紧固件预紧力在线检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种紧固件预紧力在线检测方法及系统，其特征在于，包括步骤：对被检测工件系统进行激振，其中，所述被检测工件系统主要由紧固件以及该紧固件所紧固的机构组成；对被检测工件系统对激振的实时响应信号进行拾振；根据所述实时响应信号得到被检测工件系统的实时频谱响应信息；根据所述实时频谱响应信息识别紧固件的轴向预紧力。本发明专利技术考虑到在紧固件预紧前后被检测工件系统的刚度会发生变化，而刚度的变化使得被检测工件系统在宽频激励下会产生频谱响应也会发生变化，因此利用多阶模态响应的变化，通过分析频谱响应来识别轴向预紧力，实现了在线检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及预紧力检测领域，具体地，涉及紧固件预紧力在线检测方法及系统。
技术介绍
在机械行业，紧固件(例如螺纹螺栓、预压弹簧等工件)得到了大量应用。然而由于 紧固件在机械运行过程中将经受复杂的交变载荷冲击作用，极易诱发紧固件断裂失效或因 变形而导致额定预紧力发生变化等后果，这都将严重影响整体系统工作的安全与稳定。 经过对传统的紧固件预紧力检测方案进行调研发现，目前对紧固工进行预紧检测 的主要方法有经验检测法、扭矩扳手法、传感器检测法等。经验检测法由于是人为主观判 断，结果具有相当大的随意性，较小误差难以识别。扭矩扳手法虽然简单易用，但受制于扭 矩扳手自身的精度，而且难以实现在线检测的功能。传感器检测法精度较高，但某些型式的 传感需要对紧固件预先嵌入传感线圈或垫片，这样损坏了工件的整体性与完整性，造成工 件强度与刚度上的破坏，从而无法达到稳定工作与同步实时检测的需求。
技术实现思路
针对现有技术中紧固件预紧力检测方案存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一 种紧固件预紧力在线检测方法及系统。 根据本专利技术提供的一种紧固件预紧力在线检测方法，包括如下步骤： 激振步骤:对被检测工件系统进行激振，其中，所述被检测工件系统主要由紧固件 以及该紧固件所紧固的机构组成； 拾振步骤:对被检测工件系统对激振的实时响应信号进行拾振； 频响提取步骤:根据所述实时响应信号得到被检测工件系统的实时频谱响应信 息； 预紧力识别步骤:根据所述实时频谱响应信息识别紧固件的轴向预紧力。 优选地，在所述激振步骤中，对被检测工件系统进行宽频激振，其中，所述宽频是 指从准静态到超声全频段。 优选地，还包括如下步骤： 预紧力模型信息数据库建立步骤:记录给定预紧力工况与被检测工件系统在给定 预紧力工况下的固有频谱响应信息之间的关系，将该关系存储形成预紧力模型信息数据 库;所述预紧力模型信息数据库包括数学模型数据库、实验检测数据库，还包括数学和实验 两种方式获取的参数补充和修正数据库； 所述预紧力识别步骤，包括如下任一个步骤： -模型构建步骤:根据所述实时频谱响应信息，通过数学方法在线辨识和构建紧固 件的所需要方向的预紧力或实时应力数学模型，通过该实时在线构建的数学模型计算得到 实时预紧力或应力量值结果； -数据修正步骤:将在线建立的数学模型与包含有紧固力测试实验数据或数据库 数据的离线模型进行对比修正;离线紧固力测试实验数据的结果参数辅助构建在线辨识的 数学模型；或在线预紧力或实时应力数学模型的计算结果补充修正具体工况时的离线模 型，完善离线模型数据库； -匹配对比步骤:在预紧力模型信息数据库中，查找与所述实时频谱响应信息匹配 的固有频谱响应信息对应的预紧力工况，将该预紧力工况作为紧固件的轴向预紧力的识别 结果。 优选地，所述激振步骤，包括如下步骤： 应力调整步骤:对被检测工件系统进行动态频率的激振，使被检测工件系统的初 始预应力得到调整，从而缓解被检测工件系统局部的应力集中状况，并且对被检测工件系 统的初始紧固安装可靠性实现外部振动激励检验。 优选地，在所述激振步骤中，对被检测工件系统的一个以上位置进行激振;在拾振 步骤中，对被检测工件系统的一个位置或多个位置进行拾振； 激振位置、拾振位置均位于被检测工件系统轴向的同侧或者分别位于被检测工件 系统轴向的两侧。 根据本专利技术提供的一种紧固件预紧力在线检测系统，包括如下装置： 激振装置:对被检测工件系统进行激振，其中，所述被检测工件系统主要由紧固件 以及该紧固件所紧固的机构组成；拾振装置:对被检测工件系统对激振的实时响应信号进行拾振；频响提取装置:根据所述实时响应信号得到被检测工件系统的实时频谱响应信 息；预紧力识别装置:根据所述实时频谱响应信息识别紧固件的轴向预紧力。优选地，所述激振装置对被检测工件系统进行宽频激振，其中，所述宽频是指从准 静态到超声全频段。 优选地，还包括如下装置：预紧力模型信息数据库建立装置:记录给定预紧力工况与被检测工件系统在给定 预紧力工况下的固有频谱响应信息之间的关系，将该关系存储形成预紧力模型信息数据 库，所述预紧力模型信息数据库包括数学模型数据库、实验检测数据库，还包括数学和实验 两种方式获取的参数补充和修正数据库；所述预紧力识别装置，包括如下任一个装置： -模型构建装置:根据所述实时频谱响应信息，通过数学方法在线辨识和构建紧固 件的所需要方向的预紧力或实时应力数学模型，通过该实时在线构建的数学模型计算得到 实时预紧力或应力量值结果； -数据修正装置:将在线建立的数学模型与包含有紧固力测试实验数据或数据库 数据的离线模型进行对比修正;离线紧固力测试实验数据的结果参数辅助构建在线辨识的 数学模型；或在线预紧力或实时应力数学模型的计算结果补充修正具体工况时的离线模 型，完善离线模型数据库； -匹配对比装置:在预紧力模型信息数据库中，查找与所述实时频谱响应信息匹配 的固有频谱响应信息对应的预紧力工况，将该预紧力工况作为紧固件的轴向预紧力的识别 结果。 优选地，所述激振装置，包括如下装置： 应力调整装置:对被检测工件系统进行动态频率的激振，使被检测工件系统的初 始预应力得到调整，从而缓解被检测工件系统局部的应力集中状况，并且对被检测工件系 统的初始紧固安装可靠性实现外部振动激励检验。优选地，在所述激振装置中，对被检测工件系统的一个以上位置进行激振;在拾振 装置中，对被检测工件系统的一个位置或多个位置进行拾振；激振位置、拾振位置均位于被检测工件系统轴向的一侧或者分别位于被检测工件 系统轴向的两侧。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果： 1、本专利技术通过宽频激励输入，受轴向预紧载荷下的系统产生对应的输出响应，根 据识别的多阶模态响应的变化来实时判别预紧状况。 2、本专利技术通过系统集成设计，自带激振、传感、信号处理功能，无须在工件系统内 设置传感环节，对工件的完整性及强度不产生破坏。 3、本专利技术通过设计的多用途接口设备，便于与不同紧固件的连接。 4、本专利技术分析显示评判系统可以自动分析实时检测的数据，并根据设定的数据模 型对比显示当前工件的预紧状态。 5、本专利技术集成了多个环节，结构轻巧，便于操作使用，能有效提高检测效率。【附图说明】通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、 目的和优点将会变得更明显： 图1为本专利技术提供的紧固件预紧力在线检测系统的结构示意图。 图2-图5为本专利技术中激振环节与拾振环节的多种可选布置方案。 图6为本专利技术中的多工件同时测试方案。 图中：1为被检测工件系统，2为信号探测系统，3为安装接口系统，4为信号输入系 统，5为信号发生采集系统，6为分析显示评判系统。【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术 人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术 人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术 的保护范围。 本专利技术的原理是:将紧固件及其所紧固的机构作为整体进行一体化考量，基于受 轴向力下的梁的欧拉-伯努利理论，对于包含紧固件及其所紧固的机构的被检测工件系统 而言，在紧固件预紧前后，被检测工件系统的刚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧固件预紧力在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：激振步骤：对被检测工件系统进行激振，其中，所述被检测工件系统主要由紧固件以及该紧固件所紧固的机构组成；拾振步骤：对被检测工件系统对激振的实时响应信号进行拾振；频响提取步骤：根据所述实时响应信号得到被检测工件系统的实时频谱响应信息；预紧力识别步骤：根据所述实时频谱响应信息识别紧固件的轴向预紧力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌堂，孙小庆，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31