JP3014204U - ２波超音波センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軸力を精度高く測定することができる２波超
音波センサーの開発。 【構成】 縦波振動子４と横波振動子３を取付けた前面
板２内で、縦波と横波の波長が等しくなるように、前記
縦波振動子と横波振動子の周波数を調整した振動子を使
用する。 【効果】 ボルトの軸力を精度高く測定することができ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超音波によりボルトの軸力測定すなわち、締付けられているボルト の締付力を測定するに用いられる２波超音波センサーに関するものである。

【０００２】 超音波を使用して、締付ボルトの軸力を測定する原理は、そのボルトの締付け 前と、締付け後の夫々における超音波往復伝播時間を測定・演算して締付け時に おけるボルトの伸び量を求める。さらに上記ボルトのばね定数を、ボルトの寸法 、形状、縦弾性率を用いて演算して求め、この求めた値を、上記伸び量と乗算す ることによってボルトの軸力を算出（測定）しているものである。

【０００３】 ところが、最近では、ボルトの軸力測定するに際し、締付け後におけるボルト の縦波と、横波の伝播時間差（比）を求めれば、締付け前のボルトにおける超音 波往復伝播時間を測定することなく軸力を測定することが判明されている。

【０００４】 つまり縦波と横波との２波の超音波を使用して夫々の伝播時間を測定したその 縦波と横波の伝播時間差（比）がボルトに発生した軸方向応力に比例して変化す ることから、ボルトの締付け後の超音波往復伝播時間を測定すれば演算によりボ ルトの軸力を求めることができるものである。

【０００５】 そこで現在においては、縦波と横波の２波を用いる軸力測定が公知となってい るが、この従来の２波使用の軸力測定時には、縦波用の円板状振動子による縦波 センサーと、横波用の角板状振動子による横波センサーとの２種類のセンサーを 予め用意し、そしてボルト軸力の測定作業時には、夫々のセンサーの先ず一方の センサーによって伝播時間を測定し、次いでそのセンサーと交換する他方のセン サーにより伝播時間を測定する２度の測定作業によって軸力の算出を行なってい るものであるため、先ず２種類のセンサーを用意しなければならず、しかもそれ らセンサーの取扱いに間違いを生じないような工夫を必要とすること、一本のボ ルト軸力を測定するとき、双方センサーの交換作業が必要であって軸力測定の作 業性が悪いこと、それらセンサーの交換毎にボルト頭部又はセンサーに接触媒質 の塗布を行なわなければならず、その塗布作業が煩わしいこと、また２種類のセ ンサーの交換使用時に、それらセンサーをボルトの同一位置に同一の接触圧力で 保持せしめることが困難であって、測定精度の低下を招いてしまうこと等の問題 点があった。

【０００６】 そこでこの問題点に着目して、本願出願人は、一個のセンサーケース内に、円 環状形をした縦波振動子と、その環状形縦波振動子の内径中央部に角板状をした 横波振動子を前面板の同一面に接着固定してなる構造となして、一個のセンサー ケースの取扱いで縦波と横波による伝播時間を基とする軸力測定を容易に行なう ことができるようにした超音波センサーを開発し、先に出願している。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところがこの超音波センサーにおける縦波と横波の波長は、同一周波数では、 各振動子を接着した前面板内の音速が著しく異るために、同一にならない。

【０００８】 従ってその前面板を介して前記双方の振動子の超音波を被測定物へ放射した場 合には、縦波、横波双方の波が被測定物に効率よく入射されないばかりか被測定 物表面で反射されたり、また測定信号として用いる底面反射波の位相歪が大きく なって、精度の高い測定には不向きであるといった不具合があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、かかる不具合を解消するためになされたもので、縦波超音波を送受 信する縦波振動子と、横波超音波を送受信する横波振動子を、前面板の同一表面 に接着してなる２波超音波センサーにおいて、前記双方の振動子から発生した超 音波は、前面板内で同じ波長となるような周波数に調整された縦波振動子及び横 波振動子を用いるものであり、これによって、ボルトの軸力を精度よく、しかも 簡単に測定することができる２波超音波センサーを提供することにある。

【００１０】

【実施例】

以下に本考案を図面に示す実施例に基いて詳細に説明する。

【００１１】 １は下面が開口するセンサーケースであって、このセンサーケース１の開口面 には超音波の伝播を妨げない例えばアクリル樹脂である前面板２が被着されてい る。この前面板２の内側面中央部には、円形平板状に形成されている横波振動子 ３が接着されており、さらにその横波振動子３の周囲部に、円環形状に形成され ている縦波振動子４が上記横波振動子３と隔てて前面板２に接着されている。

【００１２】 ５はセンサーケース１に取付けられているターミナルであって、これらのター ミナル５には、リード線６を介して前記の双方振動子３及び４に接続されている 。７は前記縦波振動子４上に当接されて、その縦波振動子４の振動を素早く減衰 させるためのダンパーである。

【００１３】 以上が本実施例よりなる２波超音波センサーの構成であるが、次にその作用に ついて述べると、このセンサーを用いてボルトの軸力を測定するには、そのセン サーの前面板２表面を、測定すべきボルトの頭面に当接し、さらに横波及び縦波 の双方振動子３及び４を駆動せしめることにより、同一のセンサーから横波、縦 波の２波が送受され、その結果ボルトの軸力を即座に測定しようとするものであ る。

【００１４】 しかしながら、その双方振動子によるそれぞれの波長は、前面板２内の音速が 著しく異るために、同一にならない。そこで本考案では縦波超音波と、横波超音 波による波長が等しくなるような工夫がなされている。

【００１５】 今、縦波超音波の波長をλ_l 、前面板内の音速をＶ_l 、周波数をＦ_l とし、同 様に横波超音波の波長をλ_t 、前面板内の音速をＶ_t 、周波数をＦ_t 、前面板の 厚さをＬとすると精度の良い２波超音波センサーは以下の式にて示される。

【００１６】 λ_l ＝Ｖ_l ／Ｆ_l ・・・・（１） λ_t ＝Ｖ_t ／Ｆ_t ・・・・（２） λ_l ＝λ_t ・・・・（３） かつ Ｌ≧（１／２）×λ_l ・・・・（４） さらに（４）式ではＬはなるべく（１／２）×λ_l に近いことが望ましい。

【００１７】 従って上記（１）式及び（２）式のＦ_l ，Ｆ_t の関係を満し得る縦波振動子及 び横波振動子が要求される。

【００１８】 次に上記計算式に実際の数値を入れた算出した実施例を説明する。

【００１９】 つまり前面板２の材質をアクリル樹脂として用いると、そのアクリル樹脂の縦 波音速Ｖ_l ＝２７００ｍ／ｓであるので、横波音速Ｖ_t ＝１４６０ｍ／ｓとはそ の音速が著しく異る。

【００２０】 従って縦波と横波の周波数Ｆ_l とＦ_t 共に５ＭＨｚにした場合には、前面板２ 内の超音波の波長は、それぞれλ_l ＝０．５４ｍｍ，λ_t ＝０．２９ｍｍと不揃 になり、これが従来技術の問題点であった。

【００２１】 そこで本考案の実施例ではλ_l ＝０．５４ｍｍ＝λ_t の関係になるように、縦 波振動子２は周波数Ｆ_l ＝５ＭＨｚ、横波振動子３の周波数Ｆ_t ＝２．７ＭＨｚ に設定して前面板２内の波長を揃え、その前面板２の厚さは（１／２）×λ_l と なした２波音速センサーを構成した。

【００２２】

【考案の効果】

このように本考案は、センサーケースの開口部を閉塞するようにして設けた前 面板の板面に、円形環状の縦波振動子を配置し、さらにその環状縦波振動子の中 央部に角板形状の横波振動子を配置した２波超音波センサーにおいて、上記前面 板内で縦波と横波の波長が等しくなるように前記縦波振動子と横波振動子の周波 数を調整したそれぞれの振動子を用いた２波超音波センサーであるから、これに よれば前面板内の縦波と横波の波長を等しくすることができ、これによってボル トの軸力を高精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案実施例の２波超音波センサーの内部構造
を示す断面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【符号の説明】

１…センサーケース ２…前面板 ３…横波振動子 ４…縦波振動子 ５…ターミナル ６…リード線 ７…ダンパー

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサーケースの開口部を閉塞するよう
   にして設けた前面板の板面に、円形環状の縦波振動子を
   配置し、さらにその環状縦波振動子の中央部に角板形状
   の横波振動子を配置した２波超音波センサーにおいて、
   上記前面板内で縦波と横波の波長が等しくなるように前
   記縦波振動子と横波振動子の周波数を調整したそれぞれ
   の振動子を用いたことを特徴とする２波超音波センサ
   ー。