TWI748181B - 用於測量扭矩和角度的系統和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及扭矩施加工具，例如電子扭矩螺絲刀，該扭矩施加工具具有多軸陀螺儀（例如3軸陀螺儀或其他類型的陀螺儀）和扭矩感測器，這允許同時或順序地測量扭矩和圍繞工具軸線的轉角。扭矩和角度測量的目標可用於創建演算法，以檢測起步扭矩、殘餘扭矩，或用於執行防錯，以確保緊固特定的緊固件。

Description

用於測量扭矩和角度的系統和方法
本發明是有關於一種將扭矩施加到工件的工具，且特別是有關於一種具有多軸陀螺儀和扭矩感測器的扭矩施加工具。
扭矩施加工具通常用於汽車和工業應用中，以將期望大小的扭矩施加到工件（例如，螺紋緊固件或螺栓）。例如，扭矩施加過程可能需要將工件緊固到期望的扭矩大小或緊固到期望的扭矩範圍內。以期望的扭矩大小固定工件允許牢固地附接部件以及與部件相關的結構，而不存在工件緊固不足或過度緊固的風險。例如，沒有施加適當大小的扭矩可能導致工件緊固不足，這可能導致部件的意外脫離。同樣地，施加過大的扭矩可能會過度緊固工件，這可能導致工件難以脫離，或者會損壞緊固的部件或工件。為了防止緊固不足或過度緊固，可以在緊固部件（例如螺栓或螺母）的同時進行扭矩測量，以滿足目標扭矩大小或施加期望的扭矩範圍內的扭矩大小。
本申請要求於2018年4月13日提交的題為“用於測量扭矩和角度的系統和方法（System and Method for Measuring Torque and Angle）”的美國臨時申請62/657,359的優先權，其內容通過引用整體併入本文。
本發明寬泛地涉及扭矩施加工具，例如電子扭矩螺絲刀，該扭矩施加工具具有多軸陀螺儀（例如3軸陀螺儀或其他類型的陀螺儀）和扭矩感測器，這允許同時或順序地測量扭矩和圍繞工具軸線的角度。扭矩和角度測量的目標可用於創建演算法，以檢測起步扭矩、殘餘扭矩，或用於執行防錯，以確保緊固特定的緊固件。
在一個實施例中，公開了一種具有手柄和驅動器的工具。該工具可包括：控制殼體，其從驅動器延伸；和控制器，其設置在控制殼體中。控制器可包括：扭矩感測器，其配置為測量由驅動器施加到工件的扭矩大小；以及陀螺儀，其配置為測量驅動器的角位移量。控制器還可以包括處理器和記憶體。處理器可以配置為確定來自陀螺儀的驅動器的角位置。該工具還可包括與控制器通訊的輸入介面和與控制器通訊並配置為顯示值的顯示器。
在另一個實施例中，公開了一種通過工具將扭矩施加到工件的方法。該工具可以具有驅動器、控制器、扭矩感測器、陀螺儀、記憶體、輸入介面和顯示器。該工具可以通過輸入介面接收最小期望扭矩值和最大期望扭矩值。還可以通過輸入介面接收最小期望旋轉角度值和最大期望扭矩值。可以從扭矩感測器接收分別施加到工件的扭矩大小的相應測量值，使得當施加到工件的扭矩大小達到最小扭矩值時，接收旋轉角度測量值。可以測量扭矩和旋轉角度的大小，直到扭矩大小達到最大扭矩值。可以將測量的旋轉角度與最小旋轉角度進行比較。
在又一個實施例中，公開了一種測量通過工具施加到工件的扭矩大小的方法。可以通過輸入介面接收最小期望扭矩值和最大期望扭矩值。還可以通過輸入介面接收最小期望旋轉角度值和最大期望旋轉角度值。可以從扭矩感測器接收分別施加到工件的扭矩大小的相應測量值，並且可以根據從陀螺儀接收的旋轉測量值確定旋轉角度測量值。施加到工件的扭矩的相應大小和相應的旋轉角度測量值可以記錄在記憶體中，直到達到目標值。目標值可包括最小扭矩值、最大扭矩值、最小旋轉角度值和最大旋轉角度值中的至少一個。此外，可以在達到目標值時啟動指示。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
雖然本發明容許以多種不同形式的實施例，但是在附圖中示出並且將在本文中詳細描述的本發明的實施例應作如下理解，即本公開被認為是本發明的原理性示例，並未意圖在將本發明的廣泛方面限制於所示實施例。如本文所使用的，術語“本發明”不旨在限制本發明的權利要求範圍，而是僅為了解釋的目的而用於討論本發明的示例性實施例。
本發明寬泛地涉及扭矩施加工具，例如電子扭矩螺絲刀，該扭矩施加工具具有多軸陀螺儀（例如，3軸陀螺儀或其他類型的陀螺儀）和扭矩感測器，這允許同時或順序地測量扭矩和圍繞工具軸線的角度。扭矩和角度測量的目標可用於創建演算法，以檢測起步扭矩、殘餘扭矩，或用於執行防錯，以確保緊固件被緊固。
例如，扭矩施加操作可以包括將最小目標扭矩大小施加到工件或緊固件。未旋轉最小角度大小的工件可以指示工件已經被緊固或者可能是螺紋錯扣的。它還可以指示施加的扭矩大小不足以克服緊固件摩擦，以及沒有獲得適當的扭矩。超過最大角度的工件可以指示由於應力、塑性變形或機械故障（例如，滑牙的螺紋）使得緊固件屈服。
還公開了用於將扭矩測量與陀螺儀組合以測量工具中的旋轉角度的方法和系統。例如，在同時監測旋轉角度大小的同時可以將目標扭矩大小施加到工件。此外，提供了用於鎖定型工件的有效扭矩（prevailing torque）的測量和補償，以及測量預緊工件的起步和殘餘扭矩。
參考圖1至圖3，其中示出了扭矩施加工具100，例如螺絲刀。應當理解，螺絲刀工具僅用於示例目的，並且本發明並不限於螺絲刀工具，而是可以廣泛地應用於任何類型的扭矩施加工具。工具100包括主體部分102（也稱為主體102）、聯接到主體102的頭部部分104（也稱為頭部104）、設置在頭部104和主體102之間的照明指示器106、以及從頭部104延伸的驅動器108。工具100適於通過轉接器、起子（bit）（例如扁平頭、十字槽頭（Philips）、梅花頭（Torx）、艾倫頭（allen）或其他類型的起子）或連接到驅動器108（例如，適於接合工件的雙向棘輪方形驅動器或內六角驅動器）的插槽將扭矩施加到工件。如圖所示，驅動器108是設計為接收公配對件的“母”連接器110。然而，驅動器108可以是設計為置入或穿入母配對件的“公”連接器。驅動器還可以構造為直接接合工件，而不聯接到轉接器、起子或插槽。
主體102還可以用作手柄，並且由使用者抓握，以將扭矩施加到工件。因此，主體102可包括具有紋路的手柄112，以在扭轉施加操作期間改善使用者對工具100的抓握。儘管手柄112示出為沿著主體102的長度定位，但是手柄112可以定位在圍繞主體102的其他位置。主體102還可以容納工具100的控制單元114。控制單元114可以包括使用者介面，例如包括至少一個按鈕116和顯示器118的使用者介面。使用者可以使用使用者介面輸入指令、修改工具100的設置或者與呈現在顯示器118上的菜單交互。例如，使用者輸入介面可以被配置為允許使用者將資訊、資料和/或命令輸入到工具100中。舉例來說，使用者輸入介面可以包括鍵盤、滑鼠、觸控式螢幕、答錄機、音訊發射器、構件板（member pad）或允許使用者輸入資訊的其他設備。如圖1中示例性地示出的，在一個實施例中，使用者輸入介面可以包括按鈕116，例如電源按鈕、上/下控制按鈕、“輸入”鍵、“單元”鍵和其他按鈕。在一個示例中，按鈕允許使用者輸入扭矩設定。
顯示器118可以顯示各種資訊供使用者查看和理解，例如，文本或圖形、或輸入到使用者輸入介面的資訊。舉例來說，顯示器118可包括液晶顯示器（LCD）、有機發光二極體（OLED）顯示器、等離子螢幕或允許使用者查看和理解資訊的其他種類的黑白或彩色顯示器。可選地，顯示器118可以是觸敏的，其中軟體或固件由控制單元114的處理器或控制器執行，以提供虛擬屏上控制。通過使用者介面可以將指令和其他資訊直接輸入到工具100中。在扭矩施加操作期間或工具的使用期間，顯示器118可以顯示資訊，例如扭矩和/或角度資訊。
如下面將討論的，主體102和/或頭部104還可以容納一個或多個感測器，一個或多個感測器用於測量通過驅動器108施加到工件的扭矩大小和通過驅動器108施加到工件的旋轉角度的大小。工具100還可以包括方向感測器，以確定主體102的縱向軸線相對於“向下”（即，相對於重力）的角度。
如下面將討論的，在扭矩施加操作期間，工具100可以即時測量、記錄和顯示扭矩和角度資料，以及將該資料即時傳輸到外部設備（例如，外部計算設備、移動設備等）。在本申請的上下文中，“即時”意味著“沒有顯著的延遲”（例如，測量和處理延遲不超過一秒每資料樣本）。扭矩應用和角度資料可以由工具100和/或外部設備上的軟體應用程式記錄並與時間索引一起存儲。
照明指示器106可包括一個或多個照明指示器120，例如一個或多個發光二極體（LED）。在一個實施例中，LED是彩色LED。多個指示器120在頭部104和主體102之間等間距地360度地圍繞工具100的縱向軸線。這允許一個或多個指示器120在扭矩施加操作期間對使用者可見。例如，在扭矩施加操作期間，使用者可以抓握主體102，且使用者的手可能遮擋顯示器118。然而，由於位於頭部104和主體102之間的照明指示器106靠近頭部104，因此照明指示器106保持不被使用者的手遮擋。在一些實施例中，照明指示器106可以成角度地設置或定向為面向朝向主體102的後部（即，遠離驅動器108）的方向，從而朝向使用者。
在示例中，指示器120可以是彩色LED。在這方面，指示器120可包括：第一指示器，其適於發出黃色的光；第二指示器，其適於發出綠色的光；以及第三指示器，其適於發出紅色的光。應當理解，也可以使用不同顏色的指示器。
不同顏色的第一指示器、第二指示器和第三指示器用於向使用者指示：所施加的扭矩和/或角位移的大小正接近目標扭矩和/或角度值；已達到目標扭矩和/或角度值；以及何時目標扭矩和/或角度值的上限已經被超過。如上所述，照明指示器106（包括指示器120）靠近工具100的頭部104，因此當使用工具100時，指示器120不會被使用者的手遮擋。指示器120也設置成環形圖案，允許在工具100的旋轉和/或使用期間360度地觀察。
指示器120將施加的扭矩和/或角度的大小指示為目標扭矩和/或角度值的百分比。例如，第一指示器用於指示施加的扭矩和/或角度的增加的大小。第二指示器用於指示何時施加的扭矩和/或角度的大小達到目標扭矩和/或角度值。第三指示器用於指示何時施加的扭矩和/或角度的大小超過扭矩和/或角度值的極限。
在不脫離本申請的精神和範圍的情況下，可以實施指示朝向目標扭矩和/或角度的進展的其他手段。例如，可以啟動聽覺指示（使用圖4中示出的揚聲器/換能器122），和/或可以啟動觸覺指示（使用圖4中示出的觸覺振動器124）。
圖4是概念性地示出工具100的示例元件的示例性框圖。工具100可以包括一個或多個控制器/處理器126、記憶體128、非易失性存儲裝置130和無線通訊收發器132。每個控制器/處理器126都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）。使用記憶體128用於指令和資料的運行時暫時存儲，處理器/控制器126經由匯流排134從資料存儲裝置130檢索指令。記憶體128可以包括易失性和/或非易失性隨機存取記憶體（RAM）。雖然部件在圖4中示出為經由匯流排134連接，但是除了（或者代替）經由匯流排134連接到的其他部件，部件還可以連接到其他部件。
資料存儲裝置130存儲指令，該指令包括執行本文描述的工具100的操作的指令。資料存儲裝置部件130可以包括一種或多種類型的非易失性固態記憶體，例如快閃記憶體、唯讀記憶體（ROM）、磁阻式RAM（MRAM）、相變記憶體等。工具100還可以包括輸入/輸出介面，以連接到可移動或外部非易失性記憶體和/或存儲裝置（例如卸除式存放裝置卡、存儲金鑰驅動器、網路存儲裝置等）。這樣的輸入/輸出介面可以是有線或嵌入式介面（未示出）和/或可以包括無線通訊收發器132。
將記憶體128用作為運行時的臨時“工作”存儲裝置，用於操作工具100及其各種部件的電腦指令可以由控制器/處理器126來執行。電腦指令可以非暫時性方式存儲在非易失性記憶體128、存儲裝置130或外部設備中。可選地，除了軟體或代替軟體，一些或全部的可執行指令可以被嵌入在硬體或固件中。
工具100可包括多個輸入和輸出介面。這些介面包括無線電收發器132、一個或多個按鈕116、一個或多個發光二極體（LED）120、揚聲器或音訊換能器122、觸覺振動器124、一個或多個扭矩感測器136、一個或多個角度感測器138以及方向感測器140。扭矩感測器136可以包括，例如扭矩感測器、應變儀、磁彈式扭矩感測器以及表面聲波（SAW）感測器中的一種或多種。角度感測器138或其他這樣的裝置可以配置為在驅動器108轉動時測量驅動器108或連接到驅動器108上的驅動軸圍繞軸線的旋轉速率。在驅動操作中，通過扭矩感測器136檢測到扭矩時，可以通過求旋轉速率隨時間的積分以確定旋轉角度。角度感測器138可包括例如旋轉角度感測器、電子陀螺儀（例如，兩軸或三軸陀螺儀）、加速度計等中的一種或多種。在包括加速度計的情況下，可以通過對旋轉加速度求重積分來找到角位置。方向感測器140可包括三軸電子加速度計或重力感測器，以確定工具100的縱向軸線相對於“向下”的方向。
取決於所使用的扭矩感測器136的類型，模數（A/D）轉換器142可以從扭矩感測器136接收類比信號，將數位信號輸出到處理器/控制器126。同樣地，A/D轉換器144可以從角度感測器138接收類比信號，並且A/D轉換器146可以從方向感測器140接收類比信號，將數位信號輸出到處理器/控制器126。A/D轉換器142、144、146可以是分立的，可以集成在處理器/控制器118上/內，或者可以集成在它們各自的感測器136、138、140上/內。
A/D轉換器142、144、146的數量和需求取決於每個感測器136、138、140所使用的技術。可以提供多個A/D轉換器，以根據需要容納盡可能多的信號，例如角度感測器138是否為多個陀螺儀軸提供模擬輸出，或者方位感測器140是否為多個加速度計軸提供模擬輸出。信號調節電子器件（未示出）也可以包括在獨立電路中，該獨立電路集成在處理器/控制器126上/內，或集成在相應的感測器136、138、140上/內，以將由感測器136、138、140部件生成的非線性輸出轉換成線性信號。
由處理器/控制器126執行的指令從感測器136、138、140接收資料，例如扭矩值和角度值。根據該資料，處理器/控制器126可以確定各種資訊，例如已經或應當施加到工件的扭矩的持續時間。
感測器資料和資訊可以即時或以預定取樣速率記錄，並存儲在記憶體128和/或存儲裝置130中。感測器資料和資訊也可以通過通訊鏈路148（其可以包括天線）發送到外部設備，以進行進一步的分析和檢查。例如，通訊鏈路148可以使用諸如無線直連（Wi-Fi Direct）的協定，或者使用諸如藍牙（Bluetooth）、Bluetooth Smart（也稱為低功耗藍牙）、無線通用序列匯流排（wireless USB）或無線個域網（ZigBee，IEEE 802.15）的個域網（PAN）協議。通訊鏈路148可以是諸如Wi-Fi風格的無線局域網（WLAN）鏈路，或者可以是與移動寬頻、LTE、GSM、CDMA、WiMAX、高速分組接入（High Speed Packet Access，HSPA）、通用移動通訊系統（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）等相關聯的蜂窩通訊資料協定。
“資料”是經處理以使其成為有意義或有用的“資訊”的值。然而，如本文所使用的，術語資料和資訊應該被解釋為可互換的，即資料包括資訊，且資訊包括資料。例如，在存儲、發送、接收或輸出資料的情況下，該資料可以包括資料、資訊或它們的組合。
無線電收發器132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132管理無線電通訊鏈路，經由嵌入在工具100中的一個或多個天線與外部設備建立通訊鏈路148，從而實現處理器/控制器126與外部設備之間的雙向通訊。通訊鏈路148可以是工具100和外部設備之間的直接鏈路，或者可以是通過一個或多個中間部件（例如通過Wi-Fi路由器或網狀連接（未示出））的間接鏈路。
工具100還包括電源150，以為處理器/控制器126、匯流排134和其他電子部件供電。例如，電源150可以是佈置在主體102中的一個或多個電池。然而，電源150不限於電池，可以使用其他技術，例如燃料電池。工具100還可包括：給電源150再充電的部件，例如沿工具100佈置的有機或聚合物光伏電池；和/或接收外部電荷的介面，例如通用序列匯流排（USB）埠、或電感提取元件；以及相關的充電控制電子設備。
顯示器118可以通過由處理器/控制器126執行的軟體/固件使用，以顯示供使用者查看和理解的資訊。這些資訊可以被格式化為文本、圖形或它們的組合。當資訊被輸入工具100（例如，通過按鈕116和/或集成在顯示器118本身的觸敏介面）時，顯示器118還可用於提供回饋。顯示器118可以是液晶（LCD）顯示器、有機發光二極體（OLED）顯示器、電子紙顯示器、或具有合適的功耗要求和體積以便於集成到工具100中的任何種類的黑白或彩色顯示器。
工具100可以配置為用於大致同時測量扭矩和角度目標大小。工具100可配置為具有最小和最大目標扭矩值以及最小和最大目標角度值。當施加扭矩時，工具100可以指示何時達到目標扭矩值。同時，如果在達到最小目標角度值之前達到目標扭矩值，則工具100可以測量角位移並指示扭矩施加操作失敗。如果超過最大目標扭矩或角度值中的任何一個，則工具100可以指示操作失敗。
此外，工具100還可測量用於鎖定型緊固件的有效扭矩，並通過增加有效扭矩值來補償目標扭矩值，以自動確定最終目標扭矩值。圖5示出了示例性有效扭矩測量的曲線圖。工具100可配置為具有最小起動有效扭矩值、最大結束有效扭矩值、最小有效角度值和目標扭矩值。
當測量的施加到工件的扭矩大小達到最小有效扭矩值時，則可以開始角度測量。可以測量所施加的扭矩和角度，直到達到最大有效扭矩值。可以將在最小和最大有效扭矩值之間測量的施加到工件的角位移與最小有效角度值進行比較，以確定用於測量有效扭矩值的所需角位移是否已經出現。有效扭矩值可以根據最小和最大有效扭矩值之間的採樣扭矩讀數的中間區段來計算。可以將有效扭矩值自動添加到目標扭矩值，以確定用於達到目標值的肯定指示的最終扭矩值。工具100可以配置為具有最小和最大扭矩容差以及用於附加檢查的最大角度，例如用於報告失敗的扭矩迴圈的在最大有效扭矩點之後的過度扭矩和過度旋轉。
工具100還可以測量已經緊固的緊固件的殘餘扭矩。圖6描繪了殘餘扭矩測量的說明性曲線圖。工具100可以配置為用於記錄工件開始旋轉的扭矩大小。工具100還可以配置為具有在殘餘扭矩測量開始之前的有最小角度值。
工具100可以配置為用於報告起步扭矩和殘餘扭矩的差異，其中需要更高的峰值扭矩來克服螺紋鎖定或腐蝕。圖7中描繪了起步/殘餘扭矩測量的說明性曲線圖。可以將扭矩下降隨後上升過程中的拐點值報告為峰值起步扭矩和最小殘餘扭矩。
參考圖8，示出了測量扭矩和旋轉角度值的說明性方法200的步驟的流程圖。如框202所示，如本文所述的一個或多個輸入可被輸入到工具100的輸入介面中。輸入可以包括但不限於目標扭矩值、目標旋轉角度值、最小扭矩值、最大扭矩值、最小旋轉角度值和最大旋轉角度值中的一個或多個。輸入可以存儲在記憶體128和/或存儲裝置130中（在圖4中示出）。如框204所示，如本文所述，可以接收一個或多個測量值當工具100抵靠工件或在工件上操作時，一個或多個感測器可以檢測並報告測量值。感測器可以包括：扭矩感測器136，其配置為檢測並報告施加到工件的扭矩值；和/或角度感測器138（其可以包括陀螺儀），其配置為檢測並報告驅動器108的角速度。如本文所述，測量值可以存儲在記憶體128和/或存儲裝置130中。
如框206所示，可以確定一個或多個旋轉角度值或位置。處理器/控制器126可以基於從角度感測器138接收的角速度確定一個或多個旋轉角度值。處理器/控制器126也可以是角度感測器138的一部分，通過該角度感測器138可以將旋轉角度值從角度感測器138通訊到記憶體128和/或存儲裝置130。如本文所述，測量的扭矩大小可以被確定為殘餘扭矩值、起步扭矩值或兩者之間的差異。例如，如框212所示，接收的測量值可以大致與測量值的接收同時顯示。以這種方式顯示測量值可以允許使用者在工具100操作時監控施加到工件的扭矩值（或旋轉角度值）。
如框208所示，使用來自角度感測器138的資料確定的旋轉角度值可以與一個或多個輸入進行比較，以確定工具100是否正確操作。例如，如果輸入扭矩值，則工具通過處理器/控制器126可以計算驅動器108的適當的角位置，以完成目標扭矩輸入。可以將適當的角位置與實際角位置進行比較。誤差或其他指示可以被輸出並顯示在顯示器118（框212）上，以指示測量值或應用值與預期值之間的差異。
測量或施加的扭矩大小還可包括有效扭矩值。如框210所示且所描述的，有效扭矩值可以自動地添加到目標扭矩值，以確定最終扭矩值，該最終扭矩值用於肯定指示通過工具操作已經獲得了適當的扭矩。
如本文所使用的，術語“聯接”及其功能等同物不意圖限定於兩個或更多個部件的直接地機械聯接。相反，術語“聯接”及其功能等同物旨在表示兩個或更多個物體、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。在一些示例中，“聯接”也意味著一個物體與另一物體是一體的。除非另有特別說明，如在本文中所使用的，術語“一個”或“一種”可以包括一個或多個項。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧扭矩施加工具、工具 102‧‧‧主體部分、主體 104‧‧‧頭部部分、頭部 106‧‧‧照明指示器 108‧‧‧驅動器 110‧‧‧連接器 112‧‧‧手柄 114‧‧‧控制單元 116‧‧‧按鈕 118‧‧‧顯示器 120‧‧‧照明指示器、指示器、發光二極體 122 ‧‧‧揚聲器/換能器、揚聲器或音訊換能器 124‧‧‧ 觸覺振動器 126‧‧‧ 處理器/控制器 128 ‧‧‧記憶體 130 ‧‧‧存儲裝置 132 ‧‧‧無線通訊收發器、無線電收發器、收發器 134 ‧‧‧匯流排 136 ‧‧‧扭矩感測器、感測器 138 ‧‧‧角度感測器、感測器 140 ‧‧‧方向感測器、感測器 142、144、146‧‧‧模數（A/D）轉換器 148‧‧‧通訊鏈路 150 ‧‧‧電源 200‧‧‧方法 202、204、206、208、210、212‧‧‧框
圖1是根據本發明的實施例的扭矩施加工具的透視圖。 圖2和圖3是根據本發明的實施例的圖1所示的扭矩施加工具的第一側視圖和第二側視圖。 圖4是示例性框圖，概念化地示出了根據本發明的實施例的圖1所示的扭矩施加工具的示例性部件。 圖5示出了根據本發明的實施例的扭矩測量的曲線圖。 圖6示出了根據本發明的實施例的殘餘扭矩測量的曲線圖。 圖7示出了根據本發明的實施例的起步/殘餘扭矩測量的曲線圖。 圖8是另一示例性過程流程圖，示出了根據本發明的實施例的測量扭矩和角度的操作。
100‧‧‧扭矩施加工具、工具
102‧‧‧主體部分、主體
104‧‧‧頭部部分、頭部
106‧‧‧照明指示器
108‧‧‧驅動器
110‧‧‧連接器
112‧‧‧手柄
114‧‧‧控制單元
116‧‧‧按鈕
118‧‧‧顯示器

Claims (18)

  1. 一種工具，具有適於將扭矩施加到工件的驅動器部分，所述工具包括：扭矩感測器，其適於測量由所述驅動器部分施加到所述工件上的扭矩大小；陀螺儀，其適於在扭矩應用到所述工件期間測量由所述驅動器部分施加到所述工件上的角位移的大小；以及處理器，其配置有最小目標扭矩值、最大目標扭矩值和最小角位移值，所述處理器適於：基於所測量的所述角位移的大小確定所述驅動器部分的角位移值；以及在由所述扭矩感測器測量的扭矩大小基本滿足所述最大目標扭矩值並且所述角位移值基本不滿足所述最小角位移值的時候，提供指示。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的工具，更包括顯示器，所述顯示器配置為用於顯示值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的工具，其中所述值包括由所述扭矩感測器測量的扭矩的大小。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的工具，其中所述值包括由所述陀螺儀測量的角運動的大小。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的工具，其中所述驅動器部分包括用於起子的接收區域。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的工具，其中所述處理器還配置為用於確定所述角位移值與所述最小角位移值之間的誤差值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的工具，其中所述誤差顯示在所述顯示器上。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的工具，其中所述值是有效扭矩值。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的工具，其中所述值是殘餘扭矩值。
  10. 如申請專利範圍第2項所述的工具，其中所述值是起步扭矩值。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的工具，其中所述工具是螺絲刀。
  12. 一種通過工具將扭矩施加到工件的方法，所述工具具有驅動器、扭矩感測器、陀螺儀以及顯示器，所述方法包括：接收最小扭矩值和最大扭矩值；確定最小旋轉角度值；從所述扭矩感測器接收表示由所述工具施加到所述工件的扭矩大小的測量值；當施加到所述工件的扭矩大小達到所述最小扭矩值時，從所述陀螺儀接收由所述工具施加到所述工件的旋轉角度大小的測量值； 測量施加到所述工件上的扭矩的大小和施加到所述工件上的旋轉角度的大小；當測量的施加到所述工件的扭矩大小基本滿足所述最大扭矩值時，將測量的施加到所述工件的旋轉角度的大小與所述最小旋轉角度值進行比較；以及在施加到所述工件的扭矩大小基本滿足所述最大扭矩值並且測量的旋轉角度值基本不滿足最小旋轉角度值的時候，提供指示。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中所述最小扭矩值和所述最大扭矩值是有效扭矩值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，還包括根據施加到所述工件的扭矩大小來確定有效扭矩值。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的方法，還包括通過將所述有效扭矩值添加到目標扭矩值來確定組合扭矩值。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中所述施加到所述工件的扭矩大小是殘餘扭矩測量值。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中所述施加到所述工件的扭矩大小是起步扭矩測量值。
  18. 一種測量通過工具施加到工件的扭矩大小的方法，所述方法包括：接收最小扭矩值和最大扭矩值；接收最小旋轉角度值和最大旋轉角度值；從扭矩感測器接收施加到所述工件的扭矩大小的相應的扭矩 測量值；根據從陀螺儀接收的旋轉速度測量值來確定相應的旋轉角度測量值；分別記錄所述扭矩測量值和所述旋轉角度測量值，直到達到目標值，所述目標值包括所述最小扭矩值、所述最大扭矩值、所述最小旋轉角度值和所述最大旋轉角度值中的至少一個；以及在由所述扭矩感測器測量的扭矩大小基本滿足最大目標扭矩值並且旋轉角度的測量值基本不滿足最小旋轉角度值的時候，提供指示。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11543320B2 (en) 2017-05-22 2023-01-03 Snap-On Incorporated Wireless torque wrench with torque specifications
IT201900024736A1 (it) * 2019-12-19 2021-06-19 Atlas Copco Ind Technique Ab Attrezzo di serraggio provvisto di dispositivo di visualizzazione delle condizioni di serraggio.
CA3128650A1 (en) * 2020-08-31 2022-02-28 Snap-On Incorporated Wireless torque wrench with torque specificaitons
CN114261308A (zh) * 2021-11-30 2022-04-01 东风汽车集团股份有限公司 一种汽车电池更换装置
WO2023197096A1 (en) * 2022-04-11 2023-10-19 Apex Brands, Inc. Electronic torque wrench with remote target torque setting
CN114871983B (zh) * 2022-05-18 2023-11-24 深圳市冠腾达科技有限公司 电动螺丝刀控制方法及系统和计算机存储介质及程序产品
WO2023245393A1 (zh) * 2022-06-20 2023-12-28 北京小米移动软件有限公司 电动工具

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6167788B1 (en) * 1996-09-12 2001-01-02 Saltus-Werk Max Forst Gmbh Torque Wrench
CN102179791A (zh) * 2010-01-04 2011-09-14 阿派克斯布兰兹股份有限公司 电子扭矩扳手的棘轮效应装置
CN103934673A (zh) * 2014-03-24 2014-07-23 东莞市聚川装配自动化技术有限公司 基于静态扭矩传感器的数控电动螺丝刀及控制方法
CN104139365A (zh) * 2013-05-10 2014-11-12 施耐宝公司 预调式电子扭矩工具
TW201512794A (zh) * 2013-05-07 2015-04-01 Snap On Tools Corp 在電子扭矩扳手中使用ｕｓｂ使用者介面之方法與系統
TWI495274B (zh) * 2009-04-16 2015-08-01 Maeda Metal Ind 無線資料送受訊系統
TW201729027A (zh) * 2016-02-02 2017-08-16 中國氣動工業股份有限公司 氣動衝擊式扭力工具的扭力控制方法及其扭力控制系統

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3939920A (en) 1974-09-19 1976-02-24 Standard Pressed Steel Co. Tightening method and system
USRE31569E (en) 1976-08-09 1984-05-01 Rockwell International Corporation Tension control of fasteners
US4104778A (en) 1977-01-27 1978-08-08 Ingersoll-Rand Company Method and apparatus for fastener tensioning
US4305471A (en) 1979-04-19 1981-12-15 Rockwell International Corporation Simplified fastening technique using the logarithmic rate method
US4219920A (en) 1979-04-19 1980-09-02 Rockwell International Corporation Tension control of fasteners
DE2926111A1 (de) 1979-06-28 1981-01-08 Scintilla Ag Elektrohandwerkzeug
JPS5749828A (en) 1980-09-11 1982-03-24 Nippon Kenki Kk Controlling device for axial force of bolt
US5212862A (en) 1990-10-09 1993-05-25 Allen-Bradley Company, Inc. Torque-angle window control for threaded fasteners
GB2273574B (en) 1992-12-21 1995-11-29 Daimler Benz Ag Process and a device for the rotation-angle-monitored tightening or loosening of screw connections
DE4243317A1 (en) 1992-12-21 1993-06-09 Edgar Von Dipl.-Ing. 6602 Dudweiler De Hinueber Angle control method for automatic screwdriver - using inertial angular rate sensor built into rotating shaft of insertion tool, and e.g. Sagnac effect rotation pick=up
US5637968A (en) 1993-10-25 1997-06-10 The Stanley Works Power tool with automatic downshift feature
US5589644A (en) 1994-12-01 1996-12-31 Snap-On Technologies, Inc. Torque-angle wrench
US5903462A (en) 1996-10-17 1999-05-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Computer implemented method, and apparatus for controlling a hand-held tool
DE19647813C2 (de) 1996-11-19 2003-07-03 Joerg Hohmann Kraftschrauber
US6536536B1 (en) 1999-04-29 2003-03-25 Stephen F. Gass Power tools
JP4869490B2 (ja) 2000-08-07 2012-02-08 株式会社東日製作所 増し締め検査用トルクレンチ
US6516896B1 (en) 2001-07-30 2003-02-11 The Stanley Works Torque-applying tool and control therefor
US6965835B2 (en) 2001-09-28 2005-11-15 Spx Corporation Torque angle sensing system and method with angle indication
GB2409833B (en) 2002-10-16 2006-09-13 Snap On Tools Corp Ratcheting torque-angle wrench and method
US7062979B2 (en) 2003-03-19 2006-06-20 The Boeing Company Tool and associated methods for controllably applying torque to a fastener
US20050092143A1 (en) 2004-07-30 2005-05-05 Lehnert Mark W. Position sensing electronic torque wrench
US7552781B2 (en) 2004-10-20 2009-06-30 Black & Decker Inc. Power tool anti-kickback system with rotational rate sensor
US7565844B2 (en) * 2005-11-28 2009-07-28 Snap-On Incorporated Torque-angle instrument
US8316958B2 (en) 2006-07-13 2012-11-27 Black & Decker Inc. Control scheme for detecting and preventing torque conditions in a power tool
DE102006044774A1 (de) 2006-09-22 2008-04-03 Robert Bosch Gmbh Handgeführte, elektrisch betätigbare Schraub- und/oder Bohrwerkzeugmaschine
DE202007002793U1 (de) 2007-02-22 2007-05-10 Eduard Wille Gmbh & Co. Kg Winkelmesseinrichtung
EP2190629B1 (en) 2007-09-20 2016-01-06 ASI DataMyte, Inc. Residual torque analyzer
US7721631B2 (en) 2007-11-05 2010-05-25 The Boeing Company Combined wrench and marking system
DE102007059929A1 (de) 2007-12-04 2009-06-10 C. & E. Fein Gmbh Schraubwerkzeug und Verfahren zur Steuerung des Anzugswinkels von Verschraubungen
SE533215C2 (sv) 2008-05-08 2010-07-20 Atlas Copco Tools Ab Metod och anordning för åtdragning av förband
GB2467581B (en) 2009-02-06 2011-10-26 Kabo Tool Co Torque-angle alarm method and wrench thereof
US8171828B2 (en) 2009-12-09 2012-05-08 Digitool Solutions LLC Electromechanical wrench
US9475180B2 (en) 2010-01-07 2016-10-25 Black & Decker Inc. Power tool having rotary input control
US9266178B2 (en) 2010-01-07 2016-02-23 Black & Decker Inc. Power tool having rotary input control
CN102126194B (zh) 2010-01-13 2014-04-23 谢智庆 具有重力感测器的扭力扳手及其旋转角度精确计算方法
WO2011120579A1 (de) 2010-03-31 2011-10-06 Alfing Montagetechnik Gmbh Montagevorrichtung und montageverfahren
IT1401500B1 (it) 2010-08-02 2013-07-26 Atlas Copco Blm Srl Sistema e metodo per il controllo di qualita' di giunti avvitati
US20120132043A1 (en) 2010-11-30 2012-05-31 Xia Chen Ratcheting mechanical torque wrench with an electronic sensor and display device
US9281770B2 (en) 2012-01-27 2016-03-08 Ingersoll-Rand Company Precision-fastening handheld cordless power tools
JP6029890B2 (ja) 2012-08-17 2016-11-24 株式会社東日製作所 角度レンチおよび回転角度測定装置
US9022135B2 (en) 2012-10-02 2015-05-05 Stanley Black & Decker, Inc. Torque-applying tool and torque controller therefor
US9743971B2 (en) 2013-01-29 2017-08-29 The Johns Hopkins University Smart screw-driver for preventing inadvertent screw stripping in bone
US11797469B2 (en) * 2013-05-07 2023-10-24 Snap-On Incorporated Method and system of using USB user interface in electronic torque wrench
EP2826596A3 (en) 2013-07-19 2015-07-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Impact rotation tool and impact rotation tool attachment
TWM478149U (zh) 2013-12-17 2014-05-11 Matatakitoyo Tool Co Ltd 無線傳輸式接桿
US20150201918A1 (en) 2014-01-02 2015-07-23 Osseodyne Surgical Solutions, Llc Surgical Handpiece
EP2901957A1 (en) 2014-01-31 2015-08-05 Universität Basel Controlling a surgical intervention to a bone
DE202014105672U1 (de) 2014-11-25 2014-12-02 Eduard Wille Gmbh & Co. Kg Drehmoment- und Drehwinkelwerkzeug
CN104816271B (zh) 2015-03-11 2016-10-05 丽水学院 陀螺感应调向调速电动螺丝刀及工作方法
SE538622C2 (sv) 2015-04-02 2016-10-04 Atlas Copco Ind Technique Ab Power tool with output torque compensation and method therefore
US10383674B2 (en) 2016-06-07 2019-08-20 Pro-Dex, Inc. Torque-limiting screwdriver devices, systems, and methods
CN206216578U (zh) 2016-10-29 2017-06-06 沈阳中汽检测技术有限公司 扭矩扳手
US10792795B2 (en) 2017-05-22 2020-10-06 Snap-On Incorporated Wireless torque wrench with torque specifications
CN108107933B (zh) 2017-12-13 2020-06-19 北京小米移动软件有限公司 螺丝刀控制方法及装置
US12064290B2 (en) * 2021-10-12 2024-08-20 Verb Surgical Inc. Hardstop detection and handling for surgical tool

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6167788B1 (en) * 1996-09-12 2001-01-02 Saltus-Werk Max Forst Gmbh Torque Wrench
TWI495274B (zh) * 2009-04-16 2015-08-01 Maeda Metal Ind 無線資料送受訊系統
CN102179791A (zh) * 2010-01-04 2011-09-14 阿派克斯布兰兹股份有限公司 电子扭矩扳手的棘轮效应装置
TW201512794A (zh) * 2013-05-07 2015-04-01 Snap On Tools Corp 在電子扭矩扳手中使用ｕｓｂ使用者介面之方法與系統
CN104139365A (zh) * 2013-05-10 2014-11-12 施耐宝公司 预调式电子扭矩工具
CN103934673A (zh) * 2014-03-24 2014-07-23 东莞市聚川装配自动化技术有限公司 基于静态扭矩传感器的数控电动螺丝刀及控制方法
TW201729027A (zh) * 2016-02-02 2017-08-16 中國氣動工業股份有限公司 氣動衝擊式扭力工具的扭力控制方法及其扭力控制系統

Also Published As

Publication number Publication date
GB2587491A (en) 2021-03-31
GB202012045D0 (en) 2020-09-16
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GB201905010D0 (en) 2019-05-22
CN110370212B (zh) 2022-02-25
CA3039873A1 (en) 2019-10-13
US20190314964A1 (en) 2019-10-17
GB2573880B (en) 2021-06-09
US11752604B2 (en) 2023-09-12
AU2019202499A1 (en) 2019-10-31
AU2021201994A1 (en) 2021-04-29

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