CN105246653B - 控制装置、控制方法和控制程序 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一方面的控制方法包括用于执行以下操作的处理：设定目标紧固力矩、相邻脉冲的脉冲间隔、以及每脉冲的力矩上升值；在将紧固件安装到底座之后检测第N个脉冲(N是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩；基于第N个脉冲处的最后紧固力矩，设定第N+1个脉冲处的脉冲加载时间、以及第N+1个脉冲处的脉冲强度，以便第N+1个脉冲处的紧固力矩与上升值的倍数一致；基于脉冲间隔、脉冲加载时间、以及脉冲强度来控制紧固工具，以便第N+M个脉冲(M是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩达到目标紧固力矩。

Description

控制装置、控制方法和控制程序
技术领域
本发明涉及控制装置、控制方法和控制程序，尤其涉及紧固工具的控制装置、控制方法和控制程序。
背景技术
当使用作为紧固工具的代表实例的螺帽扳手紧固诸如螺帽和螺栓之类的紧固件时，重要的是使用给定的力矩紧固该紧固件。
例如，公开号为6-79552的日本专利申请(JP 6-79552 A)描述了这样一种技术：其中，连续地测量每角度的力矩增长率(其在力矩曲线上预先设定)，并且基于在紧固过程中测量的最大力矩与紧固完成时的力矩之间的比较，确定螺栓的塑性区域的紧固质量。
一般而言，当使用紧固工具紧固紧固件时，控制紧固工具，以便遵循预先通过经验法则设定的力矩曲线。此时，即使对于相同的目标紧固力矩，达到最佳目标紧固力矩的特性也有所不同，这取决于被紧固件(例如，刚性体、中间体和软性体)的刚性差异。
JP 6-79552 A中描述的技术允许确定螺栓的塑性区域的紧固质量，但是无法处理被紧固件的刚性差异。因此，存在提高紧固精度的空间。
发明内容
本发明提供一种紧固工具的控制装置、控制方法和控制程序，这些装置、方法和程序有助于提高紧固精度。
根据本发明的一方面的控制方法是一种紧固工具的控制方法，该紧固工具将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件上，所述控制方法包括以下功能：设定目标力矩和目标数量的脉冲(目标紧固脉冲)，其中紧固需要在将所述紧固件安装到底座(落座(seating))之后完成；或者设定时间(目标紧固时间)，其中紧固需要在落座之后完成；并且将从落座一直到完成的力矩斜度(slope)(相对于脉冲数量或时间)预先设定为线性或任意曲线。在具有调整所述脉冲中的每一个的脉冲强度的功能的所述紧固工具中，基于紧固时位于最近脉冲处的紧固力矩、以及从落座到目前的脉冲(紧固脉冲)数量，或从落座到目前的时间(紧固时间)，相较于预先设定的力矩斜度调整脉冲强度。
换言之，根据本发明的一方面的控制方法是一种紧固工具的控制方法，该紧固工具将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件上，所述方法包括设定目标紧固力矩、相邻脉冲的脉冲间隔、以及每脉冲的力矩上升值的功能，所述方法包括在使所述紧固件紧靠并安装到底座之后检测第N个脉冲(N是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩的功能，所述方法包括基于所述第N个脉冲处的最后紧固力矩，设定用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便所述第N+1个脉冲处的紧固力矩与所述上升值的倍数一致的功能，以及所述方法包括基于所述脉冲间隔、用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值来控制所述紧固工具，以便允许第N+M个脉冲(M是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩达到所述目标紧固力矩的功能。
在上述控制方法中，在所述紧固件被紧固到的被紧固部件的刚性不同，并且目标紧固力矩相同的情况下，可设定用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便使达到所述目标紧固力矩的时间相等。
根据本发明的一方面的控制程序是一种紧固工具的控制程序，该紧固工具将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件上，这样使计算机执行用于设定目标紧固力矩、相邻脉冲的脉冲间隔、以及每脉冲的力矩上升值的处理，用于在将所述紧固件安装到底座之后检测第N个脉冲(N是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩的处理，用于基于所述第N个脉冲处的最后紧固力矩，设定用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便所述第N+1个脉冲处的紧固力矩与所述上升值的倍数一致的处理，用于基于所述脉冲间隔、用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值来控制所述紧固工具，允许第N+M个脉冲(M是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩达到所述目标紧固力矩的处理。
根据本发明的一方面的控制装置是一种紧固工具的控制装置，该紧固工具将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件上，所述控制装置包括控制部。所述控制部被配置为基于第N个脉冲处的最后紧固力矩，设定用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便所述第N+1个脉冲处的最后紧固力矩与预先设定的每脉冲的力矩上升值的倍数一致，并且以预先设定的脉冲间隔达到目标紧固力矩。
如上上述，可提供能够有助于提高紧固精度的紧固工具的控制装置、控制方法和控制程序。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是示出常见紧固系统的视图；
图2是示意性地示出在常见紧固件紧靠被紧固件之后被施加到紧固件上的力矩与时间之间的关系的视图；
图3是示出在根据实施例的控制装置中驱动电动机的控制流程的视图；
图4是示意性地示出在紧固件紧靠被紧固件之后被施加到紧固件上的力矩与驱动电动机的旋转角度之间的关系的视图。
具体实施方式
下面参考附图解释用于执行本发明的最佳模式。但是，这不表示本发明被限于下面的实施例。为了明晰解释，下面的描述和附图进行了必要的简化。
解释了根据该实施例的控制装置、控制方法和控制程序。首先，解释常见紧固系统的基本结构。图1是示出常见紧固系统的视图。
如图1所示，紧固系统1配备紧固工具2和控制装置3。紧固工具2包括编码器4、驱动电动机5、减速器6和力矩传感器7。
编码器4检测驱动电动机5的旋转角度，并且将检测信号输出到控制装置3。驱动电动机5基于从控制装置3输入的控制信号执行操作。驱动电动机5的旋转驱动力被输出到减速器6。
减速器6放大由驱动电动机5输入的旋转驱动力，并且从输出轴输出放大的旋转驱动力。用于紧固紧固件8的插口(socket)9被安装到减速器6的输出轴上。力矩传感器7检测由插口9施加到紧固件8的力矩，并且将检测信号输出到控制装置3。
控制装置3基于编码器4和力矩传感器7所输入的检测信号来控制驱动电动机5。图2是示意性地示出在常见紧固件8紧靠(abut on)被紧固件10之后被施加到紧固件8上的力矩与时间之间的关系的视图。如图2所示，控制装置3将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件8上，并且使紧固力矩达到目标紧固力矩。
在下面的解释中，“脉冲加载时间”是从脉冲的上升到下降的时间，简言之，脉冲加载时间是每脉冲紧固紧固件8的时间。“力矩强度”是从每脉冲被施加到紧固件8上的力矩的积分值减去脉冲加载时间与在前一脉冲被施加到紧固件8上的最后紧固力矩的乘积而获取的值。“力矩间隔”是相邻脉冲之间的时间。
一般而言，为了减小来自紧固工具的反作用力，基于经验法则设定以下三个元素：即，脉冲加载时间、力矩强度和力矩间隔，并且控制装置基于这些设定控制驱动电动机。但是，对于此类紧固控制，有必要根据被紧固件的刚性差异来改变设定。因此，根据该实施例的控制装置3如下所述控制驱动电动机5。
接下来，解释控制装置3中对驱动电动机5的控制。图3是示出控制装置3中的驱动电动机5的控制流程的视图。图4是示意性地示出在紧固件8紧靠被紧固件10之后被施加到紧固件8上的力矩与驱动电动机5的旋转角度之间的关系的视图。在此，驱动电动机5的旋转角度对应于时间，并且图4所示的被施加到紧固件8上的力矩与驱动电动机5的旋转角度之间的关系实质上等同于被施加到紧固件8上的力矩与时间之间的关系。
首先，在控制装置3中预先设定初始化脉冲、目标紧固力矩、每脉冲的力矩上升值、以及脉冲间隔(S1)。作为初始化脉冲，在假设给定的被紧固件的刚性的情况下设定包括脉冲间隔的上述三个元素，以便遵循理想的力矩曲线。
接下来，控制装置3控制驱动电动机5，从而使驱动电动机5以高速旋转，直到紧固件8紧靠被紧固件10，就像常见紧固控制一样(S2)。然后，一旦控制装置3基于来自力矩传感器7的检测信号检测到紧固件8紧靠被紧固件10，控制装置3便基于预先设定的初始化脉冲来控制驱动电动机5(S3)。
接下来，基于来自力矩传感器7的检测信号，控制装置3获得在第N个脉冲(N是1或更大的自然数)中被施加到紧固件8上的最后紧固力矩，并且判定该最后紧固力矩是否与预先设定的每脉冲的力矩上升值的倍数对应(S4)。
在第一个脉冲的情况下，倍数为1，在第二个脉冲的情况下，倍数为2。简言之，在第N个脉冲的情况下，倍数为N。
因此，控制装置3判定最后紧固力矩是否达到应该在第N个脉冲处达到的力矩。在此，应该在第N个脉冲处达到的力矩是与上述理想的力矩曲线中的第N个脉冲的下降时间对应的时间处的力矩。
接下来，当最后紧固力矩与通过将预先设定的每脉冲的力矩上升值乘以N所获取的值一致时(S4的结果为“是”)，控制装置3在不更改初始化脉冲的情况下，设定第N+1个脉冲的脉冲强度和脉冲加载时间(S5)。
同时，当最后紧固力矩小于通过将预先设定的每脉冲的力矩上升值乘以N所获取的值时(S4的结果为“低”)，控制装置3设定第N+1个脉冲的脉冲强度和脉冲加载时间，以便第N+1个脉冲中的最后紧固力矩与通过将预先设定的每脉冲的力矩上升值乘以N+1所获取的值一致(S6)。
换言之，与第N个脉冲中的脉冲强度和脉冲加载时间相比，控制装置3增加了第N+1个脉冲中的脉冲强度或脉冲加载时间，以便第N+1个脉冲处的最后紧固力矩达到应该在第N+1个脉冲处达到的力矩。
例如，在图4中，第四个脉冲处的最后紧固力矩小于应该在第四个脉冲处达到的力矩。因此，第五个脉冲处的至少脉冲强度或脉冲加载时间被增加，以便第五个脉冲处的最后紧固力矩达到应该在第五个脉冲处达到的力矩。由图4中的细虚线指示的力矩是应该在每个脉冲处达到的力矩。
此时，在考虑紧固工具2的驱动电动机5的输出等的情况下适当地设定脉冲强度和脉冲加载时间。例如，驱动电动机5的输出被增加，以便获得给定的脉冲强度，并且，当驱动电动机5的输出几乎达到其界限时，脉冲加载时间延长。此时，控制装置3根据检测到的最后紧固力矩计算每单位时间的力矩上升值，并且考虑每单位时间的力矩上升值。
另一方面，当最后紧固力矩大于通过将预先设定的每脉冲的力矩上升值乘以N所获取的值时(S4的结果为“高”)，控制装置3设定第N+1个脉冲处的脉冲强度和脉冲加载时间，以便第N+1个脉冲处的最后紧固力矩与通过将预先设定的每脉冲的力矩上升值乘以N+1所获取的值一致(S7)。
换言之，与第N个脉冲中的脉冲强度和脉冲加载时间相比，控制装置3减小了第N+1个脉冲中的脉冲强度或脉冲加载时间，以便第N+1个脉冲处的最后紧固力矩达到应该在第N+1个脉冲处达到的力矩。
例如，在图4中，第六个脉冲处的最后紧固力矩大于应该在第六个脉冲处达到的力矩。因此，第七个脉冲处的至少脉冲强度或脉冲加载时间被减小，以便第七个脉冲处的最后紧固力矩达到应该在第七个脉冲处达到的力矩。
减小第N+1个脉冲的至少脉冲强度或脉冲加载时间的方式与上述增加第N+1个脉冲的至少脉冲强度或脉冲加载时间的方式大致相同。因此，省略了解释。
接下来，控制装置3基于针对第N+1个脉冲设定的脉冲强度和脉冲加载时间，以及预先设定的脉冲间隔和来自编码器4和力矩传感器7的检测信号，将第N+1个脉冲的力矩施加到紧固件8上(S8)。
然后，控制装置3判定紧固力矩是否达到目标紧固力矩(S9)。当紧固力矩未达到目标紧固力矩时(S9的结果为“否”)，控制装置3返回到S4中的处理。当紧固力矩达到目标紧固力矩时(S9的结果为“是”)，控制装置3结束驱动电动机5的控制。
通过这种方式，对每个脉冲中的力矩上升值进行反馈控制。因此，可以针对下一脉冲设定力矩强度和脉冲加载时间，以便在考虑到每个脉冲中的力矩上升值(该上升值根据被紧固件10的刚性而变化)的情况下实现最佳力矩曲线。这样，可以有助于提高紧固精度，而不管被紧固件10的刚性差异如何，而且，可容易地完成紧固操作。
进一步地，由于设定了力矩强度和脉冲加载时间(大大地影响紧固件8的紧固精度和紧固时的反作用力)，因此可以有助于提高紧固件8的紧固精度，并且有助于减小紧固时的反作用力。
在被紧固件10的刚性不同，并且目标紧固力矩相同的情况下，控制装置3设定脉冲加载时间和力矩强度，以便达到目标紧固力矩的时间变得大致相同。因此，操作员能够在大致相同的时间内使用紧固工具2将紧固件8紧固到被紧固件10上，而不管被紧固件10的刚性差异如何。这样，施工性能提高。而且很容易判定紧固件8的紧固故障。
到目前为止已经解释了本发明的实施例。但是本发明不限于上述内容，在不偏离本发明的技术思想的情况下，可对本发明做出更改。
在上述实施例中，本发明被解释为硬件的结构。但是，本发明不限于此。本发明能够通过使CPU(中央处理单元)执行计算机程序来实现任意处理。
程序可使用各种类型的非临时性计算机可读介质来存储，并且被提供给计算机。非临时性计算机可读介质包括各种类型的有形存储介质。非临时性计算机可读介质的例子包括磁记录介质(例如，柔性盘、磁带和硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩模ROM(Mask-ROM)、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪速ROM和RAM(随机存取存储器))。可通过各种类型的临时性计算机可读介质将程序提供给计算机。临时性计算机可读介质的例子包括电信号、光信号和电磁波。临时性计算机可读介质能够通过诸如电缆和光纤之类的有线通信路径，或无线通信路径，将程序提供给计算机。

Claims (3)

1.一种紧固工具的控制方法，该紧固工具将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件上，所述控制方法的特征在于包括：
设定目标紧固力矩、相邻脉冲的脉冲间隔、以及每脉冲的力矩上升值；
在将所述紧固件安装到底座之后检测第N个脉冲(N是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩；
基于所述第N个脉冲处的最后紧固力矩，设定用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便所述第N+1个脉冲处的最后紧固力矩与通过将上升值乘以N+1而获取的值一致；以及
基于所述脉冲间隔、用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值来控制所述紧固工具，以便允许第N+M个脉冲(M是1或更大的自然数)处的最后紧固力矩达到所述目标紧固力矩。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，在所述紧固件被紧固到的被紧固部件的刚性不同，并且所述目标紧固力矩相同的情况下，设定用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在所述第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便使达到所述目标紧固力矩的时间相等。
3.一种紧固工具的控制装置，该紧固工具将力矩以脉冲状的形式施加到紧固件上，所述控制装置的特征在于包括：
控制部，其被配置为基于第N个脉冲处的最后紧固力矩，设定用于在第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间、以及通过从在第N+1个脉冲处被施加到所述紧固件上的力矩的积分值减去所述第N个脉冲处的最后紧固力矩与用于在所述第N+1个脉冲处紧固所述紧固件的时间的乘积而获取的值，以便所述第N+1个脉冲处的最后紧固力矩与通过将预先设定的每脉冲的力矩上升值乘以N+1而获取的值一致，并且以预先设定的相邻脉冲的脉冲间隔达到目标紧固力矩。
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