[發(fā)明專利]利用超聲測量來估算螺栓中的夾緊力的方法和裝置

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201380065927.7
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN104870959A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發(fā)明（設計）人: E·V·佩爾森;A·T·洛夫
• 申請（專利權）人: 阿特拉斯·科普柯工業(yè)技術公司
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24;G01L5/00
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

1.一種在緊固操作期間估算螺栓與相匹配的螺紋件之間的螺紋連接件中的夾緊力(F)的方法，所述方法包括以下步驟：

-通過扭矩傳遞裝置來緊固所述連接件，

-測量在所述連接件的緊固期間提供至所述連接件的扭矩(T)，以及

-同時將超聲脈沖引入所述螺栓中，并且測量所述脈沖在所述螺栓中的飛行時間(TOF)，

其特征在于，所述方法進一步地包括以下步驟：

-響應于測量的所述扭矩(T)的增加，監(jiān)控隨著所述旋轉(zhuǎn)角(α)變化的扭矩(T)，以確定所述扭矩(T)的增加速率(dT/dα)，

-監(jiān)控隨著所述旋轉(zhuǎn)角(α)變化的超聲脈沖的飛行時間(TOF₁)，以確定所述飛行時間(TOF)的增加速率(dTOF/dα)，

-基于確定的所述扭矩(T)的增加速率(dT/dα)，確定扭矩(T)根據(jù)螺栓變形而開始增加時的緊固操作的初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)，

-將緊固操作的所述初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)定義為所述飛行時間(TOF)開始增加時的旋轉(zhuǎn)角，以及

-基于緊固操作的所述初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)和所述飛行時間(TOF)的增加速率(dTOF/dα)來確定在緊固操作期間飛行時間總的增加(ΔTOF)。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，確定扭矩(T)的增加速率(dT/dα)的步驟包括以下步驟：監(jiān)控在緊固操作的第一特定旋轉(zhuǎn)角(α₁)處的第一瞬時扭矩(T₁)，和在緊固操作的第二特定旋轉(zhuǎn)角(α₂)處的后續(xù)第二瞬時扭矩(T₂)，并且對其執(zhí)行線性近似，并且其中，初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)是從所述線性近似中推測出的，并且對應于扭矩(T)等于零時的角。

3.根據(jù)權利要求1或2中的任一項所述的方法，其中，確定所述超聲脈沖的飛行時間(TOF)的增加速率(dTOF/dα)的步驟包括以下步驟：監(jiān)控在緊固操作的第一相關旋轉(zhuǎn)角(α’₁)處的第一瞬時飛行時間(TOF₁)，和在緊固操作的第二相關旋轉(zhuǎn)角(α’₂)處的后續(xù)第二瞬時飛行時間(TOF₂)，并且對其執(zhí)行線性近似。

4.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的方法，其中，基于所述飛行時間總的增加(ΔTOF)來估算在所述連接件中構建的夾緊力(F)，根據(jù)等式F＝k₁*ΔTOF假設所述夾緊力(F)與所述飛行時間總的增加(ΔTOF)成比例，其中，k₁是依賴于螺栓的幾何結構和材料的螺栓特定常數(shù)。

5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，接下來計算所述夾緊力(F)，緊固操作被控制為在預定的目標夾緊力(F_目標)處終止，并且其中，持續(xù)地監(jiān)控飛行時間總的增加(ΔTOF)并且根據(jù)監(jiān)控的飛行時間的增加(ΔTOF)持續(xù)地計算所述夾緊力(F)。

6.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述緊固操作被控制為在預定的目標扭矩(T_目標)處終止，并且其中，監(jiān)控飛行時間總的增加(ΔTOF)，使得當預定的目標扭矩(T_目標)得以滿足并且緊固操作終止時可以根據(jù)監(jiān)控的飛行時間總的增加(ΔTOF)計算出所述夾緊力(F)。

7.根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，緊固操作停止在緊固操作的第一相關旋轉(zhuǎn)角(α’₁)處，在該處測量超聲脈沖的飛行時間的第一瞬時值(TOF₁)。

8.一種用于緊固包括至少一個螺栓和相匹配的螺紋件的連接件的緊固裝置，其包括扭矩傳遞裝置，所述扭矩傳遞裝置包括：

-軸，其用于驅(qū)動工具，以提供螺栓與匹配螺紋件的相互旋轉(zhuǎn)，以及

-電機，其用于驅(qū)動所述軸，

其中，所述緊固裝置進一步地包括：

-扭矩計，其用于在所述連接件的緊固操作期間，測量隨著應用至所述螺栓與所述相匹配的螺紋件之間的連接件的旋轉(zhuǎn)角變化的扭矩，

-超聲發(fā)射器，其用于將超聲脈沖引入所述至少一個螺栓中，并且測量在所述脈沖在所述螺栓中的飛行時間(TOF)，

-旋轉(zhuǎn)角計，其用于在所述連接件的緊固期間，記錄在所述至少一個螺栓與所述相匹配的螺紋件之間的旋轉(zhuǎn)角(α)，

其特征在于，所述緊固裝置包括適用于如下的控制單元：

-基于測量的扭矩(T)來確定隨著旋轉(zhuǎn)角(α)變化的扭矩(T)的增加速率(dT/dα)，

-基于測量的飛行時間(TOF)來確定隨著旋轉(zhuǎn)角(α)變化的飛行時間(TOF)的增加速率(dTOF/dα)，

-基于確定的扭矩(T)的增加速率(dT/dα)，確定扭矩(T)由于螺栓變形而開始增加時的初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)，

-將所述初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)定義為所述飛行時間(TOF)開始增加時的旋轉(zhuǎn)角，

-基于所述初始旋轉(zhuǎn)角(α₀)和所述飛行時間(TOF)的增加速率(dTOF/dα)來確定在所述緊固操作期間飛行時間總的增加(ΔTOF)。