CN101251364A - 角度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，该角度测量装置(10)可松开地安装在操作工具(50)上。

Description

角度测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量用于紧固螺纹连接的操作工具的紧固角度的角度测量装置，该角度测量装置可松开地安装在操作工具上。

背景技术

测量紧固角度的角度测量装置被用于由旋转角度控制的螺栓或螺母的紧固之中。在这么做的过程中，例如通过转矩扳手，螺纹连接被紧固，直到达到预设的平滑连接转矩时。达到平滑连接转矩使螺纹连接平滑配合，即，使所有粗糙部分平滑后，所涉及的元件如螺栓头、螺母和连接部件即达到相互平滑的接近连接。此后，另一紧固操作通过按照确定的预设旋转角度进一步旋转来实现。由此达到螺纹连接的最佳要求。

将机械角度测量装置易松开地连接于操作工具是本技术领域已知的。例如，德国文献DE29622318U1公开了一种机械旋转角度测量盘，其包括一角度测量盘和一角度指示元件。该角度测量盘与操作工具耦合于旋转轴，由此随操作工具做旋转运动。该角度指示元件分别通过一支撑臂与一参比臂固定在工件部分上，从而使操作工具旋转运动时仍保持初始的位置。完成的旋转角度由角度测量盘上的角度指示元件指示给使用者。

该已知机械角度测量装置的缺点在于它们被直接应用于螺纹连接的位置因而需要足够的工作空间。参比臂必须可应用并且也可单独安装于螺纹连结的封闭处。因此，该已知机械角度测量装置的应用领域就受到了限制。而且参考臂的应用增加了使用者在螺纹连接上的工作量。此外，利用现有机械角度测量装置不能实现测量旋转角度的自动化数据档案处理。

利用集成电子测量手段测量旋转角度的电子转矩扳手也是已知的，例如德国文献DE29615123。这些电子转矩扳手使得转矩测量同旋转角度测量一样，因此特别适用于由旋转角度控制的螺栓或螺母的紧固。但是这些转矩扳手的角度测量装置是不可松开地整合在转矩扳手内部，从而导致它们不能和其他操作工具一起使用的不利影响。

发明内容

因此本发明的目的在于避免现有技术中的缺陷，并提供一种可安装在不同操作工具上的角度测量装置，其不需要额外的参照，特别是不需要用于旋转角度测量的参比臂。

根据本发明，该目的通过以下手段实现，为如前所述的角度测量装置旋转角度的电子测量提供旋转角度传感器，该角度测量装置用于测量紧固螺纹连接的操作工具的紧固角度。

本发明基于以下原理：在没有额外参照特别是没有参比臂时，通过使用用于旋转角度测量的旋转角度传感器来测量由使用者完成的旋转角度。旋转角度传感器所测量完成的角度与测量启动时操作工具的初始位置相关。

根据本发明的角度测量装置不需要被安装在操作工具上临近操作头的位置。例如，与操作工具的连接可以有利地实施成与水平臂或夹具的连接。此外，不再需要参比臂。因此，角度测量装置可通用于空间受到限制的螺纹连接场合的情况。更进一步的是，由于作为笨重附件的参比臂可以省略，使得旋转角度测量对使用者更加容易并且立刻可以实行。更进一步的优势在于，该角度测量装置可以与多种操作工具配合连接。非常经济地，使用者只需要一个角度测量装置即可用来与多个操作工具完成旋转角度测量。

根据本发明的电子角度测量装置的有利实施例是这样实现的，其通过由加速度传感器形成为旋转角度传感器。例如，压电传感器或制成MEMS(微电机系统)的传感器都可用作加速度传感器。加速度传感器测量加速度并相应地测量出与完成的旋转运动相对应的角度，该运动在没有外部参考点的情况下非常精确地与初始值对应。此外，加速度传感器在小型化设计方面将更为可行。因此，依照本发明的角度测量装置可以非常紧凑的实现并且使不需要外部参考的精确旋转角度测量成为可能。

在根据本发明的进一步优选改变的角度测量装置中，旋转角度传感器形成为回转仪。回转仪同样适合于，在没有外部基准点以及不与初始值相关的情况下，精确地测量加速度并相应地测量出旋转角度。因此，在螺纹操作没有参考的情况下，通过具有回转仪的角度测量装置可以精确地实现已完成的旋转角度的测量。

本发明的-适当实施例提供用于显示各个测得角度的显示装置。在紧固工作中，被提供的旋转角度会立刻显示给使用者。这使得使用者在完成预设旋转角度后能够精确地停止紧固操作。此外，可以通过显示装置显示更多信息的详细内容，例如存储的和/或预设的旋转角度，依照本发明的角度测量装置的操作情况或控制命令以及使用者选择的相对应的控制请求。

在本发明的一个实施例中，提供一连接用于使用操作工具的供电电源。这有以下优点，角度测量装置中的供电电源可以由操作工具的供电电源提供或者也可以完全省略。举例说明，操作工具提供的供电电源可以由角度测量装置与操作工具上的触点，插头-插座连接或感应的方式来实现。一方面，依照本发明的角度测量装置可以实现得更加紧凑并更加轻便。另一方面，简易的集成化将减少生产的成本。

在本发明的进一步优选实施例中，微处理器控制的控制单元包括存储器，特别是用于测得旋转角度数据的数字存储器。利用存储测得旋转角度的数字存储器，使用者通过微处理器控制的控制单元基本上可以非常地容易地实现这些旋转角度的数据档案处理。可以尽可能多地自动地记下记录或者存档所测得的旋转角度。因此，避免了劳动繁重并且容易出错的测量旋转角度的人工记录。此外，由于对于不同的紧固操作，预设旋转角度可以存储于存储器中并可从存储器中取回，这减少了工作负荷并且避免了错误的发生。

在依照本发明的电子角度测量装置实施例中，提供传输装置用于将测得旋转角度数据传输至外部处理单元。这有以下优点，电子角度测量装置可以使用对应的外部处理能力、内存大小以及输出能力。例如，测得旋转数据可以传输至PC，在PC中进行处理、控制以及存储。利用与外部处理单元连接的打印机打印旋转角度数据或者将旋转角度数据经过数据网发送至控制中心都将不再成为困难。

在本发明的实施例中，传输装置有利地形成为射频、红外和/或电缆连接。电缆连接不易受环境因素的干扰，并且能够保证数据传输的安全性以及节能性。另一方面，利用红外或射频连接，使用者的移动性将不再受到任何方式的限制。这增强了角度测量装置的用户友好使用度并且有利于避免事故的发生。基于工作环境和应用的情况，使用者可以选择使用射频、红外或电缆连接。

根据本发明的优选实施例，提供一具有接口的数据控制总线给操作工具的微处理器控制的控制单元，该接口尤其指无线接口。该数据控制总线能够实现角度测量装置与操作工具之间的数据以及控制信号的交换。特别的是，依照本发明的角度测量装置，其可以由操作工具控制并且可以传输旋转角度数据至外部工具或与之连接的用于进一步处理的外部处理单元。因此，对使用者来说，角度测量装置的应用得以简化。

在本发明实施例中，电子角度测量装置优先选用以下结构：操作工具和/或角度测量装置，该角度测量装置具有用于传输启动停止信号的触发装置，该信号用于控制角度测量装置的测量。通过触发装置，角度测量装置可以实现自动地启动或停止角度测量。例如，为了实现上述目标，当平滑连接点的转矩达到一定值时，角度测量装置开始旋转角度测量，操作工具可以传输电信号至角度测量装置。伴随松开下转矩扳手，既可以通过声学传感器实现松开敲击的检测也可以运用加速度传感器实现松开振动的检测。尤其是，使用者可以通过可触发的角度测量方法更简单更快速的完成由旋转角度控制的螺纹连接。如果触发装置没有附加的有效信号，可以提供一专门的开关用于生成触发信号。该开关由人工操分别地作用于启动与停止触发该旋转角度测量。

在本发明优选实施例中，操作工具包括一松开装置。角度在松开装置中被预先设置。如果达到该角度，操作工具被松开以便类似螺纹连接不能被进一步紧固。然而，如果需要的话，操作工具也可以生成信号建议使用者不要对螺纹连接进行进一步的紧固。

优选的是，触发装置生成一由松开装置处理的信号。出于该目的，触发装置在角度达到后，立刻发送信号至松开装置。这时，松开装置松开操作工具。

进一步的实施例以及优点来源于从属权利要求以及具有相应说明的附图的内容。

本发明的实施例通过引用相关附图详细描述如下。

附图说明

附图1是原理概图，显示了一关于操作工具上电子角度测量装置的实施例的侧视图。

附图2是原理概图，显示了附图1中电子角度测量装置的实施例的顶视图。

具体实施方式

参考附图1，附图标记10指示了一电子角度测量装置，其可以简单地安装在电子转矩扳手50上并能快速的松开。在这里，该电子转矩扳手50被显示为一用于紧固螺纹连接的操作工具的示例。该角度测量装置10也可应用于其他操作工具，例如，一机械测量或松开转矩扳手、棘轮或螺纹扳手。

电子转矩扳手50包括一具有方形卡头54的扳手头52，该卡头用于耦接例如带有把手58的水平臂56之类的可插入工具。通过水平臂56，使用者可以经由扳手头52与插入工具向螺纹元件提供一转矩。转矩扳手50拥有一用来控制并处理测得的转矩的微处理器控制的控制单元60。该控制单元60由电源供给62提供电压并且使用传输和接收装置64与外部装置进行无线数据交换。可替换地或另外地提供一连接元件66，例如插头与插座接触用于与外部装置进行有线数据传输。更进一步的是，电子转矩扳手包括一显示装置68用于显示例如测得的转矩，一触发装置70用于当达到预定转矩时生成电子、声波、光学或触发信号。通过电压连接元件72，可以由具有供电电源62的外部装置为电子转矩扳手提供电压。

电子角度测量装置10包括紧固装置12，其用于简单可松开地将测量装置10安装到转矩扳手50上。优选地，附件被安装在位于扳手头52和把手58之间的水平臂56上。也可以将角度测量装置10作为以下装置的附件，扳手头52、把手58或者接近把手58的水平臂56的末端。

角度测量装置10包括一电池或蓄电池14与/或一用于能源提供的电缆18作为电压连接元件16。一角度测量装置10的电源供给可以通过电压连接元件16安装，该元件经由电缆18与转矩扳手50的供电电源62的电压连接元件72。例如，电压连接元件16由插头与插座连接构成。当角度测量装置10的附件安装到转矩扳手50上，建立的与转矩扳手50的供电电源62的连接这种接触方式是可以变化的。一外部供电电源单元也可以连接到供电电源的电压连接元件16。可替换地或另外地，可以由一太阳能电池构成或由一感应方法实现供电电源。

角度测量装置10包括作为旋转角度测量传感器的加速度传感器20，其可以由以下装置构成，例如，压电传感器、MEMS(微电机系统)或回转仪。通过加速度传感器20装置，使用者不需要外部参考，并且特别是不需要参比臂即可测量由用户所完成的旋转角度。这个操作可以通过角度测量装置10内部的微处理器控制的控制单元22来支持。此外，控制单元22控制角度测量装置10并且存储测得的旋转角度于数字存储器24中。出于上述目的，一并行或串行数据和控制总线26被集成于角度测量装置10中。

通过传输装置28实现将测得的旋转角度传输至外部装置或转矩扳手50。此外，传输装置28能够实现角度测量装置10与外部装置或转矩扳手50之间的控制信号或其他信号的数据交换。为此，传输装置28例如建立无线或红外连接。可替换地地，使用缆式基础连接经由连接元件30和电或光缆。例如，连接元件30由插头与插座连接构成。为了建立与转矩扳手50的连接，也可以使用角度测量装置10上的接触点，当一角度测量装置10的附件被设于转矩扳手50上时，该接触进入与转矩扳手的对应的接触点的连接。

在此描述的具体实施例中，通过传输装置28，接口32实现数据控制总线26与转矩扳手50的控制单元60之间的数据，地址和控制信号交换。这种接口也可以用于其他装置。

附图2显示了附图1中实施例的俯视情况。因此，相同要素部分被相同的参考标记表示。现在参考附图2，在下面内容中描述角度测量装置10与转矩扳手50的其它部分。

角度测量装置10还包括显示装置34，显示测得的、存储的或预设的旋转角度。进一步还有如下信息也被显示装置34显示给使用者，例如，角度测量装置10的运行状况或由使用者选择的控制命令与请求。当达到预设的旋转角度，控制单元对外部装置或转矩扳手50生成一电子信号。当达到预设旋转角度，使用这里并未示出的装置，也可以生成用于使用者的额外光学、声学或接触信号。

使用者预设数据，例如旋转角度，通过角度测量单元10的操作单元36人工地控制角度测量装置10。另外，例如使用者可以通过使用操作单元36切换角度测量装置的开启或关闭，也可以通过插入钥匙开始或停止一旋转角度测量，存储测得的旋转角度到存储器24或利用传输装置28等传输测得的旋转角度至其它类似转矩扳手50的装置。

可选地，旋转角度的测量可以自动开始。出于该目的，提供触发装置38给角度测量装置10。举例说明，触发装置38检测到一来自转矩扳手50电子信号后立刻开始旋转角度测量。为了松开转矩扳手，提供一未示出的声学传感器用于检测松开敲击(releasing knock)。也可以使用加速度传感器20检测松开撞击(releasing bump)。使用触发装置38的旋转角度测量是在松开敲击和松开振动的检测之后开始的。

下面，将以由旋转角度控制的螺纹操作为基础详细描述角度测量装置10的一些组成部分的功能和相互关系。这些通过同时参照附图1和附图2完成。

最初，使用者利用紧固装置12将角度测量装置10连接到电子转矩扳手50的水平臂56上并确认角度测量装置10上有一充足供电电源，例如通过电缆18连接电压连接元件16和72。鉴于角度测量装置10并非一定要安装在扳手头52上且参考臂并非必要，可将角度测量装置10与转矩扳手50设置在一起以便应用于工作空间受限制的情况下以及其他通用情况。此外，对使用者来说，旋转角度控制的螺纹连接将更快更容易实现。

在使用者利用操作单元36致动角度测量装置10之后，控制单元22将角度测量装置10初始化以便进行旋转角度测试。在这样做的过程中，使用数据与控制总线26以及传输装置28，控制单元22例如建立经过传输发送装置64至转矩扳手的控制单元60的基于无线电的接口32。接口32确保了角度测量装置10与转矩扳手50之间的数据和控制信号交换。外部处理单元74(见附图2)与转矩扳手50上的某一部分相连接。另外，或者使用传输和接收装置28建立与外部处理单元74的无线连接，或者使用连接元件66和数据传输电缆76建立与外部处理单元74的有线连接(见附图2)。

在开始螺纹操作之前，可以预先设定旋转角度和相应的紧固角度。为了上述目的，旋转角度或被存储于存储器24中，或是通过传输装置28传输，该传输的旋转角度来自于转矩扳手50或外部处理单元74。也可以由使用者通过操作单元36人工输入的转动角度。相应地，这也适用于转矩扳手50的预设转矩，例如平滑连接点转矩。

在利用合适的插入工具安装转矩扳手50到螺栓或螺母后，使用者开始进行螺纹紧固。达到平滑连接点转矩时，通过转矩扳手50指示使用者。角度测量装置10检测由触发装置70提供给使用者的信号或经由接口32的来自于转矩扳手50的信号。于是，角度测量装置10将旋转角度测量的启动指示给使用者，在进一步的旋转运动中与显示装置34上不变地显示每个测得的角度。达到预设旋转角度时，角度测量装置10使用者一信号表明旋转角度控制紧固已经完成。以上可通过例如显示装置34或附加提供的光学、声学或触觉信号来实现。

然而，触发装置的信号也可以被用于在一预设角度下松开转矩扳手50。出于以上目的，提供一松开装置78给转矩扳手50。松开装置78包括一机械结构，防止例如超出一预设角度的螺纹紧固。

然后，最后测得的旋转角度被存储于存储器24中和/或通过接口32传输至转矩扳手50或是传输至用于整理的外部处理单元74中以便进行数据文档处理。外部处理单元74能够控制并完成测得的旋转角度以及相应的由旋转角度控制的螺纹紧固的完成。也可以通过打印机打印记录。

通过自动记录尽可能多的测得旋转角度，角度测量装置10充分地简化了螺纹操作。实际的螺纹操作在一简单的快速的不需要参比臂的方法中也是可行的。角度测量装置10是通用的，特别应用于工作空间有限的情况并且在使用者有许多不同的转矩扳手时，该方法可以节约耗费。

Claims (12)

1. 一种测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，该角度测量装置(10)可松开地安装在操作工具(50)上，其特征在于旋转角度传感器(20)电子地测量旋转角度。

2. 如权利要求1所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，旋转角度传感器(20)形成为加速度传感器(20)。

3. 如权利要求1或2所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，该旋转角度传感器(20)形成为回转仪。

4. 如权利要求1至3之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，提供显示装置(34)，分别显示测量角度。

5. 如权利要求1至4之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，提供连接装置(18)，以便使用操作工具(50)的能源供给(62)。

6. 如权利要求1至5之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，微处理器操作的控制单元(22)具有存储器(24)，特别用于数字地存储测得的旋转角度数据。

7. 如权利要求1至6之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，提供传输装置(28)，以便将测得的旋转角度数据传输至外部处理单元(74)。

8. 如权利要求7所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，传输装置(28)形成为射频、红外与/或有线连接。

9. 如权利要求1至8之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，数据和控制总线(26)具有到操作工具(50)的微处理器-操作控制单元(60)的接口(32)，特别是无线接口。

10. 如权利要求1至9之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，操作工具(50)和/或该角度测量装置(10)包括触发装置(38，70)，该触发装置用于为该角度测量装置(10)发送测量的启动和/或停止信号。

11. 如权利要求1至10之一所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，操作工具(50)包括松开装置(78)，该松开装置用于以预定角度松开操作工具(50)。

12. 如权利要求11所述的测量用于紧固螺纹连接的操作工具(50)的紧固角度的角度测量装置(10)，其特征在于，触发装置(38，70)生成用于松开装置(78)松开操作工具(50)的信号。

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