基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批的制作方法

1.本发明涉及电批技术领域，尤其涉及一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批及其控制方法。


背景技术：

2.智能电批，是一种常用的拧紧工具，主要用于对螺钉实施特定扭矩的高精度拧紧和自由旋松。
3.目前，市场上流行的自动拧紧工具大多为普通电动螺丝刀，其精度很低，无法满足高端市场对高质量装配拧紧的需求，更加无法保证产品的出厂质量和寿命。
4.现有技术中，为了控制电机的输出扭矩，一般是通过电机的输出电流来获取输出的扭矩信息，以此进行控制，但是，这种扭矩信息与实际的拧紧扭矩存在差异，无法保证拧紧精度；并且，市场上的自动电批也只是停留在对目标扭矩的控制这一单一指标上，无法实现对装配过程压力的实时检测，不能保证装配作业质量的一致性、可靠性以及装配压力的可控性。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批及其控制方法，用以解决现有技术中无法保证拧紧精度和作业质量的一致性的缺陷，实现在保证超高拧紧精度的同时，极大提升作业质量的一致性。
6.本发明提供一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，包括：
7.底座；
8.电机；
9.扭矩及压力复合力传感器，所述扭矩及压力复合力传感器的一端固定于所述底座，另一端连接于所述电机；
10.批头结构，所述批头结构包括电批芯轴和批头，所述电批芯轴的一端与所述电机的电机轴同轴连接，另一端与所述批头同轴连接；
11.机身外壳，所述机身外壳罩设于所述电机和扭矩及压力复合力传感器，并与所述底座连接，所述机身外壳上设有传感器航插和电机航插，所述传感器航插连接于扭矩及压力复合力传感器，所述电机航插连接于所述电机。
12.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述底座具有阶梯孔，所述底座的阶梯孔内设有滚珠衬套，所述滚珠衬套的内壁与所述电批芯轴的外壁相连接。
13.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述扭矩及压力复合力传感器包括第一连接部、第二连接部以及连接柱，所述第一连接部和所述第二连接部通过所述连接柱相连接，所述第一连接部与所述底座相连接，所述第二连接部与所述电机靠近电机轴的端面连接。
14.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述连接柱环设于所述电批芯轴的外周，且与所述电批芯轴之间具有间隙，所述连接柱的外壁固定有多个扭力应变片，以检测作业过程的扭力。
15.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述第二连接部背离所述底座的表面固定有多个压力应变片，以检测作业过程中的装配压力。
16.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述批头结构还包括快换结构，所述批头与所述电批芯轴之间通过所述快换结构可拆连接。
17.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述快换结构包括限位卡珠，所述电批芯轴远离所述电机的端部具有批头安装内孔，所述批头安装内孔的侧壁设有可活动的限位卡珠，所述批头的一端具有卡槽，所述批头插接于所述批头安装内孔内，所述限位卡珠卡嵌于所述卡槽内；所述电批芯轴远离所述电机的端部还具有批头限位槽，所述批头的圆周还设有限位耳，所述限位耳插接于所述批头限位槽内。
18.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述快换结构还包括起子帽，所述起子帽可移动地环设于所述电批芯轴外周，所述批头安装内孔的侧壁具有连通电批芯轴外壁的卡孔，所述限位卡珠可移动地设于所述卡孔内，所述起子帽具有同轴并连通的第一通孔和第二通孔，所述第二通孔直径大于所述第一通孔，所述第一通孔的内壁抵接于所述限位卡珠。
19.根据本发明提供的一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，所述快换结构还包括设于所述电批芯轴外的第一挡圈、第二挡圈以及弹簧，沿所述电机至所述批头的延伸方向，所述第二挡圈、弹簧以及第一挡圈依序布置，所述第二通孔位于所述第一通孔远离所述电机的一侧，所述第一挡圈抵接于所述起子帽内第一通孔和第二通孔之间的阶梯面，所述弹簧环设于所述电批芯轴外周，且所述弹簧的一端抵接于所述第二挡圈，另一端抵接于所述起子帽的端面。
20.本发明还提供一种如上述任一种所述的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批的控制方法，包括：
21.通过所述扭矩及压力复合力传感器获取所述批头结构传递的实时拧紧扭矩和装配压力；
22.根据所述实时拧紧扭矩和设定的目标扭矩，自动控制所述电机输出的拧紧转矩，以使所述实时拧紧扭矩达到设定的所述目标扭矩；根据所述装配压力和设定的压力阈值，自动控制所述批头结构的装配压力，以使所述装配压力处于设定的所述压力阈值范围内。
23.本发明提供的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批及其控制方法，在拧紧转矩及装配压力的作用下，批头结构做直线和旋转的复合运动，以实现扭矩与压力实时精确传导至电机，扭矩及压力复合力传感器即可实时检测到批头结构传导给电机的装配压力以及电机自身的转动扭矩，从而实现了智能电批在拧紧过程中的实时装配压力和扭矩的检测，并且，通过自动控制可实现目标扭矩的精确控制，通过对装配压力的监测可提升作业质量的一致性。相较于现有技术给出的电流式扭矩控制结构而言，本发明给出的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，可以对螺钉锁付过程中的拧紧扭矩及装配压力数据进行直接实时采集与监控，避免了由于电流控制误差导致的精度损耗，在保证超高拧紧精度的同时，极大提升了作业质量的一致性、可靠性以及装配压力的可控性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
25.图1是本发明提供的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批的剖面结构示意图；
26.图2是本发明提供的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批的爆炸结构示意图；
27.图3是图2中a处的放大示意图；
28.附图标记：
29.10：底座；11：滚珠衬套；20：电机；30：扭矩及压力复合力传感器；31：第二连接部；32：连接柱；33：第一连接部；40：批头结构；41：电批芯轴；411：限位卡珠；412：第一挡圈；413：弹簧；414：第二挡圈；42：批头；42a：卡槽；421：限位耳；43：起子帽；50：机身外壳；51：传感器航插；52：电机航插。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
31.电批是用于拧紧和旋松螺丝帽的工具，通过其内设置的电机带动批头转动，以拧紧或旋松螺丝帽，本发明给出的为自动智能电批，可配合自动化装配使用，通过系统预设的目标扭矩和压力阈值，采用扭矩及压力复合力传感器采集实时拧紧扭矩及装配压力，在保证螺钉锁付扭矩精确控制的同时，极大提升了作业质量的一致性。
32.下面结合图1-图3描述本发明的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批及其控制方法。
33.请结合参阅图1至图3，本发明实施例中，基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，包括：
34.底座10；
35.电机20；
36.扭矩及压力复合力传感器30，所述扭矩及压力复合力传感器30的一端固定于所述底座10，另一端连接于所述电机20；
37.批头结构40，所述批头结构40包括电批芯轴41和批头42，所述电批芯轴41的一端与所述电机20的电机轴同轴连接，另一端与所述批头42同轴连接；
38.机身外壳50，所述机身外壳50罩设于所述电机20和扭矩及压力复合力传感器30，并与所述底座10连接，所述机身外壳50上设有传感器航插51和电机航插52，所述传感器航插51连接于扭矩及压力复合力传感器30，所述电机航插52连接于所述电机20。
39.请结合参阅图1，上述结构中，底座10为智能电批的支撑座，本实施例中，所述底座
10具有阶梯孔，所述底座10的阶梯孔内设有滚珠衬套11，所述滚珠衬套11的内壁与所述电批芯轴41的外壁相连接。通过底座10内设置的滚珠衬套11可以辅助电批芯轴41的旋转和直线运动，保证智能电批运行的稳定和可靠性，在增加运行平稳性的同时，降低了机械摩擦损耗，实现了更精准的扭力控制。此处，为了稳固安装滚珠衬套11，滚珠衬套11的一端抵接阶梯孔的底面，滚珠衬套11的另一端则抵接着穿孔内嵌设的衬套挡圈。
40.请结合参阅图1和图2，底座10通过与扭矩及压力复合力传感器30连接，再通过扭矩及压力复合力传感器30与电机20的连接，实现了对电机20的稳定支撑，这样，电机20除了与扭矩及压力复合力传感器30在结构上稳固连接外，其他位置是处于空置的，在电机轴旋转时，电机轴会同时给电机20有一个反向的作用力，这时，与电机20连接的扭矩及压力复合力传感器30则会检测到该作用力，从而获得扭矩，而当批头结构40抵压在螺丝帽上时，会同时使得与其连接的电机20收到反向作用力，这时，与电机20连接的扭矩及压力复合力传感器30则会检测到该作用力，从而获得压力。
41.本发明一实施例中，所述扭矩及压力复合力传感器30包括第一连接部33、第二连接部31以及连接柱32，所述第一连接部33和所述第二连接部31通过所述连接柱32相连接，所述第一连接部33与所述底座10相连接，所述第二连接部31与所述电机20靠近电机轴的端面连接。
42.本实施例中，为了实现扭矩及压力复合力传感器30与底座10及电机20的稳固连接，第二连接部31与电机20靠近电机轴的端面通过多个环设于电机轴的紧固螺钉相连接；底座10凸出有环设于电批芯轴41的连接座，第一连接部33具有朝向连接座的环形槽，连接座置于环形槽内，第一连接部33的侧壁与连接座的侧壁之间通过多个圆周螺钉相连接。
43.上述多个紧固螺钉环绕电机轴均匀间隔布置，同样的，多个圆周螺钉环绕批头结构40均匀间隔布置，以保证所传递的装配压力和扭力精确无误。
44.在稳固连接后，第一连接部33、连接柱32以及第二连接部31组成的扭矩及压力复合力传感器30具有供电机轴和/或电批芯轴41穿过的通孔，可避免对电机轴和/或电批芯轴41产生干扰。并且，可以实现电机20的稳固连接和支撑。
45.为了实现扭力及装配压力的检测，所述连接柱32环设于所述电批芯轴41的外周，且与所述电批芯轴41之间具有间隙，所述连接柱32的外壁固定有多个扭力应变片，以检测作业过程的扭力。通过多个扭力应变片的形变，即可进行扭矩的实时检测；所述第二连接部31背离所述底座10的表面固定有多个压力应变片，以检测作业过程中的装配压力。通过多个压力应变片的形变，即可进行装配压力的实时检测。
46.另外，传感器航插51可通过第一航插线与控制系统连接，将检测数据传递至控制系统，控制系统位于该电批外，在自动控制的过程中，可以为电控箱，控制系统可通过第二航插线和电机航插52连接，实现对电机20的控制。
47.具体的，机身外壳50通过四个螺钉与底座10装配，机身外壳50的侧面开有一出线口并安装有一个航插固定座，传感器航插51安装于航插固定座，并与扭矩及压力复合力传感器30连接；机身外壳50的顶端安装有一个上盖板，用于安装电机航插52。
48.这样，本实施例中，在拧紧转矩及装配压力的作用下，批头结构40做直线和旋转的复合运动，以实现扭矩与压力实时精确传导至电机20，扭矩及压力复合力传感器30即可实时检测到批头结构40传导给电机20的装配压力以及电机20自身的转动扭矩，从而实现了智
能电批在拧紧过程中的实时装配压力和扭矩的检测，并且，通过自动控制可实现目标扭矩的精确控制，通过对装配压力的监测可提升作业质量的一致性。相较于现有技术给出的电流式扭矩控制结构而言，本发明给出的基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批，可以对螺钉锁付过程中的拧紧扭矩及装配压力数据进行直接实时采集与监控，避免了由于电流控制误差导致的精度损耗，在保证超高拧紧精度的同时，极大提升了作业质量的一致性、可靠性以及装配压力的可控性。
49.请结合参阅图1和图3，此外，本发明一实施例中，所述批头结构还包括快换结构，所述批头42与所述电批芯轴41之间通过所述快换结构可拆连接。
50.此处，电批芯轴41是穿设于前述滚珠衬套11内的，在拧紧转矩及装配压力的作用下，电批芯轴41在衬套内部做直线和旋转的复合运动，以实现扭矩与压力实时精确传导至电机20，电批芯轴41的一端与电机轴可通过销钉或螺钉实现稳定连接，以实现动力传递，电批芯轴41的另一端与批头42可拆连接，这样，可根据螺丝帽的种类更换不同类型的批头42，方便使用。
51.本实施例中，所述快换结构包括限位卡珠411，所述电批芯轴41远离所述电机的端部具有批头安装内孔，所述批头安装内孔的侧壁设有可活动的限位卡珠411，所述批头42的外周具有卡槽42a，所述批头42插接于所述批头安装内孔内，所述限位卡珠411卡嵌于所述卡槽42a内；所述电批芯轴41远离所述电机的端部还具有批头限位槽，所述批头42的外周还设有限位耳421，所述限位耳421插接于所述批头限位槽内。
52.这样，在批头42和电批芯轴41连接时，通过限位卡珠411卡嵌在卡槽42a内，可保证批头42的轴向位置，实现稳定的压力传递，并且，通过限位耳421插接在批头限位槽内，则可避免批头42相对电批芯轴41旋转，保证稳定的扭矩传递。通过限位卡珠411远离卡槽42a移动，可使得批头42脱离批头安装内孔，实现可拆。该实施例中，在批头安装内孔的侧壁设有两限位卡珠411，以卡嵌在卡槽42a的两侧，保证稳固连接，并且，批头限位槽连通于上述批头安装内孔，批头限位槽和限位耳421的数量也为两个，两限位耳421对称布置，以保证扭矩的稳定传递。
53.请结合参阅图1和图3，承接前述结构，所述快换结构还包括起子帽43，所述起子帽43可移动地环设于所述电批芯轴41外周，所述批头安装内孔的侧壁具有连通电批芯轴41外壁的卡孔，所述限位卡珠411可移动地设于所述卡孔内，所述起子帽43具有同轴并连通的第一通孔和第二通孔，所述第二通孔直径大于所述第一通孔，所述第一通孔的内壁抵接于所述限位卡珠411。
54.在起子帽43的移动过程中，当第一通孔的内壁抵接限位卡珠411时，可保证限位卡珠411卡嵌在卡槽42a内，实现电批芯轴41与批头42之间的稳固连接，而在起子帽43移动至使限位卡珠411位于第二通孔时，由于第二通孔的直径较大，在拔出批头42时，限位卡珠411会脱离出卡槽42a，以实现拆卸，这样，通过起子帽43的自由往复运动，即可实现批头42的快速安装与拆卸，使用方便。
55.进一步的，所述快换结构还包括设于所述电批芯轴41外的第一挡圈412、第二挡圈414以及弹簧413，沿所述电机20至所述批头42的延伸方向，所述第二挡圈414、弹簧413以及第一挡圈412依序布置，所述第二通孔位于所述第一通孔远离所述电机20的一侧，所述第一挡圈412抵接于所述起子帽43内第一通孔和第二通孔之间的阶梯面，所述弹簧413环设于所
述电批芯轴41外周，且所述弹簧413的一端抵接于所述第二挡圈414，另一端抵接于所述起子帽43的端面。
56.这样，在批头42连接电批芯轴41的常态状态下，弹簧413会抵压起子帽43，使得限位卡珠411位于第一通孔内，通过将起子帽43朝向第二挡圈414移动，使限位卡珠411位于第二通孔内，即可实现批头42的快速拆卸，并且，通过弹簧413的作用，又会使得起子帽43回位，实现快速安装。上述第一挡圈412和第二挡圈414均为嵌设于电批芯轴41外周环形槽的c型卡圈。
57.另外，本实施例中，前述卡孔为阶梯孔，至少包括一个直径小于限位卡珠411的小孔和一个直径与限位卡珠411相配合的大孔，小孔位于靠近批头安装内孔的一侧，这样，即使在批头42换下来后，其内的限位卡珠411也不会脱离卡孔内。
58.这样，基于上述结构，本发明还提供一种基于扭矩及压力复合力传感器的自动智能电批的控制方法，包括：
59.通过所述扭矩及压力复合力传感器30获取所述批头结构40传递的实时拧紧扭矩和装配压力；
60.根据所述实时拧紧扭矩和设定的目标扭矩，自动控制所述电机20输出的拧紧转矩，以使所述实时拧紧扭矩达到设定的所述目标扭矩；根据所述装配压力和设定的压力阈值，自动控制所述批头结构40的装配压力，以使所述装配压力处于设定所述压力阈值范围内。
61.这样，采用超高精度的扭矩及压力复合力传感器30对拧紧过程的扭矩与装配压力进行实时采集，在保证超高提升拧紧精度的同时，极大提升了作业质量的一致性。
62.在实际使用时，用户可根据作业需要，在控制系统中设定好设定目标扭矩和设定压力阈值，在使用过程中，控制系统会自动控制，使得实时拧紧扭矩达到设定的目标扭矩，并且，系统可以给出压力报警或与其他运动执行设备进行交互，实现自动控制所述批头结构的装配压力，以避免装配压力超出设定压力阈值范围，极大提升了作业的一致性、可靠性以及装配压力的可控性。
63.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。