本發(fā)明涉及螺栓擰緊及螺栓擰緊監(jiān)控技術(shù)，具體地，涉及螺栓擰緊設(shè)備和方法及螺栓擰緊監(jiān)控系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

螺栓軸力即擰緊螺帽使螺栓按照螺栓螺紋旋入螺紋孔的過程中產(chǎn)生的力，螺栓在彈性區(qū)間產(chǎn)生的彈力即為螺栓夾緊力。由于夾緊力無法直觀地控制和監(jiān)測(cè)，所以在生產(chǎn)過程中一般會(huì)采用控制扭矩或控制角度的方式來間接控制螺栓夾緊力。

目前一般采用的方法有純扭矩控制法和扭矩角度控制法，通過扭矩角度控制法得到的螺栓加緊后的夾緊力比通過純扭矩控制法得到的螺栓夾緊力更精確。但是無論是純扭矩控制法還是扭矩角度控制法，在控制過程中均有部分?jǐn)Q緊過程是采用扭矩控制的。通過扭矩來控制夾緊力在很大程度上會(huì)受到摩擦系數(shù)的影響，而由于生產(chǎn)過程的局限性，摩擦系數(shù)無法實(shí)現(xiàn)很好的控制，這樣會(huì)使得在實(shí)際生產(chǎn)中螺栓擰緊后的夾緊力出現(xiàn)較大偏差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供螺栓擰緊設(shè)備和方法及螺栓擰緊監(jiān)控系統(tǒng)和方法，用于解決精確控制螺栓夾緊后的夾緊力的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種螺栓擰緊設(shè)備，該設(shè)備包括：數(shù)據(jù)采集裝置，在所述螺栓的擰緊過程中，每隔固定時(shí)間間隔采集一次所述螺栓的擰緊角度及與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩；控制裝置，根據(jù)所采集的擰緊角度和扭矩來計(jì)算提供夾緊力的角度，并結(jié)合預(yù)先得到的擰緊角度理論值， 控制所述螺栓的擰緊。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種螺栓擰緊方法，該方法包括：在所述螺栓的擰緊過程中，每隔固定時(shí)間間隔采集一次所述螺栓的擰緊角度及與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩；根據(jù)所采集的擰緊角度和扭矩來計(jì)算提供夾緊力的角度，并結(jié)合預(yù)先得到的擰緊角度理論值，來控制所述螺栓的擰緊。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種螺栓擰緊監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：處理裝置，當(dāng)在螺栓擰緊后的最終扭矩值不在預(yù)先得到的最終扭矩閾值范圍內(nèi)的情況下，則判斷所述螺栓的擰緊不合格；其中，所述預(yù)先得到的最終扭矩的閾值范圍通過以下方式得到：在通過以上所描述的螺栓擰緊方法擰緊螺栓后，得到的所述螺栓的擰緊角度為最終擰緊角度；根據(jù)所述最終擰緊角度得到與該最終擰緊角度對(duì)應(yīng)的最終扭矩；在得到多個(gè)所述最終扭矩的情況下計(jì)算得到所述最終扭矩閾值范圍。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種螺栓擰緊監(jiān)控方法，該方法包括：當(dāng)在所述螺栓的擰緊結(jié)束后的最終扭矩值不在預(yù)先得到的最終扭矩閾值范圍內(nèi)的情況下，則判斷所述螺栓的擰緊不合格；其中，所述預(yù)先得到的最終扭矩的閾值范圍通過以下方式得到：在通過以上所描述的螺栓擰緊方法中繼續(xù)擰緊了角度之后，得到的所述螺栓的擰緊角度為最終擰緊角度；根據(jù)所述最終擰緊角度得到與該最終擰緊角度對(duì)應(yīng)的最終扭矩；在得到多個(gè)所述最終扭矩的情況下計(jì)算得到所述最終扭矩閾值范圍。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過在螺栓擰緊過程中不斷采集螺栓的擰緊角度和與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩來計(jì)算提供夾緊力的角度，從而精確控制螺栓的擰緊，并可以在得到多次精確控制的螺栓擰緊之后，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來得到用于判斷螺栓擰緊后的最終扭矩是否合格的最終扭矩閾值范圍。本發(fā)明通過純角度控制方法可以精確控制螺栓擰緊后的最終夾緊力，完美地消除了傳統(tǒng)擰緊方法中螺栓及夾緊件的摩擦系數(shù)對(duì)最終夾緊力的影響，很好地實(shí)現(xiàn) 了夾緊力的控制，提高了制造行業(yè)產(chǎn)品的可靠性。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明提供的螺栓擰緊設(shè)備的框圖；

圖2是本發(fā)明提供的螺栓擰緊過程中所采集的擰緊角度和扭矩的二維坐標(biāo)圖示；

圖3是本發(fā)明提供的螺栓擰緊方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明提供的螺栓擰緊監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；以及

圖5是本發(fā)明提供的螺栓擰緊監(jiān)控方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明提供的螺栓擰緊設(shè)備的框圖，如圖1所示，該螺栓擰緊設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集裝置和控制裝置。數(shù)據(jù)采集裝置在螺栓的擰緊過程中每隔固定時(shí)間間隔采集一次螺栓的擰緊角度及與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩，控制裝置根據(jù)數(shù)據(jù)采集裝置所采集的擰緊角度和扭矩來計(jì)算提供夾緊力的角度，并結(jié)合預(yù)先得到的擰緊角度理論值，控制螺栓的擰緊。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，螺栓在擰緊過程中，擰緊角度是不斷變化的，而隨著擰緊角度的變化，扭矩也會(huì)隨之不斷發(fā)生變化，以上數(shù)據(jù)采集裝置需 要采集的是每隔固定時(shí)間間隔采集一次螺栓的擰緊角度及與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩，也就是每隔固定時(shí)間間隔，采集同一時(shí)刻的擰緊角度和對(duì)應(yīng)的扭矩。

其中根據(jù)所采集的擰緊角度和扭矩來計(jì)算提供夾緊力的角度包括：以擰緊角度為橫坐標(biāo)、以扭矩為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系；根據(jù)擰緊角度X₁，X₂，……，X_n及分別與該多個(gè)擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩T₁，T₂，……，T_n，計(jì)算其中，n為大于或等于2的整數(shù)；在K_n＝K_n-1的情況下，在直角坐標(biāo)系中以K_n為斜率制作過(X_n,T_n)點(diǎn)的直線，以得到該直線與所述橫坐標(biāo)的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的值X_m；以及通過公式X_r＝X_n-X_m計(jì)算得到所述提供夾緊力的角度X_r。

圖2是本發(fā)明提供的螺栓擰緊過程中所采集的擰緊角度和扭矩的二維坐標(biāo)圖示，在圖2所示的二維直角坐標(biāo)系中，橫坐標(biāo)X為擰緊角度，縱坐標(biāo)T為扭矩，橫坐標(biāo)X上的點(diǎn)X₁，X₂，……，X_n為數(shù)據(jù)采集裝置在不同時(shí)刻采集的擰緊角度，縱坐標(biāo)T上的點(diǎn)T₁，T₂，……，T_n為數(shù)據(jù)采集裝置在不同時(shí)刻采集的扭矩，其中，X₁與T₁對(duì)應(yīng)，X₂與T₂對(duì)應(yīng)，……，X_n與T_n對(duì)應(yīng)，其中X₁和T₁為在同一時(shí)刻采集的擰緊角度和對(duì)應(yīng)的扭矩，X₂和T₂為采集X₁和T₁之后的同一時(shí)刻采集的擰緊角度和對(duì)應(yīng)的扭矩，以此類推。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖2所示的二維直角坐標(biāo)系中，在X₁與O點(diǎn)之間是存在所采集的擰緊角度的，及在T₁與O點(diǎn)之間也是存在所采集的扭矩的，所以才能夠得到如圖2中所示的曲線。然而，由于X₁與O點(diǎn)之間的擰緊角度及T₁與O點(diǎn)之間的扭矩在本發(fā)明提供的技術(shù)方案中并未采用，所以X₁與O點(diǎn)之間的擰緊角度及T₁與O點(diǎn)之間的扭矩未在圖2中示出。

在采集擰緊角度及與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩的過程中，不斷通過公式來計(jì)算K_n的值，在K_n＝K_n-1的情況下，在圖2所示的二維直角 坐標(biāo)系中以K_n為斜率制作過(X_n,T_n)點(diǎn)的直線，得到該直線與橫坐標(biāo)X的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的值X_m，該X_m被稱為貼合點(diǎn)。然后，通過公式X_r＝X_n-X_m計(jì)算得到X_r，該X_r被稱為提供夾緊力的角度，該提供夾緊力的角度指的是在實(shí)際擰緊螺栓過程中在螺栓的轉(zhuǎn)動(dòng)角度中使螺栓拉伸的角度。

在圖2中所示的X_f為預(yù)先得到的擰緊角度理論值，在螺栓的擰緊角度已經(jīng)達(dá)到用于提供夾緊力的角度X_r的情況下，可以控制螺栓繼續(xù)擰緊的角度為X_f-X_r，完成擰緊過程。

在以上提供的對(duì)螺栓擰緊的控制過程可以看出，本發(fā)明提供的技術(shù)方案采用了純角度控制的方法來控制螺栓的擰緊過程，通過這種方法能更精確地控制螺栓的夾緊力。

圖2中所示的二維直角坐標(biāo)系中，擰緊角度X與扭矩T所形成的曲線是經(jīng)過原點(diǎn)O的曲線，且曲線上除了原點(diǎn)O處的點(diǎn)(0，0)以外的其他點(diǎn)的數(shù)值均為非零值，也就是說，在螺栓擰緊過程中，記錄扭矩開始產(chǎn)生時(shí)的點(diǎn)并以此作為原點(diǎn)O。當(dāng)然本發(fā)明不限于此，也可以在扭矩未開始時(shí)就開始記錄，這樣所形成的擰緊角度X與扭矩T所形成的曲線相對(duì)于圖2所示的曲線整體沿橫坐標(biāo)X向右移動(dòng)，然而，這種情況下的控制螺栓擰緊的原理、計(jì)算提供夾緊力的角度的原理也與以上所描述的一樣。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，擰緊角度理論值可以通過以下公式計(jì)算：

其中，X_f為擰緊角度理論值，F(xiàn)為螺栓所需提供的夾緊力，E為螺栓材料的彈性模量，A為螺栓的橫截面積，P為螺栓的螺距。

以上螺栓所需提供的夾緊力F、螺栓材料的彈性模量E、螺栓的橫截面積A、螺栓的螺距P對(duì)于同一螺栓來說均為定值。

圖3是本發(fā)明提供的螺栓擰緊方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括： 在螺栓的擰緊過程中，每隔固定時(shí)間間隔采集一次螺栓的擰緊角度及與擰緊角度一一對(duì)應(yīng)的扭矩；根據(jù)所采集的擰緊角度和扭矩來計(jì)算提供夾緊力的角度，并結(jié)合預(yù)先得到的擰緊角度理論值，來控制螺栓的擰緊。

需要注意的是，本發(fā)明提供的螺栓擰緊方法的具體細(xì)節(jié)及益處與本發(fā)明提供的螺栓擰緊設(shè)備類似，與此不予贅述。

圖4是本發(fā)明提供的螺栓擰緊監(jiān)控系統(tǒng)的框圖，如圖4所示，該系統(tǒng)包括接收裝置和處理裝置。接收裝置用于接收螺栓擰緊結(jié)束后的最終扭矩，處理裝置在所接收的最終扭矩不在預(yù)先得到的最終扭矩閾值范圍內(nèi)的情況下，則判斷螺栓的擰緊不合格；其中，預(yù)先得到的最終扭矩的閾值范圍通過以下方式得到：在通過以上所描述的螺栓擰緊方法擰緊螺栓(即擰緊結(jié)束)后，得到的螺栓的擰緊角度為最終擰緊角度，根據(jù)最終擰緊角度得到與該最終擰緊角度對(duì)應(yīng)的最終扭矩；在得到多個(gè)最終扭矩的情況下計(jì)算得到最終扭矩閾值范圍。

下面結(jié)合圖2對(duì)最終扭矩閾值范圍的獲取方法進(jìn)行闡述，如圖2所示，在螺栓繼續(xù)擰緊X_f-X_r之后，螺栓的擰緊角度為X_e，與該螺栓擰緊角度X_e對(duì)應(yīng)的扭矩為T_e，其中，X_e被稱為最終擰緊角度，T_e被稱為最終扭矩。

通過以上所描述的螺栓擰緊方法進(jìn)行的螺栓擰緊僅僅是針對(duì)一個(gè)螺栓進(jìn)行擰緊的過程，在采用以上所描述的螺栓擰緊方法對(duì)多個(gè)螺栓進(jìn)行擰緊之后，將會(huì)采集到多個(gè)最終扭矩，那么就可以根據(jù)所采集到的多個(gè)最終扭矩通過統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來計(jì)算得到最終扭矩閾值范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來計(jì)算最終扭矩閾值范圍的方式有多種，例如，可以采用計(jì)算均值的上下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，也可以采用計(jì)算均值的上下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，具體計(jì)算方式可以根據(jù)具體情況不同而不同。

通過這種方式對(duì)螺栓擰緊進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以直觀地通過扭矩來判斷螺栓的擰緊是否合格，而且由于最終扭矩閾值范圍通過考慮螺栓夾緊力的情況 下得到的，所以這種監(jiān)控方式也更加合理。

圖5是本發(fā)明提供的螺栓擰緊監(jiān)控方法的流程圖，如圖5所示，該方法包括：接收螺栓擰緊結(jié)束后的最終扭矩，在所接收的最終扭矩不在預(yù)先得到的最終扭矩閾值范圍內(nèi)的情況下，則判斷所述螺栓的擰緊不合格；其中，預(yù)先得到的最終扭矩的閾值范圍通過以下方式得到：在以上所描述的螺栓擰緊方法擰緊螺栓之后，得到的螺栓的擰緊角度為最終擰緊角度；根據(jù)最終擰緊角度得到與該最終擰緊角度對(duì)應(yīng)的最終扭矩；在得到多個(gè)最終扭矩的情況下計(jì)算得到最終扭矩閾值范圍。

應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明提供的螺栓擰緊監(jiān)控方法的具體細(xì)節(jié)及益處與本發(fā)明提供的螺栓監(jiān)控系統(tǒng)類似，與此不予贅述。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。