[發明專利]一種螺栓裝配過程中預緊力實時檢測裝置與方法

在審

• 申請號: 201711422838.X
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108204876A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 王進杰;于濤;馬國清;張春萍;王嬌
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種螺栓裝配過程中預緊力實時檢測裝置和檢測方法，所述檢測裝置包括：一對或多對高精度激光位移傳感器、安裝激光傳感器的高精度運動導軌以及用于實時顯示預緊力且具有報警功能的上位機。所述檢測方法步驟如下：將螺栓、螺母安裝在被連接件上并初步擰緊螺母至貼合被連接件表面以保證定位，通過運動導軌調整激光傳感器位置，使一對激光分別照射在螺栓的兩個端面，當螺母擰緊時通過高精度激光位移傳感器測量出螺栓的伸長量，并在上位機實時顯示換算出的螺栓預緊力，當達到目標預緊力時報警。與超聲波、應變片及千分尺測長儀等方法相比，本發明安裝便捷、現場實用性強，具有無損、精度高等有益效果。

技術領域

本發明涉及機械設備裝配領域，特別涉及一種高端緊固件裝配過程中預緊力實時、無損檢測裝置與方法。

背景技術

螺栓連接廣泛運用于機械、土木、能源和航空航天工程等領域。目前，螺栓現場裝配是通過監測擰緊螺栓時的扭矩值來控制螺栓預緊力的大小，在擰緊過程中，輸入的能量只有大約10％轉化為螺栓的預緊力，而其它約90％的能量被螺紋牙面摩擦和螺母與被連接件的接觸端面摩擦損耗，因此，牙面和端面摩擦系數即使有微小的波動，也將導致螺栓擰緊后產生一定的差異，預緊力一致性較差；雖然采用扭矩—轉角法能夠在一定程度上改善預緊力的一致性，但在擰緊過程中的扭矩段，仍會因端面和牙面摩擦系數的差異性導致實際預緊力與目標預緊力產生一定偏差。綜上所述，如何準確控制螺栓擰緊預緊力是現場裝配中急需解決的問題。

本發明提出的通過激光位移傳感器測量螺栓伸長量的檢測裝置與方法尚未見相關文獻。現場實際應用的測試技術主要有以下幾種：

(1)CN 104568282B《一種測試螺栓預緊力的裝置及其控制方法》、CN 103616118B《螺栓及其預緊力的檢測系統、控制方法》及CN 104075831A《一種高強度螺栓預緊力測量裝置》等專利公開了通過應變片測量螺栓預緊力的方法，該方法需要在每一個被測螺栓的螺桿上貼多個應變片，工序繁瑣，同時螺栓與被連接件之間要留出足夠的空間布置引線。該方法對螺栓有一定的損傷，且無法滿足現場批量裝配。

(2)CN 1156679C《超聲波螺栓緊固力測試裝置》、CN 105115652A《一種利用主動超聲導波定量化監測螺栓預緊力矩的方法》等專利公開了依據超聲波在不同應力狀態的螺栓內部傳播速度不同的原理實現螺栓預緊力的測量。該方法需要對螺栓兩個端面進行預處理，測量時需要耦合劑并且測量精度受操作者影響較大。

(3)CN 103323170B《一種螺栓組連接的預緊力測量系統及方法》、CN 204286667U《一種螺栓預緊力測量裝置》等公開了在螺栓與被連接件間安裝壓力傳感器直接測量螺栓預緊力，但是該方法適合檢測、實驗驗證，不適于實際裝配，因為安裝壓力傳感器將影響被連接件的剛度，同時也影響結合面壓力分布及使用過程的可靠性。

此外，也可用千分表測長儀直接測量方法螺栓伸長量，但是傳統的測試手段測量精度低，測試數據不易保存、分析，無法滿足現場大批量裝配的需求，工程應用性較低。

發明內容

鑒于現有技術在現場螺栓裝配應用中預緊力檢測方面存在的缺點和不足，本發明提供一種高精度、高效便捷、基于高精度激光位移傳感器的螺栓預緊力實時、無損檢測裝置與方法。

為實現發明目的之一，本發明采用如下的技術方案：

一種螺栓裝配過程中預緊力實時檢測裝置，包括上位機、被連接件、待裝配螺栓、螺母、一對高精度激光位移傳感器和兩條高精度運動導軌；所述的高精度運動導軌固定于水平放置的基座或地面上且相互平行；被連接件置于兩條所述高精度運動導軌的中間且與其平行，待裝配螺栓水平方向垂直穿過所述被連接件通過螺母裝配；高精度激光傳感器分別安裝于對應的所述高精度運動導軌上并與上位機相連，且所述待裝配螺栓與被連接件通過螺母裝配完成后，分別調整所述高精度運動導軌上的高精度激光傳感器的位置使其發射的激光分別垂直照射于所述待裝配螺栓的前后兩個端面上。