JPH0818261B2

JPH0818261B2 - 締付工具の制御装置

Info

Publication number: JPH0818261B2
Application number: JP61311087A
Authority: JP
Inventors: 義夫白岩
Original assignee: 油谷鉄工株式会社
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1986-12-26
Publication date: 1996-02-28
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPS63162164A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、ナットランナーなどの締付工具の駆動を、
この締付工具に設けたトルクセンサや回転角度センサか
らの出力信号に基づき、予め記憶している理想的トルク
−時間標準曲線等によってゾーン管理する締付工具の制
御装置に関する。

〈従来の技術〉従来、ナットランナーでボルトを締め付ける際、ボル
トの締付トルクの管理は、ナットランナーの出力軸のト
ルクをトルクセンサで検出してこれをトルクメータに表
示させ、この表示がそのボルトの適正締付トルク値に達
したとき、操作者がナットランナーを停止させて行なう
か、あるいはナットランナーのトルク制御器に予め上記
適正締付トルク値を設定しておいて、トルクセンサの検
出信号がこの適正締付トルク値に達したとき、トルク制
御器をしてナットランナーを停止せしめて行なってい
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉ところで、ボルトの締付トルクは、通常、ボルトのね
じ径、長さ、ねじ精度および材質によって様々に変化
し、また、フランジの外周に多数本のボルトを締め付け
る場合なども、締付トルクを漸増させながらの対角線締
めが行なわれている。

このような場合、上記前者の締付トルク管理方法で
は、操作者が多数のボルトの種別や締結個所に応じた最
適の締付トルク値を一覧表等でその都度確認し、この値
に基づいてトルクメータを見ながらナットランナーの起
動，停止をマニュアルで行なわねばならない。そのた
め、作業が煩雑になって操作者に大きな負担がかかるう
え、操作ミスによる締付不良が発生しやすいという欠点
がある。また、上記後者の締付トルク管理方法でも、最
適締付トルクを確認しこれをトルク制御器に設定するに
ついては、前述と同様に作業の煩雑化と締付不良の発生
が避けられない。

そこで、本発明の目的は、ナットランナーなどの締付
工具の駆動を、この締付工具に設けたトルクセンサ等の
出力信号をワーク種別と締結個所に応じた増幅度で増幅
し、予め記憶している理想的トルク−時間標準曲線等と
比較することによって制御し、変動幅の大きい締付トル
クをゾーン管理して、ワークを最適条件で自動的かつ能
率的に締め付けることができる締付工具の制御装置を提
供することである。

〈問題点を解決するための手段〉上記目的を達成するため、本発明の締付工具の制御装
置は、締付工具のトルクセンサまたは回転角度センサか
らの出力信号を増幅する増幅器と、工具稼動時の出力軸
に作用するトルクまたは出力軸の回転角度の経時変化を
代表する理想的標準曲線およびワークの種別や締結個所
に対応する複数の増幅度を記憶するメモリと、上記締結
工具からの起動信号を受けて上記増幅器の増幅度を上記
メモリ中の予め定められた一つの値に設定し、この増幅
器を経た上記出力信号をメモリに記憶された上記標準曲
線と比較し、出力信号が標準曲線の最終水平部の値に達
したとき、上記締付工具に停止信号を出力するとともに
次の締付工具起動にそなえて増幅器の増幅度を上記メモ
リから読み出して自動的に設定する一方、一定時間経過
後も出力信号が上記最終水平部の値に達しないとき、上
記締付工具に停止信号を出力するとともに表示装置にエ
ラー表示をさせる信号を出力する中央処理装置とを備え
たことを特徴とする。

〈作用〉一例として、フランジの外周に多数本のボルト（ワー
ク）を締め付ける場合について述べる。操作者が最初の
ボルトを装着した締付工具を起動させると、制御装置の
中央処理装置（以下CPUと略す）は、メモリに記憶され
た複数の増幅度のうちからそのボルトの種別と締結個所
（１番目）に対応した予め定められた一つの値を選定
し、増幅器の増幅度をこの値に設定する。次いで、上記
CPUは、この増幅器を経て適切に増幅された締付工具か
らのトルク信号などを、上記メモリに記憶された締付時
のトルクの経時変化を代表する理想的曲線などと比較す
る。そして、上記トルク信号が理想的標準曲線の最終水
平部の値に達したとき、締付工具に停止信号を出力する
とともに、上記増幅器の増幅度を次のボルト締結個所
（２番目）に応じてメモリに次に記憶された値に設定す
る。これによって、締付工具は最初のボルトを最適締付
トルクで締め付けて停止するとともに、次のボルト締付
時のトルク信号は締付トルクの増加分だけ減少した増幅
度で増幅されて上記理想的標準曲線と比較されることに
なる。一方、上記トルク信号が一定時間経過後も上記最
終水平部の値に達しないとき、CPUは、表示装置にエラ
ー表示をさせる信号を出力し、締付工具に停止信号を出
力してこれを停止させる。このように、変動幅の大きい
締付トルクを、トルクセンサからの出力信号をボルトの
種別と締結個所に応じた増幅度で増幅して、理想的トル
ク−時間曲線と比較することによってゾーン管理するの
で、最適条件によるボルトの締め付けを確実に行うこと
ができる。

〈実施例〉以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は締付工具とこの締付工具の駆動を制御する本
発明の制御装置の概略図であり、１はエアホース２を経
て供給されるエアを遮断するとともにエア流量を２段に
切り換える電磁弁3,エアモータ4,減速部５および先端に
ボルト等が装着される出力軸６からなる締付工具として
のナットランナー、７はこのナットランナー１の出力軸
６に作用するトルクを検出するトルクセンサ、８は上記
出力軸６の回転角度を検出する角度センサ、10は上記ト
ルクセンサ７および角度センサ８からの出力信号に基づ
いて上記電磁弁３に制御信号を送り、ナットランナー１
の駆動を制御する制御装置である。

第２図は上記制御装置10のブロック図であり、同図に
おいて、11はトルクセンサ７および角度センサ８から入
力される信号を増幅する増幅器、12はこの増幅器11から
のアナログ信号をピークホールドしてデジタル信号に変
換するA/D変換器、13は締付時に出力軸６に作用するト
ルクや出力軸６の回転角度の経時変化を代表する理想的
標準曲線Ｎ（第３図参照）、この標準曲線の上下の許容
帯域U,Lの幅を表わす定数、上記標準曲線上でボルト着
座を示すスナグトルクTsおよびボルト等の種別や締結個
所に対応した複数の増幅度などを記憶するメモリであ
る。

また、14はCPUであり、このCPU14は、ナットランナー
１からの起動信号を受けて、上記メモリ13に記憶された
複数の増幅度のうちからボルト等の種別と締結個所に対
応して予め定められる一つの値を選定して、上記増幅器
11の増幅度をこの値に設定し、この増幅器11とA/D変換
器12を経て入力される信号をメモリ13に記憶された上記
標準曲線Ｎと比較する。そして、入力信号が標準曲線の
最終水平部の値Tm（第３図参照）に達したとき、I/Oポ
ート15を経てフォトカプラーを介してナットランナー１
の電磁弁３へ遮断信号を出力するとともに、次のボルト
等の種別あるいは締結個所に応じて上記増幅器11の増幅
度をメモリ13に次に記憶された値に設定する。一方、上
記入力信号が一定時間t₁経過後も上記最終水平部の値Tm
に達しないとき、同様に電磁弁３へ遮断信号を出力する
とともに、表示装置16にエラー表示をさせる信号を出力
する。さらに、上記CPU14は、上記標準曲線Ｎの上下の
許容帯域U,L間で後述するような締付トルクのゾーン管
理を行なう。また、上記増幅器11の増幅度の設定は、第
１図に示す制御装置10の前面パネルのボタン操作でマニ
ュアルにて任意に選定できる。

上記構成の締付工具の制御装置の動作について、第４
図のフローチャートを参照しつつ次に述べる。

（イ）制御装置10は、メモリ13内の演算データを０ク
リアするなどしてナットランナー１の制御を開始する。

（ロ） CPU14は、メモリ13に記憶したプログラムに従
って、トルクセンサ7,角度センサ８およびアナログ回路
の自己診断を行ない、故障があれば、表示装置16にエラ
ー表示をさせ、自動的に制御をやめてナットランナー１
を停止させる。

（ハ） CPU14は、同様に電子計算機回路の自己診断を
行ない、故障があれば（ロ）と同様に動作する。

（ニ）操作者が制御装置10の前面パネルのボタンを操
作することにより、メモリ13に連続して記憶された増幅
度（ゲイン値）のうちからそのボルトの種別と締結物に
応じた最適のゲイン値が選定され、CPU14は、増幅器11
の増幅度を上記ゲイン値に設定する一方、ダウンカウン
タに上記ゲイン値のアドレスをセットし、これを表示装
置16に表示させる。

（ホ）増幅器11により上記増幅度で増幅された両セン
サ7,8からの入力信号は、ピークホールドされてからA/D
変換器12でデジタル信号に変換されることになる。

（ヘ）操作者がナットランナー１の起動スイッチを入
れると、電磁弁３が小流量側3aに切り換わり、回転を始
めた出力軸６に装着されたボルトは、例えばフランジの
外周に等間隔に多数個設けられためねじ穴の最初の１つ
にねじ込まれる。一方、CPU14は、ナットランナー１か
らの起動信号を受けて、タイマー１をして総合タイムt₁
のカウントを開始せしめるとともに、上記（ホ）で変換
されるデジタル信号を表示装置16にトルク値として表示
させる。

（ト）続いて、CPU14は、逐時入力される上記デジタ
ル信号を、メモリ13に記憶されているトルク−時間標準
曲線Ｎと比較し、ボルトがねじ穴に斜めに入ったりして
いわゆるかじりが生じて、入力信号に異常な急増がある
場合は、エラー表示をさせ、ナットランナー１を停止さ
せる。

（チ）さらに、CUP14は、上記デジタル信号をメモリ1
3に記憶されたスナグトルクTsと比較し、ボルトの着座
の有無を判断する。

（リ）ボルトの着座が確認されると、CPU14は、I/Oポ
ート15を経て電磁弁３にこれを大流量側3bに切り換える
信号を送り、出力軸６はより大きいトルクで回転してボ
ルトを締め付ける。また、CPU14は、タイマー２をして
最終締付タイムt₂のカウントを開始せしめるとともに、
角度法による締付け制御を行なうべく、角度センサ８か
ら増幅器11とA/D変換器12を経て入力されるデジタル信
号を読み込んで、これをメモリ13に記憶されている回転
角度−時間標準曲線と比較する。

（ヌ）タイマー２のカウントが最終締付タイムt₂に達
すると、トルクセンサ７および角度センサ８からの計測
データがデジタル信号としてCPU14を介してメモリ13に1
00msec毎に逐次格納され、ゾーン管理が開始される。

（ル），（ヲ）即ち、CPU14は、入力されるトルク信
号を上記標準曲線Ｎの最終トルク値Tmと逐次比較し、ト
ルク信号がTmに達したとき、I/Oポート15を経てナット
ランナー１の電磁弁３へ遮断信号を送って、出力軸６を
停止させ、ボルトの締付けが終了する。同時に、CPU14
は、ダウンカウンター（ステップ（ニ）参照）をカウン
トダウンしてメモリ13の次のアドレスに記憶されている
ゲイン値に増幅器11の増幅度を設定し、これによって最
初のボルトの対角位置にねじ込まれるべき次のボルトの
トルク信号は、締付トルクの増加分だけ小さい増幅度で
増幅されて、同一の標準曲線Ｎと比較されることにな
る。

一方、CPU14は、上記トルク信号がタイマー１による
総合タイムt₁のカウント終了後もTmに達しないとき、同
様に電磁弁３へ遮断信号を送って出力軸６を停止させる
とともに、表示装置16にエラー表示をさせ、操作者の注
意を換起する。この場合は、ダウンカウンターはカウン
トダウンされない。

（ワ），（カ）続いて、CPU14は、メモリ13に逐次格
納された上記トルク信号データを、400msec毎に上記標
準曲線Ｎと比較し、下限L,上限Ｕの許容帯域から外れた
割合いを算出し、その頻度をパーセンテージで表示装置
16に数値として表示せしめるなどして、操作者にそのボ
ルトの締付けトルクがゾーン（許容帯域）内にあるか否
かを知らせ、ゾーン管理の目安を与える。なお、上記
（ル）〜（カ）のステップは、角度センサ８からの回転
角信号についてもその標準曲線に基づいて行なえること
はいうまでもない。

（ヨ）こうして、最初のボルトの締付けが終わり、ス
テップ（ル），（ヲ）までにエラー表示がない限り、続
いて２回目のボルト締付けが、ステップ（イ）に戻っ
て、操作者によるナットランナー１の起動で再び開始さ
れる。なお、増幅器11のゲイン値設定が不適当でエラー
表示がなされた場合等は、操作者は制御装置10の前面パ
ネルのボタン操作で、適切なゲイン値をマニュアルで任
意に選定できる。

上記実施例では、CPU14が、スナグトルクTsに基づき
ボルト着座の有無を判断し、着座後はより大きなトルク
でナットランナー１をしてボルトの締付けをせしめるよ
うにしているので、能率的でより確実な締結が行なえ
る。また、CPU14が、標準曲線Ｎの許容帯域により締付
トルクの良否を表示装置16に表示させるようにしている
ので、締付トルクの管理がより確実に行なえる。

〈発明の効果〉以上の説明で明らかなように、本発明の締付工具の制
御装置は、締付工具のトルクセンサまたは回転角度セン
サからの出力信号を増幅する増幅器と、工具稼動時の出
力軸に作用するトルクまたは出力軸の回転角度の経時変
化を代表する理想的標準曲線およびワークの種別や締結
個所に対応する複数の増幅度を記憶するメモリと、上記
締付工具からの起動信号を受けて上記増幅器の増幅度を
上記メモリ中の予め定められた一つの値に設定し、この
増幅器を経た上記出力信号をメモリに記憶された上記標
準曲線と比較し、出力信号が標準曲線の最終水平部の値
に達したとき、上記締付工具に停止信号を出力するとと
もに次の締付工具起動にそなえて増幅器の増幅度を上記
メモリから読み出して自動的に設定する一方、一定時間
経過後も出力信号が上記最終水平部の値に達しないと
き、上記締付工具に停止信号を出力するとともに表示装
置にエラー表示をさせる信号を出力する中央処理装置と
を備えているので、トルクセンサ等の出力信号をワーク
の種別と締結個所に応じた増幅度で増幅して、理想的ト
ルク−時間曲線と比較することによって、変動幅の大き
い締付トルクを容易にゾーン管理することができ、この
ゾーン管理によって締付工具の駆動を制御するから、ボ
ルトなどのワークを種別や締結個所に応じた最適の条件
で的確に、しかも自動的，能率的に締め付けることがで
き、一連の締付作業において顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は締付工具と本発明の締付工具の制御装置の概略
図、第２図は上記制御装置のブロック図、第３図は第２
図のメモリに記憶される理想的トルク−時間標準曲線を
示す図、第４図は上記制御装置の動作を示すフローチャ
ートである。１……ナットランナー、２……エアホース、３……電磁
弁、６……出力軸、７……トルクセンサ、８……角度セ
ンサ、10……制御装置、11……増幅器、13……メモリ、
14……CPU、16……表示装置、Ｎ……標準曲線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】締付工具の出力軸に作用するトルクを検出
するトルクセンサまたは出力軸の回転角度を検出する角
度センサからの出力信号に基づいて上記締付工具の駆動
を、予め記憶している理想的標準曲線によってゾーン管
理する締付工具の制御装置であって、上記出力信号を増幅する増幅器と、工具稼動時の上記トルクまたは回転角度の経時変化を代
表する理想的標準曲線およびワークの種別や締結個所に
対応する複数の増幅度を記憶するメモリと、上記締結工具からの起動信号を受けて上記増幅器の増幅
度を上記メモリ中の予め定められた一つの値に設定し、
この増幅器を経た上記出力信号をメモリに記憶された上
記標準曲線と比較し、出力信号が標準曲線の最終水平部
の値に達したとき、上記締付工具に停止信号を出力する
とともに次の締付工具起動にそなえて増幅器の増幅度を
上記メモリから読み出して自動的に設定する一方、一定
時間経過後も出力信号が上記最終水平部の値に達しない
とき、上記締付工具に停止信号を出力するとともに表示
装置にエラー表示をさせる信号を出力する中央処理装置
とを備えたことを特徴とする締付工具の制御装置。