本發(fā)明涉及一種具有伸縮式設(shè)置的輸出軸的可再定位的動(dòng)力扳手。具體的，本發(fā)明涉及相對(duì)于與緊固件相互作用而具有功能性改進(jìn)的工具。

背景技術(shù)：

可再定位動(dòng)力扳手用于以高速自動(dòng)地緊固緊固件，例如螺絲。這種動(dòng)力扳手自動(dòng)地定位在將要緊固的緊固件上，其中，隨著動(dòng)力扳手在不同的位置之間再定位，一些緊固件可以被連續(xù)地緊固和/或緊固件被傳遞穿過動(dòng)力扳手。通常的，一組動(dòng)力扳手設(shè)置有共用結(jié)構(gòu)，一個(gè)動(dòng)力扳手對(duì)應(yīng)一個(gè)螺栓，以同時(shí)緊固一定數(shù)量的螺栓。隨著新的工件被傳遞進(jìn)臨近于共用結(jié)構(gòu)的位置處以及從臨近于共用結(jié)構(gòu)的位置處被傳遞出，該種共用結(jié)構(gòu)移動(dòng)進(jìn)操作位置以及從操作位置移動(dòng)出?？商孢x地，工件也可以朝向動(dòng)力扳手橫向移動(dòng)，使得夾持有動(dòng)力扳手的結(jié)構(gòu)可以保持靜止。

通常，上述類型的動(dòng)力扳手提供有加載彈簧的伸縮式輸出軸，其使得隨著緊固件進(jìn)行緊固，扳手的輸出端跟隨緊固件的軸向移動(dòng)。因此，應(yīng)當(dāng)滿足的是，動(dòng)力扳手在緊固件的軸向方向上被定位在具體的范圍內(nèi)，以便在整個(gè)緊固操作當(dāng)中使動(dòng)力扳手的輸出端跟隨緊固件。

一些類似的動(dòng)力扳手可以設(shè)置在不同的位置和高度處的通常結(jié)構(gòu)上，以緊固設(shè)置在相應(yīng)的位置和高度上的工件上的螺栓。每一個(gè)扳手適用于緊固在具體位置和在具體軸向高度上的具體長(zhǎng)度的螺栓。針對(duì)每一個(gè)具體的動(dòng)力扳手，伸縮式輸出軸適用于接受可能存在于不同的工件和螺栓之間的軸向公差。

由伸縮式輸出軸提供的靈活性的有用之處也在于其利用相同的動(dòng)力扳手而使不同長(zhǎng)度的緊固件被緊固。

然而，在一些應(yīng)用中，在具體位置上使用具體長(zhǎng)度的緊固也是很重要的。在一些情況中，感興趣的是以相同方式估測(cè)緊固件的長(zhǎng)度。

在專利文獻(xiàn)us2003/0037423a1中公開有控制緊固件長(zhǎng)度的方法。根據(jù)這種的方法，在緊固操作時(shí)期，從表示出工具相對(duì)于時(shí)間的震動(dòng)的“螺絲插入特性(screwinsertionsignature)”中可以估測(cè)緊固件長(zhǎng)度。與這種方法相關(guān)的問題在于，當(dāng)輸出軸達(dá)到與緊固件的接觸時(shí)，將會(huì)很難進(jìn)行推導(dǎo)。然而，并非總是如此的是，輸出軸的旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)于所產(chǎn)生的緊固件的旋轉(zhuǎn)。在一些場(chǎng)合中，在達(dá)到與緊固件接觸之前，輸出軸可能會(huì)旋轉(zhuǎn)，并且有時(shí)緊固件可能會(huì)旋轉(zhuǎn)而沒有正確地插入到應(yīng)該被緊固的螺紋孔中。因此，當(dāng)緊固件開始線性旋轉(zhuǎn)而與工件上的接合點(diǎn)(joint)接合時(shí)，根據(jù)示出了震動(dòng)的曲線，其將很難及時(shí)縮回(retract)準(zhǔn)確點(diǎn)，并因此將很難推導(dǎo)出緊固件的長(zhǎng)度。此外，緊固件的長(zhǎng)度將只能在完成緊固操作之后(而不是在緊固操作的開始階段)進(jìn)行估測(cè)。

在jp2012-223841a中，公開了一種自動(dòng)化的螺絲緊固設(shè)備。該種螺絲緊固設(shè)備適用于提醒螺絲的缺失，使得可以中斷緊固操作并且可以使鉆頭不會(huì)與螺絲孔接觸，從而不會(huì)破壞螺絲孔。這將達(dá)到這樣的目的：監(jiān)測(cè)鉆頭的位置，使得當(dāng)螺絲沒有出現(xiàn)在所期望的位置時(shí)，則中斷操作。這種設(shè)備也可以適用于如果在具體位置處具有不足長(zhǎng)度的螺絲時(shí)，則進(jìn)行提示。

在jp2012-223841a中描述的設(shè)備具有的問題在于鉆頭與螺絲進(jìn)行抵接。這就需要非常高的準(zhǔn)確度，以使鉆頭與螺絲恒定地接觸而不能過度推進(jìn)，以避免損傷螺絲、螺紋或者接合點(diǎn)。

因此，這就需要提供一種靈活并且以可靠的方式來提供有監(jiān)視緊固的螺絲長(zhǎng)度的可能性的動(dòng)力扳手。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有伸縮式設(shè)置的輸出軸的動(dòng)力扳手，其允許對(duì)緊固過程進(jìn)行較高程度的控制。

該目的通過根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1來實(shí)現(xiàn)，其涉及一種具有可再定位的動(dòng)力扳手，其包括：

-殼體，

-電機(jī)，其設(shè)置在所述殼體中，以及

-輸出軸，其可旋轉(zhuǎn)地連接至電機(jī)并且相對(duì)于殼體伸縮式地設(shè)置，以使輸出軸相對(duì)于殼體在完全延伸位置與完全收縮位置之間軸向移動(dòng)，其中，所述動(dòng)力扳手進(jìn)一步包括有定位系統(tǒng)或者動(dòng)力扳手連接至定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)設(shè)置為監(jiān)測(cè)動(dòng)力扳手的位置，其中，彈性構(gòu)件設(shè)置成將輸出軸朝向完全延伸位置推動(dòng)，并且其中，所述輸出軸包括輸出端，該輸出端設(shè)置為與緊固件相互作用，并且將傳感器設(shè)置成監(jiān)測(cè)輸出軸相對(duì)于殼體的延伸度，使得能夠確定輸出軸的輸出端的位置。

由于輸出軸相對(duì)于殼體伸縮式地設(shè)置并且設(shè)置有用于確定輸出軸的延伸度的傳感器的事實(shí)，能夠推導(dǎo)出輸出端的精確位置，同時(shí)還允許適應(yīng)性地跟隨在將要被緊固的工件上的緊固件的位置。

從而，獲得了溫和平順的接觸，而不會(huì)破壞所述接觸的緊密度，并且具有監(jiān)視操作的可能性。

根據(jù)附圖和所示出的實(shí)施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得明顯。

附圖說明

在如下詳細(xì)說明中，將參照所述的附圖，在這些附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案的可再定位的扭矩扳手的示意圖；

圖2示出了圖1中的可再定位扭矩扳手在操作位置處的示意圖；

圖3示出了在典型的緊固操作期間，到達(dá)緊固件減速(rundown)時(shí)所傳遞的扭矩的表示；以及

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案的包括有多個(gè)扭矩扳手的結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

在圖1和圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案的可再定位的扭矩扳手10。

該種可再定位的扭矩扳手10包括殼體11，在該殼體11中設(shè)置有電機(jī)12。此外，提供有定位系統(tǒng)13，以監(jiān)測(cè)動(dòng)力扳手10的位置。

輸出軸14可旋轉(zhuǎn)地連接至電機(jī)12并且由電機(jī)12驅(qū)動(dòng)，該輸出軸14相對(duì)于殼體11伸縮式地設(shè)置，以使輸出軸14相對(duì)于殼體11軸向移動(dòng)。輸出軸14在完全延伸位置emax(圖1中所示)與完全收縮位置emin之間是可延伸的，其中彈性構(gòu)件25設(shè)置為將輸出軸14朝向完全延伸位置emax推動(dòng)。

輸出軸14包括輸出端15，典型地為套筒(socket)，其設(shè)置為與緊固件16(例如螺絲、螺栓或者螺母)相互作用。緊固件16設(shè)置在工件26中。傳感器17設(shè)置為監(jiān)測(cè)輸出軸14相對(duì)于殼體11的延伸度e，使得可以確定輸出軸14的輸出端15的位置。傳感器17可以為霍爾傳感器、電感傳感器或者電容傳感器。

在典型的實(shí)施方案中，電機(jī)12驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸(未示出)，該電機(jī)軸經(jīng)由花鍵與輸出軸14連接。在這種情況下，彈性構(gòu)件25設(shè)置為將輸出軸14相對(duì)于電機(jī)軸朝向完全延伸位置推動(dòng)。此外，將一個(gè)或多個(gè)齒輪(例如一個(gè)或多個(gè)行星齒輪)可以設(shè)置在電機(jī)12和輸出軸14之間。

在所示出的實(shí)施方案中，動(dòng)力扳手10憑借支持器18而是可移動(dòng)的。該支持器包括兩個(gè)連接支腿19和20，所述連接支腿使得動(dòng)力扳手10向上和向下移動(dòng)，即是在示出的三維坐標(biāo)系統(tǒng)中的y方向移動(dòng)。支持器的基座部分21設(shè)置在軌道22上。在所示出的實(shí)施方案中，所述基座部分21可以沿著所述軌道22在z方向移動(dòng)。然而典型地，基座部分21也可以設(shè)置為在附圖的內(nèi)和外沿x方向移動(dòng)，以在不同的工作臺(tái)和/或緊固件16(例如螺絲、螺栓或者螺母)之間移動(dòng)。定位系統(tǒng)13設(shè)置為持續(xù)地監(jiān)測(cè)動(dòng)力扳手殼體11的當(dāng)前位置，并且除了傳感器17監(jiān)測(cè)輸出軸14的延伸度e，所述輸出軸14的輸出端15的位置也會(huì)被持續(xù)地監(jiān)測(cè)。

在圖1中，輸出軸14不受外界因素的影響，使得輸出軸14位于其最外側(cè)位置emax。在圖2中，憑借沿著軌道22移動(dòng)的基座部分21，動(dòng)力扳手經(jīng)由支腿19和20向上移動(dòng)，并且朝向緊固件16在z方向向前移動(dòng)。由于動(dòng)力扳手10的精確的移動(dòng)，輸出軸14的輸出端15已經(jīng)形成與緊固件16的配合接觸，從而輸出軸14收縮到在最大延伸emax與最小延伸emin的間隔內(nèi)的延伸度e。隨著執(zhí)行緊固操作并且緊固件16被緊固，輸出軸14將會(huì)持續(xù)地延伸，使得輸出端15將會(huì)跟隨緊固件16，該緊固件軸向地在其路徑上進(jìn)入到工件26的接合點(diǎn)內(nèi)。

在所示出的實(shí)施方案中，動(dòng)力扳手10進(jìn)一步包括控制單元23，該控制單元23適用于將輸出軸14的輸出端15的位置與所述輸出端15的預(yù)定義位置進(jìn)行比較。然而，控制單元23和定位系統(tǒng)13可以僅位于動(dòng)力扳手10外部并且與動(dòng)力扳手具有一定距離。在這種情況下，動(dòng)力扳手10將需要與控制單元23和定位系統(tǒng)13能夠連接，例如通過有線或無線連接(例如ir、藍(lán)牙等等)的方式進(jìn)行連接。這種連接方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，因此在說明書中將不會(huì)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。

指示單元24設(shè)置為如果輸出軸14的輸出端15的位置沒有對(duì)應(yīng)于所述輸出端15的預(yù)定義位置，則提醒操作員或者自動(dòng)化系統(tǒng)。指示單元24可以設(shè)置在動(dòng)力扳手殼體11上或者與動(dòng)力扳手殼體11之間具有一定距離。指示單元24的目的在于提醒操作員或者自動(dòng)化系統(tǒng)，使得可以采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。因此，將指示單元24定位成應(yīng)當(dāng)使操作員注意到。此外，在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，指示單元24僅記錄每一個(gè)工作操作的狀態(tài)，例如緊固件的緊固，其中每一個(gè)操作將會(huì)被跟蹤并且操作的質(zhì)量問題將會(huì)被指示。在該實(shí)施方案中，所有操作將會(huì)完成而不管質(zhì)量如何，其中每一個(gè)操作的質(zhì)量將會(huì)被記錄，使得可以采取后續(xù)行動(dòng)。

典型的，動(dòng)力扳手10的控制單元23配置為，只有當(dāng)輸出軸14的延伸度e相對(duì)于殼體11在預(yù)定范圍emin-emax以內(nèi)時(shí)，才允許開始具體的操作。在緊固件的長(zhǎng)度變化并且在一定位置上的緊固件的具體長(zhǎng)度是預(yù)期長(zhǎng)度的情況下，這是很有用的。如果螺絲處于指示了當(dāng)前螺絲沒有對(duì)應(yīng)于預(yù)期長(zhǎng)度的位置處，那么可以中止操作。換句話說，如果不正確長(zhǎng)度的螺絲被緊固在錯(cuò)誤的位置處，則會(huì)發(fā)生問題。如果螺絲太短，接合點(diǎn)將不會(huì)完全緊固，如果螺絲太長(zhǎng)，隨著螺絲冒險(xiǎn)到達(dá)接合點(diǎn)的背面很遠(yuǎn)的地方，接合點(diǎn)將會(huì)損壞。

不正確長(zhǎng)度的螺絲會(huì)位于不可預(yù)期的位置，因?yàn)槁萁z的供應(yīng)通常為由工作在傳輸帶處并且處于緊張條件下的工人所執(zhí)行手工工作。在這期間少量的螺絲可能會(huì)出現(xiàn)在錯(cuò)誤的位置。由于這種不正確的定位，當(dāng)遇到不正確長(zhǎng)度的緊固件并且在緊固操作完成之前而導(dǎo)致的緊固操作可能中斷，利用本發(fā)明中的動(dòng)力扳手可以避免這些問題，使得接合點(diǎn)不會(huì)損壞。

定位系統(tǒng)13可以配置為提供關(guān)于相對(duì)于緊固件16的動(dòng)力扳手殼體11的位置的信息。由傳感器17監(jiān)測(cè)的相對(duì)于殼體11的輸出軸14的延伸度被加入到所述信息中，以獲得輸出軸14的輸出端15的正確的軸向位置。

控制單元23適用于當(dāng)遇到緊固件16時(shí)將輸出軸14的輸出端15的實(shí)際位置與預(yù)期位置進(jìn)行比較，以及適用于如果所述實(shí)際位置與所述預(yù)期位置不對(duì)應(yīng)，則警告工具的操作員。

所述控制單元可以適用于根據(jù)輸出軸14的延伸度e的監(jiān)測(cè)來控制緊固操作，以根據(jù)所述監(jiān)測(cè)來適應(yīng)輸出軸的角速度。

也就是說，為了在盡可能短的時(shí)間保持緊固操作，所希望的是在緊固操作的惰轉(zhuǎn)(runningdown)階段，保持較高的角速度。然而，存在的問題是傳遞的扭矩可能會(huì)過沖(overshot)。在扭矩建立階段，當(dāng)緊固件僅僅轉(zhuǎn)動(dòng)了一圈之中的很少一部分(例如30至60度)而緊固接合點(diǎn)很難進(jìn)行時(shí)，這是非常麻煩的。在這種情況下，這將不能響應(yīng)于增加的扭矩而很晚開始使電機(jī)減速，并且目標(biāo)值(扭矩、角度等等)將很可能過沖，這樣會(huì)出現(xiàn)不期望的并可能有害的拉伸。

也就是說，在現(xiàn)有技術(shù)中，通過傳遞的扭矩值的反饋和/或通過輸出軸的角位置的反饋，緊固操作也會(huì)受到控制。如上面所闡述的，由于扭矩僅在緊固操作的非?？亢蟮牟糠衷黾硬⑶矣捎跈z測(cè)的角位置也可能不正確，這種方式是不夠的。

通過監(jiān)測(cè)輸出軸14的延伸度e，將有可能獲得在緊固操作的過程中更可靠的指示。對(duì)于已知的緊固件，將會(huì)知道緊固件的惰轉(zhuǎn)部分有多長(zhǎng)，并且作為在輸出軸14的延伸e的點(diǎn)處的結(jié)果，扭矩將開始增加，使得角速度在該點(diǎn)之前可能會(huì)減少。

換句話說，控制單元可以適用于根據(jù)監(jiān)測(cè)輸出軸14的延伸e，確保在緊固操作的最初階段時(shí)期，提供有較高的角速度，并且隨著緊固操作接近于設(shè)定的目標(biāo)值時(shí)，角速度變小。

這在圖3中示出，其中扭矩t針對(duì)輸出軸14的延伸e和緊固件的角位置α而示出。輸出軸14的延伸e被定義為與緊固件的減速以及與緊固件的部分(其中緊固件的螺紋與接合點(diǎn)的螺紋接合)的角位置α成比例。如果緊固件旋轉(zhuǎn)而沒有與接合點(diǎn)接合，那么沒有產(chǎn)生輸出軸14的延伸e。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置可以適用于檢測(cè)例如沒有產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)，并且特別地，輸出軸的延伸度的監(jiān)測(cè)將足以監(jiān)測(cè)緊固件的位置。

在減速初始階段的扭矩t非常小并且在初始扭矩t0處相對(duì)地恒定。在初始階段的結(jié)束時(shí)，緊固件達(dá)到扭矩開始增加的點(diǎn)。在該點(diǎn)處，輸出軸14達(dá)到了延伸度e0。在該點(diǎn)之后，隨著在緊固件和工件之間的接合點(diǎn)處建立夾持力，扭矩t將朝向目標(biāo)扭矩tt開始增加。

本發(fā)明的目的在于在緊固操作期間，盡可能長(zhǎng)時(shí)間的保持輸出軸的較高角速度ω，而不會(huì)具有超出目標(biāo)扭矩tt的風(fēng)險(xiǎn)。典型地，在減速階段的主要部分時(shí)期，角速度ω應(yīng)當(dāng)保持為盡可能的高。

通過監(jiān)測(cè)輸出軸的延伸度e，在減速階段的主要部分時(shí)期，將會(huì)保持角速度ω，并且在達(dá)到目標(biāo)扭矩tt之前，角速度ω也會(huì)及時(shí)的減小。這可以通常在延伸度e0(其中扭矩開始增加)之前，通過開始減小角速度ω而獲得。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，其在緊固操作期間根據(jù)輸出軸的延伸度不同的事實(shí)，從而對(duì)應(yīng)于緊固件的軸向行程。然而，在一些情況下，動(dòng)力扳手10在緊固操作期間移動(dòng)，以便于跟隨正在被緊固的緊固件的移動(dòng)。在這種情況下，輸出軸的輸出端的延伸度e將會(huì)補(bǔ)償動(dòng)力扳手10的任何移動(dòng)，以便于計(jì)算緊固件的軸向行程。從一點(diǎn)(其中在輸出軸14的輸出端15與緊固件16之間建立了正確接觸)到輸出軸的輸出端15的當(dāng)前位置，緊固件的該行程路徑因此被估算出。

換句話說，通過監(jiān)測(cè)輸出軸14的輸出端15的實(shí)際位置，動(dòng)力扳手10的相對(duì)于緊固件16和工件26的位置被監(jiān)測(cè)。這樣完成了同時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力扳手的位置和輸出軸14的延伸度e。輸出端15的記錄位置進(jìn)一步與已知的位置進(jìn)行比較，其中在該已知的位置緊固件16接近于完全緊固。在這種情況下，控制單元可以配置為，對(duì)應(yīng)于接近于緊固操作的目標(biāo)位置但是足夠遠(yuǎn)離該目標(biāo)位置，在輸出軸14的輸出端15的特定位置處減小角速度，以使得緊固操作結(jié)束而不會(huì)超出目標(biāo)扭矩。

圖4示出了本發(fā)明的典型的實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，多個(gè)扳手110，110’設(shè)置在具有獨(dú)立的伸縮式輸出軸114，114’的共用結(jié)構(gòu)27上。所述共用結(jié)構(gòu)27在向下朝向具有多個(gè)將要進(jìn)行緊固的緊固件116，116的工件126，或者工件向上朝向共用結(jié)構(gòu)27。扳手110，110’可以獨(dú)立地操作，或者可以全部同時(shí)操作。定位系統(tǒng)113和控制單元123可以設(shè)置為監(jiān)測(cè)每一個(gè)輸出軸114，114’的輸出端115，115’的位置。這些獨(dú)立的動(dòng)力扳手110，110’具有相同的功能(如圖1和圖2中所描述的動(dòng)力扳手10)，并且在涉及多個(gè)動(dòng)力扳手和緊固件的緊固操作期間可以被獨(dú)立地控制。

在所示出的實(shí)施方案中，在圖4右側(cè)的動(dòng)力扳手110’單獨(dú)地適用于與其他緊固件116相比、位于不同高度的緊固件116’。利用動(dòng)力扳手110’的單獨(dú)的適配，輸出端115’將具有相對(duì)于緊固件116’的初始位置，該緊固件116’對(duì)應(yīng)于在其他輸出軸114與相應(yīng)的緊固件116之間的相互位置，使得為每一個(gè)緊固件提供了類似間距(span)的靈活性。在圖4中的左側(cè)設(shè)置的緊固件116”長(zhǎng)于其他緊固件。這樣是有意或無意的，可以提供輸出軸114的間距，以滿足任何類型的接合點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，將會(huì)提示定位系統(tǒng)，當(dāng)輸出端115達(dá)到緊固件116”時(shí)以輔助監(jiān)測(cè)輸出軸114的延伸，并且如果緊固件116”達(dá)到指示了不正確長(zhǎng)度的位置時(shí)，警告操作員或者自動(dòng)化系統(tǒng)。

如上面所描述的，本發(fā)明已經(jīng)參考具體的實(shí)施方案來進(jìn)行描述。但是發(fā)明并不限于該實(shí)施方案。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在由所附權(quán)利要求進(jìn)行限定的保護(hù)范圍以內(nèi)，包含在本發(fā)明中的其他實(shí)施方案是顯而易見的。