JP2016505837A - 超音波手段によるボルトの締付け力の評価方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
・トルク供給装置によってジョイントを緊締するステップと、
・緊締中にジョイントに供給されたトルクを測定するステップと、
・ボルト内への超音波バルスの誘起と前記ボルトにおける前記超音波バルスの飛行時間(TOF)の測定とを同時に行うステップと
を含む。
本方法はさらに、
・トルクの測定値の増加に応じてトルクの増加割合を決めるために回転角の関数としてトルクをモニターするステップと、
・超音波パルスの飛行時間の増加割合を決めるために回転角の関数として超音波パルスの飛行時間をモニターするステップと、
・トルクの決めた増加割合に基いて、ボルトの変形の関数としてトルクが増加し始める緊締作業の初期回転角を決めるステップと、
・飛行時間が増加し始める回転角として緊締作業の前記初期回転角を画定するステップと、
・緊締作業の前記初期回転角及び飛行時間の前記増加割合に基いて緊締作業中の飛行時間の総増加を決めるステップと
を含む。
かかる緊締装置は、
・ボルト及び整合ねじ部片に相互回転を供給するために工具装置を駆動する軸と
・前記軸を駆動するモーターと
を含むトルク供給装置を有し、
緊締装置はさらに、
・前記ジョイントの緊締作業中にボルトと整合ねじ部片との間でジョイントに加えた回転角の関数としてトルクを測定するトルク測定装置と、
・少なくとも一つのボルトへ超音波パルスを誘起させ、そして前記ボルトにおける前記パルスの飛行時間を測定する超音波送信装置と、
・前記ジョイントの緊締中に少なくとも一つのボルトと整合ねじ部片との間の回転角(α)を測定する回転角測定装置と
を有し、
・測定したトルクに基いて、トルクの増加割合を回転角の関数として決め、
・超音波パルスの測定した飛行時間に基いて、飛行時間の増加割合を回転角の関数として決め、
・トルクの決めた増加割合に基いて、ボルトの変形によりトルクが増加し始める初期回転角を決め、
・飛行時間が増加し始める回転角として前記初期回転角を画定し、
・前記初期回転角及び飛行時間の前記増加割合に基いて、緊締作業中の飛行時間の総増加を決める
ようにされた制御ユニットを有することを特徴としている。
(1)測定トルクTの増加に応じてトルクTの増加割合dT/dαを決めるために、第一の特殊な回転角α1で第一の瞬時トルクT1をモニターし、そして第二の特殊な回転角α2で第二の瞬時トルクT2をモニターするステップ。
(2)飛行時間の増加割合dTOF/dαを決めるために、第一の関連した回転角α’1で超音波パルスの飛行時間の第一の瞬時値TOF1をモニターし、第二の関連した回転角α’2で超音波パルスの飛行時間の続く第二の瞬時値TOF2をモニターするステップ。飛行時間TOFをモニターする関連した回転角α’1、α’2は、トルクTを測定する特殊な回転角α1、α2と同じあり得るか或いは同じでないかもしれない。図2においては、飛行時間TOFではなく締付け力Fが回転角αの関数として示されている。これは、締付け力Fが飛行時間の総増加ΔTOFに正比例するので、可能である。従って、回転角αの関数として飛行時間TOFを示している曲線は、曲線の傾斜及びY軸に沿った位置を除いて同じである。しかし、図2に示す曲線において、これらの違いは、軸線を大きさなしで示しているので明らかではなく、それで曲線の物理的傾斜もY軸に沿った曲線の位置も示されていない。
(3)緊締作業の初期の回転角α0は決め、初期の回転角α0でトルクがボルトの変形の関数として増加し始めるステップ。図示例では、これは曲線が線形であると仮定してなされ、それで初期回転角α0は二つの回転角[α2、T2]及び[α1、T1]から後方へ曲線を推定することで見いだされ得る。本発明のその他の形態では、トルクTは回転角αに対して別の依存性をもち得る。しかし、ほとんどの場合に、トルクTは回転角αに対して線形に増加し、それでトルクTの増加割合dT/dαは一定である。
(4)緊締作業の初期回転角α0は、緊締作業中の飛行時間の総増加ΔTOFを決めるために、飛行時間TOFが増加し始める回転角として定義されるステップ。ジョイントにおける締付け力Fは、ボルトの比係数及び飛行時間の総増加ΔTOFから直接誘起され得る。
11 ナット
12 スポンジ部片
13 ボルト10のヘッド
A 初期段階
B 第二の段階
T トルク
α 回転角
α0 回転角
α1
α’1 第一の関連した回転角
α2 第二の特殊な回転角
α’2 第二の関連した回転角
αtarget 目標トルク
F 締付け力
Ftarget
TOF 飛行時間
TOF0初期飛行時間
ΔTOF飛行時間の総増加
TOF1飛行時間の第一の測定値
dTOF/dα 飛行時間TOFの増加割合
dT/dα トルクTの増加割合
Claims (8)
- 緊締作業中にボルトと整合ねじ部片とのねじジョイントにおける締付け力(F)を評価する方法であって、
・トルク供給装置によってジョイントを緊締するステップと、
・緊締中にジョイントに供給されたトルク(T)を測定するステップと、
・ボルト内への超音波バルスの誘起と前記ボルトにおける前記超音波バルスの飛行時間(TOF)の測定とを同時に行うステップと
を含む方法において、
・トルク(T)の測定値の増加に応じてトルク(T)の増加割合(dT/dα)を決めるために回転角(α)の関数としてトルク(T)をモニターするステップと、
・超音波パルスの飛行時間(TOF)の増加割合(dTOF/dα)を決めるために回転角(α)の関数として超音波パルスの飛行時間(TOF1)をモニターするステップと、
・トルク(T)の決めた増加割合(dT/dα)に基いて、ボルトの変形の関数としてトルク(T)が増加し始める緊締作業の初期回転角(α0)を決めるステップと、
・飛行時間(TOF)が増加し始める回転角として緊締作業の前記初期回転角(α0)を画定するステップと、
・緊締作業の前記初期回転角(α0)及び飛行時間(TOF)の前記増加割合(dTOF/dα)に基いて緊締作業中の飛行時間の総増加(ΔTOF)を決めるステップとを含むこと
を特徴とする方法。 - トルク(T)の増加割合(dT/dα)を決めるステップは、緊締作業の第一の特殊な回転角(α1)での第一の瞬時トルク(T1)及び緊締作業の第二の特殊な回転角(α2)での続く第二の瞬時トルク(T2)をモニターし、そして線形近似を行うステップを含み、初期回転角(α0)は前記線形近似から推定され、トルク(T)がゼロに等しい角度に対応すること
を特徴とする請求項1記載の方法。 - 超音波パルスの飛行時間(TOF)の増加割合(dTOF/dα)を決めるステップは、緊締作業の第一の関連回転角(α’1)での第一の瞬時飛行時間(TOF1)及び緊締作業の第二の関連回転角(α’2)での続く第二の瞬時飛行時間(TOF2)をモニターし、そして線形近似を行うステップを含むこと
を特徴とする請求項1又は請求項2記載の方法。 - ジョイントにおける確立した締付け力(F)は、飛行時間の総増加(ΔTOF)に基いて、評価され、締付け力(F)は、式F=k1・ΔTOF(k1はボルトの幾何学的形状及び材質に依存したボルトの比定数)に従って飛行時間の総増加(ΔTOF)に比例するとみなされること
を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項記載の方法。 - 締付け力(F)の計算に続いて、緊締作業は、予定の目標締付け力(Ftarget)で終了するように制御され、飛行時間の総増加(ΔTOF)は連続してモニターされ、そして締付け力(F)は、飛行時間のモニターした増加(ΔTOF)から連続して計算されること
を特徴とする請求項4記載の方法。 - 緊締作業は、予定の目標トルク(Ttarget)で終了するように制御され、飛行時間の総増加(ΔTOF)はモニターされ、予定の目標トルク(Ttarget)に合致ししかも緊締作業が終了される時に、飛行時間のモニターした総増加(ΔTOF)から締付け力(F)が計算され得るようにされること
を特徴とする請求項4記載の方法。 - 緊締作業は、緊締作業の第一の関連した回転角(α’1)で休止され、この回転角で超音波パルスの飛行時間の第一の瞬時値(TOF1)が測定されること
を特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項記載の方法。 - 少なくとも一つのボルトと整合ねじ部片とを含むジョイントを緊締する緊締装置であって、
・ボルト及び整合ねじ部片に相互回転を供給するために工具装置を駆動する軸と
・前記軸を駆動するモーターと
を含むトルク供給装置を有し、
緊締装置はさらに、
・前記ジョイントの緊締作業中にボルトと整合ねじ部片との間でジョイントに加えた回転角の関数としてトルクを測定するトルク測定装置と、
・少なくとも一つのボルトへ超音波パルスを誘起させ、前記ボルトにおける前記パルスの飛行時間(TOF)を測定する超音波送信装置と、
・前記ジョイントの緊締中に少なくとも一つのボルトと整合ねじ部片との間の回転角(α)を測定する回転角測定装置と
を有する緊締装置において、
・測定したトルク(T)に基いて、トルク(T)の増加割合(dT/dα)を回転角(α)の関数として決め、
・測定した飛行時間(TOF)に基いて、飛行時間(TOF)の増加割合(dTOF/dα)を回転角(α)の関数として決め、
・トルク(T)の決めた増加割合(dT/dα)に基いて、ボルトの変形によりトルク(T)が増加し始める初期回転角(α0)を決め、
・飛行時間(TOF)が増加し始める回転角として前記初期回転角(α0)を画定し、
・前記初期回転角(α0)及び飛行時間(TOF)の前記増加割合(dTOF/dα)に基いて、緊締作業中の飛行時間(TOF)の総増加(ΔTOF)を決める
ようにされた制御ユニットを有すること
を特徴とする緊締装置。
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