JP3361171B2 - Bolt axial force measuring device and measuring method - Google Patents
Bolt axial force measuring device and measuring methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ボルト軸力を締結状態
のまま測定することができるボルト軸力の測定装置及び
測定方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bolt axial force measuring apparatus and method capable of measuring bolt axial force in a tightened state.
【０００２】[0002]
【従来の技術】機械や装置は、ボルト結合によって組み
立てられている場合が多い。従って、ボルトがゆるんだ
り破損したりすると、重大な事故を引き起こす恐れがあ
る。ボルト結合部の信頼性を確保するためには、締結状
態下のボルト軸力を正確に把握し、強度的に安全なボル
ト結合体を設計することが重要である。2. Description of the Related Art Machines and devices are often assembled by bolt connection. Therefore, if the bolt becomes loose or damaged, it may cause a serious accident. In order to secure the reliability of the bolt joint, it is important to accurately grasp the bolt axial force under the tightened state and design a bolt joint that is safe in terms of strength.
【０００３】ボルト軸力測定法としては、歪ゲージ法、
トルクレンチ法等が一般に知られている。As a bolt axial force measuring method, a strain gauge method,
The torque wrench method and the like are generally known.
【０００４】また、締結されていないボルトに対するボ
ルト軸力とボルト締付け長さ部分の往復伝搬時間変化率
との関係は、例えば、「超音波によるボルト軸力の簡易
測定法」（水口義久ら，日本機械学会第６８期通常総会
講演論文集（Ｖｏｌ．Ａ），Ｎｏ．９１０−１７，（１
９９１），ｐｐ．２２８−２３０．）に記載されてい
る。The relationship between the bolt axial force with respect to an unfastened bolt and the rate of change in reciprocating propagation time of the bolt tightening length portion is described, for example, in "Simple measuring method of bolt axial force by ultrasonic wave" (Yoshihisa Mizuguchi et al. Proceedings of the 68th Ordinary General Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers (Vol.A), No.910-17, (1
991), pp. 228-230. )It is described in.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】歪ゲージ法によってボ
ルト軸力を測定するには、ボルトに歪ゲージをはって歪
を計測しなければならず、歪ゲージがなければ軸力を測
定できない。また、トルクレンチ法によってボルト軸力
を測定するには、ボルトまたはナットを回転させた時の
トルクの大きさから求めるため、ボルトまたはナットを
回転させずに締結状態下のボルト軸力を知ることはでき
なかった。In order to measure the bolt axial force by the strain gauge method, it is necessary to apply a strain gauge to the bolt to measure the strain. Without the strain gauge, the axial force cannot be measured. Also, to measure the bolt axial force by the torque wrench method, it is necessary to know the bolt axial force under the tightened condition without rotating the bolt or nut because it is obtained from the magnitude of the torque when the bolt or nut is rotated. I couldn't.
【０００６】また、上記「超音波によるボルト軸力の簡
易測定法」によれば、締結されていないボルトに対する
ボルト軸力とボルト締付け長さ部分の往復伝搬時間変化
率との関係は、ボルトとナットの座面部を利用して引張
り荷重を作用させて知ることができるが、締結状態下の
ボルト軸力はボルトまたはナットを回転させなければ測
定できなかった。According to the "simple method of measuring bolt axial force by ultrasonic waves", the relationship between the bolt axial force for a bolt not fastened and the rate of change in reciprocating propagation time of the bolt tightening length is as follows: It can be known by applying a tensile load using the seat surface of the nut, but the bolt axial force under the tightened state could not be measured without rotating the bolt or the nut.
【０００７】そこで、本発明の目的は、締結状態下のボ
ルト軸力を、ボルトまたはナットを回転させることなく
測定することができる測定装置及び測定方法を提供する
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a measuring device and a measuring method capable of measuring the axial force of a bolt in a tightened state without rotating the bolt or the nut.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のボルト軸力の測定装置は、機械や装置に締
結された状態のボルト軸端のねじ部、またはボルト頭部
とナットの座面段付き部、または横側面段付き部に種々
の大きさの引張り荷重を与える引張り手段と、引張り手
段の引張り荷重を測定する荷重測定手段と、ボルトの一
端から超音波を入射させる超音波入射手段と、ボルトの
他端で反射した超音波を検出する超音波検出手段と、ボ
ルトの音速を設定後、ボルト内を超音波が往復する時間
である往復伝搬時間を測定する往復伝搬時間測定手段
と、引張り荷重がゼロの状態の往復伝搬時間である締結
状態下のボルト内の往復伝搬時間を計測し、種々の大き
さの引張り荷重を加えている状態における往復伝搬時間
の引張り荷重がゼロの状態の締結状態下のボルト内の往
復伝搬時間に対する変化量を算出し、引張り荷重がゼロ
の状態の締結状態下のボルト締付け長さ部分の往復伝搬
時間に対する前記変化量の比を算出し、ボルトの引張り
荷重に対する前記比またはボルト内の往復伝搬時間の変
化量をプロットしたときの傾きを求め、その傾きが変化
するときの引張り荷重からボルト軸部に追加される引張
り内力を減じた荷重を求めて、締結状態におけるボルト
の軸力とするボルト軸力算出手段とを備えている。In order to achieve the above object, a bolt axial force measuring device of the present invention comprises a screw portion at the end of the bolt axially fastened to a machine or a device, or a bolt head and a nut. Of the seat surface stepped portion or the lateral side stepped portion, a pulling means for applying a tensile load of various magnitudes, a load measuring means for measuring the pulling load of the pulling means, and an ultrasonic wave for injecting ultrasonic waves from one end of the bolt. Sound wave incidence means, ultrasonic wave detection means for detecting the ultrasonic waves reflected at the other end of the bolt, and after setting the sound velocity of the bolt, the round-trip propagation time that measures the round-trip propagation time, which is the time that the ultrasonic waves travel back and forth inside the bolt Measuring means, measuring the reciprocating propagation time in the bolt under the fastening condition is the reciprocating propagation time of the tensile load is zero, the tensile load of the reciprocating propagation time in the state of applying a tensile load of various sizes zero Calculate the amount of change with respect to the round-trip propagation time in the bolt under the tightened state, calculate the ratio of the amount of change with respect to the round-trip propagation time of the bolt tightening length part under the tightened state where the tensile load is zero, and Determine the slope when plotting the ratio of the above-mentioned ratio to the tensile load or the amount of change in the round-trip propagation time in the bolt, and then calculate the load obtained by subtracting the internal tensile force added to the bolt shaft from the tensile load when the slope changes. And a bolt axial force calculating means for calculating the axial force of the bolt in the tightened state.
【０００９】また、本発明のボルト軸力の測定方法は、
ボルトの音速を設定後、機械や装置に締結された状態の
ボルトの一端から入射されボルトの他端で反射する超音
波が、引張り荷重を受けていない状態のボルト内を往復
する時間である締結状態下のボルト内の往復伝搬時間を
測定するステップと、ボルトに種々の大きさの引張り荷
重を加え、この状態のボルト内を超音波が往復する時間
である往復伝搬時間を測定し、引張り荷重がゼロの状態
の締結状態下の往復伝搬時間からの変化量を算出するス
テップと、引張り荷重がゼロの状態の締結状態下のボル
ト締付け長さ部分の往復伝搬時間に対する前記変化量の
比を算出するステップと、ボルトの引張り荷重に対する
前記比またはボルト内の往復伝搬時間の変化量をプロッ
トしたときの傾きを求め、その傾きが変化するときの引
張り荷重からボルトに追加される引張り内力を減じた荷
重を求めて、締結状態におけるボルトの軸力とするステ
ップとを備えている。The bolt axial force measuring method of the present invention is
After setting the sonic speed of the bolt, the ultrasonic wave that is incident from one end of the bolt that is fastened to the machine or device and reflected at the other end of the bolt reciprocates in the bolt that is not subjected to a tensile load. The step of measuring the reciprocating propagation time in the bolt under the condition, applying a tensile load of various sizes to the bolt, measuring the reciprocating propagation time which is the time when the ultrasonic waves reciprocate in the bolt in this condition, and measuring the tensile load A step of calculating the amount of change from the reciprocating propagation time under the tightening state of zero state, and the ratio of the amount of change to the reciprocating time of the bolt tightening length part under the tightening state of zero tensile load Step and the slope when the ratio of the above-mentioned ratio to the tensile load of the bolt or the amount of change in the round-trip propagation time in the bolt is plotted, and the volatility is calculated from the tensile load when the slope changes. Seeking load obtained by subtracting the tension in force to be added to, and a step of the axial force of the bolt in the fastening state.
【００１０】[0010]
【作用】ボルト軸端のねじ部、またはボルト頭部とナッ
トの座面段付き部、または横側面段付き部を引張り装置
で引張りながら、ボルトの音速に設定後、ボルト内の超
音波の往復伝搬時間の変化量を計数器や時間／電圧変換
器などにより計測する。引張り荷重がボルトやナットの
座面部分と被締結体とに分離を生ずる力（最初に締結し
たボルト軸力＋ボルトに追加される引張り内力）以下の
場合、往復伝搬時間の変化量はボルトのばね定数と被締
結体のばね定数によって決まるボルトに追加される引張
り内力による、ボルト締付け長さ部分で生ずる伸びの変
化率と音速の変化率を加えた値となる。引張り荷重がボ
ルトやナットの座面部分と被締結体とに分離を生ずる力
（最初に締結したボルト軸力＋ボルトに追加される引張
り内力）以上になる場合、往復伝搬時間の変化量はボル
トのばね定数のみによって決まるボルトの引張り荷重に
よる、ボルト長さの部分で発生する伸びの変化率と音速
の変化率を加えた値となる。従って、最初に締結したボ
ルト軸力の大きさは、得られた引張り荷重とボルト締付
け長さ部分の往復伝搬時間変化率またはボルト内の往復
伝搬時間の変化量との測定曲線の傾きが変化する位置の
荷重からボルトに追加される引張り内力を減じた荷重で
与えられる。[Operation] While setting the sonic velocity of the bolt while pulling the threaded portion at the end of the bolt shaft, the stepped portion on the bolt head and the nut, or the stepped portion on the lateral side surface with the tension device, the ultrasonic wave reciprocates in the bolt. The amount of change in propagation time is measured by a counter or time / voltage converter. If the tensile load is less than the force that separates the seat surface of the bolt or nut from the body to be fastened (the axial force of the bolt that was fastened first + the internal tensile force added to the bolt), the amount of change in the reciprocating propagation time is It is the sum of the rate of change in elongation and the rate of change in sonic velocity that occur in the bolt tightening length portion due to the internal tensile force added to the bolt that is determined by the spring constant and the spring constant of the object to be fastened. If the tensile load is greater than the force that separates the bearing surface of the bolt or nut from the fastened body (the axial force of the bolt that was initially fastened + the internal tensile force added to the bolt), the change in the reciprocating propagation time is The value is the sum of the rate of change in elongation and the rate of change in sonic velocity that occur at the bolt length due to the tensile load of the bolt, which is determined only by the spring constant. Therefore, as for the magnitude of the axial force of the bolt that is initially fastened, the slope of the measurement curve of the obtained tensile load and the change rate of the round trip propagation time of the bolt tightening length portion or the change amount of the round trip propagation time in the bolt changes. It is given by the load that is obtained by subtracting the internal tensile force added to the bolt from the position load.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、添付図面に沿って本発明の実施例につ
いて説明する。なお、図面において同一または相当部分
には同一符号を用いる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same or corresponding parts in the drawings.
【００１２】まず、本発明の基礎となる測定原理につい
て説明する。図１（ａ）に示すような長さＬt のボルト
２の軸力Ｗを知るためには、まずボルト２の頭部に取り
付けられた超音波探触子５０から超音波を軸方向に入射
させる。そして、ボルト２の無負荷状態とボルト軸部に
引張り荷重を作用させた状態における超音波の往復伝搬
時間の変化量を測定する必要がある。このような超音波
式の長さ測定装置として超音波探傷器を用いることがで
きる。図１（ｂ）は超音波探傷器のブラウン管上に表示
されるエコー波形であり、入射波１０２と底面エコー１
０４とが示されている。First, the measurement principle which is the basis of the present invention will be described. In order to know the axial force W of the bolt 2 having the length L t as shown in FIG. 1A, first, an ultrasonic wave is axially incident from the ultrasonic probe 50 attached to the head of the bolt 2. Let Then, it is necessary to measure the amount of change in the round-trip propagation time of ultrasonic waves in the unloaded state of the bolt 2 and the state in which a tensile load is applied to the bolt shaft portion. An ultrasonic flaw detector can be used as such an ultrasonic length measuring device. FIG. 1B is an echo waveform displayed on the cathode ray tube of the ultrasonic flaw detector, which shows an incident wave 102 and a bottom echo 1.
04 is shown.
【００１３】ここで、無負荷時における超音波の往復伝
搬時間をＴ1 、ボルト２内の音速をｃとし、ボルト２の
軸部に引張り荷重を作用させた時の往復伝搬時間を
Ｔ2 、ボルトの長さＬt部分の伸び量をΔＬt 、音速の
変化量をΔｃとする。Here, the round-trip propagation time of ultrasonic waves under no load is T 1 , the sound velocity in the bolt 2 is c, and the round-trip propagation time when a tensile load is applied to the shaft of the bolt 2 is T 2 , Let ΔL t be the amount of extension of the length L t of the bolt, and Δc be the amount of change in sound velocity.
【００１４】この場合、ΔＬt 及びΔｃはそれぞれＬt
とｃに対して非常に小さいため、負荷時と無負荷におけ
る往復伝搬時間の変化量ΔＴ（＝Ｔ2 −Ｔ1 ）は、ボル
ト締付け長さＬf 部分の無負荷時における往復伝搬時間
Ｔに対して十分小さい。従って、Ｌf 部分における往復
伝搬時間の変化率ΔＴ／Ｔは近似的に次式で表される。In this case, ΔL t and Δc are respectively L t
Since the difference ΔT (= T 2 −T 1 ) in the round-trip propagation time with and without load is very small with respect to c and c, the round-trip propagation time T with no load in the bolt tightening length L f is In contrast, it is small enough. Therefore, the change rate ΔT / T of the round-trip propagation time in the L f portion is approximately represented by the following equation.
【００１５】[0015]
【数１】 [Equation 1]
【００１６】ただし、ΔＴ、ΔＬt ＞０、Δｃ＜０であ
る。However, ΔT, ΔL t > 0, and Δc <0.
【００１７】この式において、伸びの変化率ΔＬt ／Ｌ
f 及び音速の変化率Δｃ／ｃは、ボルト２の弾性限度内
ではボルト２の軸応力σに比例する。従って、ボルト締
付け長さＬf 部分における往復伝搬時間の変化率ΔＴ／
Ｔは軸応力σに比例し、伸びの変化率ΔＬt ／Ｌf と音
速の変化率−Δｃ／ｃとを加えた値となる。なお、ボル
ト２の伸びΔＬt は、長さＬt のうち、ボルト頭部やナ
ット結合されているねじ部の一部でわずかに生じている
が、締付け長さＬf の部分でほとんど生じているとみな
している。従って、ΔＴ／Ｔとボルト軸応力σの関係は
近似的に次式で表される。In this equation, the rate of change in elongation ΔL t / L
The rate of change of f and the speed of sound Δc / c is proportional to the axial stress σ of the bolt 2 within the elastic limit of the bolt 2. Therefore, the change rate ΔT / of the round-trip propagation time in the bolt tightening length L f portion
T is proportional to the axial stress σ and is a value obtained by adding the rate of change in elongation ΔL t / L f and the rate of change in sound velocity −Δc / c. Note that the elongation ΔL t of the bolt 2 is slightly generated in a part of the bolt head and the screw part connected to the nut of the length L t , but is almost generated in the tightening length L f. I think it is. Therefore, the relationship between ΔT / T and bolt axial stress σ is approximately expressed by the following equation.
【００１８】[0018]
【数２】 [Equation 2]
【００１９】ここで、ｋは比例定数である。また、軸応
力σはボルト軸力Ｗをボルトの円筒部長さＬf1（軸径ｄ
1 ）と有効ねじ部長さＬf2（谷径ｄ2 ）における平均断
面積で除した値で近似的に与えられ次式で表される。Here, k is a proportional constant. Further, the axial stress σ is obtained by measuring the bolt axial force W by the length L f1 of the cylindrical portion of the bolt (shaft diameter d
1 ) and the effective thread length L f2 (valley diameter d 2 ) divided by the average cross-sectional area, which is approximately given and expressed by the following equation.
【００２０】[0020]
【数３】 [Equation 3]
【００２１】本発明では、上述の性質を利用し、図３〜
６のようなボルト締結体において、最初に被締結体をＦ
なる引張り力すなわちボルト軸力で締結した後、このボ
ルト締結体に外力として引張り荷重Ｗを作用させた時、
ボルト軸部にＦt なる引張り内力が追加され、被締結体
からＦc なる圧縮力が失われる。なお、ボルトのバネ定
数をｋt 、被締結体のばね定数をｋc とする。このと
き、Ｆt とＦc は次式で与えられる。The present invention takes advantage of the above-mentioned properties and makes use of FIG.
In a bolt-fastened body such as 6, first fasten the fastened body to
After tightening with the following tensile force, that is, the bolt axial force, when a tensile load W is applied as an external force to this bolt fastening body,
An internal tensile force of F t is added to the bolt shaft portion, and a compressive force of F c is lost from the fastened body. The spring constant of the bolt is k t and the spring constant of the object to be fastened is k c . At this time, F t and F c are given by the following equations.
【００２２】[0022]
【数４】 [Equation 4]
【００２３】ここで、ΦはＦt とＷとの比で与えられ、
ボルト内力係数と呼ばれる。Where Φ is given by the ratio of F t and W,
It is called the bolt internal force coefficient.
【００２４】図７はボルト締結体に作用する引張り荷重
Ｗと最初のボルト軸力Ｆ、引張り内力Ｆt および圧縮力
Ｆc に関する式( ４) の関係を表したものである。Ｗが
大きくなり、Ｗo になると、ボルトと被締結体とが分離
し、ＷがＷ0 の荷重より大きくなると、ボルトのばね定
数ｋt のみがボルトの引張り荷重に関係するようにな
る。ボルト軸端のねじ部２ａ、ボルト頭部８ａ、１２ａ
またはナット１０に引張り装置（後述の図８、９を参
照）を取り付けて引張り荷重を加えながら、ボルトの音
速に設定後、ボルト頭部に取り付けた超音波探触子から
超音波を入射させ、ボルトの頭部からボルトの底面まで
超音波が伝搬する往復時間の変化量を計数器または時間
／電圧変換機能などを用いて計測し、引張り荷重とボル
ト締付け長さＬf 部分における往復伝搬時間変化率また
はボルト内の往復伝搬時間の変化量との測定曲線の傾き
が変化する位置を決め、その時の引張り荷重Ｗ0 の大き
さからボルトに追加される引張り内力Ｆtoを減じた荷重
の大きさを締結状態下のボルト軸力として求めるもので
ある。[0024] Figure 7 illustrates a relationship of formula (4) relates to bolted joint initial bolt axial force and tensile load W acting on F, pulling the force F t and compressive force F c. When W becomes large and becomes W o , the bolt and the fastened body are separated, and when W becomes larger than the load of W 0 , only the spring constant k t of the bolt becomes related to the tensile load of the bolt. Bolt shaft end screw portion 2a, bolt head portions 8a, 12a
Alternatively, a tension device (see FIGS. 8 and 9 to be described later) is attached to the nut 10 to apply a tensile load, and after setting the sound velocity of the bolt, an ultrasonic wave is incident from an ultrasonic probe attached to the head of the bolt, The amount of change in the round-trip time of ultrasonic waves propagating from the head of the bolt to the bottom of the bolt is measured using a counter or a time / voltage conversion function, and the change in the round-trip propagation time at the tensile load and the bolt tightening length L f part is measured. Rate or the amount of change in the round-trip propagation time in the bolt, the position where the slope of the measurement curve changes, and the magnitude of the load obtained by subtracting the internal tensile force F to added to the bolt from the magnitude of the tensile load W 0 at that time Is obtained as the bolt axial force under the tightened state.
【００２５】ここで、引張り荷重ＷがＷ0 の荷重以下の
場合、往復伝搬時間の変化量はボルトのばね定数ｋt と
被締結体のばね定数ｋc によって決まるボルトに追加さ
れる引張り内力Ｆt によるボルト締付け長さＬf の部分
で生ずる伸びの変化率と音速の変化率を加えた値とな
る。引張り荷重ＷがＷ0 の荷重以上になる場合、往復伝
搬時間の変化量はボルトのばね定数ｋt のみによって決
まるボルトの引張り荷重によるボルト締付け長さＬf 部
分で発生する伸びの変化率と音速の変化率を加えた値と
なる。従って、最初に締結したボルト軸力の大きさは、
得られた引張り荷重とボルト締付け長さＬf 部分におけ
る往復伝搬時間変化率またはボルト内の往復伝搬時間の
変化量との測定曲線の傾きが変化する位置から求められ
る荷重Ｗoから、ボルトに追加される引張り内力Ｆtoを
減じた荷重で与えられる。Here, when the tensile load W is equal to or less than the load of W 0 , the change amount of the reciprocating propagation time is determined by the spring constant k t of the bolt and the spring constant k c of the fastened body. It is a value obtained by adding the rate of change in elongation and the rate of change in sound velocity that occur at the portion of the bolt tightening length L f due to t . When the tensile load W is equal to or more than W 0, the amount of change in the reciprocating propagation time is determined only by the spring constant k t of the bolt. The rate of change in elongation and the sound velocity at the bolt tightening length L f portion due to the tensile load of the bolt. It becomes the value which added the change rate of. Therefore, the magnitude of the axial force of the bolt that was initially tightened is
Add to the bolt from the obtained load W o determined from the position where the slope of the measurement curve of the change rate of the reciprocating propagation time in the bolt tightening length L f portion or the amount of change in the reciprocating propagation time in the bolt changes It is given by the load which subtracted the pulling internal force F to .
【００２６】なお、一般に用いられているボルトやナッ
トには、図４〜６に示したような座面段付き部９、１
１、１３はない。Incidentally, the commonly used bolts and nuts have seat surface step portions 9 and 1 as shown in FIGS.
There is no 1 or 13.
【００２７】以下に、この実施例の詳細について述べ
る。まず、超音波探傷器の時間／電圧変換器について説
明しておく。図２はボルトの負荷前後において、超音波
探傷器（例えば、（株）トキメック製のＳＭ９０ＤＸ
型）のブラウン管上に現われる像を示したものであり、
ボルト底面から得られるエコーの位置を実線１０６と破
線１０８で示す。この図をもとに、ボルト内の往復伝搬
時間を電圧に変換する時間／電圧変換器について説明す
る。The details of this embodiment will be described below. First, the time / voltage converter of the ultrasonic flaw detector will be described. Fig. 2 shows an ultrasonic flaw detector (for example, SM90DX manufactured by Tokimec Co., Ltd.) before and after the bolt is loaded.
Type), which shows the image that appears on the cathode ray tube,
The position of the echo obtained from the bottom surface of the bolt is shown by a solid line 106 and a broken line 108. A time / voltage converter for converting a round-trip propagation time in a volt into a voltage will be described based on this drawing.
【００２８】２つのエコーを含む探傷範囲でゲート起点
（Ａ点）とゲートエンド（Ｂ点）を定めた後、エコーに
対してしきい値１１０を適当に決める。これにより、ボ
ルトの負荷前後に発生する底面エコーに対し、ゲートエ
ンドのＢ点からしきい値１１０のＣ点及びＣ′点までの
時間がそれぞれ電圧Ｖ1 及びＶ2 に変換される。これが
時間／電圧変換器である。従って、ボルト内の超音波の
往復伝搬時間の変化量は、電圧差（Ｖ1 −Ｖ2 ）を測定
することにより得られる。After the gate starting point (point A) and the gate end (point B) are determined in the flaw detection range including two echoes, the threshold value 110 is appropriately determined for the echoes. As a result, the time from the point B at the gate end to the points C and C'of the threshold 110 is converted into the voltages V 1 and V 2 for the bottom echo generated before and after the load of the bolt. This is a time / voltage converter. Therefore, the amount of change in the round-trip propagation time of ultrasonic waves in the bolt can be obtained by measuring the voltage difference (V 1 −V 2 ).
【００２９】次に、ボルトに引張り荷重を与える引張り
装置について説明する。Next, a pulling device for applying a tensile load to the bolt will be described.
【００３０】図３〜５は、ボルト２、８とナット４、１
０とによって、被締結体６ａ、６ｂを締結している状態
を示すもので、ボルト２、８は通しボルトになってい
る。また、図６は、めねじが形成された被締結体１４ｂ
にボルト１２を直接ねじ込んで被締結体１４ａ、１４ｂ
を締結した状態を示すもので、ボルト１２は植込みボル
トになっている。また、図４、６に示したボルト８、１
２の頭部８ａ、１２ａの座面は段付きになっており、図
５に示したナット１０の座面も段付きになっている。3 to 5 show bolts 2 and 8 and nuts 4 and 1.
0 indicates that the fastened bodies 6a and 6b are fastened, and the bolts 2 and 8 are through bolts. Further, FIG. 6 shows a fastened body 14b having a female thread formed therein.
Bolts 12 are directly screwed into the fastened bodies 14a, 14b
The bolt 12 is a stud bolt. In addition, the bolts 8 and 1 shown in FIGS.
The bearing surfaces of the second heads 8a and 12a are stepped, and the bearing surface of the nut 10 shown in FIG. 5 is also stepped.
【００３１】なお、ボルトに引張り荷重を与えるのは、
座面段付き部からではなく、図３中に点線で示したよう
に、ボルトまたはナットの横側面の中間部分に設けられ
たへこみ部である横側面段付き部によってもよい。横側
面段付き部の形状としては、図３に示したような矩形の
他、三角形または円形等、ボルトやナットに引張り荷重
を与えられるへこみでもよい。さらに、ボルトまたはナ
ットの断面六角形の部分を圧着することにより引張り荷
重を与えてもよい。なお、図１４、図１５は、座面段付
き部の代わりに横側面段付き部を形成した図であって、
それぞれ図４、図５に対応する。The tensile load is applied to the bolt as follows.
Instead of the seat surface stepped portion, as shown by the dotted line in FIG. 3, the side surface stepped portion which is a recessed portion provided in the intermediate portion of the side surface of the bolt or nut may be used. The shape of the step portion on the lateral side surface may be a dent that allows a tensile load to be applied to the bolt or nut, such as a rectangle as shown in FIG. 3 or a triangle or a circle. Further, a tensile load may be applied by crimping the hexagonal section of the bolt or nut. 14 and 15 are views in which a lateral side step portion is formed instead of the seat surface step portion,
These correspond to FIGS. 4 and 5, respectively.
【００３２】図８は、図３に示したようなボルト２の軸
端にねじ部２ａが残っている場合に用いられる引張り装
置の断面図である。被締結体６ａ、６ｂはボルト２及び
ナット４により、締付け長さＬf で締結されている。被
締結体６ａ上には円筒形外枠２０が置かれている。円筒
形外枠２０の内部は空胴になっており、その空胴部内に
は荷重検出枠２２が配置されている。荷重検出枠２２の
外径は円筒形外枠２０の内径とほぼ一致しており、荷重
検出枠２２は円筒形外枠２０内を滑らかに上下に移動す
るようにされている。円筒形外枠２０に対して荷重検出
枠２２が回転することなく上下にのみ移動するように、
ボルト２４が円筒形外枠２０の長穴２６（図８内の
（ａ）参照）を通って荷重検出枠２２に取り付けられて
おり、ガイドとなっている。FIG. 8 is a sectional view of a tensioning device used when the screw portion 2a remains at the shaft end of the bolt 2 as shown in FIG. The fastened bodies 6a and 6b are fastened by a bolt 2 and a nut 4 with a fastening length L f . A cylindrical outer frame 20 is placed on the fastened body 6a. The inside of the cylindrical outer frame 20 is a cavity, and the load detection frame 22 is arranged in the cavity. The outer diameter of the load detection frame 22 is substantially the same as the inner diameter of the cylindrical outer frame 20, and the load detection frame 22 is configured to smoothly move up and down in the cylindrical outer frame 20. In order that the load detection frame 22 moves only up and down without rotating with respect to the cylindrical outer frame 20,
The bolt 24 is attached to the load detection frame 22 through the elongated hole 26 (see (a) in FIG. 8) of the cylindrical outer frame 20 and serves as a guide.
【００３３】荷重検出枠２２の上部には開口部２３が形
成され、この開口部２３にはスラストベアリング２８を
介して、支持用ボルト３０が通されている。支持用ボル
ト３０は支柱ねじ３２に螺合している。支柱ねじ３２の
側面には止めねじ３４が取り付けられ、止めねじ３４の
先端が支持用ボルト３０に押し付けられることにより、
支持用ボルト３０が緩まないようにされている。支柱ね
じ３２の外周面にはおねじが形成され、円筒形外枠２０
の開口部２１に形成されためねじと螺合している。支柱
ねじ３２にはラチェットレンチ３６がナット３８によっ
て固定されている。従って、ラチェットレンチ３６によ
って支柱ねじ３２を回転させると支柱ねじ３２は上下に
移動し、支持用ボルト３０も回転しながら上下に移動す
る。スラストベアリング２８が介在するため、荷重検出
枠２２は回転せずに上下に移動することになる。具体的
には、ラチェットレンチ３６を左に回転させると、支柱
ねじ３２は円筒形外枠２０から抜け出る方向に移動し、
荷重検出枠２２は上に移動する。An opening 23 is formed in the upper portion of the load detection frame 22, and a supporting bolt 30 is passed through the opening 23 via a thrust bearing 28. The support bolt 30 is screwed into the support screw 32. A set screw 34 is attached to the side surface of the column screw 32, and the tip of the set screw 34 is pressed against the support bolt 30,
The support bolt 30 is prevented from loosening. A male screw is formed on the outer peripheral surface of the pillar screw 32, and the cylindrical outer frame 20
Since it is formed in the opening 21, the screw is screwed. A ratchet wrench 36 is fixed to the pillar screw 32 by a nut 38. Therefore, when the strut screw 32 is rotated by the ratchet wrench 36, the strut screw 32 moves up and down, and the supporting bolt 30 also moves up and down while rotating. Since the thrust bearing 28 is interposed, the load detection frame 22 moves up and down without rotating. Specifically, when the ratchet wrench 36 is rotated to the left, the support screw 32 moves in the direction in which it is removed from the cylindrical outer frame 20,
The load detection frame 22 moves upward.
【００３４】荷重検出枠２２の下部には、ねじ枠４０が
取り付けられている。ねじ枠４０は、止めねじ４２によ
って荷重検出枠２２の下部に固定する。その後、円筒形
外枠２０を把持してねじ枠４０を回転させることによ
り、ねじ部２ａとねじ枠４０とを結合させる。A screw frame 40 is attached to the lower portion of the load detection frame 22. The screw frame 40 is fixed to the lower portion of the load detection frame 22 with a set screw 42. After that, by gripping the cylindrical outer frame 20 and rotating the screw frame 40, the screw portion 2a and the screw frame 40 are coupled.
【００３５】ねじ部２ａとねじ枠４０とが結合した状態
で、ラチェットレンチ３６を左に回転させると、ねじ部
２ａは上方向に引張られ、荷重検出枠２２に引張り荷重
が作用し、ボルト２の軸部の軸力が変化する。荷重検出
枠２２は、剛性が低くされた検出部２２ａを有してお
り、検出部２２ａには１個または数個、好ましくは４個
の歪ゲージ４４が貼られ、そのリード線４６はコネクタ
４８と結線されている。従って、引張り荷重の大きさは
歪ゲージ４４に生じる歪を測定することによって知るこ
とができる。When the ratchet wrench 36 is rotated counterclockwise with the screw portion 2a and the screw frame 40 connected, the screw portion 2a is pulled upward, and a tensile load acts on the load detection frame 22 to cause the bolt 2 to move. The axial force of the shaft part of changes. The load detection frame 22 has a detection unit 22a whose rigidity is low, and one or several, preferably four strain gauges 44 are attached to the detection unit 22a, and its lead wire 46 is a connector 48. Is connected. Therefore, the magnitude of the tensile load can be known by measuring the strain generated in the strain gauge 44.
【００３６】一方、ボルト２の頭部２ｂには超音波探触
子５０が取り付けられる。超音波探触子５０はカップ状
の位置決め枠５２内に入れられており、位置決め枠５２
は円筒形圧着枠５４の凹部内に入れられている。円筒形
圧着枠５４には深穴５５が形成されており、深穴５５内
には圧着スプリング５６が配置されている。On the other hand, an ultrasonic probe 50 is attached to the head 2b of the bolt 2. The ultrasonic probe 50 is placed in a cup-shaped positioning frame 52, and the positioning frame 52
Is placed in the recess of the cylindrical crimp frame 54. A deep hole 55 is formed in the cylindrical crimp frame 54, and a crimp spring 56 is arranged in the deep hole 55.
【００３７】円筒形圧着枠５４は、止めねじ５８の先端
が頭部２ｂの側面に押し付けられることにより、頭部２
ｂを覆うように取り付けられる。頭部２ｂの上面には、
超音波深触子５０からの超音波が効率よくボルト内に伝
達されるように接触媒質（例えば、機械油やグリセリン
など）が塗布されている。圧着スプリング５６が位置決
め枠５２を押し込むため、超音波探触子５０は一定の圧
力でボルト２の頭部２ｂに圧着される。なお、超音波探
触子５０のケーブル６０は、位置決め枠５２及び円筒形
圧着枠５４の側面に設けられたＵ字孔５３を通して外へ
取り出される。In the cylindrical crimping frame 54, the front end of the set screw 58 is pressed against the side surface of the head 2b, so that the head 2
It is attached so as to cover b. On the upper surface of the head 2b,
A contact medium (for example, mechanical oil or glycerin) is applied so that the ultrasonic waves from the ultrasonic deep probe 50 are efficiently transmitted into the bolt. Since the crimp spring 56 pushes the positioning frame 52, the ultrasonic probe 50 is crimped to the head 2b of the bolt 2 with a constant pressure. The cable 60 of the ultrasonic probe 50 is taken out through the U-shaped hole 53 provided on the side surface of the positioning frame 52 and the cylindrical crimp frame 54.
【００３８】次に、図９は、図４、６に示したような、
ボルト８、１２の頭部８ａ、１２ａの座面に、座面段付
き部９、１３が形成されている場合に用いられる引張り
装置の断面図である。Next, referring to FIG. 9, as shown in FIGS.
It is sectional drawing of the tension | pulling apparatus used when the seat surface step part 9,13 is formed in the seat surface of the heads 8a, 12a of the bolts 8,12.
【００３９】被締結体６ａ上には円筒形支持枠７０が置
かれ、その上に鋼球７６を介して円筒形外枠２０が置か
れ、それらの内部は空胴になっている。その空胴部内に
は荷重検出枠２２が配置されている。荷重検出枠２２の
外径は円筒形外枠２０の内径とほぼ一致しており、荷重
検出枠２２は円筒形外枠２０内を滑らかに上下に移動す
るようにされている。円筒形外枠２０に対して荷重検出
枠２２が回転することなく、上下にのみ移動するよう
に、ボルト２４、７８が円筒形外枠２０の長穴２６、２
７（図９内の（ａ）、（ｂ）参照）を通って荷重検出枠
２２に取り付けられており、ガイドとなっている。A cylindrical support frame 70 is placed on the fastened body 6a, and a cylindrical outer frame 20 is placed on it via a steel ball 76, and the inside thereof is a cavity. A load detection frame 22 is arranged in the cavity. The outer diameter of the load detection frame 22 is substantially the same as the inner diameter of the cylindrical outer frame 20, and the load detection frame 22 is configured to smoothly move up and down in the cylindrical outer frame 20. The bolts 24, 78 are provided in the elongated holes 26, 2 of the cylindrical outer frame 20 so that the load detection frame 22 does not rotate with respect to the cylindrical outer frame 20 and moves only up and down.
It is attached to the load detection frame 22 through 7 (see (a) and (b) in FIG. 9) and serves as a guide.
【００４０】荷重検出枠２２の上部には開口部２３が形
成され、この開口部２３にはスラストベアリング２８を
介して支持用ボルト３０が通されている。支持用ボルト
３０は支柱ねじ３２に螺合している。支柱ねじ３２の側
面には止めねじ３４が取り付けられ、止めねじ３４の先
端が支持用ボルト３０に押し付けられることにより、支
持用ボルト３０が緩まないようにされている。支柱ねじ
３２の外周面にはおねじが形成され、円筒形外枠２０の
開口部２１に形成されためねじと螺合している。支柱ね
じ３２にはラチェットレンチ３６がナット３８によって
固定されている。図８に示した場合と同様に、ラチェッ
トレンチ３６を左に回転させると荷重検出枠２２は上に
移動する。An opening 23 is formed in the upper portion of the load detection frame 22, and a supporting bolt 30 is passed through the opening 23 via a thrust bearing 28. The support bolt 30 is screwed into the support screw 32. A set screw 34 is attached to the side surface of the column screw 32, and the tip of the set screw 34 is pressed against the support bolt 30 to prevent the support bolt 30 from loosening. A male screw is formed on the outer peripheral surface of the strut screw 32, and is formed in the opening portion 21 of the cylindrical outer frame 20 and is screwed with the screw. A ratchet wrench 36 is fixed to the pillar screw 32 by a nut 38. Similar to the case shown in FIG. 8, when the ratchet wrench 36 is rotated to the left, the load detection frame 22 moves upward.
【００４１】円筒形外枠２０及び円筒形支持枠７０の空
胴内には、左右対称に分割された引張り爪７２ａ、７２
ｂが配置されている。引張り爪７２ａ、７２ｂはボルト
８の頭部８ａを左右から挟み込んでいる。荷重検出枠２
２の下部側面には前述の止めねじ７８が取り付けられ、
荷重検出枠２２と引張り爪７２ａ、７２ｂとが固定され
る。引張り爪７２ａ、７２ｂの内部は空胴になってお
り、この空胴部内には探触子固定枠７４が配置されてい
る。探触子固定枠７４はカップ状をなしており、その凹
部内には位置決め枠８０が配置されている。探触子固定
枠７４と位置決め枠８０との間には圧着スプリング８２
が配置され、位置決め枠８０と頭部８ａとの間には超音
波探触子５０が配置されている。従って、超音波探触子
５０は頭部８ａに一定圧力で圧着される。超音波探触子
５０は位置決め枠８０に形成された凹部に入り込むた
め、超音波探触子５０は頭部８ａの中心に位置決めされ
る。また、止めねじ８４が探触子固定枠７４に取り付け
られ、その先端が位置決め枠８０に形成された凹部に入
り込んでおり、位置決め枠８０が探触子固定枠７４から
外れず、しかも上下に移動できるようにされている。ま
た、超音波探触子５０と接するボルト８の頭部８ａ上に
は、接触媒質（例えば、機械油やグリセリンなど）が塗
布されている。超音波探触子５０のケーブル６０は、引
張り爪７２ａ、７２ｂ、円筒形支持枠７０及び円筒形外
枠２０に形成されたＵ字孔７１を通して外に取り出され
ている。In the cavities of the cylindrical outer frame 20 and the cylindrical support frame 70, the tension claws 72a, 72 are symmetrically divided.
b is arranged. The pulling claws 72a and 72b sandwich the head portion 8a of the bolt 8 from the left and right. Load detection frame 2
The aforementioned set screw 78 is attached to the lower side surface of 2,
The load detection frame 22 and the pulling claws 72a and 72b are fixed. The inside of each of the pulling claws 72a and 72b is a cavity, and the probe fixing frame 74 is arranged in the cavity. The probe fixing frame 74 has a cup shape, and a positioning frame 80 is arranged in the recess thereof. A pressure spring 82 is provided between the probe fixing frame 74 and the positioning frame 80.
The ultrasonic probe 50 is arranged between the positioning frame 80 and the head 8a. Therefore, the ultrasonic probe 50 is pressed against the head 8a with a constant pressure. Since the ultrasonic probe 50 enters into the recess formed in the positioning frame 80, the ultrasonic probe 50 is positioned at the center of the head 8a. Further, the set screw 84 is attached to the probe fixing frame 74, and the tip of the set screw 84 is inserted into the concave portion formed in the positioning frame 80, so that the positioning frame 80 does not come off from the probe fixing frame 74 and moves up and down. It is made possible. Further, a contact medium (for example, mechanical oil or glycerin) is applied on the head 8a of the bolt 8 that contacts the ultrasonic probe 50. The cable 60 of the ultrasonic probe 50 is taken out through the pulling claws 72a and 72b, the cylindrical support frame 70, and the U-shaped hole 71 formed in the cylindrical outer frame 20.
【００４２】次に、ボルト８の頭部８ａにこの装置を取
り付ける方法について説明する。まず、左右対称に分割
された引張り爪７２ａ、７２ｂを被締結体６ａ上に置い
て、頭部８ａを左右から挟み込むようにする。このと
き、位置決め枠８０が取り付けられた探触子固定枠７４
および圧着スプリング８２も同時に挟み込んでおく。続
いて、引張り爪７２ａ、７２ｂの外側に円筒形支持枠７
０を置き、図８に示した引張り装置のうち、ねじ枠４０
と止めねじ４２を取りはずした円筒形外枠２０を円筒形
支持枠７０上に、鋼球７６で位置決めしながら設置す
る。そして、荷重検出枠２２の下部の両側より止めねじ
７８をねじ込むことにより、荷重検出枠２２と引張り爪
７２ａ、７２ｂとを連結する。Next, a method of attaching this device to the head 8a of the bolt 8 will be described. First, the tension claws 72a and 72b that are symmetrically divided are placed on the fastened body 6a so that the head 8a is sandwiched from the left and right. At this time, the probe fixing frame 74 to which the positioning frame 80 is attached
The crimp spring 82 is also sandwiched at the same time. Then, the cylindrical support frame 7 is provided outside the pulling claws 72a and 72b.
0, the screw frame 40 of the pulling device shown in FIG.
The cylindrical outer frame 20 from which the set screw 42 has been removed is placed on the cylindrical support frame 70 while positioning the steel balls 76. Then, the load detecting frame 22 and the pulling claws 72a and 72b are connected by screwing the set screws 78 from both sides of the lower portion of the load detecting frame 22.
【００４３】この引張り装置においても、荷重検出枠２
２はラチェットレンチ３６を左回転させると上方向に移
動し、締結ボルト８の頭部８ａが上方向に引張られてボ
ルト８に引張り荷重が付与される。なお、図８の場合と
同様に、引張り荷重の大きさは歪ゲージ４４に生ずる歪
の大きさとの関係から測定できる。Also in this pulling device, the load detecting frame 2
2 moves upward when the ratchet wrench 36 is rotated counterclockwise, and the head portion 8a of the fastening bolt 8 is pulled upward, and a tensile load is applied to the bolt 8. As in the case of FIG. 8, the magnitude of the tensile load can be measured from the relationship with the magnitude of strain generated in the strain gauge 44.
【００４４】次に、図５に示したボルト締結体におい
て、ナット１０の座面段付き部１１を引張る引張り装置
について述べる。この場合、ナット１０の座面段付き部
１１を引張るためには、図９に示した装置のうち、探触
子固定枠７４、位置決め枠８０及び圧着スプリング８２
を取り除いたものをそのまま流用する。なお、締結ボル
ト２の座面は段付きになっていてもかまわない。一方、
超音波探触子５０の取付け法は、図８に示したものと同
じである。Next, a pulling device for pulling the bearing surface stepped portion 11 of the nut 10 in the bolt fastening body shown in FIG. 5 will be described. In this case, in order to pull the seat surface stepped portion 11 of the nut 10, in the device shown in FIG. 9, the probe fixing frame 74, the positioning frame 80, and the crimp spring 82 are used.
The one without the above is used as it is. The seating surface of the fastening bolt 2 may be stepped. on the other hand,
The method of attaching the ultrasonic probe 50 is the same as that shown in FIG.
【００４５】次に、ボルトの引張り荷重を検出する回路
について述べる。図１０はボルトの引張り荷重を検出
し、さらに後述するように超音波の往復伝搬時間を電圧
として計測する回路を示すブロック図である。引張り荷
重は図８、９に示した歪ゲージ４４によって検出され、
この歪は歪計１４７でアナログ出力に変換された後、Ａ
Ｄ変換器１４８によってディジタル値に変換される。Next, a circuit for detecting the tensile load of the bolt will be described. FIG. 10 is a block diagram showing a circuit that detects a tensile load of a bolt and further measures a round-trip propagation time of an ultrasonic wave as a voltage as described later. The tensile load is detected by the strain gauge 44 shown in FIGS.
This distortion is converted to an analog output by the strain gauge 147 and then A
It is converted into a digital value by the D converter 148.
【００４６】次に、時間／電圧変換器に関する検出回路
について説明する。超音波の往復伝搬時間の変化量は、
ボルト頭部に取り付けられた超音波探触子５０から超音
波を入射することにより測定される。まず、送信パルサ
１５０によって、超音波探触子５０の振動周波数に相当
する繰り返し周期のパルス信号が発生され、このパルス
信号は増幅されて送波パルス電圧が発生され、この送波
パルス電圧が超音波探触子５０に印加される。超音波探
触子５０は、送波パルス電圧に応答して超音波パルスを
発生し、この超音波パルスがボルト内に入射される。Next, the detection circuit for the time / voltage converter will be described. The amount of change in the round-trip propagation time of ultrasonic waves is
The measurement is performed by injecting ultrasonic waves from the ultrasonic probe 50 attached to the head of the bolt. First, the transmission pulser 150 generates a pulse signal having a repeating period corresponding to the vibration frequency of the ultrasonic probe 50, the pulse signal is amplified, and a transmission pulse voltage is generated. It is applied to the acoustic probe 50. The ultrasonic probe 50 generates an ultrasonic pulse in response to the transmission pulse voltage, and this ultrasonic pulse is incident on the bolt.
【００４７】一方、超音波パルスの入射によって発生し
たエコーは、超音波探触子５０によって電気信号である
エコー信号に変換され、このエコー信号は受信増幅器１
５１によって増幅された後、検波ビデオ回路１５２で検
波される。検波されたエコー信号は、波形切換１５３で
波形整形された後、垂直増幅回路１５５と掃引発生水平
増幅器１５７の作用により、エコー波形としてＣＲＴ表
示器１５８に表示される。なお、垂直増幅回路１５５は
ゲート発生回路１５４によって制御され、掃引発生水平
増幅器１５７はパルス位置制御回路１５６によって制御
される。また、掃引発生水平増幅器１５７の出力信号
は、ゲート発生回路１５４及び送信パルサ１５０に印加
される。さらに、ＣＲＴ表示器１５８はＣＲＴコントロ
ーラ１５９によって制御される。On the other hand, the echo generated by the incidence of the ultrasonic pulse is converted into an echo signal which is an electric signal by the ultrasonic probe 50, and the echo signal is received.
After being amplified by 51, it is detected by the detection video circuit 152. The detected echo signal is waveform-shaped by the waveform switching 153 and then displayed as an echo waveform on the CRT display 158 by the action of the vertical amplification circuit 155 and the sweep generation horizontal amplifier 157. The vertical amplification circuit 155 is controlled by the gate generation circuit 154, and the sweep generation horizontal amplifier 157 is controlled by the pulse position control circuit 156. The output signal of the sweep generation horizontal amplifier 157 is applied to the gate generation circuit 154 and the transmission pulser 150. Further, the CRT display 158 is controlled by the CRT controller 159.
【００４８】一方、検波ビデオ回路１５２を経たエコー
信号は、ゲート内のエコーエンドの点（図２のＢ点）か
らエコーのしきい値１１０（図２参照）の点までの時間
は、時間／電圧変換器１６０によって電圧に変換され
る。時間／電圧変換器１６０によって得られる電圧は直
流増幅器１６１で増幅された後、ＡＤ変換器１６２によ
りディジタル値に変換される。荷重及び時間／電圧変換
器による電圧を示すディジタル値は記憶装置１６３に格
納され、後述の処理が施された後、荷重とボルト締付け
長さＬf 部分における往復伝搬時間変化率ΔＴ／Ｔまた
はボルト内の往復時間の変化量ΔＴはパソコン１６４に
表示される。さらに、処理データは、外部メモリ１６
５、例えば磁気テープ、ハードディスクあるいは光磁気
ディスク等に記録される。On the other hand, in the echo signal that has passed through the detection video circuit 152, the time from the echo end point (point B in FIG. 2) in the gate to the echo threshold value 110 (see FIG. 2) is the time / It is converted into a voltage by the voltage converter 160. The voltage obtained by the time / voltage converter 160 is amplified by the DC amplifier 161, and then converted into a digital value by the AD converter 162. The load and the digital value indicating the voltage by the time / voltage converter are stored in the storage device 163, and after undergoing the processing described later, the rate of change in the round trip propagation time ΔT / T or the bolt in the load and bolt tightening length L f portion. The change amount ΔT of the round trip time is displayed on the personal computer 164. Further, the processed data is stored in the external memory 16
5, for example, recorded on a magnetic tape, a hard disk or a magneto-optical disk.
【００４９】次に、超音波の往復伝搬時間と時間／電圧
変換器の電圧の校正実験について説明する。ボルト内の
超音波往復伝搬時間と時間／電圧変換器を用いて得られ
る電圧との関係を調べるために、長さが異なるｈ1 ＝４
０. ０５ｍｍとｈ2 ＝４５.０８ｍｍのＳＳ４１材（音
速：５９６０ｍ／ｓ）の校正ブロックを用い、以下の実
験を行なった。Next, a description will be given of a calibration experiment of the round-trip propagation time of ultrasonic waves and the voltage of the time / voltage converter. In order to investigate the relationship between the ultrasonic round-trip propagation time in a bolt and the voltage obtained using the time / voltage converter, h 1 = 4 with different lengths
The following experiment was performed using a calibration block of SS41 material (sound velocity: 5960 m / s) of 0.05 mm and h 2 = 45.08 mm.
【００５０】まず、長さがｈ1 の校正ブロックの端面上
に接触媒質を介して超音波探触子（周波数：５ＭＨz 、
振動子直径：φ５ｍｍ）を取り付けた後、超音波を入射
させた。この時の底面エコー高さは常に１００％になる
ようにゲイン設定した。そして、時間／電圧変換器を用
い、底面エコーに対してしきい値を３０％に設定した時
に検出されるＢＣ間の電圧Ｖ1 （図２参照）を、直流増
幅器１６１で増幅して測定した。次に、同様にして、長
さがｈ2 の校正ブロックに超音波を入射させ、検出され
るＢＣ′間の電圧Ｖ2 （図２参照）を測定した。また、
長さがｈ1 及びｈ2 の校正ブロック内の超音波の往復伝
搬時間Ｔh1及びＴh2は、それぞれの校正ブロックの２倍
の長さを音速で除して算出した。First, an ultrasonic probe (frequency: 5 MHz, on the end face of a calibration block having a length of h 1 through a contact medium)
After attaching a transducer diameter: φ5 mm), ultrasonic waves were incident. The gain was set so that the bottom echo height at this time was always 100%. Then, using a time / voltage converter, the voltage V 1 between BCs (see FIG. 2) detected when the threshold value was set to 30% with respect to the bottom echo was measured by amplifying it with the DC amplifier 161. . Next, in the same manner, ultrasonic waves were made incident on the calibration block having a length of h 2 and the detected voltage V 2 between BC ′ (see FIG. 2) was measured. Also,
The round-trip propagation times T h1 and T h2 of the ultrasonic waves in the calibration blocks having the lengths h 1 and h 2 were calculated by dividing the double length of each calibration block by the sound velocity.
【００５１】その結果、校正ブロックの長さの差がｈ2
−ｈ1 ＝５. ０３ｍｍに対して、往復伝搬時間の変化量
はＴh ＝Ｔh2−Ｔh1＝１５. １２８×１０-6−１３. ４
４０×１０-6＝１. ６８８×１０-6（ｓｅｃ）であり、
電圧差はＶh ＝Ｖ1 −Ｖ2 ＝１. １９１（Ｖ）であっ
た。As a result, the difference in the lengths of the calibration blocks is h 2
For -h 1 = 5.03 mm, the change amount of the round-trip propagation time is T h = T h2 -T h1 = 15.128 × 10 -6 -13.4
40 × 10 −6 = 1.688 × 10 −6 (sec),
Voltage difference was V h = V 1 -V 2 = 1. 191 (V).
【００５２】次に、ボルト締付け長さＬf 部分の往復伝
搬時間変化率を測定することによりボルトの軸力を求め
る実験について説明する。Next, an experiment for obtaining the axial force of the bolt by measuring the reciprocating propagation time change rate in the bolt tightening length L f portion will be described.
【００５３】まず、実験材料について説明する。図３〜
５に示したボルト締結体について、ボルトの引張り荷重
とボルト締付け長さＬf 部分の往復伝搬時間の変化率Δ
Ｔ／Ｔの関係を調べた。図３及び５に示すようなボルト
２は軸径がｄ1 ＝１２ｍｍ、軸部長さがＬ＝１１０ｍ
ｍ、ネジ部長さが４５ｍｍ、材質がＳＳ４１材の標準の
ものである。図４に示すようなボルト８は図３及び５の
ボルト２の頭部の座面に直径１７ｍｍ、深さ４ｍｍの段
付き加工を施したものである。図３、４のナット４はＭ
１２の標準のものである。図５のナット１０は図３、４
のナット４の座面に直径１７ｍｍ、深さ４ｍｍの段付き
加工を施したものである。締結体６ａ、６ｂとしては、
厚さがＬf ＝７８ｍｍのＳ４５Ｃ材の平板を用いた。な
お、ボルト２、８は刻印のある頭部を平面に加工し、超
音波探触子がボルト頭部に密着して取り付けられるよう
にした。また、締結ボルトの軸端部は平面に加工し、底
面エコーが良好に得られるようにした。First, experimental materials will be described. Figure 3-
With respect to the bolt tightening body shown in FIG. 5, the change rate Δ of the round trip propagation time of the bolt tensile load and the bolt tightening length L f portion
The T / T relationship was investigated. The bolt 2 as shown in FIGS. 3 and 5 has a shaft diameter d 1 = 12 mm and a shaft length L = 110 m.
m, the screw portion length is 45 mm, and the material is SS41 standard. A bolt 8 as shown in FIG. 4 is obtained by subjecting the seat surface of the head of the bolt 2 of FIGS. 3 and 5 to a stepped process having a diameter of 17 mm and a depth of 4 mm. The nut 4 in FIGS. 3 and 4 is M
Twelve standards. The nut 10 shown in FIG.
The seat surface of the nut 4 has a diameter of 17 mm and a depth of 4 mm. As the fastening bodies 6a and 6b,
A flat plate of S45C material having a thickness L f = 78 mm was used. In addition, the bolts 2 and 8 were formed by processing the engraved head into a flat surface so that the ultrasonic probe could be attached in close contact with the head of the bolt. Further, the shaft end of the fastening bolt was processed into a flat surface so that the bottom surface echo could be satisfactorily obtained.
【００５４】次に、図３のように、ボルト軸端にねじ部
２ａが残っている場合のボルト軸力測定について述べ
る。厚さがＬf ＝７８ｍｍの平板をＭ１２のボルトとナ
ットで締結し、ボルト軸力がＦ＝７．１５ｋＮになるよ
うにした。その後、ボルト軸端のねじ部には、図８に示
す引張り装置を取り付け、ラチェットレンチ３６で支柱
ねじ３２を左回転させ、ボルト軸端のねじ部２ａに引張
り荷重Ｗを作用させた。そして、引張り荷重Ｗの大きさ
は、荷重検出枠２２に貼られている歪ゲージ４４による
歪をコネクタ４８を介して歪計１４７（図１０参照）に
結線して計測した。引張り荷重Ｗの大きさは、０．９８
ｋＮずつ増加させ、ボルト軸力の大きさである７．１５
ｋＮを越えて１３．７２ｋＮまで増加させた。一方、音
速はボルトの音速であるｃ＝５９６０ｍ／ｓに設定後、
超音波はボルト２の頭部２ｂに取り付けた超音波探触子
５０より入射させ、この時に得られる底面エコー高さが
常に１００％になるように超音波探傷器のゲインを設定
した。そして、この超音波探傷器の時間／電圧変換器を
用い、底面エコーに対してしきい値を３０％に設定し
て、引張り荷重Ｗがゼロの締結状態下のボルト内の電圧
Ｖ1 （図２参照）は、校正実験の測定条件と同じ設定
で、直流増幅器で増幅した後に測定された。次に、ボル
トに引張り荷重Ｗを作用させて検出される電圧Ｖ2 （図
２参照）を測定した。そして、引張り荷重Ｗ及び電圧Ｖ
1 、Ｖ2 のアナログ出力は、ＡＤ変換した後、パーソナ
ルコンピュータ１６４（図１０参照）にディジタル値と
して格納した。Next, as shown in FIG. 3, the bolt axial force measurement when the screw portion 2a remains at the bolt axial end will be described. A flat plate having a thickness of L f = 78 mm was fastened with M12 bolts and nuts so that the bolt axial force was F = 7.15 kN. Then, the tension device shown in FIG. 8 was attached to the threaded portion at the end of the bolt shaft, and the strut screw 32 was rotated counterclockwise by the ratchet wrench 36 to apply a tensile load W to the threaded portion 2a at the end of the bolt shaft. Then, the magnitude of the tensile load W was measured by connecting the strain by the strain gauge 44 attached to the load detection frame 22 to the strain gauge 147 (see FIG. 10) via the connector 48. The magnitude of the tensile load W is 0.98
The bolt axial force is 7.15 which is the magnitude of the bolt axial force.
Increased over kN to 13.72 kN. On the other hand, the sound speed is set to c = 5960 m / s which is the sound speed of the bolt,
Ultrasonic waves were made incident from the ultrasonic probe 50 attached to the head 2b of the bolt 2, and the gain of the ultrasonic flaw detector was set so that the bottom echo height obtained at this time was always 100%. Then, using the time / voltage converter of this ultrasonic flaw detector, the threshold value was set to 30% with respect to the bottom surface echo, and the voltage V 1 in the bolt under the tightened state in which the tensile load W was zero (Fig. 2) was measured after amplification with a DC amplifier under the same setting as the measurement condition of the calibration experiment. Next, the voltage V 2 (see FIG. 2) detected by applying a tensile load W to the bolt was measured. Then, the tensile load W and the voltage V
The analog outputs of 1 and V 2 were AD-converted and then stored in the personal computer 164 (see FIG. 10) as digital values.
【００５５】ボルト２の軸部に作用する引張り荷重Ｗと
ボルト締付け長さＬf 部分の往復伝搬時間の変化率ΔＴ
／Ｔとの関係は、次のようにして求められる。ボルト内
の往復伝搬時間の変化量ΔＴは、ボルト長さＬt のう
ち、ボルト頭部やナット結合されているねじ部の一部で
わずかに生じているが、ボルト軸応力が生じているボル
ト締付け長さＬf 部分でほとんど生じているとみなされ
る。従って、ΔＴは時間／電圧変換器により検出される
締結状態下のボルト内の電圧差Ｖb （＝Ｖ1 −Ｖ2 ）、
ボルトの音速ｃを用いて近似的に次式で与えられる。The rate of change ΔT in the reciprocating propagation time of the tensile load W acting on the shaft of the bolt 2 and the bolt tightening length L f.
The relationship with / T is obtained as follows. The change amount ΔT of the round-trip propagation time in the bolt is slightly generated in the bolt head portion or a part of the screw portion connected to the nut in the bolt length L t , but the bolt axial stress is generated in the bolt. It is considered that almost all occurs in the tightening length L f portion. Therefore, ΔT is the voltage difference V b (= V 1 −V 2 ) in the bolt under the fastening state detected by the time / voltage converter,
It is approximately given by the following equation using the sound velocity c of the bolt.
【００５６】[0056]
【数５】 [Equation 5]
【００５７】式（２）と式（５）より、Ｖh と（ｈ2 −
ｈ1 ）に測定結果を代入すると、ΔＴ／Ｔは近似的に次
式で与えられる。From equations (2) and (5), V h and (h 2 −
Substituting the measurement result for h 1 ), ΔT / T is approximately given by the following equation.
【００５８】[0058]
【数６】 [Equation 6]
【００５９】図１１に、この場合の測定結果を示す。図
中の横軸はボルト軸端に作用させた引張り荷重Ｗ、縦軸
は式（６）を用いて得られた超音波によるボルト締付け
長さＬf 部分の往復伝搬時間変化率ΔＴ／Ｔである。最
初に締結したボルト軸力はＦ＝７．１５ｋＮである。図
において○印は実験結果であり、ある点を境にして傾き
が異なる２つの直線からなることがわかる。これら２つ
の直線の交点の引張り荷重の大きさＷ0 ＝８．８２ｋＮ
は、最初に締結した時のボルト軸力の大きさＦとＷがＷ
0 になった時の引張り内力Ｆt0を加えた値になってい
る。式（４）における内力係数Φは、文献（山本晃，ね
じ締結の理論と計算，ｐ．６８，養賢堂（１９７７））
によれば、直径ｄ1 ＝１２ｍｍ、板厚Ｌf ＝７８ｍｍの
場合、Φ＝０．２である。従って、式（４）よりＦt0＝
１．７６ｋＮとなる。従って、傾きが異なる２つの直線
の交点の荷重Ｗ0 ＝８．８２ｋＮから式（４）で得られ
る引張り内力Ｆt0＝１．７６ｋＮを減じた荷重７．０６
ｋＮが最初に締結した時のボルト軸力の大きさとなる。
この結果はＦ＝７．１５ｋＮの値とほぼ同じであり、こ
のようにすればボルト軸力Ｆを求めることができる。FIG. 11 shows the measurement result in this case. The horizontal axis in the figure is the tensile load W applied to the bolt shaft end, and the vertical axis is the ultrasonic wave bolt tightening length L f part reciprocating propagation time change rate ΔT / T obtained by using equation (6). is there. The axial force of the bolt fastened first is F = 7.15 kN. In the figure, the ◯ mark is the result of the experiment, and it can be seen that it is composed of two straight lines having different inclinations with respect to a certain point. The magnitude of the tensile load at the intersection of these two straight lines W 0 = 8.82 kN
Is the magnitude F and W of the bolt axial force when first tightened.
It is a value obtained by adding the tensile internal force F t0 when it reaches 0 . The internal force coefficient Φ in equation (4) is based on the literature (Akira Yamamoto, Theory and Calculation of Screw Tightening, p.68, Yokendo (1977)).
According to the formula, Φ = 0.2 when the diameter d 1 = 12 mm and the plate thickness L f = 78 mm. Therefore, from equation (4), F t0 =
It will be 1.76 kN. Therefore, a load 7.06 obtained by subtracting the internal tensile force F t0 = 1.76 kN obtained by the equation (4) from the load W 0 = 8.82 kN at the intersection of two straight lines having different inclinations.
It is the magnitude of the bolt axial force when kN is first tightened.
This result is almost the same as the value of F = 7.15 kN, and the bolt axial force F can be obtained in this way.
【００６０】次に、図４〜６に示したようなボルト８、
１２の頭部の座面段付き部９、１３またはナット１０の
座面段付き部１１を引張る場合のボルト軸力測定につい
て述べる。Next, the bolt 8 as shown in FIGS.
The bolt axial force measurement when pulling the seat surface stepped portions 9 and 13 of the head portion 12 or the seat surface stepped portion 11 of the nut 10 will be described.
【００６１】図４，６のようなボルト頭部の座面段付き
部を引張る場合は、厚さがＬf ＝７８ｍｍの平板をＭ１
２のボルトとナットで締結し、ボルト軸力がＦ＝７．０
６ｋＮになるようにした。その後、ボルトの座面段付き
部９、１３に図９に示す引張り装置を取り付け、引張り
荷重Ｗを作用させた。この場合、引張り荷重Ｗの大きさ
は、０．９８ｋＮごとに増加させ、最初に締結したボル
ト軸力の大きさであるＦ＝７．０６ｋＮを越えて１１．
７６ｋＮまで増加させた。When pulling the bearing surface stepped portion of the bolt head as shown in FIGS. 4 and 6, a flat plate having a thickness L f = 78 mm is M1.
Fastened with 2 bolts and nuts, the bolt axial force is F = 7.0
It was set to 6 kN. Then, the tension device shown in FIG. 9 was attached to the bearing surface stepped portions 9 and 13 of the bolt, and the tension load W was applied. In this case, the magnitude of the tensile load W is increased every 0.98 kN and exceeds the magnitude of the axial force of the bolt, which is initially fastened, F = 7.06 kN.
Increased to 76 kN.
【００６２】図５のようなナットの座面段付き部を引張
る場合は、厚さがＬf ＝７８ｍｍの平板をＭ１２のボル
トとナットで締結し、ボルト軸力がＦ＝６．８６ｋＮに
なるようにした。その後、ナットの座面段付き部１１に
図９に示す引張り装置を取り付け、引張り荷重Ｗを作用
させた。この場合、引張り荷重Ｗの大きさは、０．９８
ｋＮごとに増加させ、最初に締結したボルト軸力の大き
さであるＦ＝６．８６ｋＮを越えて１２．７４ｋＮまで
増加させた。When pulling the stepped portion of the nut as shown in FIG. 5, a flat plate having a thickness of L f = 78 mm is fastened with M12 bolts and nuts, and the bolt axial force becomes F = 6.86 kN. I did it. After that, the tension device shown in FIG. 9 was attached to the bearing surface stepped portion 11 of the nut, and the tension load W was applied. In this case, the magnitude of the tensile load W is 0.98
It was increased in increments of kN, and was increased to 12.74 kN beyond F = 6.86 kN, which is the magnitude of the bolt axial force that was initially tightened.
【００６３】図４、６に対応した実験結果を図１２、１
３に示す。横軸と縦軸は図１１と同じである。図から容
易にわかるように、図１２、１３の実験結果は傾きが異
なる２つの直線から構成されている。Experimental results corresponding to FIGS. 4 and 6 are shown in FIGS.
3 shows. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. As can be easily understood from the figure, the experimental results of FIGS. 12 and 13 are composed of two straight lines having different inclinations.
【００６４】図１２における直線の交点の引張り荷重の
大きさＷ0 ＝７．４５ｋＮは、最初に締結したボルト軸
力Ｆ＝７．０６ｋＮより６％程大きな値であった。この
場合、ボルト頭部が段付きになっているため、ボルトの
ばね定数ｋt は被締結体のばね定数ｋc に比べて非常に
小さくなり、ボルトに追加される引張り内力Ｆt0がＷ0
の６％に相当している。従って、傾きが異なる２つの直
線の交点から求まる引張り荷重Ｗ0 より約６％小さい荷
重より、最初に締結した時のボルト軸力の大きさＦを求
めることができる。なお、引張り内力Ｆt0はいろいろな
ボルト締付体に対して式（４）を用いて求めてやればよ
い。The magnitude of the tensile load W 0 = 7.45 kN at the intersection of the straight lines in FIG. 12 was about 6% larger than the bolt axial force F = 7.06 kN initially tightened. In this case, since the bolt head is stepped, the spring constant k t of the bolt is much smaller than the spring constant k c of the object to be fastened, and the tensile internal force F t0 added to the bolt is W 0.
It is equivalent to 6% of. Therefore, the magnitude F of the bolt axial force at the time of first fastening can be obtained from the load which is about 6% smaller than the tensile load W 0 obtained from the intersection of two straight lines having different inclinations. The internal tensile force F t0 may be obtained by using the formula (4) for various bolt tightening bodies.
【００６５】図１３における直線の交点の引張り荷重の
大きさＷ0 ＝７．０６ｋＮは、最初に締結したボルト軸
力Ｆ＝６．８６ｋＮより３％程大きな値であった。この
場合、ナット座面部が段付きになっているため、ボルト
・ナットのばね定数ｋt は被締結体のばね定数ｋc に比
べて非常に小さくなり、ボルトに追加される引張り内力
Ｆt0がＷ0 の約３％に相当している。従って、傾きが異
なる２つの直線の交点から求まる引張り荷重Ｗ0 より約
３％小さい荷重より、最初に締結した時のボルト軸力の
大きさＦを求めることができる。なお、引張り内力Ｆt0
はいろいろなボルト締付体に対して式（４）を用いて求
めてやればよい。The magnitude of the tensile load W 0 = 7.06 kN at the intersection of the straight lines in FIG. 13 was about 3% larger than the bolt axial force F = 6.86 kN initially tightened. In this case, since the nut bearing surface is in the stepped, the spring constant k t of the bolts and nuts becomes very small compared to the spring constant k c of the fastener, pulling the force F t0 be added to the bolt This corresponds to about 3% of W 0 . Therefore, the magnitude F of the bolt axial force at the time of first fastening can be obtained from the load which is about 3% smaller than the tensile load W 0 obtained from the intersection of two straight lines having different inclinations. The internal tensile force F t0
Can be calculated using equation (4) for various bolt tightening bodies.
【００６６】なお、上記実施例においては、ボルト中の
超音波によるボルト内の往復伝搬時間の変化量は超音波
探傷器の時間／電圧変換器によって計測したが、他の方
法、例えば計数器または超音波波形のアナログ／ディジ
タル変換デ−タなどを直接利用してもよい。また、時間
の計測法には、「音弾性の基礎と応用」（福岡秀和他、
オーム社（１９９３）、ｐｐ. ３３〜４３）に記載され
ているように、シングアラウンド法、パルス・エコーオ
ーバーラップ法、位相干渉法等がある。In the above embodiment, the amount of change in the round-trip propagation time in the bolt due to the ultrasonic waves in the bolt was measured by the time / voltage converter of the ultrasonic flaw detector, but another method such as a counter or The analog / digital conversion data of the ultrasonic waveform may be directly used. In addition, as for the method of measuring time, "Basics and applications of acoustic elasticity" (Hidekazu Fukuoka et al.,
As described in Ohmsha (1993), pp. 33-43), there are sing-around method, pulse-echo overlap method, phase interference method and the like.
【００６７】超音波波形のアナログ／ディジタル変換デ
−タを利用する具体的な測定装置としては、下記の測定
器がある。パルサーレシーバー（１０５０ＰＲＪ型、日
本マテック（株））に取り付けられた超音波探触子によ
り受信された超音波波形をＡ／Ｄ変換ボード（ＳＴＲ−
８１００型、日本マテック（株））でディジタル化し、
往復伝搬時間の変化量を直接計測する方法である。The following measuring device is a concrete measuring device utilizing the analog / digital conversion data of the ultrasonic waveform. The ultrasonic waveform received by the ultrasonic probe attached to the pulsar receiver (1050PRJ type, Nippon Matek Co., Ltd.) is converted into an A / D conversion board (STR-
Model 8100, digitized by Japan Tech Co., Ltd.,
This is a method of directly measuring the amount of change in round-trip propagation time.
【００６８】また、本発明で使用されるボルトの頭部や
ナットには座面段付き部または横側面段付き部が形成さ
れている。座面段付き部が形成されている場合は、座面
の面積は座面段付き部を有しない通常のボルトやナット
に比べて小さくなっている。従って、前者の場合は後者
の場合に比べて座面の圧力が大きくなり、ボルトの緩み
防止効果を高められ、ボルトやナットとしての機能も保
持している。Further, the head portion and the nut of the bolt used in the present invention are formed with a seat surface step portion or a lateral side surface step portion. When the seat surface step portion is formed, the area of the seat surface is smaller than that of an ordinary bolt or nut that does not have the seat surface step portion. Therefore, in the former case, the pressure on the seat surface becomes larger than in the latter case, the effect of preventing the loosening of the bolt is enhanced, and the function as a bolt or a nut is maintained.
【００６９】[0069]
【発明の効果】本発明によれば、ボルト軸端のねじ部、
またはボルトとナットの座面段付き部、または横側面段
付き部に引張り荷重を加えて、ボルト頭部より入射させ
た超音波によるボルト締付け長さ部分の往復伝搬時間変
化率または往復伝搬時間の変化量を計測することによ
り、機械や装置がボルトとナットによる通しボルトで締
結されている場合や、構造体のめねじ部にボルトを直接
植込みボルトで締結されている場合などについて、締結
状態下のボルト軸力を、ボルトまたはナットを回転させ
ることなく、簡単に測定することができる。なお、引張
り荷重に対するボルト内の往復伝搬時間の変化量の関係
よりボルト軸力を求める方法を用いれば、被締結体の厚
さを考えなくてもよいので便利である。According to the present invention, the threaded portion of the bolt shaft end,
Or, by applying a tensile load to the stepped portion of the bolt and nut or the stepped portion of the lateral side surface, the change rate of the round trip propagation time or the round trip propagation time of the bolt tightening length part by the ultrasonic wave incident from the bolt head By measuring the amount of change, when the machine or device is fastened with through bolts such as bolts and nuts, or when the bolts are directly fastened to female threads of the structure with fastening bolts The bolt axial force can be easily measured without rotating the bolt or nut. It is convenient to use the method of obtaining the bolt axial force from the relationship between the amount of change in the reciprocating propagation time in the bolt with respect to the tensile load, since it is not necessary to consider the thickness of the fastened body.
【００７０】また、本発明で用いられるボルト軸端のね
じ部、またはボルトとナットの座面段付き部、または横
側面段付き部に引張り荷重を加える装置によれば、引張
り荷重を簡単に付与することができ、また引張り荷重を
容易に測定することができる。According to the device for applying a tensile load to the threaded portion of the bolt shaft end, the seat surface stepped portion of the bolt and nut, or the lateral side stepped portion used in the present invention, the tensile load can be easily applied. In addition, the tensile load can be easily measured.
【図１】本発明の測定原理についての説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a measurement principle of the present invention.
【図２】ボルトに負荷をかける前後における、超音波探
傷器のブラウン管上に現われる像を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing images appearing on a cathode ray tube of an ultrasonic flaw detector before and after applying a load to a bolt.
【図３】ボルト締結体を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a bolt fastening body.
【図４】ボルト締結体を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a bolt fastening body.
【図５】ボルト締結体を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a bolt fastening body.
【図６】ボルト締結体を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a bolt fastening body.
【図７】ボルトに引張り荷重を与えた時のボルトの軸力
とボルトの伸び、被締結体の縮みの関係を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the axial force of the bolt, the elongation of the bolt, and the contraction of the fastened body when a tensile load is applied to the bolt.
【図８】ボルトに引張り荷重を与える装置の断面図であ
る。FIG. 8 is a cross-sectional view of a device that applies a tensile load to a bolt.
【図９】ボルトに引張り荷重を与える装置の断面図であ
る。FIG. 9 is a cross-sectional view of a device that applies a tensile load to a bolt.
【図１０】ボルト引張り荷重及び超音波往復伝搬時間を
測定する回路を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a circuit for measuring a bolt tensile load and ultrasonic wave round-trip propagation time.
【図１１】ボルト軸力の測定結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing measurement results of bolt axial force.
【図１２】ボルト軸力の測定結果を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing measurement results of bolt axial force.
【図１３】ボルト軸力の測定結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing measurement results of bolt axial force.
【図１４】横側面段付き部を形成したボルト締結体を示
す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a bolt fastening body having a lateral side step portion.
【図１５】横側面段付き部を形成したボルト締結体を示
す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a bolt fastening body having a lateral side step portion.
２、８、１２…ボルト、９、１１、１３…座面段付き
部、１０…ナット、４０…ねじ枠、４４…歪ゲージ、５
０…超音波探触子、７２ａ、７２ｂ…引張り爪。2, 8, 12 ... Bolt, 9, 11, 13 ... Seat surface stepped portion, 10 ... Nut, 40 ... Screw frame, 44 ... Strain gauge, 5
0 ... Ultrasonic probe, 72a, 72b ... Pulling claw.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−203514（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−203513（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216235（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−82935（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−274476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−133638（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−249057（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−66162（ＪＰ，Ａ) 水口義久，超音波による締結状態下の ボルト軸力測定，日本機械学会全国大会 講演論文集，日本機械学会，1994年，Ｖ ｏｌ．72，Ｎｏ．Ｖｏｌ．１，ｐ．315 −317 水口義久他，超音波によるボルト軸力 の簡易測定法，日本機械学会通常総会講 演会講演論文集，日本機械学会，1991 年，Ｖｏｌ．68ｔｈ，Ｎｏ．Ｐｔ Ａ, ｐ．228−230 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/00 103 F16B 31/02 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) References JP-A 5-203514 (JP, A) JP-A 5-203513 (JP, A) JP-A 60-216235 (JP, A) JP-A 55- 82935 (JP, A) JP 2-274476 (JP, A) JP 56-133638 (JP, A) JP 62-249057 (JP, A) JP 5-66162 (JP, A) Yoshihisa Mizuguchi, Measurement of Bolt Axial Force under Ultrasonic Fastening, Proceedings of Japan Society of Mechanical Engineers National Conference, Japan Society of Mechanical Engineers, 1994, Vol. 72, No. Vol. 1, p. 315-317 Yoshihisa Mizuguchi et al., Simplified method for measuring bolt axial force using ultrasonic waves, Proceedings of the Annual Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers, The Japan Society of Mechanical Engineers, 1991, Vol. 68th, No. Pt A, p. 228-230 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01L 5/00 103 F16B 31/02
Claims (13)
種々の大きさの引張り荷重を与える引張り手段と、 前記引張り手段の引張り荷重を測定する荷重測定手段
と、 前記ボルトの一端から超音波を入射させる超音波入射手
段と、 前記ボルトの他端で反射した超音波を検出する超音波検
出手段と、 前記ボルト内を超音波が往復する時間である往復伝搬時
間を測定する往復伝搬時間測定手段と、 引張り荷重がゼロの状態の締結状態下のボルト内の往復
伝搬時間を計測し、種々の大きさの引張り荷重を加えて
いる状態における往復伝搬時間の前記引張り荷重がゼロ
の状態の締結状態下のボルト内の往復伝搬時間に対する
変化量を算出し、引張り荷重がゼロの状態の締結状態下
のボルト締付け長さ部分の往復伝搬時間に対する前記変
化量の比を算出し、前記ボルトの引張り荷重に対する前
記比またはボルト内の往復伝搬時間の変化量をプロット
したときの傾きを求め、その傾きが変化するときの引張
り荷重からボルト軸部に追加される引張り内力を減じた
荷重を求めて、締結状態における前記ボルトの軸力とす
るボルト軸力算出手段と、を備えたボルト軸力の測定装
置。1. A tensile means for applying a tensile load of various magnitudes to a bolt fastened to a machine or a device, a load measuring means for measuring the tensile load of the tensile means, and an ultrasonic wave from one end of the bolt. And an ultrasonic wave detecting means for detecting an ultrasonic wave reflected at the other end of the bolt, and a round-trip propagation time measurement for measuring a round-trip propagation time which is a time in which the ultrasonic wave reciprocates in the bolt. Means, and measuring the reciprocating propagation time in the bolt under the tightened condition of the zero tensile load, and tightening the reciprocating propagation time of the tensile load of zero in the condition of applying various sizes of tensile load Calculate the amount of change with respect to the reciprocating propagation time in the bolt under the condition, and calculate the ratio of the amount of change with respect to the reciprocating propagation time of the bolt tightening length part under the fastening condition where the tensile load is zero. , The slope when the ratio of the bolt to the tensile load or the amount of change in the round-trip propagation time in the bolt is plotted is obtained, and the internal tensile force added to the bolt shaft is subtracted from the tensile load when the slope changes. A bolt axial force measuring device, comprising: a bolt axial force calculating unit that obtains a load and uses the axial force of the bolt in a tightened state.
ト内の超音波の往復伝搬時間を電圧に変換し、この電圧
の変化から前記往復伝搬時間を測定する請求項１のボル
ト軸力の測定装置。2. The bolt axial force measurement according to claim 1, wherein the round-trip propagation time measuring means converts the round-trip propagation time of ultrasonic waves in the bolt into a voltage, and measures the round-trip propagation time from a change in the voltage. apparatus.
傷器である請求項２のボルト軸力の測定装置。3. The bolt axial force measuring device according to claim 2, wherein the round-trip propagation time measuring means is an ultrasonic flaw detector.
ある請求項１のボルト軸力の測定装置。4. The bolt axial force measuring device according to claim 1, wherein the round-trip propagation time measuring means is a counter.
形のアナログ／デイジタル変換データを直接利用するも
のである請求項１のボルト軸力の測定装置。5. The bolt axial force measuring device according to claim 1, wherein said round-trip propagation time measuring means directly uses analog / digital conversion data of an ultrasonic waveform.
ナットに座面段付き部が形成され、前記引張り手段が、
前記座面段付き部に噛み合う引張り爪を備えている請求
項１のボルト軸力の測定装置。6. A seat surface stepped portion is formed on the bolt or a nut screwed with the bolt, and the pulling means comprises:
The bolt axial force measuring device according to claim 1, further comprising a pulling claw that meshes with the seat surface stepped portion.
ナットの横側面に横側面段付き部が形成され、前記引張
り手段が、前記横側面段付き部に噛み合う引張り爪を備
えている請求項１のボルト軸力の測定装置。7. A lateral side stepped portion is formed on a lateral side surface of the bolt or a nut screwed with the bolt, and the pulling means includes a pulling claw that meshes with the lateral side stepped portion. Bolt axial force measuring device.
に螺合する螺合手段を備えている請求項１のボルト軸力
の測定装置。8. The bolt axial force measuring device according to claim 1, wherein the pulling means includes a screwing means that is screwed into a threaded portion of the bolt.
る圧着枠と、 前記圧着枠の凹部に入れられ、凹部を有する位置決め枠
と、 前記位置決め枠の凹部に入れられ、前記超音波検出手段
の一部を構成する超音波探触子と、 前記圧着枠と前記位置決め枠との間に配置され、前記位
置決め枠を押し込むことにより前記超音波探触子を前記
ボルトの頭部に一定の圧力で圧着させる圧着スプリング
と、を備えた請求項１のボルト軸力の測定装置。9. A pressure-bonding frame attached to the bolt and having a recess, a positioning frame having a recess and being inserted into the recess of the pressure-bonding frame; Is disposed between the crimping frame and the positioning frame, and the ultrasonic probe is crimped to the head of the bolt with a constant pressure by pushing the positioning frame. The bolt axial force measuring device according to claim 1, further comprising:
の一端から入射され前記ボルトの他端で反射する超音波
が、引張り荷重を受けていない状態の前記ボルト内を往
復する時間である締結状態下のボルト内の往復伝搬時間
を測定するステップと、 前記ボルトに種々の大きさの引張り荷重を加え、この状
態の前記ボルト内を超音波が往復する時間である往復伝
搬時間を測定し、前記引張り荷重がゼロの状態の締結状
態下のボルト内の往復伝搬時間からの変化量を算出する
ステップと、 前記締結状態下のボルト締付け長さ部分の往復伝搬時間
に対する前記変化量の比を算出するステップと、 前記ボルトの引張り荷重に対する前記比またはボルト内
の往復伝搬時間の変化量をプロットしたときの傾きを求
め、その傾きが変化するときの引張り荷重からボルト軸
部に追加される引張り内力を減じた荷重を求めて、締結
状態における前記ボルトの軸力とするステップと、を備
えたボルト軸力の測定方法。10. A fastening time, which is an ultrasonic wave that is incident from one end of a bolt fastened to a machine or device and reflected at the other end of the bolt to reciprocate in the bolt in a state where no tensile load is applied. Measuring the round-trip propagation time in the bolt under the state, applying a tensile load of various sizes to the bolt, to measure the round-trip propagation time is the time ultrasonic waves reciprocate in the bolt in this state, Calculating the amount of change from the round-trip propagation time in the bolt under the tightened state of the tension load of zero, and calculating the ratio of the amount of change to the round-trip propagation time of the bolt tightening length portion under the tightened state. And the slope when the change amount of the ratio or the round-trip propagation time in the bolt with respect to the tensile load of the bolt is plotted, and the tensile load when the slope changes And a step of obtaining a load obtained by subtracting an internal tensile force added to the bolt shaft portion from the load and setting the load as the axial force of the bolt in the tightened state.
搬時間が電圧に変換され、この電圧の変化から前記往復
伝搬時間が測定される請求項１０のボルト軸力の測定方
法。11. The method for measuring bolt axial force according to claim 10, wherein the round-trip propagation time of ultrasonic waves in the bolt is converted into a voltage, and the round-trip propagation time is measured from a change in the voltage.
るナットに座面段付き部または横側面段付き部が形成さ
れ、前記座面段付き部または前記横側面段付き部に噛み
合う引張り爪が前記ボルトに引張り荷重を与える請求項
１０のボルト軸力の測定方法。12. A seat surface stepped portion or a lateral side surface stepped portion is formed on the bolt or a nut screwed with the bolt, and a pulling claw that meshes with the seat surface stepped portion or the lateral side surface stepped portion is provided. The method for measuring bolt axial force according to claim 10, wherein a tensile load is applied to the bolt.
段が前記ボルトに引張り荷重を与える請求項１０のボル
ト軸力の測定方法。13. The method for measuring bolt axial force according to claim 10, wherein the screwing means screwed into the threaded portion of the bolt applies a tensile load to the bolt.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1994
- 1994-02-18 JP JP02141294A patent/JP3361171B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 水口義久，超音波による締結状態下のボルト軸力測定，日本機械学会全国大会講演論文集，日本機械学会，１９９４年，Ｖｏｌ．７２，Ｎｏ．Ｖｏｌ．１，ｐ．３１５−３１７ |
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|---|---|---|---|---|
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