[发明专利]螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器

说明书

本发明提供一种螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器，在锁紧螺旋紧固件时，利用驱动夹紧力传感器内的扭力转轴，使其一端的螺旋机构产生的轴向力，挤压力感应模块导致的形变感测值与扭力转轴另一端所驱动的套筒锁紧特定规格的螺旋紧固件产生的夹紧力，预先以标准轴力计校验得到两者间的参数关系，作为锁紧过程中计算与控制夹紧力的依据。本发明的螺旋紧固件的夹紧力传感器可应用于各产业。套接于各式扭力工具做螺旋紧固件的锁紧作业时，对特定规格的螺旋紧固件，可以有效地感测以作为控制作用在螺旋紧固件的夹紧力(clamping force)的精度，以提高螺旋紧固件(bolted joint)的品质。

技术领域

本发明涉及一种螺栓锁固作业用的螺栓夹紧力传感器，尤其涉及一种应用在锁紧螺旋紧固件的过程中，可直接感测作用在螺旋紧固件上的夹紧力，并可将感测数据传输的装置。

背景技术

以扭力板手紧固螺栓已广泛地应用于各类产品的组装作业，施以扭力是一种手段，然其目的皆是将螺栓紧固。而最好也是最困难的是如何将每颗螺栓锁紧到同样的紧度(tightness)，尤其是高压容器、引擎汽缸或真空设备等。要求控制螺栓的夹紧力的精密锁紧作业等业界关切的重要议题，但却始终难以仅靠控制锁紧扭力来达成。

现有螺栓紧固的过程中，仅有10％的扭矩转化为夹紧力。有一个流行的说法叫“541”规则，即锁紧螺栓的过程中约有50％的扭矩用于克服螺栓头或螺母下与结合面的摩擦力，而约有40％的扭矩需要克服螺纹中的摩擦力，而实际能转化为螺栓夹紧力的扭矩只占约10％。而最终夹紧力的大小更是受到螺旋紧固件相关种种因素的影响，如螺栓与待紧固件的状况(材质软硬、加工精度与表面粗度、油污、锈蚀或碰伤等)及使用垫圈的软硬程度，以致螺栓的预紧力难以控制。学界或工程手册中虽有诸多有关扭力与夹紧力的计算公式与计算参数，但始终难以得到正确的验证。对于需要控制紧固力的产业界，至今仍无经济有效的方法，以确切了解施加在螺旋紧固件上的扭力，会在螺旋紧固件上产生多大的夹紧力，更遑论如何做有效的控制。这对于需要控制均一夹紧力的精密组装作业而言确实潜藏许多质量上的风险与不确定性。

迄至今日，产业界普遍使用各式扭力控制器、数字显示式扭力板手、响声型扭力板手或电动伺服控制等的扭力工具以控制锁紧扭力。然而利用传统的扭力控制方式，例如施加同样的扭力分别紧固同一规格的螺栓，其中不同的只是螺牙的表面状况不同，如正常、沾油、生锈或螺牙碰伤的螺栓，甚至只是改变垫圈的软硬。虽然其显示的扭力控制精度皆在5％以内，但实验证明所测得的实际夹紧力值相差最大却可达近50％。

当下对于螺栓的紧固力的控制，最精确的当属利用超音波感测技术的螺栓张力检测仪。但其制作与施工成本高昂，始终难以普及。另外，以具感测螺栓夹紧力的感应螺栓(在螺栓轴心适当位置粘贴形变感测组件以侦测其夹紧力)，也受限于价格高昂以及仅能使用开口板手进行锁固，以致施工不便与效率不彰而难以普及。对螺栓的紧固力的控制与侦测还可使用螺栓压力传感器(Bolt Transducer)或通孔式荷重元微型力传感器(Center-holetype Compression Load Cell)或是压电式感测环等轴力感测装置为替代方案。但是在实际应用上，以上几种方案其制作成本与使用的方便性等都是在产业界难以普及的主因。

发明内容

经发明人悉心研究，研发出一种螺栓锁固作业用的夹紧力传感器，使其应用在各式扭力工具的紧固作业中，能实时得知施加的扭力在螺旋紧固件上所产生的夹紧力大小，且持续以有线或无线方式，传送至控制装置或显示设备显示结果并予以记录或将数据上传，以迎合工业4.0的产业趋势发展需要。本发明的螺旋紧固件的夹紧力传感器不但可有效提升紧固的精度，且具低使用成本的优势与操作便利性，大大增进了产业上的有效利用。