JP2007519534A - 衝撃工具を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

衝撃工具によって締着具のシャフトに印加されている実際のトルクを決定するためのシステム及び方法が開示され、ここに、衝撃工具によって生成される個々のパルスの時間−振幅曲線を表わす一組のパラメータを有する式が用いられて、締着具ジョイントのトルクの知識を必要とすることなく、衝撃工具のパルスと締着具における残留トルクとを相関させる。

Description

本発明は、衝撃工具またはインパルス工具によって本体に与えられるトルクの制御に関する。一層詳細には、本発明は、衝撃工具によって発生される個々のパルスを表わす最良の数学的表現を決定して、該数学的表現を、本体に与えられるトルクを正確に制御するために解く方法及び装置である。

衝撃工具（インパルスまたはパルス工具とも称される）は、自動車の車輪のラグ・ナットのような大きい締着具（ｆａｓｔｅｎｅｒ）の組立において普通用いられる。それら衝撃工具は、物理的にコンパクトな装置から大きいトルク力を伝えることができ、そして手動で操作されることができる。

その開示内容が参照によりここに組み込まれる、Ｃｒｉｐｅに与えられた米国特許第６，６５５，４７１号に記載されているように、インパクス（Ｉｍｐａｘ）工具は、本体に、この場合、螺状の締着具に、トルクの連続的なパルスを印加することにより動作する。印加されたトルクの振幅が、締着具（ｆａｓｔｅｎｅｒ）の静摩擦力に打ち勝つのに充分に高いならば、締着具は回転するであろう。パルスの期間が充分に短いならば、平均のオペレータは、装置を手動で操作することができる。不運にも、衝撃工具によって与えられる締着具本体内のトルクと、オペレータによって観察されるトルクとの間にはほとんど相関関係が無い。従って、衝撃工具は、締着具トルクの正確な制御が重要である場合には、用いられてきていない。むしろ、制御されたトルクの組立処理は、予め決定された値にトルクを微調整するために、トルク・レンチでもってオペレータにより手動で行われてきたか、または、トルク監視される、（非衝撃の）モータ駆動される工具でもって自動化されたシステムにおいて行われてきた。しかしながら、これらの工具は、自動車の車輪のラグ・ナットのような大きい高トルクの締着具の組立には実際的では無い。

締着具に与えられているトルクの感知をユーザに提供する最も一般的な方法は、衝撃工具にトルク・メータを、工具の出力シャフト上で装備することである。トルク・メータは、締着具に出力されているトルク・パルスを電気機械的に観察することができ、そして、所望のトルクに達したときに衝撃工具を自動的に停止（シャット・オフ）するよう、電子制御器を介してプログラミングされ得る。トルク・メータは、締着具に与えられている実際のトルクを決定するよう変換され得る電子的な電圧信号を生成することができる。しかしながら、トルク・メータからのトルク信号を、オペレータによって必要とされる機械的フィードバック（すなわち、自動的なシャット・オフ）を提供するために制御器が用いることができる電子的な信号に変換するために、或る種の数学的関数が必要とされる。

トルク・メータのデータ収集及び数学的信号変換を行う幾つかの方法が、関連技術において開示されている。Ｃｒｉｐｅ等の米国特許第６，６５５，４７１号には、締着具に与えられている実際のトルクを推定するために一連のパルスの特性を用いることが開示されている。特に、該米国特許は、各トルク・パルスの振幅及び持続期間を表わす帰属トルク（ｉｍｐｕｔｅｄ ｔｏｒｑｕｅ）信号を収集するために、カラーのついていない（ｃｏｌｌａｒｌｅｓｓ）トルク変換器センサと、衝撃工具のシャフト上とその回りに配列された誘導コイルとを用いることを開示している。トルク・パルスの振幅及び持続期間は、トルク信号から減算され、結果の差は、締着具の角速度信号を得るために時間に渡って積分される。角速度信号は、トルク信号に変換され得る偏差新語を得るために時間に渡って積分される。結果の推定されたトルクの値は、衝撃工具をシャット・オフするか否かを決定するために用いられる。

Ｇｉａｒｄｉｎｏ等に与えられた米国特許第６，３１１，７８６号は、時間期間中に渡って作用する帰属トルク信号（すなわち、一連のパルスとして定義されるインパルス）を収集するために、カラーのついていないトルク・メータと、誘導コイルとを用いることを開示している。インパルスと、トルク・アームと、パルス時間期間とが分かれば、トルクの正確な測定値がインパルスの決定から導出され得る。インパルスの値は、また、トルクの決定に先立って、比例係数で乗算され得る。比例係数は、特定の工具のサイズに基づく所定の値であり、例えば、それは磁界の面積及び製造許容差に基づいて変わり得る。この方法の欠点は、それが個々のパルスを無視し、時間に渡るインパルスを積分するということである。

Ｍａｒｕｙａｍａ等に与えられた米国特許第５，３６６，０２６号及び第５，７１５，８９４号には、直接のトルク測定が用いられる制御された衝撃工具が開示されている。直接のトルク測定は、衝撃の時間点において、工具の出力シャフトの回りの磁界によって呈示される、シャフト上のねじり応力の力成分を測定することによって行われる。トルクは、特定のパルスに対して、力成分にトルク・アームの長さを掛けることに関係している。これら２つの特許に開示された方法の１つの問題は、非常に多くの衝撃が与えられた後でさえ、トルク測定が時間に渡って揺動しているという理由で本当のトルクを正確に表わさないかも知れない時間中の与えられた点において、装置がトルクを測定するということである。

従って、本発明以前には、時間の或る期間に渡る個々のパルスの特性を用いて、衝撃工具によって締着具に与えられているトルクを動的に計算するためのシステムまたは方法が無かった。それ故、一層良好に衝撃工具を制御して、衝撃工具による締着具または他のシャフトの締め付け不足または締め付け過ぎ及びゆるみを阻止するためのこのようなシステムに対する必要性が残されている。

衝撃工具は、本体を締め付けるまたはゆるめるために、本体に取り付けられたアンビル上に一連の力ブロー（打撃）を用いる。螺状のジョイントの場合には、衝撃工具は、ジョイントにおける螺状のシャフト部分を回転させるために、締着具の端部における頭部の側上に一連の短期間の力ブローを用いる。アンビル上のせん断応力を表すパルスは、衝撃工具がアンビルを衝撃したときに発生し、運動エネルギがジョイントに伝達される。

衝撃工具の各パルスは、ほぼ同じパルス幅（すなわち、持続期間）を有するが、トルクの振幅は、図１に示されるように時間に渡って僅かに変化する。個々に見ると、個々のパルスは、衝撃工具の締め付けプロセスの非線形性質のために締着具内のトルクに関する情報を提供しないと考えられてきた。従って、本発明以前には、衝撃工具を用いた締着具内の瞬間トルクを決定することが困難であり、このように、衝撃工具は、過去においては制御が制限されていた。今や、図２に示されるように、単一のパルスによって表わされる応力は、衝撃の時点におけるジョイント上のトルクに比例していることが分かってきており、そして該パルスによって表わされる応力は、締め付けシーケンスが完了した後のジョイント上の静的トルクにも比例するということが分かってきた。従って、各パルスは、締着具本体に与えられる実際のトルクに関して重要な情報を担持している。

従って、本発明の主な目的は、正確な関係式を知ること無く、衝撃工具のパルスと残留トルクとの間の相関関係を示すパラメータのセットを用いて、衝撃工具によってシャフトに与えられる実際のトルクを決定するためのシステム及び方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、個々のパルスに関する情報を用いて、パルスを、締着具本体における残留トルクを相関させるためのシステム及び方法を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、非線形パルス情報を、最も適合した方法を用いて、トルクの線形表現に変換することにより、トルクを決定するためのシステム及び方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、非線形パルス情報を、トルクの非線形の単純化された表現に変換することにより、トルクを決定するためのシステム及び方法を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、ミリボルト（すなわち、振幅）、ミリ秒（すなわち、持続期間）、ミリボルト−ミリ秒（すなわち、領域もしくは面積）、及び数値的な数（すなわち、パルスの数、締着具の数）で表現されたパルス特定情報を用いることによりトルクを決定するためのシステム及び方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、衝撃工具内の安価な埋設された制御器上で容易に履行されることができるトルクを決定するためのシステム及び方法を提供することである。

本発明のこれら及び他の目的並びに特徴は、締着具に印加されるトルクを決定するための方法であって、締着具にトルク・パルスを適用するステップと、トルク・パルスの時間−振幅の形状を表わす信号を検出するステップと、トルク・パルスを近似する式を適合させるステップと、締着具に印加されているトルクを決定するために式を処理するステップと、該トルクを、予め設定されたトルク対象と比較するステップと、該トルクが予め設定されたトルク対象よりも小さいならば、締着具に第２のトルク・パルスを印加するステップと、を含む方法によって、実施されかつここに充分に記載されるように達成される。

適合される式は、それに制限されるものではないが、パルスの正の振幅、負の振幅、正の振幅から負の振幅を差し引いた絶対値、パルス曲線の正の部分の積分された面積、パルス曲線の負の部分の積分された面積、正の部分の持続期間、負の部分の持続期間、正の振幅から正の振幅の５０％までの面積、負の振幅から負の振幅の５０％までの面積、正の振幅の５０％において測定された正の部分の持続期間、負の振幅の５０％において測定された負の部分の持続期間、正のパルスの開始と実際のパルスのピーク振幅との間の時間、負のパルスの開始と実際のパルスのピーク振幅との間の時間、及び第１及び第２のトルク・パルスのピーク間の時間、を含む１つまたは複数のパラメータを含む。トルク・パルスを表す式は線形または非線形であり得る。

本発明の目的及び特徴は、また、締着具の締め付けシーケンス中に複数のトルク・パルスを生成するための装置であって、衝撃工具と、衝撃工具に接続されるシャフトと、シャフトに結合されるトルク・トランスデューサと、トルク・トランスデューサに近接したセンサと、制御器と、を含む装置によって達成される。前記制御器は衝撃工具を可能化して、シャフトに１つまたは２つ以上のパルスを印加し、センサからの信号を受信し、該信号を監視して条件付けし、該信号を近似する式を選択し、締着具上のトルクを得るために該式を処理し、そして、前記制御器は衝撃工具を不能化する。本発明の一実施形態においては、衝撃工具は、空気圧トルク・レンチである。

本発明の他の目的、特徴並びに利点は、参照図面と共に為される以下の本発明の詳細な説明から当業者には明らかとなるであろう。

本発明においては、幾つかの好適な実施形態が説明の目的のために記載される。まず、本発明の衝撃工具のブロック図である図３を参照すると、本体３０２を有する衝撃工具３０と、該本体３０２に接続されたシャフト３０４とが示されている。トルク・トランスデューサ３０６は、シャフト３０４上に配置されて、それを取り巻いている。トルク・トランスデューサ３０６は、磁界センサ（図示せず）を含んでいる。

衝撃工具３０は、エアー・コンプレッサのような遠隔の空気駆動器源３０８に接続されている。

シャフト３０４は、締着具４０に結合されるよう適合されている。締着具４０は、ヘッド部４０２と、螺状の（ねじ切りされた）シャフト部４０４とを有している。ヘッド部４０２は、当該技術分野で良く知られている、例えば、六角形のヘッドであって良い。シャフト３０４は、シャフト３０４の端部に装着されたアンビルまたは他の装置（図示せず）を用いて締着具４０に結合され得る。

以下に示すもの以外に本発明のシステムは、衝撃工具３０及び制御器３１０に関して、Ｃｒｉｐｅ等に与えられた米国特許第６，６５５，４７１号に開示されたものと類似しており、その米国特許の内容は、参照によりここに組み込まれている。本発明の制御器３１０は、上述の米国特許によって開示されているもの以外の回路を含んでおり、該回路は、図１及び２に示されたパルス信号をディジタル化してパースし（ｐａｒｓｉｎｇ）、そして、上述のトルク値を計算するために必要とされる論理段階を用いた適切なプログラム・ルーチンを選択して実行する機能を行うよう適合されている。１２ビットＡ／Ｄ変換器を有する４０ＭＨｚプロセッサが本発明の実施形態にとって好適であるが、１０ビットＡ／Ｄ変換器を有する２０ＭＨｚプロセッサも有用である。制御器３１０は、衝撃工具本体３０２内に配置された所望の態様でプログラミングされたマイクロプロセッサベースのディジタル制御器内に埋設されて良く、または開示された機能を達成するよう衝撃工具３０にハードワイヤードされるアナログの電気要素であって、図３に制御器３０２の点線の外形によって示されているように衝撃工具本体３０２の外部に配置されて良い。

本発明の好適な実施形態においては、トルク・トランスデューサ３０６は、出力シャフト３０４に与えられているトルクの量に関する出力シャフトに近接した磁界を生成する、磁気弾性トルク・トランスデューサである。例えば、Ｇａｒｓｈｅｌｉｓに与えられ、その開示内容が参照によりここに組み込まれている、米国特許第６，０４７，６０５号に開示されているような磁気弾性トルク・トランスデューサが、好適な実施形態において用いられ得る。シャフト３０４は、衝撃工具の出力シャフトであって良く、または従来の衝撃工具を本発明の制御システムとレトロフィットさせるために適切なシャフト伸張部であって良い。

トルク・トランスデューサ３０６からの出力は、（図１及び２に示されるようにゼロ・ボルトに正規化された）２．５ＶＤＣに中心を持つ０〜５ボルト（直流電流）（ＶＤＣ）信号である。すなわち、衝撃工具３０がリセットにあるとき（トルクが無い）、出力信号は、公称的に２．５ＶＤＣ（すなわち、正規化されたゼロ・ボルト）にあるであろう。衝撃工具３０が締着具４０に締め付けトルクを印加しているとき、信号応答は、一次パルスが約２．５ＶＤＣであり、二次の反動（リコイル）パルスが２．５ＶＤＣよりも小さい、図２に示されるものと類似しているであろう。衝撃工具３０が締着具４０に非締め付け（ｕｎ−ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ）トルクを印加しているときは、該応答は図２の逆であり、一次パルスは２．５ＶＤＣ以下であり、二次の反動パルスは、２．５ＶＤＣよりも大きいであろう。

本発明の好適な実施形態においては、制御器３１０は、ＰＣＢ３２、ＰＣＢ５０及びＰＣＢ５１（図示せず）として示される３つの別々のプリント回路板を用いている。ＰＣＢ３２のプリント回路板は、データ取得のような一般の読み出し機能や、シリアル・ポート（図示せず）を介する通信や表示を行う汎用目的の装置である。ＰＣＢ３２は、また、ソレノイドを活性化するというような或る制御機能を実行する能力をも有している。それはまた、アプリケーションの需要に応じて他のモジュール式のプリント回路板上に追加するよう拡張されることもできる。

ＰＣＢ５０は、磁界センサから入力される信号を受信し、該信号を電圧出力に変換するよう設計された回路を含む。これは、衝撃工具３０からの信号を直接に受信するよう整列した第１のプリント回路板である。これの出力は、ＰＣＢ５１のインターフェース・カードに供給される。

ＰＣＢ５１は、高い処理速度で衝撃信号を処理するための回路を含む。このプリント回路板は、また、以下に説明するように、ソフトウェアに埋設された、トルクの予測及び決定を行うアルゴリズムをホストする。

本発明の方法を、図４で始まる種々のプロセス・フローチャートを参照して説明する。図４は、本発明の好適な実施形態のプロセス・フロー図である。図４及び図５ａ〜５ｄに示されるように、本発明の方法は、例えば、衝撃工具を用いて締着具にトルク・パルスを印加することを含む。トルク・パルスを印加した後、システムは、示されているようなトルク・パルスの時間−振幅波形を表わす信号を検出する。図２は、波形がどのように見え得るかということを示す。次に、制御器のソフトウェアは、トルク・パルス波形に近似する線形の式に適合する（または、それが最高のものを見つけるために幾つかの異なった式に適合する）一連のルーチンを実行する。次に、プロセッサは、締着具に印加されているトルクを決定するためにその式を解く。該トルクの値は、システム・オペレータによって入れられた（または、予め設定されて制御器のソフトウェアにコード化されていた）予め設定されたトルク目標と比較される。最後に、該トルク値が予め設定されたトルク目標よりも小さい場合には（または、システム・オペレータによって入れられ得る（または、予めセットされ得る）１０パーセントのようなトルク目標の許容範囲内の場合には）、第２のトルク・パルスが締着具に印加される。

図４を参照すると、システムの初期設定プロセス・ステップ４０２、主プロセス・ループ・ルーチン４０４、プロセス決定ステップ４０６、プロセス・ステップ４０８、及びプロセス・ステップ４１０が示されている。図４に示されるプロセス及び決定ステップは、制御器３１０内に埋設され、入力／出力機能を達成してユーザに対するインターフェース（すなわち、キーボードを走査し、ディスプレイを更新し、パラメータ変化を受け入れる、等のルーチン）として作用するようにプログラミングされている。ユーザの入力／出力インターフェースとして働くことに加えて、図４に示されるステップは、締め付けイベントの前後で遠隔の空気駆動源３０８を可能化及び不能化するよう設計されている。

さて、本発明のもう１つのプロセス・フロー図である図５ａを参照すると、締着具４０に印加されているトルクを決定する変換式を実行するインターラプト・サービス・ルーチンが示されている。本発明の好適な実施形態においては、該変換式は、締着具４０に装着されたアンビル上のせん断応力と、締着具４０に印加されている実際のトルクとの間の相関関係に基づいている。その相関関係は、
ｙ＝ｆ（ｘ）
として特徴付けられ得、ここに、ｙは、締着具４０のジョイント上のトルクであり、ｘは、アンビル上の応力である。

トルク・トランスデューサ３０６のセンサからのパルスは、電子回路及びソフトウェアを用いてディジタル化されかつパースされ、図１に示された個々のパルスを記載している幾つかのパラメータを分離する。これらのパラメータは、これに制限されるものではないが、最大及び最小の正及び負のピークと、正及び負のパルス領域と、正及び負のパルス幅と、正及び負のパルス勾配と、正のピークの絶対値から負のピークの絶対値を引いたものと、正のピークから正のピークの５０％までまたは負のピークから負のピークの５０％まで測定されたパルス領域と、正または負のピークの５０％におけるパルス幅と、パルスの開始と実際のパルス・ピークとの間の時間と、引き続く正のピーク間の時間として測定された衝撃（すなわち、ピーク・タイミング）間の時間と、を含み得る。

相関関係は、これらのパラメータφ_０…φ_ｋの与えられたサブセットと、締着具４０のトルクとに対して示され得て、関数ｆ（ｘ）が、一層簡単な関数φ_０（ｘ），φ_１（ｘ），… φ_ｋ（ｘ）を用いて近似化されるのを許容する。関数が一緒に加えられる場合、ｆ（ｘ）は、線形表現

となり、ここに、β_０．．．β_ｋは、相関関係の係数である。次に、最小二乗法が、線形表現のための係数β_０．．．β_ｋを決定するために用いられ得る。

一層単純化された項において、上述は以下のように表現され得る。

ここに、ｆは、スケーリング・ファクタである。

係数β_０．．．β_ｋを計算するために、与えられたパラメータのセットを締着具４０上の既知のトルクに関連させる幾つかのデータ・サンプルが集められる。サンプルの数ｎは、用いられた係数の数ｋよりも大きくなければならない。サンプルに対するパラメータは、次に、行列A及びベクトルYに編成され、ここに，ｓは、与えられたサンプル・ラン（ｒｕｎ）を表わす。

行列式、ＡＢ＝Ｙ＋Ｅは、関係を記載している。ベクトルＥは、トルクの単位で測定された各計算と関連した誤差である。係数を計算するために、誘導（ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎｓ）の二乗の合計は、以下のように定義される。

係数、β、は、Ｓが最小値をとるような方法で決定され得る。これを達成する１つの方法は、以下の合計を示すことである。

これらの表現から、以下の行列式が得られる。

行列反転及び乗算を用いて、最良適合のセットβ’が計算され得る。与えられたサンプルに対する係数の正確さは、該係数をサンプル行列に適用して、その結果を記録されたトルクの読みと比較することにより計算され得る。

パルス曲線を線形表現に変換する上述の技術は、計算を簡単にして計算を実行するために必要とされる時間を減少するということについて好都合であり、このことは、プロセッサ速度を選択してプログラミング・ルーチンをコーディングするということにおいて、重要な考察事項であるけれども、線形及び非線形の双方の他の表現も本発明によって意図される。それは、各衝撃工具が、異なった数学的表現を用いて実際のトルクと相関されることを必要とし得る僅かに異なったパルスを創成し得るからである。本発明は、トルクの値を決定するために、入手可能な最良のデータに基づいて、パラメータのどの表現及びセットが用いられるべきかを決定するに際し、専門家（エキスパート）がたどり得る考えられた処理及び手順を模擬するように設計された、エキスパート・システムとして知られている人工知能技術を用いることを意図している。本発明によって意図されているもう１つの方法は、ディジタル化されかつパースされたパルス・データを取り扱うことができ、そしてトルクの値を決定するためにパルスの所望の数学的表現が発見されるまで制御器３１０によって順次的に実行する、幾つかの異なった線形及び非線形表現を包摂する多数のルーチンを単にコード化することである。

再度、図５ａを参照すると、インターラプト・サービス・ルーチン５０２は、ステップ５０４においてトルク・トランスデューサ３０６のセンサのＡ／Ｄ変換器（図示せず）を連続的に走査する。インターラプト・ルーチン５０２は、図４に示される入力／出力プロセス及び決定ステップに対して優先順位を有することを理解すべきである。信号が一度検出されると、プロセス・ステップ５０６は、システム・タイマを実行して更新する。次に、プログラムは、ＳＥＴＴＬＥモードであるプロセス・ステップ５０８における３つの一次モードの第１のものに入る。ＳＥＴＴＬＥモードは、約２０ミリ秒の間実行するようプログラミングされている。

ＳＥＴＴＬＥモードは、衝撃の末端が検出された後すぐか、もしくは非締め付け（逆の）衝撃が検出されたときに、入られる。このモードにおいては、センサ入力が未だ解決されていないという理由で、可変のＤＣＢＩＡＳに対する値が計算されていない。可変のＤＣＢＩＡＳは、ゼロ・トルク（ゼロ電圧）基準を創設する計算された値に設定される。これは、理論的にはゼロ・ボルトであるが、実際にはゼロではないかも知れない、センサのゼロ・トルク出力のドリフトまたはオフセットを補償するために用いられる。

決定ステップ５１０において、アルゴリズムは、“Ａ”で表わされた別のルーチンに分岐するか、またはＡ／Ｄ変換器入力のリング・バッファが更新される、プロセス・ステップ５１２に続く。決定ステップ５１４においては、ＤＣＢＩＡＳの値が計算されて、インターラプト・サービス・ルーチン５０２が主プロセス・ループ４０４（図４）に戻されるか、または、プログラムが３つの一次モードの第２のもの、ＲＥＳＴモード、に在るか否かをチェックした後にプログラムがプロセス・ステップ５１８におけるＳＥＴＴＬＥモードに入るか、のいずれかが行われる。

システムのＲＥＳＴモードは、デフォルト・モードである。このモードにおいては、インターラプト・サービス・ルーチン５０２は、約１５ＫＨｚで走行される。トルク・トランスデューサ３０６のセンサが走査されて、もし、衝撃が検出されないならば、インターラプト・サービス・ルーチン５０２が幾つかのタイマ・ハウス・キーピングを行ってＤＣＢＩＡＳの値を更新する。

さて、図５ａのプロセス・フロー図の続きである図５ｂを参照すると、図５ａにおいて“Ａ”で表わされたプログラム・ルーチンが示されている。このルーチンは、システムの３つの一次モードの第３のもの、ＩＭＰＡＣＴモード、である。締め付け衝撃がステップ５２２で検出されたときに、このモードに入れられる。プロセス・ステップ５２４において、パラメータ・レジスタ（例えば、パルス・カウンタ）が初期化される。決定ステップ５２６において、プログラムは、“Ｂ”で表わされた別のルーチンに分岐するか、または、ステップ５３０におけるパルス・カウンタを最初に履行することによって、衝撃走行ループ５２８に続いて実行するか、のいずれかが行われる。衝撃ラン（走行）ループ５２８は、２つのサブモード、ＡＣＱＵＩＳＩＴＩＯＮループ５３２及びＷＡＩＴループ（以下に説明する；図５ｄを参照）を有する。

さて、図５ｂのプロセス・フロー図の続きである図５ｃを参照すると、図５ｂにおいて“Ｃ”で表わされたプログラム・ルーチンが示されている。制御器３１０がＩＭＰＡＣＴモードに入ると、それは、衝撃工具３０がパルスを生成するのを停止するまで（または、パルスの最大数がパルス・カウンタの変数によって検出されるまで）、インターラプト・サービス・ルーチンを出ない。プロセス・ステップ５３６において、それは、（制御器３１０と関連したマイクロプロセッサの速度に依存した）約４０ＫＨｚでトルク・トランスデューサ３０６のセンサを走査する。

制御器３１０は、決定ステップ５３８においてそれが衝撃の末端を検出したとき（すなわち、決定及びプロセス・ステップ５４２、５４４、５４８、５５０及び５５２における計算されたＤＣＢＩＡＳの電圧値を考慮して、信号が負の電圧信号から正の電圧信号に横切ったとき）、トルク・トランスデューサ３０６のセンサを走査するのを停止する。次に、制御器３１０は、プロセス・ステップ５４０において、トルク予測式を実行し、ステップ５４６において、トルクの値を計算する。計算されたトルクの値が、入力された目標トルクの値と、許容範囲（例えば、１０％）内で一致するならば、制御器３１０は、遠隔の空気駆動源３０８（図３）を非係合とし、そして、締め付け／非締め付けシーケンスが終わる。

さて、図５ａ、５ｂ及び５ｃのプロセス・フロー図の続きである図５ｄを参照すると、図５ｂに“Ｂ”で表わされているプログラム・ルーチンが示されている。このルーチンは、ＷＡＩＴモードである。このモードにおいて、制御器３１０は、次の衝撃パルスを待機する。一般に、衝撃間の時間は、衝撃工具３０に依存して、およそ５０ミリ秒である。変換計算は、トルクの値を評価するためにパラメータのどれだけ多くの数学的表現のサブセットを用いるかに依存して、約５ミリ秒かかる。制御器３１０は、センサを安定させるのを許容するようトルク・トランスデューサ３０６のセンサを走査する前に、もう１つの約２０ミリ秒を待機する。この時間中、制御器３１０は、プロセス・ステップ５６０及び５６２における次のパルスを検出することを試みて、約４０ｋＨｚ（再度、マイクロプロセッサのクロック速度に依存する）における締め付け走査ループにある。もし、パルスが質問ステップ５６４において検出されないならば、ＤＣＢＩＡＳの値は、プロセス・ステップ５６６において再計算される。もし、パルスが質問ステップ５６４において検出されるならば、制御器３１０は、再度、ＡＣＱＵＩＳＩＴＩＯＮループ５３２に入り、そして、すべてに渡って開始する。質問ステップ５６８における約２００ミリ秒のプリセット期間において、どんなパルスも検出されないならば、次に、制御器３１０は、プロセス・ステップ５７０においてタイム・アウトし、ラン（走行）は、終了と考慮されるであろう。制御器３１０は、次に、ＲＥＳＴモードに入り、そして、インターラプト・サービス・ルーチン５０２を出るであろう。インターラプト・サービス・ルーチン５０２を一旦出ると、図４に示されるユーザの入力／出力サービス・ルーチンが再度走行することができ、計算されたトルクは、ディスプレイ・スクリーン（図示せず）上に表示される。

プロセス・ステップ５２４（図５ｂ）において初期化されたカウンタの１つは、如何に多くの非締め付けシーケンスが発生したかに関する軌跡を保持するカウンタである。これは、ラグ・ナットの全てが再取り付けされるということを確実にするために、車輪変更応用において用いられる。車輪が取り外されてまた車両上に装着されたとき、制御器３１０は、締め付けシーケンスの数を非締め付けシーケンスの数と比較する。それらが同じでないならば、ディスプレイは、エラー・メッセージを示す。

本発明の特定の実施形態、対象及び目的に関連させて本発明を説明してきたけれども、上述したもの以外に本発明の種々の変更が、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく用いられ得るということは、当業者に理解されるであろう。

衝撃工具によって生成された一連のパルスの振幅における時間シリーズ変化を示すグラフである。 衝撃工具によって生成された単一のパルスの振幅における時間シリーズ変化を示すグラフである。 本発明による衝撃工具を示すブロック図である。 本発明の好適な実施形態のプロセス・フロー図である。 図４のプロセス・フロー図の続きである。 図５ａのプロセス・フロー図の続きである。 図５ｂのプロセス・フロー図の続きである。 図５ｃのプロセス・フロー図の続きである。

符号の説明

３０ 衝撃工具
３０２ 衝撃工具本体
３０４ シャフト
３０６ トルク・トランスデューサ
３０８ 空気駆動器源
３１０ 制御器
４０ 締着具
４０２ ヘッド部
４０４ シャフト部

Claims (26)

1. 締着具に印加されるトルクを決定するための方法であって、
   締着具にトルク・パルスを適用するステップと、
   トルク・パルスの時間−振幅の波形を表わす信号を検出するステップと、
   時間−振幅の波形を近似する式を適合させるステップと、
   締着具に印加されているトルクを決定するために式を処理するステップと、
   該トルクを、予め設定されたトルク対象と比較するステップと、
   該トルクが予め設定されたトルク対象よりも小さいならば、締着具に第２のトルク・パルスを印加するステップと、
   を含む方法。
2. 式は、正の振幅、負の振幅、正の振幅から負の振幅を差し引いた絶対値、パルス曲線の正の部分の積分された面積、パルス曲線の負の部分の積分された面積、正の部分の持続期間、負の部分の持続期間、正の振幅から正の振幅の５０％までの面積、負の振幅から負の振幅の５０％までの面積、正の振幅の５０％において測定された正の部分の持続期間、負の振幅の５０％において測定された負の部分の持続期間、正のパルスの開始と実際のパルスのピーク振幅との間の時間、負のパルスの開始と実際のパルスのピーク振幅との間の時間、及び第１及び第２のトルク・パルスのピーク間の時間、から成る群から選択される少なくとも１つのパラメータを含む請求項１に記載の方法。
3. トルク・パルスのための式は線形である請求項１に記載の方法。
4. 線形の式は、トルク（ｔｏｒｑｕｅ）の式
   

   

   によって表わされ、ここに、ｔは時間スケールであり、β_０…β_３は相関係数であり、サンプル・ランからのデータを収集した後、最小二乗法を用いて決定され、φ_０（ｔ）は、トルク・パルスの正の最高のピーク振幅を表わし、φ_１（ｔ）は、トルク・パルスの負のピーク振幅を表わし、φ_２（ｔ）は、トルク・パルスの正の面積を表わし、そして、φ_３（ｔ）は、トルク・パルスの正の幅を表わす請求項３に記載の方法。
5. 相関係数は、関数Ｓ
   

   

   を最小にすることによって決定される請求項４に記載の方法。
6. トルク・パルスのための式は非線形である請求項１に記載の方法。
7. 信号を、トルク・パルスを表わす式に変換するステップは、一組の数学的表現から１つの数学的表現を選択することによって、そして、一組のパラメータから、トルク・パルスを記載する少なくとも２つのパラメータを選択することによって達成される請求項１に記載の方法。
8. 信号は、シャフトに関連した磁石弾性トルク・トランスデューサとシャフトに近接した誘導コイルとによって生成される請求項１に記載の方法。
9. 衝撃工具は、トルク・パルスを締着具に印加するために用いられる請求項１に記載の方法。
10. 衝撃工具は、空気駆動されるトルク・レンチである請求項１に記載の方法。
11. 締着具に印加されるトルクを決定するための方法であって、
    締着具の締め付けシーケンス中に、持続期間と振幅を有する複数のトルク・パルスを締着具に適用するステップと、
    トルク・パルスの各々の時間−振幅の波形形状を表わす信号を検出するステップと、
    該信号を、トルク・パルスの各々を表わす数学的表現に変換するステップと、ここに、該数学的表現は、トルク・パルスの少なくとも振幅及び持続期間を表わすパラメータを含み、
    トルク・パルス中に締着具に印加されるトルクを得るために、該数学的表現を処理するステップと、
    トルクが予めセットされたトルク対象にほぼ等しいならば、締着具締め付けシーケンスを終結するステップと、
    を含む方法。
12. 数学的表現は、正の最大振幅、負の最大振幅、正の振幅から負の振幅を差し引いた絶対値、パルス曲線の正の部分の積分された面積、パルス曲線の負の部分の積分された面積、正の部分の持続期間、負の部分の持続期間、正の振幅から正の振幅の５０％までの面積、負の振幅から負の振幅の５０％までの面積、正の振幅の５０％において測定された正の部分の持続期間、負の振幅の５０％において測定された負の部分の持続期間、正のパルスの開始と実際のパルスのピーク振幅との間の時間、負のパルスの開始と実際のパルスのピーク振幅との間の時間、及び引き続く正のピーク振幅間の時間、から成る群から選択される少なくとも１つの追加のパラメータをも含む請求項１１に記載の方法。
13. トルク・パルスのための数学的表現は、線形表現である請求項１１に記載の方法。
14. 線形の数学的表現は、トルク（ｔｏｒｑｕｅ）の式
    

    

    によって表わされ、ここに、ｔは時間スケールであり、β_０…β_３は相関係数であり、サンプル・ランからのデータを収集した後、最小二乗法を用いて決定され、φ_０（ｔ）は、トルク・パルスの正の最高のピーク振幅を表わし、φ_１（ｔ）は、トルク・パルスの負のピーク振幅を表わし、φ_２（ｔ）は、トルク・パルスの正の面積を表わし、そして、φ_３（ｔ）は、トルク・パルスの正の幅を表わす請求項１３に記載の方法。
15. 相関係数は、関数Ｓ
    

    

    を最小にすることによって決定される請求項１４に記載の方法。
16. トルク・パルスのための数学的表現は、非線形である請求項１１に記載の方法。
17. 信号を、トルク・パルスを表わす数学的表現に変換するステップは、一組の数学的表現から１つの数学的表現を選択することによって、そして、一組のパラメータから、トルク・パルスを記載する少なくとも２つのパラメータを選択することによって達成される請求項１１に記載の方法。
18. 信号は、シャフトに関連した磁石弾性トルク・トランスデューサとシャフトに近接した誘導コイルとによって生成される請求項１１に記載の方法。
19. 衝撃工具は、複数のトルク・パルスを締着具に印加するために用いられる請求項１１に記載の方法。
20. 衝撃工具は、空気駆動されるトルク・レンチである請求項１１に記載の方法。
21. 締着具の締め付けシーケンス中に複数のトルク・パルスを生成するための装置であって、
    衝撃工具と、
    衝撃工具に動作的に接続されるシャフトと、
    シャフトに結合されるトルク・トランスデューサと、
    トルク・トランスデューサに近接したセンサと、
    制御器と、
    を備え、前記制御器は衝撃工具を可能化して、シャフトに１つまたは２つ以上のパルスを印加し、センサからの波形信号を受信し、該信号を監視して条件付けし、該信号を近似する式を選択し、締着具上のトルクを得るために該式を処理し、そして、前記制御器は衝撃工具を不能化し、ここに、前記式は、１つまたは２つ以上のパルスの時間−振幅曲線を表わし、かつ、振幅、持続期間、及び時間−振幅曲線下の面積に対するパラメータを含む装置。
22. 衝撃工具は、空気圧トルク・レンチである請求項２１に記載の装置。
23. 前記式は線形である請求項２１に記載の装置。
24. 線形の式は、トルク（ｔｏｒｑｕｅ）の式
    

    

    によって表わされ、ここに、ｔは時間スケールであり、β_０…β_３は相関係数であり、サンプル・ランからのデータを収集した後、最小二乗法を用いて決定され、φ_０（ｔ）は、トルク・パルスの正の最高のピーク振幅を表わし、φ_１（ｔ）は、トルク・パルスの負のピーク振幅を表わし、φ_２（ｔ）は、トルク・パルスの正の面積を表わし、そして、φ_３（ｔ）は、トルク・パルスの正の幅を表わす請求項２３に記載の装置。
25. 相関係数は、関数Ｓ
    

    

    を最小にすることによって決定される請求項２４に記載の装置。
26. 式は非線形である請求項２１に記載の装置。

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