TW201029811A - Torque-angle alarm method and wrench thereof - Google Patents

Description

201029811 六、發明說明： ' 【發明所屬之技術領域】 • 本發明是有關於一種手工具，且特別是有關於一種扳 手。 【先前技術】 請參考第la圖及第lb圖，其係繪示習知之精密螺栓 ❹ 之安裝方式示意圖。圖中，精密螺栓110與螺孔130之間 會設有一塾片，又稱華司（washer) 120，其目的係增加精密 螺栓110與螺孔130周邊接觸面積之磨擦力。在精密加工 之應用領域中，華司120受螺栓110緊迫壓合於螺孔130 時，華司120所承受的壓力大小與扭力程度係至關重要。 具體而言，華司120所承受的壓力以磅數為單位，係指螺 栓110向下咬合螺孔130的力量，而華司120所承受的扭 力則來自於螺栓110與華司120接觸面的壓合旋轉角度， ❿ 如第lb圖所示之45度。 若螺栓110咬合螺孔130的磅數不足，則栓鎖不牢； 若螺栓110咬合螺孔130的磅數太高，一則華司120會被 壓壞，二則栓鎖過度會造成金屬疲勞。而螺栓110若未於 華司120表面施加扭力，亦即螺栓110未於壓迫華司120 於一特定磅數後，再旋入一特定角度，則兩者僅僅抵觸壓 合，便容易產生鬆動，華司120無法發揮其增加摩擦力之 作用；但若螺栓110施加過度扭力於華司120表面，則華 司120易產生表面碎裂等損壞現象。因此，如何兼顧每一 201029811 個華司120所需之特定磅數與特定角度，係深為從業人員 ' 應用一般扳手栓鎖大量螺栓110時所苦惱。 【發明内容】 本發明之一技術態樣在於提供一種扳手，以解決習知 之扳手無法精確兼顧螺栓施加於螺孔之扭力，及螺栓與華 司表面之壓合旋轉角度的缺陷。 • 本發明之一實施方式提供一種板手，包括一板手本體 及——電子裝置。電子裝置設於扳手本體，且其包括一儲 存單元、一扭力偵測器、一角速度感測晶片及一警示裝 置。儲存單元係用以儲存一預設扭力值及一預設角度值， 扭力偵測器係用以偵測扳手本體所提供之一扭力。角速度 感測晶片係用以在扭力達到預設扭力值後，偵測扳手本體 所旋轉之一角度；而警示裝置則用以在角度達到預設角度 值時，發出一警示訊號。 本發明之另一技術態樣在於提供一種角度扭力警示 ® 方法，以解決習知之扳手無法精確兼顧螺栓施加於螺孔之 扭力，及螺栓與華司表面之壓合旋轉角度的缺陷。 本發明之一實施方式提供一種角度扭力警示方法，係 應用於一電子式扳手，其包括下列步驟：設定一預設扭力 值及一預設角度值。利用一扭力偵測器偵測電子式板手所 提供之一扭力。判斷扭力是否達到預設扭力值；並於扭力 達到預設扭力值後，啟動一角速度感測晶片。利用角速度 感測晶片偵測電子式板手所旋轉之一角度。以及，在角度 5 201029811 達到預設角度值時，發出一警示訊號。 【實施方式】 請參照第2圖，其係為本發明一實施方式之扳手之結 構不意圖。圖中’本實施方式之板手包括一板手本體200 及一電子裝置300。電子裝置300設於扳手本體200，且 包括一儲存單元400、一扭力偵測器500、一角速度感測 晶片600及一警示裝置700。儲存單元400係用以儲存一 預設扭力值410及一預設角度值420，預設扭力值410係 指扳手本體200所欲施以工作之螺栓與螺孔的適當咬合 扭力；而預設角度值420係指扳手本體200所欲施以工作 之螺栓與華司的接觸面之適當旋入角度。上述兩者皆規範 於各種廠牌型號之螺栓與華司的使用說明書中。使用者可 於應用本實施方式之扳手栓鎖特定螺栓與華司時，先行將 此特定螺栓與華司之規格需求輸入儲存單元400以作為 預設扭力值410與預設角度值420。 扭力偵測器500係用以偵測扳手本體200所提供之一 扭力，亦即扳手本體200栓鎖螺栓於螺孔時所施加的扭 力。扭力偵測器500會將所測得之扭力以電壓的形式傳送 到警示裝置700，當警示裝置700發現扭力達到預設扭力 值410時，便啟動角速度感測晶片600來偵測扳手本體 200進一步旋轉的角度。換句話說，角速度感測晶片600 係用以在扭力達到預設扭力值410後，偵測扳手本體200 所旋轉之一角度。而警示裝置700則用以在角度也達到預 201029811 設角度值420時，發出一警示訊號以提醒使用者。其中， • 警示裝置700更包括一微處理器710以處理上述之程序。 . 具體而言，請繼續參考第3圖，其係為本實施方式之 電子裝置之功能方塊圖。圖中，微處理器710包括一比較 單元720、一轉換單元730及一計算單元740。當比較單 元720發現扭力偵測器500所提供之扭力510達到預設扭 力值410時，便發出一觸發訊號710給角速度感測晶片 600,以觸發角速度感測晶片600。而角速度感測晶片600 ® 則於收到觸發訊號710後，開始感測扳手本體200的角速 度，並將角速度以電壓的形式呈現，進而輸出一類比電壓 610給轉換單元730。換句話說，角速度感測晶片600内 部包括一迴轉儀與一類比電壓輸出器。迴轉儀用以偵測扳 手本體200所旋轉之角速度，而類比電壓輸出器則用以在 收到觸發訊號後，根據上述角速度，輸出一類比電壓610。 轉換單元730將類比電壓610轉換為一角度值731 並傳輸給計算單元740 ;最後，計算單元740再累積計算 ❿一時間區間内之角度值731，以取得扳手本體200在栓鎖 螺栓到達一定磅數後，進一步旋入的角度。最後，當警示 裝置700偵測到上述角度已達到預設角度值420後，便產 .生一警示訊號，來通知使用者停止操作本實施方式之扳 手。藉此，本實施方式之扳手可以精準將螺栓鎖入螺孔於 一定磅數，而且精準控制螺栓與華司接觸面的旋入角度。 請繼續參考第4圖，其係為本實施方式之電子裝置之 詳細功能方塊圖。圖中，電子裝置300更包括一使用者介 201029811 面裝置800，以供使用者進行資訊操作。具體而言，使用 - 者介面裝置800包括一通用串列匯流排（universal serial bus，USB)、一顯示螢幕810及一輸入裝置。使用者可透過 輸入裝置來存取預設扭力值410及預設角度值420，更可 利用通用串列匯流排來讓電子裝置3〇〇與外部之電子設 備相連結，進而更新預設扭力值410及預設角度值420。 •同理，使用者亦可利用顯示螢幕810來進一步了解扳手本 體200工作當下之扭力、角度、預設扭力值410及預設角 ❹度值420等資訊。更進一步的說，警示裝置71〇更包括一 警示燈75〇及一喇叭760。警示燈750與喇叭760則根據 警示裝置710所提供之警示訊號711來發出閃爍燈光及警 示音。最後，儲存單元400則可為一電子可抹除可程式化 唯讀記憶體（electrically erasable programmable read only memory，EEPROM)，當然亦可採用隨機存取記憶體 (random access memory, RAM)等相應替代之設備來實現 之0 ❹ 請參考第5圖’其係為本發明一實施例之扭力摘測器 之結構示意圖。圖中，扭力偵測器500可為一應變規’其 具體實做方式可採用DaJing公司型號BKF350-1EB之應 變規(strain gauge)來實現之。此應變規係於橋式結構的兩 端，各輸出一順向電壓訊號及一反向電壓訊號，以代表扳 手本體200之旋轉方向；並以順向電壓訊號與反向電壓訊 號的電壓差，亦即扭力電壓值，來代表扭力之大小。舉例 而言，應變規係於接收一順時鐘扭力時輸出一順向電壓訊 201029811 號，且於接收一逆時鐘扭力時輸出一反向電壓訊號。 請參考第6圖，其係為本發明另一實施例之角速度感 測晶片之結構示意圖。圖中，角速度感測晶片600可利用 InvenSense公司型號IDG-1004之迴轉儀角速度债測晶片 來實現之。值得注意的是，迴轉儀角速度偵測晶片係利用 輸出針腳（pin)601來輸出類比電壓610給微處理器710, 而且此型號之迴轉儀角速度偵測晶片的輸出電壓值係為 每4mV對應每秒一度的角度變化量。此外，角速度感測 • 晶片600之啟動係受控於開關602，而開關602之閘極則 連接比較單元720。 請參考第7圖，其係為本發明另一實施例之微處理器 之結構示意圖。圖中，微處理器710可利用Texas Instruments公司型號MSP430-F427之單晶片來實現之。 值得注意的是，前述類比電壓610可經由配套電路輸入端 701饋入微處理器710内部的比較單元720 ;而且微處理 器710係由準位電壓點702取得參考電壓，微處理器710 ⑩再以參考電壓跟類比電壓610來產生差動電壓值，微處理 器710内部的轉換單元730與計算單元740便利用差動電 壓值與一時間差值來計算出實際的角位移量，亦即扳手本 體200在將螺栓鎖入螺孔於一定磅數後，進一步將螺栓旋 入華司的角度。上述時間差值係微處理器710在透過輸出 針腳703輸出觸發訊號721給角速度感測晶片600後，啟 動微處理器710内建之計時單元，例如石英震盪器，來取 得。 201029811 最後，請參考第8圖，其係繪示本發明一實施方式之 角度扭力警示方法之步驟流程圖。本實施方式之角度扭力 警示方法，係應用於一電子式扳手，其包括下列步驟：首 先，如步驟910所示，設定一預設扭力值及一預設角度 值。然後，如步驟920所示，利用一扭力偵測器偵測電子 式板手所提供之一扭力。接下來，如步驟930所示，判斷 扭力是否達到預設扭力值；若是，則如步驟940所示，啟 動一角速度感測晶片。然後，如步驟950所示，利用角速 ❿度感測晶片偵測電子式板手所旋轉之一角度。最後，如步 驟960所示，在角度達到預設角度值時，發出一警示訊號。 雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其‘並非用以限定 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視 後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 ® 第la圖與第lb圖係為習知之精密螺栓之安裝方式示 意圖。 第2圖係為本發明一實施方式之扳手之結構示意圖。 第3圖係繪示第2圖之電子裝置之功能方塊圖。 第4圖係繪示第3圖之電子裝置之詳細功能方塊圖。 第5圖係為本發明一實施例之扭力偵測器之結構示 意圖。 第6圖係為本發明另一實施例之角速度感測晶片之 201029811 結構示意圖。 第7圖係為本發明另一實施例之微處理器之結構示 . 意圖。 第8圖係為本發明一實施方式之角度扭力警示方法 之步驟流程圖。 【主要元件符號說明】 _ 110 :螺栓 701 :輸入端

600 :角速度感測晶片 120 :華司 130 :螺孔 200 :扳手本體 300 :電子裝置 400 :儲存單元 410 :預設扭力值 420 :預設角度值 500 :扭力偵測器 702 :準位電壓點 703 :輸出針腳 710 ··微處理器 711 :警示訊號 720 :比較單元 721 :觸發訊號 730 :轉換單元 731 :角度值 740 :計算單元 750 :警示燈 601 :輸出針腳 602 :開關 760 I 嗦！1 Ά 800 :使用者介面裝置 610 :類比電壓 700 ··警示裝置 810 :顯示螢幕 910〜960 :步驟 11

Claims (1)

1. 201029811 七、申請專利範圍： L 一種扳手，包括： 一扳手本體；以及 一電子裴置，設於該扳手本體，包括： 一儲存單元， 度值； 用以儲存一預設扭力值與一預設角 扭力偵測器，用以偵測該扳手本體所提供之一 扭力； 角速度感測晶片，用以在該扭力達到該預設扭 力值後’偵測該扳手本體所旋轉之一角度；以及 警示裝置，用以在該角度達到該預設角度值 時，發出一警示訊號。 2·如請求項1所述之扳手，其中該電子裝置包括： 一比較單元，用以於該扭力達到該預設扭力值後，輸 出一觸發訊號，觸發該角速度感測晶片。 3.如請求項2所述之扳手，其中該角速度感測晶片 包括： 一迴轉儀，用以偵測該扳手本體所旋轉之一角速度； 以及 一類比電壓輸出器’用以在收到該觸發訊號後，根據 該角速度’輸出一類比電壓。 12 201029811 4. 如請求項3所述之扳手，其中該電子裝置包括： 一轉換單元’用以將該類比電壓，轉換為一角度值。 5. 如請求項4所述之扳手，更包括： 一計算單元’用以累加一時間區間内之該角度值以產 生該角度。 6·如請求項1所述之扳手，其中該扭力偵測器包括 一應變規。 7.如請求項1所述之扳手，更包括： 一使用者介面裝置，用以存取該預設扭力值與該預設 角度值。 ' 8·如請求項7所述之扳手，其中該使用者介面裝置 包括一顯示螢幕。 9·如請求項1所述之扳手，更包括： 吾丁燈’用以根據該警不訊號’發出一閃爍燈光。 1〇.如請求項1所述之扳手，更包括： 一喇叭，用以根據該警示訊號，發出一警示音。 u.如請求項1所述之扳手’其中該儲存單元為一電 13 201029811 子可抹除可程式化唯讀記憶體。 12.如請求項1所述之扳手，其中該警示裝置包括一 微處理器。 13. —種角度扭力警示方法，應用於一電子式扳手， 其包括下列步驟： 没定一預設扭力值及一預設角度值； 力； 利用扭力偵測器偵測該電子式板手所提供之一扭 判斷該扭力是否達到該預設扭力值； 於該扭力達到該預設扭力值後，啟動—角速度感測晶 η ， -角速度感測晶片偵測該電子式板手所旋轉之 在該角度達到該預設角度值時，發出一警示訊號。 14. 如請求項13所述之角度扭 力伯測器包括一應變規。絲力s不方法，其中該扭 15. 如請求項13所 利用一通用串列力警不方法，更包括·· 串列匯流排以更新該預設扭力值。 16. 如請求項13所述 及扭力警不方法，更包括： 201029811 利用一通用串列匯流排以更新該預設角度值。 17. 如請求項13所述之角度扭力警示方法，更包括： 根據該警示訊號發出一閃爍燈光。 18. 如請求項13所述之角度扭力警示方法，更包括： 根據該警示訊號發出一警示音。 19. 如請求項13所述之角度扭力警示方法，其中設定 該預設扭力值及該預設角度值之步驟包括： 儲存該預設扭力值及該預設角度值。 20. 如請求項13所述之角度扭力警示方法，其中設定 該預設扭力值及該預設角度值之步驟包括： 將該預設扭力值及該預設角度值儲存於一電子可抹 除可程式化唯讀記憶體中。 15