DE19620124C1

DE19620124C1 - Rotation angle measuring device for hand-guided screwdriver about axis of screwing motion

Info

Publication number: DE19620124C1
Application number: DE1996120124
Authority: DE
Inventors: Norbert Gerlach; Ingo Dipl Ing Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-18
Filing date: 1996-05-18
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2016-05-19

Abstract

The device has an acceleration sensor mounted in the operating handle of the screwdriver at a distance from the rotation axis. An electronic evaluation unit connected to the acceleration sensor determines the rotation angle. The rotation angle is derived in the evaluation unit by two-fold integration of the value provided by the acceleration sensor. Two linear acceleration sensors can be mounted in the handle at a distance apart and with opposed operating directions in the plane of rotation defined by the rotation of the handle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels eines handgeführten Schraubwerkzeuges um die Drehachse der Verschraubung, bestehend aus einem im Betätigungsgriff des Schraubwerkzeuges im Abstand zur Drehachse angeordneten Beschleunigungssensor und einer mit dem Beschleunigungssensor verbundenen elektronischen Auswerteeinheit zur Ermittlung des Drehwinkels, wobei der Drehwinkel in der Auswerteeinheit durch zweifache Integration der vom Beschleunigungssensor gelieferten Werte erhalten ist.The invention relates to a device for measuring the Angle of rotation of a hand-held screwdriver around the Rotation axis of the screw connection, consisting of an im Operating handle of the screwing tool at a distance from the axis of rotation arranged acceleration sensor and one with the Accelerometer connected electronic Evaluation unit for determining the angle of rotation, the Angle of rotation in the evaluation unit through double integration the values supplied by the acceleration sensor are preserved.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110 ist ein derartiges Schraubwerkzeug bekannt. From German published patent application 43 43 110 is a known screwing tool.

Beim Einsatz eines derartigen Schraubwerkzeuges mit einem Beschleunigungssensor ergeben sich durch den Einfluß der Erdbeschleunigung in Abhängigkeit von der Lage der Ebene der Schraubbewegung unterschiedlich große Meßfehler, je nachdem, ob der Vektor der zu ermittelnden Beschleunigung gerade quer zur Schwerkraftrichtung oder positiv oder negativ parallel zu ihr oder geneigt zu ihr liegt (Spalte 7, Zeilen 40 ff. der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110).When using such a screwing tool with a Accelerometer result from the influence of Gravitational acceleration depending on the location of the plane Screwing movement different sized measuring errors, depending on whether the vector of the acceleration to be determined straight across Direction of gravity or positive or negative parallel to it or inclined to it (column 7, lines 40 ff. of German Offenlegungsschrift 43 43 110).

In der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110 wird zur Eliminierung dieses Fehlers vorgeschlagen, zunächst die aus Drehbeschleunigung und Erdbeschleunigung summierte Gesamtbeschleunigung mittels eines dreidimensional sensiblen Beschleunigungssensors zu ermitteln und daraus vektoriell den insoweit konstanten Vektor der Erdbeschleunigung abzuziehen, was jedoch bei der heutigentags verfügbaren Datenverarbeitungstechnik keine Probleme darstelle (Spalte 7 Zeilen 46 ff. der deutschen Offenlegungsschrift 43 43 110).In German Offenlegungsschrift 43 43 110 Elimination of this error is suggested, first of all Spin and gravitational acceleration summed up Overall acceleration using a three-dimensionally sensitive Determine acceleration sensor and from it vectorially the to subtract a constant vector of the acceleration due to gravity, however what is available at today Data processing technology is not a problem (column 7 Lines 46 et seq. Of German Offenlegungsschrift 43 43 110).

Diese vorgeschlagene Lösung zur Eliminierung des durch die Schwerkraft hervorgerufenen Fehlers ist sehr aufwendig. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik eine Vorrichtung vorzuschlagen, die bei einem derartigen Schraubwerkzeug auf einfache Weise zuverlässig den Drehwinkel ermittelt, wobei das Schraubwerkzeug kostengünstig herstellbar sein soll.This proposed solution to the elimination of the Gravity-induced errors are very complex. The The object of the invention is therefore based on this known prior art to propose a device that in such a screwing tool in a simple manner reliably determines the angle of rotation, the screwing tool should be inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Betätigungsgriff des Schraubwerkzeuges im Abstand zueinander zwei Linearbeschleunigungssensoren mit ihrer Wirkungsrichtung einander entgegengesetzt in der durch die Drehbewegung des Betätigungsgriffes bestimmten Drehebene liegend angeordnet sind.This object is achieved in that in the operating handle Screwing tool two apart Linear acceleration sensors with their direction of action opposed to each other by the rotational movement of the Actuating handle arranged rotating plane lying are.

Ein Ausführungsbeispiel der Erindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt.An embodiment of the invention is shown as an example in the drawing.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird verwendet bei handgeführten Schraubwerkzeugen. Bei diesen Schraubwerkzeugen reduziert sich die Winkelbestimmung auf einen ebenen Winkel, da das Schraubwerkzeug sich in guter Näherung immer in einer Ebene bewegt. Damit kann der Raumwinkel vernachlässigt werden.The device according to the invention is used in hand-held screwing tools. With these screwing tools the angle determination is reduced to a flat angle, because the screwdriver is always in a good approximation Level moves. The solid angle can thus be neglected.

Wie die Zeichnung zeigt, hat ein Schraubwerkzeug 1 einen Betätigungsgriff 2, mit dem das Schraubwerkzeug um eine Drehachse 3 gedreht werden kann. Die Drehachse 3 ist dabei üblicherweise die Achse, um die eine Schraube oder Mutter zum Anziehen oder Lösen gedreht wird.As the drawing shows, a screwing tool 1 has an actuating handle 2 with which the screwing tool can be rotated about an axis of rotation 3 . The axis of rotation 3 is usually the axis about which a screw or nut is turned for tightening or loosening.

Wie die Zeichnung weiter zeigt, sind im Betätigungsgriff 2 im Abstand zur Drehachse 3 und im Abstand zueinander zwei Linear beschleunigungssensoren 4 und 5 angeordnet. Die Linearbeschleunigungssensoren 4 und 5 liegen mit ihrer Wirkungsrichtung in der durch die Drehbewegung des Betätigungsgriffes 2 des Schraubwerkzeuges bestimmten Ebene, jedoch wie dies die in der Zeichnung angegebenen Pfeile anzeigen, in ihrer Wirkungsrichtung einander entgegengesetzt.As the drawing further shows, two linear acceleration sensors 4 and 5 are arranged in the actuating handle 2 at a distance from the axis of rotation 3 and at a distance from one another. The linear acceleration sensors 4 and 5 lie with their direction of action in the plane determined by the rotary movement of the actuating handle 2 of the screwing tool, however, as the arrows indicated in the drawing indicate, their directions of action are opposite to each other.

Bei einer Bewegung um den mit α bezeichneten Winkel erfahren die beiden Linearbeschleunigungssensoren 4 und 5 den gleichen Anteil der Erdbeschleunigung (Betrag und Winkel). When moving through the angle designated by α, the two linear acceleration sensors 4 and 5 experience the same proportion of the acceleration due to gravity (magnitude and angle).

Da auf beide Sensoren der gleiche Anteil der Erdbeschleunigung wirkt, ist durch einfache Subtraktion beider Werte die Erdbeschleunigungskomponente zu eliminieren. Da der mit 5 bezeichnete Sensor II einen größeren Abstand zur Drehachse 3 als der mit 4 bezeichnete Sensor I hat, erfährt der Sensor II eine größere Beschleunigung als der Sensor I, so daß das Ausgangssignal a₂ des Sensors II größer als das Ausgangssignal a₁ des Sensors I ist. Durch Subtraktion der beiden Signale entsprechend den nachfolgenden Gleichungen ergibt sich die zur Berechnung des Drehwinkels benutzbare momentane Tangentialbeschleunigung a_Nutz.
Sensor I: a_SI = (a₁ + g_*cosγ)
Sensor II: a_SII = (a₂ + g_*cosγ)
a_SI, a_SII Ausgangssignal der beiden Sensoren
a₁, a₂ Nutzsignal zur weiteren Berechnung (von extern zugeführte Beschleunigung)
g_*cosγ Komponente der Erdbeschleunigung (cosγ = Winkel des Erdfeldes zu den Sensoren)
Die Subtraktion der beiden Signale liefert folgendes Ergebnis:Since the same proportion of gravitational acceleration acts on both sensors, the gravitational acceleration component can be eliminated by simply subtracting both values. Since the sensor II labeled 5 has a greater distance from the axis of rotation 3 than the sensor I labeled 4 , the sensor II experiences a greater acceleration than the sensor I, so that the output signal a₂ of sensor II is greater than the output signal a₁ of sensor I. is. By subtracting the two signals in accordance with the following equations, the instantaneous tangential acceleration a _Nutz that can be used to calculate the angle of rotation is obtained.
Sensor I: a _SI = (a₁ + g _* cosγ)
Sensor II: a _SII = (a₂ + g _* cosγ)
a _SI , a _SII output signal of the two sensors
a₁, a₂ useful signal for further calculation (externally supplied acceleration)
g _* cosγ component of gravitational acceleration (cosγ = angle of the earth's field to the sensors)
Subtracting the two signals gives the following result:

SII - SI: a_SII - a_SI = (a₂ + g_*cosγ) - (a₁ + g_*cosγ) = a₂ - a₁SII - SI: a _SII - a _SI = (a₂ + g _* cosγ) - (a₁ + g _* cosγ) = a₂ - a₁

Da der Betätigungsgriff 2 mit den Linearbeschleunigungssensoren 4 und 5 eine Kreisbahn beschreibt, wird eine Zentralbewegung ausgeführt. Die Bahngeschwindigkeit v ist ein Vektor tangential zu den Bahnradien r1 und r2, wobei r1 der Abstand des Linearbeschleunigungssensors 4 von der Drehachse 3 und r2 der Abstand des Linearbeschleunigungssensors 5 von der Drehachse 3 ist. Durch zweifache Integration kann dann so in bekannter Weise der mit α bezeichnete überstrichene Winkel nach den folgenden Gleichungen bestimmt werden.Since the actuating handle 2 describes a circular path with the linear acceleration sensors 4 and 5 , a central movement is carried out. The path velocity v is a vector tangential to the path radii r1 and r2, where r1 is the distance of the linear acceleration sensor 4 from the axis of rotation 3 and r2 is the distance of the linear acceleration sensor 5 from the axis of rotation 3 . By double integration, the swept angle designated α can then be determined in a known manner according to the following equations.

Claims

Device for measuring the angle of rotation of a hand-held screwing tool around the axis of rotation of the screw connection, consisting of an acceleration sensor arranged in the actuating handle of the screwing tool at a distance from the axis of rotation and an electronic evaluation unit connected to the acceleration sensor for determining the angle of rotation, the angle of rotation in the evaluation unit by double integration of the Values supplied by the acceleration sensor are obtained, characterized in that in the actuating handle ( 2 ) of the screwing tool ( 1 ), at a distance from one another, two linear acceleration sensors ( 4 , 5 ) are arranged with their directions of action opposite to one another in the plane of rotation determined by the rotary movement of the actuating handle.