CN112743481A - 基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手及系统，包括控制终端，控制终端接收环境位姿感知单元得到的单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据；控制终端根据接收到的数据进行边缘计算，得到单个螺栓或桥板螺栓组的扭矩轴力校正系数，根据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端；高强度螺栓连接副的“扭矩‑轴力校正系数”能够自动适应环境温度和湿度等其他要素的变化，真正保证了高强度螺栓连接副预紧轴力的准确。
Description
技术领域
本公开涉及智能扳手技术领域，特别涉及一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手及系统。
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。
定扭恒轴力智能电动扳手是用于产生恒定扭矩轴力的电动扭矩扳手，普通的定扭矩扳手，只能实现对扭矩的控制，而决定钢结构可靠连接的核心是螺栓施扭后产生的规定的轴力。由于影响轴力的因素较多，目前的电动扳手只能做到“定扭矩控制”，无法精确控制轴力是目前螺栓施工中的“痛点”。而稳定一致轴力的产生，要考虑施扭过程中螺栓垫圈的摩擦系数，现在的方案是：在实验室基本恒温恒湿的条件下，用理想摩擦系数来推算轴力。
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法进行施拧，扭矩法施拧的原理是在螺母上施加扭矩，借助高强度螺栓连接副的扭矩系数来保证高强度螺栓的预紧轴力。
发明人发现，为了保证高强度螺栓准确的预紧轴力，高强度螺栓连接副扭矩系数是至关重要的，在国标(GB/T 1231-91)中规定每批高强度螺栓连接耐扭矩系数平均值应在0.110～0.150范围内，标准偏差≤0.010，这是由螺栓生产厂家保证的，满足国标的螺栓在施拧时产生较准确的预紧轴力，为了达到这一标准高强度螺栓生产厂主要是采用待殊的生产工艺来保证的。实验中发现：高强度螺栓连接副的扭矩系数防着环境温度、湿度的变化而变化，温度相差10℃，扭矩系数将变化6％～7％，在实际施工现场中温度、湿度的变化是很大的，就是在同一天中，早中晚时温度变化可达数十度，而施拧所采用的扭矩系数值，是在某一温度下测得的，因此由于温度变化的原因高强度螺栓的预紧轴力其离散度仍然是很大的，并且很难控制。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手及系统，高强度螺栓连接副的“扭矩-轴力校正系数”能够自动适应环境温度和湿度等其他要素的变化，真正保证了高强度螺栓连接副预紧轴力的准确。
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基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手。
一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手，包括控制终端，控制终端接收环境位姿感知单元得到的单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据；
控制终端根据接收到的数据进行边缘计算，得到单个螺栓或桥板螺栓组的扭矩轴力校正系数，根据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
作为可能的一些实现方式，施拧扭矩为螺栓连接扭矩系数、螺栓预紧轴力、螺栓公称直径和扭矩轴力校正系数的乘积。
本公开第二方面提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手。
一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手，包括控制终端，所述控制终端接收云服务终端发来的扭矩轴力校正系数，据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
扭矩轴力校正系数为云服务终端根据接收到的环境位姿感知单元的感知数据计算得到，旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
作为可能的一些实现方式，施拧扭矩为螺栓连接耐扭矩系数、螺栓预紧轴力、螺栓公称直径和扭矩轴力校正系数的乘积。
作为可能的一些实现方式，云服务终端根据接收到的多个环境位姿感知单元的感知数据计算得到众多温湿度测温点构成的温湿度场的扭矩轴力校正系数。
本公开第三方面提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，包括：电动扳手、云服务终端、扫描终端和环境位姿感知单元，扫描终端、电动扳手和云服务终端相互通信连接，
环境位姿感知单元至少包括位置传感器、姿态传感器和温湿度传感器，实时将得到的感知数据通过二维码和文字的形式在显示屏显示；
扫描终端扫描环境位姿感知单元的二维码，得到单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据并发送给电动扳手的控制终端；
电动扳手的控制终端接收云服务终端发来的扭矩轴力校正系数，据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
作为可能的一些实现方式，还包括设置在控制中心主机上的设置类二维码，当通过设置类二维码设置扳手工艺参数后，现场施工人员无法私自改动扭矩，设置类二维码采用动态二维码的形式，每次扭矩设置的设置类二维码均不相同。
作为可能的一些实现方式，还包括是激光刻蚀单个螺栓上和/或在桥板上激光刻蚀的螺栓质控类二维码，用于标识螺栓和/或桥板螺栓。
本公开第四方面提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，其特征在于：
包括：电动扳手、云服务终端、扫描终端和环境位姿感知单元，扫描终端、电动扳手和云服务终端相互通信连接，
环境位姿感知单元至少包括位置传感器、姿态传感器和温湿度传感器，实时将得到的感知数据通过二维码和文字的形式在显示屏显示，并将获得的温湿度数据发送给云服务终端，云服务终端根据接收到的环境位姿感知单元的感知数据计算得到扭矩轴力校正系数；
扫描终端扫描环境位姿感知单元的二维码，得到单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据并发送给电动扳手的控制终端；
电动扳手的控制终端根据接收到的数据进行边缘计算，得到单个螺栓或桥板螺栓组的扭矩轴力校正系数，根据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
作为可能的一些实现方式，还包括设置在控制中心主机上的设置类二维码，当通过设置类二维码设置扳手工艺参数后，现场施工人员无法私自改动扭矩，设置类二维码采用动态二维码的形式，每次扭矩设置的设置类二维码均不相同。
作为可能的一些实现方式，还包括是激光刻蚀单个螺栓上和/或在桥板上激光刻蚀的螺栓质控类二维码，用于标识螺栓和/或桥板螺栓。
作为可能的一些实现方式，云服务终端根据接收到的多个环境位姿感知单元的感知数据计算得到众多温湿度测温点构成的温湿度场的扭矩轴力校正系数。
本公开第五方面提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手控制方法。
一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手控制方法，包括以下步骤：
在控制中心对扳手进行扭矩校准后，扫描控制中心计算机上的设置类二维码，设定扭矩信息；
施工人员到达施工作业面后，扫描自己工牌上的二维码信息，记录当前施工人员身份；
在作业面的相关施工桥板上放置环境位姿感知单元，稳定预设时间后，温湿度微气象数据被传送到云端，云端计算扭矩轴力修正系数，通过无线传输模块传送至现场施工扳手，动态修正扭矩；
施工人员开始施工时打开现场记录仪，实时将施工音视频本地记录并实时传回云端指挥中心，同时记录仪内部的GPS记录位置信息；
扭紧之前扫描桥板或螺栓上的二维码，记录螺栓或桥板的相应信息，再扫描环境位姿感知单元显示的二维码信息，获得位置姿态信息和螺栓相应的编码，无线传输到电动扳手，并在电动扳手的显示模块上显示相关信息；
按下启动开始扭紧，扭紧完成后，电动扳手本地存储相关信息，并通过无线传送至云服务终端进行存储；
当需要进行多个螺栓的同时扭紧时，对所有的扳手通过WIFI联网，进行同步工作，下发同样的工艺参数，同时启动扭紧。
本公开第六方面提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手控制方法。
一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手控制方法，包括以下步骤：
在控制中心对扳手进行扭矩校准后，扫描控制中心计算机上的设置类二维码，设定扭矩信息；
施工人员到达施工作业面后，扫描自己工牌上的二维码信息，记录当前施工人员身份；
在作业面的相关施工桥板上放置环境位姿感知单元，稳定预设时间；
施工人员开始施工时打开现场记录仪，实时将施工音视频本地记录并实时传回云端指挥中心，同时记录仪内部的GPS记录位置信息；
扭紧之前扫描桥板或螺栓上的二维码，记录螺栓或桥板的相应信息，再扫描环境位姿感知单元显示的二维码信息；
获得位置姿态信息、温湿度数据和螺栓相应的编码，无线传输到电动扳手，并在电动扳手的显示模块上显示相关信息，电动扳手根据获取的当前的温湿度数据，边缘计算扭矩轴力修正系数，通过无线传送至现场施工扳手，动态修正扭矩；
按下启动开始扭紧，扭紧完成后，电动扳手本地存储相关信息，并通过无线传送至云服务终端进行存储；
当需要进行多个螺栓的同时扭紧时，对所有的扳手通过WIFI联网，进行同步工作，下发同样的工艺参数，同时启动扭紧。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、本公开所述的扳手、系统及方法，高强度螺栓连接副的“扭矩-轴力校正系数”能够自动适应环境温度和湿度等其他要素的变化，可使螺栓产生恒定一致的扭矩和轴力，真正保证了高强度螺栓连接副预紧轴力的准确。
2、本公开所述的扳手、系统及方法，通过扫描设置类二维码，可以完成对扳手扭矩的设置，当通过二维码设置扳手工艺参数后，现场施工人员无法私自改动扭矩，采用了动态二维码的形式，使得每次扭矩设置的二维码均不相同，保证了二维码设置的安全性。
3、本公开所述的扳手、系统及方法，环境姿态感知单元所产生的二维码，包括当前施工桥板的地理位置及姿态和当前温湿度，以文字和二维码的形式显示在LCD显示屏上呈现，扳手通过扫描终端扫描后获得温湿度信息用于获得“扭矩-轴力校正系数”，实现恒定轴力扭紧，同时获得螺栓所处桥板的地理和姿态信息。
4、本公开所述的扳手、系统及方法，测量单元中的无线传输模块，将温湿度数据以一定的时间间隔，推送至云服务终端，在云服务终端对多个模块的微气象信息，进行云计算，可获知整个施工现场的温湿度场的信息，可以消除单点温湿度的随机扰动，为精确修正轴力提供了多维数据支撑；当整个温湿度场不满足施工要求时，发出暂停施工报警，以确保工程质量；当没有条件连接云端时，智能扳手获得二维码温度信息后，通过其内置边缘计算算法，也可以经行单点的扭矩轴力补偿。
5、本公开所述的扳手、系统及方法，通过二维码技术对施工过程中各质控点的数据进行全过程记录，并通过音视频等手段远程实现施工过程的远程监控与指导，从而最大限度地确保重大工程螺栓扭紧施工的质量。
6、本公开所述的扳手、系统及方法，可以对所有的施工扳手均可以通过WIFI联网，进行同步工作，这样在空间允许的范围内，可以使用多把扳手进行同步施工，来解决桥板的翘曲，多把扳手由主站或移动端APP，下发同样的工艺参数，同时启动扭紧，这样由多把分布的扳手“组合”成多轴扳手对桥板同时展开施工，减小了桥板的翘曲同时提高了施工效率。
本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
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提供的基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统的结构示意图。
图2为本公开实施例1提供的环境位姿感知单元的显示示意图。
图3为本公开实施例1提供的移动终端的显示示意图。
图4为本公开实施例1提供的第一处理器的电路连接示意图。
图5为本公开实施例1提供的SD卡插接模块示意图。
图6为本公开实施例1提供的WIFI模块示意图。
图7为本公开实施例1提供的USB接口模块示意图。
图8本公开实施例1提供的COM接口模块示意图。
图9为本公开实施例1提供的蓝牙模块示意图。
图10为本公开实施例1提供的红外接收模块示意图。
图11为本公开实施例1提供的第一OLED显示模块示意图。
图12为本公开实施例1提供的第二处理器及其连接示意图。
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，以下详细说明都是示例性的，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提供了一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，系统基于物联网、云计算、云存储等技术构建，通过电动扳手和分布式微气象及位置姿态感知单元(即环境位姿感知单元)，结合二维码扫描，实现螺栓扭紧的终极目的：
产生稳定一致的螺栓紧固轴力，保证钢结构按照设计要求可靠连接。
系统还包括：施工视频音频的实时传输与记录，施扭过程的实时云端监控与云端施工指导，全过程扭矩数据的云端及本地存储，还包括有边缘计算、云端计算、云端决策等模块。
系统构成如图一所示，分为三大部分：物联网云平台、控制中心单元和现场施工单元。
物联网平台选用国内技术成熟的“阿里云”或类似平台搭建，完成物联网通讯、数据的云端存储、及信息的移动端推送等功能。
控制中心单元包括：
控制主机，用于向施工现场的智能扳手下发施工指令；
云计算主机：用于获知各分布式微气象及位置姿态感知单元的数据，并云计算“扭矩-轴力校正系数”；
云数据库，用于同步存储施工中的各种数据，及施工视频；
大屏幕可以展示施工中智能扳手的上传数据，和实时视频；
移动端可以是工程相关人员的手机或PDA，安装相应APP后可以不受地理位置限制的获得现场实时施工数据。
现场施工单元包括：智能扳手、分布式微气象及位置姿态感知单元和二维码扫描枪；
智能扳手通过WiFi连接现场4G/5G-WiFi网关，连接物联网，通过无线连接的扫码枪，获知单个螺栓或桥板螺栓组的二维码、以及地理、姿态、微气象数据，通过本地边缘计算或接受云平台计算的“扭矩-轴力校正系数”；
使用合适的扭矩对螺栓施扭，使之产生恒定一致的轴力，并记录相关的扭矩值、校正系数、螺栓信息，时间、位置、姿态信息，并通过WiFi传送到云端数据库；基于4G、WIFI的现场视频系统，使用“施工现场记录仪”用于记录和实时传输现场的实时音视频，用于监控与工程指导。
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法进行施拧，扭矩法施拧的原理是在螺母上施加扭矩，借助高强度螺栓连接副的扭矩系数来保证高强度螺栓的预紧轴力。
施拧扭矩与高强度螺栓预紧轴力的关系可用下式表示：
T＝K*P*d (1)
P＝T/(K*d) (2)
T＝K*P*d*C (3)
式中，T-施拧扭矩；K-高强度螺栓连接耐扭矩系数；P-高强度螺栓预紧轴力；d-高强度螺栓公称直径。
从式(1)中可以看出，为了保证高强度螺栓准确的预紧轴力，高强度螺栓连接副扭矩系数是至关重要的，在国标(GB/T 1231-91)中规定每批高强度螺栓连接耐扭矩系数平均值应在0.110～0.150范围内，标准偏差≤0.010，这是由螺栓生产厂家保证的，满足国标的螺栓在施拧时产生较准确的预紧轴力，为了达到这一标准高强度螺栓生产厂主要是采用待殊的生产工艺来保证的。
实验中发现：高强度螺栓连接副的扭矩系数防着环境温度、湿度的变化而变化，温度相差10℃，扭矩系数将变化6％～7％，在实际施工现场中温度、湿度的变化是很大的，就是在同一天中，早中晚时温度变化可达数十度，而施拧所采用的扭矩系数值，是在某一温度下测得的，因此由于温度变化的原因高强度螺栓的预紧轴力其离散度仍然是很大的，并且很难控制。
为了克服上述问题，本实施例使用了分布式微气象及位置姿态感知单元来获知当前施工桥板当前的温湿度微气象信息，以文字和二维码的形式显示在LCD显示屏上呈现，智能扳手通过，扫描该二维码，获知或本地计算，“扭矩-轴力校正系数”校正施扭扭矩，达到轴力稳定的目的。
这时的施拧扭矩与高强度螺栓预紧轴力的关系可用式(3)表示，“C”表示“扭矩-轴力校正系数”；分布式微气象及位置姿态感知单元可以实时获得现场的微气象信息，当气象条件不能满足(如温度湿度超标)现场施工要求时及时发出停工报警。
为了保证全程的施工质量，本实施例提出了二维码螺栓施工管理的方案，通过设置类二维码、地理姿态信息及温湿度二维码、螺栓质控类二维码，完成对螺栓施工过程的全面质量管理。
二维码扫描终端：直接使用商用的无线二维码枪，通过无线的方式，将扫描的二维码信息传输到智能扳手。再由智能扳手存储，并在完成扭紧后将相应数据传输到云端。二维码的种类：在本实施例中二维码的应用分为：(1)设置类二维码；(2)地理姿态信息及温湿度二维码；(3)螺栓质控类二维码。
设置类二维码：通过扫描设置类二维码，可以完成对扳手扭矩的设置，当通过二维码设置扳手工艺参数后，现场施工人员无法私自改动扭矩，为了防止二维码设置信息的泄露，本实施例采用了动态二维码的形式，使得每次扭矩设置的二维码均不相同。实现方案是：二维码中包含时间校验信息，只有二维码显示的时间信息与扳手的时间对应时，二维码设置才会有效；设置二维码由计算机软件动态生成，每分钟更新一次，扳手扫描枪获得的是动态变化的二维码。通过这种手段保证了二维码设置的安全性。因为本实施例中只能扳手端和计算机端均采用NTP网络对时协议，因此二者的时间完全准确，使得动态二维码得以实现。
地理姿态信息及温湿度二维码：分布式微气象及位置姿态感知单元所产生的二维码，包括当前施工桥板的地理位置及姿态和当前温湿度，以文字和二维码的形式显示在LCD显示屏上呈现，扳手扫描后获得温湿度信息用于获得“扭矩-轴力校正系数”，实现恒定轴力扭紧，同时获得螺栓所处桥板的地理和姿态信息。本实施例摒弃了此信息的无线传输方案，是因为在现场众多的测温点中，很难区分哪个是当前施工的测温点，使用二维码扫描工作过程清晰明了快捷。
同时测量单元中的WiFi模块，将温湿度数据以一定的时间间隔，推送至云端平台，在云端对多个模块的微气象信息，进行云计算，可获知整个施工现场的温湿度场的信息，可以消除单点温湿度的随机扰动，为精确修正轴力提供了多维数据支撑。当整个温湿度场不满足施工要求时，发出暂停施工报警，以确保工程质量。当没有条件连接云端时，智能扳手获得二维码温度信息后，通过其内置边缘计算算法，也可以经行单点的扭矩轴力补偿。
螺栓质控二维码，是激光刻蚀单个螺栓上的二维码标识，或在桥板上激光刻蚀螺栓组二维码，用于标识螺栓和桥板螺栓。本实施例采用二维码方案，是因为二维码能保证标识长期有效性，加之二维码有着较强的纠错能力，设计合理的二维码，即使局部损坏也能读出有效信息。之前曾有射频芯片植入的方案，在实际应用中，钢结构对无线信号的吸收造成射频信号的衰减，使射频芯片在钢结构中失效，再者芯片有寿命限制，二维码则没有这种限制，因此本实施例使用二维码非接触读出，作为螺栓或桥板螺栓组的标识。
具体的控制装置电路图和分布式微气象及位置姿态感知单元电路图如图4-11所示，具体的：
U1为STM32F407 ARM(即第一处理器)，PC14、PC15外部连接32768Khz晶振，与3.6V电池BAT，组成RTC实时时钟电路；
SDD0-3、SDCLK、SDCMD口连接SD卡插座，用于存储施工过程中的各种数据；
蓝牙模块U3，通过RXD3、TXD3、PC8连接第一处理器，实现智能扳手的本地数据无线传输。
因为智能扳手设置参数的种类较多，使用传统的3键式触摸键盘，操作繁琐复杂，因此本实施例摒弃了这种设置方式，使用了类似红外遥控器的设置方式，大大方便了设置操作，红外接收是通过U4-HS1838芯片接入第一处理器的PC9口实现。
USB接口模块连接无线二维码扫码枪的无线接收器，用于无线接收扫码枪获得的二维码信息。实现二维码扫码枪，与智能扳手的无线连接，方便现场施工。
二维码扫码枪的USB无线接收端，通过USBD+、USBD-接入第一处理器，同时为无线接收器提供5V电源。
OLED显示器通过PC0-4连接至第一处理器，显示二维码信息和扳手的各种信息。
COM接口为第一处理器串行口1的RXD1、TXD1三线制TTL串口，连接智能扳手扭矩控制器，获得或下发扭矩控制数据。
第一处理器串行口2，RXD2、TXD2连接ESP8266-WIFI模块接入阿里云等类似的云端平台，通过现场网关实现远程通讯。
第一处理器串行口3，RXD3、TXD3连接U3-BLE101蓝牙模块，实现本地设置和存储数据的蓝牙传输。
系统各个模块间独立工作，对时间的要求较为严格，传统的手工对时方式无法满足要求，智能扳手采用了NTP网络对时的方案，在内部实时时钟的基础上，通过每次联网后的自动网络对时来保证了各模块间时钟的精度，从而保证数据的准确同步，和唯一性。
环境姿态感知模块由温湿度传感器DHT11、WIFI通信模块、北斗GPS双模姿态模块，第二处理器、OLED显示屏构成。
环境姿态感知模块通过磁铁吸附在对应的钢结构上，温湿度传感器负责连续采集现场温湿度；北斗GPS双模姿态模块，负责获得三维地理坐标信息、时间信息；同时环境姿态感知模块通过内置的三轴加速度传感器，可以感知当前桥板螺栓组的姿态信息，可以感知此桥板的姿态，包括：水平放置、倒置、垂直放置、倾斜放置等，使质量管理更加精细化。
如图12所示，U1为STM32F103 ARM(即第二处理器)，第二OLED显示模块通过LCS、LRS、S3CLK、S3MO、LRST连接至第二处理器，显示二维码信息和温湿度及曲线、地理位置姿态、时间、信息。
COM1的RXD1、TXD1连接ESP8266-WIFI模块接入阿里云等类似的云端平台或者后台控制终端。
第二处理器串行口2的RXD2、TXD2、PC1连接“北斗-GPS”双模终端获得地理位置时间信息，U3-ADXL345为三轴加速度传感器，可以感知螺栓或桥板螺栓组的姿态信息，通过SCL2、SDA2接入第二处理器。
U2-SHT71为高精度温湿度传感器，用于获知现场温湿度微气象数据，通过SCL1、SDA1接入第二处理器。
分布式微气象及位置姿态感知单元的界面如图2所示，在水平板面使用时，装置上的(北N，上U)在水平放置时应指向北方向，在垂直面应将箭头对准上方。这样才能获知正确一致的姿态信息。LED显示二维码，同时显示4小时内的温湿度变化曲线，每分钟一点，采用4*60＝240点固定“滑窗”方式显示，每分钟的新数据替换旧数据，呈现4小时内温湿度变化趋势，同时还显示，地理位置的三维坐标、日期时间。
在桥梁工程施工时，大多螺栓施工面位于高空，属于高空作业范畴，需要具备相应施工资质的人员才能进入。工程技术指挥可能不具备相关资质无法到达施工面，因无法现场监督检测施工情况，与进行现场工程指导。这是螺栓施工领域存在的一个“痛点”。
通过4G现场记录仪可以解决对施工现场视音频数据采集和存储、现场实时视频传输的需求，同时记录仪是一款可穿戴式智能设备。体积小可方便的固定在工作服上，前方可将摄像、拍照、录音等现场数据存储在执法仪，也可将现场高清视音频通过4G/5G、WiFi无线网络回传至云端指挥中心；同时智能扳手也通过WiFi传送相关的扭紧过程数据到云端。音视频流和扭矩数据同时实时传送到云端指挥中心。工程技术指挥和决策者可在第一时间了解现场并指导工作，不用到达现场就可以“身临其境”的提供技术指导。
同时使用记录仪自带的“刷脸”生物识别技术，可以有效阻止无资质人员进行施工。
具体的工作步骤如下：
在控制中心，对扳手进行扭矩校准后，扫描计算机上的二维码，设定扭矩信息。
施工人员到达施工作业面后，扫描自己工牌上的二维码信息，记录当前施工人员身份；
在作业面的相关施工桥板上放置分布式微气象及位置姿态感知单元，稳定几分钟后，温湿度微气象数据被传送到云端，云端计算扭矩轴力修正系数，通过WiFi传送至现场施工扳手，动态修正扭矩，达到恒轴力的目的。
施工人员开始施工时打开现场记录仪，实时将施工音视频本地记录并实时传回云端指挥中心，同时记录仪内部的GPS记录位置信息。
扭紧同一桥板螺栓组之前扫描桥板上的二维码，记录螺栓相应信息，再扫描基于位置感知的分布式温湿度测量单元显示的二维码信息，获得位置姿态信息和螺栓相应的编码，无线传输到智能扳手，并在智能扳手的OLED上显示相关信息；
按下启动开始扭紧，扭紧完成后，智能扳手本地存储相关信息，并通过WiFi传送至云端存储；
在施工过程中，工程技术指挥可以通过记录仪的对讲功能，结合施工回传视频，及时提供云端工程指导。
因为大多螺栓施工面属于高空作业，需要具备相应施工资质的人员才能进入，工程技术指挥可能不具备相关资质无法到达施工面，这样现场作业过程通过记录仪的WiFi实现视频传输，智能扳手通过WiFi传送相关的扭紧数据，音视频流和扭矩数据同时实时传送到云端指挥中心，工程技术指挥不用到达现场就可以“身临其境”的提供技术指导。
实验结果表明，螺栓在初扭后，螺母的旋转角度与螺栓的轴向拉力成对应关系，当螺栓受拉处于弹性范围内，两者呈线性关系，测量初扭到终扭间的转角即“转角差”，可以衡量螺栓组的紧固质量。
一组质量稳定的螺栓组紧固后应具有类似于统计学中正态分布关系的转角差，从统计学观点可以将转角差的标准差在3σ以外的螺栓，视为需要重点关注的异常紧固螺栓，通过对转角差的统计学分析，实时监视螺栓质量，可以提高紧螺栓固施工的精细化程度，进一步提高施工质量。
在实际应用中，如果扳手没有放置角度传感器，可以用时间来近似推算转角，其实现方案是：连续监视扭矩值，当达到初扭扭矩时打开CPU定时器开始计时，达到终扭扭矩时停止计时，这时计数器中的值乘以转速，可以近似反应初扭到终扭间的转角，可以以此计算扭矩转角差。
实现基于云端物联通信，涉及的应用技术非常广泛，包括WIFI传输技术、云服务器部署、数据库编程、网站设计，前后端开发等技术；同时移动终端部分的开发包括：Android、ios端的程序开发，其中的每一个子系统都非常复杂。阿里云平台为开发者提供了自助式智能硬件开发工具与开放的云端服务。通过自助工具、完善的SDK与API服务能力大幅度降低了物联网硬件开发的复杂程度，降低开发者的研发成本，提升开发者的产品投产速度。
阿里云配置完成后，可以根据要求，形成android的、ios、微信的版的客户端源码，经相应开发工具编译后，下载到移动终端供用户使用，图3为扳手的移动终端上的APP显示图：
分别显示了当前移动端推送的工艺步骤阶段以及工作现场的温度、湿度、扭矩值、日期、时间、螺栓的二维码值，每次扭紧一条螺栓后会自动推送到移动端APP上显示，并自动存储在云端。
物联网智能扳手的扭矩质控数据与现场记录仪的视频数据在通过物联网传输，在云端汇合与展示，这是螺栓施工技术的一项革命性突破。
本实施例还提供了一种分布式组合扳手的施工方法，在桥梁施工时，为了防止桥板的翘曲，一般采用由内向外的层次扭紧的方式进行施工。相对于此种问题，一般发动机生产厂家多采用“多轴组合式扳手”对发动机关键部位如发动机的汽缸盖、连杆等进行同时扭紧，来防止连接部位在施扭过程的翘曲。
本实施例对所有的施工扳手均可以通过WIFI联网，进行同步工作，这样在空间允许的范围内，可以使用多把扳手进行同步施工，来解决桥板的翘曲。多把扳手由主站或移动端APP，下发同样的工艺参数，同时启动扭紧，这样由多把分布的扳手“组合”成多轴扳手对桥板同时展开施工，减小了桥板的翘曲同时提高了施工效率。
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 (10)
1.一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手，其特征在于：
包括控制终端，控制终端接收环境位姿感知单元得到的单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据；
控制终端根据接收到的数据进行边缘计算，得到单个螺栓或桥板螺栓组的扭矩轴力校正系数，根据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
2.如权利要求1所述的基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手，其特征在于：
施拧扭矩为螺栓连接耐扭矩系数、螺栓预紧轴力、螺栓公称直径和扭矩轴力校正系数的乘积。
3.一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手，其特征在于：
包括控制终端，所述控制终端接收云服务终端发来的扭矩轴力校正系数，据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
扭矩轴力校正系数为云服务终端根据接收到的环境位姿感知单元的感知数据计算得到，旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
4.如权利要求3所述的基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手，其特征在于：
施拧扭矩为螺栓连接耐扭矩系数、螺栓预紧轴力、螺栓公称直径和扭矩轴力校正系数的乘积；
或者，
云服务终端根据接收到的多个环境位姿感知单元的感知数据计算得到众多温湿度测温点构成的温湿度场的扭矩轴力校正系数。
5.一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，其特征在于：
包括：电动扳手、云服务终端、扫描终端和环境位姿感知单元，扫描终端、电动扳手和云服务终端相互通信连接，
环境位姿感知单元至少包括位置传感器、姿态传感器和温湿度传感器，实时将得到的感知数据通过二维码和文字的形式在显示屏显示；
扫描终端扫描环境位姿感知单元的二维码，得到单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据并发送给电动扳手的控制终端；
电动扳手的控制终端接收云服务终端发来的扭矩轴力校正系数，据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
6.一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，其特征在于：
包括：电动扳手、云服务终端、扫描终端和环境位姿感知单元，扫描终端、电动扳手和云服务终端相互通信连接，
环境位姿感知单元至少包括位置传感器、姿态传感器和温湿度传感器，实时将得到的感知数据通过二维码和文字的形式在显示屏显示，并将获得的温湿度数据发送给云服务终端，云服务终端根据接收到的环境位姿感知单元的感知数据计算得到扭矩轴力校正系数；
扫描终端扫描环境位姿感知单元的二维码，得到单个螺栓或桥板螺栓组的位置、姿态和微气象数据并发送给电动扳手的控制终端；
电动扳手的控制终端根据接收到的数据进行边缘计算，得到单个螺栓或桥板螺栓组的扭矩轴力校正系数，根据扭矩轴力校正系数得到当前环境下的施拧扭矩，根据得到的施拧扭矩进行单个螺栓或桥板螺栓组的旋紧；
旋紧结束后，控制终端将扭矩轴力校正系数、施拧扭矩、位置、姿态和微气象数据发送到云服务终端。
7.如权利要求5或6所述的基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，其特征在于：
还包括设置在控制中心主机上的设置类二维码，当通过设置类二维码设置扳手工艺参数后，现场施工人员无法私自改动扭矩，设置类二维码采用动态二维码的形式，每次扭矩设置的设置类二维码均不相同；
或者，
还包括是激光刻蚀单个螺栓上和/或在桥板上激光刻蚀的螺栓质控类二维码，用于标识螺栓和/或桥板螺栓。
8.如权利要求6所述的基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手系统，其特征在于：
云服务终端根据接收到的多个环境位姿感知单元的感知数据计算得到众多温湿度测温点构成的温湿度场的扭矩轴力校正系数。
9.一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在控制中心对扳手进行扭矩校准后，扫描控制中心计算机上的设置类二维码，设定扭矩信息；
施工人员到达施工作业面后，扫描自己工牌上的二维码信息，记录当前施工人员身份；
在作业面的相关施工桥板上放置环境位姿感知单元，稳定预设时间后，温湿度微气象数据被传送到云端，云端计算扭矩轴力修正系数，通过WiFi传送至现场施工扳手，动态修正扭矩；
施工人员开始施工时打开现场记录仪，实时将施工音视频本地记录并实时传回云端指挥中心，同时记录仪内部的GPS记录位置信息；
扭紧之前扫描桥板或螺栓上的二维码，记录螺栓或桥板的相应信息，再扫描环境位姿感知单元显示的二维码信息，获得位置姿态信息和螺栓相应的编码，无线传输到电动扳手，并在电动扳手的显示模块上显示相关信息；
按下启动开始扭紧，扭紧完成后，电动扳手本地存储相关信息，并通过无线传送至云服务终端进行存储；
当需要进行多个螺栓的同时扭紧时，对所有的扳手通过WIFI联网，进行同步工作，下发同样的工艺参数，同时启动扭紧。
10.一种基于云端物联技术的定扭矩恒轴力智能电动扳手控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在控制中心对扳手进行扭矩校准后，扫描控制中心计算机上的设置类二维码，设定扭矩信息；
施工人员到达施工作业面后，扫描自己工牌上的二维码信息，记录当前施工人员身份；
在作业面的相关施工桥板上放置环境位姿感知单元，稳定预设时间；
施工人员开始施工时打开现场记录仪，实时将施工音视频本地记录并实时传回云端指挥中心，同时记录仪内部的GPS记录位置信息；
扭紧之前扫描桥板或螺栓上的二维码，记录螺栓或桥板的相应信息，再扫描环境位姿感知单元显示的二维码信息；
获得位置姿态信息、温湿度数据和螺栓相应的编码，无线传输到电动扳手，并在电动扳手的显示模块上显示相关信息，电动扳手根据获取的当前的温湿度数据，边缘计算扭矩轴力修正系数，通过无线传送至现场施工扳手，动态修正扭矩；
按下启动开始扭紧，扭紧完成后，电动扳手本地存储相关信息，并通过无线传送至云服务终端进行存储；
当需要进行多个螺栓的同时扭紧时，对所有的扳手通过WIFI联网，进行同步工作，下发同样的工艺参数，同时启动扭紧。
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