CN105229437A - 用于超声波通信的传感器单元 - Google Patents

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Abstract

一种传感器单元，其通过与螺纹紧固件的端部表面物理接触从而引起和表明螺纹紧固件中的超声波，所述传感器单元包括支撑壳体(10)和传感器元件(11)和偏置弹簧(16)，传感器元件(11)具有前接触表面(14)，前接触表面(14)用于接合螺纹紧固件的端部表面并且能够相对于支撑壳体(10)在静止位置和活动位置之间移动，偏置弹簧(16)在支撑壳体(10)与传感器元件(11)之间活动，从而当传感器元件(11)与螺纹紧固件脱离时推进传感器元件(11)进入静止位置，并且在活动位置处使传感器元件(11)的接触表面(14)偏置从而与螺纹紧固件的端部表面物理接触，其中，设置定位插槽(18)从而在静止位置处通过传感器元件(11)接合，所述定位插槽(18)具有非圆柱形和非圆形横截面的内部形状，并且传感器元件(11)具有与定位插槽(18)的内部形状一致的外部形状，其中，关于相对于支撑壳体(10)的旋转位置、轴向位置和倾斜位置，传感器元件(11)的静止位置被良好限定。

Description

用于超声波通信的传感器单元
技术领域
本发明涉及用于超声波通信的传感器单元。具体地，本发明涉及传感器单元，所述传感器单元旨在与螺纹紧固件的端部表面物理接触，从而引起和指示螺纹紧固件中的超声波的回声，因此能够计算通过紧固件的声波传播时间并且由所述声波传播时间计算紧固件中的实际张力。
背景技术
与用于上述目的的之前的传感器布置相关的问题是难以获得传感器与螺纹紧固件的端部表面之间的完美对准。传感器与螺纹紧固件的端部表面之间的错位造成在螺纹紧固件的端部表面与传感器之间传递的声波信号失真，这依次造成通过螺纹紧固件的声波传播时间的不可靠的信息，并且因此造成紧固件中的实际张力的失真信息。
发明内容
本发明的一个目的是提供传感器单元，所述传感器单元用于引起和指示螺纹紧固件中的超声波的回声，并且通过所述传感器单元避免传感器与螺纹紧固件的端部表面之间的错位。
本发明的另一个目的是提供超声波传感器单元，所述超声波传感器单元用于引起和指示螺纹紧固件中的超声波的回声，并且包括支撑构件和传感器元件，其中传感器元件可以相对于支撑构件移动并且被布置为当与螺纹紧固件的端部表面物理接触时相对于螺纹紧固件的端部表面自对准。
本发明的又一个目的是提供超声波传感器单元，所述超声波传感器单元用于引起和指示螺纹紧固件中的超声波的回声，其中传感器单元包括支撑构件和传感器元件，所述传感器元件可以相对于支撑构件移动，以当与螺纹紧固件的端部表面物理接触时与螺纹紧固件的端部表面获得自对准，并且当与螺纹紧固件的端部表面脱离时恢复良好限定的静止位置。
本发明的其它目的和优点将通过说明书和权利要求而呈现。
附图说明
下文参考附图来描述本发明的优选实施方案。
在附图中：
图1以局部截面图的方式显示了根据本发明的传感器单元的侧视图。
图2A以更大的比例显示了图1中的传感器单元的一部分，其中传感器元件处于其静止位置。
图2B显示了与图2A相似的视图，但是传感器元件处于其活动位置。
图3显示了止推轴承布置的示意图。
具体实施方式
附图中显示的传感器单元包括管状支撑壳体10和传感器元件11，所述传感器元件11相对于支撑壳体10被可移动地支撑。支撑壳体10由前支撑套管12和后连接件13组成，其中前支撑套管12形成为具有六边形插槽部分15A，所述六边形插槽部分15A旨在收紧与螺纹紧固件的扭矩传递连接，并且后连接件13形成为具有内部正方形部分15B，所述内部正方形部分15B用于连接至扳手输出轴。因此，传感器单元旨在附接至手动操作或动力操作的扳手的输出轴，其中传感器元件11通过穿过扳手的接线而连接至未示出的操作控制单元。由于这不是本发明的一部分，将不进行更详细的描述。然而，传感器元件11连接至延伸穿过支撑套管12的接线21并且连接至连接件13中的未示出的触点。该触点旨在通过相应的接触接合在收紧扳手的输出轴上。
正如现有技术中充分记载的，用于该目的的传感器元件为压电类型并且被设置成在螺纹紧固件元件中产生和引起超声波，并且接收所述引起的声波在紧固件的对立端部处反射的回声。因此，传感器元件11能够将由操作控制单元传送的电信号转换成声波，并且反之将声波回声转换成电信号。操作控制单元(通过所述操作控制单元向传感器元件11传送产生声波的信号和从传感器元件11接收产生声波的信号)被布置成确定声波穿过紧固件元件的传输时间并且基于所确定的传输时间计算紧固件中的实际张力。
传感器元件11具有前接触表面14用于紧靠螺纹紧固件的端部表面，优选紧固件的头部，其中传感器元件11可以相对于支撑壳体10抵抗偏置弹簧16的作用在前静止位置和后活动位置之间移动。弹簧16由一堆弹簧垫圈组成，并且当在其活动位置下压缩时具有相当弱的特征从而相对于螺纹紧固件避免传感器元件11上的过重的接触压力。弹簧16在其后端部处通过管状引导构件17支撑，所述管状引导构件17安装在前支撑套管12内。
在偏置弹簧16与传感器元件11之间提供球面止推轴承22，所述球面止推轴承22的功能是允许传感器元件11在与紧固件的端部表面接触时一定倾斜的移动，所述端部表面不绝对以90度垂直于轴向方向。因此，促进传感器元件11适应于紧固件的端部表面。如图3中所示，球面止推轴承22被设置成补偿在传感器元件11的接触表面14与紧固件的端部表面之间产生的不均匀的接触压力，从而使得通过弹簧16施加至传感器元件11的轴向力F在接触表面14上均匀分布。对于获得声波的正确传递和获得指示紧固件中的反射声波的回声的可靠信号来说，接触表面14与紧固件的端部表面之间的均匀分布的接触压力是重要的。为了避免传感器元件11上的不希望的侧向力，止推轴承22的倾斜中心A位于接触表面14处或接触表面14的前部，这意味着在传感器元件11的倾斜位置处不会产生轴向作用力F的侧向分量。参见图3。
支撑套管12设置有环形定位插槽18从而在其静止位置处(即当传感器单元与任何螺纹紧固件脱离时)通过传感器元件11接合。定位插槽18具有非圆柱形，优选圆锥形表面的内表面19，所述内表面19具有非圆形横截面，优选椭圆形横截面，并且传感器元件11形成为具有外包络面20，所述外包络面20与定位插槽18的内表面19一致从而匹配所述内表面19并且在静止位置处保证传感器元件11相对于支撑套管12的精确定位。当在支撑壳体10上施加轴向力F从而在传感器元件11与紧固件的端部表面之间施加接触压力时，传感器元件11抵抗弹簧16的偏置力被向后推动，因此离开其由定位插槽18限定的静止位置。参见图2B。此时，传感器元件11不仅在其轴向方向上而且在有限的旋转方向和倾斜方向上自由移动，从而允许传感器元件11的接触表面14与螺纹紧固件的端部表面自适应。对于获得紧固件与传感器元件11之间的真实且无失真的声波传递并且因此获得待传递至操作控制单元的无失真的电信号来说，接触表面14与螺纹紧固件的端部表面之间的完美的接触和对准是非常重要的。为了保证传感器元件11和螺纹紧固件的端部表面之间的无失真的信号传递所采取的进一步的措施是在传感器元件11的接触表面14上提供树脂弹性材料的薄层。该弹性材料的层足够厚以避免两个表面之间的直接金属接触，从而避免传感器元件11与紧固件的端部表面之间的界面接触的不规则性，但是足够薄而不会过多地减弱传递的声波。十分之几毫米的厚度效果良好。其本身是公知的技术并且不进行更详细的描述。
在操作中，传感器单元通过后连接件13连接至扭矩传递扳手，并且当将前支撑套管12施加至待收紧的紧固件元件的头部上时与螺纹紧固件接触。在收紧过程中或者在完成收紧过程之后，通过传感器元件11在紧固件中引起超声波，并且通过传感器元件11接收在紧固件元件的相对端部处反射的声波的回声，并且以电信号的形式将其发送至操作控制单元。传感器单元连接至未示出的操作控制单元，用于测量引起和反射的声波的传输时间，并且可以由所述传输时间计算出螺纹紧固件中的实际张力。这是公知的技术并且因此不进行更详细的描述。
通过将传感器单元附接至收紧扳手，并且将其施加至螺纹紧固件的头部从而开始操作周期，由此轴向力施加至传感器单元，从而相对于紧固件的端部表面推进传感器元件11的接触表面14。这造成偏置弹簧16一定的压缩，并且传感器元件11相对于支撑壳体10和限定定位插槽18的位置而向后位移。当传感器元件11与定位插槽18脱离接合时，其在多个方向上自由移动，即除了其轴向移动之外具有相对于其纵向方向旋转和倾斜的有限自由度。球面止推轴承22保证可以进行传感器元件11任何发生的倾斜移动而不会产生不希望的侧向力。传感器元件11此时能够相对于紧固件的端部表面自适应，从而避免传感器元件11的接触表面14与螺纹紧固件的端部表面之间的任何错位，并且因此避免不希望的信号失真。
当超声波传输时间的测量操作完成时，扳手和传感器单元从螺纹紧固件升起，造成传感器元件11相对于支撑壳体10的向前移动，因此传感器元件11将恢复与定位插槽18接合。当传感器元件11完全引入定位插槽18中时，定位插槽18的圆锥形和非圆形表面19与传感器元件11的一致的包络面20之间的合作此时将限定传感器元件11相对于所有自由方向(即轴向移动、角移动和倾斜移动)的静止位置。通过该布置，传感器元件11将始终恢复良好限定的静止位置，所述静止位置也变成随后的超声波传输时间测量操作的良好限定的起始位置。
在传感器元件11的活动位置处，传感器元件11的所有自由移动方向被限制于一定程度，但是足够大从而允许传感器元件11与螺纹紧固件的端部表面的合适适应。例如，旋转自由度限制于15-20度，从而避免损坏将传感器元件11与后连接件13中的接触元件连接的连线。
应注意本发明的实施方案不限于上述实施例，而是可以在权利要求的范围内自由改变。例如，定位插槽18的内表面的横截面形状可以不是椭圆形。

Claims (5)

1.一种传感器单元，所述传感器单元通过与螺纹紧固件的端部表面物理接触从而引起和指示螺纹紧固件中的超声波，其中，所述传感器单元包括支撑壳体(10)和传感器元件(11)和偏置弹簧(16)，所述传感器元件(11)具有前接触表面(14)，所述前接触表面(14)用于接合螺纹紧固件的端部表面并且能够相对于所述支撑壳体(10)在静止位置和活动位置之间移动，所述偏置弹簧(16)在所述支撑壳体(10)和所述传感器元件(11)之间活动，从而当所述传感器元件(11)与所述螺纹紧固件的端部表面脱离时推进所述传感器元件(11)进入所述静止位置，并且在所述活动位置处使所述传感器元件(11)的接触表面(14)偏置从而与所述螺纹紧固件的端部表面物理接触，
其特征在于，所述支撑壳体(10)包括定位插槽(18)从而在所述静止位置处通过所述传感器元件(11)接合，所述定位插槽(18)具有非圆柱形和非圆形横截面的内部形状，并且所述传感器元件(11)具有与所述定位插槽(18)的所述内表面(19)一致的外部形状，其中，关于相对于所述支撑壳体(10)的旋转位置、轴向位置和倾斜位置，所述传感器元件(11)的静止位置被良好限定。
2.根据权利要求1所述的传感器单元，其中，所述定位插槽(18)的内部形状为圆锥形并且具有椭圆形横截面。
3.根据权利要求1或2所述的传感器单元，其中，球面止推轴承(22)设置在所述弹簧(16)和所述传感器元件(11)之间，从而促进所述传感器元件(11)相对于紧固件的端部表面的倾斜位移和自适应。
4.根据权利要求1-3的任意一项所述的传感器单元，其中，所述支撑壳体(10)包括后连接件(13)和前支撑套管(12)，并且所述定位插槽(18)设置在所述支撑套管(12)内。
5.根据权利要求4所述的传感器单元，其中，所述支撑套管(12)包括插槽部分(15A)，所述插槽部分(15A)用于将收紧扭矩连接和施加至螺纹紧固件。
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