CN117030477B - 一种基于超声波的固定件锁付力检测方法 - Google Patents

一种基于超声波的固定件锁付力检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，包括超声波检测装置、移动平台，所述超声波检测装置安装在移动平台上，其中超声波检测装置包括超声波探测器和超声波接收器，通过移动平台移动超声波检测装置到工件的上方，进而能够通过超声波检测装置检测工件测量点应力，最后通过工件测量点应力F与固定件锁付力的对应关系，进而判断出固定件锁付力是否超过预先设置的阈值，从而完成对固定件锁付力的检测；本方法避免直接接触固定件本体，间接检测固定件锁付力，准确且高效，防止固定件所受的锁付力过大，进而对固定件的结构造成损坏，同时，也防止固定件所受的锁付力过小失去对工件的固定作用。

Description

一种基于超声波的固定件锁付力检测方法
技术领域
本发明涉及应力检测技术领域，具体涉及一种基于超声波的固定件锁付力检测方法。
背景技术
螺丝连接是常见的机械连接方式，在受载过程中，由于螺丝松动或者受到外部的应力过大，常常会造成螺丝或被连接件破坏，因此需要对螺丝杆锁付力进行检测，目前常规的表面应力检测方式，主要为接触式测量，比如通过应变片或者光纤缠绕等方式获取表面应力，而针对螺丝锁付力的检测主要为力矩扳手，或者接触式的力矩传感器等方式，检测方式相对复杂，且当相对运动精度不足时还易划伤工件。
而中国专利申请号为202010451237.7，公布日为2020.08.14的专利文献，其公开了一种超声波检测螺栓应力的装置及检测方法，包括底板、液压缸、滑槽、限位板和套管，所述底板上表面一端焊接有限位板，所述限位板内部开设有限位槽，所述限位板两侧开设有卡槽，
所述底板上表面另一端设置有液压缸，所述液压缸一端设置有行程杆，所述行程杆背离液压缸一端安装有推块，所述推块背离液压缸一端外壁开设有凹槽，所述液压缸与限位板之间设置有套管，所述套管内部设置有超声波发生器和超声波采集模块，所述套管下表面安装有连接板，且底板上表面开设有滑槽，所述滑槽内部滑动安装有滑块，所述连接板下端与滑块上表面相连接，能够通过设置液压缸带动推块移动，可对螺栓本体进行挤压，便于对螺栓本体进行超声波检测。
但是该文献中通过液压缸带动推块移动并对螺栓本体进行挤压，该过程直接对螺栓本体接触，容易划伤螺栓且挤压不当会损坏螺栓结构，从而造成影响应力检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，避免直接接触固定件本体，间接检测固定件锁付力，准确且高效。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，包括超声波检测装置、移动平台，所述超声波检测装置设置安装在移动平台上，其中超声波检测装置包括超声波探测器和超声波接收器；
具体包括以下步骤：
（01）预设固定件锁付力的阈值；
（1）将超声波检测装置安装在移动平台上，利用移动平台将超声检测装置移动到未锁付工件的上方；
（2）启动超声波探测器并发出超声波，超声波从锁付工件的一端面传递到另一端面，经过反射，超声波回传给超声波接收器，并记录工件未锁付时超声波传播速度C0；
（3）对工件进行锁付，重复步骤（2），并记录工件锁付后工件锁付位置一预设范围内工件的超声波传播速度C和超声波回波的时间间隔t；
（4）根据声弹性原理，同时结合超声波回波的时间间隔t，计算出工件测量点应力F；
（5）重复步骤（1）-（4）获得工件在不同固定件锁付力的条件下工件测量点应力F、对应位置以及锁付力的映射关系并保存；
（6）当需要对工件待测量点进行应力测试时，先通过移动平台将超声波检测装置移动到工件待测量点的上方，并在工件锁付位置锁付固定件，并以锁付位置为中心一预设范围确定待测试点，然后通过步骤（2）-（4）得到工件待测量点应力F，并根据工件待测量点应力与固定件锁付力的对应映射关系得出固定件锁付力，进而判断出固定件的锁付力是否超过预设固定件锁付力的阈值。
以上设置，通过在移动平台上设置超声波检测装置，便于通过移动平台移动超声波检测装置到工件的上方，进而能够通过超声波探测器发出超声波，并通过超声波接收器接收反射的超声波，从而可以测出工件锁付前超声波传播速度C0以及工件锁付后超声波传播速度C和超声波传播的时间间隔t，然后根据声弹性原理计算出工件测量点应力F，接着通过训练集来测出固定件在不同力的作用下，工件同一位置处测量点应力F的不同值，最后通过对工件待测量点应力F测量之后，即可根据训练得到的映射关系得到工件待测量点上固定件锁付力，进而判断出固定件锁付力是否超过预先设置的固定件锁付力的阈值，从而完成对固定件锁付力的检测，防止固定件所受的锁付力过大，进而对固定件的结构造成损坏，失去对工件的固定作用，且检测方法简单且可靠。
进一步的，所述步骤（4）中，根据声弹性原理，并结合步骤（2）中的工件未锁付时超声波传播速度C0，以及步骤（3）中工件锁付后超声波传播速度C，其中K为声弹性系数，F表示测量点应力，可以得出
。
以上设置，能够通过声弹性原理计算出工件锁付后超声波传播速度与测量点应力之间的具体对应关系。
进一步的，所述步骤（4）中还包括：工件厚度预设为L0，在测量点应力F发生变化时，同时测量超声波回波的时间间隔t也会发生变化，可表示为：
以上设置，在已知工件厚度的情况下，当工件测量点应力发生变化时，通过测出工件锁付前后的超声波传播速度，便能够计算出时间间隔的变化。
进一步的，所述步骤（4）中还包括：结合公式1）和2），可以得到：
。
以上设置，通过公式1）和2）的结合，在测出工件未锁付时超声波传播速度、工件厚度以及超声波回波的时间间隔后，便能够计算出工件测量点应力。
进一步的，所述步骤（5）中还包括以下步骤：
a）工件未施加锁付力时，测出工件厚度、固定件位置周围测量点的超声波传播速度；
b）在工件施加锁付力后，分别测出固定件位置周围测量点的超声波回波的时间间隔，并通过公式3）计算出测量点应力；
c）对工件施加不同的锁付力，分别测出固定件位置周围同一测量点超声波回波的时间间隔，并通过公式3）计算出同一测量点应力；
d）建立不同锁付力下测量点应力与其对应位置的映射关系，并生成对应的应力云。
以上设置，在对工件施加不同的锁付力时，需要通过测出工件厚度、工件锁付前固定件位置周围测量点超声波传播速度以及工件锁付后固定件位置周围测量点超声波回波的时间间隔，进而计算出同一位置不同测量点应力，从而实现测量点应力与其对应位置的映射关系，并生成对应的应力云图。
进一步的，所述步骤（6）中还包括以下步骤：
1）直接测出工件未锁付时超声波传播速度、工件厚度以及超声波回波的时间间隔，进而计算出工件上一测量点应力；
2）将计算的测量点应力在对应位置的应力云图中表达出来；
3）通过测量点应力与固定件锁付力的对应关系，得出固定件锁付力，进而判断固定件锁付力是否超出步骤（3）中预设的阈值；
3.1）若固定件锁付力在阈值范围内，则处于安全范围；
3.2）若固定件锁付力超出阈值，则进入报警环节，并提示工作人员调整固定件锁付力，待重新调整后，再次进入测试阶段直至固定件锁付力处于安全范围。
以上设置，直接通过工件未锁付时超声波传播速度、工件厚度以及超声波回波的时间间隔，便能够计算出测量点应力，并将测量点应力在对应位置的应力云图中表达出来，然后通过测量点应力与固定件锁付力的对应关系得出固定件锁付力，便能判断固定件锁付力是否处于阈值的安全范围内，从而完成对固定件锁付力的检测，防止固定件所受的锁付力过大，对固定件的结构造成损坏，失去对工件的固定作用。
进一步的，所述移动平台包括第一固定板、第二固定板以及连接板，连接板的两端分别与第一固定板和第二固定板滑动连接，连接板上设有滑块，滑块上设有固定杆，超声波检测装置设置在固定杆上。
以上设置，这样能够使得连接板带动滑块、固定杆以及超声波检测装置实现纵向方向的移动，在完成纵向初步移动后，通过滑块带动固定杆以及超声波检测装置实现横向方向的移动，进一步移动超声波检测装置的位置，使得超声波检测装置位于固定件的上方，便于检测。
进一步的，所述第一固定板的上端设有第一滑轨，所述第二固定板的上端设有第二滑轨，连接板的两端底部分别设有与第一滑轨和第二滑轨相匹配的第一滑槽，连接杆的两端分别与第一固定板与第二固定板的中部固定连接。
以上设置，在第一固定板和第二固定板通过连接杆固定后，同时在连接板的两端底部设置第一滑槽，能够使得连接板在第一固定板和第二固定板上实现纵向方向的移动。
进一步的，所述连接板的顶端设有第三滑轨，所述滑块的底部设有与第三滑轨相匹配的第二滑槽。
以上设置，这样能够使得滑块在连接板上实现横向方向的移动。
进一步的，所述固定杆固定在滑块的一侧，超声波检测装置设置在固定杆靠近工件的一端。
以上设置，将固定杆固定设置在滑块上，使得固定杆和超声波检测装置可以随着滑块一起移动，进而让超声波检测装置移动到工件的上方。
附图说明
图1为本发明中移动平台的整体结构示意图。
图2为本发明的总体工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1至图2所示，一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，包括超声波检测装置7、移动平台，本实施例中，超声波检测装置7包括超声波探测器和超声波接收器，其中，移动平台包括第一固定板1、第二固定板2以及连接板3，第一固定板1与第二固定板2之间通过连接杆4固定连接，具体地，连接杆4的两端分别与第一固定板1与第二固定板2的中部固定连接，工件9放置在第一固定板1和第二固定板2之间，工件9上锁付有固定件8，固定件8可以是螺丝或螺栓等，第一固定板1的上端设有第一滑轨11，第二固定板2的上端设有第二滑轨21，连接板3的两端底部分别设有与第一滑轨11和第二滑轨21相匹配的第一滑槽，连接板3两端底部的第一滑槽分别与第一滑轨11和第二滑轨21滑动连接，使得第一固定板1和第二固定板2通过连接杆4固定后，连接板3能够在第一固定板1和第二固定板2上实现纵向方向的移动，另外，连接板3的顶端设有第三滑轨31，滑块5的底部设有与第三滑轨31相匹配的第二滑槽，滑块5的一侧固定设置有固定杆6，本实施例中，固定杆6竖直设置在滑块5的一侧，超声波检测装置7设置在固定杆6靠近工件9的一端，这样能够在连接板3上实现横向方向的移动，进而让超声波检测装置7移动到工件9测量点的上方；
具体包括以下步骤：
（1）将超声波检测装置安装在固定杆上，然后移动连接板3，使连接板3带动滑块5、固定杆6以及超声检测装置7沿纵向方向滑动，再移动滑块5，使得滑块5带动超声检测装置7移动到未锁付工件的上方；
（2）启动超声波探测器并发出超声波，超声波从未锁付工件的一端面传递到另一端面，经过反射，超声波回传给超声波接收器，并记录工件未锁付时超声波传播速度C0；
（3）对工件进行锁付，预设固定件锁付力的阈值，重复步骤（2），并记录工件锁付后工件锁付位置一预设范围内工件的超声波传播速度C和超声波回波的时间间隔t；
（4）根据声弹性原理，并结合步骤（2）中的工件未锁付时超声波传播速度C0，以及步骤（3）中工件锁付后超声波传播速度C，根据3）的关系式得出F，其中K为声弹性系数，F表示测量点应力，工件厚度预设为L0；
；
公式3）是由以下公式得出，
，
工件厚度预设为L0，在测量点应力F发生变化时，同时根据式2）测量超声波回波的时间间隔t，
同时结合公式1）和2），计算出工件测量点应力F如上述公式3）所述；
（5）重复步骤（1）-（4）获得工件在不同固定件锁付力的条件下工件测量点应力F、对应位置以及锁付力的映射关系，具体包括以下步骤：
a）工件未施加锁付力时，测出工件厚度、固定件位置周围测量点的超声波传播速度；
b）本实施例中，在工件施加锁付力后，以固定件位置为中心，对半径为5cm圆周范围内的测量点进行检测，分别测出固定件位置范围内测量点的超声波回波的时间间隔，并通过公式3）计算出测量点应力；
c）对工件施加不同的锁付力，分别测出固定件位置周围同一测量点超声波回波的时间间隔，并通过公式3）计算出同一测量点应力；
d）建立不同锁付力下测量点应力、对应位置以及锁付力的映射关系，并生成对应的应力云图；
（6）判断固定件的锁付力是否超过预设固定件锁付力的阈值，具体包括以下步骤：
6.1）直接测出工件未锁付时超声波传播速度、工件厚度以及超声波回波的时间间隔，进而计算出工件上一测量点应力；
6.2）将计算的测量点应力在对应位置的应力云图中表达出来；
6.3）通过测量点应力与锁付力的映射关系，得出固定件锁付力，进而判断固定件锁付力是否超出步骤（3）中预设的阈值；
6.3.1）若固定件锁付力在阈值范围内，则处于安全范围；
6.3.2）若固定件锁付力超出阈值，则进入报警环节，并提示工作人员调整固定件锁付力，待重新调整后，再次进入测试阶段直至固定件锁付力处于安全范围。

Claims (9)

1.一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，包括超声波检测装置、移动平台，其特征在于：所述超声波检测装置设置安装在移动平台上，其中超声波检测装置包括超声波探测器和超声波接收器；
具体包括以下步骤：
（01）预设固定件锁付力的阈值；
（1）将超声波检测装置安装在移动平台上，利用移动平台将超声检测装置移动到未锁付工件的上方；
（2）启动超声波探测器并发出超声波，超声波从锁付工件的一端面传递到另一端面，经过反射，超声波回传给超声波接收器，并记录工件未锁付时超声波传播速度C0；
（3）对工件进行锁付，重复步骤（2），并记录工件锁付后工件锁付位置一预设范围内工件的超声波传播速度C和超声波回波的时间间隔t；
（4）根据声弹性原理，同时结合超声波回波的时间间隔t，计算出工件测量点应力F，工件厚度预设为L0，在测量点应力F发生变化时，同时测量超声波回波的时间间隔t也会发生变化，可表示为：
；
（5）重复步骤（1）-（4）获得工件在不同固定件锁付力的条件下工件测量点应力F、对应位置以及锁付力的映射关系并保存；
（6）当需要对工件待测量点进行应力测试时，先通过移动平台将超声波检测装置移动到工件待测量点的上方，并在工件锁付位置锁付固定件，并以锁付位置为中心一预设范围确定待测试点，然后通过步骤（2）-（4）得到工件待测量点应力F，并根据工件待测量点应力与固定件锁付力的对应映射关系得出固定件锁付力，进而判断出固定件的锁付力是否超过预设固定件锁付力的阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述步骤（4）中，根据声弹性原理，并结合步骤（2）中的工件未锁付时超声波传播速度C0，以及步骤（3）中工件锁付后超声波传播速度C，其中K为声弹性系数，F表示测量点应力，可以得出
。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述步骤（4）中还包括：结合公式1）和2），可以得到：
。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：步骤（5）中包括以下步骤：
a）工件未施加锁付力时，测出工件厚度、固定件位置周围测量点的超声波传播速度；
b）在工件施加锁付力后，分别测出固定件位置周围测量点的超声波回波的时间间隔，并通过公式3）计算出测量点应力；
c）对工件施加不同的锁付力，分别测出固定件位置周围同一测量点超声波回波的时间间隔，并通过公式3）计算出同一测量点应力；
d）建立不同锁付力下测量点应力与其对应位置的映射关系，并生成对应的应力云。
5.根据权利要求4所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述步骤（6）包括以下步骤：
1）直接测出工件未锁付时超声波传播速度、工件厚度以及超声波回波的时间间隔，进而计算出工件上一测量点应力；
2）将计算的测量点应力在对应位置的应力云图中表达出来；
3）通过测量点应力与固定件锁付力的对应关系，得出固定件锁付力，进而判断固定件锁付力是否超出步骤（3）中预设的阈值；
3.1）若固定件锁付力在阈值范围内，则处于安全范围；
3.2）若固定件锁付力超出阈值，则进入报警环节，并提示工作人员调整固定件锁付力，待重新调整后，再次进入测试阶段直至固定件锁付力处于安全范围。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述移动平台包括第一固定板、第二固定板以及连接板，连接板的两端分别与第一固定板和第二固定板滑动连接，连接板上设有滑块，滑块上设有固定杆，超声波检测装置设置在固定杆上。
7.根据权利要求6所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述第一固定板的上端设有第一滑轨，所述第二固定板的上端设有第二滑轨，连接板的两端底部分别设有与第一滑轨和第二滑轨相匹配的第一滑槽，连接杆的两端分别与第一固定板与第二固定板的中部固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述连接板的顶端设有第三滑轨，所述滑块的底部设有与第三滑轨相匹配的第二滑槽。
9.根据权利要求6所述的一种基于超声波的固定件锁付力检测方法，其特征在于：所述固定杆固定在滑块的一侧，超声波检测装置设置在固定杆靠近工件的一端。
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