SE1630260A1 - Intelligent bult och system för denna - Google Patents

Abstract

A bult (100) som deformeras när den utsätts för påkänning innefattar en kavitet (104), intelligens och organ (105) för bestämning av töjning och larma vid specifika värden.Fig 6

Description

INTELLIGENT BULT OCH SYSTEM FÖR DENNA TEKNISKT OMRÅDE

[0001] Uppfinningen avser mätning av töjning i mekaniska komponenter, såsom fästorgan, t.eX. bultar.

BAKGRUND

[0002] Det är tidigare kant, t.eX. i US 4553124, att installera trådtöjningsgivare i bultarför att kanna av töjning. Emellertid är dessa kända givare komplicerade och därigenom dyra. En annan nackdel är att de är temperaturberoende.

[0003] JP-A-lll83280 beskriver en fastsättnings- och åtdragningsmetod för bultar,under vilken bultens förlängning mäts vid åtdragning av bulten. Fastsättnings- elleråtdragningsoperationen avslutas när förlängningen når ett förutbestämt värde. Metoden,som används för att mäta förlängningen, innefattar ett steg att styra en laser. Vid dennakända metod övervakas bultens förlängning när bulten sättes fast/dras åt, men efteravslutad åtdragning finns ingen ytterligare information om förlängning tillgänglig.

Således är det omöjligt att få veta om bulten lossnar.

[0004] Ytterligare bakgrund beskrivs i US20l0/0050778 och US2007/0204699 SAMMANFATTNING

[0005] Ett ändamål med uppfinningen är att öka säkerheten och åstadkomma en ny typav töjningsmätutrustning som har kommunikationsorgan och som tillåter intelligentanalys, som är bättre än vid känd teknik och som eliminerar eller åtminstone minskar nackdelama som diskuterats ovan.

[0006] Detta ändamål har nu åstadkommits med den teknik som definieras i efterföljande,oberoende patentkrav, varvid föredragna utföringsforrner framgår av de beroende patentkraven.

[0007] Enligt en första aspekt av uppfinningen åstadkommes en mekanisk komponentsom har ett parti som deforrneras, dvs, förlängs, nar det utsatts för töjning. Partiet har enkavitet. Komponenten har vidare en optisk enhet, som är anordnad att sända ljus in ikaviteten. Den optiska enheten är också anordnad att detektera reflekterat ljus.Komponenten har vidare en styrenhet som är ansluten till den optiska enheten.Styrenheten är anordnad att bestämma egenskaperna hos det signalsvar som åstadkommesav det emitterade ljus som färdats från den optiska enheten in i kaviteten, reflekterats ochfärdats tillbaka till den optiska enheten. Vidare är styrenheten anordnad att bestämmafysisk deformation hos partiet av den mekaniska komponenten utifrån egenskaperna hossignalsvaret i syfte att bestämma töjningsdata. Komponenten har vidare enkommunikationsenhet, som är ansluten till styrenheten och anordnad att kommuniceratöjningsdata för den mekaniska komponenten till en extern anordning. Det är fördelaktigtatt bestämma den fysiska deforrnationen hos den mekaniska komponenten eftersom denkan användas till att bestämma komponentens töjning. Det är också fördelaktigt att komponenten har en kommunikationsenhet, som gör det möjligt för komponenten att sända och ta emot data, t.eX. töjningsdata.

[0008] Styrenheten kan vara anordnad att bestämma fysisk deformation med hjälp avlöptidsmetoden (time-of-flight) eller interferometri. Det är fördelaktigt att bestämma enfysisk deformation hos den mekaniska komponenten eftersom den kan användas för att bestämma töjningen i komponenten.

[0009] Den optiska enheten kan ha en ljussändare och en ljusdetektor i syfte att kunnabåde sända ut och ta emot ljus. Den kan också innefatta reflektorer, stråldelarre och/ellerandra optiska komponenter. Vidare kan styrenheten vara en mikrostyrkrets, som kan varaanordnad att styra ljussändaren förutom andra komponenter. Det är en fördel att ha enstyrenhet i syfte att kunna styra de andra komponenter som finns i den mekaniska komponenten.

[0010] Företrädesvis har den optiska enheten en laser. Det är fördelaktigt att använda enlaser som optisk enhet eftersom den emitterar koherent ljus. Det är möjligt att belysakavitetens botten utan att belysa väggama, vilket annars skulle resultera i en inkorrekt beräkning av töjningsdata.

[0011] Den mekaniska komponenten kan innefatta en laddningsenhet anordna att hämtaenergi från omgivningen. Den mekaniska komponenten kan också innefatta enenergilagringsenhet anordna att lagra energi uppsan1lad av laddningsenheten och försestyrenheten och kommunikationsenheten med energi. Energilagringsenheten kaninnefatta en ackumulator, företrädesvis ett laddningsbart batteri. Den mekaniskakomponenten är troligen monterad på en avlägsen plats och otillgängligt placerad. Det ärdärför föredraget att komponenten kan extrahera och lagra energi för att kunna försörjabåde styrenheten och kommunikationsenheten och inte vara beroende av en viss batterilivslängd.

[0012] I en annan utföringsform har komponenten en minnesenhet anordnad att lagrat.ex. förinställd fabrikationsdata, bestämd töjningsdata och/eller behandlad töjningsdataeller förlängningsdata. Härigenom kan olika data lagras och vänta på att vidare kommuniceras eller för framtida syften.

[0013] I en utföringsforrn är kommunikationsenheten trådlös. Detta är fördelaktigt närden mekaniska komponenten är placerad på en avlägsen plats, eftersom ingen teknikerbehöver resa ut till monteringsplatsen för att samla lagrade data från den mekaniskakomponenten. I en annan utföringsforrn kan den mekaniska komponenten utnyttja en fastlänk. Detta är att föredra när den mekaniska komponenten är placerad på en plats där sådan infrastruktur finns.

[0014] I en utföringsforrn har den mekaniska komponenten en stödsensorenhet. Dennaenhet kan förse styrenheten med ytterligare indata att användas när komponentens töjningska bestämmas. Stödsensorerna kan vara mer än en och typen av sensorer kan vara enkombination av lämpliga sensorer för varje speciellt tillämpningsområde för den mekaniska komponenten.

[0015] Ett exempel på en stödsensor är en temperatursensor, som är fördelaktig om denmekaniska komponenten är placerad i en miljö med höga eller låga temperaturer vilket kan påverka töjningsbestämningen.

[0016] Ett annat exempel på en stödsensor är en positioneringsanordning, som är fördelaktig om den mekaniska komponenten är installerad i ett fordon. Det är då möjligt att bestämma var komponenten finns och som ett exempel vid vilket av fordonets planerade stopp komponenten behöver dras åt.

[0017] Ytterligare exempel på en stödsensor är en fuktsensor som är fördelaktig om denmekaniska komponenten är placerad i en miljö med hög eller låg fuktighet, som kan påverka töjningsbestämningen eller orsaka korrosion.

[0018] I en föredragen utföringsforrn ingår den mekaniska komponenten i ett nätverk,som också innefattar central mjukvara anordnad att övervaka töjningsdata hos allakomponenter som ingår i nätverket. Den centrala mjukvaran är också anordnad att attautomatiskt rapportera normal funktion, felfunktion och avvikelser. Den mekaniskakomponenten är anordnad att kommunicera med andra motsvarande komponenter somingår i nätverket. Det är fördelaktigt att ha ett nätverk av komponenter i syfte att dela eller skicka information mellan eller till komponenter.

[0019] Den mekaniska komponenten kan vara ett fästelement, såsom en bult, en skruveller en nit, anordnat att spänna eller klämma ihop två delar. Med de tidigare och nedanbeskrivna särdragen är det möjligt att uppskatta om ett fästelement lossnat och behöverdras åt, och om så är fallet när det blir kritiskt att vidta denna åtgärd. Det är också möjligtatt undvika fel i förband på grund av utmattning, separation av hopspända delar eller rörelse mellan dessa.

[0020] I en föredragen utföringsform är kaviteten i den mekaniska komponenten enlångsträckt borrning. En långsträckt borrning är fördelaktig eftersom den tillåter ettljuspulståg att gå en viss sträcka innan det reflekteras i botten av borrningen och startar färden tillbaka. En längre borrning ger bättre mätnoggrannhet och beräkningar.

[0021] I en utföringsform innefattar kaviteten en optisk fiber. En fördel med dennakonstruktion är att fibern verkar som en säkring. Om komponenten av någon anledningförlängs mer än den optiska fibem kan sträckas ut kommer fibern att brytas och det bliromöjligt att utföra en mätning, varvid komponenten kan rapportera att ett fel har uppstått.Vidare är det möjligt att programmera sensorn att vama om komponenten är överbelastad även om fibem inte bryts.

[0022] Enligt en andra aspekt av uppfinningen åstadkommes en metod att mata töjning ien mekanisk komponent, som har en kavitet. Denna metod innefattar stegen emitteringav ett ljuspulståg från en optisk enhet in i kaviteten, detektering av ett reflekteratljuspulståg medelst den optiska enheten, bestämning av egenskapema hos de signalsvar,härrörande från det emitterade ljus som gått från den optiska enheten in i kaviteten, somreflekterats och som gått tillbaka till den optiska enheten, bestämning av den fysiskadeforrnationen hos den mekaniska komponenten utifrån de bestämda egenskaperna hossignalsvaret i syfte att bestämma töjningsdata, och kommunicera bestämda töjningsdata till en extem anordning.

[0023]I en utföringsform bestäms den fysiska deforrnationen med hjälp av löptidsmetoden eller interferometri.

[0024] I en utföringsform skickas töjningsdata till en bärbar anordning. Detta ärfördelaktigt när den mekaniska komponenten är åtkomligt placerad och när en operatör på plats av något skäl är att föredra. Detta är också att föredra under montering.

[0025]I en skickas ett trådlöst kommunikationssystem. Denna kommunikationsmetod är föredragen när komponenten annan utföringsform töj ningsdata via är oåtkomligt placerad eller när en operatör på plats inte är att föredra.

[0026] I en ytterligare en annan utföringsform skickas töjningsdata till ett nätverk avmekaniska komponenter. Detta är fördelaktigt när komponenterna är placeradeoåtkomligt och möjligheter till trådlös kommunikation med en extern anordning saknas och när det är lämpligt att skicka data från flera komponenter som ett paket.

[0027] Enligt en tredje aspekt av uppfinningen åstadkommes ett system som innefattarett antal mekaniska komponenter som beskrivits ovan. Systemet har vidare centralmjukvara och infrastruktur som ar anordnad att övervaka töjningsdata från all mekaniska komponenter i systemet och även rapportera normal funktion, fel och avvikelser.

[0028] I en utföringsforrn kan informationen läsas från/skrivas till de mekaniskakomponenterna i systemet. Om t.eX. förinställd data visar sig vara fel, kan ny och korrekt data då laddas upp till alla komponenter i systemet.

[0029] Enligt en fjärde aspekt av uppfinningen åstadkommes ett konstruktionselement,såsom en flygplansvinge, vilket har ett antal mekaniska komponenter som beskrivitsovan. Komponenterna i konstruktionselementet kan vara anslutna i ett nätverk. En fördelmed att ha komponenter i ett konstruktionselement är att hela elementet kan tillverkasmed komponentema och levereras i stallet för att leverera konstruktionen i delar för montering på plats.

[0030] Enligt en aspekt åstadkommes ett arrangemang som innefattar en mekaniskkomponent som deformeras nar den utsatts för töjning. Komponenten har en kavitet.Systemet har vidare en optisk enhet anordnad att emittera ljus i kaviteten och detekterareflekterat ljus. Det har vidare en styrenhet ansluten till den optiska enheten och anordnadatt bestämma egenskapema hos de signalsvar, härrörande från det emitterade ljus somgått från den optiska enheten in i kaviteten, som reflekterats och som gått tillbaka till denoptiska enheten. Styrenheten är vidare anordnad att bestämma fysiska deformationen hosden mekaniska komponenten utifrån de bestämda egenskapema hos signalsvaret i syfteatt bestämma töjningsdata som härrör från den fysiska deformationen. Systemet harvidare en kommunikationsenhet ansluten till styrenheten och anordnad att kommunicera töjningsdata för den mekaniska komponenten till en extem anordning.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0031] Utföringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas nedan; hänvisningar görstill bifogade schematiska ritningar, vilka åskådliggör icke-begränsande exempel på hur uppfinningskonceptet kan kondenseras till praktiska tillämpningar.[0032] Eig. l är en sektion av en bult enligt en utföringsforrn

[0033] Eig. 2 visar ett antal bultar på en flygplansvinge enligt en utföringsform av uppfinningen.

[0034] Eig. 3 visar ett antal bultar på en flygplansvinge enligt en annan utföringsform av uppfinningen.

[0035] Eig. 4 visar ett flödesschema över en töjningsbestämningsprocess, som utnyttjar löptidsmetoden.

[0036] Pig. 5 visar ett flödesschema över en töjningsbestämningsprocess, som utnyttjar interferometri.[0037] Pig. 6 visar en bult enligt en alternativ utföringsform.

[0038] Pig. 7 är ett diagram över uppmätta töjningsdata.

DETAILED DESCRIPTION

[0039] Specifika utföringsformer kommer nu att beskrivas mer i detalj nedan medhänvisning till medföljande ritningar. Uppfinningen kan emellertid utföras på mångaolika satt och ska inte ses begränsad av de nedan beskrivna utföringsformerna. Dessautföringsforrner ska snarare ses som exempel vilka gör beskrivningen mer trovärdig ochkomplett och kommer till fullo att förmedla uppfinningens skyddsomfång till fackmannen.

[0040] Med hänvisning till Pig. l visas a mekanisk komponent eller arrangemang i formav en intelligent bult schematiskt och i sektion. Bulten l har ett skaft 2 och ett huvud 3med en långsträckt borming eller kavitet 4 som sträcker sig från huvudet 3 in i skaftet 2.Bormingen 4 är företrädesvis gjord så lång och smal som möjligt under samtidigtbibehållande av bultens l hållfasthet. Borrningen 4 avslutas med en botten. Pöreträdesvisär bormingens tvärsnitt cylindriskt. Bormingens 4 diameter är företrädesvis så liten som möjligt inom t.eX. intervallet 0,1 um till l cm.

[0041] Bulten l har ett övre parti 5 som upptar en styrenhet 6, en minnesenhet 7, enladdningsenhet 8. En energilagringsenhet 9, en kommunikationsenhet l0, enstödsensorenhet l och en optisk enhet l2. I en annan utföringsform kan komponenterna6-l2 lika väl vara monterade inuti bultens l huvud 3 eller kan på vilket som helst annatsätt vara kopplade till bulten l. Bulten l kan också innefatta en annan grupp av komponenter beroende på vad bulten ska användas till. Det övre partiet 5 kommer hädanefter att kallas ett elektronikpaket.

[0042] Styrenheten 6 styr den optiska enheten l2, minnesenheten 7, kommunikationsenheten l0 och stödsensorenheten ll. Den kan realiseras genom användning av lämplig styrenhetsteknologi, såsom men inte begränsat till en n1ikrostyrkrets, en CPU, ett mikrochip eller liknande. Styrenheten 6 implementeras medhjälp av RFID-teknologi och har företrädesvis liten storlek, t.ex. 2x3 mm.

[0043] Den optiska enheten 12 är anordnad att skicka ut ett ljuspulståg i bultens lborrning 4. Den är företrädesvis en ljusemitterande enhet och mera speciellt en laser, menen diod eller annan lämplig ljuskälla kan användas. Den optiska enheten 12 har också en ljusdetektor anordnad att detektera reflekterat ljus.

[0044] Laddningsenheten 8 innefattar ett energiupptagningselement som har vilka somhelst lämpliga komponenter för att ta upp energi ifrån omgivningen, t.ex. men intebegränsat till, från extern påkänning på bulten, solenergi, termisk energi, vindenergi,salinitetsgradienter eller rörelseenergi. Laddningsenheten 8 är anordnad att förse energilagringsenheten 9 med energi.

[0045] Andra altemativ för energiupptagning är laddning med en fotosensor, som omvandlar solljus till energi, eller upptagning av vibrationsenergi.

[0046] En annan möjlighet är laddning genom induktion. En galvaniskt separeradladdningsspole (icke visad) placeras på toppen av bultens l huvud, i vilketelektronikpaketet är anordnat. Spolen överför induktion till energi genom energilagring senheten.

[0047] Energilagringsenheten 9 har ett batteri (icke visat) för energilagring. Bulten l kanockså vara ansluten till elnätet eller kan utnyttja någon kombination därav.

Energilagringsenheten 9 är anordnad att mata energi till exempelvis styrenheten 6.

[0048] Kommunikationsenheten l0 arbetar via en trådlös förbindelse, ett trådgränssnitteller en kombination därav. Den trådlösa förbindelsen kan använda sig av vilken somhelst trådlös transmissionsteknik, t.ex.; WLAN, Bluetooth®, radio, ljud,elektromagnetisk induktion. Kommunikationsenheten 10 implementeras företrädesvismed Bluetooth®-teknik och är anordnad att skicka bestämda töjningsdata till exempelvis en handhållen anordning l4 eller central mjukvara 13 som ingår i ett nätverk.

[0049] Minnesenheten 7 implementeras med hjälp av minnesteknologi, såsom men inte begränsat till ROM, RAM, SRAM, DRAM, CMOS, FLASH, DDR, SDRAM eller liknande. Denna enhet 7 är anordnad att lagra bestämda töjningsdata och eller förinställd fabrikationsdata.

[0050] Stödsensorenheten ll kan t.eX. vara en temperatur- eller fuktsensor, enpositiotioneringsanordning eller annan sensor som kan förse mätningarna med relevantindata. Enheten ll kan innefatta ett antal sensorer/anordningar för mätning av olika variabler, såsom fukt och temperatur.

[0051] I de flesta utföringsformer är bulten l programmerad att logga och rapportera närtöjningen är tillräcklig för att upprätthålla den specifika spänningen av bulten l. Dettakan t.eX. åstadkommas av ett grönt ljus synligt på själva bulten (icke visat). I de flestautföringsformema är fabriksinställningar av de föredragna töjningsgränsema lagrade iminnesenheten 7. Fabriksinställningama kan innefatta men inte vara begränsade tilltillverkamamn, serienummer, unikt bult-ID, datum och tid för serien, töjningsfönster,namn på montör, använt vridmoment, omgivningstemperatur, töjning efter montering, monteringsdatum, avvikelse över tid i en databas och/eller underhållslarm.

[0052] I en utföringsforrn måste bulten l kalibreras. Om bulten l ska placeras på en platsmed svåra väderförhållanden, t.eX. med låga/höga temperaturer är det föredraget att tahänsyn till detta vid bestämning av töjningsdata. Kalibreringen kan vara enprocesskalibrering, som utförs på fabriken och/eller en kalibrering på plats.Fabrikskalibreringen kan t.eX. ta hänsyn till vilka material bulten kommer att spänna samt tillverkningsserien.

[0053] En utföringsform är fokuserad på grundtöjningsdetektering. Det är möjligt attanvända t.eX. en handhållen anordning l4 för att återfå töjningsdata från bulten l i syfteatt bestämma om töjningen ligger inom de förinställda gränsvärdena. Detta görs viastyrenheten 6, som tar emot töjningsvärdet från minnesenheten 7 och skickar töjningsdatatill den handhållna anordningen l4 via kommunikationsenheten l0. Bulten l är baseradpå ett självladdningssystem, varvid en eXtem kommunikationsanordning används för attfråga bulten om dess status. I denna utföringsforrn är bulten l företrädesvis utrustad meden styrenhet 6, en kommunikationsenhet l0, en energilagringsenhet 9 och en laddningsenhet 8. Den extema kommunikationsanordningen kan vara en handhållen anordning 14. Bulten l kontrollerar om töjningen ligger inom orr1rådet och om så är fallet indikerar korrekt åtdragning.

[0054] I en annan utföringsforrn är bulten l en del av ett automatiskt system. Förutom laddningsenheten 8 har bulten enligt denna utföringsforrn en trådlöskommunikationsenhet l0. Bulten l arbetar enligt principen att den befinner sig i ettviloläge under en viss, reglerbar tidsperiod, som kan bero på batterinivån, vaknar upp,bestämmer töjningsstatus, kommunicerar bestämd töjningsstatus och faller tillbaka ivilotillståndet. Det är också möjligt att kommunicera med bulten l via enkommunikationsanordning, som kan vara en handhållen kommunikationsanordning.Efter montering och indikering av korrekt töjning är det möjligt att ladda data, t.eX.tillverkningsgränsvärden, via kommunikationsanordningen och ladda upp till bultensminnesenhet 7. När detta är gjort kan en indikering på att informationen mottagits ochlagrats åstadkommas. Töjningsindikeringen kan laddas ner manuellt från bulten l medhjälp av kommunikationsanordningen. Den kan aven utföras automatiskt genom attbulten kontrollerar om töjningen ligger inom gränserna, indikerar korrekt åtdragning och skickar information vid behov, t.eX. bestämd töjningsdata.

[0055] I ytterligare en annan utföringsforrn har bulten l kunskap om töjning genomlagring av töjningsdata i minnesenheten 7 tillsammans med tillverkningsdata och den kankomma ihåg avvikelse som också lagras i minnesenheten 7. En larrnsignal kan sändas utnär töjningen underskrider/överskrider ett tröskelvärde. Bulten l ingår i ett nätverk ellersystem av bultar. Bultarna l som ingår i systemet övervakar töjning med ettfrekvensintervall på mellan en gång per sekund till en gång per år och kan automatisktrapportera normal funktion, avvikelser och felfunktion samt också bestämma tiden till ettpotentiellt underhåll. Systemet innefattar vidare central mjukvara och infrastruktur 13.Efter montering och indikering av korrekt töjning är det möjligt att adressera bulten l frånen dator. Det är också möjligt att skriva/läsa information till/från bulten l. Från dencentrala mjukvaran är det möjligt att administrera bultama l och få en överblick överstatus för alla bultama som är inkopplade i systemet. Bulten l bestämmer om töjningenligger inom gränson1rådet, indikerar korrekt åtdragning eller avvikelse/felfunktion,skickar information vid behov eller med regelbundna tidsintervall och är en del av ett intelligent system med logg och minne. 11

[0056] Töjningsdata mätt utifrån förlängningen av bulten l kan kommuniceras i vilkensom helst kombination av ovan nämnda kommunikationssätt. Tex. kan töjningsdatahämtas från bulten l med en handhållen anordning l4 under montering och under driftkan data skickas mellan olika komponenter till en sista bult l, som antingenvidarebefordrar data via trådlös kommunikation eller lagrar data tills en operatör hämtar den med en handhållen anordning l4.

[0057] Iutföringsformen i Fig. l införs en valfri optisk fiber i bultens l borming 4 för attleda ljuset från den optiska enheten l2. Den principiella mätmetoden i dennautföringsform är att skicka ett ljuspulståg ner i bultens l borrning, genom den optiskafibem 20. Pulståget kommer att gå genom fibem 20 anordnad i borrningen 4, reflekterasi en bottenvägg av borrningen och gå tillbaka genom fibem 20 till detektom i den optiskaenheten l2. Styrenheten 6 bestämmer den tid det tog och bestämmer töjningsdatta medlöptidsmetoden. Dessutom kan den optiska fibem 20 verka som en säkring ellersäkerhetskontroll. Fibem 20 är mycket skör när den utsätts för töjning i längdriktningen.När således bulten l utsätts för en överdriven töjning kommer den optiska fibern 20 attgå av och således kommer töjningsmätningen inte att fungera längre. Detta kommer att vara en indikering på att något gått fel.

[0058] I utföringsforrnen i Fig.l bestämmer styrenheten 6 signalsvarsegenskaperna förbulten l i syfte att bestämma en fysisk deformation, t.eX. förlängning, med hjälp avlöptidsmetoden. Denna metod är baserad på principen att mäta tiden det tar för ettljuspulståg, som innefattar en enda ljuspuls, att gå från den optiska enheten l2 till bottenav kaviteten 4, där det reflekteras och tillbaka till den optiska enheten. Löptidsmetoden kan användas både med och utan en optisk fiber i kaviteten.

[0059] I en annan utföringsform bestämmer styrenheten 6 signalsvarsegenskaperna förbulten l i syfte att bestämma en fysisk deformation, t.eX. förlängning, med hjälp av optiskkommunikation i fritt utrymme, FSO. FSO är en teknik som betyder att kaviteten 4 används på samma sätt som tidigare beskrivits med den optiska fibem 20 men utan fiber.

[0060] Vid ytterligare en annan utföringsform bestämmer styrenheten 6 signalsvarsegenskaperna för bulten l i syfte att bestämma en fysisk deformation, t.eX. förlängning. Med hjälp av interferometri, företrädesvis optisk interferometri. 12 Interferometri är en mätmetod vid vilken vågor superponeras i syfte att hämta information om vågorna.

[0061] Den fysiska deformationen, t.eX. förlängning, i utföringsformema ovan är töjningi längdriktningen men den kan också vara andra fysiska deformationer, såsom exempelvisvridning eller brott orsakad av en yttre kraft. Mätmetoderna ovan kan också användas förtöjningskontroll, dvs. metoden används för att detektera avvikelser eller felfunktion, som t.eX. vridmoment, störningar eller inkorrekta resultat.

[0062] Med hänvisning till Fig. 2 visas att system 14 av intelligenta bultar 1 monteradepå ett konstruktionselement, i detta fall en flygplansvinge W. Systemet har vidare centralmjukvara och infrastruktur 13. Bultama 1 i systemet 14 övervakar töjning med ettfrekvensintervall av t.eX. mellan en gång per sekund och en gång per år med hjälp avnågon av mätmetoderna ovan. Bultama 1 kommunicerar med varandra, varvid en bult 1tar emot data från alla andra bultar. Bulten 1 som tar emot data från alla andra bultar 1skickar den samlade informationen från alla bultar 1 i systemet till den centralamjukvaran. Detta speciella förfarande är fördelaktigt då ingen trådlös nätverksanslutningfinns tillgänglig. Ett exempel kan vara bultar 1 installerade längs en järnvägstunnel,varvid en bult kommunicerar med nästa osv. t.eX. via Bluetooth® tills data når a bultutanför tunneln, som därefter kan använda en trådlös nätverkskommunikation för att överföra all data till den centrala mjukvaran 13.

[0063] I Fig. 3 visas en liknande konstruktion som i Fig. 2 med ett system 14 avintelligenta bultar 1 fästa på en flygplansvinge W. Systemet 14 har vidare centralmjukvara och infrastruktur 13. Bultarna 1 i systemet 14 övervakar töjning frekvent meni denna utföringsform kommunicerar varje intelligent bult 1 direkt med den centrala mjukvaran 13.

[0064] Fig. 4 visar ett flödesschema, i vilket en metod 400 för mätning enligt löptidsmetoden beskrivs med hänvisning till en bult 1 av den typ som beskrivits ovan.

[0065] I det första setget 401 styr styrenheten 6 ljusemittern att emittera ett ljuspulståg ini kaviteten 4 i den mekaniska komponenten 1 och samtidigt startar styrenheten 6 en tidsmätning genom att starta en klocka vid tidpunkten Tl. Det emitterade ljuspulståget 13 går genom kaviteten 4 och i steg 402 når botten, där det reflekteras. Därifrån startarljuspulståget sin väg tillbaka genom kaviteten 4 i riktning mot detektorn. I steg 403detekteras det reflekterade ljuspulståget av detektorn och tidsmätningen avslutas vid tidpunkten T2.

[0066]I steg 404 analyserar styrenheten 6 pulstågets signalsvarsegenskaper, t.eX.signalstyrka, amplitud och pulsform. Steg 409 beskriver det fall då inget pulstågdetekteras inom en viss tid eller om den detekterade signalen störts på något sätt.Styrenheten styr då ett felmeddelande. Detta kan göras via kommunikationsenheten l0eller t.eX. med ett visuellt organ, t.eX. med en diod (icke visad) som ändrar färg från grönttill rött. Om å andra sidan den detekterade pulsen är OK, som beskrivs i steg 405,bestämmer styrenheten 6 den tid det tog for pulsen att gå från kavitetens 4 övre del, tillbotten och tillbaka till den övre delen igen som T2-Tl. Den utnyttjar denna tid och löptidsmetoden för att bestämma fysisk deformation, i detta fall töjningsdata eller förlängning, av bulten.

[0067] I steg 406 jämför styrenheten 6 bestämda töjningsdata, eller förlängning, med ettreferensvärde. Om töjningsdata ligger inom ett förinställt, accepterat område kanstyrenheten antingen styra kommunikationsenheten l0 att skicka det bestämda värdet tillen eXtem enhet l3, l4, t.eX. en dator, och/eller aktivera en grön diod, steg 407, eller ocksålagra nämnda bestämda töjningsdata i minnesenheten 7, steg 408. Den kan i vissa utföringsformer utföra både steg 407 och steg 408.

[0068] I steg 4l0 ligger bestämda töjningsdata inte inom det förinställda, accepteradeområdet och styrenheten skickar någon form av larm avseende otillräcklig töjning. Dettakan t.eX. åstadkommas av ett felmeddelande till en eXtem enhet l3, l4, såsom en dator,eller genom tändning av en röd diod. Styrenheten 6 kan också, steg 4l l, lagra bestämdatöjningsdata i minnesenheten 7. Den kan i vissa utföringsforrner utföra både steg 4l0 och 4ll.

[0069] Fig. 5 visar ett flödesschema, i vilket en metod 500 för mätning enligt interferometrimetoden beskrivs med hänvisning till en bult l av den ovan beskrivna typen. 14

[0070] Det första steget 501 är att styrenheten styr ljussändaren att emittera ett ljuspulstågin i den mekaniska komponentens 1 kavitet 4 och att samtidigt styrenheten initierar entidmätning genom att starta en klocka vid tidpunkten T1. Det emitterade ljuspulståget gårgenom kaviteten 4 och i steg 502 når botten, där det reflekteras. Därifrån startarljuspulståget sin väg tillbaka genom kaviteten 4 i riktning mot detektorn. I steg 503detekteras det reflekterade ljuspulståget av detektom och tidmätningen avslutas vid tidpunkten T2.

[0071] I steg 504 analyserar styrenheten 6 pulsens signalsvarsegenskaper, dvs. t.eX.interferensmönster, signalstyrka, amplitud och pulsform. Steg 509 beskriver det fall dåinget reflekterat pulståg detekteras inom en viss tidsperiod eller om den detekteradesignalen är störd på något satt. Styrenheten 6 styr därefter ett felmeddelande. Detta kanske via kommunikationsenheten 10 eller t.eX. med ett synligt organ, t.eX. en diod (ickevisad), som ändrar färg från grönt till rött. Om å andra sidan den detekterade pulsen ärOK, som beskrivs i steg 505, analyserar styrenheten 6 interferensmönstret. Den utnyttjardå interferometri för att bestämma fysisk deformation, i detta fall töjning eller förlängning, av bulten.

[0072] I steg 506 jämför styrenheten bestämda töjningsdata med ett referensvärde. Omtöjningsdata ligger inom ett förinställt, accepterat område kan styrenheten 6 antingenstyra kommunikationsenheten 10 att skicka det bestämda värdet till en extern enhet 13,14, såsom en dator, och/eller kan den tända en grön diod, steg 507, eller kan den ocksålagra bestämda töjningsdata i minnesenheten 7, steg 508. Den kan i vissa utföringsformer utföra både steg 507 och steg 508.

[0073] I steg 510 ligger bestämda töjningsdata inte inom det förinställda, accepteradeområdet och styrenheten 6 styr någon typ av larm avseende otillräcklig töjning. Detta kanexempelvis ske med ett felmeddelande till en eXtem enhet 13, 14, såsom en dator, ellergenom tändning av en röd diod. Styrenheten 6 kan också, steg 511, lagra bestämdatöjningsdata i minnesenheten 7. Den kan i vissa utföringsforrner utföra både steg 510 och steg 511.

[0074] I Fig. 6 visas en underytantillämpning av bulten 100 utvecklad förundervattensbruk. Denna bult 100 har ett huvud 103 och ett skaft 102 med en långsträckt kavitet 104 som sträcker sig från huvudet 103 in i skaftet 102. Bulten 100 är försedd medett elektronikpaket 105, som i grunden innehåller samma komponenter som den tidigarebeskrivna bulten 1 och som har samma egenskaper som denna bult men den är vidareutrustad med en huv eller överdrag 101 på bultens 100 huvud. Innanför huven 101 finnsen mottagare 107 för mottagning av radiosignaler. Signalema kan komma från enBluetooth®-sändare, möjligen en Bluetooth®-sändare av lågenergityp (icke visad), ellernågon annan lämplig sändare försedd med elektronikpaketet 105. Huven 101 är vidareförsedd med en spole 108 för kontaktfri, induktiv energiöverföring till elektronikpaketet105. Bulten 101 är försedd med en ledning 106 kopplad till en annan bult eller direkt till en extem datauppsamlingsanordning.

[0075] Elektronikpaketet 105 och huven 101 har således ingen direkt kontakt medvarandra, ingen galvanisk kontakt men kommunikation och energiöverföring mellan debåda är fortfarande möjlig. Elektronikenheten 105 är förseglad inuti huvudet 103 avbulten 100 och är således skyddad från yttre element. Bulten 100 är därför anpassad föranvändning djupt under vattnet; och klarar sig flera tusen meter under ytan. Detta är mycket användbart i t.ex. offshoreindustrin.

[0076] Ett exempel på en grafisk presentation av uppmätta värden visas i Fig. 7. När enkontrollant eller inspektör använder en handhållen anordning för kontroll av töjningsdatafrån en bult kan hen få denna grafiska presentation på displayen. Den kan i en annanutföringsform visas på en display på en extern anordning, antingen när ett mätvärde efterfrågas eller med regelbundna intervaller.

[0077] Diagrammet visar förspänning på y-axeln och tid på x-axeln. I ett verkligt fall kanenhetema på axlarna kundanpassas för det aktuella fallet. Både förspänning och tid kanuttryckas med lämpliga respektive enheter. Diagrammet innefattar tre fält, somrepresenterar hög, låg och accepterad förspänning. Alla mätvärden, som representeras avstj ämor, önskas hamna inom det accepterade området. Om ett värde dyker upp i det lågaområdet kan bulten vara lös. Om ett värde hamnar i det höga området kan bulten vara skadad p. g.a. för stor förspänning och i värsta fall gått av i två delar.

[0078] När en mätning är gjord, dvs. kontrollanten läser av töjningsvärdet från en bult, visas en markering i diagrammet, här i form av en stjäma. Nästa gång ett värde för samma 16 bult mäts visas en ny markering i diagrammet. Exempeldiagrammet i figuren visar såledessex mätvärden för en specifik bult. De fyra första vardena liksom det sista är ok; de liggerväl inom det accepterade området. Det fjärde värdet ligger dock på gränsen till att varaför lågt och det femte värdet är definitivt för lågt. Detta är ett hjälpverktyg förkontrollanten; hen kan se hur förspänningen ändras över tid och även förutse när bultenbehöver dras åt. Uppsamlad förspänningsdata kan också behandlas av den externaanordningen och den tidpunkt då förspänningen kommer att ligga nära det låga områdetkan beräknas och förutses, t.eX. genom eXtrapolering av mätvärdena. För att ytterligarehjälpa inspektören kan värden utanför det accepterade området vara färgkodade, t.eX. markeringar i rött om värdet är för lågt.

[0079] Det torde inses att uppfinningskonceptet inte är begränsat till utföringsformemasom beskrivits ovan och många modifieringar är rimliga inom ramen för uppfinningensom definieras i efterföljande patentkrav. Som förstås av beskrivningen är systemet enligtuppfinningen inte tillämpbart enbart på fästorgan utan även på andra mekaniskakomponenter, såsom gängade fästdon, t.eX. skruvar, bultar, pinnbultar, specialformade,gängade fästdon av hantyp eller gängade stänger. Tekniken att bestämma töjning av enmekanisk komponent som beskrivits ovan, är tillämpbar på många olika områden medbehov av hög säkerhet, t.eX. inom olje-, kärnkrafts-, vindkrafts-, flyg-, bil-, process- eller gruvindustrin men också inom områden som mätteknik och vibrationsmätningar.

Claims (27)

1. Mekanisk komponent som har ett parti vilket deformeras när det utsatts för töjningoch som har en kavitet (4;104), varvid komponenten vidare har en optisk enhet (12)anordnad att emittera ljus in i kaviteten (4) och detektera reflekterat ljus; en styrenhet (6)ansluten till den optiska enheten (12) och anordnad att bestämma egenskaperna hos detsignalsvar som åstadkommes av det emitterad ljus som går från den optiska enheten (12)in i kaviteten (4;104), reflekteras och går tillbaka till den optiska enheten (12), varvidstyrenheten (6) vidare är anordnad att bestämma fysisk deformation hos partiet av denmekaniska komponenten (1;100) utifrån egenskaperna hos signalsvaret och bestämmatöjningsdata från den fysiska deformationen; och en kommunikationsenhet (10) anslutentill styrenheten (6) och anordnad att skicka töjningsdata för den mekaniska komponenten (1;100) till en extern anordning (13;14).

2. Mekanisk komponent enligt krav 1, varvid styrenheten (6) är anordnad att bestämma fysisk deformation med hjälp av löptidsmetoden eller interferometri.

3. Mekanisk komponent enligt krav 1 eller 2, varvid den optiska enheten (12) har enljussändare och en ljusdetektor; och varvid styrenheten (6) har en mikrostyrkrets anordnad att styra ljussändaren.

4. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid den optiska enheten (12) är en laser.

5. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, vidare innefattande en laddningsenhet (8) anordnad att hämta energi från omgivningen.

6. Mekanisk komponent enligt krav 5, vidare innefattande en energilagringsenhet (9)anordnad att lagra energi upptagen av laddningssenheten (8) och mata energi till styrenheten (6) och kommunikationsenheten (10).

7. Mekanisk komponent enligt krav 6, varvid energilagringsenheten (9) innefattar en ackumulator, företrädesvis ett batteri. 18

8. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, vidare innefattande en minnesenhet (7) anordnad att lagra förinställd tillverkningsdata och nämnda töjningsdata.

9. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid kommunikationsenheten (10) är trådlös.

10. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, vidare innefattande en stödsensorenhet (1 1).

11. Mekanisk komponent enligt krav 10, varvid stödsensorenheten (11) innefattar en temperatursensor.

12. Mekanisk komponent enligt krav 10, varvid stödsensorenheten (11) innefattar en positioneringsanordning.

13. Mekanisk komponent enligt krav 10, varvid stödsensorenheten (11) innefattar en fuktsensor.

14. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid komponenten(1;100) ingår i ett nätverk vilket också har central mjukvara (13) anordnad att övervakanämnda töjningsdata för alla komponenter (1;100) som ingår i nätverket (15) och automatiskt rapportera normal funktion, felfunktion eller avvikelser.

15. Mekanisk komponent enligt krav 14, varvid komponenten (1 ; 100) är anordnad att kommunicera med motsvarande komponenter (1;100) som ingår i nätverket.

16. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav,, varvid komponenten(1;100) är ett fästelement, såsom en bult, en skruv eller en nit anordnad att spänna ihop delar.

17. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid kaviteten är en långsträckt borrning (4;104) i komponenten (1;100).

18. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid kaviteten (4;104)innehåller en optisk fiber (20). 19

19. Metod att mäta töjning i en mekanisk komponent (1;100) som har en kavitet(4:104); innefattande stegen: ernittering av ett 1juspu1ståg från en optisk enhet (12) in i en kavitet (4;104); detektering av ett reflekterat 1juspu1ståg med den optiska enheten (12); bestämning av egenskapema i signa1svaret som åstadkommes av det emitterade1juset från den optiska enheten (12), vi1ket går in i kaviteten (4;104), reflekteras ochgår ti11baka ti11 den optiska enheten (12), och bestämning av den fysiska deforrnationen iden mekaniska komponenten (1 ; 100) utifrån egenskaperna hos det bestämdasigna1svaret, för bestämning av töjningsdata utifrån den fysiska deformationen; och skickande av töjningsdata ti11 en extern anordning (13,14).

20. Metod en1igt krav 19, varvid den fysiska deformationen bestäms genom 1öptidsmetoden e11er interferometri.

21. Metod en1igt krav 19 e11er 20, varvid nämnda töjningsdata skickas ti11 en handhå11en kommunikationsanordning (14)

22. Metod en1igt vi1ket som he1st av kraven 19-21, varvid nämnda töjningsdata skickas via ett trådlöst kommunikationssystem.

23. Metod en1igt vi1ket som he1st av kraven 19-22, varvid nämnda töjningsdata skickas i ett nätverk av mekaniska komponenter.

24. System innefattande:ett anta1 mekaniska komponenter (1;100) en1igt något av kraven 1-18; ochcentra1 programvara och infrastruktur (13) anordnad att övervaka töjningsdataför a11a komponenter som ingår i systemet och automatiskt rapportera norma1 funktion, fe1funktion e11er avvike1ser.

25. System en1igt krav 24, varvid information 1äses från/skrives ti11 de mekaniska komponenterna (1;100).

26. Konstruktionse1ement, såsom en flygp1ansvinge (W), som har ett anta1 mekaniska komponenter (1;100) en1igt något av kraven 1-18.

27. Konstruktionse1ement en1igt krav 26, varvid de mekaniska komponentema (1;100) är kopp1ade i ett nätverk.