DE102019211514B4

DE102019211514B4 - Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und Bolzen zur Verwendung in einem solchen

Info

Publication number: DE102019211514B4
Application number: DE102019211514.4A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Tsuzaki; Toshitsugu Sakakibara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: US20200040929A1; JP2020020749A; CN110849529B; CN110849529A; DE102019211514A1; JP6678708B2

Abstract

Messverfahren einer Bolzenaxialkraft, umfassend:einen Sondeneinführungsschritt zum Einführen eines gestuften Vorsprungs einer Sonde (24) in eine in einem Kopf (3) eines Bolzens (1) ausgebildete gestufte Aussparung (5), wobei der gestufte Vorsprung (29) von einer Sonde (24) in solch einer Weise umfasst ist, dass er der gestuften Aussparung (5) des Kopfes (3) entspricht;einen Spaltausbildschritt zum Ausbilden eines Spalts (41), welcher mit einer Ultraschallausbreitungssubstanz (42) zu füllen ist, zwischen einer durch eine Bodenfläche (6) der gestuften Aussparung (5) definierten Fläche des Bolzens (1) und einer durch eine Oberfläche des gestuften Vorsprungs (29) definierten Fläche der Sonde (24), indem eine Stufe der gestuften Aussparung (5) und eine Stufe des gestuften Vorsprungs (29) miteinander in Kontakt gebracht werden,einen Dehnung-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Dehnung des Bolzens (1) beim Anziehen basierend auf einem Bodenecho eines Ultraschallimpulses, welcher von der Sonde (24) in Richtung einer Bodenfläche eines Zapfens (2) des Bolzens (1) ausgesendet wird; undeinen Axialkraft-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Axialkraft (F) des Bolzens (1) basierend auf der Dehnung des Bolzens (1),wobei der Spalt (41) mit der Ultraschallausbreitungssubstanz (42) gefüllt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und einen Bolzen zur Verwendung in diesem Verfahren.
2. Beschreibung verwandten Stands der Technik
Ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ist herkömmlich als ein solches bekannt, welches eine Axialkraft eines Bolzen mittels eines Messens einer Dehnung des Bolzens unter Verwendung eines B-Echos (Bodenechos) von Ultraschall misst, welcher aus einem Kopf des Bolzens in Richtung einer Bodenfläche eines Zapfens des Bolzens ausgesendet wird. In solch einem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ist ein Abstand zwischen einem Ultraschallsensor, welcher Ultraschall aussendet, und dem Kopf des Bolzens mit einem Ultraschallausbreitungsmedium gefüllt. Jedoch, wenn die Dicke des Ausbreitungsmediums, welches zwischen dem Ultraschallsensor und dem Kopf des Bolzens vorliegt, variiert, wird es unmöglich, die Dehnung des Bolzens mit hoher Genauigkeit zu messen.
In dieser Hinsicht ist ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft offenbart, welches den Abstand zwischen einem Ultraschallsensor und einem Kopf eines Bolzens unter Verwendung eines Vorsprungs aufrechterhält, welcher von der Ultraschallsensorseite in Richtung des Kopfes des Bolzens hervorsteht (siehe beispielsweise die japanische Gebrauchsmuster-Registrierungsanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP S61- 34 444 U ).
Gemäß einem solchen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ist es möglich, eine Dehnung eines Bolzens mit hoher Genauigkeit zu messen, weil ein einheitlicher Abstand zwischen dem Ultraschallsensor und einem Kopf des Bolzens aufrechterhalten wird.
Jedoch wird in dem herkömmlichen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft (zum Beispiel die japanische GebrauchsmusterRegistrierungsanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP S61- 34 444 U ) ein Spielraum zwischen einem Sensorhalter und einem Gehäuse bereitgestellt, um ein Zwingen des Ultraschallsensors in Richtung des Kopfes des Bolzens zu ermöglichen. Diese Struktur veranlasst manchmal, dass der Sensorhalter im Inneren des Gehäuses geneigt ist, wenn der Ultraschallsensor in Richtung des Bolzens gezwungen wird. Aus diesem Grund besteht in dem herkömmlichen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft eine Möglichkeit, dass ein Aussenden von Ultraschall in Richtung der Bodenfläche eines Zapfens des Bolzens und ein Empfang des B-Echos nicht akkurat ausgeführt werden, sodass die Axialkraft des Bolzens daher nicht mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Die JP 2017 - 26 510 A zeigt ein Bolzen-Axialspannungs-Messgerät für die axiale Spannung eines Bolzens, dessen Kopfoberseite eine Aussparung aufweist. Ein Ultraschallsensor dient zum Empfangen und Senden einer Ultraschallwelle über eine ebene Messfläche. Ein Hilfsbauteil überträgt die Ultraschallwelle vom Ultraschallsensor zum Bolzen. Das Hilfsbauteil umfasst eine ebene Stirnfläche in Flächenkontakt mit der Messfläche des Ultraschallsensors und eine konvexe Fläche in Flächenkontakt mit der gesamten Innenfläche der Ausnehmung des Bolzens.
Die JP 2007-301 663 A zeigt ein Verfahren zum Messen der Axialkraft eines Bolzens, wobei die in dem Bolzen erzeugte Axialkraft durch Anlegen der Ultraschallwelle an den Bolzen beim Anziehen des Bolzens gemessen wird. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bildens eines vertieften Abschnitts auf dem Kopfabschnitt des Bolzens, einen Schritt des Speicherns von Öl in dem vertieften Abschnitt und einen Schritt des Messens der Axialkraft des Bolzens durch Einbringen einer Ultraschallwelle-Sende-/Empfangssonde in Kontakt mit der Bodenfläche des vertieften Abschnitts und durch Senden der Ultraschallwelle in den Bolzen mittels der Ultraschallwellen-Sende-/Em pfangssonde.
Die JP 2016-133 457 A zeigt eine Erfassungsvorrichtung für eine Axialkraft eines Bolzenelements, das einen mit einer Vertiefung ausgebildeten Kopf aufweist. Die Vorrichtung umfasst ein Lagerelement, von dem mindestens ein Teil in der Vertiefung angeordnet ist; ein elastisches Element, das mit dem Lagerelement verbunden ist, ein Einsetzteil umfasst, das in eine Nut eingesetzt ist, die an der Innenseitenfläche der Vertiefung ausgebildet ist und elastisch verform wird, um auf einen Abschnitt des Kopfes zu drücken; und einen Ultraschallsensor, der mit dem Lagerelement verbunden und in der Vertiefung angeordnet ist.
Überblick über die Erfindung
In Hinblick auf das Vorstehende ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und einen Bolzen zur Verwendung in diesem Verfahren bereitzustellen, welche für ein sichereres Messen einer Bolzenaxialkraft mit einer höheren Genauigkeit als mit der herkömmlichen Technik geeignet sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft zum Lösen des zuvor beschriebenen Problems gemäß Anspruch 1 angegeben.
Des Weiteren wird zur Lösung der Aufgabe ein Bolzen zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß Anspruch 3 angegeben.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und einen Bolzen zur Verwendung in diesem Verfahren bereitzustellen, welcher für ein sichereres Messen einer Bolzenaxialkraft mit einer höheren Genauigkeit als bei der herkömmlichen Technik geeignet ist.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Bolzenaxialkraft-Messapparatur, welche eine Anziehvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst.
2 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der Anziehvorrichtung, welche von der Bolzenaxialkraft-Messapparatur von 1 umfasst ist.
3 ist eine erläuternde Ansicht eines Bolzensetzschritts, welcher in einem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Messschritts einer Bolzenaxialkraft, welcher in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Messschritts einer Bolzenaxialkraft, welcher in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
6 ist ein schematisches Wellenform-Diagramm, welches ein Kopfecho und ein Bodenecho in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein erläuterndes Diagramm eines automatischen Verfolgens eines Gates für ein Kopfecho, welches in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
8 ist ein grafisches Beispiel, in welchem eine berechnete Bolzenaxialkraft in chronologischer Reihenfolge eingetragen ist.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches Korrekturkoeffizienten (Verstärkung) einer Amplitude eines Kopfechos und eines Bodenechos darstellt.
10A und 10B sind betriebserläuternde Ansichten der Anziehvorrichtung, welche von der Bolzenaxialkraft-Messapparatur umfasst ist.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Modus zum Ausführen der vorliegenden Erfindung (eines vorliegenden Ausführungsbeispiels) wird im Detail gegebenenfalls in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Nachfolgend werden eine Bolzenaxialkraft-Messapparatur, welche eine Anziehvorrichtung (und ein Bolzenaxialkraft-Messprogramm) umfasst, ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und ein Bolzen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben werden.
<< Bolzenaxialkraft-Messapparatur >>
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu konfiguriert, die Axialkraft eines Bolzens während eines Anziehens des Bolzens zu messen. Zudem stoppt die Bolzenaxialkraft-Messapparatur den Anziehvorgang, wenn die Bolzenaxialkraft einen vorbestimmten Wert erreicht.
1 ist ein Blockdiagramm einer Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hauptsächlich eine Anziehvorrichtung 20 für einen Bolzen, eine Steuerung/Regelung 30, einen Eingabeteilabschnitt 33 und einen Anzeigeteilabschnitt 34.
< Anziehvorrichtung >
Zunächst wird die Anziehvorrichtung 20 beschrieben werden.
2 ist eine konfigurationserläuternde Ansicht der Anziehvorrichtung 20. In 2 ist ein mittels der Anziehvorrichtung 20 zu dehnender Bolzen 1 mittels einer gedachten Linie (abwechselnd eine lange und zwei kurze gestrichelte Linien) angezeigt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Anziehvorrichtung 20 eine Mutterschiene 21, eine Sondeneinheit 23, eine elastische Schraubenfeder 28 als eine Drängeinheit und einen Sockel 22. Die Anziehvorrichtung 20 umfasst auch eine Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b (siehe 1).
Die Mutterschiene 21 umfasst einen Drehschaft 21a, welcher mit einem vorbestimmten Drehmoment und einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeit) mittels der später beschriebenen Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b gedreht wird (siehe 1). Der Drehschaft 21a ist in einer röhrenförmigen Gestalt ausgebildet.
Zudem ist die Mutterschiene 21 derart konfiguriert, dass der Drehschaft 21a angetrieben wird, um sich gemäß einer mittels der Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b (siehe 1) ausgegebenen Anweisung zu drehen. Die Mutterschiene 21 ist auch dazu konfiguriert, gemäß einer mittels einem später beschriebenen Mutterschiene-Stoppanweisungsteilabschnitt 31a (siehe 1) ausgegebenen Anweisung zu stoppen.
Die Sondeneinheit 23 umfasst eine Sonde (einen Ultraschallsensor), ein Sondenhalterungsbauteil 25, ein Anbringungsbauteil 27 für den Drehschaft 21a und ein Stoppbauteil 26.
Die Sonde 24 umfasst ein (nicht dargestelltes) piezoelektrisches Element, welches einen Ultraschallimpuls ausgibt und ein Echo des ausgesendeten Ultraschallimpulses empfängt und dergleichen. Ein elektronisches Signal des mittels der Sonde 24 empfangenen Echos wird zu der später beschriebenen Steuerung/Regelung 30 ausgegeben (siehe 1).
Die Sonde 24 ist in einer im Wesentlichen säulenartigen Gestalt ausgebildet. Zudem ist in der Mitte einer unteren Endfläche der Sonde 24 ein Vorsprung 24a ausgebildet, welcher eine im Wesentlichen säulenartige Gestalt aufweist und nach unten hervorsteht. Somit ist in dem unteren Endteil der Sonde 24 ein gestufter Vorsprung 29 mit einer Stufe 24b ausgebildet.
Solch eine Sonde 24 ist in einer Zapfen- und Muffenweise in einer Vertiefung 5 eingepasst, welche in einem Kopf 3 des später beschriebenen Bolzens 1 ausgebildet ist.
Das Sondenhalterungsbauteil 25 umfasst einen Basisabschnitt 25a und einen Schaftabschnitt 25b, welcher sich von dem Mittelabschnitt der oberen Fläche des Basisabschnitts 25a nach oben erstreckt.
An dem unteren Abschnitt des Basisabschnitts 25a ist ein Verriegelungsabschnitt 25a1 ausgebildet. An dem Verriegelungsabschnitt 25a1 ist der obere Abschnitt der Sonde 24 abnehmbar angebracht.
Der Schaftabschnitt 25b ist für ein Vorwärtsbewegen und ein Rückwärtsbewegen durch einen hohlen Abschnitt des Drehschaftes 21a geeignet.
Das Anbringungsbauteil 27 wird als im Wesentlichen zylindrisch angenommen.
Das Anbringungsbauteil 27 ist an einem äußeren Umfang des unteren Abschnitts des Drehschaftes 21a angebracht. Das Anbringungsverfahren des Anbringungsbauteils 27 an den Drehschaft 21a umfasst allgemein bekannte Verfahren, wie beispielsweise ein Einpassen, ist jedoch nicht speziell darauf beschränkt. Das Anbringungsbauteil 27 und der Drehschaft 21a können integral ausgebildet sein.
Das untere Ende des Anbringungsbauteils 27 weist einen Flansch 27a auf, welcher sich in der radialen Richtung nach innen erstreckt. Mit der oberen Fläche des Flansches 27a kommt ein Stoppbauteil 26 in Kontakt, welches aus einer an dem vorderen Endabschnitt des Schaftabschnitts 25b befestigten Unterlegscheibe ausgebildet ist.
Die elastische Schraubenfeder 28 ist in solch einer Weise angebracht, dass sie um den Umfang des Sondenhalterungsbauteils 25 gewunden ist. Das obere Ende der elastischen Schraubenfeder 28 sitzt an der unteren Fläche des Anbringungsbauteils 27 und das untere Ende der elastischen Schraubenfeder 28 sitzt an der äußeren Umfangsstufe des Basisabschnitts 25a.
In solch einem Sondenhalterungsbauteil 25 ist der Schaftabschnitt 25 in dem hohlen Abschnitt des Drehschaftes 25a schwingbar ausgeführt, wenn der Basisabschnitt 25a nach oben gegen die Drängkraft der elastischen Schraubenfeder 28 verlagert wird.
Zudem hindert das Stoppbauteil 26 den Schaftabschnitt 25b nach außen von dem hohlen Abschnitt des Drehschaftes 21a zu kommen, indem es in Kontakt mit der oberen Fläche des Flansches 27a kommt.
Der Sockel 22 weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf. An der inneren Umfangsseite des unteren Abschnitts des Sockels 22 ist der untere Abschnitt des Drehschaftes 21a abnehmbar befestigt. Dies schränkt die Verlagerung des Sockels 22 in der umlaufenden Richtung relativ zu dem Drehschaft 21a ein. Auch wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen wird, dass der Drehschaft 21a und der Sockel 22 miteinander keilbefestigt sind, ist die Verbindung zwischen dem Drehschaft 21a und dem Sockel 22 nicht auf die Keil-Einpassung beschränkt.
Gemäß der wie zuvor beschriebenen Anziehvorrichtung 20 wird eine Drängkraft in Richtung des Kopfes 3 mittels der elastischen Schraubenfeder 28 auf die Sonde 24 aufgebracht, welche in einer Zapfen- und Muffenweise in der Vertiefung 5 des Bolzens 1 eingepasst ist, wenn der Kopf 3 des Bolzens 1 mit dem Sockel 22 in Eingriff steht.
Zudem sind gemäß der wie zuvor beschriebenen Anziehvorrichtung 20 der Sockel 22 und die Sondeneinheit 23 mit dem Drehschaft 21a getrennt und unabhängig voneinander verbunden.
Des Weiteren ist die Sonde 24 halbschwimmend an dem Drehschaft 21a aufgrund der elastischen Schraubenfeder 28 gehaltert, welche zwischen der Sonde 24 und dem Drehschaft 21a eingefügt ist.
Im Folgenden wird die Steuerung/Regelung 30 beschrieben werden.
Wie in 1 dargestellt, kann die Steuerung/Regelung 30 hauptsächlich umfassen: eine arithmetische Verarbeitungseinheit 31, welche aus einer Verarbeitungseinheit, wie beispielsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), gebildet ist; und eine Speichereinheit 32, welche aus einem Nur-Lese-Speicher (ROM) mit darin geschriebenen Programmen, einem Direktzugriffspeicher (RAM) zum temporären Speichern von Daten und dergleichen gebildet ist.
Die arithmetische Verarbeitungseinheit 31 umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a, einen Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b, einen Dehnung-Berechnungsteilabschnitt 31c und einen Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d, einen Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31e und eine Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f.
Der wie später beschriebene Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a gibt eine Anweisung zum Stoppen der Aufbringung der Axialkraft zu der Mutterschiene 21 aus, wenn die Axialkraft (F) des Bolzens 1 einen Axialkraft-Zielwert erreicht.
Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b berechnet die Axialkraft basierend auf einem später beschriebenen Ausdruck 1. Der Dehnung-Berechnungsteilabschnitt 31c berechnet eine Dehnung des Bolzens 1 aufgrund des Anziehens des Bolzens 1 (siehe 2). Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31b berechnet den Nulldurchgang und dergleichen des Ultraschallechos. Der Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31e gibt Informationen über den zu messenden Bolzen 1 zu der Speichereinheit 32 aus. Die Ultraschallübertragungs- und - empfangssteuerung/-regelung 31f veranlasst die Sonde 24, einen Ultraschallimpuls auszugeben und verstärkt ein dadurch empfangenes Ultraschallecho.
Diese bildenden Komponenten der arithmetischen Verarbeitungseinheit 31 werden später zusammen mit der Beschreibung des später beschriebenen Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft detaillierter beschrieben werden.
Der Eingabeteilabschnitt 33 wird als eine Tastatur oder dergleichen angenommen, welches zum Eingeben von Bolzeninformationen zu dem Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31 e verwendet wird, kann jedoch auch ein ebenso als ein Anzeigeteilabschnitt 34 funktionierendes Touchpanel sein. Zudem kann eine Anforderungsanfrage für die arithmetische Verarbeitungseinheit 31 durch den Eingabeteilabschnitt 33 eingegeben werden.
Der Anzeigeteilabschnitt 34 wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Monitor, ein Lautsprecher oder dergleichen angenommen, welcher von der arithmetischen Verarbeitungseinheit 31 ausgegebene Informationen visuell oder hörbar kenntlich macht.
<< Messverfahren einer Bolzenaxialkraft >>
Im Folgenden wird das Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben werden.
Das Messverfahren einer Bolzenaxialkraft umfasst: einen Schritt eines Eingebens von Bolzeninformationen zu der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 (Bolzeninformationen-Eingabeschritt); einen Schritt eines Setzens eines Bolzens 1 (siehe 2) an der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 (Bolzensetzschritt); und einen Bolzenaxialkraft-Messschritt.
< Bolzeninformationen-Eingabeschritt >
In diesem Bolzeninformationen-Eingabeschritt werden Informationen über den zu messenden Bolzen 1 (siehe 2) in die Steuerung/Regelung 30 (siehe 1) durch den Eingabeteilabschnitt 33 eingegeben.
Die Bolzeninformationen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen das Young's Modul (E), den effektiven Durchmesser (A) und die Anziehlänge (L) des Bolzens 1 in dem nachfolgend beschriebenen Ausdruck 1 zum Berechnen der Axialkraft F. $F = (EA / L) δ$
Beachte, dass in Ausdruck 1 die Dehnung (δ) des Bolzens 1 mittels des später beschriebenen Dehnung-Berechnungsteilabschnitts 31c berechnet wird.
Die Bolzeninformationen werden durch den Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31e der Steuerung/Regelung 30 in der Speichereinheit 32 gespeichert.
< Bolzensetzschritt >
Nachfolgend wird der Bolzensetzschritt beschrieben werden.
3 ist eine beispielhafte Ansicht des Bolzensetzschritts in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft.
Wie in 3 dargestellt, werden in diesem Bolzensetzschritt ein Sondenbefestigungsschritt eines Befestigens der Sonde 24 in der Vertiefung 5 des Bolzens 1 und ein Spaltausbildungsschritt eines Ausbildens eines Spalts 41 zwischen dem Bolzen 1 und der Sonde 24 parallel ausgeführt.
In dem Sondenbefestigungsschritt wird eine Sonde 24 in einer Zapfen- und Muffenweise in der Aussparung 5 (gestufte Aussparung) des Bolzens 1 befestigt.
Insbesondere kommt in dem Sondenbefestigungsschritt die äußere Umfangsfläche des vorderen Endes des Körperabschnitts 24c der Sonde 24 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des Abschnitts größeren Durchmessers 14a der Aussparung 5 in Kontakt.
Dann wird ein Vorsprung 24a der Sonde 24 in einem Abschnitt kleineren Durchmessers 14b der Aussparung 5 aufgenommen.
In dem Spaltausbildungsschritt wird der Spalt 41 zwischen der Fläche des Bolzens 1, welche mittels der Bodenfläche 6 der Aussparung 5 definiert ist, und der Fläche der Sonde 24, welche mittels der Oberfläche 24d des Vorsprungs 24a definiert ist, ausgebildet.
Insbesondere wird der Spalt 41 mittels der Stufe 14c an der Bolzen-1-Seite und der Stufe 24b an der Sonde-24-Seite ausgebildet, welche in Kontakt miteinander kommen. Dieser Spalt 41 ist mittels der Bodenfläche 6 der Aussparung 5 und der Oberfläche 24d des Vorsprungs 24a ausgebildet, welche sich parallel zugewandt sind.
Der wie zuvor beschriebene Spalt 41 ist mit einer Ausbreitungssubstanz 42 gefüllt.
Diese Ausbreitungssubstanz 42 ist nicht speziell beschränkt und umfasst beispielsweise öffentlich bekannte Substanzen, wie beispielsweise Maschinenöl, Wasser, wasserhaltige Polymere, Paraffinöl, Rizinusöl, gelatineartige Substanzen und Elastomere. Unter anderem sind gelatineartige Substanzen und Elastomere bevorzugt.
In 3 bezeichnet Bezugszeichen 22 den an dem Kopf 3 des Bolzens 1 zu befestigenden Sockel.
< Bolzenaxialkraft-Messschritt >
Nachfolgend wird der Bolzenaxialkraft-Messschritt beschrieben werden.
4 und 5 sind Ablaufdiagramme des Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft.
In diesem Bolzenaxialkraft-Messschritt werden ein Kopfechogate (S-Echogate) und ein Bodenechogate (B-Echogate) für das Ereignis festgelegt, bei welchen die Sonde 24 (siehe 3) einen Ultraschallimpuls zu dem Bolzen 1 (siehe 3) aussendet.
Diese Einstellungen werden zuvor basierend auf die Längen des Spalts 41 (siehe 3) und des Bolzens 1 festgelegt, wobei der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d (siehe 1) unter Bezugnahme auf die Speichereinheit 32 erhalten wurde. Die Laufzeitbereiche zum Spezifizieren dieses Kopfechogates (S-Echogate) und dieses Bodenechogates (B-Echogate) sind in der Speichereinheit 32 mittels des Echo-Erkennungsteilabschnitts 31d gespeichert.
Dieses S-Echogate und dieses B-Echogate werden mit Laufzeitbereichen festgelegt, welche breiter sind als diejenigen eines S-Echogates und eines B-Echogates für ein später beschriebenes automatisches Verfolgen. Das S-Echogate und das B-Echogate können hierin auf etwa zwei Perioden der Ultraschallimpulse festgelegt sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Danach sendet in diesem Bolzenaxialkraft-Messschritt die Sonde 24 (siehe 3) einen Ultraschallimpuls zu dem Bolzen 1 (siehe 3) aus. Diese Aussendung des Ultraschallimpulses wird gemäß einer Anweisung von der Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f (siehe 1) der Steuerung/Regelung 30 (siehe 1) ausgeführt. Die Aussendungszeit für den Ultraschallimpuls wird in der Speichereinheit 32 (siehe 1) mittels der Ultraschallübertragungs- und - empfangssteuerung/-regelung 31f gespeichert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Ultraschallimpulse mit einer Pulswiederholungsfrequenz ausgesendet werden (insbesondere während eines Aufbringens einer Axialkraft ausgesendet werden). Jedoch ist die Aussendung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
Der Ultraschallimpuls wird an der Fläche des Bolzens 1 (siehe 3) reflektiert, welche mittels der Bodenfläche 6 (siehe 3) der Aussparung 5 (siehe 3) definiert ist, und wird auch an der oberen Endfläche des Zapfens 2 reflektiert.
Die Sonde 24 empfängt ein 0-tes Kopfecho (S0-Echo), welches an der Fläche des Bolzens 1 (siehe 3) reflektiert wird, und empfängt ein 0-tes Bodenecho (B0-Echo), welches an der Bodenfläche des Bolzens 1 reflektiert wird. Hierin bedeutet das „0-te“ eine Messung vor einem Aufbringen der Axialkraft.
Die Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f (siehe 1) verstärkt dann beispielsweise das SO-Echo und das BO-Echo, welche mittels der Sonde 24 getrennt und unabhängig empfangen wurden.
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31b empfängt das verstärkte S0-Echo und das verstärkte BO-Echo von der Ultraschallübertragungs- und - empfangssteuerung/-regelung 31f und gewinnt die Laufzeitbereiche des S-Echogates und des B-Echogates unter Bezugnahme auf die Speichereinheit 32.
Anschließend legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d ein S-Echogate G_S0 und ein B-Echogate G_B0 basierend auf dem SO-Echo und dem BO-Echo (siehe Schritt S101) fest.
Insbesondere legt basierend auf dem SO-Echo in dem zuvor beschriebenen Laufzeitbereich der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Startpunkt G_S0S des S-Echogates G_S0 auf eine Position einer ½Wellenlänge des Ultraschallimpulses vor einer Peakposition P_S fest, welche die Position des ersten Peaks des SO-Echos ist, dessen Amplitude ein Niveau L_S überschreitet, welches zuvor auf einen positiven oder einen negativen Wert festgelegt wurde (siehe 6). Zudem legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Endpunkt G_S0E des S-Echogates G_S0 auf eine Position einer Wellenlänge des Ultraschallimpulses nach dem Startpunkt G_S0S (siehe 6) fest.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Niveau L_S auf einen positiven Wert festgelegt und bedeutet eine Aussage, dass die Amplitude das Niveau L_S überschreitet, dass sich die Amplitude von einem Wert, welcher kleiner (also ein kleinerer Absolutwert) als das Niveau L_S ist, zu einem Wert ändert, welcher größer (also ein größeren Absolutwert) als das Niveau L_S ist, in einem Graf, in welchem eine Laufzeit an der horizontalen Achse repräsentiert ist. Die Peakposition P_S ist in diesem Fall ein positiver Peak. Wenn das Niveau L_S auf einen negativen Wert festgelegt ist, bedeutet eine Aussage, dass die Amplitude das Niveau L_S überschreitet, dass sich die Amplitude von einem Wert, welcher größer (also kleiner in einem Absolutwert) als das Niveau L_S (der Absolutwert davon ist kleiner) ist, zu einem Wert ändert, welcher kleiner (also größer in einem Absolutwert) als das Niveau LS ist, in einem Graf, bei welchem eine Laufzeit an der horizontalen Achse repräsentiert ist. Die Peakposition PS ist in diesem Fall ein negativer Peak.
In ähnlicher Weise legt basierend auf dem B0-Echo innerhalb des zuvor beschriebenen Laufzeitbereichs der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Startpunkt G_S0S des B-Echogates G_B0 auf eine Position einer ½ Wellenlänge des Ultraschallimpulses vor einer Peakposition PB fest, welche die Position des ersten Peaks des BO-Echos ist, dessen Amplitude ein Niveau L_B überschreitet, welches zuvor auf einen positiven oder einen negativen Wert festgelegt wurde (siehe 6). Zudem legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Endpunkt G_B0E des B-Echogates G_B0 auf eine Position einer Wellenlänge des Ultraschallimpulses nach dem Startpunkt G_S0S fest (siehe 6).
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Niveau L_B auf einen positiven Wert festgelegt und bedeutet eine Aussage, dass die Amplitude das Niveau L_B überschreitet, dass sich die Amplitude von einem Wert, welcher kleiner als das Niveau L_B ist, zu einem Wert ändert, welcher größer als das Niveau L_B ist, in einem Graf, in welchem eine Laufzeit an der horizontalen Achse repräsentiert ist. Die Peakposition P_B ist in diesem Fall ein positiver Peak. Wenn das Niveau L_B auf einen negativen Wert festgelegt ist, bedeutet eine Aussage, dass die Amplitude das Niveau L_B überschreitet, dass sich die Amplitude von einem Wert, welcher größer (jedoch kleiner in einem Absolutwert) als das Niveau L_B ist, zu einem Wert ändert, welcher kleiner (aber größer in einem Absolutwert) als das Niveau L_B ist, in einem Graf, in welchem eine Laufzeit an der horizontalen Achse repräsentiert ist. Die Peakposition P_B ist in diesem Fall ein negativer Peak.
Anschließend gewinnt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d die Laufzeit des SO-Echos innerhalb des S-Echogates G_S0 und die Laufzeit des BO-Echos innerhalb des B-Echogates G_B0 (siehe Schritt S102).
Insbesondere erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgang direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak innerhalb des S-Echogates G_S0 und gewinnt eine Laufzeit t_S0 bei dem erkannten Nulldurchgang als die Laufzeit des SO-Echos (siehe 6). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Nulldurchgang ein Punkt, bei welchem die Amplitude des Echos eines Ultraschallimpulses null wird.
In ähnlicher Weise erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgang direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak innerhalb des B-Echogates G_B0 und gewinnt eine Laufzeit t_B0 bei dem erkannten Nulldurchgang als die Laufzeit des B-Echos (siehe 6).
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d wiederholt Schritt S101 (NEIN in Schritt S103) bis der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d eine Gewinnung der Laufzeit des SO-Echos und der Laufzeit des BO-Echos vervollständigt hat.
Anschließend, nachdem der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d eine Gewinnung der Laufzeit des SO-Echos und der Laufzeit des BO-Echos (JA in Schritt S103) vervollständigt hat, gewinnt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_S0S als eine Verfolgungsreferenzposition des S-Echogates G_S0 und hält diese (siehe Schritt S104) (siehe 6).
In ähnlicher Weise erhält der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_S0S als eine Verfolgungsreferenzposition des B-Echogates G_B0 (siehe Schritt S104) (siehe 6).
Danach gibt in dem Bolzenaxialkraft-Messschritt die Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b (siehe 1) eine Antriebsanweisung zu der Mutterschiene 21 (siehe 1) aus.
D.h. die Axialkraft wird mittels der Anziehvorrichtung 20 (siehe 1) für den Bolzen 1 auf den Bolzen 1 (siehe 4) aufgebracht (siehe Schritt S107).
Beim Empfangen eines Echos des Ultraschallimpulses mit der nächsten Übertragungspulswiederholungsfrequenz (die n-te PRF; n ist eine natürliche Zahl) (JA in Schritt S108) gewinnt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d die Laufzeit des Sn-Echos innerhalb des S-Echogates G_Sn-1 und die Laufzeit des Bn-Echos innerhalb des B-Echogates G_Bn-1 (siehe Schritt S109).
Insbesondere erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgang direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak in dem S-Echogate G_Sn-1 und gewinnt die Laufzeit t_Sn bei dem Nulldurchgang als die Laufzeit des Sn-Echos (siehe 7).
Auch wenn dies nicht dargestellt ist, erkennt in einer ähnlichen Weise der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgang direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak in dem B-Echogate G_Bn-1 und gewinnt er die Laufzeit t_Bn bei dem Nulldurchgang als die Laufzeit des Bn-Echos.
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d wiederholt Schritt S109 bis der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d eine Gewinnung der Laufzeit des Sn-Echos und der Laufzeit des Bn-Echos vervollständigt hat (NEIN in Schritt S110).
Anschließend, nachdem der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d eine Gewinnung der Laufzeit des Sn-Echos und der Laufzeit des Bn-Echos vervollständigt hat (JA in Schritt S110), berechnet der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b die Axialkraft F des Bolzens 1 basierend auf den Laufzeiten t_Sn und t_Bn und einer anfänglichen Laufzeit T (siehe Schritt S111).
Hierin vermindert die halbschwimmend gehalterte Sonde 24 (siehe 2) eine Störung in der Wellenform des Sn-Echos und des Bn-Echos.
Beachte, dass die Länge des Bolzens 1 basierend auf dem Unterschied (t_Bn - t_Sn) zwischen der Laufzeit bei dem Nulldurchgang des Sn-Echos und der Laufzeit bei dem Nulldurchgang des Bn-Echos erhalten werden kann.
Die Dehnung (δ) des Bolzens 1 wird mittels des Dehnung-Berechnungsteilabschnitts 31c (siehe 1) basierend auf dem Unterschied zwischen den mittels des Echo-Erkennungsteilabschnitts 31d (siehe 1) berechneten Laufzeiten berechnet.
Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b (siehe 1) gewinnt die Dehnung (δ) des Bolzens 1, welche mittels dem Dehnung-Berechnungsteilabschnitt 31c (siehe 1) berechnet wurde, und gewinnt die Parameter des Ausdrucks 1 unter Bezugnahme auf die Speichereinheit 32 (siehe 1). Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b (siehe 1) berechnet dann die Axialkraft in dem Bolzen 1 mit Ausdruck 1 und gibt die berechnete Axialkraft zu dem Anzeigeteilabschnitt 34 (siehe 1) aus (siehe Schritt S108).
Nachfolgend führt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d ein Verfolgen für das S-Echogate G_Sn und das B-Echogate G_Bn individuell aus (siehe Schritt S112).
Insbesondere verschiebt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_Sn-1S des S-Echogates G_Sn-1 der vorherigen ((n-1)-ten) PRF um eine Zeitperiode (t_Bn - t_Sn-1), um einen Startpunkt G_Sns des S-Echogates G_Sn der gegenwärtigen (n-ten) PRF festzulegen (siehe 7).
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d legt auch einen Endpunkt G_SnE des S-Echogates G_Sn auf eine Position einer Wellenlänge des Ultraschallimpulses nach dem Startpunkt G_SnS (siehe 7) fest.
Während die Axialkraft aufgebracht wird, ist der Kopf 3 des Bolzens 1 aufgrund der aufgebrachten Axialkraft in einigen Fällen verformt. Die Verfolgung für das S-Echogate G_Sn ist ein Vorgang, um die Verformung des Kopfes 3 für eine geeignete Erkennung des Sn-Echos zu adressieren.
Auch wenn dies nicht dargestellt ist, verschiebt in ähnlicher Weise der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_Bn-1S des B-Echogates G_Sn-1 der vorherigen ((n-1)-ten) PRF um eine Zeitperiode (t_Bn - t_Sn-1), um einen Startpunkt G_BnS des B-Echogates G_Bn der gegenwärtigen (n-ten) PRF festzulegen.
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d legt auch einen Endpunkt G_SnE des B-Echogates G_Bn auf eine Position einer Wellenlänge des Ultraschalls nach dem Startpunkt G_BnS fest.
Während die Axialkraft aufgebracht wird, wird der Zapfen 2 des Bolzens 1 aufgrund der aufgebrachten Axialkraft gedehnt. Die Verfolgung für das B-Echogate G_Bn ist ein Vorgang, um die Dehnung des Zapfens 2 für eine geeignete Erkennung des Bn-Echos zu adressieren.
Nachfolgend legt der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b einen Normalaxialkraftbereich basierend auf der berechneten Axialkraft (F) fest (siehe Schritt S113).
Wie in 8 dargestellt, berechnet insbesondere der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b eine Linie L, welche in etwa eine Änderung einer Axialkraft (F) über der Zeit darstellt, basierend auf der berechneten Axialkraft (F), welche in chronologischer Reihenfolge aufgetragen ist.
Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31 b legt auch einen Normalaxialkraftbereich Rn für die Linie L unter Verwendung eines Wertes fest, welche zuvor festgelegt wurde (beispielsweise 10 % oberhalb oder unterhalb der Linie L).
Anschließend bestimmt der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b, dass die Messung fehlerhaft ist, wenn die Axialkraft (F) um einen zuvor festgelegten Betrag einer Änderung in einer Dehnung (δ) oder größer außerhalb des Normalaxialkraftbereichs Rn bleibt (JA in Schritt S114).
In diesem Fall gibt der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a (siehe 1) eine Anweisung zum Stoppen eines Aufbringens der Axialkraft zu der Mutterschiene 21 aus (siehe 1). D.h. die Anwendung der Axialkraft auf den Bolzen 1 wird gestoppt. Zudem, auch wenn dies nicht dargestellt ist, wird die Mutterschiene 21 gestoppt und eine automatische Verfolgung wird auch gestoppt. Diese Serie des Bolzenaxialkraft-Messschritts wird dann beendet (unregelmäßige Beendigung).
Andererseits, wenn die Axialkraft (F) nicht um den zuvor festgelegten Betrag einer Änderung in einer Dehnung (δ) oder größer außerhalb des Normalaxialkraftbereichs Rn bleibt (NEIN in Schritt als 114), bestimmt der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b, dass die Messung erfolgreich ist.
Zudem gewinnt der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a (siehe 1) die mittels des Axialkraft-Berechnungsteilabschnitts 31b (siehe 1) berechnete Axialkraft (F) des Bolzens 1. Der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a bestimmt dann, ob die Axialkraft (F) des Bolzens einen Axialkraft-Zielwert erreicht hat (siehe Schritt S115).
Wenn die Axialkraft (F) des Bolzens 1 den Axialkraft-Zielwert noch nicht erreicht hat (NEIN in Schritt S115), gibt der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a (siehe 1) eine Anweisung zum Fortfahren des Aufbringens der Axialkraft zu der Mutterschiene 21 (siehe 1) aus. D.h. der Vorgang kehrt zu Schritt S108 zurück und die Mutterschiene 21 fährt mit dem Aufbringen der Axialkraft auf den Bolzen 1 fort.
Andererseits, wenn die Axialkraft (F) des Bolzens 1 den Axialkraft-Zielwert erreicht hat (JA in Schritt S115), gibt der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a (siehe 1) eine Anweisung zum Stoppen des Aufbringens der Axialkraft zu der Mutterschiene 21 (siehe 1) aus. D.h. das Aufbringen der Axialkraft auf den Bolzen 1 wird gestoppt. Zudem, auch wenn dies nicht dargestellt ist, wird die Mutterschiene 21 gestoppt und eine automatische Verfolgung wird auch gestoppt. Die Serie des Bolzenaxialkraft-Messschritt ist dann beendet (normale Beendigung).
Beachte, dass dieser Ablauf dazu konfiguriert sein kann, eine Unregelmäßigkeit basierend auf der Anzahl einer Änderung in einer Dehnung (δ) des Bolzens 1 und dem normalen Bereich davon, anstelle der Axialkraft (F), zu bestimmen. Insbesondere kann der Ablauf dazu konfiguriert sein, den Bolzenaxialkraft-Messschritt zu beenden, wenn die Anzahl einer Änderung in einer Dehnung (δ) des Bolzens 1 einen Zielwert erreicht hat.
< Echoverstärkungsverfahren >
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f einen ersten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1, einen zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 und einen dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3.
Der erste Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1 korrigiert die Amplituden sowohl in dem Kopfechogate als auch in dem Bodenechogate um denselben Betrag basierend auf einer Amplitudenverstärkung, welche für die gesamte Zeitachse festgelegt ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Korrekturkoeffizient C1 (siehe 9), welcher die Amplitudenverstärkung ist, mittels eines vorherigen Experiments oder dergleichen zuvor festgelegt.
Der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 nimmt eine Korrektur basierend auf der Amplitude in einem aus dem Kopfechogate und dem Bodenechogate derart vor, dass die Amplitude in dem anderen der in dem einen aus dem Kopfechogate und dem Bodenechogate angenähert ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Korrekturkoeffizient C2 (siehe 9), welcher die Amplitudenverstärkung ist, derart, dass er eine Korrektur zum Annähern der Amplitude des Bn-Echos zu der Amplitude des Sn-Echos vornimmt, und ist dieser mittels eines vorherigen Experiments oder dergleichen zuvor festgelegt. Der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 multipliziert das Bn-Echo mit dem Korrekturkoeffizient C2 zu der Laufzeit in dem Echogate, in welchem das gleiche Bn-Echo erkannt wird. Der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 erlaubt es somit, dass das Sn-Echo und das Bn-Echo mit im Wesentlichen einander gleich festgelegten Amplituden in den entsprechenden Echogates an dem Anzeigeteilabschnitt 34 angezeigt werden.
Der dritte Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 korrigiert die Amplitude in einem aus dem Kopfechogate und dem Bodenechogate. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Korrekturkoeffizient C3 (siehe 9), welcher die Amplitudenverstärkung ist, derart, dass er eine Korrektur zum Annähern der Amplitude des Bn-Echos zu der Amplitude des Sn-Echos vornimmt, und ist dieser mittels eines vorherigen Experiments oder dergleichen zuvor festgelegt. Der dritte Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 erlaubt es somit, dass das Sn-Echo und das Bn-Echo mit im Wesentlichen einander gleich festgelegten Amplituden in dem entsprechenden Echogate an dem Anzeigeteilabschnitt 34 angezeigt werden.
Beachte, dass die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 dazu konfiguriert sein kann, Amplituden mit einem aus dem ersten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1, dem zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 und dem dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 allein zu korrigieren, oder dazu konfiguriert sein kann, die Amplitude in jedem Echogate zu im Wesentlichen dergleichen Amplitude unter Verwendung sowohl des zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitts 31f2 als auch des dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitts 31f3 zu korrigieren.
In dem Fall eines Verwendens sowohl des zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitts 31f2 als auch des dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitts 31f 3 kann die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 dazu konfiguriert sein, dass der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f 2 zuerst die Amplituden sowohl des Sn-Echos als auch des Bn-Echos korrigiert und der dritte Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 dann die Amplitude des Bn-Echos korrigiert. Solch ein Korrekturverfahren ermöglicht es, die Amplituden des Sn-Echos und des Bn-Echos in dem jeweiligen Echogates genauer aneinander anzunähern.
<< Bolzen >>
Der Bolzen 1 (siehe 3) zur Verwendung in dem zuvor beschriebenen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft umfasst den Zapfen 2 (siehe 3) und den Kopf 3 (siehe 3). Die zuvor genannte Bodenfläche 2c (siehe 3) ist an dem vorderen Endabschnitt des Zapfens 2 definiert.
An dem äußeren Umfangsabschnitt des Kopfes 3 ist ein (nicht dargestellter) Eingriffsabschnitt ausgebildet, mit welchem ein Anziehelement (zum Beispiel ein Drehmomentschlüssel oder dergleichen) für den Bolzen 1 in Eingriff steht.
Wie in 3 dargestellt, ist die Aussparung 5 in dem Kopf 3 ausgebildet. Die Aussparung 5 umfasst die Bodenfläche 6 und eine Umfangswand 11, welche um die Bodenfläche 6 herum ausgebildet ist. Die Bodenfläche 6 umfasst eine Ebene mit einer Bolzenachse als eine normale dazu.
Die somit konfigurierte Aussparung 5 umfasst einen Abschnitt großen Durchmessers 14a, welcher an der Öffnungsseite der Aussparung 5 ausgebildet ist, und einen Abschnitt kleinen Durchmessers 14b, welcher einen Innendurchmesser aufweist, welcher kleiner als derjenige des Abschnitts großen Durchmessers 14a ist, und bildet die Umfangswand 11 aus. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 14b ist mit dem Abschnitt großen Durchmessers 14a über eine Stufe 14c verbunden, welche den Innendurchmesserunterschied aufnimmt.
Dieser Abschnitt großen Durchmessers 14a, diese Stufe 14c und dieser Abschnitt kleinen Durchmessers 14b bilden die Aussparung 5 mit einer Stufe (gestuften Aussparung) aus, welche zu der Bolzenachse in dem Kopf 3 des Bolzens 1 koaxial ist.
Die gestufte Aussparung 5 ist derart ausgestaltet, um in einer Zapfen- und Muffenweise an den gestuften Vorsprung 29 befestigt zu sein, welcher die Stufe 24b der Sonde 24, wie zuvor beschrieben, umfasst.
Beachte, dass sich die Umfangswand 11, welche den Abschnitt kleinen Durchmessers 14b bildet, von der Bodenfläche-6-Seite in Richtung der Öffnungsseite der Aussparung 5 in einer in 3 dargestellten Seitenansicht des Bolzen 1 linear erstreckt. Jedoch ist die Umfangswand 11 nicht auf solch eine Wand beschränkt, welche sich linear erstreckt, solange die Umfangswand 11 in einer Zapfen- und Muffenweise an der Sonde 24 befestigt werden kann, und derart ausgebildet sein kann, dass sie sich in der radialen Richtung des Kopfes 3 teilweise nach außen wölbt.
<< Betriebswirkung >>
Im Folgenden werden die Betriebswirkungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben werden.
< Betriebswirkung einer Anziehvorrichtung>
Die konventionelle Anziehvorrichtung hat ein Problem, dass eine Neigung, ein Wobbeln, und eine Oszillation des Sockels beim Anziehen eines Bolzens zu der Sonde übertragen werden, weil der Sockel und der Ultraschallsensor miteinander integral sind. Die konventionelle Anziehvorrichtung hat somit das Problem, dass die Anziehvorrichtung die Bolzenaxialkraft während eines Anziehens des Bolzens nicht mit hinreichender Genauigkeit messen kann.
Im Gegensatz dazu sind in der Anziehvorrichtung 20 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels der Sockel 22 und die Sonde 24 getrennt und unabhängig bereitgestellt.
10A und 10B sind Betriebsdiagramme der Anziehvorrichtung 20 für den Bolzen 1, welche von der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 umfasst sind.
Wie in 10A dargestellt, sind in der Anziehvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Sockel 22 und die Sonde 24 getrennt und unabhängig bereitgestellt.
Um den Bolzen 1 wie zuvor beschrieben mit der Anziehvorrichtung 20 anzuziehen, ist die Sonde 24 in einer Zapfen- und Muffenweise in die Aussparung 5 des Bolzens 1 eingepasst und ist der Sockel 22 an dem Bolzen 1 befestigt. Der Sockel 22 wird gedreht, um den Bolzen 1 anzuziehen, und die Sonde 24 erkennt eine Dehnung des Bolzens 1.
In der Anziehvorrichtung 20, wie in 10B dargestellt, ändert sich der Winkel, mit welchem die Sonde 24 gegen den Bolzen 1 gepresst wird, auch nicht, wenn der Sockel während eines Anziehens des Bolzens 1 wobbelt, weil die Sonde 24 unabhängig von dem Sockel 22 bereitgestellt ist. Die Anziehvorrichtung 20 ist daher zum Messen einer Dehnung des Bolzens 1 mit hoher Genauigkeit geeignet, ohne durch ein Wobbeln des Sockels 22 beeinflusst zu werden.
Zudem ist die Sonde 24 halbschwimmend an dem unteren Ende des Drehschaftes 21a (siehe 2) durch die elastische Schraubenfeder 28, wie zuvor beschrieben, gehaltert.
Somit, wie in 10B dargestellt, neigt sich die Sonde 24 auch dann nicht relativ zu der Achse des Bolzens 1, wenn sich der Sockel 24 relativ zu der Achse des Bolzens 1 neigt.
Die Anziehvorrichtung 20 ist somit zum Messen der Axialkraft mit hoher Genauigkeit geeignet.
In der Anziehvorrichtung 20 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels ist die Sonde 24 in einer Zapfen- und Muffenweise an der Aussparung 5 befestigt. In der Anziehvorrichtung 20 ist somit die Sonde 24 an der Aussparung 5 fest fixiert. Die Anziehvorrichtung 20 ist daher zum Messen der Axialkraft mit hoher Genauigkeit geeignet.
In der Anziehvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Spalt 41 zwischen der Fläche des Bolzens 1, welche mittels der Bodenfläche 6 der Aussparung 5 definiert ist, und der Fläche der Sonde 24 ausgebildet, welche mittels der Oberfläche 24d des Vorsprungs 24a ausgebildet ist. Dieser Spalt 41 ist mit der Ultraschallausbreitungssubstanz 42 gefüllt.
Gemäß der wie zuvor beschriebenen Anziehvorrichtung 20 ist es möglich, Messfehler aufgrund einer Änderung in einer Wellenform in dem Spalt 41 und dergleichen zu verhindern. Die Anziehvorrichtung 20 ist daher zum Messen der Axialkraft mit hoher Genauigkeit geeignet.
< Betriebswirkung eines Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft >
Ein gewöhnlicher Bolzen für eine Ultraschallmessung, in welche die Sonde in der in dem Kopf ausgebildeten Aussparung zu platzieren ist, variiert in einer Planheit der Bodenfläche der Aussparung, welche die Fläche des Bolzens und dergleichen definiert. Aus diesem Grund führt die Konfiguration, in welcher die Sonde in engem Kontakt mit der Bodenfläche der Aussparung gebracht ist, zu einer unzureichenden Genauigkeit bei Ultraschallmessungen.
Im Gegensatz dazu umfassen das Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des vorliegenden Ausführungsbeispiels und der Bolzen 1 zur Verwendung in dem Verfahren die Stufe 14c in der Aussparung 5.
Gemäß dem wie zuvor beschriebenen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und dem wie zuvor beschriebenen Bolzen 1 zur Verwendung in diesem Verfahren ist die Sonde 24 mittels der Stufe 14c gehaltert, um den Spalt 41 zwischen der Sonde 24 und der Bodenfläche 6 der Aussparung 5 auszubilden. Gemäß dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ist es demzufolge möglich, die Genauigkeit von Ultraschallmessungen beachtlich zu verbessern.
Gemäß dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Spalt mit der Ultraschallausbreitungssubstanz 42 gefüllt.
In dem wie zuvor beschriebenen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ist die Schwächung von Ultraschall in dem Spalt 41 reduziert. Gemäß dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es möglich, die Axialkraft mit hoher Genauigkeit zu messen.
Im Allgemeinen, wenn die Sonde 24 mit der Fläche des Bolzens 1 (der Bodenfläche 6 der Aussparung 5) in Kontakt gebracht ist, um ein B-Echo zu messen, kann der Ursprung einer Ultraschalloszillation (0 Position) aufgrund einer Selbstoszillationen der Sonde 24 nicht gemessen werden, wenn die Sonde 24 Ultraschall aussendet. Aus diesem Grund kann in dem herkömmlichen Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ein B1-Echo (das erste Bodenecho) für eine Axialkraftmessung nicht verwendet werden und wird die Axialkraft basierend auf einem B2-Echo und den folgenden B-Echos (das zweite Bodenecho und folgende Bodenechos) gemessen, in welchem die Selbstoszillationen der Sonde 24 ausgeglichen ist. Jedoch besteht da ein Problem, dass das B2-Echo und folgende B-Echos im Vergleich zu dem B1-Echo geschwächt sind und signifikant durch Rauschen beeinflusst sind.
Im Gegensatz dazu ermöglicht das Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Bereitstellung eines Spalts 41 zum Messen einer Bolzenaxialkraft basierend auf dem Unterschied in dem S1-Echo an der Fläche des Bolzens 1 und dem B1-Echo. Mit dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird daher unter Verwendung eines B1-Echos, welches weniger als das B2-Echo geschwächt ist und weniger Rauschen umfasst, die Genauigkeit in einer Bolzenaxialkraftmessung weiter verbessert.
< Betriebswirkung einer Bolzenaxialkraft-Messapparatur >
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst: den Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d, welcher ein Kopfecho (Sn-Echo) und ein Bodenecho (Bn-Echo) eines Ultraschallimpulses erkennt, welcher von der Kopfseite des Bolzens 1 in Richtung der Bodenfläche des Zapfens des Bolzens 1 ausgesendet wird; und den Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b, welcher die Axialkraft des Bolzens 1 basierend auf dem Zeitunterschied zwischen vorbestimmten Positionen des Kopfechos und des Bodenechos berechnet, welche mittels des Echo-Erkennungsteilabschnitts 31d erkannt werden.
Zudem legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d das Kopfechogate G_Sn für das Kopfecho fest und legt er das Bodenechogate G_Bn für das Bodenecho fest. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 31 führt eine Verfolgung für eine Mehrzahl von Ultraschallimpulsen aus, welche während eines Anziehens eines Bolzens 1 ausgesendet werden, sodass das Kopfechogate G_Sn und das Bodenechogate G_Bn derart unabhängig verschoben werden, dass sie die vorbestimmten Positionen an der gleichen Position in dem Kopfechogate G_Sn und dem Bodenechogate G_Bn umfassen.
Damit führt die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Verfolgen des Kopfechos und des Bodenechos unabhängig aus, ohne ein Festlegen eines referenziellen Gates, wodurch ein Messen der Axialkraft (F) des Bolzens 1 mit einer höheren Genauigkeit zuverlässiger wird.
Des Weiteren umfasst die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt (die Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f), welcher eine Korrektur derart vornimmt, dass die Amplitude des Kopfechos (Sn-Echo) in dem Kopfechogate G_Sn an die Amplitude des Bodenechos (Bn-Echo) in dem Bodenechogate G_Bn angenähert ist.
Damit ist die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zum Anzeigen des Kopfechos (Sn-Echo) und des Bodenechos (Bn-Echo) mit den im Wesentlichen zueinander gleichgesetzten festgelegten Amplitudenhöhen, unabhängig von einer Schwächung des Bodenechos (Bn-Echo), geeignet.
In der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst der Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt wenigstens den ersten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1 mit der für die gesamte Zeitachse festgelegten Amplitudenverstärkung, welche die Amplituden sowohl in dem Kopfechogate G_Sn als auch in dem Bodenechogate G_Bn basierend auf der Verstärkung korrigiert; und den zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2, welcher eine Korrektur basierend auf einem aus dem Kopfechogate G_Sn und dem Bodenechogate G_Sn derart vornimmt, dass die Amplitude des anderen aus dem Kopfechogate G_Sn und dem Bodenechogate G_Bn an die Amplitude aus dem einen aus dem Kopfechogate G_Sn und dem Bodenechogate G_Bn angenähert ist.
Damit ist die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zum Anzeigen des Kopfechos (Sn-Echo) und des Bodenechos (Bn-Echo) mit den im Wesentlichen zueinander gleichgesetzten Amplitudenhöhen geeignet.
Zudem legt in der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d das Kopfechogate auf eine Wellenlänge des Ultraschallimpulses um den positiven oder den negativen Peak direkt nach der Amplitude des Kopfechos fest, welche den ersten vorbestimmten Wert L_S überschreitet, und legt er das Bodenechogate auf eine Wellenlänge eines Ultraschallimpulses um den positiven oder dem negativen Peak direkt nach der Amplitude des Bodenechos fest, welche den zweiten vorbestimmten Wert L_B überschreitet.
Des Weiteren legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d sowohl für das Kopfechogate als auch das Bodenechogate die vorbestimmte Position zu den Punkt fest, bei welchem die Amplitude direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak null wird.
Damit ist es in der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels mittels eines Festlegens des Bereichs jedes Echogates enger und gedehnter nach der vorbestimmten Position möglich, eine Verlagerung jedes Echos aufgrund einer Dehnung und dergleichen vorteilhafterweise zu verfolgen.
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist bis jetzt beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und kann in verschiedenen Modi ausgeführt werden.
Das Ausführungsbeispiel ist unter Verwendung der Anziehvorrichtung 20 beschrieben worden, welche den Kopf 3 des Bolzens 1 beispielsweise mit dem Sockel 22 dehnt. Die Anziehvorrichtung 20 der vorliegenden Erfindung kann dazu konfiguriert sein, eine (nicht dargestellte) Mutter anzuziehen, welche mit dem Bolzen 1 in Eingriff steht. Zudem kann die vorliegende Erfindung als ein Bolzenaxialkraft-Messprogramm verwendet werden, welche einen Computer veranlasst, dass er als die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 funktioniert.
Ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft der vorliegenden Erfindung umfassend einen Sondeneinführungsschritt eines Einführens eines gestuften Vorsprungs einer Sonde in eine in einem Kopf eines Bolzens ausgebildete gestufte Aussparung, wobei der gestufte Vorsprung von einer Sonde in solch einer Weise umfasst ist, dass er der gestuften Aussparung des Kopfes entspricht; einen Dehnung-Berechnungsschritt eines Berechnens einer Dehnung des Bolzens bei einem Anziehen basierend auf einem Bodenecho eines Ultraschallpulses, welcher aus der Sonde in Richtung einer Bodenfläche eines Zapfens des Bolzens ausgesendet wird; und einen Axialkraft-Berechnungsschritt eines Berechnens einer Axialkraft des Bolzens basierend auf der Dehnung des Bolzens.

Claims

Messverfahren einer Bolzenaxialkraft, umfassend: einen Sondeneinführungsschritt zum Einführen eines gestuften Vorsprungs einer Sonde (24) in eine in einem Kopf (3) eines Bolzens (1) ausgebildete gestufte Aussparung (5), wobei der gestufte Vorsprung (29) von einer Sonde (24) in solch einer Weise umfasst ist, dass er der gestuften Aussparung (5) des Kopfes (3) entspricht; einen Spaltausbildschritt zum Ausbilden eines Spalts (41), welcher mit einer Ultraschallausbreitungssubstanz (42) zu füllen ist, zwischen einer durch eine Bodenfläche (6) der gestuften Aussparung (5) definierten Fläche des Bolzens (1) und einer durch eine Oberfläche des gestuften Vorsprungs (29) definierten Fläche der Sonde (24), indem eine Stufe der gestuften Aussparung (5) und eine Stufe des gestuften Vorsprungs (29) miteinander in Kontakt gebracht werden, einen Dehnung-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Dehnung des Bolzens (1) beim Anziehen basierend auf einem Bodenecho eines Ultraschallimpulses, welcher von der Sonde (24) in Richtung einer Bodenfläche eines Zapfens (2) des Bolzens (1) ausgesendet wird; und einen Axialkraft-Berechnungsschritt zum Berechnen einer Axialkraft (F) des Bolzens (1) basierend auf der Dehnung des Bolzens (1), wobei der Spalt (41) mit der Ultraschallausbreitungssubstanz (42) gefüllt wird.
Das Messverfahren einer Bolzenaxialkraft nach Anspruch 1, wobei der Dehnung-Berechnungsschritt die Dehnung des Bolzens (1) während eines Anziehens basierend auf einem an der Fläche des Bolzens (1) reflektierten ersten Flächenecho und einem an der Bodenfläche des Zapfens (2) des Bolzens (1) reflektierten ersten Bodenecho berechnet, wenn ein Ultraschallimpuls von der Sonde (24) in Richtung der Bodenfläche des Zapfens (2) des Bolzens (1) ausgesendet wird.
Bolzen (1) zur Verwendung in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: wobei der Kopf (3) die gestufte Aussparung (5) enthält, mit der der gestufte Vorsprung (29) in Kontakt gebracht wird, wobei der Spalt (41) zwischen der durch die Bodenfläche (6) der gestuften Aussparung (5) definierten Fläche des Bolzens (1) und der durch die Oberfläche des gestuften Vorsprungs (29) definierten Fläche der Sonde (24) gebildet ist.