TWI541107B - 即時在電子扭矩扳手登錄資料之方法和系統 - Google Patents

Description

即時在電子扭矩扳手登錄資料之方法和系統

本申請案係關於用於自一電子扭矩扳手登錄資料之系統。更特定而言，本申請案係關於用於即時地自一電子扭矩扳手即時登錄資料且使用該資料用於接頭診斷及分析之系統。

電子扭矩扳手用於將扭矩施加至一工件且量測由該扳手施加至工件之扭矩。此等扳手可向使用者指示何時已對工件施加扭矩達適當扭矩值，例如，100 ft-lb。某些電子扭矩扳手亦量測工件已旋轉之角度。

某些扣件在達到最終扭矩及/或角度值之前需要一特定扣接程序(諸如施加一特定扭矩量及/或角度)以確保適當緊固。舉例而言，一航太燃料線路螺帽需要一特定停轉角度、座合扭矩以及最終扭矩及角度來判定接頭是否正確地座合。然而，最佳扭矩操作並不總是已知的且必須透過嘗試錯誤法而確定。因此，需要一種可即時地監視並記錄施加至一工件之扭矩量及/或角度且然後將此資料傳送至一外部裝置以供進一步審查及分析以確定最佳扭矩程序之扭矩施加工具。

本申請案揭示一種針對一扭矩操作即時地登錄資料且將該資料傳送至一電腦以供進一步分析之電子扭矩扳手。舉例而言，該電腦可 以圖形形式標繪資料且分析圖表以判定扭矩量變曲線之相關參數。然後可藉由分析是否適當地執行扭矩操作而依據圖表參數判定一最佳扭矩量變曲線以在未來扭矩操作中輔助使用者。

特定而言，本申請案揭示一種工具，該工具包含：一頭部，其耦合至經調適以感測施加至一工件之一扭矩操作之扭矩參數之一感測器；一記憶體，其可操作地耦合至該感測器且經調適而以一預定頻率接收包含與該等扭矩參數有關之資料之一信號並進一步經調適以儲存該資料；一介面，其經調適以接收指示該預定頻率之一取樣間隔；及一收發器，其經調適以將該工具與一外部裝置介接以用於分析該資料。

亦揭示一種分析扭矩資料之方法，該方法包含：提供具有經調適以感測施加至一工件之一扭矩操作之扭矩參數之一感測器之一工具；確立該等扭矩參數儲存於該工具之一記憶體中之一頻率；對該工件執行該扭矩操作；以該頻率將表示該等扭矩參數之資料儲存於該記憶體中；將該資料自該工具傳輸至一外部裝置；及藉助該外部裝置來分析該資料。

100‧‧‧工具

105‧‧‧把柄

110‧‧‧頭部

115‧‧‧握把

120‧‧‧介面

125‧‧‧按鈕

130‧‧‧顯示器

135‧‧‧反轉槓桿

140‧‧‧感測器

145‧‧‧控制單元/控制件

150‧‧‧記憶體

155‧‧‧處理器

160‧‧‧收發器

165‧‧‧電源/電源供應器

出於促進對尋求保護之標的物之一理解之目的，在本發明之附圖實施例中予以圖解說明，依據對該等實施例之一檢查，當連同以下說明一起考量時，應易於理解及瞭解尋求保護之標的物、其構造及操作以及其優點中之諸多優點。

圖1係根據本申請案之一實施例之一工具之一側面透視圖。

圖2係根據本申請案之一實施例之一控制單元之一示意圖。

圖3係根據本申請案之一實施例之圖解說明一程序之一流程圖。

圖4係根據本申請案之一實施例之一例示性扭矩/角度圖表之一圖解。

圖5係根據本申請案之一實施例之一例示性扭矩/角度圖表之另一圖解。

應理解，包含於說明中之註解以及其中所論述之材料、尺寸及容限僅係建議以使得熟習此項技術者將能夠在本申請案之範疇內修改該等建議。

雖然本發明容許呈諸多不同形式之實施例，但在理解本揭示內容應視為本發明之原理之一範例且並非意欲將本發明之寬廣態樣限制於所圖解說明之實施例的情況下，在圖式中展示且本文中將詳細闡述本發明之一較佳實施例。

本申請案揭示一種經調適以將扭矩施加至一工件之工具(諸如一電子扭矩扳手)，該工具經調適以即時地自一扭矩操作記錄資料，且然後將該資料傳送至一外部裝置(諸如一電腦)以供進一步分析以形成一最佳扭矩程序。舉例而言，電腦可形成可經分析以判定扭矩量變曲線之相關參數(諸如扭矩及/或角度施加量或持續時間)之一圖表。可分析圖表之參數，以判定針對一特定工件或工作任務是否適當地執行扭矩操作。

如圖1中所展示，一工具100可包含在一第一端處之一把柄105及在與該第一端相對之一第二端處之經調適以將扭矩轉移至一工件之一頭部110。把柄105可包含允許使用者在操作期間更好地抓握工具100之一握把115。具有至少一個按鈕125之一介面120亦可安置於工具100上，以允許使用者將指令或其他資訊輸入至工具100中。工具100亦可包含用於將資訊顯示給使用者之一顯示器130。頭部110可包含用於反轉工具100之驅動方向之一反轉槓桿135，及用於感測工具100之扭矩及/或角度參數之一感測器140。

工具100可藉助感測器140來感測參數，舉例而言，施加至一工 件之扭矩施加的扭矩量及/或角度值及持續時間。接著，彼等值可即時地或以一預定頻率登錄並儲存於一記憶體(諸如一非揮發性記憶體)中，且透過任何已知手段傳輸至一外部裝置(諸如一個人電腦)，以供進一步分析及審查。然後，可藉助外部裝置來標繪及分析所登錄資料，以判定適用於針對彼特定工件或工作任務之未來扭矩操作之一最佳扭矩量變曲線，或判定在所記錄操作期間施加一正確扭矩量變曲線。

介面120允許使用者將資訊或命令輸入至工具100中。以實例方式，介面120可包含一鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、音訊記錄器、音訊傳輸器、部件墊或允許自一使用者鍵入資訊之任何其他裝置。如圖1中所展示，在一實施例中，介面120可包含按鈕125，例如，增大/減小控制按鈕及一「鍵入」鍵。

在一實施例中，顯示器130可顯示用於使用者觀看及解釋(舉例而言)文字或圖形之各種資訊或者鍵入至介面120中之資訊。以實例方式，顯示器130可包含一液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、電漿螢幕或者將允許使用者觀看及解釋資訊之任何其他種類之黑白或彩色顯示器。

圖2係根據本申請案之一實施例之一控制單元145之一示意圖。在某些實施例中，控制單元145包含：一記憶體150，其用於儲存資料及/或電腦程式；一處理器155，其用於控制控制件145之操作；及一收發器160，其用於將與工具100有關之資料傳輸及接收至外部源，諸如一個人電腦。一般而言，控制件145亦可具有用於給控制件145及工具100之操作提供電力之一電源165，舉例而言一蓄電池。控制件145之上述組件可藉由任何已知手段直接或間接地耦合在一起。

在一實施例中，記憶體150可儲存供與工具100一起使用之資料及/或電腦程式。舉例而言，記憶體150可儲存登錄扭矩參數之一程 式，該等扭矩參數諸如以一預定取樣頻率(稱為「取樣間隔」)所記錄之施加之角度及/或扭矩值及持續時間。記憶體150亦可儲存用於控制單元145之一作業系統或者工具100起作用可能必需之任何其他軟體或資料。不加限制地，記憶體150可包含任何非暫時性電腦可讀記錄媒體，諸如一硬碟機、DVD、CD、快閃磁碟機、揮發性或非揮發性記憶體、RAM或任何其他類型之資料儲存裝置。

處理器155促進工具100之各種組件之間的通信且控制工具100之電組件之操作。處理器155可係任一(或任何)類型之處理器，舉例而言，一桌上型或行動處理器、嵌入式處理器、一微處理器、一單核心處理器或一多核心處理器。

收發器160可係能夠自工具100傳輸資料或能夠將資料自一外部資料源接收於工具100內之任何裝置。以實例方式，收發器160可係任何類型之無線電傳輸天線、蜂巢天線、硬線收發器或能夠與一外部裝置通信之任何其他類型之有線或無線收發器。在一實施例中，收發器160係能夠與連接或可連接至一個人電腦或其他外部裝置之一USB纜線或USB快閃磁碟機連接之一USB埠。

電源供應器165可係可給控制件145提供電力之任何電或機械電源。在一實施例中，電源165係一蓄電池。然而，電源供應器165可係提供電力之任何組件，包含一蓄電池、燃料電池、引擎、太陽能發電系統、風力發電系統、水電發電系統、用於附接至一電插座之一電力線或提供電力之任何其他構件。

圖3係根據本申請案之一實施例之圖解說明一程序300之一流程圖。如所展示，程序300開始並繼續進行至步驟305，其中使用者可挑選量測扭矩資料之間隔，例如，扭矩及/或角度值由感測器140感測並記錄至記憶體之間隔。取樣間隔通常係固定的，但亦可在相同扭矩操作內或自一個扭矩操作至另一扭矩操作變化。在一實施例中，取樣間 隔為每四毫秒取樣一次(250赫茲)，但在本申請案之精神及範疇內可實施任何取樣間隔。為挑選一取樣間隔，使用者可手動輸入選擇或自一預設定選擇進行挑選。

然後，程序繼續進行至步驟310，其中將一扭矩操作施加至工件。舉例而言，使用者可將100 ft-lb之一扭矩施加至工件，且在步驟315中，可將工件之扭矩及/或角度值登錄至記憶體150中以供稍後擷取。在一實施例中，以相同取樣間隔登錄扭矩及角度值，舉例而言，如上文所闡述每四毫秒取樣一次(250赫茲)。然而，可以不同間隔值量測及登錄扭矩及角度值，舉例而言，每四毫秒登錄一次扭矩值(250赫茲)，但每十六毫秒登錄一次角度值(62.5赫茲)。在此實例中，使用者仍可經由介面120選擇一個四毫秒(250赫茲)取樣間隔，而角度及扭矩參數將基於選定取樣間隔而以一所規定比率登錄。

一旦將參數登錄為記憶體150中之資料，則在步驟320中，便可以任何已知方式透過收發器160輸出資料。舉例而言，資料可透過收發器160無線地傳送至(舉例而言)一個人電腦以供分析。將瞭解，可以任何有線手段(舉例而言，一USB介面)無線地傳輸資料。

然後在步驟325中，標繪參數以供分析。舉例而言，參數可在X軸上標繪有角度且在Y軸上標繪有扭矩值，如圖4及圖5中所展示。儘管單位展示為度及ft-lb，但可實施資料之任何已知單位。此外，如圖4及圖5中所標繪而展示之資料可導出至一Excel試算表或以其他方式提供至外部裝置之使用者。

在步驟330中，可依據步驟325之標繪圖來判定各種圖形值，且依據彼等值，在步驟335中，可判定正確扭矩量變曲線。舉例而言，如圖5中所展示，扭矩之差與角度之差相比(dT/dA)可計算為扭矩/角度圖表之斜率。圖5展示此斜率在預扭矩截距之後變平坦，且朝向扭矩操作之結束「不平坦」，其中可發現一較高均方根(RMS)。

根據程序300，可計算一線性迴歸(圖5中展示為線Calc Lin Reg)以判定dT/dA斜率。舉例而言，本申請案之發明人發現圖5中之平坦化線通常在約4°處開始且延伸直至登錄約90%之值為止。在4°標記之前，扭矩及角度值通常係分散的且與用於判定正確扭矩量變曲線在統計上不相關。圖表之此部分稱為「預扭矩區」。亦可使用任何已知計算在扭矩-角度線與所計算Calc Lin Reg線之間判定一均方根差。然後可使用此資料來判定適用於未來工件之正確扭矩量變曲線或判定是否已對現有工件適當地施加扭矩。可藉由任何視覺(例如LED或LCD)、觸覺(例如振動)或聽覺信號而通知操作者已對扣件適當地或不適當地施加扭矩。

僅以圖解方式且不作為一限制而提供前述說明及附圖中所陳述之內容。雖然已展示及闡述了特定實施例，但熟習此項技術者將明瞭，可在不背離申請人之貢獻之較寬廣態樣之情況下做出改變及修改。當基於先前技術以其適當角度觀察時，所尋求之保護之實際範疇意欲定義於以下申請專利範圍中。

100‧‧‧工具

105‧‧‧把柄

110‧‧‧頭部

115‧‧‧握把

120‧‧‧介面

125‧‧‧按鈕

130‧‧‧顯示器

135‧‧‧反轉槓桿

140‧‧‧感測器

Claims (14)

1. 一種工具，其具有經調適以施加扭矩至工件之一頭部，該工具包括：一感測器，其可操作地耦合至該頭部並經調適而以一預定頻率量測由該頭部施加至一第一工件之分別扭矩量，藉此以該預定頻率形成分別代表由該頭部施加至該第一工件之該等扭矩量之量測值；一記憶體，其可操作地耦合至該感測器，且經調適以接收並儲存資料，其中該資料包括該等量測值；及一收發器，其可操作地耦合至該記憶體且經調適以傳輸該資料至一外部裝置，其中該外部裝置經調適以分析該資料、決定用於該第一工件之一最佳扭矩程序、並為用於相似於該第一工件之一第二工件之一未來扭矩操作而傳輸該最佳扭矩程序至該收發器。
2. 如請求項1之工具，其中該感測器進一步經調適而以該預定頻率量測由該頭部施加至該第一工件之分別角度旋轉量，藉此以該預定頻率形成分別代表由該頭部施加至該第一工件之該等角度旋轉量之角度量測值，並且該資料進一步包括該等角度量測值。
3. 如請求項2之工具，其中該預定頻率包括第一值及第二值，其中該第二值為該第一值之倍數，且其中該等量測值為由該感測器以相應於該第一值之一扭矩頻率分別量測，且該等角度量測值為由該感測器以相應於該第二值之一角度頻率分別量測。
4. 如請求項1之工具，其中該收發器無線地傳輸該資料至該外部裝置。
5. 一種分析扭矩施加資料之方法，其用於一工具，該工具具有經調適以施加扭矩至工件之一頭部、可操作地耦合至該頭部並經調適以量測施加至該等工件之扭矩量之一感測器、及可操作地耦合至該感測器之一記憶體，該方法包括：確立由該頭部施加至一第一工件之該扭矩量之分別量測值儲存於該記憶體中之一頻率；施加該扭矩至該工件；以該頻率將包括由該頭部施加至該第一工件之該等扭矩量之該等分別量測值之資料儲存於該記憶體中；將該資料自該記憶體傳輸至一外部裝置；藉助該外部裝置來分析該資料，以決定用於該第一工件之一最佳扭矩程序；及傳輸包括該最佳扭矩程序之程序資料至該記憶體，以用於相似於該第一工件之一第二工件之一未來扭矩操作。
6. 如請求項5之方法，其中施加至該第一工件之該等扭矩量之該等量測值分別包括由該頭部施加至該第一工件之角度旋轉量。
7. 如請求項6之方法，其中該頻率包括第一值及第二值，其中該第二值為該第一值之倍數，且其中由該頭部施加至該第一工件之該等扭矩量之該等分別量測值以相應於該第一值之扭矩頻率分別儲存，且由該頭部施加至該第一工件之該等分別角度旋轉量以相應於該第二值之角度頻率分別儲存。
8. 如請求項5之方法，其中分析該資料之該步驟包含在一圖表上標繪該資料。
9. 如請求項8之方法，其中該圖表包含第一及第二軸，其中該等經量測角度旋轉量標繪於該第一軸上且該等經量測扭矩量標繪於該第二軸上。
10. 如請求項9之方法，進一步包括判定該圖表之至少一部分之一斜率。
11. 如請求項10之方法，進一步包括確立一第一值，以開始判定該斜率之該步驟及確立一第二值，以結束判定該斜率之該步驟。
12. 如請求項11之方法，其中該第一值係約4度之一角度旋轉。
13. 如請求項12之方法，其中該第二值係在該扭矩操作完成約90%時所量測之一角度。
14. 如請求項5之方法，其中在該扭矩操作之前選擇該頻率。