一種智能電動扭矩扳手、扭矩控制系統的製作方法
2023-05-07 15:18:41
一種智能電動扭矩扳手、扭矩控制系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能電動扭矩扳手、扭矩控制系統，屬於電動扭矩扳手領域。本實用新型中，微處理器模塊分別與電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電流傳感器模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊相連接，鍵盤輸入模塊用於確定所需的扭矩值，電壓傳感器模塊連接在電源與微處理器模塊之間，電壓傳感器模塊用於採集電源的電壓信號，微處理器模塊中存儲有扭矩-功率關係數據，機械開關的常開觸點閉合信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊根據所需的扭矩值查詢扭矩-功率關係數據得到電機的功率值，並驅動功率控制模塊；功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊依次相連。本實用新型抗幹擾能力強，提高了扳手輸出扭矩控制精度。
【專利說明】一種智能電動扭矩扳手、扭矩控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是電動扭矩扳手【技術領域】，更具體地說，涉及一種智能電動扭矩扳手、扭矩控制系統。
【背景技術】
[0002]電動扭矩扳手通常用於對螺栓或螺母拆裝扭矩大且有較高擰緊扭矩精度的場合。現有技術中電動扭矩扳手可分為電流轉速式和動態扭矩傳感器式兩種。電流轉速式電動扭矩扳手根據螺栓擰緊過程中電機工作的電流值和轉速變化來判斷扭矩值，當達到預定值時電機停止工作。動態扭矩傳感器式電動扭矩扳手是在扳手輸出軸上安裝有扭矩傳感器，檢測扭矩值的變化，當達到預定的扭矩時，電機停止工作。
[0003]電流轉速式電動扭矩扳手由於受電流、轉速波動大，抗幹擾能力差，即扳手在緊固螺母瞬間電流急劇上升，在這極短的時間內控制扳手電機的停機，易導致電機過衝，沒有在應該停機的時刻停機，造成扭矩控制精度低，其主要原因分析如下:現有電流轉速式電動扭矩扳手是設定一個電流最大值為停機值，也就是終點值，這個終點值是在扳手工作中由傳感器捕獲的一個瞬時電流，這個電流值一旦達到預設值，扳手就自動停機，由於螺母擰緊的過程受到螺栓螺母摩擦係數變化的影響，使用環境的影響，電流值的變化是非線性的且具有不可預見行，有時電流值會突然變大，而螺母還沒有擰緊，此時扳手卻已經停機了。動態扭矩傳感器式電動扭矩扳手由於安裝了扭矩傳感器，扳手外形尺寸大限制了使用範圍同時也不經濟。
[0004]中國專利申請號=201310005649.8,申請日:2013-01_08，發明創造名稱為:用於數控定扭矩電動扳手的扭矩控制方法及其電動扳手，該申請案包含步驟:1)設定一預設扭矩值並傳送給一控制電路；2 )該控制電路利用一電子開關將電源供給扳手電機以驅動其旋轉並經減速機構輸出而輸出扭矩；3)該控制電路檢測該扳手電機的轉速，並與預設扭矩值比較；4)當達到所要求的數值時，利用電子開關關斷扳手電機的電源。該申請案中的控制器根據該預設扭矩值，選擇合適該電動扳手的電流工作區間，並控制可控矽的導電角以控制輸送至扳手電機的電流在該電流工作區間，這種扭矩控制方法不可靠。
[0005]另外，在螺母擰緊的過程中，由於受到螺紋連接副摩擦力的變化影響，使用環境等諸多因素的影響，擰緊的扭矩值會有差異，這就需要及時對扳手進行扭矩標定，目前電動扭矩扳手的標定通常在製造裝配廠專業人員進行操作，這樣在扳手實際使用中不能及時進行扭矩標定，無法掌握扳手擰緊的確切扭矩值。綜上所述，現有電動扭矩扳手扭矩控制波動大，不具備扭矩標定功能。
實用新型內容
[0006]1.實用新型要解決的技術問題
[0007]本實用新型的目的在於克服現有技術中電動扭矩扳手扭矩控制波動大的不足，提供了一種智能電動扭矩扳手、扭矩控制系統，採用本實用新型的技術方案，使得電動扭矩扳手能夠達到可調扭矩輸入、多種工作模式、無極功率控制。
[0008]2.技術方案
[0009]為實現上述目的，本實用新型的技術方案在於:
[0010]本實用新型的一種智能電動扭矩板手的扭矩控制系統，扭矩控制系統包括電源、電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊、微處理器模塊、顯不模塊和鍵盤輸入模塊，其中:所述的微處理器模塊分別與電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電流傳感器模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊相連接，所述的鍵盤輸入模塊用於確定所需的扭矩值，所需的扭矩值顯示在顯示模塊上，所述的電壓傳感器模塊連接在電源與微處理器模塊之間，該電壓傳感器模塊用於採集電源的電壓信號，所述的微處理器模塊中存儲有扭矩-功率關係數據，機械開關的常開觸點閉合信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊根據所需的扭矩值查詢扭矩-功率關係數據得到電機的功率值，並驅動功率控制模塊，電機按照功率控制模塊控制的功率值旋轉；所述的功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊依次相連接，電流傳感器模塊用於採集電機的工作電流信號，並將採集的電機工作電流信號傳送給微處理器模塊。
[0011 ] 更進一步地說，所述的功率控制模塊包括光耦合器件、雙向晶閘管，光耦合器件直接與微處理器模塊相連接，功率控制模塊串聯在電機電源迴路上。
[0012]本實用新型的一種智能電動扭矩扳手包括機械開關、變速機構、減速機構、扳手輸出軸和反力臂，還包括扭矩控制系統，該扭矩控制系統包括電源、電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊、微處理器模塊、顯不模塊和鍵盤輸入模塊，其中:所述的微處理器模塊分別與電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電流傳感器模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊相連接，所述的鍵盤輸入模塊用於確定所需的扭矩值，所需的扭矩值顯示在顯示模塊上，所述的電壓傳感器模塊連接在電源與微處理器模塊之間，該電壓傳感器模塊用於採集電源的電壓信號，所述的微處理器模塊中存儲有扭矩-功率關係數據，機械開關的常開觸點閉合信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊根據所需的扭矩值查詢扭矩-功率關係數據得到電機的功率值，並驅動功率控制模塊，電機按照功率控制模塊控制的功率值旋轉；所述的功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊依次相連接，電流傳感器模塊用於採集電機的工作電流信號，並將採集的電機工作電流信號傳送給微處理器模塊。
[0013]更進一步地說，所述的功率控制模塊包括光耦合器件、雙向晶閘管，光耦合器件直接與微處理器模塊相連接，功率控制模塊串聯在電機電源迴路上。
[0014]3.有益效果
[0015]採用本實用新型提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下顯著效果:
[0016]本實用新型採用改進的扭矩控制系統，由於採用扭矩-功率對應關係作為輸出扭矩控制的基準，即扭矩與功率一一對應關係，當機械開關按下後，扳手電機便按此功率進行扭矩輸出，屬於過程控制，而不是扳手緊固瞬間控制，比電流轉速控制方法穩定性好，抗幹擾能力強，同時此扳手增加了電壓補償模塊，提高了扳手輸出扭矩控制精度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的一種智能電動扭矩扳手的結構示意圖；[0018]圖2為本實用新型的一種智能電動扭矩扳手的扭矩控制系統示意圖；
[0019]圖3為本實用新型電動扭矩扳手中360度旋轉模塊結構示意圖；
[0020]圖4為扭矩控制方法的工作流程示意圖。
[0021]圖中:鍵盤輸入模塊1、機械開關2、電機3、顯示模塊4、360度旋轉模塊5、變速機構6、減速機構7、扳手輸出軸8、反力臂9、減力軸承51、承擋圈52、軸承壓板53、軸承座54、減速箱連接座55、電機輸出軸56。
【具體實施方式】
[0022]為進一步了解本實用新型的內容，結合附圖和實施例對本實用新型作詳細描述。
[0023]實施例1
[0024]圖1為本實施例的一種智能電動扭矩扳手結構示意圖，該電動扭矩扳手包括扭矩控制系統(如圖2所示)，該扭矩控制系統包括電源、電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊、微處理器模塊、顯不模塊和鍵盤輸入模塊，其中:所述的微處理器模塊分別與電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電流傳感器模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊相連接，所述的鍵盤輸入模塊用於確定所需的扭矩值，所需的扭矩值顯示在顯示模塊上，所述的電壓傳感器模塊連接在電源與微處理器模塊之間，該電壓傳感器模塊用於採集電源的電壓信號，所述的微處理器模塊中存儲有扭矩-功率關係數據，機械開關的常開觸點閉合信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊根據所需的扭矩值查詢扭矩-功率關係數據得到電機的功率值，並驅動功率控制模塊，電機按照功率控制模塊控制的功率值旋轉；所述的功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊依次相連接，電流傳感器模塊用於採集電機的工作電流信號，並將採集的電機工作電流信號傳送給微處理器模塊。
[0025]本實施例中，功率控制模塊包括光耦合器件、雙向晶閘管，光耦合器件具有隔離抗幹擾作用，光耦合器件直接與微處理器模塊相連接，功率控制模塊串聯在電機電源迴路上。電壓傳感器模塊將米集到的電源電壓信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊根據此電壓信號與額定電壓的差值計算所需的功率差值，進而對電機的輸出扭矩進行功率補償。
[0026]微處理器模塊存儲了功率-扭矩對應關係數據、鍵盤輸入的數據、標定的數據，且具有掉電數據保護功能，微處理器模塊將鍵盤輸入的扭矩值顯示在顯示模塊上，並按照存儲的功率-扭矩對應關係轉換成功率值，觸發功率控制模塊按照所要提供的功率給電機。功率-扭矩對應關係數據是通過實驗測試出來的數據，每一個功率對應一個扭矩值。
[0027]顯示模塊與微處理器模塊相連，顯示模塊的顯示區域分為上段工作模式提示信息，中段扭矩值主顯示區域，和下段編輯狀態提示信息。顯示模塊可以顯示3種工作狀態:直接扭矩值輸入狀態、根據螺栓的規格強度等級選擇扭矩狀態和調用現場標定扭矩工作狀態，這幾種工作狀態均由鍵盤輸入編輯、選擇。
[0028]電流傳感器模塊將米集到的電機工作電流信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊對採集電流信號與已存的該功率對應的電流值進行比較，如果大於存儲的電流值，微處理器模塊關斷功率控制模塊從而使電機停止工作，即電流傳感器模塊僅作為扳手停機控制功能。
[0029]機械開關串聯在電機電源迴路上，並有個常開觸點連接在微處理器模塊的上，當按下機械開關時電機電源導通，並且常開觸點閉合將開關按下的信號傳遞給微處理器模塊，此時微處理器模塊按功率由小到大逐次遞增方法升到所需的功率，實現電機的低速無衝擊啟動。
[0030]本實施例中的電動扭矩扳手機械結構如圖1所示，電動扭矩扳手包括:鍵盤輸入模塊1、機械開關2、電機3、顯示模塊4、360度旋轉模塊5、變速機構6、減速機構7、扳手輸出軸8和反力臂9。本實施例中電機3的外部設置有鍵盤輸入模塊I和顯示模塊4，機械開關2位於電動扭矩扳手的把手上，電機3、360度旋轉模塊5、變速機構6、減速機構7、扳手輸出軸8從上至下依次連接，電機3經360度旋轉模塊5、變速機構6、減速機構7帶動扳手輸出軸8旋轉，減速機構7的下部外周安裝有反力臂9。本實施例中的360度旋轉模塊5結構如圖3所示，該360度旋轉模塊5包括減力軸承51、承擋圈52、軸承壓板53、軸承座54、減速箱連接座55、電機輸出軸56，所述的電機輸出軸56豎直伸入減速箱連接座55內部，該電機輸出軸56通過電機軸承與減速箱連接座55的一端轉動連接；所述的減速箱連接座55的外周側壁與軸承座54的內壁之間通過減力軸承51連接，該減力軸承51的上部設置有承擋圈52，所述的承擋圈52用於限制減力軸承51向上運動，該減力軸承51的下部設置有軸承壓板53，所述的該減力軸承51的用於限制減力軸承51向下運動，即:承擋圈52、軸承壓板53分別作用於減力軸承51的兩側，防止減力軸承51上下移位。具體在本實施例中，減速箱連接座55的外周從上到下開設有三個環狀臺階，承擋圈52固定於最上面的環狀臺階，減力軸承51安裝在中間的環狀臺階，軸承壓板53安裝於最下面的環狀臺階上。且承擋圈52通過螺釘固定在減速箱連接座55上，軸承壓板53通過螺釘固定在軸承座54上，該軸承座54與電機3相連。
[0031]本實施例中，承擋圈52將減力軸承51、軸承壓板53依次壓緊在減速箱連接座55上的圓柱，然後再通過軸承壓板53將此部分固定在軸承座54上，這樣當電動扭矩扳手工作時變速機構6可沿電機輸出軸56旋轉直至找到合適的反作用力支撐點時停止旋轉，同時電機輸出軸56旋轉經變速機構6、減速機構7至扳手輸出軸8傳遞扭矩，在扳手扭矩達到停機時，此360度旋轉模塊5抵消了部分反作用力，僅承受了電機3部分的反作用力，而電機3屬於高速小扭矩，此小扭矩即反作用力，該反作用力非常小，在操作人員可接受的反作用力範圍，從而實現扳手停機時無衝擊力，操作更安全。
[0032]如圖4所示，本實施例的一種智能電動扭矩扳手的扭矩控制方法，其步驟為:
[0033]I)在鍵盤輸入模塊選擇一種工作模式，即確定一個所需的扭矩值；
[0034]2)微處理器模塊根據扭矩-功率關係調出相應的功率值；
[0035]3)按下機械開關的常開觸點閉合傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊驅動功率控制模塊，電機3按此功率經360度旋轉模塊5、變速機構6、減速機構7帶動扳手輸出軸8旋轉，同時反力臂9、變速機構6、減速機構7沿電機3軸線作整體旋轉直至找到合適的支撐點停止旋轉；其中，機械開關串聯在電機電源迴路上，且機械開關的常開觸點連接在微處理器模塊上，當按下機械開關時電機電源導通，此時微處理器模塊按功率由小到大逐次遞增方法升到所需的功率；
[0036]4)電壓傳感器採集電源的電壓信號給微處理器模塊進行功率補償；其中，電壓傳感器模塊將米集到的電源電壓信號傳輸給微處理器模塊，微處理器模塊根據此電壓信號與額定電壓的差值計算所需的功率差值，進而對電機的輸出扭矩進行功率補償；
[0037]5)電流傳感器採集電機的工作電流變化，當達到微處理器模塊存儲的該功率對應的電流值時，關閉功率控制模塊，電機停止工作，工作指示燈滅，提示操作人員鬆開機械開關。本實用新型採用的電流傳感器模塊僅在扳手將螺母擰緊時採集電機的電流信號，也就是說檢測電流的目的在於控制電機的停止，而不是控制電機的輸出扭矩。
[0038]本實施例中，鍵盤輸入模塊與微處理器模塊相連,鍵盤輸入模塊上有加、減、最大扭矩輸出、確認按鍵，方便扭矩的輸入修改，使用加減按鍵可更改輸入的扭矩值，使用加、減、確認按鍵可選擇工作模式，使用不同的按鍵組合可以實現不同的工作模式的變化，如力口、減鍵同時按下可進入扭矩標定界面工作模式。所有的工作模式最終以所需的扭矩顯示在顯示模塊上，微處理器模塊按此扭矩值找出對應的功率值。
[0039]本實用新型的電動扭矩扳手採用電機輸出功率與電機輸出扭矩之間的對應關係，來控制扳手經變速機構在末端輸出軸上的扭矩。在扳手機械開關按下的時刻便確定了電機的功率，即在扳手開關按下開始時以一對應功率控制扳手的扭矩輸出，而不是在扳手工作過程中採集電流、轉速等信號控制扳手的扭矩，同時用電壓傳感器模塊實時採集電源的電壓波動進行功率補償，因而扳手扭矩值控制穩定，並滿足無極調整輸出扭矩的要求，提高了扳手輸出扭矩控制精度。
[0040]本實用新型中電動扭矩扳手還包括一個現場扭矩標定系統。因現場工作環境的不同，螺栓螺母摩擦係數、規格尺寸強度等級的不同，螺栓螺母間是否安裝墊圈、溫度的不同等因素引起扳手扭矩輸出偏差，為此本實施例的電動扭矩扳手提供了一個現場扭矩實時標定系統。使用者輸入所需的扭矩值後，系統提供了一個功率可更改的操作界面，通過反覆幾次試擰緊螺栓確定所需要的功率，並將此扭矩-功率對應關係保存在微處理器模塊裡，此扭矩-功率關係值可保存幾組到幾十組，方便現場隨時調用。現有的技術標定過程通常是由製造廠商完成了，需專業人員進行，對操作人員沒有扭矩標定界面，本實用新型現場扭矩標定系統提供了 一個扭矩標定界面，可以由操作人員完成。
[0041]本實施例的電動扭矩扳手是一種可調扭矩輸入、多種工作模式、無極功率控制，具有可實時標定功能的無衝擊力電動扭矩扳手，此扳手對扭矩值的控制屬於過程控制，扭矩值的控制精度高，可重複率高，產品的一致性強。
[0042]以上示意性的對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本實用新型創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種智能電動扭矩扳手的扭矩控制系統，其特徵在於:扭矩控制系統包括電源、電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊、微處理器模塊、顯不模塊和鍵盤輸入模塊，其中: 所述的微處理器模塊分別與電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電流傳感器模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊相連接，所述的鍵盤輸入模塊用於確定所需的扭矩值，所需的扭矩值顯示在顯示模塊上，所述的電壓傳感器模塊連接在電源與微處理器模塊之間，該電壓傳感器模塊用於採集電源的電壓信號，所述的微處理器模塊中存儲有扭矩-功率關係數據，機械開關的常開觸點閉合信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊根據所需的扭矩值查詢扭矩-功率關係數據得到電機的功率值，並驅動功率控制模塊，電機按照功率控制模塊控制的功率值旋轉；所述的功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊依次相連接，電流傳感器模塊用於採集電機的工作電流信號，並將採集的電機工作電流信號傳送給微處理器模塊。
2.根據權利要求1所述的一種智能電動扭矩扳手的扭矩控制系統，其特徵在於:所述的功率控制模塊包括光耦合器件、雙向晶閘管，光耦合器件直接與微處理器模塊相連接，功率控制模塊串聯在電機電源迴路上。
3.一種智能電動扭矩扳手，其特徵在於:電動扭矩扳手包括機械開關、變速機構、減速機構、扳手輸出軸和反力臂，還包括扭矩控制系統，該扭矩控制系統包括電源、電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊、微處理器模塊、顯不模塊和鍵盤輸入模塊，其中: 所述的微處理器模塊分別與電壓傳感器模塊、功率控制模塊、機械開關、電流傳感器模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊相連接，所述的鍵盤輸入模塊用於確定所需的扭矩值，所需的扭矩值顯示在顯示模塊上，所述的電壓傳感器模塊連接在電源與微處理器模塊之間，該電壓傳感器模塊用於採集電源的電壓信號，所述的微處理器模塊中存儲有扭矩-功率關係數據，機械開關的常開觸點閉合信號傳遞給微處理器模塊，微處理器模塊根據所需的扭矩值查詢扭矩-功率關係數據得到電機的功率值，並驅動功率控制模塊，電機按照功率控制模塊控制的功率值旋轉；所述的功率控制模塊、機械開關、電機、電流傳感器模塊依次相連接，電流傳感器模塊用於採集電機的工作電流信號，並將採集的電機工作電流信號傳送給微處理器模塊。
4.根據權利要求3所述的一種智能電動扭矩扳手，其特徵在於:所述的功率控制模塊包括光耦合器件、雙向晶閘管，光耦合器件直接與微處理器模塊相連接，功率控制模塊串聯在電機電源迴路上。
【文檔編號】B25B23/147GK203738690SQ201420162287
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】胡井湖 申請人:胡井湖