JPH04166732A - 超音波軸力計測装置 - Google Patents
超音波軸力計測装置Info
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- JPH04166732A JPH04166732A JP29260790A JP29260790A JPH04166732A JP H04166732 A JPH04166732 A JP H04166732A JP 29260790 A JP29260790 A JP 29260790A JP 29260790 A JP29260790 A JP 29260790A JP H04166732 A JPH04166732 A JP H04166732A
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- Japan
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- ultrasonic wave
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- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 26
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 abstract 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 abstract 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 1
- 240000007182 Ochroma pyramidale Species 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、超音波軸力計測装置に係り、とくに、ボルト
に作用する軸力の計測用として好適な超音波軸力計測装
置に関する。
に作用する軸力の計測用として好適な超音波軸力計測装
置に関する。
この種の軸力計測装置としては、超音波ボルト軸力計と
一般的に呼ばれるものがある。
一般的に呼ばれるものがある。
第３図には、この超音波ボルト軸力計の一例が示されて
いる。
いる。
この図において、時間計測・演算制御部５１では、バル
サ回路５２にパルス発生の指令を行うとともに、その時
刻ｔ１を図示しない内部メモリに記憶する。バルサ回路
５２では、この指令を受けて超音波センサ５３駆動用の
電圧パルスを発生する。超音波センサ５３では、この電
圧パルスを圧電効果により電気音響変換して超音波を発
生する。
サ回路５２にパルス発生の指令を行うとともに、その時
刻ｔ１を図示しない内部メモリに記憶する。バルサ回路
５２では、この指令を受けて超音波センサ５３駆動用の
電圧パルスを発生する。超音波センサ５３では、この電
圧パルスを圧電効果により電気音響変換して超音波を発
生する。
この超音波がボルト５５内部を当該ボルト５５の軸方向
に伝播し、ボルト５５の先端で反射して再び超音波セン
サ５３に入射する（第３図符号Ｅ参照）。そして、この
超音波は、超音波センサ５３で前と逆に電気信号に変換
され、この電気信号は受信アンプ５４により増幅され、
時間計測・演算制御部５１に人力する。次に、時間計測
・演算制御部５１では、この電気信号を受け、その時刻
ｔ２を内部メモリに記憶する。そして、時間計測・演算
制御部５１では、 Δｔ＝ｔｚ Ｌｒ ｊａ の演算を行い、超音波がボルト５５内を伝播する時間Δ
ｔを演算する。（ここで、ｔｏは電気回路内を電気信号
が伝播する時間である。）時間計測・演算制御部５１で
は、このようにして得られた、ボルト５５に軸力が作用
しない時の超音波のポルト５５内伝播時間Δｔ、と、ボ
ルト５５に軸力が作用した状態での超音波のポルト５５
内伝播時間Δｔ、との差、即ち、 ΔＴ＝Δｔ２−Δｔ１ を求め、ΔＴがボルト軸力と比例する（差ΔＴは、ボル
ト軸力に起因するボルト５５の伸び及び音弾性効果によ
る超音波伝播速度の変化によるものであり、ΔＴとボル
ト軸力とは比例することが知られている。）のを利用し
て、ボルト５５に作用した軸力の値を演算するのである
。
に伝播し、ボルト５５の先端で反射して再び超音波セン
サ５３に入射する（第３図符号Ｅ参照）。そして、この
超音波は、超音波センサ５３で前と逆に電気信号に変換
され、この電気信号は受信アンプ５４により増幅され、
時間計測・演算制御部５１に人力する。次に、時間計測
・演算制御部５１では、この電気信号を受け、その時刻
ｔ２を内部メモリに記憶する。そして、時間計測・演算
制御部５１では、 Δｔ＝ｔｚ Ｌｒ ｊａ の演算を行い、超音波がボルト５５内を伝播する時間Δ
ｔを演算する。（ここで、ｔｏは電気回路内を電気信号
が伝播する時間である。）時間計測・演算制御部５１で
は、このようにして得られた、ボルト５５に軸力が作用
しない時の超音波のポルト５５内伝播時間Δｔ、と、ボ
ルト５５に軸力が作用した状態での超音波のポルト５５
内伝播時間Δｔ、との差、即ち、 ΔＴ＝Δｔ２−Δｔ１ を求め、ΔＴがボルト軸力と比例する（差ΔＴは、ボル
ト軸力に起因するボルト５５の伸び及び音弾性効果によ
る超音波伝播速度の変化によるものであり、ΔＴとボル
ト軸力とは比例することが知られている。）のを利用し
て、ボルト５５に作用した軸力の値を演算するのである
。
従来のボルト軸力計は、上述の如くしてボルト軸力の計
測を行うものであるが、超音波の伝播速度、ボルトの伸
び量は温度による影響を受けるため、正確な軸力を得る
ためには、温度により生じる誤差を補正する必要があり
、従来、半導体温度センサ等を別に用意して、温度測定
を軸力計測と別に行っていた。このため、超音波センサ
と温度センサとを別々にボルトに取り付ける必要があり
、測定作業が非常に煩雑であるという不都合があった。
測を行うものであるが、超音波の伝播速度、ボルトの伸
び量は温度による影響を受けるため、正確な軸力を得る
ためには、温度により生じる誤差を補正する必要があり
、従来、半導体温度センサ等を別に用意して、温度測定
を軸力計測と別に行っていた。このため、超音波センサ
と温度センサとを別々にボルトに取り付ける必要があり
、測定作業が非常に煩雑であるという不都合があった。
〔発明の目的］
本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、軸力と温度とを同時に測定することを可能と
し、これにより測定作業を簡便ならしめる超音波軸力計
測装置を提供することにある。
、とくに、軸力と温度とを同時に測定することを可能と
し、これにより測定作業を簡便ならしめる超音波軸力計
測装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段〕
本発明は、超音波センサ駆動用パルスを出力するパルス
発生手段と、このパルス発生手段からのパルスを超音波
に変換するとともに、測定対象物内を伝播した超音波を
電気信号に変換する超音波センサ５３と、この超音波セ
ンサからの電気信号を受け、前記測定対象物内の超音波
の伝播時間を所定の基準に従い演算するとともに、この
演算された伝播時間に基づき測定対象物に作用する軸力
を算出する演算手段とを備えた超音波軸力計測装置にお
いて、超音波センサと測定対象物との間に、厚さ、基準
温度における超音波の伝播速度及び温度係数が既知のス
ペーサ部材を介装するという構成を採っている。これに
よって、前述した目的を達成しようとするものである。
発生手段と、このパルス発生手段からのパルスを超音波
に変換するとともに、測定対象物内を伝播した超音波を
電気信号に変換する超音波センサ５３と、この超音波セ
ンサからの電気信号を受け、前記測定対象物内の超音波
の伝播時間を所定の基準に従い演算するとともに、この
演算された伝播時間に基づき測定対象物に作用する軸力
を算出する演算手段とを備えた超音波軸力計測装置にお
いて、超音波センサと測定対象物との間に、厚さ、基準
温度における超音波の伝播速度及び温度係数が既知のス
ペーサ部材を介装するという構成を採っている。これに
よって、前述した目的を達成しようとするものである。
以下、本発明の一実施例を第１図ないし第２図に基づい
て説明する。
て説明する。
ここで、前述した従来例と同一の構成部分については、
同一の符号を用いるものとする。
同一の符号を用いるものとする。
この第１図に示す実施例は、バルサ回路５２にパルス発
生の指令を行うとともに、その時刻ｔ１を図示しない内
部メモリに記憶する演算制御手段としての時間計測・演
算制御部１と、この指令を受けて超音波センサ５３駆動
用の電圧パルスを発生するパルス発生手段としてのバル
サ回路５２と、この電圧パルスを圧電効果により電気音
響変換して超音波を発生する超音波センサ５３とを備え
ている。
生の指令を行うとともに、その時刻ｔ１を図示しない内
部メモリに記憶する演算制御手段としての時間計測・演
算制御部１と、この指令を受けて超音波センサ５３駆動
用の電圧パルスを発生するパルス発生手段としてのバル
サ回路５２と、この電圧パルスを圧電効果により電気音
響変換して超音波を発生する超音波センサ５３とを備え
ている。
この超音波センサ５３と測定対象物であるボルト５５と
の間には、スペーサ部材としての遅延材２が介装されて
いるが、この遅延材２としては、厚さ、基準温度Ｔ０に
おける超音波の伝播速度及び温度係数αが既知のものが
使用されている。即ち、遅延材２の厚さ及び基準温度Ｔ
０における超音波の伝播速度から、基準温度Ｔ０におけ
る超音波の当該遅延材２内の伝播時間Δｔ０は容易に算
出できるようになっており、本実施例では、この伝播時
間Δｔ０は予め算出され、時間計測・演算制御部１の内
部メモリに記憶されている。
の間には、スペーサ部材としての遅延材２が介装されて
いるが、この遅延材２としては、厚さ、基準温度Ｔ０に
おける超音波の伝播速度及び温度係数αが既知のものが
使用されている。即ち、遅延材２の厚さ及び基準温度Ｔ
０における超音波の伝播速度から、基準温度Ｔ０におけ
る超音波の当該遅延材２内の伝播時間Δｔ０は容易に算
出できるようになっており、本実施例では、この伝播時
間Δｔ０は予め算出され、時間計測・演算制御部１の内
部メモリに記憶されている。
また、超音波センサ５３と時間計測・演算制御部１との
間には、受信アンプ５４が従来例と同様に介装されてい
る。
間には、受信アンプ５４が従来例と同様に介装されてい
る。
次に、本実施例によるボルト５５軸力及び温度測定につ
いて説明する。
いて説明する。
時間計測・演算制御部ｌの指令に基づき、バルサ回路５
２が超音波センサ５３を駆動し、当該超音波センサ５３
が超音波を遅延材２及びボルト５５に向かって出力する
。すると、この超音波が遅延材２とボルト５５の界面及
びボルト５５の先端で反射され、第２図に示すような反
射波形が得られる。この第２図において、第１のピーク
波形Ａは遅延材２とボルト５５の界面での反射を示し、
第２のピーク波形Ｂはボルト５５先端による反射を示す
。この第２図において、Δｔ３はその計測時の温度Ｔに
おける遅延材２内の超音波の伝播時間を示し、Δｔ４は
その計測時の温度Ｔにおける遅延材２及びボルト５５内
の超音波の伝播時間の合計を示す。第２図において、符
号Ｃ，Ｄは遅延材２の多重反射を示す。
２が超音波センサ５３を駆動し、当該超音波センサ５３
が超音波を遅延材２及びボルト５５に向かって出力する
。すると、この超音波が遅延材２とボルト５５の界面及
びボルト５５の先端で反射され、第２図に示すような反
射波形が得られる。この第２図において、第１のピーク
波形Ａは遅延材２とボルト５５の界面での反射を示し、
第２のピーク波形Ｂはボルト５５先端による反射を示す
。この第２図において、Δｔ３はその計測時の温度Ｔに
おける遅延材２内の超音波の伝播時間を示し、Δｔ４は
その計測時の温度Ｔにおける遅延材２及びボルト５５内
の超音波の伝播時間の合計を示す。第２図において、符
号Ｃ，Ｄは遅延材２の多重反射を示す。
これらの伝播時間Δｔ３．Δｔ４は、前述した従来例と
同様にして時間計測・演算制御部１で演算される。そし
て、また、ボルト５５内の超音波の伝播速度は、Δｔｚ
＝Δｔ４−Δｔ３より、計算される。そして、時間計測
・演算制御部ｌでは、ΔＴ＝Δｔ２−Δ１゜ （ここに、Δｔ１は軸力が作用しない時の超音波のボル
ト内伝播時間である。） を演算し、これに基づきボルト５５の軸力を従来例と同
様にして算出する。
同様にして時間計測・演算制御部１で演算される。そし
て、また、ボルト５５内の超音波の伝播速度は、Δｔｚ
＝Δｔ４−Δｔ３より、計算される。そして、時間計測
・演算制御部ｌでは、ΔＴ＝Δｔ２−Δ１゜ （ここに、Δｔ１は軸力が作用しない時の超音波のボル
ト内伝播時間である。） を演算し、これに基づきボルト５５の軸力を従来例と同
様にして算出する。
一方、基準温度Ｔ０における遅延材２内の超音波の伝播
時間をΔｔ０、計測時の温度をＴ、温度係数をαとする
と、計測時の遅延材２内の超音波の伝播時間Δｔ、は、 Δｔ３＝ （１＋α（ＴＴ６）） ・Δｔ０と表され
るから、計測時の温度Ｔは、 ’ｒ＝、”ｒｏ ＋（Δ１１／Δｔｏ−ｔ）／α・によ
って求まる。従って、時間計測・演算制御部１では、こ
の式により、予め内部メモリに記憶した基準温度Ｔ０に
おける超音波の当該遅延材２内の伝播時間Δｔ０と、上
で演算したΔｔ３とに基づき、計測時の温度Ｔを算出し
、この温度Ｔにより上で算出されたボルト軸力の温度補
正を行うようになっている。
時間をΔｔ０、計測時の温度をＴ、温度係数をαとする
と、計測時の遅延材２内の超音波の伝播時間Δｔ、は、 Δｔ３＝ （１＋α（ＴＴ６）） ・Δｔ０と表され
るから、計測時の温度Ｔは、 ’ｒ＝、”ｒｏ ＋（Δ１１／Δｔｏ−ｔ）／α・によ
って求まる。従って、時間計測・演算制御部１では、こ
の式により、予め内部メモリに記憶した基準温度Ｔ０に
おける超音波の当該遅延材２内の伝播時間Δｔ０と、上
で演算したΔｔ３とに基づき、計測時の温度Ｔを算出し
、この温度Ｔにより上で算出されたボルト軸力の温度補
正を行うようになっている。
以上説明したように、本実施例によると、時間計測・演
算制御部１が、ボルト軸力の計測時の温度における遅延
材２内の超音波の伝播時間Δｔ。
算制御部１が、ボルト軸力の計測時の温度における遅延
材２内の超音波の伝播時間Δｔ。
及び計測時の温度における遅延材２及びボルト５５内の
超音波の伝播時間の合計Δｔ４を計測するだけで、ボル
ト軸力のみでなく、計測時の温度をも同時に算出でき、
これにより温度補正が容易となって正確な軸力測定が可
能となり、また、従来温度補正のため別に設けられてい
た温度センサ及びその周辺回路が省略できるので、その
分コストの低減を図ることができるとともに、ボルト等
の測定対象物に超音波センサと温度センサとの両方を取
り付ける必要がなくなるので、計測が簡便になり、更に
は、遅延材２を薄くすることによって一層正確な軸力の
測定が可能となる。
超音波の伝播時間の合計Δｔ４を計測するだけで、ボル
ト軸力のみでなく、計測時の温度をも同時に算出でき、
これにより温度補正が容易となって正確な軸力測定が可
能となり、また、従来温度補正のため別に設けられてい
た温度センサ及びその周辺回路が省略できるので、その
分コストの低減を図ることができるとともに、ボルト等
の測定対象物に超音波センサと温度センサとの両方を取
り付ける必要がなくなるので、計測が簡便になり、更に
は、遅延材２を薄くすることによって一層正確な軸力の
測定が可能となる。
なお、実施に当たっては、遅延材２は超音波センサ５３
に予め一体化しておくことが望ましい。
に予め一体化しておくことが望ましい。
本発明は、以上のように構成され機能するので、これに
よれば、演算手段が、超音波センサからの出力により測
定対象物の先端での反射及びスペーサ部材と測定対象物
の界面での反射を捕らえることによりスペーサ部材及び
測定対象物内の超音波の伝播時間の合計及びスペーサ部
材内の超音波の伝播時間を算出することができ、当該両
者の差より測定対象物内での超音波の伝播時間を算出す
ることができ、これに基づき測定対象物に作用する軸力
を演算することができ、予め算出された基準温度におけ
るスペーサ部材内の超音波の伝播時間と上で算出された
スペーサ部材内の超音波の伝播時間と既知の温度係数と
に基づき計測時の温度を演算することができ、これがた
め、軸力計測と同時に温度測定を行うことが可能となり
、温度センサ及びその周辺回路を省略することができ、
超音波センサと温度センサとを測定対象物に取り付ける
必要がなくなるので計測が簡便になり、更には軸力の温
度補正が容易になるという従来にない優れた超音波軸力
計測装置を提供することができる。
よれば、演算手段が、超音波センサからの出力により測
定対象物の先端での反射及びスペーサ部材と測定対象物
の界面での反射を捕らえることによりスペーサ部材及び
測定対象物内の超音波の伝播時間の合計及びスペーサ部
材内の超音波の伝播時間を算出することができ、当該両
者の差より測定対象物内での超音波の伝播時間を算出す
ることができ、これに基づき測定対象物に作用する軸力
を演算することができ、予め算出された基準温度におけ
るスペーサ部材内の超音波の伝播時間と上で算出された
スペーサ部材内の超音波の伝播時間と既知の温度係数と
に基づき計測時の温度を演算することができ、これがた
め、軸力計測と同時に温度測定を行うことが可能となり
、温度センサ及びその周辺回路を省略することができ、
超音波センサと温度センサとを測定対象物に取り付ける
必要がなくなるので計測が簡便になり、更には軸力の温
度補正が容易になるという従来にない優れた超音波軸力
計測装置を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は超音波反射波形を示す線図、第３図は従来例を示
す説明図である。 １・・・・・・演算手段としての時間計測・演算制御部
、２・・・・・・スペーサ部材としての遅延材、５２・
・・・・・パルス発生手段としてのパルサ回路、５３・
・・・・・超音波センサ、５５・・・・・・測定対象物
としてのボルト。 特許出願人 スズキ株式会社 代理人 弁理士 高 橋 勇 第７図 第２図 第３図
２図は超音波反射波形を示す線図、第３図は従来例を示
す説明図である。 １・・・・・・演算手段としての時間計測・演算制御部
、２・・・・・・スペーサ部材としての遅延材、５２・
・・・・・パルス発生手段としてのパルサ回路、５３・
・・・・・超音波センサ、５５・・・・・・測定対象物
としてのボルト。 特許出願人 スズキ株式会社 代理人 弁理士 高 橋 勇 第７図 第２図 第３図
Claims (1)
- （１）、超音波センサ駆動用パルスを出力するパルス発
生手段と、このパルス発生手段からのパルスを超音波に
変換するとともに、測定対象物内を伝播し当該測定対象
物の先端面で反射した超音波を電気信号に変換し出力す
る超音波センサと、この超音波センサからの出力波形に
より前記測定対象物内の超音波の伝播時間を演算し、こ
れに基づき前記測定対象物に作用する軸力を算出する演
算手段とを備えた超音波軸力計測装置において、前記超
音波センサと測定対象物との間に、厚さ、基準温度にお
ける超音波の伝播速度及び温度係数が既知のスペーサ部
材を介装するとともに、前記演算手段が、予め前記スペ
ーサ部材の厚さ及び基準温度における超音波の伝播速度
に基づき基準温度におけるスペーサ部材内の超音波の伝
播時間を算出する第１の機能と、この演算された基準温
度におけるスペーサ部材内の超音波の伝播時間と前記超
音波センサの出力波形より演算された前記スペーサ部材
内の超音波の伝播時間と既知の温度係数とに基づき計測
時の温度を演算する第２の機能とを備えていることを特
徴とした超音波軸力計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29260790A JPH04166732A (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 超音波軸力計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29260790A JPH04166732A (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 超音波軸力計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04166732A true JPH04166732A (ja) | 1992-06-12 |
Family
ID=17783988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29260790A Pending JPH04166732A (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 超音波軸力計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04166732A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004027271A2 (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Innovation Plus, L.L.C. | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US6990866B2 (en) | 2001-01-29 | 2006-01-31 | Innovation Plus, Llc | Load indicating member with identifying mark |
| US7441462B2 (en) | 2001-01-29 | 2008-10-28 | Innovation Plus, Llc | Load indicating member with identifying element |
| US7467556B2 (en) | 2001-01-29 | 2008-12-23 | Innovation Plus, Llc | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US8033181B2 (en) | 2001-01-29 | 2011-10-11 | Innovation Plus, Llc | Probe for fastener identification and ultrasonic load measurement |
| US9339926B2 (en) | 2010-05-03 | 2016-05-17 | Innovation Plus, Llc | System for performing predefined fastener installation procedures |
-
1990
- 1990-10-30 JP JP29260790A patent/JPH04166732A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6990866B2 (en) | 2001-01-29 | 2006-01-31 | Innovation Plus, Llc | Load indicating member with identifying mark |
| US7441462B2 (en) | 2001-01-29 | 2008-10-28 | Innovation Plus, Llc | Load indicating member with identifying element |
| US7467556B2 (en) | 2001-01-29 | 2008-12-23 | Innovation Plus, Llc | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US7644627B2 (en) | 2001-01-29 | 2010-01-12 | Innovation Plus, Llc | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US7650792B2 (en) | 2001-01-29 | 2010-01-26 | Innovation Plus, Llc | Load indicating member with identifying element |
| US7946179B2 (en) | 2001-01-29 | 2011-05-24 | Innovation Plus, Llc | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US8028585B2 (en) | 2001-01-29 | 2011-10-04 | Innovation Plus, Llc | Load indicating member with identifying element |
| US8033181B2 (en) | 2001-01-29 | 2011-10-11 | Innovation Plus, Llc | Probe for fastener identification and ultrasonic load measurement |
| WO2004027271A2 (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Innovation Plus, L.L.C. | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| WO2004027271A3 (en) * | 2002-09-19 | 2004-07-01 | Innovation Plus Inc | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US8037772B2 (en) | 2002-09-19 | 2011-10-18 | Innovation Plus, Llc | Thread forming fasteners for ultrasonic load measurement and control |
| US9339926B2 (en) | 2010-05-03 | 2016-05-17 | Innovation Plus, Llc | System for performing predefined fastener installation procedures |
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