本发明专利技术提供一种螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器，在锁紧螺旋紧固件时，利用驱动夹紧力传感器内的扭力转轴，使其一端的螺旋机构产生的轴向力，挤压力感应模块导致的形变感测值与扭力转轴另一端所驱动的套筒锁紧特定规格的螺旋紧固件产生的夹紧力，预先以标准轴力计校验得到两者间的参数关系，作为锁紧过程中计算与控制夹紧力的依据。本发明专利技术的螺旋紧固件的夹紧力传感器可应用于各产业。套接于各式扭力工具做螺旋紧固件的锁紧作业时，对特定规格的螺旋紧固件，可以有效地感测以作为控制作用在螺旋紧固件的夹紧力(clamping force)的精度，以提高螺旋紧固件(bolted joint)的品质。joint)的品质。joint)的品质。
【技术实现步骤摘要】
螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器
[0001]本专利技术涉及一种螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器，尤其涉及一种应用在锁紧螺旋紧固件的过程中，可直接感测作用在螺旋紧固件上的夹紧力，并可将感测数据传输的装置。
技术介绍
[0002]以扭力板手紧固螺栓已广泛地应用于各类产品的组装作业，施以扭力是一种手段，然其目的皆是将螺栓紧固。而最好也是最困难的是如何将每颗螺栓锁紧到同样的紧度(tightness)，尤其是高压容器、引擎汽缸或真空设备等。要求控制螺栓的夹紧力的精密锁紧作业等业界关切的重要议题，但却始终难以仅靠控制锁紧扭力来达成。
[0003]现有螺栓紧固的过程中，仅有10％的扭矩转化为夹紧力。有一个流行的说法叫“541”规则，即锁紧螺栓的过程中约有50％的扭矩用于克服螺栓头或螺母下与结合面的摩擦力，而约有40％的扭矩需要克服螺纹中的摩擦力，而实际能转化为螺栓夹紧力的扭矩只占约10％。而最终夹紧力的大小更是受到螺旋紧固件相关种种因素的影响，如螺栓与待紧固件的状况(材质软硬、加工精度与表面粗度、油污、锈蚀或碰伤等)及使用垫圈的软硬程度，以致螺栓的预紧力难以控制。学界或工程手册中虽有诸多有关扭力与夹紧力的计算公式与计算参数，但始终难以得到正确的验证。对于需要控制紧固力的产业界，至今仍无经济有效的方法，以确切了解施加在螺旋紧固件上的扭力，会在螺旋紧固件上产生多大的夹紧力，更遑论如何做有效的控制。这对于需要控制均一夹紧力的精密组装作业而言确实潜藏许多质量上的风险与不确定性。
[0004]迄至今日，产业界普遍使用各式扭力控制器、数字显示式扭力板手、响声型扭力板手或电动伺服控制等的扭力工具以控制锁紧扭力。然而利用传统的扭力控制方式，例如施加同样的扭力分别紧固同一规格的螺栓，其中不同的只是螺牙的表面状况不同，如正常、沾油、生锈或螺牙碰伤的螺栓，甚至只是改变垫圈的软硬。虽然其显示的扭力控制精度皆在5％以内，但实验证明所测得的实际夹紧力值相差最大却可达近50％。
[0005]当下对于螺栓的紧固力的控制，最精确的当属利用超音波感测技术的螺栓张力检测仪。但其制作与施工成本高昂，始终难以普及。另外，以具感测螺栓夹紧力的感应螺栓(在螺栓轴心适当位置粘贴形变感测组件以侦测其夹紧力)，也受限于价格高昂以及仅能使用开口板手进行锁固，以致施工不便与效率不彰而难以普及。对螺栓的紧固力的控制与侦测还可使用螺栓压力传感器(Bolt Transducer)或通孔式荷重元微型力传感器(Center
‑
hole type Compression Load Cell)或是压电式感测环等轴力感测装置为替代方案。但是在实际应用上，以上几种方案其制作成本与使用的方便性等都是在产业界难以普及的主因。
技术实现思路
[0006]经专利技术人悉心研究，研发出一种螺栓锁固作业用的夹紧力传感器，使其应用在各式扭力工具的紧固作业中，能实时得知施加的扭力在螺旋紧固件上所产生的夹紧力大小，
且持续以有线或无线方式，传送至控制装置或显示设备显示结果并予以记录或将数据上传，以迎合工业4.0的产业趋势发展需要。本专利技术的螺旋紧固件的夹紧力传感器不但可有效提升紧固的精度，且具低使用成本的优势与操作便利性，大大增进了产业上的有效利用。
[0007]本专利技术的目的，是提供一种可在锁紧螺旋紧固件的过程中，直接测得作用在螺旋紧固件的夹紧力的装置，是一种可附加于传统的各式手动、气动或电动扭力板手(Torque Wrench)或起子(Screwdriver)的夹紧力传感器(Force Transducer)，本专利技术的螺栓紧固作业用的夹紧力传感器让扭力工具变成可直接控制夹紧力的夹紧力板手(Force Wrench)或夹紧力起子(Force Screwdriver)，在锁紧过程中，实时侦测作用在螺旋紧固件的夹紧力。其不但是螺旋紧固件锁固技术的一大变革与突破，更将颠覆传统控制锁紧扭力的技术手段，让螺旋紧固件的紧固更精准地达到需要的夹紧力，而不需再使用昂贵且操作不便的超音波与轴力侦测技术来控制螺旋紧固件的夹紧力。本专利技术的螺栓紧固作业用的夹紧力传感器将螺旋紧固件锁紧的技术推升至最高的境界，可直接控制螺旋紧固件的夹紧力而非传统的扭力控制，给产业界提供了螺旋紧固件锁固的最佳解决方案。
[0008]本专利技术提供一种螺栓锁固作业用的夹紧力传感器，其包含：传感器本体，其一端为扭力工具承接部，以搭配扭力工具的出力端的尺寸，另一端车制为具螺旋导槽的螺孔，以锁入扭力转轴的螺旋导槽；扭力转轴，借其一端的螺旋机构扭紧时产生的轴向力，挤压力感应模块，同时，以另一端的出力方头驱动套筒，锁紧特定规格的螺旋紧固件；多个钢珠，其填入在该传感器本体的螺旋导槽与该扭力转轴的螺旋导槽之间；力感应模块，其设置于该传感器本体内的螺孔底部，该力感应模块具有感应环本体及力感测组件，该感应环本体的外缘具有环槽，该力感测组件贴附于该环槽底部，以测量该感应环本体的轴向受力产生的形变感测值；防尘塞，其设置于该力感应模块与该扭力转轴之间，该防尘塞具有止泄环；信号处理模块，其设置于该传感器本体的内部或外围的固定座，电性连接该力感测组件，该信号处理模块具有信号放大器、微处理器、电源电路单元、信号传输单元、陀螺仪、记忆单元、输出入模块、传输天线及警示单元。该信号放大器将该力感测组件的形变感测值放大为数字信号；再经该微处理器以预设的参数运算得到对应的夹紧力值；该电源电路单元则用以将外部供给的电源转变为信号处理模块所需的电源；信号传输单元可为无线通信模块如RF、蓝牙、WiFi或ZigBee等或为有线的RS232、RS485或UART等传递信号至控制或显示设备；输出入模块可为USB以供电池充电与韧体更新使用；该陀螺仪用来侦测该传感器本体的旋转角度位移；该记忆单元储存该力感应模块的形变感测值及特定规格的螺旋紧固件以标准轴力计校验得到的夹紧力参数；该输出入模块以有线或无线方式将夹紧力值传输至控制装置或显示设备；该传输天线将感测运算处理过的信息，传至控制装置；该警示单元以灯号或声音提示该传感器的使用状况，如配对、信号传输或电源异常等；该电源模块为可充电电源，电性连接该信号处理模块；该固定座，衬以缓冲垫并紧固于该传感器本体，容置分别以弹性材料包覆的该信号处理模块与该电源模块，外围并以保护套包覆；该保护套以不会阻绝无线信号传输的材质制成；以及固定环，其设置于该传感器本体螺孔出口端，以防止该扭力转轴在该传感器本体的螺孔内往复滑动时脱离。
[0009]借此，当施加扭力在本专利技术的夹紧力传感器时，驱动夹紧力传感器内的扭力转轴，使其一端的螺旋导槽沿着传感器本体的螺孔内的螺旋导槽转动前进产生的轴向力，挤压螺孔底部的力感应模块产生的形变感测值与扭力转轴另一端所驱动的套筒，锁紧特定规格的
螺旋紧固件所产生的夹紧力，预先以标准轴力计校验得到两者间的参数关系，作为锁紧过程中计算与控制夹紧力的依据。该特定规格的螺旋紧固件是指待锁紧的螺栓尺寸、螺距大小、表面状况(如加工尺寸精度、粗度或润滑程度)及使用的垫圈的软硬等。借此参数关系，操作者可使用本专利技术的夹紧力传感器与控制装本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器，其特征在于，包含：传感器本体，其一端为扭力工具承接部，以搭配扭力工具出力端的尺寸，另一端制成具螺旋导槽的螺孔，螺孔底部容置力感应模块，且可锁入扭力转轴的相对应的螺旋导槽；力感应模块，包括感应环本体及力感测组件，感应环本体外缘具有环槽，力感测组件贴附于环槽底部，以感测感应环本体轴向的形变感测值(strainvalue)，且电性链接信号处理模块；防尘塞，其置于力感应模块与扭力转轴之间，防尘塞设有止泄环以防止异物进入力感应模块；扭力转轴，其轴径一端具有与传感器本体螺孔内相对应的多个螺旋的螺旋导槽，另一端则制成与套筒入力端尺寸相符的驱动头以锁紧特定规格的螺旋紧固件；钢珠，其以多个填入在传感器本体的螺旋导槽与扭力转轴的螺旋导槽之间，以降低转动时的摩擦阻力；信号处理模块，其置于传感器本体内部或外围，且具有信号放大器、微处理器、电源电路单元、信号传输单元、输出入模块、陀螺仪、记忆单元、传输天线及警示单元；信号放大器将力感应模块经连接线传到信号处理模块的感测信号予以放大，再经微处理器以预设参数运算得到对应的夹紧力值；电源电路单元用以将外部供给的电源转变为电源模块所需的电源；信号传输单元为无线的RF、蓝牙、WiFi或ZigBee，或信号传输单元为有线的RS232、RS485或UART以传递至控制或显示设备；输出入模块为USB以供电池充电与韧体更新使用；陀螺仪用以侦测螺栓夹紧力传感器旋转的角度位移；记忆单元记忆校验取得的各待锁固的螺旋紧固件以及力感应模块形变感测值以标准轴力计校验得到的参数关系；警示单元为蜂鸣器或LED灯号以提示信号强弱、电源状态或使用状态；电源模块，为可充电电池，且电性连接信号处理模块；固定座，其锁固于传感器本体，且以保护套将信号处理模块与电源模块予以包覆；保护套，以不会阻绝无线信号传输的材质制成，用以保护信号处理模块与电源模块；连接线，电性连接力感应模块的力感测组件及信号处理模块；以及固定环，其用以支撑扭力转轴使其滑动在传感器本体螺孔内而不脱落。2.如权利要求1所述的螺栓夹紧力传感器，其特征在于，该传感器本体的螺旋导槽及该扭力转轴的螺旋导槽分别具有相同多个圈数的螺旋且与...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱秀锋，朱育纬，
申请(专利权)人：台湾中国气动工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。