JP3707873B2 - Tightening device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボルトやナット等のねじ部材の締め付けを自動的に行うナットランナ等の締め付け装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ボルトやナット等のねじ部材の締め付けを自動的に行うACサーボナットランナ等の締め付け装置においては、ねじ部材の締め付けトルクを安定させるために、駆動源となるモータのトルク制御が行われる。トルク制御の方法の一例としてストール方式がある。このストール方式については、例えば特開平2−48140号公報に記載されている。
ストール方式とは、図4に示されるように、まずモータに一定電流を供給して無負荷領域ではねじ部材を一定の高速回転をさせて仮締めを行い、ねじ部材が着座して回転数が落ちると供給電流を上昇させ、締め付けトルクを上げて締め付けを行う。そして、供給電流が目標締め付けトルクに相当する所定のストール電流に達した時点で電流の供給を停止して、モータの回転を停止させる制御方式である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるストール方式においては、図4に示されるように、必ず締め付けトルクのオーバーシュート(締め過ぎ)が発生してしまう。このオーバーシュートはモータの回転速度にほぼ比例するもので、供給電流の上昇中は何の制限もかけず、所定のストール電流に達して始めて制限をかけるストール方式では回避することができないものである。特に、締め付け工程の効率化のためにはねじ部材を高速回転させる必要があることから、オーバーシュートが大きくなってしまうという問題点があった。
そこで、本発明においては、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる締め付け装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明においては、電動モータでソケットを回転させてねじ部材を締め付ける締め付け装置であって、前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値をねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに達するまで前記電動モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、該制御は、ねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点の初期には駆動電流の大きさの制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの制限値の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置を創出した。
かかる締め付け装置によれば、ねじ部材が着座しえモータの回転速度が落ちた時点から連続的にモータの駆動電流の大きさが制御されて、駆動電流の大きさが滑らかに上昇する。このように、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに達するまでモータの駆動電流の大きさが連続的に制御されるために、目標締め付けトルクの到達時点においてもオーバーシュートが起こりにくくなる。
このようにして、本発明においては、電動モータの駆動電流の大きさの制限値を連続的に変化させることによって、電動モータの駆動電流の大きさの制限値が一定であった従来技術の問題点を解決して、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる締め付け装置となる。
【0005】
また、請求項2に係る発明においては、流体圧モータでソケットを回転させてねじ部材を締め付ける締め付け装置であって、前記流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値をねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量に達するまで前記流体圧モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、該制御は、ねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点の初期には流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量の制限値に近づくにつれて時間当たりの流量の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置を創出した。
かかる締め付け装置によれば、ねじ部材が着座して流体圧モータの回転速度が落ちた時点から連続的に流体圧モータの流体の時間当たり流量が制御されて、時間当たりの流量が滑らかに上昇する。このように、目標締め付けトルクに相当する所定の流体の時間当たりの流量に達するまで流体圧モータの流体の時間当たり流量が連続的に制御されるために、目標締め付けトルクの到達時点においてもオーバーシュートが起こりにくくなる。
このようにして、本発明においては、エアモータ、油圧モータ等の流体圧モータを用いた締め付け装置においても、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる。
【0006】
さらに、請求項3に係る発明においては、請求項1に記載の締め付け装置であって、前記電動モータの回転速度の減少に対する前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値が上昇する制御は、指数部が負であり該指数部に前記モータの回転速度を含む指数関数で制御されるようになっていることを特徴とする締め付け装置を創出した。
このように、モータの駆動電流の大きさが指数部が負であり該指数部に前記モータの回転速度を含む指数関数的に上昇させられることによって、上昇の初期には駆動電流の大きさが急激に上昇するため締め付けトルクもそれに追従して急激に上昇する。そして、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの上昇が緩やかになるため、締め付けトルクも緩やかに上昇し、目標締め付けトルクを越えることなく目標締め付けトルクに緩やかに到達する。
【0007】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態
次に、本発明を具現化した第1の実施形態について、図1乃び図2を参照して説明する。まず、本実施形態において用いられる締め付け装置の全体構成について、図1を参照して説明する。
図1に示されるように、本実施形態の締め付け装置1は、ナットランナ2とその制御装置によって構成されている。ナットランナ2はボルト,ナット等のねじ部材に嵌合するソケット4を有しており、このソケット4の回転軸6は減速機構8を介してモータ10に接続されている。モータ10には回転速度を測定するための速度検知部12が設けられており、モータ10を回転させるための駆動電流は電流アンプ14から供給される。
【0008】
速度検知部12で測定されたモータ10の回転速度のデータは全体指令部22へ入力され、全体指令部22では、後述するようにこの入力データに基づいて電流制限部18に電流制限値を出力する。
速度指令部20は、無負荷領域における所定のモータ10の回転速度の値を指令速度信号として電流指令部16へ出力する。電流指令部16ではこの回転速度の値に対応する電流値を算出して、この大きさの電流を電流アンプ14を介してモータ10に供給する。
電流制限部18では、電流アンプ14から実際にモータ10に供給される電流値を常に監視して、全体指令部22から電流制限部18に入力される電流制限値を越えないように、電流指令部16に対して割り込み制御をかけている。
【0009】
次に、かかる構成を有する締め付け装置1によるねじ締め付けの具体例について、図1及び図2を参照して説明する。図2は、本実施形態におけるねじ締め付けの具体例を示すグラフであり、縦軸はモータ10の回転トルク,モータ10に供給される電流の制限値及びモータ10の回転速度を示し、横軸は時間の経過を示している。
本実施形態における電流制限部18による電流の制限値は、図2中にも示されている次式(1)によって決定される。
iL(t)=iT・exp{−v(t)/K} … (1)
ここで、iL(t)は時刻tにおける電流制限値であり、iTは目標トルクを発生させるための電流値、v(t)は時刻tにおけるモータの回転速度、そしてKは定数である。定数Kの値は、モータ10の特性及び締め付けられるねじ部材の特性に応じて、適切な値が選択される。
【0010】
さて、本実施形態におけるねじ締め付けにおいては、まずモータ10に一定電流が供給されて、無負荷領域ではねじ部材を一定の高速回転をさせて仮締めが行われる。このとき、速度検知部12で測定されたモータ10の回転速度v(t)のデータは全体指令部22へ入力され、全体指令部22ではこの回転速度v(t)のデータに基づいて式(1)に従って電流制限値iL(t)を算出する。
算出された電流制限値iL(t)のデータは、電流制限部18に入力され、電流制限部18では、電流アンプ14から実際にモータ10に供給される電流値を常に監視して、電流制限値iL(t)を越えないように、電流指令部16に対して割り込み制御をかける。
ねじ部材が着座してモータの回転速度v(t)が減少し始めると、電流制限値iL(t)は式(1)に従って次第に上昇し始める。この結果、電流アンプ14からモータ10に供給される電流値も次第に増加して、モータ10の回転トルクも上昇し始める。
【0011】
このように、式(1)に従って電流制限値iL(t)を次第に増加させることによって、図2に示されるように、上昇の初期には駆動電流の大きさが急激に上昇するため締め付けトルクもそれに追従して急激に上昇する。そして、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの上昇が緩やかになるため、締め付けトルクも緩やかに上昇し、目標締め付けトルクを越えることなく目標締め付けトルクに緩やかに到達する。すなわち、モータ10の回転トルクがオーバーシュートを起こすことなく、ねじ部材が所定のトルクで適切に締め付けられる。
これによって、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる締め付け装置となる。
【0012】
本実施形態においては、式(1)に基づいてモータの回転速度v(t)から電流制限値iL(t)を算出してモータの回転を制御しているが、式(1)に限られることはなく、その他の適切な関係式を用いることもできる。
【0013】
第2の実施形態
次に、本発明を具現化した第2の実施形態について、図1乃び図3を参照して説明する。本実施形態において用いられる締め付け装置の全体構成は第1の実施形態と同様であるので、図1を参照して説明を省略する。
本実施形態においては、電流制限値をファジィ制御することによって、締め付け装置の制御を行うものである。図3に、ファジィ制御に用いられるメンバーシップ関数の具体例を示す。このようなメンバーシップ関数を全体指令部22に入力して電流制限値をファジィ制御することによって、モータ10の回転トルクがオーバーシュートを起こすことなく目標トルクに到達する。これによって、ねじ部材が所定のトルクで適切に締め付けられる。
【0014】
上記の各実施形態においては、電動モータを制御の対象にしているが、本発明はエアモータ,油圧モータ等の流体圧モータに対しても適用することが可能である。
すなわち、図2に示されるように、締め付けトルクが上昇の初期には急激に上昇し、目標締め付けトルクに近づくにつれて締め付けトルクが緩やかに上昇して、目標締め付けトルクを越えることなく目標締め付けトルクに緩やかに到達するように、流体圧モータの流体の時間当たり流量を制御することによって、オーバーシュートを起こすことなくねじ部材を所定のトルクで適切に締め付けることができる。
締め付け装置のその他の部分の構成,数,接続関係等についても、上記の各実施形態に限定されるものではない。
【0015】
【発明の効果】
請求項1乃至請求項3に係る発明においては、締め付けトルクのオーバーシュートを確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る締め付け装置の第1及び第2の実施形態に用いられる締め付け装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】締め付け装置の第1の実施形態におけるねじ締め付けの具体例を示すグラフである。
【図3】締め付け装置の第2の実施形態におけるメンバーシップ関数の具体例を示すグラフである。
【図4】従来の締め付け装置におけるねじ締め付けの具体例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 締め付け装置
4 ソケット
10 モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tightening device such as a nut runner that automatically tightens screw members such as bolts and nuts.
[0002]
[Prior art]
In a tightening device such as an AC servo nutrunner that automatically tightens a screw member such as a bolt or a nut, torque control of a motor serving as a drive source is performed in order to stabilize the tightening torque of the screw member. An example of a torque control method is a stall method. This stall method is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-48140.
As shown in FIG. 4, the stall method first supplies a constant current to the motor, rotates the screw member at a constant high speed in the no-load region, temporarily tightens it, and the screw member is seated and the rotational speed is reduced. If it falls, the supply current is increased and the tightening torque is increased to perform tightening. Then, when the supply current reaches a predetermined stall current corresponding to the target tightening torque, the supply of current is stopped and the rotation of the motor is stopped.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a stall system, as shown in FIG. 4, an overshoot (over-tightening) of the tightening torque always occurs. This overshoot is approximately proportional to the rotational speed of the motor, and is not limited during the increase of the supply current, and cannot be avoided with the stall method in which the limit is reached only after reaching a predetermined stall current. . In particular, since it is necessary to rotate the screw member at a high speed in order to increase the efficiency of the tightening process, there is a problem that overshoot becomes large.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a tightening device that can reliably reduce overshoot of the tightening torque.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, in order to solve the above-described problem, in the invention according to
According to such a tightening device, the magnitude of the drive current of the motor is continuously controlled from the time when the screw member is seated and the rotational speed of the motor is reduced, and the magnitude of the drive current is smoothly increased. Thus, since the magnitude of the drive current of the motor is continuously controlled until a predetermined magnitude of the drive current corresponding to the target tightening torque is reached, overshoot is unlikely to occur even when the target tightening torque is reached. Become.
As described above, in the present invention, the limit value of the magnitude of the drive current of the electric motor is continuously changed, whereby the limit value of the magnitude of the drive current of the electric motor is constant. This is a tightening device that solves this problem and can reliably reduce the overshoot of the tightening torque.
[0005]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a tightening device for tightening a screw member by rotating a socket by a fluid pressure motor, wherein the screw member is seated on a limit value of a flow rate of fluid of the fluid pressure motor per time. perform tightening controls is continuously changed in accordance with the rotational speed of the hydraulic motor to the rotation of the fluid pressure motor reaches a flow rate per predetermined time corresponding to the target tightening torque from the time fell Te, the In the control, the limit value of the flow rate per hour of the fluid of the fluid pressure motor rapidly increases at the initial stage when the screw member is seated and the rotation of the fluid pressure motor drops. A tightening device has been created which is characterized by continuous control in which the increase in flow rate per hour becomes gradual as it approaches the limit value of flow rate per hour .
According to such a tightening device, the flow rate per hour of the fluid of the fluid pressure motor is controlled continuously from the time when the screw member is seated and the rotation speed of the fluid pressure motor decreases, and the flow rate per hour increases smoothly. . As described above, since the flow rate per hour of the fluid of the fluid pressure motor is continuously controlled until the flow rate per hour of the predetermined fluid corresponding to the target tightening torque is reached, the overshoot is achieved even when the target tightening torque is reached. Is less likely to occur.
Thus, in the present invention, even in a tightening device using a fluid pressure motor such as an air motor or a hydraulic motor, it is possible to reliably reduce the overshoot of the tightening torque.
[0006]
Further, in the invention according to claim 3, a clamping device according to
In this way, the magnitude of the drive current of the motor is negative in the exponent part and is raised exponentially including the rotational speed of the motor in the exponent part, so that the magnitude of the drive current is increased at the initial stage of the rise. Since it rises rapidly, the tightening torque also rises following it. Then, as the drive current increases gradually as the predetermined drive current corresponding to the target tightening torque is approached, the tightening torque also gradually increases and reaches the target tightening torque without exceeding the target tightening torque. Reach slowly.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First Embodiment Next, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. First, the whole structure of the clamping device used in this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the
[0008]
The rotational speed data of the
The
The
[0009]
Next, a specific example of screw tightening by the tightening
The limit value of the current by the current limiting
iL (t) = iT · exp {−v (t) / K} (1)
Here, iL (t) is a current limit value at time t, iT is a current value for generating a target torque, v (t) is the rotational speed of the motor at time t, and K is a constant. As the value of the constant K, an appropriate value is selected according to the characteristics of the
[0010]
In the screw tightening in the present embodiment, first, a constant current is supplied to the
Data of the calculated current limit value iL (t) is input to the
When the screw member is seated and the rotational speed v (t) of the motor starts to decrease, the current limit value iL (t) starts to increase gradually according to the equation (1). As a result, the current value supplied from the
[0011]
In this way, by gradually increasing the current limit value iL (t) according to the equation (1), as shown in FIG. 2, the magnitude of the drive current rapidly increases at the beginning of the increase, so that the tightening torque is also increased. Following that, it rises rapidly. Then, as the drive current increases gradually as the predetermined drive current corresponding to the target tightening torque is approached, the tightening torque also gradually increases and reaches the target tightening torque without exceeding the target tightening torque. Reach slowly. That is, the screw member is appropriately tightened with a predetermined torque without causing overshoot of the rotational torque of the
As a result, the tightening device can reliably reduce the overshoot of the tightening torque.
[0012]
In this embodiment, the current limit value iL (t) is calculated from the rotational speed v (t) of the motor based on the formula (1) to control the rotation of the motor, but is limited to the formula (1). However, other suitable relational expressions can be used.
[0013]
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the overall configuration of the fastening device used in this embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof will be omitted with reference to FIG.
In this embodiment, the fastening device is controlled by fuzzy control of the current limit value. FIG. 3 shows a specific example of a membership function used for fuzzy control. By inputting such a membership function to the
[0014]
In each of the above embodiments, the electric motor is the object of control, but the present invention can also be applied to a fluid pressure motor such as an air motor or a hydraulic motor.
That is, as shown in FIG. 2, the tightening torque rises rapidly in the early stage of increase, and the tightening torque gradually increases as the target tightening torque is approached. By controlling the flow rate of the fluid of the fluid pressure motor so as to reach, the screw member can be appropriately tightened with a predetermined torque without causing overshoot.
The configuration, number, connection relationship, and the like of other parts of the fastening device are not limited to the above embodiments.
[0015]
【The invention's effect】
In the invention which concerns on
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a clamping device used in first and second embodiments of a clamping device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a specific example of screw tightening in the first embodiment of the tightening device.
FIG. 3 is a graph showing a specific example of a membership function in the second embodiment of the fastening device.
FIG. 4 is a graph showing a specific example of screw tightening in a conventional tightening device.
[Explanation of symbols]
1 Tightening device 4
Claims (3)
前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値をねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに達するまで前記電動モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、
該制御は、ねじ部材が着座して電動モータの回転が落ちた時点の初期には駆動電流の大きさの制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の駆動電流の大きさに近づくにつれて駆動電流の大きさの制限値の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置。A tightening device for tightening a screw member by rotating a socket with an electric motor,
The rotational speed of the electric motor from the time when the screw member is seated and the rotation of the electric motor drops to reach a predetermined driving current corresponding to the target tightening torque from the limit value of the electric motor driving current. According to the continuous change and control tightening,
In the control, the limit value of the magnitude of the drive current increases abruptly at the initial stage when the screw member is seated and the rotation of the electric motor drops, but the magnitude of the predetermined drive current corresponding to the target tightening torque. The tightening device is characterized in that it is a continuous control in which the limit value of the drive current increases gradually as it approaches .
前記流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値をねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点から目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量に達するまで前記流体圧モータの回転速度に応じて連続的に変化させて制御して締め付けを行い、
該制御は、ねじ部材が着座して流体圧モータの回転が落ちた時点の初期には流体圧モータの流体の時間当たりの流量の制限値が急激に上昇するが、目標締め付けトルクに相当する所定の時間当たりの流量の制限値に近づくにつれて時間当たりの流量の上昇が緩やかとなる連続的な制御であることを特徴とする締め付け装置。A tightening device for tightening a screw member by rotating a socket with a fluid pressure motor,
The fluid pressure motor reaches a predetermined flow rate corresponding to a target tightening torque from the time when the screw member is seated and the rotation of the fluid pressure motor drops to the limit value of the fluid flow rate of the fluid pressure motor. Tighten by controlling by changing continuously according to the rotation speed of
In the control, the limit value of the flow rate per hour of the fluid of the fluid pressure motor rapidly increases at the beginning of the time when the screw member is seated and the rotation of the fluid pressure motor drops, but a predetermined value corresponding to the target tightening torque. The tightening device is characterized in that it is a continuous control in which the increase in the flow rate per hour becomes gradual as it approaches the limit value of the flow rate per hour.
前記電動モータの回転速度の減少に対する前記電動モータの駆動電流の大きさの制限値が上昇する制御は、指数部が負であり該指数部に前記モータの回転速度を含む指数関数で制御されるようになっていることを特徴とする締め付け装置。The fastening device according to claim 1,
Said control magnitude limit value of the driving current of the electric motor against the reduction of the rotational speed of the electric motor is increased is controlled by an exponential function including the rotation speed of the motor to a few parts of the finger is negative exponent A tightening device characterized by being configured to be
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