ITMI20102204A1

ITMI20102204A1 - EQUIPMENT FOR DYNAMOMETRIC KEY WITH TIGHTENING ANGLE MEASUREMENT

Info

Publication number: ITMI20102204A1
Application number: IT002204A
Authority: IT
Inventors: Roberto Boccellato
Original assignee: Scs Concept Italia S R L
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-05-27
Also published as: WO2012069936A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto una chiave dinamometrica dotata di misura dell’angolo di serraggio, per il serraggio di viti, bulloni e simili, in particolare per il serraggio manuale. The present invention relates to a torque wrench equipped with a measurement of the tightening angle, for tightening screws, bolts and the like, in particular for manual tightening.

Le chiavi dinamometriche sono largamente impiegate nel campo dei montaggi industriali quando è necessario garantire una coppia di serraggio precisa degli elementi di collegamento. Tali chiavi possono essere completamente meccaniche o avere un sistema di misura elettronico. In tal caso la coppia può essere letta, per esempio, su un display e/o può essere presente un avvisatore acustico per avvertire dell’ avvenuto raggiungimento di una coppia prefissata. Torque wrenches are widely used in the field of industrial assembly when it is necessary to guarantee a precise tightening torque of the connecting elements. Such keys can be completely mechanical or have an electronic measuring system. In this case, the torque can be read, for example, on a display and / or an acoustic alarm may be present to warn that a preset torque has been reached.

È possibile che, a causa di errori o difetti dei componenti, come difetti di lavorazione della vite o della sede, incollature, per esempio dovute a vernici o sporco, presenza di corpi estranei, errori di montaggio, filetti spanati o altro, il raggiungimento della coppia prefissata non sia indicativa di un serraggio efficace. Date anche le condizioni di lavoro, che richiedono un rispetto dei tempi di montaggio, tali inconvenienti verrebbero difficilmente rilevati dall’operatore, dal che possono derivare situazioni di rischio notevoli. Per ovviare a tale problema le più moderne chiavi sono dotate di misurazione dell’angolo di serraggio. Viene in pratica misurata la rotazione effettuata a partire da quando la coppia misurata supera una certa soglia fino al raggiungimento della coppia prefissata. Questo riduce i rischi di un serraggio inefficace. A tal fine, al dispositivo di misurazione della coppia è associato un giroscopio elettronico, capace di rilevare una velocità di rotazione intorno all’asse di serraggio. Integrando la velocità di rotazione nel tempo in cui si misurano i valori della coppia nell 'intervallo sopra descritto, si ottiene l’angolo di serraggio che può essere utilizzato per valutare la adeguatezza della manovra. Tale valutazione può essere fatta in automatico da parte dell’apparecchiatura secondo opportune logiche preimpostate, in modo da fornire un segnale, per esempio acustico ad operazione avvenuta con successo o di errore a seconda dei casi, oppure i valori rilevati possono essere mostrati su un display per essere valutati dall’operatore. It is possible that, due to errors or defects in the components, such as defects in the workmanship of the screw or the seat, sticking, for example due to paint or dirt, the presence of foreign bodies, assembly errors, stripped threads or other, the achievement of the preset torque is not indicative of effective tightening. Also given the working conditions, which require compliance with assembly times, such problems would be difficult to detect by the operator, which can result in significant risk situations. To overcome this problem, the most modern wrenches are equipped with clamping angle measurement. In practice, the rotation performed is measured starting from when the measured torque exceeds a certain threshold until the predetermined torque is reached. This reduces the risks of ineffective tightening. To this end, an electronic gyroscope is associated with the torque measurement device, capable of detecting a rotation speed around the tightening axis. By integrating the rotation speed over the time in which the torque values are measured in the range described above, the tightening angle is obtained which can be used to evaluate the adequacy of the maneuver. This evaluation can be made automatically by the equipment according to appropriate pre-set logics, in order to provide a signal, for example an acoustic signal when the operation has been successful or error depending on the case, or the detected values can be shown on a display. to be evaluated by the operator.

I giroscopi di tipo elettronico impiegabili per apparecchi del genere descritto sopra forniscono in genere un segnale lordo che è la somma di un segnale di tara, fornito quando la velocità di rotazione è nulla, a chiave ferma, e di un segnale proporzionale alla velocità di rotazione effettiva. Si parla anche di velocità angolare di tara. All’accensione dell’apparecchiatura, che va effettuata a chiave ferma, o a comando dell’operatore, l’apparecchiatura rileva il segnale di tara, che viene poi sottratto al segnale lordo durante l’utilizzo della chiave, in modo da ottenere il segnale proporzionale alla velocità angolare da integrare nel modo sopra delineato. The electronic gyroscopes that can be used for apparatus of the type described above generally provide a gross signal which is the sum of a tare signal, supplied when the rotation speed is zero, with the key stopped, and of a signal proportional to the rotation speed. effective. There is also talk of angular velocity of tare. When the equipment is switched on, which must be carried out with the key at a standstill, or at the command of the operator, the equipment detects the tare signal, which is then subtracted from the gross signal during the use of the key, in order to obtain the proportional signal at the angular velocity to be integrated in the manner outlined above.

Tuttavia, il segnale di tara è in genere variabile nel tempo, ed è, in particolare sensibile in maniera rilevante alla temperatura del dispositivo, come mostrato in figura 1 che fornisce un esempio di curva del segnale di tara di un giroscopio elettronico in funzione della temperatura. A causa del calore generato dal dispositivo elettronico, la temperatura di esso varia in generale a partire dall’accensione fino a portarsi ad un valore di equilibrio, più o meno costante, salvo perturbazioni dovute alla temperatura ambiente o altro. Possono essere necessari parecchi minuti perché ciò si verifichi. Questo renderebbe necessario effettuare più volte la taratura almeno nei primi minuti dall’accensione. Se questo è ragionevole aspettarselo nel corso di prove di laboratorio, nel caso di impiego in cantiere o in officina o su impianti, è spesso impossibile dato l’uso continuato della chiave e dalla difficoltà per l’operatore di posare la chiave ogni volta in posizione sufficientemente stabile per garantirne Γ immobilità. Ne consegue che il segnale di tara rilevato una volta per tutte ed utilizzato durante l’utilizzo, non è sempre sufficientemente preciso, rendendo i risultati non del tutto soddisfacenti, a meno di non accettare notevoli allungamenti dei tempi di operazione e scomodità notevole per l’operatore, con possibili errori. However, the tare signal is generally variable over time, and is, in particular, significantly sensitive to the temperature of the device, as shown in Figure 1 which provides an example of a curve of the tare signal of an electronic gyroscope as a function of temperature. . Due to the heat generated by the electronic device, its temperature varies in general starting from ignition up to a more or less constant equilibrium value, except for perturbations due to ambient temperature or other. It can take several minutes for this to occur. This would make it necessary to carry out the calibration several times at least in the first few minutes after switching on. If this is reasonable to expect in the course of laboratory tests, in the case of use on the construction site or in the workshop or on plants, it is often impossible given the continued use of the key and the difficulty for the operator to put the key in position every time. sufficiently stable to ensure Γ immobility. It follows that the tare signal detected once and for all and used during use, is not always sufficiently precise, making the results not entirely satisfactory, unless you accept considerable lengthening of the operation times and considerable inconvenience for the operator, with possible errors.

I problemi sopra delineati sono stati ora risolti, secondo la presente invenzione, da una apparecchiatura atta ad essere applicata ad una chiave dinamometrica per il serraggio di elementi di collegamento come viti, dadi o simili, comprendente un giroscopio elettronico, un sensore di temperatura, una unità logica atta ad elaborare i dati rilevati dal giroscopio e dal sensore. The problems outlined above have now been solved, according to the present invention, by an apparatus adapted to be applied to a torque wrench for tightening connecting elements such as screws, nuts or the like, comprising an electronic gyroscope, a temperature sensor, a logic unit capable of processing the data detected by the gyroscope and the sensor.

In particolare l’unità è atta ad elaborare i dati provenienti dal sensore secondo una logica prestabilita. L’unità è anche atta ad elaborare dati provenienti da un trasduttore di coppia opportunamente montato sulla chiave. In particular, the unit is suitable for processing the data from the sensor according to a pre-established logic. The unit is also suitable for processing data from a torque transducer suitably mounted on the key.

Secondo un aspetto preferito l’unità è programmabile, in modo da poter variare le logiche di funzionamento in fase di calibrazione. According to a preferred aspect, the unit is programmable, so as to be able to vary the operating logics during the calibration phase.

L’invenzione riguarda anche una chiave dinamometrica dotata di un trasduttore di coppia atto a fornire un segnale funzione della coppia applicata ad un elemento di collegamento ed un’apparecchiatura come sopra definita. The invention also relates to a torque wrench equipped with a torque transducer designed to provide a signal that is a function of the torque applied to a connecting element and an equipment as defined above.

L’invenzione riguarda anche un metodo di serraggio di elementi di collegamento mediante chiave comprendente le seguenti operazioni: rilevamento della coppia applicata dalla chiave a detto elemento; rilevamento di un segnale da un giroscopio elettronico applicato a detta chiave; The invention also relates to a method of tightening connecting elements using a key comprising the following operations: detection of the torque applied by the key to said element; detecting a signal from an electronic gyroscope applied to said key;

rilevamento di una temperatura correlata alla temperatura a cui è soggetto detto giroscopio misurata da un apposito sensore montato su detta chiave; detection of a temperature correlated to the temperature to which said gyroscope is subjected, measured by a suitable sensor mounted on said key;

elaborazione di detto segnale da detto giroscopio in base a detta temperatura; processing said signal from said gyroscope based on said temperature;

integrazione nel tempo di detto segnale elaborato per un intervallo determinato in base alla coppia rilevata. integration over time of said signal processed for an interval determined on the basis of the detected torque.

Il metodo può comprendere la produzione di una segnalazione, per esempio un segnale visivo o acustico, relativa al completamento di un serraggio secondo criteri prestabiliti e\o una segnalazione di errore, a seconda di come opportuno. The method may comprise producing a signal, for example a visual or audible signal, relating to the completion of a tightening according to predetermined criteria and / or an error signal, as appropriate.

L’invenzione verrà ora meglio illustrata mediante la descrizione di una forma realizzativa preferita, fornita a puro titolo di esempio non limitativo, con l’ausilio delle figure allegate di cui: The invention will now be better illustrated by the description of a preferred embodiment, provided purely by way of non-limiting example, with the aid of the attached figures of which:

la figura 1 (già discussa) mostra l’andamento qualitativo del segnale di tara fornito da un giroscopio elettronico in funzione della temperatura; Figure 1 (already discussed) shows the qualitative trend of the tare signal provided by an electronic gyroscope as a function of the temperature;

la figura 2 rappresenta schematicamente una chiave secondo la presente invenzione. Figure 2 schematically represents a key according to the present invention.

La chiave dinamometrica può essere realizzata in modo analogo alle chiavi esistenti dotate di giroscopio elettronico e sistema di gestione integrato, salvo che per quello che riguarda le modifiche viste sopra. Con riferimento alla figura 2, è rappresentata una chiave per il serraggio manuale di viti o bulloni, avente una sede 1 atta ad accogliere e girare la testa della vite o del bullone. Come di consueto, se desiderato è possibile che la sede comprenda una boccola intercambiabile per poter utilizzare la chiave con differenti formati di vite o bullone. Tra la sede ed il braccio 2 è montato un trasduttore capace di dare un segnale in funzione della coppia a cui è sottoposto. La chiave può essere dotata di un’impugnatura 4 ed un corpo 3 in cui è alloggiata un’apparecchiatura comprendente un giroscopio elettronico atto a misurare una velocità angolare intorno all’asse di rotazione della vite o bullone, un sensore di temperatura atto a rilevare una temperatura indicativa di quella a cui è sottoposto il giroscopio; il sensore può essere integrato nel giroscopio stesso, o essere posto in posizione opportuna. Può essere un sensore di qualunque tipo opportuno, preferibilmente atto a fornire un segnale di tipo elettrico, per esempio un sensore a resistenza. L’apparecchiatura comprende anche una unità logica, per esempio un processore di tipo opportuno, preferibilmente programmabile e dotato di memoria di tipo opportuno. L’unità logica è collegata in modo opportuno al trasduttore, al sensore ed al giroscopio. L’apparecchiatura può comprendere un display 5 per visualizzare dati ed emettitori di segnali sonori. Il funzionamento dell’ apparecchiatura è analogo a quello di apparecchiature secondo l’arte nota, eccetto per il fatto che il segnale di taratura, che viene sottratto (sottrazione algebrica) dal segnale lordo proveniente dal giroscopio, operazione che può essere effettuata dall’unità logica, è determinato in base alla temperatura rilevata dal sensore, in base ad una logica preimpostata, per esempio una funzione che assegna un valore del segnale di tara ad un valore di temperatura. Tale funzione o logica può essere un dato fisso costruttivo dell’unità logica, per esempio può essere una memoria non modificabile, o, preferibilmente, può essere memorizzata in una memoria che può essere modificata, per esempio durante una calibrazione periodica dell’ apparecchiatura, che può essere effettuata ogni qualche mese, secondo le esigenze. Secondo un aspetto preferito, l’unità logica possiede una funzionalità di calibrazione che può essere attivata, in cui memorizza coppie costituite da un valore del segnale proveniente dal giroscopio con il valore del segnale contemporaneamente proveniente dal sensore di temperatura. Effettuando la calibrazione mantenendo ferma l’apparecchiatura e variando la temperatura in modo opportuno entro un intervallo di interesse è possibile memorizzare un numero opportuno di coppie tale da permettere di associare ad ogni temperatura un valore del segnale di tara sufficientemente preciso, da utilizzare durante il funzionamento. Tali coppie di valori memorizzate ed elaborate in forma opportuna potranno servire fino alla successiva calibrazione del sistema. In tal modo, non è nemmeno necessaria una taratura all’accensione o più frequente durante l’impiego della chiave. Questo elimina gli inconvenienti dovuti alla variazione di temperatura del giroscopio generata sia dal funzionamento dello stesso sia da variazioni di origine esterna, ed anche la possibilità di errori sistematici dovuti a distrazione dell’operatore che può non aver tenuto la chiave ferma durante l’accensione o la taratura. È comunque possibile una verifica della calibrazione, per esempio se può essere visualizzato un valore istantaneo della velocità angolare sul display tenendo ferma la chiave, oppure con una apposita funzione dell’ apparecchiatura. The torque wrench can be made in the same way as existing wrenches equipped with an electronic gyroscope and integrated management system, except for the modifications seen above. With reference to Figure 2, a wrench for manually tightening screws or bolts is shown, having a seat 1 suitable for receiving and turning the head of the screw or bolt. As usual, if desired it is possible that the seat includes an interchangeable bushing in order to use the wrench with different screw or bolt formats. A transducer capable of giving a signal according to the torque to which it is subjected is mounted between the seat and the arm 2. The wrench can be equipped with a handle 4 and a body 3 housing an apparatus comprising an electronic gyroscope suitable for measuring an angular velocity around the rotation axis of the screw or bolt, a temperature sensor suitable for detecting a temperature indicative of that to which the gyroscope is subjected; the sensor can be integrated into the gyroscope itself, or be placed in a suitable position. It can be a sensor of any suitable type, preferably adapted to supply an electrical type signal, for example a resistance sensor. The equipment also includes a logic unit, for example a processor of an appropriate type, preferably programmable and equipped with a suitable type of memory. The logic unit is properly connected to the transducer, sensor and gyroscope. The equipment can include a display 5 to view data and sound signal emitters. The operation of the equipment is similar to that of equipment according to the prior art, except for the fact that the calibration signal, which is subtracted (algebraic subtraction) from the gross signal coming from the gyroscope, an operation that can be carried out by the logic unit , is determined on the basis of the temperature detected by the sensor, on the basis of a pre-set logic, for example a function that assigns a value of the tare signal to a temperature value. This function or logic can be a constructive fixed datum of the logic unit, for example it can be a non-modifiable memory, or, preferably, it can be stored in a memory that can be modified, for example during a periodic calibration of the equipment, which it can be done every few months, according to needs. According to a preferred aspect, the logic unit has a calibration function that can be activated, in which it stores pairs consisting of a value of the signal coming from the gyroscope with the value of the signal simultaneously coming from the temperature sensor. By carrying out the calibration, keeping the equipment still and varying the temperature appropriately within an interval of interest, it is possible to memorize an appropriate number of pairs such as to allow to associate a sufficiently precise tare signal value to each temperature, to be used during operation. . These pairs of values stored and processed in an appropriate form can be used until the next system calibration. In this way, it is not even necessary to calibrate when the key is turned on or more frequently when using the key. This eliminates the drawbacks due to the temperature variation of the gyroscope generated both by its operation and by variations of external origin, and also the possibility of systematic errors due to the distraction of the operator who may not have kept the key still during ignition or calibration. It is however possible to check the calibration, for example if an instantaneous value of the angular velocity can be displayed on the display by holding the key still, or with a special function of the equipment.

Possono completare Γ apparecchiatura batterie, connettori, per esempio per la ricarica delle batterie, a seconda del tipo o anche porte di connessione per poter permettere la connessione dell’ apparecchiatura ad altri macchinari come computer o visualizzatori, per esempio per operazioni di verifica, diagnosi o scambio di dati. Possono essere previsti comandi manuali, ad esempio tasti, sia per l’accensione che l’attivazione delle varie funzioni, sia, se desiderato per Γ immissione manuale di dati. Batteries, connectors, for example for battery recharging, depending on the type, or even connection ports can complete the equipment to allow the connection of the equipment to other machinery such as computers or displays, for example for verification, diagnosis or data exchange. Manual commands, such as keys, may be provided for both switching on and activating the various functions, and, if desired, for manual data entry.

Si è trovato che risultati soddisfacenti, con i giroscopi elettronici di tipo comunemente impiegato nel ramo, possono essere ottenuti con la calibrazione come visto sopra, ad apparecchiatura ferma. Tuttavia non è escluso realizzare apparecchiature in grado di memorizzare ed utilizzare logiche più complesse, con maggior numero di variabili, per esempio con curve di taratura fatte a velocità angolari diverse, impiegando ovviamente opportuni macchinari di laboratorio. It has been found that satisfactory results, with the electronic gyroscopes of the type commonly used in the art, can be obtained with the calibration as seen above, with the equipment stationary. However, it is not excluded to create equipment capable of memorizing and using more complex logics, with a greater number of variables, for example with calibration curves made at different angular speeds, obviously using suitable laboratory machinery.

Come detto, per quanto riguarda la misura dell’angolo di serraggio, in base alla velocità angolare effettiva ed ai dati di coppia misurati grazie al trasduttore, e per la visualizzazione o notifica dei dati all’operatore, l’apparecchiatura può funzionare in modo analogo a quelle dell’arte nota, prive del sensore di temperatura. As mentioned, as regards the measurement of the tightening angle, based on the effective angular speed and the torque data measured thanks to the transducer, and for the display or notification of the data to the operator, the equipment can operate in a similar way. to those of the known art, without the temperature sensor.

Claims

CLAIMS 1. Apparatus suitable to be applied to a dynamometric wrench for tightening connecting elements such as screws, nuts or the like, comprising an electronic gyroscope, a temperature sensor, a logic unit suitable for processing the data detected by the gyroscope and the sensor.

2. Apparatus according to claim 1, wherein said unit is adapted to process a signal coming from the gyroscope as a function of the temperature detected by the sensor.

3. Apparatus according to any preceding claim, in which said unit is equipped with a programmable memory and is adapted to process the data coming from the sensor according to a memorized logic.

4. Apparatus according to any preceding claim adapted to process data coming from a torque transducer suitably mounted on the key.

5. Equipment according to any preceding claim in which said unit is equipped with a calibration function in which the unit can store values of a signal from the gyroscope.

6. Torque wrench equipped with a torque transducer designed to provide a signal function of the torque applied to a connecting element and an equipment according to any previous claim.

7. A method of tightening connecting elements by means of a wrench comprising the following operations: detecting the torque applied by the wrench to said element; detecting a signal from an electronic gyroscope applied to said key; detection of a temperature correlated to the temperature to which said gyroscope is subjected, measured by a suitable sensor mounted on said key; processing said signal from said gyroscope based on said temperature; integration over time of said signal processed for an interval determined on the basis of the detected torque.

8. Method according to claim 7 wherein said processing consists in subtracting from a gross signal coming from a gyroscope of a tare signal associated with said temperature according to a predefined logic.

9. Method according to claim 7 or 8 in which a visual or sound signal is emitted from a special equipment, relating to the outcome of a tightening operation.