DD237631A1 - CONTROL DEVICE FOR TURN-SWIFT CONTROLLED SCREWDRIVERS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung fuer drehwinkelgesteuerte Schrauber, die sich durch eine aufeinanderfolgende Drehmoment- und Drehwinkelerfassung durch eine Messwertgeberanordnung mit einer komplexen elektronischen Auswerteeinrichtung auszeichnet. Das Ziel der Erfindung, den mechanischen und elektronischen Aufwand bei der technischen Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubverfahrens zu vermindern wird dadurch erreicht, dass durch eine optoelektronische Abtasteinrichtung von gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben ein drehmomentproportionales Signal ueber einen Stromfrequenzwandler und Zaehler einem Digitalkomparator zur Auswertung zugefuehrt und bei Soll-Istwertuebereinstimmung auf Drehwinkelauswertung umgeschaltet wird, wonach in analoger Weise ein drehwinkelproportionales Signal ausgewertet und bei Soll-Istwertuebereinstimmung ein Abschaltsignal fuer den Schrauberantrieb ausgeloest wird. Durch die erfindungsgemaesse Steuereinrichtung wird der messtechnische Aufwand zur Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens wesentlich verringert, wodurch eine groessere Anwendungsbreite dieses Verfahrens ermoeglicht wird.The invention relates to a control device for angle-controlled screwdrivers, which is characterized by a successive torque and rotation angle detection by a transducer arrangement with a complex electronic evaluation device. The object of the invention to reduce the mechanical and electronic effort in the technical realization of the rotation angle-oriented screwing is achieved by a torque proportional signal supplied via a current frequency converter and counter a digital comparator for evaluation by an optoelectronic scanning of mutually rotatable radial lattice disks and setpoint Istwertuebereinstimmung is switched to rotation angle evaluation, after which evaluated in a manner analogous to a rotation angle proportional signal and is triggered at set Istwertuebereinstimmung a shutdown signal for the screwdriver drive. By means of the control device according to the invention, the metrological outlay for the realization of the rotational angle-oriented screw tightening method is substantially reduced, as a result of which a greater scope of application of this method is made possible.

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für drehwinkelgesteuerte Schrauber zur Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens bei hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Schrauberantrieben.The invention relates to a control device for angle-controlled screwdrivers for implementing the rotational angle-oriented Schraubenanzugsverfahrens in hydraulic, pneumatic or electric screwdriver drives.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bekannt sind elektromechanische Einrichtungen und Einrichtungen mit elektronischen Anordnungen, die ein Festziehen der Schraube in Abhängigkeit vom Drehwinkel gewährleisten und damit das bekannte drehwinkelorientierte Schraubenanzugsverfahren technisch realisieren.Electromechanical devices and devices with electronic arrangements are known, which ensure tightening of the screw as a function of the angle of rotation and thus realize the known angle-oriented Schraubenanzugsverfahren technically.

Gegenüber dem vorwiegend noch zur Anwendung kommenden Schraubverfahren, welches von dem toleranzbehafteten Schraubenanzugsdrehmoment als Meßgröße für ein Festziehen der Schraube ausgeht, gewährleistet das drehwinkelorientierte Schraubenanzugsverfahren eine Einengung der Toleranzgrenzen bei besserer Reproduzierbarkeit der Vorspannkraft der Schraubverbindung besonders auch bei automatischen Prozeßabläufen.Compared to the predominantly still used for screwing, which starts from the tolerance-related Schraubanzugsdrehmoment as a parameter for tightening the screw, the angle-oriented Schraubenanzugsverfahren ensures a narrowing of the tolerance limits with better reproducibility of the biasing force of the screw especially for automatic process flows.

Das drehwinkelorientierte Schraubverfahren wird im wesentlichen durch eine aufeinanderfolgende Drehmoment- und Drehwinkelauswertung gekennzeichnet, wobei das Anziehen der Schraube bis zu einem bestimmten typischen Drehmoment,The rotational angle-oriented screwing method is essentially characterized by a successive evaluation of torque and angle of rotation, wherein the tightening of the screw up to a certain typical torque,

z. B. beim Auftreten der Kopfreibung, erfolgt, woran sich ein weiteres Anziehen um einen vorgegebenen Drehwinkel anschließt, womit der Festziehvorgang beendet ist.z. B. on the occurrence of Kopfreibung occurs, followed by further tightening followed by a predetermined angle of rotation, whereby the tightening process is completed.

Für die Erfassung der Meßgrößen Drehmoment und Drehwinkel kommen funktionell getrennte, unterschiedlich wirkende Geberanordnungen zur Anwendung. Entsprechende Einrichtungen werden beispielsweise in der DE PS 2558251, DE OS 2751 885, DE PS 3049200, DE OS 3205090, DE OS 3210889 beschrieben.For the detection of the measured quantities of torque and angle of rotation, functionally separate, differently acting encoder arrangements are used. Corresponding devices are described for example in DE PS 2558251, DE OS 2751 885, DE PS 3049200, DE OS 3205090, DE OS 3210889.

So werden zur Drehmomenterfassung vorwiegend piezoelektrische- oder Dehnungsmeßstreifengeben verwendet, während die Drehwinkelmessung beispielsweise durch eine inkrementale, optoelektronisch wirkende Geberanordnung erfolgt.Thus, piezoelectric or strain gauges are mainly used for torque detection, while the rotation angle measurement is performed, for example, by an incremental, opto-electronically acting encoder arrangement.

Diese physikalisch unterschiedlich wirkenden, auch räumlich und funktionell getrennt angeordneten Meßwertgeber und der erforderliche nicht unerhebliche meß- und auswertetechnische Aufwand komplizieren die mechanische und elektronische Anordnung, was auch dazu beiträgt, daß das ökonomisch vorteilhafte drehwinkelorientierte Schraubenanzugsverfahren bisher nicht in der Industrie im notwendigen Umfang angewendet wurde.This physically different acting, spatially and functionally separated arranged transmitter and the required not insignificant meß- and Auswertetechnische complexity complicates the mechanical and electronic arrangement, which also contributes to the economically advantageous angle-oriented Schraubenanzugsverfahren has not been applied in industry to the extent necessary ,

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den mechanischen und elektronischen Aufwand bei der technischen Realisierung des drehwinkelorientierten Schraubverfahrens zu vermindern, was zur größeren Verbreitung des Verfahrens in der Industrie beitragen soll, wobei durch die Verbesserung von Prozeßparametern Qualitätserhöhungen und Materialeinsparungen bei maschinellen Schraubarbeiten erzielt werden sollen.The aim of the invention is to reduce the mechanical and electronic complexity in the technical realization of the rotation angle-oriented screwing, which should contribute to the wider dissemination of the method in the industry, which should be achieved by the improvement of process parameters quality increases and material savings in mechanical screwing.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung zu entwickeln, die mittels einer optoelektronischen Abtasteinrichtung sowohl die Drehmoment- als auch die Drehwinkelerfassung von belastungsabhängig gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben und über eine komplexe Schaltung die Auswertung der erfaßten Signale zur Auslösung des Abschaltsignals für den Schrauberantrieb realisiert:The invention has for its object to develop a control device realized by means of an optoelectronic scanning both the torque and the rotation angle detection of load-dependent mutually rotatable radial lattice disks and a complex circuit evaluation of the detected signals to trigger the shutdown signal for the screwdriver drive:

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die erforderliche aufeinanderfolgende Drehmoment- und Drehwinkelmessung von einer Meßgeberanordnung realisiert wird, indem durch eine optoelektronische Abtasteinrichtung von den gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben ein drehmomentproportionales Signal über einen Stromfrequenzwandler und Zähler einem Digitalkomparator zugeführt wird, der mit der Drehmomentsollwerteingabe verbunden ist und bei Soll-Istwertübereinstimmung auf Drehwinkelauswertung umschaltet, wonach von der gleichen Abtasteinrichtung das drehwinkelproportionale Signal über einen weiteren Zähler vom gleichen Digitalkomparator ausgewertet wird, der mit der Drehwinkelsollwerteingabe verbunden ist und bei Soll-Istwertübereinstimmung ein Abschaltsignal für den Schrauberantrieb auslöst.According to the invention the object is achieved in that the required sequential torque and angular measurement is realized by a Meßgeberanordnung by a torque-proportional signal via a current frequency converter and counter is supplied to a digital comparator, which is connected to the torque setpoint input by an optoelectronic scanning of the mutually rotatable radial lattice disks and switches to the rotation angle evaluation in the case of setpoint-actual value agreement, whereupon the angle-proportional signal is evaluated by the same scanning device via a further counter from the same digital comparator which is connected to the rotation angle setpoint input and triggers a switch-off signal for the screwdriver drive when the setpoint actual value matches.

Die Radialgitterscheiben werden in der ersten Einschraubphase zur optoelektronischen Messung des drehmomentproportionalen Überdeckungsgrades zur Gewinnung des Drehmomentsignales und in der sich anschließenden zweiten drehwinkelgesteuerten Einschraubphase zur Ermittlung des Drehwinkels durch optoelektronische Zählung der Radialgitterinkrementein gleicher Anordnung verwendet. Dabei wird ein pulslängenmoduliertes Signal mitThe radial lattice disks are used in the first screwing-in phase for the optoelectronic measurement of the torque-proportional coverage for obtaining the torque signal and in the subsequent second rotation angle-controlled screwing-in phase for determining the rotation angle by optoelectronic counting of the radial lattice increments in the same arrangement. In this case, a pulse length modulated signal with

drehmomentproportional em Tastverhältnis einem Strom-Frequenz-Wandler zugeführt, wobei eine Integration des während der Tastzeiten des Eingangssignals wirksamen Konstantstromes mittels Kondensatoraufladung erfolgt. Bei Erreichen des Schwellwertes der im Strom-Frequenz-Wandler integrierten Triggerschaltung wird der Kondensator entladen, ein Zählimpuls ausgelöst und einem Tor zugeführt dessen Öffnungszeit von einem Zeitgeber bestimmt wird. Nach Ablauf der Öffnungszeit wird der im Zähler gespeicherte aktuelle Ist-Wert des Schraubenanzugsmomentes im Digitalkomparator mit einem eingegebenen Soll-Wert verglichen und bei Übereinstimmung erfolgt durch den Digitalkomparator die Umschaltung auf Drehwinkelmessung. Die weiteren von der optoelektronischen Abtasteinrichtung abgegebenen Impulse werden von einem zweiten Zähler als Istwert des Drehwinkels erfaßt und dem Digitalkomparatorzugeführt, der den Ist-Wert des Drehwinkels mit dem vorgegebenen Sollwert vergleicht. Bei Übereinstimmung von Soll- und Ist-Wert des Drehwinkels wird ein Abschaltsignal für den Schrauberantrieb ausgelöst.torque proportional em duty cycle fed to a current-frequency converter, wherein an integration of the effective during the sampling times of the input signal constant current is carried out by means of capacitor charging. Upon reaching the threshold value of the built-in current-frequency converter trigger circuit, the capacitor is discharged, triggered a count and fed to a gate whose opening time is determined by a timer. After the opening time has elapsed, the current actual value of the screw tightening torque stored in the counter is compared in the digital comparator with an input desired value, and if the opening time is correct, the digital comparator switches over to the rotation angle measurement. The further pulses emitted by the optoelectronic scanning device are detected by a second counter as the actual value of the angle of rotation and supplied to the digital comparator, which compares the actual value of the rotational angle with the predetermined desired value. If the setpoint and actual value of the rotation angle coincide, a shutdown signal for the screwdriver drive is triggered.

Mit dieser erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird durch Verwendung nur eines Meßwertgebers für die nacheinander erfolgende Drehmoment-und Drehwinkelauswertung der meßtechnische Aufwand zur Realisierung desdrehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens wesentlich verringert, wodurch eine größere Anwendungsbreite dieses Verfahrens ermöglicht wird.With this control device according to the invention, the use of only one transmitter for the successive torque and rotation angle evaluation of the metrological effort to realize the Drehwinkelorientierten Schraubenanzugsverfahrens is substantially reduced, creating a wider scope of this method is possible.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows:

Fig. 1 —das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen SteuereinrichtungFig. 1 -the block diagram of the control device according to the invention

Gemäß Fig. 1 besteht die Steuereinrichtung aus der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1, dem Strom-Frequenz- Wandler 2, dem Zeitgeber 5 mit den Torschaltungen 3,6, dem Zähler 11 für den Ist-Wert des Schraubenanzugsmomentes, dem Zähler 11 für den Ist-Wert des Drehwinkels, dem Drehzahltester 7, der Sollwerteingabe 9 für das Schraubenanzugsmoment, der Sollwerteingabe 10 für den Drehwinkel, einem Digitalkomparator 8 mit 2 Toren E₁ und E₂. Der Funktionsablauf der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung kann folgendermaßen beschrieben werden: Eine nicht dargestellte torsionserzeugende Einrichtung in Form einer drehelastischen Kupplung oder einer Torsionswelle verdreht beim Schraubvorgang zwei Radialgitterscheiben gegeneinander, deren drehmomentproportionaler Überdeckungsgrad von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1 nach bekanntem Prinzip aufgenommen und als pulslängenmoduliertes Signal mit drehmomentproportionalem Tastverhältnis dem Strom-Frequenz-Wandler 2 zugeführt wird, wobei eine Integration des während der Tastzeiten des Eingangssignals wirksamen Konstantstromes mittels Kondensatoraufladung erfolgt. Bei Erreichen des Schwellwertes der im Strom-Frequenz-Wandler 2 integrierten Triggerschaltung wird der Kondensator geladen, ein Zählimpuls ausgelöst und dem Tor 3 zugeführt, dessen Öffnungszeit vom Zeitgeber 5 bestimmt wird. Die das Tor 3 während der Öffnungszeit durchlaufenden Pulsfolgen werden dem Zähler 4, der jeweils zu Beginn jedes Meßvorganges zurückgestellt wird, zugeführt.According to FIG. 1, the control device consists of the optoelectronic scanning device 1, the current-frequency converter 2, the timer 5 with the gates 3.6, the counter 11 for the actual value of the screw tightening torque, the counter 11 for the actual value the rotation angle, the speed tester 7, the setpoint input 9 for the screw tightening torque, the setpoint input 10 for the rotation angle, a digital comparator 8 with 2 gates E ₁ and E ₂ . The functional sequence of the control device according to the invention can be described as follows: A torsion-generating device, not shown, in the form of a torsionally flexible coupling or a torsion shaft rotated during screwing two Radialgitterscheiben against each other, recorded the torque proportional coverage of the optoelectronic scanner 1 on a known principle and the pulse-width modulated signal with torque proportional duty cycle Current-frequency converter 2 is supplied, wherein an integration of the effective during the sampling times of the input signal constant current takes place by means of capacitor charging. When the threshold value of the trigger circuit integrated in the current-frequency converter 2 is reached, the capacitor is charged, a counting pulse is triggered and fed to the gate 3 whose opening time is determined by the timer 5. The pulse trains passing through the gate 3 during the opening time are fed to the counter 4, which is reset at the beginning of each measuring process.

Nach Ablauf der Öffnungszeit wird der im Zähler 4 gespeicherte aktuelle Ist-Wert des Schraubenanzugsmomentes im Digitalkomparator 8 mit dem eingegebenen Soll-Wert verglichen, wenn eine programmierbare Mindestdrehzahl der Radialgitterscheiben während des Meßvorganges nicht unterschritten wurde. Die dazu erforderliche Drehzahlmessung erfolgt durch Zählung der von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1 abgegebenen pulslängenmodulierten Impulse während der ebenfalls vom Zeitgeber 5 vorgegebenen Öffnungszeit der Mindestdrehzahl die weitere Signalverarbeitung (Soll-Istwert-Vergleich des Digitalkomparators) sperrt und somit Fehlmessungen verhindert. Das bei Erreichen des Soll-Wertes des Schraubenanzugsmomentes vom Digitalkomparator 8 abgegebene Signal veranlaßt die Umschaltung der Meßeinrichtung von Schraubenanzugsmomentmessung auf Drehwinkelmessung. Der mit Beginn der Drehwinkelmessung aktive Zähler 11 erfaßt dann die weiteren von der optoelektronischen Abtasteinrichtung 1 abgegebenen Impulse als Ist-Wert des Drehwinkels. Nach jeder Änderung des Zählerstandes des Zählers 11 erfolgt der Vergleich des Ist-Wertes des Drehwinkels mit dem vorgegebenen Soll-Wert im Digitalkomparator 8. Bei Übereinstimmung von Soll- und Ist-Wert des Drehwinkels wird ein Abschaltsignal für den Schrauberantrieb ausgegeben. Der Drehzahltester 7 ist während der Drehwinkelmessung unwirksam.After the opening time has expired, the current actual value of the screw tightening torque stored in the counter 4 in the digital comparator 8 is compared with the entered desired value if a programmable minimum rotational speed of the radial lattice disks was not undershot during the measuring process. The required rotational speed measurement is carried out by counting the output from the optoelectronic scanning device 1 pulse length modulated pulses during the also predetermined by the timer 5 opening time of the minimum speed, the further signal processing (target-actual value comparison of the digital comparator) blocks and thus prevents incorrect measurements. The signal emitted by the digital comparator 8 when the setpoint value of the tightening torque is reached causes the measuring device to be switched from screw tightening torque measurement to angle measurement. The active with the beginning of the rotation angle counter 11 then detects the further output from the opto-electronic scanning device 1 pulses as the actual value of the rotation angle. After each change of the count of the counter 11, the comparison of the actual value of the rotation angle with the predetermined target value in the digital comparator 8 takes place. If the setpoint and actual value of the rotation angle match, a shutdown signal is output for the screwdriver drive. The speed tester 7 is ineffective during the rotation angle measurement.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Steuereinrichtung für drehwinkelgesteuerte Schrauber, die mittels einer optoelektronischen Abtasteinrichtung sowohl die Drehmoment- als auch die Drehwinkelerfassung von belastungsabhängig gegeneinander verdrehbaren Radialgitterscheiben und über eine komplexe Schaltung die Auswertung der erfaßten Signale zur Auslösung des Abschaltsignals für den Schrauberantrieb realisiert, dadurch gekennzeichnet, daß von der optoelektronischen Abtasteinrichtung sowohl das drehmomentproportionale als auch das drehwindelproportionale Signal über Zähler einem Digitalkomparator zugeführt werden.Control device for angle-controlled wrench, which realizes by means of an opto-electronic scanning both the torque and the rotation angle detection of load-dependent mutually rotatable radial lattice disks and a complex circuit evaluation of the detected signals to trigger the shutdown signal for the screwdriver drive, characterized in that of the optoelectronic scanning device Both the torque proportional and the Drehwindelproportionale signal are supplied via counter to a digital comparator.