CN116985066A - 一种电动冲击扳手的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动冲击扳手的控制系统，包括判断模块，判断电动冲击扳手的转向；检测模块，检测当前电机的实际电流值；存储模块，预设有电流阈值；比较模块，比较电流阈值与实际电流值；控制模块，在比较出实际电流值大于预设电流阈值时，进入击打控制状态；统计模块，统计击打次数和击打状态的运行时间；存储模块还存有预置击打次数和相应的击打时间，以及各种规格型号及强度等级螺栓对应扭力值的数据库，当比较出击打次数大于或等于预置击打次数，或击打次数小于预置击打次数且运行时间大于击打时间时，控制模块控制电动冲击扳手停止运行。本发明能够提高定扭矩的精确度，还能够延长单块电池的续航能力，更能延长电动冲击扳手的使用寿命。

Description

一种电动冲击扳手的控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，具体涉及一种电动冲击扳手的控制系统。

背景技术

电动冲击扳手作为一种以电动机为动力,通过传动机构驱动工作头的一种机械化工具，被广泛运用到多个行业中。目前市场上流行的电动冲击扳手，都具有转速快慢控制的调节功能，也具备在单位时间内对扭矩的大小有控制作用，特别是对于冲击扳手扭矩的控制，都是由控制电路设定不同的电流值来实现控制的。如中国专利文献CN112497126B公开的一种电流PID控制的电动冲击扳手，包括电源、驱动电机、行星齿轮减速器、冲击机构和控制系统。扳手通过驱动电机连接行星齿轮减速器带动冲击机构进行螺栓紧固；控制系统包括单片机、电机驱动模块、传感器检测模块和按键控制模块；单片机内置扳手驱动电机电流与输出扭矩的关系模型，利用关系模型和关系曲线将不同扭矩值其对应的电流值预存到数据库中，当预设扭矩值给定后，通过控制电流传感器检测出来电机电流的实测值且使之达到所预存的值，达到预设扭矩值之后停止紧固螺栓作业。本发明通过对电机电流实时监测，同时结合转速和电流的双闭环PID控制，实现电动冲击扳手的定扭矩输出。

该现有技术虽然能够实现定扭矩输出，但是实现不了冲击扳手对不同的规格型号和不同强度等级的螺栓拧紧的定扭矩控制，其原因是：冲击扳手实现扭矩的冲击每一次都是恒定的，首先，冲击块在每一次冲击过程中移动的距离是恒定的；其次，压缩冲击块的弹簧每次受到的压力值、压缩的距离、以及压缩这段距离所运行的时间都是恒定的，也就是说冲击扳手每一次冲击时，马达的电流值不会随螺栓被拧的扭矩的大小而发生变化，进一步说，冲击扳手在拧紧螺栓的过程中，马达在冲击时的峰值电流是一个常数。

发明内容

本发明能解决电动冲击扳手在使用过程中对不同规格型号、不同强度等级螺栓实现定扭矩的技术问题提供了一种电动冲击扳手的控制系统。

一种电动冲击扳手的控制系统包括：

判断模块，用于判断电动冲击扳手的转向；

检测模块，用于在判定电动冲击扳手正反转时电动冲击扳手检测当前电机的实际电流值；

存储模块，预设有电流阈值；

比较模块，将电流阈值与实际电流值进行比较；电动冲击扳手

控制模块，控制电动冲击扳手恒转速运行；在比较出实际电流值大于电流阈值时，电动冲击扳手进入击打控制状态；

统计模块，统计电动冲击扳手的击打次数和击打状态的运行时间；

存储模块还存有各种规格型号及强度等级的螺栓的扭力表，扭力表包括扭力值和对应的击打次数以及击打时间，比较模块比较统计到的击打次数与预置击打次数，当击打次数大于或等于预置击打次数，或击打次数小于预置击打次数且运行时间大于击打时间时，控制模块控制电动冲击扳手停止运行。

作为电动冲击扳手的制造商来说，在预置扭力值时，首先，需要按照国家规定的标准对不同规格型号、不同强度等级螺栓参数录入并存储在存储模块中，形成标准数据。然后校对该电动冲击扳手对每一个标准数据的每一次冲击电流的频率f1，并录得实现这一标准数据的打击时间T1，在得到打击时间T1后，根据电动冲击扳手的转速，也就能够得到打击时间T1内的打击次数，然后将打击时间T1以及对应的打击次数存入相对应的螺栓对应的扭力表下，重复上述操作，直至将多个不同规格型号、不同强度等级螺栓参数全部录入。

而在上述过程中，在录取电流频率f1时会剔除电动冲击扳手的冲击块没有达到额定冲击值使其产生轴向位移的电流值，也就是说，录取的电流频率f1是有效的击打次数的电流频率；打击时间T1也是在f1产生后才开始计算。

因此本方案中，在需要对不同规格型号和不同强度等级的螺栓拧紧时，根据存储模块中存储的扭力表能够知晓对应的扭力值、预置打击次数和打击时间，只要电动冲击扳手在运行过程中对螺栓的打击此时达到预置打击次数，即可实现该螺栓的定扭矩拧紧要求。只要输入任意一个数据库中的螺栓规格型号、强度等级，就可实现该螺栓的定扭矩拧紧要求，此时停止打击还能够避免螺栓拧紧没有达到预定扭矩值或超过螺栓的拧紧扭矩值、甚至螺栓螺牙损坏，也延长了单块电池的续航能力，更延长了工具的使用寿命。

其次，一方面，通过击打次数的统计能够对有效的击打次数进行统计，提高定扭矩的准确度，以确保对紧固件的紧固作用；另一方面，考虑到在击打状态没有达到预置击打次数时，但仍存在电动冲击扳手连续长时间运行的情况，而电动冲击扳手在连续使用后更容易出现磨损或故障，因此本方案中，还对击打状态的运行时间进行统计，在击打状态没有得到预置击打次数时但运行时间已经达到了预置的击打时间时，同样控制电动冲击扳手停止运行，从而能够避免电动冲击扳手因为连续长时间运行而提高磨损或故障率的问题，从而能够延长电动冲击扳手的使用寿命。

优选地，检测模块开始检测实际电流值的频率为f_a,在比较模块比较出击打次数接近预置击打次数时，检测模块检测实际电流值的频率为f_b，其中f_b＞f_a。本方案中，为了尽可能确保击打次数的准确性，在击打次数接近预置击打次数时，提高检测频率以提高判定频率，从而能够保证在击打次数满足预置击打次数要求时及时停止，一方面能够避免扭矩过大出现紧固件磨损的问题，另一方面电动冲击扳手运行的及时停止也能避免能源的浪费。

优选地，存储模块还预设有击打误差，在比较模块比较出击打次数大于或等于预置击打次数与击打误差之差，或击打次数小于预置击打次数与击打误差之差且运行时间大于击打时间时，控制模块控制电动冲击扳手停止运行。本方案中，考虑到在电动冲击扳手运行过程中，会因为电路部分的响应值和机械部分的惯性导致有一定的误差存在，因此本方案中，在比较击打次数时还将在允许范围内的击打误差也纳入比较过程中，从而能够提高比较结果的准确性。

优选地，判断模块在判定电动冲击扳手的转向时，先判定电动冲击扳手是否运行，再判定电动冲击扳手处于运行状态后进行转向的判断。考虑到在电动冲击扳手没有运行的状态下，也就不存在转向，因此本方案中，会先对电动冲击扳手的运行状态进行判定，只有在判定电动冲击扳手处于运行状态后才进行转向的判定，能够进一步降低能源的浪费。

优选地，还包括有启停模块，用于触发并发动暂停信号或启动信号；在接收到暂停信号或启动信号时，统计模块暂停或继续击打次数以及运行时间的统计。考虑到在电动冲击扳手的使用过程中，可能会出现需要暂停操作的情况，如使用者被其他事临时打断，因此为了保证统计模块统计结果的准确性，本方案中还设有启停模块对统计过程进行暂停或继续，从而能够确保统计结果的准确性，除非消除此项的预置。

优选地，还包括有清除模块，用于将统计模块的统计结果进行清除。由于在电动冲击扳手的使用过程中，可能会出现需要将统计结果清除的情况，比如在使用过程中使用者需要将紧固件拆下后重新进行拧紧操作，因此就需要重新进行统计操作，因此本方案中，清除模块的设置能够完成对统计结果的清除，以确保统计结果的准确性。

优选地，还包括有模式选择模块，用于切换电动冲击扳手的工作模式，包括手动模式和自动模式。考虑到使用方便，电动冲击扳手采用了两种工作模式：手动模式和电动模式，而模式选择模块的设置方便对工作模式的切换。

优选地，还包括有设置模块，用于在自动模式下触发螺栓规格型号及强度等级的选择以及在手动模式下触发击打次数的设置。本方案中，利用设置模块实现不同模式下不同功能的触发，操作简单。

优选地，还包括有增减组件模块，在自动模式下，增减组件模块用于选择螺栓规格型号及强度等级，在手动模式下，增减组件模块用于进行击打次数的设置。本方案中，增减组件模块的设置方便了螺栓规格型号及强度等级的选择以及击打次数的设置，操作简单。

优选地，还包括有控制面板，控制面板包括显示区和操作区，显示区位于控制面板的中部，操作区位于显示区的两侧，显示区设有显示屏，操作区设有触发模式选择模块的模式按键、触发设置模块的设置按键以及触发增减组件模块的增减组合按键。本方案中，显示区和操作区的设置，一方面布局合理，方便操作和查看，另一方面也方便各个功能的触发，操作简单。

本发明具有以下有益效果：1.本发明中，采用恒转速技术、击打次数以及击打时间的综合判定实现对电动冲击扳手击打过程的控制，在能够确保准确定扭矩的同时还能够降低电动冲击扳手的故障率或磨损，提高了电动冲击扳手的使用寿命，能够降低了电动冲击扳手的使用成本。

2.本发明中，控制面板的设置一方面布局合理，方便操作和查看，另一方面也方便各个功能的触发，操作简单。

附图说明

图1为本发明一种电动冲击扳手的控制系统实施例的流程图；

图2为控制面板的待机界面示意图；

图3为螺栓尺寸选择界面示意图；

图4为螺栓强度等级选择界面示意图；

图5为手动模式击打次数设置界面示意图；

图6为手动模式界面示意图；

图7为自动模式界面示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

1、定义

预置击打次数：用户自行设置的击打次数；

击打时间：击打时间=击打次数/单位时间击打次数；其中单位时间击打次数=（击打次数/圈）/转速。

2、实施例基本如附图1-图7所示：一种电动冲击扳手的控制系统，包括判断模块，用于判断电动冲击扳手的转向，在判定转向前，会先对电动冲击扳手的运行状态进行判定，在判定电动冲击扳手处于运行状态时在进行转向的判定，即判定电动冲击扳手为正向转向还是反向转向，其中，电动冲击扳手的正向转动为拧紧螺栓，反之，电动冲击扳手的反向转动则为拧松螺栓；

存储模块，预设有电流阈值、各种规格型号及强度等级的螺栓的扭力表和击打误差；其中，扭力表包括拧紧螺栓需要扭力值对应的预置打击次数和打击时间，在预置扭力表时，首先，按照国家规定的标准对不同规格型号、不同强度等级的螺栓参数录入并存储在存储模块中，形成标准数据。然后校对该电动冲击扳手对每一个标准数据的每一次冲击电流的频率f1，并录得实现这一标准数据的打击时间T1，在得到打击时间T1后，根据电动冲击扳手的转速，也就能够得到打击时间T1内的预置打击次数，然后将打击时间T1以及对应的预置打击次数存入相对应的螺栓对应的扭力表下，重复上述操作，直至将多个不同规格型号、不同强度等级的螺栓参数全部录入。

而在上述过程中，在录取电流频率f1时剔除电动冲击扳手的冲击块没有达到额定冲击值使其产生轴向位移的电流值，也就是说，录取的电流频率f1是有效的击打次数的电流频率；打击时间T1也是在f1产生后才开始计算。

其中，打击时间还能够根据用户录入的预置击打次数计算得到，具体的，获取电动冲击扳手的当前转速、预置减速比、预置击打次数/圈和预置击打次数，根据预置击打次数/圈和预置击打次数能够计算出需要的圈数，在根据需要的圈数、当前转速和预置减速比能够计算出所需的击打时间。

检测模块，用于在判定电动冲击扳手正转时检测当前电机的实际电流值；检测模块开始检测实际电流值的频率为f_a。

比较模块，用于读取预设的电流阈值，将电流阈值与实际电流值进行比较；

控制模块，控制电动冲击扳手恒转速运行；在比较出实际电流值大于电流阈值时，电动冲击扳手进入击打状态；

统计模块，统计电动冲击扳手的击打次数和击打状态的运行时间；

比较模块将统计到的击打次数与预置击打次数及击打误差之差进行比较，在比较模块比较出击打次数大于或等于预置击打次数与击打误差之差，或击打次数小于预置击打次数与击打误差之差且运行时间大于击打时间时，控制模块控制电动冲击扳手停止运行。

在比较模块比较出击打次数接近预置击打次数时，检测模块检测实际电流值的频率为f_b，其中f_b＞f_a。

启停模块，用于触发并发动暂停信号或启动信号；在接收到暂停信号或启动信号时，统计模块暂停或继续击打次数以及运行时间的统计。

清除模块，用于将统计模块的统计结果进行清除，在统计结果被清除后，统计模块再次进行统计时，击打次数和运行时间重新开始统计。

模式选择模块，用于切换电动冲击扳手的工作模式，包括手动模式和自动模式。

设置模块，用于在自动模式下触发螺栓规格型号的选择以及在手动模式下触发击打次数的设置。其中螺栓规格型号包括螺栓的尺寸。其中，在自动模式下，设置模块先触发螺栓尺寸的选择，然后触发螺栓强度等级的选择，完成螺栓规格型号的选择。

增减组件模块，在自动模式下，增减组件模块用于选择螺栓规格型号及强度等级，在手动模式下，增减组件模块用于进行击打次数的设置。增减组件模块包括“+”组件和“-”组件。

控制面板，控制面板包括显示区和操作区，显示区位于控制面板的中部，操作区位于显示区的两侧，显示区设有显示屏，操作区设有触发模式选择模块的模式按键、触发设置模块的设置按键以及触发增减组件模块的增减组合按键。其中增减组件按键对应“+”组件和“-”组件分别为“+”按键和“-”按键。

控制面板上还设有电源按键，用于触发控制系统的开机或关机。使用时，长按电源按键后，触发控制系统开机或关机，默认按住电源按键1秒后触发控制系统的开机或关机。控制系统开机后，默认进入自动模式，并调用上次关机前的螺栓规格型号及强度等级，如图2所示。

在待运行界面下，按压模式按键，触发模式选择模块，进入手动模式和自动模式的切换。其中，手动模式不能进行螺栓规格型号及强度等级的选择，只能进行击打次数的设置。

在自动模式下，如图7所示，按压设置按键，触发设置模块，进行螺栓规格型号及强度等级的选择，具体的，按压一次设置按键后，进入螺栓尺寸的选择，如图3所示，在选择不同的螺栓尺寸时，通过按压增减组件按键进行不同尺寸的选择；在选择好螺栓尺寸后，再次按压设置按键，触发设置模块进行螺栓强度等级的选择，如图4所示，通过按压增减组件按键进行不同强度等级的选择。在选择好螺栓强度等级后，再次按压设置按键退出螺栓规格型号及强度等级的选择。

在手动模式下，按压设置按键，触发击打次数的设置，通过按压增减组件按键进行击打次数的设置，如图5和图6所示。在设置击打次数为零时，设定电动冲击扳手处于手动模式的点动运行状态。在点动运行状态下，电动冲击扳手随扳机开关状态运行；设置击打次数不为零时，当实际击打次数达到设置的击打次数时自动停机。在自动停机后，压下扳机开关，已经统计的击打次数，即统计模块的统计结果自动清零并再次运行；在实际击打过程中，击打次数还没有达到设置的击打次数时，同时按压增减组合按键，即同时按压“+”按键和“-”按键时，也清除当前统计到的击打次数。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：包括判断模块，用于判断电动冲击扳手的转向；

检测模块，用于在判定电动冲击扳手正反转时检测当前电机的实际电流值；

存储模块，预设有电流阈值；

比较模块，将所述电流阈值与所述实际电流值进行比较；

控制模块，控制所述电动冲击扳手恒转速运行；在比较出实际电流值大于电流阈值时，电动冲击扳手进入击打控制状态；

统计模块，统计电动冲击扳手的击打次数和击打状态的运行时间；

所述存储模块还存有各种规格型号及强度等级的螺栓的扭力表，所述扭力表包括扭力值和对应的预置击打次数以及击打时间，所述比较模块比较统计到的击打次数与预置击打次数，当击打次数大于或等于预置击打次数，或击打次数小于预置击打次数且运行时间大于击打时间时，所述控制模块控制电动冲击扳手停止运行。

2.根据权利要求1所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：所述检测模块开始检测实际电流值的频率为f_a,在所述比较模块比较出击打次数接近所述预置击打次数时，所述检测模块检测实际电流值的频率为f_b，其中f_b＞f_a。

3.根据权利要求1所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：所述存储模块还预设有击打误差，在所述比较模块比较出击打次数大于或等于预置击打次数与击打误差之差，或击打次数小于预置击打次数与击打误差之差且运行时间大于击打时间时，所述控制模块控制电动冲击扳手停止运行。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：所述判断模块在判定电动冲击扳手的转向时，先判定电动冲击扳手是否运行，再判定电动冲击扳手处于运行状态后进行转向的判断。

5.根据权利要求4所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：还包括有启停模块，用于触发并发动暂停信号或启动信号；在接收到暂停信号或启动信号时，所述统计模块暂停或继续击打次数以及运行时间的统计。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：还包括有清除模块，用于将所述统计模块的统计结果进行清除。

7.根据权利要求6所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：还包括有模式选择模块，用于切换电动冲击扳手的工作模式，包括手动模式和自动模式。

8.根据权利要求7所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：还包括有设置模块，用于在自动模式下触发螺栓规格型号及强度等级的选择以及在手动模式下触发击打次数的设置。

9.根据权利要求8所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：还包括有增减组件模块，在自动模式下，所述增减组件模块用于选择螺栓规格型号及强度等级，在手动模式下，所述增减组件模块用于进行击打次数的设置。

10.根据权利要求9所述的电动冲击扳手的控制系统，其特征在于：还包括有控制面板，所述控制面板设有显示区和操作区，所述显示区位于所述控制面板的中部，所述操作区位于所述显示区的两侧，所述显示区设有显示屏，所述操作区设有触发模式选择模块的模式按键、触发设置模块的设置按键以及触发增减组件模块的增减组合按键。