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?智能控制技术?宋文学扬武成罗庚合扭矩扳子自动化检定系统设计
扭矩扳子自动化检定系统设计
宋文学,扬武成,罗庚合
(西安航空学院机械工程系,陕西西安710077)
摘要:针对越来越多的扭矩扳子的检定需求,分析了JG707-2003扭矩扳子检定规程,设计出一
种能自动切换量程的全自动扭矩检定仪。重点论述了扭矩扳子检定系统设计,通过RS232与扭
矩测量仪表通讯来传输涮量的扭矩信息,能根据扭矩扳子的不同类型及不同的检定模式,自动实
现相应的检定过程,自动进行数据处理,并判定检定结果、打印检定证书。
关键词:扭矩扳子;检定规程;检定仪
中图分类号:TP216;TP319文献标识码:B文章编号:1672-1616(2012)21-0067-04
在工业生产领域,螺纹连接被广泛应用。随着器,通过更换不同的传感器,实现不同的量程,适用
工业自动化程度的不断提高,依靠扭矩提供作业信于不同种类、不同量程扭矩扳子的检测1。前
号的自动化装配工具和装置被广泛地应用在装配种当需要测量大量程范围的扳子时,需设计成多个
线上,如扭矩扳子、扭矩螺丝刀等。为了保证产品测试头,操作很不方便;后一种需要实现不用工具
的装配质量,这些工具的拧紧力矩必须严格按规定快速更换传感器,检测精度受到一定影响,由于要
设定。扭矩扳子与螺丝刀等工具经长期使用,误差更换传感器,检测效率也不高。本文设计出一种可
也会逐渐增大,只有通过校验和调整才能消除误自动切换量程的全自动扭矩检定仪,可以根据板子
差。扭矩工具出厂之前,也要进行检测和标定。的量程自动切换传感器,测试头只需要一个,检测
其中扭矩板子作为控制装配精度的计量工具,应用效率高,设备结构紧凑,使用方便。
更为广泛,其应用数量近年来更是成倍增长2。
为确保螺栓紧固力在国家标准规定的范围之内,扭1检定规程分析
矩扳子自身准确与否十分重要]。面对日益增多1.1扭矩扳子
的检定工作量,如何减轻计量工作人员的劳动强度
扭矩扳子是一种带有扭矩测量机构的拧紧计
成了亟待解决的问题?。由此出现了用于检定扭量工具,它用于紧固螺栓和螺母,并能测量出拧紧
矩扳子的检定仪,且数量越来越多,这些扭矩扳子时的扭矩值。
检定仪有手动加载和电动加载等多种形式,其中电
扭矩扳子按所使用的动力源分类,一般分为手
动加载扭矩扳子检定仪主要由扭矩测量仪、扭矩传动、电动、气动、液压4大类;按制造测量原理一般
感器、加力工作台、扭矩扳子检定软件、自校系統等分为示值式和预置式2种。示值式又可分为指针
组成。当装在扭矩扳子检定仪上的被检扭矩扳子式和数字式;预置式又可分为机械式和电子式S]。
受到加载力后,扳子承受扭矩的作用,同时传递到其中手动扭矩扳子使用量最大,且以预置式居多。
检定仪的扭矩传感器上,该扭矩值通过扭矩测量电1.2检定规程
路的运算、放大显示测量值。由于每个传感器有特
扭矩扳子的扭矩示值相对误差、示值重复性误
定的测量量程,当要检测的扭矩扳子扭矩范围较大差应符合表1要求。
时,一般有2种解决方案:一种是采用不可换传感
根据扭矩扳子的不同类型,其检定过程和要求
器,由一只(单头)或几只(多头)传感器固定在工稍有不同。现行的国家扭矩扳子检定规程
作台上,不能更换,每只传感器有一个量程,不同的JG707-2003《扭矩扳子》对定值(预置式)扭矩扳
量程对应不同的扳子;另一种是采用可更换传感子的检定描述如下:按扭矩扳子额定扭矩值正确选
收稿日期:2012-05-16
基金项目:陕两省教育厅2010年专项科学研究计划资助项目(2010JK618)
作者简介:宋文学(1966-),男,陕西富平人,西安航空学院教授,工学硕土,主要研究方向为制造信息化技术。
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2012年11月中国制造业信息化第41卷第21期
表1扭矩扳子准确度等級与示值
重复性误差,参照表1,就可得出被检扭矩扳子的
相对误差、示値重复性误差对照表
准确度等级。
准确度等级示值相对误差e/%示值重复性误差R/%
1.0
2.0
2自动化扭矩扳子检定仪的组成及
功能
5.0
根据以上检定规程,设计扭矩扳子检定仪,外
形结构如图1所示。
7.0
7.0
10
10.0
10.0
择标准装置的量程。将扭矩扳子调整至所需检定
点,然后将扭矩扳子正确地安装在标准装置上。调
整标准裝置零位,标准装置选用峰值保持功能,平
图
稳施加扭矩至扭矩扳子发出听觉或其他讯号,此时
扭矩扳子自动解除载荷,读取和记录扭矩值。按此
工作柜;2一产品铭牌;3一工作台;4一测试头:5一触摸屏;
过程每点至少进行3次S。根据测量的扭矩值,计
6一电源控制开关;7一扭矩测量仪表;8一打印机放置处;
算扭矩扳子的示值相对误差和示值重复性误差。
9一坂子支架;10一纵向导轨;1l一手动控制面板
以扭矩扳子示值为依据,在标准装置上读数
图
动化全量程扭矩检定仪外形结构示意因
时,按式(1)和(2)计算示值相对误差和示值重复
根据扭矩扳子的量程,控制系统自动选择不同
性误差
量程的传感器,其扭矩传感器切换过程自动完成,
示值相对误差。
可覆盖1~3000N?m范围内任意量程的扭矩扳
M.-M
子,配合自动化检定系统,可实现加载、扭矩检测
一×100%
数据处理、检定证书打印等功能。检定仪的原理框
示值重复性误差
图如图2所示。
R
MmにMmx100%
(2
n「拟力働子希低了
矩扭矩「扭矩加载装置
式中:M,为每一检定点扭矩扳子的示值,N?m;M
为每一检定点检定中标准装置3次示值的算术平
扳子检定了系
扭矩
传感器
扳子
均值,N?m;Mm,Mm为检定标准装置第点的3
矩检仪表
次示值中的最大值和最小值,N?m。
扭矩
扭矩
RS232串?
以标准装置的标准值为依据,在扭矩扳子上读
图2全自动扭矩扳予检定仪原理图
出示值时,按式(3)和(4)计算示值相对误差和示
其中扭矩加载控制子系统根据设定的检定点,
值重复性误差
自动控制伺服电机加载,加载速度由系统自动调
示值相对误差。
节。对于预置式扳子,能自动识别其卸力点,从而
.-M
M×100%
(3)测出其预置点的真实扭矩(标准装置标准值),并
示值重复性误差
保存在数据库中;传感器用来检测扭矩;扭矩扳子
M
检定子系统完成数据采样、数据处理、检定结果判
R
100%
M
(4)定、检定证书打印等功能。
式中:M1为每一检定点扭矩扳子3次示值的算术
平均值,N?m;M为每一检定点标准装置的标准
3扭矩扳子检定系统的软件结构
扭矩值,N?m;M,Mn为检定扭矩扳子第点
扭矩扳子检定系统由基本信息录入、数据采
的3次示值中的最大值和最小值,N?m。
样、检定、査询、打印、用户管理、系统设置等模块组
根据式(1)(4)计算的示值相对误差和示值成,系统采用关系型数据库系统保存数据,便于查