JPS6049554B2 - ボルト締付装置 - Google Patents
ボルト締付装置Info
- Publication number
- JPS6049554B2 JPS6049554B2 JP10205981A JP10205981A JPS6049554B2 JP S6049554 B2 JPS6049554 B2 JP S6049554B2 JP 10205981 A JP10205981 A JP 10205981A JP 10205981 A JP10205981 A JP 10205981A JP S6049554 B2 JPS6049554 B2 JP S6049554B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bolt
- axial force
- rotation angle
- torque value
- tightening
- Prior art date
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- Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、直流直巻電動機を用いてボルトまたはナッ
トを目標軸力に達するまで締付けるボルト締付装置に関
するものである。
トを目標軸力に達するまで締付けるボルト締付装置に関
するものである。
従来、軸力管理法により、ボルトまたはナットを目標
軸力に達するまで締付けるボルト締付装置としては各種
のものが提案されている。
軸力に達するまで締付けるボルト締付装置としては各種
のものが提案されている。
しかし、これらは信号処理をアナログ回路によつて行つ
ているものであるため、処理途中の演算結果を精度良く
保持しておくことが難しい。また電動機の駆動電硫によ
り締付トルクを検出する際に駆動電流を平滑化するよう
にしているため、信号処理に位相遅れが生じ、結果的に
ボルトまたはナットを精度良く締付けることができない
という欠点があつた。 本発明はこのような欠点に鑑み
なされたもので、その目的は軸力管理法によりボルト又
はナットを精度良く締付けることができるボルト締付装
置を提供することにある。
ているものであるため、処理途中の演算結果を精度良く
保持しておくことが難しい。また電動機の駆動電硫によ
り締付トルクを検出する際に駆動電流を平滑化するよう
にしているため、信号処理に位相遅れが生じ、結果的に
ボルトまたはナットを精度良く締付けることができない
という欠点があつた。 本発明はこのような欠点に鑑み
なされたもので、その目的は軸力管理法によりボルト又
はナットを精度良く締付けることができるボルト締付装
置を提供することにある。
このために本発明によるボルト締付機は、電動機の駆
動電流を検出し、その検出電流値をディジタル信号に変
換して出力する電流検出器と、上記電動機の回転により
ボルトの締付回転角度を検出する締付回転角度検出器と
、上記ディジタル信号により電動機のトルク値を算出す
る第１の演算装置と、電動機の単位回転角毎に上記トル
ク値を読込み、そのトルク値の変化によりボルト締付状
態が弾性域にあることを確認した後、トルク値の増加率
とボルトに関するデータとによりボルトの軸力を算出し
、さらにこの軸力と予め設定した目標軸力とにより目標
軸力に達するまでの必要回転角Ｊを算出し、この必要回
転角に一致するまで上記電動機を回転させる制御を行う
第２の演算装置とを具備し、信号処理をディジタル的に
行なうように構成したものである。
動電流を検出し、その検出電流値をディジタル信号に変
換して出力する電流検出器と、上記電動機の回転により
ボルトの締付回転角度を検出する締付回転角度検出器と
、上記ディジタル信号により電動機のトルク値を算出す
る第１の演算装置と、電動機の単位回転角毎に上記トル
ク値を読込み、そのトルク値の変化によりボルト締付状
態が弾性域にあることを確認した後、トルク値の増加率
とボルトに関するデータとによりボルトの軸力を算出し
、さらにこの軸力と予め設定した目標軸力とにより目標
軸力に達するまでの必要回転角Ｊを算出し、この必要回
転角に一致するまで上記電動機を回転させる制御を行う
第２の演算装置とを具備し、信号処理をディジタル的に
行なうように構成したものである。
以下、図示する実施例に基づいて本発明を詳細口こ説
明する。
明する。
第１図は本発明によるボルト締付装置の一実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
同図において、１は交流電源であつて、その出力電圧な
スイッチ２、半導体スイッチ３、直流直巻電動機４、電
流検出用抵抗器５からなる閉回路に供給されている。６
は電動機４の回転によりボルトの締付回転角度０毎にパ
ルスを発生する回転角検出器、７は抵抗器５に両端に発
生する電動機４の駆動電流に比例した電圧信号、すなわ
ち電流検出信号しをディジタル信号１Ｄに変換する電流
検出器としての油変換器、８は前記ディジタル信号１。
スイッチ２、半導体スイッチ３、直流直巻電動機４、電
流検出用抵抗器５からなる閉回路に供給されている。６
は電動機４の回転によりボルトの締付回転角度０毎にパ
ルスを発生する回転角検出器、７は抵抗器５に両端に発
生する電動機４の駆動電流に比例した電圧信号、すなわ
ち電流検出信号しをディジタル信号１Ｄに変換する電流
検出器としての油変換器、８は前記ディジタル信号１。
により任意の回転角θｎにおける電動機４のトルク値Ｔ
（０ｎ）を算出する第１の演算装置、９は第１の演算装
置８においてトルク値Ｔ（０ｎ）を求めるための演算用
プログラムを記憶しているメモｌ八１０は電動機４の単
位回転角毎に第１の演算装置８により算出されたトルク
値Ｔ（θｎ）を読込みそのトルク値Ｔ（θｎ）の増加率
によりボルト締付状態を弾性域にあることを確認した後
、予め設定したトルク値ＴＩ，に達した時点でトルク値
Ｔ（０ｎ）の増加率とボルトに関するデータ（呼び径、
弾性係数など）とによりボルトの軸力Ｎｓを算出し、さ
らにこの軸力ＮＩ，が予め設定した目標軸力Ｎｆに達す
るまでの必要回転角０ｆを算出し、この必要回転角θｆ
に一致するまで電動機４を回転させる制御を行う第２の
演算装置、１１は第２の演算装置において所定の処理を
行うための演算プログラムを記憶しているメモリ、１２
は弾性域に達したか否かを判断するためのデータおよび
ボルトに関するデータならびに目標軸力Ｎｆを設定する
入出力装置、１３は第２の演算装置１０からの制御信号
によるゲートパルス発出回路１４から発生させる半導体
スイッチ３に対するゲートパルスの位相を制御する位相
制御回路、１５はスイッチ２の閉成を検出して第２の演
算装置１０に対して演算開始信号を与える電源電圧検出
器である。次に、第２図のフローチャートおよび第３図
の特性図に基づいて動作を説明する。まず、入出力装置
１２により、ボルトの呼び径、弾性係数などのデータが
設定される。
（０ｎ）を算出する第１の演算装置、９は第１の演算装
置８においてトルク値Ｔ（０ｎ）を求めるための演算用
プログラムを記憶しているメモｌ八１０は電動機４の単
位回転角毎に第１の演算装置８により算出されたトルク
値Ｔ（θｎ）を読込みそのトルク値Ｔ（θｎ）の増加率
によりボルト締付状態を弾性域にあることを確認した後
、予め設定したトルク値ＴＩ，に達した時点でトルク値
Ｔ（０ｎ）の増加率とボルトに関するデータ（呼び径、
弾性係数など）とによりボルトの軸力Ｎｓを算出し、さ
らにこの軸力ＮＩ，が予め設定した目標軸力Ｎｆに達す
るまでの必要回転角０ｆを算出し、この必要回転角θｆ
に一致するまで電動機４を回転させる制御を行う第２の
演算装置、１１は第２の演算装置において所定の処理を
行うための演算プログラムを記憶しているメモリ、１２
は弾性域に達したか否かを判断するためのデータおよび
ボルトに関するデータならびに目標軸力Ｎｆを設定する
入出力装置、１３は第２の演算装置１０からの制御信号
によるゲートパルス発出回路１４から発生させる半導体
スイッチ３に対するゲートパルスの位相を制御する位相
制御回路、１５はスイッチ２の閉成を検出して第２の演
算装置１０に対して演算開始信号を与える電源電圧検出
器である。次に、第２図のフローチャートおよび第３図
の特性図に基づいて動作を説明する。まず、入出力装置
１２により、ボルトの呼び径、弾性係数などのデータが
設定される。
また、第３図の回転軸θとトルク値Ｔとの特性図を示す
ように、ボルトの締付状態が弾性域Ａに達したかどうか
を判断するためのトルク値増加幅ΔＴＳｌトルク値Ｔｓ
と、目標軸力Ｎｆが設定される。次に、スイッチ２が閉
成される。すると、電源電圧検出器１５はスイッチ２の
閉成を検出し、第２の演算装置１０に対して演算開始信
号を送り、第２の演算装置１０を初期化する。これによ
り、第２の演算装置１０はメモｌ川１から演算プログラ
ムを順次読込み、この演算プログラムに従つた処理を実
行するようになる。この演算プログラムの最初では演算
装置８に対して初期化信号が送られ、演算装置８がメモ
リ９からプログラムを読込み、任意の回転角θｎにおけ
るトルク値Ｔ（０ｎ）を算出できるような状態とされる
。そして、次に演算装置１０は位相制御回路１３に動作
開始ｌの制御信号を送り、ゲートパルス発生回路１４か
ら位相の制御されたトリガパルスを発生させる。これに
より、半導体スイッチ３がトリガパルスの発生タイミン
グに同期した位相で導通して電動機４が駆動され、電動
機４は回転し始める。これに−より、ボルトは順次締付
けられていくが、その締付けトルクＴ（θｎ）は第１の
演算装置８により算出される。すなわち、直流直巻電動
機４においては、締付けトルクＴ（θｎ）は駆動電流１
Ｍの実効値に比例している。このため、演算装置８・は
、抵抗５の出力信号１Ｍを油変換器７によつて交流電源
周期より極めて短い周期で量子化したディジタル信号１
Ｄを順次読込み、このディジタル信号１。を交流電源１
周期または半周期に亘り積分演算する。そして、この積
分演算値１Ｄから電動機４の無負荷電流値（予め設定さ
れている）を減じ、ボルトの締付けに寄与する実効値を
求め、さらにこの実効値に対し、必要に応じて電動機４
や歯車機構の損失などの係数を乗じ、この乗算値を回転
角０ｎにおけるトルク値Ｔ（θｎ）として出力する。こ
のトルク値Ｔ（０ｎ）の算出動作は交流電源一周期また
は半周期に繰り返し行なわれる。このようにして第１の
演算装置８においてはボルトの締付けトルク値Ｔ（θｎ
）が算出されるが、このトルク値Ｔ（０ｎ）は回転角度
検出器６から電動機４の所定回転角θ毎に１個の割合い
で出力される信号により第２の演算装置１０に読込まれ
る。
ように、ボルトの締付状態が弾性域Ａに達したかどうか
を判断するためのトルク値増加幅ΔＴＳｌトルク値Ｔｓ
と、目標軸力Ｎｆが設定される。次に、スイッチ２が閉
成される。すると、電源電圧検出器１５はスイッチ２の
閉成を検出し、第２の演算装置１０に対して演算開始信
号を送り、第２の演算装置１０を初期化する。これによ
り、第２の演算装置１０はメモｌ川１から演算プログラ
ムを順次読込み、この演算プログラムに従つた処理を実
行するようになる。この演算プログラムの最初では演算
装置８に対して初期化信号が送られ、演算装置８がメモ
リ９からプログラムを読込み、任意の回転角θｎにおけ
るトルク値Ｔ（０ｎ）を算出できるような状態とされる
。そして、次に演算装置１０は位相制御回路１３に動作
開始ｌの制御信号を送り、ゲートパルス発生回路１４か
ら位相の制御されたトリガパルスを発生させる。これに
より、半導体スイッチ３がトリガパルスの発生タイミン
グに同期した位相で導通して電動機４が駆動され、電動
機４は回転し始める。これに−より、ボルトは順次締付
けられていくが、その締付けトルクＴ（θｎ）は第１の
演算装置８により算出される。すなわち、直流直巻電動
機４においては、締付けトルクＴ（θｎ）は駆動電流１
Ｍの実効値に比例している。このため、演算装置８・は
、抵抗５の出力信号１Ｍを油変換器７によつて交流電源
周期より極めて短い周期で量子化したディジタル信号１
Ｄを順次読込み、このディジタル信号１。を交流電源１
周期または半周期に亘り積分演算する。そして、この積
分演算値１Ｄから電動機４の無負荷電流値（予め設定さ
れている）を減じ、ボルトの締付けに寄与する実効値を
求め、さらにこの実効値に対し、必要に応じて電動機４
や歯車機構の損失などの係数を乗じ、この乗算値を回転
角０ｎにおけるトルク値Ｔ（θｎ）として出力する。こ
のトルク値Ｔ（０ｎ）の算出動作は交流電源一周期また
は半周期に繰り返し行なわれる。このようにして第１の
演算装置８においてはボルトの締付けトルク値Ｔ（θｎ
）が算出されるが、このトルク値Ｔ（０ｎ）は回転角度
検出器６から電動機４の所定回転角θ毎に１個の割合い
で出力される信号により第２の演算装置１０に読込まれ
る。
第２の演算装置１０は第１の演算装置８から読込んだト
ルク値Ｔ（θｎ）に基づき次のような演算および制御を
行う。すなわち、第２図のフローチャートのステップ１
０１で示すように、前回読込んだトルク値Ｔ（θｎ−１
）と今回新たに読込んだトルク値Ｔ（０ｎ）とに基づく
トルク増加率ΔＴ＝１００−ＪＵＯ− と、Ｔ（θｎ）
の零点を基準にした大きさとの２つの値によりボルトの
締付け状態が弾性域にあるか否かを判断する。すなわち
、弾性域になつたかどうかを判断するため、第３図に示
すように弾性域でのトルク値Ｔｓとその増加率αが入出
力装置１２により予め設定されているので、演算装置１
０はΔＴ≧αおよびＴ（θｎ）≧Ｔｓであることを条件
に、ボルト締付け状態が弾性域になつたものとして判断
する。もし、この条件が成立しないならば、条件成立ま
で同じ動作を繰り返し行う。そして、条件成立によりボ
ルトの締付状態が弾性域にあると判断したならば、この
時の軸力Ｎｓはで求めることができる。
ルク値Ｔ（θｎ）に基づき次のような演算および制御を
行う。すなわち、第２図のフローチャートのステップ１
０１で示すように、前回読込んだトルク値Ｔ（θｎ−１
）と今回新たに読込んだトルク値Ｔ（０ｎ）とに基づく
トルク増加率ΔＴ＝１００−ＪＵＯ− と、Ｔ（θｎ）
の零点を基準にした大きさとの２つの値によりボルトの
締付け状態が弾性域にあるか否かを判断する。すなわち
、弾性域になつたかどうかを判断するため、第３図に示
すように弾性域でのトルク値Ｔｓとその増加率αが入出
力装置１２により予め設定されているので、演算装置１
０はΔＴ≧αおよびＴ（θｎ）≧Ｔｓであることを条件
に、ボルト締付け状態が弾性域になつたものとして判断
する。もし、この条件が成立しないならば、条件成立ま
で同じ動作を繰り返し行う。そして、条件成立によりボ
ルトの締付状態が弾性域にあると判断したならば、この
時の軸力Ｎｓはで求めることができる。
すなわち、締付トルクＴ（θｎ）とその時の軸力Ｎ（０
ｎ）との間には、Ｋをトルク係数、ｄをボルトの呼び径
とすればＴ（θｎ）＝ＫＩｄ●Ｎ（０ｎ）なる関係があ
るが、トルク係数Ｋはボルトの弾性域における締付トル
クＴの増加率ΔＴに比例しているからである。
ｎ）との間には、Ｋをトルク係数、ｄをボルトの呼び径
とすればＴ（θｎ）＝ＫＩｄ●Ｎ（０ｎ）なる関係があ
るが、トルク係数Ｋはボルトの弾性域における締付トル
クＴの増加率ΔＴに比例しているからである。
第２図のステップ１０４に示すようにメモリ１１から定
数Ｃ１を読出し、上記式により軸力Ｎｓを求める。この
場合、定数Ｃ１はボルトおよび被締付部材の弾性を総合
的に評価して決めたものである。次に、演算装置１０は
軸力Ｎｓと予め設定した目標軸力Ｎｆとの差ＲＮｆ−Ｎ
ＳＪを求め、この差ＲＮｆ−ＮＳョとボルト寸法および
材質等により定まる定数Ｃ２とにより、目標軸力Ｎｆに
達するまでの必要回転角度を求める。
数Ｃ１を読出し、上記式により軸力Ｎｓを求める。この
場合、定数Ｃ１はボルトおよび被締付部材の弾性を総合
的に評価して決めたものである。次に、演算装置１０は
軸力Ｎｓと予め設定した目標軸力Ｎｆとの差ＲＮｆ−Ｎ
ＳＪを求め、この差ＲＮｆ−ＮＳョとボルト寸法および
材質等により定まる定数Ｃ２とにより、目標軸力Ｎｆに
達するまでの必要回転角度を求める。
そして、この必要回転角度ΔＯの算出後からボルトの締
付回転角度θの計数を回転検出器６の出力信号により開
始する。そして、Δθ＝Σθとなつた時点で位相制御回
路１３の動作を停止させる制御信号を発生し、電動機４
の回転を停止させる。これにより、ボルトは目標軸力Ｎ
ｆで被締付部材を締付けるようになる。
付回転角度θの計数を回転検出器６の出力信号により開
始する。そして、Δθ＝Σθとなつた時点で位相制御回
路１３の動作を停止させる制御信号を発生し、電動機４
の回転を停止させる。これにより、ボルトは目標軸力Ｎ
ｆで被締付部材を締付けるようになる。
このように本実施例においては、ボルトの軸力を目標軸
力に一致させるまての処理をすべてディジタル信号処理
によつて行つているため、信号処理途中の位相遅れや信
号保持手段による誤差が発生せず、ボルトを精度良ぐ締
付けることができる。
力に一致させるまての処理をすべてディジタル信号処理
によつて行つているため、信号処理途中の位相遅れや信
号保持手段による誤差が発生せず、ボルトを精度良ぐ締
付けることができる。
なお、トルク値Ｔ（θｎ）を算出する際、電流１Ｍの積
分演算は交流電源一周期または半周期に亘つて行うよう
にしているが、ボルトのねじ部の状態が悪く、電流１Ｍ
が変動するような場合には複数サンプル点の平均値を積
分演算するようにしてもよい。また、上記説明では、ボ
ルトの締付けについてのみ説明したが、ナットの締付け
時にも適用できることは言うまでもない。さらに上記実
施例においては、ボルト締付状態が弾性域にあることを
確認するためにトルク値Ｔの増加率ΔＴおよびトルク値
Ｔが共に設定値α，Ｔｓより大となつたことを判別して
いるが、この発明はこれらのいずれか一方に基づいて弾
性域にあることを判別するようにしてもよいことは勿論
である。以上の説明から明らかなように本発明によれば
、ボルトを目標軸力で精度良く締付けることができる優
れた効果がある。また、ボルトの材質等の締付け条件が
変わつても定数を変更するのみで柔軟に対処できる汎用
性の点で極めて優れた効果がある。
分演算は交流電源一周期または半周期に亘つて行うよう
にしているが、ボルトのねじ部の状態が悪く、電流１Ｍ
が変動するような場合には複数サンプル点の平均値を積
分演算するようにしてもよい。また、上記説明では、ボ
ルトの締付けについてのみ説明したが、ナットの締付け
時にも適用できることは言うまでもない。さらに上記実
施例においては、ボルト締付状態が弾性域にあることを
確認するためにトルク値Ｔの増加率ΔＴおよびトルク値
Ｔが共に設定値α，Ｔｓより大となつたことを判別して
いるが、この発明はこれらのいずれか一方に基づいて弾
性域にあることを判別するようにしてもよいことは勿論
である。以上の説明から明らかなように本発明によれば
、ボルトを目標軸力で精度良く締付けることができる優
れた効果がある。また、ボルトの材質等の締付け条件が
変わつても定数を変更するのみで柔軟に対処できる汎用
性の点で極めて優れた効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
その演算処理過程を示すフローチヤーｌト、第３図は回
転角とトルクとの関係を示す特性図である。 １・・・・・・交流電源、２・・・・・スイッチ、３・
・・・・・半導体スイッチ、４・・・・・・直流直巻電
動機、５・・・・・・電流検出用抵抗器、６・・・・・
・回転角検出器、７・・・・・・電流門検出器としての
ＡＤ変換器、８・・・・・・第１の減算装置、９，１１
・・・・・・メモリ、１０・・・・・・第２の演算装置
、１２・・・・・入出力装置、１３・・・・・位相制御
回路、１４・・・・・・ゲートパルス発生回路、１５・
・・・・・電源電圧検出器。
その演算処理過程を示すフローチヤーｌト、第３図は回
転角とトルクとの関係を示す特性図である。 １・・・・・・交流電源、２・・・・・スイッチ、３・
・・・・・半導体スイッチ、４・・・・・・直流直巻電
動機、５・・・・・・電流検出用抵抗器、６・・・・・
・回転角検出器、７・・・・・・電流門検出器としての
ＡＤ変換器、８・・・・・・第１の減算装置、９，１１
・・・・・・メモリ、１０・・・・・・第２の演算装置
、１２・・・・・入出力装置、１３・・・・・位相制御
回路、１４・・・・・・ゲートパルス発生回路、１５・
・・・・・電源電圧検出器。
Claims (1)
- １ 直流直巻電動機を備えたボルト締付機装置において
、上記電動機の駆動電流を検出し、その検出電流値をデ
ィジタル信号に変換して出力する電流検出器と、上記電
動機の回転によりボルトの締付回転角度を検出する締付
回転角度検出器と、上記ディジタル信号により電動機の
トルク値を算出する第１の演算装置と、電動機の単位回
転角毎に上記トルク値を読込み、そのトルク値の変化に
よりボルト締付状態が弾性域にあることを確認した後、
トルク値の増加率とボルトに関するデータとによりボル
トの軸力を算出し、さらにこの軸力と予め設定した目標
軸力とにより目標軸力に達するまでの必要回転角を算出
し、この必要回転角に一致するまで上記電動機を回転さ
せる制御を行う第２の演算装置とを具備してなるボルト
締付装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10205981A JPS6049554B2 (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | ボルト締付装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10205981A JPS6049554B2 (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | ボルト締付装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS584369A JPS584369A (ja) | 1983-01-11 |
| JPS6049554B2 true JPS6049554B2 (ja) | 1985-11-02 |
Family
ID=14317191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10205981A Expired JPS6049554B2 (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | ボルト締付装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6049554B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021116801A1 (en) | 2019-12-13 | 2021-06-17 | Ricoh Company, Ltd. | Data processing device, image reading apparatus, image forming apparatus, and method for processing data |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5408519B2 (ja) * | 2007-07-27 | 2014-02-05 | 日本ファスナー工業株式会社 | 電動トルクレンチによる締付方法 |
| JP2011110672A (ja) * | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Kanto Auto Works Ltd | 締付装置及び回転角法による締付方法 |
| US9839998B2 (en) * | 2015-04-07 | 2017-12-12 | General Electric Company | Control system and apparatus for power wrench |
-
1981
- 1981-06-29 JP JP10205981A patent/JPS6049554B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021116801A1 (en) | 2019-12-13 | 2021-06-17 | Ricoh Company, Ltd. | Data processing device, image reading apparatus, image forming apparatus, and method for processing data |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS584369A (ja) | 1983-01-11 |
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