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Anzugssystem mit einem Qualitätsprüfgerät
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Die Erfindung betrifft ein Anzugs system zum Anziehen eines Befestigungselementes
bis zu einem vorbestimmten Zustand.
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Mit der zunehmenden Betonung der Produktzuverlässigkeit und Produktsicherheit
wird mehr Betonung auf die Verbindungsaufbauten innerhalb der Produkte gelegt, um
die Unversehrtheit der Aufbaut-en und entsprechend die Zuverlässigkeit und Sicherheit
der Produkte zu verbessern. Da es seit langem bekannt ist, daß für eine optimale
Verbindungsunversehrtheit die zur Sicherung der Verbindungsaufbauten verwendeten
Befestigungselemente bis zu einem vorbestimmten Zustand angezogen werden sollten,
der anzeigt, daß die axiale Bemessungsbelastung in dem Befestigungselement erzeugt
worden ist, und auf den Verbindungsaufbau einwirkt, und da man seit langem erkannt
hat, daß konventionelle Anzugssysteme, wie z.B. vom Drehmoment geregelte Systeme
in Zusammenbau-Fließbandoperationen zum Anziehen von Befestigungselementen auf ihre
Bemessungsbelastung relativ ungenau sind, ist besonderer Nachdruck auf Anzugssysteme
gelegt worden. DezzuSolge sind oder werden verschiedene
verfeinerte
Anzugssysteme benutzt, welche das Anziehen eines Befestigungselementes in einem
Verbindungsaufbau auf vorbestimmte, genauer auf die Bemessungsbelastung bezogene
Zustände regeln und daher einen relativ großen Genauigkeitsgrad im Endzustand der
Verbindung schaffen.
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Beim Anziehen gewisser Verbindungsaufbauten hat man es als wünschenswert
erkannt, die Größe oder andere Zustände der entscheidenden Eingangseigenschaft,
d.h. die Eingangseigenschaft des Anzugszyklus, die benutzt wird, um zu bestimmen,
daß das Befestigungselement in seinen vorbestimmten Zustand angezogen worden ist,
zu benutzen, um eine Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes und der Verbindung
zu schaffen. Solche Anzeigen werden benutzt, um Fließbandbedienungspersonen, Qualitätsprüfinspektoren
und anderen zu signalisieren, daß das Befestigungselement und die Verbindung zu
einem vorbestimmten Zustand angezogen worden sind.
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Gewisse Systeme der oben angeführten verfeinerten Anzugs systeme beruhen
jedoch nicht ausschließlich auf der Größe oder einem anderen Zustand einer besonderen
Bingangseigenschaft des Anzugszyklus, sondern beruhen vielmehr auf gewissen Beziehungen,
deren Verwendung nicht für eine leicht unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige
des Zustandes des Befestigungselementes sorgt.
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Daher müßten zeitraubende Versuche durchgeführt werden, um den Zustand
des Befestigungselementes am Ende des Anzugs zyklus zu messen. Solche Versuche können
jedoch ungeeignet sein für gewisse Anzugsoperationen am Zusammenbau-?lieBband.
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Es wird angemerkt, daß einige der konventionelle Anzugssysteme, z.B.
Drehmomentregelungssysteme, welche in den oben vermerkten Verbindungsaufbauten benutzt
werden, eine leicht unterscheidbare Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes
im vorbestimmten Zustand erzeugen können, obwohl diese Systeme natürlich keinen
hohen
Genauigkeitsgrad aufweisen. Wenn jedoch das Anzugssystem selbst versagt, kann eine
Anzeige, daß das Befestigungselement zu dem vorbestimmten Zustand angezogen worden
ist, bedeutungslos sein.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein Anzugssystem zum Anziehen
eines Befestigungselementes bis zu einem vorbestimmten Zustand zu schaffen, welches
ein Meßsystem zur Qualitätsprüfung enthält, das den Zustand des Befestigungselementes
im vorbestimmten Zustand mißt und auch den Betrieb des Anzugssystems überwacht und
für eine Anzeige sorgt, daß sowohl das Befestigungselement zu dem vorbestimmten
Zustand angezogen worden ist als auch das Werkzeug ordnungsgemäß gearbeitet hat.
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Dies wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Schraubenschlüsseleinrichtung
zum Anziehen eines Befestigungselementes, eine Regelungseinrichtung, die mit der
Schraubenschlüsseleinrichtung zusammenwirkt, um die Schraubenschlüsseleinrichtung
in einem vorbestimmten Zustand zu unterbrechen, und eine Qualitätsprüfeinrichtung
zum Überwachen des Zustandes und des Betriebes der Schraubenschlüsseleinrichtung
und der Regelungseinrichtung beim Anziehen de s des Befestigungselementes.
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Das MeBsStem zur Qualitätsprüfung weist insbesondere eine Einrichtung
auf, um zu bestimmen, ob erste und zweite Anzugseigenschaften beim vorbestimmten
Zustand innerhalb eines Bereiches liegen, wie es von diesen Eigenschaften beim vorbestimmten
Zustand erwartet wird, und eine Einrichtung, um festzustellen, daß verschiedene
Ausgangssignale innerhalb des Systems innerhalb eines vorbestimmten, normalerweise
erwarteten Bereiches liegen, wenn das Werkzeug in ordnungsgemäßer Art und Weise
arbeitet. Entsprechend den Ergebnissen dieser Feststellungen kann ein geeignetes
Anzeige signal erzeugt werden.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfühflrngsbeispiels anhand der Zeichnung.
Darin zeigen: Pig. 1 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen zwei Anzugseigenschaften,
die bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutst werden, Fig. 2 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Anzugssystems gemäß
der Erfindung und Fig. 3 eine Schnittansicht länder Linie 2-2 der Fig. 2.
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In Pig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Anzugssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, welche einen Schraubenschlüssel 50
zum Anziehen eines Befestigungselementes, eine Regelungseinrichtung 51 zum Unterbrechen
des Schraubenschlüssels, wenn das Befestigungselement bis zu einem vorbestimmten
Zustand angezogen worden ist, und eine Meßeinrichtung 53 zur Qualitätsprüfung aufweist,
welche für eine Anzeige sorgt, daß die Verbindung zu ihrem vorbestimmten Zustand
angezogen worden ist und daß das Werkzeug während des Anzugezyklus nicht versagt
hat.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Schraubenschlüssel einen Luftmotor
52 auf, dessen Betrieb durch ein geeignetes Magnetventil 54 gesteuert wird und der
eine Ausgangswelle 56 durch einen Drehzahlreduziergetriebekasten 58 antreibt, so
daß die Ausgangswelle sich nicht mit der gleichen großen Drehzahl wie der Motor
dreht. Die Ausgangswelle 56 trägt ein Anpaßstück 57 zur Befestigung einer Mitnehmerbacke
59 und ist in einer geeigneten Drehlageranordnung gelagert, welche die Drehung erleichtert
und Biegebeanspruchungen in der Ausgangswelle aufnimmt. Die Lageranordnung 60 kann
in einem festen Rahmen 62 gelagert sein, wobei jedoch die Benutzung des Rahmens
für die Durchführung der Erfindung nicht notwendig ist. An diesem Punkte soll angemerkt
werden, daß der Motor 52, der als Luftmotor beschrieben wird, auch von irgendeiner
anderen geeigneten Bauart
sein kann, z.B. von elektrischer, hydraulischer
oder irgendeiner Kombination von pneumatischer, elektrischer oder hydraulischer
Bauart. Es wird darüber hinaus angemerkt, daß die soweit beschriebene Vorrichtung
im wesentlichen bekannt- ist und nicht weiter im einzelnen erläutert werden muß.
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Zwischen dem- Getriebekasten 58 und der Lageranordnung 60 ist eine
Wandlereinrichtung in Form eines Drehmomentelemenes 64 angeordnet, welches ein das
augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellendes Signal
erzeugt. Das Drehmomentelement 64 weist eine erste Befestigungsplatte 66 zur Befestigung
des Elementes am Getriebekasten 58 und eine zweite Befestigungsplatte 68 zur Befestigung
des Elementes an der Lageranordnung 60 auf. In axialer Richtung des Schrabenschlüssels
zwischen den Befestigungsplatten 66 und 68 sind eine Mehrzahl von Strebebauteilen
70 vorgesehen, welche etwas verformbar sind, d.h. welche relativ steife Bauteile
darstellen, die etwas um die Achse des Schraubenschlüssel verdreht werden können.
Wenn der Schraubenschlüssel 50 in Betrieb ist, um ein Befestigungselement anzuziehen,
verursacht das auf den Schraubenschlüssel wirkende Reaktionsdrehmoment eine Verdrehung
der Strebebauteile 70 um die Achse des Schraubenschlüssels, wobei der Betrag der
Verdrehung proportional zu dem Reaktionsdrehmoment ist, welches natürlich im wesentlichen
gleich und entgegengesetzt zu dem Drehmoment ist, mit welchem das Befestigungselement
beaufschlagt wird. Jedes Strebebauteil 70 trägt einen Dehnungsmesser 72, welcher
Teil einer Wheatston'schen Brückenschaltung (nicht gezeigt) ist, um ein das augenblickliche
dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellendes elektrisches Signal
zu erzeugen. Anstelle von Dehnungsmessern können zur Erzeugung des elektrischen
Signals Berühfltngs- oder Abstandsverschiebungsmesser benutzt werden.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein Abstandsmeßkopf
74 vorgesehen, welcher im Gehäuse des Motors 52 in der Nähe und im radialen Abstand
von Drehflügeln 76 im Motor, wie deutlich in Fig 2 dargestellt ist, gelagert ist.
Der Abstandsmeßkopf 74kann in Form einer Induktionsspule ausgebildet sein, welche
ein elektrisches Signal erzeugt, wenn Metall ihr magnetisches Feld passiert. Da
die Flügel 76 sich drehen, wenn das Befestigungselement angezogen wird, werden durch
den Abstandsmeßkopf 74 Signale erzeugt, welche feste Zunahmen der Drehung des Befestigungselementes
darstellen. Die Größe dieser Zunahmen hängt von der Anzahl der Flügel 76 im Motor
52 und dem Ubersetzungsverhältnis des Getriebekastens 58 ab. Es wird angemerkt,
daß der Abstand Meßkopf 74 ebenfalls mit einem der Zahnräder im Getriebekasten 58
in ähnlicher Weise zusammenwirken könnte.
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An dieser Stanze wird angemerkt, daß das Regelungssystem 5i im wesentlichen
mit der Offenbarung der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung (Serial No. ...)
über--einstimmt, die gleichzeitig im Namen von John T. Boys für ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Bestimmung der Drehsteifigkeit oder linearen Steifigkeit angemeldet
worden ist, welche eine c ontinuation-in-part-Anmeldung der US-Patentanmeldung Serial
No. 357 920, angemeldet am 7. Mai 1973, darstellt. Es wird jedoch angemerkt, daß
verschiedene andere Regelungssysteme benutzt werden können in Ubereinstimmung mit.
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der vorliegenden Erfindung. Das Ausgangs signal des Drehmomentelementes
64, das das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment darstellt,
wird auf einen Drehmomentverstärker 78 gegeben, welcher das Drehmomentsignal auf
eine Größe verstärkt, welche mit dem Rest des Regelungssystems kompatibel ist. Vom
Verstärker 78 wird das Drehmomentsignal durch eine Schieberegistereinrichtung geleitet,
welche bei dieser Ausführungsform eine Reihe von Iadungsgekoppelten Vorrichtungen
in
Form von Abtast- und Halteschaltungen 80, 82, 84 und 86 aufweist. Die Schieberegistereinrichtung
wird durch Signale getaktet, welche feste Winkelzunahmen der Verschiebung des Befestigungselementes
darstellen. Demgemäß werden Signale vom Abstandsmeßkopf 74, welche die Form von
nadelförmigen Impulsen aufweisen, zu einem Rechteckwellengenerator 88 geleitet,
welcher die Signale formt und die geformten Signale durch einen Sehnenlängenteiler
90 zu einem Analogschaltmitnehmer 92 leitet, welcher aufeinanderfolgend die Abtast-
und Ralteschaltungen taktet. Der Sehnenlängenteiler 90 ist eine geeignete Teilerschaltung,
welche die Impulse vom Rechteckwellengenerator 88 elektronisch durch 1, 2, 4, 8,
16 oder 32 teilt, so daß jeder inipuls oder jeder zweite Impulse oder jeder vierte
Impuls usw. zum Takten des Schieberegisters benutzt wird.
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Der Anälogschaltmitnehmer 92, obwohl nicht notwendig, gewährleistet,
daß jede Abtast- und Halteschaltung ihr gespeichertes Signal vor Aufnahme eines
neuen Signales entladen hat. Demgemäß taktet der Analogschaltmitnehmer 92 aufeinanderfolgend
die Abtast- und Halteschaltungen, wobei zunächst die Schaltung 86, dann die Schaltung
84, dann die Schaltung 82 und schließlich die Schaltung 80 getaktet wird. Demzufolge
hat die Abtast- und Halteschaltung 86 ihr gespeicherte Signal entladen, bevor sie
ein neues Signal von der Abtast- und Halteschaltung 84 empfängt, und weiter. Das
Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 86 stellt das Drehmoment dar, das
einen bestimmten Drehabstand vor diesem besonderen Augenblick vorhanden war, und
wird durch ein Gradientenregister oder eine Vergleicherschaltung 94 in Form eines
Differenzverstärkers geleitet, welcher ebenfalls ein das augenblickliche dem Befestigungselement
zugeführte Drehmoment darstellendes Signal vom Drehmomentverstärker 78 empfängt
Die Vergleicherschaltung 94 subtrahiert ihre Eingangssignale und erzeugt ein Ausgangssignal,
das den augenblicklichen Gradienten der Drehmoment-
Drehung-Kurve
darstellt, welche für das besondere anzuziehende Befestigungselement entworfen werden
kann. Das Gradientensignal von der Vergleicherschaltung 94 wird auf einen geeigneten
Gradientensignalverstärker 96 gegeben, welcher das Signal zu einer Größe verstärkt,
die mit dem Rest des Regelungssystems kompatibel ist.
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Von dem Gradientensignalverstärker 96 wird das augenblickliche Gradientensignal
zu einer Einrichtung geleitet, um den maximalen Gradienten zu bestimmen, und ebenfalls
zu einer Einrichtung, um das maximale und das augenblickliche Gradientensignal zu
vergleichen. Um zunächst die Einrichtung zur Bestimmung des maximalen Gradienten
anzusprechen, weist diese Einrichtung einen Vergleicher des maximalen Gradienten
auf, welcher Eingangs signale vom Gradientensignalverstärker 96 und von einer Abtast-
und Halteschaltung 102 empfängt, welche ebenfalls Signale vom Gradientensignalverstärker
96 empfängt.
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Wie hiernach deutlieher wird, speichert die Abtast- und Halteschaltung
102 ein Signal, das den maximalen Gradienten darstellt, welcher bis zu einem Punkt
im Anzugszyklus vor dem augenblicklichen Ausgangssignal vom Gradientensignalverstärker
aufgetreten ist. Der Vergleicher 100 bestimmt, ob das augenblickliche Gradientensignal
vom Gradientensignalverstärker 96 oder das vorher von der Abtast- und Halteschaltung
102 gespeicherte Signal größer ist. Wenn das augenblickliche Gradientersignal größer
ist, liefert der Vergleicher 100 ein Ausgangssignal zu einem UND-Glied 104, das
außerdem Signale vom Analogschaltmitnehmer 92 empfängt, wenn der Schaltmitnehmer
ein Taktsignal zur Abtast- und Halteschaltung 84 ausgibt. Wenn beide Signale vom
UND-Glied 104 empfangen werden, liefert dieses ein Signal zur Abtast- und Halte
schaltung 102, das die Abtast- und Halteschaltung in die Lageversetzt, ein neues
Signal vom Gradientensignalverstärker 96 zu empfangen, das den größeren Gradienten
darstellt. Wenn der augenblickliche Gradient kleiner
ist, erzeugt
der Vergleicher 100 kein Ausgangssignal. Dies gilt ebenfalls für das UND-Glied 104,
so daß die Abtast-und Halteschaltung 102 kein neues Gradientensignal empfangen kann.
Durch Verwendung des Taktsignales vom Analogschaltmitnehmer 92 zur Abtast- und Halteschaltung
84 wird eine Zeitverzögerung geschaffen, welche ermöglicht, den Vergleich durchzuführen,
bevor ein Taktsignal durch das UND-Glied 104 geliefert werden kann und bevor ein
neues Gradientensignal erzeugt werden kann.
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Im Hinblick auf die Einrichtung zum Vergleichen des größten und des
augenblicklichen Grad-entensignals kann man erkennen, daß bei der Zuleitung des
den maximalen Gradienten darstellenden Signals von der Abtast- und Halte schaltung
102 zum Vergleicher 108 diese aufgeteilt wird und zu einer Teilungsschaltung 106
geleitet wird, welche das Signal durch die vor gegebene 106 Beziehung teilen kann,
welche zur Bestimmung der Dehangsgrenze, gezeigt bei X auf der Drehaoment-Drehung-Kurve
in Fig. 1 für das besondere anzuziehende Befestigungselement benutzt wird. Wenn
die vorliegende Beziehung 50 ist, was bevorzugt wird und in der oben angeführten
US-Patentanmeldung von John T. Boys erläutert wird, halbiert die Teilungsschaltung
106 das maximale gespeicherte Gradientensignal und liefert.
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das Signal zu einem Steuerungsvergleicher 98, so daß es mit einem
augenblicklichen Gradientensignal vom Gradientensignalverstärker 96 verglichen werden
kann, das ebenfalls dem Steuerungsvergleicher zugeführt wird. Wenn die Eingangssignale
des Steuerungsvergleichers gleich sind, oder wenn das Gradientensignal kleiner als
das geteilte maximale Gradientensignal ist, erzeugt der Steuerungsvergleicher ein
Ausgangssignal, das zu einem weiteren UND-Glied 108 geliefert wird. An dieser Stelle
wird angemerkt, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 98 direkt zu einem Ventilsteuerungsverstärker
110 geliefert werden
könnte, welcher das Signal auf eine geeignete
Größe verstärken würde, um das Solenoid im Ventil 54 zu schließen und den Motor
52 zu stoppen. Um jedoch zu gewährleisten, daß der Vergleicher 98 nicht unabsichtlich
ein Ausgangs signal im Bereich vor dem Anziehen der Drehmoment-Drehung-Kurve erzeugt,
d.h. im Bereich, der vom Schnittpunkt der Achsen zum Punkt A gezeigt ist, in welchem
die Befestigungselemente sich relativ frei drehen und noch nicht mit den Teilen
der Verbindung in Eingriff gekommen sind, um die Spannbelastung in dieser Verbindung
aufzubauen, wird das UND-Glied 108 benutzt, das ein zusätzliches Eingangssignal
von einem Paßdrehmomentvergleicher 112,'wie auf der in Fig. 1 gezeigten Kurve dargestellt
ist, empfängt. Die augenblicklichen Drehmomentsignale werden vom Drehmomentverstärker
78 zu einem Paßdrehmomentvergleicher 112 geleitet, welcher ebenfalls ein Eingangssignal
von einem voreingestellten Paßdrehmomentsignalgeber 114 empfängt, der z.B. die Porm
eines geeigneten Potentiometers zur Erzeugung eines vorbestimmten Eingangssignals
aufweisen kann, das ein ungefahr dem Paßdrehmoment entsprechendes Drehmoment darstellt.
Die Einstellung im Paßdrehmomentsignalgeber 114 braucht nicht genau dem Paßpunkt
zu entsprechen und kann eine Annäherung darstellen. So würde z.B. ein Signal genügen,
das ungefähr 20 des Drehmomentwertes, der an der Dehnungsgrenze erwartet wird, darstellt.
Wenn das augenblickliche Drehmoment signal vom Verstärker 78 das durch den Paßdrehmomentsignalgeber
114 erzeugte Signal übersteigt, erzeugt der Vergleicher 112 ein Ausgangssignal zum
UND-Glied 108, wodurch die Zuleitung des Signals vom Steuerungsvergleicher 98 zum
Ventilsteuerungsverstärker 110 ermöglicht wird. Das Ausgangssignal des Ventilsteuerungsverstärkers
110 wird zum Magnetventil 54 geleitet, wobei dieses geschlossen und der Motor 52
gestoppt wird. Dauer würden irgendwelche Signale, die zufällig durch den Steuerungs-rergleicher
98 in dem Bereich der Drehmoment-Drehung-
Kurve vor dem Anziehen
erzeugt würden, das Magnetventil 54 nicht schließen. Schließlich ist ein Rückstellschalter
vorgesehen, der benutzt werden kann, um die Schaltungen zu löschen und das Werkzeug
für einen neuen Anzugsvorgang für ein anderes Befestigungselement vorzubereiten.
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Im Hinblick auf die obige Beschreibung des Schraubenschlüssels und
des Regelungssystems kann man erkennen, daß ein relativ genaues Anzugssystem geschaffen
worden ist, das den Schraubenschlüssel in einem vorbestimmten, genau mit der Belastung
auf dem Befestigungselement, d.h. der Dehnungsgrenze des Befestigungselementes,
in Beziehung stehenden Zustand unterbricht.
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Es ist ebenfalls klar, daß die Verwendung des Stoppsignals vom Vergleicher
98 oder des Gradientensignals vom Vergleicher 96 nicht notwendigerweise eine leicht
unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige des Zustandes des Befestigungselementes
ergeben würde D.h. diese Signale könnten erzeugt werden, wenn sich das Befestigungselenient
außerhalb der seine Eigenschaften bestimmenden Vorßchrift befände oder anderweitig
defekt wäre. Dementsprechend ist ein Meßsystem -zur Qualitätsprüfung vorgesehen,
um den Zustand der Verbindung zu messen, wenn der Schraubenschlüssel unterbrochen
worden ist, um eine Anzeige zu schaffen, daß das Befestigungselement mit dem mit
Schraubengewinde versehenen Bauteil in Eingriff steht oder die Verbindungsbauteile
nicht defekt sind und das Befestigungselement daher richtig angezogen worden ist.
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Bevor die bevorzugte Ausführungsform eines Meßsystems-zur Qualitätsprüfung
beschrieben wird, wird Bezug genommen auf Fig. 1, in welcher das Arbeitsprinzip
grafisch dargestellt ist.
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Wie bereits oben erwähnt worden ist, zeigt die in Fig. 1 dargestellte
Kurve die Drehmoment-Drehung-Beziehung für irgendein besonderes anzuziehendes Befestigungselement.
Es ist klar, daß das Regelungssystem 51 so arbeitet, um Signale zu erzeugen,
welche
diese Anzugseigenschaften darstellen, um die Dehnungso grenze des Befestigungselementes,
X auf der Kurve, zu bestimmen und den Schraubenschlüssel 50 zu unterbrechen. Die
Dehnungsgze, welche natürlich ein vorbestimmter Zustand ist, steht in sehr genauer
Beziehung mit der Axialbelastung des Befestigungselementes. Das Drehmoment steht
in theoretischer Beziehung zu der Axialbelastung für ähnliche, in ähnlichen Verbindungen
angezogene Befestigungselemente, aber bei der tatsächlichen Benutzung der Befestigungselemente
variiert diese Beziehung aufgrund der verschiedenen Reibeigenschaften, welche die
Befestigungselemente und/oder andere Bauteile der Verbindung antreffen, erheblich.
So kann das Drehmoment, das für die Erzeugung einer gleichen Belastung in einer
Anzahl von theoretisch ähnlichen Befestigungselementen erforderlich ist, um + 30%
variieren. Daher kann für eine gewünschte, in dem Befestigungselement zu erzeugende
Axialbelastung ein Bereich von Drehmoment werten bestimmt werden, innerhalb dessen
das dem Befestigungselement bei der gewünschten Axialbelastung zugeführte Drehmoment
normalerweise erwartet werden kann. Gemäß dieser Erfindung wird der Drehmomentbereich
bestimmt und von erner oberen Grenze, Tu auf der Kurve, und einer unteren Grenze,
l auf der Kurve, begrenzt. Wenn der Schraubenschlüssel 50 unterbrochen wird, wird
das dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment gemessen, um festzustellen, ob
es innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.
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In ähnlicher Weise wird die Drehung des Befestigungselementes gemessen,
wenn der SchraubenschXüssel unterbrochen wird, um zu bestimmen, ob sie ebenfalls
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, innerhalb dessen die gewünschte Axialbelastung
normalerweise erwartet werden kann. Dieser Bereich ist ebenfalls jeweils durch eine
obere und eine untere Grenze, durch R und R1 in Fig. 1 dargestellt, begrenzt. An
dieser Stelle wird angemerkt, daß die Drehung eines Befestigungselementes während
eines Anzugzyklus ebenfalls mit der Axialbelastung in Beziehung
steht,
aber daß in der Praxis die Beziehung variiert aufgrund von Fehlern bei der Bestimmung,
wann der Meßvorgang der nützlichen Drehung de s des Befestigungselementes begonnen
werden sollte, was dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres verständlich ist.
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Der durch Ru und R1 begrenzte Bereich sollte derart sein, daß die
normaerweise zu erwartenden Fehlern in Rechnung gestellt sind.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, begrenzen die Projektionen der Grenzen
T1, TUn R1, Ru ein Rechteck oder ein "Fenster", innerhalb dessen der Punkt X auf
der Kurve normalerweise erwartet werden kann. Wenn der Schraubenschlüssel 50 durch
das Regelur.gssystem 51 innerhalb des Fensters" unterbrochen wird, kann angenommen
werden, daß das Befestigungselement richtig bis zu seinem vorbestimmten Zustand
angezogen worden ist und daß eine leicht unterscheidbare und bedeutungsvolle Anzeige
geschaffen werden kann. Wenn es ge~nscht wird, kann nur eine der Anzugseigenschaften
gemessen werden. Auf grund des hohen Genauigkeitsgrades, der vom Regelungssystem
51 geschaffen wird, werden jedoch bevorzugt beide solche Eigenschaften gemessen,
um ein Meßsystem der Qualitätsprüfung zu schaffen, das für eine größere Genauigkeit
als konventionelle Systeme sorgt. Schließlich wird angemerkt, daß andere Anzugseigenschaften
benutzt werden können, z.B. die Zeit und das Drehmoment. Da jedoch das Regelungssystem
51 schon Signale erzeugt, welche die Drehzunahme des Befestigungselementes darstellen,
sind insbnsondere die Drehung und das Drehmoment offenbart worden.
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Wie man aus Fig. 2 erkennt, wird ein das dem Befestigungselement zugeführte
Drehmoment darstellendes Signal vom Drehmomentverstärker 78 zu einem Vergleicher
118 des unteren Drehmoments und einem Vergleicher 120 des oberen Drehmomentes geleitet.
Der Vergleicher 118 des unteren Drehmomentes empfängt außerdem ein Eingangssignal
von einem voreingestellten Signalgeber 122, welches
die untere
Drehmomentgrenze Tl des oben erläuterten vorbestimmten Bereichs darstellt. Wie man
ebenfalls erkennt, empfängt der Vergleicher 120 des oberen Drehmomentes ein Signal
von einem voreingestellten Signalgeber 124, das die obere Drehmomentgrenze Tu des
vorbestimmten Bereiches darstellt. Wenn das augenblickliche dem Befestigungselement
zugeführte Drehmoment kleiner als die untere Drehmomentgrenze ist, erzeugt der Vergleicher
118 ein hohes Ausgangssignal, das zur Erregung einer Anzeigelampe 126 benutzt wird.
Wenn das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment größer als
die obere Drehmomentgrenze ist, erzeugt der Vergleicher 120 in ähnlicher Weise ein
hohes Ausgangssignal, das zur Erregung einer anderen Anzeigelampe 128 benutzt wird.
Wenn irgendeine Lampe erregt wird, ist eine Anzeige geschaffen worden, daß das dem
Befestigungselement zugeführte Drehmoment außerhalb des normalerweise erwarteten
Bereiches liegt. Wenn das dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment größer als
die untere Drehmomentgrenze und kleiner als die obere Drehmomentgrenze ist, erzeugen
die Vergleicher 118 und 120 niedrige Ausgangssignale, welche zu einem NOR-Glied
130 geleitet werden. Wenn beide Eingangssignale niedrig sind, erzeugt das NOR-Glied
13G ein hohes Ausgangssignal, das eine andere Anzeigelampe 132 erregt, wodurch angezeigt
wird, daß das augenblickliche dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment innerhalb
des Bereiches liegt, der durch die in den Signalgebern 122 und 124 eingestellten
Grenzen bestimmt ist. Wenn irgendein Eingangssignal des NOR-Gliedes 130 hoch ist,
erzeugt es ein niedriges Ausgangssignal, wodurch die Anzeigelampe 132 nicht erregt
wird.
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Signale der Drehung werden durch eine Schaltung verarbeitet, die im
allgemeinen der für das Drehmoment signal benutzten Schaltung ähnlich ist, ausgenommen,
daß der Abstandsmeßkopf 74 Ausgangsimpulse erzeugt, welche die Zunahmewinkel der
Drehung des Befestigungselementes darstellen. Demgemäß kann ein Signal
vom
Rechteckwellengenerator 88 zu einem Digital-Analog-Wandler 134 geleitet werden,
welcher die Zunahmen addiert und ein Ausgangssignal erzeugt, das die gesamte Winkelverschiebung
des Befestigungselementes darstellt. Es wird angemerkt, daß die Drehung des Befestigungselementes
in dem Bereich der Drehmoment-Drehung-Kurve vor dem Anziehen nicht gezählt werden
sollte. Daher wird ein Ausgangssignal vom Paßdrehmomentvergleicher 112 als Aktivierungssignal
benutzt, welches den Digital-Analog-Wandler 134 aktiviert, wenn der Verbindungsaufbau
zusammengeführt worden ist, und das tatsächliche Festziehen der Verbindung beginnt.
Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers 134 wird zu einem konventionellen
Verstärker 136 geleitet, um das Signal auf eine Größe zu bringen, welche mit dem
Rest der Schaltung kompatibel ist. khnlich dem Drehmomentsignal wird das Drehungssignal
vom Verstärker 136 zu einem Vergleicher 138 des unteren Winkels und einem Vergleicher
140 des oberen Winkels geleitet.
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Die Vergleicher 138 und 140 empfangen jeweils Signale von voreingestellten
Signalgebern 142 und 144. Der voreingestellte Signalgeber 142 erzeugt ein Signal,
das die untere Drehungsgrenze R1 des oben erläuterten vorbestimmten Bereichs darstellt.
Der Signalgeber 144 erzeugt ein Ausgangssignal, das die obere Drehungsgrenze E des
vorbestimmten Bereiches darstellt.
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Wenn das Drehungssignal kleiner als das Signal vom Signalgeber 142
ist, wird ein hohes Ausgangssignal erzeugt, um eine Anzeigelampe 156 zu erregen.
Wenn das Drehungssignal höher als das Signal.vom Signalgeber 144 ist, erzeugt in
ähnlicher Weise der Vergleicher 140 ein hohes Ausgangssignal, das eine hnzeigelampe
148 erregt. Wenn irgendeine lampe erregt wird, ist eine Anzeige geschaffen worden,
daß die Drehung des Befestigungselementes sich außerhalb des normalerweise erwarteten
Bereiches befindet. Wenn das Drehungssignal sich innerhalb des
durch
die Signalgeber 142 und 144 bestimmten Bereichabefindet, erzeugen die Vergleicher
138 und 140 niedrige Ausgangssignale, welche zu einem NOR-Glied 150 geleitet werden.
Wenn beide Eingangssignale niedrig sind, erzeugt das NOR-Glied 150 ein hohes Ausgangssignal,
um eine Lampe 152 zu erregen, wodurch angezeigt wird, daß die Drehung des Befestigungselementes
innerhalb des erwarteten Bereiches liegt. Wenn irgendein Eingangssignal zum NOR-Gliea
150 hoch ist, erzeugt dieses ein niedriges Ausgangssignal, das die Anzeigelampe
152 nicht erregt. Die Anzeigelampen können farbenkodiert sein, um die Bestimmung
des Zustandes der Verbindung zu erleichtern.
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Da der endgültige angezogene Zustand des Befestigungselementes der
zu messende Zustand ist, kann ein Signal vom UND-Glied 108, welches das Signal zur
Unterbrechung des Schraubenschlüssels erzeugt, als Aktivierungssignal benutzt werden,
um die NOR-Glieder 130 und 150 in ihren Betriebszustand zu schalten. Das Signal
vom UND-Glied 108 könnte ebenfalls als Aktivi,erungssignal benutzt werden, um die
Vergleicher 118, 120, 138 und 150 in ihren Betriebszustand zu schalten. Dies ist
jedoch nicht so dargestellt, da es wünschenswert erscheint, daß die Anzeigelampen
128 und 148 anzeigen können, daß die unteren Grenzen erreicht worden sind, und daß
die Lampen 126 und 146 der Bedienungsperson des Systems eine Anzeige geben, daß
die oberen Grenzen überschritten worden sind.
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Im letzteren Fall könnte die Bedienungsperson den Schraubschlüssel
50 vor dem Bruch des Befestigungselementes unterbrechen. Es wird angemerkt, daß
selbstverständlich Ausgangssignale von den Vergleichern 120 und 140 benutzt werden
könnten, um den Schraubenschlüssel 50 vor dem Bruch des Befestigungselementes automatisch
zu unterbrechen. Schließlich sollte vermerkt werden, daß die Drehmoment- und Drehungssignale
aufgezeichnet werden können, wenn der Schraubenschlüssel 50 unterbrochen worden
ist, um eine Aufzeichnung des Zustandes der Verbindung für spätere Benutzung zu
erzeugen.
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Um festzustellen, daß der Schraubenschlüssel 50 und das Regelungssystem
51 nicht versagt haben, ist ein Umkehrverstärker 154 vorgesehen, welcher ein Signal
vom Drehmomentverstärker 78 empfängt, welches das augenblickliche dem Befestigungselement
zugeführte Drehmoment darstellt.
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Der Umkehrverstärker 154 zeigt an, wenn das Signal vom Drehmomentorstärker
78 eine Polarität aufweist, welche der normalerweise erwarteten Polarität dieses
Signales entgegengesetzt ist. Wenn daher der Schraubenschlüssel 50 aus irgendeinem
Grunde schlecht arbeitet bzw. versagt und sich in der falschen Richtung dreht oder
wenn das Drehmomentelement 64 versagt und ein Signal umgekehrter Polarität erzeugt
oder wenn der Drehmomentverstärker 78 aus dem Gleichgewicht ist und ein Signal umgekehrter
Polarität erzeugt, wird der Umkehrverstärker 154 diese Zustände anzeigen und ein
diesen Zustand anzeigendes Ausgangssignal auf den Uberlaufverstärker 156 geben,
der in Porm eines Differenzverstärkers oder Vergleichers vorliegt- sein Zweck wird
weiter unten vollständig erläutert.
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Der überlaufverstärker 156 ist außerdem so geschaltet, um Eingangssignale
direkt vom Drehmomentverstärker 78 und auch vom Gradientensignalverstärker 96 zu
empfangen, wobei die letzteren den augenblicklichen Gradienten der Drehmoment-Drehung-Kurve,
welche für das anzuziehende Befestigungselement entworfen werden kann, darstellen.
Ein Eingang des Überlaufverstärkers wird also vom Umkehrverstärker 154, Drehmomentverstärker
78 und Gradientensignalverstärker 96 beaufschlagt und der andere Eingang erhält
ein Signal von einem voreingestellten Signalgeber 158, das ein Signal gleich oder
etwas größer als das maximale Signal ist, das durch den Umkehrverstärker 154, Drehmomentverstärker
78 oder Gradientensignalverstärker 96 erzeugt würde, wenn der Schraubenschlüssel
50 und das Regelungssystem 51 ordnungsgemäß
arbeiten. Wenn die
aufgeführten Eingangseinrichtungen nicht ordnungsgemäß arbeiten, wird der Vergleicher
bzrr.
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Überlaufverstärker 156 ein hohes Ausgangssignal auf eine Anzeigelampe
160 geben, um für eine visuelle Anzeige zu sorgen. Wenn die aufgeführten Eingangseinrichtungen
ordnungsgemäß arbeiten, übersteigt ihr Eingangssignal zum Vergleicher 156 nicht
das vom Signalgeber 158 kommende Signal und der Vergleicher 156 erzeugt nur ein
niedriges Ausgangssignal, welches die Anzeigelampe 160 nicht erregen kann.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß der Betrieb
des Werkzeuges überwacht wird durch die Feststellung, ob verschiedene Ausgangssignale
innerhalb des Systemes innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen, dessen obere
Grenze durch den voreingestellten Signalgeber 158 und dessen untere Grenze durch
die Anzeige eines Signales umgekehrter Polarität vom Drehmomentverstärker 78 bestimmt
wird. Es wird außerdem angemerkt, daß die Drehmomentkomponenten des Regelungssystems
51 und die Gradientenberechnungskomponenten geprüft werden und aufgrund der Tatsache,
daß das Gradientensignal durch Signale bestimmt wird, welche die Drehzanahme darstellen,
werden auch die Drehkomponenten geprüft.
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An dieser Stelle wird außerdem angemerkt, daß es wünschenswert ist,
für eine einzige Anzeige zu sorgen, daß sowohl die Verbindung und das Werkzeug in
ordnungsgemäßem Zustand sind und arbeiten. Demgemäß werden das Ausgangssignal vom
ETOR-Glied 130, welches das richtige dem Befestigungselement zugeführte Drehmoment
darstellt, und das Ausgangssignal vom NOR-Glied 150, welches die richtige Winkeldrehung
des Befestigungselementes darstellt, parallel durch Signalumkehrer 166 und 168 und
konventionelle unterdrückende Dioden 164, 164 zu einem Signalumkehrer 170 geleitet.
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Da an den Ausgängen der NOR-Glieder 130 und 150 hohe Ausgangssignale
anstehen,
wenn das Befestigungselement richtig angezogen worden ist, kehren die Umkehrer 166
und 168 die Signale um und erzeugen niedrige Eingangssignale für den Signalumkehrer
170. Das Ausgangssignal vom überlaufverstärker bzw.
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Vergleicher 156 ist parallel mit den Signalen von den Signalumkehrern
166 und 168 geechaltet und wird über eine konventionelle unterdrückende Diode 164
zum Signalumkehrer 170 geleitet, dessen Ausgang mit einer Anzeigelampe 172 verbunden
ist. Wenn der Schraubenschlüssel 50 und das Regelungssystem 51 ordnungsgemäß gearbeitet
haben, hat der Überlaufverstärker 156 ein niedriges Ausgangssignal. Wenn alle dem
Umkehrer 170 zugeführten Signale niedrig sind, wird die Lampe 168 durch das hohe
Ausgangssignal vom Umkehrer erregt, um für eine Anzeige zu sorgen, daß das Befestigungselement
zu dem vorbestimmten Zustand angezogen worden ist und daß das Anzugs system ordnungsgemäß
gearbeitet hat. Wenn irgendeins der Eingangssignale zum Umkehrer 170 hoch ist, wird
dieser ein niedriges Ausgangssignal erzeugen, das die Anzeigelampe 172 nicht erregt,
wodurch für eine Anzeige gesorgt wird, daß eine Störung bzw.
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ein Versagen im Werkzeug aufgetreten ist oder daß das Befestigungselement
nicht zu dem vorbestimmten Zustand angezogen worden ist. Durch Überwachung der Lampen
126, 128, 132, 146, 148, 152 und 160 kann die defekte Einrichtung bestimmt werden.
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Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß ein Anzugssystem
mit einem tberwachungssystem für eine vollständige Qualitätsprüfung geechaffen worden
ist. Es wird außerdem angemerkt, daß die Ausgabe eines Stoppsignals vom Vergleicher
98 ebenfalls vom oben beschriebenen System geprüft wird,-da die Drehmoment- und
Drehlingssignale nicht zum Umkehrer 170 geleitet würden, wenn das Stoppsignal nicht
die NOR-Glieder 130 und 150 aktiviert hätte. Es wird weitrhin angemerkt, daß als
Alternative ein Signal vom UND-Glied 108 zum Umkehrer 110 durch einen geeigneten
Signalumkehrer derart geleitet werden könnte,
daß die ausgabe eines
Stoppbefehls für ein niedriges Eingangssignal zu dem ersterwähnten Umkehrer sorgt.
Aufgrund der Anordnung des bevorzugten Ausführungsbeispieles sind jedoch keine zusätzlichen
Einrichtungen erforderlich, um festzustellen, ob ein Stoppsignal erzeugt worden
ist.