TWI565884B - Bolt loosening detection device and its detecting method - Google Patents

Description

螺栓鬆脫偵測裝置及其偵測方法

本發明是有關於一種偵測裝置及偵測方法，特別是指一種螺栓鬆脫偵測裝置及其偵測方法。

螺栓常搭配螺帽及華司而用於將二工件相結合。這些元件雖然很小，但必須確保螺栓與相搭配之螺帽間已鎖緊，才能避免被鎖固的二工件不會相對鬆動或脫離，尤其是應用於公共運輸工具或工作機具時，一旦螺栓發生鬆動，而檢修人員未即時鎖緊，更可能因此引發工安事故或公共危險。

目前使用於公共場所、工廠、公共運輸工具、工作機具等環境之螺栓，通常是仰賴人員定期巡視並逐一鎖緊螺栓，以避免引發工安事故。惟螺栓的使用數量龐大，造成檢修作業相當費時，檢修效率不佳。

因此，本發明之一目的，即在提供一種可快速地偵測螺栓是否鬆脫，並適時發出警示訊號，提醒人員檢修已鬆脫之螺栓，因而可節省檢修時間、提高檢修效率，以及提高螺栓的使用安全性之螺栓鬆脫偵測裝置。

本發明之另一目的，即在提供一種可節省檢修 時間且提高檢修效率之螺栓鬆脫偵測方法。

於是，本發明螺栓鬆脫偵測裝置，包含一由金屬材質所製成之華司，以及一偵測電路。該華司具有一用以供一螺栓穿伸的通孔。該偵測電路包括一用以供應所需電力的電源供應元件、一電橋單元，以及一差動訊號放大器；該電橋單元具有一第一電阻器、一與該第一電阻器串聯之第二電阻器、一與該華司徑向最長距離處的二端串聯之第三電阻器，以及二輸出部。其中，該相互串聯之第一、二電阻器與該相互串聯之第三電阻器及華司是並聯，並與該電源供應元件相並聯，該等輸出部是分別連接於相互串聯的第一、二電阻器之間，以及該相互串聯之第三電阻器及華司之間，該差動訊號放大器具有二分別與該等輸出部電連接之訊號輸入部，以及一訊號輸出部。藉此該華司受該螺栓迫緊力大小變化所產生的形變經該電橋單元轉換成該華司的阻抗變動訊號，並由該等訊號輸入部輸入該差動訊號放大器經訊號放大處理後由該訊號輸出部輸出，以供判斷該螺栓之迫緊力是否產生鬆動。

另一方面，本發明螺栓鬆脫偵測方法是使用前述之螺栓鬆脫偵測裝置來執行，包含下列步驟(a)及(b)。

在步驟(a)中，將一由金屬製成之華司穿設於一螺栓之一螺桿上，且該華司於徑向最長距離處的二端並與該偵測電路之電橋單元的第三電阻器串聯；以及在步驟(b)中，利用該螺栓之螺鎖定位而迫使該華司受壓而拉伸並產生形變訊號，經該偵測電路之該電橋 單元轉換成阻抗變動訊號並透過該差動訊號放大器放大處理後輸出，藉由該華司形變所產生的該華司阻抗變動訊號的大小以判斷該螺栓之螺鎖力是否產生鬆動。

本發明之功效在於：藉由該螺栓於螺鎖時會使該華司受到迫壓而產生形變，此形變訊號經該電橋單元轉換成阻抗變動訊號並透過該差動訊號放大器放大處理後輸出，並可傳送至一監控系統，當該螺栓鬆動時，該華司所受到的迫壓力減輕且形變量伸長成原來設定長度，該華司阻抗將變大，經該電橋單元轉換成的阻抗變動訊號增加，該監控系統便能輕易地獲悉該螺栓已鬆動，讓檢修人員能儘早因應並即時再度鎖緊該螺栓，如此，不但可節省檢修時間及提高檢修效率，還能提高該螺栓的使用安全性，且應用於公共運輸工具或工作機具時，更能有效避免因螺栓鬆脫所發生的公共危險或工安事故。

1‧‧‧華司

13‧‧‧通孔

2‧‧‧偵測電路

21‧‧‧電源供應元件

22‧‧‧電橋單元

221‧‧‧輸出部

23‧‧‧差動訊號放大器

231‧‧‧訊號輸入部

232‧‧‧訊號輸出部

25‧‧‧第一金屬導線

3‧‧‧螺栓

31‧‧‧螺桿

32‧‧‧螺頭

4‧‧‧待鎖物件

5‧‧‧承載物件

6‧‧‧軟性電路板

61‧‧‧穿孔

62‧‧‧第二金屬導線

7‧‧‧螺帽

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧第三電阻器

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明螺栓鬆脫偵測裝置的第一實施例；圖2是一使用示意圖，說明該第一實施例之使用態樣，圖中顯示螺栓尚未鎖緊的態樣；圖3是一使用示意圖，說明該第一實施例之使用態樣，圖中顯示螺栓已鎖緊的態樣；圖4是一示意圖，說明本發明螺栓鬆脫偵測裝置的第 二實施例；圖5是一示意圖，說明本發明螺栓鬆脫偵測裝置的第三實施例；圖6是一使用示意圖，說明該第三實施例之使用態樣，圖中顯示螺栓已鎖緊的態樣，圖中未繪出華司；以及圖7是一流程圖，說明本發明螺栓鬆脫偵測方法的一實施例。

參閱圖1，本發明螺栓鬆脫偵測裝置的第一實施例，包含一由金屬材質所製成之華司1，以及一偵測電路2。該華司1具有一貫穿的通孔13。該偵測電路2包括一用以供應所需電力的電源供應元件21、一電橋單元22，以及一差動訊號放大器23。該電源供應元件21為直流電源，在本實施例中是以電池做說明，其所供應的直流電壓為V_DC。另外，在本實施例中，該電橋單元22具有一第一電阻器R1、一與該第一電阻器R1串聯之第二電阻器R2、一與該華司1徑向最長距離處的二端串聯之第三電阻器R3，以及二輸出部221，其中，該相互串聯之第一、二電阻器R1、R2與該相互串聯之第三電阻器R3及華司1是並聯，並與該電源供應元件21相並聯，該等輸出部221是分別連接於相互串聯的第一、二電阻器R1、R2之間，以及該相互串聯之第三電阻器R3及華司1之間。該差動訊號放大器23具有二分別與該等輸出部221電連接之訊號輸入部231，以及一訊號輸出部232，該訊號輸出部232可與一監控系統(圖未示)電連 接。

由歐姆定理得知，電阻與導線的長度及其電阻係數成正比，與其截面積成反比。若有一導體其長度為L，所對應的電阻為R，若對此一導體施加壓力使其長度縮短，截面積增加，電阻值將會滅少；但若對導體施以拉力，則其長度會增長，而截面積減少，將導致電阻值增加。

參閱圖1、2、3，在使用上，該螺栓鬆脫偵測裝置能適用於任一螺栓3的螺鎖結構中，其做法只需使該螺栓3之螺桿31先貫穿該華司1之通孔13，再貫穿一待鎖物件4，進而配合一螺帽7螺鎖於一承載物件5上，由於該螺栓3鎖緊時，其螺頭32會迫壓該華司1，使得該華司1產生拉伸形變。藉由該電源供應元件21供應電力，使得該華司1、該電橋單元22，及該差動訊號放大器23構成電氣導通迴路。藉此該華司1受該螺栓3之螺頭32迫壓所產生的形變訊號經該電橋單元22轉換成該華司1的阻抗變動訊號，並由該等訊號輸入部231輸入該差動訊號放大器23，透過該差動訊號放大器23放大處理後由該訊號輸出部232輸出，並傳送至一監控系統(圖未示)，由該監控系統進行記錄與監控。

由於該螺栓3的螺鎖結構在使用一段時間後，會因受外力震動等因素而逐漸鬆動，一旦該螺栓3產生鬆動時，該螺栓3之螺頭32對於該華司1所產生的迫壓力會減小，從而該華司1的形變量會伸長而產生形變訊號，經由該電橋單元22轉換所得的阻抗變動訊號也會增加，增加 後的阻抗變動訊號經由上述路徑傳送到該監控系統，藉由該監控系統進行記錄與比對處理後便能輕易地獲悉該螺栓3已鬆動，從而可顯示該螺栓3編號或所在位置，同時發出聲音或燈光或文字等警示訊息，讓檢修人員能儘早因應並即時再度鎖緊該螺栓3；如此，不但可節省檢修時間及提高檢修效率，還能提高螺栓3的使用安全性，且應用於公共運輸工具或工作機具時，更能有效避免因螺栓3鬆脫所發生的工安事故或公共危險。

參閱圖4，本發明螺栓鬆脫偵測裝置的第二實施例，本實施例還包含一螺旋繞設於該華司1上之第一金屬導線25，該第一金屬導線25二端分別位於該華司1徑向最長距離處的二端，而該電橋單元22之第三電阻器R3是與該第一金屬導線25的二端相串聯。藉此在使用上，當所適用之螺栓3(見於圖3)鎖緊時，該華司1受到迫壓產生拉伸形變，同時該第一金屬導線25也會受壓變形，此時該第一金屬導線25二端間的傳導路徑距離會變短，且此路徑距離變短的形變訊號也會經該電橋單元22轉換成阻抗變動訊號並透過該差動訊號放大器23放大處理後輸出並傳送至該監控系統。當該螺栓3鬆動時，該華司1與該第一金屬導線25所受到的迫壓力減輕而使形變量伸長，此時該第一金屬導線25二端間的傳導路徑距離變長，經該電橋單元22轉換成的阻抗訊號會變大，該監控系統經記錄及比對處理後亦能輕易地獲悉該螺栓3已鬆動，從而能達成與第一實施例相同之功效。且本實施例藉由該第一金屬導線25形變前 後之二端間的路徑距離變化做為螺栓3鬆脫與否的偵測機制，可較第一實施例直接以該華司1之徑向最長距離處的二端的形變量來做偵測的方式更能有效提升訊號變化的偵測靈敏度。

參閱圖5、6，本發明螺栓鬆脫偵測裝置的第三實施例，本實施例還包含一設於該華司1底面的軟性電路板6，該軟性電路板6具有一連通該華司1之通孔13的穿孔61，以及一呈連續彎折之第二金屬導線62，該第二金屬導線62二端分別位於對應該華司1徑向最長距離處之二端的底面，而該電橋單元22之第三電阻器R3是與該第二金屬導線62的二端相串聯。藉此在使用上，該螺栓3先貫穿該華司1之通孔13與該軟性電路板6之穿孔61，再貫穿一待鎖物件4，進而配合該螺帽7螺鎖於一承載物件5上，當該螺栓3鎖緊時，該華司1與該軟性電路板6亦會受壓而同步形變，此時該第二金屬導線62二端間的傳導路徑距離會變短。當該螺栓3鬆動時，該華司1與該軟性電路板6所受到的迫壓力減少，該第二金屬導線62二端間的傳導路徑距離會變長而產生形變訊號並經該電橋單元22轉換成阻抗變動訊號，透過該差動訊號放大器23放大處理後輸出，進而傳送到該監控系統以進行隨時監控及適時提示。因此，本實施例同樣能達成與該第一實施例相同之功效。

參閱圖7，本發明螺栓鬆脫偵測方法的一實施例，本發明螺栓鬆脫偵測方法可以運用上述螺栓鬆脫偵測裝置之三個實施例所示態樣，該方法包含下列步驟(a)及 (b)。

配合參閱圖1、3，在步驟(a)中，將一由金屬製成之華司1穿設於一螺栓3之一螺桿31上，且該華司1於徑向最長距離處的二端並與一偵測電路2之電橋單元22的第三電阻器R3串聯。

在步驟(b)中，利用該螺栓3之螺鎖定位，迫使該華司1受壓而拉伸並產生形變訊號輸入該偵測電路2，經該電橋單元22轉換成阻抗變動訊號，並透過該差動訊號放大器23放大處理後輸出，藉由形變所產生的該華司1阻抗變動訊號的大小以判斷該螺栓3之螺鎖力是否鬆動。

特別說明的是，當在步驟(a)中，是使用該螺栓鬆脫偵測裝置之第一實施例，在步驟(b)中，是利用該偵測電路2之電橋單元22偵測該華司1於徑向最長距離處的二端的形變訊號變化，判斷該螺栓3之螺鎖力是否產生鬆動。

配合參閱圖4，當在步驟(a)中，是使用該螺栓鬆脫偵測裝置之第二實施例，在步驟(b)中，是利用該華司1本身產生不同的形變量，使螺旋繞設於該華司1上之第一金屬導線25二端間的傳導路徑距離改變而產生阻抗變動訊號，並透過該差動訊號放大器23放大處理後輸出，藉該阻抗變動訊號的大小以判斷該螺栓3之螺鎖力是否產生鬆動。

配合參閱圖5、6，當在步驟(a)中，是使用該螺栓鬆脫偵測裝置之上述第三實施例，在步驟(b)中，是利用該華司1與該軟性電路板6產生同步形變，使呈連續彎折設置於該軟性電路板6上之該第二金屬導線62二端間的 傳導路徑距離改變而產生形變訊號變化並輸入該偵測電路2經該電橋單元22轉換成阻抗變動訊號，再透過該差動訊號放大器23放大處理後輸出，藉由該阻抗變動訊號的大小以判斷該螺栓3之螺鎖力是否鬆動。

綜上所述，本發明螺栓鬆脫偵測裝置及其偵測方法，藉由上述設計，利用該螺栓3於螺鎖時會使該華司1於徑向最長距離處的二端或設於該華司1上之第一金屬導線25或設於該華司1下方之軟性電路板6上的第二金屬導線62，因受到迫壓而產生形變訊號，經該電橋單元22轉換成阻抗變動訊號並透過該差動訊號放大器23放大處理後輸出，並傳送至一監控系統，一旦該螺栓3鬆動時，迫壓力減輕且形變量變長，該阻抗變動訊號增大，經該電橋單元22轉換成的阻抗訊號增加，該監控系統便能輕易地獲悉該螺栓3已鬆動，從而可顯示該螺栓3編號或所在位置，同時發出聲音或燈光或文字等警示訊息，讓檢修人員能儘早因應並即時再度螺緊該螺栓3，如此，不但可節省檢修時間及提高檢修效率，還能提高該螺栓3的使用安全性，特別是當應用於公共運輸工具或工作機具時，更能有效避免因螺栓3鬆脫所發生的工安事故或公共危險，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧華司

13‧‧‧通孔

2‧‧‧偵測電路

21‧‧‧電源供應元件

22‧‧‧電橋單元

221‧‧‧輸出部

23‧‧‧差動訊號放大器

231‧‧‧訊號輸入部

232‧‧‧訊號輸出部

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧第三電阻器

Claims (4)

1. 一種螺栓鬆脫偵測裝置，包含：一華司，由金屬材質所製成，其具有一用以供一螺栓穿伸的通孔；一偵測電路，包括一用以供應所需電力的電源供應元件、一電橋單元，以及一差動訊號放大器，該電橋單元具有一第一電阻器、一與該第一電阻器串聯之第二電阻器、一與該華司徑向最長距離處的二端串聯之第三電阻器，以及二輸出部；及一第一金屬導線，螺旋繞設於該華司上，二端分別位於該華司徑向最長距離處的二端；其中，該相互串聯之第一、二電阻器與該相互串聯之第三電阻器及華司是並聯，並與該電源供應元件相並聯，而該電橋單元之第三電阻器是與該第一金屬導線的二端相串聯，該等輸出部是分別連接於相互串聯的第一、二電阻器之間，以及該相互串聯之第三電阻器及華司之間，該差動訊號放大器具有二分別與該等輸出部電連接之訊號輸入部，以及一訊號輸出部，藉此該華司受到該螺栓鎖緊迫壓而拉伸形變，使該第一金屬導線二端間的傳導路徑距離變短，該螺栓鬆動時，該華司受到迫壓力減少且形變量伸長成原來設定長度，該第一金屬導線二端間的傳導路徑距離變長而產生形變訊號，並經該電橋單元轉換成阻抗變動訊號，透過該差動訊號放大器放大處理後輸出，以供判斷該螺栓之 迫緊力是否產生鬆動。
2. 如請求項1所述的螺栓鬆脫偵測裝置，還包含一連設於該華司下方的軟性電路板，該軟性電路板具有一連通該華司之通孔的穿孔，以及一呈連續彎折之第二金屬導線，該第二金屬導線二端分別位於對應該華司徑向最長距離處之二端的底面，而該電橋單元之第三電阻器是與該第二金屬導線的二端相串聯，藉此該華司與該軟性電路板同時受該螺栓鎖緊迫壓而同步形變，此時該第二金屬導線二端間的傳導路徑距離變短，該螺栓鬆動時，該華司與該軟性電路板所受的迫壓力減少且形變量變少，該第二金屬導線二端間的傳導路徑距離伸長成原來設定長度而產生的形變訊號經該電橋單元轉換成阻抗變動訊號，透過該差動訊號放大器放大處理後輸出。
3. 一種使用請求項1之螺栓鬆脫偵測裝置的螺栓鬆脫偵測方法，包含：(a)將一由金屬製成之華司穿設於一螺栓之一螺桿上，且該華司於徑向最長距離處的二端並與該偵測電路之電橋單元的第三電阻器串聯，並使一第一金屬導線螺旋繞設於該華司上，且該第一金屬導線的二端分別位於該華司徑向最長距離處的二端，令該電橋單元之第三電阻器是與該第一金屬導線的二端相串聯；以及(b)利用該螺栓之螺鎖定位而迫使該華司受壓而拉伸，產生不同形變量，使該第一金屬導線二端間的路徑 距離改變而產生形變訊號，經該偵測電路之該電橋單元轉換成阻抗變動訊號並透過該差動訊號放大器放大處理後輸出，藉由該華司形變所產生的該華司阻抗變動訊號的大小以判斷該螺栓之螺鎖力是否產生鬆動。
4. 如請求項3所述的螺栓鬆脫偵測方法，其中，在步驟(a)中，還包含一連設於該華司下方的軟性電路板，該軟性電路板具有一呈連續彎折且二端分別位於對應該華司徑向最長距離處之二端底面的第二金屬導線，而該電橋單元之第三電阻器是與該第二金屬導線的二端相串聯；在步驟(b)中，該螺栓之迫緊力大小變化，使該華司與該軟性電路板產生同步形變，且使該第二金屬導線二端間的路徑距離改變而產生形變訊號，經該電橋單元轉換成阻抗變動訊號並透過該差動訊號放大器放大處理後輸出。