[发明专利]一种用于电动扳手的扭矩转角多维感知控制装置及方法

说明书

本公开提供了一种用于电动扳手的扭矩转角多维感知控制装置、扳手及控制方法，包括处理器模块、无刷直流电机、伺服控制模块和电流感应模块，所述电流感应模块分别与无刷直流电机和处理器模块连接，用于实时采集无刷直流电机的电流并传输给处理器模块；所述处理器模块通过伺服控制模块与无刷直流电机通信连接，用于根据预设转速、扭矩、转角和接收到的电机电流实现无刷直流电机的转速、方向、转角和扭矩的自适应控制以及实现定扭矩控制和/或定转角控制时的扭矩和转角感知，实现了精确的定扭矩和定转角控制，采用统计学原理进行数据处理，极大的提高了扳手的质控能力。

技术领域

本公开涉及电动工具螺纹装配技术领域，特别涉及一种用于电动扳手的扭矩转角多维感知控制装置、扳手及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

对于现代桥梁等钢结构施工，一般使用高强度螺栓组来连接不同的钢结构，通过对高强度螺栓的扭紧，使高强螺栓轴内很大的拧紧预拉力(轴力)，轴力乘以连接板间的摩擦系数，产生巨大的摩擦力把钢结构连接在一起。

在施工过程中，螺栓的紧固大多使用电动定扭矩扳手，采用“初扭”和“终扭”两步进行。即首先对钢结构螺栓组的全部螺栓进行初扭，待初扭全部完成后，对螺栓组的全部螺栓进行终扭。初扭的过程是先对螺栓组施加比较小的扭矩，将钢结构连接在一起，使连接接触面密贴，使螺栓具备一定的轴力，一般的初扭扭矩在200-300N.M之间。终扭是在对螺栓组中的所有螺栓进行初扭后，进行的二次扭紧，其作用是：以一定的终扭扭矩或者终扭转角完成螺栓的最终扭紧过程，使其产生规定的轴力，之后利用钢结构间的摩擦力，将钢结构永久性的连接固定。常用的扭紧工艺是：“初扭定扭矩控制+终扭定扭矩控制”控制方式的(定扭矩)紧固法和“初扭定扭矩控制+终扭扭定转角控制”控制方式的(定转角)紧固法。目前螺栓施工普遍采用“初扭+终扭”的工艺方式。经初扭后的螺栓具备了一定的轴力，在初扭的基础上再进行终扭时，螺栓转过的角度，对轴力有着重要的影响。

本公开发明人在研究中发现，(1)目前传统的定扭矩扳手在终扭作业时，无论使用定扭矩工艺还是定转角工艺，只是对扭矩或转角的单一环节进行了控制，而没有对“定扭矩”工艺中的终扭转角；或“定转角”工艺中的终扭扭矩进行多维测量，因此无法获知施工中终扭的“扭矩-转角系数”分布，对螺栓组的施工而言，施工过程控制不够精细化，无法在施工中及时发现螺栓的质量缺陷，施工中留有质量隐患，不利于施工质量的提升；(2)传统的定扭矩扳手一般采用有刷式串激电机，或有刷直流永磁式电机，由于换向器的存在，电机有火花干扰，不利于扳手等工具寿命的提高，同时也不易做到高精度，无法保证控制和测量感知的高精度。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种用于电动扳手的扭矩转角多维感知控制装置、扳手及方法，通过采用直流永磁无刷电机(BLDC)作为动力，能够满足定扭矩扭紧和定转角扭紧两种工作方式，在两种扭紧过程中，通过计算扭矩转角系数，并利用统计学原理和边缘计算获得施工中螺栓的质控数据，这些数据自动纪录并在班后上传到相应的数据库存储，为大数据云计算提供基础质控数据支持，利用边缘计算和云计算，大大提高了施工中的质控能力，实现了施工中对螺栓质量的动态监控，保证了工程的施工质量。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种用于电动扳手的扭矩转角多维感知控制装置；

一种用于电动扳手的扭矩转角多维感知控制装置，包括处理器模块、无刷直流电机、伺服控制模块和电流感应模块，所述电流感应模块分别与无刷直流电机和处理器模块连接，用于实时采集无刷直流电机的电流并传输给处理器模块；所述处理器模块通过伺服控制模块与无刷直流电机通信连接，用于根据预设转速、扭矩、转角和接收到的电机电流实现无刷直流电机的转速、方向、转角和扭矩的自适应控制以及实现定扭矩控制和/或定转角控制时的扭矩和转角感知。