用于组合扭矩与角度表示的方法和装置.pdf

一种用于产生用于扭矩传递设备(10)的旋转角度间隔(α)内所传递的扭矩(τtr)表示的改进方法和装置，其中扭矩传递系统包括至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)，用于监控扭矩传递设备中所传递的扭矩(τtr)的扭矩计(19)，以及布置成监控啮合齿轮(14、15；22、23、24)中至少一个在至少一个角度间隔(αint)内的角位置(α)的角度计(18)。另外，系统(10)包括处理器(21)，所述处理器适配成：将传递的扭矩(τtr)映射到受监控的角度间隔(αint)，并且产生至少一个角度间隔(αint)内所传递的扭矩(τtr)的表示；分析所述表示以识别与预期表示的偏差；以及基于所述分析确定扭矩传递设备(10)中至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少一个的齿轮状态。

权利要求书
1.  用于确定扭矩传递设备(10)中啮合齿轮的齿轮状态的装置(1)，所述扭矩传递设备包括：-至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)，-用于监控所述扭矩传递设备(10)中传递的扭矩(τtr)的扭矩计(19)，以及-布置成监控所述啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少一个在至少一个角度间隔(αint)内的角位置(α)的角度计(18)，其特征在于，所述装置包括处理器(21)，所述处理器适配成：-将所述传递的扭矩(τtr)映射到受监控的角位置(α)，并且产生所述至少一个角度间隔(αint)内所述传递的扭矩(τtr)的表示；-分析所述表示以识别与预期表示的偏差；以及-基于所述分析确定所述扭矩传递设备(10)中的所述至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少一个的齿轮状态。

2.  根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器(21)适配成分析所述偏差发生的角度周期性，以将所述偏差的原因定位到所述啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的一个。

3.  根据权利要求2所述的装置，其中所述处理器(21)适配成分析所述传递的扭矩(τtr)的振幅，以识别与预期扭矩振幅的偏差。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理器适配成：-组合在至少两个受监控的角度间隔(αint)内所述传递的扭矩(τtr)的至少两个个别表示，每个个别表示包括至少一个对应的受监控的角度间隔(αint)内的至少一个所传递的扭矩(τtr)；-从所述至少两个个别表示的所述组合产生组合的表示；以及-分析所述组合的表示以确定所述至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少一个的齿轮状态。

5.  根据权利要求4所述的装置，其中所述处理器(21)适配成产生包括对应于用于所述至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少 一个的完整旋转的角度间隔(αint)内的所述传递的扭矩(τtr)的信息的组合表示。

6.  根据权利要求4或5所述的装置，其中所述处理器(21)适配成在组合每个个别表示之前从其去除趋势，以确定具有以具体恒定扭矩为中心的振幅的去势的表示，其中由所述处理器(21)执行的所述去势被布置成补偿用于在所述个别系统操作期间变化的传递扭矩(τtr)的每个个别表示，并且其中在所述角度间隔(αint)内所述传递的扭矩(τtr)的至少两个个别表示的组合表示是基于补偿后的表示。

7.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理器(21)布置在适配成与所述扭矩传递设备(10)通信的单独控制单元(20)中，其中所述扭矩传递设备(10)包括用于将所述传递的扭矩(τtr)和所述啮合齿轮(14、15；22、23、24)的角度间隔(αint)传达到所述控制单元(20)的通信单元。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置包括用于将所述至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)中至少一个的恶化发信号给操作者的信号设备。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述扭矩传递设备是螺帽扳手，并且在所述角度间隔(αint)内所述传递的扭矩(τtr)的所述个别表示是个别螺帽收紧或螺帽松开。

10.  用于确定扭矩传递设备(10)中啮合齿轮的齿轮状态的方法，所述扭矩传递设备(10)包括至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)，用于监控传递的扭矩(τtr)的扭矩计(19)，以及布置成持续监控所述啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少一个在至少一个角度间隔(αint)内的角位置(α)的角度计(18)，所述方法的特征在于包括以下步骤：-将受监控的扭矩(τtr)映射到所述啮合齿轮(14、15；22、23、24)的受监控的 角位置(α)，以产生所述角度间隔(αint)内所述传递的扭矩(τtr)的表示；-分析所述表示以识别所述至少两个啮合齿轮中的至少一个的恶化。

11.  根据权利要求10所述的方法，其中所述方法包括进一步地步骤：-分析所述传递的扭矩(τtr)的振幅，以识别与预期扭矩振幅的偏差。

12.  根据权利要求10或11所述的方法，其中所述方法包括进一步地步骤：-组合在至少两个角度间隔(αint)内所述传递的扭矩(τtr)的至少两个个别表示，每个个别表示包括个别系统操作的角度间隔(αint)内所传递的扭矩(τtr)；以及-从所述至少两个个别表示的组合提供组合的表示；以及-分析所述组合的表示，以识别所述至少两个啮合齿轮(14、15；22、23、24)中的至少一个的恶化。

13.  根据权利要求12所述的方法，其中绝对角度(αabs)用于确定两个角度不同的个别表示之间的角度关系，由此允许所述两个角度不同的个别表示在正确的角位置(α)结合在一起。

14.  根据权利要求13所述的方法，其中所述至少两个个别表示的映射包括从所述至少两个个别表示中的每一个去除趋势，以确定具有以具体恒定扭矩为中心的振幅的去势的个别表示。

15.  根据权利要求14所述的方法，其中所述去势的个别表示的所述振幅的量值进一步相对于所述振幅的趋势加以补偿。

16.  根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述组合的表示包括对应于对于所有的所述至少两个啮合齿轮的完整旋转的角度间隔内所传递的扭矩τtr的信息。

17.  根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其中所述分析步骤包括将所述组合表示的时域信号变换成所述组合表示的频域信号。

18.  根据权利要求17所述的方法，其中在所述变换之前，对所述组合表示的所述时域信号或者分别对所述至少两个个别表示的至少两个时域信号执行等距重取样。

19.  根据权利要求17至18中任一项所述的方法，其中所述恶化通过将所述组合表示的所述频域信号的振幅与至少一个振幅阈值相比较来识别。

20.  根据权利要求10至19中任一项所述的方法，其中所述方法在所述扭矩传递设备的实际操作中执行。

21.  计算机程序，其特征在于代码装置，当在计算机中运行时，所述代码装置使得所述计算机执行根据权利要求10至20中任一项所述的方法。

22.  包括计算机可读媒体以及根据权利要求21所述的计算机程序的计算机程序产品，其中所述计算机程序包括在所述计算机可读媒体中。

说明书用于组合扭矩与角度表示的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定扭矩传递设备中的啮合齿轮的齿轮状态的装置，如权利要求1的前序部分中所定义的。
本发明还涉及一种用于确定扭矩传递设备中的啮合齿轮的齿轮状态的方法，如权利要求10的前序部分中所定义的。
此外，本发明还涉及实施本发明的方法的计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
在涉及扭矩传递设备的扭矩传递系统中，重要的是能够确定扭矩传递设备的状态。扭矩传递设备可以是例如动力工具(诸如螺帽扳手)或传输装置(诸如齿轮箱)。例如，重要的是能够确定包括在扭矩传递设备中的啮合齿轮的状态。这些啮合齿轮包括由冠齿轮和小齿轮构成的螺旋伞齿轮、固定齿圈、太阳轮、行星齿轮以及用于通过系统传递扭矩的基本上任何其他齿轮。
在此文件中，本发明将主要描述其在诸如螺帽扳手的工具中的实施情况。然而，本发明通常适用于基本上任何其他扭矩传递系统。
螺帽扳手将扭矩提供给螺帽，以收紧或松开螺帽。螺帽扳手包括啮合齿轮。这些齿轮的目的主要在于增加可以通过螺帽扳手提供给螺帽的扭矩量，这通过借助于所述齿轮将螺帽扳手的旋转电机减速来实现。齿轮还可以用作角齿轮以改变扭矩的旋转轴线。螺帽扳手中的电机所提供的角转速由啮合齿轮减速到对应于啮合齿轮上的轮齿数量的关系的程度，由此在旋转速度减少到相同程度时，应用到螺帽上的扭矩同时被增加到对应的程度。
因此，啮合齿轮是此扭矩传递设备的必要部分，且重要的是其状态良好。
扭矩传递设备(诸如工具)广泛用于例如制造和修理过程。这些制造或修理过程依赖于用于保障连续制造或修理的工具的良好功能。为了避免对于制造商或修理者而言恼人且昂贵的制造或修理暂停问题，重要的是意识到用于制造或修理过程中的工具的状态。
在对此问题的已知解决方案中，工具被停用，例如，不再用于制造或修理过程，并且在外部分析装置中在受控状态下进行分析以用于确定工具状态。因此，需要外部装置来执行此分析，这当然增加制造或修理成本。
另外，由于工具进行分析时必须被停用，所以制造或修理过程必须在分析期间停止，或者制造或修理现场必须存在大量工具，这样使得在执行分析时可以将替换工具投入工作中。
停止制造或修理以及购买替换工具都会增加用于生产或修理的物品的生产或维修成本。由于成本是制造和修理过程中的关键竞争因素，所以重要的是最小化工具状态控制中所涉及的成本。
发明内容
本发明的目标是通过提供在扭矩传递设备正常工作期间确定关于扭矩传递设备的状态的可能性来解决上述问题的方法和装置。
根据本发明的第一方面，目标通过用于确定扭矩传递设备中的啮合齿轮的齿轮状态的装置来实现，所述扭矩传递设备包括：至少两个啮合齿轮、用于监控扭矩传递设备中所传递的扭矩τtr的扭矩计，以及布置成监控啮合齿轮中的至少一个在至少一个角度间隔αint内的角位置α的角度计。另外，装置包括处理器，该处理器适配成：将所传递的扭矩τtr映射到受监控的角位置α并且产生所述角度间隔αint内所传递的扭矩τtr的表示；分析所述表示以识别与预期表示的偏差；以及基于所述分析确定扭矩传递设备中的至少两个啮合中的至少一个的齿轮状态。
在本发明的一个特定实施方案中，处理器适配成分析所述偏差发生的角度周期性，以将偏差的原因定位到所述啮合齿轮中的一个。
在另一个实施方案中，处理器适配成分析所传递的扭矩τtr的振幅，以识别与预期扭矩振幅的偏差。
在又一个实施方案中，处理器适配成：组合在至少两个受监控的角度间隔αint内所传递的扭矩τtr的至少两个个别表示，每个个别表示均包括至少一个对应的受监控的角度间隔αint内的至少一个所传递的扭矩τtr；从至少两个个别表示的组合产生组合的表示；以及分析所述组合的表示以确定所述至少两个啮合齿轮中的至少一个的齿轮状态。
处理器可以适配成产生组合表示，该组合表示包括对应于对于所述至少两个啮合齿轮中的至少一个的完整旋转的角度间隔αint内所传递的扭矩τtr的信息。
另外，处理器可以适配成在组合每个个别表示之前从其去除趋势，以确定具有以具体恒定扭矩为中心的振幅的去势表示，其中由处理器执行的去势被设置成补偿用于在所述个别系统操作期间变化的传递扭矩τtr的每个个别表示，并且其中在所述旋转角α内所述传递的扭矩τtr的至少两个个别表示的组合表示是基于补偿后的表示。
处理器可以布置在适配成与扭矩传递设备通信的单独控制单元中，其中，扭矩传递设备包括用于将所述传递的扭矩τtr和啮合齿轮的角度间隔αint传达到控制单元的通信单元。
另外，装置可以包括用于将所述至少两个啮合齿轮中的至少一个的恶化发信号给操作者，以使得操作者可以采取必要的措施。
具体来说，扭矩传递设备可以是螺帽扳手，并且在所述角度间隔αint内所述传递的扭矩τtr的所述个别表示可以是个别螺帽收紧或螺帽松开。
根据本发明的第二方面，目标通过确定扭矩传递设备中啮合齿轮的齿轮状态的方法来实现，所述扭矩传递设备包括至少两个啮合齿轮、用于监控所传递的扭矩τtr的扭矩计以及布置成持续地监控啮合齿轮中的至少一个在至少一个角度间隔αint内的角位置α的角度计。所述方法包括以下步骤：将所受监控的扭矩τtr映射到啮合齿轮受监控的角位置，以产生所述角度间隔αint内所传递的扭矩τtr的表示；分析所述表示以识别所述至少两个啮合齿轮中的至少一个的恶化。
在具体实施方案中，所述方法包括以下更多步骤：分析所传递的扭矩(τtr)的振幅，以识别与预期扭矩振幅的偏差。
在另一个实施方案中，所述方法包括以下更多步骤：组合在至少两个角度间隔αint内所述传递的扭矩τtr的至少两个个别表示，每个个别表示均包括个别系统操作的角度间隔αint内所传递的扭矩τtr；从至少两个个别表示的组合提供组合的表示；以及分析所述组合的表示以识别所述至少两个啮合齿轮中的至少一个的恶化。
在又一个实施方案中，绝对角度αabs被用来确定两个角度不同的个别表示之间的角度关系，由此允许所述两个角度不同的个别表示在正确的角位置α结合在一起。
所述至少两个个别表示的映射可以包括从所述至少两个个别表示中的每一个去除趋势，以确定具有以具体恒定扭矩为中心的振幅的去势的个别表示。去势的个别表示的振幅量值可以进一步相对于振幅的趋势加以补偿。
在具体实施方案中，组合的表示包括对应于对于所有的所述至少两个啮合齿轮的完整旋转的角度间隔内所传递的扭矩τtr的信息。
在具体实施方案中，所述分析步骤包括将所述组合表示的时域信号变换成所述组合表示的频域信号。
在另一个实施方案中，在所述变换之前，对所述组合表示的所述时域信号或者分别对所述至少两个个别表示的至少两个时域信号执行等距重取样。
所述恶化可以通过将所述组合表示的所述频域信号的振幅与至少一个振幅阈值相比较来识别。
所述方法可以在扭矩传递设备的实际操作中执行。
目标还通过实施本发明所述方法的计算机程序和计算机程序产品来实现。
在如上所述的和/或在权利要求中所述的本发明的方法中执行的任何步骤可以在如上所述的和/或权利要求中所述的装置中实施。具体来说，这些步骤可以在装置的处理器中将由所述处理器执行的操作中实施。
现在将参照示出一些优选实施方案的附图来描述根据本发明的方法和装置的详细示例性实施方案和优点。
附图说明
图1a示出了根据本发明一个实施方案的装置的非常示意性的图；
图1b示出了根据第一实施方案的啮合齿轮的示意图；
图1c示出了根据第二实施方案的啮合齿轮的示意图；
图2示出了随着绝对旋转角度的增加而增加的振幅改变；
图3示出了窗口函数；
图4示出了个别系统操作的线性部分；
图5示出了补偿和去势的个别表示；
图6示出了多个个别表示的组合表示；
图7示出了用于健康齿轮的组合表示的频域信号；以及
图8示出了用于恶化齿轮的组合表示的频域信号。
具体实施方式
本发明提供了一种用于使得有可能提供实时的扭矩传递设备的齿轮状态信息(即，在正常操作期间提供齿轮状态信息)的装置和方法。为了能够确定此齿轮状态信息，需要用于扭矩传递设备的所传递的扭矩τtr和旋转角度α的表示。此表示(也可以指示为轨迹)包括用于在一个或多个旋转角度α下所传递的扭矩τtr的一个或多个值。从此表示中可以确定关于扭矩传递设备的啮合齿轮的齿轮状态。
图1a中示出了根据本发明的示例性装置。所示出的装置1包括扭矩传递设备10和控制单元20。扭矩传递设备10包括电机11、行星齿轮单元13以及连接到插口12以连接到螺帽、螺钉、螺栓等的伞齿轮14、15。行星齿轮单元13包括一个或多个行星齿轮，每个行星齿轮均包括轴向地位于至少两个行星轮内的太阳轮和一个齿圈。行星齿轮单元布置成降低速度并且增加旋转运动的扭矩。通常，在扭矩传递设备中，行星齿轮单元的齿轮速比约为20至1或更大。
角度计18设置在电机11上，以登记电机11的转子的角位置α。扭矩计19布置成连接到电机输出轴上，该轴将电机11连接到行星齿轮单元13上，以监控所传递的扭矩τtr。这些仅是角度计18和扭矩计19的示例性位置。角度计18和扭矩计19都可以位于沿传动轴从电机到插口的任何地方。 基于分别来自角度计18和扭矩计19的受监控的旋转速度和扭矩执行的任何计算当然将基于齿轮速比必须适于其沿传动轴的实际位置。
伞齿轮包括布置在小齿轮轴25末端上的小齿轮14以及冠齿轮15。齿轮14、15布置成相对于彼此成直角。小齿轮轴25和冠齿轮15的轴分别安装在轴承16和17中。在具体实施方案中，小齿轮14具有11个轮齿，并且冠齿轮15具有17个轮齿(示意图中未示出)。因此，对于小齿轮14每完成一次旋转而言，冠齿轮15将旋转全旋转的11/17。换言之，当小齿轮14完成17次全转时，冠齿轮15将完成11次全转。
在图1b中，示出了沿小齿轮14的轴线的另一个角度下的示例性伞齿轮。在示例性实施方案中，角度计18被设置成持续地登记小齿轮14的角位置α。通常，由扭矩计19持续登记的所传递的扭矩τtr将在对应于小齿轮14的旋转的从初始角度α0到当前角度α的角度间隔αint内被映射。在此角度间隔αint内，小齿轮14的若干轮齿将与冠齿轮15上相同数量的轮齿互动。此角度间隔αint的长度可以对应于小齿轮14的全转的一部分或者对应其一个或几个全转。
在图2b中，示出了行星齿轮13的示例性实施方案。行星齿轮13包括太阳轮22，该太阳轮可以直接连接到电机11的电机输出轴。另外，示例性行星齿轮13包括若干行星轮23和齿圈24。齿圈24可以是固定的，这样使得行星轮23将响应于太阳轮22通过电机11的动作的旋转而在太阳轮22与齿圈24之间旋转。行星轮23互连到输出轴上，该输出轴可以是例如额外行星齿轮的太阳轮或者如图1a中所指示的小齿轮轴25。在所示实施方案中，角度计18布置成持续登记太阳轮22的角位置α。在此实施方案中，所传递的扭矩τtr将在对应于太阳轮22的旋转的从初始角度α0到当前角度α的角度间隔αint内被映射。由于行星齿轮13所实现的减速传动，因此太阳轮22通常将进一步旋转小齿轮轴25的约20倍。因此，一般地，太阳轮22通常将在对应于其一个或几个全转的角度间隔αint内旋转。
本发明是基于以下概念：齿轮(例如，行星齿轮中或伞齿轮中)的损坏的轮齿或齿具有因此在动力传输方面有效性降低的受损的啮合轮廓。从这之后将采用较高扭矩来使齿轮越过损坏的齿而旋转。
装置1可以直接实施在扭矩传递设备10上或位于扭矩传递设备10上的控制单元中(例如，在螺帽扳手内)，或者与扭矩传递设备分开，例如在固定或可携带的控制单元20(诸如计算机等)中，其可以例如通过无线电或电缆与扭矩传递设备接触。因此，处理器21可以实施在扭矩传递设备10上或者与扭矩传递设备10通信的遥控单元20上。
本发明涉及一种方法和装置。然而，指示成将在本发明的方法中执行的每个步骤可以同样实施成由装置的处理器执行。另外，指示成将由处理器执行的步骤可以实施为本发明方法中的步骤。
在最一般方面中，本发明涉及对在在受监控的角度位置α内的受监控的扭矩τtr的表示的分析，从该分析中可以识别出与预期表示的偏差以识别齿轮状态。
扭矩偏差通常涉及受监控的扭矩的振幅或水平，受监控的扭矩在某个角位置α的局部峰值可以指示齿轮受损坏的齿的存在。
因此，本发明是基于以下概念：齿轮的状态可以借助于扭矩随时间而变化的表示或者根据至少一个啮合齿轮的角位置α来确定。
在本发明的具体实施方案中，不存在与受监控的角位置α相比较的参考角位置。在此实施方案中，有必要研究扭矩/角度发生偏差的周期性。
因此，在具体示例中，监控偏差发生的周期性。从受监控的周期性，可以随后推断出哪个齿轮包括恶化齿。在此状况下，当然不能推断出特定齿轮上哪个齿被恶化。然而，此信息可能是多余的。即，只要有可能识别恶化的齿轮，就可以采取适当的措施。例如，可以将工具停用，这样可以修理或更换恶化的齿轮。在一些情况下，可能足以注意到总体增加的振幅，这表示均匀分布的齿轮磨损。在此状况下，将不可能识别单个恶化的轮齿。另一方面，总体磨损可能已经达到指示应替换齿轮的水平。
另外，在某些情况下，可能足以了解在其中一个齿轮上(无论是哪一个齿轮)存在故障以便确定应停用工具，例如以供进一步分析。
然而，即使在故障与哪个齿轮有关并不重要的情况下，也可能有兴趣研究扭矩偏差发生的周期性，以便取决于齿轮状态而不是随机干扰来实际地确定偏差。换言之，如果具体偏差不以对应于任何齿轮的周期性进行重复，则可以从齿轮状态的确定中无视那个具体偏差。
与扭矩传递设备的正常操作期间齿轮状态的分析有关的问题在于，由扭矩传递设备10执行的每个个别收紧或松开操作通常太短，而不能提供与齿轮状态有关的任何通常信息。
此问题在本发明的实施方案中解决，其中可以将多个个别表示组合成提供更多信息的组合的表示。
根据本发明的一个实施方案，处理器21被布置成包括在对应于关注组合表示的啮合齿轮(例如，伞齿轮14、15的两个齿轮和/或行星齿轮单元13的所有个别齿轮)的完整旋转的角度间隔内所传递的扭矩τtr的信息。因此，处理器21可以组合足够多数量的个别表示，以产生对应于系统的啮合齿轮的完整旋转的信息。换言之，通过附加个别表示以使得组合表示具有覆盖完整旋转的长度来将个别表示结合在一起。
例如，在所示实施方案中，冠齿轮具有17个轮齿，并且小齿轮具有11个轮齿。对于所示实施方案的啮合齿轮的完整旋转而言，插口且因此冠齿轮必须转动11次全转。冠齿轮的11次全转对应于小齿轮的17次全转，这样使得两个齿轮都返回到其原始位置。因此，组合的表示应包括总计达11*360°＝3960°的角度的足够的个别表示。绝对值αabs可以用于跟踪记录个别表示应插入用于完整旋转的组合表示的的什么位置，以便覆盖完整旋转的所有角度α。
值得注意的是，两个后续操作通常将不提供关于重叠或者甚至位于彼此附近的两个角度范围的扭矩角度关系。这是因为以下事实：表示的有用部分可能相对于收紧或松开操作中涉及的总旋转而言较短，这样使得操作的初始和/或最终部分将不包括在表示中。这是因为仅仅所传递的扭矩高于某个特定阈值的部分有用这一事实。这将在下文参照图4来更仔细地描述。
根据本发明的一个实施方案，所传递的扭矩τtr和用于扭矩传递设备的旋转角度α的组合表示通过组合来自至少两个个别系统操作的信息产生。具体来说，对于每个个别系统操作而言，确定所传递的扭矩τtr和旋转角度α的一个个别表示。每个此个别表示均包括个别系统操作的至少一个所传递的扭矩τtr和至少一个对应的旋转角度α，可以从其提取出信息。
对于收紧操作而言，扭矩将在操作期间增加。对于这些操作而言，可以在与其有关的个别系统操作期间对个别表示补偿增加的所传递扭矩τtr。 另一方面，对于松开操作而言，扭矩将在操作期间减少。因此，对于这些操作而言，可以对个别表示补偿减少的所传递扭矩τtr。
随后，用于扭矩传递设备的所传递的扭矩τtr和旋转角度α的组合表示可以通过组合至少两个补偿后的个别表示来产生，由此产生组合表示的组合结果，该组合表示具有足够长以用于确定齿轮状态的长度。因此，个别表示可能在完整的旋转内被适当地结合在一起以便产生组合的表示。组合的表示不应包括对应于收紧和松开操作二者的表示，因为在这些操作中使用可能未恶化到相同程度的轮齿的相对侧。
因此，根据本发明的一个实施方案，用于扭矩传递设备的所传递的扭矩τtr和旋转角度α的组合表示通过组合与若干个别系统操作有关的若干个别表示产生。由此，有可能利用若干个别表示，其中每个个别表示本身均包括太少信息而不能用于确定齿轮状态。相反，可以提供包括足够信息以确定齿轮状态的组合表示。为了能够组合这些个别表示并保持扭矩传递设备的签名恒定，根据本发明，对每个个别表示补偿在那个个别系统操作期间由增加(或减少的)扭矩导致的扭矩振幅的变化。然后可以组合补偿后的个别表示，因为已经去除了个别负载水平的影响。
图2中示出了对于螺帽扳手形式的扭矩传递设备1而言与增加的负载有关的问题。如图2中所示，扭矩改变的振幅随着扭矩水平增加而增加。每个个别系统操作在扭矩改变振幅方面均相应增加，如果所传递的扭矩τtr和旋转角度α的个别表示被没有任何补偿地组合，则这将导致随后分析步骤的误差。此问题通过在每个个别系统操作期间补偿变化的传递扭矩τtr来解决。补偿导致用于每个个别系统操作的传递的扭矩τtr和旋转角度α的个别表示，该表示具有不受个别系统操作期间的变化扭矩影响的峰值振幅，即，模拟在个别系统操作期间基本上恒定的传递的扭矩τtr。
由于补偿了个别系统操作期间扭矩的变化，所以传递的扭矩τtr和旋转角度α的个别表示随后可以被组合成传递的扭矩τtr和旋转角度α的组合表示。
由此，可以从若干个别系统操作产生传递的扭矩τtr和旋转角度α的组合表示，由此无需将扭矩传递设备从其正常使用停用以确定此组合的表示。因此，根据一个实施方案，本发明提供可以用于实时状态确定的传递的扭 矩τtr和旋转角度α的组合表示，其中个别表示本身对于此确定而言将会太短。
根据本发明的一个实施方案，传递的扭矩τtr和旋转角度α的个别表示的补偿通过对个别表示应用窗口函数W来实现。图3中示出了此窗口函数W的一个示例。如图3中可以看出，窗口函数W具有包括随着样本数量增加而减少的振幅的形状，其中该减少基本上对应于扭矩的增加，该扭矩的增加导致个别表示的变化振幅峰值增加。根据一个实施方案，窗口函数W从取决于个别表示的起始点和结束点的振幅水平差的开始振幅值线性地减少或增加到结束振幅值(例如，一(1))。更一般而言，窗口函数可以与个别表示的平均值成反比，无论其是否为线性。
因此，当对个别表示应用窗口函数时，对它们补偿变化的扭矩，这样使得补偿后的个别表示模拟在个别系统操作期间基本上恒定的传递扭矩τtr。窗口函数的应用也可以被视为个别表示的振幅标准化，从而产生模拟个别系统操作内基本上恒定的传递扭矩τtr的标准化的个别表示。窗口函数是可修改的，即，不是固定的。窗口函数是单独用于每个个别表示，并且将取决于每个个别系统操作期间的负载和进行标准化所围绕的扭矩来改变。
根据本发明的一个实施方案，用于每个个别表示的旋转角度α和对应的传递扭矩τtr被选择成将啮合齿轮的齿的影响指示为个别系统操作的旋转角度α与对应的传递扭矩τtr之间的关系。因此，修剪后的数据由此包括对于每个个别系统操作的啮合齿轮齿影响的有价值的信息。
通常，一段个别系统操作包括接近于线性地增加旋转角度间隔αint内所传递的扭矩τtr的值。这些接近于线性地增加值通常包括啮合齿轮齿影响的有价值的信息。对于例如电螺帽扳手而言，此段线性地增加，因为结合与此段内的旋转角度α线性地相关地表现。
图4示出了用于螺帽扳手的个别系统操作的扭矩和绝对角度的一个示例，其中个别系统操作包括一个螺帽收紧。包括个别系统操作的有价的信息的所关注部分位于图4所示的圆形标记之间。左边标记指示个别系统操作的所关注部分的开始角度α1，并且右边标记指示所关注部分的结束角度α2。
根据一个实施方案，开始角度α1被选择成使得选定关注部分对应于高于装置的信噪比水平(SNR)的传递的扭矩τtr。结束角度α2被选择成使得其对应于接近目标扭矩τtarget的传递的扭矩τtr。此目标通常由扭矩传递设备1使用，并且因此可用于识别包括啮合齿轮齿影响的有价值信息的关注区域。根据此实施方案，关注部分从个别系统操作提取并且用于确定传递的扭矩τtr和旋转角度α的个别表示。这也可以视为将个别系统操作数据修剪成其关注部分。因此，图2中所示的个别表示对应于图4中所示的个别系统操作的关注区域。
根据本发明的一个实施方案，个别表示的确定包括从个别表示中的每一个去除趋势。去势导致每个去势的个别表示具有的振幅具有以具体扭矩(例如零(0)Nm)为中心的平均扭矩。由于每个去势的个别表示的这个零平均特征，使得可以将多个表示结合成以具体扭矩为中心的组合表示。
根据本发明的一个实施方案，此去势通过从传递的扭矩τtr和旋转角度α的个别表示减去对应于平均扭矩值的趋势来执行，由此获得以约为零Nm的扭矩τtr为中心的去势的个别表示，即，具有接近于零的平均值。
图5示出了具有对应于图4的以上个别系统操作的补偿后的和去势的个别表示的示例。如图5中可以看出，此去势的个别表示具有接近于零的平均值，并且模拟来自在个别系统操作期间基本上恒定的传递的扭矩τtr的误差信号，即，去势的个别表示以零Nm的传递扭矩τtr为中心，从而仅模拟啮合齿轮的影响。在比较时，如果在扭矩传递设备1上不存在负载，则齿轮齿的签名啮合将难以获得(如果不是不可能)。
如图5中所示，去势的个别表示可以用于确定扭矩传递设备1中的齿轮状态。另外，可以将两个或更多个这些去势的个别表示结合在一起以提供组合的表示，该组合的表示随后可以用于确定扭矩传递设备1中的齿轮状态。
根据本发明的一个实施方案，绝对角度αabs用于确定被组合的两个角度相继的个别表示之间的角度关系。在此状况下，旋转角度α用于传递的扭矩τtr的每个个别表示中，并且旋转角度α是绝对(即，非相对的)角度αabs。这使得两个角度相继的个别表示可能在正确的旋转角度α结合在一起，以便提供高质量的组合表示。
因此，绝对角度αabs的使用使得有可能进行非常精确的齿轮状态确定。两个角度相继的个别表示无需与两个时间连续执行的个别系统操作有关。因此，绝对角度αabs的使用还使得有可能跟踪记录在哪里将具体个别表示插入组合表示中，以便产生有可能在系统旋转的完整周期内的完整组合表示，如以下将阐释的。
根据本发明的一个实施方案，在旋转角度间隔αint内所传递的扭矩τtr的所希望的组合表示包括在对应于扭矩传递设备1的所有啮合齿轮的完整旋转的角度间隔内所传递的扭矩τtr的信息。因此，可以进行若干个别系统操作，每个操作产生覆盖角度间隔αint的个别表示。
如果执行足够的个别系统操作以产生一起覆盖啮合齿轮的完整旋转的角度α的若干间隔，则传递的扭矩τtr和旋转角度α的组合表示是包括完整旋转信息的完整旋转表示。因此，传递的扭矩τtr和旋转角度α的完整旋转表示随后可用于从扭矩传递设备1的所有啮合齿轮确定用于所有可能的轮齿事件的状况。
重要的是，能够跟踪记录个别表示的正确角度以便将其正确地结合。每个个别表示必须在完全正确的位置配合到组合的表示中，以便产生忠于齿轮齿的组合表示。绝对角度αabs可以用来跟踪记录将个别表示插入组合表示中的精确位置。随着时间的流逝，啮合齿轮的完整旋转的所有角度将被表示在完整的组合表示中。
图6示出了在若干角度内啮合齿轮齿的此组合表示的示例，其中已经组合了用于若干个别表示的传递的扭矩τtr和绝对旋转角度αabs。圆形指示结合点。如果执行其他的个别系统操作，并且对应的个别表示附加有精确地位于它们属于的地方的与用于螺帽扳手的旋转周期有关的角度值，则所得的组合表示可以提供来自螺帽扳手的啮合齿轮的完整旋转的所有角度的信息。因此，组合表示随后可以用于确定螺帽扳手的所有啮合齿轮的状态。
有可能根据角度位置α来触发传递的扭矩τtr的登记。在此状况下，表示将直接是根据角度位置α的传递的扭矩τtr的形式。然而，在本发明的另一个实施方案中，在特定的时间间隔(诸如每毫秒或每十分之一毫秒)监控并登记角度位置α和传递的扭矩τtr。
根据本发明的后一个实施方案，组合表示的分析可以包括将组合表示的时域信号变换为组合表示的频域信号。变换可以例如通过使用傅里叶变换来执行，诸如快速傅里叶变换(FFT)。从此频域信号中，可以容易并且可靠地确定齿轮的状态，以下将更详细论述。由于组合表示的长度，即，由于若干个别表示组合为充分长度的组合表示，可以进行高精确度的变化，从而产生具有低噪音水平的组合表示的频域信号。
根据本发明的一个实施方案，在将组合表示的时域信号变换成频域之前，对其执行等距重取样。也可以在将时域个别表示组合成组合的表示之前对其执行等距重取样。等距重取样实现模拟的操作速度，以及组合表示的样本之间的恒定角距离，这去除了在个别系统操作期间变化的速度的影响，由此使得有可能表示频域的组合表示的信息。
在变换之后，可以通过频域的组合表示的振幅分析来确定啮合齿轮的状态。图7示出了用于健康伞齿轮的频域的组合表示信号的示例，并且图8示出了用于恶化的伞齿轮的频域的组合表示信号的示例。从图7和图8的分析中，清楚看出恶化的伞齿轮产生振幅比频域信号中的健康伞齿轮的振幅更高的齿轮啮合频率。这可以被本发明的具体实施方案用来识别扭矩传递设备1的啮合齿轮的状态。然而，从组合的表示确定健康状态可以用许多不同的方式获得。振幅比较仅是一种此类分析方法。关于频域中组合的表示信号的精确度和详细水平取决于组合表示的长度。由于根据本发明的组合表示可以包括若干个别表示，这样使得组合的表示具有相当大的长度，所以频域中的组合表示的特征非常明显。因此，可以容易地检测出啮合齿轮的恶化。
根据本发明的另一个实施方案，组合表示的时域信号用于确定齿轮状态。关于频域状态确定，可以使用时域信号的振幅分析来识别恶化的齿轮。对于此分析而言，可以监控振幅值且更具体来说监控振幅值的改变，从而跟踪齿轮状态。
以上描述的本发明方法的不同步骤可以进行组合或者以任何适合的次序来执行。当然，其条件是必须满足一个步骤(其被用于与本发明的方法的另一个步骤结合)在例如可用信息、这些个别表示或组合表示方面的要求。
本发明的上述方法和实施方案可以由具有代码装置的计算机程序来实施，当在计算机中运行时，所述代码装置使得计算机执行方法的步骤。计算机程序包括在计算机程序产品的计算机可读媒体中。计算机可读媒体可以由基本上任何存储器构成，诸如ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦可编程只读存储器)、快闪存储器、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)或硬盘驱动器。
如与以上描述的示例性实施方案相比，根据本发明的方法和装置可以由本领域技术人员修改。
对于技术人员显而易见的是，可以对以上描述的示例性实施方案进行若干其他实施、修改、变化和/或添加。应理解的是，本发明包括属于权利要求范围内的所有这些其他实施、修改、变化和/或添加。