JPH0238353B2 - NEJISHIMESOCHI - Google Patents

NEJISHIMESOCHI

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JPH0238353B2
JPH0238353B2 JP11697984A JP11697984A JPH0238353B2 JP H0238353 B2 JPH0238353 B2 JP H0238353B2 JP 11697984 A JP11697984 A JP 11697984A JP 11697984 A JP11697984 A JP 11697984A JP H0238353 B2 JPH0238353 B2 JP H0238353B2
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output
torque
circuit
signal
screw
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JP11697984A
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Yoshibumi Hara
Takao Naito
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ネジ締付け時の反力トルクを検出
し、その検出出力によりネジ締めトルクを制御す
るとともに締付け状態の良否を判別するネジ締め
装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a screw tightening device that detects reaction torque when tightening a screw, controls the screw tightening torque based on the detected output, and determines whether the tightening condition is good or bad. It is.

従来例の構成とその問題点 従来のネジ締め装置で直流モータを使用したも
のでは、直流モータとドライバーのビツトなどの
回転部に生ずる慣性トルクの影響を受け、ネジの
締付けトルクのバラツキが大きいという問題点が
あり、この問題点を解消する手段として、直流モ
ータの印加電圧を2段階に切替えて制御するネジ
締め装置が公知である。この方式では、ネジ締め
トルクを検出する手段として直流モータの電流値
を検出しているため、締付精度が良くないという
問題点と、タツピンネジや木ネジ等で、最終の締
付けトルク値よりもネジが締付け材料にくい込む
初期段階のトルク値が大きい場合において、第1
段階の直流モータの印加電圧は第2段階の印加電
圧より低くしておかねばならないため使用できな
いという問題点があつた。また同様な理由で、ネ
ジが着座するまでの直流モータの回転数を高くと
れないため、ネジ締めに要する時間が長くなると
いう欠点もあつた。
Conventional structure and problems In conventional screw tightening devices that use a DC motor, the screw tightening torque varies widely due to the influence of inertia torque generated in rotating parts such as the DC motor and the bit of the screwdriver. There is a problem, and as a means to solve this problem, a screw tightening device that controls the voltage applied to the DC motor by switching it in two stages is known. In this method, the current value of the DC motor is detected as a means of detecting the screw tightening torque, so there is a problem that the tightening accuracy is not good, and that the final tightening torque value When the torque value is large at the initial stage when the material is embedded into the tightening material, the first
There was a problem in that the voltage applied to the DC motor in the first stage could not be used because it had to be lower than the voltage applied in the second stage. Furthermore, for the same reason, the DC motor cannot be rotated at a high speed until the screws are seated, so there is a drawback that the time required to tighten the screws becomes longer.

一方、トルクセンサを使用した2段階ネジ締め
法の改良として、特開昭54−127099が公知である
が、トルクセンサの温度ドリフトの影響を受ける
誤差が出る。また始動時のモータの回転数を低く
するため、ネジ締めに要する時間が長くなるとい
う欠点もあつた。
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 54-127099 is known as an improved two-step screw tightening method using a torque sensor, but errors occur due to temperature drift of the torque sensor. Another drawback was that the time required to tighten the screws was longer because the motor rotational speed was lowered during startup.

発明の目的 本発明は、上記従来の問題点を解消するもので
あり、実際のネジの締付トルクの反力をトルク検
出器で検出し、その検出出力をマイクロコンピユ
ータで監視するとともに直流モータの印加電圧を
制御して、ネジ締めトルクの制御を行なうネジ締
め装置を提供するものである。
OBJECT OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems.The present invention detects the reaction force of the actual screw tightening torque with a torque detector, monitors the detected output with a microcomputer, and detects the reaction force of the actual screw tightening torque. The present invention provides a screw tightening device that controls screw tightening torque by controlling applied voltage.

発明の構成 本発明は直流モータを使用した電動ドライバー
にネジ締付け時の反力トルクを検出できるように
トルク検出器を固定し、トルク検出器の出力を増
幅器で増幅した後、アナログ・デジタル変換器で
デジタル信号に変換し、第1の記憶回路と、第1
の減算回路に入力し、前記の第1の記憶回路はト
ルク検出器にかかる反力が零のタイミングで記憶
動作を行なわせ、第1の記憶回路の出力も前記第
1の減算回路に入力して、トルク検出器の実時間
の出力と反力が零の時の差が第1の減算回路の出
力となるようにし、第1の減算回路の出力と、締
付トルクの目標値を設定する第1のデジタル式の
設定スイツチの値をトルク制御回路へ入力し、ト
ルク制御回路は一定時間間隔ごとにトルク検出器
の出力を監視し、その中の最大値を第2の記憶回
路へ更新して記憶する一方刻々と変化するトルク
検出器の出力と前記最大値との差を計算し、その
差が正の場合、トルク制御回路はモータの印加電
圧を自由に可変できるプログラマブル直流電源の
出力電圧を微増させ、前記減算回路の出力と前記
デジタルスイツチの値が一致した時、プログラマ
ブル直流電源の出力を零にしてモータを止める手
段と、外部からのネジ締め開始信号を受けネジが
直座する直前のタイミングまでは定格電圧をモー
タに印加する手段を持ち、さらに、前記増幅器の
出力をピークホールド回路へ接続し、その出力を
アナログ・デジタル変換器によりデジタル値に変
換し、この値と前記記憶回路の出力差を第2の減
算回路で求め、その結果を数表示するとともに、
ネジ締めトルクの上限と下限を設定する第2、第
3の設定スイツチを設け、これらの設定値と前記
第2の減算回路の出力とを比較してネジ締めトル
クの良否を判定するよう構成したネジ締め装置で
ある。
Composition of the Invention The present invention fixes a torque detector to an electric screwdriver using a DC motor so that it can detect the reaction torque when tightening a screw, amplifies the output of the torque detector with an amplifier, and then converts the torque detector into an analog-to-digital converter. converts it into a digital signal and sends it to the first storage circuit and the first
The first memory circuit performs a memory operation at the timing when the reaction force applied to the torque detector is zero, and the output of the first memory circuit is also input to the first subtraction circuit. Then, the difference between the real-time output of the torque detector and the time when the reaction force is zero becomes the output of the first subtraction circuit, and the output of the first subtraction circuit and the target value of the tightening torque are set. The value of the first digital setting switch is input to the torque control circuit, and the torque control circuit monitors the output of the torque detector at fixed time intervals and updates the maximum value in the second memory circuit. The torque control circuit calculates the difference between the ever-changing output of the torque detector and the maximum value, and if the difference is positive, the torque control circuit calculates the output voltage of the programmable DC power supply that can freely vary the voltage applied to the motor. When the output of the subtraction circuit and the value of the digital switch match, the output of the programmable DC power supply is zeroed to stop the motor, and the means for receiving a screw tightening start signal from the outside and immediately before the screw is seated is provided. The output of the amplifier is connected to a peak hold circuit, the output is converted to a digital value by an analog-to-digital converter, and this value and the memory circuit are connected to a peak hold circuit. Find the output difference in the second subtraction circuit, display the result numerically, and
Second and third setting switches are provided for setting upper and lower limits of the screw tightening torque, and these set values are compared with the output of the second subtraction circuit to determine whether the screw tightening torque is good or bad. It is a screw tightening device.

実施例の説明 以下本発明の一実施例について、図面を参照し
ながら説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はネジ締め装置の機構部側面図を表す。 FIG. 1 shows a side view of the mechanical part of the screw tightening device.

第1図において、ネジ締め用電動ドライバ1が
トルク検出器2に固定され、トルク検出器2はブ
ラケツト3を介してプレート4に固定され更に上
スライドブロツク5に取付けられている。エアシ
リンダ6はブラケツト7に固定され、ロツド8の
中間部に上スライドブロツク5が2個のナツト9
−a,9−bにより固定されている。10はスラ
イドシヤフトで上スライドブロツク5が摺動自在
にはめ合されている。11は電動ドライバ1とビ
ツト12を継ぐジヨイントである。13はビツド
ガイドで下端には供給されてきたネジを保持する
キヤツチヤ14が固定されている。15はビツト
ガイドブラケツトでスライドシヤフト10に摺動
自在にはめ合された下スライドブロツク16に固
定されている。また下スライドブロツク16はエ
アシリンダ6のロツド8の下端にナツト9−cで
支持されている。ナツト9−bと下スライドブロ
ツク16の間のロツド8にはバネ17が設けられ
ており下スライドブロツク16を常にナツト9−
cに付勢している。18はスライドシヤフト10
を支えるブラケツトで、ブラケツト7と共にシヤ
ーシ19に固定されている。20は上スライドブ
ロツク5の下降限ストツパである。21は下スラ
イドブロツク16の下降限ストツパである。
In FIG. 1, an electric screwdriver 1 for tightening screws is fixed to a torque detector 2, and the torque detector 2 is fixed to a plate 4 via a bracket 3, and further attached to an upper slide block 5. The air cylinder 6 is fixed to a bracket 7, and the upper slide block 5 is attached to the middle part of the rod 8 with two nuts 9.
-a and 9-b. Reference numeral 10 denotes a slide shaft into which the upper slide block 5 is slidably fitted. 11 is a joint connecting the electric screwdriver 1 and the bit 12. Reference numeral 13 denotes a bit guide, and a catch 14 for holding supplied screws is fixed at the lower end. A bit guide bracket 15 is fixed to a lower slide block 16 which is slidably fitted to the slide shaft 10. Further, the lower slide block 16 is supported at the lower end of the rod 8 of the air cylinder 6 by a nut 9-c. A spring 17 is provided on the rod 8 between the nut 9-b and the lower slide block 16, so that the lower slide block 16 is always held in place by the nut 9-b.
It is biased towards c. 18 is slide shaft 10
This is a bracket that supports the bracket 7, and is fixed to the chassis 19 together with the bracket 7. 20 is a lowering limit stopper of the upper slide block 5. 21 is a lowering limit stopper of the lower slide block 16.

第2図は、第1図の電動ドライバー部分を取外
した機構部の正面図で、リミツトスイツチ22の
取付状態を表す。リミツトスイツチ22はスイツ
チブラケツト23によりブラケツト7に固定され
ており、その位置は上下に調節可能である。上ス
ライドブロツク5が下降して所定の位置に来ると
リミツトスイツチ22がONするような構造にな
つている。このリミツトスイツチはネジが着座の
直前タイミングでONするように位置調整する。
FIG. 2 is a front view of the mechanism section with the electric screwdriver portion of FIG. 1 removed, and shows the state in which the limit switch 22 is attached. The limit switch 22 is fixed to the bracket 7 by a switch bracket 23, and its position can be adjusted up and down. The structure is such that when the upper slide block 5 descends to a predetermined position, the limit switch 22 is turned on. Adjust the position of this limit switch so that it turns on just before the screw is seated.

次に第3図によつてトルク検出器2の詳細を説
明する。ブラケツト3の上にトルク検出器本体2
4がボルト25により固定されている。トルク検
出器本体24は、軸ねじり歪が生じやすいように
貫通孔26を設け、中空薄肉軸部27を形成して
いる。この中空薄肉軸部27の外側には歪ゲージ
28を貼付けてある。トルク検出器本体24の上
にはプレート29がボルト30により固定されて
おり、更にプレート29にはホルダ31がボルト
32により固定されている。ホルダ31はトルク
検出器本体24と同心上になるように電動ドライ
バ1を固定するものである。33は電動ドライバ
1の出力軸であり、貫通孔26内に設けられ、軸
受け34により回転自在に取付けられている。3
5はカバーで、その下部はトルク検出器本体24
にボルト36で固定され、上部には軸受37が挿
入されている。またその軸受37の内輪はトルク
検出器本体24に挿入されている。38はコネク
ターで歪ゲージ28の信号線39が接続されてい
る。
Next, details of the torque detector 2 will be explained with reference to FIG. Torque detector body 2 on top of bracket 3
4 is fixed with bolts 25. The torque detector main body 24 is provided with a through hole 26 to form a hollow thin shaft portion 27 so that axial torsional strain is likely to occur. A strain gauge 28 is attached to the outside of this hollow thin shaft portion 27. A plate 29 is fixed onto the torque detector main body 24 with bolts 30, and a holder 31 is further fixed to the plate 29 with bolts 32. The holder 31 fixes the electric screwdriver 1 so as to be concentric with the torque detector main body 24. Reference numeral 33 denotes an output shaft of the electric screwdriver 1, which is provided in the through hole 26 and is rotatably mounted by a bearing 34. 3
5 is a cover, the lower part of which is the torque detector main body 24
A bearing 37 is inserted into the upper part. Further, the inner ring of the bearing 37 is inserted into the torque detector main body 24. 38 is a connector to which a signal line 39 of the strain gauge 28 is connected.

以上のように構成されたネジ締め装置について
以下その動作を説明する。
The operation of the screw tightening device configured as described above will be explained below.

電動ドライバ1が回転した状態でエアシリンダ
6が下降すると、そのロツド8に固定された上ス
ライドブロツク5も下降を始め、プレート4、ブ
ラケツト3を介してそこに取付けられたトルク検
出器2、電動ドライバ1が下降する。また下スラ
イドブロツクもバネ18によりロツド8の下端の
ナツト9−cに付勢されているので同時に下降
し、ビツトガイドブラケツト15、ビツトガイド
13、キヤツチヤ14も下降する。キヤツチヤ1
4に保持されたネジ40は締付け物41に到達
し、電動ドライバ1の回転力は出力軸33、ジヨ
イント11、ビツト12を介してネジ40に伝達
され、締付け物41に締付けられる。電動ドライ
バ1の回転力は即ち締付けトルクであり、その締
付けトルクは反力として、ブラケツト3に取付け
られているトルク検出器本体24にボルト31、
プレート29を介して伝達され、トルク検出器本
体24の下部はボルト25により固定されている
ので中空薄肉軸部27にねじれ歪を生じさせる。
このねじれ歪はゲージ28により電気抵抗の変化
に変換され、コネクター38を介して前段増幅器
41に送られる。回転軸の外周表面に歪ゲージが
貼付けられ、このような歪ゲージの電気抵抗の変
化を応用したトルク変換器は公知事実として多用
されている。
When the air cylinder 6 descends while the electric screwdriver 1 is rotating, the upper slide block 5 fixed to the rod 8 also begins to descend, and the torque detector 2 attached thereto and the electric Driver 1 descends. Further, since the lower slide block is also urged by the spring 18 to the nut 9-c at the lower end of the rod 8, it descends at the same time, and the bit guide bracket 15, bit guide 13, and catcher 14 also descend. Catcher 1
4 reaches the fastener 41, the rotational force of the electric screwdriver 1 is transmitted to the screw 40 via the output shaft 33, the joint 11, and the bit 12, and the screw 40 is tightened by the fastener 41. The rotational force of the electric screwdriver 1 is a tightening torque, and the tightening torque is used as a reaction force to apply a bolt 31 to the torque detector body 24 attached to the bracket 3.
The torque is transmitted through the plate 29, and since the lower part of the torque detector main body 24 is fixed by a bolt 25, a torsional strain is generated in the hollow thin shaft portion 27.
This torsional strain is converted into a change in electrical resistance by the gauge 28 and sent to the preamplifier 41 via the connector 38. A torque transducer in which a strain gauge is attached to the outer circumferential surface of a rotating shaft, and which utilizes changes in the electrical resistance of such a strain gauge, is widely used as a well-known fact.

次に第4図により実施例の制御回路の構成につ
いて説明する。
Next, the configuration of the control circuit of the embodiment will be explained with reference to FIG.

トルク検出器2の入力線にはブリツジ電源42
より基準電圧がコネクタ38を介して印加され
る。トルク検出器2の出力線からネジ締めトルク
に比例した微小信号電圧が出力される。この微小
信号電圧は前段増幅器43により増幅され、ロー
パスフイルタ回路44により、電動ドライバーの
モータ1から発生するノイズや高い周波数の振動
成分が遮断されて、ピークホールド回路45へ入
力される。ピークホールド回路45はRS信号が
OFFの時、入力電圧のピークをアナログ値で記
憶するもので、RS信号がONの時、出力が0Vと
なるものである。電圧スイツチ46は、S1信号
により2つのアナログ信号入力のいずれか一方を
選択して、そのままの電圧を出力するスイツチ回
路で、S1信号がOFFの時、前記ローパスフイル
タ回路44の出力が選択され、S1信号がONの時
ピークホールド回路45の出力が選択される。4
8はROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダ
ムアクセスメモリ)と入出力インターフエイス回
路を持ち、演算機能を備えたマイクロコンピユー
タ(以下マイコンと略す)である。
Bridge power supply 42 is connected to the input line of torque detector 2.
A reference voltage is applied via connector 38. A minute signal voltage proportional to the screw tightening torque is output from the output line of the torque detector 2. This minute signal voltage is amplified by a preamplifier 43, and a low-pass filter circuit 44 blocks noise and high frequency vibration components generated from the motor 1 of the electric screwdriver, and inputs it to a peak hold circuit 45. The peak hold circuit 45 receives the RS signal.
When it is OFF, the peak of the input voltage is stored as an analog value, and when the RS signal is ON, the output is 0V. The voltage switch 46 is a switch circuit that selects one of the two analog signal inputs using the S1 signal and outputs the same voltage. When the S1 signal is OFF, the output of the low-pass filter circuit 44 is selected. When the S1 signal is ON, the output of the peak hold circuit 45 is selected. 4
8 is a microcomputer (hereinafter abbreviated as microcomputer) which has a ROM (read only memory), a RAM (random access memory), and an input/output interface circuit, and is equipped with an arithmetic function.

電子スイツチ46により選択された信号は、ア
ナログ・デジタル変換回路47(以下A−D変換
回路と略す)に入力され、デジタル信号となつて
マイコンに入力される。
The signal selected by the electronic switch 46 is input to an analog-to-digital conversion circuit 47 (hereinafter abbreviated as an A-D conversion circuit), converted into a digital signal, and input to the microcomputer.

したがつて、マイコンは、電子スイツチの制御
信号S1を制御し、トルクのピーク値vpと刻々と
変化するトルクの値を切換えて取込むことができ
る。またA−D変換の開始は、マイコン48から
のADST信号の立上りのタイミングで行なわれ、
A−D変換が完了するとADEND信号が出力され
る。
Therefore, the microcomputer can control the control signal S1 of the electronic switch and switch between the torque peak value v p and the ever-changing torque value. Further, the start of A-D conversion is performed at the timing of the rise of the ADST signal from the microcomputer 48,
When the A-D conversion is completed, an ADEND signal is output.

一方、49は直流電圧出力の実効値を可変する
ことのできるプログラマブル直流電源で、電動ド
ライバーのモータ1の印加電圧VMを可変するた
めのものである。数表示回路50は、マイコン4
8により制御され、トルクのピーク値をデジタル
表示するものである。設定スイツチ51は、ネジ
締めトルクの目標値や上限値、下限値などをデジ
タル値として作業者が設定するためのものであ
る。前記エアーシリンダ6はマイコン48によ
り、リレー52を介して制御される。またコネク
タ38cを介して、外部からの制御信号として
START、STOP、MEASがマイコン48に入力
されている。なお38,38a,38b,38c
はコネクタを示す。
On the other hand, 49 is a programmable DC power supply that can vary the effective value of DC voltage output, and is used to vary the voltage V M applied to the motor 1 of the electric screwdriver. The number display circuit 50 is connected to the microcomputer 4
8 and digitally displays the peak torque value. The setting switch 51 is used by the operator to set the target value, upper limit value, lower limit value, etc. of the screw tightening torque as digital values. The air cylinder 6 is controlled by a microcomputer 48 via a relay 52. Also, as a control signal from the outside via the connector 38c.
START, STOP, and MEAS are input to the microcomputer 48. In addition, 38, 38a, 38b, 38c
indicates a connector.

次に本発明の動作内容について、第5図により
詳しく説明する。電源がONされると、マイコン
48はローパスフイルタ回路44の出力であるト
ルク出力v0を電子スイツチ46を切換え、A−D
変換器47を介して入力する。作業者あるいは他
の自動機からネジ締めの開始を合図するSTART
信号を受取ると、まずマイコン48は、前記トル
ク出力v0を記憶する。記憶されたトルク出力v0
値は、ネジ締め動作が開始していないので、トル
ク検出器2のうける反力トルクが零の時の値であ
る。
Next, the operation of the present invention will be explained in detail with reference to FIG. When the power is turned on, the microcomputer 48 switches the electronic switch 46 to output the torque output v0, which is the output of the low-pass filter circuit 44, and outputs A-D.
Input via converter 47. START, which signals the start of screw tightening from a worker or other automatic machine
Upon receiving the signal, the microcomputer 48 first stores the torque output v 0 . The stored value of the torque output v 0 is the value when the reaction torque received by the torque detector 2 is zero since the screw tightening operation has not started.

次にエアーシリンダ6をONするとともに、プ
ログラマブル直流電源49に定格電圧VRに設定
し、電動ドライバ1のモータを高速回転させる。
電子スイツチ46の制御信号S1はOFFにし、ト
ルク検出器24の実時間の値がA−D変換器47
を介して入力できるようにする。また数表示回路
50およびネジの締付け結果として、ピークトル
クが設定スイツチで設定されたトルクの上限値と
下限値の間にあるかどうかの判定結果OK/NG
信号もリセツトする。
Next, the air cylinder 6 is turned on, the programmable DC power supply 49 is set to the rated voltage VR , and the motor of the electric driver 1 is rotated at high speed.
The control signal S1 of the electronic switch 46 is turned OFF, and the real time value of the torque detector 24 is set to the A-D converter 47.
Allow input via . Also, as a result of tightening the number display circuit 50 and the screw, the judgment result is OK/NG whether the peak torque is between the upper and lower limits of torque set by the setting switch.
Also reset the signal.

モータが回転し、t1のタイミングでその速度が
安定してモータ電流が一定となる。つづいて、ネ
ジが被締結物にくい込み始めるタイミングt2を経
てから、前記リミツトスイツチ22より、ネジが
着座の直前であることを示すリミツトスイツチの
MEAS信号がタイミングt3で出力される。すると
マイコン48は、プログラマブル直流電源49の
出力VMを零にし、モータの両端子間を短絡して
急速停止させる。この間でもネジは締付けられて
いる。タイミングt3から一定時間T1を経たt4の時
点でリセツト信号Rsを出力して、ピークホール
ド回路45の出力を0Vにする。一方プログラマ
ブル直流電源の出力電圧VMを目標のネジ締めト
ルクを発生するのに必要な電圧の約1/2〜1/4程度
の電圧Vsに設定する。するとモータは低い回転
数でネジを締付けてゆく。やがて、タイミングt5
になると、ネジが着座し、トルク出力vは急激に
増加する。マイコン48は、A−D変換回路47
に対しタイミングt5の時点から短い周期でA−D
変換開始信号ADSTを与え、常時このトルク出
力vを監視する。このトルク出力vが設定締付ト
ルクの約1/2〜1/4程度の値vtを超過した時点t6
おいて、マイコン48はプログラマブル直流電源
49の出力VMを一定時間間隔(ΔT)で直線的に
増加させてゆく。すでに着座しているのでネジは
低速回転で徐々に締付けられる。トルク出力が所
定の締付トルク値vpになるまで、マイコン48は
A−D変換回路47の出力を監視する。ところ
が、第5図でタイミングがt7〜t8、t9〜t10のよう
に、同一電圧をモータに印加してネジ締めする
と、ネジ締めに必要なトルクがいつたん減少し、
その後再び増加するような場合がある。原因は、
ネジが着座した後、ネジ締めされる母材とネジ頭
との接触面の境界面の摩擦力がネジが回転するこ
とによつて異なるためと考えられる。この場合、
マイコン48はプログラマブル直流49の出力
VMを時間経過に対し直線的に増加するのを一た
ん停止し、一定電圧にする(t7、t9の時点)。そ
してこれまでのトルク出力vの最大値、即ち、タ
イミングt7ではv1の値、タイミングt9ではv2の値
を記憶する。その後、トルク出力vの値を監視し
つづけ、記憶している最大値v1またはv2の値をト
ルク出力vが超過したタイミングt8またはt10
り、再びプログラマブル直流電源49の出力を時
間に比例して増加させる。その後、トルク出力v
の値が目標の締付トルクvaとなつたt11のタイミ
ングでマイコン48は、プログラマブル直流電源
49の出力VMを零にするとともにモータへの電
圧印加を停止する。
The motor rotates, and at timing t1 , its speed stabilizes and the motor current becomes constant. Next, after timing t 2 when the screw starts to sink into the object to be fastened, the limit switch 22 activates the limit switch indicating that the screw is about to be seated.
MEAS signal is output at timing t3 . Then, the microcomputer 48 makes the output V M of the programmable DC power supply 49 zero, short-circuits both terminals of the motor, and quickly stops the motor. The screws are still tightened during this time. At time t4 , which is a certain period of time T1 after timing t3 , a reset signal Rs is output to set the output of the peak hold circuit 45 to 0V. On the other hand, the output voltage V M of the programmable DC power supply is set to a voltage V s that is approximately 1/2 to 1/4 of the voltage required to generate the target screw tightening torque. The motor then tightens the screw at a low rotation speed. Eventually, timing t 5
At this point, the screw is seated and the torque output v increases rapidly. The microcomputer 48 is an A-D conversion circuit 47
On the other hand, A-D in a short period from timing t5
A conversion start signal ADST is given, and this torque output v is constantly monitored. At time t6 when this torque output v exceeds a value vt of about 1/2 to 1/4 of the set tightening torque, the microcomputer 48 changes the output V M of the programmable DC power supply 49 at fixed time intervals (ΔT). Increase linearly. Since it is already seated, the screws are gradually tightened at low speed. The microcomputer 48 monitors the output of the A/D conversion circuit 47 until the torque output reaches a predetermined tightening torque value v p . However, when the same voltage is applied to the motor and the screws are tightened at timings t 7 - t 8 and t 9 - t 10 in Figure 5, the torque required to tighten the screws suddenly decreases.
It may then increase again. The cause is
This is thought to be because, after the screw is seated, the frictional force at the interface between the base material to be screwed and the screw head changes as the screw rotates. in this case,
Microcomputer 48 outputs programmable DC 49
The linear increase in V M over time is temporarily stopped and the voltage is kept at a constant voltage (at times t 7 and t 9 ). Then, the maximum value of the torque output v up to now, that is, the value of v 1 at timing t 7 and the value of v 2 at timing t 9 is stored. Thereafter, the value of the torque output v is continued to be monitored, and from timing t 8 or t 10 when the torque output v exceeds the stored maximum value v 1 or v 2 , the output of the programmable DC power supply 49 is changed in time again. increase proportionately. Then the torque output v
At timing t11 when the value of V a reaches the target tightening torque v a , the microcomputer 48 makes the output V M of the programmable DC power supply 49 zero and stops applying voltage to the motor.

t11の時点から若干の待ち時間を経て、タイミ
ングt12でマイコン48はS1信号をONし、A−D
変換回路47の入力側を電子スイツチ46により
ピークホールド回路45に変え、再び若干の待ち
時間をとり、タイミングt13でトルク出力のピー
ク値vpを入力する。マイコン48はvpと前記vp
差即ち(vp−vp)の値をピークトルク値として数
表示回路50へ出力する。さらにこの(vp−vp
の値を判定してOK/NG信号も出力する。既に
述べたようにvpの値はトルク検出器2にかかる反
力トルクが零の時の値である。したがつて、(vp
−vp)とすることにより、トルク検出器2や前段
増幅器43の温度変化等を原因とするドリフト分
による誤差を相殺することができる。タイミング
t13以降は、マイコン48は電源ON直後の状態と
同じ、再び電子スイツチ46を切換え即ちS1信
号をOFFし、A−D変換器47を介してトルク
出力vを読込み、再び次のSTART信号がONす
るのを待つ。
After some waiting time from the time t11 , the microcomputer 48 turns on the S1 signal at timing t12 , and the A-D
The input side of the conversion circuit 47 is changed to the peak hold circuit 45 by the electronic switch 46, and after waiting for some time again, the peak value v p of the torque output is inputted at timing t13 . The microcomputer 48 outputs the difference between v p and the v p , that is, the value (v p −v p ), to the number display circuit 50 as a peak torque value. Furthermore, this (v p −v p )
The value of is determined and an OK/NG signal is also output. As already mentioned, the value of v p is the value when the reaction torque applied to the torque detector 2 is zero. Therefore, (v p
-v p ), it is possible to cancel out errors due to drift caused by temperature changes in the torque detector 2 and the preamplifier 43. timing
From t 13 onwards, the microcomputer 48 is in the same state as immediately after the power is turned on, switches the electronic switch 46 again, that is, turns off the S1 signal, reads the torque output v via the A-D converter 47, and then outputs the next START signal again. Wait for it to turn on.

ところで、スタート時点から着座の直前までの
間はモータに定格電圧が印加されているため高速
のネジ締めができるとともに、ネジが締付け材料
にくい込む時のトルクが大きくても問題なくネジ
締めできる。
By the way, since the rated voltage is applied to the motor from the time of starting until just before seating, it is possible to fasten the screws at high speed, and the screws can be tightened without any problem even if the torque is large when the screws penetrate into the tightening material.

またネジの着座直前までモータを高速回転させ
るのでネジが材料にくい込んだ後の時間を短縮で
きる。
In addition, since the motor is rotated at high speed until just before the screw is seated, the time required for the screw to sink into the material can be shortened.

そして、ネジの着座の直前にモータを止め、そ
の後マイコンがプログラマブル直流電源を制御
し、モータを低速回転でネジ締めを行ない、目標
の締付トルクとなつた時、モータの印加電圧を零
にする。低速でネジ締めを完了するため、モータ
の慣性の影響がなくなり、ネジ締めトルクのバラ
ツキの少ない正確なネジ締めが可能となる。
Then, the motor is stopped just before the screws are seated, and then the microcomputer controls the programmable DC power supply to tighten the screws at low speed. When the target tightening torque is reached, the voltage applied to the motor is reduced to zero. . Since screw tightening is completed at low speed, the influence of motor inertia is eliminated, allowing accurate screw tightening with less variation in screw tightening torque.

以上のように動作させるためのマイクロコンピ
ユータの概略フローチヤートを第6図に示す。な
お、タイミングt3は外部からのMEAS信号により
検出したがマイコン48によりタイマーでt0から
t3までの時間を管理することによつても同様な制
御が可能である。またA−D変換器を2つ設け、
ピークホールド回路45とローパスフイルタ回路
44の出力を独立してA−D変換するような構成
とし電子スイツチ46をなくすことも可能であ
る。
FIG. 6 shows a schematic flowchart of the microcomputer for operating as described above. Note that the timing t 3 was detected by the external MEAS signal, but the microcomputer 48 uses a timer to detect the timing from t 0 .
Similar control is possible by managing the time up to t3 . In addition, two A-D converters are installed,
It is also possible to adopt a configuration in which the outputs of the peak hold circuit 45 and the low-pass filter circuit 44 are independently A/D converted, and to eliminate the electronic switch 46.

発明の効果 本発明によればまず、ネジ締めトルクを電動ド
ライバに固定したトルク検出器で反力として測定
し、トルク検出器の反力が零であるタイミング
で、トルク検出器の信号出力をA−D変換してマ
イクロコンピユータが記憶し、ネジ締め制御時
に、トルク検出器の信号出力とこの記憶した値と
の差の値をネジ締めトルクとすることによりネジ
締めトルクの測定精度が向上できた。次にプログ
ラマブル電源をマイクロコンピユータで制御しネ
ジの着座の直前まで電動ドライバのモータに定格
電圧を印加し、着座の直前に一たんモータを急速
停止させ、つづいて、徐々にモータの印加電圧を
上昇させながら、ネジ締めトルクを監視し、ネジ
締めトルクの値が減少する傾向の時は、モータの
印加電圧を固定し、ネジ締めトルクの値がそれま
での最大値より増加した場合のみモータの印加電
圧を上昇させるようにして、ゆつくりと締付ける
とともに前記トルク検出器の信号出力をマイクロ
コンピユータで監視し、この信号出力があらかじ
め設定された締付トルクとなつた時、電動ドライ
バーのモータを停止させるような制御を行なうこ
とにより、ネジ締め時間が短縮でき、かつ、締付
けトルクのバラツキが少なく、高精度のネジ締め
が行なえるようになつた。
Effects of the Invention According to the present invention, first, the screw tightening torque is measured as a reaction force by a torque detector fixed to an electric screwdriver, and at the timing when the reaction force of the torque detector is zero, the signal output of the torque detector is set to A. -D conversion is performed and stored in the microcomputer, and the measurement accuracy of screw tightening torque can be improved by using the value of the difference between the signal output of the torque detector and this memorized value as the screw tightening torque during screw tightening control. . Next, the programmable power supply is controlled by a microcomputer, and the rated voltage is applied to the motor of the electric screwdriver until just before the screw is seated.The motor is stopped quickly just before the screw is seated, and then the voltage applied to the motor is gradually increased. monitor the screw tightening torque, and if the screw tightening torque value tends to decrease, fix the voltage applied to the motor, and only apply voltage to the motor when the screw tightening torque value increases from the previous maximum value. Tighten slowly by increasing the voltage, monitor the signal output of the torque detector with a microcomputer, and stop the motor of the electric screwdriver when this signal output reaches a preset tightening torque. By performing such control, it has become possible to shorten the screw tightening time, reduce variations in the tightening torque, and perform highly accurate screw tightening.

さらにネジ締めのピークトルクをピークホール
ド回路でアナログ値として記憶し、A−D変換し
た値と前記トルク検出器の反力が零の時との差を
求め、その差が設定スイツチで設定されたネジ締
めトルクの上限、下限値と比較できるようにし
て、正確なネジ締め結果の判定も行なうことが可
能になつた。
Furthermore, the peak torque of screw tightening was stored as an analog value in a peak hold circuit, the difference between the A-D converted value and the value when the reaction force of the torque detector was zero was determined, and the difference was set with a setting switch. By making it possible to compare the upper and lower limits of the screw tightening torque, it is now possible to accurately judge the screw tightening results.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるネジ締め装
置の機構部の側面図、第2図は第1図から電動ド
ライバー部分を取外した機構部の正面図、第3図
はトルク検出器の機構部の断面図、第4図は同実
施例の制御回路ブロツク図、第5図は同動作タイ
ミング図、第6図a,bは同マイクロコンピユー
タのフローチヤート図である。 1……電動ドライバ、2……トルク検出器、2
2……リミツトスイツチ、24……トルク検出器
本体、27……中空薄肉軸部、28……歪ゲー
ジ、42……ブリツジ電源、43……前段増幅
器、45……ピークホールド回路、47……A−
D変換回路、48……マイクロコンピユータ、4
9……プログラマブル直流電源、50……数表示
回路、51……設定スイツチ。
Fig. 1 is a side view of the mechanism of a screw tightening device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a front view of the mechanism with the electric screwdriver part removed from Fig. 1, and Fig. 3 is the mechanism of the torque detector. 4 is a control circuit block diagram of the same embodiment, FIG. 5 is an operation timing chart of the same, and FIGS. 6a and 6b are flowcharts of the same microcomputer. 1... Electric screwdriver, 2... Torque detector, 2
2...Limit switch, 24...Torque detector main body, 27...Hollow thin wall shaft portion, 28...Strain gauge, 42...Bridge power supply, 43...Pre-stage amplifier, 45...Peak hold circuit, 47...A −
D conversion circuit, 48...Microcomputer, 4
9...Programmable DC power supply, 50...Number display circuit, 51...Setting switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 直流モータと直流モータからの締付トルクを
ネジに伝達するビツトと、締付トルクを反力とし
て検出するトルク検出器と、トルク検出器の信号
を増幅する増幅器と増幅器の出力をデジタル値に
変換するアナログ・デジタル変換器と、前記トル
ク検出器の受ける反力トルクが零の時のアナロ
グ・デジタル変換器の出力を記憶する第1の記憶
手段と、ネジ締付トルクの目標値をデジタル値で
設定するための第1の設定スイツチと、直流電圧
出力をデジタル入力信号により可変できるプログ
ラマブル直流電源と、ネジ締め中における前記ア
ナログ・デジタル変換器の出力と前記第1の記憶
手段の記憶値との差を計算する第1の減算回路
と、ネジの着座直前のタイミングを検出する着座
前検出手段と前記第1の減算回路と前記第1の設
定スイツチの目標値を比較して一致信号を出力す
る第1の比較回路と外部装置からのネジ締め開始
信号を受け、前記着座前検出手段の出力を受信す
るまで前記プログラマブル直流電源の出力を前記
直流モータの定格電圧を印加する第1のトルク制
御回路と、前記着座前検出手段の出力を受け、前
記プログラマブル直流電源の出力がネジ締め目標
トルクの数分の1のトルクを直流モータが発生す
るための値となるよう設定し、前記第1の減算回
路の出力を監視してネジが着座するタイミングを
検出する着座検出手段と、着座検出手段の出力を
受け、その後のトルク検出器の信号の最大値があ
るたび更新して記憶する第2の記憶手段と、前記
トルク検出器の信号と第2の記憶手段との差を計
算する第2の減算回路と、前記着座検出手段の出
力を受け、第2の減算回路の出力が正であり、か
つ、前記第1の比較回路の一致信号が出るまで前
記プログラマブル直流電源の出力を漸次増加させ
る第2のトルク制御回路を備えたネジ締め装置。 2 直流モータと直流モータからの締付トルクを
ネジに伝達するビツトと、締付トルクを反力とし
て検出するトルク検出器と、トルク検出器の信号
を増幅する増幅器と増幅器の出力をデジタル値に
変換するアナログ・デジタル変換器と前記トルク
検出器の受ける反力トルクが零の時のアナログ・
デジタル変換器の出力を記憶する第1の記憶手段
と、ネジ締付トルクの目標値をデジタル値で設定
するための第1の設定スイツチと、直流電圧出力
をデジタル入力信号により可変できるプログラマ
ブル直流電源と、ネジ締め中における前記アナロ
グ・デジタル変換器の出力と前記第1の記憶手段
の記憶値との差を計算する第1の減算回路と、ネ
ジの着座直前のタイミングを検出する着座前検出
手段と前記第1の減算回路と前記第1の設定スイ
ツチの目標値を比較して一致信号を出力する第1
の比較回路と、外部装置からのネジ締め開始信号
を受け、前記着座前検出手段の出力を受信するま
で前記プログラマブル直流電源の出力を前記直流
モータの定格電圧を印加する第1のトルク制御回
路と、前記着座前検出手段の出力を受け、前記プ
ログラマブル直流電源の出力がネジ締め目標トル
クの数分の1のトルクを直流モータが発生するた
めの値となるよう設定し、前記第1の減算回路の
出力を監視してネジが着座するタイミングを検出
する着座検出手段と、着座検出手段の出力を受
け、その後のトルク検出器の信号の最大値がある
たび更新して記憶する第2の記憶手段と、前記ト
ルク検出器の信号と第2の記憶手段との差を計算
する第2の減算回路と、前記着座検出手段の出力
を受け、第2の減算回路の出力が正であり、か
つ、前記第1の比較回路の一致信号が出るまで前
記プログラマブル直流電源の出力を漸次増加させ
る第2のトルク制御回路と、前記増幅器の出力の
最大値をデジタル値に変換し記憶するピークホー
ルド回路と、前記着座前検出手段の出力を受けピ
ークホールド回路のリセツト信号を発生するリセ
ツト回路と、前記ピークホールド回路の出力と前
記記憶手段との差を計算する第3の減算回路と、
第3の減算回路の出力を表示する数表示回路と、
ネジ締めトルクの上限値と下限値をデジタル値で
設定するための第2、第3の設定スイツチと、前
記第3の減算器の出力と第2、第3の設定スイツ
チとを比較し、ネジ締めトルクの良・不良を判定
する第2の比較回路を備えたネジ締め装置。
[Claims] 1. A DC motor, a bit that transmits the tightening torque from the DC motor to the screw, a torque detector that detects the tightening torque as a reaction force, an amplifier that amplifies the signal of the torque detector, and an amplifier. an analog-to-digital converter for converting the output of the torque detector into a digital value; a first storage means for storing the output of the analog-to-digital converter when the reaction torque received by the torque detector is zero; and a screw tightening torque. a first setting switch for setting a target value of digitally, a programmable DC power supply that can vary the DC voltage output by a digital input signal, and A first subtraction circuit that calculates a difference from a value stored in the storage means, a pre-seating detection means that detects a timing immediately before the screw is seated, and a target value of the first setting switch is compared with the first subtraction circuit and the first setting switch. and a first comparison circuit that outputs a coincidence signal and receives a screw tightening start signal from an external device, and applies the output of the programmable DC power supply to the rated voltage of the DC motor until the output of the pre-seating detection means is received. receiving the output of the first torque control circuit and the pre-seating detection means, and setting the output of the programmable DC power supply to a value that causes the DC motor to generate a torque that is a fraction of the screw tightening target torque. seating detection means for monitoring the output of the first subtraction circuit to detect the timing at which the screw is seated; a second subtraction circuit that calculates the difference between the signal of the torque detector and the second storage means; a second subtraction circuit that receives the output of the seating detection means; A screw tightening device comprising a second torque control circuit whose output is positive and which gradually increases the output of the programmable DC power supply until a match signal is output from the first comparison circuit. 2. A DC motor, a bit that transmits the tightening torque from the DC motor to the screw, a torque detector that detects the tightening torque as a reaction force, an amplifier that amplifies the torque detector signal, and converts the output of the amplifier into a digital value. The analog/digital converter and the torque detector receive the analog/digital converter when the reaction torque is zero.
A first storage means for storing the output of the digital converter, a first setting switch for setting the target value of the screw tightening torque as a digital value, and a programmable DC power supply that can vary the DC voltage output by a digital input signal. a first subtraction circuit that calculates the difference between the output of the analog-to-digital converter and the value stored in the first storage means during screw tightening; and a pre-seating detection means that detects the timing immediately before the screw is seated. and a target value of the first subtraction circuit and the first setting switch, and outputs a matching signal.
and a first torque control circuit that receives a screw tightening start signal from an external device and applies the output of the programmable DC power supply to the rated voltage of the DC motor until receiving the output of the pre-seating detection means. , receiving the output of the pre-seating detection means, setting the output of the programmable DC power supply to a value for the DC motor to generate a torque that is a fraction of the screw tightening target torque, and the first subtraction circuit; seating detection means for detecting the timing at which the screw is seated by monitoring the output of the seating detection means, and a second storage means for receiving the output of the seating detection means and updating and storing it every time there is a maximum value of the signal from the torque detector thereafter. and a second subtraction circuit that calculates the difference between the signal of the torque detector and the second storage means, and receives the output of the seating detection means, and the output of the second subtraction circuit is positive, and a second torque control circuit that gradually increases the output of the programmable DC power supply until a match signal is output from the first comparison circuit; and a peak hold circuit that converts the maximum value of the output of the amplifier into a digital value and stores it. a reset circuit that receives the output of the pre-seating detection means and generates a reset signal for the peak hold circuit; and a third subtraction circuit that calculates the difference between the output of the peak hold circuit and the storage means;
a number display circuit that displays the output of the third subtraction circuit;
The output of the third subtractor is compared with the second and third setting switches for setting the upper and lower limits of the screw tightening torque using digital values, and A screw tightening device equipped with a second comparison circuit that determines whether the tightening torque is good or bad.
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