Elemento (10) indicador de carga que comprende un fijador y un transductor (16) ultrasónico sobre el fijadorpara realizar mediciones de carga ultrasónicas en el fijador,

caracterizado porque el elemento indicador decarga comprende además medios (12; 32) de almacenamiento de información en el transductor ultrasónico,incluyendo los medios de almacenamiento de información marcas correspondientes a datos asociados conel objeto.

Elemento indicador de carga con marca de identificación

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a elementos indicadores de carga y, más particularmente, a elementos indicadores de carga, tales como fijadores, que tienen transductores ultrasónicos. Se conoce un dispositivo según la parte precaracterizadora de la reivindicación 1 a partir del documento US 5.220.839 A.

En muchas operaciones, es deseable determinar la cantidad de carga longitudinal experimentada por un elemento tensado longitudinalmente. Esta información es particularmente útil cuando el elemento tensado longitudinalmente es un fijador ya que la medición de la carga longitudinal proporciona una verificación de la existencia de una junta apropiada.

La medición de carga ultrasónica es una técnica de medición precisa para determinar la carga en juntas sujetas con pernos. Se han usado técnicas de eco de impulso con transductores ultrasónicos desmontables en laboratorios y para control de calidad durante más de treinta años. Históricamente, sin embargo, las dificultades prácticas en lograr el acoplamiento acústico fiable y en incorporar transductores en máquinas han evitado que esta técnica se convierta en una estrategia de apriete de montajes generales.

Las dificultades de acoplamiento anteriores se superaron con transductores unidos permanentemente. La patente estadounidense n.º 4.846.001 (concedida a Kibblewhite) enseña el uso de una película de polímero piezoeléctrica delgada que está acoplada de manera permanente, mecánica y acústica a una superficie de extremo de un elemento y que se usa para determinar la longitud, carga de tracción, tensión u otra característica dependiente de la carga de tracción del elemento mediante técnicas ultrasónicas. Aunque la invención representa un avance significativo sobre el estado de la técnica anterior en cuanto a rendimiento, facilidad de fabricación y coste de fabricación, existen desventajas con un transductor de esta construcción. Estas desventajas se refieren al rendimiento ambiental, en particular las limitaciones de temperatura máxima del material de polímero que restringe su aplicación, y la posibilidad de que el transductor, fijado al fijador con adhesivo, se afloje y provoque una obstrucción en, o daño a, una línea de montaje crítica.

La patente estadounidense n.º 5.131.276, concedida a Kibblewhite y cedida a Ultrafast, Inc., enseña un elemento indicador de carga que tiene un transductor ultrasónico, que incluye una película electroacústica, desarrollada directamente sobre la superficie del fijador (es decir, una película delgada piezoeléctrica) . Desarrollando la película electroacústica directamente sobre el fijador, la película se interconecta mecánica, eléctrica y acústicamente a la superficie. Los transductores ultrasónicos permanentes no sólo permiten usar la técnica de medición de carga de eco de impulso precisa en la línea de montaje de producción sino que también mejoran de manera significativa las precisiones eliminando errores que resultan del movimiento axial y radial del transductor desmontable con respecto al perno y de variaciones en los medios de acoplamiento.

Todos los métodos ultrasónicos mencionados anteriormente para determinar la carga en un elemento indicador de carga requieren una medición de carga cero además de la medida tomada en el estado cargado deseado para determinar la carga absoluta en el elemento. Además, todos usan una medición directa o indirecta del tiempo de vuelo de ida y vuelta de una onda ultrasónica longitudinal. La patente estadounidense n.º 4, 602, 511 de Holt enseña un método que usa los tiempos de vuelo de ondas tanto longitudinales como transversales para determinar la tensión en un elemento sin tomar una medida de carga cero. Esto es deseable en la medición de carga de tracción en fijadores instalados previamente, por ejemplo.

Sin embargo, el uso de ondas ultrasónicas transversales requiere tanto un transductor que pueda generar ondas transversales como medios de acoplamiento acústico que puedan transmitir ondas transversales en el elemento. Se requieren acopladores acústicos especiales con transductores unidos temporalmente, debido a que las ondas transversales generalmente no pueden transmitirse a través de líquidos. Aunque los adhesivos pueden transmitir ondas ultrasónicas transversales, no se ha demostrado la generación de ondas transversales usando los transductores de película de polímero dados a conocer por Kibblewhite en la patente estadounidense n.º 4.846.001. Sólo la tecnología de transductor ultrasónico permanente dada a conocer por Kibblewhite en la patente estadounidense n.º 5.131.276 ha demostrado un método práctico de realizar mediciones de carga en fijadores sin tomar primero una medida de carga cero usando el método basado en mediciones de ondas tanto longitudinales como transversales. Sin embargo, con este método normalmente sólo se pueden conseguir precisiones del ±15% debido a variaciones de producción en el material y la geometría de los fijadores.

Los métodos de medición de carga ultrasónica mencionados anteriormente que usan ondas longitudinales solas pueden precisar mediciones cuando se realiza una medición de carga cero antes del apriete, con precisiones típicas del ±3% documentadas. Debido a la variación en las longitudes iniciales de los fijadores fabricados usando métodos de producción, sólo es posible la medición de carga instalada en un momento posterior con mediciones de carga ultrasónicas usando ondas longitudinales solas grabando la medición de longitud de carga cero. Los instrumentos de

medición de carga ultrasónica tienen la capacidad de almacenar y recuperar mediciones de carga cero para la inspección posterior de carga.

Un medio de identificar a cada fijador para almacenar y recuperar mediciones de longitud de carga cero con instrumentación de medición de carga ultrasónica de transductor desmontable se da a conocer por Shigemi et al. en la publicación de solicitud de patente japonesa n.º 10-086074. Shigemi da a conocer un método para aplicar una marca de identificación, tal como un código de barras, sobre la periferia de la cabeza del fijador. El código de barras se lee mediante un lector de código de barras óptico y la medición de longitud ultrasónica de carga cero se almacena en la memoria en un dispositivo de control correspondiente a la marca de identificación sobre el fijador. Cuando se lee la carga de fijador en una fecha posterior, se lee primero la marca de identificación para recuperar la medición de longitud de carga cero. Longitud de perno de carga cero es el único parámetro ultrasónico asociado con un perno específico dado a conocer por Shigemi. Además, el código de barras dado a conocer por Shigemi se usa sólo para fines de identificación y no contiene información de medición ultrasónica codificada. Aunque esta invención es adecuada para un único instrumento en una única ubicación, almacenar y recuperar una longitud de carga cero sola es inadecuado para garantizar una medición precisa fiable con todos los tipos de fijador, con instrumentos diferentes o con transductores ultrasónicos diferentes, tales como en múltiples ubicaciones de servicio, por ejemplo.

Una dificultad al realizar mediciones de carga de fijador fiables con instrumentación de eco de impulso ultrasónicos surge de la incertidumbre en la identificación consistente del mismo ciclo de eco con el que se realizan mediciones de tiempo de vuelo. Puede producirse una distorsión considerable de la forma de onda de eco, especialmente con fijadores con grandes razones de longitud con respecto a diámetro, principalmente debido a la geometría de fijador y a las variaciones de distribución de tensión. Vecchio et al. da a conocer en la patente estadounidense n.º 6.009.380 un método de excitación y detección de múltiples frecuencias para mejorar la fiabilidad para detectar el ciclo de eco correcto cuando se realizan mediciones de tiempo de vuelo ultrasónicas para determinar la carga de fijador. El método almacena las características de una forma de onda de eco típica como referencia para un tipo de fijador particular. Sin embargo, las variaciones en las formas de onda de eco de los fijadores del mismo tipo pueden ser lo suficientemente grandes para evitar que este método, que usa una única referencia para un tipo de fijador particular, funcione de manera fiable para todos los fijadores. Por consiguiente, los fijadores que se desvían de manera significativa de las características de forma de onda de referencia son inadecuados... [Seguir leyendo]

1. Elemento (10) indicador de carga que comprende un fijador y un transductor (16) ultrasónico sobre el fijador para realizar mediciones de carga ultrasónicas en el fijador, caracterizado porque el elemento indicador de

carga comprende además medios (12; 32) de almacenamiento de información en el transductor ultrasónico, incluyendo los medios de almacenamiento de información marcas correspondientes a datos asociados con el objeto.

2. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que el transductor ultrasónico está unido permanentemente al fijador.

3. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que el transductor ultrasónico está unido temporalmente al fijador.

4. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los medios de almacenamiento de información son medios de almacenamiento ópticos.

5. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son una marca de contraste de color proporcionada sobre una superficie expuesta del transductor ultrasónico.

6. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son una marca de contraste de reflectividad proporcionada sobre una superficie expuesta del transductor ultrasónico.

7. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son un código (12) de barras.

8. Elemento indicador de carga según la reivindicación 7, en el que el código de barras es un código de barras bidimensional.

9. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que el transductor ultrasónico tiene una capa eléctricamente conductora, y en el que los medios de almacenamiento ópticos se aplican a la capa eléctricamente conductora.

10. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son una marca grabada por láser.

11. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son un recubrimiento de potenciación de contraste.

12. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son una superficie recubierta de óxido negro de una lámina metálica que incluye partes del recubrimiento de óxido negro que se retiran selectivamente mediante ablación por láser.

13. Elemento indicador de carga según la reivindicación 4, en el que los medios de almacenamiento ópticos son una lámina que incluye orificios perforados a través de la lámina.

14. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los medios de almacenamiento de información son medios de almacenamiento magnéticos, y en el que los medios de almacenamiento magnéticos incluyen una capa de material magnético que puede almacenar datos.

15. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los medios de almacenamiento de

información contienen los datos asociados con el fijador. 55

16. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los medios de almacenamiento de información contienen una marca para identificar el fijador.

17. Elemento indicador de carga según la reivindicación 16, en el que la marca para identificar el fijador está relacionada con un índice en una base de datos que contiene datos relacionados con el fijador.

18. Elemento indicador de carga según la reivindicación 17, en el que la base de datos es accesible a través de Internet.

65 19. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los medios de almacenamiento de información contienen los datos asociados con el fijador y una marca para identificar el fijador.

20. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen una longitud acústica de carga cero del fijador.

21. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen parámetros para derivar una longitud acústica de carga cero del fijador.

22. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen una firma acústica del fijador, y en el que la firma acústica contiene parámetros para derivar un ciclo de medición de forma de onda de eco ultrasónico para el fijador.

23. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen parámetros relacionados con el fijador para calcular la carga en el fijador a partir de las mediciones ultrasónicas.

24. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen parámetros relacionados con una junta en la que se aprieta el fijador, para calcular la carga en el fijador a partir de las mediciones ultrasónicas.

25. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen un parámetro relacionado con el fijador que se mide durante el apriete del fijador.

26. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen un parámetro relacionado con el fijador que se mide durante la carga posterior del fijador.

27. Elemento indicador de carga según la reivindicación 1, en el que los datos incluyen un parámetro relacionado con el fijador que se mide para determinar cambios en la carga del fijador.

28. Elemento indicador de carga según la reivindicación 27, en el que se mide la longitud acústica para determinar el alargamiento permanente del fijador.

29. Método para medir el cambio de longitud acústica de un elemento indicador de carga, que comprende las etapas de:

• leer un código de barras en el elemento indicador de carga con un lector de código de barras; 35

• recuperar datos asociados con el código de barras, en el que los datos recuperados incluyen datos para derivar una longitud acústica de carga cero del elemento indicador de carga identificado y datos para derivar un ciclo de medición de forma de onda de eco ultrasónico usado para la medición de la longitud acústica del elemento indicador de carga identificado;

• medir la longitud acústica del elemento indicador de carga identificado usando un transductor ultrasónico y el ciclo de medición derivado; y

• calcular una diferencia entre la longitud acústica medida y la longitud acústica de carga cero y calcular el

45 cambio de longitud acústica del elemento indicador de carga identificado a partir de la diferencia calculada entre la longitud acústica medida y la longitud acústica de carga cero.

30. Método según la reivindicación 29, en el que la etapa de recuperar datos asociados con el código de barras comprende las etapas de:

• identificar el elemento indicador de carga a partir del código de barras y

• recuperar a partir de una base de datos datos relacionados con el elemento indicador de carga

identificado 55

31. Método según la reivindicación 30, que incluye además la etapa de calcular la carga en el elemento indicador de carga identificado a partir del cambio calculado en la longitud acústica.

32. Método según la reivindicación 30, en el que el elemento indicador de carga es un fijador.

33. Método según la reivindicación 29, en el que la etapa de recuperar datos asociados con el código de barras comprende la etapa de:

• recuperar a partir del código de barras datos relacionados con el elemento indicador de carga. 65

34. Método según la reivindicación 33, que incluye además la etapa de calcular la carga en el elemento

indicador de carga a partir del cambio calculado en la longitud acústica.

35. Método según la reivindicación 33, en el que el elemento indicador de carga es un fijador.