CN105234897A - 无线遥控智能螺栓紧固器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线遥控智能螺栓紧固器，包括手持控制接收器和操作端；操作端包括：扭矩扳手、电机、微处理器、RFID射频单元、扭矩传感器、角度传感器、光电编码器、扭矩数据采集电路、无线传输单元；电机、RFID射频单元、扭矩数据采集电路、光电编码器、无线传输单元均与微处理器连接；手持控制接收器，可预设扭矩值，无线启动扭矩扳手工作，实时接收并显示扭矩值和角度值信息，播放音频提醒操作结束。使用者在手持控制接收器可以对扭矩扳手进行控制，预设扭矩值，实时得到扭矩扳手实际操作时的扭矩值和角度值信息，扭矩扳手达到预设扭矩值时自动停止工作；可以减少由螺栓紧固不合格而引发的安全问题，同时提高操作人员的工作效率。

Description

无线遥控智能螺栓紧固器
技术领域
本发明涉及一种无线遥控智能螺栓紧固器。
背景技术
在电力生产中，对跳线引流板等导线侧金具螺栓的紧固和紧固情况的检测需要通过笨重的专用工具，致使作业人员劳动强度大、效率低，作业危险性高；特别是等电位紧固引流设备的松动发热螺栓时，存在较高的安全风险。而且在一些场合，螺栓尤其是大型螺栓的紧固有严格要求，如果预紧力太小，作用在螺栓上的负载会很快使螺栓松动脱落，如果预紧力太大则会导致螺栓疲劳失效。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种无线遥控智能螺栓紧固器，可以在手持控制接收器预设扭矩值，无线控制扭矩扳手工作，实时监测扭矩扳手当前的操作信息。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：包括手持控制接收器和操作端；
操作端包括：扭矩扳手、电机、微处理器、RFID射频单元、扭矩传感器、角度传感器、光电编码器、扭矩数据采集电路、无线传输单元；电机、RFID射频单元、扭矩数据采集电路、光电编码器、无线传输单元均与微处理器连接；
扭矩扳手，包括扳手主体、夹头，夹头下端连接一工作套筒，通过电机驱动做正向或反向的旋转运动；
微处理器，容置于扳手主体内，远距离接收操作命令，控制扭矩扳手开始工作，达到预设扭矩后可自动停止工作；
RFID射频单元，安装在扳手主体上，以读取螺栓标签的方式获取长度信息和需要的扭矩值；
扭矩传感器，安装在扳手主体上，以感测的扭矩值大小，输出一感测扭矩信号；
角度传感器，以感测扭矩扳手的水平操作角度，并输出一角度感测信号；
光电编码器，实时监测扭矩扳手的转速；
扭矩数据采集电路，分别与微控制器、扭矩传感器、角度传感器连接，采集扭矩和角度信息并变换为微处理器可接收的信号；
无线传输单元，将微处理器处理过的扭矩值和角度值信息无线传输到手持控制接收器；
所述手持控制接收器，可预设扭矩值，无线启动扭矩扳手工作，实时接收并显示扭矩值和角度值信息，播放音频提醒操作结束。
工作套筒可以根据射频检测的不同螺栓型号进行更换。扭矩数据采集电路使用模拟数字转化器，为传感器提供完整的前端支持。
所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述手持控制接收器包括：微控制器、电源管理模块、无线传输模块、按键模块、显示模块、语音播放模块；所述电源管理模块、无线传输模块、按键模块、显示模块、语音播放模块均与微控制器连接；
电源管理模块，可对微控制器进行工作模式设定，能够使微处理器进入待机睡眠模式并快速唤醒；具备低功耗工作模式。
无线传输模块，可对操作端发出指令，并接受无线传输的扭矩值和角度值信息；
按键模块，可预设工作的扭矩值大小，传输操作命令，并在紧急情况时能够强行停止扭矩扳手的工作；
显示模块，可显示预设的扭矩值，并实时显示接收到的扭矩值和角度值信息，监测扭矩扳手的工作情况；显示模块可为液晶显示模块。
语音播放模块，在达到预设扭矩值时，驱动喇叭播放音频，提醒工作人员操作结束。
所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述扳手主体内设置有电机减速齿轮结构。
所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述操作端还包括电源管理模块，电源管理模块与微处理器连接，对微处理器进行工作模式设定，能够使微处理器进入待机睡眠模式并快速唤醒。
所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述RFID射频单元采用近距离接触式识别类无源RFID产品。
所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述扭矩传感器为四片箔式应变片连接成全桥方式。
所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述角度传感器为霍尔角度传感器。
上述的无线遥控智能螺栓紧固器，工作过程如下：
操作人员通过操作端RFID射频模块获取待操作螺栓的扭矩和长度信息；在手持控制接收器上通过按键模块预先设定需要的扭矩值后，按下启动按键，将开始工作命令无线发送到操作端；操作端接受命令后启动扭矩扳手开始工作；扭矩传感器和角度传感器开始工作，实时获取扭矩值和角度值信息，通过扭矩数据采集电路发送到微处理器；
操作端的无线传输模块将扭矩值和角度值信息无线传输到手持控制接收器；
手持控制接收器上的显示模块实时显示当前的扭矩值和角度值信息；
当达到预设扭矩值时，操作端自动停止工作，手持控制接收器语音播放模块播报语音，提醒操作人员工作结束；
手持控制接收器和操作端的电源管理模块可在无线遥控智能螺栓紧固器不工作时使其进入待机睡眠模式以降低功耗，并在开始工作时唤醒。
有益效果：本发明提供的无线遥控智能螺栓紧固器，使用者在手持控制接收器可以对扭矩扳手进行控制，预设扭矩值，实时得到扭矩扳手实际操作时的扭矩值和角度值信息，扭矩扳手达到预设扭矩值时自动停止工作。可以满足电力行业中大型螺栓紧固的严格要求，同时避免作业人员直接操作可能带来的安全问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明的手持控制接收器示意图；
图3是本发明的操作端示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，一种无线遥控智能螺栓紧固器，包括手持控制接收器和操作端两部分。手持控制接收器包括至少一低功耗微控制器，可连接射频单元、显示模块、按键模块和音频功放模块；至少一电源管理模块，可以对微控制器进行低功耗工作模式设定，能够使微处理器进入待机睡眠模式并快速唤醒；至少一无线传输模块，可以对操作端发出指令，并接受无线传输的扭矩值和角度值信息；如图2所示，按键模块，连接微控制器，可以预设工作的扭矩值大小，远距离传输操作命令，并在紧急情况时能够强行停止整个扭矩扳手的工作；至少一显示模块，连接微控制器，可以显示预设的扭矩值，并实时显示接收到的扭矩值和角度值信息，监测扭矩扳手的工作情况；至少一语音播放模块，连接微控制器，在达到预设扭矩值时，驱动喇叭播放音频，提醒工作人员操作结束。
如3所示，操作端包括：扭矩扳手，包括扳手主体1、夹头2，夹头下端连接一工作套筒3，通过电机驱动做正向或反向的旋转运动；至少一低功耗微处理器容置于扳手主体内，接收命令以控制扭矩扳手转动，达到预设扭矩值时自动停止扭矩扳手工作；至少一RFID射频单元，以读取螺栓的长度信息和需要的扭矩值；至少一扭矩传感器安装在扳手主体上，以感测输出的扭矩值大小；至少一角度传感器，以感测扭矩扳手的水平操作角度；光电编码器，实时监测扭矩扳手的转速；至少一扭矩数据采集电路，与微处理器和扭矩、角度传感器连接，采集扭矩和角度信息；至少一无线传输单元，输出扭矩值和角度值信息到手持控制接收器。
操作人员通过操作端RFID射频模块获取待操作螺栓的扭矩和长度信息。在手持控制接收器上通过按键模块预先设定需要的扭矩值后，按下启动按键，将开始工作命令无线发送到操作端。操作端接受命令后启动扭矩扳手开始工作。扭矩传感器和角度传感器开始工作，实时获取扭矩值和角度值信息，通过扭矩数据采集电路发送到微处理器。操作端的无线传输模块将扭矩值和角度值信息无线传输到手持控制接收器。手持控制接收器上的显示模块实时显示当前的扭矩值和角度值信息。当达到预设扭矩值时，操作端自动停止工作，手持控制接收器语音播放模块播报语音，提醒操作人员工作结束。手持控制接收器和操作端的电源管理模块可以在无线遥控智能螺栓紧固器不工作时使其进入待机睡眠模式以降低功耗，并在开始工作时将其快速唤醒。完成了无线遥控智能螺栓紧固器的低功耗工作模式。无线传输模式可以为无线射频模式、蓝牙模式、红外线模式、振幅位移键控模式或频移键控模式。
具体工作过程如下：当启动信息传达后，微处理器首先根据角度信息判别紧固器是否垂直于螺栓表面，若偏差大于10度（强行启动容易造成螺栓滑丝），则电机不启动，喇叭播放音频及显示模块显示“请垂直于螺栓”。紧固螺丝时，电机顺时针旋转，电机启动扭矩20N·m，并根据公式f=15+10*t/（d+5）进行递增（d为螺栓长度，mm）。运行5秒后，处理器首先读取转速，随后停止电机。若此时转速仍大于30转/秒，则喇叭播放音频及显示模块显示“螺栓滑丝”。若此时转速仍大于5转/秒同时小于30转/秒，则喇叭播放音频及显示模块显示“未完全紧固”。若此时转速仍小于5转/秒，则喇叭播放音频及显示模块显示“紧固成功”。拧松螺丝时，电机逆时针旋转，电机启动扭矩25N·m，并根据公式f=25-10*t/（d+5）进行递减（d为螺栓长度，mm）。运行5秒后，处理器首先读取转速，随后停止电机。若此时转速仍大于30转/秒，则喇叭播放音频及显示模块显示“拧松成功”。若此时转速仍大于5转/秒同时小于30转/秒，则喇叭播放音频及显示模块显示“未完全拧松”。若此时转速仍小于5转/秒，则喇叭播放音频及显示模块显示“螺栓锈蚀”。
当操作端进行工作时，若转速判断的结果为非正常状态（即没有紧固或者拧松成功），操作端的微控制器可以自动改变输出PWM波的占空比，以提高或降低电机驱动端mosfet的栅极占空比，以提高或降低电机输出的扭矩。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：包括手持控制接收器和操作端；
操作端包括：扭矩扳手、电机、微处理器、RFID射频单元、扭矩传感器、角度传感器、光电编码器、扭矩数据采集电路、无线传输单元；电机、RFID射频单元、扭矩数据采集电路、光电编码器、无线传输单元均与微处理器连接；
扭矩扳手，包括扳手主体、夹头，夹头下端连接一工作套筒，通过电机驱动做正向或反向的旋转运动；
微处理器，容置于扳手主体内，远距离接收操作命令，控制扭矩扳手开始工作，达到预设扭矩后可自动停止工作；
RFID射频单元，安装在扳手主体上，以读取螺栓标签的方式获取长度信息和需要的扭矩值；
扭矩传感器，安装在扳手主体上，以感测的扭矩值大小，输出一感测扭矩信号；
角度传感器，以感测扭矩扳手的水平操作角度，并输出一角度感测信号；
光电编码器，实时监测扭矩扳手的转速；
扭矩数据采集电路，分别与微控制器、扭矩传感器、角度传感器连接，采集扭矩和角度信息并变换为微处理器可接收的信号；
无线传输单元，将微处理器处理过的扭矩值和角度值信息无线传输到手持控制接收器；
所述手持控制接收器，可预设扭矩值，无线启动扭矩扳手工作，实时接收并显示扭矩值和角度值信息，播放音频提醒操作结束。
2.根据权利要求1所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述手持控制接收器包括：微控制器、电源管理模块、无线传输模块、按键模块、显示模块、语音播放模块；所述电源管理模块、无线传输模块、按键模块、显示模块、语音播放模块均与微控制器连接；
电源管理模块，可对微控制器进行工作模式设定，能够使微处理器进入待机睡眠模式并唤醒；
无线传输模块，可对操作端发出指令，并接受无线传输的扭矩值和角度值信息；
按键模块，可预设工作的扭矩值大小，传输操作命令，并在紧急情况时能够强行停止扭矩扳手的工作；
显示模块，可显示预设的扭矩值，并实时显示接收到的扭矩值和角度值信息，监测扭矩扳手的工作情况；
语音播放模块，在达到预设扭矩值时，驱动喇叭播放音频，提醒工作人员操作结束。
3.根据权利要求1所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述扳手主体内设置有电机减速齿轮结构。
4.根据权利要求1所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述操作端还包括电源管理模块，电源管理模块与微处理器连接，对微处理器进行工作模式设定，能够使微处理器进入待机睡眠模式并唤醒。
5.根据权利要求1所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述RFID射频单元采用接触式识别类无源RFID产品。
6.根据权利要求1所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述扭矩传感器为四片箔式应变片连接成全桥方式。
7.根据权利要求1所述的无线遥控智能螺栓紧固器，其特征在于：所述角度传感器为霍尔角度传感器。
8.根据权利要求1至7任一项所述的无线遥控智能螺栓紧固器的工作方法，包括以下步骤：
操作人员通过操作端RFID射频模块获取待操作螺栓的扭矩和长度信息；在手持控制接收器上通过按键模块预先设定需要的扭矩值后，按下启动按键，将开始工作命令无线发送到操作端；操作端接受命令后启动扭矩扳手开始工作；扭矩传感器和角度传感器开始工作，实时获取扭矩值和角度值信息，通过扭矩数据采集电路发送到微处理器；
操作端的无线传输模块将扭矩值和角度值信息无线传输到手持控制接收器；手持控制接收器上的显示模块实时显示当前的扭矩值和角度值信息；当达到预设扭矩值时，操作端自动停止工作，手持控制接收器语音播放模块播报语音，提醒操作人员工作结束；
手持控制接收器和操作端的电源管理模块可在无线遥控智能螺栓紧固器不工作时使其进入待机睡眠模式以降低功耗，并在开始工作时唤醒。
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