扭力控制方法及其扭力控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种气动扭力工具的扭力控制方法及其控制装置，特别是有关于一种在预设的操作与控制条件下，依据预先建立的气压与扭矩的对应关系，以进行控制输出扭矩的一种扭力控制方法及其控制装置。
【背景技术】
[0002]在扭力工具的使用上，所有以压缩空气驱动的扭力工具，例如气动冲击式板手、气动油压脉冲式板手、气动齿轮式倍力板手、气动离合器式起子等气动扭力工具，都会因测试或使用的过程中，工作气压的不稳定而影响测试或使用的结果。传统气动扭力工具通常以调节驱动气动扭力工具使用的压缩空气压力或气流量来做扭力的控制。由于驱动气动扭力工具使用的压缩空气会随着工作场所空压系统的供气能力以及工具的扭力驱动机构、工具的耗气量等因素影响，导致输出扭力的大小难以控制。
[0003]传统冲击式扭力工具，大多是通过调整供气压力与气流量的大小或加上控制锁固时间的长短以达输出扭力的控制。然而，由于锁固过程中的工作气压的不稳定，直接影响进入工具气流量的大小，而导致输出扭力的误差极大。即使在工具装上扭力检测装置，也因冲击产生的振频与震幅，使得信号难以分析以致无法有效地控制输出的扭力。
[0004]传统油压脉冲式扭力工具通常利用调整工作气压以及油压缸内油压压力的大小来控制输出的扭力。虽较前者有较好的扭力控制精度，但也会因为锁固过程中，工作气压的不稳定，直接影响进入工具气流量的大小或因油压缸的结构特性与内部液压油在连续工作时，产生的温升等因素，都限制了扭力的调整范围与扭力控制的精度。
[0005]静力式扭力工具系以气动马达加上行星齿轮与反作用力臂(React1n Arm)等的机构做扭力的放大。控制精度较高，但因锁固时间长，不但速度慢以致工作效率较差，加上工具较重，容易导致作业人员疲劳。
[0006]而离合器式扭力工具则是以气动马达加上行星齿轮减速机构，再以弹簧顶紧离合器的张力大小做扭力控制的工具，控制精度尚可，只是，当工具停止时，工具的输出扭力越大，产生的反作用力越大，使得工具难以长久握持，甚至作业人员容易疲劳或导致手肘关节症等职业伤害的问题。因此，长久以来，业者无不戳力研发，希望能利用上述各式工具的优点，设法加上各式的扭力感应与控制装置，以提升输出扭力的控制精度。
[0007]有关扭力工具的扭力控制装置与方法，不胜枚举，通常是通过压力(气压、油压)、流量(工具的耗气量)、扭转出力轴产生的形变、角度或电磁感应线圈等的扭力检测装置或以弹簧张力搭配离合器的扭控装置，甚至用锁固时间的长短等，来尝试各种扭力的控制。但始终难有显著的效果。
[0008]综上所述，扭力工具大多在工具输出轴等适当位置加装的形变感应装置(如应变规或电磁感应线圈等)检测的形变信号，或侦测螺栓与被锁件贴面后起算的角度位移(使用如陀螺仪等装置)，搭配锁固的时间或进入工具驱动马达的气缸流量或进气压力的大小，来达到扭控的目的。其中，冲击式或油压脉冲式等气动扭力工具的冲击产生的脉波信号紊乱，加上锁紧速度快以致锁固过程时间极短，而使得扭矩难以控制。此外，装设的各种电子检测装置所测得的检测信号，要传递到工具内建或外接的控制装置，做实时切断气源动力的动作，都必然会遭遇到微处理器等电子组件与电磁阀等机械控制组件相互之间的信号传递时，机构反应速度上的迟滞等问题而影响到扭力控制的精度；再加上，结合件与被锁件的条件，诸如，材质、表面粗度、软硬结合、表面润滑等条件；甚至操作人员锁固过程中，工具握持的姿势等，也都会直接或间接影响扭力控制的精度。
[0009]有鉴于此，本发明人依多年来从事此类扭力控制产品的经验，继先前已获得的「以具有抗振作用的工具扭力感应与控制装置」(美国公告号为US7779704)、「可控制与追踪测量锁紧扭矩及锁紧力的装置及相关方法」(中国发明专利ZL 201210011877.1)、「动力锁紧工具的扭矩控制装置及其控制程序」(台湾公告号为1396609)以及「冲击式气动扭力扳手的扭矩控制装置」(台湾公告号为1432293)，更深入了解冲击式与油压脉冲式等扭力工具的操作特性，再经多方实验的数据验证，本发明的发明人进而设计一种扭力控制方法及其控制装置，针对现有技术的缺失加以改善，以增进产业上的有效利用，从而使长久以来困扰业界，最难克服的气动冲击与脉冲式扭力扳手的扭力控制和扭力的检测，得以更加容易且稳定地控制在理想的精度范围。
【发明内容】
[0010]根据本发明的目的，提出控制气动扭力工具输出扭矩的方法，以应用于各类型的气动扭力工具，尤其是冲击式或脉冲式的气动扭力工具，始终无法有效控制输出扭矩的问题，其包含下列步骤:自气压系统连接气压管路至扭力控制装置，依据工具与待锁固的结合件特性及预设的操作条件，以输出稳定的工作气压至气动扭力工具；气动扭力工具以可正常操作的最高工作气压值及最低工作气压值分别驱动气动扭力工具，在锁固作业前，先进行输出扭力的校验作业，并依据校验所得的最大扭矩值及最小扭矩值与分别对应的最高工作气压值与最低工作气压值，建立气压与扭矩的对应关系曲线；依据此气压与扭矩的对应关系曲线，输入一介于最大扭矩值与最小扭矩值之间的目标扭矩值，以得到对应的工作气压，并以该工作气压驱动气动扭力工具进行锁固作业。
[0011]较佳地，更可包含下列步骤:利用扭力检测装置，在进行锁固作业前，先分别测得该工具在可正常操作的最高与最低工作气压下的输出扭矩值，并传输至扭力控制装置；且利用扭力控制装置的气压压力传感器，以获得校验过程中气压的变化，并连同检测的扭矩值一并储存至扭力控制装置的记忆单元。
[0012]较佳地，更可包含下列步骤:利用扭力校验工具，以校验锁固作业后的结合件的扭矩值，并输入至扭力控制装置；同时，利用扭力控制装置的气压压力传感器，以获得锁固过程中气压的变化，并连同校验取得的扭矩值一并储存至扭力控制装置的记忆单元。
[0013]较佳地，更可包含下列步骤:重复进行多次的扭力校验作业，以获得多组的最大扭矩值、最小扭矩值、最高工作气压值与最低工作气压值；分别累计并平均多组的最大扭矩值、最小扭矩值、最高工作气压值与最低工作气压值，并依据平均后的最高工作气压值与最低工作气压值以及对应的最大扭矩值与最小扭矩值，建立气压与对应扭矩值的关系曲线。
[0014]较佳地，更可包含下列步骤:在输入修订的扭矩值后，原目标扭矩值所依据的气压与扭矩的对应关系曲线，则依该修订扭矩值大于或小于原目标扭矩值而做向上或向下的偏移；再依据修订后的气压与扭矩的对应关系曲线，重新输入目标扭矩值，以获得新的工作气压，再利用此工作气压驱动气动扭力工具进行锁固作业，锁固后再次校验锁紧扭力以确定是否达到预期的控制范围。
[0015]较佳地，更可包含下列步骤:监控锁固开始与结束过程中气压的压降变化；在压降超出容许变异范围时，控制切断输出至气动扭力工具的气源，或透过显示单元提出警示。
[0016]根据本发明的目的，另提出一种扭力控制装置，其主要为连接在气压系统与气动扭力工具之间。扭力控制装置包含气压压力监控模块、气压调节模块、电磁阀、第三气压压力传感器、记忆单元、显示单元、输出输入设备、警示装置、电源装置及微处理器。气压压力监控模块控制自气压系统进入扭力控制装置的空气压力，或当自气压系统进入扭力控制装置的空气压力超出上限时发出警示信号。气压调节模块调节输出至气动扭力工具的气压值。电磁阀开启或切断输出至气动扭力工具的气源。第三气压压力传感器设置在电磁阀与气动扭力工具之间，在锁固开始与结束过程中，检测输出至气动扭力工具的气压变化。记忆单元储存气动扭力工具在稳定的气压下进行校验作业所获得的气压值及扭矩值，其中气压值包含最高工作气压值与最低工作气压值，扭矩值包含对应于最高工作气压值的最大扭矩值与对应于最低工作气压值的最小扭矩值。微处理器依据最高工作气压值与最低工作气压值以及对