CN108151947A - 一种预紧力与伸长量的标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预紧力与伸长量的标定装置及标定方法，其中标定装置包括：底座，在底座上开设有螺纹孔，螺纹孔的直径与待测试螺钉的直径对应；至少一压力传感器，设置在底座内，并在螺纹孔的外围设置；超声换能元件，用于设置于待测试螺钉的顶面上；电压施加构件，与超声换能元件连接，用于为超声换能元件施加电压信号，使得超声换能元件生成朝待测试螺钉的底面传输的超声波信号；以及超声波检测构件，与超声换能元件连接，用于通过电压施加构件检测超声波信号在待测试螺钉内传输之后被待测试螺钉的底面反射的超声波信号。本发明能够对小型螺钉的预紧力与伸长量关系进行标定，为产品装调过程中实现预紧力数值的实时测量与控制奠定基础。

Description

一种预紧力与伸长量的标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及一种预紧力与伸长量的标定装置及标定方法。

背景技术

螺纹连接在机械工程中广泛应用，螺纹连接的可靠性是保证机械产品性能的主要因素。在工程应用中，装配阶段提供的轴向预紧力对产品性能有着至关重要的影响。所以，在装配阶段必须对预紧力进行准确测量与控制。而在预紧力实测过程中，一般是通过螺钉伸长量的变化来反推预紧力数值，这就需要提前知道螺钉预紧力与伸长量之间的关系。但是，针对广泛应用于航空航天等领域中的小型螺钉，目前还没有方法与设备实现其预紧力与伸长量关系的标定，这就会影响螺钉预紧力的准确测量，进而影响对螺钉可靠性的判断。

发明内容

本发明实施例提供一种预紧力与伸长量的标定装置及标定方法，以解决现有技术中无法实现螺钉预紧力与伸长量关系的标定，进而影响螺钉预紧力的准确测量以及对螺钉可靠性判断的问题。

本发明实施例提供一种预紧力与伸长量的标定装置，包括：

底座，在所述底座上开设有螺纹孔，所述螺纹孔的直径与待测试螺钉的直径对应；

至少一压力传感器，设置在所述底座内，并在所述螺纹孔的外围设置；

超声换能元件，用于设置于所述待测试螺钉的顶面上；

电压施加构件，与所述超声换能元件连接，用于为所述超声换能元件施加电压信号，使得所述超声换能元件生成朝所述待测试螺钉的底面传输的超声波信号；以及

超声波检测构件，与所述超声换能元件连接，用于通过所述电压施加构件检测所述超声波信号在所述待测试螺钉内传输之后被所述待测试螺钉的底面反射的超声波信号。

可选的，所述标定装置还包括：处理器，与所述电压施加构件、所述压力传感器和所述超声波检测构件连接，用于根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值；并根据长度变化值和所述压力传感器检测的压力值确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

可选的，所述标定装置还包括：第一显示器，与所述压力传感器连接，用于显示所述压力传感器所检测的压力值。

可选的，所述底座的内部设置有线路连接通道，其中所述压力传感器与所述第一显示器相连接的连接线设置于所述线路连接通道中。

可选的，所述底座的端面上设置有延伸部，所述延伸部上设置有与所述线路连接通道连通的通孔。

可选的，所述延伸部的数量与所述压力传感器的数量相同，每一所述压力传感器与所述第一显示器相连接的连接线分别通过一个所述延伸部穿出。

可选的，所述压力传感器的数量为六个，且在所述螺纹孔的外围间隔设置。

可选的，所述标定装置还包括：设置于所述底座上的温度传感器；以及与所述温度传感器连接的温度监测器。

可选的，所述超声波检测构件包括一接收所述超声波信号的接收器以及与所述接收器连接的显示所述超声波信号所对应的波形的第二显示器。

本发明实施例还提供一种采用上述的预紧力与伸长量的标定装置进行预紧力与伸长量标定的方法，包括：

将所述超声换能元件固定于所述待测试螺钉的顶面；

将所述待测试螺钉放置于所述螺纹孔中；

对所述待测试螺钉施加使所述待测试螺钉拧设于所述底座上的扭矩之后，通过所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压；

根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值；

根据所述长度变化值和所述待测试螺钉拧设于所述底座上的过程中至少一所述压力传感器检测的压力值，确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

其中，对所述待测试螺钉施加使所述待测试螺钉拧设于所述底座上的扭矩时，通过一扭矩控制装置执行。

其中，所述根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值，包括：

计算检测到所述超声波信号的时间与所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间之间的第一时间差值；

计算所述第一时间差值与所述超声波信号在所述待测试螺钉内的传播速度的乘积的二分之一，得到所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的第二长度；

计算所述第二长度与预先获取的所述待测试螺钉拧设于所述底座上之前的第一长度的差值，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值。

其中，所述根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值，包括：

所述待测试螺钉拧设于所述底座上之前，在所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间到所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间内，获取所述超声波信号对应的第一波形；

所述待测试螺钉拧设于所述底座上之后，在所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间到所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间内，获取所述超声波信号对应的第二波形；

根据所述第二波形与所述第一波形获取对应的第二时间差值；

计算所述第二时间差值与所述超声波信号在所述待测试螺钉内的传播速度的乘积的二分之一，获取使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值。

其中，所述根据所述长度变化值和所述待测试螺钉拧设于所述底座上的过程中至少一所述压力传感器检测的压力值，确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值，包括：

累加至少一所述压力传感器检测的压力值之和，获取目标压力值；

计算所述目标压力值与所述长度变化值的比值，确定所得比值为所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

其中，所述根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值之前，还包括：

检测所述待测试螺钉拧设于所述底座上之前和之后的温度差值；

当所述温度差值大于预设数值时，根据所述温度差值确定对应的补偿距离；

其中，所述根据所述长度变化值和所述待测试螺钉拧设于所述底座上的过程中至少一所述压力传感器检测的压力值，确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值的步骤中，在所述长度变化值中增加或者减少所述补偿距离。

本发明实施例的有益效果至少包括：

在本发明实施例中，通过压力传感器检测待测试螺钉在底座上拧紧过程中对应的预紧力，通过电压施加构件向超声换能元件施加电压信号，由超声换能元件产生在待测试螺钉内传输的超声波信号，并利用超声波检测构件获取超声波信号被待测试螺钉的底面所反射的超声波信号，根据检测到超声波信号的时间和电压施加构件施加电压的时间，确定待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值，并根据长度变化值和预紧力确定待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值，可以实现对小型螺钉的预紧力与伸长量关系进行标定，为产品装调过程中实现预紧力数值的实时测量与控制奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例预紧力与伸长量的标定装置与待测试螺钉配合的示意图一；

图2表示本发明实施例预紧力与伸长量的标定装置与待测试螺钉配合的示意图二；

图3表示本发明实施例预紧力与伸长量的标定装置的示意图；

图4表示本发明实施例预紧力与伸长量的标定装置中的超声波检测构件示意图；

图5表示本发明实施例预紧力与伸长量的标定方法示意图。

其中图中：1、底座；11、螺纹孔；12、线路连接通道；13、延伸部；2、待测试螺钉；3、压力传感器；4、超声换能元件；5、电压施加构件；6、超声波检测构件；61、接收器；62、第二显示器；7、处理器；8、第一显示器；91、温度传感器；92、温度监测器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种预紧力与伸长量的标定装置，如图1和图2所示，包括：

底座1，在底座1上开设有螺纹孔11，螺纹孔11的直径与待测试螺钉2的直径对应；至少一压力传感器3，设置在底座1内，并在螺纹孔11的外围设置；超声换能元件4，用于设置于待测试螺钉2的顶面上；电压施加构件5，与超声换能元件4连接，用于为超声换能元件4施加电压信号，使得超声换能元件4生成朝待测试螺钉2的底面传输的超声波信号；以及超声波检测构件6，与超声换能元件4连接，用于通过电压施加构件5检测超声波信号在待测试螺钉2内传输之后被待测试螺钉2的底面反射的超声波信号。

本发明实施例所提供的预紧力与伸长量的标定装置包括：底座1，在底座1上设置的螺纹孔11可以实现与待测试螺钉2的匹配。在底座1内还设置有至少一压力传感器3，用于检测待测试螺钉2拧设于底座1上的过程中，待测试螺钉2所对应的预紧力。其中压力传感器3设置于螺纹孔11的外围，可以保证压力传感器3检测的准确性。压力传感器3的数量至少为一个，当压力传感器3为一个时，对应的压力传感器3应选择环形结构，通过将环形结构的压力传感器3设置于螺纹孔11的外围，可以使得压力传感器3获取准确的检测结果。

在待测试螺钉2的顶面设置一超声换能元件4，其中超声换能元件4与电压施加构件5连接，电压施加构件5可以为超声换能元件4施加电压信号，超声换能元件4在获取电压信号之后，将电压信号转化为超声波信号，由于超声换能元件4设置于待测试螺钉2的顶面，在超声换能元件4产生超声波信号之后，可以朝待测试螺钉2的底面传输。其中超声波信号在待测试螺钉2内传输遇到待测试螺钉2的底面(接触空气)后会产生反射超声波信号，反射超声波信号由待测试螺钉2的底面向待测试螺钉2的顶面传输。

其中标定装置还包括与超声换能元件4连接的超声波检测构件6，在电压施加构件5向超声换能元件4施加电压信号，超声换能元件4根据电压信号产生超声波信号，并将超声波信号在待测试螺钉2内传输后，超声波检测构件6可以检测超声波信号在待测试螺钉2内传输之后被待测试螺钉2的底面反射的反射超声波信号。

其中超声换能元件4通过脉冲电压线与电压施加构件5连接，获取电压施加构件5所提供的电压信号，并将电压信号转换为超声波信号。超声换能元件4与待测试螺钉2连接，同时超声换能元件4与超声波检测构件6连接。待测试螺钉2可以与超声波检测构件6连接，从而形成导电回路，也可以由金属材质的底座1直接与超声波检测构件6连接，从而形成导电回路，其中附图中未示出待测试螺钉2与超声波检测构件6或者底座1与超声波检测构件6的连接。

在电压施加构件5施加电压信号，通过超声波检测构件6检测到反射超声波信号，并通过至少一个压力传感器3检测到待测试螺钉2拧设于底座1上所对应的预紧力之后，可以获取待测试螺钉2的预紧力与伸长量的对应关系的标定值。

在本发明实施例中，如图1至图3所示，标定装置还包括：处理器7，与电压施加构件5、压力传感器3和超声波检测构件6连接，用于根据超声波检测构件6检测到超声波信号的时间和电压施加构件5向超声换能元件4施加电压的时间，确定使待测试螺钉2拧设于底座1上后的长度变化值；并根据长度变化值和压力传感器3检测的压力值确定待测试螺钉2的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

标定装置还包括：与电压施加构件5、压力传感器3以及超声波检测构件6连接的处理器7。其中在待测试螺钉2拧设于底座1上之前，通过处理器7与电压施加构件5的连接，可以获取电压施加构件5施加电压的时间。通过处理器7与超声波检测构件6的连接，可以获取超声波检测构件6检测到反射超声波信号的时间，根据两个时间的差值与传播速度的乘积的二分之一，确定所得数值为待测试螺钉2拧设于底座1上之前的第一长度。

在待测试螺钉2拧设于底座1上之后，采用同样的方法获取待测试螺钉2拧设于底座1上之后的第二长度，计算第二长度与第一长度的差值，确定所得差值为使待测试螺钉2拧设于底座1上后的长度变化值。

根据压力传感器3与处理器7的连接，获取待测试螺钉2拧设于底座1上的过程中所对应的预紧力，根据预紧力与长度变化值的比值确定待测试螺钉2的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

在本发明实施例中，如图1和图2所示，标定装置还包括：第一显示器8，与压力传感器3连接，用于显示压力传感器3所检测的压力值。

各个压力传感器3均与第一显示器8连接，在压力传感器3检测到压力值之后，将所检测到的压力值发送至第一显示器8，第一显示器8可以对接收到的压力值进行显示。根据第一显示器8所显示的压力值，可以获取待测试螺钉2在底座1上拧紧过程中所对应的预紧力。

当压力传感器3的数量为一个时，则将压力传感器3检测的压力值传输至第一显示器8，由第一显示器8对压力值进行显示之后，其中第一显示器8所显示的压力值即为待测试螺钉2在底座1上拧紧过程中所对应的预紧力。

当压力传感器3的数量为两个或者两者可以上时，则将各个压力传感器3所检测的压力值传输至第一显示器8，第一显示器8可以对获取的多个压力值进行显示。此时第一显示器8所显示的各压力传感器3所检测的压力值之和，为待测试螺钉2在底座1上拧紧过程中所对应的预紧力。

其中压力传感器3的厚度较薄，优选地，压力传感器3的厚度在3mm～4mm之间。在将待测试螺钉2在螺纹孔11内拧紧时，压力传感器3可以在拧紧过程中对待测试螺钉2的预紧力进行实时测量，并通过第一显示器8显示测量值。需要说明的是，当压力传感器3的数量为两个或两个以上时，每一压力传感器3可以检测到部分预紧力，通过将各压力传感器3检测的压力值进行相加，才可以获得待测试螺钉2在底座1上拧紧过程中所对应的预紧力。

在本发明实施例中，底座1的内部设置有线路连接通道12，其中压力传感器3与第一显示器8相连接的连接线设置于线路连接通道12中。

压力传感器3通过连接线与第一显示器8连接，其中压力传感器3设置于底座1内，为了实现压力传感器3与第一显示器8的连接，需要在底座1的内部设置线路连接通道12，将压力传感器3与第一显示器8相连接的连接线设置于线路连接通道12中。

其中，底座1的端面上设置有延伸部13，延伸部13上设置有与线路连接通道12连通的通孔。延伸部13的数量与压力传感器3的数量相同，每一压力传感器3与第一显示器8相连接的连接线分别通过一个延伸部13穿出。

底座1呈一四边形状，延伸部13可以设置于底座1的四个端面上，这里的端面为与开设螺纹孔11的表面相邻的面，延伸部13设置在底座1的端面上，与底座1内部的线路连接通道12连通，连接线穿过底座1内部的线路连接通道12以及底座1的端面上的延伸部13，将压力传感器3与第一显示器8连接，针对多个压力传感器3而言，多个压力传感器3测得的多个方向的压力值的和即为待测试螺钉2拧紧过程中的预紧力。

在本发明实施例中，压力传感器3的数量为六个，且在螺纹孔11的外围间隔设置。六个压力传感器3在底座1内部围绕螺纹孔11均匀间隔设置，可以测得在待测试螺钉2拧紧过程中的多个方向的压力，六个压力传感器3测得的压力之和即为待测试螺钉2拧紧过程中对应的预紧力。

需要说明的是，在将待测试螺钉2设置于螺纹孔11中时，可以通过扭矩控制装置来实现，其中扭矩控制装置可以为扳手。

在本发明实施例中，如图2所示，标定装置还包括：设置于底座1上的温度传感器91；以及与温度传感器91连接的温度监测器92。

在底座1上还设置有温度传感器91，用于检测待测试螺钉2拧设于底座1上之前和之后的温度值，并将检测的温度值发送至温度监测器92，温度监测器92在获取待测试螺钉2拧设于底座1上之前和之后的温度值之后，确定一温度差值，并检测所得到的温度差值是否大于预设数值，在温度差值小于预设数值时，可以忽略温度差值的影响，当温度差值大于预设数值时，则需要考虑由温度差值所导致的长度变化，并确定出温度差值所对应的补偿距离，结合补偿距离确定出待测试螺钉2拧设于底座1上之前和之后的长度变化值。由于温度对超声波的传播速度影响较大，通过在测量时加入温度测量，可以对距离的计算提供温度补偿，保证测量效果的准确性。

在本发明实施例中，如图4所示，超声波检测构件6包括一接收超声波信号的接收器61以及与接收器61连接的显示超声波信号所对应的波形的第二显示器62。

其中超声波检测构件6包括一接收器61以及与接收器61连接的第二显示器62，其中接收器61可以接收超声波信号，并将接收到的超声波信号传递至第二显示器62，第二显示器62在获取超声波信号之后，生成对应的超声波信号的波形图，对生成的波形图进行显示。

本发明实施例提供的预紧力与伸长量的标定装置，通过超声波测量待测试螺钉的变形量，通过压力传感器测量待测试螺钉拧紧过程中的预紧力，通过预紧力与变形量的对应关系实现待测试螺钉预紧力与伸长量关系的标定，为产品装调过程中实现预紧力数值的实时测量与控制奠定基础。

本发明实施例还提供一种采用上述的预紧力与伸长量的标定装置进行预紧力与伸长量标定的方法，如图5所示，包括：

步骤501、将超声换能元件固定于待测试螺钉的顶面。

首先将超声换能元件设置于待测试螺钉的顶面，便于通过超声波对拧设于底座上之前的待测试螺钉进行长度检测。

步骤502、将待测试螺钉放置于螺纹孔中。

在将超声换能元件固定于待测试螺钉的顶面上之后，将待测试螺钉设置于底座上的螺纹孔中。其中将待测试螺钉设置于底座上的螺纹孔中之前，可以通过超声测量的方式或者其他方式获取拧设于底座上之前的待测试螺钉的长度。这里的其他方式可以为通过测量尺直接对待测试螺钉进行测量。通过超声测量的方式获取拧设于底座上之前的待测试螺钉的长度时，需要通过电压施加构件向超声换能元件施加电压，以获取对应的长度。还可以在将待测试螺钉设置于底座上的螺纹孔中之后拧紧待测试螺钉之前，通过超声测量的方式获取待测试螺钉的长度。

步骤503、对待测试螺钉施加使待测试螺钉拧设于底座上的扭矩之后，通过电压施加构件向超声换能元件施加电压。

其中，将超声换能元件设置于待测试螺钉的顶面且将待测试螺钉放置于螺纹孔中之后，对待测试螺钉施加使待测试螺钉拧设于底座上的扭矩，通过电压施加构件对待测试螺钉顶面的超声换能元件施加电压信号，在超声换能元件获取电压信号之后，将电压信号转换为超声波信号。此时超声波信号在待测试螺钉内进行传输。其中在通过电压施加构件对待测试螺钉顶面的超声换能元件施加电压信号时，需要获取电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间。

其中对待测试螺钉施加使待测试螺钉拧设于底座上的扭矩时，通过一扭矩控制装置执行，利用扭矩控制装置实现将待测试螺钉拧设于底座上的螺纹孔内。

步骤504、根据超声波检测构件检测到超声波信号的时间和电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间，确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值。

在将待测试螺钉拧设于底座上，且通过电压施加构件向超声换能元件施加电压信号之后，通过超声换能元件将电压信号转换为超声波信号，并将转化后的超声波信号在待测试螺钉内进行传输，在超声波信号传输至待测试螺钉的底面时发生反射，利用超声波检测构件检测反射的超声波信号，并获取超声波检测构件检测到反射超声波信号的时间。

根据超声波检测构件检测到反射超声波信号的时间以及电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间，来确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值。

步骤505、根据长度变化值和待测试螺钉拧设于底座上的过程中至少一压力传感器检测的压力值，确定待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

在获取待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值之后，根据所获取的长度变化值以及通过至少一压力传感器所检测到的压力值，确定待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

其中步骤504中，根据超声波检测构件检测到超声波信号的时间和电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间，确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值，包括：

计算检测到超声波信号的时间与电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间之间的第一时间差值；计算第一时间差值与超声波信号在待测试螺钉内的传播速度的乘积的二分之一，得到待测试螺钉拧设于底座上后的第二长度；计算第二长度与预先获取的待测试螺钉拧设于底座上之前的第一长度的差值，确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值。

针对待测试螺钉拧设与底座上后所对应的长度而言，需要获取检测到反射的超声波信号的第一时间与电压施加构件向超声换能元件施加电压的第二时间，然后计算第一时间与第二时间之差，确定所得差值为第一时间差值Δt1。在确定第一时间差值Δt1之后，获取超声波信号在待测试螺钉内传输所对应的传播速度v，计算第一时间差值Δt1与传播速度v的乘积的二分之一，确定所得数值为待测试螺钉拧设于底座上后的第二长度。

其中电压信号由电压施加构件向超声换能元件传输的时间长度可以忽略不计，超声波检测构件可以设置于超声换能元件上，反射超声波信号由待测试螺钉顶部传输至超声波检测构件的时间长度也可以忽略不计。

在获取第二长度之后，还需要获取待测试螺钉拧设于底座上之前的第一长度。其中第一长度可以根据超声波检测的方式获取，还可以由测量尺直接测量获取。在获取第二长度和第一长度之后，计算第二长度与第一长度的差值，确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值。

其中步骤504中，根据超声波检测构件检测到超声波信号的时间和电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间，确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值，还包括：

待测试螺钉拧设于底座上之前，在电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间到超声波检测构件检测到超声波信号的时间内，获取超声波信号对应的第一波形；待测试螺钉拧设于底座上之后，在电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间到超声波检测构件检测到超声波信号的时间内，获取超声波信号对应的第二波形；根据第二波形与第一波形获取对应的第二时间差值；计算第二时间差值与超声波信号在待测试螺钉内的传播速度的乘积的二分之一，获取使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值。

针对待测试螺钉拧设与底座上之前和之后所对应的长度而言，均可通过超声波检测的方式获取。此时需要在待测试螺钉拧设于底座上之前，通过电压施加构件向超声换能元件施加电压信号，由超声换能元件生成超声波信号并在待测试螺钉内进行传递，由超声波检测构件检测反射的超声波信号。其中由于待测试螺钉拧设与底座上之前和之后对应的长度不同，因此待测试螺钉拧设与底座上之前超声波信号对应的第一波形与螺钉拧设与底座上之后超声波信号对应的第二波形不同，根据第二波形与第一波形相对位置的不同，确定对应的第二时间差值。

在确定第二时间差值之后Δt2，计算第二时间差值Δt2与超声波信号在待测试螺钉内传输所对应的传播速度v的乘积，确定所得乘积的二分之一为待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值。

在本发明实施例中，步骤505中根据长度变化值和待测试螺钉拧设于底座上的过程中至少一压力传感器检测的压力值，确定待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值，包括：

累加至少一压力传感器检测的压力值之和，获取目标压力值；计算目标压力值与长度变化值的比值，确定所得比值为待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

获取至少一压力传感器所对应的压力值，然后对至少一个压力传感器所对应的压力值进行求和运算，确定目标压力值，这里的目标压力值即为预紧力。计算目标压力值F与长度变化值Δl之比，确定所得比值为待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。其中标定值用K表示，则K与目标压力值F、长度变化值Δl之间的对应关系为：K＝F/Δl。

在本发明实施例中，在根据超声波检测构件检测到超声波信号的时间和电压施加构件向超声换能元件施加电压的时间，确定使待测试螺钉拧设于底座上后的长度变化值之前，还包括：检测待测试螺钉拧设于底座上之前和之后的温度差值；当温度差值大于预设数值时，根据温度差值确定对应的补偿距离；

其中，根据长度变化值和待测试螺钉拧设于底座上的过程中至少一压力传感器检测的压力值，确定待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值的步骤中，在长度变化值中增加或者减少补偿距离。

获取待测试螺钉拧设于底座上之前的第一温度值以及待测试螺钉拧设于底座上之后的第二温度值，比较第一温度值与第二温度值的差值，将获取的温度差值与预设数值进行比较，在温度差值小于预设数值时，则可以忽略温度差值的影响，当温度差值大于预设数值时，则需要考虑由温度差值所导致的长度变化，并确定出温度差值所对应的补偿距离，结合补偿距离确定出待测试螺钉拧设于底座上之前和之后的长度变化值。由于温度对超声波的传播速度影响较大，通过在测量时加入温度测量，可以对距离的计算提供温度补偿，保证测量的准确性。

本发明实施例提供的预紧力与伸长量的标定方法，通过超声波测量待测试螺钉的变形量，通过压力传感器测量待测试螺钉拧紧过程中的预紧力，通过预紧力与变形量的对应关系实现待测试螺钉预紧力与伸长量关系的标定，为产品装调过程中实现预紧力数值的实时测量与控制奠定基础。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，包括：

底座(1)，在所述底座(1)上开设有螺纹孔(11)，所述螺纹孔(11)的直径与待测试螺钉(2)的直径对应；

至少一压力传感器(3)，设置在所述底座(1)内，并在所述螺纹孔(11)的外围设置；

超声换能元件(4)，用于设置于所述待测试螺钉(2)的顶面上；

电压施加构件(5)，与所述超声换能元件(4)连接，用于为所述超声换能元件(4)施加电压信号，使得所述超声换能元件(4)生成朝所述待测试螺钉(2)的底面传输的超声波信号；以及

超声波检测构件(6)，与所述超声换能元件(4)连接，用于通过所述电压施加构件(5)检测所述超声波信号在所述待测试螺钉(2)内传输之后被所述待测试螺钉(2)的底面反射的所述超声波信号。

2.根据权利要求1所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括：

处理器(7)，与所述电压施加构件(5)、所述压力传感器(3)和所述超声波检测构件(6)连接，用于根据所述超声波检测构件(6)检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件(5)向所述超声换能元件(4)施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉(2)拧设于所述底座(1)上后的长度变化值；并根据长度变化值和所述压力传感器(3)检测的压力值确定所述待测试螺钉(2)的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

3.根据权利要求1所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括：

第一显示器(8)，与所述压力传感器(3)连接，用于显示所述压力传感器(3)所检测的压力值。

4.根据权利要求3所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述底座(1)的内部设置有线路连接通道(12)，其中所述压力传感器(3)与所述第一显示器(8)相连接的连接线设置于所述线路连接通道(12)中。

5.根据权利要求4所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述底座(1)的端面上设置有延伸部(13)，所述延伸部(13)上设置有与所述线路连接通道(12)连通的通孔。

6.根据权利要求5所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述延伸部(13)的数量与所述压力传感器(3)的数量相同，每一所述压力传感器(3)与所述第一显示器(8)相连接的连接线分别通过一个所述延伸部(13)穿出。

7.根据权利要求1所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述压力传感器(3)的数量为六个，且在所述螺纹孔(11)的外围间隔设置。

8.根据权利要求1所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述标定装置还包括：

设置于所述底座(1)上的温度传感器(91)；以及

与所述温度传感器(91)连接的温度监测器(92)。

9.根据权利要求1所述的预紧力与伸长量的标定装置，其特征在于，所述超声波检测构件(6)包括一接收所述超声波信号的接收器(61)以及与所述接收器(61)连接的显示所述超声波信号所对应的波形的第二显示器(62)。

10.一种采用权利要求1至9任一项所述的预紧力与伸长量的标定装置进行预紧力与伸长量标定的方法，其特征在于，包括：

将所述超声换能元件固定于所述待测试螺钉的顶面；

将所述待测试螺钉放置于所述螺纹孔中；

对所述待测试螺钉施加使所述待测试螺钉拧设于所述底座上的扭矩之后，通过所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压；

根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值；

根据所述长度变化值和所述待测试螺钉拧设于所述底座上的过程中至少一所述压力传感器检测的压力值，确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述待测试螺钉施加使所述待测试螺钉拧设于所述底座上的扭矩时，通过一扭矩控制装置执行。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值，包括：

计算检测到所述超声波信号的时间与所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间之间的第一时间差值；

计算所述第一时间差值与所述超声波信号在所述待测试螺钉内的传播速度的乘积的二分之一，得到所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的第二长度；

计算所述第二长度与预先获取的所述待测试螺钉拧设于所述底座上之前的第一长度的差值，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值，包括：

所述待测试螺钉拧设于所述底座上之前，在所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间到所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间内，获取所述超声波信号对应的第一波形；

所述待测试螺钉拧设于所述底座上之后，在所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间到所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间内，获取所述超声波信号对应的第二波形；

根据所述第二波形与所述第一波形获取对应的第二时间差值；

计算所述第二时间差值与所述超声波信号在所述待测试螺钉内的传播速度的乘积的二分之一，获取使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述长度变化值和所述待测试螺钉拧设于所述底座上的过程中至少一所述压力传感器检测的压力值，确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值，包括：

累加至少一所述压力传感器检测的压力值之和，获取目标压力值；

计算所述目标压力值与所述长度变化值的比值，确定所得比值为所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述根据所述超声波检测构件检测到所述超声波信号的时间和所述电压施加构件向所述超声换能元件施加电压的时间，确定使所述待测试螺钉拧设于所述底座上后的长度变化值之前，还包括：

检测所述待测试螺钉拧设于所述底座上之前和之后的温度差值；

当所述温度差值大于预设数值时，根据所述温度差值确定对应的补偿距离；

其中，所述根据所述长度变化值和所述待测试螺钉拧设于所述底座上的过程中至少一所述压力传感器检测的压力值，确定所述待测试螺钉的预紧力与伸长量之间对应关系的标定值的步骤中，在所述长度变化值中增加或者减少所述补偿距离。