TWI709464B - 可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統 - Google Patents

Abstract

本發明為一種可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，包含：電流偵測電路，以偵測一負載電流信號；一第一濾波電路，電性連接該電流偵測電路並濾波該負載電流信號；一放大電路，電性連接該第一濾波電路，以放大該負載電流信號；一第二濾波電路，與該放大電路電性連接，用以濾波該負載電流信號；一中央處理單元，電性連接該第二濾波電路，且預設一固定電流及一預設打擊次數；一無線通訊模組，電性連接該中央處理單元；該中央處理單元用以輸出穩定的扭力及相同打擊次數，使螺絲等鎖固元件能以相同緊度鎖固，並將使用時的扭力及打擊次數無線回傳至一監控裝置。

Description

可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統

一種電動衝擊工具控制系統，尤其是指一種可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統。

對於工程建造的施工人員而言，為了固定工件，時常用到螺絲、螺牙、螺帽、螺栓等大大小小鎖固用的零件。而在一般家庭若有家具需要拆裝，皆有機會拆卸螺絲。無論是拆裝大型工件或是小型工具、設備，為使拆裝過程更為便利，常會使用手動的螺絲起子以鎖緊/鬆開螺絲。

而現有電動/氣動工具，例如電動螺絲起子，相較手動螺絲起子較為方便，使用者僅需手持電動螺絲起子並將起子頭放入螺絲孔後按下電動螺絲起子的啟動鍵，電動螺絲起子即會自動帶動螺絲旋轉而鎖固或鬆開，使用者不需用手旋轉螺絲起子，使用上更加便利。

但現有的電動/氣動工具在鎖固螺絲時，未能檢驗該螺絲是否真正鎖緊，工作人員必須憑藉感覺鎖固螺絲，當螺絲無法進一步被鎖入時即自行判定鎖緊。因此工作人員若感覺有誤，將未鎖緊的螺絲判定已鎖緊，造成結構連接強度不足，很可能產生後續的事故、意外。

另外，若工作人員擔心螺絲鎖不夠緊而重複鎖固，增加打擊次數，亦會使螺絲承受超過負荷的受力，導致螺絲受傷而強度下降，同樣可能影響結構的穩固。

為能確保螺絲、螺帽等鎖固用零件能確實鎖緊，本發明提出一種可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，藉由中央處理單元統一打擊次數及輸出穩定鎖固的扭力，使每一鎖固用零件的緊度維持一致，保持結構強度以及維護零件的完整性。

為達成上述目的，本發明可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統包含：一電流偵測電路，用以偵測一負載電流信號，其中該負載電流信號為電動衝擊工具驅動一起子頭帽旋轉的電流；一第一濾波電路，與該電流偵測電路電性連接，用以對該負載電流信號濾波，以取得一第一穩定電流信號；一放大電路，與該第一濾波電路電性連接，用以將該第一穩定電流信號放大產生一放大電流信號；一第二濾波電路，與該放大電路電性連接，用以將該放大電流信號再次濾波，以取得一第二穩定電流信號；一帶通濾波電路，與該第二濾波電路電性連接，用以濾除該放大電流信號之雜訊，並產生一輸出電流信號；一波形轉換電路，與該帶通濾波電路電性連接，用以將該輸出電流信號轉換成一方波電流信號，其中該方波電流信號代表實際打擊次數；一中央處理單元，與該第二濾波電路、該波形轉換電路電性連接，且預設有一固定電流信號及一預設打擊次數；該中央處理單元調整該第二穩定電流信號與該固定電流信號相同，以控制該起子頭帽輸出穩定的扭力，以及當判斷該實際打擊次數達到該預設打擊次數時，停止驅動該起子頭帽旋轉； 一無線通訊模組，電性連接該中央處理單元，用以無線連接外部的一監控裝置。

本發明採用該第二濾波電路及該中央處理單元的電流偵測器固定扭力輸出，以及利用該波形轉換電路將該輸出電流信號轉換成該方波電流信號，並由該中央處理單元控制實際的打擊次數符合預設打擊次數，一方面保持零件受力相同，不會因某些零件受力過大而導致結構損傷使強度下降，另一方面在避免零件未鎖緊而同樣使結構結合強度下降，防止工作人員憑藉感覺鎖固零件而使緊度有所誤差，影響結構強度。

本發明採用該無線通訊模組連接該監控裝置及一遙控器，使該監控裝置與該無線通訊模組可以無線的方式交換該電動衝擊工具的鎖附資訊，後端管理者可透過該監控裝置監管該電動衝擊工具在使用時的轉速、段數、扭力變化、鎖附成功(OK)次數、鎖附失敗(NG)次數，讓後端的管理者可詳細掌握每顆螺絲是否正確鎖附，追溯過去的工序是否依照規定正確完成，並進一步補強未完成鎖附的螺絲。同時，後端的管理者可依照所附的次數以及該電動衝擊工具使用的時間了解該電動衝擊工具是否屆滿保養週期，使符合保養週期的該電動衝擊工具進廠維修保養，維持該電動衝擊工具的使用品質以及延長使用次數、年限。

再者，該監控裝置可透過無線的方式同時設定一台或多台的該電動衝擊工具，不需要工作人員一台一台地設定，省下設定的時間。另外，由於每個工地進行的工程不盡相同，會使用到不同的螺絲、工件，後端的管理者可將此工地使用的螺絲、工件所適用的鎖附參數無線傳輸至各個電動衝擊工具，亦可節省設定的時間。

10:電流偵測電路

20:第一濾波電路

30:放大電路

31:第一放大器

40:第二濾波電路

50:帶通濾波電路

60:波形轉換電路

61:第二放大器

63:方波電流信號峰值

70:第三濾波電路

80:電動衝擊工具

81:顯示介面

82:第一按鍵

83:第二按鍵

84:第三按鍵

85:顯示燈

86:七段顯示器

91:中央處理單元

92:無線通訊模組

93:遙控器

94:監控裝置

R1~R9:第一~第九電阻

C1~C10:第一~第十電容

圖1：本發明之立體外觀示意圖。

圖2：本發明之電路架構示意圖。

圖3：本發明與監控裝置、遙控器無線連接示意圖。

圖4A~圖4F：本發明之電流波形示意圖。

圖5：本發明之操作介面平面示意圖。

請參見圖1，本發明提供一種可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，應用於如圖1所示之電動衝擊工具80，在使用一起子頭帽鎖固螺絲、螺帽等零件時控制旋轉扭力及打擊次數一致，統一零件鎖固的緊度。

請參見圖2，本發明之可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統包含：一電流偵測電路10、一第一濾波電路20、一放大電路30、一第二濾波電路40、一帶通濾波電路50、一波形轉換電路60及一無線通訊模組92。其中，該第一濾波電路20電性連接該電流偵測電路10；該放大電路30電性連接該第一濾波電路20；該第二濾波電路40電性連接該放大電路30；該帶通濾波電路50電性連接該第二濾波電路40；該波形轉換電路60電性連接該帶通濾波電路50。

以下依序說明各電路之較佳實施例及作動方式。

請參見圖2及圖4A，該電流偵測電路10用以接收一負載電流信號並偵測該負載電流信號，其中該負載電流信號由該電動衝擊工具作動遭遇的阻力所產生，例如當螺絲鎖的越緊，該電動衝擊工具的起子頭帽越難轉動，此時的該負載電流信號較大；若要鬆開螺絲，該電動衝擊工具的起子頭帽越容易轉動，此時的該負載電流信號較小。圖4A為負載電流信號的波形圖，如圖4A 所示，該負載電流信號具有較大的波動。在本發明的較佳實施例中，該電流偵測電路10包含兩互相並聯的一第一電阻R1及一第二電阻R2，其中該第一電阻R1及一第二電阻R2可採用阻值較小的電阻。

請參見圖2及圖4B，該第一濾波電路20接收該負載電流信號並對該負載電流信號濾波，以取得較為平穩的一第一穩定電流信號。圖4B為該第一穩定電流信號的波形圖，如圖4B所示，該第一穩定電流信號的波形已較為平緩。在本發明的較佳實施例中，該第一濾波電路20包含一電阻及兩互相並聯之一第一電容C1及一第二電容C2。

請參見圖2及圖4C，該放大電路30用以接收該第一穩定電流信號並將該第一穩定電流信號放大，以產生一放大電流信號。圖4C為該放大電流信號的波形圖，如圖4C所示，該放大電流信號明顯比該穩定電流信號大。在本發明的較佳實施例中，該放大電路30包含一第一放大器31、一第三電容C3、一第三電阻R3及一第四電阻R4。該第一放大器31的非反相輸入端電性連接該第一濾波電路20，該第一放大器31的反相輸入端則電性連接該第四電阻R4後接地；該第三電容C3電性連接於該第一放大器31的反相輸入端及輸出端；該第三電阻R3並聯該第三電容C3。利用上述之放大器及電容、電阻的結合，可將該第一穩定電流信號放大至可適用於0~5V電路的該放大電流信號。

該第二濾波電路40用以將該放大電流信號再次濾波，以取得一第二穩定電流信號。該第二濾波電路40可進一步與一中央處理單元91電性連接，並將該第二穩定電流信號傳輸該中央處理單元91，由該中央處理單元91的一電流信號偵測器偵測該第二穩定電流信號。在本發明的較佳實施例中，該第二濾波電路40包含兩互相並聯之一第四電容C4及一第五電容C5，該第四電容C4的其中一端串聯一電阻後連接該放大電路30，另一端則接地；該第五電容C5的一端進一步連接該中央處理單元91。

更進一步，為了在打擊時固定扭力輸出，該中央處理單元91預設有一固定電流，當該第二穩定電流信號小於該固定電流時，該中央處理單元91控制提高該第二穩定電流信號至該固定電流，使本可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統在打擊時能固定扭力輸出，達到每次打擊力度一致。其中，該打擊力度可由使用者自行調整，依需求調整打擊力道大小。

請參見圖2及圖4E，該帶通濾波電路50用以將在該第二穩定電流信號中頻率過高或過低之訊號濾除，並產生一輸出電流信號，該輸出電流信號的波峰、波谷值皆在同一準位。圖4E為該第二穩定電流信號的波形圖，如圖4E所示，該第二穩定電流信號已被移除頻率過高與過低之訊號。在本發明的較佳實施例中，該帶通濾波電路50包含一第七電容C7、一第八電容C8及一第六電阻R6。該第七電容C7的其中一端電性連接該放大電路30及該濾波電路40；該第六電阻R6與該第八電容C8先並聯後再與該第七電容C7的另一端串聯。

請參見圖2及圖4D，在本發明的較佳實施例中，更可包含一第三濾波電路70，該第三濾波電路70與該放大電路30、該帶通濾波電路50電性連接。圖4D為該放大電流信號再度被濾波之波形圖，其中該第三濾波電路70可包含一第五電阻R5及一第六電容C6，該第五電阻R5的其中一端與該第一放大器31之輸出端電性連接，另一端則電性連接該第六電容C6的其中一端；該第六電容C6的另一端接地。透過該第三濾波電路70可使再度將該放大電流信號濾波，以取得更加平滑、無雜訊之該第二穩定電流信號。而在圖4D中列舉上下兩種不同大小之該放大電流信號再度被濾波之波形圖，代表無論是在高電流與低電流信號，透過該帶通濾波電路50濾波後都會再被過濾成同樣的水平進行後續判斷；濾波後的結果如圖4E所示。

請參見圖2及圖4F，該波形轉換電路60用以將該輸出電流信號轉換成一方波電流信號，使該輸出電流信號由弦波形式轉換成方波形式。該波形 轉換電路60將該方波電流信號輸入該中央處理單元91，由該中央處理單元91的一打擊計數偵測器偵測該方波電流信號中波峰出現的次數。圖4F為取樣該輸出電流信號轉換成該方波電流信號的波形示意圖，如圖4F所示，該輸出電流信號的峰值被取樣為一方波電流信號峰值63。其中，該波形轉換電路60預設有一打擊閾值，當該輸出電流信號高於該打擊閾值時，該波形轉換電路60取樣該輸出電流信號為一高準位；該輸出電流信號低於該打擊閾值時，該波形轉換電路60取樣該輸出電流信號為一低準位，由該高準位與該低準位形成該方波電流信號，並輸入該中央處理單元91。

在本發明的較佳實施例中，該波形轉換電路60為一施密特觸發電路，且包含一第二放大器61、一第九電容C9、一第十電容C10、一第七電阻R7、一第八電阻R8及一第九電阻R9。該第二放大器61的反相輸入端連接該帶通濾波電路50，非反相輸入端則連接該第九電阻R9後接地；該第九電容C9連接該第二放大器61之電源輸入端與接地之間；該第八電阻R8連接該第二放大器61之輸出端及該第九電阻R9；該第七電阻R7連接該第二放大器61之輸出端，並進一步連接該中央處理單元91；該第十電容C10的其中一端連接該第七電阻R7及該中央處理單元91，另一端則接地。

該中央處理單元91之該打擊計數偵測器根據該方波電流信號中該高準位的數量判斷實際打擊次數，其中該高準位的數量等同於實際打擊次數。

該中央處理單元91同時預設有一預設打擊次數，當該打擊計數偵測器判斷當前的打擊次數與該預設打擊次數相同時，本發明可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統控制該起子帽停止旋轉。其中該預設打擊次數可由使用者自行調整。

該無線通訊模組92與該中央處理單元91電性連接，用以無線連接外部的一遙控器93或一監控裝置94，其中該監控裝置94可為一管理電腦或一雲端伺服器。該監控裝置94可透過無線的方式對一台或多台該電動衝擊工具80進行參數設定，例如設定該電動衝擊工具80的扭力值、打擊次數等參數，在生產時可同時設定一台或多台的該電動衝擊工具80的各項參數值。再者，在該電動衝擊工具80使用當前或使用後，該電動衝擊工具80可透過該無線通訊模組92將使用時的相關數據回傳至該監控裝置94，例如使用時各個時段的轉速、段數、扭力變化、鎖附成功(OK)次數、鎖附失敗(NG)次數，讓後端的管理者可透過該監控裝置94管控該電動衝擊工具80的使用狀況。在本發明的較佳實施例中，該無線通訊模組92包含一藍牙通訊單元，能以藍牙通訊的方式與該監控裝置94交換數據、資料。

該電動衝擊工具80可進一步透過該無線通訊模組92與該監控裝置94管理該電動衝擊工具80在鎖附各螺絲時的鎖附數據。具體而言，該電動衝擊工具80鎖附各個螺絲時，會將各個螺絲的鎖附數據透過該無線通訊模組92回傳至該監控裝置94，使該監控裝置94取得每個螺絲鎖附的打擊次數、扭力等數據。更進一步，當該電動衝擊工具80鎖附一螺絲時的當前打擊次數與該預設打擊次數相同，且該螺絲鎖承受的扭力與預設的一預設扭力相同時，該中央處理單元91產生一完成信號，並透過該無線通訊模組92將該完成信號傳送至該監控裝置94，使該監控裝置94能控管哪些螺絲有以正確的方式鎖附，並可進一步追溯哪些螺絲的打擊次數、扭力值未達到預設標準，針對該些未以正確方式鎖附的螺絲進行補強。

該無線通訊模組92可進一步與該遙控器93無線連接。與該監控裝置94類似，該遙控器93亦可以無線的方式設定該無線通訊模組92的相關參數。但該遙控器93可進一步提供權限控管，例如若要透過該遙控器93設定該電 動衝擊工具80的參數，需要輸入密碼或透過其他方式解鎖以進入參數設定的模式，確保具有權限的主管才能管理該電動衝擊工具80的參數設定，避免工作人員擅自或誤觸改動該電動衝擊工具80的參數，導致該電動衝擊工具80未依照規定的數據鎖附螺絲而影響工件的連結強度。在本發明的較佳實施例中，該無線通訊模組92包含一紅外線通訊單元，使該遙控器可以紅外線透過該紅外線通訊單元與該電動衝擊工具無線通訊。

更進一步，本發明具有一電流補償模式。當該電動衝擊工具80的電池電力不足使電壓下降時，為維持固定的輸出功率以提供固定的扭力輸出，該中央處理單元91執行該電流補償模式，控制升高該負載電流信號，在電壓下降的狀態下升高輸出電流以維持相同功率，即能固定扭力輸出，當電池電力不足時依然可將螺絲等零件以相同的緊度鎖固。在本發明的較佳實施例中，該中央處理單元91利用脈波寬度調變技術(PWM)調高該負載電流信號。

請參見圖5，在本發明的外觀上可設有一顯示介面81，該顯示介面81包含一第一按鍵82、一第二按鍵83、一第三按鍵84、複數顯示燈85及複數七段顯示器86。該第一按鍵82、該第二按鍵83、該第三按鍵84、該複數顯示燈85及該複數七段顯示器86皆與該中央控制單元91電性連接，其中該第一按鍵82可切換由該複數七段顯示器86顯示各設定值；該第二按鍵83可切換不同功能，例如設定打擊力度、設定打擊次數、設定浮鎖圈數；該第三按鍵84可確認所輸入之設定值。該複數顯示燈85可依照該可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統當前狀態分別顯示不同顏色、數量。

本發明利用該第二濾波電路40將整理後之該第二穩定電流信號傳輸至該電流偵測器，並由該中央處理單元91控制該第二穩定電流信號維持與該固定電流值相同，確保扭力輸出一致；同時，由該波形轉換電路60將該輸出電流信號轉換成該方波電流信號，並由該打擊計數偵測器判斷實際的打擊次 數，以及由該中央處理單元91控制實際的打擊次數與預設打擊次數相同。由上述控制打擊次數及控制電流輸出的技術手段，確保每一螺絲等零件能以相同的緊度鎖固，提高工件連結強度。

10:電流偵測電路

20:第一濾波電路

30:放大電路

31:第一放大器

40:第二濾波電路

50:帶通濾波電路

60:波形轉換電路

61:第二放大器

70:第三濾波電路

91:中央處理單元

92:無線通訊模組

R1~R9:第一~第九電阻

C1~C10:第一~第十電容

Claims (10)

1. 一種可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，包含：一電流偵測電路，用以偵測一負載電流信號，其中該負載電流信號為電動衝擊工具驅動一起子頭帽旋轉的電流；一第一濾波電路，與該電流偵測電路電性連接，用以對該負載電流信號濾波，以取得一第一穩定電流信號；一放大電路，與該第一濾波電路電性連接，用以將該第一穩定電流信號放大產生一放大電流信號；一第二濾波電路，與該放大電路電性連接，用以將該放大電流信號再次濾波，以取得一第二穩定電流信號；一帶通濾波電路，與該第二濾波電路電性連接，用以濾除該放大電流信號之雜訊，並產生一輸出電流信號；一波形轉換電路，與該帶通濾波電路電性連接，用以將該輸出電流信號轉換成一方波電流信號，其中該方波電流信號代表實際打擊次數；一中央處理單元，與該第二濾波電路、該波形轉換電路電性連接，且預設有一固定電流信號及一預設打擊次數；該中央處理單元調整該第二穩定電流信號與該固定電流信號相同，以控制該起子頭帽輸出穩定的扭力，以及當判斷該實際打擊次數達到該預設打擊次數時，停止驅動該起子頭帽旋轉；一無線通訊模組，電性連接該中央處理單元，用以無線連接外部的一監控裝置。
2. 如請求項1所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，該無線通訊模組包含一藍牙通訊單元，該藍牙通訊單元用以無線連接該監控裝置。
3. 如請求項1或2所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，該無線通訊模組包含一紅外線通訊單元，該紅外線通訊單元用以無線連接一遙控器。
4. 如請求項3所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，其中該中央處理單元包含：一電流信號偵測器，用以偵測該第二穩定電流信號；一打擊次數偵測器，用以偵測該方波電流信號中波峰出現的次數，其中該方波電流信號中波峰出現的次數代表實際打擊次數。
5. 如請求項4所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，更包含一第三濾波電路，該第三濾波電路與該放大電路、該帶通濾波電路電性連接，用以進一步濾波該放大電流信號。
6. 如請求項5所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，更包含一電流補償模式，當該可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統的電池電力不足時，該中央處理單元執行該電流補償模式，調高該負載電流信號。
7. 如請求項6所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，該中央處理單元利用脈波寬度調變技術調高該負載電流信號。
8. 如請求項7所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，該電流偵測電路包含兩互相並聯的一第一電阻及一第二電阻。
9. 如請求項8所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，該第一濾波電路包含一電阻及兩互相並聯之一第一電容及一第二電容。
10. 如請求項9所述可維持相同緊度的無線電動衝擊工具控制系統，該放大電路包含一第一放大器、一第三電容、一第三電阻及一第四電阻；該第一放大器的非反相輸入端電性連接該第一濾波電路，該第一放大器的反相 輸入端電性連接該第四電阻後接地；該第三電容電性連接於該第一放大器的反相輸入端及輸出端；該第三電阻並聯該第三電容。

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