智能紧固件、以及紧固件安装及检查系统的制造方法与工艺

智能紧固件、以及紧固件安装及检查系统发明背景本发明涉及螺纹紧固件。更详细地，本发明涉及具有智能特性的工业螺纹紧固件。螺纹紧固件长久以来用于将各种类型的机械部件紧固到一起。可通过螺纹紧固件被紧固到一起的不同类型的机械部件的一些示例为诸如桥大梁、建筑物中的支撑梁以及航空器结构件之类的结构件。通常，在安装过程中，每个螺纹紧固件插入到工件的孔中以便被锁位或螺纹旋入到相配工件的指定部分中，例如固定于相配工件的螺母或形成在相配工件中的螺纹孔。在许多应用中，各个紧固件必须被螺纹旋紧到特定公差的窄带中的特定扭矩量。特定公差通常是针对指定方案所形成的技术规范的一部分，并且能够以纸件形式或电子形式(例如存储在闪存或其他计算机可读的存储介质中)呈现，并与能够运送至施工现场的便携式计算机一起使用。手动扭矩扳手和功率驱动的扭矩工具通常都用于把紧固件紧固到特定扭矩范围中的某个值。通常，为了确定可容许的扭矩值，安装者必须考虑技术规范，然后将紧固件紧固。理想的是，通过场地位置和扭矩值，安装者能够手动生成所安装的每个紧固件的记录，并将该记录提交给监工或负责维护项目数据的其他人员或事务所(office)。然而，这并不总是可以实现的。许多方案需要对所安装的紧固件进行检查以便在安装后立即具有适当的扭矩值，并在之后成为规则的基础以确保整个结构组件的安全。这种检查和核对必须由有资格的人员(通常是经过训练的检查员)执行，这些人员具有原始技术规范的可信副本，并且所述检查和核对由检查者通过向每个所安装的紧固件应用扭矩扳手、功率驱动的扭矩工具或扭矩测量装置来手动实现。此外，检查者通常采取视觉测量以确定任何紧固件是否缺失。检查和核对的结果必须汇报给指定的人员或事务所，这些人员或事务所维护检查记录以供将来参考。由于检查过程必须是手动的，且对每个单独的紧固件都是直观上进行，因此整个过程非常耗时，并且会带来人为误差，例如未能正确地将适当的扭矩规范值施加给一个或多个紧固件，未能对给定的紧固件进行扭矩的精确测量，或者未能注意到指定的紧固件位置存在紧固件缺失的情况。此外，如上所述，紧固件的初始安装记录并不总是针对负责维护紧固结构的整体性和安全性的那些部件的损害而创建的。

技术实现要素：
本发明包括一种具有智能特性的螺纹紧固件，该智能特性使得更易于对紧固件进行安装和随后的检查，本发明还包括一种智能紧固件系统和方法，该方法在使用螺纹紧固件进行安装和随后对紧固的结构进行监视方面提供了迄今为止难以获得的优点。从单独的装置的立场来看，本发明包括一种智能紧固件，该紧固件包括一主体部件，该主体部件具有头部和从头部伸出的外螺纹柄部；头部具有下表面和上表面，以及形成于其中的通孔；上表面，具有形成于其中的凹槽；RFID标签，安装在凹槽中；天线，安装在凹槽中并耦合至RFID标签；具有主体部分的传感器，安装在凹槽中并耦合至RFID标签；该传感器具有远离传感器主体部分延伸的臂部和位于一端的终端，该臂部可滑动地容纳在通孔中，并且臂部的一端在下表面之下延伸，以便当紧固件插入到孔中时臂部的这一端能够接触有孔工件的表面。RFID标签具有用于存储有关紧固件信息的存储器，例如唯一标识、指定用于紧固件的扭矩值、安装日期、安装紧固件的场地位置、初始安装的日期以及紧固件的最新检查的日期。在优选实施方案中，所述传感器包括可提供二进制扭矩状况信号的双态微型开关。从系统的立场来看，本发明涉及紧固件的安装和检查系统，该系统包括：具备主体部件的紧固件，该主体部件具有头部和从头部伸出的外螺纹柄部，头部具有下表面和上表面，以及形成于其中的通孔；上表面，具有形成于其中的凹槽；安装在凹槽中的RFID标签，该RFID标签具有用于存储紧固件特有的信息的存储器；天线，安装在凹槽中并耦合至RFID标签；具有主体部分的传感器，安装在凹槽中并耦合至RFID标签；该传感器具有远离传感器主体部分延伸的臂部和位于一端的终端，该臂部可滑动地容纳在通孔中，并且臂部的一端在下表面之下延伸，以便当紧固件插入到孔中时臂部的这一端能够接触有孔工件的表面；以及RFID标签阅读器用于询问RFID标签以及接收来自于RFID标签的信息。存储在RFID标签存储器中的信息包括紧固件的唯一标识、指定用于紧固件的扭矩值、紧固件的初始安装日期、安装紧固件的场地位置以及紧固件的最后检查的日期。当适当地利用RFID标签阅读器向RFID标签传送最新的信息时，存储在RFID标签存储器中的信息能够被更新。传感器优选包括用于检测紧固件扭矩状态的双态微型开关。该系统进一步包括用于驱动紧固件进入螺纹孔中至特定扭矩值的紧固件安装工具。为此，紧固件安装工具包括耦合至RFID标签阅读器的扭矩控制单元，用以将紧固件安装工具施加给紧固件的扭矩限制为所述扭矩值。按照本发明构造的紧固件具有超过已知螺纹紧固件的多项优点。首先，当安装者准备安装紧固件时，通过以安装工具能够选取的方式在紧固件的RFID标签中提供正确的扭矩信息，可以极其便利地得到紧固件初始安装的正确的扭矩规范。此外，通过安装工具紧固件可被自动驱动至适当的扭矩值，并且在安装了紧固件后能够立即核对扭矩值以确保紧固件被正确地安装。而且，利用扫描检测技术在任何时间都能够快速核对紧固件集合的安装的完整性，并且利用安装工具能够实现任何所需要的校正性动作。更进一步地，扫描检测技术避免了人工核对每个安装紧固件的当前值的需要，这充分减少了将要处理的检测过程所需要的时间。此外，由相关联的标签阅读器以可读的形式提供紧固件的标识、类型、指定的扭矩值、场地位置、安装日期和检查日期信息，能够汇编紧固件安装方案的完整历史，并且将其保存在主机中以供将来维护之用。最后，对于每个紧固件，能够以相对低廉的额外费用提供上述优点。为了完整地理解本发明的本质和优点，结合附图进行详细说明。附图简述图1是具有智能特性并结合本发明的螺纹紧固件的优选实施方案的透视图；图2是图1所示紧固件的俯视图，示出了智能组件的定位；图3是例示图1所示紧固件的智能组件的示意图；图4是图1所示紧固件的局部剖面的侧视图，其中螺纹轴插入到所确定的结构件的孔中，并且螺纹轴螺纹旋在另一结构件的匹配螺纹部分上；图5是用在紧固件的安装和扭矩调节中的紧固件自动安装工具的示意图；图6是用于图1所示紧固件表示初始安装过程的方框图；以及图7是表示多个安装的紧固件和扫描检查过程的示意图。具体实施方式现在转向附图，图1和图2示出了按照本发明的单独的紧固件。如这些附图中所见的，由附图标记10一般地表示的紧固件具有头部12和终止于自由端14的螺纹柄部13。紧固件头部12具有由凹入的上表面15和界壁16限定而成的中心凹槽，其中该中心凹槽具有足够的深度和边界尺寸以容纳RFID芯片17、天线18和微型开关20的上主体部分19。元件17，18和19均由头部12的凹入上表面15支撑。微型开关20的剩余部分包括臂部22，该臂部向下延伸穿过形成在头部12中的通孔23，并终止于自由端24。出于以下描述起见，臂部22的自由端24终止于头部12的下表面25(参见图4)之下的预定水平处。将通孔23和臂部22的相对直径尺寸选择成使得臂部22能够在通孔23中可滑动地往复运动。参照图3，向紧固件10提供智能特性的组件包括微型开关20、RFID芯片17和天线18。RFID芯片17是传统的RFID芯片，一般指的是现有技术中的RFID标签，优选是可从加利福尼亚州圣何塞的Atmel公司得到的Atmel型ATA5570集成电路，其结合经由天线18实现RFID集成电路17和相关联的RFID标签阅读器之间的双向通信所需的常规组件。RFID芯片17进一步包括读/写存储器部分，用于响应于相关联的RFID标签阅读器的询问来存储和检索与紧固件10相关的某些信息。稍后将更全面地描述信息的类型。此外，RFID芯片17还与需要的功率转换电路组件结合以便根据经由天线从相关联的RFID标签阅读器接收到的电磁询问信号向集成电路组件提供电能。由于这些组件都是已知的，为了避免冗长这里不再对它们进行详细说明。微型开关20具有耦合至RFID芯片17的数据输入的两根导线26，27(图2和图3中示出)。这使得RFID芯片能够监视微型开关20的二进制状况---即闭合或打开。在优选的实施方案中，微型开关20起到二进制扭矩值传感器的作用，用以检测紧固件10是否已经紧固到正确的扭矩值。图4示出了结合本发明的紧固件部分地安装到两个结构部件中。在该附图中，元件17、18和20以幻影的形式示出。如图中所示，图示的螺纹轴13插入到待确定的第一结构件30的孔31中；并且螺纹轴13还被旋入到另一结构件34的螺纹部33中。对于具有足够厚度的结构件34而言，该结构件34的螺纹部33包括如图示形成在结构件34中的螺纹孔；替代地，螺纹部33可以包括永久固定(例如，通过焊接)在结构件34背面的分立螺母。在任一情况下，螺纹部33的目的都是当紧固件10在被完全驱动回原位(home)时，在第一结构件30和另外的结构件34之间提供适当大小的夹紧力。如上所述，紧固件10必须被紧固到一扭矩值，该扭矩值通常落在由项目技术...