CN104218868A

CN104218868A - 冲击类紧固工具转速控制方法

Info

Publication number: CN104218868A
Application number: CN201310208581.3A
Authority: CN
Inventors: 吴书明; 陈亮; 陈武
Original assignee: Nanjing Chervon Industry Co Ltd
Current assignee: Nanjing Chervon Industry Co Ltd
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: US9555525B2; US20140352992A1; CN104218868B

Abstract

本发明主要公开冲击类紧固工具转速控制方法，其包括：预设定和动态控制两部分，预设定包括如下内容：设定多个工作档位，并设置一个占空比较大的PWM信号作为通电后一时期内的驱动信号，使电机能够以较大转速转动，提高工作效率，在主控制器根据反馈装置判断出进入冲击阶段需要进行扭力控制降低转速时，主控制器又以对应用户当前所设的工作档位的占空比较低的PWM信号驱动电机进行调整，本发明的控制方法可以更好地提高工作效率效率，满足用户在工作初期希望以较高转速驱动固定件的需求；而在扭力控制阶段，本发明的方法能自动使用合适的扭力去驱动固定件钉，以更好地达到用户使用要求，使用户获得良好的使用体验。

Description

冲击类紧固工具转速控制方法

技术领域

本发明涉及转速控制方法，具体涉及冲击类紧固工具转速控制方法。

背景技术

市场上有很多可调节扭力或转速的冲击类工具，它们用来实现固定件与工件的结合，一般而言，冲击类紧固工具在进行紧固工作时，在最后会有一个冲击紧固的阶段，我们称为冲击阶段，它之前的阶段称为旋紧阶段。对于不同的固定件，过大或过小的扭力都是不合适，过大的扭力会在冲击阶段损坏固定件，过小的扭力会造成紧固工作完成的不彻底，固定件和工件发生松动。因此，现有的冲击类紧固工具一般设有若干扭力或转速档位，这种档位的设置往往是通过利用不同的占空比去驱动电机实现的，具有高转速高扭力、低转速低扭力的特点，也就是占空比越高，转速和扭力也都越高。

图1是现有的冲击类紧固工具不同档位的转速（扭力实际也是相同的）随着时间的变化的对应关系图。如图1所示，对于每个档位，它们都包括一个在启动初期转速虽电机电流缓慢上升的过程（扭力实际也是相同的），在到达指定位置时，转速按照档位的设定的一个恒定的值持续输出。

在实际应用中，往往存在这样的问题：使用者为了在冲击阶段获得合适的扭力而选定一个转速或扭力的档位，如图1所示，冲击类紧固工具就会按照这个转速去实现驱动。我们知道为了防止固定件因扭力过大损坏，所以用户设定的这个扭力是一个安全的相对低的扭力，相对应的转速也是相对低的一个转速。这样的转速和扭力对于旋紧阶段而言，无疑是效率的浪费。旋紧阶段并没有发生冲击，因此对扭力要求并不高，固定件在被平缓的驱动时是可以承受更高的转速和扭力的。

现在尚没有一种在确定进入冲击阶段之前高效转动而在自动判断确定进入冲击阶段后切换到合适的转速以获得合适的扭力的转速控制方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够在空载运行以及负载运行的前期高效转动而在负载运行的后期自行判断并切换到合适的转速以获得足够大的扭力的转速控制方法。

为了能够清楚的阐释本发明首先对本发明硬件配置加以介绍。

电机：用于将电能转化为所需的扭矩。

电源：为电机提供电能。

电子开关：用于驱动电机转动。

主控制器：通过脉冲宽度调制（PWM）后的信号驱动电子开关，并且负责数据处理、判断和信号检测。

反馈装置：对构成触发的实际物理量进行采集并将它们转化为主控制器能接收和处理的反馈信号，反馈装置将反馈信号传输给主控制器，供主控制器判断。

扳机开关：扳机开关主要负责电源总的通断及大小，即通过扳机开关能控制电子开关与电机构成的线路接入电源与否以及电流的大小，扳动扳机开关为接通电源，松开扳机开关为切断电源，扳机开关受到的外力越大则接入的电流越大，当扳机开关被扳到底时接入电流最大。

在以上的硬件基础上，本发明的方法采用如下两种的技术方案：

在第一种方案中，本发明的方法包括：预设定和动态控制，预设定包括如下内容：设定多个工作档位，用户能通过操作档位装置设定的工作档位，并且主控制器能通过的档位装置识别用户设定的工作档位，每一个工作档位均具有与它们对应的PWM信号，不同的PWM信号具有不同的占空比，占空比最大的一个PWM信号为最高档驱动信号，PWM信号用于驱动电子开关，电子开关用于驱动电机转动，扳机开关控制接入至电机的电流大小，主控制器预存有用于判断何时结束高效驱动的判据。

动态控制在扳机开关为电机通电后包括如下步骤：

（1）高效驱动：主控制器以一个具有预定占空比的高效信号驱动电子开关进而驱动电机转动，当所选工作档为最高档以外的工作档时，高效信号的占空比大于所选工作档驱动信号的占空比；同时主控制器进入反馈信号检测状态，反馈装置对构成触发的实际物理量进行采集并将它们转化为主控制器能接收和处理的反馈信号，然后进入步骤（2）；

（2）冲击判断：主控制器对其所接收的反馈信号进行判断，当反馈信号符合预存的判据时，则进入步骤（3）；如果不符合预存的判据时，则继续执行步骤（1）；

（3）切换档位：主控制器根据即时用户设置的工作档位改为使用对应该工作档位的PWM信号驱动电子开关进而驱动电机，直至扳机开关切断电源。

第一种方案相当于无论用户设定什么档位，主控制器均以大于或等于一般的PWM信号的高效信号去驱动电子开关，获得一个相对高的转速以提高效率。

在第一种方案中，作为一种特例，高效信号的占空比等于最高档驱动信号。如果在此情况下即时正处于最高档驱动信号所对应的工作档位，则动态控制在所述步骤（1）中不再进行反馈信号检测，而是一直以最高档驱动信号进行驱动直至扳机开关切断电源。

在第二种方案中，本发明的方法包括：预设定和动态控制，预设定包括如下内容：设定多个工作档位，用户能通过操作档位装置设定的工作档位，并且主控制器能通过的档位装置识别用户设定的工作档位，工作档位分为一个以上的一般工作档位和一个对应最高占空比驱动的最高工作档位，每一个一般工作档位具有一个高效PWM信号和一个工作PWM信号，高效PWM信号的占空比大于属于同一工作档位的工作PWM信号，最高工作档位具有一个最高PWM信号和一个最高工作PWM信号，最高PWM信号大于或等于最高工作PWM信号；高效 PWM信号、工作PWM信号、最高PWM信号和最高工作PWM信号均被主控制器用来驱动电子开关，电子开关用于驱动电机转动，扳机开关控制接入至电机的电流大小，主控制器预存有用于判断何时结束高效驱动的判据；动态控制在扳机开关为电机通电后包括如下步骤：

（a）高效驱动：主控制器识别用户所设定的工作档位并以工作档位的高效PWM信号或最高PMW信号驱动电子开关；同时主控制器进入反馈信号检测状态，反馈装置对构成触发的实际物理量进行采集并将它们转化为主控制器能接收和处理的反馈信号，然后进入步骤（b）；

（b）冲击判断：主控制器对其所接收的反馈信号进行判断，当反馈信号符合预存的判据时，则进入步骤（c）；如果不符合预存的判据时，则继续执行步骤（a）；

（c）切换档位：主控制器根据即时用户设置的工作档位使用对应该工作档位的工作PWM信号或最高工作PWM信号驱动电子开关进而驱动电机，直至扳机开关切断电源。

第二种方案相当于为每个档位设置一个对应的用于提高效率的PWM信号和一个能提供适用扭力的PWM信号，这样好处在于，切换时冲击小且所用时间更短，响应及时。

同样，对于工作档位中的最高工作档位，在一般情况下，其与其他一般工作档位是一样的，但是作为一个特例，在最高工作档位的最高工作PWM信号的占空比与最高PWM信号的占空比相同的情况下，对应处于最高工作档位时主控制器仅以最高PWM信号驱动电子开关直至扳机开关切断电源而不再进行所述的动态控制。也就是说不采用动态控制来降低占空比了。

特别地，作为反馈装置的具体方案，第一种方案和第二种方案是相一致的，均可以以采集电流、声音和距离的方式作为反馈信号。

我们以第一种方案为例进行说明。

在步骤（1）中反馈装置为电流检测设备采集电机中的电流值形成反馈信号，在步骤（2）中主控制器对电流值即时进行微分处理，当即时微分值满足主控制器中预存的判据时，则进入步骤（3）。

或者，在步骤（1）中反馈装置为声音收集设备其采集传动机构发出的冲击噪音形成反馈信号，在步骤（2）中主控制器对冲击噪音发生的次数或音量进行判断，当次数积累超出主控制器中预存的作为判据的次数时，则进入步骤（3）；或者当即时音量超过主控制器中预存的作为判据的音量数时，则进入步骤（3）。

或者，在步骤（1）中反馈装置为测距装置其采集电动工具与工件之间的即时距离形成反馈信号，在步骤（2）中主控制器对即时距离进行判断，当即时距离小于主控制器中预存的作为判据的距离时，则进入步骤（3）。

本发明的控制方法可以更好地提高工作效率效率，满足用户在工作初期希望以较高转速驱动固定件的需求；而在扭力控制阶段，本发明的方法能自动使用合适的扭力去驱动固定件钉，以更好地达到用户使用要求，使用户获得良好的使用体验。

附图说明

图1是现有的冲击类紧固工具不同档位的转速随着时间的变化的对应关系图；

图2是现有的冲击类紧固工具电机电流与时间的对应关系图；

图3是本发明的转速控制方法中动态控制的逻辑框图；

图4是采用本发明的第一种方案的实施例中转速随着时间的变化的对应关系图；

图5是采用本发明的第二种方案的实施例中转速随着时间的变化的对应关系图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

请参阅图3和图4，动态控制在扳机开关为电机通电后包括如下步骤：

作为第一种方案的优选方案，如果高效信号的占空比等于最高档驱动信号，并且即时正处于最高档驱动信号所对应的的工作档位，则动态控制在所述步骤（1）中不再进行反馈信号检测，而是一直以最高档驱动信号进行驱动直至扳机开关切断电源。

请参阅图5，在第二种方案中，本发明的方法包括：预设定和动态控制，预设定包括如下内容：设定多个工作档位，用户能通过操作档位装置设定的工作档位，并且主控制器能通过的档位装置识别用户设定的工作档位，工作档位分为一个以上的一般工作档位和一个对应最高占空比驱动的最高工作档位，每一个一般工作档位具有一个高效PWM信号和一个工作PWM信号，高效PWM信号的占空比大于属于同一工作档位的工作PWM信号，最高工作档位具有一个最高PWM信号和一个最高工作PWM信号，最高PWM信号大于或等于最高工作PWM信号；高效 PWM信号、工作PWM信号、最高PWM信号和最高工作PWM信号均被主控制器用来驱动电子开关，电子开关用于驱动电机转动，扳机开关控制接入至电机的电流大小，主控制器预存有用于判断何时结束高效驱动的判据；动态控制在扳机开关为电机通电后包括如下步骤：

作为第二种方案的优选方案，在最高工作档位的最高工作PWM信号的占空比与最高PWM信号的占空比相同的情况下，对应处于最高工作档位时主控制器仅以最高PWM信号驱动电子开关直至扳机开关切断电源而不再进行所述的动态控制。

作为第一种方案和第二种方案所共同的优选方案，工作档位按照扭力可以分为高、中、低三档。

作为第一种方案和第二种方案所共同的优选方案，主控制器设定一个最大工作时长或一个最大冲击次数，在其判断进入冲击阶段，即反馈信号满足判据后，主控制器开始计时或计数，一旦到达工作时长或最大冲击次数，主控制器控制扳机开关切断电源。

扳机开关切断电源包括两种情况，一种是使用者根据判断，松开扳机开关从而切断电源，但是这依赖于使用者的经验，为了防止没有经验的使用者过度操作，所以采用最大工作时长或最大冲击次数这样的方法来解决这样的问题。

作为第一种方案和第二种方案所共同的优选方案，反馈装置为电流检测设备采集电机中的电流值形成反馈信号，主控制器在检测状态下对电流值即时进行微分处理，并对微分值是否满足主控制器中预存的判据进行判断。

本发明的动态控制在进行冲击判断之前，都是以一个占空比驱动电机转动，这与现有的冲击类紧固工具电机的工作模式是一样的，详细说明本发明利用微分值进行判断的具体方法。

如图2所示的电流值曲线，对其进行微分处理，能够得到各点的斜率。

如图2所示，我们无法直接通过电流值判断是否进入冲击阶段，因为进入冲击阶段时的电流值在之前的过程中出现过。但是斜率不同，在进入冲击阶段时该点的斜率是可以区别于之前的斜率的，并且根据冲击的特性，这个斜率或与之相近的斜率会反复出现，这能使我们的判断更加准确。

由于是动态控制的过程，我们不可能得到完整的电流曲线微分后再判断，我们可以采用如下的方法：

假设待拟合的电流曲线以一元一次方程：Y=KX+b，其中Y代表电流，X代表时间，K即为斜率，在X1时间点采集到电流值Y1，在X2时间点采集到电流值Y2，可得K=(Y2-Y1)/(X2-X1)，当然实际上电流曲线并不是直线，但是如果采样的时间间隔足够小，频率足够高，我们可以认为按照这样方法能够获得足以反映真实情况的即时斜率。

这里具体可以采用如下的判据：以微分值正负波动次数也就是电流值与时间函数的出现拐点的数目作为判据，比如6次，当微分值正负波动超过6后我们即认为满足判据，认为已经进入冲击阶段；或者给出一定的斜率值范围，满足这个范围的斜率一旦出现一定次数则被认为满足判据。

同样，作为第一种方案和第二种方案所共同的优选方案，反馈装置为声音收集设备其采集传动机构发出的冲击噪音形成反馈信号，主控制器对冲击噪音发生的次数或音量进行判断，当次数积累超出主控制器中预存的作为判据的次数时，判断为满足判据，或者即时音量超过主控制器中预存的作为判据的音量值时，判断为满足判据，或者需要同时满足音量值和次数才认为满足判据。

同样，作为第一种方案和第二种方案所共同的优选方案，反馈装置为测距装置其采集电动工具与工件之间的即时距离形成反馈信号，主控制器对即时距离进行判断，当即时距离小于主控制器中预存的作为判据的距离时，则认为判据被满足。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，包括：预设定和动态控制，预设定包括如下内容：设定多个工作档位，用户能通过操作档位装置设定的工作档位，并且主控制器能通过的档位装置识别用户设定的工作档位，每一个工作档位均具有与它们对应的PWM信号，不同的PWM信号具有不同的占空比，占空比最大的一个PWM信号为最高档驱动信号，PWM信号用于驱动电子开关，电子开关用于驱动电机转动，扳机开关控制接入至电机的电流大小，主控制器预存有用于判断何时结束高效驱动的判据；动态控制在扳机开关为电机通电后包括如下步骤：

2.根据权利要求1的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，如果高效信号的占空比等于最高档驱动信号，并且即时正处于最高档驱动信号所对应的工作档位，则动态控制在所述步骤（1）中不再进行反馈信号检测，而是一直以最高档驱动信号进行驱动直至扳机开关切断电源。

3.根据权利要求1所述的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在步骤（1）中反馈装置为电流检测设备采集电机中的电流值形成反馈信号，在步骤（2）中主控制器对电流值即时进行微分处理，当即时微分值满足主控制器中预存的判据时，则进入步骤（3）。

4.根据权利要求1所述的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在步骤（1）中反馈装置为声音收集设备其采集传动机构发出的冲击噪音形成反馈信号，在步骤（2）中主控制器对冲击噪音发生的次数或音量进行判断，当次数积累超出主控制器中预存的作为判据的次数时，则进入步骤（3）；或者当即时音量超过主控制器中预存的作为判据的音量数时，则进入步骤（3）。

5.根据权利要求1所述的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在步骤（1）中反馈装置为测距装置其采集电动工具与工件之间的即时距离形成反馈信号，在步骤（2）中主控制器对即时距离进行判断，当即时距离小于主控制器中预存的作为判据的距离时，则进入步骤（3）。

6.冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，包括：预设定和动态控制，预设定包括如下内容：设定多个工作档位，用户能通过操作档位装置设定的工作档位，并且主控制器能通过的档位装置识别用户设定的工作档位，工作档位分为一个以上的一般工作档位和一个对应最高占空比驱动的最高工作档位，每一个一般工作档位具有一个高效PWM信号和一个工作PWM信号，高效PWM信号的占空比大于属于同一工作档位的工作PWM信号，最高工作档位具有一个最高PWM信号和一个最高工作PWM信号，最高PWM信号大于或等于最高工作PWM信号；高效 PWM信号、工作PWM信号、最高PWM信号和最高工作PWM信号均被主控制器用来驱动电子开关，电子开关用于驱动电机转动，扳机开关控制接入至电机的电流大小，主控制器预存有用于判断何时结束高效驱动的判据；动态控制在扳机开关为电机通电后包括如下步骤：

7.根据权利要求6的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在最高工作档位的最高工作PWM信号的占空比与最高PWM信号的占空比相同的情况下，对应处于最高工作档位时主控制器仅以最高PWM信号驱动电子开关直至扳机开关切断电源而不再进行所述的动态控制。

8.根据权利要求6的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在步骤（a）中反馈装置为电流检测设备采集电机中的电流值形成反馈信号，在步骤（b）中主控制器对电流值即时进行微分处理，当即时微分值满足主控制器中预存的判据时，则进入步骤（c）。

9.根据权利要求6所述的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在步骤（a）中反馈装置为声音收集设备其采集传动机构发出的冲击噪音形成反馈信号，在步骤（b）中主控制器对冲击噪音发生的次数或音量进行判断，当次数积累超出主控制器中预存的作为判据的次数时，则进入步骤（c）；或者当即时音量超过主控制器中预存的作为判据的音量数时，则进入步骤（c）。

10.根据权利要求6所述的冲击类紧固工具转速控制方法，其特征在于，在步骤（a）中反馈装置为测距装置其采集电动工具与工件之间的即时距离形成反馈信号，在步骤（b）中主控制器对即时距离进行判断，当即时距离小于主控制器中预存的作为判据的距离时，则进入步骤（c）。