TWI665059B - 固定工具及其使用方法 - Google Patents

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John Reynertson
約翰 雷伊尼特森
Donald J. Reynertson
唐納德 Ｊ 雷伊尼特森
Paul E. Davis
保羅 Ｅ 戴維斯
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Snap-On Incorporated
美商施耐寶公司
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Abstract

一種固定工具，其用於在扭矩應用工具朝向物體，例如液壓連接件的第二部分施加扭矩使其旋轉的同時，將物體的第一部分保持在靜止位置中。當施加扭矩時，固定工具有助於減小第一部分相對於第二部分的扭轉。當工具在使用中時，固定工具也與控制器通信。例如，工具與控制器通信，以回應使用者在與工具接合的第一部分的方向上對工具施加的力。該施加的力釋放在開關上的壓力，啟動用於與控制器通信的通信信號。這使得控制器可以監視固定工具是否與扭矩扳手結合使用以擰緊連接件，從而提供錯誤減少功能。

Description

固定工具及其使用方法
本發明屬於扭矩應用工具。更具體地，本發明是關於一種在向工件的第二部分施加扭矩的同時用於固定工件的一部分的工具。
在許多工業應用中，使用螺紋緊固件將物體擰緊到特定的程度或扭矩是非常重要的。例如，在汽車或飛機的組裝中，將螺母、螺栓、螺釘、凸耳等(為了簡潔起見，它們全部都被稱為「緊固件」)充分擰緊以確保生成的裝配功能不僅在初次使用時，而且在長期都是正常的是十分重要的。然而，過度擰緊可能會使螺紋受損或在元件中引起振動問題。
此外，當例如，使用扭矩扳手來安裝連接頭、連接件或配件時，維持被連接的物體，例如在特定位置處的液壓軟管的各部分是有用的。這確保了液壓軟管/管道的運行所需的合適定位，並減少了施加到軟管、連接件或配件上的扭力。這種扭力會造成對軟管/管道的損害，並降低連接件或配件的使用壽命。例如，大約七(7)度的扭曲會使軟管使用壽命減少高達約90%。
本發明廣泛地包括諸如固定工具之類的工具，其可以與諸如扭矩扳手之類的扭矩應用工具一起使用。固定工具用於將被緊固的物體，例如，液壓軟管，它的第一部分保持在靜止位置，同時扭矩應用工具在物體的第二部分施加扭矩並且使物體的第二部分旋轉。固定工具有助於防止將扭矩施加到物體的第一部分，從而防止軟管、管道和/或連接件的扭轉。
在一個實施例中，在使用中，固定工具還與控制器無線通訊。例如，工具可能表明其正在使用中。工具與控制器通信，以回應使用者在工具所接合的連接件方向上對工具施加推力或力。該推力釋放開關上的壓力，該開關啟動諸如編碼的無線電信號之類的通信信號，以便與控制器通信。這使得控制器能夠監控固定工具是否與扭矩應用工具結合使用。
1702-1722‧‧‧步驟
100‧‧‧工具
102‧‧‧殼體
104‧‧‧換能器桿
106‧‧‧扭矩塊
108‧‧‧手柄
110‧‧‧介面模組
112‧‧‧第一殼體部分
114‧‧‧第二殼體部分
116、120、140‧‧‧銷
118‧‧‧頭部
122、124、136‧‧‧孔
126‧‧‧保持環
128‧‧‧彈簧
130‧‧‧墊圈
132‧‧‧止動件
134‧‧‧開關
138‧‧‧指示器
142‧‧‧彈簧
144‧‧‧箭頭
146‧‧‧處理器
148‧‧‧記憶體
150‧‧‧收發器
152‧‧‧天線
154‧‧‧電源
156‧‧‧匯流排
158‧‧‧揚聲器或音訊換能器
200、300‧‧‧工具頭
400‧‧‧梅花型扳手頭部
500‧‧‧擴口頭式扳手頭
600‧‧‧方形驅動棘輪式扳手頭
700‧‧‧方形驅動式扳手頭
800‧‧‧六角驅動式扳手頭
900‧‧‧控制器
1000‧‧‧扭矩扳手
202、204、302、304、402、404、502、504、602、604、702、704、802、804‧‧‧通道
為了便於理解尋求保護的主題，在附圖中示出了其實施例，通過審閱在附圖中示出的實施例，並結合下面的描述，將更容易理解和領會尋求保護的主題的構造、操作，及它的其許多優點。
圖1是根據本發明的實施例的固定工具的分解透視圖；圖2是根據本發明的實施例的固定工具的第一側視圖；圖3是圖2所示的固定工具的第二側視圖；圖4是根據本發明的實施例的開口式工具頭的第一側視圖；圖5是圖4所示的工具頭的第二側視圖；圖6是根據本發明的實施例的棘輪開口式工具頭的第一側視圖； 圖7是圖6所示的工具頭的第二側視圖；圖8是根據本發明的實施例的梅花式工具頭的第一側視圖；圖9是圖8所示的工具頭的第二側視圖；圖10是根據本發明的實施例的擴口螺母式工具頭的第一側視圖；圖11是圖10所示的工具頭的第二側視圖；圖12是根據本發明的實施例的方形驅動棘輪式工具頭的側視圖；圖13是根據本發明的實施例的方形驅動式工具頭的側視圖；圖14是根據本發明的實施例的六角形驅動式工具頭的側視圖；圖15是根據本發明的實施例的示例性網路圖；圖16是從概念上說明根據本發明的實施例的固定工具的電子部件的示例的框圖；以及圖17是根據本發明的實施例的方法的流程圖。
儘管本發明容許有許多不同形式的實施例，但是在附圖中展示了本發明的一些實施例，並且將對這些實施例進行詳細描述，這些實施例包括優選實施例，應該理解的是，本文公開的內容應當被認為是本發明的原理的示例，而並不是要將本發明的廣義方面限制為本文說明的任何一個或多個實施例。本文所使用的術語「本發明」並不打算限制所主張的發明的範圍，而僅是為瞭解釋的目的而用於討論本發明的示例性實施例。
本發明廣泛地包括諸如固定工具之類的工具，當連接具有第一部分和第二部分的物體時，其可以與諸如扭矩扳手之類的扭矩應用工具 一起使用。物體的第一部分可能是不需要旋轉的軟管或其他裝置。物體的第二部分可以是不需要扭矩應用和旋轉的連接件。例如，物體可能是液壓制動軟管，其包括作為第一部分的軟管和作為第二部分的可旋轉連接件。因此，在一個實施例中，本發明允許向物體的第二部分施加扭矩，並因此導致第二部分旋轉，同時物體的第一部分保持靜止。
當向第二部分施加扭矩時，固定工具有助於防止軟管、管道和/或物體的第一部分的扭轉。在一個實施例中，在工具的使用中，固定工具還與控制器無線通訊。例如，工具可能表明其正在使用中。工具與控制器通信，以回應使用者在工具所接合的連接件的方向上對工具施加推力或力。該推力釋放在開關上的壓力，該開關啟動諸如編碼的無線電信號之類的通信信號，以便與控制器通信。這使得控制器能夠監控固定工具是否與扭矩應用工具結合使用。
例如，控制器可以用於監控在扭矩操作期間固定工具與連接件的接合，監控固定工具完全接合直到達到目標扭矩值之後(如通過與控制器通信的扭矩扳手所表明的)，以及監控已經達到目標扭矩值或目標扭矩和角度值(如通過與控制器通信的扭矩扳手所表明的)。如果不滿足上述條件，則控制器可能會指出操作未被正確執行，應重新完成。
參考圖1至圖3，工具100，例如固定工具，包括殼體102、換能器桿104、扭矩塊106、手柄108和介面模組110。殼體102包括靠近第一端的第一殼體部分112和靠近第二端的第二殼體部分114。第一殼體部分112是中空的並且適於接收換能器桿104。類似地，第二殼體部分114是中空的並且適於接收扭矩塊106。如圖所示，第一殼體部分112具有橢圓形的 橫截面形狀，第二殼體部分114具有圓形的橫截面形狀。然而，第一殼體部分112和第二殼體部分114可以具有其他幾何圖形的橫截面形狀。
換能器桿104和扭矩塊106經由例如一個或多個緊固件或銷116連接在一起，並且放置在殼體102中，其中換能器桿104的頭部118定位在殼體102外部靠近殼體102的第一端的位置。換能器桿104通過銷120連接到殼體102。銷120分別延伸穿過殼體102中的孔122和換能器桿104中的孔124。也可以使用一個或多個相應的保持環126將銷120固定就位。
彈簧128設置在殼體102中並且圍繞扭矩塊106，手柄108設置在並連接到殼體102的第二端。可以在彈簧128與手柄108的內端之間設置一個或多個墊片，例如墊圈130。扭矩塊106還可以包括形成為凸台的止動件132，該止動件132防止彈簧128沿著朝向換能器桿104的方向行進。彈簧128可抵接止動件132和墊圈130。彈簧128向扭矩塊106以及換能器桿104提供沿頭部118的方向的偏置力。這導致頭部118從殼體102的第一端部延伸。
介面模組110可以包括開關134，並且介面模組可以被連接到殼體102，並延伸穿過扭矩塊106中的孔136和換能器桿104。如圖所示，換能器桿104中的孔124具有橢圓形的形狀。這使得扭矩塊106和換能器桿104能夠在殼體102內移動。如上所述，彈簧128向扭矩塊106以及換能器桿104提供沿頭部118的方向的偏置力。這也將開關134偏置到OFF位置。當在朝向手柄108的方向上對頭部118施加力時(或者在朝向頭部118的方向上(如箭頭144所示)向手柄108施加力時)，孔124的橢圓形的形狀使得換能器桿104和扭矩塊106能夠克服彈簧128的偏置力沿朝向手柄108的 方向移動。該移動釋放施加到開關134的偏置力，並且使得開關134能夠移動到ON位置。在ON位置，介面模組110發送表明工具100正在使用中的信號，並且介面模組110的指示器138被啟動。指示器138可能是燈，其可以發光以向使用者表明工具100正在使用中並且信號正在被發送。類似於使用螺絲刀那樣使用推力來啟動工具100。這有助於使使用者/操作者將注意力集中於將軟管/管道，或連接件保持在靜止位置，同時利用單獨的扭矩應用工具執行扭矩轉操作。例如，工具100可能用於將物體的第一部分保持在靜止位置，同時扭矩應用工具用於向物體的第二部分施加扭矩。工具100也可以用於將第一連接件保持在靜止位置，同時扭矩應用工其用於向第二連接件施加扭矩。
工具100的頭部118適於容納並連接到各種不同的可更換的工具頭。例如，頭部118可以被成形並適於接合可更換工具頭部的相應的陰連接。頭部118還可以包括設置在頭部118中並連接到頭部118的銷140和彈簧142。例如，銷140和彈簧142可以設置在頭部118中的盲孔中，並且通過彈簧142將銷140向外偏置。頭部118和工具頭部的可更換特性使得工具100能夠適於接合各種不同類型的配件和緊固件。圖4至圖14中示出了可以連接到頭部118的工具頭的示例。
參照圖4和圖5，其中示出了工具頭200。工具頭200是開口式扳手頭，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道202和通道204。為了將工具頭200連接到頭部，銷140可以被向內推動以抵抗彈簧142的偏壓，並且頭部118滑入通道202中直到銷140被彈簧142推入通道204中。
參照圖6和圖7，其中示出了工具頭300。工具頭300是棘 輪開口式扳手頭，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道302和通道304。圖8和圖9示出了梅花型扳手頭部400，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道402和通道404。圖10和圖11示出了擴口頭式扳手頭500，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道502和通道504。圖12示出了方形驅動棘輪式扳手頭600，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道602和通道604。圖13示出了方形驅動式扳手頭700，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道702和通道704。類似地，圖14示出六角驅動式扳手頭800，其包括分別適於接合頭部118和銷140的通道802和通道804。應該理解的是，任何類型的工具頭都可以適於包括分別接合頭部118和銷140的通道。因此，工具100可以與任何類型的工具頭連接以適應特定的需求或應用。
參考圖15，當介面模組110處於ON位置時，工具100上的介面模組110可以與控制器900通信。扭矩扳手1000也可以與控制器900通信。工具100、扭矩扳手1000和控制器900一起使用提供錯誤減少功能。例如，當擰緊軟管/管道或連接件，例如，液壓軟管、液壓連接件連接或需要反向扭矩作用的其他連接時，工具100可用於提供反向扭矩。在使用期間，使用者將工具100與物體待保持靜止的第一部分接合，並且將扭矩扳手1000與物體待扭轉或旋轉的第二部分接合。工具100和扭矩扳手1000都可以與控制器900通信。例如，當向工具100施加推力時，例如當沿著朝向工具100的頭部的方向向手臂施加推力時，介面模組110被接通(ON)。扭矩扳手1000可以與控制器900通信並且將扭矩和/或角度資訊傳輸至控制器900。
控制器900接收來自工具100和扭矩扳手1000的信號並監控擰緊操作。例如，控制器900記錄和監控工具100和扭矩扳手1000都同時在運行中，以及記錄和監控在扭矩扳手1000被使用前、使用中和使用後後，工具100被接合。在使用前，工具100可以與扭矩扳手1000配對，以幫助控制器900識別被使用的工具100和扭矩扳手1000。通過確保工具100和扭矩扳手1000兩者一起使用，控制器900提供錯誤減少功能以說明防止軟管/管道被扭曲和/或連接未對齊可能導致的返工或故障或保修成本增加。
為了促進與控制器900的通信，工具100的介面模組110可以包括各種電子部件。例如，參照圖16，介面模組可以包括處理器146、記憶體148、收發器150、天線152、電源154、開關134和指示器138。處理器146可以包括用於處理資料和電腦可讀指令的中央處理單元(CPU)。處理器146可以使用用於指令和資料的運行時臨時存儲的記憶體148，通過匯流排156處理器146從記憶體148獲取指令。記憶體148可以包括易失性和/或非易失性隨機存取記憶體(RAM)。雖然圖16所示的部件是經由匯流排156連接，但是這些部件可能通過除了經由匯流排156連接以外的方式(或者代替的方式)連接到其他部件。
記憶體148存儲指令，這些指令包括用於管理與控制器900的通信的指令。記憶體148可以包括一種或多種類型的易失性和/或非易失性固態記憶體，例如快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)、磁阻RAM(MRAM)、相變記憶體、隨機存取記憶體(RAM)等。
可以由處理器146執行用於操作工具100及其各種部件的指 令。電腦指令可以非暫時性方式存儲在非易失性記憶體148或外部裝置中。可選地，除了軟體之外或代替軟體，可執行指令中的一部分或全部可以被嵌入在硬體或固件中。
工具100可以包括多個輸入和輸出介面。這些介面包括收發器150、開關134和指示器138。工具100還可以包括揚聲器或音訊換能器158，和/或附加裝置，例如觸覺回饋裝置、顯示器等。這些裝置可以在介面模組110被接通(ON)時提供指示。
由處理器146執行的指令從輸入介面，例如開關134，接收資料。根據該資料，處理器146可以確定各種資訊，例如工具100正被使用，開關處於ON位置，以及可選地，工具100處於使用狀態的持續時間。資料和資訊可以即時記錄或以預定的取樣速率記錄並存儲在記憶體148中。資料和資訊也可以被傳送到控制器900以便進一步分析和檢查。
收發器150可以包括發射器、接收器和相關的編碼器、調製器、解調器和解碼器。收發器150管理通信鏈路，經由嵌入在工具100中的一個或多個天線152建立與控制器900的通信鏈路，並且實現處理器146與控制器900之間的單向或雙向通信。通信鏈路可以是工具100與控制器900之間或介面模組110與控制器900之間的直接鏈路，或者可以是通過一個或多個中間部件，例如經由Wi-Fi路由器或網狀連接的間接鏈路。
工具100或介面模組110還包括給處理器146、匯流排156和其他電子部件供電的電源154。例如，電源154可以是一個或多個電池。然而，電源154不限於電池，可以使用其他技術，例如一個或多個燃料電池或太陽能電池。
控制器900可以是電腦或網路中的其他裝置。在一個示例中，如在現有技術中已知的，控制器900包括處理器、通信電路(諸如收發器和天線)、記憶體、存儲體、輸入和輸出裝置(諸如按鈕、旋鈕等)以及顯示幕。控制器900能夠與各種工具連接以設置參數、工作任務等。例如，參數或工作可以被輸入、傳送和分配給工具，同時控制器900向使用者顯示所需的工作和工作的進度。當使用者開展任務時，工具和控制器900提供聽覺、觸覺和視覺引導或進展，以及結果。
如在現有技術中已知的，扭矩扳手1000還可以包括處理器、通信電路(例如收發器和天線)、記憶體、存儲體、輸入和輸出裝置(諸如按鈕，旋鈕等)以及扭矩和/或角度感測器。扭矩感測器可以包括，例如扭矩換能器、應變儀、磁致彈性扭矩感測器和表面聲波(SAW)感測器中的一個或多個。角度感測器可以包括，例如旋轉角度感測器和電子陀螺儀(例如二軸或三軸陀螺儀)中的一個或多個。由處理器執行的指令從感測器接收資料，例如扭矩和角度值。根據該資料，處理器可以確定各種資訊，例如已經或應該施加到工件的扭矩的持續時間和量。然後，感測器資料和資訊可以即時地或以預定的時間間隔被傳送到控制器900。
圖17是根據本發明的一個方面的過程1700的流程圖。固定工具100可以與扭矩扳手，例如扭矩扳手1000配對，如方框1702所示。該配對可以由使用者通過控制器900來執行。
然後，工具100可以與待保持在靜止位置的連接件(例如連接件的第一部分、第一連接件、連接頭、配件或軟管等)接合，如方框1704所示。工具100的介面模組110被啟動(切換到ON位置)，以回應沿工具 100的頭部方向施加到工具100的手柄的推力，並且工具100和控制器900之間的通信被啟動，如方框1706所示。扭矩扳手1000還可以與待旋轉的連接件的第二部分、第二連接件、連接頭、配件或軟管等接合，如方框1708所示，並且扭矩扳手1000與控制器900之間的通信900被啟動，如方框1710所示。然後可以通過扭矩扳手1000施加適當量的扭矩，如方框1712所示。當施加扭矩時，控制器900可以接收來自工具100的信號，該信號表明工具100正在使用，並且表明扭矩扳手1000的扭矩/角度測量值，如方框1714所示。
一旦施加了合適的扭矩，工具100和扭矩扳手1000可以與相應的連接件分離，如方框1716所示。然後，控制器900可以檢查所接收的資訊以確定在施加合適的扭矩之前、期間和之後，工具100是否被接合(或處於使用中)，如方框1718所示。如果在施加合適的扭矩之前、期間和之後工具100被接合(或處於使用中)，則完成任務，如方框1720所示。然而，如果在施加合適的扭矩之前、期間和之後工具100未被接合(或未處於使用中)，則控制器900可報錯，如方框1722所示，指示應該重做或重新檢查任務。通過確保工具100和扭矩扳手1000兩者一起被使用，控制器900提供錯誤減少功能以說明防止軟管/管道扭曲和/或連接件/連接器未對準可能導致的返工或保修成本增加。
本文所使用的術語「連接」及其功能等同物不是必然限於兩個或更多部件的直接機械連接。相反，術語「連接」及其功能等同物意在表示兩個或更多物體、特徵、工件和/或環境元素之間的任何直接或間接的機械、電氣或化學的連接。在一些實施例中，「連接」也意為一個物體與另 一物體集成。
上述描述和附圖中闡述的事項僅作為說明而不是限制。雖然已經示出和描述了特定的實施例，但是對於本領域技術人員顯而易見的是，可以在不脫離發明人的貢獻的更廣泛的方面的情況下進行改變和修改。當以基於現有技術的適當視角來看待時，所尋求的保護的實際範圍以在所附的申請專利範圍為準。

Claims (10)

  1. 一種固定工具，包括：殼體，其具有第一端和第二端；手柄，其連接到該第二端；頭部，其從該第一端延伸；以及介面模組，其連接到位於該第一端和該第二端之間的該殼體，其中，該介面模組包括開關，該開關適於在接通位置和關斷位置之間驅動，沿該頭部的方向施加到該手柄的力驅動該開關至接通位置並引起表明該固定工具處於使用中的信號的傳輸。
  2. 如請求項1所述的固定工具，其中，還包括換能器桿，該換能器桿設置在該殼體中並連接到該頭部。
  3. 如請求項2所述的固定工具，其中，還包括扭矩塊，該扭矩塊設置在該殼體中並連接到該換能器桿。
  4. 如請求項3所述的固定工具，其中，還包括彈簧，該彈簧設置在該殼體中並圍繞該扭矩塊。
  5. 如請求項4所述的固定工具，其中，施加到該手柄的力引起該手柄和殼體相對於該換能器桿和該扭矩塊的運動，並且抵抗該彈簧的偏置力，其中該運動驅動該開關。
  6. 如請求項1所述的固定工具，其中，該介面模組包括指示器，該指示器適於在該開關被驅動至該接通位置時啟動。
  7. 一種使用固定工具的方法，該固定工具包括具有第一端和第二端的殼體、連接到該第一端的頭部、連接到該第二端的手柄、和連接到位於該第一端和該第二端之間的該殼體的介面模組，其中，該介面模組包括開關，該開關適於在接通位置和關斷位置之間驅動，該方法包括：隨著該頭部與物體的第一部分的接合，由該固定工具發送表明該固定工具處於使用中的第一信號，以回應通過在朝向該頭部的方向上施加到該手柄的推力將該開關驅動至該接通位置；由控制器接收該第一信號；以及由該控制器確定在由扭矩應用工具向該物體的第二部分施加扭矩期間該固定工具是否處於使用中。
  8. 如請求項7所述的方法，其中，還包括在施加該扭矩之前將該固定工具與該扭矩應用工具配對。
  9. 如請求項7所述的方法，其中，還包括由該控制器從該扭矩應用工具接收表明該扭矩應用工具施加的扭矩的量的第二信號。
  10. 如請求項9所述的方法，其中，確定該固定工具是否處於使用中的步驟包括在由該扭矩應用工具施加該扭矩之前、期間和之後，由該控制器接收該第一信號。
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