本實用新型專利技術提供一種螺栓鎖固作業用的螺栓夾緊力傳感器，在鎖緊螺旋緊固件時，利用驅動夾緊力傳感器內的扭力轉軸，使其一端的螺旋機構產生的軸向力，擠壓力感應模塊導致的形變感測值與扭力轉軸另一端所驅動的套筒鎖緊特定規格的螺旋緊固件產生的夾緊力，預先以標準軸力計校驗得到兩者間的參數關系，作為鎖緊過程中計算與控制夾緊力的依據。本實用新型專利技術的螺旋緊固件的夾緊力傳感器可應用于各產業。套接于各式扭力工具做螺旋緊固件的鎖緊作業時，對特定規格的螺旋緊固件，可以有效地感測以作為控制作用在螺旋緊固件的夾緊力(clamping force)的精度，以提高螺旋緊固件(boltedjoint)的品質。(boltedjoint)的品質。(boltedjoint)的品質。
【技術實現步驟摘要】
螺栓鎖固作業用的螺栓夾緊力傳感器
[0001]本技術涉及一種螺栓鎖固作業用的螺栓夾緊力傳感器，尤其涉及一種應用在鎖緊螺旋緊固件的過程中，可直接感測作用在螺旋緊固件上的夾緊力，并可將感測數據傳輸的裝置。
技術介紹
[0002]以扭力板手緊固螺栓已廣泛地應用于各類產品的組裝作業，施以扭力是一種手段，然其目的皆是將螺栓緊固。而最好也是最困難的是如何將每顆螺栓鎖緊到同樣的緊度(tightness)，尤其是高壓容器、引擎汽缸或真空設備等。要求控制螺栓的夾緊力的精密鎖緊作業等業界關切的重要議題，但卻始終難以僅靠控制鎖緊扭力來達成。
[0003]現有螺栓緊固的過程中，僅有10％的扭矩轉化為夾緊力。有一個流行的說法叫“541”規則，即鎖緊螺栓的過程中約有50％的扭矩用于克服螺栓頭或螺母下與結合面的摩擦力，而約有40％的扭矩需要克服螺紋中的摩擦力，而實際能轉化為螺栓夾緊力的扭矩只占約10％。而最終夾緊力的大小更是受到螺旋緊固件相關種種因素的影響，如螺栓與待緊固件的狀況(材質軟硬、加工精度與表面粗度、油污、銹蝕或碰傷等)及使用墊圈的軟硬程度，以致螺栓的預緊力難以控制。學界或工程手冊中雖有諸多有關扭力與夾緊力的計算公式與計算參數，但始終難以得到正確的驗證。對于需要控制緊固力的產業界，至今仍無經濟有效的方法，以確切了解施加在螺旋緊固件上的扭力，會在螺旋緊固件上產生多大的夾緊力，更遑論如何做有效的控制。這對于需要控制均一夾緊力的精密組裝作業而言確實潛藏許多質量上的風險與不確定性。
[0004]迄至今日，產業界普遍使用各式扭力控制器、數字顯示式扭力板手、響聲型扭力板手或電動伺服控制等的扭力工具以控制鎖緊扭力。然而利用傳統的扭力控制方式，例如施加同樣的扭力分別緊固同一規格的螺栓，其中不同的只是螺牙的表面狀況不同，如正常、沾油、生銹或螺牙碰傷的螺栓，甚至只是改變墊圈的軟硬。雖然其顯示的扭力控制精度皆在5％以內，但實驗證明所測得的實際夾緊力值相差最大卻可達近50％。
[0005]當下對于螺栓的緊固力的控制，最精確的當屬利用超音波感測技術的螺栓張力檢測儀。但其制作與施工成本高昂，始終難以普及。另外，以具感測螺栓夾緊力的感應螺栓(在螺栓軸心適當位置粘貼形變感測組件以偵測其夾緊力)，也受限于價格高昂以及僅能使用開口板手進行鎖固，以致施工不便與效率不彰而難以普及。對螺栓的緊固力的控制與偵測還可使用螺栓壓力傳感器 (Bolt Transducer)或通孔式荷重元微型力傳感器(Center
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hole type CompressionLoad Cell)或是壓電式感測環等軸力感測裝置為替代方案。但是在實際應用上，以上幾種方案其制作成本與使用的方便性等都是在產業界難以普及的主因。
技術實現思路
[0006]經專利技術人悉心研究，研發出一種螺栓鎖固作業用的夾緊力傳感器，使其應用在各
式扭力工具的緊固作業中，能實時得知施加的扭力在螺旋緊固件上所產生的夾緊力大小，且持續以有線或無線方式，傳送至控制裝置或顯示設備顯示結果并予以記錄或將數據上傳，以迎合工業4.0的產業趨勢發展需要。本技術的螺旋緊固件的夾緊力傳感器不但可有效提升緊固的精度，且具低使用成本的優勢與操作便利性，大大增進了產業上的有效利用。
[0007]本技術的目的，是提供一種可在鎖緊螺旋緊固件的過程中，直接測得作用在螺旋緊固件的夾緊力的裝置，是一種可附加于傳統的各式手動、氣動或電動扭力板手(Torque Wrench)或起子(Screwdriver)的夾緊力傳感器(ForceTransducer)，本技術的螺栓緊固作業用的夾緊力傳感器讓扭力工具變成可直接控制夾緊力的夾緊力板手(Force Wrench)或夾緊力起子(ForceScrewdriver)，在鎖緊過程中，實時偵測作用在螺旋緊固件的夾緊力。其不但是螺旋緊固件鎖固技術的一大變革與突破，更將顛覆傳統控制鎖緊扭力的技術手段，讓螺旋緊固件的緊固更精準地達到需要的夾緊力，而不需再使用昂貴且操作不便的超音波與軸力偵測技術來控制螺旋緊固件的夾緊力。本技術的螺栓緊固作業用的夾緊力傳感器將螺旋緊固件鎖緊的技術推升至最高的境界，可直接控制螺旋緊固件的夾緊力而非傳統的扭力控制，給產業界提供了螺旋緊固件鎖固的最佳解決方案。
[0008]本技術提供一種螺栓鎖固作業用的夾緊力傳感器，其包含：傳感器本體，其一端為扭力工具承接部，以搭配扭力工具的出力端的尺寸，另一端車制為具螺旋導槽的螺孔，以鎖入扭力轉軸的螺旋導槽；扭力轉軸，借其一端的螺旋機構扭緊時產生的軸向力，擠壓力感應模塊，同時，以另一端的出力方頭驅動套筒，鎖緊特定規格的螺旋緊固件；多個鋼珠，其填入在該傳感器本體的螺旋導槽與該扭力轉軸的螺旋導槽之間；力感應模塊，其設置于該傳感器本體內的螺孔底部，該力感應模塊具有感應環本體及力感測組件，該感應環本體的外緣具有環槽，該力感測組件貼附于該環槽底部，以測量該感應環本體的軸向受力產生的形變感測值；防塵塞，其設置于該力感應模塊與該扭力轉軸之間，該防塵塞具有止泄環；信號處理模塊，其設置于該傳感器本體的內部或外圍的固定座，電性連接該力感測組件，該信號處理模塊具有信號放大器、微處理器、電源電路單元、信號傳輸單元、陀螺儀、記憶單元、輸出入模塊、傳輸天線及警示單元。該信號放大器將該力感測組件的形變感測值放大為數字信號；再經該微處理器以預設的參數運算得到對應的夾緊力值；該電源電路單元則用以將外部供給的電源轉變為信號處理模塊所需的電源；信號傳輸單元可為無線通信模塊如RF、藍牙、WiFi或ZigBee等或為有線的RS232、RS485或UART等傳遞信號至控制或顯示設備；輸出入模塊可為USB以供電池充電與韌體更新使用；該陀螺儀用來偵測該傳感器本體的旋轉角度位移；該記憶單元儲存該力感應模塊的形變感測值及特定規格的螺旋緊固件以標準軸力計校驗得到的夾緊力參數；該輸出入模塊以有線或無線方式將夾緊力值傳輸至控制裝置或顯示設備；該傳輸天線將感測運算處理過的信息，傳至控制裝置；該警示單元以燈號或聲音提示該傳感器的使用狀況，如配對、信號傳輸或電源異常等；該電源模塊為可充電電源，電性連接該信號處理模塊；該固定座，襯以緩沖墊并緊固于該傳感器本體，容置分別以彈性材料包覆的該信號處理模塊與該電源模塊，外圍并以保護套包覆；該保護套以不會阻絕無線信號傳輸的材質制成；以及固定環，其設置于該傳感器本體螺孔出口端，以防止該扭力轉軸在該傳感器本體的螺孔內往復滑動時脫離。
[0009]借此，當施加扭力在本技術的夾緊力傳感器時，驅動夾緊力傳感器內的扭力
轉軸，使其一端的螺旋導槽沿著傳感器本體的螺孔內的螺旋導槽轉動前進產生的軸向力，擠壓螺孔底部的力感應模塊產生的形變感測值與扭力轉軸另一端所驅動的套筒，鎖緊特定規格的螺旋緊固件所產生的夾緊力，預先以標準軸力計校驗得到兩者間的參數關系，作為鎖緊過程中計算與控制夾緊力的依據。該特定規格的螺旋緊固件是指待鎖緊的螺栓尺寸、螺距大小、表面狀況(如加工尺寸精度、粗度或潤滑程度)及使用的墊圈的軟硬等。借此參數關系，操作者可使用本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種螺栓鎖固作業用的螺栓夾緊力傳感器，其特征在于，包含：傳感器本體，其一端為扭力工具承接部，以搭配扭力工具出力端的尺寸，另一端制成具螺旋導槽的螺孔，螺孔底部容置力感應模塊，且可鎖入扭力轉軸的相對應的螺旋導槽；力感應模塊，包括感應環本體及力感測組件，感應環本體外緣具有環槽，力感測組件貼附于環槽底部，以感測感應環本體軸向的形變感測值，且電性鏈接信號處理模塊；防塵塞，其置于力感應模塊與扭力轉軸之間，防塵塞設有止泄環以防止異物進入力感應模塊；扭力轉軸，其軸徑一端具有與傳感器本體螺孔內相對應的多個螺旋的螺旋導槽，另一端則制成與套筒入力端尺寸相符的驅動頭以鎖緊特定規格的螺旋緊固件；鋼珠，其以多個填入在傳感器本體的螺旋導槽與扭力轉軸的螺旋導槽之間，以降低轉動時的摩擦阻力；信號處理模塊，其置于傳感器本體內部或外圍，且具有信號放大器、微處理器、電源電路單元、信號傳輸單元、輸出入模塊、陀螺儀、記憶單元、傳輸天線及警示單元；信號放大器將力感應模塊經連接線傳到信號處理模塊的感測信號予以放大，再經微處理器以預設參數運算得到對應的夾緊力值；電源電路單元用以將外部供給的電源轉變為電源模塊所需的電源；信號傳輸單元為無線的射頻、藍牙、無線網絡或紫蜂，或信號傳輸單元為有線的異步傳輸標準接口或通用異步收發傳輸器以傳遞至控制或顯示設備；輸出入模塊為通用串行總線以供電池充電與韌體更新使用；陀螺儀用以偵測螺栓夾緊力傳感器旋轉的角度位移；記憶單元記憶校驗取得的各待鎖固的螺旋緊固件以及力感應模塊形變感測值以標準軸力計校驗得到的參數關系；警示單元為蜂鳴器或發光二極管燈號以提示信號強弱、電源狀態或使用狀態；電源模塊，為可充電電池，且電性連接信號處理模塊；固定座，其鎖固于傳感器本體，且以保護套將...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱秀鋒，朱育緯，
申請(專利權)人：中國氣動工業股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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