SE517560C2 - Förfarande, anordning och system för bestämning av vridmomentet med hjälp av beräknade pulsparametrar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 _ som specificerades. upp till den erforderliga momentnivàn för varje enskild skruvgängad led. Denna erforderliga momentnivà màste nollställas pà momentnyckeln varje gäng det erforderliga momentet ändras eller typen av fästelement eller led ändras. Dà den erforderliga momentniván har uppnàtts i momentnyckeln, upphör momentnyckeln att páföra kraft.

Det är känt frän US 5,3l5,50l att använda ett kompen- seringsförfarande med en roterande momentnyckel. För- farandet visar att en momentnyckel kan stängas av pà ett tidigt stadium sà att översläng i vridmoment i ett roterande verktyg inte leder till att ett erforderligt momentvärde överskrids. Momentvärde i detta exempel pá en kontinuerligt verkande skruvnyckel mäts av en givare direkt kopplad mellan en drivaxel hos den roterande momentnyckeln och huvudet pà fästanordningen. Decele- rationstiderna för ett antal àtdragningsförlopp uppmäts, och en konstant hos en linjär funktion uppskattas för en serie àtdragningar av en speciell skruvgängad led.

Därefter páförs en korrektion för att kompensera för en tendens hos momentnyckeln att överskrida det momentvärde Detta förfarande behandlar emellertid bara momentinställningar utöver ett màlvärde pà grund av översläng hos verktyget och gör sä endast pà grundval av momentinställningar som uppmäts av en givare som är direkt kopplad till en verktygsdrivaxel.

Ett annat angreppssätt för avstängning av en momentnyckel dà den erforderliga momentinställningen har uppnàtts är att innefatta en momentavkännande anordning i moment- nyckeln. Det av momentnyckeln pà en fästanordning páförda vridmomentet uppmäts och verktyget avstängs när det upp- mätta vridmomentet uppnår det erforderliga vridmomentet.

EP 502 748 visar t ex en pulsdriven momentnyckel som inbegriper en magnetoelektriskt givaranordning anordnad med momentnyckelns huvudaxel för att i huvudaxeln mäta 10 15 20 25 30 35 517 560 vridmoment som påförs en fästanordning genom moment- nyckeln. Ett problem med detta angreppssätt är emellertid att vridmomentet i axeln hos ett verktyg som àtdrager en fästanordning i en skruvgängad led kanske inte alltid är det samma som det vridmoment som pàförs mellan passytorna hos skruvgängorna i leden.

Orsakerna till detta är komplicerade och svåra att isolera. Det beror delvis pà dynamiska förändringar beroende av elasticitet och tröghet i fästanordningen och elasticitet i leden. Det viktiga är att en skillnad mellan det vridmoment som uppmäts i axeln hos ett àtdragnings- verktyg och det vridmoment som uppnås i en skruvgängad led kan leda till ett fel i det verkliga vridmomentet i den åtdragna skruvgängade leden, speciellt vid en icke kon- tinuerligt verkande nyckel såsom en pulsdriven moment- nyckel.

BESKRIVNING AV UPPF INNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett.förfarande för att uppskatta_det vridmoment som påförs_ en bult eller annan fästanordning i en skruvgängad led.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett noggrant förfarande för att uppskatta det påförda vrid- momentet, vilket förfarande är oberoende av ledtyp och oberoende av erforderligt momentvärde.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning och ett system för utförande av förfarandet för uppskattning av vridmoment påfört en bult eller annan fästanordning i en skruvgängad led. Ännu ett ändamàl med uppfinningen är att åstadkomma ett datorprogramelement för utförande av förfarandet. 10 15 20 25 30 35 517 560 - o o n u o; :en oø Föreliggande uppfinning definieras av de bifogade patentkraven och innefattar ett förfarande enligt patentkrav l och en anordning och ett system enligt patentkrav 17, samt användning därav enligt patentkrav 31 och ett datorprogramelement enligt patentkrav 32. Före- liggande uppfinning kan kortfattat beskrivas som ett förfarande för bestämning av ett uppskattad vridmoment som pàförs en bult eller annan fästanordning i en skruvgängad led med användning av en pulsdriven momentnyckel. Den pulsdrivna momentnyckeln anordnas med medel för avkänning av det vridmoment som pàförs av den pulsdrivna moment- nyckeln pä en fästanordning, och kan också innefatta en regleranordning för att reglera drivanordningen. Före- liggande uppfinning utförs genom att använda minnes- och beräkningsanordningar sä att parametrar kan beräknas ur mätningar tagna av vridmoment páfört under varje puls. De parametrar som beräknas beskriver kännetecknande egen- skaper för varje puls i en serie vridmomentpulser. Baserat pà den erhàllna uppsättningen parametrar uppskattas ett värde pà ett átdragande moment enligt ett förhållande som beskrivs nedan.

Den främsta fördelen med uppfinningen är att den ästad- kommer en noggrann och konsekvent uppskattning av päfört vridmoment. Uppfinningen är också synnerligen snabb och ekonomisk att använda därför att ingen nollställning eller omberäkning behövs för högre eller lägre vridmomentvärden hos olika fästanordning-/ledkombinationer_ Samma pulsdrivna verktyg kan sàlunda användas för olika momentinställningar i samma hopsättningsarbete utan justering eller kalibrering. Förutom att den ger tekniska förbättringar pà grund av noggrannhet är uppfinningen vidare ekonomiskt fördelaktig och användbar dà den kan tillämpas pä en stort urval arbetsuppgifter. Ingen speciell utbildning behövs för att manövrera den och noggrannheten i denna pulsdrivna momentnyckel är praktiskt a n v ø nu 10 15 20 25 30 35 5 1 7 5 6 0 taget oberoende av operatören. En ytterligare fördel är att manövreringen av verktyget kan skräddarsys efter arbetsuppgiften och ledtypen. Detta kan göras, t ex så snart ett förutbestämt momentvärde har uppnåtts, genom att välja en regleràtgärd från olika typer av snabba eller làngsamma förändringar av pulsformen, och avstängningar, som tillhandahålls av en pulsdriven momentnyckel enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning. Vidare kan fastsättningsdata som genereras av den pulsdrivna momentnyckeln loggas in och lagras för kalibrerings-, certifierings- och dokumentationsändamål.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning skall närmare beskrivs med hän- visning till bifogade ritningar.

Figur l visar schematiskt en pulsdriven momentnyckel enligt den föreliggande uppfinningen.

Figur 2 visar diagram över vridmoment i förhållande till tid för en serie pulser påförda en bult med sexkanthuvud i en hård led.

Figur 3 visar diagram över vridmoment i förhållande till tid för en serie pulser påförda en insexskruv i en hård led.

Figur 4 visar i ett diagram över vridmoment i förhållande till tid parametrar för en pulsform som kan beräknas enligt den föreliggande uppfinningen.

Figur 5 visar ett diagram över resultat med användning av ett uppskattat vridmoment beräknat såsom toppmoment enbart i den sista pulsen, för olika leder, enligt TEKNIKENS STÅNDPUNKT .

Figur 6 visar ett diagram över resultat med användning av ett uppskattat vridmoment beräknat med användning av topp- moment enbart i den sista pulsen som parameter, enligt en utföringsform av uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 Figur 7 visar ett diagram över resultat av ett uppskattat vridmoment beräknat med användning av toppmoment, maximal momentökningstakt och momenttillväxt som pulsparametrar enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar en pulsdriven momentnyckel l i vilken en drivaxel kopplad till en drivanordning 2 är anordnad som en första drivaxeldel 5 och en andra drivaxeldel 4. En momentavkännande anordning 3 är kopplad mellan den första drivaxeldelen 5 och den andra drivaxeldelen 4 hos moment- nyckeln 1. Den andra drivaxeldelen 4 är anordnad att gripa en bult, skruv eller annan gängad fästanordning 7. Fäst- anordningen 7 visas i läge i en skruvgängad led 6. Den momentavkännande anordningen 3 är ansluten till en signalbehandlare 8 utrustad med en beräkningsanordning 9 och en minnesanordning lO. Signalbehandlaren 8 och den pulsdrivna momentnyckeln 1 är vidare anslutna till en regulator ll. Signalbehandlaren 8 sänder en signal 15 innehållande det uppskattade vridmomentet till regulator ll. Regulatorn ll är anordnad att kunna generera en styr- signal, visad i figur l med siffran 16, för att styra drivanordningen 2. vid ett förfarande enligt TEKNIKENS STÅNDPUNKT, bestäms ett värde pà átdragningsmomentet sàsom ett toppmomentvärde i den sista pulsen, vilket resulterar i en huvudsakligen linjär funktion mellan avvikelse och detekterat vridmoment med ett förhållande som varierar avsevärt mellan olika ledtyper. Detta kan ses i figur 5 (enligt teknikens ståndpunkt) vilken visar en medelavvikelse mellan bestämda och verkliga momentvärden för olika momentniváer och olika leder, där vridmomentet har bestämts som enbart toppmoment i den sista pulsen. Figur 5 visar medelavvikelsen som påvisats för ökande momentvärden för fyra olika u s u u v oo 10 15 20 25 30 35 insex/hard 51, insex/mjuk 52, sexkanthuvud/härd 53 samt sexkanthuvud/mjuk fästanordnings-/ledkombinationer: 54. Med andra ord ger inte en uppmätning av enbart toppmoment under den sista pulsen ett noggrant mått eller en noggrann uppskattning av det vridmoment som pàförts leden.

Enligt föreliggande uppfinning kan vridmomentet mätas kontinuerligt av den vridmomentavkännande anordningen 3 eller kan samplas vilket resulterar i flera sample under varje momentpuls. En serie parametrar 12, 13, 14 beräknas ur det vridmoment som uppmäts över tiden genom den vrid- momentavkännande anordningen 3 under àtdragningen av en fästanordning 7 i den skruvgängade leden 6. Den pulsdrivna momentnyckeln 1 innefattar en vridmomentavkännande anordning 3 såsom en elektromagnetisk vridmomentgivare.

Företrädesvis används en magnetoelastisk givare av typ 13, beräknas ur momentmätningarna i beräkningsanordningen 9 Torductor-S tillverkad av ABB. Parametrarna 12, 14 som lagras i minnesanordningen 10 hos signalbehandlaren 8.

Ytterligare beräkningar utförs av beräkningsanordningen 9 för att ge ett uppskattad vridmoment Ä? hos det verkliga àtdragningsmomentet i den skruvgängade leden 6. Signal- behandlaren 8 är ansluten till regulatorn 11. Ett värde pá uppskattat vridmoment Ä? beräknas i beräkningsanordningen 9, vilket Värde sänds till regulatorn ll som signal 15 och jämförs med ett förutbestämt erforderligt momentvärde R.

När det uppskattade vridmomentet Ä? påvisas vara inom ett förutbestämt värde pà det nödvändiga vridmomentet bildar regulatorn ll en styrsignal 16 vilken sänds till driv- anordningen 2 hos den pulsdrivna momentnyckeln 1. Styr- signalen 16 påverkar verkan hos drivanordningen 2 när väl det uppskattade vridmomentet Ä? är inom ett förutbestämt värde hos det nödvändiga vridmomentet R. 10 15 20 25 30 35 517 sen I en vidareutveckling av uppfinningen stängs driv- anordningen 2 av när det uppskattade vridmomentet Ä? är inom ett förutbestämt värde hos det nödvändiga vrid- momentet R så att inga fler pulser bildas. I en annan vidareutveckling av uppfinningen ändras manövreringen av drivanordningen 2 genom styrsignalen 16 sà att, dà det ~ uppskattade vridmomentet Ål är inom ett förutbestämt värde hos det nödvändiga vridmomentet, en serie pulser med en huvudsakligen begränsad tillväxt i vridmoment mellan pulserna alstras, vilket leder till ett mer gradvist närmade till det nödvändiga vridmomentet R. Pà detta sätt kan bàde avstängningssättet och avstängningstakten förut- bestämmas. Även andra styrscheman är tänkbara som baseras pà skillnaden mellan uppskattat vridmoment Ä? och förut- bestämt värde pá nödvändigt vridmoment R. I en annan vidareutveckling av uppfinningen används det uppskattade vridmomentet för att övervaka àtdragningsförloppet utan att användas direkt i regleràtgärden.

Figur 2 visar en serie momentpulser där en bult med sex- kanthuvud i en härd led àtdrages till ett uppskattat vrid- moment av, i detta exempel, 63 Nm.

Figur 4 visar ett exempel på en sådan momentpuls som kan beräknas enligt föreliggande uppfinning, med en del av dess tillhöriga parametrar. Den visar ett exempel pá en pulsform 40 innefattande ett toppmoment 41, en maximal ökningstakt hos vridmomentet 42 och ett symmetricentrum 43 i tidsriktningen (x) hos pulsformen 40. Termen pulsform som används i denna text betyder såväl formen pà en kurva som bildas av värden hos vridmomentet under en tidsperiod av en puls som en yta omsluten av kurvan, samt värden pà vridmomentet under pulsens varaktighet. Pulsformen och de 10 15 20 25 30 35 kännetecknande egenskaper som den innefattar kan represen- teras av parametrar beräknade på många olika sätt, sàsom närmare skall beskrivas nedan.

Under àtdragningsförloppet registreras ständigt det vrid- moment som detekteras av den vridmomentavkännande anordningen 3 i den pulsdrivna momentnyckeln l under varje puls. Uppmätningarna av vridmoment gjorda av den vrid- momentavkännande anordningen 3 som funktion av tiden används för att beräkna parametrar som beskriver puls- formen, innefattande: Maximalt vridmoment för hela tidsintervallet Medelvridmoment hos pulsen Tyngdpunkten hos pulsformen 43 i tids- eller momentriktningen (x eller y) Summan av momentökningar mellan sample inom en puls Toppläget hos vridmomentet inom en puls i tidsriktningen (X) Maximal ökningstakt hos vridmomentet 42 under en puls Stigtid, dvs tiden mellan 10% och 90% av pulstillväxten Pulsbredden (tiden frán 50% av stigflanken till 50% av fallflanken) Momentimpulsen, vilken är integralen av vridmomentet med avseende pà tiden som ett màtt pà energin i pulsen Tidsökningen, vilken är tiden mellan pulserna Antalet pulser Pulstalet, dvs läget hos någon puls i en serie av efter varandra följande pulser.

Enligt uppfinningen beräknas samt lagras vridmomentet sàsom de heltal, differentialvärden samt tidigare upptecknade integral- under en puls och en eller flera av parametrarna, som kan erhållas som statistiska màtt, mätvärden, värden, i signalbehandlaren 8. 10 15 20 25 30 517 560 a~_ .o a u u nu. - o ca n n o 10 Figur 3 visar en serie momentpulser, liknande de som visas i figur 2, pàförda en insexskruv i en härd led.

Figur 2 och 3 visar att pulsformen varierar avsevärt mellan första och sista pulsen. Detta visar att det inte bara är toppmomentet i en puls som ändras, och ökas genom serien, utan också att sàväl ökningstakten hos vrid- momentet som andra parametrar varierar under seriens lopp.

Den förändrande formen hos varje puls, såsom illustrerad i figur 2 och 3, är huvudsakligen oföränderlig för varje upprepning av ett àtdragningsförlopp pà samma fästanordnings-/ledkombination.

Dessutom visar figur 2 och 3 också att pulsformen för olika typer av fästanordningar kan vara markant olika. Det framgàr av en jämförelse av pulsformerna hos dessa tvá typer av bultar att pulsformen i en serie pulser páförda en bult med sexkanthuvud som visas i figur 2 kan vara mycket olik den pulsform som registrerats för insexskruven som visas i figur 3.

Enligt föreliggande uppfinning kan ett uppskattat àtdrag- ningsmoment baserat pà nämnda pulsparametrar fràn en puls- sekvens beräknas enligt följande generella uttryck: M= ko +:k,1g + ÉÉkL/.gg :fljfl Ä? är nämnda uppskattade vridmoment RJZ är pulsparametrar ko är en konstant förskjutning K k momentnyckelspecifika konstanter. ...n-w u u uv-upn 10 15 20. 25 30 u-u-vo n n. r o o o soon ll Lämpliga pulsparametrar fràn pulssekvensen kan väljas baserat pà deras pàverkan pà resultatet och den lätthet varmed de làter sig beräknas. Konstanterna k, för en speciell typ av pulsdriven momentnyckel kan bestämmas enligt ett förfarande som beskrivs senare i beskrivningen. Även termer av högre ordning eller andra matematiska funktioner kan inbegripas i uttrycket för att ge en närmare korrelation till ett verkligt àtdragningsmoment.

I den föredragna utföringsformen av uppfinningen beräknas och används tre parametrar för att beräkna uppskattat vridmoment ÄÜ. Dessa parametrar motsvarar siffrorna 12, 13 och 14 som visas i figur 1 vilka beräknas i signalbehand- laren 8 ur mätningar gjorda av den vridmomentavkännande anordningen 3. Parametrarna 12, 13 och 14 beräknas under en första puls och en andra puls. Ur dessa parametrar 12, 13 och 14 kan ett värde beräknas för det uppskattade ~ vridmomentet A4 i den skruvgängade leden.

.Parametrarna beskriver formen för den första och andra pulsen och är företrädesvis - Maximalt vridmoment under den andra pulsen, - Maximal ökningstakt hos vridmomentet under den andra pulsen, - Toppmoment under den första och andra pulsen.

En beräkning som används i beräkningsanordningen 9 i den föredragna utföringsformen använder följande ekvation: Ü = ko + klPMj + kzPdMj + k_,(PMM - PMi ) + k4PdM] (PMM - PMIA) där ~ Al är det uppskattade vridmomentet 10 15 20 25 30 517 560 ="='ï ="=ï.- 12 flh är en pulsparameter motsvarande maximalt vridmoment hos andra pulsen fih är en pulsparameter motsvarande maximalt vridmoment hos den första pulsen ßw är en pulsparameter motsvarande maximal ökningstakt hos vridmomentet i den andra pulsen är konstanter specifika för varje typ av kwkvkfëfh pulsdriven momentnyckel.

Noggranna och konsekventa resultat för ett uppskattat vridmoment Ä? beräknade med användning av den maximala ökningstakten för vridmoment, vridmomenttillväxt, topp- momentvärde jämfört med det verkliga vridmomentet visas i figur 7 för bultar med sexkanthuvud och för insexskruv i hàrda och mjuka leder. Medelvärdet för avvikelsen mellan uppskattat och verkligt vridmoment minskas avsevärt, med nästan försumbar skillnad mellan olika leder och moment- nivàer. Det framgår genom att jämföra resultaten som visas i figur 5 (teknikens ståndpunkt) med resultaten som visas i figur 7 att förfarandet enligt uppfinning för att upp- skatta vridmomentet fràn de beskrivna parametrarna är noggrannare än förfarandet enligt teknikens ståndpunkt för att mäta endast vridmomentet i den sista pulsen. Figur 7 visar fyra fästanordnings~/ledkombinationer betecknade som insex/hàrd 71, insex/mjuk 72, sexkanthuvud/härd 73 samt sexkanthuvud/mjuk 74.

Uppfinningen utförs enligt det föredragna utförandet med användning av en pulsdriven momentnyckel 1 ansluten till signalbehandlaren 8 och regulatorn ll sàsom visas i det schematiska diagrammet i figur l. 10 15 20 25 30 517 560 13 Vid förberedelsen för först användning av en speciell typ eller modell av pulsdriven momentnyckel 1 för en fast- sättningsoperation görs ett prov där ett antal fäst- anordningar åtdrages i ett antal utvalda skruvgängade leder. Ändamålet med provet är att tillhandahålla data för att fastställa värden för de nedan beskrivna mekaniska konstanterna. Konstanterna kan behöva bestämmas för varje typ av pulsverktyg men inte nödvändigtvis för varje olik fästanordnings-/ledkombination. I synnerhet är det inte nödvändigt att bestämma värden för konstanterna för varje olik momentinställning för liknande fästanordnings- /ledkombinationer. Konstanterna k återfinns ur statistisk analys av momentmätningar per typ av momentnyckel jämfört med verkligt vridmoment.

För att insamla data för ett sådant prov tas mätningar av vridmoment som funktion av tid för varje puls i en serie under varje åtdragningsoperation. Beräkning av uppskattat vridmoment Ä? görs t ex med användning av en ekvation såsom tidigare beskrivits. Mätningar görs också av verk- ligt vridmoment som uppnàs under provfastsättningar och sedan jämförs med uppskattat vridmoment. En standardmässig statistisk analys utförs för att, för den specifika momentnyckeltypen, bestämma ett värde för konstanterna k, som används i en ekvation av den tidigare beskrivna typen.

Det verkliga vridmomentet som uppnås under varje àt- dragningsoperation kan jämföras med det uppskattade vridmomentet som beräknas under en åtdragningsoperation såsom de som visas i figur 2 och 3. Efter det att bultarna eller andra fästelement har åtdragits undersöks varje led för att mäta det verkliga vridmomentet som uppnåddes under åtdragningen, t ex med ett förfarande som beskrivs i US o a uuuoon u 10 15 20 25 30 517 560 14 4,450,727. Det uppskattade vridmomentet jämförs sedan med verkligt vridmoment för ett antal varierande momentvärden för varje olik typ av fästanordning i olika typer av skruvgängade leder. Det verkliga vridmomentet kan även, eller alternativt, bestämmas genom mätning av vridmomentet direkt i leden eller i fästanordningen under àtdragnings- förloppet.

I det fall där en matematisk modell eller beskrivning finns för den speciella typen eller modellen av den pulsdrivna momentnyckeln l kan en matematisk analys eller matematisk simulering användas för att kalibrera för- farandet enligt uppfinningen i avsikt att bestämma värden pà konstanterna k, eller koefficienterna.

Enligt en annan, enklare utföringsform av uppfinningen visar figur 6 ett diagram över medelavvikelsen mellan uppskattade och verkliga vridmomentvärden efter pàförande av ett uppskattat vridmoment Ä? beräknat med användning av toppmoment i endast den sista pulsen såsom parameter enligt uppfinningen. Den visar att medelavvikelsen mellan uppskattade och verkliga vridmomentvärden skiljer sig för varje typ av led. I figur 6 visas de olika fästanordnings- /ledkombinationerna som: insex/härd 61, sexkanthuvud/hàrd 63 samt insex /mjuk 62, sexkanthuvud/mjuk 64.

Ovannämnda enkla utföringsform av uppfinningen visar en tydlig förbättring av resultaten jämfört med teknikens ståndpunkt i figur 5. Den uppnàr dock inte samma nog- grannhet som den föredragna utföringsformen som visas i diagrammet i figur 7. Införandet i den föredragna ut- föringsformen av mer än en parameter liksom införandet av 10 15 20 25 30 517 560 §.I= 15 minst en växelverkansterm ger markant förbättrad nog- grannhet.

I en annan utföringsform av uppfinningen kan pulsformen för den första och andra pulsen beskrivas med användning av parametrar som beräknas med hjälp av ett annat för- farande för signalbehandling. Följande kan användas för att beskriva formen pà en eller flera pulser: Fouriertransform, Fourierserie, cosinus- och sinus- transform, cosinus- och sinusserie samt s k wavelets.

Eventuell omvandling eller sönderdelning kan appliceras i en tidsdomän eller en frekvensdomän pà momentpulser för att uppnà en eller flera uppsättningar fundamentala funktioner eller basfunktioner som alternativa metoder för beräkning av pulsparametrar som beskriver en första och andra momentpuls.

I en annan utföringsform av uppfinningen beräknas ett uppskattat värde pà en fastspänningskraft ß ur de tidigare uppräknade och beskrivna parametrarna. Fastspännings- kraften är den resulterande kraft i leden som utövas av dragkraften i fästanordningen. Förfarandet kalibreras med hjälp av samma metodik som när den används för bestämning av uppskattat àtdragningsmoment. Den baseras pà en mätning av verklig fastspänningskraft i en led tillsammans med insamling av pulsparametrar i en serie olika fästanordnings-/ledkombinationer. Olika kalibrering kan behöva utföras för olika typer av pulsverktyg och kan också behövas för olika fästanordnings-/ledkombinationer.

Den verkliga fastspänningskraften kan mätas i leden eller i fästanordningen under fastsättningsoperationen eller efter fastsättningsoperationen och mätningarna kan an- vändas för att bestämma en serie konstanter eller ko- 10 15 20 25 30 16 efficienter som används i uttrycket för uppskattad fastspänningskraft F. Ett förfarande för mätning av fastspänningkraften direkt i fästanordningen beskrivs i US 4,846,00l.

I en ytterligare utföringsform av uppfinningen kan parametrar hos pulsen mätas med avseende pà vinkel- rotationen hos fästanordningen 7 i stället för med avseende pà tid. Mätningar av vridmoment som görs av den vridmomentavkännande anordningen 3 som funktion av vinkel- rotationen hos fästanordningen 7 används för att beräkna åtminstone en av de tidigare beskrivna parametrarna som beskriver pulsformen. I praktiken ástadkoms detta genom att införa en ytterligare anordning för mätning av vinkelrotation och vinkelposition noggrant under fast- sättningen, en anordning såsom en vinkelgivare, en optisk givare eller en induktiv anordning sàsom en resolver.

Vridmoment kan också uppskattas ur en kombination av parametrar beräknade fràn saväl mätningar av vridmoment med avseende pà vinkelrotation som med avseende pà tid.

Vid den bästa användningen av uppfinningen tillförs de mätningar som insamlats av den vridmomentavkännande och parametrar som beräknats i signal- anordningen 3 behandlaren 8 till en lokal eller pá avstànd belägen datalagrings- och analysenhet, såsom en dataloggare eller nätverksdator. Dessa data kan användas t ex för kvalitets- dokumentation, kalibreringsändamál, certifierings- eller dokumentationsändamàl.

Namnet pulsdriven momentnyckel sàsom det används i denna beskrivning för att hänföra till föreliggande uppfinning är inte en uteslutande beskrivning, och de allmänna prin- ciper som beskrivs gäller vilken som helst pulsdriven 10 15 20 25 30 517 560 u q n ~ a - u a; u a- 17 mutterdragare, slående mutterdragare, mutteràtdragnings- mekanism, skruvdragare eller liknande don som kan användas för att åtdraga en skruvgängad fästanordning till ett erforderligt vridmoment. Drivanordningen 2 kan vara vilken som helst lämplig drivanordning, såsom en pulsgenererande anordning som drivs av luft eller hydraulvätska, eller någon annan källa som innefattar en elektrisk motor lämpligen anordnad för att avge vridmoment som en eller flera icke kontinuerliga pulser.

Den beskrivna uppfinningen är inte begränsad till de utföringsformer som beskrivits utan kan i stället, enligt visade allmänna principer, resultera i ett antal olika praktiska utföringsformer. Figur l visar schematiskt en pulsdriven momentnyckel l ansluten till en anordning såsom en signalbehandlare 8 och en regulator ll. En pulsdriven momentnyckel 1 kan emellertid lika väl inbegripa en eller flera av signalbehandlaren 8 eller beräkningsanordningen 9 eller regulatorn ll inom verktygets huvudhölje, struktu- rella delar eller stomme som elektroniska kretsar på kretskort eller i chips enligt kända tekniker för till- verkning av miniatyrstyrkretsar. Dessutom kan vilken funktion som helst hos den föreliggande uppfinningen, såsom t ex signalbehandlaren 8 eller regulatorn ll, lika väl implementeras som mjukvarufunktioner genom en dator- programkod, eller genom ett eller flera datorprogram- element, inom ett datorprogram i en dator, en mikropro- cessor eller ett mikrochip kopplat till eller för detta ändamål inbyggt i en pulsdriven momentnyckel l.

Uppfinningen är inte begränsad till de beskrivna ut- föringsformerna utan till ett antal för fackmannen näraliggande modifikationer som är genomförbara inom ramen för patentkraven. Exempelvis ligger andra parametrar för u n ø u u o o o n 10 15 u a n - . . - n; a n. 18 momentmätningar, sàsom de som uppräknas i denna beskriv- ning likväl som andra som kan beräknas utifràn mätningar av vridmoment över tiden men som inte explicit beskrivs och som kan innefatta vilket som helst slag av beräk- ningsbart kvantitativt mått pà vridmoment och/eller pà vridmoment i förhållande till tid, inklusive standard- transform och sönderdelningsmetoder samt statistiska metoder inklusive Multivariate Analysis (MVA), Principal Component Analysis (PCA) och Projection to Latent Structures (PLS), samt andra kombinationer av parametrar vilka kan används i beräkningar som gäller bestämning av ett uppskattat värde för vridmomentet i en skruvgängad led, inom ramen för patentkraven.

Claims (36)

10 15 20 25 30 517 560 19 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för att bestämma ett uppskattat vridmoment Ä? som pàläggs en fästanordning (7) i en skruvgängad led (6) med hjälp av en pulsdriven momentnyckel (l) anordnad med medel (3) för avkänning av vridmoment pàlagt av den pulsdrivna momentnyckeln (l) pà fästanordningen (7), där ett vridmoment i en puls uppmäts, kännetecknat av att förfarandet innefattar följande steg: - mätning med nämnda momentavkännande anordning (3) av det pà fästanordningen (7) pàlagda vridmomentet under en första puls och en andra puls - beräkning av en eller flera pulsparametrar som beskriver den första pulsens och den andra pulsens form och/eller kännetecknande egenskaper - beräkning av nämnda uppskattade vridmoment Ä? beroende av nämnda en eller flera pulsparametrar.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kânnetecknat av att nämnda en eller flera pulsparametrar innefattar ett statistiskt mått, ett heltal, ett differentialuttryck, eller ett integraluttryck av ett kvantitativt màtt pà en kännetecknande egenskap hos vridmoment och/eller hos vridmoment med avseende pà tid.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att nämnda pulsparametrar innefattar en eller flera av: Maximalt vridmoment hos pulsen Medelvridmoment hos pulsen Tyngdpunkten hos pulsen i tids- eller vridmomentriktningen (x- eller y-riktningen) Summan av vridmomentökningarna mellan sample inom en puls 10 15 20 25 30 517 560 20 Toppläget hos vridmomentet inom en puls i tidsriktningen (X) Maximal ökningstakt hos vridmomentet under en puls Stigtid Pulsbredd Vridmomentimpuls Tidstillväxt, vilket betyder tiden mellan pulserna Antalet pulser Pulstalet, läget hos pulsen i en serie pulser.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat av att det uppskattade vridmomentet beräknas med ett uttryck av formen: 1f4=k0+ n k,.P,.+ n Ékhjzgg «fl .fl,fl där Ä? är nämnda uppskattade vridmoment RJ? är pulsparametrar ko är en konstant förskjutning k,&J är konstanter specifika för momentnyckeln

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av följande steg: -beräkning av nämnda uppskattade vridmoment enligt: M = ko + klPMj + kzgmj + ka (PMM - PM; ) + /QPMI (PMM - PME) där Ä? är nämnda uppskattade vridmoment PM_ är en pulsparameter motsvarande ett maximalt vridmoment hos den andra pulsen fih är en pulsparameter motsvarande ett maximalt vridmoment hos den första pulsen o n o ø ø n n n n 10 15 20 25 30 51 7 5 6 0 fi.. 21 HW är en pulsparameter motsvarande den maximala ökningstakten hos vridmomentet hos den andra pulsen kwkpkPkyk,är konstanter specifika för en typ av pulsdriven momentnyckel.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, kännetecknat av att den pulsdrivna momentnyckeln (1) innefattar en styranordning för styrning av drivanordningen (2) och förfarandet inne- fattar följande ytterligare steg: - jämförelse av nämnda uppskattade värde pà Ä? med ett erforderligt värde R - generering av en styrsignal (16) beroende av en skillnad mellan nämnda uppskattade vridmoment Ä? och det erforder- liga vridmomentet R, - pàverkan av drivanordningens (2) verkan med hjälp av styrsignalen (16).

7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad att styra drivanordningen (2) sá att en följande puls har andra kännetecknande egenskaper än nämnda andra puls sà att pulsformen ändras.

8. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad att styra drivanordningen (2) sà att en följande puls har ett tillväxt av uppskattat vridmoment som är reducerat jämfört med den andra pulsen.

9. Förfarande enligt patentkrav 6-8, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad relativt drivanordningen (2) för att pàverka drivanordningen (2) sà att inget mer än ett förutbestämt och begränsat antal pulser alstras. 10 15 20 25 30 517 560 22

10. Förfarande enligt patentkrav 6-9, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad relativt drivanordningen (2) för att pàverka drivanordningen (2) så att drivanordningen stängs av.

11. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att en eller flera pulsparametrar innefattar ett kvantitativt màtt pà en kännetecknande egenskap hos vridmoment uppmätt med avseende pà vinkelrotation.

12. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att en eller flera pulsparametrar innefattar beräkning med hjälp av nàgon av en Fouriertransform, en Fourierserie eller en s k wavelet-transform.

13. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att en uppskattad fastspänningskraft beräknas utifrån pulspara- metrarna.

14. Förfarande enligt patentkrav 13, kännetecknat av att den uppskattade fastspänningskraften beräknas med hjälp av värden pà konstanter av typen kw

15. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att stegen att beräkna pulsparametrar och beräkna uppskattat vridmoment integreras i ett steg.

16. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den andra pulsen är den sista pulsen i en serie pulser.

17. Anordning och system för àtdragning av en fäst- anordning (7) i en skruvgängad led (6) innefattande en pulsdriven momentnyckel (1) med en drivanordning (2) och 10 15 20 25 30 23 en vridmomentavkännande anordning (3) anordnad att mäta det pä fästanordningen (7) pàförda vridmomentet, kännetecknat av att nämnda anordning och system innefattar en signalbehandlare (8), en minnesanordning (10) och en beräkningsanordning (9) där - nämnda vridmomentavkännande anordning (3) är kopplad till nämnda signalbehandlingsanordning (8) - signalbehandlingsanordningen (8) innehàller beräk- ningsanordningen (9) för beräkning av parametrar som beskriver formen hos varje puls, - minnesanordningen (10) är anordnad lämplig för lagring av momentvärden och parametrar som beskriver formen hos varje puls, - beräkningsanordningen är vidare anordnad för beräkning av det uppskattade vridmomentet Ä? som pàläggs nämnda fästanordning (7).

18. Anordning och system enligt patentkrav 17, kännetecknat av att signalbehandlingsanordningen (8), beräkningsanordningen (9) och minnesanordningen (10) innefattar anordningar för beräkning av pulsparametrar hos den första eller andra pulsen utifrân momentvärden som funktion av tid, varvid pulsparametrarna innefattar en eller flera av: Maximalt vridmoment hos pulsen Medelvridmoment hos pulsen Tyngdpunkten hos pulsen i tids- eller vridmomentriktningen (x- eller y-riktningen) Summan av vridmomentökningarna mellan sample inom en puls Toppläget hos vridmomentet inom en puls i tidsriktningen (X) Maximal ökningstakt hos vridmomentet under en puls Stigtid 10 15 20 25 o oo n - ononno I nn- o n ~ u on.. . ao nu V24 Pulsbredd Vridmomentimpuls Tidstillväxt, vilket betyder tiden mellan pulserna Antalet pulser Pulstalet, läget hos pulsen i en serie pulser.

19. Anordning och system enligt patentkrav 18, kännetecknat av att signalbehandlingsanordningen (8) innehåller en algoritm för beräkning av nämnda uppskattade vridmoment Ä? med ett uttryck av formen: där Ä? är nämnda uppskattade vridmoment RJ@ är pulsparametrar ko är en konstant förskjutning kH@J är konstanter specifika för momentnyckeln 20. Anordning och system enligt patentkrav 19, kånnetecknat av att signalbehandlingsanordningen (8) innehåller en algoritm för beräkning av nämnda uppskattade vridmoment Ä? vilken är av formen: M = ko + IQPMJ + kZPJMJ + MPMM! - PMi) + kßdMj (PMM - PMIÅ) där Ä? är nämnda uppskattade vridmoment fih är en pulsparameter motsvarande ett maximalt vridmoment hos den andra pulsen HL är en pulsparameter motsvarande ett maximalt vridmoment hos den första pulsen 1 n nunnan a 0 ~ vønøuc 10 15

20. 25 30 517 560 . '* 25 Qw är en pulsparameter motsvarande den maximala ökningstakten hos vridmomentet hos den andra pulsen kPkJ5k4 är konstanter uppmätta för varje typ av pulsdriven momentnyckel.

21. Anordning och system enligt patentkrav 20, kännetecknat av att - signalbehandlingsanordningen (8) är kopplad till en (ll) - regulatorn (ll) är anordnad att jämföra nämnda upp- regulator skattade värde pá vridmomentet Ä? med ett förutbestämt erforderligt värde för vridmomentet R - regulatorn (ll) är vidare anordnad att alstra en styr- signal (16) för styrning av drivanordningen (2) hos den ~ pulsdrivna momentnyckeln (l) då Al är inom ett förutbe- stämt värde pà R.

22. Anordning och system enligt patentkrav 17 eller 18, kännetecknat av att den/det innefattar en anordning för mätning av vinkelrotation sa att vridmomentet uppmäts med avseende pà vinkelrotationen.

23. Anordning och system enligt patentkrav 21, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad att styra drivanordningen (2) sà att formen pà varje puls förändras.

24. Anordning och system enligt patentkrav 23, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad att styra drivanordningen (2) så att ökningen av vridmomentet i en puls som följer efter den andra pulsen reduceras. 10 15 20 25 30 5 1 7 560 ï.,.. '= 26

25. Anordning och system enligt patentkrav 23, kännetecknat av att styrsignalen (16) är anordnad att styra drivanordningen (2) för att stoppa drivanordningen (2) som följer efter den andra pulsen.

26. Anordning och system enligt patentkrav 25, kännetecknat av att signalbehandlaren (8) med minnes- anordningen (10) samt beräkningsanordningen (9) och algoritmen för beräkning av uppskattat vridmoment Ä? och jämförelse av den med det nödvändiga vridmomentet R är anordnade som integrerade kretsar och/eller elektroniska anordningar.

27. Anordning och system enligt patentkrav 26, kännetecknat av att en eller flera av de integrerade kretsarna och/eller de elektroniska anordningarna är inbyggda inuti den pulsdrivna momentnyckeln.

28. Anordning och system enligt patentkrav 26, kännetecknat av att en eller flera delar av signal- behandlaren (8), beräkningsanordningen (9), minnes- anordningen (10) eller regulatorn (ll) är anordnade som kretsar integrerade i en dator eller en datoriserad styrenhet och de en eller flera delarna av Signalbehand- laren (8), minnesanordningen (10), beräkningsanordningen (9), regulatorn (ll) implementeras som en datorprogram- produkt i en dator, en mikroprocessor eller en styrenhet.

29. Anordning och system enligt patentkrav 28, kännetecknat av att en eller flera av datorn, mikro- processorn eller styrenheten är inbyggd i den pulsdrivna momentnyckeln. 10 15 20 25 517 560 27

30. Anordning och system enligt nàgot av patentkrav 17-29, kännetecknat av att signalbehandlaren (8), minnesanord- ningen (10), beräkningsanordningen (9) är anordnade sà att stegen för beräkning av pulsparametrar och beräkning av uppskattat vridmoment utförs i ett steg.

31. Användning av en anordning och ett system enligt nàgot av patentkrav 17-30 för bestämning av det pà en gängad fästanordning (7) pàförda vridmomentet.

32. Datorprogramelement som innefattar en datorprogramkod anordnad att förmå en för allmänt bruk avsedd dator eller mikroprocessor att utföra ett eller flera steg av ett förfarande enligt nágot av patentkrav 1-17.

33. Datorprogramelement enligt patentkrav 32, kännetecknat av att den innefattar en algoritm enligt ekvationen i patentkrav 19.

34. Datorprogramelement enligt patentkrav 32, kännetecknat av att den innefattar en algoritm enligt ekvationen i patentkrav 20.

35. Datorprogramelement enligt patentkrav 32 ingående i ett datorläsbart medium.

36. Datorläsbart medium innefattande en datorprogramkod enligt patentkrav 32.