便于通过拧紧工具来施加期望的夹紧力的方法与流程

本发明涉及一种便于通过拧紧工具来将期望的夹紧力施加到紧固件以拧紧接合部的装置的方法以及执行该方法的装置，所施加的夹紧力是基于测量出的超声波信号的飞行时间来确定的，所述超声波信号在拧紧接合部时经由紧固件的近端发射并从紧固件的远端部分反射。此外，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机程序，当在装置中所包括处理单元上执行计算机可执行指令时，该计算机可执行指令用于使该装置执行方法的步骤。此外，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质上包含实现的计算机程序。

背景技术：

1、在工业应用中，各种类型的工具用于便利和辅助工作。例如，利用自动拧紧工具，从而使用紧固件(例如，螺栓和螺母或螺钉)来紧固结构接合部。在这样的环境中，这些工具对于在拧紧过程中提供足够高的质量和拧紧力是绝对必要的。

2、当拧紧接合部时，对工具所提供的拧紧操作进行控制至关重要。这可以通过多种方式进行，例如，扭矩控制、角度控制，或者通过在拧紧过程期间测量螺栓的伸长度，也称为夹紧力控制。

3、在拧紧过程期间出现的问题是，对于正在拧紧的螺栓或螺钉，可能会出现一些不希望的拧紧结果，例如，螺栓未正确拧紧，导致在接合部的夹紧力稍大或稍小。这个问题既发生在操作员手动操作拧紧工具时，也发生在紧固过程完全自动化的应用中。

技术实现思路

1、实施方案一个目的是解决或至少减轻现有技术中的这个问题，并因此提供一种改进的方法，以便于通过拧紧工具来施加期望的夹紧力。

2、在第一方面，通过一种控制由拧紧工具向紧固件施加夹紧力以拧紧接合部的装置的方法来实现该目的，基于测量出的超声波信号的飞行时间来确定所施加的夹紧力，该超声波信号在拧紧接合部时经由紧固件的近端发射并从紧固件的远端反射。所述方法包括：针对以多个不同频率发射的超声波信号的每个不同频率，记录反射的超声波信号；向每个记录的反射的超声波信号分配表示每个反射的超声波信号与对应的发射的超声波信号的相似程度的质量度量；通过向机器学习模型提供每个记录的反射的超声波信号和所分配的质量度量来训练机器学习模型，以学习每个记录的反射的超声波信号的质量；以及向训练后的机器学习模型提供至少一个进一步记录的反射的超声波信号，其中，训练后的机器学习模型确定所提供的至少一个进一步记录的反射的超声波信号是否符合质量标准，并且如果符合，则表示记录了至少一个进一步的反射的超声波信号的发射的超声波信号的选定频率可用于确定拧紧工具将夹紧力施加到紧固件时所施加的夹紧力。

3、在第二方面，通过一种配置为控制由拧紧工具向紧固件施加夹紧力以拧紧接合部的装置来实现该目的，基于测量出的超声波信号的飞行时间来确定所施加的夹紧力，该超声波信号在拧紧接合部时经由紧固件的近端发射并从紧固件的远端反射，所述装置包括处理单元和存储器，所述存储器包括能够由所述处理单元执行的指令，由此所述装置操作为：针对以多个不同频率发射的超声波信号的每个不同频率，记录反射的超声波信号；向每个记录的反射的超声波信号分配表示每个反射的超声波信号与对应的发射的超声波信号的相似程度的质量度量；通过向机器学习模型提供每个记录的反射的超声波信号和所分配的质量度量来训练机器学习模型，以学习每个记录的反射的超声波信号的质量；以及向训练后的机器学习模型提供至少一个进一步记录的反射的超声波信号，其中，训练后的机器学习模型确定所提供的至少一个进一步记录的反射的超声波信号是否符合质量标准，并且如果符合，则表示记录了至少一个进一步的反射的超声波信号的发射的超声波信号的选定频率可用于确定拧紧工具将夹紧力施加到紧固件时所施加的夹紧力。

4、如前所述，当使用拧紧工具时，重要的是所产生的夹紧力(即，将螺栓接合部保持在一起的力)是准确的。

5、通常有四种不同的方法来控制螺纹接合部的拧紧，以获得所需的夹紧力：扭矩控制、角度控制、梯度控制和夹紧力或伸长度控制。

6、在这四种方法中，利用超声波技术的夹紧力控制提供了一种更准确和更便宜的解决方案，因为它只需要接近一个螺栓端，并且与摩擦无关。超声波方法基于利用信号回波技术来测量螺栓伸长度。

7、然而，测量的质量部分地基于回波信号的质量，而回波信号的质量又取决于发射的穿过紧固件的超声波信号的频率。

8、有利地，在一个实施方案中，记录的回波信号的质量的确定只需要在机器学习模型的训练阶段中执行；一旦进入执行阶段，在执行拧紧操作之前，将利用训练后的机器学习模型来确定记录的回波信号是否符合质量标准，与每次拧紧接合部时从头开始确定质量相比，该处理工作量要小得多。

9、在一个实施方案中，向训练后的机器学习模型提供要符合的质量标准。

10、在一个实施方案中，向要训练的机器学习模型提供要符合的质量标准。

11、在一个实施方案中，执行互相关以针对每个频率找出所发射的超声波信号和记录的反射的超声波信号之间的相关性。

12、在一个实施方案中，如果质量度量超过质量阈值，则认为符合质量标准。

13、在一个实施方案中，机器学习基于神经网络、基于随机森林的分类和回归分析中的一个或更多个。

14、在一个实施方案中，提供关于所提供的至少一个进一步记录的反射的超声波信号是否符合质量标准的警报。

15、在一个实施方案中，所述警报指示推荐的频率。

16、在一个实施方案中，所述警报提供给拧紧工具的操作员、拧紧工具本身、监督控制室或远程云功能。

17、在一个实施方案中，拧紧工具被控制为向工具的操作员提供听觉和/或视觉警报。

18、在第三方面，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机程序，当在装置所包括的处理单元上执行计算机可执行指令时，该计算机可执行指令用于使装置执行第一方面的方法所述的步骤。

19、在第四方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质上具有根据第三方面实现的计算机程序。

20、通常，权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通含义进行解释，除非本文另有明确定义。除非另有明确说明，否则对“元件、装置、组件、手段、步骤等”的所有引用均应公开解释为涉及该元件、装置、组件、手段、步骤等的至少一个示例。除非明确说明，否则本文中公开的任意方法的步骤不必以公开的确切顺序执行。

技术特征：

1.一种用于控制由拧紧工具(10)向紧固件(20)施加夹紧力以拧紧接合部(22)的装置(10，30)的方法，基于测量出的超声波信号的飞行时间来确定所施加的夹紧力，所述超声波信号在拧紧接合部(22)时经由紧固件(20)的近端发射并从紧固件(20)的远端(24)反射，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，向训练后的机器学习模型提供(s104)至少一个进一步记录的反射的超声波信号进一步包括：

3.根据权利要求1所述的方法，训练(s103)机器学习模型进一步包括：

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，向每个记录的反射的超声波信号分配(s102)质量度量进一步包括：

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，如果质量度量超过质量阈值，则认为符合质量标准。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，机器学习基于神经网络、基于随机森林的分类和回归分析中的一个或更多个。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：

8.根据权利要求7所述的方法，所述警报指示推荐的频率。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述警报提供给拧紧工具(10)的操作员、拧紧工具(10)本身、监督控制室和/或远程云功能(30)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，拧紧工具(10)控制为向工具(10)的操作员提供听觉和/或视觉警报。

11.一种计算机程序(42)，其包括计算机可执行指令，当在装置(10，30)包括的处理单元(41)上执行计算机可执行指令时，使装置(10、30)执行权利要求1至10中的任一项所述的步骤。

12.一种计算机程序产品，其包括计算机可读介质(43)，所述计算机可读介质具有在其上实施的根据权利要求11所述的计算机程序(42)。

13.一种配置为控制由拧紧工具(10)向紧固件(20)施加夹紧力以拧紧接合部(22)的装置(10，30)，基于测量出的超声波信号的飞行时间来确定所施加的夹紧力，所述超声波信号在拧紧接合部(22)时经由紧固件(20)的近端发射并从紧固件(20)的远端(24)反射，所述装置(10，30)包括处理单元(41)和存储器(43)，所述存储器包括能够由所述处理单元(41)执行的指令(42)，由此所述装置(10，30)操作为：

技术总结
本发明涉及便于通过拧紧工具来施加期望的夹紧力的方法。控制由拧紧工具(10)向紧固件(20)施加夹紧力的装置(10，30)的方法，基于测量出的超声波信号的飞行时间来确定所施加的夹紧力，所述超声波信号经由紧固件(20)的近端发射并从紧固件(20)的远端部分反射。所述方法基于机器学习方法来为正在发射的超声波信号选择适当的频率。

技术研发人员：F·雷维利亚,M·巴希
受保护的技术使用者：阿特拉斯·科普柯工业技术公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17