SE0900391A1 - Förfarande och anordning för mätning med hjälp av ultraljud - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 komponenter som fogas samman kan variera avsevärt från fog till fog.

Detta problem har angripits med olika mer eller mindre sofistikerade lösningar. Exempelvis kan man öka dimensionerna på det fästelement som används i förhållande till det teoretiskt nödvändiga, vilket innebär att även om man inte drar det större fästelementet med maximalt åtdragningsmoment kan man vara säker på att det är minst så hårt åtdraget som den specifika konstruktionen kräver.

Enligt en annan lösning kan man efter åtdragning av fästelementet göra en mätning av hur mycket fästelementet har förlängts under àtdragningen. En sådan mätning görs ofta med hjälp av ultraljudsteknik, och åtdragningskraften kan beräknas utgående från förlängningen av fästelementet till följd av àtdragningen. Sådan mätning med hjälp av ultraljud förutsätter att man i förväg mäter (längden på) fästelementet, dvs. med fästelementet obelastat, och sedan mäter efter åtdragningen, för att bestämma förlängningen.

För sådan ultraljudsbaserad mätning krävs dock akustisk förbindelse mellan den omvandlare som skickar in ultraljudvågor i fästelementet och själva fästelementet, vilket gör att det är svårt att göra mätningen medan själva åtdragningen pågår. Mätningen görs därför i allmänhet efter det att åtdragningen genomförts, vilket i hög grad minskar fördelen med att använda snabbverktyg för åtdragningen, eftersom den tid det tar att mäta med ultraljud ofrånkomligen avsevärt överskrider den tid det tar att genomföra själva àtdragningen.

Användning av ultraljudsmätning används därför sällan i situationer där man önskar och/eller kräver snabb montering.

Den förekommer istället där åtdragningskraften är viktigare än hur snabbt ätdragningen kan ske. lO 15 20 25 30 Det föreligger alltså ett behov av en metod som medger mätning med hjälp av ultraljud under pågående åtdragning, utan att detta avsevärt påverkar åtdragningstiden.

Vidare är ultraljudsmätning förutom vid åtdragning användbart också i diverse andra situationer, t.ex. vid bestämning av inhomogeniteter i material/objekt, och det finns behov av en förbättrad metod för att skapa akustisk förbindelse mellan mätanordningen och materialet/objektet på ett enkelt sätt, samtidigt som man uppnår godtagbart signal/brusförhållande för den ekosignal som avläses.

KORTFATTAD REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning syftar till att erbjuda ett förfarande för mätning med hjälp av ultraljud, och en anordning för mätning med hjälp av ultraljud, där ovan angivna problem åtminstone reduceras. Detta syfte uppnås med ett förfarande enligt den kännetecknande delen av kravet l, respektive med en anordning enligt den kännetecknande delen av kravet ll.

Enligt uppfinningen erbjuds ett förfarande för mätning med hjälp av ultraljud, där en ultraljudsomvandlare via ett elastiskt kontaktskikt förbinds akustiskt med ett föremål som ska mätas. Omvandlaren skickar en uppsättning av flera på varandra följande ultraljudssändsignaler in i nämnda föremål som ska mätas, varvid frekvensen f för var och en av dessa sändsignaler skiljer sig från frekvensen f för var och en av de andra sändsignalerna i uppsättningen. Ekon från sändsignalerna tas emot och utgående från de mottagna ekosignalerna väljs minst en ljudfrekvens ut för mätningen med ultraljud av nämnda föremål.

Detta har den fördelen att förfarandet medger ökad signalstyrka i ekona i system med ett kontaktskikt av ett material som har en utbredningshastighet för ultraljud som 10 15 20 25 30 skiljer sig avsevärt från hastigheten i det material/objekt som ska mätas. Man har nämligen funnit att hur stor del av den ursprungligen inskickade effekten som ekar tillbaka till omvandlaren i stor omfattning beror på den faktiska frekvensen hos den signal som skickas in.

Fler kännetecken på och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande närmare beskrivning av föredragna utföringsformer, under hänvisning till bifogade ritningsfigurer, vilka är avsedda endast som exempel och inte ska tolkas som begränsande i något som helst avseende.

KORTFATTAD RITNINGSBESKRIVNING Fig. l visar schematiskt principen för ultraljudsmätning.

Fig. 2A - 2B visar ett verktyg för åtdragning av fästelement enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 3A - 3C visar exempel på amplitudvariationer hos mottagna ekon, som funktion av omvandlarfrekvensen.

Fig. 4 visar ett exempel på en signal vid mätning med hjälp av ultraljud.

Fig. 5 visar ett exempel på en anordning för signalavläsning enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 6A - 6E visar exempel på signaler som uppträder i avläsningsanordningen i figuren 5.

Fig. 7 visar ett exempel pà ett förfarande enligt föreliggande uppfinning.

NÄRMARE REDoGöRELsE FÖR FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER Som nämndes ovan använder man ofta gängade fästelement för att foga samman komponenter vid montering eller tillverkning, för att uppnå tillräcklig fasthållningskraft. Som också nämndes ovan kan man kontrollera åtdragningskraften (fasthållningskraften) i sådana fogar genom att mäta hur mycket fästelementet förlängs under åtdragningen, exempelvis 10 l5 20 25 30 med hjälp av ultraljud. Mätning av förlängningen kan ge en avsevärt noggrannare mätning av åtdragningskraften än exempelvis en mätning av åtdragningsmomentet och vridningsvinkeln hos monteringsverktyget.

Ultraljudsmätning har utnyttjats på olika tekniska områden, och normalt genereras en ljudvåg som tränger in i det objekt som ska mätas, varefter en reflekterad del av det avgivna ljudet mäts. Reflexen används sedan för att ge ett mått på den specifika egenskap som är av intresse. Förutom åtdragning av fästelement kan ultraljudsmätning användas exempelvis för att hitta defekter hos ett objekt, exempelvis sprickor som inte syns utvändigt. Den grundläggande principen för ultraljudsmätning illustreras i figuren 1, där ett material 101 mäts med en omvandlare 102.

Vid en sådan mätprocess utsätts objektet, t.ex. materialet 101, för en utskickad puls eller pulstàg från en omvandlare 102, som har kontakt med fästelementet i en plats A. (En del av) den inskickade pulsen (pulstäget) reflekteras då i andra änden av materialet, platsen A', och går tillbaka till omvandlaren (som kan innehålla en omvandlare så att enheten både sänder och avläser ultraljudvägor; alternativt kan en separat mottagare användas för att ta emot de reflekterade ljudvågorna). Den reflekterade signalen ger information om avstånd, och reflexer (ekon) från två eller flera utsända signaler kan jämföras. Om materialet 101 inte är homogent, och exempelvis har en spricka 103, så kommer den utsända signalen som skickats in i punkten B att reflekteras i sprickan vid B', varvid dess eko kommer tillbaka snabbare än den signal som skickats in i punkten A. Om tiden mellan utsändandet av signalen och mottagandet av ekot mäts, kan man beräkna avståndet till sprickan i materialet.

När det gäller förlängning av fästelement vid en àtdragning jämför man ett eko som erhålls efter genomförd åtdragning med 10 15 20 25 30 ett eko som erhålls innan åtdragningen påbörjats, vilket ger underlag för en beräkning av förlängningen.

Om man vill använda denna mätmetod är det emellertid önskvärt, även om det inte är alldeles nödvändigt, att man får god akustisk förbindelse mellan ultraljudsomvandlaren och det föremål som ska mätas, ur signalöverföringssynvinkel, så att en tillräckligt stor del av den avgivna effekten inte bara korrekt överföras till det föremål som ska mätas, utan även korrekt returneras till omvandlaren.

Om omvandlaren inte har direkt förbindelse med fästelementet, och det alltså finns ett luftgap mellan omvandlaren och fästelementet, så reflekteras större delen av den effekt som omvandlaren skickar iväg redan från gränsytan mellan luften och föremålet, vilket gör att ingen eller bara en liten del av den avgivna energin faktiskt tränger in i det föremål som ska mätas. Vidare reflekteras större delen av den energi som faktiskt tränger in i föremålet och reflekteras mot dess bortre ände på nytt när den når den ände som ligger närmast omvandlaren, vilket gör att bara en liten del eller ingen del av den avgivna energin àterfås i omvandlaren.

För att mätningen ska hålla hög kvalitet är det därför viktigt att man har god akustisk förbindelse mellan omvandlaren och det föremål som ska mätas. Detta kan man exempelvis uppnå genom att applicera glycerol på föremålet och sedan trycka omvandlaren mot fästelementet, varvid glycerolfilmen gör att det inte finns något luftgap mellan omvandlaren och föremål. Även om detta kan passa i situationer där ultraljudsmätningen sker i icke tidskritiska applikationer, så är användning av glycerol eller andra lämpliga vätskor som kontaktvätska svårt eller omöjligt att kombinera med skruvdragare med inbyggda ultraljudsomvandlare i situationer 10 15 20 25 30 där tidsätgången är kritisk, exempelvis vid ätdragning av fästelement på en monteringslinje.

En lösning på problemet att uppnå godtagbar akustisk förbindelse mellan omvandlare och fästelement vid en åtdragningsprocess är därför att helt enkelt integrera omvandlaren i fästelementet, alltså att förse varje fästelement med en omvandlare. Denna lösning är dock ofrånkomligen kopplad till oönskade kostnader.

Föreliggande uppfinning erbjuder istället en mätanordning med en inbyggd ultraljudsenhet, som trots den inbyggda omvandlaren kan ge godtagbar akustisk förbindelse mellan omvandlaren och fästelementet. Detta uppnås med hjälp av ett förbindelseskikt som akustiskt förbinder omvandlaren med det föremål som ska mätas, och som är inbyggt i anordningen, i form av ett elastiskt material.

Detta har den fördelen att när mätanordningen placeras mot ett föremål som ska mätas, så ser det elastiska skiktet till att en godtagbar akustisk förbindelse uppstår mellan omvandlaren och fästelement, så att en ultraljudsmätning kan göras pä ett enkelt sätt, exempelvis för att mäta ätdragning vid ätdragning av fästelement.

Föreliggande uppfinning kommer nedan att exemplifieras närmare, under hänvisning till ett användningsexempel, där mätanordningen är en skruvdragare.

Figurerna 2A och 2B visar schematiskt en anordning 200 i form av ett elektriskt monteringsverktyg, enligt ett utföringsexempel av föreliggande uppfinning. Anordningen 200 har ett hus 210, av vilket en del utgör ett bakre handtag 211 som vid användning greppas av maskinoperatören. Inne i huset 210 sitter en elektrisk motor 215, som får ström från en extern strömkälla via en kabel 221 (i en alternativ utformning får elmotorn istället ström från ett eller flera batterier inne i huset 210). l0 15 20 25 30 Anordningen 200 har vidare en utgående motoraxel 223, som är förbunden med en kuggväxel 216, vilket möjliggör drivning av ett fästelement via anordningen 200 med ett varvtal som skiljer sig från varvtalet hos motorn 215.

Vidare sträcker sig en utgående kuggväxelaxel 224 från kuggväxeln 216 fram till vinkelväxeln 225, från vilken utgår en axel 212, på vilken en hylsa 214 kan monteras, fast eller löstagbart, som löstagbart kan kopplas samman med det fästelement 217 som ska dras åt. Hylsan 214 kan vara av godtycklig känd typ avsedd för vridande åtdragning, exempelvis med fyrkant- eller månghörningsform. Hylsan är företrädesvis utbytbar, så att fästelement med olika dimensioner kan dras fast.

Den del som omsluts av streckade linjer avbildas mer detaljerat i figuren 2B. Den ände på hylsan 214 som vetter bortåt från det fästelement som ska dras fast har ett centralt hål, som gör att ett elastiskt kontaktskikt 218 kan ansluta mot fästelement i hålet. Detta kontaktskikt 218 har förbindelse med en omvandlare 230, som kan vara permanent fastsatt för att ge god akustisk förbindelse mellan kontaktskiktet och omvandlaren. Som framgår av figuren är den axel 212 som går ut från vinkelväxeln 225 och tvingar hylsan 214 att rotera ihålig, och den ihåliga axeln 212 omsluter det elastiska kontaktskiktet 218 och omvandlaren 230, så att omvandlaren 230 och kontaktskiktet 218 kan förbli stillastående under åtdragningen av fästelementet.

I detta utföringsexempel är omvandlaren 230 integrerad med en mottagare så att enheten både genererar ultraljud och avläser ultraljudsekon. Förbindelsen mellan kontaktskiktet 218 och fästelementet 217 bör vara lösbar, så att det kan gå snabbt att flytta över till nästa fästelement när det innevarande fästelementet har dragits fast. Av detta skäl är kontaktskiktet 218 så anordnat att det sträcker sig genom lO l5 20 25 30 mittenhålet i hylsan 214 och når strax bortom den yta 240 i hylsan 214 som bottnar mot fästelementet 217 vid åtdragningen av detta. Detta gör att det elastiska kontaktskiktet komprimeras något under åtdragningen, varvid en fjäderkraft utövas på ytan av fästelementet 217, så att god förbindelse upprätthålls mellan kontaktskiktet och fästelementet. Måttet på utliggningen hos kontaktskiktet genom hålet i hylsan bör vara litet, t.ex. i intervallet 0,1-1,0 mm, även om andra intervall är möjliga, och måttet avgörs exempelvis av det specifika material som kontaktskiktet består av.

Kontaktskiktet kan exempelvis ha en tjocklek på 0,1-1,5 mm.

Om kontaktskiktet når alltför långt in i hylsan 214 kommer komprimeringen av kontaktskiktet, även om den ger upphov till en stark fjäderkraft och god förbindelse, att leda till så stark deformation av kontaktskiktet att dess egenskaper kan förändras, vilket skapar osäkerhet i det mätvärde omvandlaren genererar. Generellt sett bör kontaktskiktet tillverkas av ett material med känd transmittans, t.ex. silikongummi. Även om ovanstående metod med "torr förbindelse" ger en möjlighet att få pålitlig akustisk förbindelse mellan omvandlare och fästelement har den fortfarande vissa nackdelar. Även om ultraljudets hastighet i det elastiska materialet är avsevärt större än i luft, t.ex. 1000 m/s, så är den fortfarande låg jämfört med ljudets hastighet i metall (som kan vara 5000-6000 m/s). Denna skillnad i ljudets hastighet gör att en stor del av ljudvågsenergin, t.ex. i storleksordningen 90% av hela den energi som omvandlaren avger, kommer att reflekteras redan i gränsytan mellan kontaktskiktet och fästelementet. När sedan den återstående delen av signalen (som alltså bär 10% av den avgivna energin) har reflekterats i andra änden av fästelementet så sker ytterligare en ogynnsam reflexion när ljudvågen träffar kontaktskiktet på väg från fästelementet, varvid 10 15 20 25 30 10 signaleffekten minskar ytterligare, till exempelvis 10% av den resterande signalen. Detta innebär att det eko som når omvandlaren kan vara så svagt som bara 1% av den signal som omvandlaren ursprungligen avgav, och detta ger svårigheter för korrekt avläsning av den mottagna signalen, eftersom exempelvis signal/bruskvoten kan bli för låg.

Enligt föreliggande uppfinning erbjuds emellertid ett förfarande som kan öka signalstyrkan hos den reflekterade signalen i system av det slag som beskrivits ovan. Detta uppnås genom val av en signalfrekvens hos det ultraljud som omvandlaren avger som är gynnsam ur reflexsynvinkel. Det har visat sig att den andel av den ursprungliga signalen som återfås tillbaka till omvandlaren i stor utsträckning bestäms av den faktiska frekvensen hos det utsända ljudet.

Detta exemplifieras i figurerna 3A-3C, som visar exempel på amplitudvariationer hos mottagna ekon, som funktion av den avgivna signalens frekvens. Figuren 3A visar ett diagram från ett system där ett kontaktskikt med tjockleken 0,2 mm används.

Längs y-axeln har amplituden hos ekot till omvandlaren avsatts, medan x-axelns värden är det omvandlarutsända ljudets frekvens i MHz. Som framgår av figuren finns det fyra toppar vid omkring 2,5, 5,0, 7,5 och 10,0 MHz, där det mottagna ekot är starkt. Vidare ser man att ekots amplitud över större delen av spektrumet är en tiondel eller mindre av toppvärdet.

Uppfinningen garanterar att omvandlaren får reflekterat ljud med en hög amplitud, genom att systemet väljer en frekvens som ger ett starkt eko. Detta kan man exempelvis uppnå genom att genomföra mätningar vid ett antal olika (dvs. åtskilda) fasta frekvenser, och jämföra resultaten, och sedan välja en frekvens som ger starkt eko. Mätfrekvenserna kan exempelvis ligga inom intervallet 2-50 MHz (eller en del av detta).

Föreliggande uppfinning eliminerar därigenom i hög grad nackdelen med att använda ett kontaktskikt av elastiskt lO 15 20 25 30 ll material mellan omvandlaren och det föremål som ska mätas. En omvandlare kan normalt göra många mätningar under en enda sekund, t.ex. tusen mätningar eller mer, vilket innebär att ett stort antal frekvenser kan provas inledningsvis på relativt kort tid, så att det går att välja lämplig ultraljudsfrekvens för de faktiska mätningarna.

Allmänt sett kommer läget för topparna enligt figuren 3A att vara olika beroende pä vilket kontaktskikt som provas, och på vilket föremål som mäts. Enligt uppfinningen kan man förvänta sig att mätning på två föremål som för ögat ser likadana ut kommer att ge upphov till två olika ultraljudsfrekvenser. Vid tillämpning av föreliggande uppfinning, t.ex. vid användning av en skruvdragare, genomförs därför företrädesvis bestämningen av önskvärd frekvens för varje enskilt fästelement. Därigenom kan man alltid vara säker på att den faktiska mätningen görs med en ultraljudsfrekvens som ger ett eko med god signalkvalitet. Det är emellertid troligt att mätningar på likartade föremål, t.ex. fästelement av samma dimension, kommer att leda till optimala frekvenser som ligger relativt nära varandra. Om man därför använder exempelvis en skruvdragare för att dra fast ett stort antal (väsentligen) likadana skruvar, så kan anordningen ställas in för att prova omvandlarfrekvenser inom ett relativt snävt område, vilket gör att verktyget snabbare blir klart för ätdragning.

Som nämndes ovan beror de optimala mätfrekvenserna på egenskaperna hos kontaktskiktet och hos det mätta föremålet.

Sambandet mellan frekvensen och kontaktskiktets tjocklek illustreras i figuren 3B, som är ett diagram av samma typ som i figuren 3B, med den skillnaden att kontaktskiktet här är 0,4 mm. Som framgår är antalet toppar större, men samtidigt är dessa toppar smalare. Figuren 3C visar en liknande situation, där kontaktskiktet är 0,8 mm, och man ser nu ännu fler toppar, som också är ännu smalare. 10 15 20 25 30 12 Förutom materialtjockleken beror läget för frekvenstopparna också på materialets transmittans och ljudets hastighet i materialet.

Föreliggande uppfinning gör det alltså möjligt att göra kvalitetsmätningar av föremål utan att glycerol behöver användas och utan att lim eller annat används för att fixera omvandlaren vid det föremål som ska mätas. Uppfinningen har därigenom fördelen att en ultraljudsenhet kan byggas in i exempelvis en skruvdragare och medge mätning under pågående åtdragning. Uppfinningen har vidare fördelen att den faktiska àtdragningskraften kan mätas med stor noggrannhet även vid àtdragning av fästelement med hjälp av mycket snabba verktyg.

Om den faktiska àtdragningskraften kan mätas noggrant kan betydande materialbesparing uppnås, eftersom man ofta kan minska dimensionen hos fästelementet med ett eller två steg om man kan garantera att önskad åtdragningskraft verkligen uppnås.

I fråga om signalbehandlingen gäller att när ultraljudsekot väl når omvandlaren kan godtycklig lämplig signalbehandling tillämpas. En relativt enkel signalbehandlingsmetod illustreras i figuren 4, som är ett diagram som visar en avgiven omvandlarsignal och ett reflekterat eko som funktion av tiden. Detta speciella sätt tillhör känd teknik och innebär att en kort puls eller pulståg skickas ut vid tiden t=t1. I det aktuella fallet skickas fyra perioder 401 ut. Vid tiden t=t2 tas ekot 402 av de avgivna perioderna emot av omvandlaren.

Formen på den utsända signalen och därmed på den reflekterade sammanhänger med omvandlarens dynamiska egenskaper, och detta kan utnyttjas vid mätningen, som exempelvis kan gälla den negativa toppen med störst amplitud (i figuren betecknad 403).

Tidsintervallet At mellan den största negativa toppen i den utsända signalen 401 och motsvarande topp i den mottagna signalen kan sedan användas för att exempelvis mäta tjockleken lO 15 20 25 30 13 av det material som provas. Om det är ett fästelement som mäts motsvarar perioden At längden på fästelementet, och eftersom fästelementet förlängs vid åtdragningen kommer perioden At att växa, varvid förändringen av At indikerar den faktiska förlängningen vid åtdragningen. Även om denna metod innebär ett enkelt sätt att mäta förlängningen av exempelvis ett fästelement, och därmed noggrann bestämning av åtdragningskraften, så kan mätresultatet fortfarande vara flertydigt. Om exempelvis fästelementet inte är korrekt uppriktat i det átdragande verktyget, så kan signalen deformeras sä att den största negativa toppen i ekot inte längre motsvarar den utsända signalen största negativa topp, vilket ger ett mätfel motsvarande en eller flera perioder hos signalen.

Enligt föreliggande uppfinning erbjuds också ett mätförfarande som övervinner detta problem.

Ett utföringsexempel på ett mätförfarande enligt föreliggande uppfinning presenteras i figuren 5.

Mätförfarandet kommer nedan att beskrivas under hänvisning till en exemplifierande mätning av ett fästelement 501. Det mätförfarande som beskrivs nedan lämpar sig för användning tillsammans med ovan beskrivna förfarande för att välja frekvens, men kan också användas tillsammans med konventionella mätsystem för ultraljudsmätning. I det presenterade utföringsexemplet används en omvandlare 502 för både sändning av mätsignaler och mottagning av mätsignaler. En omkopplare 503 används för omkoppling av enheten mellan sändning och mottagning.

I sändläge genereras en lämplig uppsättning signaler med lämplig och fast frekvens i en sändgrind 505, t ex genom att sända ut en signal med en viss frekvens under en viss tid.

Sändgrinden kan utnyttja en lämplig vàggenerator för önskad frekvens, och signalen kan ha sinusform eller vara en 10 l5 20 25 30 l4 fyrkantvåg eller ha annan form. Sändsignalen kan också skapas med hjälp av en referensfrekvens enligt nedan. Den genererade signalen förstärks av en sändningsförstärkare 504, och skickas till S/M-omkopplaren 503, som är ställd i sändläge.

Det genererade pulstàget som skickas ut är företrädesvis relativt långt, och i princip är den enda begränsningen att det inte bör vara längre än den tid det tar för signalen att nå den ände på fästelementet som ligger längst bort från omvandlaren och reflekteras åter till omvandlaren, möjligen med avdrag för ett lämpligt skyddsintervall som låter systemet ställa om till mottagning innan ekot kommer tillbaka, så att ekot kan mätas. Detta innebär att när sändsignalen har skickats iväg ställs S/M-omkopplaren om till mottagning, och när ekot tas emot i omvandlaren 502 förstärks det i förstärkarna 507 och 508. Det avgivna pulstàget kan därför bestå av ett betydligt större antal perioder än i det detekteringsförfarande som beskrivs med hänvisning till figuren 4, och figuren 6A visar ett exempel på ett mottaget pulstågseko.

Detta mottagna eko skickas efter nämnda förstärkning till ingången på en IQ-demodulator (IQ=i-fas/kvadratur). I IQ- demodulatorn delas den mottagna signalen upp på en I~kanal och en Q-kanal, och kanalerna multipliceras med en referensfrekvens, varefter referensfrekvensen fasförskjuts med 90°, vilket sker i multiplikatorerna 509 och 510. Kanalerna är alltså ortogonala mot varandra.

Figuren 6B visar ett exempel på en referenssignal på en I- kanal. Referenssignalen är en signal med samma frekvens som är faslåst mot sändsignalen från sändgrinden 505, medan referenssignalen på Q-kanalen motsvarar referenssignalen på I- kanalen fasförskjuten 90°.

Figuren 6C visar ett exempel på utsignalen från en I- kanalsdemodulator, alltså signalen från multiplikatorn/mixern 10 15 20 25 30 l5 509. Utsignalerna från multiplikatorerna/mixarna 509, 510 passerar sedan lågpassfiltren 512, 513, så att man får lågpassfiltrerade utsignaler från I- respektive Q-kanalerna.

Ett exempel på den lågpassfiltrerade I-signalen visas i figuren 6D, och ett exempel på den lågpassfiltrerade Q- signalen visas i figuren 6E. De lågpassfiltrerade demodulatorsignalerna digitaliseras sedan i A/D-omvandlarna 514 respektive 515. Dessa digitaliserade signaler skickas till en mikroprocessor som gör de faktiska beräkningarna.

Mikroprocessorn 516 kan beräkna en fasförskjutning mellan referenssignalen och den mottagna signalen, samt referensfrekvensen.

Så länge fästelementet inte förlängs, alltså innan åtdragningen har påbörjats, kommer denna fasförskjutning att vara konstant.

När en åtdragningsprocess påbörjas kommer emellertid fästelementet att börja förlängas. Denna fasförskjutning ändras därför att signalen nu kommer att få en längre väg pga. förlängningen. Genom att återkommande mäta enligt ovan kan mikroprocessorn 516 bestämma fasförskjutningen hos den mottagna signalen jämfört med sändsignalen (om fasförskjutningen uppgår till mer än en period kan mikroprocessorn räkna antalet perioder som ekot genomgår under en åtdragning), och när denna fasförskjutning uppnått ett värde som motsvarar önskad förlängning av fästelementet och därmed önskad åtdragningskraft, så kan mikroprocessorn 516 generera en signal som indikerar att åtdragningen ska upphöra, varvid elmotorn i verktyget, exempelvis motorn 215 i figuren 2A, stannar och åtdragningen därmed upphör.

Mätningen av ekosignalens fasläge upprepas med så hög frekvens (t.ex. 1 kHz eller oftare) under åtdragningen att fasförskjutningen under åtdragningen kan bestämmas entydigt från mätning till mätning. 10 15 20 25 30 16 Mätförfarandet enligt föreliggande uppfinning har den fördelen att man inte behöver veta den exakta formen på den avgivna signalen, eftersom man aldrig gör några amplitudmätningar. Uppfinningen har också den fördelen att relativt långa pulståg kan användas som mätsignaler, vilket förbättrar mätnoggrannheten. Om samma omvandlare innehåller både sändare och mottagare bör pulstågets maximala längd inte överskrida den tid det tar för signalen att vandra till exempelvis fästelementets motsatta ände och äter. I en utföringsform är sändsignalens längd större än den tid det tar för signalen att vandra från omvandlaren till motsatta änden av det mätta föremålet, alltså den plats där signalen reflekteras.

Figuren 5 visar en ytterligare, valfri funktion hos signaldetektorn enligt föreliggande uppfinning. Förutom I- och Q-kanalerna kan IQ-demodulatorn också innefatta en enveloppdetektor 520. Enveloppen till ekosignalen kan användas för att få fram en grov uppskattning av ekofördröjningen.

Enveloppen kan också beräknas digitalt med hjälp av uppmätta data för I- och Q-kanalerna.

Om det presenterade systemet ska användas för frekvensval enligt ovan, kan systemet enligt figuren 5 användas i kombination med exempelvis det förfarande som visas i figuren~ 7.

I steget 701 bestäms om ett fästelement ska dras åt, och alltså mätning påbörjas. Om mätning ska påbörjas väljs först en ultraljudsfrekvens f, t.ex. med hjälp av mikroprocessorn 516. Därefter skickas en signal med denna frekvens, steget 702, men istället för att bestämma signalens fas bestäms ekots amplitud, steget 703, och detta värde lagras i exempelvis ett minne. Därefter fortsätter förfarandet med steget 704, där man avgör om man hittat ett toppvärde för signalen (amplitudmax).

Om inte ändras f med värde Af, och processen börjar om med 10 15 20 25 30 l7 steget 702 för en ny mätning. Detta pågår tills en frekvens som ger en signaltopp har hittats, eller tills en frekvens har hittats där den mottagna signalens (ekots) amplitud överstiger en viss tröskel. I en utföringsform väljer man istället för den exakta frekvens som ger maximalt eko en frekvens som väsentligen motsvarar denna, så länge som den valda frekvensen ger ett eko med tillräcklig amplitud. Detta gäller även för tröskelalternativet, då man kan få ett eko med tillräcklig amplitud/signaleffekt av flera frekvenser, och valet mellan dessa frekvenser kan baseras även på andra faktorer. Om man exempelvis provar över ett brett frekvensintervall kan det finnas mer än en frekvens som ger en topp (se figurerna 3A-3C), och i så fall kan det finnas andra faktorer som påverkar valet av frekvens.

När lämplig ultraljudsfrekvens har valts, steget 705, mäts förlängningen med den ovan beskrivna metoden. Även om avläsningsförfarandet enligt beskrivningen ovan skett med hänvisning till en skruvdragare kan det påpekas att det beskrivna förfarandet kan användas i alla situationer där man gör mätningar med ultraljud, och att den avläsningsmetod som illustreras i figuren 5 är lika lämplig för andra typer av ultraljudsmätning, exempelvis för att hitta inhomogenitet inne i material, liksom för användning med ultraljudsutrustning där enheten är förbunden med det föremål som ska mätas och frekvensvalet därför bortfaller.

Vidare kan påpekas att även om uppfinningen har beskrivits i samband med en elektrisk skruvdragare, så lämpar den sig lika väl för verktyg som drivs med tryckluft eller hydraulik eller med handkraft, liksom för elektriska, pneumatiska eller hydrauliska verktyg som tillämpar slageffekt vid åtdragning.

Claims (15)

10 15 20 25 30 18 Patentkrav:

1. Förfarande för mätning med hjälp av ultraljud, innefattande följande steg: - att akustiskt förbinda en ultraljudsomvandlare (102, 230, 502) med det föremål (101, 217, 501) som ska mätas, med hjälp av ett kontaktskikt (218) av ett elastiskt material; kännetecknat av att följande steg ingår: ~ a) att med hjälp av nämnda omvandlare (102, 230, 502) sända ut en uppsättning av flera på varandra följande ultraljudssändsignaler in i nämnda föremål (101, 217, 501) som ska mätas, varvid sändfrekvensen (f) hos var och en av nämnda uppsättning sändsignaler skiljer sig från sändfrekvensen hos de andra sändsignalerna i nämnda uppsättning av sändsignaler, - b) att ta emot signaler som utgör ekon av nämnda sändsignaler; och - c) att utgående från nämnda mottagna ekosignaler välja ut minst en sändfrekvens (f) för användning vid ultraljudsmätning av nämnda föremål (101, 217, 501).

2. Förfarande enligt kravet 1, kännetecknat av att det också innefattar följande steg: - i steg a) - al) att välja ut en första sändfrekvens (f), - a2) att från nämnda omvandlare (102, 230, 502) sända ut en första ultraljudsssändsignal som har nämnda första sändfrekvens (f); - a3) att sända ut en andra ultraljudssändsignal som har en andra sändfrekvens f = f¿Af; - i steg b) - bl) att avläsa signaleffekten och/eller amplituden hos en mottagen ekosignal från nämnda första sändsignal; - b2) att avläsa signaleffekten och/eller amplituden hos en mottagen ekosignal från nämnda andra sändsignal; - i nämnda steg c) lO 15 20 25 30 19 - cl) att jämföra de avlästa signalstyrkorna och/eller amplituderna hos nämnda mottagna ekosignaler, och - c2) att välja ut den sändfrekvens (f) som ger upphov till den största signaleffekten och/eller amplituden.

3. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, kännetecknat av att stegen upprepas tills en sändfrekvens (f) upptäcks vars signaleffekt och/eller amplitud överstiger ett första tröskelvärde, och att en sändfrekvens (f) väljs för mätning som gör att nämnda första tröskelvärde överskrids.

4. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, kännetecknat av att stegen upprepas tills en sändfrekvens (f) upptäcks som ger en signaleffekt och/eller amplitud med ett toppvärde, och att en sändfrekvens (f) väljs för mätning som väsentligen uppnår nämnda toppvärde för signaleffekt och/eller amplitud.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 till 4, kännetecknat av steget att sända ut en sändsignal vars varaktighet överskrider den tid det tar för signalen att färdas från omvandlaren (102, 230, 502) till änden på nämnda föremål (101, 217, 501), där sändsignalen reflekteras.

6. Förfarande enligt något av kraven 1 till 5, kännetecknat av att nämnda sändsignaler alla har en egen och låst frekvens.

7. Förfarande enligt något av kraven 1 till 6, kännetecknat av att nämnda ekosignaler avläses genom demodulering på två ortogonala kanaler, så att fasläget för en ekosignal kan bestämmas i relation till den utvalda sändsignalen.

8. Förfarande enligt något av kraven 1 till 7, kännetecknat av att genomförandet av nämnda steg styrs av en mikroprocessor (516) som sitter i ett verktyg (200) för åtdragning av fästelement.

9. Förfarande enligt kravet 8, kännetecknat av att det även innefattar följande steg: lO 15 20 25 30 20 - att bestämma nämnda sändfrekvens innan ett fästelement (217, 501) dras åt; och - att i realtid göra en ultraljudsbaserad mätning under åtdragning av nämnda fästelement (217, 501) med nämnda verktyg (200) för àtdragning av fästelement.

10. Förfarande enligt något av kraven 1 till 9, kännetecknat av att nämnda kontaktskikt (218) har en tjocklek på 0,1-5 mm.

11. Förfarande enligt något av kraven 1 till 10, kännetecknat av att att sändfrekvenserna ligger åtminstone inom ett delintervall på 2-50 MHz.

12. Anordning för mätning med hjälp av ultraljud, innefattande: A - en ultraljudsomvandlare (102, 230, 502) för anslutning till ett föremål (101, 217, 501) som ska mätas och för utsändning av ultraljudssändsignaler genom nämnda föremål (101, 217, 501); - mottagningsorgan för mottagning av ultraljudsekon från de ultraljudssändsignaler som nämnda ultraljudsomvandlare (102, 230, 502) sänder ut, - ett kontaktskikt (218) av ett elastiskt material för att akustiskt förbinda nämnda omvandlare (102, 230, 502) och mottagare med det föremål (101, 217, 501) som ska mätas, varvid anordningen är kännetecknad av att den är utformad för att - med hjälp av nämnda omvandlare (102, 230, 502) sända en uppsättning av flera på varandra följande ultraljudssändsignaler in i nämnda föremål (101, 217, 501) som ska mätas, varvid sändfrekvensen (f) hos var och en av nämnda uppsättning sändsignaler skiljer sig från frekvensen hos de andra sändsignalerna i nämnda uppsättning av sändsignaler, - ta emot signaler som utgör ekon av nämnda sändsignaler; och lO 21 - utgående från nämnda mottagna ekosignaler välja ut minst en sändfrekvens (f) för användning vid ultraljudsmätning av nämnda föremål (101, 217, 501).

13. Anordning enligt kravet 12, kännetecknad av att nämnda mottagningsorgan är nämnda omvandlare (102, 230, 502).

14. Anordning enligt kravet 12 eller 13, kännetecknad av att anordningen utgör ett verktyg (200) för ätdragning av fästelement.

15. Anordning enligt kravet 14, kännetecknad av att den har utformats för att mäta förlängningen hos ett fästelement (217, 501) som dras àt med nämnda àtdragningsanordning (200).