电子扭矩扳手的棘轮效应装置的制作方法

专利名称：电子扭矩扳手的棘轮效应装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及扭矩应用及测量装置。更具体地，本发明涉及一种棘轮效应电子扭矩扳手。
背景技术：
通常，将用于装配关键性能元件的紧固件拧紧到某给定的扭矩水平，以在紧固件中引入“预应力”。由于扭矩施加在紧固件的头部，在超出所施加的扭矩的一定水平时紧固件可能开始伸展。这种伸展在紧固件中产生了将元件固定保持在一起的预应力 (pretension)。此外，在已经施加了期望的扭矩水平之后，通常有必要以给定的角度进一步旋转紧固件。拧紧这些紧固件的一种普遍的做法是使用扭矩扳手。扭矩扳手有机械式或电子式的。机械扭矩扳手通常要比电子式的便宜。机械扭矩扳手有两种普通类型，横梁式(beam)和定值式(clicker，咔嗒)。在横梁式扭矩扳手中，响应于所施加的扭矩，某横梁相对于不偏转横梁将产生弯曲。该弯曲的横梁相对于不偏转横梁的偏转量就代表了施加在紧固件上的扭矩量。定值式扭矩扳手具有可选预紧力的弹回机构，其带有在给定的扭矩值下释放从而产生咔嗒声的弹簧。电子扭矩扳手(ETWs)比机械式扭矩扳手呈现越来越贵的趋势。当使用电子扭矩扳手向紧固件施加扭矩的时候，在电子扭矩扳手的显示装置上示出的扭矩读数与因施加了扭矩而在紧固件中产生的预应力有关。除了测量初始施加到紧固件上的扭矩量之外，某些 ETffs也能测量扳手的角度旋转，并因此得到紧固件的角度旋转。然而，紧固件通常这样定位以导致以单一连续的动作使用扭矩扳手既不可施加扭矩也不可施加期望的额外角度旋转。 在这种情况下，可使用具有棘轮效应特征的电子扭矩扳手。在棘轮效应的实施期间具有角度测量能力的电子扭矩扳手，可在使用者开始旋转 ETW的那一刻就开始测量并且累加ETW的角度旋转。瞬间开始的角度测量可导致产生误差， 因为扳手的棘轮效应机构中存在的“游隙(Play) ”将导致ETW在紧固件实际的旋转之前进行些微的旋转。当角度旋转不能在ETW的一个旋转运动中完成时这些误差还会增加。例如， 试想如果额定扭矩为100英尺-磅的这种ETW用于将紧固件旋转90°，其中紧固件的位置限制了 ETW只能进行30°的旋转，并且角度旋转的累加在ETW刚开始旋转时就立刻进行。 如图IA的曲线图中所示，继达到预先施加的目标扭矩之后，在本例中是10英尺-磅，当对紧固件施加第一个30°的旋转时，从0英尺-磅扭矩开始到施加给紧固件的最大扭矩例如 20英尺-磅，测量出第一圈期间ETW的角度旋转。在第一圈期间ETW的测量出的角度旋转在曲线图中以整个实线段表示，由102和103段示出。因为紧固件仅仅在ETW超出预先施加的10英尺-磅扭矩之后才开始旋转，所以应当仅针对实线段102测量和累加角度旋转， 而针对实线段103测量的任何角度旋转仅仅是由棘轮效应机构中的“游隙”，ETW本体的偏转等造成的。在第二圈期间，ETW转过另一个30°，达到新的最大扭矩值50英尺-磅。正如在第一圈中一样，角度旋转测量在ETW刚旋转时就立刻开始。然而，实际上紧固件直到ETW达到了前一圈施加的最大扭矩20英尺-磅时才开始旋转。同样的，在0英尺-磅到20英尺-磅之间可能发生的任何ETW单元的偏转或者棘轮效应机构的游隙，被错误地加到累加后的角度旋转值上，由曲线图的105段示出，然而角度旋转应当仅在20英尺-磅到50英尺-磅之间进行累加，由曲线图的104段示出。类似地，对于第三圈，在0英尺-磅到前一圈的最大施加扭矩的50英尺-磅之间发生的任何ETW单元的偏转或者棘轮效应机构的游隙，被错误地加到累加后的角度旋转值上，由曲线图的107段示出，然而角度旋转应当仅在50英尺-磅到100英尺-磅之间进行累加，由曲线图的106段示出。类似的误差还将发生在接下来的每个棘轮效应圈中。为了帮助防止由ETW的棘轮效应机构中的游隙，ETW本体的偏转等引起的误差，一些ETW在扭矩扳手额定功率的某个固定百分比，例如5%处开始测量并且累加角度旋转。然而，期望的角度旋转不能在ETW的一个旋转运动中完成时，使用这样的固定百分比开始角度的测量同样也会导致误差。例如，试想如果额定扭矩为100英尺-磅的这种ETW可用于将紧固件旋转90°角度，其中紧固件的位置限制了 ETW只能进行30°的旋转，并且紧固件角度旋转的累加在ETW施加了 5英尺-磅扭矩(即，其额定功率的5% )后才开始。如图IB 的曲线图中所示，继达到预先施加的目标扭矩之后，在本例中是10英尺-磅，当ETW旋转了第一个30°时，从5英尺-磅扭矩开始到施加的最大扭矩例如20英尺-磅，ETW测量出第一圈期间的角度旋转。第一圈期间紧固件的角度旋转由曲线图中的实线段表示，由112示出。与图IA中示例不同，用于测量并且累加角度旋转的5英尺-磅阈值，能帮助防止在第一棘轮效应圈期间角度累加的一些误差，更具体的是那些发生在0英尺-磅与5英尺-磅之间的误差。然而，尽管实际上紧固件直到ETW达到预先施加的目标扭矩10英尺-磅后才开始旋转，ETff在5英尺-磅阈值时就开始测量角度旋转。同样的，ETff错误地累加了发生在预先施加的10英尺-磅扭矩与5英尺-磅阈值之间的任何偏转，如曲线图中113段所示。在第二圈中，ETW旋转经过另一个30°，在50英尺-磅达到新的最大扭矩值。与在第一圈中一样，ETW在施加扭矩的5英尺-磅开始测量角度旋转。然而，实际上紧固件直到 ETW达到前一圈的最大施加扭矩20英尺-磅时才开始旋转。同样的，ETW错误地累加了发生在5英尺-磅与20英尺-磅的施加扭矩之间的任何偏转，如曲线图的115段所示，然而角度旋转应当仅在20英尺-磅与50英尺-磅之间进行累加，如114段所示。类似地，对于第三圈，ETW错误地累加了发生在5英尺-磅施加扭矩与前一圈最大施加扭矩50英尺-磅之间的任何偏转，如曲线图的117段所示，然而角度旋转应当仅在50英尺-磅与100英尺-磅之间进行累加，如116段所示。类似的误差还将发生在接下来的每个棘轮效应圈中。本发明指出并论述了上述某些或全部意见，及现有技术中的其它构造和方法。

发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于啮合工件的电子扭矩扳手，包括扳手本体，位于扳手本体上的扳手头部，所述扳手头部配置成用于啮合所述工件，可操作地与扳手头部耦合并产生第一输出信号的第一传感器，所述第一输出信号与扭矩扳手施加给工件的扭矩量成比例，位于扳手本体且与扳手头部相对的把手，可操作地与扳手本体耦合并产生第二输出信号的第二传感器，所述第二输出信号与扭矩扳手施加给工件的旋转量成比例，扳手本体上带有的用户界面，所述用户界面包括带有第一读出器的数字显示器及用于输入预定扭矩值的输入装置，以及处理器，用于将第一输出信号转换成施加给工件的当前扭矩值，比较当前扭矩值和预定的扭矩值，并且在当前扭矩值超出预定扭矩值之后将第二输出信号转换成工件已旋转经过的第一角度值。本发明的另一实施例提供了一种用于啮合工件的电子扭矩扳手，包括扳手本体， 位于扳手本体上的扳手头部，所述扳手头部配置成用于啮合所述工件，使得扭矩可通过利用扭矩扳手的多个旋转圈施加给所述工件的棘轮效应机构，可操作地与扳手头部耦合并产生第一输出信号的应变计组件，所述第一输出信号与扭矩扳手施加给工件的扭矩量成比例，位于扳手本体上且与扳手头部相对的把手，可操作地与扳手本体耦合并产生第二输出信号的陀螺传感器，所述第二输出信号与扭矩扳手施加给工件的旋转量成比例，扳手本体上带有的用户界面，所述用户界面包括用于输入预定扭矩值的输入装置，以及处理器，用于将第一输出信号转换成施加给工件的当前扭矩值，比较当前扭矩值和预定的扭矩值，并且在当前扭矩值超出预定扭矩值之后将第二输出信号转换成工件已旋转经过的第一角度值。附图包含在本说明书中并作为说明书的一部分，与文字描述一起揭示了本发明的一个或多个实施例，用来解释本发明的原理。


对于本领域普通技术人员来说，说明书中提出了包括最佳实施例的本发明完整且能授权的公开内容，参考到了以下的附图，其中图IA及图IB是使用现有技术中棘轮效应电子扭矩扳手方法的紧固件角度旋转累加的曲线图；图2是根据本发明的电子扭矩扳手最佳实施例的透视图；图3是如图2所示的电子扭矩扳手的分解透视图；图4是如图2所示的电子扭矩扳手的电子设备表示的方框图；图5是如图2所示的电子扭矩扳手的电子设备表示的方框图；图6是如图2所示的电子扭矩扳手校准公式表示的曲线图；图7是如图2所示的电子扭矩扳手的电子设备表示的方框图；图8A和图8B是如图2所示的电子扭矩扳手测量扳手的累加角度旋转所使用的算法流程图；图9A、图9B以及图9C是与图2所示的电子扭矩扳手一起使用的显示装置的示意图；图IOA和图IOB是如图9A、图9B以及图9C所示的显示装置的显示算法流程图；图11是如图2所示的电子扭矩扳手的电路方框图；以及图12A和图12B是使用如图2所示的棘轮效应电子扭矩扳手的紧固件角度旋转累加的曲线图。在说明书和附图中重复使用的参考标记用于表示根据公开内容的本发明的相同或类似的技术特征或元素。
具体实施例方式现在将详细地参考本发明当前的最佳实施例，在附图中对其一个或多个示例进行解释。每个示例都以对发明解释说明的方式给出，并不是对其的限制。实际上，对于本领域技术人员来说在不脱离本发明公开的范围和原理的条件下对发明进行修改和变化是显而易见的。例如，已经作过解释或描述为某实施例一部分的技术特征也可应用于另一个实施例，以产生不同于前两者的另外的实施例。因而，本发明以从属权利要求和同等变形的方式也覆盖了这样修改和变化。参照图2和图3，根据本发明的实施例，棘轮效应电子扭矩扳手10具有扭矩及角度测量传感器以及显示装置。电子扭矩扳手10包括扳手本体12、棘轮/扳手头部14、把手 16、外壳18、电池组件19、以及带有用户界面22的电子单元20。优选地，扳手本体12为管状构造，由钢或其它刚性材料制造，并且在其第一端与扳手头部14连接，在第二端与电池组件19连接并以端盖17固定其中。外壳18安装于其间并且具有电子单元20。如图所示，扳手头部14的前端26包括带有控制杆28的棘轮效应耦合件，其允许使用者选择以顺时针(CW)或是逆时针(CCW)方向将扭矩施加在紧固件上。棘轮效应机构包括用于容纳各种尺寸的插槽、延伸口等的凸台(boss)30。扳手头部14的后端32滑动容纳在扳手本体12中，并在其中刚性固定。扳手头部14包括至少一个垂直扁平部分34，其形成在前端26与后端32之间，用来容纳应变计组件33。扁平部分34既垂直于扭矩扳手10的旋转平面，又与扳手头部14的纵向中心轴平行。在示出的实施例中，应变计组件33是全桥组件，包括位于与扳手头部14的扁平部分34固定连接的单一膜片上的四个分立的应变片。 该全桥应变计组件的一个实例是型号N2A-S1449-1KB，由美国宾西法尼亚州Malvern市的 Vishay Micromeasurement公司制造。安装在扳手头部14的扁平部分34的全桥应变计组件被称为应变张量。另外，陀螺传感器35安装在电子扭矩扳手10的印刷电路板37上。陀螺传感器35优选是微电子机械(MEMS)陀螺传感器，例如型号XV3500，由日本东京的EPSON 公司制造。然而，也可以使用其它能够进行应变与角度测量的传感器。外壳18包括底部36，其可滑动的容纳在扳手本体14中，并限定与带有电子单元 20的顶部40连接的孔38。电子单元20提供了用于对电子扭矩扳手进行操作的用户界面 22。电子单元20包括含数字显示器44的印刷电路板42，以及安装其上的报警器46。顶部外壳40限定出容纳用户界面22的孔。用户界面22包括电源按钮50、单元选择按钮52、增 /减按钮54a和54b、以及三个发光二极管(LEDs) 56a、56b和56c。发光二极管56a、56b和 56c受激发后分别显示绿色、黄色和红色。图4示出了优选实施例的电子设备表示方框图，示出了各种输入和输出。当电子扭矩扳手10用于施加和测量扭矩时，应变张量的应变计感应施加在紧固件上的扭矩，并且向应变计信号调节单元62发送电压与感应到的扭矩成比例变化的电信号60，所述应变计信号调节单元62放大所述信号并对其进行噪声过滤。如下文中关于图5的更详细的论述那样，之后将经放大和调节后的模拟电信号64反馈至处理器，在该情况下，微控制器66在期望的单元将电信号64转换成等效扭矩值并对任何信号偏移进行调节。通过对可能在扭矩实际施加到紧固件之前就已存在的所有读数进行信号补偿，来调节所述信号的偏移将增加扳手的精确度。微控制器66 (其可包括单片机或一些离散数字和/或模拟装置)将与当前扭矩值以及峰值扭矩相关的电信号69通过LCD驱动电路68发送到数字显示器44，优选是液晶显示(LCD)单元。优选地，数字显示器44在施加的扭矩达到预定扭矩值时，以条形图显示器70(图9A)的形式显示当前的扭矩值，并且同时以数值显示器72(图9A)的形式显示峰值扭矩。此外参照图5，微控制器66在期望的单元中将模拟电信号64转换成等效扭矩值。 在接收到模拟电信号64后，微控制器66利用模数转换器将模拟电信号64转换成数字数据点。同时，微控制器66针对任何信号偏移对电信号64进行调节。当电子扭矩扳手10电源打开的时候，即使电子扭矩扳手10没有施加扭矩，应变计组件33也将产生电信号60。例如温度，应变张量的没有预期的变形等的各种情况在扭矩扳手电源打开时都能造成产生无负载电信号，因而在后续的扭矩测量中引入误差。就该点而言，微控制器66确定了当扭矩扳手电源打开时的无负载电信号64的值，并且从所有在扭矩操作期间(直到下一个电源打开事件)从应变计组件33接收到的后续的电信号64中减去该值。微控制器66能够在通过模数转换器转换成多个数字数据点之前或之后，对接收到的电信号64进行调节。由于电子扭矩扳手10的使用情况都不相同，微控制器66在电子扭矩扳手每一次电源打开的时候对无负载电信号的大小进行确定，并将该值施加到发生在关闭电子扭矩扳手电源之前的一连串扭矩操作中去。在一个实施例中，如下文中关于图6的更详细的论述那样，微控制器66使用滑动窗口数字滤波算法将数字数据点转换成多个等效数字值，之后使用其确定电子扭矩扳手施加的当前扭矩量。在本例中，微控制器66每秒采样一千个数字数据点，并且使用10毫秒的滑动采样窗口。在电子扭矩扳手施加扭矩的时候，微控制器66将前十个数字数据点求取平均，每一毫秒取一个，从而在时间t = 0. 01秒时产生第一等效数字值，其中t = 0. 0秒标志着扭矩操作的开始。在时间t = 0. 011秒时，微控制器66对在时间t = 0. 002到t = 0. 011 秒之间的数字数据点求取平均，从而产生第二等效数字值。在时间t = 0. 012秒时，微控制器66对在时间t = 0. 003到t = 0. 012秒之间的数字数据点求取平均，从而产生第三等效数字值。这样持续下去直到电子扭矩扳手停止施加扭矩，每一毫秒都将提供一个等效数字值。简言之，数字滤波算法提供了移动平均，其中每次在采样窗口中接收新的数字数据点时丢弃最原始的数字数据点。如下文中关于图6论述的那样，微控制器66使用这些等效数字值及校准公式确定由电子扭矩扳手施加的当前等效扭矩值。图6是用于将从应变计组件来的等效数字值转换为等效扭矩值的微控制器66使用的校准公式曲线图。优选地，在装配后，对每个电子扭矩扳手10都进行校准以导出其校准公式。电子扭矩扳手在沿着扭矩扳手的额定扭矩范围的不同点处施加三个已知的扭矩值，这些点是本实施例中在操作范围最大扭矩的30%，70%和100%。例如，对于额定扭矩操作为从5. 0到100. 0英尺-磅的扭矩扳手来说，电子扭矩扳手施加了 30. 0,70. 0以及 100. 0英尺-磅的扭矩并测量出在每个扭矩处由应变计产生的等效数字值。三个数据点提供了三个不同的曲线段(202、204和206)，其中的斜率(m)以及y轴截距(b)可以使用方程式y = m(x)+b求出。曲线段202、204以及206的该公式存储在存储器中，并基于接收到的等效数字值由微控制器66用来确定等效扭矩值。使用多个曲线段允许微控制器66对可能出现在穿过某些应变计组件操作范围的非线性进行补偿。供替换的实施例可具有不同数量也包括只有一个的曲线段。
对于那些可接受较低精确度的示例，单个电子扭矩扳手的校准公式能用于使用相同型号应变计组件即具有相同设计的每一个扭矩扳手中。这样就无需对每一单个的扭矩扳手进行校准。另外，供替换的实施例在确定了不需要为应变计组件潜在的非线性操作而进行补偿的时候可包括只有一个的曲线段。典型地，应变计组件被配置为使得当组件处于张力时产生正(+)电压信号，当组件处于压缩时产生负(_)电压信号。如图3所示，应变计组件33安装在扳手头部14的扁平部分34，使其当电子扭矩扳手10以顺时针(CW)方向施加扭矩时经历压缩过程，从而产生负电压信号。相反如将预料的是，当电子扭矩扳手10以逆时针(CCW)方向施加扭矩时应变计组件33产生正电压信号，因为应变计组件经历了张力过程。本实施例扭矩扳手中包含的软件允许微控制器66在确定当前施加扭矩值时既使用正电信号也使用负电信号。应变计组件33同样能安装在扳手头部14与扁平部分34相对的某扁平部分(未示出)上，其中当扭矩顺时针(CW)施加时由应变计组件33产生的电压信号是正的，当扭矩逆时针(CCW)施加时其为负。基于应变计组件在扳手头部所处的位置，软件类似地也可对接收到信号的类型做出解释说明。继续参照图4，当使用者对扳手施加扭矩从而对紧固件施加扭矩时，一旦紧固件上施加了预定的扭矩值，电子扭矩扳手将从第一模式或扭矩模式过渡到第二模式或角度模式。作为模式变换的一部分，微控制器66将向数字显示器44发送一电信号，如图9C所示， 致使其以数值方式显示紧固件当前累加角度值。本实施例中，使用者按压单元按钮52，以用于将操作模式从扭矩模式改变到角度模式，并将数字显示器44从显示扭矩值转换为显示角度值。在可替换的实施例中，微控制器66决定电子扭矩扳手何时施加预定扭矩值，并产生自动将电子扭矩扳手10从扭矩模式转换为角度模式的电信号。当电子扭矩扳手10用于测量角度旋转时，陀螺传感器35感应电子扭矩扳手的旋转并向陀螺信号调节单元63发送电压变化与旋转速率成比例的电信号61，所述陀螺信号调节单元63放大所述信号并从信号中滤除噪音。陀螺仪信号调节单元63向微控制器66 输出经放大且调节过的模拟电信号65，所述微控制器将电信号65转换成以度数表示的等效角度值并对任何信号偏移进行调节。通过对在扳手实际旋转之前就可能存在的所有读数进行信号补偿来调节所述信号的偏移将增加扳手的精确度。微控制器66通过LCD驱动电路68将包括当前累加角度值的电信号69发送给数字显示器44。优选地，如图9C所示，数字显示器44在扳手的旋转达到预定目标累加角度值时，同时以条形图显示器70 (图9C)及数值显示器72(图9C)的形式显示当前累加角度值。此外参照图7和图8，微控制器66将模拟电信号65转换成以度数为单位的等效角度值。在接收到模拟电信号65后，微控制器66利用模数转换器将模拟电信号65转换成数字数据点。同时，微控制器66针对任何信号偏移对电信号65进行调节。当电子扭矩扳手 10电源打开的时候，即使电子扭矩扳手10没有旋转陀螺传感器35也将产生电信号61。就该点而言，微控制器66确定当扭矩扳手电源打开时的无负载电信号65的值、并从在扭矩操作期间从陀螺传感器35接收到的所有后续的电信号65中减去该值。微控制器66能在使用模数转换器转换到多个数字数据点之前或之后调节接收到的电信号65。由于电子扭矩扳手10的使用情况都不同，微控制器66在电子扭矩扳手每一次电源打开的时候都对无负载电信号65的大小进行确定并将该值施加到在关闭电子扭矩扳手10电源之前发生的一连串扭矩操作中去。注意到，在扭矩操作期间由微控制器66施加的偏移信号取决于电子扭矩扳手10测量的是施加的扭矩值还是累加角度值。更具体地，当电子扭矩扳手测量的是施加的扭矩值时，偏移信号的值由应变计组件33的无负载条件导出，以及当电子扭矩扳手10测量的是累加角度值时，偏移信号的值由陀螺传感器35的无负载条件导出。与之前描述过的相类似，在一实施例中，微控制器66使用滑动窗口数字滤波算法将从模数转换器得到的数字数据点转换成多个等效数字值，之后使用其确定电子扭矩扳手 10施加的累加角度旋转，如下文中更加详细的论述的那样。在本例中，微控制器66每秒采样一千个数字数据点，并使用10毫秒的滑动采样窗口。当电子扭矩扳手旋转的时候，微控制器66对前十个数字数据点求取平均，每一毫秒取一个，从而在时间t = 0. 01秒产生第一等效数字值，其中t = 0. 0秒标志着扭矩扳手旋转的开始。在时间t = 0. 011秒时，微控制器66对在时间t = 0. 002到t = 0. 011秒之间的数字数据点求取平均，从而产生第二等效数字值。在时间t = 0. 012秒时，微控制器66对在时间t = 0. 003秒到t = 0. 012秒之间的数字数据点求取平均，从而产生第三等效数字值。这样持续下去直到电子扭矩扳手10停止旋转，每一毫秒都将提供一个等效数字值。如下文中关于图8论述的那样，微控制器66 使用这些等效数字值及数值积分方法确定由电子扭矩扳手10施加的累加角度值。图8A和图8B是电子扭矩扳手10确定累加角度值使用的算法流程图。更具体地， 图8A是微控制器66的主程序流程图，以及图8B是中断例程服务程序的流程图，其提供上述讨论的关于数字滤波算法的等效数字值的平均值。如之前论述的那样，如所示，当电子扭矩扳手10电源打开时电子配置初始化，并且微控制器66确定陀螺传感器35的偏移信号。 电子扭矩扳手10在扭矩模式时的操作之前已经讨论过，这里为了表述简单不再赘述。在手动或自动的进入角度模式后，微控制器66在扭矩扳手没有关闭电源期间一直执行无限的循环运算。在进入循环之后，微控制器66对与前述讨论的数字滤波算法相关的时间序列进行初始化。在本实施例中，时间序列包括10毫秒的窗口，对数字滤波算法提供的等效数字值基于该窗口求取平均，使得每10毫秒而不是每一毫秒提供一平均等效数字值用于数值积分。例如，提供第一到第十等效数字值的第一平均等效数字值，而不是10个单独的值来用于数值积分。同样地，提供的下一个值就是从第十一到第二十等效数字值的第二平均等效数字值。在每个10毫秒窗口的最后，时间序列中断主程序并提供平均等效数字值，之后微控制器66通过检索储存在闪存中相关的校准常数，使用该平均等效数字值来计算基于 10毫秒窗口的电子扭矩扳手10的角速度。如下文所述，每个校准常数对应于在扭矩扳手的校准期间已提前确定的一个角速度值。微控制器66使用在每一个10毫秒周期中确定的平均角速度值进行数值积分，以确定电子扭矩扳手旋转经过的累加角度值，随后也同样的确定出紧固件旋转经过的累加角度值。微控制器66将包括当前累加角度值的电信号发送给数字显示器。在本实施例的扭矩扳手中，微控制器66根据以下等式进行数值积分
权利要求
1.一种用于啮合工件的电子扭矩扳手，包括；扳手本体；位于扳手本体的扳手头部，所述扳手头部配置为啮合所述工件；可操作地与扳手头部耦合并产生第一输出信号的第一传感器，所述第一输出信号与扭矩扳手施加到工件上的扭矩量成比例；可操作地与扳手本体耦合并产生第二输出信号的第二传感器，所述第二输出信号与扭矩扳手施加到工件上的旋转量成比例；扳手本体上带有的用户界面，所述用户界面包括带有第一读出器的数字显示器及用于输入预定扭矩值的输入装置；以及处理器，用于将第一输出信号转换成施加给工件的当前扭矩值，比较当前扭矩值和工件已经受的施加的峰值扭矩值，并在当前扭矩值超出之前施加的峰值扭矩值之后将第二输出信号转换成工件已旋转经过的第一角度值。
2.如权利要求1所述的电子扭矩扳手，进一步包括棘轮效应机构，以便能使用电子扭矩扳手的多个旋转圈将扭矩施加给工件，无需与工件脱离。
3.如权利要求2所述的电子扭矩扳手，其中处理器在第一旋转圈期间确定施加的峰值扭矩值，在第二旋转圈期间将第一输出信号转换成施加给工件的当前扭矩值，将第二旋转圈的当前扭矩值与第一旋转圈的施加的峰值扭矩值进行比较，并在第二旋转圈的当前扭矩值超出第一旋转圈的施加的峰值扭矩值之后，将第二旋转圈的第二输出信号转换成工件已旋转经过的第二角度值。
4.如权利要求3所述的电子扭矩扳手，其中处理器将第一角度值和第二角度值相加以确定累加角度值。
5.如权利要求1所述的电子扭矩扳手，第一传感器进一步包括用于指示施加给工件的扭矩量的应变计组件。
6.如权利要求1所述的电子扭矩扳手，第二传感器进一步包括用于指示施加给工件的角度旋转量的陀螺传感器。
7.如权利要求1所述的电子扭矩扳手，其中用户界面进一步包括第二读出器，其中第一读出器在扭矩模式运期间连续地显示施加的峰值扭矩值，以及第二读出器在扭矩模式运行期间连续地显示所施加的扭矩值。
8.如权利要求7所述的电子扭矩扳手，其中第一读出器是数值显示器，以及第二读出器是用来指示在扭矩模式运行期间相对于预定扭矩值的所施加扭矩值的接近值的条形图显不器。
9.如权利要求1所述的电子扭矩扳手，其中处理器将旋转圈的当前扭矩值与扭矩阈值进行比较，并在当前扭矩值超出扭矩阈值之后将第二输出信号转换成工件已旋转经过的第一角度值。
10.如权利要求9所述的电子扭矩扳手，其中旋转圈进一步包括电子扭矩扳手的第一旋转圈。
11.一种用于啮合工件的电子扭矩扳手，包括；扳手本体；位于扳手本体上的扳手头部，所述扳手头部配置成用于啮合所述工件；棘轮效应机构，使得扭矩可通过使用扭矩扳手的多个旋转圈施加给所述工件； 可操作地与扳手头部耦合并产生第一输出信号的应变计组件，所述第一输出信号与扭矩扳手施加给工件的扭矩量成比例；可操作地与扳手本体耦合并产生第二输出信号的陀螺传感器，所述第二输出信号与扭矩扳手施加给工件的旋转量成比例；扳手本体上带有的用户界面，所述用户界面包括用于输入预定扭矩值的输入装置；以及处理器，用于将第一输出信号转换成施加给工件的当前扭矩值，比较当前扭矩值和预定的扭矩值，并且在当前扭矩值超出预定扭矩值之后将第二输出信号转换成工件已旋转经过的第一角度值。
12.如权利要求11所述的电子扭矩扳手，其中处理器在第一旋转圈期间确定施加的峰值扭矩值，在第二旋转圈期间将第一输出信号转换成施加给工件的当前扭矩值，将第二旋转圈的当前扭矩值与第一旋转圈的施加的峰值扭矩值进行比较，并在第二旋转圈的当前扭矩值超出第一旋转圈的施加的峰值扭矩值之后，将第二旋转圈的第二输出信号转换成工件已旋转经过的第二角度值。
13.如权利要求12所述的电子扭矩扳手，其中处理器将第一角度值和第二角度值相加以确定累加角度值。
14.如权利要求11所述的电子扭矩扳手，其中用户界面进一步包括第一读出器及第二读出器，其中第一读出器在扭矩模式运行期间连续地显示峰值扭矩值，以及第二读出器在扭矩模式运行期间连续地显示所施加的扭矩值。
15.如权利要求14所述的电子扭矩扳手，其中第一读出器是数值显示器，以及第二读出器是用来指示在扭矩模式运行期间相对于预定扭矩值的所施加扭矩值的接近值的条形图显示器。
16.如权利要求14所述的电子扭矩扳手，其中第一读出器在角度模式运行期间连续地显示累加角度值，以及第二读出器指示在角度模式运行期间相对于预定累加角度值的累加角度值接近值。
17.一种用于啮合工件的电子扭矩扳手，包括 扳手本体；与扳手本体传动啮合的扳手头部，所述扳手头部配置为啮合所述工件； 可操作地与扳手头部耦合并输出第一信号的第一传感器，所述第一信号与扭矩扳手施加到工件上的扭矩相对应；可操作地与扳手本体耦合并输出第二信号的第二传感器，当扭矩扳手对工件施加所述扭矩时，所述第二信号与扭矩扳手关于工件某轴的旋转相对应；可操作地与扳手本体耦合的用户界面，具有显示器及具有使用者通过其输入预定扭矩值的输入装置；处理器，接收第一信号、第二信号以及预定扭矩值；在第一模式中，将施加给工件的扭矩与预定扭矩进行比较，并驱动用户界面以显示施加给工件的扭矩；以及在第二模式中，确定基于第二信号的旋转角度，并驱动用户界面以显示施加给工件的扭矩及旋转角度。
18.如权利要求17所述的电子扭矩扳手，进一步包括棘轮联轴器，其位于扳手头部并配置成容纳工件，以便所述棘轮联轴器在扳手头部的一个旋转方向中将扭矩从扳手头部传递至工件，但在扳手头部的相反的旋转方向中允许扳手头部和工件之间的相对旋转。
19.如权利要求18所述的电子扭矩扳手，其中处理器在第二模式中监视第二信号，并且当扳手头部在所述的一个旋转方向而不是在相反的旋转方向移动时，基于第二信号将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中， 以及其中处理器在第二模式中监视第一信号，并且在扳手头部改变到相反的旋转方向之前，在所述一个旋转方向上的扳手头部旋转运动期间确定所述扭矩的峰值，以及在所述一个旋转方向上的扳手头部的下一个旋转运动期间，只有当第一信号指示施加给工件的所述扭矩等于或大于峰值扭矩时，才开始将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中。
20.如权利要求19所述的电子扭矩扳手，其中处理器在第二模式中监视第二信号，并且当扳手头部在所述的一个旋转方向而不是在相反的旋转方向移动时，在预定的周期期间基于第二信号将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中，以及其中处理器在第二模式中监视第一信号，并且在扳手头部改变到相反的旋转方向之前，在所述一个旋转方向上的预定周期期间扳手头部每一旋转运动期间确定所述扭矩的峰值，以及在预定周期期间所述一个旋转方向上扳手头部的每个接下来的旋转运动期间，只有当第一信号指示施加给工件的所述扭矩等于或大于在紧接着之前的所述旋转运动期间确定的峰值扭矩时，才开始将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中。
21.如权利要求17所述的电子扭矩扳手，其中第一传感器包括应变计。
22.如权利要求17所述的电子扭矩扳手，其中第二传感器包括陀螺传感器。
23.一种用于啮合工件的电子扭矩扳手，包括 扳手本体；与扳手本体传动啮合的扳手头部，所述扳手头部配置为啮合所述工件； 可操作地与扳手头部耦合并输出第一信号的第一传感器，所述第一信号与扭矩扳手施加到工件上的扭矩相对应；可操作地与扳手本体耦合并输出第二信号的第二传感器，当扭矩扳手对工件施加所述扭矩时，所述第二信号与扭矩扳手关于工件某轴的旋转相对应；可操作地与扳手本体耦合的用户界面，具有显示器及具有使用者通过其输入预定扭矩值的输入装置；以及处理器，接收第一信号、第二信号以及预定扭矩值；以及在第一模式中，将施加给工件的扭矩与预定扭矩值进行比较，并驱动用户界面以显示施加给工件的扭矩，以及在第二模式中，确定基于第二信号的旋转角度，并驱动用户界面以显示旋转角度， 其中处理器在第二模式中监视第二信号，并且当扳手头部在一个旋转方向而不是在相反的旋转方向移动时，基于第二信号将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中，以及其中处理器在第二模式中监视第一信号，并且在扳手头部改变到相反的旋转方向之前，在所述一个旋转方向上的扳手头部旋转运动期间确定所述扭矩的峰值，以及在所述一个旋转方向上的扳手头部的下一个旋转运动的期间，只有当第一信号指示施加给工件的所述扭矩等于或大于峰值扭矩时，才开始将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中。
24.如权利要求23所述的电子扭矩扳手，其中处理器在第二模式中监视第二信号，并且当扳手头部在所述的一个旋转方向而不是在相反的旋转方向移动时，在预定的周期期间基于第二信号将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中，以及其中处理器在第二模式中监视第一信号，并且在扳手头部改变到相反的旋转方向之前，在所述一个旋转方向上的预定周期期间扳手头部每一旋转运动期间确定所述扭矩的峰值，以及在预定周期期间所述一个旋转方向上扳手头部的每个接下来的旋转运动期间，只有当第一信号指示施加给工件的所述扭矩等于或大于在紧接着之前的所述旋转运动中确定的峰值扭矩时，才开始将扳手头部的角度旋转累加到角度的测量中。
全文摘要
一种电子扭矩扳手，包括扳手本体，配置成用于啮合工件的扳手头部，用于产生与施加到工件上的扭矩量成比例的第一输出信号的第一传感器，把手，用于产生与施加到工件上的旋转量成比例的第二输出信号的第二传感器，包含用于输入预定扭矩值的输入装置的用户界面，以及处理器，用于将第一输出信号转换成当前扭矩值，比较当前扭矩值和预定扭矩值，并且在当前扭矩值超出预定扭矩值之后将第二输出信号转换成工件已旋转经过的第一角度值。
文档编号B23B21/00GK102179791SQ201110093698
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月4日 优先权日2010年1月4日
发明者尼丁·贝迪, 穆尼斯瓦马帕·安杰纳帕, 阿沃德·A·加里布, 陈霞 申请人:阿派克斯布兰兹股份有限公司