CN114179020A - 一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，控制装置与动力机构电性连接，用于向动力机构发送控制信号；动力机构通过传动机构为工作头提供动力，所述工作头上具有与智能紧固件相配合的工作位，测量探头与工作位配合设置，用于测量智能紧固件在执行紧固动作时的预紧力；传动机构测量探头与控制装置电性连接，用于向控制装置反馈智能紧固件的预紧力信号。本发明所述的自动安装工具，控制装置控制动力机构向传动机构发送控制信号，传动机构为工作头提供动力，智能紧固件配合工作头的工作位做拧紧动作，同时测量探头配合工作头对智能紧固件测量预紧力，测量探头将测得结果反馈给控制装置，实现测量探头预紧力的实时测量。

Description

一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具

技术领域

本发明属于紧固件领域，尤其是涉及一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具。

背景技术

在使用紧固件进行连接结构的紧固时，真正表征紧固状态的是连接结构的紧固件承受的预紧力。而目前工程应用中对紧固件的安装普遍使用由安装力矩间接控制智能紧固件(螺栓)预紧力的办法，进行紧固连接安装、检修、安全监测等。该方法的以对连接结构施加的扭矩值为参考标准，然而研究表明，扭矩做功在连接结构中真正转化为预紧力的比例只有10％左右，再加上工程应用中的扭矩扳手、气动工具的固有测量误差，用扭矩法控制时，真正的连接预紧力测量存在很大的误差，加上人工操作误差，很容易导致安装过紧或过松，达不到预期安装效果。此外，对复杂件的紧固状态检修、安全检查等过程中，因为螺栓变形卡死、测量端锈蚀等原因，单纯的扭矩控制法不易识别出已断裂或有裂纹的连接螺栓，存在极大的安全隐患。

因此，实现紧固件安装预紧力的精确、快速测量，是工程应用中迫切需要解决的问题。近年来，针对智能紧固件的预紧力测量仪可实现连接结构的预紧力测量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，以解决工程实践中安装预紧力不能有效控制的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，包括：控制装置、动力机构、传动机构、工作头、测量探头；

控制装置与动力机构电性连接，用于向动力机构发送控制信号；动力机构通过传动机构为工作头提供动力，所述工作头上具有与智能紧固件相配合的工作位，测量探头与工作位配合设置，用于测量智能紧固件在执行紧固动作时的预紧力；

传动机构测量探头与控制装置电性连接，用于向控制装置反馈智能紧固件的预紧力信号。

进一步的，工作头包括壳体、抱紧机构，壳体内设有用于安装传动机构的第一安装槽，还设有用于抱紧机构转动的第一安装槽，第一安装槽与第二安装槽通过通孔连接，传送给机构安装在第二安装槽内，抱紧机构转动安装在第二安装槽内，传动机构贯穿通孔后与抱紧机构连接。

进一步的，抱紧机构包括：偏心凸轮、套筒，偏心凸轮转动安装在第二安装槽内，偏心凸轮端部与传动机构铰接，偏心凸轮上设有柱形安装孔，套筒安装在柱形安装孔内，套筒的两端延伸出柱形安装孔后与壳体转动连接，套筒的外壁设有棘齿，柱形安装孔的直径大于棘齿外圈直径，偏心凸轮上还设有矩形槽，矩形槽与柱形安装孔相通，矩形槽内安装有限位块，限位块通过压簧安装在矩形槽内，限位块上设有与套筒外壁的棘齿相对应的棘齿，限位块与套筒外壁啮合，套筒的内壁呈六角形，智能紧固件位于套筒的内壁内。

进一步的，传动机构包括外壳，外壳通过螺栓固定在第一安装槽内，外壳上安装有气堵、浮动杆，外壳内设有充油腔，气堵安装在充油腔端部，浮动杆一端贯穿气堵后延伸至充油腔内，浮动杆另一端与偏心凸轮铰接，充油腔的底部设有第一进气口，充油腔的侧壁设有进气腔，进气腔的侧壁设有第二进气口，第一进气口通过第一充油管与动力机构连接，第二进气口通过第二充油管与动力机构连接，其中进气腔位于浮动杆端部的上方。

进一步的，套筒内安装有测量组件，测量组件包括固定支座、安装在固定支座上的探头、线缆，壳体上安装有弹簧销，固定支座顶部设有与弹簧销相对应的滑槽，探头安装在固定支座下方，探头底部与智能紧固件顶部贴合，线缆贯穿固定支座顶部后与控制装置连接。

进一步的，动力机构采用伺服泵，包括伺服泵电控箱、压力传感器、电磁阀、阀座、调压装置、油箱、伺服泵连接口，油箱位于底部，伺服泵电控箱、压力传感器、电磁阀、阀座、调压装置均均通过阀座安装在油箱顶部，压力传感器、电磁阀调压装置均与伺服泵电控箱电性连接。

进一步的，所述套筒上安装有扭矩和/或转角传感器，扭矩和/或转角传感器与控制装置电性连接。

进一步的，控制装置包括预紧力测量仪、扭矩测量模块、主控CPU；

预紧力测量仪与测量探头电性连接，用于接收智能紧固件的预紧力信号；

预紧力测量仪与主控CPU电性连接，用于将预紧力信号发送给主控CPU处理；

主控CPU与伺服泵电控箱、扭矩和/或转角传感器电性连接，用于控制伺服泵的运行速率及转角。

一种可测量智能紧固件预紧力安装工具的安装方法，包括以下步骤：

S1、控制装置根据控制指令向测量探头、动力机构发送控制命令；

S2、动力机构根据控制命令向传动机构发送工作信号，传动机构根据工作信号驱动工作头进行工作，同时测量探头获取测量值；

S3、控制装置获取测量值后与设定的目标值进行对比，根据对比结果控制伺服泵的输出功率；

S4、测量值接近设定目标值的80％下限时，控制装置根据测量值的反馈对动力机构进行调节；

S5、控制装置实时存储读取的测量数据，并将其计算转化后实时显示，并进行存储。

相对于现有技术，本发明所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，控制装置控制动力机构向传动机构发送控制信号，传动机构为工作头提供动力，智能紧固件配合工作头的工作位做拧紧动作，同时测量探头配合工作头对智能紧固件测量预紧力，测量探头将测得结果反馈给控制装置，控制装置根据反馈结果实时控制工作头工作，形成闭环控制，实现测量探头预紧力的实时测量。

(2)本发明所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，在预紧力测量仪的基础上，将预紧力测量探头与套筒集成为一体式，并在套筒上配备扭矩和/或转角传感器，实现智能紧固件在安装时，实现预紧力、扭矩、转角值的实时测量，控制装置由反馈的实测值对伺服泵进行输出控制，从而达到预紧力/扭矩/转角控制的自动安装。

(3)本发明所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具测量系统，在智能螺栓安装使用时，通过预紧力测量仪对智能紧固件施加激励信号，从而在智能紧固件内部产生超声波信号，预紧力测量仪通过测量激励与测量回波信号的声时差，通过专用标定算法得出安装过程的实时预紧力；同时，转角测量/扭矩测量模块配备高精度扭矩和/或转角传感器实时测量加载过程中的扭矩值、转角值；由控制装置将测量信号联动整合，依据加载的预紧力反馈信号，对伺服泵进行实时控制，调整加载速率及转角，从而实现精确安装预紧力控制。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具结构图；

图2为本发明实施例所述的抱紧机构结构剖视图；

图3为本发明实施例所述的抱紧机构侧剖视图；

图4为本发明实施例所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具测量系统框图；

图5为本发明实施例所述的系统故障报警流程图。

附图标记说明：

1、伺服泵；2、管路；3、拧紧机构；4、智能紧固件；5、测量探头；6、固定支座；11、伺服泵电控箱；12、压力传感器；13、电磁阀；14、阀座；15、调压装置；16、油箱；17、伺服泵连接口；21、第一充油管；22、第二充油管；30、外壳；31、壳体；32、气堵；33、浮动杆；34、偏心凸轮；35、限位块；36、套筒；37、压簧；38、弹簧销；301、充气腔；302、进气腔；61、滑槽；62、线缆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1：

如图1至图3所示，一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，包括控制装置、动力机构、传动机构、工作头、测量探头5；

控制装置与动力机构电性连接，用于向动力机构发送控制信号；动力机构通过传动机构为工作头提供动力，所述工作头上具有与智能紧固件相配合的工作位，测量探头与工作位配合设置，用于测量智能紧固件在执行紧固动作时的预紧力；

传动机构测量探头5与控制装置电性连接，用于向控制装置反馈智能紧固件的预紧力信号。

如图2所示，传动机构用于驱动抱紧机构转动，从而实现抱紧机构对智能紧固件锁紧。

工作头包括壳体31、抱紧机构，壳体31内设有用于安装传动机构的第一安装槽，还设有用于抱紧机构转动的第一安装槽，第一安装槽与第二安装槽通过通孔连接，传送给机构安装在第二安装槽内，抱紧机构转动安装在第二安装槽内，传动机构贯穿通孔后与抱紧机构连接。

壳体31内设有用于安装传动机构的第一安装槽，传动机构安装在第一安装槽内，壳体31外壁上设有通孔，通孔与第一安装槽相通，管路安装在通孔内，管路贯穿通孔后与传动机构连接，壳体31上还设有用于安装旋转机构的第二安装槽，旋转机构安装在第二安装槽内，第二安装槽与第一安装槽相通，传动机构一端贯穿第一安装槽后延伸至第二安装槽内与旋转机构连接。

如图2所示，传动机构安装在第一安装槽内，传动机构的一端连接有管路，通过管路与伺服泵1连接，通过伺服泵1控制传动机构做浮动作用，传动机构的浮动端则与旋转机构的偏心凸轮34连接，从而控制偏心凸轮34转动，偏心凸轮34转动带动套筒36的转动，智能紧固件4安装在套筒36上，通过套筒36转动带动智能紧固件4进行拧紧动作。

传动机构包括外壳30，外壳30上安装有气堵32、浮动杆33，外壳30内设有充油腔，气堵32安装在充油腔端部，浮动杆33一端贯穿气堵32后延伸至充油腔内，浮动杆33另一端与偏心凸轮34铰接，充油腔的底部设有第一进气口，充油腔的侧壁设有进气腔302，进气腔302的侧壁设有第二进气口，第一进气口通过第一充油管21与动力机构连接，第二进气口通过第二充油管22与动力机构连接，其中进气腔302位于浮动杆33端部的上方。

如图2所示，浮动杆33一端延伸至充油腔内，并且两个进气口一个位于充油腔的底部，一个位于充油腔临近顶部位置，一个充油口充油时，另一个充油口起到回气的作用，例如第一充油口充油，则浮动杆33向充油腔外移动，浮动杆33端部设有与充油腔相对应的环形密封圈，此时环形密封圈由于底部受力，因此浮动杆33向外移动，环形密封圈顶部的空气则通过第二充油口排出，当需要浮动杆33回位时，则第一充油口停止充油，第二充油口充油，推动环形密封圈顶部，则通过环形密封圈的作用力带动浮动杆33移动，从而浮动杆33实现往返运行，由于壳体31内的第二安装槽有限，因此偏心凸轮34转动的角度有限，因此环形密封圈不会堵住进气腔302，能够保证机构正常运行。

抱紧机构包括：偏心凸轮34、套筒36，偏心凸轮34转动安装在第二安装槽内，偏心凸轮34端部与传动机构铰接，偏心凸轮34上设有柱形安装孔，套筒36安装在柱形安装孔内，套筒36的两端延伸出柱形安装孔后与壳体31转动连接，套筒36的外壁设有棘齿，柱形安装孔的直径大于棘齿外圈直径，偏心凸轮34上还设有矩形槽，矩形槽与柱形安装孔相通，矩形槽内安装有限位块35，限位块35通过压簧37安装在矩形槽内，限位块35上设有与套筒36外壁的棘齿相对应的棘齿，限位块35与套筒36外壁啮合，套筒36的内壁呈六角形，智能紧固件位于套筒36的内壁内；

其中智能紧固件采用智能螺栓，为现有技术，螺栓内嵌入有智能芯片，与测量探头配合。

如图2和图3所示，偏心凸轮34通过传动机构驱动转动时，由于套筒36外壁的棘齿为倾斜的，限位块35的棘齿方向与之相反，因此当套筒36转动方向与限位块35的棘齿倾斜方向一致时，限位块35被套筒36推动至矩形槽顶部，套筒36不转，当套筒36转动方向与限位块35的棘齿倾斜方向相反时，限位块35的棘齿与套筒36的棘齿啮合，因此限位块35对套筒36进行限位，偏心凸轮34转动从而带动套筒36转动，套筒36带动智能紧固件进行拧紧动作。

抱紧机构与动力机构连接方式不仅局限于上述结构，还可采用：链条连接、皮带连接、滑轨连接，

链条连接机构：动力机构采用电机驱动链轮，套筒外壁设有与链轮对应的链轮齿据，两个链轮之间通过链条连接，套筒中间设有用于拧紧智能紧固件的六角形通孔，以及安装有用于对智能紧固件测量预紧力的测量探头；

皮带连接结构：动力机构采用电机驱动皮带轮，套筒外壁设有与皮带轮对应的皮带轮齿据，两个皮带轮齿据之间通过皮带连接，套筒中间设有用于拧紧智能紧固件的六角形通孔，以及安装有用于对智能紧固件测量预紧力的测量探头

滑轨连接结构：动力机构采用电机驱动滑轨，滑轨上安装有齿条，套筒外壁设有与齿条对应的齿轮的齿据，套筒的外壁与齿条啮合，电机驱动齿条做往返运动，从而带动套筒做往返动作，套筒中间设有用于拧紧智能紧固件的六角形通孔，以及安装有用于对智能紧固件测量预紧力的测量探头。

第二通孔内安装有测量组件，测量组件包括固定支座6、安装在固定支座6上的测量探头5、线缆62，壳体31上安装有弹簧销38，固定支座6顶部设有与弹簧销38相对应的滑槽61，探头5安装在固定支座6下方，探头5底部与智能紧固件4顶部贴合，线缆62贯穿固定支座6顶部后与测量设备连接。

如图1和图3所示，测量探头5与智能紧固件4顶部贴合，用于测得智能紧固件4的预紧力，测量探头5通过固定支座6安装在壳体31上，使测量探头5固定，测量结果更准确。

如图1和图3所示，自动安装工具运行过程如下：通过控制装置控制伺服泵1启动，伺服泵1的第一充油管21向充油腔内进行充油，油向前顶动浮动杆33向前移动，浮动杆33的端部与偏心凸轮34铰接，浮动杆33推动偏心凸轮34旋转，偏心凸轮34旋转时，偏心凸轮34上的限位块35与套筒36啮合，从而套筒36伴随着旋转，当偏心凸轮34旋转到端部，需要回转，因此第一充油管21回油，第二充油管22充油，此时的浮动杆33向后运动，从而带动偏心凸轮34复位，偏心凸轮34复位时，此时运行方向是向套筒36的棘齿方向运行，因此限位块35端部的棘齿脱离套筒36，通过套筒36的棘齿推动至矩形槽的端部，因此套筒36不转动，限位块35在套筒36外周围转动，依次往返运动，从而实现智能紧固件4的拧紧，由于套筒36对智能紧固件4拧紧时，探头5安装在智能紧固件4上方，对智能紧固件4的预紧力进行采集。

如图1所示，控制装置采用伺服泵1，包括伺服泵电控箱11、压力传感器12、电磁阀13、阀座14、调压装置15、油箱16、伺服泵1连接口，油箱16位于底部，伺服泵电控箱11、压力传感器12、电磁阀13、阀座14、调压装置15均均通过阀座14安装在油箱16顶部，压力传感器12、电磁阀13调压装置15均与伺服泵电控箱11电性连接。

拧紧套筒36型号为：TWECDS0210，伺服泵的型号采用：TFW001，压力传感器12型号为：DNJI020，电磁阀13型号为：DEEQ011，调压装置15型号为：A-66；扭矩和/或转角传感器常用型号HW225D,HW228B霍尔型P3014-V1，扭矩和/或转角传感器可测得扭矩值、转角值；其中扭矩值可根据传动机构的液压压力值获得扭矩值，具体算法采用现有技术，此处不再详细介绍。

控制装置包括：预紧力测量仪、主控CPU、移动平台；

预紧力测量仪、主控CPU、自动安装工具均安装在移动平台上；

预紧力测量仪通过线缆62与自动安装工具连接，预紧力测量仪与主控CPU连接，自动安装工具通过加载控制装置与主控CPU连接，主控CPU与人机交互界面进行数据通信。

自动安装工具包括测量探头5和套筒6，预紧力测量仪通过线缆62动态高速采集测量探头5和套筒6的预紧力、扭矩、转角值，预紧力测量仪通过RS485通讯电缆将预紧力、扭矩、转角值传送给主控CPU。

其中扭矩可根据液压缸的压力值采用现有技术手段计算得到扭矩值。

主控CPU将预紧力、扭矩、转角值作为加载控制装置的信号输入控制抱紧机构3。

本发明的系统结构设计图见图1，安装工具的系统基础架构包括预紧力测量仪、主控CPU、抱紧机构、测量探头和加载套筒、伺服泵/伺服电机、传输线缆、加载控制装置、人机交互模块、转角测量/扭矩测量模块、移动平台。

在智能螺栓安装使用时，通过预紧力测量仪对智能螺栓施加激励信号，从而在智能螺栓内部产生超声波信号，预紧力测量仪通过测量激励与测量回波信号的声时差，通过专用标定算法得出安装过程的实时预紧力。同时，转角测量/扭矩测量模块配备高精度扭矩和/或转角传感器实时测量加载过程中的扭矩值(角度传感器准确测量加载转角)；由控制装置将测量信号联动整合，依据加载的预紧力反馈信号，对伺服泵进行实时控制，调整加载速率及转角，从而实现精确安装预紧力控制。数据管理系统包含了实时测量数据存储与导出，同步显示预紧力、扭矩、转角值。控制装置具备编程设置及功能切换、参数校准、加载预警等功能。

预紧力测量仪是实现智能螺栓的实时预紧力测量和数据输出，该输出信号作为加载控制装置的控制输入信号，实现预紧力的实时测量和加载控制。本专利将测量探头集成在了一体式预紧力的测量探头和加载套筒模块中，以实现智能螺栓预紧力的实时测量及输出反馈。

实施例2：

一种可测量智能紧固件预紧力安装工具的安装方法，包括以下步骤：

S1、控制装置(采用实施例1中的主控CPU)根据控制指令向测量探头、动力机构(采用实施例1中的伺服泵)发送控制命令；

S2、动力机构(采用实施例1中的伺服泵)根据控制命令向传动机构(采用实施例1中的液压缸式传送机构)发送工作信号，传动机构根据工作信号驱动工作头进行工作，同时测量探头获取测量值；

S3、控制装置(采用实施例1中的主控CPU)获取测量值后与设定的目标值进行对比，根据对比结果控制伺服泵的输出功率；

S4、测量值接近设定目标值的80％下限时，控制装置根据测量值的反馈对动力机构(采用实施例1中的伺服泵)进行调节；

S5、控制装置实时存储读取的测量数据，并将其计算转化后实时显示，并进行存储。

主控CPU由工控计算机和上位机控制软件组成，负责数据处理、人机交互控制、输出和通讯、加载目标信号类型的选择、实时读取扭矩值/扭矩和/或转角传感器的信号并将其计算为相应的扭矩和转角值、负责和预紧力测量仪的实时通讯，接收预紧力测量仪的输出信号，结合实测预紧力和扭矩/转角值的反馈量，对加载机构进行输出控制。主控CPU工作处理过程为：

1.当主控CPU接收到人机交互信息时，系统进行子匹配检查，主要检查连接主控CPU的各部件通讯状态，保证预紧力测量仪、加载控制装置、人机交互模块具有正常通讯功能。

2.当人机交互模块中发出控制参数指令时，主控CPU进行相应模式(预紧力、扭矩、转角)的控制指令调用；控制软件进行相应设定和控制模式的界面调取。同步开启对应端口的通讯状态，通讯检查正常后向该模块发送读取指令，开始实时读取模块的测量值，主控CPU读取模块实测值后，与设定目标值进行比对，控制对加载机构的输出功率，当实测值接近设定目标值的80％下限时，主控CPU根据实测数据的反馈进行输出的精确PID调节，保障加载稳步实施，避免过冲。

3.主控CPU实时存储读取的测量数据，并将其计算转化后实时显示，并在主控CPU存储单元中进行存储。

本发明的主控CPU、预紧力测量仪和人机交互模块，是整个安装工具的控制核心。主控CPU与预紧力测量仪通过RS485实现实时通讯，通过串口高速采集预紧力数据，主控CPU依据目标预紧力值调整加载控制装置的输出功率，实现变频动态驱动，当测量预紧力值达到设定值的80％时，控制驱动器减小输出功率，此时进行步进式变速加载，当实测预紧力值接近目标值的95％时，控制装置缓慢加载避免过载。

主控CPU实时记录预紧力测量数据，形成每颗智能螺栓安装的预紧力-时间曲线或预紧力/扭矩/转角连续数据报表。

人机交互模块中，用户可设置和添加产品信息，选择安装方式和控制参数。控制装置可提供预紧力、扭矩、转角三种控制模式，在此模式下，用户可设置目标安装参数的允差范围，作为加载过程中的报警限。图2为系统故障报警流程图。

如图1至图3所示，为实现平稳加载，工具包括控制装置、工作头，工作头包括壳体、安装在壳体内的传动机构、抱紧机构，壳体主要是实现反作用力支撑，确保加载稳定。机构工作时，传动机构往复旋转运动，从而达到拧紧紧固件的目的，在紧固件拧紧过程中，外壳靠安装载体或周边其他支撑物，以抵消加载过程中产生的反作用力；旋转机构，将探针安装于固定支座中，弹簧锁销用于固定固定支座，可实现快速更换探针、夹紧头等。为适应多种安装结构，抱紧机构采用多关节活动连接，预紧力测量探头和抱紧机构集成为一体，探头可实现水平，垂直等多角度安装。

如图3所示，一体式预紧力的测量探头和加载套筒模块，预紧力测量探头与抱紧机构整合为一体，可实现拧紧过程中的实时预紧力测量。测量仪通过测量探头实时采集加载预紧力，并将该信号传输至控制单元，控制单元依据实时反馈信号对加载机构进行调节，当实时加载力值接近目标值时，控制单元做出减速加载的动态调整，通过调整加载速率和转角，实现平稳加载控制。

伺服泵/伺服电机、传输线缆、加载控制装置三者组合搭配使用，伺服泵包括油箱、调压装置、压力传感器、电控部分、电磁阀、阀座和伺服泵接口。专用泵控制精度高、响应速率快等特点。

按不同加载范围，可实现泵体量程大小的更换。该专用泵体压力在使用范围内可调，便于精准匹配目标加载值。

伺服泵采用软管传输的优点是可适应安装环境多样、空间相对较小且可方便穿插。抱紧机构采用多关节活动连接，预紧力测量探头和拧紧夹头集成为一体，探头可实现水平，垂直等多角度安装。抱紧机构与伺服泵间采用软管快插连接，使用方便，可实现多种长度的驱动传输距离。

人机交互模块主要是连接在微型工控计算机上的显示屏、控制软件、通讯接口、传输接口、电源等硬件组成。

扭矩测量/转角测量模块主要是配备的高精度扭矩和/或转角传感器，本发明中采用扭矩和/或转角传感器来测量加载扭矩，扭矩和/或转角传感器输出的毫伏电压信号经由主控CPU读取转化后实时显示和存储；转角测量采用同样的方式，由CPU读取角度传感器信号进行转化存储和显示。

移动平台为适应柔性安装要求，本发明的主机设计采用轻便化工具平台(小车)。将伺服泵、加载控制装置、主控模块、预紧力测量仪集成到工具小车。工具小车正面配有显示屏和控制单元，动力通过液压软管传递，测量套筒和抱紧机构在小车的附带工具箱内，使用时取出即可。动力泵与人机交互模块通过电气隔离，减少泵体对人机交互模块的干扰。整机采用220V/50Hz交流电供电。

实施例2的详细过程如下：

1.安装工具整机整合在移动平台或工具集成柜中，安装工具的系统基础架构包括预紧力测量仪、主控CPU、工作头、测量探头、伺服泵/伺服电机、传输线缆、加载控制装置、人机交互模块、转角测量/扭矩测量模块、移动平台。

2.通过外接电源对整机供电，启动使用时，人机交互模块中发出控制参数指令，主控CPU进行相应模式(预紧力、扭矩、转角)的控制指令调用；控制软件进行相应设定和控制模式的界面调取。同步开启对应端口的通讯状态，通讯检查正常后向该模块发送读取指令，开始实时读取模块的测量值，CPU读取模块实测值后，与设定目标值进行比对，控制对加载机构的输出功率，当实测值接近设定目标值的80％下限时，CPU根据实测数据的反馈进行输出的精确PID调节，保障加载稳步实施，避免过冲。

3.主控CPU与预紧力测量仪通过RS485实现实时通讯，通过串口高速采集预紧力数据波特率采用115200bit/s，CPU依据目标预紧力值调整加载控制装置的输出功率，实现变频动态驱动，当测量预紧力值达到设定值的80％时，控制驱动器减小输出功率，此时进行步进式变速加载，当实测预紧力值接近目标值的95％时，控制装置缓慢加载避免过载。

4.主控CPU的数据库管理模块中，实时记录预紧力测量数据，形成每颗智能紧固件安装的预紧力-时间曲线或预紧力/扭矩/转角连续数据报表。

5.人机交互模块中，用户可设置和添加产品信息，选择安装方式和控制参数。系统可提供预紧力、扭矩、转角三种控制模式，在此模式下，用户可设置目标安装参数的允差范围，作为加载过程中的报警限。该模块实时显示所测工件信息、波形、温度、超声脉冲计时差、预紧力值、仪器状态等。同时该模块的预留USB、网口均可用于数据导出、打印。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于包括：控制装置、动力机构、传动机构、工作头、测量探头(5)；

控制装置与动力机构电性连接，用于向动力机构发送控制信号；动力机构通过传动机构为工作头提供动力，所述工作头上具有与智能紧固件相配合的工作位，测量探头与工作位配合设置，用于测量智能紧固件(4)在执行紧固动作时的预紧力；

测量探头(5)与控制装置电性连接，用于向控制装置反馈智能紧固件的预紧力信号。

2.根据权利要求1所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于：工作头包括壳体、抱紧机构，壳体内设有用于安装传动机构的第一安装槽，还设有用于抱紧机构转动的第一安装槽，第一安装槽与第二安装槽通过通孔连接，传送给机构安装在第二安装槽内，抱紧机构转动安装在第二安装槽内，传动机构贯穿通孔后与抱紧机构连接。

3.根据权利要求2所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于：抱紧机构包括：偏心凸轮(34)、套筒(36)，偏心凸轮(34)转动安装在第二安装槽内，偏心凸轮(34)端部与传动机构铰接，偏心凸轮(34)上设有柱形安装孔，套筒(36)安装在柱形安装孔内，套筒(36)的两端延伸出柱形安装孔后与壳体(31)转动连接，套筒(36)的外壁设有棘齿，柱形安装孔的直径大于棘齿外圈直径，偏心凸轮(34)上还设有矩形槽，矩形槽与柱形安装孔相通，矩形槽内安装有限位块(35)，限位块(35)通过压簧(37)安装在矩形槽内，限位块(35)上设有与套筒(36)外壁的棘齿相对应的棘齿，限位块(35)与套筒(36)外壁啮合，套筒(36)的内壁呈六角形，智能紧固件(4)位于套筒(36)的内壁内。

4.根据权利要求2所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于：传动机构包括外壳(30)，外壳(30)通过螺栓固定在第一安装槽内，外壳(30)上安装有气堵(32)、浮动杆(33)，外壳(30)内设有充油腔，气堵(32)安装在充油腔端部，浮动杆(33)一端贯穿气堵(32)后延伸至充油腔内，浮动杆(33)另一端与偏心凸轮(34)铰接，充油腔的底部设有第一进气口，充油腔的侧壁设有进气腔(302)，进气腔(302)的侧壁设有第二进气口，第一进气口通过第一充油管(21)与动力机构连接，第二进气口通过第二充油管(22)与动力机构连接，其中进气腔(302)位于浮动杆(33)端部的上方。

5.根据权利要求3所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于：套筒(36)内安装有测量组件，测量组件包括固定支座(6)、安装在固定支座(6)上的测量探头(5)、线缆(62)，壳体(31)上安装有弹簧销(38)，固定支座(6)顶部设有与弹簧销(38)相对应的滑槽(61)，测量探头(5)安装在固定支座(6)下方，测量探头(5)底部与智能紧固件(4)顶部贴合，线缆(62)贯穿固定支座(6)顶部后与控制装置连接。

6.根据权利要求1所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于：动力机构采用伺服泵(1)，包括伺服泵电控箱(11)、压力传感器(12)、电磁阀(13)、阀座(14)、调压装置(15)、油箱(16)、伺服泵(1)连接口，油箱(16)位于底部，伺服泵电控箱(11)、压力传感器(12)、电磁阀(13)、阀座(14)、调压装置(15)均通过阀座(14)安装在油箱(16)顶部，压力传感器(12)、电磁阀(13)调压装置(15)均与伺服泵电控箱(11)电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于，所述套筒(6)上安装有扭矩和/或转角传感器，扭矩和/或转角传感器与控制装置电性连接。

8.根据权利要求7所述的一种可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具，其特征在于，控制装置包括预紧力测量仪、扭矩测量模块、主控CPU；

预紧力测量仪与测量探头电性连接，用于接收智能紧固件的预紧力信号；

预紧力测量仪与主控CPU电性连接，用于将预紧力信号发送给主控CPU处理；

主控CPU与伺服泵电控箱、扭矩和/或转角传感器电性连接，用于控制伺服泵的运行速率及转角。

9.一种用于权利要求1可测量智能紧固件预紧力的自动安装工具的安装方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、控制装置根据控制指令向测量探头、动力机构发送控制命令；

S2、动力机构根据控制命令向传动机构发送工作信号，传动机构根据工作信号驱动工作头进行工作，同时测量探头获取测量值；

S3、控制装置获取测量值后与设定的目标值进行对比，根据对比结果控制伺服泵的输出功率；

S4、测量值接近设定目标值的80％下限时，控制装置根据测量值的反馈对动力机构进行调节；

S5、控制装置实时存储读取的测量数据，并将其计算转化后实时显示，并进行存储。

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