TWI670149B - 螺栓分次鎖固的扭力控制方法及扭力控制裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種螺栓分輪次鎖固的扭力控制方法及扭力控制裝置。方法包含下列步驟：連接扭力控制裝置在一空壓供氣系統與扭力工具之間；依據扭力工具在負載下的最大耗氣量，透過扭力控制裝置產生複數個流量組合；依據各流量組合分別取得的高低工作氣壓及對應的大小扭矩值建立複數個工作氣壓與扭矩的對應關係線；依據複數個工作氣壓與扭矩的對應關係線，得到扭力工具在此可正常操作的工作氣壓下，最大的扭矩控制範圍；再依分次鎖固參數，獲得各輪次之目標扭矩值分別對應的關係線與工作氣壓；以及驅動扭力工具對螺栓進行由小至大的分次鎖固，直到完成最終之目標扭力。

Description

螺栓分次鎖固的扭力控制方法及扭力控制裝置

本發明係揭露一種扭力控制的技術領域，特別是關於一種以氣動衝擊式扭力工具對螺栓實施分次鎖固的扭力控制方法及扭力控制裝置。

本發明人已取得多個扭力控制相關的專利，如公告號：I509379，以及公告號：I569923等。

在實際運用時，由於需切換氣動扭力工具上的流量調節鈕以調節進氣大小來控制輸出扭力。因此，在依上述發明(專利公告號：I509379)所述以建立氣壓與對應扭矩值的關係曲線時，需逐一手動切換工具上的流量調節鈕，以建立各流量下的高低工作氣壓與對應大小扭矩值的關係線。在實施分次鎖固時，則需要視各次鎖固的目標扭力在哪個流量涵蓋的扭力區間，再切換到對應的流量調節鈕位置，極為不便。

再者，對鎖緊扭力的控制精度要求較高的螺栓，通常需分幾個輪次鎖到目標扭力。甚至某些工具因衝擊機構的設計或磨耗導致建立上述關係曲線的線性度更差時，都會影響控制的精度，有必要提出好的解決方案。

因此，本發明之目的在於提供一種螺栓分次鎖固的扭力控制方法及扭力控制裝置，以改善前述的之缺失，增進產業上之有效利用。

根據本發明之目的，提供一種螺栓分次鎖固的扭力控制方法，以應用於氣動扭力工具的鎖固作業，其包含下列步驟：連接扭力控制裝置 在空壓供氣系統與扭力工具之間，其中扭力控制裝置裝設有流量控制模組；調節扭力工具之流量調節閥至最大流量，並於扭力控制裝置測得扭力工具在負載下的最大耗氣量，扭力控制裝置依據最大耗氣量自動匹配複數個流量組合；在扭力校驗時，利用流量控制模組在各流量組合下進行輸出扭力的校驗，依據各流量組合下的第一工作氣壓值及對應的第一扭矩值與第二工作氣壓值及對應的第二扭矩值，分別建立對應各流量組合的複數個氣壓值與扭矩值的對應關係線，其中第一工作氣壓值不等於第二工作氣壓值；在實際鎖固時，設定鎖固參數，其包含鎖固次數與對應於鎖固次數的複數個目標扭矩值；依據複數個氣壓值與扭矩的對應關係線，以獲得分別對應於各鎖固次數的複數個目標扭矩值的複數個實際工作氣壓值；以及扭力控制裝置以由小至大的目標扭矩值所對應的實際工作氣壓值，分別使扭力工具對螺栓進行分次鎖固。

較佳地，在每一輪次鎖固前，更包含下列步驟：扭力控制裝置控制每次起始的工作氣壓等於扭力工具在可正常操作下的最低工作氣壓。

較佳地，在扭力校驗時，其更包含下列步驟：以扭力工具直接對螺栓進行鎖固後，再利用扭力校驗工具獲得螺栓鎖緊或鬆脫時的扭矩值，並將扭矩值輸入至扭力控制裝置；在校驗過程中，透過扭力控制裝置內，氣流量感測器同時擷取的各流量組合下的耗氣量變化以及第一工作氣壓值與第二工作氣壓值所對應的扭矩值，一併儲存至扭力控制裝置之記憶單元，以供建立複數個在各流量組合下的工作氣壓值與扭矩的對應關係線。

較佳地，在扭力校驗時，其更包含下列步驟：以扭力工具驅動扭力感測裝置；透過扭力控制裝置於校驗過程中，同時擷取氣流量感測器所感測的耗氣量變化與扭力感測裝置感測的扭矩訊號，一併儲存至扭力控制裝置之一記憶單元，以供建立複數個氣壓值與扭矩的對應關係線。

較佳地，在扭力校驗時，其中各流量組合包含由低至高的複數個氣壓區間，更包含下列步驟：分別依據各氣壓區間的第一工作氣壓值及對應的第一扭矩值與第二工作氣壓值及對應的第二扭矩值，以建立對應於各氣壓區間的子氣壓值與扭矩的對應關係線；依據複數個子氣壓值與扭矩的對應關係線，以建立流量組合下，氣壓值與扭矩的對應關係線。

根據本發明之目的，另提供一種螺栓分次鎖固的扭力控制裝置，係連接於空壓供氣系統與扭力工具之間，且扭力工具之流量調節閥係調節至最大流量。扭力控制裝置包含：一進氣壓力監控模組，其監控自空壓供氣系統進入扭力控制裝置的氣體壓力，且於超出設定之上限時提出警示；一氣壓控制調節模組，包含氣壓比例控制閥，以控制並穩定輸出至流量控制模組的氣壓大小；該流量控制模組，依據扭力工具在負載下的最大耗氣量，產生複數個流量組合，以供驅動扭力工具運作；一出氣氣壓感測器，設於流量控制模組與扭力工具之間，以供在鎖固過程中感測輸出的工作氣壓；一控制電路板模組，包含處理單元及記憶單元，記憶單元儲存校驗時依據各流量組合下，校驗取得的第一工作氣壓值、第二工作氣壓值與分別對應的第一扭矩值及第二扭矩值，處理單元依據第一工作氣壓值、第二工作氣壓值、第一扭矩值與第二扭矩值建立複數個氣壓值與扭矩的對應關係線；其中，處理單元依據包含鎖固次數與對應於鎖固次數的複數個目標扭矩值的一鎖固參數，由小到大自動調節流量與工作氣壓值，進行各輪次輸出扭力的控制，直到完成最終的目標扭矩值。

較佳地，流量控制模組為複數個電磁閥的組合或自動流量比例調節閥與電磁閥之組合，或是電動調節閥與電磁閥之組合。

較佳地，處理單元係藉由控制開啟至少一電磁閥、開啟複數個電磁閥中的部分電磁閥或開啟全部的電磁閥，以形成複數個流量組合。

100‧‧‧扭力控制裝置

10‧‧‧進氣壓力監控模組

20‧‧‧流量控制模組

21‧‧‧流量組合

22‧‧‧電磁閥

30‧‧‧氣壓調節模組

40‧‧‧出氣氣壓感測器

60‧‧‧控制電路板模組

61‧‧‧處理單元

62‧‧‧記憶單元

91‧‧‧空壓供氣系統

92‧‧‧扭力工具

PL1~5‧‧‧各氣壓區間的第一工作氣壓值

PH1~5‧‧‧各氣壓區間的第二工作氣壓值

TL1~5‧‧‧各氣壓區間的第一扭矩值

TH1~5‧‧‧各氣壓區間的第二扭矩值

L1-1~L1-5‧‧‧子氣壓值與扭矩的對應關係線

L1~L3‧‧‧不同大小流量組合下的氣壓值與扭矩的對應關係線

S11~S16‧‧‧控制方法之步驟

第1圖，其係為本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法的步驟流程圖。

第2圖，其係為本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制裝置的一實施例的方塊圖。

第3圖，其係為本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法之任一流量組合下的氣壓與扭矩的對應關係線建立方法的示意圖。

第4圖，其係為本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法的各大小流量組合下，校驗取得高低氣壓與對應扭矩的關係線與運用示意圖。

在下述各實施例，例如建立輸出(氣壓)值與扭矩的對應關係線等技術手段，其例如在專利公告號I509379中所描述，謹將其全文引入為本案說明書之一部分。

請參閱第1圖。本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法，將以氣動式扭力工具配合本發明的扭力控制裝置進行說明，其包含下列步驟：(S11)連接扭力控制裝置在空壓供氣系統與扭力工具之間，其中扭力控制裝置裝設有流量控制模組；(S12)調節扭力工具之流量調節閥至最大流量，並於扭力控制裝置測得扭力工具在負載下的最大耗氣量，扭力控制裝置依據最大耗氣量自動匹配出複數個不同流量的流量組合；(S13)在扭力校驗時，利用流量控制模組在各流量組合下進行高低工作氣壓下輸出扭力的校驗，依據各流量組合的第一工作氣壓值及對應的第一扭矩值與第二工作氣壓值及對應的第二扭矩值，建立分別對應各流量組合的複數個氣壓值與扭矩的對應關係線，其中第一工作氣壓值不等於第二工作氣壓值；(S14)在實際鎖固時，設定鎖固參數，其包含鎖固次數與對應於鎖固次數的複數個目標扭矩值；(S15)依據複數個氣壓值與扭矩的對應關係線，以獲得分別對應於各鎖固次數的複數個目標扭矩值的複數個實際工作氣 壓值；以及(S16)扭力控制裝置以由小至大的目標扭矩值所對應的實際工作氣壓值分別使扭力工具對螺栓進行分次鎖固。

另外，若扭力工具為油壓式扭力工具時，第一工作氣壓值、第二工作氣壓值及實際工作氣壓值則分別為油壓壓力值。

本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法將配合本發明的扭力控制裝置進行說明。

請參閱第2圖。本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制裝置100，其運用於連接於空壓供氣系統91與扭力工具92之間，以驅使扭力工具92分次且由小漸大地對螺栓進行鎖固。

扭力控制裝置100包含：進氣壓力監控模組10，其控制自空壓供氣系統91進入扭力控制裝置100的氣體壓力，且在進氣壓力超出扭力控制裝置100的預設之上限時提出警示；氣壓控制調節模組30，其藉由氣壓比例控制閥控制或調節輸出至流量控制模組20的氣壓；流量控制模組20，其由處理單元61依據扭力工具92在負載下的最大耗氣量，產生複數個大小的流量組合21，並選擇性地依據鎖固的輪次與各輪次的目標扭矩值，選擇對應的流量組合；出氣氣壓感測器40，其設於流量控制模組20與扭力工具92之間，俾於鎖固過程中，感測輸出至扭力工具92的氣壓；控制電路板模組60，包含處理單元61及記憶單元62；記憶單元62儲存校驗時依據各流量組合21下校驗取得的第一工作氣壓值、第二工作氣壓值與分別對應的第一扭矩值及第二扭矩值；且處理單元61，依輸出入單元接收的鎖固參數，以記憶單元62所儲存的複數個工作氣壓值及複數個扭矩值建立複數個氣壓與扭矩的對應關係線，例如在校驗時，依據各流量組合21取得的高低工作氣壓與對應的大小扭矩值，處理單元61依據這些氣壓與扭矩的對應關係線與預定的鎖固輪次、螺栓個數以及由小到大每一輪次的目標扭矩值，逐次鎖固直到最終的目標扭力。

詳細來說，在作業前，作業人員先將扭力工具92的流量調節鈕調至最大的位置，再啟動扭力工具，透過扭力控制裝置100的流量控制模組20測得扭力工具92於負載狀況下的最大耗氣量。同時，控制電路板模組60的處理單元61，依據該最大耗氣量與設定參數，自動匹配產生複數個流量組合21A，21B，21C...等，藉此，流量控制模組20可取代扭力工具92的流量調節鈕的功能，且能依預設的輪次與各輪的目標扭力自動切換調整至對應的流量組合與工作氣壓，從而，作業人員可不須以手動方式調節流量，以調整輸出的扭矩，而能大大提升工作效率與操作的便利性。

接著，進行各個流量組合21A，21B，21C...下的輸出扭矩校驗。在校驗時，驅動扭力工具92的出力端裝設的扭力傳感器對一測試座或直接對螺栓進行鎖固或者是驅動扭力工具92直接對螺栓進行鎖固，再利用一扭力校驗工具獲得螺栓鎖緊或鬆脫時的扭矩值，以校驗扭力工具92在各個流量組合21A，21B，21C下，可操作的第一工作氣壓值與第二工作氣壓值，以獲得對應的第一扭矩值與第二扭矩值，例如，最高、最低工作氣壓值下所對應的最大、最小扭矩值。

請參閱第3圖。係為本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法的流量組合中，建立一組流量的高低氣壓與對應大小扭矩值的關係線示意圖。

舉例來說，流量組合21A可包含由低至高的複數個氣壓區間，而將扭力工具92可正常操作的最低工作氣壓PL1至最高工作氣壓PH5分為五個氣壓級距，由低到高形成PL1-PH1、PL2-PH2、PL3-PH3、PL4-PH4、PL5-PH5，其中，PH1=PL2、PH2=PL3、PH3=PL4、PH4=PL5。而TL1為對應PL1時校驗而得的扭矩值，而TH2為對應PH1時校驗而得的扭矩值，其構成了扭力工具92在這氣壓區間的高低兩點氣壓PL1-PH1與對應大小扭矩值TL1-TH1的子工作氣壓值與扭矩的對應關係線L1-1(以下簡稱子關係線)。接著相臨較高一級距的PL2時經校驗可得TL2，而PH2時經校驗可得TH2，其構成了扭力工具92在這氣壓區間高低兩點氣壓PL2-PH2與 對應大小扭矩值TL2-TH2的子關係線L1-2。其中，TL2會等於TH1，因此對於TL2的校驗步驟是可省略的。

依上述說明類推，可依序獲得為更高一級距的PL3-PH3對應TL3-TH3的子關係線L1-3，再高一級距的PL4-PH4對應TL4-TH4的子關係線L1-4，及最高級距的PL5-PH5對應TL5-TH5的子關係線L1-5。

接著依據這些子關係線建立輸出值與扭矩的對應關係線L1，而以此方式校驗得到的輸出值與扭矩的對應關係線L1(以下簡稱關係線)，其相較於專利公告號I509379所建立的關係線S更為接近實際的狀況，藉由此方式建立的各線段氣壓與對應扭矩的關係線，因更接近線性，故以可更精準地控制鎖緊扭力。

須特別說明的是，在每次鎖固前，扭力控制裝置100控制每次起始的工作氣壓使之等於扭力工具92可正常操作的最低工作氣壓，以避免啟動瞬間，殘留於管路內的較高氣體壓力會影響鎖固的精度。且，從進氣至扭力控制裝置100以至於連結到扭力工具92，無論管線的大小、進/出氣接頭尺寸與長短規格等，在做完高低工作氣壓與對應大小扭力相關曲線的校驗後，不能變動且需注意防止任何洩漏，若有任何的變動皆需重新做校驗，以確保控制的精度。

請參閱第4圖。如前述步驟，進行第二個流量組合21B(較高一階流量組合)下的校驗，取得第二個流量組合21B的關係線L2。如此，陸續由小到大建立各個流量組合21A、21B、21C的複數個關係線，在本實施例中，係以三個大小不同的流量組合作為示範，但並不以此為限。

在此實施例中，流量控制模組20可為自動流量比例調節閥與電磁閥之組合，或可為電動調節閥與電磁閥之組合。其中，自動流量比例調節閥或電動調節閥可設置於電磁閥的前端或後端。

請再參閱第4圖。由圖可知，其中關係線L1、L2、L3為扭力工具92在可操作的最低50PSI與最高80PSI氣壓下，以三種流量組合由小到 大，獲得第一段的小流量組合(230L/min)校驗得到的關係線L1之高低扭矩值範圍為15.01-24.4NM，以第二段的流量組合(500L/min)校驗得到的關係線L2之高低扭矩值範圍26.11-39.59NM，以第三段的最大流量組合(730L/min)校驗得到的關係線L3之高低扭矩值範圍30.1-43.86NM。

若以扭力工具92分3次鎖5顆螺栓至目標扭矩值40NM，且設定第一輪次鎖至目標扭矩值的40%(即第一次的目標扭矩值為16NM)，第二輪次鎖至目標扭力的70%(即第二目標扭矩值為28NM)，第三輪次鎖至目標扭力40NM為例。

開始鎖固作業，控制電路板模組60之處理單元61依據第一次的目標扭矩值，而選擇將關係線L1的流量組合21A開啟，且在此關係線上找到第一輪次目標扭力16NM所對應的工作氣壓52PSI，依序鎖完5顆後，接著打開對應第二輪次目標扭力28NM的流量組合L2，同時，在此關係線段上找到對應的工作氣壓54.3PSI，依序鎖完5顆後，接著打開對應第三輪次最終目標扭力40NM的流量組合L3，同時，在此關係線段上找到對應的工作氣壓72.4PSI；如此，每一輪次的每一顆螺栓鎖至各輪次的目標扭力後，皆即時顯示合格與否，並以音聲警示。且自動切換至次一流量的組合，直到最終目標扭力。

藉此，如採本發明第3圖所述的方法所建立的關係線，更可在任一目標扭矩對應線段之氣壓與扭矩的對應關係線上，找到與其對應的工作氣壓，相較於前案粗略地採最高氣壓與最大扭矩值、最低氣壓與最小扭值兩點間的非線性控制曲線，更能精確找到實際對應的工作氣壓，使控制精度再提升。

綜上所述，本發明的螺栓分次鎖固的扭力控制方法及扭力控制裝置，係將前案提出的最大與最小氣壓值所對應的最大與最小扭力兩點間的關係曲線優化為在較小的氣壓級距，分別取得各級距高低氣壓與對應的大小扭矩值的關係線，其可在每個流量組合的各段關係線聯結後的關係線 上，找到各輪次目標扭矩所對應的氣壓來進行扭力控制，實驗證明可大幅提升扭力的控制精度。且，本發明扭力控制裝置增設的流量控制模組，更可取代扭力工具的流量調節鈕的功能，從而作業人員可不須以手動方式調節流量，而能自動地調整輸出的扭矩，從而能提升工作效率與操作的便利性。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

Claims (9)

1. 一種螺栓分次鎖固的扭力控制方法，以應用於一扭力工具的鎖固作業，其包含下列步驟：連接一扭力控制裝置在一空壓供氣系統與一扭力工具之間，其中，該扭力控制裝置裝設有一流量控制模組；調節該扭力工具之流量調節閥至最大流量，並透過該扭力控制裝置測得該扭力工具在負載下的最大耗氣量，該扭力控制裝置依據該最大耗氣量自動匹配出複數個流量組合；在扭力校驗時，利用該流量控制模組在各該流量組合下，進行不同工作氣壓下輸出扭力的校驗，依據各該流量組合的一第一工作氣壓值及對應的一第一扭矩值與一第二工作氣壓值及對應的一第二扭矩值，建立分別對應各該流量組合下的複數個氣壓值與扭矩的對應關係線，其中該第一工作氣壓值不等於該第二工作氣壓值；在實際鎖固時，設定一鎖固參數，其中該鎖固參數包含鎖固次數與對應於鎖固次數的複數個目標扭矩值；依據該複數個工作氣壓值與扭矩的對應關係線，以獲得分別對應於各鎖固次數的該複數個目標扭矩值的複數個實際工作氣壓值；以及該扭力控制裝置係以由小至大的該目標扭矩值所對應的該實際工作氣壓值，分別驅動該扭力工具對螺栓進行分次鎖固。
2. 如申請專利範圍第1項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制方法，其中在每一輪次實際鎖固前，更包含下列步驟：該扭力控制裝置控制每次起始的工作氣壓等於該扭力工具在可正常操作下的最低工作氣壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制方法，在扭力校驗時，其更包含下列步驟：以該扭力工具直接對螺栓進行鎖固後，再利用一扭力校驗工具獲得螺栓鎖緊或鬆脫時的扭矩值，並將扭矩值輸入至該扭力控制裝置；在校驗鎖固過程中，透過該扭力控制裝置內一出氣氣壓感測器同時擷取各該流量組合下的耗氣量變化以及該第一工作氣壓值與該第二工作氣壓值所對應的扭矩值，一併儲存至該扭力控制裝置之一記憶單元，以供建立各該流量組合下的複數個工作氣壓值與扭矩的對應關係線。
4. 如申請專利範圍第1項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制方法，在扭力校驗時，其更包含下列步驟：以該扭力工具驅動一扭力傳感器；透過該扭力控制裝置內預設的高低工作氣壓下，於校驗扭力的鎖固過程中，同時擷取一出氣氣壓感測器感測的耗氣量變化與該扭力感測裝置感測的扭矩訊號，一併儲存至該扭力控制裝置之一記憶單元，以供建立各該流量組合下的複數個工作氣壓值與扭矩的對應關係線。
5. 如申請專利範圍第1項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制方法，在扭力校驗時，其中於各該流量組合包含由低至高的複數個氣壓區間，更包含下列步驟：分別依據該氣壓區間的該第一工作氣壓值及對應的該第一扭矩值與該第二工作氣壓值及對應的該第二扭矩值，以建立對應於各該氣壓區間的子工作氣壓值與扭矩的對應關係線；依據複數個該子工作氣壓值與扭矩的對應關係線，以建立該工作氣壓值與扭矩的對應關係線。
6. 一種螺栓分次鎖固的扭力控制裝置，係連接於一空壓供氣系統與一扭力工具之間，且該扭力工具之流量調節閥係調節至最大流量，該扭力控制裝置包含：一進氣壓力監控模組，其監控自一空壓供氣系統進入該扭力控制裝置的氣體壓力，且於超出設定之上限時提出警示；一氣壓控制調節模組，包含一氣壓比例控制閥，以控制並穩定輸出至一流量控制模組的氣壓大小；該流量控制模組，依據該扭力工具在負載下的最大耗氣量，產生不同流量的複數個流量組合，供驅動該扭力工具運作；一出氣氣壓感測器，設於該流量控制模組與該扭力工具之間，以供在鎖固過程中感測輸出的工作氣壓；一控制電路板模組，包含一處理單元及一記憶單元，該記憶單元儲存校驗時依據各該流量組合於預設的高低工作氣壓下，校驗取得的一第一工作氣壓值、一第二工作氣壓值，分別對應的一第一扭矩值及一第二扭矩值，該處理單元依據該第一工作氣壓值、該第二工作氣壓值、該第一扭矩值與該第二扭矩值建立該流量組合下，複數個工作氣壓值與扭矩的對應關係線；其中，該處理單元依據包含鎖固次數與對應於鎖固次數的複數個目標扭矩值的一鎖固參數，由小到大自動調節流量與工作氣壓值，進行各輪次輸出扭力的控制，直到完成最終的目標扭矩值；其中，各該流量組合包含由低至高的複數個氣壓區間，該處理單元係分別依據該氣壓區間的該第一工作氣壓及對應的該第一扭矩值與該第二工作氣壓及對應的該第二扭矩值，以建立對應於各該流量組合的各該氣壓區間的子工作氣壓值與扭矩的對應關係線，再依據複數個該子工作氣壓值與扭矩的對應關係線，以建立該工作氣壓值與扭矩的對應關係線。
7. 如申請專利範圍第6項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制裝置，其中在實施每一輪次鎖固前，該扭力控制裝置控制每次起始的工作氣壓等於該扭力工具在可正常操作下的最低工作氣壓。
8. 如申請專利範圍第6項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制裝置，其中該流量控制模組係為複數個電磁閥的組合或自動流量比例調節閥與電磁閥之組合，或是電動調節閥與電磁閥之組合。
9. 如申請專利範圍第8項所述的螺栓分次鎖固的扭力控制裝置，其中該處理單元係藉由控制開啟至少一該電磁閥、開啟複數個電磁閥中的部分電磁閥或開啟全部的電磁閥，以形成該複數個流量組合。