CN108367416B - 用于脉冲扳手旋转检测的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与通过动力扳手的脉冲单元(12)和动力扳手壳体(10)之间的角度测量确定的角度位移之间的偏差的方法，其中，将第一传递脉冲(A)和随后的第二传递脉冲(B)的终点(AE,BE)之间的角度间隔(Δφ1)，与第二传递脉冲和随后的第三传递脉冲(B,C)的起点(BS,CS)之间的角度间隔(Δφ2)进行比较，从而根据这两个角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间的差值能够检测动力扳手壳体(10)在脉冲传递期间发生的角度位移。

Description

用于脉冲扳手旋转检测的方法及装置
技术领域
本发明涉及这样一种方法和装置：检测由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的旋转移动与在动力扳手壳体和动力扳手的脉冲单元之间测量的角度位移之间出现的偏差。
背景技术
由于所传送的短暂扭矩脉冲的动态特性，在这种类型的动力扳手中测量实际传送的输出扭矩幅度存在问题。由于螺纹接头中存在变化的摩擦阻力，因此扭矩水平不是实际获得的紧固力的确切测量值。因此，不是试图确定施加在螺纹接头上的扭矩，而是通过测量以及设定通过反复的扭矩脉冲施加在螺纹接头上的旋转增量总和来确定更可靠的紧固力。鉴于实际的螺纹接头的预先设定的角度与紧固力关系，即螺纹接头螺纹的螺距，旋转增量总和与螺纹接头中获得的某个紧固力相对应。因此，通过汇总旋转增量而获得的输出轴的总旋转移动可以通过设置在动力扳手的脉冲单元处的角度编码器指示。
实际上，这已经通过测量脉冲单元的惯性驱动构件相对于动力扳手壳体的旋转增量并形成这些增量的总和来完成。但是，只有在拧紧操作期间动力扳手壳体保持完全不动的情况下，这样才能给出拧紧的螺纹接头上施加的旋转量的正确信息。然而，如果动力扳手壳体发生一些旋转位移，则动力扳手脉冲单元的角度测量结果会产生误导，并且不对应于实际获得的螺纹接头的旋转移动。这意味着，脉冲单元中测量的旋转增量的总和给出了在螺纹接头中实际获得的拧紧水平的误导信息。
由于这种类型的手动支持工具取决于操作员在扭矩传递期间保持扳手壳体不动的能力，因此验证施加在螺纹接头上的真实旋转量存在问题。在某些情况下，由于在扭矩传递过程中传输给扳手壳体的反作用力，脉冲扳手可能倾向于沿相反方向略微旋转。在其它情况下，操作员可能会沿拧紧方向有意或无意地旋转扳手壳体，这也使得由扳手的角度编码器指示的旋转增量关于施加在拧紧的螺纹接头上的实际旋转移动产生误导。
这意味着，在操作员未能成功保持动力扳手壳体不动的情况下，即为了防止在拧紧期间壳体发生旋转位移，从脉冲装置的角度编码器获得的数据将不会给出关于所获得的螺纹接头旋转的真实信息，因此不会给出关于螺纹接头的拧紧水平的真实信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于设定实际施加在由手动支持的脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头上的旋转移动是否对应于由设置在扳手的脉冲单元处的角度编码器指示的扳手的输出轴的旋转增量的总和的方法。
本发明的另一个目的是提供一种通过比较脉冲单元相对于扳手壳体在连续脉冲传递下的角度位移来设定实际施加在由手动支持的脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头上的旋转移动是否对应于在脉冲单元处指示的扳手的输出轴的旋转增量的总和的方法。
这些目的或其它一些目的通过如所附权利要求中所述的方法和装置来获得。
本发明旨在检测实际施加在拧紧的螺纹接头上的旋转移动和在动力扳手的脉冲发生单元上测量到的角度位移之间的偏差，从而检测螺纹接头拧紧操作期间动力扳手壳体所发生的旋转位移。具体地，本发明能够研究和分析脉冲扳手在操作期间扭矩脉冲发生单元的个别移动，从而验证通过传递的扭矩脉冲实现的拧紧结果。可以对个别移动进行研究和分析以确定偏差，而无需使用陀螺仪。
根据一个实施方案，提供了一种用于检测由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与在动力扳手壳体和动力扳手的脉冲单元之间测量到的角度位移之间的偏差的方法。该方法包括确定第一传递脉冲的终点与随后的第二传递脉冲的终点之间的第一角度间隔，确定所述第二传递脉冲的起点与随后的第三传递脉冲的起点之间的第二角度间隔。将所述第一角度间隔与所述第二角度间隔进行比较，以确定所述第一角度间隔和所述第二角度间隔之间的差值。然后，根据所述第一角度间隔ΔΦ1和所述第二角度间隔ΔΦ2之间的确定的差值，确定由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与在动力扳手壳体和动力扳手的脉冲单元之间测量到的角度位移之间存在偏差。因此，测量的角度旋转与由动力扳手在拧紧接头期间的旋转移动引起的螺纹、螺母或螺栓的实际角度旋转的偏差可以通过检测第一角度间隔与第二角度间隔之间的差值而进行检测。这些测量值可以被记录，而无需使用任何附加的传感器，如陀螺仪，因此可以实施检测而不会明显增加成本。
根据一个实施方案，连续的传递扭矩脉冲的所述终点和所述起点根据动力扳手的脉冲单元的特定旋转速度变化水平而选择。
根据一个实施方案，基于所述第一角度间隔和所述第二角度间隔之间确定的差值与预定的阈值之间的比较来确定存在偏差。
根据一个实施方案，当确定在第一角度间隔和第二角度间隔之间存在偏差时，输出警告信号。
本发明还延伸至包含实施所述方法的指令的计算机程序产品，并且延伸至可以利用所述方法的不同的装置，诸如动力扳手或连接至动力扳手并控制动力扳手的控制单元。本发明的其它目的和优点将通过以下的说明书和权利要求书而变得显而易见。
附图说明
将参考附图在以下的说明书和权利要求书中更详细地对本发明进行描述，在附图中：
图1示意性地显示了脉冲式动力扳手的局部剖视的侧视图，该脉冲式动力扳手示出了具有角度编码器的脉冲发生单元，
图2示出了显示动力扳手脉冲发生单元的惯性驱动构件相对于动力扳手壳体的角速度随着时间变化的示意图，以及
图3为示出了检测角度偏差时执行的一些程序步骤的流程图。
具体实施方式
根据本发明的方法旨在应用于具有手动支持壳体10的脉冲式动力扳手，该手动支持壳体10具有旋转电机和脉冲发生单元12。脉冲发生单元12包括惯性驱动构件13，该惯性驱动构件13联接至电机并且设置为将动能间歇传输至砧座构件，所述砧座构件连接至典型手持式动力扳手的输出轴14。能量传输通过限制在脉冲发生单元中的液压介质来实现。由于脉冲发生单元是公知的类型和设计，因此该说明书中省略了对其的进一步详细说明。
脉冲发生单元还包括角度传感器(诸如角度编码器16)，以用于在每个产生的扭矩脉冲期间指示和测量脉冲单元12的惯性驱动构件13相对于壳体10的旋转移动，从而能够测量输出轴14的旋转位移，因此能够测量拧紧的螺纹接头的逐步角度位移。这些角度位移的总和对应于在螺纹接头中获得的紧固力。考虑到螺纹接头的螺距，这很容易计算。在图1中示出的根据实施方案的角度编码器16是现有技术类型的角度编码器，其包括环形带17，该环形带17安装在惯性驱动构件13上并且具有大量的磁性横向条带。其它的角度传感器可以用于其它的实施方案。传感器18固定在壳体10中，并且在惯性驱动构件13的旋转下被带17的磁性条带激活。
图2的旋转速度/时间示意图示出了三个连续的扭矩脉冲的部分，其中，示出了三个脉冲的起点和终点。在图的左侧，根据惯性驱动构件相对于壳体的一定程度的旋转速度增加量选择第一脉冲A的终点AE。下一脉冲B之前是惯性驱动构件的加速阶段X，脉冲B的起点BS根据惯性驱动构件旋转速度的减小量来选择。脉冲B在终点BE处结束，之后是第三脉冲C(第三脉冲C之前是加速阶段Y)。该脉冲C从起点CS开始。
点AS、AE，BS、BE以及CS、CE的每一个都表示惯性驱动构件13相对于壳体10的角度位置，这意味着能够确定脉冲A的终点AE与脉冲B的终点BE之间的角度间隔Δφ1，以及脉冲B的起点BS与脉冲C的起点CS之间的角度间隔Δφ2。
如果动力扳手壳体在脉冲传递期间保持完全不动，则在扭矩脉冲A、B和C的产生期间，角度间隔Δφ1和Δφ2应当相等。相应地，如果动力扳手壳体在脉冲传递期间发生了角度位移，则可以观察到角度间隔Δφ1和Δφ2之间的差值。这种角度位移的差值表示动力扳手壳体发生了移动，并且所测量以及所计算的惯性驱动构件的角度位移的总和不真正对应于实际施加在拧紧的螺纹接头上的角度位移。这意味着，螺纹接头所实现的紧固力或拧紧水平不真正对应于所显示的以及所计算的脉冲单元的惯性驱动构件的角度位移的总和，还意味着，应当检查实际获得的拧紧水平以用于确定螺纹接头的质量和安全性。根据一些实施方案，在动力扳手上或操作动力扳手的操作员附近设置有诸如灯或发声装置的指示器，以指示应当检查螺纹接头。
图3为示出了当执行如本文所述的方法时能够通过计算机程序执行的一些程序步骤的流程图。首先，在步骤301，确定第一传递脉冲A的终点AE与随后的第二传递脉冲B的终点BE之间的第一角度间隔Δφ1。
然后，在步骤303确定所述第二传递脉冲B的起点BS与随后的第三传递脉冲C的起点CS之间的第二角度间隔Δφ2。接着，在步骤305，将第一角度间隔Δφ1与第二角度间隔Δφ2进行比较，以确定所述第一角度间隔与所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间的差值。所述第一角度间隔与所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间出现的差值表示在动力扳手壳体(10)和脉冲单元(12)之间测量到的角度位移与实际施加在拧紧的螺纹接头上的角度位移之间的偏差。如果在步骤305中确定出在第一角度间隔Δφ1与第二角度间隔Δφ2之间存在差值，则在步骤307中确定出在动力扳手壳体10和脉冲单元12之间测量到的角度位移与实际施加在拧紧的螺纹接头上的角度位移之间存在偏差。然后在步骤309中，可以输出警告操作员或者控制系统的信号，以使动力扳手的操作员知道可能劣质的螺纹接头。
根据一个示例性实施方案，在步骤307确定是否存在超过预定阈值的差值。该预定阈值可以对于不同的螺纹接头差别地设置，以补偿对于不同的螺纹接头可接受的不同公差。
根据一些实施方案，与确定的可能劣质的螺纹接头有关的数据也可以被记录以用于后续目的，并且形成关于特定动力扳手或特定操作员的统计基础，以确定特定的动力扳手或特定的操作员是否存在问题。这可以例如通过将确定可能劣质的螺纹接头的频率与一些预定值进行比较来确定。记录的数据例如可以包括以下一个或更多个：时间、动力扳手的识别码、操作员的身份以及确定的差值的大小。
通过根据本发明的方法和装置，可以检测施加在拧紧的螺纹接头上的传递的拧紧移动的不确定因素，因此可以检测最终获得的螺纹接头的拧紧水平，而无需对动力扳手增加例如陀螺仪形式的任何额外的设备。动力扳手壳体在脉冲传递期间发生的角度位移可以通过脉冲单元中的诸如角度编码器的角度传感器进行检测，该角度编码器是现今大多数脉冲扳手中的标准设备。
该方法可以利用在计算机上执行的适当的软件来实施。该软件可以存储在非易失性器件上。根据一些实施方案，动力扳手其本身包含硬件，如中央处理单元和相关的存储器，该存储器包含能够执行本文所述方法的软件。根据一些其它的实施方案，该方法在远离动力扳手的动力工具控制器中执行。

Claims (8)

1.一种用于检测由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与在动力扳手壳体(10)和动力扳手的脉冲单元(12)之间测量到的角度位移之间的偏差的方法，
其特征在于以下步骤：
·确定(301)第一传递脉冲(A)的终点(AE)与随后的第二传递脉冲(B)的终点(BE)之间的第一角度间隔(Δφ1)，
·确定(303)所述第二传递脉冲(B)的起点(BS)与随后的第三传递脉冲(C)的起点(CS)之间的第二角度间隔(Δφ2)，
·将所述第一角度间隔(Δφ1)与所述第二角度间隔(Δφ2)进行比较(305)，以确定所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间的差值，
·基于所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间确定的差值，确定(307)由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与在动力扳手壳体(10)和动力扳手的脉冲单元(12)之间测量到的角度位移之间存在偏差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，连续的传递扭矩脉冲(A,B,C)的所述终点和所述起点(AE,BE和BS,CS)根据动力扳手的脉冲单元的特定旋转速度变化水平而选择。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间确定的差值与预定的阈值之间的比较来确定存在偏差。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，当确定在第一角度间隔Δφ1和第二角度间隔Δφ2之间存在偏差时，输出(309)警告信号。
5.一种计算机程序产品，其包括非易失性计算机可读介质，该非易失性计算机可读介质存储用于检测由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与在动力扳手壳体(10)和动力扳手的脉冲单元(12)之间测量到的角度位移之间的偏差的计算机指令，该计算机程序产品包含当在计算机上运行时使计算机能够执行以下步骤的指令：
·确定(301)第一传递脉冲(A)的终点(AE)与随后的第二传递脉冲(B)的终点(BE)之间的第一角度间隔(Δφ1)，
·确定(303)所述第二传递脉冲(B)的起点(BS)与随后的第三传递脉冲(C)的起点(CS)之间的第二角度间隔(Δφ2)，
·将所述第一角度间隔(Δφ1)与所述第二角度间隔(Δφ2)进行比较(305)，以确定所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间的差值，
·根据所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间确定的差值，确定(307)在第一角度间隔Δφ1和第二角度间隔Δφ2之间存在偏差。
6.一种用于检测由脉冲式动力扳手拧紧的螺纹接头中实际获得的角度位移与在动力扳手壳体(10)和动力扳手的脉冲单元(12)之间测量到的角度位移之间的偏差的装置，
其特征在于：
·适用于确定第一传递脉冲(A)的终点(AE)与随后的第二传递脉冲(B)的终点(BE)之间的第一角度间隔(Δφ1)的确定电路，
·适用于确定所述第二传递脉冲(B)的起点(BS)与随后的第三传递脉冲(C)的起点(CS)之间的第二角度间隔(Δφ2)的确定电路，
·比较器，其适用于将所述第一角度间隔(Δφ1)与所述第二角度间隔(Δφ2)进行比较，以确定所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间的差值，以及
·适用于根据所述第一角度间隔和所述第二角度间隔(Δφ1与Δφ2)之间确定的差值，确定在第一角度间隔Δφ1和第二角度间隔Δφ2之间存在偏差的确定电路。
7.一种动力扳手，其包括根据权利要求6所述的装置。
8.一种动力扳手控制单元，其包括根据权利要求6所述的装置。
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