CN113510644B - 一种套筒扳手施扭控制方法及手动套筒扳手智能转换接头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套筒扳手施扭控制方法及手动套筒扳手智能转换接头。一种套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，控制器根据作业现场的网络环境，实现多种模式下的施扭扭矩和转角检测、控制和校准操作，包括：无网络时的不联网模式，为普通扭矩和转角监测控制模式；有网络时的联网模式，包括扭矩和转角校准模式；有网络时的联网模式，还包括按扭矩法作业的扭矩监测控制模式；有网络时的联网模式，还包括按扭矩‑转角法作业的扭矩和转角监测控制模式。网络环境下，根据上位机指令可进入按扭矩法或扭矩‑转角法控制模式或扭矩和转角校准模式，进行实时扭矩和转角的数字显示、操作过程的灯光指示和语音提示，提高了螺纹副作业质量和作业效率。

Description

一种套筒扳手施扭控制方法及手动套筒扳手智能转换接头

技术领域

本发明涉及一种套筒扳手施扭扭矩和转角的控制方法，利用可监控扭矩和转角的套筒扳手或转换接头，实现套筒扳手施扭过程中对扭矩和转角的检测和控制。

背景技术

螺纹副联接被广泛应用各种机械结构中，是目前最常用的联接方式。其实质是通过将轴向预紧力（夹紧力）控制到适当范围，将两个或多个部件可靠的联接在一起，轴向预紧力是评价螺纹副联接可靠性的重要指标。由于轴向预紧力是内力，目前还无法直接控制预紧力来装配螺纹联接，常用的控制方法有扭矩法、扭矩-转角法、螺栓屈服点法、螺栓伸长量法等，达到间接控制预紧力的目的。其中扭矩法和扭矩-转角法是目前机械结构螺纹副拧紧工艺中的主要方法。

扭矩法是采用手动或电动等静扭扳手以一定角速率均匀地将螺纹副施扭到规定扭矩，该方法的影响因素较多，扭矩控制精度较差，优点是工具简单，操作方便。扭矩-转角法是先将螺纹副拧紧到一个较小的初始扭矩（贴合扭矩），再从此点开始施扭规定角度的施扭控制方法。该方法最大限度地消除了施扭过程中各种与摩擦系数有关的因素的影响并可充分利用螺栓的承载能力，通过控制螺纹副间的相对角位移从而控制螺栓伸长量，达到准确控制预紧力的目的，缺点是可采用的工具较少。

装配线上使用的电动拧紧轴是目前最先进的拧紧工具，具有拧紧精度高，拧紧质量稳定，螺纹件摩擦系数对拧紧质量的影响小等优点。其缺点是：价格很高，控制系统复杂，无法便携式使用等。数字式扭矩扳手是在扳手杆上作用力点敏感位置设置应变式测力传感器，经电子检测技术数字运算将扭矩实时显示在液晶屏幕上，并可显示和保存扭矩峰值，精度较高，其缺点是：不能对扭矩在线监测，不能进行转角检测和控制，且存在被施扭螺纹副与扭矩检测不在同一中心轴线上，施力位置、用力方向和施扭平稳程度受人为因素影响较大，不易保证施扭质量。

中国发明专利201610566046.9公布了一种智能扭矩套筒，在套筒上设置扭矩传感器、模数转换器和单片机，有效实现了套筒自动组网、无线传输等功能，同时还可以数字显示和存储数据。其不足之处是一种套筒只能施扭一种螺母/螺栓，使用成本较高，且无施扭过程的角速度检测和控制以及灯光指示和声音提示功能，施扭过程中施扭扭矩精度难以保证。

螺纹副施扭作业中，经常用到一种套筒扳手转换接头，其上部的驱动方孔连接施扭板杆上的方榫，下部的方榫与标准套筒的方孔相连，用于改变方孔和方榫尺寸以适应对不同规格螺纹副施扭，目前尚没有可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头,用于手动扳手的扭矩和转角监控。因此，通过一种转换工具，以一定的角速率平稳地且一次性将螺纹副施扭到位，得到一个精准的扭矩和转角值，实现按扭矩法和扭矩-转角法施扭工艺施扭,对螺纹副装配来讲，无疑是极为方便和必要的。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种套筒扳手施扭扭矩、转角实时控制方法，可实现按扭矩法或扭矩-转角法施扭工艺对扭矩和转角进行准确控制；

同时，本发明提出一种可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头，解决了手动施扭中对扭矩和转角的监测和控制问题。

本发明采用的技术方案：

本发明套筒扳手施扭扭矩、转角实时控制方法，在施扭操作过程中，控制器自动监测作业现场的网络环境，通过对施扭扭矩、转角和角速率的实时检测，扭矩和转角数字显示以及操作过程的灯光指示和语音提示，实现联网时按扭矩法和扭矩-转角法拧紧工艺对施扭过程中扭矩和转角精确控制、对扭矩和转角的校准，以及不联网时对扭矩的正常监测。

可监控扭矩和转角的智能转换接头的结构如图1和图2所示，包括转换接头本体(10)，其上端设有驱动方孔(11)，下端设有输出方榫(12)，中间部分为弹性体(13)，在弹性体（13）上设有应变式扭矩传感器(15)，在转换接头本体(10)的下部与旋转臂(43)配合设有编码器式转角传感器(40)，所述驱动方孔(11)、输出方榫(12)、扭矩传感器(15)及转角传感器(40)处于同一中心轴线上；所述可监控扭矩和转角的智能转换接头的微电子检测电路如图3所示，包括微处理器(21)，液晶显示器(24)，无线通讯模块(28)，充电及电源管理电路(26)。

扭矩传感器及编码器式转角传感器输出信号连接微电子检测电路，以实现扭矩、转角信号的检测。扭矩传感器(15)的输出信号经扭矩信号调理电路(27)以及转角传感器(40)的输出信号经调理电路(25)接入微处理器(21)；微处理器(21) 通过I/0口经指示灯驱动电路(22)分别驱动扭矩指示灯(33)、转角指示灯(34)、角速率指示灯(35)进行操作指示，所述指示灯为镶嵌于转换接头本体(10)上的光导纤维灯环，可发出不同颜色的环状光线。微处理器(21) 还通过I/0口经喇叭驱动模块(23)驱动喇叭(36)进行操作过程的语音提示。

液晶显示器(24)与微处理器(21)内部的液晶驱动器连接，用于显示正反方向的扭矩值和转角值以及保持显示其峰值，还显示扭矩初始值、扭矩合格值、转角合格值等控扭参数以及电池剩余电量及无线连接状态信息。

微电子监测电路包括无线通讯模块(28)，所述无线通讯模块(28)采用基于LoRa扩频技术的物联网无线收发器，与上位机(安装有相应APP软件的便携式智能终端，或工控机)通讯，用于各种监测控制模式下控扭参数的灵活设置和施扭作业数据的上传。

采用LORA强抗干扰无线通讯技术，使本智能转换接头作为物联网的一个节点融入监控网络中，在作业现场强电磁干扰环境下，进行相关控扭参数的灵活预置以及工作状态和作业扭矩数据等信息的可靠传输，实现了螺纹副施扭作业的全过程监控以及作业数据的可追溯，符合物联网和大数据时代对作业工具提出的新要求。

微电子监测电路包括充电及电源管理电路(26)，所述充电及电源管理电路(26)由锂电池电量计和多个可控低压差稳压器（LDO）及其外围电路组成，与微处理器(21)的I²C接口和I/O口连接。用于锂电池(70)的充电和电量管理，以及所述微电子检测电路的低功耗管理。

所述套筒扳手施扭扭矩、转角实时控制方法，智能判断一次施扭过程结束，保存并上传施扭作业数据依据，包括：施扭过程中，实时检测转角值，当转角值停止增加，表示施扭过程停止，自动判断为一次施扭作业过程结束；施扭过程中，实时检测转角并计算和监控角速率值，如果角速率值超出设定范围，表示操作者在施扭时用力过猛，或忽快忽慢很不平稳，导致扭矩偏差过大，自动判断为一次施扭作业过程结束。

所述套筒扳手施扭扭矩、转角控制方法，通过控制器或与套筒扳手连接的可监控扭矩和转角的智能转换接头，根据作业现场的网络环境，分为四种模式，分别实现对施扭扭矩和转角的精准控制，包括：

A.无网络环境下，为普通扭矩和转角监测控制模式。此模式下智能转换接头内部的微处理器依据内存的扭矩和转角的校准数据表实时采集计算扭矩和转角值，满足施扭结束条件时，保存施扭作业数据与内部的非易失性存储器中；

B.有网络环境时的扭矩和转角校准模式，智能转换接头与上位机进行点对点无线通讯，当收到上位机校准指令时，进入此模式，通过标准装置分别对扭矩和转角在量程范围内进行多点校准，形成校准数据表存储于智能转换接头微处理器的非易失性存储器中，还发送到上位机中保存；

C.有网络环境时的按扭矩法作业的扭矩监测控制模式，智能转换接头与上位机进行无线通讯，当收到上位机按扭矩法作业指令时，进入仅控制扭矩的施扭作业模式，微处理器采集计算和显示实时扭矩值和转角值，并与预置的角速率和扭矩合格值动态比较，根据比较结果进行扭矩和角速率的灯光指示和语音提示，满足施扭结束条件时，本次施扭完成；

D.有网络时的按扭矩-转角法作业的扭矩和转角联合监测控制模式，智能转换接头与上位机进行无线通讯，当收到上位机按扭矩-转角法作业指令时，进入同时对扭矩值和转角值监测控制的施扭作业模式，微处理器采集计算和显示实时扭矩值和转角值，并与预置的角速率和扭矩初始值动态比较，达到初始扭矩值时，转角值清零并开始重新计算和显示，同时转为实时扭矩值和转角值分别与扭矩合格值和转角合格值动态比较，根据比较结果进行扭矩和转角的灯光指示和语音提示，满足施扭结束条件时，本次施扭完成。

进一步的，所述按扭矩法作业的扭矩监测控制模式，对一次合格施扭作业的扭矩控制方法为：接收上位机下传的角速率范围、扭矩合格值及其范围并保存，检测并显示扭矩和转角，计算实时角速率，设实时角速率处于角速率控制值范围内，角速率和扭矩指示灯绿色常亮，实时扭矩大于等于扭矩合格值下限的A%时，扭矩指示灯由绿色常亮变为绿色慢闪，提示操作者平缓地施扭，实时扭矩大于扭矩合格值下限时，扭矩指示灯由绿色慢闪变为蓝色常亮，喇叭连续输出“扭矩合格”语音，直到实时扭矩等于扭矩合格值上限，不断提示操作者当前扭矩已合格，应停止施扭，满足施扭结束条件时，本次施扭完成。

所述扭矩合格值下限的A%中的“A”值，可通过上位机设定，以满足不同工艺标准要求。

进一步的，所述按扭矩法作业的扭矩监测控制模式，接收上位机下传的角速率范围、扭矩合格值及其范围并保存，作业中不合格的扭矩控制方法包括：

1）实时检测并显示扭矩和转角值，计算角速率，角速率和扭矩指示灯绿色常亮，当实时角速率超过预设角速率范围时，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者用力过猛造成角速率不合格, 会导致扭矩偏差过大；

2）当实时扭矩小于扭矩合格值下限的A%且实时转角停止增加，扭矩指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低”语音提示，提示操作者注意力不够集中，过早地停止了施扭；

3）当实时扭矩小于扭矩合格值下限且实时转角停止增加，扭矩指示灯由绿色慢闪变为红色常亮，喇叭输出“扭矩低”语音提示，提示操作者注意力不够集中，停止施扭过早；

4）当实时扭矩大于扭矩合格值上限时，扭矩指示灯由蓝色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高”语音提示，提示操作者注意力不够集中，超出扭矩合格值上限。

进一步的，所述按扭矩-转角法的监测控制模式，对作业中一次合格施扭的扭矩和转角控制方法为：接收上位机下传的角速率范围，扭矩初始值、扭矩合格值和转角合格值及其范围并保存，施扭过程中，实时检测并显示扭矩和转角，计算角速率，设实时角速率处于角速率范围内，角速率、扭矩和转角指示灯绿色常亮，当实时扭矩等于初始扭矩值时，扭矩指示灯由绿色常亮变蓝色常亮，喇叭输出“到初始扭矩”语音提示,提示已达到扭矩初始值，随后进入转角-扭矩联合控制状态，转角值清零并开始重新计算和显示，同时转角指示灯由绿色常亮变为慢闪，实时转角达到转角合格值下限时，转角指示灯由绿色慢闪变蓝色常亮，喇叭连续输出“转角合格”语音提示,提示操作者转角已合格应停止施扭，直到实时转角达到转角合格值上限，满足施扭结束条件时，本次施扭完成。

进一步的，所述按扭矩-转角法的监测控制模式，接收上位机下传的角速率范围，扭矩初始值、扭矩合格值和转角合格值及其范围并保存，作业中对不合格的施扭控制方法包括：

1）实时检测并显示扭矩和转角，计算角速率，当实时角速率超过设定的角速率范围时，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者用力过猛造成角速率不合格, 会导致扭矩偏差过大；

2）当实时扭矩小于扭矩初始值且转角停止增加，扭矩和转角指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低，转角过低”语音提示，提示操作者过早停止施扭；

3）当实时扭矩大于等于扭矩初始值且小于扭矩合格值下限、实时转角大于转角合格值上限时，扭矩和转角指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“转角超限”语音提示，此时操作者应检查螺纹是否存在滑丝现象；

4）实时扭矩大于等于初始扭矩值，如果扭矩快速增加而转角仅少量增加，当实时扭矩大于扭矩合格值上限且实时转角小于转角合格值下限时，转角和扭矩指示灯变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高，转角过低”语音提示，此时操作者应检查螺纹是否存在乱扣现象；

5）实时扭矩大于等于扭矩初始值后，如果实时转角大于转角合格值上限且实时扭矩大于扭矩合格值上限，扭矩和转角指示灯变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高，转角过高”语音提示，提示操作者注意力不够集中，停止施扭过晚。

施扭控制过程中，当满足本次施扭结束条件时，不论作业过程是否合格，则判断一次施扭作业过程结束，控制器自动保存和/或上传本次施扭作业的预设参数和作业结果数据，用于施扭作业的全过程监控和作业质量追溯。

本发明有益效果：

1、本发明套筒扳手施扭扭矩、转角控制方法，根据具体紧固施扭工艺和作业标准灵活预设相关控扭参数，实时监测计算扭矩、转角和施扭角速率，并与预设值进行动态比较和逻辑判断，通过数字显示、灯光指示和语音提示方法，引导操作者对施扭过程中的扭矩和转角精确控制，并可自动监测螺纹副的滑丝和乱扣等缺陷以及施扭操作的不当之处，提高了螺纹副紧固作业合格率以及作业效率。

2. 本发明套筒扳手施扭扭矩、转角控制方法，依据网络环境按无网络的普通扭矩监控模式，有网络的扭矩法和扭矩-转角法监控模式以及扭矩转角校准模式，用户可根据具体紧固施扭工艺和作业标准灵活预设相关控扭参数，实时检测计算扭矩、转角和施扭角速率，并与预设值进行动态比较和逻辑判断，通过数字显示、灯光指示和语音提示方法，引导操作者对施扭过程中的扭矩和转角精确控制，并可自动监测螺纹副的滑丝和乱扣等缺陷以及施扭操作的不当之处，提高了螺纹副紧固作业合格率以及作业效率。

3.本发明可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头，通过在智能转换接头本体上设置驱动方孔、输出方榫、扭矩传感器和转角传感器，且处于同一中心轴线上，有效地减少了操作人员的人为因素对扭矩监测和控制精度的影响。

4.本发明可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头，主要用于手动施扭操作过程中，可作为一个物联网节点工作在螺纹副紧固施扭监控系统中，依据网络环境按无网络的普通扭矩监控模式，有网络的扭矩法和扭矩-转角法监控模式以及扭矩转角校准模式，实现螺纹副施扭作业过程的全监控以及作业扭矩数据的可追溯，符合物联网和大数据时代对作业工具和作业方法提出的新要求。

附图说明

图1是本发明所基于的套筒扳手智能转换接头结构图；

图2是本发明所基于的套筒扳手智能转换接头结构剖视图；

图3是本发明所基于的套筒扳手智能转换接头微电子检测电路原理框图；

图4是本发明多种工作模式控制流程图；

图5是按扭矩法进行监测控制的流程图；

图6是按扭矩-转角法进行监测控制的流程图；

图7是本发明所基于的套筒扳手智能转换接头使用状态示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图4，本发明套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，在施扭操作过程中，根据作业现场的网络环境，实现多种模式下的施扭扭矩和转角检测、控制和校准操作，进行实时扭矩和转角数字显示以及操作过程的灯光指示和语音提示；其控制模式包括：

A.无网络时的不联网模式，为普通扭矩和转角监测控制模式

1）控制器接收扭矩传感器和转角传感器发送的实时扭矩和转角数据信息；

2）根据内存的校准数据表计算实时扭矩、转角和扭矩率，同时与预置的扭矩和扭矩率上下限值控扭参数进行数据比较和逻辑判断，当扭矩率为零和/或实时转角数据停止增加时，判断一次施扭过程完成，保存施扭数据；

工作于此模式时（不联网的普通扭矩和转角监测控制模式），智能转换接头内部的微处理器依据内存的扭矩和转角的校准数据表实时采集计算扭矩和转角值，满足施扭结束条件时，一次施扭过程结束，自动保存施扭作业数据于内部的非易失性存储器中。

B.有网络时的联网模式，包括扭矩和转角校准模式

联网时的扭矩和转角校准模式，控制器与上位机进行点对点无线通讯，当收到校准指令时，进入扭矩和转角校准模式，通过标准装置分别对扭矩和转角在量程范围内进行多点校准，形成校准数据表存储于微处理器的非易失性存储器中，发送到上位机中保存。

C.有网络时的联网模式，还包括按扭矩法作业的扭矩监测控制模式

联网时按扭矩法工艺作业的监测控制模式，控制器与上位机进行无线通讯，当收到按扭矩法作业指令时，进入仅控制扭矩的施扭作业模式，控制器实时采集计算和显示实时扭矩值和转角值，并与预置的角速率和扭矩控制值动态比较和逻辑判断，根据比较结果进行扭矩和角速率的灯光指示和语音提示；结果由液晶显示器数字显示、由扭矩和角速率指示灯灯光指示和对应的语音提示，满足施扭结束条件时，本次施扭完成。

D.有网络时的联网模式，还包括按扭矩-转角法作业的扭矩和转角监测控制模式

控制器与上位机进行无线通讯，当收到按扭矩-转角法作业指令时，进入同时对扭矩值和转角值控制的施扭作业模式，控制器同时采集计算和显示实时扭矩值和转角值，并与预置的角速率和扭矩初始值动态比较，实时扭矩达到初始扭矩值时，转角值清零并开始重新计算和显示，转为实时扭矩值和转角值分别与扭矩控制值和转角控制值动态比较和逻辑判断，根据比较结果进行扭矩和转角的灯光指示和语音提示。结果由液晶显示器数字显示、由扭矩、转角和角速率指示灯灯光指示和对应的语音提示，满足施扭结束条件时，本次施扭完成。

图4为本发明套筒扳手施扭扭矩、转角实时控制方法的多种工作模式控制流程图。微处理器/控制器自动监测所处的网络环境，根据上位机的指令分别进入不同的工作模式。

联网时，当微处理器/控制器收到上位机按扭矩-转角法作业指令时，进入此模式。

实施例2

参见图4和图5，本实施例与实施例1的不同之处在于：按扭矩法紧固工艺进行的一次合格施扭作业的扭矩控制方法为：接收上位机下传的角速率范围、扭矩合格值及其范围并保存，检测并显示扭矩和转角，计算实时角速率，设实时角速率处于角速率控制值范围内，角速率和扭矩指示灯绿色常亮，实时扭矩大于等于扭矩合格值下限的65%时，扭矩指示灯由绿色常亮变为绿色慢闪，提示操作者平缓地施扭，实时扭矩大于等于扭矩合格值下限时，扭矩指示灯由绿色慢闪变为蓝色常亮，喇叭连续输出“扭矩合格”语音，直到实时扭矩等于扭矩合格值上限，不断提示操作者当前扭矩已合格，应停止施扭，满足施扭结束条件时，本次施扭完成，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据。

实施例3

参见图4和图5，本实施例与实施例2的不同之处在于：按扭矩法紧固工艺进行的监测控制模式，接收上位机下传的角速率范围、扭矩合格值及其范围并保存，施扭作业中对不合格的扭矩控制方法包括：

1）实时检测并显示扭矩和转角值，计算角速率，角速率和扭矩指示灯绿色常亮，当实时角速率超过预设角速率范围时，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者用力过猛造成角速率不合格, 会导致扭矩偏差过大，自动保存、上传并显示扭矩峰值和角速率超限等施扭作业数据；

2）当实时扭矩小于扭矩合格值下限的A%且实时转角停止增加，扭矩指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低”语音提示，提示操作者注意力不够集中，过早地停止了施扭，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据；

3）当实时扭矩小于扭矩合格值下限且实时转角停止增加，扭矩指示灯由绿色慢闪变为红色常亮，喇叭输出“扭矩低”语音提示，提示操作者注意力不够集中，停止施扭过早，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据；

4）当实时扭矩大于扭矩合格值上限时，扭矩指示灯由蓝色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高”语音提示，提示操作者注意力不够集中，超出扭矩合格值上限，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据。

实施例4

参见图4和图6，本实施例与前述各实施例不同的是：按扭矩-转角法紧固工艺进行的一次合格施扭作业的扭矩控制方法为：接收上位机下传的角速率范围，扭矩初始值，扭矩合格值和转角合格值及其范围并保存，施扭过程中，实时检测并显示扭矩和转角，计算角速率，设实时角速率处于角速率范围内，角速率、扭矩和转角指示灯绿色常亮，当实时扭矩等于初始扭矩值时，扭矩指示灯由绿色常亮变蓝色常亮，喇叭输出“到初始扭矩”语音提示,提示已达到扭矩初始值，随后进入转角-扭矩联合控制状态，转角值清零并开始重新计算和显示，同时转角指示灯由绿色常亮变为慢闪，实时转角达到转角合格值下限时，转角指示灯由绿色慢闪变蓝色常亮，喇叭连续输出“转角合格”语音提示,提示操作者转角已合格应停止施扭，直到实时转角达到转角合格值上限，满足施扭结束条件时，本次施扭完成，自动保存、上传并显示扭矩初始值，扭矩和转角峰值等施扭作业数据。

实施例5

参见图4和图6，本实施例与实施例4不同的是：按扭矩-转角法紧固工艺进行的监测控制模式，接收上位机下传的角速率范围，扭矩初始值，扭矩合格值和转角合格值及其范围并保存，对各种不合格施扭操作的控制方法包括：

1）实时检测并显示扭矩和转角，计算角速率，当实时角速率超过设定的角速率范围时，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者用力过猛造成角速率不合格, 会导致扭矩偏差过大，自动保存、上传并显示扭矩峰值和角速率超限等施扭作业数据；

2）当实时扭矩小于扭矩初始值且转角停止增加，扭矩和转角指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低，转角过低”语音提示，提示操作者过早停止了施扭，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据；

3）当实时扭矩大于等于扭矩初始值且小于扭矩合格值下限、实时转角大于转角合格值上限时，扭矩和转角指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低，转角过高”语音提示，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据，此时操作者应检查螺纹是否存在滑丝现象；

4）实时扭矩大于等于初始扭矩值，如果扭矩快速增加而转角仅少量增加，当实时扭矩大于扭矩合格值上限且实时转角小于转角合格值下限时，转角和扭矩指示灯变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高，转角过低”语音提示，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据，此时操作者应检查螺纹是否存在乱扣现象；

5）实时扭矩大于等于扭矩初始值后，如果实时转角大于转角合格值上限且实时扭矩大于扭矩合格值上限，扭矩和转角指示灯变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高，转角过高”语音提示，自动保存、上传并显示扭矩峰值等施扭作业数据，提示操作者注意力不够集中，停止施扭过晚。

实施例6

本发明提出了一种可监控扭矩和转角的套筒扳手转换接头。如图1、图2所示，所述智能转换接头，包括转换接头本体10，所述转换接头本体10上端为驱动方孔11，下端为输出方榫12，中间部分为柱体结构的弹性体13，在所述柱体结构的弹性体13的扭矩最敏感部位，且与其中心轴线成45度角方向均匀设置有应变片14，这些应变片组成测量电桥并构成与转换接头本体10一体化的应变式扭矩传感器15；在转换接头本体10的下部与旋转臂43配合设有编码器式转角传感器40；并且，在所述智能转换接头本体10的两圆盘内侧通过固定架16固定有微电子检测电路板20及锂电池70，所述扭矩传感器15及编码器式转角传感器40输出信号连接所述微电子检测电路20,以实现扭矩、转角信号的检测。

如图3所示，所述微电子检测电路20包括微处理器21、液晶显示器24、无线通讯模块28以及充电及电源管理电路26；扭矩传感器15 输出的电压信号经扭矩信号调理电路27接入微处理器21；编码器式转角传感器40输出的脉冲信号经转角信号调理电路25接入微处理器21；微处理器21通过I/0口经指示灯驱动电路22分别驱动扭矩指示灯33、转角指示灯34和角速率指示灯35进行操作指示，微处理器21还通过I/0口经喇叭驱动模块23驱动喇叭36进行操作过程的语音提示；液晶显示器24与微处理器21内部的液晶驱动器连接。

所述微电子检测电路的微处理器21内含A/D转换器、数据运算单元、非易失数据存储器、液晶驱动器、多种串行接口和一定数量的I/O口。微处理器21内部的非易失性数据存储器，除了存储运行程序和多组施扭作业结果数据外，还存储有扭矩和转角的多点校准数据表以及扭矩初始值，扭矩合格值、转角合格值和角速率值及其范围等控扭参数。

扭矩传感器15输出的电压信号经扭矩信号调理电路27接入微处理器21内部的A/D转换器，进行A/D转换、数字滤波，结合多点校准数据表进行数据运算得到实时扭矩数据，转角传感器40输出的脉冲信号经转角信号调理电路25接入微处理器21内部的外部中断接口，进行旋转方向判别、转角和角速率计算，得到实时转角和角速率数据。

通过智能转换接头本体10的上下两圆盘，与其匹配设有非金属密封前外壳60，后外壳62，所述非金属密封外壳与微电子检测电路的液晶显示器24对应位置设置有透明显示窗61，与喇叭对应位置设置有网状传声孔。

实施例7

如图2所示，本实施例的可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头，与实施例6不同的是：所述编码器式转角传感器40设置于转换接头本体10下部输出方榫12的上方，包括码盘41和读码器42，所述读码器42与码盘41配合设置于转换接头本体10下部的盒体内，读码器42固定于盒体的内壁，盒体下端敞口，并设有封盖48。码盘41与旋转臂43固定连接，并可沿转换接头本体10中心轴线呈360°转动，所述旋转臂43通过销轴49与上支撑臂44连接，上支撑臂44与中支撑臂45固定连接，中支撑臂45与下支撑臂47固定连接,下支撑臂47外套有软橡胶外套46；中支撑臂45为绝缘柔性材质，下支撑臂47为强磁体材质。目的是实现下支撑臂与外部金属支撑件间形成可靠固定，使得编码器式转角传感器40采集的转角值准确可靠。施扭作业时，码盘41固定不动，读码器42随智能转换接头本体同步转动。

实施例8

本实施例的可监控扭矩和转角的套筒扳手智能转换接头，与实施例6及实施例7不同的是：所述驱动方孔11、输出方榫12、扭矩传感器15及转角传感器40处于同一中心轴线上，这样可以有效地减少操作人员的人为因素对扭矩检测和控制精度的影响。

参见图7。图7所示为智能转换接头使用状态示意图，普通手动扭矩扳手80的驱动方榫垂直插于智能智能转换接头1的驱动方孔11中，智能智能转换接头1的输出方榫垂直插于套筒扳手头81的方孔中，套筒扳手头81施扭工件83上的螺母82，支撑臂固定于工件上的突出物84。当施加一定扭矩或上位机发送唤醒指令将本智能转换接头唤醒后，首先自动监测所处的网络环境，有网络时，上位机50将初始扭矩值，扭矩合格值、转角合格值和角速率值以及各自的控制范围值等控扭参数下传到微处理器内部的非易失数据存储器中保存，根据上位机指令，分别进入不同的控扭模式。

工作过程中，微处理器21将实时扭矩和转角数据送液晶显示器显示的同时，与角速率数据一起同非易失性存储器内所存的扭矩初始值，扭矩合格值、转角合格值和角速率值以及各自的控制范围值等参数进行比较和逻辑运算，运算结果一方面通过I/0口经指示灯驱动电路22分别驱动扭矩指示灯33、转角指示灯34和角速率指示灯35进行操作指示，另一方面经喇叭驱动模块23进行多段语音智能组合，驱动喇叭36进行相应的控扭操作语音提示。

扭矩指示灯33、转角指示灯34和角速率指示灯35为镶嵌于转换接头本体10上下侧的光导纤维灯环，由指示灯驱动电路22驱动发出不同颜色的环状光线。

所述的充电及电源管理电路26由锂电池电量计CW2018和多个可控低压差稳压器（LDO）R1114或专用电源管理器CW3603及其外围电路组成，与微处理器21的I²C接口和I/O口连接。用于锂电池70的充电和电量管理，以及所述微电子监测电路的低功耗管理。所述电量计实时监测锂电池充放电状态下的电压、电流和温度，并准确计算锂电池的剩余电量，剩余电量信息由液晶显示器24显示；锂电池70的输出电源连接可控低压差稳压器或电源管理器的输入端，输出端分别连接耗电量较多的微处理器21、扭矩传感器15、转角传感器40、无线通讯模块28、液晶显示器24的背光驱动等部分。

液晶显示器可显示的数据包括：具有峰值保持功能的正反方向的实时扭矩值和实时转角值，扭矩初始值，扭矩合格值、转角合格值和角速率值及其范围等相关控扭参数，以及电池剩余电量信息及无线连接状态。

所述无线通讯模块28采用基于LoRa扩频技术的物联网无线收发器Semtech-SX1268，在抗干扰性能、通信距离都远超现在的 FSK、GFSK 调制方式的产品。无线通讯模块与上位机(安装有相应APP软件的便携式智能终端或工控机)通讯，用于各种监测控制模式下控扭参数的灵活设置和施扭作业数据的上传。

Claims (10)

1.一种套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，在施扭操作过程中，根据作业现场的网络环境，实现多种模式下的施扭扭矩和转角检测、控制和校准操作，进行实时扭矩和转角数字显示以及操作过程的灯光指示和语音提示；其控制模式包括：

A.无网络时的不联网模式，为普通扭矩和转角监测控制模式

1）控制器接收扭矩传感器和转角传感器发送的实时扭矩和转角数据信息；

2）根据内存的校准数据表计算实时扭矩、转角和扭矩率，同时与预置的扭矩和扭矩率上下限值控扭参数进行数据比较和逻辑判断，当扭矩率为零和/或实时转角数据停止增加时，判断一次施扭过程完成，保存施扭数据；

B.有网络时的联网模式，包括扭矩和转角校准模式

控制器与上位机进行点对点无线通讯，当收到校准指令时，进入扭矩和转角校准模式，通过标准装置分别对扭矩和转角在量程范围内进行多点校准，形成校准数据表存储于微处理器的非易失性存储器中，发送到上位机中保存；

C.有网络时的联网模式，还包括按扭矩法作业的扭矩监测控制模式

控制器与上位机进行无线通讯，当收到按扭矩法作业指令时，进入仅控制扭矩的施扭作业模式，控制器实时采集计算和显示实时扭矩值和转角值，并与预置的角速率和扭矩控制值动态比较，根据比较结果进行扭矩和角速率的灯光指示和语音提示；

D.有网络时的联网模式，还包括按扭矩-转角法作业的扭矩和转角监测控制模式

控制器与上位机进行无线通讯，当收到按扭矩-转角法作业指令时，进入同时对扭矩值和转角值控制的施扭作业模式，控制器同时采集计算和显示实时扭矩值和转角值，并与预置的角速率和扭矩初始值动态比较，实时扭矩达到初始扭矩值时，转角值清零并开始重新计算和显示，转为实时扭矩值和转角值分别与扭矩控制值和转角控制值动态比较，根据比较结果进行扭矩和转角的灯光指示和语音提示。

2.根据权利要求1所述的套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，其特征在于：按扭矩法作业的扭矩监测控制模式，作业中一次合格施扭作业的扭矩控制过程：

控制器接收上位机下传的角速率范围、扭矩合格值及范围并保存，检测并显示扭矩和转角，计算实时角速率，实时角速率处于角速率控制值范围内，角速率和扭矩指示灯绿色常亮，实时扭矩大于等于扭矩合格值下限的A%时，扭矩指示灯由绿色常亮变为绿色慢闪，提示操作者平缓地施扭，实时扭矩大于扭矩合格值下限时，扭矩指示灯由绿色慢闪变为蓝色常亮，喇叭连续输出“扭矩合格”语音，直到实时扭矩等于扭矩合格值上限，不断提示操作者当前扭矩已合格，停止施扭，此时如果转角值停止增加，自动判断一次施扭完成。

3.根据权利要求1或2所述的套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，其特征在于：按扭矩法作业的扭矩监测控制模式，对作业中不合格的施扭控制过程包括：

实时检测并显示扭矩和转角值，计算角速率，角速率和扭矩指示灯绿色常亮，当实时角速率超过预设角速率范围时，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者用力过猛造成角速率不合格，会导致扭矩偏差过大；

当实时扭矩小于扭矩合格值下限的A%且实时转角停止增加，扭矩指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低”语音提示，提示操作者注意力不够集中，过早地停止了施扭；

当实时扭矩小于扭矩合格值下限且实时转角停止增加，扭矩指示灯由绿色慢闪变为红色常亮，喇叭输出“扭矩低”语音提示，提示操作者注意力不够集中，停止施扭过早；

当实时扭矩大于扭矩合格值上限时，扭矩指示灯由蓝色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高”语音提示，提示操作者注意力不够集中，超出扭矩合格值上限。

4.根据权利要求1所述的套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，其特征在于：按扭矩-转角法作业的扭矩和转角监测控制模式，作业中一次合格施扭的扭矩和转角控制过程：

控制器接收上位机下传的角速率范围，扭矩初始值、扭矩合格值、转角合格值及范围并保存，施扭过程中，实时检测并显示扭矩和转角，计算角速率，实时角速率处于角速率范围内，角速率、扭矩和转角指示灯绿色常亮，当实时扭矩达到初始扭矩值下限时，扭矩指示灯由绿色常亮变蓝色常亮，提示已达到扭矩初始值范围，随后进入转角-扭矩联合控制状态，转角值清零并开始重新计算和显示，同时转角指示灯由绿色常亮变为慢闪，实时转角达到转角合格值下限时，转角指示灯由绿色慢闪变蓝色常亮，喇叭连续输出“转角合格”语音提示,提示操作者转角已合格应停止施扭，直到实时转角达到转角合格值上限，如果在此范围转角停止增加，自动判断一次施扭完成。

5.根据权利要求1或4所述的套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，其特征在于：按扭矩-转角法作业的扭矩和转角监测控制模式，对作业中不合格的施扭控制过程包括：

控制器实时检测并显示扭矩和转角，计算角速率，当实时角速率超过设定的角速率范围时，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者用力过猛造成角速率不合格, 会导致扭矩偏差过大；

当实时扭矩小于扭矩初始值且转角停止增加，扭矩和转角指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过低，转角过低”语音提示，提示操作者过早停止施扭；

当实时扭矩大于等于扭矩初始值且小于扭矩合格值下限、实时转角大于转角合格值上限时，扭矩和转角指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“转角超限”语音提示，此时操作者应检查螺纹是否存在滑丝现象；

实时扭矩大于等于初始扭矩值，如果扭矩快速增加而转角仅少量增加，当实时扭矩大于扭矩合格值上限且实时转角小于转角合格值下限时，转角和扭矩指示灯变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高，转角过低”语音提示，此时操作者应检查螺纹是否存在乱扣现象；

实时扭矩大于等于扭矩初始值后，如果实时转角大于转角合格值上限且实时扭矩大于扭矩合格值上限，扭矩和转角指示灯变为红色常亮，喇叭输出“扭矩过高，转角过高”语音提示，提示操作者注意力不够集中，停止施扭过晚。

6.根据权利要求1、2或4所述的套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，其特征在于：施扭过程中，控制器实时检测扭矩和转角，同时计算并监控角速率值，如角速率值超出设定范围，自动判断为一次施扭作业过程结束，角速率指示灯由绿色常亮变为红色常亮，喇叭输出“角速率超限”语音提示，提示操作者应平稳施扭，避免忽快忽慢、用力过猛，导致扭矩偏差过大，造成扭矩不合格。

7.根据权利要求1、2或4所述的套筒扳手施扭扭矩、转角监测及控制方法，其特征在于：施扭过程中，控制器实时检测扭矩和转角，如转角值停止增加，自动判断为一次施扭作业过程结束，扭矩和转角指示灯变为红色常亮，根据预设的扭矩初始值、扭矩合格值、转角合格值及其范围，喇叭输出对应的扭矩和/或转角语音提示。

8.一种可实现权利要求1所述控制方法的手动套筒扳手智能转换接头，在转换接头本体(10)上设置与其中心轴线成45度角方向均匀布置的应变片(14)组成的一体式扭矩传感器(15)，在转换接头本体(10)的下部与旋转臂配合设有编码器式转角传感器(40)；其特征在于，在所述转换接头本体(10)固定有微电子检测电路(20)及锂电池(70)，所述微电子检测电路（20）包括微处理器(21)、液晶显示器(24)、无线通讯模块(28)以及充电及电源管理电路(26)；扭矩传感器(15) 输出的电压信号经扭矩信号调理电路(27)接入微处理器(21)；编码器式转角传感器(40)输出的脉冲信号经转角信号调理电路(25)接入微处理器(21)；微处理器(21) 通过I/0口经指示灯驱动电路(22)分别驱动扭矩指示灯(33)、转角指示灯(34)和角速率指示灯(35)进行操作指示，微处理器(21) 还通过I/0口经喇叭驱动模块(23)驱动喇叭(36)进行操作过程的语音提示；液晶显示器(24)与微处理器(21)内部的液晶驱动器连接。

9.根据权利要求8所述的手动套筒扳手智能转换接头，其特征在于：所述编码器式转角传感器(40)设置于转换接头本体(10)下部输出方榫(12)的上方，包括码盘(41)和读码器(42)，所述读码器(42)与码盘(41)配合设置，读码器(42)与转换接头本体(10)固定连接，码盘(41)与旋转臂(43)固定连接并可沿转换接头本体(10)中心轴线呈360°转动，所述旋转臂(43)通过销轴(49)与上支撑臂(44)连接，上支撑臂(44)与中支撑臂(45)固定连接，中支撑臂(45)与下支撑臂(47)固定连接；所述下支撑臂(47)外套有软橡胶外套(46)，中支撑臂(45)为绝缘柔性材质，下支撑臂(47)为强磁体材质。

10.根据权利要求8或9所述的手动套筒扳手智能转换接头，其特征在于：转换接头本体（10）的驱动方孔(11)、输出方榫(12)及转换接头本体设置安装的扭矩传感器(15)及转角传感器(40)处于同一中心轴线上。

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