CN104227634A - 冲击类紧固工具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冲击类紧固工具，包括机壳、容纳在所述机壳内的电机、控制所述电机运行与停止的主开关、与电机相连的冲击机构和控制装置，所述控制装置包括电流检测模块及与所述电流检测模块相连的主控模块，所述主控模块能够根据所述电流检测模块检测到的信号判断所述冲击机构是否发生冲击并控制电机在冲击机构发生冲击后的预设时间内自动停止运行。本发明还提供一种所述冲击类紧固工具的控制方法。本发明的冲击类紧固工具及其控制方法通过检测电流对冲击进行模糊判断，来控制非连续冲击模式下电机的自动停止，不增加额外的直接冲击检测机构，结构简单，成本较低。

Description

冲击类紧固工具及其控制方法

技术领域

 本发明涉及一种紧固工具，尤其是一种带有非连续冲击功能的冲击类紧固工具。

背景技术

目前的冲击类紧固工具，如冲击螺丝批，一般使用连续冲击进行打击工作，但在有些工况下，如螺钉与工件表面齐平后需再补打一次，或螺栓拧紧后需再增加预紧时，一般的冲击类工具，需要用户通过自己对扳机的控制来控制冲击的输出和截止，此时，使用手工控制冲击时间，往往会因为控制时间误差，破坏工件表面或使螺栓预紧扭力过大而损坏，且对用户的操作提出了很高的要求，操作起来较麻烦。

针对该问题，也出现了一些解决方法，如通过检测冲击次数达到预设值来自动停止马达；或通过传感器来检测并判断冲击是否发生,并根据主开关的开启状态和工作时间是否超过第一次冲击后的预定时间来停止马达；但这些方法需要对冲击次数或第一次冲击有精确的检测判断，故需要通过额外的传感器放置在冲击摆块附近来对摆锤进行检测，结构较复杂，导致冲击类紧固工具成本过高。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单，成本较低且能够有效防止在工作过程中破坏工件表面或紧固件的冲击类紧固工具及其控制方法。

本发明提供一种冲击类紧固工具，包括机壳、容纳在所述机壳内的电机、控制所述电机运行与停止的主开关、与电机相连的冲击机构和控制装置，所述冲击类紧固工具工作过程包括开机阶段和完成开机阶段，所述完成开机阶段包括未发生冲击阶段和发生冲击阶段，所述控制装置包括电流检测模块及与所述电流检测模块相连的主控模块，所述主控模块能够根据所述电流检测模块检测到的信号判断所述冲击机构是否发生冲击并控制电机在冲击机构发生冲击后的预设时间内自动停止运行。

进一步地，所述冲击类紧固工具还包括模式选择元件，所述控制装置还包括与主控模块相连的模式选择元件状态检测模块，所述模式选择元件具有第一状态和第二状态，所述模式选择元件状态检测模块用于检测所述模式选择元件的状态，当所述模式选择元件处于所述第一状态，所述冲击类紧固工具在连续冲击模式下工作，在所述连续冲击模式下主控模块能够控制电机在释放所述主开关时才停止运行；当所述模式选择元件处于所述第二状态，所述冲击类紧固工具在非连续冲击模式下工作，所述主控模块能够控制电机在冲击机构发生冲击后的预设时间内自动停止运行。

进一步地，所述电流检测模块包括用于对开机状态进行检测的开机检测模块，所述主控模块能够根据开机检测模块检测到的信号判断所述冲击类紧固工具是否完成开机。

进一步地，所述电流检测模块还包括在所述冲击类紧固工具完成开机后对冲击状态进行检测的冲击检测模块，所述主控模块能够根据冲击检测模块检测到的信号判断冲击机构是否发生冲击。

进一步地，所述冲击检测模块能够检测电机的电流信号，所述主控模块能够根据冲击检测模块检测到的电流信号变化情况判断冲击机构是否发生冲击。

本发明还提供一种冲击类紧固工具控制方法，所述述冲击类紧固工具包括机壳、容纳在所述机壳内的电机、控制所述电机运行与停止的主开关、与电机相连的冲击机构和控制装置，所述控制装置包括主控模块和与所述主控模块相连的开机检测模块、冲击检测模块，所述冲击检测模块能够检测电机的电流信号，所述控制方法包括如下步骤：

开机检测判断步骤，通过开机检测模块检测到的信号判断冲击类紧固工具是否完成开机；

冲击检测判断步骤，在完成开机后，根据冲击检测模块检测到的电流信号判断冲击机构是否发生冲击；

控制电机停止步骤，发生冲击后，主控模块控制电机在预设时间内自动停止运行。

进一步地，所述开机检测判断步骤通过以下方式实现：检测单位时间内主开关行程变化值，若大于预设值L0，则判定为处于开机阶段，并返回继续检测单位时间内主开关行程变化值；若小于预设值L0，则执行检测流过电机的电流的步骤，若电流小于预设值I0，则判定完成开机阶段，若电流大于预设值I0，延时预设时间后认为完成开机。

进一步地，所述预设值L0为单位时间内主开关行程变化预设值，通过AD转换对主开关行程量采样后，设置对应的程序内部数字量，所述单位时间内主开关行程变化预设值为单位时间内程序内部数字量变化预设值；；所述预设值I0为电流预设值，所述预设值I0位于发生冲击后的最大电流值与开机阶段的电流峰值之间。

进一步地，所述冲击检测判断步骤包括：电流检测步骤，检测单位时间内电机的电流变化值；冲击判断步骤，若电流大于预设值K0，则判定为处于发生冲击阶段，若小于预设值K0，则判定为处于未发生冲击阶段，返回继续检测单位时间内电流变化值。

进一步地，所述预设值K0为单位时间内电流变化预设值，所述预设值K0位于未发生冲击阶段的单位时间内电流变化值和发生冲击阶段的单位时间内电流变化值之间。

进一步地，所述冲击类紧固工具还包括选择工具输出档位的档位设置元件，在执行所述电流检测步骤之前，包括一个对预设值K0的判断步骤,即检测所述档位设置元件设定的档位，根据所述档位选择对应的预设值K0。

进一步地，所述冲击类紧固工具还包括模式选择元件，所述控制装置还包括模式选择元件状态检测模块，在开机检测步骤之前还包括一个通过模式选择元件状态检测模块检测模式选择元件状态的步骤，当模式选择元件处于第一状态，控制在冲击类紧固工具在连续冲击模式下工作，在连续冲击模式下控制电机在释放主开关时才停止运行；当模式选择元件处于第二状态，控制所述冲击类紧固工具在非连续冲击模式下工作，并开始执行开机检测步骤。

本发明的冲击类紧固工具及控制方法通过检测电流对冲击进行模糊判断，来控制非连续冲击模式下电机的自动停止，不需要对冲击次数或第一次冲击进行精确检测，不增加额外的直接冲击检测机构，结构简单，成本较低；而且在电机自动停止前能够为紧固件提供基本恒定的预紧扭力，有效避免将工件表面或紧固件破坏。

 

附图说明

图1为本发明的冲击类紧固工具的示意图；

图2为冲击工具工作时的电流变化示意图；

图3为本发明的冲击类紧固工具的控制模块示意图；

图4为本发明的冲击类紧固工具的工作过程流程图；

图5为本发明的冲击类紧固工具在非连续冲击模式下的工作过程流程图；

图6为本发明的冲击类紧固工具的开机检测模块的工作过程流程图；

图7为本发明的冲击类紧固工具的冲击检测模块的工作过程流程图。

 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

请参阅图1，本发明的冲击类紧固工具100包括机壳10、容纳在机壳10内的电机20、控制电机20运行与停止的主开关30、与电机20相连的冲击机构40、模式选择元件50、控制装置60和选择工具输出档位的档位设置元件70。模式选择元件50和档位设置元件70可以构造为滑动开关、拨盘或按钮等本领域技术人员熟知的方式。模式选择元件50具有第一状态和第二状态，在第一状态下，控制装置60控制冲击类紧固工具100在连续冲击模式下工作；在第二状态下，控制装置60控制冲击类紧固工具100在非连续冲击模式下工作。使用前操作者可以自主设定模式选择元件50的状态。

请参阅图2，根据冲击工具工作时的电流变化，可以将其工作过程分为开机阶段和完成开机阶段，完成开机阶段又分为未发生冲击阶段和发生冲击阶段。在开机阶段，主开关行程迅速增大，由于电机的瞬间短路效应，电流迅速增大，达到一较大的开机电流峰值，然后迅速下降到一中间值；完成开机阶段后，主开关行程基本保持恒定，进入未发生冲击阶段，在该阶段若在空载情况下电流基本保持恒定，而在带载情况下随负载增大电流呈现线性上升趋势，电流变化较缓慢，可以拟合电流曲线为y=Kx+B（y-电流，x-时间）；当负载达到一阈值，进入发生冲击阶段，冲击机构存在一个连续锤击和脱开的过程，在冲击机构发生锤击的瞬间机器等效于堵转，一小段时间后，冲击机构脱开，在该过程中电流变化呈锯齿形，短时间内发生高-低-高-低的变化规律。

请参阅图3，控制装置60包括模式选择元件状态检测模块61、电流检测模块62、及主控模块63，主控模块63分别与模式选择元件状态检测模块61、电流检测模块62相连。模式选择元件状态检测模块61用于检测模式选择元件50的状态，即操作者选择的工具运行模式；电流检测模块62用于检测冲击类紧固工具100处于工作过程的阶段；主控模块63根据模式选择元件状态检测模块61和电流检测模块62检测到的信号控制电机20。

继续参阅图4 ，本发明的冲击类紧固工具100工作过程如下：操作者按压主开关30后，电机20开始运行，模式选择元件状态检测模块62检测模式选择元件50的状态，如处于第一状态，进入普通的连续冲击模式，随负载增大，冲击机构40开始冲击，直到操作者释放主开关30，主控模块63控制电机20停止运行；如处于第二状态，进入非连续冲击模式，在非连续冲击模式下如冲击机构40未发生冲击，则电机20持续旋转，如冲击机构40发生冲击，主控模块63控制电机20在发生冲击后预设时间自动停止运行。可以理解，本发明的冲击类紧固工具100也可以只具有非连续冲击模式，模式选择元件50、模式选择元件状态检测模块61都可以取消，操作者按压主开关30后，电机20开始运行，然后直接进入非连续冲击模式。

结合图5，电流检测模块62包括用于对开机状态进行检测的开机检测模块621和在冲击类紧固工具100完成开机后对冲击状态进行检测的冲击检测模块622，主控模块63能够根据开机检测模块621检测到的信号判断冲击类紧固工具100是否完成开机，并根据冲击检测模块622检测到的信号判断判断冲击机构40是否发生冲击。

本发明的冲击类紧固工具的控制方法包括如下步骤：

开机检测判断步骤，通过开机检测模块检测到的信号判断冲击类紧固工具是否完成开机；

冲击检测判断步骤，在完成开机后，根据冲击检测模块检测到的电流信号判断冲击机构是否发生冲击；

控制电机停止步骤，发生冲击后，主控模块控制电机在预设时间内自动停止运行。

可以理解，在开机检测步骤之前还包括一个通过模式选择元件状态检测模块检测模式选择元件状态的步骤，当模式选择元件处于第一状态，控制在冲击类紧固工具在连续冲击模式下工作，在连续冲击模式下控制电机在释放主开关时才停止运行；当模式选择元件处于第二状态，控制所述冲击类紧固工具在非连续冲击模式下工作，并开始执行开机检测步骤。

以下详细说明本发明的冲击类紧固工具的控制方法，在非连续冲击模式下的工作过程如下：首先进入开机检测模块621，根据检测到的信号判断工具处于开机阶段或完成开机阶段，若处于完成开机阶段（非处于开机阶段），进入冲击检测模块622，若处于开机阶段，返回继续进行开机检测；进入冲击检测模块622后，根据检测到的信号判断处于未发生冲击阶段或发生冲击阶段，若处于发生冲击阶段，主控模块63控制电机20预设时间后自动停止运行，若处于未发生冲击阶段（非处于发生冲击阶段），返回继续进行冲击检测。

请参阅图6，由于开机阶段主开关行程急速变化时流过电机的电流也会产生较大的变化，与发生冲击后电流产生的变化可能会接近或相同，因此需要进行区分辨别。控制装置60通过AD转换对主开关行程量采样后，设置对应的程序内部数字量,如采用8位AD转换，对主开关行程量0-Max采样后，将对应的程序内部数字量设置为0-255。通过测试对开机数据进行分析，预设一单位时间内主开关行程变化值L0，即单位时间内程序内部数字量变化预设值，如单位时间100us间隔下主开关行程变化值L0=5，若开机检测模块621检测到的单位时间内主开关行程变化值大于预设值L0，则判定为处于开机阶段，返回继续检测单位时间内主开关行程变化值；若开机检测模块621检测到的单位时间内主开关行程变化值小于预设值L0，检测流过电机20的电流，冲击类工具在开机阶段由于电机的瞬间短路效应存在一个较大的开机电流，如18V冲击类工具在开机时间小于0.2S时，最大开机电流会达到90A，完成开机阶段后空载情况下的工作电流只有约6A，开始工作但未发生冲击时电流在6-12A，发生冲击后电流会在12-20A间跳动近似锯齿形状，因此，在发生冲击后的最大电流值与开机阶段的电流峰值之间预设一电流值I0，如25A，若检测到的电流小于预设值I0，则判定完成开机阶段，若电流大于预设值I0，延时预设时间后认为完成开机阶段。

请参阅图7，未发生冲击时，电流呈现线性上升趋势，但是曲线斜率较小，发生冲击后电流近似锯齿形状，单位时间内曲线斜率较大，因此分别在未发生冲击阶段和发生冲击阶段对单位时间内的电流进行微分，可以得到单位时间内电流变化值K1和K2，在K1和K2之间预设一个值K0，如单位时间间隔100us下电流变化值K0=5A，当冲击检测模块622检测到单位时间内电流变化值大于K0时则判定为处于发生冲击阶段，小于K0时则判定为处于未发生冲击阶段（非处于发生冲击阶段），返回继续检测单位时间内电流变化值。由于不同的档位输出会带来电流变化率大小有变化，故可以根据不同的档位，设定不同的K0，比如设定最小档输出时K0为3A,设定最大档输出时K0为6A，在进入冲击检测模块622后，检测档位设置元件70设定的档位，根据不同的档位选择不同的预设值K0，然后再检测单位时间内的电流变化值进行判断。冲击检测模块622对单位时间内电流变化值的检测可以通过在时间点T1检测得到电流值I1,在时间点T2检测得到电流值I2,时间点T1、T2可相差为ms级别或者us级别，由两组结果（T1,I1）（T2,I2）带入y=Kx+B,求得K值；或者通过K=ΔI/Δt求得，ΔI=I2-I1,Δt=T2-T1；两种计算方式均由软件实现。

本发明通过检测电流对冲击进行模糊判断，来控制非连续冲击模式下电机的自动停止，不需要对冲击次数或第一次冲击进行精确检测，不增加额外的直接冲击检测机构，结构简单，成本较低；而且在电机自动停止前能够为紧固件提供恒定的预紧扭力，有效避免将工件表面或紧固件破坏。

以上所描述的具体实施方式只是对本发明的构思和原理进行阐述，并非要对本发明的内容进行限制。本领域的普通技术人员可以意识到，除了上述优选的具体实施方式之外，本发明还有很多其他替代的或者修改的实施方式，这些替代的或者修改的实施方式仍然在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种冲击类紧固工具，包括机壳、容纳在所述机壳内的电机、控制所述电机运行与停止的主开关、与电机相连的冲击机构和控制装置，所述冲击类紧固工具工作过程包括开机阶段和完成开机阶段，所述完成开机阶段包括未发生冲击阶段和发生冲击阶段，其特征在于，所述控制装置包括电流检测模块及与所述电流检测模块相连的主控模块，所述主控模块能够根据所述电流检测模块检测到的信号判断所述冲击机构是否发生冲击并控制电机在冲击机构发生冲击后的预设时间内自动停止运行。

2. 根据权利要求1所述的冲击类紧固工具，其特征在于，所述冲击类紧固工具还包括模式选择元件，所述控制装置还包括与主控模块相连的模式选择元件状态检测模块，所述模式选择元件具有第一状态和第二状态，所述模式选择元件状态检测模块用于检测所述模式选择元件的状态，当所述模式选择元件处于所述第一状态，所述冲击类紧固工具在连续冲击模式下工作，在所述连续冲击模式下主控模块能够控制电机在释放所述主开关时才停止运行；当所述模式选择元件处于所述第二状态，所述冲击类紧固工具在非连续冲击模式下工作，所述主控模块能够控制电机在冲击机构发生冲击后的预设时间内自动停止运行。

3. 根据权利要求1所述的冲击类紧固工具，其特征在于，所述电流检测模块包括用于对开机状态进行检测的开机检测模块，所述主控模块能够根据开机检测模块检测到的信号判断所述冲击类紧固工具是否完成开机。

4. 根据权利要求3所述的冲击类紧固工具，其特征在于，所述电流检测模块还包括在所述冲击类紧固工具完成开机后对冲击状态进行检测的冲击检测模块，所述主控模块能够根据冲击检测模块检测到的信号判断冲击机构是否发生冲击。

5. 根据权利要求4所述的冲击类紧固工具，其特征在于，所述冲击检测模块能够检测电机的电流信号，所述主控模块能够根据冲击检测模块检测到的电流信号变化情况判断冲击机构是否发生冲击。

6. 一种冲击类紧固工具的控制方法，所述冲击类紧固工具包括机壳、容纳在所述机壳内的电机、控制所述电机运行与停止的主开关、与电机相连的冲击机构和控制装置，所述控制装置包括主控模块和与所述主控模块相连的开机检测模块、冲击检测模块，所述冲击检测模块能够检测电机的电流信号，所述控制方法包括如下步骤：

开机检测判断步骤，通过开机检测模块检测到的信号判断冲击类紧固工具是否完成开机；

冲击检测判断步骤，在完成开机后，根据冲击检测模块检测到的电流信号判断冲击机构是否发生冲击；

控制电机停止步骤，发生冲击后，主控模块控制电机在预设时间内自动停止运行。

7. 根据权利要求6所述的冲击类紧固工具的控制方法，其特征在于，所述开机检测判断步骤通过以下方式实现：检测单位时间内主开关行程变化值，若大于预设值L0，则判定为处于开机阶段，并返回继续检测单位时间内主开关行程变化值；若小于预设值L0，则执行检测流过电机的电流的步骤，若电流小于预设值I0，则判定完成开机阶段，若电流大于预设值I0，延时预设时间后认为完成开机。

8. 根据权利要求7所述的冲击类紧固工具的控制方法，其特征在于，所述预设值L0为单位时间内主开关行程变化预设值，通过AD转换对主开关行程量采样后，设置对应的程序内部数字量，所述单位时间内主开关行程变化预设值为单位时间内程序内部数字量变化预设值；所述预设值I0为电流预设值，所述预设值I0位于发生冲击后的最大电流值与开机阶段的电流峰值之间。

9. 根据权利要求8所述的冲击类紧固工具的控制方法，其特征在于，所述冲击检测判断步骤包括：电流检测步骤，检测单位时间内电机的电流变化值；冲击判断步骤，若电流大于预设值K0，则判定为处于发生冲击阶段，若小于预设值K0，则判定为处于未发生冲击阶段，返回继续检测单位时间内电流变化值。

10. 根据权利要求9所述的冲击类紧固工具的控制方法，其特征在于，所述预设值K0为单位时间内电流变化预设值，所述预设值K0位于未发生冲击阶段的单位时间内电流变化值和发生冲击阶段的单位时间内电流变化值之间。

11. 根据权利要求10所述的冲击类紧固工具的控制方法，其特征在于，所述冲击类紧固工具还包括选择工具输出档位的档位设置元件，在执行所述电流检测步骤之前，包括一个对预设值K0的判断步骤,即检测所述档位设置元件设定的档位，根据所述档位选择对应的预设值K0。

12. 根据权利要求6所述的冲击类紧固工具的控制方法，其特征在于，所述冲击类紧固工具还包括模式选择元件，所述控制装置还包括模式选择元件状态检测模块，在开机检测步骤之前还包括一个通过模式选择元件状态检测模块检测模式选择元件状态的步骤，当模式选择元件处于第一状态，控制在冲击类紧固工具在连续冲击模式下工作，在连续冲击模式下控制电机在释放主开关时才停止运行；当模式选择元件处于第二状态，控制所述冲击类紧固工具在非连续冲击模式下工作，并开始执行开机检测步骤。