一般由下式给出F=Idxdt+DX······(1)]]>式中F是输入量(目标速度)I是转动惯量D是衰减系数X是角速度t是时间公式(1)意味着在目标速度F逐步变化后，上螺母器的工作状态由变量I、D和X来确定，X是紧接着目标速度F变化后的角速度。在上螺母器到达要被螺栓带紧的工件后，也即，在产生扭矩后，转矩正比于X关于时间的积分。
如果上螺母器被这样操作，使得该上螺母器慢慢地运转直至螺栓头到达工件，而在到达工件后输入量速度F被置成无限接近于Dx，于是，加到工件上的扭矩也慢慢接近目标扭矩。如果在目标扭矩达到时输入量速度F被置为零，没有过调产生，但是上紧完成之前会有一段很长的时间。相反，如果输入量速度F被置成很大的值，使得在一达到目标扭矩就将输入量速度F置成零的情况下达到目标扭矩，那么，上螺母器按照公式2运作。O=Idxdt+DX----······(2)]]>同时有一个由公式3给出的过调量，∫ωdt----······(3)]]>过调存在直至x＝0图3表示扭矩T与转速S的实例曲线，转速S标绘在垂直轴，而扭矩T在该坐标系中。假定扭矩为零时转速S为最大值，而在扭矩达到目标扭矩时，输入量速度F置成零。根据曲线P8运转马达允许以最少的时间上紧螺母。如果马达未能遵循曲线P8，这时存在一个过调量。
本发明的一个实施例现参考图1和2来说明。图1是一个恒扭矩螺栓上紧装置的方块图，图2表示该装置工作的流程图。参考号1代表一个微处理器(CPU)。一个选择器开关2用于选择图3中某一曲线，沿着该曲线螺栓上紧装置经历几个学习周期。一个存储器3存储图5所示的表，在其中，该表显示出图3中转动速度和扭矩的规一化值。一个扭矩传感器5装在上螺母器4中。参考号6代表一个报警器。
在步骤S1，开关2被操作以设定一个基于上螺母器4特性的转动速度S的初始值、扭矩和容差E。在步骤S2，根据转速S、扭矩和容差E产生多条曲线。在步骤S2A，任意选择曲线P(s)，P(s)满足关系式Pmin≤P(s)≤Pmax，S为1、2、3，…，8。曲线P(s)可以是一条过去使用的曲线。CPU1由曲线P(s)读出j＝0时的T(o)和S(o)值以及j＝n时的扭矩T(n)值。
图3显示的曲线代表对于不同参数的速度和转矩之间的关系，表示对于一个给定的扭矩所要求的速度。
图4A表示图3中的曲线P8，图4B表示图3中曲线P2，曲线P2和P8以半对数标度表示。每一曲线表示与一个扭矩T的给定值T(j)相对应的转动速度S的值S(j)，在此j＝1，2，3…，n。n值越大能使控制越精确。
在步骤S3，如图5所示的扭矩/速度表根据示于图3的曲线P(s)被产生，而进行到步骤4，上紧操作开始。
在开始上紧操作时，CPU1通过装在上螺母器4中的转矩传感器监视扭矩t值。在步骤S6，CPU1判定扭矩t是等于还是大于T(j)。如果在步骤S6回答“是”(Yes)，于是程序前进到步骤S7，在该步作一检验，判定扭矩t是等于还是大于目标扭矩T(n)。
如果在步骤S7回答“否”(NO)，于是在步骤S8j的值增加1，而且程序回到步骤S5。重复步骤S5-S8直至扭矩达到或超过目标扭矩值T(n)。当在步骤S7回答“是”(Yes)时，程序进行到步骤S9，在此马达被停止。
在步骤S10作一个逻辑检验，以判定最后测到的扭矩t和目标扭矩T(n)之差是等于还是小于容差E。如果该差值大于容差E，程序进行到步骤S15，在此作一个逻辑检验，以判定该差值是否小于由前面选择的曲线产生的误差。如果在步骤S10回答“是”(Yes)，则在步骤S11选择曲线P(s+1)。作一检验，以判定曲线P(s+1)实际上是Pmax还是更高的曲线。如果在步骤S12回答“否”(NO)，那么控制进行到步骤S3，以便重复步骤S3-S12直至曲线P(s+1)实际上是曲线Pmax或更高的曲线。
如果在步骤S12，回答“是”(Yes)，则在步骤S14存储曲线Pmax，而学习周期结束。
如果在步骤S15回答“是”(Yes)，控制跳转到S16，在此时，以前的试验曲线最后被使用并在步骤S14被存储。
如果在步骤S15回答“否”(NO)，于是在步骤S17曲线P(s-1)被选，并且控制进行到步骤S18，在此作一检验，以判定该曲线实际上是曲线Pmin还是更低的曲线。如果在步骤S18回答“否”(NO)，于是控制跳转到步骤S3，而且运行步骤S3-S10和S15-S18直至曲线实际上是Pmin或更低的曲线。如果在步骤S18回答“是”(Yes)，则上紧工作失败，并且控制进行报警操作。如果在步骤S15回答“是”(Yes)，程序跳转到步骤S16。
在按照由上述的学习周期确定的最佳曲线上紧螺栓时，由于在目标扭矩达到后不久产生的扭矩下降，会产生如图6所示的不足的上紧。这是由于工件被挤压，并出现与螺栓或螺母紧密的接触。所以，在本发明中使用上螺母器仍然接触工件时的输出扭矩以提供附加旋转来补偿扭矩下降。
也就是，在目标扭矩达到后，允许马达电流继续流动一个短的时间t。这就防止螺栓扭矩减少，确保以目标扭矩来上紧螺栓。
权利要求
1.一种在最佳时间内上紧一个螺栓的方法，包括以下步骤设定至少一个马达初始速度，一个目标扭矩，和一个与目标扭矩有关的最终扭矩的容差；根据初始速度、扭矩和容差产生速度与扭矩的多条曲线；从预定的多条速度与扭矩曲线中选择任意一条曲线；在由所选曲线得到的速度下运转马达；监视马达运转时所产生的扭矩；确定最终的曲线，沿着该曲线在最少时间内达到目标扭矩；使用上述曲线完成一个螺栓上紧工作、沿着该曲线达到目标扭矩。
2.根据权利要求1的方法，还包括步骤在上述目标扭矩达到后接着允许流过马达的电流继续流动一个预定时间长度，所述电流是所述目标扭矩到达时的值，从而补偿扭矩损失。
全文摘要
一种在最佳时间长度内上紧一个螺栓的方法，该方法只要通过几个学习周期确定出最佳内部参数，就不需要一个附加程序来控制速度。先预定一个目标扭矩，并使上螺母器经历几个学习周期，使得上螺母器自动确定这些内部参数，以致在目标扭矩达到后立即停止马达，上紧螺栓需要最少的时间。
文档编号B25B23/14GK1145842SQ96110628
公开日1997年3月26日 申请日期1996年7月10日 优先权日1995年7月11日
发明者佐藤敏, 富田诚 申请人:全台系统株式会社