JPS6214395B2 - - Google Patents

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JPS6214395B2
JPS6214395B2 JP53064753A JP6475378A JPS6214395B2 JP S6214395 B2 JPS6214395 B2 JP S6214395B2 JP 53064753 A JP53064753 A JP 53064753A JP 6475378 A JP6475378 A JP 6475378A JP S6214395 B2 JPS6214395 B2 JP S6214395B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bolt
torque
tightening
drive motor
bolt tightening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53064753A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS54156299A (en
Inventor
Tadamasa Nakamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Mechatronics Corp
Original Assignee
Shibaura Engineering Works Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Shibaura Engineering Works Co Ltd filed Critical Shibaura Engineering Works Co Ltd
Priority to JP6475378A priority Critical patent/JPS54156299A/ja
Publication of JPS54156299A publication Critical patent/JPS54156299A/ja
Publication of JPS6214395B2 publication Critical patent/JPS6214395B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボルト締付機を用い、トルク制御法
によつてボルトの締付けを行なうボルト締付方法
に関する。
一般に、ボルト締付機は第1図に示すように、
駆動モータ1、減速機構部2、ソケツト3および
固定側に取付けられた爪4を有する反力受け5か
らなる本体と、前記駆動モータ1の制御電源部6
とによつて構成されており、第2図に示すよう
に、反力受け5の爪4を締付ボルト7に隣接する
ボルト8に当接させ、これに反力を受けさせなが
らボルト7の締付けを行なうが、この際ボルトの
締め過ぎによる破損を防止するため、前記制御電
源部6によつてボルトの締付管理を行なう必要が
ある。
従来、この種のボルト締付機を用いて、ボルト
の締付管理を行なう場合、ボルト締付機の出力軸
のトルクを監視するトルク制御法によるものが多
く採用されている。このトルク制御法はボルト締
付機によるボルト締付を、ボルト締付機の出力軸
のトルクを監視することによつてその制御をし、
ボルト締付機の出力軸のトルクが設定値に達した
時点で駆動モータの電源をしや断してボルトの締
付けを完了する(実際には、トルクに比例するモ
ータ電流と設定値との比較制御を行なつている)
ものである。しかしこのような従来のトルク制御
法によるボルト締付方法では、単にボルト締付機
の出力軸の出力トルクが設定値に達した時点で駆
動モータの電源をしや断するので、ボルト締付機
の慣性によるボルトの締付分を考慮することがで
きず、実際のボルト締付トルクと設定値との間に
差異を生じてしまう。この電源しや断後のボルト
締付機の慣性によるボルトの締付分はボルト固有
のばね定数(スプリングワツシヤなどのクツシヨ
ン部材を用いているか否かによつても変化する)
によつて大幅に変化し、場合によつてはボルトの
締め過ぎによる破損に至つてしまうおそれが多分
にある。そのため従来のトルク制御法によるボル
ト締付方法では、予めボルト締付機の慣性による
ボルトの締付分を見込んでその分設定トルクを小
さく設定して検出トルクとの比較制御を行なわせ
るようにしているがボルト締付機の慣性による締
付分がボルトのばね定数、モータしや断時の回転
速度により変化するので設定トルクの設定値の決
定が困難でボルトの締付精度が悪いものになつて
いる。
本発明はこのような点を考慮してなされたもの
で、ボルト締付け時にボルト締付機の出力軸の出
力トルクおよび回転数をそれぞれ検出し、各検出
値に応じてボルト締付機の駆動モータの電源しや
断後におけるボルト締付機の慣性によるボルトの
締付分を考慮したボルトの最終締付トルクを理論
式からマイクロコンピユータを用いて演算し、そ
の演算結果が予め設定された設定トルクと一致し
たときに駆動モータの電源をしや断することによ
り電源しや断後のボルト締付機の慣性によるボル
トの締付分をも考慮した高精度なボルトの締付け
を行なうことのできるボルト締付方法を提供する
ものである。
まず、本発明によるボルト締付方法の制御原理
について以下説明する。
いま、駆動モータや減速機の慣性能率JMを、
ボルト締付機の出力軸との減速比Grに応じて出
力軸に換算した慣性能率をJ(≒JMr )、ボ
ルトが締まりはじめてからのボルトの回転角を
θ、ボルトで被締結体を締付けた時のナツトまた
はボルトの締付回転角度に対する締付トルク(大
部分が摩擦である)の増加率をばね定数E(=
dT/dθ)、駆動モータの電源をしや断してからの時 間をt、慣性分のトルクを含まないボルト締付機
の出力トルクをTとすると、ボルトの弾性域では
ボルトのトルクはE・θなので次の関係式が成立
する。
E・θ=T−Jdθ/dt ……(1) そして、ボルト締付機の出力トルクTは電源が
しや断された後は零となるからそのときの関係式
は次式によつて与えられる。
Jdθ/dt=−H・θ ……(2) この(2)式をt=0でθ=θ、dθ/dt=ω
し て解けば次式のようになる。
ただし、β=E/J、=tan-1θ・β/
ωである。
一方、ボルトの最終締付けトルクTnaxは回転
角θの最大値θnaxにおけるもので、それは次式
によつて与えられる。
nax=E・θnax ……(4) そして、θnaxは前記(3)式から求めることがで
き、その値は次式のようになる。
したがつて、前記(4)、(5)式から駆動モータが完
全に停止したときにおけるボルトの最終締付トル
クTnaxは次式で表わされる。
nax=√2 0 20 2 ……(6) ここで、電源しや断直前における駆動モータの
速度変動率が小さければ前記(6)式におけるEθ
は電源しや断直前にボルト締付機の出力軸からボ
ルトに付与される締付トルクT0に等しく、前記
(6)式は次のように書きかえられる。
nax=√0 20 2 ……(7) この(7)式はボルトの最終締付トルクTnaxは駆
動モータの電源をしや断するときのボルトの角速
度ωとボルトの締付トルクT0とによつて決ま
るもので、トルク制御法によるボルト締付方法に
おいては、ボルト締付機の出力軸の出力トルクを
規制するだけでは正確なボルトの締付トルクを制
御することができないことを示している。
本発明によるボルト締付方法は、前記(7)式の理
論式にもとづき、ボルト締付機の出力軸の出力ト
ルク、即ち、締付トルクT0およびボルトの角速
度ωをそれぞれ検出し、各検出値に応じてマイ
クロコンピユータによつて前記(7)式による演算を
行なわせて、ボルトの最終締付トルクTnaxを求
め、その演算結果が予め設定された設定値と等し
くなつた時点で駆動モータの電源をしや断させる
ようにしたものである。
なお、前記(7)式の理論式にもとづき、ボルト締
付機の出力軸の出力トルク検出信号、即ち、締付
トルク検出信号およびその回転速度検出信号によ
つてボルトの最終締付トルクを2乗演算器、乗算
器、加算器およびルート演算器などを組合せ用い
た通常の演算装置によつて行なわせるのではその
全体の構成が複雑かつ高価なものになり、しかも
その演算速度が遅いものになつてしまう。そこ
で、特にスプリングワツシヤなどのクツシヨン部
材を使用していないボルトの締付けにあつては、
前記(7)式におけるJEω0 2の項がT0 2に比して極め
て大きくなるためにこのT0 2の項を省略し、Tnax
=K・ω(K=√:定数)としてボルトの
角速度すなわち駆動モータの回転速度のみを演算
要素としてボルトの締付制御を行なうことが考え
られるが、充分なボルトの締付精度を得ることが
できない。
第3図は本発明の一実施例によるボルト締付方
法の制御系統の構成を示すもので、電源9、トリ
ガスイツチ10、サイリスタ制御回路11および
駆動モータ12からなるボルト締付機の主回路
と、駆動モータ12と機械的に直結された減速機
構部13の出力軸、即ち、ボルト締付機の出力軸
のトルクを検出するトルク検出器14と、同じく
減速機構部13の出力軸の回転速度を検出する回
転検出器15と、これら各検出器14,15の検
出信号T0、ωに応じて予め記憶された前記(7)
式の理論式にしたがつて現在直ちに駆動モータ1
2の電源をしや断したとしてその停止後のボルト
の最終締付トルクTnaxを算出し、その結果が目
標締付トルクとして予め記憶された設定トルクT
Sと等しくなつたとき前記サイリスタ制御回路1
1にゲートしや断信号Sを出力するマイクロコン
ピユータ16とによつて構成されている。なお、
マイクロコンピユータ16にあつてはこれに記憶
された理論式の定数E,Jを任意に設定変更する
ことができ、また前記設定トルクTSの値を任意
に設定変更することができるようになつている。
またボルトのばね定数Eは下記(8)式によつて与え
られるため、ボルトの締付中に各検出信号T0
ωに応じてこの値Eをマイクロコンピユータ1
6内で演算させて前記(7)式の理論式に適用させる
こともできる。
E=dT/dθ ……(8) また、第4図は本発明の他の実施例を示すもの
で、この場合はボルト締付機の出力軸の出力トル
クT0とその駆動モータ12の入力電流iとが第
5図に示すような一定の関係があることからその
関係をマイクロコンピユータ16に予め記憶させ
ておき、駆動モータ12の入力電流を検出する電
流検出器17の検出信号iからボルト締付機の出
力軸の出力トルクT0を求めるようにしている。
なおこの場合、実際のボルト締付機の出力軸の出
力トルクT0′は下記の(9)式に示すように回転速度
ωの変化に応じて変化するため、マイクロコン
ピユータ16内でそのトルクの慣性による変化分
−Jdω/dtを補正してから実際のボルトの最終締
付 力Tnaxを演算によつて求めるようにする。また
一般にこの慣性によるトルクの変化分−Jdω/dt
は 小さいため、これを無視しても余りボルトの締付
精度がおちるようなことがない。
T0′=T0−Jdω/dt ……(9) さらに、第6図は本発明の他の実施例を示すも
ので、この場合は駆動モータ12の回転速度ωと
その入力電流iとが第7図に示すように駆動モー
タ12の端子電圧eに応じた一定の関係を有して
いるところから、予めマイクロコンピユータ16
に駆動モータ12の回転速度をその電圧と電流の
関係によつて記憶させておき、電流検出器17お
よび電圧検出器18の各検出信号i,eから駆動
モータ12の回転速度(前記減速機構部13の出
力軸、即ち、ボルト締付機の出力軸の回転速度ω
に比例している)を求めようにしている。な
お、ここではマイクロコンピユータ16は各検出
信号i,eに応じて前述のように回転速度ω
求めるとともに、前記実施例で説明したように検
出信号iからボルト締付機の出力軸の出力トル
ク、即ち、ボルトの締付トルクT0を求める。
以上、本発明によるボルト締付方法にあつて
は、ボルト締付け時にボルト締付機の出力軸の出
力トルクおよび回転数をそれぞれ検出し、これら
各検出値に応じて駆動モータの電源しや断後にお
けるボルト締付機の慣性によるボルトの締付分を
考慮したボルトの最終締付トルクを予めマイクロ
コンピユータに記憶させた理論式から求め、その
演算結果がそのマイクロコンピユータに記憶させ
た設定トルクと一致したとき駆動モータの電源を
しや断させるようにしたもので、電源しや断後の
ボルト締付機の慣性によるボルトの締付分をも考
慮した理想的なトルク制御を行なうことができ、
従来のトルク制御法によるボルト締付方法に比し
てボルト締付精度が著しく向上するとともにその
締付時間も短縮されるという優れた利点を有して
いる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的なボルト締付機の外観を示す正
面図、第2図は反力受けの動作状態を示す図、第
3図、第4図および第6図は本発明の一実施例に
よる制御系統をそれぞれ示すブロツク構成図、第
5図はボルト締付機の出力軸の出力トルクT0
入力電流iと特性図、第7図は駆動モータの回転
速度と入力電流iとの特性図である。 1,12……駆動モータ、2,13……減速機
構部、3……ソケツト、4……爪、5……反力受
け、6……制御電源部、7……締付ボルト、8…
…隣接ボルト、9……電源、10……トリガスイ
ツチ、11……サイリスタ制御回路、14……ト
ルク検出器、15……回転検出器、16……マイ
クロコンピユータ、17……電流検出器、18…
…電圧検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ボルト締付機を用い、トルク制御法によつて
    ボルトを締付けるボルト締付方法において、ボル
    トの締付時にボルト締付機の出力軸の出力トルク
    と回転速度をそれぞれ検出し、これらの各検出値
    に応じて、ボルト締付機の駆動モータの電源しや
    断後におけるボルト締付機の慣性によるボルトの
    締付分を考慮したボルトの最終締付トルクTnax
    を、予めマイクロコンピユータに記憶させた理論
    式、Tnax=√0 20 2(ここに、T0=電源し
    や断前にボルトに付与された締付トルク、J=ボ
    ルト締付機の出力軸に換算した回転部分の慣性能
    率、E=ボルトのばね定数、ω=電源しや断時
    のボルトの回転速度である)により演算し、その
    演算結果が前記マイクロコンピユータに目標締付
    トルクとして記憶させた設定トルクと一致した時
    に前記駆動モータの電源をしや断することによ
    り、電源しや断後のボルト締付機の最終締付トル
    クTnaxが目標締付トルクになるようにしたボル
    ト締付方法。 2 前記理論式のばね定数Eを、E=dT/dθから
    演 算により求めるようにした特許請求の範囲第1項
    記載のボルト締付方法。 3 予めマイクロコンピユータに締付トルクT0
    と、駆動モータの入力電流iとの関係を記憶させ
    ておき、前記駆動モータの入力電流iの検出値か
    ら前記理論式の締付トルクT0を求めるようにし
    た特許請求の範囲第1項記載のボルト締付方法。 4 予めマイクロコンピユータに締付トルクT0
    と駆動モータの入力電流iとの関係を記憶させて
    おき、前記駆動モータの入力電流iの検出値から
    求めた締付トルクT0を、前記駆動モータの速度
    変化によるトルク変化分により補正した締付トル
    クT′0を、前記理論式T0の代りに用いるようにし
    た特許請求の範囲第1項記載のボルト締付方法。 5 予めマイクロコンピユータに駆動モータの回
    転速度ωと、駆動モータの端子電圧eと入力電流
    iとの関係を記憶させておき、前記駆動モータの
    端子電圧eと入力電流iの検出値から、ボルト締
    付機の出力軸の回転速度、即ちボルトの回転速度
    ωを、また入力電流iの検出値から締付トルク
    T0を演算し、これらの演算結果を前記理論式に
    用いるようにした特許請求の範囲第1項記載のボ
    ルト締付方法。
JP6475378A 1978-05-30 1978-05-30 Bolt clamping machine Granted JPS54156299A (en)

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JPS54156299A JPS54156299A (en) 1979-12-10
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JPS5937063A (ja) * 1982-08-24 1984-02-29 トヨタ自動車株式会社 動力式ねじ締付装置の駆動停止制御方法
JPS63240395A (ja) * 1987-03-25 1988-10-06 Shibuya Kogyo Co Ltd キヤツパの閉栓トルク制御方法
JP6135925B2 (ja) * 2013-07-19 2017-05-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 インパクト回転工具及びインパクト回転工具用先端アタッチメント

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