SE541238C2 - Intelligent bult och system för denna - Google Patents

Abstract

En bult (1) som deformeras när den utsätts för påkänning innefattar en kavitet (4), intelligens och organ för bestämning av töjning och larma vid specifika värden. Deformationen mäts på optisk väg genom att ljus emitteras in i kaviteten (4) och reflekterat ljus detekteras.

Description

INTELLIGENT BULT OCH SYSTEM FÖR DENNA TEKNISKT OMRÅDE

[0001] Uppfinningen avser mätning av töjning i mekaniska komponenter, såsom fastorgan, t.ex. bultar.

BAKGRUND

[0002] Det är tidigare känt, t.ex. i US 4553124, att installera trådtöj ningsgi vare i bultar för att känna av töjning. Emellertid är dessa kända givare komplicerade och därigenom dyra. En annan nackdel är att de är temperaturberoende.

[0003] JP-A-11183280 beskriver en fastsättnings- och åtdragningsmetod för bultar, under vilken bultens förlängning mäts vid åtdragning av bulten. Fastsättnings- eller åtdragningsoperationen avslutas när förlängningen når ett förutbestämt värde. Metoden, som används för att mäta förlängningen, innefattar ett steg att styra en laser. Vid denna kända metod övervakas bultens förlängning när bulten sättes fast/dras åt, men efter avslutad åtdragning finns ingen ytterligare information om förlängning tillgänglig. Således är det omöjligt att fa veta om bulten lossnar.

[0004] Ytterligare bakgrund beskrivs i US2010/0050778 och US2007/0204699 SAMMANFATTNING

[0005] Ett ändamål med uppfinningen är att öka säkerheten och åstadkomma en ny typ av töjningsmätutrustning som har kommunikationsorgan och som tillåter intelligent analys, som är bättre än vid känd teknik och som eliminerar eller åtminstone minskar nackdelarna som diskuterats ovan.

[0006] Detta ändamål har nu åstadkommits med den teknik som definieras i efterföljande, oberoende patentkrav, varvid föredragna utföringsformer framgår av de beroende patentkraven.

[0007] Enligt en första aspekt av uppfinningen åstadkommes en mekanisk komponent som har ett parti som deformeras, dvs, förlängs, när det utsätts för töjning. Partiet har en kavitet. Komponenten har vidare en optisk enhet, som är anordnad att sända ljus in i kaviteten. Den optiska enheten är också anordnad att detektera reflekterat ljus. Komponenten har vidare en styrenhet som är ansluten till den optiska enheten. Styrenheten är anordnad att bestämma egenskaperna hos det signalsvar som åstadkommes av det emitterade ljus som färdats från den optiska enheten in i kaviteten, reflekterats och färdats tillbaka till den optiska enheten. Vidare är styrenheten anordnad att bestämma fysisk deformation hos partiet av den mekaniska komponenten utifrån egenskaperna hos signalsvaret i syfte att bestämma töjningsdata. Komponenten har vidare en kommunikationsenhet, som är ansluten till styrenheten och anordnad att kommunicera töjningsdata för den mekaniska komponenten till en extern anordning. Det är fördelaktigt att bestämma den fysiska deformationen hos den mekaniska komponenten eftersom den kan användas till att bestämma komponentens töjning. Det är också fördelaktigt att komponenten har en kommunikationsenhet, som gör det möjligt för komponenten att sända och ta emot data, t. ex. töjningsdata.

[0008] Styrenheten kan vara anordnad att bestämma fysisk deformation med hjälp av löptidsmetoden (time-of-flight) eller interferometri. Det är fördelaktigt att bestämma en fysisk deformation hos den mekaniska komponenten eftersom den kan användas för att bestämma töj ningen i komponenten.

[0009] Den optiska enheten kan ha en ljussändare och en ljusdetektor i syfte att kunna både sända ut och ta emot ljus. Den kan också innefatta reflektorer, stråldelarre och/eller andra optiska komponenter. Vidare kan styrenheten vara en mikrostyrkrets, som kan vara anordnad att styra ljussändaren förutom andra komponenter. Det är en fördel att ha en styrenhet i syfte att kunna styra de andra komponenter som finns i den mekaniska komponenten.

[0010] Företrädesvis har den optiska enheten en laser. Det är fördelaktigt att använda en laser som optisk enhet eftersom den emitterar koherent ljus. Det är möjligt att belysa kavitetens botten utan att belysa väggarna, vilket annars skulle resultera i en inkorrekt beräkning av töjningsdata.

[0011] Den mekaniska komponenten kan innefatta en laddningsenhet anordna att hämta energi från omgivningen. Den mekaniska komponenten kan också innefatta en energilagringsenhet anordna att lagra energi uppsamlad av laddningsenheten och forse styrenheten och kommunikationsenheten med energi. Energilagringsenheten kan innefatta en ackumulator, företrädesvis ett laddningsbart batteri. Den mekaniska komponenten är troligen monterad på en avlägsen plats och otillgängligt placerad. Det är därför föredraget att komponenten kan extrahera och lagra energi för att kunna försörja både styrenheten och kommunikationsenheten och inte vara beroende av en viss batterilivslängd.

[0012] I en annan utföringsform har komponenten en minnesenhet anordnad att lagra t.ex. förinställd fabrikationsdata, bestämd töjningsdata och/eller behandlad töjningsdata eller förlängningsdata. Härigenom kan olika data lagras och vänta på att vidare kommuniceras eller för framtida syften.

[0013] I en utföringsform är kommunikationsenheten trådlös. Detta är fördelaktigt när den mekaniska komponenten är placerad på en avlägsen plats, eftersom ingen tekniker behöver resa ut till monteringsplatsen för att samla lagrade data från den mekaniska komponenten. I en annan utföringsform kan den mekaniska komponenten utnyttja en fast länk. Detta är att föredra när den mekaniska komponenten är placerad på en plats där sådan infrastruktur finns.

[0014] I en utföringsform har den mekaniska komponenten en stödsensorenhet. Denna enhet kan förse styrenheten med ytterligare indata att användas när komponentens töj ning ska bestämmas. Stödsensorema kan vara mer än en och typen av sensorer kan vara en kombination av lämpliga sensorer för vaije speciellt tillämpningsområde för den mekaniska komponenten.

[0015] Ett exempel på en stödsensor är en temperatursensor, som är fördelaktig om den mekaniska komponenten är placerad i en miljö med höga eller låga temperaturer vilket kan påverka töjningsbestämningen.

[0016] Ett annat exempel på en stödsensor är en positioneringsanordning, som är fördelaktig om den mekaniska komponenten är installerad i ett fordon. Det är då möjligt att bestämma var komponenten finns och som ett exempel vid vilket av fordonets planerade stopp komponenten behöver dras åt.

[0017] Ytterligare exempel på en stödsensor är en fuktsensor som är fördelaktig om den mekaniska komponenten är placerad i en miljö med hög eller låg fuktighet, som kan påverka töjningsbestämningen eller orsaka korrosion.

[0018] I en föredragen utföringsform ingår den mekaniska komponenten i ett nätverk, som också innefattar central mjukvara anordnad att övervaka töjningsdata hos alla komponenter som ingår i nätverket. Den centrala mjukvaran är också anordnad att att automatiskt rapportera normal funktion, felfunktion och avvikelser. Den mekaniska komponenten är anordnad att kommunicera med andra motsvarande komponenter som ingår i nätverket. Det är fördelaktigt att ha ett nätverk av komponenter i syfte att dela eller skicka information mellan eller till komponenter.

[0019] Den mekaniska komponenten kan vara ett fästelement, såsom en bult, en skruv eller en nit, anordnat att spänna eller klämma ihop två delar. Med de tidigare och nedan beskrivna särdragen är det möjligt att uppskatta om ett fastelement lossnat och behöver dras åt, och om så är fallet när det blir kritiskt att vidta denna åtgärd. Det är också möjligt att undvika fel i förband på grund av utmattning, separation av hopspända delar eller rörelse mellan dessa.

[0020] I en föredragen utföringsform är kaviteten i den mekaniska komponenten en långsträckt borrning. En långsträckt borrning är fördelaktig eftersom den tillåter ett ljuspulståg att gå en viss sträcka innan det reflekteras i botten av borrningen och startar färden tillbaka. En längre borrning ger bättre mätnoggrannhet och beräkningar.

[0021] I en utföringsform innefattar kaviteten en optisk fiber. En fördel med denna konstruktion är att fibern verkar som en säkring. Om komponenten av någon anledning förlängs mer än den optiska fibern kan sträckas ut kommer fibern att brytas och det blir omöjligt att utföra en mätning, varvid komponenten kan rapportera att ett fel har uppstått. Vidare är det möjligt att programmera sensorn att varna om komponenten är överbelastad även om fibern inte bryts.

[0022] Enligt en andra aspekt av uppfinningen åstadkommes en metod att mäta töjning i en mekanisk komponent, som har en kavitet. Denna metod innefattar stegen emittering av ett ljuspulståg från en optisk enhet in i kaviteten, detektering av ett reflekterat ljuspulståg medelst den optiska enheten, bestämning av egenskaperna hos de signalsvar, härrörande från det emitterade ljus som gått från den optiska enheten in i kaviteten, som reflekterats och som gått tillbaka till den optiska enheten, bestämning av den fysiska deformationen hos den mekaniska komponenten utifrån de bestämda egenskaperna hos signalsvaret i syfte att bestämma töjningsdata, och kommunicera bestämda töjningsdata till en extern anordning.

[0023] I en utforingsform bestäms den fysiska deformationen med hjälp av löptidsmetoden eller interferometri.

[0024] I en utforingsform skickas töjningsdata till en bärbar anordning. Detta är fördelaktigt när den mekaniska komponenten är åtkomligt placerad och när en operatör på plats av något skäl är att föredra. Detta är också att föredra under montering.

[0025] I en annan utforingsform skickas töjningsdata via ett trådlöst kommunikationssystem. Denna kommunikationsmetod är föredragen när komponenten är oåtkomligt placerad eller när en operatör på plats inte är att föredra.

[0026] I en ytterligare en annan utforingsform skickas töjningsdata till ett nätverk av mekaniska komponenter. Detta är fördelaktigt när komponenterna är placerade oåtkomligt och möjligheter till trådlös kommunikation med en extern anordning saknas och när det är lämpligt att skicka data från flera komponenter som ett paket.

[0027] Enligt en tredje aspekt av uppfinningen åstadkommes ett system som innefattar ett antal mekaniska komponenter som beskrivits ovan. Systemet har vidare central mjukvara och infrastruktur som ar anordnad att övervaka töjningsdata från all mekaniska komponenter i systemet och även rapportera normal funktion, fel och avvikelser.

[0028] I en utforingsform kan informationen läsas från/skrivas till de mekaniska komponenterna i systemet. Om t.ex. förinställd data visar sig vara fel, kan ny och korrekt data då laddas upp till alla komponenter i systemet.

[0029] Enligt en fjärde aspekt av uppfinningen åstadkommes ett konstruktionselement, såsom en flygplansvinge, vilket har ett antal mekaniska komponenter som beskrivits ovan. Komponenterna i konstruktionselementet kan vara anslutna i ett nätverk. En fordel med att ha komponenter i ett konstruktionselement är att hela elementet kan tillverkas med komponenterna och levereras i stället for att leverera konstruktionen i delar för montering på plats.

[0030] Enligt en aspekt åstadkommes ett arrangemang som innefattar en mekanisk komponent som deformeras när den utsätts för töjning. Komponenten har en kavitet. Systemet har vidare en optisk enhet anordnad att emittera ljus i kaviteten och detektera reflekterat ljus. Det har vidare en styrenhet ansluten till den optiska enheten och anordnad att bestämma egenskaperna hos de signalsvar, härrörande från det emitterade ljus som gått från den optiska enheten in i kaviteten, som reflekterats och som gått tillbaka till den optiska enheten. Styrenheten är vidare anordnad att bestämma fysiska deformationen hos den mekaniska komponenten utifrån de bestämda egenskaperna hos signalsvaret i syfte att bestämma töjningsdata som härrör från den fysiska deformationen. Systemet har vidare en kommunikationsenhet ansluten till styrenheten och anordnad att kommunicera töjningsdata för den mekaniska komponenten till en extern anordning.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0031] Utföringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas nedan; hänvisningar görs till bifogade schematiska ritningar, vilka åskådliggör icke-begränsande exempel på hur uppfinningskonceptet kan kondenseras till praktiska tillämpningar.

[0032] Fig. 1 är en sektion av en bult enligt en utföringsform

[0033] Fig. 2 visar ett antal bultar på en flygplansvinge enligt en utföringsform av uppfinningen.

[0034] Fig. 3 visar ett antal bultar på en flygplansvinge enligt en annan utföringsform av uppfinningen.

[0035] Fig. 4 visar ett flödesschema över en töjningsbestämningsprocess, som utnyttjar löptidsmetoden.

[0036] Fig. 5 visar ett flödesschema över en töjningsbestämningsprocess, som utnyttjar interferometri.

DETAILED DESCRIPTION

[0037] Specifika utföringsformer kommer nu att beskrivas mer i detalj nedan med hänvisning till medföljande ritningar. Uppfinningen kan emellertid utföras på många olika sätt och ska inte ses begränsad av de nedan beskrivna utföringsformema. Dessa utföringsformer ska snarare ses som exempel vilka gör beskrivningen mer trovärdig och komplett och kommer till fullo att förmedla uppfinningens skyddsomfang till fackmannen.

[0038] Med hänvisning till Fig. 1 visas a mekanisk komponent eller arrangemang i form av en intelligent bult schematiskt och i sektion. Bulten 1 har ett skaft 2 och ett huvud 3 med en långsträckt borrning eller kavitet 4 som sträcker sig från huvudet 3 in i skaftet 2. Borrningen 4 är företrädesvis gjord så lång och smal som möjligt under samtidigt bibehållande av bultens 1 hållfasthet. Borrningen 4 avslutas med en botten. Företrädesvis är borrningens tvärsnitt cylindriskt. Borrningens 4 diameter är företrädesvis så liten som möjligt inom t.ex. intervallet 0,1 ?m till 1 cm.

[0039] Bulten 1 har ett övre parti 5 som upptar en styrenhet 6, en minnesenhet 7, en laddningsenhet 8. En energilagringsenhet 9, en kommunikationsenhet 10, en stödsensorenhet 1 och en optisk enhet 12. 1 en annan utföringsform kan komponenterna 6-12 lika väl vara monterade inuti bultens 1 huvud 3 eller kan på vilket som helst annat sätt vara kopplade till bulten 1. Bulten 1 kan också innefatta en annan grupp av komponenter beroende på vad bulten ska användas till. Det övre partiet 5 kommer hädanefter att kallas ett elektronikpaket.

[0040] Styrenheten 6 styr den optiska enheten 12, minnesenheten 7, kommunikationsenheten 10 och stödsensorenheten 11. Den kan realiseras genom användning av lämplig styrenhetsteknologi, såsom men inte begränsat till en mikrostyrkrets, en CPU, ett mikrochip eller liknande. Styrenheten 6 implementeras med hjälp av RFID-teknologi och har företrädesvis liten storlek, t.ex. 2x3 mm.

[0041] Den optiska enheten 12 är anordnad att skicka ut ett ljuspulståg i bultens 1 borrning 4. Den är företrädesvis en ljusemitterande enhet och mera speciellt en laser, men en diod eller annan lämplig ljuskälla kan användas. Den optiska enheten 12 har också en ljusdetektor anordnad att detektera reflekterat ljus.

[0042] Laddningsenheten 8 innefattar ett energiupptagningselement som har vilka som helst lämpliga komponenter för att ta upp energi ifrån omgivningen, t.ex. men inte begränsat till, från extern påkänning på bulten, solenergi, termisk energi, vindenergi, salinitetsgradienter eller rörelseenergi. Laddningsenheten 8 är anordnad att förse energilagringsenheten 9 med energi.

[0043] Andra alternativ för energiupptagning är laddning med en fotosensor, som omvandlar solljus till energi, eller upptagning av vibrationsenergi.

[0044] En annan möjlighet är laddning genom induktion. En galvaniskt separerad laddningsspole (icke visad) placeras på toppen av bultens 1 huvud, i vilket elektronikpaketet är anordnat. Spolen överför energi genom induktion till energilagringsenheten.

[0045] Energilagringsenheten 9 har ett batteri (icke visat) för energilagring. Bulten 1 kan också vara ansluten till elnätet eller kan utnyttja någon kombination därav. Energilagringsenheten 9 är anordnad att mata energi till exempelvis styrenheten 6.

[0046] Kommunikationsenheten 10 arbetar via en trådlös förbindelse, ett trådgränssnitt eller en kombination därav. Den trådlösa förbindelsen kan använda sig av vilken som helst trådlös transmissionsteknik, t.ex.; WLAN, Bluetooth®, radio, ljud, elektromagnetisk induktion. Kommunikationsenheten 10 implementeras företrädesvis med Bluetooth®-teknik och är anordnad att skicka bestämda töjningsdata till exempelvis en handhållen anordning 14 eller central mjukvara 13 som ingår i ett nätverk.

[0047] Minnesenheten 7 implementeras med hjälp av minnesteknologi, såsom men inte begränsat till ROM, RAM, SRAM, DRAM, CMOS, FLASH, DDR, SDRAM eller liknande. Denna enhet 7 är anordnad att lagra bestämda töjningsdata och eller förinställd fabrikationsdata.

[0048] Stödsensorenheten 11 kan t. ex. vara en temperatur- eller fuktsensor, en positiotioneringsanordning eller annan sensor som kan förse mätningarna med relevant indata. Enheten 11 kan innefatta ett antal sensorer/anordningar för mätning av olika variabler, såsom fukt och temperatur.

[0049] I de flesta utföringsformer är bulten 1 programmerad att logga och rapportera när töjningen är tillräcklig för att upprätthålla den specifika spänningen av bulten 1. Detta kan t.ex. åstadkommas av ett grönt ljus synligt på själva bulten (icke visat). I de flesta utföringsformerna är fabriksinställningar av de föredragna töjningsgränserna lagrade i minnesenheten 7. Fabriksinställningama kan innefatta men inte vara begränsade till tillverkamamn, serienummer, unikt bult-ID, datum och tid för serien, töjningsfönster, namn på montör, använt vridmoment, omgivningstemperatur, töjning efter montering, monteringsdatum, avvikelse över tid i en databas och/eller underhållslarm.

[0050] I en utföringsform måste bulten 1 kalibreras. Om bulten 1 ska placeras på en plats med svåra väderförhållanden, t.ex. med låga/höga temperaturer är det föredraget att ta hänsyn till detta vid bestämning av töjningsdata. Kalibreringen kan vara en processkalibrering, som utförs på fabriken och/eller en kalibrering på plats. Fabrikskalibreringen kan t.ex. ta hänsyn till vilka material bulten kommer att spänna samt tillverkningsserien.

[0051] En utföringsform är fokuserad på grundtöjningsdetektering. Det är möjligt att använda t.ex. en handhållen anordning 14 för att återfå töjningsdata från bulten 1 i syfte att bestämma om töjningen ligger inom de förinställda gränsvärdena. Detta görs via styrenheten 6, som tar emot töjningsvärdet från minnesenheten 7 och skickar töjningsdata till den handhållna anordningen 14 via kommunikationsenheten 10. Bulten 1 är baserad på ett självladdningssystem, varvid en extern kommunikationsanordning används för att fråga bulten om dess status. I denna utföringsform är bulten 1 företrädesvis utrustad med en styrenhet 6, en kommunikationsenhet 10, en energilagringsenhet 9 och en laddningsenhet 8. Den externa kommunikationsanordningen kan vara en handhållen anordning 14. Bulten 1 kontrollerar om töjningen ligger inom området och om så är fallet indikerar korrekt åtdragning.

[0052] I en annan utforingsform är bulten 1 en del av ett automatiskt system. Förutom laddningsenheten 8 har bulten enligt denna utforingsform en trådlös kommunikationsenhet 10. Bulten 1 arbetar enligt principen att den befinner sig i ett viloläge under en viss, reglerbar tidsperiod, som kan bero på batterinivån, vaknar upp, bestämmer töjningsstatus, kommunicerar bestämd töjningsstatus och faller tillbaka i vilotillståndet. Det är också möjligt att kommunicera med bulten 1 via en kommunikationsanordning, som kan vara en handhållen kommunikationsanordning. Efter montering och indikering av korrekt töjning är det möjligt att ladda data, t.ex. tillverkningsgränsvärden, via kommunikationsanordningen och ladda upp till bultens minnesenhet 7. När detta är gjort kan en indikering på att informationen mottagits och lagrats åstadkommas. Töjningsindikeringen kan laddas ner manuellt från bulten 1 med hjälp av kommunikationsanordningen. Den kan även utföras automatiskt genom att bulten kontrollerar om töjningen ligger inom gränserna, indikerar korrekt åtdragning och skickar information vid behov, t.ex. bestämd töjningsdata.

[0053] I ytterligare en annan utforingsform har bulten 1 kunskap om töjning genom lagring av töjningsdata i minnesenheten 7 tillsammans med tillverkningsdata och den kan komma ihåg avvikelse som också lagras i minnesenheten 7. En larmsignal kan sändas ut när töjningen underskrider/överskrider ett tröskelvärde. Bulten 1 ingår i ett nätverk eller system av bultar. Bultama 1 som ingår i systemet övervakar töjning med ett frekvensintervall på mellan en gång per sekund till en gång per år och kan automatiskt rapportera normal funktion, avvikelser och felfunktion samt också bestämma tiden till ett potentiellt underhåll. Systemet innefattar vidare central mjukvara och infrastruktur 13. Efter montering och indikering av korrekt töjning är det möjligt att adressera bulten 1 från en dator. Det är också möjligt att skriva/läsa information till/från bulten 1. Från den centrala mjukvaran är det möjligt att administrera bultama 1 och få en överblick över status för alla bultama som är inkopplade i systemet. Bulten 1 bestämmer om töjningen ligger inom gränsområdet, indikerar korrekt åtdragning eller avvikelse/felfunktion, skickar information vid behov eller med regelbundna tidsintervall och är en del av ett intelligent system med logg och minne.

[0054] Töjningsdata mätt utifrån förlängningen av bulten 1 kan kommuniceras i vilken som helst kombination av ovan nämnda kommunikationssätt. T.ex. kan töjningsdata hämtas från bulten 1 med en handhållen anordning 14 under montering och under drift kan data skickas mellan olika komponenter till en sista bult 1, som antingen vidarebefordrar data via trådlös kommunikation eller lagrar data tills en operatör hämtar den med en handhållen anordning 14.

[0055] I utforingsformen i Fig. 1 infors en valfri optisk fiber i bultens 1 borrning 4 för att leda ljuset från den optiska enheten 12. Den principiella mätmetoden i denna utföringsform är att skicka ett ljuspulståg ner i bultens 1 borrning, genom den optiska fibern 20. Pulståget kommer att gå genom fibern 20 anordnad i borrningen 4, reflekteras i en bottenvägg av borrningen och gå tillbaka genom fibern 20 till detektorn i den optiska enheten 12. Styrenheten 6 bestämmer den tid det tog och bestämmer töjningsdatta med löptidsmetoden. Dessutom kan den optiska fibern 20 verka som en säkring eller säkerhetskontroll. Fibern 20 är mycket skör när den utsätts för töjning i längdriktningen. När således bulten 1 utsätts för en överdriven töjning kommer den optiska fibern 20 att gå av och således kommer töjningsmätningen inte att fungera längre. Detta kommer att vara en indikering på att något gått fel.

[0056] I utforingsformen i Fig.1 bestämmer styrenheten 6 signalsvarsegenskapema för bulten 1 i syfte att bestämma en fysisk deformation, t. ex. förlängning, med hjälp av löptidsmetoden. Denna metod är baserad på principen att mäta tiden det tar för ett ljuspulståg, som innefattar en enda ljuspuls, att gå från den optiska enheten 12 till botten av kaviteten 4, där det reflekteras och tillbaka till den optiska enheten. Löptidsmetoden kan användas både med och utan en optisk fiber i kaviteten.

[0057] I en annan utföringsform bestämmer styrenheten 6 signalsvarsegenskapema för bulten 1 i syfte att bestämma en fysisk deformation, t.ex. förlängning, med hjälp av optisk kommunikation i fritt utrymme, FSO. FSO är en teknik som betyder att kaviteten 4 används på samma sätt som tidigare beskrivits med den optiska fibern 20 men utan fiber.

[0058] Vid ytterligare en annan utföringsform bestämmer styrenheten 6 signalsvarsegenskapema för bulten 1 i syfte att bestämma en fysisk deformation, t.ex. förlängning. Med hjälp av interferometri, företrädesvis optisk interferometri. Interferometri är en mätmetod vid vilken vågor superponeras i syfte att hämta information om vågorna.

[0059] Den fysiska deformationen, t.ex. förlängning, i utföringsformema ovan är töjning i längdriktningen men den kan också vara andra fysiska deformationer, såsom exempelvis vridning eller brott orsakad av en yttre kraft. Mätmetoderna ovan kan också användas för töjningskontroll, dvs. metoden används för att detektera avvikelser eller felfunktion, som t.ex. vridmoment, störningar eller inkorrekta resultat.

[0060] Med hänvisning till Fig. 2 visas att system 14 av intelligenta bultar 1 monterade på ett konstruktionselement, i detta fall en flygplansvinge W. Systemet har vidare central mjukvara och infrastruktur 13. Bultarna 1 i systemet 14 övervakar töjning med ett frekvensintervall av t.ex. mellan en gång per sekund och en gång per år med hjälp av någon av mätmetoderna ovan. Bultarna 1 kommunicerar med varandra, varvid en bult 1 tar emot data från alla andra bultar. Bulten 1 som tar emot data från alla andra bultar 1 skickar den samlade informationen från alla bultar 1 i systemet till den centrala mjukvaran. Detta speciella förfarande är fördelaktigt då ingen trådlös nätverksanslutning finns tillgänglig. Ett exempel kan vara bultar 1 installerade längs en järnvägstunnel, varvid en bult kommunicerar med nästa osv. t.ex. via Bluetooth® tills data når a bult utanför tunneln, som därefter kan använda en trådlös nätverkskommunikation för att överföra all data till den centrala mjukvaran 13.

[0061] I Fig. 3 visas en liknande konstruktion som i Fig. 2 med ett system 14 av intelligenta bultar 1 fasta på en flygplansvinge W. Systemet 14 har vidare central mjukvara och infrastruktur 13. Bultarna 1 i systemet 14 övervakar töjning frekvent men i denna utföringsform kommunicerar vaije intelligent bult 1 direkt med den centrala mjukvaran 13.

[0062] Fig. 4 visar ett flödesschema, i vilket en metod 400 för mätning enligt löptidsmetoden beskrivs med hänvisning till en bult 1 av den typ som beskrivits ovan.

[0063] I det första setget 401 styr styrenheten 6 ljusemittern att emittera ett ljuspulståg in i kaviteten 4 i den mekaniska komponenten 1 och samtidigt startar styrenheten 6 en tidsmätning genom att starta en klocka vid tidpunkten T1. Det emitterade ljuspulståget går genom kaviteten 4 och i steg 402 når botten, där det reflekteras. Därifrån startar ljuspulståget sin väg tillbaka genom kaviteten 4 i riktning mot detektom. I steg 403 detekteras det reflekterade ljuspulståget av detektom och tidsmätningen avslutas vid tidpunkten T2.

[0064] I steg 404 analyserar styrenheten 6 pulstågets signalsvarsegenskaper, t.ex. signalstyrka, amplitud och pulsform. Steg 409 beskriver det fall då inget pulståg detekteras inom en viss tid eller om den detekterade signalen störts på något sätt. Styrenheten styr då ett felmeddelande. Detta kan göras via kommunikationsenheten 10 eller t.ex. med ett visuellt organ, t.ex. med en diod (icke visad) som ändrar färg från grönt till rött. Om å andra sidan den detekterade pulsen är OK, som beskrivs i steg 405, bestämmer styrenheten 6 den tid det tog for pulsen att gå från kavitetens 4 övre del, till botten och tillbaka till den övre delen igen som T2-T1. Den utnyttjar denna tid och löptidsmetoden for att bestämma fysisk deformation, i detta fall töjningsdata eller förlängning, av bulten.

[0065] I steg 406 jämför styrenheten 6 bestämda töjningsdata, eller förlängning, med ett referensvärde. Om töjningsdata ligger inom ett förinställt, accepterat område kan styrenheten antingen styra kommunikationsenheten 10 att skicka det bestämda värdet till en extern enhet 13, 14, t.ex. en dator, och/eller aktivera en grön diod, steg 407, eller också lagra nämnda bestämda töjningsdata i minnesenheten 7, steg 408. Den kan i vissa utföringsformer utföra både steg 407 och steg 408.

[0066] I steg 410 ligger bestämda töjningsdata inte inom det förinställda, accepterade området och styrenheten skickar någon form av larm avseende otillräcklig töjning. Detta kan t.ex. åstadkommas av ett felmeddelande till en extern enhet 13, 14, såsom en dator, eller genom tändning av en röd diod. Styrenheten 6 kan också, steg 411, lagra bestämda töjningsdata i minnesenheten 7. Den kan i vissa utföringsformer utföra både steg 410 och 411.

[0067] Fig. 5 visar ett flödesschema, i vilket en metod 500 for mätning enligt interferometrimetoden beskrivs med hänvisning till en bult 1 av den ovan beskrivna typen.

[0068] Det första steget 501 är att styrenheten styr ljussändaren att emittera ett ljuspulståg in i den mekaniska komponentens 1 kavitet 4 och att samtidigt styrenheten initierar en tidmätning genom att starta en klocka vid tidpunkten T1. Det emitterade ljuspulståget går genom kaviteten 4 och i steg 502 når botten, där det reflekteras. Därifrån startar ljuspulståget sin väg tillbaka genom kaviteten 4 i riktning mot detektom. I steg 503 detekteras det reflekterade ljuspulståget av detektorn och tidmätningen avslutas vid tidpunkten T2.

[0069] I steg 504 analyserar styrenheten 6 pulsens signalsvarsegenskaper, dvs. t.ex. interferensmönster, signalstyrka, amplitud och pulsform. Steg 509 beskriver det fall då inget reflekterat pulståg detekteras inom en viss tidsperiod eller om den detekterade signalen är störd på något sätt. Styrenheten 6 styr därefter ett felmeddelande. Detta kan ske via kommunikationsenheten 10 eller t.ex. med ett synligt organ, t.ex. en diod (icke visad), som ändrar färg från grönt till rött. Om å andra sidan den detekterade pulsen är OK, som beskrivs i steg 505, analyserar styrenheten 6 interferensmönstret. Den utnyttjar då interferometri for att bestämma fysisk deformation, i detta fall töjning eller förlängning, av bulten.

[0070] I steg 506 jämför styrenheten bestämda töjningsdata med ett referensvärde. Om töjningsdata ligger inom ett förinställt, accepterat område kan styrenheten 6 antingen styra kommunikationsenheten 10 att skicka det bestämda värdet till en extern enhet 13, 14, såsom en dator, och/eller kan den tända en grön diod, steg 507, eller kan den också lagra bestämda töjningsdata i minnesenheten 7, steg 508. Den kan i vissa utföringsformer utföra både steg 507 och steg 508.

[0071] I steg 510 ligger bestämda töjningsdata inte inom det förinställda, accepterade området och styrenheten 6 styr någon typ av larm avseende otillräcklig töjning. Detta kan exempelvis ske med ett felmeddelande till en extern enhet 13, 14, såsom en dator, eller genom tändning av en röd diod. Styrenheten 6 kan också, steg 511, lagra bestämda töjningsdata i minnesenheten 7. Den kan i vissa utföringsformer utföra både steg 510 och steg 511.

[0072] Det torde inses att uppfinningskonceptet inte är begränsat till utföringsformerna som beskrivits ovan och många modifieringar är rimliga inom ramen för uppfinningen som definieras i efterföljande patentkrav. Som förstås av beskrivningen är systemet enligt uppfinningen inte tillämpbart enbart på fästorgan utan även på andra mekaniska komponenter, såsom gängade fästdon, t.ex. skruvar, bultar, pinnbultar, specialformade, gängade fastdon av hantyp eller gängade stänger. Tekniken att bestämma töj ning av en mekanisk komponent som beskrivits ovan, är tillämpbar på många olika områden med behov av hög säkerhet, t.ex. inom olje-, kärnkrafts-, vindkrafts-, flyg-, bil-, process- eller gruvindustrin men också inom områden som mätteknik och vibrationsmätningar.

Claims (26)

PATENTKRAV

1. Mekanisk komponent som har ett parti vilket deformeras när det utsätts for töjning och som har en kavitet (4), varvid komponenten vidare har en optisk enhet (12) anordnad att emittera ljus in i kaviteten (4) och detektera reflekterat ljus; en styrenhet (6) ansluten till den optiska enheten (12); en stödsensorenhet (11), varvid styrenheten är anordnad att bestämma egenskaperna hos det signalsvar som åstadkommes av det emitterad ljus som går från den optiska enheten (12) in i kaviteten (4), reflekteras och går tillbaka till den optiska enheten (12), och varvid stödsensorenheten (11) är anordnad att forse styrenheten (6) med ytterligare indata, samt varvid styrenheten (6) vidare är anordnad att bestämma fysisk deformation hos partiet av den mekaniska komponenten (1) utifrån egenskaperna hos signalsvaret och utifrån ytterligare indata från stödsensorenheten for att bestämma töjningsdata från den fysiska deformationen; och en kommunikationsenhet (10) ansluten till styrenheten (6) och anordnad att skicka töjningsdata for den mekaniska komponenten (1) till en extern anordning (13;14) .

2. Mekanisk komponent enligt krav 1, varvid styrenheten (6) är anordnad att bestämma fysisk deformation med hjälp av löptidsmetoden eller interferometri.

3. Mekanisk komponent enligt krav 1 eller 2, varvid den optiska enheten (12) har en ljussändare och en ljusdetektor; och varvid styrenheten (6) har en mikrostyrkrets anordnad att styra ljussändaren.

4. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid den optiska enheten (12) är en laser.

5. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, vidare innefattande en laddningsenhet (8) anordnad att hämta energi från omgivningen.

6. Mekanisk komponent enligt krav 5, vidare innefattande en energilagringsenhet (9) anordnad att lagra energi upptagen av laddningssenheten (8) och mata energi till styrenheten (6) och kommunikationsenheten (10).

7. Mekanisk komponent enligt krav 6, varvid energilagringsenheten (9) innefattar en ackumulator, företrädesvis ett batteri.

8. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, vidare innefattande en minnesenhet (7) anordnad att lagra förinställd tillverkningsdata och nämnda töjningsdata.

9. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid kommunikationsenheten (10) är trådlös.

10. Mekanisk komponent enligt krav 1, varvid stödsensorenheten (11) innefattar en temperatursensor.

11. Mekanisk komponent enligt krav 1, varvid stödsensorenheten (11) innefattar en positioneringsanordning.

12. Mekanisk komponent enligt krav 1, varvid stödsensorenheten (11) innefattar en fuktsensor.

13. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid komponenten (1) ingår i ett nätverk vilket också har central mjukvara (13) anordnad att övervaka nämnda töjningsdata för alla komponenter (1) som ingår i nätverket (15) och automatiskt rapportera normal funktion, felfunktion eller avvikelser.

14. Mekanisk komponent enligt krav 13, varvid komponenten (1) är anordnad att kommunicera med motsvarande komponenter (1) som ingår i nätverket.

15. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav,, varvid komponenten (1) är ett fästelement, såsom en bult, en skruv eller en nit anordnad att spänna ihop delar.

16. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid kaviteten är en långsträckt borrning (4) i komponenten (1).

17. Mekanisk komponent enligt något av föregående krav, varvid kaviteten (4) innehåller en optisk fiber (20).

18. Metod att mäta töjning i en mekanisk komponent (1) som har en kavitet (4); innefattande stegen: emittering av ett ljuspulståg från en optisk enhet (12) in i en kavitet (4); detektering av ett reflekterat ljuspulståg med den optiska enheten (12); bestämning av egenskaperna i signalsvaret som åstadkommes av det emitterade ljuset från den optiska enheten (12), vilket går in i kaviteten (4), reflekteras och går tillbaka till den optiska enheten (12), och bestämning av den fysiska deformationen i den mekaniska komponenten (1) utifrån egenskaperna hos det bestämda signalsvaret och utifrån ytterligare indata från en stödsensorenhet (11), för bestämning av töjningsdata utifrån den fysiska deformationen; och skickande av töjningsdata till en extern anordning (13,14).

19. Metod enligt krav 18, varvid den fysiska deformationen bestäms genom löptidsmetoden eller interferometri.

20. Metod enligt krav 18 eller 19, varvid nämnda töjningsdata skickas till en handhållen kommunikationsanordning (14)

21. Metod enligt vilket som helst av kraven 18-20, varvid nämnda töjningsdata skickas via ett trådlöst kommunikationssystem.

22. Metod enligt vilket som helst av kraven 18-21, varvid nämnda töjningsdata skickas i ett nätverk av mekaniska komponenter.

23. System innefattande: ett antal mekaniska komponenter (1) enligt något av kraven 1-17; och central programvara och infrastruktur (13) anordnad att övervaka töjningsdata för alla komponenter som ingår i systemet och automatiskt rapportera normal funktion, felfunktion eller avvikelser.

24. System enligt krav 23, varvid information läses från/skrives till de mekaniska komponenterna (1).

25. Konstruktionselement, såsom en flygplansvinge (W), som har ett antal mekaniska komponenter (1) enligt något av kraven 1-17.

26. Konstruktionselement enligt krav 25, varvid de mekaniska komponenterna (1) är kopplade i ett nätverk.