[发明专利]用于监测工具的装置和方法

说明书

一种用于对工具的操作进行确定和计数的装置(100)和方法，所述工具配备有在操作达到预定值时产生振动的机构，所述装置(100)包括：传感器(120)，其用于检测振动并基于振动发出检测信号；安装装置(116,117,118)，其用于将所述传感器(120)安装到工具上，使得来自所述工具的机构的振动能够传递到所述传感器)；微控制器(130)，其用于接收来自所述传感器的检测信号并且对所述工具的操作进行确定和计数；所述微控制器计算经过滤的检测信号的二阶导数，并且基于所述二阶导数信号的分析确定达到所述预定值的操作。所述微控制器可通过在阈值之上寻找所述二阶导数信号的峰值或替代地通过寻找所述二阶导数信号的特定形状来进行所述分析。

技术领域

本发明涉及一种装置和方法，用于确定和计算装备有在操作时产生振动到预定值的机构的工具的操作，特别是诸如机械扭矩扳手等工具的操作。该装置和方法不需要工具内任何特定的机构，只要它可以是这样一种工具：每当工具可以被操作时，该工具产生振动或与振动相关的现象。

背景技术

日本专利申请公开号JP2005-231001公开了一种使用扭矩扳手来确定和计算达到预定扭矩值的紧固件拧紧操作的次数的装置和方法。该装置包括本体和全部固定在装置本体内部的加速度计、微控制器、电池、显示器、LED灯和蜂鸣器。装置本体经由细长的附接构件附接于扭矩扳手。由拧紧操作产生的振动通过细长的附接构件从扭矩扳手传递到装置本体，并从那里传递到传感器。显示器显示由装置计数的拧紧操作的次数。

分析检测信号并确定是否已经完成一个螺钉紧固的程序可以通过分析检测信号具有的特定特征来区分该信号与基于诸如单纯撞击等冲击的振动。根据JP2005-231001，当一个螺钉紧固完成时扭矩杆操作所产生的检测信号的波形具有在正方向和负方向上突然摆动的图形，因此，通过提取诸如峰值和零交叉的定时等特征可以区分由于掉落引起的冲击。

发明内容

对于装置来说，以可接受的准确度检测真正工具操作并将其与诸如工具掉落等其他事件区分开来是一个挑战。根据本发明的第一方面，提供一种用于对工具的操作进行确定和计数的装置，所述工具配备有在操作达到预定值时产生振动的机构，其中，所述装置包括：传感器，其用于检测振动并基于振动发出检测信号；安装装置，其用于将所述传感器可拆卸地安装到工具上，使得来自所述工具的机构的振动能够传递到所述传感器；微控制器，其用于接收来自所述传感器的检测信号并且对所述工具的操作进行确定和计数；以及电源，其用于向所述装置供电，其中，所述微控制器计算经过滤的检测信号的二阶导数，并且基于所述二阶导数信号的分析确定达到所述预定值的操作。

二阶导数信号测量加速度信号的变化率本身如何变化。因此，将加速度信号转换为其二阶导数信号有助于检测加速度信号中的峰值如何“峰”，而与加速度信号幅值无关。这增加了应用程序的灵敏度，有利于帮助检测真正工具操作。

优选地，所述微控制器通过在阈值之上寻找所述二阶导数信号的峰值来分析所述二阶导数信号，以确定达到所述预定值的操作。

优选地，所述微控制器通过评估事件持续时间来分析所述二阶导数信号，以确定达到所述预定值的操作。

优选地，所述阈值基于所述检测信号相对于所述二阶导数信号的本底噪声的标准偏差的倍数。

可替代地，所述微控制器通过寻找所述二阶导数信号的特定形状来分析所述二阶导数信号，以确定达到所述预定值的操作。由工具操作产生的检测信号的波形可能与所有其他事件不同。与其他事件相比，增加灵敏度可以改善波形识别并增强对真正工具操作的确定。

优选地，所述微控制器平滑所述二阶导数信号。将二阶导数应用于加速度信号往往会增加其高频噪声，并且这可以通过平滑化来减小。

优选地，所述微控制器限定要分析的所述二阶导数信号的区段的长度。