CN109290995A - 一种数显扳手、系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数显扳手、系统及使用方法，它解决了现有技术中扳手精度不高、充电不便、充电时间长的问题，具有能够更好地实现人机交互、扭矩精度高、能够进行无线充电且可实现拧紧角度检测以及扳手自身运行轨迹监控的效果；其技术方案为：包括扳手主体，扳手主体一端通过凸台结构与力臂传感器组件可拆卸连接，扳手主体另一端连接手柄，手柄内部装有起警示功能的震动马达组件；所述扳手主体内部安装有用于实现人机交互、显示信息的主控板组件，所述扳手主体配置无线充电模块。

Description

一种数显扳手、系统及使用方法

技术领域

本发明涉及智能装配技术领域，尤其涉及一种数显扳手、系统及使用方法。

背景技术

随着我国制造业产品质量的提高、智能装配产业的快速发展，制造业尤其是汽车、铁路、船舶等行业对于装配拧紧过程中的扭矩精度要求越来越高，特别是高精密设备、高强度部件对于扭矩要求非常精确，螺纹紧固件必须控制在设定的扭矩范围内进行装配，同时随着智能装配产业的发展，制造业对于扭矩扳手的需求也不仅仅局限于对于所拧紧固件扭矩精度的控制，更多的也要符合智能装配产业其他功能的需求。

目前扭矩扳手在应用量程范围内精度普遍达不到理想的要求；扳手整体属于受力结构，在不当操作或者跌落情况下，很容易发生内部元器件的损坏。对于扳手电池充电普遍采用更换电池或者扳手支座接插式充电方式，更换电池容易造成资源浪费且操作费时，接插式充电方式在扳手工业应用领域容易受到磨损导致后期扳手支座经常更换维修并带来不便；扳手设计针对复杂的生产现场不能满足操作员的理想操作性能。

目前装配作业过程中对于拧紧工位点对点、紧固件拧紧顺序要求较高，扳手并没有能实现对自身运行轨迹监控的功能，同时不能实现拧紧工艺位置警示功能；另外，目前扳手精度越高，其造价成本也随之增加。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种数显扳手，其具有能够更好地实现人机交互、扭矩精度高、能够进行无线充电且可实现拧紧角度检测以及扳手自身运行轨迹监控的效果。

一种数显扳手，包括扳手主体，扳手主体一端通过凸台结构与力臂传感器组件可拆卸连接，扳手主体另一端连接手柄，手柄内部装有起警示功能的震动马达组件；所述扳手主体内部安装有用于实现人机交互、显示信息的主控板组件以及调理板、通讯与充电板；所述通讯与充电板配置无线充电模块。

进一步的，所述力臂传感器组件包括扳手延长杆和设于扳手延长杆内部的扭矩传感器；

所述扳手延长杆端部具有凸台，扳手主体端部具有与所述凸台相配合的凹槽。

进一步的，所述凸台与凹槽紧密贴合且通过紧固件I连接。

进一步的，所述震动马达组件包括震动马达、安装套，所述震动马达通过套设于其外侧起夹紧作用的安装套与手柄固定。

进一步的，所述主控板组件包括主控板及其安装板，所述主控板具有角度模块、驱动模块、存储模块和显示模块。

进一步的，所述主控板、调理板、通讯与充电板与扳手主体间均受力隔离；

调理板与主控板之间通过接插件和紧固件II连接，主控板与调理板之间通过橡胶垫配合扳手主体的受力隔离实现防震。

进一步的，所述手柄与扳手主体的连接端设有起警示功能的环状灯，所述扳手主体安装蜂鸣器；所述手柄内部安装锂电池，手柄外侧设有手柄套。

本发明还提供了一种数显扳手系统，其具有极大地简化扭矩扳手使用过程中的复杂性、充电方便的效果。

一种数显扳手系统，包括无线充电支座和所述的数显扳手，所述无线充电支座包括支撑于数显扳手两端的第一支撑块、第二支撑块；

所述无线充电支座具有线圈安装盒，所述线圈安装盒内部具有与数显扳手中无线充电模块相配合的无线充电发射端线圈，以实现对锂电池充电。

进一步的，所述第一支撑块、第二支撑块安装于充电底座的上部，充电底座一侧具有充电插座；

所述线圈安装盒表面具有贴膜，充电底座配置指示灯。

一种数显扳手系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)通过驱动模块对数显扳手进行参数配置，并设置扳手拧紧过程中扳手所处的初始位置、中间各点位置和终止位置；

(2)数显扳手的力臂传感器组件与待拧紧件配合，拧紧过程中扭矩通过扭矩传感器传递至调理板，主控板对调理板进行数据采集与处理，检测数显扳手当前扭矩值；通过角度模块结合主控板的数据处理实现拧紧过程中拧紧角度监控，且通过角度模块监测扳手自身三轴坐标系与扳手加速度，实现对扳手运动轨迹及其位置的检测，并通过显示模块显示拧紧过程中的扭矩值与角度值；

(3)当数显扳手达到目标扭矩区间范围内，且扳手在设定拧紧位置，环状灯的绿灯闪烁，震动马达与蜂鸣器同时报警提示合格；

当发生超出拧紧扭矩、角度范围或者扳手不在拧紧过程中设定位置的任意一项，环状灯红灯闪烁，同时报警提示，每一次拧紧过程将数据存储到扳手存储模块中，同时通过无线通信模块传输至上位机；

(4)数显扳手完成对各待拧紧件的拧紧操作后，放置于无线充电支座上进行无线充电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的数显扳手通过无线通信模块、MICROUSB驱动模块实现与上位机通讯，保证了扳手可无线操作、拧紧数据传输无丢失、参数配置方便；通过存储模块可实现扳手拧紧数据存储，实现扳手远距离操作断线后重连并传输拧紧数据，拓展扳手使用空间；

(2)本发明通过环状灯、震动马达、蜂鸣器可实现非常好的视觉、触觉、听觉警示功能，对于复杂的生产现场，操作员可以非常清晰地感知紧固件拧紧过程中扳手的警示效果；

(3)本发明的无线充电模块采用合理的锂电池充电与监控方式，提高了充电效率与锂电池使用寿命，实现了扳手优良的无线充电方式，同步地提高了扳手的应用效率；

(4)本发明通过主控板、调理板、通讯与充电板的受力隔离安装方式，使扳手具有一定的抗摔、防震能力；通过MCU对角度模块信号的采集处理能够实现扳手拧紧角度检测、运行轨迹监控，从而满足对拧紧现场监控警示功能的需求；

(5)本发明采用力臂传感器组件与扳手主体紧密安装的结构方式，能够降低安装误差、提高扳手扭矩精度，并缩减扳手成本；本发明数显扳手极大地降低了扳手使用复杂度，提高了生产工作效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的主视图；

图2为图1的A-A方向剖视图；

图3为图2的B向视图；

图4为图2中的局部视图I；

图5为图2中的局部视图II；

图6为图2中的局部视图III；

图7为本发明的数显扳手无线充电结构示意图；

图8为本发明的无线充电支座俯视图；

图9为图8的C-C方向剖视图；

图中，1-扳手主体，2-扳手延长杆，3-扭矩传感器，4-主控板组件，401-主控板，402-安装板；

5-调理板，6-通讯与充电板，7-后盖，8-手柄，9-环状灯，10-震动马达组件，1001-震动马达，1002-安装套，1003-紧固件III；

11-锂电池，12-手柄套；13-无线充电支座，1301-充电底座，1302-第一支撑块，1303-线圈安装盒、1304-无线充电发射端线圈，1305-贴膜，1306-无线充电发射端电路板，1307-第二支撑块，1308-第二端盖，1309-充电插座，1310-指示灯，1311-第一端盖，14-过音孔，15-凸台，16-紧固件I，17-MICROUSB母座，18-插接件，19-紧固件II。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在扳手精度不高、充电不便、充电时间长的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种数显扳手、系统及使用方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提供了一种数显扳手，包括扳手主体1、力臂传感器组件、手柄8，扳手主体1一端与力臂传感器组件可拆卸连接，扳手主体1另一端连接手柄8。

扳手主体1内部具有腔体，腔体内安装主控板组件4、调理板5、通讯与充电板6、蜂鸣器。

所述主控板组件4包括主控板401和安装板402，主控板401的主芯片采用意法半导体32位MCU，主控板401具有角度模块、MICROUSB驱动模块、存储模块、显示模块。

通过主控板401的角度模块(主要由陀螺仪及地磁传感器组成)可实现拧紧过程中拧紧角度的监控，且通过角度模块监测扳手自身三轴坐标系与扳手加速度，能够实现对扳手运动轨迹的检测。

在一些实施方式中，所述主控板401的显示模块采用液晶显示器，液晶显示器安装于扳手主体1正面，且扳手主体1正面还设置按键；通过按键与液晶显示器，实现对扳手操作的人机交互，同时，液晶显示器能够显示当前扳手模式下的扭矩值、角度值信息。

扳手主体1的背面安装后盖7，通讯与调理板6安装在后盖7内侧。

所述后盖7还设有过音孔14，蜂鸣器的声音由过音孔14传递至扳手外。

所述MICROUSB驱动模块通过外设MICROUSB母座17与上位机MICROUSB公头接插，并对扳手进行参数配置，其中MICROUSB母座17通过其安装套安装在扳手主体1外侧。

主控板401通过安装板402与扳手主体1相连。

所述安装板401采用柔性较好的材质。

在一些实施方式中，所述安装板402采用亚克力材质。

主控板401、调理板5、通讯与充电板6与扳手主体1之间均受力隔离，保证在扳手扭矩加载过程中所有板件受力是从扳手主体1变形间接产生的，并极大地降低扳手板件受力及变形大小。

调理板5与主控板401之间通过接插件18与紧固件II19连接，同时主控板401与调理板5之间通过橡胶垫以及板件与扳手主体1之间的受力隔离实现扳手防震功能。

力臂传感器组件包括扳手延长杆2和设于扳手延长杆2内部的扭矩传感器3，其中，扭矩传感器3安装于扳手延长杆2中心位置。

所述扳手延长杆2与扳手主体1的连接端具有凸台15，扳手主体1具有与所述凸台15相配合的凹槽，所述凸台15与凹槽紧密贴合且通过紧固件II16连接，使得扳手延长杆2固定紧密，如图4所示。

通过扳手主体1、扳手延长杆2对扭矩传感器3进行9个自由度固定，在对扳手头部进行扭矩加载的过程中，扭矩能够很好地传送到扭矩传感器3上，从而保证扭矩传感器3的扭矩灵敏性，提高了扳手精度。

对于不同量程的数显扳手，结构方式不变，只需要适当加大扳手延长杆2、扭矩传感器3相关尺寸，便能满足扭矩量程与精度需求。

所述手柄8与板件主体1的连接端设有环状灯9，环状灯9通过环形结构套设于手柄8上，环状灯9具有多种颜色的灯珠，环状灯9具有360°视觉效应，能满足各种扳手作业环境。

在一些实施方式中，环状灯9上均匀分布红、绿、蓝三种颜色的灯珠，针对不同扭矩情形进行灯光警示。

手柄8内部具有安装腔，手柄8外侧固定有手柄套12。

手柄8的安装腔中设置震动马达组件10和锂电池11。

所述震动马达组件10包括震动马达1001、安装套1002和紧固件III1003，震动马达1001套入安装套1002内，安装套1002安装于手柄的安装腔中。

通过紧固件III1003固定安装套1002，使紧固件III1003稍微变形以达到对震动马达1001的夹紧，使得震动马达1001在工作过程中始终固定在原有位置。

在一些实施方式中，所述安装套1002采用尼龙材质。

在一些实施方式中，所述震动马达1001采用空心杯震动马达，空心杯震动马达安装于手柄8内部中心位置。

所述通讯与充电板6含有无线通信模块与无线充电模块。

在一些实施方式中，无线通信模块采用高性能无线WIFI模块，实现与上位机无线通信。

本申请的另一种实施方式中，如图7-图9所示，提供了一种数显扳手系统，包括无线充电支座13和上述实施方式中的数显扳手，数显扳手的无线充电模块配合无线充电支座13实现无线充电功能。

所述无线充电支座13包括充电底座1301、第一支撑块1302、第二支撑块1307、线圈安装盒1303，第一支撑块1302、第二支撑块1307固定于充电底座1301上方，其中，第一支撑块1302用于支撑数显扳手的扳手延长杆端，第二支撑块1307用于支撑数显扳手的手柄端。

充电底座1301一侧安装第一端盖1311，另一侧安装第二端盖1308，第二端盖1308固定有充电插座1309。

线圈安装盒1303安装在充电底座1301上方靠近第二支撑块1307一侧，线圈安装盒1303内装有无线充电发射端线圈1304、无线充电发射端电路板1306，无线充电发射端电路板1306与无线充电发射端线圈1304通过导线相连。

线圈安装盒1303表面贴有贴膜1305，通过贴膜1305将无线充电发射端线圈1304与外界隔开。

所述无线充电发射端线圈1304与数显扳手的无线充电模块的相对位置固定，以确保对锂电池11合理充电。

以一种装配工艺的紧固件拧紧为例，其操作步骤包括：

(1)上位机通过MICROUSB驱动模块对扳手进行参数配置(主要包括扭矩与角度参数设置)，同时设置扳手拧紧初始位置、中间各点位置和终止位置；

(2)数显扳手的力臂传感器组件通过所配的棘轮头及套筒或者开口头与待拧紧件配合，拧紧过程中扭矩通过扭矩传感器3传递至调理板5，主控板401通过调理板5、角度模块时刻对扳手扭矩、角度、加速度进行数据采集与处理，检测扳手当前扭矩值、拧紧角度以及自身位置，并通过液晶显示器提示当前扭矩与角度值；

(3)当数显扳手达到目标扭矩区间范围内，且扳手在设定拧紧位置，环状灯9的绿灯闪烁，震动马达1001与蜂鸣器同时报警提示合格；如若发生超出拧紧扭矩、角度范围或者扳手不在拧紧过程中设定位置的任意一项，环状灯9的红灯闪烁，同时报警提示，每一次拧紧过程将数据存储到扳手存储模块中，同时通过无线通信模块传输至上位机；

(4)依次拧紧各紧固件，直至该装配工艺所有紧固件完成拧紧；

(5)数显扳手使用完毕后，直接放置于无线充电支座13上进行无线充电，充电过程中可通过数显扳手的环状灯或者无线充电支座13的指示灯1310警示充电进度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数显扳手，其特征在于，包括扳手主体，扳手主体一端通过凸台结构与力臂传感器组件可拆卸连接，扳手主体另一端连接手柄，手柄内部装有起警示功能的震动马达组件；所述扳手主体内部安装有用于实现人机交互、显示信息的主控板组件以及调理板、通讯与充电板；所述通讯与充电板配置无线充电模块。

2.根据权利要求1所述的一种数显扳手，其特征在于，所述力臂传感器组件包括扳手延长杆和设于扳手延长杆内部的扭矩传感器；

所述扳手延长杆端部具有凸台，扳手主体端部具有与所述凸台相配合的凹槽。

3.根据权利要求2所述的一种数显扳手，其特征在于，所述凸台与凹槽紧密贴合且通过紧固件I连接。

4.根据权利要求1所述的一种数显扳手，其特征在于，所述震动马达组件包括震动马达、安装套，所述震动马达通过套设于其外侧起夹紧作用的安装套与手柄固定。

5.根据权利要求1所述的一种数显扳手，其特征在于，所述主控板组件包括主控板及其安装板，所述主控板具有角度模块、驱动模块、存储模块和显示模块。

6.根据权利要求5所述的一种数显扳手，其特征在于，所述主控板、调理板、通讯与充电板与扳手主体间均受力隔离；

调理板与主控板之间通过接插件和紧固件II连接，主控板与调理板之间通过橡胶垫配合扳手主体的受力隔离实现防震。

7.根据权利要求1所述的一种数显扳手，其特征在于，所述手柄与扳手主体的连接端设有起警示功能的环状灯，所述扳手主体安装蜂鸣器；所述手柄内部安装锂电池，手柄外侧设有手柄套。

8.一种数显扳手系统，其特征在于，包括无线充电支座和如权利要求1-7任一所述的数显扳手，所述无线充电支座包括支撑于数显扳手两端的第一支撑块、第二支撑块；

所述无线充电支座具有线圈安装盒，所述线圈安装盒内部具有与数显扳手中无线充电模块相配合的无线充电发射端线圈，以实现对锂电池充电。

9.根据权利要求8所述的一种数显扳手系统，其特征在于，所述第一支撑块、第二支撑块安装于充电底座的上部，充电底座一侧具有充电插座；

所述线圈安装盒表面具有贴膜，充电底座配置指示灯。

10.根据权利要求8-9任一所述的一种数显扳手系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过驱动模块对数显扳手进行参数配置，并设置扳手拧紧过程中扳手所处的初始位置、中间各点位置和终止位置；

(2)数显扳手的力臂传感器组件与待拧紧件配合，拧紧过程中扭矩通过扭矩传感器传递至调理板，主控板对调理板进行数据采集与处理，检测数显扳手当前扭矩值；通过角度模块结合主控板的数据处理实现拧紧过程中拧紧角度监控，且通过角度模块监测扳手自身三轴坐标系与扳手加速度，实现对扳手运动轨迹及其位置的检测，并通过显示模块显示拧紧过程中的扭矩值与角度值；

(3)当数显扳手达到目标扭矩区间范围内，且扳手在设定拧紧位置，环状灯的绿灯闪烁，震动马达与蜂鸣器同时报警提示合格；

当发生超出拧紧扭矩、角度范围或者扳手不在拧紧过程中设定位置的任意一项，环状灯红灯闪烁，同时报警提示，每一次拧紧过程将数据存储到扳手存储模块中，同时通过无线通信模块传输至上位机；

(4)数显扳手完成对各待拧紧件的拧紧操作后，放置于无线充电支座上进行无线充电。