[发明专利]间接耦合的扭矩控制方法及其机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种动力锁紧工具，尤指适用于具旋转敲击机构的脉冲式或冲击式动力扳手上，可作为控制其对被锁固件提供扭矩时的一种间接耦合的扭矩控制方法及其机构。

背景技术

相较于油压脉冲式动力扳手、伺服电动扳手或棘轮扳手，动力冲击式扳手能够更有效且快速地将输入的能量（如气压、油压或电流等）转换成锁紧或松脱的扭矩。相对地，以相同的扭转能力而言，冲击式动力扳手的体积也最小。除此之外，冲击式动力扳手的另一项优点，因为采用瞬间锤击的方式，无论在锁紧或松脱的过程中都不需要借助反作用力臂（Reaction Arm/Bar）来施加反向的扭矩于被锁固件，对于旋紧或松脱螺栓或螺帽而言，非常方便。原因在于冲击式动力扳手采用瞬间敲击的方式，犹如榔头敲击铁钉，不仅很省力，而且在旋转敲击过程中，不需反作用力臂。然而噪音大是其缺点之一，更难克服的问题则是受限于感测信号截取的方式，传统冲击式动力扳手在施加扭矩于被锁固件的过程中，始终无法做到及时精确的扭矩控制。

所谓及时精确的扭矩控制，就是期望扭矩控制机构在施加扭矩于被锁固件的过程中，能够有效地将扭矩控制于一定的范围内。控制精准度和一致性，决定了扭矩控制的优劣。装有感应器的闭回路式（Close Loop）扭矩控制，当然比单纯依赖气（油）压、流量和时间来达到控制敲击脉波的幅度和次数，然后利用一关系对照表来推测被锁固件端旋紧扭矩的所谓开回路式（Open Loop）扭矩控制，更加精准。换言之，闭回路扭矩控制的先决条件，在于能不能够及时检测到感应器回馈的信号。见诸于渐进式的扭矩控制工具，例如油压动力扳手、伺服电动扳手等，其感应器所回馈的扭矩信号是一种连续性，和施加的扭矩几乎形成线性关系的信号，而此一稳定、线性的扭矩信号当然可以用于扭矩控制，故已经被广泛地引用于精密扭矩控制的工艺上。唯独冲击式动力扳手的扭矩控制尚未被开发出来。数十年来，针对冲击式动力扳手的扭矩控制，国内外业者不余遗力地尝试进行开发，然而却都陷于理论探讨或理想之中。市场上至今尚无实际可行的闭回路式（Close Loop）的即时扭矩控制机构，被成功地引用于冲击式动力扳手来控制扭矩。由此可见在技术上有相当的困难度。

如前所述，由于受限于感测信号的截取方式，装置于冲击式动力扳手前端的扭矩感应装置，例如扭矩计或应变规（Strain gauge）等，只能够感测到敲击时瞬间产生的脉波，并不能及时反应被锁固件端的旋紧扭矩。换言之，敲击所产生的脉波，其幅度（震幅）和次数（震频），代表着传输到冲击式动力扳手驱动轴瞬间的能量。虽然能量的大小和被锁固件端的旋紧扭矩有着正向关联性，却不等于被锁固件端的锁紧扭矩。实验显示累积于被锁固件端的锁紧扭矩，与敲击脉波的幅度、次数没有直接关联。如图1所示，感应器所回馈的脉波信号，很难当成扭矩控制的参考数据，此亦为以往冲击式动力扳手之所以很难做扭矩控制的根本原因，即在于其扭矩感应器受到敲击时，产生的并不是一个稳定、线性的连续信号，而是间断性的脉冲信号。

由于传统的冲击式动力工具的运作是由马达带动一旋转敲击机构，将旋转动能转换成脉冲式的敲击，经由驱动轴传递到被锁固件以克服静态摩擦力，进而将被锁固件予以锁固，所以其扭矩传递的方式是属于直接耦合的传递，且驱动轴受到敲击时所产生的变形量是间歇性，如将感应元件贴在驱动轴上，测得的是一连串的脉波信号。个别的脉波信号并不能够及时反应出被锁固件端的锁紧扭矩，故冲击式动力扳手无法对被锁固件做及时、有效、精确地扭矩控制。

发明内容

本发明的主要目的，在于可提供一种间接耦合的扭矩控制方法及其机构，其是利用一螺旋机构，将扭矩传递的方式由直接耦合改成间接耦合（Indirect coupling）；当敲击时产生的旋转动能，不是直接传递到驱动轴，而是将脉冲式的冲击能量，通过螺旋机构施加一夹紧力（Clamping Force）或拉伸张力于感应元件，直到克服被锁固件端的静态摩擦力，即可通过感应元件测量出一线性信号。而间接耦合的方式就是将螺旋机构内蓄积的应力，及时地和被锁固件端的扭矩做动态平衡，因此可从感应元件所测量到的线性信号来推算出被锁固件端的扭矩。

为了达成上述的目的，本发明提供一种间接耦合的扭矩控制方法，其步骤如下：

a)提供一旋转敲击机构，该旋转敲击机构能带动一被锁固件作转动；

b)将一螺旋机构连动于该旋转敲击机构与所述被锁固件之间，该螺旋机构能蓄积该旋转敲击机构为带动所述被锁固件转动而产生的旋转应力；