CN109813474A - 基于超声波螺栓预紧力监测方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于超声波螺栓预紧力测量方法、装置、设备及存储介质，属于超声检测技术领域。它解决了现有超声波监测效果差等问题。本基于超声波螺栓预紧力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：SI1：接收需要测的螺栓指令信号；SI2：向待测的螺栓发射超声波；SI3：接收超声波回波并生成测量数据；SI4：调取被测螺栓的预存数据；SI5：超声波回波的测量数据与预存数据对比并计算获得预紧力大小；SI6：输出预紧力。本发明具有监测效果好等优点。
Description
技术领域
本发明属于超声检测技术领域，特别涉及一种基于超声波螺栓预紧力测量方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
螺栓作为紧固件，被广泛应用于日常生活当中和工业生产制造当中。但是螺栓所起的作用却不可小视，一旦其失效往往会导致整个机械装置无法工作，严重的甚至会导致机毁人亡的后果，尤其是在铁路桥梁、水电水利、风电核电、交通运输、航空航天等领域中。因此，准确掌握螺栓预紧力并根据监测结果进行必要的修正，对安全生产尤为重要。
螺栓的预紧力，是指所有的螺栓都需要拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到作用力。预紧能提高螺栓连接的可靠性，防松能力和螺栓的抗疲劳程度，增强连接的紧密性和刚性。对于一个特定的螺栓而言，其预紧力的大小与螺栓的拧紧力矩、螺栓与螺母之间的摩擦力、螺母与被联接件之间的摩擦力相关。
为了保证设备能够安全运行，为了能够及时消除安全隐患，现通常对螺栓的预紧力进行检测，在螺栓失效前即可维修、更换螺栓，但是现有的螺栓预紧力的检测方法无法实现监测，监测效果差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种监测效果好的基于超声波螺栓预紧力监测方法、装置、设备及存储介质。
本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种基于超声波螺栓预紧力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
SI1：接收需要测的螺栓指令信号；
SI2：向待测的螺栓发射超声波；
SI3：接收超声波回波并生成测量数据；
SI4：调取被测螺栓的预存数据；
SI5：超声波回波的测量数据与预存数据对比并计算获得预紧力大小；
SI6：输出预紧力。
工作原理：本发明在螺栓安装前先对螺栓进行应力检测并作为预存数据，由于每台机器的安装需要大量的螺栓，本发明在监测前先挑选需要被测的螺栓，获得该螺栓反射的超声波回波后，再调取该螺栓安装前的预存数据，比对数据后获得预紧力大小。本发明在测量每个螺栓的预紧力时，均根据每个螺栓自身的应力进行计算，使每个螺栓的预紧力的测量更加精确，防止误测，提升螺栓的监测效果。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测方法中，所述的步骤SI4中的预存数据为每个螺栓未拧状态下通过超声波测量的应力数据。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测方法中，每个螺栓均设置有对应的超声波探头。
本发明的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种基于超声波螺栓预紧力监测装置，其特征在于，包括控制端、处理器端、至少2个超声波探头；
所述的控制端包括输入端和输出端；
所述的操作端或处理器端设置有存储模块，所述的存储模块预存有螺栓安装前的应力数据并供调取；
所述的输入端用于输入操作指令，所述的处理器端接收操作指令、挑选对应的超声波探头并发送操作指令；
所述的超声波探头用于接收操作指令、向螺栓散发超声波、接收超声波回波信号并将超声波回波信号传输至处理器端；
所述的处理器端接收超声波回波信号、从存储模块调取对应螺栓安装前的应力数据、计算获得螺栓预紧力数据并发送至输出端；
所述的输出端用于接收螺栓预紧力数据并显示。
工作原理：本监测装置先测量螺栓未拧状态的应力并预存，在对设备上的螺栓进行监测的过程中，与该螺栓的预存的数据进行对比，根据每个螺栓自身的应力进行计算，使每个螺栓的预紧力的测量更加精确，防止误测，提升螺栓的监测效果。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测装置中，所述存储模块预存的数据为螺栓未拧状态下通过超声波探头测量的应力数据，通过输入模块输入应力数据并发送至存储模块，所述的存储模块接收应力数据并存储。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测装置中，所述的控制端具有第一通讯模块，所述的处理器端具有第二通讯模块，所述的第一通讯模块与第二通讯模块通讯连接并供操作端与处理器端传输数据。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测装置中，还包括转接板，所述的转接板分别与处理器端和超声波探头通讯连接。
本发明的第三个目的可通过下列技术方案来实现：一种基于超声波螺栓预紧力监测设备，其特征在于，包括操作端；至少2个超声波探头；一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行以下步骤：
SII1：操作端接收输入的待测螺栓指令信号；
SII2：处理器接收待测的螺栓指令信号并选择对应的超声波探头并向待测的螺栓发射超声波；
SII3：超声波探头接收超声波回波并形成回波信号传输至处理器；
SII4：处理器调取被测螺栓的预存数据；
SII5：超声波回波与预存数据对比计算并获得预紧力；
SII6：操作端输出预紧力。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测设备，其特征在于，所述的预存数据为螺栓在未拧状态下通过超声波测量的应力数据。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测设备，其特征在于，所述的预存数据存储于存储器中。
本发明的第四个目的可通过下列技术方案来实现：一种基于超声波螺栓预紧力监测存储介质，存储有与操作端、至少2个超声波探头结合使用的程序，所述的程序可被处理器执行以完成以下步骤：
SIII1：接收操作端输入的待测螺栓指令信号；
SIII2：向与待测螺栓相对应的超声波探头发送操作指令；
SIII3：接收超声波探头收到的超声波回波并生成检测数据；
SIII4：调取被测螺栓的预存数据；
SIII5：通过检测数据与预存数据对比计算得出预紧力；
SIII6：输出预紧力。
在上述的基于超声波螺栓预紧力监测介质中，所述的预存数据为螺栓未拧状态下通过超声波检测的应力数据。
与现在技术相比，本发明根据不同的待测螺栓，选择对应的超声波探头进行检测，再与未拧状态的该螺栓的数据进行对比，使得测出的数据更加精确，防止误测，提升对螺栓的监测效果。
附图说明
图1是本发明的步骤原理示意图。
图2是本发明的***原理示意图。
图中，1、操作端；2、处理器端；3、超声波探头；4、输入端；5、输出端；6、存储模块；7、第一通讯模块；8、第二通讯模块；9、转接板。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，本基于超声波螺栓预紧力监测方法包括以下步骤：SI1：接收需要测的螺栓指令信号；SI2：向待测的螺栓发射超声波；SI3：接收超声波回波并生成测量数据；SI4：调取被测螺栓的预存数据；SI5：超声波回波的测量数据与预存数据对比并计算获得预紧力大小；SI6：输出预紧力。
进一步细说，步骤SI4中的预存数据为每个螺栓未拧状态下通过超声波测量的应力数据。
进一步细说，每个螺栓均设置有对应的超声波探头3。
如图1、图2所示，本基于超声波螺栓预紧力监测装置包括控制端、处理器端2、至少2个超声波探头3；控制端包括输入端4和输出端5；操作端1或处理器端2设置有存储模块6，存储模块6预存有螺栓安装前的应力数据并供调取；输入端4用于输入操作指令，处理器端2接收操作指令、挑选对应的超声波探头3并发送操作指令；超声波探头3用于接收操作指令、向螺栓散发超声波、接收超声波回波信号并将超声波回波信号传输至处理器端2；处理器端2接收超声波回波信号、从存储模块6调取对应螺栓安装前的应力数据、计算获得螺栓预紧力数据并发送至输出端5；输出端5用于接收螺栓预紧力数据并显示。
进一步细说，存储模块6预存的数据为螺栓未拧状态下通过超声波探头3测量的应力数据，通过输入模块输入应力数据并发送至存储模块6，存储模块6接收应力数据并存储。
进一步细说，控制端具有第一通讯模块7，处理器端2具有第二通讯模块8，第一通讯模块7与第二通讯模块8通讯连接并供操作端1与处理器端2传输数据。
进一步细说，还包括转接板9，转接板9分别与处理器端2和超声波探头3通讯连接。
如图1所示，本基于超声波螺栓预紧力监测设备包括操作端1；至少2个超声波探头3；一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，程序包括用于执行以下步骤：SII1：操作端1接收输入的待测螺栓指令信号；SII2：处理器接收待测的螺栓指令信号并选择对应的超声波探头3并向待测的螺栓发射超声波；SII3：超声波探头3接收超声波回波并形成回波信号传输至处理器；SII4：处理器调取被测螺栓的预存数据；SII5：超声波回波与预存数据对比计算并获得预紧力；SII6：操作端1输出预紧力。
进一步细说，预存数据为螺栓在未拧状态下通过超声波测量的应力数据。
进一步细说，预存数据存储于存储器中。
如图1所示，本基于超声波螺栓预紧力监测存储介质，存储有与操作端1、至少2个超声波探头3结合使用的程序，程序可被处理器执行以完成以下步骤：SIII1：接收操作端1输入的待测螺栓指令信号；SIII2：向与待测螺栓相对应的超声波探头3发送操作指令；SIII3：接收超声波探头3收到的超声波回波并生成检测数据；SIII4：调取被测螺栓的预存数据；SIII5：通过检测数据与预存数据对比计算得出预紧力；SIII6：输出预紧力。
进一步细说，预存数据为螺栓未拧状态下通过超声波检测的应力数据。
上述的操作端1为电脑端或移动端，操作人员通过操作操作端1选择需要测量的螺栓，即可使与需要测量螺栓相对应的超声波探头3发射波声波，并接收超声波回波，与该螺栓未拧状态下已测的应力对比计算，获得该螺栓的预紧力，操作人员再跟据预紧力判断螺栓是否存在损坏的风险，若存在风险，可及时更换，能够有效防止事故的发生。
由于螺栓数量多，为了保证对每一个螺栓的监测，每一个螺栓均安装有对应的超声波探头3，仅需要控制对应的超声波探头3运行即可实现对每一个螺栓的监测。由于超声波探头3数量多，需要使用转接板9与每个超声波探头3进行连接。处理器通过转接板9选择需要挑选的超声波探头3，实现在对一直超声波探头3的控制。转接板9可用RS-485。
由于超声波探头3连接在设备上，，操作端1与处理器通过通讯连接，能够通过远程操作，即可实现对设备上螺栓的监测，无需工作人员赶到现场。
超声波探头3发射并接收回波，具有明显界面波，可测出被测对象的声速
式中：Cs为螺栓声速，δ为螺栓几何厚度，ts为螺栓的一次底波，t0为接收探头声匹配块表面波；
进行螺栓未拧状态下的声速测定，使用声速变化率和施加标定载荷获得声弹性系数Kσ，声弹性系数Kσ是以施加标定载荷σF、螺栓拧紧前后的声速变化ΔC和螺栓未拧状态下声速Cs为变量的函数：
式中，σF为施加标定载荷，ΔC为加载前后的声速变化；
加载标定载荷的表达式为：
式中：σF为标定施加的载荷，ΔC为加载前后的声速变化，b‘为常量；
这种标定方式，声速与螺栓自身的绝对声速无关，求取反函数
令那么预紧力测试的表达式为
其中，
式中，tσ为测试螺栓施加应力时的渡越时间(TOF)，tsd为测试螺栓未施加应力时的渡越时间(TOF)。
根据每一个测试螺栓未施加应力时的值进行计算测试螺栓在拧紧后的预紧力，从而判断螺栓是否存在损坏的风险，计算更加精确，且能够对每个螺栓进行实时监测，提升检测效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了大量术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (9)
1.一种基于超声波螺栓预紧力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
SI1：接收需要测的螺栓指令信号；
SI2：向待测的螺栓发射超声波；
SI3：接收超声波回波并生成测量数据；
SI4：调取被测螺栓的预存数据；
SI5：超声波回波的测量数据与预存数据对比并计算获得预紧力大小；
SI6：输出预紧力。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测方法，其特征在于，所述的步骤SI4中的预存数据为每个螺栓未拧状态下通过超声波测量的应力数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测方法，其特征在于，所述的螺栓均设置有对应的超声波探头(3)。
4.一种基于超声波螺栓预紧力监测装置，其特征在于，包括操作端(1)、处理器端(2)、至少2个超声波探头(3)；
所述的操作端(1)包括输入端(4)和输出端(5)；
所述的操作端(1)或处理器端(2)设置有存储模块(6)，所述的存储模块(6)预存有螺栓安装前的应力数据并供调取；
所述的输入端(4)用于输入操作指令，所述的处理器端(2)接收操作指令、挑选对应的超声波探头(3)并发送操作指令；
所述的超声波探头(3)用于接收操作指令、向螺栓散发超声波、接收超声波回波信号并将超声波回波信号传输至处理器端(2)；
所述的处理器端(2)接收超声波回波信号、从存储模块(6)调取对应螺栓安装前的应力数据、计算获得螺栓预紧力数据并发送至输出端(5)；
所述的输出端(5)用于接收螺栓预紧力数据并显示。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述存储模块(6)预存的数据为螺栓未拧状态下通过超声波探头(3)测量的应力数据，通过输入模块输入应力数据并发送至存储模块(6)，所述的存储模块(6)接收应力数据并存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述的操作端(1)具有第一通讯模块(7)，所述的处理器端(2)具有第二通讯模块(8)，所述的第一通讯模块(7)与第二通讯模块(8)通讯连接并供操作端(1)与处理器端(2)传输数据。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测装置，其特征在于，还包括转接板(9)，所述的转接板(9)分别与处理器端(2)和超声波探头(3)通讯连接。
8.一种基于超声波螺栓预紧力监测设备，其特征在于，包括操作端(1)；至少2个超声波探头(3)；一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1-3任意一项所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测方法的步骤。
9.一种基于超声波螺栓预紧力监测存储介质，存储有与操作端(1)、至少2个超声波探头(3)结合使用的程序，所述的程序可被处理器执行以完成如权利要求1-3任意一项所述的一种基于超声波螺栓预紧力监测方法的步骤。
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