CN111912559A - 测量螺栓的轴向力的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及测量螺栓的轴向力的装置和方法。一种用于通过测量施加以紧固结构的旋拧到螺栓构件上的螺母构件的夹持力来测量螺栓构件的轴向力的装置，包括：传感器，通过拧紧的螺母构件的一侧向结构施加振动，并在螺母构件的相对侧上获得由通过结构传播并穿过螺母构件的振动产生的信号；以及分析仪，分析从传感器接收的信号，并根据螺母构件的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定螺栓构件的轴向力。

Description

测量螺栓的轴向力的装置和方法
技术领域
本公开涉及一种用于测量螺栓构件的轴向力的装置和方法，并且更具体地，涉及一种通过测量螺栓构件和旋拧到螺栓构件上的螺母构件施加以紧固结构的夹持力来测量螺栓构件的轴向力的装置和方法。
背景技术
通常，车轮和轮盘彼此结合以使车辆的轮胎能够与轮盘一起旋转。在车身的组装过程中，车轮和轮盘通过多个车轮螺母组装。
在根据现有技术的车轮组装结构中，通过允许从轮盘的一侧突出的多个螺栓穿过车轮并且将车轮螺母旋拧到螺栓的末端上而使车轮和轮盘彼此结合。使用螺母扳手以拧紧车轮螺母。
当通过螺母扳手使每个车轮螺母牢固地旋拧到相应的螺栓上时，轴向力(即拉力)施加在螺栓和车轮螺母上。车轮螺母的紧固状态可通过测量轴向力来检查。
在相关技术中，可以使用利用超声波的方法或利用应变仪的方法来测量车轮螺母的轴向力。这些方法通过测量由于在将车轮螺母旋拧到螺栓上时产生的力而变形的螺栓的长度变化来测量轴向力。
然而，相关技术中的上述方法具有使螺栓的头部变平以安装超声波传感器且需要过多的时间的缺点。此外，在将车轮螺母旋拧到螺栓上之前必须已知螺栓的长度，并且由于基于由超声波传感器测得的变形计算了轴向力，因此无法测量车轮螺母已经旋拧到其上的螺栓的轴向力。即，相关技术中的方法仅可以在未完全拧紧的硬件上执行测量。因此，难以检查具有紧固缺陷(由于缺少车轮螺母的轴向力)的车辆。
发明内容
已经做出本公开以解决在现有技术中出现的上述问题，同时使现有技术实现的优点保持不变。
本公开的一个方面提供了一种用于减少测量时间和成本并改善测量的准确性的轴向力测量装置和方法。
本公开的另一方面提供了一种用于使用人工智能来快速并准确地确定螺栓构件的轴向力的轴向力测量装置和方法。
本公开待解决的技术问题并非限制于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员通过以下描述将清楚地理解的本文未提及的任何其它技术问题。
根据本公开的一个示例性实施例，一种用于通过测量施加以紧固结构的旋拧到螺栓构件上的螺母构件的夹持力来测量螺栓构件的轴向力的装置，包括：传感器，该传感器通过拧紧的螺母构件的一侧向结构施加振动，并在螺母构件的相对侧上获得由通过结构传播并穿过螺母构件的振动产生的信号；以及分析仪，该分析仪分析从传感器接收的信号，并根据螺母构件的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定螺栓构件的轴向力。
该装置可进一步包括将传感器定位在靠近螺母构件的位置的感测夹具。感测夹具可固定到螺母构件并可附接到结构的螺母构件与之接触的夹持表面。
基于通过机器学习而预先习得的学习数据，分析仪可分析由传感器测量的正在确定的信号，并可通过对数据进行内插来确定与正在确定的信号相对应的轴向力。
根据本公开的另一示例性实施例，一种用于通过测量施加以紧固结构的旋拧到螺栓构件上的螺母构件的夹持力来测量螺栓构件的轴向力的方法，包括：第一步，通过将其上安装有传感器的感测夹具固定到螺母构件来将传感器安装在结构中，使得传感器邻近螺母构件；第二步，通过拧紧的螺母构件的一侧由传感器向结构施加振动，并在螺母构件的相对侧上由传感器获得由通过结构传播并穿过螺母构件的振动产生的信号；以及第三步，分析从传感器接收的信号，并根据螺母构件的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定螺栓构件的轴向力。
附图说明
从以下结合附图进行的详细描述，本公开的上述和其它目标、特征和优点将更加显而易见。
图1是示出根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置的构造的视图；
图2是示出应用于本公开的一个示例性实施例的感测夹具和传感器的透视图；
图3是示出图2中的主体的内部的视图；
图4是示出应用于本公开的一个示例性实施例的支架的第一部分的透视图；
图5是示出应用于本公开的一个示例性实施例的支架的第二部分的透视图；
图6和图7是示出根据本公开的一个示例性实施例的感测夹具的操作的视图；
图8是示出应用于本公开的一个示例性实施例的感测夹具的另一实施例的透视图；
图9是示出根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置的构造的示意图；
图10是描绘由传感器得到的信号的图表；
图11是描绘由传感器根据夹持力获得的信号的图表；
图12是示出LSTM算法的基本操作原理的视图；
图13A和图13B是分别示出通过采样而生成并增强数据的视图；
图14是示出通过本公开的一个示例性实施例的分析仪确定轴向力的过程的图表；以及
图15是示出根据本公开的一个示例性实施例的用于测量螺栓构件的轴向力的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。
以下实施例是适于理解根据本公开的用于测量螺栓构件的轴向力的装置和方法的技术特征的实施例。然而，本公开并不限于以下实施例，且本公开的技术特征不受以下实施例的限制。此外，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100基于通过测量螺栓构件和旋拧到螺栓构件上的螺母构件20施加以紧固结构10的夹持力来测量螺栓构件(未示出)的轴向力。例如，结构10可以是车辆的车轮，螺母构件20可以是紧固车轮的车轮螺母。螺栓构件可穿过结构10，并且螺母构件20可旋拧到到螺栓构件上。螺栓构件可固定到车辆的轮盘，且螺母构件20可旋拧到螺栓构件上以将作为结构10的车轮紧固到轮盘。在下文中，为了方便起见，将被螺母构件20挤压的结构10的表面称为夹持表面10，并将结构10和夹持表面10用相同的参考标记表示。
然而，不限于车辆的车轮和车辆螺母，应用有本公开的结构10和螺母构件20可以是各种结构10和用于紧固结构10的螺栓-螺母机构。
参考图1，根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100包括传感器200和分析仪500。
传感器200通过拧紧的螺母构件20的一侧向结构10施加振动，并在螺母构件20的相对侧上获得由通过结构10传播并穿过螺母构件20的振动产生的信号。
具体地，传感器200可连接到结构10，并且可使用结构10和螺母构件20的振动特性来测量螺母构件20的夹持力。例如，传感器200可包括第一传感器210和第二传感器220。第一传感器210可定位在螺母构件20的一侧上，并且可通过具有压电效应的元件向结构10施加波。第二传感器220可以设置在螺母构件20的相对侧上，并可测量由第一传感器210施加并通过螺母构件20传递的波。这里，第一传感器210可以是使用压电元件的压电传感器，且第二传感器220可以是通过处理输出信号来测量结构10的振动的加速度传感器。然而，传感器200并不限于此，且可以应用各种类型的传感器，只要这些传感器能够激励结构10并测量由激励传播的信号。
第一传感器210和第二传感器220可通过将在下面描述的感测夹具300连接到结构10。然而，第一传感器210和第二传感器220并不限于此，并且可进行各种改变和修改，只要第一传感器210和第二传感器220能够连接到结构10以施加振动并检测信号。
第一传感器210可生成穿过螺母构件20的一侧的波，且第二传感器220可以在螺母构件20的相对侧上测量所传递的波。这里，螺母构件20的一侧和相对侧相对于螺母构件20彼此相对。第二传感器220可以通过处理通过螺母构件20传递的信号来测量由第一传感器210生成的波。
分析仪500分析从传感器200接收的信号，并根据螺母构件20的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定螺栓构件的轴向力。
具体地，参考图1，分析仪500可与传感器200电连接，并可分析从传感器200传递的信号。此外，穿过螺母构件20的波在螺母构件20的夹持力的影响下传递。也就是说，到达第二传感器220的波的传播速度可以根据螺母构件20的拧紧程度而变化。通过第二传感器220获得的信号可由幅值随时间的变化(参考图10)表示，并且作为首先接收到的峰值信号的初始信号根据夹持力而变化(参考图11)。也就是说，随着夹持力的增加，可以更快地接收初始信号。分析仪500可以使用该特性来测量轴向力。
本公开的轴向力测量装置100可进一步包括信号处理器400(参考图9)。信号处理器400可生成波形并将该波形传递到第一传感器210，并且可将由第二传感器220测得的信号传递到分析仪500。
例如，图9中示出了信号处理器400的一个示例。然而，根据本公开的一个示例性实施例的信号处理器400并不限于图9所示的信号处理器400，并可进行各种改变和修改。
参考图9，根据本公开的一个示例性实施例的信号处理器400可包括范围板(scopeboard)和AO板，并且可进一步包括信号调节器和致动器放大器。AO板能以预定幅值(±10V)的电压输出操作者所期望的波形。致动器放大器可将由AO板生成的电压波形放大，并可将信号传递到第一传感器210的压电元件。信号调节器可将恒定电流提供给加速度传感器(也就是第二传感器220)。信号调节器可将由第二传感器220测得的加速度信号放大，并可将放大的加速度信号传递到范围板。范围板能以高速(例如200MHz)测量接收到的信号，并可将信号数据传递到分析仪500。信号处理器400的构造及其部件的构造并不限于上述那些。
如上所述，在将螺母构件20旋拧到螺栓构件上时或将螺母构件20旋拧到螺栓构件上之后，根据一个本公开的示例性实施例的轴向力测量装置100使用利用作为智能部件的传感器200的结构的振动特性，从而与在现有技术中用于测量轴向力的技术(例如超声波)相比减少了测量时间和成本。此外，轴向力测量装置100可改善测量的准确性，并且可为用户提供使用便利。
现有技术中的轴向力测量方法(例如，超声波)具有的问题在于，由于分离的硬件的加工及过量的测量时间，难以将该方法应用于输送机类型的车辆批量生产线。然而，根据本公开的轴向力测量装置100不需要加工分离的硬件且快速地执行测量。因此，轴向力测量装置100可应用于输送机类型的批量生产线。
此外，当使用轴向力测量装置100时，不必知道螺栓构件的应变。因此，轴向力测量装置100不仅可在将螺母构件20旋拧到螺栓构件上时测量螺母构件20的夹持力，而且可以在将螺母构件20旋拧到螺栓构件上之后测量螺母构件20的夹持力。
根据本公开的轴向力测量装置100可进一步包括感测夹具300。在下文中，将参考图2至图7描述根据本公开的一个示例性实施例的感测夹具300。
参考图2和图3，感测夹具300可将传感器200定位在靠近螺母构件20的位置。感测夹具300可附接到螺母构件20与之接触的结构10的夹持表面10，并可固定到螺母构件20。传感器200可通过感测夹具300安装在结构10中，从而与作为正在测量的对象的螺母构件20相邻。
具体地，感测夹具300可包括主体310、一对支腿320、支架330和挤压部分370。
主体310可具有穿过主体310的中心垂直地形成的通孔312和形成在通孔312的相对侧上的一对安装凹部311。每个安装凹部311可以在面向螺母构件20的一侧处打开。
支腿320可与主体310结合，并且可与夹持表面10接触。传感器200可安装在支腿320上。一对支腿320可分别设置在螺母构件20的相对侧上。
具体地，一对支腿320可包括第一支腿321和第二支腿322，第一传感器210附接到第一支腿321，第二传感器220附接到第二支腿322。第一支腿321可设置在螺母构件20的一侧，且第二支腿322可设置在螺母构件20的相对侧。在示出的实施例中，第一传感器210和第二传感器220附接到支腿320的侧表面。然而，传感器200的附接位置并不限于此，并且只要结构10的振动特性可用，传感器200可以安装在各种位置。例如，可在夹持表面10或支腿320的下表面上形成凹部，且第一传感器210和第二传感器220可附接到支腿320的下侧表面。此外，支腿320的形状并不限于示出的实施例，并且支腿320可修改为各种形状。例如，支腿320可包括与夹持表面10接触的锋利末端(参考图8)。
如上所述，支腿320安装成与夹持表面10接触，并且因此，安装在支腿320上的第一传感器210和第二传感器220可安装在结构10中以执行感测。
支架330可与主体310结合。支架330可设置在一对支腿320之间。支架330可固定到螺母构件20。
具体地，支架330可包括第一部分340和第二部分350。此外，支架330可进一步包括第一磁体361和第二磁体362。
参考图4，第一部分340可线性地、可移动地插入到穿过主体310形成的通孔312中，并可与挤压部分370结合。
第一部分340可包括第一主体341、设置在第一主体341的面对螺母构件20并与第二部分350连接的端部部分上的连接部分344和形成在连接部分344中以便朝向螺母构件20打开的第一磁体插入凹部345。
第一主体341可具有在纵向方向上延伸的杆形状。第一主体341可包括耦接孔343。耦接孔343可形成为在纵向方向上穿过第一主体341的中心，且在耦接孔343的内周表面的至少部分上可形成第二螺纹。此外，在第一主体341的外周表面的至少部分上可形成第一螺纹342。
连接部分344可具有大于第一主体341的直径，且第一磁体插入凹部345可连接到耦接孔343。第一磁体361可插入到并安装在第一磁体插入凹部345中，并且可通过磁力至少附接到螺母构件20的上表面。第一磁体361可以具有形成在其中的孔，使得耦接孔343与螺母构件20的上表面连接。通过将第一磁体361附接到螺母构件20，支架330可固定到螺母构件20，并且因此，感测夹具300可附接到结构10。
参考图5，第二部分350可与第一部分340的面对螺母构件20的端部部分结合，并可具有中空空间352，螺母构件20插入到该中空空间中。
第二部分350可包括第二主体351和形成在第二主体351的面对夹持表面10的端部部分上的第二磁体插入凹部353。具体地，第二主体351可具有圆柱形状，其中在内部具有中空空间352。第二部分350在其内周表面上可具有与形成在第一部分340的连接部分344的外周表面上的螺纹相对应的螺纹，并且第一部分340可旋拧到第二部分350中。
螺母构件20可包括插入到中空空间352中的螺母主体21和从螺母主体21的面对夹持表面10的端部部分在径向方向上突出的凸缘22。第二磁体362可固定地安装在第二磁体插入凹部353中，并且可附接到螺母构件20的凸缘22。每个第二磁体插入凹部353可在面对凸缘22的一侧处打开。支架330通过第二磁体362可更牢固地附接到螺母构件20。
如上所述，根据本公开的一个示例性实施例，支架330可通过第一磁体361和第二磁体362牢固地附接到螺母构件20。
挤压部分370可与支架330结合。挤压部分370可挤压支架330以使得将支架330附接到螺母构件20，并可挤压主体310以使得支腿320与夹持表面10紧密接触。
具体地，挤压部分370可包括挤压支撑杆371和按钮372。此外，挤压部分370可进一步包括压缩弹簧373和调节螺母374。
挤压支撑杆371可插入到耦接孔343中，并且在其外周表面上可具有旋拧到第二螺纹中的第三螺纹。按钮372可与远离螺母构件20的挤压支撑杆371的端部部分整合。
当按钮372与附接到螺母构件20的支架330一起旋转时，在通过第二螺纹与第三螺纹的接合而朝向螺母构件20移动的同时，挤压支撑杆371的端部部分可推动螺母构件20，并且因此，支架330可与螺母构件20分离。
具体地，挤压支撑杆371可具有杆形状，并可安装成穿过耦接孔343。挤压支撑杆371的下端部分可朝向螺母构件20突出。耦接孔343可具有形成在部分区域(包括其下端部分)上的第二螺纹，并且通过第二螺纹和第三螺纹的接合，挤压支撑杆371可与支架330结合。操作者可旋转按钮372以将挤压支撑杆371旋拧到支架330中。
当向按钮372在朝向螺母构件20的方向上施加外力时，支架330可朝向螺母构件20移动，并可通过磁力附接到螺母构件20(参考图7)。相反，当在支架330附接到螺母构件20的同时向按钮372施加旋转力时，在通过第二螺纹和第三螺纹的接合而旋转的同时，挤压支撑杆371可朝向螺母构件20移动。挤压支撑杆371的远端端部371a可与螺母构件20的上表面接触，并且可在突出的同时推动螺母构件20。因此，支架330可与螺母构件20分离(参考图6)。
通过使用压缩弹簧373和调节螺母374，挤压部分370可调节支架330的附接力以及使支腿320与夹持表面10紧密接触的力。
具体地，压缩弹簧373可安装在第一部分340的外周表面上，并且压缩弹簧373在纵向方向上的一个端部部分可由主体310支撑。压缩弹簧373可将压缩力在朝向夹持表面10的方向上传递到支腿320。也就是说，压缩弹簧373可将垂直于夹持表面10的压缩力传递给支腿320。压缩力可由压缩弹簧373的弹簧常数确定。
调节螺母374可设置成邻近于压缩弹簧373在纵向方向上的相对端部部分，以调节压缩弹簧373的张力。调节螺母374可旋拧到第一螺纹342上，以便可沿第一部分340的纵向方向运动。例如，调节螺母374可朝着主体310旋转并移动以增加压缩弹簧373的压缩力。
可通过包括在挤压部分370中的压缩弹簧373和调节螺母374而将恒定载荷施加到螺母构件20，并且因此感测夹具300可附接到夹持表面10上的正确位置。因此，可以在测量轴向力的过程中通过外力防止感测夹具300从夹持表面10脱离。此外，可以获得这样的效果：支腿320以与由压缩弹簧373施加到螺母构件20的相同的载荷挤压结构10的夹持表面10。因此，根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100可稳定且准确地测量螺母构件20的夹持力。
图8示出了根据本公开的另一示例性实施例的感测夹具300。根据本公开的轴向力测量装置100可应用于各种形式的螺母构件20和结构10，并且可根据结构10和螺母构件20的类型和形状做出各种改变和修改。
例如，如在所示实施例中，第二部分350可包括第二主体351和与第二主体351结合并围绕且固定螺母构件20的外周表面的夹钳355。具体地，根据本公开的另一实施例的感测夹具300的支架330与螺母构件20可通过夹钳355而不是磁力结合。然而，应当理解，根据本公开的支架330可以包括磁体和夹钳355两者。
在下文中，将参考图9至图14描述由分析仪500确定螺栓构件的轴向力的过程。
根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100可使用人工智能来测量螺栓构件的轴向力。例如，根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100可以通过机器学习来测量螺栓构件的轴向力，且更具体地，可以通过深度学习来确定轴向力。
具体地，分析仪500可基于通过机器学习而预先习得的学习数据来分析由传感器200测量的正在确定的信号，并可通过内插数据确定与正在确定的信号相对应的轴向力。
可将使用由下述方法生成的学习数据的学习模型输入到分析仪500，且基于该学习模型，分析仪500可通过分析正在确定的信号来确定轴向力。
在下文中，将描述通过机器学习生成学习模型和学习数据的过程。本公开所应用的生成学习数据的过程是说明性的，并且本公开并不限于此。尽管以下描述集中于深度学习(这是机器学习的一种)，但是应用于本公开的机器学习并不限于深度学习。
首先，通过使用传感器200获取用于深度学习的原始数据。也就是说，根据本公开的传感器200不仅可用于测量轴向力，而且可用于生成学习模型。如上所述，到达第二传感器220的信号的传播速度根据螺母构件20被拧紧的程度而变化。因此，通过使用传播速度变化来对夹持力进行分类。由第二传感器220获得的信号可由幅值随时间的变化表示，如图10所示，且时间序列数据的初始峰值信号可以是用于深度学习的原始数据。在此，与从传感器200(第二传感器220)接收的信号相对应的波形数据的数量可减少到深度学习所需的数据的数量。减少的波形数据可带入到图像中，并且可存储减小的图像数据。通过减少波形数据并将减少的波形数据带入到图像中可以减少分析时间。
图11示出了根据夹持力的信号。通过接收到的信号可观察到根据夹持力的初始峰值信号变化。通过初始峰值信号变化，可以看出，随着螺母构件20的夹持力增加，以较高的速度接收振动。可通过使用接收振动的时间差来对夹持力仅进行分类。
基于获取的原始数据可通过使用循环神经网络(RNN)来生成预测数据。在本公开中可使用长短期记忆(LSTM)类型的RNN。具体地，基于图12所示的LSTM算法的基本操作原理，通过使用输入门和遗忘门可将时间的输入由根据振动的信号选择性地存储(参考图11)，该信号是时间序列数据。此时，可将权重分别分配给输入门和遗忘门。可以在确定输入数据将如何在时间序列数据中改变的方向上更新权重。能以这种方式进行深度学习。
此后，可以通过使用由深度学习所习得的数据模式，通过在现有数据进行之后预测信号的方法来生成信号。例如，在通过使用根据预定的夹持力(例如10kN至60kN)的信号数据执行学习之后，可预测并生成根据未测量的夹持力(例如70kN至80kN)的信号，并且可用作学习模型的数据。
如图13A和13B所示，可执行使用采样的数据增强以确保用于深度学习的数据的数量。也就是说，可通过对习得的数据波形进行采样来生成数据而增强数据。具体地，可以通过构建拟合原始数据的离散信号的曲线并从拟合的曲线中提取新的离散信号来生成并增强数据。在确定轴向力时，可通过以这种方式确保大量数据来增加学习数据的量而改善确定的精度。
可通过使用由上述方法生成的学习数据来生成学习模型。可将学习模型输入到分析仪500。当测量螺栓构件的轴向力时，基于学习模型，分析仪500可通过分析从传感器200接收的信号(正在确定的信号)来确定轴向力。参考图14，在对学习数据和正在确定的信号进行对比和分析之后，分析仪500可通过数据内插来准确地确定轴向力。数据内插是一种通过将已知数据周围的值进行线性组合来预测未知值的方法。在图14的左图中，“A”表示原始数据，“B”表示学习数据，并且“C”表示由正在确定的信号产生的数据。如在图14的右图中，分析仪500可对比和分析数据，并且可通过对数据进行内插来确定准确的轴向力。
根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100可进一步包括显示器600。显示器600可显示由分析仪500确定的轴向力。操作者可以通过显示器600监控轴向力。操作者可基于显示器600上显示的轴向力来调整螺母构件20被拧紧的程度。
如上所述，根据本公开的一个示例性实施例的轴向力测量装置100使用人工智能来测量螺栓构件的轴向力，从而快速并准确地确定轴向力。
在下文中，将参考图15描述根据本公开的另一示例性实施例的用于测量螺栓构件的轴向力的方法。根据本公开的轴向力测量方法使用上述轴向力测量装置100(参考图1至图14)。
根据本公开的轴向力测量方法基于通过测量螺栓构件和旋拧到螺栓构件上的螺母构件20施加以紧固结构10的夹持力来测量螺栓构件的轴向力。
根据本公开的轴向力测量方法包括第一步S110、第二步S120和第三步S130。此外，轴向力测量方法可进一步包括第四步S140。
第一步S110是这样的步骤：通过将其上安装有传感器200的感测夹具300固定到螺母构件20来将传感器200安装在结构10中，使得传感器200邻近螺母构件20。
第二步S120是这样的步骤：通过拧紧的螺母构件20的一侧由传感器200向结构10施加振动，并由传感器200在螺母构件20的相对侧上获得由通过结构10传播并穿过螺母构件20的振动产生的信号。
第三步S130是这样的步骤：分析从传感器200接收到的信号，并根据螺母构件20的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定螺栓构件的轴向力。
第四步S140是这样的步骤：在确定螺栓构件的轴向力之后显示所确定的轴向力。
在第三步S130中，可基于通过机器学习而预先习得的学习数据来分析由传感器200测量的正在确定的信号，并可通过内插数据确定与正在确定的信号相对应的轴向力。
如上所述，当将螺母构件旋拧到螺栓构件上时或将螺母构件旋拧到螺栓构件上之后，根据本公开的轴向力测量装置和方法使用利用作为智能部件的传感器的结构的振动特性，从而减少了测量时间和成本，改善了测量的准确性，并为用户提供便利。
此外，根据本公开的轴向力测量装置和方法不需要加工分离的硬件，并且能够快速地执行测量。因此，轴向力测量装置和方法可应用于输送机类型的批量生产线。
此外，根据本公开的轴向力测量装置和方法使用人工智能来测量螺栓构件的轴向力，从而快速且准确地确定螺栓构件的轴向力。
本申请要求于2019年5月10日提交的韩国专利申请第10-2019-0055101号的优先权的权益，为了所有目的将该申请的全部内容通过引用结合于此。
在上文中，尽管已经参考示例性实施例和附图描述了本公开，但是本公开并非限制于此，而是在不脱离所附权利要求书所要求保护的本公开的精神和范围的情况下，可由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和替代。

Claims (18)

1.一种通过测量施加以紧固结构的旋拧到螺栓构件上的螺母构件的夹持力来测量所述螺栓构件的轴向力的装置，所述装置包括：
传感器，所述传感器构造成：
通过所述螺母构件的一侧向所述结构施加振动，并且
在所述螺母构件的相对侧上获得由通过所述结构传播并穿过所述螺母构件的振动产生的信号；以及
分析仪，所述分析仪构造成：
分析从所述传感器接收的信号，并且
根据所述螺母构件的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定所述螺栓构件的轴向力。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器包括：
第一传感器，设置在所述螺母构件的所述一侧上，所述第一传感器构造成通过具有压电效应的元件向所述结构施加波；以及
第二传感器，设置在所述螺母构件的所述相对侧上，所述第二传感器构造成测量由所述第一传感器施加并通过所述螺母构件传递的波。
3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括：信号处理器，所述信号处理器构造成生成波形并将所述波形传递到所述第一传感器，并且将由所述第二传感器测得的信号传递到所述分析仪。
4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：感测夹具，所述感测夹具构造成将所述传感器定位成邻近所述螺母构件，
其中，所述感测夹具固定到所述螺母构件并附接到所述结构的所述螺母构件与之接触的夹持表面。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述感测夹具包括：
主体；
一对支腿，与所述主体结合，所述一对支腿设置成与所述夹持表面接触并设置在所述螺母构件的所述一侧和所述相对侧上，其中，所述传感器设置在所述一对支腿上；
支架，与所述主体结合，所述支架设置在所述一对支腿之间并固定到所述螺母构件；以及
挤压部分，与所述支架结合，所述挤压部分构造成挤压所述支架，以使得将所述支架附接到所述螺母构件，并且所述挤压部分构造成挤压所述主体，以使得所述一对支腿与所述夹持表面接触。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述传感器包括：
第一传感器，设置在所述螺母构件的所述一侧上，所述第一传感器构造成向所述结构施加波；以及
第二传感器，设置在所述螺母构件的所述相对侧上，所述第二传感器构造成测量所传递的波；
其中，所述一对支腿包括设置在所述螺母构件的所述一侧上的第一支腿和设置在所述螺母构件的所述相对侧上的第二支腿，所述第一传感器附接到所述第一支腿，所述第二传感器附接到所述第二支腿。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述支架包括：
第一部分，线性地、能移动地插入到穿过所述主体形成的通孔中，所述第一部分与所述挤压部分结合；以及
第二部分，与所述第一部分的面向所述螺母构件的端部部分结合，所述第二部分具有中空空间，所述螺母构件插入到所述中空空间中。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一部分包括：
第一主体；
连接部分，设置在所述第一主体的面对所述螺母构件并与所述第二部分连接的端部部分上；以及
第一磁体插入凹部，所述第一磁体插入凹部位于所述连接部分中，以便朝向所述螺母构件打开，并且
其中，所述支架进一步包括第一磁体，所述第一磁体固定地安装在所述第一磁体插入凹部中并至少附接到所述螺母构件的上表面。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述螺母构件包括插入到所述中空空间中的螺母主体和从所述螺母主体的面对所述夹持表面的端部部分在径向方向上突出的凸缘，
其中，所述第二部分包括第二主体和形成在所述第二主体的面对所述夹持表面的端部部分上的第二磁体插入凹部，并且，
其中，所述支架进一步包括第二磁体，所述第二磁体固定地安装在所述第二磁体插入凹部中并附接到所述螺母构件的所述凸缘。
10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二部分包括第二主体和与所述第二主体结合并构造成围绕且固定所述螺母构件的外周表面的夹钳。
11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一部分包括第一主体和耦接孔，所述耦接孔在纵向方向上穿过所述第一主体的中心延伸并具有形成在所述耦接孔的内周表面的至少部分上的第二螺纹，
其中，所述挤压部分包括：
挤压支撑杆，插入到所述耦接孔中，并且在所述挤压支撑杆的外周表面上具有旋拧到所述第二螺纹中的第三螺纹；以及
按钮，与所述挤压支撑杆的远离所述螺母构件的端部部分整合，并且
其中，当所述按钮与附接到所述螺母构件的所述支架一起旋转时，在通过所述第二螺纹与所述第三螺纹的接合而朝向所述螺母构件移动的同时，所述挤压支撑杆的端部部分推动螺母构件，使得所述支架与所述螺母构件分离。
12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一部分包括第一主体和形成在所述第一主体的外周表面的至少部分上的第一螺纹，并且
其中，所述挤压部分包括：
压缩弹簧，安装在所述第一部分的外周表面上并构造成将压缩力在朝向所述夹持表面的方向上传递到所述一对支腿，其中，所述压缩弹簧在纵向方向上的一个端部部分由所述主体支撑；以及
调节螺母，设置成邻近于所述压缩弹簧在纵向方向上的相对端部部分，以调节所述压缩弹簧的张力，所述调节螺母旋拧到所述第一螺纹上，以便能沿所述第一部分的纵向方向移动。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，基于通过机器学习而预先得到的学习数据，所述分析仪分析由所述传感器测量的正在确定的信号，并且通过对数据进行内插来确定与正在确定的信号相对应的轴向力。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，通过使用所述传感器从根据夹持力的振动得到信号来获取原始数据，
其中，基于所述原始数据，通过使用循环神经网络来生成学习数据和学习模型，并且
其中，当测量所述螺栓构件的轴向力时，所述分析仪通过将正在确定的信号和学习模型进行比较来确定轴向力。
15.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
显示器，所述显示器构造成显示由所述分析仪确定的轴向力。
16.一种通过测量施加以紧固结构的旋拧到螺栓构件上的螺母构件的夹持力来测量所述螺栓构件的轴向力的方法，所述方法包括：
第一步，通过将上面安装有传感器的感测夹具固定到所述螺母构件来将所述传感器安装在所述结构中，使得所述传感器邻近所述螺母构件；
第二步，通过拧紧所述螺母构件的一侧由所述传感器向所述结构施加振动，并且在所述螺母构件的相对侧上由所述传感器获得由通过所述结构传播并穿过所述螺母构件的振动产生的信号；以及
第三步，分析从所述传感器接收的信号，并且根据所述螺母构件的夹持力利用由振动产生的信号的传播速度的差值来确定所述螺栓构件的轴向力。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
第四步，在确定所述螺栓构件的轴向力之后显示所确定的轴向力。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述第三步中，基于通过机器学习而预先得到的学习数据来分析由所述传感器测量的正在确定的信号，并且通过对数据进行内插来确定与正在确定的信号相对应的轴向力。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3875925A1 (en) * 2020-03-07 2021-09-08 Honeywell International Inc. Airfield luminaire vibration monitoring
CN112595449B (zh) * 2020-12-09 2022-12-06 江苏德福来汽车部件有限公司 一种新能源汽车用套筒螺母轴向力检测台架及其检测方法
JP2023034536A (ja) * 2021-08-31 2023-03-13 本田技研工業株式会社 超音波伝搬部材
CN113916477B (zh) * 2021-09-30 2023-09-29 东风商用车有限公司 一种螺栓连接副的防松性能测试评价方法
CN114719161B (zh) * 2022-06-01 2022-09-13 苏州博昇科技有限公司 一种高强螺栓轴力自动巡检装置及自动巡检方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3975948A (en) * 1974-10-11 1976-08-24 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Method of measuring axial force on a body utilizing two vibration modes of ultrasonic waves
JPH08170933A (ja) * 1994-12-19 1996-07-02 Nippon Choonpa Shiken Kk ボルトの軸力測定方法および装置と測定用治具
US20090013518A1 (en) * 2004-06-02 2009-01-15 Jean-Michel Monville Method for controlling tensile stress of a shank, such as a screw or dowel pin, and device for carrying out said method
CN102072806A (zh) * 2010-11-25 2011-05-25 南京理工大学 固定结合面动态特性参数测试装置及其测试方法
CN105784249A (zh) * 2016-03-28 2016-07-20 北京理工大学 一种螺纹结构扭拉关系的测量装置及测量方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1502466A1 (de) * 1964-04-09 1969-04-10 Kugelfischer G Schaefer & Co Feinbearbeitungswerkzeug fuer die spanabhebende Fertigung
JP2959310B2 (ja) * 1993-01-08 1999-10-06 トヨタ自動車株式会社 ナットランナ制御装置
KR980003507A (ko) 1996-06-05 1998-03-30 박병재 볼트 축력 측정 방법
NO323064B1 (no) * 2003-06-13 2006-12-27 Bjorn Burmann Anordning for maling av forspenningskraft i en bolt-mutter-forbindelse
TWI510769B (zh) * 2013-03-25 2015-12-01 Kabo Tool Co A screw that senses tension

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3975948A (en) * 1974-10-11 1976-08-24 Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Method of measuring axial force on a body utilizing two vibration modes of ultrasonic waves
JPH08170933A (ja) * 1994-12-19 1996-07-02 Nippon Choonpa Shiken Kk ボルトの軸力測定方法および装置と測定用治具
US20090013518A1 (en) * 2004-06-02 2009-01-15 Jean-Michel Monville Method for controlling tensile stress of a shank, such as a screw or dowel pin, and device for carrying out said method
CN102072806A (zh) * 2010-11-25 2011-05-25 南京理工大学 固定结合面动态特性参数测试装置及其测试方法
CN105784249A (zh) * 2016-03-28 2016-07-20 北京理工大学 一种螺纹结构扭拉关系的测量装置及测量方法

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