CN104589260A

CN104589260A - 紧固装置

Info

Publication number: CN104589260A
Application number: CN201410592952.7A
Authority: CN
Inventors: 藤本胜弘; 栉田年彦; 平井达夫; 鸟饲幸雄; 中畑达雄; 斋藤学; 渡边政雄
Original assignee: TONE Co Ltd; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: TONE Co Ltd; Subaru Corp
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: EP2868436B1; CN104589260B; JP2015085471A; JP6245943B2; US20150114138A1; US9645026B2; EP2868436A1; KR20150050433A; KR102302490B1

Abstract

本发明的紧固装置具备在第一紧固工序之后切换为第二紧固工序的模式切换开关(44)，在所述第一紧固工序中，以在由扭矩检测器(50)测定出的测定扭矩达到预先设定的第一控制开始扭矩之后、使测定扭矩反复阶段性地增减并达到预先设定的第一设定扭矩的方式调节电动机的输出，当测定扭矩达到第一设定扭矩时，切断向电动机的电力供给，在所述第二紧固工序中，以比第一紧固工序小的初始输出驱动电动机，且以在由扭矩检测器测定的测定出扭矩达到预先设定的第二控制开始扭矩之后，使测定扭矩反复阶段性地增减并达到预先设定的第二设定扭矩的方式调节电动机的输出，当测定扭矩达到第二设定扭矩时，切断向电动机的电力供给。

Description

紧固装置

技术领域

本发明涉及一种能够通过多个紧固工序将螺栓、螺母等结合部件紧固的紧固装置。

背景技术

公知一种紧固器，其为了提高螺栓、螺母等结合部件的紧固精度而对作用于结合部件的紧固扭矩进行测定，以在该测定扭矩达到设定扭矩时结束紧固的方式进行数值控制(例如，参照日本特开2013-166211号公报)。

另外，有时对已经紧固的结合部件实施进一步施加扭矩来进行紧固的增固(参照该公报)。

在将结合部件紧固之后、或实施增固之后，要求确认实际上是否以所希望的设定扭矩以上的扭矩进行了紧固。

另一方面，在车辆的车轮螺母的紧固中，在将车轮螺母紧固之后，为了确认在进行了磨合驾驶后是否以规定的设定扭矩进行了紧固，暂时放松已紧固的车轮螺母，再次进行紧固。如此，当暂时放松已紧固的结合部件并再次进行紧固时，需要进一步的磨合驾驶，难以确认紧固扭矩是否真的达到设定扭矩。

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于提供一种在将结合部件紧固之后，能够在不松开结合部件的情况下确认以所希望的设定扭矩以上的扭矩进行了结合的紧固装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明涉及一种紧固装置，其具备：

电动机；

电动机驱动电路，其驱动所述电动机；

驱动轴，其通过所述电动机而进行旋转，且在前端装配有插头而能够对结合部件进行紧固；

扭矩检测器，其对作用于所述插头的紧固扭矩进行检测；

控制部，其基于预先设定的设定扭矩、由所述扭矩检测器测定出的测定扭矩，对所述电动机驱动电路进行控制，

其中，

在所述控制部上具备切换第一紧固工序和第二紧固工序的模式切换开关，

在所述第一紧固工序中，对所述电动机驱动电路进行控制，以在由所述扭矩检测器测定出的测定扭矩达到预先设定的第一控制开始扭矩之后、使所述测定扭矩反复阶段性地增减并达到预先设定的第一设定扭矩的方式调节所述电动机的输出，当所述测定扭矩达到所述第一设定扭矩时，切断向所述电动机的电力供给，

在所述第二紧固工序中，对所述电动机驱动电路进行控制，以比所述第一紧固工序小的初始输出驱动所述电动机，且以在由所述扭矩检测器测定出的测定扭矩达到预先设定的第二控制开始扭矩之后、使所述测定扭矩反复阶段性地增减并达到预先设定的第二设定扭矩的方式调节所述电动机的输出，当所述测定扭矩达到所述第二设定扭矩时，切断向所述电动机的电力供给。

优选为，所述模式切换开关具有显示部，该显示部能够通过目视来确认处于所述第一紧固工序和第二紧固工序的哪个模式。

发明效果

根据本发明的紧固装置，在通过第一紧固工序以第一设定扭矩作为目标值将结合部件紧固之后，对模式切换开关进行操作变更紧固模式，能够移至第二紧固工序。第二紧固工序以比第一紧固工序的初始输出小的初始输出驱动电动机，以第二设定扭矩作为目标值而实施紧固。通过进行该第二紧固工序，能够确认结合部件至少以第二设定扭矩进行了紧固。

在第二紧固工序中，与第一紧固工序相比电动机的初始输出较小、并且为反复阶段性地增减并增加的紧固，因此，能够防止相对于第二设定扭矩过紧固、即所谓的超程。

另外，由于在对模式切换开关进行操作时，能够通过目视来确认所处的紧固工序是哪个紧固工序，因此能够防止误操作。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的紧固装置的简要说明图。

图2是本发明的一实施方式所涉及的紧固装置的框图。

图3是表示本发明的一实施方式所涉及的紧固方法的整体流程的流程图。

图4是表示本发明的一实施方式所涉及的紧固装置的模式切换流程的流程图。

图5是表示本发明的一实施方式所涉及的紧固装置的设定扭矩变更流程的流程图。

图6是表示本发明的一实施方式所涉及的紧固装置的紧固流程的流程图。

图7(a)是表示第一紧固工序的正常紧固模式下的紧固扭矩的变化的图表，图7(b)是表示电动机输出的变化的图表。

图8(a)是表示第二紧固工序的确认紧固模式下的紧固扭矩的变化的图表，图8(b)是表示电动机输出的变化的图表。

具体实施方式

以下，对将本发明的紧固装置10应用于如下的数值控制式的紧固装置的实施方式进行说明，所述数值控制式的紧固装置如图1以及图2所示那样进行紧固，且由作为主体的紧固器20、对该紧固器20进行控制的控制装置30以及对扭矩进行测定的扭矩检测器50构成。需要说明的是，控制装置30也能够采用将其一部分或全部功能内置于紧固器20的结构，另外，也可以构成为通过外部PC等来执行控制装置30的一部分功能。

另外，在以下的实施方式中，如图3所示，紧固工序包括第一紧固工序和第二紧固工序，第一紧固工序是通常的紧固模式，第二紧固工序是能够确认紧固扭矩是否在设定扭矩以上的确认紧固模式。

图1是对本发明的紧固装置10的概要进行说明的图，图2是紧固装置10的简要框图。如图所示，紧固装置10由紧固器20和控制装置30构成，在紧固器20中具备对作用于插头的扭矩进行检测的检测器50。

<紧固器20>

作为紧固器20，在图1所示的实施方式中，例示了具有作为内轴的驱动轴21和外轴22的双轴式电动扳手。然而，紧固器20不限定于双轴式，也可以为单轴式，另外，紧固器20也可以是冲击式扳手、冲击式螺丝刀、振动/冲击钻等。

在双轴式的紧固器20中，成为驱动轴21的内轴和外轴22能够通过内置于壳体23的电动机24相互反向旋转。内轴和外轴22通过行星齿轮机构等减速机构28与电动机24连接。

紧固器20在内轴的前端具有能够供螺栓、螺母等结合部件装配的插头。另外，在外轴22的前端安装有反作用力承受部件25，该反作用力承受部件25具备相对于驱动轴21的轴芯前端向大致垂直方向突出的臂。

紧固器20通过图1所示的触发开关26的操作接收来自图2所示的控制装置30的指令驱动电动机24，而使驱动轴21旋转。另外，如图1所示，在紧固器20上配备有正反切换用开关27，通过对正反切换用开关27进行操作，能够使电动机24的旋转反转，从而进行结合部件的紧固或放松作业。正反切换用开关27通过减速机构28的齿轮切换、离合器操作等，能够机械地切换驱动轴21的正转和反转。另外，正反切换用开关27也可以是使供给至电动机24的电压反向的开关。

<扭矩检测器50>

在紧固器20上配备有对作用于插头的扭矩进行检测的扭矩检测器50。扭矩检测器50向控制装置30发送与扭矩相关的信号。作为扭矩检测器50，如图1所示，能够采用将对紧固扭矩进行检测的扭矩传感器51直接装配在驱动轴21与插头之间的扭矩检测器。也可以根据紧固器20的电气系统、例如电动机电流的变化对作用于插头的扭矩进行检测。另外，作用于插头的扭矩也可以根据驱动轴21或电动机24、减速机构28等的旋转角度进行换算。

当如图1所示那样将扭矩检测器50装配于驱动轴21时，由于扭矩检测器50与驱动轴21一体旋转，因此无法与控制装置30进行有线连接。因此，如图2所示，优选通过扭矩传感器51测定出的与紧固扭矩相关的信号通过放大电路52放大，通过A/D转换电路53进行A/D转换并输入至CPU54，且经由RF(Radio Frequency)电路55以及天线56无线发送。向扭矩检测器50的电源供给能够通过在扭矩检测器50上搭载小型的蓄电池来进行。

作为具体实施方式，能够例示出粘贴于扭矩传感器51的外轴22上的应变仪。作用于外轴22的紧固扭矩使应变仪的阻力变化成为电压变化而输出。

<控制装置30>

如图1所示，控制装置30通过连接用电缆60与紧固器20电连接，从而能够实现与紧固器20的通信以及向紧固器20供给电源。需要说明的是，控制装置30需要根据紧固器20的性能、特性而进行设定、调节。因此，如果将不同的紧固器20连接于控制装置30，则有时会发生误测等情况。因此，优选连接用电缆60以无法插拔的方式与紧固器20和控制装置30直接结合。需要说明的是，可以采用如下方式，即，紧固器20和控制装置30能够通过连接器64连接，并能够根据作业环境选择连接器64的长度。

控制装置30还能够通过在前端连接有插头61的电源用电缆62与商用电源连接。

作为具体的实施方式，如图1所示，控制装置30将图2所示的控制机构32内置于箱型的外壳31中。控制机构32具备控制部33，并能够通过存储于存储器35的各种程序等来实现，所述控制部33以CPU34、RAM、ROM等存储器35、D/A转换器等各种电子部件为中心而构成。在图2中，描绘出与通过它们的连接而实现的代表性的功能相关的功能模块。应当理解为，这些功能模块能够仅通过硬件、仅通过软件或者通过硬件与软件的组合而实现。

如图1所示，在外壳31的一个面上具备显示用户所希望的设定扭矩的设定扭矩显示部40、显示由扭矩检测器50测定出的紧固扭矩的测定扭矩显示部41。另外，还设置有供用户增减设定扭矩的扭矩设定按钮47、48、以及切换第一紧固工序和第二紧固工序的紧固模式的模式切换开关44。并且，在外壳31上设置有显示紧固装置10的设定扭矩的可设定范围的扭矩设定范围显示部46。

设定扭矩显示部40以及测定扭矩显示部41可以为例如采用了LED的数字显示器。它们或其中任一方的显示部能够兼作在紧固装置10产生某种异常的情况下显示该异常的错误显示部。需要说明的是，在图1中，附图标记42是在对扭矩设定按钮47、48进行操作时显示其设定扭矩的设定扭矩副显示部，形成为比设定扭矩显示部40小。

扭矩设定按钮47、48是减小设定扭矩的负按钮47与增大设定扭矩的正按钮48。在紧固装置10产生某种异常时，通过对其中任一方进行操作，能够将这些扭矩设定按钮47、48作为错误解除按钮来使用。

模式切换开关44是用于在不同的两种紧固模式中进行切换的开关，能够采用按钮式、刻度盘式或滑动式等。在模式切换开关44内或外壳31的适当位置处，配备有显示其所处的紧固模式的显示部，以便能够目视确认模式切换开关44处于哪一种紧固模式。在图示的实施例中，显示部配备有与某一紧固模式对应而点亮的LED45。图示的模式切换开关44在设定为一方的紧固模式时(在本实施方式中为第二紧固工序)使内置的LED45点亮。例如，虽然可以考虑在上述测定扭矩显示部41等上显示所处的紧固模式，当紧固开始时切换该显示，然而在该情况下，无法在紧固作业中确认紧固模式。另外，为了确认该紧固模式，需要其他操作。另一方面，在本发明中，通过模式切换开关44自身点亮，能够通过目视来确认所处的紧固模式，具有能够防止误操作等优点。

如图1所示，扭矩设定范围显示部46显示紧固装置10的设定扭矩的上限以及下限。就扭矩设定范围显示部46而言，如图1所示，能够例示出在板上刻印其设定范围、或者印刷在贴条上，并安装于外壳31上的情况。另外，能够与上述设定扭矩显示部40等相同地采用数字显示器。

如图2所示，构成控制机构32的控制部33分别与上述的显示部40、41、42、按钮47、78、模式切换开关44连接，并且经由触发开关26与驱动紧固器20的电动机24的电动机驱动电路36、用于与扭矩检测器50进行无线通信的RF电路37以及天线38连接。例如，基于电动机驱动电路36的电动机24的输出调节能够通过相位控制或PWM控制来进行。

在存储器35中存储有用于控制紧固器20的全部程序。例如，在存储器35中存储有由根据第一紧固工序和第二紧固工序的各紧固模式而由用户设定的设定扭矩、与各紧固模式对应的紧固程序及各种参数、所处的紧固模式、用于基于接收到的测定扭矩和设定扭矩来调节电动机24的输出的电动机驱动电路36的控制量等。

如图3所示，上述这种结构的紧固装置10的控制模式能够大致划分为模式切换流程(步骤S001、图4)、设定扭矩变更流程(步骤S002、图5)、以及包括第一紧固工序(步骤S003)和第二紧固工序(步骤S004)的紧固流程(图6)。

<模式切换流程>

模式切换流程是对第一紧固工序和第二紧固工序进行切换的流程。

更详细而言，如图4所示，模式切换流程是如下处理，即，在对模式切换开关44进行操作时(步骤S101)，将所处的紧固模式在第一紧固工序和第二紧固工序之间进行切换(步骤S102)，并存储于控制部33的存储器35(步骤S103)。通过参照LED45，能够判断通过模式切换开关44切换后的紧固模式是哪一种紧固模式。需要说明的是，为了防止误操作，优选为模式切换开关44的操作在后述的设定扭矩变更流程、第一紧固工序、第二紧固工序中无效。

<设定扭矩变更流程>

如图3所示，在模式切换流程(步骤S001)之后，执行图5所示的设定扭矩变更流程(步骤S002)。该设定扭矩变更流程在紧固装置10的初始设定时、变更各紧固模式的设定扭矩的情况下在模式切换流程之后执行。在本实施方式中，设定有第一紧固工序的设定扭矩(第一设定扭矩)以及第二紧固工序的设定扭矩(第二设定扭矩)。当在已经设定或变更了设定扭矩的状态下使用紧固装置10时，能够跳过设定扭矩变更流程的执行。

设定扭矩变更流程为，在对扭矩设定按钮47、78进行操作时设定并存储针对其所处的紧固模式的设定扭矩的流程。

作为具体的实施方式，如图5所示，当存在扭矩设定按钮47、48的操作时(步骤S201)，控制部33根据扭矩设定按钮47、48的操作，使存储于存储器35的设定扭矩递增或递减其指定值(步骤S202)。然后，为将新的设定扭矩作为设定扭矩存储于存储器35的处理(步骤S203)。

需要说明的是，为了防止误操作，优选为扭矩设定按钮47、48的操作在模式切换流程、第一紧固工序、第二紧固工序中无效，另外，也可以在对扭矩设定按钮47、48进行操作之后，等待在规定时间内继续对扭矩设定按钮47、48进行操作，之后转移至步骤S203。

<紧固工序>

在通过设定扭矩变更流程(步骤S002)设定了各紧固模式的设定扭矩之后，如图3以及图6所示，进入与所选择的紧固模式对应的实际的紧固工序(步骤S003、步骤S004)。

<紧固模式的说明>

在此，对本发明的一实施方式所涉及的第一紧固工序和第二紧固工序的概要进行说明。

如图7以及图8所示，虽然在任一紧固模式中，值有所不同，但以规定的初始输出(V0)起动电动机24，并维持初始输出(V0)。然后，在由扭矩检测器50检测出的测定扭矩达到规定的控制开始扭矩(VF)(在第一紧固工序中为第一控制开始扭矩，在第二紧固工序中为第二控制开始扭矩)之后，根据测定扭矩对电动机24的输出进行反馈控制。在反馈控制中，在各自规定的电动机24的上限输出(VR)和下限输出(VB)的范围内对输出进行调节并驱动电动机24。由此，测定扭矩反复阶段性地增减并上升。

然后，当测定扭矩达到预先设定的设定扭矩时，切断向所述电动机的电力供给。

<第一紧固工序>

第一紧固工序为电动机24的初始输出大的紧固模式。

如图7所示，在该紧固模式中，电动机24的初始输出(V0)比接下来所示的第二紧固工序的紧固模式大(参照图7以及图8)。因此，当为了确认紧固后的结合部件是否以规定以上的扭矩进行了紧固而执行第一紧固工序时，存在紧固扭矩超程的可能性。另一方面，由于电动机24的初始输出大，因此具有能够在短时间内进行紧固的优点。

<第二紧固工序>

第二紧固工序为用于确认在上述第一紧固工序中进行了紧固的结合部件是否以规定以上的扭矩进行了紧固的紧固模式。

如图8所示，第二紧固工序为与第一紧固工序相比电动机24的初始输出(V0)较小的紧固模式。

这样，对于第二紧固工序而言，由于将电动机24的初始输出(V0)设定为较小，而使得达到规定的设定扭矩所需的时间进一步增长，但具有能够防止过紧固(超程)的优点。

在图6中示出更详细的各紧固模式的控制流程。需要说明的是，虽然对第一紧固工序和第二紧固工序一并进行说明，但在对结合部件进行紧固时，首先执行步骤S003的第一紧固工序，在以规定的设定扭矩将结合部件紧固之后，执行步骤S004的第二紧固工序。这些紧固模式的选择通过模式切换开关44的操作来进行。

通过在将紧固器20的插头嵌入结合部件的状态下将触发开关26接通从而开始紧固流程(步骤S301)。在图1所示的紧固器20中，通过用户用手指拨动触发开关26而接通。

当触发开关26接通时(步骤S301)，控制部33参照存储器35根据所处的紧固模式及其设定扭矩来控制从电动机驱动电路36供给至电动机24的电力，以初始输出(V0)驱动电动机24(步骤S302)。由此，反作用力承受部件25向与插头的紧固方向相反的朝向旋转并与其他结合部件等抵接，开始进行基于插头的结合部件的紧固。

对于初始输出(V0)而言，例如，当将电动机24的最低起动输出设为VB时，设为第一紧固工序的初始输出＞第二紧固工序的初始输出≥VB。通过使第二紧固工序的初始输出与最低起动输出(VB)一致或无限接近，能够进行更适当的确认紧固。

当电动机24开始驱动时，扭矩检测器50对作用于插头的扭矩进行检测，并作为测定扭矩向控制机构32发送。在该测定扭矩达到与各紧固模式对应的规定的控制开始扭矩(VF)之前，以初始输出(V0)驱动电动机(步骤S303的否、图7以及图8的圆圈数字1的范围)。当测定扭矩达到规定的控制开始扭矩(VF)时(步骤S303的是、图7以及图8的P)，开始进行电动机反馈控制(步骤S304、图7以及图8的圆圈数字2的范围)。需要说明的是，规定的扭矩(VF)能够根据紧固模式来设定。控制开始扭矩(VF)能够在第一紧固工序(第一控制开始扭矩)和第二紧固工序(第二控制开始扭矩)中分别设定，在这种情况下，设为第一控制开始扭矩(VF)≥第二控制开始扭矩(VF)。优选为，第一控制开始扭矩(VF)＞第二控制开始扭矩(VF)。例如，在图7以及图8中，第一控制开始扭矩设为设定扭矩T的0.7倍(VF＝T×0.7)，第二控制开始扭矩设为VF＝50N·m(＜T×0.5)。

在电动机反馈控制(步骤S304)中，如图7以及图8所示，根据来自扭矩检测器50的测定扭矩，在测定扭矩的上升率比规定值大的情况下(步骤S305的是)，控制部33以降低从电动机驱动电路36向电动机24供给的电力的方式进行控制(步骤S306)，如果测定扭矩的上升率在所述规定值以下(步骤S305的否)，则进入接下来的步骤S307。

如图7以及图8所示，相反，在来自扭矩检测器50的测定扭矩的上升率比规定值小的情况下(步骤S307的是)，控制部33以提高从电动机驱动电路36向电动机24供给的电力的方式进行控制(步骤S308)，如果测定扭矩的上升率在所述规定值以上(步骤S307的否)，则进入接下来的步骤S309。

执行上述反馈控制(步骤S305～S308)直至来自扭矩检测器50的测定扭矩达到与各个紧固模式对应设定的设定扭矩T(步骤S309的否)。当测定扭矩达到设定扭矩T时(步骤S309的是)，控制部33切断从电动机驱动电路36向电动机24的电力供给，停止电动机24的输出(步骤S310、图7以及图8的圆圈数字3)。

在图7以及图8的(a)、(b)中分别示出表示与各紧固模式对应的上述紧固流程中的紧固扭矩的变化的图表和表示电动机24的输出的变化的图表。

参照图7以及图8可知，在任一紧固模式中，测定扭矩均从初始输出(V0)以大致直线状增加，当达到与紧固模式对应的第一控制开始扭矩或第二控制开始扭矩(VF)时，反复阶段性地增减并增加，接近设定扭矩T。

第一紧固工序的电动机24的初始输出比第二紧固工序大，因此能够在短时间内进行紧固，另一方面，存在紧固扭矩超程的可能性。在这种情况下，如果在确认紧固扭矩的第二紧固工序中实施第一紧固工序，则会以更大的紧固扭矩进行紧固。

在本发明中，由于在第二紧固工序中以与第一紧固工序相比电动机24的初始输出(V0)较小的确认紧固模式来确认紧固扭矩，因此基本不会发生超程。因此，能够准确地确认结合部件以所设定的紧固扭矩以上的扭矩进行了紧固。

即，当对在第一紧固工序中紧固扭矩小于设定扭矩的结合部件实施第二紧固工序时，能够使紧固扭矩上升至设定扭矩。另一方面，当对在第一紧固工序中紧固扭矩为设定扭矩以上的结合部件实施第二紧固工序时，能够在不使结合部件的紧固扭矩进一步上升或放松的情况下，确认以设定扭矩以上的扭矩进行了紧固。

在第二紧固工序中，能够在不放松结合部件的情况下确认以设定扭矩以上的扭矩进行了紧固，因此，在应用于以往暂时放松后进行再紧固的车轮螺母的紧固时效果良好。

上述说明用于对本发明进行说明，不应当解释为对权利要求书所记载的发明进行限定、或者缩小范围。另外，本发明的各部分结构并不限于上述实施例，毋庸置疑，能够在权利要求书所记载的技术范围内进行各种变形。

例如，既能够对各结合部件连续执行第一紧固工序和第二紧固工序，也能够在对多个结合部件执行第一紧固工序之后，对上述多个结合部件一并执行第二紧固工序。另外，对于通过其他紧固装置进行了紧固的结合部件，也可以仅执行第二紧固工序。

附图标记说明

10 紧固装置

20 紧固器

30 控制装置

33 控制部

36 电动机驱动电路

44 模式切换开关

50 扭矩检测器

Claims

1.一种紧固装置，其具备：

电动机；

电动机驱动电路，其驱动所述电动机；

扭矩检测器，其对作用于所述插头的紧固扭矩进行检测；

所述紧固装置的特征在于，

2.根据权利要求1所述的紧固装置，其中，

所述模式切换开关具有显示部，所述显示部能够通过目视来确认处于所述第一紧固工序和第二紧固工序的哪个模式。

3.根据权利要求2所述的紧固装置，其中，

所述模式切换开关的显示部在切换到某一模式的状态下点亮。