SE511336C2

SE511336C2 - Metod för fastställande av det installerade momentet i ett skruvförband vid impulsåtdragning, metod för styrning av en åtdragningsprocess, metod för kvalitetsövervakning och ett momentimpulsverktyg för åtdragning av skruvförband

Info

Publication number: SE511336C2
Application number: SE9703896A
Authority: SE
Inventors: Knut Christian Schoeps
Original assignee: Atlas Copco Tools Ab
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1999-09-13
Also published as: EP0911119A3; US6341533B1; EP0911119B1; US6134973A; JPH11254340A; JP4564604B2; SE9703896L; DE69806113D1; DE69806113T2; EP0911119A2; SE9703896D0

Description

511 336 2 , att momenttoppvärdet som indikeras vid varje levererad I impuls inte korrekt motsvarar den verkliga förspänningsnivàn i skruvförbandet. Vid en utförlig studie av momentimpulsdragning av skruvförband har man kunnat fastställa att toppvärdet hos den avgivna momentimpulsen inträffar i början av momentimpulsen, och att skruvförbandet fortsätter att rotera ytterligare ett vinkelintervall efter detta. När skruvförbandet verkligen slutar rotera är momentnivån faktiskt avsevärt lägre än det indikerade toppvärdet. Eftersom spänningen i skruvförbandet via stigningen hos gängan direkt motsvaras av vinkelförskjutningen hos skruven ökar dock spänningen så U länge skruven roterar.

Den ovannämnda studien visar alltså att skruvförbandet dras ät över ytterligare ett vinkelintervall efter det att momenttoppvärdet inträffat och att den aktuella fi skruvförspänningen i en övervägande majoritet av fall motsvaras av ett väsentligt lägre momentvärde än det indikerade toppvärdet. Det indikerade momenttoppvärdet är sålunda inte samma sak som det installerade momentet och avspeglar inte på ett riktigt sätt spänningen i skruvförbandet. Detta är alltså inte användbart som en 1» F :mä- W» ...Amin t. processtyrningsmätning.

Huvudändamålet med uppfinningen är att förbättra noggrannheten vid impulsdragning av skruvförband genom att åstadkomma en noggrannare mätning av det installerade momentet i skruvförbandet.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad metod för styrning av skruvförbandsdragningen genom användande av en ny förbättrad metod för mätning av det installerade momentet i skruvförbandet. li 511336 Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en förbättrad metod för kvalitetskontroll av slutresultatet av skruvförbandsdragningen genom användande av det installerade momentets mätvârde i enlighet med den nya metoden liksom mätningen av den totala vinkelförskjutningen av förbandet.

Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen framgår av den följande detaljbeskrivningen av en föredragen utföringsform av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar.

Ritningsförteckning: Fig l visar en delvis skuren sidovy av ett momentimpulslevererande verktyg enligt uppfinningen anslutet till en kraftförsörjnings- och processtyrningsenhet.

Fig 2 illustrerar schematiskt i större skala en delsektion av en rotationsdetekterande och vinkelmätande anordning ingående i verktyget i Fig 1.

Fig 3a och 3b illustrerar rotationsrörelsen hos åtdragningsverktygets utgående axel under en diskret impuls såsom indikeras med två separata känselelement anordnade i en relativ fasförskjutning av 90°.

Fig 3c illustrerar det moment som levereras till skruvförbandet i relation till tiden, liksom förspänningen åstadkommen under en diskret momentimpuls.

Fig 4a och 4b illustrerar i likhet med Fig 3a och 3b rotationsrörelsen hos skruvförbandet under en senare impuls. Z Fig 4c visar i likhet med Fig 3c det aktuella moment- och förspänningsutvecklingen i relation till tiden vid en senare momentimpuls under samma åtdragningsförlopp.

Fig 5a och Sb liksom 6a och 6b illustrerar i likhet med Fig 3a och 3b rotationsrörelsen hos skruvförbandet under två 511 336 ytterligare senare impulser under samma åtdragningsförlopp, under det att Fig 5c och 6c visar den aktuella moment- och förspänningsutveckling i relation till tid under de impulsrelaterade vinkelrörelserna illustrerade i Fig 5a och 5b och Ga och 6b.

Momentimpulsverktyget som visas i Fig 1 innefattar ett hus aíiﬁi ... m 10 med ett pistolhandtag 11, en pneumatisk rotationsmotor (icke visad) placerad i huset 10, en hydraulisk impulsgenerator 12 ansluten till motorn, och en utgående axel 13 ansluten till impulsgeneratorn 12. Den utgående _ axeln 13 är försedd med en yttre fyrkantände 14 för »Å anslutning av en mutterhylsa eller liknande. Handtaget 11 “W innefattar på vanligt sätt luftinlopps- och utloppskanaler (icke visade) och är försett med en pådragsventil 16 liksom en tryckluftsledningsanslutning 17 och en utloppsluftdeflektor 18. ~ . .. i . .n. w Den utgående axeln 13 är gjord av ett magnetostriktivt material och har två runtomgående uppsättningar av spår 20 och 21 som tillsammans med en spolenhet 22 bildar en momentavkännande enhet eller momentgivare 23. Denna typ av 1 momentavkännande enhet är tidigare i och för sig tidigare tf- känd genom exempelvis ovannnämnda USA patent 5,366,026 och féf utgör inte någon del av denna uppfinning.

Verktyget är vidare försett med en rotationsrörelse- detekteringsanordning 24 av magnetavkänningstyp vilken innefattar ett ringelement 26 fastsatt på den utgående axeln 13 och en avkänningsenhet 27 monterad i frontsektionen 25 hos huset 10. Ringelementet 26 har en periferiell rad av radiella tänder 28 anordnade med konstant delning. Avkänningsenheten 27 är placerad mitt för ringelementet 26 och innefattar två avkänningselement 30, 511 336 31 vilka är anordnade att generera elektriska signaler i förhållande till deras relativlägen mot tänderna 28.

Genom rotationsrörelsedetekteringsanordningen 24 är det alltså möjligt att erhålla information om storleken av vinkelrörelsen Q hos den utgående axeln 13. Detta är användbart för utförande av en kvalitetskontroll av àtdragningsprocessens slutresultat. Gränsvärden för den slutliga àtdragningen och den totala rotationsvinkeln kontrolleras därigenom mot det aktuella installerade momentet och den vid slutet av åtdragningsförloppet uppmätta vinkelförskjutningen.

Såsom illustreras i Pig 2 är känselelementen 30, 31 integrerade i ett tryckt kretskort 29 och är placerade sida vid sida på ett avstånd som motsvarar 5/4 av delningen hos tänderna 28. Ändamålet med ett sådant inbördes avstånd mellan känselelementen 30, 31 är att åstadkomma en 90” fasförskjutning hos de signaler som motsvarar vinkelförskjutningen hos den utgående axeln 13. Detta gör det enklare att säkert fastställa rotationsrörelsen hos axeln 13. Känselelementen 30, 31 kan alternativt vara åtskilda med 1/4 eller 3/4 , 5/4, 7/4 etc. av tanddelningen.

Rotationsrörelsedetekteringsanordningen 24 är emellertid tidigare känd i sig själv och utgör inte någon del av uppfinningen. Denna typ av anordning är kommersiellt tillgängliga och marknadsförs av företag såsom Siemens AG.

Momentgivaren 23 liksom den rotationsrörelsedetekterings- anordningen 24 är båda anslutna till processtyrningsenheten 33 via en flerpartskabel 34 vilken är ansluten till verktyget via en anslutningsenhet 32. Styrenheten 33 innefattar organ för inställning av ett önskat målvärde för det installerade momentet i skruvförbandet liksom 511336 gränsvärden för det slutliga momentet och den totala rotationsvinkeln. Styrenheten 33 innefattar också en kompareringskrets för jämförelse av det aktuella momentvärdet med ett inställt màlvärde, samt en krets för initiering av avstängning av motorns energitillförsel då det aktuella momentet motvarar det inställda màlvärdet.

Processtyrningsenheten 33 är ansluten till en kraftförsörjningsenhet 35 vilken ingår i en tryckluftledning 36 ansluten till impulsverktyget och är anordnad att styra lufttillförseln till verktygets motor.

Krafttillförselenheten 35 är ansluten till en tryckluftkälla S.

De elektroniska komponenterna och kretsarna hos styrenheten 33 beskrivs inte i detalj eftersom dessa är av en typ som vanligtvis används för styrändamål vid kraftverktyg. För en person kunnig inom området kraftverktygsstyrning skulle det inte fordras någon uppfinnaraktivitet att utveckla en styrenhet då de önskade specifika funktionsegenskaperna väl en gäng definierats. Uppfinningen definierar dessa funktionella särdrag som en metod för bestämning av det installerade momentet i ett skruvförband som àtdrages med upprepade momentimpulser liksom för tillämpningsmetoder för styrning och övervakning av momentimpulsåtdragningsförlopp_ De funktionella särdragen hos metoderna enligt uppfinningen och funktionssättet hos impulsverktyget under àtdragningsprocessen inkluderar ett antal successivt avgivna momentimpulser till ett skruvförband vilka illustreras i diagrammen 3 a-c till 6a-c. Dessa diagram är utskrifter fràn mätningar gjorda under faktiska àtdragningsförlopp. Diagrammen visar signaler som representerar rotationsrörelser hos skruvförbandet liksom mätningar som representerar det avgivna momentet till skruvförbandet samt klämkraften eller förspänningsgraden 7 511336 som uppnås i förbandet under fyra skilda impulser representerande fyra skilda åtdragningssteg av samma åtdragningsprocess.

Den första av de beskrivna impulserna som levereras till förbandet illustreras i Fig 3a-c. I Fig 3a visas den rotationsrelaterade signalen som levereras av ett av känselelementen 30, 31, och Fig 3b visar den rotationsrelaterade signalen som levereras av det andra av de två känselelementen 30, 31. Diagrammen visar rotationssignalen i relation till tiden och vågformen på kurvorna motsvarar den magnetiska influensen av ett antal på varandra följande tänder 28 passerande känselelementen 30, 31 vid rotatonsrörelse av den utgående axeln 13.

Genom att studera dessa kurvformer är det ganska lätt att fastställa var rotationen hos förbandet startar och slutar under en impuls. Med början från vänster är kurvan rakt horisontell. Detta representerar det stillastående förhållandet, innan rotationen påbörjas. Rotationen påbörjas vid wo, och efter ett visst rörelseinkrement, som illustreras av den upprepade vågformen, avslutas rotationen vid QI . I detta ögonblick når vågformen hos kurvan inte längre sin fulla amplitud. Detta visas klart i Fig 3b. I Fig 3a inträffar denna rotationsavslutning i en av inflexionspunkterna hos kurvan, och det är icke möjligt att fastställa med säkerhet huruvida rotationsstopp verkligen har ägt rum. Beroende på den 90” fasförskjutningen hos känselelementen 30, 31 är det emellertid alltid möjligt att uppnå en klar indikation av rotationsstoppet genom jämförelse av de två kurvorna.

Det skall noteras att den utgående axeln 13 inte kommer till ett fullständigt stillastående förhållande efter det att stopppositionen ml har uppnåtts vilket indikeras av att kurvorna i Fig 3a och 3b inte har blivit rakt horisontella »âuﬁe m! i 511 336 s efter detta läge. Anledningen till detta är en svag àterstuds av den utgående axeln 13 vilket emellertid inte påverkar stoppläget hos förbandet.

Såsom beskrivs ovan markeras skruvförbandets läge vid slutet av det ästadkomna rotationsinkrementet med QI som har en motsvarande placering i alla tre diagrammen 3a-c.

I diagrammet som visas i Fig 3c illustreras både en signal som representerar det moment M som avges till skruvförbandet och en signal som representerar den ästadkomna klämkraften eller spänningen F i förbandet.

Signalen för klämkraften F erhålles från en sensor som är monterad direkt pà skruvförbandet. Detta arrangemang används för experimentändamål enbart, eftersom om man alltid hade tillgång till den aktuella klämkraften i förbandet under ädragningen skulle den nya metoden för att åstadkomma en noggrannare mätning av det installerade momentet vara meningslös. Klämkraftsensorn används alltså enbart för att åstadkomma en illustration i diagramform av spänningsökningen under varje impuls speciellt då den illustreras i direkt jämförelse med moment-/tidkurvan.

Det skall observeras att momentkurvan är plottad med stigande moment riktad nedåt, under det att spänningskurvan visas med stigande grad riktad uppåt. Se pilarna till vänster i diagrammet i Fig 3c.

Från diagrammet i Fig 3c är det klart att skruvförbandsläge QI inte sammanfaller med det läge i vilket toppvärdet MP hos momentet är indikerat. Diagrammet visar istället att skruvförbandet fortsätter att rotera över ytterligare ett vinkelintervall efter det att momenttoppvärdet har detekterats. Detta innebär att skruvförbandet utsätts för en ytterligare ökad klämkraft och att den åstadkomna klämkraftnivån motsvarar en mycket lägre momentnivà än vad 9 511 336 som representeras av momenttoppvärdet MP. Det momentvärde som motsvarar stoppositionen hos förbandet är det installerade momentet och betecknas med MP I Fig 3c illustreras också tillväxten av klämkraften F under en momentimpuls som levereras till förbandet. I diagrammet i Fig 3c visas klart att klämkraften F börjar öka då förbandet börjar rotera och fortsätter att öka till förbandet slutar rotera vilket illustreras av punkten 0? Den svaga vàgformen hos moment-/tidkurvan, dvs. uppträdandet av en andra lägre toppnivá, beror på dynamiska krafter och elasticitet i kraftöverföringen hos âtdragningsverktyget.

I Fig 4a-c, Sa-c och 6a-c visas kurvor som reflekterar rotationsrörelsen hos skruvförbandet liksom de detekterade värdena pà moment och klämkraft under tre pá varandra följande momentpulser levererade till skruvförbandet under samma àtdragningsförlopp. Det visas klart att pulserna blir successivt kortare då förbandet ytterligare àtdrages och att de sekundära momenttopparna tenderar att sammanfalla med huvudmomenttoppen dä àtdragningsförloppet närmar sig den slutliga ätdragningsniván. Se Fig 6c.

De fyra olika momentpulserna som illustreras i Fig 3a-c resp. 4a-c, Sa-c och 6a-c visar klart som exempel att huvudmomenttoppniván som tidigare användes för bestämning av skruvförbandets àtdragningsstatus inte representerar den momentnivá som motsvarar den àstadkomna klämkraften i förbandet. Även om rotationsstoppunkten ml för varje impuls vid senare átdragningsstadium ligger närmar momentets toppnivá är det forfarande en väsentlig skillnad mellan toppnivàn M; och det installerade momentet MI. Se Fig 6c. å m “fx n H I! al 511 336 10 Enligt uppfinningen används det per impuls ökande installerade momentet MI, vilket avkänns vid en punkt där skruvförbandsrotationen upphör vid varje impuls för att bestämma när förbandet är átdraget till den förutbestämda màlmomentnivàn.

Diagrammen som visas i Pig 3c, 4c, 5c och 6c bekräftar dessutom att den aktuella klämkraften F faktiskt ökar över det vinkelintervall som bestäms av längden av varje impuls.

Det framgår alltså att klämkraften F ökar från punkten mo i vilket rotationen startar till punkten Q, i vilket rotationen upphör.

Claims

511336 11 Eatentkrayi

1. Metod för fastställande av installerat moment i ett skruvförband som åtdrages av en serie upprepade momentimpulser, innefattande följande steg: kontinuerlig detektering av rotationsrörelsen hos skruvförbandet under varje impuls, indikering när rotationsrörelsen hos skruvförbandet upphör vid varje impuls, och j indikering av det aktuella momentvärdet som överförs till skruvförbandet i det ögonblick rotationsrörelsen hos skruvförbandet upphör.

2. Metod för styrning av en skruvförbandsâtdragningsprocess varvid skruvförbandet skall ätdragas till en förutbestämd momentnivà med hjälp av ett momentimpulslevererande verktyg, innefattande mätning av det momentana värdet hos momentet som levereras till skruvförbandet under var och av ett antal pà varandra följande momentimpulser pàförda skruvförbandet, och avbrytande av àtdragningsförloppet då ett förutbestämt màlvärde hos det påförda momentet uppnås, k ä n n e t e c k n a d a v kontinuerlig detektering av rotationsrörelsen hos skruvförbandet under var och en av nämnda momentimpulser, indikering när rotationsrörelsen hos skruvförbandet upphör vid varje impuls, indikering av värdet hos det páförda momentet 1 just det ögonblick rotationsrörelsen hos skruvförbandet upphör vid varje impuls, jämförande av nämnda momentvärde indikerat vid upphörandet av rotationsrörelsen vid var och en av ett antal på varandra följande impulser med det förutbestämda málvärdet, samt avbrytande av àtdragningsförloppet då nämnda momentvärde indikerat vid upphörandet av rotationsrörelsen har uppnått nämnda målvärde. . .Jíši ï 511 336 12

3. Metod för kvalitetsövervakning av ett skruvförbandsàtdragningsförlopp ufört med ett momentimpulslevererande kraftverktyg, innefattande mätning av det momentana momentvärdet liksom det ästadkomna rotationsinkrementet under var och en av ett antal på varandra följande momentimpulser, upprättande av hög- och làggränsvärden för det slutliga momentet och den totala rotationsvinkeln, jämförande vid slutet av åtdragningsförloppet det ästadkomna slutliga momentvärdet och den totala rotationsvinkeln med nämnda gränsvärden, samt àstadkommande av en indikering i vad mån nämnda slutliga moment och nämnda totala rotationsvinkel befinner sig inom nämnda gränsvärden eller inte då förloppet är avslutat, varvid nämnda momentvärde mäts vid slutet av den ästadkomna rotationsinkrementet uppmätt under var och en av de avgivna momentimpulserna.

4. Metod enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v att det rotationsinkrement som àstadkommes vid den första impulsen av en serie levererade impulser mäts från en punkt fastställd av ett förutbestämt momenttröskelvärde vid starten av impulsen.

5. Momentimpulsavgivande kraftverktyg för àtdragning av skruvförband till en förutbestämd momentnivä, innefattande en rotationsmotor, en utgående axel (13) ansluten till nämnda motor, en detekteringsanordning (24) för rotationsrörelse, en momentgivare (23) för generering av en signal i relation till det från den utgående axeln (13) avgivna momentet, samt en styrenhet (33) ansluten till nämnda rotationsrörelsedetekteringsanordning (24) och nämnda momentgivare (23), nämnda styrenhet (33) innefattar en anordning för insättning av ett bestämt momentmålvärde, en kompareringskrets anordnad att aktiveras av nämnda rotationsrörelsedetekteringsanordning (24) för jämförelse av nämnda màlvärde med värdet hos det levererade momentet i 511 336 13 just det ögonblick rotationsrörelsedetekteringsanordningen (24) indikerar att rotationsrörelsen hos skruvförbandet upphört vid varje avgiven impuls, varjämte en avstängningsanordning för motorns kraftförsörjning är ansluten till nämnda kompareringskrets och anordnad att avbryta kraftförsörjningen till nämnda motor då värdet hos det avgivna momentet är lika med málmomentnivän.

6. Kraftverktyg enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a d a v rotationsrörelsedetekteringsanordningen (24) är anordnad att generera en signal motsvarande rotationsvinkeln och är ansluten till nämnda styrenhet (33), och att nämnda styrenhet (33) innefattar en signallagrings- och adderingsanordning som är ansluten till nämnda rotationsrörelsedetekteringsanordning (24) och anordnad att successivt lagra och addera de signaler som motsvarar det rörelseintervall som indikeras av nämnda rotationsrörelsedetekteringsanordning (24) under varje impuls, nämnda styrenhet (33) innefattar vidare en anordning för införande av màlvärden för den totala vinkelförskjutningen, nämnda anordning för lagring och addering av signaler är ansluten till nämnda kompareringskrets och till nämnda avstängningsanordning för kraftförsörjningen för att initiera en avstängning av kraftförsörjningen till nämnda motor dä summan av de lagrade totala rotationsvinkelsignalerna motsvarar nämnda màlvärde.