CN102759940B - 全功能型螺栓拧紧轴控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全功能型螺栓拧紧轴控制器，包括：STC控制器，及与其连接的扭矩信号检测单元、执行开关、驱动执行单元、编码器输入单元、通信单元和显示单元STC控制器用于信号的输入检测、输出控制及数据的处理；扭矩信号检测单元用于检测拧紧轴所承受的扭矩；执行开关用于向STC控制器发送执行拧紧的指令信号；驱动执行单元指令控制伺服电机驱动拧紧轴完成拧紧过程；编码器输入单元用于计算拧紧轴的拧紧角；通信单元实现STC控制器与上位控制单元间的数据传输；显示单元用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度及拧紧状态。本发明实现了对螺栓拧紧扭矩和拧紧角度实时性控制要求，提高了螺栓拧紧时的稳定性、可靠性和精度和装配质量。

Description

全功能型螺栓拧紧轴控制器

技术领域

本发明涉及汽车制造业螺栓自动紧固领域，特别涉及一种全功能型螺栓拧紧轴控制器。

背景技术

目前国内汽车制造业现场用到的电动多轴螺栓拧紧机有很多种类，但是许多厂家生产的电动多轴螺栓拧紧机，其拧紧扭矩和角度的精度往往达不到生产要求，甚至将螺栓拧紧断裂，而且性能非常不稳定。分析其主要原因是：有的厂家采用工业控制计算机加各种数据采集板卡组成控制核心，有的采用可编程序控制器(PLC)控制，或是它们的组合控制。由于这几种控制方法中，工业控制计算机的各种数据采集卡应用程序或PLC程序的各部分协调性能差和整体响应速度慢，所以无法满足控制***对螺栓拧紧扭矩和拧紧角度实时性的要求，造成对拧紧精度的影响和螺栓的破坏，可见，电动多轴螺栓拧紧机的性能及其精度，主要是对螺栓拧紧控制***实时性的处理方式和控制器***结构的设计。

发明内容

为了实现控制***对螺栓拧紧扭矩和拧紧角度实时性的要求，提高螺栓拧紧时的稳定性、可靠性和精度，彻底解决螺栓紧固中力矩的准确性、一致性，提高连接件的装配质量，本发明提供了一种全功能型螺栓拧紧轴控制器。

所述技术方案如下：

一种全功能型螺栓拧紧轴控制器，所述螺栓拧紧轴控制器与单个螺栓拧紧轴连接，其包括：

STC控制器，用于信号的输入检测、输出控制及数据的处理；

扭矩信号检测单元，用于检测螺栓拧紧时拧紧轴所承受的扭矩；

执行开关，用于向所述STC控制器发送执行拧紧动作的指令信号；

驱动执行单元，接收所述STC控制器的信号，并指令控制伺服电机带动拧紧轴完成拧紧过程；

编码器输入单元，其与所述STC控制器连接，用于计算拧紧轴的拧紧角；

通信单元，用于所述STC控制器和上位控制单元之间的数据传输；

显示单元，与所述STC控制器连接，用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度及拧紧状态。

进一步地，所述螺栓拧紧轴控制器还包括看门狗电路，用于对所述STC控制器的运行进行监视。

所述的显示单元包括数码管显示电路、拧紧状态指示灯输出电路和扭矩信号调节电路；

所述的数码管显示电路用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度；

所述的拧紧状态指示灯输出电路用于显示拧紧轴的拧紧状态，所述的拧紧状态包括显示电源、正转、反转状态及拧紧结果的扭矩高、扭矩合格、扭矩低、角度高、角度合格和角度低；

扭矩信号调节器，用于所述扭矩信号检测单元检测信号的零点漂移调整和增益调整。

所述的驱动执行单元包括伺服驱动器、数模转换电路和锁存器，所述锁存器接收所述STC控制器的电压信号，并经数模转换电路转换后输出至所述伺服驱动器，控制伺服电机执行拧紧扭矩。

所述的通信单元包括一个RS-232和一个RS-485通信控制接口，用于与上位控制单元实现数据传输。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明通过自动化控制***模块化集成方式，自动化程度高，操作简便，可靠性高，模块化结构便于快速安装，适合于汽车装配线大规模使用和维护；

(2)本发明通过对每个螺栓拧紧轴配制一个控制器，对单个拧紧轴进行独立动作，彻底克服了螺栓紧固中普遍存在的假扭矩现象，同时，通过每个拧紧轴拧紧扭矩和角度的显示，非常直观的就能了解每个拧紧轴的扭矩，角度，合格，不合格，故障等状态，解决螺栓紧固中力矩的准确性、一致性，大大提高了连接件的装配质量；

(3)在控制器上设置有通讯单元，可以方便的组成多轴控制网络，通过配置有I/O输入输出接口，可以与PLC等现场控制设备连接，同时宽范围的扭矩信号检测，可以控制不同型号的拧紧轴，并具有控制拧紧轴的全部功能，带有柔性化特点，可适应多品种。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提供的全功能型螺栓拧紧轴控制器的核心控制电路结构框图；

图2是本发明所提供的全功能型螺栓拧紧轴控制器的正面结构；

图3是本发明所提供的全功能型螺栓拧紧轴控制器的侧面结构；

图4是本发明所提供的全功能型螺栓拧紧轴控制器的背面结构。

图中：

1-前端显示功能面板；2-控制器显示屏；3-控制器拧紧状态指示灯；4-扭矩信号调节器；

5-安装孔；6-散热板；7-后端控制接口功能面板；8-扭矩传感器信号接口；9-控制器电源接口；10-开关量输入/输出接口；11-RS-232和RS-485通信接口；12-伺服电机控制接口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明提供了一种全功能型螺栓拧紧轴控制器，其中的每个螺栓拧紧轴均连接一个螺栓拧紧轴控制器，其结构如图1所示，其包括：

STC控制器，用于信号的输入检测、输出控制及数据的处理；

扭矩信号检测单元，用于检测螺栓拧紧时拧紧轴所承受的扭矩；

执行开关，用于向所述STC控制器发送执行拧紧动作的指令信号；

驱动执行单元，接收所述STC控制器的信号，并指令控制伺服电机带动拧紧轴完成拧紧过程；

编码器输入单元，其与所述STC控制器连接，用于计算拧紧轴的拧紧角；

通信单元，用于所述STC控制器和上位控制单元之间的数据传输；

显示单元，与所述STC控制器连接，用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度及拧紧状态；

看门狗电路，用于对所述STC控制器的运行进行监视。

其中显示单元包括数码管显示电路、拧紧状态指示灯输出电路和扭矩信号调节电路，分别对应图2中的控制器显示屏2、控制器拧紧状态指示灯3和扭矩信号调节器4；

数码管显示电路用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度，螺栓拧紧轴的拧紧扭矩和角度显示单元，可以实时显示拧紧过程的扭矩和角度，拧紧结束时显示本次拧紧结果的扭矩和角度，当出现故障时，可以显示故障代码，例：如数据传输错误，则显示代码E01；传感器报警，则显示代码E03；伺服驱动报警，则显示代码E04。

其中的拧紧状态指示灯输出电路用于显示拧紧轴的拧紧状态，拧紧状态包括显示电源、正转、反转状态及拧紧结果的扭矩高、扭矩合格、扭矩低、角度高、角度合格和角度低，如图2所示；

扭矩信号调节器，用于所述扭矩信号检测单元检测信号的零点漂移调整和增益调整，如图2所示。

驱动执行单元包括伺服驱动器、数模转换电路和锁存器，锁存器接收STC控制器的电压信号，并经数模转换电路转换后输出至伺服驱动器，控制伺服电机执行拧紧扭矩。

通信单元包括一个RS-232和一个RS-485通信控制接口，用于与上位控制单元实现数据传输。

本发明所提供的全功能型螺栓拧紧轴控制器采用模块化结构设计，每个拧紧轴控制器可以独立控制一套螺栓拧紧轴，其整体结构如图2、图3和图4所示。主要有前端显示功能面板1和后端控制接口功能面板7，四周配有散热板6，并配有四个安装定位孔5，形成螺栓拧紧轴控制器的面板式安装结构。

控制器散热板为铝型材质的散热片6组成，用于芯片的散热(见图3)。

在后端控制接口功能面板7的接口控制功能区由扭矩传感器信号接口8，控制器电源接口9，RS-232和RS-485通信接口11，伺服电机控制接口12，开关量输入/输出接口10组成(见图4)。

全功能型螺栓拧紧轴控制器的工作原理：

全功能型螺栓拧紧轴控制器的核心电路板结构如图1所示，它以STC控制器为其核心控制单元，负责各种信号的输入检测、输出控制和数据的处理任务。当带有光耦隔离的开关量接收到正转、反转、启动、停止信号后，开始拧紧过程控制；在拧紧过程中，A/D模数转换电路接收扭矩信号检测单元的输入电压(-10v电压到+10v电压)；同时，伺服驱动器分频处理的编码器输入单元通过光耦输入给STC控制器的计数器，用来计算角度值；数模转换电路用于输出电压信号，输出的电压信号指令给伺服驱动器，伺服驱动器指令交流伺服电机带动机械拧紧轴来完成拧紧过程；具有LED指示灯输出及两排四位数码管显示的外部显示功能，LED指示灯用于显示电源、正转、反转及拧紧结果的扭矩高、扭矩合格、扭矩低、角度高、角度合格、角度低；每个拧紧轴控制器的通信单元都具有一个RS-232和一个RS-485通信控制接口，用来接受外部控制计算机传送的各种拧紧的工艺参数和控制参数信号，依据这些参数完成各种动作过程，并且把这些状态过程值通过它传送给外部控制计算机。整个程序运行过程中有看门狗电路负责对控制器的监视，防止出现死机的情况。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种采用模块化结构设计的全功能型螺栓拧紧轴控制器，其特征在于，所述螺栓拧紧轴控制器与单个螺栓拧紧轴连接，其包括：

STC控制器，用于信号的输入检测、输出控制及数据的处理；

扭矩信号检测单元，用于检测螺栓拧紧时拧紧轴所承受的扭矩；

执行开关，用于向所述STC控制器发送执行拧紧动作的指令信号；

驱动执行单元，接收所述STC控制器的信号，并指令控制伺服电机带动拧紧轴完成拧紧过程；

编码器输入单元，其与所述STC控制器连接，用于计算拧紧轴的拧紧角；

通信单元，用于所述STC控制器和上位控制单元之间的数据传输；

显示单元，与所述STC控制器连接，用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度及拧紧状态；

看门狗电路，用于对所述STC控制器的运行进行监视；

所述的显示单元包括数码管显示电路、拧紧状态指示灯输出电路和扭矩信号调节电路；

所述的数码管显示电路用于显示螺栓拧紧轴的拧紧扭矩、角度，当出现故障时，可以显示故障代码；

所述的拧紧状态指示灯输出电路用于显示拧紧轴的拧紧状态，所述的拧紧状态包括显示电源、正转、反转状态及拧紧结果的扭矩高、扭矩合格、扭矩低、角度高、角度合格和角度低；

扭矩信号调节电路，用于所述扭矩信号检测单元检测信号的零点漂移调整和增益调整；

所述的驱动执行单元包括伺服驱动器、数模转换电路和锁存器，所述锁存器接收所述STC控制器的电压信号，并经数模转换电路转换后输出至所述伺服驱动器，所述伺服驱动器控制伺服电机执行拧紧扭矩；

所述螺栓拧紧轴控制器前端设置显示功能面板，后端设置控制接口功能面板，并配有四个安装定位孔，形成面板式安装结构。

2.根据权利要求1所述的全功能型螺栓拧紧轴控制器，其特征在于，

所述的通信单元包括一个RS-232和一个RS-485通信控制接口，用于与上位控制单元实现数据传输。