TWI415719B - 鎖緊扭力的測量單元 - Google Patents

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    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating

Description

鎖緊扭力的測量單元
本發明是有關可偵測螺栓、螺帽等鎖緊構件之鎖緊扭力的鎖緊扭力的測量單元,更具體地說,是關於可精準地測量右旋轉與左旋轉之任何一個旋轉方向之鎖緊扭力的鎖緊扭力偵測單元。
「可於鎖緊螺栓、螺帽等的鎖緊構件時偵測鎖緊扭力」的鎖緊扭力偵測單元已經被揭示,並將該鎖緊扭力偵測單元安裝於鎖緊機、或者可裝卸地安裝於鎖緊機的動力傳達機構來使用。
如第5圖所示,鎖緊扭力的測量單元是由以下所構成:應變計之類的扭力感測器(12)、連接於該扭力感測器(12)的放大器(14)、A/D轉換器(16)、微處理器(MPU)(20)、顯示所輸出之扭力測量值的顯示手段(30)、及可視需要而記憶扭力測量值的記憶手段(32)。
放大器(14),可利用經調整的增益(15),對由扭力感測器(12)所收訊的扭力輸出執行放大,且執行偏移補償(15a),再將其發送至A/D轉換器(16),並在以A/D轉換器(16)執行A/D轉換後,發送至微處理器(20)。
微處理器(20)具有:扭力換算手段(28a),該扭力換算手段(28a)是用來將從A/D轉換器(16)所輸入的數位訊號轉換成扭力值;及最大扭力偵測手段(26),該最大扭力偵測手段(26)是用來偵測扭力的峰值(最大值),該最大扭力偵測手段(26),是根據扭力換算手段(28a)的換算值來偵測扭力的峰值,而將其顯示於顯示手段(30)、或記憶於記憶手段(32)。譬如,請參考日本特開2007-111797號公報。
傳統上,是無關於鎖緊機的鎖緊方向,而採用一定的增益(gain)對來自於扭力感測器(12)的輸出執行放大。理想的放大為:使來自於扭力感測器(12)的輸出(mV)被測量出與扭力測量值(Nm)形成正比關係。然而,一旦由於扭力感測器(12)的特性、或扭力感測器(12)的安裝部分(譬如安裝於軸或圓筒部時,上述安裝位置)的真圓度等,而無關於鎖緊機的鎖緊方向採用一定的增益執行放大時,隨著扭力感測器(12)之輸出(mV)的增大,無論是右旋轉、左旋轉之任何一個鎖緊方向所輸出的扭力測量值,皆具有從實際的值脫離的傾向。
因此,為了提高對任何一個旋轉方向之扭力測量值的精確度,如第6圖所示,是針對其中一個旋轉方向(圖面中的右旋轉方向),降低其與扭力導入值(實際上所作用的扭力值)間的誤差,以執行放大。
在該場合中具有以下的問題:另一個旋轉扭力(圖面中的左旋轉方向),扭力越大將導致測量值與實際值間的誤差變大。
本發明的目的是提供一種:能儘可能地降低對左右鎖緊方向之誤差的鎖緊扭力的測量單元。
為了解決上述的課題,本發明的鎖緊扭力的測量單元,是安裝於鎖緊機之鎖緊扭力的測量單元,具有用來偵測鎖緊扭力的扭力感測器、及用來放大來自於該扭力感測器之輸出的放大器,該放大器,在鎖緊機所引動的鎖緊方向為右旋轉的場合、與左旋轉的場合中,對來自於扭力感測器的輸出,採用不同的增益。
放大器可構成具備:右旋轉用放大器,該右旋轉用放大器具有對右旋轉之鎖緊扭力的增益;及左旋轉用放大器,該左旋轉用放大器具有對左旋轉之鎖緊扭力的增益。
本發明之鎖緊扭力的測量單元,是可裝卸地安裝於鎖緊機的驅動部或動力傳達機構,譬如旋轉軸、或可藉由內建於鎖緊機的驅動部分而安裝成一體。
可安裝本發明鎖緊扭力的測量單元的鎖緊機,舉例來說,譬如可以是電動式的鎖緊機、壓縮氣體作動型的鎖緊機、油壓作動型的鎖緊機、或手動的扳手。
根據本發明鎖緊扭力的測量單元,針對由扭力感測器所輸出的扭力,對應於鎖緊方向,而在放大器中賦予不同的增益。如此一來,可使由扭力感測器所輸出的值,趨近於實際的扭力值,而執行精確度高的扭力測量。
放大器可設定成:對來自於扭力感測器的輸出賦予不同的增益,或者可形成:將分別具有不同增益的右旋轉用放大器、與左旋轉用放大器平行配備,當右旋轉時由右旋轉用放大器採用增益執行放大,當左旋轉時由左旋轉用放大器採用增益執行放大。
本發明的鎖緊扭力的測量單元(10),是可在使用鎖緊機(圖面中未顯示)鎖緊螺栓或螺帽等時,對應於鎖緊方向的正反,也就是指右旋轉或者左旋轉,而改變作用於扭力感測器(12)之輸出的增益。
以下,參考圖面對本發明進行說明。
第1圖為本發明之鎖緊扭力的測量單元(10)的塊狀圖。而第2圖為鎖緊扭力的測量單元(10)的流程圖。
如第1圖所示,鎖緊扭力的測量單元(10)可由以下所構成:扭力感測器(12);和放大器(14),該放大器(14)是利用增益(15),對來自於該扭力感測器(12)的輸出執行放大、偏移補償(15a);和A/D轉換器(16),該A/D轉換器(16)是對來自於放大器(14)的輸出執行A/D轉換;和後述的微處理器(MPU)(20);和顯示手段(30),該顯示手段(30)用來顯示由微處理器(20)所輸出的扭力值;及記憶手段(32),該記憶手段(32)是用來記憶由微處理器(20)所輸出的扭力值。
扭力測量單元(10),是承受來自於圖面中未顯示之電池等的電源供給而作動。
就扭力感測器(12)而言,譬如可列舉應變計作為例子,扭力感測器(12)在鎖緊機為電動式或壓縮氣體作動型、油壓作動型裝置的場合中,可安裝於驅動部或動力傳達機構,譬如旋轉軸,在鎖緊機為手動扳手或螺絲起子的場合中,可安裝於臂部或軸部,或者安裝於承座等。
微處理器(20)具有放大器,該放大器是用來將利用A/D轉換器(16)轉換成數位的訊號予以放大。放大器可由:對應於鎖緊機的鎖緊方向而賦予不同增益的右旋轉用放大器(40)、及左旋轉用放大器(42)所構成,上述兩者是相對於A/D轉換器(16)的輸出而成平行連接。如第1圖所示,右旋轉用放大器(40)是藉由右增益(41)來調整輸入數位訊號,左旋轉用放大器(42)則是藉由不同於右增益(41)之增益值的左增益(43)來調整輸入數位訊號。
在右旋轉用放大器(40)與左旋轉用放大器(42)的輸入側,如第1圖所示,最好是配備著用來執行零點調整(29a)的零點調整操作鈕(29)。藉由操作零點調整操作鈕(29)(第2圖的步驟1)來執行零點調整(29a),可將起因於「扭力感測器(12)或放大器(14)因溫度、濕度等所造成的偏移(drift)」的零點偏差予以重置(步驟2),而將測量前的無負荷狀態辨識為零(zero),並將顯示手段(30)所顯示的扭力值設定為零(步驟3)。
右旋轉用放大器(40)的右增益(41)、與左旋轉用放大器(42)的左增益(43),最好是可藉由教學操作,而於出貨前或維護保養時容易執行調整。如此一來,如第1圖所示,譬如可相對於「從A/D轉換器(16)輸出,並輸入右旋轉用放大器(40)或左旋轉用放大器(42)」的數位訊號,記憶右增益(41)與左增益(43),一旦操作教學操作鈕(28),便可將特定的扭力負荷換算為測量值並加以顯示。
具體地說,對呈現安裝有鎖緊扭力的測量單元(10)之狀態的鎖緊機,作用右旋轉的額定扭力(舉例來說,倘若額定扭力為800Nm時,為+800Nm的扭力),在該狀態下操作教學操作鈕(28),可藉由連接於該教學操作鈕(28)的扭力換算手段(28a),將鎖緊扭力的測量單元(10)之右側的扭力測量值換算成該額定扭力(在上述範例中為+800N m),而調整右增益(41)。即使是逆向旋轉也是相同地,作用左旋轉的額定扭力,並在該狀態下藉由操作教學操作鈕(28),而將鎖緊扭力的測量單元(10)之左旋轉的扭力測量值換算成該額定扭力(在上述範例中為-800N m),而調整左增益(43)。如此一來,可消除對作用於鎖緊扭力的測量單元(10)的額定扭力與扭力顯示進行精密調整的必要,而輕易地執行出貨前或維護保養時的調整。
右旋轉用放大器(40)與左旋轉用放大器(42),是藉由輸出側連接於切換機構(22)。切換機構(22),是藉由後述的左右選擇手段(24),來判斷鎖緊機的鎖緊方向為右方向或者左方向,在右旋轉的場合中,切換機構(22)是與右旋轉用放大器(40)連接,而在左旋轉的場合中,則與左旋轉用放大器(42)連接。
舉例來說,當左右選擇手段(24)預先使切換機構(22)與右旋轉用放大器(40)連接(步驟4),且來自於右旋轉用放大器(40)的輸出形成一定值以上時,譬如變成顯示於預設之顯示手段(30)的初始扭力值以上時(步驟5),在該輸出(數位值)的扭力換算值(Nm)為正值(+)的場合中,鎖緊機的鎖緊方向被判定為右旋轉,在負值(-)的場合中則判定為左旋轉(步驟6)。倘若判定的結果為右旋轉,便保持原狀地使切換機構(22)與右旋轉用放大器(40)連接(步驟7),相反地,倘若判定為左旋轉時,則切換成連接於左旋轉用放大器(42)(步驟8)。
來自於右旋轉用放大器(40)或左旋轉用放大器(42)的輸出,是透過切換機構(22)而發送至扭力偵測手段(26)。扭力偵測手段(26),是用來將「經放大器(40)或(42)作用增益的扭力值」顯示、記憶於顯示手段(30)及/或記憶手段(32)的手段。
在圖示的實施例中,是列舉用來偵測最大扭力值,並發送至顯示手段(30)及/或記憶手段(32)的手段,來作為扭力偵測手段(26)。
最大扭力偵測手段(26),是當每次更新所輸入之扭力值的峰值時(步驟9),將最大扭力值顯示於顯示手段(30)(步驟10)、或記憶於記憶手段(32)(步驟11)。舉例來說,最大扭力值的記憶,可於每個工作執行。如此一來,使用者可輕易地執行目前之鎖緊狀況、或鎖緊後的步驟確認等。
而,來自於扭力偵測手段(26)的輸出,並不限定於最大扭力值,可將來自於放大器(40)、(42)的輸出直接發送至顯示手段(30)或記憶手段(32),顯示手段(30)或記憶手段(32)也可以構成:顯示、記憶扭力波形或扭力值。而記憶扭力波形的扭力波形記憶手段(34),也可以如第1圖所示地另外配備。此外,顯示手段(30)或記憶手段(32)也可以構成:顯示、記憶「當扭力值達到峰值時的訊息」。不僅如此,也可以利用聲音等來輸出「達到最大扭力值時的訊息」或扭力值。
此外,顯示手段(30)與記憶手段(32)也可以構成僅設置其中的任一個,或以「將由微處理器(20)所輸出的扭力值,輸出至設於外部之顯示手段或記憶手段」的構造,來加以取代或者追加。
倘若在特定時間內,沒有對最大扭力偵測手段(26)等輸入扭力值、或更新最大扭力值時,一個鎖緊作業將被視為已完成,舉例來說,在記憶著峰值的場合中,當輸入下一個扭力值時,只需將其作為另一個工作而將最大扭力值記憶於記憶手段(32)即可(步驟12)。
根據本發明之鎖緊扭力的測量單元(10),由於可對應於鎖緊機的鎖緊方向,而賦予不同的增益,故無論是左右之任何一個鎖緊方向,均能顯示精度高的鎖緊扭力。
第3圖,是對左右的鎖緊方向分別賦予不同增益時的增益應用範例。比較第3圖與顯示習知技術的第6圖可得知,藉由以不同的增益對左右的鎖緊方向進行放大,可無關於鎖緊方向,而獲得對扭力導入值之誤差小的扭力測量值。
第4圖,是針對「利用本發明鎖緊扭力的測量單元(10),對應於左右鎖緊方向以不同的增益執行放大時」的扭力測量值;和「無視於左右鎖緊方向而以一定的增益執行放大的比較例,也就是指將增益設定成減少對右側鎖緊方向之誤差」的扭力測量值,與扭力導入值間之誤差進行比較的圖表。
鎖緊是採以下的方式實施:所施加的扭力值是形成-800Nm(左旋轉側)~+800Nm(右旋轉側)。
參考第4圖可得知,本發明鎖緊扭力的測量單元(10),可將對左右鎖緊方向之扭力測量值的誤差抑制在大約0.3%以下。另外,就將左右增益設成相同的比較例而言,雖然右旋轉扭力的測量誤差與本發明並無不同,但是左旋轉扭力之扭力測量值的誤差卻超過1.0%,由此可知,是無法實現精度高的扭力測量。
本發明能有助於作為「無視於鎖緊機的鎖緊方向,而執行精度高的扭力測量」的鎖緊扭力的測量單元。
10...鎖緊扭力的測量單元
12...扭力感測器
14...放大器
15...增益
15a...偏移補償
16...A/D轉換器
20...微處理器(MPU)
22...切換機構
24...左右選擇手段
26...最大扭力偵測手段
28...教學操作鈕
28a...扭力換算手段
29...零點調整操作鈕
29a...零點調整
30...顯示手段
32...記憶手段
34...扭力波形記憶手段
40...右旋轉用放大器
41...右增益
42...左旋轉用放大器
43...左增益
第1圖:為本發明之鎖緊扭力的測量單元的塊狀圖。
第2圖:為本發明之鎖緊扭力的測量單元的流程圖。
第3圖:是顯示「採用本發明鎖緊扭力的測量單元之左右個別的放大器」所獲得的扭力測量值、與扭力導入值間之關係的示意圖。
第4圖:是針對「對應於鎖緊方向,採用左右不同之增益執行扭力測量」的發明例、和「無視於鎖緊方向,採用左右相同的增益執行扭力測量」的比較例,分別對扭力導入值的誤差進行比較的圖表。
第5圖:為習知鎖緊扭力的測量單元的塊狀圖。
第6圖:為顯示「無視於鎖緊方向,而將左右增益設成相同時」的扭力測量值、與扭力導入值間之關係的示意圖。
10...鎖緊扭力的測量單元
12...扭力感測器
14...放大器
15...增益
15a...偏移補償
16...A/D轉換器
20...微處理器(MPU)
22...切換機構
24...左右選擇手段
26...最大扭力偵測手段
28..教學操作鈕
28a...扭力換算手段
29...零點調整操作鈕
29a...零點調整
30...顯示手段
32...記憶手段
34...扭力波形記憶手段
40...右旋轉用放大器
41...右增益
42...左旋轉用放大器
43...左增益

Claims (5)

  1. 一種鎖緊扭力的測量單元,是安裝於鎖緊機之鎖緊扭力的測量單元,其特徵為:具有:用來偵測鎖緊扭力的扭力感測器(12)、及用來放大來自於該扭力感測器之輸出的放大器,該放大器,在鎖緊機的鎖緊方向為右旋轉的場合、與左旋轉的場合中,是對來自於扭力感測器的輸出,採用不同的增益。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的鎖緊扭力的測量單元,其中放大器具有:右旋轉用放大器(40),該右旋轉用放大器(40)具有對右旋轉之鎖緊扭力的增益;及左旋轉用放大器(42),該左旋轉用放大器(42)具有對左旋轉之鎖緊扭力的增益。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載的鎖緊扭力的測量單元,其中在右旋轉用放大器(40)及左旋轉用放大器(42)連接著切換機構,並由該切換機構(22),對應於鎖緊機的鎖緊方向來切換右旋轉用放大器與左旋轉用放大器而執行放大。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載的鎖緊扭力的測量單元,其中切換機構(22),是根據被輸入右旋轉用放大器(40)或左旋轉用放大器(42)的其中任一個之來自於扭力感測器(12)的輸出,來判斷鎖緊機的鎖緊方向。
  5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項所記載的鎖緊扭力的測量單元,其中是可裝卸地安裝於鎖緊機。
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