用于动力扳手的控制系统和设备的制造方法
【专利摘要】本公开内容的实施例提供了一种控制系统，包括：动力扳手；以及可操作地连接至动力扳手的控制器，其中控制器配置成执行包括以下的动作：响应于低于预定阈值的操作头的压力角导数来指引动力扳手的操作头转动，将原点限定在操作头的角位置处，在该处操作头的压力角导数超过预定阈值，响应于以下指引操作头转动角梯级：超过预定阈值的操作头的压力角导数，以及小于目标值的操作头的角差；以及响应于大致等于或大于目标值的操作头的角差来指引操作头停止转动。
【专利说明】
用于动力扳手的控制系统和设备
技术领域
[0001]本公开内容大体上涉及包括动力扳手或与动力扳手交互的控制系统和设备。更具体而言，本公开内容涉及具有用于基于各种条件控制动力扳手的转矩施加过程的控制器的系统和设备。
【背景技术】
[0002]机器组件的两个或更多个独立的构件(诸如发电系统中发现的那些)可通过使用紧固元件(诸如，拧到螺纹紧固件上的螺栓)来机械地联接到彼此上。在常规过程中，这些紧固元件可通过使用诸如扳手、螺栓装置等工具来人工地安装。在安装和保养操作期间，特定变量的可接受误差裕度可能是非常小的。称为"螺栓伸展"的一个敏感变量可限定为螺栓从基准构件的表面伸长的量。螺栓伸展是影响机器组件的操作和稳定性的变量的一个实例。
[0003]为了减小人为误差的可能性，用于安装紧固元件的一些处理步骤可自动化。在一个实例中，超声测量仪器可使安装过程的一些部分(诸如，上文所述的过程中的一个)部分地自动化。然而，该途径可能对于一些类型的机器是不适合或不是优选的。在机器组件的建造、安装和保养期间提供较高准确性和速度继续是特定应用的技术挑战。
【发明内容】
[0004]本文论述了一种用于动力扳手的控制系统及设备。尽管本公开内容的实施例通过参照发电系统的实例来论述，但将理解的是，本公开内容的实施例可广泛应用于控制用于将两个或更多个构件连结在一起的转矩施加过程。
[0005]本发明的第一方面提供了一种系统，包括:动力扳手；以及可操作地连接至动力扳手的控制器，其中控制器配置成执行包括以下的动作:响应于低于预定阈值的操作头的压力角导数来指引动力扳手的操作头转动，其中压力角导数限定为由动力扳手的操作头的角位置的变化引起的相对于操作头的压力变化，将原点限定在操作头的角位置处，在该处操作头的压力角导数超过预定阈值，响应于以下来指引操作头转动角梯级:(a)超过预定阈值的操作头的压力角导数，以及(b)小于目标值的操作头的角差，其中角差表示操作头从原点旋转的总量;以及响应于大致等于或大于目标值的操作头的角差来指引操作头停止转动。
[0006]本发明的第二方面提供了一种设备，包括:包括用于转动可旋转的工件的操作头的动力扳手;可操作地连接至动力扳手上的压力传感器，压力传感器测量相对于操作头的压力；角编码器，其可操作地连接至动力扳手，且配置成确定操作头和可旋转的工件中的一个关于原点的角位置;可操作地连接至动力扳手、压力传感器和角编码器的控制器，其中控制器配置成:响应于低于预定阈值的操作头的压力角导数来指引动力扳手的操作头转动，其中压力角导数限定为由动力扳手的操作头的角位置的变化引起的相对于操作头的压力变化，将原点限定在操作头的角位置处，在该处操作头的压力角导数超过预定阈值，响应于以下来指引动力扳手转动角梯级:(a)超过预定阈值的操作头的压力角导数，以及(b)小于目标值的操作头的角差，其中角差表示操作头从原点旋转的总量；以及响应于大致等于或大于目标值的操作头的角差来指引操作头停止转动。
[0007]本发明的第三方面提供了一种系统，包括:液压扳手，其中液压扳手还包括液压流体压力传感器、角编码器、用于转动可旋转的工件的操作头；以及控制器，其可操作地连接至液压扳手，且配置成执行包括以下的动作:响应于低于预定阈值的操作头的压力角导数来使可旋转的工件与操作头一起转动，其中压力角导数限定为由动力扳手的操作头的角位置的变化引起的相对于操作头的压力变化，将原点限定在操作头的压力角导数超过预定阈值的位置处，响应于以下使可旋转的工件与操作头一起转动角梯级:(a)超过预定阈值的动力扳手的压力角导数，以及(b)小于目标值的操作头的角差，其中角差表示操作头从原点旋转的总量；以及响应于超过预定阈值的操作头的压力角导数和大致等于或大于目标值的操作头从原点的角差来使操作头与可旋转的工件断开。
[0008]本发明的第一技术方案提供了一种系统，包括:动力扳手；以及可操作地连接至所述动力扳手的控制器，其中所述控制器配置成执行包括以下的动作:响应于低于预定阈值的操作头的压力角导数来指引所述动力扳手的所述操作头转动，其中所述压力角导数限定为由所述动力扳手的所述操作头的角位置的变化引起的相对于所述操作头的压力变化，将原点限定在所述操作头的角位置处，在该处所述操作头的所述压力角导数超过所述预定阈值，响应于以下来指引所述操作头转动角梯级:(a)超过所述预定阈值的所述操作头的所述压力角导数，以及(b)小于目标值的所述操作头的角差，其中所述角差表示所述操作头从所述原点旋转的总量；以及响应于大致等于或大于所述目标值的所述操作头的所述角差来指引所述操作头停止转动。
[0009]本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述控制器进一步配置成执行包括以下的动作:响应于大致等于或大于所述目标值的所述角差来确定相对于所述操作头的所述压力是否在容限带外，以及响应于在所述容限带外的相对于所述操作头的所述压力来指引所述操作头转动角校正。
[0010]本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，所述容限带包括与目标压力有最多大约百分之十的压差。
[0011]本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述动力扳手包括液压扳手。
[0012]本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述角梯级包括多个角梯级中的一个，所述多个角梯级中的每一个将预定压差给予所述动力扳手。
[0013]本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述可旋转的工件包括涡轮组件的锁定螺母和非锁定螺母中的一者。
[0014]本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，还包括用于确定相对于所述操作头的所述压力的可操作地连接至所述动力扳手的压力传感器。
[0015]本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，还包括用于确定所述操作头关于所述原点的所述角位置的可操作地连接至所述动力扳手的角编码器。
[0016]本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述角差的所述目标值对应于由所述操作头旋转的工件的目标螺栓伸展。
[0017]本发明的第十技术方案提供了一种设备，包括:包括用于转动可旋转的工件的操作头的动力扳手;可操作地连接至所述动力扳手的压力传感器，所述压力传感器测量相对于所述操作头的压力；角编码器，其可操作地连接至所述动力扳手，且配置成确定所述操作头和所述可旋转的工件中的一个关于原点的角位置;可操作地连接至所述动力扳手、所述压力传感器和所述角编码器的控制器，其中所述控制器配置成:响应于低于预定阈值的所述操作头的压力角导数来指引所述动力扳手的所述操作头转动，其中所述压力角导数限定为由所述动力扳手的所述操作头的角位置的变化引起的相对于所述操作头的压力变化，将原点限定在所述操作头的角位置处，在该处所述操作头的所述压力角导数超过所述预定阈值，响应于以下来指引所述动力扳手转动角梯级:(a)超过所述预定阈值的所述操作头的所述压力角导数，以及(b)小于目标值的所述操作头的角差，其中所述角差表示所述操作头从所述原点旋转的总量；以及响应于大致等于或大于所述目标值的所述操作头的所述角差来指引所述操作头停止转动。
[0018]本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，所述动力扳手包括液压扳手。
[0019]本发明的第十二技术方案是在第十技术方案中，所述可旋转的工件包括涡轮组件的锁定螺母和非锁定螺母中的一者。
[0020]本发明的第十三技术方案是在第十技术方案中，所述角梯级包括多个角梯级中的一个，其中所述多个角梯级中的每一个将预定角差给予所述操作头。
[0021]本发明的第十四技术方案是在第十技术方案中，所述压力传感器包括所述动力扳手的内部压力传感器。
[0022]本发明的第十五技术方案是在第十技术方案中，所述控制器进一步配置成响应于超过所述预定阈值的所述操作头的所述压力角导数和大致等于或大于所述目标值的所述操作头与所述原点的所述角差来指示所述操作头与所述可旋转的工件断开。
[0023]本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，所述角差的所述目标值对应于所述可旋转的工件的预定螺栓伸展。
[0024]本发明的第十七技术方案是在第十五技术方案中，所述控制器进一步配置成:响应于大致等于或大于所述目标值的所述角差来确定相对于所述操作头的压力是否在容限带外，以及响应于在所述容限带外的相对于所述操作头的所述压力来在所述操作头的断开之前指引所述操作头转动角校正。
[0025]本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，所述容限带包括与目标压力有最多大约百分之十的压差。
[0026]本发明的第十九技术方案提供了一种系统，包括:液压扳手，其中所述液压扳手还包括液压流体压力传感器、角编码器、用于转动可旋转的工件的操作头；以及控制器，其可操作地连接至所述液压扳手，且配置成执行包括以下的动作:响应于低于预定阈值的所述操作头的压力角导数来使所述可旋转的工件与所述操作头一起转动，其中所述压力角导数限定为由所述动力扳手的所述操作头的角位置的变化引起的相对于所述操作头的压力变化，将原点限定在所述操作头的所述压力角导数超过所述预定阈值的位置处，响应于以下使所述可旋转的工件与所述操作头一起转动角梯级:(a)超过所述预定阈值的所述动力扳手的所述压力角导数，以及(b)小于目标值的所述操作头的角差，其中所述角差表示所述操作头从所述原点旋转的总量；以及响应于超过所述预定阈值的所述操作头的所述压力角导数和大致等于或大于目标值的所述操作头从所述原点的所述角差来使所述操作头与所述可旋转的工件断开。
[0027]本发明的第二十技术方案是在第十九技术方案中，所述控制器进一步配置成执行包括以下的动作:响应于大致等于或大于所述目标值的所述角差来确定相对于所述操作头的所述压力是否在容限带外，以及响应于在所述容限带外的相对于所述动力扳手的所述压力来在所述操作头的断开之前使所述操作头转动角校正。
【附图说明】
[0028]本发明的这些及其它特征将从连同附图的本发明的各种方面的以下详细描述中更容易理解，附图绘出了本发明的各种实施例，在附图中:
图1提供了根据本公开内容的实施例的动力扳手的透视图。
[0029]图2绘出了根据本公开内容的实施例的系统及设备。
[0030]图3绘出了根据本公开内容的实施例的包括与动力扳手和可旋转的工件交互的控制器的示范性环境。
[0031]图4绘出了根据本公开内容的示例性实施例的相对于动力扳手的操作头的压力"P"对操作头的角位置"a"的图。
[0032]图5提供了根据本公开内容的实施例的用控制器执行的处理步骤的代表性流程图。
[0033]图6提供了根据本公开内容的实施例的用控制器执行的处理步骤的另一个组合的代表性流程图。
[0034]应注意本发明的附图不一定按比例绘制。附图旨在仅绘出本发明的典型方面，且因此不应认作是限制本发明的范围。在附图中，相似的标号表示附图之间的相似元件。
[0035]零件列表 30动力扳手 32液压缸 34液压管线 36本体
38紧固件 40操作头 50系统 60控制器 70栗储存器组件 72储存器 74栗
80可旋转的工件 82螺栓 84第一构件 86第二构件 90角编码器 92压力传感器 100设备
102扳手控制系统 104处理构件 106存储器
108输入/输出(I/O)构件 110通信通路 112用户 114系统数据 116模块
Pl计算压力角导数 P2压力角导数高于阈值 P3转动可旋转的工件 P4限定操作头的原点 P5使可旋转的工件转动角梯级 P6计算操作头与原点的角差 P7角差达到目标位置 P8计算相对于操作头的压力 P9容限带内的压力 PlO将角校正应用于操作头 Pll停止操作头的转动 P12使操作头与工件断开。
【具体实施方式】
[0036]如本文所述，本公开内容的方面大体上涉及包括动力扳手或与动力扳手交互的控制系统和设备。更具体而言，本公开内容的各方面涉及具有用于基于各种条件控制动力扳手的转矩施加过程的控制器的系统和设备。
[0037]本公开内容的实施例大体上包括具有控制器的系统和设备，控制器用于指引动力扳手执行特定动作，包括用于使诸如螺栓的可旋转的工件自动旋转的步骤。用语"动力扳手〃可限定为至少部分由除人类操作者的来源供能的扳手，且可包括用于生成动力的特定构件，诸如电、机械、液压和/或气动动力源。在示例实施例中，动力扳手可为具有液压促动活塞的液压扳手的形式，以用于对动力扳手的操作头供能，诸如转矩施加棘轮。
[0038]本公开内容的各方面可包括用于指引和/或以其它方式操纵具有用于作用于可旋转的工件上的操作头的动力扳手的构件。例如，可旋转的工件可包括例如用于与螺纹螺栓对接的螺母、螺钉或螺钉头，和/或另一类型的可旋转的联接构件。本公开内容的实施例例如可通过参照传感器(诸如压力传感器和/或角传感器)来确定角位置，其中关于可旋转工件的角位置的对应变化的相对于动力扳手的操作头的压力变化达到或超过预定阈值。例如，预定阈值可表示一个压力，低于该压力，转矩施加操作可通过初始转矩施加阶段进行，其中角位置并未显著涉及相对于动力扳手的操作头给予的压力。预定阈值能够可选地通过校准来针对多个工件构造计算或确定。螺栓伸展可限定为从基准构件的表面的伸长量。本公开内容的实施例可限定角位置处的基准点，在该处，超过了预定阈值。该基准点可称为原点。本公开内容的实施例然后可指引动力扳手的操作头使可旋转的构件转动特定运动量，称为〃角梯级(angular step)〃。控制器可继续指引操作头转动特定角梯级数，直到达到或超过相对于操作头的目标压力值。可旋转的工件的完整三百六十度旋转可使可旋转的工件沿固持卡具(retaining fixture)移动特定轴向距离。例如，螺母的一次完整旋转可使螺母沿螺纹紧固件轴向地移动大约3.0毫米。尽管移动、伸展等的示例性量由本文的实例提供，但将理解的是，本公开内容的实施例可针对变化的大小的操作校准。例如，将理解的是，对应于一次完整旋转的可旋转工件的轴向移动量可为大约千分之一毫米(即，大约0.0Ol毫米)。通过可旋转的工件的位置与相对于可旋转的工件的压力之间的已知或预计的关系，本公开内容的实施例可限定相对于操作头的目标压力。目标压力可对应于期望的伸展量和操作头转动可旋转的工件的量。此外，可旋转的工件转动的特定量引起的伸展量可源自螺纹紧固件的已知节圆直径。为了进一步提高转矩施加的准确性，本公开内容的实施例还可通过操作头的进一步移动来执行用于校正可旋转的工件的角位置的各种过程。
[0039]参看图1，动力扳手30可例如以转矩施加装置的形式提供，其至少部分由除人类操作者之外的构件供能。作为非限制性实例，动力扳手30可完全或部分由机械、电、液压和/或气动动力源供能。在图1中，动力扳手30例如示为包括液压缸32的液压扳手。液压缸32可机械地联接到变速器(未示出)上，以基于液压缸32的动作来提供机械转矩施加。动力扳手30的液压管线34可将加压的液压流体从压缩机提供至液压缸32。动力扳手30的本体36可通过紧固件38联接到液压缸32上。紧固件38可为例如机械卡具的形式，诸如螺栓、螺钉和/或其它类型的连接器。本体36可包括用于在可旋转的工件上操作(例如，通过接合和旋转工件)的操作头40。在示例实施例中，可旋转的工件可为定位在螺纹螺栓上和/或沿周向接合螺纹螺栓的卷曲螺母的形式。操作头40由图1中的实例示为包括基本六角形截面，但将理解的是，操作头40可以以具有基本圆形、三角形、矩形、八角形和/或其它类型的截面的构件的形式提供。在操作中，经由液压管线34提供至动力扳手30的液压流体可促动液压缸32转动操作头40。液压缸34与操作头40之间的变速器(未示出)可通过任何当前已知或以后开发的能量转换或传动技术将液压缸32的延伸或收缩转换成操作头40的转矩施加动作。
[0040]转到图2，示出了根据本公开内容的实施例的系统50ο如本文所述，系统50可包括连接到其它构件等上的动力扳手30。动力扳手30可通过任何当前已知或以后开发的扳手与控制器或类似装置之间的操作连接的形式来可操作地连接到控制器60上。例如，动力扳手30可通过网络或其它操作连接来电连接或无线连接(例如，通过配对的接收器和发射器)到控制器60上，通过连接，指令、信息等可在两个构件之间共享或传输。动力扳手30和控制器60也可由普通的线、数据联接等连接。若干操作连接在这里由别处的实例论述。控制器60可大体上包括能够通过处理构件(例如，微处理器)执行操作的任何类型的计算装置，且作为实例，可包括一个或更多个计算机、计算机处理器、电气电路和/或数字电路，和/或用于计算和处理电输入的类似的构件。控制器60的各种子构件和操作特征在本文的别处进一步详述。
[0041]在动力扳手30为液压扳手形式的实施例中，动力扳手30可与栗储存器组件70联接和/或流体连通。栗储存器组件70可将液压流体传送入或传送出动力扳手30，以控制器构件(例如，操作头40)的动作。栗储存器组件70可包括用于储存用于操作动力扳手30的液压流体供应源的储存器72。栗储存器组件70的栗74可管理动力扳手30与栗储存器组件70之间的液压流体的传送。栗74可例如由经由可旋转的轴机械地联接到栗74上的马达(诸如电机、燃烧发动机等)供能，或可由用于生成或传送能量的任何其它当前已知或以后开发的装置、技术等供能。控制器60可直接地或间接地操纵动力扳手30。例如，控制器60可中继指令来启用、停用或以其它方式调整动力扳手30内的阀，以控制液压缸32的位置和/或经由连接到栗储存器组件70上的液压管线34流入或流出动力扳手30的功率、燃料、操作流体(例如，液压流体)等的量。
[0042]系统50的动力扳手30可在可旋转的工件80上操作。可旋转的工件80例如可安装在螺栓82上，螺栓82延伸穿过第一构件84和第二构件86。在实施例中，螺栓82可为螺纹螺栓，且第一构件84和第二构件86可为构造成紧固到彼此上的结构构件或较大组件的子构件。可旋转的工件80可体现为围绕螺栓82旋转的螺母，且更具体而言，可为卷曲螺母，其包括突出卡具，以用于防止可旋转的工件80移离第一构件84和第二构件86。动力扳手30的操作头40可定位在可旋转的工件80上来给予转矩。操作头40可使操作头80围绕螺栓82转动。最初，在操作头80旋转时相对于操作头40的压力变化可大致为零。可旋转的工件80可在发生特定量的转动之后接触第一构件84。可旋转的工件80与第一构件84之间的物理接触可在可旋转的工件80继续围绕螺栓82旋转时相对于操作头40给予更大的压力。更具体而言，可旋转的工件80与第一构件84之间的接触可产生相反的张力，从而需要操作头40相对于可旋转的构件80给予较大的转矩，以继续转动可旋转的构件80。这些类型的力可认为和称为〃抗旋转的〃，且总之可为相对于可旋转的工件80由操作头30转动作用的任何力。如本文所述，控制器60可基于相对于动力扳手30给予的压力和可旋转的工件80关于限定原点的位置来确定通过动力扳手30施加到可旋转的工件80上的转矩施加量。
[0043]本文所述的各种构件和装置可一起形成根据本公开内容的实施例的设备100。设备100可包括具有用于转动可旋转的工件80的操作头40的动力扳手30。动力扳手30还可操作地连接到控制器60、角编码器90和压力传感器92上。在动力扳手30为液压扳手的形式的情况下，设备100还可包括连接到动力扳手30上的栗储存器组件70。
[0044]如本文进一步详细所述，控制器60可例如基于由可旋转的工件80相对于操作头40给予的压力和操作头40的角位置来控制动力扳手30的操作。在第一或最初阶段，控制器60可响应于低于预定阈值的动力扳手30的压力角导数来指引动力扳手30转动(例如，通过旋转操作头40)。如本文所使用的，用语〃压力角导数(pressure-angle derivative)"可数学地限定为相对于操作头40给予压力的变化除以操作头40的角位置的对应变化。在实例中，压力角导数可接近或大致为零，其中操作头40转动可旋转的工件80，而不由显著的反对机械力反抗。例如，在可旋转的工件80接触第一构件84之前，利用操作头40使可旋转的工件80转动大约十度可促使相对于操作头40的压力保持恒定。在对比实例中，压力角导数可在螺栓82上的可旋转的工件80在由操作头40转动时接触第一构件84的点处增大。达到或超过特定正值(即，预定阈值)的压力角导数可对应于接触第一构件84的螺栓82。在所示实例中，预定压力角导数的预定可为每旋转度数大约30帕斯卡(Pa)。
[0045]在压力角导数超过预定阈值的值的情况下，控制器60可限定操作头40和/或可旋转的工件80的原点。原点可对应于操作头40的压力角导数超过预定阈值的位置。例如，使用者可能期望限定可旋转的工件80接触第一构件84的原点。这里，相反的机械力(例如，相对于操作头40从第一构件84给予的张力)可引起可旋转的工件80沿螺栓82的旋转变得更困难。当这些力引起压力角导数超过预定阈值(例如，每旋转度数30Pa)，控制器60在转矩施加继续之前将原点限定在该位置处。在原点处，控制器60可指引操作头40递增地转动预定"角梯级"。角梯级可为离散的旋转量，以用于给予特定压力增大，例如，使可旋转的工件80转动大约一百二十度来引起大约四千帕(kPa)的对应压力增大。控制器60可指引操作头40使可旋转的工件80连续地转动角梯级，直到可旋转的工件80相对于原点的角位置达到目标值。目标值可对应于从原点的特定旋转量。此外或作为备选，目标值可对应于参照从原点的旋转量确定的螺栓82从第一构件84的期望伸展量。例如，目标位置可为可旋转的工件80从原点的大约六百度旋转，这继而又可引起螺栓82从可旋转的工件80伸展大约3.0毫米。当操作头40和/或可旋转的工件80达到目标值时，控制器60可指引动力扳手30停止转动和/或与工件80断开。
[0046]本公开内容的实施例还可包括例如角编码器90和压力传感器92。角编码器90可为盘型角编码器的形式，且/或测量或推断旋转元件相对于原点的角位置或移动的任何其它当前已知或以后开发的类型的编码器。更具体而言，角编码器可将可旋转的盘的角位置转换成提供至控制器60的电信号。角编码器90可操作地连接到动力扳手30上。更具体而言，操作头40的旋转可机械地链接至角编码器90的盘形构件的旋转。角编码器90的操作例如可测量操作头40相对于原点的角位置。为了确定相对于限定原点的旋转量，控制器60可将角编码器90的位置限定成在原点处为零，操作头40的压力角导数首先超过预定阈值。角编码器90可嵌入动力扳手30内作为其构件，或可提供为动力扳手30和控制器60外的单独的构件。
[0047]压力传感器92可体现为动力扳手30的通用压力传感器或内部压力传感器。作为非限制性实例，压力传感器92可为机械压力计、电压力换能器、压电压力传感器、光学压力传感器、谐振式压力计等形式。在动力扳手30为液压扳手的形式的情况下，压力传感器92可为扳手驱动流体压力传感器的形式。更具体而言，压力传感器92可直接地测量由动力扳手30的液压流体(即，水、油、合成流体等)给予的压力。在任何情况下，压力传感器92可确定从可旋转的工件80相对于动力扳手30给予的压力量。类似于角编码器90，压力传感器92可定位在动力扳手30内，或可提供为外部构件。在任何情况下，控制器60可操作地连接到角编码器90和压力传感器92上。控制器60可读取和/或以其它方式接收压力操作头40的确定值。
[0048]图3提供了根据实施例的设备100的简图，设备100包括可操作地连接到动力扳手30和可旋转的工件80上的控制器60。为此，设备100包括用于执行处理来指引动力扳手30和/或相关联的系统和构件的操作的控制器60。尽管动力扳手30在本文中通过实例描述为液压扳手，但将理解的是，动力扳手30可体现为任何当前已知或以后开发的类型的动力扳手。此外，将理解的是，具有控制器60的设备100可结合一个或更多个可旋转的工件80使用。控制器60示为包括扳手控制系统102，其使得控制器60可操作成指引动力扳手30和/或本文所述的相关联的系统和工具实施本文所述的任何/所有实施例。在操作中，扳手控制系统102可响应于特定条件发出电命令，其继而又可转换成机械动作(例如，转动动力扳手30的操作头40)。用于转动操作头40的条件可例如包括动力扳手30关于可旋转的工件80的压力角导数高于或低于预定阈值、可旋转工件80到达目标位置、相对于操作头40的压力在压力容限带外，等。
[0049]控制器60示为包括处理构件104(例如，一个或更多个处理器)、储存器106(例如，储存器体系)、输入/输出(I/o)构件108(例如，一个或更多个I/O接口和/或装置)，以及通信通路110。在实施例中，处理构件104可执行程序代码，诸如扳手控制系统102，其至少部分地固定在存储器106中。在执行程序代码时，处理构件104可处理数据，其可导致转换的数据从存储器106和/或I/O构件108读取和/或写入它们，以用于进一步处理。通路110提供了控制器60中的各个构件之间的通信链路。I/O构件108可包括一个或更多个人I/O装置，其允许人或系统用户112与控制器60和/或一个或更多个通信装置交互来允许(多个)用户112使用任何类型的通信链路与控制器60交互。为此，扳手控制系统102可管理一组界面(例如，(多个)图形用户界面)，界面允许(多个)用户112与扳手控制系统102交互。此外，扳手控制系统102可使用任何解决方案管理(例如，储存、取得、创建、操纵、组织、呈现等)数据，诸如系统数据114(包括记录的压力、角位置等)。
[0050]在任何情况下，控制器60可包括一个或更多个通用或专用计算制品(例如，计算装置)，其能够执行安装在其上的程序代码，诸如扳手控制系统102。如本文中所使用的，将理解的是，〃程序代码〃意味着以任何语言、代码或符号的指令的任何集合，其促使具有信息处理能力的计算装置直接地或在以下任何组合之后执行特定功能:(a)转换成另一语言、代码或符号；(b)以不同材料形式再现;和/或(c)解压。为此，扳手控制系统102可体现为系统软件和/或应用软件的任何组合。
[0051]此外，扳手控制系统102可使用成组的模块116来实施。在此情况下，各个模块可允许控制器60执行由扳手控制系统102使用的一组任务，且可与扳手控制系统102的其它部分分开开发和/或实施。比较器模块可比较两个或更多个算术量，诸如测得和/或预先计算的值。计算器模块可在数据上执行算术操作，诸如加、减、乘、除等。确定器模块可基于由以控制器60执行的其它操作和/或算法中限定的规则产生的结果来进行确定。当固定在包括处理构件104的控制器60的存储器106中时，模块为实施功能的构件的实质部分。无论如何，将理解的是，两个或更多个构件、模块和/或系统可共用一些/或所有其相应的硬件和/或软件。此外，将理解的是，本文所述的一些功能可不实施，或附加的功能可被包括为控制器60的一部分。
[0052]无论如何，控制器60都可包括多个计算装置，且计算装置可在任何类型的通信链路上通信。此外，当执行本文所上的过程时，控制器60可使用任何类型的通信链路与一个或更多个其它计算机系统通信。在任一情况中，通信链路可包括各种类型的有线和/或无线链路的组合;包括一个或更多个类型的网络的任何组合;和/或使用各种类型的传输技术和协议的任何组合。在其它实施例中，使用系统50和/或设备100可通过可操作地连接到其上的一个或更多个计算机系统的介入来提供控制器60的人工操作(例如，经由(多个)用户112，诸如一个或更多个技术人员)，或控制器60的自动操作。将理解的是，控制器60可在除提供用于动力扳手的控制系统或设备外的其它情形中用于技术目的，包括但不限于:检查、维护、修理、替换、测试等。
[0053]当控制器60包括多个计算装置时，各个计算装置均可仅具有固定在其上的扳手控制系统102的一部分(例如，一个或更多个模块)。然而，将理解的是，控制器60和扳手控制系统102仅代表可执行本文所述的过程的各种可能的等同计算机系统。为此，在其它实施例中，由控制器60和扳手控制系统102提供的功能可至少部分由一个或更多个计算装置实施，计算装置包括具有或没有程序代码的通用和/或专用硬件的组合。在各个实施例中，硬件和程序代码(如果包括)可分别使用标准工程和编程技术来创建。
[0054]扳手控制系统102可为固定在至少一个计算机可读的介质中的计算机程序的形式，其在执行时，允许控制器60指引动力扳手30的操作。为此，计算机可读介质包括实施本文所述的处理和/或实施例的一些或所有的程序代码。将理解的是，用语〃计算机可读介质"包括现在已知或以后开发的任何类型的有形表达介质中的一个或更多个，程序代码的副本可由计算装置从其接收、复制或以其它方式传输。例如，计算机可读介质可包括:一个或更多个便携式储存制品;计算装置的一个或更多个存储器/储存构件;纸张;等。
[0055]参看图4，相对于动力扳手30(图1-3)的操作头(图1-3)给予的压力"P"对于操作头40的角位置"a"的示例性图表示为进一步的图示。在图4的实例中，可旋转的工件80为拧到螺柱上的螺母的形式，其中螺柱连结结构的两个构件(例如，第一构件84和第二构件86 (图2))。首先，在可旋转的工件80的转动期间相对于操作头40的压力可具有值PCTQ，其不随可旋转的工件80继续旋转而增大。在相对于操作头40的压力不会在达到角ai之前显著增大的该过程阶段可认为和称为"初始转矩施加"。在初始转矩施加期间，压力角导数(表示为dP/da)可为零，因为可旋转的工件80仅接触操作头40和螺栓82。在操作头40继续使可旋转的工件80沿螺栓82移动时，来自其它来源(例如，螺栓82与可旋转的工件80之间的摩擦)的相对于操作头40的力可忽略。
[0056]在可旋转的工件80变为"加载的"(即，旋转螺母形式的可旋转工件80在该实例中接触第一构件84)的情况下，压力角导数变为大于零，且达到预定阈值。在实例中，可旋转的工件80可接触第一构件84来在可旋转的工件80继续沿螺栓82移动时给予螺栓力。该转矩施加阶段可认为和称为"转动操作角"。控制器60的扳手控制系统102(图2-3)可响应于在角ai处超过的压力角导数来限定用于可旋转的工件80的进一步转矩施加的原点。当操作头40转动可旋转的工件80，且从角ai连续地移动到角a2，至角a3，最终至角aF时，相对于操作头40给予的压力可随操作头40转动可旋转的工件而增大。相对于操作头40给予的压力的增大可源自由第一构件84相对于操作头40经由可旋转的工件80给予的相反的力。相反的力可由接触彼此且由可旋转的工件80相对于彼此施压的第一构件84和第二构件86引起，由此促使压力角导数变为大于零。操作头40的角的各个标出的变化可对应于单个"角梯级"。角af可表示可旋转的工件80达到相对于原点(ai)的角差(aF_ai)的目标位置。在角af处，可旋转的工件80可在目标位置。在图4中所示的实例中，相对于操作头40的压力可在压力容限带内。在本文所述的其它实施例中，控制器60可在相对于操作头40的压力在容限带外时指示操作头40校正可旋转的工件80的位置。如图4中所示，本公开内容的实施例中的控制器60可根据本文所述的处理步骤指引动力扳手30的操作头40转动可旋转的工件80，以提供可旋转的工件80的自动转矩施加。
[0057]—起参看图3和5，示出了根据本公开内容的实施例的示范性方法流程图。图6中也示出了不同的过程流。图5和6中所示的过程流例如可应用于转矩施加操作，其中可旋转的工件80为发电系统的卷曲螺母的形式。然而，将理解的是，本文所述的示例性过程流可改变来适合备选应用。根据本公开内容的过程在本文中参照用于涡轮系统的两个构件的转矩施加操作的实例描述，且图4中示出了该实例中的转矩施加操作的图。更具体而言，过程流可提供可旋转的工件80沿螺栓82的转矩施加，以连结涡轮系统的第一构件84和第二构件86。然而，将理解的是，本文所述的实例是非限制性的，且本公开内容的实施例可应用于具有或没有改变的其它情形。
[0058]在过程Pl处，扳手控制系统102可计算特定情况中的动力扳手30的压力角导数(dP/da)的值。如本文中别处所述，压力角导数大体上是指关于动力扳手30的操作头40的角位置的对应变化的相对于动力扳手30的压力变化。压力角导数在图4中图解表示为压力对角位置的图的斜率。在实施例中，模块116可在过程Pl中由来自压力传感器92的压力的值关于以角编码器90测得的角位置的对应变化计算压力角导数。根据实例，模块116可通过使由压力传感器92测得的相对于操作头40的压力的变化除以由角编码器90测得的操作头40的角位置的对应变化来计算压力角导数。
[0059]在过程P2处，模块116可将过程Pl中计算的压力角导数与预定阈值相比较。在比较将压力角导数表示为低于预定阈值(即，在过程P2处的"否")的情况下，流程可进行至过程P3，在该处，控制器60指引操作头40转动可旋转的工件80。为了在过程P3中转动可旋转的工件80，控制器60可指引操作头40以恒定速度转动特定时间量，转动特定角距离，且/或提供其它指引来使操作头40转动特定旋转量。在控制器60指引操作头40在过程P3中转动可旋转的工件80的情况下，流程可回到过程Pl，在该处，扳手控制系统102可再次计算压力角导数。尽管过程P3可在过程Pl中的各个比较和过程P2中的确定之后按顺序执行，但将理解的是，过程P3可与过程Pl和P2同时或基本同时发生。在示例实施例中，可旋转的工件80可能还未与第一构件84接触。在此情况下，模块116可响应于可旋转构件80旋转大约十度来计算大约为零的压力角导数，且由此引起相对于操作头40(例如，小于一 Pa的压力增大)的压力的可忽略的增大。在预定阈值大约为零的情况下，可忽略(即，小于每旋转度数30Pa的预定阈值)的压力角导数将不会超过预定阈值。
[0060]在压力角导数超过预定阈值(S卩，过程P2处的〃是〃)的情况下，流程可进行至过程P4，以用于将原点限定为操作头40的角位移的基准位置。超过预定阈值的压力角导数可指出可旋转的工件80在何处接触另一个构件(例如，第一构件84)。该接触可引起从第一构件84施加的张力反抗可旋转的工件80的进一步转动。此外，诸如可旋转的工件80的接触表面与第一构件84之间的摩擦的其它力可阻止进一步的转矩施加。根据实例，模块116可在可旋转的工件80旋转大约十度之后基于相对于操作头40增大大约330Pa的压力计算每度33Pa的压力角导数。在预定的阈值为每度大约30Pa的情况下，每度33Pa的压力角导数超过每度30Pa的预定阈值。
[0061]在过程P4处，扳手控制系统102的模块116可限定原点，例如，通过记录压力角导数超过预定阈值的角编码器90的位置。以控制器60限定的原点可将操作头40的零角位移值指定为转动操作的角的起点。由于超过压力角导数，故扳手控制系统可切换至转动操作角，在该处，控制器60尤其可命令动力扳手30使可旋转的工件80旋转特定量，S卩，预定角梯级。根据本文所述的实例，扳手控制系统102可指示操作头40使可旋转的工件80转动大约一百二十度的角梯级。
[0062]在过程P5处，控制器60可指引动力扳手30的操作头40使可旋转的工件80转动预定角梯级量。角梯级可表示测得为一定量(例如，度数、弧度、厘米等)的角移动的情况，该量给予相对于操作头40的压力递增。相对于操作头40的该压力递增可称为和认为是压差。角梯级可由用户限定112和/或储存在控制器60的存储器106内(例如，作为系统数据114)。在示范性实例中，角梯级可为大约一百二十度的旋转，具有大约4.0千帕(kPa)的对应压差。
[0063]在过程P6处，模块116可计算操作头40的当前位置与过程P4中限定的原点之间的角差。例如，模块116可从代表操作头40的当前位置的角测量结果减去原点的角测量结果。在示例实施例中，数据交换模块122可读取和/或以其它方式接收来自角编码器90的角位置数据，例如，作为系统数据114。根据本文所述的实例，模块116可计算操作头40在第三次使可旋转的工件80转动角梯级(S卩，一百二十度)之后的大约三百六十度(S卩，一整圈)的角差。
[0064]在过程P7处，模块116可比较过程P6中计算的角差大致等于或是在其它情况下大于目标位置的角差。目标位置是指期望位置，在该处，操作头40从限定的原点旋转特定量，且在该处，操作头40可经历期望量的压力。目标位置可为可旋转的工件80提供螺栓82从第一构件84的对应伸长的位置。在实施例中，目标位置可为可旋转的工件80的位置产生期望量的伸展的位置，即，螺栓82的预定螺栓伸展(图2)。期望量的伸展可基于可旋转的工件80的转动与伸展量的变化之间的关联来计算。例如，对于可旋转的工件80转动的每一百度，沿螺栓82移动的特定可旋转的工件80可引起伸展例如增大大约0.50毫米。在角差未达到目标位置的角差的情况下(即，过程P7处的〃否〃)，流程可回到利用操作头40使可旋转的工件80又转动角梯级值的过程P5。在示例方案中，储存在控制器60的存储器106中的可旋转的工件80的目标位置可为从原点大约六百度，这继而又可对应于大约3.0毫米的螺栓伸展。在角差小于六百度的情况下，控制器60可指示操作头40转动另一角梯级。
[0065]在角差大致等于或大于目标位置(S卩，过程P7处的〃是〃)的情况下，流程可进行至过程P8，其中扳手控制系统102计算相对于操作头40施加的压力的量。在实施例中，模块116可通过参照利用压力传感器92获得的测量结果计算相对于操作头40给予的压力。更具体而言，压力传感器92可测量相对于操作头40给予的压力量，且将这些值传送至扳手控制系统
102。在实例中，在目标位置(S卩，具有与原点的大约六百度的角差)的可旋转的工件80可引起操作头40经历来自可旋转的工件80的例如大约25kPa的压力。在此情况下，25kPa的压力可大于相对于目标位置的操作头40的预计或期望量的压力。
[0066]在过程P9中，模块116可使过程P8中计算的相对于操作头40的压力与在其它情况下称为〃容限带〃的最高可接受压力和最低可接受压力的范围相比较。与容限带相比较的(多个)压力值可利用压力传感器92测得和/或从压力传感器92接收，或可通过任何当前已知或以后开发的过程传送至控制器60。容限带可表示可旋转的工件80的转矩施加的可接受的误差裕度，且可通过特定应用的约束或用户偏好来确定。例如，容限带可表示实际压力和目标压力的百分比点形式的最大差异，例如，达到高于或低于目标压力的百分之十。回到实例，模块116可将目标位置处的相对于操作头40的期望压力计算为大约20kPa，其中容限带比该压力高或低2.0kPa(即，大约18kPa与大约22kPa之间)。
[0067]在相对于操作头40的压力在容限带外(S卩，过程P9处的〃否〃)的情况下，控制器60可指引动力扳手30在过程PlO中应用角校正。角校正可大体上包括例如通过使操作头40关于过程P4中限定的原点沿正方向或负方向转动特定度数的可旋转的工件80的进一步调整。当动力扳手30的操作头40达到目标位置时，过程PlO因此可校正期望压力与实际压力之间的差异。根据实例，大约25kPa的压力将比容限带高大约3.0kPa。过程PlO中的控制器60可指示操作头40使可旋转的工件80沿相反(S卩，负)方向转动期望量，例如，以三十度的增量，直至IJ相对于操作头40的压力在容限带内(即，大约18kPa与大约22kPa之间)。
[0068]在相对于操作头40的压力在容限带(S卩，过程P9处的〃是〃)的情况下，流程可进行至过程PU，其中控制器60指引动力扳手30停止转动。在过程Pll之后，流程可选地进行至过程P12，其中控制器60指引动力扳手30使操作头40与可旋转的工件80断开。在实例中，在相对于操作头40的压力在大约18kPa与大约22kPa之间之后，控制器60可指引动力扳手30与可旋转的工件80断开。作为备选，该方法可在没有如对应的虚线过程流所示的过程P12中的断开的情况下完成(即，〃做完〃)。在操作头40在过程P12中与可旋转的工件80断开的情况下，过程流可在断开之后结束(即，〃做完〃)。
[0069]简要参看图6，示出了备选的过程流方法。这里，可完全跳过过程P8至PlO中的校正操作。更具体而言，在角差大致等于或大于目标位置的情况下，控制器60可立即指示动力扳手30的操作头40停止转动。图6中所示的过程流可应用于不期望校正过程的应用，或相对于操作头40的压力在可旋转的工件80到达目标位置之后不久在容限带内的应用。例如，图6的过程流可应用于当操作头40到达目标位置(S卩，达到与原点大约六百度的角差)时相对于操作头40的压力在大约18kPa到大约22kPa之间的情况下。
[0070]本公开内容的设备和方法不限于在发电系统上执行的安装或保养操作，且可应用于其它机器。在发电系统的情况中，本公开内容的实施例不限于任何一个系统内的构件的转矩施加，例如，任何特定的燃气轮机、汽轮机、发电系统或其它系统，且可结合其它发电系统和/或系统(例如，联合循环、简单循环、核反应堆等)使用。此外，本发明的设备可结合可受益于由本公开内容的实施例提供的操作范围、效率、耐用性和可靠性的提高的本文未描述的其它系统使用。
[0071]本公开内容的技术效果可包括螺接、紧固和/或其它转矩施加过程和/或其它紧固过程期间的动力扳手的全自动化。与仅具有部分自动化的多步骤过程相反，本公开内容的实施例可提供统一的程序，通过其，可旋转的工件在转动角操作开始之前首先拧到卡具上。转动角操作可参照自动确定的原点来执行。此外，本公开内容的实施例引入了通过参照变化率(例如，压力角导数)测量螺栓伸展和/或识别可旋转的工件的原点的能力。本公开内容的实施例还可缩短转矩施加过程所需的时间，且可通过特定算法或算法组的反复应用来提供更一致的转矩施加。
[0072]本文所述的用语用于仅描述特定实施例的目地，且不旨在限制本公开内容。如本文中所使用的，单数形式"一个"、"一种"和"该"旨在也包括复数形式，除非向下文清楚地另外指出。还将理解的是，用语〃包括〃和/或〃包含〃在用于此说明书中时表示指出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但并未排除存在或添加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。
[0073]本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种系统，包括: 动力扳手；以及 可操作地连接至所述动力扳手的控制器，其中所述控制器配置成执行包括以下的动作: 响应于低于预定阈值的操作头的压力角导数来指引所述动力扳手的所述操作头转动，其中所述压力角导数限定为由所述动力扳手的所述操作头的角位置的变化引起的相对于所述操作头的压力变化， 将原点限定在所述操作头的角位置处，在该处所述操作头的所述压力角导数超过所述预定阈值， 响应于以下来指引所述操作头转动角梯级:(a)超过所述预定阈值的所述操作头的所述压力角导数，以及(b)小于目标值的所述操作头的角差，其中所述角差表示所述操作头从所述原点旋转的总量；以及 响应于大致等于或大于所述目标值的所述操作头的所述角差来指引所述操作头停止转动。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步配置成执行包括以下的动作: 响应于大致等于或大于所述目标值的所述角差来确定相对于所述操作头的所述压力是否在容限带外，以及 响应于在所述容限带外的相对于所述操作头的所述压力来指引所述操作头转动角校正。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述容限带包括与目标压力有最多大约百分之十的压差。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述动力扳手包括液压扳手。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述角梯级包括多个角梯级中的一个，所述多个角梯级中的每一个将预定压差给予所述动力扳手。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可旋转的工件包括涡轮组件的锁定螺母和非锁定螺母中的一者。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于确定相对于所述操作头的所述压力的可操作地连接至所述动力扳手的压力传感器。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于确定所述操作头关于所述原点的所述角位置的可操作地连接至所述动力扳手的角编码器。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述角差的所述目标值对应于由所述操作头旋转的工件的目标螺栓伸展。10.—种设备，包括: 包括用于转动可旋转的工件的操作头的动力扳手； 可操作地连接至所述动力扳手的压力传感器，所述压力传感器测量相对于所述操作头的压力； 角编码器，其可操作地连接至所述动力扳手，且配置成确定所述操作头和所述可旋转的工件中的一个关于原点的角位置； 可操作地连接至所述动力扳手、所述压力传感器和所述角编码器的控制器，其中所述控制器配置成: 响应于低于预定阈值的所述操作头的压力角导数来指引所述动力扳手的所述操作头转动，其中所述压力角导数限定为由所述动力扳手的所述操作头的角位置的变化引起的相对于所述操作头的压力变化， 将原点限定在所述操作头的角位置处，在该处所述操作头的所述压力角导数超过所述预定阈值， 响应于以下来指引所述动力扳手转动角梯级:(a)超过所述预定阈值的所述操作头的所述压力角导数，以及(b)小于目标值的所述操作头的角差，其中所述角差表示所述操作头从所述原点旋转的总量；以及 响应于大致等于或大于所述目标值的所述操作头的所述角差来指引所述操作头停止转动。
【文档编号】B25B21/00GK106041806SQ201610212771
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月7日 公开号201610212771.6, CN 106041806 A, CN 106041806A, CN 201610212771, CN-A-106041806, CN106041806 A, CN106041806A, CN201610212771, CN201610212771.6
【发明人】A.J.科勒蒂, S.拉维, M.赛德
【申请人】通用电气公司