一种利用超声测量螺栓载荷的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用超声测量螺栓载荷的方法，根据超声传播时间及温度计算温度校准因子，根据载荷及超声传播时间计算载荷比例因子，根据温度校准因子、载荷比例因子建立螺栓荷载测量模型。本发明专利技术所述的方法通过温度标定及载荷标定计算出温度校准因子及载荷比例因子，对螺栓载荷测量模型进行修正，降低了温度、安装工艺对测量螺栓所受的轴向载荷的影响，提高了测量的精度，用于实现上述方法的测量装置结构简单，使用方便，温度、载荷及超声传播时间等数据发送到处理器后，由处理器对数据进行分析处理，自动化程度高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用超声测量螺栓载荷的方法
本专利技术属于螺栓监测
，尤其是涉及一种利用超声测量螺栓载荷的方法。
技术介绍
工程上，对于螺栓的轴向载荷一直缺乏有效地测量手段，因此螺栓在装配过程中便无法准确判断螺栓是否安装到位。目前，判断螺栓是否安装到位的一般做法是，通过力矩扳手得到力矩，进而依据经验公式来估算预紧力。这种间接得到轴向预紧力的方法很不准确，极易受到连接材料、拧紧速度、润滑条件等因素的影响，误差在±30％左右。超声波是一种有效的工业测量用物理量，利用超声测量螺栓轴向载荷是一种无损、快速的测量方法。根据声弹性理论，传播介质所受到的应力将引起超声在其中传播速度的变化，进而影响超声在介质中的传播时间。基于这一理论，可以在螺栓的端面设置超声换能器来将超声信号引入螺栓内部进行传播，通过标定实验可以建立起螺栓所受轴向载荷与超声在介质内传播时间的函数模型，只要测量超声在介质内传播时间便可以利用函数模型计算出此时螺栓所受到的轴向载荷。因此，建立有效的载荷与超声传播时间之间的函数关系是决定载荷测量精度的关键。当前利用超声测量螺栓轴向载荷的方法存在的主要问题在于：未考虑温度因素对于螺栓长度以及超声传播时间的影响，测量设备不能实时测量螺栓当前温度值，缺乏温度修正手段，严重影响载荷测量精度；未考虑螺栓安装参数对标定结果的影响，如夹层厚度、夹层材料等；标定过程中未能进行变量控制，导致标定结果不准确。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种利用超声测量螺栓载荷的方法，以提高轴向载荷测量的精度。<br>为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种利用超声测量螺栓载荷的方法，包括以下步骤：(1)超声波在螺栓一端面入射传播至螺栓的另一端面后，会发生反射重新回到入射端面，从入射到反射回入射端面的总时间为超声传播时间(简称声时)，根据声时及温度计算温度校准因子，所述声时为超声波在螺栓一端入射传播至螺栓的另一端后反射重新回到入射端的总时间；(2)根据载荷及声时计算载荷比例因子；(3)根据温度校准因子、载荷比例因子建立螺栓荷载测量模型。优选地，步骤(1)的计算方法如下：测量不同温度下的声时，根据温度及声时拟合得到温度校准因子。优选地，步骤(2)的计算方法如下：根据步骤(1)得到的温度校准因子对不同载荷下实测声时进行修正至校准温度下的声时，之后根据载荷及修正后的声时拟合得到载荷比例因子。优选地，修正后的声时、温度及温度校准因子的关系如式1或式2所示：其中，Tkorr为修正后的声时，T为实测声时，t为测量时螺栓材料的温度，t0为校准温度，C1、C2为温度校准因子。优选地，载荷、声时及载荷比例因子的关系如式3或式4所示：F＝k1·ΔT＝k1·(TF-TB)式3F＝k1ΔT+k2ΔT2＝k1·(TF-TB)+k2·(TF-TB)2式4其中，F为螺栓在轴向上所受的载荷，TB为螺栓在无载荷时的声时，TF为螺栓在载荷条件下的声时，k1、k2为载荷比例因子。一种用于实现上述方法的测量装置，包括：超声换能器，所述超声换能器用于发出超声波并接收反射回的超声波；超声感应模块，所述超声感应模块用于发出超声激发信号使超声换能器发出超声波和处理反射回的超声波；温度感应模块，所述温度感应模块用于测量螺栓的温度；处理器，所述处理器与超声换能器、超声感应模块、温度感应模块电性连接。优选地，还包括装夹机构，所述装夹机构包括上夹头及下夹头，上夹头及下夹头相邻的一面均开有通孔，上夹头内设有上工装，下夹头内设有下工装，螺栓穿过上夹头及通孔与下夹头螺纹连接。优选地，所述超声感应模块包括超声测量探头及超声测量装置，所述超声测量装置与超声测量探头电性连接，所述温度感应模块包括温度探头及温度测量装置，所述温度测量装置与温度探头电性连接。优选地，还包括显示模块及存储模块，所述显示模块及存储模块均与处理器电性连接。相对于现有技术，本专利技术所述的利用超声测量螺栓载荷的方法具有以下优势：(1)本专利技术所述的方法通过温度标定及载荷标定计算出温度校准因子及载荷比例因子，对螺栓载荷测量模型进行修正，降低了温度、安装工艺对测量螺栓所受轴向载荷的影响，提高了测量的精度；(2)本专利技术所述的测量装置结构简单，使用方便，温度、载荷及声时等数据发送到处理器后，由处理器对数据进行分析处理，自动化程度高。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的测量装置的连接结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的装夹机构的结构示意图；图3为本专利技术实施例所述的温度拟合曲线示意图；图4为本专利技术实施例所述的载荷拟合曲线示意图。附图标记说明：1、超声换能器；2、超声测量探头；3、超声测量装置；4、温度探头；5、温度测量装置；6、处理器；7、显示模块；8、存储模块；9、上夹头；10、下夹头；11、上工装；12、下工装；13、螺栓。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。超声波在螺栓一端面入射传播至螺栓的另一端面后，会发生反射重新回到入射端面。从入射到反射回入射端面的总时间为超声传播时间(简称声时)，声时与螺栓自身所受轴向载荷具有明显的相关性。这主要受到两个方面的影响，当螺栓受到轴向应力时，一方面，根据胡克定律材料将会伸长；另一方面，根据声弹性原理，超声波在受到机械应力的材料中速度将显著降低。这两种效应对于声时的作用是同向的。螺栓所受轴向载荷与声时之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用超声测量螺栓载荷的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)根据超声传播时间及温度计算温度校准因子，所述超声传播时间为超声波在螺栓一端入射传播至螺栓的另一端后反射重新回到入射端的总时间；/n(2)根据载荷及超声传播时间计算载荷比例因子；/n(3)根据温度校准因子、载荷比例因子建立螺栓荷载测量模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用超声测量螺栓载荷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据超声传播时间及温度计算温度校准因子，所述超声传播时间为超声波在螺栓一端入射传播至螺栓的另一端后反射重新回到入射端的总时间；
(2)根据载荷及超声传播时间计算载荷比例因子；
(3)根据温度校准因子、载荷比例因子建立螺栓荷载测量模型。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的计算方法如下：
测量不同温度下的超声传播时间，根据温度及超声传播时间拟合得到温度校准因子。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)的计算方法如下：
根据步骤(1)得到的温度校准因子对不同载荷下实测超声传播时间进行修正至校准温度下的超声传播时间，之后根据载荷及修正后的超声传播时间拟合得到载荷比例因子。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，实测超声传播时间、修正后的超声传播时间、温度及温度校准因子的关系如式1或式2所示：






其中，Tkorr为修正后的超声传播时间，T为实测超声传播时间，t为测量时螺栓材料的温度，t0为校准温度，C1、C2为温度校准因子。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，载荷、超声传播时间及载荷比例因子的关系如式3或式4所示：
F＝k1·ΔT＝k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张家梁，李文生，刘海涛，王川，夏斌宏，高伟，张文静，徐昊，
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