[发明专利]一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法

权利要求书

1.一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法，其特征在于，包括；

S1：获取惯性传感器所测量的角度；

S2：计算控制板与扳手的安装误差角，并利用坐标转化求得工件实际旋转的角度值；

S3：通过记录单次的相对角度差值为对象，将多次的相对角度差值进行累加，最后计算得到总转动角度。

2.根据权利要求1所述的一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法，其特征在于，所述安装误差角包括横滚角和俯仰角；

以控制板底面中心点为原点二建立控制板坐标系，包括x’轴、y’轴、z’轴；

以扳手底面中心点为原点一建立扳手坐标系，包括x轴、y轴、z轴；

所述横滚角为安装时在控制板坐标系x′O₂y′中，控制板底面绕x’轴转动与扳手底面存在的偏差角；

所述俯仰角为安装时在控制板坐标系x′O₂y′中，控制板底面绕y’轴转动与扳手底面存在的偏差角。

3.根据权利要求2所述的一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法，其特征在于，所述横滚角的计算方法包括：设加速度在控制板坐标系中的三个坐标轴所测得的重力分量为{a_x，a_y，a_z}，其中a_x＝g*sinθ，根据加速计在x’轴方向上的读数求得sinθ值，最终得横滚角θ＝arcsina_x；

所述俯仰角的计算方法包括：设加速度计三个坐标轴所测得的重力分量为{a_x，a_y，a_z}，其中a_y＝g*sinφ，根据加速计在y’轴方向上的读数求得sinφ值，最终得俯仰角φ＝arcsina_y。

4.根据权利要求1所述的一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法，其特征在于，所述工件实际旋转的角度值的计算方法包括：

根据扳手坐标系到控制板坐标系在x’轴上角度为θ的旋转关系和扳手坐标系到控制板坐标系在y’轴上角度为φ的旋转关系计算出扳手坐标系到控制板坐标系的转换矩阵；

根据惯性传感器测量得到的控制板坐标系的z’轴转动角度，通过扳手坐标系到控制板坐标系的转换矩阵计算得扳手坐标系的z轴实际转动角度。

5.根据权利要求1所述的一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法，其特征在于，所述步骤S3中将多次的相对角度差值进行累加的方法具体包括：

(1)预设扭矩阈值，当实测扭矩大于所设定的扭矩阈值时，判定扳手开始进行拧紧工作；

(2)对需拧紧工作件进行一次或多次拧紧操作，当每次拧紧过程开始的时候记录初始角度值；

(3)当扳手每旋转Angle_step度，同时记录此时角度值与对应扭矩值，所述Angle_step为用户自定义的角度值；所述记录的角度值是差值，即每次拧紧过程中实时角度值与此次过程初始角度值的差值，并显示整个拧紧过程累计旋转角度以及最大扭矩；

(4)在拧紧过程中会实时判断角度与扭矩值是否达标，达标则上传记录结果，达标的条件是：

Angle_min≤Angel≤Angle_max (1)

Torque_min≤Torque≤Torque_max (2)

在公式(1)、(2)中Angel和Torque分别是实时获取的角度以及扭矩值，所述Angle_min与Angle_max分别代表角度合格区间最大值与最小值；所述Torque_min、Torque_max代表扭矩阈值合格区间最大值与最小值；同时实时监听扭矩是否小于扭矩阈值，以判定处于拧紧状态还是松开状态；

若是松开状态则再次进入步骤(1)；

若是拧紧状态，则直到被判断为松开状态时，记录为一次转动。

6.根据权利要求5所述的一种基于惯性传感器的智能扭矩扳手角度精确测量方法，其特征在于，所述角度累加算法还包括以下方法：

所述记录单次的相对角度差值为单次拧紧操作结束时的最终角度减拧紧操作开始时的初始角度，角度累计值即总转动角度计算如下：

角度累计值＝相对角度差值1+相对角度差值2+…相对角度差值n；

所述角度累加算法还包括惯性传感器默认是逆时针旋转角度增加，而拧紧是顺时针进行，所以要变换为顺时针的累加规律，涉及到的处理如下：

(1)改变惯性传感器角度增加方向：Last_Angle–Current_Angle＝Angle_step；所述Current_Angle是当前测得的角度值，所述Last_Angle是此次拧紧过程中的上次所记录的角度值，即(Current_Angle+Angle_step)角度值；

(2)处理惯性传感器角度-179°～180°接口处问题(负～正)，整个旋转过程中这个接口处的处理方法是将所述差值加上360°，即Differ＝Differ+360°。