CN113561116B - 一种冲击式扳手的冲击次数检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击式扳手的冲击次数检测方法，首先根据待测冲击式扳手冲击时的特性，标定冲击式扳手的冲击时刻；根据所述待测冲击式扳手的机械结构获得扳手原电机转动圈数和所述待测冲击式扳手的主动块之间转动圈数的关系，以及在冲击发生后所述主动块每转一圈冲击发生的次数，并以此推导出扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系；在所述待测冲击式扳手的冲击时刻开始时对所述扳手原电机转动圈数进行统计，再根据得到的扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系，计算得到所述待测冲击式扳手的冲击次数。该方法可以为扭矩控制提供精确地冲击次数输入，满足不同动力源的冲击式紧固工具，实现高精度的扭矩输出。

Description

一种冲击式扳手的冲击次数检测方法

技术领域

本发明涉及冲击式扳手技术领域，尤其涉及一种冲击式扳手的冲击次数检测方法。

背景技术

目前的市面上的紧固工具最常见的就是扳手，并且市场上的扳手类型多种多类，按照使用的动力源来分：有机动扳手、气动扳手和电动扳手；按照工作方式来分又可以分成：定扭矩扳手和冲击扳手。虽然扳手的种类繁多，但是对于不同工作方式的扳手，其工作原理又是基本相似的。如冲击扳手都是由动力源产生动力经过减速机构带动冲击体旋转，冲击体在阻力的作用下与输出轴的牙结构脱离啮合，形成冲击，冲击体在弹簧的作用下进行往复运动，造成连续的冲击，每次冲击一次，螺母都将被拧紧一次。

现有技术中冲击式扳手的输出扭矩大多难以精确控制，所以通常只能用于对一些无拧紧扭矩要求的设备进行紧固作业，工人们常常是通过自身的经验来判断螺母是否拧紧，这种方法存在着巨大的安全隐患，故目前冲击扳手存在输出扭矩不精确，冲击次数难检测或检测工具易损坏等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲击式扳手的冲击次数检测方法，该方法可以为扭矩控制提供精确地冲击次数输入，满足不同动力源的冲击式紧固工具，实现高精度的扭矩输出。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种冲击式扳手的冲击次数检测方法，所述方法包括：

步骤1、首先根据待测冲击式扳手冲击时的特性，标定冲击式扳手的冲击时刻；

步骤2、根据所述待测冲击式扳手的机械结构获得扳手原电机转动圈数和所述待测冲击式扳手的主动块之间转动圈数的关系，以及在冲击发生后所述主动块每转一圈冲击发生的次数，并以此推导出扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系；

步骤3、在所述待测冲击式扳手的冲击时刻开始时对所述扳手原电机转动圈数进行统计，再根据步骤2得到的扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系，计算得到所述待测冲击式扳手的冲击次数。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法可以为扭矩控制提供精确地冲击次数输入，满足不同动力源的冲击式紧固工具，实现高精度的扭矩输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的冲击式扳手的冲击次数检测方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述使用压电陶瓷片输出信号的示意图；

图3为本发明实施例对输出脉冲处理后的脉冲方波的示意图；

图4为本发明实施例采用电流检测的幅值示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示为本发明实施例提供的冲击式扳手的冲击次数检测方法流程示意图，所述方法：

步骤1、首先根据待测冲击式扳手冲击时的特性，标定冲击式扳手的冲击时刻；

在该步骤中，标定冲击式扳手的冲击时刻可以采用两种方法，一种方法为使用压电陶瓷片，具体过程为：

将压电陶瓷片贴到冲击式扳手的金属面，采集扳手冲击时产生的震动信息，经过电路处理之后，输出一个触发脉冲，获得冲击式扳手开始冲击的时刻。

举例来说，在冲击式扳手执行拧紧作业时，以拧紧螺母为例，在螺母未落座之前冲击扳手处于空载状态，冲击块和从动块之间未形成冲击，此时压电陶瓷片的原始信号输出是连续的、幅值较低的波形；冲击开始之后，压电陶瓷片输出波形为有规律的，幅值较大的脉冲，从扳手未冲击到冲击的变换过程中，震动信号的幅值陡增；再通过对输出信号进行实时处理，在输出信号的幅值突变时，输出冲击脉冲，并且以此脉冲出现时刻作为冲击开始时刻。

如图2是本发明实施例所述使用压电陶瓷片输出信号的示意图，在扳手未冲击之前，震动信号很小，冲击开始后压电陶瓷的输出信号在冲击时输出脉冲，经过电路处理后可以得到脉冲方波，如图3所示为本发明实施例对输出脉冲处理后的脉冲方波的示意图，以首个脉冲作为冲击开始的时刻。

另一种方法是采用电流检测，具体来说：

采集冲击式扳手的电机电枢电流，比较冲击式扳手冲击前的电流幅值变化和冲击之后的电流幅值变化，以此判断冲击式扳手开始冲击的时刻。具体来说：

冲击式扳手在拧紧螺母时，于扳手冲击之前，由于螺母对从动块的阻力较小，所以从动块未能克服连接主动块的弹簧的弹力，此时电机相当于处于空载状态，电机电枢电流幅值较小，随着螺母被拧紧，从动块受到螺母的阻力突然陡增，从动块对主动块的压力突增，克服了弹簧对主动块的压力，冲击式扳手开始进行冲击；

冲击时主动块做往复运动，每一次冲击都会向从动轴传递旋转动能，并且传递的能量与弹簧相关，由于每一次冲击对电机形成的负载相似，使得每一次冲击时电机的电枢电流的幅值大致相同；

通过检测电机电枢电流的幅值变化，既可得到冲击式扳手冲击时刻。

如图4所示为本发明实施例采用电流检测的幅值示意图，图4左边为冲击之前的幅值，右边为冲击之后的幅值，经过实时电路处理之后，对应图3的脉冲方波；图4左边未冲击时电流幅值较小未达到阈值故未形成触发脉冲，而右边的电流幅值较大，越过阈值后形成触发脉冲，图3脉冲首次出现时刻即对应冲击开始时刻。

这种方法只是采用冲击式扳手自身资源，没有添加额外的传感器，可以大量节省成本和冲击扳手的体积。

步骤2、根据所述待测冲击式扳手的机械结构获得扳手原电机转动圈数和所述待测冲击式扳手的主动块之间转动圈数的关系，以及在冲击发生后所述主动块每转一圈冲击发生的次数，并以此推导出扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系；

在该步骤中，推导扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系的过程具体为：

扳手原电机经过行星减速齿轮的减速增扭后，带动弹簧和冲击式扳手的主动块旋转；

弹簧和主动块的旋转圈数一一对应，扳手原电机和主动块相同时间内转动圈数比等于行星减速齿轮的传动比，由此得到扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系，具体来说：

假设扳手减速增扭机构传动比是n，未冲击前扳手原电机带动主动轴、弹簧、主动块、从动块进行旋转，则扳手原电机速度：主动块速度＝n:1；

在冲击开始后，由机械结构确定主动块转动的圈数和冲击次数的比值为1:2(由主动块和从动块的牙的数量确定，通常是使用两个牙，冲击板手通常设计成冲击块的牙和从动块的牙到达复位位置后能够接触进行打击)，则得到扳手原电机转速和冲击次数之间的关系为：

S＝2vt/n

其中，S是冲击次数；t是冲击式扳手的冲击时刻；n是减速增扭机构的传动比；v是扳手原电机转速；虽然在打击的动态过程中，冲击块的速度与主动轴的速度并不相等，但是由于每次打击时，冲击块的轴向位置相同，即冲击块与输出轴在此过程转动角度相同。所以，在整体过程中，冲击块的转速与主动轴相同。

对扳手原电机转动圈数进行统计，具体可以通过速度和时间计算电机转动圈数，具体实现中，电动冲击扳手的原电机使用的是直流无刷电机，这种电机可以直接精确检测到电机转动的圈数，可以不通过时间和速度，故也可以直接对电机转动圈数N进行计数；对于普通电机，则需要经过速度和时间来确定圈数，具体为：

N＝vt

N代表扳手原电机转动圈数；

由此得到扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系为：

S＝2N/n。

具体实现中，由于冲击扳手冲击时其冲击块和从动块形成啮合结构，在一个圆周上有两个牙相互咬合，牙与牙之间相隔180度，主动块受到弹簧压力作用，使主动块和从动块在未冲击之前紧紧贴合，导致主动块通过牙带动从动块高速旋转。在冲击开始时，牙与牙之间的挤压力增大，克服弹簧弹力之后，牙与牙之间发生位移，当位移到牙的长度后，牙与牙之间会脱扣，主动块会和从动块发生错位旋转，主动块的牙越过从动块的牙之后，在弹簧的压力的作用下又会弹回。在主动块的下个半圈中，主动块的牙会与从动块的牙形成一次碰撞，这就形成了一次冲击；在这整个过程中便形成了持续的冲击，而且主动块旋转一圈便会形成两次冲击(双牙情况下)，以此得到冲击次数和电机转动圈数之间的关系。

步骤3、在所述待测冲击式扳手的冲击时刻开始时对所述扳手原电机转动圈数进行统计，再根据步骤2得到的扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系，计算得到所述待测冲击式扳手的冲击次数。

具体实现中，上述冲击次数是作为扭矩值精确控制的重要参数，具体可以将推导所得到的冲击次数与相应扭矩值所对应的冲击次数进行对比，若推导所得到的冲击次数达到相应扭矩值所对应的冲击次数，则停止扳手原电机的工作，从而实现冲击式扳手的精确扭矩值输出。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本申请实施例所述检测方法具有如下优点：

1、具有泛用性，可满足不同动力源的冲击式紧固工具，对现有冲击式扳手的不足之处进行技术改进，能够实现高精度的扭矩输出；

2、采集电流的方案完全使用了扳手自身的资源，无需添加任何传感装置，可大大提高扳手的稳定性，大量节省了扳手成本，降低了扳手空间，减轻了扳手质量，为扳手小型化，便携化提供了方案；同时，此方案也基本排除了工作环境的干扰，解决了环境振动，噪音，磁场等因素对检测的结果的干扰；

3、采用压电陶瓷片采集震动信号的方案也只是利用了开始冲击时的脉冲，减小了因脉冲幅值不够而漏掉的冲击次数，并且压电陶瓷本身体积很小，便于节省扳手体积。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种冲击式扳手的冲击次数检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、首先根据待测冲击式扳手冲击时的特性，标定冲击式扳手的冲击时刻；

步骤2、根据所述待测冲击式扳手的机械结构获得扳手原电机转动圈数和所述待测冲击式扳手的主动块之间转动圈数的关系，以及在冲击发生后所述主动块每转一圈冲击发生的次数，并以此推导出扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系；

其中，推导扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系的过程具体为：

扳手原电机经过行星减速齿轮的减速增扭后，带动弹簧和冲击式扳手的主动块旋转；

弹簧和主动块的旋转圈数一一对应，扳手原电机和主动块相同时间内转动圈数比等于行星减速齿轮的传动比，由此得到扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系，具体来说：

假设扳手减速增扭机构传动比是n，未冲击前扳手原电机带动主动轴、弹簧、主动块、从动块进行旋转，则扳手原电机速度：冲击块速度＝n:1；

在冲击开始后，由机械结构确定主动块转动的圈数和冲击次数的比值为1:2，则得到扳手原电机转速和冲击次数之间的关系为：

S＝2vt/n

其中，S是冲击次数；t是冲击式扳手的冲击时刻；n是减速增扭机构的传动比；v是扳手原电机转速；

对扳手原电机转动圈数进行统计，具体可以通过速度和时间计算电机转动圈数，具体实现中，电动冲击扳手的原电机使用的是直流无刷电机，这种电机可以直接精确检测到电机转动的圈数，可以不通过时间和速度，故也可以直接对电机转动圈数N进行计数；对于普通电机，需要通过其速度和时间得到圈数，具体为：

N＝vt

N代表扳手原电机转动圈数；

由此得到扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系为：

S＝2N/n；

步骤3、在所述待测冲击式扳手的冲击时刻开始时对所述扳手原电机转动圈数进行统计，再根据步骤2得到的扳手原电机转动圈数和冲击次数的关系，计算得到所述待测冲击式扳手的冲击次数。

2.根据权利要求1所述冲击式扳手的冲击次数检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述标定冲击式扳手的冲击时刻的过程具体为：

将压电陶瓷片贴到冲击式扳手的金属面，采集扳手冲击时产生的震动信息，经过电路处理之后，输出一个触发脉冲，获得冲击式扳手开始冲击的时刻。

3.根据权利要求1所述冲击式扳手的冲击次数检测方法，其特征在于，在步骤1中，所述标定冲击式扳手的冲击时刻的过程具体为：

采集冲击式扳手的电机电枢电流，比较冲击式扳手冲击前的电流幅值变化和冲击之后的电流幅值变化，以此判断冲击式扳手开始冲击的时刻。

4.根据权利要求1所述冲击式扳手的冲击次数检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

将推导所得到的冲击次数与相应扭矩值所对应的冲击次数进行对比，若推导所得到的冲击次数达到相应扭矩值所对应的冲击次数，则停止扳手原电机的工作，从而实现冲击式扳手的精确扭矩值输出。

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