飞行时间总的增加ΛΤΟΡ。这是由于当以低扭矩拧螺栓时，在超声发射器与螺栓的头部之间构建需要的、可靠的连接是困难的。
[0052]因此，在对应于第一相关旋转角α ’ i的旋转角处测量飞行时间的第一测量值TOF1，所述旋转角的位置超过紧贴并且在紧固操作的第二阶段B内。即，在这个旋转角处，连接已在超声发射器与螺栓的头部之间实现。在本发明的【具体实施方式】中，紧固操作甚至可以停止片刻，以确保飞行时间的第一测量值TOF1将被正确地测量。飞行时间的第一测量值TOF1对应于在第一相关旋转角a’ i处的夹紧力Fp因此在这个点处将不可能正确地估算出实际的夹紧力匕。如上所述，这是由于这样的事实:对应于螺栓10的长度的初始飞行时间^匕在其由于伸长而变形之前是未知的。另一方面，一旦建立了连接，将可能持续地监控飞行时间TOF的增加以及相应的夹紧力F。换言之，将可以推断出随着旋转角α变化的飞行时间TOF的增加速率dTOF/da。
[0053]本发明提出了一种获得初始飞行时间^匕而不必测量它的方法。S卩，通过利用扭矩T的测量，可以推断出螺栓的弹性变形的初始旋转角a(l，因为这个初始旋转角a(l对应于扭矩T和夹紧力F开始线性增加时的旋转角。初始旋转角a C1可以通过推断随着旋转角α变化的扭矩T的曲线来获得。初始旋转角a ^是螺栓的弹性变形开始时的旋转角，并且相应地是扭矩T等于零时的旋转角。
[0054]在本发明的【具体实施方式】中，本发明的方法包括以下步骤:
[0055](I)响应于测量扭矩T的增加，监控在第一特定旋转角a i处的第一瞬时扭矩T ^并且监控在第二特定旋转角α 2处的后续第二瞬时扭矩T 2，以确定出扭矩T的增加速率dT/
da ο
[0056](2)监控在第一相关旋转角α ’ i处的超声脉冲的飞行时间的第一瞬时值TOF1，并且监控在第二相关旋转角α ’ 2处的飞行时间的后续第二瞬时值TOF2,以确定出飞行时间TOF的增加速率dTOF/da。应当注意的是，在其处监控飞行时间TOF的相关旋转角α ’ pα ’2可能与在其处测量扭矩T的特定旋转角a 1、α 2相同或不同。在图2中，图示了随着旋转角α变化的夹紧力F而不是飞行时间T0F。这是可能的，因为夹紧力F直接与飞行时间总的增加时间ATOF成比例。因此，示出随着旋转角α变化的飞行时间TOF的曲线将是相同的，除了曲线的斜率及其沿着Y轴的位置不同之外。然而，在图2中所示的曲线中，这些不同之处不是明显的，因为仅示出坐标轴而没有幅值，使得既没有示出曲线的实际斜率，也没有示出沿着Y轴的曲线位置。
[0057](3)确定紧固操作的初始旋转角a ^，在该处扭矩随着螺栓变形而开始增加。在所示的示例中，通过假设曲线是线性的来完成，使得可以通过从两个旋转角[a2，T2]和[Q11T1]中向后推断曲线而查找初始旋转角α(ι。在本发明的其它配置中，扭矩T可以具有相对于旋转角α的另一种依赖关系。然而，在大部分情况下，扭矩T将相对于旋转角α线性增加，使得扭矩T的增加速率dT/d α将是恒定的。
[0058](4)紧固操作的初始旋转角a C1被定义为飞行时间TOF开始增加时的旋转角，以确定出在紧固操作期间飞行时间总的增加ΔΤΟΡ。可以直接从螺栓特定系数和飞行时间总的增加ATOF中推断出在连接件中的夹紧力F。
[0059]根据以上本发明的方法，紧固操作可以控制为朝向特定的目标夹紧力Fg#。在图5中呈现出本发明方法的【具体实施方式】。如图1和图2中所示，还可以推断出紧固操作应当终止时的目标旋转角α_。可以确定出目标旋转角a目@，而不需要将初始旋转角aQ定义为飞行时间TOF开始增加时的旋转角的步骤。相反，可以基于扭矩T和夹紧力F分别随着旋转角α增加时的速率差，以及扭矩T的瞬时值来计算出夹紧力F。
[0060]在本发明的【具体实施方式】中，其足以监控随着旋转角α变化的飞行时间TOF的增加速率，或者监控随着旋转角α变化的扭矩T的增加速率。即，如果随着旋转角α变化的飞行时间TOF的增加速率dTOF/d α和扭矩T的增加速率dT/d α已知，则将足以得知在一个特定的旋转角a ’处的扭矩T，以从飞行时间TOF的瞬时值中推断出夹紧力F。这是可能的，因为已知根据等式(I)F = MT0F，夹紧力F直接与飞行时间TOF成比例，其中，Ic1是依赖于螺栓的几何结构和组成的螺栓特定常数。进一步地，根据等式(2)F = k2*T，夹紧力F与扭矩T成比例，其中，k2等于dF/da除以dT/d α之比。
[0061]从以上等式中得出结论，将可以从在特定角α处监控的扭矩值Ta或者监控的飞行时间值TOFa中推断出在角α处的夹紧力Fa。因此，原则上将可以通过监控飞行时间TOF或者扭矩值T来推断紧固，并且从以上等式(I或2)的两者之一来估算出夹紧力F。
[0062]不管使用哪种具体方法，可以在整个紧固操作中重新估算目标夹紧力Fg#。例如，可以包括除了确定各自曲线的斜率所需的两个旋转角之外的进一步的特定旋转角，以在紧固操作期间尽可能准确地确定出瞬时夹紧力F和目标夹紧力Fgig。
[0063]以上，已经参照一个具体的实施方式描述了本发明。然而，本发明不限于这个实施方式。对于本领域的技术人员来说显然的是，在由所附权利要求所限定的本发明的范围内的其它的实施方式也是可行的。
【主权项】
1.一种在紧固操作期间估算螺栓与相匹配的螺纹件之间的螺纹连接件中的夹紧力(F)的方法，所述方法包括以下步骤: -通过扭矩传递装置来紧固所述连接件， -测量在所述连接件的紧固期间提供至所述连接件的扭矩(T)，以及 -同时将超声脉冲引入所述螺栓中，并且测量所述脉冲在所述螺栓中的飞行时间(TOF)， 其特征在于，所述方法进一步地包括以下步骤: -响应于测量的所述扭矩(T)的增加，监控随着所述旋转角(α)变化的扭矩(T)，以确定所述扭矩⑴的增加速率(dT/d α )， -监控随着所述旋转角(α)变化的超声脉冲的飞行时间(TOF1),以确定所述飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/d α )， -基于确定的所述扭矩(T)的增加速率(dT/da)，确定扭矩(T)根据螺栓变形而开始增加时的紧固操作的初始旋转角(α ^， -将紧固操作的所述初始旋转角Utl)定义为所述飞行时间(TOF)开始增加时的旋转角，以及 -基于紧固操作的所述初始旋转角Utl)和所述飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/da)来确定在紧固操作期间飞行时间总的增加(ATOF)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定扭矩⑴的增加速率(dT/da)的步骤包括以下步骤:监控在紧固操作的第一特定旋转角U1)处的第一瞬时扭矩(T1),和在紧固操作的第二特定旋转角U2)处的后续第二瞬时扭矩(T2)，并且对其执行线性近似，并且其中，初始旋转角Utl)是从所述线性近似中推测出的，并且对应于扭矩(T)等于零时的角。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的方法，其中，确定所述超声脉冲的飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/da)的步骤包括以下步骤:监控在紧固操作的第一相关旋转角(a ’ D处的第一瞬时飞行时间(TOF1),和在紧固操作的第二相关旋转角(a ’ 2)处的后续第二瞬时飞行时间(TOF2)，并且对其执行线性近似。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，基于所述飞行时间总的增加(ATOF)来估算在所述连接件中构建的夹紧力(F)，根据等式F = IcfATOF假设所述夹紧力(F)与所述飞行时间总的增加(ATOF)成比例，其中,Ii1是依赖于螺栓的几何结构和材料的螺栓特定常数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，接下来计算所述夹紧力(F)，紧固操作被控制为在预定的目标夹紧力(Fgs)处终止，并且其中，持续地监控飞行时间总的增加(ATOF)并且根据监控的飞行时间的增加(ATOF)持续地计算所述夹紧力(F)。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述紧固操作被控制为在预定的目标扭矩(T目?)处终止，并且其中，监控飞行时间总的增加(ATOF)，使得当预定的目标扭矩(Tgs)得以满足并且紧固操作终止时可以根据监控的飞行时间总的增加(ATOF)计算出所述夹紧力(F)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，紧固操作停止在紧固操作的第一相关旋转角U ’ J处，在该处测量超声脉冲的飞行时间的第一瞬时值(TOF1)。
8.一种用于紧固包括至少一个螺栓和相匹配的螺纹件的连接件的紧固装置，其包括扭矩传递装置，所述扭矩传递装置包括: -轴，其用于驱动工具，以提供螺栓与匹配螺纹件的相互旋转，以及 -电机，其用于驱动所述轴， 其中，所述紧固装置进一步地包括: -扭矩计，其用于在所述连接件的紧固操作期间，测量随着应用至所述螺栓与所述相匹配的螺纹件之间的连接件的旋转角变化的扭矩， -超声发射器，其用于将超声脉冲引入所述至少一个螺栓中，并且测量在所述脉冲在所述螺栓中的飞行时间(TOF)， -旋转角计，其用于在所述连接件的紧固期间，记录在所述至少一个螺栓与所述相匹配的螺纹件之间的旋转角(α )， 其特征在于，所述紧固装置包括适用于如下的控制单元: -基于测量的扭矩(T)来确定随着旋转角(α )变化的扭矩(T)的增加速率(dT/da )，-基于测量的飞行时间(TOF)来确定随着旋转角(a )变化的飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/da )， -基于确定的扭矩(T)的增加速率(dT/da)，确定扭矩(T)由于螺栓变形而开始增加时的初始旋转角(CU)， -将所述初始旋转角Uci)定义为所述飞行时间(TOF)开始增加时的旋转角， -基于所述初始旋转角(Otl)和所述飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/d α)来确定在所述紧固操作期间飞行时间总的增加(ATOF)。
【专利摘要】一种在紧固操作期间估算螺栓与相匹配的螺纹件之间的螺纹连接件中的夹紧力(F)的装置和方法。持续地测量提供至连接件的扭矩(T)，并且同时将超声脉冲引入螺栓中，使得可以测量所述脉冲在所述螺栓中的飞行时间(TOF)。响应于测量的扭矩(T)的增加，根据扭矩(T)由于螺栓变形而开始增加时的初始旋转角(α0)确定扭矩(T)的增加速率(dT/dα)。另外，确定飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/dα)。然后，基于所述初始旋转角(α0)和所述飞行时间(TOF)的增加速率(dTOF/dα)可以在紧固操作期间确定飞行时间总的增加(ΔTOF)。
【IPC分类】G01L5-00, G01L5-24
【公开号】CN104870959
【申请号】CN201380065927
【发明人】E·V·佩尔森, A·T·洛夫
【申请人】阿特拉斯·科普柯工业技术公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2013年12月10日
【公告号】WO2014095471A1