[發(fā)明專利]一種便攜式的螺栓緊固力超聲檢測系數(shù)標定裝置

有效

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• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110967143B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 潘勤學;潘瑞鵬;邵唱;常梅樂;徐曉宇;鄭崑琳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N29/00
• 分類號: G01N29/00;G01L25/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種便攜式的螺栓緊固力超聲檢測系數(shù)標定裝置，其特征在于：它包括螺栓緊固力發(fā)生裝置和超聲信號檢測系統(tǒng)：

所述螺栓緊固力發(fā)生裝置由螺栓預緊及加載模塊(100)和止動模塊(200)兩部分組成；

該螺栓預緊及加載模塊(100)包括螺母(101)、調(diào)節(jié)墊圈(102)、待標定螺栓(103)、上連接塊(109)、下連接塊(108)、連接螺栓一(107)、連接螺母(110)、拉力傳感器(104)、雙頭螺柱(105)、承力框架(106)、填充板(111)和填充塊(112)；各組成部分相互之間的關(guān)系是：待標定螺栓(103)依次穿過上連接塊(109)、承力框架(106)的上端通孔和調(diào)節(jié)墊圈(102)，通過螺母(101)擰緊；上連接塊(109)和下連接塊(108)通過連接螺栓一(107)和連接螺母(110)相連，將待標定螺栓(103)的頭部固定于上連接塊(109)的矩形沉頭孔中；填充板(111)和填充塊(112)填充于待標定螺栓(103)的頭部與上連接塊(109)的矩形沉頭孔的空隙中；下連接塊(108)通過普通螺紋與拉力傳感器(104)相連；雙頭螺柱(105)的兩端分別與拉力傳感器(104)和承力框架(106)的下端螺紋孔相連；

該螺母(101)的規(guī)格應與待標定螺栓(103)適配；

該調(diào)節(jié)墊圈(102)選用各種規(guī)格平墊圈，其中規(guī)格最小的平墊圈應與待標定螺栓(103)和螺母(101)適配，規(guī)格最大的平墊圈外徑應大于承力框架(106)的上端通孔直徑；

該待標定螺栓(103)的規(guī)格和材料應與被測螺栓一致；

該上連接塊(109)為方形塊，其一側(cè)加工有矩形沉頭孔，其中心和四角加工有圓形通孔，矩形沉頭孔尺寸應大于待標定螺栓(103)的頭部尺寸，中心圓形通孔直徑應大于待標定螺栓(103)的公稱直徑；

該下連接塊(108)為方形塊，其一側(cè)中心加工有帶有外螺紋的柱體，其四角加工有圓形通孔，方形塊和通孔的尺寸應與上連接塊(109)的相應尺寸一致，外螺紋規(guī)格應與拉力傳感器的內(nèi)螺紋適配；

該連接螺栓一(107)的規(guī)格應與上連接塊(109)四角的通孔適配，總抗拉強度應滿足標定過程中的受載要求；

該連接螺母(110)的規(guī)格應與連接螺栓一(107)適配；

該拉力傳感器(104)選用S型內(nèi)螺紋拉力傳感器，其額定載荷應滿足標定過程中的受載要求；

該雙頭螺柱(105)其外螺紋應與拉力傳感器(104)的內(nèi)螺紋適配，且兩端螺紋旋向相反；

該承力框架(106)的上端加工有通孔，其直徑應大于待標定螺栓(103)的公稱直徑，其下端加工有螺紋孔，其規(guī)格應與雙頭螺柱(105)適配，兩側(cè)加工有雙T型槽；

該填充板(111)為方形塊，其規(guī)格滿足恰好能夠在上連接塊(109)的矩形沉頭孔中填充于待標定螺栓(103)頭部的兩側(cè)；

該填充塊(112)為方形塊，其中心加工有圓形通孔，其規(guī)格滿足恰好能夠在上連接塊(109)的矩形沉頭孔中填充于待標定螺栓(103)頭部的底部，通孔尺寸應與待標定螺栓(103)適配；

該止動模塊(200)包括止動殼(201)、雙T型塊(202)、連接螺栓二(203)和鎖緊螺母(204)；該止動殼(201)兩側(cè)通過連接螺栓二(203)和鎖緊螺母(204)與雙T型塊(202)相連；

該止動殼(201)的中間加工有矩形空腔，其規(guī)格滿足恰好能夠放置上連接塊(109)、下連接塊(108)和拉力傳感器(104)，其兩側(cè)加工有圓形通孔；

該雙T型塊(202)加工有內(nèi)螺紋孔；

該連接螺栓二(203)其規(guī)格應與雙T型塊(202)的內(nèi)螺紋孔適配；

該鎖緊螺母(204)其規(guī)格應與連接螺栓二(203)適配；

通過將雙T型塊(202)安裝于承力框架(106)的雙T型槽內(nèi)，將上連接塊(109)、下連接塊(108)和拉力傳感器(104)放置于止動殼(201)的空腔內(nèi)，進而實現(xiàn)螺栓預緊及加載模塊(100)和止動模塊(200)的連接；

所述超聲信號檢測系統(tǒng)是由工業(yè)控制計算機(301)、脈沖收發(fā)與數(shù)據(jù)采集卡(302)、同軸射頻開關(guān)(303)、分時橫縱波一體化探頭(304)組成；各組成部分相互之間的關(guān)系是：工業(yè)控制計算機(301)通過以太網(wǎng)接口與脈沖收發(fā)與數(shù)據(jù)采集卡(302)相連；脈沖收發(fā)與數(shù)據(jù)采集卡(302)通過信號發(fā)射/接收端口即P/R和可編程I/O接口分別與同軸射頻開關(guān)(303)的激勵信號輸入端即C和開關(guān)控制信號輸入端即TTL IN相連；同軸射頻開關(guān)(303)通過常閉信號輸出端即NC和常開信號輸出端即NO分別與分時橫縱波一體化探頭(304)的縱波接口和橫波接口相連；

該脈沖收發(fā)與數(shù)據(jù)采集卡(302)選用脈沖收發(fā)與數(shù)據(jù)采集集成卡，其數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率應大于標定實驗所使用超聲信號最高頻率的2倍；

該同軸射頻開關(guān)(303)選用單刀雙擲的同軸射頻開關(guān)；

該分時橫縱波一體化探頭(304)選用壓電式橫縱波一體化探頭；

選用與被測螺栓規(guī)格、材料均一致的螺栓作為待標定螺栓(103)，按照裝配順序進行標定裝置的安裝；在擰緊及加載過程中，分時橫縱波一體化探頭(304)測得的縱波及橫波信號以及拉力傳感器(104)測得的軸向力值被同時輸送到工業(yè)控制計算機(301)中進行數(shù)據(jù)處理；通過數(shù)據(jù)擬合獲得超聲縱波及橫波的傳播時間和待標定螺栓(103)所受總載荷之間的數(shù)學關(guān)系，即相應的超聲檢測系數(shù)；對于拉力傳感器(104)和相關(guān)長度測量儀器能事先進行校準和溯源，因此，獲得的拉力值和尺寸參數(shù)能作為標準值；該裝置用于現(xiàn)場標定超聲檢測系數(shù)，標定溫度與實際檢測溫度變化不大，因此溫度對螺栓緊固力檢測的影響忽略不計，不需要對檢測結(jié)果進行溫度補償。