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Come fa un avvitatore elettrico a controllare la coppia e l'angolo?

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Cacciavite elettrico di coppia, cacciavite elettrico industriale, cacciavite intelligente del servo

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Nei settori della produzione automobilistica, aerospaziale e dell'assemblaggio di apparecchiature elettroniche di precisione, la qualità del processo di fissaggio determina direttamente la sicurezza e la durata del prodotto. L'avvitatore elettrico dinamometrico, che rappresenta la "star" della catena di montaggio, ha da tempo sostituito i tradizionali utensili pneumatici ed è diventato lo standard per il fissaggio di alta precisione. Ma come fa un avvitatore elettrico a garantire che ogni bullone soddisfi con precisione i requisiti prestabiliti? Questo articolo analizzerà a fondo il modo in cui gli avvitatori dinamici elettrici utilizzano questi due componenti fondamentali per ottenere un controllo ad anello chiuso della coppia e dell'angolo.

I primi strumenti di fissaggio si basavano sul disinnesto della frizione o sull'esperienza dell'operatore per esprimere giudizi, un metodo che era fortemente influenzato dall'ambiente, dall'attrito e dai fattori umani. L'essenza di un moderno avvitatore elettrico è un sistema integrato elettromeccanico miniaturizzato che combina un servomotore, un meccanismo di riduzione di precisione e un sistema di rilevamento intelligente.

Un avvitatore elettrico ha solo due compiti fondamentali:

Quanta forza produrre? (Controllo della coppia)

Quanti giri di serraggio fare (controllo dell'angolo)?

Per svolgere questi due compiti, l'avvitatore elettrico costruisce internamente un complesso sistema di feedback in tempo reale, che si basa sulla stretta collaborazione di due "sensori" fondamentali: il sensore di coppia e l'encoder angolare.
I. Sensore di coppia: Il "senso del tatto" del cacciavite elettrico

La coppia è l'indicatore più intuitivo per valutare la qualità del fissaggio. Gli avvitatori elettrici utilizzano in genere sensori di coppia dinamici per ottenere dati in tempo reale.

Principio di funzionamento: gli estensimetri a resistenza di alta precisione sono solitamente collegati all'albero motore dell'avvitatore elettrico. Quando il cacciavite elettrico eroga potenza, l'albero motore produce una piccola deformazione elastica torsionale. Questa deformazione provoca la variazione della resistenza degli estensimetri, che viene convertita in segnali di tensione a livello di microvolt attraverso un ponte di Wheatstone.

Misurazione dinamica e feedback ad anello chiuso: A differenza delle chiavi dinamometriche statiche, i cacciaviti elettrici eseguono misurazioni dinamiche durante la rotazione. Il sensore è situato all'estremità di uscita del riduttore, in grado di rilevare direttamente la coppia reale applicata al bullone. Quando la coppia misurata raggiunge il valore prestabilito, il sistema di controllo invia immediatamente un comando di frenatura al motore.
II. Encoder angolare: Gli "occhi" dell'avvitatore elettrico di coppia

Se il sensore di coppia è responsabile della percezione della "forza", l'encoder angolare è responsabile della registrazione dello "spostamento" Negli avvitatori elettrici, il controllo dell'angolo è fondamentale per identificare il fenomeno della "falsa coppia".

Principio di funzionamento: gli avvitatori elettrici utilizzano in genere encoder incrementali o magnetici integrati nella parte posteriore del servomotore. Per ogni rotazione del motore, l'encoder genera un numero specifico di segnali a impulsi. Poiché il cacciavite elettrico è dotato internamente di un riduttore ad alto rapporto, il controllore può ottenere una risoluzione angolare precisa dell'albero di uscita calcolando l'angolo di rotazione del motore e dividendolo per il rapporto di riduzione.

Processo di controllo: Durante il processo di fissaggio, l'avvitatore elettrico ruota prima in modalità coppia fino al punto di fissaggio, di solito una piccola soglia di coppia (ad esempio, il 10% della coppia finale). Poi l'encoder inizia il conteggio. Monitorando l'angolo di rotazione dal punto di appoggio al punto finale, l'avvitatore elettrico può determinare se la filettatura è spanata o se ci sono oggetti estranei che causano una condizione di "galleggiamento".
Conclusione

Il controllo della coppia singola ha i suoi difetti. Ad esempio, se dei detriti si incastrano tra le filettature, l'avvitatore elettrico può raggiungere rapidamente la coppia preimpostata, ma il bullone non viene effettivamente serrato. Per risolvere questi problemi, gli avvitatori elettrici adottano una strategia composita di "controllo della coppia + monitoraggio dell'angolo" o "controllo dell'angolo + monitoraggio della coppia" Questa doppia architettura di controllo ad anello chiuso trasforma con successo il complesso processo di fissaggio meccanico in operazioni digitali quantificabili, monitorabili e programmabili.