SE513563C2 - Metod för självprogrammering av styrsystem för kraftmutterdragare under initiala åtdragningsförlopp - Google Patents

Description

513 563 2 momenttillväxtkarakteristik resulterar denna nedvåxlingspunkt vid en låg nivå i ett onödigt långt och tidskrävande andra låghastighetssteg.

Den ovan beskrivna typen av tvåstegsdragning är vanligen använd, och genom nedvàxling till ett andra steg med lägre hastighet vid en tidig lågmomentpunkt kan metoden säkert användas vid alla typer av skruvförband. För att påskynda processen kan nedväxlingspunkten liksom de individuella hastighetsnivåerna justeras i relation till karakteristiken hos en specifik typ av skruvförband. Om emellertid systemet med denna speciella inställning används på en annan typ av skruvförband som har en brantare momenttillväxt- karakteristik är risken stor att man får ett oönskat momentöverskott.

I US 5,245,747 beskrivs en tvåstegs skruvåtdragningsmetod vid vilken risken för överdragning undviks genom avbrytning av det första höghastighetssteget vid en mycket låg momentnivå och genomförande av det andra steget vid en successivt ökande hastighet. Därvid är rotationshastigheten i det andra steget fortfarande låg då man når den avsedda slutliga àtdragningsnivån vid ett stumt skruvförband, och den låga rörelseenergin hos mutterdragarens delar förorsakar då inte några dynamiska momentöverskott. En nackdel med denna tidigare kända metod år emellertid ett oönskat långsamt och tidskrävande andra steg vid åtdragning av veka skruvförband.

I US 5,l17,9l9 beskrivs ett självjusterande skruvdragarstyrsystem genom vilket avstängningspunkten för mutterdragaren justeras automatiskt med hänsyn till resultatet av föregående åtdragningsförlopp. Denna metod innehåller emellertid ingen avkànning eller beräkning av den aktuella förbandskarakteristiken under åtdragningen, och den beskrivna metoden genomförs i endast ett steg. Det beskrivs heller ingenting i denna referens om hur man kan 513 565 minska cykeltiden genom successiv justering av en eller “flera driftsparametrar för skruvdragaren i förhållande till empiriskt fastställda och beräknade skruvförbandskarakteristika under ett antal initiala àtdragningsförlopp.

Huvudändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en metod för självprogrammering av ett mutterdragarstyrsystem under en eller flera initiala kompletta àtdragningsförlopp för åstadkommande av en automatisk och utan några 'programmeringskunskaper genomförd optimal inställning av driftsparametrarna för mutterdragaren för det mest tidseffektiva àtdragningsförloppet, oavsett momenttillväxtkarakteristiken hos det aktuella skruvförbandet.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en metod för självprogrammering av ett mutterdragarstyrsystem genom avkånning och kalkylering under ett eller flera initiala kompletta àtdragningsförlopp av en eller flera skruvförbandskarakteristika, och genom en successiv justering under ett påföljande antal àtdragningsförlopp av en eller flera driftsparametrar för mutterdragaren tills åtdragningsförloppet utföres med en tillfredsställande tidseffektivitet.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en självprogrammeringsmetod för ett skruvdragarstyrsystem avsedd för genomförande av ett tvàstegsàtdragningsförlopp, varvid under ett eller flera initiala àtdragningsförlopp en eller flera skruvförbandskarakteristika detekteras och beräknas, och under ett antal påföljande àtdragningsförlopp en eller flera driftsparametrar för skruvdragaren successivt justeras för att anpassa hastighetsväxlingspunkten mellan den höga hastigheten i det första steget och den låga hastigheten i det andra steget, för att därigenom utsträcka det första steget till en viss 513 565 punkt som skiljer sig med ett visst värde fràn den punkt “som motsvarar den avsedda slutliga förspänningsnivàn hos skruvförbandet Fler ändamål, särdrag och fördelar hos metoden enligt uppfinningen kommer att framgà av den följande beskrivningen och patentkraven.

Uppfinningen beskrivs nedan i ytterligare detalj under _hänvisning till bifogade ritningar pà vilka Fig l visar ett diagram som illustrerar moment- vinkelz karakteristiken hos ett relativt vekt skruvförband liksom rotationshastigheten vid olika programmeringsstadier.

Pig 2 visar diagram som illustrerar moment- vinkelkarakteristiken hos ett relativt styvt skruvförband liksom rotationshastigheten vid olika programmeringsstadier.

Det relativt veka skruvförbandet som illustreras i Fig 1 är avsett att förspànnas till en slutlig momentnivà MF. Denna momentnivà används som slutmål för det átdragningsförlopp som skall genomföras vid denna typ av skruvförband.

Den självprogrammerande àtdragningsmetoden enligt uppfinningen innefattar nàgra fà initiala àtdragningsförlopp av vilka vart och ett är ett komplett àtdragningsförlopp för förspänning av det aktuella skruvförbandet till den avsedda förspänningsnivàn. Detta innebär att metoden enligt uppfinningen kan utföras i ett normalt produktionsarbete, dvs. inga speciella programmeringsátdragningar behöver genomföras.

Som anges ovan är huvudândamàlet med uppfinningen att àstadkomma en skruvförbandsàtdragningsmetod medelst vilken förbanden àtdrages till en önskad slutlig förspänningsnivà under ett optimalt tidsintervall, dvs. så snabbt som möjligt, utan att riskera överdragning av förbandet. Detta 513 563 innebär att förloppet noggrant måste anpassas till de ”specifika karakteristika hos den aktuella typen av skruvförband, varvid ett mindre antal åtdragningsförlopp utföres under vilka systemet "lär" sig förbandets karakteristika. Närmare bestämt programmeras systemet med skruvförbandets specifika momenttillväxt, dvs. momenttillväxt per rotationsvinkelenhet. Variationer i friktionsmotståndet i förbandet registreras också. All denna information år av stort värde för undvikande av överdragning når man försöker snabba upp processen.

Såsom nämns i den första delen av denna beskrivning är den enda vägen att snabba upp processen att förlänga det första höghastighetssteget så långt som möjligt och att avsluta processen med ett kort andra làghastighetssteg. Det första àtdragningssteget bör helst sträckas ut till en punkt där vinkelläget hos förbandet är 50 - 80 % av det vinkelläge som motsvarar den slutliga åtdragningsnivàn. För att àstadkomma detta sätts det preliminära målet för avbrytande av det första àtdragningssteget liksom rotationshastigheten under det första steget initialt till en mycket låg nivå.

För att uppnå en relevant information om skruvförbandet utföres det allra första åtdragningsförloppet utfört vid en låg hastighet både genom det första steget och det andra steget.

För att finna ett lämpligt preliminärt momentmàl vid vilket rotationen i det första steget skall avbrytas finns åtminstone två möjliga vägar att gå. En väg är att stegvis öka hastigheten under det första àtdragningssteget och att samtidigt sikta pà samma preliminära momentmàl Mnloch att indikera vad den installerade preliminära momentnivån kommer att bli, och att därefter då den maximala hastigheten vmm hos systemet uppnåtts stegvis öka målmomentnivån Mfl, vilket är den andra vägen. ' 513 565 ' 6 Dessa två vägar att anpassa nedvàxlingspunkten till det aktuella skruvförbandets karakteristika kan emellertid kombineras. Detta innebär att efter det allra första åtdragningsförloppet där skruvförbandet analyseras vid låg hastighet ökas hastigheten i det första steget stegvis samtidigt som den preliminära målmomentnivån MH stegvis ökas. Denna kombinerade anpassningsprocedur är snabbare och initieras automatiskt av styrsystemet då skruvförbandet har mycket veka egenskaper.

Såsom illustreras i Pig 1 utförs programmeringen av processtyrningssystemet i tvà på varandra följande steg med början med ett första nedgängningssteg med en hastighet v1_ Detta steg avbryts vid en preliminär målmomentnivä MML Beroende på den kinetiska energin som finns lagrad i kraftverktygets roterande delar överskrids det preliminära målmomentet med ett visst värde och det resulterade installerade momentet är ett preliminärmoment Mm. Åtdragningsförloppet fortsätter med andra steg som utföres vid en mycket låg hastighet vn tills den slutliga önskade momentnivån MF uppnås. I den punkten är skruvförbandets vinkelläge G5 . Det framgår klart att detta första åtdragningsförlopp är extremt långsamt, ty hastighetsnivåerna i sig själva är inte bara låga utan växlingspunkten från det första steget till det ännu långsammare andra steget sker mycket tidigt, vilket innebär att det mycket långsamma andra steget blir väldigt långt, från punkten G5, till det slutliga vinkelläget G5.

Efter detta första åtdragningsförlopp ökas hastigheten hos det första åtdragningssteget till v, , varvid samtidigt màlmomentnivän ökas från Mmï till Mwz. Det resulterande installerade momentet blir då Mn och vinkelläget hos förbandet vid slutet av det första åtdragningssteget är Ön. Vinkelavstàndet till det avsedda slutliga vinkelläget ' 513 563 Q? är fortfarande alldeles för långt. Det påföljande långsamma andra steget är också fortfarande alldeles för långt och cykeltiden för det totala förloppet är för lång.

Rotationshastigheten under det andra steget ökas dock till vu, vilket reducerar cykeltiden i någon grad.

Första stegets hastighet ökas sålunda till V; och den preliminära målmomentnivån ökas till Mm,. Då skruvförbandet stannas efter avstängning vid Mmq är det installerade momentet Mm och det resulterande vinkelläget hos förbandet är ®æ. Fortfarande är det andra steget alldeles för långt.

I nästa programmeringssteg ökas rotationshastigheten under det första åtdragningssteget till systemets maximala hastighet vw, och det preliminära målet ökas till Mwq.

Vinkelavståndet från det resulterande vinkelläget G54 efter det första àtdragningssteget till det önskade och kalkylerade vinkelläget ®F är fortfarande för långt.

Eftersom maxhastigheten vmx hos systemet redan uppnåtts är den sista åtgärden att åstadkomma en tillfredsställande programmering av styrsystemet att öka det preliminära målmomentnivån till MMS. Det resulterande installerade momentet blir nu MM , och vinkelläget hos nedväxlingspunkten mellan första steget och andra steget blir G55. Avståndet mellan denna punkt och den avsedda slutliga positionen G4 är godtagbart kort för att resultera i en optimal cykeltid utan att riskera överskjutning i det pålagda åtdragningsmomentet. Detta innebär att den àstadkomna vinkelpositionen Qß skiljer sig från det avsedda slutliga vinkelläget ®F med mindre än 20 - 50 %.

Det är också möjligt att använda det installerade momentet MP som referenskriterium vid fastställande av ett ' 513 563 - s godtagbart àndstatus av det första àtdragningssteget. Det ”installerade momentet MP bör sàledes motsvara ett värde pà SO - 80 % av den önskade slutliga momentnivàn MP Vid tilllämpning av självprogrammeringsmetoden enligt uppfinningen pá ett relativt stumt förband, som illustreras i Fig 2, är den strategi som väljs av styrsystemet något annorlunda jämfört med strategin som används vid den ovan beskrivna utföringsformen.

Efter ett initialt mycket långsamt àtdragningsförlopp som startar med ett första àtdragningssteg med en hastighet vi och som följs av en acceleration i andra steget tills den slutliga förspänningsnivàn MF uppnås, avkänns och kalkyleras momenttillväxten eller styvheten hos skruvförbandet. Eftersom skruvförbandet enligt det initiala avkännings- och kalkyleringsförloppet har en brant moment- vinkelkarakteristik kommer sjàlvprogrammeringsstrategin att medföra en stegvis ökning av rotationshastigheten under det första àtdragningssteget med bibehållande av samma preliminära mål Mal. Sàsom illustreras i diagrammet i Fig 2 ökas den initiala hastigheten vi stegvis och successivt till V2, v,, v¿, v S, v 6, och slutligen till vmx.

Under denna hastighetsökning ökas det aktuella installerade momentet frán Mm till MN , MN , MH , MN, Mn och MW.

Eftersom det vinkelläge hos förbandet som motsvarar det installerade momentet MW fortfarande inte är tillräckligt nåra det avsedda slutliga vinkelläget G5 och eftersom rotationshastigheten inte kan höjas ytterligare ökas istället det preliminära momentmàlet ett steg till Mnz.

Detta innebär att det installerade momentet MN ökas och vinkelläget hos förbandet efter det första àtdragningssteget är Qn. Det resulterande avståndet mellan detta vinkelläge Q” och det avsedda slutliga läget Q, är acceptabelt kort vilket innebär att det andra 513 563 àtdragningssteget och följaktligen den totala cykeltiden ”blir tillfredsställande kort.

Vid denna punkt läses programmeringen automatiskt, vilket innebär att alla påföljande àtdragningsförlopp på samma typ av skruvförband kommer att utföras på samma sätt, dvs. med användning av den maximala systemhastigheten vu, upp till det preliminära momentmålet MM2, och avslutande átdragningsförlopp med en låg hastighet upp till den _avsedda slutliga förspänningsnivàn MF. Detta innebär att den slutliga rotationsvinkeln som skall genomföras i det andra àtdragningssteget, nämligen från det àstadkomna läget G5 till det slutliga àsyftade läget G5 är tillräckligt kort för att ge en tillfredsställande kort total cykeltid.

Ovan beskrivs självprogrammeringsmetoder för ett styrsystem till en mutterdragare vid två typer av skruvförband med olika specifik momenttillväxt och momenttillväxtkarakteristik, och det har beskrivits tvâ olika strategier valda av systemet själv för att åstadkomma en nöjaktig programmering. Detta val av strategi görs automatiskt av systemet självt efter att ha detekterat och beräknat momenttillväxten och friktionsegenskaperna hos den aktuella typen av skruvförband under det initiala làghastighetsförloppet. I händelse av ett vekt förband kan programmeringsprocessen pàskyndas genom att stegvis uppgradera rotationshastigheten samtidigt med den preliminära màlmomentnivån. I händelse av en stum momenttillväxtkarakteristik kan den preliminära màlmomentnivån hållas konstant åtminstone till att börja med under det att rotationshastigheten stegas upp för att se vilket värde som uppnås på det installerade momentet och rotationsvinkelläget. Om den maximala hastigheten hos systemet inte är tillräcklig för att nå ett acceptabelt vinkellåge måste den preliminära målmomentnivàn också stegas upp. 513 565 ”Vid det ovan angivna exemplet har momentet använts som mätvärde för förspänningsnivàn hos skruvförbandet, och skruvförbandets vinkellägen för att bestämma nedväxlingspunkten under ätdragningsförloppet. Uppfinningen är emellertid inte begränsad till användningen av dessa tvà parametrar för styrning av förloppet. Istället för momentet och vinkeln kan axialbelastningen i skruvförbandet direkt användas som indikation pà förspänningsnivàn.

Uppfinningen är heller inte begränsad till en àtdragningsprocess som är uppdelad i tvà distinkta steg där rotationen helt stoppas mellan de tvà stegen. Metoden kan lika väl utföras i tvà olika hastighetsfaser där rotationen av skruvförbandet inte stoppas vid nedväxlingspunkten utan där en momentan hastighetsreduktion mellan första och andra ätdragningssteget är tillräcklig.

Claims (10)

1\ 515 565 Eatentkrami

1. , Metod för självprogrammering av ett datoriserat styrsystem för mutterdragare avsedda för åtdragning av ett antal lika skruvförband till en bestämd slutlig momentnivå (MF), k å n n e t e c k n a d' a v följande steg: I: initial åtdragning vid en låg hastighet av ett av skruvförbanden upp till den slutliga momentnivàn (MQ under detektering och analysering av en eller flera skruvförbandskarakteristika, _II. successiv justering under ett antal av varandra påföljande àtdragningsförlopp av en eller flera driftsparametrar hos mutterdragaren med avseende på de detekterade och analyserade skruvförbandskarakteristika, och III. låsning av självprogrammeringen efter att mutterdragardriftsparametrarna har justerats för åstadkommande av en säker åtdragning av vart och ett av påföljande skruvförband till den slutliga momentnivàn (MF) över ett kort tidsintervall.

2. Metod enligt kravet 1, k à n n e t e c k n a d a v att skruvförbandsåtdragningen genomförs i en tvåstegsprocess varvid ett första åtdragningssteg utföres upp till en preliminär målmomentnivå (MM) som är avsevärt lägre än den slutliga momentnivàn (MF), och ett andra åtdragningssteg för förspänning av skruvförbandet från den förspänningsnivá _ (MQ som uppnåtts vid åtdragning till den preliminära målmomentnivån (Mn) till den slutliga momentnivàn (MQ, det första åtdragningssteget är initialt utfört vid en låg mutterdragarhastighet som ökas successivt upp till en maximal hastighetsnivå (vmx) under ett antal på varandra följande àtdragningsförlopp för att få det aktuellt åstadkomna vinkellåget (G56) hos skruvförbandet vid slutet av det första åtdragningssteget att uppgå till en 513 563 förutbestämd del av det uppnådda vinkelläget (®F) vid den *slutliga momentnivàn (MQ.

3. Metod enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den förutbestämda delen är 20% - 50% av det uppnådda vinkelläget (G5) vid den slutliga momentnivàn(MQ

4. Metod enligt kravet 2 eller 3, ik ä n n e t e c k n a d a v att den successiva ökningen av mutterdragarens hastighet till den maximala hastighetsnivàn (vmx) följs av en successiv ökning av den preliminära màlmomentnivàn (Mm) tills den vinkelposition (®P5) som uppnås vid slutet av det första àtdragningssteget skiljer sig fràn den slutligen uppnådda vinkelpositionen (G5) med inte mer än 20% - 50%.

5. Metod enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att skruvförbandsàtdragningen utföres i ett tvàstegsförlopp varvid ett första àtdragningssteg utföres upp till en preliminär màlmomntnivà (Mn) som är väsentligt lägre än den slutliga momentnivàn (MF) , och ett andra àtdragningssteg för förspänning av skruvförbandet fràn den preliminära màlmomentnivàn (MN) till den slutliga momentnivàn (MQ , varjämte det första àtdragningssteget utföres initialt med en låg hastighet som successivt ökas upp till en maximal hastighetsnivà (vmx) under ett antal pà! varandra följande àtdragningsförlopp för att fà det aktuellt uppnådda förspänningsvàrdet (Mß; MN) vid slutet av det första àtdragningssteget att uppgà till en förutbestämd del av den slutliga momentnivàn (MQ.

6. Metod enligt kravet 5, 513 563 _ 13 k ä n n e t e c k n a d a v att den successiva ökningen “av mutterdragarhastigheten upp till den maximala hastighetsnivån (vmx) åtföljs av en successiv ökning av den preliminära målmomentnivàn (Mm) tills den aktuellt uppnådda förspänningsnivàn (MP) når den förutbestämda delen av den slutliga momentnivå (MQ

7. Metod enligt kravet 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d a v att den förutbestämda delen är 50% - 80% av den slutliga momentnivàn(MQ

8. Metod enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att de detekterade och analyserade skruvförbandskarakteristika används för att bestämma huruvida átdragningsförloppet skall utföras i ett eller två steg.

9. Metod enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda ett eller flera åtdragningskarakteristika innefattar friktionsmotstånd och momenttillvàxt i förhållande till rotationsvinkel.

10. Metod för självprogrammering av ett datoriserat styrsystem för skruvdragare avsett för àtdragning av ett antal lika skruvförband till en önskad slutlig momentnivå, k ä n n e t e c k n a d a v analysering av skruvförbandskarakteristika under ett initialt àtdragningsförlopp, via styrsystemet, samt genomförande under den slutliga delen av vart och ett av ett antal åtdragningsförlopp ett antal styrda empiriskt relaterade förändringar av två eller flera systemparametrar vilka utvärderas mot kriterierna för nedgängningshastighet och åtdragningsvinkel utvunna ur skruvförbandsanalysen.