紧固件的制作方法

本发明涉及紧固件。

以下将通过举例方式，结合示压螺栓和监测该螺栓上的拉伸负荷对本发明进行描述。本发明不限于此实例，例如，本发明的其他实例可以涉及监测除螺栓以外的构件中的拉伸或压缩负荷。特别地，本发明的一些实例涉及除螺栓以外的紧固件。

本文中的“构件”既可以指包含多个组成件的构件，也可以指一体化形成的构件。本文中的“螺栓”既可以指有头螺栓，也可以指无头螺栓。无头螺栓即为所称的“柱螺栓”。“一体的”以及该术语的变体在本文中以其普通含义来使用。因此，两个本体可以通过焊接被整合，但是通过其他导致互不相连的被紧固(潜在地一体化)的本体的紧固方法(比如粘合)，不能成为一体化本体。

背景技术：

在一些应用中，重要的是要知道在螺栓上的负荷，例如在压力边界螺栓接头(管路和压力管道的衬垫、凸缘、螺栓接头)的应用中。

过载的螺栓会导致接头组成件失效，而欠载螺栓会有疲劳失效的风险，会指示相邻的螺栓过载和/或会导致螺栓所夹的部件之间泄露。由于螺母松开或者螺栓或者结构的其他方面发生蠕变，螺栓上的负荷会随着时间发生变化。这特别会发生在振动维护的接头盒高温接头中。在组装过程中监测剩余的螺栓负荷可以确保精确的螺栓负荷被施加，而在运行过程中监测可以如所需地实现主动的重新紧固。

螺栓负荷监测方法趋于分成两个类别：接触测量方法和非接触测量方法。接触方法使用对两个基准的相对位移进行测量的机械手段，比如千分表或杠杆机构。

在发明者的知识范畴内，所有的非接触方法(例如光波测量、超声测量和电容隙测量)所涉及的测量工具(相对于接触工具)都很昂贵，更加要依赖基准条件建立可重复的读数，及在升高的温度下更容易损坏和老化。

以发明者的经验，商业上可获取的螺栓负荷测量装置，要进行精确的负荷监测需要对每个螺栓在其未载荷的条件下进行测量以确定基准的最初相对配置。这种测量要保持成，之后还能被检索以及与螺栓随后的负荷计算相关联。在随后的计算中，要将在螺栓欠载时测得的基准的相对配置与最初的相对配置相比，以确定关联负荷的基准的相对位移。

发明者已经意识到，进行最初的测量，存储和检测信息，并执行这些计算很费力且是误差的另一潜在来源。

因此，多种接触方法和装置披露在国际专利公开第WO 2010/140002A1号中。该公开的图3、图5和图4被再制成本文发明的图1、图2和图3。在发明者写这个发明时的知识范畴内，披露在图2和图3中的装置未对应任何商业上可得的产品。同时，并非众所周知的，这种布置或多或少会解决相关螺母位置的问题。

图1示出螺栓1装载一对螺母2。螺栓1是沿其全长具有连续外部螺纹的柱螺栓。

螺纹的可应变部分3被螺母2支托。当螺母被拧紧以压迫结构(未示出，例如接头的两个配对凸缘)，负荷经由螺栓和螺母的螺纹接合施加到螺栓1上。螺栓在螺母下方的部分及包括相关螺纹的部分组成了螺栓1的负荷接收部分。

施加的负荷拉紧了螺栓，使得其发生应变(或者，更确切地说是延长)。本文中用的“应变”指的是尺寸上的变化，表现是尺寸上的比例。不意味着损坏或者达到破裂的程度。在材料的弹性范围内，应变经由材料的弹性特性直接相关于负荷。

螺栓1包括孔，在其大多数长度上运作，在其内装载了销4。销的内侧端与可应变部分3螺纹接合。此螺纹接合在销的根部。销的另一端是自由端，与螺栓的上(如所绘)端相邻。

销的自由端和螺栓的上端是基准。当螺栓拉伸时，销(保持未受应力)后退回到螺栓1内。此后退可以用千分表测量，并示出可应变部分发生应变的量。

后退的量基于螺母的定位。螺母的定位可以基于被夹住结构的厚度进行改变。用于纠正这种变化的计算很费力且是误差的另一潜在来源。

在图2和图3的装置中，只有套筒8的下(如所绘)端被锚定在可应变部分的孔内，使得销的顶部(如所绘)和套筒提供基准，自该基准能够取到未被螺母位置所影响的测量结果。

因此，多种非接触方法和装置披露在英国专利申请第GB 2372826A号中。重申，在发明者的知识范畴内，这些装置未对应任何商业上可得的产品。

英国专利申请第GB 2372826A号的图2和图4被再制成本文发明的图4和图5。披露了螺栓内的销规4。销的端表面10被预制成能以指示轴向运动的形式反射光线。销与螺栓是潜在的一体，且通过加工去除周围的材料形成。纤维光学探针12运送自销反射的光线至图像分光仪，以获取轴向运动的指示。

英国专利申请第GB 2372826A号的图2的变体(本文中是图4)并入了凹槽14，凹槽14的大小正好实现与探针的紧密滑动接合。此凹槽被说成与探针接合且对齐。

英国专利申请第GB 2372826A号的图4的变体(本文中是图5)示出了孔，使得销规4完全在螺栓的可应变部分内。孔被扩大以限定与销规的末端10相邻的阶梯16。绘示了探针和孔之间明显的径向间隙。压力弹簧18被轴环加载以偏置探针靠在阶梯上，以相对阶梯确定地对探针进行定位。

在本技术领域，像英国专利申请第GB 2372826A号的图4(本文中是图5)中的孔通常，如果不是全体，是钻出来的。当通过有技能的机械工使用高质量的工具和设备小心地实现钻操作时，钻操作可被期待生产出最佳具有H10公差的孔，就是孔的最宽和最窄定位都落在H10的范围内。实践中，公差很可能要宽于H10，其原因在于，不会有明显的理由来负担维持较窄公差的费用。

在发明者写这个发明时的知识范畴内，使用非接触加工以形成负荷指示紧固件不是众所周知的。非接触加工是对电火花加工(EDM)、电化学加工(ECM)和激光加工中采用的涵盖性用语。

电火花成型加工(Sinker EDM)使得成型的电极要能维持在相对于工件很高的电压下且缓慢地朝向工件运动，以在两者之间形成电弧。此电弧的效果是，将工件腐蚀成与电极形状补充的形状。通常，电极和工件的相关部分会被浸浴在介电流体中，且当介电流体分解时电弧形成。

美国专利第US4847464号披露了使用电火花成型加工形成喷丝毛细管。国际专利公开第WO2012/097187号披露了电火花加工分解以去除剩余的丝锥、螺栓或者铆接材料。美国专利第US5391850号披露了使用快速打孔电火花加工进行高精度小直径孔。

快速打孔电火花加工实现了旋转和改进的管状电极，经由管状电极泵送介电流体。快速打孔电火花加工可被用于产生通孔和盲孔。为了产生通孔，可以使用具有简易换装截面的电极。为了产生盲孔，可以使用更精巧的电极以确保在旋转轴线处或绕旋转轴线的材料被去除。美国专利第US3622734号和欧洲专利公开第EP0634243号披露了这种电极的实例。

发明者开展调研时已经私下联系了众多电火花加工技术领域内的技术人员，包括许多有经验的机械师。调研显示，电火花加工技术和其他非接触方法被普遍认为，不适合用于形成类似英国专利申请第GB2372826号的销规的构造。事实上，绝大多数取得联系的机械师相信，电火花加工用于实现此目的不可行。

大多数人认为电火花成型加工技术实在太慢(即，昂贵)，例如，一般认为，用此方法形成25毫米长的销需要花费超过2个小时的时间。

一般认为电火花加工分解是不精确的，而且相当不精确，以至于如果应用到加工去除周围的材料以形成销规中，很怀疑是不是根本都剩不下任何销。

类似地，一般认为，快速打孔电火花加工不适合剩下完整的中央销。当使用“通孔”电极时，在旋转轴线处或绕旋转轴线的材料通常会变成残缺的、不想要的、在其前导端处被优先腐蚀的副产品。通常，“盲孔”方法会破坏在旋转轴线处或绕旋转轴线的材料。

形成步骤16和具有任何精确度的英国专利公开第GB2372826A号(本文中是图5)的(销规4的)末端10呈现出一些挑战。本发明者认为，这一点，使用常规的方法在商业上不可行。需要在相对长的细长孔的底部进行加工。对于大多数常规方法这都是存在问题的。意味着需要又长又细的工具，这就意味着需要更高的速度、很小的切口和许多小幅运动。微铣是一个选择，但是被认为实在太慢(即，昂贵)，在商业上不可行。

我们并不认为此专利说明书中的任何信息是普通常识，或者并没有理由认为本技术领域的技术人员在优先权日就能确定或理解这些信息、认为其是相关的或者以任何方式对其进行组合。

技术实现要素：

本发明的一个方面，提供了一种紧固件，用于承载负荷，包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；及拉长部分，拉长部分限定另一基准；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；可应变部分限定基准；及紧固件未载荷时，从基准的最高点到另一基准的最高点之间的轴向距离小于从基准到拉长部分根部之间轴向距离的1/1000。

本发明的另一方面，提供了一种紧固件，用于承载负荷，包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；及拉长部分，拉长部分限定另一基准；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；可应变部分限定基准；及紧固件未载荷时，基准大体是共面的。

较佳地，紧固件未载荷时，从基准的最高点到另一基准的最高点之间的轴向距离小于从基准到拉长部分根部之间轴向距离的1/2000，更佳地，小于1/4000。

本发明的另一方面，提供了一种紧固件，包括：第一和第二负荷接收部分；在第一和第二负荷接收部分之间的可应变部分；拉长部分，拉长部分包括参考基准；应变部分基准位于可应变部分上；应变部分基准相对于参考基准的轴向位移与紧固件上的负荷成比例；及，当负荷为零时，从参考基准的最高点到应变部分基准的最高点的轴向距离小于从参考基准到拉长部分根部的轴向距离的1/1000。

较佳地，拉长部分位于可应变部分内，最佳地，拉长部分的根部、参考基准和应变部分基准位于第一和第二负荷接收部分之间。

紧固件可以包括从紧固件的测量进入端到参考基准和应变部分基准的洞孔，洞孔包括具有公差不大于H9的孔。

较佳地，孔具有的相对于参考销的径向跳动公差小于从参考基准到拉长部分的根部的轴向距离的1/200。

本发明的另一方面，提供了一种方法，用于形成紧固件，紧固件用于承载负荷并包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；及拉长部分，拉长部分限定另一基准且与可应变部分一体化形成；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；方法包括去除材料以限定基准；及去除材料是非接触加工以去除材料。

较佳地，非接触加工包括相对于紧固件移动加工工具；加工工具具有作用为形成基准的功能区域；移动是将至少部分的所述功能区域移动到所述两个基准两者之上并作用在所述两个基准上，以限制与所述加工工具的磨损相关联的相关加工变化；相关加工变化是，相对于所述另一基准的最高点，在所述基准的最高点的轴向配置的变化。

移动包括相对于加工工具旋转紧固件而同时工具相对于拉长部分侧向偏置，和/或相对于紧固件旋转加工工具而同时工具相对于拉长部分侧向偏置。加工工具相对于紧固件的旋转较佳地是与紧固件的相对旋转相反，和/或以与紧固件相对于工具旋转的速率不同的速率旋转。移动可以包括相对侧向行程。

本发明的另一方面，提供了一种方法，用于形成紧固件，紧固件用于承载负荷并包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；及拉长部分，拉长部分限定另一基准且与可应变部分一体化形成；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；方法包括在单次加工设置中去除材料以限定两个基准。

本发明的另一方面，提供了一种形成具有可应变部分的紧固件的方法，包括将负荷施加到所述可应变部分并且加热所述可应变部分一段时间；负荷、加热的特性、及一段时间被选定以使所述可应变部分驰豫，从而所述紧固件能具有不超过限度的额定使用中驰豫；额定使用中驰豫是：在可应变部分内的压力的减少；在五年的期间内处于可应变部分的蠕变温度的80％；及在所述可应变部分内，来自所述可应变部分的屈服压力的50％的最初压力；限度是最初压力的10％。

本发明的另一方面提供了一形成具有可应变部分的紧固件的方法，所述方法包括将负荷施加到所述可应变部分并且加热所述可应变部分一段时间；所述负荷、所述加热的特性及所述一段时间被选定以使得在所述一段时间结束时，可应变部分的蠕变/驰豫速率小于4x10^-7米/米/小时。

施加的负荷介于设计负荷和所述可应变部分的弹性限度之间，而所述紧固件在使用时会承受所述设计负荷。加热较佳是达到介于设计温度和所述可应变部分的退火温度之间的温度，而所述紧固件在使用时会承受所述设计温度。

较佳地，选定上限度以大体上避免对所述可应变部分的微结构产生负面影响。施加负荷是拧紧所述紧固件以夹紧物品，及方法可以包括在所述一段时间内进一步拧紧。

本发明的另一方面提供了一种形成具有可应变部分的紧固件的方法，包括以下步骤：将所述紧固件加热至所述紧固件的蠕变温度的至少80％的温度；施加预驰豫负荷以在所述可应变部分内获得所述紧固件的屈服压力的至少50％的压力。

方法可以包括以下步骤，对被加热至蠕变温度的至少80％的温度的所述紧固件再施加所述预驰豫，或再施加所述预驰豫负荷并且再加热至蠕变温度的至少80％的温度。

方法可以包括在紧固件的整个加热时间内再施加预驰豫负荷的步骤。

较佳地，加热是在炉子中进行加热。

本发明的另一方面提供了根据以上任一方法形成的紧固件。

紧固件较佳地包括孔，以使测量工具能到达两个基准以检查负荷；孔具有一个或多个工具接合部分，以形成使工具对齐的接合。

较佳地，权利要求34的紧固件，其中，工具接合部分具有不宽于H9的公差，或者更佳地，不宽于H6。最佳地，工具接合部分具有不宽于的公差。

为了避免疑问，工具和螺栓之间的工程配合在本文中的描述形式与美国国家标准化学会(ANSI)限定的RC配合或者国际标准化组织(ISO)所限定的IT配合大致相符，并且涵盖了在非筒状部件之间的等同配合。类似地，螺栓内的孔和测量工具的探针部分的外表面这样的零件的公差在本文中的描述形式与孔的ISOH配合及轴的ISO f、g或h配合大致相符，并且涵盖了在非筒状部件之间的等同配合。

工具接合部分较佳地被构造成，在至少两个位置接合所述工具，所述至少两个位置以至少等于所述横截面面积的平方根的轴向长度间隔开，或较佳地，以至少等于所述横截面面积的平方根的1.5倍的轴向长度间隔开。

本发明的另一方面提供了一种系统，包括紧固件测量工具。

测量工具和孔之间的接合较佳地最松是转动配合，或者，更佳地，最松是大致RC6的转动配合。

本发明的另一方面提供了一种系统，包括：紧固件，用于承载负荷；及工具，用于测量紧固件上的负荷；紧固件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准；及孔，工具可以穿过孔到达基准；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；可应变部分限定基准；孔的尺寸被设定成接合工具以使工具对齐；工具被构造成能产生读出值；及接合是平移滑动接合，以便大体上消除读出值的变化。

本发明的另一方面提供了一种系统，包括：紧固件，用于承载负荷；及工具，用于检查紧固件上的负荷；紧固件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准；及孔，穿过孔工具可以到达基准；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；可应变部分限定两个基准；孔具有横截面面积，并且尺寸被设定为在由轴向长度间隔开的至少两个位置接合所述工具，以使所述工具对齐；接合最松是大致RC6的转动配合；及轴向长度至少等于横截面面积的平方根。

接合较佳最松是大致滑动配合。

紧固件和工具可以包括能包括可相互配合以限制工具相对于紧固件的旋转的零件。

工具可以包括用于接触基准的部分，和用于接触另一基准的另一部分。

本发明的另一方面提供了一种检查紧固件上的负荷的方法；紧固件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准；孔；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；可应变部分限定基准；该方法包括将工具插入孔以到达基准，工具被构造成能响应于基准的相对配置以产生读出值；插入包括将工具与孔接合；及接合是平移滑动接合，以大体上消除读出值的变化。

本发明的另一方面提供了一种检查紧固件上的负荷的方法；紧固件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准；孔；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；可应变部分限定基准；该方法包括将工具插入孔以到达基准，工具响应于基准的相对配置；插入包括在以轴向长度间隔开的至少两个位置处，将工具与孔接合以使工具对齐；接合最松是大致RC6的转动配合；及轴向长度至少等于直径。

本发明的另一方面提供了一种检查紧固件上的负荷的工具；紧固件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；及限定基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准；孔，具有横截面面积；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；孔穿过负荷接收部分；工具包括一个或多个部分，其形状能接合孔以使工具对齐；接合在以轴向长度间隔开的至少两个位置，轴向长度至少等于横截面面积的平方根，及孔接合部分具有不宽于e8的公差。

较佳地，工具包括：可变形部分；两个基准接触部分，两个基准接触部分从可变形部分延伸开，穿过孔以与两个基准接触；及应变仪；基准接触部分可以相对于彼此移动，以同时接合两个基准；可变形部分被布置成由于相对移动而变形；及应变仪被布置以提供变形的示值。

本发明的另一方面提供了一种检查紧固件上的负荷的工具；紧固件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；及限定基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准；及孔；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；孔穿过负荷接收部分；工具包括可变形部分；两个基准接触部分，从可变形部分延伸开，穿过孔与两个基准接触；及应变仪；基准接触部分可以相对于彼此移动，以同时接合两个基准；可变形部分被布置成由于相对移动而变形；及应变仪被布置以提供变形的示值。

可变形部分可以是隔板。较佳地，工具包括带螺纹部分，用于螺纹接合紧固件；及偏置件，用于使所述基准接触部分之一相对于所述带螺纹部分朝向所述两个基准之一偏置。

本发明的另一方面，提供了一种形成紧固件的方法，紧固件用于承载负荷并包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准且与可应变部分一体化形成；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；方法包括去除材料以限定环绕拉长部分的空隙；去除材料是非接触加工以去除材料。

本发明的另一方面，提供了一种形成紧固件的方法，紧固件用于承载负荷并包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；拉长部分，拉长部分限定另一基准且与可应变部分一体化形成；及孔；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；工具穿过该孔能到达两个基准以检查负荷，该方法包括：去除材料以为所述孔限定前标；及比去除更精确的后续操作，以限定孔。

还公开了一种自动负荷维持系统，用于维持构件上的负荷；构件包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；及拉长部分，拉长部分限定另一基准；上述的两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示可应变部分应变的量；系统包括：传感器，被构造成能感知相对位移；及负荷改变机构，被构造成能响应于传感器改变负荷。

还公开了一种检查构件上的负荷或应变的方法，包括测量两个基准的相对配置。

还公开了工具的一种使用，以检查构件上的负荷或者应力。

还公开了一种构件，此构件被设置成，当此构件载荷时，使用被设置成用于检查另一构件上的负荷的工具来检查此构件上的负荷；每个构件都用于承载负荷并且都包括：负荷接收部分，在负荷接收部分可施加负荷至紧固件；可应变部分，可应变部分连接至负荷接收部分，由负荷使可应变部分应变；基准；及拉长部分，拉长部分限定另一基准；所述的每个构件的各自的上述两个基准被布置成使得两个基准之间的相对位移能指示所述的每个构件的各自的可应变部分应变的量；构件，相对于另一构件，具有：一种或两种不同的材料特性及其可应变部分的不同横截面面积，及不同的几何形状，该几何形状被选定以适应一种或两种不同的材料特性及其可应变部分的不同横截面面积。

较佳地，从构件的基准至构件拉长部分的根部的距离不同于从另一构件的基准至另一构件拉长部分的根部。最佳地，距离上的差别能使构件，相对于另一构件，具有大致相同的负荷对基准-相对-位移特性，以允许用同一工具对每个构件上的负荷进行测量。

还公开了一种螺栓接头，包括本发明公开的前述各方面之一的一种构件，或根据本发明公开前述各方面之一形成的一种构件。

附图说明

现在，将参照附图只作为例子对装置的实施例进行说明，其中：

图1是现有技术的螺栓和测量工具的局部剖视侧视图；

图2是现有技术的螺栓的局部剖视侧视图；

图3是图2的螺栓和测量工具的局部剖视侧视图；

图4是另一现在技术的螺栓和测量工具的局部剖视局部侧视图；

图5是另一现有技术的螺栓和测量工具的部分的示意截面图；

图6是螺栓的部分的截面图；

图7是其截面穿过电火花加工(EDM)电极的螺栓的端视图；

图8是图7的螺栓的部分和电极的截面图；

图9是其截面穿过另一电火花加工(EDM)电极的螺栓的端视图；

图10是具有端盖的柱螺栓的剖面图；

图11是工具的测量部分的截面图；

图12是组装完毕的测量工具的截面图；

图13是基准和不对齐的测量工具之间的交界面的放大截面图；

图14是基准和对齐的测量工具之间的交界面的放大截面图；

图15是螺栓和不对齐的测量工具的放大截面图；

图16是另一工具与柱螺栓接合的截面图；

图17是对应于图16中的线16-16的截面图；

图18是弯曲螺栓的放大截面图；

图19是图12的工具与图6的螺栓接合的截面图；

图20是图19的工具和螺栓的局部视图；

图21是另一工具接合有头螺栓的截面图；及

图22是螺栓压力对时间的图表。

具体实施方式

图6绘示了螺栓20，包括头21、柄22和带螺纹部分30。柄22形成了可应变部分。当螺栓被拧紧并因此载荷时，柄22会发生明显的应变，尽管头21内的变形会少得多且头21内的任何变形都会更复杂。

螺栓20是自单块钢块中加工出来的单个一体化的材料本体。

孔23从头21的端面起开放，并与头21和柄22同轴。孔具有阶梯的轮廓。孔的外端是内螺纹，形成保持部位24。孔从此外端阶梯式地减少到一缩小的直径并在其内端25处终止。内端25是垂直于螺栓轴线的平坦面，如后面将说明的，形成基准，具体地说是应变部分基准25。

销26坐落在柄22内，销通常指的是销规或参考销26。参考销26从其根部28向上延伸(如所绘)至其自由端27。自由端27是垂直于螺栓轴线的平坦面。自由端27形成基准，具体地说是参考基准27。在此实例中，螺栓未载荷时，基准25、27是共面对齐的。有益的是，此对齐使得可应变部分的相关部分的延长(即，至根部的基准)就是在应变部分基准25相对于参考基准27的位置之间的差，且通常是直接与螺栓内的负荷成比例的。

本发明的其他实例可以采用等效于图1的螺栓的柱螺栓的形式，其中，图6的螺栓的头21被外螺纹部分所替代，形成第一负荷接收部分，如图10中所示，可与螺母合作(未示出)。在这些实例中，通过将基准25定位在可应变部分内，而不是定位在如图1至图3所示的螺母下方的负荷接收部分之内或超出负荷接收部分，就可以避免与螺母的位置相关的复杂度和螺母下方的部位内复杂应变区域。此部位有时被称为“截止长度”。

孔23和销26较佳地由包括孔、铰孔、攻丝和电火花加工(EDM)的一系列加工操作形成。首先，大多数孔23是钻出来的。之后，孔被铰孔至所需的尺寸。铰孔通常会产生约H6的公差及表面精整高达粗糙度(Ra)2微米算法平均粗糙高度(AARH)的最大值。无论孔如何形成，粗糙度(Ra)2微米算法平均粗糙高度(AARH)的最大值都是较佳的。同时，铰孔较佳是第二道孔形成操作，其他工序，诸如搪磨、孔和/或研磨都是适合的。

保持部位24通过开孔在端部形成，以绕其筒状壁限定雌螺纹。在这些操作之后，本身是管状的材料的部分29被加工出来以限定参考销26。之后，基准25、27在单次加工设置中形成，在此实例中是通过电火花加工(EDM)。

尽管电火花加工(EDM)被运用在本发明的此实例中，其他形式的非接触加工也可以被运用以替代一种或多种所说明的加工操作。

去除的材料29是环状的去除材料，使得销26是筒状，但其他形状也是可以的。

较佳地使用快速打孔电火花加工(EDM)的变体来去除环状材料。筒状且管状的电极被轴线前置朝向工件。与电火花加工(EDM)领域内的惯常想法相对比，本发明者已经发现此方法在商业上可行。通过使用相对薄壁的电极，将电极保持在相对较低的电压下并降低电极前置的速率，就能获得商业上满意的结果。

一旦具备了这项知识，本技术领域中的技术人员就能容易地执行此过程。事实上，发明者私下再次联系了许多示电火花加工(EDM)是不适合的机械师，一旦具备了这项知识，那些机械师实际上能够生产出商业上能接受的时间框架的样本销。

销和柄外部较佳在一个或多个以下(较佳是全部)的公差内对齐：

螺栓对齐孔公差＝与参考销相关的总径向跳动在参考销长度的1/200内，或者更佳

地，在参考销长度的1/600内。

销对齐公差＝与螺栓的同轴度在参考销长度的1/60内；及

销对齐末端＝与螺栓对齐孔的同中心度在销和外部基准之间的间隙的一半内(此与施加到测量工具的类似的公差共同应用，确保了螺栓的两个基准、每个工具的基准两个接触部分仅与其各自的目标基准接触)。

实验已经示出，使用所说明的快速打孔电火花加工(EDM)，这些公差不仅是可以达到的，还是可以付诸于实践的。

在一实例中，环状材料是在与基准25、27形成的同一过程中被去除(用于限定销)。为了形成此形状，电极会具有对应于面25、27的平坦面，及对应于去除材料29的管状延伸。更佳地，管状电极被用于形成空隙29(如上文所述)且单独的具有平坦端面的筒状电极被用于限定基准25、27。

可以使用电火花成型加工形成基准，即，单独的筒状电极能在直径上对应于基准25，以使得其端面的中央部分用作参考基准27，及那个面的外环状表面用作应变部分基准25。当然，电极的表面可以相对于螺栓20的表面偏离对应于电弧距离的一距离。

同时，惯常的电火花成型加工会被那样运用，并且会比许多其他方法有益，发明者已经意识到发生相关误差的风险在于，电极的端面可能会严重磨损成一些非平面形状。尤其是，电极的中央部分的腐蚀速率会不同于其外部环状部分的腐蚀速率。这样的腐蚀会导致基准25、27的相对配置的变化(如果没检查到)，这会影响负荷测量的精确度。本发明者的实验示，惯常的电火花成型加工能被期待维持一个基准的高点的轴向处理与另一基准的高点最佳在约0.13毫米以内的公差。0.13毫米对应于约25毫米参考长度的约1/200。

本发明者已经意识到，通过相对地移动电极功能区域的至少一部分到两个基准25、27上并作用在两个基准25、27上，此磨损问题可以解决，亦可实现精确地对齐基准。此概念的一实施方案绘示在图7、图8和图9中。

筒状电极35被放置成平行于但偏离基准25、27的中央线34。电极35的直径较佳小于孔直径，但大于孔直径的一半。中央线34对应于销26的轴线，在此实例中亦对应于螺栓的轴线。电极35可以是附体筒状电极，其端部浸浴在适合的电介质中。可替换地，如图9中所示的，也可以使用空心电极。

图9示出电极的另一形式，通过在电极35内延伸的通道37被流体冷却。通过使流体穿过通道，电火花加工(EDM)可以进行而不发生浸泡，其原因在于，流体从通道起穿过而在电极和被加工的表面之间充溢。

有益的相对移动被图7和图8中的箭头所示，并且是两个或三个不同移动的组合：

使电极35绕其轴线在一个方向上旋转(如此实例中所绘是顺时针)；

使螺栓20绕其轴线在相反方向上旋转(如此实例中所绘示逆时针)；及

电极35可选地在侧向上行程(即，在垂直于螺栓轴线的方向上移动)或者更具体地(在此实例中)相对于螺栓的轴线被径向行程。

作为此移动的部分，功能区域的各自分别的部分重复地穿过基准之一之后是基准之另一。相对于其他更单一的移动，这些分别各自的部分横跨基准表面的更大区域。

此相对移动限制，或者在较佳实施方案中大体上避免，加工工具磨损的不利后果。作为例子，如果加工工具的端面磨损成凹形，剩余的圆形边缘会继续作用在工件上以精确地产生平坦的共面基准。另一方面，如果端面磨损成凸形，冲程和电极的直径被调节成大体上同一外侧环状部位界定外侧基准25和内侧基准27的中央部分，由此，基准最高点的轴向相对配置能被严格控制。

为了避免不确定，“高点”和“最高点”及那些术语的变体是以在加工组件的情况下的平常的理解用在本文中，指的是被接触测量工具选取的点。这些点不受工件定向的约束。

实验已经示出，电极和螺栓彼此相互磨损，这样，在实践中，电极比在惯常的电火花加工(EDM)工序中磨损得更均匀，这样，功能区域能保持相对平面。可以预见的是，绕功能区域的圆周会发生一些磨圆，尽管这在实验结果中不是很明显，并且被充分地考虑到而通过对测量工具的导向圆形边缘进行常规的角处理(例如，倒角或磨圆)，用于清除将外侧基准25与孔部分23的筒状壁连接的角的任何相应的磨圆。

无论如何形成，每个基准表面较佳地具有的最大轴向跳动都是从构件基准至销根部距离的1/100。这限制了关联旋转测量工具的测量中的变化。所说明的电火花加工工序已经被发现能产生令人满意的轴向跳动。

除了限制加工工具磨损，所说明的相对动作还进一步的提供了更多的益处，即，介电流体是连续动作。这会通过更有效地冲刷走已被腐蚀的材料和限制泡的形成及其他局部效应，改进流体在电弧发生的关键部位的质量。而是，会获得更好的表面精整，这会进一步地有助于基准最初配置的精确度。具体地，螺栓的旋转被认为由于其关联的离心力，有助于去除加工的废物。

要强调的是，加工工具相对于螺栓的动作是最重要的。除了提到的离心力以外，通过使工具和螺栓之一保持不动，及适合地修改工具和螺栓中另一的动作，能得到类似的益处。

通过组合如所说明的，电火花成型加工和快速打孔电火花加工方法，维持适合的加工安排，选定合适的电极尺寸，选定适合的介电流体和合并工件反转的偏离电极和用于加工基准表面的电极的方面，能实现使用电火花加工(EDM)以商业上能存续的、大规模生产工序地生产负荷指示螺栓(即，在整个电火花加工工序中，每个螺栓在2到3分钟内)。一旦具备了本专利说明书中的知识，本技术领域中的技术人员就会没有难度地选定和控制这些参数。

可以使用同一个电火花加工电源和控制系统完成单独的环形成和基准形成加工操作。

通过在单次的加工设置中形成两个基准，基准25、27的最初相对配置能被严格控制。加工工序可以包括检查基准的相对配置，如果配置在预定的公差范围外的再次加工，尽管通常不需要再次加工。为了实用的目的，消除了工序目的。

对大多数用途而言，最初的相对配置可以被足够严格地控制，不需要知道螺栓的历史，例如，不需要测量最初的相对配置或者追踪此信息。由此，人工和关联于测量、追踪和计算基准的未载荷相对配置的误差的潜在可能被消除。这在质量保证活动承担随机抽查的情况下特别有益。

所说明的工序可以是自动的及相对直接的，意思是，螺栓可以通过标准车间生产。不需要专家校准或专家制作。

在完成的构件中，两个基准都被同一材料的一体化本体限定。由此，可以避免多组件构造中固有的误差。这些被避免的错位既包括最初的生产变化又包括更长的术语变化。在更长的术语中，当服从于振动和/或热循环时，诸如螺纹连接的连接和配合销的力能松动地工作。例如，参照图1，如果销根部的螺纹连接松动地工作，测得的衰退度会减小，这会导致不真实的测量及螺栓拧得过紧，依次地，螺栓失效。也避免了组装步骤的劳动力成本。例如，参照图1到图3，避免了螺纹接合销和插入套筒所关联的成本和误差。

在同一加工工序中，作为同一一体化本体的局部形成销26和可应变部分22也会减少关联于差热膨胀的误差。例如，即使图1的销由名义上与柄同样的材料形成，用于制作这些组成件的制作技术中的差别也会导致不同的膨胀系数。这样的变形也会确保销和可应变部分对操作条件，例如温度和其他环境因素，具有类似的公差。而且，在至少是构件的较佳形式中，基准25、27和销26的根部28都在构件的可应变部分内，以便最大可能大致在同样的温度下。这会减少关联于温度差别的误差。

使用电火花加工(EDM)比其他加工方法形成的构造具有更精细的零件，例如，销26、环29和柄22的外直径分别是2.5毫米、3.2毫米和19毫米。

在加工销规之前，螺栓可以被预驰豫(通过在固体钢柱上拧紧并将其放置在炉子中)，使得螺栓在被放置到服务中前已经具有初级蠕变/驰豫。设备之后仍会测量真实的弹性拉长(由于基于蠕变/驰豫的塑性拉长会是最小的)。这点对于高温接头而言很有用。对螺栓进行预驰豫的工序可以用在任何螺栓上，特别是那些用在高温环境下的螺栓，且螺栓不需要是负荷指示螺栓。

在物品上拧紧螺栓是一种将负荷施加到可应变部分的方法，施加的方向与那个部分的使用中的负荷同一方向。在那个方向上用其他手段施加负荷也是可能的。

较佳地，基于螺栓材料和打算的应用温度和螺栓压力水平对螺栓的预驰豫工序进行控制。模范的预驰豫工序涉及加压螺栓至给定的螺栓压力水平，该螺栓压力水平超过打算的操作螺栓压力但足够低以至于能避免温度下的额外的屈服，及将其放入炉子，温度热于打算的操作温度但低于会修改材料特性的温度。之后，炉温会维持一段时间，取决于在类似条件下的类似螺栓材料之前的实验，使得蠕变/驰豫的初级速率耗尽，及螺栓现在处于适合的二级蠕变/驰豫速率，使得二级蠕变/驰豫的速率相较于可应变部分的弹性应变可忽略不计。同时，炉子可以保持在恒定的温度下，加热的特性会被改变以产生其他温度轮廓。

控制工序参数，使得发现在预驰豫期间的末期，蠕变/驰豫速率小于4x10^-7米/米/小时是很理想的。此蠕变/驰豫速率经常对应于不多于10％的服务驰豫额定(基于在蠕变温度的80％下5年的额定服务及初始压力是屈服压力的50％)。对大多数用途而言，此额定服务驰豫已经足够。

获得足够的预驰豫会需要去除螺栓并周期性地再拧紧，这些取决于材料、螺栓压力、炉温和打算的操作条件。为了避免不确定，本文中使用的“加热一段时间”及类似的词有可能是加热了两个或多个单独的子期间。

所说明的工序的较佳形式会使得选定的二级蠕变/驰豫速率相较预期的螺栓弹性拉长是最小的，确保负荷测量大体上对应于弹性拉长，而不是对应于组合的螺栓的弹性塑性拉长。

蠕变是在恒定压力下材料的拉长，驰豫是在恒定挠度下负荷的损失。由于材料的微塑性，驰豫发生的温度要比蠕变发生的温度低得多。一些材料的微结构会比其他材料经受更多的驰豫。例如，打算用在很高温度中的合金可能不容易响应本文中所披露的预驰豫处理，尽管更廉价更流行的合金可以在一个点上被预驰豫，在该点上，使用中的驰豫在二级蠕变/驰豫应变速率。对于这些更低的合金材料而言，在预驰豫处理过程中，将初始蠕变应变给到螺栓内，确保应变速率在其一旦被放入服务内，会低很多。这一点尤其体现在蠕变速率不是非常高且驰豫是螺栓负荷损失的主要原因的情形中。所以预驰豫工序使得能对栓紧的接头使用低合金和更不贵的更高合金来替代昂贵的高温合金，栓紧的接头在蠕变不重大但驰豫导致螺栓负荷损失到接头一体化妥协的点的温度下运作。螺栓驰豫可以妥协于接头一体化，使得在压力边界栓紧接头中，有漏出，及在结构类型接头，诸如，压缩机壳或类似物，螺栓负荷损失会到达一个点，在该点处，螺栓有疲劳风险和/或结构的其他部件会变得受压过大。

对大多数用途而言，对螺栓的加热超过螺栓材料的额定蠕变温度且小于最大温度限度，该最大温度限度被设置成材料的退火温度或者导致有害微结构变化的温度中较低的那个温度(诸如在一些材料中是至晶界的碳化物沉淀，例如，即，不利地影响螺栓可应变部分的微结构变化)时，加热温度的范围会宽泛到从蠕变温度的80％高至最大温度限度。较佳地，加热温度在从蠕变温度到导致螺栓材料发生有害变化的最大温度所限定的范围的30％到90％。类似地，当在预驰豫工序过程中施加到螺栓上的复核较佳地等于螺栓在退火温度下的可应变部分中屈服压力的50％和螺栓在操作温度下屈服压力的100％之间时，更佳的是，等于退火温度下的可应变部分中屈服压力的至少75％且小于螺栓在操作温度下的屈服。加热接近最高温度，施加退货温度至少75％的屈服的负荷，及在螺栓驰豫所有加速预驰豫工序再次施加负荷。因此，同样令人满意的是，去除并周期性再拧紧以在预驰豫处理过程中加速应变的累积。有益的是，使用长炉以容纳用作柱螺栓的带螺纹棒的完整长度。

图22示出被组装在固体钢柱上并加热的螺栓的压力对时间图表。曲线100的斜率是蠕变/驰豫速率。从0时间升至线103示出的时间的部位101，驰豫速率是初级蠕变/驰豫速率。在那以后，蠕变/驰豫速率开始达到低速率，那段时间，就是部位102，被称为二级蠕变/驰豫。在一些情况下，实行预驰豫处理以消耗初级蠕变/驰豫，因此螺栓在线103示出的时间被加载及被加热。然而，有益的是，使用更长一点时间的预驰豫处理时间，如线104示出的，经过传统上被称之为初级和二级之间转变点。使用更长一点的预驰豫处理时间的益处在于，对大多数用途而言，相较于螺栓组装弹性应力，二级蠕变/驰豫速率可以忽略不计。

基准25被可应变部分22限定，即，不会坐落在螺栓头21内的较高处或螺栓头21的上方或在螺纹的负荷接收部分。在此部位定位此基准会去除头21内复杂的应力和变形模式在基准25、27的相对位移方面的影响。

图10示出与第一螺母42组装的图8的柱螺栓，第一螺母42在螺栓的测量进入端44附近结合外螺纹43的第一负荷接受部分36。第二螺母45被示出朝向柱螺栓组件41中的螺栓20的相对端，以使得负荷通过第一和第二螺母可施加负荷及再次起作用。第二螺母在第二负荷接收部分46的分为内接合螺纹43。可应变部分47是螺纹在第一和第二负荷接收部分36和46之间的部位。起自螺栓测量进入端的洞孔48包括在其内侧端终结在基准阶梯49处的孔部分23。洞孔48的末端部分24的螺纹是多用途的。在螺纹在通常的操作环境下的平常的使用过程中，螺纹与塞子50合作，阻断至基准25、27的通路，以保护它们免受来自否则会停在基准上的碎片(且由此使得不能进行精确地测量)或者在间隙29内黏上的碎片的破坏，导致不真实的读数。塞子50也会保护基准不受腐蚀及其他环境侵蚀的保护。潜在地，干燥剂或者惰性气体可以被塞子封住作为进一步的保护手段。塞子50坐落在洞孔48内，与盖相对，该盖可能坐落在螺栓测量进入端44的外部零件上方以覆盖和保护孔23。其他封闭方式也是可能的。

在通常的操作环境下，为了测量螺栓上的负荷，会去除塞子并将测量工具旋进那个位置。在更易被腐蚀/危险的环境下，例如水下，测量工具会保持永久与螺纹接合以保护螺纹内部，例如，防止海水进入、防止基准腐蚀及防止螺纹负荷测量设备减短使用寿命。

图11绘示了测量工具60的主要组成件，它们自身或者在它们内部组成了工具。这些主要组成件包括外部管状基准接触部分61，用于与螺栓的应变部分基准接触，及包括另一基准接触部分62，形式是被一体化装载在部分61内的销，用于与螺栓参考销末端上的参考基准接触。销或者测量杆62被安装成能在套筒61内轴向滑动，及装载有隔板64的应变仪63被安装成能检测此移动。套筒61的尺寸要能够使销62对齐并支承销62，以消除会导致销62处发生侧向移动的误差。

如之前所提及的，较佳地，从参考基准的最高点到应变部分基准的最高点之间的轴向距离小于从参考基准到销根部之间轴向距离的1/1000。然而，较佳地，无论是如何形成的，每个基准接触部分较佳地具有的最大轴向跳动是从构件的参考基准到销根部的距离的1/1000。这限制了关联可旋转测量工具的测量中的变化。

部分61具有盘状头65，自盘状头65轴向突出了圆形边缘66。边缘被隔板64横跨，使得隔板抵抗销62缩进工具内。这样做，隔板64会变形，以具有钟形曲线状横截面。安装在隔板上的应变仪63检测此变形。隔板提供对此变形的一些抵抗，由此，参考基准接触部分或者销62被迫使保持与被测量的螺栓的参考基准27接触。

在压力测量的情况中已知类似的隔板和应力仪。通过利用来自此非可比技术领域的技术，本发明者已经意识到重大的效率和提高的测量精确度。令人满意的是，应变仪可以在足够低的电压下操作，以适合易爆炸环境。

令人满意的是，管状部分或者套筒61的尺寸适合在螺栓的孔23内进行紧滑动配合，及实现靠着螺栓的参考基准25而不与螺栓的应变部分基准27接触。销或测量杆62的尺寸要能够坐落在参考基准27上而不接触应变部分基准25。此紧滑动配合意味着，通过在其外部轴和螺栓内孔之间的紧公差，管状探针被精确对齐。此对齐使得相较于现存设备取得更好的测量精确度，其中，仅使用螺栓头上的接触表面实现对齐。本发明者已经观测到，当使用这样的现存设备时，如果你旋转设备或去除或替换设备，读出值会有约10％的变化。这是由于用于将设备与螺栓对齐的接触区域相对较小。所说明的紧滑动配合大体上消除了此变化(即，误差)。部分的筒状外部或套筒61与待测量的螺栓的孔的筒状内部之间的配合是平移滑动配合(与之相对的，称为，在螺纹连接内的螺旋滑动配合)。当然，柱面度不是必须的。除了圆形以外的轮廓也是可以的。

图12示出了测量工具30，包括图11中示出的主要组成件及包括用于将测量工具定位至螺栓孔末端内的螺纹的抵盖布置80。如图11中所示，测量工具包括套筒61内的销或测量杆62，测量杆62的内侧端具有隔板接触表面71。套筒61具有指针部分72，及，在一端，具有凸缘部分65。隔板64被布置成横跨凸缘部分65。在使用中，测量杆的隔板接触表面71在隔板64上推进。测量杆62的另一端，外部端，具有参考基准接合表面73，以接合螺栓的参考基准。

测量杆也包括脊部74，脊部74与套筒61内的互补构造合作，以防止杆62相对于套筒61延伸得太远，从而在套筒61内至少部分抵住杆62。

套筒61保持在两件式的外壳(抵盖布置80)内，两件式的外壳包括本体81和盖82。套筒的探针部分72的外表面75较佳地在待测量的螺栓的孔23的内侧是滑动配合。外壳上螺纹或其他形式的抵住部位83被提供用于使测量工具在测量过程中锚定在螺栓上。外壳盖82和凸缘上的盖76之间的弹簧或其他弹回构件84确保，测量工具接合螺栓时，套筒的应变部分基准接合端77在应变部分基准上方被受控的力所推动。

隔板64由于测量杆62的变形被应变仪63测得，应变仪63通过线78连接至测量显示单元(未示出)。其他布置也是可能的，比如将信号调节组成件定位在测量工具内及使用无线连接至测量显示单元。

非圆形孔轮廓可以被具有互补非圆形轮廓的测量工具接合，以大体上防止工具绕销规轴线的旋转，例如，工具可以具有键槽，在其中，孔的键被接收或反之亦然。包括能合作以限制工具相对于构件旋转的零件，是改进精确度的另一手段。

测量工具60是，但仅是可以有益地用于连接所说明的构件的机械负荷检查工具的一个实例。对比非接触的工具，机械负荷检查工具的特征在于，每个基准具有至少一个专用的基准接触部分。机械负荷检查工具通常会更简易、更结实，对温度更不敏感及相对于其他选择来说成本更低。

本发明者已经意识到，工具与孔对齐相较于现存的布置而言是重大的进展，其中，对齐从横跨销规的表面开始，例如，优于英国专利申请第GB2372826A号的图4的变体(本文中是图5)，其中，探针偏置靠在阶梯上，以相对阶梯确定地对探针进行定位。

重大进展出现的原因在于，尽管采取了所有合理的加工预防措施，还是没有表面真的是平的。然而，虽然希望只是在微观层面上，但名义上平的表面事实上是不规则的。这些不规则会导致工具对不齐，然后就是测量误差。表面越大，保持在给定的平面度公差内越困难。

图13示意地绘示了系统变体中的交界面，该系统结合了减小直径的套筒部分61或不足的孔长度，使得测量工具的对齐不从孔23的壁开始，而是从基准表面之一开始，在此例中从表面25开始。表面不规则在图中被大幅放大。如线L所示的，虽然有这些不规则，表面25、27名义上还是共面的。但是，如将明确的，这些不规则会导致工具被扳起，且在错误的测量中会示基准27比基准25凸出。

图14是类似于图13的示意图，区别在于孔23的壁和工具之间的接合E。接合E，用于跳动或滑动配合的间隙公差，确保工具的轴线平行于销规或参考销26的轴线，然后是选取每个基准25、27各自分别的高点，使得得到更可重复的测量。工具的轴线由此使用可重复的方法能保持垂直于(名义上)平的基准。

而且，接合E意味着，基准25、27从否则它们可能会服务的工具对齐功能中松脱，因此会比否则所需要的尺寸小。因为基准更小，表面不规则会被最小化，或者用另一种方式说，可以维持更紧的平面度公差。这有助于测量的精确度。

通过检查加工制造加工过程中高点的相对配置，且如果需要再加工，使用相对低成本的制造加工技术就能对基准的初始对齐进行严格控制。初始对齐被控制在合适的公差内，使得工具能被标准校准块校准。

作为例子，使用25毫米的根至基准尺寸及使基准(更具体地说，如上文所讨论的基准25的高点和基准27的高点)之间的初始对齐公差在12.5微米之内对许多应用来说都能取得令人满意的精确度。更精确的应用会需要这个公差值的一半。较佳地，基准25、27的高点之间的轴线距离小于参考销长度的1/1000，较佳地，小于1/2000(即，对于25毫米长的参考销而言，12.5微米)，及在更精确的应用中，小于参考销长度的1/4000。

使用所说明的低成本的制造加工技术，即可容易地获取这些公差。对比之下，使用如英国专利申请第GB2372826A号的图4(本文中是图5)和图13，获得类似的效果就会困难得多(即，昂贵得多)。之所以会困难得多的原因在于，获取同样的精确度会需要在测量探针下横跨整个基准表面的累积误差，及相关平坦度、平行度、垂直度和共面度，都要保持在同样的总公差内，由于累积误差的可能组合，这会困难得多。而且，GB2372826的非接触测量方法比本接触测量方法对于表面条件更敏感。

类似的注解应用在英国专利申请第GB2372826A号的图2(本文中是图4)的安排方面。同时那个布置包括孔内的紧滑动配合，紧滑动配合有助于工具末端与基准的同心对齐，孔太小而不能限制角不对齐，即，不能限制图13中绘示的类型的不对齐。

有益的接合E出现自配合(相关于径向间隙)和接合长度的组合。图15是松配合导致的测量工具60不对齐的放大示意图。随着工具旋转或被操控，测量会发生变化。类似地，在像英国专利申请第GB2372826A号的图2(本文中是图4)的孔那样的短的孔内即使有很紧的配合，也会发生工具不对齐，然后是随着工具60在洞孔48内旋转或被操控，测量会发生重大变化。

如果使用滑动配合，对于大多数用途而言，能够获得足够的精确度，此时孔部分的长度缩短到孔直径的1.5倍或者甚至等于孔直径，特别是如果还在短套管还被提供在洞孔内且与孔部分轴向隔开，以协助测量工具探针部分的对齐。因此，孔部分长度与直径的比率较佳至少是1:1，更佳是至少1.5:1，至少2:1，或至少3:1。当使用的比率小于等于1.5:1时，较佳是螺栓孔和测量工具探针部分之间的配合是滑动配合以确保不对齐能被最小化。

螺栓的孔和测量工具的探针部分之间的配合较佳最松也要大致是RC6，即最松是中等转动配合。美国国家标准化学会(ANSI)RC6配合落在国际标准化组织(ISO)自由转动配合和轻转动配合之间，这三种配合都需要最松为H9的孔公差。H9洞孔会与名义上相同直径的、且被形成为ISO e8或更好(例如，f8,f7,e7g6或g7，ANSI RC5和RC4及ISO轻转动或滑动配合的公差)的工具形成适合的配合。H9公差较佳地作为公差被应用，即，带有信封规格(envelop specification)的H9以同时限制波形或者弯曲孔以及孔直径。

为了解释非筒状孔(例如被键槽延伸的筒状孔)，在上述计算中，孔横横截面面积的平方根可以适合地替代直径。为了避免不确定，在本文中的情况及类似的情况中，对孔直径和/或横截面面积的参考是关于孔的相关测量工具接合部分。

图16示出系统90，包括柱螺栓20和工具60。测量工具60包括键91，及螺栓20包括互补的键槽92，以相对于螺栓旋转地定向工具。图17是图16的箭头16-16示出的垂直的截面图。图16中未示出抵住部位，及测量工具30能被手动保持在原位，尽管使用抵住部位能将测量工具保持在原位和/或能抵住塞子或盖较佳。在此实例中，键91和键槽92与孔23的接合部分和工具(探针部分的套筒61)轴向间隔开。

同时，孔的工具接合部分具有大致均匀的轮廓，还需要考虑的是，孔可以沿其轴向长度在轮廓上发生变化。作为例子，孔可以与一对导环一起形成，这对导环被更大直径的铲齿部分彼此轴向隔开。类似地，接合工具可以与一对导环一起形成，这对导环沿套筒部分彼此轴向间隔开以接合孔，由此，接合是不连续的接合。在任一情况下，环的外部大多数部分的纵向轴向隔开度可被用来代替上述计算中的长度。当然，单个筒状接合部位的末端是以轴向长度间隔开的两个定位。

类似地，当较佳的是工具和孔之间是大致共形配合时，其他形式的接合也是可能的。作为例子，孔的壁可以包括向内的花键，限定了与筒状工具外部接触的单独的线。

当耦合至适合的数据获得装备以读取应变仪时，图11的组成件可以通过简单地将部分61的头插入孔23内，被用作负荷监测工作。数据获得装备可以包括标准器具(测厚计)用于测量螺栓负荷(单频道手提设备或者，在多螺栓被同时测量的情况下，多频道数据记录)。数据获得装备可以简单地记录来自应变仪的读出值，但较佳是包括(或连接到)显示该值的显示器。

对于部分61的头的简单操作会承担一些误差，这取决于操作人员多困难才能把工具推到位。据此，工具60较佳地包括外壳80和弹簧装置84，如图12所示，服务于控制力，通过这些，关键组成件61、62被向内压迫。外壳80封闭部分61的头及隔板64。在一些变体中，封闭可以是密封封闭，以适合在更易被腐蚀(例如水下)和/或危险(例如易爆炸)的环境下操作。外壳包括外螺纹管状凸台83，经过管状凸台83，部分61、62从外壳80突出。

外螺纹管状凸台在螺栓中的洞孔的末端处与保持部位24的螺纹接合，以安装测量工具60。外壳80被构造成能实现手操控以将工具旋进旋出。工具60可以容易地移除，并能容易从在螺栓之间移动，而不是作为螺栓的一体化部分。工具60的方便之处还在于，在本技术领域中，能容易地使用校准块对其进行校准。

弹簧装置84是在外壳80顶部和部分61的环状边缘之间的压缩弹簧装置，用于相对于外壳向下驱动该部分。当外壳80旋进螺栓20时，部分61邻接基准25，使得其不能向内移动。随着外壳被进一步地旋进，部分61的头65在外壳80内相对移动以压缩弹簧装置84。外壳80被旋入直到邻接挡块(在此例中是螺栓20的端面)。弹簧装置可以是螺旋压缩弹簧。可替换地，可以是一系列波状弹簧以在部分61上提供更均匀的压力配给。

测量工具60也可以留在原位作为自动负荷维持系统的局部，包括机构，用于对应于应变仪地改变负荷(例如，为了旋上螺母或螺栓头)。当然，除应变仪以外的传感器也是可能的。线性可变差动变压器是可以运用的传感器的另一实例。用于测量设备的构建材料可以是不导电的(热)及施加外部的冷却/加热，使得能够在很宽的温度范围内间歇或连续地测量螺栓负荷。部分61、62用钢构建，在是高温量规的情况下，由热绝缘陶瓷材料构建而成。

当螺栓被拧紧时，销26保持不受压，尽管可应变部分47已经加载且拉伸。当螺栓如此加载时，基准25、27的相对位移对应于应变部分基准25和根部28之间的材料延伸的量。由此，从基准25到根部28的纵向尺寸是重要的尺寸。通过知晓此长度及螺栓材料的弹性特性(例如，杨氏模量)，可以基于测得的相对位移确定负荷，然后关联于测量工具60的数据处理装备能被校准以提供负荷的示出输出。如果未载荷螺栓的基准是共面(或较佳地，穿过基准上高点的平面被小于销轴向长度的1/2000所分开，每个平面垂直于孔的主轴线)，此重要的尺寸(在应变部分基准25和根部28之间)对应于销规(参考销)26。

基准至根部的更长的尺寸会在给定的应力下，在基准25、27之间产生成比例加大的相对位移。因此，当螺栓受纯拉力影响，基准至根部的更长的尺寸会产生更精确的结果。对于许多应用而言，12毫米被认为是实用的最小值。

另一方面，如果螺栓受弯曲影响，基准至根部的更长的尺寸会更难被制造加工及会导致不精确。对于许多应用而言，75毫米被认为是所需的最大值。图18是放大的示意图，绘示了弯曲怎样导致基准的不对齐，与图15中所考虑的不对齐有类似效果。

将负荷作为基准的相对位移的函数给出的传递函数基于重要的根至基准长度、可应变部分的横截面面积和材料特性而发生变化。一组由不同材料或者相同材料形成的螺栓需要不同的校准测量工具测量它们的输出。

据此，建议的是，不同材料的螺栓做成不同形状以允许用共同的工具(即，不修改工具，不重新校准工具，或者改变工具的设置)检查。基准25、27的初始相对配置可以以简单的形式发生变化，例如通过加长销26，使得达到临界负荷时，不同螺栓的基准移至共同的相对配置。这会实现用共同的工具对是否达到临界负荷进行简单的检查。

更佳的是，从基准25至基准27的临界长度发生变化，以使得给负荷作为基准相对位移函数的传递函数相容于由不类似的材料形成的一组螺栓。此构造能实现以共同的工具测量(即，以提供精确的数字输出)每个螺栓上的负荷。

销26相对细以最小化可应变部分47功能横截面面积内的减少。由于不可伸展，螺栓20的工作变体可以具有更长或更短的销26，尽管较佳是销27的末端在可应变部分内，最佳是螺栓未载荷时基准27与基准25共面(或至少测量工具以小于最大公差值测量相对配置)。如上文所述，对于25毫米长的销26，最大公差值较佳是12.5微米。细销26能被安全地容纳在螺栓20内，并由此免受破坏。

当然，工具60的形状与螺栓20的形状互补。基准25、27的所说明的几何形状会使得测量杆部分62同样地沿至少其大多数长度被安全容纳在套筒部分61内。因此，它也免受破坏。

图19示出系统90，测量工具60与之接合，准备测量拉长及负荷，系统90包括螺栓型的紧固件20，紧固件20具有头21和柄22。第一负荷接合部位36现在是螺栓头21。量规长度、参考销26、根部28、参考基准27及应变部分基准25再次全部位于柄22内，并因此定位在紧固件的可应变部分47内。

图20是图19的系统绕柄22局部及紧固件的可应变部分，示出测量工具套筒61的探针部分的外表面75在紧固件或螺栓20的孔23内接合，套筒61的应变部分接合端77接触应变部分基准25，及测量杆62的参考基准接合表面73接触在销规或参考销26末端上的参考基准27。

图21示出包括带头螺栓20的系统90，其中，抵住部位24采用外螺纹管状凸台形式。如本文中所说明的多种其他构件，部位24与保护盖和/或测量工具60合作以抵住。部位的螺纹在洞孔48的外部。在此实例中螺栓20上的抵住部位24现在是雄螺纹，及雌螺纹现在被提供在测量工具60的外壳本体81内侧。此布置对于在更小直径的螺栓上或利用如图16和图17中的键槽的螺栓上的实例而言较佳。

由于等于螺栓的整体销、最小测量接触表面和以非导电材料(比如陶瓷)制成测量设备的能力的组合，由紧固件20组成的系统的较佳形式和测量工具60能在升高的温度下持续测量。螺栓材料特性可以通过预调节在安装测量设备前被修改，以消除关联组成件蠕变或驰豫的测量偏差，而测量偏差是目前使用的负荷指示螺栓的固有问题。

由于测量系统内消除了多组成件(例如，相对于图2的螺栓，消除了单独的销和套筒)实现的改进的精确度和对于测量设备不对齐的改进，所以能运用更灵敏的量规。这也允许使用从基准25至根部28的更短的尺寸，会有益于降低温度及降低测量上的螺栓弯曲效果。作为例子，可以考虑从根部到基准测量是约25毫米，尽管对应于图1的螺栓尺寸，约50毫米被认为是实用的最小尺寸。可以考虑螺栓在毫米高至毫米附近上下。

在之前的说明中披露了本发明的多种实例。本发明不受限于这些实例。而是，本发明由下文的权利要求所限定。