JPH1096673A - ボルトの軸応力計測機 - Google Patents
ボルトの軸応力計測機Info
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- JPH1096673A JPH1096673A JP27301196A JP27301196A JPH1096673A JP H1096673 A JPH1096673 A JP H1096673A JP 27301196 A JP27301196 A JP 27301196A JP 27301196 A JP27301196 A JP 27301196A JP H1096673 A JPH1096673 A JP H1096673A
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- JP
- Japan
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- bolt
- waves
- axial stress
- ultrasonic
- wave
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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３ａ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、この
超音波センサ−５の他方には、超音波送受信装置６が接
続されている。横波→縦波変換方式の場合では、前記送
受信子７からの横波超音波がボルト頭部３ａからねじ部
分３ｂの先端に向かったときに、その一部が横→縦波変
換される。縦波・横波プロ−ブの併用方式の場合では、
縦波及び横波が同時もしくは時間差をもって送受信され
る。両方式は、ともに測定系のユニット８によって、両
波のエコ−パルスの波形から伝播時間比を計測して、負
荷される軸応力値及び弾−塑性臨界値をそれぞれ演算処
理する。この測定系のユニット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１
１及びプリンタ１２を備えたパソコン１３から構成され
る。
しかも正確に計測できること。 【解決手段】 ボルト頭部３ａ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、この
超音波センサ−５の他方には、超音波送受信装置６が接
続されている。横波→縦波変換方式の場合では、前記送
受信子７からの横波超音波がボルト頭部３ａからねじ部
分３ｂの先端に向かったときに、その一部が横→縦波変
換される。縦波・横波プロ−ブの併用方式の場合では、
縦波及び横波が同時もしくは時間差をもって送受信され
る。両方式は、ともに測定系のユニット８によって、両
波のエコ−パルスの波形から伝播時間比を計測して、負
荷される軸応力値及び弾−塑性臨界値をそれぞれ演算処
理する。この測定系のユニット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１
１及びプリンタ１２を備えたパソコン１３から構成され
る。
Description
【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、
例えばエンジン部及び歯車部のねじ締結の場合などであ
る。
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、
例えばエンジン部及び歯車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。
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、ねじ部からの縦→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。さらに
は、締結前のボルト長を精密計測するか、一定ボルト長
のものを使用するという繁雑な工程が入っている。
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、ねじ部からの縦→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。さらに
は、締結前のボルト長を精密計測するか、一定ボルト長
のものを使用するという繁雑な工程が入っている。
【０００４】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。
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。
【０００５】このようなことから、本発明では、横波超
音波の送受信子を有する超音波センサ−には、超音波送
受信子装置及び測定系ユニットがそれぞれ接続されるボ
ルトの軸応力計測機を提供するものであり、この結果前
もってボルト長を計測することなく、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もの
である。
音波の送受信子を有する超音波センサ−には、超音波送
受信子装置及び測定系ユニットがそれぞれ接続されるボ
ルトの軸応力計測機を提供するものであり、この結果前
もってボルト長を計測することなく、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もの
である。
【０００６】
【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
接される横波もしくは縦・横併用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、また、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
波の横波→縦波変換パルス波形から得られた両波もしく
は同時送信された両波の伝播時間比を計測して、負荷さ
れる軸応力値及び弾−塑性臨界値をそれぞれ演算処理す
る測定系ユニットが具備されるようにしたものである。
このように超音波の横波→縦波変換の送受信子を具備し
た超音波センサ−もしくは縦・横併用の超音波センサ−
を採用したのは、多重エコ−の出現を防止し、両波エコ
−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。
みなされたもので、超音波センサ−は、ボルト頭部に当
接される横波もしくは縦・横併用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、また、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
波の横波→縦波変換パルス波形から得られた両波もしく
は同時送信された両波の伝播時間比を計測して、負荷さ
れる軸応力値及び弾−塑性臨界値をそれぞれ演算処理す
る測定系ユニットが具備されるようにしたものである。
このように超音波の横波→縦波変換の送受信子を具備し
た超音波センサ−もしくは縦・横併用の超音波センサ−
を採用したのは、多重エコ−の出現を防止し、両波エコ
−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。
【０００７】また、縦波、横波プロ−ブの併用方式で
は、プロ−ブとボルト頭部間の接触媒質、接触フィルム
が音速の違いにより伝播誤差を生じるが、横波→縦波モ
−ド変換法は、ボルト間での反射波を利用するためこの
弱点が克服できる。また、逆に縦波・横波併用方式で
は、反射エコ−の数が半減するためピ−クの追尾が容易
となるという長所を有している。
は、プロ−ブとボルト頭部間の接触媒質、接触フィルム
が音速の違いにより伝播誤差を生じるが、横波→縦波モ
−ド変換法は、ボルト間での反射波を利用するためこの
弱点が克服できる。また、逆に縦波・横波併用方式で
は、反射エコ−の数が半減するためピ−クの追尾が容易
となるという長所を有している。
【０００８】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両伝播時間比を負荷され
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値及び弾−塑性臨界点の
判定に利用できるものである。
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両伝播時間比を負荷され
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値及び弾−塑性臨界点の
判定に利用できるものである。
【０００９】
【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。
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。
【００１０】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、締結物１は、締結用のブロ
ック２上にあって、その取付け穴１ａ内に頭付きボルト
３を嵌挿して、そのねじ部分３ｂがブロック２のねじ穴
２ａ内にねじ込まれることによって固定されるようにな
っている。そして、この頭付きボルト３は、通常ワッシ
ャ４を介して図示しないトルクレンチにより取り付けら
れるが、接触媒質もしくは接触フィルムが塗布された頭
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、超音波の周波数は、好ましくは１
〜５０ＭＨzである。横波→縦波変換方式の場合、多重
エコ−のない純粋な横・縦波エコ−パルスを得る必要性
から横波の超音波が好適し、ウェブレット波数が５波以
内で横波→縦波変換機能を有することが好ましい。ま
た、前記接触媒質は、例えば、グリセリン系の粘性流動
体あるいは蜂蜜更には弗素樹脂系のポリテトラフルオロ
エチレン、ポリフッ化ビニリデン、エ−テル系のポリエ
−テルイミド、ポリエ−テルアミド、ポリエ−テルサル
フォン等を用いると伝播時間の経時変化防止や位相の出
現が防止される。
構成を示した概念図であり、締結物１は、締結用のブロ
ック２上にあって、その取付け穴１ａ内に頭付きボルト
３を嵌挿して、そのねじ部分３ｂがブロック２のねじ穴
２ａ内にねじ込まれることによって固定されるようにな
っている。そして、この頭付きボルト３は、通常ワッシ
ャ４を介して図示しないトルクレンチにより取り付けら
れるが、接触媒質もしくは接触フィルムが塗布された頭
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、超音波の周波数は、好ましくは１
〜５０ＭＨzである。横波→縦波変換方式の場合、多重
エコ−のない純粋な横・縦波エコ−パルスを得る必要性
から横波の超音波が好適し、ウェブレット波数が５波以
内で横波→縦波変換機能を有することが好ましい。ま
た、前記接触媒質は、例えば、グリセリン系の粘性流動
体あるいは蜂蜜更には弗素樹脂系のポリテトラフルオロ
エチレン、ポリフッ化ビニリデン、エ−テル系のポリエ
−テルイミド、ポリエ−テルアミド、ポリエ−テルサル
フォン等を用いると伝播時間の経時変化防止や位相の出
現が防止される。
【００１１】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、他方の端部には、前記頭部３ａに
当接される送受信子７を備えているものである。横波→
縦波変換方式の場合、この送受信子７からの横波の超音
波は、ボルト頭部３ａからねじ部分３ｂの先端に向かっ
て伝播され、その一部が縦波に変換されるようにして該
先端で反射され帰還する。このように、横波→縦波モ−
ド波変換を採用したのは、接触媒質あるいは接触フィル
ムの音速違いによる伝播誤差を少なくするためである。
そして、得られた超音波の横・縦波のエコ−パルスは、
前記超音波センサ−５に接続された測定系のユニット８
によって波形デ−タの記録、超音波の伝播時間比の計測
が行われ、これらを基にして負荷される軸応力値及び弾
−塑性臨界値がそれぞれ演算処理される。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
波の伝播時間比が計測され、これを基にしてパソコン１
３からボルト３に負荷された軸応力値及び弾−塑性臨界
値がそれぞれ演算処理される。また、演算処理された両
波の伝播時間比は、負荷される軸応力の関数として予め
インプットして検量線を作成しておけば、ボルト３に負
荷された軸応力の判定に有効に利用できる。
置６に接続されるが、他方の端部には、前記頭部３ａに
当接される送受信子７を備えているものである。横波→
縦波変換方式の場合、この送受信子７からの横波の超音
波は、ボルト頭部３ａからねじ部分３ｂの先端に向かっ
て伝播され、その一部が縦波に変換されるようにして該
先端で反射され帰還する。このように、横波→縦波モ−
ド波変換を採用したのは、接触媒質あるいは接触フィル
ムの音速違いによる伝播誤差を少なくするためである。
そして、得られた超音波の横・縦波のエコ−パルスは、
前記超音波センサ−５に接続された測定系のユニット８
によって波形デ−タの記録、超音波の伝播時間比の計測
が行われ、これらを基にして負荷される軸応力値及び弾
−塑性臨界値がそれぞれ演算処理される。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
波の伝播時間比が計測され、これを基にしてパソコン１
３からボルト３に負荷された軸応力値及び弾−塑性臨界
値がそれぞれ演算処理される。また、演算処理された両
波の伝播時間比は、負荷される軸応力の関数として予め
インプットして検量線を作成しておけば、ボルト３に負
荷された軸応力の判定に有効に利用できる。
【００１２】なお、その他付属の超音波ユニットの閉回
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
ときの時間がピコ秒の精度で計測される。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。
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
ときの時間がピコ秒の精度で計測される。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。
【００１３】図２（ａ）〜（ｄ）は、図１を補足説明す
る横波→縦波変換方式における超音波パルスのタイムチ
ャ−トが示され、（ａ）では送信パルス１４、（ｂ）で
は受信信号１５、（ｃ）ではウインドゲ−トの出力信号
１６、（ｄ）ではゼロクロス検出器の出力信号１７が示
されている。
る横波→縦波変換方式における超音波パルスのタイムチ
ャ−トが示され、（ａ）では送信パルス１４、（ｂ）で
は受信信号１５、（ｃ）ではウインドゲ−トの出力信号
１６、（ｄ）ではゼロクロス検出器の出力信号１７が示
されている。
【００１４】また、横波→縦波変換方式に対して、図３
の断面図で見られるような縦・横波併用方式のド−ナツ
状プロ−ブ２０を利用することもできる。そして、この
プロ−ブ２０は、金属管２１の中心側に縦波圧電体２２
を位置させ、その外周側に横波圧電体２３を位置させる
ことによって横波及び縦波を同時もしくは時間差をもっ
て送受信するものである。
の断面図で見られるような縦・横波併用方式のド−ナツ
状プロ−ブ２０を利用することもできる。そして、この
プロ−ブ２０は、金属管２１の中心側に縦波圧電体２２
を位置させ、その外周側に横波圧電体２３を位置させる
ことによって横波及び縦波を同時もしくは時間差をもっ
て送受信するものである。
【００１５】なお、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。
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。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、ボルト
３の頭部３ａから超音波パルスを送受信して、得られた
横・縦波のパルス波形から伝播時間比を計測し、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、伝播時間比の測定値から、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。
３の頭部３ａから超音波パルスを送受信して、得られた
横・縦波のパルス波形から伝播時間比を計測し、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、伝播時間比の測定値から、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。
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】ド−ナツ状プロ−ブを示す横断面図。
【図４】応力負荷前後におけるボルトの伸び及び横・縦
波超音波エコ−間隔の変化を示す図で、（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
横・縦波超音波エコ−間隔を示す説明図、（ｃ）はボル
トが伸びた後の横・縦波超音波エコ−間隔を示す説明
図。
波超音波エコ−間隔の変化を示す図で、（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
横・縦波超音波エコ−間隔を示す説明図、（ｃ）はボル
トが伸びた後の横・縦波超音波エコ−間隔を示す説明
図。
【図５】ボルト軸応力に伴う伝播時間比を示す説明図。
１ 締結物 ２ ブロック ２ａねじ穴 ３ ボルト 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 (7)
- 【請求項１】 締結物１が頭部付きボルト３によりねじ
込み締結されたときに、このボルト３に発生する軸応力
が送受信子７を備えた超音波センサ−５及びこれに接続
される測定系のユニット８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、 前記送受信子７は、超音波送受信装置６から横波の超音
波を送受信し、その一端が前記ボルト３の頭部３ａに当
接されるようになっており、 前記測定系のユニット８は、前記ボルト頭部３ａからね
じ部分３ｂの先端に向かう横波超音波の一部を横波→縦
波変換することにより得られた両波の伝播時間比を計測
し、この伝播時間比を基礎にして負荷される軸応力値及
び弾−塑性臨界値がそれぞれ演算処理されるようにした
ことを特徴とするボルトの軸応力計測機。 - 【請求項２】 請求項１に記載された横波→縦波変換に
代えて、縦波及び横波が横断面方向で中心側及び外周側
に分かれて位置するド−ナツ状プロ−ブにより送受信さ
れるようにした請求項１記載のボルトの軸応力計測機。 - 【請求項３】 請求項１及び請求項２に記載された送受
信子７は、周波数１〜５０ＭＨzでウェブレット波数が
５波以内に設定されている請求項１及び請求項２記載の
ボルトの軸応力計測機。 - 【請求項４】 請求項２に記載されたド−ナツ状プロ−
ブは、中心側の縦波圧電体２２と、外周側の横波圧電体
２３とを有し、これらの圧電体が縦波・横波の同時もし
くは時間差をもって送受信できるようになっている請求
項２記載のボルトの軸応力計測機。 - 【請求項５】 請求項１及び請求項２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〜請求項
４記載のボルトの軸応力計測機。 - 【請求項６】 請求項１及び請求項２に記載された測定
系のユニット８は、演算処理された両波の伝播時間比を
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３に負荷された
軸応力値及び弾−塑性臨界値の判定に利用される請求項
１〜請求項５記載のボルトの軸応力計測機。 - 【請求項７】 請求項１及び請求項２に記載された超音
波センサ−５及びボルト頭部１ａ間には、横波伝播がし
やすいグリセリン系の接触媒質もしくは弗素系のポリテ
トラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、エ−テ
ル系のポリエ−テルイミド、ポリエ−テルアミド、ポリ
エ−テルサルフォン等のフィルムを介在させた請求項１
〜請求項６記載のボルトの軸応力計測機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27301196A JPH1096673A (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | ボルトの軸応力計測機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27301196A JPH1096673A (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | ボルトの軸応力計測機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1096673A true JPH1096673A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=17521917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27301196A Pending JPH1096673A (ja) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | ボルトの軸応力計測機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1096673A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2465577A (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-26 | Vestas Wind Sys As | Monitoring device for a wind turbine |
| CN114184313A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-15 | 苏州博昇科技有限公司 | 一种螺栓应力的超声波双波高可靠性检测方法及装置 |
| WO2024045432A1 (zh) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | 西南交通大学 | 一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法 |
-
1996
- 1996-09-24 JP JP27301196A patent/JPH1096673A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2465577A (en) * | 2008-11-21 | 2010-05-26 | Vestas Wind Sys As | Monitoring device for a wind turbine |
| CN114184313A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-15 | 苏州博昇科技有限公司 | 一种螺栓应力的超声波双波高可靠性检测方法及装置 |
| CN114184313B (zh) * | 2021-11-26 | 2024-04-09 | 苏州博昇科技有限公司 | 一种螺栓应力的超声波双波高可靠性检测方法及装置 |
| WO2024045432A1 (zh) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | 西南交通大学 | 一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040223 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040624 |