CN111922967B - 一种数显电动定扭矩扳手控制装置、扳手及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种数显电动定扭矩扳手控制装置、扳手及方法，包括控制模块以及与控制模块连接的采样模块、驱动模块和显示模块；所述控制模块根据预设扭矩通过驱动模块驱动扳手的电机动作，并将扳手的工作状态数据通过显示模块显示；所述采样模块包括控制电流采样单元和校验电流采样单元，当控制电流与校验电流的差异超过预设阈值时，控制扳手电机停止动作，否则电机继续工作；本公开提高了扳手的控制精度和稳定性，通过双环路电流检测技术的使用，极大的提高了扳手扭紧的可靠性。

Description

一种数显电动定扭矩扳手控制装置、扳手及方法

技术领域

本公开涉及定扭矩扳手技术领域，特别涉及一种数显电动定扭矩扳手控制装置、扳手及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

对于现代桥梁等钢结构施工，一般使用高强度螺栓组来连接不同的钢结构，通过对高强度螺栓的扭紧，使高强螺栓轴向产生很大的拧紧拉力(预紧轴力)，轴力乘以连接板间的摩擦系数，产生巨大的摩擦力把钢结构连接在一起。

高强度螺栓扭紧作业的核心要素是：保证螺栓扭紧后达到工艺要求的预紧轴力。当前在现有技术条件下高强度螺栓的预紧轴力，除在实验室可以测量外，在装配现场一般是不易直观测量的，所以目前髙强度螺栓连接几乎全部采用扭矩控制法进行施拧，扭矩控制法施拧的原理是在螺母上施加精确的扭矩，使高强度螺栓产生预紧轴力。精确的扭矩才能产生精确的轴力，但精确轴力的产生还受到其他因素的制约。目前在施工过程中，螺栓的紧固大多使用电动定扭矩扳手，传统的电动定扭矩扳手通过扭矩设置旋钮进行扭矩设置，扭矩设置完成后启动扳手开关进行扭紧操作，操作完成后在LED上显示扭紧完成的状态。

本公开发明人发现，传统型的定扭矩扳手存在如下不足：

(1)目前传统的定扭矩扳手在扭紧作业时，扭矩设置一般以(0-100％)的标度进行设置，需要进行换算才能得到扭矩值，而不是直接标注或输入扭矩值，使用繁琐，究其原因是：数显电动定扭矩扳手，电流与扭矩呈现非线性关系，不进行线性化处理无法直接建立扭矩电流间的对应关系，使得设置扭矩无法对应实际扭矩。(2)由于不同直径螺栓的刚度不一致，会影响扭矩的准确性，必须加以补偿，否则不能正确完成数显扳手的数字设置、显示功能。(3)目前传统的定扭矩扳手在扭紧作业时，只考虑了对扭矩精度的要求，而对螺栓连接至关重要的螺栓的预紧轴力重视不足，其直观表现为：对同一种螺栓使用同样的扭矩进行扭紧，最后产生的预紧轴力，数值离散度大，即扭矩准确而轴力不准确。(4)传统的数显型扳手显示的扭矩值，是直接从控制回路获得的电流换算成扭矩值，属于单环路测量，没有设置专用的测量反馈环路，当装置控制回路出现故障时无法感知。(5)传统的定扭矩扳手工作中显示的有效信息太少，无法实现扳手的工作状态的更全面显示；(6)传统的扳手缺失数据存储及物联网功能，无法存储传输每颗完成扭紧螺栓的质量控制信息，如扭矩、扭紧日期时间、地理位置坐标、螺栓的二维码等信息，会造成产品质量控制信息缺失，不利于质控。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种数显电动定扭矩扳手控制装置、扳手及方法，提高了扳手的控制精度和稳定性，通过双环路电流检测技术的使用，极大的提高了扳手扭紧的可靠性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种数显电动定扭矩扳手控制装置。

一种数显电动定扭矩扳手控制装置，包括控制模块以及与控制模块连接的采样模块、驱动模块和显示模块；

所述控制模块根据预设扭矩通过驱动模块驱动扳手的电机动作，并将扳手的工作状态数据通过显示模块显示；

所述采样模块包括控制电流采样单元和校验电流采样单元，当控制电流与校验电流的差异超过预设阈值时，控制扳手电机停止动作，否则电机继续工作。

作为可能的一些实现方式，所述电流采样单元包括串接在扳手电流控制回路中的电磁式电流互感器，所述校验电流采样单元包括串接在扳手电流控制回路中的康铜电阻。

作为可能的一些实现方式，所述采样模块包括第一处理器，所述第一处理器分别与控制电流采样单元、校验电流采样单元和电压采样单元连接。

作为进一步的限定，所述第一处理器采用BL6523B型号的电能计量芯片。

作为进一步的限定，所述电机为串激式电机。

本公开第二方面提供了一种数显电动定扭矩扳手，包括本公开第一方面所述的控制装置。

本公开第三方面提供了一种数显电动定扭矩扳手的控制方法。

一种数显电动定扭矩扳手的控制方法，包括以下步骤：

实时获取扳手的状态数据；

当获取的数据处于正常工作范围内时，根据预置的电路和扭矩的关系曲线以及预设扭矩值，驱动扳手电机动作。

作为可能的一些实现方式，所述关系曲线的获取方式，具体为：

获取数显电动定扭矩扳手的至少三组电流扭矩数据；

对获取的数据，采用最小二乘法得到整个量程的电流扭矩曲线对应关系。

作为可能的一些实现方式，扳手加电后，自动与移动终端通信连接，通过移动终端扫描螺栓二维码，实现螺栓数据读取，将当前的日期时间、螺栓位置信息及对应的二维码值发送到控制装置的显示模块进行实时显示；

扳手扭紧工作时，实时显示当前的扭矩值，扭紧工作完成后，显示扭紧完成界面，并记录扭矩、二维码、时间和螺栓位置信息。

作为可能的一些实现方式，根据实时获取的电流和扭矩数据对电流扭矩的关系曲线进行实时的校正，以校正后的关系曲线进行扭矩控制。

作为可能的一些实现方式，每个扳手包括一个标定螺栓套筒和至少一个待标定螺栓套筒；

在多个预设扭矩下，得到标定螺栓套筒的扭矩值和待标定螺栓套筒的扭矩值，以待标定螺栓套筒的扭矩值与标定螺栓套筒的扭矩值为刚度系数，对待标定螺栓套筒的扭矩值进行标定。

作为可能的一些实现方式，采用可控硅调相和PID反馈调节，控制串激式电机的电压在预设范围内。

作为进一步的限定，通过改变可控硅的触发角进行电压调节，每周波实时测量输入电压，根据设定的电压控制范围，计算触发角，改变下个周波触发可控硅时间，实现动态调压。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的控制装置、扳手及方法，对电动扳手的工作状态、故障信息进行了全方位的直观显示，使得扭矩设置方式所见即所得，直观方便；通过对扭矩电流的线性化处理技术以及螺栓刚度系数补偿技术，极大的提高了扳手的控制精度和稳定性。

2、本公开所述的控制装置、扳手及方法，采用高精度电量采集芯片，在简化系统设计的同时，提高了系统控制精度和稳定性；双环路电流检测技术的使用，提高了系统的可靠性，大大降低了失控造成螺栓、扳手损坏的情况；恒定电压驱动电机获得恒定的转速，使得螺栓预紧轴力更加精确。

3、本公开所述的控制装置、扳手及方法，采用可控硅调相加PID调节自稳压的恒电压技术，将串激式电机的电压稳定在预设范围内，实现了对电机转速的精准控制，确保了在相同的转速下达到相同的扭矩，进而保证了螺栓预紧轴力的一致。

4、本公开所述的控制装置、扳手及方法，通过设置不同套筒的刚度系数，实现了对不同套筒的扭矩的快速标定，极大的提高了扳手工作时的精确度。

5、本公开所述的控制装置、扳手及方法，采用最小二乘法对电流-扭矩的关系曲线进行了拟合，只需要少量的数据即可实现关系曲线的快速得到，进一步的提升了扳手工作时的精度。

6、本公开所述的控制装置、扳手及方法，采用串激式电机作为扳手动力，以控制电流的方式完成扭矩控制，以恒定电压驱动电机，获得恒定的转速，以保证扭矩和预紧轴力皆准确，使用高精度电量采集芯片以数字信号处理的方式，进行精确的电流电压等电量信息的采集，通过双回路电流检测进行扭矩测量与控制，同时对电压进行监视，提高了扳手工作的监控能力。

7、本公开所述的控制装置、扳手及方法，使用键盘直接以牛顿米(NM)为单位进行扭矩值设定，通过1.3吋128*64点OLED进行工作状态显示，显示设定扭矩值、工作状态和故障状态等信息，故障时屏幕闪烁，正常扭紧完成界面采用动画方式显示，更加直观易懂。

8、本公开所述的控制装置、扳手及方法，引入大数据和物联网功能，配合智能手机或PAD使用，通过扳手内置的蓝牙模块，与手机建立连接，利用手机实现二维码扫描，同时通过手机内置的GPS或北斗模块获取当前的地理位置信息，这些信息连同扭矩数据，日期时间信息一同存储在装置的FLASH存储器中，并可以通过蓝牙传输将数据导入到后台数据库，实现工程中所有施工质控数据的汇总存储。

附图说明

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

图1为本公开实施例1提供的数显电动定扭矩扳手控制装置的示意图。

图2为本公开实施例1提供的BL6532芯片的内部结构示意图。

图3为本公开实施例1提供的可控硅驱动与采样模块的电路图。

图4为本公开实施例1提供的BL6523电量采集芯片构成的采样模块示意图。

图5为本公开实施例1提供的控制模块电路示意图。

图6为本公开实施例1提供的蓝牙模块电路示意图。

图7为本公开实施例1提供的FLASH质控数据存储单元示意图。

图8为本公开实施例1提供的OLED显示模块示意图。

图9为本公开实施例1提供的按键电路示意图。

图10为本公开实施例3提供的电流-扭矩关系曲线。

图11为本公开实施例3提供的不同直径螺栓扭矩关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种恒定电压状态下的电流控制型数显电动定扭矩扳手控制装置，包括处理器单元、高精度电量采集单元、可控硅驱动单元块和电磁式电流互感器、康铜电阻电流传感器、电阻分压电压采集电路、OLED显示模块、蓝牙传输电路、FLASH存储电路和设置软按键。

高精度电量采集单元用于完成高精度的采样并计算两路电流信号和一路电压信号的有效值(RMS)，本实施例摒弃了以往的通过电流采样-放大-整流的直流处理方式。

本实施例采用了直接对电压电流进行交流信号采样，并通过数字信号处理技术计算获得电流电压RMS值。为此使用宽量程单相多功能电子电能计量芯片BL6523B，如图2所示，其集成了3路高精度Sigma-Delta ADC，前向放大器PGA，电源管理等模拟电路模块；以及处理电流、电压有效值和有功功率等电参数的数字信号处理电路。

电流、电压等电量信息可以通过芯片内部的寄存器读出，区别于其他设计，通过本实施例提出的BL6523B芯片，大大简化了装置的硬件设计，装置中两路电流、一路电压信号采集一般需要放大、加上过零点检测电路，如果使用传统的运算放大器和分立元件构成前向通道调理，再加上高精度ADC转换器，要使用大量的元器件，致使装置体积增加。使用本实施例所述的方案后，大量的器件统统被集成在SSOP24封装的小芯片中，大大简化了系统设计，节省了空间，并提高了稳定性，这是将成熟电能表芯片应用在定扭矩扳手领域的一次成功的尝试。

双环路电流采样，由控制电流采样回路和校验电流采样回路组成，控制采样回路由电磁式电流互感器CT构成，具有高精度的特性，校验回流采样由500微欧的康铜电阻Rx构成，具有较低的成本，这两个传感器如图3所示，串联在电流主回路中，正常情况下芯片获得的两只电流传感器的电流数值是一致的，当两电流值出现5％的差动时，可以判断电流采集系统出现故障，这时OLED显示“电流差动”错误报警，扳手停止工作。

还包括用于串激式电动机驱动的双向可控硅，及其光电隔离触发模块，用于实现串激式电机的调速驱动控制。

由BL6523电量采集芯片构成电量采集的电路如图4所示，装置电流控制端的电流采样，使用了电流互感器CT，传感器的初级串入电流主回路，次级接入VB+、VB-进行电流采集，测量校验环节使用了500微欧的康铜电阻采样电流电阻串主回路，电阻两端接入VA+、VA-。VA+、VA-VB+、VB-经过抗混叠滤波器进入BL6523的模拟输入端。

电压采样使用R22-R26电阻分压的方式采集电压信号，经过分压的电压信号，经过抗混叠滤波器进入BL6523的模拟输入端，经过数字处理获得的有效值信号，通过SPI总线SCK、DIN、DOUT与ARMCPU的SPI接口连接，CPU获取电流、电压、功率值，用于控制显示，由于使用了专用电量采集芯片，电量采集的精度大幅提高，这有利于装置控制精度的提高。

CPU系统包括ARM-CPU(图5)、蓝牙通讯模块(图6)、FLASH存储器(图7)用于存储质控数据，还包括3只按键FUN、UP、DOWN(图9)用于相关参数的设定，还包括启动开关输入START和OLED显示模块(图8)。CPU系统通过SPI接口连接BL6523电量采集芯片，通过SPI接口连接FLASH接口，通过串口连接蓝牙模块等。

本实施例中，使用W25Q64串行SPI-FLASH存储8Mbyte的质量控制数据。

如图8所示，显示模块通过1.3吋128*64点OLED进行工作状态显示，OLED上显示设定值、扳手的设置状态、工作状态和故障状态，直观显示在OLED上，故障时屏幕闪烁，扭紧完成后正常扭紧完成界面采用图画方式显示，更加直观易懂，所述显示模块与处理器模块通信连接，用于实时显示扳手的工作状态。

还包括三个软功能按键和启动开关，三个软功能开关分别定义为：F(功能)、“+/-”功能，并与处理器模块通信连接，用于系统参数的设定，所述启动开关用于实现扳手启动控制。

扭矩设定使用软功能按键，设置值直接显示在OLED屏幕之上，以牛顿米(N.M)为单位直接设置扭矩值。

本实施例中引入大数据和物联网功能，配合智能手机使用，通过内置蓝牙模块与手机建立连接，利用手机的相机实现二维码扫描，同时通过手机内置的GPS或北斗模块获取当前的地理位置信息，这些信息连同扭矩数据和时间信息一同存储在装置的FLASH存储器中，并可以通过蓝牙传输将数据导入到后台，以存储所有的施工质控数据。

本装置的现场工作过程，具体为：

扳手加电后，自动通过蓝牙连接手机，连接成功后，屏幕显示“蓝牙连接成功”；

然后通过手机APP应用程序，扫描螺栓二维码，识别二维码后，发送当前的日期时间，地理信息(GPS坐标)和二维码值到扳手，这些信息显示在扳手的OLED屏幕之上；

确认后按下扳手启动开关，读取装置通过三只功能键设置并存储在FLASH中的扭矩值，并显示在OLED屏幕上；

通过线性化处理计算，获得当前扭矩对应的电流值。扳手开始扭紧作业，并实时显示当前的扭矩值，扭紧工作完成后，显示扭紧完成界面，并记录扭矩，二维码，时间、地理坐标信息，存储在装置的FLASH中，班后可以通过蓝牙导入系统数据库。

通过设置、显示模块，并与处理器模块通信连接，用于实时显示扳手工作状态和预设参数，包括设定的扭矩值、扭紧完成情况、过流报警、电机断线报警、过压、欠压报警以及当前工作状态包括：轻载工作、负载工作。

当电压在220V±20％范围内时，判断为电压正常，小于20％时为欠压状态，大于20％时为过压状态，为了保护扳手和施工质量，过压欠压时扳手停止工作，并在屏幕显示对应报警信息，以闪烁方式显示引起用户注意。

根据扭矩设定值，小于扭矩设定值20％的情况下显示轻载工作，大于时显示负载工作。

如启动开关按下时，但未能检测到设定扭矩对应电流的1％时，判断为电机断线，并在屏幕显示。

如启动开关按下时，检测到设定扭矩对应电流的110％时，判断为电机短路，并在屏幕显示。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种数显电动定扭矩扳手，包括本公开实施例1所述的控制装置。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种数显电动定扭矩扳手的控制方法，包括以下步骤：

实时获取扳手的状态数据；

当获取的数据处于正常工作范围内时，根据预置的电路和扭矩的关系曲线以及预设扭矩值，驱动扳手电机动作。

所述关系曲线的获取方式，具体为：

获取数显电动定扭矩扳手的至少三组电流扭矩数据；

对获取的数据，采用最小二乘法得到整个量程的电流扭矩曲线对应关系。

如图10所示，图中的曲线为典型串激式电机的扭矩-电流曲线，图中可以发现串激式电机的电流-扭矩曲线呈现非线性关系，类似抛物线形式的二次曲线。

在实际应用中数显电动定扭矩扳手为了精确控制的扭矩需要一个成为“标定”的环节，即建立扭矩电流的关系，通常的做法是：通过“扭矩实验仪”对扳手进行扭矩试验，如对设置为1000nm的扳手，通过“扭矩实验仪”的显示使得扳手在1000NM附近扭矩停机，达到定扭矩控制的目的，其他扭矩控制点亦是如此调整，不必考虑线性度问题，但这样也使得扳手的通用性大为降低，不同的扭矩点均需要在“扭矩实验仪”上进行校正。本实施例通过二次曲线的拟合的方式完成电流对应的扭矩的精确关系，实现整个控制范围内的自由精确设置及控制，而无须每次更改扭矩必须进行“扭矩实验仪”校正，大大提高了扳手使用的方便性和灵活性。

具体实现方式是：用比较少的标定点数完成二次曲线的拟合，如在整个的扭矩范围内使用至少3点或更多点的标定点，来完成整个扭矩-电流曲线的拟合。使得电流曲线可以正确的对应扭矩曲线，一般在工程中使用3点或5点的扭矩-电流关系，通过最小二乘法来求得整个量程的电流-扭矩曲线对应关系。

以下的实施例中描述了通过五点标定法找出电流-扭矩的对应关系，即通过“扭矩实验仪”获得固定5个关键扭矩点位的电流(5点标定)，并根据扭矩-电流关系来求得整个曲线，这是比较精确的拟合关系，对于要求精度不太严苛的应用完全可以使用3点标定的简单算法，以减小实际的标定工作量，一般工程应用中3-5点标定足以满足精度要求。

本实施例的实现方式是：利用最小二乘法将上面数据所标示的曲线拟合为二次曲线，最小二乘法的原理是数学领域的经典算法，在此不再赘述，主要是解法采用偏微分方程求出，二次方程的系数：a，b，c，获得精确拟合的二次曲线。

本实施例使用了5点标定法，对应x值为电流值以安为单位，y值为扭矩值以牛米(N.M)为单位，以200-1000nm量程的定扭矩扳手为例，分别通过标定特征点{200、400、600、800、1000}NM(牛顿.米)，对应电流{1，2.3，3.5，4.4，5.6}A(安培)5个点的扭矩电流关系，拟合电流扭矩曲线，找出其他扭矩控制点对应的电流，以完成电流对扭矩的控制。

标定时程序分别记录{200，400，600，800，1000}NM对应的电流值，形成电流-扭矩的对应关系，通过程序计算获得，二次拟合方程y＝(a)fx*x+(b)fx+(c),的系数a，b，c，以拟合整个扭矩曲线。

反之在进行扭矩控制及设置显示时，设定扭矩(Y)对应的电流值(X)可以用二次方程万能公式韦达定理求解二次拟合方程。

舍去无意义的值，所得的X值即为电流控制值，而如果不进行扭矩-电流的线性化拟合，就无法实现精确的电流控制型数显定扭矩扳手。

不同直径螺栓间的刚度系数会影响扭矩精度，应该加以补偿。在实际的定扭矩电动扳手出厂时一般每种类型的扳手配有两种尺寸的套筒，以适应不同直径螺栓的扭紧。在工程实践中发现不同直径螺栓在相同的扭矩设定值的情况下，大直径的螺栓扭紧后对应的扭矩值偏大，如下表所示。经过分析电流控制型的定扭矩扳手，使用电流间接反映扭矩值，而直径大的螺栓对应的刚度系数大，扭矩上升速度更快，从而造成了扭矩偏大的现象。

在使用中应加以补偿，具体的实现方法是：通过分析扭矩实验仪对不同直径螺栓在同一扭矩下的扭矩实验数据发现，在同一扭矩控制点上不同直径螺栓对应的扭矩值，成线性比例关系。表1是一款400-1000NM量程扳手的扭紧M22和M24直径螺栓的实验数据，两种螺栓的扭矩如图11所示，分析表1中数据发现，在同一扭矩设置点上，由于是使用M22的螺栓进行的扭矩标定，M22的螺栓更加接近理论值，而M24螺栓扭矩值都较理论值偏大。

通过每个标定点M24螺栓扭矩值除以M22螺栓扭矩值(M24/M22)得出的刚度系数，发现刚度系数在1.07附近，这些点刚度系数的平均值为1.072，称为刚度补偿系数平均值。在设定扭矩时通过对M24型螺栓的扭矩控制值(电流值)除以1.072刚度补偿系数平均值，得出一个较小的控制电流值作为为实际扭矩控制值的方法进行补偿，可使M24扳手的实际扭矩值更接近理论值。在使用时扳手在开机时选定对应螺栓的直径，即可自动完成相应的补偿。

实验证明不同直径螺丝间的“刚度补偿系数”变化不大，可以通过实验室实验得出，不必要对两种直径的螺丝经行两次标定，这样无论对生产厂家和施工用户都减少了标定工作量，而扳手精度不受影响。

表1：M22和M24直径螺栓的实际扭矩值与预设值。

本实施例中，以动态自稳压产生恒定电压的恒速技术保证预紧轴力的稳定，在研究中发现工程现场对同一种螺栓使用同样的扭矩进行扭紧，最后产生的预紧轴力数值离散度大，即扭矩准确轴力不准确。对这一现象进行深入研究发现，由于螺栓本身刚度的原因，在不同转速下达到的同一扭矩，其产生的轴力是不一样的，表现为离散度大，在同一转速下达到同一扭矩，则轴力的离散度较小，因此确保在相同的转速下达到相同的扭矩，是保证螺栓预紧轴力一致的关键。

根据串激式电机的特性曲线可知，转速与电压成正比，而在实际的现场施工时现场的电压波动较大，从而造成电机转速波动大，造成扭矩的波动和轴力的变化，目前公开的技术方案中有采用“恒定功率控制技术”解决在电压波动情况下的扭矩精度，这种采用补偿的方式虽然解决了扭矩精度的问题，但无法解决轴力一致性的问题。因此在扭紧施工过程中保证电机电压稳定是保证精确的扭矩和精确轴力的关键。本公开采用了可控硅调相加PID调节自稳压的恒电压技术解决了扳手转速稳定问题。

具体实现：设计使串激式电机工作电压范围在100V-180V间工作，同时扭紧过程中对大扭矩应用高转速扭紧，小扭矩应用低转速扭紧，即最高扭矩使用180V电压工作，最低扭矩使用100V工作，对于中间的扭矩使用100V-180V的确定电压进行工作。当扭矩被设定时，对应扭矩的扭紧电压也被相应的设定。现场电网的供电电压一般是220±20％内变化，也就是176V-264V间变化，那么可以考虑使用可控硅调相技术和PID调节技术，将176V-264V间的电压稳定在，100-170间的任意设定值上，则实现了在电压波动的情况下转速的稳定，这是保证扭矩-轴力稳定的关键技术。

稳定原理：根据电力电子学原理，在正弦交流电的情况下，当改变可控硅触发角α，进行调相调压时输入输出电压关系如公式1-2所示：

式中：

Vo：为调相后负载电压的有效值

Vs：输入正弦交流电压有效值

α:触发角，对应可控硅触发延时时间

由公式可见，改变触发角α，可以完成调压。每周波实时测量输入电压Vs，根据设定的Vo，计算触发角α，改变下个周波触发可控硅时间，可以进行动态调压，从而达到稳压进而恒速的目的。在实际编程中为了提高计算效率可以生成Vo、Vs、α的表格，以查表得方式完成开环动态调压算法。

可以对Vs电压进行检测并反馈，通过比例、积分、微分PID控制器完成电压的闭环控制，在单片机的支持下实现数字PID调节器，进一步稳定电压及转速。

触发角α要通过交流电过零点来产生，由于BL6523电能表芯片内部有过零点标志寄存器ZX，程序通过读取过零点寄存器，可方便的获得过零点信息，而不再需要额外的过零点产生电路，这是使用BL6523的另一益处。

本实施例所述的内容具有如下特点：

对电动扳手的工作状态、故障信息进行了全方位的直观显示，通过对扭矩电流的线性化处理技术、和螺栓刚度系数补偿技术，使得扭矩设置方式所见即所得，直观方便；

采用高精度电量采集芯片，在简化系统设计的同时，提高了系统控制精度和稳定性，双环路电流检测技术的使用，提高了系统的可靠性，大大降低了失控造成螺栓、扳手损坏的情况，恒定电压驱动电机获得恒定的转速，使得螺栓预紧轴力更加精确，OLED具有主动发光，更加直观易懂。

当故障出现时，扳手不动作，屏幕以闪烁的方式进行报警，并直接显示故障类型，无论是施工人员还是校验人员均可方便的使用。

螺栓二维码、扭矩、地理信息、日期时间的存储，使装置几乎保留了全部质控数据，使扳手的质控能力大幅度提高，蓝牙通讯的使用，可以使装置方便的同其他智能设备共享信息，也符合万物互联和大数据的时代趋势。本公开是电流控制型数显电动定扭矩扳手的又一次革命性突破。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

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

Claims (9)

1.一种数显电动定扭矩扳手控制装置，其特征在于，包括控制模块以及与控制模块连接的采样模块、驱动模块和显示模块；

所述控制模块根据预设扭矩通过驱动模块驱动扳手的电机动作，并将扳手的工作状态数据通过显示模块显示；具体步骤为：采用可控硅调相和PID反馈调节，控制串激式电机的电压在预设范围内，通过改变可控硅的触发角进行电压调节，每周波实时测量输入电压，根据设定的电压控制范围，计算触发角，改变下个周波触发可控硅时间，实现动态调压；

具体实现：设计使串激式电机工作电压范围在100V-180V间工作，同时扭紧过程中对大扭矩应用高转速扭紧，小扭矩应用低转速扭紧，即最高扭矩使用180V电压工作，最低扭矩使用100V工作，对于中间的扭矩使用100V-180V的确定电压进行工作；当扭矩被设定时，对应扭矩的扭紧电压也被相应的设定；现场电网的供电电压在220±20％内变化，即176V-264V间变化，使用可控硅调相技术和PID调节技术，将176V-264V间的电压稳定在，100-170间的任意设定值上，实现在电压波动的情况下转速的稳定；

稳定原理：根据电力电子学原理，在正弦交流电的情况下，当改变可控硅触发角α，进行调相调压时输入输出电压关系如公式(1)-(2)所示：

式中：

Vo：为调相后负载电压的有效值，

Vs：输入正弦交流电压有效值，

α:触发角，对应可控硅触发延时时间，

其中，通过改变触发角α，完成调压；每周波实时测量输入电压Vs，根据设定的Vo，计算触发角α，改变下个周波触发可控硅时间，进行动态调压；

所述采样模块包括控制电流采样单元和校验电流采样单元，当控制电流与校验电流的差异超过预设阈值时，控制扳手电机停止动作，否则电机继续工作；所述采样模块使用双环路电流采样，包括第一处理器，所述第一处理器分别与控制电流采样单元、校验电流采样单元和电压采样单元连接；所述第一处理器采用BL6523B型号的电能计量芯片。

2.如权利要求1所述的数显电动定扭矩扳手控制装置，其特征在于，所述电流采样单元包括串接在扳手电流控制回路中的电磁式电流互感器，所述校验电流采样单元包括串接在扳手电流控制回路中的康铜电阻。

3.如权利要求1所述的数显电动定扭矩扳手控制装置，其特征在于，所述电机为串激式电机。

4.一种数显电动定扭矩扳手，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的控制装置。

5.一种用于权利要求1-3任一所述的数显电动定扭矩扳手控制装置的控制方法，其特征在于，采用可控硅调相和PID反馈调节，控制串激式电机的电压在预设范围内，通过改变可控硅的触发角进行电压调节，每周波实时测量输入电压，根据设定的电压控制范围，计算触发角，改变下个周波触发可控硅时间，实现动态调压；包括以下步骤：

实时获取扳手的状态数据；

当获取的数据处于正常工作范围内时，根据预置的电路和扭矩的关系曲线以及预设扭矩值，驱动扳手电机动作。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述关系曲线的获取方式，具体为：

获取数显电动定扭矩扳手的至少三组电流扭矩数据；

对获取的数据，采用最小二乘法得到整个量程的电流扭矩曲线对应关系。

7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，扳手加电后，自动与移动终端通信连接，通过移动终端扫描螺栓二维码，实现螺栓数据读取，将当前的日期时间、螺栓位置信息及对应的二维码值发送到控制装置的显示模块进行实时显示；

扳手扭紧工作时，实时显示当前的扭矩值，扭紧工作完成后，显示扭紧完成界面，并记录扭矩、二维码、时间和螺栓位置信息。

8.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据实时获取的电流和扭矩数据对电流扭矩的关系曲线进行实时的校正，以校正后的关系曲线进行扭矩控制。

9.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，每个扳手包括一个标定螺栓套筒和至少一个待标定螺栓套筒；

在多个预设扭矩下，得到标定螺栓套筒的扭矩值和待标定螺栓套筒的扭矩值，以待标定螺栓套筒的扭矩值与标定螺栓套筒的扭矩值为刚度系数，对待标定螺栓套筒的扭矩值进行标定。

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