扭矩试验台和扭矩试验系统的制作方法

本实用新型涉及扭矩训练技术领域，尤其是涉及一种扭矩试验台和扭矩试验系统。

背景技术：

螺栓连接是汽车乃至机械工程上应用最为广泛的连接方式之一，一般主机厂都有专门的紧固件试验室。不同零部件的螺栓的紧固扭矩值各不相同。但在实际的车辆拆卸和安装过程中，由于维修条件限制，部分维修人员无法使用电子式扭矩扳手按照维修手册要求将不同零部件上的螺栓施加标准扭力值安装固定，而是根据个人力量或经验将螺栓拧紧。如果安装过紧，会导致螺栓张力过大，造成螺栓屈服，甚至导致螺栓断裂或者滑丝，失去紧固效果。安装过松，没有起到紧固的作用，长时的震动和颠簸会对汽车零部件造成二次伤害，并且存在安全隐患。因此恰当的、安全的安装螺栓直接关系到汽车运行安全和维修质量。

然而，维修人员对扭矩的控制和掌控，大多通过经验获得，难以实现统一的训练和教学，导致扭矩训练的训练效果较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种扭矩试验台和扭矩试验系统，以便获取扭矩信息，提升扭矩的训练效果。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种扭矩试验台，其中，扭矩试验台包括训练台架、螺栓固定机构、扭矩传感单元、主控制器和声光提示装置；螺栓固定机构设置在训练台架上；扭矩传感单元分别与螺栓固定机构和主控制器连接；主控制器还与声光提示装置连接；用户通过螺栓固定机构进行扭矩试验；扭矩传感单元用于采集扭矩试验数据；主控制器用于接收扭矩试验数据，向声光提示装置输出提示信号；声光提示装置用于接收提示信号，发出声光提示。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，扭矩传感单元包括扭矩传感器；扭矩传感器设置在螺栓固定机构上；扭矩传感器用于将用户进行扭矩试验时产生的压力信号转换为电压信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，声光提示装置包括蜂鸣器和指示灯；蜂鸣器和指示灯分别与主控制器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，扭矩试验台还包括串口通信模块；串口通信模块分别与主控制器和上位机连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，扭矩试验台还包括电源模块；电源模块包括依次连接的电源接口、蓄电池充电器、蓄电池和DC逆变器；电源模块用于提供交流电源或直流电源。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，主控制器包括单片机芯片。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种扭矩试验系统，其中，系统包括上述的扭矩试验台，还包括上位机；上位机用于接收扭矩试验台的主控制器发送的扭矩试验数据。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，系统还包括显示器；显示器与上位机连接；显示器设置在训练台架上；显示器用于显示扭矩试验数据。

结合第二方面的第一种可能实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，系统还包括摄像头；摄像头与扭矩试验台的主控制器连接；摄像头设置在训练台架上；摄像头用于采集用户进行扭矩试验时，螺丝状态的图像数据；显示器还用于显示图像数据。

结合第二方面的第一种可能实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，根据上述的系统，显示器包括触摸显示屏。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型提供了一种扭矩试验台和扭矩试验系统，用户通过螺栓固定机构进行扭矩试验时，通过扭矩传感单元采集扭矩试验数据；通过主控制器接收扭矩试验数据，向声光提示装置输出提示信号；通过声光提示装置接收提示信号，发出声光提示。本实用新型中，扭矩传感器可实时采集用户进行扭矩试验操作时产生的扭矩信号，以便获取扭矩信息，提升扭矩训练效果。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本实用新型实施例提供的一种扭矩试验台的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种扭矩试验台的外观示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种扭矩试验台的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的扭矩传感单元的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的声光提示装置的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的RS232串口模块的电路图；

图7为本实用新型实施例提供的上位机通过RS232串口模块与主控制器进行通信时的数据通信协议示意图；

图8为本实用新型实施例提供的电源模块结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的单片机芯片的系统架构图；

图10为本实用新型实施例提供的一种扭矩试验系统的结构示意图；

图11为本实用新型实施例提供的另一种扭矩试验系统的结构示意图；

图12为本实用新型实施例提供的电子电气部分的架构图；

图13为本实用新型实施例提供的另一种扭矩试验系统的结构示意图；

图14为本实用新型实施例提供的上位机软件流程图；

图15为本实用新型实施例提供的主界面图；

图16为本实用新型实施例提供的扭紧练习界面图；

图17为本实用新型实施例提供的扭紧考试界面图；

图18为本实用新型实施例提供的扭紧比赛界面图；

图19为本实用新型实施例提供的扭紧监视界面图；

图20为本实用新型实施例提供的扭紧资料库界面图。

图标：10-扭矩试验台；11-上位机；12-显示器；13-摄像头；100-训练台架；101-螺栓固定机构；102-扭矩传感单元；103-主控制器；104-声光提示装置；105-串口通信模块；106-电源模块；102a-扭矩传感器；103a-单片机芯片；104a-蜂鸣器；104b-指示灯；106a-电源接口；106b-蓄电池充电器；106c-蓄电池；106d-DC逆变器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

考虑到现有的扭矩训练方式效果较差的问题，本实用新型提供了一种扭矩试验台和扭矩试验系统，该技术可以应用于高职高专院校汽车专业学生进行扭矩的学习训练，以及主机厂的扭矩试验室中。为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种扭矩试验台和扭矩试验系统进行详细介绍。

参见图1所示的一种扭矩试验台的结构示意图和图2所示的一种扭矩试验台的外观示意图；该扭矩试验台包括：训练台架100、螺栓固定机构101、扭矩传感单元102、主控制器103和声光提示装置104；

该螺栓固定机构101设置在所述训练台架100上；扭矩传感单元102分别与螺栓固定机构101和主控制器103连接；主控制器103还与声光提示装置104连接；

用户通过螺栓固定机构101进行扭矩试验；扭矩传感单元102用于采集扭矩试验数据；主控制器103用于接收扭矩试验数据，向声光提示装置104输出提示信号；声光提示装置104用于接收所述提示信号，发出声光提示。

例如，用户在进行扭矩试验时，通过将扳手套在螺栓上进行训练，模拟汽车修理人员工作场景。上述声光提示装置可以通过不同的颜色指示灯或者不同规律的声音信号提示用户扭矩的松紧程度；例如，黄灯表示扭矩值过小，绿灯表示扭矩值适中，红灯标识扭矩值过高。该声光提示装置可以在用户进行扭矩试验时实时提示用户，以使用户在试验中更好的体验不同螺栓的紧固力矩。

本实用新型提供了一种扭矩试验台，该扭矩试验台包括训练台架、螺栓固定机构、扭矩传感单元、主控制器和声光提示装置；螺栓固定机构设置在训练台架上；扭矩传感单元分别与螺栓固定机构和主控制器连接；主控制器还与声光提示装置连接；用户通过螺栓固定机构进行扭矩试验；扭矩传感单元用于采集扭矩试验数据；主控制器用于接收扭矩试验数据，向声光提示装置输出提示信号；声光提示装置用于接收提示信号，发出声光提示。本实用新型中，扭矩传感器可实时采集用户进行扭矩试验操作时产生的扭矩信号，以便获取扭矩信息，提升扭矩训练效果。

参见图3所示的另一种扭矩试验台的结构示意图；该扭矩试验台是在图1的基础上实现的；进一步地，该扭矩试验台的扭矩传感单元102包括扭矩传感器102a，扭矩传感器102a设置在螺栓固定机构101上，扭矩传感器102a用于将用户进行扭矩试验时产生的压力信号转换为电压信号，图4所示为上述扭矩传感单元的电路图。

上述声光提示装置104包括蜂鸣器104a和指示灯104b，蜂鸣器104a和指示灯104b分别与主控制器103连接，用于对用户发出声光报警提示；该蜂鸣器可以发出不同频率的声音信号，用于提示用户；该指示灯可以用于发出不同颜色、或不同闪烁频率的光信号，图5为上述声光提示装置的电路图。

例如，用户对扭矩试验台进行操作会接收到不同的声光提示，如用户训练达标且完成效果良好时，会有绿灯提示；用户训练达标但完成效果较差时，会有黄灯提示，并伴有蜂鸣警报1响；用户不达标时，会有红灯提示，并伴有蜂鸣警报3响。例如，如果用户设置了10次的扭力矩训练，用户8次及以上达到扭力矩训练标准视为用户训练达标且完成效果良好，会有绿灯提示；如果用户达到扭力矩训练的标准次数为6-8之间视为用户训练达标但完成效果较差，会有黄灯提示并伴随蜂鸣警报1响；如果用户没有达到扭力距的训练标准或完成次数低于6次视为用户不达标，会有红灯提示，并伴随蜂鸣警报3响。

上述扭矩试验台还包括串口通信模块105，该串口通信模块105分别与主控制器103和上位机11连接；该串口通信模块可以为RS232串口模块，图6为RS232串口模块的电路图；图7所示为上位机通过RS232串口模块与主控制器进行通信时的数据通信协议示意图。

上述串口通信模块可以采用MAX3232芯片实现，MAX3232采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。

上述扭矩试验台还包括电源模块106，如图8所示，该电源模块包括依次连接的电源接口106a、蓄电池充电器106b、蓄电池106c和DC(直流转交流)逆变器106d，电源模块106用于提供交流电源或直流电源。该电源模块不仅可以为上述扭矩试验台提供220v的交流电压，也可为其提供12v的直流电压，内部具有蓄电池及蓄电池充电器，可在断电情况下，保证扭矩试验台的正常运行。

上述主控制器103包括单片机芯片103a，图9所示为单片机芯片的系统架构图。该主控制器还可以通过FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)等芯片来实现。上述单片机芯片可以为飞思卡尔公司的8位单片机MC9S08DZ60，该芯片可适应3V-5V电压。

对应于上述扭矩试验台实施例，参见图10所示的一种扭矩试验系统的结构示意图；该系统包括上述的扭矩试验台10，还包括上位机11；上位机11用于接收扭矩试验台的主控制器发送的扭矩试验数据。

图11所示为另一种扭矩试验系统的结构示意图；上述系统还包括显示器12；该显示器12与上位机11连接；如图2所示，该显示器12设置在训练台架100上；显示器12用于显示所述扭矩试验数据；

上述系统还包括摄像头13；该摄像头13与扭矩试验台的主控制器连接；摄像头13设置在训练台架上；摄像头用于采集所述用户进行扭矩试验时，螺丝状态的图像数据；该摄像头采集到的图像数据，可以通过主控制器传输至上位机，并显示在显示器上。该显示器12用于显示图像数据；该显示器12可以为触摸显示屏。该触摸显示屏可以通过手指触控实现界面的变换，也可通过触控笔进行操作；该显示器也可以为普通LED显示屏，通过鼠标控制操作。

图12所示为另一种扭矩试验系统中，电子电气部分的结构示意图；主要包括上位机系统(相当于上述上位机)和下位机系统(相当于上述主控制器)；下位机系统负责采集扭矩传感器输出的扭矩电压值，将其转换为扭矩值，并通过指定的数据传输协议，传输给上位机系统；下位机系统还可以接收上位机的指令，并通过指示灯和蜂鸣器进行声光提示。上位机接收到扭矩值之后，根据训练者选择的训练模式，通过显示屏系统(相当于上述显示器)显示扭矩曲线，对训练结果进行提示，并对训练过程中的扭矩数据进行保存和统计。

图13所示为另一种扭矩试验系统的结构示意图；该系统包括控制系统和电源系统；电源系统可以输出220V的交流电，也可以输出12V的直流电，从而为电源系统的各个部件进行供电；控制系统中，扭矩传感器输出的模拟信号经模数转换模块转换为数字信号，输入至扭矩试验台的主控制器，主控制器通过设置的I/O接口，控制声光提示装置发出声光提示；主控制器通过RS232模块与上位机主机连接，上位机主机通过VGA(Video Graphics Array,视频图形阵列)接口与显示器连接。

上位机内安装有与上述扭矩实验台匹配的操作软件，该上位机可以采用安装有Windows系统的主机，该上位机可以通过串口通信模块与下位机进行数据通讯，

该软件的使用流程如图14所示，用户可以通过上位机选择不同的训练模式，在实际实现时，用户可以通过触摸显示屏操作确认训练模式，结合下位机上传扭矩数据进行图形显示。具体操作步骤描述如下：

软件启动后，首先进行上电初始化，初始化后会启动开机动画，进入主界面，选择练习模式；系统会提示是否切换工作模式，如果选择否，则继续为练习模式；如果选择是，会出现扭紧练习、扭紧考试、比赛模式、扭断监视模式、扭矩知识库五种模式，如图15所示。

如果用户进入扭紧练习模式，首先要设置目标扭矩值，在螺丝固定结构安装相应的螺丝之后，扳动扭矩扳手，采集训练扭矩值，界面会实时显示当前训练者的输出扭矩值，经过一段时间的扭矩训练，可以让训练者掌握比较准确的扭矩感，当训练值达到设定扭矩值，灯光提示，界面文字图画显示，如图16所示。

如果用户进入扭紧考试模式，首先设置目标扭矩值，在螺丝固定结构安装相应的螺丝之后，训练者根据扭矩训练的情况扳动扭矩扳手，使输出扭矩值接近或者达到目标扭矩。该模块的目的是对前一段练习的检测，分别操作三次扭矩扳手，使输出扭矩值最接近设定训练值，三次考试中取与目标值差值最小的值做为考试成绩，如图17所示。

如果用户进入比赛模式，通过两个训练者的操作，首先采集第一次最大的扭矩值，然后采集第二次最大的扭矩值，通过对比两次数据检测出训练者所能输出的最大扭矩值，此模块增加该训练系统的趣味性，如图18所示。

如果进入扭断监视模式，通过采集不同型号螺丝扭断过程中的最大扭矩值，通过摄像探头实时显示螺丝在扭紧过程中的状态，显示输出扭断螺丝的最大扭矩值和扭断视频，以便训练者观察，如图19所示。

如果用户进入扭矩知识库模块，可以根据菜单显示扭矩相关知识，此模块将扭矩专业知识添加到系统中，方便训练者了解扭矩的基本原理和相关参数，提高训练者的专业技能，如图20所示。

上述操作完成后，就会跳转回主界面的选择练习模式，可以进行工作模式的切换。一方面通过不同模式的扭矩练习，让训练者对扭矩有清晰的认识和理解，提高专业素质和技能；另一方面提供一种训练评价标准，通过对训练者的数据分析，对训练者的训练水平进行客观的评价。

上述扭矩试验台和扭矩试验系统，该系统可以设置训练模式，通过上位机显示界面选择练习模式，如扭紧练习模式、扭紧考试模式、扭力比赛模式、扭断监视模式和螺栓扭矩知识库模式。通过不同模式的扭矩练习，让在校生对扭矩有清晰的认识和理解，提高专业素质和技能。本实用新型的第二个目的是提供一种训练评价标准，通过对训练者的数据分析，对训练者的训练水平进行客观的评价。

上述扭矩试验台和扭矩试验系统，采用汽车行业常见用的扭矩扳手，通过扭矩传感器和触摸显示屏，实现学生实际操作扭矩与设置扭矩的对比显示，训练学生对扭矩的真实手感。给高职高专院校汽车专业的在校生提供了一种训练平台，可以在短时间的训练之后，让学生对扭矩的认识有一个全面的认识和了解，并能提高学生的专业知识，特别是提高学生对汽车上不同零部件所用螺栓型号类型和紧固螺栓所施加的扭力的知识的掌握。在今后工作中在没有电子扭矩扳手的情况下也可以对汽车上的螺栓进行科学正确的安装，提升在校生的专业素质和技能，使学生的职业能力的全面培养得以实现，使学生毕业后能够迅速与职业岗位对接。

本实用新型实施例提供的扭矩试验系统，与上述实施例提供的扭矩试验台具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本实用新型实施例所提供的扭矩试验台和扭矩试验系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，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以权利要求的保护范围为准。