JPH05203514A - 超音波によるボルト軸力の測定法及び装置 - Google Patents
超音波によるボルト軸力の測定法及び装置Info
- Publication number
- JPH05203514A JPH05203514A JP3431692A JP3431692A JPH05203514A JP H05203514 A JPH05203514 A JP H05203514A JP 3431692 A JP3431692 A JP 3431692A JP 3431692 A JP3431692 A JP 3431692A JP H05203514 A JPH05203514 A JP H05203514A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bolt
- axial force
- measuring
- ultrasonic waves
- head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 締結前のボルトについて予め測定する必要が
なく、既に締結状態にあるボルトについてもそのままの
状態で軸力を測定することができ、被締結部材の端縁か
ら遠い位置に締結されたボルトについても、簡単且つ正
確に締結ボルトの軸力を求めうる軸力測定方法を提供す
る。 【構成】 強磁性体よりなるボルト１の頭部４にボルト
軸Ｉ方向に対して垂直方向に外部磁場を与え、該外部磁
場を変化させたときのボルト頭部４を貫通する磁束密度
の変化とボルト頭部４の端面１４近傍のボルト軸Ｉに垂
直方向に伝わる超音波の音速の変化を測定して、予め既
知の軸力下で求めた該磁束密度の変化と該音速の変化と
ボルト軸方向の引張応力の関係から、未知のボルト軸力
を求める超音波によるボルト軸力の測定法。
なく、既に締結状態にあるボルトについてもそのままの
状態で軸力を測定することができ、被締結部材の端縁か
ら遠い位置に締結されたボルトについても、簡単且つ正
確に締結ボルトの軸力を求めうる軸力測定方法を提供す
る。 【構成】 強磁性体よりなるボルト１の頭部４にボルト
軸Ｉ方向に対して垂直方向に外部磁場を与え、該外部磁
場を変化させたときのボルト頭部４を貫通する磁束密度
の変化とボルト頭部４の端面１４近傍のボルト軸Ｉに垂
直方向に伝わる超音波の音速の変化を測定して、予め既
知の軸力下で求めた該磁束密度の変化と該音速の変化と
ボルト軸方向の引張応力の関係から、未知のボルト軸力
を求める超音波によるボルト軸力の測定法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は締結したボルトの軸力を
測定する方法及び装置に関する。
測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄塔、橋梁、フランジ継手を有する配管
等、ボルト締結による結合部を有する構造物は多く、こ
の構造物の強度はボルト締め付けの信頼性と深く関係
し、構造物の強度を保つためには、締結したボルトの軸
力が正確に所定の値になるように管理する必要がある。
そのためには、締結ボルトに発生した軸力を簡単に且つ
正確に測定する必要がある。
等、ボルト締結による結合部を有する構造物は多く、こ
の構造物の強度はボルト締め付けの信頼性と深く関係
し、構造物の強度を保つためには、締結したボルトの軸
力が正確に所定の値になるように管理する必要がある。
そのためには、締結ボルトに発生した軸力を簡単に且つ
正確に測定する必要がある。
【０００３】従来のボルト締め付け力の管理法のうち、
最も簡単な方法は、一定のトルクで締め付けを行うトル
クコントロールレンチを用いる方法であるが、この方法
でたとえ一定のトルクで締め付けを行っても、締め付け
の際の摩擦力のため、実際にボルトにかかる軸力は摩擦
力の分だけ減殺され、摩擦力の変動により締め付け軸力
は大きく変動し、一定の軸力で締結することは不可能で
ある。
最も簡単な方法は、一定のトルクで締め付けを行うトル
クコントロールレンチを用いる方法であるが、この方法
でたとえ一定のトルクで締め付けを行っても、締め付け
の際の摩擦力のため、実際にボルトにかかる軸力は摩擦
力の分だけ減殺され、摩擦力の変動により締め付け軸力
は大きく変動し、一定の軸力で締結することは不可能で
ある。
【０００４】このため一定軸力で締結を行うためには、
締結ボルトの軸力を直接に測定する必要がある。従来の
締結ボルト軸力の直接測定法としては、締結時のボルト
の磁気歪を測定して軸力を求める方法及び超音波の伝播
時間を測定して軸力を求める方法が知られている。
締結ボルトの軸力を直接に測定する必要がある。従来の
締結ボルト軸力の直接測定法としては、締結時のボルト
の磁気歪を測定して軸力を求める方法及び超音波の伝播
時間を測定して軸力を求める方法が知られている。
【０００５】磁気歪による測定法は次のような原理に基
づくものである。ボルトを締結すると、ボルト軸部に軸
力（引張力）が作用すると同時に、ボルト頭部の端面近
傍には頭部周囲から中心に向かう圧縮応力が働く。圧縮
応力が働くと鉄損が変化するので、この鉄損の変化をボ
ルト頭部端面に磁気センサーを密着して測定することに
より検出する。即ちボルト締結前の鉄損（ＷO ）及び締
結時のボルト頭部の鉄損（Ｗ1 ）を測定して軸力Ｎを次
式により求めることができる。 Ｎ＝α（Ｗ1 −ＷO ） ここでαはボルトの材質、形状により定まる定数であ
る。
づくものである。ボルトを締結すると、ボルト軸部に軸
力（引張力）が作用すると同時に、ボルト頭部の端面近
傍には頭部周囲から中心に向かう圧縮応力が働く。圧縮
応力が働くと鉄損が変化するので、この鉄損の変化をボ
ルト頭部端面に磁気センサーを密着して測定することに
より検出する。即ちボルト締結前の鉄損（ＷO ）及び締
結時のボルト頭部の鉄損（Ｗ1 ）を測定して軸力Ｎを次
式により求めることができる。 Ｎ＝α（Ｗ1 −ＷO ） ここでαはボルトの材質、形状により定まる定数であ
る。
【０００６】一方従来の超音波を利用するボルト軸力測
定法は次の原理に基づくものである。ボルトに軸力（引
張応力）が作用するとボルトが弾性的に伸長する。更に
ボルト内部の引張応力の増加と共に、ボルト軸方向の音
波の伝播速度が遅くなるという音弾性効果を生じる。ボ
ルト頭部端面から超音波パルスを入射してボルト先端で
反射して頭部端面に戻ってくるまでの往復時間を測定す
ると、上記のボルト全長の伸長と音の伝播速度低下の相
乗効果により、軸力作用時の往復時間が遅れる。従って
この超音波往復時間の測定により軸力を求めることがで
きる。
定法は次の原理に基づくものである。ボルトに軸力（引
張応力）が作用するとボルトが弾性的に伸長する。更に
ボルト内部の引張応力の増加と共に、ボルト軸方向の音
波の伝播速度が遅くなるという音弾性効果を生じる。ボ
ルト頭部端面から超音波パルスを入射してボルト先端で
反射して頭部端面に戻ってくるまでの往復時間を測定す
ると、上記のボルト全長の伸長と音の伝播速度低下の相
乗効果により、軸力作用時の往復時間が遅れる。従って
この超音波往復時間の測定により軸力を求めることがで
きる。
【０００７】更に本発明者らは、特願平２−２５９５１
２号で、超音波の伝播時間の変化により強磁性体よりな
るボルトに作用する軸力を測定する方法において、ボル
トの軸方向に外部磁場を与え、該外部磁場を変化させた
ときのボルトを貫通する磁束密度の変化とボルトの軸方
向の音速の変化を測定して、予め既知の軸力下で求めた
磁束密度の変化と該音速の変化と引張応力の関係から、
未知のボルト軸力を求める方法を提案した。
２号で、超音波の伝播時間の変化により強磁性体よりな
るボルトに作用する軸力を測定する方法において、ボル
トの軸方向に外部磁場を与え、該外部磁場を変化させた
ときのボルトを貫通する磁束密度の変化とボルトの軸方
向の音速の変化を測定して、予め既知の軸力下で求めた
磁束密度の変化と該音速の変化と引張応力の関係から、
未知のボルト軸力を求める方法を提案した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のボルト軸力
の測定法のうち、前者の磁気歪を利用する測定法はボル
ト頭部の圧縮応力を正確に測定するためにボルト頭部端
面を特別に平滑に仕上げる必要があり、又測定誤差が大
きいという欠点がある。更にボルトに軸力が作用してい
ない状態での鉄損を予め測定しておく必要があるため、
締結状態のボルトのみからその軸力を求めることはでき
ない。
の測定法のうち、前者の磁気歪を利用する測定法はボル
ト頭部の圧縮応力を正確に測定するためにボルト頭部端
面を特別に平滑に仕上げる必要があり、又測定誤差が大
きいという欠点がある。更にボルトに軸力が作用してい
ない状態での鉄損を予め測定しておく必要があるため、
締結状態のボルトのみからその軸力を求めることはでき
ない。
【０００９】他方従来の超音波による軸力測定法も、ボ
ルトに軸力が作用していない状態での超音波の伝播時間
を予め測定しておく必要があり、既に締結状態にあるボ
ルトをそのままの状態でその軸力を求めることはできな
いという問題がある。
ルトに軸力が作用していない状態での超音波の伝播時間
を予め測定しておく必要があり、既に締結状態にあるボ
ルトをそのままの状態でその軸力を求めることはできな
いという問題がある。
【００１０】又本発明者らが特願平２−２５９５１２号
において提案したボルト軸力の測定法は簡便且つ正確な
測定法であるが、測定の際ボルトの両端を挟むように電
磁石を設置する必要があり、ボルトが被締結部材の端縁
に近い位置になければならず、端縁から遠い位置に締結
されたボルトの軸力を測定することはできなかった。
において提案したボルト軸力の測定法は簡便且つ正確な
測定法であるが、測定の際ボルトの両端を挟むように電
磁石を設置する必要があり、ボルトが被締結部材の端縁
に近い位置になければならず、端縁から遠い位置に締結
されたボルトの軸力を測定することはできなかった。
【００１１】従って、本発明は締結前のボルトについて
予め測定する必要がなく、既に締結状態にあるボルトに
ついてもそのままの状態で軸力を測定することができ、
被締結部材の端縁から遠い位置に締結されたボルトにつ
いても、極めて簡単に且つ正確に締結ボルトの軸力を求
めうる軸力測定方法を提供することを目的とする。
予め測定する必要がなく、既に締結状態にあるボルトに
ついてもそのままの状態で軸力を測定することができ、
被締結部材の端縁から遠い位置に締結されたボルトにつ
いても、極めて簡単に且つ正確に締結ボルトの軸力を求
めうる軸力測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、強磁性体に外部磁
場を与えると、磁気弾性効果により、強く磁化されるほ
ど磁場に平行な方向の音速が速くなるが、この磁気弾性
効果と上記音弾性効果と、締結したボルトの頭部の端面
近傍にボルト軸に垂直方向に作用する圧縮応力を利用し
て、締結したボルト頭部端面に平行な方向に沿って種々
の外部磁場を与え、ボルト頭部のボルト軸方向に直角方
向に伝わる超音波の音速の変化を測定することにより、
軸力無負荷時の状態について測定することなく、ボルト
に作用する軸力を正確に求めることができることを見出
し、本発明を完成するに至った。
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、強磁性体に外部磁
場を与えると、磁気弾性効果により、強く磁化されるほ
ど磁場に平行な方向の音速が速くなるが、この磁気弾性
効果と上記音弾性効果と、締結したボルトの頭部の端面
近傍にボルト軸に垂直方向に作用する圧縮応力を利用し
て、締結したボルト頭部端面に平行な方向に沿って種々
の外部磁場を与え、ボルト頭部のボルト軸方向に直角方
向に伝わる超音波の音速の変化を測定することにより、
軸力無負荷時の状態について測定することなく、ボルト
に作用する軸力を正確に求めることができることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【００１３】即ち、超音波の伝播時間の変化により強磁
性体よりなるボルトに作用する軸力を測定する方法にお
いて、ボルト頭部にボルト軸方向に対して垂直方向に外
部磁場を与え、該外部磁場を変化させたときのボルト頭
部を貫通する磁束密度の変化とボルト頭部の端面近傍の
ボルト軸に垂直方向に伝わる超音波の音速の変化を測定
して、予め既知の軸力下で求めた該磁束密度の変化と該
音速の変化とボルト軸方向の引張応力の関係から、未知
のボルト軸力を求めることを特徴とする超音波によるボ
ルト軸力の測定法を要旨とする。
性体よりなるボルトに作用する軸力を測定する方法にお
いて、ボルト頭部にボルト軸方向に対して垂直方向に外
部磁場を与え、該外部磁場を変化させたときのボルト頭
部を貫通する磁束密度の変化とボルト頭部の端面近傍の
ボルト軸に垂直方向に伝わる超音波の音速の変化を測定
して、予め既知の軸力下で求めた該磁束密度の変化と該
音速の変化とボルト軸方向の引張応力の関係から、未知
のボルト軸力を求めることを特徴とする超音波によるボ
ルト軸力の測定法を要旨とする。
【００１４】他の本発明は軸力を測定すべきボルトの頭
部を両側方からを挟む直流電磁石と、該ボルトの頭部の
磁束密度を測定するフラックスメータと、該ボルトの頭
部側面に超音波パルスを入射し且つ該超音波の対向する
ボルト頭部側面からの反射波を検出する振動子兼検知子
を備えた音速測定装置とを備え有するボルト軸力の測定
装置を要旨とする。
部を両側方からを挟む直流電磁石と、該ボルトの頭部の
磁束密度を測定するフラックスメータと、該ボルトの頭
部側面に超音波パルスを入射し且つ該超音波の対向する
ボルト頭部側面からの反射波を検出する振動子兼検知子
を備えた音速測定装置とを備え有するボルト軸力の測定
装置を要旨とする。
【００１５】本発明の軸力の測定法の原理は次の通りで
ある。磁束密度０でのボルト頭部のボルト軸に垂直方向
に伝わる超音波の音速をＶ0 、磁束密度Ｂでの超音波の
音速をＶB 、磁束密度０での超音波の伝播時間をＴ0 、
磁束密度Ｂでの超音波の伝播時間をＴB とすると、磁束
密度Ｂ及び圧縮応力σC との関係は、 （Ｖ0 −ＶB ）／ＶB ＝（ＴB −Ｔ0 ）／Ｔ0 ＝Ｆ1(Ｂ，σC ） （１） で表される。更にボルト頭部の圧縮応力σC はボルトの
軸方向の引張応力σT の関数であり、 σC ＝Ｆ2(σT ） （２） で表されるから、式（１）及び式（２）より （Ｖ0 −ＶB ）／ＶB ＝（ＴB −Ｔ0 ）／Ｔ0 ＝Ｆ3(Ｂ，σT ） （３） となる。
ある。磁束密度０でのボルト頭部のボルト軸に垂直方向
に伝わる超音波の音速をＶ0 、磁束密度Ｂでの超音波の
音速をＶB 、磁束密度０での超音波の伝播時間をＴ0 、
磁束密度Ｂでの超音波の伝播時間をＴB とすると、磁束
密度Ｂ及び圧縮応力σC との関係は、 （Ｖ0 −ＶB ）／ＶB ＝（ＴB −Ｔ0 ）／Ｔ0 ＝Ｆ1(Ｂ，σC ） （１） で表される。更にボルト頭部の圧縮応力σC はボルトの
軸方向の引張応力σT の関数であり、 σC ＝Ｆ2(σT ） （２） で表されるから、式（１）及び式（２）より （Ｖ0 −ＶB ）／ＶB ＝（ＴB −Ｔ0 ）／Ｔ0 ＝Ｆ3(Ｂ，σT ） （３） となる。
【００１６】ここでボルト頭部４に与えられる超音波は
超音波の進行方向に対して垂直方向に振動する横波であ
っても、進行方向に振動する縦波であってもよい。横波
の場合、その横波はボルト頭部４の端面１４に平行な方
向に偏向するＳＨ波であってもよいし、ボルト１頭部４
端面１４に垂直な方向に偏向するＳＶ波であってもよ
い。更に超音波に入射方向は磁場の方向と同方向であっ
てもよいし、磁場の方向に対し垂直方向であってもよ
い。
超音波の進行方向に対して垂直方向に振動する横波であ
っても、進行方向に振動する縦波であってもよい。横波
の場合、その横波はボルト頭部４の端面１４に平行な方
向に偏向するＳＨ波であってもよいし、ボルト１頭部４
端面１４に垂直な方向に偏向するＳＶ波であってもよ
い。更に超音波に入射方向は磁場の方向と同方向であっ
てもよいし、磁場の方向に対し垂直方向であってもよ
い。
【００１７】Ｆ3(Ｂ，σT ）は超音波の種類と方向によ
り異なるが、磁束密度Ｂと引張応力σT の関数であり、
ある磁場の変化を与えたときの伝播時間の変化（ＴB −
Ｔ0 ）／Ｔ0 は引張応力σT のみによって定まる。
り異なるが、磁束密度Ｂと引張応力σT の関数であり、
ある磁場の変化を与えたときの伝播時間の変化（ＴB −
Ｔ0 ）／Ｔ0 は引張応力σT のみによって定まる。
【００１８】関数Ｆ3(Ｂ，σT ）の形はボルトの材質に
より異なるが、鋼の場合はその組成によらず略一定であ
る。また、Ｆ2(σT ）はボルトの形状により定まるか
ら、ボルトの形状が定まれば、関数Ｆ3(Ｂ，σT ）は定
まる。従って予め関数Ｆ3(Ｂ，σT ）の形を実験的に求
めておけば、磁場０のとき及び磁束密度Ｂを変えたとき
の伝播時間Ｔの変化を測定することにより、引張応力σ
T を求め、これから軸力を求めることができる。
より異なるが、鋼の場合はその組成によらず略一定であ
る。また、Ｆ2(σT ）はボルトの形状により定まるか
ら、ボルトの形状が定まれば、関数Ｆ3(Ｂ，σT ）は定
まる。従って予め関数Ｆ3(Ｂ，σT ）の形を実験的に求
めておけば、磁場０のとき及び磁束密度Ｂを変えたとき
の伝播時間Ｔの変化を測定することにより、引張応力σ
T を求め、これから軸力を求めることができる。
【００１９】
【実施例】次に本発明のボルト軸力の測定法を図面によ
り詳細に説明する。図１は本発明の測定法の一例の説明
図である。１は軸力を測定すべきボルトであり、ナット
２を締め付けることにより、２枚の被締結部材３を締結
する。ボルト１の頭部４の対向する側稜５を挟むように
電磁石６を設ける。電磁石６には直流電源７より直流を
流す。８はシングアラウンド音速測定装置であり、その
音速測定装置８の超音波パルス発生、検出用の振動子兼
検知子９をボルト１の頭部４の側面１０の端面１４に近
い位置に密着して配設する。図１に示す場合は図２に示
すようにボルト１の中心軸Ｉに対し、電磁石６の挟む方
向と振動子兼検知子９の設置方向が垂直になるように設
置してあるが、図３に示すように電磁石６をボルト１頭
部の対向する側面を挟むように設置し、ボルト１の中心
軸Ｉに対し、電磁石６の挟む方向と振動子兼検知子９の
設置方向が同方向になるように設置してもよい。
り詳細に説明する。図１は本発明の測定法の一例の説明
図である。１は軸力を測定すべきボルトであり、ナット
２を締め付けることにより、２枚の被締結部材３を締結
する。ボルト１の頭部４の対向する側稜５を挟むように
電磁石６を設ける。電磁石６には直流電源７より直流を
流す。８はシングアラウンド音速測定装置であり、その
音速測定装置８の超音波パルス発生、検出用の振動子兼
検知子９をボルト１の頭部４の側面１０の端面１４に近
い位置に密着して配設する。図１に示す場合は図２に示
すようにボルト１の中心軸Ｉに対し、電磁石６の挟む方
向と振動子兼検知子９の設置方向が垂直になるように設
置してあるが、図３に示すように電磁石６をボルト１頭
部の対向する側面を挟むように設置し、ボルト１の中心
軸Ｉに対し、電磁石６の挟む方向と振動子兼検知子９の
設置方向が同方向になるように設置してもよい。
【００２０】更にボルト頭部４の電磁石６との結合部に
フラックスメータ１１のサーチコイル１２を取り付け
る。
フラックスメータ１１のサーチコイル１２を取り付け
る。
【００２１】ボルト１及びナット２により被締結部材３
を締め付けた状態でその軸力を測定するには、電磁石６
に直流電源７より直流電流を流し、フラックスメータ１
１でボルト１頭部４を通る磁束密度Ｂを測定する。次に
音速測定装置８の振動子兼検知子９より超音波パルスを
ボルト１頭部４側面１０より入射し、ボルト頭部４の対
向する側面１０で反射して戻ってくる反射波を同じ振動
子兼検知子９で検知し、その間の超音波の伝播時間ＴB
を音速測定装置８で測定する。電磁石６に流す電流値を
変えて同様の測定を繰り返す。更に電磁石６に電流を流
さず外部磁場０の場合についても同様に伝播時間Ｔ0 を
測定する。
を締め付けた状態でその軸力を測定するには、電磁石６
に直流電源７より直流電流を流し、フラックスメータ１
１でボルト１頭部４を通る磁束密度Ｂを測定する。次に
音速測定装置８の振動子兼検知子９より超音波パルスを
ボルト１頭部４側面１０より入射し、ボルト頭部４の対
向する側面１０で反射して戻ってくる反射波を同じ振動
子兼検知子９で検知し、その間の超音波の伝播時間ＴB
を音速測定装置８で測定する。電磁石６に流す電流値を
変えて同様の測定を繰り返す。更に電磁石６に電流を流
さず外部磁場０の場合についても同様に伝播時間Ｔ0 を
測定する。
【００２２】一方予め上記関数Ｆ3(Ｂ，σT ）の形を定
めるために、図１においてボルト１の軸の側面にストレ
インゲージ１３を設置し、直接軸力を測定して引張応力
σT を求め、電磁石６に電流を流しその時の磁束密度Ｂ
をフラックスメータ１１により測定し、その時の超音波
の伝播時間Ｔを測定する。ボルト１の締め付け軸力及び
電磁石６の電流を変えて同様の測定を行なって、図４に
示すように、引張応力σT をパラメータとして、磁束密
度の変化（Ｂ−Ｂ0)と伝播時間の変化（ΔＴ／Ｔ0)の関
係を示す実験結果から標準曲線のグラフを作成してお
く。
めるために、図１においてボルト１の軸の側面にストレ
インゲージ１３を設置し、直接軸力を測定して引張応力
σT を求め、電磁石６に電流を流しその時の磁束密度Ｂ
をフラックスメータ１１により測定し、その時の超音波
の伝播時間Ｔを測定する。ボルト１の締め付け軸力及び
電磁石６の電流を変えて同様の測定を行なって、図４に
示すように、引張応力σT をパラメータとして、磁束密
度の変化（Ｂ−Ｂ0)と伝播時間の変化（ΔＴ／Ｔ0)の関
係を示す実験結果から標準曲線のグラフを作成してお
く。
【００２３】図４はボルト１頭部４の端面１４に平行な
方向に偏向する横波（ＳＨ波）を磁束の方向に対し垂直
方向に加えた場合の実験結果であるが、ボルト１頭部４
の端面１４に垂直な方向に偏向する横波（ＳＶ波）を磁
束の方向に対し垂直方向に加えた場合の実験結果を図５
に示す。超音波として縦波を用いる場合、或いは磁束の
方向と平行な方向に超音波を入射した場合にも同様なグ
ラフが得られる。図４と図５を比較すれば、軸力が大き
い場合は図４に示すＳＨ波による測定の方が軸力の変化
に対する超音波の伝播時間の差が大きく、正確な測定が
可能となり、好ましい。
方向に偏向する横波（ＳＨ波）を磁束の方向に対し垂直
方向に加えた場合の実験結果であるが、ボルト１頭部４
の端面１４に垂直な方向に偏向する横波（ＳＶ波）を磁
束の方向に対し垂直方向に加えた場合の実験結果を図５
に示す。超音波として縦波を用いる場合、或いは磁束の
方向と平行な方向に超音波を入射した場合にも同様なグ
ラフが得られる。図４と図５を比較すれば、軸力が大き
い場合は図４に示すＳＨ波による測定の方が軸力の変化
に対する超音波の伝播時間の差が大きく、正確な測定が
可能となり、好ましい。
【００２４】前記の軸力未知のボルト１について測定し
た磁束密度Ｂの変化と伝播時間Ｔの変化の値をこれらの
グラフに当てはめれば、直ちに引張応力σT が求まり、
軸力を求めることができる。この際ボルト１の軸力０の
ときの伝播時間Ｔの測定値は必要としないから、既設の
ボルト軸力の測定等のように、ボルト締め付け前の状態
が不明の場合でも、直接ボルトの軸力を求めることがで
きる。
た磁束密度Ｂの変化と伝播時間Ｔの変化の値をこれらの
グラフに当てはめれば、直ちに引張応力σT が求まり、
軸力を求めることができる。この際ボルト１の軸力０の
ときの伝播時間Ｔの測定値は必要としないから、既設の
ボルト軸力の測定等のように、ボルト締め付け前の状態
が不明の場合でも、直接ボルトの軸力を求めることがで
きる。
【００２５】又このグラフを関数の形にしてコンピュー
タに記憶させておけば、上記測定値を入力することによ
り、自動的に軸力を算出することができる。
タに記憶させておけば、上記測定値を入力することによ
り、自動的に軸力を算出することができる。
【００２６】本発明における音速測定装置８としては、
上記パルス反射法によるシングアラウンド音速測定装置
を用いる方法の他、公知のあらゆる固体中の音速測定法
を用いることができる。
上記パルス反射法によるシングアラウンド音速測定装置
を用いる方法の他、公知のあらゆる固体中の音速測定法
を用いることができる。
【００２７】
【作用】本発明の軸力測定法において、鋼等の強磁性体
製部材を締結する場合には、電磁石６からボルト頭部４
に入った磁束のうち一部はボルト頭部４の外に漏れ出す
虞があり、フラックスメータ１１により測定した磁束が
必ずしも全てボルト頭部４を通らない場合もある。又ボ
ルト頭部４の全幅に均一に圧縮応力が作用しているわけ
ではないが、図４、図５に示す実験結果から標準曲線の
グラフを作成する際の測定条件を、実際に軸力を測定す
る際と同じ測定条件にしておけば、これらの影響は全く
同じとなり、軸力の測定結果には全く影響を与えず、正
確な軸力を求めることができる。
製部材を締結する場合には、電磁石６からボルト頭部４
に入った磁束のうち一部はボルト頭部４の外に漏れ出す
虞があり、フラックスメータ１１により測定した磁束が
必ずしも全てボルト頭部４を通らない場合もある。又ボ
ルト頭部４の全幅に均一に圧縮応力が作用しているわけ
ではないが、図４、図５に示す実験結果から標準曲線の
グラフを作成する際の測定条件を、実際に軸力を測定す
る際と同じ測定条件にしておけば、これらの影響は全く
同じとなり、軸力の測定結果には全く影響を与えず、正
確な軸力を求めることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明のボルト軸力の測定法によれば、
極めて簡単且つ正確に締め付けボルトの軸力を測定する
ことができる。ボルトに軸力が作用していない状態での
測定値を必要としないので、既設の締結ボルトの軸力を
そのまま測定することができ、ボルトの締め付け前の状
態が不明の場合でも、直接ボルトの軸力を求めることが
できる。又被締結部材の端縁から遠い位置に締結された
ボルト、或いはボルトの頭部のみが露出した状態の締結
ボルトでもその軸力を正確に且つ簡便に測定することが
できる。
極めて簡単且つ正確に締め付けボルトの軸力を測定する
ことができる。ボルトに軸力が作用していない状態での
測定値を必要としないので、既設の締結ボルトの軸力を
そのまま測定することができ、ボルトの締め付け前の状
態が不明の場合でも、直接ボルトの軸力を求めることが
できる。又被締結部材の端縁から遠い位置に締結された
ボルト、或いはボルトの頭部のみが露出した状態の締結
ボルトでもその軸力を正確に且つ簡便に測定することが
できる。
【図１】本発明のボルト軸力の測定法の一例の説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明のボルト軸力の測定法の一例におけるボ
ルトの平面図である。
ルトの平面図である。
【図３】本発明のボルト軸力の測定法の一例におけるボ
ルトの平面図である。
ルトの平面図である。
【図４】引張応力と磁束密度変化とＳＨ波の超音波伝播
時間の変化の関係を示す実験結果のグラフである。
時間の変化の関係を示す実験結果のグラフである。
【図５】引張応力と磁束密度変化とＳＶ波の超音波伝播
時間の変化の関係を示す実験結果のグラフである。
時間の変化の関係を示す実験結果のグラフである。
１ ボルト ２ ナット ３ 被締結部材 ４ 頭部 ５ 側稜 ６ 電磁石 ７ 直流電源 ８ 音速測定装置 ９ 振動子兼検知子 １０ 側面 １１ フラックスメータ １２ サーチコイル １３ ストレインゲージ １４ 端面
Claims (8)
- 【請求項１】超音波の伝播時間の変化により強磁性体よ
りなるボルトに作用する軸力を測定する方法において、
ボルト頭部にボルト軸方向に対して垂直方向に外部磁場
を与え、該外部磁場を変化させたときのボルト頭部を貫
通する磁束密度の変化とボルト頭部の端面近傍のボルト
軸に垂直方向に伝わる超音波の音速の変化を測定して、
予め既知の軸力下で求めた該磁束密度の変化と該音速の
変化とボルト軸方向の引張応力の関係から、未知のボル
ト軸力を求めることを特徴とする超音波によるボルト軸
力の測定法。 - 【請求項２】該超音波がボルト端面に平行な方向に偏向
する横波である請求項１項記載の超音波によるボルト軸
力の測定法。 - 【請求項３】該超音波がボルト端面に垂直な方向に偏向
する横波である請求項１項記載の超音波によるボルト軸
力の測定法。 - 【請求項４】該超音波が縦波である請求項１項記載の超
音波によるボルト軸力の測定法。 - 【請求項５】該超音波の入射方向が該外部磁場の方向に
対し平行である請求項１、請求項２、請求項３又は請求
項４記載の超音波によるボルト軸力の測定法。 - 【請求項６】該超音波の入射方向が該外部磁場の方向に
対し垂直である請求項１、請求項２、請求項３又は請求
項４記載の超音波によるボルト軸力の測定法。 - 【請求項７】該音速の測定法がボルト頭部側面より超音
波パルスを入射して対向するボルト頭部側面で反射して
戻る超音波の往復時間を測定する音速測定法である請求
項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載の超音波に
よるボルト軸力の測定法。 - 【請求項８】軸力を測定すべきボルトの頭部を両側方か
らを挟む直流電磁石と、該ボルトの頭部の磁束密度を測
定するフラックスメータと、該ボルトの頭部側面に超音
波パルスを入射し且つ該超音波の対向するボルト頭部側
面からの反射波を検出する振動子兼検知子を備えた音速
測定装置とを備え有するボルト軸力の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3431692A JPH0750003B2 (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 超音波によるボルト軸力の測定法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3431692A JPH0750003B2 (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 超音波によるボルト軸力の測定法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203514A true JPH05203514A (ja) | 1993-08-10 |
| JPH0750003B2 JPH0750003B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=12410761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3431692A Expired - Lifetime JPH0750003B2 (ja) | 1992-01-23 | 1992-01-23 | 超音波によるボルト軸力の測定法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750003B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252979A (zh) * | 2020-02-13 | 2021-08-13 | 纳博特斯克有限公司 | 带检测电路的固定件、检测电路以及风车用驱动装置 |
| CN113933393A (zh) * | 2021-10-16 | 2022-01-14 | 北京创程科技有限公司 | 一种基于电磁超声与3d相控阵的螺栓监测系统及方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4022589B2 (ja) * | 2002-07-02 | 2007-12-19 | 株式会社酒井鉄工所 | 表面ｓｈ波による音弾性応力測定方法及び測定用センサ |
-
1992
- 1992-01-23 JP JP3431692A patent/JPH0750003B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113252979A (zh) * | 2020-02-13 | 2021-08-13 | 纳博特斯克有限公司 | 带检测电路的固定件、检测电路以及风车用驱动装置 |
| CN113933393A (zh) * | 2021-10-16 | 2022-01-14 | 北京创程科技有限公司 | 一种基于电磁超声与3d相控阵的螺栓监测系统及方法 |
| CN113933393B (zh) * | 2021-10-16 | 2024-04-02 | 北京创程科技有限公司 | 一种基于电磁超声与3d相控阵的螺栓监测系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0750003B2 (ja) | 1995-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4569229A (en) | Ultrasonic process for measuring stress in a bolt or similar part adapted to this method | |
| US4080836A (en) | Method of measuring stress in a material | |
| Ding et al. | Bolt axial stress measurement based on a mode-converted ultrasound method using an electromagnetic acoustic transducer | |
| Hirao et al. | Contactless measurement of bolt axial stress using a shear-wave electromagnetic acoustic transducer | |
| US7360435B2 (en) | Ultrasonic control of bolt tightening | |
| US4602511A (en) | Method for measuring fastener stress utilizing longitudinal and transverse ultrasonic wave time-of-flight | |
| JPH0565093B2 (ja) | ||
| KR20050102516A (ko) | 탄성 초음파를 발생 및 측정할 수 있는 자기변형트랜스듀서와 이를 이용한 구조진단 장치 | |
| US5467655A (en) | Method for measuring properties of cold rolled thin steel sheet and apparatus therefor | |
| Jassby et al. | Experimental technique for measurement of stress-acoustic coefficients of Rayleigh waves: An experimental technique is described for determining the two stress-acoustic coefficients relating Rayleight-wave velocity to biaxial surface stress in elastic solids. The method is applied to two aluminum alloys | |
| JPH05203514A (ja) | 超音波によるボルト軸力の測定法及び装置 | |
| US11385115B2 (en) | Device for inspecting clamping means by ultrasounds and method implementing the device | |
| JPH0754278B2 (ja) | ボルト軸力の測定法及び測定装置 | |
| Clark Jr et al. | Residual stress determination in aluminium using electromagnetic acoustic transducers | |
| JPH05203513A (ja) | 超音波によるボルト軸力の測定法 | |
| Gremaud et al. | Recent progress in dislocation studies using bias stress experiments | |
| Hirao et al. | Nonlinear resonance interaction of ultrasonic waves under applied stress | |
| JP2649837B2 (ja) | ファスナ | |
| Clark Jr | Determination of stresses in slightly orthotropic plates using off-axis horizontally polarized ultrasonic shear waves | |
| JPH06123663A (ja) | 動的荷重の計測方法 | |
| JPS6238331A (ja) | ボルト軸力の測定方法 | |
| JPS6318127B2 (ja) | ||
| RU2020471C1 (ru) | Ультразвуковой способ измерения внутренних механических напряжений в гайке резьбового соединения | |
| JPS5830630A (ja) | 超音波を利用したボルト軸力管理方法 | |
| JPH01218338A (ja) | 鉄心ゆるみの検査装置およびその検査方法 |