具有位置控制的動力工具的製作方法

2023-05-04 21:30:16

本發明涉及一種具有伸縮式設置的輸出軸的可再定位的動力扳手。具體的，本發明涉及相對於與緊固件相互作用而具有功能性改進的工具。

背景技術：

可再定位動力扳手用於以高速自動地緊固緊固件，例如螺絲。這種動力扳手自動地定位在將要緊固的緊固件上，其中，隨著動力扳手在不同的位置之間再定位，一些緊固件可以被連續地緊固和/或緊固件被傳遞穿過動力扳手。通常的，一組動力扳手設置有共用結構，一個動力扳手對應一個螺栓，以同時緊固一定數量的螺栓。隨著新的工件被傳遞進臨近於共用結構的位置處以及從臨近於共用結構的位置處被傳遞出，該種共用結構移動進操作位置以及從操作位置移動出。可替選地，工件也可以朝向動力扳手橫向移動，使得夾持有動力扳手的結構可以保持靜止。

通常，上述類型的動力扳手提供有加載彈簧的伸縮式輸出軸，其使得隨著緊固件進行緊固，扳手的輸出端跟隨緊固件的軸向移動。因此，應當滿足的是，動力扳手在緊固件的軸向方向上被定位在具體的範圍內，以便在整個緊固操作當中使動力扳手的輸出端跟隨緊固件。

一些類似的動力扳手可以設置在不同的位置和高度處的通常結構上，以緊固設置在相應的位置和高度上的工件上的螺栓。每一個扳手適用於緊固在具體位置和在具體軸向高度上的具體長度的螺栓。針對每一個具體的動力扳手，伸縮式輸出軸適用於接受可能存在於不同的工件和螺栓之間的軸向公差。

由伸縮式輸出軸提供的靈活性的有用之處也在於其利用相同的動力扳手而使不同長度的緊固件被緊固。

然而，在一些應用中，在具體位置上使用具體長度的緊固也是很重要的。在一些情況中，感興趣的是以相同方式估測緊固件的長度。

在專利文獻us2003/0037423a1中公開有控制緊固件長度的方法。根據這種的方法，在緊固操作時期，從表示出工具相對於時間的震動的「螺絲插入特性(screwinsertionsignature)」中可以估測緊固件長度。與這種方法相關的問題在於，當輸出軸達到與緊固件的接觸時，將會很難進行推導。然而，並非總是如此的是，輸出軸的旋轉準確地對應於所產生的緊固件的旋轉。在一些場合中，在達到與緊固件接觸之前，輸出軸可能會旋轉，並且有時緊固件可能會旋轉而沒有正確地插入到應該被緊固的螺紋孔中。因此，當緊固件開始線性旋轉而與工件上的接合點(joint)接合時，根據示出了震動的曲線，其將很難及時縮回(retract)準確點，並因此將很難推導出緊固件的長度。此外，緊固件的長度將只能在完成緊固操作之後(而不是在緊固操作的開始階段)進行估測。

在jp2012-223841a中，公開了一種自動化的螺絲緊固設備。該種螺絲緊固設備適用於提醒螺絲的缺失，使得可以中斷緊固操作並且可以使鑽頭不會與螺絲孔接觸，從而不會破壞螺絲孔。這將達到這樣的目的：監測鑽頭的位置，使得當螺絲沒有出現在所期望的位置時，則中斷操作。這種設備也可以適用於如果在具體位置處具有不足長度的螺絲時，則進行提示。

在jp2012-223841a中描述的設備具有的問題在於鑽頭與螺絲進行抵接。這就需要非常高的準確度，以使鑽頭與螺絲恆定地接觸而不能過度推進，以避免損傷螺絲、螺紋或者接合點。

因此，這就需要提供一種靈活並且以可靠的方式來提供有監視緊固的螺絲長度的可能性的動力扳手。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具有伸縮式設置的輸出軸的動力扳手，其允許對緊固過程進行較高程度的控制。

該目的通過根據本發明的權利要求1來實現，其涉及一種具有可再定位的動力扳手，其包括：

-殼體，

-電機，其設置在所述殼體中，以及

-輸出軸，其可旋轉地連接至電機並且相對於殼體伸縮式地設置，以使輸出軸相對於殼體在完全延伸位置與完全收縮位置之間軸向移動，其中，所述動力扳手進一步包括有定位系統或者動力扳手連接至定位系統，該定位系統設置為監測動力扳手的位置，其中，彈性構件設置成將輸出軸朝向完全延伸位置推動，並且其中，所述輸出軸包括輸出端，該輸出端設置為與緊固件相互作用，並且將傳感器設置成監測輸出軸相對於殼體的延伸度，使得能夠確定輸出軸的輸出端的位置。

由於輸出軸相對於殼體伸縮式地設置並且設置有用於確定輸出軸的延伸度的傳感器的事實，能夠推導出輸出端的精確位置，同時還允許適應性地跟隨在將要被緊固的工件上的緊固件的位置。

從而，獲得了溫和平順的接觸，而不會破壞所述接觸的緊密度，並且具有監視操作的可能性。

根據附圖和所示出的實施方案的詳細描述，本發明的其他特徵和優點將會變得明顯。

附圖說明

在如下詳細說明中，將參照所述的附圖，在這些附圖中：

圖1示出了根據本發明的具體實施方案的可再定位的扭矩扳手的示意圖；

圖2示出了圖1中的可再定位扭矩扳手在操作位置處的示意圖；

圖3示出了在典型的緊固操作期間，到達緊固件減速(rundown)時所傳遞的扭矩的表示；以及

圖4示出了根據本發明的具體實施方案的包括有多個扭矩扳手的結構的示意圖。

具體實施方式

在圖1和圖2中示出了根據本發明的具體實施方案的可再定位的扭矩扳手10。

該種可再定位的扭矩扳手10包括殼體11，在該殼體11中設置有電機12。此外，提供有定位系統13，以監測動力扳手10的位置。

輸出軸14可旋轉地連接至電機12並且由電機12驅動，該輸出軸14相對於殼體11伸縮式地設置，以使輸出軸14相對於殼體11軸向移動。輸出軸14在完全延伸位置emax(圖1中所示)與完全收縮位置emin之間是可延伸的，其中彈性構件25設置為將輸出軸14朝向完全延伸位置emax推動。

輸出軸14包括輸出端15，典型地為套筒(socket)，其設置為與緊固件16(例如螺絲、螺栓或者螺母)相互作用。緊固件16設置在工件26中。傳感器17設置為監測輸出軸14相對於殼體11的延伸度e，使得可以確定輸出軸14的輸出端15的位置。傳感器17可以為霍爾傳感器、電感傳感器或者電容傳感器。

在典型的實施方案中，電機12驅動電機軸(未示出)，該電機軸經由花鍵與輸出軸14連接。在這種情況下，彈性構件25設置為將輸出軸14相對於電機軸朝向完全延伸位置推動。此外，將一個或多個齒輪(例如一個或多個行星齒輪)可以設置在電機12和輸出軸14之間。

在所示出的實施方案中，動力扳手10憑藉支持器18而是可移動的。該支持器包括兩個連接支腿19和20，所述連接支腿使得動力扳手10向上和向下移動，即是在示出的三維坐標系統中的y方向移動。支持器的基座部分21設置在軌道22上。在所示出的實施方案中，所述基座部分21可以沿著所述軌道22在z方向移動。然而典型地，基座部分21也可以設置為在附圖的內和外沿x方向移動，以在不同的工作檯和/或緊固件16(例如螺絲、螺栓或者螺母)之間移動。定位系統13設置為持續地監測動力扳手殼體11的當前位置，並且除了傳感器17監測輸出軸14的延伸度e，所述輸出軸14的輸出端15的位置也會被持續地監測。

在圖1中，輸出軸14不受外界因素的影響，使得輸出軸14位於其最外側位置emax。在圖2中，憑藉沿著軌道22移動的基座部分21，動力扳手經由支腿19和20向上移動，並且朝向緊固件16在z方向向前移動。由於動力扳手10的精確的移動，輸出軸14的輸出端15已經形成與緊固件16的配合接觸，從而輸出軸14收縮到在最大延伸emax與最小延伸emin的間隔內的延伸度e。隨著執行緊固操作並且緊固件16被緊固，輸出軸14將會持續地延伸，使得輸出端15將會跟隨緊固件16，該緊固件軸向地在其路徑上進入到工件26的接合點內。

在所示出的實施方案中，動力扳手10進一步包括控制單元23，該控制單元23適用於將輸出軸14的輸出端15的位置與所述輸出端15的預定義位置進行比較。然而，控制單元23和定位系統13可以僅位於動力扳手10外部並且與動力扳手具有一定距離。在這種情況下，動力扳手10將需要與控制單元23和定位系統13能夠連接，例如通過有線或無線連接(例如ir、藍牙等等)的方式進行連接。這種連接方式對於本領域技術人員來說是顯而易見的，因此在說明書中將不會對其進行詳細描述。

指示單元24設置為如果輸出軸14的輸出端15的位置沒有對應於所述輸出端15的預定義位置，則提醒操作員或者自動化系統。指示單元24可以設置在動力扳手殼體11上或者與動力扳手殼體11之間具有一定距離。指示單元24的目的在於提醒操作員或者自動化系統，使得可以採取適當的行動。因此，將指示單元24定位成應當使操作員注意到。此外，在本發明的具體實施方案中，指示單元24僅記錄每一個工作操作的狀態，例如緊固件的緊固，其中每一個操作將會被跟蹤並且操作的質量問題將會被指示。在該實施方案中，所有操作將會完成而不管質量如何，其中每一個操作的質量將會被記錄，使得可以採取後續行動。

典型的，動力扳手10的控制單元23配置為，只有當輸出軸14的延伸度e相對於殼體11在預定範圍emin-emax以內時，才允許開始具體的操作。在緊固件的長度變化並且在一定位置上的緊固件的具體長度是預期長度的情況下，這是很有用的。如果螺絲處於指示了當前螺絲沒有對應於預期長度的位置處，那麼可以中止操作。換句話說，如果不正確長度的螺絲被緊固在錯誤的位置處，則會發生問題。如果螺絲太短，接合點將不會完全緊固，如果螺絲太長，隨著螺絲冒險到達接合點的背面很遠的地方，接合點將會損壞。

不正確長度的螺絲會位於不可預期的位置，因為螺絲的供應通常為由工作在傳輸帶處並且處於緊張條件下的工人所執行手工工作。在這期間少量的螺絲可能會出現在錯誤的位置。由於這種不正確的定位，當遇到不正確長度的緊固件並且在緊固操作完成之前而導致的緊固操作可能中斷，利用本發明中的動力扳手可以避免這些問題，使得接合點不會損壞。

定位系統13可以配置為提供關於相對於緊固件16的動力扳手殼體11的位置的信息。由傳感器17監測的相對於殼體11的輸出軸14的延伸度被加入到所述信息中，以獲得輸出軸14的輸出端15的正確的軸向位置。

控制單元23適用於當遇到緊固件16時將輸出軸14的輸出端15的實際位置與預期位置進行比較，以及適用於如果所述實際位置與所述預期位置不對應，則警告工具的操作員。

所述控制單元可以適用於根據輸出軸14的延伸度e的監測來控制緊固操作，以根據所述監測來適應輸出軸的角速度。

也就是說，為了在儘可能短的時間保持緊固操作，所希望的是在緊固操作的惰轉(runningdown)階段，保持較高的角速度。然而，存在的問題是傳遞的扭矩可能會過衝(overshot)。在扭矩建立階段，當緊固件僅僅轉動了一圈之中的很少一部分(例如30至60度)而緊固接合點很難進行時，這是非常麻煩的。在這種情況下，這將不能響應於增加的扭矩而很晚開始使電機減速，並且目標值(扭矩、角度等等)將很可能過衝，這樣會出現不期望的並可能有害的拉伸。

也就是說，在現有技術中，通過傳遞的扭矩值的反饋和/或通過輸出軸的角位置的反饋，緊固操作也會受到控制。如上面所闡述的，由於扭矩僅在緊固操作的非常靠後的部分增加並且由於檢測的角位置也可能不正確，這種方式是不夠的。

通過監測輸出軸14的延伸度e，將有可能獲得在緊固操作的過程中更可靠的指示。對於已知的緊固件，將會知道緊固件的惰轉部分有多長，並且作為在輸出軸14的延伸e的點處的結果，扭矩將開始增加，使得角速度在該點之前可能會減少。

換句話說，控制單元可以適用於根據監測輸出軸14的延伸e，確保在緊固操作的最初階段時期，提供有較高的角速度，並且隨著緊固操作接近於設定的目標值時，角速度變小。

這在圖3中示出，其中扭矩t針對輸出軸14的延伸e和緊固件的角位置α而示出。輸出軸14的延伸e被定義為與緊固件的減速以及與緊固件的部分(其中緊固件的螺紋與接合點的螺紋接合)的角位置α成比例。如果緊固件旋轉而沒有與接合點接合，那麼沒有產生輸出軸14的延伸e。根據本發明的設置可以適用於檢測例如沒有產生的旋轉，並且特別地，輸出軸的延伸度的監測將足以監測緊固件的位置。

在減速初始階段的扭矩t非常小並且在初始扭矩t0處相對地恆定。在初始階段的結束時，緊固件達到扭矩開始增加的點。在該點處，輸出軸14達到了延伸度e0。在該點之後，隨著在緊固件和工件之間的接合點處建立夾持力，扭矩t將朝向目標扭矩tt開始增加。

本發明的目的在於在緊固操作期間，儘可能長時間的保持輸出軸的較高角速度ω，而不會具有超出目標扭矩tt的風險。典型地，在減速階段的主要部分時期，角速度ω應當保持為儘可能的高。

通過監測輸出軸的延伸度e，在減速階段的主要部分時期，將會保持角速度ω，並且在達到目標扭矩tt之前，角速度ω也會及時的減小。這可以通常在延伸度e0(其中扭矩開始增加)之前，通過開始減小角速度ω而獲得。

根據本發明的一個方面，其在緊固操作期間根據輸出軸的延伸度不同的事實，從而對應於緊固件的軸向行程。然而，在一些情況下，動力扳手10在緊固操作期間移動，以便於跟隨正在被緊固的緊固件的移動。在這種情況下，輸出軸的輸出端的延伸度e將會補償動力扳手10的任何移動，以便於計算緊固件的軸向行程。從一點(其中在輸出軸14的輸出端15與緊固件16之間建立了正確接觸)到輸出軸的輸出端15的當前位置，緊固件的該行程路徑因此被估算出。

換句話說，通過監測輸出軸14的輸出端15的實際位置，動力扳手10的相對於緊固件16和工件26的位置被監測。這樣完成了同時監測動力扳手的位置和輸出軸14的延伸度e。輸出端15的記錄位置進一步與已知的位置進行比較，其中在該已知的位置緊固件16接近於完全緊固。在這種情況下，控制單元可以配置為，對應於接近於緊固操作的目標位置但是足夠遠離該目標位置，在輸出軸14的輸出端15的特定位置處減小角速度，以使得緊固操作結束而不會超出目標扭矩。

圖4示出了本發明的典型的實施方案。在該實施方案中，多個扳手110，110』設置在具有獨立的伸縮式輸出軸114，114』的共用結構27上。所述共用結構27在向下朝向具有多個將要進行緊固的緊固件116，116的工件126，或者工件向上朝向共用結構27。扳手110，110』可以獨立地操作，或者可以全部同時操作。定位系統113和控制單元123可以設置為監測每一個輸出軸114，114』的輸出端115，115』的位置。這些獨立的動力扳手110，110』具有相同的功能(如圖1和圖2中所描述的動力扳手10)，並且在涉及多個動力扳手和緊固件的緊固操作期間可以被獨立地控制。

在所示出的實施方案中，在圖4右側的動力扳手110』單獨地適用於與其他緊固件116相比、位於不同高度的緊固件116』。利用動力扳手110』的單獨的適配，輸出端115』將具有相對於緊固件116』的初始位置，該緊固件116』對應於在其他輸出軸114與相應的緊固件116之間的相互位置，使得為每一個緊固件提供了類似間距(span)的靈活性。在圖4中的左側設置的緊固件116」長於其他緊固件。這樣是有意或無意的，可以提供輸出軸114的間距，以滿足任何類型的接合點。根據本發明，將會提示定位系統，當輸出端115達到緊固件116」時以輔助監測輸出軸114的延伸，並且如果緊固件116」達到指示了不正確長度的位置時，警告操作員或者自動化系統。

如上面所描述的，本發明已經參考具體的實施方案來進行描述。但是發明並不限於該實施方案。對於本領域技術人員來說，在由所附權利要求進行限定的保護範圍以內，包含在本發明中的其他實施方案是顯而易見的。