TW200819252A - Screw tightening axial force control method by shock wrench - Google Patents

Description

200819252 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種著重於利用在使用衝擊式扳手鎖緊螺 栓之際衝擊所發生的衝擊資訊，以控制螺栓鎖緊體的轴力值 的方法。 【先前技術】 查螺栓鎖緊控制的第一課題為，鎖緊體應構成不低於鎖 緊體設計時所設定轴力的下限及高於其上限，然而，目前實 際上可說並無此種技術的存在公開。 現時，眾所周知的螺栓鎖緊軸力的控制方法，除了特殊 的方法之外，JIS B 1083「螺栓鎖緊通則」所定附帶條件的轉 矩法為主流，加上螺栓旋轉角法及轉矩梯度法的三種方法。 但實際上被普遍實施者可說僅為轉矩法。 螺栓旋轉角法，不但尚無實施方法的標準化，而且也未 見有使用工具的發展。轉矩梯度法則有設備上的困難，尚未 發展到一般採用。 至於已普及的轉矩法，即使可控制鎖緊轉矩值，但是， 鎖緊軸力的控制，除了 一部的工作場所之外，尚未成長到可 信賴的控制法為目前狀況。其理由為轉矩與軸力是成比例關 係，但做為其比例常數的轉矩係數係以鎖緊面的摩擦係數做 為主要因素來算出所致，而現時點，欲得知鎖緊體的鎖緊時 點的摩擦係數的真實值可謂不可能。 因此，轉矩法被認為係以已知鎖緊體的轉矩係數，並應 在控管該係數的條件下實施為要。如是之故，轉矩法的信賴 5 200819252 性可說是侷很於轉矩係數的管理體制完備的螺栓鎖緊職場實 施。 綜上結論，除非是轉矩係數在維持控管體制下的轉矩法 i 嫘栓鎖緊，或併用超音波螺栓轴力計的螺栓鎖緊，實施可信 _ 賴的螺栓鎖緊軸力的控制，在目前而言實無可能。 【發明内容】 本發明欲解決的課題： • 機械文明的發展是無止境的，確保安全性乃為最重要的 一件事，做為其基礎的重要課題之一為，開發信賴性高且能 簡單實施的螺栓鎖緊的軸力控制方法。 靜力螺栓鎖緊（利用靜態力量鎖緊螺栓）的軸力控制法 的發展目前呈停滯狀態，本發明人等的動機在為使用機械電 子型衝擊式扳手以控制螺栓鎖緊力的可能性，藉實驗加以探 索。 向來，衝擊式扳手被認為欠缺控制性，而此點被視為其 最大缺點。發明人等特使用機械電子型衝擊式扳手進行一連 胃串的實驗，以測定衝擊力所生成螺栓鎖緊轴力及衝擊力所產 生的衝擊資訊（轴力控制衝擊資訊），也進行必要的加工，而 就此等之間的關聯性加以檢討，結果，發現衝擊式扳手侧的 ’ 感應器所能採取的衝擊資訊與轴力的關聯具有十分的意義且 正確。 按使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊力的舉動，可說是由衝 擊式扳手側與螺栓鎖緊部件侧的瞬間性結合（千分之一秒内） 與能量傳達所成立，而第三者始無法參與。換言之，鎖緊動 200819252 作有其獨立性及弧立性。源於此，反作用力變成 手持進行大轉矩（扭矩）的鎖緊作業成為可能。小，使得 又，衝擊的瞬間性質可以數位計測讀取^而 標之順應鎖緊體的現實之正確軸力值的鎖緊作業吏本發明目 換言之，衝擊現象會同時發生所求的資料^成為可能。 事實提供。衝擊力的性質也帶有不合於強繹性理=成為既成 故必要有歸納法的理解。 之部份，

生

一連串的實驗所示數據為，由衝擊所致螺 ’與隨伴此同時發生的如下所述⑴至⑽的十=力的發 0)輸入能量⑹：㈣擊式扳手的衝擊作叫:擊資訊。 體的衝擊能量。由衝擊旋轅二螺栓鎖緊 後的角速度與慣性力矩算出體的衝搫前 ⑺動態轉矩(τ):由衝擊式扳手的衝擊作用：⑺ 體的轉矩。由衝擊旋轉體的衝2鎖緊 (減速度)與慣性力矩算出。單位二迷 /、旋旋轉角（全)(A):螺旋旋轉角（伸）⑷與螺旋旋轉角 (縮)之和。單位·· f度J 螺才疋旋轉角（伸）指由螺旋系的伸張所 發生的螺旋系的旋轉角度。 螺旋旋轉角（縮）指由被鎖緊部件的收 縮所發生的螺旋系的旋轉角度。 但在此所謂螺旋系係指螺栓與螺母或 7 200819252 取代該螺母的陰螺紋的組合之系統。 (4) 交點Pi座標值(Pxi，Pyi):設於所使用直交座標系座標 平面上的45度線與衝擊線的交點Pi的 座標值。 (5) 計測時間⑴:從螺栓鎖緊開始之時點之經過時間。單 位·· [cs] 〇 [cs]代表 centisecond(百分之一秒）。 (6) 正轉時間（t’）：從計測時間減去回彈時間的時間，單 位：[cs] (7) 正轉時間比(r):(正轉時間）/(計測時間） (8) 衝擊點（M):表示每次衝擊時在X轴上檢出的位置。通 過此衝擊點可繪出與縱轴平行的衝擊 線。 (9) 回彈角度(R):在衝擊式扳手的衝擊作用之後旋轉圓筒 構件（衝擊旋轉體)回彈的角度。單位： [度] 但回轉圓筒構件指由馬達驅動旋轉而 將衝擊力賦與被驅動軸（鈷頭）的構件。 (10) 脈衝數：指為實施後文將述的發明的最佳形態及第3 圖所示脈衝信號。將檢出的此脈衝信號 做為基礎可求得輸入能量、螺旋旋轉角 (全）、計測時間、正轉時間等值。 各資訊的計算公式如下所載： E = l/2xIx[(〇)m)2 — (ωη)2] 200819252 T =Ix(com - ωη)/ |tm - tn| (被鎖緊部件的收縮長 A=3 60 x [(螺检糸之延伸長度）+ 度）]/(螺栓之螺距） 式中，I，com，ωη，tm，tn代表下列内容： I:第1圖所示衝擊扳手等衝墼忒虹主a t 寻衡#式扳手的旋轉圓筒構件盥 轉子的慣性力矩加總合計值。 〃

〇>m:第13圖⑷'(b)所示旋轉圓筒構件剛 轴之前的角速度。 ωη :第13圖⑷、（b)所示旋轉圓筒構件剛要衝擊被驅動 轴之後的角速度的急衝值。發生回彈時叫=0。 tm:第13圖⑷、⑻所示旋轉圓筒的角速度為〜時的計 測時間。 tn :第13圖（a)、（b)所示旋轉圓筒的角速度為叫時的計 測時間。 又，輸入能量（E)、螺旋旋轉角（全)(A)、計測時間⑴、正 轉時間（t ’）及軸力（F)係指從螺栓鎖緊開始時點起所計累計 值。又，動態轉矩（T)、交點Pi座標值（Pxi，pyi)、回彈角度 ⑧係指每一次衝擊之值。又，利用衝擊式扳手的鎖緊過程中， 衝擊係間歇發生之故，從回彈發生時點開始的衝擊順序以附 加i字表示。 再者，請求項7所述的輸出能量E〇係指由於衝擊式扳手 的衝擊作用由螺栓鎖緊體所接受的能量，為自螺栓鎖緊開始 時點起的累計值。單位[J] 輪出能量的計算公式如下： 9 200819252 E〇 =1/2 xCxKxa2 在此，C，K，a表示下列内容·· C · 以（螺旋的螺矩）/360表示，而做為螺旋系的變形 u 量的螺旋旋轉角度（伸）(a)係使用旋轉角度所據的 換算係數。 K·稱為「螺旋的彈性常數」，以κ=(轴力）/(螺旋旋轉 角（伸）代表，為作用於螺栓鎖緊體的螺旋系的轴力 # [kN]對螺旋旋轉角（伸）[度]之比。 (1) 關於所使用的座標軸： $凊求項1至請求項7所使用的座標轴為在直交座標系的 座軲平面的棱軸標以做為代表轴力的單位之(kN)刻度，縱轴 标以做為代表軸力控制衝擊資訊的單位之時間（cs) ·旋轉角度 (度）·能量（J)·轉矩(N· m)刻度，並將橫軸與縱軸的單位長 度定為等長。 (2) 關於45度線： 將通過此使用座標的原點而與橫軸構成的偏角為45度 籲❺直線稱為45度線，為求出轴力與衝擊資訊之比所需。因橫 轴與縱軸的單位長度相等，在45度線上之點之x座標盥γ 、 座標的值相等^ " • 此事疋將螺检鎖緊的原理之下述（4)所示螺栓鎖緊的鎖 緊三角形線圖的作用應用於衝擊鎖緊，且代表螺栓鎖緊體的 螺栓側與被鎖緊部件所授受的能量相等。 藉由此45度線，與所使用座標轴的原點衝繫點與交圖ρ 構成直角二等邊三角形。 β 10

200819252 而使用此直角二等邊三角形，在㈣軸力上 進行正常的鎖緊或異常的鎖緊（偏心，螺旋系或被鎖緊= 的變形’異物絞人等），而可實現螺栓鎖緊品㈣確保 的簡便化。又’關於45度線，今後業界有必要進行進一 研究。 (3) 關於螺旋的彈性常數偏角線（α線）： 將通過所用座標軸的原點而與橫軸構成偏角“的直 為螺旋的彈性常數偏角線或，線。但是，㈣an-i_^ 角（伸）/(軸力）），將此偏角^稱為螺旋的彈性常數偏角線。 (4) 關於螺栓鎖緊的鎖緊三角形線圖： 關於螺栓鎖緊的鎖緊三角形線圖（以下簡稱鎖緊三角形） 為螺栓鎖緊的力學上構造的基本原理。其信賴性的基礎為鎖 緊二角形的半身為螺旋的彈性常數。此螺旋的 螺栓鎖緊獨立存在，是螺栓㈣螺旋所具有數為自 在控制螺栓鎖緊的轴力時算出其轴力值的基本為以此常 數與螺旋旋轉角（伸）的乘積求出。 (5) 關於衝擊性截住點與初期非比例區域： 衝擊性截住點係在利用衝擊式鎖緊控制轴力時認定為鎖緊體 的著座點之點。打擊被驅動軸的衝鎚部件在著座的時點開始 伴隨著回彈，而可開始控制衝擊轴力。 表2及表3所載打擊序號1的點即相當於該點。又，從 回彈開始時點至其次的打擊所生螺栓的旋轉終了時點做為一 次打擊之故，由打擊序號1的打擊所發生回彈角度記載於打 擊序號2的攔位上。又，從螺栓鎖緊開始至衝擊性截住點上 200819252 稱為初期非比例區域，在此區域間因螺栓的安定性低的關 係，在表2及表3中將其數據略去不記載。 (6)關於衝擊資訊與衝擊線： 在使用的座標軸中，可於第一象限中檢出各打擊的所有 衝擊資訊，也可只檢出其中若干項資訊。 無論屬於何種情形，其衝擊的衝擊資訊的各檢出點皆位 於從衝擊點與縱軸成平行引出的衝擊線上位置。 如上所述，由於衝擊式扳手的衝擊時間甚微小（短），因 此可將軸力與十個衝擊資訊看成同時發生現象來處理。 這些資訊與軸立的發生同時且一起出現。然而各個皆具 備個別的明確數值的個性。除了正轉時間比⑺以外，與演繹

無關。 V 第5圖為將位於自某衝擊點（M)引出的衝擊線L上的衝 擊貧訊與軸力，偏角之關以極座標方式表示的圖，可說是衝 擊式螺栓鎖緊的基本圖。

在此圖中’衝擊螺栓鎖緊與靜力螺栓鎖緊被公認為在性 格上具有的差別。 靜力螺栓鎖緊在鎖緊資料與軸力之間的關係式中必須呈 有推定的比例係數；而相對於此’衝擊螺栓鎖緊資料則為因 衝擊此-自然現象的結果而生的值，不能接受人為的參盘， 因此，衝擊軸力具備自然所具之正確性。 ^ /發明係應用衝擊力的舰，料彳㈣任何衫控制比 例係數，以讀取螺栓鎖緊軸力，獲得比現有的控制法更佳的 正確性、效率性及經濟性的特徵。 200819252 解決課題之手段： 根據請求項1的本發明，在提供一種使用衝擊式扳手控 制螺栓鎖緊轴力的方法，該方法包括： w 從使用於算出軸力值的直交座標轴的原點0設定一條4 5 度線的步驟；在此45度線上檢出第I序號的衝擊發動的衝擊 ’ 進行點Hi的步驟；讀取線分OHi為長度HSi的步驟；及 依據下列公式算出第I序號的衝擊發生後的轴力值Fi的 φ 步驟。

Fi = HSi x cos 45° 根據請求項2的本發明，在提供一種使用衝擊式扳手控 制螺栓鎖緊轴力的方法，該方法包括： 從使用於算出軸力值的直交座標軸的原點〇設定一條4 5 度線的步驟；在此45度線上檢出第i序號的衝擊發動的衝擊 進行點Hi，並讀取Hi的X座標之值hxi的步驟；及 依據下列公式算出第I序號的衝擊發生後的軸力值Π的 步驟。 # Fi = hxi 根據請求項3的本發明，在提供一種從使用於算出轴力 ' 值的直交座標軸的原點Ο設定一條45度線的步驟Γ • 利用第i序號的衝擊發動的衝擊資訊中至少一個以決定 衝擊線Li的步驟；求出45度線與此衝擊線Li的交點Pi以 讀取線分Opi的長度Psi的步驟；及 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的軸力值Fi的 步驟。 13 200819252

Fi = PSixcos 45° 根據請求項4的本發明，在提供一種使用衝擊式扳手控 制螺栓鎖緊轴力的方法，該方法包括： 從使用於算出轴力值的直交座標軸的原點Ο設定螺栓的 彈性常數偏角線及45度線的步驟；利用第i序號的衝擊發動 的衝擊資訊中至少一個以決定衝擊線Li的步驟；求出45度 線與此衝擊線Li的交點Pi以讀取X座標之值Pxi的步驟； 及 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的轴力值Fi的 步驟；

Fi = Pxi X tan a xK 式中，α為螺栓的彈性常數偏角線與橫轴所構成的偏 角，Κ為以（轴力）/(螺旋旋轉角（伸長）所表示的螺栓的彈性常 根據請求項5的本發明，在提供一種使用衝擊式扳手控 制螺栓鎖緊轴力的方法，該方法包括： 從使用於算出轴力值的直交座標轴的原點0設定螺栓的 彈性常數偏角線步驟；利用第i序號的衝擊發動的衝擊資訊 中至少一個以決定衝擊線Li的步驟；讀取就所檢出的衝擊資 訊中任何一個的檢出點Gi的X座標之值gxi，Y座標之值gyi 的步驟；而連接原點〇與檢出點Gi的線段與橫轴所構成的偏 角0gi可用下式表示： 0 gi = tan·1 (gyi/gxi) 14 200819252 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的轴力值打的 步驟；

Fi = gyi/tan Θ gi 根據請求項6的本發明，在提供一種使用衝擊式扳手控 制螺栓鎖緊轴力的方法，該方法包括：

從使用於荠出轴力值的直交座標轴的原點〇設定螺栓的 彈性昂數偏角線步驟；利用帛丨序號的衝擊發動的衝擊資訊 中至〆個以決疋衝擊線Li的步驟；讀取就所檢出的衝擊資 訊中任何-個的檢出點Gi的χ座標之值㈣的步輝； 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的轴力 步驟； 制彈項7的本發明，在提供—種使用衝擊式扳手控 制彈性螺栓鎖緊控制方法，該方法包括： 驟；從直交座標軸的原點〇以設㈣栓的彈性常數偏角線步 衝整Π1序號的衡擊發動的衝擊資訊中至少-個以決定 衝擊線Li的步驟，·电* y调Μ决疋 點Bi以讀取其γ的彈性常數偏角線與衝擊線的交 從你之值ai ;及 依據下列公式算出裳· 緊體的輸出能量序摘衝擊發生後傳達至螺旋鎖 巧少驟， 作曰 Λ〇ί = 1/2Χ°ΧΚ，)2 二項為^ 、x月中，為了求得使用於螺栓鎖緊 200819252 轴力的控制方法的軸力值，利用二次元平面上的縱軸與橫轴 直交即所請直交座標系的座標平面進行計算。 為此之故，此種使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊轴力的方 法，具有如下特徵，即，使用衝擊扳手進行複數次衝擊時， 用檢出裝置檢出由各次衝擊依序產生的衝擊資訊，並將檢出 的第1序號的衝擊資訊加以解析以求得上述座標平面上的位 置為訊，將根據所得位置資訊的點當做第i序號的衝擊進行 點Hi而定位於上述45度線上，接著算出或讀取連結原點〇 與衝擊進行點Hi的線段〇Hi的長度，再根據所得的長度 HSixcos 45中以异出弟i序號的衝擊發生後的軸力值{?丨，然 後，根據此异出的轴力值Fi與目標的轴力值之比較結果來控 制衝擊式扳手的動作，藉以控制螺栓的鎖緊轴力。 又，按此請求項1的螺栓鎖緊轴力控制方法也可以如下 特徵來表現。 即在使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊轴力的方法中，其特 徵為該方法包括： 使用用以算出軸力值的橫軸與縱轴直交的直交座標系之 座標平面； 在該座標平面上設定通過原點〇而傾角為45度的45度 線的步驟； 藉上述衝擊式扳手產生複數次衝擊時，利用檢出裝置檢 出第i序號的衝擊所發出的衝擊資訊，並根據檢出的第i序號 的衝擊資訊，以決定第i序號的衝擊進行點m在上述45度 線上的位置的步驟； 16 200819252 算出或讀取連接原點〇與衝擊進行點Hi的線段OHi的 長度HSi的步驟；及 依下列公式算出第i序號的衝擊發生後的轴力值Fi的步 驟， 而根據比較所算出的軸力值Fi與目標的轴力值的結果控 制衝擊式扳手的動作，藉以控制螺栓鎖緊轴力的使用衝擊式 扳手控制螺栓鎖緊軸力的方法。

Fi = HSi xcos 45° 發明的功效： 本發明，根據發明人等所能了解的範圍，是一種世界首 創的真正的螺栓鎖緊的軸力控制法。也可說是能解決向來螺 栓鎖緊所存在的種種難題。 藉由將本發明具體實現的扳手及控制裝置的普及化，必 能對螺栓鎖緊的世界進行鎖緊技術的改善，進而對螺栓鎖緊 的設計作業與鎖緊作業能容易實現給予螺栓所容許的最大轴 力的螺栓鎖緊，結果，能實現鎖緊體的小型化、輕量化，並 對世界而言能實現節省資源、節省能源、節省動力的功效。 再者，可提高所有機械器具類的安全性。而對扳手而言， 也可實現扳手的輕量化、省能化、減低振動與噪音的功效。 將所使用的扳手與鎖緊作業做最佳組合，便可實現專用扳手。 對現有的螺栓鎖緊法、轉矩法、旋轉角法、轉矩梯度法、 塑性域鎖緊時可實現數值目標，而提高可靠性。 本發明的功效之一為從工學的見解可提高對打擊力的關 心與啟蒙。以往，打擊力與靜力工學的計算式無法融合，打 17 200819252 擊力被視為是非控制性的粗暴的存在，然而，從本發明中可 看出打擊力與數位計側具有非常適配的一面，也具x有正確 性，因此，對機器產業的將來可帶來開發功效。 【實施方式】 以下依照附圖就本發日㈣使用衝擊式扳手控制螺检鎖緊 軸力的方法之實施形態詳細說明。 茲參照第1圖及第2圖⑷、⑻所表示本發明所用的衝擊 扳手的一例說明之。 按第1圖顯示本發明所用衝擊式扳手的一例之板手要部 縱剖侧視圖及要部的回路圖。 (衝擊式板手的機械構造） 圖中，符號1為本發明中所使用的衝擊式扳手，2為設 在此衝擊式扳手i内部的氣動馬達，2a為氣動馬達2的轉子二 3為氣動馬達2的驅動轴，4為成-體連結在此驅動轴3前端 的旋轉圓筒構件。此旋轉圓筒構件4的圓板形狀的後壁板中 心部藉四角形凹凸喪合構造可連動的—體連接於上述驅動軸 3 ° 、—又^上述氣動馬達2如眾所周知，係構成為由外部供給 壓縮工氣’並藉操作鍵2〇及變換撥桿21的操作，經由壓縮 :氣的驅動而可正向（右向)或反向（左向）高速旋轉的構 ^ ^如眾所知，由氣動馬達2的驅動轴3的旋轉驅動而 體旋轉的旋轉圓筒構件4的旋轉力會經由後文將述的打擊 -專達機構5傳達至突出則方的稱為钻頭的被驅動轴6，而 精此傳動將裝人此被驅雜6前端所設套筒體仍内的螺检鎖 18 200819252 緊。 上述被驅動軸6的後部形成大直徑的胴體部6a，此胴體 部6a係設在前述旋轉圓筒構件4的中心部，此旋轉圓筒構件 4係構成可繞著上述被驅動軸6的胴體部6a周圍旋轉，而經 由如前所述的打擊力傳達機構5將其旋轉力傳達於被驅動轴 6 〇 上述打擊力傳達機構5如第2圖（a)所示，係由在旋轉圓 筒構件4的内周面適當部所形成的向内突出的打擊突起5a， 及在被驅動軸6的胴狀部6a上所形成的半圓形支持溝6b内 被支持成可左右方向搖動的鈷頭片5b所構成。而令此鈷頭片 5b向左或右方向傾斜的狀態，以使此鈷頭片5b的向上的一 端面抵接卡止於上述打擊突起5a時，便可將旋轉圓筒構件4 的旋轉力傳達至被驅動軸6。 上述鈷頭片5b的前端部如第2圖（b)所示，設有凸輪板 5c，當此凸輪板5c位於旋轉圓筒構件4的前端部内周面所設 沿周向延伸所定圓弧長的凹部5d内時，鈷頭片5b係保持不 與打擊突起5a卡合的中立狀態，但當凸輪板5c脫離此凹部 5d而與旋轉圓筒構件4的内周面一邊接觸一邊移動時，钻頭 片5b即形成與上述打擊突起5a相碰接的傾斜姿態。又，钻 頭片5b受到設在被驅動軸6的胴體部6a内的鈷頭片按壓部 件5e、橡膠彈簧5f、彈簧承接部件5g的彈性作用力而經常 有保持向中立狀態的方向移動的傾向。彈簧承接部件5g的一 端接觸到旋轉圓筒構件4的内周凸輪面4b。此外，在旋轉圓 筒構件4的内周面，位於打擊突起5a的兩側形成有容許鈷頭 19 200819252 片5b傾斜的凹部5h。又，此種衝擊式扳手的構造係傳统習 知的構造，故不做更詳細的說明。 心係得統1 (檢出回路與電子控制部件） 第1圖中，上述旋轉圓筒構件4的後端部㈣面

=體體，Γ:定齒數的齒71a的齒輪體所構成的 ^出疑轉體一方面，與此檢出旋轉體相對的非旋轉侧的機 成1b内周面裝設有—對沿周向保持所定間隔而配置的由半 導體磁阻元件所構成的檢出感應器81a、81be檢出旋轉體的 旋轉係由此對檢出感絲81a、81b檢出，並將其輸出信號輸 入電連接至檢出感應器81a、81b的輸入回路ίο。 朴輸入回路10的來自上述檢出感應器81a、81b的信號接 著經由放大部11、波形整形部12輸入控制部13。 控制部13包含CPU 131及電磁閥控制部135，發自電磁 閥控制部135的控制信號經由輸出回路17連接至壓縮空氣供 給軟管18中所設的電磁閥19。 (脈衝信號） 檢出感應器81a、81b因構成會輸出互相相差9〇度位相 的不同脈衝信號之故，這些脈衝信號的波形如第3圖所示， 田形成一體固定於旋轉圓筒構件4的檢出旋轉體順向向螺栓 鎖緊方向（右旋轉方向）旋轉時，一方的檢出感應器81a會 輪岀較另一方的檢出感應器81b提前至9〇度位相的波形的脈 衝信號。相反於此，當打擊突起5a碰及钻頭片5b而行打擊 動作之後，而於檢出旋轉體與旋轉圓筒構件4 一起向左旋轉 方向（反向）回彈時，來自兩檢出感應器81a、81b的信號的 20 200819252 相位即逆轉，亦即，另一方的檢出感應器81b便會輸出較一 方的檢出感應器8!a提前90度位相的波形的脈衝信號。 當檢出旋轉體向螺栓鎖緊方向（右旋轉方向）旋轉時，發 自另方的檢出感應器81 b的輸出波形在上行（j )時，發自 一方的檢出感應器81a的波形則在高位準（H)上；而向回彈方 ^ 向（左旋轉方向）旋轉時，則變成在低位準（H)上。設表示此旋 轉方向的檢出信號為Q〇時，其波形⑻或(L)，會保持其高位 • 準或低位準，直到旋轉方向改變。一方面，信號（^保持與信 號Qo完全相反的狀態、。CPU !3i貝,!構成能根據信號q〇或q! -邊判別鎖緊方向（右旋轉方向）或回彈方向（左旋轉方向），一 邊檢出其各個方向的脈衝信號。 因此，空轉（1)可由正轉方向（鎖緊方向）的脈衝信號（右脈 衝信號)檢出。 其次，旋轉圓筒構件4在空轉後，打擊突起5a_衝擊鈷 頭片5b的瞬間，旋轉圓筒構件4的旋轉速度變成最大(2)， 自此狀態開始’螺栓在此打擊·P的鎖緊作業便開始。在此鎖 _ 緊作業時，向鎖緊方向旋轉的被驅動軸6將會消費能量於螺 栓的鎖緊動作，於是’在螺栓鎖緊時經由打擊力傳達機構^ • 的傳動與被驅動軸6 —體旋轉的旋轉圓筒構件4即從上述最 . 大速度(2)如向右下降線所示開始減速(3)而進行—次鎖緊動 作之後，旋轉圓筒構件4即向左旋轉方向回彈(6)。 、 檢出從上述最大速度(2)開始減速(3)的時點的方法為，可 藉由利用檢出感應器81a、81b檢出旋轉體的旋轉狀態而達 成。即，旋轉圓筒構件4在空轉中，隨著加速的進行，由檢 21 200819252 出感應器81a、81b檢出的脈衝信號的波寬漸漸變快，到了打 擊突起5a碰撞鈷頭片5b的瞬間變成最小寬度。然後，從旋 轉圓筒構件4的減速開始至打擊終了（即回彈開始） •=衝信號的寬度會逐漸變寬。此漸漸寬度變狹的脈衝及漸漸 見度變寬的脈衝信號由檢出感應器81a、81b輸出，而於 ^ 131中做為右脈衝信號檢出，當其成為最小脈衝信號的時點 判斷為在此打擊的螺栓鎖緊開始點（即，旋轉圓筒構件4的 減速開始的時點）。 _ 又，如帛11圖⑷、⑻所示，可將變成最小脈衝寬度的 日守點田做异出動悲、轉矩時的計測時間tw。又，可將在此時點 的旋轉圓筒構件的旋轉速度（角速度）當做ωη1。 ” 經如上述方式檢出旋轉圓筒構件4的減速開始時點之 後，在其減速(3)中，換言之，可將自減速開始至打擊終了為 止之間的檢出旋轉體的旋轉角度以檢出感應器81&、8卟檢 出。 隨後，檢出旋轉圓筒構件4將會如前所述向左轉方向回 • 彈（6)。在此回彈開始的時點，檢出旋轉圓筒構件4的旋轉方 向會由右旋轉變換為左旋轉。 ^ 檢出旋轉圓筒構件4的回彈⑹的速度，漸漸變小而停止 之後’檢出旋轉圓筒構件4再度因來自氣動馬達2的旋轉力 而旋轉方向變成右轉，並且—邊加速―邊空轉⑴。當打擊突 起5a再次打擊鈷頭片5b時，檢出旋轉圓筒構件 4的旋轉速 度即自其打擊的瞬間開始減速(3) ’而從減速開始至打擊終了 為止之間的檢出旋轉體的旋轉角度，如同前述—般可由檢出 22 200819252 旋轉體與檢出感應器81a、81b檢出。 在此之後，旋轉圓筒構件4亦同樣的空轉（1)後，每於打 擊而減速（3)時，可如法檢出減速開始的時間及打擊終了的時 如此，可使用一對檢出感應器81a、81b，每於檢出旋轉 體的齒71a通過時，檢出其檢出脈衝信號，並根據此脈衝信 號察知旋轉圓筒構件4的旋轉速度的推移。 換言之，可檢知旋轉圓筒構件4從最初的靜止狀態開始 加速，並繼於空轉之後進行打擊，然後發生回彈之一連串的 動作。 又，衝擊式扳手的型式為一般衝擊式扳手或油壓脈衝式 扳手，其動力可為電力或空氣壓或油壓，但是衝擊動作要正 確且構成機械電子型之構造是必要的。衝擊質訊中，必須配 備有至少一個資訊讀取及極座標方式的軸力算出功能，在此 特別指出。 (實施例） 以下，就實施例加以說明： 供試鎖緊體：參照第8圖 供試螺栓系： 六角螺栓：M14x55(螺距：2)部件等級A、強度區分 10.9、 材料：合金鋼 六角螺母：M14、部件等級A、材料：鋼 螺旋的彈性常數：K=2.618kN/度（依德國技術者協會 23 200819252 發行的「VDI2230高強度螺旋結合的體系 計算法」算出Cb=471.2k N/mm之後，換 算求出） 螺旋的彈性常數偏角α : 20.9。 被鎖緊構件··負荷感知器型軸力感應器的負荷感應 、 器（厚15mm)、鋼板（厚16mm)握柄長度： 43 mm φ 潤滑：六角螺栓與六角螺母的座面、螺旋面及墊圈 的座面皆塗敷一層薄薄的引擎油。 使用的衝擊式扳手：KW-1600 pro(日本空研株式會 社製）機械電型衝擊式扳手、重量1 4kg、鈷頭前端形狀、 栓槽驅動型衝擊式扳手的動作條件： 非驅動時空氣壓力：〇 6Mpa(pe) 輸氣管·· 6.5 mm 0 x3m

衝擊式扳手供氣控制閥開度：最大 鎖緊目標軸力：70 kN • 以下就依照前述設定條件進行實驗的實施例細節概略說 明。實驗係從螺旋系（螺栓、螺母）在新品的狀態進行鎖緊 '及旋鬆的循環三次’並將第—次循環的數據做為實施例1， 以數據表1及曲線圖（第9圖）表示，而第三次循環的數據做 為實施例2，以數據表2及曲線圖（第1〇圖）表示。 在此一連串的實驗中未更換任何部件。又第9及1〇圖之 曲線圖，衝擊鎖緊的進行係階段性上昇，在此為權宜計以折 線相連接。 24 200819252 一般而言，螺栓鎖緊體每經一次鎖緊及旋鬆時，其鎖緊 面的熟習、親和及平滑化逐漸進行，結果，鎖緊輸入力（能 量輪入）轉換成轴力的比率會增高，因此，利用轉矩法或旋 轉角法欲決定正確的袖力被視為不可能。 本發明則為直接控制軸力，而轉矩或螺栓旋轉角度只是 做為二次（辅助）性資訊。 實施例所用的螺栓鎖緊體為如帛8圖所示者，在此圖 ^ ’ 91為六角螺栓’ 92為六角螺母’ 93為鋼板，94為負荷 感應二，95編，96為演自部。負荷感知型轴力感應器 90係由上述負荷感應器94,開關％及演算部％構成。 =行施财，係在同—的鎖緊作f :。：方面，由負荷感知型軸力感應器9〇測定的轴力值，二 所求的目標。 的資料’為本發明 用計算以求得此算出資料的 η 工古十管灰屮。管φ 法很間早，現時點係以人 工彳斤衣出。异出的資料在實施例丨及 制法及輸人能量控制法的二例表 W 45度線控 與信賴性。 …果’驗證所得的精度 數據表3所示實施例丨及2的主 栓鎖緊時點因應鎖緊面的現實狀況管^致值顯示本發明在螺 又，實施例1及實施例2各在^ ^力，具有高精度。 達成目標轴力值之故，就在該時點=擊及第8次打擊 時點的計測時間即做為鎖緊完了時系栓的鎖緊。此終了 25 200819252 mmm ϋ

其他衝擊資訊 正轉 卟問 φ 3 初期非比例區域 » 2 17.2 20.G 〇 o β: 5 Λ d i τ c6 n s X cn to CO l〇 Γ- 1 M i CQ 回丨w. 角度 3 CSJ 1C to c^i ca c: a j 3 l » CO j — i 1C t£ tc eg to »〇 CC u; xd 04 to S’ ΧΛ ύ mik _________ ilwi/llti rud/a* χιοο 〇 03 s m ^r o xO -r n φ s Λ CO 〇 ! 2 3 o £4 « § ? 9 s 1 803« 8210 e I 11 2 它 « « ，： g id S 5 CO Ud i i ύ « 含 ca i o· ri 卜 Si GO a d 螺旋旋轉 内（仝） - Μ 1〇 芑 写 GC s 2 o e s o ΙΟ 〇 o i〇 co ； d c- o λ 輸入能a控制 1 1 (10)/(7) 1 茗 A m^4 •w^ 初期非比例區域 ! a ο o o o |S o » o c o o o o C O — 2 o 袞 軸力 iiliilifl i 2 3 TZ C{ SO 1 » 1 Id p o 37.6 •10.4 O 5 Λ 2 « § CO s ! « o 芝 s 〇 9 Οί 04 3 Π2.80 61.68 | (ii.26 o G1.4U CI.C0 (>1.0ϋ 62.00 [02.61 [________________ C2.3I «2.7Γ» 63.48 Π3.4.1 cn.oa 63.50 ϋ：).32 03.76 64.00 m Εώ - 36.70 42.31 48.86 6G.74 G2.69 C'J.34 76.0U 82.05 n».4B 95.07 102.6U L08.82 nr».fl(l 122.2« 12B.77 »35.30 HI.02 M8.64 袖力 感應器 2 g Ο ο o « s 含 x£> « 5¾ d « — 1C * 2 s： i〇 « V 〇 n o" c G0 ! ! d ei 卜 45搜線控制 (5)/(7) | § 初期非比例區域 ο a o 1 g o 5 o O O ： 3 i o o o 5 § λ _力 (計ίϊ値） Ζ 3 5 s | ao « 〇 &q ζ o o — so S CD S Γ5 士 〇 § o D4 i o § o ? cq 俅帕肚 _____—」 S <«—V 0 o λ CD § p o ζ o c: iC in S CO r: 〇 S s 5 a 1 X o o οι 議畏 1 m 雲 3 20.02 a2.Da a7.90 43.13 48.08 61).03 G7.I3 02.23 CG.7ti 7U3 71U7 7G.70 82.02 87.B2 UU.7U on. 17 90,99 102.1» 測定 时問 - m 3 1 » 2 卜 ec Λ S o 〇 q — CC ct tD S o s’ 卜 CD cO Λ « LC 0 1 « 愛[: 一卜 n «·' ta S5 〇» o z CM r> 0 CO 0Ji 26 200819252 其他衝擊資訊 正轉 時間 - CO o 3 初期非比例區域 05 — *4 7 ^3 03 2 « 〇ά C4 2Π.7 20.1 Ο c〇 Ο S 回弾 角度 13 〇 LC λ ισ ) 12 Ο ιη ί> Μ 娀速度 d (〇 i/dtj rad/s2 x 100 ^s, C0 eg Ο ια ΙΩ 1 CM i 5 « m f- 動能 轉矩 - B Z 它 Ο CC 2 C0 CO ；Λ 2 •— β Λ g 1-4 00 αα 螺旋旋轉 角（金） < U § « 专 ΙΟ ο ΙΟ ο \ο ci ο 麵入能置控制 1 1 (10)/(7) I 艺 初期非比例區域 〇 ο ο Ο 叫 ::2 ο 2 3 2 ο «4 ο r〇t 軸力 (計算値） — « Ο 〇ΰ ο S Μ ;2 ο* 1 ο 1 Ο 莲 « 3 4Ϊ.0Γ» 41.0G 41.45 42.03 42.87 43.67 44.23 46.01 能量 m »-3 3 2ϋ.«2 3G.07 42.30 4a.fi7 64.06 61.27 G7.B6 74.04 軸力 感應器 e 3 Λ cn « m Ο 03 — t 1 Ο i Ο — 卜 45度線控制 η 4C (6)/(7) 3 初期非比例區域 ο 一 ο ο Ο • 一 Ο ο ο Ο ο ο 一 軸力 (計算値） z 3 ο Λ ο C0 ο i >1 ? ο Ο q 3 ο Λ ，· ο 00 ο i Μ g ο § ο 斜邊艮 dS S a a s 极08 ί 58.55 67.88 7G.37 83.72 91.08 08.16 104 ΒΓ> 測定 時間 - s 0C Η Ο 2 00 Λ (Δ Λ Ο ο 丨顯 符號 a 國~ ! eg 1 η *r U7 Ο 卜 β

27 200819252 數據表3 實施例主要數據 實施例No 計算軸力 (m 對目標値之比率 (對 70kN) 感應器軸力 ⑽） 輸入能量 α) 測定時間 (秒) 打擊數 (次） 1 72.2 L03 (*) 72.6 148.5 0.84 18 2 74.0 1.06 (*) 74.1 74.0 0.40 8 (*>可藉調整衝擊式扳手之性能提昇精確度 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明螺栓鎖緊的轴力控制方法所使用的衝擊 式扳手之構成圖。 第2圖（a)、（b)為第1圖的主要部分之剖視圖。 第3圖表示自檢出感應器輸出的脈衝信號的波形圖。 第4圖為本發明請求項4至7共用的說明圖。 第5圖為利用衝擊的螺栓鎖緊基本圖。 第6圖為利用衝擊的螺栓鎖緊構造圖，係請求項1及2 共用的說明圖。 第7圖為利用衝擊的螺栓鎖緊構造圖，係請求項3及4 共用的說明圖。 第8圖為供試鎖緊體的說明圖。 第9圖為實施例2的螺栓與螺母為完全新品時的鎖緊作 業時的說明圖。 第10圖為實施例2的螺栓與螺母經第三次鎖緊時的鎖緊 作業時的說明圖。 第11圖表示伴隨回彈作用時及不伴隨回彈作用時的計 測時間與旋轉圓筒構件的角速度之關係的說明圖。 28 200819252 【主要元件符號說明】

1 衝擊式扳手 lb 機殼 2 氣動馬達 2a 轉子 3 驅動轴 4 旋轉圓筒構件 4b 凸輪面 5 打擊力傳達機構 5a 打擊突起 5b 鈷頭片 5c 凸輪板 5d 凹部 5e 按壓部件 5f 橡膠彈簧 5g 彈簧承接部件 5h 凹部 6 被驅動轴 6a 胴體部 6b 套筒體 10 輸入回路 11 放大部 12 波形整形部 13 控制部 131 CPU 135 電磁控制部 17 輸出回路 18 供給軟管 19 電磁闊 20 操作鍵 21 變換撥桿 71a 齒 81a,81b 檢出感應器 90 負荷感知型軸力感應器 91 六角螺栓 92 六角螺母 93 鋼板 94 負荷感應器 95 開關 96 演算部 29

Claims (1)

1. 200819252 十、申請專利範圍： 1·一種使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊軸力的方法，其特 徵在於該方法包括： 從使用於算出軸力值的直交座標軸的原點〇設定一條4 5 度線的步驟； 在此45度線上檢出第丨序號的衝擊發動的衝擊進行點 Hi的步驟； 讀取線分OHi為長度HSi的步驟；及 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的轴力值π的 步驟。 Fi = HSi X cos 45〇 2·—種使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊轴力的方法，其特 徵在於該方法包括： 從使用於异出轴力值的直交座標軸的原點〇設定一條45 度線的步驟； 在此45度線上檢出第丨序號的衝擊發動的衝擊進行點 Hi ’並讀取Hi的X座標之值hxi的步驟；及 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的轴力值扔的 步驟。 Fi = hxi 3.-種使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊轴力的方法， 徵在於該方法包括： ^ 30 200819252 從使用於算出軸力值的直交座標軸的原點〇設定一條45 度線的步驟； 利用第i序號的衝擊發動的衝擊資訊中至少一個以決定 衝擊線Li的步驟； 求出45度線與此衝擊線Li的交點pi以讀取線分〇pi的 長度PSi的步驟；及 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的軸力值Fi的 步驟。 Fi = PSi χ cos 45° 4·一種，使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊軸力的方法，其特 徵在於該方法包括： 從使用於异出軸力值的直交座標轴的原點0設定螺栓的 彈性常數偏角線及45度線的步驟； 利用第1序號的衝擊發動的衝擊資訊中至少一個以決定 衝擊線Li的步驟； 、 求出4 5度線與此衝擊線L丨的交點p丨以讀取χ座標之值 pxi的步驟；及 依據下列公式算出第ί序號的衝擊發生後的轴力值Fi的 步驟； Fi = pxi χ tan α χ K 為螺栓的彈性常數偏角線與橫軸所構成的偏 ^為以（轴力）/(螺旋旋轉角（伸長)所表示的螺栓的彈性常 200819252 5·—種使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊軸力的方法，其特 徵在於該方法包括： ^ ^ 從使用於算出轴力值的直交座標轴的原點〇設定螺栓的 4 彈性常數偏角線步驟； • 利用第i序號的衝擊發動的衝擊資訊中至少一個以決定 衝擊線Li的步驟； ' 讀取就所檢出的衝擊資訊中任何一個的檢出點Gi的χ • 座標之值gxi，Υ座標之值gyi的步驟； 而連接賴Ο與檢出點Gi的線段與橫轴所構成的偏角 Θ gi可用下式表示： ^ gi = tan'1 (gyi/gxi) 依據下列公式算出第i序號的衝擊發生後的軸力值Fi的 步驟； Fi = gyi/tan Θ gi 6·—種使用衝擊式扳手控制螺栓鎖緊軸力的方法，其 徵在於該方法包括： t 從使用於算出轴力值的直交座標轴的原點〇設定螺栓的 彈性常數偏角線步驟； μ 利用第1序號的衝擊發動的衝擊資訊中至少—個以 衝擊線Li的步驟； ' 讀取就所檢出的衝擊資訊中任何一個的檢出點⑶的X 座標之值gxi的步驟； 、 32 200819252 依據下列公式算㈣1序號賴擊發生後的軸力值Fi的 步驟； Fi = gxixtan a χΚ i ψ

   7.-種使用衝擊式扳手控㈣性螺栓鎖緊控制方法，直 特徵在於該方法包括： ^ 從直交座標軸的原點〇以設定螺栓的彈性常數偏角線步 驟； 利用第i序號的衝擊發動的衝擊資訊中至少_ 衝擊線U的步驟； 、疋 求出螺栓的彈性常數偏角線與衝擊線的交點Bi以讀 其Y座標之值ai ;及 依據下列公式算出第〗序號的衝擊發生後傳達至螺 緊體的輸出能量Eoi的步驟； E〇i = 1/4xCxKx(ai)2 但是，式中C為以（螺旋之螺距)/360表示的換算係數。 33