JPH09288022A - ボルトの軸応力計測機 - Google Patents

ボルトの軸応力計測機

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JPH09288022A
JPH09288022A JP12644896A JP12644896A JPH09288022A JP H09288022 A JPH09288022 A JP H09288022A JP 12644896 A JP12644896 A JP 12644896A JP 12644896 A JP12644896 A JP 12644896A JP H09288022 A JPH09288022 A JP H09288022A
Authority
JP
Japan
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bolt
axial stress
ultrasonic
waveform
unit
Prior art date
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Pending
Application number
JP12644896A
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English (en)
Inventor
Mikio Fukuhara
幹夫 福原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Tungaloy Co Ltd filed Critical Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボルトの締結時に発生する軸応力を容易に、
しかも正確に計測できること。 【解決手段】 ボルト頭部1aには、横波の超音波を利
用した超音波センサ−5の送受信子7が当接される。こ
の超音波センサ−5には、ボルト頭部1aからねじ部分
1bの先端に向かう超音波のエコ−パルスの波形から得
られる伝播時間及び減衰率を計測して、負荷される軸応
力の関数として超音波による音速及び内部摩耗値を演算
処理する測定系のユニット8が接続されている。この測
定系のユニット8は、シングアラウンドユニット9、波
形メモリ内臓の波形モニタ10、ディスプレイ11、プ
リンタ12及びパソコン13から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボルトの軸応力計
測機に関し、特に、ボルトに発生した軸応力が非破壊形
式で容易に計測できるようにしたものである。そして、
ボルトの軸応力計測機が主として適用されるのは、熱応
力が付加されたり、複雑形状で応力変動を起こす部材、
例えばエンジン部のねじ締結の場合などである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のボルトの軸応力計測機と
しては、超音波パルスエコ−位置計測法、超音波固有振
動計測法などが知られている。また、実務面では、トル
ク計が広く用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
パルスエコ−法の場合では、縦波の超音波が適用されて
いることから、ネジ部からの縦→横→縦波変換により多
重エコ−が生じるため、基準ピ−クが判読しにくく、誤
読となることが多いという欠点を有している。また、超
音波固有振動計測法の場合では、ボルト締結前後におけ
る共振周波数を各々測定しなけらばならないという不便
さと塑性域における応力の定量がむずかしいという欠点
を有している。さらに、トルク計による場合では、バラ
ツキが大きく精密計測には向かないものである。
【0004】このようなことから、本発明では、超音波
の送受信子が構成される超音波センサ−を適用して、こ
れに波形モニタ、制御ユニットを接続したボルトの軸応
力計測機を提供することにより、容易にしかも正確なボ
ルトの軸応力、特に弾塑性臨界点が計測できるようにし
たものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
みなされたもので、超音波センサ−は、ボルト頭部に当
接される横波からなる超音波の送受信子が構成されるよ
うになっており、しかも、この超音波センサ−には、ボ
ルト頭部からボルト先端に向かう超音波のエコ−パルス
の波形から得られた伝播時間及び減衰率を計測して、負
荷される軸応力の関数として音速及び内部摩耗値を演算
処理する測定系ユニットが具備されるようにしたもので
ある。このように送受信子を構成した超音波センサ−を
採用したのは、単一エコ−ピ−クの追尾により位置の精
密計算が可能となるためである。
【0006】また、超音波センサ−は、超音波が縦→横
波モ−ド変換しない配慮から、ボルトのネジピッチ以下
の波長からなる超音波が適用されることが好ましい。
【0007】さらに、前記測定系のユニットは、波形解
析ユニット、波形メモリ内臓の波形モニタ、ディスプレ
イ、プリンタ及びパソコンから構成されるものであり、
また、演算処理された超音波の音速及び内部摩耗量を負
荷される軸応力の関数として、予めインプットしておけ
ば、これにより得られた検量線が軸応力の判定に利用で
きるものである。この検量線は、弾−塑性臨界点の位置
把握が可能になり、ボルトの軸応力が簡易に読み取れる
ものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明ボルトの軸応力計測
機における一実施例について、図を参照しながら説明す
る。
【0009】図1は、ボルトの軸応力計測機のシステム
構成を示した概念図であり、頭付きボルト1が図示しな
いトルクレンチにより締結用ブロック2のねじ穴3内に
ねじ込み締結されるようになっている。そして、この頭
付きボルト1は、通常ワッシャ4を介して取り付けられ
るが、接触媒質が塗布された頭部1aには、超音波セン
サ−5が取付けられるようになっている。この場合、超
音波は、10MHz程度で好ましくは5〜30MHzであ
り、単一のエコ−パルスを得る必要性から横波の超音波
が好適し、前記接触媒質は、例えば、グリセリン系の粘
性流動体あるいは蜂蜜などからなっている。
【0010】前記超音波センサ−5は、超音波送受信装
置6に接続されるが、前記頭部1aに当接される送受信
子7が構成されるものである。要するに、この送受信子
7からの超音波は、ボルト頭部1aからねじ部分1bの
先端に向かって伝播され、当該先端で反射されて帰還す
るものである。そして、得られた超音波のエコ−パルス
は、測定系のユニット8によって波形デ−タの記録、超
音波の伝播時間及び減衰率の計測、ボルトの軸応力の関
数としての音速及び内部摩耗値が演算処理される。この
場合、測定系のユニット8は、波形解析ユニット9、波
形メモリ内臓の波形モニタ10、ディスプレイ11及び
プリンタ12を備えたパソコン13から構成されてい
る。そして、波形モニタ10によって得られた波形から
は、超音波の伝播時間及び減衰率が計測され、これを基
にしてパソコン13からボルト1に負荷された軸応力の
関数としての音速及び内部摩耗値が演算処理される。
【0011】なお、その他付属のシングアラウンドユニ
ットの閉回路中には、超音波パルスのピ−ク値を検出す
るピ−ク検出器(図示せず)が設けられ、ゼロクロス検
出器(図示せず)により受信パルス電圧が零電圧(零
点)を横切るときの時間が計測される。この計測値は、
RS−232準拠のシリアルインタ−フェイス(図示せ
ず)からの出力となる。この自動測定にあたっては、閉
回路中に接続されたソフトウエアを前記パソコン13に
よって演算処理する。
【0012】図2は、図1を補足する説明するもので、
超音波パルスのタイムチャ−トが示され、送信パルス1
4、受信信号15、ウインドゲ−トの出力信号16及び
ゼロクロス検出器の出力信号17が示されている。
【0013】図3(a)〜(c)は、応力負荷前後のボ
ルトの伸び及び超音波エコ−間隔、高さ変化を説明した
図である。そして、ボルト1に応力がかかっていないと
きの図3(b)では、超音波の伝播時間がtであるが、
応力負荷時の図3(c)では、軸の伸びによりΔtだけ
伝播時間が延びる。また、時間の変化率Δt/tは、ボ
ルト軸応力σに比例するので、比例定数をkとすれば、
【0014】
【数1】 で求められる。ここで、ピ−ク時間の延びの原因は、ボ
ルトの伸長により、伝播距離の増加と引張応力発生に伴
う超音波音速の減少によるが両者を区別することはむず
かしく、実用上では(1)式から実験式として求めた方
が便利である。しかし、この方法のみでは、完全でな
い。これは、弾性域後半では、誤差が大きくなるためで
ある。
【0015】したがって、次に、図3(b)(c)のピ
−ク高さA1,A2の精密計測により内部摩耗値を測定
し、その内耗変化率から、軸応力や弾−塑性臨界点が測
定できる。これに伴って、内耗Q−1は、式(2)によ
って求められる。
【0016】
【数2】 この臨界点は、材料に固有の値であり、また、内摩値
は、弾性域後半より急激に転位の集積に伴って増大する
ことが知られている。
【0017】図4は、以上の結果を図示したものであ
り、具体的には、ボルトの軸応力に伴う伝播時間変換率
と内耗変化の説明図である。図4において、両者の曲線
は、前記パソコン14中に予めインプットしておけば、
検量線となり、各々から所定割合の軸応力が検出され、
両者の重ねあわせにより真に近い軸応力が算出できる。
また、弾性−塑性臨界値は、Δt/tの平衡値と内耗の
急上昇点より算出できる。
【0018】本発明は、このようにしてボルトの軸応力
の所定の値が伝播時間の変換率と内耗の変化を測定する
ことにより検出できること、弾性−塑性臨界値は、Δt
/tの屈折点、内摩耗の急上昇により算出できることを
詳述した。
【0019】なお、本実施例では、ボルト1が垂直方向
にある場合を例示したが、水平方向や斜め方向の場合に
も適用できるものである。また、超音波パルス系の測定
法としては、本発明のパルスエコ−オ−ラップ法以外の
比例シングアラウンド法、パルスス−パ−ポジション
法、移相比較法による場合も適用できるものである。
【0020】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ボルト
1の頭部1aから超音波パルスを送受信して、得られた
パルス波形から伝播時間及び減衰率を計測し、超音波の
音速及び内部摩耗値を応力負荷中のボルトにおける軸応
力の関数としたものである。したがって、音速及び内部
摩耗の両測定値から、容易にしかも正確に、ボルトの軸
応力が判定できるものである。また、弾−塑性臨界点ぎ
りぎりの軸応力を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明ボルトの軸応力計測機の一実施例を示す
概念的な構成図。
【図2】超音波パルスのタイムチャ−トを示す説明図。
【図3】応力負荷前後におけるボルトの伸び及び超音波
エコ−間隔と高さ変化を示す図で、(a)はボルトの伸
び関係を示す説明図、(b)はボルトが伸びる前の超音
波エコ−間隔と高さを示す説明図、(c)はボルトが伸
びた後の超音波エコ−間隔と高さを示す説明図。
【図4】ボルト軸応力に伴う伝播時間変換率と内耗変化
を示す説明図。
【符号の説明】
1 ボルト 3 ねじ穴 5 超音波センサ− 6 超音波送受信装置 7 送受信子 8 測定系のユニット 9 波形解析ユニット 10 波形モニタ 11 ディスプレイ 12 プリンタ 13 パソコン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 頭部付きボルト1のねじ穴3内へのねじ
    込み締結によって発生するボルト1の軸応力が超音波セ
    ンサ−5の利用により計測されるようにしたボルトの軸
    応力計測機において、 前記超音波センサ−5は、ボルト頭部1aに当接される
    横波からなる超音波の送受信子7が構成され、この超音
    波センサ−5には、ボルト頭部1aからねじ部分1bの
    先端に向かう超音波のエコ−パルスの波形から得られる
    伝播時間及び減衰率を計測して、負荷される軸応力の関
    数として超音波による音速及び内部摩耗値を演算処理す
    る測定系のユニット8が接続されるようにしたことを特
    徴とするボルトの軸応力計測機。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された測定系のユニット
    8は、波形解析ユニット9、波形メモリ内臓の波形モニ
    タ10、ディスプレイ11、プリンタ12及びパソコン
    13から構成されている請求項1記載のボルトの軸応力
    計測機。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載された測定系のユニット
    8は、演算処理された音速及び内部摩耗値を負荷される
    軸応力の関数として、予めインプットしておき、これに
    より得られた検量線がボルト1に負荷された軸応力の判
    定に利用される請求項1及び請求項2記載のボルトの軸
    応力計測機。
JP12644896A 1996-04-22 1996-04-22 ボルトの軸応力計測機 Pending JPH09288022A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012533447A (ja) * 2009-07-15 2012-12-27 ミシュラン ルシェルシュ エ テクニーク ソシエテ アノニム トレッドノイズを改善する方法
CN109489887A (zh) * 2018-12-13 2019-03-19 安徽江淮汽车集团股份有限公司 螺栓伸长量测试系统
CN109521098A (zh) * 2018-11-13 2019-03-26 北京市地铁运营有限公司 一种用于声屏障的监测系统和方法
CN109813474A (zh) * 2018-12-26 2019-05-28 杭州戬威机电科技有限公司 基于超声波螺栓预紧力监测方法、装置、设备及存储介质

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040223

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040624