[发明专利]基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法

权利要求书

1.一种基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

第一步，转子装配体（9）置于精密回转台（11）上并调整其位置，使转子装配体（9）与精密回转台（11）的回转轴线一致，通过夹具（10）将转子装配体（9）固定；

第二步，激光器（1）和分光镜（2）调整位置及姿态，使激光器（1）发射的激光能够穿过分光镜（2）照射到螺栓（7）上端面的中心；

第三步，第二光电探测仪（8）调整位置及姿态，使其能够接收到被测螺栓上端面的超声波信号；

第四步，衰减片（3）、聚焦透镜（4）和第一光电探测仪（5）调整位置及姿态，使分光镜（2）分出的激光束能够穿过衰减片（3）和聚焦透镜（4）被第一光电探测仪（5）接收；

第五步，所有螺栓（7）未紧固前，工控机（13）控制激光器（1）发射脉冲激光，脉冲激光被分光镜（2）分成两束，其中一束穿过衰减片（3）之后经聚焦透镜（4）被第一光电探测仪（5）接收并转换为电信号传入数据采集卡（6）作为超声信号的采集触发，另一束照射到螺栓（7）上端面的中心，由于热弹效应螺栓（7）上端面产生超声波，超声波产生之后沿着螺栓（7）轴线方向向下传播，直至传播到螺栓（7）下端面后反射，之后沿着螺栓（7）轴线方向向上传播至螺栓（7）上端面，传播到螺栓（7）上端面的超声波信号被第二光电探测仪（8）接收并转换为电信号传送至数据采集卡（6），所述数据采集卡（6）将采集到的信号传至工控机（13）进行处理，计算出从接收到第一光电探测仪（5）的触发信号至接收到第二光电探测仪（8）的超声信号之间的时间差Δt₀；

第六步，所有螺栓（7）紧固后，工控机（13）发送指令激光器（1）发射脉冲激光，脉冲激光的传播路线与超声信号的产生与接收过程与步骤五相同，计算出从接收到第一光电探测仪（5）的触发信号至接收到第二光电探测仪（8）的超声信号之间的时间差Δt₁；

第七步，根据紧固前后超声波的传播时间差以及螺栓的应力系数，求出第一个螺栓的紧固力F₁；

第八步，工控机（13）控制精密回转台（11）转动一定角度，转动完成后工控机（13）发送指令激光器（1）发射脉冲激光，脉冲激光的传播路线与超声信号的产生与接收过程与步骤五相同，计算出从接收到第一光电探测仪（5）的触发信号至接收到第二光电探测仪（8）的超声信号之间的时间差Δt₂；

第九步，根据紧固前后超声波的传播时间差以及螺栓的应力系数，求出第二个螺栓的紧固力F₂；

第十步，重复步骤九，直至转子装配体（9）回转一周，完成若干个螺栓紧固力的测量。

2.根据权利要求1所述的基于声弹效应的大型高速回转装备装配紧固力测量方法，其特征在于，螺栓紧固力Fi的计算公式为Fi=S×σi，其中，S为螺栓的应力截面积，σi为螺栓紧固应力；

所述螺栓紧固应力σi的计算公式为σi=K×ΔT_i，其中，K为与螺栓几何尺寸和材料类型有关的系数，通过标定试验确定，ΔT_i为第i个螺栓紧固前后超声波的传播时间差；

所述紧固前后超声波的传播时间差的计算公式为ΔT_i =Δt_i-Δt₀。