DE102019211520B4

DE102019211520B4 - Anziehvorrichtung

Info

Publication number: DE102019211520B4
Application number: DE102019211520.9A
Authority: DE
Inventors: Toshitsugu Sakakibara; Kazuhiro Tsuzaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: US20200039038A1; CN110793691A; JP2020019124A; DE102019211520A1; US11179833B2; JP6823625B2

Abstract

Eine Anziehvorrichtung umfasst einen Sensor zum Erkennen einer Dehnung eines Bolzens; einen Sockel zum Drehen des Bolzens; und ein Vorspannbauteil zum Vorspannen des Sensors gegen einen Kopf des Bolzens. Der Sensor und der Sockel sind getrennt und unabhängig voneinander bereitgestellt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anziehvorrichtung für Befestigungsmittel.
2. Beschreibung verwandten Stands der Technik
Einige herkömmlich bekannte Anziehvorrichtungen umfassen: einen Sockel zum Anziehen einer Mutter an einem Bolzen; und einen Ultraschallsensor, welcher zum Erkennen einer Axialkraft des Bolzens verwendet wird, wobei der Sockel und der Ultraschallsensor integral bereitgestellt sind (siehe zum Beispiel die japanische offengelegte Patentveröffentlichung mit der Nr. JP 2005 - 279 920 A ). Die Anziehvorrichtung erkennt während eines Anziehens der Mutter an den Bolzen mit dem Sockel eine Dehnung des Bolzens mit einem B-Echo (Bodenecho des Bolzenzapfens) eines Ultraschallimpulses, welcher von dem Ultraschallsensor ausgesendet wird, welcher in Anlage mit einem Ende des Bolzens gebracht worden ist.
Entsprechend einer solchen Struktur der Anziehvorrichtung ist es möglich, eine Axialkraft eines Bolzens während eines Anziehens einer Mutter an einen Bolzen zu messen.
Mit solch einer Anziehvorrichtung (siehe beispielsweise die japanische offengelegte Patentveröffentlichung mit der Nr. JP 2005 - 279 920 A werden Ultraschallimpulse nicht richtig in den Bolzen ausgesendet, wenn die Endfläche des Bolzens und der Ultraschallsensor nicht in engem Kontakt sind, und kann die Anziehvorrichtung das B-Echos davon nicht richtig empfangen. Diese Anziehvorrichtung umfasst daher ferner ein Vorspannbauteil, welches den Ultraschallsensor gegen die Endfläche des Bolzens drückt.
Gemäß der Struktur dieser Anziehvorrichtung sind der Sockel und der Ultraschallsensor integral bereitgestellt. Dies verursacht ein Problem, dass ein Wobbeln und eine Vibration des Sockels während eines Anziehens der Mutter nicht zu dem Ultraschallsensor übertragen werden kann. D.h. gemäß der Struktur der herkömmlichen Anziehvorrichtungen neigt sich der Ultraschallsensor in Bezug auf die Endfläche des Bolzens oder trennt sich von dieser in einigen Fällen bei einem Anziehen der Mutter. Solche konventionellen Anziehvorrichtungen haben demzufolge Schwierigkeiten bei einem Messen der Axialkraft des Bolzens mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei einem Anziehen der Mutter.
Dokument D1 mit Veröffentlichungsnummer EP 0467 262 A1 offenbart eine Anziehvorrichtung zum Anziehen einer mechanischen Verbindung zwischen einer Schraube und einer Mutter, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (d.h. einen Sensor) zum Senden, Empfangen und Verarbeiten von Ultraschallsignalen umfasst. In einem Federraum einer Bohrung der Vorrichtung ist eine Feder vorgesehen, welche unter Vorspannung in diesem Federraum untergebracht ist und als eine Vorspanneinrichtung dient.
Dokument D2 (Japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer JP 2005-279 920 A ) offenbart eine Anziehvorrichtung, umfassend einen Bolzen und einen Ultraschallsensor zur Erfassung einer auf den Bolzen ausgeübten axialen Kraft.
Dokument D3 ist eine deutsche Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer DE 691 12 856 T2 , die eine weitere Anziehvorrichtung zum Anziehen eines Bolzens offenbart, wobei die Vorrichtung einen auf dem Kopf des Bolzens direkt angeordneten und mit diesem gekoppelten Ultraschallsensor zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen aufweist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde vorgenommen, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und ein Ziel der Erfindung ist es, eine Anziehvorrichtung bereitzustellen, welche zum Messen der Bolzenaxialkraft mit einem hohen Genauigkeitsgrad bei einem Anziehen des Bolzens geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Anziehvorrichtung gemäß Hauptanspruch 1 bereit. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anziehvorrichtung, welche umfasst: einen Sensor zum Erkennen einer Dehnung eines Bolzens; einen Sockel zum Drehen des Bolzens; und ein Vorspannbauteil zum Vorspannen des Sensors gegen einen Kopf des Bolzens. Der Sensor und der Sockel sind getrennt und unabhängig voneinander bereitgestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Anziehvorrichtung bereitzustellen, welche zum Messen der Bolzenaxialkraft mit hoher Genauigkeit bei einem Anziehen des Bolzens 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 ein erläuterndes Diagramm eines Bolzenfestlegvorgangs, welcher in einem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Messvorgangs einer Bolzenaxialkraft, welcher in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
5 ist ein Ablaufdiagramm des Messvorgangs 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 darstellt, welche in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden.
7 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines automatischen Verfolgungsvorgangs eines Gates, welcher an dem Kopfecho 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) zum Korrigieren von Verstärkungen von Kopf- und Bodenechos darstellt.
10A und 10B sind betriebserläuternde Diagramme zum Erläutern von Betriebsweisen der Anziehvorrichtung, welche von der Bolzenaxialkraft-Messapparatur umfasst ist.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein Modus (ein Ausführungsbeispiel) zum Ausführen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Im Folgenden wird eine Bolzenaxialkraft-Messapparatur (und ein Bolzenaxialkraft-Messprogramm), welche gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Anziehvorrichtung, ein Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und einen Bolzen umfasst, beschrieben werden.
Bolzenaxialkraft-Messapparatur
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur des Ausführungsbeispiels ist dazu eingerichtet, die Axialkraft eines Bolzens bei einem Anziehen des Bolzens zu messen. Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur stoppt das Anziehen, wenn die gemessene Bolzenaxialkraft einen vorbestimmten Wert erreicht.
1 ist ein Blockdiagramm einer Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel hauptsächlich eine Anziehvorrichtung 20 zum Anziehen eines Bolzens, eine Steuerung/Regelung 30, einen Eingabeteilabschnitt 33 und einen Anzeigeteilabschnitt 34.
Anziehvorrichtung
Zunächst soll eine Beschreibung der Anziehvorrichtung 20 gegeben werden.
2 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern der Anziehvorrichtung 20. In 2 ist ein mittels der Anziehvorrichtung 20 anzuziehender Bolzen 1 mittels einer imaginären Linie (abwechselnd eine lange und zwei kurze gestrichelte Linien) angezeigt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Anziehvorrichtung 20 eine Mutterschiene 22, eine Sondeneinheit 23, eine elastische Schraubenfeder 28, welche als ein Vorspannbauteil dient, und einen Sockel 22. Die Anziehvorrichtung 20 umfasst auch eine Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b (siehe 1).
Die Mutterschiene 21 weist einen Drehschaft 21a auf, welcher mit einem vorbestimmten Drehmoment angetrieben und mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit (Drehwinkelgeschwindigkeit) gedreht wird entsprechend einer Anweisung von einer später beschriebenen Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b (siehe 1). Der Drehschaft 21a weist eine röhrenförmige Gestalt auf.
Die Mutterschiene 21 ist dazu eingerichtet, den Drehschaft 21a anzutreiben und zu drehen entsprechend einer von der Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b (siehe 1) ausgegebenen Anweisung. Die Mutterschiene 21 ist dazu eingerichtet, entsprechend einer Anweisung zu stoppen, welche von einem später beschriebenen Mutterschiene-Stoppanweisungsteilabschnitt 31a (siehe 1) ausgegeben wird.
Die Sondeneinheit 23 weist eine Sonde 24 (einen Ultraschallsensor), ein Sondenhalterungsbauteil 25, ein Anbringungsbauteil 27 für den Drehschaft 21a und ein Rückhaltebauteil 26 auf.
Die Sonde 24 umfasst ein (nicht dargestelltes) piezoelektrisches Element, welches einen Ultraschallimpuls aussendet und Echos des ausgesendeten Ultraschallimpulses empfängt. Elektrische Signale der mittels der Sonde 24 empfangenen Echos werden zu der später beschriebenen Steuerung/Regelung 30 (siehe 1) ausgegeben.
Die Sonde 24 ist in einer im Wesentlichen kreisrunden säulenförmigen Gestalt ausgebildet. Die Sonde 24 weist einen Boden auf, an welchem ein zentral lokalisierter, im Wesentlichen kreisrunder säulenförmiger Vorsprung 24a, welcher nach unten vorsteht, ausgebildet ist. In anderen Worten, die Sonde 24 umfasst einen unteren Endabschnitt, an welchem ein gestufter Vorsprung 29 mit einem Stufenabschnitt 24b ausgebildet ist.
Die Sonde 24 ist ineinandergepasst mit einer an einem Kopf 3 des Bolzens 1 ausgebildeten Aussparung 5, wie später beschrieben.
Das Sondenhalterungsbauteil 25 umfasst: eine Basis 25a und einen Schaft 25b, welcher sich von einem zentralen Abschnitt einer oberen Fläche der Basis 25a erstreckt.
Die Basis 25a weist einen unteren Abschnitt auf, an welchem ein Eingriffsabschnitt 25a1 ausgebildet ist. Der Eingriffsabschnitt 25a1 ist an dem oberen Abschnitt der Sonde 24 abnehmbar angebracht.
Der Schaft 25b kann nach vorn in und zurück aus einem hohlen Raum des Drehschafts 25a bewegt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Anbringungsbauteil 27 eine wesentliche kreisrunde zylindrische Gestalt auf.
Das Anbringungsbauteil 27 ist an einem äußeren Umfang eines unteren Abschnitts des Drehschafts 21a angebracht. Das Anbringungsbauteil 27 ist mittels eines öffentlich bekannten Verfahrens, wie beispielsweise einem Einpassen, an dem Drehschaft 21a angebracht. Jedoch ist das Anbringungsverfahren nicht speziell darauf beschränkt. Das Anbringungsbauteil 27 und der Drehschaft 21a können integral ausgebildet sein.
Das Anbringungsbauteil 27 weist ein unteres Ende auf, von welchem sich ein Flansch 27a in der radialen Richtung nach innen erstreckt. Ein Rückhaltebauteil 26, welches mittels einer an einem oberen Abschnitt des Schafts 25b befestigten Unterlegscheibe gebildet ist, kommt in Anlage mit einer oberen Fläche des Flansches 27a.
Die elastische Schraubenfeder 28 ist derart bereitgestellt, dass sie um das Sondenhalterungsbauteil 25 gewunden ist. Die elastische Schraubenfeder 28 weist ein oberes Ende auf, welches an einer unteren Fläche des Anbringungsbauteils 27 sitzt, und weist ein unteres Ende auf, welches an einer äußeren Umfangsstufe der Basis 25a sitzt.
Gemäß der Struktur des Sondenhalterungsbauteils 25 wird es dem Schaft 25 ermöglicht, sich nach oben und unten in dem hohlen Raum des Drehschafts 21a zu verschieben, während die Basis 25a nach oben gegen eine Vorspannkraft der elastischen Schraubenfeder 28 gebracht wird.
Das Rückhaltebauteil 26 kommt in Anlage mit der oberen Fläche des Flansches 27a, um zu verhindern, dass der Schaft 25b aus dem hohlen Raum des Drehschaftes 21a fällt.
Der Sockel 22 weist eine im Wesentlichen kreisrunde zylindrische Gestalt auf. An einem inneren Umfang eines oberen Abschnitts des Sockels 22 ist ein unterer Abschnitt des Drehschaftes 21a abnehmbar befestigt. Dies begrenzt eine Umfangsverlagerung des Sockels 22 in Bezug zu dem Drehschaft 21a. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Drehschaft 21a und der Sockel 22 miteinander keilbefestigt sind. Jedoch ist die Struktur der Verbindung zwischen dem Drehschaft 21a und dem Sockel 22 nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
Gemäß dieser Struktur der Anziehvorrichtung 22 bringt die elastische Schraubenfeder 24 eine Vorspannkraft auf die Sonde 24 aus, die ineinandergepasst mit der Aussparung 5 des Bolzens 1 ist, wenn der Sockel 22 mit dem Kopf 3 des Bolzens 1 in Eingriff steht ist, um somit die Sonde 24 in Richtung des Kopfes 3 vorzuspannen.
Zudem sind gemäß der Struktur der Anziehvorrichtung 20 der Sockel 22 und die Sondeneinheit 23 mit dem Drehschaft 21a getrennt und unabhängig verbunden.
Die Sonde 24 ist mittels des Drehschaftes 21a in einer halbschwimmenden Weise über die elastische Schraubenfeder 28 gehaltert, welche zwischen der Sonde 24 und dem Drehschaft 21a eingefügt ist.
Nachfolgend wird eine Beschreibung der Steuerung/Regelung 30 gegeben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Steuerung/Regelung 30 hauptsächlich: eine arithmetische Verarbeitungseinheit 31, welche aus einer Verarbeitungseinheit, wie beispielsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU); und einer Speichereinheit 32 gebildet ist, welche aus einem Nur-Lese-Speicher (ROM) mit darin gespeicherten Programmen und einem Direktzugriffspeicher (RAM) zum temporären Speichern von Daten und dergleichen gebildet ist.
Die arithmetische Verarbeitungseinheit 31 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst den Mutterschiene-Stoppanweisungsteilabschnitt 31a, einen Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b und einen Dehnung-Berechnungsteilabschnitt 31c, einen Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d, einen Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31e und eine Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f.
Der Mutterschiene-Stoppanweisungsteilabschnitt 31a gibt eine Anweisung zum Stoppen der Anwendung einer Axialkraft auf den Bolzen 1 zu der Mutterschiene 21 aus, wenn die gemessene Axialkraft (F) des Bolzens 1 eine Zielaxialkraft, wie später beschrieben, erreicht.
Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b berechnet die Axialkraft entsprechend der später beschriebenen Gleichung 1. Der Dehnung-Berechnungsteilabschnitt 31c berechnet die Dehnung des Bolzens 1 aufgrund des Anziehens des Bolzens 1 (siehe 2). Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d berechnet einen Nulldurchgangspunkt eines Ultraschallechosignals und dergleichen. 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 auszusenden, und verstärkt empfangene Ultraschallechosignale.
Diese bildenden Komponenten der arithmetischen Verarbeitungseinheit 31 werden später im Detail zusammen mit der Beschreibung des später beschriebenen Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft beschrieben werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Eingabeteilabschnitt 33 eine Tastatur oder dergleichen ist, durch welche die Bolzeninformationen zu dem Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31e eingegeben werden. Jedoch kann der Eingabeteilabschnitt 33 ein Touchpanel sein, welches auch als der Anzeigeteilabschnitt 34 dient. Durch den Eingabeteilabschnitt 33 kann eine mittels der arithmetischen Verarbeitungseinheit 31 zu verarbeitende Anforderungsanfrage eingegeben werden.
Der Anzeigeteilabschnitt 34 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird als ein Monitor, ein Lautsprecher oder dergleichen angenommen, welcher von der arithmetischen Verarbeitungseinheit 31 ausgegebene Informationen visuell oder verbal präsentiert.
Messverfahren einer Bolzenaxialkraft
Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft des Ausführungsbeispiels gegeben.
Das Messverfahren einer Bolzenaxialkraft umfasst: einen Vorgang, um Bolzeninformationen zu der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 einzugeben (Bolzeninformationen-Eingabevorgang); einen Vorgang, um den Bolzen 1 (siehe 2) zu der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 festzulegen (Bolzenfestlegvorgang); und einen Messvorgang einer Bolzenaxialkraft.
Bolzeninformationen-Eingabevorgang
In dem Bolzeninformationen-Eingabevorgang werden Informationen des zu messenden Bolzens 1 (siehe 2) zu der Steuerung/Regelung 30 (siehe 1) über den Eingabeteilabschnitt 33 eingegeben.
Die Bolzeninformationen gemäß dieses Ausführungsbeispiels umfassen das Young's Modul (E), den effektiven Durchmesser (A) und die Anziehlänge (L) des Bolzens 1, welche in Gleichung 1 zum Berechnen der Axialkraft (F) zu substituieren sind. $F = (EA/L) δ$
Die Dehnung (δ) des Bolzens 1 in Gleichung 1 wird mittels des später beschriebenen Dehnung-Berechnungsteilabschnitts 31c berechnet.
Die zuvor genannten Bolzeninformationen werden in der Speichereinheit 32 über den Bolzeninformationen-Verarbeitungsteilabschnitt 31e der Steuerung/Regelung 30 gespeichert.
Bolzenfestlegvorgang
Nachfolgend wird eine Beschreibung des Bolzenfestlegvorgangs gegeben.
3 ist eine erläuternde Ansicht zum Erläutern des Bolzenfestlegvorgangs des Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft.
Wie in 3 dargestellt, wird in dem Bolzenfestlegvorgang ein Sondenbefestigungsvorgang, um die Sonde 24 an der Aussparung 5 des Bolzens 1 zu befestigen, und ein Spaltausbildungsvorgang, um einen Spalt 41 zwischen dem Bolzen 1 und der Sonde 24 auszubilden, parallel durchgeführt.
In dem Sondenbefestigungsvorgang wird die Sonde 24 ineinandergepasst mit einer Aussparung 5 (gestufte Aussparung) des Bolzens 1.
Insbesondere wird in dem Sondenbefestigungsvorgang eine äußere Umfangsfläche eines oberen Körperteilabschnitts 24c der Sonde 24 in Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche eines Abschnitts großen Durchmessers 14a der Aussparung 5 gebracht.
Der Vorsprung 24a der Sonde 24 ist innerhalb eines Abschnitts kleinen Durchmessers 14b der Aussparung 5 aufgenommen.
In dem Spaltausbildungsvorgang wird ein Spalt 41 zwischen einer Fläche des Bolzens 1, welche mittels einer Bodenfläche 6 der Aussparung 5 definiert ist, und einer Fläche der Sonde 24 ausgebildet, welche mittels einer Oberfläche 24d des Vorsprungs 24a definiert ist.
Insbesondere kommen ein Stufenabschnitt 14c des Bolzens 1 und der Stufenabschnitt 24b der Sonde 24 in Anlage miteinander, um den Spalt 41 auszubilden. 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 Spalt 41 ist mit einem Ultraschallausbreitungsmedium 42 gefüllt.
Das Ultraschallausbreitungsmedium 42 ist nicht in bestimmter Weise beschränkt. Beispiele des Ultraschallausbreitungsmediums 42 umfassen öffentlich bekannte Medien, wie beispielsweise Maschinenöl, Wasser, wasserhaltige Polymere, Paraffinöl, Rizinusöl, gelatineartige Materialien und Elastomere. Unter anderem sind gelatineartige Materialien und Elastomere bevorzugt.
In 3 bezeichnet Bezugszeichen 22 den Sockel, welcher an dem Kopf 3 des Bolzens 1 befestigt ist.
Messvorgang einer Bolzenaxialkraft
Nachfolgend wird eine Beschreibung des Messvorgangs einer Bolzenaxialkraft gegeben.
4 und 5 zeigen ein Flussdiagramm des Messvorgangs der Bolzenaxialkraft.
In dem Messvorgang einer Bolzenaxialkraft werden ein Kopfechogate (S-Echogate) und ein Bodenechogate (B-Echogate) für einen von der Sonde 24 zu dem Bolzen 1 (siehe 3) ausgesendeten Ultraschallimpuls festgelegt.
Diese Festlegungen werden zuvor auf der Basis von Informationen über den Spalt 41 (siehe 3) durchgeführt, welche mittels des Echo-Erkennungsteilabschnitts 31d (siehe 1) unter Bezugnahme auf die Speichereinheit 32 sowie die Länge des Bolzens 1 erhalten werden. Die Bereiche von Ausbreitungszeiten, welche das Kopfechogate (S-Echogate) und das Bodenechogate (B-Echogate) spezifizieren, sind in der Speichereinheit 32 mittels des Echo-Erkennungsteilabschnitts 31d gespeichert.
Diese S- und B-Echogates werden auf Ausbreitungszeitbereiche festgelegt, welche breiter als diejenigen eines S- und B-Echogates sind, für welche die später beschriebene automatische Verfolgung durchgeführt wird. Die Dauern der S- und B-Echogates hierin können jeweils auf etwa zwei Zyklen des Ultraschallimpulses festgelegt sein, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
In dem Messvorgang einer Bolzenaxialkraft sendet nachfolgend die Sonde 24 einen Ultraschallimpuls zu dem Bolzen 1 (siehe 3) aus. Diese Aussendung eines Ultraschallimpulses wird entsprechend einer Anweisung von der Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/- regelung 31f der Steuerung/Regelung 30 (siehe 1) durchgeführt. Die Zeit, bei welcher der Ultraschallimpuls ausgesendet wird (Aussendungszeit), ist in der Speichereinheit 32 (siehe 1) mittels der Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f gespeichert. In diesem Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass ein Ultraschallimpuls für jede Impulswiederholungsperiode ausgesendet wird (um genauer zu sein, während einer Anwendung einer Axialkraft ausgesendet wird). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt.
Der Ultraschallimpuls wird an einer Oberfläche des Bolzens 1 reflektiert, welcher mittels der Bodenfläche 6 der Aussparung 5 definiert ist, und wird an einer Bodenfläche 2c reflektiert, welche an einem distalen Endabschnitt eines Zapfens 2 des Bolzens 1 (siehe 3) definiert ist.
Die Sonde 24 empfängt ein 0-tes Kopfecho (S0-Echo), welches an der Oberfläche des Bolzens 1 (siehe 3) reflektiert wird, und empfängt ein 0-tes Bodenecho (B0-Echo) welches an der Bodenfläche 2c des Bolzens 1 reflektiert wird. Hierin bedeutet das „0-te“ eine Messung vor eine Anwendung einer Axialkraft.
Die Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f (siehe 1) verstärkt die Signale der S0- und BO-Echos, welche beispielsweise mittels der Sonde 24 separat und unabhängig empfangen wurden.
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d erlangt die verstärkten S0- und B0-Echosignale von der Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/- regelung 31f und erlangt die Ausbreitungszeitbereiche des S- und B-Echogates unter Bezugnahme auf die Speichereinheit 32.
Anschließend legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d (Schritt S101) ein S-Echogate G_S0 und ein B-Echogate G_B0 basierend auf den S0- und BO-Echos fest.
Um genauer zu sein, das S0-Echosignal in dem Verbreitungszeitbereich analysierend, legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Startpunkt G_S0S des S-Echogate G_S0 auf einen halben Wellenzyklus vor einer Position P_S eines Peaks des S0-Echosignals fest, welches zuerst angekommen ist, nachdem die Amplitude des Signals ein vorbestimmtes positives oder negatives Niveau L_S (siehe 6) überschritten hat. Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d legt einen Endpunkt G_S0E des S-Echogates G_S0 auf einen Wellenzyklus nach dem Startpunkt G_S0S (siehe 6) fest.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Niveau L_S auf einen positiven Wert festgelegt. In diesem Fall bedeutet die das Niveau L_S überschreitende Amplitude, dass das Signalniveau der Impulswelle sich von einem Wert, welcher niedriger als das Niveau L_S ist, zu einem Wert ändert, welcher größer als das Niveau L_S ist, in einem Graf mit einer an der horizontalen Achse repräsentierten Ausbreitungszeit. Die Peakposition P_S ist in diesem Fall ein positiver Peak. Im Gegensatz dazu, wenn das Niveau L_S auf einen negativen Wert festgelegt ist, bedeutet das die das Niveau L_S überschreitende Amplitude, dass das Signalniveau der Impulswelle sich von einem Wert, welcher größer als das Niveau L_S ist, zu einem Wert ändert, welcher kleiner als das Niveau L_S ist, in einem Graf mit einer an der horizontalen Achse repräsentierten Ausbreitungszeit. Die Peakposition P_S ist ein negativer Peak in diesem Fall.
In ähnlicher Weise, das B0-Echosignal innerhalb des Ausbreitungszeitbereichs analysierend, legt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Startpunkt G_B0S des B-Echogates G_B0 auf einen halben Wellenzyklus vor einer Position P_B eines Peaks des B0-Echosignals fest, welches zuerst angekommen ist, nachdem die Amplitude des Signals ein vorbestimmtes positives oder negatives Niveau L_B (siehe 6) überschritten hat. Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d legt einen Endpunkt G_B0E des S-Echogates G_B0 auf einen Wellenzyklus nach dem Startpunkt G_B0S (siehe 6) fest.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Niveau L_B auf einen positiven Wert festgelegt. In diesem Fall bedeutet die das Niveau L_B überschreitende Amplitude, dass das Signalniveau der Impulswelle sich von einem Wert, welcher niedriger als das Niveau L_B ist, zu einem Wert ändert, welcher größer als das Niveau L_B ist, in einem Graf mit einer an der horizontalen Achse repräsentierten Ausbreitungszeit. Die Peakposition P_B ist in diesem Fall ein positiver Peak. Im Gegensatz dazu, wenn das Niveau L_B auf einen negativen Wert festgelegt ist, bedeutet die das Niveau L_B überschreitende Amplitude, dass das Signalniveau der Impulswelle sich von einem Wert, welcher größer als das Niveau L_B ist, zu einem Wert ändert, welcher kleiner als das Niveau L_B ist, in einem Graf mit einer an der horizontalen Achse repräsentierten Ausbreitungszeit. Die Peakposition P_B ist ein negativer Peak in diesem Fall.
Nachfolgend erhält der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d (Schritt S102) die Ausbreitungszeit des SO-Echos innerhalb des S-Echogate G_S0 und die Ausbreitungszeit des BO-Echos innerhalb des B-Echogates G_B0.
Um genauer zu sein, erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgangspunkt des S0-Echosignals direkt vor dem positiven oder negativen Peak des S0-Echosignals innerhalb des S-Echogates G_S0 und erhält dieser die Ausbreitungszeit tso zu dem erkannten Nulldurchgangspunkt als die Ausbreitungszeit des SO-Echos (siehe 6). In diesem Ausführungsbeispiel ist der Nulldurchgangspunkt ein Punkt, bei welchem die Amplitude des Signals des Echos des Ultraschallimpuls S0 ist.
In ähnlicher Weise erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgangspunkt des B0-Echosignals direkt vor dem positiven oder negativen Peak des B0-Echosignals innerhalb des B-Echogates G_B0 und erhält dieser die Ausbreitungszeit t_B0 zu dem erkannten Nulldurchgangspunkt als die Ausbreitungszeit des BO-Echos (siehe 6).
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d wiederholt Schritt S102 bis der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d ein Erhalten der Ausbreitungszeiten des SO-Echos und des BO-Echos beendet (NEIN in Schritt S103).
Anschließend, wenn ein Erhalten der Ausbreitungszeiten des S0-Echos und des BO-Echos (JA in Schritt S103) beendet ist, erhält der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_S0 es als eine Verfolgungsreferenzposition des S-Echogates G_S0 (siehe 6) und hält diesen.
In ähnlicher Weise erhält der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_B0S (siehe 6) als eine Verfolgungsreferenzposition des B-Echogates G_B0 (siehe Schritt S104) und hält diesen.
Danach gibt in dem Messvorgang einer Bolzenaxialkraft die Mutterschiene-Steuerung/Regelung 21b eine Aktivierungsanweisung zu der Mutterschiene 21 (siehe 1) aus.
Eine Axialkraft wird dann mittels der Anziehvorrichtung 20 (siehe 1) auf den Bolzen 1 aufgebracht (Schritt S107).
Beim Empfangen eines Echos des Ultraschallimpulses mit der nächsten (n-ten; n ist eine natürliche Zahl) Pulswiederholungsperiode (PRP) (JA in Schritt S108) erhält der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d die Ausbreitungszeit des Sn-Echos innerhalb des S-Echogates G_Sn-1 und die Ausbreitungszeit des Bn-Echos innerhalb des B-Echogates G_Bn-1 (Schritt S109).
Um genauer zu sein, erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgangspunkt des SN-Echosignals direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak des SN-Echosignals in dem S-Echogate G_Sn-1 und erhält die Laufzeit t_Sn bei dem Nulldurchgangspunkt als die Ausbreitungszeit des Sn-Echos (siehe 7).
In einer ähnlichen Weise erkennt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d einen Nulldurchgangspunkt des Bn-Echosignals direkt vor dem positiven oder dem negativen Peak des Bn-Echosignals in dem B-Echogate G_Bn-1 und erhält er die Laufzeit t_Bn bei dem Nulldurchgang als die Ausbreitungszeit des Bn-Echos (was nicht dargestellt ist).
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d wiederholt Schritt S109 bis ein Erhalten der Ausbreitungszeit des Sn-Echos und der Ausbreitungszeit des Bn-Echos beendet ist (NEIN in Schritt S110).
Wenn der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d ein Erhalten der Ausbreitungszeit des Sn-Echos und des Bn-Echos beendet hat (JA in Schritt S110), berechnet der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b (Schritt S111) die Axialkraft F des Bolzens 1 basierend auf den Ausbreitungszeiten t_Sn und t_Bn und einer anfänglichen Ausbreitungszeit T.
Im Übrigen vermindert die in einer halbschwimmenden Weise gehalterte Sonde 24 (siehe 2) eine Störung in der Wellenform des Sn-Echos und des Bn-Echos.
Die Länge des Bolzens 1 wird basierend auf dem Unterschied (t_Bn - t_Sn) zwischen der Ausbreitungszeit bei dem Nulldurchgangspunkt des Sn-Echosignals und der Ausbreitungszeit bei dem Nulldurchgangspunkt des Bn-Echosignals erhalten.
Die Dehnung (δ) des Bolzens 1 wird mittels des Dehnung-Berechnungsteilabschnitts 31c basierend auf dem Unterschied zwischen den mittels des Echo-Erkennungsteilabschnitts 31d (siehe 1) berechneten Ausbreitungszeiten berechnet.
Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b erhält die Dehnung (δ) des Bolzens 1, welche mittels dem Dehnung-Berechnungsteilabschnitt 31c berechnet wurde, und erhält die Parameter der Gleichung 1 unter Bezugnahme auf die Speichereinheit 32 (siehe 1). Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b berechnet (Schritt S111) die Axialkraft des Bolzens 1 gemäß Gleichung 1 und gibt die berechnete Axialkraft zu dem Anzeigeteilabschnitt 34 (siehe 1) aus.
Nachfolgend führt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d (Schritt S112) einen Verfolgungsdurchgang für jedes aus dem S-Echogate Gsn und dem B-Echogate G_Bn durch.
Um genauer zu sein, verschiebt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_Sn-1S des S-Echogates G_Sn-1 der vorherigen ((n-1)-ten) PRP um eine Zeitperiode (t_Sn - t_Sn-1 ) zu einem festgelegten Startpunkt G_SnS des S-Echogates G_Sn der gegenwärtigen (n-ten) PRP (siehe 7).
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d legt auch einen Endpunkt G_SnE des S-Echogates G_Sn auf einen Wellenzyklus 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 einer Verformung ausgesetzt. Der Verfolgungsvorgang für das S-Echogate G_Sn ist ein Vorgang, um die Verformung des Kopfes 3 für eine geeignete Erkennung des Sn-Echos zu adressieren.
In ähnlicher Weise verschiebt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d den Startpunkt G_Bn-1S des B-Echogates G_Sn-1 der vorherigen ((n-1)-ten) PRP um eine Zeitperiode (t_Bn - t_Sn-1), um einen Startpunkt G_BnS des B-Echogates G_Bn der gegenwärtigen (n-ten) PRP festzulegen (was nicht dargestellt ist).
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31b legt auch einen Endpunkt G_BnE des B-Echogates G_Bn auf einen Wellenzyklus 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 (Schritt S113) einen Normalaxialkraftbereich basierend auf der berechneten Axialkraft (F) fest.
Wie in 8 dargestellt, um genauer zu sein, berechnet der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b eine Linie L, welche in etwa eine Änderung einer Axialkraft (F) über eine Zeit darstellt, basierend auf der berechneten Axialkraft (F), welche in chronologischer Reihenfolge aufgetragen ist.
Der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b legt auch einen Normalaxialkraftbereich Rn für die Linie L unter Verwendung eines vorbestimmten Wertes (beispielsweise 10 % oberhalb oder unterhalb der Linie L) fest.
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 eine Anweisung zum Stoppen des Aufbringens der Axialkraft zu der Mutterschiene 21 aus (siehe 1). Eine Anwendung der Axialkraft auf den Bolzen 1 wird damit gestoppt. Demzufolge wird die Mutterschiene 21 gestoppt und eine automatische Verfolgung wird auch gestoppt, was nicht dargestellt ist. Diese Serie von Schritten des Messvorgangs einer Bolzenaxialkraft ist dann beendet (unregelmäßige Beendigung).
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 S114), bestimmt der Axialkraft-Berechnungsteilabschnitt 31b, dass die Messung erfolgreich ist.
Der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a erhält 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 1 eine Zielaxialkraft erreicht hat (siehe Schritt S115).
Wenn die Axialkraft (F) des Bolzens 1 die Zielaxialkraft noch nicht erreicht hat (NEIN in Schritt S115), gibt der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a (siehe 1) eine Anweisung zum Fortfahren eines Aufbringens einer Axialkraft auf die Mutterschiene 21 (siehe 1) aus. D.h. der Ablauf kehrt zu Schritt S108 zurück und die Mutterschiene 21 fährt mit dem Aufbringen der Axialkraft auf den Bolzen 1 fort.
Wenn die Axialkraft (F) des Bolzens 1 die Zielaxialkraft erreicht hat (JA in Schritt S115), gibt der Mutterschiene-Stoppanweisung-Teilabschnitt 31a (siehe 1) eine Anweisung zum Stoppen des Aufbringens einer Axialkraft zu der Mutterschiene 21 (siehe 1) aus. Ein Aufbringen einer Axialkraft auf den Bolzen 1 wird dadurch gestoppt. Dementsprechend wird die Mutterschiene 21 gestoppt und eine automatische Verfolgung wird auch gestoppt, was nicht dargestellt ist. Die Serie von Schritten des Messvorgangs einer Bolzenaxialkraft ist dann beendet (normale Beendigung).
Der Ablauf kann dazu konfiguriert sein, 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. Um genauer zu sein, kann der Ablauf dazu eingerichtet sein, den Messvorgang einer Bolzenaxialkraft zu beenden, wenn die Anzahl einer Änderung in einer Dehnung (δ) des Bolzens 1 einen Zielwert erreicht hat.
Echoverstärkungsverfahren
Die Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst einen ersten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1, einen zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 und einen dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3.
Der erste Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1 korrigiert die Amplituden der beiden Echos in den Kopf- und Bodenechogates um denselben Betrag gemäß einer Amplitudenverstärkung, welche für die gesamte Zeitachse festgelegt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Korrekturkoeffizient C1 (siehe 9), welcher die Amplitudenverstärkung ist, gemäß dem Ergebnis eines vorherigen Experiments oder dergleichen zuvor festgelegt.
Der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 nimmt eine Korrektur in dem Echosignal in einem aus dem Kopfechogate und dem Bodenechogate derart vor, dass die Amplitude des Echosignals in dem anderen zu demjenigen des Echosignals in dem einen aus dem Kopfechogate und dem Bodenechogate angenähert ist.
In dem Ausführungsbeispiel ist ein Korrekturkoeffizient C2 (siehe 9) für die Amplitudenverstärkung derart, dass er eine Korrektur zum Annähern der Amplitude des Bn-Echosignals zu der Amplitude des Sn-Echosignals vornimmt. Der Korrekturkoeffizient C2 ist gemäß dem Ergebnis eines vorherigen Experiments oder dergleichen zuvor festgelegt. Der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 multipliziert die Amplitude des Bn-Echosignals mit dem Korrekturkoeffizient C2, welcher für die Ausbreitungszeitperiode des Echogates spezifiziert ist, in welcher das Bn-Echo zu erkennen ist. Der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2 erlaubt es somit, dass der Anzeigeteilabschnitt 34 das Sn-Echosignal und das Bn-Echosignal mit im Wesentlichen einander gleich festgelegten Amplituden in den entsprechenden Echogates an dem Anzeigeteilabschnitt 34 anzeigt.
Der dritte Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 wendet eine Korrektur auf die Amplitude des Echosignals in einem aus dem Kopfechogate und dem Bodenechogate an. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Korrekturkoeffizient C3 der Amplitudenverstärkung (siehe 9) derart, dass er eine Korrektur zum Annähern der Amplitude des Bn-Echosignals zu der Amplitude des Sn-Echosignals vornimmt. Der Korrekturkoeffizient C3 ist zuvor gemäß dem Ergebnis eines vorherigen Experiments oder dergleichen festgelegt. Der dritte Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 erlaubt es somit dem Anzeigeteilabschnitt 34, das Sn-Echosignal und das Bn-Echosignal mit im Wesentlichen einander gleich festgelegten Amplituden in den Echogates anzuzeigen.
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 kann dazu konfiguriert sein, Amplituden mit einem aus dem ersten bis dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitten 31f1, 31f2 und 31f3 allein zu korrigieren, oder kann dazu konfiguriert sein, die Amplitude des Echos in jedem Echogate zu im Wesentlichen dergleichen Amplitude unter Verwendung sowohl des zweiten als auch des dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitts 31f2 und 31f3 zu korrigieren.
In dem Fall eines Verwendens sowohl des zweiten als auch des dritten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitts 31f2 und 31f 3 kann die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 dazu konfiguriert sein, dass der zweite Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f 2 zuerst die Amplituden sowohl des Sn-Echosignals als auch des Bn-Echosignals korrigiert und der dritte Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f3 dann weiter die Amplitude des Bn-Echosignals korrigiert. Solch ein Korrekturverfahren nähert die Amplituden des Sn-Echos und des Bn-Echos in den jeweiligen Echogates genauer aneinander an.
Bolzen
Der mittels des zuvor beschriebenen Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft zu messende Bolzen 1 umfasst den Zapfen 2 und den Kopf 3 (siehe 3). Die zuvor genannte Bodenfläche 2c des Bolzens 1 ist an dem distalen Endabschnitt des Zapfens 2 des Bolzens 1 definiert.
An dem äußeren peripheren Abschnitt des Kopfabschnitts 3 ist ein Eingriffsabschnitt 4, welcher mit einem Anziehwerkzeug (zum Beispiel ein Drehmomentschlüssel oder dergleichen) für den Bolzen 1 in Eingriff bringbar ist.
Wie in 3 dargestellt, ist die Aussparung 5 in dem Kopf 3 ausgebildet.
Die Aussparung 5 weist die Bodenfläche 6 und eine Seitenwand 11 auf, welche sich von einer Peripherie der Bodenfläche 6 im Allgemeinen nach oben erstreckt.
Die Bodenfläche 6 ist derart ausgebildet, dass sie eine Ebene umfasst, deren normale parallel zu einer Achse des Bolzens 1 ist.
Die Aussparung 5 umfasst den Abschnitt großen Durchmessers 14a und den Abschnitt kleinen Durchmessers 14b. Der Abschnitt großen Durchmessers 14a ist an der Öffnungsseite der Aussparung 5 ausgebildet. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 14b weist einen kleineren Innendurchmesser als der des Abschnitts großen Durchmessers 14a auf und bildet die Seitenwand 11 aus. Der Abschnitt kleinen Durchmessers 14b ist mit dem Abschnitt großen Durchmessers 14a mit dem dazwischen eingefügten Stufenabschnitt 14c verbunden. Der Stufenabschnitt 14c nimmt den Innendurchmesserunterschied auf.
Der Abschnitt großen Durchmessers 14a, der Stufenabschnitt 14c und der Abschnitt kleinen Durchmessers 14b bilden die Aussparung 5 (gestufte Aussparung) in dem Kopfabschnitt 3 des Bolzens 1 derart aus, dass die Aussparung 5 eine Stufe aufweist und koaxial mit der Bolzenachse ist.
Die gestufte Aussparung 5 ist derart konfiguriert, dass der den Stufenabschnitt 24b aufweisende gestufte Vorsprung 29 der Probe mit der gestuften Aussparung 5 ineinandergepasst ist.
Die Seitenwand 11, welche den Abschnitt kleinen Durchmessers 14b bildet, erstreckt sich linear von der Bodenfläche-6-Seite in Richtung der Öffnungsseite der Aussparung 5 in einer in 3 dargestellten Seitenansicht des Bolzen 1. Jedoch ist die Seitenwand 11 nicht auf solch eine Wand beschränkt, welche sich linear erstreckt, solange die Seitenwand 11 geeignet ist, ineinandergepasst mit der Sonde 24 zu sein. Die Seitenwand 11 kann sich in der radialen Richtung des Kopfes 3 teilweise nach außen wölben.
Betriebswirkung und vorteilhafte Effekte
Im Folgenden werden die Betriebswirkungen und vorteilhaften Effekte des Ausführungsbeispiels beschrieben werden.
Betriebswirkung einer Anziehvorrichtung
In einer herkömmlichen Anziehvorrichtung sind der Sockel und der Ultraschallsensor integral als eine einzelne Einheit bereitgestellt. Dies kann eine Neigung, ein Wobbeln und eine Oszillation verursachen, die bei einem Anziehen des Bolzens zu der Sonde übertragen werden. Die herkömmliche Anziehvorrichtung kann danach die Bolzenaxialkraft nicht mit einem hinreichenden Genauigkeitsgrad während eines Anziehens des Bolzens messen.
Im Gegensatz dazu sind gemäß der Struktur der Anziehvorrichtung 20 des Ausführungsbeispiels der Sockel 22 und die Sonde 24 getrennt und unabhängig voneinander bereitgestellt.
10A und 10B sind Diagramme der von der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 umfassten Anziehvorrichtung 20, welche Betriebswirkungen der Anziehvorrichtung 20, welche den Bolzen 1 anzieht, darstellt.
Wie in 10 dargestellt, sind in der Anziehvorrichtung 20 des Ausführungsbeispiels der Sockel 22 und die Sonde 24 getrennt und unabhängig bereitgestellt.
Um den Bolzen 1, wie zuvor beschrieben, mit der somit konfigurierten Anziehvorrichtung 20 anzuziehen, ist die Sonde 24 ineinandergepasst mit der Aussparung 5 des Bolzens 1 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.
Wie in 10B dargestellt, ändert sich gemäß der Struktur der Anziehvorrichtung 20 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 der Dehnung des Bolzens 1 mit höherem Genauigkeitsgrad geeignet, ohne durch das Wobbeln des Sockels 22 beeinflusst zu werden.
Die Sonde 24 ist mittels des unteren Endes des Drehschafts 21a in einer halbschwimmenden Weise über die elastische Schraubenfeder 28, wie zuvor beschrieben (siehe 2), gehaltert.
Wie in 10B dargestellt, neigt sich die Sonde 24 auch dann nicht relativ zu der Achse des Bolzens 1, wenn sich der Sockel 24 in Bezug auf die Achse des Bolzens 1 neigt.
Die Anziehvorrichtung 20 ist somit zum Messen der Axialkraft mit hohem Genauigkeitsgrad geeignet.
Die Sonde 24 der Anziehvorrichtung des Ausführungsbeispiels ist ineinandergepasst mit der Aussparung 5. Mit dieser Struktur der Anziehvorrichtung 20 ist somit die Sonde 24 fest an der Aussparung 5 fixiert. Die Anziehvorrichtung 20 ist daher zum Messen der Axialkraft mit hohem Genauigkeitsgrad geeignet.
Gemäß der Struktur der Anziehvorrichtung 20 des Ausführungsbeispiels ist der Spalt 41 zwischen der Oberfläche 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 dem Ultraschallausbreitungsmedium 42 gefüllt.
Gemäß dieser Struktur der Anziehvorrichtung 20 ist es möglich, Messfehler aufgrund einer Änderung in einer Wellenform in dem Spalt 41 zu verhindern. Die Anziehvorrichtung 20 ist daher zum Messen der Axialkraft mit hohem Genauigkeitsgrad geeignet.
Betriebswirkung des Messverfahrens einer Bolzenaxialkraft
Ein gewöhnlicher Bolzen, welcher mittels einer Ultraschallmessvorrichtung zu messen ist, deren Sonde in einem in dem Kopf des Bolzens ausgebildeten Aussparung platziert ist, variiert in einer Planheit der Bodenfläche der Aussparung, welche die Oberfläche des Bolzens definiert. Aus diesem Grund führt die Konfiguration, in welcher die Sonde in engem Kontakt mit der Bodenfläche der Aussparung gebracht ist, zu einem unzureichenden Genauigkeitsgrad bei Ultraschallmessungen.
Im Gegensatz dazu umfasst der Bolzen, welcher in dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des Ausführungsbeispiels verwendet wird, den Stufenabschnitt 14c in der Aussparung 5.
Gemäß dem somit konfigurierten Messverfahren einer Bolzenaxialkraft und dem darin verwendeten Bolzen 1 ist die Sonde 24 mittels dem Stufenabschnitt 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 ist der Spalt 41 mit dem Ultraschallausbreitungsmedium 42 gefüllt.
Gemäß dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft ist die Schwächung von Ultraschall in dem Spalt 41 reduziert. Gemäß dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des Ausführungsbeispiels ist es möglich, die Axialkraft mit höherem Genauigkeitsgrad zu messen.
Im Allgemeinen, wenn die Sonde 24 mit der Oberfläche des Bolzens 1 (der Bodenfläche 6 der Aussparung 5) für eine B-Echo-Messung in Kontakt gebracht ist, kann der Ursprung einer Aussendung von Ultraschall (0 Position) aufgrund einer Selbstvibration 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 (erstes Bodenecho) für eine Axialkraftmessung nicht verwendet werden und wird die Axialkraftmessung unter Verwendung des B2-Echos und des anschließenden B-Echos (zweites Bodenecho und anschließende Bodenechos) durchgeführt werden, in welchem die Selbstvibration der Sonde 24 ausgeglichen ist. Jedoch sind das B2-Echo und anschließende B-Echo geschwächt sowie kleiner als das B1-Echo und sind signifikant durch Rauschen beeinflusst.
Im Gegensatz dazu ermöglicht gemäß dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des Ausführungsbeispiels eine Bereitstellung eines Spalts 41, dass eine Bolzenaxialkraft basierend auf dem Unterschied des S1-Echos von der Oberfläche des Bolzens 1 und dem B1-Echo gemessen werden kann. Mit dem Messverfahren einer Bolzenaxialkraft des Ausführungsbeispiels wird daher unter Verwendung eines B1-Echos, welches weniger als das B2-Echo geschwächt ist und weniger Rauschen umfasst, der Genauigkeitsgrad in einer Bolzenaxialkraftmessung weiter verbessert.
Betriebswirkung und vorteilhafte Effekte einer Bolzenaxialkraft-Messapparatur
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des 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.
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d legt das Kopfechogate Gsn für das Kopfecho fest und legt das Bodenechogate G_Bn für das Bodenecho fest. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 31 führt Verfolgungsvorgänge für eine Mehrzahl von Ultraschallimpulsen aus, welche während des Anziehens des Bolzens 1 ausgesendet werden, sodass das Kopfechogate G_Sn und das Bodenechogate G_Bn derart unabhängig verschoben werden, dass sie die vorbestimmten Positionen des Kopfechos bzw. des Bodenechos an den gleichen Positionen in dem Kopfechogate G_Sn und dem Bodenechogate G_Bn umfassen.
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels führt die Verfolgungsvorgänge des Kopfechos und des Bodenechos unabhängig aus, ohne ein Festlegen eines Referenzgates, wodurch ein Messen der Axialkraft (F) des Bolzens 1 zuverlässiger mit einem höheren Genauigkeitsgrad wird.
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels umfasst den Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt (die Ultraschallübertragungs- und -empfangssteuerung/-regelung 31f), welcher Korrekturen der Echosignale derart vornimmt, dass die Amplitude des Kopfecho (Sn-Echo)-Signals in dem Kopfechogate G_Sn an die Amplitude des Bodenecho (Bn-Echo)-Signals in dem Bodenechogate G_Bn angenähert ist.
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels ist zum Anzeigen des Kopfecho (Sn-Echo)-Signals und des Bodenecho (Bn-Echo)-Signals mit den im Wesentlichen zueinander gleich gesetzten festgelegten Amplitudenhöhen, unabhängig von einer Schwächung des Bodenechos (Bn-Echo), geeignet.
Der Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels umfasst wenigstens den ersten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f1, welcher die Amplitudenverstärkung für die gesamte Zeitachse festlegt und die Amplituden der Echosignale in dem Kopfechogate G_Sn als auch in dem Bodenechogate G_Bn basierend auf der Verstärkung korrigiert; und den zweiten Amplitudenkorrektur-Teilabschnitt 31f2, welcher ein erstes Echosignal in einem aus dem Kopfechogate G_Sn und dem Bodenechogate G_Bn als Referenz nimmt und eine Korrektur eines zweiten Echosignals des anderen aus dem Kopfechogate Gsn und dem Bodenechogate G_Bn basierend auf der Referenz derart anwendet, dass die Amplitude des zweiten Echosignals an die Amplitude des ersten Echosignals angenähert ist.
Die Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels ist daher zum Anzeigen des Kopfecho (Sn-Echo)-Signals und des Bodenecho (Bn-Echo)-Signals mit den im Wesentlichen zueinander gleich gesetzten Amplitudenhöhen geeignet.
Der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels legt das Kopfechogate auf einen Wellenzyklus des Ultraschallimpulses um einen positiven oder einen negativen Peak des Kopfechosignals fest, welches zuerst angekommen ist nachdem die Amplitude des Signals den ersten vorbestimmten Schwellenwert L_S überschritten hat, und legt das Bodenechogate auf einen Wellenzyklus eines Ultraschallimpulses um einen positiven oder einen negativen Peak eines Bodenechosignals fest, welches zuerst angekommen ist nachdem die Amplitude des Signals den zweiten vorbestimmten Wert L_B überschritten hat.
Für jedes aus dem Kopf- und Bodenechogate wandelt der Echo-Erkennungsteilabschnitt 31d das Echosignal in solch einer Weise um, dass ein Nullamplitudenpunkt des Echosignals vor dem positiven oder dem negativen Peak zu einer vorbestimmten Position umgewandelt wird.
Mit dieser Verarbeitung der Bolzenaxialkraft-Messapparatur 10 des Ausführungsbeispiels ist es mittels eines Festlegens des Bereichs jedes Echogates enger und mittels eines Festlegens des gedehnten Bereichs nach der vorbestimmten Position möglich, die Verlagerung jedes Echos aufgrund der Dehnung des Bolzens und dergleichen geeignet zu verfolgen.
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist zuvor beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt und kann in verschiedenen Modi ausgeführt werden.
Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels beschreibt die Dehnungsvorrichtung 20, welche den Kopf 3 des Bolzens 1 beispielsweise mit dem Sockel 22 dehnt. Die Dehnungsvorrichtung 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.
Eine Anziehvorrichtung umfasst einen Sensor zum Erkennen einer Dehnung eines Bolzens; einen Sockel zum Drehen des Bolzens; und ein Vorspannbauteil zum Vorspannen des Sensors gegen einen Kopf des Bolzens. Der Sensor und der Sockel sind getrennt und unabhängig voneinander bereitgestellt.

Claims

Anziehvorrichtung (20), umfassend: einen Sensor (24) zum Erkennen einer Dehnung eines Bolzens (1); einen Sockel (22) zum Drehen des Bolzens (1); und ein Vorspannbauteil zum Vorspannen des Sensors (24) gegen einen Kopf (3) des Bolzens (1), wobei der Sensor (24) und der Sockel (22) getrennt und unabhängig voneinander bereitgestellt sind; wobei der Bolzen (1) einen Kopf (3) mit einer darin ausgebildeten Aussparung (5) aufweist, wobei die Aussparung (5) eine Öffnung und eine Bodenfläche (6) aufweist, die Aussparung (5) einen Abschnitt großen Durchmessers (14a) und einen Abschnitt kleinen Durchmessers (14b) umfasst, wobei der Abschnitt großen Durchmessers (14a) an einer Öffnungsseite der Aussparung (5) ausgebildet ist, der Abschnitt kleinen Durchmessers (14b) an einer Bodenflächenseite des Abschnitts großen Durchmessers (14a) mit einem Stufenabschnitt (14c) zwischen dem Abschnitt kleinen Durchmessers (14b) und dem Abschnitt großen Durchmessers (14a) ausgebildet ist, wobei der Abschnitt kleinen Durchmessers (14b) einen Innendurchmesser aufweist, welcher kleiner als ein Innendurchmesser des Abschnitts großen Durchmessers (14a) ist, und der Sensor (24) einen Körper und einen von dem Körper vorstehenden Vorsprung (24a) umfasst, wobei der Körper dazu konfiguriert ist, in den Abschnitt großen Durchmessers (14a) eingepasst zu sein und in Anlage mit dem Stufenabschnitt (14c) zu kommen, wobei der Vorsprung (24a) dazu konfiguriert ist, in den Abschnitt kleinen Durchmessers (14b) eingeführt zu sein.
Anziehvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sockel an einem Drehschaft angebracht ist und der Sensor innerhalb des Sockels bereitgestellt ist und mittels des Drehschafts in einer halbschwimmenden Weise über das Vorspannbauteil gehaltert ist.
Anziehvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei der Sockel (22) an einem Drehschaft (21a) angebracht ist und der Sensor (24) innerhalb des Sockels (22) bereitgestellt ist und mittels des Drehschafts (21 a) über das Vorspannbauteil oder ein elastisches Bauteil (28) gehaltert ist.
Anziehvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei der Sensor (24) ein Ultraschallsensor ist, ein Spalt (41) zwischen dem Vorsprung (24a) des Sensors (24) und der Bodenfläche der Aussparung (5) ausgebildet ist, wenn der Sensor (24) innerhalb der Aussparung (5) platziert ist, und der Spalt (41) mit einem Ultraschallausbreitungsmedium (42) gefüllt ist.