CN111051006A - 信号处理装置和工具 - Google Patents

Abstract

信号处理装置(10)被用于工具，该工具具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体，该信号处理装置(10)具备滤波器(22)、运算电路(23)以及控制电路(24)。滤波器(22)接收表示作用于旋转体的转矩值的转矩值信号，并且对该转矩值信号进行滤波。运算电路(23)基于施加于旋转体的冲击数，来设定滤波器(22)的滤波器系数。控制电路(24)基于由滤波器(22)进行滤波后的转矩值信号，来控制向旋转体施加的冲击。

Description

信号处理装置和工具

技术领域

本公开涉及一种被用于工具的信号处理装置和具备这样的信号处理装置的工具，该工具具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体。

背景技术

已知一种如冲击驱动器和冲击扳手等具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体的工具(以下也称作“冲击旋转工具”)。

专利文献1公开了如下一种冲击旋转工具：通过马达来驱动锤体使之旋转，将由锤体产生的冲击转矩施加于拧紧对象物来产生拧紧转矩。

专利文献1：日本特开2008-083002号公报

发明内容

发明要解决的问题

关于冲击旋转工具，存在基于作用于旋转体的转矩来控制马达等驱动装置的冲击旋转工具。然而，在利用内置于冲击旋转工具的转矩传感器来测量作用于旋转体的转矩时，表示转矩的转矩值信号可能包括由于施加于冲击旋转工具的旋转体的冲击引起的噪声成分(对转矩值无用的成分)。担心该噪声成分会导致无法准确地控制驱动装置。因而，要求在测量作用于冲击旋转工具的旋转体的转矩时得到准确的转矩值信号。

本公开的目的在于提供一种能够得到表示作用于通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体的转矩的、较以往而言更准确的转矩值信号的信号处理装置。本公开的目的还在于提供一种具备这样的信号处理装置的工具。

用于解决问题的方案

根据本公开的一个方式所涉及的信号处理装置，

被用于工具，该工具具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体的工具，所述信号处理装置具备：

滤波器，其接收表示作用于所述旋转体的转矩值的转矩值信号，对该转矩值信号进行滤波；

运算电路，其基于施加于所述旋转体的冲击数，来设定所述滤波器的滤波器系数；以及

控制电路，其基于通过所述滤波器进行滤波后的所述转矩值信号，来控制向所述旋转体施加的冲击。

发明的效果

根据本公开的一个方式所涉及的信号处理装置，能够得到较以往而言更准确的转矩值信号。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的工具的结构的概要图。

图2是表示图1的信号处理装置10的结构的框图。

图3是表示决定图2的运算电路23的动作的学习装置30的结构的框图。

图4是表示图2的运算电路23和图3的运算电路32中使用的神经网络的例子的图。

图5是用于说明第一实施方式所涉及的截止频率的决定方法的曲线图。

图6是表示第1击的转矩信号的波形的曲线图。

图7是表示第44击的转矩信号的波形的曲线图。

图8是表示第84击的转矩信号的波形的曲线图。

图9是表示第一实施方式所涉及的转矩值信号的滤波的曲线图。

图10是将使用根据第一实施方式决定出的截止频率进行了滤波的转矩值信号与实际测量出的转矩值信号进行比较的曲线图。

图11是用于说明第二实施方式所涉及的工具中的转矩值信号的截止频率的决定方法的曲线图，是表示第1击的转矩信号的频谱的曲线图。

图12是用于说明第二实施方式所涉及的工具的转矩值信号的截止频率的决定方法的曲线图，是表示第5击的转矩信号的频谱的曲线图。

图13是用于说明第二实施方式所涉及的工具的转矩值信号的截止频率的决定方法的曲线图，是表示第10击的转矩信号的频谱的曲线图。

图14是用于说明第二实施方式所涉及的工具的转矩值信号的截止频率的决定方法的曲线图，是表示第20击的转矩信号的频谱的曲线图。

图15是用于说明第二实施方式所涉及的工具的转矩值信号的截止频率的决定方法的曲线图，是表示第30击的转矩信号的频谱的曲线图。

图16是用于说明第二实施方式所涉及的工具的转矩值信号的截止频率的决定方法的曲线图，是表示第40击的转矩信号的频谱的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本公开的实施方式。

第一实施方式

图1是表示第一实施方式所涉及的工具的结构的概要图。图1的工具具备马达1、减速机构2、锤体3、砧4、轴5、转矩传感器6、冲击传感器7、开口环8、信号处理装置10、输入装置11以及显示装置12。图1的工具是具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体的冲击驱动器。

砧4和轴5形成为一体。在轴5的前端(与砧4相反一侧的端部)设置用于收容驱动器钻头的钻头保持架(未图示)。减速机构2使通过马达1产生的旋转减速后传递至锤体3。锤体3通过向砧4施加冲击力来使砧4和轴5旋转。

在轴5上固定转矩传感器6和冲击传感器7。转矩传感器6检测作用于轴5的转矩，并且输出表示检测出的转矩的转矩值信号。转矩传感器6例如包括应变传感器或磁致伸缩传感器等。冲击传感器7检测通过施加于砧4和轴5的冲击使轴5承受的冲击，并且输出将检测出的冲击表示为脉冲的冲击脉冲。冲击传感器7例如包括加速度传感器或传声器等。

开口环8将转矩值信号和冲击脉冲从轴5传递至在工具的非可动部分设置的信号处理装置10。

输入装置11从用户接受表示与工具的动作有关的追加参数的用户设定值，并将该用户设定值发送至信号处理装置10。追加参数例如包括工具的插槽的种类、紧固对象物的种类以及螺栓直径中的至少一方。插槽的种类例如包括40mm、250mm等插槽长度。紧固对象物的种类例如包括硬接头和软接头。螺栓直径例如包括M8、M12、M14等。显示装置12显示工具的状态，例如显示所输入的用户设定值、作用于轴5的转矩等。信号处理装置10基于转矩值信号、冲击脉冲以及用户设定值来控制马达1。马达1在信号处理装置10

的控制下对砧4和轴5施加冲击。

在本公开中，将砧4、轴5以及钻头保持架(未图示)也称作“旋转体”。另外，在本公开中，将马达1、减速机构2以及锤体3也称作“驱动装置”。

图2是表示图1的信号处理装置10的结构的框图。信号处理装置10具备计数器21、滤波器22、运算电路23以及控制电路24。计数器21基于冲击脉冲对施加于砧4和轴5的冲击数进行计数。滤波器22接收转矩值信号，并对该转矩值信号进行滤波。滤波器22是至少将比可变的截止频率高的频率成分减少的低通滤波器或带通滤波器。运算电路23基于冲击数和用户设定值来设定滤波器22的滤波器系数。滤波器系数例如是滤波器22的截止频率。控制电路24基于通过滤波器22进行滤波后的转矩值信号，来控制从马达1向砧4和轴5施加的冲击。例如，在由进行了滤波的转矩值信号表示的作用于轴5的转矩达到预先决定的值时，控制电路24使马达1停止。

关于转矩值信号，认为噪声成分具有比关心对象的信号成分的频率高的频率。因而，为了从转矩值信号中减少噪声成分，期待针对滤波器22设定截止频率是有效的。然而，本申请的发明人们发现：在通过冲击驱动器将某一个螺丝或螺栓紧固时，随着从紧固开始时起进行计数所得到的冲击数增大，转矩值信号中的更靠高频侧的频率成分逐渐增大。认为其理由是因为随着冲击数增大，螺丝或螺栓逐渐被牢固地紧固。因此，在针对滤波器22设定了固定值的截止频率的情况下，担心在从开始紧固起至结束为止的整个过程中无法恰当地减少噪声成分。在本公开中，运算电路23根据冲击数来改变截止频率。运算电路23还基于用户设定值来设定截止频率。换言之，在运算电路23中设定有基于冲击数和用户设定值来决定截止频率的计算函数。通过像这样设定滤波器22的截止频率，信号处理装置10能够得到在从开始紧固起至结束为止的整个过程中以恰当地减少噪声成分的方式进行滤波后的准确的转矩值信号。

例如，通过机器学习对运算电路23设定截止频率的计算函数。

图3是表示决定图2的运算电路23的动作的学习装置30的结构的框图。工具与学习装置30连接，利用工具将测试用的螺丝或螺栓紧固。此时，向学习装置30输入由工具的转矩传感器6和冲击传感器7检测出的转矩值信号和冲击脉冲。还向学习装置30输入与针对工具设定过的用户设定值相同的用户设定值。学习装置30具备FFT处理电路31和运算电路32。FFT处理电路31计算转矩值信号的频谱和截止频率中的至少一方并发送至运算电路32。运算电路32将转矩值信号及冲击脉冲与截止频率相互建立关联。

运算电路23和运算电路32例如分别具备神经网络。

图4是表示图2的运算电路23和图3的运算电路32中使用的神经网络的例子的图。神经网络具备输入层41的节点N1-1～N1-P、输出层43的节点NM-1～NM-S以及至少一个中间层42的节点N2-1～N2-Q，……，N(M-1)-1～N(M-1)-R。针对学习装置30的运算电路32的输入层41设定冲击数和追加参数。针对运算电路32的输出层43设定转矩值信号的频谱和截止频率中的至少一方。将通过学习装置30的运算电路32学习到的中间层42的权重系数设定到工具的运算电路23的中间层42。向运算电路23的输入层41输入冲击数和追加参数。从运算电路23的输出层43输出转矩值信号的频谱和截止频率中的至少一方。

能够针对相同种类的多个工具的运算电路23的中间层42分别设定通过学习装置30的运算电路32学习到的中间层42的权重系数。

在运算电路23仅输出转矩值信号的频谱的情况下，在运算电路23的后级追加基于频谱来决定截止频率的电路。

图5是用于说明第一实施方式所涉及的截止频率的决定方法的曲线图。在第一实施方式中，截止频率被设定为相对于转矩值信号的频谱的峰降低了与预先决定的信号水平相应的量的频率，在图5的例子中为降低了16dB的频率。如前述的那样，在通过冲击驱动器将某一个螺丝或螺栓紧固时，随着从紧固开始时起进行计数所得到的冲击数增大，转矩值信号的更靠高频侧的频率成分逐渐增大。因而，随着冲击数增大，截止频率也增大。

图6是表示第1击的转矩信号的波形的曲线图。图7是表示第44击的转矩信号的波形的曲线图。图8是表示第84击的转矩信号的波形的曲线图。在图6～图8的情况下，使用了插槽种类为“插槽长度40mm”、紧固对象物为“硬接头”以及螺栓直径为“M14”来作为用户设定值。根据图6～图8可知的是：随着冲击数增大，冲击持续时间变短。另外，此时，随着冲击数增大，转矩值信号的更靠高频侧的频率成分逐渐增大。

图9是表示第一实施方式所涉及的转矩值信号的滤波的曲线图。使用如上述那样决定出的截止频率得到以减少噪声成分的方式进行滤波后的转矩值信号。

图10是将使用根据第一实施方式决定出的截止频率进行滤波后的转矩值信号与实际测量出的转矩值信号进行比较的曲线图。图10的曲线图表示向砧4和轴5施加每秒40次的冲击时的转矩值信号的值。实线表示由外部的测量器实际测量出的转矩值。三角形的标记表示第10击、第20击、……、第90击的滤波后的转矩值信号的值。虚线表示滤波后的转矩值信号的值的近似式：y＝a×ln(x)+b。在此，x表示时间(与冲击数对应)，y表示电压，a和b表示根据追加参数发生变化的系数。根据图10可知的是：滤波后的转矩值信号的值与实际测量出的转矩值非常一致。

信号处理装置10基于使用如上述那样决定出的截止频率进行滤波后的转矩值信号，来控制从马达1向砧4和轴5施加的冲击。信号处理装置10可以在显示装置12中显示由滤波后的转矩值信号表示的作用于轴5的转矩。

根据第一实施方式所涉及的工具，根据冲击数来改变截止频率，由此能够得到以恰当地减少噪声成分的方式进行滤波后的准确的转矩值信号。

运算电路23也可以具备将转矩值信号及冲击脉冲与截止频率相互建立关联的表，以取代神经网络。

运算电路23也可以针对滤波器22设定截止频率以外的滤波器系数。例如，在滤波器22为带通滤波器的情况下，运算电路23可以针对滤波器22设定上限频率和下限频率。

计数器21也可以与冲击传感器7一体化，以取代设置于信号处理装置10。

另外，计数器21也可以与信号处理装置10及冲击传感器7相独立地设置。

第一实施方式所涉及的信号处理装置和工具的特征在于，具备以下的结构。

根据第一实施方式所涉及的信号处理装置，是用于工具的信号处理装置10，该工具具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体，该信号处理装置10具备滤波器22、运算电路23以及控制电路24。滤波器22接收表示作用于旋转体的转矩值的转矩值信号，并对该转矩值信号进行滤波。运算电路23基于施加于旋转体的冲击数，来设定滤波器22的滤波器系数。控制电路24基于通过滤波器22进行滤波后的转矩值信号，来控制向旋转体施加的冲击。

通过像这样基于施加于旋转体的冲击数来设定滤波器22的滤波器系数，能够得到以恰当地减少噪声成分的方式进行滤波后的准确的转矩值信号。

根据第一实施方式所涉及的信号处理装置，滤波器系数可以是滤波器22的截止频率。

由此，能够得到以恰当地减少噪声成分的方式进行滤波后的准确的转矩值信号。

根据第一实施方式所涉及的信号处理装置，截止频率可以被设定为相对于转矩值信号的频谱的峰值下降与预先决定的信号水平相应的量时的频率。

由此，能够基于施加于旋转体的冲击数来恰当地设定截止频率。

第一实施方式所涉及的工具具备旋转体、转矩传感器6、计数器21、信号处理装置10以及马达1。转矩传感器6检测作用于旋转体的转矩并且生成表示转矩的转矩值信号。计数器21对施加于旋转体的冲击数进行计数。马达1在信号处理装置10的控制下向旋转体施加冲击。

由此，能够基于准确的转矩值信号来恰当地控制马达1。

根据第一实施方式所涉及的工具，信号处理装置10的运算电路23还基于包括工具的插槽的种类、紧固对象物的种类以及螺栓直径中的至少一方的追加参数来设定滤波器22的滤波器系数。

由此，能够基于追加参数来恰当地设定截止频率。

根据第一实施方式所涉及的工具，还可以具备输入装置11，该输入装置11用于接受表示追加参数的用户设定值。

由此，能够基于追加参数来恰当地设定截止频率。

根据第一实施方式所涉及的工具，运算电路23具备神经网络，该神经网络具有输入层41、输出层43以及至少一个中间层42。针对输入层41输入冲击数和追加参数。从输出层43输出由转矩传感器6生成的转矩值信号的频谱和截止频率中的至少一方。

由此，能够基于施加于旋转体的冲击数和追加参数来恰当地设定截止频率。

第二实施方式

可以根据与上述不同的基准来决定滤波器22的截止频率。

图11～图16是用于说明第二实施方式所涉及的工具中的转矩值信号的截止频率的決定方法的曲线图。图11是表示第1击的转矩信号的频谱的曲线图。图12是表示第5击的转矩信号的频谱的曲线图。图13是表示第10击的转矩信号的频谱的曲线图。图14是表示第20击的转矩信号的频谱的曲线图。图15是表示第30击的转矩信号的频谱的曲线图。图16是表示第40击的转矩信号的频谱的曲线图。如前述的那样，在通过冲击驱动器将某一个螺丝或螺栓紧固时，随着从紧固开始时起进行计数所得到的冲击数增大，转矩值信号的更靠高频侧的频率成分逐渐增大。在第二实施方式中，截止频率被设定为在转矩值信号的频谱中从低频向高频搜索出的信号水平为第一个极小值时的频率。

与第一实施方式同样地，第二实施方式所涉及的工具也根据冲击数来改变截止频率，由此能够得到以恰当地减少噪声成分的方式进行滤波后的准确的转矩值信号。

第二实施方式所涉及的信号处理装置和工具的特征在于具备以下结构。

根据第二实施方式所涉及的信号处理装置和工具，截止频率被设定为在转矩值信号的频谱中从低频向高频搜索出的信号水平为第一个极小值时的频率。

通过像这样根据冲击数来改变截止频率，能够得到以恰当地减少噪声成分的方式进行滤波后的准确的转矩值信号。

本公开的各实施方式不限于冲击驱动器，也能够应用于冲击扳手等具备通过从驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体的其它工具中。

附图标记说明

1：马达；2：减速机构；3：锤体；4：砧；5：轴；6：转矩传感器；7：冲击传感器；8：开口环；10：信号处理装置；11：输入装置；12：显示装置；21：计数器；22：滤波器；23：运算电路；24：控制电路；31：FFT处理电路；32：运算电路；41：输入层；42：中间层；43：输出层。

Claims (8)

1.一种信号处理装置，被用于工具，所述工具具备通过由驱动装置施加的冲击来进行旋转的旋转体，所述信号处理装置具备：

滤波器，其接收表示作用于所述旋转体的转矩值的转矩值信号，并对该转矩值信号进行滤波；

运算电路，其基于施加于所述旋转体的冲击数，来设定所述滤波器的滤波器系数；以及

控制电路，其基于由所述滤波器进行了滤波的所述转矩值信号，来控制向所述旋转体施加的冲击。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，

所述滤波器系数是所述滤波器的截止频率。

3.根据权利要求2所述的信号处理装置，其特征在于，

所述截止频率被设定为相对于所述转矩值信号的频谱的峰值降低与预先决定的信号水平相当的量时的频率。

4.根据权利要求2所述的信号处理装置，其特征在于，

所述截止频率被设定为在所述转矩值信号的频谱中从低频向高频搜索出的信号水平为第一个极小值时的频率。

5.一种工具，具备：

旋转体；

转矩传感器，其检测作用于所述旋转体的转矩，并生成表示所述转矩的转矩值信号；

计数器，其对施加于所述旋转体的冲击数进行计数；

根据权利要求1～4中的任一项所述的信号处理装置；以及

驱动装置，其在所述信号处理装置的控制下对所述旋转体施加冲击。

6.根据权利要求5所述的工具，其特征在于，

所述信号处理装置的运算电路还基于追加参数来设定所述滤波器的滤波器系数，所述追加参数包括所述工具的插槽的种类、紧固对象物的种类以及螺栓直径中的至少一方。

7.根据权利要求6所述的工具，其特征在于，

还具备输入装置，所述输入装置用于接受表示所述追加参数的用户设定值。

8.根据权利要求6或7所述的工具，其特征在于，

所述运算电路具备神经网络，

所述神经网络具有：

输入层，其被输入所述冲击数和所述追加参数；

至少一个中间层；以及

输出层，其输出由所述转矩传感器生成的转矩值信号的频谱和截止频率中的至少一方。

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