CN116056838A - 超声波探头 - Google Patents

Abstract

超声波探头(100)具备振子收纳部(110)、第一螺旋弹簧(130)以及套环(140)。振子收纳部(110)具有：收纳轴(116)，其在内部收纳超声波振子(111a)；以及曲面部(114)，其与收纳轴(116)的一个端部连接，形成有面向收纳轴(116)所在的方向的相反方向的曲面(114a)。第一螺旋弹簧(130)承受曲面部(114)的曲面(114a)，并且产生按压曲面(114a)的弹性力。套环(140)收纳第一螺旋弹簧(130)和曲面部(114)，限制被第一螺旋弹簧(130)按压的曲面部(114)的移动。曲面部(114)和第一螺旋弹簧(130)构成球状关节(100J)。

Description

超声波探头

技术领域

本公开涉及超声波探头的构造。

背景技术

作为现有技术，存在使用超声波来测定螺栓轴力的装置(例如专利文献1)。具体而言，在该装置中，在紧固工具的内部配置有超声波探头，一边利用紧固工具紧固螺栓一边通过超声波回波来检测螺栓的伸长，根据螺栓的伸长来计算螺栓轴力。在这样的一边计测超声波回波一边计算螺栓轴力的装置的情况下，具有能够一边计测轴力值本身一边进行螺栓紧固，且能够以期待的轴力值完成螺栓紧固这样的在转矩法、超前角法这样的方式中所没有的优点。

但是，以往不容易通过恰当地保持配置于紧固工具的内部的超声波探头与螺栓之间的位置关系来进行稳定的超声波计测。其理由在于，存在由于承窝与螺栓头的尺寸的不同而产生的松动所引起的承窝与螺栓头的不优选的位置关系、或者由紧固作业者对紧固工具进行保持的保持状态所引起的承窝与螺栓头的不优选的位置关系。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-19124号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本公开的目的在于提供一种与螺栓端部稳定地接触的超声波探头的构造。

用于解决课题的手段

本发明的超声波探头具有：

振子收纳部，其具有收纳轴和曲面部，所述收纳轴在内部收纳有超声波振子，所述曲面部与所述收纳轴的一个端部连接，并形成有面向所述收纳轴所在的方向的相反方向的曲面；

弹性体，其承受所述曲面部的所述曲面，并且产生按压所述曲面的弹性力；以及

弹性体收纳部，其收纳所述弹性体和所述曲面部，约束被所述弹性体按压的所述曲面部的移动，

所述曲面部和所述弹性体构成球状关节。

所述曲面部在与所述收纳轴的所述一个端部连接的部分具有形成为锥形形状的锥形部，

所述弹性体收纳部具有约束部，该约束部通过承受所述锥形部的所述锥形形状来约束所述曲面部的移动。

所述约束部形成有与形成于所述锥形部的所述锥形形状配合的锥形形状的面。

所述弹性体收纳部包含滑动轴，所述滑动轴是以在该滑动轴与所述曲面部之间夹着所述弹性体的方式被定位并嵌入轴承的轴，通过与所述弹性体不同的弹性体的弹性力而向所述曲面部的方向被按压，并且通过止动件而不会从所述轴承脱落，且以能够滑动的状态嵌入所述轴承。

所述曲面是球面的一部分。

所述弹性体是螺旋弹簧。

所述收纳轴具有磁铁。

发明效果

在本公开的超声波探头中，由于曲面部和弹性体构成球状关节，因此能够提供与螺栓端部稳定地接触的超声波探头的构造。

附图说明

图1是实施方式1的图，是使用超声波探头100的螺母扳手900的外观图。

图2是实施方式1的图，是超声波探头100与旋转装置500连接的状态下的立体图。

图3是实施方式1的图，是图2的剖视图。

图4是实施方式1的图，是从图3抽出超声波探头100的图。

图5是实施方式1的图，是示出超声波探头100经由轴承160和第二螺旋弹簧170安装于旋转中空轴200的状态的图。

图6是实施方式1的图，是用于说明作业者使用螺母扳手900紧固螺栓800的工序的剖视图。

图7是实施方式1的图，是表示套筒700的轴线703与螺栓轴802的轴线803不同的图。

图8是实施方式1的图，是表示曲面部114从图7的状态旋转后的图。

具体实施方式

以下，使用附图对实施方式进行说明。此外，在各图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记。在实施方式的说明中，对于相同或相当的部分适当省略或简化说明。

实施方式1.

参照图1至图8，说明实施方式1的超声波探头100。超声波探头100的特征在于由第一螺旋弹簧130和曲面部114构成的球状关节。

***结构说明***

图1是使用超声波探头100的螺母扳手900的外观图。螺母扳手900具备超声波探头100、轴承160、第二螺旋弹簧170、旋转装置500以及动力装置600。

图2是超声波探头100与旋转装置500连接着的状态的立体图。在图2中，超声波探头100处于不与作为紧固对象的螺栓接触的状态。超声波探头100经由轴承160以及第二螺旋弹簧170安装于旋转装置500所具备的驱动方头210的末端。驱动方头210嵌入套筒700的未图示的插入方头。旋转装置500安装于动力装置600。作业者把持第一把手601和第二把手602来保持超声波探头100、旋转装置500以及动力装置600成为一体的螺母扳手900。在该保持状态下，作业者例如通过用食指按压开关603使动力装置600所具有的未图示的马达旋转，动力装置600所具有的未图示的驱动方头旋转，由此后述的旋转装置500的旋转中空轴200旋转。由于套筒700的未图示的插入方头嵌入旋转中空轴200的驱动方头210，因此套筒700旋转。通过以上的一系列的动作，作业者能够利用螺母扳手900紧固螺栓800。在作业者利用螺母扳手900紧固螺栓800时，收纳于超声波探头100的超声波振子111a发出超声波，并且接收所发出的超声波的回波。超声波振子111a将接收到的回波转换为回波信号而输出。该回波信号能够换算为在螺栓800中产生的轴向力。超声波螺栓轴力计1000根据该回波信号计算在螺栓800中产生的轴力。

图3是图2的剖视图。在图3中示出安装了套筒700的状态，但省略了套筒700的阴影线。另外。在图3中，振子收纳部110和滑动部120未被剖切。

图4是从图3中抽出超声波探头100后的图。

图5示出超声波探头100经由轴承160和第二螺旋弹簧170安装于旋转中空轴200的状态。在图5中示出透视了套环140的状态。参照图3至图5，对超声波探头100与螺栓800的六角螺栓头801接触之前的状态下的、超声波探头100和旋转装置500的结构进行说明。

＜超声波探头100＞

如图4以及图5所示，超声波探头100具备振子收纳部110、滑动部120、第一螺旋弹簧130、套环140以及磁铁150。

＜振子收纳部110＞

振子收纳部110具备振子配置轴111、磁铁配置轴112、曲面部114以及曲面部侧轴115。

(1)振子配置轴111是在内部收纳有超声波振子111a的轴。

(2)磁铁配置轴112从振子配置轴111继续延伸，是配置有磁铁150的轴。振子配置轴111和磁铁配置轴112构成收纳轴116。

(3)曲面部114与磁铁配置轴112的一个端部连接。曲面部114形成有面向磁铁配置轴112所在的方向的相反方向的曲面114a。曲面114a的形状优选为球面的一部分，但不限于球面，只要是能够与第一螺旋弹簧130一起构成球状关节100J的曲面的形状即可。曲面部114在与磁铁配置轴112的端部连接的部分具备形成为锥形形状的锥形部113。

(4)曲面部114侧的轴即曲面部侧轴115从曲面部114向与磁铁配置轴112相反的方向延伸。振子收纳部110是从一根圆柱切削出振子配置轴111、磁铁配置轴112、锥形部113、曲面部114以及曲面部侧轴115的形状。

＜滑动部120＞

如图4所示，滑动部120具备螺纹部121、连接部122、套环支承部123、弹簧保持部124以及滑动轴125。

(1)螺纹部121与形成于套环140的螺纹部142配合。在螺纹部121上以固定状态安装套环140。

(2)连接部122连接螺纹部121与套环支承部123。

(3)套环支承部123支承套环140的端面。

(4)如图3所示，弹簧保持部124保持第二螺旋弹簧170。

(5)如图3所示，滑动轴125以能够在轴承160上滑动的状态安装于轴承160。滑动部120是从一根圆柱切削出螺纹部121、连接部122、套环支承部123、弹簧保持部124以及滑动轴125的形状。

＜第一螺旋弹簧130＞

第一螺旋弹簧130是承受曲面部114的曲面114a并且产生按压曲面114a的弹性力的弹性体。第一螺旋弹簧130以其内径侧被曲面部侧轴115引导的状态，被曲面部114和螺纹部121夹持而被压缩，通过压缩而产生欲伸长的弹性力。在图4中，第一螺旋弹簧130的靠螺纹部121侧的端部被螺纹部121支承。螺纹部121处于固定于套环140的状态。第一螺旋弹簧130的靠曲面部114侧的端部按压曲面部114的曲面114a。此时，锥形部113与套环140的约束部141接触。约束部141约束曲面部114的移动。此时，第一螺旋弹簧130处于压缩状态。此外，第一螺旋弹簧130具有当振子配置轴111的端部的入射面111b与六角螺栓头801接触时能够压缩的程度的弹簧常数。这里，入射面111b是供回波入射到超声波振子111a的面。入射面111b的法线方向与被视为圆筒的情况下的振子配置轴111的圆筒轴的方向一致。

＜套环140＞

套环140收纳作为弹性体的第一螺旋弹簧130和曲面部114，对被作为弹性体的第一螺旋弹簧130按压的曲面部114的移动进行约束。套环140是弹性体收纳部。套环140为中空圆筒的形状。曲面部114和第一螺旋弹簧130构成球状关节100J。在球状关节100J中，曲面部114在如下范围内转动，该范围是，振子收纳部110的曲面部侧轴115不与套环140的内部发生干涉的范围。如图4所示，作为弹性体收纳部的套环140具备约束部141。约束部141通过支承锥形部113的锥形形状来约束曲面部114的移动。约束部141形成有与形成于锥形部113的锥形形状配合的锥形形状的面141a。如图4所示，作为弹性体收纳部的套环140具备滑动轴125。滑动轴125是以与曲面部114之间夹着第一螺旋弹簧130的方式被定位并嵌入到轴承160中的轴，通过作为与第一螺旋弹簧130不同的弹性体的第二螺旋弹簧170的弹性力向曲面部114的方向被按压，并且通过止动件125b而不会从轴承160脱落、且以能够相对于轴承160滑动的状态嵌入到轴承160。

＜磁铁150＞

磁铁150配置于磁铁配置轴112。磁铁150具有在套筒700被设置于六角螺栓头801时将六角螺栓头801向回波的入射面111b(图2)的方向牵引的效果。另外，磁铁150具有利用所产生的磁力以恒定的按压压力将回波的入射面111b按压于六角螺栓头801的效果。

＜超声波探头100向旋转装置500的安装＞

参照图3，说明超声波探头100向旋转装置500的安装。作业者使滑动轴125穿过第二螺旋弹簧170，并使滑动轴125穿过未安装于驱动方头210的状态下的轴承160。作业者将止动件125b安装于从轴承160突出的滑动轴125的前端的槽125a。作业者将安装有滑动部120的状态下的轴承160安装于驱动方头210。在轴承160的外周形成有螺纹，在驱动方头210的内侧也形成有螺纹。通过将该螺纹彼此配合而将轴承160固定于驱动方头210。在轴承160固定于驱动方头210的状态下，滑动部120的滑动轴125相对于轴承160滑动自如。此时，第二螺旋弹簧170为压缩状态，处于欲伸长的状态。入射面111b与六角螺栓头801接触，第二螺旋弹簧170具有在入射面111b被六角螺栓头801按压时进一步压缩的程度的弹簧常数。另外，在第二螺旋弹簧170被压缩而挠曲时，第一螺旋弹簧130也被压缩而挠曲。

＜旋转装置500＞

参照图2、图3和图5对旋转装置500进行说明。旋转装置500具备旋转中空轴200、第一轴承310、第二轴承320、滑环构造部330、保持部件340、壳体400、信号取出部410以及输出连接器411。

(1)旋转中空轴200形成有插入方头241。在插入方头241中嵌入动力装置600所具有的未图示的驱动方头。在图3中，从插入方头241一直到滑动部120是空间。旋转中空轴200具备驱动方头210、第一圆筒部220、第二圆筒部230、第三圆筒部240。在驱动方头210中嵌入套筒700的插入方头。

(2)第一轴承310和第二轴承320保持旋转中空轴200。

(3)滑环构造部330是由第一铜环331、第二铜环332、第一电刷351以及第二电刷352构成的一般的滑环构造。滑环构造部330将超声波振子111a的输出信号向第一电刷351、第二电刷352输出。滑环构造部330与旋转中空轴200一起旋转。此外，第一电刷351、第二电刷352不旋转，而是处于固定状态。

在图3中，省略了振子收纳部110的内部和滑动部120的内部的第一引线101a和第二引线102a的图示，但在超声波振子111a上连接有第一引线101a和第二引线102a，第一引线101a和第二引线102a以超声波振子111a为起点，以第一铜环331和第二铜环332为终点。第一铜环331和第二铜环332分别与第一电刷351和第二电刷352连接。第一电刷351和第二电刷352分别与第一电刷用引线101b和第二电刷用引线102b连接。第一电刷用引线101b和第二电刷用引线102b与输出连接器411连接。通过以上的引线的连接，超声波振子111a输出的回波信号向第一铜环331、第二铜环332、第一电刷351、第二电刷352、输出连接器411传递。

(4)保持部件340保持滑环构造部330，与旋转中空轴200和滑环构造部330一起旋转。

(5)壳体400收纳旋转中空轴200、第一轴承310、第二轴承320、滑环构造部330、保持部件340以及第一电刷351、第二电刷352。

(6)在信号取出部410配置有输出连接器411，如图1所示，从输出连接器411向超声波螺栓轴力计1000输出超声波振子111a检测出的回波信号。

＜螺栓紧固工序＞

图6是说明作业者使用螺母扳手900紧固螺栓800的工序的图。参照图6，对作业者使用螺母扳手900紧固螺栓800的工序进行说明。在图6中示出了被螺栓800紧固的被紧固物811。通过螺母扳手900拧入螺栓800，被紧固物811与未图示的对象部件紧固。

(1)作业者将具备超声波探头100的螺母扳手900的套筒700设置于六角螺栓头801。

(2)若作业者将套筒700向从六角螺栓头801朝向螺栓轴802的方向压入，则在图6中套筒700的末端与被紧固物811的上表面811a抵接，套筒700无法进一步向从六角螺栓头801朝向螺栓轴802的方向压入。设计成在套筒700无法进一步压入的状态下，振子配置轴111的入射面111b与六角螺栓头801的上表面801a接触。在入射面111b与六角螺栓头801的上表面801a接触的状态下，第一螺旋弹簧130和第二螺旋弹簧170与入射面111b与六角螺栓头801的上表面801a接触之前相比被压缩，但均未成为紧密状态。在套筒700无法进一步压入的状态下，第一螺旋弹簧130及第二螺旋弹簧170产生的弹簧反作用力为将振子配置轴111的入射面111b稳定地按压于六角螺栓头801的上表面801a的程度的大小。

(3)在套筒700无法进一步压入的状态下，若作业者按下图1所示的开关603，则如以上的说明那样，旋转中空轴200旋转。即，驱动方头210旋转。由此，嵌入于驱动方头210的套筒700旋转，螺栓800通过套筒700被逐渐紧固。

(4)此时，收纳于振子配置轴111的超声波振子111a发出超声波并且接收超声波的回波。超声波振子111a将接收到的回波转换为回波信号并输出。如图3所示，回波信号经由与超声波振子111a连接的第一引线101a以及第二引线102a，传递到第一铜环331以及第二铜环332。传递到第一铜环331以及第二铜环332的回波信号通过第一铜环331与第一电刷351的接触以及第二铜环332与第二电刷352的接触，经由第一电刷用引线101b以及第二电刷用引线102b传递到输出连接器411。传递到输出连接器411的回波信号经由输出连接器411被发送到超声波螺栓轴力计1000。

(5)超声波螺栓轴力计1000根据回波信号计算在螺栓800产生的轴力。

在图6中，由于螺栓轴802的轴线803与旋转中空轴200的轴线、即套筒700的轴线703为相同的方向，因此不会由于螺栓轴802的轴线803与套筒700的轴线703的不同而对超声波振子111a造成影响。在此，套筒700的轴线703是指将套筒700视为圆筒的情况下的圆筒的中心轴。螺栓轴802的轴线803是指将螺栓轴802视为圆筒的情况下的圆筒的中心轴。

图7是在作业者将套筒700设置于六角螺栓头801时，套筒700的轴线703与螺栓轴802的轴线803不同的情况。在图7中，为了方便起见，示出了收纳于振子配置轴111的超声波振子111a。若轴线703与轴线803产生了几度的倾斜角θ，对于利用超声波对轴力的测定会产生影响。为了应对该倾斜角θ，以往仅通过相当于第二螺旋弹簧170的弹簧来吸收倾斜角θ的影响，因此能够吸收的倾斜角θ的大小存在极限。

因此，在超声波探头100中，在靠近六角螺栓头801的位置设置了由曲面部114和第一螺旋弹簧130构成的球状关节100J。在图7的情况下，当振子配置轴111的端部与六角螺栓头801的上表面801a接触时，曲面部114向箭头114b的方向旋转。

图8表示曲面部114从图7的状态向箭头114b的方向旋转后的入射面111b与六角螺栓头801的上表面801a的状态。在图8中，通过曲面部114的旋转，能够消除螺栓轴802的轴线803与振子配置轴111的轴线111c之间的倾斜角θ。因此，能够抑制由倾斜角θ引起的超声波振子111a的检测精度的降低。

即使作业者在图8的状态下紧固螺栓800，由于在螺栓轴802的轴线803与振子配置轴111的轴线111c之间倾斜θ的影响被消除，因此超声波螺栓轴力计1000能够高精度地测定螺栓800的轴力。轴线111c的方向与入射面111b的法线的方向一致。

在图8中，作业者在用螺母扳手900拧紧螺栓800后，从六角螺栓头801拆下套筒700。当从六角螺栓头801拆下套筒700时，振子配置轴111成为未被六角螺栓头801按压的状态，因此从六角螺栓头801施加于第一螺旋弹簧130的力消失。因此，因被六角螺栓头801按压而引起的第一螺旋弹簧130的挠曲复原，如图3所示，曲面部114通过第一螺旋弹簧130的复原而被按压于套环140的约束部141。此时，曲面部114中的被约束部141按压的部分为锥形部113，另外，约束部141是与锥形部113的锥形形状配合的锥形形状。因此，当振子配置轴111不再被六角螺栓头801按压时，会产生锥形部113收纳于约束部141的动作。通过将锥形部113收纳于约束部141，在振子配置轴111未被六角螺栓头801按压的状态下，套筒700的轴线703与振子配置轴111的轴线111c始终一致。即，在利用螺母扳手900进行螺栓紧固后，在转移到下一个螺栓的紧固时，总是会返回到振子配置轴111的轴线111c与套筒700的轴线703一致的初始状态。

***实施方式1的效果***

在实施方式1的超声波探头100中，由于曲面部114和第一螺旋弹簧130构成球状关节100J，因此对于图7所示的倾斜角度θ，能够吸收比以往大的角度。

另外，在超声波探头100中，在曲面部114侧形成有锥形部113，因此在振子收纳部110不再被六角螺栓头801按压时，振子收纳部110的轴线与套筒700的轴线703对齐。如果将振子收纳部110的轴线与套筒700的轴线703对齐的状态称为初始状态，则振子收纳部110的姿势在螺栓紧固后返回初始状态，因此，在依次利用螺母扳手900紧固螺栓800时，能够从初始状态起对下一个螺栓800进行紧固。

另外，超声波探头100具备滑动部120，因此相对于使用了相当于滑动部120的部件的以往产品，能够不变更以往产品的构造而使用超声波探头100。

另外，在实施方式1中，因第二螺旋弹簧170，滑动部120是所谓的浮动构造。但是，虽然优选浮动结构，但滑动部120也可以不是浮动结构。即，也可以是滑动部120以固定状态安装于轴承160，相对于轴承160不“滑动”的结构。

另外，在磁铁配置轴112配置有磁铁150，但磁铁150的配置不是必须的。

标号说明

100：超声波探头、101：第一导线、102：第二导线、100J：球状关节、110：振子收纳部、111：振子配置轴、111a：超声波振子、111b：入射面、111c：轴线、112：磁铁配置轴、113：锥形部、114：曲面部、114a：曲面、114b：箭头、115：曲面部侧轴、116：收纳轴、120：滑动部、121：螺纹部、122：连接部、123：套环支承部、124：弹簧保持部、125：滑动轴、125a：槽、125b：止动件、130：第一螺旋弹簧、140：套环、141：约束部、141a：面、142：螺纹部、150：磁铁、160：轴承、170：第二螺旋弹簧、200：旋转中空轴、210：驱动方头、220：第一圆筒部、230：第二圆筒部、240：第三圆筒部、241：插入方头、310：第一轴承、320：第二轴承、330滑环构造部、331：第一铜环、332：第二铜环、340：保持部件、351：第一电刷、352：第二电刷、400：壳体、410：信号取出部、411：输出连接器、500：旋转装置、600：动力装置、601：第一把手、811：第二把手、603：开关、604：动力部、700：套筒、703：轴线、800：螺栓、801：六角螺栓头、801a：上表面、802：螺栓轴、803：轴线、811：被紧固物、811a：上表面、900：螺母扳手、1000：超声波螺栓轴力计。

Claims (7)

1.一种超声波探头，其具有：

振子收纳部，其具有收纳轴和曲面部，所述收纳轴在内部收纳有超声波振子，所述曲面部与所述收纳轴的一个端部连接，并形成有面向所述收纳轴所在的方向的相反方向的曲面；

弹性体，其承受所述曲面部的所述曲面，并且产生按压所述曲面的弹性力；以及

弹性体收纳部，其收纳所述弹性体和所述曲面部，约束被所述弹性体按压的所述曲面部的移动，

所述曲面部和所述弹性体构成球状关节。

2.根据权利要求1所述的超声波探头，其中，

所述曲面部在与所述收纳轴的所述一个端部连接的部分具有形成为锥形形状的锥形部，

所述弹性体收纳部具有约束部，该约束部通过承受所述锥形部的所述锥形形状来约束所述曲面部的移动。

3.根据权利要求2所述的超声波探头，其中，

所述约束部形成有与形成于所述锥形部的所述锥形形状配合的锥形形状的面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超声波探头，其中，

所述弹性体收纳部包含滑动轴，所述滑动轴是以在该滑动轴与所述曲面部之间夹着所述弹性体的方式被定位并嵌入轴承的轴，通过与所述弹性体不同的弹性体的弹性力而向所述曲面部的方向被按压，并且通过止动件而不会从所述轴承脱落，且以能够滑动的状态嵌入所述轴承。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的超声波探头，其中，

所述曲面是球面的一部分。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的超声波探头，其中，

所述弹性体是螺旋弹簧。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的超声波探头，其中，

所述收纳轴具有磁铁。

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