CN114689234B

CN114689234B - 一种静态扭矩自动检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN114689234B
Application number: CN202210583927.7A
Authority: CN
Inventors: 秦应化; 刘奇; 蒋其啸
Original assignee: Suzhou Dinnar Automation Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Dinnar Automation Technology Co Ltd
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2042-05-27
Also published as: CN114689234A

Abstract

本发明公开了一种静态扭矩自动检测装置及检测方法，采用静态扭矩检测装置，所述检测装置包括控制系统、产品载具、检测机构，所述检测机构包括检测扳手、检测单元和测试头，通过对产品定位、测试头校准、获取设定扭矩、对检测扳手拧入产品的角度和扭矩值控制获取静态扭矩。本发明通过调整扭矩的测试方法，能够实现自动将动态扭矩转换为静态扭矩，能够兼容多种产品，无需针对单个产品进行大量实验数据分析建立动态扭矩和静态扭矩关系，无需人工就能够对静态扭矩检测，提高了检测效率，降低了成本；通过在检测前对测试头进行校准，降低了测试头位置偏差对检测结果造成的影响，检测结果更为准确。

Description

一种静态扭矩自动检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及非标自动化设备技术领域，具体涉及一种静态扭矩自动检测装置及检测方法。

背景技术

目前，产品在装配过程中大多需要采用螺栓连接，在装配完成后需要对螺栓的扭矩进行检测；以确保其连接效果和装配质量。扭矩包括静态扭矩和动态扭矩；其中，动态扭矩是在拧紧螺栓的过程中用在线式扭矩传感器测量到的扭矩，拧紧的结果一般取拧紧阶段扭矩的最大值，其目的是要保证拧紧过程中的扭矩是合格的；而静态扭矩是在拧紧动作完成后用扭矩扳手再次扳动螺栓，测量得到的扭矩，其目的是验证动态过程是否发生变异，同时确保拧紧后连接件的夹紧力的可靠性。

在实际装配过程中，通常采用动力工具装配时所测的扭矩为动态扭矩，在用指针式扳手检测时所测量的为静态扭矩。静态扭矩通常需要人工手动测量，若工件上需要测量的螺栓较多时，效率较慢，手动测量过程中不同人员的操作手法和反应时间也影响检测结果，容易存在检测误差，耗时耗力，成本较高。静态扭矩和动态扭矩理论上应该一致，但实际上，二者关系受到静态摩擦力和弹性衰减的影响而存在差异。虽然静态扭矩和动态扭矩之间有一种规律性的数学模型关系，但是其需要通过大量实验数据分析比对。施加给螺栓的扭矩和螺栓受到的轴向力的计算公式为：T_f＝KF_fd；其中，T_f是拧紧扭矩，K是扭矩系数，F_f是螺栓轴向力，d是螺栓公称直径；实际拧紧时施加的轴向力会根据螺丝座表面的表面粗糙度和螺丝间距而变化；测试头摩擦系数，被测产品承载面摩擦系数和扭矩系数（k）均会发生变化。所以，产品结构、形状不同所获取的模型也不同，需要针对产品建立模型，兼容性较低，耗时耗力。

因此，开发一种静态扭矩自动检测装置及检测方法，能够通过设计检测方法实现静态扭矩的自动检测，降低生产成本，显然具有实际的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种静态扭矩自动检测装置及检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种静态扭矩自动检测方法，采用静态扭矩检测装置，所述检测装置包括控制系统、产品载具、在产品载具上方移动的检测机构，所述检测机构包括检测扳手和位于所述检测扳手上的检测单元；所述检测扳手上连接有测试头，具体包括以下步骤：

S1、产品定位：将产品放置在产品载具上并进行定位，所述产品上设置有若干个需要检测扭矩的螺孔，所述螺孔与测试头对应；

S2、测试头校准：通过对测试头进行移动使其位于理论中心；

S3、获取设定扭矩：从控制系统中获取该产品的设定扭矩；

S4、检测静态扭矩：检测机构移动至所述产品上需要检测扭矩处，所述检测扳手将测试头拧入产品中，通过对检测扳手拧入产品的角度和扭矩值控制获取静态扭矩；

所述步骤S4进行过程中，所述检测单元中的角度传感器对转动角度进行检测，所述检测单元中的动态扭矩传感器对产品的扭矩值进行检测；所述控制系统中的数据处理单元实时获取检测机构检测的数据、存储并处理。

优选地，步骤S4中所述检测扳手拧入产品的角度和扭矩值控制的方法具体包括以下步骤：

S41、所述检测扳手将测试头拧入对应的螺孔中，通过所述检测单元中的动态扭矩传感器实时监测扭矩值；

S42、当步骤S41中的扭矩值达到指定数值时，检测扳手停止拧紧动作，所述控制系统存储此时的扭矩值，记为第一扭矩值；

S43、所述检测扳手将测试头在螺孔中沿与拧紧方向相反的方向转动，并通过所述检测单元中的角度传感器检测转动的角度；

S44、当步骤S43中的转动角度达到指定角度时，检测扳手停止拧紧动作，所述控制系统计算转动角度时对应的扭矩值，记为第二扭矩值；

S45、所述检测扳手将测试头拧入对应螺孔中，并通过检测单元中的动态扭矩传感器实时检测扭矩值；

S46、当步骤S45中的扭矩值达到步骤S44中第二扭矩值的100%~150%时，得出静态扭矩，并输入控制系统中存储。

优选地，步骤S42中的所述指定数值指的是设定扭矩的50%~80%，所述设定扭矩为拧紧工艺规定的扭矩。

优选地，所述步骤S42中的所述指定数值指的是设定扭矩的60%~70%，更优选为设定扭矩的62%~68%，最优选为设定扭矩的65%。

优选地，步骤S44中的指定角度指的是检测扳手将测试头在螺孔中沿与拧紧方向相反的方向转动40°~50°。

优选地，所述步骤S44中的指定角度指的是检测扳手将测试头在螺孔中沿与拧紧方向相反的方向转动42°~48°；更优选为45°。

优选地，步骤S45中的扭矩值达到步骤S44中第二扭矩值的110%~140%时，得出静态扭矩；更优选为达到步骤S44中第二扭矩值的115%~130%；最优选为达到步骤S44中第二扭矩值的120%。

优选地，步骤S44中的所述控制系统计算转动角度时对应扭矩值前需要建立转动角度与扭矩值的数据关系模型。

上文中，由于不同产品的材质、形状、硬度、螺孔大小等不同，所得到的扭矩值和转动角度数据关系模型不同，因此，在步骤S34前需要针对该产品建立数据关系模型，以减小数据误差。

优选地，所述数据关系模型的建立方法具体包括以下步骤：

S441、检测扳手将测试头拧入产品上的螺孔中；检测机构记录拧入过程中的转动角度和扭矩值，并存入控制系统中；

S442、重复步骤S441若干次；

S443、控制系统对其存储的转动角度与扭矩值进行初筛，将存在问题的数据组进行筛除；

S444、根据步骤S443中剩余的数据寻找转动角度与扭矩值之间的线性关系，并根据线性关系式建立数据关系模型。

优选地，所述控制系统包括数据传输单元、数据处理单元和驱动单元，所述数据传输单元接收所述螺孔位置信息、转动角度数据、测试所得扭矩值并将数据传输至数据处理单元中；所述数据处理单元用于处理接收到的转动角度数据和扭矩值建立数据关系模型、根据数据关系模型计算转动角度对应扭矩值、获取静态扭矩；所述驱动单元用于根据螺孔位置信息驱动检测机构在产品的上方移动。

本申请还要求保护一种静态扭矩自动检测装置，搭载上文所述的自动检测方法，包括机箱、控制系统、位于所述机箱上方的产品载具和位于所述产品载具上方的检测机构；

所述产品载具用于放置并定位产品，所述产品载具包括载具平台和位于所述载具平台上的定位机构；

所述检测机构用于检测产品中螺栓的动态扭矩并转化为静态扭矩，所述检测机构包括检测移载设备和连接在检测移载设备上的若干个扭力计；所述检测移载设备带动所述扭力计在所述产品的上方移动，所述扭力计包括检测扳手和位于所述检测扳手上的传感单元，所述检测扳手上连接有测试头。

优选地，所述检测移载设备包括第一横向移动机构、连接在第一横向移动机构上与所述第一横向移动机构在水平面上垂直的第二横向移动机构、连接在第二横向移动机构上与所述第二横向移动机构在竖直面上垂直的竖向移动机构，所述扭力计连接在竖向移动机构上。

优选地，每个所述扭力计在所述竖向移动机构上独立控制，所述竖向移动机构上的扭力计能够同时对产品同一直线上的多处螺孔及测试头进行扭力测试。

优选地，每个所述扭力计的结构均相同，所述扭力计与所述竖向移动机构之间通过滑动板连接，所述检测扳手固定连接在所述滑动板上。

优选地，所述检测扳手包括外壳和位于外壳内的空腔结构，所述空腔结构内放置驱动机构；所述传感单元位于所述空腔结构内或位于所述外壳的下方；所述测试头与所述检测扳手之间通过校准机构连接。

优选地，所述校准机构包括上下放置的第一校准组件和第二校准组件，所述第一校准组件与所述检测扳手的外壳之间通过第一支架连接，所述第二校准组件与所述第一校准组件之间通过第二支架连接，所述测试头与所述第二校准组件的之间通过第三支架连接。

优选地，所述第一校准组件包括第一校准滑轨、位于所述第一校准滑轨上的第一滑块、位于所述第一滑块滑行方向上的两个第一弹簧；两个第一弹簧分别与第一滑块的两侧连接；所述第一弹簧的一端与所述第一滑块连接，所述第一弹簧的另一端与所述第一支架连接；所述第一滑块的上端面与所述第一支架连接，所述第一滑块的下端面与所述第二支架连接。

优选地，所述第二校准组件包括第二校准滑轨、位于所述第二校准滑轨上的第二滑块、位于所述第二滑块滑行方向上的两个第二弹簧，两个第二弹簧分别与第二滑块的两侧连接；所述第二弹簧的一端与所述第二滑块连接，所述第二弹簧的另一端与所述第二支架连接；所述第二滑块的上端面与所述第二支架连接，所述第二滑块的下端面与所述第三支架连接。

优选地，所述第一滑块的滑动方向和所述第二滑块的滑动方向在同一水平面上垂直。

优选地，两个所述第一弹簧的材料、结构和长度均相同；两个所述第二弹簧的材料、结构和长度均相同。

上文中，步骤S2中所述测试头校准的具体方法为：

S21、判断测试头是否位于理论中心，若是，则跳转至步骤S3，若否则跳转至步骤S22；

S22、判断测试头偏差方向，选择性地通过第一校准组件和/或第二校准组件进行调节，通过第一弹簧和第二弹簧复位测试头位置。

上文中，所述理论中心为检测扳手的中心点或第三支架的中心点。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明通过调整扭矩的测试方法，能够实现自动将动态扭矩转换为静态扭矩，能够兼容多种产品，无需针对单个产品进行大量实验数据分析建立动态扭矩和静态扭矩关系，无需人工就能够对静态扭矩检测，方法更为简单，提高了检测效率，降低了成本；

2.本发明通过在检测前对测试头进行校准，能够确保其位于理论中心，降低了测试头位置偏差对检测结果造成的影响；

3.本发明结构和方法简单，整体工作流程顺畅，测试过程无需人工操作，降低污染风险，自动化程度高，工作效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的一些附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例一中的整体流程示意图；

图2为本发明实施例一中步骤S4的流程示意图；

图3为本发明实施例二中的整体结构示意图；

图4为本发明图3中A部分的结构示意图；

图5为本发明图4中B部分的结构示意图。

其中，1、机箱；2、产品载具；3、检测机构；4、产品；7、检测移载设备；8、扭力计；9、检测扳手；10、螺孔；11、第一横向移动机构；12、第二横向移动机构；13、竖向移动机构；14、滑动板；15、外壳；16、测试头；17、校准机构；18、第一校准组件；19、第二校准组件；20、第一支架；21、第二支架；22、第三支架；

181、第一校准滑轨；182、第一滑块；183、第一弹簧；

191、第二校准滑轨；192、第二滑块；193、第二弹簧。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例涉及一种静态扭矩自动检测方法，采用静态扭矩检测装置，所述检测装置包括控制系统、产品载具、在产品载具上方移动的检测机构，所述检测机构包括检测扳手和位于所述检测扳手上的检测单元；所述检测扳手上连接有测试头，具体包括以下步骤：

S3、获取设定扭矩：从控制系统中获取该产品的设定扭矩；

进一步的，步骤S4中所述检测扳手拧入产品的角度和扭矩值控制的方法具体包括以下步骤：

进一步的，步骤S42中的所述指定数值指的是设定扭矩的50%~80%，所述设定扭矩为拧紧工艺规定的扭矩。

进一步的，所述步骤S42中的所述指定数值指的是设定扭矩的60%~70%，更优选为设定扭矩的62%~68%，最优选为设定扭矩的65%。

进一步的，步骤S44中的指定角度指的是检测扳手将测试头在螺孔中沿与拧紧方向相反的方向转动40°~50°。

进一步的，所述步骤S44中的指定角度指的是检测扳手将测试头在螺孔中沿与拧紧方向相反的方向转动42°~48°；更优选为45°。

进一步的，步骤S45中的扭矩值达到步骤S44中第二扭矩值的110%~140%时，得出静态扭矩；更优选为达到步骤S44中第二扭矩值的115%~130%；最优选为达到步骤S44中第二扭矩值的120%。

进一步的，步骤S44中的所述控制系统计算转动角度时对应扭矩值前需要建立转动角度与扭矩值的数据关系模型。

进一步的，所述数据关系模型的建立方法具体包括以下步骤：

S442、重复步骤S441若干次；

进一步的，所述控制系统包括数据传输单元、数据处理单元和驱动单元，所述数据传输单元接收所述螺孔位置信息、转动角度数据、测试所得扭矩值并将数据传输至数据处理单元中；所述数据处理单元用于处理接收到的转动角度数据和扭矩值建立数据关系模型、根据数据关系模型计算转动角度对应扭矩值、获取静态扭矩；所述驱动单元用于根据螺孔位置信息驱动检测机构在产品的上方移动。

优选地，所述测试头与所述检测扳手之间通过校准机构连接，所述校准机构包括上下放置的第一校准组件和第二校准组件，所述第一校准组件和所述第二校准组件对测试头的校准方向在同一个水平面上垂直。

上文中，步骤S2中所述测试头校准的具体方法为：

S22、判断测试头偏差方向，选择性地通过第一校准组件和/或第二校准组件进行调节。

实施例二

本实施例是在上述实施例一的基础上进行的，与上述实施例相同之处不予赘述。

如图3~图5所示，本实施例涉及一种静态扭矩自动检测装置，搭载如实施例一所述的自动检测方法，包括机箱1、控制系统、位于所述机箱1上方的产品载具2和位于所述产品载具2上方的检测机构3；

所述产品载具2用于放置并定位产品4，所述产品载具2包括载具平台和位于所述载具平台上的定位机构；

所述检测机构3用于检测产品4中螺栓的动态扭矩并转化为静态扭矩，所述检测机构3包括检测移载设备7和连接在检测移载设备7上的若干个扭力计8；所述检测移载设备7带动所述扭力计8在所述产品4的上方移动，所述扭力计8包括检测扳手9和位于所述检测扳手9上的传感单元，所述检测扳手9上连接有测试头16。

所述产品上设置有若干个螺孔10，所述螺孔10与测试头16对应。

本实施例中，所述定位机构包括若干个定位柱，所述定位柱分布在所述载具平台上，所述产品4上设置有若干个与所述定位柱对应的定位孔，所述定位柱插入所述定位孔中实现对产品的定位。

在其他优选实施例中，所述定位机构包括定位夹块或限位块，所述定位夹块或限位块位于所述产品4的四周对产品4进行限位。

进一步的，所述检测移载设备7包括第一横向移动机构11、连接在第一横向移动机构11上与所述第一横向移动机构11在水平面上垂直的第二横向移动机构12、连接在第二横向移动机构12上与所述第二横向移动机构12在竖直面上垂直的竖向移动机构13，所述扭力计8连接在竖向移动机构13上。

进一步的，每个所述扭力计8在所述竖向移动机构13上独立控制，所述竖向移动机构13上的扭力计8能够同时对产品4同一直线上的多处螺孔10及测试头16进行扭力测试。

进一步的，每个所述扭力计8的结构均相同，所述扭力计8与所述竖向移动机构13之间通过滑动板14连接，所述检测扳手9固定连接在所述滑动板14上。

进一步的，所述检测扳手9包括外壳15和位于外壳15内的空腔结构，所述空腔结构内放置驱动机构；所述传感单元位于所述空腔结构内或位于所述外壳15的下方；所述测试头16与所述检测扳手9之间通过校准机构17连接。

进一步的，所述校准机构17包括上下放置的第一校准组件18和第二校准组件19，所述第一校准组件18与所述检测扳手9的外壳15之间通过第一支架20连接，所述第二校准组件19与所述第一校准组件18之间通过第二支架21连接，所述测试头16与所述第二校准组件19的之间通过第三支架22连接。

进一步的，所述第一校准组件18包括第一校准滑轨181、位于所述第一校准滑轨181上的第一滑块182、位于所述第一滑块182滑行方向上的两个第一弹簧183；两个第一弹簧183分别与第一滑块182的两侧连接；所述第一弹簧183的一端与所述第一滑块182连接，所述第一弹簧183的另一端与所述第一支架20连接；所述第一滑块182的上端面与所述第一支架20连接，所述第一滑块182的下端面与所述第二支架21连接。

进一步的，所述第二校准组件19包括第二校准滑轨191、位于所述第二校准滑轨191上的第二滑块192、位于所述第二滑块192滑行方向上的两个第二弹簧193，两个第二弹簧193分别与第二滑块192的两侧连接；所述第二弹簧193的一端与所述第二滑块192连接，所述第二弹簧193的另一端与所述第二支架21连接；所述第二滑块192的上端面与所述第二支架21连接，所述第二滑块192的下端面与所述第三支架22连接。

进一步的，所述第一滑块182的滑动方向和所述第二滑块192的滑动方向在同一水平面上垂直。

进一步的，两个所述第一弹簧183的材料、结构和长度均相同；两个所述第二弹簧193的材料、结构和长度均相同。

上文中，第一校准机构17通过第一弹簧183限制第一滑块182的移动位置以复位该校准方向上测试头16位置，第二校准机构17通过第二弹簧193限制第二滑块192的移动位置以复位该校准方向上测试头16位置。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种静态扭矩自动检测方法，其特征在于，采用静态扭矩检测装置，所述检测装置包括控制系统、产品载具、在产品载具上方移动的检测机构，所述检测机构包括检测扳手和位于所述检测扳手上的检测单元；所述检测扳手上连接有测试头，具体包括以下步骤：

S3、获取设定扭矩：从控制系统中获取该产品的设定扭矩；

所述步骤S4进行过程中，所述检测单元中的角度传感器对转动角度进行检测，所述检测单元中的动态扭矩传感器对产品的扭矩值进行检测；所述控制系统中的数据处理单元实时获取检测机构检测的数据、存储并处理；

步骤S4中所述检测扳手拧入产品的角度和扭矩值控制的方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种静态扭矩自动检测方法，其特征在于，步骤S42中的所述指定数值指的是设定扭矩的50%~80%，所述设定扭矩为拧紧工艺规定的扭矩。

3.根据权利要求1所述的一种静态扭矩自动检测方法，其特征在于，步骤S44中的指定角度指的是检测扳手将测试头在螺孔中沿与拧紧方向相反的方向转动40°~50°。

4.根据权利要求1所述的一种静态扭矩自动检测方法，其特征在于，步骤S44中的所述控制系统计算转动角度时对应扭矩值前需要建立转动角度与扭矩值的数据关系模型。

5.根据权利要求4所述的一种静态扭矩自动检测方法，其特征在于，所述数据关系模型的建立方法具体包括以下步骤：

S442、重复步骤S441若干次；

6.一种静态扭矩自动检测装置，其特征在于，搭载权利要求1所述的自动检测方法，包括机箱、控制系统、位于所述机箱上方的产品载具和位于所述产品载具上方的检测机构；

7.根据权利要求6所述的一种静态扭矩自动检测装置，其特征在于，所述检测移载设备包括第一横向移动机构、连接在第一横向移动机构上与所述第一横向移动机构在水平面上垂直的第二横向移动机构、连接在第二横向移动机构上与所述第二横向移动机构在竖直面上垂直的竖向移动机构，所述扭力计连接在竖向移动机构上。

8.根据权利要求7所述的一种静态扭矩自动检测装置，其特征在于，每个所述扭力计的结构均相同，所述扭力计与所述竖向移动机构之间通过滑动板连接，所述检测扳手固定连接在所述滑动板上。

9.根据权利要求6所述的一种静态扭矩自动检测装置，其特征在于，所述检测扳手包括外壳和位于外壳内的空腔结构，所述空腔结构内放置驱动机构；所述传感单元位于所述空腔结构内或位于所述外壳的下方；所述测试头与所述检测扳手之间通过校准机构连接。