专利名称：用于评估动力工具的方法、设备、系统和计算机程序产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于评估动力工具的方法、设备、系统和计算机程序产品。
背景技术：
在生产工作中，例如在组装线中，普遍使用了包括便携式动力工具的动力工具，例如由操作者操作的动力扳手。更精细的情况在于，这样的动力工具典型地出现在生产质量控制具有较高优先级的应用中，例如用于汽车工业的安全产品的组装线，包括用于安全气囊产品等等的组装线。这些更加精细的动力工具典型地连接至控制系统，例如所谓的“驱动”，用于该工具的若干运行参数和动力供应的控制和/或呈现。运行参数的例子为扭矩、 角度(包括电机角度)等等。迄今为止，动力工具的评估(包括该动力工具的测试)典型地借助于一些测试过程来提供，所述测试过程主要集中于评估工具性能，例如工具的校准、工具提供的适当的组装扭矩、公差范围内的工具磨损等等。据我们所知，基本没有将注意力集中于动力工具的操作者，特别是在紧固螺旋接头(screw joint)时经受反作用扭矩的操作者，尽管存在以下事实首先对于操作者的长期健康(包括所有类型的人体工学需求)，其次对于操作者培训效率方面的成本，这个任务典型地是非常重要的。由于较差的人体工学条件，甚至可能产生产品质量问题，这些问题可能会比较严重。现在，典型地需要较大数量的测试螺旋接头(或“真实”螺旋接头，每个螺旋接头在紧固时都会提供特定的反作用扭矩)来模拟相应数量的真实组装情形，特别是能够模拟紧固诸如螺母和螺杆的螺旋接头时操作者感觉到的反作用扭矩。与上述类型的所有评估方法有关的问题是，这些方法典型地包含相当难处理并且消耗时间的操作。在实践中，常常甚至不可能模拟所有希望的情形，因为这些情形将需要太多的螺旋接头设置，并且/或者将花费太长的时间来运行，例如因为操作者不得不在较大数量的螺旋接头之间进行转换。假使一些操作者在真实情形下不得不进行测试之前从未测试紧固特别的螺旋接头的感觉如何，在最糟糕的情况下这些操作者可能会甚至对他们自己的动力工具产生担心。在真实组装情形，这可能甚至会导致受伤，例如因为意料之外的太高的反作用扭矩。已知的评估方法的执行成本有时也是相当高的。此外，因为螺旋接头必须要松开，评估会被打断；或者在最糟糕的情况下螺旋接头被用坏了，这当然是阻碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种评估方法、设备、系统和计算机程序产品，从而避免或者至少减少了所有上述问题，提供了螺旋接头的频繁的、低成本的、快速的评估，其集中于动力工具的操作者。根据本发明的第一方面，提供了一种用于评估操作者经受的人体工学应变的方法，特别是使得该应变最小化的方法，所述操作者使用动力工具来紧固待组装的物体上的特定反作用扭矩特性和/或位置的真实螺旋接头，所述方法包括以下步骤
-提供测试台，所述测试台具有对待组装的物体上的螺旋接头进行模拟的测试螺旋接头；-控制所述动力工具以模拟对于时间的扭矩斜坡响应阶段，从而使得扭矩对于时间给出了等同于所述操作者将会在真实螺旋接头上经受到的反作用扭矩。在这里，术语“评估”包括测试、评估和最小化。在这里，术语“真实”螺旋接头表示适合组装的任何螺旋接头，术语“测试”螺旋接头表示适合于模拟真实螺旋接头的螺旋接头装置。测试螺旋接头不必适合于组装，而是只适合于模拟。这些术语的进一步的定义和例子将在下面给出。典型地，该方法进一步包括以下步骤-在紧固所述测试台的测试螺旋接头时，使得所述操作者指出由来自于所述动力工具的反作用扭矩引起的所经受的应变；-在紧固所述测试台的螺旋接头的过程中，改变动力工具输出参数的值，以使得所述操作者经受的应变最小化，以及-存储改变的动力工具输出参数值，以在紧固待组装的物体处的真实螺旋接头时使用。通过这种方式，扭矩/角度特性(电机角度)转换为扭矩/时间特性，从而单个测试螺旋接头可以用于真实螺旋接头的大量模拟。本发明的另一个优点在于，可以通过发现动力工具的特定操作者的最优紧固对策 (或者可选择地提供更短处理时间的标准紧固对策)而缩短紧固过程。不可能借助于现有的技术实现这一点。本发明的另一个优点在于，可以在模拟过程中评估不同紧固过程的质量和生产参数。这提供了在这些参数彼此冲突的情况下发现最优对策的可能性。根据本发明的另一方面，提供了一种用于评估操作者经受的人体工学应变的方法，特别是使得该应变最小化的方法，所述操作者使用螺旋接头紧固动力工具来紧固待组装的物体上的不同反作用扭矩特性和/或位置的螺旋接头，所述方法包括以下步骤-提供测试台，所述测试台具有对待组装的物体的螺旋接头的特性和/或位置进行模拟的测试螺旋接头，-让所述操作者借助于所述动力工具将紧固扭矩应用在所述测试台的螺旋接头的每一个之上，-在紧固所述测试台的螺旋接头的每一个时，使得所述操作者指出由来自于所述动力工具的反作用扭矩引起的所经受的应变，-在紧固所述测试台的每个测试螺旋接头的过程中，改变动力工具输出参数的发展，以使得所述操作者经受的应变最小化，以及-为每个螺旋接头存储最优动力工具输出参数发展，以改变待组装的物体上的真实螺旋接头的每一个的紧固过程中所述操作者经受的反作用扭矩。在这里，术语“真实螺旋接头”决不限制于特定类型的螺旋接头，而是可以使用适合于在真实组装中使用的任意螺旋接头。在这里，术语“测试螺旋接头”包括能够在接头没有任何角位移的情况下接收动力工具的驱动扭矩的装置。可以使用适合于接收动力工具的驱动部分并且能够接收驱动扭矩的任何类型的装置。典型地，必须知道特别的测试螺旋接头的扭矩对于角度。如果轮轴(这里称为“驱动部分”)的速率已知，那么可以基于已知的扭矩对于角度计算出特别的扭矩对于时间。典型地，测试螺旋接头是固定的。在这里，术语“驱动部分”包括动力工具的任何可旋转部分，典型地包括具有方形驱动部分的突出轴，或者换言之驱动部分可以是驱动轮轴(驱动轴)，其本身都是已知的。 驱动部分还可以是螺母和安装在其上的插座。根据本发明的另一方面，提供了一种驱动单元设备，其与动力工具通信，控制该工具并为该工具供能。该驱动单元设备包括用于供应所述动力工具的电路，以模拟一种对于时间的扭矩斜坡阶段，从而在触发所述动力工具以紧固测试螺旋接头的时候，使得操作者从测试螺旋接头经受产生的反作用扭矩响应，所述操作者使用所述动力工具来紧固待组装的物体的特定反作用扭矩特性和/或位置的真实螺旋接头。本发明还涉及包括这样的驱动单元设备的系统。本发明还涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在驱动单元的电路中存储可执行代码。在执行时所述计算机程序产品布置为实施上文描述的用于动力工具的测试方法的一部分。典型地，这种创造性的评估方法、驱动单元设备、系统和计算机程序产品可以典型地在实施新的组装线或者培训操作者的时候用于动力工具的操作(人体工学)的测试以及用于培训目的。典型地，本发明提供了操作者的人体工学需求的模拟器。通过这种方式，可以提供动力工具的低成本快速评估。本发明的附加特征和优点通过所附的以下说明书和从属权利要求而得以公开。
为了对本发明进行进一步的解释，现在将参考附图对选为例子的实施方案进行更加具体的描述，在附图中图1显示了包括根据本发明的实施方案的动力工具和驱动单元的测试系统。图2是显示了根据本发明的实施方案的方法的流程图。图3a图示了旋转速度对于时间的图。图北图示了扭矩对于时间的图。
具体实施例方式现在参考图1，其显示了本发明的实施方案，实施为用于使得操作者经受的人体工学应变最小化的系统10，该操作者使用螺旋接头紧固动力工具来紧固待组装的物体上的具有不同反作用扭矩特性和/或位置的螺旋接头。系统10包括用于动力工具12的测试螺旋接头11。测试螺旋接头11适合于接收动力工具12的驱动部分13，从而在被按动触发器15 的操作者(仅显示了操作者的手14)触发的时候接收来自于动力工具12的驱动扭矩。测试螺旋接头11稳固地支持驱动部分13，该驱动部分13在自由位置(即在未插入测试螺旋接头11时)可以旋转。典型地，测试螺旋接头11实施为例如插座，适合于接收形式为动力工具12的龙头的驱动部分13，但是可选择地能够以螺母的形式实施。在后一种情况下，动力工具12必须具有相应的插座。该后一种情况未显示，因为对于本领域技术人员而言，根据图1进行设计是显而易见的。用于模拟的测试螺旋接头可以是任何合适的类型，只要其扭矩对于角度特性是已知的。刚性(即非旋转)测试螺旋接头的优点在于，在动力工具的评估过程中不必将该接头松开。在应该评估(螺杆的)向下旋绕的情况中，可以应用可选择的非刚性测试螺旋接头。此外，借助于这种可选择的测试螺旋接头，还可以在螺杆向下旋绕之前对螺杆插入螺旋接头进行评估。这一点在一些情况下是很重要的，因为会想要对较差视力条件或者较差安装条件进行调查，特别是关于人体工学条件。在采用了刚性测试螺旋接头的情况下，可以借助于在扭矩建立过程中提供延迟的工具来对向下旋绕的状态进行模拟。另一种可选择形式可以是对具有锁定装置(其形式为尼龙内衬)的螺母进行模拟。这些类型的螺母可以通过提供有效扭矩来进行模拟。测试系统10还包括驱动单元设备20，该驱动单元设备20具有用于信号通信的电路22并且具有动力工具12的动力供应(电)。驱动单元20布置为使得动力工具12模拟一种对于时间(t)的扭矩T斜坡阶段，从而在触发动力工具12以紧固测试螺旋接头11的时候使得操作者从测试螺旋接头11经受所产生的反作用扭矩T响应，其类似于或等同于待评估的真实接头的扭矩响应。驱动单元设备20布置为将扭矩/角度特性转换为扭矩/时间特性。这种转换是借助于电路22进行的，该电路22包括在电路22中存储可执行代码的计算机程序产品，在执行的时候进行。扭矩T的建立对于输出龙头的旋转速度(针对被评估的真实接头进行评估的所选择的特别紧固对策的旋转速度)将会转换为扭矩T对于时间 t，输出龙头在这里是驱动部分13。这就意味着扭矩T的建立将独立于输出驱动部分的旋转速度，从而龙头对于周围环境(即测试螺旋接头)可以是静止的。可选择地，还可以相反地将扭矩T对于时间t转换为旋转速度对于扭矩T/时间t。借助于这种系统，操作者经受的人体工学应变可以进行评估，典型地被最小化，该操作者使用螺旋接头紧固动力工具来紧固待组装的物体上的具有不同反作用扭矩特性和/ 或位置的螺旋接头。典型地，驱动单元设备还包括用于对电信号进行处理(包括接收和发出信号)的电路。典型地，计算机程序产品还包括可执行代码，该代码布置为提供合适的操作者界面， 特别是辅助操作者执行所描述的评估方法。这点没有具体描述或说明，因为对于本领域技术人员而言，实现这点是显而易见的，典型地借助于本身已知的硬件部件以及创造性的软件。后者将在下面描述。角度α典型地作为电机角度。典型地，动力工具12经由界面单元21借助于常规缆线连接14而连接至驱动单元设备20。驱动单元设备20典型地为静止控制单元，实施为所谓的“驱动”。在这里，术语“静止”也包括某种程度上的便携，从而驱动可以在周围移动， 但是典型地在其操作期间不移动。典型地，驱动单元设备20基于本身已知的可编程驱动。 典型地，在目前的驱动中设置适合于借助于软件实现本发明的处理器和存储器布置。本发明借助于使用便携动力工具12而合适地实施，该便携动力工具12例如为便携电动扳手，其连接至控制单元20，该控制单元20也具有控制系统和用于将合适的驱动电流(电压)供给至动力工具12的装置。典型地，该控制单元的电压输出应该具有可变频率和电压幅值(或电流)，以改变动力扳手的扭矩输出。现在也参考图2。图2是显示了根据本发明的实施方案的方法的流程图，其可以借助于关于图1描述的系统而实施。在第一步骤中，提供适合于接收动力工具12的驱动部分13的测试螺旋接头。驱动部分13提供来自于动力工具12的驱动扭矩T，步骤201。待评估的测试螺旋接头的特性例如可以借助于扭矩/角度转换器来测量，或者借助于图像界面(未显示)设置为特别扭矩/角度关系。在下一步骤中，驱动单元20提供动力工具以模拟对于时间的扭矩斜坡阶段，从而在触发动力工具以紧固测试螺旋接头的时候使得操作者经受所产生的反作用扭矩响应，其类似于来自于真实螺旋接头的响应，步骤203a。扭矩斜坡是通过将扭矩/角度特性转换为扭矩/时间特性而产生的。通过这种方式，对于操作者而言，测试螺旋接头11感觉就像被紧固的真实接头。通过检测电机角度(典型地需要固定测试螺旋接头)，可以确定旋转部分13和11 的速率(旋转速度)β，以及加速度幅值β ”，并且通过使用这样计算的加速度幅值β，，以及旋转部分的总质量惯性I，可以确定传递至动力工具11的扭矩Τ。可选择地，对于没有固定测试螺旋接头的情况，也可以(或者典型地要求)使用加速计或角度计(gonimeter)。然而，对于这些可选择情况均未进行描述，因为其对于本领域技术人员而言是显而易见的。其典型地是通过检测电机角度以及计算反作用扭矩而提供的。其全部是借助于驱动单元20而提供的。其在图3a至图北中显示，其中图3a显示了速率β，对于时间t，图北显示了扭矩T对于时间t。在图北中，显示了六个扭矩参数值Τη。这些仅仅意在对本发明进行举例说明，决不会将本发明的范围限制于这种特别数量的值。从而，另一数量的值也是有可能的。典型地，但不是总是如此，扭矩T对于时间t的关系本质上是线性的。例如，在两步紧固以及所谓“缩放步骤”紧固的过程中，没有线性关系。典型的，创造性的方法进一步包括以下步骤-在紧固测试台的测试螺旋接头时，让操作者指出其所经受的应变，该应变由来自于动力工具的反作用扭矩所引起，步骤20 ；这可以包括_将真实接头的扭矩/角度特性和主轴速度转换为扭矩/时间-在紧固测试台的螺旋接头的过程中改变动力工具输出参数的值，以使得操作者经受的应变最小化，步骤203c。这可以包括相反地将实现的/最优的控制参数转换回扭矩对于角度/角度速度，以及-存储改变的动力工具输出参数值，以在紧固待组装的物体处的螺旋接头时使用， 步骤203d。可选择地，在步骤203c中，改变动力工具输出参数的值可以用于发现特别紧固对策的最合适的折衷，该特别紧固对策是在人体工学、质量或生产率冲突的情况下据其作出的。典型地，该创造性的方法进一步包括以下步骤在模拟惰转周期(running down period)的特别的初始时间周期的过程中，其中在实际紧固接头之前操作者经受将螺杆拧入螺栓上的螺纹或螺母中，步骤202。该创造性的方法可以进一步包括以下步骤模拟包括多个测试螺旋接头的测试螺旋接头序列，每个测试螺旋接头都具有不同的反作用扭矩响应，步骤204。
在这种情况下，该创造性的方法包括以下步骤-提供具有螺旋接头的测试台，模拟待组装的物体的螺旋接头的变化特性和/或位置，步骤202-让操作者借助于动力工具将紧固扭矩施加在测试台的螺旋接头的每一个之上， 步骤20 -在紧固测试台的螺旋接头的每一个时，让操作者指出其所经受的应变，该应变由来自于动力工具的反作用扭矩所引起，步骤204b-在紧固测试台的每个螺旋接头的过程中改变动力工具输出参数的发展，以使得操作者经受的应变最小化，步骤204c，以及-为每个螺旋接头存储最优动力工具输出参数发展，以改变待组装的物体上的螺旋接头的每一个的紧固过程中操作者所经受的反作用扭矩，步骤203d。测试可以针对操作者要求的紧固操作的最小数量以及统计安全性而进行，也就是说，应用于相同测试螺旋接头的5个紧固操作。由于接头不必松开，这就可以在不打断操作者或者接头不会用坏的情况下容易地进行。测试也可以针对接头特性中预期的公差变化来进行，也就是说士5%，或者50Nm(这些值只是举例说明，并不意在进行限制)。另外，偏移误差等等可以得到补偿。为了不停止组装线，这通常是在正常组装工作的过程中进行的，例如通过使得组装线减速。可选择地，动力工具可以暂停生产以进行评估。典型地，模拟可以通过以下方式进一步验证在与已经模拟的相同类型的真实接头上并且在与模拟相同的位置上使用紧固对策。典型地，在模拟过程中使用的驱动单元20 和工具12是用于真实组装的相同的驱动单元20和工具12。由于实际原因，在用于模拟和真实组装的(驱动单元的)软件中可能有一些不同。该创造性的方法可以进一步包括以下步骤改变扭矩斜坡阶段以提供足以覆盖动力工具的操作范围的多个扭矩值T，步骤204。此外，可以针对包括统计质量和生产率参数的若干紧固参数进行分析。此外，控制数据可以在测试单元和动力工具之间进行通信，以对动力工具参数进行调节。典型地，该创造性的方法通过计算机程序产品部分地实施，该计算机程序产品在驱动单元20的电路22中存储可执行代码M，在执行时布置为至少进行以下步骤模拟对于时间的扭矩斜坡阶段，从而在触发动力工具以紧固测试螺旋接头的时候使得操作者经受所产生的反作用扭矩响应，其对应于来自真实接头的响应。即使在图1中显示了形式为电动动力扳手的动力工具12，本发明决不是限制为这种特别类型的动力工具，相反，可以利用任何具有旋转部分13的动力工具12进行代替；然而由于存在工具惯性，也可能有一些限制。本发明决不限制于电动动力工具，而是也可以适合于空气动力工具(倘若工具的惯性合适)。动力工具12可以包括一个或更多个额外的扭矩和/或角度传感器16。借助于这种额外的传感器，可以提供冗余系统10。传感器的例子是工具的电机的角度传感器、外部加速计、角度计、陀螺仪等等。本发明也可以实施为对辅助装备进行测试，例如其安装类型合适，扭矩接收臂或配套部分(停止部分)的尺寸设置，或者对辅助装备的安装位置进行检查。
权利要求
1.一种方法，用于评估由反作用扭矩引起的人体工学应变，所述应变是在待组装的物体上的特定位置处操作者使用动力工具来将真实螺旋接头紧固至特定扭矩的时候，所述操作者所经受的，所述方法包括以下步骤-提供测试台，所述测试台具有对待组装的物体上的螺旋接头进行模拟的至少一个测试螺旋接头，(步骤201)；-控制所述动力工具以模拟对于时间的扭矩斜坡响应阶段，从而扭矩对于时间给出了等同于所述操作者将会在真实螺旋接头上经受到的反作用扭矩，(步骤203a)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述扭矩斜坡是通过将扭矩/角度特性转换为扭矩/时间特性而产生的，(步骤203a)。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤-在紧固所述测试台的测试螺旋接头时，让所述操作者指出所经受的应变，该应变由来自于所述动力工具的反作用扭矩所引起，(步骤20 )；-存储改变的动力工具控制参数值，以在紧固待组装的物体处的真实螺旋接头时使用， (步骤 203d)。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤-在紧固所述测试台的测试螺旋接头时，让所述操作者指出所经受的应变，该应变由来自于所述动力工具的反作用扭矩所引起，(步骤20 )；-将真实接头的扭矩/角度特性和主轴速度转换为扭矩/时间特性； -将相应的控制参数存储在动力工具控制器中，用于对所述操作者经受的应变进行评估，(步骤203c)以及-相反地将实现的/最优的控制参数转换回扭矩对于角度/角度速度，接下来 -存储改变的动力工具控制参数值，以在紧固待组装的物体处的真实螺旋接头时使用， (步骤 203d)。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤在模拟惰转周期的特别的初始时间周期的过程中，其中在紧固接头之前所述操作者经受将紧固装置拧入螺纹中的过程， (步骤202)。
6.根据权利要求1-3的任意一项所述的方法，进一步包括以下步骤模拟包括多个测试螺旋接头的测试螺旋接头序列，每个测试螺旋接头都具有不同的反作用扭矩响应，(步骤 204)。
7.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤-让所述操作者借助于所述动力工具将紧固扭矩施加在所述测试台的螺旋接头的每一个之上，(步骤20 )-在紧固所述测试台的螺旋接头的每一个时，让所述操作者指出所经受的应变，该应变由来自于所述动力工具的反作用扭矩所引起，(步骤204b)-在紧固所述测试台的每个螺旋接头的过程中改变动力工具输出参数的发展，以使得所述操作者经受的应变最小化，(步骤204c)，以及-为每个螺旋接头存储最优动力工具输出参数发展，以改变待组装的物体上的螺旋接头的每一个的紧固过程中所述操作者经受的反作用扭矩，(步骤204d)。
8.根据权利要求4或5所述的方法，包括模拟至少五个测试螺旋接头的序列，(步骤204)。
9.根据权利要求1-5的任意一项所述的方法，包括以下步骤改变扭矩斜坡阶段以提供足以覆盖所述动力工具的操作范围的多个扭矩值(T)。
10.根据权利要求1-6的任意一项所述的方法，其中针对包括统计安全性的若干紧固参数进行分析。
11.根据前述权利要求1-7的任意一项所述的方法，其中控制数据在测试单元和所述动力工具之间进行通信，以对动力工具参数进行调节。
12.—种与动力工具(1 通信的驱动单元00)设备，所述驱动单元设备包括用于供应所述动力工具(1 的电路(22)，以模拟一种对于时间(t)的扭矩(T)斜坡阶段，从而在触发所述动力工具(1 以紧固测试螺旋接头(U)的时候，使得操作者从测试螺旋接头(U) 经受产生的反作用扭矩(T)响应，所述操作者使用所述动力工具来紧固待组装的物体的特定反作用扭矩特性和/或位置的螺旋接头。
13.一种用于评估操作者所经受的人体工学应变的系统，所述操作者使用螺旋接头紧固动力工具来紧固待组装的物体上的特定反作用扭矩特性和/或位置的真实螺旋接头，所述系统包括-适合于接收动力工具(1 的驱动部分(1 的测试螺旋接头(11)，所述驱动部分 (13)提供来自于所述动力工具(12)的驱动扭矩⑴；-驱动单元(20)，所述驱动单元00)与包括电路0 的所述动力工具(1 通信，用于控制所述动力工具(1 ，以模拟对于时间(t)的扭矩(T)斜坡响应阶段，从而扭矩(T)对于时间(t)给出了等同于所述操作者将会在真实螺旋接头上经受到的反作用扭矩。
14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在驱动单元OO)的电路0 中存储可执行代码(M)，在执行时布置为进行以下步骤-提供动力工具以模拟对于时间的扭矩斜坡阶段，从而在触发所述动力工具以紧固测试螺旋接头的时候，使得操作者经受来自于所述接头的产生的反作用扭矩响应。
全文摘要
本发明涉及一种方法，用于使得操作者经受的人体工学应变最小化，所述操作者使用动力工具来紧固待组装的物体上的特定反作用扭矩特性和/或位置的螺旋接头，所述方法包括以下步骤提供测试台，所述测试台具有对待组装的物体上的螺旋接头进行模拟的螺旋接头；控制所述动力工具以模拟对于时间的扭矩斜坡响应阶段，从而使得扭矩对于时间给出了等同于所述操作者将会在真实接头上感觉到的反作用扭矩。本发明还涉及设备、系统和计算机程序产品，其可以典型地在实施新的组装线或者培训操作者的时候用于动力工具的操作(人体工学)的测试以及用于培训目的。
文档编号G01L25/00GK102257375SQ200980151132
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月23日
发明者H·P·J·约恩格伦, L·M·佩尔松 申请人:阿特拉斯·科普柯工具公司