TWI631323B - 具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其包含套筒本體、電路板模組、形變感測單元、輸出輸入模組、電源模組及保護裝置。其中，套筒本體具有彈性可變化的結構，以容置具多功能的電路板模組、形變感測單元、電源模組及輸出輸入模組，並以保護裝置保護所容置的元件。藉此，本發明的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，可應用於讀寫感應螺栓及標籤螺栓的資訊，同時將訊號傳輸至扭力控制裝置，以供鎖緊扭力、角度及鎖緊順序的控制。

Description

具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒

本發明係揭露一種應用於扭力工具的套筒的技術領域，特別是關於一種具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒。

如台灣發明專利公告號第I569923號，如其第4圖所示，藉扭力傳感器內建的射頻讀取器讀寫「標籤螺栓」或「標籤螺帽」上貼附的射頻標籤內的識別碼與生產履歷資料，且於鎖固結束時將施工資料寫入標籤內。或如其第5圖所示之傳輸套筒，以內建的無線傳輸模組接收「感應螺栓」的螺栓識別碼與生產履歷等資訊，或藉內建的射頻讀取器讀取「標籤螺栓」或「標籤螺帽」上射頻標籤的識別碼與生產履歷等資料，兩者皆藉讀取的螺栓識別碼與生產履歷辨識使用的螺栓是否正確。

再依其第8、9、10圖的鎖固順序控制邏輯，透過控制裝置依序讀取螺栓上的識別碼並編輯鎖固順序，以引導作業人員依鎖固順序施行作業，同時將施工資料寫入標籤內，或在作業人員未依規定的順序鎖固時，提出警示或停止工具。

發明人雖取得上述專利，惟實際應用時發現仍有需要改良之處。實務上，對鎖固順序需要做全程監控，且重要的結合點應做精確的夾緊力或鎖緊扭力的控制與作業記錄時，前者，需使用傳輸套筒與成本高的感應螺栓；後者，則需使用具射頻讀取裝置的扭力傳感器與低成本的標籤螺栓或螺帽。然而，上述專利第5圖之傳輸套筒不具扭力與角度感測功能，且以無線接收感應螺栓訊號並傳輸至控制裝置時，相鄰的螺栓間經常發生頻率干擾的問題；再者，傳輸套筒只能用於感應螺栓，用於標籤螺栓時，僅可讀取標籤的識別碼等資訊，但無法提供扭力等鎖固資訊。在作業過程中，除了控制鎖緊的順序，又需完整記錄二種螺栓的施工記錄等資訊。只能在上述專利第4圖中之扭力傳感器的出力端，接上一傳輸套筒，才能完整讀寫兩種螺栓的資訊，其將增加工具出力端的長度，操作上極為不便。再者，上述專利第5圖的傳輸套筒僅具一組無線傳輸模組，傳輸功率須調整大到足以連結遠端的控制裝置，如要同時讀取感應螺栓的資訊，則會造成與鄰近的感應螺栓產生訊號干擾的現象。

有鑑於上述習知技藝的問題，本發明的目的在於提供一種具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，以提高其作業上的實用與便利性。

基於上述目的，本發明提供一種具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其包含具有入力端及出力端的套筒本體，入力端對應於扭力工具的出力端的規格，出力端對應於感應螺栓、標籤螺栓或螺帽的規格，且套筒本體的外表面往內凹陷形成部件容置部；電路板模組包含微處理器、放大電路單元、充電電路單元、保護電路單元、角度感測單元、記憶單元、第一無線傳輸單元、第一傳輸天線、第二無線傳輸單元、第二傳輸天線、射頻讀寫單元以及射頻天線。微處理器電性連接電路板模組的各元件，第一傳輸天線經第一通道對外與控制裝置通訊連接，第二無線傳輸單元透過第二傳輸天線讀寫感應螺栓的資訊，射頻讀寫單元透過射頻天線讀寫標籤螺栓的資訊；形變感測單元貼附於部件容置部內的形變感測軸部；輸出輸入模組設置於部件容置部，其包含警示單元、開關單元及通用序列匯流排，警示單元配置發出警示訊息，開關單元配置以開關套筒，通用序列匯流排配置以輸出入訊號或電源；電源模組為可拆卸更換的一次性電池或可充電電池，其設置於套筒本體，且直接或間接地連接電路板模組以及保護裝置之間；保護裝置設於部件容置部的外圍，以覆蓋保護部件容置部內的元件。其中，形變感測單元、輸出輸入模組係通過套筒本體的第二通道，以傳輸線電性連接電路板模組。

較佳地，套筒本體包含上本體及下本體，上本體的兩端分別具有入力端及第一扣接部，下本體的兩端分別具有第二扣接部及出力端，上本體與下本體藉由第一扣接部及第二扣接部可拆卸地進行組合，再利用扣接件予以固定；套筒本體更包含相鄰接的第一容置部及第二容置部，且第一容置部、第二容置部與出力端及入力端為同軸設置，電源模組設置於第一容置部，電路板模組設置於第二容置部，且電源模組與電路板模組的電源接點組電性連接；更包含電源蓋及電路板蓋，其中電源蓋可拆卸地設置於第一容置部，且位於未與第二容置部連接的一端，電路板蓋設置於第二容置部，且位於未與第一容置部連接的一端，電路板蓋以不會阻礙無線傳輸之材質所製成。

較佳地，第二無線傳輸單元與第二傳輸天線以及射頻讀寫單元及射頻天線的傳輸功率需調整為僅能讀寫連接於套筒本體的感應螺栓或標籤螺栓的資訊，而不致干擾到周邊鄰近的其他感應螺栓或標籤螺栓。

較佳地，第二傳輸天線及該射頻天線係整合為具彈性伸縮的天線，且顯露於該出力端的空間中，以更有效感測讀寫該感應螺栓或該標籤螺栓的資訊。

在下述實施例，例如包含感應螺栓、標籤螺栓等技術手段，皆已在專利公告號I569923中描述，謹將其全文引入為本案說明書之一部分。本發明主要將其加以改善，以期可更有效地應用於同時使用感應螺栓與標籤螺栓，達到鎖固順序的控制以及需要對緊固件的施工記錄做事後的追蹤查核的場合。

另，本發明人另一申請案號106109855的專利案中，將其全文引入為本案說明書之一部分。參閱其第9、10圖，其詳述了傳輸套筒的設計與感應螺栓的操作方法。然而，傳輸套筒不具扭力與角度感測功能，在鎖緊感應螺栓或標籤螺栓時，只能將作業人員的識別碼與施工日期等資訊寫入標籤，欠缺施加扭力與角度等鎖固有關的資訊。

請參閱第1、2、7圖。本發明的具扭力、角度感測與訊號傳輸功能的套筒3A，其包含套筒本體30、電路板模組31、電源模組32、形變感測單元33及輸出輸入模組34。

套筒本體30的一端設為承接扭力工具驅動軸的入力端301，另一端設為套接螺栓或螺帽的出力端302，各以對應使用的扭力工具與螺栓或螺帽的規格製作。套筒本體30包含沿軸向相鄰接的第一容置部303及第二容置部304，其與出力端302及入力端301為同軸設置。電源模組32為可拆換的一次性或可充電的電池，而電源模組32設置於第一容置部303及電路板模組31設置於第二容置部304，電源模組32以電源接點組319與電路板模組31電性連接。套筒本體30的外表面沿軸向環狀往內凹陷形成部件容置部305，且形變感測單元33貼附於部件容置部305內的形變感測軸部306以感測形變值，而形變感測單元33可為應變規等感測因扭力產生形變的元件。此外，套筒本體30更包含第一通道307及第二通道308，連通第二容置部304與部件容置部305。本實施例中，以連通至套筒本體30的部件容置部305內作為示範態樣，但並不以此為限。

輸出輸入模組34設置於部件容置部305，其包含通用序列匯流排341、開關單元342及警示單元343。通用序列匯流排（USB）341配置以輸出入訊號或外部電源至電路板模組31；開關單元342可為磁簧開關或類似功能的元件；警示單元343可為LED燈或蜂鳴器，其配置發出警示訊息，以不同顏色表示套筒的使用狀態（如電源容量以及啟動與否）或是以聲音提示工作結果。

形變感測單元33及輸出輸入模組34通過第二通道308，以傳輸線3081電性連接電路板模組31，以傳輸訊號、電源或其組合。

電路板模組31包含電性連接各元件的微處理器310、放大電路單元311、記憶單元312、充電電路單元313、保護電路單元314、第一無線傳輸單元315、第一傳輸天線3151、第二無線傳輸單元316、第二傳輸天線3161、射頻讀寫單元317、射頻天線3171與角度感測單元318及電源接點組319。

第一傳輸天線3151藉由第一通道307導引至部件容置部305內，與扭力控制裝置做無線通訊。第二傳輸天線3161電性連接第二無線傳輸單元316，以讀寫感應螺栓的資訊，而射頻天線3171電性連接射頻讀寫單元317，以讀寫標籤螺栓的資訊。

此外，本發明之套筒3A亦包含電源蓋35、電路板蓋36及保護裝置37。電源蓋35可拆卸地設置於第一容置部303，且位於未於第二容置部304連接的一端，而電路板蓋36設置於第二容置部304，且位於未於第一容置部303連接的一端。保護裝置37設於部件容置部305的外圍，以覆蓋保護部件容置部305內的元件，例如形變感測單元33及輸出輸入模組34。當各元件設置完成後，再以電源蓋35、電路板蓋36及保護裝置37予以固定保護。

電路板蓋36應以不會阻礙無線傳輸之材質所製成，以避免阻礙第二無線傳輸單元316及射頻讀寫單元317讀寫螺栓的資訊。而當第一傳輸天線3151經第一通道307連通至部件容置部305，保護裝置37需採不會阻礙無線傳輸之材質製成，以避免影響無線訊號的傳輸。

請參閱第3、4、7圖。本實施例與前一實施例主要不同之處在於，套筒3B係將套筒3A的第一容置部改製成實心的形變感測軸部306，而電源模組32’則改設於部件容置部305内。電源可連接至通用序列匯流排341以透過充電電路單元313與保護電路單元314，而對電源模組32’進行充電。其他本實施例與前一實施例相同或類似之處，於此不予贅述。

請參閱第5、7圖。本實施例將第一與第二實施例套筒3A或3B的套筒本體改由上本體30C1及下本體30C2組成套筒3C。如圖所示，其上本體30C1的兩端分別具有入力端301及第一扣接部30C11，下本體30C2的兩端分別具有第二扣接部30C21及出力端302，上本體30C1與下本體30C2藉由第一扣接部30C11及第二扣接部30C21可拆卸地進行組合，再以彈性扣接件309予以固定，以防止二者在作業過程中分離。其中，電路板模組31、電源模組32、形變感測單元33及輸出輸入模組34等元件如同第一實施例設置於上本體30C1內。

藉由本實施例的配置，下本體30C2之出力端302可依待鎖固的螺栓或螺帽的規格型式製作，以方便作業人員使用同一個上本體30C1彈性更換不同規格的下本體30C2，以有效降低工具的購置成本。

請參閱第6、7圖。如圖所示，本實施例套筒3D的套筒本體30係將第一與第二實施例之套筒本體30拆開為上本體30D1、下本體30D2與感測軸部30D3的組合式設計。如圖所示，上本體30D1與下本體30D2分別組合於感測軸部30D3的兩端，組合後，於感測軸部30D3外圍形成部件容置部305。本實施例主要是其感測軸部30D3可彈性地採用與上本體30D1與下本體30D2相同材質製成或以非鐵金屬或非金屬材質製作更低扭力且需要維持高靈敏感測精度的感測軸。於此實施例中，電源模組32’則設於部件容置部305，而形變感測單元33仍貼附設於部件容置部305內的感測軸部30D3，以感測形變值。其他與前述實施例相同或類似之處，於此便不再加以贅述。

此外，電路板模組31可製成一或多個模組。如為複數個模組堆疊連結，則第二無線傳輸單元316、第二傳輸天線3161、射頻讀寫單元317、射頻天線3171與一增設的微處理器電性相連，構成另一電路板模組，再與其餘元件和原微處理器310組成的電路板模組，相互以傳輸線做電性連結。二個電路板模組如堆疊置於第二容置部304內，則另一電路板模組必須置於第二容置部304最貼近螺栓的端面。

請參閱第8圖。如圖所示，本實施例的套筒3E，其將第二傳輸天線3161及射頻天線3171整合為具伸縮彈性的天線，且顯露於出力端302的空間中，依最佳的場形製成不同的形式，藉此可最貼近或頂緊螺栓的端面，以確保有效讀寫感應螺栓或標籤螺栓的資訊。

本實施例與前述實施例相同或類似之處，於此不再加以贅述。此外，上述的第二傳輸天線3161及射頻天線3171整合為具伸縮彈性的天線的態樣在無衝突的情況下，可應用於前述的各個實施例中。

請參閱第9圖。係本發明之各式套筒3A至3D應用在混合使用感應螺栓與標籤螺栓的結合件鎖固作業之範例。重要的結合點1、3、5、7採用感應螺栓SB-1～SB-4。結合點2、4、6、8採用標籤螺栓TB-1～TB-4。預鎖時，先將套筒以順時針或逆時針方向依序讀取各螺栓的識別碼，此時電路板模組31以第二無線傳輸單元316讀取感應螺栓的資訊，而以射頻讀寫單元317讀寫標籤螺栓的資訊。而兩者的資訊皆透過第一無線傳輸單元315與第一傳輸天線3151對外與扭力控制裝置及時通訊。

接著，扭力控制裝置依陸續接收到的螺栓識別碼，以程式編輯鎖固的順序以及分幾輪鎖固與每一輪的鎖緊扭力或夾緊力的大小，再依扭力控制裝置的指示進行鎖固。例如，以4個M20的感應螺栓SB-1～SB-4與4個M20的標籤螺栓TB-1～TB-4間隔混搭鎖固一結合件，要求的鎖固順序是1-5-7-3-2-6-8-4，且需分兩輪鎖緊至目標夾緊力10Ton或扭力36KgM；第一輪先鎖至目標值的50%，第二輪再鎖至最終目標值。過程中，微處理器會透過第二無線傳輸單元與射頻讀寫單元即時分辨讀取不同螺栓的識別碼，其中，如套筒非對上正確位置的螺栓，套筒會因讀不到正確的螺栓識別碼，從而控制裝置即時發出警示且扭力工具無法啟動，以防止錯誤。其他，如讀取的螺栓規格不正確或螺栓受損或鎖歪導致控制的時間差等現象，控制裝置都會比對各相關參數後，即時發出警示燈號或聲音，並將可能原因予以顯示，且工具亦無法啟動，直到問題排除。過程中，微處理器會透過第二無線傳輸單元與射頻讀寫單元即時分辨讀取不同螺栓的識別碼，每一步驟皆經扭力控制裝置指示正確與否。因此，不再需要以手寫標記號碼在螺栓的方式來控制順序。其中，本發明的套筒可在預鎖時讀取螺栓有關的製造廠商、日期與螺栓的等級等有關螺栓的生產履歷資訊，以免誤用。鎖固過程中，更依據形變感測單元及角度感測單元的感測結果，將逐次的施工記錄連同作業人員的識別碼寫入標籤或螺栓的記憶單元。由於全程受到監控，保證不會造成遺漏或任何一次沒有達到目標扭力、夾緊力或鎖緊角度的問題。事後，還可提供查核以釐清施工責任的歸屬等，以確保最佳可靠的鎖緊作業品質。

3A、3B、3C、3D、3E‧‧‧套筒
30‧‧‧套筒本體
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‧‧‧形變感測軸部
307‧‧‧第一通道
308‧‧‧第二通道
3081‧‧‧傳輸線
30C1、30D1‧‧‧上本體
30C11‧‧‧第一扣接部
30C2、30D2‧‧‧下本體
30C21‧‧‧第二扣接部
30D3‧‧‧感測軸部
309‧‧‧扣接件
31‧‧‧電路板模組
310‧‧‧微處理器
311‧‧‧放大電路單元
312‧‧‧記憶單元
313‧‧‧充電電路單元
314‧‧‧保護電路單元
315‧‧‧第一無線傳輸單元
3151‧‧‧第一傳輸天線
316‧‧‧第二無線傳輸單元
3161‧‧‧第二傳輸天線
317‧‧‧射頻讀寫單元
3171‧‧‧射頻天線
318‧‧‧角度感測單元
319‧‧‧電源接點組
32、32’‧‧‧電源模組
33‧‧‧形變感測單元
34‧‧‧輸出輸入模組
341‧‧‧通用序列匯流排
342‧‧‧開關單元
343‧‧‧警示單元
35‧‧‧電源蓋
36‧‧‧電路板蓋
37‧‧‧保護裝置

第1圖為本發明之套筒的第一實施例的爆炸結構圖。

第2圖為本發明之套筒的第一實施例的組合結構圖。

第3圖 為本發明之套筒的第二實施例的爆炸結構圖。

第4圖 為本發明之套筒的第二實施例的組合結構圖。

第5圖 為本發明之套筒的第三實施例的結構圖。

第6圖 為本發明之套筒的第四實施例的結構圖。

第7圖 為本發明之套筒的方塊圖。

第8圖為本發明之套筒的第五實施例的結構圖。

第9圖 為本發明之套筒應用在監控鎖固順序的實施示意圖。

Claims (10)

1. 一種具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其包含： 一套筒本體，具有一入力端及一出力端，該入力端對應於一扭力工具的驅動軸的規格，該出力端係對應於一感應螺栓、一標籤螺栓或螺帽的規格，且該套筒本體的外表面往內凹陷形成一部件容置部； 一電路板模組，設置於該套筒本體內，其包含一微處理器、一角度感測單元、一第一無線傳輸單元、一第二無線傳輸單元、一第一傳輸天線、一第二傳輸天線、一射頻讀寫單元及一射頻天線，其中該微處理器係電性連接該電路板模組的各元件，該第一傳輸天線電性連接該第一無線傳輸單元，且該第一傳輸天線通過該套筒本體的一第一通道以對外與一扭力控制裝置通訊連接，該第二傳輸天線電性連接該第二無線傳輸單元以讀寫該感應螺栓的資訊，該射頻天線電性連接該射頻讀寫單元以讀寫該標籤螺栓的資訊； 一形變感測單元，係貼附於該部件容置部內的形變感測軸部，以感測形變值； 一輸出輸入模組，係設置於該部件容置部，其包含一警示單元、一開關單元及一通用序列匯流排，該警示單元配置發出一警示訊息，該開關單元係配置開關該具扭力、角度感測與訊號傳輸的套筒，該通用序列匯流排係配置輸出入訊號或電源至該電路板模組； 一電源模組，為可拆卸更換的一次性電池或可充電電池，其設置於該套筒本體，且直接或間接地連接該電路板模組；以及 一保護裝置係設於部件容置部的外圍，以覆蓋並保護設於其內的元件； 其中，該形變感測單元、該輸出輸入模組係通過該套筒本體的一第二通道，以 傳輸線電性連接該電路板模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其中該套筒本體更包含一上本體及一下本體，該上本體的兩端分別具有該入力端以承接工具之出力端，其另一端具有一第一扣接部，該下本體的兩端分別具有一第二扣接部及該出力端，該上本體與該下本體藉由該第一扣接部及該第二扣接部可拆卸地進行組合，再利用一扣接件予以固定。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其中該套筒本體更包含相鄰接的一第一容置部及一第二容置部，且該第一容置部、該第二容置部與該出力端及該入力端為同軸設置，該電源模組係設置於該第一容置部，該電路板模組係設置於該第二容置部，且該電源模組係接觸該電路板模組的一電源接點組以電性連接該電路板模組。
4. 如申請專利範圍第3項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其更包含一電源蓋及不會阻礙無線傳輸材質所製成的一電路板蓋，其中該電源蓋可拆卸地設置於該第一容置部，且位於未與該第一容置部連接的一端，該電路板蓋係設置於該第二容置部，且位於未與該第一容置部連接的一端。
5. 如申請專利範圍第1項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其中該套筒本體更包含一上本體、一下本體及一感測軸部，該上本體的一端具有該入力端，該下本體的一端具有該出力端，而該部件容置部則形成於該感測軸部與保護裝置之間，且該上本體及該下本體分別設置於該感測軸部的兩端。
6. 如申請專利範圍第1或5項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，當該電源模組係設置於該部件容置部時，且通過該傳輸線電性連接該電路板模組；該套筒本體更包含一第二容置部，其鄰近於該出力端，以容置該電路板模組。
7. 如申請專利範圍第6項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其更包含一電路板蓋，係設置於該第二容置部連接該出力端的一端，且該電路板蓋係以不會阻礙無線傳輸之材質所製成。
8. 如申請專利範圍第1項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，當該第一通道連通至該套筒本體的外表面時，該保護裝置係以金屬材質製成，當該第一通道連通至該部件容置部時，該保護裝置以不會阻礙無線傳輸之材質所製成。
9. 如申請專利範圍第1項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其中該第二無線傳輸單元與該第二傳輸天線以及射頻讀寫單元及射頻天線的傳輸功率需調整為僅能讀寫連接於該套筒本體的該感應螺栓或標籤螺栓的資訊，而不致干擾到周邊鄰近的其他該感應螺栓或標籤螺栓。
10. 如申請專利範圍第1項所述的具扭力、角度感測及訊號傳輸功能的套筒，其中該第二傳輸天線及該射頻天線係整合為具伸縮彈性的天線，且顯露於該出力端的空間中，以讀寫該感應螺栓或該標籤螺栓的資訊。