JP4810876B2 - ボルト軸力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボルト軸力測定装置に関し、特に超音波の送受波によりボルトの軸力を測定する装置に関する。

超音波を利用してボルトの軸力を測定する装置として、超音波ボルト軸力測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、超音波探触子からボルト内へ超音波を送波してボルト内で超音波を伝播させ、反射波を超音波探触子で受波するように構成されている。そして、反射波が取得されるタイミングに基づいて、超音波がボルト内部を伝播した時間が測定される。

締め付け前に比較して締め付け後ではボルトは締め付け軸力によって伸びた状態になっているため超音波の伝播経路が長くなる。また、締め付けられてボルトに軸力が加えられて引っ張り応力が発生していると超音波伝播速度も遅くなる。つまり、締め付けの前後においてボルト内を伝播する超音波の伝播時間が異なる。このため、超音波ボルト軸力測定装置を利用して、締め付けの前後における伝播時間の相違を知ることによってボルトの軸力を測定することができる。

特開２００１−１７４３４３号公報 特開２００１−２６４１９７号公報 特開平４−１６６７３２号公報

超音波の伝播時間からボルトの軸力を正確に測定するためには、いくつかの克服すべき課題がある。例えば、ボルトが締め付けられた際のボルトの伸びや超音波伝播速度は、ボルトの温度にも依存しており、ボルト内を伝播する超音波の伝播時間も温度の影響を受けることになる。したがって、超音波の伝播時間から軸力を求めるためには、温度による変化を考慮して伝播時間を正確に計測する必要がある。ちなみに、上記特許文献３には、温度係数が既知のスペーサを介在した状態で超音波軸力測定を行うことで、温度の影響を補正に組み込む技術が開示されている。

また、ボルトを伝播した後の反射波は、時間軸方向に広がったパルス状の波形として受波される。このため、受波された反射波の波形内における測定ポイントの検出の仕方によって、時間軸方向のずれ、つまり伝播時間の測定誤差が発生する可能性がある。ちなみに、上記特許文献２では、軸力測定モードでの波形と初期値設定モードでの波形を重ね合わせて表示することにより、締め付け前の測定ポイント（測定ピーク）と締め付け後の測定ポイント（測定ピーク）が同じ波形部分となるように調整する技術が記載されている。しかし、締め付け前後における波形の対応関係を正確に見極めることは容易ではない。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、ボルトに発生する正確な軸力を容易に測定することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるボルト軸力測定装置は、ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定装置において、ボルトに超音波を送波してボルトから反射波を受波する超音波送受波部と、前記反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出部と、複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測部と、温度測定手段によって測定される前記実測時のボルトの温度に基づいて、ボルト内における超音波伝播速度の温度依存性を反映させた伝播時間の補正係数を算出する補正係数算出部と、前記実測された伝播時間と前記算出された補正係数とに基づいて温度補正後の伝播時間を算出する伝播時間補正部と、を有する、ことを特徴とする。

上記構成では、超音波伝播速度の温度依存性を考慮して伝播時間が算出されるため、ボルトに発生する正確な軸力を容易に測定することができる。

望ましくは、前記補正係数算出部は、少なくとも、超音波伝播速度の温度係数と軸力が作用していない状態におけるボルトの基準温度と前記伝播時間が実測された際のボルトの計測温度とに基づいて前記補正係数を算出することを特徴とする。望ましくは、前記超音波伝播速度の温度係数は、計測されるボルトごとに設定されることを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるボルト軸力測定装置は、ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定装置において、ボルトに超音波を送波してボルトから反射波を受波する超音波送受波部と、前記反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出部と、複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測部と、を有し、前記測定点検出部は、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点を検出する、ことを特徴とする。

上記構成では、予め記憶された測定点指定情報に基づいて測定点が指定され、正確に測定点が検出される。このため、さらに正確に伝播時間を測定することができ、その結果、さらに正確にボルトの軸力を測定することができる。

望ましくは、前記測定点は、軸力が作用していない状態の反射波の波形内における代表点に対応した点であることを特徴とする。望ましくは、前記測定点指定情報は、軸力が作用している状態の反射波の波形内において前記代表点に対応した点の位置を示した表示情報であり、この表示情報は、軸力が作用していない状態から軸力が作用している状態に亘って前記代表点の移動を追跡することによって得られる、ことを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるボルト軸力測定方法は、ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定方法において、ボルトに対して超音波を送受波することによって得られた反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出ステップと、複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測ステップと、前記実測時のボルトの温度に基づいて、ボルト内における超音波伝播速度の温度依存性を反映させた伝播時間の補正係数を算出する補正係数算出ステップと、前記実測された伝播時間と前記算出された補正係数とに基づいて温度補正後の伝播時間を算出する伝播時間補正ステップと、を有する、ことを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるボルト軸力測定方法は、ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定方法において、ボルトに対して超音波を送受波することによって得られた反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出ステップと、複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測ステップと、を有し、前記測定点検出ステップにおいて、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点が検出される、ことを特徴とする。

本発明により、ボルトに発生する正確な軸力を容易に測定することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態を説明するための図であり、図１は、本発明に係るボルト軸力測定装置の機能構成図である。

本実施形態のボルト軸力測定装置は、ボルト１４内へ超音波を送波してボルト１４内で超音波を伝播させて反射波を受波するように構成されている。そして、反射波が取得されるタイミングに基づいて、超音波がボルト１４内部を伝播した時間を測定している。

探触子１０は、超音波を送受波する超音波探触子である。探触子１０は、超音波伝播媒体１２を介してボルト１４へ超音波を送波し、ボルト１４から超音波伝播媒体１２を介して反射波を受波する。

探触子１０は、超音波パルサレシーバ２０に接続されており、超音波パルサレシーバ２０内の送受信部２２から供給される送信信号に基づいて超音波を送波する。また、探触子１０は、受波した反射波に対応した受信信号を送受信部２２へ出力する。受信信号は、送受信部２２からアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）２４においてデジタル信号に変換されて軸力測定ユニット３０へ伝送される。

軸力測定ユニット３０は、超音波パルサレシーバ２０から伝送される受信信号に基づいて超音波がボルト１４内部を伝播した時間を測定する。そして、測定された伝播時間からボルト１４の軸力が測定される。そこで、軸力測定ユニット３０内の各部の機能説明の前に、本実施形態におけるボルト軸力測定の原理について説明する。

図２は、ボルト内における超音波の伝播時間の測定原理を説明するための図である。図２（Ａ）には、横軸を時間軸として、ボルト内へ送波された超音波（送信波形）とボルト内から受波した反射波（反射波形）が示されている。また、図２（Ｂ）には、ボルト１４内を伝播する超音波の様子が模式的に示されている。

探触子１０から超音波伝播媒体１２を介してボルト１４へインパルス状の超音波、つまり、図２（Ａ）の送信波形が送波されると、送波された超音波は、ボルト１４内を伝播してボルト１４の先端側（探触子１０が配置された頭部側の端部とは反対側の端部）において反射されてボルト１４の頭部側へ戻ってくる。この際に超音波伝播媒体１２を介して探触子１０で受波された反射波が、図２（Ａ）の反射波形（１往復）である。また、この際の伝播経路が、図２（Ｂ）の伝播経路（１往復）である。

ボルト１４内を１往復して頭部側に戻った超音波は、さらに、頭部側において反射されてボルト１４の先端側へ戻り、そして、再び頭部側へ戻ってくる。この際に超音波伝播媒体１２を介して探触子１０で受波された反射波が、図２（Ａ）の反射波形（２往復）である。また、この際の伝播経路が、図２（Ｂ）の伝播経路（２往復）である。

本実施形態においては、図２（Ａ）に示すように、反射波形（２往復）と反射波形（１往復）との間の時間差を、ボルト１４内における超音波の伝播時間として測定する。これは次の理由による。

送信波形と反射波形（１往復）との間の時間差として伝播時間を測定すると、１往復分の伝播経路には、超音波伝播媒体１２の厚さが含まれてしまう（図２（Ｂ）の伝播経路（１往復）参照）。この超音波伝播媒体１２の厚さの変化が測定誤差を引き起こす可能性がある。このため、本実施形態においては、反射波形（２往復）と反射波形（１往復）との間の時間差をとる。これにより、図２（Ｂ）の伝播経路（ボルト単体）の伝播時間のみが測定されることになる。

そして、本実施形態では、ボルト１４が締め付けられる前後における伝播時間の差を測定する。ボルト１４内の超音波の伝播時間（超音波伝播時間）、超音波の伝播経路（超音波伝播経路長さ）、および、超音波伝播速度の間には次式の関係が成立する。

締め付け前に比較して締め付け後では、ボルト１４は締め付け軸力によって伸びた状態になっているため超音波の伝播経路が長くなる。また、締め付けられてボルト１４に軸力が加えられて引っ張り応力が発生していると超音波伝播速度も遅くなる。つまり、締め付けの前後において、ボルト１４内を伝播する超音波の伝播時間が変化する。このため、ボルト１４の締め付け前後における伝播時間差と、ボルト１４の軸力との関係が予めわかっていれば、伝播時間差から軸力を導くことができる。

図３は、伝播時間差から軸力を導出する原理を説明するための図であり、図３（Ａ）には、伝播時間差から軸力を導くための較正曲線が示されている。図３（Ａ）において、横軸は伝播時間差（あるいは伝播時間）、縦軸は軸力を示している。

較正曲線を得る際には、ボルトの軸力を直接測定できる測定器、例えば、ロードセルなどが利用される。そして、ボルトに軸力を作用させない状態における超音波の伝播時間と、ロードセルなどで測定される所定の軸力を作用させた状態における超音波の伝播時間が測定される。例えば、軸力が０の場合における伝播時間の測定と、ｎ個の既知の軸力値における伝播時間の測定の合計ｎ＋１回の測定が行われる。そして、軸力が０の場合における伝播時間と既知の軸力値における伝播時間の差を横軸の伝播時間差とし、さらに、その時の軸力値を縦軸にとることによって、ｎ＋１回の測定結果からｎ＋１個の測定結果点が得られる。そして、これらｎ＋１個の測定結果点を結んだ曲線として較正曲線が形成される。

なお、軸力が０の場合における伝播時間を較正曲線の横軸の原点として、伝播時間と軸力を対応させた較正曲線としてもよい。例えば、図３（Ａ）において、伝播時間差ΔＴ₁は、軸力が０の場合における伝播時間Ｔ₀と軸力が作用している場合における伝播時間Ｔ_1,1との差である。そして、伝播時間差ΔＴ₁における軸力はＦ₁である。一方、軸力が０の場合における伝播時間を較正曲線の横軸の原点とすることにより、伝播時間Ｔ_1,1と軸力Ｆ₁とを直接対応付けることができる。

そして、本実施形態のボルト軸力測定装置を利用することによって、予め得られている図３（Ａ）に示す較正曲線から、伝播時間差に基づいて軸力を求めることができる。つまり、図３（Ｂ）に示すように、ボルト軸力測定装置によって測定された伝播時間差ΔＴ（＝Ｔ₁−Ｔ₀）を、予め得られている較正曲線に当てはめることによって、伝播時間差ΔＴから、その伝播時間差に対応した軸力Ｆを求めることができる。もちろん、較正曲線の横軸が伝播時間であれば、伝播時間Ｔ₁から軸力を求めることもできる。

本実施形態においては、図２および図３を利用して説明した原理によって、ボルト軸力が測定される。

図１に戻り、軸力測定ユニット３０内の各部の機能を説明する。測定点検出部３２は、超音波パルサレシーバ２０によって取得された反射波の波形内から測定点を検出する。つまり、反射波は時間軸方向に広がったパルス状の波形として受波されるため（図２（Ａ）参照）、その反射波形の中から測定点を検出する。例えば、反射波形内のピークポイント（所定の極値点）が測定点として検出される。本実施形態においては、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点が検出される。この測定点の検出手法については後に図５および図６を利用して詳述する。

伝播時間実測部３４は、測定点検出部３２において検出された測定点の受波タイミングに基づいてボルト１４内における超音波の伝播時間を実測する。つまり、図２（Ａ）を利用して説明したように、反射波形（１往復）から検出された測定点と反射波形（２往復）から検出された測定点の受波タイミングから、これら二つの測定点間の時間である伝播時間を実測する。

本実施形態においては、ボルト１４内を伝播する超音波の伝播時間からボルト１４の軸力が測定される。従って、ボルト１４の軸力を正確に測定するためには、伝播時間を正確に測定する必要がある。ところが、この伝播時間は、ボルト１４の温度の影響を受けてしまう。つまり、ボルト１４が締め付けられた際のボルト１４の伸びや超音波伝播速度が、ボルト１４の温度にも依存しているため、ボルト１４内を伝播する超音波の伝播時間が温度の影響を受けてしまう。そこで、本実施形態では、温度依存性を反映させた伝播時間の補正が行われる。

補正係数算出部３６は、温度依存性を反映させた伝播時間の補正係数を算出する。数１に示したように、伝播時間（超音波伝播時間）は、超音波の伝播経路（超音波伝播経路長さ）と超音波伝播速度によって決定される。このため、伝播時間の温度依存性を考える場合には、超音波伝播経路長さの温度依存性つまりボルト１４の長さの温度依存性と、超音波伝播速度の温度依存性の両方を考慮する必要がある。

図４は、超音波伝播速度の温度依存性とボルト長さの温度依存性を説明するための図である。図４（Ａ）は、超音波伝播速度の温度依存性を示すグラフであり、横軸がボルトの温度、縦軸がボルト内の超音波伝播速度を示している。図４（Ａ）に示すように、ボルト内の温度が高いと超音波伝播速度が小さくなる。温度の上昇に対する伝播速度の減少の度合いを示すのが音速の温度係数α_tである。

一方、図４（Ｂ）は、ボルト長さの温度依存性を示すグラフであり、横軸がボルトの温度、縦軸がボルト長さを示している。図４（Ｂ）に示すように、ボルト内の温度が高いとボルトが長くなる。温度の上昇に対するボルト長さの増加の度合いを示すのが線膨張係数α_Lである。

そして、超音波伝播速度の温度依存性やボルト長さの温度依存性を考慮すると、基準温度ｔ₀の場合の伝播時間と計測時温度ｔ₁の場合の伝播時間との間には、次式に示す伝播時間比の関係が成り立つ。

図１に戻り、補正係数算出部３６は、数２に示される伝播時間比を補正係数βとして算出する。ちなみに、数２において、ボルトの線膨張係数α_L、音速の温度係数α_t、音速の応力係数α_V、ボルトの等価断面積Ａ_e、基準温度でのボルトの超音波伝播速度ｖ₀は、測定対象となるボルトに依存する要素であり、軸力測定の前に、計測あるいは理論計算により求めておくことができる。また、基準温度ｔ₀や計測時温度ｔ₁は、軸力測定の際に温度センサ５２によって計測され、温度計測部５０を介して補正係数算出部３６に伝えられる。従って、数２によって、ボルト軸力Ｆから伝播時間比（補正係数β）を求めることができる。

補正係数βを求める際のボルト軸力（数２に代入する軸力Ｆ）は、例えば、伝播時間実測部３４において実測された伝播時間に基づいて較正曲線から得られる値を利用する。つまり、伝播時間実測部３４において実測された軸力作用前の伝播時間と軸力作用時の伝播時間の差から、図３（Ｂ）において説明した原理によって較正曲線を利用して軸力を導き出し、この軸力（温度補正前の値）を利用して補正係数βを求める。

また、本実施形態においては、後に説明するように、補正係数βによって補正された伝播時間を利用して温度補正後の軸力が正確に導かれる。このため、数２に代入する軸力Ｆを微小変化させながら、数２に代入する軸力Ｆと最終的に得られる温度補正後の軸力が一致するように逐次演算を行ってもよい。

ちなみに、数２においてボルトに依存する要素については、予めボルトごとに求めておいた値を記憶部４４などに記憶させておき、測定されるボルトに応じてユーザが所望の数値を選択できる構成にしてもよい。例えば、複数のボルトの各々に対応した要素（α_L，α_t，α_Vなど）の数値を記憶部４４へ記憶させておき、これらの数値を表示部４２に表示してユーザに選択させてもよい。

伝播時間補正部３８は、伝播時間実測部３４において実測された伝播時間と、補正係数算出部３６において算出された補正係数βとに基づいて、温度補正後の伝播時間を算出する。

ボルト１４の軸力を測定するためには、まず、軸力が作用していない状態でボルト１４の超音波伝播時間Ｔ₀が伝播時間実測部３４において実測され、その時のボルト温度ｔ₀が温度計測部５０において計測される。その後、測定状態までボルト１４が締め付けられて軸力が加えられる。そして、軸力が作用している状態でボルト１４の超音波伝播時間Ｔ₁が伝播時間実測部３４において実測され、その時のボルト温度ｔ₁が温度計測部５０において計測される。そして、基準温度である温度ｔ₀と計測時温度である温度ｔ₁との間に温度差がある場合には、補正係数算出部３６において数２に基づいて伝播時間比（補正係数β）が算出される。

伝播時間補正部３８は、伝播時間実測部３４において実測された超音波伝播時間Ｔ₁と、補正係数算出部３６において算出された補正係数βとに基づいて、温度補正後の超音波伝播時間βＴ₁を算出する。つまり、温度変化に伴う伝播時間の変化分が補正係数βを乗算することによって取り除かれる。そして、伝播時間補正部３８は、温度補正後の超音波伝播時間差としてΔＴ＝βＴ₁−Ｔ₀を算出する。

軸力算出部４０は、伝播時間補正部３８において算出された温度補正後の超音波伝播時間差（ΔＴ＝βＴ₁−Ｔ₀）を較正曲線に適用して、つまり、図３（Ｂ）において説明した原理によって軸力を導き出す。導出された軸力は、例えば、表示部４２に表示される。あるいは、導出された軸力は、記憶部４４に記憶されてもよい。

このように、本実施形態においては、温度補正後の超音波伝播時間差を用いて軸力が導出されるため、軸力測定の精度が向上する。

さらに、本実施形態では、測定点検出部３２において反射波の波形内から測定点を検出する際に、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点が検出されるため測定点の検出精度も向上する。

図２（Ａ）を利用して説明したように、ボルト１４から得られる反射波は時間軸方向に広がったパルス状の波形として受波されるため、その反射波形の中から、伝播時間を測定するための測定点を検出する必要がある。さらに、ボルト１４の軸力を測定するためには、軸力が作用していない状態での伝播時間と軸力が作用している状態での伝播時間を比較する必要がある。このため、軸力が作用していない状態での反射波形内の測定点（代表点）と、軸力が作用している状態での反射波形内において代表点に対応した測定点とを正確に検出する必要がある。ところが、軸力が作用している状態での反射波形は、軸力に応じて変化するため正確な測定点を検出することは容易ではない。

図５は、軸力に応じて反射波形が変化する様子を説明するための図であり、図５（ａ）から（ｄ）には、各々、軸力が０から軸力がＦ₃までの反射波形が示されている。なお、各反射波形は、図２（Ａ）の波形に対応するものである。つまり、図５（ａ）から（ｄ）の各反射波形は、左から順に、送信波形、反射波形（１往復）、反射波形（２往復）の波形を示している。なお、軸力がＦ₃の場合の反射波形が（ｄ´）にも示されている。

軸力０における伝播時間は（ａ）における期間Ｔ₀である。この期間Ｔ₀は、反射波形（１往復）および反射波形（２往復）の双方の代表点（ピークポイント：所定の極値点）を測定点として得られたものである。

そして、軸力を測定する際に、軸力が作用された状態として（ｄ´）の反射波形が得られたとすると、（ｄ´）の波形から伝播時間を得る必要がある。ところが（ａ）の波形と（ｄ´）の波形を比較した場合、軸力によって反射波形が変化した結果、（ａ）の波形における代表点Ｓに対応する点が、（ｄ´）の波形におけるＡ点であるのかＢ点であるのかを判別するのが困難となる。つまり、軸力が作用していない状態の波形と、軸力が作用している測定状態の二つの波形の比較のみから、互いに対応する測定点を検出するのは困難である。

そこで、本実施形態では、軸力が作用している状態における測定点を指定する測定点指定情報を記憶部４４に記憶しておく。測定点指定情報としては、例えば、図５（ａ）から（ｄ）の各反射波形の画像データが記憶される。つまり、伝播時間に基づく軸力測定に先立って、例えば較正曲線を得る際に、ロードセルなどで直接的に軸力を測定しつつ、軸力が作用していない状態から徐々に軸力を段階的に強めて作用させた場合の各軸力値ごとに反射波形を確認して、（ａ）の波形における代表点Ｓに対応する点の移動を追跡する。

例えば、図５において（ｂ）から（ｄ）の順に徐々に軸力が大きくなる段階ごとに、（ａ）の波形における代表点Ｓに対応する点を追跡しておき、（ｂ）から（ｄ）に示すように対応する点の近傍にマーカ（図においては丸印）を付しておく。このマーカーが付された波形の画像データを記憶部４４に記憶しておく。

そして、伝播時間に基づく軸力測定の際に、記憶部４４に記憶された画像データに対応する画像を表示部４２に表示させる。ユーザ（測定者）は、表示された画像に基づいて測定点を指定する。測定点検出部３２は、ユーザによって指定された測定点を波形内から検出する。その結果、例えば、軸力が作用された状態として（ｄ´）の反射波形が得られた場合においても、測定点指定情報として記憶された（ｄ）の波形との対応関係から、代表点Ｓに対応する点がＢ点であることを知ることができる。

図６は、軸力に応じて反射波形が変化する様子をさらに説明するための図であり、図６（ａ）から（ｄ）には、各々、軸力が０から軸力がＦ₃までの反射波形が示されている。図５の場合と同様に、各反射波形は図２（Ａ）の波形に対応するものである。つまり、図６（ａ）から（ｄ）の各反射波形は、左から順に、送信波形、反射波形（１往復）、反射波形（２往復）の波形を示している。また、軸力がＦ₃の場合の反射波形が（ｄ´）にも示されている。

図６（ａ）から（ｄ）に示すように、軸力の変化に伴って各反射波形の振幅も変化する。さらに（ｄ）に示すように、軸力値によっては他の軸力値の場合の波形と比較して、振幅の極性が変化する場合もある。このように、振幅が変化する場合においても（ｂ）から（ｄ）の順に徐々に軸力が大きくなる段階ごとに、（ａ）の波形における代表点Ｓおよび代表点Ｓ´に対応する点を追跡しておき、（ｂ）から（ｄ）に示すように対応する点の近傍にマーカ（図においては丸印）を付しておく。

そして、このマーカーが付された波形の画像データを記憶部４４に記憶しておき、伝播時間に基づく軸力測定の際に測定点指定情報として利用する。これにより、例えば、軸力が作用された状態として（ｄ´）の反射波形が得られた場合においても、測定点指定情報として記憶された（ｄ）の波形との対応関係から、（ａ）における代表点Ｓおよび代表点Ｓ´の間の期間Ｔ₀に対応する期間が（ｄ´）における期間Ｔ₁であることを知ることができる。

このように、本実施形態においては、測定点検出部３２において反射波の波形内から測定点を検出する際に、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点が検出されるため測定点の検出精度が向上する。

ちなみに、伝播時間を測定する際に反射波形から検出される測定点は、ピークポイント以外でもよい。

図７は、反射波形から検出される測定点を説明するための図であり、図７（ａ）および（ｂ）は、各々、図２（Ａ）の波形に対応するものである。つまり、図７（ａ），（ｂ）の各反射波形は、左から順に、送信波形、反射波形（１往復）、反射波形（２往復）の波形を示している。図７（ａ）では、反射波形の測定点として極値点（ピークポイント）を検出している。これに対して、図７（ｂ）では、ゼロクロスポイント、つまり波形が正から負へ変化する点あるいは負から正へ変化する点を反射波形の測定点としている。

このように、ゼロクロスポイントを反射波形の測定点として検出してもよい。ちなみに、ゼロクロスポイントを測定点とする場合においても、図５や図６を利用して説明したように、軸力が作用していない状態から軸力が作用している状態に亘って、ゼロクロスポイントに対応したマーカーが付された波形の画像データを記憶部４４に記憶しておくことにより、測定点の検出精度を高めることができる。

図１に戻り、制御部４６は、軸力測定ユニット３０内の各部を制御するとともに、軸力測定ユニット３０へ接続される超音波パルサレシーバ２０や温度計測部５０を制御する。また、表示部４２には、測定されたボルト軸力の値、軸力測定の際に得られた反射波形、測定点指定情報としての波形の画像などが表示される。

以上、本発明に係るボルト軸力測定装置の機能構成を説明した。図１における軸力測定ユニット３０の機能は、例えば、コンピュータによって実現できる。つまり、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクなどのハードウェア構成を備えたコンピュータに、軸力測定ユニット３０として機能させるためのプログラムを読み込ませることによって、コンピュータを軸力測定ユニット３０として機能させることができる。また、図１における超音波パルサレシーバ２０や軸力測定ユニット３０の機能は一つの装置内で構成されてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係るボルト軸力測定装置の機能構成図である。 ボルト内における超音波の伝播時間の測定原理を説明するための図である。 伝播時間差から軸力を導出する原理を説明するための図である。 超音波伝播速度の温度依存性とボルト長さの温度依存性を説明するための図である。 軸力に応じて反射波形が変化する様子を説明するための図である。 軸力に応じて反射波形が変化する様子をさらに説明するための図である。 反射波形から検出される測定点を説明するための図である。

符号の説明

１０ 探触子、１４ ボルト、３２ 測定点検出部、３４ 伝播時間実測部、３６ 補正係数算出部、３８ 伝播時間補正部、４０ 軸力算出部。

Claims (6)

1. ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定装置において、
   ボルトに超音波を送波してボルトから反射波を受波する超音波送受波部と、
   前記反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出部と、
   複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測部と、
   温度測定手段によって測定される前記実測時のボルトの温度に基づいて、ボルト内における超音波伝播速度の温度依存性を反映させた伝播時間の補正係数を算出する補正係数算出部と、
   前記実測された伝播時間と前記算出された補正係数とに基づいて温度補正後の伝播時間を算出する伝播時間補正部と、
   を有し、
   前記測定点検出部は、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点を検出し、
   前記測定点は、軸力が作用していない状態の反射波の波形内における代表点に対応した点であり、
   前記測定点指定情報は、軸力が作用している状態の反射波の波形内において前記代表点に対応した点の位置を示した表示情報であり、この表示情報は、軸力が作用していない状態から軸力が作用している状態に亘って前記代表点の移動を追跡することによって得られる、
   ことを特徴とするボルト軸力測定装置。
2. 請求項１に記載のボルト軸力測定装置において、
   前記補正係数算出部は、少なくとも、超音波伝播速度の温度係数と軸力が作用していない状態におけるボルトの基準温度と前記伝播時間が実測された際のボルトの計測温度とに基づいて前記補正係数を算出する、
   ことを特徴とするボルト軸力測定装置。
3. 請求項２に記載のボルト軸力測定装置において、
   前記超音波伝播速度の温度係数は、計測されるボルトごとに設定される、
   ことを特徴とするボルト軸力測定装置。
4. ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定装置において、
   ボルトに超音波を送波してボルトから反射波を受波する超音波送受波部と、
   前記反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出部と、
   複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測部と、
   を有し、
   前記測定点検出部は、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点を検出し、
   前記測定点は、軸力が作用していない状態の反射波の波形内における代表点に対応した点であり、
   前記測定点指定情報は、軸力が作用している状態の反射波の波形内において前記代表点に対応した点の位置を示した表示情報であり、この表示情報は、軸力が作用していない状態から軸力が作用している状態に亘って前記代表点の移動を追跡することによって得られる、
   ことを特徴とするボルト軸力測定装置。
5. ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定方法において、
   ボルトに対して超音波を送受波することによって得られた反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出ステップと、
   複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測ステップと、
   前記実測時のボルトの温度に基づいて、ボルト内における超音波伝播速度の温度依存性を反映させた伝播時間の補正係数を算出する補正係数算出ステップと、
   前記実測された伝播時間と前記算出された補正係数とに基づいて温度補正後の伝播時間を算出する伝播時間補正ステップと、
   を有し、
   前記測定点検出ステップにおいて、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点が検出され、
   前記測定点は、軸力が作用していない状態の反射波の波形内における代表点に対応した点であり、
   前記測定点指定情報は、軸力が作用している状態の反射波の波形内において前記代表点に対応した点の位置を示した表示情報であり、この表示情報は、軸力が作用していない状態から軸力が作用している状態に亘って前記代表点の移動を追跡することによって得られる、
   ことを特徴とするボルト軸力測定方法。
6. ボルト内を伝播する超音波の伝播時間に基づいてボルトの軸力を測定するボルト軸力測定方法において、
   ボルトに対して超音波を送受波することによって得られた反射波の波形内から測定点を検出する測定点検出ステップと、
   複数回得られた反射波の各々の波形内から検出された測定点に基づいて、異なる測定点間の時間差からボルト内における超音波の伝播時間を実測する伝播時間実測ステップと、
   を有し、
   前記測定点検出ステップにおいて、予め記憶された測定点指定情報に基づいて指定される測定点が検出され、
   前記測定点は、軸力が作用していない状態の反射波の波形内における代表点に対応した点であり、
   前記測定点指定情報は、軸力が作用している状態の反射波の波形内において前記代表点に対応した点の位置を示した表示情報であり、この表示情報は、軸力が作用していない状態から軸力が作用している状態に亘って前記代表点の移動を追跡することによって得られる、
   ことを特徴とするボルト軸力測定方法。
   

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