本發(fā)明涉及一種基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手及力矩控制方法。

背景技術(shù)：

扳手是一種常用的手工具，傳統(tǒng)扳手利用杠桿原理擰轉(zhuǎn)螺栓、螺釘、螺母和其他螺紋緊持螺栓的開(kāi)口或套孔固件工具，經(jīng)過(guò)技術(shù)的發(fā)展，扳手工具已經(jīng)從原始的人力杠桿原理發(fā)展到電動(dòng)扭矩形式，作為考核螺栓安裝工藝的指標(biāo)，力矩值直接影響到螺栓的安裝工藝，當(dāng)前已經(jīng)有多種定力矩扳手面世。

傳統(tǒng)的螺栓緊固過(guò)程是先用扳手或電動(dòng)扳手對(duì)螺栓進(jìn)行擰緊，再用力矩扳手緊固到規(guī)定的力矩值，以保障安裝工藝。事實(shí)上，同樣是對(duì)螺栓進(jìn)行緊固但是由于工具功能欠缺導(dǎo)致作業(yè)過(guò)程中需要切換扳手與力矩扳手，導(dǎo)致工作效率低下；此外，在定力距的環(huán)節(jié)往往通過(guò)人力的方法，對(duì)于大直徑的螺栓，需要的扭緊力矩達(dá)幾百牛頓米(N.m)，消耗大量的體力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手及力矩控制方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，螺栓緊固與力矩檢測(cè)一體化，并且檢測(cè)數(shù)據(jù)直觀，還可隨時(shí)更改預(yù)設(shè)值，提高緊固作業(yè)效率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手，其包括電動(dòng)扳手以及力矩測(cè)控裝置，所述力矩測(cè)控裝置包括：力矩傳感器，濾波電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，繼電器，鍵盤，以及顯示器；其中，力矩傳感器安裝在電動(dòng)扳手的電機(jī)輸出軸上，用于檢測(cè)電機(jī)輸出軸的輸出力矩值，并產(chǎn)生相應(yīng)的模擬信號(hào)；濾波電路用于將力矩傳感器傳出的模擬信號(hào)進(jìn)行濾波防干擾；模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接在濾波電路與單片機(jī)之間，用于將力矩傳感器送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并送給單片機(jī)；單片機(jī)還與繼電器電連接，單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)每次工作輸入的目標(biāo)力矩值，當(dāng)收到的輸出力矩值大于目標(biāo)力矩值時(shí)，控制繼電器的常閉觸點(diǎn)打開(kāi)；繼電器的常閉觸點(diǎn)電連接在電機(jī)電源與扳手電機(jī)之間；鍵盤與單片機(jī)電連接，用于輸入變更目標(biāo)力矩值；顯示器與單片機(jī)電連接，用于顯示電動(dòng)扳手的輸出力矩值以及單片機(jī)存儲(chǔ)的目標(biāo)力矩值。

此外，本發(fā)明還提供如下附屬技術(shù)方案：

所述力矩傳感器為應(yīng)變片式力矩傳感器，其包括應(yīng)變電橋以及外圍電路，應(yīng)變電橋其中兩個(gè)接點(diǎn)電連接濾波電路，另一個(gè)接點(diǎn)通過(guò)可變電阻連接5V電源，另一個(gè)接點(diǎn)接地。

在所述力矩傳感器和所述濾波電路之間電連接有微功耗儀表放大器，該微功耗儀表放大器的型號(hào)為AD627。

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為ADS7822。

所述單片機(jī)的型號(hào)為AT89S51。

本發(fā)明還提供一種基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手的力矩控制方法，其包括如下步驟：1)上電復(fù)位，通過(guò)鍵盤往單片機(jī)內(nèi)輸入對(duì)應(yīng)螺栓所需力矩值，即目標(biāo)力矩值；2)力矩傳感器檢測(cè)電動(dòng)扳手的電機(jī)輸出軸力矩為零，繼電器閉合，電機(jī)通電，將電動(dòng)扳手頭對(duì)準(zhǔn)螺栓后啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)；3)力矩傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)輸出軸的輸出力矩值，不斷生產(chǎn)模擬信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳給單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)，輸出力矩值與目標(biāo)力矩值進(jìn)行邏輯比較，同時(shí)將輸出力矩值與目標(biāo)力矩值通過(guò)顯示器顯示；4)當(dāng)輸出軸力矩值大于或等于目標(biāo)力矩值時(shí)，單片機(jī)向繼電器送出電流，繼電器的常閉觸點(diǎn)受電打開(kāi)，電機(jī)斷電。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：揭示了一種基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手，其包括電動(dòng)扳手以及力矩測(cè)控裝置，力矩測(cè)控裝置包括：力矩傳感器，濾波電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，繼電器，鍵盤，以及顯示器；通過(guò)電動(dòng)扳手實(shí)現(xiàn)螺栓等螺紋件的緊固，通過(guò)力矩測(cè)控裝置的力矩傳感器檢測(cè)電動(dòng)扳手的輸出力矩值，通過(guò)單片機(jī)對(duì)比輸出力矩值與目標(biāo)力矩值，通過(guò)繼電器控制電動(dòng)扳手啟停，鍵盤可向單片機(jī)內(nèi)輸入變更目標(biāo)力矩值，顯示器顯示輸出力矩值和目標(biāo)力矩值。綜上體現(xiàn)了電動(dòng)力矩扳手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且合理，螺栓緊固與力矩檢測(cè)一體化、智能化控制，并且檢測(cè)數(shù)據(jù)直觀，還可隨時(shí)更改預(yù)設(shè)值，提高緊固作業(yè)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手模塊框圖。

圖2是應(yīng)變電橋力矩傳感器電路圖。

圖3是單片機(jī)邏輯控制流程圖。

圖4是工作過(guò)程大致流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合較佳實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步非限制性的詳細(xì)說(shuō)明。

見(jiàn)圖1，電機(jī)M代表扳手電機(jī)9，扳手電機(jī)9與力矩測(cè)控裝置電連接，力矩測(cè)控裝置包括力矩傳感器1，濾波電路2，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3，單片機(jī)4，繼電器5，鍵盤6，以及顯示器7。力矩傳感器1安裝在扳手電機(jī)9上，用于檢測(cè)扳手電機(jī)9的輸出力矩值，并產(chǎn)生相應(yīng)的模擬信號(hào)；濾波電路2用于將力矩傳感器1傳出的模擬信號(hào)進(jìn)行濾波防干擾，提高數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確率；模數(shù)轉(zhuǎn)換器3電連接在濾波電路2與單片機(jī)4之間，用于將力矩傳感器1送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并送給單片機(jī)4；單片機(jī)4還與繼電器5電連接，單片機(jī)4內(nèi)存儲(chǔ)有目標(biāo)力矩值，當(dāng)收到的輸出力矩值大于目標(biāo)力矩值時(shí)，控制繼電器5的常閉觸點(diǎn)打開(kāi)；繼電器5的常閉觸點(diǎn)電連接在電源與扳手電機(jī)9之間，當(dāng)其常閉觸電打開(kāi)，則扳手電機(jī)9斷電停機(jī)；鍵盤6與單片機(jī)4電連接，用于輸入變更目標(biāo)力矩值；顯示器7與單片機(jī)4電連接，用于顯示扳手電機(jī)9的輸出力矩值以及單片機(jī)4存儲(chǔ)的目標(biāo)力矩值，提供可視化效果。在回路中設(shè)置有緊急控制按鈕開(kāi)關(guān)8，在不工作時(shí)屬于斷開(kāi)狀態(tài)，工作時(shí)按壓緊急制動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)，電路導(dǎo)通，扳手電機(jī)9工作，當(dāng)螺母打滑的緊急情況下，松開(kāi)緊急制動(dòng)按鈕，切斷電源，扳手電機(jī)9停止工作。

見(jiàn)圖2，上述力矩傳感器1為應(yīng)變片式力矩傳感器，其包括應(yīng)變電橋以及外圍電路，應(yīng)變電橋其中兩個(gè)接點(diǎn)電連接濾波電路，另一個(gè)接點(diǎn)通過(guò)可變電阻連接5V電源，另一個(gè)接點(diǎn)接地，調(diào)節(jié)可變電阻可對(duì)檢測(cè)靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。力矩傳感器1和濾波電路2之間還可電連接有微功耗儀表放大器(圖未示)，該微功耗儀表放大器的型號(hào)為AD627，用于放大力矩傳感器1的模擬信號(hào)。另，本實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為ADS7822；單片機(jī)的型號(hào)為AT89S51，與單片機(jī)4連接的還有電壓基準(zhǔn)穩(wěn)壓器(圖未示)，該電壓基座穩(wěn)壓器用于給單片機(jī)4提供穩(wěn)壓電源，其型號(hào)為REF198。

單片機(jī)大致的邏輯控制流程見(jiàn)圖3，其內(nèi)部涉及的程序?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員只需按照本邏輯控制流程出發(fā)，即可編出多種程序，軟件程序非設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

本發(fā)明的電動(dòng)力矩扳手的力矩控制方法主要通過(guò)智能化采集輸入力矩值，然后與目標(biāo)力矩信號(hào)進(jìn)行對(duì)比判斷，程序化控制扳手定力矩工作，當(dāng)扳手輸出力矩值達(dá)到目標(biāo)值時(shí)自動(dòng)切斷電機(jī)電源。見(jiàn)圖4，大致步驟如下：1)上電復(fù)位，通過(guò)鍵盤往單片機(jī)內(nèi)輸入對(duì)應(yīng)螺栓所需力矩值，即目標(biāo)力矩值；2)力矩傳感器檢測(cè)電動(dòng)扳手的電機(jī)輸出軸力矩為零，繼電器閉合，電機(jī)通電，將電動(dòng)扳手頭對(duì)準(zhǔn)螺栓后啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)；3)力矩傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)輸出軸的輸出力矩值，不斷生產(chǎn)模擬信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳給單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)，輸出力矩值與目標(biāo)力矩值進(jìn)行邏輯比較，同時(shí)將輸出力矩值與目標(biāo)力矩值通過(guò)顯示器顯示；4)當(dāng)輸出軸力矩值大于或等于目標(biāo)力矩值時(shí)，單片機(jī)向繼電器送出電流，繼電器的常閉觸點(diǎn)受電打開(kāi)，電機(jī)斷電。利用力矩傳感器1實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)M的輸出力矩值，比通過(guò)轉(zhuǎn)速、電流、電壓等數(shù)據(jù)定力矩更準(zhǔn)確；利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器3對(duì)力矩傳感器1的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，利用鍵盤6輸入工作所需要的力矩值，利用液晶顯示器7顯示力矩傳感器1測(cè)量的力矩值與鍵盤6所輸入的力矩值。單片機(jī)4主要用于采集力矩傳感器1經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)換的實(shí)測(cè)力矩值，存儲(chǔ)經(jīng)由鍵盤6輸入的目標(biāo)力矩值，邏輯判斷測(cè)量值與目標(biāo)值之間的關(guān)系，控制繼電器7實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)M電源的通斷控制。繼電器7節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)是由其控制的一對(duì)常閉節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)，當(dāng)單片機(jī)4判斷實(shí)測(cè)力矩值大于目標(biāo)值時(shí)，發(fā)出控制指令，讓繼電器7得電吸合，常閉節(jié)點(diǎn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，切斷電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺母的一次性定力矩緊固。

綜上所述，本發(fā)明的基于單片機(jī)的智能電動(dòng)力矩扳手及力矩控制方法，通過(guò)引進(jìn)力矩傳感器和單片機(jī)等測(cè)控模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)扳手的定力矩操控，免去了現(xiàn)有螺栓緊固過(guò)程因功能不齊全需要切換扳手與力矩扳手的情況，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)功能模塊化，操作方便，易于檢修升級(jí)，極大的提高了工作效率。其使用效果有：

1)動(dòng)態(tài)顯示電機(jī)工作時(shí)的實(shí)時(shí)扭矩值，并將扭矩值的精確度控制在3N·m。

2)扭矩精確控制，可在50～9999N·m范圍內(nèi)設(shè)置大小、誤差控制在5N·m，扭矩精度控制在1％FS。

3)輸出扭矩精度：±2％，無(wú)論是一次性打緊，還是多步預(yù)緊，絕沒(méi)有扭矩過(guò)沖的現(xiàn)象。

需要指出的是，上述較佳實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。