CN109719668B - 具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其包含套筒本体、电路板模块、形变感测单元、输出输入模块、电源模块及保护装置。其中，套筒本体具有弹性可变化的结构，以容置具多功能的电路板模块、形变感测单元、电源模块及输出输入模块，并以保护装置保护所容置的组件。本发明的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，可应用于读写感应螺栓及标签螺栓的信息，同时将信号传输至扭力控制装置，以供锁紧扭力、角度及锁紧顺序的控制。

Description

具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒

技术领域

本发明公开一种应用于扭力工具的套筒的技术领域，特别是关于一种具 扭力、角度感测及信号传输功能的套筒。

背景技术

如中国台湾发明专利公告号第I569923号，如图4所示，通过扭力传感 器内建的射频读取器读写「标签螺栓」或「标签螺帽」上贴附的射频标签内 的标识符与生产履历资料，且于锁固结束时将施工数据写入卷标内。或如图 5所示的传输套筒，以内建的无线传输模块接收「感应螺栓」的螺栓标识符 与生产履历等信息，或通过内建的射频读取器读取「标签螺栓」或「标签螺 帽」上射频标签的标识符与生产履历等数据，两者皆可判断读取的螺栓标识 符与生产履历辨识使用的螺栓是否正确。

再依图8、9的锁固顺序控制逻辑，透过控制装置依序读取螺栓上的标识 符并编辑锁固顺序，以引导作业人员依锁固顺序施行作业，同时将施工数据 写入卷标内，或在作业人员未依规定的顺序锁固时，提出警示或停止工具。

发明人虽取得上述专利，惟实际应用时发现仍有需要改良之处。实务上， 对锁固顺序需要做全程监控，且重要的结合点应做精确的夹紧力或锁紧扭力 的控制与作业记录时，前者，需使用传输套筒与成本高的感应螺栓；后者， 则需使用具射频读取装置的扭力传感器与低成本的标签螺栓或螺帽。然而， 上述专利的图5的传输套筒不具扭力与角度感测功能，且以无线接收感应螺 栓信号并传输至控制装置时，相邻的螺栓间经常发生频率干扰的问题；再者， 传输套筒只能用于感应螺栓，用于标签螺栓时，仅可读取卷标的标识符等信息，但无法提供扭力等锁固信息。在作业过程中，除了控制锁紧的顺序，又 需完整记录二种螺栓的施工记录等信息。只能在上述专利的图4中的扭力传 感器的出力端，接上一传输套筒，才能完整读写两种螺栓的信息，其将增加 工具出力端的长度，操作上极为不便。再者，上述专利图5的传输套筒仅具 一组无线传输模块，传输功率须调整大到足以链接远程的控制装置，如要同 时读取感应螺栓的信息，则会造成与邻近的感应螺栓产生信号干扰的现象。

发明内容

根据上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种具扭力、角度感 测及信号传输功能的套筒，以提高其作业上的实用与便利性。

基于上述目的，本发明提供一种具扭力、角度感测及信号传输功能的套 筒，其包含具有入力端及出力端的套筒本体，入力端对应于扭力工具的出力 端的规格，出力端对应于感应螺栓、标签螺栓或螺帽的规格，且套筒本体的 外表面往内凹陷形成部件容置部；电路板模块包含微处理器、放大电路单元、 充电电路单元、保护电路单元、角度感测单元、记忆单元、第一无线传输单 元、第一传输天线、第二无线传输单元、第二传输天线、射频读写单元以及 射频天线。微处理器电性连接电路板模块的各组件，第一传输天线经第一信 道对外与控制装置通信连接，第二无线传输单元透过第二传输天线读写感应 螺栓的信息，射频读写单元透过射频天线读写标签螺栓的信息；形变感测单 元贴附于部件容置部内的形变感测轴部；输出输入模块设置于部件容置部， 其包含警示单元、开关单元及通用串行总线，警示单元配置发出警示信息， 开关单元配置以开关套筒，通用串行总线配置以输出入信号或电源；电源模 块为可拆卸更换的一次性电池或可充电电池，其设置于套筒本体，且直接或 间接地连接电路板模块以及保护装置之间；保护装置设于部件容置部的外围， 以覆盖保护部件容置部内的组件。其中，形变感测单元、输出输入模块通过 套筒本体的第二通道，以传输线电性连接电路板模块。

优选地，套筒本体包含上本体及下本体，上本体的两端分别具有入力端 及第一扣接部，下本体的两端分别具有第二扣接部及出力端，上本体与下本 体通过第一扣接部及第二扣接部可拆卸地进行组合，再利用扣接件予以固定； 套筒本体还包含相邻接的第一容置部及第二容置部，且第一容置部、第二容 置部与出力端及入力端为同轴设置，电源模块设置于第一容置部，电路板模 块设置于第二容置部，且电源模块与电路板模块的电源接点组电性连接；还 包含电源盖及电路板盖，其中电源盖可拆卸地设置于第一容置部，且位于未与第二容置部连接的一端，电路板盖设置于第二容置部，且位于未与第一容 置部连接的一端，电路板盖以不会阻碍无线传输的材质所制成。

优选地，第二无线传输单元与第二传输天线以及射频读写单元及射频天 线的传输功率需调整为仅能读写连接于套筒本体的感应螺栓或标签螺栓的信 息，而不致干扰到周边邻近的其他感应螺栓或标签螺栓。

优选地，第二传输天线及该射频天线整合为具弹性伸缩的天线，且显露 于出力端的空间中，以更有效感测读写感应螺栓或该标签螺栓的信息。

附图说明

图1为本发明的套筒的第一实施例的爆炸结构图；

图2为本发明的套筒的第一实施例的组合结构图；

图3为本发明的套筒的第二实施例的爆炸结构图；

图4为本发明的套筒的第二实施例的组合结构图；

图5为本发明的套筒的第三实施例的结构图；

图6为本发明的套筒的第四实施例的结构图；

图7为本发明的套筒的方块图；

图8为本发明的套筒的第五实施例的结构图；

图9为本发明的套筒应用在监控锁固顺序的实施示意图。

标记说明

3A、3B、3C、3D、3E：套筒

30：套筒本体

301：入力端

302：出力端

303：第一容置部

304：第二容置部

305：部件容置部

306：形变感测轴部

307：第一通道

308：第二通道

3081：传输线

30C1、30D1：上本体

30C11：第一扣接部

30C2、30D2：下本体

30C21：第二扣接部

30D3：感测轴部

309：扣接件

31：电路板模块

310：微处理器

311：放大电路单元

312：记忆单元

313：充电电路单元

314：保护电路单元

315：第一无线传输单元

3151：第一传输天线

316：第二无线传输单元

3161：第二传输天线

317：射频读写单元

3171：射频天线

318：角度感测单元

319：电源接点组

32、32’：电源模块

33：形变感测单元

34：输出输入模块

341：通用串行总线

342：开关单元

343：警示单元

35：电源盖

36：电路板盖

37：保护装置

具体实施方式

在下述实施例，例如包含感应螺栓、标签螺栓等技术手段，皆已在中国 台湾专利公告号I569923中描述，谨将其全文引入为本申请说明书的一部分。 本发明主要将其加以改善，以期可更有效地应用于同时使用感应螺栓与标签 螺栓，达到锁固顺序的控制以及需要对紧固件的施工记录做事后的追踪查核 的场合。

另，本发明人中国台湾另一申请案号106109855的专利案中，将其全文 引入为本申请说明书的一部分。如图9详述了传输套筒的设计与感应螺栓的 操作方法。然而，传输套筒不具扭力与角度感测功能，在锁紧感应螺栓或标 签螺栓时，只能将作业人员的标识符与施工日期等信息写入卷标，欠缺施加 扭力与角度等锁固有关的信息。

如图1、2、7。本发明的具扭力、角度感测与信号传输功能的套筒3A， 其包含套筒本体30、电路板模块31、电源模块32、形变感测单元33及输出 输入模块34。

套筒本体30的一端设为承接扭力工具驱动轴的入力端301，另一端设为 套接螺栓或螺帽的出力端302，各以对应使用的扭力工具与螺栓或螺帽的规 格制作。套筒本体30包含沿轴向相邻接的第一容置部303及第二容置部304， 其与出力端302及入力端301为同轴设置。电源模块32为可拆换的一次性或 可充电的电池，而电源模块32设置于第一容置部303及电路板模块31设置 于第二容置部304，电源模块32以电源接点组319与电路板模块31电性连 接。套筒本体30的外表面沿轴向环状往内凹陷形成部件容置部305，且形变 感测单元33贴附于部件容置部305内的形变感测轴部306以感测形变值，而 形变感测单元33可为应变规等感测因扭力产生形变的组件。此外，套筒本体 30还包含第一信道307及第二信道308，连通第二容置部304与部件容置部 305。本实施例中，以连通至套筒本体30的部件容置部305内作为示范，但 并不以此为限。

输出输入模块34设置于部件容置部305，其包含通用串行总线341、开 关单元342及警示单元343。通用串行总线(USB)341配置以输出入信号或 外部电源至电路板模块31；开关单元342可为磁簧开关或类似功能的组件； 警示单元343可为LED灯或蜂鸣器，其配置发出警示信息，以不同颜色表示 套筒的使用状态(如电源容量以及启动与否)或是以声音提示工作结果。

形变感测单元33及输出输入模块34通过第二信道308，以传输线3081 电性连接电路板模块31，以传输信号、电源或其组合。

电路板模块31包含电性连接各组件的微处理器310、放大电路单元311、 记忆单元312、充电电路单元313、保护电路单元314、第一无线传输单元315、 第一传输天线3151、第二无线传输单元316、第二传输天线3161、射频读写 单元317、射频天线3171与角度感测单元318及电源接点组319。

第一传输天线3151通过第一通道307导引至部件容置部305内，与扭力 控制装置做无线通信。第二传输天线3161电性连接第二无线传输单元316， 以读写感应螺栓的信息，而射频天线3171电性连接射频读写单元317，以读 写标签螺栓的信息。

此外，本发明的套筒3A亦包含电源盖35、电路板盖36及保护装置37。 电源盖35可拆卸地设置于第一容置部303，且位于未与第二容置部304连接 的一端，而电路板盖36设置于第二容置部304，且位于未与第一容置部303 连接的一端。保护装置37设于部件容置部305的外围，以覆盖保护部件容置 部305内的组件，例如形变感测单元33及输出输入模块34。当各组件设置 完成后，再以电源盖35、电路板盖36及保护装置37予以固定保护。

电路板盖36应以不会阻碍无线传输的材质所制成，以避免阻碍第二无线 传输单元316及射频读写单元317读写螺栓的信息。而当第一传输天线3151 经第一信道307连通至部件容置部305，保护装置37需采不会阻碍无线传输 的材质制成，以避免影响无线信号的传输。

如图3、4、7。本实施例与前一实施例主要不同之处在于，套筒3B将套 筒3A的第一容置部改制成实心的形变感测轴部306，而电源模块32’则改设 于部件容置部305内。电源可连接至通用串行总线341以透过充电电路单元 313与保护电路单元314，而对电源模块32’进行充电。其他本实施例与前一 实施例相同或类似之处，于此不予赘述。

如图5、7。本实施例将第一与第二实施例套筒3A或3B的套筒本体改 由上本体30C1及下本体30C2组成套筒3C。如图所示，其上本体30C1的两 端分别具有入力端301及第一扣接部30C11，下本体30C2的两端分别具有 第二扣接部30C21及出力端302，上本体30C1与下本体30C2通过第一扣接 部30C11及第二扣接部30C21可拆卸地进行组合，再以弹性扣接件309予以 固定，以防止二者在作业过程中分离。其中，电路板模块31、电源模块32、 形变感测单元33及输出输入模块34等组件如同第一实施例设置于上本体 30C1内。

通过本实施例的配置，下本体30C2的出力端302可依待锁固的螺栓或 螺帽的规格型式制作，以方便作业人员使用同一个上本体30C1弹性更换不 同规格的下本体30C2，以有效降低工具的购置成本。

如图6、7。本实施例套筒3D的套筒本体30系将第一与第二实施例之套 筒本体30拆开为上本体30D1、下本体30D2与感测轴部30D3的组合式设计。 如图所示，上本体30D1与下本体30D2分别组合于感测轴部30D3的两端， 组合后，于感测轴部30D3外围形成部件容置部305。本实施例主要是其感测 轴部30D3可弹性地采用与上本体30D1与下本体30D2相同材质制成或以非 铁金属或非金属材质制作更低扭力且需要维持高灵敏感测精度的感测轴。于此实施例中，电源模块32’则设于部件容置部305，而形变感测单元33仍贴 附设于部件容置部305内的感测轴部30D3，以感测形变值。其他与前述实施 例相同或类似之处，于此便不再加以赘述。

此外，电路板模块31可制成一或多个模块。如为复数个模块堆栈链接， 则第二无线传输单元316、第二传输天线3161、射频读写单元317、射频天 线3171与一增设的微处理器电性相连，构成另一电路板模块，再与其余组件 和原微处理器310组成的电路板模块，相互以传输线做电性连结。二个电路 板模块如堆栈置于第二容置部304内，则另一电路板模块必须置于第二容置 部304最贴近螺栓的端面。

如图8所示，本实施例的套筒3E，其将第二传输天线3161及射频天线 3171整合为具伸缩弹性的天线，且显露于出力端302的空间中，依最佳的场 形制成不同的形式，由此可最贴近或顶紧螺栓的端面，以确保有效读写感应 螺栓或标签螺栓的信息。

本实施例与前述实施例相同或类似之处，于此不再加以赘述。此外，上 述的第二传输天线3161及射频天线3171整合为具伸缩弹性的天线在无冲突 的情况下，可应用于前述的各个实施例中。

如图9所示。本发明的各式套筒3A至3D应用在混合使用感应螺栓与标 签螺栓的结合件锁固作业的范例。重要的结合点1、3、5、7采用感应螺栓 SB-1～SB-4。结合点2、4、6、8采用标签螺栓TB-1～TB-4。预锁时，先将 套筒以顺时针或逆时针方向依序读取各螺栓的标识符，此时电路板模块31 以第二无线传输单元316读取感应螺栓的信息，而以射频读写单元317读写 标签螺栓的信息。而两者的信息皆透过第一无线传输单元315与第一传输天 线3151对外与扭力控制装置及时通讯。

接着，扭力控制装置依陆续接收到的螺栓标识符，以程序编辑锁固的顺 序以及分几轮锁固与每一轮的锁紧扭力或夹紧力的大小，再依扭力控制装置 的指示进行锁固。例如，以4个M20的感应螺栓SB-1～SB-4与4个M20 的标签螺栓TB-1～TB-4间隔混搭锁固一结合件，要求的锁固顺序是 1-5-7-3-2-6-8-4，且需分两轮锁紧至目标夹紧力10Ton或扭力36KgM；第一 轮先锁至目标值的50％，第二轮再锁至最终目标值。过程中，微处理器会透 过第二无线传输单元与射频读写单元实时分辨读取不同螺栓的标识符，其中， 如套筒非对上正确位置的螺栓，套筒会因读不到正确的螺栓标识符，从而控 制装置实时发出警示且扭力工具无法启动，以防止错误。其他，如读取的螺 栓规格不正确或螺栓受损或锁歪导致控制的时间差等现象，控制装置都会比 对各相关参数后，实时发出警示灯号或声音，并将可能原因予以显示，且工 具亦无法启动，直到问题排除。过程中，微处理器会透过第二无线传输单元 与射频读写单元实时分辨读取不同螺栓的标识符，每一步骤皆经扭力控制装 置指示正确与否。因此，不再需要以手写标记号码在螺栓的方式来控制顺序。 其中，本发明的套筒可在预锁时读取螺栓有关的制造厂商、日期与螺栓的等 级等有关螺栓的生产履历信息，以免误用。锁固过程中，更依据形变感测单 元及角度感测单元的感测结果，将逐次的施工记录连同作业人员的标识符写 入卷标或螺栓的记忆单元。由于全程受到监控，保证不会造成遗漏或任何一 次没有达到目标扭力、夹紧力或锁紧角度的问题。事后，还可提供查核以厘清施工责任的归属等，以确保最佳可靠的锁紧作业质量。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识 到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述 内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的 保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，包含：

套筒本体，具有入力端及出力端，所述的入力端对应于扭力工具的驱动轴的规格，所述的出力端对应于感应螺栓、标签螺栓、感应螺帽或标签螺帽的规格，且所述的套筒本体的外表面往内凹陷形成部件容置部；

电路板模块，设置于所述的套筒本体内，其包含微处理器、角度感测单元、第一无线传输单元、第二无线传输单元、第一传输天线、第二传输天线、射频读写单元及射频天线，其中所述的微处理器电性连接所述的电路板模块的各组件，所述的第一传输天线电性连接所述的第一无线传输单元，且所述的第一传输天线通过所述的套筒本体的第一通道以对外与扭力控制装置通讯连接，所述的第二传输天线电性连接所述的第二无线传输单元以读写所述的感应螺栓或感应螺帽的信息，所述的射频天线电性连接所述的射频读写单元以读写所述标签螺栓或标签螺帽的信息；

形变感测单元，贴附于所述的部件容置部内的形变感测轴部，以感测形变值；

输出输入模块，设置于所述的部件容置部，其包含警示单元、开关单元及通用串行总线，所述的警示单元配置发出警示讯息，所述的开关单元配置开关所述的具扭力、角度感测与信号传输的套筒，所述的通用串行总线配置输出入信号或电源至所述的电路板模块；

电源模块，为可拆卸更换的一次性电池或可充电电池，所述的电源模块设置于所述的套筒本体，且直接或间接地连接所述的电路板模块；以及

保护装置设于部件容置部的外围，以覆盖并保护设于其内的组件；

其中，所述的形变感测单元、所述的输出输入模块通过所述的套筒本体的第二通道，以传输线电性连接所述的电路板模块。

2.如权利要求1所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，所述的套筒本体还包含上本体及下本体，所述的上本体的两端分别具有所述的入力端以承接工具的驱动轴，其另一端具有第一扣接部，所述的下本体的两端分别具有第二扣接部及所述的出力端，所述的上本体与所述的下本体通过所述的第一扣接部及所述的第二扣接部可拆卸地进行组合，再利用扣接件予以固定。

3.如权利要求1或2所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，所述的套筒本体还包含相邻接的第一容置部及第二容置部，且所述的第一容置部、所述的第二容置部与所述的出力端及所述的入力端为同轴设置，所述的电源模块设置于所述的第一容置部，所述的电路板模块设置于所述的第二容置部，且所述的电源模块接触所述的电路板模块的电源接点组以电性连接所述的电路板模块。

4.如权利要求3所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，还包含电源盖及不会阻碍无线传输材质所制成的电路板盖，其中所述的电源盖可拆卸地设置于所述的第一容置部，且位于未与所述的第一容置部连接的一端，所述的电路板盖设置于所述的第二容置部，且位于未与所述的第一容置部连接的一端。

5.如权利要求1所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，所述的套筒本体还包含上本体、下本体及感测轴部，所述的上本体的一端具有所述的入力端，所述的下本体的一端具有所述的出力端，而所述的部件容置部则形成于所述的感测轴部与所述的保护装置之间，且所述的上本体及所述的下本体分别设置于所述的感测轴部的两端。

6.如权利要求1或5所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，所述的电源模块设置于所述的部件容置部时，且通过传输线电性连接所述的电路板模块；所述的套筒本体还包含第二容置部，其邻近于所述的出力端，以容置所述的电路板模块。

7.如权利要求6所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，还包含电路板盖，设置于所述的第二容置部连接所述的出力端的一端，且所述的电路板盖以不会阻碍无线传输的材质制成。

8.如权利要求1所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，当所述的第一通道连通至所述的套筒本体的外表面时，所述的保护装置以金属材质制成，当所述的第一通道连通至所述的部件容置部时，所述的保护装置以不会阻碍无线传输的材质制成。

9.如权利要求1所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，所述的第二无线传输单元与第二传输天线以及射频读写单元及射频天线的传输功率需调整为仅能读写连接于所述的套筒本体的感应螺栓或标签螺栓的信息，而不致干扰到周边邻近的其他所述的感应螺栓或标签螺栓。

10.如权利要求1所述的具扭力、角度感测及信号传输功能的套筒，其特征在于，所述的第二传输天线及射频天线整合为具伸缩弹性的天线，且显露于所述的出力端的空间中，以读写所述的感应螺栓或所述的标签螺栓的信息。

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