本發(fā)明涉及精確且可靠地將諸如傳感器或標(biāo)識(shí)標(biāo)簽的小型物體粘結(jié)到構(gòu)件上，以便進(jìn)行測(cè)量或標(biāo)識(shí)，并且更確切地來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及使用對(duì)在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室或組裝現(xiàn)場(chǎng)或建造現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)員來(lái)說(shuō)容易且可靠的過(guò)程，將超聲波傳感器粘結(jié)到緊固件上，以產(chǎn)生載荷指示緊固件。

背景技術(shù)：

一段時(shí)間以來(lái)，超聲波被用來(lái)精確地測(cè)量螺栓中的載荷。最初，最常用的是可移除超聲裝置。最近，已經(jīng)開(kāi)始使用低成本永久固定超聲波傳感器，其可永久地附連到緊固件的一端上。例如在以下專(zhuān)利中描述了此此類(lèi)永久緊固件：1989年7月11授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利No. 4,846,001(Kibblewhite)；1992年7月21日授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利No. 5,131,276(Kibblewhite)；2006年1月31日授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利No. 6,990,866(Kibblewhite)；以及2011年10月4日授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利No. 8,028,5856(Kibblewhite)，通過(guò)引用而結(jié)合各個(gè)專(zhuān)利的主題，就好像其在本文完整地闡述那樣。

使用超聲波的緊固件中的載荷測(cè)量使用脈沖-回波技術(shù)來(lái)確定緊固件的飛行時(shí)間或聲長(zhǎng)度。利用用粘合劑粘結(jié)到緊固件的端部上的永久附連的傳感器，這樣的測(cè)量非常依賴(lài)傳感器的位置和粘結(jié)的特性。除了提供機(jī)械附連之外，粘合劑還充當(dāng)聲耦合劑和聯(lián)接到螺栓表面上的電容。為了使超聲波傳感器有效地發(fā)射和接納聲波，粘合劑層或“粘結(jié)線”必須是薄的且沒(méi)有氣泡。為了準(zhǔn)確地測(cè)量載荷，傳感器相對(duì)于螺栓柄在端部表面上精確地居中，以最大程度地減小螺栓柄的直徑上的應(yīng)力偏差的作用。由于這個(gè)可重復(fù)的薄粘結(jié)線難以實(shí)現(xiàn)，所以要用具有精度自動(dòng)化機(jī)器人裝備的制造設(shè)施，才能制造出最精確的永久超聲波傳感器載荷指示緊固件，諸如由位于賓夕法尼亞州的普魯士王鎮(zhèn)上的Load Control Technologies公司制造的i-bolt?緊固件。

需要快速地生產(chǎn)載荷指示緊固件來(lái)實(shí)現(xiàn)緊急測(cè)試和開(kāi)發(fā)程序，并且因此超聲載荷測(cè)量裝備廠商提供超聲波傳感器，以便用戶(hù)將超聲波傳感器粘結(jié)到緊固件上，以制作載荷指示緊固件。

這種超聲波傳感器和附連程序的示例在密歇根州的特洛伊鎮(zhèn)上的MicroControl股份有限公司制造的MC900瞬時(shí)記錄儀的操作手冊(cè)中有描述，把該操作手冊(cè)的主題通過(guò)引用而結(jié)合在本文中，就好像其在本文全部闡述那樣。但是，這些手工制造工藝缺乏來(lái)精確定位傳感器的有效辦法，而且操作是困難和耗時(shí)的。此外，不良的粘結(jié)線可重復(fù)性可導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不可靠和不準(zhǔn)確。

因此仍然需要提供一種系統(tǒng)，其允許用戶(hù)輕易且快速地制作載荷指示緊固件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)的載荷指示緊固件的精確定位和粘結(jié)完整性，并且提供實(shí)際技術(shù)來(lái)將傳感器粘結(jié)到已經(jīng)安裝好的緊固件上，或者用于在緊固件無(wú)法定向成使得其粘結(jié)表面朝上的其它情形中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目前用戶(hù)可用來(lái)將傳感器附連到緊固件上的超聲波傳感器附連套件不設(shè)有用于定位和粘結(jié)超聲波傳感器的工具。用手粘結(jié)超聲波傳感器要求熟練的技術(shù)人員，過(guò)程非常慢且繁重，而且導(dǎo)致載荷指示部件缺乏專(zhuān)業(yè)制造設(shè)備中生產(chǎn)的載荷指示部件的可靠精確性。

根據(jù)本發(fā)明，提供低成本傳感器粘結(jié)工具和技術(shù)，其可用來(lái)實(shí)現(xiàn)工廠制造的載荷指示部件的品質(zhì)。本發(fā)明同時(shí)也允許把傳感器附連到緊固件上，無(wú)論它們的定向如何。另外，本發(fā)明的粘結(jié)工具和技術(shù)可用來(lái)粘結(jié)需要精確定位和可靠粘結(jié)的其它小型物體，例如將標(biāo)識(shí)標(biāo)簽粘結(jié)到制造好的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)上。

關(guān)于實(shí)施本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，參考下文與下面的插圖的描述。

附圖說(shuō)明

圖1顯示典型的載荷指示緊固件的示例，其具有永久附連到螺栓頭上的超聲波傳感器。

圖2顯示具有多層材質(zhì)的傳感器，被應(yīng)用來(lái)有利于精確粘結(jié)到緊固件上，以形成載荷指示部件。

圖3顯示本發(fā)明的用于將超聲波傳感器附連到緊固件的端部以形成載荷指示部件的工具的優(yōu)選實(shí)例。

圖4是圖3的工具的一部分的橫截面圖，其中相同標(biāo)號(hào)指示對(duì)應(yīng)的元件。

具體實(shí)施方式

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的典型載荷指示緊固件。在此示例中，載荷指示緊固件大體包括緊固件1和附連到一端上的永久傳感器2(例如，在上面引用的授予給Kibblewhite的美國(guó)專(zhuān)利No. 6,990,866中公開(kāi)的類(lèi)型)。緊固件1包括頭3和帶螺紋的或形成螺紋的本體部分4，可通過(guò)合適的工具(未顯示)適當(dāng)?shù)亟雍项^3，以對(duì)緊固件1產(chǎn)生扭矩。如上面引用的美國(guó)專(zhuān)利No. 6,990,866中公開(kāi)的那樣，傳感器2可進(jìn)一步包括條形碼6，其粘貼于傳感器2的頂部電極5上，以便有利于后面采取的步驟來(lái)獲得緊固件1在操作期間或者在緊固件1的壽命期間的各種其它時(shí)候的拉伸載荷、應(yīng)力、伸長(zhǎng)或其它特性的指示。

可用圖3中顯示的工具，使用根據(jù)本發(fā)明的傳感器和傳感器粘帖材料來(lái)產(chǎn)生圖1中顯示的類(lèi)型的載荷指示部件。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，對(duì)傳感器供應(yīng)額外的層，其臨時(shí)附連到頂部電極上，如圖2中的橫截面圖中示出的那樣，以有利于將傳感器粘結(jié)到螺栓上。圖2顯示傳感器2，其優(yōu)選為圓形，并且包括聚偏二氟乙烯疊片11和具有蝕刻條形碼13的金屬箔頂部電極12。臨時(shí)附連到頂部電極12上的是包括塑料膜16和壓力粘合劑層15的背后有粘合劑的膠帶14，其示例為可從明尼蘇達(dá)州的圣保羅市的3M公司購(gòu)得的Scotch?牌膠帶。背后有粘合劑的膠帶14的目的是保護(hù)電極12的頂表面在粘結(jié)傳感器期間免受粘合劑的影響。優(yōu)選地使用孔直徑小于背后有粘合劑的膠帶14的掩模，將低粘性粘合劑層17(其類(lèi)型類(lèi)似于用于也可從明尼蘇達(dá)州的圣保羅市的3M公司購(gòu)得的Post-it?牌產(chǎn)品的粘合劑)選擇性地應(yīng)用到背后有粘合劑的膠帶14的頂表面上，以在背后有粘合劑的膠帶14頂表面的外徑周?chē)粝聼o(wú)粘合劑的區(qū)域。低粘性粘合劑層17的第一功能是用背后有粘合劑的膠帶14臨時(shí)將傳感器10附連到載條18上，以輸送給用戶(hù)。低粘性粘合劑層17的第二功能是在用圖3中顯示的傳感器粘結(jié)工具將傳感器粘結(jié)到緊固件上時(shí)能精確地定位傳感器。

圖3的工具30包括傳感器定位工具32，其安裝在自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗31的上方，自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗31用來(lái)在傳感器粘結(jié)操作期間夾持緊固件1。自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗31具有兩個(gè)夾持“V”形夾爪34和35，在夾持期間促動(dòng)兩個(gè)夾爪等距且以反方向移動(dòng)，從而始終將緊固件軸線定位在同一位置，無(wú)論緊固件1的直徑是多少。調(diào)節(jié)螺母36的旋轉(zhuǎn)允許用超過(guò)中心切換杠桿33夾持不同大小的緊固件，例如，從6mm直徑到40mm直徑。在自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗31的中心夾持軸線下面的底板38中的孔37使得能夠夾持非常長(zhǎng)的緊固件，諸如雙頭螺栓，例如把自動(dòng)對(duì)中臺(tái)31固定后使得孔37在鉗桌的邊緣外面。

本文參照?qǐng)D4來(lái)描述操作工具30，圖4顯示了圖3的工具30的橫截面圖。通過(guò)提供干凈的平坦粘結(jié)表面而使其頂端為傳感器粘結(jié)做好準(zhǔn)備的緊固件1夾持在自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗的夾爪34和35中，使得緊固件1的軸線與壓力銷(xiāo)40對(duì)齊。壓力銷(xiāo)40設(shè)有壓力末梢41和壓力控制彈簧42，并且旋到壓力銷(xiāo)桿43中，壓力銷(xiāo)桿43能夠在對(duì)齊條44中沿軸向自由移動(dòng)。

在操作期間，具有壓力桿43和壓力銷(xiāo)40的對(duì)齊條44下降，使得壓力銷(xiāo)末梢41支托在緊固件1上處于圖4中顯示的位置。隨著對(duì)齊條44進(jìn)一步下降使得壓力桿43和壓力銷(xiāo)40靠在緊固件1上，壓力銷(xiāo)彈簧42壓縮決定壓力銷(xiāo)末梢41在緊固件1上的施加的壓力大小。對(duì)齊條44下降的軸向距離由調(diào)節(jié)指擰螺母45限制，因?yàn)閷?duì)齊條44離緊固件1的距離確定壓力銷(xiāo)彈簧42的壓縮量，所以指擰螺母45可用來(lái)控制壓力末梢41對(duì)緊固件1施加的壓力。壓力桿43的頂端46從對(duì)齊條44的突出提供壓力銷(xiāo)彈簧42的壓縮量的指示，并且因此提供壓力末梢41對(duì)緊固件1應(yīng)用的力的指示。指擰螺桿47用來(lái)將對(duì)齊條44鎖定在其支承塊48中的任何所需位置上。當(dāng)用指擰螺桿47釋放對(duì)齊條44時(shí)，對(duì)齊條彈簧49使對(duì)齊條44回到其上部位置。

壓力銷(xiāo)末梢41由軟彈性材料制成，諸如橡膠或聚亞安酯，以在傳感器上提供均勻的壓力，并且在粘合劑固化期間消除任何微小的對(duì)齊偏差。最好是把直徑比壓力末梢41略微更大的背后有粘合劑的、可更換的薄保護(hù)塑料帽50粘附到其表面上，以起到延伸超過(guò)壓力末梢41的外邊緣和保護(hù)壓力末梢41在粘結(jié)期間免受過(guò)多的粘合劑影響的作用。在優(yōu)選實(shí)例中，保護(hù)塑料帽50優(yōu)選采取保護(hù)罩的形式，其被拉到壓力末梢41上面，并且通過(guò)壓力末梢41和保護(hù)帽50之間的過(guò)盈配合而固持就位，并且優(yōu)選地形成為具有平底的圓柱形部件，而且由可從特拉華州的威明頓的E. I. du Pont de Nemours and Company公司購(gòu)得的薄Teflon?材料制成。作為備選方案，保護(hù)帽50可由也可從特拉華州的威明頓的E. I. du Pont de Nemours and Company公司購(gòu)得的背后有粘合劑的Teflon?牌膠帶制成。

用于使用圖4中示出的工具將設(shè)置在圖2中示出的載條18上的傳感器2附連到緊固件上以制作載荷指示部件的方法的示例如下。在對(duì)齊條44處于上部位置的情況下，把一個(gè)端部表面準(zhǔn)備成平坦且干凈的以供粘結(jié)的緊固件置于自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗中，并且?jiàn)A持在夾爪34和35之間，粘結(jié)表面向上。使用鉗子或類(lèi)似的工具從載條上移除傳感器，并且將傳感器居中地置于緊固件1的端部上。如果緊固件已經(jīng)準(zhǔn)備成使得粘結(jié)表面在緊固件軸線上居中的凹部中，則傳感器定位在凹部的中心。備選地，如果整個(gè)緊固件端部表面都是平坦的，則通過(guò)將傳感器置于壓力銷(xiāo)末梢41正下方的粘結(jié)表面上來(lái)使其居中?？捎勉Q子或其它尖的工具，通過(guò)接觸保護(hù)帶14頂表面的無(wú)粘合劑的區(qū)域，來(lái)輕易地定位傳感器。

對(duì)齊條44完全下降，此時(shí)壓力銷(xiāo)41保護(hù)帽50牢固地接觸定位在緊固件1的頂部上的傳感器。然后對(duì)齊條44升起，其中傳感器通過(guò)低粘性粘合劑層17粘附到保護(hù)帽50上。使用精細(xì)的粘合劑分配針將非常小滴的傳感器粘結(jié)粘合劑置于粘結(jié)表面的中心。然后對(duì)齊條44完全下降到用指擰螺母45預(yù)設(shè)的位置上，并且使用指擰螺桿47將對(duì)齊條44鎖定在其下降位置上。

上面描述的操作已經(jīng)將傳感器精確地重新置于其原來(lái)的同一位置上，并且用預(yù)設(shè)壓力牢靠地將其固定達(dá)到足夠允許粘合劑固化的時(shí)間。在規(guī)定的固化時(shí)間過(guò)去之后，對(duì)齊條44在釋放指擰螺桿47之后升起，并且從自動(dòng)對(duì)中臺(tái)鉗移除緊固件1與其粘結(jié)的傳感器。然后例如使用可從特拉華州的威明頓的Chesebrough-Pond's股份有限公司商購(gòu)獲得的Q-Tips?牌棉簽清除多余的粘合劑，使用塑料或木制的工具(諸如Q-Tips?牌棉簽)從頂部電極12移除保護(hù)帶層14，并且再一次便利地使用Q-Tips?牌棉簽用溶劑(諸如異丙醇)清洗整個(gè)傳感器這樣載荷指示緊固件就準(zhǔn)備好了。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例中，使用固化為時(shí)間20至60秒的腈基丙烯酸酯粘合劑來(lái)將傳感器粘結(jié)到緊固件上，使得能夠有高生產(chǎn)成功率。如果為滿(mǎn)足特定應(yīng)用環(huán)境條件所需的話，還可使用備選粘合劑，諸如厭氧或環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑。

在備選實(shí)例中，載條18是薄且柔性的，而且傳感器2在粘結(jié)期間保持在載條18上。在粘合劑滴到粘結(jié)表面上之后，載條上的傳感器正好定位在粘結(jié)表面上方，并且然后對(duì)齊條44下降，從而通過(guò)載條18將傳感器2壓按在粘結(jié)表面上。這個(gè)施例消除了對(duì)壓力末梢帽50的需要，因?yàn)檩d條保護(hù)壓力銷(xiāo)末梢41免受粘結(jié)粘合劑的影響。這個(gè)實(shí)例最適合粘結(jié)到平坦頂表面，而非凹部中的粘結(jié)表面。

在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)例中，壓力帽50具有應(yīng)用到其底表面上的可重復(fù)使用的低粘性粘合劑，并且在背后有粘合劑的膠帶層14上沒(méi)有低粘性粘合劑17的情況下提供傳感器。在這個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)帽50的底表面上的可重復(fù)使用的低粘性粘合劑在上面描述的粘結(jié)操作中臨時(shí)將傳感器換能器附連到壓力銷(xiāo)上。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，提供保護(hù)帽50僅僅是為了防止過(guò)多粘合劑粘附到壓力銷(xiāo)末梢41上。如果壓力銷(xiāo)末梢41由不粘附到用來(lái)粘結(jié)的粘合劑上的材料制成，則不需要保護(hù)帽50。上面描述的實(shí)例使用包括聚偏二氟乙烯疊片和金屬箔的超聲波傳感器。本領(lǐng)域已知且在上面引用的專(zhuān)利和文獻(xiàn)中描述的備選類(lèi)型的超聲波傳感器(諸如壓電陶瓷元件和淀積在金屬箔上的薄膜傳感片)也可使用本發(fā)明來(lái)附連到緊固件上，以形成載荷指示部件。

本發(fā)明的備選實(shí)例可用來(lái)將傳感器應(yīng)用或重新應(yīng)用到已經(jīng)安裝好的緊固件上。對(duì)于非常大的緊固件，或者如果傳感器失效且必須在使用中更換，這在高腐蝕性環(huán)境、溫度非常高的環(huán)境中可為必要的。在這個(gè)實(shí)例中，類(lèi)似于優(yōu)選實(shí)例中描述的傳感器定位工具， 把傳感器直接安裝到緊固件或接頭上，但使得壓力末梢41與緊固件的軸線對(duì)齊且能夠沿著緊固件的軸線移動(dòng)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上面描述的發(fā)明可用來(lái)精確且可靠地將諸如其它傳感器、標(biāo)識(shí)標(biāo)簽和RFID標(biāo)簽的其它小物體粘結(jié)到緊固件和緊固件之外的部件(諸如制造好的部件、機(jī)器、車(chē)輛和現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu))上。

同時(shí)雖然已經(jīng)基于結(jié)合特定部件的特定實(shí)例來(lái)描述了本發(fā)明，但本發(fā)明進(jìn)一步包含所描述的部件的所有能夠?qū)嵤┑牡刃Х桨?，而且本領(lǐng)域技術(shù)人員可在所附權(quán)利要求中表達(dá)的本發(fā)明的理論和描述范圍內(nèi)，對(duì)為了闡明本發(fā)明的性質(zhì)而已經(jīng)在本文描述和示出的細(xì)節(jié)、材料和布置作出改變。