一種扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)及其檢測方法，包括標準扭矩儀、工作臺面、執(zhí)行機構和電氣控制系統(tǒng)，所述標準扭矩儀通過信號線與電氣控制系統(tǒng)連接，所述電氣控制系統(tǒng)通過驅動伺服電機對執(zhí)行機構施加扭矩；所述執(zhí)行機構包括設置在減速機柜內的行星減速機、固定在工作臺面上的固定導軌、以及設置在固定導軌上的滑動導軌和滑動擋板；所述電氣控制系統(tǒng)包括設置在工作臺面下的電氣控制柜和工控機柜、固定在工作臺面上的顯示器及支架、以及設置在工作臺面前側的手動操作平臺；本發(fā)明研究開發(fā)了一種準確高效的扭矩扳子檢測系統(tǒng)，實時檢測到該扳子所受到的扭矩值，并將該值傳送到電控系統(tǒng)，驅動伺服電機，帶動減速機施加扭矩。
【專利說明】一種扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)及檢測方法，可用于完成扭矩扳子的自動檢定、校準和測試。
【背景技術】
[0002]扭矩扳子是一種帶有扭矩測量機構的擰緊計量器具，它用于緊固螺栓和螺母，并能測量出擰緊時的扭矩值，因此是一種控制裝配精度的重要器具；按照所使用的動力源，扭矩扳子一般分為手動、電動、氣動和液壓四大類；其中手動扭矩扳子因其結構簡單，價格低廉和使用便捷等原因，應用面最廣。
[0003]隨著我國工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產的技術水準越來越高，對產品質量的要求也越來越高，這使得生產裝配過程中對裝配工藝的要求也越來越嚴苛；因此，近年來，扭矩扳子在模具加工、汽車制造、交通運輸和重裝制造等行業(yè)中的運用越來越廣泛，其數量也逐年上漲。扭矩扳子作為計量器具，必須定期對其進行監(jiān)督和校準，所以有巨大的檢測需求。
[0004]以往的扭矩扳子檢定設備幾乎都是手動扭矩扳子檢定儀。該裝置通常由手輪、絲桿(減速機)、力臂杠桿、標準扭矩儀和單片機數采系統(tǒng)等模塊組成；依靠人力，搖動手輪，帶動絲桿(減速機)轉動，從而使力臂杠桿轉動，對被檢扭矩扳子施加扭矩，該扭矩值通過標準扭矩儀被單片機系統(tǒng)采集到，可以記錄下峰值和跟蹤值等。該類型的檢定儀雖然結構簡單，價格低廉，但具有如下不足:
[0005](I)、勞動強度大每次加載必須由人力轉動手輪來完成，當檢定大量程扭矩扳子(比如3000Nm)時，手輪非常沉重，需檢定人員具備很大的臂力和很強的耐力。
[0006](2)、示值重復性差、示值誤差大每次檢定到達峰值或者預定扭矩值時，必須停止轉動手輪，檢定人員不同，操作習慣不同，個人反映快慢不同等差異，均會帶來檢定誤差。
[0007](3)、功能單一該類檢定儀往往采用的單一量程設置，即一臺檢定儀，只配置一只扭矩標準儀，如果想要滿足IONm?3000Nm量程段內所有扭矩扳子的檢定，那么得配置一系列的檢定儀，購置總價高，占用試驗室空間大。
[0008](4)、量值溯源不便由于該型裝置通常采用單片機系統(tǒng)，沒有獨立可校準的二次儀表，只能將裝置上的標準扭矩儀拆下來，單獨送檢，其電纜接頭往往與檢測機構的儀表不匹配，連接不便且會引入誤差。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種準確高效的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)及檢測方法。
[0010]為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案:
[0011]一種扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，包括標準扭矩儀7、工作臺面11、執(zhí)行機構和電氣控制系統(tǒng)，所述標準扭矩儀7通過信號線與電氣控制系統(tǒng)相連，所述電氣控制系統(tǒng)通過驅動伺服電機13對執(zhí)行機構施加扭矩。[0012]所述執(zhí)行機構包括設置在減速機柜9內的行星減速機12、固定在工作臺面11上的固定導軌6、以及設置在固定導軌6上的滑動導軌14和滑動擋板4 ；
[0013]所述伺服電機13通過傳動軸與行星減速機12連接，行星減速機12通過連接軸套72以及穿過工作臺面并與行星減速機頂部相連的螺栓垂直安裝在工作臺面11下，連接軸套72上部連接垂直安置在工作臺面11上的標準扭矩儀7 ;所述被檢測扭矩扳子5 —端固定在標準扭矩儀7上，另一端放置在滑動導軌14上，標準扭矩儀7和滑動導軌14上有固定被檢測扭矩扳子5的固定部分。
[0014]所述電氣控制系統(tǒng)設置在工作臺面11下的電氣控制柜I和工控機柜10內，電氣控制系統(tǒng)還包括固定在工作臺面11上的顯示器、設置在工作臺面前側的手動操作平臺2。
[0015]所述工控機柜10內裝設有工控機，所述工控機與裝設在電氣控制柜I內的伺服電機13、伺服控制器、電抗器、濾波器、PLC、數據采集卡和接觸器串聯(lián)構成電氣控制系統(tǒng)，并通過信號線與標準扭矩儀7和顯示器連接。
[0016]所述標準扭矩儀7由扭矩傳感器71和精密二次儀表構成，所述二次儀表將采集到的扭矩數據傳給扭矩傳感器71，扭矩傳感器通過信號線將數據傳給電氣控制系統(tǒng)的工控機。
[0017]所述標準扭矩儀7有6種不同量程的規(guī)格，量程覆蓋5Nm?3000Nm。
[0018]所述滑動擋板4上設置有可以豎直方向上下移動的小托板，所述滑動擋板4和小托板都上設計有鎖緊螺桿15。
[0019]所述工作臺面11是一塊厚度大于等于20_的整體鋼板。
[0020]所述滑動導軌14為“T”型結構設計。
[0021]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述伺服電機13通過傳動軸與行星減速機12連接對執(zhí)行機構加載，采用準確性較高的輪軸加載方式，增加了加載過程中的精密控制性。
[0022]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述標準扭矩儀7有6種不同量程的規(guī)格，量程覆蓋5Nm?3000Nm，通過扭矩傳感器71與轉接軸套72的獨特設計，可以快速插拔更換，方便快捷，提高了檢測精度，檢測覆蓋面廣，工作效率大大提高。
[0023]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述滑動擋板4上設置有可以豎直方向上下移動的小托板，所述滑動擋板4和小托板都上設計有鎖緊螺桿15 ;滑動擋板可實時調節(jié)橫向受力點的位置，滑動擋板4上設計的小托板可以在豎直方向上下混動，保證被檢扳子處于水平狀態(tài)；滑動擋板和小托板均設計有鎖緊螺桿，用于快速鎖緊定位。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述滑動導軌14為“T”型設計，具有很高的抗彎抗扭強度，結構簡單，加工便捷，裝卸方便，且不像滾珠導軌那樣需要精心維護。
[0025]所述被檢測扭矩扳子5在安裝時，需調整滑動擋板4中的小托板的高度，保證被檢測扭矩扳子與工作臺面平行，滑動擋板的圓柱靠在扭矩扳子的加載刻線處。
[0026]本發(fā)明實現自動檢測扭矩扳子的具體方法為:將所述被檢測扭矩扳子5安裝到位后，標準扭矩儀7會實時檢測到該扳子所受到的扭矩值，并將該值傳送到電控系統(tǒng)，驅動伺服電機14，帶動減速機施加扭矩，當到達預設的扭矩值時，電機以低速運動方式以保持預設施加值，如果捕捉到峰值則自動卸載回到零點。
[0027]所述電控系統(tǒng)驅動伺服電機的過程，由工控機上的預設模式來完成。
[0028]所述預設模式主要包括預置式、示值式、數據管理、數據維護、系統(tǒng)參數五個功能模塊，涵蓋了的手動扭矩扳子檢測的全過程。有峰值捕捉和負荷跟蹤兩種算法，分別對應預置式和示值式兩種試驗模式。
[0029]預置式模式主要用于預置式扭矩扳子的檢測，該模式下，系統(tǒng)會根據示值的變化，自動判斷并捕捉峰值，然后自動卸載到零點，自動完成一次加載循環(huán)；檢測數據自行處理，直接在證書格式中得出示值誤差，示值重復性等考核指標。用戶也可任意設定循環(huán)次數，無需人工干預。
[0030]示值式模式主要用于數顯扭矩扳子、指針式扭矩扳子、倍增器和扭矩傳感器等儀器的檢測。用戶可以自由預設若干加載點，并預設到達預設點時負荷的保持時間，以便用戶讀取扭矩扳子數顯上或刻度上的示值，并將其輸入系統(tǒng)；系統(tǒng)還建立了設備管理數據庫，方便用戶查詢被檢設備的各種信息。
[0031]數據處理:負荷加卸完成后，即可進入數據處理模塊，該次檢測的數據已經處理完成，只需填寫送檢單位、產品規(guī)格等相關信息，保存后，點擊“關閉”退出。
[0032]參數設定:設定電機加載速度、被檢儀器的加載負荷點等參數，開始檢測之前，必須要確定所設置的系統(tǒng)參數。
[0033]數據維護:所有保存后的檢測數據均可在此模塊中進行查詢、修改、打印等操作。
[0034]與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0035]1、準確度高、量程寬:系統(tǒng)準確度為0.3% ;配置6只不同量程的扭矩標準儀，量程覆蓋 5Nm ?3000Nm ；
[0036]2、操作便捷、工作效率高:具備手動和自動兩種操作模式，自由切換；加載速度可調，自動完成任意次數的加卸載過程，無需人工干預；
[0037]3、應用面廣:可檢測預置式扭矩扳子、指針式扭矩扳子和數顯扭矩扳子，甚至包括低于0.5級扭矩傳感器?？筛鶕庾拥念悇e選擇相應的操作方式和數據單位；
[0038]4、結構緊湊、穩(wěn)定性好:采用行星減速機輪軸加載方式，工作過程噪音極低，運行平穩(wěn)，整體剛度大，系統(tǒng)穩(wěn)定性好；
[0039]5、系統(tǒng)擴展性強:可根據用戶需求，選用觸摸屏操作方式或PC操作方式；PC操作方式配置有專業(yè)的操作軟件、打印機等附件，可實現數據的采集、處理、存儲、查詢和證書打印等一站式流程；
[0040]6、系統(tǒng)可量值溯源:所配置的每只扭矩標準儀和整機系統(tǒng)出廠時均經過檢定合格，如用戶有需要則可提供相應的檢定證書。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0041]圖1為本發(fā)明的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)的結構示意圖。
[0042]圖2為扭矩傳感器套件結構示意圖。
[0043]圖3為本發(fā)明滑動導軌、滑動擋板與固定導軌連接結構示意圖。
[0044]1-電氣控制柜、2-手動操作平臺、3-顯示器及支架、4—滑動擋板、5——被檢扭矩扳子、6——固定導軌(另附有加長導軌)、7——標準扭矩儀(可快速插拔更換)、8——鍵盤鼠標抽屜、9——減速機柜、10——工控機柜、71-扭矩傳感器、72-轉接軸承、11-工作臺面、12-行星減速機、13-伺服電機、14-滑動導軌、15-鎖緊螺桿?！揪唧w實施方式】
[0045]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內容】
所實現的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
[0046]如圖1?3所示的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng),包括標準扭矩儀7、工作臺面11、執(zhí)行機構和電氣控制系統(tǒng)，所述標準扭矩儀7通過信號線與電氣控制系統(tǒng)相連，所述電氣控制系統(tǒng)通過驅動伺服電機13對執(zhí)行機構施加扭矩。
[0047]所述執(zhí)行機構包括設置在減速機柜9內的行星減速機12、固定在工作臺面11上的固定導軌6、以及設置在固定導軌6上的滑動導軌14和滑動擋板4 ;所述伺服電機13通過傳動軸與行星減速機12連接，行星減速機12通過連接軸套72以及穿過工作臺面并與行星減速機頂部相連的螺栓垂直安裝在工作臺面11下，連接軸套72上部連接垂直安置在工作臺面11上的標準扭矩儀7 ;所述被檢測扭矩扳子5 —端固定在標準扭矩儀7上，另一端放置在滑動導軌14上，標準扭矩儀7和滑動導軌14上有固定被檢測扭矩扳子5的固定部分。
[0048]所述電氣控制系統(tǒng)設置在工作臺面11下的電氣控制柜I和工控機柜10內，電氣控制系統(tǒng)還包括固定在工作臺面11上的顯示器、設置在工作臺面前側的手動操作平臺2。
[0049]所述工控機柜10內裝設有工控機，所述工控機與裝設在電氣控制柜I內的伺服電機13、伺服控制器、電抗器、濾波器、PLC、數據采集卡和接觸器串聯(lián)構成電氣控制系統(tǒng)，并通過信號線與標準扭矩儀7和顯示器連接。
[0050]所述標準扭矩儀7由扭矩傳感器71和精密二次儀表構成，所述二次儀表將采集到的扭矩數據傳給扭矩傳感器71，扭矩傳感器通過信號線將數據傳給電氣控制系統(tǒng)的工控機。
[0051]所述標準扭矩儀7有6種不同量程的規(guī)格，量程覆蓋5Nm?3000Nm。
[0052]所述滑動擋板4上設置有可以豎直方向上下移動的小托板，所述滑動擋板4和小托板都上設計有鎖緊螺桿15。
[0053]所述工作臺面11是一塊厚度大于等于20mm的整體鋼板，作為優(yōu)選，本實施例選為30mm厚的整體鋼板。
[0054]所述滑動導軌14為“T”型設計。
[0055]本實施中，本裝置設計負荷為3000Nm，為減小伺服電機的功率，因此選用三級行星減速機，減速比高達1280:1，額定輸出扭矩為3700Nm，最大輸出扭矩為7400Nm，完全勝任；一般來講，扭矩傳感器的有效使用量程為其滿量程的20%?100%，為保證系統(tǒng)在3000Nm全量程內的計量準確度，必須配置一系列高精度標準扭矩儀，因此設計了快速接口，扭矩儀的底座經過特殊定制，鑲嵌在減速機輸出軸上，配合緊密，不會產生晃動。
[0056]電氣控制系統(tǒng)部分由精密伺服電機、伺服控制器、電抗器、濾波器，施耐德PLC、標準扭矩儀、數據采集卡、工控機、顯示器以及接觸器等電氣附件組成，實現扭矩閉環(huán)控制。(I)單次加載時間在30秒左右較為合適；太慢會影響工作效率，太快則會對扭矩扳子結構帶來沖擊，并產生一定的誤差。這就要求剛開始時加載速度較快，逼近預設值時，開始減速；檢定預置式扭矩扳子時捕捉到峰值，則快速卸載到零點；檢定數顯或指針式扭矩扳子時，則穩(wěn)定在預設值，直到接受下一步操作指令。用戶可以根據使用習慣和檢測對象的不同靈活設置加載速度；(2)峰值捕捉的判斷閾值應可讓用戶自行設置預置式扭矩扳子的主體結構是一個杠桿機構，當它所受的扭矩到達預設值時，杠桿就會突然滑動，發(fā)出“啪”的一聲脆響。該參數正是用于峰值判斷，可以設定標準扭矩儀所采集扭矩信號的跌落值(或跌幅)為峰值判斷閾值，也可設定扭矩加載曲線的斜率為判斷閾值。由于各個廠家的預置式扭矩扳子機構特性不同，峰值前后的扭矩變化有大有小，而且扭矩扳子在加載過程中類似于彈性杠桿，晃動或變形會產生示值波動，系統(tǒng)預設的判斷閾值如果過大，會漏過峰值，過小則會產生誤判，此時就要求用戶根據被檢對象的特性加以修正。
[0057]軟件部分:上位機軟件采用C#2008編制，主要包括檢測試驗、數據管理、被檢設備管理3個功能模塊，建立管理數據庫采用的工具是Access2003。軟件涵蓋了的手動扭矩扳子檢測的全過程，有峰值捕捉和負荷跟蹤兩種操作模式。峰值捕捉模式主要用于預置式扭矩扳子的檢測，特殊情況下也可用作其他構件的極限負荷(破壞性)測試；該模式下，系統(tǒng)會根據示值的變化，自動判斷并捕捉峰值，然后自動卸載到零點，自動完成一次加載循環(huán)；系統(tǒng)默認是預加載3次，自動加載3次，數據自行處理，直接在證書格式中得出示值誤差，示值重復性等考核指標。用戶也可任意設定循環(huán)次數，類似于做扭矩扳子的疲勞試驗，而無需人工干預。負荷跟蹤模式主要用于數顯扭矩扳子和指針式扭矩扳子的檢測。用戶可以自由預設若干加載點，并預設到達預設點時負荷的保持時間，以便用戶讀取扭矩扳子數顯上或刻度上的示值，并將其輸入系統(tǒng)，用著數據處理。
[0058]系統(tǒng)還建立了設備管理數據庫，方便用戶查詢被檢設備的各種信息，如規(guī)格編號、檢定周期提醒、歷史數據對比等。其中歷史數據對比功能非常重要，系統(tǒng)由此可繪制出被檢設備工作特性的變化曲線，可以幫助用戶隨時了解被檢設備的狀態(tài)，及時維護，防止損壞。
[0059]上位機控制式的檢測系統(tǒng)適用于具備良好試驗室環(huán)境的計量檢測機構及企業(yè)，扭矩扳子的檢測數據能夠接入對方現有的檢測數據庫系統(tǒng)，組建成一個統(tǒng)一的檢測管理體系O
[0060]此外，根據用戶使用場合和習慣的不同，單獨設計了配置觸摸屏操作式的檢測系統(tǒng)，操作簡單快捷，適用于工廠車間等場合。
[0061]測試結果:裝置完成后，標準扭矩儀、數據采集儀等計量儀器均進行了量值溯源，并對整機系統(tǒng)進行了不確定度評定，結果符合0.3級，可以作為標準裝置，開展I級以下手動扭矩扳子的檢定、校準工作。
[0062]以東泰牌NL760型扭矩扳子為被檢對象，進行了多次試驗，將得到的數據進行處理，結果見表1。
[0063]表1NL760型扭矩扳子檢定數據
[0064]
【權利要求】
1.一種扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括標準扭矩儀(7)、工作臺面(11)、執(zhí)行機構和電氣控制系統(tǒng)，所述標準扭矩儀(7)通過信號線與電氣控制系統(tǒng)相連，所述電氣控制系統(tǒng)通過驅動伺服電機(13)對執(zhí)行機構施加扭矩； 所述執(zhí)行機構包括設置在減速機柜(9)內的行星減速機(12)、固定在工作臺面(11)上的固定導軌(6)、以及設置在固定導軌(6)上的滑動導軌(14)和滑動擋板(4)； 所述伺服電機(13)通過傳動軸與行星減速機(12)連接，行星減速機(12)通過連接軸套(72)以及穿過工作臺面并與行星減速機頂部相連的螺栓垂直安裝在工作臺面(11)下，連接軸套(72)上部連接垂直安置在工作臺面(11)上的標準扭矩儀(7);所述被檢扭矩扳子(5) —端固定在標準扭矩儀(7)上，另一端放置在滑動導軌(14)上，標準扭矩儀(7)和滑動導軌(14)上設有固定被檢扭矩扳子(5)的固定部分。 所述電氣控制系統(tǒng)設置在工作臺面(11)下的電氣控制柜(I)和工控機柜(10)內，電氣控制系統(tǒng)還包括固定在工作臺面(11)上的顯示器、設置在工作臺面前側的手動操作平臺⑵。
2.根據權利要求1所述的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:工控機柜(10)內裝設有工控機，所述工控機與裝設在電氣控制柜⑴內的伺服電機(13)、伺服控制器、電抗器、濾波器、PLC、數據采集卡和接觸器串聯(lián)構成電氣控制系統(tǒng)，并通過信號線與標準扭矩儀(7)和顯示器連接。
3.根據權利要求1所述的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述標準扭矩儀(7)由扭矩傳感器(71)和精密二次儀表構成，所述二次儀表將采集到的扭矩數據傳給扭矩傳感器(71)，扭矩傳感器通過信號線將數據傳給電氣控制系統(tǒng)的工控機； 所述標準扭矩儀(7)有6種不同量程的規(guī)格，量程覆蓋5NnT3000Nm。
4.根據權利要求1所述的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述滑動擋板(4)上設置有可以豎直方向上下移動的小托板，所述滑動擋板(4)和小托板都上設計有鎖緊螺桿(15)。
5.根據權利要求1所述的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述工作臺面(11)是一塊厚度大于等于20mm的整體鋼板。
6.根據權利要求1所述的扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述滑動導軌(14)為“T”型結構設計。
7.—種如權利要求1-6之一所述利用扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)進行扭矩扳子的檢測方法，其特征在于: 所述扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)檢測方法是:將所述被檢測扭矩扳子(5)安裝到標準扭矩儀(7)和滑動導軌(14)上并軸向與工作臺面平行，標準扭矩儀(7)實時檢測到該扳子所受到的扭矩值，并將該值傳送到電控系統(tǒng)，驅動伺服電機(13)帶動減速機施加扭矩，當到達預設的扭矩值時，電機以低速運動方式以保持預設施加值，如果捕捉到峰值則自動卸載回到零點，形成一個精密控制的閉環(huán)系統(tǒng)； 所述電控系統(tǒng)驅動伺服電機的過程，由工控機上的預設模式來完成； 所述預設模式主要包括預置式、示值式、數據管理、數據維護、系統(tǒng)參數五個功能模塊，涵蓋了的手動扭矩扳子檢測的全過程。
8.根據權利要求7所述的利用扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)進行扭矩扳子的檢測方法，其特征在于: 所述被檢測扭矩扳子(5)在安裝時，需調整滑動擋板(4)中的小托板的高度，保證被檢測扭矩扳子與工作臺面(11)平行，滑動擋板(4)的圓柱靠在扭矩扳子的加載刻線處。
9.根據權利要求7所述的利用扭矩扳子自動檢測系統(tǒng)進行扭矩扳子的檢測方法，其特征在于: 所述扭矩扳子檢測系統(tǒng)設置有手動控制按鈕，當系統(tǒng)出現故障時，可點擊此按鈕后，利用手動操作平臺 (2)進行控制。
【文檔編號】G01L25/00GK103837299SQ201410131583
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權日:2014年4月2日
【發(fā)明者】易偉, 陳世超, 邱東利 申請人:中國測試技術研究院力學研究所