王 瑜 ，閆 沫

（1.西安航空學院 機械工程系，陜西 西安 710077；2.西安建筑科技大學 機電工程學院，陜西 西安710055）

扭矩扳手是廣泛使用于航空、航天、艦船、汽車、石油化工等工業(yè)部門的一種高精度裝配工具。各種扭矩扳手在出廠前或使用一段時間后均需檢定，以保證使用要求。

目前，檢定單位使用機械式檢定儀，通過人工手動檢定，扭矩扳手的檢定結果需要人工錄入計算機后保存、打印輸出，這種檢定方式既費時又費力，而且檢測結果受操作者的經(jīng)驗影響，容易造成人為因素影響檢測結果的準確性。

本系統(tǒng)不但可以進行扭矩扳手的人工手動檢定，還具備自動檢定的功能，并且將扭矩扳手的基本信息、標準裝置的基本信息、每一檢定點的3個檢定值、示值相對誤差、示值重復性及準確度級別等參數(shù)保存到Access數(shù)據(jù)庫中，以便對數(shù)據(jù)進行分析和打印輸出。

硬件方面，由于2～3 000 N·m的扭矩負荷輸出相差太大，要想將多個量程的傳感器集成于一臺加載裝置上，用一臺伺服電機驅(qū)動，很難對大小量程進行兼顧，所以，本系統(tǒng)用兩臺設備來實現(xiàn)此功能。一臺裝置用一個傳感器實現(xiàn)2～10 N·m量程段的檢測功能；另一臺裝置用4個傳感器實現(xiàn)10～3 000 N·m量程段的檢測功能。軟件方面，采用虛擬儀器編程軟件LabWindows CVI，編寫了手動示值式扭矩扳手（指針式、數(shù)字式）和手動預置式扭矩扳手的檢定程序。

本系統(tǒng)檢定準確、性能穩(wěn)定、功能豐富、操作簡便，在扭矩檢定中具有很高的應用價值，可以成為企業(yè)、科研機構控制扭矩扳手、扭矩螺絲刀產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 總體設計

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由工控機、采集卡、軟件平臺、扭矩儀表、伺服電動機、減速器和扭矩傳感器（4個）等主要部分組成。系統(tǒng)示意圖如圖1所示。4個TCA稱重傳感器完成10～3000 N·m量程段扭矩扳手的檢測功能，AT - 150扭矩測量儀將稱重傳感器檢測到的扭矩值通過RS232串口發(fā)送給工控機，工控機根據(jù)在LabWindows CVI環(huán)境下編寫的程序，通過PCI - 1761采集卡控制伺服驅(qū)動器，從而控制伺服電機的轉向和轉速，以不同的控制要求完成對扭矩扳手扭矩的加載和卸載。

圖1 系統(tǒng)示意圖Fig. 1 The instruction for the control system

1.2 硬件介紹

1.2.1 AT - 150扭矩測量儀

AT - 150扭矩測量儀，具有精度高、性能穩(wěn)定、功能強大、操作簡便等特點，主要用于扭矩峰值檢測。該測量儀具有以下功能特點：1）熒光雙顯示屏，清晰直觀；2）4通道傳感器輸入；3）自動零位跟蹤功能；4）全面板式數(shù)字調(diào)校及工作參數(shù)設置；5）模擬、數(shù)字濾波參數(shù)設置；6）4種力矩單位示值自動轉換；7）峰值保持及第一峰值保持；8）6組預設值及超差設置。

AT - 150扭矩測量儀與工控機通過RS232接口連接，AT - 150扭矩測量儀與TCA稱重傳感器的連接如圖2所示。圖中EX+:激勵正 EX-:激勵負 SIG+:信號正 SIG-:信號負 SH:屏蔽[1]。

圖2 AT -150扭矩測量儀與傳感器的連接圖Fig. 2 The connection graph of AT -150 torque measuring instrument and sensor

1.2.2 TCA稱重傳感器

TCA稱重傳感器材質(zhì)為不銹鋼，廣泛應用于懸掛容器稱重、起重設備測力應用，船用、港口機的測力應用，材料試驗機應用等其他測力裝置[2]。

1.2.3 PCI - 1761采集卡

PCI - 1761是一款PCI總線的繼電器輸出及隔離數(shù)字量輸入卡，它提供8路光隔離數(shù)字量輸入通道，在噪聲環(huán)境下為采集數(shù)字量輸入提供3750VDC的隔離保護；它帶有8個SPDT繼電器可以用作開關控制設備或者小型電源斷路開關。為了便于監(jiān)控，每個繼電器都帶有一個紅色的LED指示燈，用來顯示繼電器的開關狀態(tài)。PCI - 1761的8路光隔離輸入通道是噪聲環(huán)境或電位漂移下數(shù)字量輸入的理想選擇。

2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)主要完成兩個控制要求：手動示值式扭矩扳手（指針式、數(shù)字式）、手動預置式扭矩扳手的檢定，恒扭矩加載率控制要求。手動示值式扭矩扳手（指針式、數(shù)字式）的檢定需要結合手動操作；手動預置式扭矩扳手的檢定程序，可以人工手動檢定，也可以自動檢定，在自動檢定時，首先控制伺服電機以一定速度正轉，完成扭矩的加載過程，當扭矩扳手的實測值下降10%時，該實測值即是扭矩扳手的實際扭矩值，此時，控制伺服電機以一定速度反轉，完成扭矩的卸載過程，并按國家標準JJG707-2003要求，自動判斷扭矩扳手是否合格，將檢定結果記錄在表格和數(shù)據(jù)庫中。如果在加載過程中，為了防止扭壞扭矩扳手，當扭矩的實測值超過待測扭矩扳手的扭矩值的10%時，控制伺服電機反轉，進行卸載。恒扭矩加載率控制方框圖如圖3所示，首先給定扭矩加載率，將實際扭矩加載率和給定扭矩加載率比較，如果實際扭矩加載率等于給定扭矩加載率，控制伺服電機保持目前加載速度不變；如果實際扭矩加載率小于給定扭矩加載率，控制伺服電機加速；如果實際扭矩加載率大于給定扭矩加載率，控制伺服電機減速[3]。

2.1 初始化PCI - 1761采集卡

PCI - 1761采集卡和計算機通過PCI總線進行通信。LabWindows CVI程序啟動時對PCI - 1761采集卡進行了初始化，主要程序如下[4-5]：

圖3 恒扭矩加載率控制方框圖Fig. 3 The control block diagram of invariable torque loading rate

2.2 LabWindows CVI與AT - 150扭矩測量儀的通信

LabWindows CVI與AT - 150扭矩測量儀通過RS - 232進行通信，串口波特率為9600，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，偶校驗。主要程序如下：

ComWrt (comselect, startsample_SJ, 7); //計算機向AT -150扭矩測量儀發(fā)送命令

state = ComRd(comselect, readBuf, 18); //計算機接收AT -150扭矩測量儀發(fā)送的數(shù)據(jù)

根據(jù)AT -150扭矩測量儀的通信協(xié)議，編寫了相應的數(shù)據(jù)處理函數(shù)，方便的將扭矩值顯示在計算機上。

2.3 Access的初始化程序

在扭矩扳手檢定前需要將扭矩扳手的信息錄入到數(shù)據(jù)庫中，程序中設計了“錄入”界面；在扭矩扳手檢定后需要給出打印報告，并將檢定結果存儲到數(shù)據(jù)庫中。在程序安裝以前需要在“管理工具”中用“ODBC數(shù)據(jù)源”配置數(shù)據(jù)庫，Access的初始化程序如下：

圖4 扭矩扳手檢定結果圖Fig. 4 The graph of verification result for torque wrench

3 試驗結果

試驗結果如圖4所示，圖中的“檢定次數(shù)”欄中設定扭矩扳手的檢定次數(shù)，可以自動完成扭矩扳手的檢測，界面上設置有“超限”和“檢定點”指示燈，用于指示扭矩值超量程和扭矩的實測值。界面中的“證書編號”可以自動生成，選擇了“檢定點”的個數(shù)后，表格中的檢定點自動生成。界面中的左下方為電機控制區(qū)域，右下方為扭矩儀表控制區(qū)域。

通過對不同量程扭矩扳手的連續(xù)檢測發(fā)現(xiàn)，LabWindows CVI可以實時的用收到的數(shù)據(jù)按照國家標準JJG707-2003計算出被測扭矩扳手符合的的精度等級，并可以依據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的信息自動對檢定結果是否合格進行判斷，反應迅速。

4 結束語

文中研制了一種扭矩扳手自動檢測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理平臺基于LabWindows CVI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的軟硬件設計，介紹了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理的整個流程，成功實現(xiàn)了LabWindows CVI對扭矩扳手數(shù)據(jù)的處理，及扭矩扳手檢定點的自動和手動的控制。通過現(xiàn)場應用表明，該系統(tǒng)達到了設計要求，效果良好。

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