螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置的制作方法

專利名稱：螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置。
背景技術：
螺栓緊固方法中，有利用緊固扭矩T與緊固軸向力的比例關系(螺栓彈性區內)，通 過緊固扭矩進行螺栓的緊固管理的方法(扭矩法)。這種扭矩法，操作性優良且簡單，{旦 另一方面，由于緊固時的螺紋面以及支承面的摩擦系數的影響，緊固軸向力變化很大(參 照圖13)。由此，如美國專利申請公開2006/0218768號所示，為了減少緊固時的摩擦系數(螺 紋面以及支承面)的影響，采用在將螺栓緊固至預先設定的貼合扭矩(srmgtorque)(開-始有效的(實質性的)緊固時的緊固扭矩)Ts后，以該貼合扭矩Ts下的螺栓角度為基準， 進一步使螺栓旋轉一個設定角度(附加性的緊固角度)6k的螺栓緊固方法(扭矩+角度法)。 根據該螺栓緊固方法，在將螺栓緊固至貼合扭矩Ts后，由于螺栓的緊固管理只通過螺栓 的緊固角度(旋轉角度)9k實現，因此，基于該螺栓的緊固角度ek的緊固軸向力F，與 采用扭矩法時不同，在緊固，途不會受到摩擦系數的影響。然而，上述螺栓緊固方法(扭矩+角度法)中，雖然在貼合扭矩Ts點的螺栓緊固角度 以后，可以只通過螺栓的旋轉角ek實現螺栓的緊固管理，但在到達貼合扭矩Ts之前，由 于受螺栓緊固時的摩擦系數(螺紋面以及支承面)的影響，緊固軸向力會發生變化，且上 述變化會直接反映到貼合扭矩Ts點以后的緊固軸向力F中(參照圖14)。此時，為了抑制貼合扭矩Ts時的緊固軸向力(緊固角度)的波動，可考慮盡可能《氐 地設置貼合扭矩Ts，但是需要對緊固部件的特性、緊固條件的制約(例如可能會由于雜年勿 等嵌入而誤認為已到達貼合扭矩等)等作出應對，而該應對存在局限。發明內容本發明鑒于上述情況而作，其目的在于提供一種可以抑制緊固軸向力的變化的螺栓二緊 固方法以及使用該螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置。 本發明的螺栓緊固方法，是一種在將螺栓緊固至預先設定的貼合扭矩后，以到達該貼 合扭矩時的螺栓的緊固角度作為基準，進一步對螺栓緊固一個設定角度的螺栓緊固方法， 其特征在于，包括基于伴隨上述螺栓的緊固的扭矩特性，求出緊固角度開始基準點的步驟；以上 述緊固角度開始基準點為基準，求出上述螺栓到達貼合扭矩時的緊固角度的步驟；求出到 達貼合扭矩時的所述緊固角度與貼合扭矩的基準角度之間的角度變化差值的步驟；以及將 上述設定角度變更為一定的基本設定角度加上上述角度變化差值后的角度的步驟。采用上述螺栓緊固方法，通過以貼合扭矩的基準角度為基準，求出到達貼合扭矩時的 螺栓的緊固角度的不足或過分，并對其進行修正而求出新的設定角度，從而可以實現最鄉冬 緊固軸向力的均勻穩定化。因此，即便貼合扭矩被設定得較高，也可以抑制緊固軸向力的 變化。上述螺栓緊固方法中，在存在多根需要緊固的螺栓的情況下，較為理想的是，選擇一 根特定的螺栓作為基準螺栓，將上述基準螺栓到達貼合扭矩時的、以上述緊固角度開始基 準點為基準的緊固角度，用作貼合扭矩的上述基準角度。由此，可以簡單地將基準螺栓以 外的螺栓的緊固軸向力近似為基準螺栓的緊固軸向力，基于此，可以實現所有螺栓的緊固 軸向力的均勻穩定化。上述螺栓緊固方法中，在存在多根需要緊固的螺栓的情況下，較為理想的是，分別檢 測上述多根螺栓到達貼合扭矩時的、以上述緊固角度開始基準點為基準的緊固角度，同時 根據這些緊固角度求出平均角度，將上述平均角^用作為貼合扭矩的上述基準角度。由此， 即便存在多根需要緊固的螺栓，也可以實現各個螺栓的緊固軸向力的修正，從而實現該多 根螺栓的緊固軸向力的均勻穩定化。上述螺栓緊固方法中，較為理想的是，上述多根螺栓是從全部螺栓中選出的多根選定 螺栓。由此，即便存在大量螺栓，也可以簡單地求出平均角度，并基于此進行修正，從而 實現多根螺栓的緊固軸向力的均勻穩定化。另夕卜，可以除去到達貼合扭矩時的緊固角度中 與其他大幅偏差的緊固角度，從而可以計算出反映了進行螺栓緊固的對象制品的狀況的高 可靠性的平均角度。上述螺栓緊固方法中，較為理想的是，大致同時地緊固上述多根選定螺栓以使它們到 達貼合扭矩，檢測該各個選定螺栓到達貼合扭矩時的緊固角度，并且基于上述緊固角度i十 算出平均角度。由此，既可以實現多根螺栓的緊固工序的高效化，還可以實現該多根螺栓 的緊固軸向力的均勻穩定化。
本發明的螺栓緊固裝置，是一種將螺栓緊固至預先設定的貼合扭矩后，以到達該貼合 扭矩時的螺栓的角度作為基準，進一步對螺栓緊固一個設定角度的螺栓緊固裝置，其特征 在于，包括螺栓緊固調整機構，調整上述螺栓的緊固；角度開始基準點計算機構，基于 伴隨上述螺栓的緊固的扭矩特性，求出緊固角度開始基準點；貼合扭矩點角度檢測機構， 以上述角度開始基準點計算機構所求出的緊固角度開始基準點為基準，求出上述螺栓到達 貼合扭矩時的緊固角度；角度變化差值運算機構，求出上述貼合扭矩點角度檢測機構所檢 測出的緊固角度與貼合扭矩的基準角度之間的角度變化差值；設定角度變更機構，將上述 設定角度變更為一定的基本設定角度加上上述角度變化差值運算機構所運算出的上述角 度變化差值后的角度；以及控制機構，控制上述螺栓緊固調整機構，以在到達貼合扭矩時 之后，對螺栓緊固一個由上述設定角度變更機構所變更的設定角度。上述螺栓緊固裝置中，較為理想的是，上述貼合扭矩點角度檢測機構，在存在多根需 要緊固的螺栓的情況下，檢測該各個螺栓到達貼合扭矩時的緊固角度，上述螺栓緊固裝置 還包括基準角度設定機構，該基準角度設定機構，將上述貼合扭矩點角度檢測機構所檢領'J 出的緊固角度中的有關一根特定螺栓的緊固角度，設定為貼合扭矩的上述基準角度，上述 角度變化差值運算機構，求出上述貼合扭矩點角度檢測機構所檢測出的有關除上述特定i潔 栓以外的各個螺栓的緊固角度與上述基準角度設定機構所設定的基準角度之間的差值，以 作為上述角度變化差值。上述螺栓緊固裝置中，較為理想的是，上述貼合扭矩點角度檢測機構，在存在多根需 要緊固的螺栓的情況下，檢測該各個螺栓到達貼合扭矩時的緊固角^，上述螺栓緊固裝置 還包括平均角度計算機構，該平均角度計算機構，基于上述貼合扭矩點角度檢測機構所檢 測出的各個螺栓的緊固角度，計算出到達貼合扭矩時的緊固角度的平均角度，以作為貼合 扭矩的上述基準角度，上述角度變化差值運算機構，求出上述貼合扭矩點角度檢測機構所: 檢測出的有關各個螺栓的緊固角度與上述平均角度計算機構所計算出的平均角度之間的 差值，以作為上述角度變化差值。上述螺栓緊固裝置中，較為理想的是，所述控制機構，控制所述螺栓緊固調整機構， 大致同時開始使上述各個螺栓到達貼合扭矩的緊固。根據上述技術方案，可提供一種使用上述本發明的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置。


圖1為具體說明本發明的第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法的說明圖。
圖2為表示使用第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置的圖。 圖3為表示第一實施方式所涉及的運算控制裝置的結構單元的圖。圖4為表示使用第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置的控制例的流禾呈圖。圖5為說明使用第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法的實驗例的結果的說明圖。 圖6為詳細表示圖5的實驗例的具體結果的圖。圖7為說明使用以往的螺栓緊固方法(扭矩+角度法)的實驗例的結果的說明圖。 圖8為詳細表示圖7的實驗例的具體結果的圖。圖9為具體說明本發明的第二實施方式所涉及的螺栓緊固方法的說明圖。 圖10為表示使用第二實施方式所涉及的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置的圖。 圖11為表示第二實施方式所涉及的運算控制裝置的結構單元的圖。 圖12為表示使用第二實施方式所涉及的螺栓緊固方法的螺栓緊固裝置的控制例的i5 程圖。圖13為說明螺栓緊固方法(扭矩法)的說明圖。 圖14為說明螺栓緊固方法(扭矩+角度法)的說明圖。
具體實施方式
下面，基于

本發明的理想實施方式。第一實施方式 _首先，對第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法進行說明。 (1)第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法，是一種使用快動螺母扳手等螺栓轉動工 具，將螺栓緊固在被緊固部件(例如發動機軸承部件等)上的方法，此時的前提在于，3各 螺栓緊固至預定設定的貼合扭矩Ts后，以到達該貼合扭矩Ts時的螺栓的緊固角度為基準， 進一步對螺栓緊固一個設定角度(扭矩+角度法)。關于此，若如圖13所示那樣著眼于操 作性與簡便性而采用扭矩法(利用緊固扭矩與緊固軸向力的比例關系(螺栓彈性區內)基 于緊固扭矩管理螺栓的緊固的方法)時，由于緊固時的與螺紋面及與支承面之間的摩擦系 數的影響，緊固軸向力大幅變化，因此， 一方面著眼于螺栓的緊固角度(旋轉角度)與二緊 固軸向力成比例關系，另一方面著眼于它們在緊固途中不受螺紋面等的摩擦系數的影響的 因素，而采用扭矩+角度法(有關通常的扭矩+角度法，請參照圖14)。(2) 第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，首先，基于伴隨各個螺栓的緊固的扭 矩特性，求出緊固角度開始基準點。這是為了在各個螺栓共同的角度開始基準下，確定到達貼合扭矩Ts時的各個螺栓的緊固角度。具體而言，伴隨各個螺栓的緊固，測量緊固扭 矩以及緊固角度(求出扭矩特性線)，求出到達貼合扭矩Ts為止的扭矩坡度(與緊固角 度變化對應的緊固扭矩變化)，并從求得該扭矩坡度的點描出該扭矩坡度線，該扭矩坡度 線上緊固扭矩=0的點(與緊固角度軸(橫軸)的交點)成為緊固角度開始基準點(實質性 的緊固角度=0的點)。更具體而言，如果將扭矩坡度設定為a、將貼合扭矩設定為Ts， 則在緊固扭矩=0的線(緊固角度軸)上，比對應于貼合扭矩Ts點的緊固角度點(緊固扭 矩二0線上的點)小Ts/ct的點，成為緊固角度開始基準點(緊固角度二0)。在表示后述具 體例的圖l中，如上所述地求出的各個螺栓的緊固角度開始基準點匯集于一點。(3) 第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，接著，以緊固角度開始基準點為基準， 求出各個螺栓到達貼合扭矩Ts的點的緊固角度。其目的在于，基于緊固角度開始基準點， 確定各個螺栓到達貼合扭矩Ts的點的緊固角度，客觀地確定緊固時的摩擦系數的影響禾呈 度。(4) 第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，接著，求出貼合扭矩Ts的基準角度與 到達貼合扭矩Ts的各個螺栓的緊固角度之間的角度變化差值，以修正到達貼合扭矩Ts為 止的緊固軸向力的變化(參照上述的圖14)。在扭矩+角度法中，由于貼合扭矩Ts以后 變成角度法，因此，不會受到螺紋面等的摩擦系數的影響，但是，如圖14所示，在到達 進行扭矩管理的貼合扭矩Ts之前，.受螺紋面等的摩擦系數的影響，緊固軸向力會發生變 化，并且反映到最終的緊固軸向力的變化中，因此，為了對其進行修正，而以貼合扭矩Ts 的基準角度為基準，求出到達貼合扭矩Ts時的螺栓的緊固角度的不足或過分。此時，在 螺栓的緊固角度小于(不足)上述基準角度的情況下，角度變化差值為正，在螺栓的緊固 角度大于上述基準角度的情況下，角度變化差值為負。(5) 上述第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，在存在多根需要緊固的螺栓的狀 況(存在多處安裝點的狀況)下，選擇一根特定的螺栓作為基準螺栓，將該基準螺栓通過 緊固到達貼合扭矩Ts的點的緊固角度，作為貼合扭矩Ts下的基準角度。其目的在于，在 存在多根需要緊固的螺栓的狀況下，通過將其中適當的一根作為基準螺栓，將其緊固角度(到達貼合扭矩Ts時的緊固角度)作為基準角度，可以簡單地將基準螺栓以外的螺栓的 緊固軸向力近似為該基準螺栓的緊固軸向力，均勻所有螺栓的緊固軸向力。這種情況下， 基準螺栓以規定的緊固值(貼合扭矩Ts、設定角度)緊固時確實形成緊固狀態，關于該基
準螺栓、規定的緊固值，基于實驗，預先求出最為適當的對象(多根螺栓中有代表性的螺 栓、有代表性的數值)。(6) 第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，接著，針對各個螺栓，將該螺栓的相 應的角度變化差值加上一定的基本設定角度(與基本螺栓的設定角度相同)的角度設定為 新的設定角度，并以該螺栓的貼合扭矩Ts的基準角度為基準，緊固該設定角度。其目的 在于，通過將各個螺栓的到達貼合扭矩Ts時的螺栓的緊固角度的不足或過分添加于貼合 扭矩Ts以后的設定角度(一定的基本設定角度)，從而使各個螺栓的最終緊固軸向力(緊 固角度)相等。(7) 結合圖1，以基準螺栓a和該基準螺栓a以外的螺栓b，具體說明上述螺栓緊固 方法。首先，選擇基準螺栓a，該基準螺栓a按照規定的緊固值(貼合扭矩Ts、基本設定 角度0k)，在扭矩管理下緊固至貼合扭矩Ts，并在到達該貼合扭矩Ts后，以該貼合扭矢巨 Ts點下的緊固角度6sa為基準，進一步緊固設定角度(基本設定角度)Sk。完成該緊固 后的緊固軸向力為最終緊固軸向力(最終緊固角度6sa+ek)。此時，貼合扭矩Ts點下的 緊固角度6sa (圖1中表示為從緊固角度開始基準點至貼合扭矩Ts點的緊固角度之間的 緊固角度)被設定為貼合扭矩Ts的基準角度，該基準角度Ssa被存儲用于以后的螺栓b 的修正處理。當然，在這種情況下，為了能夠確定包含上述基準角度的緊固角度，最初需 要求出基準螺栓a的特性線的扭矩坡度，并基于該扭矩坡度，求出緊固角度開始基準點(二緊 固扭矩二0的線上，緊固角度為O的點)。接著，進行基準螺栓a以外的螺栓b的緊固。在該螺栓b的緊固中，首先也是在扭矢巨 管理下緊固至貼合扭矩Ts。緊固扭矩到達貼合扭矩Ts后，檢測出以該貼合扭矩Ts點下 的以緊固角度開始基準點為基準的緊固角度esb (圖l中表示為從緊固角度開始基準點起 至貼合扭矩Ts點的緊固角度之間的緊固角度)，并運算出上述基準角度esa與上述緊固角度esb之間的差值A6b二esa-esb，將上述設定角度他作為基本設定角度添加于上述差 值A6b,獲得新的設定角度ek+八eb。螺栓b以貼合扭矩Ts點下的緊固角度esb為基準， 緊圓上述設定角度ek+ASb,完成該緊固后的緊固軸向力為最終緊固軸向力(最終緊固角度9sb+ek+A6b)。由此，對于螺栓b的緊固角度量，其到達貼合扭矩Ts為止的緊固角度esb的不足程度得到彌補，如圖i所示，該螺栓b的最終緊固軸向力大致等同于基準蟲累栓a的最終緊固軸向力。
與此相對，在沒有對螺栓b進行上述修正時，以貼合扭矩Ts下的緊固角度6sb加上基本設定角度ek后的緊固角度完成緊固，此時，該緊固角度esb+ek位于小于基準螺栓a 的最終緊固角度esb+ek+Aeb的一側(參照圖i中的虛線箭頭)。當然，在這種情況下，緊固角度開始基準點也基于螺栓b的特性線的扭矩坡度求出， 并以該緊固角度基準點為基準，確定緊固角度。另外，在本實施方式中，預先設定用于進行螺栓緊固的初期緊固角度eoo，以獲得螺 栓緊固的基礎數據。對此在后面進行說明。接下來，對使用上述第一實施方式所涉及的方法的螺栓緊固裝置進行說明。如圖2所示，該螺栓緊固裝置1，配備作為螺栓轉動工具的快動螺母扳手2、和控制該快動螺母扳 手2的控制系統3。快動螺母扳手2具有套筒(socket)4，其與螺栓的頭部卡合；驅動電 動機(螺栓緊固調整機構)5，其轉動驅動該套筒4;扭矩傳感器(torquetransducer)(扭矩檢 測機構)6,其用于檢測通過套筒4施加于螺栓的扭矩；以及角度編碼器(緊固角度檢測豐幾 構)7，其通過檢測驅動電動機5的轉動角度來測定螺栓的緊固角度。上述控制系統3配備運算控制裝置(CPU) 8。該運算控制裝置8中，除直接輸入來 自扭矩傳感器6的緊固扭矩信號和來自角度編碼器7的緊固角度信號之外，還輸入輸出用 于扭矩坡度運算、扭矩+角度法下的緊固的各種信息。首先，對來自扭矩傳感器6的緊固 扭矩信號、來自角度編碼器7的緊固角度信號進行說明。基于這些信號的緊固扭矩、緊固 角度，與螺栓的緊固開始同時地開始測量，其中，對于緊固角度，如后述，在求出緊固角 度開始基準點后，以該緊固角度開始基準點為基準(緊固角度值為0)，確定緊固角度。接著，對用于扭矩坡度運算的輸入輸出關系進行說明。控制系統3配備設定基準扭矢巨 T0 (貼合扭矩Ts以下的緊固扭矩)的基準扭矩設定器9a，來自該基準扭矩設定器9a的 基準扭矩信號和通過扭矩傳感器6檢測出的螺栓的緊固扭矩信號被輸入比較器10a。比較 器10a比較基準扭矩信號與緊固扭矩信號，當該二者數值一致時輸出一致信號，該一致i言 號經由模擬門(analogue gate) lla作為基準扭矩到達信號，被輸入運算控制裝置8。另 一方面，角度編碼器7檢測出的螺栓的緊固角度信號經由角度門12a輸入運算控制裝置8， 用于接通、切斷的接通、切斷信號從運算控制裝置8輸入該角度門12a。此時，對于來自 運算控制裝置8的接通信號，以基準扭矩到達信號被輸入運算控制裝置8為條件進行輸出， 由此，角度門12a被接通，運算控制裝置8 (存儲機構)存儲基準扭矩TO點下的基準二奨 固角度eo (此時，是以緊固開始點為基準的角度)。與此相對，來自運算控制裝置8的七刀 斷信號，在各個角度門12a變為接通后而輸入的緊固角度到達設定的角度時，分別輸出。
艮P，控制系統3配備有設定緊固角度Aei的角度設定器14a，運算控制裝置8存儲該 角度設定器14設定的角度A61，并在判斷來自角度編碼器7的緊固角度以上述基準緊固 角度60 (基準扭矩TO到達點)為基準到達Aei時，向角度門14a輸出切斷信號，并且捕 捉該時機，存儲來自扭矩傳感器6的緊固扭矩(緊固扭矩信號)Tl。基于此，如后所述， 運算得出扭矩坡度(i，并利用該扭矩坡度a，在緊固扭矩=0的軸上，求出作為實質性的二緊 固開始點的緊固角度開始基準點。接著，對用于扭矩+角度法下的緊固的輸入輸出關系進行說明。控制系統3配備有i殳 定貼合扭矩Ts的貼合扭矩設定器9b，來自該貼合扭矩設定器9b的貼合扭矩信號與由扭 矩傳感器6檢測到的螺栓的緊固扭矩信號被輸入比較器10b。比較器10b比較貼合扭矩〈言 號與緊固扭矩信號，當該二者數值一致時輸出一致信號，該一致信號經由模擬門llb作為 貼合扭矩到達信號，被輸入運算控制裝置8。另一方面，角度編碼器7檢測出的螺栓的二緊 固角度信號經由角度門12b輸入運算控制裝置8，用于接通、切斷的接通、切斷信號從運 算控制裝置8輸入該角度門12b。來自運算控制裝置8的輸出接通信號以上述貼合扭矩到 達信號被輸入為條件進行輸出，由此，角度門12b被接通，運算控制裝置8 (存儲機構) 存儲貼合扭矩Ts點下的緊固角度。來自運算控制機構8的切斷信號，在貼合扭矩到達《言 號被輸入后，以到達后述的設定角度變更機構設定的設定角度為條件進行輸出。與此同時， 運算控制裝置8 (控制機構)經由伺服放大器13向驅動電動機5輸出停止信號。如圖3所示，為了處理上述各種輸入信息，上述運算控制裝置8配備存儲機構；角 度開始基準點計算機構;_緊固角度再調整機構；貼合扭矩點角度檢測機構；基準角度設定 機構；角度變化差值運算機構；設定角度變更機構；初期緊固角度到達檢測機構；補充二緊 固角度運算機構；以及控制機構。存儲機構設定為，除存儲預先設定的初期緊固角度eoo、設定角度(基本設定角度)ek、貼合扭矩Ts之外，還存儲各種輸入信息等。角度開始基準點計算機構設定為，將基準扭矩TO、以對應于基準扭矩TO的基準緊固角度eo為基準的緊固角度變化Aei、以及對應于該Aei的緊固扭矩ti作為信息予以f妾受，并基于這些信息，運算求得扭矩坡度a。即，角度開始基準點計算機構從上述存儲t幾 構中讀取A01、 T0、 Tl，并根據a: (T1-T0) /A61，運算求得扭矩坡度a。另夕卜，角度 開始基準點計算機構設定為，利用上述扭矩坡度a與貼合扭矩Ts而運算求得Ts/a，在 圖l的緊固角度軸(橫軸)上，確定從對應于貼合扭矩Ts的緊固角點回溯Ts/a的程度 的點為緊固角度開始基準點。
緊固角度再調整機構設定為，將上述角度開始基準點計算機構求得的緊固角度開始基 準點下的緊固角度值設為0，并以此為基準，再調整自開始緊固起所測量的緊固角度以及 此后測量的緊固角度。貼合扭矩點角度檢測裝置設定為，從上述緊固角度再調整機構調整的緊固角度(以二緊 固角度開始基準點為基準的緊固角度)中，檢測出到達貼合扭矩Ts點的緊固角度。基準角度設定機構設定為，以最先緊固的螺栓(第一根螺栓)作為基準螺栓，并針對— 該螺栓，將上述貼合扭矩點角度檢測機構檢測出的貼合扭矩Ts點下的緊固角度作為用于緊固修正的基準角度進行存儲。角度變化差值運算機構用于運算第二根以后的螺栓(第一根螺栓以外的螺栓)到貼合扭矩Ts為止的緊固角度的不足或過分，其設定為，求出第二根以后的螺栓的由上述貼合 扭矩點角度檢測機構檢測出的貼合扭矩Ts點的緊固角度與第一根基準螺栓的由上述貼合 扭矩點角度檢測機構檢測出的貼合扭矩Ts點的基準角度之間的角度變化差值。另外，對 于第一根基準螺栓，其角度變化差值為0。角度變更機構用于將上述緊固角度的不足或過分反映于設定角度，其設定為，將上述 角度變化差值運算機構運算出的角度變化差值添加于一定的基本設定角度8k之后，將j3/f得角度作為設定角度et。此處，基本設定角度ek為運算控制裝置8中預先存儲的固定值 (規定值)。所謂初期緊固角度到達檢測機構與補充角度運算機構，是在第一實施方式中特別設置 的機構。在第一實施方式中，首先，螺栓，固進行至初期緊固角度eoo，在將螺栓緊固至 該初期緊固角度eoo后，進行上述規定的計算，從而控制修正在初級緊固角度eoo中不足 的程度。由此，初期緊固角度到達檢測機構設定為，以上述角度開始基準點計算機構求出 的緊固角度開始基準點為基準，檢測出到達初期緊固角度eoo的情況，補充緊固角度運算 機構設定為，將上述設定角度變更機構新設定的設定角度中的、到達初期緊固角度eoo為 止的緊固中不足的不足程度的es (貼合扭矩點的緊固角度)+/\e (修正值)+ek (基本設 定角度)-eoo (初期緊固角度)作為補充緊固角度進行運算。當然，也可以不設置初期二緊 固魚度到達檢測機構與補充緊固角度運算機構，而在到達初期緊固角度前，使設定角度變更機構設定(計算)新的設定角度，并以到達貼合扭矩Ts的點為基準緊固該新的設定角度。控制機構設定為，為了進行設置了上述初期緊固角度到達檢測機構與補充緊固角度運 算機構的控制，在初期緊固角度到達檢測機構檢測出到達初期緊固角度eoo的情況時，纟5
由伺服放大器13向驅動電動機5輸送驅動停止信號，然后，若補充緊圓角度運算機構完成運算，便再次經由伺服放大器13向驅動電動機5輸送驅動信號，通過快動螺母扳手2 對螺栓補充緊固運算求得的補充緊固角度。接下來，基于圖4所示的流程圖更加具體地說明上述螺栓緊固裝置1的控制例。此時， 以如下作為前提，即，在緊固螺栓的對象制品中，預先決定需要緊固的螺栓的根數以及包 括最先緊固基準螺栓a這一內容的螺栓的緊固順序。首先，螺栓緊固裝置l起動后，在S (表示步驟)l中，讀取各種信息。作為各種信 息，包括，貼合扭矩Ts、設定角度et二基本設定角度6k、需要緊固的螺栓根數n根中的 第一根(n=l)、標記F二O。標記F表示是否為需要最先緊固的基本螺栓的緊固處理，F=0 時表示基準螺栓a的緊固處理，F=l時表示基準螺栓以外的螺栓的緊固處理。接著，開始快動螺母扳手2的驅動從而開始螺栓的緊固，與此同時，開始緊固扭矩以 及緊固角度的檢測(S2、 S3)。根據該S3的檢測數據，求出扭矩特性線(緊固扭矩-緊 固角度)，基于該扭矩特性線的數據求出扭矩坡度(S4)。利用該扭矩坡度，如上所述， 求出作為實質性的緊固角度=0點的緊固角度開始基準點(S5)。求出緊固角度開始基準 點后，以此前的螺栓緊固的開始點為基準的緊固角度再調整為以緊固角度開始基準點為基 準的角度，使該再調整后的緊固角度與緊固扭矩相關聯(S6:數據的再調整)。以緊固角度開始基準點為基準，到達初期緊固角度eoo后，停止快動螺母扳手2的馬區動(S7、 S8)，判斷是否F=0 (S9)。由于在最初開始時，作為緊固順序設定緊固基7隹 螺栓a (通過機器人等向基準螺栓a搬運快動螺母扳手2)，因此，該S9的判斷結果為 YES。該S9的判斷結果為YES時，檢測貼合扭矩Ts點的基準螺栓a的緊固角度0sa (以 緊固角度開始基準點為基準的角度)，且該緊固角度esa作為貼合扭矩Ts下的基準角度 進行存儲(S10)。具體而言，即以貼合扭矩到達信號輸入運算控制裝置8為條件，從運 算控制裝置8向角度門輸送接通信號，且該貼合扭矩Ts時的緊固角度被存儲于運算控鬼iJ 裝置8(基準角度設定機構)中，但其被再調整為以緊固角度開始基準點為基準的角度esa， 該角度6sa作為貼合扭矩Ts的基準角度重新進行存儲。貼合扭矩Ts的基準角度被存儲后， 設定設定角度et二ek (—定的基本設定角度)(S11)，求出基準螺栓a的最終緊固角度 6sa+6t。在本實施方式中，為了運用此前緊固的初期緊固角度的O，在接下來的S12中，計算出初期緊固角度eoo下的不足程度esa+et-eoo。計算出該不足程度的紫固角度esa+et-eo0 后，再次驅動快動螺母扳手2 (si3)，運行其不足程度的緊固角虔esa+et-eo0，完成該
運行后，停止快動螺母扳手2進行的緊固(S14、 S15)。停止該快動螺母扳手2進行的 緊固后，在S16中設定F^1，在S17中在n上加l，以顯示下一根螺栓的緊固位次，然后 返回。在返回進行第二根螺栓的緊固時，對于該第二根螺栓，同樣實施上述的S2 S9。在 該S9中，由于第二根螺栓是基準螺栓以外的螺栓，因此，S9的判斷結果為NO，在接下 來的S18中，判斷需要緊固的螺栓是否是第二根(此處，設定為螺栓b)。在該S18為 YES日寸，在S19中，針對螺栓b檢測出貼合扭矩Ts點的緊固角度esb (以緊固角度開始基準點為基準的角度)，并從上述s io的esa中減去該s 19的esb ，計算出差值Aeb二esa- esb (S20)，將該差值A0b加上基本設定角度ek后獲得的角度設定為新的設定角度 et-Aeb+ek (S21)。此處，同樣為了運用此前緊固的初期緊固角度eoo，在接下來的s22 中，計算出初期緊固角度eoo下的不足程度eSb+et-eoo=esb+Aeb+ek-eoo。計算出該不足程度的緊固角度0sb+et-eOO后，再次驅動快動螺母扳手2 (S23)，運行上述不足程度的緊固角度esb+et-eoo=esb+Aeb+ek-eoo,完成該運行后，停止快動螺母扳手2進行的緊固(S24、 S25)。停止該快動螺母扳手2進行的緊固后，在S17中在n上加l，以顯 示下一根螺栓的緊固位次，然后返回。此后直至第n根的螺栓，反復執行與上述S18 S24相同的S26 S32的處理，以及 S25、 S17的處理。若完成該第n根螺栓n的緊固，在返回后，在S26中判斷為NO。并 且，在S33中設定標志F為F=0，在S34中設定n=l,以備接下來的新的對象制品的蟲累 栓緊固。_圖5、圖6表示使用第一實施方式所涉及的螺栓緊固方法的實驗例，圖7、圖8表示 使用以往的螺栓緊固方法(到達貼合扭矩Ts后， 一律緊固一定的設定角度ek的程度的方 法)的實驗例。由此，與以往的螺栓緊固方法相比，第一實施方式所涉及的緊固方法，在 有關緊固軸向力的變化方面，顯示出優越的軸向力穩定性(變化僅為以往的大約1/3)。 此時，作為螺栓使用鋼制螺栓，作為被緊固部件使用鋁部件。第二實施方式接下來，對第二實施方式所涉及的螺栓緊固方法進行說明。在第二實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，也與上述第一實施方式相同，在扭矩+角 度法下，求出到達貼合扭矩Ts的螺栓的緊固角度與貼合扭矩Ts的基準角度之間的角度變 化差值A0，并把將該角度變化差值A9加上一定的基本設定角度6k所得到的角度作為i殳 定角度，但是在第二實施方式所涉及的螺栓緊固方法中，針對多根螺栓檢測出到達貼合矛丑
矩Ts時的緊固角度，并基于這些緊固角度求出平均角度Save,將該平均角度9ave作為 基準角度使用。其目的在于，通過將多根需要緊固的螺栓的緊固角度的平均角度Save作 為基準角度，基于此實現緊固角度的修正，從而實現該多根螺栓的緊固軸向力的均勻穩定 化。此時，可以將多根螺栓作為從全部螺栓中被選定的多根選定螺栓。其目的在于，簡單 地求出平均角度，進而可以省略用于求出平均角度的緊固角度中的大幅偏差的緊固角度。 另外在這種情況下，可以大致同時地緊固多根選定螺栓以使其到達貼合扭矩。這是為了實 現緊固工序的高效化，同時實現各個螺栓的緊固軸向力的均勻穩定化。以下，結合圖9，通過螺栓a和螺栓b具體說明上述第二實施方式所涉及的螺栓緊固 方法。首先，同時緊固所有螺栓a、 b，并對各個螺栓a、 b分別檢測出貼合扭矩Ts點下 的緊固角度6sa、 6sb。并且，計算出上述緊固角度6sa、 Bsb的平均值9ave= 。sa+esb) /2，將其設定為基本角度8ave。接著，從該基本角度0ave中，分別減去貼合扭矩Ts點 下的各個螺栓a、 b的緊固角度6sa (6sb)，求出其差值Aea二eave-esa， Aeb^ave-0sb。 在該差值A6a、 A6b上分別加入一定的基本設定角度ek，所得結果作為螺栓a、 b新的設 定角度ek+A6a、 ek+A6b。由此，對螺栓a而言，以貼合扭矩Ts點下的緊固角度6sa為 基準，緊固新的設定角度ek+A6a的程度，最終緊固角度為0sa+ek+ (6ave-esa),對各 個螺栓b而言，以貼合扭矩Ts點下的緊固角度0sb為基準，進一步緊固新的設定角度ek+A6b的程度，最終緊固角度為esb+ek+ (eave-esb)。其結果為，如圖9所示，兩者的緊固角度(緊固軸向力)大致實現均勻化。與此相對，如圖9所示，在不進行緊固角度 修正、而在到達貼合扭矩Ts后一律緊固一定的基本設定角度0k的程度的情況下，螺栓a的最終緊固角度(esa+ek)與上述進行緊固修正時相比，位于增大的一方(參照圖9的虛 線箭頭)，另外，螺栓b的最終緊固角度(esb+ek)位于減小的一方(參照圖9的虛線箭頭)。另外，在上述情況下，也與上述第一實施方式同樣，首先根據各個螺栓a、 b的扭矢巨特性線的扭矩坡度求出緊固角度開始基準點，并以該緊固角度開始基準點為基準，確定緊 固角度。接下來，對使用上述第二實施方式所涉及的方法的螺栓緊固裝置IO進行說明。在4吏用該第二實施方式所涉及的方法的螺栓緊固裝置10中，對于與使用上述第一實施方式所:涉及的方法的螺栓緊固裝置l相同的結構部件，標注相同符號并省略其說明。如圖10所示，該螺栓緊固裝置lO配備用于同時緊固多根螺栓a、 b......的多個快S力螺母扳手2a、 2b (圖IO中示出兩個作為代表)。與此同時，控制系統30中，每一個'決
動螺母扳手2a (2b......)均配備設定基準扭矩T0的基準扭矩設定器9a，設定貼合扭矩Ts的貼合扭矩設定器9b以及與這些結構相關聯的部件(比較器10a、 10b，模擬門lla、 llb，角度門12a、 12b，設定緊固角度Aei的角度設定器14a)。另外，如圖11所示， 運算控制裝置80與上述第一實施方式相同地配備存儲機構；角度開始基準點計算機構； 緊固角度再調整機構；貼合扭矩點角度檢測機構；角度變化差值運算機構；設定角度變更 機構；初期緊固角度到達檢測機構；補充緊固角度運算機構以及控制機構，此外，還配備 平均角度計算機構。該平均角度計算機構讀取到達貼合扭矩Ts時的緊固角度0sa、 6sb......，并計算出這些角度的平均角度6ave，在本實施方式中，該平均角度0ave被作為基準角度。角度變化差值機構利用該基準角度eave，運算出該基準角度6ave與到達貼 合扭矩Ts的點下的各個螺栓a、b......的緊固角度0sa、6sb......之間的差值A9a二eave-esa、△eb=eave-esb......，設定角度變更機構利用該各個差值Aea、 Aeb......，對各個螺栓a、b......設定新的設定角度ek+Aea、 ek+Aeb......。控制機構針對各個螺栓a、 b......，緊固一個以到達貼合扭矩Ts時為基準，來自角度編碼器7的緊固角度為新的設定角度6k+A9a、ek+Aeb......后(具體而言，緊固至初期緊固角度eoo，從該處再緊固規定的不足程度后)，經伺服放大器向驅動電動機5輸送驅動停止信號。另外，上述控制機構設定為，如果針對— 各個螺栓a、 b......設置快動螺母扳手2a、 2b......，則經由伺服放大器130同時向各個十夬動螺母扳手2a、 2b......的驅動電動機5輸送驅動信號，以便同時開始上述螺栓a、 b......的緊固。接下來，根據圖12所示的流程圖具體說明使用上述第二實施方式所涉及的方法的電累 栓緊固裝置10的控制例。此時的前提也在于，在緊固螺栓的對象制品中，預先決定需要 緊固的螺栓的根數等。首先，起動螺栓緊固裝置10后，針對各個螺栓a、 b......n執行與上述第一實施方式的S1 S8相同的處理Ql Q8，分別以緊固角度開始基準點為基準到達初期緊固角度e00 后，則停止由各個快動螺母扳手2a、 2b......進行的緊固。然后在接下來的Q9中，針對各個螺栓a、 b......n檢測出貼合扭矩Ts點下的緊固角度0sa、 6sb......，并利用該各個緊固角度6sa、 9sb......，計算出平均角度eave二 (esa+6sb+......6n)/n(Q10)。以該平均角度6ave作為貼合扭矩Ts的基準角度，針對各個螺栓a、 b......計算出差值A6a二eave-esa、ASb=eave-esb...... (Qll)，并分別計算出該各個差值A6a、 A6b......加上基本設定角度ek的結果，這些結果替代設定角度et=ek，分別設定(變更)為新的設定角度eta=ek+Aea、etb=0k+Aeb……9tn=9k+A6n (Q12)。
在該第二實施方式中，同樣為了運用此前所緊固的初期緊固角度eoo，在接下來的Qi3中，針對各個螺栓a、 b......計算出初期緊固角度600下的不足程度6s (貼合扭矩Ts點的緊固角度)+et-eoo ，即對于螺栓a為esa+ek+Aea-eoo ，對于螺栓b為 esb+ek+Aeb-eoo......，完成上述各項計算后，重新開始各個螺栓a、 b......的緊固(Qi4)。然后，針對各個螺栓a、 b......完成初期緊固角度eoo下的不足程度es+et-eoo的緊固后(Q15)，各個快動螺母扳手2a、 2b......的驅動依次停止(Q16)。針對各個螺栓a、 b......的緊固依次停止后，各個設定角度et(eta、 etb......etn)返回至基本設定角度ek(Qi7)，以備接下來的新的對象制品的螺栓緊固。
權利要求
1. 一種螺栓緊固方法，對螺栓進行緊固，其特征在于包括，基于伴隨所述螺栓的緊固的扭矩特性，求出緊固角度開始基準點的步驟；以所述緊固角度開始基準點為基準，求出所述螺栓到達預先設定的貼合扭矩時的緊固角度的步驟；求出到達貼合扭矩時的所述緊固角度與貼合扭矩的基準角度之間的角度變化差值的步驟；以及將設定角度變更為一定的基本設定角度加上所述角度變化差值后的角度的步驟。
2. 根據權利要求l所述的螺栓緊固方法，其特征在于-在存在多根需要緊固的螺栓的情況下，選擇一根特定的螺栓作為基準螺栓， 將所述基準螺栓到達貼合扭矩時的、以所述緊固角度開始基準點為基準的緊固角度，用作貼合扭矩的所述基準角度。
3. 根據權利要求l所述的螺栓緊固方法，其特征在于在存在多根需要緊固的螺栓的情況下，分別檢測所述多根螺栓到達貼合扭矩時的、以 所述緊固角度開始基準點為基準的緊固,度，同時根據這些緊固角度求出平均角度， 將所述平均角度用作貼合扭矩的所述基準角度。
4. 根據權利要求3所述的螺栓緊固方法，其特征在于 所述多根螺栓是從全部螺栓中選出的多根選定螺栓。
5. 根據權利要求4所述的螺栓緊固方法，其特征在于大致同時地緊固所述多根選定螺栓以使它們到達貼合扭矩，檢測該各個選定螺栓到達 貼合扭矩時的緊固角度，并且基于所述緊固角度計算出平均角度。
6. —種螺栓緊固裝置，對螺栓進行緊固，其特征在于包括，螺栓緊固調整機構，調整所述螺栓的緊固；角度開始基準點計算機構，基于伴隨所述螺栓的緊固的扭矩特性，求出緊固角度開始 基準點；貼合扭矩點角度檢測機構，以所述角度開始基準點計算機構所求出的緊固角度開始基 準點為基準，求出所述螺栓到達預先設定的貼合扭矩時的緊固角度；角度變化差值運算機構，求出所述貼合扭矩點角度檢測機構所檢測出的緊固角度與貼 合扭矩的基準角度之間的角度變化差值；設定角度變更機構，將設定角度變更為一定的基本設定角度加上所述角度變化差值運 算機構所運算出的所述角度變化差值后的角度；以及控制機構，控制所述螺栓緊固調整機構，以在到達貼合扭矩時之后，對螺栓緊固一個 由所述設定角度變更機構所變更的設定角度。
7. 根據權利要求6所述的螺栓緊固裝置，其特征在于所述貼合扭矩點角度檢測機構，在存在多根需要緊固的螺栓的情況下，檢測該各個螺 栓到達貼合扭矩時的緊固角度，所述螺栓緊固裝置還包括基準角度設定機構，該基準角度設定機構，將所述貼合扭矢巨 點角度檢測機構所檢測出的緊固角度中的有關一根特定螺栓的緊固角度，設定為貼合扭矢巨 的所述基準角度，所述角度變化差值運算機構，求出所述貼合扭矩點角度玲測機構所檢測出的有關除所 述特定螺栓以外的各個螺栓的緊固角度與所述基準角度設定機構所設定的所述基準角度 之間的差值，以作為所述角度變化差值。
8. 根據權利要求6所述的螺栓緊固裝置，其特征在于-所述貼合扭矩點角度檢測機構，在存在多根需要緊固的螺栓的情況下，檢測該各個螺、 栓到達貼合扭矩時的緊固角度，所述螺栓緊固裝置還包括平均角度計算機構，該平均角度計算機構，基于所述貼合扭 矩點角度檢測機構所檢測出的各個螺栓的緊固角度，計算出到達貼合扭矩時的緊固角度的 平均角度，以作為貼合扭矩的所述基準角度， 所述角度變化差值運算機構，求出所述貼合扭矩點角度檢測機構所檢測出的有關各個 螺栓的緊固角度與所述平均角度計算機構所計算出的平均角度之間的差值，以作為所述角 度變化差值。
9.根據權利要求8所述的螺栓緊固裝置，其特征在于所述控制機構，控制所述螺栓緊固調整機構，大致同時開始使所述各個螺栓到達貼合 扭矩的緊固。
全文摘要
本發明的螺栓緊固方法及螺栓緊固裝置的前提在于，在將螺栓緊固至預先設定的貼合扭矩Ts后，以到達該貼合扭矩Ts時的螺栓的緊固角度為基準，進一步對螺栓緊固設定一個角度θt。在此前提基礎下，為了求出到達貼合扭矩Ts為止的緊固角度的不足或過分，運算求出到達貼合扭矩Ts時的螺栓的緊固角度θsb與貼合扭矩Ts的基準角度θsa之間的角度變化差值，并把將該角度變化差值加算到一定的基本設定角度所得出的結果作為新的設定角度θt，以修正該緊固角度的不足或過分。由此，在采用扭矩+角度法的螺栓緊固方法中，即便將貼合扭矩設定得較高，也可以抑制緊固軸向力的變動。
文檔編號B25B23/14GK101396812SQ200810149079
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月22日 優先權日2007年9月28日
發明者槙前辰己, 藤井豐 申請人:馬自達汽車株式會社