紧固件预紧力的光学测量制造技术

本发明专利技术提供紧固件预紧力的光学测量。该紧固件包括：头部；杆，其具有外表面和在所述外表面中轴向延伸的通道。光学透射的应变敏感材料填充所述通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及紧固件、紧固件的安装方法、相关机器及紧固件预紧力的光学测量方 法。
技术介绍
商用飞机可包括数千个夹住不同组件的螺纹紧固件。可在预定扭矩下安装螺纹紧 固件。 然而，预定扭矩未必会产生预定预紧力（例如，由于紧固件和螺母之间的摩擦）。 为了确保实现预定预紧力，使紧固件的尺寸过大并且超扭。 过大尺寸的紧固件不是理想的。对于具有数千个紧固件的商用飞机，使用过大尺 寸的紧固件使飞机重量增加，因此，增加了燃料成本和其它操作成本。
技术实现思路
根据本文的实施方式，一种紧固件包括：头部；杆，其具有外表面和在所述外表面 中轴向延伸的通道。光学透射的应变敏感材料填充所述通道。 根据本文的另一个实施方式，一种方法包括：安装紧固件，所述紧固件包括一杆， 该杆具有被应变敏感光学材料填充的通道；在测量紧固件预紧力的同时，端接所述紧固件； 当测得的预紧力达到目标值时，停止端接所述紧固件。测量预紧力的步骤包括将光耦合到 所述通道的输入口中，测量被填充的通道的输出口处光的频率，根据测得的频率确定所述 预紧力。 这些特征和功能可独立地在各种实施方式中实现或者可在其它实施方式中组合。 可参照下面的描述和附图，发现实施方式的其它细节。【附图说明】图1是包括轴杆和被填充的通道的紧固件的图示，被填充的通道在轴杆的外表面 中。图2是被填充的通道的一部分的横截面的图示。 图3是图1的紧固件的头部的图示。 图4是确定图1的紧固件中的预紧力的方法的图示。 图5至图10是包括具有不同几何形状的被填充的通道的紧固件的图示。 图11是用于确定紧固件上的预紧力的机器的图示。 图12是将紧固件安装在飞机中的方法的图示。 图13是制造包括轴杆、轴杆外表面中的通道和通道中的光学材料的紧固件的方 法的图示。【具体实施方式】 紧固件包括头部和杆。通道沿着杆的外表面径向延伸。光学透射的应变敏感材料 填充该通道。如本文使用的，"被填充的通道"是指被填充有光学透射的应变敏感材料的通 道。被填充的通道可用作波导或谐振器。可通过将光耦合到被填充的通道的输入来确定杆 的应变。这将表现为填充通道的谐振变化或被填充的通道中的反射之间的干涉。根据被填 充的通道的输出处光的频率变化，确定应变。可根据该应变确定紧固件上的预紧力。 可在正安装紧固件时确定预紧力。安装期间预紧力的准确确定允许实现预定预紧 力。有利地，紧固件不用不得不通过尺寸过大和/或超扭来确保已经实现了预定预紧力。 如将根据随后的描述清楚的，被填充的通道不限于任何特定的几何形式。被填充 的通道的一些几何形式包括单个笔直部分，而其它构造更复杂并且具有为不同形状的多个 部分。这些几何形式被特别设计以测量不同参数。 参照图1，图1示出包括头120和杆130的紧固件110,杆130具有螺纹部分132 和非螺纹部分134。杆130在轴向方向（用箭头A表示）上从头部120延伸。 紧固件110还在非螺纹部分134的外表面中具有被填充的通道140。图1的被填 充的通道140具有U形几何形状。被填充的通道140的第一部分142在杆130的非螺纹部 分134上沿轴向向下方向从头部120延伸。被填充的通道140的第二部分144从第一部分 142周向延伸。被填充的通道140的第三部分146沿轴向方向从第二部分144延伸并且终 止于头部120。图1中的被填充的通道140的宽度不一定成比例，而是被夸大以便可见到。 实际上，被填充的通道140的各部分142-146可具有不超过100微米的宽度和深度。填充 这些部分142-146的光学透射材料可以是均质的。 目前，考虑被填充的通道140的第一部分142。在图2中示出第一部分142的横 截面。光学透射材料150填充第一部分142。光学透射材料150可包括光学芯152和在杆 130和光学芯152之间的覆层154。 光学芯152和覆层154中的材料在激发光的波长下具有不同的折射率。光学芯 152中的折射率大于覆层154中的折射率。光学芯152和覆层154的示例包括但不限于（1) 诸如用于光学芯152的DowCorning?<0E-4140和用于覆层154的0E-4141的硅树脂型材 料；（2)诸如用于光学芯152的DowCorning?0E-6636和用于覆层154的0E-6370的硅氧 烷聚合物材料；（3)用于光学芯152和覆层154的诸如UV可固化聚合物的丙烯酸/环氧树 月旨；和⑷用于覆层154的透明含氟聚合物（例如，CYT0P)。 光学透明材料150被附着于杆130。例如，用于使光学芯152的材料"流"入通道 140中，并且附着到覆层154和/或杆130。 参照图3。紧固件110可具有位于头部120中的输入口 322和输出口 324。可通过 在头部120中钻出小开口来形成输入口 322和输出口 324。这些开口不需要形成通道140的 一部分，因为它们只允许访问通道140。（在其它构造中，输入口和输出口可位于螺纹端）。 现在，参照图4。可如下地确定紧固件110上的预紧力。在框410中，在向紧固件 110施加预紧力之前，输入光被耦合到输入口 322中，并且在输出口 324被接收。测量输出 口 324处光的频率。这个测量将用作基准测量。由于被填充的通道140用作波导，因此测 量被填充的通道140中反射之间的干涉。 在框420中，当向紧固件110施加扭矩时，开始安装紧固件110。例如，紧固件110 被插入构件堆叠中并且用螺母端接。将螺母扭转到杆130上使杆130处于拉伸下，造成杆 130在轴向方向（A)上变形。这个应变转变成被填充的通道140中的小机械变形。这个机 械变形将光的频率从输入口 322变到输出口 324。 在正在施加扭矩时，光被耦合到输入口 322中。测量输出口 324处光的频率。 在框430中，得到应变。确定测得频率和基准频率之差。从频率差推导出应变。杆 130中的轴向应力的简单计算可被计算为测得的应变乘以杆的弹性模量。（更复杂的计算 可包括额外的项，诸如，泊松比。）紧固件110上的预紧力可被计算为应力和杆130的横截 面面积的乘积。 在框440中，接着，将计算出的预紧力与目标值进行比较。连续重复框420和430 中的功能，直到测得的预紧力达到目标值。 相比于金属丝应变计，被填充的通道140提供更高的准确度和更低的噪声敏感 性。还具有更精确的曲率半径。被填充的通道140提供比贯穿紧固件的中心孔并且胶合于 紧固件的中心孔的光学丝更好的应变耦合。 通常，相比于贯穿紧固件的中心孔的光纤，杆表面上的被填充的通道可由更多样 的几何形状构成。这些几何形状中的一些也可用于确定紧固件的切变和/或弯曲。 现在，参照图5,图5示出包括通道540的紧固件510,通道540具有沿轴向向下方 向在杆530的非螺纹部分534上延伸的第一部分542、球根状的第二部分544和沿轴向向上 方向返回的第三部分546。在轴向方向上延伸的第一部分542和第三部分546被构造为耦 合部分，这些耦合部分透射光并且对应变造成的变形不太敏感。 现在，参照图6,图6示出紧固件610,紧固件610包括用于测量轴向应变的第一通 道640和用于测量切变的第二通道645。第二通道645包括被构造为耦合部分的第一轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧固件，该紧固件包括：头部；杆，该杆具有外表面和在所述外表面中轴向延伸的通道；以及光学透射的应变敏感材料，其填充所述通道。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L·佩尔茨，R·E·格瑞普，J·J·布朗，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US