CN109108882A - 电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及其扭力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及其扭力控制方法。在作业前，先建立该工具当时可正常操作的高低工作电压与所能输出的相对应高低扭矩间的关系曲线。再在该关系曲线上的最大与最小扭矩值范围内，输入任一目标扭矩值，得到对应于该目标扭矩值的工作电压，以进行锁固作业；过程中，扭力控制装置的微处理器借由扭力感测装置及时持续回传的感测信号与电压电流感测组件与温度感测组件持续侦测电压、电流与马达温度等的变化，通过电压控制模块，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的。

Description

电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及其扭力控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及其扭力控制方法，尤指一种使用交/直流电源通过扭力控制装置至有刷或无刷马达，以驱动电动冲击式扭力扳手与其出力端的扭力感测装置，以控制螺栓扭紧力矩的控制系统及其控制方法的电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及扭力控制方法。

背景技术

有关电动冲击式扭力工具的扭力控制装置与方法，不胜枚举。对各种交/直流马达而言，一般常见的控制需求，往往是扭力、位置、速度或加速度，为了达到这些控制目标，需要借传感器回授的信号，搭配控制器来进行调整。马达是借机电整合将电能输入转换为动能输出的机构，因此，主要是控制电能，但在电能的控制上，真正能调整的也只有电压大小、电流方向及频率三种要素，而三要素中，电流方向控制正反转较为单纯，频率主要是对应到感应马达的控制，然而，针对真正的控制目标，如：扭力、位置、速度或加速度，其实都是借由电压大小所控制的，故电压大小才是借由控制器所需调整的主要参数。

请参阅图1，其为传统以交/直流马达驱动之电动冲击式扳手以及内建扭力感测装置的应用示意图。图1的(1-1)为充电式冲击扳手2d，由设置于壳体内控制电路板21d、直流马达22d、与冲击机构23d组成并与充电电池1电性连接。图1的(1-2)为内建扭力感测装置的充电式冲击扳手2d′，在图1的(1-1)的充电式冲击扳手2d壳体内的冲击机构23d′与出力端25之间内建扭力感测装置24d，再经由控制电路板21d′驱动直流马达22d与冲击机构23d′通过出力端25′施力于螺栓套筒及尺寸与型式相对应的螺栓以锁紧结合件。图1的(1-3)为交流电冲击扳手2a，由设置于壳体内控制电路板21a、交流马达22a、与冲击机构23a组成，并与交流电源1′电性连接。图1的(1-4)为内建扭力感测装置的交流电冲击扳手2a′，在图1的(1-3)的交流电冲击扳手2a壳体内的冲击机构23a′与出力端25′之间内建扭力感测装置24a，驱动螺栓套筒及尺寸与型式相对应的螺栓锁紧结合件。其中，2d与2a主要是借由电压大小控制扭力以及控制电流做正逆转向切换的开回路控制，对冲击机构输出端的扭力大小几乎无控制可言。而充电式冲击扳手2d′与交流电冲击扳手2a′则是在锁紧过程中，借由内建的扭力感测装置24d与24a，以有线方式传输将扭力或角度信号传至控制电路板21d′与21a′，进行闭回路的控制，对冲击机构输出端的扭力控制有着较明显的改善。

上述传统电动冲击式扭力工具，在使用上，借着装置在马达输出端的冲击机构来敲击工具的出力轴，驱动套筒以锁紧螺栓。通常仅以调节马达输出的电压或弹簧顶住离合器的张力来控制锁紧的扭力。也有在工具的出力轴前端装设扭力感测装置，以侦测扭力与扭紧角度的变化。然而，虽然以相同的输出电压设定，并借着扭转出力轴的过程，监控螺栓贴面后所产生的形变、旋转角度，甚至加上锁固时间的长短等参数来控制扭力，但遇到工具本身动力输出能力在使用过程中必然逐渐衰减，以及冲击式工具的冲击机构较易磨耗，或油压脉冲式工具连续操作一段时间后，油压缸的油温上升导致原设定扭力的衰减，抑或是以同一设定的扭力，去锁紧软硬不同的待锁固件，甚至是作业人员因长时间握持工具操作，必然疲累以致无法保持固定的操作姿势等等因素，都会导致无法达到稳定的锁紧扭力。也只能将判定的结果提出警示，对上述问题仍然无法做有效的扭力控制。

因此，如何发明出一种电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及其扭力控制方法，可在操作过程中持续将感测的信号回传至工具内建或外挂的扭力控制装置，由微处理器依电压/电流感测组件及时持续侦测电压电流的变化，再通过电压控制模块，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的，将是本发明所欲积极公开的地方。

发明内容

为达到上述目的及其他目的，本发明提供一种电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，以应用于电动冲击式或油压脉冲式扭力工具的锁紧作业，其包含下列步骤：自电源供应模块连接至内建或外挂于电动冲击式扭力工具输入端的扭力控制装置，输出稳定的工作电压以驱动所述电动冲击式扭力工具以及内建或外挂于其出力端的扭力感测装置；依据所述电动冲击式扭力工具当时可正常操作的最高工作电压与最低工作电压分别驱动所述电动冲击式扭力工具与扭力感测装置，在锁固作业前，先进行锁紧扭力的校验作业；并依据分别校验所得的最高工作电压与所述最低工作电压与对应的所述最大扭矩值及最小扭矩值，建立电压与扭矩的对应关系曲线；依据所述电压与扭矩的对应关系曲线，输入介于所述最大扭矩值与所述最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作电压，并以所述工作电压驱动所述电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，进行锁固作业；在锁紧过程中，借扭力感测装置及时持续回传至扭力控制装置的感测信号，经扭力控制装置内的微处理器放大运算后，比对记忆单元内预先储存的电压与扭矩的关系曲线，得到对应的工作电压，进行闭回路的扭力控制，微处理器则依电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压、电流与温度的变化，再通过电压控制模块，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的，且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法中，锁紧扭力的校验作业，还包含下列步骤：以电动冲击式扭力工具驱动扭力感测装置，通过扭力控制装置在校验作业的锁固过程中，同时撷取电压/电流感测组件感测的电压信号与扭力感测装置感测的扭矩信号，一并储存至扭力控制装置的记忆单元，做高低两点电压间多点与多组的扭力校验与取样平均值，以供建立电动冲击式扭力工具在可正常操作下的电压与扭矩的对应关系曲线。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法中，还包含下列步骤：以电动冲击式扭力工具直接对结合件进行锁固后，再利用扭力校验工具以获得锁紧或松脱的扭矩值，并将扭矩值通过键盘输入至扭力控制装置；连同锁固作业的起讫过程中，通过扭力控制装置内电压/电流感测组件所撷取的电压与电流变动值，一并储存至扭力控制装置的记忆单元，做高低两点电压间多点与多组的扭力校验与取样平均值，以供建立电动冲击式扭力工具在可正常操作下的电压与扭矩的对应关系曲线。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法中，还进一步包含下列步骤：可依默认程序自动重复进行高低两点电压间或多点与多次的锁紧扭力校验作业，以获得多组的最高工作电压与最低工作电压下，所分别对应的最大扭矩值与最小扭矩值；累计并平均多组的最大扭矩值、最小扭矩值、最高工作电压与最低工作电压，依据平均后的最大扭矩值、最小扭矩值、最高工作电压与最低工作电压，建立电压与扭矩的对应关系曲线。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法中，还进一步包含下列步骤：实际扭矩值与目标扭矩值差异过大时，可利用扭矩修订键；微处理器依据修订扭矩值，自动调整电压与扭矩的对应关系曲线，同时显示调整后的可控制的扭矩范围；在重新输入目标扭矩值时，依调整后的扭矩与工作电压的关系曲线，获得调整后对应于目标扭矩值的工作电压，以工作电压驱动电动冲击式扭力工具进行锁固，即可达到目标范围内。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法中，还进一步包含下列步骤：输入扭力校验值替代显示的扭矩值；以替代扭矩值取代电压与扭矩对应关系曲线中的原显示扭力值，原显示扭力值对应的工作电压维持不变，在重新输入目标扭矩值时，依调整后的扭矩与工作电压的关系曲线，即可以工作电压驱动电动冲击式扭力工具进行锁固作业，获得需要的目标扭矩值。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法中，还进一步包含下列步骤：扭力校验值与目标值不符但控制再现性稳定只要修改关系曲线的扭力数值即可，曲线不变，在锁固或扭力校验的过程中，全程监控工具起讫的电压压力变化；在电压变动超出该允许变化范围时，经由警示装置提出警示，或控制切断输出至电动冲击式扭力工具的电源。

本发明进一步提供一种电动冲击式扭力工具的扭力控制系统，以电源供应模块连接扭力控制装置以驱动电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，进行锁固作业，其包含有：扭力控制装置及扭力感测装置；所述扭力控制装置包括微处理器，依扭力感测装置及时持续回传至扭力控制装置的扭力与角度感测信号，放大运算后，比对记忆单元储存的电压与扭矩的关系曲线，得到对应该目标扭矩值的工作电压，进行闭回路的扭力控制锁紧作业，过程中，借电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压电流与温度的变化，再通过电压控制模块，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以控制锁紧扭力，且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示；电压控制模块，借电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压电流与温度的变化，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以控制锁紧扭力；电压/电流感测组件，用以侦测操作过程中马达的工作电压与电流的变化，及时回馈予微处理器做电压或电流控制的参考；温度感测组件，用以侦测马达的温升，及时回馈予微处理器做电压或电流控制的参考；输出单元与输入单元，用于系统内各扭矩设定值、形变感测值、目标扭矩值以及与控制有关的信号传输；显示单元，用于显示电压与扭力单位、目标扭矩值与对应的工作电压、锁固次数以及锁固作业情形；警示单元，依微处理器运算、判定的结果，以灯号或声响提出警示；有线/无线通信模块，与扭力感测装置做有线或无线的信息传递；记忆单元，储存所述电动冲击式扭力工具分别以最高工作电压与最低工作电压校验取得分别对应的最大扭矩值与最小扭矩值以及相关的操作条件；而所述扭力感测装置，内建或外挂在电动工具冲击机构的出力端，其包括扭力感测单元、电路板模块与电池单元做电性链接，其中所述电路板模块还包含有微处理器、放大电路单元、角度感测单元、记忆单元、输出输入单元、充电电路单元及通信单元。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制系统中，电压控制模块也可为电流控制模块，依据电动冲击式扭力工具当时可正常操作的最高工作电流与最低工作电流分别驱动电动冲击式扭力工具与扭力感测装置，在锁固作业前，先进行锁紧扭力的校验作业；并依据分别校验所得的最高工作电流与最低工作电流与对应的最大扭矩值及最小扭矩值，建立电流与扭矩的对应关系曲线；依据电流与扭矩的对应关系曲线，输入介于最大扭矩值与最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作电流，并以工作电流驱动电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，进行锁固作业；在锁紧过程中，借扭力感测装置及时持续回传至扭力控制装置的感测信号，经扭力控制装置内的微处理器放大运算后，比对记忆单元内预先储存的关系曲线，得到对应的工作电流，进行闭回路的扭力控制，微处理器则依电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压、电流与温度的变化，再通过电流控制模块，将工作电流稳定控制在预设的允许变化范围内，以控制锁紧扭力，且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示。

上述的电动冲击式扭力工具的扭力控制系统中，微处理器依据输入的修订扭矩值，修正并调整电流与扭矩的对应关系曲线，在重新输入目标扭矩值时，依据调整后的电流与扭矩的对应关系曲线，提示新的对应的工作电流，再利用工作电流驱动该电动冲击式扭力工具进行锁固作业。

借此，本发明的电动冲击式扭力工具的扭力控制系统及其扭力控制方法，可借由工具出力端内建或外挂的扭力感测装置，在操作过程中持续回传至工具内建或外挂的扭力控制装置的感测信号，由微处理器依电压/电流感测组件及时持续侦测电压电流的变化，再通过电压控制模块或电流控制模块，将工作电压或电流稳定控制在预设的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的。

附图说明

图1为传统以电动冲击式扭力工具以及内建扭力感测装置的应用示意图。

图2为本发明电动冲击式扭力工具外挂或内建扭力感测装置的应用示意图。

图3为本发明的扭力控制方法依据实验观察得到的电压与实际输出扭力的关系图。

图4为本发明的扭力控制方法的高低工作电压与实测对应的高低扭力的关系曲线图。

图5为本发明的扭力控制方法的实施步骤图。

图6为本发明的扭力控制系统以电压控制的实施例的框图。

图7为本发明的扭力控制方法的电压与扭矩的对应关系曲线修正操作示意图。

图8为本发明另一扭力控制方法依据实验观察得到的电流与实际输出扭力的关系图。

图9为本发明的扭力控制方法的高低工作电流与实测对应的高低扭力的关系曲线图。

图10为本发明的扭力控制系统以电流控制的实施例的框图。

符号说明：

1 充电电池

1′ 交流电源

2a、2a′、2a″、2a″′ 交流电冲击扳手

2d、2d′、2d″、2d″′ 充电式冲击扳手

21a、21a′、21d、21d′ 控制电路板

21a″、21a″′、21d″、21d″′ 扭力控制装置

211 微处理器

212 电压控制模块

212′ 电流控制模块

213 电压/电流感测组件

214 温度感测组件

215 模拟数字转换器

216 通信模块

2161 无线通信单元

2162 有线通信单元

217 输入单元

218 输出单元

219 显示单元

220 警示单元

221 记忆单元

22a 交流马达

22d 直流马达

23a、23a′、23d、23d′ 冲击机构

24a、24a′、24d、24d′ 扭力感测装置

25、25′ 出力端

3 扭力感测装置

31 电路板模块

311 微处理器

312 放大电路单元

313 角度感测单元

314 无线/有线通信单元

315 记忆单元

32 扭力感测单元

33 供电单元

4 螺栓套筒

5 螺栓

6 结合件

S11～S14 步骤

具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹借由下述具体的实施例，并配合附图，对本发明做详细说明，说明如后：

请参阅图2，其为本发明的交/直流马达驱动的电动冲击式扳手外挂或内建扭力感测装置的应用示意图。其中，图2的(2-1)为外挂扭力感测装置的充电式冲击扳手2d″，在图2的(1-1)的充电式冲击扳手2d的出力端25，外挂连接扭力感测装置3，再经由扭力控制装置21d″通过扭力感测装置3的出力端25′，以驱动螺栓套筒4及尺寸与型式相对应的螺栓5，锁紧结合件6(螺栓套筒4、螺栓5及结合件6如图6与图10所示)。图2的(2-2)为内建扭力感测装置的充电式冲击扳手2d″′则是在图2的(2-1)的充电式冲击扳手2d″的壳体内的冲击机构23d′与出力端25之间内建扭力感测装置24d′，再经由扭力控制装置21d″′通过出力端25′驱动螺栓套筒4及尺寸与型式相对应的螺栓5，锁紧结合件6。图2的(2-3)为外挂扭力感测装置的交流电冲击扳手2a″，在图2的(1-3)的交流电冲击扳手2a的出力端25外挂连接扭力感测装置3，再经由扭力控制装置21a″通过扭力感测装置3的出力端25′，以驱动螺栓套筒4及尺寸与型式相对应的螺栓5，锁紧结合件6。图2的(2-4)为内建扭力感测装置的交流电冲击扳手2a″′，则是在图2的(2-3)的交流电冲击扳手2a″的壳体内的冲击机构23a′与出力端25之间，内建扭力感测装置24a′，再经由扭力控制装置21a″′通过出力端25′驱动螺栓套筒4及尺寸与型式相对应的螺栓5，锁紧结合件6。本发明的图2的(2-1)～图2的(2-4)，无论是将扭力感测装置3外挂或24d′内建于交直流电动工具，除了具有如同传统内建扭力感测装置，借锁紧过程中以无线或有线方式回传的持续回传至扭力控制装置的微处理器，做相关的扭力或转速控制，还利用观察冲击式电动工具结合扭力感测装置，在锁紧过程中的呈现的脉冲特性与实测所得的数据，验证出本发明的控制方法，以彻底解决冲击式电动工具难以控制锁紧扭力的问题。

请参阅图3，其为本发明的扭力控制方法依据实验观察得到的电压与实际输出扭力的关系图。图中，利用同一电动冲击式扭力工具与外挂的扭力感测装置，将工作电压稳定控制在极小的变化范围内，以相同打击时间对同样性质的同一接合件，并锁紧同一材质与尺寸的螺栓，且分别以5V、6V、7V、8V、9V、10V、11V、12V、13V、14V的电压驱动工具，都可分别测得相当规律稳定的扭矩值。在此，仅摘录部分图形予以说明，其高低电压与对应感测到的大小扭矩值，呈现极接近线性的关系。根据上述的理论与实验数据，证明本发明以电动冲击式扭力工具施加扭矩于同一结合件时，以同一支电动冲击式扭力扳手，在稳定的工作电压条件以及同样的锁固时间下，对同软硬性质的结合件，都会得到同样接近的锁紧扭力值，也即电动扭力扳手只要在锁固的全部过程中监控工作电压的变动百分比，使其维持在稳定的变化范围内，即可将锁紧扭力控制在一定的目标范围内。

请参阅图4，其为本发明的扭力控制方法的高低工作电压与实测对应的高低扭力的关系曲线图。图4依据图3实测数据的高低扭力的关系曲线图，并利用冲击式及油压脉冲式电动扭力工具的特性，以同一工具通过预先设定的控制参数，例如：同样的电压与同样的锁固时间，且在稳定且全程受监控的电压操作条件下，对同样软硬性质的结合件，会输出同样稳定的扭矩，先侦测工具在当时的输出能力下，可正常工作的最高电压V_H与最低电压V_L，驱动工具与扭力感测装置，校验得到在最高电压与最低电压条件下分别产生的最大扭矩T_H与最小扭矩T_L，以线性回归法(Linear regression)建立电压与扭矩的关系曲线Ls。从而，只要在工具经校验得到的最大与最小的扭矩范围内，任意输入目标扭矩值，本发明的扭力控制装置的微处理器，立即依内建的电压与扭矩的对应关系，运算并自动调整到所对应的工作电压，以驱动工具进行锁固作业，且在锁固的全部过程中，进行工作电压的监控，维持稳定工作电压进行锁固，并在达到目标扭矩值时切断电源，使电动冲击式扭力工具停止。如此，即可使输出的扭力，控制在预设的允许范围内，而不需再顾虑控制或感测组件间，因信号传递迟滞造成反应不及而影响控制精度等的问题。然而，因诸多因素的影响，如使用的套筒与螺栓等结合件的间隙、工具握持的方式以及结合件的状况等，以致校验所得到的扭矩值与电压并非呈现完全线性的关系。在实际应用上，则可将线性上下的偏移量，视为控制的误差值，最终仍然可以得到满意的扭力控制精度。

请参阅图5，其为本发明的扭力控制方法的实施步骤图。如图所示，本发明的扭力控制方法包含下列步骤：(S11)连接电源供应模块与电动冲击式扭力工具，通过内建或外挂于工具的扭力控制装置，驱动内建或外挂于工具出力端的扭力感测装置，先侦测工具在当时的输出能力下，可正常工作的最高电压V_H与最低电压V_L；(S12)再驱动工具与扭力感测装置，锁紧螺栓与待锁固的结合件，以校验并建立工具当时可正常工作的最高与最低电压以及相对应的最大与最小扭矩的关系曲线；(S13)在关系曲线上的最大与最小扭矩值范围内，输入任一目标扭矩值，经控制装置内的微处理器放大运算后，比对记忆单元内预先储存的上述关系曲线，以得到对应于目标扭矩值的工作电压，用以驱动电动冲击式扭力工具，以进行锁固作业；(S14)在锁紧过程中，借感测装置及时持续回传至控制装置的感测信号，进行闭回路的扭力控制锁紧作业。微处理器依电压电流感测组件与温度感测组件持续侦测电压、电流与马达温度等的变化，再通过电压控制模块，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的。且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示。

优选地，还可包含下列步骤：利用本发明的扭力感测装置或任何扭力校验工具，以手动模式校验最高与最低电压下对应的最大与最小扭矩值，将之输入至扭力控制装置；同时，利用扭力控制装置之电压/电流感测组件，以获得锁固过程中电压/电流的变化，并连同校验取得多点以上多组的平均扭矩值所建立的动力关系曲线，一并储存至扭力控制装置的记忆单元。

优选地，还可包含下列步骤：依设定的自动校验模式，按下校验键，扭力控制装置自动侦测该工具当时可正常工作的最高与最低电压，搭配工具出力端内建或外挂的扭力感测装置，进行高/低电压间，依默认程序做多点以上多组的电压与对应扭矩值的校验，以获得多点以上多组的电压与对应扭矩值的平均值取样数据，借以建立工具的高/低电压与对应扭矩值的关系曲线，并储存至扭力控制装置的记忆单元。

优选地，锁紧扭力达不到或超过目标值的上下允许范围时，可进行关系曲线的微调或修正。主要是因为，建立扭力与工具的高低工作电压的关系曲线时，测试校验所使用的结合件与实际锁紧作业的待锁固件，软硬程度或螺栓的状况等条件或许有些差异，以致锁紧得到的实测扭矩值结果与目标值有较大误差。则可借扭力修订微调工作电压，使锁紧扭力更接近目标值。因此，实务上，最好针对实际的结合件做高低工作电压与大小输出扭力的关系曲线的校验。否则，就有可能需要通过此扭力修正模式来提升控制精度。

优选地，下述情况发生时也可做必要的修正；也即，当显示的实际扭力值在目标扭力值上下限边缘时，按下扭力修正键，微处理器会自动将工作电压沿着关系曲线做上下微调。重新启动工具后，即可得到更接近目标值的扭力值；或是，客户品保人员所做的检测值与扭力控制装置显示的实际值差异过大，但实际值与检测值的再现性与稳定性都显示极佳时，按下扭力修正键，停约1秒。待控制器屏幕画面跳出数字键盘，输入客户认可的检测值后，按确定键(ENTER)，微处理器会自动将工作电压沿着关系曲线做上下微调。再次输入原目标扭力，启动工具进行锁固后，品保人员再次检测，即可达到其要求的扭力控制精度。

优选地，还可包含下列步骤：建立上述关系前，需先设定控制有关的参数，诸如；最高工作电压设为较系统侦测最大值的90％或95％以做为扭力补偿所需的额外动能，也即，遇到前述工具本身动力输出能力在使用过程中逐渐衰减，或是连续操作一段时间后，产生油压脉冲的油压缸因油温上升导致原设定扭力的衰退，抑或是以同一扭力设定，去锁紧软硬不同的待锁固件，甚至是作业人员因长时间握持工具操作，因疲累以致无法保持固定的姿势，导致无法达到目标扭力时，微处理器会自动将工作电压沿着关系曲线向上调整做扭力补偿，在达到目标扭力时，切断电源，或在调整至电压的极限时，仍无法达到目标扭力时，通过显示单元提出警示。

优选地，还可包含下列步骤：监控锁固起讫过程中电压的变化；在变化超出允许范围时，控制切断输出至电动冲击式扭力工具的电源，同时，通过警示单元提出警示。

请参阅图6，为本发明的扭力控制系统以电压控制的实施例的框图。如图所示，本发明的扭力控制装置21d″、21d″′、21a″、21a″′主要为装设于电源供应模块1、1′与电动冲击式扭力工具的直流马达22a与交流马达22d之间。扭力控制装置21d″、21d″′、21a″、21a″′包含了微处理器211、电压控制模块212、电压/电流感测组件213、温度感测组件214、模拟数字转换器215、通信模块216、输入单元217、输出单元218、显示单元219、警示单元220及记忆单元221。都通过微处理器211与电源供应模块1、1′电性连接，以驱动交/直流马达22a、22d。图6的(6-1)将扭力感测装置24d′、24a′内建于工具壳体内的冲击机构23d′、23a′的出力端25与出力轴25′之间，而图6的(6-2)则将扭力感测装置3外挂于工具出力轴25与套筒4之间。扭力感测装置24d′、24a′或3则包含扭力感测单元32、供电单元33与电路板模块31组成。电路板模块31还包含放大电路单元312、微处理器311、角度感测单元313、无线/有线通信单元314、记忆单元315。校验时，在扭力与角度感测装置上施加扭力，同时，将扭力感测单元32产生的形变与扭力的关系储存于记忆单元315。在锁紧过程中，扭力感测装置24d′、24a′或3及时持续经无线/有线通信单元314将扭力或角度感测信号回传至扭力控制装置21d″、21d″′、21a″、21a″′的通信模块216，经扭力控制装置内的微处理器211放大运算后，比对记忆单元储存的动力关系曲线，得到对应目标扭矩值的工作电压，进行闭回路的扭力控制锁紧作业。过程中，微处理器211借电压/电流感测组件213与温度感测组件214及时持续侦测电压、电流与温度的变化，再通过电压控制模块212，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的。且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源1、1′由警示单元220提出警示，并将结果经显示单元219显示。

其中，电压控制模块212可采用如PWM控制器(脉冲宽度的调变)，调节供给稳定的电压以驱动马达或PID控制器(比例-积分-微分控制器)，根据误差量进行补偿，即依比例关系增压或降压。

其中，微处理器211、311可依据作业人员依扭力校验后输入的修订扭矩值，自动调整原先建立的电压与扭矩的对应关系曲线，并依据修正后的电压与扭矩的对应关系曲线，再次输入目标扭矩值，以获得新的工作电压，再利用此工作电压驱动电动冲击式扭力工具进行锁固作业。

其中，锁紧扭力达不到或超过目标值的上下允许范围时，可进行关系曲线的微调或修正。主要是因为建立扭力与工具的高低工作电压的关系曲线时，测试校验用的结合件与实际锁紧作业的待锁固件，软硬程度或螺栓的状况等条件或许有些差异，以致锁紧得到的扭力值结果有较大误差。则可借扭力修订微调工作电压，使锁紧扭力更接近目标值。因此，实务上，最好针对实际的结合件做高低工作电压的关系曲线的校验。否则，就有可能需要通过扭力修正模式来提升控制精度。优选地，修正方式可于下述情况发生时分别实行；也即，当显示的实际值在目标值上下限边缘时，按下扭力修正键，微处理器会自动将工作电压沿着关系曲线做上下微调，重新启动工具后，即可得到更接近的目标值。

其中，客户品保人员所做的检测值与控制器显示的实际值差异过大，但实际值与检测值的再现性与稳定性都显示极佳时，微处理器可将实际值修订为品保人员的量测值；按下扭力修正键，停约1秒。待控制器屏幕画面跳出数字键盘，输入客户认可的检测值后，按确定键(ENTER)，微处理器会自动将工作电压沿着关系曲线做上下微调。再次输入原目标扭力，启动工具进行锁固后，品保人员再次检测，即可达到其要求的扭力控制精度。

本发明的扭力控制系统及其扭力控制方法，也可利用冲击式及油压脉冲式电动扭力工具的特性，以同一工具，在预先设定的操作条件下，诸如：“以同样的电流与同样的锁固时间，且在稳定且全程受监控的电流条件下，对同样软硬性质的结合件，会输出同样稳定的扭矩-”的特性，在实施锁固作业前，先侦测该工具在当时的输出能力下，可正常工作的最高与最低电流；再驱动工具与扭力感测装置，校验最高与最低电流条件下所产生的最大与最小扭紧能力(或称～扭力或扭矩)，以建立关系曲线；接着，在关系曲线上的最大与最小扭矩值范围内，输入任一目标扭矩值，以得到对应于目标扭矩值的工作电压，再启动电动冲击式扭力工具，驱动内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，以进行锁固作业；在锁紧过程中，借扭力感测装置持续回传至扭力控制装置的扭力或角度感测信号，经扭力控制装置内的微处理器放大运算后，比对记忆单元储存的关系曲线，锁定对应目标扭矩值的工作电流，进行闭回路的扭力控制锁紧作业。过程中，微处理器依持续自扭力感测装置无线方式回传的感测信息，与电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压、电流与马达温度等的变化，再通过电流控制模块，将工作电流稳定控制在预设的允许变化范围内，以达到控制锁紧扭力的目的。且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示。而在实施锁固作业后，再次校验锁紧扭力是否在预设范围内，必要时可实施上述的扭力修订作业，使锁紧扭力可控制在更精确的范围，而此类冲击式扭力工具不再需要一味追求到工具本身的扭力控制相关机构的制造精度，而仅需借本发明的扭力控制系统及其控制方法，即可轻易将此类冲击或脉冲式扭力扳手的锁固作业，得到比任何现有技术的控制技术更经济、可靠、有效的精度。

请配合参阅图7，为本发明的扭力控制方法的电压与扭矩的对应关系曲线修正操作示意图。请同时参阅图6，作业人员可利用其惯用的或较信任的扭力校验工具来校验锁固后的扭力，经其校验得到的扭矩值，如与目标扭矩值T_X有较大差异，可按扭力控制装置21d″、21d″′、21a″、21a″′的输入单元217的修正键(图未示)，输入其校验的扭矩值并予储存于记忆单元221内，则微处理器211将依修订扭矩值T_XI，自动调整电压与扭矩的对应关系曲线L_S，调整后的电压与扭矩的对应关系曲线为L_M，同时显示新设的可控制的扭矩范围。简单来说，当输入的修订扭矩值T_XI小于目标扭矩值T_X时，电压与扭矩的对应关系曲线会向下偏移修正(如图7的(a)所示)，而当修订扭矩值T_XI大于目标扭矩值T_X时，电压与扭矩的对应关系曲线会向上偏移修正(如图7的(b)所示)，待重新输入目标扭矩值后，在新修订的关系曲线L_M上，会得到新的对应工作电压V_XI。以此新的工作电压V_XI驱动充电式冲击扳手2d″、2d″′交流电冲击扳手2a″、2a″′进行锁固后，得视需要再行校验，以确定是否得到正确的目标扭矩值。除了精确控制冲击式扭力工具的输出的扭力，更允许使用者，依使用的结合件的不同情况，在扭力校验时进行微调，以符合实际的需要。

值得一提的是，锁固过程中，如侦测到电压超出默认的允许变化范围，扭力控制装置21d″、21d″′、21a″、21a″′实时利用警示模块220提出警示或经电压控制模块212切断电源供应，待电压恢复至稳定的电压范围时，才可再进行锁固作业。另外，允许变化范围的设定，其关系着实际锁固作业时扭矩值的精准度。简单来说，允许变化范围愈大则扭力控制的精准度愈差。

请参阅图8，其为本发明另一扭力控制方法依据实验观察得到的电流与实际输出扭力的关系图。图中，为本发明人利用同一电动冲击式扭力扳手与外挂的扭力感测装置，将工作电流稳定控制在极小的变化范围内，以相同打击时间对同样性质的同一接合件，锁紧同一材质与尺寸的螺栓，分别以12A、14A、16A、18A、20A、22A电流驱动工具，也都可测得相当规律稳定的扭矩值。在此，仅摘录部分图形予以说明，其高低电流与对应感测到的大小扭矩值，呈现极接近线性的关系。根据上述的理论与实验数据，本发明人证明了以电动冲击式扭力工具施加扭矩在同一结合件时，都具有一个特性；也即，以同一支冲击式电动扭力扳手，在稳定的工作电流条件下，以及同样的锁固时间，对同软硬性质的结合件，都会得到同样接近的锁紧扭力值。也即是，电动扭力扳手，只要在锁固的全部过程中，监控工作电流的变动百分比，使其维持在稳定的变化范围内，即可将锁紧扭力控制在一定的目标范围内。

请参阅图9，其为本发明的扭力控制方法的高低工作电流与实测对应的高低扭力的关系曲线图。依图8的实测数据，并利用冲击式及油压脉冲式电动扭力工具以同一工具，通过预先设定的控制参数，例如：同样的电压与同样的锁固时间，且在稳定且全程受监控的电流操作条件下，对同样软硬性质的结合件，会输出同样稳定的扭矩，先侦测工具在当时的输出能力下，可正常工作的最高电流I_H与最低电流I_L，驱动工具与扭力感测装置，校验得到在最高电流与最低电流条件下分别产生的最大扭矩T_H与最小扭矩T_L，以线性回归法(Linearregression)建立电流与扭矩的关系曲线Ls′。从而，只要在工具经校验得到的最大与最小的扭矩范围内，任意输入目标扭矩值，本发明的扭力控制装置的微处理器，立即依内建的电流与扭矩的对应关系，运算并自动调整到所对应的工作电流，以驱动工具进行锁固作业，且在锁固的全部过程中，进行工作电压与电流的监控，维持稳定的工作电流进行锁固，并在达到目标扭矩值时切断电源，使工具停止，如此，即可使输出的扭力控制在预设的允许范围内。当锁紧后，如校验得到的扭矩值与目标扭矩值T_X有较大差异时，同样可依图7所示的相同方式，将实际扭矩值调整到最接近目标值范围内。

请参阅图10，为本发明的扭力控制系统以电流控制的实施例的框图。只需将图6的扭力控制装置21d″、21d″′、21a″、21a″′内的电压控制模块212改为电流控制模块212′，也可达到同样的控制效果。只是基于控制的技术难度与成本等因素的考虑，虽证实其可行性，但仍应以电压控制方式为首选。

由于工具的结构与制造组装的精度，对扭力的控制而言并无绝对的影响，一般以调节通过工具的电流量大小以及控制打击的时间，或简易的电压控制，都无法达到满意的结果，尤其是冲击或脉冲式的冲击式扭力工具，即使装设了扭力感测装置，由于脉冲产生的信号不稳定而难以侦测，更困难的是各种类型的结合件与被锁固件，无论是材质、硬度、表面粗度、螺旋结合面的处理条件以及结合件与被锁固件之间，因使用的垫圈材质、结合面的结构与螺栓锁固的顺序等软硬结合的问题等，对最终的锁紧扭力或夹紧力(ClampingForce)的控制精度而言，其影响都远大于对工具本身制造质量或精度的要求。

本发明突破传统电动冲击式扭力工具业者对此类型工具难以控制扭力的迷思，充分了解冲击或脉冲式扭力工具的脉冲信号与扭矩间的关系特性，掌握脉冲信号撷取的技术，排除电信传递时的干扰，确实在锁固作业前，针对各锁固作业使用的结合件与被锁固件的特性，利用扭力控制装置，先行校验并建立工具可正常操作的最高与最低工作电压或电流以及分别相对应的最大和最小锁紧扭矩值的动力关系曲线。然后，在最大和最小扭矩值范围内，可输入任一目标扭矩值，微处理器则在预先建立的工作电压或电流与对应的锁紧扭力值的关系曲线上，借已知的目标扭矩值需要多大的工作电压或电流来驱动工具，自动调整并提示对应目标扭矩值的工作电压或电流于显示单元，作业人员即可进行可扭控的锁固作业，且在锁固作业起讫全程，依预设的操作与控制条件来监控电压或电流的变化，即可达到扭力控制的目的。

本发明提出的一种扭力控制的方法及其扭力控制系统，在利用其所界定的技术特征的条件下，任何的电动冲击式扭力工具都可达到精确的扭力控制，且本发明的扭力控制方法及其扭力控制装置强调于锁固持续的时间内，除了保持稳定的工作电压或电流条件下，经预先校验得到工具可正常操作的最高与最低工作电压或电流与对应的最大与最小锁紧扭力值的关系范围内，得以任意输入需要的目标扭矩值，以得到对应的工作电压或电流，并以工作电压或电流驱动电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置进行锁固。作业中由微处理器提示对应的工作电压或电流，再以手动或自动调压方式调至正确电压或电流后，以驱动工具进行锁固，而锁紧扭力的控制精度，则可以依需要的精度去调整可允许的工作电压或电流变动范围，也允许使用者，依校验所测得的实际扭矩值，自行修正前述的电压或电流与扭矩的关系曲线，以进行更精确的扭控锁固作业。

本发明在上文中已以优选实施例公开，然本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围由于电动扭力扳手的锁紧扭力都正比于工作电压或电流，只要确保锁固过程中的工作电压或电流能够稳定控制在允许的变化范围内，即可控制输出的扭力在目标范围内。鉴于此，本发明的扭力控制方法，虽仅就电压控制提出说明，如同以上所述仅为举例性，而非为限制性者。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的范围内。因此，本发明的保护范围当以权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，应用于电动冲击式或油压脉冲式扭力工具的锁紧作业，其包含有下列步骤：

自电源供应模块连接至内建或外挂于电动冲击式扭力工具输入端的扭力控制装置，以输出稳定的工作电压驱动所述电动冲击式扭力工具以及内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，依据所述电动冲击式扭力工具当时可正常操作的最高工作电压与最低工作电压分别驱动所述电动冲击式扭力工具与扭力感测装置，在锁固作业前先进行锁紧扭力的校验作业；依据分别校验所得的最高工作电压与所述最低工作电压与对应的所述最大扭矩值及最小扭矩值，建立电压与扭矩的对应关系曲线；依据所述电压与扭矩的对应关系曲线，输入介于所述最大扭矩值与所述最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作电压，并以所述工作电压驱动所述电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，进行锁固作业；以及在锁紧过程中，借扭力感测装置及时持续回传至扭力控制装置的感测信号，经扭力控制装置内的微处理器放大运算后，比对记忆单元内预先储存的动力关系曲线，得到对应的工作电压，进行闭回路的扭力控制，并以微处理器则依电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压、电流与温度的变化，再通过电压控制模块，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以控制锁紧扭力，且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示。

2.如权利要求1所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，所述锁紧扭力的校验作业，还包含下列步骤：以所述电动冲击式扭力工具驱动扭力感测装置，通过所述扭力控制装置在校验作业的锁固过程中，同时撷取电压/电流感测组件感测的电压信号与所述扭力感测装置感测的扭矩信号，一并储存至所述扭力控制装置的记忆单元，做高低两点电压间多点与多组的校验与取样平均值，以供建立所述电动冲击式扭力工具在可正常操作下的所述电压与扭矩的对应关系曲线。

3.如权利要求1所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，其中还包含下列步骤：以所述电动冲击式扭力工具直接对结合件进行锁固后，再利用扭力校验工具以获得锁紧或松脱的扭矩值，并将扭矩值通过键盘输入至所述扭力控制装置；连同锁固作业的起讫过程中，通过所述扭力控制装置内电压/电流感测组件所撷取的电压，一并储存至所述扭力控制装置的记忆单元，做高低两点电压间多点与多组的校验与取样平均值，以供建立所述电动冲击式扭力工具在可正常操作下的所述电压与扭矩的对应关系曲线。

4.如权利要求2或3所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，其中还进一步包含下列步骤：可依默认程序自动重复进行高低两点电压间或多点与多次的锁紧扭力校验作业，以获得多组的所述最高工作电压与所述最低工作电压下，所分别对应的所述最大扭矩值与所述最小扭矩值；累计并平均所述多组的所述最大扭矩值、所述最小扭矩值、所述最高工作电压与所述最低工作电压，以依据平均计得的所述最大扭矩值、所述最小扭矩值、所述最高工作电压与所述最低工作电压，建立所述电压与扭矩的对应关系曲线。

5.如权利要求1所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，其中还进一步包含下列步骤：实际扭矩值与目标扭矩值差异过大时，可利用扭矩修订键；微处理器依据所述修订扭矩值，自动调整所述电压与扭矩的对应关系曲线，同时显示调整后的可控制的扭矩范围；在重新输入所述目标扭矩值时，依调整后的所述扭矩与工作电压的关系曲线，获得调整后对应于所述目标扭矩值的所述工作电压，以所述工作电压驱动所述电动冲击式扭力工具进行锁固，即可达到目标范围内。

6.如权利要求1所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，其中还进一步包含下列步骤：输入扭力校验值替代显示的扭矩值；以所述替代扭矩值取代电压与扭矩对应关系曲线中的原显示扭力值，原显示扭力值对应的工作电压维持不变，在重新输入所述目标扭矩值时，依调整后的所述扭矩与工作电压的关系曲线，即可以所述工作电压驱动所述电动冲击式扭力工具进行锁固作业，获得需要的所述目标扭矩值。

7.如权利要求1所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制方法，其特征在于，其中还进一步包含下列步骤：扭力校验值与目标值不符，但控制的再现性稳定时，只要修改关系曲线的扭力数值即可，曲线维持不变，在锁固或扭力校验的过程中，全程监控工具起讫的电压压力变化；在电压变动超出所述允许变化范围时，经由警示装置提出警示，或控制切断输出至所述电动冲击式扭力工具的电源。

8.一种电动冲击式扭力工具的扭力控制系统，其特征在于，其包含电源供应模块连接扭力控制装置以驱动电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，以进行锁固作业；

其中所述扭力控制装置包括：

微处理器，依所述扭力感测装置及时持续回传至扭力控制装置的扭力或角度感测信号，放大运算后，比对预先校验建立的关系曲线，得到对应目标扭矩值的工作电压，进行闭回路的扭力控制锁紧作业，过程中，借由及时持续侦测电压电流与温度的变化，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以控制锁紧扭力，且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示；

电压控制模块，及时持续侦测电压电流与温度的变化，将工作电压稳定控制在默认的允许变化范围内，以控制锁紧扭力；

电压/电流感测组件，用以侦测操作过程中所述电动冲击式扭力工具的工作电压与电流的变化，及时回馈予微处理器做电压或电流控制的参考；

温度感测组件，用以侦测所述电动冲击式扭力工具的温升，及时回馈予所述微处理器做电压或电流控制的参考；

输入单元及输出单元，用于系统内各扭矩设定值、形变感测值、目标扭矩值以及与控制有关的信号传输；

显示单元，用于显示电压与扭力单位、目标扭矩值与对应的工作电压、锁固次数以及锁固作业情形；

警示单元，将微处理器运算、判定的结果，以灯号或声响提出警示；

有线/无线通信模块，与扭力感测装置做有线或无线的信息传递；以及

记忆单元，储存利用所述电动冲击式扭力工具在能保持正常锁紧作业的稳定工作电压范围内，分别以最高工作电压与最低工作电压校验取得分别对应的最大扭矩值与最小扭矩值以及预设的操作条件；

而所述扭力感测装置，内建或外挂于电动冲击式扭力工具的出力端，其包括有扭力感测单元、电路板模块与电池单元做电性连接，其中所述电路板模块还包含有微处理器、放大电路单元、角度感测单元、记忆单元、输出输入单元、充电电路单元及通信单元。

9.如权利要求8所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制系统，其特征在于，所述电压控制模块也可为电流控制模块，依据所述电动冲击式扭力工具当时可正常操作的最高工作电流与最低工作电流分别驱动所述电动冲击式扭力工具与扭力感测装置，在锁固作业前，先进行锁紧扭力的校验作业；并依据分别校验所得的最高工作电流与所述最低工作电流与对应的所述最大扭矩值及最小扭矩值，建立电流与扭矩的对应关系曲线；依据所述电流与扭矩的对应关系曲线，输入介于所述最大扭矩值与所述最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作电流，并以所述工作电流驱动所述电动冲击式扭力工具与内建或外挂于其出力端的扭力感测装置，进行锁固作业；在锁紧过程中，借由扭力感测装置及时持续回传至扭力控制装置的感测信号，经扭力控制装置内的微处理器放大运算后，比对记忆单元内预先储存的关系曲线，得到对应的工作电流，进行闭回路的扭力控制，微处理器则依电压/电流感测组件与温度感测组件及时持续侦测电压、电流与温度的变化，再通过电流控制模块，将工作电流稳定控制在预设的允许变化范围内，以控制锁紧扭力，且在达到目标扭矩值的范围内时，切断动力源并提出警示。

10.如权利要求8所述的电动冲击式扭力工具的扭力控制系统，其特征在于，所述微处理器依据输入的修订扭矩值，修正并调整所述电流与扭矩的对应关系曲线，在重新输入所述目标扭矩值时，依据调整后的所述电流与扭矩的对应关系曲线，提示新的对应的所述工作电流，再利用所述工作电流驱动所述电动冲击式扭力工具进行锁固作业，以更接近目标扭矩值。