SE533385C2 - Förfarande och anordning för mätning med hjälp av ultraljud - Google Patents

Description

25 30 533 335 Detta problem har angripits med olika mer eller mindre sofistikerade lösningar. Exempelvis kan man öka dimensionerna pà det fästelement som används i förhållande till det teoretiskt nödvändiga, vilket innebär att även om man inte drar det större fästelementet med maximalt àtdragningsmoment kan man vara säker pà att det är minst så hårt åtdraget som den specifika konstruktionen kräver.

Enligt en annan lösning kan man efter àtdragning 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 fràn förlängningen av fästelementet till följd av átdragningen. Sådan mätning med hjälp av ultraljud förutsätter att man i förväg mäter (längden pà) fästelementet, dvs. med fästelementet obelastat, och sedan mäter efter àtdragningen, för att bestämma förlängningen.

För sådan ultraljudsbaserad mätning krävs dock akustisk förbindelse mellan den omvandlare som skickar in A 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 àtdragningen, eftersom den tid det tar att mäta med ultraljud ofrånkomligen avsevärt överskrider den tid det tar att genomföra själva åtdragningen.

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

Den förekommer istället där ätdragningskraften är viktigare än hur snabbt àtdragningen kan ske.

Det föreligger alltså ett behov av en metod som medger mätning med hjälp av ultraljud under pågående àtdragning, utan att detta avsevärt påverkar åtdragningstiden. 10 15 20 25 30 533 385 Vidare är ultraljudsmätning förutom vid àtdragning 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 pà ett enkelt sätt, samtidigt som man uppnår godtagbart signal/brusförhàllande 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 1, 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 föremàl 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 fràn frekvensen f för var och en av de andra sändsignalerna i uppsättningen. Ekon fràn sändsignalerna tas emot och utgående fràn 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 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 10 15 20 25 30 533 385 omvandlaren i stor omfattning beror pà den faktiska frekvensen hos den signal som skickas in.

Fler kännetecken pà och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande närmare beskriviing av föredragna utföringsformer, under hänvisning till bifogade ritningsfigurer, vilka är avsedda endast som exempel och inte ska tolkas som begränsande i nàgot som helst avseende, KORTFATTAD RITNINGSBESKRIVNING Fig. 1 visar schematiskt principen för ultraljudsmätning.

Fig. 2A - 2B visar ett verktyg för àtdragning 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 pä en signal vid mätning med hjälp av ultraljud.

Fig. 5 visar ett exempel pà 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 på ett förfarande enligt föreliggande uppfinning.

NÅRMARE 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 fasthàllningskraft. Som också nämndes ovan kan man kontrollera àtdragningskraften (fasthàllningskraften) i sådana fogar genom att mäta hur mycket fästelementet förlängs under àtdragningen, exempelvis med hjälp av ultraljud. Mätning av förlängningen kan ge en avsevärt noggrannare mätning av àtdragningskraften än 10 l5 20 25 30 533 385 exempelvis en mätning av âtdragningsmomentet och vridningsvinkeln hos monteringsverktyget.

Ultraljudsmätning har utnyttjats pà olika tekniska områden, och normalt genereras en ljudvàg 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 àtdragning 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 pulståg från en omvandlare 102, som har kontakt med fästelementet i en plats A. (En del av) den inskickade pulsen (pulstàget) 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 ultraljudvàgor; alternativt kan en separat mottagare användas för att ta emot de reflekterade ljudvàgorna). 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, sä 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 fàstelement vid en àtdragning jämför man ett eko som erhålls efter genomförd àtdragning med ett eko som erhålls innan ätdragningen påbörjats, vilket ger underlag för en beräkning av förlängningen. 10 15 20 25 30 533 385 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 föremäl 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 fràn gränsytan mellan luften och föremålet, vilket gör att ingen eller bara en liten del av den avgivna energin faktiskt tränger in i det föremàl 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 när den ände som ligger närmast omvandlaren, vilket gör att bara en liten del eller ingen del av den avgivna energin àterfàs i omvandlaren.

För att mätningen ska hälla hög kvalitet är det därför viktigt att man har god akustisk förbindelse mellan omvandlaren och det föremål som ska mätas. Detta kan man exempelvis uppnà genom att applicera glycerol pà 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 där tidsàtgàngen är kritisk, exempelvis vid àtdragning av fästelement pà en monteringslinje. 10 15 20 25 30 533 385 En lösning pà 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 ofrànkomligen 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 pà ett enkelt sätt, exempelvis för att mäta åtdragning vid åtdragning 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).

Anordningen 200 har vidare en utgående motoraxel 223, som är förbunden med en kuggväxel 216, vilket möjliggör drivning av 10 l5 20 25 30 533 385 ett fästelement via anordningen 200 med ett varvtal som skiljer sig från varvtalet hos motorn 215.

Vidare sträcker sig en utgående kuggväxelaxel 224 från kuggvàxeln 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 jhål, 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 gà 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 mittenhålet i hylsan 214 och når strax bortom den yta 240 i hylsan 214 som bottnar mot fästelementet 217 vid åtdragningen 10 15 20 25 30 533 385 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. Màttet pà 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 när 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 mätvárde 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 fä 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 ljudvàgsenergin, 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 fràn fästelementet, varvid signaleffekten minskar ytterligare, till exempelvis 10% av den resterande signalen. Detta innebär att det eko som når 10 '15 20 25 30 533 385 10 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 áterfàs tillbaka till omvandlaren i stor utsträckning bestäms av den faktiska frekvensen hos det utsända ljudet.

Detta exemplifieras i figurerna 3A-3C, som visar exempel pà amplitudvariationer hos mottagna ekon, som funktion av den ,.avgivna;signalens frekvens. Figuren 3A visar ett diagram fràn = ett system där ett kontaktskikt med tjockleken 0,2 mm används. aLängs 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 fär 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 material mellan omvandlaren och det föremål som ska mätas. En omvandlare kan normalt göra många mätningar under en enda l0 15 20 25 30 533 385 ll sekund, t.ex. tusen mätningar eller mer, vilket innebär att ett stort antal frekvenser kan provas inledningsvis pá relativt kort tid, så att det gär att välja lämplig ultraljudsfrekvens för de faktiska mätningarna.

Allmänt sett kommer läget för topparna enligt figuren 3A att vara olika beroende på vilket kontaktskikt som provas, och på vilket föremål som mäts. Enligt uppfinningen kan man förvänta sig att mätning pä 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 pà 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 omrâde, vilket gör att verktyget snabbare blir klart för àtdragning.

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 30 533 385 12 Förutom materialtjockleken beror läget för frekvenstopparna också pä materialets transmittans och ljudets hastighet i materialet.

Föreliggande uppfinning gör det alltså möjligt att göra kvalitetsmätningar av föremål utan att glyceral 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 àtdragning. 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 ätdragningskraften kan mätas noggrant kan betydande materialbesparing uppnås, eftersom man ofta kan minska dimensionen hos fästelementet med ett eller tvà steg om . man kan garantera att önskad àtdragningskraft verkligen uppnås.

I fråga om signalbehandlingen gäller att när ultraljudsekot väl när 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 pulstàg 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 10 15 20 25 30 533 385 13 av det material som provas. Om det är ett fästelement som mäts motsvarar perioden At längden pà fästelementet, och eftersom fästelementet förlängs vid àtdragningen kommer perioden At att växa, varvid förändringen av At indikerar den faktiska förlängningen vid àtdragningen. Ãven om denna metod innebär ett enkelt sätt att mäta förlängningen av exempelvis ett fästelement, och därmed noggrann bestämning av àtdragningskraften, sä kan mätresultatet fortfarande vara flertydigt. Om exempelvis fästelementet inte är korrekt uppriktat i det ätdragande verktyget, så kan signalen deformeras så 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 pà 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 väggenerator för önskad frekvens, och signalen kan ha sinusform eller vara en 10 20 25 30 533 385 14 fyrkantvàg 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 pulståget 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 nä 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 pulstáget 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 faslàst 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 lO l5 20 25 30 533 385 15 509. Utsignalerna från multiplikatorerna/mixarna 509, 510 passerar sedan làgpassfiltren 512, 513, så att man får lägpassfiltrerade utsignaler frän I- respektive Q-kanalerna.

Ett exempel pà den làgpassfiltrerade I~signalen visas i figuren 6D, och ett exempel på den làgpassfiltrerade Q- signalen visas i figuren SE. De lägpassfiltrerade 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.

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

När en àtdragningsprocessfpåbörjas.kommer emellertid fàstelementet att börja förlängas; Denna fasförskjutning ändras därför att signalen nu kommer att fà 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 átdragning), och när denna fasförskjutning uppnått ett värde som motsvarar önskad förlängning av fästelementet och därmed önskad àtdragningskraft, så kan mikroprocessorn 516 generera en signal som indikerar att àtdragningen ska upphöra, varvid elmotorn i verktyget, exempelvis motorn 215 i figuren 2A, stannar och àtdragningen därmed upphör.

Mätningen av ekosignalens fasläge upprepas med så hög frekvens (t.ex. 1 kHz eller oftare) under àtdragningen att fasförskjutningen under àtdragningen kan bestämmas entydigt från mätning till mätning. 10 15 20 25 30 533 385 16 Mätförfarandet enligt föreliggande uppfinning har den fördelen att man inte behöver veta den exakta formen på den avgivna signalen, eftersom man aldrig gör nägra 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 pulstàgets maximala längd inte överskrida den tid det tar för signalen att vandra till exempelvis fästelementets motsatta ände och äter. I en utföringsform är sândsignalens 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 30 533 385 17 steget 702 för en ny mätning. Detta pàgàr 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, sä 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 sä 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 avlâsningsförfarandet 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, sà 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 àtdragning.

Claims (13)

10 15 20 25 30 533 385 18 Patentkrav:

1. Förfarande för mätning med hjälp av ultraljud, genom 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; kånnetecknat 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 sändsignalerna färdas från omvandlaren (102, 230, 502) till änden på nämnda föremål (101, 217, 501), där sändsignalerna reflekteras, varvid sändfrekvensen (f) hos var och en av nämnda uppsättning sändsignaler skiljer sig från sàndfrekvensen (f) hos de andra sändsignalerna i nämnda uppsättning av sändsignaler;. - b) att utgående från nämnda mottagna ekosignaler välja ut' minst en sändfrekvens (f) för användning vid ultraljudsmätning av nämnda föremål (101, 217, 501). - c) att vid mätning, sända i utvald sändfrekvens (f) och ta emot signaler som utgör ekon av nämnda utvalda sändfrekvens (f) varvid nämnda ekosignaler avläses genom demodulering på två ortogonala kanaler, sä att fasläget för en ekosignal kan bestämmas i relation till den utvalda sändsignalen;

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 = fiAf; 10 15 20 25 30 533 385 19 - i steg b) - bl) att avläsa signaleffekten och/eller amplituden hos en mottagen ekosignal från nämnda första sändslgnal; - b2) att avläsa signaleffekten och/eller amplituden hos en mottagen ekosignal från nämnda andra sändsignal; - b3) att jämföra de avlästa signalstyrkorna och/eller amplituderna hos nämnda mottagna ekosignaler, och - b4) 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 sàndfrekvens (f) väljs för mätning som väsentligen uppnår nämnda toppvärde för signaleffekt och/eller amplitud.

5. Förfarande enligt något av kraven 1 till 4, kånnetecknat av att nämnda sändsignaler alla har en egen och låst frekvens.

6. Förfarande enligt något av kraven l till 5, kännetecknat av att genomförandet av nämnda steg styrs av en mikroprocessor (516) som sitter i ett verktyg (200) för àtdragning av fästelement.

7. Förfarande enligt kravet 6, kännetecknat av att det även innefattar följande steg: 10 15 20 25 30 533 385 20 - att bestämma nämnda sändfrekvens innan ett fästelement (217, 501) dras åt; och - att i realtid göra en ultraljudsbaserad mätning under ätdragning av nämnda fästelement (217, 501) med nämnda verktyg (200) för àtdragning av fästelement.

8. Förfarande enligt något av kraven 1 till 7, kånnetecknat av att nämnda kontaktskikt (218) har en tjocklek pä 0,1-5 mm.

9. Förfarande enligt något av kraven 1 till 8, kånnetecknat av att att sändfrekvenserna ligger åtminstone inom ett delintervall pà 2-50 MHz.

10. Anordning för mätning med hjälp av ultraljud, innefattande: - 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, där signalen färdas från omvandlaren (102, 230, 502) till änden pà nämnda föremål (101, 217, 501), där sändsignalen reflekteras, 10 15 20 25 533 385 21 varvid sändfrekvensen (f) hos var och en av nämnda uppsättning sändsignaler skiljer sig från frekvensen hos de andra sändsignalerna i nämnda uppsättning av sàndsignaler; - att med nämnda omvandlare (102, 230, 502) ta emot signaler som utgör ekon av nämnda sändsignaler, - att utgående från nämnda mottagna ekosignaler välja ut minst en sändfrekvens (f) för användning vid ultraljudsmätning av nämnda föremål (101, 217, 501). - att vid mätning sända med den valda sändfrekvensen (f) och att avläsa dess ekosignaler genom demodulering på tvâ ortogonala kanaler, sà att fasläget för en ekosignal kan bestämmas i relation till den utvalda sändsignalen.

11. ll. Anordning enligt kravet 10, kännetecknad av att nämnda mottagningsorgan är nämnda omvandlare (102, 230, 502).

12. Anordning enligt kravet 10 eller 11, kännetecknad av att anordningen utgör ett verktyg (200) för àtdragning av fästelement.

13. Anordning enligt kravet 12, kännetecknad av att den har utformats för att mäta förlängningen hos ett fästelement (217, 501) som dras àt med nämnda àtdragningsanordning (200).