JPH09229788A - Bolt axial tension measuring equipment and measuring method - Google Patents
Bolt axial tension measuring equipment and measuring methodInfo
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- JPH09229788A JPH09229788A JP8035147A JP3514796A JPH09229788A JP H09229788 A JPH09229788 A JP H09229788A JP 8035147 A JP8035147 A JP 8035147A JP 3514796 A JP3514796 A JP 3514796A JP H09229788 A JPH09229788 A JP H09229788A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、波を入射してから
反射して戻ってくるまでの時間からボルトの長さを測定
し、この測定値に基づきボルト締め付け時の軸力を測定
する方法およびこの方法を用いた軸力測定装置に関し、
特に反射波の到達時点を適確に測定する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is a method for measuring the length of a bolt from the time from the incidence of a wave to the reflection and return of the wave, and measuring the axial force when tightening the bolt based on the measured value. And an axial force measuring device using this method,
In particular, it relates to a method for accurately measuring the arrival time of a reflected wave.
【０００２】[0002]
【従来の技術】複数の部材を締結する方法としてボルト
による方法が広く用いられているが、このとき、ボルト
の軸力のばらつきを少なくすることが重要な組付作業上
の課題となる場合がある。不十分な締付によるボルトの
締付力不足また締付すぎによる部材の変形などを防ぐた
めには、前記の締結力を十分に管理する必要がある。締
結力はボルトの軸力の反力であるので、締結力を管理す
ることは、すなわち軸力を管理することである。2. Description of the Related Art A method using bolts is widely used as a method for fastening a plurality of members. At this time, it may be an important task in assembling work to reduce variations in axial force of the bolts. is there. In order to prevent insufficient tightening force of the bolt due to insufficient tightening and deformation of the member due to excessive tightening, it is necessary to sufficiently manage the above tightening force. Since the fastening force is a reaction force of the axial force of the bolt, managing the fastening force is managing the axial force.
【０００３】以上のように、ボルトの軸力を計測し、こ
れを管理することは、組付作業において重要な事項とな
る。この軸力を、ボルトを伝わる波の伝播時間によって
ボルト長さを測定し、この長さの変化に基づき算出する
方法が知られている。特開平４−３２９３２９号公報に
は、ボルトの頭部から超音波を入射しボルト先端で反射
した反射波を検出して、ボルト全長を超音波が往復する
時間を計測し、これに基づきボルトの軸力を算出する方
法が開示されている。このとき、反射波が到達した時点
は、受信された反射波が所定のしきい値に達した後に、
最大値となる時点として算出されている。そして、ボル
ト締め付け前後においてボルト長さを測定し、この変化
量から軸力を算出している。As described above, measuring and controlling the axial force of the bolt is an important item in the assembly work. A method is known in which this axial force is measured by measuring the bolt length according to the propagation time of a wave propagating through the bolt, and is calculated based on the change in the length. In Japanese Patent Laid-Open No. 4-329329, an ultrasonic wave is incident from the head of the bolt and a reflected wave reflected at the tip of the bolt is detected to measure the time it takes for the ultrasonic wave to reciprocate over the entire length of the bolt. A method of calculating axial force is disclosed. At this time, when the reflected wave arrives, after the received reflected wave reaches a predetermined threshold value,
It is calculated as the maximum time point. Then, the bolt length is measured before and after tightening the bolt, and the axial force is calculated from the amount of change.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入射さ
れる超音波などの信号波は、ひとつのピークを有しその
後急激に減衰するという理想的な波形ではなく、複数の
ピークを有し、徐々に減衰する波形となるのが一般的で
ある。そして、ボルト先端以外からの反射波が合成した
り、測定の途中で入射波の入力条件が変化したりして、
本来検出されるべき理想的な反射波のピークより大きな
他のピークが現れる場合があった。前記公報に開示され
た方法においては、最大のピークを反射波として認識す
るため、前述のように、反射波の合成によってより大き
なピークが現れた場合、これを反射波としてしまう場合
があるという問題があった。そして、この誤認によっ
て、正確な軸力の測定ができないという問題があった。However, the incident signal wave such as an ultrasonic wave does not have an ideal waveform of having one peak and then rapidly attenuating, but has a plurality of peaks and gradually increases. Generally, the waveform is a decaying waveform. Then, the reflected waves from other than the bolt tip are combined, or the input condition of the incident wave changes during the measurement,
In some cases, another peak larger than the ideal peak of the reflected wave that should be detected originally appeared. In the method disclosed in the above publication, since the maximum peak is recognized as a reflected wave, as described above, when a larger peak appears due to the synthesis of reflected waves, this may be a reflected wave. was there. Then, due to this erroneous recognition, there is a problem that an accurate axial force cannot be measured.
【０００５】本発明は、前述の問題点を解決するために
なされたものであり、入射波がインパルス波形などの理
想波形でない場合であっても、精度良く軸力を測定でき
るボルト軸力の測定方法およびこの測定方法を用いた測
定装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and can measure the axial force of a bolt which can accurately measure the axial force even when the incident wave is not an ideal waveform such as an impulse waveform. It is an object of the present invention to provide a method and a measuring device using this measuring method.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかるボルト軸力測定方法は、ボルト頭
部から入射した波がボルト先端で反射してボルト頭部に
到達する所要時間に基づき、ボルト締め付け前後のボル
ト長さの変化量を求め、この変化量に基づき当該ボルト
の締め付け状態での軸力を測定する方法であって、検出
された反射波の時間位相ごとの強度を表す反射波分布
と、時間位相ごとに所定の強度で定められた基準波分布
とを比較し、反射波分布と基準波分布との差が最小とな
る時間位相に基づき波の到達する所要時間を算出して軸
力を測定するものである。In order to achieve the above-mentioned object, the bolt axial force measuring method according to the present invention requires that a wave incident from the bolt head is reflected by the bolt tip and reaches the bolt head. A method to determine the amount of change in the bolt length before and after tightening the bolt based on time, and to measure the axial force in the tightened state of the bolt based on this amount of change, the strength of the detected reflected wave for each time phase Is compared with the reference wave distribution defined with a predetermined intensity for each time phase, and the time required for the wave to arrive based on the time phase that minimizes the difference between the reflected wave distribution and the reference wave distribution. Is calculated to measure the axial force.
【０００７】この方法は、反射波の分布は入射波の特性
からほぼ決められることを利用したものであり、時間位
相ごとに所定の強度で定められた基準波分布のうち、反
射波分布との差が最も小さくなる時に反射波が検出され
るべき反射波であるという前提の下に測定する方法であ
る。これによって、より確からしい反射波を選定するこ
とができ、波の伝播時間の測定も確からしさが増す。This method makes use of the fact that the distribution of the reflected wave is almost determined from the characteristics of the incident wave, and the distribution of the reflected wave is the same as the reflected wave distribution of the reference wave distribution determined with a predetermined intensity for each time phase. This is a method of measurement under the assumption that the reflected wave is the reflected wave to be detected when the difference becomes the smallest. This makes it possible to select more likely reflected waves and increases the accuracy of measuring the propagation time of the waves.
【０００８】また、本発明にかかる他のボルト軸力測定
方法は、ボルト頭部から入射した波がボルト先端で反射
してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボルト締
め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変化量に
基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定する方
法であって、検出された反射波の時間位相ごとの強度を
表す反射波分布について、所定時間位相範囲で強度値を
積算し、その積算結果を代表する時間位相に基づき波の
到達する所定時間を算出して軸力を測定するものであ
る。Another bolt axial force measuring method according to the present invention is based on the time required for a wave incident from the bolt head to be reflected at the bolt tip and arrive at the bolt head. Is a method of measuring the axial force in the tightened state of the bolt based on this change amount, and for the reflected wave distribution representing the intensity of the detected reflected wave for each time phase, the predetermined time phase range In this method, the intensity values are integrated, and a predetermined time for the waves to reach is calculated based on the time phase representing the integration result to measure the axial force.
【０００９】この方法は、所定時間位相範囲における反
射波分布強度の積分値を代表する値をもとに到達時間と
するものであり、ピークを検出するより、誤差の影響を
受けにくく安定した測定結果を得られる。したがって、
より確からしい波の伝播時間の測定をすることができ
る。In this method, the arrival time is determined based on a value representative of the integrated value of the reflected wave distribution intensity in a predetermined time phase range, and stable measurement is less affected by an error than a peak is detected. You can get the result. Therefore,
It is possible to measure the more probable wave propagation time.
【００１０】また、本発明にかかるさらに他のボルト軸
力測定方法は、ボルト頭部から入射した波がボルト先端
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する方法であって、入射波と反射波の相互相関関数の最
大値を与える遅延時間係数を波の到達所要時間として軸
力を測定するものである。Still another bolt axial force measuring method according to the present invention is to measure the bolt length before and after tightening the bolt based on the time required for the wave incident from the bolt head to be reflected at the bolt tip and reach the bolt head. This is a method of obtaining the amount of change in depth and measuring the axial force in the tightened state of the bolt based on this amount of change.The delay time coefficient that gives the maximum value of the cross-correlation function of the incident wave and the reflected wave reaches the wave. The axial force is measured as the required time.
【００１１】この方法は、本来、反射波の波形は入射波
の波形に近いものであることを利用したものであり、相
互相関関数が最大となるときが、入射波と反射波の相関
が最も高いときであり、このときの遅延時間係数が伝播
時間に相当するとしたものである。したがって、より確
からしい波の伝播時間を測定することができる。This method originally utilizes that the waveform of the reflected wave is close to the waveform of the incident wave, and the correlation between the incident wave and the reflected wave is the highest when the cross-correlation function becomes maximum. This is a high time, and the delay time coefficient at this time corresponds to the propagation time. Therefore, the more probable wave propagation time can be measured.
【００１２】以上のように、本発明による軸力の測定方
法によれば、波が、ボルト内部を伝わってボルト頭部と
先端部を往復する伝播時間を精度良く検出することがで
き、したがってこれに基づき算出されるボルトの長さ、
さらにはボルトの軸力を精度良く算出することができ
る。As described above, according to the axial force measuring method of the present invention, it is possible to accurately detect the propagation time of a wave traveling inside the bolt and going back and forth between the bolt head and the tip. Bolt length calculated based on
Furthermore, the axial force of the bolt can be calculated accurately.
【００１３】さらに、本発明の他の態様として、前述の
各ボルト軸力測定方法を用いたボルト軸力測定装置が提
供される。Further, as another aspect of the present invention, there is provided a bolt axial force measuring device using each of the bolt axial force measuring methods described above.
【００１４】すなわち、本発明にかかるボルト軸力測定
装置は、ボルト頭部から入射した波がボルト先端で反射
してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボルト締
め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変化量に
基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定する装
置であって、検出された反射波の時間位相ごとの強度を
表す反射波分布と、時間位相ごとに所定の強度で定めら
れた基準波分布とを比較し、反射波分布と基準波分布と
の差が最小となる時間位相を求める位相算出手段と、前
記求められた時間位相に基づき波の到達する所要時間を
算出する手段とを有している。That is, the bolt axial force measuring device according to the present invention changes the bolt length before and after tightening the bolt based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip. A device for determining the amount and measuring the axial force in the tightened state of the bolt based on this amount of change, the reflected wave distribution showing the intensity of the detected reflected wave for each time phase, and a predetermined value for each time phase. Phase calculation means for comparing the reference wave distribution determined by the intensity to obtain the time phase in which the difference between the reflected wave distribution and the reference wave distribution is the minimum, and the time required for the wave to reach based on the obtained time phase And means for calculating
【００１５】さらに、本発明にかかる他のボルト軸力測
定装置は、ボルト頭部から入射した波がボルト先端で反
射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボルト
締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変化量
に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定する
装置であって、検出された反射波の時間位相ごとの強度
を表す反射波分布について、所定時間位相範囲で強度値
を積算する積分値算出手段と、その積算結果を代表する
時間位相に基づき波の到達する所定時間を算出する手段
とを有している。Further, in another bolt axial force measuring device according to the present invention, the bolt length before and after tightening the bolt is determined based on the time required for the wave incident from the bolt head to be reflected at the bolt tip and reach the bolt head. A device for measuring the axial force of the bolt in the tightened state based on this amount of change, and for the reflected wave distribution representing the intensity of the detected reflected wave for each time phase, the predetermined time phase range And an integrated value calculating means for integrating the intensity values, and a means for calculating a predetermined time for the wave to reach based on the time phase representing the integrated result.
【００１６】さらに、本発明にかかる他のボルト軸力測
定装置は、ボルト頭部から入射した波がボルト先端で反
射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボルト
締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変化量
に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定する
装置であって、入射波と反射波の相互相関関数を算出す
る相互相関関数算出手段と、前記相互相関関数の最大値
を与える遅延時間係数を選定する遅延時間係数選定手段
と、を有し、前記遅延時間係数を波の到達所要時間とし
て軸力を測定するものである。Further, in another bolt axial force measuring device according to the present invention, the bolt length before and after tightening the bolt is determined based on the time required for the wave incident from the bolt head to be reflected at the bolt tip and reach the bolt head. Is a device for measuring the axial force of the bolt in the tightened state based on this amount of change, and a cross-correlation function calculating means for calculating the cross-correlation function of the incident wave and the reflected wave, and the cross-correlation function. And a delay time coefficient selecting means for selecting a delay time coefficient that gives the maximum value of the function, and the axial force is measured by using the delay time coefficient as the time required to reach the wave.
【００１７】以上の各ボルト軸力測定装置によれば、波
が、ボルト内部を伝わってボルト頭部と先端部を往復す
る伝播時間を精度良く検出することができ、したがって
これに基づき算出されるボルトの長さ、さらにはボルト
の軸力を精度良く算出することができる。According to each of the bolt axial force measuring devices described above, it is possible to accurately detect the propagation time of a wave traveling through the inside of the bolt and going back and forth between the bolt head and the tip, and therefore, the calculation is performed based on this. It is possible to accurately calculate the length of the bolt and further the axial force of the bolt.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に従って説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１９】第１の実施形態 図１は、第１の実施形態にかかるボルト軸力測定装置の
概略構成を示す図である。ボルト１０は、第１の部材１
２に設けられたねじ穴１４に螺合することによって、第
２の部材１６を第１部材１２に固定している。ボルト１
０を締め付けることによって、第２部材１６は第１部材
１２に押し付けられ、この反力としてボルト１０の軸１
８に引張応力が発生する。この引張応力がボルトの軸力
である。この軸力によって、ボルト軸１８はフックの法
則に従って伸びる。したがって、軸力が加わっていない
状態から軸力が加わった状態になったときの伸びを検出
することによって、そのときに加わっている軸力を算出
することができる。 First Embodiment FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of a bolt axial force measuring device according to the first embodiment. The bolt 10 is the first member 1
The second member 16 is fixed to the first member 12 by being screwed into the screw hole 14 provided in the second member 12. Bolt 1
By tightening 0, the second member 16 is pressed against the first member 12, and as a reaction force, the shaft 1 of the bolt 10
Tensile stress occurs in No. 8. This tensile stress is the axial force of the bolt. Due to this axial force, the bolt shaft 18 extends according to Hooke's law. Therefore, it is possible to calculate the axial force applied at that time by detecting the elongation when the axial force is applied from the state where the axial force is not applied.
【００２０】ボルト長さを測定する手段として、ボルト
内部を伝わる粗密波の伝播時間に基づき測定する方法が
ある。粗密波を発生する方法としては、放電、レーザお
よび打撃などの方法を採ることができるが、本実施形態
においては最も一般的な超音波を利用している。ボルト
１０の頭部２０に超音波探触子２２が密着しており、図
示しない駆動回路によって探触子２２が駆動され、ここ
からボルト１０に対し、超音波が入射される。入射波は
ボルト先端２４で反射し、この反射波が探触子２２によ
って受信される。この入射波と反射波の信号波形がアナ
ログ／デジタル変換器２６を介して、信号処理装置２８
に送られる。この信号処理装置２８では、超音波の入射
から反射波の受信までの伝播時間を算出する。この伝播
時間は、軸力が発生していない状態（ボルト締め付け
前）と、軸力が発生している状態（締め付け後）とで測
定することが好適である。しかし、締め付け前の状態に
おいては、その他の方法、たとえば所定の精度を有する
スケールによる測定によることも可能である。As a means for measuring the length of the bolt, there is a method of measuring it based on the propagation time of the compression wave propagating inside the bolt. As a method of generating the compressional wave, a method such as electric discharge, laser, and striking can be adopted, but in the present embodiment, the most general ultrasonic wave is used. The ultrasonic probe 22 is in close contact with the head 20 of the bolt 10, the probe 22 is driven by a drive circuit (not shown), and the ultrasonic wave is incident on the bolt 10 from here. The incident wave is reflected by the bolt tip 24, and this reflected wave is received by the probe 22. The signal waveforms of the incident wave and the reflected wave are transmitted via the analog / digital converter 26 to the signal processing device 28.
Sent to The signal processing device 28 calculates the propagation time from the incidence of ultrasonic waves to the reception of reflected waves. It is preferable to measure this propagation time in a state in which no axial force is generated (before tightening the bolt) and in a state in which axial force is generated (after tightening). However, in the state before tightening, it is also possible to use another method, for example, measurement by a scale having a predetermined accuracy.
【００２１】この予め測定した締め付け前のボルト長さ
と、前述の計測によって算出されたボルト長さに基づ
き、ボルト軸１８の伸び量が算出される。この伸び量
と、ボルトの材質から定まるヤング率から、フックの法
則に基づき軸力算出器３０において軸力の算出が行われ
る。The elongation amount of the bolt shaft 18 is calculated based on the previously measured bolt length before tightening and the bolt length calculated by the above-described measurement. From the amount of elongation and the Young's modulus determined by the material of the bolt, the axial force calculator 30 calculates the axial force based on Hooke's law.
【００２２】しかしながら、前述の反射波は、ひとつの
ピークを有する理想的なものではなく、複数のピークを
有し、よってどのピークが本来のボルト先端２４からの
反射波であるかが判断が難しい。この理由は、前述した
ように入射波の波形そのものが理想的なインパルス波形
ではないこと、ねじ部や、ボルト頭部２０と軸部１８の
境界部や、内部欠陥などのボルト先端以外からの反射波
があることなどによる。そして、どのピークを本来の反
射波として選定するかによって、ボルト長さが変化して
しまうので、確からしい反射波を選定することが重要と
なる。However, the above-mentioned reflected wave is not ideal having one peak, but has a plurality of peaks, and it is difficult to determine which peak is the original reflected wave from the bolt tip 24. . The reason for this is that the waveform of the incident wave itself is not an ideal impulse waveform as described above, and the reflection from other than the bolt tip such as the screw portion, the boundary portion between the bolt head 20 and the shaft portion 18, and internal defects. Because there are waves. Since the bolt length changes depending on which peak is selected as the original reflected wave, it is important to select a reliable reflected wave.
【００２３】本装置の信号処理装置２８では、以下のよ
うにしてより確からしい反射波の到達時点を選定してい
る。In the signal processing device 28 of this device, the more probable arrival time of the reflected wave is selected as follows.
【００２４】図２（ａ）には、反射波の強さの分布波形
の一例が示されている。反射波の強さは、反射波の振幅
の２乗に比例するから、反射波の強さを表す波形（関
数）をｗ（ｔ）、反射波の波形（関数）をｇ（ｔ）とす
れば、FIG. 2A shows an example of the distribution waveform of the intensity of the reflected wave. Since the intensity of the reflected wave is proportional to the square of the amplitude of the reflected wave, the waveform (function) representing the intensity of the reflected wave is represented by w (t), and the waveform (function) of the reflected wave is represented by g (t). If
【数１】ｗ（ｔ）＝ｋ・ｇ（ｔ）2 …（１） となる。ここで、ｔは超音波を入射してからの経過時
間、ｋは比例係数である。## EQU1 ## w (t) = k.g (t) 2 (1) Here, t is the elapsed time from the incidence of ultrasonic waves, and k is a proportional coefficient.
【００２５】ボルト１０の長さのおよその値は分るの
で、反射波の到達時点はほぼ予測できる。この予測時点
Ｔ0 を中心として、±ΔＴの区間Ｐを設定し、この部分
の関数ｗ（ｔ）を積分する。Since the approximate value of the length of the bolt 10 is known, the arrival time of the reflected wave can be almost predicted. A section P of ± ΔT is set around this prediction time T 0, and the function w (t) of this portion is integrated.
【数２】 一方、（Ｔ0 −ΔＴ）からＴM までの積分値ＳM （図２
（ｂ）参照）が、前記の積分値Ｓの２分の１となるＴM
を求める。[Equation 2] On the other hand, the integrated value of (T 0 -.DELTA.T) from to T M S M (FIG. 2
(See (b)) is T M which is half of the integrated value S.
Ask for.
【００２６】[0026]
【数３】 (Equation 3)
【数４】ＳM ／Ｓ＝１／２ …（４） この時点ＴM は、区間Ｐにおける中央値であり、本装置
においては、これを代表値としている。前述の従来技術
によれば、たとえば図２（ｃ）に示すように、反射波の
複数のピークが合成されたピークｑがあった場合、この
ピークｑが最大であればこれを代表値とすることにな
る。このピークは本来の反射波の到達時点と異なる場合
があり、この偏差は比較的大きくなる。一方、中央値を
代表値とする場合、ピークｑは本来小さいピークの合計
として現れたものと考えられるから、前記積分値Ｓは変
わらず、ＴM も大きく変わることもない。したがって、
安定して反射波の到達時点が検出できる。## EQU00004 ## S M / S = 1/2 (4) This time point T M is the median value in the section P, and this device uses this as a representative value. According to the conventional technique described above, for example, as shown in FIG. 2C, when there is a peak q in which a plurality of peaks of reflected waves are combined, if this peak q is the maximum, this is taken as a representative value. It will be. This peak may be different from the original arrival time of the reflected wave, and this deviation is relatively large. On the other hand, when the median value is used as the representative value, it is considered that the peak q appears as the sum of originally small peaks, so that the integrated value S does not change and T M does not change greatly. Therefore,
The arrival time of the reflected wave can be detected stably.
【００２７】なお、本実施形態においては、所定の時間
位相範囲［Ｔ0 −ΔＴ、Ｔ0 ＋ΔＴ］における反射波分
布の中央値を代表値としたが、これ以外を代表値とする
ことも可能である。たとえば、次式で表される加重平均
値とすることができる。In the present embodiment, the central value of the reflected wave distribution in the predetermined time phase range [T 0 −ΔT, T 0 + ΔT] is used as the representative value, but other values may be used as the representative value. Is. For example, it may be a weighted average value represented by the following equation.
【００２８】[0028]
【数５】 第２の実施形態 第２の実施形態にかかる軸力測定装置では、前述の第１
の実施形態の信号処理装置の処理内容が異なり、他の構
成に関しては、図１に示す装置と同等である。(Equation 5) Second Embodiment In the axial force measuring device according to the second embodiment, the above-mentioned first embodiment is used.
The processing contents of the signal processing device of the above embodiment are different, and other configurations are the same as those of the device shown in FIG.
【００２９】本実施形態においては、入射波の特性を考
慮して、予め想定される反射波の強度を表す波形（関
数）が区間（−Ｗ，Ｗ）において基準波形Ｍ（ｔ）とし
て定義されている（図３（ａ）参照）。この基準波形
は、超音波の入射時点を基準に定義されている。言い換
えれば、入射位置から距離０の面で反射した反射波の強
度波形を表すものである。In the present embodiment, in consideration of the characteristics of the incident wave, a waveform (function) representing the intensity of the reflected wave which is assumed in advance is defined as the reference waveform M (t) in the section (-W, W). (See FIG. 3A). This reference waveform is defined with reference to the time point of incidence of ultrasonic waves. In other words, it represents the intensity waveform of the reflected wave reflected by the surface at a distance of 0 from the incident position.
【００３０】一方、検出された反射波に基づき、その強
度を示す分布波形（関数）Ｘ（ｔ）が算出される（図３
（ｂ）参照）。反射波は、ボルト長さの２倍に相当する
距離伝播したものであるから、反射波の分布波形Ｘ
（ｔ）は、前述の基準波形Ｍ（ｔ）に対して、位相遅れ
を有している。また、基準波形Ｍ（ｔ）はいわば理想波
形であるので、反射波の波形Ｘ（ｔ）は、その形につい
て基準波形Ｍ（ｔ）に対して偏差を有するものとなって
いる。On the other hand, based on the detected reflected wave, a distribution waveform (function) X (t) showing its intensity is calculated (FIG. 3).
(B)). Since the reflected wave propagates a distance corresponding to twice the bolt length, the reflected wave distribution waveform X
(T) has a phase delay with respect to the reference waveform M (t) described above. Further, since the reference waveform M (t) is, so to speak, an ideal waveform, the waveform X (t) of the reflected wave has a deviation from the reference waveform M (t) in its shape.
【００３１】したがって、理想的には、反射波形に所定
の位相差を与えた波形Ｘ（ｔ＋τ）と基準波形Ｍ（ｔ）
の偏差がなくなる位相差τが存在し、この位相差τが波
の到達所要時間である。しかし、一般的には、前述のよ
うに検出された反射波の波形Ｘ（ｔ）は基準波形Ｍ
（ｔ）に対して歪んでいるので、本装置においては、反
射波に位相差を与えた波形Ｘ（ｔ＋τ）と基準波形Ｍ
（ｔ）の偏差が最小となる位相差τをして、超音波の到
達所要時間としている。図３（ｃ）は、基準波形Ｍ
（ｔ）と反射波の波形Ｘ（ｔ＋τ）の偏差が最も少ない
ときを示しており、図３（ｂ）と（ｃ）のずれが前記の
位相差τに相当する。このような、偏差が最小となる位
相差τを算出するために、次式に基づきふたつの波形
（関数）の偏差の２乗和Ｆ（τ）を求めている。Therefore, ideally, the waveform X (t + τ) obtained by giving a predetermined phase difference to the reflected waveform and the reference waveform M (t).
There is a phase difference τ that eliminates the deviation of, and this phase difference τ is the required arrival time of the wave. However, in general, the waveform X (t) of the reflected wave detected as described above is the reference waveform M.
Since it is distorted with respect to (t), in this device, the waveform X (t + τ) in which the phase difference is given to the reflected wave and the reference waveform M
The phase difference τ that minimizes the deviation of (t) is taken as the time required for the ultrasonic waves to arrive. FIG. 3C shows the reference waveform M.
It shows a case where the deviation between (t) and the waveform X (t + τ) of the reflected wave is the smallest, and the deviation between FIGS. 3B and 3C corresponds to the phase difference τ. In order to calculate the phase difference τ that minimizes the deviation, the sum of squares F (τ) of the deviations of the two waveforms (functions) is calculated based on the following equation.
【数６】 この偏差の２乗和Ｆ（τ）を最小とする位相差τが最も
確からしい超音波の到達所要時間として、これに基づき
ボルト長さ、軸力を算出する。(Equation 6) The bolt length and the axial force are calculated based on the time required for the ultrasonic waves to reach the phase difference τ that minimizes the sum of squares F (τ) of the deviations.
【００３２】本実施形態は、反射波のひとつのピークの
みに着目するものではなく、区間（−Ｗ，Ｗ）内の波形
全体について比較を行っているので、より確からしい超
音波の到達所要時間を算出することができる。In the present embodiment, not only one peak of the reflected wave is focused, but the entire waveform in the section (-W, W) is compared. Can be calculated.
【００３３】なお、本実施形態において、基準波形は入
射時点から位相差なしの波形として設定したが、これに
限らず０でない位相差ψを有していてもよい。この場合
波の到達所要時間は（τ＋ψ）となる。In this embodiment, the reference waveform is set as a waveform with no phase difference from the time of incidence, but the waveform is not limited to this and may have a phase difference ψ that is not zero. In this case, the time required for the wave to reach is (τ + ψ).
【００３４】第３の実施形態にかかる軸力測定装置で
は、前述の第１の実施形態の信号処理装置の処理内容が
異なり、他の構成に関しては、図１に示す装置と同等で
ある。In the axial force measuring apparatus according to the third embodiment, the processing contents of the signal processing apparatus of the first embodiment described above are different, and other configurations are the same as those of the apparatus shown in FIG.
【００３５】本装置においては、入射波と反射波の相互
相関関数を求め、この関数の最大値を与える遅延時間係
数を超音波の到達所要時間としている。すなわち、入射
波をｆ（ｔ）、反射波をｇ（ｔ）とすれば、相互相関関
数Ｒfg（τ）は次式により定義される。In this apparatus, the cross-correlation function of the incident wave and the reflected wave is obtained, and the delay time coefficient that gives the maximum value of this function is taken as the time required for the ultrasonic waves to arrive. That is, if the incident wave is f (t) and the reflected wave is g (t), the cross-correlation function R fg (τ) is defined by the following equation.
【数７】 ここで、τは遅延時間係数と呼ばれ、入射波ｆ（ｔ）と
反射波ｇ（ｔ）の位相差に相当する。反射波ｇ（ｔ）
は、入射波ｆ（ｔ）がある距離伝播してきて受信された
ものであるから、減衰を考慮しなければ理想的には同じ
波形となる。したがって、最も高い相関を与える遅延時
間係数τが、入射波ｆ（ｔ）と反射波ｇ（ｔ）の位相
差、すなわち超音波の到達所要時間である。本実施形態
の装置においては、この遅延時間係数を超音波の到達所
要時間としてボルト長さを計測し、その変化量を求め、
軸力の算出を行っている。(Equation 7) Here, τ is called a delay time coefficient and corresponds to the phase difference between the incident wave f (t) and the reflected wave g (t). Reflected wave g (t)
Since the incident wave f (t) is received after propagating for a certain distance, it has ideally the same waveform unless attenuation is taken into consideration. Therefore, the delay time coefficient τ that gives the highest correlation is the phase difference between the incident wave f (t) and the reflected wave g (t), that is, the time required for the ultrasonic waves to arrive. In the device of the present embodiment, this delay time coefficient is used as the time required to reach the ultrasonic wave to measure the bolt length, and the change amount thereof is determined,
Axial force is calculated.
【００３６】本実施形態は、反射波のひとつのピークの
みに着目するものではなく、区間（−Ｗ，Ｗ）内の波形
全体について比較を行っているので、より確からしい超
音波の到達所要時間を算出することができる。In this embodiment, not only one peak of the reflected wave is focused, but the entire waveform in the section (-W, W) is compared. Can be calculated.
【００３７】その他の実施形態 以上の実施形態においては、受信された反射波ｇ（ｔ）
および入射波ｆ（ｔ）は、そのままＡ／Ｄ変換を行い、
信号処理を行っている。すなわち、受信信号をオーバー
オールで評価している。これに対し、信号処理前に、帯
域瀘波フィルタなどを用いて、所定の周波数領域に限定
して解析を行うこともできる。このフィルタの周波数帯
域は、使用する超音波の周波数特性などを考慮して選択
される。前記の周波数領域の限定を行うことで不要なノ
イズを除去することができ、前述の各実施形態によりＳ
／Ｎ比が高くなり、精度の良い測定を行うことができ
る。 Other Embodiments In the above embodiments, the received reflected wave g (t) is received.
And the incident wave f (t) is directly A / D converted,
Signal processing is being performed. That is, the received signal is evaluated by overall. On the other hand, before signal processing, a band pass filter or the like can be used to limit the analysis to a predetermined frequency region. The frequency band of this filter is selected in consideration of the frequency characteristics of the ultrasonic waves used. Unnecessary noise can be removed by limiting the frequency range described above.
The / N ratio becomes high, and accurate measurement can be performed.
【図１】 本発明にかかるボルト軸力測定装置の測定状
態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a measurement state of a bolt axial force measuring device according to the present invention.
【図２】 本発明にかかる第１実施形態の信号処理の説
明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of signal processing according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 本発明にかかる第２実施形態の信号処理の説
明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of signal processing of the second embodiment according to the present invention.
１０ ボルト、２２ 探触子、２８ 信号処理装置、３
０ 軸力算出器。10 volt, 22 probe, 28 signal processor, 3
0 Axial force calculator.
Claims (6)
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する方法であって、 検出された反射波の時間位相ごとの強度を表す反射波分
布と、時間位相ごとに所定の強度で定められた基準波分
布とを比較し、反射波分布と基準波分布との差が最小と
なる時間位相に基づき波の到達する所要時間を算出して
軸力を測定するボルト軸力測定方法。1. The amount of change in the bolt length before and after tightening the bolt is obtained based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip, and based on this amount of change, the bolt is changed. This is a method to measure the axial force in the tightened state of the, and compares the reflected wave distribution that expresses the intensity of the detected reflected wave for each time phase with the reference wave distribution that is set at a predetermined intensity for each time phase. Then, the bolt axial force measuring method for measuring the axial force by calculating the time required for the wave to reach based on the time phase that minimizes the difference between the reflected wave distribution and the reference wave distribution.
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する方法であって、 検出された反射波の時間位相ごとの強度を表す反射波分
布について、所定時間位相範囲で強度値を積算し、その
積算結果を代表する時間位相に基づき波の到達する所定
時間を算出して軸力を測定するボルト軸力測定方法。2. The amount of change in bolt length before and after tightening the bolt is calculated based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip, and based on this amount of change, the bolt concerned. Is a method of measuring the axial force in the tightened state, and for the reflected wave distribution that expresses the intensity of the detected reflected wave for each time phase, the intensity values are integrated within a predetermined time phase range, and the integrated result is represented. A bolt axial force measuring method for measuring an axial force by calculating a predetermined time for a wave to reach based on a time phase.
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する方法であって、 入射波と反射波の相互相関関数の最大値を与える遅延時
間係数を波の到達所要時間として軸力を測定するボルト
軸力測定方法。3. The amount of change in the bolt length before and after tightening the bolt is calculated based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip, and based on this amount of change, the bolt is changed. A method of measuring axial force in the tightened state, in which the axial force is measured using the delay time coefficient that gives the maximum value of the cross-correlation function of the incident wave and the reflected wave as the time required to reach the wave.
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する装置であって、 検出された反射波の時間位相ごとの強度を表す反射波分
布と、時間位相ごとに所定の強度で定められた基準波分
布とを比較し、反射波分布と基準波分布との差が最小と
なる時間位相を求める位相算出手段と、前記求められた
時間位相に基づき波の到達する所要時間を算出する手段
と、を有するボルト軸力測定装置。4. The amount of change in the bolt length before and after tightening the bolt is determined based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip, and based on this amount of change, the bolt is changed. This is a device that measures the axial force in the tightened state, comparing the reflected wave distribution that expresses the intensity of the detected reflected wave for each time phase with the reference wave distribution that is set at a predetermined intensity for each time phase. However, a bolt axial force having a phase calculating means for obtaining a time phase that minimizes the difference between the reflected wave distribution and the reference wave distribution, and means for calculating a time required for the wave to reach based on the obtained time phase. measuring device.
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する装置であって、 検出された反射波の時間位相ごとの強度を表す反射波分
布について、所定時間位相範囲で強度値を積算する積分
値算出手段と、その積算結果を代表する時間位相に基づ
き波の到達する所定時間を算出する手段と、を有するボ
ルト軸力測定装置。5. The amount of change in bolt length before and after tightening the bolt is determined based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip, and based on this amount of change, the bolt is changed. Is a device for measuring the axial force in the tightened state, the integrated value calculating means for integrating the intensity value in a predetermined time phase range for the reflected wave distribution representing the intensity of the detected reflected wave for each time phase, and A means for calculating a predetermined time for a wave to arrive based on a time phase representing an integration result, and a bolt axial force measuring device.
で反射してボルト頭部に到達する所要時間に基づき、ボ
ルト締め付け前後のボルト長さの変化量を求め、この変
化量に基づき当該ボルトの締め付け状態での軸力を測定
する装置であって、 入射波と反射波の相互相関関数を算出する相互相関関数
算出手段と、前記相互相関関数の最大値を与える遅延時
間係数を選定する遅延時間係数選定手段と、を有し、前
記遅延時間係数を波の到達所要時間として軸力を測定す
るボルト軸力測定装置。6. The amount of change in the bolt length before and after tightening the bolt is determined based on the time required for the wave incident from the bolt head to reach the bolt head after being reflected at the bolt tip, and the bolt is based on this amount of change. Is a device for measuring the axial force in the tightened state of, the cross-correlation function calculating means for calculating the cross-correlation function of the incident wave and the reflected wave, and the delay for selecting the delay time coefficient giving the maximum value of the cross-correlation function. A bolt axial force measuring device having a time coefficient selecting means and measuring the axial force using the delay time coefficient as a time required to reach a wave.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035147A JPH09229788A (en) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | Bolt axial tension measuring equipment and measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8035147A JPH09229788A (en) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | Bolt axial tension measuring equipment and measuring method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09229788A true JPH09229788A (en) | 1997-09-05 |
Family
ID=12433800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8035147A Pending JPH09229788A (en) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | Bolt axial tension measuring equipment and measuring method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09229788A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011185921A (en) * | 2010-02-09 | 2011-09-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | System and method for measuring damage length |
| JP2016522414A (en) * | 2013-06-12 | 2016-07-28 | アトラス・コプコ・インダストリアル・テクニーク・アクチボラグ | Method for ultrasonically measuring fastener elongation performed with a power tool and power tool |
| WO2022091680A1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社日立製作所 | Bolt clamping-force measuring device and method |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP8035147A patent/JPH09229788A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011185921A (en) * | 2010-02-09 | 2011-09-22 | Fuji Heavy Ind Ltd | System and method for measuring damage length |
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| WO2022091680A1 (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-05 | 株式会社日立製作所 | Bolt clamping-force measuring device and method |
| JP2022069830A (en) * | 2020-10-26 | 2022-05-12 | 株式会社日立製作所 | Bolt axial force measurement device and method |
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