CN105320168B - 扭力控制方法及其扭力控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气动扭力工具的扭力控制方法及其扭力控制装置。扭力控制方法为：利用扭力控制装置连接在供气系统与气动扭力工具之间；在预设的操作与控制条件下，分别以可正常操作的最高与最低工作气压值驱动气动扭力工具进行输出扭矩的校验作业，以获得最大扭矩值与最小扭矩值；依据得到的最高工作气压值与最低工作气压值以及最大扭矩值与最小扭矩值建立气压与对应扭矩值的关系曲线；在该关系曲线上的最大与最小扭矩值范围内输入任一目标扭矩值，即可得到对应于该目标扭矩值的工作气压值，以驱动气动扭力工具进行锁紧作业，并于锁紧作业的起讫过程中，监控所有操作与控制条件，是否控制在预设的容许变异范围内，以达到控制输出扭矩的目的。

Description

扭力控制方法及其扭力控制装置

技术领域

本发明是有关于一种气动扭力工具的扭力控制方法及其控制装置，特别是有关于一种在预设的操作与控制条件下，依据预先建立的气压与扭矩的对应关系，以进行控制输出扭矩的一种扭力控制方法及其控制装置。

背景技术

在扭力工具的使用上，所有以压缩空气驱动的扭力工具，例如气动冲击式板手、气动油压脉冲式板手、气动齿轮式倍力板手、气动离合器式起子等气动扭力工具，都会因测试或使用的过程中，工作气压的不稳定而影响测试或使用的结果。传统气动扭力工具通常以调节驱动气动扭力工具使用的压缩空气压力或气流量来做扭力的控制。由于驱动气动扭力工具使用的压缩空气会随着工作场所空压系统的供气能力以及工具的扭力驱动机构、工具的耗气量等因素影响，导致输出扭力的大小难以控制。

传统冲击式扭力工具，大多是通过调整供气压力与气流量的大小或加上控制锁紧时间的长短以达输出扭力的控制。然而，由于锁紧过程中的工作气压的不稳定，直接影响进入工具气流量的大小，而导致输出扭力的误差极大。即使在工具装上扭力检测装置，也因冲击产生的振频与震幅，使得信号难以分析以致无法有效地控制输出的扭力。

传统油压脉冲式扭力工具通常利用调整工作气压以及油压缸内油压压力的大小来控制输出的扭力。虽较前者有较好的扭力控制精度，但也会因为锁紧过程中，工作气压的不稳定，直接影响进入工具气流量的大小或因油压缸的结构特性与内部液压油在连续工作时，产生的温升等因素，都限制了扭力的调整范围与扭力控制的精度。

静力式扭力工具系以气动马达加上行星齿轮与反作用力臂(Reaction Arm)等的机构做扭力的放大。控制精度较高，但因锁紧时间长，不但速度慢以致工作效率较差，加上工具较重，容易导致作业人员疲劳。

而离合器式扭力工具则是以气动马达加上行星齿轮减速机构，再以弹簧顶紧离合器的张力大小做扭力控制的工具，控制精度尚可，只是，当工具停止时，工具的输出扭力越大，产生的反作用力越大，使得工具难以长久握持，甚至作业人员容易疲劳或导致手肘关节症等职业伤害的问题。因此，长久以来，业者无不戳力研发，希望能利用上述各式工具的优点，设法加上各式的扭力感应与控制装置，以提升输出扭力的控制精度。

有关扭力工具的扭力控制装置与方法，不胜枚举，通常是通过压力(气压、油压)、流量(工具的耗气量)、扭转出力轴产生的形变、角度或电磁感应线圈等的扭力检测装置或以弹簧张力搭配离合器的扭控装置，甚至用锁紧时间的长短等，来尝试各种扭力的控制。但始终难有显著的效果。

综上所述，扭力工具大多在工具输出轴等适当位置加装的形变感应装置(如应变规或电磁感应线圈等)检测的形变信号，或侦测螺栓与被锁件贴面后起算的角度位移(使用如陀螺仪等装置)，搭配锁紧的时间或进入工具驱动马达的气缸流量或进气压力的大小，来达到扭控的目的。其中，冲击式或油压脉冲式等气动扭力工具的冲击产生的脉波信号紊乱，加上锁紧速度快以致锁紧过程时间极短，而使得扭矩难以控制。此外，装设的各种电子检测装置所测得的检测信号，要传递到工具内建或外接的控制装置，做实时切断气源动力的动作，都必然会遭遇到微处理器等电子组件与电磁阀等机械控制组件相互之间的信号传递时，机构反应速度上的迟滞等问题而影响到扭力控制的精度；再加上，结合件与被锁件的条件，诸如，材质、表面粗度、软硬结合、表面润滑等条件；甚至操作人员锁紧过程中，工具握持的姿势等，也都会直接或间接影响扭力控制的精度。

有鉴于此，本发明人依多年来从事此类扭力控制产品的经验，继先前已获得的「以具有抗振作用的工具扭力感应与控制装置」(美国公告号为US7779704)、「可控制与追踪测量锁紧扭矩及锁紧力的装置及相关方法」(中国发明专利ZL 201210011877.1)、「动力锁紧工具的扭矩控制装置及其控制程序」(台湾公告号为I396609)以及「冲击式气动扭力扳手的扭矩控制装置」(台湾公告号为I432293)，更深入了解冲击式与油压脉冲式等扭力工具的操作特性，再经多方实验的数据验证，本发明的发明人进而设计一种扭力控制方法及其控制装置，针对现有技术的缺失加以改善，以增进产业上的有效利用，从而使长久以来困扰业界，最难克服的气动冲击与脉冲式扭力扳手的扭力控制和扭力的检测，得以更加容易且稳定地控制在理想的精度范围。

发明内容

根据本发明的目的，提出控制气动扭力工具输出扭矩的方法，以应用于各类型的气动扭力工具，尤其是冲击式或脉冲式的气动扭力工具，始终无法有效控制输出扭矩的问题，其包含下列步骤：自气压系统连接气压管路至扭力控制装置，依据工具与待锁紧的结合件特性及预设的操作条件，以输出稳定的工作气压至气动扭力工具；气动扭力工具以可正常操作的最高工作气压值及最低工作气压值分别驱动气动扭力工具，在锁紧作业前，先进行输出扭力的校验作业，并依据校验所得的最大扭矩值及最小扭矩值与分别对应的最高工作气压值与最低工作气压值，建立气压与扭矩的对应关系曲线；依据此气压与扭矩的对应关系曲线，输入一介于最大扭矩值与最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作气压，并以该工作气压驱动气动扭力工具进行锁紧作业。

较佳地，更可包含下列步骤：利用扭力检测装置，在进行锁紧作业前，先分别测得该工具在可正常操作的最高与最低工作气压下的输出扭矩值，并传输至扭力控制装置；且利用扭力控制装置的气压压力传感器，以获得校验过程中气压的变化，并连同检测的扭矩值一并储存至扭力控制装置的记忆单元。

较佳地，更可包含下列步骤：利用扭力校验工具，以校验锁紧作业后的结合件的扭矩值，并输入至扭力控制装置；同时，利用扭力控制装置的气压压力传感器，以获得锁紧过程中气压的变化，并连同校验取得的扭矩值一并储存至扭力控制装置的记忆单元。

较佳地，更可包含下列步骤：重复进行多次的扭力校验作业，以获得多组的最大扭矩值、最小扭矩值、最高工作气压值与最低工作气压值；分别累计并平均多组的最大扭矩值、最小扭矩值、最高工作气压值与最低工作气压值，并依据平均后的最高工作气压值与最低工作气压值以及对应的最大扭矩值与最小扭矩值，建立气压与对应扭矩值的关系曲线。

较佳地，更可包含下列步骤：在输入修订的扭矩值后，原目标扭矩值所依据的气压与扭矩的对应关系曲线，则依该修订扭矩值大于或小于原目标扭矩值而做向上或向下的偏移；再依据修订后的气压与扭矩的对应关系曲线，重新输入目标扭矩值，以获得新的工作气压，再利用此工作气压驱动气动扭力工具进行锁紧作业，锁紧后再次校验锁紧扭力以确定是否达到预期的控制范围。

较佳地，更可包含下列步骤：监控锁紧开始与结束过程中气压的压降变化；在压降超出容许变异范围时，控制切断输出至气动扭力工具的气源，或透过显示单元提出警示。

根据本发明的目的，另提出一种扭力控制装置，其主要为连接在气压系统与气动扭力工具之间。扭力控制装置包含进气压力监控模块、气压调节模块、电磁阀、第三气压压力传感器、记忆单元、显示单元、输出输入设备、警示装置、电源装置及微处理器。进气压力监控模块控制自气压系统进入扭力控制装置的空气压力，或当自气压系统进入扭力控制装置的空气压力超出上限时发出警示信号。气压调节模块调节输出至气动扭力工具的气压值。电磁阀开启或切断输出至气动扭力工具的气源。第三气压压力传感器设置在电磁阀与气动扭力工具之间，在锁紧开始与结束过程中，检测输出至气动扭力工具的气压变化。记忆单元储存气动扭力工具在稳定的气压下进行校验作业所获得的气压值及扭矩值，其中气压值包含最高工作气压值与最低工作气压值，扭矩值包含对应于最高工作气压值的最大扭矩值与对应于最低工作气压值的最小扭矩值。微处理器依据最高工作气压值与最低工作气压值以及对应的最大扭矩值与最小扭矩值，建立气压与扭矩的对应关系曲线，且依据该关系曲线于作业人员输入一介于最大扭矩值与最小扭矩值之间的目标扭矩值时，获得对应于该目标扭矩值的工作气压，通过驱动气动扭力工具进行可扭控的锁紧作业。输出输入设备用于系统内各扭矩设定值、形变检测值、目标扭矩值以及与控制有关的信号等的传输。显示单元，其用于显示气压与扭力单位、目标扭矩值与对应的工作气压、锁紧次数以及锁紧作业是否OK或NOK等。警示装置根据微处理器运算、判定的结果，以灯号或声响提出警示。电源装置则以电性链接扭力控制装置内的各控制组件。

其中，气压调节模块如采自动调压模块时，则更包含气压比例控制阀、第二气压压力传感器与气压压力控制阀，第二气压压力传感器，则介于气压比例控制阀与气压压力控制阀之间，根据微处理器内建的最高工作气压与最低工作气压和分别校验得到的最大扭矩值及最小扭矩值，所建立的气压与输出扭矩的对应关系曲线，当作业人员输入其间的任一目标扭矩值时，微处理器依第二气压压力传感器感测的气压值，以指令操控气压比例控制阀将气压压力控制阀输出至电磁阀的气压自动调节至该对应的工作气压，以达到自动调压的功能。其中，气压调节模块如采手动调压阀时，则通过装设在电磁阀与气动扭力工具之间的第三气压压力传感器，以侦测工具启动前后的气压压降，并根据显示单元提示的对应于目标扭矩值的工作气压，通过手动调压阀调至该对应的工作气压。

其中，微处理器更可在扭力工具启动前后，根据各气压压力传感器侦测回馈的气压压差，以及锁紧终了时的气压是否稳定在容许的变异范围等，以及时透过显示单元或警示装置提示作业人员。以确保该工具在稳定的工作气压下，进行可以正确控制输出扭矩的锁紧作业。

其中，微处理器可依据作业人员依照扭力校验后输入的修订扭矩值，自动调整原先建立的气压与扭矩的对应关系曲线，并依据修正后的气压与扭矩的对应关系曲线，再次输入目标扭矩值，以获得新的工作气压，再利用该工作气压驱动气动扭力工具进行锁紧作业。

本发明的扭力控制方法及其扭力控制装置，利用冲击式及油压脉冲式扭力工具，「以同一工具，在一预先设定的操作条件下，诸如；同样的工具气流量与同样的锁紧时间，且在稳定且全程受监控的气压条件下，会输出同样稳定的扭矩」的特性，在实施锁紧作业前，先利用扭力检测装置校验并建立『该工具在已知与预设的操作条件下的工作气压与输出扭矩值的关系曲线』。而在实施锁紧作业后，再次校验锁紧扭力是否在预设范围内，必要时可实施上述的扭力修订作业，务求达到锁紧扭力可控制得更精确的锁紧作业，使此类扭力工具的扭力控制，不再需要一昧追求扭力工具本身的扭控相关机构的制造精度或加装的各种传感装置，而仅需凭借本发明的扭力控制方法及其控制装置，即可轻易将此类冲击或脉冲式扭力板手的锁紧作业，做到比任何已知的控制技术，更经济、可靠、有效的控制。

附图说明

图1为本发明的扭力控制方法的步骤图。

图2a为本发明的扭力控制方法的气压与检测信号关系实验图。

图2b为本发明的扭力控制方法的气压与检测信号关系实验图。

图2c为本发明的扭力控制方法的气压与检测信号关系实验图。

图2d为本发明的扭力控制方法的气压与检测信号关系实验图。

图2e为本发明的扭力控制方法的气压与检测信号关系实验图。

图3为本发明的扭力控制方法的气压与扭矩的对应关系曲线示意图。

图4为本发明的扭力控制装置的一实施例的框图。

图5为本发明的扭力控制装置的一实施例的操作示意图。

图6a为本发明的扭力控制装置的一实施例的气压与扭矩的对应关系曲线调整示意图。

图6b为本发明的扭力控制装置的一实施例的气压与扭矩的对应关系曲线调整示意图。

图7为本发明的扭力控制装置的另一实施例的框图。

具体实施方式

为方便贵审查委员了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的功效，现将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图示，其主旨仅为示意及辅助说明之用，未必为本发明实施后之真实比例与精准配置，故不应就所附之图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

请参阅图1，其为本发明的扭力控制方法的实施步骤图。如图所示，本发明的扭力控制方法包含下列步骤：(S11)自气压系统连接气压管路至扭力控制装置，依据工具与待锁紧的结合件特性及预设操作条件，以输出稳定的工作气压至气动扭力工具；(S12)依据锁紧过程中，气动扭力工具在稳定供气条件下，而可正常操作的最高工作气压值及最低工作气压值分别驱动气动扭力工具，在锁紧作业前先进行输出扭力的校验作业；(S13)依据校验所得的最大扭矩值及最小扭矩值与分别对应的最高工作气压值与最低工作气压值，建立气压与扭矩的对应关系曲线；(S14)依据气压与扭矩的对应关系曲线，输入介于最大扭矩值与最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作气压，并以该工作气压驱动气动扭力工具进行锁紧作业。

也就是说，先依据气动扭力工具与结合件的特性，选定气动扭力工具的气流量(冲击式板手)或油压缸油压压力(油压脉冲式板手)，并在扭力控制装置上设定操作与控制条件，诸如；各气压压力传感器的气压压降容许范围、锁紧终了时的工作气压容许变异范围、目标扭矩值的判定合格范围、判定工具实打或空打的压差范围以及该锁紧作业开始与结束所需时间秒数等。接着，在工作气压稳定可使工具正常操作的范围内，分别以最高工作气压值与最低工作气压值，驱动气动扭力工具，通过扭力检测装置直接锁紧结合件以量测对应的扭矩值，并自动将锁紧开始与结束过程的气压变化数据，同步传输至扭力控制装置，予以储存；或驱动气动扭力工具，通过扭力计于锁紧作业前先进行工具的输出扭矩能力的校验作业，以获得对应之最大扭矩值及最小扭矩值。再在锁紧后，通过数字式扭力板手等扭力校验工具将校验测得的扭矩值，输入至扭力控制装置，予以修正调整原先建立的气压与扭矩值的关系曲线，并予以储存。扭力控制装置的微处理器则可依据最高工作气压值与最低工作气压值以及分别对应的最大扭矩值及最小扭矩值，建立气压与扭矩的对应关系曲线。接着，可通过扭力控制装置输入介于最大扭矩值与最小扭矩值之间的任一目标扭矩值。微处理器即可依该气压与扭矩值的对应关系曲线，运算得到对应该目标扭矩值的工作气压值，再利用自动或手动的调压方式调妥工作气压，以驱动气动扭力工具进行实际的锁紧作业。其中，气压与扭矩的对应关系曲线，即如图3所示。

下文中，将先就本发明的原理加以说明。

转动惯量也称惯性矩(Moment of Inertia)，为物体对旋转运动的惯性。

经比较直线运动与旋转运动得

F＝m*a＝m*dv/dt (式1)(直线运动)

Τ＝Ι*α＝Ι*dω/dt (式2)(旋转运动)

其中，T：Torque扭矩(N*m)，Ι：转动惯量或惯性矩(Kg*m²)(旋转机构加输出轴加套筒)，V：速度(m/s)，α：角加速度(rad/s²)，ω：角速度(rad/s)，比较(式1)与(式2)，可发现两者很类似。

v＝rω (式3)

I＝mr² (式4)

Τ＝rF＝r m*dv/dt＝＝mr ²dω/dt＝Ι*α

(式2)是由(式3)和(式4)演算得来。就冲击式气动板手而言，气动马达带动冲击机构和锤块旋转一圈(或半圈)时，锤块撞击输出轴(Anvil)后停止(角速度＝0)，dω＝ω–0＝ω。旋转动能扣除碰撞时产生的热能后，几乎全数转换成敲击动能。冲击机构撞击输出轴(Anvil)的碰撞时间dt，与扭力成反比，换言之，同样的角速度下，碰撞时间越短，产生的扭力越大。然而碰撞时间端视机构的设计而定，在一定碰撞力量范围下，碰撞时间dt可以视为常数。

因此(式2)Τ＝Ι*α＝Ι*dω/dt，扭力正比于角加速度α，对冲击式板手而言，因为撞击瞬间角速度变成0，dω＝ω–0＝ω，因此可以将碰撞时间dt视为常数C，从而(式2)：Τ＝Ι*α＝Ι*dω/dt可以修改成：Τ＝m*ω(rpm)*C。

换言之，冲击板手输出轴的扭力，和冲击机构与锤块的质量m以及旋转速度ω(rpm)成正比。就一支冲击板手而言，冲击机构与锤块的质量m是一个固定量。气动马达所带动冲击机构与锤块的旋转速度ω(rpm)尚未达到最高转速以前，机构的旋转速度ω(rpm)和气压，流量成正比(气动马达)。对电动马达而言，机构的旋转速度ω(rpm)和电压(V)，电流(I)成正比P＝I*V。

由上述可知，气动扭力板手的输出扭力皆正比于工作气压，只要确保锁紧过程中的工作气压能够稳定控制在一容许的变异范围内，即可控制输出的扭力在目标范围内。

所谓扭力工具的扭力控制，其实只能控制扭力工具的输出扭力。由于各式结合件材质与表面状况不一，施加同样的扭力，却有可能得到不同的锁紧扭力或夹紧力。谨以下述说明：(式5)T＝K X D X W，其中，T：扭力，D：螺丝或螺栓的称呼直径(mm)，W：螺丝或螺栓的轴向力(N)，K：扭力系数。扭力系数K是关键的参数，主要是螺纹与承受面上的摩擦。K＝K1+K2+K3，其中，K1代表在螺帽或螺栓承受面上的摩擦扭力系数，大约占总扭力系数K值的50％；K2代表螺纹牙腹间接触面上的摩擦系数，约占总扭力系数K值的40％；K3代表使螺栓拉伸所产生的扭力系数，约占总扭力系数K值的10％。

有鉴于此，本发明的扭力控制方法，除了精确控制扭力工具的输出的扭力，更容许使用者，依使用的结合件的不同情况，在扭力校验时，进行微调，以符合实际的需要。

请参阅图2a-2e，其为本发明的扭力控制方法之气压与检测信号关系实验图。本发明人亦利用NI脉冲分析仪(使用软件为NI LABVIEW Signal Express，使用硬件为NI cDAQ-9172)测得的脉冲式扭力板手，在一固定的工具耗气量下、以同样的锁紧时间以及在稳定且全程受监控的气压条件下，如85磅每平方英寸(psi)，打出的脉冲图形观察得知，其显示的振幅(magnitude)有一稳定的高度(1.3m)，且可判定该气压下的振幅高度，相当于多大的扭力。而再以另一稳定的较低气压条件下，如35psi，打出的脉冲图形观察得知，也显示一样稳定的结果(650μm)，或者是，在85至35磅每平方英寸(psi)的气压范围内，如施以55及65磅每平方英寸(psi)气压也显示具有稳定的振幅高度(900μm及1.05m)。其中，Y轴在NI的脉冲分析仪上测得的是应变值(Strain Value)，可转换为扭矩值。X轴是打击时间(工具系以不同气压但同样的打击时间锁紧结合件)。简而言之，在固定的工具耗气量以及稳定的工作气压压力下，只要施予工具的最高、最低工作气压能稳定控制在预设的容许变异范围内，所得到对应的高、低振幅的高度有着极接近线性的气压与扭矩关系，如图2e所揭示的L_S。

根据上述的理论与实验数据，证明了以气动扭力工具施加扭矩于一结合件(软结合件或硬结合件)时皆具一特性；即，以同一支气动扭力板手，在选定的工具气流量下、以同样的锁紧时间以及同样稳定的工作气压条件下，对软硬结合件，都会得到同样接近的输出扭矩值。也就是，气动扭力板手，只要结合前述的扭力控制装置，在锁紧的全部过程中，监控工作气压的压降(％)，使其维持在稳定的变异范围，即可将输出扭力控制在一定的目标范围内。从而，本发明人认为只要在选定的工具气流量下、以同样的锁紧时间，且在锁紧的全部过程中，进行工作气压的监控，以可维持稳定的最高、最低工作气压进行锁紧后，经分别量测最高与最低工作气压值下，所对应的最大与最小输出扭矩值，即可建立一极接近线性的气压与扭矩的对应关系。在最大与最小的扭矩范围内，可任意输入目标扭矩值，本发明的扭力控制装置的微处理器，立即依内建的气压与扭矩的对应关系，运算出所对应的工作气压，以驱动工具进行锁紧作业，并于达到设定的时间切断气源，使气动扭力工具停止。如此，即可使输出的扭力，控制在预设的容许范围内，而不需再顾虑控制或传感组件间，因信号传递迟滞造成反应不及而影响控制精度等的问题。然而，因诸多因素的影响，如使用的套筒与螺栓等结合件的间隙、工具握持的方式以及结合见的状况等，以致校验所得到的扭矩值与气压值并非呈现完全线性的关系。在实际应用上，则可将线性上下的偏移量，视为控制之误差值，最终仍然可以得到满意的扭力控制精度。

请参阅图4，其为本发明之扭力控制装置的一实施例的框图。如图所示，本发明的扭力控制装置2主要为装设在气压系统1与气动扭力工具3之间。扭力控制装置2包含了进气压力监控模块21、气压调节模块22、电磁阀23、第三气压压力传感器24、记忆单元28、微处理器25、输入输出模块26、显示单元27、警示模块29及电源模块20。

其中，进气压力监控模块21可为气压限压阀211，其将气压系统1输入的气压限制在预设气压范围内(如100psi以内，视控制装置内各气压组件的耐压条件而选择)，以保护各相关气压组件；或者是，第一气压压力传感器212，当其侦测压力过大时，可使电磁阀23关闭以停止供气，而可以保护各相关气压组件，或是利用警示模块29发出警示信号。

其中，气压调节模块22可为自动调压模块221，其中包含了气压比例控制阀2211、第二气压压力传感器2212以及气压压力控制阀2213。自动调压模块221依微处理器25通过内建的工作气压与对应扭矩值的关系曲线，当作业人员输入介于最大与最小扭矩值之间的任一目标扭矩值T_X时，自动将工作气压调节至对应于该目标扭矩值T_X的工作气压P_X；或者是一手动调压阀222，由作业人员依显示单元提示的气压，以手动方式调节至对应于该目标扭矩值T_X的工作气压P_X。

详细来说，气压比例控制阀2211的功能就是依微处理器的指令与第二气压压力传感器2212所感测的压力，将输入的电压(或电流)以成比例(Proportional)的方式，将来自气压系统1的进气压力，以增压或泄压方式调节气压压力控制阀2213输出至电磁阀23的压力，而达到自动调压的目的。

第三气压压力传感器24设置在电磁阀23与气动扭力工具3之间，以侦测输出至气动扭力工具3的气压是否维持在稳定的气压变异范围内，以确保气动扭力工具3的工作气压，在锁紧全程中都控制在一个预设的容许范围内。通过上述组件的运作，因此可有稳定、可控制的气压输入气动扭力工具3，从而气动扭力工具3才得以输出稳定且可控制的扭力。

请配合参阅图5，其为本发明的扭力控制装置的一实施例的操作示意图。相关流程如下所示：

(S41)依据工具及结合的套筒与待锁紧的结合件的特性，预先设定相关的操作条件。其中，预设的操作条件，例如选择气流量大小、锁紧开始与结束的时间、最高工作气压较系统气压的压降比率、实际工作气压与空打时的压差比率、锁紧终了时，实际工作气压的容许变异范围及目标扭矩值的合格与否的判定范围等，其皆可在正式进行锁紧作业前，依工具、结合件与被锁紧件的条件而弹性设定。

(S42)以最高工作气压驱动气动扭力工具3在扭力检测装置上测得最大扭矩值。举例来说，按下输入输出模块26的「T_H设定钮」(未绘示于图中)。此时，微处理器25控制气压调节模块22自动调压至可稳定维持的最高气压，待警示模块29提示调妥后，启动气动扭力工具3驱动套筒进行扭力校验，此时微处理器25会以最高工作气压值P_H来驱动气动扭力工具3。同时将工具开始与结束的气压值连同检测的扭矩值一并储存至记忆单元28以作为最大扭矩值T_H。

(S43)以最低工作气压驱动气动扭力工具3在扭力检测装置上测得最小扭矩值。举例来说，按下输入输出模块26的「T_L设定钮」(未绘示于图中)。此时，微处理器25控制气压调节模块22自动调压至预设的最低气压，待警示模块29提示调妥后，启动气动扭力工具3驱动套筒进行扭力校验，此时微处理器25会以最低工作气压值P_L来驱动气动扭力工具3。同时将工具开始与结束的气压值连同检测的扭矩值一并储存至记忆单元28以作为最小扭矩值T_L。

(S44)建立气压与扭矩的对应关系曲线。由于记忆单元28已储存前述的最高工作气压值P_H、最低工作气压值P_L以及对应于最高工作气压值P_H的最大扭矩值T_H及对应于最低工作气压值P_L的最小扭矩值T_L，因此微处理器25可据以建立一极接近线性的气压与扭矩的对应关系曲线。

(S45)输入目标扭矩值，以进行实际锁紧作业。即，输入介于最大扭矩值T_H及最小扭矩值T_L之间的目标扭矩值T_X，本发明的扭力控制装置2的微处理器25，立即依此内建的气压与扭矩的对应关系曲线，运算出所对应的工作气压，并于显示单元27与警示模块29提示对应的工作气压，由作业人员以手动调压阀222或由微处理器25指令自动调压模块221，将气压调至对应目标扭矩值T_X的工作气压值P_X。如第3图所示。因此，可启动气动扭力工具3进行锁紧作业，微处理器25可在达到预设的时间时，控制电磁阀23切断气源，使工具停止，完成结合件的锁紧作业。

值得一提的是，流程(S42)、(S43)中，最大扭矩值T_H与最小扭矩值T_L的扭矩值系可利用扭力检测装置4而获得。举例来说，扭力检测装置4可为一般常用的扭力校验工具，例如数字显示扭力板手或扭力计；也可为内建或外挂在气动扭力工具3出力端的扭力传感器，以有线或无线的方式，将检测信号传输至扭力控制装置2。上述中的流程(S42)、(S43)可重复的进行多次，以获得多个最大扭矩值T_H与最小扭矩值T_L及其分别所对应的最高工作气压值P_H与最低工作气压值P_L，此时微处理器25分别将各数值进行累加及平均，以利用平均后的最大扭矩值T_H、最小扭矩值T_L、最高工作气压值P_H与最低工作气压值P_L，来建立气压与扭矩的对应关系曲线，从而可获得更准确的气压与扭矩的对应关系曲线。

请配合参阅图6a-6b，其为本发明的扭力控制装置的一实施例的气压与扭矩的对应关系曲线调整示意图。作业人员可利用其惯用的或较信任的扭力校验工具来校验锁紧后的扭力，经其校验得到的扭矩值，如与目标扭矩值T_X有较大差异，可按输入输出模块26的「修正键」(未绘示于图中)，输入其校验的扭矩值并予储存于记忆单元28内，则微处理器25将依修订扭矩值T_XI，自动调整气压与扭矩的对应关系曲线L_S(调整后的气压与扭矩的对应关系曲线为L_M)，同时显示新设的可控制的扭矩范围(调整后的最大与最小扭矩值T_H’，T_L’之间的扭矩范围)。简单来说，当输入的修订扭矩值T_XI小于目标扭矩值TX时，气压与扭矩的对应关系曲线会向下偏移修正(如图6a所示)，而当修订扭矩值T_XI大于目标扭矩值T_X时，气压与扭矩的对应关系曲线会向上偏移修正(如图6b所示)。待重新输入目标扭矩值后，在新修订的关系曲线L_M上，会得到一新的对应工作气压P_XI。以此新的工作气压值P_XI驱动气动扭力工具3进行锁紧后，得视需要再行校验，以确定是否得到正确的目标扭矩值。

值得一提的是，锁紧过程中，如侦测到气压超出预设的容许变异范围，扭力控制装置2实时利用警示模块29提出警示或控制电磁阀23切断气源供应，待气压恢复至稳定的气压范围时，方可再进行锁紧作业。另外，容许变异范围的设定，其系关系着实际锁紧作业时扭矩值的精准度。简单来说，容许变异范围愈大，则扭力控制的精准度愈差。

请参阅图7，其为本发明的扭力控制装置的另一实施例的方块图。如图所示，为实际运用或成本之考虑，本发明的扭力控制装置2，可省却前述之进气压力监控模块21，且将气压调节模块22设置为手动调压阀222，并仅在电磁阀23与气动扭力工具3之间设置第三气压压力传感器24。举例来说，微处理器25依输入的目标扭矩值与内建的气压与扭矩的关系曲线，运算得到对应的工作气压。透过显示单元27提示后，作业人员采手动方式，以手动调压阀222进行调压，直到调妥后，警示模块29则以灯号或声响提示作业人员可进行锁紧。

另由实测验证，工具空打或实际进行锁紧结合件，各气压压力传感器测得工具启动与终止时，检测到的气压压降，依各式工具耗气量的不同皆有着明显的差距。亦即，空打时的压降幅度较实打大一定的比率。据此，微处理器25即可在进行最大或最小扭力校验前，启动气动扭力工具3(此时，暂不驱动套筒进行锁紧作业)至到自动停止时，所检测到启动前后的气压与校验最大或最小扭力时测得的锁紧起讫前后的压降，分别予以记忆、储存，即可依此数据，判定锁紧过程中，工具是空打或实际进行锁紧，以供正确的判定与统计之用。

综上所述，本发明的发明人突破传统扭力工具业者对扭力控制方法的思维。工具的结构与制造组装的精度，对扭力的控制而言，并无绝对的影响。一般以调节通过工具的气流量大小以及控制打击的时间，或简易的压力控制，都无法达到满意的结果。尤其是冲击或脉冲式的扭力工具，即使装设了扭力传感器，由于脉冲产生的信号不稳定而难以侦测，更困难的是，各种类型的结合件与被锁紧件，无论是材质、硬度、表面粗度、螺旋结合面的处理条件以及结合件与被锁紧件之间，因使用的垫圈材质、结合面的结构与螺栓锁紧的顺序等软硬结合的问题等，对最终的锁紧扭力或夹紧力(Clamping Force)的控制精度而言，其影响都远大于对工具本身制造质量或精度的要求。

本发明最大的特点乃在于充分了解冲击或脉冲式扭力工具的脉冲信号与扭矩间的关系特性，掌握脉冲信号采集的技术，排除电讯传递时的干扰，确实在锁紧作业前，针对各锁紧作业使用的结合件与被锁紧件的特性，利用扭力控制装置，先行校验并建立该工具可正常操作的最高与最低工作气压与分别相对应的最大和最小输出扭矩值的关系曲线。然后，在最大和最小扭矩值范围内，可输入任一目标扭矩值，微处理器则提示对应该目标扭矩值的工作气压于显示单元，由作业人员用手动调压阀或由微处理器指令自动调压模块自动将气压调妥后，可进行锁紧的灯号亮起，即能进行可扭控的锁紧作业。即使使用的工具装置了扭力传感器(Torque Transducer)，微处理器也仅将传递来的检测信号做为扭力校验的参数。在扭控作业上，仍在预先建立的工作气压与对应的输出扭矩值的关系曲线上，藉已知的该目标扭矩值需要多大的工作气压来驱动工具，并在锁紧作业开始与结束的全部过程，根据预设的操作与控制条件来监控气压的压降与锁紧终止时的气压是否在容许的变异范围，即可达到扭控的目的。实际上，扭力传感器仅于正式锁紧作业前做为校验用。并不建议在锁紧作业进行中，外挂或内建于工具，不但可以有效延长扭力传感器(TorqueTransducer)的使用寿命，更大大降低了电控组件昂贵的维修成本。此外，也不再需要使用昂贵的附加扭力传感器的工具，更彻底解决了冲击或脉冲式扭力工具无法有效控制输出扭力的问题。

本发明提出的一种扭力控制的方法及其扭力控制系统，在利用其所界定的技术特征的条件下，任何的气动扭力工具都可达到精确的扭力控制。本发明的扭力控制方法及其扭力控制装置强调：在锁紧持续的时间内，除了保持稳定的工作气压条件下，经预先校验得到该工具可正常操作的最高与最低工作气压与对应的最大与最小输出扭矩值的关系范围内，得以任意输入需要的目标扭矩值，由微处理器提示对应的工作气压，再以手动或自动调压方式调至正确气压后，以驱动工具进行锁紧。而输出扭力的控制精度，则可以依需要的精度去调整『可容许的工作气压变动范围』，也容许使用者，根据校验所测得的实际扭矩值，自行修正前述的气压与扭矩的关系曲线，以进行扭控的锁紧作业。

本发明的扭力控制的方法及其扭力控制装置，如应用于扭力检测设备，也大大解决了测试结果的争议。传统的扭力测试设备，测试时，气动扭力工具的供气管路与扭力计之间并无任何的连接，即；扭力计如为传统油压式，油压表显示油压大小，再由检测人员根据油压与扭力的对照表来读取扭矩值；如为数字式装设有扭力检测组件的扭力计，仅与一显示器做电性链接来显示测得的扭矩值。然而，往往测试中的工具，因气压系统供气的不稳定，直接影响到工具输出扭力的测试结果。本发明的扭力控制系统即可轻易解决此一问题。将待测试的工具气源通过本发明的扭力控制装置，而于测试开始与结束过程，全程监控气压的变化，是否在同一预设的测试条件范围。通过此一装置可同时采集气压压力传感器的开始与结束气压的信号以及扭力检测组件形变的扭矩信号。使测试结果得以正确地呈现，避免争议。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种扭力控制方法，以应用于气动扭力工具的锁紧作业，其特征在于，包含下列步骤：

自气压系统连接气压管路至扭力控制装置，依据工具与待锁紧的结合件特性及预设的操作条件，以输出稳定的工作气压至所述气动扭力工具；

依据所述气动扭力工具可正常操作的最高工作气压值与最低工作气压值分别驱动所述气动扭力工具，在锁紧前先进行输出扭力的校验作业；

依据分别校验所得的最大扭矩值及最小扭矩值与对应的所述最高工作气压值与所述最低工作气压值，建立气压与扭矩的对应关系曲线；以及

依据所述气压与扭矩的对应关系曲线，输入介于所述最大扭矩值与所述最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作气压值，并以所述工作气压值驱动所述气动扭力工具进行锁紧作业，在锁紧作业的开始与结束过程中，将工作气压控制在预设的容许变异范围内，以达到控制扭矩的目的。

2.如权利要求1所述的扭力控制方法，其特征在于，所述的输出扭力的校验作业，还包含下列步骤：

用所述气动扭力工具驱动扭力检测装置，通过所述扭力控制装置在校验作业的锁紧过程中，同时采集气压压力传感器检测的压力信号与所述扭力检测装置检测的扭矩信号，一同储存至所述的扭力控制装置的记忆单元，用来建立所述气动扭力工具在可正常操作下的所述气压与扭矩的对应关系曲线。

3.如权利要求1所述的扭力控制方法，其特征在于，还包含下列步骤：

所述气动扭力工具直接对结合件进行锁紧后，再利用扭力校验工具以获得锁紧或松脱的扭矩值，并将扭矩值输入至所述扭力控制装置；以及

连同在锁紧作业的开始与结束过程中，通过所述扭力控制装置内气压压力传感器所检测的气压变化，一同储存至所述扭力控制装置的记忆单元，用来建立所述气动扭力工具在可正常操作下的所述气压与扭矩的对应关系曲线。

4.如权利要求2或3所述的扭力控制方法，其特征在于，还包含下列步骤：

可重复进行多次所述的输出扭力的校验作业，以获得在多组的所述最高工作气压值与所述最低工作气压值下，所分别对应的所述最大扭矩值与所述最小扭矩值；以及

累计并平均多组的所述最大扭矩值、所述最小扭矩值、所述最高工作气压值与所述最低工作气压值，以依据平均后的所述最大扭矩值、所述最小扭矩值、所述最高工作气压值与所述最低工作气压值建立所述气压与扭矩的对应关系曲线。

5.如权利要求1所述的扭力控制方法，其特征在于，还包含下列步骤：

输入修订扭矩值；

依据所述修订扭矩值，调整所述气压与扭矩的对应关系曲线，同时显示调整后的可控制的扭矩范围；以及

在重新输入所述目标扭矩值时，根据调整后的所述扭矩与工作气压的关系曲线，获得调整后对应于所述目标扭矩值的所述工作气压值，通过所述工作气压值驱动所述气动扭力工具进行锁紧作业。

6.如权利要求1所述的扭力控制方法，其特征在于，还包含列步骤：

在锁紧或扭力校验的过程中，全程监控工具开始与结束的气压压力变化；以及

在气压压降超出容许变异范围时，通过警示装置提出警示，或控制切断输出至所述气动扭力工具的气源。

7.一种扭力控制装置，其连接在气压供气系统与气动扭力工具之间，其特征在于，包含：

进气压力监控模块，其可选择性装设气压限压阀或第一气压压力传感器，当装设为所述气压限压阀时，其控制自气压系统进入所述扭力控制装置的空气压力，当装设为所述第一气压压力传感器时，在进气超出所述扭力控制装置的压力上限时，提出警示，以保护所述扭力控制装置内各相关气压组件与气动扭力工具；

气压调节模块，其可选择性装设自动调压模块或手动调压阀，以调节输出至所述气动扭力工具的气压值；

电磁阀，其开启或切断输出至所述气动扭力工具的气压源；

第三气压压力传感器，其设置在所述电磁阀与所述气动扭力工具之间，在锁紧开始与结束过程中，用来检测输出的气压；

记忆单元，其储存所述气动扭力工具在能保持正常锁紧作业的稳定工作气压范围内，分别以最高工作气压值与最低工作气压值校验取得分别对应的最大扭矩值与最小扭矩值以及预设的操作条件，其中预设的操作条件为工具的气流量、油压脉冲工具的油压缸压力的大小、锁紧起讫的时间秒数、最高工作气压值较气压系统压力的压降比率、实际工作的气压与空打时的压差比率、锁紧终了时实际工作气压的容许变异范围以及目标扭矩值合格与否的判定范围；及

微处理器，其依据所述气动扭力工具在进行正式锁紧作业前，对同一规格、类型的结合件与被锁紧件进行校验的所述最高工作气压值、所述最低工作气压值、所述最大扭矩值与所述最小扭矩值，建立气压与扭矩的对应关系曲线，在正式进行锁紧作业时，根据所述最大扭矩值与所述最小扭矩值范围内输入的目标扭矩值，在所述气压与扭矩的对应关系曲线上，取得对应的工作气压值；透过气压调节模块调整气压后，再根据所述工作气压值来驱动气动扭力工具，以预设的操作条件对锁紧作业开始与结束全程监控气压的变化，并将作业状况及时提出显示或警示，当达到所设定的锁紧时间时，以指令通过所述电磁阀切断进气源，完成可控制扭力的锁紧作业。

8.如权利要求7所述的扭力控制装置，其特征在于，所述气压调节模块的所述自动调压模块还包含第二气压压力传感器，所述的第二气压压力传感器设置在气压比例控制阀与气压压力控制阀之间，及时提供感测的气压值予所述微处理器，于作业人员输入所述目标扭矩值时，根据运算所得对应的所述工作气压值，指令所述气压比例控制阀将所述气压压力控制阀的输出压力调节至所述工作气压值，以达自动调压的目的。

9.如权利要求7所述的扭力控制装置，其特征在于，当所述气压调节模块为手动调压阀时，则是当作业人员输入所述目标扭矩值时，根据显示单元上提示对应的所述工作气压值，以手动将气压调至所述工作气压值，进入预备进行锁紧作业的状态。

10.如权利要求7所述的扭力控制装置，其特征在于，所述的微处理器依据输入的修订扭矩值，修正并调整所述气压与扭矩的对应关系曲线，当作业人员重新输入所述目标扭矩值时，依据调整后的所述气压与扭矩的对应关系曲线，提示新的对应的所述工作气压值，再利用所述工作气压值驱动所述气动扭力工具进行锁紧作业。