本發(fā)明屬于鉚接緊固，尤其屬于手持式無繩電動(dòng)工具設(shè)計(jì)與制造，涉及一種基于電流測(cè)量的電動(dòng)鉚槍鉚接力與鉚接位移關(guān)系獲得方法，具體是一種能夠?qū)崟r(shí)獲得鉚接過程中鉚接力與鉚接位移關(guān)系的方法及其在鉚接質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鉚釘連接是一種常見的連接方式。拉鉚釘是利用虎克定律單向拉伸原理發(fā)明的防止松動(dòng)的連接器，具有“一次緊固，永不松動(dòng)”的特性，其抗振性好，防滲性強(qiáng)，連接強(qiáng)度高和檢測(cè)方便等優(yōu)點(diǎn)，可有效防止構(gòu)件在振動(dòng)時(shí)的松脫，可長期免于維護(hù)。廣泛運(yùn)用在航空、車輛、建筑等行業(yè)。

2、拉鉚槍按照外接動(dòng)力不同分類，可分為手動(dòng)、氣動(dòng)、液壓和電動(dòng)四種類型。手動(dòng)型鉚接工具操作費(fèi)力而低效。作為替代動(dòng)力源的解決方案，氣動(dòng)和液壓最先被應(yīng)用于拉鉚工具與設(shè)備中，得到了一定程度的發(fā)展與普及。但氣動(dòng)和液壓作為動(dòng)力源的拉鉚工具與設(shè)備，需要另外配置壓縮空氣或液壓泵站，鉚槍與動(dòng)力源間存在連接管線。

3、隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，以蓄電池為動(dòng)力源的手持式無繩電動(dòng)鉚接工具凸顯出優(yōu)異的便攜性，不需要外接壓縮空氣站或液壓站，尤其適用于野外、高空等工況。因此，蓄電池在電動(dòng)鉚槍中越來越得到廣泛的運(yùn)用。

4、鉚接質(zhì)量檢測(cè)對(duì)于工程運(yùn)用十分重要。鉚接不合格直接影響鉚釘緊固效果，會(huì)導(dǎo)致連接失效，嚴(yán)重時(shí)影響設(shè)備或系統(tǒng)安全。鉚接質(zhì)量檢測(cè)智能化、自動(dòng)化是的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)有鉚接工具已經(jīng)大量開發(fā)出具有鉚接過程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的氣動(dòng)、液壓鉚接設(shè)備，可以對(duì)鉚接質(zhì)量進(jìn)行在線檢測(cè)。但現(xiàn)有大部分電動(dòng)鉚接設(shè)備，如電動(dòng)拉鉚槍，只能完成簡單的鉚接工作，有的可以通過拉力傳感器、或扭矩傳感器測(cè)量鉚接力、或者通過電機(jī)電流大小來控制鉚接過程，但還沒有關(guān)于電動(dòng)拉鉚槍任何將電機(jī)電流轉(zhuǎn)換為鉚接力的應(yīng)用，也沒有將拉鉚過程中發(fā)生的鉚接力和鉚接位移數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)分析和結(jié)果判斷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉚接力和位移存儲(chǔ)、傳輸?shù)墓δ?。該功能可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)鉚接過程質(zhì)量的監(jiān)控和質(zhì)量數(shù)據(jù)的追溯、存儲(chǔ)和管理。

5、專利申請(qǐng)：一種電動(dòng)鉚接工具，申請(qǐng)?zhí)?02010067923.4，公開了一種電動(dòng)工具，其mcu系統(tǒng)電路的adc通道對(duì)壓力傳感器壓力信號(hào)采集，并通過相應(yīng)的換算計(jì)算出鉚槍拉力值。實(shí)現(xiàn)對(duì)鉚接過程的控制。

6、專利申請(qǐng)：行程和拉鉚力多檔可調(diào)的電動(dòng)鉚螺母工具，申請(qǐng)?zhí)?01811216864.1，公開了一種行程和拉鉚力多檔可調(diào)的電動(dòng)工具，其控制處理器實(shí)時(shí)測(cè)量拉鉚的電流值，超過預(yù)設(shè)電流值，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)使拉動(dòng)絲桿返回初始位置。

7、專利申請(qǐng)：一種用于高強(qiáng)度環(huán)槽鉚釘?shù)你T接控制方法，申請(qǐng)?zhí)?02210676497.3，公開了一種采用電流控制方案實(shí)現(xiàn)鉚接力的調(diào)節(jié)的電動(dòng)鉚槍，可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電流進(jìn)而控制電機(jī)扭矩的大小，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)工具輸出拉力的調(diào)節(jié)。

8、專利申請(qǐng)：一種直驅(qū)式電動(dòng)工具，公開號(hào)cn205693591u，公開了包括控制器、電機(jī)、和設(shè)定裝置，其中控制器被配置為接收來自設(shè)定裝置的輸入來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和/或轉(zhuǎn)速，電機(jī)的輸出軸直接連接到作業(yè)構(gòu)件。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，取消了機(jī)械式過載離合器。

9、專利申請(qǐng)：一種多功能智能化電動(dòng)工具及其控制方法，申請(qǐng)?zhí)?01811549901.0，公開了一種電動(dòng)工具，其所用電機(jī)的輸出端連接作業(yè)機(jī)構(gòu)，電機(jī)輸出端中設(shè)置有扭矩傳感器，所述電機(jī)的外部設(shè)置有磁鐵，且電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)所述磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，與磁鐵位置對(duì)應(yīng)處所述本體內(nèi)部設(shè)置有磁編碼器，所述磁編碼器以及扭矩傳感器與所述控制器電連接。

10、目前的各種電動(dòng)拉鉚槍，尚不具備實(shí)時(shí)記錄鉚接過程中鉚接力與鉚接位移的功能。為了獲取鉚接力，有的采用了拉力傳感器或力矩傳感器來測(cè)量。也有電動(dòng)鉚槍專利采用電流控制來控制鉚接力，但它們并未給出電機(jī)電流與鉚接力的關(guān)系并應(yīng)用于鉚接質(zhì)量的檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開了一種電動(dòng)鉚槍鉚接力與鉚接位移關(guān)系的獲得應(yīng)用方法。本發(fā)明目的是通過建立電機(jī)數(shù)字模型，結(jié)合試驗(yàn)研究，提供一種基于電機(jī)電流測(cè)量的電動(dòng)鉚槍鉚接力與鉚接位移關(guān)系的獲得方法及其鉚接質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種電動(dòng)鉚槍鉚接力與鉚接位移關(guān)系的獲得應(yīng)用方法，其特征在于包括：

4、s1、通過電動(dòng)鉚槍控制系統(tǒng)的電流采集模塊采集母線電流信息，同步通過電動(dòng)鉚槍驅(qū)動(dòng)電機(jī)所設(shè)置的霍爾傳感器獲取鉚接過程中鉚釘?shù)奈灰菩畔ⅲ?/p>

5、s2、針對(duì)同類型電動(dòng)鉚槍和同類型鉚釘，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)置的壓力傳感器采集電動(dòng)鉚槍鉚接過程中的實(shí)際鉚接力信息，同步通過電動(dòng)鉚槍驅(qū)動(dòng)電機(jī)所設(shè)置的霍爾傳感器獲取鉚接過程中鉚釘?shù)奈灰菩畔ⅲ?/p>

6、s3、利用s1和s2獲得的信息關(guān)系，通過多項(xiàng)式擬合建立實(shí)際鉚接力與驅(qū)動(dòng)電機(jī)母線電流之間多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型；；其中：—鉚接力，單位n；—多項(xiàng)式擬合階數(shù)；—多項(xiàng)式待定系數(shù)；—母線電流，單位a；

7、s4、將多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型擬合結(jié)果轉(zhuǎn)換為鉚接力與鉚接位移關(guān)系。

8、本發(fā)明所述電動(dòng)鉚槍包括電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)、鉚接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、霍爾傳感器、槍頭夾具和pcb控制板；pcb控制電路板控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過齒輪減速機(jī)構(gòu)和鉚接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為鉚槍槍頭夾具軸線方向的拉力，通過槍頭夾具將套環(huán)金屬壓入鉚釘環(huán)槽中實(shí)現(xiàn)永久緊固連接；鉚接到位后退釘，完成鉚接過程。

9、進(jìn)一步所述pcb控制電路板內(nèi)置前述獲得的鉚接力與驅(qū)動(dòng)電機(jī)母線電流多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算式，并實(shí)時(shí)通過的獲得驅(qū)動(dòng)電機(jī)母線電流和鉚接位移信息生成和存儲(chǔ)為鉚接力與鉚接位移關(guān)系。

10、進(jìn)一步所述霍爾傳感器為電機(jī)自攜帶設(shè)置的霍爾傳感器。

11、進(jìn)一步所述pcb控制板由控制電路板和功率驅(qū)動(dòng)板兩板疊板安裝構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)干擾隔離。

12、進(jìn)一步所述電動(dòng)鉚槍設(shè)置網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，實(shí)時(shí)上傳鉚接過程中的信息并同時(shí)存儲(chǔ)在本機(jī)存儲(chǔ)卡中。

13、進(jìn)一步針對(duì)針對(duì)鋁合金材質(zhì)、直徑6mm～8mm的鉚釘，所述鉚接力與鉚接位移關(guān)系采用一階至六階多項(xiàng)式擬合，各階多項(xiàng)式擬合結(jié)果如下：

14、一階：f=649.856 i-17.016；

15、二階：f=-4.249 i2+669.881 i-2.093；

16、三階：f=6.984 i3-54.439 i2+772.581 i-53.404；

17、四階：f=-5.244 i4+60.099 i3-233.580 i2+995.945 i-126.006；

18、五階：f=2.849 i5-41.421 i4+227.715 i3-577.757 i2+1293.089 i-202.405；

19、六階：f=-4.256 i6+67.630 i5-422.645 i4+1317.546 i3-2128.422 i2+2286.197 i-408.812。

20、進(jìn)一步針對(duì)針對(duì)鋁合金材質(zhì)、直徑6mm～8mm的鉚釘，所述鉚接力與鉚接位移關(guān)系采用三階多項(xiàng)式擬合獲得，測(cè)量精度為誤差小于5%；三階多項(xiàng)式是：f=6.984 i3-54.439 i2+772.581 i-53.404。

21、本發(fā)明根據(jù)電機(jī)工作原理，通過建立電機(jī)數(shù)字模型，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提供一種基于電機(jī)電流測(cè)量的電動(dòng)鉚槍鉚接力計(jì)算方法。

22、本發(fā)明在電動(dòng)鉚槍不安裝力傳感器的情況下，能夠?qū)崟r(shí)記錄鉚接過程中鉚接力，同時(shí)結(jié)合電機(jī)位移信息，得到相應(yīng)的實(shí)時(shí)鉚接位移信息。

23、本發(fā)明方法通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，不使用力傳感器或力矩傳感器來測(cè)量鉚接力；通過建立在控制器中建立數(shù)字模型，采用多次多項(xiàng)式擬合算法，獲得鉚接力與電機(jī)電流之間的關(guān)系。本發(fā)明電流測(cè)量模塊體積小，成本低；直接利用無刷電機(jī)自身攜帶的霍爾傳感器，配合機(jī)械齒輪機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和絲桿螺母，獲取鉚接位移。不需要額外安裝位移傳感器。

24、本發(fā)明設(shè)置存儲(chǔ)模塊，如sd卡，可實(shí)時(shí)存儲(chǔ)鉚接過程中鉚接力與鉚接位移信息，實(shí)現(xiàn)鉚接質(zhì)量監(jiān)測(cè)及質(zhì)量回溯。具有的無線傳輸模塊可將鉚接過程中鉚接力與鉚接位移信息發(fā)送到上級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)鉚槍工作過程質(zhì)量的管理。

25、本發(fā)明根據(jù)電機(jī)的工作原理，在控制器中建立電機(jī)力矩控制模型，采用多階多項(xiàng)式擬合算法，獲取電機(jī)一相母線電流與鉚接力之間的關(guān)系，不再需要力/力矩傳感器，同時(shí)結(jié)合無刷電機(jī)霍爾傳感器輸出角位移信息，實(shí)現(xiàn)鉚槍在鉚接過程中鉚接力與鉚接位移的實(shí)時(shí)記錄，并可將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔痪W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。本發(fā)明解決了電動(dòng)拉鉚槍必須設(shè)置采用力或力矩傳感器、如壓力傳感器，否則無法記錄鉚接過程中鉚接力及鉚接位移，無法實(shí)現(xiàn)鉚接質(zhì)量監(jiān)測(cè)及質(zhì)量回溯的問題。