一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法技术

本发明专利技术提供一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法，首先采用基准温度对每一超声波飞行时间△tn

A method of pre tightening force calibration for fastener with sensor external thread

The invention provides a method for pre tightening force calibration of fastener with sensor external thread. Firstly, the reference temperature is used to calibrate each ultrasonic flight time \u25b3 TN

【技术实现步骤摘要】
一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法
本专利技术涉及紧固件预紧力检测领域，具体涉及一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法。
技术介绍
目前，通过在外螺纹紧固件上制备传感器/换能器，利用传感器/换能器激发的超声波信号来测量外螺纹紧固件预紧力的技术具有较好的应用前景。该技术主要包含三个方面内容：1.在外螺纹紧固件头部或杆部尾端通过粘贴/焊接/真空镀等方式固定、沉积生长压电传感器；2.对带传感器的外螺纹紧固件按一定的方法进行标定。标定过程可能包括确定外螺纹紧固件测量参数、环境参数以及外螺纹紧固件上传感器/换能器激发的超声波信号参数，通过一定的试验方法及步骤，建立特定条件下，上述测量参数与外螺纹紧固件预紧力的函数关系。3.将标定得到的上述函数关系导入测量系统软件，在螺栓安装或使用过程，测量上述函数关系中的变量值，通过函数计算得到外螺纹紧固件在安装或使用过程中的预紧力值，并在测量设备或装置中显示测量结果。标定方法中，如何科学合理确定外螺纹紧固件测量参数、环境参数、超声波信号参数，并按合理的测量过程进行测量很重要。标定方法将决定外螺纹紧固件预紧力测量结果的准确性。由于标定过程涉及的参数变量较多，现有的标定方法主要存在以下问题：1.考虑的参数不全，降低标定结果的可信度，如未考虑温度对外螺纹紧固件长度变化的影响、未考虑具体的安装结构夹层厚度、未考虑螺母的特征等；2.测量参数冗余，增加标定过程的复杂性和成本，如测量伸长量等；3.测量方法不合理，未将互相干扰的影响因素分开考虑，导致结果可信度低。
技术实现思路
针对现有标定方法中的问题，本专利技术提出了一种用于带传感器外螺纹紧固件预紧力测量的标定方法，该方法简化了标定过程中的测量变量，还能保证测量结果的准确性，具有较强的实用性和可行性。传感器/换能器激发的超声波信号可在外螺纹紧固件内飞行，并在对面被返回(如图1所示)，此时可以探测到一个回波信号。超声检测仪器或信号处理装置可以测量超声信号从发射到接受回波的飞行时间Δt。与该飞行时间Δt相关的最直接变量参数为：超声波信号在外螺纹紧固件内飞行的距离或长度L，超声波信号在外螺纹紧固件内飞行的速度v。且关系为：由于外螺纹紧固件的伸长量在外力和温度影响下随时会发生变化，该参数是一个随环境变化而变化的动态参量。若直接测量该动态参量，可信度不高。即使采用精度非常高的长度测量装置/仪器，在实际安装和使用过程中，也会给测量带来不便。因此，标定时测量外螺纹紧固件伸长量的可信度与可行性较低。但是根据胡克定律，弹性体在外力作用下伸长量的变化与外力F呈线性关系，由于力或载荷F的测量相对伸长量的测量更容易，因此，可以用载荷或力F的变化间接表征伸长量的变化。关于超声波在外螺纹紧固件内飞行速度v，根据声弹性理论，超声波飞行速度v与其在传播介质中的应力有关，介质区域应力越高，传播速度越慢，且为线性比例关系。由于外螺纹紧固件在外力作用下伸长量变化、速度变化均和外螺纹紧固件承受载荷F呈线性关系，因此，可基于以上原理，建立超声波在外螺纹紧固件内飞行时间Δt与外部载荷产生的预紧力F的函数关系，如式中A1为与伸长量变化、速度变化相关的综合因子。上述原理，标定外螺纹紧固件预紧力F，可不用测量外螺纹紧固件的伸长量变化，直接外螺纹紧固件在载荷作用及零载荷情况下超声波飞行时间的差量即可实现外螺纹紧固件预紧力的测量。同时，本方法还考虑其它会对测量结果产生影响的因素，这些因素包括：·温度；·外螺纹紧固件的特征参数，如螺栓材料、抗拉强度、表面润滑状态、螺纹公称直径、螺距、螺纹成型方式等；·与外螺纹紧固件匹配的螺母参数：如螺母的结构形式、螺母的材料、螺母的润滑状态等；·安装外螺纹紧固件的参数：如被连接结构的材料及厚度、外螺纹紧固件预期使用温度等。为简化标定过程，可将以上因素中除温度因素以外的其他因素定义为固定参数，在标定时这些固定参数需保持不变(即采用相同的参数条件，例如采用相同规格和材料的螺栓进行标定和测量)。将温度T、超声波飞行时间Δt、外螺纹紧固件预紧力F三个因素定义为测量参数，固定参数和测量参数之间的相互作用影响能够在固定参数保持不变时内化反应在测量参数上。具体的，本专利技术对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法，包括下述步骤：S1：在实际温度Tnact’下，测量待测紧固件在不同载荷Fn下的超声波飞行时间Δtnact’，S2：对每一超声波飞行时间Δtnact’进行温度修正，将每一超声波飞行时间Δtnact’修正为基准温度下的超声波飞行时间Δtnkorr’；S3：建立温度修正后声时差Δtnkorr’-Δt0korr和不同载荷Fn之间的函数拟合关系，获得预紧力F相对于温度修正后声时差的拟合方程；其中，Δtnkorr’为不同载荷Fn下修正为基准温度下的超声波飞行时间，Δt0korr为无载荷时基准温度下的超声波飞行时间/初始声时。进一步，所述步骤S2中，温度修正的步骤包括：S21：在无载荷的情况下，测量待测紧固件在不同温度Tnact下的超声波飞行时间Δtnact；S22：建立超声波飞行时间Δtnact相对于无载荷基准温度下超声波飞行时间Δt0korr的温度函数关系，获得不同温度下超声波飞行时间Δtnact的温度修正方程，不同温度下的温度修正方程具有不同的温度修正因子；S23：选取步骤S2的每一超声波飞行时间Δtnact’对应温度下的温度修正方程分别对Δtnact’进行温度修正。优选的，所述步骤S22中温度修正方程为Δtnact相对于温度Tnact的n阶多项式的方程，温度Tnact的n阶多项式优选为式I中作为分母的一阶多项式或式II中作为分母的二阶多项式；温度Tnact的n阶多项式的阶数可以采用声时差Δtnact-Δt0korr和温度Tnact的拟合函数曲线初步判定；温度Tnact的n阶多项式中具有温度修正因子。进一步，所述步骤S3中预紧力F相对于温度修正后声时差的拟合方程为F相对于Δtnkorr’-Δt0korr的n阶多项式，优选为一阶多项式式III或二阶多项式式IV；n阶多项式的阶数可以采用未修正声时差Δtnact’-Δt0korr和不同载荷Fn的拟合函数曲线初步判定；n阶多项式中具有载荷修正因子kn。进一步，所述基准温度优选为0℃，也可以为其他选定温度，如25℃常温。进一步，所述步骤S21中，Tnact和Δtnact是在高低温试验箱内温度达到平衡后采集的数据。进一步，所述标定方法中，除温度、超声波飞行时间、外螺纹紧固件预紧力以外的参数相对于实际测量时保持不变。本专利技术标定过程简单，参量少，计算方便，能够消除各项影响因素(紧固件规格参数、匹配螺母参数、连接结构参数等)带来的影响，并通过在载荷因子拟合前预先采用温度系数因子对每一温度下的声时差进行修正，统一了温度基准，消除了与温度相关的各项影响因素的影响，标定可靠性高，特别适合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法，包括下述步骤：/nS1：在实际温度Tn

【技术特征摘要】
1.一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法，包括下述步骤：
S1：在实际温度Tnact’下，测量待测紧固件在不同载荷Fn下的超声波飞行时间△tnact’，
S2：对每一超声波飞行时间△tnact’进行温度修正，将每一超声波飞行时间△tnact’修正为基准温度下的超声波飞行时间△tnkorr’；
S3：建立温度修正后声时差△tnkorr’-△t0korr和不同载荷Fn之间的函数拟合关系，获得预紧力F相对于温度修正后声时差的拟合方程；其中，△tnkorr’为不同载荷Fn下修正为基准温度下的超声波飞行时间，△t0korr为无载荷时基准温度下的超声波飞行时间/初始声时。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，温度修正的步骤包括：
S21：在无载荷的情况下，测量待测紧固件在不同温度Tnact下的超声波飞行时间△tnact；
S22：建立超声波飞行时间△tnact相对于无载荷基准温度下超声波飞行时间△t0korr的温度函数关系，获得不同温度下超声波飞行时间△tnact的温度修正方程，不同温度下的温度修正方程具有不同的温度修正因子；
S23：选取步骤S2的每一超声波飞行时间△tnact’对应温度下的温度修正方程分别对△tnact’进行温度修正。
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【专利技术属性】
技术研发人员：夏斌宏，杨兵，高伟，张文静，马艳云，徐昊，梁新福，张俊，许彦伟，刘燕，李敬雨，
申请(专利权)人：航天精工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12