Torque (แรงบิด) คือผลของแรงที่ทำให้วัตถุมีแนวโน้มหมุนรอบจุดหรือแกนหมุน ตัวอย่างที่พบได้ง่ายคือการใช้ประแจขันน็อต ยิ่งออกแรงมากหรือออกแรงห่างจากจุดหมุนมาก Torque ที่เกิดขึ้นก็ยิ่งสูงขึ้น

ในทางพื้นฐานสามารถอธิบายได้ว่า

Torque = Force × Perpendicular Distance

หรือ

T = F × L

โดย
T = Torque
F = Force
L = ระยะตั้งฉากจากแกนหมุนถึงแนวแรง

หน่วย SI ที่ใช้กับ Torque คือ N·m (newton metre) ค่ะ

งานที่ต้องควบคุม Torque อย่างเหมาะสมพบได้ตั้งแต่การประกอบชิ้นส่วน เครื่องจักร ยานยนต์ ไปจนถึงงานที่ต้องควบคุมการขันสกรูและน็อตอย่างสม่ำเสมอ เครื่องมืออย่าง Torque Wrench และ Torque Screwdriver จึงต้องได้รับการตรวจสอบและสอบเทียบเพื่อให้ค่าที่ใช้ควบคุมงานมีความน่าเชื่อถือ โดย ISO 6789-2:2017 กำหนดวิธีการสอบเทียบ Hand Torque Tools และการประเมิน Measurement Uncertainty โดยเฉพาะค่ะ

สารบัญบทความ

Torque คืออะไร?

Torque คือปริมาณทางกลที่อธิบาย ความสามารถของแรงในการทำให้วัตถุหมุนรอบแกน

ตัวอย่างง่าย ๆ คือการเปิดประตู

ถ้าออกแรงใกล้บานพับ ประตูจะเปิดยากกว่า

แต่ถ้าออกแรงที่ปลายประตูซึ่งอยู่ไกลจากบานพับ จะเปิดง่ายกว่า แม้ใช้แรงใกล้เคียงกัน

สาเหตุคือระยะจากแกนหมุนเพิ่มขึ้น ทำให้ Torque เพิ่มขึ้นค่ะ

Torque เกิดขึ้นได้อย่างไร?

หลักการ Torque เท่ากับ Force คูณระยะตั้งฉากจากแกนหมุน พร้อมตัวอย่าง 100 N คูณ 0.5 m เท่ากับ 50 N·m — เมื่อ Force เท่าเดิม การเพิ่มระยะ Lever Arm จะทำให้ Torque เพิ่มขึ้นตามความสัมพันธ์ T = F × L

สมมติใช้ประแจยาว

0.5 m

และออกแรงตั้งฉาก

100 N

Torque โดยแนวคิดพื้นฐานจะเป็น

T = 100 × 0.5

= 50 N·m

หากเปลี่ยนเป็นประแจยาว 1 m และใช้แรง 100 N เท่าเดิม

Torque จะเพิ่มเป็น

100 N·m

จึงเห็นได้ว่า Torque ขึ้นอยู่กับทั้ง แรงและระยะจากแกนหมุน

Force กับ Torque ต่างกันอย่างไร?

Force เป็นแรงที่กระทำในแนวเส้นตรง ใช้หน่วย N

ส่วน Torque เป็นผลเชิงการหมุนของแรงรอบแกน ใช้หน่วย N·m

ดังนั้น

100 N ไม่เท่ากับ 100 N·m

เพราะเป็นคนละปริมาณทางกายภาพค่ะ

หน่วยของ Torque มีอะไรบ้าง?

หน่วยที่พบได้บ่อย เช่น

- N·m — newton metre
- N·cm
- mN·m
- kgf·cm
- kgf·m
- lbf·ft
- lbf·in

ในระบบ SI ใช้ N·m

เวลาระบุผลสอบเทียบหรือกำหนด Torque ควรระบุหน่วยให้ชัดเจน เพราะตัวเลขเดียวกันแต่คนละหน่วยมีความหมายต่างกันมากค่ะ

N·m กับ Joule เหมือนกันหรือไม่?

เชิงมิติทางฟิสิกส์ N·m สามารถปรากฏทั้งใน Torque และ Energy ได้ แต่ไม่ควรใช้ชื่อหน่วยสลับกัน

Torque ใช้

N·m

ส่วน Energy ใช้

J — joule

เพราะทั้งสองปริมาณมีความหมายทางกายภาพต่างกันค่ะ

ระยะ Lever Arm มีผลต่อ Torque อย่างไร?

มีผลโดยตรง

Torque ขึ้นอยู่กับ ระยะตั้งฉากจากแกนหมุนถึงแนวของแรง

ดังนั้นถ้า

Force เท่าเดิม
แต่ Lever Arm ยาวขึ้น

Torque จะสูงขึ้น

นี่เป็นหนึ่งในหลักสำคัญของระบบสร้าง Torque แบบดั้งเดิม ซึ่งอาศัย Force และ Length ที่สามารถสอบกลับได้ทางมาตรวิทยา NIST อธิบายว่า Torque สามารถได้จากปริมาณองค์ประกอบ เช่น Force และ Length และการสอบกลับได้ต้องรวม Measurement Uncertainty ขององค์ประกอบเหล่านี้ด้วยค่ะ

Torque Wrench คืออะไร?

ประเภทของ Torque Wrench ได้แก่ Click Type Dial Type Beam Type และ Digital Torque Wrench — Torque Wrench มีหลายรูปแบบ ทั้งเครื่องมือแบบแสดงค่าและแบบตั้งค่า ควรเลือกให้เหมาะกับช่วง Torque และลักษณะงาน

Torque Wrench คือประแจที่ใช้สำหรับควบคุมหรือบ่งชี้ Torque ขณะขัน Fastener

เครื่องมือมีหลายลักษณะ เช่น

- Click Type
- Dial Type
- Beam Type
- Digital / Electronic Torque Wrench

ISO 6789 แบ่ง Hand Torque Tools หลัก ๆ เป็น

Type I — Indicating Torque Tools
แสดงค่า Torque ที่กำลังใช้

และ

Type II — Setting Torque Tools
ตั้งค่า Torque ไว้ล่วงหน้าและให้สัญญาณเมื่อถึงค่าที่ตั้ง

ค่ะ

Torque Screwdriver คืออะไร?

หลักการคล้าย Torque Wrench แต่เหมาะกับช่วง Torque ต่ำกว่าและชิ้นงานขนาดเล็กในหลายกรณี

ตัวอย่างการใช้งานอาจพบใน

- งานประกอบอิเล็กทรอนิกส์
- งานเครื่องมือ
- ชิ้นส่วนขนาดเล็ก
- Screw Assembly

แต่ช่วง Torque และ Specification ต้องดูจากรุ่นจริงเสมอค่ะ

ตั้งค่า Torque สูงหรือต่ำเกินไปมีผลอย่างไร?

Torque ต่ำเกินไปอาจทำให้การยึดไม่เพียงพอตามข้อกำหนดของงาน

ส่วน Torque สูงเกินไปอาจเพิ่มความเสี่ยงต่อความเสียหายของ Fastener หรือชิ้นส่วน

ดังนั้น Torque ที่เหมาะสมต้องมาจาก

Drawing / Specification / Manufacturer Requirement / Engineering Requirement

ไม่ควรกำหนดจากความรู้สึกของผู้ใช้งานค่ะ

ทำไมตำแหน่งการจับประแจจึงสำคัญ?

เพราะ Torque เกี่ยวข้องกับระยะจากแกนหมุน

Torque Wrench บางประเภทได้รับการออกแบบให้ผู้ใช้จับบริเวณ Handle ที่กำหนด

หากจับผิดตำแหน่งหรือใช้ Extension/Adapter โดยไม่คำนึงถึง Geometry อาจมีผลต่อ Torque ที่ชิ้นงานได้รับ

ดังนั้นต้องใช้งานตามคู่มือของเครื่องมือค่ะ

การออกแรงเร็วหรือกระชากมีผลหรือไม่?

ปัจจัยที่มีผลต่อ Torque Wrench เช่น ตำแหน่งจับ ทิศทาง การออกแรง Extension Adapter Range และ Unit — ค่าที่ได้จาก Torque Wrench อาจได้รับผลจากตำแหน่งจับ ทิศทาง การออกแรง Adapter และสภาพของเครื่องมือ

มีผลได้ค่ะ

การใช้แรงแบบกระชากทำให้โหลดเปลี่ยนอย่างรวดเร็วและอาจทำให้ผลไม่สม่ำเสมอ

ในการใช้ Torque Tool โดยทั่วไปควรประยุกต์แรงอย่างสม่ำเสมอตามวิธีที่ผู้ผลิตและ Procedure กำหนด

โดยเฉพาะงานสอบเทียบต้องควบคุมวิธีการ Apply Torque ให้เหมาะสมเพื่อให้ผลมี Repeatability ดีค่ะ

Torque Tester คืออะไร?

Torque Tester / Torque Analyzer เป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัด Torque ที่ Torque Wrench หรือ Torque Screwdriver สร้างขึ้น

ตัวอย่างเช่น

ตั้ง Torque Wrench = 100 N·m

นำไปทดสอบกับ Torque Tester

Tester อาจแสดง

99.5 N·m

จากนั้นจึงนำค่ามาประเมิน Error หรือ Deviation ตามวิธีและเกณฑ์ที่กำหนด

ทำไมต้องสอบเทียบ Torque Wrench?

เพราะกลไกภายใน Torque Tool สามารถเปลี่ยนแปลงได้จาก

- การใช้งาน
- จำนวน Cycle
- การสึกหรอ
- การกระแทก
- การตก
- การเก็บรักษา
- การซ่อม
- การปรับตั้ง

การสอบเทียบจึงช่วยตรวจสอบว่า Torque ที่เครื่องมือสร้างหรือแสดงสัมพันธ์กับ Reference Torque อย่างไร

ISO 6789-2:2017 กำหนดวิธีสอบเทียบ Hand Torque Tools และการคำนวณ Measurement Uncertainty สำหรับการสอบเทียบค่ะ

การสอบเทียบ Torque ตรวจอะไรบ้าง?

ขั้นตอนการสอบเทียบ Torque Wrench ตั้งแต่ตรวจสภาพ Preload ทดสอบหลายจุด ประเมิน Error และ Measurement Uncertainty — การสอบเทียบ Torque Wrench ประเมินค่าที่เครื่องมือสร้างหรือแสดงเทียบกับ Reference Torque ในจุดและเงื่อนไขที่กำหนด

โดยแนวคิดทั่วไปจะมีการ

1. ตรวจสภาพเครื่องมือ

เช่น Handle, Drive, Display, Mechanism และ Identification

2. เลือก Calibration Range

ให้สัมพันธ์กับช่วง Torque ของเครื่องมือและวิธีมาตรฐาน

3. Preloading / Exercising

ดำเนินการตาม Method ก่อนเก็บค่าจริง

4. Apply Torque ที่จุดทดสอบ

เปรียบเทียบค่าที่ Tool ให้กับ Reference Torque

5. ทำซ้ำ

เพื่อดู Performance และการกระจายของผล

6. ประเมิน Deviation / Error

7. ประเมิน Measurement Uncertainty

ทั้งนี้จำนวนจุด จำนวนรอบ ทิศทาง Torque และเงื่อนไขจริงต้องเป็นไปตามมาตรฐานหรือ Procedure ที่ใช้ค่ะ

Accuracy กับ Repeatability ของ Torque ต่างกันอย่างไร?

สมมติ Target

100 N·m

เครื่องมือวัดซ้ำได้

99.8 N·m
99.9 N·m
99.8 N·m
99.9 N·m
99.8 N·m

ค่ามีความใกล้กันมาก แสดงถึง Repeatability ที่ดี

แต่ถ้าค่าทั้งหมดห่างจาก Reference อย่างมีนัยสำคัญ ก็ยังอาจมี Error อยู่

ดังนั้น

ค่าซ้ำใกล้กัน ≠ ค่าถูกต้องเสมอไป

ควรดูทั้ง Error และ Repeatability ค่ะ

Measurement Uncertainty สำคัญอย่างไร?

ผล Calibration ไม่ได้มีเพียง

Measured Value หรือ Error

แต่ยังต้องพิจารณาความไม่แน่นอนของกระบวนการวัด

Torque เป็นตัวอย่างที่เห็นภาพชัด เพราะระบบแบบดั้งเดิมอาจสัมพันธ์กับทั้ง

Force + Length + Alignment + Loading + Reference Device

NIST ระบุว่าการสอบกลับได้ของ Torque สามารถสร้างจากปริมาณองค์ประกอบและต้องนำ Uncertainty ขององค์ประกอบเหล่านั้นเข้ามารวมในการประเมินค่ะ

Torque Wrench ตกหรือกระแทกควรทำอย่างไร?

ไม่ควรสรุปว่าเครื่องมือยังใช้งานได้เพียงเพราะภายนอกไม่แตก

ควร

1. หยุดใช้ชั่วคราว
2. ตรวจสภาพภายนอก
3. ตรวจ Drive และ Mechanism
4. ทำ Functional Check
5. เปรียบเทียบกับ Torque Tester หากระบบมี
6. บันทึกเหตุการณ์
7. ประเมินผลกระทบต่องานก่อนหน้า
8. ส่งตรวจสอบหรือสอบเทียบใหม่เมื่อจำเป็น

เพราะการตกหรือกระแทกสามารถเปลี่ยน Performance ของกลไกภายในได้ค่ะ

Torque Wrench ต้องสอบเทียบทุก 1 ปีหรือไม่?

ไม่ควรกำหนดว่าเครื่องมือทุกตัวต้อง 1 ปีโดยอัตโนมัติค่ะ

ควรพิจารณา

- จำนวนครั้งใช้งาน
- ความสำคัญของงาน
- ประวัติ Calibration
- Stability
- ผล Intermediate Check
- การตกหรือกระแทก
- Manufacturer Recommendation
- Requirement ของลูกค้า
- Risk ของ Process

NIST เองกล่าวถึงความสำคัญของการสอบเทียบเครื่องมือ Torque เป็นระยะ โดยเฉพาะงาน Precision แต่ Calibration Interval ที่องค์กรใช้ควรสัมพันธ์กับระบบคุณภาพและความเสี่ยงของการใช้งานจริงค่ะ

Checklist ก่อนใช้ Torque Wrench

ก่อนใช้งานควรตรวจอย่างน้อย

- Instrument ID
- Calibration Status
- Range
- Unit
- Direction
- Drive
- Handle
- Setting Mechanism
- Display หรือ Scale
- Torque Setting
- ความเสียหายจากการตก/กระแทก
- วิธีจับเครื่องมือ
- Adapter / Extension ที่ใช้
- Requirement ของงาน

โดยเฉพาะ Range และ Unit ต้องตรวจทุกครั้ง เพราะตั้งค่าผิดหน่วยสามารถทำให้ Torque ต่างจาก Requirement อย่างมากค่ะ

สรุป

Torque คือแรงที่ทำให้วัตถุมีแนวโน้มหมุนรอบแกน

แนวคิดพื้นฐานคือ