CN101128286A - 包括至少一个旋转构件的设备和测量所述旋转构件的振动频率以确定所述旋转构件的磨损状况的装置，相应的控制单元和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋拧设备，它包括至少一个旋转构件(1)、(21)；(22)、(3)，所述旋转构件安装在工具体(10)内并能够产生至少一个振动频率，所述振动频率表示所述旋转构件的磨损状况。本发明的特征在于，它包括测量所述振动频率的测量装置(5)，该测量装置(5)设计成与所述测量值的处理装置(52)通信，该处理装置(52)能够使所述测量值和至少一个参考频率比较，以便确定所述磨损状况。

Description

包括至少一个旋转构件的设备和测量所述旋转构件的振动频率以确定所述旋转构件的磨损状况的装置，相应的控制单元和方法

技术领域

本发明的领域是设备领域。更加具体地，本发明涉及生产机器，特别是以预定扭矩进行旋拧的设备。

背景技术

在本发明的领域中，旋拧工具通常用于工业领域，无论工具是静止不动的(包括安装在机器或操纵装置上的工具)还是可携带的。

根据设想的应用，这些工具能够包括电动机或气动装置。

根据这些工具的普通用途，它们通过合适的连接器连接到能够计划实施大量的操作过程(例如250个过程)的电子控制器(以电气柜的形式)，其中每个过程能够包括20个操作阶段。

这些过程能够直接地通过电气柜中的键盘和关联的程序软件编程(然后电气柜通过拖拽网(ground network)、以太网、或其他类型的网络连接到编程系统)。

这些系统例如通过记录一些结果，能够确保实现对由工具执行的操作的跟踪能力，这些结果诸如是最终的旋拧扭矩、旋拧速度、最终的旋拧角、操作的日期和时间、或者表示所执行的旋拧的质量(根据预定参数是好还是坏)。

工具本身也可以包括指示旋拧质量的装置，例如，通过提供由LED显示的“好/坏”的报告。

可以理解，这种类型的系统能够执行宽广范围的参数化和控制操作。

然而，如上所述，诸如上述的那些的设备组件需要利用连接网络，这些连接网络大致是逻辑的，以便将控制器连接到工具和将控制器连接到编程设备。

可以理解，这些限制能够导致操作成本的增加。

根据已知的技术，工具被连接到电气部分，以便供应电力给结合在工具中的电子控制设备。在这种情况中，工具具有小型的显示装置和一些控制按钮。

可以理解，在上述一种或另一种技术中，关于旋拧扭矩的数据对恰当地控制工具以及能够实现对旋拧结果的跟踪来说是重要的。

事实上，关于旋拧扭矩的数据被多次使用，以确保由旋拧产生的组装质量、实现操作的跟踪能力和执行拧紧数据的统计处理。

此外，工具由指令装置控制，该指令装置结合到工具中或工具的外面，它根据要执行的组装来限定工具的操作参数。

然而，无论是为了控制和/或跟踪旋拧参数还是为了这些参数的正确执行，首先必须确保工具具有良好的操作状态。

换句话说，工具的可靠性必须能够定期地在工具的整个使用过程中加以验证，以便能够执行维护操作，优选地进行预防维修。这样，特别希望能够避免导致生产线上工具破坏并要求停止生产线以更换工具的磨损状况，这当然严重影响该生产线的整体效率。

目前，预防维修局限于工具制造商的建议，这些建议包括维修计划。

可选地，由包含在工具控制柜内的软件程序执行的计算系统自动地根据工具的真实使用状态(扭矩、速度、温度等)来确定维修计划。

可以理解，在一种情况或另一种情况中，维修建议来自于经验方法，而经验方法只来自于对工具磨损的估计。

因此，工具的这种维修和/或维护方法会导致两种类型的状况：

-建议是谨慎的并鼓励维修和维护，这种维修和维护比必要的更频繁：这趋向于增加工具的操作成本；

-某些工具在两次维护操作之间可能损坏到造成该工具的永久缺陷的程度，可能导致工具在使用中断裂；这也能够造成在有缺陷的工具的状态被探测到之前还在由该工具制造的组件上有缺陷地工作；无论如何，这种情况是不可接受的，特别是因为它能够导致显著的操作损失。

发明内容

本发明的目的特别是克服现有技术的缺点。

更加特别地，本发明的目的是提出一种对设备的预防维修技术。该设备包括带有旋转构件的工具，诸如旋拧工具。该技术建立在确定工具真实磨损状态的基础上。

本发明的另一个目的是提供这样一种技术，它能够实时或几乎实时考虑工具磨损状况。

本发明的另一个目的是提供一种技术，具体地通过优化维护和/或维护的介入，它有助于增加装备有这些工具的生产线的效率。

本发明的另一个目的是提供实现这样一种技术的人机工程解决方案。

本发明的再另一个目的是提供这样一种技术，它具有容易实现的简单设计。

这些目标以及下面将出现的其他一些目的通过本发明来实现，本发明涉及一种旋拧工具，包括至少一个旋转构件，所述旋转构件安装在工具体内并能够产生至少一个振动频率，该频率表示所述旋转构件的磨损状况，其特征在于，它包括测量一个或多个所述振动频率的测量装置，该装置用于与处理所述测量值的处理装置连通，使得能够将所述测量值和至少一个参考频率比较，以便确定磨损状况。

这样，由于本发明，能够确定工具的真实磨损状况，特别是组成工具的旋转构件的真实磨损状况。

事实上，工具的每个旋转构件产生一个能够被计算的特征频率，它是所考虑的构件的旋转速度和几何形状的函数。

然后，对于一种新工具，对每个特征频率进行振幅的测量和记录是可能的。这些振幅构成相应于工具新状态的参考振幅。

在工具寿期中，机械构件常常会磨损，它们的振动振幅会增加。特征频率下振幅的测量以及将它们和参考振幅比较，使得可能评价各个构件的磨损程度。

因此，可以理解，本发明能够使维修和/或维护的介入最佳化，它们根据测量到的而不再只是根据估计的磨损状况来启动和执行。

因此，按这种方式，能够较好地预计工具的磨损状况，甚至是断裂状况。

更加一般地，本发明通过定期地确保工具的良好状态和因此确保它们的可靠性，能够控制操作和/或组装质量。

根据有利的解决办法，所述旋转构件用于产生拧紧扭矩，而所述的测量装置包括至少一个用于测量所述扭矩的测量装置。

事实上注意，测量扭矩的信号包括表示工具的旋转构件的振动的所有数据。

换句话说，拧紧扭矩的测量提供测量磨损状况所必须的数据，在没有这些数据的情况下，必须添加一些部件到工具体中或修改现有的部件。

所述的处理装置有利地包括计算装置，使得可能处理频谱，该频谱根据扭矩测量装置传送的信号来获得。

这样，测量扭矩的信号能够具有一种频谱，其中的谱线能够容易地与参考频率或一系列参考频率比较。

所述处理装置优选地包括贮存与每个所述旋转构件有关的参考频率的装置。

按这种方式，能够发出马达和相关的旋转构件的磨损诊断状况，每个诊断状况由一个参考振动频率表征。

在这种情况中，贮存的参考频率优选地用于属于下列构件中的至少一个构件：

-马达；

-角传动构件；

-齿轮构件。

注意，如果设置角传动构件，工具的头部结合有钳形扭力辊和球形辊。它们是敏感的机械构件，能够产生特征频率，其振幅能够和关于其他旋转构件的参考振幅比较。

根据优选的解决办法，所述处理装置结合在与所述工具分开的控制单元中。

因此，能够在独立于工具的控制单元上收集所有预防性维护的数据，该控制单元也能够执行其他的功能，诸如工具的控制和/或参数化。

注意，在与工具分开的控制单元上发送和处理预防性维护数据，使得可能使用当前可用的工具，而不需要对其作任何修改。

然而，在其他一些实施例中，能够设想在工具尺寸允许的限度内，将维护数据的处理直接结合在工具中。

所述控制单元有利地包括至少一个显示装置。

这样可能显示如文本的特定信息。然而，也能够设想使用可视信号诸如灯光和彩色。

所述控制单元优选地包括能够连接到通讯网络的通讯装置。

这样，控制单元能够发送数据到远距离的单元，例如特别是通过公司的计算机网络，用于集中数据。

本发明还涉及设置在设备中的控制单元，该设备包括至少一个旋转构件，所述旋转构件安装在工具体内并能够产生至少一个表示所述旋转构件的磨损状况的振动频率，其特征在于，它包括处理至少一个振动频率测量值的测量装置，使得能够将测量值与至少一个参考频率比较，以便确定所述的磨损状况，该设备包括测量一个或多个所述振动频率的测量装置。

本发明还涉及一种用于检查设备的磨损状况的方法，该设备包括至少一个旋转构件，所述旋转构件安装在工具体内，并能够产生至少一个表示所述旋转构件的磨损状况的振动频率，其特征在于，它包括下列步骤：

-测量所述振动频率；

-将一个或多个所述振动频率和至少一个参考频率比较，以便确定所述磨损状况。

本发明的其他特征和优点，在阅读下面对作为解释和非限制例子提供的本发明的优选实施例的描述和附图之后，将更加清楚。

附图说明

图1是根据本发明结合在设备组件中的工具的断面视图；

图2是根据本发明的设备的功能方块图；

图3是利用根据本发明的设备得到的振动频率视图。

具体实施方式

根据下述的优选实施例，应用本发明的设备包括一个旋拧工具。

然而，应注意到，本发明能够应用到任何包括带有旋转构件的工具的设备，该旋转构件发送一个能够被测量的和与参考频率相比较的振动频率，以便确定工具的磨损状况。

参考图1，根据这个实施例的旋拧工具包括安装在工具体10内的一个马达(未示出)，而马达输出端11联接到第一齿轮级21，该第一齿轮级21本身结合到第二齿轮级22，后者又联接到角传动齿轮3(在这种情况中的旋拧工具轴线垂直于马达轴线；角传动齿轮3在另一个可以想到的实施例的情况中可以不存在，在该实施例中旋拧工具轴线和马达轴线是共轴的)，角传动齿轮3用于引起旋拧头的旋转，旋拧头具有设置用于接纳旋拧榫头的配件4。

按本来已知的方式，扭矩传感器5(在这种情况中为应变计桥)安装在圆筒形支承50上，以便传送关于由工具施加的拧紧扭矩的数据。

在图2的功能方块图中，机械构件这次被示意地示出，从而示出马达1、减速器2(包括上述的第一齿轮级21和第二齿轮级22)。

如图所示，扭矩传感器5连接到测量微控制器，后者传送数据到工具的控制单元52。

根据扭矩传感器5提供的数据，控制单元通过指令单元53控制马达1的运行。

控制单元52还包括处理由扭矩传感器提供的信号的处理装置，以识别由每个工具旋转构件(马达、第一和第二齿轮级、角传动)传送的振动频率，从而将测量到的频率和每个构件特定的和表征零磨损状况的参考频率比较。

工具的旋转构件的振动频率以频谱形式出现，该频谱包括在由扭矩传感器提供的信号中，这样的信号将在下面更加详细地描述。

振动频率的处理由包括在控制单元52内的计算和储存装置执行，参考频率储存在该计算和储存装置中，以便在计算装置的协助下与测量到的频率比较。

根据这个实施例，控制单元52和指令单元结合在单元6中，单元6在图2中用术语“旋拧控制器”表示，它与工具是分开的。

旋拧控制器还包括：

-通讯模块61，使得能够将控制器连接到例如以太网的数据交换网络；

-显示装置62。

这样组成之后，当控制单元控制到工具构件的振动频率大于相应参考频率时，预定的信号和/或信号显示在显示装置62上，并选择地借助于通讯模块发送到遥控站。

这样的信息指出有关的有缺陷的构件并选择地指明要执行的维护和/或服务的类型。

注意，旋拧扭矩是根据由扭矩传感器传送的张力来确定。

根据这个张力，能够得到频谱。

图3示出利用上述旋拧工具的扭矩传感器测量到的频谱。

作为指示，所讨论的工具对于最大速度1140转/分钟具有的扭矩范围从5N.m到30N.m。

如图所示，这个信号具有一定数目的线条，这些线条具体对应于由下列构件传送的振动频率：

-角传动(33.1Hz)；

-马达(86.9Hz，对应于马达的两倍速度)。

注意，在频谱中，一个频率(称为基频)能够产生谐频，即基频的许多频率。那么，频谱包括一些频率线，它们具有基频的两倍，甚至甚三倍(或更多倍)的数值。

在这种情况下：

-角传动产生的基频为33.1Hz并产生两个谐频；

-电扰动产生的基频为100Hz并产生三个谐频；

-第一减速级产生的基频为480Hz。

因此对于工具零磨损状况，这种类型的频谱被探测和记录。在连续测量的过程中，控制单元处理信号，以便验证谱线的一个(或多个)的振幅是否增加，根据具体情况，传送报警信息或信号。

Claims (11)

1.一种旋拧工具，包括至少一个旋转构件(1)、(21)、(22)、(3)，所述至少一个旋转构件安装在工具体(10)内并能够产生至少一个表示所述旋转构件的磨损状况的振动频率，其特征在于，它包括测量一个或多个所述振动频率的测量装置(5)，该测量装置用于与处理所述测量值的处理装置(52)连通，使得能够将所述测量值和至少一个参考频率比较，以便确定磨损状况。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述旋转构件(1)、(21)、(22)、(3)用于产生拧紧扭矩，而所述测量装置(5)包括至少一个测量所述扭矩的装置。

3.根据权利要求2的设备，其特征在于，所述处理装置(52)包括计算装置，使得能够处理根据由测量所述扭矩的所述装置传送的信号得到的频谱。

4.根据权利要求1到3中的一项权利要求的设备，其特征在于，所述处理装置(52)包括储存与每个所述旋转构件(1)、(21)、(22)、(3)相关的参考频率的储存装置。

5.根据权利要求5的设备，其特征在于，储存属于下列构件中至少一个构件的参考频率：

-马达(1)；

-角传动构件(3)；

-齿轮构件(21)、(22)。

6.根据权利要求1到5中的任何一项权利要求的设备，其特征在于，它包括当测量到的所述振动频率中的至少一个达到相对于参考频率的预定水平时发出报警的报警装置。

7.根据权利要求1到6中的任何一项权利要求的设备，其特征在于，所述处理装置(52)结合在与所述工具分开的控制单元(6)内。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于，所述控制单元(6)包括至少一个显示装置(62)。

9.根据权利要求7和8中的一项权利要求的设备，其特征在于，所述控制单元(6)包括能够连接到通讯网络的通讯装置(61)。

10.一种用于设置在设备中的控制单元(6)，该设备包括至少一个旋转构件(1)、(21)、(22)、(3)，所述至少一个旋转构件安装在工具体(10)内并能够产生至少一个表示所述旋转构件的磨损状况的振动频率，其特征在于，控制单元(6)包括处理至少一个振动频率测量值的处理装置(52)，使得能够将该测量值和至少一个参考频率比较，以便确定所述磨损状况，该设备包括测量一个或多个所述振动频率的测量装置(5)。

11.一种用于检查设备的磨损状况的方法，该设备包括至少一个旋转构件，所述至少一个旋转构件安装在工具体(10)内并能够产生至少一个表示所述旋转构件(1)、(21)、(22)、(3)的磨损状况的振动频率，其特征在于，该方法包括下列步骤：

-测量所述振动频率；

-将一个或多个所述振动频率和至少一个参考频率比较，以便确定所述磨损状况。

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