CN211615426U

CN211615426U - 一种扭力传感器电动起子

Info

Publication number: CN211615426U
Application number: CN201922383645.9U
Authority: CN
Inventors: 杨春梅
Original assignee: Shanghai High Mobile Phone Co ltd
Current assignee: Shanghai High Mobile Phone Co ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2029-12-26

Abstract

本实用新型涉及一种扭力传感器电动起子，包括无刷马达控制板、离合器系统、刹车系统、扭力传感器和单片机控制单元；扭力传感器包括信号转换器和应变片；单片机控制单元包括信号侦测模块Ⅱ、信号接收模块Ⅱ、信号处理模块Ⅱ和显示模块Ⅱ；信号转换器用于将锁付时扭力变化导致的应变片形变产生的电阻信号转换为电压信号并放大后发送至信号接收模块Ⅱ；信号接收模块Ⅱ用于将电压信号发送至信号侦测模块Ⅱ；信号侦测模块Ⅱ用于计算得到扭力值并发送至信号处理模块II和显示模块II；信号处理模块II用于将扭力值与预设扭力范围进行比较后将比较结果发送至显示模块II；显示模块II用于显示扭力值和扭力比较结果。本实用新型结构简单，适于推广。

Description

一种扭力传感器电动起子

技术领域

本实用新型属于组装器械技术领域，涉及一种扭力传感器电动起子。

背景技术

电动起子(又称电批或电动螺丝刀)是用于拧紧和旋松螺丝螺帽用的电动工具。该电动工具装有调节和限制扭矩的机构，主要用于装配线，由于它具有组装精度高和速度快等优点，已经成为组装行业必不可缺的工具。

目前的电动起子都是使用者在没有外部辅助设备的情况下转动扭力调整环来调节扭力，但手动操作会存在一定的偏差，无法确定正确的锁付扭力，导致锁付时间长短产生变化，从而影响锁付品质。当使用电动起子进行锁付工作时，很容易出现螺丝花牙(对外观件有要求的工作环境)、锁付不到位或损坏产品等不良隐患，从而影响产品的品质；且由于锁付螺丝数目巨大，没有办法回溯究查原因，导致生产效率降低，造成不必要的经济损失。市面上常见的电动起子难以适用现代化流水线快速、高效、精准的需求，给生产管理者的生产管理带来较大困难。

因此，研究一种能够设定扭力范围、主动侦测扭力和锁付时间、判断螺丝锁付情况且可以回溯究查原因的扭力传感器电动起子具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种能够设定扭力范围、主动侦测扭力和锁付时间以及判断螺丝锁付情况且可以回溯究查原因的扭力传感器电动起子。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种扭力传感器电动起子，包括无刷马达控制板、离合器系统和刹车系统，无刷马达控制板包括微动开关，离合器系统包括离合器和钢珠，刹车系统包括扭力调整环，扭力传感器电动起子还包括扭力传感器和单片机控制单元；

扭力传感器由扭力传导座以及固定(采用绝缘胶粘附的方式)在其上的信号转换器和应变片组成；

单片机控制单元包括信号侦测模块Ⅱ、信号接收模块Ⅱ、信号处理模块Ⅱ和显示模块Ⅱ；

离合器系统与扭力传感器的位置关系满足：启动微动开关后，离合器系统中的钢珠从离合器山头跳脱时，扭力传感器的应变片随之发生形变(当进行锁付工作时，离合器系统中的钢珠即将从离合器山头跳脱时，因为离合器山头有一定的高度，会对扭力传感器产生一个向上的作用力，对扭力传感器产生挤压，导致应变片形变，应变片随着扭力变化而发生形变，产生电阻变化)；

扭力传感器通过插PIN排针与8PIN接头连接向单片机控制单元传输数据，当扭力传感器上的应变片随着传感器受到相互作用力而发生轻微形变时，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而将应变变化转换为电阻变化，连接在扭力传感器上的信号转换器将接收到电阻变化信号转换为电压信号并将其放大传输至单片机控制单元的信号接收模块Ⅱ中；

信号转换器用于将应变片由于形变产生的电阻信号转换为电压信号并放大后发送至信号接收模块Ⅱ；

信号接收模块Ⅱ用于将电压信号发送至信号侦测模块Ⅱ和显示模块II；在确定数学逻辑关系的过程中，信号接收模块Ⅱ需要将电压信号发送至显示模块II，而在正式的锁付工作的过程中，信号接收模块Ⅱ并不需要将电压信号发送至显示模块II，只需要将电压信号发送至信号侦测模块II即可；

信号侦测模块Ⅱ用于根据数学逻辑关系由电压信号计算得到扭力值并发送至信号处理模块II和显示模块II，数学逻辑关系的确定过程为：通过旋转扭力调整环设定扭力值后，采用扭力传感器电动起子进行锁付试验，得到对应的电压信号，重复多次，对多组扭力值和电压信号进行处理得到数学逻辑关系；具体如下：

(1)在进行扭力校验时，电动起子有适合的扭力范围(例如0.2～1N·m)，将0.2N·m称为低扭，1N·m称为高扭；

(2)进行校验时，在单片机控制单元上进入设置模式，将电动起子扭力调整环调至低扭，再在扭力测试仪上进行校验，此时扭力测试仪上显示的即为调好的低扭值，一次校验结束后，单片机控制单元上则会显示此次锁付时的电压信号，此时需要将低扭值手动输入，重复多次(次数标准为10次)；

(3)低扭校验完成后，单片机控制单元上的指令会自动跳转到高扭校验，此时需要将扭力调整环调整至高扭，再进行与低扭同样的校验工作；

(4)低扭与高扭测试完成后，单片机控制单元根据数据得出数学逻辑关系并存储；

信号处理模块II用于将扭力值与预设扭力范围(预设扭力范围根据扭力值和给定公差确定，假设扭力值为a，给定公差为b，则预设扭力范围为[a-b,a+b])进行比较后将扭力比较结果发送至显示模块II；

显示模块II用于显示电压值、扭力值和扭力比较结果(显示模块Ⅱ将结果在LCD屏幕和与其相连接的电脑软件界面上显示出来)，显示模块II只需要在确定数学逻辑关系的过程中显示电压值，并不需要在正式的锁付工作的过程中显示电压值。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种扭力传感器电动起子，扭力传感器电动起子还包括电源控制器，电源控制器同时与无刷马达控制板和单片机控制单元连接(电源控制器通过8PIN转接口与电动起子内部的无刷马达控制板连接为其提供电能)，用于供电，电源控制器是一个电源，单片机控制单元是安装在其中的一块集成板。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，单片机控制单元还包括基础供电模块Ⅱ，基础供电模块Ⅱ与扭力传感器连接，用于供电。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，刹车系统还包括霍尔感应开关模块和磁环准备；

无刷马达控制板还包括基础供电模块Ⅰ、信号接收模块Ⅰ、信号处理模块Ⅰ和功率输出模块Ⅰ；基础供电模块Ⅰ与霍尔感应开关模块连接，用于供电；信号接收模块Ⅰ和微动开关连接；功率输出模块Ⅰ和无刷马达连接；

微动开关用于在开启时，发送启动信号至信号接收模块I；

霍尔感应开关模块用于在磁环准备发生位移时，发送刹车信号至信号接收模块Ⅰ(霍尔感应开关模块将霍尔感应器、电线集成在霍尔元件基板上，当钢珠从离合器山头跳脱时，磁环准备会发生位移，霍尔感应器感应到磁力变化将刹车信号传输至信号接收模块Ⅰ，再经无刷马达控制板将信号传输至单片机控制单元中，即完成一次锁付动作)；

信号接收模块Ⅰ用于将启动信号和刹车信号发送至信号处理模块Ⅰ；

信号处理模块Ⅰ用于识别启动信号和刹车信号，并将其发送至功率输出模块Ⅰ，同时用于计算收到启动信号和刹车信号的时间间隔，得到锁付时间并发送至信号处理模块II；

功率输出模块Ⅰ用于在收到启动信号后，控制无刷马达开始运转；在收到刹车信号后，控制无刷马达停止运转；

信号处理模块II还用于将锁付时间与标准时间进行比较后将时间比较结果发送至显示模块II，锁付时间和标准时间都是按一定的扭力值进行锁付试验所需的时间，二者对应的扭力值相同，锁付对象为同款工件，标准时间对应的扭力值是通过旋转扭力调整环设定的(即标准时间是通过旋转扭力调整环至扭力值特定后，进行锁付试验，测得的试验耗时)；

显示模块II还用于显示时间比较结果。

本实用新型判断锁付有无异常的标准有两个，一个是扭力值是否为预设扭力范围内，另一个是锁付时间是否等于标准时间，以前一个标准为主，当扭力值超出预设扭力范围或锁付时间不等于标准时间时，则为异常；反之，则为正常。当扭力值超出预设扭力范围，且锁付时间不等于标准时间时，显示模块II显示NG(再次锁付)；当扭力值未超出预设扭力范围，且锁付时间不等于标准时间时，显示模块II显示FL(浮锁)；当扭力值超出预设扭力范围，且锁付时间等于标准时间时，显示模块II显示NG(再次锁付)；当扭力值未超出预设扭力范围，且锁付时间等于标准时间时，显示模块II显示OK。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，单片机控制单元还包括与信号侦测模块Ⅱ、信号处理模块Ⅰ和信号处理模块Ⅱ连接的存储装置(例如SD卡等等，信号处理模块Ⅱ根据扭力值和锁付时间判断出螺丝锁付有无异常，将信号转变为可供存储的信号，存储到存储装置中)，存储装置用于存储扭力值、锁付时间、扭力比较结果和时间比较结果，以供回溯究查原因。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，无刷马达控制板还包括推钮开关(微动开关和推钮开关通过耐高温电子线与无刷马达控制板焊接，无刷马达控制板通过插PIN排针与无刷马达连接)；扭力传感器电动起子还包括起子外壳以及设置在其上的压扣板和方向推钮；压扣板与微动开关连接，方向推钮与推钮开关连接。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，离合器系统还包括连接轴、三根顶针、离合器控制盘、弹簧下盖、扭力弹簧和弹簧上盖；离合器和钢珠固定在连接轴a端(钢珠位于连接轴上的钢珠槽内)，三根顶针位于连接轴b端；离合器控制盘、弹簧下盖、扭力弹簧和弹簧上盖自a端向b端依次套于连接轴上。离合器系统中的离合器运转时带动连接轴同时转动，当电动起子进行锁付工作时，随着扭力的不断升高，离合器连接着的齿盘和扭力传感器受到的反作用力越大；当扭力达到预设扭力，连接轴上的钢珠到达离合器山头最高点即将跳脱刹车时，离合器受到的作用力最大，从而使得扭力传感器发生的形变也最大。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，刹车系统还包括扭力筒；扭力调整环套在扭力筒上；霍尔感应开关模块固定在扭力筒凹槽内；离合器系统的三根顶针穿过扭力筒一端顶在弹簧上盖上，另一端顶在扭力调整环内的凹槽中。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，扭力传感器电动起子还包括齿盘和传动连接杆；齿盘与离合器连接，齿盘中装有减速齿轮，用于降低连接杆转速并与离合器进行连接，使离合器慢速转动；传动连接杆的一端与无刷马达连接，另一端上设有传动齿轮；传动齿轮与减速齿轮啮合，将马达动能传动至齿盘，齿盘再带动离合器旋转。

如上所述的一种扭力传感器电动起子，扭力传感器电动起子还包括起子头，起子头安装在连接轴的尾部。

本实用新型的扭力传感器电动起子的工作情况如下：

使用时，扭力传感器电动起子连接电源装置，在单片机控制单元界面上设定好扭力传感器电动起子锁付时所需的扭力值并设置好扭力值允许的波动范围，将推钮开关切换到正转方向并开启压扣板即开启电源，无刷马达在无刷马达控制板的驱动下旋转，带动齿轮筒内的驱动齿轮从而带动起子头转动进行锁付，当达到预设的扭力时，扭力传感器上应变片的形变最大，信号转换器将电阻信号转换为电压信号并放大传输至单片机控制单元，同时，离合器系统会做一次跳脱，刹车系统会做刹车动作实时把电动起子停住，完成锁付动作。

以上工作过程中，与无刷马达控制板进行信号传输的单片机控制单元会实时记录螺丝锁付时的扭力值与锁付时间，在LCD屏幕、电脑软件界面等等上显示出来，电脑软件界面上实时生成扭力曲线。如若电动起子锁付螺丝过程中，未能达到预设的扭力值或锁付时间，电脑软件界面上会显示“NG”或“FL”字样，此时仍可以继续锁付，锁付结果存储于存储装置中，也可以停止锁付，调试电动起子使其出现“OK”字样再进行锁付。

有益效果：

(1)本实用新型的一种扭力传感器电动起子，结构简单，安装方便，与现有技术相比，本实用新型的电动起子能够设定扭力范围、主动侦测扭力和锁付时间、判断螺丝锁付情况，有效防止使用者因为人为操作的误差导致起子锁附螺丝而导致螺丝花牙、划伤和报废产品，可以很大程度地保证螺丝锁附的品质；

(2)本实用新型的一种扭力传感器电动起子，能够实时显示锁付结果并将数据存储到单片机控制单元中的存储装置中，为生产管理者研究螺丝锁附情况提供有效的数据，可有效降低产品的不良率，提高产品的组装效率，提高制得的产品的品质。

附图说明

图1为本实用新型的扭力传感器电动起子的结构示意图；

图2为图1的局部放大示意图；

图3为本实用新型的扭力传感器电动起子的侧视图；

图4为本实用新型的无刷马达控制板与霍尔感应开关模块的连接结构示意图；

图5为本实用新型的扭力传感器电动起子的分解结构示意图；

图6为本实用新型的扭力传感器的结构示意图；

图7为本实用新型的电源控制器的正视图；

图8为本实用新型的各模块的结构示意图；

其中，1为基础供电模块Ⅰ和功率输出模块Ⅰ的集成模块，2为信号接收模块Ⅰ和信号处理模块Ⅰ的集成模块，3为霍尔感应开关模块，4为扭力传感器，5为齿盘，6为离合器，7为连接轴，8为扭力筒，9为顶针，10为起子外壳，11为扭力调整环，12为钢珠，13为离合器控制盘，14为磁环准备，15为弹簧下盖，16为扭力弹簧，17为弹簧上盖，18为信号转换器，19为应变片，20为压扣板，21为扭力传导座，22为方向推钮，23为无刷马达控制板，24为无刷马达，25为传动连接杆，26为扭力侦测单元(即由扭力传感器、离合器系统以及单片机控制单元组成的整体)，27为离合器系统，28为刹车系统。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种扭力传感器电动起子，如图1、2、3和5所示，由无刷马达控制板23、离合器系统27、刹车系统28、扭力传感器4、单片机控制单元、电源控制器(如图7所示)、起子外壳10、设置在起子外壳10上的压扣板20、设置在起子外壳10上的方向推钮22、齿盘5、传动连接杆25和起子头组成；图1中26为扭力侦测单元，即由扭力传感器4、离合器系统27以及单片机控制单元组成的整体；

如图8所示，无刷马达控制板23包括推钮开关、微动开关、基础供电模块Ⅰ、信号接收模块Ⅰ、信号处理模块Ⅰ和功率输出模块Ⅰ，基础供电模块Ⅰ和功率输出模块Ⅰ的集成模块如图4中1所示，信号接收模块Ⅰ和信号处理模块Ⅰ的集成模块如图4中2所示；

离合器系统27包括离合器6、钢珠12、连接轴7、三根顶针9、离合器控制盘13、弹簧下盖15、扭力弹簧16和弹簧上盖17；

刹车系统28包括扭力调整环11、霍尔感应开关模块3、磁环准备14和扭力筒8；

如图6所示，扭力传感器4由扭力传导座21以及固定在其上的信号转换器18和应变片19组成；

如图8所示，单片机控制单元包括信号侦测模块Ⅱ、信号接收模块Ⅱ、信号处理模块Ⅱ、显示模块Ⅱ、基础供电模块Ⅱ和存储装置；

电源控制器同时与无刷马达控制板23和单片机控制单元连接；基础供电模块Ⅱ与扭力传感器4连接，用于供电；基础供电模块Ⅰ与霍尔感应开关模块3连接(如图4所示)，用于供电；

离合器系统27与扭力传感器4的位置关系满足：离合器系统27中的钢珠12从离合器6山头跳脱时，扭力传感器4的应变片19随之发生形变；

信号转换器18用于将应变片19由于形变产生的电阻信号转换为电压信号并放大后发送至信号接收模块Ⅱ；

信号接收模块Ⅱ用于将电压信号发送至信号侦测模块Ⅱ和显示模块II；

信号侦测模块Ⅱ用于根据数学逻辑关系由电压信号计算得到扭力值并发送至信号处理模块II和显示模块II，数学逻辑关系的确定过程为：通过旋转扭力调整环11设定扭力值后，采用扭力传感器电动起子进行锁付试验，得到对应的电压信号，重复多次，对多组扭力值和电压信号进行处理得到数学逻辑关系；

信号处理模块II用于将扭力值与预设扭力范围进行比较后将扭力比较结果发送至显示模块II；

显示模块II用于显示电压值、扭力值和扭力比较结果；

信号接收模块Ⅰ和微动开关连接；功率输出模块Ⅰ和无刷马达24连接；

微动开关用于在开启时，发送启动信号至信号接收模块I；

霍尔感应开关模块3用于在磁环准备14发生位移时，发送刹车信号至信号接收模块Ⅰ；

功率输出模块Ⅰ用于在收到启动信号后，控制无刷马达24开始运转；在收到刹车信号后，控制无刷马达24停止运转；

信号处理模块II还用于将锁付时间与标准时间进行比较后将时间比较结果发送至显示模块II，锁付时间和标准时间都是按一定的扭力值进行锁付试验所需的时间，二者对应的扭力值相同，锁付对象为同款工件，标准时间对应的扭力值是通过旋转扭力调整环11设定的；

显示模块II还用于显示时间比较结果；

存储装置与信号侦测模块Ⅱ、信号处理模块Ⅰ和信号处理模块Ⅱ连接用于存储扭力值、锁付时间、扭力比较结果和时间比较结果；

压扣板20与微动开关连接，方向推钮22与推钮开关连接；

离合器6和钢珠12固定在连接轴7a端，三根顶针9位于连接轴7b端；离合器控制盘13、弹簧下盖15、扭力弹簧16和弹簧上盖17自a端向b端依次套于连接轴7上；

扭力调整环11套在扭力筒8上；霍尔感应开关模块3固定在扭力筒8凹槽内；离合器系统27的三根顶针9穿过扭力筒8一端顶在弹簧上盖17上，另一端顶在扭力调整环11内的凹槽中；

齿盘5与离合器6连接，齿盘5中装有减速齿轮；传动连接杆25的一端与无刷马达24连接，另一端上设有传动齿轮；传动齿轮与减速齿轮啮合；

起子头安装在连接轴7的尾部。

Claims

1.一种扭力传感器电动起子，包括无刷马达控制板、离合器系统和刹车系统，无刷马达控制板包括微动开关，离合器系统包括离合器和钢珠，刹车系统包括扭力调整环，其特征是：扭力传感器电动起子还包括扭力传感器和单片机控制单元；

扭力传感器由扭力传导座以及固定在其上的信号转换器和应变片组成；

离合器系统与扭力传感器的位置关系满足：离合器系统中的钢珠从离合器山头跳脱时，扭力传感器的应变片随之发生形变；

信号侦测模块Ⅱ用于根据数学逻辑关系由电压信号计算得到扭力值并发送至信号处理模块II和显示模块II，数学逻辑关系的确定过程为：通过旋转扭力调整环设定扭力值后，采用扭力传感器电动起子进行锁付试验，得到对应的电压信号，重复多次，对多组扭力值和电压信号进行处理得到数学逻辑关系；

显示模块II用于显示电压值、扭力值和扭力比较结果。

2.根据权利要求1所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，扭力传感器电动起子还包括电源控制器，电源控制器同时与无刷马达控制板和单片机控制单元连接，用于供电。

3.根据权利要求2所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，单片机控制单元还包括基础供电模块Ⅱ，基础供电模块Ⅱ与扭力传感器连接，用于供电。

4.根据权利要求3所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，刹车系统还包括霍尔感应开关模块和磁环准备；

微动开关用于在开启时，发送启动信号至信号接收模块I；

霍尔感应开关模块用于在磁环准备发生位移时，发送刹车信号至信号接收模块Ⅰ；

信号处理模块II还用于将锁付时间与标准时间进行比较后将时间比较结果发送至显示模块II，锁付时间和标准时间都是按一定的扭力值进行锁付试验所需的时间，二者对应的扭力值相同，锁付对象为同款工件，标准时间对应的扭力值是通过旋转扭力调整环设定的；

显示模块II还用于显示时间比较结果。

5.根据权利要求4所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，单片机控制单元还包括与信号侦测模块Ⅱ、信号处理模块Ⅰ和信号处理模块Ⅱ连接的存储装置，存储装置用于存储扭力值、锁付时间、扭力比较结果和时间比较结果。

6.根据权利要求5所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，无刷马达控制板还包括推钮开关；扭力传感器电动起子还包括起子外壳以及设置在其上的压扣板和方向推钮；压扣板与微动开关连接，方向推钮与推钮开关连接。

7.根据权利要求6所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，离合器系统还包括连接轴、三根顶针、离合器控制盘、弹簧下盖、扭力弹簧和弹簧上盖；离合器和钢珠固定在连接轴a端，三根顶针位于连接轴b端；离合器控制盘、弹簧下盖、扭力弹簧和弹簧上盖自a端向b端依次套于连接轴上。

8.根据权利要求7所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，刹车系统还包括扭力筒；扭力调整环套在扭力筒上；霍尔感应开关模块固定在扭力筒凹槽内；离合器系统的三根顶针穿过扭力筒一端顶在弹簧上盖上，另一端顶在扭力调整环内的凹槽中。

9.根据权利要求8所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，扭力传感器电动起子还包括齿盘和传动连接杆；齿盘与离合器连接，齿盘中装有减速齿轮；传动连接杆的一端与无刷马达连接，另一端上设有传动齿轮；传动齿轮与减速齿轮啮合。

10.根据权利要求9所述的一种扭力传感器电动起子，其特征在于，扭力传感器电动起子还包括起子头，起子头安装在连接轴的尾部。