JP2019502566A - 衝撃レンチの回転検出 - Google Patents

Abstract

衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角変位量と、パワーレンチの衝撃ユニット（１２）とパワーレンチハウジングとの間の角度測定により求められた角変位量との偏差を検出する方法であって、第１の送り出された衝撃（Ａ）および引き続く第２の送り出された衝撃（Ｂ）の終了点（Ａ_E，Ｂ_E）相互間の角度間隔（ΔΦ₁）を第２の送り出された衝撃および引き続く第３の送り出された衝撃（Ｂ，Ｃ）の開始点（Ｂ_S，Ｃ_S）相互間の角度間隔（ΔΦ₂）と比較し、衝撃送り出し中にパワーレンチハウジング（１０）の生じている角変位量がこれら２つの角度範囲（ΔΦ₁，ΔΦ₂）相互間の差として検出可能であることを特徴とする方法。

Description

本発明は、衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角変位量と、パワーレンチのパワーレンチハウジングと衝撃ユニットとの間で測定された角変位量との偏差を検出する方法および装置に関する。

送り出されたトルクインパルスの続く時間が短いという動的特性のゆえに、この種のパワーレンチにおいて実際に送り出された出力トルクの大きさを測定する上で問題がある。ねじ継手中の漸変摩擦抵抗に起因して、トルクレベルは、実際に得られた圧締め力の決定的な測定結果では全くあり得ない。したがって、ねじ継手に加えられたトルクを求めようとする代わりに、トルクインパルスの繰り返しによってねじ継手に加えられた回転増分の合計を測定してこれを定めることによってより信頼性の高い圧締め力を求める。実際のねじ継手のあらかじめ定められた角度と圧締め力の関係、すなわち、ねじ継手のねじ山のピッチを考慮して、回転増分合計は、ねじ継手中に得られるある特定の圧締め力に対応している。したがって、出力シャフトの全回転移動量は、パワーレンチの衝撃ユニットのところに設けられた角度エンコーダによって指示できる回転増分を集計することによって得られる。

実際には、これは、パワーレンチハウジングに対する衝撃ユニットの慣性駆動部材の回転増分を測定し、そしてこれら増分の合計を求めることによって行われていた。しかしながら、これは、パワーレンチハウジングが締め付け作業中、絶対に動かないままの状態である場合にのみ締め付け中のねじ継手に課される回転量の正確な情報を与える。しかしながら、パワーレンチハウジングの幾分かの回転変位が起こった場合、パワーレンチ衝撃ユニットにおける角度の測定は、誤りを招く場合があり、しかもねじ継手の実際に得られる回転移動量に対応していない。このことは、衝撃ユニットで測定される回転増分がねじ継手中に実際に得られる締め付けレベルについて誤った情報を与える。

したがって、ねじ継手に課される真の回転量を確認する上での問題があり、というのは、この種の手動支持式ツールがトルク送り出し中にレンチハウジングを動かない状態に保つオペレータの能力にかかっているからである。幾つかの場合において、衝撃レンチは、トルク送り出し中にレンチハウジングに伝達される反力に起因して逆方向に幾分か回転する傾向のある場合がある。他の場合、オペレータは、意識的であるにせよそうでないにせよいずれにせよ、締め付け方向にレンチハウジングを回す場合があり、これによっても、レンチの角度エンコーダにより指示される回転増分を締め付け中のねじ継手に課される実際の回転移動量に関して誤認させる。

このことは、オペレータがパワーレンチハウジングを動かないようにするのをうまく行わず、すなわち、締め付け中、ハウジングの回転変位を阻止するのをうまく行わない場合、衝撃機構体の角度エンコーダから得られたデータは、得られたねじ継手回転およびかくしてねじ継手の締め付けレベルに関する真の情報を与えることがないことを意味している。

本発明の目的は、手動支持式衝撃型パワーレンチにより締め付け中にねじ継手に実際に課される回転移動量がレンチの衝撃ユニットのところに設けられた角度エンコーダによって指示されるレンチの出力シャフトの回転増分の合計に対応するかどうかを判定する方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、引き続く衝撃の送り出し時にレンチハウジングに対する衝撃ユニットの角度変位量を互いに比較することによって手動支持式衝撃型パワーレンチにより締め付け中にねじ継手に実際に課される回転移動量がレンチの衝撃ユニットのところに設けられた角度エンコーダによって指示されるレンチの出力シャフトの回転増分の合計に対応するかどうかを判定することを提供することにある。

これら目的または他の何らかの目的は、添付の特許請求の範囲に記載された方法および装置によって達成される。

本発明は、締め付け中のねじ継手に実際に課される回転移動量とパワーレンチの衝撃発生ユニットについて測定された角変位量との偏差を検出し、それによりねじ継手締め付け作業中におけるパワーレンチハウジングの生じている回転変位量を検出することを目的としている。具体的に言えば、本発明は、作業中に衝撃レンチのトルク衝撃発生ユニットの個々の移動量を研究して分析し、それにより送り出されたトルクインパルスによって達成される締め付け結果を検証するのを可能にする。個々の移動量を研究して分析すると、ジャイロを用いないで偏差を求めることができる。

一実施形態によれば、衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角変位量と、パワーレンチのパワーレンチハウジングと衝撃ユニットとの間で測定された角変位量との偏差を検出する方法が提供される。この方法では、第１の送り出された衝撃の終了点と引き続く第２の送り出された衝撃の終了点との間の第１の角度間隔を求め、第２送り出し衝撃の開始点と引き続く第３の送り出された衝撃の開始点との間の第２の角度間隔を求める。第１の角度間隔を第２の角度間隔と比較して第１の角度間隔と第２の角度間隔との差を求める。次に、第１および第２の角度間隔（ΔΦ₁，ΔΦ₂）相互間の求めた差に基づいて、衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角度変位量と、パワーレンチのパワーレンチハウジングと衝撃ユニットとの間で測定された角度変位量との偏差が存在するかどうかを判定する。それゆえ、継手の締め付け中におけるパワーレンチの回転運動によって生じるねじ、ナットまたはボルトの測定された角度回転量と実際の角度回転量の偏差は、第１の角度間隔と第２の角度間隔の差を検出することによって検出できる。これら測定値を追加のセンサ、例えばジャイロを用いないで記録することができ、そしてかくして、検出をそれほど追加のコストなしで実施できる。

一実施形態によれば、引き続く送り出しトルク衝撃の終了点および開始点をパワーレンチの衝撃ユニットのある特定の回転速度変化レベルとして選択する。

一実施形態によれば、第１および第２の角度間隔相互間の求めた差とあらかじめ設定されたしきい値との比較に基づく偏差が存在するかどうかの判定は比較に基づく。

一実施形態によれば、第１の角度間隔と第２の角度間隔との間の偏差が存在すると判定された時点で警告信号を出力する。

本発明はまた、本方法を実施するための命令を含むコンピュータプログラム製品および本方法を利用することができる様々な装置、例えばパワーレンチまたはパワーレンチに連結された制御ユニットおよびパワーレンチを制御する装置に及ぶ。本発明の更に別の目的および更に別の利点は、以下の説明および特許請求の範囲の記載された明らかであろう。

次に、添付の図面を参照して以下の説明および特許請求の範囲において本発明を更に詳細に説明する。

衝撃型パワーレンチの部分断面概略側面図であり、角度エンコーダ付きのインパルス発生ユニット示す図である。 パワーレンチハウジングに対するパワーレンチ衝撃発生ユニットの慣性駆動部材の経時的な角速度を示すグラフ図である。 角度偏差を検出する際に実施される幾つかの手順としてのステップを示す流れ図である。

本発明の方法は、回転モータおよび衝撃発生ユニット１２を備えた手動支持式ハウジング１０を有するインパルス型パワーレンチに利用されるようになっている。衝撃発生ユニット１２は、モータに結合されるとともに運動エネルギーを典型的には手持ち型のパワーレンチの出力シャフト１４に連結されたアンビル部材に間欠的に伝えるよう構成された慣性駆動部材１３を有する。エネルギー伝達は、衝撃発生ユニット内に閉じ込められた油圧媒体を介して達成される。衝撃発生ユニットがありふれた周知形式および設計のものなので、それ以上の詳細な説明は本明細書では差し控える。

衝撃発生ユニットは、発生させた各トルク衝撃中にハウジング１０に対する衝撃ユニット１２の慣性駆動部材１３の回転移動量を指示して測定し、それにより出力シャフト１４の回転変位量およびかくして締め付け中のねじ継手の段階的角変位量の測定を可能にする角度センサ、例えば角度エンコーダ１６を更に含む。これら角変位量の合計は、ねじ継手中に得られる圧締め力に対応している。これは、ねじ継手のねじ山ピッチを考慮すると容易に計算できる。図１に示されている実施形態としての角度エンコーダ１６は、従来形式のものであり、この角度エンコーダは、慣性駆動部材１３に取り付けられていて多数の磁化横方向ストライプを有する円周方向バンド１７を有する。他の角度センサを他の実施形態において使用することができる。センサ１８が慣性駆動部材１３の回転時にバンド１７の磁化ストライプによって活性化される状態でハウジング１０内に固定されている。

図２の回転速度／時間のグラフ図は、３つの引き続くトルク衝撃の部分を示しており、これら衝撃の開始点ならびに終了点が指示されている。グラフ図の左側には、第１の衝撃Ａの終了点Ａ_Eがハウジングに対する慣性駆動部材のある程度の回転速度増加度として選択されている。次の衝撃Ｂの次に、慣性部材の加速段階Ｘが示され、衝撃Ｂの開始点Ｂ_Sは、慣性部材の慣性速度の減少として選択されている。衝撃Ｂは、終了点Ｂ_Eで完了し、そして次に第３の衝撃Ｃが生じ、この第３の衝撃Ｃの次に加速段階Ｙが示されている。衝撃Ｃは、開始点Ｃ_Sで始まっている。

点Ａ_S，Ａ_E，Ｂ_S，Ｂ_EおよびＣ_S，Ｃ_Eの各々は、ハウジング１０に対する慣性駆動部材１３の角度位置を表しており、このことは、衝撃Ａの終了点Ａ_Eと衝撃Ｂの終了点Ｂ_Eとの間の角度間隔ΔΦ₁ならびに衝撃Ｂの開始点Ｂ_Sと衝撃Ｃの開始点Ｃ_Sとの間の角度間隔ΔΦ₂を求めることができるということを意味している。

衝撃送り出し中におけるパワーレンチハウジングがトルク衝撃Ａ，Ｂ，Ｃの発生中に完全に動かない状態に保たれた場合、角度間隔ΔΦ₁と角度間隔ΔΦ₂は、同一のはずである。したがって、パワーレンチハウジングの角変位が衝撃送り出し中に起こった場合、角度間隔ΔΦ₁，ΔΦ₂相互間の差を観察することができる。角変位量のかかる差により、パワーレンチハウジングの運動が生じたことおよび慣性駆動部材の角変位量の合計の測定値と計算値が締め付け中のねじ継手に実際に課される角変位量に真の意味では一致していないことが分かる。このことは、ねじ継手の達成された圧締め力または締め付けレベルが衝撃ユニットの慣性駆動部材の角変位量の合計の指示および計算値に真の意味では一致しないことおよび実際に得られた締め付けレベルがねじ継手の品質および安全性を確認するためにチェックされなければならないことを意味している。幾つかの実施形態によれば、ねじ継手を点検すべきことを指示するために表示器、例えば光または音発生装置がパワーレンチに取り付けた状態で設けられまたはパワーレンチを作動するオペレータの近くに設けられる。

図３の流れ図は、本明細書において説明するように本方法を実施する際にコンピュータプログラムによって実行できる幾つかの手順としてのステップを示している。最初に、ステップ３０１では、第１の送り出された衝撃Ａの終了点Ａ_Eと次の第２の送り出された衝撃Ｂの終了点Ｂ_Eとの第１の角度間隔ΔΦ₁を求める。

次に、ステップ３０３では、上述の第２の送り出し衝撃Ｂの開始点Ｂ_Sと次の第３の送り出された衝撃Ｃの開始点Ｃ_Sとの間の第２の角度間隔ΔΦ₂を求める。しかる後、ステップ３０５では、第１の角度間隔ΔΦ₁を第２の角度間隔ΔΦ₂と比較して第１の角度間隔ΔΦ₁と第２の角度間隔ΔΦ₂との差を求める。第１の角度間隔ΔΦ₁と第２の角度間隔ΔΦ₂との生じている差は、パワーレンチハウジング（１０）と衝撃ユニット（１２）との間で測定された角変位量と締め付け中のねじ継手に実際に課された角変位量との偏差を指示している。ステップ３０５において第１の角度間隔ΔΦ₁と第２の角度間隔ΔΦ₂との間に差が存在することが判定された場合、パワーレンチハウジング１０と衝撃ユニット１２との間で測定された角変位量と締め付け中のねじ継手に実際に課された角変位量との偏差がステップ３０７において存在すると判定される。次に、ステップ３０９において、オペレータまたは制御システムに警告する信号を出力してパワーレンチのオペレータにねじ継手に潜在的な劣化を知らせるのが良い。

例示の一実施形態によれば、ステップ３０７において、差があらかじめ設定されたしきい値を超えた場合に、差が存在すると判定される。あらかじめ設定されたしきい値を異なるねじ継手について異なった値に設定することができ、それにより互いに異なるねじ継手について許容できる互いに異なる許容誤差を補償することができる。

幾つかの実施形態によれば、ねじ継手の潜在的に劣化の判定に関するデータもまた、追跡目的でログ記録して特定のパワーレンチまたは特定のオペレータに関する統計データの基礎を作り、それにより特定のパワーレンチまたは特定オペレータに問題があるかどうかを判定するのが良い。これは、例えば、ねじ継手の潜在的な劣化を測定する頻度をある所定の値と比較することによって決定できる。ログ記録されたデータは、例えば、時間、パワーレンチの同一性、オペレータの同一性、および求めた差の大きさのうちの１つまたは２つ以上を含むのが良い。

本発明の方法および装置によって、例えばジャイロの形態をした余分の機器をパワーレンチに追加しないで、締め付け中のねじ継手に課された送り出し締め付け運動の不確実性およびかくしてねじ継手の最終的に得られた締め付けレベルを検出することが可能である。インパルス送り出し中におけるパワーレンチハウジングの生じている角変位量を衝撃ユニット内に設けられた角度センサ、例えば角度エンコーダによって検出することができ、この角度エンコーダは、今日における大抵の衝撃レンチにおける標準機器である。

コンピュータ上で実行される適当なソフトウェアを用いて本方法を実施することができる。ソフトウェアを非揮発性デバイス上に記憶させるのが良い。幾つかの実施形態によれば、パワーレンチはそれ自体、ハードウェア、例えば中央プロセッサユニットおよび本明細書において説明した方法の実施を可能にするソフトウェアを含む関連メモリを収容している。幾つかの他の実施形態によれば、本方法は、パワーレンチから見て遠隔に配置されたパワーツールコントローラで実施される。

Claims (8)

1. 衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角変位量と、前記パワーレンチのパワーレンチハウジング（１０）と衝撃ユニット（１２）との間で測定された角変位量との偏差を検出する方法において、
   ・第１の送り出された衝撃（Ａ）の終了点（Ａ_E）と引き続く第２の送り出された衝撃（Ｂ）の終了点（Ｂ_E）との間の第１の角度間隔（ΔΦ₁）を求めるステップ（３０１）と、
   ・前記第２送り出し衝撃（Ｂ）の開始点（Ｂ_S）と引き続く第３の送り出された衝撃（Ｃ）の開始点（Ｃ_S）との間の第２の角度間隔（ΔΦ₂）を求めるステップ（３０３）と、
   ・前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）を前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）と比較して前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）と前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）との差を求めるステップ（３０５）と、
   ・前記第１および前記第２の角度間隔（ΔΦ₁，ΔΦ₂）相互間の前記求めた差に基づいて、衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角度変位量と、前記パワーレンチの前記パワーレンチハウジング（１０）と前記衝撃ユニット（１２）との間で測定された角度変位量との偏差が存在するかどうかを判定するステップ（３０７）とを含む、方法。
2. 前記引き続く送り出しトルク衝撃（Ａ，Ｂ，Ｃ）の前記終了点および前記開始点（Ａ_E，Ｂ_EおよびＢ_S，Ｃ_S）を前記パワーレンチの前記衝撃ユニットのある特定の回転速度変化レベルとして選択する、請求項１記載の方法。
3. 前記第１および前記第２の角度間隔（ΔΦ₁，ΔΦ₂）相互間の前記求めた差とあらかじめ設定されたしきい値との比較に基づく偏差が存在するかどうかの前記判定は比較に基づく、請求項１または２記載の方法。
4. 前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）と前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）との間の偏差が存在すると判定された時点で警告信号を出力するステップ（３０９）を更に含む、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の方法。
5. 衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角変位量と、前記パワーレンチのパワーレンチハウジング（１０）と衝撃ユニット（１２）との間で測定された角変位量との偏差を検出するためのコンピュータ命令を記憶している非一過性コンピュータ可読媒体を搭載したコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラム製品は、コンピュータ上での実行時に、前記コンピュータが次のステップ、すなわち、
   ・第１の送り出された衝撃（Ａ）の終了点（Ａ_E）と引き続く第２の送り出された衝撃（Ｂ）の終了点（Ｂ_E）との間の第１の角度間隔（ΔΦ₁）を求めるステップ（３０１）、
   ・前記第２送り出し衝撃（Ｂ）の開始点（Ｂ_S）と引き続く第３の送り出された衝撃（Ｃ）の開始点（Ｃ_S）との間の第２の角度間隔（ΔΦ₂）を求めるステップ（３０３）、
   ・前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）を前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）と比較して前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）と前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）との差を求めるステップ（３０５）、および
   ・前記第１および前記第２の角度間隔（ΔΦ₁，ΔΦ₂）相互間の前記求めた差に基づいて前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）と前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）との偏差が存在するかどうかを判定するステップ（３０７）を実行するようにする命令を含み、
   コンピュータプラグラム製品。
6. 衝撃型パワーレンチによって締め付けられているねじ継手中に実際に得られる角変位量と、前記パワーレンチのパワーレンチハウジング（１０）と衝撃ユニット（１２）との間で測定された角変位量との偏差を検出する装置において、
   ・第１の送り出された衝撃（Ａ）の終了点（Ａ_E）と引き続く第２の送り出された衝撃（Ｂ）の終了点（Ｂ_E）との間の第１の角度間隔（ΔΦ₁）を求めるようになった算定回路と、
   ・前記第２送り出し衝撃（Ｂ）の開始点（Ｂ_S）と引き続く第３の送り出された衝撃（Ｃ）の開始点（Ｃ_S）との間の第２の角度間隔（ΔΦ₂）を求めるようになった算定回路と、
   ・前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）を前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）と比較して前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）と前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）との差を求めるようになった比較器と、
   ・前記第１および前記第２の角度間隔（ΔΦ₁，ΔΦ₂）相互間の前記求めた差に基づいて前記第１の角度間隔（ΔΦ₁）と前記第２の角度間隔（ΔΦ₂）との偏差が存在するかどうかを判定するようになった判定回路とを有する、装置。
7. 請求項６記載の装置を有するパワーレンチ。
8. 請求項６記載の装置を有するパワーレンチコントローラユニット。

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