專利名稱：應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種緊固工具，更具體地說是一種應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手。
中國專利CN2100289U公開了一種自動(dòng)顯示測力扳手，雖然該扳手能測量并顯示施加在扳手上的力矩，但它存在著功能簡單，不能解決零漂問題，而且其精確度也不能達(dá)到很高。
本實(shí)用新型的目的就是解決上述問題，提供一種應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手。他不僅具有零位補(bǔ)償，并且還有多種顯示功能和報(bào)警功能。
按照本實(shí)用新型的應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手，它由扳手頭(1)、連接桿(2)、扳手桿(4)、扳手柄盒(5)等組成，其特征在于應(yīng)變片(3)粘貼著連接桿(2)的兩側(cè)，電路扳(6)和電池(7)裝在扳手柄盒(5)之中，由應(yīng)變片(3)檢測到力矩信號(hào)，經(jīng)放大器、A／D變換器再送到單片微處理芯片CPU進(jìn)行處理，最后送到數(shù)字液晶顯示器(9)顯示。下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手的具體實(shí)施例加以詳細(xì)說明。


圖1A是本實(shí)用新型應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手的俯視圖。
圖1B是
圖1A中Ⅰ－Ⅰ’的剖面圖。
圖2是說明應(yīng)變測量原理的示意圖。
圖3是本實(shí)用新型應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手的電路部分的具體線路。
圖4A、4B是本實(shí)用新型應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手的軟件流程圖。
首先參見
圖1A和
圖1B，本實(shí)用新型應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手，包括扳手頭1、扳手桿4、手柄盒5。扳手頭1通過連接桿2與扳手桿4連接，連接桿2與扳手頭1連成一體，并插在扳手桿4之中，在連接桿2的兩側(cè)粘接有應(yīng)變片3(其工作原理后面將詳細(xì)描述)。手柄盒5可以分成上殼和下殼，在手柄盒5前上部裝有線路扳6，在手柄盒5的后部裝有電池7，在手柄盒5的前部還裝有發(fā)聲器8、數(shù)字液晶顯示器9以及各種功能控制鍵10。當(dāng)扳手使用時(shí)應(yīng)變片3檢測到扳手上的力矩，并通過電線將該信號(hào)送到線路扳6，經(jīng)過線路扳上各種電路處理后再送到發(fā)聲器8以及數(shù)字液晶顯示器9，從而完成各種功能。
下面結(jié)合圖2以及圖3說明本實(shí)用新型中的應(yīng)變測量原理。當(dāng)向扳手施力時(shí)，連接桿2要發(fā)生變形，這時(shí)貼在連接桿2上面的應(yīng)變片3發(fā)生變形，從而改變其電阻值，應(yīng)變片一共有4個(gè)，它們分別相應(yīng)于圖3中的應(yīng)變電阻YR1－4，R1、YR3貼在連接桿2的同一側(cè)，YR2、YR4則都貼在連接桿2的另一側(cè)，它們構(gòu)成了一個(gè)橋路。當(dāng)桿受力矩時(shí)，桿會(huì)彎曲如虛線所示，于是YR1、3伸長阻值加大，YR2、4縮短阻值減小，則電橋失去平衡，產(chǎn)生輸出信號(hào)并送到放大器。
在圖3中，穩(wěn)壓器由ICE(MC1403)構(gòu)成，1端輸入電源VDD，2端輸出穩(wěn)壓的電壓給電橋，保持應(yīng)變測理穩(wěn)定性。放大器由IC2(ICL7650)及其附屬電路組成，輸入端4和5接電橋輸出，輸出端10送IC2。電W1改變放大倍數(shù)，用于校準(zhǔn)扳手的比例。IC3及其附屬電路組成了6通道單量程模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它把輸入模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間區(qū)間，送給CPU(IC4)，由CPU在這個(gè)區(qū)間內(nèi)計(jì)數(shù)測量區(qū)間長度，這表示了輸入電壓，CPU給IC3的3點(diǎn)發(fā)信號(hào)(RAMP start)表示時(shí)間區(qū)間開始。IC3的7點(diǎn)(COMP OUT)是比較器輸出的時(shí)間區(qū)間方波，送給CPU計(jì)時(shí)，IC3的4點(diǎn)外接電容用于產(chǎn)生斜波電壓的充電電容。IC3的8點(diǎn)外接基準(zhǔn)電壓，6點(diǎn)外接基準(zhǔn)電流。IC3的1、2、16點(diǎn)是三位選通地址，CPU送出這個(gè)地址，選通6個(gè)輸入之一，六個(gè)輸入通道如下10點(diǎn)輸入IC2輸入的待測電壓，11點(diǎn)輸入電壓，12點(diǎn)輸入基準(zhǔn)電壓，13點(diǎn)輸入一個(gè)電位器輸出電壓，根據(jù)這個(gè)輸入改變正向施加力矩的增益(由CPU改變之)，以此補(bǔ)償正反加力矩的增益之差，15點(diǎn)輸入另一個(gè)電位器輸出電壓，根據(jù)此電壓確定使用四種力矩量程之一，9點(diǎn)輸入電源VDD分壓后的電壓，用于發(fā)現(xiàn)電源電壓過低，以便顯示報(bào)警。
LCD為專用液晶顯示片顯示內(nèi)容如圖所示。其中包括8組文字DIRECT、MEMORY、SIGNAL、LOBAT、FILb、INLb、NM、和MKG。還有4個(gè)數(shù)字和3個(gè)小數(shù)點(diǎn)在數(shù)字之間。它有22個(gè)插腳。
DIRECT、MEMORL、分別用于顯示扳手處于三種工作方式之一直接方式、存貯方式、設(shè)置－信號(hào)方式。LOBAT顯示電源電壓過低，F(xiàn)ILb、IMLb、NM、MKG分別用于顯示選用的四種計(jì)量單位之一英尺磅、英磅、牛頓米、公斤米、每組文字(加DIRECT)同時(shí)顯示或熄滅，因此只用一位(bit)選擇亮滅。則共要求8bit選擇。
4位數(shù)字和3個(gè)小數(shù)點(diǎn)，按工作方式選擇顯示相應(yīng)力矩值。每個(gè)數(shù)字由7條線段組成，選擇顯示7條中有關(guān)線段，可顯示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或E。當(dāng)施加力矩大于量程時(shí)，4位數(shù)字顯示EE。因此每位數(shù)字由7bit選擇，4位數(shù)字由28bit選擇，3個(gè)小數(shù)點(diǎn)由3bit選擇。
總之，文字、數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)、共需由39bit選擇。但芯片只有22個(gè)插腳。于是安排20個(gè)插腳每個(gè)選擇2個(gè)顯示元。插腳1和22傳送COM1和COM2信號(hào)。它們?yōu)槊總€(gè)插腳選擇2個(gè)功能之一。加插腳21，在有COM1信號(hào)時(shí)傳送MEMORY信號(hào)，有COM2時(shí)傳送DIRECT。
IC4(80C51)是Philips公司80C51系列中內(nèi)含ROM(未用外部存貯器)的單處片微處理控制器芯片。它的復(fù)原端9(RST)外接開關(guān)K4(用于接通電源和狀態(tài)復(fù)原的ON RESET開關(guān))。它的引端(EA)接高電位，選擇使用芯片內(nèi)程序存貯器。它有四個(gè)IO口，每個(gè)口有8bit。共有32個(gè)IO的bit，芯片端O的1－8，21－28，36－39共20點(diǎn)為液晶片提供20bit顯示信號(hào)，33和34點(diǎn)給液晶片提供COM1和COM2。35點(diǎn)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管(在設(shè)置－信號(hào)方式中，施加力矩大于設(shè)置值時(shí)，發(fā)聲并發(fā)光)。13點(diǎn)外接開關(guān)K1，(MODE)改變工作方式。15點(diǎn)外接開關(guān)K2(UNIT)改變工作單位。16點(diǎn)外接開關(guān)K3(SET)可遞增式設(shè)定力矩值。14點(diǎn)接IC3的RAMP start(3)發(fā)給IC3斜波開始信號(hào)(開始模數(shù)轉(zhuǎn)換)。12點(diǎn)接IC3的COMP OUT(7)，接收IC3輸出的時(shí)間區(qū)間。13、10、11點(diǎn)接IC3的A2、A1、AO點(diǎn)(2、1、16)，給IC36通道選擇地址。17點(diǎn)發(fā)出電源自保電位，由K4開始使T1和T2導(dǎo)通并接通電源后，17點(diǎn)輸出高，保持T1和T2通。當(dāng)扳手不使用超過2分40秒后，CPU使7點(diǎn)輸出轉(zhuǎn)為低，T1和T2截止，電源切斷，實(shí)現(xiàn)不使用自動(dòng)斷電。
IC4芯片內(nèi)有CPU、RAM、ROM、4個(gè)I／O口、定時(shí)器等部件，集成于一個(gè)專用芯處片。
正因?yàn)椴捎昧藛纹⑻幚砥餍酒鳛閿?shù)字液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)裝置，所以本實(shí)用新型具有多種功能，如下所述1.具有四種顯示單位英尺磅(FT.LB)，英寸磅(IN.LB)，牛頓米(N.M)，和公斤米(KG.M)，可以選用以上任意一種單位顯示施加的力矩值，液晶顯示當(dāng)前使用的單位。
2.具有三種工作方式(1)直接方式液晶實(shí)時(shí)顯示施加的力矩，這適于精密的非重復(fù)性的裝配。
(2)記憶方式液晶顯示操作中施加的最大力矩，這適用于監(jiān)測。
(3)設(shè)置信號(hào)方式選中這種方式后，用戶可遞增地設(shè)置力矩值，液晶顯示設(shè)置的力矩值，當(dāng)實(shí)際施加的力矩值達(dá)到或超過設(shè)置時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，指示發(fā)光，這適用于重復(fù)性的精密裝配。
3.系統(tǒng)可自動(dòng)測量零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)漂移的自動(dòng)補(bǔ)償。
4.當(dāng)停止使用的時(shí)間達(dá)到2分40秒時(shí)，能自動(dòng)斷電。
5.當(dāng)電池電壓下降到可能影響精度時(shí)，液晶顯示“LOBAT”，指示必須更換電池。
6.系統(tǒng)中設(shè)定了死區(qū)，以便保持零點(diǎn)顯示的穩(wěn)定性。
該扳手是套筒式力矩扳手，使用者只需連續(xù)搖動(dòng)手把，即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向松緊螺母，松緊方向可以設(shè)定。
扳手的設(shè)計(jì)保證了便于形成不同量程的系列產(chǎn)品，不同量程的扳手使用完全相同的微處理芯片和電路，只要改變個(gè)別的電路參數(shù)和機(jī)械結(jié)構(gòu)即可，現(xiàn)有電路可實(shí)現(xiàn)四種量程15公斤米，30公斤米，45公斤米，60公斤米。
為了更好地理解本實(shí)用新型，圖4A、圖4B公開了本實(shí)用新型應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手的軟件流程圖。
該扳手采用應(yīng)變測量原理，應(yīng)變片粘結(jié)并密封在金屬基礎(chǔ)上，不存在碎裂，錯(cuò)位，污染／運(yùn)動(dòng)受阻等問題，因此，抗振動(dòng)能力和對環(huán)境的適應(yīng)能力都很強(qiáng)。
應(yīng)變測量原理是一種精確的測力法，此外系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了零點(diǎn)的自動(dòng)跟蹤和補(bǔ)償，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試也保證了左旋加力矩和右旋加力矩的靈敏度一致，因此兩個(gè)方向上的測量誤差都在1％。
自動(dòng)斷電功能可減少電池消耗，電池電壓過低的指示可指導(dǎo)用戶及時(shí)更換電池，以便正確使用扳手，死區(qū)的設(shè)定可保持零點(diǎn)顯示的穩(wěn)定性，這些給用戶以極大的方便。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手，它由扳手頭(1)、連接桿(2)、扳手桿(4)、扳手柄盒(5)等組成，其特征在于應(yīng)變片(3)粘貼著連接桿(2)的兩側(cè)，電路扳(6)和電池(7)裝在扳手柄盒(5)之中，由應(yīng)變片(3)檢測到力矩信號(hào)，經(jīng)放大器、A/D變換器再送到單片微處理芯片CPU進(jìn)行處理，最后送到數(shù)字液晶顯示器(9)顯示。
2.按照權(quán)利要求1所述的應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手，其特征在于扳手頭采用套筒式力矩扳頭，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向松緊螺母，松緊方向可以設(shè)定。
專利摘要一種應(yīng)變式數(shù)字顯示套筒力矩扳手，它由扳手頭(1)、連接桿(2)、扳手桿(4)、扳手柄盒(5)等組成，其特征在于應(yīng)變片(3)粘貼著連接桿(2)的兩側(cè)，電路板(6)和電池(7)裝在扳手柄盒(5)之中，由應(yīng)變片(3)檢測到力矩信號(hào)，經(jīng)放大器、A/D變換器再送到單片微處理芯片CPU進(jìn)行處理，最后送到數(shù)字液晶顯示器(9)顯示。
文檔編號(hào)B25B13/06GK2159856SQ9321426
公開日1994年3月30日 申請日期1993年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月29日
發(fā)明者許萬雍, 錢美英, 王云宏, 沈培光, 湯一清 申請人:北京市清華亞奧計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所