[发明专利]一种螺栓装配过程中预紧力实时检测装置与方法

说明书

本发明公开了一种螺栓装配过程中预紧力实时检测装置和检测方法，所述检测装置包括：一对或多对高精度激光位移传感器、安装激光传感器的高精度运动导轨以及用于实时显示预紧力且具有报警功能的上位机。所述检测方法步骤如下：将螺栓、螺母安装在被连接件上并初步拧紧螺母至贴合被连接件表面以保证定位，通过运动导轨调整激光传感器位置，使一对激光分别照射在螺栓的两个端面，当螺母拧紧时通过高精度激光位移传感器测量出螺栓的伸长量，并在上位机实时显示换算出的螺栓预紧力，当达到目标预紧力时报警。与超声波、应变片及千分尺测长仪等方法相比，本发明安装便捷、现场实用性强，具有无损、精度高等有益效果。

技术领域

本发明涉及机械设备装配领域，特别涉及一种高端紧固件装配过程中预紧力实时、无损检测装置与方法。

背景技术

螺栓连接广泛运用于机械、土木、能源和航空航天工程等领域。目前，螺栓现场装配是通过监测拧紧螺栓时的扭矩值来控制螺栓预紧力的大小，在拧紧过程中，输入的能量只有大约10％转化为螺栓的预紧力，而其它约90％的能量被螺纹牙面摩擦和螺母与被连接件的接触端面摩擦损耗，因此，牙面和端面摩擦系数即使有微小的波动，也将导致螺栓拧紧后产生一定的差异，预紧力一致性较差；虽然采用扭矩—转角法能够在一定程度上改善预紧力的一致性，但在拧紧过程中的扭矩段，仍会因端面和牙面摩擦系数的差异性导致实际预紧力与目标预紧力产生一定偏差。综上所述，如何准确控制螺栓拧紧预紧力是现场装配中急需解决的问题。

本发明提出的通过激光位移传感器测量螺栓伸长量的检测装置与方法尚未见相关文献。现场实际应用的测试技术主要有以下几种：

(1)CN 104568282B《一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法》、CN 103616118B《螺栓及其预紧力的检测系统、控制方法》及CN 104075831A《一种高强度螺栓预紧力测量装置》等专利公开了通过应变片测量螺栓预紧力的方法，该方法需要在每一个被测螺栓的螺杆上贴多个应变片，工序繁琐，同时螺栓与被连接件之间要留出足够的空间布置引线。该方法对螺栓有一定的损伤，且无法满足现场批量装配。

(2)CN 1156679C《超声波螺栓紧固力测试装置》、CN 105115652A《一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法》等专利公开了依据超声波在不同应力状态的螺栓内部传播速度不同的原理实现螺栓预紧力的测量。该方法需要对螺栓两个端面进行预处理，测量时需要耦合剂并且测量精度受操作者影响较大。

(3)CN 103323170B《一种螺栓组连接的预紧力测量系统及方法》、CN 204286667U《一种螺栓预紧力测量装置》等公开了在螺栓与被连接件间安装压力传感器直接测量螺栓预紧力，但是该方法适合检测、实验验证，不适于实际装配，因为安装压力传感器将影响被连接件的刚度，同时也影响结合面压力分布及使用过程的可靠性。

此外，也可用千分表测长仪直接测量方法螺栓伸长量，但是传统的测试手段测量精度低，测试数据不易保存、分析，无法满足现场大批量装配的需求，工程应用性较低。

发明内容

鉴于现有技术在现场螺栓装配应用中预紧力检测方面存在的缺点和不足，本发明提供一种高精度、高效便捷、基于高精度激光位移传感器的螺栓预紧力实时、无损检测装置与方法。

为实现发明目的之一，本发明采用如下的技术方案：

一种螺栓装配过程中预紧力实时检测装置，包括上位机、被连接件、待装配螺栓、螺母、一对高精度激光位移传感器和两条高精度运动导轨；所述的高精度运动导轨固定于水平放置的基座或地面上且相互平行；被连接件置于两条所述高精度运动导轨的中间且与其平行，待装配螺栓水平方向垂直穿过所述被连接件通过螺母装配；高精度激光传感器分别安装于对应的所述高精度运动导轨上并与上位机相连，且所述待装配螺栓与被连接件通过螺母装配完成后，分别调整所述高精度运动导轨上的高精度激光传感器的位置使其发射的激光分别垂直照射于所述待装配螺栓的前后两个端面上。