CN214793613U - 一种扭矩扳手检定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扭矩扳手检定仪，包括控制组件、数据采集组件、驱动组件、减速组件、显示组件以及输出轴套筒连接器；所述数据采集组件、驱动组件和显示组件均与控制组件连接，所述控制组件、驱动组件、减速组件以及输出轴套筒连接器依次连接，所述输出轴套筒连接器的一端与带检定的扭矩扳手和连接，另一端与数据采集组件连接。本实用新型使用时，控制组件接收外界指令并将其传递至驱动组件，所述驱动组件根据所述外界指令带动减速组件工作，将带检定的扭矩扳手的最终扭矩输出在输出轴套筒连接器上，所述最终扭矩通过数据采集组件传递至控制组件并通过显示组件进行显示，用自动的方式代替了传统的人工检定，提高了工作效率。

Description

一种扭矩扳手检定仪

技术领域

本实用新型属于扭矩扳手技术领域，具体涉及一种扭矩扳手检定仪。

背景技术

扭矩扳手是装配行业产品质量管控的重要计量器具，也是螺纹螺栓扭矩工艺质量保障的重要基石，在石油化工、航空航天、船舶、汽车、精密机械及精密仪器制造等方面有着广泛的应用。

针对今年来由于扭矩失效等问题对企业造成的损失日益突出，工程装配行业大都采用了带有指针或数显的扭矩扳手，从一定程度上缓解了扭矩管控失效等问题。

然而大量使用的扭矩扳手在长时间使用后精准度会受到多因素影响，为了保证扭矩精准度，很多企业的检定手段依然比较原始，存在操作步骤繁琐，计算量大，人力成本高、检定工作效率低的问题，严重影响企业的正常生产和设备的使用率。

实用新型内容

本实用新型提供的一种扭矩扳手检定仪，解决了传统人工检测带来的效率低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种扭矩扳手检定仪，包括控制组件、数据采集组件、驱动组件、减速组件、显示组件以及输出轴套筒连接器；所述数据采集组件、驱动组件和显示组件均与控制组件连接，所述控制组件、驱动组件、减速组件以及输出轴套筒连接器依次连接，所述输出轴套筒连接器的一端与带检定的扭矩扳手和连接，另一端与数据采集组件连接；

所述控制组件接收外界指令并将其传递至驱动组件，所述驱动组件根据所述外界指令带动减速组件工作，将带检定的扭矩扳手的最终扭矩输出在输出轴套筒连接器上，所述最终扭矩通过数据采集组件传递至控制组件并通过显示组件进行显示。

优选地，所述控制组件通过电脑接收外界指令。

优选地，该检定仪进一步包括摄像组件，所述摄像组件与电脑和带检定的扭矩扳手均连接。

优选地，所述数据采集组件包括扭矩传感器、第二编码器和信号调节模块，所述输出轴套筒连接器、扭矩传感器、信号调节模块、控制组件依次连接，所述输出轴套筒连接器、第二编码器、控制组件依次连接。

优选地，所述驱动组件为一伺服驱动器。

优选地，所述减速组件包括伺服电机和减速器，所述伺服电机的输入端和伺服驱动器连接，输出端和减速器的输入端连接，所述减速器的输出端和输出轴套筒连接器连接。

优选地，所述减速组件还包括第一编码器，所述第一编码器的输入端和伺服电机连接，输出端和伺服驱动器连接。

优选地，所述显示组件为一显示面板，其与电脑连接用于显示所述最终扭矩。

与现有技术相比，本实用新型使用时，控制组件接收外界指令并将其传递至驱动组件，所述驱动组件根据所述外界指令带动减速组件工作，将带检定的扭矩扳手的最终扭矩输出在输出轴套筒连接器上，所述最终扭矩通过数据采集组件传递至控制组件并通过显示组件进行显示，用自动的方式代替了传统的人工检定，提高了工作效率。

并且，该检定仪可以适应不同量程、不同种类的扭矩扳手，由于有效建立指针式和数字式扭矩扳手的检定值和实际值的关系，为提升检测精度和改善检测方法提供了重要依据，该检定仪具有智能、高效、高灵敏度、高精准，自动加载，动态自适应、实时扭矩曲线监测，自动检定等特点，策略可控、智能学习、实时扭矩曲线监测，扭矩设定自动控制等特点，同时融合机器视觉抓拍等技术，能够自动采集校准数据，自动加载扭矩，自动卸载扭矩及自动生成原始记录和证书功能；实现扭矩扳手的自动校准等功能，具有操作简便，人性化、通过不同的转换头可以适应全量程系列扭矩扳手，极大的提高了检定效率，可以有效降低人力成本，实现了同类产品所不具备的智能加载智能检定等功能。通过实践验证，可以满足批量精准检定要求，该检定仪符合GB/JJG 797-2013，可以有效提高检定效率，降低人力成本，具有一定的技术先进性和较高市场推广价值，该设备已经服务于航空航天等企业，得到了企业的一致好评。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪的***框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪中脉冲信号发生器，程控增益电路的电路图；

图3是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪中90度移相电路的电路图；

图4是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪中相位切换电路的电路图；

图5是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪中三级锁相环，倍频电路图；

图6是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪中正交脉冲单端转差分电路；

图7是本实用新型实施例提供的一种扭矩扳手检定仪中信号调理滤波电路及高精度ADC采集电路；

图8a-8d的为一种扭矩扳手检定仪的结构示意图

图9为本实用新型实施例提供一种扭矩扳手检定仪的检定方法的流程图；

图10a-10d为扭矩扳手单一检定点实测曲线图。

其中，1.控制组件，2.数据采集组件，3.驱动组件，4.减速组件，5.显示组件，6.输出轴套筒连接器，7.扭矩扳手，8.摄像组件，9.软件面板，11.电脑，21.扭矩传感器，22.第二编码器，23.信号调节模块，41.伺服电机，42.减速器，43.第一编码器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例提供一种扭矩扳手检定仪，如图1所示，包括控制组件1、数据采集组件2、驱动组件3、减速组件4、显示组件5以及输出轴套筒连接器6；所述数据采集组件2、驱动组件3和显示组件5均与控制组件1连接，所述控制组件1、驱动组件3、减速组件4以及输出轴套筒连接器6依次连接，所述输出轴套筒连接器6的一端与带检定的扭矩扳手7和连接，另一端与数据采集组件2连接；

这样，采用上述结构，所述控制组件1接收外界指令并将其传递至驱动组件3，所述驱动组件3根据所述外界指令带动减速组件4工作，将带检定的扭矩扳手7的最终扭矩输出在输出轴套筒连接器6上，所述最终扭矩通过数据采集组件2传递至控制组件1并通过显示组件5进行显示。

在具体实施例中：

所述控制组件1通过电脑11接收外界指令。

该检定仪进一步包括摄像组件8，所述摄像组件8与电脑11和带检定的扭矩扳手7均连接。

所述数据采集组件2包括扭矩传感器21、第二编码器22和信号调节模块23，所述输出轴套筒连接器6、扭矩传感器21、信号调节模块23、控制组件1依次连接，所述输出轴套筒连接器6、第二编码器22、控制组件1依次连接。

所述驱动组件3为一伺服驱动器。

所述减速组件4包括伺服电机41和减速器42，所述伺服电机41的输入端和伺服驱动器连接，输出端和减速器42的输入端连接，所述减速器42的输出端和输出轴套筒连接器6连接。

所述减速组件4还包括第一编码器43，所述第一编码器43的输入端和伺服电机41连接，输出端和伺服驱动器连接。

所述显示组件5为一显示面板，其与电脑连接用于显示所述最终扭矩。

具体地：

该检定仪还包括一操作面板，含有按钮指示灯，其通过专用电缆与控制组件1连接，用于状态显示和功能操作，包含指示灯，电机权限旋钮开关，手轮电子正交脉冲发生器。

控制组件1即为一控制器，其负责采集扭矩和输出轴转角采集，同时为伺服驱动器提供指令，接受面板指令和驱动指示灯显示状态反馈信息。

伺服驱动器，接受控制器的制冷将控制脉冲信号方法驱动私服电机运转，同时控制方向和速度。

第一编码器43：用于反馈伺服电机41输出轴。

减速器42：实现扭矩和速度变换，采用精密减速器使得测量更精准，空回小，控制精度高。

扭矩传感器21：适用于全量程传感器，不同量程的扳手检测检定；

电脑11：通用操作***平台，提供控制策略，处理视频，图像数字信号处理得到精确的扭矩扳手读取值。为软件面板提供丰富信息。

信号调节模块23：对扭矩传感器21信号进行放大滤波等处理，得到实时准确的扭矩数字信号。

摄像组件8，包括工业摄像头，使用工业摄像头的高像素、高响应特性，可以准确及时的抓取图像及视频。

第二编码器22，第二编码器22为数字式增量编码器，其功能主要是监测输出轴的转角、角速度、角加速度等，通过RS422总线控制器通讯，与以便按照不同的策略加载，提供参考依据，提高检定效率。

输出轴套筒连接器6，市面上扭矩扳手种类繁多，本***为了能够兼容物理连接，设计了套筒转换器以适应不同种类的扭矩扳手。

待检定的扭矩扳手7，一般大体上分为两类三种，纯机械类和数显机械组合类。即被检定对象扭矩扳手分为三种：第一种是“咔哒”扳手也称为定值扭矩扳手当达到卸力点时会听到咔哒一声即棘轮卸载现象已提供定值设定扭矩；第二种是指针式的，操作时由人工读取指针示数以判断是否达到设定扭矩；第三种是数显式，由扭矩传感器提供控制器判断是否达到设定扭矩，同时给出声光等状态报警提示。

另外，在具体实施例中：

某伺服电机要执行，伺服驱动器必需接受的正交脉冲信号，图3所示电路由一个晶振电路和一个分频芯片组成，后级接一个三八选择器，完成程控分频，具体原理为：产生一个时钟源，然后后面通过一个D触发器产生一个相位移相，一项之后两个方波相位相差90度，这个正交脉冲，在经过单端转差分就可以驱动伺服电机了；电脑11下发给控制器，控制器把指令翻译成38译码器的通道指令，即进行程控分频选择。

图4所示的电路是将一个脉冲信号，合成为两个相位相差90度的正交脉冲信号。

如图5-图7所示，本实施例采用硬件级联的方式实现锁相环脉冲倍频，信号由ABZINCLK进入，经过程控倍频后输出ABZOUTCLK。其中S1-3为8421编码开关，与之对应的信号均上拉，既可设置为程控增益，也可设定为固定增益倍频；

扭矩传感器为桥式电路，调理电路采用高精度24bitADC内置PCA程控增益放大器，其中E+,E-为传感器激励电源，S+S-为扭矩传感器信号正和信号负差分接入端，通过标准SPI总线与核心控制相连接。其中电容均为去耦电容，Y3为晶振，RP1为拨码地址开关，VREF为ADC参考电压。

本实施例提供的检定仪的结构如图8a-8d所示，具体地，该检定仪包括机体下机箱10、机体上机箱20、摄像头活动连接杆30、摄像头40以及摄像头辅助照明灯50；

机体上机箱20设置在机体下机箱10上，摄像头活动连接杆30设置在机体上机箱20上，摄像头40以及摄像头辅助照明灯50固定在摄像头活动连接杆30上；

更具体地，该检定仪还包括操作显示面板60和按钮组件70，按钮组件包括有停止按钮、复位按钮以及急停指示灯；

更具体地，该检定仪还包括指示灯组件80，指示灯组件包括有报警指示灯、运行指示灯和电源指示灯；

更具体地，电脑11设置在操作显示面板60上；

还包括设置在操作显示面板60上的微型打印机90；

还包括：核心控制卡及参数显示器面板160、传感器模块170、扳手反力臂支撑柱180、总电源开关190、机体下机箱减速器箱体200、输出轴及输出轴套筒210、减速器220、扭矩输出轴连接座230、急停按钮240、电机权限旋钮250、电子脉冲手轮260、移动直线导轨270、线缆滑槽280、待检扭矩扳手290、伺服电机以及扳手反力臂支撑滑台310。

本实施例的工作模式有以下两种：

纯手动模式，兼容传统机械手摇式检定仪，实用电子手轮加倍频电路驱动，通过控制器翻译成伺服驱动器对应脉冲及方向指令进而驱动伺服电动机带动减速度，即采用电子齿轮概念实现扭矩加载卸载，通过减速器变换扭矩和转速，通过传感检测和数据采集实时显示检定扭矩值及输出轴转角值，可供检定者探索研究扭矩扳手力学特性及精准度研究。

自动模式，自动化程度较高的自动检定模式。该模式可以自适应机械式“咔哒”预制式扭矩扳手，也可适用于数显和指针式的扭矩扳手。首先根据扳手的参数录入信息，其中关键参数包含量程，精准度，使用期限等，根据量程按照扭矩扳手检定规程自动划分检定点，即生成自动加载策略，根据加载策略自动执行扭矩的加载对扭矩扳手进行往返循环式标定，最终自动生成检定报告，中间过程人较少干预，该标定方法具有高效便捷等特点。

本实用新型实施例采用高灵敏度的扭矩传感器和高精度的数据采集技术，可以精准高效的实现扭矩扳手的自动切换扭矩传感器量程下的全量程检定；

采用门控循环神经元网络作为检自主学习的检定策略，进而实现全量程的伺服电机无级加载扭矩调节；

采用机器人视觉，图像物体分类与检测等算法，实现视觉自动抓拍扭矩扳手示值，实现全闭环扭矩检定。

本实用新型实施例提供一种扭矩扳手检定仪的检定方法具***置，将带检定的扭矩扳手7的量程分成N短，即N次加载，对应N个检定点，每个所述检定点的检定包括如下步骤：

S1，将带检定的扭矩扳手7进行初始化；

S2，输入外接指令；

S3，控制组件1根据所述外界指令自动设定扭矩上限、自动设定转角上限、自动设定加载速率、自动按量程分割检定点；并将其转换成电机运行的参数；

S4，驱动组件3根据所述S3中的参数控制减速组件4工作；

S5，数据采集组件2实时采集带检定的扭矩扳手7的扭矩，并将其通过显示组件5进行显示。

所述S5中数据采集组件2实时采集带检定的扭矩扳手7的扭矩，并将其通过显示组件5进行显示，具体为：

S51，数据采集组件2实时采集若干组带检定的扭矩扳手7的扭矩；

S52，判断所述若干组扭矩是否持续增大，若是则进入S53，反之报警并返回S1；

S53，读取扭矩传感器21、第二编码器22的数值，通过伺服驱动器使私服电机41按照设定指令循环执行记录当前实际扭矩值实际转角；

S54，判断扭矩传感器21的数值是否达到当前检定点设定的扭矩值，若是则进入S55，反之私服电机41继续按照设定指令循环执行记录当前实际扭矩值实际转角，直到达到设定扭矩值为止；

S55，采集并记录当前实际扭矩值、实际转角视频抓拍记录、扳手实际示数扭矩，形成关联记录；

S56，执行加载策略并记录检定点；

S57，判断量程内所有待检定点是否检测结束，如否则返回S53，反之进入S58；

S58，数据分析、生成报表、根据检定策略记录典型检定曲线、根据曲线分析出扳手模型、对应策略完成自主学习。

具体地，如图9所示：

第一步：准备工作如完成后，待扳手正确装夹完成后***初始化；

第二步：选择扳手类型读取数据库附加信息，该步为循环调用子程序；

第三步：读取电机加载策略是否与扳手类型匹配，，如果待检扭矩手是第一次检测需要手动填入录入型号、量程，精度、参数等关键信息后，生成电机加载策略；

第四步：根据加载策略自动设定扭矩上限、自动设定转角上限、自动设定加载速率、自动按量程分割检定点；

第五步：控制器根据加载策略转换成电机运行参数指令方向、速度、扭矩设定值所需的脉冲数；

第六步：下发指令控制伺服驱动器驱动电机

第七步：扭矩实时检测

第八步：判断扭矩是否持续增长，如果是则继续，如果否则返回至，扭矩扳手装夹异常停机报警重新装夹，进入新的流程重新开始检测；

第九步：读取传感器扭矩值、读取编码器2角度值、计算转角、角速度、角加速度电机持续加载按照设定指令循环执行

记录当前实际扭矩值实际转角；

第十步：判断扭矩传感器数值是否达到第n点设定扭矩，如果否则继续执行第九步电机加载；直到达到设定扭矩值为止；

第十一步：采集记录当前实际扭矩值、实际转角视频抓拍记录扳手实际示数扭矩，形成关联记录；

第十二步：执行加载策略并记录检定点

第十三步：判断量程内所有待检定点是否检测结束，如果否则返回第九步继续执行；如果是则继续；

第十四步：数据分析、生成报表、根据检定策略记录典型检定曲线、根据曲线分析出扳手模型、对应策略完成自主学习；

第十五步：结束。

SUB1：循环调用模块，其功能是建立完成扳手数据模型及数据库范式关系；

SUB2：循环调用模块，循环实时记录扭矩传感器数值、循环读取编码器角度数值，计算角速度角加速度等信息、按照加载策略形成电机循环运行的指令；

SUB3：循环调用模块，记录检定点数值及对应视频抓拍数据，为后续报表生成提供数据支撑。

如图10a所示为某机械预制式扭矩扳手单一检定点实测曲线，其中M1为检定点，m2为棘轮扭矩卸载反向惯性扭矩值、m3棘轮弹簧能量释放扭矩值、m4、m5同m2和m3,其中t2-t1为判断预制式扭矩扳手重复性及精准度的关键参考之一，M1即为扭矩扳手的卸力点。

如图10b所示为某小量程扭矩扳手典型测试曲线，其中实线部分为扭矩扳手检定曲线，点划线部分为扭矩加载策略下的电机速度等级曲线，从图中可明显观察出，建检定点前20％以较高的速度匀速加载，由于机械装夹等间隙及震动等问题会造成小扭矩采集结果数值抖动，20％至80％采用进一步提降低扭矩加载速度，为提高检测精度，在后20％接近检定点时进一步降低扭矩加载速度使其精准的无超调的达到检定点，在达到检定点时稳定一段时间观察数据稳定性，在停止加载的一段时间内扭矩反向力作用会产生扭矩下降，检定点捕捉完成后迅速提高转速快速回零初始位置，进入下一周期检测。

如图10c所示，在低检定点采用高速加载，在高扭矩检定点下采用低转速加载，回程为了提高效率，起始采用低转速逐步释放扭矩，随后高速卸载，回零位。

如图10d所示，当读取了扭矩扳手参数模型之后该***就可以自动设置检定点，默认是5个点，如有特殊需求可以在***中任意设置检定点个数。从图中可以看出该扭矩扳手为单向测试，其中负扭矩定义为反方向，曲线的不同区间代表了伺服电机不同的工作模式，其中斜率对应加载角速度变化，从图中可以看出，不同区间采用了不同的加载速度，加载检定阶段实用低转速逐步平稳提升加载扭矩，以保证精确识别扭矩点。

实际应用时，加载策略不仅限于本文所描述的内容，还有很多其他类型的加载模式，根据扳手类型，达到高效高精度质检，不错判、误判、漏判。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，包括控制组件(1)、数据采集组件(2)、驱动组件(3)、减速组件(4)、显示组件(5)以及输出轴套筒连接器(6)；所述数据采集组件(2)、驱动组件(3)和显示组件(5)均与控制组件(1)连接，所述控制组件(1)、驱动组件(3)、减速组件(4)以及输出轴套筒连接器(6)依次连接，所述输出轴套筒连接器(6)的一端与带检定的扭矩扳手(7)和连接，另一端与数据采集组件(2)连接；

所述控制组件(1)接收外界指令并将其传递至驱动组件(3)，所述驱动组件(3)根据所述外界指令带动减速组件(4)工作，将带检定的扭矩扳手(7)的最终扭矩输出在输出轴套筒连接器(6)上，所述最终扭矩通过数据采集组件(2)传递至控制组件(1)并通过显示组件(5)进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，所述控制组件(1)通过电脑(11)接收外界指令。

3.根据权利要求2所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，该检定仪进一步包括摄像组件(8)，所述摄像组件(8)与电脑(11)和带检定的扭矩扳手(7)均连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，所述数据采集组件(2)包括扭矩传感器(21)、第二编码器(22)和信号调节模块(23)，所述输出轴套筒连接器(6)、扭矩传感器(21)、信号调节模块(23)、控制组件(1)依次连接，所述输出轴套筒连接器(6)、第二编码器(22)、控制组件(1)依次连接。

5.根据权利要求4所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，所述驱动组件(3)为一伺服驱动器。

6.根据权利要求5所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，所述减速组件(4)包括伺服电机(41)和减速器(42)，所述伺服电机(41)的输入端和伺服驱动器连接，输出端和减速器(42)的输入端连接，所述减速器(42)的输出端和输出轴套筒连接器(6)连接。

7.根据权利要求6所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，所述减速组件(4)还包括第一编码器(43)，所述第一编码器(43)的输入端和伺服电机(41)连接，输出端和伺服驱动器连接。

8.根据权利要求2-3任一项所述的一种扭矩扳手检定仪，其特征在于，所述显示组件(5)为一显示面板，其与电脑连接用于显示所述最终扭矩。

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