专利名称：用于测试已紧固的紧固件的测试方法和工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺钉紧固件的测试方法，其用来校验包括已紧固的螺钉紧固件的连接处根据第一方法已经被正确地紧固到屈服点之下，或者根据第二测试方法该连接处已经被正确地紧固到屈服点之上。本发明还涉及相对应的螺钉紧固件的测试工具。
背景技术：
在实践中，机器元件的螺钉紧固件的连接导致了机器元件遭受了由一个或多个独立的螺钉紧固件所施加的夹紧力。夹紧力的大小取决于螺钉紧固件的尺寸和独立的螺钉紧固件的紧固程度，从而典型地达到了预定紧固扭矩则关闭螺钉紧固工具。
使用螺钉紧固件来对诸如刚性钢板的刚性机器元件进行互相紧固的情况中遇到了特定问题。其原因是在这种情形中，可能存在螺钉起子由于达到了目标扭矩而停止工作的时刻，紧固件并未足够紧固来使得机器元件互相紧密地紧固。相反，在已紧固的螺钉紧固件的区域中，刚性板之间存在一定间隙，这是因为在那个位置上它们之间没有接触。利用这种方式紧固的紧固件是存在问题的，因为它们很可能由于疲劳而永久断裂，这是由于波动载荷将会被紧固件承受而并非减小了部件之间的夹紧载荷。
为了解决这个问题，已经提出在金属板之间设置垫片元件来搭接该间隙。然而这种方法不精确、不可靠并且还需要巨大劳力。
先前已知的螺钉紧固系统的另一个问题是螺钉紧固件的多个表面之间发生的摩擦显著变化，从而相同的闭合扭矩可以导致夹紧力在不同的螺钉紧固件之间的较大变化。 由于夹紧力典型地为实现了 35%的变化，则典型地，螺钉紧固件仅仅被紧固到它的一部分能力，作为实例而言不超过螺钉紧固制造的理论能力的60%。这意味着螺钉紧固件必须加大尺寸来达到预定的夹紧力。
作为解决这个问题的方案，已经提出了将螺钉紧固件紧固到超过屈服点的程度 (亦即，发生塑性变形)。为此，好处是可以使用螺钉紧固件的100%的能力。接着，夹紧力还典型地仅仅随着螺钉紧固件中材料的硬化而变化，这给予了较小的变化。
现在的问题是校验是否已经达到了超过屈服点的程度。为此，已经产生了不同方法，其中，紧固工具包括测量仪来确保紧固质量。另一种方案是在螺钉紧固件松开之后测量螺钉紧固件的永久伸长，然而这种方法可以给出错误结果，这是因为该结果取决于测试螺钉的精确度。这种方法还十分浪费劳力。另一种方法是超声测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方法和装置，其能够至少减少现有技术的问题，并提供一种方法和工具，其能够很容易地被那些并未被专门训练过的操作者使用，并且能够用来利用高精度而不需要松开螺钉就能够对容易紧固的螺钉紧固件进行快速测试。
根据本发明通过独立权利要求中的特征部分的特征而实现了这些目标。
由此，首先可以明确地校验螺钉紧固件已经被正确紧固，并且机器元件(诸如形成连接处的金属板)已经被正确地互相夹紧；其次可以明确地校验螺钉紧固件已经被紧固到超过屈服点的程度。
螺钉紧固件可以借助于带有传动装置的电机来承受转动测试间隔△ Φ，或者仅仅通过布置有足够长的把手部分的工具来承受转动测试间隔Δ Φ，该把手部分用来使得操作者通过手来施加转动。此处的工具包括处理单元，该处理单元具有用来测量角度和紧固件转动的相对角度的电路和/或软件。
扭矩T应用至已经紧固的螺钉紧固件，在转动测试间隔Δ Φ期间，该扭矩T及其导数(Ιταιφ通过所述工具来进行测量，对于两种方法而言这都是普通的操作，其中取决于所选定的测试方法，测量的扭矩值τ与不同的存储值进行比较。
按照第一测试方法，测量的扭矩值T与存储的扭矩值(Tstot)相比较，该存储的扭矩值例如对应于已紧固的螺钉紧固件的弹性变形范围的中间区域，或者对应于待被测试的螺钉紧固件预期的扭矩级别。进一步地，测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ值与至少一个存储的dT/ (1Φ值&相比较，该Kk在已紧固的螺钉紧固件的弹性变形范围内对应于或者接近于(优选地，稍微小于ΜΤΜΦ值。如果测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ等于或大于κκ，则认可该已紧固的螺钉紧固件。此处，与机器元件相关的在元件之间具有间隙的未正确紧固的螺钉紧固件不被认可，这是因为已经揭示了，这种螺钉紧固件的(ΙΤΑΙΦ显著小于弹性变形范围内的典型的(1Τ/ Φ 值。
按照第二方法，测量的扭矩值T与至少一个存储的扭矩值Te相比较，该Te对应于该已紧固的螺钉紧固件的所述弹性变形范围的区域或者优选地为上部区域，并且测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ值与至少一个存储的(ΙΤΑΙΦ值Kp相比较，该Kp与该已紧固的螺钉紧固件的下部塑性变形范围相关联，并且明显小于该已紧固的螺钉紧固件的弹性变形范围中的dT/ (1Φ值κΕ。如果测量的τ大于τΕ，并且测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ小于Kp的话，则认可该已紧固的螺钉紧固件。
可以通过具体的测试工具而提供根据本发明的螺钉紧固件的测试方法，例如具有类似于普通手动操作杆臂紧固工具的特征的测试工具，但是具有将T进行微分变为与转动角度φ成函数关系的(ΙΤΑΙΦ的能力。根据本发明，测试方法还可以在修改的螺钉紧固工具中进行，该螺钉紧固工具被装配用来执行螺钉紧固件测试模式，从而可以在用作螺钉紧固工具和用作紧固件测试工具之间进行转换。
在其余的权利要求中可以获得其他的特性和优点，并且这些其它的特性和优点在以下的具体描述中出现。
在实施例的背景下并参考附图将会更加详细地来描述本发明，其中 图Ia和Ib在不同的使用中显示了根据本发明的螺钉紧固件的测试工具， 图2是根据本发明的第一方法，扭矩与待被测试的螺钉紧固件的转动角度的函数关系的视图， 图3是根据本发明的第二方法，扭矩与待被测试的螺钉紧固件的转动角度的函数关系的视图，以及 图4是根据本发明的第二方法，(ΙΤΑΙΦ与待被测试的螺钉紧固件的转动角度的函数关系的视图，以及 图5是根据本发明的第一方法的方块图。
图6是根据本发明的第二方法的方块图。
具体实施例方式根据图Ia和Ib的工具设有驱动头2，该驱动头2包括扳手装置。该扳手装置通过电机和传动装置(图中未示)来驱动，所述电机和传动装置包含在工具1的主体当中。作为选择，工具1不包括电机或传动装置。在这种情况下，它仅仅通过手力来操作。
接合座3与头2相关联，该接合座3用来接合待被测试的螺钉紧固件4的头。所述工具还包括把手部5和把手柄6。附图标记7表示能够显示测量的扭矩、已执行的转角和以下将会解释的其他参数的显示屏。在图Ib中，在接触表面四上将要被拧紧在一起的多个元件用27和28来表示。
包含在所述工具当中的处理单元(CPU) 30包括电路和/或软件、比较单元和输出单元，该电路和/或软件用于参数测量、处理测量的值、存储用于紧固件和应用的有效的T 和K值；该比较单元用来将测量的值与存储值相比较；所述输出单元用来发射与通过比较单元来进行比较的结果相关的信号。20表示用来发射认可信号的(例如绿色)灯，21表示用来发射不认可信号的(例如红色)灯。
图2显示了扭矩(T)和转动角度(Φ)的函数关系。对于典型的螺钉紧固件而言， 曲线变成了对应于紧固件的弹性变形区域的相对线性范围。这对于本领域技术人员而言是熟知的，并因此不会在本文中进一步论述。该图显示了螺钉紧固件具有增大的扭矩级别，从而使得螺钉紧固件转动测试间隔角度Δ Φ。线18表示(ΙΤΑΙΦ值Kk，大于或等于该值的话， 则螺钉紧固件被认可，小于该值的话，螺钉紧固件不被认可。曲线8表示被认可的螺钉紧固件，其中(ΓΓΜΦ是&，该&的值大于Κκ。曲线8’表示未被认可的螺钉紧固件，其中(ΓΓΜΦ 是Kna，该Kna的值小于Κκ。可以注意到，对于根据曲线8，的螺钉紧固件而言，扭矩增长主要与待被螺钉紧固件紧固的元件的位移所导致的变形有关，其典型地显著小于Kk值。
根据本发明，并且为了校验螺钉紧固件是否被正确紧固，图Ia和Ib当中的测试工具1被应用于各自的紧固件，并且直到紧固件开始转动时才收回该测试工具1。为了被认可，该转动的开始Tstot应当与之前的紧固期间预期的安装扭矩级别相关，作为例子，该 Tstart对于特定尺寸的螺钉紧固件而言可以是60Nm。因此，参见图2，螺钉紧固件转动了测试间隔角度Δ Φ，从而测量的或者计算的(ΙΤΑΙΦ值与存储的(ΙΤΑΙΦ值Kk进行比较。如果测量的T等于或大于Tstot并且计算的(ΓΓΜΦ等于或大于Kk的话，则认可了该紧固的螺钉紧固件。作为额外的条件，优选地，还将扭矩值T控制为小于最大扭矩值Tmax，超出该最大扭矩值会�：β荻そ艄碳耐暾�。△ Φ是测试间隔，并且该测试间隔对于实现螺钉紧固件的紧固诊断而言是足够的。该间隔可以是预定间隔，并典型地介于2-10度之间。
Ke值和Tstart值很便利地存储在存储器当中，该存储器包含在图Ia和Ib中的工具 1的CPU当中，并且测试方法的渐进过程可以在显示屏7上用信号表示成图表或者数字。在更加简单的变型当中，工具1可以仅仅设有指示的LED，例如灯20和21，例如发出绿光或者红光信号，以用来表示螺钉紧固件是否被认可或者未被认可。
在图3中，曲线18’显示了扭矩(T)作为转动角度(Φ)的函数。对于典型的螺钉紧固件而言，曲线具有对应于紧固件的弹性变形区域的相对线性范围。在曲线18’的上部区域中，达到了屈服点，并且在该屈服点上发生螺钉紧固件的塑性变形。这对于本领域技术人员而言是熟知的，因此不在本文中进一步论述。
在扭矩曲线的弹性范围的上部区域当中，对点Te进行了识别，该点Te还安全地处于弹性范围内，但是优选地处于弹性范围的上部区域。在塑性变形范围当中，对点Tp进行了识别，该点Tp安全地处于塑性变形范围内，但是安全地处于紧固件的断裂荷载的下方。
在图4中，曲线9显示了 (ΓΓΜΦ作为Φ的函数，其中对应的点被识别为ΚΕ对应于曲线18，的Te，并且Kp对应于ΤΡ。
典型地，TE,Tp和Ke基于相关联的应用中对于相关联的紧固件的测试而进行选择。 TE、Tp和Ke还可以基于关于类似的紧固件和类似的应用的经验和可用数据来进行计算。
根据本发明，并且为了校验螺钉紧固件是否被正确紧固，图Ia和Ib当中的测试工具1被应用于各自的紧固件，并且转动了测试间隔角度△ Φ，参见图3，于是一方面，测量的扭矩值T与存储的扭矩值Te相比较，另一方面，测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ值与至少一个存储的(ΙΤΑΙΦ值、Kp以及优选地还有&相比较。如果测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ小于Kp并且测量的τ大于Te的话，则认可了该紧固的螺钉紧固件。
从图3和图4中还显而易见的是，Tp和Kp对应于转动角度Φ2，而Te和Ke对应于转动角度Φ” Δ Φ是介于图3中的塑性范围的计算的起始点和刚穿过Φ2的区域的终点之间的计算值。ΔΦ的典型值是在2-20°的范围内。
Kp, KE、TP、Te和Tmax值便利地存储在存储器当中，该存储器包含在图Ia和Ib当中的工具1的CPU 30内，并且测试方法的渐进过程可以在显示屏7上用信号表示成图表或者数字。在更加简单的变型当中，工具1可以仅仅设有指示的LED，例如灯20和21，例如发出绿光或者红光信号，以用来表示螺钉紧固件是否被认可或者未被认可。
在图5中显示了根据第一方法的序列，其中 -位置10表示序列的开始； -位置11表示工具的开始，并且将工具的抓握头应用到待被测试的紧固件上； -位置12表示将扭矩应用至已经紧固的螺钉，同时测量扭矩值T并将其与存储的扭矩值Tstmt相比较，该扭矩值Tstart对应于预定的起始扭矩。当达到Tstot的时候，序列去往位置13，否则该序列去往位置15，并且发射未认可信号，于是序列在位置16中结束。在位置13中，螺钉紧固件转动了测试间隔或者预定角度△ Φ，并且对(ΙΤΑΙΦ进行了测量或者计算，并将其与存储的(ΙΤΑΙΦ值&相比较。如果测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ值不是在κκ以上的话，则所述序列去往位置15，其中发射未认可信号，于是序列在位置16中结束。如果测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ值等于或大于Kk的话，则所述序列去往位置14来发射认可信号，于是序列在位置16中终止。
在图6中显示了第二方法的序列，其中 -位置10’表示序列的开始； -位置11’表示工具的开始，并且将工具的抓握头应用到待被测试的紧固件上； -位置12’表示将工具转动测试间隔或者预定角度ΔΦ，同时测量所需的扭矩级别； -在位置13’中测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ与一个存储的导数(ΙΤΑΙΦ值相比较，如果测量或者计算的值不小于Kp的话，则所述序列去往位置15’，其中发射未认可信号，于是序列在位置17’中结束。如果测量或者计算的(ΙΤΑΙΦ值小于Kp的话，则所述序列去往位置 14，其中测量的扭矩值T与存储的扭矩值Te相比较。如果测量的T不大于Te的话，则序列去往位置15’并且发射未认可信号，于是序列在位置17’中终止。如果测量的T大于Te的话，则序列去往位置16’以发射认可信号，于是序列在位置17’中终止。
本发明可以在随后的权利要求的范围内进行修改。
所述工具包括以下功能性单元用来使得已紧固的螺钉紧固件承受转动的装置， 其可以是电机或仅仅是用手来操作的把手。用来测量扭矩的装置可以是螺钉起子领域中已知的普通的传感器。用来测量或计算扭矩的导数的值( τΑ Φ的装置可以是电路，该电路对来自扭矩传感器以及角度计数器的信号进行处理。评价装置作为CPU 30中的软件而便利地得以实现。第一和第二比较单元是本领域中熟知的简单的逻辑部件。
通过从测量的扭矩和转动角度中产生导数，能够很容易地获得测量或者计算的 (Ιταιφ值。这本质上在本领域技术人员的知识范围内。
优选地，螺钉紧固件的认可和/或不认可遵循了发射特定的视觉或听觉信号的工具，所述信号表示来自评价装置的结果。作为选择，所述结果可以作为工具显示屏上的数字或者曲线而很容易地被观测。
CPU可以布置在特定工具的外部，并且通过电缆或者通过无线方式与工具通信。
有利地，所述工具可以装配有第二存储器和/或可连接至中心电路，并装配有中心存储器装置，以用来存储独立的紧固件的认可或不认可数据，以用于文档编制的目的。
可以通过具体的测试工具而提供根据本发明的螺钉紧固件的测试方法，例如具有类似于普通手动操作杆臂紧固工具的特征的测试工具，但是具有将T进行微分变为与转动角度Δ Φ成函数关系的(ΙΤΑΙΦ的能力。优选地，所述工具还能够装配有转换装置，以使得操作者能够在两种测试方法之间选择。根据本发明，测试方法还可以在修改的螺钉紧固工具中进行，该螺钉紧固工具被装配用来执行螺钉紧固件测试模式，从而可以在用作螺钉紧固工具和用作紧固件测试工具之间进行转换。
权利要求
1.一种螺钉紧固件的测试方法，用来校验之前已经紧固的螺钉紧固件的状态，所述状态关于已安装的扭矩(T)和每转动角度的实际扭矩增长((ΙΤΑΙΦ)性能，其特征在于以下步骤 在所述紧固件上施加增大的紧固扭矩，以转动所述紧固件，从而完成转动测试间隔 (Δ Φ)； 测量所述转动测试间隔(△ Φ)期间的扭矩幅值(T)； 测量所述紧固件在所述转动测试间隔(ΔΦ)期间的转动(Φ)； 对于所述转动测试间隔(△ Φ)来计算每转动角度的扭矩增长((ΙΤΑΙΦ)； 将所述转动测试间隔(△ Φ)期间的扭矩幅值(T)和计算的每转动角度的扭矩增长 ((ΙΤΑΙΦ)分别与预定参考值(Tstart、Ke ；Te、Kp)相比较，该预定参考值是当紧固到所需目标扭矩级的时候的实际紧固件的特性，并且参照所述参考值(Tstot、KK ；TE、KP)来认可或者不认可紧固件的状态。
2.如权利要求1所述的测试方法，其中所述预定参考值(Tstart、Ke；Te、Kp)包括所述指示的扭矩幅值(T)和所述指示的每转动角度的扭矩增长(dT/dc5)的被认可的间隔。
3.如权利要求1或2所述的测试方法，其中所述测试间隔(ΔΦ)的值介于2-10°的范围内。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的测试方法，其特征在于，螺钉紧固件状态的结果，认可或不认可，通过发射视觉或者听觉信号而指示给操作者。
5.一种螺钉紧固件的测试工具，用来校验之前已经紧固的螺钉紧固件的状态，所述状态关于已安装的扭矩(τ)和每转动角度的实际扭矩增长(( τΑ Φ)性能，其特征在于 在所述紧固件上施加增大的紧固扭矩的装置，以转动所述紧固件，从而完成转动测试间隔(Δ Φ)； 测量所述转动测试间隔(△ Φ)期间的扭矩幅值(T)的装置； 测量所述紧固件在所述转动测试间隔(△ Φ)期间的转动(Φ)的装置； 对于所述转动测试间隔(Δ Φ)来计算每转动角度的扭矩增长((ΙΤΑΙΦ)的装置； 比较单元，所述比较单元将所述转动测试间隔(ΔΦ)期间的测量的扭矩幅值⑴和计算的每转动角度的扭矩增长((ΙΤΑΙΦ)分别与预定参考值(Tstart、Ke ；Te、Kp)相比较，该预定参考值是当紧固到所需目标扭矩级的时候的实际紧固件的特性，并且参照所述参考值 (Tstart, Ke ；Te、Kp)来认可或者不认可紧固件的状态。
6.如权利要求5所述的测试工具，其中所述预定参考值(Tstart、Ke；Te、Kp)包括所述指示的扭矩幅值(T)和所述指示的每转动角度的扭矩增长(dT/dc5)的被认可的间隔。
7.如权利要求5或6所述的测试工具，其中所述测试间隔(ΔΦ)的值介于2-10°的范围内。
8.如权利要求5至7中任意一项所述的测试工具，其特征在于，螺钉紧固件的认可和 /或不认可是遵循所述工具的，该工具发射视觉或听觉信号，该信号表示来自比较单元的结合
9.如权利要求5至8中任意一项所述的测试工具，其特征在，它包括电机和传动装置， 以使得被紧固的螺钉紧固件承受转动。
全文摘要
一种螺钉紧固件的测试方法，其用来校验之前已经紧固的螺钉紧固件的状态，所述状态关于已安装的扭矩(T)和每转动角度的实际扭矩增长(dT/dΦ)性能，包括以下步骤在所述紧固件上施加增大的紧固扭矩；在紧固件转动的起始来测量扭矩幅值(T)；在所述转动的起始之后测量紧固件的转动(Φ)；从所述转动的起始，对于特定的预定转动测试间隔(ΔΦ)计算每转动角度的扭矩增长(dT/dΦ)；将转动期间所指示的扭矩幅值(T)和所述转动测试间隔(ΔΦ)期间计算的每转动角度的扭矩增长(dT/dΦ)分别与预定参考值(Tstart、KR)或(TE、KP)相比较，该预定参考值是当紧固到所需目标扭矩级时的实际紧固件的特性，并且参照所述参考值认可或者不认可紧固件的状态。
文档编号G01L5/24GK102187190SQ200980141742
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者C-G·卡林 申请人:阿特拉斯·科普柯工具公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
