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19 OFICINA ESPA ˜NOLA DE
PATENTES Y MARCAS ESPA ˜NA
N´umero de publicaci´on:
1 051 447
k 21N´umero de solicitud:U 200200702
k 51Int. Cl.7:B25B 13/00
G01L 1/00
k12
SOLICITUD DE MODELO DE UTILIDAD
U
k
22Fecha de presentaci´on: 21.03.2002 k
71Solicitante/s: EDUARD WILLE GMBH & CO
Lindenallee 27
42349-Wuppertal, DE
k
30Prioridad: 21.03.2001 DE 201 04 963
k
43Fecha de publicaci´on de la solicitud: 01.08.2002 k
72 Inventor/es: Herbold, Siegfried
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74 Agente: Arpe Fern´andez, Manuel
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54 T´ıtulo: Llave dinamom´etrica con sistema de medici´on electro-´optico.
ES
1
051
447
DESCRIPCION
Llave dinamom´etrica con sistema de medici´on
electro-´optico.
La invenci´on se refiere a una llave
dinamo-m´etrica para la aplicaci´on y/o medici´on de una
fuerza inicial predeterminada, especialmente de tornillos y/o tuercas de tornillo, que contiene:
a) un elemento de flexi´on que se deforma de
acuerdo con el par de torsi´on aplicado,
b) un sistema de medici´on y de procesamiento
para detectar el par de torsi´on del elemento
de flexi´on y
c) un dispositivo de presentaci´on para
repre-sentar el par de torsi´on.
Estado de la t´ecnica
Las llaves dinamom´etricas son conocidas en
s´ı y resultan necesarias para apretar, por ejem-plo, tornillos o tuercas de tornillo con un par de
torsi´on definido o para determinar su par de
tor-si´on. Actualmente, se conocen llaves dinamom´
e-tricas mec´anicas y electr´onicas as´ı como
combi-naciones de llaves dinamom´etricas mec´anicas y
electr´onicas.
Las llaves dinamom´etricas mec´anicas se
cono-cen, por ejemplo, ya a partir de la solicitud de patente europea 0167992 A1, as´ı como de la soli-citud alemana DE 3710401 A1. Las llaves
dina-mom´etricas mec´anicas detectan el par de torsi´on
con un sensor mec´anico de fuerza y muestran el
resultado sobre un reloj indicador o bien emiten
una se˜nal al alcanzar un par de torsi´on
preajus-tado. Las llaves dinamom´etricas mec´anicas
co-nocidas son inc´omodas y relativamente costosas
de calibrar. Las llaves dinamom´etricas mec´anicas
tienen, adem´as, como inconveniente que los
va-lores de medici´on no pueden ser documentados
directamente a trav´es del aparato de medici´on.
Las combinaciones de llaves dinamom´etricas
mec´anicas y electr´onicas son algo m´as c´omodas de
manejar. En estas llaves dinamom´etricas, el par
de torsi´on se determina con un sensor de fuerza
mec´anico que es evaluado con una electr´onica
si-guiente. La representaci´on del par de torsi´on
cal-culado se realiza finalmente mediante un
disposi-tivo de presentaci´on electr´onico digital. En estas
llaves dinamom´etricas el reloj indicador es
sim-plemente sustituido por un aparato de
presen-taci´on electr´onico. Los problemas de estos
apa-ratos de medici´on combinados, especialmente de
calibraci´on, son comparables a los de una llave
dinamom´etrica mec´anica.
Por la publicaci´on de patente europea EP
0372247 son adem´as conocidas llaves dinamom´
e-tricas, en las que el par de torsi´on se determina
mediante una barra de flexi´on. En la barra de
fle-xi´on est´an unidas dos cintas extensiom´etricas, que
suministran a una electr´onica una se˜nal el´ectrica
acorde a su deformaci´on. La electr´onica eval´ua
estas se˜nales el´ectricas y suministra, en un
dis-positivo de presentaci´on (digital), el valor del par
de torsi´on presente. El procesamiento electr´
oni-co de los valores de medici´on tiene como ventaja,
frente al procesamiento mec´anico, que los valores
medidos pueden documentarse m´as f´acilmente.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Las llaves dinamom´etricas conocidas tienen
como inconveniente que la aplicaci´on de las
cin-tas extensiom´etricas para llaves dinamom´etricas
es muy costosa. Por medio de esta disposici´on se
pueden intensificar y procesar tambi´en f´acilmente
se˜nales de perturbaci´on no deseadas, que influyen
y falsifican la medici´on y el resultado del par de
torsi´on, respectivamente.
Descripci´on de la invenci´on
Por tanto, es cometido de la invenci´on
elimi-nar los inconvenientes del estado de la t´ecnica y
crear una llave dinamom´etrica de coste favorable,
que es f´acil de calibrar, siendo lo m´as c´omoda y
conveniente posible. Adem´as, es cometido de la
invenci´on obtener una se˜nal de medici´on lo m´as
exacta posible sin o solamente con una
amplifi-caci´on reducida, donde pueden documentarse los
resultados de medici´on obtenidos.
Seg´un la invenci´on, este cometido se consigue
porque en una llave dinamom´etrica del tipo
men-cionado al principio
d) el sistema de medici´on y de procesamiento
est´a configurado de forma electro-´optica,
donde
i) una fuente de luz est´a prevista para
ge-nerar un rayo de luz, cuya desviaci´on
y/o intensidad respectivas se
correla-cionan con el par de torsi´on aplicado,
ii) y en el sistema de medici´on
electro-´
optico est´a previsto un sensor de luz,
que detecta modificaciones de este rayo de luz.
La invenci´on se basa en el principio de
apro-vechar propiedades tales como la linealidad o la intensidad del rayo de luz. Una rayo de luz recto,
que est´a acoplado directa o indirectamente con el
elemento de flexi´on, modifica su direcci´on o su
in-tensidad, tan pronto como el elemento de flexi´on
es cargado. La correlaci´on entre el par de
tor-si´on y la desviaci´on y/o intensidad del rayo de
luz respectivas, se realiza, por tanto, a partir del
elemento de flexi´on.
El rayo de luz es desviado a tal fin, por
ejem-plo, por el elemento de flexi´on o bien la fuente
de luz est´a directamente acoplada al mismo de
manera adecuada. Un sensor de luz fijado frente
a la barra de flexi´on puede detectar esta
modifi-caci´on de la direcci´on del rayo de luz o una
mo-dificaci´on de la intensidad. Puesto que
natural-mente tambi´en la fuente de luz puede estar
dis-puesta fija y el sensor de luz est´a previsto sobre el
elemento de flexi´on, aqu´ı es evidente que las
re-laciones est´an simplemente invertidas. Adem´as,
tambi´en es objeto de la invenci´on modificar la
in-tensidad de un rayo de luz mediante un par de
torsi´on que act´ua sobre la llave dinamom´etrica.
La modificaci´on del par de torsi´on influye
indi-rectamente, a trav´es de la barra de flexi´on, sobre
la intensidad del rayo de luz que incide sobre un sensor de luz. De esta manera, mediante la
ade-cuada calibraci´on puede determinarse el par de
torsi´on.
Para conseguir el necesario car´acter compacto,
se ha revelado como conveniente el que la fuente
diodo l´aser. Estos componentes pueden obtenerse de manera favorable e integrarse adecuadamente
en llaves dinamom´etricas de este tipo.
Lo descrito con respecto a la compactibilidad
y costes es tambi´en aplicable a los sensores de luz
que pueden utilizarse cuando est´an configurados
como fototransistores o fotodiodos. Con estos
fo-totransistores o fotodiodos puede ser f´acilmente
medida la intensidad del rayo. Cuando la
dis-posici´on ´optica hace necesario que sean
detecta-das tambi´en intensidades espaciales, por ejemplo,
para detectar la desviaci´on del rayo de luz,
en-tonces, en una forma de realizaci´on preferida, el
sensor de luz est´a configurado como l´ınea/matriz
CCD, siendo CCD la abreviatura de la expresi´on
inglesa “Charge Couple Device (dispositivo aco-plado por carga)”. Un CCD es un componente se-miconductor acoplado por carga, que sirve para la
conversi´on de se˜nales ´opticas en se˜nales el´ectricas,
siendo memorizada y transmitida la informaci´on
en forma de carga el´ectrica.
En una forma de realizaci´on preferida de la
invenci´on, la fuente de luz no se asienta
directa-mente sobre el elemento de flexi´on. A tal fin, en su
lugar, est´a previsto un dispositivo de desviaci´on
correspondiente con los medios ´opticos habituales
para el rayo de luz, que acoplan el rayo de luz con
el elemento de flexi´on y lo desv´ıan sobre el sensor
de luz fijo.
Un aspecto de la invenci´on es que ahora est´an
previstos unos medios para procesar y evaluar las
se˜nales el´ectricas suministradas por el sensor de
luz. Para el caso de se˜nales muy d´ebiles del sensor
de luz puede ser empleado tambi´en un
amplifica-dor de se˜nal, dispuesto entre el sensor de luz y el
circuito el´ectrico. Adem´as, para procesar las
se-˜
nales, en caso del procesamiento digital, est´a
pre-visto un convertidor anal´ogico-digital, que genera
una se˜nal digital a partir de la se˜nal anal´ogica.
El valor del par de torsi´on procesado se
repre-senta, para una forma de realizaci´on preferida,
sobre un dispositivo de presentaci´on digital.
Para que la llave dinamom´etrica pueda ser
manejada bien tambi´en por personas inexpertas,
est´an previstos medios para calibraci´on de la llave
dinamom´etrica.
De manera m´as ventajosa, las fuentes de luz
emiten desde al menos dos puntos del elemento de
flexi´on previstos con una separaci´on que son
res-pectivamente detectados por un sensor de luz. De
esta manera, puede conseguirse tambi´en una
in-dependencia del punto de aplicaci´on de la fuerza,
porque se parte de puntos de medici´on diferentes
del elemento de flexi´on.
Otras ventajas de deducen del objeto de las reivindicaciones dependientes.
Breve descripci´on del dibujo
La figura 1 muestra un primer ejemplo de
rea-lizaci´on de una llave dinamom´etrica seg´un la
in-venci´on con una fuente de luz reflejada.
La figura 1a muestra una secci´on ampliada del
primer ejemplo de realizaci´on.
La figura 2 muestra un segundo ejemplo de
realizaci´on de una llave dinamom´etrica seg´un la
invenci´on con taladros que pueden desplazarse.
La figura 2a muestra una secci´on ampliada del
segundo ejemplo de realizaci´on.
La figura 3 muestra un tercer ejemplo de
rea-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
lizaci´on de una llave dinamom´etrica seg´un la
in-venci´on, con diodos l´aser y l´ınea CCD.
La figura 3a muestra una secci´on ampliada del
tercer ejemplo de realizaci´on.
Ejemplos de realizaci´on preferidos
En la figura 1 con 10 se designa una llave
dina-mom´etrica seg´un la invenci´on. La llave
dinamo-m´etrica 10 presenta una carcasa 12, en la que est´a
previsto un elemento de flexi´on 14. Este elemento
de flexi´on 14 est´a configurado como barra y est´a
conectado con una porci´on de acoplamiento 16 de
la zona anterior 18 de la llave dinamom´etrica 10.
En la porci´on de acoplamiento 16 pueden ser
aco-pladas o insertadas herramientas de acoplamiento
o de inserci´on, respectivamente, por ejemplo, con
un pol´ıgono, para los correspondientes tornillos. Un mango 20 rodea la carcasa 12 en la zona
pos-terior 22 de la llave dinamom´etrica 10.
Con 24 se designa un diodo luminoso. En este
ejemplo de realizaci´on un diodo luminoso 24 est´a
dispuesto directamente junto a un fototransistor
26. Tanto el diodo luminoso 24 como tambi´en
el fototransistor 26 est´an dispuestos en la
car-casa 12 por delante de la zona de mango 13 de
la llave dinamom´etrica 10. El rayo de luz 28 es
dirigido mediante la correspondiente disposici´on
del diodo luminoso 24 de tal forma que incide
so-bre una superficie reflectante 32, que aqu´ı est´a
configurada como un espejo. Como se puede ver
m´as f´acilmente en el detalle ampliado de la
fi-gura 1a, desde el espejo 32 se refleja un rayo de
luz 30 que incide con un ´angulo α sobre el
fo-totransistor 26. El espejo 32 est´a dispuesto en
el elemento de flexi´on 14. Tan pronto como un
par de torsi´on act´ua sobre la llave dinamom´
etri-ca 10, el elemento de flexi´on 14 se dobla. De esta
manera, simult´aneamente, la posici´on relativa del
espejo 32 respecto del rayo de luz recto 28 se mo-difica. Por tanto, de acuerdo con las leyes de la ´
optica -el ´angulo de incidencia es igual al ´angulo
de reflexi´on- es tambi´en modificado el ´angulo α
del rayo de luz 28 ´o 30.
La llave dinamom´etrica est´a calibrada ahora
de tal forma que, cuando esta llave dinamom´
etri-ca 10 no est´a cargada, el cono luminoso del rayo
de luz 30 ilumina con plena intensidad el
foto-transistor 26. Por medio de la aplicaci´on del par
de torsi´on sobre la llave dinamom´etrica 10, este
cono luminoso del rayo de luz 30 se desplaza
ha-cia fuera de la regi´on del fototransistor 26. De
esta manera, la se˜nal de intensidad del
fototran-sistor 26 disminuye. Una electr´onica 34
modi-fica esta se˜nal de intensidad del fototransistor 26,
siendo alimentada a tal fin dicha se˜nal de
inten-sidad desde el fototransistor 26 a trav´es de l´ıneas
el´ectricas 27 de la electr´onica 34.
La magnitud de la se˜nal es ahora una
medi-da de la magnitud del par de torsi´on. Mediante
la correspondiente calibraci´on puede establecerse
una correlaci´on entre el par de torsi´on y la se˜nal
de intensidad. El valor de medici´on determinado
y procesado es emitido, finalmente, desde la
elec-tr´onica 34 hasta un dispositivo de presentaci´on
digital 36.
La figura 2 muestra otro ejemplo de
realiza-ci´on de acuerdo con la invenci´on, donde los
mis-mos signos de referencia del primer ejemplo son mantenidos para los mismos elementos. La llave
dinamom´etrica 10 presenta de nuevo la carcasa 12. En la carcasa 12 se encuentra dispuesto un
elemento de flexi´on 14, que est´a configurado de
preferencia nuevamente como barra y que est´a
co-nectado con la porci´on de acoplamiento 16 de la
zona anterior 18 de la llave dinamom´etrica 10. En
la zona posterior 22 de la llave dinamom´etrica 10,
sobre la carcasa 12, se dispone el mango 20 que
est´a fabricado preferentemente de pl´astico. Sobre
el elemento de flexi´on se encuentra dispuesta una
proyecci´on 38 con un taladro 40.
Como puede reconocerse mejor en el detalle ampliado -figura 2a- de este ejemplo de
realiza-ci´on, la carcasa 12 presenta una proyecci´on 42,
aproximadamente paralela a la proyecci´on 38, con
un taladro 44. Los respectivos taladros 40 y 44 de las proyecciones 38 y 42, se encuentran
situa-dos sobre un mismo eje, a trav´es del cual se dirige
un rayo de luz 46 que es generado por un diodo luminoso 48. Las dimensiones de los taladros 40,
44 est´an dise˜nadas de manera correspondiente. El
diodo luminoso 48 est´a situado en la carcasa 12 y
se encuentra alineado con los taladros 40, 44. El rayo de luz 46 del diodo luminoso 48 es dirigido a
trav´es de los peque˜nos taladros 40, 44 hacia un
fo-totransistor 50. El fofo-totransistor 50 est´a previsto
igualmente en la carcasa 12. De esta manera, el diodo luminoso 48 y el fototransistor 50 tienen
siempre una posici´on relativa fija.
Las se˜nales de intensidad del fototransistor 50
son procesadas de la misma manera que en el
primer ejemplo de realizaci´on, por medio de una
electr´onica 34. A continuaci´on, la electr´onica 34
representa los valores medidos del par de torsi´on
en un dispositivo de presentaci´on digital 36.
El modo de funcionamiento de este segundo
ejemplo de realizaci´on est´a previsto, en principio,
de manera similar al primero. Mediante la
apli-caci´on de un par de torsi´on, el elemento de flexi´on
14 se dobla. De esta manera, los taladros 40, 44 no se encuentran ya exactamente sobre un mismo
eje. De esta manera, la luz que a´un pasa del rayo
de luz 46 incide solo de manera debilitada sobre el
fototransistor 50, que transmite una se˜nal de
in-tensidad a la electr´onica 34 correspondientemente
disminuida. Seg´un la magnitud que tenga el par
de torsi´on a determinar, los taladros 40, 44 se
desplazan relativamente. La se˜nal de intensidad
est´a correlacionada, por tanto, con el par de
tor-si´on producido. La magnitud de la se˜nal es ahora
una medida de la magnitud del par de torsi´on.
Mediante la correspondiente calibraci´on puede
es-tablecerse de nuevo una correspondencia entre el
par de torsi´on y la se˜nal de intensidad. El valor de
medici´on determinado y procesado es emitido
fi-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
nalmente desde la electr´onica 34 al dispositivo de
presentaci´on digital 36. Esta calibraci´on puede
ser almacenada en memoria, por ejemplo, como algoritmo y/o tabla que puede llamarse a partir
de una EPROM de la electr´onica 34.
La figura 3 muestra un tercer ejemplo de
reali-zaci´on seg´un la invenci´on, donde se mantienen los
mismos caracteres de referencia para los mismos elementos de los ejemplos anteriores. La llave
di-namom´etrica 10 presenta la carcasa 12. En la
car-casa 12 est´a dispuesto el elemento de flexi´on 14,
que est´a configurado de nuevo como barra y que
est´a conectado con la porci´on de acoplamiento 16
de la zona anterior 18 de la llave dinamom´etrica
10. En la zona posterior 22 de la llave
dinamo-m´etrica 10, sobre la carcasa 12, est´a dispuesto el
mango 20 que est´a fabricado preferentemente de
pl´astico. En el elemento de flexi´on 14 se
encuen-tra dispuesto un diodo l´aser 52. El rayo de luz
del diodo l´aser 52 incide sobre una l´ınea CCD 54.
La l´ınea CCD 54 est´a dispuesta en la carcasa 12.
El diodo l´aser 52 as´ı como la l´ınea CCD 54 est´an
conectados con la electr´onica 34.
Con la ayuda del detalle ampliado -figura
3a-de este ejemplo 3a-de realizaci´on, se explicar´a ahora
su modo de funcionamiento. Cuando en la llave
dinamom´etrica no act´ua un par de torsi´on, el rayo
de luz del diodo l´aser 52 incide en una regi´on
de-terminada de la l´ınea CCD 54. El m´aximo de
intensidad de la luz se puede localizar a trav´es
de la l´ınea CCD 54. Si ahora sobre la llave
dina-mom´etrica act´ua un par de torsi´on, el elemento
de flexi´on 14 se dobla, modific´andose de esta
ma-nera la direcci´on del rayo de luz, puesto que el
diodo l´aser 52 est´a dispuesto en dicho elemento
de flexi´on 14. La posici´on del m´aximo de
inten-sidad del rayo de luz sobre la l´ınea CCD 54 se
encuentra ahora en otra posici´on. Mediante la
localizaci´on del m´aximo de intensidad sobre la
l´ınea CCD puede asociarse a la correspondiente
posici´on un par de torsi´on determinado. Cada par
de torsi´on tiene sobre la l´ınea CCD un m´aximo
de intensidad diferente. La posici´on del m´aximo
de intensidad es ahora una medida de la
magni-tud del par de torsi´on. De esta manera, tambi´en
puede ser f´acilmente determinado el sentido del
par de torsi´on. Seg´un la desviaci´on del rayo de
luz, puede determinarse s´ı se trata de una
me-dici´on hacia la izquierda o hacia la derecha. Por
medio de la correspondiente calibraci´on puede
es-tablecerse una correspondencia entre el par de
torsi´on y la posici´on. El valor de medici´on
deter-minado y procesado es finalmente emitido desde
la electr´onica 34 hasta un dispositivo de
REIVINDICACIONES
1. Llave dinamom´etrica con sistema de
medi-ci´on electro-´optico para la aplicaci´on y/o
medi-ci´on de una fuerza inicial predeterminada,
espe-cialmente de tornillos y/o tuercas de tornillos, que contiene:
a) un elemento de flexi´on (14) que se deforma
de acuerdo con el par de torsi´on aplicado,
b) un sistema de medici´on y de procesamiento
(34) para detectar el par de torsi´on del
ele-mento de flexi´on (14) y
c) un dispositivo de presentaci´on (36) para
re-presentar el par de torsi´on
caracterizadoporque
d) el sistema de medici´on y de procesamiento
(34) est´a configurado de forma electro-´
opti-ca, donde
i) una fuente de luz (24) est´a prevista
pa-ra genepa-rar un pa-rayo de luz (28, 30), cuya
desviaci´on y/o intensidad respectivas
se correlacionan con el par de torsi´on
aplicado,
ii) y en el sistema de medici´on electro-´
op-tico est´a previsto un sensor de luz (26),
que detecta modificaciones de este rayo de luz (28, 30).
2. Llave dinamom´etrica seg´un la
reivindica-ci´on 1, caracterizada porque la fuente de luz
est´a prevista como diodo luminoso (24).
3. Llave dinamom´etrica seg´un la
reivindica-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
ci´on 1, caracterizada porque la fuente de luz
est´a prevista como diodo l´aser (52).
4. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 3,caracterizadaporque el
sen-sor de luz est´a previsto como un fototransistor
(26) o fotodiodo.
5. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 3,caracterizadaporque el
sen-sor de luz est´a previsto como una l´ınea CCD (54).
6. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 5, caracterizada porque est´a
previsto un dispositivo para deflexi´on (32) del
rayo de luz.
7. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 6,caracterizadaporque est´an
previstos medios electr´onicos (34) para el
proce-samiento y evaluaci´on de las se˜nales el´ectricas
su-ministradas por el sensor de luz (26).
8. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 7,caracterizadaporque el
dis-positivo de presentaci´on (36) est´a previsto en
for-ma digital.
9. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 8,caracterizadaporque est´an
previstos unos medios para calibraci´on de la llave
dinamom´etrica (10).
10. Llave dinamom´etrica seg´un una de las
rei-vindicaciones 1 a 9,caracterizadaporque la
co-rrelaci´on entre el par de torsi´on y la desviaci´on
y/o intensidad respectivas del rayo de luz (28, 30)
es establecida por medio del elemento de flexi´on
(14).
11. Llave dinamom´etrica (10) seg´un la
reivin-dicaci´on 10,caracterizadaporque las fuentes de
luz emiten desde, al menos, dos puntos previstos
con una separaci´on que son respectivamente
