KR101384030B1 - 조임 토크 측정 유닛 - Google Patents

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Abstract

좌우의 조임 방향에 대해서 가급적 오차를 작게 할 수 있는 조임 토크 측정 유닛을 제공한다. 조임기에 장비되는 조임 토크 측정 유닛(10)으로서, 조임 토크를 검출하는 토크 센서(12)와, 상기 토크 센서(12)로부터의 출력을 증폭하는 증폭기를 갖고 있고, 상기 증폭기(40, 42)는, 조임기에 의한 조임 방향이 우회전인 경우와 좌회전인 경우에, 토크 센서로부터의 출력에 대해서 상이한 게인을 적용하도록 했다.

Description

조임 토크 측정 유닛 {TIGHTENING TORQUE MEASURING UNIT}
본 발명은, 볼트·너트 등의 조임 부재의 조임 토크를 검출할 수 있는 조임 토크 측정 유닛에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 우회전 및 좌회전의 어떤 회전 방향에 대한 조임 토크도 정밀도 좋게 측정할 수 있는 조임 토크 검출 유닛에 관한 것이다.
볼트, 너트 등의 조임 부재를 조일 때, 조임 토크를 검출할 수 있는 조임 토크 검출 유닛이 제안되어 있고, 상기 조임 토크 검출 유닛을 조임기에 장비 또는 조임기의 동력 전달 기구에 탈착 가능하게 장비하여 사용된다.
조임 토크 측정 유닛은, 도 5에 도시하는 바와같이, 변형 게이지 등의 토크 센서(12)와, 상기 토크 센서(12)에 접속된 증폭기(14), A/D 컨버터(16), 마이크로 프로세서(MPU)(20) 및 출력되는 토크 측정치의 표시 수단(30), 필요에 따라서 토크 측정치의 기억 수단(32)으로 구성된다.
증폭기(14)는, 토크 센서(12)로부터 수신한 토크 출력을 조정이 끝난 게인(15)으로 증폭, 또는, 오프 셋 보정(15a)을 행하여, A/D 컨버터(16)에 송신하고, A/D 컨버터(16)에서 A/D 변환한 후, 마이크로 프로세서(20)에 송신된다.
마이크로 프로세서(20)는, A/D 컨버터(16)로부터 입력된 디지털 신호를 토크치로 변환하는 토크 환산 수단(28a)과, 토크의 피크치를 검출하는 피크 토크 검출 수단(26)을 갖고, 상기 피크 토크 검출 수단(26)은, 토크 환산 수단(28a)의 환산치로부터 토크의 피크치를 검출하여, 표시 수단(30)에 표시하거나, 기억 수단(32)에 기억하도록 하고 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개 2007-111797호 공보 참조.
종래, 토크 센서(12)로부터의 출력에 대해서, 조임기의 조임 방향에 상관없이, 일정한 게인으로 증폭을 행했다. 증폭은, 토크 센서(12)로부터의 출력(mV)이, 토크 측정치(Nm)와 정비례의 관계가 되도록 측정되는 것이 이상적이다. 그러나, 토크 센서(12)의 특성이나, 토크 센서(12)의 조임 부분, 예를 들면 축이나 원통부에 부착한 경우의 이들 진원도(眞圓度) 등에 따라, 조임기의 조임 방향에 상관없이 일정한 게인으로 증폭을 행하면, 토크 센서(12)의 출력(mV)이 커짐에 따라, 우회전, 좌회전의 어떠한 조임 방향에 대해서도 출력되는 토크 측정치는, 실제의 값으로부터 멀어져 버리는 경향이 있다.
여기서, 어느 한쪽의 회전 방향에 대한 토크 측정치의 정밀도를 높이기 위해서, 도 6에 도시하는 바와같이, 한쪽의 회전 방향(도면에서는 우회전 방향)에 대해, 토크 도입치(실제로 가해진 토크치)와의 오차를 작게 하도록, 증폭을 행하고 있다.
이 경우, 다른쪽의 회전 토크(도면에서는 좌회전 방향)는, 토크가 커질수록 측정치와 실제의 값의 오차가 커져버리는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 좌우의 조임 방향에 대해서 가급적 오차를 작게 할 수 있는 조임 토크 측정 유닛을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛은,
조임기에 장비되는 조임 토크 측정 유닛으로서,
조임 토크를 검출하는 토크 센서와, 상기 토크 센서로부터의 출력을 증폭하는 증폭기를 갖고 있고,
상기 증폭기는, 조임기에 의한 조임 방향이 우회전인 경우와 좌회전인 경우에, 토크 센서로부터의 출력에 대해 상이한 게인을 적용하도록 했다.
증폭기는, 우회전의 조임 토크에 대한 게인을 갖는 우회전용 증폭기와, 좌회전의 조임 토크에 대한 게인을 가지는 좌회전용 증폭기를 구비하는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 조임 토크 측정 유닛은, 조임기의 구동부나 동력 전달 기구, 예를 들면 회전축에 탈착 가능하게 장비하는 것도 가능하고, 조임기의 구동 부분에 내장함으로써 일체로 장비할 수도 있다.
본 발명의 조임 토크 측정 유닛을 장비할 수 있는 조임기로서, 예를 들면, 전동식인 것, 압축 에어 작동형인 것, 유압 작동형인 것, 또한, 수동의 렌치(wrench)를 예시할 수 있다.
본 발명의 조임 토크 측정 유닛에 의하면, 토크 센서로부터 출력되는 토크에 대해서, 조임 방향에 따라, 증폭기에 있어서, 상이한 게인을 부여하도록 하고 있다. 이에 따라, 토크 센서로부터 출력되는 값을, 실제의 토크치에 근접시킬 수 있어 정밀도 높은 토크 측정을 행할 수 있다.
증폭기는, 상이한 게인을 토크 센서로부터의 출력에 부여하도록 설정할 수도 있고, 각각 게인이 다른 우회전용의 증폭기와, 좌회전용의 증폭기를 병렬로 배치하여, 우회전인 경우에는 우회전용 증폭기, 좌회전인 경우에는 좌회전용 증폭기에 의해 게인으로 증폭을 행하도록 해도 된다.
본 발명의 조임 토크 측정 유닛(10)은, 조임기(도시하지 않음)를 이용하여, 볼트나 너트 등을 조일 때에, 조임 방향의 정역, 즉, 우회전인지 좌회전인지에 따라, 토크 센서(12)의 출력에 부여하는 게인을 바꾸도록 한 것이다.
이하, 본 발명에 대해서, 도면을 참조하면서 설명을 행한다.
도 1은, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛(10)의 블록도를 나타내고 있다. 또한 도 2는, 조임 토크 측정 유닛(10)의 플로우 차트도를 나타내고 있다.
도 1에 도시하는 바와같이, 조임 토크 측정 유닛(10)은, 토크 센서(12)와, 상기 토크 센서(12)로부터의 출력을 게인(15)으로 증폭, 오프셋 보정(15a)하는 증폭기(14), 증폭기(14)로부터의 출력을 A/D 변환하는 A/D 컨버터(16), 후술 하는 마이크로 프로세서(MPU)(20), 마이크로 프로세서(20)로부터 출력된 토크치를 표시, 기억하는 표시 수단(30) 및 기억 수단(32)으로 구성할 수 있다.
토크 측정 유닛(10)은, 도시하지 않은 배터리 등으로부터 전원의 공급을 받아 작동한다.
토크 센서(12)로서, 변형 게이지를 예시할 수 있고, 토크 센서(12)는, 조임기가 전동식이나 압축 에어 작동형, 유압 작동형인 경우, 구동부나 동력 전달 기구, 예를 들면 회전축에 장착할 수 있고, 조임기가 수동 렌치나 드라이버인 경우, 아암부나 축부에 부착하거나, 소켓 등에 부착할 수 있다.
마이크로 프로세서(20)는, A/D 컨버터(16)에서 디지털로 변환된 신호를 증폭하는 증폭기를 갖는다. 증폭기는, 조임기의 조임 방향에 따라, 부여하는 게인이 상이한 우회전용 증폭기(40)와 좌회전용 증폭기(42)로 구성할 수 있고, 이들은, A/D 컨버터(16)로부터의 출력에 대해서 병렬로 접속된다. 우회전용 증폭기(40)는, 도 1에 도시하는 바와같이, 우측 게인(41)에 의해 입력 디지털 신호를 조정하고, 좌회전용 증폭기(42)는 우측 게인(41)과는 다른 게인치인 좌측 게인(43)에 의해 입력 디지털 신호를 조정한다.
우회전용 증폭기(40)와 좌회전용 증폭기(42)의 입력측에는, 도 1에 나타내는 바와같이, 제로점 조정(29a)을 행하기 위한 제로점 조정 조작 버튼(29)을 배치하는 것이 바람직하다. 제로점 조정 조작 버튼(29)을 조작하여(도 2의 단계 1), 제로점 조정(29a)을 행함으로써, 온도, 습도 등에 의한 토크 센서(12)나 증폭기(14)의 드리프트에 의한 제로점의 어긋남을 리셋하고(단계 2), 측정 전의 무부하 상태를 제로로 인식시키고, 표시 수단(30)의 표시 토크치를 제로로 설정할 수 있다(단계 3).
우회전용 증폭기(40)의 우 게인(41)과, 좌회전용 증폭기(42)의 좌 게인(43)은, 티칭(teaching) 조작에 의해, 출하 전 또는 메인터넌스(maintenance) 시에 조정을 용이하게 행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 예를 들면, 도 1에 도시하는 바와같이, A/D 컨버터(16)로부터 출력되고, 우회전용 증폭기(40) 또는 좌회전용 증폭기(42)에 입력되는 디지털 신호에 대해, 티칭 조작 버튼(28)을 조작하면, 특정한 토크 부하가, 측정치의 표시로서 환산되도록, 우측 게인(41) 및 좌측 게인(43)을 기억시킬 수 있다.
구체적으로는, 조임 토크 측정 유닛(10)을 장착한 상태의 조임기에 우회전의 정격 토크(예를 들면, 정격 토크가 800Nm이면, ＋800Nm의 토크)를 가하고, 이 상태에서 티칭 조작 버튼(28)을 조작하고, 상기 티칭 조작 버튼(28)에 접속된 토크 환산 수단(28a)에 의해, 조임 토크 측정 유닛(10)의 우측의 토크 측정치가 당해 정격 토크(예를 들면 ＋800Nm)로서 환산되도록, 우측 게인(41)을 조정한다. 역회전에 대해서도 마찬가지로, 좌회전의 정격 토크를 가하고, 이 상태에서 티칭 조작 버튼(28)을 조작함으로써, 조임 토크 측정 유닛(10)의 좌회전의 토크 측정치가 당해 정격 토크(예를 들면 －800Nm)로서 환산되도록, 좌측 게인(43)을 조정한다. 이에 따라, 조임 토크 측정 유닛(10)에 부여된 정격 토크와 토크 표시를 정밀하게 조정할 필요가 없어져, 출하 전이나 메인터넌스 시의 조정을 용이하게 행할 수 있다.
우회전용 증폭기(40)와 좌회전용 증폭기(42)는, 출력측에서 스위치 기구(22)에 접속된다. 스위치 기구(22)는, 후술하는 좌우 선택 수단(24)으로, 조임기의 조임 방향이 우방향인지 좌방향인지를 판별하고, 우회전인 경우에는, 스위치 기 구(22)는, 우회전용 증폭기(40)와 접속하고, 좌회전인 경우에는, 좌회전용 증폭기(42)와 접속한다.
좌우 선택 수단(24)은, 예를 들면, 미리 스위치 기구(22)가 우회전용 증폭기(40)와 접속되도록 해 두고(단계 4), 우회전용 증폭기(40)로부터의 출력이 일정치 이상으로 되었을 때, 예를 들면, 미리 설정된 표시 수단(30)에의 표시 개시 토크치 이상으로 되었을 때(단계 5), 상기 출력(디지털치)의 토크 환산치(Nm)가, 플러스인 경우에는, 조임기의 조임 방향이 우회전, 마이너스인 경우에는 좌회전이라고 판정한다(단계 6). 판정의 결과가 우회전이면, 그대로, 스위치 기구(22)를 우회전용 증폭기(40)와 접속시키고(단계 7), 반대로, 판정이 좌회전이면, 좌회전용 증폭기(42)로 접속을 전환한다(단계 8).
우회전용 증폭기(40) 또는 좌회전용 증폭기(42)로부터의 출력은, 스위치 기구(22)를 통해, 토크 검출 수단(26)에 송신된다. 토크 검출 수단(26)은, 증폭기(40) 또는 (42)에서 게인이 적용된 토크치를, 표시 수단(30) 및/또는 기억 수단(32)에 표시, 기억등을 시키기 위한 수단이다.
도시하는 실시예에서는, 토크 검출 수단(26)으로서, 피크 토크치를 검출하고, 표시 수단(30) 및/또는 기억 수단(32)에 송신하는 수단을 예시하고 있다.
피크 토크 검출 수단(26)은, 입력된 토크치가 피크를 갱신할 때마다(단계 9), 피크 토크치를, 표시 수단(30)에 표시하거나(단계 10), 기억 수단(32)에 기억시킨다(단계 11). 예를 들면, 피크 토크치의 기억은, 워크마다 행할 수 있다. 이에 따라, 사용자는, 현재의 조임 상황이나, 조임 후의 공정 확인 등을 용이하게 행 할 수 있다.
또한, 토크 검출 수단(26)으로부터의 출력은, 피크 토크치에 한정되지 않고, 증폭기(40)(42)로부터의 출력을 다이렉트로 표시 수단(30)이나 기억 수단(32)에 송신하고, 표시 수단(30)이나 기억 수단(32)은, 토크 파형이나 토크치를 표시, 기억하는 구성으로 해도 된다. 또한, 토크 파형을 기억하는 토크 파형 기억 수단(34)을 도 1에 도시하는 바와같이 별도 배치할 수 도 있다. 또한, 표시 수단(30)이나 기억 수단(32)은, 토크치가 피크에 도달한 것을 표시, 기억하는 구성으로 해도 된다. 또한, 피크 토크치에 도달한 것이나, 토크치를 음성 등에 의해 출력하는 것도 가능하다.
또한, 표시 수단(30) 및 기억 수단(32)은, 어느 한쪽만을 설치하는 구성으로 하거나, 이들에 대신하여 또는 추가하여, 마이크로 프로세서(20)로부터 출력된 토크치를 외부에 설치된 표시 수단이나 기억 수단에 출력하는 구성으로 할 수도 있다.
소정 시간, 피크 토크 검출 수단(26) 등에 토크치의 입력이 없거나, 피크 토크치가 갱신되지 않으면, 하나의 조임 작업은 완료한 것으로 간주하고, 예를 들면, 피크치를 기억하고 있는 경우에는, 다음의 토크치의 입력이 있을 때, 기억 수단(32)에 대해서, 별도의 워크로서 피크 토크치를 기억시키도록 하면 된다(단계 12).
본 발명의 조임 토크 측정 유닛(10)에 의하면, 조임기의 조임 방향에 따라, 상이한 게인을 부여할 수 있으므로, 좌우의 어느 쪽 조임 방향에 대해서도, 정밀도 가 높은 조임 토크를 표시시킬 수 있다.
도 3은, 좌우의 조임 방향에 대해서 각각 상이한 게인을 부여하도록 한 경우의 게인 적용예이다. 도 3과 종래의 도 6을 비교하여 알 수 있듯이, 좌우의 조임 방향에 대해서 각각 상이한 게인으로 증폭함으로써, 조임 방향에 상관없이, 토크 도입치에 대해서, 오차가 작은 토크 측정치가 얻어진다.
도 4는, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛(10)에 의해, 좌우의 조임 방향에 따라, 상이한 게인으로 증폭을 행한 경우의 토크 측정치와, 좌우의 조임 방향에 상관없이 일정한 게인으로 증폭을 행한 비교예로서, 우측의 조임 방향에 대해서 오차가 작아지도록 게인의 설정을 행한 토크 측정치에 대해서, 토크 도입치와의 오차와 비교한 그래프이다.
조임은 추가한 토크치가, －800Nm(좌회전측)∼＋800Nm(우회전측)이 되도록 하여 실시했다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛(10)은, 좌우의 조임 방향에 대해서, 토크 측정치의 오차를 대체로 0.3% 이하로 억제할 수 있는 것을 알 수있다. 한편, 좌우의 게인을 동일하게 한 비교예에 대해서는, 우회전 토크에 있어서의 측정 오차는, 본 발명과 다르지 않지만, 좌회전 토크에 있어서의 토크 측정치의 오차는, 1.0%를 넘고, 정밀도 높은 토크 측정이 실현되지 않은 것을 알 수 있다.
본 발명은, 조임기의 조임 방향에 상관없이, 정밀도 높은 토크 측정을 행할 수 있는 조임 토크 측정 유닛으로서 유용하다.
도 1은, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛의 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛의 플로우챠트이다.
도 3은, 본 발명의 조임 토크 측정 유닛의 좌우 개별 증폭기의 적용에 의한 토크 측정치와, 토크 도입치의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 조임 방향에 따라 좌우 개별 게인을 적용하여 토크 측정을 행한 발명예와, 조임 방향에 상관없이 좌우 동일한 게인을 적용하여 토크 측정을 행한 비교예에 대해서, 각각 토크 도입치에 대한 오차를 비교한 그래프이다.
도 5는, 종래의 조임 토크 측정 유닛의 블록도이다.
도 6은, 조임 방향에 상관없이 게인을 좌우 동일하게 한 경우의 토크 측정치와, 토크 도입치의 관계를 나타내는 모식도이다.

Claims (5)

  1. 조임기에 장비되는 조임 토크 측정 유닛으로서,
    조임 토크를 검출하는 토크 센서(12)와, 상기 토크 센서로부터의 출력을 증폭하는 증폭기를 갖고 있고,
    상기 증폭기는, 조임기에 의한 조임 방향이 우회전인 경우와 좌회전인 경우에, 토크 센서로부터의 출력에 대해서 상이한 게인을 적용하도록 한 것을 특징으로 하는 조임 토크 측정 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    증폭기는, 우회전의 조임 토크에 대한 게인을 갖는 우회전용 증폭기(40)와, 좌회전의 조임 토크에 대한 게인을 갖는 좌회전용 증폭기(42)를 구비하는 조임 토크 측정 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    우회전용 증폭기(40) 및 좌회전용 증폭기(42)에는, 스위치 기구가 접속되어 있고, 상기 스위치 기구(22)에 의해, 조임기의 조임 방향에 따라 우회전용 증폭기와 좌회전용 증폭기를 전환하여 증폭을 행하는 조임 토크 측정 유닛.
  4. 청구항 3에 있어서,
    스위치 기구(22)는, 조임기의 조임 방향을, 우회전용 증폭기(40) 또는 좌회전용 증폭기(42) 중 어느 한쪽에 입력된 토크 센서(12)로부터의 출력에 의거하여 판단하는 조임 토크 측정 유닛.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    조임기에 탈착 가능하게 장비되는 조임 토크 측정 유닛.
KR1020090051913A 2008-06-12 2009-06-11 조임 토크 측정 유닛 KR101384030B1 (ko)

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