JPS60500461A - 媒体内のストレスを測定する方法および該方法を実施する為の素子 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 媒体内のストレスをｒｉｌｌｌ　ホする方法およＯ該方法を実＃ｉｂＴる為の宏 子 ＋発明は＜ｈｖ一体、時に高強度ボルト、ｉｇ　シ山切りした憚、または４’ｉ 着力のストレスを１ご１音イ１′の反月汀（こより・１１１ビセする操作に関す るものである。

それｊｔまた、イＸ１む・［■の傑作によってストレスの測定を？ｊうことか出 来るように「（５４合しているようなＳ部品にも関係するものでちる。

本定明の、ひ味に鈴けるストレスという１治によっては、決った長さの経路上で の有Ｆ１４な音％Ｉ寺東の重過時間の変化をもたらす厚内で、その１早因は直重 ても間髪にてもよいから作用するものと理１曹さるへきである。　１直安１千中 の烏合には、これは１目、梧の・ε・し纏の音１土に・に゛て、旨↓’ａ　（反 ０）コイｉ丁（こ（【７つで、；ン、′□１１：　、：、：４２．！苗度か一足 ｊこ署１まっている間の内、怖応力の（１１，、壬の、２１［−でもよく、また は；中宮のＦ１］１テ１）の勲・味にｒｒ″て、内部１心Ｊの′す（、＋５：か その中で一定に留まってい　−る１１７１、音コーポ７反の詮り町）１こγ１９ つでの「晶ｊ隻１１（「馬の）ごイにてあってもよい４゜ 開広作用の鳴ｈｊこは１．自１、ト：こり（１わｂ外力−）糸う）あって、ＩＩ 昭のｌｔｉ　％の（イ宋ｊこＣて、計店弁和にイｄつて内耳：５宅ブ；の゛（〕 （・ｊ己の（化を生じている。

代る朱子のプレストレスとい一′１誌１こよって１１代々は甘子の１１１用の特 殊１シー（であるとＩＩＩＩ解し、それは紫子内に２７Ｊ　ｉ綱７．；―、力な いし５［「嶺、１をｊｔＸ友し、そ几か１−ＬＩ　１＋１１される負ζ、了の梁 つ＼枦ｊて（２） あろうとも、多分変化する振温を伴って存化し続けることである。

本発明は特に、ボルト、わし山すコリした棒、及び結りに起っているストレスの 測定に応用”Ｔ　Ｍ’ｅであるが、これらの応用に限定されるものではない。

ストレスの測定がその中で行われる媒体は、これから後は、媒体、本体、機械部 品、部、：１８Ｉ一連結素子、ボルト、結清、ねじ山を切った棒と呼ぶけれども 、これは例としてすることであって、制限を何等望むものではない。

高強度ボルトの特別の特徴は、それらがはめられる時に一緒に接合された素子ら の接触面上に、外部応力の作用によるそれらの相対運動に反することの出来る局 部圧力を展田するような具合なプレストレスされた状態を受けるという事実ｌと 存する。

これは、ボルトか締められる時に、ボルトの本体中に等べされたプレストレスを 制作］シｌ！ｌ定しうることの重要性を免明する。

機械的測定の技法、例えばトルクレンチの如き、特ｌこ締寸は間のプレストレス の測定用のものは、余り；こ不正確でろり、時間の間隔が間をあ：すでいる残余 プレストレスの測とは困難を伴ってしか４　Ｌ　（％ないことか判ったので、他 の痒決法かめられてきた。

また、成る著者らは音告波（こよるストＬ−スの測定を提案してさた。

実際；こ、　百彼の伝捕速夏（−【コ−♀Ｇこ樅洩　（Ｌ　←支　）、　ａ波　 （Ｔ（３） 波）及び表面波（Ｒ波）の速度は、その中を波が伝播する物質媒体の物理的パラ メーターに依存することは公知である。−例として均一な等質媒体に対しては、 Ｌ波、Ｔ波及びＲ波の速度は、縦の弾性率Ｅ、密度Ｐ及びポアッソン比μに依存 する。Ｌａｍｂ波らに関しては、それらの伝播の速度は加うるに、周波数によっ ている。波の速度は、これらの物理的パラメーターを影響する総ての因子、そし て特にストレスと温度とによって影響される。

年回結晶により発射された縦及び横の音波は、物質媒体と発射する結晶の等価直 径とに依存する周波数に対して、入射波のエネルギーの総てまたは部分を反射す る異状の選択的位置付けを許す指向性の性質を展示する、またこれは発信器の夫 々の位置に従って達成され、かつまた受信器の位置と材料中への音束の軸の滲透 角度にも従って達成される。

公知の操作らに於ては、ストレスは、本体例えはボルトの長さ中での超音波の通 過時間の測定で、その測定はインパルス・エコーグラフ法により行われるもの１ こよってか、または支持された波の共鳴周波数の決定によってかにより測定され る。共鳴周波数は算術級数を構成し、それの共通差は基本周波数である。後者の 逆数が有用な音波の最少通過時間である。

それにも拘らず、超音波によるストレスの測定は一般に縦波または横波の通過時 間の直接測定を使用する。

この目的のために、超音波送信器を部品の一方の側車に（４）　待表昭６０−５ ００４６１　（３）置き、受信器を反対側上に置いて測定は行われうる。しかシ ナカラ、発信器と受信器を構成する一または二つのセンサーで、最も普通１こは 一つの同しセンサーに結合されているか離れているかになっているものを使用す ることにより、反射による測定をすることもまた可能であり、その時は測定は部 品の端部らでの波の反射から結果する反響の検出と有用な音波の経過時間の決定 をＡ型の表現上の端部の反響ピークの足の出現を分っている時間を決めることで 行い、各反射は実際に、もしも反射されたエネルギーが受信器に戻るならば、普 通の従来の超音波制御装置基こ使ゎれているＡ型の表現でのピークを特徴とする 異状ピークを惹き起させる。

ボルト内のストレスを測る従来の方法は−ボルトの一端上にセンサーを適当１こ 置き、有用な音波がボルトの長さの二回、または二回の倍数たけ走行するに要す る時間を測ることから成り、音波はボルトの二つの端で部分的または完全薔こ反 射された。

ボルト内での通過時間は、有用な音波の走行上のストレスｉこ依存する、何故な らば、このストレスは通過の速度ト通過の長さに影響するからである。

それにも拘らず、従来の方法は数多の欠点を有している：機械的部品、例えばボ ルトは、音波により走行される長すｔこ渉って均一なストレスを展示しない。プ レストレスされたボルトの場合、幹は張力を受けており１頭部は湾曲を含む複雑 な力を受けており、ねじ山切りした帯域は（５） 種々の張力を受けており、またねじ出切りした棒のとんな自由部分もストレスな しである。

このため、ボルトの張力をかけられた部分の長さは不正確な知識となる結果にな り、そこでは音波の伝播の速度はストレス１こより影響されており、またボルト の全長の一部のみかストレスを受けている。従って同じ形状にての補正なしでは 、音波によるストレスの測定には系統的誤差が行われる。従ってこのため、ねじ 山切りした棒上のナンドの各位置とボルトの各長さとに対して補正を必要とする 。

接合点では、ボルトの頭とナツトとの支持表面が厳密に平面であることは稀であ る。

従ってボルトか締付けられる時には、ボルトの幹の屈曲があり、これが測定に対 する有用な音波を変化させ、又、屈曲だけの故に特性的走行の長さを変更する。

前述のことの故に、この不利は音響波ｌこよるストレスの測定に第一の系統的誤 差を導入する。それに加えて、有用な音波の経路への屈曲１こより導入された局 部的ストレスは、有用な音波の伝播の速度を変え、従ってボルトをプレストレス することの測定を歪曲させる。屈曲のせいでのボルトまたはねじ山を切った棒の 端らの平行性の欠除は、反射された音響エネルギーが受信器ｌこ到達せず、測定 か反射で行われる時、総ての測定か不可能になるという成行きになりうる。

平面の平行な表面らを有する狭い部品の二つの端が軸に（６） 対しもしも充分に垂直てないならは、音波を材料中番と伝播することは可能であ るけれとも、もしも狭い部品が可成りの長さのものだとすると、有用な音波が一 つの端上の反射器こより受信機１こ達することは困難であろうし、不可能でさえ あり、ストレスの測定は不可能である。

ボルトの端部上（こセンサーを正確に位置づけることは、もしも反射表面らが厳 密ｌこ平行てないか、または完全に平面てないならは、重要なことである。受信 機に到達する、そして部品内で有利にも最短の通過時佃を有するところの反射波 の音波により供給される情報は実際に利用される。この最小通過時間はそのとき 、部品の端部らの上のセンサーの位置に依存している。音束の輻と開きとは重要 である。何故なら音波は有用な音波が部品の第二の端で反射される前に、例えば ねじ山のヘリや面のような寄生的反射器により反射され得るからである。寄生約 反響のピークらの高さは有用な反響のピークの選定を妨けることかある。加うる に、もしも寄生的反響のピークらか有用な反響のピークらの上に重畳されるなら ば、有用な射線の最小通過時間を大なる正確度で測ることは最早可能でなく、特 に第一の走行の外の音響射線の走行または走行の群を使用するならば、そうなる 。最小の走行時間は維持された反響のピークらの足を分離している時間の決定基 （より実際に理想的に決められる。

ボルトの端のくぼんだ状態または凸出している状態は、上記と同じ理由により、 頭部上のセンサーの種々な位置（７） ｌこ対し、有用な音波の最小通過時間の測定を歪曲せしめる。

ボルトの頭及び端の全体的腐蝕による浸蝕は参照長さの変化をひき起す、すなわ ち最短の通過時間を有する音波の走りを変化させる。加うるＩこボルトの頭と端 とは、使用中、例えば磨耗により、打撲により、全体的または局在的腐食により 、センサーの部品に対する相対位置が変ってしまうような具合ｌこ劣化しうる。

ボルト内のストレス測定の普通の方法に於ては、測定を行いつるようにするため に端部らを研磨することは許し得ない。実際に、研磨は通過長を定量化出来ぬ減 少をさせることになる。

結合は、センサー乃至センサーらと部品との間で、送信器の音響エネルギーを後 者へ伝え、かつ受信器に反射されたエネルギーの一部を伝えるために、通常必要 である。

センサーないしセンサーらと部品との間の結合用媒体のフィルムの厚みは、部品 内での音波の、第一の走りを使用する場合には、音波の通過時間の測定器こ影響 する。センサーの底面の反射ピークは実際に、部品中への入口での反射ピークを 蔽ってしまう。結合用媒体内での通過時間はその時、部品内通適時間の一部を形 成している如くに計数される。ボルトの通常の寸法に対して、ストレスの測定の ためζこ利用きれるところの通過時間の変化は僅かであるという事実に鑑み、結 合用媒体内での通過時間のせい１こより、ボルトの通過時間に対して行われる誤 差は、ストレスｌζ対しては大きな誤差に結果としてなりうる。従ってセンサー と部品との間の接触圧力は重要である。何故ならそれが結合用媒体のフィルムの 厚みを変えるからである。

一若干の著者らは、音波の材料中への入場のせい１こよる影響を、音波かボルト の長さに渉り複数回走行するに必要な時間を測り、最初の走りを消去するように して測ることによって消去することを提案している。この操作は実用上、発信器 と受信器とが結合されているセンサーら７についてのみ応用出来、別々の発信器 上受信器とを有するセンサーないしセンサーらには応用出来ない。しぶしながら 、他の音源の中でもねじ山の面とかどとの上で起る何らかの反射Ｉこ起因する寄 生的反響のせいでの困難に出会いうる。ねじ山上ての反射のせいによる寄生的ピ ークは測定を不正確にする。何故なら、特性的反射表面らの間の音波の最少通過 時間を必要な精度をもって測ることが可能でなかろうからである。これらの場合 ｌこは、他の不利らも常に消去されていない。

ＱＢ　−Ａ−１，３６９，８５８号中には、軸方向の力を特にボルト内で測定ｊ こかかつている対象の自然共鳴周波数を用いて、異った強制振動の作用下に測定 することもまた提案されている。

従って、本発明は音波の反射を使用することにより、かつそれの通過時間を特別 の装置の助けで測ることｌこよって例えば、二つの特性的反響反射ピークの足の 間の時間を測る装置で、他方公知の操作の不利を消去するか、少くとも（９） それらの衝撃を可成りに減じて、測ることによって媒体内でのストレスの測定用 の過程を提案せんとするものである。

本発明の操作は、媒体内に選定されている内部人工的反射器の材料形を有する直 線的測定路の一つないし複数個の端部らを含み、音波の条は充分なエネルギーを 運んでいる音波が有用な反射体らに触れ、反射体らに該当する反響が選択されて 、内部人工的射器迄遠い有用な音波の特性である通過時間が測定によって決定さ れ、個々に考えられる各内部反射体に対する通過時間、又は各々の反射体の対の 通過時間のそれぞれ差は、外部ストレスの値に入れかえられるか、又は各反射体 の対により限界を定められた帯域内のストレスの値ｌこ入れかえられる。

本発明の一つの奸才しい実用的態様は、二つの内部人工的反射体により限られた 直線状測定路が媒体内に選定され、その媒体内では、それの軸が選定された直線 測定路とほぼ同じである音波の条が伝送され、そこでは反射体らｌｃ該当する反 響か選定され、そこでは二つの反射体の間の音波の特性的な通過時間か測定され て、この時間か二つの反射体の各々程（と遠い一致しているか又はほぼ平行な音 波の通過時間の間の差になって居り、又そこで、通過時間の値はストレスの値に 入れかえられる。

特性的通過時間は有利には最少通過時間である。

測定の目的の為には、内部人工的反射体のせいてのピークらの足を選ぶことを可 能にする装置を使用し、発信器源から該当する反射体への波の二つの通過時間の 間の差を得（１０） るようにすると有利である。

人工的反射体らは、音波の走りが中性線に平行で非常に近くか、またはその線上 でさえあるような具合（こ配列すると有利である。この配列は普通の操作に於て の測定を歪曲しうる屈曲の影響を実用上清してしまうこと’ｉ＝　０１１能ｔら しめる。

充分に狭い超音波を使用するのか好ましく、それにより測定の正確度を増し、も しも実用曲に点状の反射体又は点状の反射体の挙動と実用上類似の挙動を有する 反射体と結合されるならば、それｌこより測定の正確度か増す。使用びれる音波 の条は焦点付けされると有利である。

通過時間の測定は、・内部反射体のせいによる音波の連続的伝達及び共鳴周波数 の測定によって行われてもよい。共鳴周波数は、共通差が基本周波数である算術 級数を構成している。後者の逆数は、関連する反射体らの間の最小通過時間であ る。ボルトの端はボルトの長びに関連している共鳴周波数を消すために、例えは 凸または凹の形状にすると有利であろう。

成るべ（、二つの反射体の間の音波の通過時間の測定は超音波の使用をする厚み 測定器の助けをもって行うと有利である。超音波厚み測定用装置は実際に、部品 内での超音波の通過時間を＠接または間接に測る装置と考えられる。

従って、本体がストレスを受けていない時の二つの人工的内部反射体の間の有用 な音波の退蔵時間ｔ。を測ることが必要である。

（１１） 本体かストレスを受けている時の二つの内部反射体間の音波の通過時間ｔをそれ から測定する。

を及びちの間の差は、 １有用な音波の走りの上のストレスを伴う音波の速度の変化と、 ２ストレスのせいによる、内部反射体らの間の特性的距離の変化と、 によるものである。

二つの内部反射体の間の通過時間ｔにストレスを結びつける較正曲線を樹立し、 通過時間値をストレス値（こ入れかえることが出来るようにすることが必要であ る。

代替の操作用過程によると、較正段階の間に本体に加えられたストレスが、人工 的内部反射体を分離している線に沿っての有用な音波の特性的通過時間に影響を 示す場合【こは、横の超音波を使用することが可能であろう。しかしなから、こ れは斯界技術によく通じている人達には公知の種々の困難を、特１こ部品の端に 直角な伝播の場合に材料内にこの型の波を発生させることの困難をひき起す。

代替の操作用過程によると、本体に加えられたストレスが、人工的内部反射体を 分離する線上にかく生じられたストレスの結果として、有用な音波の特性通過時 間ｆこ影響を有するものならば、如何なる型の音波も特に超音波表面波を使用す ることも可能であろう。この場合には、人工的内部反射体は表面に比較的近くに あらねばならぬだろう。何故ならば、表面波は波長の程度の材料深さのみに影響 するからである。

別の特に好ましい操作用過程によると、ボルト、ねじ出切りした棒、及び連結具 の場合、縦の超音波を使用する。

それは直角入射の場合、容易く部品へ伝達されるという利点を有する。

縦波と横波とを組合せにして、同伴してかまたは続いて用いることもまた可能で あろう。それはストレス測定用≦こ追加のデータを与えるものである。

二つの反１．射体の間の充分に均一で等方性の媒体内でのＬ波とＴ波とのそれぞ れの通過時間の比はこれら二波のそれぞれの速度の比の逆数１こ等しく、またポ アッソン比μの値にたた従うもめである。従ってそれは反射体らの間の距離には 依存しない。かくてストレス（こ依存している材料に対しては、通過時間のこの 比を較正すれは充分である。これを反射体を有する部品上沓こすることか望まし い、。

他の場合−不均質または非等方性媒体一には例えは各型の波器こついての較正は 二つの人工的内部反射体を有する部分品へと加えられる時は、例えは温度の如く 、材料内の波の通過時間に影響する何等か池の因子らを考慮することか可能であ る。

可塑性範囲内での超音波によるストレスの測定は、もしも二つの反射体間の距離 の非可逆増面を欠くことが可能であるときのみに可能である。これをすることの −法は、二つの通過時間の比がほぼ可塑性変形に依存せず、かくて充分に均質で 等方性の媒体内で、反射体らの間の瞬間的距離（１３） ニ独立１こなることを可能ならしめる。この解答は、不均質および／または非等 方性媒体の場合に他分拡けることができよう。

これらの問題を、同じ型のものでもよくそうでなくてもよいもので、異る周波数 を有する二つの波を用いることによって解くことを期待することもでき、又伝播 速度車に周波数が及ぼしうるどんな影響をも、可塑性範囲でのストレスを測るこ とを同じ具合（こして、同じ制限付きてすることを可能にするために使用するこ と期待することも出来る。

この場合には、第一の解答に対してと第二の解答に対してとの双方共をこ、全く 同時にストレスゲージと可塑性変形ゲージとであるゲージの場合１こ於ける如く に働き、材料について作られた特別の較正曲線の助けにより間接的に、可塑性変 ブｅの振幅を決めることが”Ｊ馳であろう。

また、笑在の媒体内で、前渡の速反か波の周波数により元分に影響される場合で 、それによりストレスを測るための較正に対する一つ以上の追加データか得られ るたろう場合には、二つ以上の異る周波数の音波を一緒にし、かつ同伴してかま たは続けて使用することも可能であろう。

かくして、二つの内部反射体の間の距離の知識と独立であることも可能であり、 または温度の如き、または適用可能な所では例えば可塑性変形の如き、材料内の 波の通過時間に影響する他の因子を考慮に入れることも可能であろう。

均一なストレスを受けている特狂的走りを選ぶことにより、測定１こ興味のない 帯域または測定を擾乱する帯域は解（１４） 消される。従ってこの操作は、較正かねじ山を切った棒及びナツトの同一形状に つき行われなかった場合に、音波の特性的経路からストレスか無い、および／ま たは不均一なストレスを受けている帯域で、かつそれらはストレスの測定１こ於 ける誤差の原因を無くすることを可能ｌこする。何故ならば、そこではストレス の分布は貧弱に規定されておるからであり、又それらは波の速度と特性的走りの 長さに影響することにより通過時間に影響するからである。

従って本発明の操作は、ボルト付けした構造へそれを応用する場合をこナツトの 各部分に対する較正を最早必要としない。等価のことはねじ山を切った棒の場合 または、固体質量内のねじ山を、切ったか又は錨止めした結着の場合にも言える 。

屈曲の故にボルト頭とナツトとの支持表面が平行でないとしても、測定への屈曲 の影響は公知の方法と比較して可成りζこ減ぜられている。実際【こ反射体はよ り小さく、波の経路は筐線により僅かに内側にカーブした中性線上に置かれた二 つの反射体を結んでいる路である。コードの長さと中性軸により形成される弧の 長さとの間の差のせいでの誤差は実質的に修正されてはいないが、任用な音波は 、屈曲のせいでの擾乱的ストレスが無視しうると通常考えられるところの部品の 軸に近い媒体内を伝播されるが、他方公知の操作に於ては、この音波は屈曲によ り導入された圧縮の帯域内に移動されている。本発明の操作では、従ってストレ スの測定は部品の軸に沿って、もしも人工的反射体かそ（１５） の軸上に置かれているならば、行われうるというのに近接して行われるのである 。

二つの人工的反射体を分＾１している経路上での有用音波の通過時間を使用する という事実にＤ）んかみ、部品中に入る時の反射ピークＧこ開運する不利と、か つ又、カプリング、カプリング圧力、表藺状態、ボルトの端部らの磨耗と打撲等 長こ関する不利もまた消去される。

また、通過時間を例えは数学的期待またはそれの推定を、ボルトヘッド上のセン サーの種々の位置と配向に対して得られる通過時間について利用することによっ て統計的に通過時間を利用することによって、ボルトヘッド上のセンサーの位置 付けの差異に無関係になることもまた出来る。

小さい（＃＝点点状たは等価の）人工反射体を利用すること１こより、センサー はヘッド上の同じ場所に帛に置かれて有利となろう、それてなけれは、信号は採 果され得ないかまたは異ったエネルギーの信号か採取されてしまう。

この位置付けは、人工内部反射体の存、圧；こより可能にされる。しかしながら 、それは従来の装置を使用し、内８６人工反射体に関する反射反響ピークの振幅 をＡ型表塊または等価のもので展示し、センサーを二つの人工反射体の反射反響 ピークが、可能ならば、較正の間ｊこ得られるピークに、それぞれ振幅が同じで あるような所での点ｉこ位置付けるような具合にして行うことを多分必要としよ う。

伝送される音響エネルギーは、他の因子らの中でも、結合用成体の厚みとセンサ ーに加わる圧力とに依存することが公知であるから、少くともピークの相対的高 さが較正の間と同じ比ｌこほぼなっていること、それはボルト内に伝送されるエ ネルギーと各反射体から受信ｉシｔこ反射されるエネルギーとの比率かほぼ同じ と云うのに等しいものを必要とする。

人工反射体の成る形状、すなわち例えば種々の直径の同心軸方向孔に対しては、 通例二つの人工反射体の反射反響ピークは、音波の軸かボルトの軸とほぼ合致す る時にできる限り同時にそれらの最大になる。

ボルトの端上にセンサーを位置付けるこの問題に関し、下記の考慮を設定し得る 。

センサーが、ボルトの端上の固定された位置にとどまっている時は、ストレスの 測定は何等の問題ｊも呈しない。

各測定に対し、センヴーーを取□いて武侠えることが必要な時には、もしも人工 的反射体か・夕」えはセンサー７つ）ら約１メートルの距離（こあるならは、セ ンサーのｌｉ置付けに帰せら、れうる通過時間のほぼ無作為な変化は全く観ら１ １ζい。

成る型の反射体〔こ対しては、しかしながら特性的通過時間の二つ以上の族か示 されることが起る。

反射体かボルトの幹１こ直交する孔であり、お互に凱る角度を形成してるところ の場合には、これは第一の反射体により造られた影の各側」二の第二〇反ｔ’ｒ ｊ体による反射のせいである。

反射体かセンサーが置かれているところの端に近くもって来られる時は、各ｓｒ こ関係している通過時間の無作為変（１７） 化がセンサーの位置黍こ従って観測される。これらの差は、他の因子の中でも、 視差効果ｔこ反射体の不完全な幾何学に円筒状反射体の誤った一線上配列Ｉこ、 センサー内の欠点、例えば結晶の接触表面への非平行性、音条内の音エネルギー の不均一性によるものである。

従って、例えは位置付は用ブツシュまたはソケットのようなものを部品の端部４ こ置いて、接触面上にセンサーの幾何学的位置付けが使えるようになっていると 有利であろう。

加うるに、内部反射体の存在は、接触によって音波を発生し受信することを最早 必要としない。強磁性材料の場合は磁気ひずみを利用し、またはレーザー光線の 衝撃により生せられろ機械的振動を利用して、ボルトと接触しないで波を発生す ることかり能であろう。

従って、本発明の操作は公知の操作らよりも一層正確であることと、上述の不利 を消去し得るよう（こするものであることとか判る。

また注目さるへきことは、本発明の操作は極めて簡単であることと、発明はこの 極めて簡単な解答に正に在り、他方総ての以前の解答を見出す試みは、操作の部 分的改良を達成することをめ、またはただ若干の不利を消すことをめ、例えばボ ルト等の端部表面の品質に対して厳密な要求を課し、末たかって総ての不利を消 し去ることない。

本発明の記述の課程１こ於て、説明用として、一般的にホルトを３照している。

注目さるへきことは、本発明は機械（１８） ある。しかしながら本発明の応用はボルトに限られるものでなく、如何なる連結 手段でも、ねじ山を切った棒、植込ボルト、リベットの如きものも、または如何 なる構造用部品ないし素子にも言及することか出来る。

応用の分野は鋼に限られるものでない。ストレスはどんな材料内ても解析し測定 しうる。いわゆる可塑性材料１こ於てさえもそれらか有用な周波数での音ｍ　ｔ こ透過性ならば応用できる。

本発明の一つの態様によると、人工的反射体は横の貫通孔または穿孔から成って いる。これらはお互ｌこ角度を形成している平行平面内に置かれていると有利で ある。二つの反射体は成るへ゛くはお互に直角にする。ねじりを受けている部品 らの場合（こは、貫通孔または穿孔を００と９０°の間の角度に置き、またこの 角度か用向ねしり変形で増大するような方向に置くと有利である。

本発明の別の態様（こよると、反射体は小さな直径であるか、異る直径と異る深 さを有する二つの同軸の穿孔から成り、深さの差が有用な音波の通過の利用され た帯域を決めている。二つの穿孔の間の通過帯域は鋭いヘリと平面の連結表面で 軸に垂直なものを有すると有利である。音波は穿孔に反対の端部を経て部品に侵 透すると有利である。反射体に対して他の可能性を見出すことは確かに可能であ る。

そして本発明は上述の応用の場合に限定されるものでもなく、また反射体に対し て示された構造の特殊形に限られる（１９） 本発明はまた人工的反射体か備えられていることを特徴とする部品にも関係する ものである。

「部品」によって、特に連結素子例えは高強度ボルト、ねじ切りした滑らかな、 またはリブ付きの棒、リベット、植込ボルト、またその外に構造用素子、特に梁 または他の建築用素子のことと理解される。

これらの部品は接触面上（こセンサーの幾何学的位置付は用手段、特に部品の端 に位置付は用ブツシュまたはソケットを備えていると有利である。

本発明をより良く説明するつもりで、それを付図を参照して以下に述べる。

一第１Ａ図は二つの人工的反射体を備えた高強力ボルトの縦断面を示す。又第１ Ｂ図は第１Ａ図の線Ａ−Ａ上の断面である。

一第２Ａ図は人工反射体を備えた他の型の高強力ボルトの縦曲面であり、第２Ｂ 図は第２Ａ図の線Ａ−Ａ上の断面である。

一第３図は本発明による測定操作のボルト内のストレスの測定への応用を描いて いる。

一第４図は第３図に示された応用の場合に得られたＡ型表現を描いている。

一第５図は、ねじ山を切ったＭ３０鋼製棒の有用音波の通過時間の変化を異るそ れぞれの形状の連結用素子で、ねじを切った棒とそれの二つのナツトから構成さ れたものに対するストレスに対してプロットしたぐらふ状表現で、ストレスの測 定が公知の操作で行われた場合のものである。

一第６図は、ねじ山を切ったＭ３０鋼製棒の有用音波通過時間の変化を、ねじを 切った棒とそれの二つのナンドから構成された異るそれぞれの形状の連結用素子 【こ対するストレスに対してプロットしたぐらふ状表現で、ストレスの測定を本 発明の操作によって、人工反射体がその中に形成されているねじ切りした棒につ いて行ったもので反射体は、１°陥れ声距離で、お互に９０°の角度を形成して いる平行平面内に置かれた横の貫通孔から成ってし）る。

第１図は、例としてヘッド２とヘッドに反対の端４にねじ山５を備えた本体３と を含んでいる高強度ボルト１を示している。ボルトｌの端４から異る直径の二つ の同軸の穿孔６，７を加工した。穿孔６は、ヘッド２の上に置かれたセンサーが ボルトを通して超音波を伝送するときに穿孔７の底より成る第一の反射体８によ り形成される　“影”により覆われぬようにするためには、穿孔７の直径より大 きし）直径を有すると有利である。第二の反射体は肩９により形成される。穿孔 らはボルトの軸方向の線上に置かれると有利である。

従って、反射体８と９とを測定の帯域が選定された帯域のストレスのみに置かれ るような具合１こして置くことか可能であることが判る。今回の応用の場合、ヘ ッドの支持表面とナツト内に係合されているねじ山との間に横わるボルト本体の 部分は、ストレスがその中で考え得るところの帯（２１） 域である。

測定の為には、超音波厚み測定用に意図された装置てＶＴＧ　５　Ａ　−［Ｂ　 −５ＯＮＡＴＥＳＴ型のもノヲ使用シ、コレハ二ツの人工反射体上での有用な音 波の反射から結果する二つの反響のピークの足の出現の間の差を自動的に計算し 、他の反響、特に始まりと部品の底からの反響を消去し、かつ適用可能なところ では、第二の人工反射体を越えた部分の寄生的反響、例えはねし山のヘリや傾斜 表面からのものを消去する。

第２図は人工反射体を形成する別の方法を示している。

ホル）ｌの本体３の中Ｉこ、それの軸に垂直に二つの横孔か造られている。孔］ 、　０　、　］　１は平行な平面内に置かれ、他方平面の一つの上に投影により お五に対して角度を形成して、例えは軸方向の線上て交差７るような共合：こす ると有利である。二つの貫通孔］、　０　、１　］はお互に直角であると有利で ある。

第１図の穿孔７に類似の穿孔を有し、第２図のぽ通孔１１に類似の描肖通孔を有 するホルトを想像することもまた可能である。かくて超音波は穿孔７の底によっ てと、穿孔１１の壁と１こよって反射される。加うるに、反射体らは、ねじ山の 擾乱的反響の通過時間か人工反射体の最も遠ＱＭものの上で反射された有用な音 波の通過時間よりも長いように位置付けしうる。か（の如くにして、それらは波 の最初の走りに於ける測だを擾乱しない。

まγこ、土木工学構造てのトラス装置て、第２図の貫通孔（２２） １０及び１１に類似の貫通孔を備え、ストレスの知識がそこでは有用であるバー の各帯域内に再現されたものを想像することも可能であり、これらの貫通孔は、 それらがお互に対して音響スクリーンを形成せぬような具合に置かれて居り、こ れは例えはそれらのそれぞれの角度の賢明な選定１こよって達成されている。

本発明によるストレス測定方法の応用に於ては、環境に従って、ストレス以外の 因子らの擾乱的影響を考慮に入れることが望ましく、それにより有用な音波の通 過時間の変化か惹起されるもの、例えは温度があり、必要な補正を行うことが望 ましいということは明かに理解される。

温度の測定は、′センサー内に例えばサーモカプルのような温度検知器を適当に 内蔵させることにより、ストレス′の測定と同時に行い得よう。

第３図は二つの人工内部反射体を備えたホルトを示し、この特殊な場合には、ボ ルトの軸に垂直な二つの平行平面に直径方向１こ置かれた横の穿孔１及び２から 、これは成っている。ボルトはナツト３を備えている。ボルトのヘッド４上（こ は超音波発信／受信センサー５て、ピエゾ電気結晶８、プレキシガラス遅延線７ 、及び吸収剤材料６とを含んたものが置かれている。センサー５とボルト１０の 端の間には、結合用液９がある。

経路の長さは、プレキシガラス中ではＰ、結合用液内ではｅ、第一反射体までの ボルト内では１１、二つの反射体間ではり、第二の反射体と端部の間ては１２１ こなる。

（２３） ボルトは力Ｆを受けており、それが二つの反射体間の有用な音波の特性通過時間 の変化をもたらす。

第４図は得られた結果のＡ型表現を示す。縦軸１上には、伝達または反射ピーク らの高さ、また横軸上には通過時間を示しである。

ピーク３は第３図の結晶の励起に結ひつけられる。

ピーク４はプレキシガラスと結合用液との間のインターフェースでの反射１こ関 係している。

ピーク５は結合用液と鋼との間のインターフェースでの反射に関係している。

ピーク６は第３図の反射体１上の反射に関係している。

ピーク７は第３図の反射体２の上の反射に関係している。

ピーク８はねじ山の面及びヘリらの上の反射（こ関係している。

ピーク９はボルトの端上の反射に関係している。

横軸上には種々の特注時間の値か示されている。

Ｃｐはプレキシガラス内超音波の速度である。

ｃｏは油中の超音波の速度である。

Ｃａは鋼内の超音波順序の速度である。

第５及び６図１こは、ねじ山を切ったｌｉｌ　３　Ｑ棒の二つの端の間の通過時 間の変化を縦軸上に示しである。横軸上にはねじ山を切ったＭ２Ｏ棒の張力をか けられた部分での張力負荷を示してあり、二つのナツトの間で、長さちは２３１ ５２００及びｉｅ９．ｓ朋である。

直線は結合素子の各形状に該当する。

（２４）　Ｔｅ表Ｈ訂０−５（１０４１ｉ１　（８）第５図１こ示されている応 用の場合には、直線らは目立つ程に異る。だが第６図に示す応用の場合（こは、 直線らはほぼ合致している。差異はこの場合、疑いもなく連結の各形状に対する センサーの僅かに異る位置付け１こ発している。

ＦｒＧ、　ＩＡ ＦＩｏ、２Ａ 手続補正書（尭−１’） 事１ギとの関係　ｆＵ　鯉′＋　λ＼嶋勺人氏名＆＆１−　ノ、’１−Ｌ−△２ ワ ２　孝南゛ｂ＋生匁 （「ン１之□、２フパ３；す（δ”　’＞’７Ａ　”Ａ・、　、ｖこ（ｉ［］・ 糟・Ｉ三ｌう；Ａ「丈ｌジうノ５−％コ）壇上・伯ｎ代　（充 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　音波の反射を使用することにより、又それの通過時間をインターフェースか ら来る反響の出現の時間を測る装置の助けて、音波の通過時′聞を測ることによ って、物体中のストレスを測定するための操作であって、内部人工反射体の物質 形を荷する一つまたは複数個の直線的測定路の端が媒体内【こ選定されるように なって居り、充分なエネルギーを運んでいる音波か有用な反射体に触れるような 具合に音波の条が伝送されて居り、反射体に該当する反響は選定され、内部人工 的射体迄も遠い有用な音束に特性的な通過時間か測定で決められ、個別ｉこ考え られた各内部反射体Ｉこ対な通過時間、または各反射体の対の通過時間のそれぞ れの差は、外部ストレスの端にか、または反射体の各対により限界付けられてい る帯域内のストレスの値に入れかえられるようになっているところの操作。 ２　二つの内部人工的反射体により限られた直線状測定路か媒体内に選定され、 その中ではそれの軸が選定された直線状測定路とほぼ同一である音波の条が伝送 きれて居り、その中では内部人工反射体に該当する反響が選定され、その中では 二つの反射体の間の音波に特性的な通過時間か測定され、この時間は二つの反射 体の各々遼遠くの合致しているか、またはほぼ平行な音波の通過時間の間の差で あって、又そこでは、通過時間の値かストレスの値（こ入れかえられるところの 請求の範囲第１項記載の操作。 ３　狭い超音波線束か使用されるようになっている２こＡ（２６） の請求の範囲第１または第２項記載の操作。 ４　焦点付けられた超音波線束が使用されるようになっているところの請求の範 囲第１又は第２項記載の操作。 ５　測定は、二つの内部反射体のせいである波の共鳴周波数の連続的伝送及び決 可１こより行われるようになっているところの先行請求の範囲らの何１．か一つ に記載の操作。 ６、横の超晋波力）使用されるよう１こなっているところの先行請求の軸回らの 何れ刀１一つに記載の操作。 ７　縦の超音波か使用きれるようになってい盃ところの請求の範囲第１乃至５項 のとれかに記載の操作。 ８、表面超音波が使用されるようになっているところの請求の範囲第１乃“至５ 項の何れかに記載の操作。 ９　縦波と横波とが一諸５こして、同伴してかまたは続′いて使用されるように なっているところの請求の範囲第１乃至第項の何れか１こ記載の操作 １０　人工的反射体は平行な平面内に置かれて、お互に対して角度を形成してい る横の貫通孔または穿孔より成るようになっているところの先行請求の範囲何れ かの項１こ記載の操作。 １１、貫通孔または穿孔が、それらの間に９０°の角度を形成するようになって いるところの請求の範囲第１０墳記載の操作。 １２貫通孔または穿孔か、締付ける時の川向ねしり変形と共ｌこ角度か増加する ような方向に０°から９０°迄の間の角度を形成するようになっているところの 請求の犯凸第１０１頁（２７） 記載の操作。 １３、反射体らは、小さい直径だか異なる直径と異る深さとの二つの同軸の穿孔 から威っているところの請求の範囲第１乃至第９項記載の操作。 １４　発信器／受信器センサーの位置付けか、内部人工反射体」二での反射反響 の振幅が出来うる限り同時に最大であるか、または較正の間に先行して記された それぞれの相対高さに達するような位置を見出して行われるようになっていると ころの先行請求の範囲らの何れか（こ記載の操作。 １５　測定か音波の二つの異る周波数を利用して行われるよう１こなっていると ころの請求の範囲第１乃至第１４項の何れカ月こ記載の操作。 １６　音波に対する一つ以上の人工反射体（８，９）を有するところの請求の範 囲第１乃至第１５項記載の部品。 Ｊ７　ボルト、２コし山を切った棒、または結着から成るところの請求の範囲第 １６項記載の部品。 Ｊ８　平行な平面内に置かれ、お互にある角度を形成している桟の貫通孔または 穿孔らから成るところの人工反射体（８，９）を備えている請求の範囲第１６ま たは第１７項記載の部品。 １９　貫通孔または穿孔（１０，１１）がそれらの間ζこ９０゜の角度を形成し ているところの請求の範−第１８項記載の部品。 ２０　貫通孔または穿孔（１０，１１）が、締付けすると、川向ねしり変化１こ よって角度が増加する方向；こ、Ｏｏから９０’の間の角度を形成しているよう になっているところの請求の範囲第１８項記載の部品。 ２１　センサーを受（プるよつに怠図ざｎｌこ部品の端部内（こフソンユまたは ソケットのような位置付は用手段をｌｉｍえているところの請求の範囲第１６乃 至第２０項の何れかに記載の部品。 （Ｊ’　ｔ’ｘ−（ｌ′シ、ｆｌこ主二社なし）（１）