一种扭矩结合转角对拧紧质量监控的方法与流程

1.本发明涉及紧固件拧紧控制技术领域，尤其涉及一种扭矩结合转角对拧紧质量监控的方法。


背景技术：

2.为实现对工件拧紧效果的检测与控制，普遍情况下是采用配备控制器的拧紧系统对紧固件进行紧固，并采用扭矩监控法对紧固件扭矩进行管控，即将“扭矩结果数值处于设计要求范围内”作为紧固件拧紧合格的唯一判定标准。当紧固件发生质量问题，或是与紧固件配合的螺母/螺纹套等质量不合格时(如出现毛刺/孔内有焊渣/防松胶涂覆不均匀等)，在被紧固的过程中，紧固件紧固阻力较大，也会表现出紧固扭矩合格的“假象”，实际上紧固件可能根本未与工件接触或压紧，故单独将扭矩结果作为唯一判定标准不够严谨。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本发明提供一种扭矩结合转角对拧紧质量监控的方法，旨在解决现有技术中仅仅使用扭矩判定紧固效果不够准确等技术问题。
4.一种扭矩结合转角对拧紧质量监控的方法，包括如下步骤：
5.步骤a1，根据预先设定的扭矩标准范围以及预设的转角标准范围处理得到紧固件在拧紧过程中的拧紧策略；
6.步骤a2，拧紧枪根据拧紧策略对紧固件执行拧紧操作，在拧紧操作过程中输出采集得到的实际扭矩值和实际转角值；
7.步骤a3，根据实际转角值和实际扭矩值绘制转角
‑
扭矩曲线；
8.步骤a4，判断转角
‑
扭矩曲线是否有部分与一预设范围重合，预设范围是指预设的扭矩标准范围以及预设的转角标准范围所限定的范围；
9.当转角
‑
扭矩曲线与预设范围存在重合时，用于表示拧紧质量监控合格的监控结果；
10.当转角
‑
扭矩曲线与预设范围不重合时，用于表示拧紧质量监控不合格的监控结果。
11.进一步的，在步骤a1中，拧紧策略包括：当实际扭矩值到达预设的扭矩标准范围的上限值，或者实际转角值到达预设的转角标准范围的上限值时，则停止执行拧紧操作。
12.进一步的，预设的转角标准范围通过如下步骤获取：
13.步骤b1，选取若干紧固件作为测试样品，并在拧紧枪中设定目标扭矩以及扭矩上限值和扭矩下限值，由扭矩上限值和扭矩下限值限定的范围作为扭矩标准范围；
14.步骤b2，拧紧枪对每一个测试样品分别执行拧紧操作，以在拧紧枪的实际输出扭矩达到目标扭矩时获取拧紧枪当前的标准转角值，从而获取所有测试样品所对应的标准转角值；
15.步骤b3，随机抽取预设数量的标准转角值作为采样数据；
16.步骤b4，基于采样数据计算获得目标转角、以及转角上限值和转角下限值；规定转角上限值和转角下限值限定的范围为转角标准范围。
17.进一步的，步骤b2中，当拧紧枪的实际输出扭矩达到目标扭矩的20％时，记录标准转角值的起点，以及
18.当拧紧枪的实际输出扭矩达到目标扭矩时，记录标准转角值的终点；
19.则采用被记录的起点和终点计算得到标准转角值。
20.进一步的，步骤b3具体包括：
21.步骤b30，从标准转角值中随机抽选出预设数量作为采样数据；
22.步骤b31，判断采样数据是否符合正态分布：
23.若符合，则继续执行步骤b4；
24.若不符合，则转向步骤b32；
25.步骤b32，剔除不符合正态分布的部分采样数据，对剩余的标准转角值中继续随机抽取多个补入采样数据，以保证采样数据的数量为预设数量，继续步骤b31。
26.进一步的，在步骤b30之后中，若采样数据符合正态分布，在继续执行步骤b4之前，还执行如下步骤：
27.步骤b33，将采样数据平均分成若干组；
28.步骤b34，计算每一组采样数据的均值和极差，根据每一组采样数据的均值和极差计算预设数量的采样数据的总均值和平均极差；
29.步骤b35，以总均值为中心线绘制均值控制图，以平均极差为中心线绘制极差控制图；根据均值控制图和极差控制图，分别判断每一组采样数据是否合格：
30.步骤b36，根据均值控制图和极差控制图，分别判断每一组采样数据是否合格：
31.若存在有均值不在均值控制图中的控制上限和控制下限之间的范围之内，或者极差不在极差控制图的控制上限和控制下限之间范围之内时，则表示对应组别的采样数据不合格，继续步骤b37；
32.若所有组别的均值在均值控制图中的控制上限和控制下限之间的范围之内，以及所有极差在极差控制图的控制上限和控制下限之间范围之内，则表示所有组别的采样数据均合格，继续执行步骤b4；
33.步骤b37，剔除不合格的组别的采样数据；
34.步骤b38，并从未被抽选的剩余的标准转角值中继续随机抽选出多个加入采样数据，以保证采样数据的数量为预设数量，随后返回步骤b31。
35.进一步的，在步骤b4中，将总均值作为目标转角，并采用如下公式出转角上限值和转角下限值：
[0036][0037]
[0038]
其中，
[0039]
cpu＝cpl＝cpk；
[0040]
cpk为设定的指过程能力期望指数；
[0041]
cpu表示总均值趋近转角标准范围的上限值的程度；
[0042]
cpl表示总均值趋近转角标准范围的下限值的程度；
[0043]
usl表示转角标准范围的上限值；
[0044]
lsl表示转角标准范围的下限值；
[0045]
表示总均值；
[0046]
表示平均极差；
[0047]
d2表示一预设的常数。
[0048]
进一步的，在步骤b34中，计算每一组采样数据的均值和极差，以及计算总均值和平均极差的计算公式如下所示：
[0049][0050]
r＝x
max
‑
x
min
；
[0051][0052][0053]
其中，
[0054]
表示总均值；
[0055]
表示平均极差；
[0056]
n表示每一组采样数据中的采样数据的数量；
[0057]
x1、x2和x
n
表示每一组采样数据中的标准转角值；
[0058]
x
max
表示每一组采样数据中的标准转角值的最大值；
[0059]
x
min
表示每一组采样数据中的标准转角值的最小值；
[0060]
r表示每一组采样数据的极差；
[0061]
表示每一组采样数据的均值；
[0062]
k表示将预设数量的采样数据平均分成的组数。
[0063]
进一步的，在步骤b35中，均值控制图中的控制上限和控制下限的计算公式如下所示：
[0064][0065][0066]
其中，
[0067]
表示均值控制图中的控制上限；
[0068]
表示均值控制图中的控制下限；
[0069]
表示平均极差；
[0070]
表示总均值；
[0071]
a2表示均值控制图中计算控制上限和控制下限使用计算系数。
[0072]
进一步的，在步骤b35中，极差控制图中的控制上限和控制下限的计算公式如下所示：
[0073][0074][0075]
其中，
[0076]
ucl
r
表示极差控制图中的控制上限；
[0077]
lcl
r
表示极差控制图中的控制下限；
[0078]
表示平均极差；
[0079]
d4分别极差控制图中计算控制上限使用到的计算系数；
[0080]
d3分别极差控制图中计算控制下限使用到的计算系数。
[0081]
本发明的有益技术效果是：通过增加目标转角即拧紧角度参数，在采用扭矩控制的同时，用目标转角作为指标对拧紧状态进行监控的方法，实现对紧固件紧固效果全面/有效地进行监控，弥补单纯使用扭矩监控拧紧效果的缺陷。
附图说明
[0082]
图1表示控制图使用的常数；
[0083]
图2表示合格曲线和不合格曲线示意图；
[0084]
图3表示目标扭矩上下限和目标转角上下限限定的预设范围；
[0085]
图4表示期望值cpk的评级标准；
[0086]
图5表示本发明一种扭矩结合转角对拧紧质量监控的方法的步骤流程图；
[0087]
图6
‑
8表示本发明目标转矩获取方法的步骤流程图；
具体实施方式
[0088]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0089]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0090]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0091]
参见图1
‑
7，本发明提供一种扭矩结合转角对拧紧质量监控的方法，包括如下步
骤：
[0092]
步骤a1，根据预先设定的扭矩标准范围以及预设的转角标准范围处理得到紧固件在拧紧过程中的拧紧策略；
[0093]
步骤a2，拧紧枪根据拧紧策略对紧固件执行拧紧操作，在拧紧操作过程中输出采集得到的实际扭矩值和实际转角值；
[0094]
步骤a3，根据实际转角值和实际扭矩值绘制转角
‑
扭矩曲线；
[0095]
步骤a4，判断转角
‑
扭矩曲线是否有部分与一预设范围重合，预设范围是指预设的扭矩标准范围以及预设的转角标准范围所限定的范围；
[0096]
当转角
‑
扭矩曲线与预设范围存在重合时，认定为合格曲线，用于表示拧紧质量监控合格的监控结果。
[0097]
当转角
‑
扭矩曲线与预设范围不重合时，认定是不合格曲线；用于表示拧紧质量监控不合格的监控结果。
[0098]
进一步的，在步骤a1中，拧紧策略包括：当实际扭矩值到达预设的扭矩标准范围的上限值，或者实际转角值到达预设的转角标准范围的上限值时，则停止执行拧紧操作。
[0099]
具体的，目标转角又叫做紧固转角，其表示从设定的扭矩点开始直到目标扭矩为止，紧固件转过的角度，一般用θ表示。
[0100]
具体的，设定的扭矩点一般是指目标扭矩的20％时的扭矩值。
[0101]
具体的，曲线合格表示紧固扭矩合格，曲线不合格表示紧固扭矩不合格。例如，如果实际紧固阻力较大，虽然达到目标扭矩，但是并没有到达目标转角，那么紧固不合格。通过扭矩和转角的结合实现对紧固件紧固效果全面/有效地进行监控，弥补扭矩法的缺陷。如图2所示，目标扭矩达标，但是转角不达标，所以为不合格曲线。
[0102]
具体的，预设范围是指目标扭矩允许的上限值、下限值以及目标转角允许的上限值、下限值所限定的范围，如图3所示。
[0103]
进一步的，预设的转角标准范围通过如下步骤获取：
[0104]
步骤b1，选取若干紧固件作为测试样品，并在拧紧枪中设定目标扭矩以及扭矩上限值和扭矩下限值，由扭矩上限值和扭矩下限值限定的范围作为扭矩标准范围；
[0105]
步骤b2，拧紧枪对每一个测试样品分别执行拧紧操作，以在拧紧枪的实际输出扭矩达到目标扭矩时获取拧紧枪当前的标准转角值，从而获取所有测试样品所对应的标准转角值；
[0106]
步骤b3，随机抽取预设数量的标准转角值作为采样数据；
[0107]
步骤b4，基于采样数据计算获得目标转角、以及转角上限值和转角下限值；规定转角上限值和转角下限值限定的范围为转角标准范围。
[0108]
具体的，在步骤b3中，采用spc中科学的抽样方式进行采样。具体的，可以使用系统随机抽样法，即在按一定时间间隔从总体中抽取样品作为样本的抽样。
[0109]
具体的，对于每一个测试样品的测试，获取扭矩
‑
转角曲线。然后针对扭矩
‑
转角曲线上的同一点位进行采样，优选的，针对设定的目标扭矩对应的转角值进行采样。
[0110]
进一步的，步骤b2中还包括：拧紧枪在执行拧紧过程，当拧紧枪的实际扭矩值达到目标扭矩的20％时，作为记录转角值的起点，以及
[0111]
当拧紧枪的实际输出扭矩达到目标扭矩时，记录标准转角值的终点；
[0112]
则采用被记录的起点和终点计算得到标准转角值。
[0113]
具体的，将目标扭矩的20％时转角θ设定为0，即转角起算点，继续施加扭矩进行拧紧，开始计算紧固件转过的角度。
[0114]
进一步的，在步骤b3中具体包括如下步骤：
[0115]
步骤b30，从标准转角值中随机抽取得到预设数量作为采样数据；
[0116]
步骤b31，判断随机抽出的采样数据是否符合正态分布：
[0117]
若符合，则继续执行步骤b4；
[0118]
若不符合，则转向步骤b32；
[0119]
步骤b32，剔除不符合正态分布的部分采样数据，对剩余的标准转角值中继续进行随机抽取多个加入采样数据，保证采样数据的数量为预设数量，继续步骤b31。
[0120]
具体的，通过正态分布里的p值检验采样数据是否服从正态分布的标准。p值为统计显著性。
[0121]
具体的，如果采样数据不符合正态分布，还可以寻找不符合的原因，消除不符合原因后重新采样重复步骤b31
‑
b32。
[0122]
进一步的，在步骤b30之后中，若采样数据符合正态分布，在继续执行步骤b4之前，还执行如下步骤：
[0123]
步骤b33，将预设数量的采样数据平均分成若干组；
[0124]
步骤b34，计算每一组采样数据的均值和极差，根据每一组采样数据的均值和极差计算预设数量的采样数据的总均值和平均极差；
[0125]
步骤b35，以总均值为中心线绘制均值控制图，以平均极差为中心线绘制极差控制图；
[0126]
步骤b36，根据均值控制图和极差控制图，分别判断每一组采样数据是否合格：判断每一组的均值是否在均值控制图中的控制上限和控制下限之间的范围之内，同时判断每一组的极差是否在极差控制图的控制上限和控制下限之间范围之内；
[0127]
当存在有均值不在均值控制图中的控制上限和控制下限之间的范围之内，或者极差不在极差控制图的控制上限和控制下限之间范围之内时，则表示对应组别的采样数据不合格，继续步骤b37；
[0128]
若所有组别的均值在均值控制图中的控制上限和控制下限之间的范围之内，以及所有极差在极差控制图的控制上限和控制下限之间范围之内，则表示所有组别的采样数据均合格，继续执行步骤b4；
[0129]
步骤b37，剔除不合格的组别的采样数据，即剔除均值不在均值控制图中的控制上限和控制下限之间的范围之内的所在组别的采样数据，以及剔除极差不在极差控制图的控制上限和控制下限之间范围之内的所在组别的采样数据；
[0130]
步骤b38，并从未被抽选的剩余的标准转角值随机抽选出多个加入采样数据，以保证采样数据的数量为预设数量，随后返回步骤b31。
[0131]
具体的，采样数据的数量为30，将30个采样数据平均分成10组，每一组包含3个转角值。
[0132]
具体的，按照采样时间的先后顺序将30个采样数据平均分成10组，每一组包含3个转角值。
[0133]
具体的，采用minitab工具，绘制均值极差控制图，以判断过程稳定性，过程不稳定，寻找不符合的原因，消除不符合原因后重新采样重复步骤b31
‑
b32以及b33
‑
b38。
[0134]
进一步的，在步骤b4中，将总均值作为目标转角，并采用如下公式出转角上限值和转角下限值：
[0135][0136][0137]
其中，
[0138]
cpu＝cpl＝cpk；
[0139]
cpk为设定的指过程能力期望指数；
[0140]
cpu表示总均值趋近转角标准范围的上限值的程度；
[0141]
cpl表示总均值趋近转角标准范围的下限值的程度；
[0142]
usl表示转角标准范围的上限值；
[0143]
lsl表示转角标准范围的下限值；
[0144]
表示总均值；
[0145]
表示平均极差；
[0146]
d2表示一预设的常数。
[0147]
具体的，d2表示极差控制图中估计标准差用的除数。
[0148]
进一步的，在步骤b34中，计算每一组采样数据的均值和极差，以及计算总均值和平均极差的计算公式如下所示：
[0149][0150]
r＝x
max
‑
x
min
；
[0151][0152][0153]
其中，
[0154]
表示总均值；
[0155]
表示平均极差；
[0156]
n表示每一组采样数据中的采样数据的数量；
[0157]
x1、x2和x
n
表示每一组采样数据中的具体数值，即标准转角值；
[0158]
x
max
表示每一组采样数据中的标准转角值的最大值；
[0159]
x
min
表示每一组采样数据中的标准转角值的最小值；
[0160]
r表示每一组采样数据的极差；
[0161]
表示每一组采样数据的均值；
[0162]
k表示将预设数量的采样数据平均分成的组数。
[0163]
其中，x的标准差计算公式如下：
[0164][0165]
为x标准差，d2表示极差控制图中估计标准差用的除数。
[0166]
的标准差计算公式如下：
[0167][0168]
其中，为的标准差。
[0169]
进一步的，在步骤b35中，均值控制图中的控制上限和控制下限的计算公式如下所示：
[0170][0171][0172]
其中，
[0173]
表示均值控制图中的控制上限；
[0174]
表示均值控制图中的控制下限；
[0175]
表示平均极差；
[0176]
表示总均值；
[0177]
a2表示均值控制图中计算控制上限和控制下限使用计算系数。
[0178]
进一步的，在步骤b35中，极差控制图中的控制上限和控制下限的计算公式如下所示：
[0179][0180][0181]
其中，
[0182]
ucl
r
表示极差控制图中的控制上限；
[0183]
lcl
r
表示极差控制图中的控制下限；
[0184]
表示平均极差；
[0185]
d4分别极差控制图中计算控制上限使用到的计算系数；
[0186]
d3分别极差控制图中计算控制下限使用到的计算系数。
[0187]
具体的，控制图的相关常数如图1所示。
[0188]
具体的，cpk的评级标准如图4所示。
[0189]
进一步的，步骤a2，拧紧枪在执行拧紧过程，当拧紧枪的实际扭矩值达到目标扭矩的20％时，作为记录实际转角值的起点。
[0190]
具体的，通过合理设置紧固转角θ即目标转角的范围，将θ设定进入拧紧系统中，针对不同批次的紧固件需要重新开发目标转角及其上限值、下限值，对扭矩转角控制进行优化。开始执行扭矩转角监控法。能够有效的识别紧固件质量不合格点位，同时也可识别出重复拧紧等问题，进一步消除紧固件质量问题引起的各类风险，适用范围广，灵活性高，便于工艺优化/零件质量优化/过程管控等工作的开展。
[0191]
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。